CN115868252A - 光电混载基板 - Google Patents

Abstract

在光电混载基板(30)中，在绝缘层(31)的第1面侧设置有电路部(E)，该电路部(E)具有光元件安装用的焊盘(34a)、该光元件的驱动器件用的焊盘(34b)、以及包括使它们相连的布线部分(A)的电布线(Y)。另外，在所述绝缘层(31)的第2面侧设置有金属加强层(37)和其一部分与所述金属加强层重叠的光波导(W)。并且，去除所述金属加强层(37)的、与夹着所述绝缘层(31)而位于相反侧的所述布线部分(A)对置的部分，从而形成有开口部(60)。根据该光电混载基板，能够抑制金属加强层对电特性的影响，因此，能够传输更高频的电信号。

Description

光电混载基板

技术领域

本发明涉及一种光通信模块所使用的光电混载基板，尤其涉及一种针对高频的信号具备优异的可靠性的光电混载基板。

背景技术

在最近的电子设备中，随着传输信息量的增加，除了采用电布线之外，还采用光布线，推荐使用紧凑地配置有电布线和光布线的光电混载基板。另外，将上述光电混载基板与具备向各种电子设备传输信号的信号传输功能的布线基板等进一步连接而向进行高速信号传输的光通信模块等的使用也变得广泛。

将这样的光通信模块的一个例子示意性地表示在图10中。该光通信模块是将光电混载基板2与布线基板1一体地连接而成的，若更详细地说明，则首先，在上述布线基板1的表面设置有将差动信号传输用的两根成对的布线排列多个而成的电布线X。

另外，上述光电混载基板2具备绝缘层3(在图中以粗的斜线表示)，该绝缘层3具备宽度较宽的部分和较窄的部分，在上述绝缘层3的宽度较宽的部分的背侧的面、即与上述布线基板1的表面重叠的面设置有电路部6，该电路部6具有将差动信号传输用的两根成对的布线排列多个而成的电布线Y、光元件4(VCSEL、光电二极管等)、光元件驱动器件(IC等)5。并且，上述电路部6的需要绝缘的部分由覆盖层(未图示)覆盖。

另一方面，在上述绝缘层3的、与设置有电路部6的面相反的一侧的面设置有用于加强上述电路部6的金属加强层7，以与该金属加强层7局部地重叠的方式设置有带状的光波导8。

使用放大且示意性地表示上述光电混载基板2的电路部6的图11来更详细地说明该部分(省略覆盖层的图示)。即、在设置于绝缘层3的单面的电路部6形成有用于安装光元件4(VCSEL、光电二极管等，以单点划线表示)的焊盘10和用于安装用于驱动该光元件4的驱动器件5(IC等，以单点划线表示)的焊盘11，包括连接上述焊盘10、11的布线部分A的电布线Y延伸到与光波导8所延伸那一侧相反的一侧的端缘。

上述电布线Y由使光元件4与用于驱动光元件4的驱动器件5相连的电布线部和利用差动电信号使上述驱动器件5与布线基板1(参照图10)的电布线X相连的电布线部构成。并且，在上述电布线Y的前端设置有成为与上述电布线X之间的连接点的端子13。

另外，在设置有上述电路部6的绝缘层3的相反侧的面设置有金属加强层7，以便加强电路部6，在绝缘层3的设置有该金属加强层7的面以一部分与上述金属加强层7重叠的方式设置有光波导8。

并且，在上述光波导8的、夹着绝缘层3而与光元件4对置的部分处形成有用于变更光的路径的反射面(未图示)，从该反射面反射的光与光元件4进行光耦合。此外，在上述金属加强层7的、由光波导8的反射面和光元件4的受发光部夹着的部分形成有贯通孔14，上述金属加强层7不妨碍光的路径。

在这样的光通信模块中，以更高速且精度良好地传输包括图像信息、声音信息的庞大的信息的期望正在提高，因此，要求电布线、光布线的进一步的致密化、电信号、光信号的更稳定化的传输技术。

例如，在连接带电路的悬挂基板和布线电路基板的构造中，提出了如下技术：使设置于布线电路基板的金属加强层中的、与成为基板彼此的连接点的端子部重叠的部分预先局部地开口，从而该部分不给连接点的电特性带来不良影响(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-363205号公报

