TWI708316B - 模製的電路基板 - Google Patents

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博真 特桑諾維克
妮可拉 史普林
賽門 古柏瑟
羅伯特 李納特
瑪利歐 賽桑那
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新加坡商海特根微光學公司
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Abstract

模製的電路基板包含由一絕緣側壁環繞之一導電層。該絕緣側壁進一步為併入有模製的電路基板之一電子模組提供一結構組件。因此，該等模製的電路基板可准許較佳之效能、減小電子模組厚度並減少製作成本。用於製作模製的電路基板之方法可促進對絕緣側壁、絕緣分隔件、電觸點及其他組件之精確定位。

Description

模製的電路基板
本發明係關於耐久之電子模組基板。
電子模組通常係以各種方式被機械安裝於印刷電路板(PCB)上。舉例而言，電子模組可包含隨後經由黏合劑安裝及固定至PCB之側壁。PCB亦可為模組內之電子組件提供機械支撐，且可使用層壓至一電絕緣基板(例如，玻璃纖維補強環氧樹脂)上之導電軌道及襯墊及自一導電片材(例如，銅)蝕刻而成之其他特徵對各種電子組件進行電連接。電連接件亦可併入至由複數個平坦層組成之PCB中，舉例而言，具有在每一側上皆由電絕緣層包覆之一導電層之PCB。可由導通體、經電鍍通孔對此一總成之任一側上之組件或觸點進行電連接。電子組件(例如，雷射二極體)可產生熱量，由於PCB內之電絕緣層(例如，玻璃纖維補強環氧樹脂)亦係隔熱的，因而熱量可在電子模組內累積。 在某些例項中，熱量累積致使電子模組或電子模組之部分之溫度升高至足以損壞模組內敏感組件之位準。在某些例項中，熱量累積致使模組內之組件變得不對準(例如，由於模組內組件之熱膨脹)。此等效應可使模組效能顯著降級。 製作併入至PCB中之導通體可提出進一步的問題。導通體通常被併入至具有在每一側上皆由電絕緣層包覆之至少一單個導電層之PCB中。於是，藉由自相對側貫穿絕緣層並嚮導電層中鑽製孔來製作導通體，理想地，該等孔係在該導電層中交會。然而，可能會發生不對準以使得該等孔並不按既定情況交會。此外，鑽孔製程可係一昂貴且耗時之製作步驟。因此，在不進行鑽孔步驟之情況下製作電連接件可達成成本之減少及製作效率之改良。 當電子模組被機械固定至PCB且在高溫下操作時，可出現額外問題。舉例而言，當將一PCB固定至一組件(例如，經由黏合劑)時，絕緣層與固定組件之間之熱膨脹係數之差異可在操作期間在電子模組中引起顯著應力或故障點。對於在操作期間需要穩定尺寸之電子模組(諸如透鏡通常精確地對準於電子組件之光電模組)而言，此可能尤其係一令人擔憂之問題。 PCB可提出其他挑戰。舉例而言，通常將併入有電子模組之主機裝置(例如，智慧型電話)設計及製作為儘可能薄(亦即，超薄)的。因此，併入至此等超薄主機裝置中之電子模組亦必須係儘可能薄的。然而，PCB可顯著影響此等電子模組之整體厚度，藉此限制了其與超薄主機裝置之相容性。儘管在某些例項中，PCB可製作有超薄尺寸，但其亦可係極脆弱的或換言之不耐久的，使得在製作期間難以進行操縱。此外，由於導通體之存在，對藉由原位將具有更典型厚度之PCB薄化而避免使用超薄PCB之嘗試係不成功的。該等導通體可加重機械加工工作量，藉此限制了PCB之厚度可被定製之程度。
