CN1236456C - 可挠性光电传输总线及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可挠性光电传输总线，是将可挠性光波导与电总线共同构成在一起，以同时传输高速信号与低速信号，其中，低速信号由电总线传输，高速信号则通过信号分流合并器分流为发送信号与接收信号，发送信号再由电光传输器转换为光发送信号，并由光波导传输至另一端的光电接收器并转换回电信号，再由另一信号分流合并器将发送信号与接收信号合并回同一电子传输信道。本发明还提供一种可挠性光电传输总线的制造方法，包括下列步骤：在基板上依序形成光波导与金属薄膜；将光波导与金属薄膜自该基板上剥离；在该光波导中形成第一反射镜与第二反射镜；将该光波导与电总线压合以形成光电传输总线。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电传输总线及其制造方法，特别涉及一种可同时传输光信号与电信号且具有可挠性的光电传输总线。
背景技术
适应高速宽频的光电传输需求，在硬式印刷电路板制作光波导及收发光组件，以形成光电整合型基板(Electronic-Optical Circuit Board，EOCB)成为目前主要的解决方案。所谓的光电基板是为了解决现有以电传送光信号的瓶颈所提出的一种技术手段。如图1所示，为将光通信的概念引入基板，例如在光电模块210与光电模块220当中，将光波导230埋入印刷电路板200中，即为一种光电基板的应用。
在已提出的光电基板已知技术中，如美国专利公告第6243509号专利(专利名称：PACKAGING ENHANCED BOARD LEVEL OPTP-ELECTRONICINTERCONNECTS)中所揭露的一种埋藏(embedded)于印刷电路板中的光电信号传输系统，是将传输光线的波导埋藏于印刷电路板中，由驱动集成电路芯片(驱动IC)以及电光转换器将电信号转换成光信号，由波导传送到另一端，再由反射镜反射至光电转换器转换回电信号，再由IC处理后续的信号。
这种埋藏于印刷电路板中的光波导有些待克服的问题，因其制作过程难度及材料成本会因基板面积的增加而提高，其产品合格率相对因此而大幅降低，使得在中大型尺寸基板的应用有其先天上的限制。另一方面，在系统内组件或系统与模块间的光路连接器，目前仅限于被动式的光传导介质。所谓光被动组件是指，靠组件本身的光学特性对传输于光纤内的光信号作接续、分歧、滤波或衰减等作用，该类组件包括光连接器、光跳接线、光耦合器、光隔离器、光衰减器与高密度波分复用器(DWDM)等。相对于被动组件的是主动组件，指需要利用电能进行光电(或电光)信号的转换，或是将光信号放大的组件，包括光收发器与光放大器，与光被动组件最大的不同点在于，由于光主动组件必须担负光电信号转换或强化光信号的能力，因此激光二极管(Laser Diode)在该类组件中扮演有极重要的角色。而目前光电基板多属于被动组件。
而在现有印刷电路板中，若想利用光作为高速传输方式，势必修改其路线及增加光电组件，此举将大幅增加设备投资及制造成本。因此，发展具有主动光电转换及传输能力，与印刷电路板现有的电连接接口兼容，同时又可以作为大尺寸基板内高速组件或模块间挠曲堆栈连接器的可挠性基板结构，将可大幅降低光电整合系统的成本，同时也应用于小型光电模块中，以适应系统小型化的趋势。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种光电传输总线，应用于光电模块间的信号传输，可以同时传输光信号与电信号。
本发明的另一目的在于提供一种可挠性光电传输总线，以可挠性高分子材料作为光波导的材质，以应用于立体空间堆栈的光电模块或不同系统间信号传输与连接，有效利用光电系统的空间，符合系统缩小化的趋势。
本发明的又一目的在于提供一种主动光电转换及传输模块，使其具备光波导及金属导线共构的传输总线，以简化与现有系统的光电接口。
