TWI406020B - 光電混合線路板及其製造方法 - Google Patents

Description

光電混合線路板及其製造方法

本發明係關於一種印刷電路板，尤其關於一種具有光波導(optic wave guide)結構的印刷電路板。

光通訊除了在長距離及區域網路的應用外，短距離光通訊的需求也逐漸增加。短距離光通訊的設計常用光電混合線路板。所謂光電混合線路板就是將光波導、光電主動被動等元件整合入印刷電路板的一種線路板。由於光傳輸速度可以數倍於電訊傳輸，所以利用光電混合線路板係可望得以解決傳統電路板中之電訊息傳輸速度不及於微處理器的問題。

習知光電混合線路板的製程大都是先形成光波導結構。舉例而言，可先以二氧化矽作為基板，在基板上以合適半導體材料利用化學氣相沉積法與反應性離子蝕刻進行光波導之包覆層與核心層的製作。然後再將此光波導結構與其他光電主動被動等元件置入外接的電路上。這種習知的光波導結構通常都含有成長光波導結構之半導體基板，所佔體積較多，故最終電子產品的尺寸將受到限制。況且目前半導體基板之尺寸通常僅約6至12吋，所能製作的光波導或光電混合線路板之結構及與數量也此受到限制。因此，需要更能節省空間、更有彈性的作法來解決習知的問題。

本發明提供一種整合印刷電路板製程與光波導製程的方法。本方法的特色之一在於提供一暫時基板，此暫時基板係非半導體基板。然後，直接在暫時基板上逐步建立光波導結構；之後將暫時基板移除；再利用印刷電路板製程形成其他的外接線路與光波導結構連接。由於使用非半導體之暫時基板，所以光波導結構的製程將不會受到半導體基板之大小的限制，進而可製作大面積的光波導或光電混合線路板結構。

本發明於一方面係提供一種光電混合線路板製造方法，包含提供一非半導體之暫時基板；形成一光波導結構於暫時基板上，光波導結構定義一第一側及相對第一側之一第二側；移除暫時基板；分別於光波導結構之第一側與第二側形成一第一覆導體介電層及一第二覆導體介電層；形成一耦合開口穿透第一覆導體介電層而露出光波導結構；形成一溝槽穿透第二覆導體介電層及光波導結構，以使光波導結構具有一斜面；及形成一光電元件於第一覆導體介電層上，光電元件對應耦合開口，其中斜面用於使光訊息產生折射以來回行進於光電元件、耦合開口、及光波導結構之間。

本發明於另一方面一種光電混合線路板，包含一光波導結構，光波導結構較佳具有大於一半導體晶圓之最大剖面的一剖面，光波導結構定義一第一側及相對第一側之一第二側；一第一覆導體介電層及一第二覆導體介電層分別位光波導結構之第一側與第二側；一耦合開口穿透第一覆導體介電層而露出光波導結構；一溝槽穿透第二覆導體介電層及光波導結構；及一光電元件於第一覆導體介電層上，光電元件對應耦合開口，其中溝槽定義一斜面於光波導結構，斜面用於使光訊息產生折射以來回行進於光電元件、耦合開口、及光波導結構之間。

以下將參考所附圖式示範本發明之較佳實施例。所附圖式中相似元件係採用相同的元件符號。應注意為清楚呈現本發明，所附圖式中之各元件並非按照實物之比例繪製，而且為避免模糊本發明之內容，以下說明亦省略習知之零組件、相關材料、及其相關處理技術。

圖1至圖12係以剖面圖顯示本發明之一較佳實施例之光電混合線路板的製造過程。參考圖1，提供非半導體基板一暫時基板10；形成一離型層11於暫時基板10上；並形成一圖案化光阻層12於離型層11上。在此實施例中，暫時基板11可為任意非半導體基板之導電材料所組成，例如可為任何大於半導體晶圓之剖面尺吋的任何基板，譬如鋼板或是銅板，厚度可視需要任意變化。形成離型層11可利用習知技術，例如電鍍，可使用鎳、銅或任何其他合適之導電材料。圖案化光阻層12的形成可利用習知微影、壓印或網版等技術，厚度可視需要任意變化。

參考圖2，以圖1所示之圖案化光阻12為遮罩，藉由電鍍或其他合適方式形成突塊20於離型層11上，再將圖案化光阻12移除。突塊20的材質可為鎳、銅或任何其他合適之導電材料，厚度並無限制。突塊20為製程中對準用標記。

