EP1325372A1 - Leiterplatte mit optischen lagen aus glas - Google Patents
Leiterplatte mit optischen lagen aus glasInfo
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- EP1325372A1 EP1325372A1 EP00972622A EP00972622A EP1325372A1 EP 1325372 A1 EP1325372 A1 EP 1325372A1 EP 00972622 A EP00972622 A EP 00972622A EP 00972622 A EP00972622 A EP 00972622A EP 1325372 A1 EP1325372 A1 EP 1325372A1
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- circuit board
- printed circuit
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0274—Optical details, e.g. printed circuits comprising integral optical means
Definitions
- the invention relates to printed circuit boards with both electrical and optical conductors.
- the object of the invention is to provide printed circuit boards with optical layers of glass which are considerably less complex to manufacture, are suitable for printed circuit boards with synthetic resins as supports and avoid the disadvantages mentioned above.
- the invention solves this problem by using optical layers made of flat glass, in which light guides are formed by zones of different optical density. These are represented by diffusion, as described, for example, in the article by L. Roß, Integrated Optics in Glasses, Technical Committee Report No. 74 of the German Glass Technology Society. So it is possible to get a one
- optical fibers corresponding to gradient fibers in optical layers together with electrical layers without having to create and assemble individual optical conductors.
- FIG. 1 shows a cross section through a printed circuit board with electrical and optical conductors according to the invention
- Fig. 2 shows an alternative embodiment also as a cross section
- Fig. 3 shows another embodiment also in cross section.
- FIG. 1 shows a cross section through a printed circuit board, in which different layers are visible '.
- the cross section is perpendicular to the running direction of the optical and electrical conductors shown.
- FIG. 1 shows an insulating layer 10, an optical layer 20 designed according to the invention and described in more detail below, an optical cover layer 30, an insulating layer 40 and an electrical layer 50.
- the electrical layer 50 there are electrical ones Conductors 51, 52 and 53 are indicated, which are applied additively or subtractively by known methods. Several layers of this type can be present.
- the insulating layers 40 and 10 can be supplemented accordingly by electrical conductors, or further layers with electrical conductors can be applied to the layer 40.
- the optical layer 20 is a thin (eg 0.5 mm thick) glass plate in which an optical conductor 22 is formed is that ions are introduced into the glass by a known diffusion process, which increase its optical density. Further information on the relevant state of the art can be found in the article by L. Roß: Integrated Optics in Glasses, in: Integrated Optics, Technical Committee Report No. 74, Deutsche Glastechnische Deutschen.
- Such a glass plate is based on a thin glass plate which is produced using known methods and e.g. is offered by the Schott company. What is important is an optically homogeneous structure.
- supports made of stainless steel, for example can be used, on the surface of which a large number of channels which are connected to a vacuum pump end.
- the surface of the glass plate is then wetted or immersed in a solution or melt in which ions are dissolved which penetrate into the glass plate at the locations which are kept free. These are chosen so that the optical density, i.e. the refractive index of the glass, there becomes larger than at the covered places. With increasing exposure time, the density of the ions and thus the refractive index increases. Depending on the type of ion and other process parameters, either a relatively uniform and homogeneous zone or an equally uniform but continuously decreasing density in the direction of the glass depth can be achieved.
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Abstract
Leiterplatte mit in Lagen angeordneten elektrischen (51, 52, 53) und optischen Leitern (22), wobei eine optische Lage eine zusammenhängende Glasplatte (20) umfasst, in der Zonen erhöhter optischer Dichte optische Leiter sind, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung.
Description
Auslandsfassung
Beschreibung
Leiterplatte mit optischen Lagen aus Glas
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Leiterplatten mit sowohl elektrischen als auch optischen Leitern.
Stand der Technik
Für zukünftige Informations- und Kommunikationsgeräte ist es wünschenswert, über Leiterplatten zu verfügen, die sowohl elektrische als auch optische Verbindungen zwischen den Komponenten zulassen. In der europäischen Patentanmeldung EP 0 598 966 AI werden optische Wellenleiter dargestellt, wobei in Sp.6 Z.51-56 solche mit Gradientenstruktur angesprochen und im folgenden verschiedene Geometrien dargestellt werden. Hinweise zur Herstellung solcher optischer Wellenleiter werden in dem dort genannten Stand der Technik nicht aufgeführt. Einen Überblick über den Stand der Technik auf dem eingangs ge- nannten Gebiet enthält der Konferenzbericht von E. Griese et.al., Electrical/optical circuit boards: Technology - Design - Modeling, 3rd Int. IEEE Workshop on "Signal Propagati- on on Interconnects", Titisee-Neustadt 1999.
