CN1095084C - 电光混合布线板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有埋入的光纤的光纤嵌埋层被提供来作为多层电布线板的一层，该多层电布线板包括一母板，母板中固定有一电回路。光纤嵌埋层上形成一孔，以暴露光纤的一端，其上提供有一45°的反射表面，所以从上述光纤出来的光被沿垂直于布线板平面的方向反射，并输入到处于子板的一端面上的光纤的端部，并且从子板端面上的光纤端部出来而进入45°反射表面的光被输入到光纤嵌埋层内的光纤中。通过这种电光混合布线板，母板与子板之间或子板之间交换光信号的传送通道可以简单地通过将多个子板插入母板中来实现相互连接。于是，既使是多通道光信号通道的装配也是很方便的，且不需要过多的维修服务。

Description

电光混合布线板 及其制造方法
                          技术领域
本发明涉及适合于处理光和电信号的电光混合布线板及其制造方法。
                          背景技术
有许多这种实例，其中，装置的一部分是由光回路构成，以增加装置的响应速度，减少电路之间的干涉等。
图1示出了先有技术的电光混合装置的结构，其中，标号11表示一母板，而标号12表示子板，子板按垂直于母板平面的方向固定在母板11的主表面上。子板12通过安装在母板11主表面上的电连接器13来与母板11电连接。
另一方面，子板12间的光信号的相互连接是由光通信模块15和光纤16单独形成的。
在传统的电光混合装置中，子板之间的电连接受电连接器13和母板11的共同影响，必须通过光通信模块15和光纤16为每个路线单独形成光信号内部连接。光通信模块15和光纤16是构成为通过光连接器17可拆开地连接在一起。然而，对大型装置(如集成电路测试器)，由于有大量的光信号通道(多达数千个)，所以需要大量连接和分离操作。尽管有同时可以连接和分离多个光纤的光连接器，但是这种连接结构不能处理多达几千个的光信号通道。另外，可能发生错接，装配需要大量不必要的劳动。
Wim Delbare和Louis Vandam在他们的“分立布线式电光板技术”(参见Proc.International Electronic Packaging Conf.，pp.604-618，1991)中涉及了用于嵌埋在电光板表面层内的大量玻璃光纤的连接结构。根据该连接方法，一支撑玻璃纤维(或铜线)敷设在布线板上，它按直线延伸，上面排列有多个玻璃光纤，垂直交叉在支撑玻璃纤维之上，从而，光纤具有向上突出的弯曲部分。这些光纤然后被嵌埋到填充层中，从而形成一电光板(子板)。填充层的上表面被除去，从而暴露光纤的突起的弯曲部分，该突起部分被磨平。从而形成光连接表面，母板中的光连接器置于该连接表面的相对侧，从而光连接电光板上的光纤，母板位于和电光板垂直的方向。这种连接方法允许共同互连母板和子板之间大量的光纤，但是它所涉及的困难是要将排列的光纤弯曲部分磨到与光纤核芯相同的深度，结果会产生光连接特性明显变化的缺点。
                        发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种电光混合布线板及其制造方法，它允许共同连接和分离光信号通道，减小光连接特性以及电回路的变化，并且易于制造。
根据本发明，一种内部嵌有光纤的光纤嵌埋层提供来作为多层电布线板的一层。该层上敷设的光纤的一端面暴露在布线板的绝缘基板的侧端，以形成一侧端连接，从而允许在侧端平行于基板平面的方向实现光连接。光纤嵌埋层上敷设的光纤的另一端面也被暴露，以提供一表面连接，从而允许沿垂直于基板平面的方向光连接其它端面。因此可以理解，根据侧端连接和表面连接的组合，本发明为彼此垂直布置的布线板之间(如母板和子板之间)提供电和光直接连接。