本發明闡述了在某些實施方案中克服PCB之前述問題及侷限性之模製的電路基板。舉例而言，在一項態樣中，一種模製的電路基板包含一絕緣側壁及一導電層，該絕緣側壁環繞該導電層，且該絕緣側壁界定該導電層之一電隔離區域。絕緣側壁進一步在一電子模組內界定一結構組件。在此等實施方案中，絕緣側壁具有劃定導電層之一電隔離區域及劃定電子模組內一結構組件之雙重功能。在某些例項中，可減小熱應力。在某些例項中，可將模製的電路基板製作為超薄的。在某些例項中，可將併入有模製的電路基板之電子模組製作為超薄的。在主動組件係電連接至導電層區域之例項中，可避免在製作期間出現不對準(諸如可能在製作導通體期間發生之不對準)。 在另一態樣中，絕緣側壁之結構組件在併入有模製的電路基板之一光電模組中界定不透明側壁。在此等實施方案中，絕緣側壁可有利於例如提供導電層之電隔離區域(亦即，絕緣側壁環繞導電層)及進一步提供不透明側壁之結構組件，且因此准許對進出光電模組之雜散光進行優越控制。 某些實施方案包含以下特徵中之一或多者。舉例而言，結構組件可界定一透明包覆模製件之橫向尺寸。在某些例項中，該透明包覆模製件包含一光學元件。在某些情形下，該透明包覆模製件包含一光學濾光器。在此等實施方案中，包覆模製件及模製的電路基板可提供一優點，此乃因(舉例而言)在諸多例項中，導電層可進一步包含一主動組件(生熱組件)。在此等例項中，包覆模製件可防止自主動組件所產生之熱量之充分耗散；因此，在此等例項中，導電層可有利於促進熱量自光電模組之耗散。 在某些實施方案中，模製的電路基板進一步包含安裝於導電層之一表面上之一主動光電組件。在某些例項中，該主動光電組件包含以下中之至少一者：一雷射二極體、一發光二極體、一光電二極體、一雷射二極體陣列、一發光二極體陣列、及/或一光電二極體陣列。 在某些實施方案中，模製的電路基板進一步包含一光學元件，且結構組件進一步界定上面安裝有該光學元件之一基板。在某些情形下，結構組件進一步界定光學元件與導電層之間之一間隔。在此等實施方案中，模製的電路基板可提供一優點，其中絕緣側壁之結構組件可界定光學元件與導電層之間之一間隔；舉例而言，在此等例項中，由於絕緣側壁提供導電層之電隔離區域及在光學元件與導電層之間提供一間隔之結構組件，因此可較佳地控制及預測該間隔(例如，隨著併入有模製的電路基板之模組之操作溫度之變化)。 在某些例項中，模製的電路基板進一步包含一絕緣分隔件。該絕緣分隔件可界定導電層之一電隔離區域。 在又一態樣中，闡述一種用於製造複數個模製的電路基板之方法。該方法包含：將一導電層安裝至一耐蝕刻基板；將一光阻劑施加至該導電層；選擇性地使該導電層上之該光阻劑固化以形成劃定複數個絕緣側壁之橫向尺寸之一圖案；自該導電層移除該光阻劑以使得經移除光阻劑界定該等絕緣側壁之橫向尺寸；蝕刻該導電層；自該導電層剝除已固化之光阻劑；將一側壁工具安裝至該導電層，該側壁工具包含劃定複數個絕緣側壁之模穴；以不透明之可模製材料填充劃定該複數個絕緣側壁之該等模穴；使該不透明之可模製材料固化；自該導電層及該已固化之不透明之可模製材料移除該側壁工具，已固化之可模製材料係該複數個絕緣側壁；電鍍該導電層；及將複數個主動組件安裝至該導電層。在此等實施方案中，用於製造模製的電路基板之方法可係有利的。舉例而言，可藉由在使絕緣側壁固化之後研磨導電層之一表面而進一步定製模製的電路基板之尺寸(例如，厚度)。在某些例項中，已固化之絕緣側壁提供足夠之機械穩定性以准許研磨導電層之一表面。 在某些實施方案中，一種用於製造複數個模製的電路基板之方法進一步包含：將一包覆模製工具安裝至複數個絕緣側壁，其中該包覆模製工具包含劃定複數個包覆模製件之模穴；以透明之可模製材料填充劃定複數個包覆模製件之該等模穴；使該透明之可模製材料固化；及自已固化之不透明及透明之可模製材料移除該包覆模製工具。