TWI892399B - 具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板及其製作方法 - Google Patents

Abstract

一種具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，包含一光電傳輸單元，其中該光電傳輸單元包含一軟性絕緣層、一第一光電單元以及一第二光電單元嵌入在該光電傳輸單元中、至少一重佈層，其具有至少一導電結構與該軟性絕緣層層疊並與該第一光電單元以及該第二光電單元電性連接、一光波導結構與該軟性絕緣層疊、一第一金屬凸塊以及一第二金屬凸塊鄰接該光波導結構並分別與該第一光電單元以及該第二光電單元光學對準，以為光訊號提供反射面，其中該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊為使用與該重佈層相同材料製成的實心結構。

Description

具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板及其製作方法

本發明大體上與一種軟性印刷電路板有關，更具體言之，其係關於一種具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板。

大部分習知的軟性印刷電路板都是使用銅導線與介電材製成，其以電訊號的形式傳遞資料或訊息。隨著訊號的頻寬需求增加，銅導線傳輸在高頻率時的高損耗會降低訊號傳輸的品質，因而使訊號可傳遞的距離變短。相較於此，透過光波導材料來傳輸光訊號的訊號傳輸方式具有高頻寬、低損耗等特性，其可減少訊號傳輸損耗並提升訊號在高頻寬傳輸時的品質，適合應用在板對板、晶片對晶片、手機模組與主板之間、數據中心內伺服器中的晶片互聯、或是晶片對模組的高速傳輸。

在習知的光波導軟性印刷電路板技術中，光電單元、相關的反射部件、及/或光波導結構都是裝設在一軟性層結構或是軟性基板上。這樣的設計會實質增加整體軟性印刷電路板的厚度，且一旦晶粒黏著後就無法進行增層製程，因而減少了其所能疊設的波導層或波導單元數目。故此，本領域的技術人士仍需改進光波導軟性印刷電路板的結構，以增加波導電路的密度並減少整體結構的厚度。

有鑑於前述習知技術之現況，本發明於此提出一具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，其特點在於光波導結構透過增層製程嵌在軟性層結構之中以減少厚度，而所需的反射結構可在形成電訊號用的電路圖案的製程中同時形成，故可大幅減少製程的複雜度與步驟，以改善反射面與光電元件之間的對位。

本發明的其一面向在於提出一種具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，其結構包含：至少一光電傳輸單元，其中每一該光電傳輸單元包含一軟性絕緣層、一第一光電單元嵌入在該光電傳輸單元中並設置來將電訊號轉換成光訊號、一第二光電單元嵌入在該光電傳輸單元中並設置來將光訊號轉換成電訊號、至少一重佈層，具有至少一與該軟性絕緣層層疊且與該第一光電單元以及該第二光電單元電性連接的導電結構、一與該軟性絕緣層層疊的光波導結構，用以傳輸光訊號、一第一金屬凸塊鄰接該光波導結構並與該第一光電單元光學對準，以為光訊號提供反射面、一第二金屬凸塊鄰接該光波導結構並與該第二光電單元光學對準，以為光訊號提供反射面、以及一第一軟性覆蓋層覆蓋在該第一金屬凸塊、該第二金屬凸塊以及該光波導結構上，其中該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊為使用與該重佈層相同材料製成的實心結構。

本發明的另一面向在於提出一種製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，其步驟包含：將一第一光電單元以及一第二光電單元嵌入一軟性絕緣層、形成至少一重佈層，該重佈層具有至少一與該第一光電單元、該第二光電單元以及該軟性絕緣層層疊的導電結構、在一第一軟性覆蓋層上形成一第一金屬凸塊、一第二金屬凸塊以及一光波導結構、以及將該第一軟性覆蓋層接合在該軟性絕緣層的一面、該第一光電單元以及該第二光電單元上，其 中該光波導結構分別與該第一軟性覆蓋層上的該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊光學對準，其中該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊為使用與該重佈層的該導電結構相同材質製成的實心結構。

本發明的這類目的與其他目的在閱者讀過下文中以多種圖示與繪圖來描述的較佳實施例之細節說明後應可變得更為明瞭顯見。

10:軟性印刷電路板

100:光電傳輸單元

102:軟性絕緣層

104a:光電單元(VCSEL二極體)