根据本发明的电光混合布线板包括：
一绝缘基板，其一侧面上形成有一粘结层；
多个光纤，这些光纤的至少一端部排列在所述绝缘基板上，它们以一预定的图案布置在所述绝缘基板的表面上，且连接到所述粘结层上；
一填充层，其厚度足以填充由所述光纤阵列形成的表面上的波纹；
一覆盖板，它设在所述填充层上，在填充层和覆盖板上形成窗口元件，以暴露所述各光纤的一端；
反射元件，用于沿垂直于绝缘基板平面的方向反射从所述窗口元件中的所述光纤一端出来的光，并引导从所述覆盖板出来的光经过所述窗口元件，和/或沿垂直于所述基板平面的方向反射从所述覆盖板外侧通过窗口元件进来的光，并引导光以90°角进入所述光纤的一端；和
一电布线板，它叠置在所述绝缘基板的另一侧面上。
根据本发明的制造电光混合布线板的方法，包括以下步骤：
(a)在一绝缘基板的一侧表面上施加粘结剂，以形成一粘结层；
(b)按预定的图案在所述粘结层的表面上敷设多个光纤，同时将所述光纤粘结到所述粘结层上，并施加一填充材料，其厚度足以覆盖所述光纤；和
(c)在所述填充材料的上表面上设置一覆盖板；以及
(d)在所述覆盖板已设置到所述填料材料上以后，穿过所述覆盖板形成一V型槽，其深度足以切断所述光纤，以使由所述V型槽的形成所限定的每个光纤的一端的端面垂直于所述光纤的轴，同时，从所述光纤上切断下来的光纤段的剪切面位于所述垂直端面的相对端，形成一45度倾斜的反射面，从而形成一表面连接，以允许通过所述光纤传送的光按垂直于上面覆盖板平面的方向输出或输入所述光纤。
本发明的电光混合布线板为彼此垂直布置的布线板提供连接光信号，因此，可以减小位置对准的变化。
本发明还提供了这种电光混合布线板的容易制造的方法，它所得到的电光混合布线板的光连接特性变化小。
                         附图说明
图1是表示现有技术的透视图；
图2是表示本发明电光混合布线板的一实施例的平面图；
图3是图2所示电光混合布线板的实施例的侧视图；
图4是沿图2中4-4线的剖视图，示出了电光混合布线板的一个具体实施例；
图5是一透视图，示出了形成使用本发明电光混合布线板的光纤嵌埋层的方法的一个例子；
图6是一剖视图，示出了本发明的电光混合布线板的电布线板的连接结构；
图7是沿图2中7-7线的剖视图，示出了电连接结构；
图8是一剖视图，示出了本发明电光混合布线板的另一具体的实施例；
图9是一剖视图，示出了用于本发明电光混合布线板的电连接器的结构的一实施例；
图10是一剖视图，示出了本发明电光混合布线板提供的表面连接的一修改实施例；
图11是一剖视图，示出了形成本发明的电光混合布线板提供的表面连接的一修改实施例的过程；
图12是一剖视图，示出了用图11所示的工序制成的表面连接的结构。
                         具体实施方式
图2和图3分别是本发明电光混合布线板的平面图和侧视图，图中还示出了多个安装到布线板上的连接器以及连接这些连接器的电缆。一安装到电光混合布线板20-1(下面也称作母板)的一侧端的电光混合连接器壳体35A适合于与连接到一电光混合电缆36的一端的一连接器插头35B适配，以构成例如一电光混合连接器35。安装到布线板相对侧端的一电连接器壳体33A和一光连接器壳体31A适合于与分别连接到相应的电缆和光缆34和32的端部的电连接器插头33B和光连接器插头31B适配，从而分别构成一电连接器33和一光连接器31。
多个定位壳体30相互平行地布置在布线板20-1的表面上。每个定位壳体30的顶部形成一槽30A，用于接受子板20-2的一端，每个定位壳体30的底部有板状紧固部分30B，它们与定位壳体形成一体，从定位壳体30的相对两端向外延伸。板状紧固部分30B是用来通过螺纹件将定位壳体30紧固在母板20-1上。在示出的实例中，电元件21E也安装到布线板20-1的表面上。
