專(zhuān)利名稱(chēng)：用嵌入光纖連接組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及印刷電路板，尤其涉及印刷電路板中用于通信的光纖的使用。
背景技術(shù)：
印刷電路板(PCB)是附著電子裝置的結(jié)構(gòu)。PCB具有一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)層以及形成圖案的導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)層支承電子裝置，同時(shí)導(dǎo)體向電子裝置供電并允許裝置通過(guò)使用電子信號(hào)進(jìn)行通信。
圖1是典型常規(guī)PCB100的一部分的側(cè)剖視圖。所示的常規(guī)PCB100具有結(jié)構(gòu)核心102。該結(jié)構(gòu)核心102提供剛性支承，其中PCB100的其它一些部分可應(yīng)用于其上或者電子裝置可附著其上。這種情況中的結(jié)構(gòu)核心102具有四個(gè)核心結(jié)構(gòu)層104、106、108和110。這些核心結(jié)構(gòu)層104、106、108和110各自是玻璃纖維/樹(shù)脂合成材料。核心結(jié)構(gòu)層104、106、108和110已被壓在一起并被固化以形成結(jié)構(gòu)核心102。
頂部核心結(jié)構(gòu)層104之上是導(dǎo)電軌跡112的第一頂部層。這些導(dǎo)電軌跡112向?qū)⒏街絇CB100上的電子裝置提供電子連接。導(dǎo)電軌跡112可提供電源或接地，或者可允許電子裝置通過(guò)使用軌跡112傳導(dǎo)的電子信號(hào)進(jìn)行通信。導(dǎo)電軌跡112的第一層由結(jié)構(gòu)層114覆蓋。該結(jié)構(gòu)層114被施涂于導(dǎo)電軌跡112的第一層的頂上并被固化。該過(guò)程允許結(jié)構(gòu)層114填充軌跡112之間的間隙并粘附到核心102的頂部層104以及軌跡112本身。在結(jié)構(gòu)層114之上是導(dǎo)電軌跡116的第二頂部層。這些軌跡116也可提供電源或接地，或者可允許電子裝置進(jìn)行通信。結(jié)構(gòu)層114分開(kāi)導(dǎo)電軌跡的第一和第二頂部層112、116，并且使軌跡112、116相互絕緣。
類(lèi)似地，在底部核心結(jié)構(gòu)層110之下是導(dǎo)電軌跡的第一底部層118、結(jié)構(gòu)層120和導(dǎo)電軌跡的第二底部層122。如同導(dǎo)電軌跡的頂部層112、116，導(dǎo)電軌跡的底部層118、120可提供電源或接地，或者可允許電子裝置進(jìn)行通信。結(jié)構(gòu)層120分開(kāi)導(dǎo)電軌跡的第一和第二底部層118、120，并使軌跡118、120相互絕緣。
隨著現(xiàn)代電子裝置的復(fù)雜性、速度和性能的提升，也增加了其對(duì)通信性能的要求。這種現(xiàn)代裝置可能需要比具有多個(gè)導(dǎo)電軌跡層112、116、118、120的PCB100(諸如圖1所示的PCB100)所能提供的更高的通信性能。


圖1是典型常規(guī)印刷電路板(PCB)的一部分的側(cè)剖視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)的側(cè)剖視圖。
圖3a到3i示出了如何將光纖嵌入PCB的第一實(shí)施例。
圖4a到4d示出了如何將光纖嵌入PCB的第二實(shí)施例。
圖5是示出可將光纖集成入PCB的各種方法的側(cè)剖視圖。
圖6a到6i是示出如何使被嵌入PCB的光纖耦合到光學(xué)信號(hào)源或目的地的側(cè)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的以下詳細(xì)描述中，參考附圖，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相似的元件。充分詳細(xì)地揭示這里描述的說(shuō)明性實(shí)施例以使本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員能實(shí)施本發(fā)明。因此，以下的詳細(xì)描述不被認(rèn)為是限制性的，且本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書(shū)限定。
系統(tǒng)概述圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)一部分的側(cè)剖視圖，其中被附著到印刷電路板(PCB)200的裝置226、228或其它裝置經(jīng)由與PCB200集成的光纖224進(jìn)行通信。通過(guò)允許光通信，具有PCB200的系統(tǒng)允許比現(xiàn)有系統(tǒng)更高的數(shù)據(jù)通信速率。本文中的術(shù)語(yǔ)“光通信”廣泛地用于包含光信號(hào)的許多使用，包括傳送、發(fā)送、接收或承載光信號(hào)用于包括語(yǔ)言通信、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的目的以及其它用途。
PCB200可具有結(jié)構(gòu)核心202。該結(jié)構(gòu)核心202提供剛性支承，其中PCB200的其它一些部分可應(yīng)用于其上或者電子裝置可附著其上。這種情況中的結(jié)構(gòu)核心202具有四個(gè)核心結(jié)構(gòu)層204、206、208和210，雖然在其它實(shí)施例中可以用其它數(shù)量的層來(lái)構(gòu)成結(jié)構(gòu)核心202，或者PCB200可缺少分開(kāi)的結(jié)構(gòu)層202。一實(shí)施例中，核心結(jié)構(gòu)層204、206、208和210各自是包括纖維玻璃和樹(shù)脂的合成材料，雖然除此之外也可使用其它材料，或用其它材料替代纖維玻璃和樹(shù)脂。在這種纖維玻璃/樹(shù)脂結(jié)構(gòu)核心202的實(shí)施例中，通過(guò)將預(yù)浸處理的纖維玻璃層片(充滿樹(shù)脂的纖維玻璃織構(gòu))堆疊在一起形成該核心。隨后按壓并固化堆疊的層片。一實(shí)施例中，將核心結(jié)構(gòu)層204、206、208和210按壓在一起并固化以形成結(jié)構(gòu)核心202。
