TWI766901B - 光電混合基板 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可進一步減少光的傳播損失之光電混合基板。本發明之光電混合基板具備：電路基板；發光元件、受光元件，安裝在上述電路基板的第1面；與光波導，積層形成在上述電路基板之與上述第1面為相反之側的第2面，且具有光路用芯；上述光波導的芯具有：端部，形成有可反射光使光在上述芯與上述發光元件、受光元件之間傳播的光反射面；延伸設置部，從上述芯的端部側朝上述發光元件、受光元件延伸設置；主部，為其延伸設置源；且該芯的延伸設置部之與軸方向呈直角的截面形狀和其延伸設置源之芯的主部之與軸方向呈直角的截面形狀相異。

Description

光電混合基板
本發明是有關於一種具備電路基板、安裝在該電路基板上的光元件與積層形成在上述電路基板的光波導之光電混合基板。
發明背景 最近於電子機器等中，隨著傳輸資訊量的增加，除了採用電性配線之外，還採用光配線。上述所提者例如有提出如下的光電混合基板(第1習知例)。該光電混合基板具備：電路基板，在絕緣層表面(第1面)形成電性配線而成；光波導[第1包覆層、芯(光配線)、第2包覆層]，積層在該電路基板的上述絕緣層的背面[第2面：與電性配線的形成面(第1面)為相反之側的面]；與發光元件及受光元件，安裝在上述電性配線的形成面中與上述光波導兩端部相對應的部分。該光電混合基板中，光波導兩端部形成為相對於上述芯的長邊方向(光傳播方向)傾斜45°的傾斜面，且位在該傾斜面的芯的部分為光反射面。又，上述絕緣層具有透光性，且可使光通過上述絕緣層在上述發光元件與第1端部的光反射面之間及上述受光元件與第2端部(與第1端部為相反之側的端部)的光反射面之間傳播。
光在上述光電混合基板中的傳播係如下進行。首先，從發光元件朝第1端部的光反射面發光。該光在通過上述絕緣層後，會穿透光波導的第1端部的第1包覆層，並在芯的第1端部的光反射面反射(光路變換90°)後在芯內沿長邊方向行進。然後，在該芯內傳播的光會在芯的第2端部的光反射面反射(光路變換90°)，朝受光元件行進。接著，該光會穿透第2端部的第1包覆層而射出，並在通過上述絕緣層後被受光元件接收。
但是，從上述發光元件發出的光及在第2端部的光反射面反射的光會擴散。因此，一般係將上述發光元件的發光部的發光面形成得較窄，且將上述受光元件的受光部的受光面形成得較寬，但可有效傳播的光的量仍少，而光的傳播損失仍大。
因此，為了減少光的傳播損失，而提出有一種光電混合基板(第2習知例)，其在光波導中，將芯從與上述光反射面相對應的芯的端部側朝上述發光元件、受光元件延伸設置，並縮短該延伸設置部的前端面與上述發光元件的發光部之間的距離、及上述延伸設置部的前端面與上述受光元件的受光部之間的距離(例如，參照專利文獻1)。亦即，在該光電混合基板中，由於縮短了從上述發光元件的發光部到上述延伸設置部的前端面之距離，故可在從上述發光元件的發光部的發光面所發出的光擴散不多前，使該光入射上述芯的延伸設置部的前端面。又，同樣地，由於縮短了從上述延伸設置部的前端面到上述受光元件的受光部之距離，故可在從上述芯的延伸設置部的前端面所射出的光擴散不多前，在上述受光元件的受光部的受光面接收該光。因此，可減少光的傳播損失。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2010-140055號公報
發明概要 發明欲解決之課題 但最近還尋求進一步減少光的傳播損失。而上述專利文獻1的光電混合基板在此點上仍有改善的餘地。
本發明是鑒於所述情事而作成的發明，提供一種可進一步減少光的傳播損失之光電混合基板。 用以解決課題之手段
本發明之光電混合基板具備：電路基板；光元件，安裝在上述電路基板的第1面；與光波導，積層形成於上述電路基板之與上述第1面為相反之側的第2面，且具有光路用芯；且該光電混合基板具備以下構成：上述光波導的芯具有：端部，形成在可反射光使光在上述芯與上述光元件之間傳播的光反射面上；延伸設置部，從該芯的端部側朝上述光元件延伸設置；與主部，為其延伸設置源；且上述芯的延伸設置部之與軸方向呈直角的截面形狀和上述芯的主部之與軸方向呈直角的截面形狀相異。
另外，在本發明中，由於上述截面形狀呈相似形狀者之截面尺寸相異，故視為截面形狀相異者。
本發明人等為了在形成有上述芯的延伸設置部之光電混合基板中進一步減少光的傳播損失，反覆進行了研究。在此過程中，想出了使上述芯的延伸設置部之與軸方向呈直角的截面形狀和為其延伸設置源的主部之與軸方向呈直角的截面形狀相異。以往，由於將重點放在縮短上述芯的延伸設置部的前端面與光元件之間的距離上，故將芯的延伸設置部形成為與其延伸設置源之芯的主部同樣尺寸，而沒有想到如上所述地使彼此的截面形狀形成不同。因此，上述芯的延伸設置部與為其延伸設置源之芯的主部係都形成為相同的截面形狀。
於此，如本發明人等的上述發想，使芯的延伸設置部之截面形狀和為其延伸設置源之芯的主部之截面形狀形成不同時，可增加上述芯的延伸設置部之形狀的自由度。因此，發現了可因應光元件的種類與光電混合基板的結構等來形成上述芯的延伸設置部的形狀，以使光的傳播損失進一步減少。
例如，光元件若為發光元件，因從發光元件的發光部發出的光會擴散，而藉由將可使該光入射的延伸設置部的前端面形成得較寬，可使更多的光入射至該前端面，故可進一步減少光的傳播損失。而光元件若為受光元件，因從該受光元件側的延伸設置部的前端面射出的光會擴散，則藉由將可使該光射出的延伸設置部的前端面形成得較窄，而可在受光元件的受光部的受光面於縮小光的發散的狀態下接收光，故可進一步減少光的傳播損失。
