TW202409535A - 光迴路基板及光學零件安裝構造體 - Google Patents

光迴路基板及光學零件安裝構造體 Download PDF

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相良晃史
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日商京瓷股份有限公司
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    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
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Abstract

本揭示的光迴路基板包含配線基板、位於配線基板上的第一光波導、以及在配線基板上位於與第一光波導鄰接的位置的第二光波導。第一光波導係包含位於配線基板上的第一下部覆層、在第一下部覆層上延伸的第一核心、以及被覆第一核心的至少一部分的第一上部覆層。第二光波導係包含位於配線基板上的第二下部覆層、在第二下部覆層上沿著第一核心配置的第二核心、以及被覆第二核心的至少一部分的第二上部覆層。第二光波導係在配線基板的外緣側具有第一端面且在配線基板的中央側具有第二端面。第二核心的第一核心端面係在該第一端面露出，第二核心的第二核心端面係在該第二端面露出。在第一端面及第二端面的至少一方，在第二核心與第二上部覆層之間存在有間隙。

Description

光迴路基板及光學零件安裝構造體
本發明係關於光迴路基板及使用該光迴路基板的光學零件安裝構造體。
近年來，資訊通訊上使用了可高速傳輸大量資料的光纖。光訊號的發送接收係在光纖與光學零件之間進行。如此的光學零件係安裝於例如光迴路基板。光迴路基板係具備光波導。光訊號係經由此光波導而進行發送接收。使用於光訊號的發送接收的光迴路基板係例如專利文獻1的記載，必須檢查光訊號的發送接收是否正常地進行。
光的導通檢查必須使細的光線(例如直徑9μm左右)入射到光波導所包含的各核心。然而，以往的光迴路基板難以從光波導的端面目視確認核心，而難以進行為了入射光線的定位。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利公開公報特開2015-215469號
本揭示的課題在於提供能夠在檢查之際容易地決定光的入射位置而效率佳地進行光波導的檢查的光迴路基板。
本揭示的光迴路基板係包含：配線基板、位於配線基板上的第一光波導、以及在配線基板上位於與第一光波導鄰接的位置的第二光波導。第一光波導係包含：位於配線基板上的第一下部覆層、在第一下部覆層上從配線基板的外緣側延伸到配線基板的中央側的第一核心、以及被覆第一核心的至少一部分的第一上部覆層。第二光波導係包含：位於配線基板上的第二下部覆層、在第二下部覆層上沿著第一核心配置的第二核心、以及被覆第二核心的至少一部分的第二上部覆層。第二光波導係在配線基板的外緣側具有第一端面且在配線基板的中央側具有第二端面。第二核心的第一核心端面係在該第一端面露出，第二核心的第二核心端面係在該第二端面露出。在第一端面及第二端面的至少一方，在第二核心與第二上部覆層之間存在有間隙。
本揭示的光學零件安裝構造體係具有上述光迴路基板及安裝於光迴路基板的光學零件。
本揭示的光迴路基板因具有如[解決課題之手段]所記載的構成，因此能夠在檢查之際容易地決定光的入射位置而效率佳地進行光波導的檢查。
1:光迴路基板
2:配線基板
3:光波導
3a:第一端面
3b:第二端面
4:光學零件
5:光纖
5a:光連接器
6:電子零件
7:焊錫
10:光學零件安裝構造體
21a:導體層
21b:焊墊
31:第一光波導
32:第二光波導
41:光傳送路(Si波導)
311:第一下部覆層
312:第一核心
313:第一上部覆層
321:第二下部覆層
322:第二核心
322a:第一核心端面