在頂部核心結(jié)構(gòu)層204之上可以是導(dǎo)電軌跡的第一頂部層212。這些導(dǎo)電軌跡212可向附著到PCB200的電子裝置提供電子連接。導(dǎo)電軌跡212可提供電源或接地，或者可允許電子裝置通過(guò)使用由軌跡212傳導(dǎo)的電子信號(hào)進(jìn)行通信。導(dǎo)電軌跡的第一層212可由結(jié)構(gòu)層214覆蓋。該結(jié)構(gòu)層214可被施涂于導(dǎo)電軌跡的第一層214上并固化。該過(guò)程可允許結(jié)構(gòu)層214填充軌跡212之間的間隙并粘附到核心202的頂部層204以及軌跡212本身。在結(jié)構(gòu)層214頂上可以是導(dǎo)電軌跡216的第二頂部層216。這些軌跡216也可提供電源或接地，或者可允許電子裝置進(jìn)行通信。結(jié)構(gòu)層214分開(kāi)了導(dǎo)電軌跡的第一和第二頂部層212、216，并使軌跡212和216相互絕緣。
類(lèi)似地，在底部核心結(jié)構(gòu)層210之下，可以是導(dǎo)電軌跡218的第一底部層、結(jié)構(gòu)層220和導(dǎo)電軌跡的第二底部層222。如同導(dǎo)電軌跡的頂部層212、216，導(dǎo)電軌跡的底部層218、220可提供電源或接地，或者可以允許電子裝置進(jìn)行通信。結(jié)構(gòu)層220分開(kāi)導(dǎo)電軌跡218和220的第一和第二底部層，并使軌跡218和220相互絕緣。
PCB200也可具有PCB200內(nèi)嵌入的一個(gè)或多個(gè)光纖224。在所示實(shí)施例中，光纖224被嵌入兩個(gè)核心結(jié)構(gòu)層204和206之間的PCB200中。一個(gè)或多個(gè)光纖224可嵌入核心結(jié)構(gòu)層204、206、208和210之間，在單個(gè)核心結(jié)構(gòu)層204、206、208和210內(nèi)，在其它層之間諸如在一層導(dǎo)電軌跡212和結(jié)構(gòu)層214之間，或者在其它層內(nèi)諸如在結(jié)構(gòu)層220內(nèi)。一實(shí)施例中，多個(gè)光纖224以光纖之間的已知間隔按預(yù)定圖案嵌入PCB200內(nèi)。
在所示實(shí)施例中，將第一裝置226和第二裝置228附著到PCB200。例如，這些裝置226、228可連接到導(dǎo)電軌跡212、216以提供電源和接地連接。電子裝置226、228也可連接到導(dǎo)電軌跡212、216，以使軌跡212、216提供一些通信。然而，裝置226、228能光學(xué)通信。在一實(shí)施例中，裝置226、228可以是電子—光學(xué)和/或光學(xué)—電子轉(zhuǎn)換器，用于發(fā)送和接收光信息并轉(zhuǎn)換之以便由電子組件使用。在另一實(shí)施例中，裝置226、228可主要是能通過(guò)內(nèi)部電子—光學(xué)和/或光學(xué)—電子轉(zhuǎn)換器進(jìn)行光通信的電子裝置。在其它實(shí)施例中，裝置226、228可以是其它類(lèi)型的裝置或組件。
一實(shí)施例中，第一裝置226可連接到第一光學(xué)通道230。第一光學(xué)通道230可允許從第一裝置226到第一光學(xué)轉(zhuǎn)向器234的或反向的光傳送。第一光學(xué)通道230可以是將光引導(dǎo)到第一光學(xué)轉(zhuǎn)向器234或從該第一光學(xué)轉(zhuǎn)向器234導(dǎo)出光的管子，可以由所穿過(guò)的層214和204的側(cè)壁良好地限定，或者可以是允許光在PCB200的表面之間行進(jìn)到光學(xué)轉(zhuǎn)向器234的另一結(jié)構(gòu)。第一光學(xué)轉(zhuǎn)向器234將沿第一光學(xué)通道230向下行進(jìn)的光轉(zhuǎn)向，使得該光被引導(dǎo)入光纖224，并將從光纖224接收的光轉(zhuǎn)向，使得該光沿第一光學(xué)通道230向上行進(jìn)。第一光學(xué)轉(zhuǎn)向器234可以是反射鏡、棱鏡或能使光轉(zhuǎn)向的另一裝置。光纖224提供光通路以行進(jìn)通過(guò)PCB200。第二光學(xué)轉(zhuǎn)向器236將從光纖224接收的光轉(zhuǎn)向，使得該光沿第二光學(xué)通道232向上行進(jìn)；或者將沿第二光學(xué)通道232向下行進(jìn)的光轉(zhuǎn)向，使得光被引入光纖224。如同第一光學(xué)轉(zhuǎn)向器230，第二光學(xué)轉(zhuǎn)向器236可以是反射鏡、棱鏡或能使光轉(zhuǎn)向的其它裝置。第二裝置228可連接到第二光學(xué)通道232，它允許到或從第二裝置228的光傳送。如同第一光學(xué)通道230，第二光學(xué)通道232可以是將光引導(dǎo)到第二光學(xué)轉(zhuǎn)向器236或從該第二光學(xué)轉(zhuǎn)向器236引導(dǎo)光的管子，可以由所穿過(guò)的層214和204的側(cè)壁良好地限定，或者可以是允許光在PCB200的表面之間行進(jìn)到光學(xué)轉(zhuǎn)向器236的另一結(jié)構(gòu)。
作為運(yùn)行中的系統(tǒng)的一示例，第一裝置226與第二裝置228光通信。第一裝置226以光的形式生成光信號(hào)，并將該光輸出到第一光學(xué)通道230。光沿第一光學(xué)通道230向下行進(jìn)到第一光學(xué)轉(zhuǎn)向器230。第一光學(xué)轉(zhuǎn)向器230使光轉(zhuǎn)向，以使光耦合入光纖224。光沿光纖行進(jìn)到第二光學(xué)轉(zhuǎn)向器236。第二光學(xué)轉(zhuǎn)向器236使從光纖224接收的光轉(zhuǎn)向，使得它沿第二光學(xué)通道232向上行進(jìn)。沿第二光學(xué)通道232向上行進(jìn)的光由第二裝置228接收。這允許第一和第二裝置226、228光通信，這允許以遠(yuǎn)高于電子通信的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。