發明效果 本發明之光電混合基板中，由於形成有從芯的端部側朝光元件延伸設置的延伸設置部，故可縮短芯的延伸設置部的前端面與光元件之間的距離。藉此，可於光在芯的延伸設置部的前端面與光元件之間擴散不多前使光傳播，故可增加有效傳播的光的量，減少光的傳播損失。並且，本發明之光電混合基板中，由於芯的延伸設置部之與軸方向呈直角之截面形狀和為其延伸設置源之芯的主部之與軸方向呈直角之截面形狀相異，故可增加上述芯的延伸設置部之形狀的自由度。因此，可因應光元件的種類與光電混合基板的結構等形成上述芯的延伸設置部的形狀，以使光的傳播損失進一步減少。
例如，上述延伸設置部若為發光元件側的延伸設置部，藉由將該延伸設置部的前端面形成得較寬，可使更多的光入射至該前端面，而可進一步減少光的傳播損失。又，上述延伸設置部若為受光元件側的延伸設置部，藉由將該延伸設置部的前端面形成得較窄，而可在受光元件的受光部的受光面於已縮小光的發散的狀態下接收光，因此可進一步減少光的傳播損失。
尤其是於當上述電路基板具備具有透光性的絕緣層與形成於該絕緣層的第1面之電性配線，且上述絕緣層之與上述第1面為相反之側的第2面為積層形成有上述光波導之上述電路基板的第2面，並且上述芯的延伸設置部的前端面與上述絕緣層的上述第2面抵接時，可利用上述絕緣層以物理或化學性方式保護上述延伸設置部的前端面。因此，可適當維持上述延伸設置部的前端面之狀態，而可維持已進一步減少光的傳播損失之狀態。
而於上述光元件為發光元件，且上述芯的延伸設置部之前端面的面積比該發光元件的發光部之發光面的面積大時，即使從發光元件的發光部之發光面發出的光擴散，也會因上述延伸設置部的前端面(光入射面)較寬，而可使更多的光入射至該延伸設置部的前端面。因此，可進一步減少光的傳播損失。
又，於上述光元件為受光元件，且上述芯的延伸設置部之前端面的面積比該受光元件的受光部之受光面的面積小時，即使從上述延伸設置部的前端面射出的光擴散，也會因上述延伸設置部的前端面(光射出面)較窄，而可在受光元件的受光部的受光面於已縮小光的發散的狀態下接收光。因此，可進一步減少光的傳播損失。
並且於上述芯的延伸設置部的側周面構成為與上述光波導的包覆層接觸之狀態，上述芯的延伸設置部之與上述包覆層的界面部分形成混合層，且該混合層是上述芯的形成材料中混合上述包覆層的形成材料而成者時，若未形成該混合層，則上述芯的延伸設置部與上述包覆層的界面會有形成粗面之情形，但若形成上述混合層，則該混合層的兩面不會形成粗面。然後，因在上述延伸設置部中行進的光不是在該界面(粗面)反射，而是在上述混合層的兩面中在芯之朝內側的面反射，故該反射即為適當。結果可維持光的傳播效率，而可維持已進一步減少光的傳播損失之狀態。
然後，於上述芯的延伸設置部呈朝該延伸設置部的前端面漸漸變細時，由於上述延伸設置部的側周面形成為傾斜面，故可藉由光在該傾斜面的反射，適當地引導光。例如，上述延伸設置部若為發光元件側的延伸設置部，可使從該延伸設置部的前端面入射的光在上述傾斜面反射，來有效率地引導至芯端部的光反射面。因此，可進一步減少光的傳播損失。而上述延伸設置部若為受光元件側的延伸設置部，則可使在芯端部的光反射面反射的光在上述傾斜面反射，來有效率地引導至上述延伸設置部的前端面。因此，可進一步減少光的傳播損失。
又，於上述光反射面中之上述光元件側的端部位於上述芯的延伸設置部的區域時，由於可在發光元件側的延伸設置部中，將在上述光反射面反射的光有效率地引導至上述延伸設置部的前端面，故可進一步減少光的傳播損失。
用以實施發明之形態 接著，根據圖式詳細說明本發明之實施形態。
圖1是顯示使用了本發明之光電混合基板的第1實施形態的光電混合模組之縱截面圖。該實施形態的光電混合基板A1 、B1如圖1所示，是與光纖F的兩端部連接作使用，而該等光電混合基板A1、B1與光纖F即形成光電混合模組。各端部的光電混合基板A1 、B1具備：電路基板E；光元件11、12，安裝在該電路基板E的第1面(在圖1中為上面)；與光波導W，積層形成在上述電路基板E之與上述第1面為相反之側的第2面(在圖1中為下面)。上述光元件11、12中，發光元件11設置在光電混合基板A1之第1端部(在圖1中為左端部)，受光元件12設置在光電混合基板B1之第2端部(在圖1中為右端部)。並且，在該實施形態中，上述電路基板E與上述光波導W之間中，於與可安裝上述發光元件11及上述受光元件12的安裝用墊片2a相對應的部分設有補強用金屬層M。
更詳細地說明，上述電路基板E構成為：具有透光性的絕緣層1之第1面(在圖1中為上面)上形成有電性配線2與上述安裝用墊片2a，且該電性配線2被覆蓋層3覆蓋。
上述光波導W具有光路用芯7，該芯7具備：主部7D，被第1包覆層6與第2包覆層8夾持；與四角柱狀的延伸設置部7A、7B，從該芯7的主部7D的第1端部側朝上述發光元件11、上述受光元件12延伸設置。然後，與上述發光元件11及上述受光元件12相對應的光波導W的第1端部形成為相對於芯7的主部7D的長邊方向傾斜45°的傾斜面，而位在該傾斜面之芯7的主部7D的部分構成為光反射面7a、7b。且，上述光波導W的第2端部[與光反射面7a、7b(第1端部)為相反之側之端部]是形成為相對於芯7的長邊方向呈直角的直角面，而位在該直角面之芯7的部分構成為與上述光纖F之芯10的端面連接的連接面7c。
