導(dǎo)讀：美國(guó)IBM公司的瑞士蘇黎世研究所開(kāi)發(fā)出了“光布線印刷基板（optical printed circuit board）”，可以直接安裝包括以電方式工作的微處理器等在內(nèi)的光SiP（系統(tǒng)級(jí)封裝）。該研究所在美國(guó)洛杉磯舉行的光通信技術(shù)學(xué)會(huì)“OFC2015”上發(fā)表了題為“Silicon Photonics for the Datacenter”的演講，詳細(xì)介紹了有關(guān)技術(shù)。

      北京時(shí)間03月31日消息，美國(guó)IBM公司的瑞士蘇黎世研究所開(kāi)發(fā)出了“光布線印刷基板（optical printed circuit board）”，可以直接安裝包括以電方式工作的微處理器等在內(nèi)的光SiP（系統(tǒng)級(jí)封裝）。該研究所在美國(guó)洛杉磯舉行的光通信技術(shù)學(xué)會(huì)“OFC2015”上發(fā)表了題為“Silicon Photonics for the Datacenter”的演講，詳細(xì)介紹了有關(guān)技術(shù)。

      這里說(shuō)的光SiP是指將在硅芯片上利用硅光子技術(shù)制造的或通過(guò)粘貼技術(shù)制造的光收發(fā)元件、光波導(dǎo)及光調(diào)制電路等跟以電方式工作的微處理器等一起集成到SiP中。光SiP的輸入輸出信號(hào)大部分為光信號(hào)。除IBM外，在日本由產(chǎn)官學(xué)組成的研究小組也在開(kāi)發(fā)這種結(jié)構(gòu)的光SiP。

      不過(guò)，這種光SiP之間的布線通過(guò)光來(lái)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)開(kāi)發(fā)并未取得進(jìn)展。嘗試過(guò)的方法主要有兩種。一種是在形成了光纖和光波導(dǎo)的寬帶端安裝連接器，并將連接器直接與光SiP連接。但光布線與光布線或光布線與光纖很難以高精度對(duì)準(zhǔn)光軸實(shí)現(xiàn)直接連接。即使連接成功，耦合損耗也非常大，并且連接器尺寸大，難以提高布線密度。布線數(shù)量增多時(shí)，光纖和寬帶在基板上復(fù)雜交錯(cuò)，會(huì)占據(jù)較大的空間。

      另一種方法是在布線印刷基板上形成跟基板平行的光波導(dǎo)，通過(guò)與該光波導(dǎo)相連的“凹點(diǎn)（Pits）”，與光SiP交換光信號(hào)。使光波導(dǎo)中的光信號(hào)方向彎曲成直角的方法有在光波導(dǎo)上配置傾角45度的微小反射鏡（45度反射鏡）的方法以及采用衍射光柵代替反射鏡的方法等。不過(guò)，這些方法都存在SiP安裝位置的選擇自由度及定位公差小、擴(kuò)展性低等課題。

      此次的光布線印刷基板就是為了減少或消除光SiP間通過(guò)光連接所直面的這些課題。具體而言，這次的光布線印刷基板是在柔性印刷布線板上高密度形成多個(gè)由紫外線硬化性硅樹(shù)脂構(gòu)成的單模光波導(dǎo)制成的。

      就該水平而言，以前也有試制品已經(jīng)達(dá)到過(guò)。而此次，IBM在連接光SiP與印刷光布線基板中的光波導(dǎo)時(shí)采用了“模斑轉(zhuǎn)換器（SSC）”。SSC是微細(xì)光波導(dǎo)與較粗光波導(dǎo)耦合時(shí)采用的元件。SSC通過(guò)使微細(xì)光波導(dǎo)的心線逐漸變細(xì)直到終結(jié)，以低損耗轉(zhuǎn)換光信號(hào)的光束寬度。一般需要校對(duì)光軸。

      此次，IBM代替以電氣方式工作的IC的球柵陣列（BGA），在光SiP中的光波導(dǎo)末端形成了多個(gè)SSC。只需使這些SSC與光布線印刷基板中的光波導(dǎo)心線靠近，在光SiP與光布線印刷基板之間就有光信號(hào)傳播。雖然光SiP與基板中的波導(dǎo)是基本平行配置的，但無(wú)需對(duì)準(zhǔn)光軸。因?yàn)槔昧斯獠▽?dǎo)靠得非常近時(shí)，部分光就會(huì)轉(zhuǎn)移到旁邊波導(dǎo)上的性質(zhì)。IBM將這叫做“adiabatic optical coupling（隔熱型光耦合）”。

      IBM指出，這樣就不需要在布線印刷基板上形成“凹點(diǎn)”、45度反射鏡和衍射光柵了，可以在基板的任何位置安裝光SiP。實(shí)際安裝光SiP后發(fā)現(xiàn)，光SiP與光布線印刷基板之間確立了50多條通道。連接時(shí)的損耗僅0.8dB。另外，相對(duì)于±2μm的定位偏差，損耗不到0.5dB。