可以看到，圖2所示的系統(tǒng)允許雙向通信從第一裝置226到第二裝置228(如上所述)以及從第二裝置228到第一裝置226。此外，可以按許多通信方法使用PCB200中嵌入的一個(gè)或多個(gè)光纖224。例如，附著到PCB200的第一裝置226可與未附著到PCB200上的分離裝置(未示出)通信。在這種情況中，第一裝置226可與光纖224相連，如圖2所示，但與第一裝置226通信的分離裝置可通過(guò)另一方案光連接。來(lái)自第一裝置226的光可沿光纖224行進(jìn)到PCB200的邊界，在這里諸如波導(dǎo)管或其它裝置的另一個(gè)或另一些光學(xué)裝置使光與分離裝置耦合。在另一示例中，裝置226可連接到一個(gè)以上的光纖224，以便與一個(gè)以上的其它組件通信。
作為簡(jiǎn)化概述，PCB200可被認(rèn)為具有基質(zhì)材料(matrix material)中嵌入的一個(gè)或多個(gè)光纖224。在圖2所示的實(shí)施例中，基質(zhì)材料包括若干層204、206、208、210、212、214、216、218、220、222，且光纖224嵌入兩個(gè)不同的層之間。光纖224也可嵌入單個(gè)層內(nèi)。在另一實(shí)施例中，PCB200可包括被認(rèn)為是基質(zhì)材料的更多或更少的層，或者可以具有其中嵌入光纖224的一個(gè)同構(gòu)的基質(zhì)材料。PCB200還可包括附加結(jié)構(gòu)，作為基質(zhì)材料的一部分。在基質(zhì)材料內(nèi)具有光纖224可允許通過(guò)PCB200的光通信。
在印刷電路板中嵌入光纖圖3a到3i示出了如何可以將光纖嵌入PCB200的第一實(shí)施例。在該第一實(shí)施例中，光纖可嵌入PCB200的各層之間。
圖3a是可嵌入PCB200中各層之間的光纖圖案302的實(shí)施例的俯視圖。該光纖圖案302可包括多個(gè)光纖304。如圖所示，光纖304形成柵格的圖案302，光纖304之間具有相等的水平間隔306、308和垂直間隔310、312。柵格圖案302也可具有不同的水平間隔，諸如如果間隔306與間隔308不同，和/或不同的垂直間隔，諸如如果間隔310和間隔312不同。在其它實(shí)施例中可使用許多不同的間隔方案和圖案302，包括非柵格圖案302。例如，單個(gè)光纖304可以是整個(gè)圖案302，或者圖案302甚至是隨機(jī)分布的光纖304。在另一實(shí)施例中，光纖304置于圖案302中以形成用于與PCB200耦合的組件的特殊排列的一點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光通信網(wǎng)絡(luò)?？梢陨芍T如Gerber文件的一文件，它可以提供正確放置光纖304所必需的信息，以允許與PCB200耦合的組件將這些光纖304用于光通信。
在一些實(shí)施例中，可以預(yù)先選擇和知道包括光纖304之間的任何間隔306、308、310和312的圖案302，使得光纖304的相互位置是已知的。在一實(shí)施例中，基于將附著到PCB200的裝置的間隔來(lái)選擇光纖304之間的間隔306、308、310和312。例如，在一些實(shí)施例中，可以將間隔選擇為0.75mm、1mm或1.27mm。
圖3b是圖3a的圖案302的側(cè)剖視圖。在圖3b所示的實(shí)施例中，水平光纖304被編織為在垂直光纖304之上和之下交錯(cuò)通過(guò)，且垂直光纖304在水平光纖304之上和之下交錯(cuò)通過(guò)。在其它實(shí)施例中，可以不同地放置光纖304。所有水平光纖304都可以在所有垂直光纖304之上而非被編織，或者水平光纖304可在兩個(gè)垂直光纖304上通過(guò)隨后在一個(gè)垂直光纖304之下通過(guò)，或者可以使用其它放置方案。
圖3c和3d示出了在將光纖圖案302嵌入PCB200中之前相對(duì)于結(jié)構(gòu)層314、316的光纖圖案302。圖3c是示出一實(shí)施例的剖視圖，在該實(shí)施例中光纖圖案302中的光纖304將通過(guò)置于兩個(gè)結(jié)構(gòu)層314、316或其它層之間被嵌入PCB200中。層314、316可以是兩個(gè)結(jié)構(gòu)層，諸如如圖2所示的結(jié)構(gòu)層204和206，或者可以是其它層。在將層314、316耦合在一起之前，光纖圖案302可置于兩個(gè)層314、316之間。在層包括纖維玻璃和樹(shù)脂的一個(gè)實(shí)施例中，“耦合在一起”表示層314、316和光纖304被堆疊，隨后按壓在一起并固化。圖3d是示出在將兩個(gè)層314、316耦合在一起之前設(shè)置于底部層316之上的光纖圖案302的俯視圖。在一可選實(shí)施例中，光纖圖案302可形成于諸如層316的預(yù)浸處理層表面上，而非圖3c的堆疊層中所示的更分散的光纖圖案302層。
圖3e是示出在已將層314、316耦合在一起后兩個(gè)層314、316之間的光纖圖案302中的光纖304的側(cè)剖視圖。為了清楚，在圖3e中采用橫截面，以便僅示出垂直于頁(yè)面的光纖304。在層314、316為核心結(jié)構(gòu)層(諸如圖2所示的層204和206)并由包含纖維玻璃和樹(shù)脂的材料制成的實(shí)施例中，可以在其間具有光纖圖案302的情況下將層314、316按壓在一起并固化。這使得在將兩個(gè)層314、316耦合在一起之后光纖圖案302的光纖304位于兩個(gè)層314和316之間或者由它們“夾住”。層314、316在固化過(guò)程中可在光纖304周?chē)鲃?dòng)，以相互之間并與光纖304接觸和粘附。在一實(shí)施例中，光纖圖案302內(nèi)光纖304的位置可以是已知的，且層314、316的厚度可以是已知的，從而圖3e中所示的光纖304的位置可以是已知的并可通過(guò)鉆孔或其它方法而訪問(wèn)。一實(shí)施例中，在將層314、316耦合在一起時(shí)光纖304可稍許移位，但用于形成一個(gè)以訪問(wèn)光纖304的鉆孔或其它方法形成足夠大的孔，使得利用在被嵌入PCB200中兩個(gè)層314、316之間前其位置的知識(shí)仍能訪問(wèn)光纖304。
