CN103543492B - 光电混载基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光电混载基板，其光学元件的安装性优异且挠性也优异。该光电混载基板包括：电路基板（E），其在绝缘层（1）的表面上形成有光学元件安装用焊盘（3）；以及光波导路（W），该光波导路（W）以其第1包层（6）与该电路基板（E）的上述绝缘层（1）的背面相接触的状态形成于上述绝缘层（1）的背面，其中，在上述绝缘层（1）与上述第1包层（6）之间的、与上述光学元件安装用焊盘（3）相对应的部分设有金属层（M），该金属层（M）的屈服应力或0.2%屈服强度为170MPa以上且厚度设定在10μm～25μm的范围内。

Description

光电混载基板
技术领域
本发明涉及一种将光波导路和电路基板层叠而成的光电混载基板。
背景技术
在最近的电子设备等中，随着传输信息量的增加，除了电布线以外，还采用光布线。作为这样的电子设备，例如，如图6所示，提出有一种光电混载基板，该光电混载基板是通过在挠性基板51的表面上形成电布线52而构成的挠性电路基板E0的上述挠性基板51的背面（与电布线52的形成面相反的那一侧的面）层叠由环氧树脂等构成的光波导路（光布线）W0（下包层56、芯57以及上包层58）而构成的光电混载基板（例如，参照专利文献1）。
然而，由于挠性电路基板E0和光波导路W0都较薄且具有挠性，因此，在将光学元件安装于上述光电混载基板的挠性电路基板E0的情况下，在其安装时的载荷的作用下，上述挠性电路基板E0和光波导路W0均会变形。因此，不易安装，且安装时的操作性较差。并且，由于上述变形的原因，有可能导致光传播损失变大。
另一方面，作为光电混载基板，如图7所示，提出有一种在上述挠性电路基板E0与光波导路W0之间的整个面上设有不锈钢层M0的光电混载基板（例如，参照专利文献2）。在该光电混载基板中，由于上述不锈钢层M0作为加强材料发挥作用而对安装光学元件时的载荷导致的变形进行抑制，因此，光学元件的安装性优异，且上述变形导致的光传播损失也较小。
专利文献1：日本特开2011－48150号公报
专利文献2：日本特开2009－265342号公报
另外，最近，要求上述电子设备等的小形化，与此相伴，上述光电混载基板也要求在小空间内使用。因此，需要使光电混载基板具有挠性而将其收纳在小空间内。然而，在上述那样在整个面上设有不锈钢层M0的光电混载基板（参照图7）中，该不锈钢层M0会影响挠性化。在该点上存在改进的余地。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而做成的，其目的在于提供一种光学元件的安装性优异且挠性也优异的光电混载基板。
为了达到上述目的，本发明的光电混载基板采用如下结构：光电混载基板包括：电路基板，其在绝缘层的表面上形成有光学元件安装用焊盘；以及光波导路，该光波导路以其包层与该电路基板的上述绝缘层的背面相接触的状态形成于上述绝缘层的背面，其中，在上述绝缘层与上述包层之间的、与上述光学元件安装用焊盘相对应的部分设有金属层，该金属层的屈服应力或0.2%屈服强度为170MPa以上且厚度设定在10μm～25μm的范围内。
本发明的光电混载基板的金属层没有设置在整个面上，而是设置于与光学元件安装用焊盘相对应的部分，因此挠性优异。而且，由于该金属层的屈服应力或0.2%屈服强度为170MPa以上且厚度设定在10μm～25μm的范围内，因此，本发明的光电混载基板能够谋求薄形化并抑制在将光学元件安装在上述光学元件安装用焊盘上时的、电路基板和光波导路的变形，从而光学元件的安装性优异。另外，通过抑制上述变形，能够减小该变形所导致的光传播损失。