322b:第二核心端面
323:第二上部覆層
324:間隙
A:箭號
H:半色調部
M1:曝光用遮罩
M2:半色調遮罩
R1:區域
圖1係顯示在本揭示一實施型態的光迴路基板安裝光學零件及電子零件的光學零件安裝構造體的平面圖。
圖2係用以說明圖1所示的區域R1的剖面的放大說明圖。
圖3係依圖2所示的箭號A方向所見的平面圖。
圖4係用以說明沿圖3所示的X-X線切開所見的剖面的說明圖。
圖5係用以說明形成本揭示一實施形態的光迴路基板中的第一光波導及第二光波導的步驟的說明圖。
根據圖1至圖4來說明本揭示一實施型態的光迴路基板。圖1係顯示在本揭示一實施型態的光迴路基板1安裝光學零件4的光學零件安裝構造體10的平面圖。
本揭示一實施型態的光迴路基板1係包含配線基板2及光波導3。一實施型態的光迴路基板1所包含的配線基板2可舉例如一般使用於光迴路基板的配線基板。
雖未具體圖示，惟如此的配線基板2例如包含核心基板以及在核心基板的兩面積層的疊加(build up)層。核心基板若為具有絕緣性的材料則無特別限制。具有絕緣性的材料可舉例如環氧樹脂、亞胺-三氮雜苯樹脂(bismaleimide-triazine resin)、聚醯亞胺樹脂、聚苯醚樹脂(polypheylene ether resin)等樹脂，亦可混合此等樹脂的兩種以上來使用。核心基板通常具有為了電性連接核心基板的上下兩面的通孔(through hole)導體。
核心基板可含有補強材。補強材可舉例如玻璃纖維、玻璃不織布、芳綸(aramid)不織布、芳綸纖維、聚酯纖維等絕緣性布材，亦可合併使用兩種以上的補強材。另外，核心基板中亦可分散混入二氧化矽(silica)、硫酸鋇、滑石、黏土、玻璃、碳酸鈣、氧化鈦等無機添料。
疊加層係具有絕緣層與導體層交互積層的構造。位於最表面的導體層(位於配線基板2的上表面的導體層)的一部分係包含光波導3將位於其上的導體層21a。導體層21a由例如銅等金屬所形成。疊加層中包含的絕緣層係與核心基板同樣地，若為具有絕緣性的材料則無特別限制。具有絕緣性的材料可舉例如環氧樹脂、亞胺-三氮雜苯樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚苯醚樹脂等樹脂，亦可混合此等樹脂的兩種以上來使用。
疊加層中存在兩層以上的絕緣層時，各絕緣層可為相同的樹脂亦可為不同的樹脂。疊加層中包含的絕緣層與核心基板可為相同的樹脂亦可為不同的樹脂。疊加層通常具有為了層間的電性連接而設的介層孔(via hole)導體。
另外，疊加層中包含的絕緣層中亦可分散混入二氧化矽、硫酸鋇、滑石、黏土、玻璃、碳酸鈣、氧化鈦等無機添料。
如圖2所示，一實施型態的光迴路基板1所包含的光波導3係位於存在於配線基板2的上表面的導體層21a的上面。圖2係用以說明圖1所示的區域R1的剖面的放大說明圖。光波導3的一方的端部係與包含光傳送路41的光學零件4相向。光波導3的另一方的端部係連接到包含光纖5的光連接器5a。
如圖3所示，光波導3係包含第一光波導31及第二光波導32。圖3係依圖2所示的箭號A方向所見的平面圖。第一光波導31係如圖4所示，包含第一下部覆層311、第一核心312、及第一上部覆層313。圖4係用以說明沿圖3所示的X-X線切開所見的剖面的說明圖。
第一光波導31所包含的第一下部覆層311係位於配線基板2的上面，具體而言，係位於存在於配線基板2的上表面的導體層21a的上面。形成第一下部覆層311的材料並無限制，可舉例如環氧樹脂、矽樹脂等樹脂。
第一光波導31所包含的第一核心312係位於第一下部覆層311的上表面。第一核心312係從配線基板2的外緣側延伸到配線基板2的中央側。換言之，圖2中，配線基板2的外緣側係指光連接器5a所在之側(外周部分)，配線基板2的中央側係指光學零件4所在之側。第一核心312係進入第一光波導31的光傳播通過的部分，亦即，光訊號的發送接收係在第一核心312與光傳送路41之間進行。如此，第一核心312的一方的端面係配置成與安裝於配線基板2的光學零件4所包含的光傳送路41的端面相向。
