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1.研究背景
21世纪是一个高度信息化的社会，人们通过网络传送的信息量大大增加。要快速实时地处理和传送极其巨大的信息，必需极大地提高相关通信硬件设备的性能指标。同时，随着信号传输技术的高速发展，衍生出来的诸如电路布线、电磁辐射等问题，这些都成为了提高系统性能的瓶颈。
为解决这些问题，表面贴装技术被革命性的发明出来了，表面贴装技术具有光信号的无感应、高速、低损耗等特性，相比于铜线缆，以光纤为中心的光电子技术对信息传输容量数万倍，人们对此寄予厚望。但考虑到光不同于电子的特殊性，在集成化及贴装技术方面该技术却有着不小的难度。
2.光电子表面贴装技术介绍
不同层次的光贴装技术工作原理图如图1所示。
图1光贴装技术工作原理图
光电子贴装技术按其结构总共分为六个层次。在第一层次的芯片级上，人们正在研究引入光传送。LSI上的金属布线越细小，其电阻就愈大。当布线电容的越大时，RC 时间常数也越大，致使芯片在传送信号时造成时延和衰减。据测算，考虑到新增加的激光器及光电二极管等光器件在传递信号时均存在延迟，因此引入光布线是非常有必要的。
在第二层次上，目前正研究按非对位方式在公用基板上设置多个光元件的结构。例如，以石英系平面光波电路作平台，直接贴装发光二极管或半导体激光器等的混合式光集成技术。而在此之前普遍采用的是通过结合镜等在间实现光结合的结构，这种传统方法对位较为困难，因此其成本较高。但现在，随着研究的进展，除对半导体激光器的结构重新考虑外，附加一个扩大激光器光点直径的机构，尽量减轻光固有的对位困难。
第三层次的光技术也正在研究中。交换机或者计算机或中，在陶瓷基板上并排着多个LSI 芯片，在这些芯片间采用光布线连结的连接方式。
在第四层次的主板级上，光纤猪尾巴方式(连接光纤的结构)的光器件/模块成了目前的主要趋势。
图2光纤猪尾巴方式原理图
随着越来越多的光技术用来存取、交换及相关光信息处理，主板上装设的光器件数量逐渐增多，这就导致多余部分的光纤均被埋在主板上，从使用性、故障率、经济性、尺寸等来看都是需要解决的问题。第五层次及第六层次的光互连的需求特别明显，因此很快在经济性上超过电气互连的当属。随着主板吞吐量的增大，信号线的繁多成为了提高系统性能的瓶颈，而且伴随着接线数的愈来愈多，让内部的缆线敷设变得非常困难棘手，而缆线也存在电磁干扰的问题问题。为解决这些问题，光互连得到了人们越来越多的关注。
在第六层次中，欧美与日本进行了不一样的光互连技术开发。其中欧美以大学、企业等大财团进行的技术开发为中心，光源全都使用波长0.8mm的新开发的面发光激光器，而日本则是以单个企业为单位进行的技术开发，主要采用了波长1.3mm的普通端面激光器。这些个人企业有的已达到商用级别的水平。
光表面贴装技术(光SMT)是一种为适应电路表面贴装技术而发明的一种新的板级技术，其也必将得到更大的发展。因为为适应今后光表面贴装技术发展，必须减少生产现场的组装等工序，进而能进行马上适应各种需求的设计和各个元件的事前检查。为此，光SMT 必须具备以下基本条件：
(1) 把组合了光器件及电子电路的OE 模块(OESMD)和由光布线(光波导)及电气布线构成的OE 印制板作为主要构成部件；
(2) 在结构上只要把OE 模块插入并固定到OE 印制板上，便实现了光与电气的连接，无需调整工序。在光模块及电子模块的底部带有定位用的导向插脚，只要将其插入OE 印制板的嵌入孔，OE 模块的光输入输出接头及电气接头便能分别与OE印制板上的光布线及电气布线相连接。电气布线与过去一样做在基板表面，而光通路为防止伤害和污渍做在基板表面的更内侧。
3.光电印制板与光表面贴装技术
表面贴装技术是利用自动化装置把电子元件通过软熔焊连接到固定的适当位置的一种技术，其能对印制板表面形成线路。该印制板除了具有传送电信号的铜线外，在拥有传送光信号的光波导的印制板，被称之为光电(OE)印制。
MCM 器件的散热技术中包含两种综合功能的结构，它们是具有形成风道的散热片和凹槽的散热片。完整的热交换器带有出入口管道，该热交换器具有扁平的底部表面和顶部表面，以达到对MCM 器件的元器件的冷却效果。在使用时它要接上空气的进气口管子和出气口管子。图1表示该热交换器的内部结构，其中具有大量的凹槽散热器基座，以及与每个凹槽间距相适应的锯齿形状的散热片。箭头显示出空气是怎样通过该组件的，冷却空气从热交换器的一端进入，流过凹槽的凹陷处，从而将散热片上的热量带走，空气气流的入口在下部，在另外一端气流沿着凹槽/通道区域排出去。在MCM 器件中热管理的另一个主要方面是预防由应力引起的相关失效，这就要求人们仔细地设计MCM 器件的工艺过程，以及它对材料选择所产生的影响。低应力材料和相邻材料之间的热膨胀系数的匹配是非常重要的。
4.结语
MCM 器件在未来的发展过程中将会愈来愈多地在器件中包含散热通道或嵌条，这样就能够在IC和散热片之间、或者与周围环境之间，甚至在廉价的塑料封装器件中形成高导热率的通道。未来的MCM 器件将会呈现多种不同的流行形式，这将取决其具体的应用场合。在追求高速和高可靠性的目标时，热设计将可能作为一项重要的设计内容进入MCM器件中，以满足较高的功率密度和高可靠性的需要。未来的MCM 器件将同时拥有廉价、大量的I/O、导热封装和有效的散热器。
参考文献
[1]Circuits I O P. Design guidelines for reliable surface mount technology printed boardassemblies[J]. 1996.
[2]Ji H ， Lingley A ， Baskaran R ， et al. Parallel assembly of 01005 surface mount technology components with 100% yield[J]. 2010 ， 33(9):532-535.
论文作者:耿玉宝
论文发表刊物:《科技新时代》2019年3期
论文发表时间:2019/5/9
标签：技术论文; 器件论文; 散热片论文; 表面论文; 热交换器论文; 凹槽论文; 激光器论文; 《科技新时代》2019年3期论文;