參考圖3，其揭示形成光波導結構30之步驟。詳言之，形成光波導結構30之步驟為形成一下包覆層31於離型層11上，下包覆層31覆蓋突塊20；形成一核心層32於下包覆層31上；並形成一上包覆層33於下包覆層31上，上包覆層33覆蓋核心層32，其中下包覆層31，核心層32及下包覆層31即組成光波導結構30。下包覆層31或上包覆層33的材料可為任何合適之不吸光高分子材料，例如環氧樹脂、甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚環烯樹脂、聚亞醯胺等，其形成方法可用印刷電路板業常用之習知塗佈製程，較佳係使用有別於半導體製程之氣相沉積法與反應性離子蝕刻等製程。下包覆層31與上包覆層33的厚度較佳約在5至100μm之間。核心層32的材料選用可與下包覆層31的材料類似，惟應注意核心層32的折射率必需大於下包覆層31與上包覆層33，以達成光訊息全反射的功能。核心層32的厚度較佳約在5至100μm之間。核心層32的製作係在形成下包覆層31之後及形成上包覆層33之前。應注意，在此實施例中，由於使用非半導體基板之導電材料作為暫時基板10來製作光波導結構30，所以光波導結構30可具有大於一般半導體晶圓之最大剖面的一剖面。

參考圖4，光波導結構30完成後，以習知方法剝離暫時基板10並可視需要將離型層11蝕刻去除。突塊20係嵌設於光波導結構30中。為便於說明，可將光波導結構30有嵌設突塊20的一面定義為第一側30a，相對於第一側30a的另一面則定義為第二側30b。後續製程將分別在第一側30a及第二側30b上進行。

參考圖5，分別於光波導結構30之第一側30a及第二側30b上形成第一覆導體介電層55及第二覆導體介電層56。所 謂覆導體介電層一般係指導體層與介電層相疊的複合材料，可一面用於製作線路；另一面用於與電氣隔絕。在此實施例中，第一覆導體介電層55包含第一介電層51及第一導體層53；第二覆導體介電層56包含第二介電層52及第二導體層54，其所使用材料較佳為一體成型之軟質樹脂塗佈銅箔(Flexible Resin Coated Copper Foils)，但也可分別使用樹脂膠片與銅箔來額外進行壓合以形成。在此實施例，第一覆導體介電層55及第二覆導體介電層56是在暫時基板10及離型層11去除之後再製作。於另一實施例，可將第二覆導體介電層56先形成於光波導結構30之第二側30b上；再去除暫時基板10及離型層11；並接著將第一覆導體介電層55形成於光波導結構30之第一側30a上。

參考圖6，可視需要利用習知微影技術將第一導體層53圖案化，以形成第一圖案化導體層53’。而且，可視需要再形成一第三覆導體介電層63於第一覆導體介電層55上。第三覆導體介電層63包含第三介電層61及第三導體層62，其所使用材料較佳為軟質樹脂塗佈銅箔(Flexible Resin Coated Copper Foils)，但也可分別使用樹脂膠片與銅箔來額外進行壓合以形成。應注意，形成第三覆導體介電層63是選擇性的。本發明也包含不具第三覆導體介電層63的實施例。

參考圖7，可視需要利用習知微影技術將第三導體層62圖案化，以形成第三圖案化導體層62’。同樣地，第二導體層54也可進一步圖案化成第二圖案化導體層54’。

圖8顯示製作第一絕緣層81、第二絕緣層82及耦合開口85及86。如圖8所示，可利用習知之微影製程，或網板印刷等其他合適的技術分別形成第一絕緣層81及第二絕緣層82於第三圖案化導體層62’及第二圖案化導體層54’上。第一絕緣層81及第二絕緣層82可選擇性地為圖案化結構，如圖中所示，第一絕緣層81覆蓋一部分之第三圖案化導體層62’而露出導電接點83a、83b、84a及84b，用於後續與光電元件相接。絕緣層的材料可為一般樹酯，並以軟性為較佳。接著，可在導電接點83a與83b之間與導電接點84a與84b之間分別形成耦合開口85及86，穿透第三覆導體介電層63及第一覆導體介電層55以露出底下的光波導結構30。可利用習知之微影蝕刻或雷射鑽孔技術完成此步驟。在不具第三覆導體介電層63的實施例中，耦合開口85及86穿透第一覆導體介電層55以露出底下的光波導結構30。

