TWI396874B - Optical wiring printing board manufacturing method and optical wiring printed circuit board - Google Patents

Description

光布線印刷板之製造方法及光布線印刷電路板

本發明係關於光布線印刷板之製造方法及光布線印刷電路板，尤其係關於在傳送裝置等之機器內，傳送經晶片間或板間收發訊的高速光信號之光布線印刷板的光布線部與光連接部的製造方法，及於板上總括處理所收發訊之光信號的光布線印刷電路板。

近年來之資訊通信領域中，利用光將大容量之資料高速交換之通信交通的整備正急速進行，迄今為止，對基幹、地下鐵、通路類之數km以上之比較長的距離，已展開光纖網之設置。今後，傳送裝置間(數m~數百m)或裝置內(數cm~數十cm)之極其近的距離，為達不延遲地處理大容量資料之旨，光化信號布線較為有效。

關於機器內之光布線化，例如路由器/開關等之傳送裝置，係將由以太網等外部經由光纖傳送之高頻信號輸入至線路卡。該線路卡相對1片底板係以數片構成，且對於各線路卡之輸入信號係更進一步經由底板集中於轉換卡，經轉換卡內之LSI處理後，再度經由底板輸出於各線路卡。此處，現狀之裝置中，目前300Gbit/s以上之信號係由各線路卡經由底板集中於轉換卡。若將其以現狀之電氣布線傳送，因傳播損失之關係，有必要分割為每條布線1~3Gbit/s左右，故需要有100條以上之布線數。

再者，對於該等高頻線路必需有波形成形電路、或反射、或布線間串擾之對策。今後，若系統之大容量有更進一步的進展，成為處理Tbit/s以上之資訊的裝置，則先前之電氣布線之布線條數或串擾對策等之問題將日益嚴重。對此，藉由光化裝置內線路卡~底板~轉換卡之板間、及板內晶片間之信號傳送線路，可以低損失傳播10Gbps以上之高頻信號，因此有希望減少布線條數，且即使針對高頻信號也無須實施上述對策，故前景可期。

為實現如此高速光互連電路使其適用於機器內，有必要以廉價之製作方法製造性能、構件安裝性優良的光布線印刷電路板。

作為高速光互連電路之一例，專利文獻1揭示有一種可用多層光波導陣列以高密度與光電變換元件陣列光連接之光互連電路形態。將其顯示於圖7。該例中，藉由將複數條以2維排列之光波導陣列等之光布線層101A、101B進一步多層積層於基板之厚度方向，且與搭載於基板表面之面發(收)光型之光電變換元件陣列100進行光連接，可以更小之安裝面積實現布線之高密度化，故而有效。又，藉由同行配置用以將上述光波導陣列內之傳播光朝基板垂直方向光路變換之鏡部106、與光波導陣列101A、101B之末端部，可利用切削等集中複數條之芯而形成，故該部分之製作步驟較為簡單。

再者，專利文獻2揭示有一種將光布線層與光路變換鏡構件一體形成之光互連電路形態的另一例。該例中，光‧電性布線板具有：基板，其具有電性布線；光布線層，其具有位於基板之至少一方之面的芯與外覆層；及鏡構件，其被埋入上述基板與上述光布線層之間。又，該基板係使用包含以下步驟之製造方法製作：於基板上配置上述鏡構件；及以於上述基板上以覆蓋上述鏡構件之方式形成光布線層。如此，藉由於光布線基板上配置鏡構件，且以覆蓋鏡構件之方式形成光布線層，可於基板上之任意位置配置鏡構件，提高安裝佈局之靈活性。又，藉由以另行製作鏡構件且載置於基板上，可避免伴隨鏡製作步驟所導致之基板製作良率的惡化。

[專利文獻1]專利3748528號

[專利文獻2]專利2003-50329號公報

專利文獻1所揭示之多層光波導陣列之製造方法中，將以切削等將光布線部進行錐形加工之各光波導係以接著劑等貼附，並分別積層。該情形下，為滿足另行製作之光波導與光元件之高效率之光連接，μm等級之高位置精度安裝有所困難，且步驟數亦多，較為煩雜。又，將用以將光波導內之傳播光與光波導上之光元件進行光連接之光予以曲折90度之鏡部，其結構為對於光波導上面為逆錐形，且利用光波導之芯與空氣之折射率差使其光反射。本結構因鏡表面有空洞部產生，故由於異物之附著或熱膨脹等所致之變形等，使得其難以確保信賴性。