圖3f是示出兩個(gè)分開(kāi)的光纖圖案302的側(cè)剖視圖，其中光纖304嵌于三個(gè)層314、316和318之間。存在第一光纖圖案302，其中光纖304嵌于層314和316之間，以及第二光纖圖案302，其中光纖嵌于層316和318之間?？梢耘c將光纖304嵌于層314和316之間相同的方式將光纖304嵌于層316和318之間，如上所述。圖3f示出可以在多個(gè)不同級(jí)處將一個(gè)以上的光纖圖案302嵌入PCB200中。
圖3g和3h是示出如何可以將光纖304嵌于層314和導(dǎo)電軌跡層320之間的側(cè)剖視圖，其中層314可以是結(jié)構(gòu)層，且導(dǎo)電軌跡層320諸如圖2中的層212。圖3g示出了在將光纖304和層314、316、320耦合在一起前層316上的導(dǎo)電軌跡層320、位于導(dǎo)電軌跡層320上方的圖案302中的光纖304以及光纖304上方可以是結(jié)構(gòu)層的層314。圖3h示出了在被耦合在一起后光纖304和層314、316、320。在所示實(shí)施例中，在固化過(guò)程中層314在導(dǎo)電軌跡320周?chē)鲃?dòng)，以碰到和粘附層316以及軌跡320。在將光纖304和層314、316、320耦合在一起后，圖3g中軌跡320上的光纖304保持于軌跡320上。因此，光纖304可能不再基本位于諸如層314和316的兩個(gè)層之間的平面中；而是，軌跡320上的光纖304可與其它光纖304位于不同的高度。
圖3i是示出在兩個(gè)層之間嵌入光纖圖案302的稍許變型的側(cè)剖視圖。圖3i中，可將光纖304粘附到層314頂部。具有粘附光纖304的層314可與另一層堆疊并被按壓在一起，使得光纖處于兩個(gè)層之間。層314也可以是PCB200的外部層，以使得光纖保持暴露于PCB200的表面上。
作為簡(jiǎn)化概述，PCB200可被認(rèn)為具有基質(zhì)材料中嵌入的一個(gè)或多個(gè)集成的光纖304。在圖3a到3h所示的實(shí)施例中，基質(zhì)材料包括兩個(gè)或更多層，諸如層314、316、318、320，且光纖304被嵌于兩個(gè)不同的層之間。在這種實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)層可被認(rèn)為是其中嵌入光纖304的基質(zhì)材料。PCB200也可包括附加結(jié)構(gòu)作為基質(zhì)材料的一部分。在構(gòu)成PCB200的基質(zhì)材料內(nèi)具有光纖304可允許通過(guò)PCB200的光通信。圖3i中，將光纖304粘附到基質(zhì)材料。在這種情況下，光纖304可被認(rèn)為在PCB200中與基質(zhì)材料集成，因?yàn)楣饫w304是隨后將與組件耦合的PCB200的一部分。
圖4a到4d示出了如何可以將光纖嵌入PCB200中的第二實(shí)施例。在該第二實(shí)施例中，將光纖嵌入PCB200的一個(gè)或多個(gè)層內(nèi)，諸如層204、206、208或210內(nèi)。
圖4a是說(shuō)明如何形成諸如204、206、208或210的PCB200的一層的流程圖400，其中該層內(nèi)嵌入了光纖。在所述實(shí)施例中，PCB200由纖維玻璃纖維、一個(gè)或多個(gè)光纖和樹(shù)脂構(gòu)成，盡管在其它實(shí)施例中可以使用其它材料和方法來(lái)制造PCB200。纖維玻璃纖維可以是結(jié)構(gòu)纖維，它向PCB200增加強(qiáng)度。
可用纖維玻璃纖維和一個(gè)或多個(gè)光纖形成纖維束402?，F(xiàn)在參考圖4b，示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的纖維束。有纖維玻璃纖維供應(yīng)裝置410和光纖供應(yīng)裝置412。捆束器414可接收來(lái)自供應(yīng)裝置410、412的纖維玻璃纖維和光纖。該捆束器414可將多個(gè)纖維組合成一組或一束纖維416。一實(shí)施例中，束416內(nèi)的纖維通常被定向?yàn)榛酒叫杏谑?16。束416可包括纖維玻璃纖維中的一個(gè)或多個(gè)光纖，諸如光纖418和420。一實(shí)施例中，束416內(nèi)光纖418、420的位置可以預(yù)先選擇并且是已知的，且束416的大小是預(yù)先選擇且已知的。在一實(shí)施例中，束416可以具有基本圓形的橫截面，其直徑約0.005英寸。
返回到圖4a，隨后將束編織成織物404?，F(xiàn)在參考圖4c，示出了由束416編織成的織物422的俯視圖。在所示實(shí)施例中，將在第一方向(水平或垂直)中的每個(gè)束416編織為在第二方向(垂直和水平中的另一個(gè))中的束416之上和之下交錯(cuò)，盡管在其它實(shí)施例中可以使用不同的編織方法。例如，包括光纖424和426的水平束428在圖4c左側(cè)上的垂直束上方開(kāi)始，在圖4c的中間的垂直束430下方編織，隨后返回到圖4c右側(cè)上的垂直束的上方。類(lèi)似地，包括光纖432和434的垂直束430在圖4c頂部處的水平束428上方開(kāi)始，在圖4c中間的水平束下方編織，隨后返回到圖4c底部處的水平束上方。如圖4c所示，在一些實(shí)施例中，織物422內(nèi)的光纖基本保持織物422內(nèi)束中的其相對(duì)位置。例如，光纖424從織物422的左側(cè)到右側(cè)始終基本保持束428內(nèi)的它的位置。如在一些實(shí)施例中，織物422內(nèi)束428、430的大小以及束內(nèi)光纖424、426、432、434的位置兩者都是已知的，織物422內(nèi)光纖424、426、432、434的位置也是基本已知的，使得可以在被嵌入PCB200后訪問(wèn)光纖424、426、432、434。在其它實(shí)施例中，不是所有被編織404入織物422的束416都可以包括光纖。