尤其是，在上述金属层的形成材料为不锈钢的情况下，相对于热的耐伸缩性优异，因此能够形成为质量可靠性较高的光电混载基板。
附图说明
图1示意性表示本发明的光电混载基板的第1实施方式，图1的（a）是光电混载基板的纵剖视图，图1的（b）是光电混载基板的俯视图。
图2的（a）～图2的（e）是示意性表示上述光电混载基板的制造方法中的电路基板的制作工序和金属层的制作工序的说明图。
图3的（a）～图3的（d）是示意性表示上述光电混载基板的制造方法中的光波导路的制作工序的说明图。
图4是示意性表示本发明的光电混载基板的第2实施方式的纵剖视图。
图5是示意性表示本发明的光电混载基板的第3实施方式的俯视图。
图6是示意性表示以往的光电混载基板的纵剖视图。
图7是示意性表示另一以往的光电混载基板的纵剖视图。
具体实施方式
接着，根据附图详细说明本发明的实施方式。
图1的（a）是示意性表示本发明的光电混载基板的第1实施方式的纵剖视图，图1的（b）是光电混载基板的俯视图。此外，在图1的（b）中，为了使上述光电混载基板的光学元件安装用焊盘3与金属层M的配置清楚，仅图示了光学元件安装用焊盘3、金属层M以及芯7等的一部分结构。该实施方式的光电混载基板包括：电路基板E，其在具有透光性的绝缘层1的表面上具有电布线2，该电布线2形成有光学元件安装用焊盘3；以及光波导路W，该光波导路W以其第1包层（下包层）6与该电路基板E的上述绝缘层1的背面的相接触的状态形成于上述绝缘层1的背面，该光电混载基板整体上形成为带状。并且，在上述绝缘层1与上述第1包层6之间的、与上述光学元件安装用焊盘3相对应的部分设有金属层M。该金属层M的屈服应力或0.2%屈服强度为170MPa以上且厚度设定在10μm～25μm的范围内。
此外，在该实施方式中，在上述带状的光电混载基板的长边方向的各端部，以沿着其长边方向排列的状态形成有两个光学元件安装用焊盘3，与此相对应地，金属层M也以沿着长边方向排列的状态设有两个。其中，金属层M的靠端部侧的部分向与光电混载基板的挠性没有太大关系的端部方向延伸设置，该延伸设置部分与上述电布线2的接地用电极部2b相接触。另外，上述两个金属层M之间的部分成为位于被安装在上述光学元件安装用焊盘3上的光学元件与芯7的光反射面（45°倾斜面）7a之间的光路部5。
上述光电混载基板没有在整个面上设置金属层M，而是在与光学元件安装用焊盘3相对应的部分等限定性地设有金属层M，因此，上述光电混载基在没有设置上述金属层M的大部分处挠性优异且能够谋求轻量化。而且，由于上述金属层M的屈服应力或0.2%屈服强度为170MPa以上且厚度设定在10μm～25μm的范围内，因此上述光电混载基板能够谋求薄形化并抑制在将光学元件安装在上述光学元件安装用焊盘3上时的、电路基板E和光波导路W的变形，从而光学元件的安装性优异。
另外，上述金属层M还具有阻断使光传播效率变差的水分自第1包层6的两端侧面（图1的（a）、（b）的左右两端面）向光路部5中渗透的作用。即，上述光电混载基板能够在实现挠性化、轻量化、薄形化的同时防止因水分向光路部5中渗透而使光传播效率变差的情况。
进一步详细说明，如上所述，上述电路基板E包括具有透光性的绝缘层1和形成在绝缘层1的表面上的电布线2。该电布线2包括：光学元件安装部2a，其形成有光学元件安装用焊盘3；以及接地用电极部2b，其贯穿上述绝缘层1而与背面的金属层M相接触。并且，上述光学元件安装用焊盘3暴露，而上述电布线2由覆盖层4覆盖而被绝缘地保护起来。