參考圖9，從第二側30b的方向形成溝槽91及92穿透第二絕緣層82、第二覆導體介電層56及光波導結構30。溝槽91及92為V型溝槽，故會於光波導結構30上形成斜面93及94。斜面93及94分別對應耦合開口85及86，所以溝槽91及92係位於鄰近耦合開口85及86的位置。應注意斜面93或94相對於第一側30a係具有一傾斜銳角θ，其較佳為45度。形成溝槽91及92可使用任何合適的習知技術，例如v型切槽製程。

圖10顯示製作第四覆導體介電層104與導電貫穿孔105的步驟。如圖10所示，在此實施例中，第四覆導體介電層104係透過黏膠101貼附於第三覆導體介電層63與第一絕緣層81上。於不具第三覆導體介電層63的實施例中，第四覆導體介電層104則貼附於第一覆導體介電層55及第一絕緣層81上。在此實施例中，第四覆導體介電層104包含第一介電層102及第一圖案化導體層103’，其所使用材料較佳為硬質銅箔基板，例如貼附銅箔的環氧樹酯玻璃纖維板FR4。圖10更顯示形成導電貫穿孔105穿透各層以電連接各導體層。在此實施例中，導電貫穿孔105係電連接第一至第四覆導體介電層55、56、63及104。可利用任何合適的習知技術形成導電貫穿孔105，例如以X射線形成貫穿孔，然後再電鍍貫穿孔的側壁以形成導電貫穿孔105。

參考圖11，其顯示沿著圖10之A-A’及B-B’虛線移除一部分之第四覆導體介電層104以形成缺口111及112並露出底下的第三覆導體介電層63。在不具第三覆導體介電層63的另一實施例中執行此步驟將露出第一覆導體介電層55。缺口111及112用於使後續所提供之光電元件能直接裝設在該第三覆導體介電層63或第一覆導體介電層55表面上。如圖所示，可提供一光伏二極體114及一發光二極體115分別設置於導電接點83a與83b及84a與84b上。光伏二極體114係對應耦合開口85，用以接收從光波導結構30經過斜面93折射進入耦合開口85的光訊息(如虛線所示)。光伏二極體114會將此光訊息轉成電訊息並經由導電接點83a與83b傳遞出去。至於發光二極體115，則係使其對應耦合開口86。發光二極體115係將來自導電接點84a與84b的電訊息轉成光訊息進入耦合開口86並經過斜面94折射而傳入光波導結構30中。由此可知，透過光波導結構30之斜面93與94的設計，光訊息將可來回行進於光電元件114/115、耦合開口85/86、及光波導結構30之間。

參考圖12，可選擇性地沿著圖11之C-C’虛線再移除一部分之第四覆導體介電層104以形成凹槽121並露出底下之第一絕緣層81。如前述，第四覆導體介電層104較佳為硬質銅箔基板製成，而其他各導體介電層則較佳為軟質樹脂塗佈銅箔製成，因此移除第四覆導體介電層104(即硬質部分)於C-C’虛線所示區段，將可使光電混合線路板於此區段的結構成為可彎折的彈性部分，此將有利於光電混合線路板於電子產品中的組裝與應用。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

