專利名稱：芯片光信號端的連接系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用光纖連接芯片光信號引腳的連接系統，屬光電子、計算機領域。
背景技術：
目前電子器件、電子芯片、計算機系統的信號連接均使用導線作為信號傳輸介質，信號通過電場或電流來運載。導線傳遞的電信號頻率受印刷線路板導線長度和密度的限制而達到了極限。現在的印刷線路板只能在局部有限區域實現500兆赫茲的頻率。而電子芯片的內部主頻已經達到數千兆赫茲的頻率。印刷線路板目前已經成為了電子產品尤其是計算機的發展障礙。
現在的網絡及通訊領域已經使用多種成熟的光纖傳輸技術，例如千兆光纖以太網，其傳輸頻率可以達到1GHz。而在長途傳輸技術上，成熟的技術是2.5GDWDM，目前已有報道40Gbits/S的光纖通信產品問世。而光纖通信技術目前仍然沒有應用于芯片信號連接領域。
發明內容
本發明是一種用光纖連接傳遞信號技術替代金屬布線的印刷電路板的技術，它能極大提高電子芯片之間的信號傳輸速率。
本發明是一種以光纖、印刷線路板、芯片插座構成的芯片連接系統，其特征在于它有一個雙層板結構，它能連接底面和側面分布光信號引腳的芯片，通過芯片插座、雙層板內的光端耦合器件，將不同的芯片光信號端或光引腳連接起來，使得光信號能在芯片的光信號引腳之間傳遞。
電子芯片通過電光/光電變換將引腳信號變為高速光信號，然后利用本發明的連接系統，通過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引腳連接起來，并進行信號傳遞。這種信號的頻率可以達到千兆以上，利用波分復用技術甚至能達到千吉赫茲以上，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到的。
端耦合器件是連接芯片光信號引腳的技術關鍵，在本發明里，各種的多光端耦合器件是由分支-匯合結構、直線耦合結構、分支雙向耦合結構這3種基本結構組合而成，這3種基本的光纖結構能構成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是芯片連接系統圖，(1)是光信號芯片插在插座里的狀態。(2)是一片光信號引腳分布在側邊的芯片。(3)、(4)是凸起的芯片插座，(5)是一片光信號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)側邊的光信號引腳陣列。(11)是一個系統雙層板(8)-(15)之間的一個3端耦合器件，它有一個端連接到插座(7)的光纖通道孔陣列(12)的一個光纖通道孔，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)一一對應。(13)是封裝在系統雙層板(8)-(15)之間的線纜和光纖。(14)是一個2端耦合器件，它其實是一條連接插座(7)和插座(3)的某2個光纖孔的光纖。(15)是系統的底板。
圖2是光端耦合器件的結構圖，(1)是兩端耦合器，(2)是3端耦合器，(Y)是分支-匯合結構，(3)是4端耦合器，它有一個2纖直線耦合結構4個(Y)結構。(4)是2纖直線耦合結構，它的中間(C)是兩條平行耦合線。(5)是分支雙向耦合結構，(C)為耦合線。(6)是兩個互相垂直的(4)和4個(Y)構成的4端耦合器。(7)是由一個4端耦合器(6)和2個(5)構成的6端耦合器。(8)是由一個4端耦合器(6)和1個分支雙向耦合結構(5)構成的5端耦合器。
具體實施例方式
下面是一個光信號引腳芯片的連接系統的實施例，圖1就是這個實施例的示意圖，它顯示的是一個側面被剖開的雙層結構，上層線路板的中間有一塊被剖開，可以看見中間的光端耦合器件結構。在這個雙層結構的上面有4個芯片插座，2個是凸起的插座，2個是下凹的插座。凸起的插座是專為下底面設置光信號引腳的芯片設計的，插座的上表面有和芯片光信號引腳一一對應的光纖孔，還有電氣插孔。這種插座的結構和安排是和芯片生產商所生產的光信號引腳芯片的結構所匹配的。同樣，下凹的插座是為側面設置光信號引腳的芯片設計的，插座的側邊有和芯片光信號引腳一一對應的光纖孔，這種插座的結構和安排也是和芯片生產商所生產的光信號引腳芯片的尺寸和結構所匹配的。
光信號芯片插入專用插座后，可以得到連接系統的電氣連接和光信號連接，這里我們不討論電氣連接，只討論光學連接。我們假設芯片光信號引腳的光路和對應插座光纖孔的光路是對直相通的，利用已知的光學技術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雜，因為在應用上需要將任意的N(N為大于1的自然數)個端的芯片光信號引腳連接起來，這N個連接起來的端中的任意2個之間都必須能進行正常的光信號傳遞，一個端的光信號要盡可能平均地分配給其他的N-1個端，而且信號延時有時要幾乎一樣。要達到這個目的，就需要對連接的光纖進行仔細的處理，用特殊的結構來達到這些技術目標。這些特殊結構的光端耦合器件可以由3種基本的結構來組成，這3種結構分別是光分支-匯合結構、直線耦合結構、分支雙向耦合結構。光分支-匯合結構是由一路光纖分為2路或者是多路光纖，從另一個方向來看，也可以認為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2分支-匯合結構。第二種結構是直線耦合結構，它由2條或者多條距離非常近的平行光纖構成，這個足夠近的距離使得任一路光信號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構，(C)是耦合段。第三種結構是分支雙向耦合結構，它由一個前述的2分支結構和一段用于耦合的直線光纖構成，2分支結構出來的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構，(C)是耦合段。
