TWI623785B

TWI623785B - Photoelectric hybrid substrate

Info

Publication number: TWI623785B
Application number: TW103111972A
Authority: TW
Inventors: Yuichi Tsujita; Yasuto Ishimaru
Original assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2018-05-11
Also published as: JP2014238455A; CN105190384A; TW201447409A; JP6245569B2; KR20160019058A; US20160178839A1; KR102189206B1; WO2014196252A1; CN105190384B; US9632246B2; EP2985646A1

Abstract

提供一種光電混合基板，其不藉由接著劑即可使金屬製補強層密接於撓性電路基板之絕緣層，並在利用該金屬製補強層抑制元件安裝時因擠壓荷重所致之變形的狀態下適當地安裝元件。該光電混合基板乃使用撓性雙面電路基板作為電路基板，該撓性雙面電路基板係於具可撓性之絕緣層的表面及背面形成有電性配線者，且背面側之電性配線中至少於與表面側之安裝用襯墊對應的部分鍍覆形成有金屬製補強層。光波導係在觸及上述撓性雙面電路基板背面側之電性配線的狀態下形成。

Description

光電混合基板

發明領域

本發明係有關於一種積層有撓性電路基板及光波導且於上述撓性電路基板安裝有光元件及IC晶片等元件之光電混合基板。

發明背景

最近在電子機器等，伴隨著傳送資訊量之增加，除電性配線以外並採用光配線。就上述機器而言，有提議一種如圖7所示之光電混合基板(例如參照專利文獻1)。該光電混合基板係由下述構件所構成：撓性電路基板E1，係於聚醯亞胺等所構成之絕緣層51表面形成有電性配線52而成；光波導(光配線)W1(下包層56、芯57、上包層58)，係積層於上述絕緣層51背面(與電性配線52之形成面為相反側之面)且由環氧樹脂等構成；及光元件5，係安裝於上述電性配線52的預定部分(安裝用襯墊52a)。該光電混合基板中，撓性電路基板E1及光波導W1皆具可撓性，因應最近電子機器等的小形化，適合在小空間中呈撓曲狀態下之使用及在鉸鏈部等可動部之使用等。

先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2011-048150號公報

發明概要

然而，由上述撓性電路基板E1及光波導W1皆具可撓性可知，於上述撓性電路基板E1之電性配線52安裝光元件5時，其安裝時所加諸之擠壓荷重會使上述撓性電路基板E1及光波導W1皆變形。所以，難以正確安裝，有時會安裝不良。

爰此，本發明人等聯想到於上述撓性電路基板E1之絕緣層51背面(形成有光波導W1之面)中，於與光元件5之安裝部分(安裝用襯墊52a)對應的部分直接設置金屬製補強層。即，藉由上述金屬製補強層抑制安裝光元件5時因擠壓荷重所致之變形。

然而，若使用剛性(耐變形性)高的鎳等金屬作為上述金屬製補強層之材料，則使光電混合基板撓曲時，金屬製補強層無法追隨其撓曲而於該金屬製補強層發生斷裂，以致絕緣層51自該斷裂部分剝離。爰此，若於絕緣層51與金屬製補強層間設置接著劑層，如此則因接著劑層過度柔軟而發生光元件5之安裝不良。又，若使用與電性配線52相同以銅為主成分之金屬，撓曲時雖然追隨性佳且與絕緣層51之密接性佳，但對於安裝時的擠壓荷重則不具充分的剛性。

本發明有鑒於上述現況，其目的在於提供一種光電混合基板，其不藉由接著劑層即可使金屬製補強層密接於撓性電路基板之絕緣層，並在利用金屬製補強層抑制元件安裝時因擠壓荷重所致之變形的狀態下適當地安裝元件。

為了達成上述目的，本發明之光電混合基板為下述構成，即其具備：撓性電路基板，係於絕緣層表面形成有具安裝用襯墊之電性配線；元件，係安裝於上述安裝用襯墊；及光波導，係積層於上述絕緣層之背面側；上述撓性電路基板係於絕緣層背面亦形成有電性配線之撓性雙面電路基板，其背面側之電性配線中至少於與上述安裝用襯墊對應之部分鍍覆形成有金屬製補強層，呈現上述光波導抵接於該金屬製補強層之狀態。