在某些例項中，用於製造複數個模製的電路基板之方法進一步包含切分該等絕緣側壁。 在又一態樣中，一種用於製造複數個模製的電路基板之方法包含：將一導電層安裝至一耐蝕刻基板；將一光阻劑施加至該導電層；選擇性地使該導電層上之該光阻劑固化以形成劃定複數個絕緣側壁之橫向尺寸之一圖案；自該導電層移除該光阻劑以使得經移除光阻劑界定該等絕緣側壁之橫向尺寸；蝕刻該導電層；自該導電層剝除已固化之光阻劑；將一平坦工具安裝至該導電層，該平坦工具實質上係平坦的且劃定複數個絕緣分隔件模穴；以不透明之可模製材料填充該等絕緣分隔件模穴；使該不透明之可模製材料固化；自該導電層及該已固化之不透明之可模製材料移除該平坦工具，已固化之可模製材料係該複數個絕緣分隔件模穴；將一側壁工具安裝至該導電層，該側壁工具包含劃定複數個絕緣側壁之模穴；以不透明之可模製材料填充劃定該複數個絕緣側壁之該等模穴；使該不透明之可模製材料固化；自該導電層及已固化之不透明之可模製材料移除該側壁工具，已固化之可模製材料係該複數個絕緣側壁；電鍍該導電層；及將複數個主動組件安裝至該導電層。 依據以下詳細說明、附圖及申請專利範圍將容易明瞭其他態樣、特徵及優點。
圖1A至圖1H繪示用於製造複數個模製的電路基板之實例性步驟。圖1A繪示包含一導電層101 (諸如由銅、鎳、鋁或任一其他導電及導熱金屬或合金組成之一層)之一總成100。在某些例項中，導電層101可係數微米厚，在其他例項中，導電層可高達50 μm厚，而在又一些例項中，導電層可高達100 μm厚。可將導電層101安裝至一耐蝕刻基板102以達成機械支撐。舉例而言，耐蝕刻基板102可係一耐酸膠帶，其中此一膠帶之黏附性質可藉由(舉例而言)曝露於紫外線輻射而定製。圖1A進一步繪示安裝於導電層101之一表面上之一光阻劑103。在某些實施方案中，可選擇性地使該光阻劑固化，其中未固化之光阻劑被移除(圖1A中所繪示光阻劑103之狀態)。在其他實施方案中，可使用一光阻劑之一替代方案，舉例而言，可將另一材料選擇性地沈積至導電層101之一表面上。可以較小之容差(例如，僅數微米)對光阻劑進行圖案化(亦即，一般為光微影)；因此，光微影可適合於某些需要小容差之實施方案，諸如與高效能光電模組成一體之模製的電路基板。將圖1A中所繪示之總成曝露於一蝕刻溶液(諸如一酸)。該蝕刻溶液選擇性地移除導電層之部分，如圖1B中所繪示。 圖1B繪示在圖1A中之總成100經受蝕刻溶液之後，安裝於耐蝕刻基板102上之具有經移除部分104之導電層101。導電層之部分104由蝕刻溶液移除，隨後，劃定出導電層之電隔離區域103。 圖1C繪示與導電層101相接觸之一側壁工具105。側壁工具105可由一彈性材料(諸如聚二甲基矽氧烷(PDMS))組成。側壁工具105包含劃定絕緣側壁之模穴。在某些實施方案中，側壁工具105進一步包含劃定絕緣分隔件之模穴107。側壁工具105進一步包含用於傳導可模製材料(諸如液體(可固化)聚合物及/或環氧樹脂) (如圖1C中箭頭所指示)之導管108。在某些實施方案中，可模製材料可係不透明的，舉例而言，含有無機或有機填充劑(諸如碳黑)之環氧樹脂。 圖1D繪示與導電層101相接觸之一平坦工具109。平坦工具109可由一彈性材料(諸如聚二甲基矽氧烷(PDMS))組成。平坦工具109可係實質上平坦的，其中導電層之經移除部分104界定模穴，該等模穴劃定絕緣分隔件。在某些實施方案中，平坦工具109進一步包含用於傳導可模製材料(諸如液體(可固化)聚合物及/或環氧樹脂)之導管108，而在其他實施方案中，平坦工具無需含有另外的導管，導電層之經移除部分如上文所述進一步劃定用於傳導可模製材料之導管。