因此，为达到上述目的，本发明所揭露的可挠性光电传输总线，包括光波导与电总线，两者共构而相叠在一起，光波导上形成金属线路，设有两组信号分流/合并器、电光传输器以及光电接收器，可分别由金属接垫与光波导上的金属线路，或电总线作电连接，其中信号分流/合并器，用以将共享同一电子传输信道的高速电子信号分流为接收(read)信号与发送(write)信号，或将分流的接收(read)信号与发送(write)信号，合并为高速信号再共享同一电子传输信道。分流后的发送信号，经过电光传输器处理后，以光的型态由光波导传输，其它未作分流处理的低速电子信号则可由电汇流传输，而电光传输器，是用以将该发送信号，由电子信号型态转换成光型态，由光波导传输；再由光波导中的第一反射镜与第二反射镜来改变光信号传输行进的方向，将光信号传送至将另一端的光电接收器，将光型态的信号转换成电子信号型态，最后再以信号合并器将接收(read)信号与发送(write)信号合并回同一电子传输信道，以传输至下一个光电模块中。
根据本发明的一个方案，提供一种可挠性光电传输总线，用于不同光电模块间的高速信号与低速信号传输，其中包括：光波导，其上具有光薄膜及多个金属接垫；信号分流合并器，装设在该光薄膜上，由该金属接垫与该光薄膜作电连接，该信号分流合并器将该高速信号分流为接收信号与发送信号；电总线，与该光波导相叠合，用以传输该低速信号；电光传输器，装设在该光薄膜上，由该金属接垫与该光薄膜作电连接，该电光传输器将该发送信号转换成光发送信号，使得该光发送信号可在该光波导中传输；光电接收器，装设在该光薄膜上，由该金属接垫与该光薄膜作电连接，该光电接收器接收该光发送信号，并将该光发送信号转换成电信号；信号合并器，装设在该光薄膜上，由该金属接垫与该光薄膜作电连接，该信号合并器将该电信号与该光接收信号合并为该高速信号；驱动器，装设在该光薄膜上，由该金属接垫与该光薄膜作电连接，该驱动器驱动该电光传输器；第一反射镜，形成于该光波导内，与该电光传输器位于同一方向上，该第一反射镜反射来自该电光传输器的该光发送信号，使该光发送信号经由该光波导传送；第二反射镜，形成于该光波导内，该第二反射镜反射来自该第一反射镜的该光发送信号至该光电接收器；以及放大器，装设在该光薄膜上，由该金属接垫与该光薄膜作电连接，该放大器将微弱电信号放大并解调为兼容的电信号，再由该信号合并器进行处理转换。
根据本发明的另一方案，提供一种可挠性光电传输总线的制造方法，包括下列步骤：在基板上依序形成光波导与金属薄膜；将光波导与金属薄膜自该基板上剥离；在该光波导中形成第一反射镜与第二反射镜；将该光波导与电总线压合以形成光电传输总线。
本发明所揭露的结构具有主动光电转换及传输能力，可与印刷电路板现有的电连接接口兼容，同时又可以作为大尺寸基板内高速组件或模块间挠曲堆栈连接器的可挠性基板结构，也可应用于小型光电模块中，以适应系统小型化的趋势。
附图说明
图1为已知埋藏于印刷电路板中的光电信号传输系统；
图2为本发明的可挠性光电传输总线的结构示意图；以及
图3A至图3D，为本发明所揭露的可挠性光电传输总线的制作方法。
具体实施方式
本发明所揭露的结构是在可挠性光波导上制作金属接垫，用作光收发器及主被动组件的驱动与连结，再将软式印刷电路板与具有光电传输主被动组件的光波导压合，形成具有可挠性光路及电路共构的传输总线。
如图2所示，图2为本发明所揭露的光电传输总线100的结构示意图，总线中有供光路传输的光波导110以及供电路传输电总线120，两者相叠在一起，光波导110由可挠性高分子材料所制成，光波导110上方覆盖有光薄膜111，电总线120下方则覆盖有电薄膜121。光波导110是由可挠性的高分子材质制成，而电总线120为软性的印刷电路板，由压合的方式将光波导110与电总线120压合在一起成为可挠性光电传输总线，可同时传输光信号与电信号。
