CN1610852A - 用于高速信号传导的光/电互联装置和组件 - Google Patents

用于高速信号传导的光/电互联装置和组件 Download PDF

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Abstract

一种光电印刷电路板(PCB)和兼容的光电组件(12)。PCB(30)包括一种基础材料(21)，将一根或多根光学纤维(20)包埋在所述基础材料里面或表面上，并且将一种或多种透明基质(46)包埋在所述基础材料里面或上面，以便覆盖所述光学纤维。所述光学纤维在与PCB连接的两个或两个以上电子器件(16)之间提供了高速互联。所述电子器件通过所述透明基质与所述光学纤维连接。所述光电组件包括一种基础材料与所述基础材料的底部连接的，一个光学接收器(40)和一个光学发射器(42)，一种覆盖所述光学接收器和光学发射器的封装聚合物(48)，和一个或多个与所述基础材料底部连接的电力和接地接点(32)。

Description

用于高速信号传导的光/电互联装置和组件
技术领域
本发明涉及印刷电路板上的微电子管芯组件和互联装置，更具体地讲，涉及用于在印刷电路板上进行高速信号传导的光学互联装置和组件。
背景技术
大部分电子装置包括一个印刷电路板，该印刷电路板具有与所述印刷电路板连接的电子组件。所述电子组件包括一个或多个微电子管芯或其他电路。将所述组件插入或以其他电连接方式连接在插座上。所述插座与所述印刷电路板形成电连接，并且将所述组件中的微电子管芯或电子电路与在印刷电路板上的或包埋在该电路板中的布线轨迹连接。所述布线轨迹提供了所述组件上的微电子管芯或电路之间的互联装置。
目前，电子装置以越来越快的速度运行。随着所述装置中的器件的频率/运行速度的加快，现有印刷电路板(通常由铜金属组成)上的布线轨迹具有较高的导电损失。这种损失导致了在较高频率下的减弱的或扭曲的信号。另外，在较高的频率下，所述介电损失变得更为严重。
增加布线轨迹的宽度是一种现有的解决高的导电损失问题的方案。不过，增加布线轨迹的宽度，降低了所述印刷电路板上的信号通过能力(因为布线轨迹越宽，所占据的线路板空间越大)。另外，较宽的布线轨迹还会导致较高的介电损失。增加介电厚度或用新的材料更换所述介电材料，是解决高的介电损失的一种现行方法。不过，增加介电厚度，导致了较高的成本。另外，开发新材料以便取代现有的介电材料通常是成本高昂的。
因此，存在对用于高速信号传导的具有互联装置和组件的印刷电路板的需要。
附图说明
下面将通过本发明的实施方案的非限定性例子的形式，结合所提供的多个附图对本发明作更详细地说明，其中，在若干个附图中，类似的编号表示类似的部件，其中：
图1是根据本发明的一种典型实施方案的光电印刷电路板的示意图；
图2是根据本发明的一种典型实施方案的光电印刷电路板上的光电组件的侧视图；
图3是根据本发明的第二种实施方案的光电印刷电路板上的光电组件的侧视图；
图4是具有与本发明的一种典型实施方案的光电组件兼容的C4缓存装置的微电子管芯的仰视图；和
图5是具有与本发明的第二种实施方案的光电组件兼容的C4缓存装置的微电子管芯的仰视图；
具体实施方式
本文所示出的细节是举例性质的，并且是对本发明的实施方案进行说明性讨论。结合附图进行的说明使得本领域技术人员能够理解本发明在实践中如何实现。
另外，所述排列还可以以方框图形式示出，以避免混淆本发明，并且，还鉴于与实施所述方框图排列相关的细节，高度取决于实施本发明的平台，即细节应当属于本领域技术人员的知识范围。尽管为了说明本发明的典型实施方案而提供了具体细节(例如，电路，流程图)，本领域技术人员应当理解的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。最后，应当理解的是，可以将硬件电路和软件指令的任意组合用于实施本发明的实施方案，即本发明不局限于硬件电路和软件说明的任何特定组合。
尽管本发明的典型实施方案可以利用典型主装置环境中的典型系统方框图进行说明，本发明的实施并不局限于此，即本发明可能能够用其他类型的系统，并且在其他类型的环境中实施。
在本说明书中所提到的“一种实施方案”或“实施方案”表示结合所述实施方案说明的具体特点，结构或特征被包含在本发明的至少一种实施方案中。在本发明的各部分所出现的短语“在一种实施方案中”并不一定表示相同的实施方案。
本发明涉及用于在印刷电路板(PCB)上进行高速信号传导的光学互联装置和组件。根据本发明，通过光纤将需要高速信号传导的电子器件相互连接在印刷电路板上。将所述电子器件封装在组件中，并且由它支持通过光学纤维进行的信号传输。本发明的印刷电路板上的光学互联装置提供了从一个电子器件(即微电子管芯)到另一个电子器件的无损失信号传导途径。
图1表示根据本发明一种典型实施方案的光电印刷电路板的示意图。
光电印刷电路板10包括第一微电子管芯16，和第二微电子管芯18，它们分别被封装在第一组件12和第二组件14中。组件12和14与光电印刷电路板10连接，这两个电子器件(微电子管芯16和18)是通过光纤20连接的，它提供了两个微电子管芯之间的高速互联。
