CN1688912A - 嵌入印制线路板的光导体的耦合 - Google Patents

Abstract

在印制线路板上的光学层中设置光波导，该光波导由冲压过程制得，通过倾斜的反射端垂直地输出耦合。借助冲压过程建立用于定位耦合器的机械导向标志，所述标志优选地用作MT－销钉的导向孔。

Description

嵌入印制线路板的光导体的耦合

本发明涉及嵌入印制线路板的光导体的耦合。

对于未来的信息设备和通信设备，将使用既包含电导体又包含光导体的印制线路板。在这方面，第50届电子元件及技术会议2000，PP.970-4(ISBN 0-7803-5908-9)的论文集中，D.Krabe，F.Ebling，N.Arndt-Staufenbiel，G.Lang和W.Scheel.的文章“New Technology for Electrical/Optical Systems on Module andBoard Level：The EOCB Approach”作了简要概述。

在这项技术中，中心任务是将带有光发射器、接收器的部件与光导体耦合，这需要通过小尺寸光纤准确定位，而这以传统的元件自动组装机不能完成。尤其在光连接时，不需要象在电连接焊接技术中那样对因焊剂的表面张力产生的定位偏差进行校正。

在公开文本DE19917554中描述了一种解决方案，其中，将空心体平行于表面嵌入，该空心体确定光耦合器的位置，空心体上安装有导销。光耦合器可产生电信号的转换或者将光偏转到位于表面的转换器。但是，空心体的嵌入以及之后的铣出费用仍旧比较昂贵。

本发明描述了另一种解决方案，其花费很少。为此，在印制线路板上的光学层中设置光波导，所述光波导由冲压过程形成，并通过倾斜反射端进行垂直的输入耦合或输出耦合。对于耦合器的定位，借助冲压过程形成机械导向标志，其优选地用作MT-销钉的导向孔。

在此使用的光波导端部带有45度反射面。这在例如第22届欧洲光学通信会议(ECOC 96)，vol.2 pp.265-8，oslo 1996(ISBN 8242304181)的会议录中R.Wiesman，S，Kalveram，A.Neyer的文章“Monomode Polymer Waveguides withIntegrated Mirrors”内已有描述。为了促使射线穿过光学层，其它角度也可以。

为了具体说明，图1示出了光波导之一的纵向剖面图。在此使用例如200μm厚的透明载体薄膜10，其中，借助冲压过程形成用于波导的沟槽11。在沟槽的端部设置用于反射器12的斜面。对该斜面进行金属喷涂，而后填充沟槽11，其中填充料当然也是透明的并且具有比被冲压材料更高的折射系数。把具有比填充料更小的折射系数、也是透明的薄膜作为覆盖层13，覆盖层例如100μm厚，这样使得填充的沟槽11可以作为波导使用。

图2是图1中箭头A所示方向的俯视图，为了避免在冲压时出现侧凹，沟槽11可以向下逐渐变窄；这个效果夸大地清楚展示的。D表示光导体的排列距离，当光导体的宽度为100μm时，也就是说大约为正方形横截面时，等于例如250μm。

对于本发明，除在填充后构成光导体的沟槽11之外附加地在光导体的端部12附近冲压出参考标志24。所述标志相对于光导体端部12的位置由冲压工具的高加工精度确定，并可达到比光导体的直径更好的精度。

在加上覆盖层13后，利用参考标志，在光学层中设置预先定好直径的垂直孔22。优选使用例如在MT-插塞连接器中公知的机械导销的直径0.7mm。或者，将参考标志设计成可光学探测的，例如十字形并具有V-形横截面，以便提供精确的用光学方法可很好识别的中心，该中心可通过光学定位系统定位一个钻头。钻头可以选择性地从覆盖层方向，即上侧或者从下侧钻孔。是否该参考标志仅是冲压的，或者还是覆盖用于反射的金属层，取决于钻孔系统的性能。使用双面冲压工具时，也可以从载体薄膜10的底面制作参考标志，然后，例如形成锥体，以便当从下面钻孔时，有助于引导钻头。

