TWI831167B - 光迴路基板及使用該光迴路基板的光學零件安裝構造體 - Google Patents

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Abstract

本揭示的光迴路基板係包含配線基板及光波導。配線基板係有包含光學零件之安裝區域的上表面。光波導係以鄰接於配線基板上的光學零件的安裝區域的方式進行定位，且從配線基板之上表面起包含：下部包層、複數條包含訊號用芯及夾著訊號用芯而進行定位之對位用芯的芯層、以及上部包層。對位用芯係於光學零件的安裝區域側具有第一端面，第一端面係相對於配線基板的上表面傾斜。

Description

光迴路基板及使用該光迴路基板的光學零件安裝構造體
本發明係關於一種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，可高速地對大容量的資料進行通訊的光纖係使用於資訊通訊(例如專利文獻1)。光訊號的傳送接收係在此光纖與光學元件(矽光學元件，silicon photonic device)之間進行。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利公告第6290742號
當對光迴路基板安裝如矽光學元件的光學零件時，目前為採用更高精確度的主動對位(active alignment)。所謂的「主動對位」係移動光學零件與 光迴路基板並進行調整，而使光照射於對位用芯，且接受到光之光的峰值成為最大，以決定光學零件的安裝位置的手段。然而，以往的光迴路基板，要採用構造上精度較高的主動對位窒礙難行。亦即，作為光之輸出輸入部的對位用芯的端面靠近配線基板的表面，以致於難以在與對位用的光源之間難有效率地雙向傳輸光。
本揭示的課題在於提供一種可在安裝矽光學元件等光學零件時採用主動對位，且能夠以高精確度來安裝光學零件的光迴路基板。
本揭示的光迴路基板係包含配線基板及光波導(optical waveguide)。配線基板係具有包含光學零件之安裝區域的上表面。光波導係以鄰接於配線基板上的光學零件的安裝區域的方式進行定位，且從配線基板之上表面側起包含：下部包層、複數條包含訊號用芯及夾著訊號用芯而進行定位之對位用芯的芯層、以及上部包層。對位用芯係於光學零件的安裝區域側具有第一端面，第一端面係相對於配線基板的上表面傾斜。本揭示的光學零件安裝構造體係包含上述的光迴路基板與光學零件。
本揭示的光迴路基板的製造方法係包含：獲得配線基板的步驟，該配線基板係具備：包含光波導形成區域及光學零件的安裝區域的上表面、位在上表面之中光波導形成區域與光學零件的安裝區域之間的第一導體層、及被覆第一導體層的阻焊劑(solder resist)；以從光波導形成區域跨越至阻焊劑的第一上表面的方式依下部包層、複數條包含訊號用芯及夾著訊號用芯而進行定位之對位用芯的芯層、以及上部包層之順序進行積層，而使光學零件的安裝區域側的第一端面相對於配線基板的上表面傾斜，以形成光波導前驅體的步驟；及以，在光 波導前驅體中，去除位在阻焊劑的第一上表面的訊號用芯及位在訊號用芯之下的阻焊劑，而使訊號用芯沿著配線基板的上表面，以形成光波導的步驟。
依據本揭示的光迴路基板，能夠以高精確度來安裝光學零件。再者，依據本揭示的光迴路基板的製造方法，能夠容易地進行光波導導通檢查。
1:光迴路基板
2:配線基板
3:光波導
3a:第一端面
3P:光波導前驅體
4:矽光學元件(光學零件)
5:光纖
5a:光連接器
6:電子零件
7:銲錫
8:阻焊劑
10:光學零件安裝構造體
