CN107003476A - 光电混合基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可充分降低光的传播损失的光电混合基板。该光电混合基板具备：光波导(W)，其是以第1包层(6)及第2包层(8)夹持光路用的线状的芯(7)而成的；电布线(2)，其隔着具有透光性的绝缘层(1)形成在该第1包层(6)的表面；发光元件(11)及受光元件(12)，其安装在该电布线的一部分即安装用垫(2a)上，该光电混合基板在光波导(W)的芯(7)的端部形成有反光面(7a、7b)，该反光面(7a、7b)能够反射光(L)而使光(L)在芯(7)与发光元件(11)之间以及在芯(7)与受光元件(12)之间传播，上述反光面(7a、7b)形成为下述凹曲面：在芯(7)的宽度方向及厚度方向中至少一方弯曲，在芯(7)的宽度方向的曲率半径设定为超过50μm且小于1500μm的值，在上述芯(7)的厚度方向的曲率半径设定为超过200μm且小于1500μm的值。

Description

光电混合基板
技术领域
本发明涉及一种光电混合基板，其具备光波导、电布线与安装在该电布线的一部分上的光元件。
背景技术
最近的电子设备等，随着传送信息量的增加，除了电布线之外，还采用光布线。作为这样的结构，例如，如图4所示，已提出一种光电混合基板，其包括：在绝缘层51的表面形成电布线52而成的电路基板E1、在该电路基板E1的上述绝缘层51背面(与电布线52的形成面相反侧的面)层叠的光波导W1[第1包层56、芯(光布线)57、第2包层58]、以及在上述电布线52的形成面中的与上述光波导W1的两端部相对应的部分安装的发光元件11及受光元件12(例如，参照专利文献1)。在该光电混合基板，光波导W1的两端部形成为相对于上述芯57的长度方向(光的传播方向)倾斜45°的倾斜面，芯57的位于该倾斜面的部分成为反光面57a、57b。另外，在上述绝缘层51的对应于上述发光元件11及受光元件12的部分形成光路用的贯通孔55，在上述发光元件11与一端部的反光面57a之间，以及在上述受光元件12与另一端部的反光面57b之间，光L可通过上述贯通孔55而传播。
在上述光电混合基板中光L的传播是如下进行。首先，光L从发光元件11向一端部的反光面57a发光。该光L在通过形成在上述绝缘层51的光路用贯通孔55之后，穿过光波导W1的一端部(在图4为左端部)的第1包层56，在芯57的一端部的反光面57a反射(光路变换90°)，在芯57内沿长度方向前进。然后，在该芯57内传播的光L，在芯57的另一端部(在图4为右端部)的反光面57b反射(光路变换90°)，向受光元件12前进。接着，该光L穿过另一端部的第1包层56而射出，在通过光路用贯通孔55之后，在受光元件12受光。
然而，从上述发光元件11发光的光L以及在另一端部的反光面57b反射的光L如图4所示扩散。因此，有效传播的光L的量少，光L的传播损失大。
因此提案如下：如图5所示，将上述反光面57b形成为凹曲面68并且在其外表面蒸镀金，由此形成了反射镜69(例如，参照专利文献2)。在该结构中，意图使在芯67内传播的光L在芯67的端部的上述反射镜69的凹曲面68反射，并在受光元件12的受光部12a集光。由此来意图降低光L的传播损失。另外，在图5中，附图标记66、68为包层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-288341号公报
专利文献2：日本特开2014-35435号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，上述专利文献2的发明并未针对反射镜69的凹曲面68的曲率半径等做探讨，光L的传播损失的降低是不充分的。