发明内容

发明要解决的问题

如此，基板彼此的连接点处的电特性由于金属加强层而受到影响，因此，进行了如下研究：除了上述连接点以外，金属加强层也不会给光电混载基板的电特性给带来影响，或者，若金属加强层给光电混载基板的电特性带来影响，则能够进行怎样的改善。

本发明是鉴于这样的状况而成的，提供一种能够抑制金属加强层对电特性的影响、并传输更高频的电信号的光电混载基板。

用于解决问题的方案

即、本发明提供以下的[1]～[3]。

[1]一种光电混载基板，其是光通信模块所使用的光电混载基板，其具备：

绝缘层；电路部，其设置于所述绝缘层的第1面侧，具有光元件安装用的焊盘、光元件驱动器件用的焊盘以及包括使这些焊盘相连的布线部分A的电布线Y；金属加强层，其设置于所述绝缘层的第2面侧；以及光波导，其以其一部分与所述金属加强层重叠的配置同样地设置于所述绝缘层的第2面侧，

去除所述金属加强层的、与夹着所述绝缘层而设置于相反侧的所述布线部分A对置的部分而形成有开口部。

[2]根据上述[1]所述的光电混载基板，其中，所述光元件是光电二极管PD。

[3]根据上述[1]或[2]所述的光电混载基板，其中，

若将所述布线部分A的、长度方向的尺寸设为1，则所述金属加强层的开口部的、沿着所述布线部分A的长度方向的开口尺寸设定为0.8～1。

本发明人等对金属加强层给光电混载基板的电特性带来的影响反复进行了深入研究，结果彻底查明：安装于光电混载基板的光元件的有效静电电容除了光元件自身所具有的静电电容之外，还附加有在金属加强层与布线部分A之间产生的静电电容，从而安装于光电混载基板的光元件的有效静电电容比安装前变大。

并且，获得了如下主意：安装于光电混载基板的光元件的有效静电电容越大，频带越相对于该光元件在安装前所呈现的高频频带向低频侧跃迁，因此，只要消除上述金属加强层对安装于光电混载基板的光元件的有效静电电容值的影响，就能够维持安装前的光元件的频带，能够传输更高频的信号。并且，进一步反复进行了研究，结果发现了：在使光元件安装用的焊盘与光元件驱动器件用的焊盘相连的布线部分A中，若去除金属加强层的夹着绝缘层而与该布线部分A对置的部分，则能够去除布线部分A与金属加强层之间的静电电容，该光元件的有效静电电容恢复成作为光元件本身所具有的本来的特性的较低的静电电容。

发明的效果

根据本发明的光电混载基板，去除金属加强层中的、与使光元件安装用的焊盘和光元件驱动器件用的焊盘相连的布线部分A对置的部分而成为开口部，因此，去除所安装的光元件附近的、流过有电流的布线部分A与夹着绝缘层而位于相反侧的金属加强层之间的静电电容。因此，即使安装于光电混载基板的光元件的有效静电电容增加了同以往上述布线部分A与金属加强层之间的静电电容相应的量，也不会受到这样的影响，光元件的有效静电电容不会由于安装而增加。因而，光电混载基板安装后的光元件的频带能够维持在光元件安装前所呈现的频带，能够在不使速度降低的情况下使能够传输的信号信息量增大。

附图说明

图1是示意性地表示作为本发明的一实施方式的光电混载基板的主要部分的纵截面的说明图。

图2的(a)是从形成有在上述光电混载基板形成的电路部那一侧观察该电路部的示意性的说明图，图2的(b)是从形成有在上述光电混载基板形成的金属加强层那一侧观察该金属加强层的示意性的说明图。