21a:第一導體層
21b:第二導體層
21c:電極
23:絕緣層
31:下部包層
32:芯層
32a:訊號用芯
32b:對位用芯
33:上部包層
41:矽波導
R1:光波導形成區域
R2:安裝區域
C:空腔
圖1(A)係顯示於本揭示之一實施型態的光迴路基板安裝矽光學元件及電子零件的光學零件安裝構造體的俯視圖，圖1(B)係用以說明通過圖1(A)所示之區域X中的訊號用芯之剖面的放大說明圖。
圖2係圖1(B)所示的區域Y的俯視圖(其中，省略矽光學元件、及光波導所具有的上部包層)。
圖3(A)係用以說明從圖2所示的箭號A方向觀看時之通過對位用芯之剖面的說明圖，圖3(B)係用以說明通過以圖2所示的B-B線段截斷時的對位用芯之剖面的說明圖，圖3(C)係用以說明圖3(B)所示的光波導具有空腔時之剖面的說明圖。
圖4(A)至圖4(C)係於配線基板之於各製造步驟的上述區域Y附近的俯視圖。
以下根據圖1至圖3來說明本揭示之一實施型態的光迴路基板1。 圖1(A)係顯示於本揭示之一實施型態的光迴路基板1安裝矽光學元件(光學零件)4之光學零件安裝構造體10的俯視圖。
本揭示之一實施型態的光迴路基板1係包含配線基板2與光波導3。就作為一實施型態之光迴路基板1所包含的配線基板2而言，茲列舉一般使用於光迴路基板的配線基板。
雖然未具體地圖示上述的配線基板2，然而上述的配線基板2例如包含：芯基板、及積層在芯基板之兩面的增疊層(build-up layer)。芯基板若為具有絕緣性的材料，則無具體限制。作為具有絕緣性的材料，例如可列舉：環氧樹脂(epoxy resin)、雙馬來醯亞胺-三氮雜苯樹脂(bismaleimide triazine resin)、聚醯亞胺樹脂(polyimide resin)、聚苯醚樹脂(polyphenylene ether resin)等樹脂。此等樹脂亦可混合二種以上來使用。芯基板通常為了電性連接芯基板的上下表面，而具有貫通孔(through hole)導體。
芯基板亦可包含補強材。作為補強材，例如可列舉：玻璃纖維、玻璃不織布、聚芳醯胺不織布(aramid)、聚芳醯胺纖維、聚酯(polyester)纖維等絕緣性布材。補強材亦可同時使用二種以上。再者，芯基板亦可分散有二氧化矽、硫酸鋇、滑石粉、黏土、玻璃、碳酸鈣、氧化鈦等的無機填充物(filler)。
增疊層係具有：絕緣層與導體層交替地積層的構造。最表面的導體層(位在配線基板之上表面的導體層)的一部分係包含光波導3所位在的第二導體層21b。導體層為例如以銅等金屬所形成的金屬層。增疊層中所包含的絕緣層若為具有與芯基板同樣絕緣性的材料，則無具體限制。作為具有絕緣層的材料，例如可列舉：環氧樹脂、雙馬來醯亞胺-三氮雜苯樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚苯醚樹脂等樹脂。此等樹脂亦可混合二種以上來使用。
在增疊層存在兩層以上之絕緣層時，各自的絕緣層亦可為相同的樹脂，或亦可為不同的樹脂。增疊層中所包含的絕緣層與芯基板亦可為相同的樹脂，或亦可為不同的樹脂。增疊層中通常具有用以電性連接層間的通孔(via hole)導體。
再者，增疊層中所包含的絕緣層亦可分散有二氧化矽、硫酸鋇、滑石粉、黏土、玻璃、碳酸鈣、氧化鈦等的無機填充物。
如圖1(B)所示，一實施型態之光迴路基板1所包含的光波導3係位在配線基板2之表面的第二導體層21b的表面。圖1(B)係說明圖1(A)所示之區域X之剖面的放大說明圖。光波導3係具有從第二導體層21b側依下部包層31、芯層32及上部包層33之順序積層的構造。