然後，上述芯7之除了光反射面7a、7b的形成部分(端部)以外之主部7D之與軸方向呈直角的截面、和延伸設置部7A、7B之與軸方向呈直角的截面在該實施形態中形成為正方形，但主部7D與延伸設置部7A、7B之上述截面(正方形)的尺寸(一邊的長度)相異(截面形狀相異)。其為本發明之一大特徵。並且，在該實施形態中，發光元件11側(光電混合基板A1)的延伸設置部7A的截面積比受光元件12側(光電混合基板B1)的延伸設置部7B的截面積大。然後，發光元件11側(光電混合基板A1)的延伸設置部7A的前端面的面積比發光元件11的發光部11a的發光面的面積大，而受光元件12側(光電混合基板B1)的延伸設置部7B的前端面的面積比受光元件12的受光部12a的受光面的面積小。此時，從可進一步減少光L的傳播損失之觀點來看，在發光元件11側的光電混合基板A1中，以俯視觀看時，發光元件11的發光部11a之發光面整體宜位在發光元件11側的延伸設置部7A的前端面區域內。同樣地，在受光元件12側的光電混合基板B1中，以俯視觀看時，受光元件12側的延伸設置部7B之前端面整體宜位在受光元件12的受光部12a的受光面區域內。另外，發光元件11的發光部11a的發光面通常為直徑15μm左右的圓形，而受光元件12的受光部12a的受光面通常為直徑35~45μm左右的圓形。
又，芯7的延伸設置部7A、7B的前端面在該實施形態中，是與上述電路基板E的絕緣層1的第2面(在圖1中為下面)抵接。並且，在該實施形態中，上述延伸設置部7A、7B的側周面的周圍形成有充滿空氣的空洞部20，且上述延伸設置部7A、7B及空洞部20構成為被上述絕緣層1、金屬層M、第1包覆層6及芯7的主部7D密閉的狀態。
上述金屬層M配置在上述電路基板E的絕緣層1與上述光波導W的第1包覆層6之間。然後，在與上述發光元件11及上述光反射面7a之間相對應的上述金屬層M之部分、及在與上述受光元件12及上述光反射面7b之間相對應的上述金屬層M之部分形成有貫通孔5。
光在上述光電混合基板中的傳播係如下進行。亦即，首先，在第1端部(在圖1中為左端部)的光電混合基板A1中，光L從上述發光元件11的發光部11a的發光面朝芯7的延伸設置部7A的前端面發光。該光L穿透上述絕緣層1，從上述延伸設置部7A的前端面入射至該延伸設置部7A內。接著，該光L在上述芯7的主部7D之第1端部的光反射面7a反射，將光路轉換90°，而在該芯7之主部7D內傳播到第2端部的連接面7c後，從該連接面7c射出。接著，該光L從上述光纖F的芯10的第1端部(在圖1中為左端部)入射至該光纖F的芯10內，且在光纖F的芯10內傳播到第2端部(在圖1中為右端部)後，從該第2端部射出。接著，該光L在第2端部(在圖1中為右端部)的光電混合基板B1中，從芯7的第2端部的連接面7c入射至該芯7的主部7D。接著，該光L傳播到上述芯7的主部7D之第1端部的光反射面7b，在該光反射面7b反射，將光路轉換90°，而傳播到芯7的延伸設置部7B。接著，該光L從上述延伸設置部7B的前端面射出，在穿透上述絕緣層1後，在受光元件12的受光部12a的受光面被接收。
在上述光傳播中，在第1端部(在圖1中為左端部)的光電混合基板A1中，由於形成有從芯7的第1端部側朝發光元件11延伸設置的延伸設置部7A，故可縮短該延伸設置部7A的前端面與發光元件11的發光部11a之間的距離。藉此，可使從發光元件11之發光部11a的發光面發出的光L在該光L擴散不多之前，從上述延伸設置部7A的前端面入射。結果可有效入射的光L的量會變多，而可減少光L的傳播損失。並且，發光元件11側(光電混合基板A1)的延伸設置部7A之前端面(光入射面)的面積比發光元件11的發光部11a之發光面的面積大。因此，即使從發光元件11的發光部11a之發光面發出的光L擴散，也可使更多的光L入射至上述延伸設置部7A的前端面(光入射面)。結果可進一步減少光L的傳播損失。
又，在第2端部(在圖1中為右端部)的光電混合基板B1)中，由於形成有從芯7的第1端部側朝受光元件12延伸設置的延伸設置部7B，故可縮短該延伸設置部7B的前端面與受光元件12的受光部12a之間的距離。藉此，可使從上述延伸設置部7B的前端面射出的光L於該光L未擴散不多之前，在上述受光元件12的受光部12a受光面接收光。結果可有效接收的光L的量會變多，而可減少光L的傳播損失。並且，受光元件12側(光電混合基板B1)的延伸設置部7B之前端面(光射出面)的面積比受光元件12的受光部12a之受光面的面積小。因此，即使從該延伸設置部7B的前端面(光射出面)射出的光L擴散，也可在受光元件12的受光部12a的受光面中，於已縮小光L的發散的狀態下接收光。結果可進一步減少光L的傳播損失。
在此，上述芯7的延伸設置部7A、7B的側周面是與空氣(空洞部20)接觸。上述延伸設置部7A、7B的折射率為大於1的值，上述空氣的折射率為1。因該折射率，在上述延伸設置部7A、7B傳播的光L不會穿透延伸設置部7A、7B的側周面，而是在該側周面反射，且不會從延伸設置部7A、7B漏出。
又，因上述光反射面7a、7b的外側也是空氣，故因芯7的主部7D與空氣的折射率差，光L不會穿透上述光反射面7a、7b，而會在該光反射面7a、7b反射。
然後，在上述光電混合基板A1、B1中，由於上述延伸設置部7A、7B及空洞部20構成為被上述絕緣層1、金屬層M、第1包覆層6及芯7的主部7D密閉的狀態，故可以物理或化學性方式保護上述延伸設置部7A、7B。尤其因上述延伸設置部7A、7B的前端面與上述絕緣層1的第2面(在圖1中為下面)抵接，故藉由上述絕緣層1，可以物理或化學性方式保護該延伸設置部7A、7B的前端面。因此，可適當維持上述延伸設置部7A、7B的前端面的狀態，而可維持已進一步減少光L的傳播損失之狀態。
接著說明上述光電混合基板A1、B1的製法。另外，由於上述光電混合基板A1、B1的製法不論是光電混合基板A1、B1皆同，故在說明該製法的圖2~圖4中是針對安裝有受光元件12的光電混合基板B1予以圖示。
[光電混合基板A1、B1的電路基板E之形成] 首先，準備用以形成上述金屬層M的金屬片材Ma[參照圖2(a)]。該金屬片材Ma的形成材料可列舉如不鏽鋼、42合金等，而其中從尺寸精度等的觀點來看，宜為不鏽鋼。上述金屬片材Ma(金屬層M)的厚度設定在例如10~100μm的範圍內。