形成第一核心312的材料並無限制，例如可考慮光的透射性、要傳播的光的波長特性等而適當地設定。就材料而言，可舉例如環氧樹脂、矽樹脂等樹脂。第一核心312例如具有3μm以上50μm以下左右的厚度。
第一光波導31所包含的第一上部覆層313係配置成被覆第一核心312的至少一部分。第一上部覆層313亦與第一下部覆層311同樣地，能夠以環氧樹脂、矽樹脂等樹脂形成。第一下部覆層311與第一上部覆層313可為相同的材料，亦可為不同的材料。另外，第一下部覆層311與第一上部覆層313可具有相同的厚度，亦可具有不同的厚度。第一下部覆層311及第一上部覆層313例如具有5μm以上150μm以下左右的厚度。
第二光波導32係位於與第一光波導31鄰接的位置。具體而言，第二光波導32係配置成沿著第一光波導31且包夾第一光波導31。第二光波導32係在對於第一光波導31進行光的導通檢查之際，使用於進行為了入射光線的定位。
第二光波導32所包含的第二下部覆層321亦與第一下部覆層311同樣地，位於配線基板2的上面，具體而言，係位於存在於配線基板2的上表面的導體層21a的上面。形成第二下部覆層321的材料並無限制，與第一下部覆層311同樣地，可舉例如環氧樹脂、矽樹脂等樹脂。第二下部覆層321可用與第一下部覆層311相同的材料(樹脂)形成，亦可用不同的材料(樹脂)形成。
如圖4所示，第二下部覆層321可與第一下部覆層311一體化，亦可與第一下部覆層311分別獨立。例如，若將第二下部覆層321與 第一下部覆層311一體化，則可簡化形成第一光波導31及第二光波導32之際的步驟。
第二光波導32所包含的第二核心322係位於第二下部覆層321的上表面。第二核心322係沿著第一光波導31所包含的第一核心312而配置。形成第二核心322的材料並無限制，與形成第一核心312的材料同樣地，可舉例如環氧樹脂、矽樹脂等樹脂。通常，第一核心312與第二核心322係同時形成，因此形成第一核心312的材料(樹脂)與形成第二核心322的材料(樹脂)可為相同的材料。第二核心322係與第一核心312同樣地，例如具有3μm以上50μm以下左右的厚度。
第二光波導32係在配線基板2的外緣側具有第一端面3a，在配線基板2的中央側具有第二端面3b。亦即，圖3中，位於光連接器5a側的端面為第一端面3a，位於光學零件4側的端面為第二端面3b。第二核心322係在配線基板2的外緣側具有第一核心端面322a，在配線基板2的中央側具有第二核心端面322b。亦即，第一核心端面322a為第一端面3a的一部分，第二核心端面322b為第二端面3b的一部分。
第二光波導32所包含的第二上部覆層323係配置成被覆第二核心322的至少一部分。第二上部覆層323亦與第二下部覆層321同樣地，能夠以環氧樹脂、矽樹脂等樹脂形成。第二下部覆層321與第二上部覆層323可為相同的材料，亦可為不同的材料。另外，第二下部覆層321與第二上部覆層323可具有相同的厚度，亦可具有不同的厚度。第二下部覆層321與第二上部覆層323例如具有5μm以上150μm以下左右的厚度。 第二上部覆層323通常與第一光波導31所包含的第一上部覆層313同時形成，因此，第二上部覆層323亦可具有與第一上部覆層313相同的厚度。
如上所述，第二下部覆層321亦可與第一下部覆層311一體化。另一方面，如圖4所示，第二上部覆層323可與第一上部覆層313獨立而配置。若將第二上部覆層323與第一上部覆層313獨立而配置，則即使第二上部覆層323從第二核心322剝離，亦難以對進行光訊號的發送接收的第一核心312造成影響。
在第二光波導32的第一端面3a及第二端面3b的至少一方，在第二核心322與第二上部覆層323之間，例如存在有如圖4所示的間隙324。存在有如此的間隙324時，可在進行光的導通檢查之際目視確認間隙324，結果，可確認第二核心322的位置，而可容易地從第二核心322的位置得知進行光的導通檢查的第一核心312的位置。