本发明是有鉴于如此而作成的，目的在于提供一种可充分降低光的传播损失的光电混合基板。
用于解决问题的方案
为了达成上述目的，第1要旨在于本发明的光电混合基板具备：光波导，其是以2层包层夹持光路用的线状的芯而成的；电布线，其直接或隔着其他层形成在其中1层包层的表面；以及光元件，其安装在该电布线的一部分上，其中，在上述光波导的芯的端部形成有反光面，该反光面能够反射光而使光在上述芯与上述光元件之间传播，上述反光面则形成为下述(A)～(C)中的任一凹曲面：
(A)、仅在芯的宽度方向上弯曲，其曲率半径设定为超过50μm且小于1500μm的值；
(B)、仅在芯的厚度方向上弯曲，其曲率半径设定为超过200μm且小于1500μm的值；
(C)、在芯的宽度方向及厚度方向上弯曲，在芯的宽度方向上的曲率半径设定为超过50μm且小于1500μm的值，在上述芯的厚度方向上的曲率半径设定为超过200μm且小于1500μm的值。
本案发明人们为了谋求在光电混合基板上充分降低光的传播损失，便着眼于芯的端部的形成为凹曲面的反光面的曲率半径，并一再研究。在该研究过程中，调查了上述专利文献2中的反光面的曲率半径。即，如上所述，在该专利文献2中，并未针对反光面的曲率半径做探讨，不过在其图4的(h)及图7中，图示了芯的厚度方向的凹曲面，并且在[0040]段及[0060]段记载了在这些图所图示的芯及上部包层的厚度。若从其算出上述图示的图的倍率，并算出上述凹曲面(反光面)的实际曲率半径，上述图4的(h)所图示的凹曲面的曲率半径为71μm的程度，上述图7所图示的凹曲面的曲率半径为11μm的程度。另一方面，针对芯的宽度方向的凹曲面的曲率半径，上述专利文献2中并未记载用以算出该曲率半径的信息。因此，推测该芯的宽度方向的曲率半径也是与上述芯的厚度方向的曲率半径相同的程度，若将如此曲率半径的凹曲面作为反光面，并实际测定光的传播损失，则相较于上述专利文献1中将平面状的倾斜面作为了反光面的情形，光的传播损失变大。
本案发明人们研究该光的传播损失变大的原因，结果得知，上述专利文献2中的凹曲面的曲率大(曲率半径小)，因此，如上所述，光的传播损失的降低是不充分的。就此，进一步一再研究得到的结果是，若将上述凹曲面做成上述(A)～(C)中的任一凹曲面，光的传播损失充分地降低，而完成本发明。即，上述专利文献2的发明无论如何是无法获得本发明的效果。
另外，第2要旨在于本发明的光电混合基板采用如下结构：上述凹曲面是藉由激光加工所形成的激光加工面。
发明的效果
本发明的光电混合基板中，用以反射光而使光可在芯与光元件之间传播的反光面形成为上述(A)～(C)中的任一凹曲面，因此能够使光在上述凹曲面(反光面)反射带来的集光优化，使光的传播损失充分降低。
附图说明
图1的(a)是示意性地显示本发明光电混合基板的一实施方式的纵剖面图，图1的(b)是示意性地显示从下方观看芯的两端部的状态的放大图。
图2的(a)～图2的(d)是示意性地显示上述光电混合基板的电路基板的制作工序的说明图，图2的(e)是示意性地显示上述光电混合基板的金属层的蚀刻工序的说明图。
图3的(a)～图3的(d)是示意性地显示上述光电混合基板的光波导的制作工序的说明图。
图4是示意性地显示现有的光电混合基板的纵剖面图。
图5是示意性地显示现有的光布线基板的纵剖面图。
附图标记说明
L光、W...光波导、1...绝缘层、2...电布线、6...第1包层、7...芯、7a、7b...反光面、8...第2包层、11...发光元件、12...受光元件
具体实施方式
接着，将基于图示详细说明本发明的实施方式。
