[發明專利]芯片間光互連直接耦合的光電混合印刷電路板

無效

• 申請號: 200810048462.5
• 申請日: 2008-07-17
• 公開（公告）號: CN101344624A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發明（設計）人: 羅風光;曹明翠
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;G02B6/24;H05K1/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 方放

技術領域

本發明屬于光電子領域、光通信領域。

背景技術

隨著人們對高速數據傳輸要求的不斷提高，要求計算機處理速度向著每秒百萬億次、千萬億次的超高性能計算機系統方向發展。寬帶、高速、大容量的信息處理和傳輸對系統內印刷電路板之間、板到背板之間、芯片之間的互連速率、帶寬和密度提出了更高的要求。傳統的印刷電路板PCB上芯片間金屬線的“電互連”方式已遇到了瓶頸。由于其本身固有的嚴重的串話，RC時延，時鐘歪斜，瓶頸阻塞和功耗急劇增加等種種弊端，已經不能夠滿足通信和計算機系統高速信息處理和傳輸的要求。然而采用“光互連”方式，這一切可以得到迎刃而解?！肮饣ミB”充分利用了“光”的優勢，用光波作為信息載體，具有極高的時空帶寬積、高速、高密度、無電磁干擾、傳輸功耗極低等優點。用“光互連”替代“電互連”，發展高速光電混合印刷電路板光互連技術，對于促進高速光互連集成電路信息處理和傳輸系統的研究，發展寬帶、高速、大容量信息通信網和高性能計算機處理和傳輸系統，具有重要的現實意義和應用價值。光電混合印刷電路板上芯片間光互連技術，在普通印刷電路板PCB中嵌入一層光波導層作為光信號傳輸通道，PCB上各芯片的信號通過垂直腔表面發射激光器件VCSEL發射信號，PIN光接收器件接收高速信號，并通過PCB光波導層實現芯片間的光互連和信息傳輸交換。日本NTT公司提出了一種帶芯片到芯片光互連層的光電混合印刷電路板的結構，如圖1所示，圖中多層印刷電路板1、光波導層2、IC芯片3、VCSEL芯片4、PIN芯片5、支座層6、微透鏡列陣7、焊塊8。該結構采用了兩組微透鏡列陣來耦合光波導層和光收發器件，在芯片和印刷電路板上分別制作微透鏡列陣，對器件制作、對準精度要求高、耦合困難。

發明內容

本發明提供一種芯片間光互連直接耦合的光電混合印刷電路板，目的在于實現芯片間光互連的無透鏡直接光耦合、光學元件少、耦合結構簡單、光收發模塊可拔插。

本發明的一種芯片間光互連直接耦合的光電混合印刷電路板，垂直腔表面發射激光器件和PIN光接收器件采用BGA可拔插管座安放在印刷電路板上，印刷電路板中嵌有水平光波導層，其特征在于：

所述垂直腔表面發射激光器件和PIN光接收器件分別通過垂直嵌入印刷電路板的光耦合接頭與所述水平光波導層光耦合；

所述光耦合接頭由下定位片、光纖列陣、上蓋片組成，下定位片為刻有平行矩形槽的石英玻璃片，光纖列陣嵌入到平行矩形槽中，光纖列陣上壓有短于下定位片的石英玻璃上蓋片，并用UV紫外膠固化在一起；上蓋片、下定位片的一端連同嵌入的光纖列陣一起拋成與光纖列陣垂直的光學平面，與垂直腔表面發射激光器件的發光窗口或PIN光接收器件的光接收窗口直接貼近；下定位片與光纖列陣的另一端一起拋光成45°端面，插入水平光波導層；光纖列陣45°端面對準水平光波導層光波導芯層，水平光波導層光波導芯層端面與光纖列陣表面的距離小于100μm。

所述的光電混合印刷電路板，其特征在于：所述光纖列陣光纖與光纖之間的間距為127μm或者250μm。

本發明采用光耦合接頭，垂直腔表面發射激光器件VCSEL發出的光束通過光耦合接頭的直角端面直接進入光耦合接頭中，在另一45°端面經反射轉變90°后入射到印刷電路板的光波導層中，整個光耦合過程未用到微透鏡列陣，直接光耦合，光學元件少，耦合結構簡單，耦合容易。同時VCSEL激光器和PIN光接收器件采用BGA可拔插管座，插到帶光波導層的印刷電路板上，易于器件的連接與更換?？捎糜趯拵А⒏咚?、大容量信息通信網絡系統和高性能計算機處理和傳輸系統。

附圖說明

圖1：現有嵌有光波導層的光電混合印刷電路板結構示意圖；

圖2：本發明實施例結構示意圖；

圖3：本發明光耦合接頭直接光耦合示意圖。

具體實施方式

本發明實施例結構如圖2所示。圖中標記：多層印刷電路板1，光波導層2，IC芯片3，VCSEL芯片4，PIN芯片5，驅動電路芯片9，跨阻放大電路芯片10，VCSEL接口電路板11，PIN接口電路板12，銅熱沉管座13，BGA引線腳管座14，垂直腔表面發射激光器件15，PIN光接收器件16，光耦合接頭17。

垂直腔表面發射激光器件15由VCSEL芯片4、驅動電路芯片9、VCSEL接口電路板11粘結在銅熱沉管座13上組成，BGA引線腳管座14焊接在VCSEL接口電路板11上。