另一方面，將專利文獻2所揭示之另行製作之鏡構件安裝於基板上，且用光波導予以埋入之製造方法及結構，亦難以將另行製作之鏡以μm等級之高位置精度分別安裝，且構件及步驟數、甚至製程時間亦增多或增大。

又，為以高效率反射光，鏡構件有必要為金屬，然而該情形下，有可能因埋入鏡構件之有機光波導之線膨脹係數差或金屬界面之密接不良所導致之芯剝離，而有使良率或信賴性惡化之虞。

因此，本發明之目的在於提供一種可容易地將鏡與布線芯相對以μm等級之高位置精度形成的製造方法，可避免因異物之附著或熱膨脹等所導致之變形等所造成之信賴性及性能劣化。

是以，本發明之目的在於提供一種光布線印刷板之布線部與光連接部的製造方法，其係針對一種將在傳送裝置等之機器內之晶片間或板間收發訊之高速光信號予以傳送之光布線印刷板，可使構件減少與使步驟簡略化，且可以高位置精度且高良率地進行製作；及提供一種具有能以低損失將收發訊之光信號進行光結合之布線部與光連接結構的光布線印刷電路板。

本發明為解決上述問題，使用如下之製造方法：於積層於基板上之由以外覆層包圍且包含折射率高於外覆層之材料之布線芯所形成之光波導層、及對於上述光波導層將自光元件輸出入之光彎曲於基板垂直方向，且用於與上述布線芯光連接之鏡所構成之光布線印刷板中，將鏡之芯構件圖案化形成於外覆層上之同時，藉由該芯構件於外覆層之任意位置分別形成至少2個以上之對位用標記圖案。又，藉由對位標記進行定位，且藉由物理切削芯圖案形成傾斜部及凹部，再藉由被覆傾斜部表面形成反射用金屬膜後，藉由對位標記進行定位，且於鄰接於鏡之外覆層上形成布線芯圖案。

又，使用如下之製造方法：於基板上依序反覆以堆積積層將外覆層、鏡部、及布線芯積層與加工而形成。分別於外覆層、鏡之芯構件、布線芯使用感光性聚合物材料，而芯圖案係藉由使用紫外光之光微影術形成。再者，對於外覆層上形成之鏡之芯圖案，藉由採用金屬刀具等之切割以相對於基板平行地形成成順錐形之傾斜部。

又，光布線印刷電路板中，光波導層之上面之上述鏡正上方分別載置有光元件陣列；且鏡之構成係：外覆層及外覆層上配置之芯構件、外覆層及芯構件之至少一面相對於基板平行地交織成為錐形之傾斜部、設於外覆層內之凹部、及形成於傾斜部表面之反射金屬膜；並且，與鏡隔開，在與鏡之凹部隔開之外覆層上形成有布線芯。

藉由使用本發明之製造方法，形成鏡時藉由使用同時設置之對位標記之光微影術，可容易地將鏡與布線芯相對地以μm等級之高位置精度形成。

又，鏡對於光波導上面係成順錐形，且藉由於鏡表面施以金屬，並用外覆層完全覆蓋鏡部，由於未設空洞部，故可避免異物之附著或熱膨脹等所導致之變形等造成信賴性及性能劣化。

由此，根據本發明，可提供一種對於傳送裝置等之機器內，針對傳送經晶片間或板間收發訊之高速光信號的光布線印刷板，可使構件減少且步驟簡略化，並且能以高位置精度且高良率進行製作之布線部與光連接部的製造方法，及具有能以低損失將所收發訊之光信號進行光結合之布線部與光連接結構的光布線印刷電路板。

以下詳細說明本發明之實施例。

[實施例1]