接著，如圖2(a)所示，在上述金屬片材Ma的第1面[在圖2(a)中為上面]塗佈感光性絕緣樹脂，並利用光刻法來形成預定圖案的絕緣層1。該絕緣層1的形成材料，可列舉如聚醯亞胺、聚醚腈、聚醚碸、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚氯乙烯等合成樹脂、聚矽氧系溶膠凝膠材料等。上述絕緣層1的厚度設定在例如10~100μm的範圍內。
接著，如圖2(b)所示，藉由例如半加成法、減成法等來形成上述電性配線2與安裝用墊片2a。
接著，如圖2(c)所示，在上述電性配線2的部分塗佈由聚醯亞胺樹脂等構成的感光性絕緣樹脂，並藉由光刻法來形成覆蓋層3。依上述進行，在上述金屬片材Ma的第1面上形成電路基板E。
[光電混合基板A1、B1的金屬層M之形成] 其後，如圖2(d)所示，藉由隊上述金屬片材Ma施以蝕刻等，來去除該金屬片材Ma之長邊方向的前端部側部分[與光波導W(參照圖1)的第2端部相對應的部分]S，並在該金屬片材Ma上形成貫通孔5。依上述進行，將上述金屬片材Ma形成在金屬層M。
[光電混合基板A1、B1的光波導W之形成] 然後，為了在上述電路基板E與上述金屬層M的積層體的背面(相當於電路基板E的第2面之面)形成光波導W(參照圖1)，首先，如圖3(a)所示，將第1包覆層6的形成材料之感光性樹脂塗佈在上述積層體的背面(在圖中為下面)，並藉由光刻法來形成第1包覆層6。該第1包覆層6是在已填埋上述金屬層M的長邊方向的前端部側部分S的去除部分之狀態下形成，且是在不填埋上述金屬層M的貫通孔5之狀態下形成。藉此，在該貫通孔5、與該貫通孔5相對應之上述第1包覆層6的部分(貫通孔6a)、及與上述貫通孔5相對應之上述絕緣層1的部分形成凹部21。上述第1包覆層6的厚度[從金屬層M的背面(在圖中為下面)算起的厚度]設定在例如5~80μm的範圍內。另外，形成光波導W時(形成上述第1包覆層6、下述芯7、下述第2包覆層8時)，上述積層體的背面是朝上。
接著，如圖3(b)所示，在上述凹部21上充填芯7的延伸設置部7A、7B的形成材料之感光性樹脂，並藉由光刻法來形成芯7的延伸設置部7A、7B。此時，在該延伸設置部7A、7B的側周面與上述凹部21的周壁之間會形成環狀的溝22。上述延伸設置部7A、7B的長度設定在例如20~300μm的範圍內。
接著，如圖3(c)所示，在第1包覆層6的表面(在圖中為下面)積層芯7的主部7D的形成材料之感光性乾薄膜、或塗佈感光性樹脂，並藉由光刻法來形成芯7的主部7D。藉此，上述環狀的溝22的開口面會被堵塞，而該溝22即成為前述空洞部20。而上述芯7的主部7D的前端部(第2端部)會形成與該芯7的長邊方向呈直角的面，且構成與上述光纖F的芯10(參照圖1)的端面連接之連接面7c。又，上述芯7的主部7D的尺寸，例如寬度設定在20~100μm的範圍內，厚度設定在20~100μm的範圍內，長度設定在0.5~100cm的範圍內。上述芯7的延伸設置部7A、7B的折射率與主部7D的折射率相同，且該等折射率比上述第1包覆層6及下述第2包覆層8[參照圖3(d)]的折射率大。
然後，如圖3(d)所示，在上述第1包覆層6的表面(在圖中為下面)塗佈第2包覆層8的形成材料，並藉由光刻法來形成第2包覆層8，以覆蓋上述芯7的主部7D。該第2包覆層8的厚度[從芯7的頂面(在圖中為下面)算起的厚度]設定在例如3~50μm的範圍內。上述第2包覆層8的形成材料可列舉如與上述第1包覆層6相同的感光性樹脂。
其後，如圖4(a)所示，藉由例如雷射加工等，將與上述芯7的延伸設置部7A、7B相對應之(在圖中位在下方)芯7的主部7D的部分(第1端部)，連同上述第1包覆層6及上述第2包覆層8形成相對於芯7的主部7D的長邊方向傾斜45°之傾斜面。該等位在傾斜面之上述芯7的主部7D的部分即為光反射面7a、7b。依上述進行，在上述電路基板E與上述金屬層M之積層體的背面(在圖中為下面)形成光波導W。
[光電混合基板A1、B1的發光元件11及受光元件12的安裝] 然後，如圖4(b)所示，在電路基板E的安裝用墊片2a安裝發光元件11或受光元件12。依上述進行，可製得具有發光元件11的光電混合基板A1、與具有受光元件12的光電混合基板B1。
其後，將具有發光元件11之光電混合基板A1的芯7的連接面7c透過連接器(圖未示)等連接在光纖F的芯10(參照圖1)的第1端部，且將具有受光元件12之光電混合基板B1的芯7的連接面7c透過連接器(圖未示)等連接在該光纖F的芯10的第2端部(與第1端部為相反之側之端部)。依上述進行，可獲得圖1所示的光電混合模組。
圖5是顯示本發明之光電混合基板的第2實施形態的縱截面圖。該實施形態之光電混合基板A2、B2是在圖1所示的第1實施形態中，構成為在芯7的延伸設置部7A、7B的側周面之周圍的空洞部20(參照圖1)形成有第1包覆層6。亦即，芯7的延伸設置部7A、7B的側周面是與第1包覆層6接觸。除此以外的部分與上述第1實施形態相同，並對相同部分標註相同符號。
該第2實施形態之光電混合基板A2、B2的製作中，直到電路基板E的形成步驟及金屬層M的形成步驟是以與上述第1實施形態相同的方式進行[參照圖2(a)~(d)]。然後，在接下來的第1包覆層6的形成步驟中，如圖6(a)所示，是將第1包覆層6形成為留下與芯7的延伸設置部7A、7B(參照圖5)相對應之部分(貫通孔6a)並用第1包覆層6填埋形成在金屬片材Ma的貫通孔5的狀態。藉此，於上述貫通孔6a及與該貫通孔6a相對應的上述絕緣層1的部分形成凹部25。之後，如圖6(b)所示，將芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D的形成材料之感光性樹脂塗佈在上述第1包覆層6的表面(在圖中為下面)並填入上述凹部25，藉由光刻法同時形成芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D。而之後的第2包覆層8的形成步驟之後是以與上述第1實施形態同樣的方式進行[參照圖3(d)、圖4(a)、(b)]。
