光纖網絡互連層eo－pcb板及製作方法

2023-10-24 03:21:12 2

專利名稱：光纖網絡互連層eo－pcb板及製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖網絡互連層EO-PCB板及製作方法。
背景技術：
航天、星載、軍事現代化和科學技術發展的需要，新一代信息設備必須向著超小型、寬帶、高速、大容量、低功耗發展。由於電互連有限帶寬的物理原因，傳輸高速信號時，信號產生嚴重失真、串話、時鐘偏斜、功耗急聚上升、抗幹擾性差、互連密度低、傳輸距離短等方面固有缺點，進一步提高信號的傳輸帶寬，必須突破電傳輸的「電子」瓶頸。光作為信息載體，具有極高帶寬，無信號失真、無串話、無時鐘歪斜、能耗低、傳輸距離長、互連密度高、抗幹擾能力強等優點，寬帶高密度的光纖網絡背板等光互連技術已經在多機櫃互連中獲得了廣泛的應用。
新一代超小型、寬帶、高速、大容量的信息設備中，由於PCB電路印製板的電子互連的有限帶寬，已經成為高速信號傳輸的瓶頸。為此，在PCB板中嵌入一層光互連層，形成EO-PCB板。在同一塊EO-PCB板上，對多塊高速大規模IC晶片之間進行互連，在光波導層傳輸高速光信號，也就是說，多塊高速大規模IC晶片之間的高速信號，轉變成光信號在光互連層中傳輸，而低速信號仍然在傳統的PCB板傳輸，發展帶光互連層EO-PCB板技術，已經成為克服該傳統的PCB板瓶頸的有效途徑。

發明內容
本發明的目的為了克服現有PCB電路印製板的電互連有限帶寬存在的固有缺陷，，提供一種在多層PCB板中嵌入光纖網絡互連層的EO-PCB板及製作方法。
本發明的技術方案光纖網絡互連層EO-PCB板，FR4光纖網絡互連層放置在多層PCB板下面，FR4光纖網絡互連層的輸入、輸出光耦合組件準確地穿過多層PCB板預先設計好的長方形孔，二者膠合在一起，且FR4光纖網絡層的輸入、輸出光埠排放在EO-PCB板的表面，該EO-PCB板是將高速信號和低速信號分開傳輸，高速信號從光纖網絡層傳輸，而低速信號仍然在PCB板內傳輸。由EO-PCB板互連的EO-ASIC晶片，它是一種帶光窗口VCSEL/PIN晶片的ASIC晶片，其結構是將VCSEL/PIN晶片用倒裝焊方式與ASIC晶片焊在一起的光電混合集成的EO-ASIC晶片；或將ASIC晶片與VCSEL/PIN並行光模塊分離式排放在一起，通過互連成為ASIC晶片高速信號的光/電所述的帶輸入、輸出光耦合組件的FR4光纖網絡互連層是由FR4光纖網絡互連層和其輸入、輸出光耦合組件組成。在製作FR4光纖網絡互連層前，根據EO-ASIC晶片之間高速信號點對點互連的需求，設計出高速信號傳輸路徑，並製作出FR4光纖網絡互連層光通道路徑。n條光通道路徑的終始端接口排列成一維列陣，間距為250μm，誤差在0.5μm之內。與光學通道接口的輸入、輸出光耦合組件是一種由n條光纖組成的特殊光纖列陣，一端為45°裸光纖頭，另一端為平面，其間距為250μm，誤差在0.5μm之內。再將FR4光纖網絡互連層的光學通道接口與輸入、輸出光耦合組件進行耦合、封裝成一整體，並使得光傳輸通道旋轉90°向上，且該輸入、輸出光耦合組件的n個埠成一維排列，其間距完全與VCSEL和PIN像元匹配，n為自然數。
