專利名稱：芯片光信號(hào)端的連接系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用光纖連接芯片光信號(hào)引腳的連接系統(tǒng)，屬光電子、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前電子器件、電子芯片、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)連接均使用導(dǎo)線作為信號(hào)傳輸介質(zhì)，信號(hào)通過(guò)電場(chǎng)或電流來(lái)運(yùn)載。導(dǎo)線傳遞的電信號(hào)頻率受印刷線路板導(dǎo)線長(zhǎng)度和密度的限制而達(dá)到了極限。現(xiàn)在的印刷線路板只能在局部有限區(qū)域?qū)崿F(xiàn)500兆赫茲的頻率。而電子芯片的內(nèi)部主頻已經(jīng)達(dá)到數(shù)千兆赫茲的頻率。印刷線路板目前已經(jīng)成為了電子產(chǎn)品尤其是計(jì)算機(jī)的發(fā)展障礙。
現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)及通訊領(lǐng)域已經(jīng)使用多種成熟的光纖傳輸技術(shù)，例如千兆光纖以太網(wǎng)，其傳輸頻率可以達(dá)到1GHz。而在長(zhǎng)途傳輸技術(shù)上，成熟的技術(shù)是2.5GDWDM，目前已有報(bào)道40Gbits/S的光纖通信產(chǎn)品問(wèn)世。而光纖通信技術(shù)目前仍然沒(méi)有應(yīng)用于芯片信號(hào)連接領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用光纖連接傳遞信號(hào)技術(shù)替代金屬布線的印刷電路板的技術(shù)，它能極大提高電子芯片之間的信號(hào)傳輸速率。
本發(fā)明是一種以光纖、印刷線路板、芯片插座構(gòu)成的芯片連接系統(tǒng)，其特征在于它有一個(gè)雙層板結(jié)構(gòu)，它能連接底面和側(cè)面分布光信號(hào)引腳的芯片，通過(guò)芯片插座、雙層板內(nèi)的光端耦合器件，將不同的芯片光信號(hào)端或光引腳連接起來(lái)，使得光信號(hào)能在芯片的光信號(hào)引腳之間傳遞。
電子芯片通過(guò)電光/光電變換將引腳信號(hào)變?yōu)楦咚俟庑盘?hào)，然后利用本發(fā)明的連接系統(tǒng)，通過(guò)插座的光通道陣列和端耦合器件的光纖和其他的電子芯片的光信號(hào)引腳連接起來(lái)，并進(jìn)行信號(hào)傳遞。這種信號(hào)的頻率可以達(dá)到千兆以上，利用波分復(fù)用技術(shù)甚至能達(dá)到千吉赫茲以上，這樣的連接速率是普通的金屬布線的印刷電路板所不能達(dá)到的。
端耦合器件是連接芯片光信號(hào)引腳的技術(shù)關(guān)鍵，在本發(fā)明里，各種的多光端耦合器件是由分支-匯合結(jié)構(gòu)、直線耦合結(jié)構(gòu)、分支雙向耦合結(jié)構(gòu)這3種基本結(jié)構(gòu)組合而成，這3種基本的光纖結(jié)構(gòu)能構(gòu)成3端耦合、4端耦合、5端耦合、6端耦合乃至任意的多端光耦合器件。


圖1是芯片連接系統(tǒng)圖，(1)是光信號(hào)芯片插在插座里的狀態(tài)。(2)是一片光信號(hào)引腳分布在側(cè)邊的芯片。(3)、(4)是凸起的芯片插座，(5)是一片光信號(hào)引腳分布在底面的芯片。(6)、(7)是下凹式的芯片插座。(8)是系統(tǒng)的上層板，(9)是凸起的芯片插座(4)的上表面的光纖通道孔。(10)是芯片(2)側(cè)邊的光信號(hào)引腳陣列。(11)是一個(gè)系統(tǒng)雙層板(8)-(15)之間的一個(gè)3端耦合器件，它有一個(gè)端連接到插座(7)的光纖通道孔陣列(12)的一個(gè)光纖通道孔，另2端分別連到插座(3)和插座(4)。(12)是插座(7)的光纖通道孔陣列，它的光纖通道孔將與芯片(2)的(10)一一對(duì)應(yīng)。(13)是封裝在系統(tǒng)雙層板(8)-(15)之間的線纜和光纖。(14)是一個(gè)2端耦合器件，它其實(shí)是一條連接插座(7)和插座(3)的某2個(gè)光纖孔的光纖。(15)是系統(tǒng)的底板。