圖1A-圖1G係本發明之第一實施例之光布線印刷板之製造方法的說明圖。

圖1A為顯示藉由於基板10上形成厚約30μm之外覆層11，且於其上以厚約50μm塗布或層壓折射率高於該外覆層11之芯構件12所形成之狀態的圖。

此處，作為基板材料使用印刷板一般使用之玻璃環氧樹脂，作為外覆層11及芯構件12之材料，由製作步驟之簡略化及與印刷板之親和性之面考慮，乃使用可紫外線(UV)硬化、且可光微影術圖案化之感光性聚合物樹脂。

其次，如圖1B所示，將外覆層11之上面之芯構件12，係藉由使用設有圖案之光罩15a之光微影術，使長方體形狀之芯圖案13曝光、顯像而形成。此時，與上述芯圖案形成之同時，對於該芯構件12將對位用標記圖案14藉由光微影術形成於基板之任意位置(此處為四角)。且，此處對芯圖案之形成係採使用光罩15a之光微影術，然而作為其他製作方法，藉由不用光罩之直接描繪光微影術同樣可形成圖案。

其後，如圖1C所示，對於長方體形狀之芯圖案13之各側面，藉由使用了金屬刀具17之切割形成具有傾斜部之鏡22。此處，傾斜部係藉由將刀具前端切至較深位置而由鏡22之芯構件13以至外覆層11而形成。又，切削過程中同時於外覆層11內設置凹部23。又，作為傾斜部形成之方法，除利用切割之切削以外，亦可使用高輸出雷射照射之物理加工。

又，如圖1D所示，對於上述鏡22表面，與光微影術時相同，使用蔭罩15b將光反射用金屬膜18被覆。此處，蔭罩15b之定位係採用圖1B說明之光微影術時形成之對位用標記14進行。金屬膜係將Cr及Au以反射面側為Au之方式而積層，且以從鏡22之上面以至凹部23表面進行覆蓋所形成。

其後如圖1E所示，由鏡22之上側塗布或層壓與鏡為相同材料類的芯構件19而形成。

其後，與圖1B說明之順序相同，將芯構件19藉由使用設有圖案之光罩15c之光微影術使布線芯圖案20曝光、顯像而總括形成於基板上。又，光罩15c之定位亦相同，使用對位用標記14進行。

此時，若布線芯圖案20直接接觸鏡22上形成之金屬反射膜18，將有可能因金屬膜界面之密接不良所致之剝離而造成良率或信賴性惡化。且，若凹部23上形成芯圖案，將有可能於布線芯產生階差部分，而有於該部分引起芯內傳播光之散射或放射所致之過多損失增大之虞。為避免此問題，由鏡22隔開，於經鏡之凹部23隔開之外覆層上形成布線芯圖案20，如本發明之製造方法，製作鏡22後藉由光微影術形成布線芯圖案，可容易且高位置精度地製作上述結構。

最後，如圖1G所示，於鏡22及布線芯圖案20上藉由塗布或層壓形成外覆層材料21。藉由使外覆層21之厚為80μm，包括基板10將整體稍微加熱使外覆層21之材料軟化，且由上面以平坦之面的壓板加壓，外覆層11將掩埋鏡22及布線芯圖案20之空間部分，並形成包圍布線芯圖案20之光波導層(包含外覆層11、布線芯圖案20、及外覆層21之層)25。另外，於此說明了單層之光布線印刷板之製造方法，然而將本基板多層化之情形，亦可藉由反覆實施上述圖1A~圖1G之步驟完成。

即，藉由採用上述製造方法於基板上依序反覆以堆積積層將外覆層、鏡部、及布線芯積層與加工而形成，可以一貫之基板程序製作光布線，故可實現構件及步驟數之大幅減少，亦有利於多層化。

[實施例2]

圖2係本發明之第二實施例之光布線印刷電路板的立體圖及剖面圖。

本結構中，係於基板10上形成光波導層25，該光波導層25之構成包括：第一外覆層11；積層於其上、使用折射率高於外覆層11之材料的布線芯圖案20；及包圍其之第二外覆層21。又，光波導層25之上面形成有各電性布線30，且該電性布線30之墊上經覆晶分別載置有藉由焊錫而電性連接之發光元件31及受光元件32。又，藉由於光波導層25內形成鏡22，由發光元件31及受光元件32輸出入之光係折射於基板垂直方向，且與布線芯圖案20光連接。又，上述鏡22之構成係：外覆層11及其上配置之芯構件13；由芯構件13以至外覆層11形成之傾斜部及其表面形成之反射金屬膜18；及設於外覆層11內之凹部23。

