专利名称：具有电气印制导线和用于电光变换和/或光电变换的装置的印刷电路板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的印刷电路板。
通过电子学的越来越小型化实现电子组件、部件和系统的效率的提高。在数据处理和数据传输、以及电信的范围中，这通过时钟脉冲速度和数据率的增长表现出来。在专家组中从此出发，即处理器的时钟频率从1999年的约1GHz增长到2012/2014年的超过10GHz。
只有当外部连接使得如高频的接通、复用和解复用一样的传输和处理成为可能时，处理器的性能才可被使用。根据串扰、反射和功率损耗，随着频率增加，对电气结构技术和电气连接技术的要求越来越备受批评。根据不充分的连接技术，处理器的电势能常常不能被使用。针对该问题的新的电气解决方案和观念与高成本连接。
作为替换方案，光学组件或器件越来越多地用于传输。通过光学技术避免了电气问题。迄今，该光学组件或器件被固定在印刷电路板上。同时，光学组件借助光波导体被连接。一个或者多个印刷电路板的光波导体在此通过接合或者光学插头相互连接。该光波导体常常导致其他离散建立的部件。这些结构避免电气问题，但是该结构必须被相对昂贵地建立且成本高。
本发明的任务在于，指出一种针对光学组件的简单的连接技术。
该任务通过如权利要求1所述的印刷电路板来解决。
通过电气连接和光学连接或印刷电路板上的印制导线的集成，电路的光学组件或器件可以简单地相互连接。同样，光学电路可以被集成，而光学组件的供电或光学组件的控制通过印刷电路板上的电路实现。
本发明的有利的改进方案在从属权利要求中被给出。
在一个改进方案中，光学印制导线或连接被实施为光学波导。这有特别是衰减少和失真少的连接的优点。
在另一个改进方案中，印刷电路板被实施为多层板，也就是说该印刷电路板由多层组成。一层可分别包含电气连接或者光学连接。混合形式也是可能的。电气连接和光学连接层或印制导线不必是交替的。也可是一种类型的多层，这些层再次位于其他类型的多层上。
在此，内部印制导线通过关于印制导线层垂直的入口可到达。同样，该印制导线可向一侧引出地来安排。多层印刷电路板的应用有以下优点，即复杂的电气电路和光学电路可以被集成在印刷电路板上。
在本发明的一个改进方案中，光学组件或元件被集成在印刷电路板中。这有以下优点，即被集成的光学是可能的。也就是说，例如集成微电机系统(简称为MEMS)，该微电机系统有选择地在两个输出端中的一个上输出一个光学信号。由此被集成的光学的优点与印刷电路板上的电子的优点组合。
通过光学印制导线的掺杂物，线性和非线性光学效应可有利地以集成在印刷电路板上的方式来实现。
本发明的实施例在附图中被描述并在下面进一步被说明。
在此
图1示出具有电气层和光学层以及电光器件的印刷电路板的示意性描述。
图2示出具有多层板的实施例。
图3示出具有引导不同波长的光学信号的多层板的其他实施例。
图4在透视横截面描述中示出光学层的实施方案的截面。
图5示出分插复用器的方框电路图。
图6示出根据图5的分插复用器的内部结构。
图1示出印刷电路板LP。该印刷电路板由底层1、具有例如光学波导的光学印制导线3的光学层2、电气层4组成，该电气层4被电气隔离并具有导电的印制导线5。电光器件6与该电气印制导线连接，该电光器件被布置在面向光学层2的连接开口7上。电光器件6的光学侧借助光学耦合元件8与光学印制导线3光学有效地连接，该光学耦合元件8例如是镜子或者微电机系统(简称为MEMS)。