1、光纖網絡互連層EO-PCB板的製作方法，按以下步驟進行(1)FR4光纖網絡互連層光通道路徑製作根據EO-ASIC晶片之間高速信號點對點互連的需求，設計出高速信號傳輸路徑，設計傳輸路徑時要考慮二塊晶片之間的互連的光纖通道都會有一個耦合接口處，要使這些光纖通道的耦合接口排放在通道的直線部分，他們中間的間距相等。將設計出的高速信號傳輸路徑放樣在FR4纖維板上，並在FR4纖維板上沿傳輸路徑刻制出光纖網絡互連層光通道路徑；其二在每一光纖路徑的彎曲部分，刻制的路徑槽要寬一些，在同一條路徑的光纖對接時，可以調整光纖的長度誤差。(2)碟形光纖耦合接口模件製作該耦合接口模件的外形為碟形階梯形，在中間部分高度為整個高度的一半的中心處，並行地排放著n個光纖定位通孔001，通孔的直徑為126μm±0.1μm，定位孔之間的間距，與通道的直線部分的耦合接口處的間距相同，沿著中間部分每一個通孔，在前後兩側的臺階表面有n個鋸齒形的導槽；(3)在FR4纖維板上刻好光纖網絡的路經成直線部分處，刻一個與碟形光纖耦合接口模件尺寸完全一樣的坑，將碟形光纖耦合接口模件嵌入坑內，使定位孔與光纖通道的直線部分完全一致，注膠與FR4纖維板膠合好。(4)光纖通道的接口模件的外形為階梯形，臺面的高度為階梯高度的二倍，在臺面的中間有n個定位通孔，在階梯表面沿每一個通孔有鋸齒形導槽。沿其鋸齒形導槽分別將n條帶狀光纖的裸光纖頭插入定位孔內，將其端面研磨成平面。然後，將FR4光纖網絡互連層的光纖通道接口模件與輸入、輸出光耦合組件進行耦合、封裝成一整體，並使得光傳輸通道旋轉90°向上。在FR4纖維板上光纖網絡與EO-ASIC晶片耦合之處的始端挖一坑，其尺寸與帶輸入、輸出埠的光纖通道接口模件完全相同，將此模件嵌入其內，使光纖嚴格沿著刻制出的光纖通道，注膠、固定在FR4纖維板上。要特別注意的是，該模件的輸入、輸出埠要嚴格與EO-ASIC晶片的光窗口一一對準。沿著刻制好的每一條光纖路經，分別將光纖嵌入其內，一直嵌到碟形光纖耦合接口模件處。每一條完整的光纖通道都分別從兩邊匯入光纖耦合的碟形模件兩側。嚴格按照在碟形模件中間對接的長度，用光纖切刀截斷光纖，並使其斷面為平面。然後，分別從鋸齒形導槽導入同一個通孔內對接，在光纖的彎曲處內外調整光纖，使光纖對接處嚴格接觸，從齒形的導槽注入折射率與光纖芯相同的UV膠，照射紫外光、固化。(5)在FR4纖維板上排放好光纖網絡後，在其上鋪一薄層固化膜，在固化膜的上面再蓋一層FR4板，用一對較厚的金屬板上下將排放好的兩層FR4光纖網絡板夾住，並加壓力約370Kg/cm2，放入真空加熱設備腔內進行預加熱，溫度控制在150℃，使固化膜熔化，將上下FR4纖維板完全膠合在一起，形成了光纖網絡層；(6)整個多層PCB板在FR4光纖網絡層輸入、輸出光耦合組件位置準確開一個長方形孔，讓FR4光纖網絡層的輸入、輸出光耦合組件準確地穿過長方形孔，且FR4光纖網絡層的輸入、輸出光埠排放在EO-PCB板的表面，多層PCB板和光纖網絡層之間放一層固化膜，二者位置準確對好，置於PCB工藝生產線中，用高溫和高壓將二者膠合在一起，形成帶光纖網絡層EO-PCB板，n為自然數。
2、EO-PCB板光互連網絡層輸入、輸出耦合接口組件製作為了使高速晶片的VCSE/PIN光窗口高速光信號耦合到光纖網絡層的光纖通道傳輸，光纖網絡層的光通道的傳輸方向要從並行於PCB板平面傳輸轉90°垂直向上，其輸入和輸出埠必須排放在EO-PCB板的表面。為此，本公司發明了一種EO-PCB板光互連網絡層輸入、輸出耦合接口組件，發明專利號200610019602.7，見圖4a、圖4b。耦合接口組件在n個定位孔內，分別插入了n條光纖，兩邊分別有一個完全與並行發射和接收模塊MPO頭的銷孔適配的銷孔，耦合接口組件的一端研磨成45°，一端研磨成光學平面，並在光纖的45°拋光面上鍍一層反射率很高的金屬膜，將n條光纖陣列耦合接口組件的45°裸光纖頭與光纖網絡層終端n條光纖的平面埠一對一對準耦合，如圖5所示。