再者，就構成而言，係於由鏡之凹部23隔開之外覆層上形成使用了與鏡之芯構件13相同材料類之布線芯圖案20。藉由本構成，如上所述，還可抑制、避免因鏡22與布線芯20之膨脹係數差所導致之位置偏離或界面剝離。又，藉由鏡22之傾斜部形成至芯構件13下之外覆層11，即藉由將反射部形成至低於布線芯之位置，可抑制因芯出射光之光束擴大導致之過多損失。且，此處使用之發光元件31及受光元件32可為適於利用覆晶之表面安裝之面發光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser：VCSEL)或面受光二極體。

[實施例3]

圖3係本發明之第三實施例之光布線印刷電路板的剖面圖。此處顯示對於圖2說明之結構，鏡之傾斜部之芯構件之厚度進一步大於布線芯之厚度的結構例。圖3所示之構成中，相對布線芯20之厚度a(此處為50μm)，增大鏡22之厚度b(此處為70~80μm)。藉此，如上述可抑制因芯出射光之光束擴大所導致之過多損失。

再者，發光元件31之發光部中心軸對於鏡之中心軸根據安裝精度即使有偏離之情形下，由於經鏡22光反射之面積大於布線芯20之剖面積，故光更偏芯內導入之機率增高，其結果為發光元件31之位置偏差容許量提高。又，布線芯20與受光元件32之光結合中，藉由本結構亦有可與上述同樣之擴大元件位置偏差容許量之效果。又，鏡22之傾斜部之角度6，為保持光元件與鏡間之高效率的光結合，相對基板平行地宜以45度為中心公差±2度以內。

[實施例4]

圖4係本發明之第四實施例之光布線印刷電路板的剖面圖。此處，其構成係：形成於鏡22之一方之面的傾斜部42；經由該傾斜部與光波導層25上載置之發光元件31光學連接之布線芯20a；形成於與傾斜部42相對之面之傾斜部43；及經由該傾斜部與光波導層25上載置之受光元件32光學連接之布線芯20b。本構成中，於鏡之傾斜部42之中心與布線芯20a之端面的距離d1、及鏡之傾斜部43之中心與布線芯20b之端面的距離d2各自不同之位置，分別配置有布線芯20a與布線芯20b。

如圖4所示，將發光元件31與受光元件32積體於封裝體40之情形下，根據封裝體40或焊錫33之尺寸，光元件與鏡間的距離增大。該情形下，為抑制光束擴展導致之光損失，有必要於光印刷板上或封裝體上設置集光透鏡41、42，但由於發訊側與收訊側最適之光學距離各有不同，故如圖4所示，於接近各集光透鏡41、42之焦點的位置形成布線芯屬有效。作為其他方法，亦可使d1與d2之距離相同而分別改變集光透鏡41與42之曲率，但卻會使構件數與步驟數增加。又，藉由使用圖1A~G所示之製造方法，用1次光微影術可容易地製作圖4所示之各d1、d2不同的布線芯20a、20b。

[實施例5]

圖5係本發明之第五實施例之光布線印刷電路板的剖面圖。如圖5所示，其構成為於光波導層25之上面載置具有連接器52之光纖陣列51，由光纖50輸出入之光信號係經由鏡22被光路變換，且與基板上之布線芯20光連接。本發明之結構亦可適用於如圖5中所示之光波導與光纖之被動光電路。

[實施例6]