即，本發明之光電混合基板係使用絕緣層背面亦形成有電性配線之撓性雙面電路基板作為撓性電路基板。在該撓性雙面電路基板中，絕緣層與表面及背面之電性配線原本即呈密接狀態。所以，即便撓曲，絕緣層與表面及背面之電性配線亦不會剝離。而且，其背面側之電性配線中至少於與表面側之安裝用襯墊對應的部分鍍覆形成有金屬製補強層。在此，電性配線及金屬製補強層兩者皆為金屬，故順應性高，且金屬製補強層係鍍覆形成於電性配線上者，因此該等電性配線及金屬製補強層呈現堅固密接之狀態。即，上述金屬製補強層不藉由接著劑層而藉由背面側之電性配線堅固地密接於撓性雙面電路基板之絕緣層。而且，該電性配線雖柔軟至具有可撓性的程度，但亦具有比接著劑層更高的剛性。所以，可藉由上述背面側之電性配線及金屬製補強層，抑制於表面側之安裝用襯墊安裝元件時因擠壓荷重所致之變形。於是便無元件的安裝不良，可適當地安裝元件。此外如上述，金屬製補強層係鍍覆形成於背面側之電性配線上且堅固地密接，因此即便撓曲，金屬製補強層仍不會自背面側之電性配線剝離。

本發明之光電混合基板係使用絕緣層背面亦形成有電性配線之撓性雙面電路基板作為撓性電路基板，因此可將金屬製補強層鍍覆形成於上述背面側之電性配線上。藉此，上述金屬製補強層即成為藉由背面側之電性配線而堅固地密接於撓性雙面電路基板之絕緣層者。所以，本發明之光電混合基板得以藉由上述背面側之電性配線及金屬製補強層抑制將元件安裝於安裝用襯墊時因擠壓荷重所致之變形。其結果，本發明之光電混合基板無元件安裝不良且適當地安裝有元件。此外，本發明之光電混合基板如上述因金屬製補強層鍍覆形成於背面側之電性配線上且堅固地密接，因此即便撓曲，金屬製補強層仍不會自背面側之電性配線剝離。

尤其，當上述背面側之電性配線之厚度在5~15μm之範圍內，上述金屬製補強層之彈性係數為152GPa以上且厚度在1~20μm之範圍內時，可抑制安裝元件時因擠壓荷重所致之變形同時可撓性亦佳。

又，在上述撓性雙面電路基板中，呈現表面側之電性配線與背面側電性配線連接之狀態時，可將背面側之電性配線作為表面側之電性配線的接地配線。又，可藉由表面側之電性配線將元件之發熱傳熱至背面側之電性配線進行放熱。

1‧‧‧絕緣層

1a‧‧‧貫通孔

1b‧‧‧通孔

2A、2B‧‧‧電性配線

2C‧‧‧通孔鍍層

2a、52a‧‧‧安裝用襯墊

3‧‧‧覆蓋膜

4‧‧‧金鍍層

5‧‧‧光元件

5a‧‧‧元件電極

6、56‧‧‧下包層

7、57‧‧‧芯

7a‧‧‧光反射面

8、58‧‧‧上包層

21‧‧‧銅箔

22‧‧‧銅鍍層

51‧‧‧絕緣層

52‧‧‧電性配線

E‧‧‧撓性雙面電路基板

E1‧‧‧撓性電路基板

M‧‧‧金屬製補強層

W、W1‧‧‧光波導(光配線)

圖1係示意顯示本發明之光電混合基板一實施形態之主要部分的縱截面圖。

圖2(a)~(c)係示意顯示上述光電混合基板中之撓性雙面電路基板之製作步驟的說明圖。

圖3(a)~(c)係接續圖2示意顯示撓性雙面電路基板之製作步驟的說明圖。

圖4(a)~(c)係示意顯示上述光電混合基板中之光波導之製作步驟的說明圖。

圖5(a)係示意顯示於上述光波導之芯形成光反射面之步驟的說明圖，圖5(b)係示意顯示上述光電混合基板中之光元件之安裝步驟的說明圖。

圖6係示意顯示本發明之光電混合基板其他實施形態之主要部分的縱截面圖。

圖7係示意顯示習知之光電混合基板的縱截面圖。

用以實施發明之形態

接下來，依據圖式詳細說明本發明之實施形態。

圖1係示意顯示本發明之光電混合基板一實施形態之安裝用襯墊附近(主要部分)的縱截面圖。本實施形態之光電混合基板係使用撓性雙面電路基板E作為電路基板，該撓性雙面電路基板E於具可撓性之絕緣層1的表面及背面形成有電性配線2A、2B。又，安裝光元件5及IC晶片等元件之安裝用襯墊2a係形成在表面側之電性配線2A的預定部分。而且，在本實施形態中，於背面側之電性配線2B及上述安裝用襯墊2a鍍覆形成有金屬製補強層M。又，光波導W係形成為其下包層6抵接於上述撓性雙面電路基板E之背面側的電性配線2B之狀態。如此一來，本發明之一大特徴即在於：作為光電混合基板之電路基板係使用雙面形成有電性配線2A、2B的撓性雙面電路基板E，且背面側之電性配線2B中至少於與表面側之安裝用襯墊2a對應的部分鍍覆形成有金屬製補強層M。

