CN101387722B - 安装有光学波导的基板以及制造这种基板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安装有光学波导的基板以及制造这种基板的方法。在该方法中，在电路基板的表面上形成下包层；在下包层上堆叠UV可固化树脂层；使树脂层部分固化，并且去除其他未固化的树脂层，从而形成树脂突起部分；把树脂突起部分处理成具有倾斜面；在倾斜面上形成金属反射层；在下包层和金属反射层上堆叠芯层；以及在芯层上堆叠上包层。

Description

安装有光学波导的基板以及制造这种基板的方法

技术领域

本发明涉及在信号传输的光电转换中使用的安装有光学波导的基板，例如光电封装或光电基板，以及制造这种安装有光学波导的基板的方法。

背景技术

主要使用激光发射器(VCSEL)作为光学通信装置。在这种装置和光接收器(PD)以倒装芯片形式安装在基板等上的情况下，从该装置向基板表面垂直地发射光。

因此，采用了以下这种方法：通过倾斜的反射镜把光反射90度，从而使光的发射方向与基板平面平行。

在现有技术的光电复合基板的制造中，分开地制造电路基板和光学波导，然后再把这些元件相互结合在一起。通过以下方法预先制成倾斜的反射镜，即：在光学波导或者光纤上形成反射镜，或者把预制的反射镜元件安装在基板上。

图1和图2A至2E示出了现有技术的安装有光学波导的基板以及制造该基板的方法，其中在光学波导上形成倾斜45度的反射镜，然后把该光学波导安装在电路基板上。在图1所示的现有技术中，通过进行45度的切块机切割并且使切割表面平整化(受激准分子激光器处理等)，或者通过模具成型、金属(例如Au)的气相沉积来形成光学波导10，然后把光学波导10安装在电路基板20上。

参考图2A至2E，(1)使上包层11固化(图2A)，(2)在上包层11上堆叠芯层12，然后进行图案化处理、显影处理和固化处理(图2B)，(3)通过切块机切割等方式把芯层12的两端部分倾斜处理成45度以形成倾斜部分(图2C)，(4)通过例如Au的气相沉积在处理成45度的芯层12的倾斜部分上形成反射镜14(图2D)，以及(5)在上包层11的两端部分和包括反射镜14的部分在内的芯层12上堆叠下包层13并使下包层13固化(图2E)。上包层11和下包层13由相同材料制成，并通过堆叠步骤而彼此形成一体。

如图1所示，将包括按照上述方式形成的上包层11、芯层12、下包层13以及倾斜45度的反射镜14的光学波导10安装在电路基板20上。电路基板20具有用于安装光学波导10的凹陷部27。光学波导10沿着箭头方向安装在凹陷部27中，从而构成了安装有光学波导的电路基板。

图1的电路基板20包括树脂层21、由Cu制成的电路图案22、阻焊层23、焊盘24、与电路图案连接的导通部(或导通孔)25以及芯基板26。

已经提出了以下技术作为与包括光学波导的电路基板相关的现有技术。

根据专利文献1(日本专利No.2,546,688)，在光学波导基板的表面部分中设置有条形光学波导。在基板的位于光学波导两端部分的侧面上形成有通向表面侧的凹陷部。在基板的与光学波导两个端面相对的侧面部分中构造有反射壁，该反射壁相对于光学波导的光轴倾斜45度，并且朝向斜上方。因此，垂直入射到光学波导基板上的光被倾斜45度的反射壁之一以90度角反射，以便入射在光学波导的一端上。从光学波导另一端发射的光被光学波导的另一个倾斜45度的反射壁以90度角反射，以便与光学波导基板垂直地发射。

专利文献2(未审查的日本专利申请公开No.2003-227951)公开了一种光学波导器件，其中光学器件安装成与光学波导片光学耦合。为了不必进行校准工作，在光学波导片中布置用于将光学器件布置和固定成预定姿态的导向装置。

在如图1和图2A至2E所示的现有技术的安装有光学波导的基板以及制造该基板的方法中，采用了以下方法：分开地制造电路基板和光学波导(反射镜元件)，然后把光学波导安装在电路基板上。因此，必须分开地进行制造电路基板的工序、制造光学波导(反射镜元件)的工序以及把光学波导安装在电路基板上的工序，从而引起工作效率低和制造成本高的问题。此外，还需要用于将光学波导定位并安装在电路基板上的适当位置的专用装置。

