CN106461861A - 多层柔性光线路板 - Google Patents

Abstract

一种多层光线路板包括多个堆叠的柔性基板以及位于相邻基板层之间的一粘接材料。多根光纤位于相邻基板层之间。相邻基板层的柔性基板通过所述粘接材料固定在一起并与相邻基板层之间的所述多根光纤直接接合。

Description

多层柔性光线路板

相关申请的交叉引用

本申请主张于2014年4月17日提交的美国临时专利申请US61/980802的优先权，该临时专利申请通过援引其整体上并入全文。

技术领域

本发明涉及光纤，且更特别而言涉及一种多层柔性光线路板。

背景技术

光纤线路板越来越多地用于将电子和其它高速和/或高带宽的系统中的光学部件互连。光纤有时以一条带状形式设置，以作为一光纤线缆(optical fiber cable)。在其它情况下，光纤可安装于或埋设于一个或多个基板上以形成一多层光线路板(multi-layeroptical circuit)。光纤连接器和其它光学部件(有源和无源)可连接于光纤连接器和多层光线路板。

一种类型的光线路板包括一个或多个柔性的基板层，其中多根光纤采用一粘接材料固定于基板。一共形涂层(conformal coating)设置于基板、粘接材料及光纤三者之上以密封和保护该组件。一另外的基板层可在该共形涂层和增设的另外层的粘接材料、光纤和共形涂层上固定于该先前形成的组件，以形成所需的光线路板。在一个已知的例子中，柔性的基板约为0.4mm厚。

前述背景说明仅仅旨在帮助读者理解。它不是旨在对本文所描述的发明创造进行限制，也不是限制或扩大所说明的现有技术。因此，前述说明不应视为表明现有系统中的任何特定的元件不适合本文所描述的发明创造，也不旨在表明实施本文所描述的发明创造的任何元件都是必需的。本文所描述的发明创造的实施和应用由随附的权利要求书限定。

发明内容

在一第一方面，一种多层光线路板包括：多个堆叠的柔性的基板，具有相邻的柔性的基板；以及一粘接材料，位于相邻基板层之间。多根光纤位于相邻基板层之间，其中相邻基板层之间的所述多根光纤限定一第一光纤组和一第二光纤组。相邻基板层的柔性基板通过所述粘接材料固定在一起并与所述相邻基板层之间的所述多根光纤直接接合。

在另一方面，一种多层光线路板包括多个堆叠的柔性的基板层，其中一粘接材料位于相邻基板层之间。多根光纤位于相邻基板层之间且通过所述粘接材料固定于至少一个基板层，其中相邻基板层之间的所述多根光纤限定一光纤层。相邻基板层的两个柔性的基板层除了沿所述多根光纤的位置外彼此直接接合。

在又一方面，一种制造一多层光线路板的方法包括：提供在其上具有一粘接材料的一第一柔性基板，将一第一多根光纤布线在所述第一柔性基板上以形成一第一光纤层，提供在其上具有一粘接材料的一第二柔性基板，以及使所述第一柔性基板与所述第二柔性基板直接接合以将所述第一多根光纤捕捉在所述第一柔性基板和所述第二柔性基板之间。所述方法还包括：将一第二多根光纤布线在所述第二柔性基板上以形成一第二光纤层，提供一第三柔性基板，以及使所述第二柔性基板与所述第三柔性基板直接接合以将所述第二多根光纤捕捉在所述第二柔性基板和所述第三柔性基板之间。

