CN104459878A - 一种软硬结合光电复合板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种软硬结合光电复合板及其制造方法，该软硬结合光电复合板其自下而上依次包括，第一电互连层、承载层、光波导层、第二电互连层，并通过半固化片相互连接；其中，承载层及光波导层一端与第一电互连层分离形成可弯曲的柔性端部，作为可插入到连接器中被固定的连接端子。本发明软硬结合光电复合板具有柔性可弯曲端子，可与光连接器实现高精度的组装，并可实现立体的封装，具有精度高，耦合损耗低，封装简单及可靠性好等优点。

Description

一种软硬结合光电复合板及其制造方法

技术领域

本发明涉及印制电路板领域用于光学通信系统背板技术的光波导路的设计和制造方法，特别涉及一种用于光背板的包含隐埋在PCB中的柔性光波导和前端部设计用于光连接的端子的柔性光波导板。

背景技术

随着电子设备的高速和全面发展，对电路带宽和容量的要求急剧增加，光电复合线路板以光互连的形式可解决光设备之间或设备内部（包括电路板内部）子卡间的高速信息传输。

所谓光电复合线路板，是具有内置光波导层的印制电路板，将光与电进行整合，以光做传输信号，在光波导中进行传输，以电进行运算。作为光传输线路，聚合物光波导因布线自由度及密度高而受到普遍关注。

为实现背板与子板之间的连接，作为耦合方式，有直接将光纤引出、直接在波导端面制作45度反射面或插入一个带45度反射镜的装置等。直接将光纤引出无法实现高密度和稳定的互连，直接在波导端面制作45度反射面工艺复杂，并与插入带45度反射面的装置同样存在对位精度低，散射损耗大，导致耦合损耗大的问题。

各板之间的连接由带状光波导路和具有规定形状接收端的光连接器构成，该光接收端安装在该光波导路的长度方向终端上，被称为插芯，与插芯连接的光波导的端部称为端子。通过在光波导板上设计对位图形，利用连接器上对位图形来对光波导路和连接器之间进行连接，或者对光波导路与光波导路之间进行光连接，进而实现各板之间信号的传递。

作为聚合物光波导的形式，有具有硬支持基板的刚性光波导板、具有柔软性的柔性光波导板及两者结合的软硬结合板。刚性光波导板主要以FR4为衬底，具有一定的刚性，在封装耦合器件可起到支撑作用，但耦合时，往往对位精度低，耦合损耗大。柔性光波导以有机聚合物薄膜为衬底，可实现三维立体封装，封装时可采用主动对位的方式，实现光波导与连接器的准确对位，耦合损耗低，但封装后稳定性较低。将两者的优势结合，在印制线路板中隐埋柔性光波导，并在长度方向上暴露柔性波导的端面用来与耦合设备进行装配是适宜的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软硬结合光电复合板及其制造方法，具有柔性可弯曲端子，可与光连接器实现高精度的组装，并可实现立体的封装，具有对位精度高，耦合损耗低，封装简单及可靠性好等优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种软硬结合光电复合板，其特征在于，自下而上依次包括，第一电互连层、承载层、光波导层，并通过半固化片相互连接；其中，承载层及光波导层一端与第一电互连层分离形成柔性端部，作为可插入到连接器中被固定的连接端子。

一种软硬结合光电复合板，其特征在于，自下而上依次包括，第一电互连层、承载层、光波导层、第二电互连层，并通过半固化片相互连接；其中，所述第二电互连层不包覆光波导层与承载层长度方向上至少一个柔性端部，形成可插入到连接器中被固定的连接端子。

进一步，所述的承载层是挠性覆铜板，其中绝缘层可以是聚酯类、聚酰亚胺、聚苯醚、液晶聚合物或环烯烃聚合物薄膜。

本发明的一种软硬结合光电复合板的制造方法，包括如下步骤：

1)第一电互连层制备；

2)在第一电互连层上层压一层承载层，承载层采用挠性覆铜板；

3)所述在承载层上制作光波导层；

4)第二电互连层制备；

5)在第二电互连层上开一窗口，将该第二电互连层层压于所述光波导层上；

6)采用激光切割方法在上述窗口的一端切割，露出光波导层和承载层，形成柔性端子。

进一步，所述的第一电互连层与承载层间通过半固化片粘结固定，半固化片在对应柔性端子的区域开一窗口。

所述的承载层上还通过曝光、显影、蚀刻制作对位图形。

又，步骤5）中第二电互连层上开窗采用机械铣或激光铣方式。

本发明中柔性端子与连接器对准的对位图形是通过曝光、显影、蚀刻得到的，因此其精度高。当柔性端子与连接器配合时，柔性连接端子能够通过对位图形对准，同时也可增加主动对位，按照最初的设计准确地定位于期望的位置，由此，在将柔性端子和光连接器连接起来时，能够使光波导路内的波导芯体的光轴与光纤芯体的光轴保持一致，且柔性端子截面与连接器中光接受面间距可控制，耦合损耗非常小。