如上所述，在光电混载基板的各端部，上述金属层M设于绝缘层1与第1包层6之间的、分别与两个光学元件安装用焊盘3相对应的部分。并且，从谋求光电混载基板的薄形化并抑制在将光学元件安装于上述光学元件安装用焊盘3上时的、电路基板E和光波导路W的变形的观点考虑，上述金属层M的屈服应力或0.2%屈服强度为170MPa以上且厚度设定在10μm～25μm的范围内。若该金属层M的厚度小于10μm，虽然能够进一步谋求薄形化，但不能充分地对安装光学元件时的上述变形进行抑制，会导致安装强度的降低、光学元件的位置精度的降低。相反，若金属层M的厚度大于25μm，虽然能够充分抑制上述变形，但由于第1包层6以覆盖上述金属层M的状态形成，因此该第1包层6变厚，从而光电混载基板的挠性变得不充分。
上述光波导路W包括：上述第1包层（下包层）6；芯7，其以规定图案形成于该第1包层6的表面；以及第2包层（上包层）8，其以覆盖了该芯7的状态形成于上述第1包层6的表面。并且，上述第1包层6以覆盖上述金属层M且进入并埋入到上述光路部5中的状态形成，其背面（与芯7的形成面相反的那一侧的面）与上述电路基板E的绝缘层1相接触。并且，在芯7的长边方向的两端部，芯7的与上述光路部5相对应的部分形成为相对于芯7的长边方向呈45°倾斜的倾斜面。该倾斜面成为反射光而使光能够在安装于上述光学元件安装用焊盘3的光学元件与芯7之间传播的光反射面7a。即，在该光反射面7a处，芯7的折射率大于位于该光反射面7a的外侧的空气的折射率，因此，当来自发光元件（光学元件）的光、在芯7内传播过来的光到达上述光反射面7a时，该光的大部分被反射而将光路改变90°。
此外，由于上述光路部5形成在由环氧树脂等树脂构成的第1包层6中，因此具有吸湿性。由于在湿度较高的环境下使用、长期使用等，外部气体中的水分会自第1包层6的外周侧面渗透到光路部5中，若第1包层6的处于该光路部5处的部分的吸湿量过多，则该光路部5中的光传播效率会变差。对于此问题，在该实施方式中，如上所述，金属层M防止了水分向光路部5中渗透。
接着，说明上述光电混载基板的制造方法（参照图2的（a）～图2的（e）、图3的（a）～图3的（d））。
首先，准备用于形成上述金属层M的金属片材M1（参照图2的（a））。作为该金属片材M1（金属层M）的金属材料，可以列举出屈服应力或0.2%屈服强度为170MPa以上的不锈钢、钛、各种合金等。另外，上述金属片材M1的厚度设定在与上述金属层M的厚度相同的10μm～25μm的范围内。
接着，如图2的（a）所示，在上述金属片材M1的表面上涂敷由聚酰亚胺树脂等构成的感光性绝缘树脂，并利用光刻法形成规定图案的绝缘层1。在该实施方式中，为了形成与金属层M（金属片材M1）相接触的接地用电极部2b，在绝缘层1的长边方向的两端部形成用于使金属片材M1的与上述接地用电极部2b相对应的表面部分暴露的孔部1a。此外，上述绝缘层1的厚度设定在3μm～40μm的范围内。
接着，如图2的（b）所示，利用例如半添加法形成上述电布线（包括光学元件安装部2a和接地用电极2b）2。在该方法中，首先，在上述绝缘层1的表面上，利用溅射或非电解电镀等形成由铜、铬等构成的金属膜（未图示）。该金属膜成为进行后面的电解电镀时的晶种层（作为形成电解电镀层的基底的层）。接下来，在由上述金属片材M1、绝缘层1以及晶种层构成的层叠体的两面上层压感光性抗蚀剂（未图示），之后在形成有上述晶种层的一侧的感光性抗蚀剂上，利用光刻法形成上述电布线2的图案的孔部，使上述晶种层的表面部分暴露于该孔部的底部。接着，通过电解电镀，在上述晶种层的暴露于上述孔部的底部的表面部分层叠形成由铜等构成的电解电镀层。然后，利用氢氧化纳水溶液等剥离上述感光性抗蚀剂。之后，利用软蚀刻去除晶种层的未形成有上述电解电镀层的部分。由剩余的晶种层和电解电镀层构成的层叠部分为上述电布线2。此外，上述电布线2的厚度设定在5μm～35μm的范围内。
