EP1706770A1 - Printed circuit board element comprising at least one optical waveguide, and method for the production of such a printed circuit board element - Google Patents

Printed circuit board element comprising at least one optical waveguide, and method for the production of such a printed circuit board element

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EP1706770A1
EP1706770A1 EP04802021A EP04802021A EP1706770A1 EP 1706770 A1 EP1706770 A1 EP 1706770A1 EP 04802021 A EP04802021 A EP 04802021A EP 04802021 A EP04802021 A EP 04802021A EP 1706770 A1 EP1706770 A1 EP 1706770A1
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EP
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layer
circuit board
optical
printed circuit
optoelectronic component
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Withdrawn
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EP04802021A
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German (de)
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Günther LEISING
Arno Klamminger
Gregor Langer
Volker Schmidt
Riika Reitzer
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AT&S Austria Technologie und Systemtechnik AG
Original Assignee
AT&S Austria Technologie und Systemtechnik AG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a circuit board element with at least one optical waveguide provided in an optical layer and with at least one optoelectronic component which is in optical connection with the optical waveguide.
  • the invention further relates to a method for producing such a circuit board element.
  • WO 01/16630 AI discloses a circuit board element which is designed as a conventional multilayer circuit board, but including an optical waveguide layer.
  • this known circuit board element is conventionally fitted with electronic components on the outside, and embedded in the circuit board structure are optoelectronic components in the form of a laser element and a photodiode, which are electrically connected to the external electronic components.
  • optoelectronic components are accommodated in a buffer layer adjacent to an optical waveguide layer, and mirrors or grating structures are provided in this optical waveguide layer for optical signal transmission in alignment with the optoelectronic components, so that the laser beam or light beam is appropriately introduced into the optical waveguide. To divert the layer into or out of it.
  • the disadvantage here is that the production Alignment of the optoelectronic components and these deflection elements is critical, and that, moreover, losses due to the passive optical deflection elements have to be accepted.
  • the optical waveguide layer consists in particular of a polyimide material, which is applied by means of a spin coating and cured at elevated temperature, producing flat light waveguide structures within which the respective laser beam is aligned with the aid of the passive deflection elements, etc. It is therefore also essential for this that a well-focused laser beam is generated by the laser component.
  • optical or waveguide structures in an organic or inorganic, optical material, for example in block form, with the aid of photon absorption processes generate, wherein the optical material is locally converted when irradiated with photons such that it has a larger refractive index compared to the rest of the optical material.
  • the known optical waveguide structures are used as optocoupler components for coupling optical fiber cables to one another or with optoelectronic components. These known optocoupler components can therefore only be used in very special cases.
  • EP 1 219 994 A2 it is then known from EP 1 219 994 A2 to install a flat waveguide layer in a semiconductor device with a platelet-shaped substrate, the electro-optical components being arranged on the surface of the waveguide layer; only limited applications of the semiconductor devices are possible here.
  • a similar integrated circuit is described in US 2002/0081056 AI, a multilayer optical layer with a core layer between cladding layers, on a semiconductor substrate, is provided. In this case, an optoelectronic component is arranged in one of the cladding layers, that is to say not in the core layer forming the actual light guide.
  • the circuit board element according to the invention of the type mentioned at the outset is characterized in that the optoelectronic component is embedded in the optical layer and the light waveguide structured by radiation within the optical layer on the optoelectronic component. then .. ...
  • the method for producing such a printed circuit board element according to the invention is characterized in that at least one optoelectronic component is attached to a substrate, and then an optical layer is formed on the substrate, which consists of an optical material that changes its refractive index under photon irradiation, is applied, the optoelectronic component being embedded in the optical layer, and then a waveguide structure adjoining the optoelectronic component being produced in the optical layer by photon irradiation.
  • optoelectronic components are directly embedded in the optical layer, ie surface mounting of such components is avoided. It follows that the position tioning of the optoelectronic components is not critical, and that the alignment of the optical waveguide structure is comparatively uncritical. Since the optoelectronic components are embedded directly in the optical layer and the waveguide structure is thus de facto directly provided next to these optoelectronic components, there is not only a simplified structure in this respect as mirrors, gratings and the like. can be dispensed with, but it also enables a lower overall height of the circuit board element, apart from the fact that losses caused by passive optical elements such as mirrors and gratings are avoided.
  • the structuring of the light waveguides within the optical layer can advantageously be carried out in such a way that the optoelectronic component already embedded in the optical layer is sighted with the aid of a camera or the like.
  • Optical vision unit and its position is detected;
  • An irradiation unit with a lens system is then controlled via this vision unit in order to move the focus area of the emitted photon beam, in particular laser beam, in the plane of the circuit board element, ie in the x / y plane, and also in depth within the optical one Layer, i.e. in the z direction.
  • the light waveguide can be structured in the desired manner within the optical layer, for example as a simple straight-line light wave conductor connection or as a waveguide structure with branches or the like. Structures, in particular also as a three-dimensional structure.
  • the cross-sectional dimensions of the light waveguide structured in this way can be, for example, on the order of a few micrometers, the cross-section of such a structured light waveguide can be, for example, elliptical to rectangular; the exact shape can be determined by the photon beam and its focus control.
  • a two-photon process in which a chemical reaction (e.g. polymerization) is activated by the simultaneous absorption of two photons.
  • the transparency of the optical material for the excitation wavelength means that all points in the volume are reached, and thus three-dimensional structures can be written into the volume without any problems. Furthermore, non-linear coherent and incoherent physical effects result in self-focusing of the laser beam, as a result of which very small focus areas and thus very small structural dimensions can be achieved. Furthermore, the two-photon process is a one-step structuring process, which means that multiple exposures, e.g. according to US 4,666,236 A, and wet chemical development steps are not required.
  • the printed circuit board element can have a substrate carrying the optical layer, a conventional one for this Printed circuit board layer, that is to say a synthetic resin layer with an inner copper layer and / or outer copper layer, can also be provided on the side opposite to such a substrate or such a printed circuit board layer be provided with a printed circuit board layer, it being possible for there to be an inner copper layer and / or an outer copper layer with corresponding structuring.
  • a conventional one for this Printed circuit board layer that is to say a synthetic resin layer with an inner copper layer and / or outer copper layer, can also be provided on the side opposite to such a substrate or such a printed circuit board layer be provided with a printed circuit board layer, it being possible for there to be an inner copper layer and / or an outer copper layer with corresponding structuring.
  • multilayer printed circuit board structures are provided in a manner known per se in order to achieve the respective desired circuit functions.
  • conductive layers adjacent to the optical layer can also serve as heat dissipation layers in order to dissipate thermal energy from the respective optoelectronic component to the outside.
  • the optoelectronic components embedded in the optical layer can advantageously be contacted via so-called via laser bores, these via bores being provided in a manner known per se with metallic wall coverings, in particular made of copper, or at all with (electrically) conductive material, especially copper, can be filled. Heat can also be removed from the inside, embedded optoelectronic components via these via holes, in particular via holes completely filled with conductive material.
  • the inner layers of circuit board structures or layers can also be used.
  • one side of the optoelectronic components borders directly on the inner layer of a circuit board layer.
  • the structured light waveguides practically connect directly to the respective optoelectronic component, whereby “direct connection” means that there are no intermediate passive elements such as mirrors, gratings or the like.
  • the respective light waveguide is left with a small distance, for example in the order of magnitude of 0.5 ⁇ m or 1 ⁇ m, from the optoelectronic component, nevertheless “capturing” the light emitted by the optoelectronic component or coupling it in of the transmitted light into the neighboring optoelectronic component is possible without significant optical losses.
  • the present circuit board element as a flexible circuit board element, that is to say without a rigid substrate or the like, but essentially only as, for example, a two-layer optical layer with at least one optoelectronic component completely embedded and borrow connections for this purpose, wherein such a flexible circuit board element can subsequently be attached, for example glued, to a carrier, such as a housing wall of an electrical device.
  • Figure 1 is a schematic cross section through an embodiment of a circuit board element according to the invention.
  • Figures 2 to 7 different stages of manufacture in the manufacture of a circuit board element as shown in Fig. 1.
  • FIG. 8 and 9 show two further embodiments of circuit board elements according to the invention in schematic cross-sectional representations similar to that of FIG. 1;
  • FIG. 10 shows yet another embodiment of a printed circuit board element according to the invention in a cross-sectional illustration, wherein different training options are combined;
  • FIG. 11 shows a cross-sectional illustration comparable to that according to FIG. 5, a printed circuit board element with an intermediate layer between the substrate and the optical layer;
  • FIG. 12 shows a representation similar to FIG. 3 an intermediate stage in the manufacture of a printed circuit board element, in which instead of embedding prefabricated optoelectronic components, in situ manufacture of optoelectronic components using thin-film technology is provided;
  • FIG. 13A and 13B in a similar cross-sectional representation a flexible printed circuit board element (FIG. 13B), FIG. 13A also showing a substrate used in the course of the production, which is then removed;
  • 14 is a simplified circuit board element in cross section, with a single optoelectronic component, the transition between the optoelectronic component and the structured light waveguide being drawn out for better illustration;
  • circuit board element 15 shows schematically in cross section a circuit board element with a VCSEL laser and a correspondingly structured optical waveguide
  • 16A to 16F schematically show different possibilities for connecting a structured light waveguide to an optoelectronic component
  • 17, 18 and 19 are schematic top views of various possibilities for forming structures with optoelectronic components and structured light waveguides.
  • a structure of a circuit board element ... 1 is shown very schematically in a cross-section which is not to scale, an assembly with external components having already been illustrated; however, it should be pointed out that such a placement with components generally only takes place immediately before installation in a device, at a device manufacturer, and that bare circuit board elements, as can be seen in FIG. 7, are sold.
  • “Printed circuit board elements” are therefore also to be understood as meaning those without external assembly, as well as those in which no such external assembly takes place at all, cf., for example, also FIG. 9 on the right.
  • the circuit board element 1 schematically illustrated in FIG. 1 has a substrate 2, such as a conventional FR4 substrate containing an epoxy resin layer. Above this substrate 2 there is an optical layer 3, which is at least substantially transparent to the manufacturing process described in more detail below or to the wavelengths used in operation and, for example, consists of an inorganic or organic material.
  • a well-known optical material that is suitable for the. PCB 1 is well suited is an inorganic-organic hybrid material, for example a organically modified ceramic material, which is produced by means of a sol-gel process.
  • Another known material is an inorganic-organic hybrid glass, which is also produced in a sol-gel process and doped with a photoinitiator (benzyldimethyl ketal). This hybrid glass consists of methyl acrylate with a silica / zirconia network.
  • Other known materials are photosensitive imides or polyimides and organosilsesquioxanes.
  • the component 4 can be, for example, a laser diode
  • the component 5 Photodetector, ie can be a photodiode.
  • a circuit board layer 7 namely an epoxy resin layer 8 or the like. Insulating layer, for example with an electrically conductive outer layer 9, which is already structured according to FIG. 1, usually made of copper.
  • the optoelectronic components 4, 5 are contacted via micro-via ( ⁇ Via) laser bores 10, the inner walls of these micro-via bores 10 can either be provided with a copper covering 11 or with a copper filling 12.
  • the electrical connection between the optoelectronic components 4, 5 on the one hand and the structured outer layer 9 or external electronic components 13, 14 applied to the printed circuit board element 1 on the other hand is established via this copper material in the ⁇ Via bores 10, these components 13, 14 being soldered on, for example or with the aid of a conductive adhesive, as known per se, attached to the circuit board element 1.
  • the outer components 13, 14 can, for example, be a pro act processor module 13 or a memory module 14, the processor module 13 writes data into the memory module 14 via the optical signal connection formed by the elements 4, 6 and 5; A similar optical signal connection (in the opposite direction; not shown) can be present for reading out data.
  • FIGS. 2 to 7 Individual steps for producing a printed circuit board element 1, as shown in FIG. 1, are shown in FIGS. 2 to 7, and a method for producing such a printed circuit board element will now be explained by way of example with reference to these FIGS. 2 to 7.
  • a substrate 2 such as the already mentioned FR4 substrate with epoxy resin, is assumed, and the optoelectronic components 4, 5, such as a laser diode and a photodiode, are applied to this substrate, e.g. glued.
  • material for the optical layer 3 is applied to the substrate 2, such as by casting or spin coating (spin coating), as is known per se.
  • This optical layer 3 consists of a photoreactive polymer etc., as already explained above, the material being locally converted by photon irradiation in such a way that it obtains a comparatively higher refractive index.
  • a light source 15 such as a laser source, can be seen, which is coupled to a vision unit 16 and which is preceded by a lens system 17 for focusing the emitted laser beam 18 in a focus area 19 within the material of the optical layer 3.
  • the vision or sighting unit 16 starting from, for example, the one optoelectronic component 4, the coordinates of which are detected, the distances on the sample 1 'given by the circuit board element (if already present) are measured, and the relative movement between this sample 1 'and the exposure system 20 given by the laser source 15 and the lens system 17 is controlled, not only in the plane of the sample 1', that is to say in the x or y direction, but also in the thickness direction of the sample 1 ′, that is to say in the z direction, in order to maintain the focus area of the laser beam 18 at the desired location within the optical layer 3.
  • the sample 1 ' is preferably moved in the three directions x, y and z in order to move the focus region 19 in the desired manner relative to the sample 1' within it and so .du, rch. the photon radiation locally convert the optical material; In this way, the structured light waveguide 6 is formed.
  • the intensity of the laser light is namely so high that a two-photon absorption process, as is known per se, occurs.