图3是上述光电混载基板的制造工序的说明图。

图4是上述光电混载基板的制造工序的说明图。

图5是上述光电混载基板的制造工序的说明图。

图6是使用了上述光电混载基板的光通信模块的制造工序的说明图。

图7是表示上述光电混载基板中的金属加强层的开口部的变形例的说明图。

图8是评价本发明的实施例、比较例的电特性的方法的说明图。

图9是表示通过上述评价方法获得的、实施例样品、比较例样品中的S参数的插入损耗的特性曲线图。

图10是表示一般的光通信模块的一个例子的示意性且局部的说明图。

图11是说明上述光通信模块所使用的光电混载基板中的电路部的示意性的说明图。

具体实施方式

接着，基于附图详细地说明本发明的实施方式。不过，本发明并不限定于以下的形态。

图1是沿着光波导的延伸的方向剖切而示意性地表示作为本发明的一实施方式的光电混载基板的主要部分的说明图。

该光电混载基板30是光通信模块所使用的光电混载基板，基本的结构与一般的光电混载基板的结构相同。即、将一张大致带状的绝缘层31作为基板，在其单面(第1面)设置有电路部E，其具备：电布线Y，其是将用于传输差动信号的两根成对的电布线排列多个而成的；焊盘34a，其用于安装光元件(PD、VCSEL等)32；以及用于安装其驱动器件(IC等)33的焊盘34b等[参照图2的(a)]。并且，上述电路部E的、需要绝缘保护的部分由覆盖层36覆盖。此外，光元件32、驱动器件33有时在基板的阶段未安装，以单点划线表示。

另一方面，在上述绝缘层31的另一面(第2面)、即与设置有电路部E那一侧相反的一侧的面，在需要加强的区域局部地设置有用于加强上述绝缘层31的强度的金属加强层37。另外，同样地在上述绝缘层31的另一面，以与上述金属加强层37局部地重叠的配置依次层叠下包层40、芯41、上包层42，光波导W由这三层形成[参照图2的(b)]。此外，上述光波导W的一部分被切割成倾斜面，该倾斜面成为用于将经由芯41而传输的光信号的行进方向变更90度的光反射部43。

更详细地说明上述光电混载基板30的电路部E。即、如从形成有该电路部E那一侧观察上述光电混载基板30的图2的(a)所示那样，在上述电路部E设置有以右下的斜线表示的用于安装光元件32的焊盘34a和同样地以右下的斜线表示的用于安装驱动器件33的焊盘34b(覆盖层36省略图示)。另外，在上述电路部E的端部设置有用于将该光电混载基板30与具备向各种电子设备传输信号的信号传输功能的布线基板连接的连接用端子35。

并且，上述电路部E的电布线Y具备：布线部分A，其连接光元件32用的焊盘34a和驱动器件用的焊盘34b；和布线部分B，其连接上述焊盘34b和其他布线基板用的连接用端子35。当然，根据需要也形成其他布线，但省略了其图示。

另外，在图2的(a)中，以右上的斜线表示上述绝缘层31的、设置于与设置有电路部E的面相反的一侧的面的金属加强层37的形成区域。并且，将从形成有上述金属加强层37那一侧观察该金属加强层37的情况表示在图2的(b)中。此外，在该图2的(b)中，以单点划线表示与上述金属加强层37局部地重叠的光波导W。

如从这些图可知那样，在上述金属加强层37与以往同样地形成有光耦合用的贯通孔50，而且，与布线部分A对置的部分被呈大致长方形形状去除而形成有开口部60，该布线部分A夹着上述绝缘层31而设置于相反侧，并连接光元件32用的焊盘34a和驱动器件用的焊盘34b。这是本发明的最大的特征。此外，在上述金属加强层37还根据需要设置有适当的开口，针对这些，省略了图示。

＜光电混载基板的形成工序＞

接着，例示具体的材料，同时简单地说明获得上述光电混载基板30的工序的一个例子。

(1)电路部E的形成

首先，如图3所示，准备作为金属加强层37的金属板100，向其表面涂敷聚酰亚胺等感光性绝缘树脂而形成作为绝缘层31的绝缘树脂层101。

作为上述金属板100的材料，能够举出不锈钢、铜、银、铝、镍、铬、钛、铂、金等，但出于强度性、弯曲性等观点考虑，优选不锈钢。另外，上述金属加强层37的厚度例如优选设定在10μm～70μm(更优选10μm～30μm)的范围内。

并且，对上述绝缘树脂层101实施光刻法(曝光、预烘烤、显影、固化)而形成具有预定的图案形状的绝缘层31。上述绝缘层31的厚度例如优选设定在3μm～50μm(更优选3μm～25μm)的范围内(该工序未图示)。

