TW201409103A - 可使光源準確對位的光電電路板 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種可使光源準確對位的光電電路板，包括一多層電路板及兩個以上的固定件，該多層電路板具有一表面及一層以上不在表面的光波導，其表面形成有兩個以上的對位槽，並使內層的光波導露出於對位槽間，又固定件具有一頂部及一底部，且形狀匹配地嵌入對位槽內，其底部設有一光電晶片陣列且趨近於光波導；上述設計可由固定件與多層電路板上的對位槽產生被動對位效果，且縮短固定件底部所設光電晶片陣列與光波導的距離，使光電晶片陣列可準確地將光源傳導至光波導，且可有效集中光源，避免光源散射造成損耗，並利於元件的輕薄化。

Description

可使光源準確對位的光電電路板

本發明係關於一種光電電路板，尤指一種可使光源準確對位的光電電路板。

由於資訊科技全面性的發展，對於傳輸媒介的頻寬與容量要求已大幅驟升，但在傳統的電學領域，資料的傳輸速度已遭遇瓶頸，以電腦主機板為例，中央處理單元(CPU)的頻率已達到數個GHz，然而主機板匯流排的傳輸速率仍停留在10M到100M，最高也不過GHz。為突破前述瓶頸，乃有以光通道取代傳統線路之技術問世。

一種已知的光電電路板係如圖6所示，主要係令一多層電路板70中含有一光波導71，又多層電路板71表面形成有成對的開孔701,702，前述光波導71露出於前述開孔701,702間，且在露出開孔701,702處形成分設有兩個微鏡711,712，當有光源投射在微鏡711,712，將由微鏡711,712反射，而通過光波導71傳輸。

又多層電路板70在兩開孔701,702上方分設有一發射元件72及一接收元件73，該發射元件72、接收元件73分別為一球格陣列封裝(BGA)元件，並以回焊方式安裝在多層電路板70上而與多層電路板70上的其他元件電連接；其中：該發射元件72的底面分別安裝一面射型雷射晶片陣列721和一驅動IC 722，各面射型雷射晶片陣列721係分 別朝向兩微鏡711；而接收元件73的底面設有一光感測器陣列731及一接收IC 732，各接收晶片732係朝向微鏡712，以接收發射元件72經由光波導71傳送的光訊號。

由於前述多層電路板70係利用發射元件72、接收元件73配合光波導71取代傳統的線路，在資料傳輸速率自可大幅提升。但就硬體設計而言尚難稱周延，有影響資料傳輸品質之虞：

1.光源對正困難，因而產生損耗的可能性高：如前揭所述，發射元件72、接收元件73均為BGA元件，安裝至多層電路板70時，其底部的錫球將墊高其高度，從而拉大面射型雷射晶片陣列721與微鏡711的距離，亦加大了面射型雷射晶片陣列721對位偏移的可能性，請參閱圖7所示，其揭示了面射型雷射晶片陣列721將光源投射在微鏡711上，通過光波導71傳送後由接收晶片732接收的示意圖，請參閱圖8所示，係面射型雷射晶片陣列721不同偏移程度與光源損耗之間的關係，其顯示面射型雷射晶片陣列721對位偏移愈大，損耗即愈大。因此光源的對正準確即非常重要，但該面射型雷射晶片陣列721受限於BGA元件的安裝方式，準確對正相對困難。

2.球格陣列元件的安裝相對複雜，如前揭所述，由BGA元件構成的發射元件72、接收元件73須以回焊方式安裝，就安裝技術而言相對複雜，亦提高了前述面射型雷射晶片陣列721對位偏差的可能性。

由上述可知，既有多層電路板由接收元件73、發射元件72利用光波導71傳輸信號，可大幅提升信號傳輸速率 ，但由於面射型雷射晶片陣列721透過BGA形式的發射元件72安裝至多層電路板71上，不但作業繁複且影響面射型雷射晶片陣列721對位的準確性，進而衍生損耗的問題，故有進一步檢討，並謀求可行解決方案的必要。

因此本發明主要目的在提供一種可使光源準確對位的光電電路板，其採用特殊的潛埋式對位固定構造，將光電晶片陣列安裝於多層電路板上，在安裝的同時即完成對位，且可縮短光電晶片陣列與光波導的距離，以有效降低損耗並提升傳輸效率。

為達成前述目的採取的主要技術手段係令前述光電電路板包括有：一多層電路板，具有一表面及一層以上不在表面的光波導，其表面形成有兩個以上的對位槽，並使內層的光波導露出於對位槽間，該光波導於露出對位槽處分別形成一反射鏡面；兩個以上的固定件，係形狀匹配地嵌入對位槽內，各固定件分別具有一頂部及一底部，其底部分設有一光電晶片陣列且相對於光波導的反射鏡面；依上述設計的光電電路板，係將光電晶片陣列安裝在固定件的底部，再令固定件形狀匹配地嵌入多層電路板的對位槽內，由於對位槽與光波導的反射鏡面可以準確的對位，光電晶片陣列也可以準確地安裝在固定件底部的指定位置上，復以固定件與對位槽的形狀匹配，因而當固定件 嵌入對位槽，即可同時令固定件上的光電晶片陣列與光波導上的反射鏡面完成對位，因而可有效避免對位偏差及其衍生的損耗問題。