由這3種結構的光纖可以構成3端、4端、5端、6端光耦合器件。3端耦合器件如圖2的(2)的結構是由3個2分支-匯合結構構成，每個分支都和另外的2個2分支-匯合結構的分支相連形成一個三角形，3個匯合端分別就是3端耦合器件的耦合端。4端耦合器件的結構有多種，其中的一種4端耦合器件的結構如圖2的(3)，它有一個2纖直線耦合結構，2纖直線耦合結構有4端，但是其中的任一端只能通另2端，而和以耦合線對稱的一端不通。為了解決這個問題，在不通的端對旁邊各加一條光纖，用4個2分支-匯合結構與2纖直線耦合結構連起來，這種結構也可以用2個上述的3端耦合器件分別取一端連接構成。另一種4端耦合器件結構如圖2的(6)，它有2個互相垂直放置的2纖直線耦合結構，用4個2分支-匯合結構連成4片花瓣形狀。5端耦合器件的結構可以取一個上述的4端耦合器件，然后加入一個分支雙向耦合結構，分支雙向耦合結構的耦合段加入4端耦合器件的任一個直線耦合結構中，使耦合結構成為3纖耦合。圖2的(8)為其中一例。6端耦合器件結構的一種是任取一種上述5端耦合器件，然后將一個分支雙向耦合結構的耦合段加入5端耦合器件的3纖耦合結構中，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，事實上用3種基本的結構，經過簡單的顯而易見的搭配(例如一個2纖直線耦合結構加一個2光分支-匯合結構就是一個3端耦合器，一個3纖直線耦合結構加2個2光分支-匯合結構就是4端耦合器)或3種基本的結構與現成端耦合器的組合搭配，可以構成更多更復雜的端耦合器件，幾乎有無限種的組合，在此不一一列出。通過調整端耦合器件各部分光纖的長度，可以大致統一各光端的信號延時。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芯片的信號端、信號引腳根據需要任意連接起來。一個復雜的芯片連接系統可能要用上百乃至上千數量的各種端耦合器。就象現在的主板制造商一樣，這種復雜的連接系統需要光纖主板制造商來設計生產。
權利要求
1.一種以光纖、印刷線路板、芯片插座構成的芯片連接系統，其特征在于它有一個雙層板結構，它能連接底面和側面分布光信號端或光信號引腳的芯片，通過芯片插座、雙層板內的光端耦合器件，將不同的芯片光信號引腳連接起來，使得光信號能在芯片的光信號端或光引腳之間傳遞。
2.根據權利要求1中所述的連接系統，其特征在于所述的雙層板結構的上層為印刷線路板，上層板與一般的多層印刷電路板結構和功能一樣，雙層結構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.根據權利要求1中所述的連接系統，其特征在于所述的芯片插座中的一種可以是下凹式插座，用于連接側面分布光信號端或光引腳的光信號芯片，插座有對應光信號芯片光信號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.根據權利要求1中所述的連接系統，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端或光引腳的光信號芯片，插座有對應光信號芯片光信號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.根據權利要求1所述的連接系統，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量的光信號端，使得這些被連接光端的任意2個之間的光信號都可以互通，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種結構，第一種結構是光分支-匯合結構，其結構是由一路光纖分為2路或者是多路光纖，從另一個方向來看，也可以認為2路或多路的光纖匯合成一路光纖，第二種結構是直線耦合結構，它由2條或者多條距離非常近的平行光纖構成，這個足夠近的距離使得任一路光信號能耦合到其他與之平行的光纖里面去，第三種結構是分支雙向耦合結構，它由一個前述的2分支結構和一段用于耦合的直線光纖構成，2分支結構出來的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這3種結構的光纖器件的組合來實現。
6.根據權利要求5所述的3端耦合器件，其特征是它有3個2分支-匯合結構，每個分支都和另外的2個2分支-匯合結構的分支相連形成一個三角形，3個匯合端分別就是3端耦合器件的耦合端。
7.根據權利要求5所述的4端耦合器件，其特征是第一種4端耦合器件的結構有一個2纖直線耦合結構，2纖直線耦合結構有4端，但是其中的任一端只能通另2端，而和以耦合線對稱的一端不通，為了解決這個問題，在不通的端對旁邊各加一條光纖，用4個2分支-匯合結構與2纖直線耦合結構連起來，這種結構也可以用2個權利要求6中的3端耦合器件分別取一端連接構成，第二種4端耦合器件結構有2個互相垂直放置的2纖直線耦合結構，用4個2分支-匯合結構連成4片花瓣形狀。
8.根據權利要求5所述的5端耦合器件，其特征是一種5端耦合器件的結構是任取一種權利要求7中的4端耦合器件，然后將一個分支雙向耦合結構的耦合段加入4端耦合器件的任一個直線耦合結構中，使耦合結構成為3纖耦合。
9.根據權利要求5所述的6端耦合器件，其特征是一種6端耦合器件的結構是任取一種權利要求8中的5端耦合器件，然后將一個分支雙向耦合結構的耦合段加入5端耦合器件的3纖耦合結構中，使之成為4纖耦合。
全文摘要
本發明是一種以光纖、印刷線路板、芯片插座構成的芯片連接系統。它利用內置的各種光端耦合器件，能將各種光信號輸入輸出芯片的光信號輸入輸出端任意地連接起來。這種芯片連接系統和傳統的印刷線路板技術比起來，能夠以更高的頻率傳輸數據，甚至能提供千吉/秒的數據傳輸速度。本發明能為各種尺寸的光信號引腳分布于底部或側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行信號連接。
文檔編號G02B6/42GK1677148SQ20041002671
公開日2005年10月5日 申請日期2004年4月2日 優先權日2004年4月2日
發明者曹學軍 申請人:曹學軍