返回圖4a，使織物422充滿樹(shù)脂以形成用于PCB200的一個(gè)層的合成材料。隨后可以形成具有一個(gè)或多個(gè)這些層的PCB200 408。在一實(shí)施例中，這可以通過(guò)固化樹(shù)脂來(lái)進(jìn)行。參考圖4d，示出一側(cè)剖視圖，它示出了具有嵌入光纖440的兩個(gè)耦合在一起的層436、438，其中嵌入的光纖440可以是PCB200的一部分。例如，兩個(gè)層436、438可以是PCB200的兩個(gè)核心結(jié)構(gòu)層204、206，或者它們可以是PCB200的不同層或者是PCB200的不同實(shí)施例的一部分。如圖4d所示，在層436、438本身內(nèi)編織每個(gè)層436、438內(nèi)的光纖440(為了清楚，未示出纖維玻璃纖維)。在一實(shí)施例中，兩件織物422可從具有光纖的形成402的束被編織404，用樹(shù)脂充滿406，隨后被按壓在一起并被固化以形成408包括圖4d所示的雙層結(jié)構(gòu)的PCB200，其中每個(gè)層436、438都包括嵌入的光纖440。PCB200中的一個(gè)、一些或全部層可包括這種嵌入光纖，這可允許高速光學(xué)數(shù)據(jù)通信。
作為簡(jiǎn)化的概述，PCB200可被認(rèn)為具有嵌入在基質(zhì)材料中的一個(gè)或多個(gè)集成光纖440。在圖4a到4d所示的實(shí)施例中，粘合材料包括一個(gè)或多個(gè)層，諸如層436和/或438，且光纖440被嵌入一層內(nèi)。在這種實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)層可以是其中嵌入光纖440的基質(zhì)材料。PCB200也可包括附加結(jié)構(gòu)作為基質(zhì)材料的一部分。在基質(zhì)材料內(nèi)具有光纖440可允許通過(guò)PCB200的光通信。
圖5是示出具有根據(jù)上述嵌入的兩個(gè)實(shí)施例的可嵌入光纖304、440的一些不同方法的圖2PCB200的側(cè)剖視圖。在所示實(shí)施例中，光纖304被嵌于結(jié)構(gòu)核心202中的各層之間。光纖304存在于核心結(jié)構(gòu)層204和206之間以及核心結(jié)構(gòu)層206和208之間，盡管在其它實(shí)施例中，光纖304可嵌于不同的層之間。在一些實(shí)施例中，光纖304的位置可以是基本已知的。在一個(gè)實(shí)施例中，光纖304可按柵格圖案排列以允許它們通過(guò)PCB200上組件的許多不同排列用于光通信。在另一實(shí)施例中，光纖304可排列于特別的圖案302中，以形成用于PCB200上組件的特殊排列的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光通信網(wǎng)絡(luò)。此外，具有不同層結(jié)構(gòu)的不同PCB200可使一個(gè)或多個(gè)光纖304嵌入它們的層內(nèi)。通過(guò)被粘附到PCB200的頂部表面層214，也可存在PCB200中集成的光纖304。這些光纖304可按用于形成特殊的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的圖案302、柵格圖案或其它圖案。它們可以類(lèi)似于金屬軌跡216的設(shè)計(jì)和放置被設(shè)計(jì)和放置于層214上。最后，有被嵌入于PCB200的單個(gè)層210內(nèi)的光纖440。嵌入或與PCB200集成一個(gè)或多個(gè)光纖的任一或所有這些方法可用于允許高速光學(xué)數(shù)據(jù)通信。也可以形成超出圖5所示的集成光纖的方法的其它組合。
將光信號(hào)耦合進(jìn)出嵌入光纖圖6a到6i是示出如何將PCB200中嵌入的光纖耦合到光信號(hào)源或目的地以允許將PCB200內(nèi)的光纖用于光通信的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)剖視圖。在一些實(shí)施例中，這可以通過(guò)形成光學(xué)通道以允許光從PCB200的表面到達(dá)光纖來(lái)進(jìn)行。
圖6a是具有嵌入光纖504的PCB502的簡(jiǎn)化說(shuō)明的側(cè)剖視圖。為了清楚，PCB502的簡(jiǎn)化說(shuō)明僅示出了將光纖504嵌于PCB502的基質(zhì)材料505內(nèi)，且未示出可在各種實(shí)施例中構(gòu)成PCB502的各種結(jié)構(gòu)和層。PCB502內(nèi)的光纖504可由被附著到PCB502表面上的裝置用于光通信。PCB502的基質(zhì)材料505例如可以是纖維玻璃/樹(shù)脂合成物的一個(gè)或多個(gè)層，盡管也可使用其它材料。如果有多個(gè)不同材料的層或分離部分形成PCB502，諸如圖2的層204、206、208、210、212、214等，所有這些材料、部分和層都可被認(rèn)為是基質(zhì)材料505。
圖6b是示出在通過(guò)基質(zhì)材料505形成第一井506以訪問(wèn)光纖504之后的PCB502的側(cè)剖視圖。從PCB502表面延伸的基質(zhì)材料505的側(cè)壁508可限定第一井506的側(cè)面。