附图说明

图1示出一多层柔性光线路板的一实施例的一平面图；

图2示出图1的多层柔性光线路板的一部分的分解立体图；

图3示出在制造过程中安装在一基板上的两个光纤组的在交叉位置处作出的一横截面的一图解说明的一侧视图；

图4示出在一单个光纤组的位置处作出的一对相邻基板的一横截面的一图解说明；

图5示出没有光纤的位置处作出的一对相邻基板的一横截面的一图解说明；

图6示出图3的但在制造过程完成后的图解说明的一侧视图；

图7示出一多层柔性光线路板的一第二实施例的一部分分解的立体图。

具体实施方式

参照图1至图2，一多层柔性光线路板概括地标示为10。多层柔性光线路板10包括一下层或基层基板11、一内层基板12以及一上层或顶层基板13。各基板11-13可由一柔性的大体平面的片状材料形成。应注意的是，各基板11-13可尺寸相同，但为了清晰起见图1示出为内层基板12略大于上层基板13且略小于下层基板11。如在本文中使用的，“下”、“上”以及其它类似的术语仅指的是出于说明目的而在图中所示的方向。应当认识到的是，图中所示的基板11-13以及其它部件可以任何方向设置。

在一个例子中，各基板11-13可以是约为0.025mm厚并且可由聚酰胺或另一类似材料制成。也可考虑其它材料以及其它厚度。例如，在一个实施例中，据称基板11-13均可不超过0.075mm。在另一实施例中，据称基板11-13均可不超过0.125mm。在又一实施例中，基板11-13均可足够薄，从而基板11-13在刚度上比光纤20小。如果需要，多层柔性光线路板10可包括超过一个的内层基板12。

多层柔性光线路板10包括设置于相邻基板对之间的多根光纤20。更具体地，多根光纤20可以所述多根光纤的一第一组21和一第二组22设置在基层基板11和内层基板12之间。类似地，多个光纤20的一第三组23和一第四组24可设置在内层基板12和顶层基板13之间。

光纤20的这些组21-24可以以任何所需的方式设置并且每个组21-24可包括任何数量的光纤。另外，光纤20的端部可以以任何所需的方式构造，以用于与其它部件(诸如光纤连接器)互连。如图1所示，多层柔性光线路板10具有沿基层基板11的一第一缘14的用于与四个光纤连接器或其它部件(未示出)互连的分别分组为四根光纤的四个分组25。多层柔性光线路板10包括沿基层基板11的一第二缘15的用于与四个光纤连接器或其它部件(未示出)互连的分别分组为四根光纤的两个分组26以及八根光纤的一个分组27。

光纤20可以是任何类型的光纤(包括单模或多模)并且由二氧化硅形成。在一个实施例中，光纤20具有：一纤芯以及覆层(clading)，具有约125μ(微米)的一组合直径(combined diameter)；以及围绕覆层的一缓冲体，以限定约250μ的一直径。如果需要，可以使用其它类型的光纤。另外，一些光纤可以具有其它尺寸。一般来说，光纤20在刚度上大于基板11-13。

一光纤层(即相邻基板之间)中的光纤20的那些组可设置成在同一层中一些光纤与其它光纤交叉。参照图2，光纤20的第二组22与光纤20的第一组21在一第一交叉位置30处和一第二交叉位置31处交叉。类似地，光纤20的第四组24与光纤20的第三组23在一第三交叉位置32处和一第四交叉位置33处交叉。参照图1可以看出，这些交叉位置30-33在这些光纤层之间彼此偏置。换句话说，尽管第一交叉位置30和第三交叉位置32沿图1所示的y轴大致对齐，但它们沿x轴彼此偏置。由此，第一交叉位置30比第三交叉位置32更靠近基层基板11的第一缘14。类似地，第二交叉位置31和第四交叉位置33沿y轴大致对齐，但沿x轴偏置从而第二交叉位置31比第四交叉位置33更靠近基层基板11的第二缘15。

为了制造多层柔性光线路板10，基层基板11可固定于一大体平坦的工作面(未示出)，诸如一真空吸附台(vacuum table)。一粘接材料60(图3)可涂布于基层基板11或者基层基板11可在其上表面16设置有一粘接材料涂层。粘接材料60可以是任何类型的粘接材料，例如诸如一压敏粘接材料。在一个实施例中，粘接材料60将本质上(substantially)不增加多层柔性光线路板10的刚度。