图4是沿穿过电连接器31的4-4线的放大的截面示意图。图4中示出的实施例是电光混合布线板20-1的主表面中提供的表面光连接26和布线板侧端提供的侧端光连接27的结构。表面光连接26是构造成在起母板作用的电光混合布线板20-1和起着子板作用的电光混合布线板20-2之间建立光连接。母板20-1包括：一电布线板21；一绝缘板22，它覆盖在布线板上面；一粘结层23，它覆盖在绝缘板上面；一光纤嵌埋层25，它形成于粘结层上；和一覆盖板24，它覆盖着光纤嵌埋层，并且其中设有连接端子。嵌埋在光纤埋层25中的是光纤25F，它们可能是由塑料类材料制成。每个光纤形成分别位于布线板的表面和侧端的表面光连接26和侧端光连接27的一部分，用于接收或传送光信号。
图5简单示出了形成光纤嵌埋层25的方法的示例。一粘结材料施加到绝缘板22的一侧，以形成一粘结层23。光纤25F按一定的图案敷设在粘结层23的表面上，同时粘结到粘结层上。敷设操作可以由一纤维敷设装置28自动完成，装置28是由X-Y驱动臂(未显示)来操纵。敷设的光纤25F数量很大，可能彼此交叉。然而，光纤不允许光漏到外面，既使它们上面没有涂光遮蔽材料。因此，既使大量光纤可能会紧密地布置在一起和/或彼此交叉，也不可能发生信号交叉泄漏。
光纤敷设完成以后，施加一填充层25A，其厚度足以填充由光纤25F所形成的表面上的波纹，所以，一光纤嵌埋层25是由光纤25F和填充层25A构成。
每个光纤25F的一端都形成一倾斜面S1，起着反射表面的作用。倾斜表面S1可能在敷设操作过程中形成，光纤25F也可以粘结到粘结层23上，使其倾斜面S1通过使光纤朝布线板21倾斜而形成。当形成填充层25A时，光纤25F上具有倾斜面S1的部分被掩盖着，以使倾斜面S1不会被填充层25A覆盖。
当填充层25A固化以后，将覆盖板24放到填充层25A的上表面。覆盖板24可能由与绝缘基板22相同的绝缘材料形成。形成于覆盖板24的上表面上是电布线图案，与它相连接的是电元件21E、定位壳体30的电连接端子30T、电连接器壳体33A的连接端子33T等等，如图2和图3所示的类似元件。
图6示出的是沿图2中的6-6线的剖视图。在这个实施例中，电元件21E和电布线板21之间的电连接，受到图6所示的通孔21H中填充的电导体部分21C的影响。更具体地说，图6所示的实施例中的电布线板21是多层布线板形式，它由绝缘层21A1、21A2、21A3和21A4以及相邻绝缘层之间的布线导体21B1、21B2、21B3和21B4构成。布线导体21B1、21B2、21B3和21B4在各个部分通过在通孔21H中填充所需的电导体部分21C来实现电连接。安装在表面上的电元件21E和电布线板21之间的连接是由电导体部分21C来实现的。这些连接可以通过传统的电布线技术来实现。
再参考图4，为了暴露光纤25F的内端，覆盖板24和填充层25A上可以分别预先形成可相互联通的一窗口24A和一窗口25B，接着可将覆盖板24对准填充层25A并将覆盖板24固定到填充层25A上。或者另一种可供选择地，这两层也可以首先叠在一起，然后，通过光刻技术在覆盖板24上形成窗口24A。
通过将光纤25F一端预先形成的倾斜面S1的倾斜角选定为45°。可以使光按垂直于布线板20-1和20-2的平面的方向从光纤25F输出或输入光纤25F。可以理解的是倾斜面S1可以通过选择性电镀处理来金属化，从而提高反射率。表面光连接26是由倾斜面S1和窗口24A和25B构成。
光纤25F的另一端面S2暴露在布线板20-1和20-2的侧端27A，以构成侧端连接27。光纤25F的直径可以为100-200μm数量级，它可由塑料型材料制成。因此，如果使用由塑料制成的直径为200μm的光纤，在宽为20cm的范围内可以并列布置多达约一千条光纤。