再者，前述固定件係潛埋方式嵌入多層電路板的對位槽內，除可滿足輕薄化的要求外，亦可縮短光電晶片陣列與光波導上反射鏡面的距離，以進一步避免對位偏差與損耗的產生。

關於本發明的第一較佳實施例，請參閱圖1所示，包括一多層電路板10及二個以上的固定件20；其中：在本實施例中，該多層電路板10係由第一至第三基板11,12,13疊合組成，如圖2所示，該第一基板11與第二基板12之間、第二基板12與第三基板13之間分別以塗佈或壓合方式設有低流動性膠層14，以便相互黏合。

又請參閱圖3所示，第一至第三基板11,12,13分別是由多層基材壓合構成的一多層構造；其中：第一基板11含有多層銅線路層111，第二基板12內層中含有一光波導120，該第三基板13係於兩銅線路層131,132間設有一環氧樹脂層(FR-4)133，位於相對外側的銅線路層132外側面上則設有一防焊層134。

如前揭所述，第一基板11具有銅線路層111，故可製作發射電路(TX)與接收電路(RX)，而本發明係在第一基板11上鄰近發射電路與接收電路處分別形成一對位槽15,16，該對位槽15,16深及第二基板12表面，在本實施例中 ，兩對位槽15,16的縱向截面係呈一階梯型，亦即對位槽15,16的槽壁係呈階層狀。又第二基板12表面在露出對位槽15,16處形成一斜切口150,160，該斜切口150,160深及光波導120以下，使光波導120露出於對位槽15,16的下方，而斜切口150,160具有一45度的斜壁，斜壁上形成一反射鏡面121，反射鏡面121在水平方向係相對於光波導120。

請參閱圖1所示，各固定件20係以潛埋方式且形狀匹配地嵌入第一基板11的對位槽15,16內，於本實施例中，固定件20的縱向截面係呈階梯型，適可對應地嵌設於對位槽15,16內，該固定件20具有一頂部及一底部，其底部分別設有一光電晶片陣列，於本實施例中，各固定件20係分別安裝一光電晶片陣列30及一光感測器陣列40，其中該光電晶片陣列30可為面射型雷射(VCSEL)晶片陣列，光感測器陣列40則可為光電二極體(PD)陣列。

於本實施例中，前述光電晶片陣列30、光感測器陣列40分別以打線方式(Wire Bonding)安裝至固定件20的底部，該固定件20的底部與頂部之間具有層間導通構造，使固定件20頂部分別具有對應於光電晶片陣列30或光感測器陣列40的焊墊21，再利用打線方式令焊墊21與第一基板11表面所設的銅焊墊以透過第一基板11上的線路與驅動IC 50或其他元件電連接。

由於光電晶片陣列工作時將產生高熱，故固定件20可採用高導熱材料構成，以便將底部因光電晶片陣列工作時產生的熱能傳導至固定件20表面予以揮散。

如前揭所述，各固定件20係以潛埋方式設於多層電路板10的對位槽15,16內，而固定件20底部將更趨近於第二基板12的光波導120，並意味著亦縮小了固定件20底部所設光電晶片陣列與光波導120上反射鏡面121的距離(約在180um以內)。在本實施例中，固定件20的頂部係低於多層電路板10(第一基板11)的表面，惟對於所屬技術領域具有通常知識者可以理解的是：不論該固定件20完全或不完全位於第一基板11的對位槽15,16內，只要固定件20埋入於對位槽15,16內的體積大於露出於第一基板11表面的體積，均涵蓋於所稱的潛埋方式，亦即固定件20頂部可能低於、等於或高於第一基板11的表面。

在前述實施例中，光電晶片陣列被安裝在具有特定形狀意義的固定件20底部，配合多層電路板10上與固定件20之間在位置及形狀上有對應關係的對位槽15,16，使光電晶片陣列透過固定件20在安裝在多層電路板10上時，即與光波導120上的反射鏡面121完成對位，這不僅簡化了光電晶片陣列的安裝作業，由於光電晶片陣列事先安裝在固定件20底部，在固定件20嵌入對位槽15,16時必須對位的情況下，可避免光電晶片陣列與多層電路板10表面碰撞而損壞。

再者，由於固定件20係以潛埋形式設於對位槽15,16內，使得固定件20底部處的光電晶片陣列得以更接近光波導120的反射鏡面121，在距離縮短的狀況下，可進一步避免對位偏移及其衍生的能量損耗。

