Стекло уже сейчас наступает по всем фронтам: по стеклянному оптоволокну информация передаётся в наш смартфон со стеклянным корпусом. Мы управляем телефоном с помощью стеклянного экрана. Сейчас активно разрабатываются микрочипы, использующие синтетические алмазы вместо кремния, а также OLED-экраны с повышенной прозрачностью. Когда внутри появится стеклянная печатная плата, смартфон может стать стеклянным буквально.
Да, именно так: печатные платы в недалёком будущем смогут изготавливаться из стекла. Звучит непривычно, но, собственно, почему бы и нет? Стеклянное оптоволокно уже практически вытеснило медные провода из каналов передачи даных. Так почему бы не сделать ещё один шаг и не превратить печатную плату, изготовленную из гетинакса или стеклотекстолита с дорожкой из медной фольги, в стеклянную плату с интегрированным стеклянным волноводом?
Опять же стекло, как впрочем и кремниевые микрочипы, производятся из SiO2, диоксида кремния, а попросту песка. А этот материал — один из самых распространённых на земле. Его дефицит, в отличии от той же меди, человечеству точно не грозит. Другое дело, что к песку приходится прикладывать недюжинный человеческий интеллект, чтобы превратить его в продукты высоких технологий. Но с интеллектом у человечества проблем тоже не наблюдается.
Ещё недавно все наши проводные технологии передачи данных были основаны на медном проводе. В этом случае информация передаётся в виде двоичного кода. Эти данные переносятся электрическим током, то есть потоком электронов. Наличие электрического импульса означает единицу, отсутствие — ноль. Широкое распространения получили два типа кабелей: коаксиальный кабель и витая пара.
После создания оптоволокна, стало ясно, что будущее именно за ним. Этот материал по сравнению с медным проводом обладает решительными преимуществами: устойчивостью к электромагнитным помехам, более высокими пропускной способностью и скоростью, меньшим затуханием сигнала. В оптоволоконных каналах связи информация так же передаётся в виде двоичного кода. Но, в отличие от традиционных кабелей, её переносят не электроны, а фотоны и световые волны, то есть свет, а не электрический ток.
И всё же на данный момент полностью вытеснить медные кабели не получилось. Оптоволокно доминирует прежде всего при использовании на больших расстояниях, а медный провод — на небольших. К примеру, в магистральных линиях между континентами и странами по дну океанов проложены именно оптоволоконные линии. У нас в России между городами также широко используются линии оптоволоконной связи. Как правило, от интернет-провайдера к многоквартирному дому подводится оптоволокно, а поквартирная разводка осуществляется посредством медной витой пары. Это связано прежде всего с тем, что оптоволокно сделано из стекла, которое является хрупким материалом. Отсюда сложности с его разводкой и, как следствие, дороговизна монтажа. Да и сам оптоволоконный кабель до сих пор заметно дороже витой пары. Хотя всё чаще при строительстве современных жилых комплексов застройщиками сразу осуществляется поквартирная разводка оптоволоконных кабелей.
Но вернёмся к стеклянным печатным платам: пионером в их разработке и изготовлении является немецкий институт прикладных исследований Fraunhofer IZM. Сотрудники института заявляют, что технология уже готова к промышленному внедрению. Электронно-оптические печатные платы (ЭОПП) обещают гораздо большие скорости передачи данных по сравнению с электрическим сигналом, используемом в традиционных печатных платах. Эта способность открывает перед ними самые широкие перспективы.
Ожидается, что оптическая передача сигнала будет востребована в производстве набирающих популярность электрических автомобилях. С точки зрения безопасности чрезвычайно важно, чтобы узлы и агрегаты электромобиля были надёжно изолированы от системы управления аккумулятора и самой аккумуляторной батареи, которая в данном случае является очень мощной. Поскольку оптоволокно и интегрированные в стекле волноводы не проводят электричество, использование этих инновационных материалов может существенно повысить безопасность эксплуатации таких транспортных средств.
Тенология создания стеклянных печатных плат чем-то напоминает технологию печатания микрочипов на кремниевой подложке, только в большем масштабе. На предварительно металлизированное стекло наносится фоторезист, с помощью лазера переносится чертёж с расположением необходимых волноводов. После многоступенчатого процесса с использованием фотолитографии и ионного обмена в стекле образуются интегрированные волноводы, имеющие отличный от самой платы коэффициент преломления. Также возможно создание интегрированных в стекло электрических цепей.
Конечно, на данном этапе, до внедрения новых материалов в массовое производство, вопросов больше, чем ответов. Какова будет цена новинки? Насколько эффективно будет осуществляться преобразование оптических сигналов в электрические и наоборот? Не будет ли переход на новые технологии изготовления печатных плат слишком дорогим? Но ясно одно: стекло, один из самых популярных материалов, созданных человеком, до сих пор не раскрыло нам и малой доли своих удивительных возможностей.