光薄膜111装设有信号分流合并器131与信号合并器132，以金属接垫170与光薄膜111作电接触，用以对一般IC或模块电信号做前置处理，使芯片脚位(I/O Pins)发送或接收的信号分流(de-serialize)或合并(serialize)。
在光电信号传输中，是将光信号转换成电子信号，并与其它电子信号在同一电子传输信道中传输，其中包括高速信号以及低速信号，高速信号通常为由光信号转换而来，低速信号通常为原本的电子信号。因此，以本发明所揭露的光电总线传输上述信号时，必须先将高速信号中接收信号或发送信号分离出来，因为接收信号与发送信号为单向信号。
信号分流合并器131是将高速信号分流为接收信号与发送信号，分流后的发送信号由光波导110传送，低速电信号则由电总线120传送，而信号合并器132是将接收信号与发送信号合并回同一电子传输信道，再传送至下一个光电模块。信号分流合并器131与信号合并器132可为特定用途集成电路(Application Specific integrated Circuit，ASIC)。
光薄膜111上也装设电光传输器141，以金属接垫170与光薄膜111作电耦接，用以将分流自信号分流合并器131的发送信号转换为光发送信号，使得发送信号可以以光的型态在光波导110中传输。与电光传输器141的同一方向上装设有第一反射镜161，位于光波导110中，转换后的光发送信号则通过光波导110中的第一反射镜161将光发送信号导入光波导110内传递。
当光信号在光波导110另一端，光信号则通过第二反射镜162反射进入光电接收器142，光电接收器可为光探测器(Photo Detector)。由光电接收器142将所接收的光信号转换成电信号，再通过放大器152将微弱电信号放大并解调(de-modulation)为兼容的电信号，并经过信号合并器132处理转换后，传送至以连接器连接另一端电子组件或模块。
如此可形成一组单向之主动光电转换及传递收发路径。使用两组或两组以上之收发器与光波导则可达成双向传输目的。
上述电光传输器141为发光激光二极管(Laser Diode)，通过驱动器151的驱动得以发光，使得光信号得以在光波导110中传输。电光传输器141依据不同光信号的波长而决定。而光电接收器142为光探测器(photo detector)，同样依据光波长与系统特性来选择，与电光传输器141及驱动器151皆为集成电路芯片。
第一反射镜161与第二反射镜162，是用以提供有效率的光耦合，为光路在光波导110中的传输路径，与光波导110在同一制作过程步骤中完成，金属接垫170用以将集成电路芯片与光电传输总线100作电接触，如上述的信号分流合并器131与信号合并器132。因此，将光电主被动组件焊接连接组装后，可通过金属接垫170，连接两端芯片或模块电信号，并在该光电软板上同时进行光电信号连接、转换、及传输。其上也可根据系统需求装载功能性芯片，执行其它功能，达到不同信号处理的目的。
本发明所揭露的光电传输总线具备主动光电传输能力，且输出入以电接点达成，可在不改变现有印刷电路板结构下，达成高速光电整合系统。同时，具备可挠曲软板特性，除可在同一基板内进行二维平面连结，也可用于三维空间中进行子系统或模块间光电堆栈连接。
接着说明本发明所揭露的光电传输总线的制作过程。请参阅图3A至图3D，为本发明所揭露的可挠性光电传输总线的制作方法。
首先在基板300上依序形成光波导310与金属薄膜320，如图3A所示，接着再将光波导310与金属薄膜320自基板300上剥离，如图3B所示，在光波导310中形成第一反射镜161与第二反射镜162，如图3C所示，再将光波导310与电总线330压合以形成光电传输总线，如图3D所示。
最后再将信号分流合并器131、信号合并器132、电光传输器141、以及光电接收器142以金属接垫170与光波导310作电连接，以完成整体的制作过程。