在具有嵌入光纖504的PCB502的一些實(shí)施例中，光纖504的角度可以不平行于PCB502的表面。且PCB502表面下光纖504的精確距離可以是未知的。在一實(shí)施例中，該角度可達(dá)與PCB502的表面成15度，且準(zhǔn)確角度是未知的。在一實(shí)施例中，PCB502表面下的光纖504的距離可已知為加減0.003英寸的誤差幅度。在一實(shí)施例中，PCB502表面下的光纖504的距離可已知為加減0.001英寸的誤差幅度。在其它實(shí)施例中，PCB502表面下的光纖504的距離可已知為改變其它精度。此外，不能精確地知道PCB502平面內(nèi)的光纖504的位置。在光纖504作為圖案302的一部分的實(shí)施例中，可測(cè)試PCB502以找到一個(gè)光纖504，隨后可使用光纖504之間的已知間隔306、308、310、312來(lái)確定其它光纖504的位置。在光纖504作為圖案302的一部分的一實(shí)施例中，以加減0.003英寸的誤差幅度知道光纖504的位置。類(lèi)似地，如果光纖504被嵌入一層內(nèi)，在一實(shí)施例中，可以以加減0.003英寸的誤差范圍知道光纖504的位置，其中光纖504之間的間隔由束416的大小提供。
因此，在未準(zhǔn)確知道光纖504的深度、位置和角度的一些實(shí)施例中，第一井506可向下延伸以達(dá)到光纖504的最上表面，可部分地延伸通過(guò)基質(zhì)材料505但不達(dá)到光纖504，或者可延伸入光纖504使得第一井506的底部在光纖504的頂表面之下(圖6b中示出)。
第一井506可通過(guò)多種不同方法形成。在一實(shí)施例中，可通過(guò)大功率激光器形成該井。小功率激光器可用于平滑第一井506的側(cè)壁508。也可以使用諸如化學(xué)蝕刻的其它方法。在一實(shí)施例中，第一井506的直徑可明顯大于光纖504的直徑，使得井506更可能達(dá)到光纖504，即使光纖504的準(zhǔn)確位置是未知的。例如，在一實(shí)施例中，第一井506可具有圓形截面，其直徑兩倍于光纖504的直徑。在另一實(shí)施例中，第一井506可具有基本圓形的橫截面，其直徑約0.010英寸。在另一實(shí)施例中，第一井506可具有基本圓形的橫截面，其直徑大于光纖的已知位置的誤差范圍。在其它實(shí)施例中，第一井506可以是其它大小并具有其它的非圓形形狀。
圖6c是示出在將光阻擋層510沉積于第一井506的表面上后PCB502的側(cè)剖視圖。在一實(shí)施例中，光阻擋層510可防止PCB502表面和光纖504之間行進(jìn)的一些或全部的光被散射或折射入PCB502的基質(zhì)材料505。在另一實(shí)施例中，光阻擋層510可將結(jié)構(gòu)加固件添加到限定第一井506的側(cè)壁508的基質(zhì)材料505。光阻擋層510可通過(guò)電鍍或金屬化法或者其它方法進(jìn)行沉積。光阻擋層510可反射一些或全部入射光，或者防止一些或全部入射光通過(guò)。
圖6d是示出在形成通過(guò)光纖504的第二井512后的PCB502的側(cè)剖視圖。第二井512可暴露光纖504的橫截面上的光透射表面514，使得光能從源被耦合入光纖504或者從光纖504耦合到目的地。該第二井512可被認(rèn)為是一管子或光學(xué)通道以允許光從PCB502表面行進(jìn)到光纖504。在一實(shí)施例中，可以通過(guò)多種不同方法形成第二井512。在一實(shí)施例中，井512可由大功率激光器形成。小功率激光器可用于平滑第二井512的側(cè)壁。諸如化學(xué)蝕刻的其它方法也可用于形成第二井512。用于形成第二井512的方法可使光纖504的光透射表面514充分平滑，用于將光耦合到光纖以及從光纖進(jìn)行耦合。但是，在一些實(shí)施例中進(jìn)行進(jìn)一步的平滑。這可以通過(guò)諸如氧化鋁或鉆石的拋光漿、拋光工具或通過(guò)其它方法進(jìn)行。
在另一實(shí)施例中，可以僅形成從PCB502的表面延伸以暴露光纖504的光透射表面514的一個(gè)井。在這種實(shí)施例中，可以形成分開(kāi)的管子，它至少部分地從PCB502的表面延伸到光纖504以防止光散射或折射入基質(zhì)材料505?；蛘?，掩?？筛采w光纖504的光透射表面514，使得能沉積光阻擋層510以防止光散射或折射入基質(zhì)材料505，同時(shí)使光纖504的透射表面514沒(méi)有光阻擋層510。在再一實(shí)施例中，不使用分開(kāi)的管子或光阻擋層510；在沒(méi)有這種結(jié)構(gòu)的情況下，充足的光到達(dá)光纖504。
圖6e是示出在將光轉(zhuǎn)向器516插入第二井512后的PCB512的側(cè)剖視圖。在一實(shí)施例中，膠水518可將光轉(zhuǎn)向器516保持就位。在一實(shí)施例中，膠水518在這點(diǎn)上仍不可以被固化，并可再工作以可以改變光轉(zhuǎn)向器(也稱(chēng)作“光學(xué)轉(zhuǎn)向器”)516的位置。在其它實(shí)施例中，不同的附著材料518可用于將光轉(zhuǎn)向器516保持就位。在一些實(shí)施例中，這些附著材料518可按期望將光轉(zhuǎn)向器516保持就位，但可以是可通過(guò)應(yīng)用力或者其它手段再工作或可變化的，以便能改變光轉(zhuǎn)向器516的位置。光轉(zhuǎn)向器516可以是反射鏡、棱鏡或使光轉(zhuǎn)向的其它裝置。
圖6f是示出如何設(shè)置光轉(zhuǎn)向器516的角度和深度以正確地將光耦合到光纖504和從光纖504耦合的側(cè)剖視圖。在所示實(shí)施例中，光源522把光引向光轉(zhuǎn)向器516。光轉(zhuǎn)向器516把光轉(zhuǎn)向入光纖504，它把光輸出到光檢測(cè)器524。來(lái)自光檢測(cè)器524的反饋可用于確定光轉(zhuǎn)向器516是否正將足夠(或任何)的光從光源522轉(zhuǎn)向入光纖504。如果沒(méi)有足夠的光正被轉(zhuǎn)向入光纖504，可以改變光轉(zhuǎn)向器516的位置和角度。因此，通過(guò)監(jiān)控光檢測(cè)器524接收的光并相應(yīng)地調(diào)節(jié)光轉(zhuǎn)向器516，可以正確地定位該光轉(zhuǎn)向器516。在一些實(shí)施例中，在正確地定位光轉(zhuǎn)向器516前膠水518不能被固化，從而能改變光轉(zhuǎn)向器516的位置。在一實(shí)施例中，在正確地定位光轉(zhuǎn)向器516后，膠水518或其它附著材料518被固化或設(shè)定為將光轉(zhuǎn)向器516保持于正確位置。也可使用用于定位光轉(zhuǎn)向器516的其它方法。例如，光檢測(cè)器524可設(shè)置于鄰近第二井512頂部處的光源522。隨后，光檢測(cè)器524將檢測(cè)已被反射且未耦合入光纖504的光。耦合入光纖504的光越多意味著反射光越少。將調(diào)節(jié)光轉(zhuǎn)向器516直到光檢測(cè)器524檢測(cè)到令人滿意的少量光。