  • the optical material of the optical layer 3 reacts (polymerizes), so that the optical waveguide 6 is formed, which has a larger refractive index compared to the material of the optical layer 3 surrounding it. This makes it an optical waveguide 6 similar to an optical fiber cable, where in the case of light transmission by corresponding reflections of the light at the interface: light-waveguide 6 surrounding material a bundled light transmission is achieved without significant optical losses.
  • the upper circuit board layer 7 is applied to the optical layer 3 with an epoxy resin layer 8 and a copper outer layer 9, in particular by pressing, and the result of this method step is illustrated in FIG. 5.
  • the copper outer layer 9 is structured in the desired manner by a conventional photolithographic process in order to achieve the conductor tracks and connection areas required depending on the intended use of the circuit board element 1.
  • a photoresist is first applied, which is exposed via a photomask and then developed, after which, for example, the copper regions not protected by the converted photoresist are etched away; the remaining resist lacquer is then removed.
  • the micro-via holes 10 are finally made with the aid of laser beams and copper-plated on the inner walls, i.e. provided with the copper coating 11. If necessary, the via holes 10 can also be filled with copper material, as explained with reference to FIG. 1, in order to obtain improved heat dissipation through such a copper filling 12 in addition to the electrically conductive connection.
  • a printed circuit board element 1 is thus obtained without assembly.
  • a corresponding, already populated circuit board element 1 is shown in FIG. 1.
  • the external electronic components 13, 14 are fitted on the upper side of the printed circuit board element 1, as shown in the drawing, but this is only to be understood as an example.
  • a conventional circuit board layer structure such as an FR4 substrate with an outer layer of copper, is also used as the substrate 2, see.
  • Fig. 8 such a circuit board layer, like the circuit board layer 7 'in Fig.
  • This distribution layer 21 ' which can be obtained in its final form by comparable photolithographic structuring, is preferred not only for the production of the electrical connections of the optoelectronic components 4 and 4 shown in FIG. 8 5 is used (whereby the advantage is achieved that the exact positioning of the connecting bores, as in the case of the micro via bores 10, can be avoided, since it is not the integrated components 4, 5 themselves, but only the distributor layer 21 that has to be contacted) , but it also creates an advantageous way to dissipate heat.
  • the inner distribution layer 21 ' is connected to the outer layer 9' by means of bores 22 filled with copper, which can be provided at more or less arbitrary locations, namely where there is space.
  • the external electronic components for example again a processor module 13 'and a memory module 14', are attached to this outer layer 9 '.
  • the assembly 514 can in turn be connected to an outer copper layer 9 by means of micro-via bores 10 with a metal coating 11 in order to produce the electrical connections.
  • the embodiment according to FIG. 9 is the same as that according to FIG. 1, so that a further explanation thereof is not necessary.
  • FIG. 10 shows a combination of the design and assembly options explained above with reference to FIGS. 1 and 8; in this embodiment it is therefore an upper circuit board structure 7 with an outer layer 9 and an inner layer 21 and a lower circuit board structure 7 'with an outer layer 9' and an inner layer would lie 21 'and in between the optical layer 3, and the circuit board element 1 thus modified is equipped with electronic components 13, 14 and 13', 14 'both on the upper outside and on the lower outside.
  • optoelectronic components 4, 5 are in turn embedded in the optical layer 3 and connected to one another directly by a locally structured light waveguide 6, as described above, without the interposition of any passive optical elements.
  • an intermediate layer 3 ' is shown on the substrate 2, in deviation from FIG. 5, and the optical layer 3 is only applied to this intermediate layer 3'.
  • the optoelectronic components 4, 5 lie on the intermediate layer 3 'and are in turn embedded in the optical layer 3.
  • On this optical layer 3 there is again a printed circuit board structure 7 with an epoxy resin layer 8 and an outer copper layer 9.
  • the intermediate layer 3 ' can be a conductive or insulating, in particular also photoreactive optical material, in the latter case the two layers 3, 3 'together result in an optical layer 3-3', in the material of which the optoelectronic components 4, 5 are embedded on all sides.
  • the locally structured light waveguide 6 in turn extends between the optoelectronic components 4, 5.
  • FIG. 12 shows, in a representation similar to FIG. 4, a modified circuit board element 1 with a lower substrate 2, but without an upper circuit board structure, the optoelectric components 4 ', 5' embedded in an optical layer 3 now differing from the first embodiment. are formed by thin-film technology components. These thin-film components 4 ', 5' are built up on site by known processes on the substrate 2 before the attached optical layer 3 and then provided in this optical layer 3 in the manner described above, the light waveguide 6 structured by photon irradiation. The further embodiment can then be carried out in a manner similar to that described above with reference to FIGS. 5 to 7, FIG. 8, etc., but it is also quite conceivable to use a printed circuit board element 1 without external printed circuit board structures, with a copper outer layer and / or inner layer, to provide, and in particular without equipping with electronic components on the upper and / or lower outside.
  • FIG. 13B A simple, flexible printed circuit board element 31 is shown in FIG. 13B, this printed circuit board element 31 being built beforehand on a carrier substrate 2 ′ shown in FIG. 13A.
  • the circuit board element 31 can be designed with an intermediate layer 3 'and the optical layer 3, wherein the intermediate layer 3' can also be an optical layer, made of comparable transparent, optical, photoreactive material, but can also be formed by another plastic layer.
  • the substrate 2, which in .Fig. 13A can be seen, is removed after the production of the circuit board element 31, so that a flexible layer is obtained, which is given by the layers 3, 3 'and which can be very thin, in the manner of a film.
  • This flexible printed circuit board element 31 can be applied to a base, such as the inside of a housing of an electrical device, in order to use the space for electrical circuits there.
  • FIGS. 13A and 13B only a single optoelectronic component 4 is shown, which is applied to the intermediate layer 3 '; Before attaching the optical layer 3 in the manner explained above with reference to FIG. 3, connections 32 to the optoelectronic component 4 are produced, for example by bonding with copper wire.
  • the light waveguide 6, which in turn is produced as explained with reference to FIG. 4, connects to the optoelectronic component 4 via a transition region 33, an “interface”, this transition region 33 simultaneously with the light waveguide 6 is produced by the described photon radiation.
  • a comparable transition region 33 is also illustrated in the embodiment according to FIG. 14, a two-layer structure with substrate 2 and optical layer 3 being shown there, and also only a single optoelectronic component 4 to which the light waveguide 6 is illustrated connects over this transition region 33.
  • the substrate 2 here can have an outer and / or inner layer of conductive material, not shown in any more detail.
  • FIG. 15 Before various possibilities for forming such a transition region 33 are explained with reference to FIGS. 16A-16F, reference is also made to FIG. 15, in which a formation with a VCSEL laser element 34 (VCSEL - Vertical-cavity surface emitting laser) as Optoelectronic component and a photodiode 35 equipped on the top side with the light receiving side is shown, here the light waveguide 6 via arcuate transition regions 33 'to these two optoelectronic components 34, 35 - which in turn are in the manner described in an optical layer attached to a substrate 2 3 are embedded - connects.
  • VCSEL laser element 34 VCSEL - Vertical-cavity surface emitting laser
  • FIG. 16 are now in the sub-figures 16A to 16F different training options for the optoelectronic component, e.g. 4, the subsequent end (transition region 33) of the optical waveguide 6 is schematically illustrated.
  • 16A the optical waveguide 6 is "inscribed” reaching directly to the component 4, so as to bring about a sharp edge at the end of the optical waveguide 6.
  • FIG. 16B the optical waveguide 6 is at its end or in Transition region 33 expanded to form a funnel 36
  • FIG. 16C the optical waveguide 6 is “inscribed” in the transition region directly around the optoelectronic component 4, partial enclosing being obtained in the connection region 37.
  • a photonic crystal structure 38 (with columns etc., with a periodicity in two dimensions or in three dimensions) is inscribed at the end of the light waveguide 6 in the course of the photon irradiation described, where this crystal structure - which is known per se from its effect - limits the light to a central passage and thus enables an optical connection from the component 4 to the light waveguide 6 or vice versa with extremely low losses.
  • the optoelectronic component 4 is not only partially enclosed, as shown in FIG. 16C, but entirely by the optical waveguide end, as shown at 39.
  • the exemplary embodiments according to FIGS. 16B and 16C could therefore also be regarded as special cases of 16E.
  • FIG. 16F shows that it is also permissible to leave a - small - gap or gap 40 between the component 4 and the optical waveguide 6, for example when the “optical waveguide 6 is“ inscribed ”, as shown in FIG 4 explains above that the laser beam must not be focused directly on the component 4.
  • a gap 40 can be in the order of magnitude of, for example, 1 ⁇ m without impairing the function.
  • optical signal connections including optoelectronic components that can be implemented in the circuit board element according to the invention are explained with reference to FIGS. 17, 18 and 19. However, it should be pointed out that there are of course numerous other possibilities for such optical signal connections with optoelectronic components and structured light waveguides.
  • FIG. 17 shows, for example, a Y configuration for an optical signal connection, a multiplexer / demultiplexer component 41, for example, following an optical waveguide 6 and, on the other hand, optical waveguides 42, 43 being shown at the node, and so on to connect optoelectronic components 44 on the one hand and 45, 46 on the other hand.
  • a multiplexer / demultiplexer component 41 for example, following an optical waveguide 6 and, on the other hand, optical waveguides 42, 43 being shown at the node, and so on to connect optoelectronic components 44 on the one hand and 45, 46 on the other hand.
  • FIG. 18 also shows a Y configuration with two combined optoelectronic processor or memory modules 45 ', 46 'on the one hand and a structural unit 44' on the other hand, the optical waveguide 6 leading away from the structural unit 44 'being branched into two branches 42', 43 '.
  • FIG. 19 shows an optical bus system with optoelectronic transmitting / receiving unit 51, 52, 53 and 54, the optical bus system 50 comprising a main light waveguide 6 'and light waveguides 61, 62, 63 branching off from it and contains 64.

Abstract

Disclosed is a printed circuit board element comprising an optical waveguide and an embedded optoelectronic element.

Description

Leiterplattenelement mit wenigstens einem Licht-Wellenleiter sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen LeiterplattenelementsPrinted circuit board element with at least one optical waveguide and method for producing such a printed circuit board element
Die Erfindung betrifft ein Leiterplattenelement mit wenigstens einem in einer optischen Schicht vorgesehenen Licht-Wellenleiter und mit wenigstens einem optoelektronischen Bauelement, das mit dem Licht-Wellenleiter in optischer Verbindung steht.The invention relates to a circuit board element with at least one optical waveguide provided in an optical layer and with at least one optoelectronic component which is in optical connection with the optical waveguide.
Weiters bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leiterplattenelements.The invention further relates to a method for producing such a circuit board element.
In der Elektronik erhöhen sich die Geschwindigkeit und Komplexität von Elektronik-Komponenten, wie Prozessoren, rasant, und diese Zunahme der Leistung führt auch zu einer enormen Erhöhung der Datenraten, mit denen diese Elektronik-Komponenten gespeist werden und mit anderen Komponenten kommunizieren. Die Übertragung der erforderlichen hohen Datenmengen stellt eine besondere Herausforderung an die Signalverbindungen zwischen den Bauelementen dar. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurden bereits optische Signalverbindungen in Leiterplatten vorgeschlagen.In electronics, the speed and complexity of electronic components, such as processors, are increasing rapidly, and this increase in performance also leads to an enormous increase in the data rates with which these electronic components are fed and communicate with other components. The transmission of the high amounts of data required presents a special challenge to the signal connections between the components. To meet these requirements, optical signal connections have already been proposed in printed circuit boards.
Beispielsweise offenbart die WO 01/16630 AI ein Leiterplattenelement, welches als herkömmliche Multilayer-Leiterplatte, jedoch einschließlich einer optischen Wellenleiter-Schicht, ausgebildet ist. Im Einzelnen wird dieses bekannte Leiterplattenelement an der Außenseite in herkömmlicher Weise mit elektronischen Komponenten bestückt, und im Inneren der Leiterplattenstruktur eingebettet befinden sich optoelektronische Bauelemente in Form eines Laserelements sowie einer Photodiode, die mit den äußeren elektronischen Komponenten elektrisch verbunden sind. Diese optoelektronischen Bauelemente sind in einer Pufferschicht angrenzend an eine optische Wellenleiter-Schicht untergebracht, und in dieser optischen Wellenleiter-Schicht sind zur optischen Signalübertragung in Ausrichtung zu den optoelektronischen Bauelementen Spiegel oder Gitterstrukturen vorgesehen, um den Laserstrahl bzw. Lichtstrahl entsprechend in die optische Wellenleiter-Schicht hinein bzw. aus dieser heraus umzulenken. Von Nachteil ist dabei, dass bei der Herstellung die Ausrichtung der optoelektronischen Bauelemente und dieser Umlenkelemente kritisch ist, und dass überdies Verluste durch die passiven optischen Umlenkelemente in Kauf genommen werden müssen. Die optische Wellenleiter-Schicht besteht insbesondere aus einem Polyimid-Material, das durch eine Spinnbeschichtung aufgetragen und bei erhöhter Temperatur ausgehärtet wird, wobei flächige Licht-Wellenleitergebilde entstehen, innerhalb von denen der jeweilige Laserstrahl mit Hilfe der passiven Umlenkelemente etc. ausgerichtet wird. Wesentlich ist somit hierfür weiters, dass ein gut gebündelter Laserstrahl vom Laser-Bauelement erzeugt wird.For example, WO 01/16630 AI discloses a circuit board element which is designed as a conventional multilayer circuit board, but including an optical waveguide layer. In detail, this known circuit board element is conventionally fitted with electronic components on the outside, and embedded in the circuit board structure are optoelectronic components in the form of a laser element and a photodiode, which are electrically connected to the external electronic components. These optoelectronic components are accommodated in a buffer layer adjacent to an optical waveguide layer, and mirrors or grating structures are provided in this optical waveguide layer for optical signal transmission in alignment with the optoelectronic components, so that the laser beam or light beam is appropriately introduced into the optical waveguide. To divert the layer into or out of it. The disadvantage here is that the production Alignment of the optoelectronic components and these deflection elements is critical, and that, moreover, losses due to the passive optical deflection elements have to be accepted. The optical waveguide layer consists in particular of a polyimide material, which is applied by means of a spin coating and cured at elevated temperature, producing flat light waveguide structures within which the respective laser beam is aligned with the aid of the passive deflection elements, etc. It is therefore also essential for this that a well-focused laser beam is generated by the laser component.