圖6係本發明之第五實施例之光布線印刷電路板的剖面圖。

其構成如圖所示，在多層印刷板10上形成有光波導層25，且由載置於光波導層25上之發光元件31出射之光係經由鏡22a、布線芯20a、鏡22b，與具有載置於光波導層25上之連接器52的光纖陣列51光連接。另一方面，關於收訊側亦與上述構成相同，但作為光波導層25上載置之光布線，亦可使用本發明結構之布線芯20c及鏡22c所構成之光波導62。又，與發光元件31及受光元件32鄰接，搭載有積體電路60，其中組合有用以驅動各光元件之電路與縱橫式開關或邏輯電路等。又，各光元件與積體電路60係藉由光波導層上形成之高頻電性布線30連接。並且以經由光波導層25與基板10連接而內裝有積體電路60之電源、接地等之電性布線61。根據本發明之結構，可獲得更小安裝面積之高密度光印刷電路板。

[產業上之利用可能性]

本發明可提供一種在傳送裝置等之機器內，傳送經晶片間或板間收發訊的高速光信號之光布線印刷板的光布線部與光連接部之製造方法，及於板上總括處理所收發訊之光信號的光布線印刷電路板。

10．．．基板

11、21．．．外覆層

12、19．．．芯構件

13．．．芯圖案

14．．．對位用標記圖案

15a、15c．．．光罩

15b．．．蔭罩

17．．．金屬刀具

18．．．金屬反射膜

20、20a、20b、20c．．．布線芯圖案

22、22a、22b、22c、22d、22e．．．鏡

23．．．凹部

24．．．紫外光

25．．．光波導層

30、61．．．電性布線

31．．．發光元件

32．．．受光元件

40．．．封裝體

41．．．集光透鏡

42、43．．．傾斜部

50．．．光纖

51．．．光纖陣列

52．．．連接器

60．．．積體電路

62．．．光波導

70．．．鏡中心軸

71．．．發光部中心軸

72．．．受光部中心軸

100．．．陣列型光電變換元件單元

101A、101B．．．陣列型光波導單元

104A、104B．．．陣列型光結合用光波導單元

105．．．芯(光結合用光波導)

107．．．光波導端面

圖1A係本發明之第一實施例之光布線印刷板之製造方法的說明圖；

圖1B係本發明之第一實施例之光布線印刷板之製造方法的說明圖；

圖1C係本發明之第一實施例之光布線印刷板之製造方法的說明圖；

圖1D係本發明之第一實施例之光布線印刷板之製造方法的說明圖；

圖1E係本發明之第一實施例之光布線印刷板之製造方法的說明圖；

圖1F係本發明之第一實施例之光布線印刷板之製造方法的說明圖；

圖1G係本發明之第一實施例之光布線印刷板之製造方法的說明圖；

圖2A係本發明之第二實施例之光布線印刷電路板的立體圖；

圖2B係圖2A之剖面圖；

圖3係本發明之第三實施例之鏡之傾斜部的芯構件之厚度大於布線芯之結構的光布線印刷電路板的剖面圖；

圖4係本發明之第四實施例之光布線印刷電路板的剖面圖；

圖5係本發明之第五實施例、於光波導層之上面載置具有連接器之光纖陣列之光布線印刷電路板的剖面圖；

圖6係本發明之第五實施例之光布線印刷電路板的剖面圖；及

圖7係採用多層光波導陣列而可以高密度與光電變換元件陣列進行光連接之光互連電路形態之先前例的圖。

10．．．基板

11．．．外覆層

13．．．芯圖案

14．．．對位用標記圖案

15c．．．光罩

18．．．金屬反射膜

20．．．布線芯圖案

22．．．鏡

23．．．凹部

Claims (12)