光波導3所包含的下部包層31係位在第二導體層21b的表面，該第二導體層21b係位在配線基板2的表面(具體而言係配線基板2之光波導形成區域R1的表面)。形成下部包層31的材料並無限制，例如列舉環氧樹脂、聚矽氧樹脂等。
關於在光波導3中所包含的上部包層33也由與下部包層31相同的材料所形成。下部包層31與上部包層33亦可為相同的材料，或亦可為不同的材料。再者，下部包層31及上部包層33亦可具有相同的厚度，或亦可具有不同的厚度。下部包層31及上部包層33例如各自具有大於或等於5μm且小於或等於150μm範圍的厚度。
光波導3所包含的芯層32為供進入至光波導3之光進行傳輸的部分。形成芯層32的材料並無限制，例如考量光的穿透性及/或進行傳輸之光的波長特性而適當設定。作為材料，例如可列舉：環氧樹脂、聚矽氧樹脂等。芯層 32具有例如大於或等於3μm且小於或等於50μm範圍的厚度。
如圖2所示，一個光波導3係具有複數條芯層32。圖2係圖1(B)所示的區域Y的俯視圖(其中，省略矽光學元件4、及光波導3所具有的上部包層33)。芯層32係包含訊號用芯32a與對位用芯32b。訊號用芯32a係存在複數條，且以夾著這些複數條訊號用芯32a的方式定位二條對位用芯32b。訊號用芯32a與對位用芯32b亦可由相同的材料(樹脂)所形成，也可由不同的材料(樹脂)所形成。
於光波導3之一側的端部，訊號用芯32a係以與在矽光學元件4所包含的矽波導(Si波導)41相向的方式進行定位。亦即，以使矽波導41的端面、與光波導3的訊號用芯32a之端面相向的方式進行定位。於此端部中進行：光訊號在訊號用芯32a與矽波導41之間的傳送接收。
如圖3(A)所示，對位用芯32b係光學零件4之安裝區域R2側的第一端面3a係相對於配線基板2的上表面傾斜。圖3(A)係用以說明從圖2所示的箭號A方向觀看時之側面的說明圖。無限制第一端面3a為相對於配線基板2的上表面傾斜的構造，例如可列舉如圖3(A)所示的構造。具體而言，於配線基板2的上表面，第一導體層21a係位在光波導3與光學零件4的安裝區域R2之間，而阻焊劑8以被覆此第一導體層21a的方式進行定位。光波導3之中包含對位用芯32b之第一端面3a的部分係位在此阻焊劑8上。因此，例如訊號用芯32a的端面與配線基板2的上表面的夾角的角度、與對位用芯32b之端面(第一端面3a)與配線基板2的上表面的夾角的角度會不同。阻焊劑8係以樹脂所形成，在作為樹脂方面，例如可列舉：丙烯酸改性環氧樹脂等。
如以上所述，當第一端面3a相對於配線基板2的上表面傾斜，則 光在光源與對位用芯32b之間的雙向傳輸就變得容易。因此，對一實施型態的光迴路基板1安裝光學零件4時，可採用主動對位。結果，可對一實施型態的光迴路基板1以高精確度來安裝光學零件4。如圖3(C)所示，對位用芯32b係於矽光學元件4的安裝區域R2側具有空腔C，且構成空腔C的一個面亦可為第一端面3a的構造。
若第一端面3a為相對於配線基板2的上表面傾斜，則其角度並無限制。例如，配線基板2的上表面與第一端面3a的夾角的角度例如具有大於或等於1°且小於或等於30°的角度。當配線基板2的上表面與第一端面3a的夾角的角度具有如上述的角度，則光在光源與對位用芯32b之間的雙向傳輸照射就變得容易。結果，可充分發揮作為主動對位的功能。
如圖3(B)所示，訊號用芯32a係定位成相對於配線基板2的上表面呈平行。圖3(B)係用以說明以圖2所示的B-B線段截斷時之剖面的說明圖。如圖2所示，於訊號用芯32a之光學零件4之安裝區域側之端面的下部不存在阻焊劑8。