Es ist andererseits beispielsweise aus WO 01/96915 A2, WO 01/96917 A2 und US 4 666 236 A bereits bekannt, in einem organischen oder auch anorganischen, optischen Material, das beispielsweise in Blockform vorliegt, optische Wellenleiterstrukturen mit Hilfe von Photonen-Absorptionsprozessen zu erzeugen, wobei das optische Material lokal beim Bestrahlen mit Photonen derart umgewandelt wird, dass es einen größeren Brechungsindex aufweist, verglichen mit dem übrigen optischen Material. Die bekannten optischen Wellenleiterstrukturen werden dabei als Optokoppler-Bauelemente zum Koppeln von Lichtleiter- Kabeln untereinander oder mit optoelektronischen Bauelementen eingesetzt. Diese bekannten Optokoppler-Bauelemente können somit nur in ganz speziellen Fällen eingesetzt werden.On the other hand, it is already known, for example from WO 01/96915 A2, WO 01/96917 A2 and US 4,666,236 A, to use optical or waveguide structures in an organic or inorganic, optical material, for example in block form, with the aid of photon absorption processes generate, wherein the optical material is locally converted when irradiated with photons such that it has a larger refractive index compared to the rest of the optical material. The known optical waveguide structures are used as optocoupler components for coupling optical fiber cables to one another or with optoelectronic components. These known optocoupler components can therefore only be used in very special cases.
Ein an sich vergleichbares optisches Bauelement mit Lichtleiter, allerdings ohne optisch strukturierte Lichtleiterschicht ist in der US 4 762 381 A geoffenbart. Auch hier geht es im Wesentlichen nur um eine Technik zum Einkoppeln von Licht in den Lichtleiter, wobei eine Lichtquelle unmittelbar in das Lichtleitermatermaterial eingebettet ist.A comparable optical component with a light guide, but without an optically structured light guide layer, is disclosed in US Pat. No. 4,762,381 A. Here, too, it is essentially only a matter of coupling light into the light guide, a light source being embedded directly in the light guide material.
Sodann ist es aus der EP 1 219 994 A2 bekannt, eine flächige Wellenleiterschicht in einer Halbleitervorrichtung mit plätt- chenförmigem Substrat einzubauen, wobei die elektrooptischen Bauelemente an der Oberfläche der Wellenleiterschicht angeordnet sind; hierbei sind jeweils nur beschränkte Anwendungen der Halbleitervorrichtungen möglich. Eine ähnliche integrierte Schaltung ist in der US 2002/0081056 AI beschrieben, wobei eine mehrlagige optische Schicht mit einer Kernlage zwischen Mantellagen, auf einem Halbleitersubstrat, vorgesehen ist. Dabei ist ein optoelektronisches Bauelement in einer der Mantellagen, also nicht in der den eigentlichen Lichtleiter bildenden Kernlage, angeordnet .It is then known from EP 1 219 994 A2 to install a flat waveguide layer in a semiconductor device with a platelet-shaped substrate, the electro-optical components being arranged on the surface of the waveguide layer; only limited applications of the semiconductor devices are possible here. A similar integrated circuit is described in US 2002/0081056 AI, a multilayer optical layer with a core layer between cladding layers, on a semiconductor substrate, is provided. In this case, an optoelectronic component is arranged in one of the cladding layers, that is to say not in the core layer forming the actual light guide.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Leiterplattenelement wie eingangs angegeben sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leiterplattenelements vorzusehen, wobei der Aufbau des Leiterplattenelements einfach und die Herstellung einfach und insbesondere unkritisch hinsichtlich der Positionierung einzelner Elemente ist und überdies im Betrieb des Leiterplattenelements optische Verluste auf ein Minimum reduziert werden.It is an object of the invention to provide a circuit board element as stated at the outset and to provide a method for producing such a circuit board element, the construction of the circuit board element being simple and the production simple and in particular uncritical with regard to the positioning of individual elements and, moreover, optical losses during operation of the circuit board element be reduced to a minimum.
Das erfindungsgemäße Leiterplattenelement der eingangs angeführten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement in der optischen Schicht eingebettet ist und der durch Bestrahlung innerhalb der optischen Schicht strukturierte Licht-Wellenleiter an das optoelektronische Bauelement . anschließ . .. .. .To achieve this object, the circuit board element according to the invention of the type mentioned at the outset is characterized in that the optoelectronic component is embedded in the optical layer and the light waveguide structured by radiation within the optical layer on the optoelectronic component. then .. ...
In entsprechender Weise zeichnet sich das Verfahren zur Herstellung eines solchen Leiterplattenelements gemäß der Erfindung dadurch aus, dass auf einem Substrat zumindest ein optoelektronisches Bauelement angebracht wird, dass danach auf das Substrat eine optische Schicht, die aus einem unter Photonenbestrahlung ihren Brechungsindex ändernden optischen Material besteht, aufgebracht wird, wobei das optoelektronische Bauelement in der optischen Schicht eingebettet wird, und dass danach in der optischen Schicht durch Photonenbestrahlung eine an das optoelektronische Bauelement anschließende Wellenleiterstruktur erzeugt wird.In a corresponding manner, the method for producing such a printed circuit board element according to the invention is characterized in that at least one optoelectronic component is attached to a substrate, and then an optical layer is formed on the substrate, which consists of an optical material that changes its refractive index under photon irradiation, is applied, the optoelectronic component being embedded in the optical layer, and then a waveguide structure adjoining the optoelectronic component being produced in the optical layer by photon irradiation.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.Advantageous embodiments and further developments are defined in the subclaims.
Bei der erfindungsgemäßen Technik liegen unmittelbar in der optischen Schicht eingebettete optoelektronische Bauelemente vor, d.h. es wird eine Oberflächen-Montage derartiger Bauelemente vermieden. In der Folge ergibt sich, dass die Posi- tionierung der optoelektronischen Bauelemente nicht kritisch ist, und dass auch die Ausrichtung der optischen Wellenleiterstruktur vergleichsweise unkritisch ist. Da die optoelektronischen Bauelemente unmittelbar in der optischen Schicht eingebettet und die Wellenleiterstruktur somit de facto unmittelbar an diese optoelektronischen Bauelemente anschließend vorgesehen sind, ergibt sich nicht nur eine vereinfachte Struktur insofern als Spiegel, Gitter und dgl . entfallen können, sondern es wird darüber hinaus eine geringere Bauhöhe des Leiterplattenelements ermöglicht, abgesehen davon, dass Verluste durch derartige passive optische Elemente, wie Spiegel und Gitter, vermieden werden. Es werden somit beispielsweise Multi- layer-Leiterplatten mit integrierten optischen Signalverbindungen ermöglicht, die die Übertragung von großen Datenmengen zwischen Bauelementen und Modulen, wie etwa zwischen Prozessoren und Speichern, ermöglichen. Beispielsweise sind Datenübertragungsraten von weit über 10 Gbit/s erzielbar. Von Vorteil ist auch, dass einerseits herkömmliche Leiterplattentechniken, mit Kupfer-Leiterverbindungen, sowie andererseits optischen Signalverbindungen dort, wo große Datenmengen zu. bertragen sind, kombiniert werden können, wobei auch Leiterplattenstrukturen insgesamt vorliegen können, die wie herkömmliche Leiterplatten, etwa ein so genanntes Motherboard, in EDV-Anlagen etc. montiert werden können.In the technology according to the invention, optoelectronic components are directly embedded in the optical layer, ie surface mounting of such components is avoided. It follows that the position tioning of the optoelectronic components is not critical, and that the alignment of the optical waveguide structure is comparatively uncritical. Since the optoelectronic components are embedded directly in the optical layer and the waveguide structure is thus de facto directly provided next to these optoelectronic components, there is not only a simplified structure in this respect as mirrors, gratings and the like. can be dispensed with, but it also enables a lower overall height of the circuit board element, apart from the fact that losses caused by passive optical elements such as mirrors and gratings are avoided. This enables, for example, multilayer printed circuit boards with integrated optical signal connections, which enable the transfer of large amounts of data between components and modules, such as between processors and memories. For example, data transfer rates of well over 10 Gbit / s can be achieved. It is also an advantage that, on the one hand, conventional circuit board technologies with copper conductor connections and, on the other hand, optical signal connections where large amounts of data are available. are transferred, can be combined, and there may also be printed circuit board structures as a whole which, like conventional printed circuit boards, for example a so-called motherboard, can be installed in computer systems etc.
Bei der Strukturierung der Licht-Wellenleiter innerhalb der optischen Schicht kann mit Vorteil derart vorgegangen werden, dass das bereits in der optischen Schicht eingebettete optoelektronische Bauelement mit Hilfe einer Kamera oder dgl. optischen Visionseinheit anvisiert und hinsichtlich seiner Position erfasst wird; über diese Visionseinheit wird sodann eine Bestrahlungseinheit mit einem Linsensystem angesteuert, um so einerseits den Fokusbereich des abgegebenen Photonenstrahls, insbesondere Laserstrahls, in der Ebene des Leiterplattenelements, d.h. in der x/y-Ebene, zu bewegen und andererseits auch in der Tiefe innerhalb der optischen Schicht, also in der z-Richtung, einzustellen. Somit kann, mit dem jeweiligen optoelektronischen Bauelement als Bezugselement, der Licht-Wellenleiter innerhalb der optischen Schicht in der gewünschten Weise strukturiert werden, etwa als einfache geradlinige Licht-Wellen- leiter-Verbindung oder aber als Wellenleiterstruktur mit Verzweigungen oder dgl. Strukturen, insbesondere auch als dreidimensionale Struktur. Die Querschnitts-Abmessungen des so strukturierten Licht-Wellenleiters können beispielsweise in der Größenordnung von einigen Mikrometern liegen, wobei der Querschnitt eines solchen strukturierten Licht-Wellenleiters beispielsweise elliptisch bis rechteckig sein kann; die genaue Form kann durch den Photonenstrahl und dessen Fokus-Steuerung bestimmt werden.The structuring of the light waveguides within the optical layer can advantageously be carried out in such a way that the optoelectronic component already embedded in the optical layer is sighted with the aid of a camera or the like. Optical vision unit and its position is detected; An irradiation unit with a lens system is then controlled via this vision unit in order to move the focus area of the emitted photon beam, in particular laser beam, in the plane of the circuit board element, ie in the x / y plane, and also in depth within the optical one Layer, i.e. in the z direction. Thus, with the respective optoelectronic component as a reference element, the light waveguide can be structured in the desired manner within the optical layer, for example as a simple straight-line light wave conductor connection or as a waveguide structure with branches or the like. Structures, in particular also as a three-dimensional structure. The cross-sectional dimensions of the light waveguide structured in this way can be, for example, on the order of a few micrometers, the cross-section of such a structured light waveguide can be, for example, elliptical to rectangular; the exact shape can be determined by the photon beam and its focus control.
Bevorzugt wird bei der erfindungsgemäßen Technik zur Wellenleiter-Strukturierung ein Zwei-Photonen-Prozess (Two Photon Absorption - TPA) angewandt, bei dem eine chemische Reaktion (z.B. Polymerisation) durch gleichzeitige Absorption von zwei Photonen aktiviert wird. Das zu strukturierende optische Material ist für die verwendete Anregungswellenlänge (z.B. Wellenlänge = 800nm) der Lichtquelle (des Lasers) transparent. Somit kommt es zu keiner Absorption und zu keinem Ein-Photonen-Prozess im Material. Im Fokusbereich des Laserstrahls ist jedoch die Intensität so hoch, dass das Material zwei Photonen (.Zwei-Photonen-Prozess) (hier Wellenlänge = 400nm) absorbiert, wodurch eine chemische Reaktion aktiviert wird. Von Vorteil ist dabei, dass durch die Transparenz des optischen Materials für die Anregungswellenlänge alle Punkte im Volumen erreicht und somit problemlos dreidimensionale Strukturen in das Volumen eingeschrieben werden können. Weiters erfolgt durch nichtlineare kohärente und inkohärente physikalische Effekte eine Selbstfokussierung des Laserstrahls, wodurch sehr kleine Fokusbereiche und somit sehr kleine Strukturdimensionen erzielt werden können. Überdies ist der Zwei-Photonen-Prozess ein Einschritt-Strukturierungsprozess, wodurch Mehrfachbelichtungen, wie z.B. gemäß US 4 666 236 A, sowie nasschemische Entwicklungsschritte nicht erforderlich sind.In the technique for waveguide structuring according to the invention, preference is given to using a two-photon process (TPA) in which a chemical reaction (e.g. polymerization) is activated by the simultaneous absorption of two photons. The optical material to be structured is transparent to the excitation wavelength used (e.g. wavelength = 800nm) of the light source (of the laser). Thus there is no absorption and no one-photon process in the material. In the focus area of the laser beam, however, the intensity is so high that the material absorbs two photons (.two-photon process) (here wavelength = 400nm), which activates a chemical reaction. The advantage here is that the transparency of the optical material for the excitation wavelength means that all points in the volume are reached, and thus three-dimensional structures can be written into the volume without any problems. Furthermore, non-linear coherent and incoherent physical effects result in self-focusing of the laser beam, as a result of which very small focus areas and thus very small structural dimensions can be achieved. Furthermore, the two-photon process is a one-step structuring process, which means that multiple exposures, e.g. according to US 4,666,236 A, and wet chemical development steps are not required.