關於本發明第二較佳實施例，請參閱圖4所示，其構 造與前一實施例大致相同，不同處在於：該多層電路板10的第二基板12’進一步包括一可撓曲絕緣材122及一層以上的銅箔層123，藉此使第二基板12’具有撓性，為使多層電路板10方便撓曲，該第一基板11、第三基板13上分別形成有一個以上的開口110,130，以提供多層電路板10撓曲時得以伸縮的彈性空間。

如圖5所示，係本發明的第三較佳實施例，其構造與第二較佳實施例大致相同，不同處在於：該多層電路板10具有多個銅線路層131,132,135，各銅線路層131,132,134間分別為環氧樹脂層133,136。

10‧‧‧多層電路板

11‧‧‧第一基板

110,130‧‧‧開口

111‧‧‧銅線路層

12,12’‧‧‧第二基板

120‧‧‧光波導

121‧‧‧反射鏡面

122‧‧‧可撓曲絕緣材

123‧‧‧銅箔層

13‧‧‧第三基板

131,132,135‧‧‧銅線路層

133,136‧‧‧環氧樹脂層

134‧‧‧防焊層

14‧‧‧低流動性膠層

15,16‧‧‧對位槽

150,160‧‧‧斜切口

20‧‧‧固定件

21‧‧‧焊墊

30‧‧‧光電晶片陣列

40‧‧‧光感測器陣列

50‧‧‧驅動IC

70‧‧‧多層電路板

701,702‧‧‧開孔

71‧‧‧光波導

711,712‧‧‧微鏡

72‧‧‧發射元件

721‧‧‧面射型雷射晶片陣列

722‧‧‧驅動IC

73‧‧‧接收元件

731‧‧‧光感測器陣列

732‧‧‧接收IC

圖1：係本發明第一較佳實施例的一剖視圖。

圖2：係本發明第一較佳實施例的多層構造示意圖。

圖3：係本發明第一較佳實施例的又一剖視圖(未安裝固定件前)。

圖4：係本發明第二較佳實施例的剖視圖。

圖5：係本發明第三較佳實施例的剖視圖。

圖6：係已知光電電路板的剖面示意圖。

圖7：係已知光電電路板經由光波導收發信號的示意圖。

圖8：係已知光電電路板雷射光源對位偏差與損耗關係的特性曲線圖。

10‧‧‧多層電路板

11‧‧‧第一基板

12‧‧‧第二基板

120‧‧‧光波導

121‧‧‧反射鏡面

13‧‧‧第三基板

14‧‧‧低流動性膠層

15,16‧‧‧對位槽

150,160‧‧‧斜切口

20‧‧‧固定件

21‧‧‧焊墊

30‧‧‧光電晶片陣列

40‧‧‧光感測器陣列

50‧‧‧驅動IC

Claims (10)

1. 一種可使光源準確對位的光電電路板，包括有：一多層電路板，具有一表面及一層以上不在表面的光波導，其表面形成有兩個以上的對位槽，並使內層的光波導露出於對位槽間，該光波導於露出對位槽處分別形成一反射鏡面；兩個以上的固定件，係形狀匹配地嵌入對位槽內，各固定件分別具有一頂部及一底部，其底部分設有一光電晶片陣列及一感測器陣列且分別相對於光波導的反射鏡面。
2. 如請求項1所述可使光源準確對位的光電電路板，該多層電路板包括第一至第三基板，第一基板上設有一發射電路及一接收電路，並在鄰近發射電路、接收電路處分別形成該對位槽；該光波導位於第二基板上，該第二基板表面在露出對位槽處形成一斜切口，使光波導露出於對位槽的下方，該斜切口具有一斜壁，斜壁上形成一反射鏡面，反射鏡面係相對於光波導。
3. 如請求項2所述可使光源準確對位的光電電路板，該光電晶片陣列、光感測器陣列分別以打線方式安裝至固定件的底部；該固定件的底部與頂部之間具有層間導通構造，而在各固定件的頂部分別設有對應於光電晶片陣列或光感測器陣列的焊墊；該第一基板表面設有一個以上的驅動IC，並與固定件上的焊墊電連接。
4. 如請求項3所述可使光源準確對位的光電電路板，該第一基板與第二基板之間、第二基板與第三基板之間分別設有一低流動性膠層。
5. 如請求項4所述可使光源準確對位的光電電路板，該固定件的頂部低於第一基板表面。
6. 如請求項5所述可使光源準確對位的光電電路板，該光電晶片陣列為面射型光電晶片陣列，該光感測器陣列為光電二極體陣列。
7. 如請求項2至6中任一項所述可使光源準確對位的光電電路板，該第一基板上的對位槽與固定件的縱向截面係呈階梯型。
8. 如請求項7所述可使光源準確對位的光電電路板，該第一基板、第三基板分別具有多層銅線路層。
9. 如請求項8所述可使光源準確對位的光電電路板，該第二基板進一步包括一可撓曲絕緣材及一層以上的銅箔層，使第二基板具有撓性。
10. 如請求項9所述可使光源準確對位的光電電路板，該第一、第三基板上分別形成一個以上的開口。