然後，該第2實施形態亦發揮與上述第1實施形態同樣的作用與效果。又，該第2實施形態中，由於芯7的延伸設置部7A、7B的側周面不與空洞部20(參照圖1)接觸，而是與第1包覆層6接觸，故上述延伸設置部7A、7B構成為被第1包覆層6補強的狀態。
圖7是顯示本發明之光電混合基板的第3實施形態之縱截面圖。該實施形態之光電混合基板A3、B3是在圖5所示的第2實施形態中，構成為上述芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D之與上述第1包覆層6的界面部分形成混合層9，且該混合層9是上述芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D的形成材料中混合上述第1包覆層6的形成材料而成。又，上述芯7的主部7D之與上述第2包覆層8的界面部分亦形成混合層9，且該混合層9是上述芯7的形成材料中混合上述第2包覆層8的形成材料而成。該混合層9的折射率比芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D的折射率小，且比第1包覆層6及第2包覆層8的折射率大。除此以外的部分與上述第2實施形態相同，並對相同部分標註相同符號。
該第3實施形態之光電混合基板A3、B3的製作中，直到電路基板E的形成步驟及金屬層M的形成步驟為止是以與上述第1實施形態同樣的方式進行[參照圖2(a)~(d)]。然後，在接下來的第1包覆層6的形成步驟[參照圖6(a)]、芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D的形成步驟[參照圖6(b)]以及第2包覆層8的形成步驟[參照圖3之(d)]中，不使第1包覆層6、芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D以及第2包覆層8完全硬化，而形成為軟化狀態。其後，藉由加熱，使第1包覆層6及第2包覆層8的形成材料滲入芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D，而形成上述混合層9。該混合層9的厚度有上述芯7等的狀態越軟化而越厚的傾向，且有上述加熱溫度越高而越薄的傾向。而之後的光反射面7a、7b的形成步驟之後是以與上述第1實施形態同樣的方式進行[參照圖4(a)、(b)]。
然後，該第3實施形態亦發揮與上述第2實施形態同樣的作用與效果。又，該第3實施形態中，上述芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D之與第1包覆層6及第2包覆層8之界面部分是形成上述混合層9。若未形成該混合層9則上述界面有時會形成為粗面，但當形成上述混合層9時，該混合層9的兩面不會形成為粗面。因此，在上述芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D中行進的光L不是在該界面(粗面)反射，而是在上述混合層9的兩面中在芯7的朝內側之面反射，故該反射即為適當。結果可維持光L的傳播效率，而可維持已進一步減少光L的傳播損失之狀態。
另外，上述混合層9相對於芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D的寬度所佔比率、以及上述混合層9相對於芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D的厚度所佔比率宜為5~20%的範圍內。這是因為當該比率太低時，會有無法充分發揮上述混合層9所行之光L的適當反射的效果之傾向，而當上述比率太高時，會有在芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D中的光路面積變窄，使光L的傳播損失變高的傾向。
圖8是顯示本發明之光電混合基板的第4實施形態之縱截面圖。該實施形態的光電混合基板A4、B4是在圖7所示的第3實施形態中，構成為上述芯7的延伸設置部7A、7B形成為朝該延伸設置部7A、7B的前端面漸漸變細的四角錐台狀。除此以外的部分與上述第3實施形態相同，並對相同部分標註相同符號。
該第4實施形態之光電混合基板A4、B4的製作中，直到電路基板E的形成步驟及金屬層M的形成步驟為止是以與上述第1實施形態同樣的方式進行[參照圖2(a)~(d)]。然後，在接下來的第1包覆層6的形成步驟中，如圖9所示，藉由階調曝光將第1包覆層6形成為與芯7的延伸設置部7A、7B(參照圖8)相對應的部分(貫通孔6a)如上所述朝前端面漸漸變細。此時，不使第1包覆層6完全硬化，而形成為軟化狀態。而之後的芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D的形成步驟之後是以與上述第3實施形態同樣的方式進行[參照圖6(b)、圖3(d)、圖4(a)、(b)]。
然後，該第4實施形態亦發揮與上述第3實施形態同樣的作用與效果。尤其在受光元件12側的延伸設置部7B中，因可進一步將前端面(光射出面)形成地更窄，故可在受光元件12的受光部12a的受光面，於已縮小光L的發散的狀態下接收光。因此可進一步減少光L的傳播損失。
又，該第4實施形態中，上述延伸設置部7A、7B的側周面是形成為傾斜面，而可藉由光在該傾斜面的反射，適當地引導光L。例如，在發光元件11側的延伸設置部7A中，藉由使從該延伸設置部7A的前端面入射的光L在上述傾斜面反射，可有效率地引導至光反射面7a。因此可進一步減少光L的傳播損失。又，在受光元件12側的延伸設置部7B中，藉由使在光反射面7b反射的光L在上述傾斜面反射，可有效率地引導至上述延伸設置部7B的前端面。因此，可進一步減少光L的傳播損失。