多根独立的光纤20然后诸如采用一自动光纤铺设设备(未示出)以一所需的图案在基层基板11的上表面16上布线。在图1至图2所示的实施例中，多根光纤20布线以形成光纤20的第一组21和第二组22。在这样操作时，如上所述，光纤20的第二组22与光纤20的第一组21在第一交叉位置30处和第二交叉位置31处交叉。

参照图3，可以看出，第二组22的光纤20因为它们与第一组21的光纤20在第一交叉位置30和第二交叉位置31各处交叉而是弯曲的。换句话说，因为第二组22的光纤20通过粘接材料60固定于基层基板11(基层基板11固定于工作面)而后在第一组21的光纤上布线，所以第二组的光纤20在光纤20的第一组21周围弯折。

回头参照图2，内层基板12然后施加(applied)或压(pressed)在基层基板11的上表面16上，以捕捉(capture)位于基层基板11和内层基板12之间的光纤20。在这样操作时，基层基板11上的粘接材料60将把基层基板11和内层基板12固定在一起且由此将这些光纤20固定在这两个基板11、12之间的它们所需的位置。如图4可以看出，各光纤20将在其大部分长度上通过粘接材料60固定于基层基板11而沿其上表面由内层基板12捕捉。采用这种构造，光纤的各组的光纤20也将由它们相邻的光纤固定就位且各组的靠外(outer)的光纤20也可沿它们其中一个侧缘与内层基板12接合。

如图3最佳看到的，光纤20不会既与基层基板11接合又与内层基板12接合的只是光纤20的在交叉位置处的那些部分。在交叉位置处，光纤的第二组22的上表面将与内层基板12的下表面接合，而光纤20的第一组21的下表面将与粘接材料60和基层基板11的上表面16接合。

参照图5，在没有光纤20存在的位置处，内层基板12的下表面将与基层基板11的上表面16直接接合。

如本文中所采用的，直接接合以及其它类似的术语指的是两个部件彼此紧邻而除了位于该两个部件之间的粘接材料外无居间的部件。为了清晰起见，位于两个基板之间一光纤20利用一个或两个基板(图4)与该光纤之间的仅有的粘接材料而直接与两个基板接合。进一步地，如图5所示的通过粘接材料60固定在一起的两个基板11、12也直接接合。在图3中，基层基板11在交叉位置处与光纤20的第一组21直接接合而内层基板12在交叉位置处与光纤20的第二组22直接接合。由一共形涂层和一粘接材料60分隔开的两个部件(例如两个基板)不直接接合。位于两个基板之间的光纤在粘接材料将该光纤固定于一第一基板而一共形涂层将该粘接材料和该光纤与第二基板分隔的情况下与第一基板直接接合，因为该光纤只通过该粘接材料与基板分隔开但不与第二基板直接接合。

除非采用具有预先涂布的粘接材料的一基板，否则一粘接材料60涂布于内层基板12的上表面17。多根独立的光纤20然后以一所需的图案(诸如以形成光纤20的第三组23和第四组24)布线在内层基板12的上表面17上。顶层基板13然后施加于或压在内层基板12的上表面17上，以捕捉内层基板12和顶层基板13之间的光纤20的第三组23和第四组24。

基板11-13可以任何所需的方式压制在一起。任何工具可用于这种压制操作。在一个例子中，工具可具有用于接合这些基板11-13的一上表面的一弹性表面。在一个实施例中，工具可包括随着工具移动而沿该上表面滚动的一辊子。在另一实施例中，工具可包括一大体平的板。在一些情况下，可能希望的是通过将基板11-13和多根光纤20堆叠在一起而后在整个组件制造后使用一所需的压制工具将这些基板11-13压制在一起来制造整个的多层柔性光线路板10。