本发明的有益效果：

本发明一种具有柔性连接端子的软硬结合光电复合板，可应用于背板领域。其中柔性可弯曲连接端子可通过对位图形与光连接器实现高精度的组装，并可实现立体的封装，故可用于背板领域母板与子板的光通信，具有对位精度高，耦合损耗小，封装简单及可靠性好等优点。

易控制柔性部分波导端面与光连接器光接受面在5μm以内，连接处散射损耗基本为零，耦合损耗极小。而常规的耦合结构的散射损耗较大，在用于光互连系统时无法保证信号传输的完整性。而且常规耦合结构难以将光波导层埋在电互连层内部，很难用于背板领域。本发明大大降低了耦合损耗，可用于总长度1m的背板光互连系统中25Gbps和40Gbps信号的传输。

附图说明

图1为本发明实施例1的软硬结合光波导板的结构示意图。

图2为本发明实施例2的软硬结合光波导板的结构示意图。

图3为比较例光波导板的结构示意图。

图4为比较例光波导板的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的一种软硬结合光电复合板，自下而上依次包括，第一电互连层1、承载层2、光波导层3；第一电互连层1与承载层2通过半固化片4粘结；其中，承载层2及光波导层3一端与第一电互连层1分离形成柔性端部，作为可插入到连接器100中被固定的连接端子。

参见图2，本发明的另一种软硬结合光电复合板，自下而上依次包括，第一电互连层1、承载层2、光波导层3、第二电互连层5，第一、第二电互连层1、5通过半固化片4、4’分别与承载层2、光波导层3相互连接；其中，所述第二电互连层5不包覆光波导层3与承载层2长度方向上至少一个柔性端部，形成可插入到连接器中被固定的连接端子。

进一步，所述的承载层2是挠性覆铜板，所述挠性覆铜板包含导电层和绝缘层，其中导电层为铜箔，绝缘层可以是聚酯类、聚酰亚胺、聚苯醚、液晶聚合物或环烯烃聚合物薄膜。

参见图2，本发明的软硬结合光电复合板的制造方法，包括如下步骤：

1)第一电互连层1制备；

2)在第一电互连层1上层压一层承载层2，承载层采用挠性覆铜板，第一电互连层1与承载层2间通过半固化片粘结固定，半固化片在柔性端子活动区域开一窗口；

3)所述在承载层2上制作光波导层3；

4)第二电互连层5制备；

5)在第二电互连层5上开一窗口6，将该第二电互连层5层压于所述光波导层3上；

6)采用激光切割方法在上述窗口6的一端切割，露出光波导层3和承载层2，形成柔性端子。

进一步，所述的第一电互连层1与承载层2间通过半固化片粘结固定，半固化片在对应柔性端子的区域开一窗口。

所述的承载层2上还通过曝光、显影、蚀刻制作对位图形。

又，步骤4）中第二电互连层5上开窗采用机械铣或激光铣方式。

实施例1

首先制备第一电互连层，然后在第一电互连层上分别制备光波导层，包括下包覆层、芯层及上包覆层。

柔性端子的形成关键流程为低流胶半固化片开窗、层压、机械深度铣、激光揭盖、激光切割柔性波导端面，形成端子。

该实施例中，柔性光波导端子形成采用激光切割的方法，可以形成光滑的端面，耦合时界面散射损耗几乎为零。而且，端子在与连接器耦合时，对位精度高，偏差可控制到1μm，端子与连接器光接受面间距可控，耦合损耗仅0.4dB。该实施例将光波导隐埋在电路板中，露出柔性端子，可实现光波导的立体封装，便于光互连系统的组装。

参见图2，本发明实施例2的制备方法为：首先制备第一和第二电互连层，其中第二电互连层需先开一窗口，然后在第一电互连层上层压一层承载层，再在承载层上制备光波导层，包括下包覆层、芯层及上包覆层，最后将第二电互连层与含有光波导层的第一电互连层层压。