由於本發明是基於高速IC晶片的高速信號首先要轉換成光信號，高速光信號從光纖網絡層傳輸，所以涉及到高速IC晶片的高速信號如何轉換成光信號，目前，有兩種方式，其一，混合集成的帶光窗口的超大規模IC晶片，也就是將光電子VCSEL/PIN晶片用倒裝焊方式與新型的IC晶片焊在一起，形成帶光窗口的EO-ASIC晶片。該EO-ASIC晶片是一種高速信號和低速信號分流的晶片，高速信號被光窗口VCSEL/PIN陣列轉換成光信號輸入、輸出。其二，高速IC晶片與高速VCSEL/PIN並行模塊分離式排放在一起，IC晶片的高速信號通過VCSEL/PIN並行模塊轉換成光信號；以上兩種高速晶片之間互連，採用本發明提出的光纖網絡互連層的EO-PCB板技術來互連，晶片之間的高速光信號，通過EO-PCB板中的光纖網絡層的光通道傳輸，而低速電信號仍然從PCB板傳輸。由於光窗口VCSEL/PIN陣列晶片的間距為250μm，誤差小於0.2μm。所以對EO-PCB板中的光纖網絡層必須滿足如下要求1、該光纖網絡互連層是獨立的光互連層，其基底材料必須與PCB板的工藝流程兼容的FR4纖維板材料，保證該光互連層在嵌入PCB的工藝流程中，能承受其高溫和高壓的衝擊；2、光纖網絡層的光通道的傳輸路徑各不相同，但光通道的輸入、輸出埠光纖是一維線陣排列，其間距為250μm，每一條光纖通道的定位誤差小於0.5μm，必須與高速IC晶片輸入、輸出，光窗口VCSEL/PIN陣列埠完全匹配；3、光纖網絡層的光通道在水平面傳輸光信息，其輸入和輸出接口處，必須要將光信號一一耦合到帶45°裸光纖頭的耦合輸入和輸出接口組件中，使光信號的傳輸方向轉90°垂置向上或向下，完全與VCSEL/PIN陣列晶片的光窗口一一對應。
本發明的帶光纖互連層EO-PCB板，主要是突破傳統的PCB板電互連有限帶寬瓶頸，解決高速晶片之間高速信號傳輸問題。EO-PCB板的結構是在傳統的多層PCB板中，嵌入了一層光互連層，圖1a為用分離式的VCSEL/PIN並行發射和接收模塊作為IC晶片高速電信號的光/電轉換輸入輸出窗口，而圖1b是將VCSEL/PIN光電子晶片倒裝焊在ASIC晶片上，作為高速電信號的光/電轉換輸入輸出窗口。該EO-PCB板將高速晶片之間的信號傳輸進行分流，低速信號仍然在傳統的多層PCB板傳輸，而高速的電信號轉換成了光信號，通過光互連層傳輸。因為光互連層的光傳輸通道可以為光纖網絡互連層，也可以為Polymer光波導層，其傳輸帶寬為50Tbps以上，對高速信號提供50Tbps的傳輸帶寬，大大地突破了傳統的PCB板電互連有限帶寬瓶頸，EO-PCB板的傳輸帶寬相對於傳統的PCB板提高了10°倍。


圖1a並行光發射和接收模塊與ASIC晶片並列排放在一起，用EO-PCB板互連高速ASIC晶片的示意圖，圖中012為高速IC晶片，001為光波導層的輸入、輸出埠，013為VCSEL/PIN並行光發射和接收模塊，013為光波導層。
圖1b為VCSEL/PIN晶片與ASIC晶片倒裝焊在一起的EO-ASIC晶片，用EO-PCB板互連EO-ASIC晶片的示意圖，其中014為EO-ASIC晶片，015是倒裝焊在EO-ASIC晶片晶片上的VCSEL/PIN光窗口，016是晶片是的電輸入、輸出倒裝焊焊盤。