1. 一種光布線印刷板之製造方法，其特徵為具有下述步驟：準備一基板；於上述基板上形成一第1外覆層，並於上述第1外覆層上積層包含折射率高於該外覆層之材料之一第1芯構件；利用具有所期望之圖案之遮罩，加工上述第1芯構件，於上述第1外覆層上至少形成2個以上之對位用標記圖案與鏡用芯圖案；以上述對位用標記圖案為基準，進行與上述基板之定位的同時，藉由切削或雷射加工於上述鏡用芯圖案之側面形成傾斜部，並於上述第1外覆層之表面形成與上述傾斜部相接之凹部；利用具有所期望之圖案之遮罩，於包含上述鏡用芯圖案之傾斜部的區域，選擇性堆積反射用金屬膜而形成一鏡部；於上述基板上積層一第2芯構件；以上述對位用標記圖案為基準，進行與上述基板之定位的同時，利用具有所期望之圖案之遮罩加工上述第2芯構件，且於與上述鏡用芯圖案鄰接之上述第1外覆層上，於與上述鏡用芯圖案相交之方向形成布線芯圖案；及於包含上述鏡部與上述布線芯圖案之區域上形成一第2外覆層，而形成包含上述第1外覆層、上述布線芯圖案 及上述第2外覆層之一光波導層。
2. 如請求項1之光布線印刷板之製造方法，其中於上述基板上反覆將上述第1外覆層、上述第1芯構件、上述第2芯構件、上述第2外覆層積層及加工，而將上述鏡部與上述布線芯圖案依序堆積積層。
3. 如請求項1之光布線印刷板之製造方法，其中於上述第1外覆層、上述第1芯構件、上述第2芯構件係分別使用感光性聚合物材料，上述鏡用芯圖案及上述布線芯圖案係使用紫外光之光微影術形成。
4. 如請求項2之光布線印刷板之製造方法，其中上述傾斜部係藉由切割或雷射照射，以相對上述基板之表面成順錐形之方式而形成於上述鏡用芯圖案之側面。
5. 一種光布線印刷電路板，其特徵為具有：一基板；一光波導層，其係由設於上述基板上之一第1外覆層、設於上述第1外覆層且包含折射率高於該外覆層之材料之一布線芯層、及設於上述布線芯上之一第2外覆層所形成；及上述光波導層上載置之一光元件陣列；且上述光波導層內設有具有將由外部或上述光元件輸出入之光變換於異於相對上述基板面之方向之鏡部的鏡用芯圖案、及傳送輸入上述鏡部之光或由上述鏡部輸出之光的布線芯圖案；上述鏡用芯圖案及上述布線芯圖案係包含構成上述布 線芯層之材料；上述鏡部係以相對上述基板之表面成順錐形之方式設於上述鏡用芯圖案之側面，且其表面具有設有金屬膜之傾斜部；鄰接於上述鏡部於上述第1外覆層上設有凹部；上述布線芯圖案係設於與上述鏡部及上述凹部隔開之上述第1外覆層上。
6. 如請求項5之光布線印刷電路板，其中上述第1外覆層、布線芯層、及上述第1外覆層分別為感光性聚合物材料。
7. 如請求項5之光布線印刷電路板，其中由上述凹部之下端以至上述鏡用芯圖案之上端的長度，大於上述布線芯圖案的厚度。
8. 如請求項7之光布線印刷電路板，其中上述傾斜部相對上述基板之表面成43度至47度的角度，且上述鏡用芯圖案之上端以至上述第1外覆層內設置之凹部之下端形成直線狀。
9. 如請求項5之光布線印刷電路板，其中具有設於上述鏡用芯圖案之一側面之傾斜部1；設於上述一側面之相反側之另一側面的傾斜部2；設於與上述傾斜部1相對之位置之第1布線芯圖案；及設於與上述傾斜部2相對之位置之第2布線芯圖案；且將上述傾斜部1之中心與上述第1布線芯圖案之端面之最短距離設為d1， 將上述傾斜部2之中心與上述第2布線芯圖案之端面之最短距離設為d2時，上述d1與上述d2不相同。
10. 如請求項5之光布線印刷電路板，其中上述光元件陣列係包含面發光二極體或面受光二極體。
11. 如請求項5之光布線印刷電路板，其中上述光元件陣列係包含具有連接器之光纖。
12. 如請求項5之光布線印刷電路板，其中上述基板為多層印刷布線板；且具備設於上述光波導層上之光元件、及與上述光元件電性連接之積體電路元件；上述光元件與上述多層印刷布線板、或上述積體電路元件與上述多層印刷布線板，係經由上述光波導層內設置之通孔電性連接；上述光元件與上述多層印刷布線板之外部，係經由上述光波導層而由具有連接器之光纖或連接於光波導之光信號傳送路徑連接。