光通信市场的增长为电子制造服务(EMS)供应商带来了挑战和机遇。

　　虽然电子工业的许多已经进入萧条，但是有一个部分是作为新亮点出现的 - 光电子学(optoelectronics)。光学电子是连接光子元件与电气电路的元素。光子是有源元件和无源元件以及产生光学通路的互联元件。光电封装是光子、光学电子和电子元件的系统集成，它遵循许多物理限制，如(dB)插入损失、温度、材料、可靠性、成型因素、可制造性和成本。封装和装配包括元件、模块、板与子系统等级别。

为什么使用光纤？

　　光纤是传载语音和数据信号的铜线的替代产品。传送通信信号不是使用电子而是光子，它提供大得多的带宽与速度。其基本概念是简单的 - 取出光学信号，将它长距离传送，然后接收该信号，这是一种速度快得多和更加经济的方法。

光纤通信的增长

　　据报道，在今年剩下的时间里，主要的光纤制造商都是产品脱销。如朗讯(Lucent)与科林(Corning)这些公司都已经在增加的生产和计划上进一步扩充¹。由国家电子制造促进会(NEMI, National Electronics Manufacturing Initiative, Inc., Herndon, VA)所出版的十年规划指出光纤的年增长率为17%，激光与检测器为15%，光学开关元件为67%，WDM(wavelength division multiplexing)元件为34%。由于新市场的采用，如城市内与办公楼内(metro)和通入家庭的光纤通信，可以预见到光学通信的未来增长。

装配的挑战：烟雾和镜子？

　　光电子产品要求有源和无源元件的装配。有源光子元件包括这些项目，如边缘发射源激光(EESL, edge emitting source laser)、垂直空腔表面发射激光(VCSEL, vertical cavity surface emitting laser)和光电二极管接收器(PD, photodiode receiver)。有源元件互联包括光学照正(optical alignment)(有源和无源)、棱镜接合与锥形波导管(tapered waveguide)的模式域匹配(mode field matching)、光路转换与多层接线。复杂的事情是光路转换，如曲面波导管与反射镜。无源元件包括过滤器与光纤。

　　把进来的光信号转换成电气输出信号的高速接收器是光电子产品。今天，每秒2.5Gb的信号是常见的，在产品上有每秒10Gb的信号，40Gb/s的信号也即将来临。为了制造这些接收器，光学探伤仪必须安装在具有紧凑的公差、长期稳定性和良好电气与温度性能的紧密密封的封装中 - 所有成本必须低。在许多情况中，光电二极管必须与光学输入和输出两者垂直。因为光学信号可能受材料排气、位置改变(由于对中问题)或者其它因素的影响，所以要禁止许多材料的使用。大多数材料必须具有低吸湿的特性，紧凑的公差使得装配的对中操作困难。

　　今天的二极管装配方法包括引线接合 - 与为将来计划的倒装芯片。陶瓷基板是常见的，但是柔性电路、熔凝硅石、堇青石、LTCC(low-temperature cofired ceramic)、硅、塔夫纶(Teflon)、和液晶聚合物(LCP, liquid crystal polymer)等材料正在研究之中。由于密封度的要求，典型的外壳是精密加工的科伐镍基合金，封以铜焊的盖子。有新的外壳材料和方法在考虑之中 - 包括碳化硅铝(aluminum silicon carbide)、金属注射成型、压印方法和各种陶瓷材料。光学元件的安装方法通常是有专利所有权的，但是精确的对中方法包括焊锡、树脂、低温玻璃、氧化铝接合到硅和激光熔接的使用。

　　由玻璃纤维制成的光纤的装配提出了甚至更多的挑战。单个模式的玻璃纤维通过一根只有六微米直径的核心传送光信号，对它必须处理、精确对位、操纵和安装。这些步骤的每一步都必须在没有插入损失(insertion loss)的情况下完成，插入损失会造成光信号的衰减。

　　印刷电路板(PCB)也必须在信号速度和带宽方面跟上光学电子的发展。预计，信号带宽最终超过铜的能力，并且在板上(on-board)的光学发送将变成一个必要条件。可能的选项包括：1)平版印刷工艺制造的光波导向管或 2)在PCB表面成型或通过顺序叠层埋在基板内的聚合物薄膜。

新兴的趋势

　　现在，光学印制板以光纤的使用、层数的增加为特征，预计有更小的特征尺寸。许多公司正在讨论聚合物光波导管的使用来将传送损失减到最小。

　　平面光波电路(PLC, planar lightware circuit)平台将集成具有所要求的高频引线的光学波导管和电气与光学元件。具有玻纤光学波导管和矩阵排列的波导管栅格的硅平台将光分成多路信号通道。

　　光电印制板目标是用于路由器/开关功能的高速多芯片集成电路电路(IC)封装。这个可选件的需求来自于对低传送损失(<1dB/m)和高传送速度(>200Mbps)的需要。基板可选件包括陶瓷或铜聚酰亚胺薄膜，其特征是结合使用了聚脂波导管。

未来的需求

　　自动化的制造实际上是不存在的，封装和装配标准也还等待出现。由于元件的数量，效率低；而潜在的产量是大的，今天的市场小，缺乏规模经济。为了使市场达到全部的潜力，要求在光电产品的设计者与那些将制造这些元件、模块和系统的公司之间有更多的沟通。

Reference
1. TELEWatch, February 21, 2001, www.rhk.com/telewatch. 

E. Jan Vardaman is president of TechSearch International, Austin, TX; e-mail: jan@TechSearchInc.com. 

(A 06/12/2001)