圖6g是示出在用光中性材料526填充第二井512后的PCB502的側(cè)剖視圖。該光中性材料526可允許多數(shù)或所有的光穿過(guò)。材料526也可防止光轉(zhuǎn)向器516被破壞或再定位，并可對(duì)PCB502提供結(jié)構(gòu)支承。在附著材料518未被設(shè)定就位以防止光轉(zhuǎn)向器516的位置的進(jìn)一步調(diào)整的實(shí)施例中，光中性材料526可用于將光轉(zhuǎn)向器516保持就位。
圖6h是示出在已添加光導(dǎo)528后的PCB502的側(cè)剖視圖。光導(dǎo)528可幫助在光轉(zhuǎn)向器516和PCB502的表面之間引導(dǎo)光。在一實(shí)施例中，可在光中性材料526中形成一孔。隨后，將光導(dǎo)528插入該孔中。任選地，可用一材料涂布孔的側(cè)壁以形成光導(dǎo)528而非將光導(dǎo)528插入該孔中。在其它實(shí)施例中，可省去光導(dǎo)528。
因此，已形成了光通道。光通道可允許光從PCB502的表面行進(jìn)到光纖504或者光轉(zhuǎn)向器516。光通道可以簡(jiǎn)單地是一孔，諸如第二井512，或者它可以用光中性材料526填充，諸如圖6g中所示的，或者它可以包括光導(dǎo)528，諸如圖6h中所示的，或者可以采取具有其它結(jié)構(gòu)的其它形式。
圖6i是示出具有附著的光學(xué)組件530的PCB502的側(cè)剖視圖。光學(xué)組件530可以是光學(xué)裝置、具有執(zhí)行電子—光學(xué)和/或光學(xué)—電子轉(zhuǎn)換的模塊的電子裝置、將光耦合到未附著到PCB502上的裝置的組件530或者其它類(lèi)型的組件530。因此，組件530可將光纖504用于光通信。當(dāng)組件530傳送光信號(hào)時(shí)，該信號(hào)從組件530行進(jìn)到光轉(zhuǎn)向器516(在一些實(shí)施例中可能由光導(dǎo)528輔助)。光轉(zhuǎn)向器516可將光耦合入光纖504，光可以沿該光纖504行進(jìn)到目的地。類(lèi)似地，當(dāng)組件530接收光學(xué)數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，該信號(hào)可沿光纖504行進(jìn)到光轉(zhuǎn)向器516。光轉(zhuǎn)向器516可轉(zhuǎn)向該信號(hào)，因此它沿光學(xué)通道向上行進(jìn)到組件530(在一些實(shí)施例中可能由光導(dǎo)528輔助)。具有嵌入光纖504的PCB502可允許組件530以高速光傳送數(shù)據(jù)。
雖然這里參考特殊實(shí)施例描述了本發(fā)明，但許多修改將是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的。此外，本發(fā)明實(shí)施例的以上描述和以下權(quán)利要求包括術(shù)語(yǔ)，諸如左、右、之上、之下、上、下、第一、第二等，它們僅用于描述用途而不被解釋為限制性的。這里描述的裝置或制品實(shí)施例可按大量設(shè)置和定向進(jìn)行制造、使用或運(yùn)載。因此，所有這些變型和修改都包含在由以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在印刷電路板中形成光學(xué)通道以訪問(wèn)所述印刷電路板中嵌入的光纖；將光學(xué)轉(zhuǎn)向器置于所述光學(xué)通道內(nèi)；以及調(diào)節(jié)所述光學(xué)轉(zhuǎn)向器以轉(zhuǎn)向被引入所述光學(xué)通道的光，使得所述光被耦合入所述光纖。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成光學(xué)通道包括在所述印刷電路板的基質(zhì)材料中形成一井。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，形成光學(xué)通道還包括在所述井的至少部分側(cè)壁上形成光阻擋層，以便在光沿所述光學(xué)通道行進(jìn)時(shí)防止至少一些光進(jìn)入所述印刷電路板的基質(zhì)材料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在所述光學(xué)通道內(nèi)和所述光學(xué)轉(zhuǎn)向器周?chē)练e光中性材料。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括形成一光導(dǎo)以引導(dǎo)光沿著所述光學(xué)通道通過(guò)光學(xué)中性材料。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成光學(xué)通道包括在印刷電路板的基質(zhì)材料中形成第一井；在所述第一井的側(cè)壁上沉積光阻擋材料；以及在印刷電路板的基質(zhì)材料中形成第二井，所述第二井的深度大于所述第一井并暴露光纖的光透射表面。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在將所述光學(xué)轉(zhuǎn)向器置入光學(xué)通道內(nèi)時(shí)，它被附著到具有可調(diào)節(jié)附著材料的印刷電路板。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)所述光學(xué)轉(zhuǎn)向器包括將光從源引入所述光學(xué)通道到達(dá)光轉(zhuǎn)向器；由所述光學(xué)轉(zhuǎn)向器使來(lái)自源的光轉(zhuǎn)向；用光檢測(cè)器檢測(cè)在由光學(xué)轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向后沿光纖行進(jìn)的來(lái)自源的光；測(cè)量所檢測(cè)的光；以及改變光學(xué)轉(zhuǎn)向器的位置。