圖2為FR4光纖網絡互連層光通道路徑圖，圖中001為光纖網絡層光帶45°裸光纖頭耦合輸入、輸出埠，1、2、3、4、1』、2』、3』、4』分別為耦合輸入、輸出埠中光纖序號，002為光纖通道中光纖通道耦合模塊。
圖3為光纖網絡埠模件結構示意圖，其中003為光纖定位孔，004為與並行光發射和接收連接時的定位銷孔，005為將光纖插入定位槽時的鋸齒形導槽，006為插入定位孔的光纖。
圖4a為兩端面分別加工成45°和平面的光波導層的並行輸入和輸出光耦合接口組件。
圖4b為帶90°支撐架的輸入和輸出光耦合接口組件圖，其中007為插入定位孔中的光纖，008為與並行光發射和接收連接時的定位銷孔。
圖5a為帶45°裸光纖頭輸入、輸出光耦合接口組件與光纖波導層的輸入、輸出接口耦合好，並膠合在一起的示意圖。
圖5b為帶90°支撐架45°裸光纖頭輸入、輸出光耦合接口組件與光纖波導層的輸入、輸出接口耦合好，並膠合在一起的示意圖。
圖6為光纖通道碟形光纖耦合接口模件示意圖，其中011為光纖定位孔，010為光纖定位孔的倒槽。
具體實施例方式
結合附圖對本發明作進一步的描述。
以如圖1a分離式VCSEL/PIN並行發射和接收模塊作為IC晶片高速電信號的輸入輸出光/電轉換窗口為例，首先，根據晶片之間點對點高速信號互連傳輸的需求，設計出具體的高速信號傳輸路徑，製作出FR4光纖網絡互連層。然後，光纖網絡互連層的光學通道接口與輸入輸出光耦合組件進行耦合、封裝成一整體，使得光傳輸通道旋轉90°向上。該輸入輸出光耦合組件的n個光纖埠成一維排列，其間距完全與VCSEL和PIN像元匹配，為250μm，誤差小於0.5μm。這樣，才能使VCSEL晶片的光信號一對一地耦合到光波導層的每一條光通道傳輸。最後，在PCB板製作工藝流程中，將帶輸入輸出光耦合組件的FR4光纖網絡互連層與製作好的多層PCB板膠合在一起，形成EO-PCB板，使其輸入和輸出光埠排放在EO-PCB板的表面，如圖1a、圖1b所示。下面分別說明各部分的製作工藝光纖網絡層EO-PCB板，可以用於圖1a、圖1b兩種情況，由於光纖網絡互連層要在高溫、高壓的情況下，要與製作好的多層PCB板進行膠合，所以光纖網絡互連層的基板材料應選FR4纖維板，與PCB板製作工藝兼容。首先，根據系統的要求，用戶要提供詳細的傳統PCB板的布線圖和晶片之間的高速信號傳輸的線路圖。低速傳輸線路在傳統的多層PCB板上布板，而晶片之間的高速信號傳輸路徑，布線在FR4光纖網絡層中，二者之間的有如下關係，一般來說，FR4光纖網絡層放置在多層PCB板的最底層，FR4光纖網絡層的的輸入輸出光耦合組件，要穿過整個多層PCB板，其一維陣列埠要暴露在EO-PCB板的表面。所以，整個多層PCB板，在FR4光纖網絡層輸入輸出光耦合組件位置準確開一個長方形孔，讓FR4光纖網絡層的輸入輸出光耦合組件準確地穿過長方形孔。而對於圖1b來說，輸入輸出光耦合組件的一維陣列埠要準確地與VCSEL/PIN一維光陣列一一對準。對於圖1a來說，輸入輸出光耦合組件的一維陣列埠與多層PCB板上的並行VCSEL/PIN光模塊靠近一點就行了。
從以上分析可知，首先確定好輸入、輸出端的位置後，根據系統的要求，用戶要提供詳細的傳統PCB板的布線圖和晶片之間的高速信號傳輸的線路圖，製作FR4光纖網絡層光通道路徑圖，如圖2所示。