分别位于组件12和14上的第一区域22和第二区域24表示存在电力和接地导体(例如插销)的部位。尽管每个组件示出了两个部位，但一个组件可以在一侧(即一个部位)，两侧，三个侧面或该组件的所有侧面上包括电力和接地接头，并且这种方案仍然属于本发明的构思和范围。位于微电子管芯16和微电子管芯18之间的光纤的数量，可以是一个或多个，这取决于这两个器件之间所需要的高速信号的数量。尽管为了说明起见在光电印刷电路板10上示出了两个组件，但在光电PCB10上可以存在任意数量的组件，在它们之间使用了光纤互联装置，并且仍然属于本发明的构思和范围。另外，光电印刷电路板10可以包括其他微电子管芯/组件，这些组件通过标准金属互联装置与其他微电子管芯/组件相互连接。所述微电子管芯可以使用金属互联装置用于传导不需要高速度的信号。
图2表示根据本发明的一种典型实施方案的光电印刷电路板上的光电组件的侧视图。光电组件12可以连接在光电印刷电路板(PCB)30上。组件12的电力和接地导体32也可以连接在印刷电路板30上。所述电力和接地导体，可以是被插入PCB30中的插销或插条形式的(如在本典型实施方案中所示)，并且与包埋在PCB30的基础材料21中的电力平面36或接地平面34形成电连接。组件12还可以表面安装在PCB30上，在这种情况下，电力和接地导体32可以通过PCB30的通路与电力平面或接地平面34形成电连接。
将微电子管芯16封装在组件12中，并且可以通过C4(受控制的收缩芯片接头)缓存装置38与组件12连接。在该典型实施方案中，将光纤20包埋在PCB30的基础材料21中。可以将透明基质46包埋在PCB30的基础材料21中，位于光纤20的顶部，位于组件12下面。光电组件12包括连接在组件12下表面上的一个光学接收器40和一个光学发射器42。光学接收器40和光学发射器42可以是通过组件12与微电子管芯16形成电连接的微电子管芯。可以用封装聚合物48覆盖光学接收器40和光学发射器42。PCB30中的透明基质46和组件12底部的封装聚合物48，都可以连接有一个或多个微型透镜阵列44。微型透镜阵列44有助于对在微电子管芯16之间传输的光线进行聚焦，通过光学接收器40和光学发射器42到达包埋在PCB30中的光纤20。在这种典型实施方案中，光学接收器40是作为光探测阵列(PD阵列)形式示出的。另外，光学发射器42是作为垂直空腔表面发射激光器阵列(VCSEL阵列)形式示出的。不过，任何光学接收器和光学发射器都可以使用，并且仍然属于本发明的构思和范围中。
封装聚合物48能防止光学接收器和光学发射器微电子管芯受到污染(例如，受到粉尘污染)。透明基质46有助于避免光线在微电子管芯16和光纤20之间传递时的损失。
图3表示用在本发明第二种实施方案的光电印刷电路板上的光电组件的侧视图。该实施方案类似于图2所示实施方案，所不同的是，所述光学纤维现在位于印刷电路板40的表面上。透明基质46仍然覆盖并且保护着光纤20，并且还包括显微透镜阵列44，不过现在仍然存在于PCB40的表面上。该实施方案的优点是，比图2所示的实施方案更容易生产，不过，可能增加了某些危险性，因为现在的光纤20位于PCB40的表面上。位于光电印刷电路板表面上的光纤还可以提供在生产之后更容易再利用的优点，因为某些互联装置需要更换。
图4是具有与本发明的一种典型实施方案的光电组件兼容的C4缓存装置的微电子管芯的仰视图。所述微电子管芯具有用于电力和接地连接的两个区域60。在该典型实施方案中，所述电力和接地导体62是插销。所述电力和接地导体62优选是以棋盘形式排列的，具有交替排列的电力和接地插销，因此，提供了较低的感应和阻抗。微电子管芯的中央部位64可以包括用于输入/输出(I/O)信号的C4缓存装置。所述I/O信号是通过C4缓存装置66传输的。因此，根据本发明，电力和接地导体可以位于微电子管芯的外围部分，而I/O信号导体位于所述微电子管芯的内部。正如以前所指出的，这种优选的设计具有较低感应和阻抗的优点。
图5表示具有与本发明的第二种实施方案的光电组件兼容的C4缓存装置的微电子管芯的仰视图。该实施方案可用于高电流场合。在本实施方案中，电力和接地导体在体积上更大，并且可能包括可能携带比标准插销导体更高的电流的垫。尽管在图4和5中的示意图示出了位于微电子管芯/组件两侧的电力和接地导体，所述电力和接地导体可存在于微电子管芯/组件的所有侧面上，或存在于所有侧面的任意子集上，并且仍然属于本发明的构思和范围。另外，尽管示出了C4连接，所述微电子管芯可以通过任何类型的连接(例如，表面安装，扁平包装等)与所述组件连接，并且仍然属于本发明的构思和范围。
图4和5表示C4形式实施方案的优选微电子管芯。微电子管芯的电力和接地可能位于该微电子管芯内部的插销上，或分布在所述微电子管芯的所有插销上。诸如上文所述的微电子管芯仍然可用于本发明的光电组件和光电印刷电路板。对于这种类型的微电子管芯来说，可以将光电组件设计成将电力和接地连接从该微电子管芯的内部连接到所述组件的周边部分，以及所述微电子管芯周边部分上的任何I/O信号输送到所述组件内部。因此，来自所述微电子管芯的信号可以传输到光电印刷电路板或从光电印刷电路板中输出。
因此，根据本发明，在印刷电路板上使用光学互联装置避免了高的导电和介电损失。这使得电子器件(例如微电子管芯)能够以更快的速度运行。另外，通过所述组件可以控制更高的电流容量，这是因为电力和接地连接定位在所述组件周边上。
应当指出的是，上面所提供的例子仅仅是出于说明目的，并且没有任何理由被理解成是对本发明的限定。尽管业已结合优选实施方案对本发明进行了说明，应当理解的是，本文所使用的术语是用于说明和解释的目的，而不是限定性的目的。在不超出本发明各方面的范围和构思的前提下，可以在所附权利要求书的范围内进行改变，正如本发明所申明的和所修正的。尽管业已结合具体的方法，材料和实施方案对本发明进行了说明，本发明并非要局限于本文的具体说明，相反，本发明延伸到诸如所附权利要求书范围内的所有功能性等同结构，方法和用途。