一旦多层柔性光线路板10制造完成，则该线路板可从工作面上取下。因为基板11-13比光纤20更柔性(即刚度低)，所以光纤20在交叉位置30-33处将趋于是伸直(straightenout)的而基板11-13的在交叉位置出的部分将趋于在光纤20周围弯曲。这个构思稍示意性地示出在图6中且可以通过比较图3和图6最佳地看出。

尽管在光纤20的第一组21上延伸的光纤20在图6中示出是直的，但是在制造过程完成后在每一交叉位置处的光纤20可能不完全伸直到图6所示的程度。这可能是由于位于基板11-13之间的光纤20的具体图案与这些基板11-13和光纤20的特性结合的缘故。然而，在大多数情况下，在一光纤层中与其它光纤交叉的光纤20的弯曲半径(bend radius)将变大且由此光纤20的弯曲损耗降低。

应注意的是，图4至图5中的横截面既适用于多层柔性光线路板10的制造期间又适用于制造过程完成后。

多层柔性光线路板可包括任何所需数量的基板和光纤。参照图7，一多层柔性光线路板40示出为具有一基层基板41、一第一内层基板42、一第二内层基板43、一第三内层基板44以及一顶层基板45。光纤的一第一组50和光纤的一第二组51位于基层基板41和第一内层基板42之间。光纤的一第三组52和光纤的一第四组53位于第一内层基板42和第二内层基板43之间。光纤的一第五组54和光纤的一第六组55位于第二内层基板43和第三内层基板44之间。光纤的一第七组56和光纤的一第八组57位于第三内层基板44和顶层基板45之间。

应注意的是，多层柔性光线路板40的光纤的这些组包括从基板41-45的所有四个缘46延伸出的光纤的分组58。多层柔性光线路板40可以与上述针对多层柔性光线路板10相同或相似的方式组装或制造。

本文说明的多层柔性光线路板10、40的结构和制造方式提供许多优点。在一个方面，光纤20在交叉位置处的曲率半径(the radius of curvature)大大减小，因为光纤在刚度上大于基板。通过比较图3和图6最佳地看出，尽管在制造过程中光纤20弯曲以在交叉位置处的光纤的上方通过，但是光纤在制造过程完成时是大体伸直的。希望的是减小光纤的弯曲，因为光纤的弯曲将降低光学性能。另外，光纤的弯曲通常也会削弱光纤，这将导致降低光纤的寿命。通过使用比光纤20更柔性的基板11-13，光纤在交叉位置处的弯曲程度降低。

在另一方面，因为基板11-13是极具柔性的，所以光纤20通过相邻基板11-13之间的接合而被固持或固定在基板之间的它们所需的位置。换句话说，将相邻基板11-13固定在一起的粘接材料60也将光纤20固定在基板11-13之间的它们所需的位置。即使只有每个基板对的下基板上可包括位于其上的粘接材料，每个基板对中的上基板在基板除了在光纤20的部位(point)外的所有部位将直接固定(即直接接合)于下基板。结果，光纤20将夹持在每个基板对的上基板和下基板之间且直接接合每个基板对的上基板和下基板。

在又一方面，这些交叉位置30-33可以在光学层之间偏置，以最小化这些交叉位置30-33对齐的任何情况。通过使这些交叉位置30-33偏置，可最小化多层柔性光线路板10的总高度。例如，甚至当增设另外的光线路板层和基板时，交叉位置的偏置使多层柔性光线路板10的总高度的增加也最小化。

在现有的设计中，将光纤定位在其上具有粘接材料的基板上之后，一共形涂层通常涂布于光纤和粘接材料60上，以将光纤固定在基板上的它们所需的位置。换句话说，在以往，光纤20通过共形涂层而不通过如本文所公开的与光纤上方和下方的两个基板接触来固定就位。