10．．．暫時基板

11．．．離型層

12．．．圖案化光阻層

20．．．突塊

30．．．光波導結構

31．．．下包覆層

32．．．核心層

33．．．上包覆層

30a．．．第一側

30b．．．第二側

51．．．第一介電層

52．．．第二介電層

53．．．第一導體層

53’．．．第一圖案導體層

54．．．第二導體層

54’．．．第二圖案化導體層

55．．．第一覆導體介電層

56．．．第二覆導體介電層

61．．．第三介電層

62．．．第三導體層

62’．．．第三圖案化導體層

63．．．第三覆導體介電層

81．．．第一絕緣層

82．．．第二絕緣層

83a．．．導電接點

83b．．．導電接點

84a．．．導電接點

84b．．．導電接點

85．．．耦合開口

86．．．耦合開口

91．．．溝槽

92．．．溝槽

93．．．斜面

94．．．斜面

101．．．黏膠

102．．．第一介電層

103’．．．第一圖案化導體層

104．．．第四覆導體介電層

105．．．導電貫穿孔

111．．．缺口

112．．．缺口

114．．．光伏二極體

115．．．發光二極體

121．．．凹槽

圖1至圖12係以剖面圖顯示本發明之一較佳實施例之光電混合線路板的製造過程。

30．．．光波導結構

55．．．第一覆導體介電層

56．．．第二覆導體介電層

63．．．第三覆導體介電層

81．．．第一絕緣層

82．．．第二絕緣層

83a．．．導電接點

83b．．．導電接點

84a．．．導電接點

84b．．．導電接點

85．．．耦合開口

86．．．耦合開口

91．．．溝槽

92．．．溝槽

93．．．斜面

94．．．斜面

101．．．黏膠

104．．．第四覆導體介電層

105．．．導電貫穿孔

111．．．缺口

112．．．缺口

114．．．光伏二極體

115．．．發光二極體

121．．．凹槽

Claims (30)