圖2是光端耦合器件的結(jié)構(gòu)圖，(1)是兩端耦合器，(2)是3端耦合器，(Y)是分支-匯合結(jié)構(gòu)，(3)是4端耦合器，它有一個(gè)2纖直線耦合結(jié)構(gòu)4個(gè)(Y)結(jié)構(gòu)。(4)是2纖直線耦合結(jié)構(gòu)，它的中間(C)是兩條平行耦合線。(5)是分支雙向耦合結(jié)構(gòu)，(C)為耦合線。(6)是兩個(gè)互相垂直的(4)和4個(gè)(Y)構(gòu)成的4端耦合器。(7)是由一個(gè)4端耦合器(6)和2個(gè)(5)構(gòu)成的6端耦合器。(8)是由一個(gè)4端耦合器(6)和1個(gè)分支雙向耦合結(jié)構(gòu)(5)構(gòu)成的5端耦合器。
具體實(shí)施例方式
下面是一個(gè)光信號(hào)引腳芯片的連接系統(tǒng)的實(shí)施例，圖1就是這個(gè)實(shí)施例的示意圖，它顯示的是一個(gè)側(cè)面被剖開(kāi)的雙層結(jié)構(gòu)，上層線路板的中間有一塊被剖開(kāi)，可以看見(jiàn)中間的光端耦合器件結(jié)構(gòu)。在這個(gè)雙層結(jié)構(gòu)的上面有4個(gè)芯片插座，2個(gè)是凸起的插座，2個(gè)是下凹的插座。凸起的插座是專為下底面設(shè)置光信號(hào)引腳的芯片設(shè)計(jì)的，插座的上表面有和芯片光信號(hào)引腳一一對(duì)應(yīng)的光纖孔，還有電氣插孔。這種插座的結(jié)構(gòu)和安排是和芯片生產(chǎn)商所生產(chǎn)的光信號(hào)引腳芯片的結(jié)構(gòu)所匹配的。同樣，下凹的插座是為側(cè)面設(shè)置光信號(hào)引腳的芯片設(shè)計(jì)的，插座的側(cè)邊有和芯片光信號(hào)引腳一一對(duì)應(yīng)的光纖孔，這種插座的結(jié)構(gòu)和安排也是和芯片生產(chǎn)商所生產(chǎn)的光信號(hào)引腳芯片的尺寸和結(jié)構(gòu)所匹配的。
光信號(hào)芯片插入專用插座后，可以得到連接系統(tǒng)的電氣連接和光信號(hào)連接，這里我們不討論電氣連接，只討論光學(xué)連接。我們假設(shè)芯片光信號(hào)引腳的光路和對(duì)應(yīng)插座光纖孔的光路是對(duì)直相通的，利用已知的光學(xué)技術(shù)例如微型的凸透鏡可以得到一條近似平行的光路，光路的另一端就是光端耦合器件了。光端耦合的情況非常復(fù)雜，因?yàn)樵趹?yīng)用上需要將任意的N(N為大于1的自然數(shù))個(gè)端的芯片光信號(hào)引腳連接起來(lái)，這N個(gè)連接起來(lái)的端中的任意2個(gè)之間都必須能進(jìn)行正常的光信號(hào)傳遞，一個(gè)端的光信號(hào)要盡可能平均地分配給其他的N-1個(gè)端，而且信號(hào)延時(shí)有時(shí)要幾乎一樣。要達(dá)到這個(gè)目的，就需要對(duì)連接的光纖進(jìn)行仔細(xì)的處理，用特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到這些技術(shù)目標(biāo)。這些特殊結(jié)構(gòu)的光端耦合器件可以由3種基本的結(jié)構(gòu)來(lái)組成，這3種結(jié)構(gòu)分別是光分支-匯合結(jié)構(gòu)、直線耦合結(jié)構(gòu)、分支雙向耦合結(jié)構(gòu)。光分支-匯合結(jié)構(gòu)是由一路光纖分為2路或者是多路光纖，從另一個(gè)方向來(lái)看，也可以認(rèn)為2路或多路的光纖匯合成一路光纖，附圖2中的(Y)就是一個(gè)2分支-匯合結(jié)構(gòu)。第二種結(jié)構(gòu)是直線耦合結(jié)構(gòu)，它由2條或者多條距離非常近的平行光纖構(gòu)成，這個(gè)足夠近的距離使得任一路光信號(hào)能耦合到其他與之平行的光纖里面去，附圖2中的(4)就是2條光纖組成的直線耦合結(jié)構(gòu)，(C)是耦合段。第三種結(jié)構(gòu)是分支雙向耦合結(jié)構(gòu)，它由一個(gè)前述的2分支結(jié)構(gòu)和一段用于耦合的直線光纖構(gòu)成，2分支結(jié)構(gòu)出來(lái)的2路光纖分別連接用于耦合的直線光纖的兩端，附圖2中的(5)就是分支雙向耦合結(jié)構(gòu)，(C)是耦合段。