若第一核心312與第一上部覆層313之間存在有間隙324，則傳送損失會變大，因而不在第一核心312與第一上部覆層313之間形成間隙324。因此，本發明中形成不用於進行光訊號的發送接收的第二核心322，且在第二核心322的附近形成可目視確認的間隙324。根據可目視確認的間隙324，進行為了對第一核心312入射光線的定位。
第二核心322可具有連接第一核心端面322a與第二核心端面322b的複數個側面。此側面的個數係依第二核心322的剖面形狀而異。例如，如圖4所示，第二核心322的剖面形狀為四角形時，側面為兩個。亦即，觀看第二核心322的剖面時，與第二下部覆層321接觸的面以及該 面的相反側的面以外的面即為側面。例如第二核心322的剖面形狀為六角形時，側面為四個。
間隙324可存在於第二核心322的複數個側面之中的至少一個側面與第二上部覆層323之間。由於至少一個側面與第二上部覆層323之間存在有間隙324，因此第二核心322的下表面與第二下部覆層321接觸，第二核心322的上表面與第二上部覆層323接觸。藉此，可減低第二核心322從第二下部覆層321或第二上部覆層323剝離的情形。
第二核心322的複數個側面例如可包含互為相向的第一側面及第二側面，第一側面及第二側面雙方皆可存在有間隙324。具體而言，第二核心322的剖面形狀為四角形時，兩個側面係相向，一方的側面為第一側面，另一方的側面為第二側面。由於相向的第一側面及第二側面雙方皆存在有間隙324，可更正確地目視確認第二核心322的位置。結果，可更高精度地進行光線的入射定位。分別位於第一側面及第二側面的間隙324亦可各有複數個，亦可為僅某一方有複數個。此外，間隙324可配置為連續於第一核心端面322a與第二核心端面322b之間，亦可斷續地配置。
間隙324可在第一端面3a及第二端面3b的至少一方存在複數個。例如，圖4中，間隙324係在第二核心322的兩方的側面(第一側面及第二側面)與第二上部覆層323之間各存在一個而合計存在有兩個。間隙324存在複數個時，可使目視確認性提高。結果，可更高精度地進行光線的入射定位。圖4中顯示在一方的側面存在有一個間隙324，惟亦可在一方的側面存在有複數個間隙324。
存在於第二核心322的至少一個側面與第二上部覆層323之間的間隙324可與第二下部覆層321相接，亦可與第二下部覆層321分離。例如，若間隙324與第二下部覆層321相接，則可容易地辨識第二下部覆層321與第二核心322的交界。結果，可更高精度地進行第一光波導31的高度方向的光線的入射定位。
間隙324可從第一端面3a起連續地存在直到第二端面3b，亦可斷續地存在。間隙324若連續地存在，則形成光波導3時，例如將兩端部切斷而形成第一端面3a及第二端面3b之際，不論從任意部位切斷，皆可使間隙324存在於第一端面3a及第二端面3b。間隙324為斷續地存在時，則有利於確保第二核心322與第二上部覆層323的密著性。
如上所述，根據本揭示，可藉由第二核心322提高光波導3的檢查效率，而可提供光傳送良好的光迴路基板1。
接著，根據圖5來說明第一光波導31及第二光波導32的形成方法的一實施型態。圖5係用以說明形成一實施型態的光迴路基板1中的第一光波導31及第二光波導32的步驟的說明圖。圖5中，右側的圖係顯示左側的圖中的一點鏈線框示區域的放大圖。
首先，在配線基板2(導體層21a)的上表面形成第一下部覆層311及第二下部覆層321。第一下部覆層311及第二下部覆層321已說明如上，在此省略其詳細說明。圖5所示的第一下部覆層311及第二下部覆層321係一體化地形成。
如圖5(A)所示，將第一核心312及第二核心322的材料配置於第一下部覆層311及第二下部覆層321的上表面。就如此的材料而言，可舉例如環氧樹脂、矽樹脂等樹脂的未硬化物。
