科学家的神奇魔法 硅胶成为信息时代的高速公路

在信息爆发的时代， 人们对数据传输、处理及存储系统高性能的追求永无止境。随着多媒体和因特网快速全面地发展，高容量信息储存、互联网交换机、大屏幕及便携式信息显示等高科技产品无不都对带宽与容量的要求快速增加。

另外，微电子技术的迅猛发展也使得对于单个芯片功能和性能的需求不断提高。下一代高端计算机，例如著名的IBM深蓝电脑 （Blue gene），处理单元之间传输和开关的速度需要10～40千兆字节每秒。而基于电子传输的计算机，使用传统印制的电路板，由于受到电性连接的物理特性的限制，其传输速度的增加几乎已达到极限，总线传输一般在500兆，最高不过千兆，局域网大多更只有10～100兆。显然，计算机内部总线联结和计算机互联的速率已成为整个计算环境的“瓶颈”。这就好比在一个高速发展的多元化大都市里却常常面临交通阻塞的问题，症结在于交通的发展跟不上城市规模和人口的扩大速度，由于交通的滞后，那些精彩的活动像海市蜃楼一样，想得到，做不了。

而今，光互连可以提供更高通量和密度的数据传输。光传输容量数万倍高于电路传输，可达到短距离高速传输的功效。聚合物光电子器件由于其特殊的优势，已成为近年来研究的热门课题。当前，将微米结构的聚合物导光层嵌入传统的印刷电路板中形成光电电路板，非常具有吸引力，因为它能高密度地集成于传统普通电路板中，还具有良好的生产兼容性，制造低成本，易用性，以及兼容于SMT（表面安装技术）等优点。在光电电路板中，光与电整合，信号输入端通过电子信号控制激光器发出光子，在聚合物导光层中传输数据信息。 在电路板另外一端，光子信号通过光电探测器转换相应光子信号进入电子信号，并输入到信号接收端。聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃），聚苯乙烯，聚碳酸酯，环氧，聚酰亚胺，单分聚硅氧烷，紫外光固化聚硅氧烷等聚合物已广泛地被世界各大研究机构与公司所采用，并制造成聚合物基光电电路板中的导光层，如美国的IBM、Dow Corning、GE、HP，欧盟的SIEMENS和ALCATEL，日本的NTT等。但是，由于材料成本高，收缩率高，热环境和湿度不稳定，生产设备昂贵，与普通电路板附着力差，缺乏系统性的质量管理和工业执行可靠性测试程序等各种困难因素，至今还没有一家机构报道他们所研发的产品，能够通过各种光通讯和电子产品的测试标准并应用于实际生产。

据悉，来自德国著名的多特蒙德理工大学的科学家蔡登科（音译）博士，在这一科研领域作出了突破性的巨大贡献。蔡博士使用硅胶作为光导层材料显著地提高了信息传输容量及速度。它一直被广泛用于密封领域如门窗或游泳池的密封等，甚至应用于人体医学整容。但是将它应用于光子传输领域，有着巨大的挑战性。蔡博士通过对硅胶广泛深入地研究，发现了硅胶的光学损耗机理，并总结了二组理论公式，可用于计算使硅胶吸收的光波长数并能准确预测出相应光损值，其数据结果与实验数据非常吻合。此外，推导这些经验公式的方法同样适合于其它光学材料的研究，这对材料学家和光学工程师都会有非常大的帮助，有助于他们改进材料以满足各种不同的光学需要。

在光电电路板中一个关键的制作技术是如何将微米级别的高精度导光层精确地封装到电路板中，但是光学级别的硅胶材料不能和电路板有效的粘连，无法满足生产需要，这样也就限制了它在光电电路板中的应用。2006年足球世界杯在德国举办，这是一场体育与文化交流的盛会，德国政府也利用这次机会向世界各国介绍他们的最新科学技术发展，其中蔡博士的导师，在光互联领域著名的尼尔教授被邀采访，他告诉记者，他曾和德国多家有机合成研究机构和硅胶生产商联系合作，但是一直不能找到有效的办法，使他损失了很多不眠之夜。在蔡博士实验成功合成的粘连试剂，以及发展的低成本的封装方法，能够在不损耗光电电路板其他各项技术指标的前提下，实现光电电路板高精度完美封装后，尼尔教授风趣地称这种粘连试剂为“黑魔法配方”。由于良好的光学性能、高温稳定性、化学稳定性等，硅胶在其他领域也有着非常好的应用前景，比如生物芯片、太阳能聚光组件及散热单元等，但是一直受到粘连问题的困扰。通过蔡博士的研究发现，这种“黑魔法配方”同样也适用于低成本大规模生产。已有多家公司以及研究机构，主动与尼尔教授和蔡博士联系寻求合作，如著名的德国卡尔斯鲁厄国家研究中心、生物芯片生产商Micropart、太阳能芯片生产商Microtec等。

此外，蔡博士还首次发展了一套特别针对光电电路板产品的质量管理和可靠性测试方法，用以检测所生产的光电电路板是否能满足市场需要。通过这些制定的加速老化测试方法和可靠性评估标准测试，得出他所制作的硅胶基光电电路板非常稳定可靠，可完全满足长期稳定使用的需要。正是由于蔡博士在这一领域作出的突破性贡献，他同时被光学领域，以及电子组分与分装领域最大也最著名的美国光纤年会（OFC）和电子组分年会（ECTC）邀请做专题报告。也由于前文提到的此项技术有的巨大市场价值，世界著名的IBM苏黎世研究实验室和最大的有机硅胶供应商美国道康宁公司（Dow Corning）分别都邀请蔡博士到总部做专题报告，介绍这个领域的最新发展以及潜在研究方向，与他们的科学家和工程师一道探讨各种研发和技术难题并提出解决方案。

随着科学技术日新月异的发展，希望在不久的将来，光导通信技术得以真正实现高速，快捷，有序，我们可以不再为在网上处理工作，打电话，看电影或玩游戏信息阻塞而发愁了。