图2示出与图1类似的描述，区别在于还描述了其他层。在图2中，具有未示出的印制导线的两个光学层2和两个电气层4、连接开口7和光学耦合元件8被描述。从光学印制导线3指向光学耦合元件8的箭头9和从光学耦合元件8指向外面的箭头10示意性地示出耦合输入或耦合输出的光学信号的路径。
图3类似于图2示意性地示出具有多层的印刷电路板，例如多层板或多层印刷电路板。在此，在光学层中传输不同的、例如不同波长的光学信号。
图4示出光学层2的实施方案的截面。在此，该光学层2由具有第一折射率n1的第一子层T1组成。在该第一子层1上布置具有第二折射率n2的第二子层T2。这具有导光的或导光波的横截面轮廓，例如这是被提高的矩形的通道。在子层2上布置具有第三折射率n3的另一个子层3。通常，中间子层T2的折射率必须大于下面的子层T1或上面的子层T3的折射率，也就是说必须满足条件n2＞n1和n2＞n3。但是偏离该条件的折射率比例也是可以想象的。例如子层2的矩形的通道作为光学导体起作用。
在图5中，描述分插复用器的方框电路图。在此，波长复用信号WDM被输送给输入端E。该波长复用信号由多个独立的光学信号组成，该光学信号在不同的波长上被传输。在分插复用器中根据电路状态一个波长的信号被引向外面(所谓的插侧)并在各自的输出端D1...Dn上被提取。与此并行的是，波长复用信号的没有使用的或者被引向外面的通道的信号被输送。这在分侧在各自的输入端A1..An上完成。在通道的插或分之后，相应变化的波长复用信号WDM`在输出端Z上被输出。
在图6中在原理上描述根据图5的这种分插复用器的内部结构。
首先，波长复用信号WDM被输送给解复用器DEMUX。该解复用器DEMUX将所输送的信号根据通道的数量划分为多个子信号。在该描述中画出一个通道。该子信号被输送给第一光学滤波器FI1，该光学滤波器将滤波过的信号转交给分插设备ADE。该分插设备ADE例如可被实施为微电机系统(简称为MEMS)。耦合输出或耦合输入的信号可以有选择地借助放大器V1和V2来放大并通过第二滤波器FI2输送给复用器MUX，该复用器与其他的到新的复用信号WDM`的未示出的通道结合。
这样的装置通常被离散地建立。该装置通过应用根据本发明的印刷电路板被有利地集成。在此，解复用器、滤波器、微电机系统、放大器和复用器可与控制电子或进一步处理的电子一起被集成在印刷电路板上。
由此取消浪费的接合等等。整个装置将更紧凑和更廉价。
当电光装置、光电装置或光学装置包含有源功能和无源功能并在有机材料和/或无机材料上建造时，微电机系统(简称为MEMS)包含如增益平坦滤波器和倾斜滤波器的光学滤波器、光学开关、如掺杂铒或者其他稀有元素的光纤放大器或者半导体光放大器的光学放大器、激光二极管、光电二极管、阵列波导光栅(简称为AWG)、分支(Tap)、如马赫-曾德(Mach-Zehnder)调制器或者电吸收调制器的光学调制器和该类型的其他装置。
通过诸如激光二极管、折射率变化的组件、光学放大器、光学开关的电光装置和诸如光电二极管的光电装置集成在也就是说具有诸如连接、衰减的无源功能和诸如放大、非线性效应的有源功能的印刷电路板中，可以实现紧凑的和廉价的结构。在此，无机的和有机的材料可以被有利地结合，以获得所期望的光学特性或者电气特性。
例如代替玻璃可采用针对光学印制导线聚合物的氧化硅或二氧化硅。
诸如掺铒光纤器放大器(简称为EDFA)、掺铒波导放大器(简称为EDWA)、半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier，简称为SoA)的光学放大器由多个诸如监视-光电二极管、泵激光、滤波器和光纤接头的组件组成。光学放大器可以通过根据本发明的印刷电路板的应用有利地集成。