FR4光纖網絡互連層製作工藝，根據前面分析有三個問題需要考慮，第一，FR4光纖網絡層光通道路徑的輸入、輸出n個埠應為一維列陣，為了使每一個光纖輸入和輸出埠與VCSEL/PIN光窗口一一對應，如何保證它們相鄰的間距為250μm，而誤差小於0.5μm是一個十分重要的問題。為此，需要製作一個光纖網絡接口模具，使其壓製出的光纖網絡接口模件，如圖3所示。該接口模件的外形為階梯形，寬為W、長為L、高為h，前臺階的長為f，模件的長、寬根據光纖數量來定，梯形部分高度為整個高度的一半，在高為h的臺面部分的中心處，並行地排放著n個光纖定位通孔003，通孔的直徑，稍大於裸光纖的直徑，為126μm±0.1μm，相鄰兩孔的中心間距為250±0.5μm。為了方便監視製作光纖通道輸入、輸出接口與光纖耦合輸入輸出模塊二者耦合時的插入損耗，兩側分別有一個與並行光發射和接收模塊的銷釘孔相匹配的銷釘孔004，孔徑為0.7mm±0.1μm。高度h小於1mm左右。在階梯表面有n個鋸齒形的導槽005。以n＝12個光纖定位孔為例，接口模件寬度約6.4mm，長度約8mm左右，其中鋸齒形的導槽的長度約2mm。製作光纖網絡互連層前，先製作出光纖通道路徑的輸入、輸出接口組件。若該埠有n條光纖通道，先將長度大於光纖通道路徑的n條多模光纖帶006的一端，其長度稍小於模件長度L，而稍大於f的光纖部分，剝掉塑料包層，嚴格的清洗乾淨，分別按次序沿著鋸齒形的導槽，插入接口模件n個通孔內，其埠稍露出接口模件的埠，注膠、固化，對埠研磨成光學平面。根據光互連層高速晶片埠數目的需求先製作出該光纖網絡埠組件備用。
為了該網絡埠組件與輸入、輸出耦合接口組件進行耦合時能夠監視每一條光纖通道的耦合狀況，達到最佳的耦合效果，光纖網絡埠組件的兩端都裝有如圖3所示的埠組件，在製作光纖網絡層時備用。
光纖網絡層第二個需要解決的問題，為了使高速晶片的VCSE/PIN光窗口的光信號耦合到光纖網絡層的光纖通道傳輸，光纖網絡層的光通道的傳輸方向要從並行於PCB板平面傳輸，轉90°垂直向上，其輸入和輸出埠必須排放在EO-PCB板的表面。為此，本公司發明了一種EO-PCB板光互連網絡層輸入、輸出耦合接口組件，發明專利號200610019602.7，見圖4a、圖4b。
該耦合接口組件在n個定位孔內，已經分別插入了n條光纖，兩邊分別有一個完全與並行發射和接收模塊MPO頭的銷孔適配的銷孔，耦合接口組件的一端研磨成45°，一端研磨成光學平面，如圖4a所示。該組件用於光纖網絡層EO-PCB板時，一定要在光纖的45°拋光面上鍍一層金膜。為了方便與光纖網絡層中每一條光通道耦合，該組件固定在一個直角架上，使裸光纖頭45°離直角架水平基面約h/2，如圖4b所示。為了使光纖網絡層的光通道的傳輸方向從並行於PCB板平面傳輸，轉90°垂直向上，將耦合接口組件n條光纖的45°裸光纖頭與圖3所示的光纖埠模塊的n條光纖的平面埠一對一嚴格對準耦合，如圖5a、圖5b所示。為了監視二者的耦合情況，以便能夠達到最佳的耦合裝況，可用銷釘將並行發射光模塊的MPO標準頭與耦合接口組件的銷釘孔008連接，使並行光模塊的每一條光通道耦合到光纖網絡的每一條光纖通道中。光纖網絡埠組件的n條光纖的另一端，同樣接一個網絡埠組件，該埠組件與並行接收光模塊的標準MPO接口連接，用一套測試設備對每一條光纖通道的耦合光功率進行監視，就可以實時監視二者每一條光纖通道的耦合情況，二者完全耦合好後，其光耦合功率達到最佳時，在二者的接觸處用膠將二者膠合在一起，見圖5a和圖5b。