然后，如图2的（c）所示，对层叠体的除了上述光学元件安装部2a以外的部分施加掩模，并在该光学元件安装部2a的表面形成由金、镍等构成的电解电镀层，从而形成光学元件安装用焊盘3。之后，去除上述掩模。
接着，如图2的（d）所示，以使上述光学元件安装用焊盘3暴露的方式对电布线2的一部分涂敷由聚酰亚胺树脂等构成的感光性绝缘树脂，并利用光刻法形成覆盖层4。此外，上述覆盖层4的厚度设定在3μm～40μm的范围内。这样一来，在上述金属片材M1的表面上形成了电路基板E。
接着，在由上述金属片材M1和电路基板E构成的层叠体的两面上层压感光性抗蚀剂（未图示），之后在上述金属片材M1的背面侧（与电路基板E相反的那一侧的面侧）的感光性抗蚀剂中的、与上述金属层M以外的部分相对应的部分，利用光刻法形成孔部，使上述金属片材M1的背面部分暴露于该孔部的底部（在图中为上表面）。
然后，如图2的（e）所示，使用与该金属片材M1的金属材料相应的蚀刻用水溶液（例如，在为不锈钢层的情况下，使用氯化铁水溶液）进行蚀刻而将上述金属片材M1的暴露于上述孔部的底部的部分去除，从而形成上述金属层M，并使上述绝缘层1暴露于该去除痕迹的底部（在图中是上表面）。之后，利用氢氧化纳水溶液等剥离上述感光性抗蚀剂。
然后，为了在上述电路基板E的背面（在图中是下表面）形成光波导路W（参照图3的（d）），首先，如图3的（a）所示，以覆盖上述金属层M的方式在上述绝缘层1的背面涂敷第1包层（下包层）6的形成材料即感光性环氧树脂等感光性树脂，之后利用辐射线对该涂敷层进行曝光而使其固化，从而形成为第1包层6。上述第1包层6的厚度（距金属层M的背面的厚度）设定在5μm～60μm的范围内。此外，在形成光波导路W时（在形成上述第1包层6、下述芯7以及下述第2包层（上包层）8时），使上述金属层M的背面朝向上方。
接下来，如图3的（b）所示，在上述第1包层6的表面（在图中是下表面）上，利用光刻法形成规定图案的芯7。该芯7的厚度设定在20μm～200μm的范围内，宽度设定在20μm～200μm的范围内。作为上述芯7的形成材料，例如可以列举出与上述第1包层6相同的感光性树脂，并使用折射率比上述第1包层6和下述第2包层8（参照图3的（c））的形成材料的折射率大的材料。例如，能够通过选择上述第1包层6、芯7以及第2包层8的各形成材料的种类、调整组成比例来进行该折射率的调整。
接着，如图3的（c）所示，利用光刻法以覆盖上述芯7的方式在上述第1包层6的表面（在图中是下表面）形成第2包层8。该第2包层8的厚度（距第1包层6的表面的厚度）为上述芯7的厚度以上且设定在400μm以下。作为上述第2包层8的形成材料，例如可以列举出与上述第1包层6相同的感光性树脂。
然后，如图3的（d）所示，通过激光加工或使用刀尖角度为90°的转刀等进行的切削加工等，将光波导路W的与上述光路部5相对应的（在图中位于下方）的部分（两端部）形成为相对于芯7的长边方向倾斜45°的倾斜面。并且，芯7的该倾斜面的部分作为光反射面7a而发挥作用。这样一来，在上述电路基板E的背面形成了光波导路W。这样一来，获得了图1的（a）、（b）所示的光电混载基板。
图4是示意性表示本发明的光电混载基板的第2实施方式的纵剖视图。在该实施方式中，图1的（a）、（b）所示的第1实施方式中的金属层M的靠端部侧的部分没有向端部方向延伸设置，而在光学元件安装用焊盘3的下方形成有上述电布线2的接地用电极部2b，并使该接地用电极部2b与上述金属层M相接触。除此之外的部分与图1的（a）、（b）所示的第1实施方式相同，对于相同的部分标注了相同的附图标记。
在该实施方式的光电混载基板中，由于金属层M的靠端部侧的部分没有向端部方向延伸设置，因此，光电混载基板的两端部也具有挠性。