訊號用芯32a係以相對於配線基板2的上表面呈平行的方式進行定位，藉此光訊號在與被安裝的光學零件4之間會有效率地被傳送接收。於本說明書中，所謂的「平行」並不限制為完全的平行。即使相對於配線基板2的上表面具有數度程度(例如5°以下)的傾斜的情形也定義為「平行」。
一實施型態之光迴路基板1的製造方法，若為可製造具有上述的構造的光迴路基板1，則無具體限制。本揭示之一實施型態之光迴路基板的製造方法係包含下述的步驟(a)至步驟(c)。
步驟(a)：獲得配線基板的步驟，該配線基板係具備：包含光波導 形成區域及光學零件的安裝區域的上表面、位在該上表面之中光波導形成區域與光學零件的安裝區域之間的第一導體層、及被覆第一導體層的阻焊劑。
步驟(b)：以從光波導形成區域跨越至阻焊劑的第一上表面的方式依下部包層、複數條包含訊號用芯及夾著訊號用芯而進行定位之對位用芯的芯層、以及上部包層之順序進行積層，並以使光學零件的安裝區域側的第一端面相對於配線基板的上表面傾斜的方式，形成光波導前驅體的步驟。
步驟(c)：在光波導前驅體中，去除位在阻焊劑的第一上表面的訊號用芯、及位在訊號用芯之下的阻焊劑，使訊號用芯沿著配線基板的上表面，以形成光波導的步驟。
在步驟(a)，如圖4(A)所示準備配線基板2。於配線基板2的上表面具備有：光波導形成區域R1、光學零件4的安裝區域R2、位在光波導形成區域R1與光學零件4的安裝區域R2之間的第一導體層21a、位在光波導形成區域R1的第二導體層21b、位在安裝區域R2的電極21c、以及被覆安裝區域R2及第一導體層21a的阻焊劑8。在配線基板2中所包含的第一導體層21a等導體層係藉由銅鍍敷等金屬鍍敷、銅箔等金屬箔來形成。電極21c係位在阻焊劑8的開口內。阻焊劑8係例如使用以上述的樹脂所形成的薄片，且藉由曝光、顯像等而獲得。
在步驟(b)，如圖4(B)所示，於所獲得的配線基板2的上表面，以從光波導形成區域R1跨越至第一導體層21a上的阻焊劑的第一上表面的方式形成光波導前驅體3P。光波導前驅體3P係依下部包層31、複數條包含訊號用芯32a及對位用芯32b的芯層32、以及上部包層33之順序進行積層而獲得。
具體而言，下部包層31、複數條芯層32及上部包層33係可使用 以上述的樹脂所形成的薄片且藉由曝光、顯像等而獲得。訊號用芯32a及對位用芯32b亦可使用以相同的樹脂所形成的薄片，亦可使用以不同的樹脂所形成的薄片。
於光波導前驅體3P，包含對位用芯32b之第一端面3a的光學零件4之安裝區域R2側的芯層32的端面係位在第一導體層21a上的阻焊劑8的第一上表面。因此，如圖3(A)所示，對位用芯32b的第一端面3a係相對於配線基板2的上表面傾斜。配線基板2的上表面與第一端面3a之夾角的角度如以上所述而省略詳細的說明。
在步驟(b)，於訊號用芯32a中安裝區域R2側的端面亦與對位用芯32b的第一端面3a同樣地相對於配線基板2的上表面傾斜。因此，在步驟(b)與後述的步驟(c)之間，在訊號用芯32a中，光在安裝區域R2側的端面與光源之間的雙向傳輸變得容易進行。結果，於光迴路基板的製造步驟中，能夠容易地進行光波導導通檢查。
如以上所述，在形成光波導前驅體3P的步驟(步驟(b))之後，亦可更包含：在訊號用芯32a中，進行光在安裝區域R2側的端面與安裝區域R2之相反側的端面之間的導通檢查步驟。
在步驟(c)中，如圖4(C)所示，在光波導前驅體3P中，去除位在阻焊劑8的第一上表面的訊號用芯32a及位在訊號用芯32a之下的阻焊劑8。具體而言，如圖2所示，在俯視觀看時，位在訊號用芯32a之下的第一導體層21a從阻焊劑8露出即可。訊號用芯32a及位在訊號用芯32a之下的阻焊劑8係藉由例如雷射處理來去除。