在光学层上形成导孔22之后，可以用已知的方法将光导层嵌入印制线路板。其结果在图2中展示。光学层覆盖在底层30上，并由上层31a，31b覆盖。通过位于上侧的称作空闲位置的缺口32，可到达处于光波导反射端12上的光学层。空闲位置32的大小，应也能通达导孔22，该导孔在图3中只是通过它的侧壁23a、23b示出。

与光导体上的连接以后由从上面安装的耦合器形成。图4是在空闲位置32中要安装的耦合器40的局部示意图。导销41在安装方向上处于下侧44上。光导体42终止于这些导销之间。光导体的一个端部终止于下侧44的表面，另一端位于发射或接收转换器43中。然后(未示出)它们经过电连接与放大电路和电接点连接，所述连接通常形成焊料接触。

耦合器的导销41与光学层上的导孔22具有同样的距离，通常，不仅光学层内的光导体的端部，而且在耦合器中的光导体的端部对称地位于导孔22或导销41的连接线上，并且在光学层内和在耦合器内有相同的距离。这可以例如通过在模制件中设置不仅适用于光导体而且还适用于导销的沟槽来实现。将光导体嵌入之后，放上一个大体相同的第二模制件，并且将耦合器的这个部件主要通过粘合连接到一起。此后，为了减少过渡区损耗，将露出光导体的表面抛光。最后，把导销插入由沟槽形成的孔中。

为了使导销正好定位于光导直径的断口部分，例如由聚碳酸酯构成的光学层的硬度是足够的。耦合器下侧41的表面铺设得与光学层的覆盖薄膜齐平。来自或者到达耦合器的光穿过该覆盖层。

优选地，导销仅具有从底面伸出相当于光学层厚度的长度，也就是比如0.3mm。在这种情况下，底层30中导孔的位置上不需要空闲位置。但也可以选择在底层30中每个导孔的周围设置相对较小，例如直径为2mm的空闲位置(在图3中未显示)。在这种情况下，导销在耦合器中可以制作得比光学层的厚度长很多，并优选在端部形成明显的斜边，或者形成锥形。

另一个制造导孔的可能性是使用冲压-阴模，其中，尤其是通过贯穿整个材料厚度来冲压柱形导孔，这个过程也称作“贯通-冲压”。现在覆盖层13不是完全连贯的，而是同样通过冲压或者模压形成孔，该孔在随后涂覆覆盖层时至少达到与导孔同样大的定位精度。所述定位精度例如是0.1mm，这样，为了释放处在载体薄膜中的贯通冲压孔，覆盖层上的孔具有0.95mm的直径。至此，便形成了耦合器40上的导销，并且在此情形下，1/3的厚度，即，相当于覆盖层的厚度，还没有贯通。

在安装耦合器以及由导孔确定的啮合处于正确位置之后，将耦合器与其它装置最终固定在一起。固定方式可以是螺钉连接或者粘合连接。在任何情形下这必须如此设计，使得耦合器不会因电接头的焊接而在光学层滑动。例如，在安装耦合器后，用自动聚合光学粘合剂填充空闲位置，同时，将所述粘合剂灌入到耦合器底面与光学层表面之间的过渡层，从而改善耦合。此外，在此情形和在下述情形下，也可以使用折射系数合适的凝胶。

可选择地，耦合器通过可拆卸的接点与印制线路板连接，其中安装方向垂直于印制线路板的表面。通过引导元件，光学接口正好对准耦合器或光学层。通过螺钉，粘合，或者类似方式将耦合器持久固定。但也可以通过弹簧夹或者其它措施，在垂直于印制线路板的方向形成压紧。这些固定方式，一方面，可以将引导元件彼此固定，另一方面，可以同时确保可拆卸的电接点连接。