可以采用以下方法：把制造光学波导作为制造电路基板的延续，而不是分开地制造电路基板和光学波导。然而，在这种情况下，倾斜45度的反射镜的结构和制造工序造成了瓶颈。

对于现有技术，在专利文献1公开的构造中，垂直入射到光学波导基板上的光被分别布置在两侧的两个倾斜45度的反射壁以90度角反射，以便与光学波导基板垂直地发射。然而，没有把形成光学波导作为制造电路基板的延续。

在专利文献2的器件中，虽然设置有用于将光学器件安装成与光学波导片光学耦合的导向装置，但是没有把形成光学波导作为制造电路基板的延续。

发明内容

本发明的示例性实施例提供了一种安装有光学波导的基板以及制造这种安装有光学波导的基板的方法。

为了实现所述目的，根据本发明，提供了一种制造安装有光学波导的基板的方法，所述基板包括电路基板和形成在电路基板上的光学波导，所述方法包括以下步骤：

在所述电路基板的表面上形成下包层；

在所述下包层上堆叠紫外线可固化树脂层；

使所述紫外线可固化树脂层部分固化，然后去除紫外线可固化树脂层的未固化部分，从而形成至少一个树脂突起部分；

把所述树脂突起部分处理成具有倾斜面；

在所述倾斜面上形成金属层；

在所述下包层和所述金属层上堆叠芯层；以及

在所述芯层上堆叠上包层。

在这种情况下，可以将所述树脂突起部分的倾斜面处理成相对于电路基板的表面成45度角。

此外，根据本发明，提供了一种安装有光学波导的基板，包括：

电路基板；以及

形成在所述电路基板上的光学波导，

其中，所述光学波导包括：

下包层，其形成在所述电路基板的表面上；

芯层，其堆叠在所述下包层上；

上包层，其堆叠在所述芯层上；以及

至少一个倾斜的反射镜，其形成在所述芯层中。

在这种情况下，所述反射镜可以相对于所述光学波导倾斜45度。

所述反射镜可以包括布置在所述光学波导两端附近的两个反射镜。所述安装有光学波导的基板还可以包括：

光发射器，具有光发射部分并布置在所述电路基板上；以及

光接收器，具有光接收部分并布置在所述电路基板上，

其中，所述光发射部分的光轴与由所述光学波导的上包层和下包层限定的光学路径垂直，所述光发射部分的光轴相对于反射镜之一成45度角，并且

其中，所述光接收部分的光轴与所述光学波导的光学路径垂直，所述光接收部分的光轴相对于另一个反射镜成45度角。

所述反射镜可以仅布置在所述光学波导一端附近。所述安装有光学波导的基板还可以包括：

光发射器，其具有光发射部分并布置在所述电路基板上，

其中，所述光发射部分的光轴与由所述光学波导的上包层和下包层限定的光学路径垂直，所述光发射部分的光轴相对于反射镜成45度角。

根据本发明示例性实施例，在制造电路基板的延续过程中，在电路基板上形成反射镜(例如，倾斜45度的反射镜)作为光学传输用的装置。因此，不需要在光学波导中布置反射镜结构，从而有利于形成光学传输用的反射镜，并且简化了光学波导的结构。根据这种构造，可以把在电路基板上形成光学波导作为制造电路基板的延续。对于这种安装有光学波导的基板，在制造电路基板的延续过程中，可以一起制造在现有技术中分开制造的电路基板和光学波导。因此可以减少工时数并降低制造成本。

从下面的详细的说明书、附图和权利要求书中将清楚地看出其他特征和优点。

附图说明

图1是示出光学波导安装在电路基板上的现有技术实例的剖视图。

图2A至图2E示出按步骤顺序在光学波导中形成倾斜45度的反射镜的现有技术实例。

图3A至图3E示出制造本发明的安装有光学波导的基板的方法步骤(前半部分步骤)。

图4A至图4D示出制造本发明的安装有光学波导的基板的方法步骤(后半部分步骤)。

图5示出根据本发明制造的安装有光学波导的基板的实施例。

图6示出根据本发明制造的安装有光学波导的基板的另一个实施例。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施例。

图3A至3E和图4A至4E示出制造本发明实施例的安装有光学波导的基板的方法的顺序步骤。图3A是多层电路基板的剖视图。图3A所示的电路基板包括绝缘树脂层21、由Cu制成的电路图案22、阻焊层23、焊盘24、与电路图案连接的导通部(或导通孔)25、由例如FR-4等材料制成的绝缘芯基板26。

通过平坦的阻焊层23的面构造电路基板的待形成光学波导的表面。阻焊层23的面具有用于形成预定光学波导的区域。

首先，如图3B所示，在阻焊层23的面上堆叠光学波导的下包层30。下包层30的厚度约为10μm。接下来，如图3C所示，在阻焊层23的面和电路基板的下包层30上设置作为树脂材料的紫外线(UV)可固化树脂31。UV可固化树脂31的厚度约为35μm。