1. 一種光電混合線路板可大面積製造方法，包含：提供一非半導體之暫時基板；利用塗佈及微影形成一光波導結構於該暫時基板上，該光波導結構定義一第一側及相對該第一側之一第二側；移除該暫時基板；分別於該光波導結構之該第一側與該第二側形成一第一覆導體介電層及一第二覆導體介電層；形成一耦合開口穿透該第一覆導體介電層而露出該光波導結構，該耦合開口並無穿透該光波導結構；形成一溝槽穿透該第二覆導體介電層及該光波導結構，以使該光波導結構具有一斜面；及形成一光電元件於該第一覆導體介電層上，該光電元件對應該耦合開口，其中該斜面用於使光訊息產生折射以來回行進於該光電元件、該耦合開口、及該光波導結構之間，其中當該光訊息往該光電元件行進時，該光訊息係先於該斜面產生折射後進入該耦合開口而抵達該光電元件。
2. 如請求項1所述之光電混合線路板製造方法，其中在該形成該光波導結構於該暫時基板上之步驟之前，更包含形成一離型層於該暫時基板上，以使該離型層位於該暫時基板與該光波導結構之間；而且移除該暫時基板之步驟更包含移除該離型層。
3. 如請求項1所述之光電混合線路板製造方法，其中在該形成該光波導結構於該暫時基板上之步驟之前，更包含形成一突塊於該暫時基板上；而且該形成該光波導結構於該暫時基板上 之步驟更包含使該突塊嵌設於該光波導結構中。
4. 如請求項1所述之光電混合線路板製造方法，其中該分別於該光波導結構之該第一側與該第二側形成該第一覆導體介電層及該第二覆導體介電層之步驟係包含以軟質樹脂塗佈銅箔(Flexible Resin Coated Copper Foils)作為該第一覆導體介電層及該第二覆導體介電層。
5. 如請求項1所述之光電混合線路板製造方法，其中在該形成該耦合開口穿透該第一覆導體介電層之步驟之前，更包含形成一第三覆導體介電層於該第一覆導體介電層上；而且該形成該耦合開口穿透該第一覆導體介電層的步驟更包含穿透該第三覆導體介電層。
6. 如請求項5所述之光電混合線路板製造方法，其中該形成該第三覆導體介電層之步驟更包含以軟質樹脂塗佈銅箔(Flexible Resin Coated Copper Foils)作為該第三覆導體介電層。
7. 如請求項1所述之光電混合線路板製造方法，其中在該形成該耦合開口穿透該第一覆導體介電層之步驟之前，更包含分別形成一第一絕緣層及一第二絕緣層於該第一覆導體介電層及該第二覆導體介電層上。
8. 如請求項7所述之光電混合線路板製造方法，其中該形成該溝槽穿透該第二覆導體介電層及該光波導結構之步驟更包含使該溝槽穿透該第二絕緣層。
9. 如請求項1所述之光電混合線路板製造方法，其中在該形成該光電元件於該第一覆導體介電層上之該步驟之前，更包含形成一第四覆導體介電層於該第一覆導體介電層上；而且更包含移除一部分之該第四覆導體介電層以形成一缺口露出底下的該第一覆導體介電層，使該光電元件能直接裝設在該第一覆導體介電層表面上。
10. 如請求項5所述之光電混合線路板製造方法，其中在該形成該光電元件於該第一覆導體介電層上之該步驟之前，更包含形成一第四覆導體介電層於該第三覆導體介電層上；而且更包含移除一部分之該第四覆導體介電層以形成一缺口露出底下的該第三覆導體介電層，使該光電元件能直接裝設在該第三覆導體介電層表面上。
11. 如請求項9所述之光電混合線路板製造方法，其中該形成該第四覆導體介電層於該第一覆導體介電層上之步驟更包含以硬質銅箔基板作為該第四覆導體介電層。
12. 如請求項10所述之光電混合線路板製造方法，其中該形成該第四覆導體介電層於該第三覆導體介電層上之步驟更包含以硬質銅箔基板作為該第四覆導體介電層。
13. 如請求項10所述之光電混合線路板製造方法，更包含形成一導電貫穿孔電連接該第一覆導電介電層、該第二覆導電介電層、該第三覆導電介電層及該第四覆導電介電層。
14. 如請求項1所述之光電混合線路板製造方法，其中該形成該光電元件於該第一覆導體介電層上之步驟更包含以一光伏二極體或一發光二極體作為該光電元件。
15. 如請求項7所述之光電混合線路板製造方法，其中在該形成該光電元件於該第一覆導體介電層上之該步驟之前，更包含形成一第四覆導體介電層於該第一絕緣層上；而且更包含移除一部分之該第四覆導體介電層以形成一凹槽露出底下的該第一絕緣層。
16. 如請求項1所述之光電混合線路板製造方法，其中該分別於該光波導結構之該第一側與該第二側形成該第一覆導體介電層及該第二覆導體介電層之步驟係包含壓合銅箔及樹脂膠片以形成該第一覆導體介電層及該第二覆導體介電層。
17. 一種光電混合線路板，包含：一光波導結構，該光波導結構定義一第一側及相對該第一側之一第二側；一第一覆導體介電層及一第二覆導體介電層分別位該光波導結構之該第一側與該第二側；一耦合開口穿透該第一覆導體介電層而露出該光波導結構，該耦合開口並無穿透該光波導結構；；一溝槽穿透該第二覆導體介電層及該光波導結構；及一光電元件於該第一覆導體介電層上，該光電元件對應該耦合開口， 其中該溝槽定義一斜面於該光波導結構，該斜面用於使光訊息產生折射以來回行進於該光電元件、該耦合開口、及該光波導結構之間，其中當該光訊息往該光電元件行進時，該光訊息係先於該斜面產生折射後進入該耦合開口而抵達該光電元件。
18. 如請求項17所述之光電混合線路板，更包含一突塊嵌設於該光波導結構中。
19. 如請求項17所述之光電混合線路板，其中該第一覆導體介電層及該第二覆導體介電層係以軟質樹脂塗佈銅箔(Flexible Resin Coated Copper Foils)製成。
20. 如請求項17所述之光電混合線路板，更包含一第三覆導體介電層於該第一覆導體介電層上；而且該耦合開口係穿透該第三覆導體介電層。
21. 如請求項20所述之光電混合線路板，其中該第三覆導體介電層係以軟質樹脂塗佈銅箔(Flexible Resin Coated Copper Foils)製成。
22. 如請求項17所述之光電混合線路板，更包含一第一絕緣層及一第二絕緣層分別位於該第一覆導體介電層及該第二覆導體介電層上。
23. 如請求項22所述之光電混合線路板，其中該溝槽穿透該第 二絕緣層。
24. 如請求項17所述之光電混合線路板，更包含一第四覆導體介電層於該第一覆導體介電層上，該第四覆導體介電層包含一缺口露出底下的該第一覆導體介電層，該光電元件係位於該缺口中並直接裝設在該第一覆導體介電層表面上。
25. 如請求項20所述之光電混合線路板，更包含形成一第四覆導體介電層於該第三覆導體介電層上，該第四覆導體介電層包含一缺口露出底下的該第三覆導體介電層，該光電元件係位於該缺口中並直接裝設在該第三覆導體介電層表面上。
26. 如請求項24所述之光電混合線路板，其中該第四覆導體介電層係以硬質銅箔基板製成。
27. 如請求項25所述之光電混合線路板，其中該第四覆導體介電層係以硬質銅箔基板製成。
28. 如請求項25所述之光電混合線路板，更包含一導電貫穿孔電連接該第一覆導電介電層、該第二覆導電介電層、該第三覆導電介電層及該第四覆導電介電層。
29. 如請求項17所述之光電混合線路板，其中該光電元件為一光伏二極體或一發光二極體。
30. 如請求項22所述之光電混合線路板，更包含一第四覆導體 介電層於該第一絕緣層上，該第四覆導體介電層包含一凹槽露出底下的該第一絕緣層。