另外，在該圖8所示的第4實施形態中，芯7的延伸設置部7A、7B及主部7D之與上述第1包覆層6及第2包覆層8的界面部分雖形成混合層9，但也可將未形成該混合層9的光電混合基板(圖未示)作為其他實施形態。
圖10是顯示本發明之光電混合基板的第5實施形態之縱截面圖。該實施形態是安裝有受光元件12之側之光電混合基板B5。該光電混合基板B5是在圖8所示的第4實施形態中，構成為光反射面7b之上述受光元件12側的端部(在圖10中為光反射面7b的上端部)位在上述芯7的延伸設置部7B的區域。除此以外的部分與上述第4實施形態相同，並對相同部分標註相同符號。
亦即，在前述第2習知例之光電混合基板中，如圖11(a)之放大重要部分所示，光反射面57b的上端部位在芯57(相當於第5實施形態的芯7的主部7D)，並不位在延伸設置部57B。其理由是因為在上述第2習知例之光電混合基板中，是將上述延伸設置部57B的中心軸Q[在圖11(a)中以一點鏈線標示]對準連結光反射面57b的中心與受光元件12的受光部12a的受光面的中心之直線P[在圖11(a)中以一點鏈線標示]，並且將芯57與延伸設置部57B形成為相同尺寸。而所述第2習知例之光電混合基板中，於經雷射加工形成的上述光反射面57b、更詳細地說是於與第1包覆層56及第2包覆層58的界面部分形成段部G。其理由是因為當利用雷射加工來形成上述光反射面57b時，在上述界面部分中，因材料(折射率)會產生變化，故雷射光的路徑也會改變。而在上述光反射面57b的上部(與第1包覆層56的界面部分)的段部G中，光L的反射即不適當，則該反射的光L就不會被引導至上述延伸設置部57B。因此，位在芯57的上述段部G即為使光L的傳播損失變大之原因。另外，圖11(a)雖是截面圖，但為使光L的路徑及光反射面57b明確，並未劃上影線(hatching)。
因此，在該第5實施形態中，如圖11(b)之放大重要部分所示，是將芯7的延伸設置部7B的厚度[在圖11(b)中為橫方向的尺寸]加厚，使該延伸設置部7B的中心軸R相較於直線P更偏至光電混合基板B5的第1端側[在圖10、圖11(b)中為右側]，該直線P是連結光反射面7b的中心與受光元件12的受光部12a之受光面的中心者。藉此，如上所述，光反射面7b的上端部是位在上述芯7的延伸設置部7B的區域。當利用雷射加工來形成所述光反射面7b時，在該光反射面7b的上端部(與第1包覆層6的界面部分)雖會形成段部G，但該段部G是位在幾乎不會影響光L反射的芯7的延伸設置部7B，而不位在會影響光L反射的芯7的主部7D。亦即，在該第5實施形態中，由於可將在上述光反射面7b反射的光L有效率地引導至上述延伸設置部7B的前端面，故可進一步減少光L的傳播損失。另外，圖11(b)雖也是截面圖，但為使光L的路徑及光反射面7b明確，並未劃上影線。
然後，除了上述的作用與效果以外，該第5實施形態亦發揮與上述第4實施形態同樣的作用與效果。
另外，在該圖10所示的第5實施形態中，芯7的延伸設置部7B及主部7D之與上述第1包覆層6及第2包覆層8的界面部分雖形成混合層9，但也可將未形成該混合層9的光電混合基板(圖未示)作為其他實施形態。又，在該圖10所示的第5實施形態中，上述芯7的延伸設置部7B雖形成為隨延伸設置方向(前端面側)前進而漸漸變細的四角錐台狀，但也可如圖1、圖5、圖7所示，將沿延伸設置方向(前端面側)形成為固定尺寸的四角柱狀之光電混合基板(圖未示)作為其他實施形態。
並且，在上述各實施形態中，雖將發光元件11側的延伸設置部7A的尺寸形成地比受光元件12側的延伸設置部7B的尺寸大，但於可藉由光電混合基板的結構等進一步減少光L的傳播損失時，可將兩者的尺寸形成相同，也可將發光元件11側的延伸設置部7A的尺寸形成地比受光元件12側的延伸設置部7B的尺寸小。
然後，在上述各實施形態中，雖將發光元件11側的延伸設置部7A之前端面(光入射面)的面積形成地比發光元件11的發光部11a之發光面的面積大，但於可藉由光電混合基板的結構等進一步減少光L的傳播損失時，可將兩者的尺寸形成相同，也可將發光元件11側的延伸設置部7A之前端面(光入射面)的面積形成地比發光元件11發光部11a之發光面的面積小。
又，在上述各實施形態中，雖將受光元件12側的延伸設置部7B之前端面(光入射面)的面積形成地比受光元件12的受光部12a之受光面的面積小，但於可藉由光電混合基板的結構等進一步減少光L的傳播損失時，可將兩者的尺寸形成相同，也可將受光元件12側的延伸設置部7B的前端面(光入射面)的面積形成地比受光元件12的受光部12a的受光面的面積大。
又，芯7的延伸設置部7A、7B雖在上述第1、第2及第3實施形態(參照圖1、圖5、圖7)中形成為四角柱狀，且在上述第4及第5實施形態中(參照圖8、圖9)形成為四角錐台狀，但只要可藉由光電混合基板的結構等進一步減少光L的傳播損失，也可形成為其他形狀，例如亦可為圓柱狀、圓錐台狀等。並且，也可將發光元件11側的延伸設置部7A的形狀形成為與受光元件12側的延伸設置部7B的形狀相異。
然後，在上述各實施形態中，雖使芯7的延伸設置部7A、7B的前端面與絕緣層1的第2面(在圖中為下面)抵接，但也可以在上述延伸設置部7A、7B的前端面與絕緣層1的第2面之間設置間隙。又，也可以在與上述延伸設置部7A、7B相對應的上述絕緣層1的部分形成光路用貫通孔。此時，上述絕緣層1可為具透光性者，也可為不具透光性者。
並且，在上述各實施形態中，於形成第1包覆層6的步驟中，雖藉由光刻法形成了用以形成芯7的延伸設置部7A、7B的貫通孔6a，但也可以藉由其他方法，例如也可以在未形成上述貫通孔6a的狀態下形成第1包覆層6後，藉由雷射加工形成上述貫通孔6a。