Derzeitige optoelektronische Bauelemente haben beispielsweise eine Höhe von lOOμm, und diese Bauhöhe ergibt auch die (Mindest) Dicke- für die optische Schicht. Besonders geringe Bauhöhen können jedoch erzielt werden, wenn anstatt von vorgefertigten optoelektronischen Bauelementen, die in der optischen Schicht eingebettet werden, in situ optoelektronische Bauelemente in Dünnschichttechnik hergestellt werden. Andererseits ist es auch denkbar, nicht nur bloße Wandler-Bauelemente als optoelektronische Bauelemente in der optischen Schicht einzubetten, also etwa ein Laserbauelement und eine Photodiode, sondern auch zugehörige elektronische Komponenten mit zu integrieren, wie etwa einen Prozessor oder einen Speicherbaustein, so dass derartige kombinierte Baueinheiten, wie insbesondere „optoelektronische Chips", ebenfalls in der optischen Schicht eingebettet sein können, wodurch gegebenenfalls eine äußere Bestückung des Leiterplattenelements vereinfacht oder aber überhaupt entfallen kann. Das Leiterplattenelement kann ein die optische Schicht tragendes Substrat aufweisen, wobei hiefür auch eine an sich herkömmliche Leiterplattenschicht, also eine Kunstharzschicht mit einer Kupfer-Innenlage und bzw. oder Kupfer-Außenlage, vorgesehen sein kann. Die optische Schicht kann auch auf der einem solchen Substrat oder einer solchen Leiterplattenschicht gegenüberliegenden Seite zusätzlich mit einer Leiterplattenschicht versehen sein, wobei eine Kupfer-Innenlage und bzw. oder eine Kupfer-Außenlage, mit entsprechender Strukturierung, vorliegen kann. Auf diese Weise werden in an sich bekannter Weise Multilayer-Leiterplattenstrukturen vorgesehen, um die jeweiligen gewünschten Schaltungsfunktionen zu erzielen.Current optoelectronic components have a height of 100 μm, for example, and this height also gives the (minimum) thickness for the optical layer. Particularly low overall heights can, however, be achieved if instead of prefabricated optoelectronic components which are embedded in the optical layer, in situ optoelectronic components are produced using thin-film technology. On the other hand, it is also conceivable not only to embed mere transducer components as optoelectronic components in the optical layer, for example a laser component and a photodiode, but also to integrate associated electronic components, such as a processor or a memory component, so that they are combined Structural units, such as in particular “optoelectronic chips”, can also be embedded in the optical layer, as a result of which an external assembly of the printed circuit board element can be simplified or omitted at all. The printed circuit board element can have a substrate carrying the optical layer, a conventional one for this Printed circuit board layer, that is to say a synthetic resin layer with an inner copper layer and / or outer copper layer, can also be provided on the side opposite to such a substrate or such a printed circuit board layer be provided with a printed circuit board layer, it being possible for there to be an inner copper layer and / or an outer copper layer with corresponding structuring. In this way, multilayer printed circuit board structures are provided in a manner known per se in order to achieve the respective desired circuit functions.
Innen liegende, d.h. an die optische Schicht angrenzende leitende Schichten können auch als Wärmeableitschichten dienen, um Wärmeenergie vom jeweiligen optoelektronischen Bauelement nach außen abzuführen.Internal, i.e. conductive layers adjacent to the optical layer can also serve as heat dissipation layers in order to dissipate thermal energy from the respective optoelectronic component to the outside.
Die in der optischen Schicht eingebetteten optoelektronischen Baulemente können mit Vorteil über so genannte Via-Laserboh- rungen kontaktiert werden, wobei diese Via-Bohrungen in an sich bekannter Weise mit metallischen Wandüberzügen, insbesondere aus Kupfer, versehen oder überhaupt mit (elektrisch) leitendem Material, insbesondere Kupfer, gefüllt werden können. Auch über diese Via-Bohrungen, insbesondere über mit leitendem Material vollständig gefüllte Via-Bohrungen, kann Wärme von den innen liegenden, eingebetteten optoelektronischen Bauelementen nach außen abtransportiert werden.The optoelectronic components embedded in the optical layer can advantageously be contacted via so-called via laser bores, these via bores being provided in a manner known per se with metallic wall coverings, in particular made of copper, or at all with (electrically) conductive material, especially copper, can be filled. Heat can also be removed from the inside, embedded optoelectronic components via these via holes, in particular via holes completely filled with conductive material.
Zur Kontaktierung der eingebetteten optoelektronischen Bau- elemente können jedoch auch die Innenlagen von Leiterplattenstrukturen oder -schichten, wie vorstehend angeführt, verwendet werden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn die optoelektronischen Bauelemente mit einer Seite direkt an die Innenlage einer Leiterplattenschicht grenzen. Ansonsten ist es aber selbstverständlich auch möglich, die optoelektronischen Bauelemente zur Gänze in einer optischen Schicht einzubetten, was die Strukturierung der Licht-Wellenleiter, d.h. die Steuerung des Fokuspunktes der Photonenstrahlen in der z-Richtung, erleichtert, da dann die Positionierung in der z-Richtung nicht so kritisch ist.For contacting the embedded optoelectronic components however, the inner layers of circuit board structures or layers, as mentioned above, can also be used. In this case, it is expedient if one side of the optoelectronic components borders directly on the inner layer of a circuit board layer. Otherwise, it is of course also possible to completely embed the optoelectronic components in an optical layer, which facilitates the structuring of the light waveguides, ie the control of the focal point of the photon beams in the z direction, since then the positioning in the z- Direction is not so critical.
Bei den erfindungsgemäßen Leiterplattenelementen schließen die strukturierten Licht-Wellenleiter praktisch direkt an das jeweilige optoelektronische Bauelement an, wobei unter „direktem Anschließen" zu verstehen ist, dass keine zwischengeschalteten passiven Elemente wie Spiegel, Gitter oder dgl. vorliegen. Es kann jedoch durchaus sein, dass in einzelnen Fällen der jeweilige Licht-Wellenleiter unter Belassung eines geringen Ab- standes, etwa in der Größenordnung von 0,5μm..oder lμm, zum optoelektronischen Bauelement hergestellt wird, wobei nichtsdestoweniger ein „Einfangen" des vom optoelektronischen Bauelement abgegebenen Lichts oder ein Einkoppeln des übertragenen Lichts in das benachbarte optoelektronische Bauelement ohne namhafte optische Verluste möglich ist. Es ist weiters auch denkbar, eine photonische Lichtbeugungs-Kristallstruktur am Ende des Licht-Wellenleiters als Übergang zum optoelektronischen Bauelement vorzusehen, um so mit dieser photonischen Kristallstruktur eine möglichst optimale Lichtkonzentration zu erzielen. Andere Möglichkeiten zum Anschließen des Licht-Wellenleiters an das optoelektronische Bauelement bestehen noch darin, dass das Licht-Wellenleiter-Ende trichterförmig aufgeweitet ist oder aber dass es das optoelektronische Bauelement zumindest teilweise, gegebenenfalls aber auch zur Gänze, umschließt.In the printed circuit board elements according to the invention, the structured light waveguides practically connect directly to the respective optoelectronic component, whereby “direct connection” means that there are no intermediate passive elements such as mirrors, gratings or the like. However, it may well be that in individual cases, the respective light waveguide is left with a small distance, for example in the order of magnitude of 0.5 μm or 1 μm, from the optoelectronic component, nevertheless “capturing” the light emitted by the optoelectronic component or coupling it in of the transmitted light into the neighboring optoelectronic component is possible without significant optical losses. It is also conceivable to provide a photonic light diffraction crystal structure at the end of the light waveguide as a transition to the optoelectronic component in order to achieve the best possible light concentration with this photonic crystal structure. Other options for connecting the light waveguide to the optoelectronic component are still that the light waveguide end is widened in a funnel shape or that it at least partially, but possibly also completely, surrounds the optoelectronic component.
Es ist ferner im Rahmen der Erfindung möglich, das vorliegende Leiterplattenelement als flexibles Leiterplattenelement, also ohne steifes Substrat oder dgl., sondern im Wesentlichen nur als beispielsweise zweilagige optische Schicht mit zumindest einem zur Gänze eingebetteten optoelektronischen Bauelement und seit- liehen Anschlüssen hiefür, vorzusehen, wobei ein derartiges flexibles Leiterplattenelement in der Folge beispielsweise an einem Träger, wie einer Gehäusewand eines elektrischen Gerätes, angebracht, z.B. aufgeklebt, werden kann.It is also possible within the scope of the invention to present the present circuit board element as a flexible circuit board element, that is to say without a rigid substrate or the like, but essentially only as, for example, a two-layer optical layer with at least one optoelectronic component completely embedded and borrow connections for this purpose, wherein such a flexible circuit board element can subsequently be attached, for example glued, to a carrier, such as a housing wall of an electrical device.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Es zeigen im Einzelnen:The invention will now be explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments, to which it should not be restricted, however, and with reference to the drawing. They show in detail:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines Leiterplattenelements gemäß der Erfindung;Figure 1 is a schematic cross section through an embodiment of a circuit board element according to the invention.
die Fig. 2 bis 7 verschiedene Herstellungsstufen bei der Herstellung eines Leiterplattenelements wie in Fig. 1 dargestellt;Figures 2 to 7 different stages of manufacture in the manufacture of a circuit board element as shown in Fig. 1.
die Fig. 8 und 9 zwei weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Leiterplattenelementen in schematischen Querschnittsdarstellungen ähnlich jener von Fig. 1;8 and 9 show two further embodiments of circuit board elements according to the invention in schematic cross-sectional representations similar to that of FIG. 1;
Fig. 10 noch eine andere Ausführung eines Leiterplattenelements gemäß der Erfindung in einer Querschnittsdarstellung, wobei verschiedene Ausbildungsmöglichkeiten kombiniert sind;10 shows yet another embodiment of a printed circuit board element according to the invention in a cross-sectional illustration, wherein different training options are combined;
Fig. 11 in einer Querschnittsdarstellung vergleichbar jener gemäß Fig. 5 ein Leiterplattenelement mit einer Zwischenschicht zwischen Substrat und optischer Schicht;11 shows a cross-sectional illustration comparable to that according to FIG. 5, a printed circuit board element with an intermediate layer between the substrate and the optical layer;
Fig. 12 in einer Darstellung ähnlich Fig. 3 eine Zwischenstufe bei der Herstellung eines Leiterplattenelements, bei dem anstatt - der Einbettung von vorgefertigten optoelektronischen Bauelementen eine Herstellung von optoelektronischen Bauelementen in situ in Dünnfilmtechnik vorgesehen ist;FIG. 12 shows a representation similar to FIG. 3 an intermediate stage in the manufacture of a printed circuit board element, in which instead of embedding prefabricated optoelectronic components, in situ manufacture of optoelectronic components using thin-film technology is provided;
die Fig. 13A und 13B in einer ähnlichen Querschnittsdarstellung ein flexibles Leiterplattenelement (Fig. 13B) , wobei in Fig. 13A noch ein im Zuge der Herstellung verwendetes Substrat ersichtlich ist, welches anschließend entfernt wird;13A and 13B in a similar cross-sectional representation a flexible printed circuit board element (FIG. 13B), FIG. 13A also showing a substrate used in the course of the production, which is then removed;
Fig. 14 ein vereinfachtes Leiterplattenelement im Querschnitt, mit einem einzelnen optoelektronischen Bauelement, wobei zur besseren Veranschaulichung auch der Übergang zwischen dem optoelektronischen Bauelement und dem strukturierten Licht-Wellenleiter herausgezeichnet ist;14 is a simplified circuit board element in cross section, with a single optoelectronic component, the transition between the optoelectronic component and the structured light waveguide being drawn out for better illustration;
Fig. 15 schematisch im Querschnitt ein Leiterplattenelement mit einem VCSEL-Laser und einem entsprechend strukturierten Licht- Wellenleiter;15 shows schematically in cross section a circuit board element with a VCSEL laser and a correspondingly structured optical waveguide;
die Fig. 16A bis 16F schematisch verschiedene Möglichkeiten für den Anschluss eines strukturierten Licht-Wellenleiters an ein optoelektronisches Bauelement; und16A to 16F schematically show different possibilities for connecting a structured light waveguide to an optoelectronic component; and
die Fig. 17, 18 und 19 schematische Draufsichten verschiedener Möglichkeiten zur Ausbildung von Strukturen mit optoelektronischen Bauelementen und strukturierten Licht-Wellenleitern.17, 18 and 19 are schematic top views of various possibilities for forming structures with optoelectronic components and structured light waveguides.