在某些實施方案中，可模製材料可係不透明的，舉例而言，含有無機或有機填充劑(諸如碳黑)之環氧樹脂。 圖1E繪示在使上文所闡述可模製材料固化之後之複數個模製的電路基板。模製的電路基板可包含複數個已固化之絕緣側壁111，而在其他實施方案中，模製的電路基板可包含複數個已固化之絕緣側壁111及複數個絕緣分隔件112 (如圖1E中所繪示)。在又一些實施方案中，模製的電路基板110可包含複數個絕緣分隔件112 (例如，作為採用圖1D中所繪示平坦工具之結果)。在某些實施方案中，絕緣側壁111可提供一優點，舉例而言，在於光電模組中實施模製的電路基板110之實施方案中，絕緣側壁111可在導電層之區域103之間提供電隔離，同時亦使安裝於導電層之經隔離區域103上之一主動組件與雜散光隔離。 圖1F繪示添加有已安裝之主動組件113 (諸如雷射二極體、發光二極體、光電二極體、雷射二極體陣列、發光二極體陣列、及/或光電二極體陣列)之圖1E中所繪示總成。 圖1G繪示包含具有複數個包覆模製件114之模製的電路基板之一總成。在某些實施方案中，複數個包覆模製件114可進一步包含光學元件115。 圖1H繪示併入至複數個光電模組中之複數個模製的電路基板，其中該複數個模製的電路基板可被切分(或以其他方式被分離)，藉此形成離散光電模組(如虛線所指示)。 圖2A至圖2B繪示併入有模製的電路基板之實例性光電模組。圖2A繪示一單通道光電模組200A之一實例。單通道光電模組200A包含一模製的電路基板201A。模製的電路基板包含由一絕緣側壁203A環繞之一導電層202A。該導電層可由(舉例而言)銅、鎳、鋁或其他具有實質導電及導熱性之金屬或合金組成。模製的電路基板201A進一步包含一絕緣分隔件204A。絕緣分隔件204A提供導電層202A之複數個電隔離區域205A。單通道光電模組200A進一步包含經由一電連接件207A而電連接至複數個電隔離區域205A之一主動組件206A。主動組件206A可係(舉例而言)一發光二極體、一雷射二極體、一光電二極體、一發光二極體陣列、一雷射二極體陣列(例如，一垂直腔表面發射雷射陣列)、及/或一光電二極體陣列(諸如一電荷耦合裝置陣列及/或一互補金屬氧化物半導體陣列)。單通道光電模組200A進一步包含一包覆模製件208A。包覆模製件208A可由准許主動組件206A之最佳功能之實質上透明之材料(諸如光學環氧樹脂或聚合物)組成。該單通道光電模組可進一步包含安裝成對準於主動組件206A之一光學元件209A。在此實施方案中，絕緣側壁203A可進一步提供一結構組件。舉例而言，絕緣側壁203A可界定包覆模製件208A之橫向尺寸。此外，絕緣側壁203A對諸如主動組件206A所敏感及/或所發射之波長等光波長係實質上不透明的。舉例而言，絕緣側壁203A可由一環氧樹脂組成，該環氧樹脂中併入有實質上不透明之填充劑(諸如碳黑)。在某些實施方案中，該單通道光電模組可操作以用作一光發射器(例如，可用於經結構化光應用之一光投射器)，而在其他實施方案中，該單通道光電模組可操作以用作一光敏模組(例如，諸如一成像器或攝影機)。 圖2B繪示一多通道光電模組200B之一實例。多通道光電模組200B包含一模製的電路基板201B。模製的電路基板201B包含由絕緣側壁203B環繞之導電層202B。模製的電路基板201B進一步包含絕緣分隔件204B。絕緣分隔件204B提供導電層202B之複數個電隔離區域205B。多通道光電模組200B進一步包含經由電連接件207B而電連接至複數個電隔離區域205B之主動組件206B。多通道光電模組200B可進一步包含安裝於一光學元件基板210B中之光學元件209B，光學元件209B係安裝成對準於各別主動組件206B。