图1的(a)是示意性地显示本发明光电混合基板的一实施方式的纵剖面图，图1的(b)是示意性地显示从下方观看芯7的两端部的状态的放大图。该实施方式的光电混合基板具备：以第1包层6及第2包层8夹持光路用的线状的芯7而成的光波导W、隔着具有透光性的绝缘层1形成在该第1包层6的表面的电布线2、安装在作为该电布线2的一部分的安装用垫2a上的发光元件11及受光元件12、以及设在上述绝缘层1与上述第1包层6之间的与上述安装用垫2a相对应的部分的加强用金属层M，光电混合基板整体形成为带状。另外，在金属层M的与上述发光元件11及受光元件12相对应的部分形成有光路用贯通孔5。进一步，光波导W的与上述发光元件11及受光元件12相对应的两端部形成为相对于芯7的长度方向倾斜45°的倾斜面，并且，芯7的位于该倾斜面的部分是形成为凹曲面的反光面7a、7b，该凹曲面能够反射光L而使光在发光元件11与芯7之间传播以及在受光元件12与芯7之间传播。
在此，上述芯7的折射率是超过1的值，上述反光面7a、7b的外侧是空气，而该空气的折射率是1。如此，上述芯7的折射率大于其外侧的空气的折射率，因此光L无法穿透上述反光面7a、7b，而会在该反光面7a、7b上反射。而且，对于形成该反光面7a、7b的凹曲面的曲率半径，在芯7的宽度方向是设定为超过50μm且小于1500μm的值，在上述芯7的厚度方向是设定为超过200μm且小于1500μm的值。如此将上述反光面7a、7b做成设定为上述曲率半径的凹曲面，是本发明的一大特征。此外，在图1的(a)、(b)中，为了使上述反光面7a、7b为凹曲面明了易懂，将曲率增强(曲率半径变小)来图示。
而且，上述光电混合基板中的光传播是如下进行。即，光L从上述发光元件11的发光部11a朝向芯7的一端部的反射面7a扩散状地发光，该光L依序通过：上述绝缘层1、形成在上述金属层M的光传播用贯通孔5、上述第1包层6。然后，该光L在芯7的一端部的凹曲面状的反射面7a反射，并藉由该凹曲面的作用形成为平行光或者会聚光，送入芯7内。接着，该光L传播到芯7的另一端部，并在该另一端部的凹曲面状的反射面7b反射。在此反射之际，反射的光L藉由该反射面7b的凹曲面的作用，在受光元件12的受光部12a集光，并在该受光部12a受光。该受光部12a的直径通常在20μm～80μm，因此可在该受光部12a的范围内集光。
如此，在上述光电混合基板，从发光元件11射出且在芯7的一端部的凹曲面状的反射面7a反射并送入芯7内的光L，藉由上述反射面7a的作用形成为平行光或者会聚光。另外，在芯7的另一端部的反射面7b反射并在受光元件12受光的光L，藉由上述反射面7b的作用，在受光元件12的受光部12a集光。因此，在上述光电混合基板，光L有效地传播，且光L的传播会变得有效率。
即，在上述光电混合基板中，从第1包层6与上述芯7之间的界面到上述发光元件11的发光部11a的距离、以及从第1包层6与上述芯7之间的界面到上述受光元件12的受光部12a的距离通常在20μm～100μm的范围内。在此范围内的距离的情况下，藉由将上述反光面7a、7b做成设定在上述曲率半径(在芯7的宽度方向为超过50μm且小于1500μm的值、在上述芯7的厚度方向为超过200μm且小于1500μm的值)的凹曲面，光L在该反光面7a、7b的反射可如上述地优化，可充分降低光L的传播损失。
其中，优选的是，在上述距离为70μm～100μm的范围内，将芯7的宽度方向的曲率半径设定在超过100μm且在1300μm以下的值、将芯7的厚度方向的曲率半径设定在超过500μm且在1300μm以下的值。进一步优选的是，即便上述距离在20μm以上且小于70μm，将芯7的宽度方向的曲率半径设定在超过100μm且在1300μm以下的值，将芯7的厚度方向的曲率半径设定在超过500μm且在1300μm以下的值。
接着，针对上述光电混合基板的制法进行说明[参照图2的(a)～图2的(e)、图3的(a)～图2的(d)]。