In Fig. 1 ist ganz schematisch in einem nicht maßstäblichen Querschnitt ein Aufbau eines Leiterplattenelements...1 gezeigt, wobei auch bereits eine Bestückung mit äußeren Bauelementen veranschaulicht ist; es sei aber darauf hingewiesen, dass eine derartige Bestückung mit Bauelementen in der Regel erst unmittelbar vor dem Einbau in ein Gerät, bei einem Gerätehersteller, erfolgt, und dass unbestückte Leiterplattenelemente, etwa wie aus Fig. 7 ersichtlich, in den Vertrieb gelangen. Unter „Leiterplattenelemente" sind daher auch solche ohne äußere Bestückung zu verstehen, ebenso solche, bei denen eine derartige äußere Bestückung überhaupt nicht erfolgt, vgl. z.B. auch Fig. 9 rechts.In Fig. 1, a structure of a circuit board element ... 1 is shown very schematically in a cross-section which is not to scale, an assembly with external components having already been illustrated; however, it should be pointed out that such a placement with components generally only takes place immediately before installation in a device, at a device manufacturer, and that bare circuit board elements, as can be seen in FIG. 7, are sold. “Printed circuit board elements” are therefore also to be understood as meaning those without external assembly, as well as those in which no such external assembly takes place at all, cf., for example, also FIG. 9 on the right.
Das in Fig. 1 schematisch veranschaulichte Leiterplattenelement 1 weist ein Substrat 2 auf, wie etwa ein herkömmliches FR4-Sub- strat enthaltend eine Epoxidharzschicht. Über diesem Substrat 2 befindet sich eine optische Schicht 3, die für die beim nachfolgend noch näher beschriebenen Herstellungsvorgang bzw. für die im Betrieb verwendeten Wellenlängen zumindest im Wesentlichen transparent ist und beispielsweise aus einem anorganischen oder organischen Material besteht. Ein bekanntes optisches Material, das sich für die. vorliegenden Leiterplattenelemte 1 gut eignet, ist ein anorganisch-organisches Hybridmaterial, z.B. ein organisch modifiziertes Keramikmaterial, welches mittels eines Sol-Gel-Prozesses hergestellt wird. Ein anderes bekanntes Material ist ein anorganisch-organisches Hybridglas, welches ebenfalls in einem Sol-Gel-Prozess hergestellt wird und mit einem Photoinitiator (Benzyldimethylketal) gedopt ist. Dieses Hybridglas besteht aus Methylacrylat mit einem Silica/Zirkonia- Netzwerk. Weitere bekannte Materialien sind photosensitive Imide bzw. Polyimide und Organo-Silsesquioxane .The circuit board element 1 schematically illustrated in FIG. 1 has a substrate 2, such as a conventional FR4 substrate containing an epoxy resin layer. Above this substrate 2 there is an optical layer 3, which is at least substantially transparent to the manufacturing process described in more detail below or to the wavelengths used in operation and, for example, consists of an inorganic or organic material. A well-known optical material that is suitable for the. PCB 1 is well suited is an inorganic-organic hybrid material, for example a organically modified ceramic material, which is produced by means of a sol-gel process. Another known material is an inorganic-organic hybrid glass, which is also produced in a sol-gel process and doped with a photoinitiator (benzyldimethyl ketal). This hybrid glass consists of methyl acrylate with a silica / zirconia network. Other known materials are photosensitive imides or polyimides and organosilsesquioxanes.
In dieser optischen Schicht 3 sind im gezeigten Beispiel von Fig. 1 zwei optoelektronische Bauelemente 4, 5 eingebettet, wobei diese beiden Bauelemente 4, 5 auf dem Substrat 2 aufliegen und im Übrigen vom Material der optischen Schicht 3 umschlossen sind. Zwischen den beiden optoelektronischen Bauelementen 4, 5 erstreckt sich ein durch lokale Strukturierung, nämlich durch lokale Polymerisation unter Zuführung von Lichtenergie, strukturierter Licht-Wellenleiter 6. Im Einzelnen kann es sich bei dem Bauelement 4 beispielsweise um eine Laserdiode handeln, wogegen das Bauelement 5 ein Photodetektor, d.h. eine Photodiode, sein kann.1, two optoelectronic components 4, 5 are embedded in this optical layer 3, wherein these two components 4, 5 rest on the substrate 2 and are otherwise enclosed by the material of the optical layer 3. Between the two optoelectronic components 4, 5 there extends a light waveguide 6 structured by local structuring, namely by local polymerization with the addition of light energy. In detail, the component 4 can be, for example, a laser diode, whereas the component 5 Photodetector, ie can be a photodiode.
Oberhalb der optischen Schicht 3 ist eine Leiterplattenschicht 7, nämlich eine Epoxidharzschicht 8 oder dgl. Isolierschicht, z.B. mit einer elektrisch leitenden, gemäß Fig. 1 bereits strukturierten Außenlage 9, üblicherweise aus Kupfer, vorgesehen. Durch diese Leiterplattenschicht 7 sowie auch das oberhalb der Bauelemente 4, 5 befindliche optische Material der optischen Schicht 3 hindurch werden die optoelektronischen Bauelemente 4, 5 über Mikro-Via (μVia) -Laserbohrungen 10 kontaktiert, wobei die Innenwände dieser Mikro-Via-Bohrungen 10 entweder mit einem Kupferbelag 11 oder mit einer Kupfer-Füllung 12 versehen sein können. Über dieses Kupfermaterial in den μVia-Bohrungen 10 wird die elektrische Verbindung zwischen den optoelektronischen Bauelementen 4, 5 einerseits und der strukturierten Außenlage 9 bzw. am Leiterplattenelement 1 aufgebrachten äußeren elektronischen Komponenten 13, 14 andererseits hergestellt, wobei diese Komponenten 13, 14, beispielsweise angelötet oder aber mit Hilfe eines leitenden Klebers, wie an sich bekannt, am Leiterplattenelement 1 angebracht werden. Bei den äußeren Komponenten 13, 14 kann es sich beispielsweise um einen Pro- zessor-Baustein 13 bzw. einen Speicherbaustein 14 handeln, wobei der Prozessor-Baustein 13 über die optische Signalverbindung, die durch die Elemente 4, 6 und 5 gebildet ist, in den Speicherbaustein 14 Daten einschreibt; zum Auslesen von Daten kann eine ähnliche optische Signalverbindung (in umgekehrter Richtung; nicht dargestellt) vorliegen.Provided above the optical layer 3 is a circuit board layer 7, namely an epoxy resin layer 8 or the like. Insulating layer, for example with an electrically conductive outer layer 9, which is already structured according to FIG. 1, usually made of copper. Through this circuit board layer 7 and also the optical material of the optical layer 3 located above the components 4, 5, the optoelectronic components 4, 5 are contacted via micro-via (μVia) laser bores 10, the inner walls of these micro-via bores 10 can either be provided with a copper covering 11 or with a copper filling 12. The electrical connection between the optoelectronic components 4, 5 on the one hand and the structured outer layer 9 or external electronic components 13, 14 applied to the printed circuit board element 1 on the other hand is established via this copper material in the μVia bores 10, these components 13, 14 being soldered on, for example or with the aid of a conductive adhesive, as known per se, attached to the circuit board element 1. The outer components 13, 14 can, for example, be a pro act processor module 13 or a memory module 14, the processor module 13 writes data into the memory module 14 via the optical signal connection formed by the elements 4, 6 and 5; A similar optical signal connection (in the opposite direction; not shown) can be present for reading out data.
Im Fall der Füllung der Mikro-Via-Bohrungen 10 mit Kupfer, wie in Fig. 1 bei 12 gezeigt, wird der Vorteil erzielt, dass eine gute Wärmeabfuhr von den eingebetteten optoelektronischen Bauelementen, wie in Fig. 1 im Fall des rechts dargestellten Bauelements 5, zur oberen Schicht erzielt wird. Wie nachstehend noch näher, etwa anhand der Fig. 8, erläutert werden wird, können jedoch zur Wärmeabfuhr zusätzlich oder anstatt dessen auch noch andere Maßnahmen, falls gewünscht, getroffen werden.In the case of filling the micro via bores 10 with copper, as shown in FIG. 1 at 12, the advantage is achieved that good heat dissipation from the embedded optoelectronic components, as in FIG. 1 in the case of the component 5 shown on the right , to the top layer. As will be explained in more detail below, for example with reference to FIG. 8, however, other measures can also be taken, if desired, for heat dissipation in addition or instead.
Einzelne Schritte zur Herstellung eines Leiterplattenelements 1, wie in Fig. 1 gezeigt, sind in den Fig. 2 bis 7 dargestellt, und anhand dieser Fig. 2 bis 7 soll daher nunmehr beispielhaft ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leiterplattenelements erläutert werden.Individual steps for producing a printed circuit board element 1, as shown in FIG. 1, are shown in FIGS. 2 to 7, and a method for producing such a printed circuit board element will now be explained by way of example with reference to these FIGS. 2 to 7.
Gemäß Fig. 2 wird von einem Substrat 2, wie etwa dem bereits erwähnten FR4-Substrat mit Epoxidharz, ausgegangen, und auf diesem Substrat werden die optoelektronischen Bauelemente 4, 5, wie etwa eine Laserdiode und eine Photodiode, aufgebracht, z.B. aufgeklebt.2, a substrate 2, such as the already mentioned FR4 substrate with epoxy resin, is assumed, and the optoelectronic components 4, 5, such as a laser diode and a photodiode, are applied to this substrate, e.g. glued.
Danach wird, wie in Fig. 3 gezeigt, Material für die optische Schicht 3 auf dem Substrat 2 aufgebracht, wie etwa durch Vergießen oder Spincoaten (Aufschleudern) , wie an sich bekannt. Diese optische Schicht 3 besteht aus einem photoreaktiven Polymer etc., wie vorstehend bereits erläutert, wobei durch Photonenbestrahlung das Material lokal derart umgewandelt wird, dass es einen vergleichsweise höheren Brechungsindex erhält.Thereafter, as shown in FIG. 3, material for the optical layer 3 is applied to the substrate 2, such as by casting or spin coating (spin coating), as is known per se. This optical layer 3 consists of a photoreactive polymer etc., as already explained above, the material being locally converted by photon irradiation in such a way that it obtains a comparatively higher refractive index.
Diese lokale Umwandlung des photoreaktiven Materials der optischen Schicht 3 mit Hilfe von Photonenstrahlen ist schematisch in Fig. 4 als nächster Schritt veranschaulicht. Dabei ist eine Lichtquelle 15, wie etwa eine Laserquelle, ersichtlich, welche mit einer Visionseinheit 16 gekoppelt ist, und welcher ein Linsensystem 17 zur Fokussierung des abgegebenen Laserstrahls 18 in einem Fokusbereich 19 innerhalb des Materials der optischen Schicht 3 vorgeordnet ist.This local conversion of the photoreactive material of the optical layer 3 with the aid of photon beams is illustrated schematically in FIG. 4 as the next step. A light source 15, such as a laser source, can be seen, which is coupled to a vision unit 16 and which is preceded by a lens system 17 for focusing the emitted laser beam 18 in a focus area 19 within the material of the optical layer 3.
Im Einzelnen werden bei dieser Strukturierung der optischen Schicht 3 durch die Visions- oder Visiereinheit 16, ausgehend von beispielsweise dem einen optoelektronischen Bauelement 4, dessen Koordinaten erfasst werden, die Abstände auf der durch das Leiterplattenelement (soweit bereits vorhanden) gegebenen Probe 1' vermessen, und es wird die relative Bewegung zwischen dieser Probe 1' und dem durch die Laserquelle 15 und das Linsensystem 17 gegebenen Belichtungssystem 20 gesteuert, und zwar nicht nur in der Ebene der Probe 1', also in x- bzw. y-Richtung, sondern auch in Dickenrichtung der Probe 1', also in z-Richtung, um so den Fokusbereich des Laserstrahls 18 an der gewünschten Stelle innerhalb der optischen Schicht 3 zu erhalten. Bevorzugt wird die Probe 1' in den drei Richtungen x, y und z bewegt, um den Fokusbereich 19 in der gewünschten Weise relativ zur Probe 1 ' innerhalb von dieser zu bewegen und so .du,rch. die Photonenbestrahlung das optische Material lokal umzuwandeln; auf diese Weise wird der strukturierte Licht-Wellenleiter 6 gebildet. Im Fokusbereich 19 ist nämlich die Intensität des Laserlichts so hoch, dass es zu einem Zweiphotonenabsorptions-Prozess, wie an sich bekannt, kommt. Durch diesen Prozess reagiert (polyme- risiert) das optische Material der optischen Schicht 3, so dass der Licht-Wellenleiter 6 gebildet wird, der einen größeren Brechungsindex aufweist, verglichen mit dem ihn umgebenden Material der optischen Schicht 3. Dadurch wird ein Licht-Wellenleiter 6 ähnlich einem Lichtleiterkabel erhalten, wo im Fall einer Lichtübertragung durch entsprechende Reflexionen des Lichts an der Grenzfläche: Licht-Wellenleiter 6 umgebendes Material eine gebündelte Lichtübertragung ohne nennenswerte optische Verluste erzielt wird.In particular, in this structuring of the optical layer 3 by the vision or sighting unit 16, starting from, for example, the one optoelectronic component 4, the coordinates of which are detected, the distances on the sample 1 'given by the circuit board element (if already present) are measured, and the relative movement between this sample 1 'and the exposure system 20 given by the laser source 15 and the lens system 17 is controlled, not only in the plane of the sample 1', that is to say in the x or y direction, but also in the thickness direction of the sample 1 ′, that is to say in the z direction, in order to maintain the focus area of the laser beam 18 at the desired location within the optical layer 3. The sample 1 'is preferably moved in the three directions x, y and z in order to move the focus region 19 in the desired manner relative to the sample 1' within it and so .du, rch. the photon radiation locally convert the optical material; In this way, the structured light waveguide 6 is formed. In the focus area 19, the intensity of the laser light is namely so high that a two-photon absorption process, as is known per se, occurs. Through this process, the optical material of the optical layer 3 reacts (polymerizes), so that the optical waveguide 6 is formed, which has a larger refractive index compared to the material of the optical layer 3 surrounding it. This makes it an optical waveguide 6 similar to an optical fiber cable, where in the case of light transmission by corresponding reflections of the light at the interface: light-waveguide 6 surrounding material a bundled light transmission is achieved without significant optical losses.