Bislang wird dabei vorgeschlagen, die optischen Leiter aus
Polymeren herzustellen, da diese leicht und in vielen Varianten verarbeitbar sind. Allerdings gibt es Probleme bei der Integration in herkömmliche Leiterplatten, da diese beispielsweise bei der Laminierung Temperaturen von 165°C und Drucken von 28kp/cm2 ausgesetzt werden, so daß die polymeren Lichtleiter verformt und beschädigt werden können.
Eine Verwendung von optischen Leitern aus Glas jedoch würde eine große Anzahl von Vorteilen bringen.
In der Übersetzung DE 691 15 276 T2 der europäischen Patent¬ schrift EP 0 536 312 Bl wird eine Herstellung von optischen Wellenleitern auf metallischen Substraten beschrieben, indem auf das die elektronischen Komponenten bereits umfassende, metallische oder keramische Substrat zunächst eine temperaturunempfindliche Zwischenschicht aufgetragen wird. Hernach werden zwei Glasschichten darauf abgelagert, wobei die äußere Schicht die optischen Leiter umfaßt und die innere Schicht als Wellenleitermantelschicht dient. Eine Anwendung auf kon- ventionelle Leiterplatten, beispielsweise aus Epoxy-Harzen, erscheint nicht ohne weiteres möglich. Zudem bildet die Glasschicht mit den Wellenleitern eine der beiden fertigen Oberflächen, so daß diese ungeschützt sind. Ferner wird für die Herstellung eine Einrichtung benötigt, mit der Glasschichten additiv aufgebracht werden können. Die Verwendung vorbereiteter planarer Gläser ist nicht möglich.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Leiterplatten mit optischen Lagen aus Glas anzugeben, die wesentlich weniger auf- wendig zu fertigen sind, für Leiterplatten mit Kunstharzen als Träger geeignet sind und die oben genannten Nachteile vermeiden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem optische Lagen aus Flachgläsern verwendet werden, in denen durch Zonen unterschiedlicher optischer Dichte Lichtleiter gebildet werden. Diese werden durch Diffusion, wie sie beispielsweise in dem Artikel von L. Roß, Integrierte Optik in Gläsern, Fachausschußbericht Nr. 74 der Deutschen Glastechnischen Gesell- schaft dargestellt ist. Damit ist es möglich, einen einer
Gradientenfaser entsprechenden Lichtleiter in optischen Lagen zusammen mit elektrischen Lagen herzustellen, ohne einzelne optische Leiter anlegen und assemblieren zu müssen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den bei-
gefügten Zeichnungen die Erfindung an Hand eines Ausführungs- beispiels erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Leiterplatte mit elektrischen und optischen Leitern gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine alternative Ausführungsform gleichfalls als Querschnitt, und
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform gleichfalls im Querschnitt.
Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung
In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Leiterplatte gezeigt, bei dem verschiedene Lagen sichtbar sind'. Die Darstellung ist, wie auch die anderen Fig., zugunsten der besseren Übersichtlichkeit weder vollständig noch maßstabsgerecht. Der Querschnitt ist senkrecht zu der Laufrichtung der dargestell- ten optischen und elektrischen Leiter.
Die Leiterplatte nach Fig. 1 zeigt eine isolierende Lage 10, eine gemäß der Erfindung gestaltete und im folgenden genauer beschriebene optische Lage 20, eine optische Decklage 30, ei- ne isolierende Lage 40 und eine elektrische Lage 50. In der elektrischen Lage 50 sind elektrische Leiter 51, 52 und 53 angedeutet, die nach bekannten Verfahren additiv oder sub- traktiv aufgebracht werden. Von dieser Art können mehrerer Lagen vorhanden sein. Gleichfalls können die isolierenden La- gen 40 und 10 durch elektrische Leiter entsprechend ergänzt sein bzw. auf die Lage 40 weitere Lagen mit elektrischen Leitern aufgebracht sein.
Die optische Lage 20 ist eine dünne (z.B. 0.5 mm dicke) Glasplatte, in der ein optischer Leiter 22 dadurch gebildet
wird, daß durch einen bekannten Diffusionsprozeß Ionen in das Glas eingebracht werden, die dessen optische Dichte erhöhen. Weitere Hinweise zu dem diesbezüglichen Stand der Technik findet sich in dem Artikel von L. Roß: Integrierte Optik in Gläsern, in: Integrierte Optik, Fachausschußbericht Nr. 74, Deutsche Glastechnische Gesellschaft.