即，在撓性雙面電路基板E中，絕緣層1與表面及背面之電性配線2A、2B原本即呈密接狀態。此外，於其背面側之電性配線2B藉由鍍覆形成有金屬製補強層M，因此該等背面側之電性配線2B與金屬製補強層M可堅固地密接。由該等事項可知，上述光電混合基板為藉由背面側之電性配線2B而使金屬製補強層M堅固地密接於撓性雙面電路基板E之絕緣層1者，並以上述金屬製補強層M抑制於上述安裝用襯墊2a安裝光元件5等元件時因擠壓荷重所致之變形。而且，無元件之安裝不良而適當地安裝有元件。此外，上述光電混合基板如上述金屬製補強層M係鍍覆形成於背面側之電性配線2B且堅固地密接，由此可知，即便撓曲，金屬製補強層M仍不會自背面側之電性配線2B剝離。

如較詳細說明，上述撓性雙面電路基板E如前述於具可撓性之絕緣層1的表面及背面形成有電性配線2A、2B。例如自可撓性、強度等之觀點看來，其絕緣層1之厚度宜設定在3~40μm之範圍內，較理想在5~25μm之範圍內。因為，上述絕緣層1之厚度一旦過薄，強度有變小之傾向；一旦過厚，有可撓性變差之傾向。又，例如自可撓性、強度、通電性等觀點看來，電性配線2A、2B之厚度宜設定在5~15μm之範圍內，較理想在5~10μm之範圍內。因為，上述電性配線2A、2B之厚度一旦過薄，有招致斷線或通電性惡化之傾向；一旦過厚，有可撓性變差之傾向。

此外，在本實施形態中，表面側之電性配線2A與背面側之電性配線2B係藉由通孔鍍層2C而連接。所以，可將背面側之電性配線2B作為表面側之電性配線2A的接地配線。又，可藉由表面側之電性配線2A，將光元件5等元件之發熱傳熱至背面側之電性配線2B進行放熱。

又，於與安裝之上述光元件5之中央部對應的絕緣層1之部分形成有光程用貫通孔1a。又，表面側之電性配線2A中，安裝用襯墊2a除外的部分被覆蓋膜3被覆。此外，在本實施形態中，形成於安裝用襯墊2a之金屬製補強層M的表面形成有用以使電導性良好的金鍍層4。

由需要剛性之觀點看來，上述金屬製補強層M之彈性係數在152GPa以上為佳。作為上述金屬材料，可舉如鎳、鈷、鉻、鉬、鐵、錳、鉑、鉭、鎢等，其中自易形成性看來，以鎳、鈷、鉻為佳。又，自可撓性、強度等之觀點看來，其金屬製補強層M之厚度宜設定在1~20μm之範圍內，較理想在3~20μm之範圍內，更理想在5~20μm之範圍內。因為，上述金屬製補強層M之厚度一旦過薄，強度有變小之傾向；一旦過厚，有可撓性變差之傾向。

上述光波導W係形成為芯7被下包層6及上包層8夾持之狀態，其下包層6係在抵接至形成於背面側之電性配線2B之金屬製補強層M及未形成有背面側之電性配線2B之絕緣層1背面的狀態下，積層於撓性雙面電路基板E之背面側。而且，與安裝之光元件5等元件的中央部對應之芯7的部分係形成於對芯7之軸傾斜45°的光反射面7a，藉由在其光反射面7a上之光反射轉換光程，而可在芯7與光元件5之間進行光傳播。而，圖1中，符號5a係光元件5等元件的電極。

上述光電混合基板例如可以下述方法製造。

首先，如圖2(a)所示，準備絕緣層1之表面及背面形成有銅箔21之基材，並於其基材形成光程用貫通孔1a及通孔1b，該絕緣層1係由聚醯亞胺等樹脂構成。

接下來，如圖2(b)所示，藉由電鍍處理於上述銅箔21形成銅鍍層22直至電性配線2A、2B[參照圖2(c)]之厚度為止，並於上述通孔1b形成通孔鍍層2C。

接著如圖2(c)所示，將上述銅箔21及銅鍍層22之積層體圖案形成於電性配線2A(包含安裝用襯墊2a)、電性配線2B。該圖案形成例如係以抗蝕劑被覆上述積層體中欲設為電性配線2A、2B的部分，以蝕刻除去積層體中未被抗蝕劑被覆的部分後將上述抗蝕劑剝離而進行。