接著，將曝光用遮罩M1配置成被覆上述樹脂的未硬化物。曝光用遮罩M1係具有開口部，第一核心312及第二核心322將會形成於此開口部的位置。配置了曝光用遮罩M1之後，進行曝光及顯影，藉此，如圖5(B)所示，在第一下部覆層311的上面形成第一核心312，並且在第二下部覆層321的上面形成第二核心322。曝光之際，即使是以曝光用遮罩M1被覆住的部分，在開口部附近亦會受到若干曝光的影響。因此，在第一核心312及第二核心322的側面附近會存在有未充分硬化的樹脂。
接著，如圖5(C)所示，將第一上部覆層313及第二上部覆層323的材料配置成被覆第一核心312及第二核心322。就如此的材料而言，可舉例如環氧樹脂、矽樹脂等樹脂的未硬化物。接著，將半色調遮罩(halftone mask)M2配置成被覆此樹脂的未硬化物。
半色調遮罩M2係具有減低透過率以抑制曝光量的半色調部H的遮罩。半色調部H的透過率例如設定為通常的40%左右(具體而言為40±10%左右)。第一上部覆層313與第二上部覆層323的交界部係受到遮蔽以使其不受曝光。配置了半色調遮罩M2之後，進行曝光及顯影，藉此，如圖5(D)所示，形成被覆第一核心312的第一上部覆層313，並且形成被覆第二核心322的第二上部覆層323。第一上部覆層313與第二上部覆層323的交界部因受到遮蔽使其不受曝光而未硬化，故第一上部覆層313與第二上部覆層323形成為彼此獨立的狀態。
相當於第二光波導32的部分係如上所述，例如在第二核心322的側面附近存在有未充分硬化的樹脂。而且，相當於第二光波導32的部分係在第二上部覆層323的曝光時以小於第一上部覆層313的曝光量來曝光。結果，特別是第二核心322的側面與第二上部覆層323之間的硬化反應未進展而容易形成間隙324。
相當於第一光波導31的部分係在第一上部覆層313的曝光時以硬化所需的透過率來曝光。因此，存在於第一核心312的側面附近的未充分硬化的樹脂及第一上部覆層313的硬化反應會充分進行。結果，第一核心312與第一上部覆層313會充分密著而不會形成間隙324。
接著說明在一實施型態的光迴路基板1安裝光學零件4及電子零件6的光學零件安裝構造體10。如圖1所示，安裝於一實施型態的光學零件安裝構造體10的光學零件4係包含光傳送路41。就包含如此的光傳送路41的光學零件4而言，可舉例如矽光子器件(silicon photonics device)等。就電子零件6而言，可舉例如特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit；ASIC)、驅動IC等。
光學零件4係如圖2所示，藉由焊錫7而與位於配線基板2的安裝區域(用以安裝光學零件4的區域)的焊墊21b電性連接。焊墊21b係位於配線基板2的上表面的導體層的一部分。
以矽光子器件作為光學零件4的一例來進行說明。矽光子器件係一種光學零件，其具有的光傳送路41例如以矽(Si)作為核心，以二氧化矽(SiO2)作為覆層。矽光子器件係包含Si波導作為光傳送路41，雖未圖示，但亦包含鈍化膜、光源部、光檢測部等。如上所述，光傳送路41(Si波 導41)係在第一光波導31的一方的端部與第一光波導31所包含的第一核心312相向配置。
例如，來自配線基板2的電氣訊號經由焊錫7而傳輸到光學零件4(矽光子器件)所包含的光源部。接收到傳輸來的電氣訊號的光源部係發光。發光的光訊號係經由光傳送路41(Si波導41)及第一核心312而傳播到經由光連接器5a連接的光纖5。本揭示一實施型態的光學零件安裝構造體10由於在光傳送良好的光迴路基板1安裝光學零件4，故可減低光傳送損失。
以上已說明了本揭示的實施型態，然而，本揭示的發明不限於上述實施型態，而是可在下述(1)及(8)所示的本揭示的範圍內進行各種變更及改良。
(1)本揭示的光迴路基板係包含：配線基板、位於配線基板上的第一光波導、以及在配線基板上位於與第一光波導鄰接的位置的第二光波導。第一光波導係包含：位於配線基板上的第一下部覆層、在第一下部覆層上從配線基板的外緣側延伸到配線基板的中央側的第一核心、以及被覆第一核心的至少一部分的第一上部覆層。第二光波導係包含：位於配線基板上的第二下部覆層、在第二下部覆層上沿著第一核心配置的第二核心、以及被覆第二核心的至少一部分的第二上部覆層。第二光波導係在配線基板的外緣側具有第一端面且在配線基板的中央側具有第二端面。第二核心的第一核心端面係在該第一端面露出，第二核心的第二核心端面係在該第二端面露出。在第一端面及第二端面的至少一方，在第二核心與第二上部覆層之間存在有間隙。