Claims (22)

1.一种光电印刷电路板(PCB)，包括：
一种基础材料；
包埋在所述基础材料中的至少一根光纤；和
包埋在所述基础材料中的至少两个透明基质，
其中，所述至少一根光纤提供了与所述PCB连接的至少两个电子器件之间的高速互联，所述至少两个电子器件通过所述至少两个透明基质与所述至少一根光纤连接。
2.如权利要求1的PCB，还包括至少一个分别与至少两个透明基质连接的显微透镜阵列，至少一个显微透镜阵列中的每一个聚焦在至少两个电子器件和至少一根光纤之间传输的光信号。
3.如权利要求1的PCB，还包括一个包埋在所述基质材料中的接地平面。
4.如权利要求1的PCB，还包括一个包埋在所述基础材料中的电力平面。
5.如权利要求1的PCB，其中，所述电子器件中的至少一个包括一个处理单元。
6.如权利要求1的PCB，其中，所述电子器件中的至少一个包括一个控制器。
7.如权利要求6的PCB，其中，所述控制器包括输入/输出控制器和存储器控制器中的至少一个。
8.如权利要求1的PCB，其中，所述电子器件中的至少一个包括一个接头。
9.一种光电印刷电路板(PCB)，它包括：
一种基础材料；
位于所述基础材料表面上的至少一根光纤；和
包埋在所述基础材料中的至少两个透明基质，
其中，所述至少一根光纤提供了与所述PCB连接的至少两个电子器件之间的高速互联，所述至少两个电子器件通过所述至少两个透明基质与所述至少一根光纤连接。
10.如权利要求9的PCB，还包括至少一个分别与至少两个透明基质连接的显微透镜阵列，至少一个显微透镜阵列中的每一个透镜聚焦在至少两个电子器件和至少一根光纤之间传输的光信号。
11.如权利要求9的PCB，还包括包埋在所述基础材料中的接地平面。
12.如权利要求9的PCB，还包括一个包埋在所述基础材料中的电力平面。
13.如权利要求9的PCB，其中，所述电子器件中的至少一个包括一个处理单元。
14.如权利要求9的PCB，其中，所述电子器件中的至少一个包括一个控制器。
15.如权利要求14的PCB，其中，所述控制器包括输入/输出控制器和存储器控制器中的至少一个。
16.如权利要求9的PCB，其中，所述电子器件中的至少一个包括一个接头。
17.一种光电组件，它包括：
一种基础材料，所述基础材料具有一个上表面和一个下表面，所述上表面具有用于连接电子部件的连接点；
与所述基础材料的下表面连接的至少一个光学接收器；
与所述基础材料的下表面连接的至少一个光学发射器；
一种封装聚合物，所述封装聚合物包埋在朝向所述下表面的基础材料中，并且覆盖所述至少一个光学接收器和至少一个光学发射器；
与所述基础材料的下表面连接的至少一个电力连接点；和
与所述基础材料的下表面连接的至少一个接地连接点。
18.如权利要求17的组件，其中，所述至少一个光学接收器包括一个光电探测器。
19.如权利要求17的组件，其中，所述至少一个光学发射器包括一个垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)。
20.如权利要求17的组件，其中，每个至少一个电力连接点的包括插销，垫和杆中的一个。
21.如权利要求17的组件，其中，每个至少一个接地连接点包括插销，垫和杆中的一个。
22.如权利要求17的组件，还包括与所述封装聚合物连接的至少两个显微透镜阵列，所述至少两个显微透镜阵列将由所述至少一个光学接收器接收的，并且由所述至少一个光学发射器发射的光学信号聚焦。
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