在此實施方案中，絕緣側壁203B可進一步提供結構組件。舉例而言，絕緣側壁203B可界定光學元件與各別主動組件206B之間之一間隔211B。此外，絕緣側壁203B對諸如主動組件206B所敏感及/或所發射之波長等光波長可係實質上不透明的。在某些實施方案中，主動組件206B可係(舉例而言)一發光二極體、一雷射二極體、一發光二極體陣列、一雷射二極體陣列(例如一垂直腔表面發射雷射陣列))。在此等實施方案中，多通道光電模組中之一毗鄰通道可包含一主動組件206B，主動組件206B可係(舉例而言)一光電二極體、及/或一光電二極體陣列(諸如一電荷耦合裝置陣列及/或一互補金屬氧化物半導體陣列)。在某些實施方案中，多通道光電模組可操作以用作一近接偵測器，而在其他實施方案中，多通道光電模組可操作以用作一3D成像攝影機(諸如一飛行時間攝影機)。 圖3繪示圖解說明用於製造複數個模製的電路基板之實例性步驟之一流程圖300。在一步驟301中，將導電層安裝至一耐蝕刻基板，諸如黏合劑、紫外線可固化膠帶。在一後續步驟302中，舉例而言，經由噴塗、旋塗或藉由熟習本發明所屬技術者所明瞭之另一方法而將一光阻劑施加至導電層。在一後續步驟303中，選擇性地將光阻劑曝露於輻射(諸如紫外線輻射)。舉例而言，在某些情形下，可使用具有一圖案之一遮罩來選擇性地將光阻劑曝露於輻射。在一後續步驟304中，在一顯影步驟中移除未固化之光阻劑。在一後續步驟305中，以一蝕刻溶液(諸如一強酸)蝕刻導電層。在一後續步驟306中，可用(舉例而言) 1-甲基-2-吡咯烷酮(1-methyl-2-pyrrolidon)、二甲基亞碸、一鹼性溶液、及/或氧電漿剝除已固化之光阻劑。在一後續步驟307中，相對於導電層安裝一側壁工具，其中該側壁工具包含在導電層內劃定絕緣側壁及/或絕緣分隔件之模穴。在一後續步驟308中，以可模製材料填充側壁工具中之該等模穴。在某些實施方案中，可模製材料在固化後旋即係實質上不透明的。在一後續步驟309中，例如經由紫外線輻射及/或以熱量使可模製材料固化。在一後續步驟310中，自導電層及已固化之可模製材料移除側壁工具。已固化之可模製材料界定絕緣側壁及/或絕緣分隔件。在一後續步驟311中，例如以金屬(諸如金、鈀)電鍍導電層，以便保護導電表面免受降解並改良導電性。在一後續步驟312中，將主動組件(例如，光電二極體、雷射二極體、發光二極體)電安裝(例如，焊接)至導電層。在一後續步驟313中，將一包覆模製工具安裝至絕緣側壁，其中該包覆模製工具包含部分地劃定包覆模製件之尺寸之模穴。此外，在某些實施方案中，包覆模製工具可含有劃定光學元件之模穴。在一後續步驟314中，以透明之可模製材料填充包覆模製工具中之模穴。在一後續步驟315中，例如以紫外線光及/或熱量來使可模製材料固化。在一後續步驟316中，自絕緣側壁移除包覆模製工具。在一後續步驟317中，切分絕緣側壁，產生併入有模製的電路基板之離散電子模組。 上文實例中所闡述之模製的電路基板及其製作可進一步包含上文未闡述之其他特徵。在某些實施方案中，可省略某些步驟及/或可包含其他額外步驟。此外，雖然已關於各種實例詳細地闡述了本發明，但其他實施方案可包含各種所揭示特徵之組合。因此，其他實施方案在申請專利範圍之範疇內。