其後如圖3(a)所示以覆蓋膜3被覆安裝用襯墊2a除外的表面側之電性配線2A的部分。該覆蓋膜3之形成例如係使用感光性絕緣樹脂作為覆蓋膜形成用材料並藉由光刻法而進行。而，在圖3(a)及其以後的圖式中，未圖示出圖2(c)中所示之銅箔21及銅鍍層22而圖示出由該等所構成之電性配線2A(包含安裝用襯墊2a)、電性配線2B。

而且，如圖3(b)所示，藉由電鍍處理於呈現露出且為金屬的背面側之電性配線2B及安裝用襯墊2a形成金屬製補強層M。有關該金屬製補強層M，如前述，其金屬材料以鎳、鈷、鉻為佳，厚度在1~20μm之範圍內為佳。

此外，如圖3(c)所示，藉由電鍍處理於形成於安裝用襯墊2a之金屬製補強層M表面形成金鍍層4。該金鍍層4之厚度例如係設定在0.05~2μm之範圍內。又，上述電鍍處理時，以抗蝕劑等被覆呈現露出且為金屬的背面側之電性配線2B，以使不致於其部分形成金鍍層4。如此一來，即可製作形成有金屬製補強層M的撓性雙面電路基板E。

接著，如圖4(a)所示，於撓性雙面電路基板E之背面側在抵接至金屬製補強層M之狀態下形成下包層6，且該金屬製補強層M被覆背面側之電性配線2B。作為該下包層6之形成材料，可舉如感光性樹脂、熱硬化性樹脂等，藉由與其形成材料因應之製法，可形成下包層6。下包層6之厚度例如係設定在1~50μm之範圍內。

接著如圖4(b)所示，於下包層6下面在芯7突出之狀態下將芯7形成為線狀。該芯7例如係以感光性樹脂作為形成材料，藉由光刻法而形成。芯7之尺寸例如係設定在高度及寬度皆在5~60μm之範圍內。

此外，如圖4(c)所示，以被覆芯7的方式於下包層6下面形成上包層8。作為該上包層8之形成材料，可舉如感光性樹脂、熱硬化性樹脂等，藉由與其形成材料因應之製法，可形成上包層8。上包層8之厚度(自芯7起算的厚度)例如係設定在3~50μm之範圍內。如此一來，即可在撓性雙面電路基板E之背面側積層有光波導W之狀態下製作。

其後，如圖5(a)所示，藉由切削刃或雷射加工等自上包層8之下面側切削芯7的預定部分而形成對芯7之軸傾斜45°的光反射面7a。

而且，如圖5(b)所示於安裝用襯墊2a安裝光元件5等元件。此時會對撓性雙面電路基板E及光波導W加諸進行安裝而來的擠壓荷重，但藉由上述金屬製補強層M，可抑制撓性雙面電路基板E及光波導W因其擠壓荷重而變形。所以，無元件的安裝不良，可適當地安裝元件。如此一來即可製得光電混合基板。

圖6係示意顯示本發明之光電混合基板其他實施形態之安裝用襯墊附近(主要部分)的縱截面圖。該實施形態之光電混合基板係在圖1所示之實施形態中僅於背面側之電性配線2B中與表面側之安裝用襯墊2a對應的部分形成有金屬製補強層M。上述金屬製補強層M的部分形成係在形成金屬製補強層M時[參照圖3(b)]，在以抗蝕劑等被覆未形成金屬製補強層M之電性配線2A、2B之部分的狀態下施行電鍍處理而進行。其以外的部分與圖1所示之實施形態相同，於相同部分賦予相同的符號。

在本實施形態中，與圖1所示之實施形態相較下金屬製補強層M之形成面積較少，由此點看來，光電混合基板的剛性雖略差，但在針對光元件5等元件之安裝上係於適當部分形成有金屬製補強層M，因此可充分抑制其元件安裝時因擠壓荷重所致之變形。而且，無元件的安裝不良而適當地安裝有元件。