首先，准备平坦状的上述金属层M[参照图2的(a)]。该金属层M的形成材料可例举不锈钢、42合金(alloy 42)等，其中，从尺寸精准度等的观点来看，优选的是不锈钢。上述金属层M的厚度设定在例如10μm～100μm的范围内。
接着，如图2的(a)所示，在上述金属层M的表面涂布感光性绝缘树脂，并藉由光刻法形成预定图案的绝缘层1。与此同时，为了在长度方向的两端部上形成接触金属层M的接地用电极2b，形成使上述金属层M的表面显露的孔部1b。上述绝缘层1的厚度可设定在例如10μm～100μm的范围内。
上述绝缘层1的形成材料可例举如聚酰亚胺、聚醚腈、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚氯乙烯等合成树脂；有机硅氧系溶胶-凝胶材料等。其中，优选的是耐热性及绝缘性优异、且具有在波长600nm以上的情况下总透光率70％以上的感光性聚酰亚胺。进一步，从为了不让因安装上述发光元件11及受光元件12[参照图1的(a)]时的热而引起变形的观点来看，上述绝缘层1优选的是使用具有150℃以上的耐热性的形成材料。上述绝缘层1的厚度可设定在例如3μm～100μm的范围内。此外，上述总透光率是依日本工业标准JIS K7105「塑料的光学特性试验方法」5.5「透光率及总反光率」规定的积分式透光率测定装置及测定法的值。
接着，如图2的(b)所示，例如藉由半加成法来形成上述电气配线2(包含安装用垫2a及接地用电极2b)2。该方法是，首先，在上述绝缘层1的表面以喷镀或化学镀等形成由铜、铬等形成的金属膜(未图示)。该金属膜会成为进行之后的电镀时的种层(成为形成电镀层的基底的层)。然后，在由上述金属层M、绝缘层1及种层构成的层叠体的两面层叠感光性光阻剂(感光性レジスト)(未图示)后，在形成有上述种层侧的感光性光阻剂上以光刻法形成上述电布线(包含安装用垫2a及接地用电极2b)2的图案的孔部，使上述种层的表面部分在该孔部的底显露。接着，藉由电镀在显露于上述孔部的底的上述种层的表面部分层叠形成由铜等形成的电镀层。然后，将上述感光性光阻剂以氢氧化钠水溶液等剥离。之后，将种层的未形成上述电镀层的部分以软蚀刻去除。由残留的种层与电镀层构成的层叠部分为上述电布线(包含安装用垫2a及接地用电极2b)2。在此，虽以上述半加成法进行了说明，但也可以是减成法。
然后，如图2的(c)所示，在上述电布线(包含安装用垫2a及接地用电极2b)2的表面形成由镍等形成的化学镀层(未图示)后，在电布线2(包含接地用电极2b)的除了上述安装用垫2a以外的部分涂布由聚酰亚胺树脂等形成的感光性绝缘树脂，并以光刻法形成覆盖层3。
然后，如图2的(d)所示，将形成在上述安装用垫2a上的上述化学镀层(未图示)以蚀刻去除后，在该去除遗址上形成由金、镍等形成的电镀层4。如此一来，在上述金属层M的表面上形成电路基板E。
接着，在由上述金属层M与电路基板E构成的层叠体的两面上层叠感光性光阻剂(未图示)。之后，在上述金属层M背面侧(与电路基板E相反侧的面这一侧)的感光性光阻剂中的、与光路用贯通孔形成预定部相对应的部分以及长度方向的中间部分，以光刻法形成孔部，并使上述金属层M的背面部分在该孔部的底(在图中为上表面)显露。
然后，如图2的(e)所示，使用与该金属层M的金属材料相对应的蚀刻用水溶液(例如，在不锈钢层的情况为氯化铁水溶液)进行蚀刻来去除上述金属层M的显露在上述孔部的底的部分，使上述绝缘层1在该去除遗址R、S的底(在图中为上表面)显露。之后，将上述感光性光阻剂以氢氧化钠水溶液等剥离。长度方向两端部分的上述去除遗址R为光路用贯通孔5。
然后，为了在上述金属层M的背面形成光波导W[参照图3的(d)]，首先，如图3的(a)所示，在上述金属层M的背面(在图中为下表面)涂布作为第1包层6的形成材料的感光性树脂后，以照射线曝光该涂布层使其固化，形成为第1包层6。该第1包层6是以进入且填埋于上述金属层M中的去除了蚀刻的去除遗址R、S的状态来形成的。上述第1包层6的厚度(从金属层M背面的厚度)可设定在例如5μm～80μm的范围内。此外，在形成光波导W时(形成上述第1包层6、下述芯7、下述第2包层8时)，上述金属层M的背面朝上。