關於本揭示的實施型態，進一步揭示以下的(2)~(7)所示的實施型態。
(2)在上述(1)記載的光迴路基板中，第二核心係具有連接第一核心端面與第二核心端面的複數個側面，間隙係存在於第二核心的複數個側面之中至少一個側面與第二上部覆層之間。
(3)在上述(1)或(2)記載的光迴路基板中，間隙係從第一端面到第二端面連續地或斷續地存在。
(4)在上述(1)~(3)中任一項記載的光迴路基板中，間隙係在第一端面及第二端面的至少一方存在有複數個。
(5)在上述(1)~(4)中任一項記載的光迴路基板中，間隙係與第二下部覆層相接。
(6)在上述(2)~(5)中任一項記載的光迴路基板中，第二核心的複數個側面係包含彼此相向的第一側面及第二側面，間隙係存在於第一側面及第二側面雙方。
(7)在上述(1)~(6)中任一項記載的光迴路基板中，第一下部覆層及第二下部覆層係一體化形成。
(8)本揭示的光學零件安裝構造體係具有上述(1)~(7)中任一項記載的光迴路基板及安裝於光迴路基板的光學零件。
31:第一光波導
32:第二光波導
311:第一下部覆層
312:第一核心
313:第一上部覆層
321:第二下部覆層
322:第二核心
323:第二上部覆層
324:間隙

Claims (8)

  1. 一種光迴路基板，係包含：
    配線基板；
    位於該配線基板上的第一光波導；以及
    在前述配線基板上位於與前述第一光波導鄰接的位置的第二光波導；
    前述第一光波導係包含：位於前述配線基板上的第一下部覆層、在該第一下部覆層上從前述配線基板的外緣側延伸到前述配線基板的中央側的第一核心、以及被覆該第一核心的至少一部分的第一上部覆層；
    前述第二光波導係包含：位於前述配線基板上的第二下部覆層、在該第二下部覆層上沿著前述第一核心配置的第二核心、以及被覆該第二核心的至少一部分的第二上部覆層；
    前述第二光波導係在前述配線基板的外緣側具有第一端面且在前述配線基板的中央側具有第二端面，前述第二核心的第一核心端面係在該第一端面露出，前述第二核心的第二核心端面係在該第二端面露出，
    在前述第一端面及前述第二端面的至少一方，在前述第二核心與前述第二上部覆層之間存在有間隙。
  2. 如請求項1所述之光迴路基板，其中，前述第二核心係具有連接前述第一核心端面與前述第二核心端面的複數個側面；
    前述間隙係存在於前述第二核心的複數個前述側面之中的至少一個側面與前述第二上部覆層之間。
  3. 如請求項1或2所述之光迴路基板，其中，前述間隙係從前述第一端面到前述第二端面連續地或斷續地存在。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之光迴路基板，其中，前述間隙係在前述第一端面及前述第二端面的至少一方存在有複數個。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之光迴路基板，其中，前述間隙係與前述第二下部覆層相接。
  6. 如請求項2至5中任一項所述之光迴路基板，其中，前述第二核心的複數個前述側面係包含彼此相向的第一側面及第二側面；
    前述間隙係存在於前述第一側面及前述第二側面雙方。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之光迴路基板，其中，
    前述第一下部覆層及前述第二下部覆層係一體化形成。
  8. 一種光學零件安裝構造體，係具有：
    如請求項1至7中任一項所述之光迴路基板；以及
    安裝於該光迴路基板的光學零件。
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