基板11-13由极薄和极柔性的材料形成而消除基板11-13之间的共形涂层的必要性产生了许多另外的优点。在另一方面，甚至当以多达五到七个内层基板制造时，基板的性质和无共形涂层允许光穿过多层柔性光线路板10。多层柔性光线路板10的某些缺点或缺陷可能造成光通过基板11-13是可见的。有缺陷的光纤可通过设置穿过多层柔性光线路板的光源而被查出(located)。另外，一根或多根有缺陷的光纤20可通过将一粘接材料60和替代光纤设置在多层柔性光线路板10的上表面上并使替代光纤与所需的光纤的分组对齐来代替。一新的基板可设置于多层柔性光线路板10，以位于替代光纤上并固定就位。由于基板和光纤薄且具有柔性的特性，所以增设一另外的基板和替代光纤将既不会显著增加多层柔性光线路板10的厚度也不会显著降低多层柔性光线路板的柔性。

在又一方面，由于基板极薄且极具柔性的特性以及基板之间无共形涂层，所以多层柔性光线路板10将仍保持极具柔性。结果，一般来说，对多层柔性光线路板10的弯曲的约束大体与对光纤的弯曲的约束一致。更进一步地，无共形涂层也使多层柔性光线路板10制造得更快，因为共形涂层通常需要一长时间的固化过程。另外，因为多层柔性光线路板10不包括需要固化的一共形涂层，所以多层柔性光线路板不需要从光纤铺设设备移动到一固化工位(station)且由此避免每次所部分形成的组件从固化工位返回到光纤铺设工位的一复杂和耗时的配准(registration)过程。

可考虑多层柔性光线路板10的其它设置。例如，在一些实施例中，基层基板11可比其它基板厚。增加基层基板11的厚度可增加多层柔性光线路板的总厚度而降低该线路板的总体柔性。然而，多层柔性光线路板10仍然会消除在每个基板、粘接材料以及光线路层上使用一共形涂层的需求，而因此降低线路板组装的复杂性、成本以及处理时间。

将认识到的是，前述说明提供了所公开的系统和技术的多个例子。然而，可考虑到的是，本发明的其它实施方式在细节上可能与前述实例不同。对本发明或实例的所有参照旨在参照在那个说明点处正在讨论的特定的实例但不意欲暗指对本发明的范围做更一般性的任何限定。针对某些特征的所有的明显不同的或贬低性的语言意欲说明对于那些特征不是优选的，但不意欲从本发明的范围中整个排除那些特征，除非另有说明。

本文中引用的数值范围仅旨在作为一种简略方式使各个分离数值落入到该范围内，除非本文另有说明，且各个分离数值合并到本说明书中，就像它单独在本文中被引用一样。本文说明的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非本文另有说明或上下文明确否认。

因此，在适用法律允许的情况下，本发明包括随附权利要求引用的主题的所有修改及等同物。此外，上述特征以它们所有可能的变型的任何组合将包括在本发明内，除非另有说明或上下文明确否认。

Claims (20)

1.一种多层光线路板，包括：

多个堆叠的柔性的基板层；

一粘接材料，位于相邻基板层之间；以及

多根光纤，位于所述相邻基板层之间，所述相邻基板层之间的所述多根光纤限定一第一光纤组和一第二光纤组，其中，所述相邻基板层通过所述粘接材料固定在一起并与所述相邻基板层之间的所述多根光纤直接接合。

2.如权利要求1所述的多层光线路板，其中，所述相邻基板层直接接合。

3.如权利要求3所述多层光线路板，其中，所述第一光纤组的至少一根光纤和所述第二光纤组的多根光纤在一交叉位置处交叉。

4.如权利要求1所述的多层光线路板，其中，所述多个交叉位置在相邻基板层之间是偏置的以降低所述多层光线路板的高度。

5.如权利要求1所述的多层光线路板，其中，所述多根光纤中的每根光纤具有一长度且所述多根光纤大体在它们的整个长度上与它们相应的相邻基板层的柔性基板直接接合。

6.如权利要求5所述的多层光线路板，其中，所述多根光纤在它们除了交叉位置外的整个长度上与它们相应的相邻基板层的柔性基板直接接合。

7.如权利要求6所述的多层光线路板，其中，所述交叉位置包括至少一根下光纤以及至少一根上光纤，且所述相邻基板层的一下基板层在所述交叉位置处与所述至少一根下光纤接合，而所述相邻基板层的一上基板层在所述交叉位置处与所述至少一根上光纤直接接合。