接着，将利用溅镀或者化学镀等将由铜等导电材料形成的导电层形成于上述绝缘层31之上，之后，经由干膜抗蚀剂层压、曝光、显影等需要的处理而形成包括布线部分A、B的电布线Y、各种焊盘34a、34b、连接用端子35等导电图案。然后，如图4所示，向该导电图案之上涂敷聚酰亚胺等感光性绝缘树脂，与所述绝缘层31的形成同样地在需要绝缘保护的部分形成覆盖层36。

此外，作为形成上述导电图案的导电材料，除了铜之外，优选使用铬、铝、金、钽等导电性和延展性优异的金属材料。另外，也优选使用采用了这些金属中的至少一种的合金。并且，上述电布线Y等的导电图案的厚度优选设定在3μm～30μm(更优选是3μm～18μm)的范围内。另外，考虑电布线Y等的绝缘·保护、进而加强，在其上形成的覆盖层36的厚度例如优选设定在1μm～50μm(更优选是1μm～25μm)的范围内。

并且，通过在从上述覆盖层36暴露的、成为各种焊盘34a、34b、连接用端子35的部分形成镍、金等电镀层，能够获得电路部E(参照图4)。

(2)金属加强层37的图案形成

接着，对夹着上述绝缘层31而与电路部E相反的一侧的金属加强层37实施蚀刻处理(干膜抗蚀剂层压、曝光、显影、蚀刻、干膜抗蚀剂剥离等)，去除不需要的部分，设为预定的图案形状。由此，如图5所示，形成与光元件32(参照图1)之间的光耦合用的贯通孔50、位于与布线部分A对置的部分处的开口部60等。

(3)光波导W的形成

接着，使具备上述电路部E和金属加强层37的绝缘层31上下颠倒而使金属加强层37朝上。然后，利用公知的方法将下包层40、芯41以及上包层42以根据需要而使各层图案化成预定图案的状态层叠形成于上述绝缘层31的、形成有金属加强层37那一侧的面，从而能够获得光波导W(参照图1)。

并且，设想与设置于上述绝缘层31的、电路部E侧的光元件32之间的光耦合，利用切割、激光加工、切削加工等将上述光波导W的预定部分形成为相对于芯41的长度方向倾斜了45°的倾斜面而设为光反射面43。这样一来，能够获得图1所示的光电混载基板30。此外，在光波导W的长度方向上，与电路部E对置那一侧的相反侧的、未图示的前端侧也可以是安装有用于与其他光布线构件连接的光连接器的结构，也可以是夹着光波导W而在前端侧也形成有同样的电路部E’的结构。

此外，例如，如图6所示，如此获得的光电混载基板30与各种电气·电子设备所使用的布线基板20连接而成为光通信模块基板，在该基板安装需要的器件而能够获得光通信模块。上述布线基板20具备绝缘基板21、电布线X、连接用端子22以及覆盖层23。并且，通常，使彼此的连接用端子35、22以上下重叠的方式对置，利用焊锡凸块等使对置的该连接用端子35、22电连接，从而进行上述布线基板20与光电混载基板30的连接。

根据上述光电混载基板30，去除设置于绝缘层31的单面的金属加强层37中的、与使光元件安装用的焊盘34a和该驱动器件用的焊盘34b相连的布线部分A对置的部分而成为开口部60，因此，能够去除所安装的光元件32的附近的、流过有电流的布线部分A与金属加强层37之间产生的静电电容。因此，光元件32的有效静电电容在安装于该光电混载基板30之后也不会增加，光元件32的频带能够维持安装前的频带。即、能够在不降低速度的情况下使能够传输的信号信息量增大。

而且，在上述光电混载基板30中，若将开口部设置于覆盖布线部分A的覆盖层36而使连接光元件32及其驱动器件33的布线部分A暴露，则与未设置开口部的情况相比，能够使光元件32的有效静电电容更小。

此外，对于光元件32本来具有的静电电容，PD本来具有的静电电容比VCSEL本来具有的静电电容小，因此，布线部分A与金属加强层37之间的附加的静电电容的影响在PD中更显著地呈现。因而，在将PD用作光元件32的情况下，应用本发明特别有效。