9.一種裝置，包括一表面；基質(zhì)材料；嵌入的光纖；光學(xué)通道，用于允許光行進(jìn)通過(guò)所述表面和所述嵌入的光纖之間的基質(zhì)材料；以及光學(xué)轉(zhuǎn)向器，用于使沿光學(xué)通道從光纖接收的光轉(zhuǎn)向裝置的表面并用于將從所述光學(xué)通道接收的光轉(zhuǎn)向入光纖。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)通道包括側(cè)壁，它們限定基質(zhì)材料和光學(xué)通道之間的邊界。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括一層光阻擋材料，它覆蓋側(cè)壁的至少一部分，以便在光沿光學(xué)通道行進(jìn)時(shí)防止至少一些光進(jìn)入基質(zhì)材料。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，還包括用于將光學(xué)轉(zhuǎn)向器附著到所述裝置的附著材料。
13.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，還包括所述光學(xué)通道內(nèi)和光學(xué)轉(zhuǎn)向器周?chē)墓庵行圆牧稀?br> 14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，還包括一光導(dǎo)，用于沿著光學(xué)通道引導(dǎo)光通過(guò)光中性材料。
15.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，還包括覆蓋限定基質(zhì)材料和光學(xué)通道之間的邊界的至少一部分側(cè)壁的一層光阻擋材料，以便在光沿光學(xué)通道行進(jìn)時(shí)防止至少一些光進(jìn)入所述基質(zhì)材料；附著材料，用于將所述光學(xué)轉(zhuǎn)向器附著到裝置上；光中性材料，它基本填充光學(xué)通道內(nèi)和光學(xué)轉(zhuǎn)向器周?chē)牧硗獾目瞻卓臻g；以及光導(dǎo)，用于沿著光學(xué)通道引導(dǎo)光通過(guò)光中性材料。
16.一種裝置，包括電路板，它包括表面；基質(zhì)材料；嵌入的光纖；第一光學(xué)通道，用于允許光行進(jìn)通過(guò)所述表面和所述嵌入光纖之間的基質(zhì)材料；第二光學(xué)通道，用于允許光行進(jìn)通過(guò)所述表面和所述嵌入光纖之間的基質(zhì)材料；第一光學(xué)轉(zhuǎn)向器，用于將沿第一光學(xué)通道從光纖接收的光轉(zhuǎn)向裝置表面并用于將從第一光學(xué)通道接收的光轉(zhuǎn)向入光纖；以及第二光學(xué)轉(zhuǎn)向器，用于將沿第二光學(xué)通道從光纖接收的光轉(zhuǎn)向裝置表面并用于將從第二光學(xué)通道接收的光轉(zhuǎn)向入光纖；以及第一光學(xué)組件，它連接到電路板并光連接到第一光學(xué)通道以便沿該第一光學(xué)通道傳送光信號(hào)到第一光學(xué)轉(zhuǎn)向器并從第一光學(xué)轉(zhuǎn)向器接收沿第一光學(xué)通道向上行進(jìn)的光信號(hào)；第二光學(xué)組件，它連接到電路板并光連接到第二光學(xué)通道以便沿該第二光學(xué)通道傳送光信號(hào)到第二光學(xué)轉(zhuǎn)向器并從第二光學(xué)轉(zhuǎn)向器接收沿第二光學(xué)通道向上行進(jìn)的光信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，從第一光學(xué)組件沿著第一光學(xué)通道傳送到第一光學(xué)轉(zhuǎn)向器的光信號(hào)被轉(zhuǎn)向入嵌入的光纖到達(dá)第二光學(xué)轉(zhuǎn)向器，它將該光信號(hào)轉(zhuǎn)向?yàn)檠氐诙鈱W(xué)通道向上以便由第二光學(xué)組件接收。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述電路板包括多個(gè)層且嵌入的光纖位于所述多個(gè)層的第一個(gè)和第二個(gè)之間。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述電路板包括至少一個(gè)層且嵌入的光纖在第一層內(nèi)。
20.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述基質(zhì)材料包括一具有多個(gè)編織結(jié)構(gòu)纖維的層；以及用結(jié)構(gòu)纖維編織所述嵌入的光纖以形成所述層。
全文摘要
本發(fā)明提供了印刷電路板(PCB)上的組件(226、228)和PCB中嵌入的光纖(224)之間的光學(xué)連接。光學(xué)連接包括光學(xué)通道(230、232)，用于允許光行進(jìn)通過(guò)PCB表面和嵌入光纖之間的基質(zhì)材料，以及光學(xué)轉(zhuǎn)向器(234、236)，用于將沿光學(xué)通道(230、232)從光纖(224)接收的光轉(zhuǎn)向裝置表面并用于將來(lái)自光學(xué)通道(230、232)的光轉(zhuǎn)向入光纖。通過(guò)光連接組件和光纖，該組件可使用光纖(224)用于高速光學(xué)數(shù)據(jù)通信。
文檔編號(hào)G02B6/42GK1853127SQ200480027102
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月22日
發(fā)明者J·梅爾辛, W·奧格, G·布里斯特, G·朗 申請(qǐng)人:英特爾公司