又，在上述各實施形態中，雖製成為與光纖F的兩端部連接的光電混合基板A1~A4、B1~B5，但也可為不透過光纖F連接者。亦即，也可製成為在1個電路基板上安裝發光元件與受光元件兩者，且在積層於該電路基板之光波導的芯的兩端部形成有反射面之光電混合基板。
接著，一併說明實施例與比較例。但，本發明並不受限於實施例。
實施例 [第1包覆層及第2包覆層的形成材料] 成分a:環氧樹脂(三菱化學公司製造、jER1001)60重量份。 成分b:環氧樹脂(大賽璐公司製造、EHPE3150)30重量份。 成分c:環氧樹脂(DIC公司製造、EXA-4816)10重量份。 成分d:光酸產生劑(San-Apro公司製造、CPI-101A)0.5重量份。 成分e:抗氧化劑(共同藥品公司製造、Songnox1010)0.5重量份。 成分f:抗氧化劑 (三光公司製造、HCA)0.5重量份。 成分g:乳酸乙酯(溶劑)50重量份。 藉由混合該等成分a~g，而調製成第1包覆層及第2包覆層的形成材料。
[芯的形成材料] 成分h:環氧樹脂(新日鐵化學公司製造、YDCN-700-3)50重量份。 成分i:環氧樹脂(三菱化學公司製造、jER1002)30重量份。 成分j:環氧樹脂(大阪燃氣化學公司製造、Ogsol PG-100)20重量份。 成分k:光酸產生劑(San-Apro公司製造、CPI-101A)0.5重量份。 成分l:抗氧化劑(共同藥品公司製造、Songnox1010)0.5重量份。 成分m:抗氧化劑(三光公司製造、HCA)0.125重量份。 成分n:乳酸乙酯(溶劑)50重量份。 藉由混合該等成分h~n，而調製成芯的形成材料。
[實施例1] 使用上述形成材料製作了未安裝光元件的光電混合基板。該光電混合基板製成為如圖1所示結構：芯的延伸設置部的側周面與空氣(空洞部)接觸。然後，將發光元件側的光電混合基板與受光元件側的光電混合基板透過長100cm的光纖(三喜公司製造、FFP-GI20-0500)以可傳播光之方式連接(參照圖1)。並將發光元件側的延伸設置部的截面(厚30μm×寬30μm)形成得比受光元件側的延伸設置部的截面(厚32μm×寬32μm)略小。且將上述延伸設置部的長度設為150μm。芯的主部的尺寸設為厚50μm×寬50μm、長10cm。然後，將不鏽鋼層(金屬層)的厚度設為20μm，將電路基板的絕緣層的厚度設為20μm。且將第1包覆層的厚度[從金屬層的背面(在圖1中為下面)算起的厚度]設為20μm，第2包覆層的厚度[從芯的頂面(在圖1中為下面)算起的厚度]設為30μm。
[實施例2] 在上述實施例1中，將發光元件側的延伸設置部的截面(厚40μm×寬40μm)形成得比受光元件側的延伸設置部的截面(厚25μm×寬25μm)還大(參照圖1)。除此以外的部分設為與上述實施例1相同。
[實施例3] 在上述實施例2中，製成為芯的延伸設置部的側周面與第1包覆層接觸之結構(參照圖5)。除此以外的部分與上述實施例2相同。
[實施例4~6] 在上述實施例3中，製成為芯的延伸設置部及主部之與上述第1包覆層及第2包覆層之界面部分形成混合層之結構(參照圖7)。令上述混合層相對於芯的延伸設置部及主部的寬度或厚度所佔比率為如下述的表1。除此以外的部分設為與上述實施例3相同。另外，上述混合層所佔比率是切斷芯的延伸設置部及主部並針對該截面的比率使用測長顯微鏡(Mitutoyo公司製造，BF-3017D)算出。
[實施例7~9] 在上述實施例6中，製成為芯的延伸設置部朝該延伸設置部的前端面漸漸形成得較細之結構(參照圖8)。令上述延伸設置部的前端面的尺寸及側周面的傾斜角度(相對於延伸設置部的軸方向的傾斜角度)為如下述的表1。此外，上述傾斜角度是使用雷射顯微鏡(Keyence公司製造、VK-X250)進行測定。除此以外的部分設為與上述實施例6相同。
[實施例10、11] 在上述實施例9中，關於安裝有受光元件之側的光電混合基板，是將芯的延伸設置部的厚度增厚，使該延伸設置部的中心軸比直線更偏(偏移)至光電混合基板的第1端側[在圖10、圖11(b)中為右側]，該直線是連結光反射面的中心與受光元件的受光部之受光面的中心者。藉此，光反射面的上端部構成為位在上述芯的延伸設置部的區域之構造[參照圖10、圖11(b)]。令該偏移量(μm)為如下述的表1。此外，上述偏移量是使用了上述雷射顯微鏡進行測定。除此以外的部分設定為與上述實施例9相同。
[比較例1] 在上述實施例3中，製成為未形成上述芯的延伸設置部之結構。然後，將上述實施例3中與延伸設置部相對應的部分製成為以第1包覆層填埋的結構(第1習知例)。除此以外的部分設為與上述實施例3相同。
[比較例2] 在上述實施例3中，將芯的延伸設置部的尺寸(厚50μm×寬50μm)製成為與其延伸設置源之芯的主部的尺寸相同(厚50μm×寬50μm)(第2習知例)。除此以外的部分設為與上述實施例3相同。
[光傳播損失之測定] 準備發光元件(ULM公司製造、ULM850-10-TT-C0104U)及受光元件(Albis optoelectronics公司製造、PDCA04-70-GS)，並測定直接以上述受光元件接收以上述發光元件發出的光時的光量(M)。接著，將上述發光元件及上述受光元件安裝在上述實施例1~11及比較例1、2，並在該狀態下測定以上述受光元件接收以上述發光元件發出的光時的光量(N)。然後，根據下述式(1)從測得的上述光量算出光傳播損失(α)，並顯示於下述的表1中。
[數學式1]
Figure 02_image001
[表1]
Figure 02_image003