第三個問要考慮的問題，在製作光纖網絡層時，對每一條光纖通道而言，一端來自於信號的發送端，另一端來自信號的接收端，都有一個如何將同一條光通道的兩條光纖一對一的對接耦合問題，圖2中表示出了同一條光通道的兩條光纖的對接耦合，用光纖耦合組件解決此問題。本發明提出了一種的解決方法，首先製作出一個磨具，該模具壓製出的光纖耦合接口模件，如圖6所示。該光纖耦合模件的外形為碟形光纖耦合模件，整個模件的高度為h，其中間部分的高度為兩邊部分的二倍。整個模件的長度為L，約為7.5mm，中間部分的長度為f1約為3.5mm，兩邊部分為f2，分別約為1.5mm。在中間部分高度的一半之處，並行有n個通孔011，通孔的直徑，稍大於裸光纖的直徑，為126μm±0.1μm。相鄰二通孔之間的距離為d根據要求取260μm，當然d只要大於250μm都可以，兩邊臺階的表面沿中間部分的通孔有鋸齒形的導槽010。在製作光纖網絡時，嚴格的根據路徑長度，在需要接口光纖一端，用光纖切割機將光纖切斷，使端面為平面，光纖端部約2mm剝去塑料包層、嚴格清洗乾淨。將需要對接的兩條光纖的裸光纖頭，分別從該組件的碟形兩側鋸齒形導槽導入同一個通孔內對接，用一對並行光發射和接收模塊分別接入該通道的輸入和輸出埠，進行對接時插入損耗的監視，當插入損耗為最小時，在通孔內注入與光纖芯徑的折射率相同的UV膠，固化。
第四要考慮的問題，如何製作FR4光纖網絡層，首先用戶根據系統的要求，提供出詳細的PCB板的布線圖和晶片之間的高速信號傳輸的線路圖。一般來說，FR4光纖網絡層放置在多層低速PCB板的底層。二者除了光纖網絡層的輸入、輸出埠要穿過多層低速PCB板，其並行輸入、輸出埠要嚴格與EO-ASIC晶片的光窗口一一對準之外，二者信號的傳輸路徑如何布線無任何關係。所以，在設計FR4光纖網絡層的光通道路徑時，輸入、輸出的埠位置要根據多層PCB板上高速晶片上光窗口的位置而定，對圖1b混合集成EO-ASIC晶片而言，光纖網絡層的每一條光纖通道輸入、輸出的埠位置，都要嚴格地與晶片上相應的VCSEL/PIN光窗口一一對準。對圖1a分離式的晶片光/電轉換並行模塊而言，光纖網絡層的每一條光纖通道輸入、輸出的埠位置放置在並行模塊附近就行了。在製作FR4光纖網絡層時，根據光纖網絡層輸入、輸出的埠位置，按照製作好帶90°轉向輸入、輸出埠組件，如圖5a、圖5b接口組件的尺寸，在FR4纖維板上刻制出深度為h的坑，正好將該接口組件嵌入其內。為了在排放光纖通道時，使該埠組件中45°裸光纖頭的耦合部分不致汙染，和損壞，在此坑內填滿灌封膠，起增加強度和保護作用。光纖網絡的路徑設計，考慮到光纖在彎曲部分會引入插入損耗，一般光纖路徑儘量沿著FR4板的周邊布線。考慮到每一光纖通道都會有一個耦合接口處，所以，要將所有光纖通道的對接口處放在光纖路徑的直線部分，並且集中並行排放在一條上，如圖2中002位置。這樣，可以在光纖對接口處，放置一塊如圖6所示的光纖對接耦合組件。在製作FR4光纖網絡層時，完全按照組件的尺寸，刻制一個坑，將其嵌入其內，如圖2中002所示。將設計好的光纖路徑圖放樣在FR4板上，沿著每一條路經，用刻線機進行刻線，其深度為h/2，與接口模件和耦合接口模件內光纖高度相同，而寬度稍大於帶塑料包層的光纖的直徑250μm，考慮到很難作到光纖的截斷長度完全能與刻制的光纖路徑相同，一定會有一點誤差。所以，在刻制每一條光纖通到的轉彎處部分，每一條路經的寬度可以大一些，這樣，可以調整一點光纖長度，以致使在耦合接口模件中二光纖對接時能完全接觸，插入損耗最小。