由這3種結(jié)構(gòu)的光纖可以構(gòu)成3端、4端、5端、6端光耦合器件。3端耦合器件如圖2的(2)的結(jié)構(gòu)是由3個(gè)2分支-匯合結(jié)構(gòu)構(gòu)成，每個(gè)分支都和另外的2個(gè)2分支-匯合結(jié)構(gòu)的分支相連形成一個(gè)三角形，3個(gè)匯合端分別就是3端耦合器件的耦合端。4端耦合器件的結(jié)構(gòu)有多種，其中的一種4端耦合器件的結(jié)構(gòu)如圖2的(3)，它有一個(gè)2纖直線耦合結(jié)構(gòu)，2纖直線耦合結(jié)構(gòu)有4端，但是其中的任一端只能通另2端，而和以耦合線對(duì)稱的一端不通。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在不通的端對(duì)旁邊各加一條光纖，用4個(gè)2分支-匯合結(jié)構(gòu)與2纖直線耦合結(jié)構(gòu)連起來(lái)，這種結(jié)構(gòu)也可以用2個(gè)上述的3端耦合器件分別取一端連接構(gòu)成。另一種4端耦合器件結(jié)構(gòu)如圖2的(6)，它有2個(gè)互相垂直放置的2纖直線耦合結(jié)構(gòu)，用4個(gè)2分支-匯合結(jié)構(gòu)連成4片花瓣形狀。5端耦合器件的結(jié)構(gòu)可以取一個(gè)上述的4端耦合器件，然后加入一個(gè)分支雙向耦合結(jié)構(gòu)，分支雙向耦合結(jié)構(gòu)的耦合段加入4端耦合器件的任一個(gè)直線耦合結(jié)構(gòu)中，使耦合結(jié)構(gòu)成為3纖耦合。圖2的(8)為其中一例。6端耦合器件結(jié)構(gòu)的一種是任取一種上述5端耦合器件，然后將一個(gè)分支雙向耦合結(jié)構(gòu)的耦合段加入5端耦合器件的3纖耦合結(jié)構(gòu)中，使之成為4纖耦合。圖2的(7)為其中一例。
上面所述的端耦合器只是一些例子，事實(shí)上用3種基本的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的顯而易見(jiàn)的搭配(例如一個(gè)2纖直線耦合結(jié)構(gòu)加一個(gè)2光分支-匯合結(jié)構(gòu)就是一個(gè)3端耦合器，一個(gè)3纖直線耦合結(jié)構(gòu)加2個(gè)2光分支-匯合結(jié)構(gòu)就是4端耦合器)或3種基本的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)成端耦合器的組合搭配，可以構(gòu)成更多更復(fù)雜的端耦合器件，幾乎有無(wú)限種的組合，在此不一一列出。通過(guò)調(diào)整端耦合器件各部分光纖的長(zhǎng)度，可以大致統(tǒng)一各光端的信號(hào)延時(shí)。利用許多不同種類的端耦合器件連接插座上的光纖孔，就可以將不同的光信號(hào)芯片的信號(hào)端、信號(hào)引腳根據(jù)需要任意連接起來(lái)。一個(gè)復(fù)雜的芯片連接系統(tǒng)可能要用上百乃至上千數(shù)量的各種端耦合器。就象現(xiàn)在的主板制造商一樣，這種復(fù)雜的連接系統(tǒng)需要光纖主板制造商來(lái)設(shè)計(jì)生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種以光纖、印刷線路板、芯片插座構(gòu)成的芯片連接系統(tǒng)，其特征在于它有一個(gè)雙層板結(jié)構(gòu)，它能連接底面和側(cè)面分布光信號(hào)端或光信號(hào)引腳的芯片，通過(guò)芯片插座、雙層板內(nèi)的光端耦合器件，將不同的芯片光信號(hào)引腳連接起來(lái)，使得光信號(hào)能在芯片的光信號(hào)端或光引腳之間傳遞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的連接系統(tǒng)，其特征在于所述的雙層板結(jié)構(gòu)的上層為印刷線路板，上層板與一般的多層印刷電路板結(jié)構(gòu)和功能一樣，雙層結(jié)構(gòu)的中間可容納下凹式的插座、光端耦合器件和光纖及電纜，下層板可以是印刷線路板也可以是封板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的連接系統(tǒng)，其特征在于所述的芯片插座中的一種可以是下凹式插座，用于連接側(cè)面分布光信號(hào)端或光引腳的光信號(hào)芯片，插座有對(duì)應(yīng)光信號(hào)芯片光信號(hào)端或光引腳的光纖孔，光纖孔為光纖或光端耦合器件提供連接通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的連接系統(tǒng)，其特征在于所述的芯片插座中的一種可以是上凸式插座，用于連接底面分布光信號(hào)端或光引腳的光信號(hào)芯片，插座有對(duì)應(yīng)光信號(hào)芯片光信號(