这种布置可以使在光电混合布线板20-1一侧的光纤25F1和在另一电光混合布线板20-2一侧的光纤25F2可以通过将电光混合布线板20-2插到安装在电光混合布线板20-1的壳体30中来和它们的光轴对准。尽管电光混合在布线板20-2的下端可以直接插到壳体30中，但是，如图4所示，一带有径向延伸凸缘29F的保护罩29可以适配到电光混合布线板20-2的下端部分上，所以，带有保护罩29的布线板可以插到壳体30中。在这个实例中，保护罩29还包括光纤波导25G，它嵌埋在布线板内并穿过其下部向下延伸，其下端与子板20-2的相应布置的光纤25F2的端面适配。与光纤波导25G一起从保护罩29的底部向下共同延伸的是保护性导向部分29G，它用来插到形成于母板20-1中的窗口24A和25B中。通过这种布置，光纤波导25G的下端面可以位于与光纤25F1的端面非常接近的相对位置处，从而改进光连接效率。
安装在电光混合布线板20-1侧端上的是光连接器31的壳体31A，光连接器31的插头31B可以插到壳体31A中，从而连接光纤25F1和光纤25F3。从而可以理解，这种布置通过光纤25F2、25F1和25F3为安装在电光混合布线板20-2上的光回路和外部光回路之间提供连接。
图7示出的是沿图2中通过电连接器33和壳体30的7-7线的剖视图。形成于布线板20-1的侧端附近的是一导通接合区20L(conducting land)，它连通电回路和连接端子33T，连接端子33T位于形成于电连接器33的一部分的壳体33A上。端子33T从壳体33A的内壁开始，延伸到布线板20-1的上、下表面上。在壳体33A中，端子33T可以和从插头33B延伸的端子33V接触，以形成电连接。图7所示的电连接器33的结构可以和图4所示可与光连接27的侧端连接的光连接器31形成一体。
另一方面，形成定位壳体30的一部分、用于接收子板20-2的电连接结构包括连接端子30T，它沿着壳体30内壁延伸，并以L形弯曲形式伸出壳体壁，终止于焊接到形成于母板20-1表面上的导体接合区20M上的下端。在壳体30中，连接端子30T和子板20-2的下端表面上设置的端子20T接触。
图8是沿图2中8-8线的截面图，示出了另一实施例，其中，多个电光混合布线板20-2安装在起母板作用的电光混合布线板20-1上，安装在多个电光混合布线板20-2上的光回路使用表面光连接26和侧端光连接27来相互连接。在这种布置中，光纤25F1形成于表面光连接26相对的一端，表面光连接26与相应电光混合布线板20-2上提供的侧端光连接27连接。将会理解，既使在母板20-1上排列有多个子板20-2时，这种结构也可以通过嵌埋在母板上的光纤嵌埋层25中的光纤25F1来光连接子板的光回路。
图9示出了所述实施例中所示的表面光连接26的修改形式。在这个修改的实施例中，一圆柱状聚光透镜26A与光纤25F2的中心轴对准，所以，其优点是提高了光纤25F1和25F2之间的光连接效率，从而提高传送效率。
图10示出了表面光连接26的另一修改形式。在这个实施例中，光纤25F2敷设在粘结层23的上面，然后覆盖上一填充层25A。一旦填充层25A被固化，就将一覆盖板24贴到填充层25A上。用一机械工具在这样形成的叠层24，25A上形成一缺口26B(V型槽)，从而切断光纤25F，使各切断光纤的一端形成一垂直的端面，而另一端形成一45°倾斜面S1。如果需要的话，45°的倾斜面S1可以通过选择性电镀处理或其它方式金属化，从而提供具有高反射率的反射表面。
应当理解，光纤25F可以通过使用45°的倾斜端面S1来向光纤输入光或从光纤中输出光，从而与垂直照射的光连接。
图10和11示出了表面光连接26的另一种修改形式。在这个实施例中，在覆盖板24放到填充层25A上以后，在覆盖板24和填充层25A上形成对准孔24A和25B(通常是槽)。在这个切槽过程中，排列的光纤25F同时也被垂直切断，然后对光纤的剪切端面进行抛光。接着，如图12所示，一棱镜状树脂块26C，其45°的全反射表面26D横跨光纤阵列，安装在对准孔24A和25B中，所以，光纤25F可以通过45°的反射表面26D连接在一起。