接着，如图3的(b)所示，在上述第1包层6的表面(在图中为下表面)，藉由光刻法形成预定图案的芯7。另外，上述芯7的尺寸可设定在例如宽度在5μm～200μm的范围内、厚度在5μm～200μm的范围内。上述芯7的形成材料可例举如与上述第1包层6相同的感光性树脂，使用折射率比上述第1包层6及下述第2包层8[参照图3的(c)]的形成材料大的材料。在该折射率的调整中，例如能够通过调整上述第1包层6、芯7、第2包层8的各形成材料的种类选择、组成比率来进行。
接着，如图3的(c)所示，在上述第1包层6的表面(在图中为下表面)，藉由光刻法形成第2包层8以覆盖上述芯7。该第2包层8的厚度(自第1包层6的表面起的厚度)超过上述芯7的厚度，例如设定为500μm以下。上述第2包层8的形成材料可例举如与上述第1包层6相同的感光性树脂。
然后，如图3的(d)所示，将光波导W的与上述电路基板E的安装用垫2a相对应(在图中位于下方)的部分(两端部)，例如藉由准分子激光加工等形成为相对于芯7的长度方向倾斜45°的倾斜面，并且将该倾斜面的芯7的部分形成为上述凹曲面的反光面7a、7b。上述凹曲面是将激光光斑(加工区域)缩小来扫描并且加工。对于由该加工较深地切削的部分，增加激光的输出，或是增加加工次数等来进行加工。如此一来，在上述金属层M的背面形成光波导W。
之后，在上述安装用垫2a上安装发光元件11及受光元件12[参照图1的(a)]，获得图1的(a)所示光电混合基板。
此外，在上述实施方式，将反光面7a、7b做成了在芯7的宽度方向、厚度方向上皆弯曲的凹曲面，但是可做成仅在芯7的宽度方向上弯曲的凹曲面，亦可做成仅在厚度方向上弯曲的凹曲面。这种情况下，凹曲面的曲率半径与上述实施方式相同。
另外，在上述实施方式中，亦可藉由在反光面7a、7b外侧的面上将金等金属蒸镀或镀敷等，从而形成金属层。这种情况下，能够通过该金属层提升在上述反光面7a、7b的反射效率，进一步降低光L的传播损失。
另外，上述实施方式虽仅在芯7的成为反光面7a、7b的端部形成为凹曲面，但该凹曲面亦可形成到第1包层6或第2包层8。
另外，在上述实施方式中，芯7的两端部的反光面7a、7b皆形成为凹曲面，但可视情况仅在任一个端部形成为凹曲面。这种情况下，另一个端部可形成为相对于芯7的长度方向倾斜的平面状倾斜面(反光面)，亦可形成为相对于芯7的长度方向呈直角的平面状直角面(透光面)。并且该透光面亦可做成供光纤的端部连接。
进一步，在上述实施方式中，虽然设置了加强用的金属层M，但也可视情况不设置加强用的金属层M。这种情况下，光电混合基板的制作可例如如下进行：与上述实施方式相同，在剥离性基台之上形成了电路基板E后，剥离该剥离性基台，并在上述电路基板E的绝缘层1的背面(与电布线2的形成面相反侧的面)与上述实施方式相同地形成光波导W。
另外，在上述实施方式中，在形成具备金属层M的电路基板E后，在该电路基板E上形成光波导W，之后，安装发光元件11及受光元件12，由此获得了光电混合基板，但获得该光电混合基板的工序也可以是其他，例如可分别形成光波导W以及安装有发光元件11等的电路基板E，将上述电路基板E安装在该光波导W上。
另外，在上述实施方式，是将绝缘层1做成具有透光性，但亦可为非透光性。这种情况下，在绝缘层1形成光路用贯通孔。另外，若第1包层6呈绝缘性，则亦可在该第1包层6的表面直接形成电布线2(包含安装用垫2a)。
接着，与比较例一并对实施例进行说明。但，本发明并不为实施例所限定。
实施例
[芯的形成材料]
