21世紀的科學技術是日新月異的,電子行業作為高新技術行業,技術發展更是一日千里。當前,隨著多媒體業務,包括電話,有線電視(CATV),數位電視和Internet的快速和全面發展,對電路帶寬和容量的要求急劇增加。在傳統的電學領域,信號的傳輸和開關的速度已經受到限制。以電子計算機為例,其CPU的主頻已經達到 2-2.9GHz,在電信幹線上傳輸碼流的的速度更達到幾十甚至上千Gbit。現對2016年我國印刷電路板行業技術特點分析。
而與之相對照的是,計算機的總線傳輸依然停留在10-100M,高也不過 Gbit。顯然,計算機內部總線連接和計算機互連的速率已經成為整個計算機環境的瓶頸。很久以來,就有人談論到把光作為計算機內部(包括電路板內部)及計算機之間的互連手段。從原理上講,用導線連接的傳輸速率受到其寄生參量(寄生電阻、電感和旁生電容)的影響和限制,比如常用的FR-4基材中信號的傳輸速率大約為光速的70%,這樣的速率在很多領域已經不能滿足需求了。而光互連可以克服這種情況。光子具有較大的帶寬和較低的傳輸損耗,免於串擾和磁干擾,在同一個光學媒介中傳輸多個波長時,不同的波長可以平行通過。所以,光子在電子學領域的應用都發揮了重要作用。
在這樣的背景下,光電印製電路板的概念就被提出來了。簡單的說,光電印製電路板就是將光與電整合,以光做信號傳輸,以電進行運算的新一代高運算所需的封裝基板,將目前發展得非常成熟的傳統印製電路板加上一層導光層。因此使得電路板的使用由現在的電連接技術發展到光傳輸領域。
發展於 20世紀90年代初,主要使用分離式光纖及光纖連接器來進行摸組與摸組之間或摸組與元器件之間的互換,為目前大型主機所廣泛採用。由於結構簡便,因此可提供較低廉的點對點光連接。由於採用單膜(Discrete)光纖在載板內的光互連,這種形式的光互連,是過去已採用的光纖通信技術的一種衍生。因此它比較容易實現將光通信信號由一點傳遞到另一點的定向傳送方式。
第二代:撓性基板光連接技術
發展於20世紀90年代中期,利用撓性基板進行光纖分布,同樣的,該技術可以應用於如前所述的連接器進行點對點的光連接。撓性光波導薄板構成光信號網絡,是光波導線路產品的形式和技術的第二發展階段的最突出特點。有光纖代替了金屬絲線。這樣對於它的特點,是以撓性材料作為固定的載體,實現撓性光纖的光信號傳送。在配線中的特性阻抗高精度的控制方面,它比原有電氣配線形式特有了明顯的改善。
根據埋入式材料和結構的特點,大概可以分為以下四種技術:表面型高分子波導、埋入式高分子波導、埋入式光纖技術和埋入式光波導玻璃。與前兩種最大的區別是此技術可以提供多迴路的光波導,而且可以與有源及無源元件進行連接。第三代的光波導線路方式,是以現有印製電路板與光傳送線路形成一體化的光電印製電路板。實現這種複合化的優點在於:在板上能夠有比初期階段引入光纖配線形式具有更高的光傳送線路的布線密度。同時還實現了光電轉換元件等的自動化安裝。在PCB內的光傳送通路使用材料方面的開發動向,採用了低傳送損失、高耐熱性的高聚物作為光波導線路材料。
2016-2021年印刷電路板生產行業市場競爭力調查及資投前景預測報告表明,由於電互連在物理性能方面上的局限性,光互連已經登上了新一代PCB的歷史舞台,其涉及到的主要內容有光波導材料、光波導的製作方法、低成本光電元件以及光組裝等。而且,以上的技術必須與傳統的PCB設計、製造、加工和配合精度相兼容。相信,隨著光電印製板的產業化加速,必將大大提高終端產品的性能。
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