Die Herstellung einer solchen Glasplatte geht von einer dünnen Glasplatte aus, die mit bekannten Verfahren hergestellt und z.B. von der Firma Schott angeboten wird. Wichtig ist eine optisch homogene Struktur. Um diese Glasplatte handhaben zu können, kann beispielsweise Träger aus Edelstahl verwendet werden, an dessen Oberfläche eine Vielzahl von Kanälen endet, die mit einer Vakuumpumpe verbunden sind.
Auf diese Glasplatte wird mit üblichen Verfahren, d.h. durch Siebdruck, Fotolack o.a., eine Maske aufgetragen, die die zu erstellenden optischen Leiterbahnen freiläßt. Diese Maske wird in der Regel nach dem folgenden Schritt entfernt.
Sodann wird die Oberfläche der Glasplatte mit einer Lösung oder Schmelze benetzt bzw. in diese eingetaucht, in der Ionen gelöst sind, die an den freigehaltenen Stellen in die Glasplatte eindringen. Diese sind so gewählt, daß die optische Dichte, d.h. der Brechungsindex des Glases, dort größer wird als an den abgedeckten Stellen. Mit zunehmender Einwirkungszeit nimmt die Dichte der Ionen und damit der Brechungsindex zu. Abhängig von der Ionenart und anderen Prozeßparametern kann dabei entweder eine relativ gleichmäßige und homogene Zone oder eine gleichfalls gleichmäßige, aber in Rich- tung der Glastiefe kontinuierlich abnehmende Dichte erreicht werden.
Auf diese Art und Weise entstehen optische Leiterbahnen in der Glasplatte. Mögliche Mittel zum Anschluß in der fertigen Leiterplatte werden weiter unten dargestellt.
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Cπ Cπ
Claims
1. Leiterplatte mit in Lagen angeordneten elektischen und optischen Leitern, da dur ch g e kenn z e i chn e t , daß eine optische Lage eine zusammenhängende Glasplatte umfaßt, in der Zonen erhöhter optischer Dichte optische Leiter sind, und die optische Lage sich zwischen mindestens zwei elektrischen Lagen befindet.
2. Leiterplatte mit in Lagen angeordneten elektrischen und optischen Leitern, wobei die elektrischen Leiter in oder auf isolierenden Lagen aus Kunstharzen angeordnet sind, dadu r ch g e k enn z e i chn e t , daß eine optische Lage eine zusammenhängende Glasplatte umfaßt, in der Zonen erhöhter optischer Dichte optische Leiter sind.
3. Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, wobei an die jeweilige Oberfläche der Glasplatte, an die die Zonen erhöhter optischer Dichte bis zu dieser Oberfläche reichen, unmittelbar eine optisch transparente Deckschicht angrenzt, deren optische Dichte kleiner als die in den Zonen erhöhter optischer Dichte ist.
4. Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optische Lage aus zwei mit ihren Oberflächen optisch unmittelbar aufeinander liegenden Glasplatten besteht, die in Bezug auf diese Grenzfläche spiegelbildlich aufgebaut sind.
5. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optischen Leiter zumindest teilweise als Gradien- tenleiter ausgebildet sind.
6. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Querschnitt der optischen Leiter entlang der Richtung der optischen Leiter positonsabhängig ist.
7. Leiterplatte nach ein der vorhergehenden Ansprüche, die die optischen Leiter durchtrennende Ausnehmungen aufweist, in denen die optischen Leiter ankoppelbar sind.
8. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte mit in Lagen angeordneten elektrischen und optischen Leitern, mit den Schritten:
- eine Glasplatte wird mit einer Maske beschichtet, durch die die für die optischen Leiter vorgesehenen Bereiche bestimmt werden,
- die Glasplatte wird einem Diffusionsprozeß unterzogen, der an durch die Maske bestimmten Bereichen die optische Dichte verändert,
- die Glasplatte wird mit weiteren, insbesondere isolie- renden und elektrische Leiter umfassenden Lagen zu einer Leiterplatte zusammengefügt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Maske die für die optischen Leiter vorgesehenen Bereiche freiläßt und der Diffusionsprozeß die optische Dichte erhöht.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei vor dem Zusammenfügen mit den weiteren Lagen auf die Glasplatte eine optische transparente Schicht aufgetragen wird, deren opti- sehe Dichte kleiner als die der optischen Leiter in der Glasplatte ist.
11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei vor dem Zusammenfügen mit den weiteren Lagen die Glasplatte mit einer weiteren Glasplatte zusammengefügt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei nach dem Zusammenfügen der Lagen Ausnehmungen angebracht werden, die optische Leiter durchtrennen.
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ROSS L: "Integrated optical components in substrate glasses", GLASTECHNISCHE BERICHTE, vol. 62, no. 8, 1 August 1989 (1989-08-01), Frankfurt, DE, pages 285 - 297, XP000052717 * |
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