成分a：o-甲酚酚醛清漆缩水甘油醚(新日铁住金化学公司制、YDCN-700-10)50重量份。
成分b：双苯氧乙醇芴二缩水甘油醚(大阪Gas Chemicals公司制、OGSOL EG)50重量份。
成分c：光产酸剂(ADEKA公司制、SP170)1重量份。
成分d：乳酸乙酯(武藏野化学研究所社制、溶剂)50重量份。
藉由混和这些成分a～成分d，调制了芯的形成材料。
[第1及第2包层的形成材料]
成分e：含有脂环骨架的环氧树脂(Daicel公司制、EHPE3150)20重量份。
成分f：液态长链二官能半脂肪族环氧树脂(DIC社制、EXA-4816)80重量份。
成分g：光产酸剂(ADEKA公司制、SP170)2重量份。
成分h：乳酸乙酯(武蔵野化学研究所社制、溶剂)40重量份。
藉由混和这些成分e～成分h，调制了第1及第2包层的形成材料。
使用上述各形成材料，并与上述实施方式相同地制作了具有设定成下述表1～表3所示曲率半径的凹曲面的反光面的实施例1～实施例14及比较例1～比较例9的光电混合基板。在该光电混合基板中，仅在芯的一端部形成凹曲面(反光面)，另一端部形成为与芯的长度方向成直角的平面状的直角面(透光面)。另外，安装的光元件为受光元件(Albis公司制、PDCS32T-XS)。在此，芯的宽度为50μm、芯的厚度为50μm、第1包层的厚度(自金属层的背面起的厚度)为5μm。此外，在上述比较例3、6、9中，反光面为平面状(曲率半径∞)的倾斜面。
[光的传播损失]
在光纤[GI(梯度折射率)光纤：直径50μm、NA(数值孔径)0.22]的一端部连接了发光元件(OPTOTEST公司制、激光稳定光源OP-250-LS-MM50)。然后，测定从上述发光元件发光并从上述光纤的另一端部射出的光直接在安装前的上述受光元件受光时的光量A。接着，将上述光纤的另一端部连接到上述光电混合基板的透光面(上述芯的另一端部)，测定从上述发光元件发光并从上述光纤的另一端部射出的光通过上述光电混合基板的光波导的芯后在上述受光元件受光时的光量B。然后，算出其比(A/B)，该值设为上述光电混合基板的光的传播损失。然后，该结果显示在下述表1～表3。在此，从第1包层与芯的界面至受光元件的受光部的距离设为30μm。
[表1]
[表2]
[表3]
从上述表1～表3的结果可知，反光面的曲率半径设定在预定范围的实施例1～实施例14，其光的传播损失小，而落在该预定范围外的比较例1～比较例9，其耦合损失大。
在上述实施例中，虽示出了本发明中的具体方式，但上述实施例不过是单纯例示，而非限定解释。对本领域技术人员而言，可在本发明范围内获得显而易见的各种变形。
产业上的可利用性
本发明的光电混合基板可利用在使光的传播损失充分降低的情况。

Claims (2)

1.一种光电混合基板，其具备：
光波导，其是以2层包层夹持光路用的线状的芯而成的；
电布线，其直接或隔着其他层形成在其中1层包层的表面；以及
光元件，其安装在该电布线的一部分上，
上述光电混合基板的特征在于：
在上述光波导的芯的端部形成有反光面，该反光面能够反射光而使光在上述芯与上述光元件之间传播，
上述反光面形成为下述A～C中的任一的凹曲面：
A、仅在芯的宽度方向上弯曲，其曲率半径设定为超过50μm且小于1500μm的值；
B、仅在芯的厚度方向上弯曲，其曲率半径设定为超过200μm且小于1500μm的值；
C、在芯的宽度方向及厚度方向上弯曲，在芯的宽度方向上的曲率半径设定为超过50μm且小于1500μm的值，在上述芯的厚度方向上的曲率半径设定为超过200μm且小于1500μm的值。
2.根据权利要求1所述的光电混合基板，其中，上述凹曲面是藉由激光加工所形成的激光加工面。
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