如上所述，根据本发明，所提供的光纤嵌埋层25与电布线板形成一体，光纤25F嵌埋在光纤嵌埋层25中，嵌埋在层25中的光纤25F可以与垂直于布线板方向的外部光纤连接，所以，可以方便定位壳体30的对准定位，从而相应地减少光纤连接特性的变化。例如，用于母板与子板之间或子板之间交换光信号的传送通道可以简单地通过将多个子板插入母板中来实现相互连接。应当理解，既使是多通道光信号通道装配也很方便，且不需要过多的维修服务。

Claims (11)

1.一种电光混合布线板，包括：
一绝缘基板，其一侧表面上形成有一粘结层；
多个光纤，这些光纤的至少一端部排列在所述绝缘基板上，它们以一预定的图案布置在所述绝缘基板的表面上，且连接到所述粘结层上；
一填充层，其厚度足以填充由所述光纤阵列形成的表面上的波纹；
一覆盖板，它设在所述填充层上，在填充层和覆盖板上形成窗口元件，以暴露所述各光纤的一端；
反射元件，用于沿垂直于绝缘基板平面的方向反射从所述窗口元件中的所述光纤一端出来的光，并引导从所述覆盖板出来的光经过所述窗口元件，和/或沿垂直于所述基板平面的方向反射从所述覆盖板外侧通过窗口元件进来的光，并引导光以90°角进入所述光纤的一端；和
一电布线板，它叠置在所述绝缘基板的另一侧面上。
2.如权利要求1所述的电光混合布线板，其中，所述反射元件形成于所述光纤的一端，它包括一与所述光纤的轴成45°角且面对所述绝缘基板的切断面。
3.如权利要求1所述的电光混合布线板，其中，所述光纤一端的端面垂直于所述光纤的轴，所述反射元件是一反射器，其反射表面相对于所述光纤一端成45°角。
4.如权利要求3所述的电光混合布线板，其中，所述反射器包括一从每个所述光纤上切断的光纤段。
5.如权利要求3所述的电光混合布线板，其中，所述反射器包括一单个棱镜状反射器，它与所述光纤一端相对延伸。
6.如权利要求1-5中任何一项所述的电光混合布线板，包括一固定在所述覆盖板上的定位壳体，所述定位壳体包括一位于所述覆盖层之上围绕所述窗口元件的中空的内部，所述中空的内部用来接受子板的侧端部分，所述子板中的光纤布置在所述侧端部分。
7.如权利要求1-5中任何一项所述的电光混合布线板，其中，所述光纤是塑料光纤。
8.如权利要求1-5中任何一项所述的电光混合布线板，其中，一聚光透镜放在所述反射元件上。
9.如权利要求1-5中任何一项所述的电光混合布线板，其中，所述绝缘基板、所述填充层、所述覆盖层和所述电布线板构成了一母板，所述光纤在其另一端具有与所述母板的一侧端面齐平的端面，从而形成与外部光纤连接的侧端连接。
10.如权利要求9所述的电光混合布线板，包括一连接器壳体，它固定在所述母板的一侧端面上，所述连接器壳体包括一围绕所述光纤的所述侧端连接的中空内部，所述中空内部用于接受一外部光缆的连接器插头。
11.一种制造电光混合布线板的方法，包括以下步骤：
(a)在一绝缘基板的一侧表面上施加粘结剂，以形成一粘结层；
(b)按预定的图案在所述粘结层的表面上敷设多个光纤，同时将所述光纤粘结到所述粘结层上，并施加一填充材料，其厚度足以覆盖所述光纤；
(c)在所述填充材料的上表面上设置一覆盖板；以及
(d)在所述覆盖板已设置到所述填料材料上以后，穿过所述覆盖板形成一V型槽，其深度足以切断所述光纤，以使由所述V型槽的形成所限定的每个光纤的一端的端面垂直于所述光纤的轴，同时，从所述光纤上切断下来的光纤段的剪切面位于所述垂直端面的相对端，形成一45度倾斜的反射面，从而形成一表面连接，以允许通过所述光纤传送的光按垂直于上面覆盖板平面的方向输出或输入所述光纤。
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