多层板利用光学层和电气层来制造。在由薄玻璃或者聚合物组成的和必要时具有掺杂物、例如掺杂铒的光学层中引入光学波导和合适的光学开关、如MEMS，该光学波导和合适的光学开关使得光学信号的耦合输入和耦合输出成为可能。导入或导出的光学信号可以被输送给光纤插头或者光纤插头边，该光纤插头边被布置在印刷电路板的上面、在印刷电路板中、在印刷电路板的上面或者在印刷电路板处。在此，电气接触和光学接触或印刷电路板的连接元件可以组合地或者单独地来实施。
同样，在印刷电路板中集成三维光学结构。
利用印刷电路板，光学信号从一层被继续传导到另一层和供给不同的装置、器件或组件。
不同的光学信号可以在被集成的复用器、解复用器、分流器、分支耦合器被捆扎或被分开。在光学层中通过掺杂物可实现光学放大器，该掺杂物平衡损耗或者引起光信号的匹配。
电气层除了目前的功能以外承担电气器件、电子器件、电光器件、光电器件和光学器件的供电、监控和控制。电路的混合结构、倒装封装或其他的连接技术是可能的，以集成器件。
根据本发明的印刷电路板不仅可以在数据技术和电信技术中被采用，而且例如也可在汽车技术、医药技术、发电站技术等等中被采用。
除了缩小整个尺寸和提高再现精度外，在制造中以下属于所述的优点和从光学集成中得出的优点。
集成解决方法在电路载体或印刷电路板中代替单个组件是可能的。所集成的装置通常必需较小的电场尺寸、也即较少的能量，这意味着再次如通过电磁兼容性(简称为EMV)引起的较少的干扰。
为了准确定位光纤部件而引起的大的工作时间花费和与此相连的成本，通过根据本发明的集成被最小化，因为光纤接头被取消。印刷电路板可以包含完整的光学的分插复用器。
针对光学开关的廉价的制造、控制和集成的可能性被完成。
权利要求
1.具有电气印制导线和用于电光变换和/或光电变换的装置的印刷电路板，其特征在于，该印刷电路板附加地具有光学印制导线。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述光学印制导线被实施为光学波导。
3.根据权利要求1或2所述的印刷电路板，其特征在于，该印刷电路板作为多层板具有多个层，该多个层包含电气印制导线和/或光学印制导线。
4.根据前述权利要求之一所述的印刷电路板，其特征在于，电光装置和/或光电装置和/或光学装置被集成在该印刷电路板中。
5.根据前述权利要求之一所述的印刷电路板，其特征在于，所述装置具有有源的和无源的光学功能。
6.根据前述权利要求之一所述的印刷电路板，其特征在于，该印刷电路板和/或所述装置具有有机材料和/或无机材料。
7.根据前述权利要求之一所述的印刷电路板，其特征在于，所述装置包括微电机系统、光学滤波器、光学开关、光学放大器、激光二极管、光电二极管、阵列波导光栅、分支、光学调制器或者这一类的。
8.根据前述权利要求之一所述的印刷电路板，其特征在于，所述光学印制导线由玻璃、氧化硅、二氧化硅或者聚合物实施并且必要时包含掺杂物。
9.根据前述权利要求之一所述的印刷电路板，其特征在于，所述光学印制导线具有三维光学结构。
10.根据前述权利要求之一所述的印刷电路板，其特征在于，所述印刷电路板具有光学接触和/或者电气接触/连接元件。
11.根据前述权利要求之一所述的印刷电路板，其特征在于，所述装置被构造为针对光学波长复用信号的分插复用器。
全文摘要
具有电气印制导线的印刷电路板附加地具有光学印制导线。此外，在该印刷电路板上或在该印刷电路板中装设电光装置或光电装置。
文档编号H05K1/02GK1678930SQ03821094
公开日2005年10月5日 申请日期2003年8月13日 优先权日2002年9月5日
发明者J·雷斯奇, F·P·希菲贝恩 申请人:西门子公司