Im nächsten Schritt wird die obere Leiterplattenschicht 7 mit einer Epoxidharzschicht 8 und eine Kupfer-Außenlage 9, insbesondere durch Verpressen, auf der optischen Schicht 3 aufgebracht, und das Ergebnis dieses Verfahrensschrittes ist in Fig. 5 veranschaulicht. Danach wird gemäß Fig. 6 die Kupfer-Außenlage 9 durch einen herkömmlichen photolithografischen Prozess in der gewünschten Weise strukturiert, um die je nach Verwendungszweck des Leiterplattenelements 1 erforderlichen Leiterbahnen und Anschlussflächen zu erzielen. (Wie bekannt wird bei einem derartigen photolithogra- fischen Strukturierungsprozess zunächst ein Photoresistlack aufgebracht, der über eine Photomaske belichtet und sodann entwickelt wird, wonach beispielsweise die nicht durch den umgewandelten Photoresistlack geschützten Kupferbereiche weggeätzt werden; schließlich wird der restliche Resist-Lack entfernt.)In the next step, the upper circuit board layer 7 is applied to the optical layer 3 with an epoxy resin layer 8 and a copper outer layer 9, in particular by pressing, and the result of this method step is illustrated in FIG. 5. 6, the copper outer layer 9 is structured in the desired manner by a conventional photolithographic process in order to achieve the conductor tracks and connection areas required depending on the intended use of the circuit board element 1. (As is known, in a photolithographic structuring process of this type, a photoresist is first applied, which is exposed via a photomask and then developed, after which, for example, the copper regions not protected by the converted photoresist are etched away; the remaining resist lacquer is then removed.)
Gemäß Fig. 7 werden schließlich mit Hilfe von Laserstrahlen die Mikro-Via-Bohrungen 10 angebracht und an den Innenwänden verkupfert, d.h. mit dem Kupferbelag 11 versehen. Gegebenenfalls können die Via-Bohrungen 10 aber auch, wie anhand der Fig. 1 erläutert, mit Kupfermaterial gefüllt werden, um so abgesehen von der elektrisch leitenden Verbindung auch eine verbesserte Wärmeabfuhr durch eine solche Kupfer-Füllung 12 zu erhalten.7, the micro-via holes 10 are finally made with the aid of laser beams and copper-plated on the inner walls, i.e. provided with the copper coating 11. If necessary, the via holes 10 can also be filled with copper material, as explained with reference to FIG. 1, in order to obtain improved heat dissipation through such a copper filling 12 in addition to the electrically conductive connection.
Damit ist ein Leiterplattenelement 1 ohne Bestückung erhalten. Wie erwähnt ist in Fig. 1 ein entsprechendes, bereits bestücktes Leiterplattenelement 1 gezeigt. Dabei erfolgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Bestückung mit den äußeren elektronischen Komponenten 13, 14 an der, gemäß Darstellung in der Zeichnung, oberen Seite des Leiterplattenelements 1, was jedoch nur als Beispiel zu verstehen ist. Theoretisch denkbar ist auch, anstatt dessen oder aber zusätzlich eine Bestückung an der Unterseite des Leiterplattenelements 1 vorzusehen, wobei in diesem Fall als Substrat 2 ebenfalls eine herkömmliche Leiterplattenschicht- struktur, wie etwa ein FR4-Substrat , mit einer Außenlage aus Kupfer, verwendet wird, vgl. Fig. 8. Zusätzlich kann eine derartige Leiterplattenschicht, wie die Leiterplattenschicht 7' in Fig. 8, auch an ihrer Oberseite mit einer Verteilerschicht 21' oder Innenlage, abgesehen von der Epoxidharzschicht 8' und der Außenlage 9', versehen sein. Diese Verteilerschicht 21', die durch vergleichbare photolithografische Strukturierung in ihrer endgültigen Form erhalten werden kann, wird dabei bevorzugt nicht nur für die in Fig. 8 gezeigte Herstellung der elektrischen Anschlüsse der optoelektronischen Bauelemente 4 und 5 verwendet (wobei der Vorteil erzielt wird, dass die genaue Positionierung der Verbindungsbohrungen, wie im Fall der Mikro- Via-Bohrungen 10, vermieden werden kann, da nicht die integrierten Bauelemente 4, 5 selbst, sondern nur die Verteilerschicht 21 kontaktiert werden muss) , sondern es wird überdies auch eine vorteilhafte Möglichkeit zur Wärmeabfuhr geschaffen. Die innen liegende Verteilerschicht 21' wird dabei durch mit Kupfer gefüllte Bohrungen 22, die an mehr oder weniger beliebigen Stellen, nämlich dort wo Platz vorhanden ist, vorgesehen werden können, mit der Außenlage 9' verbunden. An dieser Außenlage 9' werden schließlich die äußeren elektronischen Komponenten, z.B. wiederum ein Prozessor-Baustein 13' und ein Speicherbaustein 14', angebracht.A printed circuit board element 1 is thus obtained without assembly. As mentioned, a corresponding, already populated circuit board element 1 is shown in FIG. 1. According to this exemplary embodiment, the external electronic components 13, 14 are fitted on the upper side of the printed circuit board element 1, as shown in the drawing, but this is only to be understood as an example. Theoretically, it is also conceivable to provide an assembly on the underside of the circuit board element 1 instead or in addition, in which case a conventional circuit board layer structure, such as an FR4 substrate with an outer layer of copper, is also used as the substrate 2, see. Fig. 8. In addition, such a circuit board layer, like the circuit board layer 7 'in Fig. 8, can also be provided on its top with a distributor layer 21' or inner layer, apart from the epoxy resin layer 8 'and the outer layer 9'. This distribution layer 21 ', which can be obtained in its final form by comparable photolithographic structuring, is preferred not only for the production of the electrical connections of the optoelectronic components 4 and 4 shown in FIG. 8 5 is used (whereby the advantage is achieved that the exact positioning of the connecting bores, as in the case of the micro via bores 10, can be avoided, since it is not the integrated components 4, 5 themselves, but only the distributor layer 21 that has to be contacted) , but it also creates an advantageous way to dissipate heat. The inner distribution layer 21 'is connected to the outer layer 9' by means of bores 22 filled with copper, which can be provided at more or less arbitrary locations, namely where there is space. Finally, the external electronic components, for example again a processor module 13 'and a memory module 14', are attached to this outer layer 9 '.
Es ist auch denkbar, elektronische Komponenten, also Komponenten, die elektronische Daten im weitesten Sinne empfangen, verarbeiten und weiterleiten, mit dem optoelektronischen Bauelement, das im Wesentlichen eine optisch/elektrische Datenumwandlung (in welche Richtung auch immer) bewerkstelligt, zu einer Baueinheit zusammenzufassen; In Fig. 9 ist die Einbettung einer solchen Baueinheit 514 gezeigt, die beispielsweise eine Kombination des optoelektronischen Bauelements 5 und der äußeren elektronischen Komponente 14 beinhaltet. Auf diese Weise ist ein optoelektronischer Chip direkt in die optische Schicht 3 eingebettet, wobei in diesem Chip sowohl optische als auch elektronische Daten verarbeitet werden können, und es erübrigt sich somit eine nachfolgende außenseitige Bestückung bzw. wird an der Außenseite des Leiterplattenelements 1 Platz für andere Bauelemente gewonnen. Die Baueinheit 514 kann wiederum durch Mi- kro-Via-Bohrungen 10, mit Metallbeschichtung 11, mit einer Kupfer-Außenlage 9 verbunden sein, um die elektrischen Anschlüsse herzustellen. Im Übrigen ist die Ausführungsform gemäß Fig. 9 gleich jener gemäß Fig. 1, so dass sich eine weitere Erläuterung hievon erübrigen kann.It is also conceivable to combine electronic components, i.e. components that receive, process and forward electronic data in the broadest sense, with the optoelectronic component, which essentially accomplishes an optical / electrical data conversion (in whatever direction) to form a structural unit; 9 shows the embedding of such a unit 514, which includes, for example, a combination of the optoelectronic component 5 and the outer electronic component 14. In this way, an optoelectronic chip is embedded directly in the optical layer 3, it being possible for optical and electronic data to be processed in this chip, and there is thus no need for subsequent external assembly or space for others on the outside of the circuit board element 1 Components won. The assembly 514 can in turn be connected to an outer copper layer 9 by means of micro-via bores 10 with a metal coating 11 in order to produce the electrical connections. Otherwise, the embodiment according to FIG. 9 is the same as that according to FIG. 1, so that a further explanation thereof is not necessary.
In Fig. 10 ist sodann eine Kombination der vorstehend anhand der Fig. 1 und 8 erläuterten Ausführungs- und Bestückungsmöglichkeiten gezeigt; es ist somit bei dieser Ausführungsform eine obere Leiterplattenstruktur 7 mit Außenlage 9 und Innenlage 21 sowie eine untere Leiterplattenstruktur 7' mit Außenlage 9' und Innen- läge 21' und dazwischen die optische Schicht 3 vorhanden, und die Bestückung des so modifizierten Leiterplattenelements 1 mit elektronischen Komponenten 13, 14 bzw. 13', 14' erfolgt sowohl an der oberen Außenseite als auch an der unteren Außenseite. Im Übrigen sind wiederum optoelektronische Bauelemente 4, 5 in der optischen Schicht 3 eingebettet und durch einen lokal strukturierten Licht-Wellenleiter 6, wie vorstehend beschrieben, unmittelbar, ohne Zwischenschaltung irgendwelcher passiver optischer Elemente, miteinander verbunden.FIG. 10 then shows a combination of the design and assembly options explained above with reference to FIGS. 1 and 8; in this embodiment it is therefore an upper circuit board structure 7 with an outer layer 9 and an inner layer 21 and a lower circuit board structure 7 'with an outer layer 9' and an inner layer would lie 21 'and in between the optical layer 3, and the circuit board element 1 thus modified is equipped with electronic components 13, 14 and 13', 14 'both on the upper outside and on the lower outside. For the rest, optoelectronic components 4, 5 are in turn embedded in the optical layer 3 and connected to one another directly by a locally structured light waveguide 6, as described above, without the interposition of any passive optical elements.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 11, in einer Darstellung ähnlich jener von Fig. 5, ist in Abweichung von Fig. 5 eine Zwischenschicht 3' auf dem Substrat 2 gezeigt, und erst auf dieser Zwischenschicht 3' ist die optische Schicht 3 angebracht. Die optoelektronischen Bauelemente 4, 5 liegen auf der Zwischenschicht 3' auf und sind im Übrigen wiederum in die optische Schicht 3 eingebettet. Auf dieser optischen Schicht 3 befindet sich wieder eine Leiterplattenstruktur 7 mit einer Epoxidharzschicht 8 und einer Kupfer-Außenlage 9. Die Zwischenschicht 3' kann ein leitendes oder aber isolierendes,, insbesondere auch photoreaktives optisches Material sein, wobei im letzteren Fall die beiden Schichten 3, 3' zusammen eine optische Schicht 3-3' ergeben, in deren Material die optoelektronischen Bauelemente 4, 5 allseitig eingebettet sind. Zwischen den optoelektronischen Bauelementen 4, 5 erstreckt sich gemäß Fig. 11 wiederum der lokal strukturierte Licht-Wellenleiter 6.In the embodiment according to FIG. 11, in a representation similar to that of FIG. 5, an intermediate layer 3 'is shown on the substrate 2, in deviation from FIG. 5, and the optical layer 3 is only applied to this intermediate layer 3'. The optoelectronic components 4, 5 lie on the intermediate layer 3 'and are in turn embedded in the optical layer 3. On this optical layer 3 there is again a printed circuit board structure 7 with an epoxy resin layer 8 and an outer copper layer 9. The intermediate layer 3 'can be a conductive or insulating, in particular also photoreactive optical material, in the latter case the two layers 3, 3 'together result in an optical layer 3-3', in the material of which the optoelectronic components 4, 5 are embedded on all sides. According to FIG. 11, the locally structured light waveguide 6 in turn extends between the optoelectronic components 4, 5.
In Abwandlung hievon ist es selbstverständlich auch denkbar, die optoelektronischen Bauelemente 4, 5 auf dem Substrat 2 anzubringen und anschließend die - optische - Zwischenschicht 3' sowie die Schicht 3 aufzubringen.As a modification of this, it is of course also conceivable to mount the optoelectronic components 4, 5 on the substrate 2 and then to apply the - optical - intermediate layer 3 'and the layer 3.
In Fig. 12 ist in einer Darstellung ähnlich Fig. 4 ein modifiziertes Leiterplattenelement 1, mit einem unteren Substrat 2, jedoch ohne obere Leiterplattenstruktur gezeigt, wobei nun abweichend von der ersten Ausführungsform die in eine optische Schicht 3 eingebetteten optoelektrischen Bauelemente 4', 5' durch Dünnschichttechnik-Bauelemente gebildet sind. Diese Dünnschicht-Bauelemente 4', 5' werden an Ort und Stelle durch an sich bekannte Prozesse auf dem Substrat 2 aufgebaut, bevor die optische Schicht 3 angebracht und in dieser optischen Schicht 3 sodann auf die vorstehend beschriebene Weise der Licht-Wellenleiter 6 durch Photonen-Bestrahlung strukturiert vorgesehen wird. Die weitere Ausführung kann sodann ähnlich wie vorstehend anhand der Fig. 5 bis 7, der Fig. 8, usw. erfolgen, es ist jedoch durchaus auch denkbar, ein Leiterplattenelement 1 ohne äußere Leiterplattenstrukturen, mit einer Kupfer-Außenlage und/oder -Innenlage, vorzusehen, und insbesondere auch ohne Bestückung mit elektronischen Komponenten an der oberen und/oder unteren Außenseite.FIG. 12 shows, in a representation similar to FIG. 4, a modified circuit board element 1 with a lower substrate 2, but without an upper circuit board structure, the optoelectric components 4 ', 5' embedded in an optical layer 3 now differing from the first embodiment. are formed by thin-film technology components. These thin-film components 4 ', 5' are built up on site by known processes on the substrate 2 before the attached optical layer 3 and then provided in this optical layer 3 in the manner described above, the light waveguide 6 structured by photon irradiation. The further embodiment can then be carried out in a manner similar to that described above with reference to FIGS. 5 to 7, FIG. 8, etc., but it is also quite conceivable to use a printed circuit board element 1 without external printed circuit board structures, with a copper outer layer and / or inner layer, to provide, and in particular without equipping with electronic components on the upper and / or lower outside.