柔性端子的形成关键流程为硬板机械深度铣、激光揭盖、激光切割柔性波导端面，形成端子。

在进行耦合时，实施例2与实施例1一样，因散射损耗几乎为零，端子在与连接器耦合时，对位精度高，偏差可控制到1μm，端子与连接器光接受面间距可控，耦合损耗仅0.5dB。同样地，该系统可以实现立体的封装，且装配容易控制，具有明显的优势。

比较例1为直接通过机械研磨的方法在电互连层30和光波导层10的端面形成45度反射面，示意图如图3。该种方法实现手段为：首先将光波导层的端面进行抛光，形成45度端面。然后在45度斜面上涂覆一层金或银，形成反射面。最后将连接器100与光电复合板组装起来。在进行机械抛光时，因暂时无自动化设备，斜面的角度很难控制，偏差在2-10度，这将导致在耦合时一部分光散射出去，造成散射损耗。比较例1系统耦合端的耦合损耗为1.5dB。另外，该耦合结构需要做端面的抛光，抛光时电互连层部分会被破坏。而且光连接器与光导层上包层应紧贴，耦合损耗才最小，故该耦合结构不适合将光导层隐埋在电互连层内层，这限制了该种结构在背板领域的应用。

比较例2在制作光导板耦合系统时直接引入45度反射镜20，示意图见图4。该种方法的通常的实现手段为首先在已经制备好的光波导板上根据45度反射镜的大小开固定尺寸的矩形槽，同时对45度反射镜的镜面做喷金等处理以形成反射面，然后将处理好的微镜用紫外胶固定在矩形槽中，最后将板与连接器100固定起来实现光的耦合和传输。采用该方法进行耦合，耦合损耗为2.1dB。损耗非常大的原因主要有：（1）对位偏差为5μm（2）现有微镜制作工艺还存在些问题，微镜上的裂痕、凹坑或凸起会增加1dB散射损耗。（3）另外微镜贴装时会造成+/-2°的角度偏差，增加了散射损耗。（4）微镜与光连接器光接收面之间的距离增加了散射损耗。

比较例2结构限制了背板结构的设计，且耦合损耗大，不适合用在背板领域。

具体本发明实施例与比较例的比较参见表1。

表1

	对位偏差（μm）	散射损耗（dB）	耦合损耗（dB）
				实施例1	1	0.05	0.4
实施例2	1	0.05	0.5
				比较例1	4	1.20	1.5
比较例2	4	1.50	2.1

从上述表1可以看出，采用本发明制备的光电复合板用于耦合时，耦合损耗得到大幅下降。

Claims (7)

1.一种软硬结合光电复合板，其特征在于，自下而上依次包括，第一电互连层、承载层、光波导层，并通过半固化片相互连接；其中，承载层及光波导层一端与第一电互连层分离形成柔性端部，作为可插入到连接器中被固定的连接端子。

2.一种软硬结合光电复合板，其特征在于，自下而上依次包括，第一电互连层、承载层、光波导层、第二电互连层，并通过半固化片相互连接；其中，所述第二电互连层不包覆光波导层与承载层长度方向上至少一个柔性端部，形成可插入到连接器中被固定的连接端子。

3.如权利要求1或2所述的软硬结合光电复合板，其特征在于，所述的承载层是挠性覆铜板，所述挠性覆铜板包含导电层和绝缘层，其中导电层为铜箔，绝缘层是聚酯类、聚酰亚胺、聚苯醚、液晶聚合物或环烯烃聚合物薄膜。

4.一种软硬结合光电复合板的制造方法，包括如下步骤：

1)第一电互连层制备；

2)在第一电互连层上层压一层承载层，承载层采用挠性覆铜板；

3)所述在承载层上制作光波导层；

4)第二电互连层制备；

5)在第二电互连层上开一窗口，将该第二电互连层层压于所述光波导层上；

6)采用激光切割方法在上述第二电互连层窗口的一端切割，露出光波导层和承载层，形成连接端子。

5.如权利要求4所述的软硬结合光电复合板的制造方法，其特征在于，所述的第一电互连层与承载层间通过半固化片粘结固定，半固化片在对应柔性端子的区域开一窗口。

6.如权利要求4所述的软硬结合光电复合板的制造方法，其特征在于，所述的承载层上还通过曝光、显影、蚀刻制作对位图形。

7.如权利要求4所述的软硬结合光电复合板的制造方法，其特征在于，步骤4）中第二电互连层上开窗采用机械铣或激光铣方式。