本发明可挠性光波导软膜(Flexible waveguide film)及软式印刷电路板(Flexible PCB)的主动光电连结及传输结构及制作方法，利用本结构的功能性光电转换模块及内置的光波导/电共构总线，可直接以模块表面接合组装方式，应用于现有印刷电路板内组件及模块间的高速光信号传输，或各子系统印刷电路板间立体挠曲堆栈的光电连接，解决目前光电整合型基板(EOCB)制作过程复杂及无法重工的问题，并可应用于大尺寸印刷电路板上小区域光总线的实现，同时可利用立体堆栈特性减少光电整合系统组装空间。
本发明所揭露的结构，具备主动光电传输能力，且输出入以电接点达成，可在不改变现有印刷电路板架构下，构成高速光电整合系统。同时，因为本发明所揭露的结构具备可挠曲软板特性，除了可在同一基板内进行二维平面连结，也可用于三维空间中进行子系统或模块间光电堆栈连结。也即由可挠曲的光波导及金属导线共构的传输总线汇流，可以应用于立体空间堆栈的光电模块/子系统间信号传输与连接，以节省空间。
总线上的可设置主动光电转换及传输模块，以简化与现有系统的光电接口，提升扩充性。除此之外，还可以在基板上承载与连结主、被动组件，做其它的信号处理。在无需大幅改变现有PCB制作过程及电器特性，可突破光电整合型基板技术瓶颈兼顾低成本及产业升级兼容性，提前实现光电整合系统普及化。
虽然本发明的较佳实施例揭露如上，然而并非用以限制本发明的范围，任何熟悉该领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，所作的些许更改和修饰，均应包含在本发明的权利要求书所保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种可挠性光电传输总线，用于不同光电模块间的高速信号与低速信号传输，其特征在于，包括：
光波导，其上具有光薄膜及多个金属接垫；
信号分流合并器，装设在该光薄膜上，由该金属接垫与该光薄膜作电连接，该信号分流合并器将该高速信号分流为接收信号与发送信号；
电总线，与该光波导相叠合，用以传输该低速信号；
电光传输器，装设在该光薄膜上，由该金属接垫与该光薄膜作电连接，该电光传输器将该发送信号转换成光发送信号，使得该光发送信号可在该光波导中传输；
光电接收器，装设在该光薄膜上，由该金属接垫与该光薄膜作电连接，该光电接收器接收该光发送信号，并将该光发送信号转换成电信号；
信号合并器，装设在该光薄膜上，由该金属接垫与该光薄膜作电连接，该信号合并器将该电信号与该光接收信号合并为该高速信号；
驱动器，装设在该光薄膜上，由该金属接垫与该光薄膜作电连接，该驱动器驱动该电光传输器；
第一反射镜，形成于该光波导内，与该电光传输器位于同一方向上，该第一反射镜反射来自该电光传输器的该光发送信号，使该光发送信号经由该光波导传送；
第二反射镜，形成于该光波导内，该第二反射镜反射来自该第一反射镜的该光发送信号至该光电接收器；以及
放大器，装设在该光薄膜上，由该金属接垫与该光薄膜作电连接，该放大器将微弱电信号放大并解调为兼容的电信号，再由该信号合并器进行处理转换。
2.如权利要求1所述的可挠性光电传输总线，其特征在于，该光波导为可挠性高分子材料制成。
3.如权利要求1所述的可挠性光电传输总线，其特征在于，该信号分流合并器为特定用途集成电路。
4.如权利要求1所述的可挠性光电传输总线，其特征在于，该电光传输器为激光二极管。
5.如权利要求4所述的可挠性光电传输总线，其特征在于，该驱动器驱动该激光二极管。
6.如权利要求5所述的可挠性光电传输总线，其特征在于，该驱动器为集成电路。
7.如权利要求1所述的可挠性光电传输总线，其特征在于，该光电接收器为光探测器。
8.一种可挠性光电传输总线的制造方法，包括下列步骤：
在基板上依序形成光波导与金属薄膜；
将光波导与金属薄膜自该基板上剥离；
在该光波导中形成第一反射镜与第二反射镜；
将该光波导与电总线压合以形成光电传输总线。
9.如权利要求8所述的可挠性光电传输总线的制造方法，其特征在于，该光波导为可挠性高分子材料。
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