接下来，参考图3D，UV可固化树脂31的待形成倾斜反射镜(在本实施例中为倾斜45度的反射镜)的部分被固化，从而仅该部分将会以突起的形式保留。具体地说，使用掩模32，该掩模在与待形成倾斜45度的反射镜的部分相对应的位置具有开口32a和32b。通过掩模32用UV射线照射UV可固化树脂31，然后通过曝光形成图案。这使UV可固化树脂31的与开口32a和32b相对应的部分被固化。

如果将要形成的光学波导50被构造成使垂直入射到电路基板上的光通过该光学波导，然后再垂直于电路基板或者沿着与入射在电路基板上的光成180度的方向发射，则应在两个位置形成光学波导的倾斜45度的反射镜。因此，在这种情况下，在两个位置形成倾斜45度的反射镜，并且也在这两个位置形成掩模32的开口。如后面所述，存在仅在一个位置形成光学波导的倾斜45度的反射镜的情况。

接下来，参考图3E，通过显影处理去除UV可固化树脂31的除了形成有倾斜45度的反射镜的部分以外的多余部分，即未固化部分33，使得形成有倾斜45度的反射镜的部分被保留为两个平行的突起部分(树脂突起表面)31a和31b。

参考图4A，对于两个突起部分31a和32b中的每一个突起部分，利用45度的切块刀35以切块的方式或者利用45度抛光板以抛光的方式把树脂突起部分表面的两个面倾斜地切割成45度，从而形成树脂倾斜面34。如果在通过切块等方式产生的切割表面中形成有刮痕或凹坑，那么对该切割表面照射激光束或者施加树脂溶液，以使该切割表面平滑。

接下来，参考图4B，通过金属溅射法、气相沉积法等在倾斜成45度的树脂倾斜表面34上形成具有金属反射表面的例如Au等金属的金属层36，以便形成为金属反射镜36。参考图4C，然后在电路基板上堆叠芯层37。使用未固化的膜状材料作为用于形成芯体等的材料。使用掩模(未示出)等进行图案化处理，并且进行显影处理。由于芯层37的材料未固化，所以对芯层37的材料进行平坦化处理，直到到达突起部分31a和31b的顶端为止。

接下来，在芯层37上堆叠上包层38，然后进行图案化和显影处理。上包层38的厚度约为10μm。因此，制成了结合有光学波导的安装有光学波导的电路基板。在上述实施例中，金属反射镜36布置在两个位置。然而，如后面所述，存在仅在一个位置布置金属反射镜36的情况。

图5是安装有光学波导的基板的剖视图，该基板是通过图3A至3E和图4A至4E的步骤制造的本发明的安装有光学波导的基板的实施例，并且通过在同一电路基板上发射光和接收光而用于传输光学信号。图6是安装有光学波导的基板的剖视图，该基板是本发明的安装有光学波导的基板的另一个实施例，并且用于在电路基板上发射(或接收)光，以便通过光纤等进行光学信号的传输。

在图5所示的实施例中，通过图3A至3E和图4A至4E的步骤在多层电路基板的上表面形成光学波导50。在这种情况下，如上所述，通过由下包层30、中间芯层37和上包层38组成的堆叠部件构造成光学波导50，并且该光学波导具有倾斜45度的金属反射镜(金属反射表面)36，该金属反射镜位于光学波导50的芯层37的两端附近。芯层37的位于两个金属反射镜36和36之间的部分限定了光学路径51，其中两个金属反射镜36和36分别位于光学波导50的两侧。

例如VCSEL等光发射器40安装在多层电路基板的上表面上，并且位于光学波导50一侧附近。光发射器40包括位于器件主体中的光发射部分41，并且通过凸点42与多层电路基板的焊盘24连接，从而与基板电连接。光发射器40通过透明的底部填充材料43安装在多层电路基板上。在这种情况下，光发射器40相对于多层电路基板定位，使得光发射部分41的光轴垂直于多层电路基板的上表面，并且还垂直于光学波导50和光学路径51，这样使得光发射部分41的光轴相对于金属反射镜36之一的金属反射表面成45度角。

相比之下，例如PD等光接收器60安装在多层电路基板的上表面上，并且位于光学波导50另一侧附近。光接收器60包括位于器件主体中的光接收部分61，并且以与光发射器40相同的方式通过凸点42与多层电路基板的焊盘24连接，从而与基板电连接。光接收器60以与光发射器40相同的方式通过透明的底部填充材料43安装在多层电路基板上。在这种情况下，光接收器60相对于多层电路基板定位，使得光接收部分61的光轴垂直于多层电路基板的上表面，并且还垂直于光学波导50和光学路径51，这样使得光接收部分61的光轴相对于另一个金属反射镜36的金属反射表面成45度角。