去除位在阻焊劑8的第一上表面的訊號用芯32a及位在訊號用芯 32a之下的阻焊劑8，藉此使訊號用芯32a為僅相對於配線基板2的上表面而沿伸(呈平行)的部分。結果，於配線基板2的上表面形成光波導3。如以上的方式，可獲得一實施型態的光迴路基板1。
接著，說明有關本揭示的光學零件安裝構造體。本揭示的一實施型態的光學零件安裝構造體10係具有於一實施型態的光迴路基板1安裝有矽光學元件4及電子零件6的構造。作為電子零件6，例如可列舉ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、驅動IC等。
如圖1(B)所示，矽光學元件4係經由銲錫7與位在配線基板2之光學零件的安裝區域的電極21c電性連接。電極21c係位在配線基板2之上表面之導體層的一部分，且以從阻焊劑8的開口部露出的方式進行定位。
矽光學元件4係將例如矽(Si)作為芯層，且以二氧化矽(SiO2)為包層的光波導。矽光學元件4如上述包含矽波導41，雖然未圖示，然而矽光學元件4更包含鈍化(passivation)膜、光源部、光檢測部等。如以上所述，矽波導41係在光波導3之一側的端部，以與光波導3所包含的訊號用芯32a相向的方式進行定位。
例如，來自配線基板2的電訊號會經由銲錫7而傳輸至矽光學元件4所包含的光源部。接受到被傳輸來的電訊號的光源部會發光。發光後的光訊號係經由訊號傳遞用的矽波導41a及光波導3的訊號用芯32a而傳遞至經由光連接器5a所連接的光纖5。
1:光迴路基板
2:配線基板
3:光波導
3a:第一端面
8:阻焊劑
21a:第一導體層
21b:第二導體層
21c:電極
31:下部包層
32:芯層
32b:對位用芯
33:上部包層

Claims (6)

  1. 一種光迴路基板，係包含配線基板及光波導；前述配線基板係具有包含光學零件之安裝區域的上表面；前述光波導係以鄰接於前述配線基板上的前述光學零件的安裝區域的方式進行定位，且從前述配線基板的前述上表面側起包含：下部包層、複數條包含訊號用芯及夾著該訊號用芯而進行定位之對位用芯的芯層、以及上部包層；前述對位用芯係於前述光學零件的安裝區域側具有第一端面，前述第一端面係相對於前述配線基板的前述上表面傾斜；前述訊號用芯係於前述光學零件的安裝區域側具有第二端面；前述第一端面與前述配線基板的前述上表面的夾角的角度，係不同於前述第二端面與前述配線基板的前述上表面的夾角的角度。
  2. 如請求項1所述之光迴路基板，其中，前述配線基板的前述上表面具備：位在前述光波導與前述光學零件之安裝區域之間的第一導體層；及被覆該第一導體層的阻焊劑；前述光波導之中包含前述對位用芯之前述第一端面的部分係位在前述阻焊劑上，且包含前述第一端面的部分係以隨著靠近該第一端面而遠離前述配線基板的前述上表面的方式傾斜。
  3. 如請求項1所述之光迴路基板，其中，前述對位用芯具有空腔，構成該空腔的一個面為前述第一端面。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之光迴路基板，其中，前述配線基板係於前述上表面具有第二導體層；前述光波導係位在前述第二導體層上。
  5. 一種光學零件安裝構造體，係包含請求項1至4中任一項所述之光迴路基板與光學零件。
  6. 如請求項5所述之光學零件安裝構造體，其中，前述光學零件係矽光學元件，該矽光學元件具有矽波導；該矽波導係以與前述訊號用芯相對向的方式進行定位。
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