hào)端或光引腳的光纖孔，光纖孔為光纖或光端耦合器件提供連接通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接系統(tǒng)，其特征在于所述的光端耦合器件為2端耦合、3端耦合、4端耦合、5端耦合、6端耦合乃至任意的多端光耦合器件，光耦合器件用于連接任意數(shù)量的光信號(hào)端，使得這些被連接光端的任意2個(gè)之間的光信號(hào)都可以互通，組成光耦合器件的基本元件是光纖，這些光纖在多端光耦合器件中主要有3種結(jié)構(gòu)，第一種結(jié)構(gòu)是光分支-匯合結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)是由一路光纖分為2路或者是多路光纖，從另一個(gè)方向來(lái)看，也可以認(rèn)為2路或多路的光纖匯合成一路光纖，第二種結(jié)構(gòu)是直線耦合結(jié)構(gòu)，它由2條或者多條距離非常近的平行光纖構(gòu)成，這個(gè)足夠近的距離使得任一路光信號(hào)能耦合到其他與之平行的光纖里面去，第三種結(jié)構(gòu)是分支雙向耦合結(jié)構(gòu)，它由一個(gè)前述的2分支結(jié)構(gòu)和一段用于耦合的直線光纖構(gòu)成，2分支結(jié)構(gòu)出來(lái)的2路光纖分別連接用于耦合的直線光纖的兩端，3端耦合、4端耦合、5端耦合、6端耦合乃至任意的多端光耦合器件都可以通過(guò)這3種結(jié)構(gòu)的光纖器件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的3端耦合器件，其特征是它有3個(gè)2分支-匯合結(jié)構(gòu)，每個(gè)分支都和另外的2個(gè)2分支-匯合結(jié)構(gòu)的分支相連形成一個(gè)三角形，3個(gè)匯合端分別就是3端耦合器件的耦合端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的4端耦合器件，其特征是第一種4端耦合器件的結(jié)構(gòu)有一個(gè)2纖直線耦合結(jié)構(gòu)，2纖直線耦合結(jié)構(gòu)有4端，但是其中的任一端只能通另2端，而和以耦合線對(duì)稱的一端不通，為了解決這個(gè)問(wèn)題，在不通的端對(duì)旁邊各加一條光纖，用4個(gè)2分支-匯合結(jié)構(gòu)與2纖直線耦合結(jié)構(gòu)連起來(lái)，這種結(jié)構(gòu)也可以用2個(gè)權(quán)利要求6中的3端耦合器件分別取一端連接構(gòu)成，第二種4端耦合器件結(jié)構(gòu)有2個(gè)互相垂直放置的2纖直線耦合結(jié)構(gòu)，用4個(gè)2分支-匯合結(jié)構(gòu)連成4片花瓣形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的5端耦合器件，其特征是一種5端耦合器件的結(jié)構(gòu)是任取一種權(quán)利要求7中的4端耦合器件，然后將一個(gè)分支雙向耦合結(jié)構(gòu)的耦合段加入4端耦合器件的任一個(gè)直線耦合結(jié)構(gòu)中，使耦合結(jié)構(gòu)成為3纖耦合。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的6端耦合器件，其特征是一種6端耦合器件的結(jié)構(gòu)是任取一種權(quán)利要求8中的5端耦合器件，然后將一個(gè)分支雙向耦合結(jié)構(gòu)的耦合段加入5端耦合器件的3纖耦合結(jié)構(gòu)中，使之成為4纖耦合。
全文摘要
本發(fā)明是一種以光纖、印刷線路板、芯片插座構(gòu)成的芯片連接系統(tǒng)。它利用內(nèi)置的各種光端耦合器件，能將各種光信號(hào)輸入輸出芯片的光信號(hào)輸入輸出端任意地連接起來(lái)。這種芯片連接系統(tǒng)和傳統(tǒng)的印刷線路板技術(shù)比起來(lái)，能夠以更高的頻率傳輸數(shù)據(jù)，甚至能提供千吉/秒的數(shù)據(jù)傳輸速度。本發(fā)明能為各種尺寸的光信號(hào)引腳分布于底部或側(cè)面的芯片提供光和電氣連接，用許多光端耦合器件代替印刷線路板上的金屬線進(jìn)行信號(hào)連接。
文檔編號(hào)G02B6/42GK1677148SQ20041002671
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月2日
發(fā)明者曹學(xué)軍 申請(qǐng)人:曹學(xué)軍