图5是示意性表示本发明的光电混载基板的第3实施方式的俯视图。在该实施方式中，在图4所示的第2实施方式的光电混载基板的长边方向的各端部，沿着光电混载基板的宽度方向也追加形成有两个金属层M，连同沿着长边方向排列的两个金属层M一起以金属层M围着光路部5的状态形成为四边框状。除此之外的部分与图4所示的第2实施方式相同，对于相同的部分标注了相同的附图标记。此外，在图5中，为了使上述光电混载基板的光学元件安装用焊盘3与金属层M的配置清楚，仅图示了光学元件安装用焊盘3、金属层M以及芯7等的一部分结构。
在该实施方式中，由于上述金属层M在光学元件安装用焊盘3的附近形成为四边框状，因此，该四边框状的金属层M的刚性变高，能够进一步抑制在将光学元件安装在上述光学元件安装用焊盘3上时的、电路基板E和光波导路W的变形，从而光学元件的安装性变得更优异。
如上所述，由于上述光路部5形成在由感光性环氧树脂等感光性树脂构成的第1包层6中，因此具有吸湿性。由于在湿度较高的环境下使用、长期使用等，外部气体中的水分会自第1包层6的外周侧面渗透到光路部5中，若第1包层6的处于该光路部5处的部分的吸湿量变得过多，则该光路部5中的光传播效率会变差。对此问题，在该实施方式中，由于上述光路部5被四边框状的金属层M围着，因此能够大体上完全防止水分向上述光路部5中渗透，能够长期维持较高的光传播效率。
接着，与比较例一并说明实施例。但是，本发明并不限定于实施例。
实施例
实施例1～实施例3、比较例1～比较例4
在上述第1实施方式中，将金属层的种类和厚度以及第1包层（下包层）的厚度（距绝缘层的厚度）设为在下述表1中表示的种类、厚度。此外，对实施例1～实施例3、比较例1～比较例4均进行了以下设定：光电混载基板的长度为100mm，光电混载基板的宽度为30mm，绝缘层的厚度为5μm，芯的厚度为50μm，芯的宽度为50μm，第2包层（上包层）的厚度（距第1包层的表面的厚度）为60μm。
光学元件的安装性
使用倒装贴片机将发光元件（ULM公司制造、ULM850－05－TT－C0101D）安装在上述实施例1～实施例3和比较例1～比较例4的光电混载基板的光学元件安装用焊盘上。然后，利用电子显微镜测定该安装后的光学元件安装用焊盘的变形量，将该变形量在5μm以下的光电混载基板作为安装性优异的基板而评价为○，将变形量超过5μm的光电混载基板作为安装性较差的基板而评价为×，并示出在下述表1中。
挠性
使上述实施例1～实施例3和比较例1～比较例4的光电混载基板在长边方向和宽度方向上弯曲多次。然后，将容易弯曲的光电混载基板评价为○，将难以弯曲的光电混载基板评价为×，并示出在下述表1中。
表1
由上述表1的结果可知：在金属层的0.2%屈服强度为170MPa以上且金属层的厚度设定在10μm～25μm的范围内的实施例1～实施例3中，光学元件的安装性和挠性优异，在上述范围以外的比较例1～比较例4中，光学元件的安装性或挠性较差。
本发明的光电混载基板能够应用于电子设备内的小空间中。
附图标记说明
E、电路基板；M、金属层；W、光波导路；1、绝缘层；3、光学元件安装用焊盘；6、第1包层。

Claims (2)

1.一种光电混载基板，其包括：电路基板，其在绝缘层的表面上形成有光学元件安装用焊盘；以及光波导路，该光波导路以其包层与该电路基板的上述绝缘层的背面相接触的状态形成于上述绝缘层的背面，该光电混载基板的特征在于，
在上述绝缘层与上述包层之间的、与上述光学元件安装用焊盘相对应的部分设有金属层，该金属层的屈服应力或该金属层的0.2％屈服强度为170MPa以上，且该金属层的厚度设定在10μm～25μm的范围内。
2.根据权利要求1所述的光电混载基板，其特征在于，
上述金属层的形成材料是不锈钢。
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