從上述表1的結果來看，得知實施例1~11的光傳播損失比比較例1、2還小。且得知尤其在實施例1~11中，發光元件側之延伸設置部的尺寸比受光元件側之延伸設置部的尺寸還大之實施例2~11的光傳播損失更小。其中，還得知：於芯的延伸設置部及主部形成有混合層的實施例4~11的光傳播損失變得更小，並且，芯的延伸設置部朝該延伸設置部的前端面漸漸形成得較細之實施例7~11的光傳播損失變得相當小，然後，光反射面的上端部位在芯的延伸設置部的區域之實施例10、11的光傳播損失變得特別小。
又，在上述實施例7~11中，即使是在芯的延伸設置部及主部沒有形成混合層者也獲得顯示與上述實施例7~11相同的傾向之結果。並且，在上述實施例10、11中，即使是芯的延伸設置部朝該延伸設置部的前端面行成為固定尺寸者也獲得顯示與上述實施例10、11相同的傾向之結果。
又，即使光電混合基板為在1個電路基板安裝發光元件與受光元件兩者，且在積層於該電路基板的光波導的芯的兩端部形成有光反射面，並且不透過光纖連接，也獲得顯示與上述實施例1~11相同傾向之結果。
另外，在上述實施例1~11中，雖將芯的尺寸製成厚50μm×寬50μm，但即使將該主部的截面形狀形成為厚度與寬度都在20~100μm的範圍內變化的正方形或長方形，也獲得顯示與上述實施例1~11相同傾向之結果。
在上述實施例中顯示出本發明之具體形態，惟上述實施例僅為例示，不得作限定解釋。凡熟知此項技藝之人士明瞭可知的各種變形均歸屬本發明範圍內。
產業上之可利用性 本發明之光電混合基板可利用在進一步減少光的傳播損失的情況。
A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4、B5‧‧‧光電混合基板E‧‧‧電路基板F‧‧‧光纖G‧‧‧段部L‧‧‧光M‧‧‧金屬層Ma‧‧‧金屬片材P‧‧‧直線Q、R‧‧‧中心軸S‧‧‧前端部側部分W‧‧‧光波導1‧‧‧絕緣層2‧‧‧電性配線2a‧‧‧安裝用墊片3‧‧‧覆蓋層5、6a‧‧‧貫通孔6、56‧‧‧第1包覆層7、10、57‧‧‧芯7A、7B、57B‧‧‧延伸設置部7a、7b、57b‧‧‧光反射面7c‧‧‧連接面7D‧‧‧主部8、58‧‧‧第2包覆層9‧‧‧混合層11‧‧‧發光元件11a‧‧‧發光部12‧‧‧受光元件12a‧‧‧受光部20‧‧‧空洞部21、25‧‧‧凹部22‧‧‧溝
圖1是示意顯示使用了本發明之光電混合基板的第1實施形態的光電混合模組之縱截面圖。 圖2(a)~(c)是示意顯示上述光電混合基板的電路基板的形成步驟之說明圖，圖2(d)是示意顯示上述光電混合基板的金屬層的形成步驟之說明圖。 圖3(a)~(d)是示意顯示上述光電混合基板的光波導的形成步驟之說明圖。 圖4(a)是示意顯示上述光波導的形成步驟之說明圖，圖4(b)是示意顯示上述光電混合基板的光元件的安裝步驟之說明圖。 圖5是示意顯示本發明之光電混合基板的第2實施形態的縱截面圖。 圖6(a)、(b)是示意顯示上述光電混合基板的光波導的形成步驟的一部份之說明圖。 圖7是示意顯示本發明之光電混合基板的第3實施形態之縱截面圖。 圖8是示意顯示本發明之光電混合基板的第4實施形態之縱截面圖。 圖9是示意顯示上述光電混合基板的光波導的形成步驟的一部份之說明圖。 圖10是示意顯示本發明之光電混合基板的第5實施形態之縱截面圖。 圖11(a)是示意顯示習知之光電混合基板的光波導中經雷射加工的光反射面之放大截面圖，圖11(b)是示意顯示本發明之上述第5實施形態的光波導中經雷射加工的光反射面之放大截面圖。
A1‧‧‧光電混合基板
B1‧‧‧光電混合基板
E‧‧‧電路基板
F‧‧‧光纖
L‧‧‧光
M‧‧‧金屬層
W‧‧‧光波導路
1‧‧‧絕緣層
2‧‧‧電性配線
2a‧‧‧安裝用墊片
3‧‧‧覆蓋層
5‧‧‧貫通孔
6‧‧‧第1包覆層
7、10‧‧‧芯
7A、7B‧‧‧延伸設置部
7a、7b‧‧‧光反射面
7c‧‧‧連接面
7D‧‧‧主部
8‧‧‧第2包覆層
11‧‧‧發光元件
11a‧‧‧發光部
12‧‧‧受光元件
12a‧‧‧受光部
20‧‧‧空洞部

Claims (4)

  1. 一種光電混合基板，具備：電路基板；光元件，安裝在上述電路基板的第1面；與光波導，積層形成在上述電路基板之與上述第1面為相反之側的第2面且具有光路用芯；該光電混合基板之特徵在於：上述電路基板具備具透光性之絕緣層與形成在該絕緣層之第1面的電性配線，上述絕緣層之與上述第1面為相反之側的第2面為積層形成有上述光波導之上述電路基板的第2面；上述光波導的芯具有：端部，形成於可反射光使光在上述芯與上述光元件之間傳播的光反射面；延伸設置部，從該芯的端部側朝上述光元件延伸設置；與主部，為其延伸設置源；上述芯的延伸設置部之與軸方向呈直角之截面形狀和上述芯的主部之與軸方向呈直角的截面形狀相異，並且，上述芯之延伸設置部的前端面與上述絕緣層之上述第2面抵接，其等相互抵接之面為平坦面；並且，上述芯的延伸設置部係因應上述光元件之種類而滿足下述條件(1)及(2)：(1)上述光元件為發光元件，且上述芯的延伸設置部之前端面的面積比該發光元件之發光部的發光面的面積大；(2)上述光元件為受光元件，且上述芯的延伸設置部 之前端面的面積比該受光元件之受光部的受光面的面積小。
  2. 如請求項1之光電混合基板，其中上述芯的延伸設置部的側周面構成為與上述光波導的包覆層接觸之狀態，上述芯的延伸設置部之與上述包覆層的界面部分形成有混合層，且該混合層是在上述芯的形成材料中混合上述包覆層的形成材料而成者。
  3. 如請求項1之光電混合基板，其中上述芯的延伸設置部呈朝該延伸設置部的前端面漸漸變細。
  4. 如請求項1之光電混合基板，其中上述光反射面中之上述光元件側的端部位在上述芯的延伸設置部的區域。
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