光纖網絡的路經在FR4纖維板上刻制好後，分別將一對帶90°度轉向的輸入、輸出耦合組件和一對碟形光纖耦合接口模件嵌入刻制好的坑內，並注膠膠合好。然後將帶90°度轉向的輸入、輸出耦合組件中的每一條光纖，沿著刻制好的路經嵌入其中，一直嵌到碟形光纖耦合接口模件處，見圖2中002位置。每一條光纖通道的都有兩條光纖的對接問題。在該光纖通道的輸入和輸出端，分別連接一對發射和接收模塊，再置入一套測試系統對二光纖埠的耦合狀態進行監視，在該通道的一對彎曲部分，由於刻制的寬度較大可以稍微進行一點調整，使得接口處完全對接好，當其插入損耗達到最小時，從鋸齒形的導槽注入折射率與光纖芯相同的UV膠，照射紫外光、固化。在FR4纖維板上排放好光纖網絡後，在其上鋪一薄層固化膜，在固化膜的上面再蓋一層FR4板，用一對較厚的金屬板將上下FR4纖維板夾住，並加一定的壓力，壓力約為370Kg/cm2，放入真空加熱設備腔內進行預加熱。溫度控制在150℃，使固化膜熔化，將上下FR4纖維板完全膠合在一起，形成了光纖網絡層。
帶光纖網絡層EO-PCB板製作過程，低速多層PCB板和高速光纖網絡層是完全分開製造的。它們都完全製作好後，高速光纖網絡層置於低速電子多層PCB板的最下層。二者配合之處是高速光纖網絡層的帶90°轉向輸入和輸出耦合埠要穿過低速多層PCB板，其輸入和輸出埠位於多層PCB板的表面。所以，整個多層PCB板，在FR4光纖網絡層輸入輸出光耦合組件位置準確開一個長方形孔，讓FR4光纖網絡層的的輸入輸出光耦合組件準確地穿過長方形孔。對於圖1b來說，輸入輸出光耦合組件的一維陣列埠要準確地與帶光窗口ASIC晶片的VCSEL/PIN一維光陣列象元一一對準。對於圖1a來說，輸入輸出光耦合組件的一維陣列埠與多層PCB板上的並行VCSEL/PIN光模塊靠近一點就行了。低速電子多層PCB板和高速光纖網絡層之間放一層固化膜，二者位置準確對好，可置於PCB高溫和高壓生產線工藝流程中將二者較合在一起，形成帶光纖網絡層EO-PCB板。
權利要求
1.光纖網絡互連層EO-PCB板，其特徵在於將帶輸入、輸出光耦合組件的FR4光纖網絡互連層放置在多層PCB板下面或中間，再將帶輸入、輸出光耦合組件的FR4光纖網絡互連層與傳統的多層PCB板膠合在一起，且FR4光纖網絡層的輸入、輸出光埠排放在EO-PCB板的表面，整個多層PCB板在FR4光纖網絡層輸入、輸出光耦合組件位置準確開一個長方形孔，讓FR4光纖網絡層的輸入、輸出光耦合組件準確地穿過長方形孔。
2.根據權利要求1所述的光纖網絡互連層EO-PCB板，其特徵在於所述的帶輸入、輸出光耦合組件的FR4光纖網絡互連層為根據ASIC晶片與VCSEL/PIN晶片之間點對點互連的需求，設計出高速信號傳輸路徑，並製作出FR4光纖網絡互連層光通道路徑，FR4光纖網絡互連層的光學通道接口與輸入、輸出光耦合組件進行耦合、封裝成一整體，並使得光傳輸通道旋轉90°向上，且該輸入、輸出光耦合組件的n個埠成一維排列，其間距完全與VCSEL和PIN像元匹配，n為自然數。
3.光纖網絡互連層EO-PCB板的製作方法，按以下步驟進行(1)FR4光纖網絡互連層光通道路徑製作根據ASIC晶片與VCSEL/PIN晶片之間點對點高速信號互連的需求，設計出高速光信號傳輸路徑並製作出FR4光纖網絡互連層光通道路徑；(2)光纖網絡接口模件的製作先製作一個光纖網絡接口模具，壓製出的光纖網絡接口模件的外形為階梯形，臺面部分高為h，臺面部分為階梯部分高度的二倍，在高為h的臺面部分的中心處，並行地排放著n個光纖定位通孔，通孔的直徑稍大於裸光纖的直徑，為126μm±0.1μm，相鄰兩孔的中心間距為250±0.5μm，兩側分別有一個與並行光發射和接收模塊的銷釘孔相匹配的銷釘孔孔徑為0.7mm±0.1μm，在後階梯表面沿n個通孔有n個鋸齒形的導槽，光纖帶一端長度為2-3mm剝