8.如权利要求1所述的多层光线路板，其中，所述多根光纤固定于相邻基板层之间，且所述柔性基板之间没有共形涂层。

9.如权利要求1所述的多层光线路板，其中，所述光纤具有一直径而所述柔性的基板具有一厚度，该厚度小于该直径的50％。

10.如权利要求1所述的多层光线路板，其中，所述光纤具有一直径而所述柔性基板具有一厚度，该厚度小于该直径的30％。

11.如权利要求1所述的多层光线路板，其中，每个柔性的基板约为0.025mm厚。

12.一种多层光线路板，包括：

多个堆叠的柔性的基板层；

一粘接材料，位于相邻基板层之间；以及

多根光纤，位于所述相邻基板层之间并且通过所述粘接材料固定于至少一个基板层，相邻基板层之间的所述多根光纤限定一光纤层，其中，相邻基板层的柔性基板层除了沿所述多根光纤的位置外均彼此直接接合。

13.如权利要求12所述的多层光线路板，其中，一第一光纤层的一第一光纤与所述第一光纤层的一第二光纤在一第一交叉位置交叉。

14.如权利要求13所述的多层光线路板，其中，一第二光纤层的一第一光纤与所述第二光纤层的一第二光纤在一第二交叉位置交叉，所述第一交叉位置与所述第二交叉位置是偏置的以降低所述多层光线路板的高度。

15.如权利要求12所述的多层光线路板，其中，所述多根光纤的每根光纤具有一长度，且所述多根光纤在大体上它们的整个长度上与它们相应的相邻基板层的柔性基板层直接接合。

16.如权利要求15所述的多层光线路板，其中，所述多根光纤在它们除了交叉位置的整个长度上与它们相应的相邻基板层的柔性基板层直接接合。

17.如权利要求16所述的多层光线路板，其中，所述交叉位置包括至少一根下光纤以及至少一根上光纤，且所述相邻基板层的一下基板层在所述交叉位置处与所述至少一根下光纤直接接合，而所述相邻基板层的一上基板层在所述交叉位置处与所述至少一上光纤直接接合。

18.如权利要求12所述的多层光线路板，其中，所述多根光纤固定于所述相邻基板层之间，且所述柔性的基板层之间没有共形涂层。

19.一种制造一多层光线路板的方法，包括：

提供其上具有一粘接材料的一第一柔性基板；

将一第一多根光纤布线在所述第一柔性基板上，以形成一第一光纤层；

提供一第二柔性基板；

在所述第一柔性基板和所述第二柔性基板的其中一个上设置一粘接材料；

使所述第一柔性基板与所述第二柔性基板直接接合，以将所述第一多根光纤捕捉在所述第一柔性基板和所述第二柔性基板之间；

将一第二多根光纤布线在所述第二柔性基板上，以形成一第二光纤层；

提供一第三柔性基板；以及

使所述第二柔性基板与所述第三柔性基板直接接合，以将所述第二多根光纤捕捉在所述第二柔性基板和所述第三柔性基板之间。

20.如权利要求19所述的制造多层光线路板的方法，还包括：

在将所述第一多根光纤布线之前将所述第一柔性基板固定于一工作面，所述布线步骤包括使所述第一光纤层的一第一光纤在一第一交叉位置处以一弧形的方式布线在所述第一光纤层的一第二光纤上以限定一交叉曲线，以及将所述第一柔性基板从所述工作面取下而允许所述第一光纤从所述交叉曲线处伸直。