So ist ein einfaches, flexibles Leiterplattenelement 31 in Fig. 13B gezeigt, wobei dieses Leiterplattenelement 31 zuvor auf einem in Fig. 13A ersichtlichen Träger-Substrat 2' aufgebaut wird. Das Leiterplattenelement 31 kann mit einer Zwischenschicht 3' und der optischen Schicht 3 ausgeführt sein, wobei auch der Zwischenschicht 3' eine optische Schicht, aus vergleichbarem transparenten, optischen, photoreaktiven Material, sein kann, aber auch durch eine andere KunststoffSchicht gebildet sein kann. Das Substrat 2, das in .Fig. 13A ersichtlich ist, wird nach der Herstellung des Leiterplattenelements 31 entfernt, so dass eine flexible Lage erhalten wird, die durch die Schichten 3, 3' gegeben ist und die sehr dünn, in der Art einer Folie, sein kann. Dieses flexible Leiterplattenelement 31 kann auf einem Untergrund, wie etwa der Innenseite eines Gehäuses eines elektrischen Gerätes, aufgebracht werden, um dort den Platz für elektrische Schaltungen zu nützen.A simple, flexible printed circuit board element 31 is shown in FIG. 13B, this printed circuit board element 31 being built beforehand on a carrier substrate 2 ′ shown in FIG. 13A. The circuit board element 31 can be designed with an intermediate layer 3 'and the optical layer 3, wherein the intermediate layer 3' can also be an optical layer, made of comparable transparent, optical, photoreactive material, but can also be formed by another plastic layer. The substrate 2, which in .Fig. 13A can be seen, is removed after the production of the circuit board element 31, so that a flexible layer is obtained, which is given by the layers 3, 3 'and which can be very thin, in the manner of a film. This flexible printed circuit board element 31 can be applied to a base, such as the inside of a housing of an electrical device, in order to use the space for electrical circuits there.
Im Beispiel von Fig. 13A und 13B ist nur ein einzelnes optoelektronisches Bauelement 4 dargestellt, das auf der Zwischenschicht 3' aufgebracht wird; vor Anbringen der optischen Schicht 3 auf die anhand der Fig. 3 vorstehend erläuterte Weise werden zum optoelektronischen Bauelement 4 Anschlüsse 32, beispielsweise durch Bonden mit Kupferdraht, hergestellt.In the example of FIGS. 13A and 13B, only a single optoelectronic component 4 is shown, which is applied to the intermediate layer 3 '; Before attaching the optical layer 3 in the manner explained above with reference to FIG. 3, connections 32 to the optoelectronic component 4 are produced, for example by bonding with copper wire.
Weiters ist in Fig. 13A und 13B gezeigt, dass der Licht-Wellenleiter 6, der wiederum wie anhand der Fig. 4 erläutert hergestellt wird, über einen Übergangsbereich 33, ein „Interface", an das optoelektronische Bauelement 4 anschließt, wobei dieser Übergangsbereich 33 gleichzeitig mit dem Licht-Wellenleiter 6 durch die beschriebene Photonenbestrahlung hergestellt wird.It is further shown in FIGS. 13A and 13B that the light waveguide 6, which in turn is produced as explained with reference to FIG. 4, connects to the optoelectronic component 4 via a transition region 33, an “interface”, this transition region 33 simultaneously with the light waveguide 6 is produced by the described photon radiation.
Ein vergleichbarer Übergangsbereich 33 ist auch in der Ausführungsform gemäß Fig. 14 veranschaulicht, wobei dort eine Zweischicht-Struktur mit Substrat 2 und optischer Schicht 3 gezeigt ist, und wobei ebenfalls nur ein einzelnes optoelektronisches Bauelement 4 veranschaulicht ist, an das der Licht-Wellenleiter 6 über diesen Übergangsbereich 33 anschließt. Das Substrat 2 kann hier eine nicht näher gezeigte Außen- und/oder Innenlage aus leitendem Material aufweisen.A comparable transition region 33 is also illustrated in the embodiment according to FIG. 14, a two-layer structure with substrate 2 and optical layer 3 being shown there, and also only a single optoelectronic component 4 to which the light waveguide 6 is illustrated connects over this transition region 33. The substrate 2 here can have an outer and / or inner layer of conductive material, not shown in any more detail.
Bevor nun verschiedene Möglichkeiten für eine Ausbildung eines solchen Übergangsbereiches 33 anhand der Fig. 16A-16F erläutert werden, wird noch auf Fig. 15 verwiesen, in der eine Ausbildung mit einem VCSEL-Laserelement 34 (VCSEL - Vertical-cavity surface emitting laser) als optoelektronisches Bauelement sowie einer oberseitig mit der Lichtempfangsseite ausgerüsteten Photodiode 35 gezeigt ist, wobei hier der Licht-Wellenleiter 6 über bogenförmige Übergangsbereiche 33' an diese beiden optoelektronischen Bauelemente 34, 35 - die wiederum in der beschriebenen Weise in einer auf einem Substrat 2 angebrachten optischen Schicht 3 eingebettet sind - anschließt.Before various possibilities for forming such a transition region 33 are explained with reference to FIGS. 16A-16F, reference is also made to FIG. 15, in which a formation with a VCSEL laser element 34 (VCSEL - Vertical-cavity surface emitting laser) as Optoelectronic component and a photodiode 35 equipped on the top side with the light receiving side is shown, here the light waveguide 6 via arcuate transition regions 33 'to these two optoelectronic components 34, 35 - which in turn are in the manner described in an optical layer attached to a substrate 2 3 are embedded - connects.
In Fig. 16 sind nun in den Teilfiguren 16A bis 16F verschiedene Ausbildungsmöglichkeiten für das an das optoelektronische Bauelement, z.B. 4, anschließende Ende (Übergangsbereich 33) des Licht-Wellenleiters 6 schematisch veranschaulicht. Gemäß Fig. 16A wird der Licht-Wellenleiter 6 bis direkt zum Bauelement 4 reichend „eingeschrieben", um so eine scharfe Kante am Ende des Licht-Wellenleiters 6 herbeizuführen. Gemäß Fig. 16B wird der Licht-Wellenleiter 6 an seinem Ende bzw. im Übergangsbereich 33 zu einem Trichter 36 aufgeweitet, und gemäß Fig. 16C wird der Licht-Wellenleiter 6 im Übergangsbereich direkt um das optoelektronische Bauelement 4 herum „eingeschrieben", wobei ein teilweises Umschließen im Anschlussbereich 37 erhalten wird.In Fig. 16 are now in the sub-figures 16A to 16F different training options for the optoelectronic component, e.g. 4, the subsequent end (transition region 33) of the optical waveguide 6 is schematically illustrated. 16A, the optical waveguide 6 is "inscribed" reaching directly to the component 4, so as to bring about a sharp edge at the end of the optical waveguide 6. According to FIG. 16B, the optical waveguide 6 is at its end or in Transition region 33 expanded to form a funnel 36, and according to FIG. 16C, the optical waveguide 6 is “inscribed” in the transition region directly around the optoelectronic component 4, partial enclosing being obtained in the connection region 37.
Gemäß Fig. 16D wird am Ende des Licht-Wellenleiters 6 im Zuge der beschriebenen Photonenbestrahlung eine photonische Kristallstruktur 38 (mit Säulen etc., mit einer Periodizität in zwei Dimensionen oder in drei Dimensionen) eingeschrieben, wobei diese Kristallstruktur - die an sich von ihrer Wirkung her bekannt ist - das Licht auf einen mittigen Durchgang beschränkt und so einen optischen Anschluss vom Bauelement 4 zum Licht- Wellenleiter 6 oder umgekehrt mit außerordentlich geringen Verlusten ermöglicht.16D, a photonic crystal structure 38 (with columns etc., with a periodicity in two dimensions or in three dimensions) is inscribed at the end of the light waveguide 6 in the course of the photon irradiation described, where this crystal structure - which is known per se from its effect - limits the light to a central passage and thus enables an optical connection from the component 4 to the light waveguide 6 or vice versa with extremely low losses.
Gemäß Fig. 16E wird das optoelektronische Bauelement 4 nicht nur teilweise, wie gemäß Fig. 16C, sondern zur Gänze vom Licht- Wellenleiter-Ende, wie bei 39 gezeigt, umschlossen. Man könnte daher auch die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 16B und 16C als Sonderfälle von 16E ansehen.16E, the optoelectronic component 4 is not only partially enclosed, as shown in FIG. 16C, but entirely by the optical waveguide end, as shown at 39. The exemplary embodiments according to FIGS. 16B and 16C could therefore also be regarded as special cases of 16E.
In Fig. 16F ist schließlich gezeigt, dass es auch zulässig ist, einen - geringen - Zwischenraum oder Spalt 40 zwischen dem Bauelement 4 und dem Licht-Wellenleiter 6 zu belassen, etwa wenn beim „Einschreiben" des Licht-Wellenleiters 6, wie anhand der Fig. 4 vorstehend erläutert, der Laserstrahl nicht unmittelbar am Bauelement 4 fokussiert werden darf. Ein derartiger Spalt 40 kann, ohne dass eine Beeinträchtigung der Funktion erfolgt, in der Größenordnung von beispielweise lμm liegen.Finally, FIG. 16F shows that it is also permissible to leave a - small - gap or gap 40 between the component 4 and the optical waveguide 6, for example when the “optical waveguide 6 is“ inscribed ”, as shown in FIG 4 explains above that the laser beam must not be focused directly on the component 4. Such a gap 40 can be in the order of magnitude of, for example, 1 μm without impairing the function.
Abschließend werden anhand der Fig. 17, 18 und 19 noch einzelne Beispiele für im erfindungsgemäßen Leiterplattenelement realisierbare optische Signalverbindungen einschließlich optoelektronischer Bauelemente erläutert. Es sei aber darauf hingewiesen, dass selbstverständlich zahlreiche andere Möglichkeiten für derartige optische Signalverbindungen mit optoelektronischen Bauelementen und strukturierten Licht-Wellenleitern gegeben sind.Finally, individual examples of optical signal connections including optoelectronic components that can be implemented in the circuit board element according to the invention are explained with reference to FIGS. 17, 18 and 19. However, it should be pointed out that there are of course numerous other possibilities for such optical signal connections with optoelectronic components and structured light waveguides.
In Fig. 17 ist beispielsweise eine Y-Konfiguration für eine optische Signalverbinung gezeigt, wobei an der Knotenstelle beispielsweise ein Multiplexer-/Demultiplexer-Bauelement 41 im Anschluss an einen Licht-Wellenleiter 6 sowie andererseits Licht- Wellenleiter 42, 43 gezeigt ist, um so optoelektronische Bauelemente 44 einerseits bzw. 45, 46 andererseits miteinander zu verbinden.17 shows, for example, a Y configuration for an optical signal connection, a multiplexer / demultiplexer component 41, for example, following an optical waveguide 6 and, on the other hand, optical waveguides 42, 43 being shown at the node, and so on to connect optoelectronic components 44 on the one hand and 45, 46 on the other hand.
Auch in Fig. 18 ist eine Y-Konfiguration mit zwei kombinierten optoelektronischen Prozessor- bzw. Speicher-Baueinheiten 45', 46' einerseits und einer Baueinheit 44' andererseits gezeigt, wobei der von der Baueinheit 44' wegführende Licht-Wellenleiter 6 in zwei Zweige 42', 43' aufgezweigt ist.18 also shows a Y configuration with two combined optoelectronic processor or memory modules 45 ', 46 'on the one hand and a structural unit 44' on the other hand, the optical waveguide 6 leading away from the structural unit 44 'being branched into two branches 42', 43 '.
In Fig. 19 ist schließlich ein optisches Bussystem mit optoelektronischen Sende-/Empfangs-Baueinheit 51, 52, 53 und 54 gezeigt, wobei das optische Bussystem 50 einen Haupt-Licht- Wellenleiter 6' und davon abzweigende Licht-Wellenleiter 61, 62, 63 und 64 enthält. Finally, FIG. 19 shows an optical bus system with optoelectronic transmitting / receiving unit 51, 52, 53 and 54, the optical bus system 50 comprising a main light waveguide 6 'and light waveguides 61, 62, 63 branching off from it and contains 64.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Leiterplattenelement (1) mit wenigstens einem in einer optischen Schicht (3) vorgesehenen Licht-Wellenleiter (6) und mit wenigstens einem optoelektronischen Bauelement (4, 5; 4', 5'), das mit dem Licht-Wellenleiter (6) in optischer Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (4, 5; 4', 5') in der optischen Schicht (3) eingebettet ist, dass der Licht-Wellenleiter (6) an das optoelektronische Bauelement (4, 5; 4', 5') anschließt, und dass der Licht-Wellenleiter durch Bestrahlung innerhalb der optischen Schicht (3) strukturiert ist.1. Printed circuit board element (1) with at least one optical waveguide (6) provided in an optical layer (3) and with at least one optoelectronic component (4, 5; 4 ', 5') which is connected to the optical waveguide (6) is in optical connection, characterized in that the optoelectronic component (4, 5; 4 ', 5') is embedded in the optical layer (3), that the light waveguide (6) is connected to the optoelectronic component (4, 5; 4 ', 5') and that the light waveguide is structured by irradiation within the optical layer (3).
2. Leiterplattenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (4, 5; 4', 5') mit einer Seite an ein die optische Schicht (3) tragendes Substrat (2) bzw. eine darauf angebrachte Überzugsschicht (3'; 21) angrenzt.2. Printed circuit board element according to claim 1, characterized in that the optoelectronic component (4, 5; 4 ', 5') with one side to a substrate (2) carrying the optical layer (3) or a coating layer (3 ') attached thereon ; 21) adjoins.
3. Leiterplattenelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass da..s optoelektronische Bauelement (4, 5; 4', 5') allseitig in der, z.B. in zwei Lagen ausgeführten, optischen Schicht (3, 3') eingebettet ist.3. Printed circuit board element according to claim 1 or 2, characterized in that there. , s optoelectronic component (4, 5; 4 ', 5') is embedded on all sides in the optical layer (3, 3 '), for example in two layers.
4. Leiterplattenelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Schicht (3, 3') als flexible Lage ausgebildet ist.4. Printed circuit board element according to claim 3, characterized in that the optical layer (3, 3 ') is designed as a flexible layer.
5. Leiterplattenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei miteinander über den Licht-Wellenleiter (6) verbundene optoelektronische Bauelemente5. Printed circuit board element according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least two optoelectronic components connected to one another via the optical waveguide (6)
(4, 5; 4', 5') in der optischen Schicht (3) eingebettet sind.(4, 5; 4 ', 5') are embedded in the optical layer (3).
6. Leiterplattenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. wenigstens ein optoelektronische (s) Bauelement mit einer Seite an eine Wärmeableitschicht (21') grenzt.6. Printed circuit board element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the or at least one optoelectronic (s) component with one side borders on a heat dissipation layer (21 ').
7. Leiterplattenelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeableitschicht (21') durch eine strukturierte Innenlage gebildet ist. 7. Printed circuit board element according to claim 6, characterized in that the heat dissipation layer (21 ') is formed by a structured inner layer.
8. Leiterplattenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (5) mit einer zugehörigen elektronischen Komponente (14) zu einer eingebetteten Baueinheit (514) vereinigt ist.8. Printed circuit board element according to one of claims 1 to 7, characterized in that the optoelectronic component (5) with an associated electronic component (14) is combined to form an embedded structural unit (514).
9. Leiterplattenelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die eingebettete Baueinheit (514) ein optoelektronischer Chip ist.9. Printed circuit board element according to claim 8, characterized in that the embedded structural unit (514) is an optoelectronic chip.
10. Leiterplattenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (4, 5) an eine elektrisch leitende Verteilerschicht (21') grenzt.10. Printed circuit board element according to one of claims 1 to 9, characterized in that the optoelectronic component (4, 5) borders on an electrically conductive distributor layer (21 ').
11. Leiterplattenelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerschicht (21') mit wenigstens einem äußeren elektrischen Kontakt verbunden ist.11. Printed circuit board element according to claim 10, characterized in that the distribution layer (21 ') is connected to at least one external electrical contact.
12. Leiterplattenelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerschicht (21') mit dem wenigstens einem äußeren elektrischen Kontakt über eine Via-Bohrung (22) im Substrat (7') verbunden ist.12. Printed circuit board element according to claim 11, characterized in that the distribution layer (21 ') is connected to the at least one external electrical contact via a via hole (22) in the substrate (7').
13. Leiterplattenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Seite der elektrisch isolierenden optischen Schicht (3) eine Leiterplattenschicht (7, 7') mit einer strukturierten leitenden Innenlage (21, 21') und bzw. oder Außenlage (9, 9') aufgebracht ist.13. Circuit board element according to one of claims 1 to 12, characterized in that on at least one side of the electrically insulating optical layer (3) a circuit board layer (7, 7 ') with a structured conductive inner layer (21, 21') and or or External layer (9, 9 ') is applied.
14. Leiterplattenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (4, 5) bzw. gegebenenfalls die Baueinheit (514) über Via-Bohrungen (10) in der optischen Schicht (3) sowie gegebenenfalls einer auf dieser aufgebrachten Leiterplattenschicht (7) kontaktiert ist.14. Printed circuit board element according to one of claims 1 to 13, characterized in that the optoelectronic component (4, 5) or optionally the structural unit (514) via via bores (10) in the optical layer (3) and optionally one on this applied circuit board layer (7) is contacted.
15. Leiterplattenelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplattenschicht (7) eine mit dem optoelektronischen Bauelement (4, 5) verbundene elektronische Komponente (13, 14) angebracht ist. 15. Printed circuit board element according to claim 14, characterized in that an electronic component (13, 14) connected to the optoelectronic component (4, 5) is attached to the printed circuit board layer (7).
16. Leiterplattenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (4', 5 ' ) ein durch Dünnschichttechnik in situ hergestelltes Bauelement ist.16. Printed circuit board element according to one of claims 1 to 15, characterized in that the optoelectronic component (4 ', 5') is a component produced in situ by thin-film technology.
17. Leiterplattenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement ein VCSEL-Laserbauelement (34) ist, an das der Licht-Wellenleiter, z.B mit einem bogenförmigen Übergang (33'), anschließt.17. Printed circuit board element according to one of claims 1 to 15, characterized in that the optoelectronic component is a VCSEL laser component (34) to which the light waveguide connects, for example with an arcuate transition (33 ').
18. Leiterplattenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Licht-Wellenleiter (6) am an das optoelektronische Bauelement (4) angrenzenden Ende (34) trichterförmig aufgeweitet ist.18. Printed circuit board element according to one of claims 1 to 17, characterized in that the light waveguide (6) is widened in a funnel shape at the end (34) adjoining the optoelectronic component (4).
19. Leiterplattenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Licht-Wellenleiter (6) mit seinem an das optoelektronische Bauelement (4) angrenzenden Ende (37; 39) das optoelektronische Bauelement (4) zumindest teilweise umschließt.19. Printed circuit board element according to one of claims 1 to 17, characterized in that the light waveguide (6) at least partially surrounds the optoelectronic component (4) with its end (37; 39) adjoining the optoelectronic component (4).
20. Leiterplattenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Licht-Wellenleiter (6) an seinem an das optoelektronische Bauelement (4) angrenzenden Ende mit einer photonischen Lichtbeugungs-Kristallstruktur (38) versehen ist .20. Printed circuit board element according to one of claims 1 to 17, characterized in that the light waveguide (6) is provided at its end adjoining the optoelectronic component (4) with a photonic light diffraction crystal structure (38).
21. Verfahren zur Herstellung eines Leiterplattenelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Substrat (2) zumindest ein optoelektronisches Bauelement (4, 5; 4', 5') angebracht wird, dass danach auf das Substrat eine optische Schicht (3) , die aus einem unter Photonenbestrahlung ihren Brechungsindex ändernden optischen Material besteht, aufgebracht wird, wobei das optoelektronische Bauelement (4, 5; 4 ',5') in der optischen Schicht (3) eingebettet wird, und dass danach in der optischen Schicht (3) durch Photonenbestrahlung eine an das optoelektronische Bauelement (4, 5; 4', 5') anschließende optische Wellenleiterstruktur (6) erzeugt wird. 21. The method for producing a printed circuit board element (1) according to one of claims 1 to 20, characterized in that on a substrate (2) at least one optoelectronic component (4, 5; 4 ', 5') is attached, that after that An optical layer (3), which consists of an optical material that changes its refractive index under photon irradiation, is applied to the substrate, the optoelectronic component (4, 5; 4 ', 5') being embedded in the optical layer (3), and that an optical waveguide structure (6) adjoining the optoelectronic component (4, 5; 4 ', 5') is then produced in the optical layer (3) by photon irradiation.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei optoelektronische Bauelemente (4, 5; 4', 5') auf dem Substrat (2) angebracht sowie in der optischen Schicht (3) eingebettet und danach durch die direkt an sie anschließende optische Wellenleiterstruktur (6) miteinander verbunden werden.22. The method according to claim 21, characterized in that at least two optoelectronic components (4, 5; 4 ', 5') attached to the substrate (2) and embedded in the optical layer (3) and then by the directly adjoining them optical waveguide structure (6) are interconnected.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erzeugung der optischen Wellenleiterstruktur (6) in der optischen Schicht (3) auf zumindest einer Seite dieser optischen Schicht (3) eine Leiterplattenschicht (7, 7') mit einer leitenden Innen- (21, 21') und bzw. oder Außenlage (9, 9') aufgebracht wird.23. The method according to claim 21 or 22, characterized in that after the generation of the optical waveguide structure (6) in the optical layer (3) on at least one side of this optical layer (3) a circuit board layer (7, 7 ') with a conductive Inner (21, 21 ') and / or outer layer (9, 9') is applied.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenlage (21, 21') vor der Aufbringung der Leiterplattenschicht auf der optischen Schicht strukturiert wird.24. The method according to claim 23, characterized in that the inner layer (21, 21 ') is structured before the application of the circuit board layer on the optical layer.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlage (9, 9') nach der Aufbringung der Leiterplattenschicht auf der optischen Schicht strukturiert wird.25. The method according to claim 23 or 24, characterized in that the outer layer (9, 9 ') is structured after the application of the circuit board layer on the optical layer.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der optischen Schicht (3) , gegebenenfalls auch in der Leiterplattenschicht (7, 7'), in Zuordnung zum optoelektronischen Bauelement (4, 5; 4', 5') Via-Bohrungen (22) angebracht und über diese elektrisch leitenden Verbindungen zum optoelektronischen Bauelement hergestellt- werden.26. The method according to any one of claims 23 to 25, characterized in that in the optical layer (3), optionally also in the circuit board layer (7, 7 '), in association with the optoelectronic component (4, 5; 4', 5 ' ) Via holes (22) are attached and made via these electrically conductive connections to the optoelectronic component.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplattenschicht (7) und bzw. oder auf dem Substrat zumindest eine elektronische Komponente (13, 14) angebracht wird, die mit dem optoelektronischen Bauelement (4, 5) leitend verbunden wird.27. The method according to claim 26, characterized in that on the circuit board layer (7) and or or on the substrate at least one electronic component (13, 14) is attached, which is conductively connected to the optoelectronic component (4, 5).
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer zugehörigen elektronischen Komponente (14) zu einer Baueinheit kombiniertes optoelektronisches Bauelement (5) auf dem Substrat aufgebracht und in der optischen Schicht eingebettet wird. 28. The method according to any one of claims 21 to 27, characterized in that an optoelectronic component (5) combined with an associated electronic component (14) to form a structural unit is applied to the substrate and embedded in the optical layer.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) mit mindestens einer Überzugsschicht (3'; 21) versehen wird, bevor das optoelektronische Bauelement (4, 5) darauf aufgebracht wird.29. The method according to any one of claims 21 to 28, characterized in that the substrate (3) is provided with at least one coating layer (3 '; 21) before the optoelectronic component (4, 5) is applied thereon.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überzugsschicht (3') aus optischem Material auf dem Substrat (3) aufgebracht wird.30. The method according to claim 29, characterized in that a coating layer (3 ') made of optical material is applied to the substrate (3).
31. Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat eine elektrisch leitende Überzugsschicht31. The method according to claim 29 or 30, characterized in that an electrically conductive coating layer on the substrate
(21') als Verteilerschicht aufgebracht wird, wobei diese Verteilerschicht anschließend erforderlichenfalls strukturiert wird.(21 ') is applied as a distributor layer, this distributor layer being subsequently structured if necessary.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Anschlüsse für das optoelektronische Bauelement (4, 5) über die Verteilerschicht hergestellt werden.32. The method according to claim 31, characterized in that electrical connections for the optoelectronic component (4, 5) are made via the distributor layer.
33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerschicht als Wärmeableitschicht ausgebildet wird.33. The method according to claim 31 or 32, characterized in that the distributor layer is formed as a heat dissipation layer.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (4, 5) in Dünnschichttechnik in situ auf dem Substrat (3) erzeugt wird.34. The method according to any one of claims 21 to 33, characterized in that the optoelectronic component (4, 5) is produced in thin film technology in situ on the substrate (3).
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Wellenleiterstruktur (6) mit einer trichterförmigen Erweiterung (37) am an das optoelektronische Bauelement (4) angrenzenden Ende erzeugt wird.35. The method according to any one of claims 21 to 34, characterized in that the optical waveguide structure (6) is produced with a funnel-shaped extension (37) at the end adjoining the optoelectronic component (4).
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Wellenleiterstruktur (6) mit einem das optoelektronische Bauelement (4) zumindest teilweise umschließenden Endbereich (37; 39) erzeugt wird.36. Method according to one of claims 21 to 34, characterized in that the optical waveguide structure (6) is produced with an end region (37; 39) which at least partially surrounds the optoelectronic component (4).
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Wellenleiterstruktur (6) am an das optoelektronische Bauelement (4) angrenzenden Ende mit einer photonischen Lichtbeugungs-Kristallstruktur (38) erzeugt wird. 37. The method according to any one of claims 21 to 34, characterized in that the optical waveguide structure (6) at the end adjoining the optoelectronic component (4) is produced with a photonic light diffraction crystal structure (38).
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