而，在上述各實施形態中，表面側之電性配線2A與背面側之電性配線2B係藉由通孔鍍層2C而連接，表面及背面之電性配線2A、2B亦可視情況未相連接。

又，在上述各實施形態中於安裝用襯墊2a形成有金鍍層4，亦可視情況未形成其金鍍層4。

此外，在上述各實施形態中，亦可以覆蓋膜被覆未形成有金屬製補強層M的背面側之電性配線2B的一部分。該覆蓋膜係於形成金屬製補強層M後且於形成下包層6前形成。又，亦可於形成上包層8後以覆蓋膜等被覆層被覆其上包層8。

又，在上述各實施形態中於絕緣層1形成有光程用貫通孔1a，惟，當絕緣層1具有透光性時，亦可未形成上述光程用貫通孔1a。

接著說明實施例。惟，本發明不受實施例限定。

實施例

製出圖6所示之實施形態的光電混合基板。在此，令：聚醯亞胺製絕緣層之厚度5μm，表面及背面各面的銅製電性配線之厚度10μm，由鎳鍍層所構成之金屬製補強層之厚度3μm，下包層之厚度15μm，芯之厚度50μm，芯之寬度50μm，上包層之厚度(自芯起算之厚度)15μm。又，上述由鎳鍍層所構成之金屬製補強層的彈性係數為177GPa。而，該彈性係數係使用彈性係數測定機(MATSUZAWA公司製、MMT-X7)測定。

[下包層及上包層]

在此，上述下包層及上包層之形成材料係混合脂肪族改質環氧樹脂(DIC公司製、EPICLONEXA-4816)50重量份、脂環式二官能環氧樹脂(DAICEL公司製、CELLOXIDE 2021P)30重量份、聚碳酸酯二醇(DAICEL公司製、PLACCEL CD205PL)20重量份、光氧發生劑(ADEKA公司製、SP170)2重量份及乳酸乙酯(武蔵野化學研究所公司製)5重量份而調製。

[芯]

又，上述芯之形成材料係混合鄰甲酚酚醛環氧丙酯(新日鐵住金化學公司製、YDCN-700-10)50重量份、雙苯氧乙醇茀二環氧丙酯(大阪燃氣化學公司製、OGSOL EG)50重量份、光氧發生劑(ADEKA公司製、SP170)1重量份及乳酸乙酯(武蔵野化學研究所公司製)50重量份而調製。

[光元件之安裝]

於上述實施例之光電混合基板的安裝用襯墊使用超音波安裝機倒裝晶片接合器(Panasonic Factory Solutions公司製、FCB3)安裝受光元件(京半導體公司製、光二極體KP DG006HA1)。其安裝條件係設為：元件溫度150℃、光電混合基板之溫度50℃、擠壓荷重1.0N、超音波輸出3.0W且安裝時間0.5秒。而且，確認其受光元件可適當運作。由此可知無安裝不良而有適當地安裝受光元件。

又，即便將上述金屬製補強層轉換成由鉻鍍層所構成者(彈性係數248GPa)、由鈷鍍層所構成者(彈性係數211GPa)、由錳鍍層所構成者(彈性係數159GPa)或由鉑鍍層所構成者(彈性係數152GPa)，各自皆可獲得顯示與上述相同傾向的結果。此外，即便將上述金屬製補強層之厚度改成1μm或20μm，各自皆可獲得顯示與上述相同傾向的結果。

又，即便將上述表裏各面之銅製電性配線的厚度改成5μm或15μm，皆可獲得顯示與上述相同傾向的結果。

在上述實施例中雖顯示出本發明之具體的形態，但上述實施例僅為例示，非用以限定解釋。對熟知此項技藝之人士而言為明瞭可知之各種變形乃屬本發明範圍內。

產業上之可利用性

本發明之光電混合基板可利用於解決光元件等元件的安裝不良上。

Claims

一種光電混合基板，其具備：撓性電路基板，係於絕緣層表面形成有具安裝用襯墊之電性配線；元件，係安裝於上述安裝用襯墊；及光波導，係積層於上述絕緣層之背面側；上述撓性電路基板係於絕緣層背面亦形成有電性配線之撓性雙面電路基板，其背面側之電性配線中至少於與上述安裝用襯墊對應之部分鍍覆形成有金屬製補強層，呈現該金屬製補強層的全體被夾持於上述光波導及上述背面側之電性配線之間的狀態。
如請求項1之光電混合基板，其中上述背面側之電性配線之厚度在5~15μm之範圍內，上述金屬製補強層之彈性係數為152GPa以上且厚度在1~20μm之範圍內。
如請求項1或2之光電混合基板，其中上述撓性雙面電路基板係呈表面側之電性配線與背面側之電性配線連接之狀態。