至此描述了MT—导销在耦合器中的应用，所述导销卡到光学层的导孔中。但当然也有其它可能，在耦合器40的模制件制造中，在它的底面44形成凹槽或者间隙，而不用考虑使用单独的MT—销钉。在覆盖层厚度为100μm，光学层厚度为200μm时，必须涂上300μm或者0.3mm的修整(Ausformung)部分。这对公知的修整方法不存在问题。由于，它们以同样的制造步骤制造，并带有用于光纤42的沟槽，该沟槽从表面延伸到光电部件43，从而可达到必需的高精度。

采用这种成型修整，可很好的控制其高度。在此情形下也不需要在光学层上设置通孔，更确切地说，在冲压成凹穴的地方，可以达到例如层厚的3/4，比如总计150μm。然而当覆盖层厚为100μm时，必须涂上350μm修整层。

在此，也可以不用圆柱孔和销钉而使用其它形状。尤其是正方形空隙和修整部。为此，可使横截面略成梯形以便在定位时很好地卡住倒角。在合适的选材中，横截面为三角形的沟槽也能令人满意。此外，也可以在每一面上设置两个引导部件，所述引导部件应尤其靠近带有矩形、梯形或者三角形横截面的十字形构造的臂。在极端的情况下，可形成棱锥结构。

当然也可以直接在光学层上设置修整以及在耦合器中设置空隙。后者有下述优点，即带有光作用部件的表面的抛光简单得多。对于光学层，机械引导部件不仅能设置成修整部分，也可以设置成空隙，后者通过在冲压膜中的凹穴来实现。

Claims (15)

1、一种带有光波导的光学层，在其端部，通过垂直该光学层平面的光线形成光信号的耦合，其特征在于，在光波导端部附近，在光学层上设有机械导向的轮廓，其位置根据光波导的端部而预先确定。

2、根据权利要求1所述的光学层，其中，光学层包括载体薄膜，其中，通过制造过程的同一步骤确定波导层以及导向轮廓层。

3、根据权利要求1或2所述的光学层，其中，机械引导元件为棱柱形或圆柱形孔，它的侧壁确定其位置。

4、根据权利要求3所述的光学层，其中，引导元件为载体薄膜中的通孔。

5、根据权利要求1或2所述的光学层，其中，机械引导元件是向外突出的外形。

6、根据上述权利要求之一所述的光学层，其中，该光学层由载体薄膜和覆盖层组成，引导元件存在于载体薄膜中，覆盖层在引导元件区域具有空隙。

7、根据上述权利要求之一所述的光学层，其中，该光波导在它的端部被形成反射。

8、一种带有电学层和光学层的印制线路板，其中，该光学层依照权利要求1到7之一制作。

9、一种用于带有光学连接的印制线路板光学层的制造方法，按以下步骤进行：

-通过在载体薄膜上冲压用于光波导的通道，填充该通道，并且以覆盖层层压制得该光学层，

-在通过冲压确定的位置上形成机械引导元件。

10、根据权利要求9所述的制造方法，其中引导元件由以下步骤制得，即，通过冲压制得位置标记，借助该标记用钻孔工具形成引导开口。

11、根据权利要求9所述的制造方法，其中，通过冲压载体薄膜形成贯通的导孔，覆盖层具有用于导孔的空隙。

12、带有光学连接的印制电路板制造方法，首先，依照权利要求9-11之一制得光学层，而后将其嵌入印制线路板中，其中至少一面设有空闲位置，其允许使用光波导的端部和引导开口。

13、在印制线路板中包含的光波导上用于连接的耦合元件，具有以下特征：

-耦合元件具有带有平的耦合面的区域，

-在平的耦合面上是光作用区域以及

-所设机械引导元件的位置由光作用区域预定。

14、根据权利要求13所述的耦合元件，其中机械引导元件的位置和光作用区域的位置由制造工艺中的同一步骤确定。

15、根据权利要求13或14所述的耦合元件，其中使用圆柱销钉作为机械引导元件，所述引导元件与耦合元件中的空隙相配合。

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