掉塑料包層，嚴格的清洗乾淨，分別按次序沿著鋸齒形的導槽，插入接口模件n個通孔內，其埠露出接口模件的埠，注膠、固化，對埠研磨成光學平面，根據光互連層高速晶片埠數目的需求先製作出該光纖網絡埠組件備用；(3)EO-PCB板光互連網絡層輸入、輸出耦合接口組件製作耦合接口組件在n個定位孔內，分別插入了n條光纖，兩邊分別有一個完全與並行發射和接收模塊MPO頭的銷孔適配的銷孔，耦合接口組件的一端研磨成45°，一端研磨成光學平面，並在光纖的45°拋光面上鍍一層高反射率金屬膜，將該耦合接口組件n條光纖的45°裸光纖頭與光纖埠模塊的n條光纖的平面埠一對一對準耦合，膠合成一整體；(4)碟形光纖耦合接口模件製作該光纖通道的光纖接口膜件的外形碟形階梯形，在臺面部分高度的一半的中心處，並行地排放著n個光纖定位通孔(011)，通孔的直徑為126μm±0.1μm，相鄰兩孔的中心間距為d為250μm-10mm之間；(5)在FR4纖維板上刻好的光纖網絡的路經的終始端分別刻兩個坑，其尺寸完全與光互連網絡層輸入、輸出耦合接口組件的外形尺寸相同，將EO-PCB板光互連網絡層輸入、輸出耦合接口組件嵌入坑內，並注膠膠合好。在FR4纖維板上刻好的光纖網絡的路經的直線部分刻制一個坑，其尺寸與碟形光纖耦合接口模件的外形尺寸相同。然後將帶90°度轉向的輸入、輸出耦合組件中的每一條光纖，沿著刻制好的路經嵌入其中，一直嵌到碟形光纖耦合接口模件處，分別從碟形兩側鋸齒形導槽導入同一個通孔內對接，在光纖通道的轉彎處稍為調整一下光纖，使對接處的二條光纖端面完全接觸，從齒形的導槽注入折射率與光纖芯相同的UV膠，照射紫外光、固化。在FR4纖維板上排放好光纖網絡後，在其上鋪一薄層固化膜，在固化膜的上面再蓋一層FR4板，用一對較厚的金屬板上下將上面排放好的兩層FR4光纖網絡板夾住，並加370Kg/cm2的壓力，放入真空加熱設備腔內進行預加熱，溫度控制在150℃，使固化膜熔化，將上下FR4纖維板完全膠合在一起，形成了光纖網絡層；(6)整個多層PCB板在FR4光纖網絡層輸入、輸出光耦合組件位置準確開一個長方形孔，讓FR4光纖網絡層的輸入、輸出光耦合組件準確地穿過長方形孔，且FR4光纖網絡層的輸入、輸出光埠排放在EO-PCB板的表面，多層PCB板和光纖網絡層之間放一層固化膜，二者位置準確對好，置於高溫和高壓PCB生產線工藝將二者較合在一起，形成帶光纖網絡層EO-PCB板，n為自然數。
全文摘要
本發明涉及光纖網絡互連層EO－PCB板及製備方法，將帶輸入、輸出光耦合組件的FR4光纖網絡互連層與傳統的多層PCB板膠合在一起，且FR4光纖網絡層的輸入、輸出光埠排放在EO－PCB板的表面。多層PCB板上有多塊EO－ASIC晶片，其結構為將VCSEL/PIN晶片用倒裝焊方式與ASIC晶片焊在一起形成EO－ASIC晶片，或分離式的VCSEL/PIN並行發射和接收模塊作為IC晶片高速電信號的光/電轉換輸入輸出窗口，二者分離式排放在一起。本發明的帶光纖互連層EO－PCB板，突破傳統的PCB板電互連有限帶寬瓶頸，解決高速晶片之間高速信號傳輸問題。光互連層的光傳輸通道為光纖網絡互連層或Polymer光波導層，該EO－PCB板的傳輸帶寬相對於傳統的PCB板提高10
文檔編號H05K3/46GK1988759SQ20061012546
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月14日 優先權日2006年12月14日
發明者曹明翠 申請人:武漢海博光技術有限公司