100‧‧‧總成101‧‧‧導電層102‧‧‧耐蝕刻基板103‧‧‧光阻劑/導電層之電隔離區域/導電層之區域/導電層之經隔離區域104‧‧‧經移除部分105‧‧‧側壁工具107‧‧‧模穴108‧‧‧導管109‧‧‧平坦工具110‧‧‧模製的電路基板111‧‧‧絕緣側壁/已固化之絕緣側壁112‧‧‧絕緣分隔件113‧‧‧主動組件114‧‧‧包覆模製件115‧‧‧光學元件200A‧‧‧單通道光電模組200B‧‧‧多通道光電模組201A‧‧‧模製的電路基板201B‧‧‧模製的電路基板202A‧‧‧導電層202B‧‧‧導電層203A‧‧‧絕緣側壁203B‧‧‧絕緣側壁204A‧‧‧絕緣分隔件204B‧‧‧絕緣分隔件205A‧‧‧電隔離區域206A‧‧‧主動組件206B‧‧‧主動組件207A‧‧‧電連接件207B‧‧‧電連接件208A‧‧‧包覆模製件209A‧‧‧光學元件209B‧‧‧光學元件210B‧‧‧光學元件基板211B‧‧‧間隔
圖1A至圖1H繪示用於製造複數個模製的電路基板之實例性步驟。 圖2A至圖2B繪示併入有模製的電路基板之實例性光電模組。 圖3繪示圖解說明用於製造複數個模製的電路基板之實例性步驟之一流程圖。
200B‧‧‧多通道光電模組
201B‧‧‧模製的電路基板
202B‧‧‧導電層
203B‧‧‧絕緣側壁
204B‧‧‧絕緣分隔件
206B‧‧‧主動組件
207B‧‧‧電連接件
209B‧‧‧光學元件
210B‧‧‧光學元件基板
211B‧‧‧間隔

Claims (6)

  1. 一種多通道光電模組，其包括一模製的電路基板，其中該模製的電路基板包括：二或更多個導電層；多個絕緣側壁，每一個導電層係由該等絕緣側壁環繞，該等絕緣側壁劃定該等導電層之電隔離區域；及該等絕緣側壁包括多個不透明的側壁而且進一步界定該光電模組的一第一光通道及一第二光通道；二或更多個絕緣分隔件，一第一絕緣分隔件劃定該第一光通道的該導電層的一電隔離區域以及一第二絕緣分隔件劃定該第二光通道的該導電層的一電隔離區域；一安裝於該第一光通道中的該導電層之一表面上之一第一主動光電組件以及一安裝於該第二光通道中的該導電層之一表面上之一第二主動光電組件；及其中該第一主動光電組件包含以下各項中之至少一者：一雷射二極體、一發光二極體、一雷射二極體陣列、一發光二極體陣列；及其中該第二主動光電組件包含以下各項中之至少一者：一光電二極體或一光電二極體陣列。
  2. 如請求項1之模製的電路基板，該結構組件劃定一透明包覆模製件之橫向尺寸。
  3. 如請求項2之模製的電路基板，其中該透明包覆模製件包含一光學元件。
  4. 如請求項2之模製的電路基板，其中該透明包覆模製件包含一光學濾光器。
  5. 如請求項1之模製的電路基板，該模製的電路基板進一步包含一光學元件，該結構組件進一步劃定上面安裝有該光學元件之一基板。
  6. 一種用於製造複數個模製的電路基板之方法，該方法包括：將一導電層安裝至一耐蝕刻基板；將一光阻劑施加至該導電層；選擇性地使該導電層上之該光阻劑固化以形成劃定複數個絕緣側壁之橫向尺寸之一圖案；自該導電層移除該光阻劑以使得該經移除光阻劑界定該等絕緣側壁之該等橫向尺寸；蝕刻該導電層；自該導電層剝除該已固化之光阻劑；將一側壁工具安裝至該導電層，該側壁工具包含劃定複數個絕緣側壁之模穴；以不透明之可模製材料填充劃定該複數個絕緣側壁之該等模穴；使該不透明之可模製材料固化；自該導電層及該已固化之不透明之可模製材料移除該側壁工具，該 已固化之可模製材料係該複數個絕緣側壁；電鍍該導電層；將複數個主動組件安裝至該導電層；將一包覆模製工具安裝至該複數個絕緣側壁，該包覆模製工具包含劃定複數個包覆模製件之模穴；以透明之可模製材料填充劃定該複數個包覆模製件之該等模穴；使該透明之可模製材料固化；及自該已固化之不透明及透明之可模製材料移除該包覆模製工具。
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