并且，在上述的例子中，优选的是，对于金属加强层37的开口部60，若将夹着绝缘层31而设置于相反侧的布线部分A的、长度方向(布线延伸的方向)的尺寸[在图2的(a)中以H表示]设为1，则上述金属加强层37的开口部60的、沿着上述布线部分A的长度方向的开口尺寸[在图2的(b)中以J表示]以成为0.8～1的方式设定。即、若上述开口部60的、沿着布线部分A的长度方向的开口尺寸J比布线部分A的长度方向的尺寸H长，则局部地去除金属加强层37的与焊盘34a、34b重叠的部分，在安装光元件32、光元件驱动器件33之际作为加强板的功能降低。因此，在安装部中未获得充分的连接强度，在之后的处理时，该部分的连接强度的可靠性降低，并不优选。另外，布线部分A与金属加强层37之间的静电电容同布线部分A与金属加强层37对置的部分的面积成比例，因此，若上述开口尺寸J比上述的范围过小，则在该部分中会产生无法忽视的静电电容。因此，存在光元件32的有效静电电容增加而频带向低频侧跃迁的倾向，并不优选。

而且，在上述的例子中，相对于与并列配置的多个通道相对应的、由两根1组的4组布线构成的布线部分A[参照图2的(a)，在该例子中，与4个通道相对应]，将金属加强层37的开口部60形成为与该部分一并对置的、一个细长的开口，但例如，如图7所示，上述开口部60也可以是按照通道单独开口的、多个单独开口部60a(在该例子中是4个)。根据该结构，具有如下优点：在各通道之间，金属加强层37的部分残留为分隔部，因此，在静电电容的去除效果这点虽然差于上述的例子，但在将光元件32、光元件驱动器件33安装于开口部60附近之际的加强效果与上述的例子相比具有改善的优点。

另外，在上述的例子中，作为电特性提高用的金属加强层37的去除部，在与电路部E的布线部分A对置的部分设置有开口部60，但在上述金属加强层37，能够在不损害其加强功能的范围内与上述开口部60分开地适当设置去除部。例如，在与朝向连接用端子35侧延伸的布线部分B[参照图2的(a)]对置的部分，能够沿着该布线呈带状去除上述金属加强层37。根据该结构，能够将作为差动电布线的布线部分B的频带设为更高频。

此外，在上述的例子中，向布线部分A、布线部分B流动的信号的种类并没有特别限定，可根据连接的光元件32、各种器件的种类等选择适当的信号。作为信号的种类，能够举出单端信号、差动信号、共面信号等。

接着，与比较例一并说明实施例。不过，本发明并不限定于以下的实施例。

实施例

进行了如下试验：验证在光电混载基板中的金属加强层的、与电路部侧的布线部分A[参照图2的(a)]对置的部分形成有开口部的情况和未形成开口部的情况下对安装于光电混载基板的光元件的静电电容会产生怎样的差异。

＜针对光元件的静电电容的验证＞

[实施例样品1的测定]

即、首先，按照在上述实施方式中进行了说明的顺序，制作了与图1、图2的(a)、(b)所示的光电混载基板30同样的、图8所示的光电混载基板。在图中，对同一部分标注相同的附图标记而省略其说明。并且，在上述光电混载基板30的电路部E中，在光元件安装用的焊盘34a安装有25Gbps用光电二极管(产品编号APA1201040000、II-VI Laser EnterpriseGmbH制)作为光元件32。

并且，利用阻抗分析仪(型号4294A、Keysight Technologies Japan K.K.)而从排列在从上述光元件32延伸的布线部分A的末端的焊盘34b一边对上述光元件32施加反偏压2V，一边测定了光元件32的1MHz时的静电电容。其结果是0.09pF。

[比较例样品1的测定]

在图8中，准备在金属加强层37未设置开口部60的样品(以往制品)，按照与上述的顺序同样的顺序，测定了上述光元件32(与实施例样品1相同的光电二极管)的1MHz时的静电电容。其结果是0.14pF。

根据上述的结果可知：与比较例样品1相比，实施例样品1的静电电容变小。

接着，进行了如下试验：验证在光电混载基板中的金属加强层的、与电路部侧的布线部分A[参照图2的(a)]对置的部分形成有开口部的情况和未形成开口部的情况下对安装于光电混载基板的光元件的频带会产生怎样的差异。