因此，从光发射器40的光发射部分41发射并且垂直入射到光学波导50上的光被金属反射镜36之一的金属反射表面以90度角反射，以便通过位于光学波导50的芯层37内的光学路径51，然后又被光学波导50的另一个金属反射镜36的金属反射表面以90度角反射，以便被光接收器60的光接收部分61所接收。

图6所示的另一个实施例在以下方面与图5所示的实施例不同。在图5的实施例中，一对金属反射镜36分别布置在光学波导50两端附近的两个位置。相比之下，在图6的实施例中，只有一个金属反射镜36布置在光学波导50一端附近，并且设置信号传输用的光纤70来代替图5实施例中的光接收器60，光纤70的入射面经由小间隙与光学波导50的另一端面相对，以使光学波导50的光轴与光纤70的光轴重合。

因此，从光发射器40的光发射部分41发射并且垂直入射到光学波导50的光被金属反射镜36的金属反射表面以90度角反射，以便通过位于光学波导50的芯层37内的光学路径51，然后通过光学波导50的另一端面入射在光纤70上，从而实现光学信号的传输。

当然，附图所示的实施例可以构造成用光接收器代替光发射器40，并且从光纤70入射在光学波导50上的光被金属反射镜36的金属反射表面以90度角反射，以便被光接收器所接收。

虽然已经参考附图描述了本发明的多个实施例，但是本发明不限于这些实施例，并且可以在本发明的精神和范围内采用各种形式、进行各种修改和变化等。例如，在实施例中，金属反射镜倾斜成45度；然而，金属反射镜的倾斜角度不限于45度。此外，金属反射镜36由Au制成；然而，金属反射镜36的材料不限于这种金属。

如上所述，根据本发明，可以把在电路基板上形成光学波导作为制造电路基板的延续；在制造电路基板的延续过程中，可以一起制造在现有技术的光电电路基板中分开制造的电路基板和光学波导，从而可以减少工时数并降低制造成本。因此，本发明可以应用于所有类型的光学信号传输基板，例如光学元件和电气元件的加固封装以及光学元件和电气元件的加固基板。

Claims (6)

1.一种制造安装有光学波导的基板的方法，所述基板包括电路基板和形成在电路基板上的光学波导，所述方法包括以下步骤：

在所述电路基板的表面上形成下包层；

在所述下包层上堆叠紫外线可固化树脂层；

使所述紫外线可固化树脂层部分固化，然后去除紫外线可固化树脂层的未固化部分，从而形成至少一个树脂突起部分；

把所述树脂突起部分处理成具有倾斜面，并且把所述倾斜面处理成相对于所述电路基板的表面成45度角；

在所述倾斜面上形成金属层；

在所述下包层和所述金属层上堆叠芯层；以及

在所述芯层上堆叠上包层。

2.一种根据权利要求1所述的方法制造的安装有光学波导的基板，包括：

电路基板；以及

形成在所述电路基板上的光学波导，

其中，所述光学波导包括：

下包层，其形成在所述电路基板的表面上；

芯层，其堆叠在所述下包层上；

上包层，其堆叠在所述芯层上；以及

至少一个倾斜的反射镜，其形成在所述芯层中并且相对于所述光学波导倾斜45度。

3.根据权利要求2所述的安装有光学波导的基板，

其中，所述反射镜包括布置在所述光学波导两端附近的两个反射镜。

4.根据权利要求2所述的安装有光学波导的基板，

其中，所述反射镜仅布置在所述光学波导一端附近。

5.根据权利要求3所述的安装有光学波导的基板，还包括：

光发射器，其具有光发射部分并布置在所述电路基板上；以及

光接收器，其具有光接收部分并布置在所述电路基板上，

其中，所述光发射部分的光轴与由所述光学波导的上包层和下包层限定的光学路径垂直，所述光发射部分的光轴相对于反射镜之一成45度角，并且

其中，所述光接收部分的光轴与所述光学波导的光学路径垂直，所述光接收部分的光轴相对于另一个反射镜成45度角。

6.根据权利要求4所述的安装有光学波导的基板，还包括：

光发射器，其具有光发射部分并布置在所述电路基板上，

其中，所述光发射部分的光轴与由所述光学波导的上包层和下包层限定的光学路径垂直，所述光发射部分的光轴相对于反射镜成45度角。

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