＜针对光元件的频带的验证＞

[S参数的测定]

将从S参数已知的高频光源所输出的高频光信号输入前述的实施例样品1或者比较例样品1，使用两端口结构的矢量网络分析仪(N5227A、Keysight Technologies JapanK.K)而求出S参数。所获得的S参数是光源与实施例样品1或者比较例样品1的特性复合而成的参数，因此，根据该复合而成的S参数的值和已知的光源的S参数的值求出实施例样品1或者比较例样品1的S参数。

此外，作为上述高频用光源，首先，准备与图1、图2的(a)、(b)所示的光电混载基板30的结构同样的结构的光电混载基板，安装了25Gbps用VCSEL(产品编号：APA4501040001、II-VI Laser Enterprise GmbH制)作为光源用的光元件。并且，在从上述光电混载基板延伸的光波导W的另一端形成光传输用的连接器部，并且，从排列在从VCSEL(光源用)延伸的布线部分A的末端的焊盘34b以与直流电流6mA重叠的方式输入高频电信号，将该电信号在上述VCSEL(光源用)中转换成光信号，将其作为光源。

[实施例样品1的评价]

在实施例样品1的光波导W的另一端形成光传输用的连接器部，连接上述连接器部和作为上述光源的光电混载基板的连接器部，能够利用实施例样品1的光电二极管(光元件32)将从光源经由光波导W输入的光信号转换成电信号。

并且，一边从排列在从上述实施例样品1的光电二极管(光元件32)延伸的布线部分A的末端的焊盘34b施加直流反偏压2V，一边利用网络分析仪求出S参数。

利用所获得的S参数的插入损耗和已知的光源的S参数的插入损耗而求出实施例样品1的S参数的插入损耗。并且，将实施例样品1的标准化的S参数的插入损耗〔响应(dB)〕表示在图9中。

[比较例样品1的评价]

以与上述的顺序同样的顺序求出比较例样品1的S参数的插入损耗。并且，将比较例样品1的标准化的S参数的插入损耗一并表示在图9中。

在图9中，若比较S参数的插入损耗直到降低3dB为止的频带，则实施例样品1呈现比比较例样品1超过5GHz的高频频带。

因而，在将上述实施例样品1的构造的光电混载基板用到实际的光通信模块的情况下，可知成为具备与通信信息的增加、高速化相对应的、优异的特性的光通信模块。

此外，在上述实施例中，表示了本发明的具体的形态，但上述实施例只不过是例示，并不用于限定性地解释。意图在于对本领域技术人员来说显而易见的各种各样的变形全部处于本发明的范围内。

产业上的可利用性

本发明的光电混载基板的安装于基板的光元件不会由于背面侧的金属加强层的存在而受到影响，能够维持该光元件本来具备的较低的静电电容。因此，与以往相比，能够使传输信号更高频化，能够广泛利用于高速信号传输技术。

附图标记说明

30、光电混载基板；31、绝缘层；32、光元件；33、驱动器件；34a、34b、焊盘；37、金属加强层；60、开口部；A、布线部分；E、电路部；W、光波导；Y、电布线。

Claims (3)

1.一种光电混载基板，其是光通信模块所使用的光电混载基板，其中，

该光电混载基板具备：

绝缘层；电路部，其设置于所述绝缘层的第1面侧，具有光元件安装用的焊盘、光元件驱动器件用的焊盘以及包括使这些焊盘相连的布线部分(A)的电布线(Y)；金属加强层，其设置于所述绝缘层的第2面侧；以及光波导，其以其一部分与所述金属加强层重叠的配置同样地设置于所述绝缘层的第2面侧，

去除所述金属加强层的、与夹着所述绝缘层而设置于相反侧的所述布线部分(A)对置的部分而形成有开口部。

2.根据权利要求1所述的光电混载基板，其中，

所述光元件是光电二极管。

3.根据权利要求1或2所述的光电混载基板，其中，

若将所述布线部分(A)的、长度方向的尺寸设为1，则所述金属加强层的开口部的、沿着所述布线部分(A)的长度方向的开口尺寸设定为0.8～1。

Images