104b:光電單元(VCSEL驅動器)

106a:光電單元(光感測器)

106b:光電單元(轉阻放大器)

107:底部填充膠

108:導電結構

108L:重佈層

110:介電膜

112:黏著層

114:光波導結構

114a:光波導芯部

114b:光波導包覆結構

116:(第一)金屬凸塊

116a:反射面

116b:底座

118:(第二)金屬凸塊

118a:反射面

119:發光位置

120:軟性覆蓋層

120a:絕緣層

121:受光位置

122:黏著層

123:披覆層

124:軟性覆蓋層

125:光阻

126:電路圖案

127:開口圖案

128:互連結構

130:黏著層

132:暫時性基底

134:中介層

136:開口

138:接觸件

140:系統電路板

142:連接器

本說明書含有附圖併於文中構成了本說明書之一部分，俾使閱者對本發明實施例有進一步的瞭解。該些圖示係描繪了本發明一些實施例並連同本文描述一起說明了其原理。在該些圖示中：第1圖為根據本發明較佳實施例中一具有嵌入式光波導結構的光電傳輸單元的截面示意圖；第2圖為根據本發明較佳實施例中一具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的截面示意圖；第3圖至第8圖繪示出根據本發明較佳實施例中具有嵌入式光波導結構的光電傳輸單元的製作流程的截面示意圖；第9圖至第12圖繪示出根據本發明較佳實施例中在一軟性覆蓋層上製作一反射性金屬凸塊的流程的截面示意圖；第13圖為根據本發明一實施例中一反射性金屬凸塊的截面放大示意圖；第14圖為根據本發明較佳實施例中一具有嵌入式光波導結構的光電傳輸單元的截面示意圖；第15圖為本發明軟性印刷電路板連接在兩個印刷電路板之間的截面示意圖；以及 第16圖為根據本發明另一實施例中一具有嵌入式光波導結構的光電傳輸單元的截面示意圖。

須注意本說明書中的所有圖示皆為圖例性質，為了清楚與方便圖示說明之故，圖示中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現，一般而言，圖中相同的參考符號會用來標示修改後或不同實施例中對應或類似的元件特徵。

下文中本發明將參照隨附的圖示來進行詳細的說明，這些圖示構成了本發明的一部分並以繪圖以及可據以施行本發明的特定實施例之方式來展示。這些實施例中會描述足夠的細節讓本領域中的一般技術人士得以施作本發明。為了簡明與方便之故，圖示中某些部位的尺度與比例可能會刻意縮小或是以誇大的方式來表現。在不背離本發明範疇的前提下，發明中還可採用其他的實施例或是具有結構上、邏輯上以及電性上的變化。故此，下文的詳細說明不應以侷限的方式來看待，而本發明的範疇將由隨附的申請專利範圍來界定。

閱者應能容易理解，本案中的「在…上」、「在…之上」和「在…上方」的含義應當以廣義的方式來解讀，以使得「在…上」不僅表示「直接在」某物「上」而且還包括在某物「上」且其間有居間特徵或層的含義，並且「在…之上」或「在…上方」不僅表示「在」某物「之上」或「上方」的含義，而且還可以包括其「在」某物「之上」或「上方」且其間沒有居間特徵或層(即，直接在某物上)的含義。此外，諸如「在…之下」、「在…下方」、「下部」、「在…之上」、「上部」等空間相關術語在本文中為了描述方便可以用於描述一個元件或特徵與另一個或多個元件或特徵的關係，如在附圖中示出的。

如本文中使用的，術語「層」是指包括具有厚度的區域的材料部分。 層可以在下方或上方結構的整體之上延伸，或者可以具有小於下方或上方結構範圍的範圍。此外，層可以是厚度小於連續結構的厚度的均質或非均質連續結構的區域。例如，層可以位於在連續結構的頂表面和底表面之間或在頂表面和底表面處的任何水平面對之間。層可以水準、豎直和/或沿傾斜表面延伸。基底可以是層，其中可以包括一個或多個層，和/或可以在其上、其上方和/或其下方具有一個或多個層。層可以包括多個層。

閱者通常可以至少部分地從上下文中的用法理解術語。例如，至少部分地取決於上下文，本文所使用的術語「一或多個」可以用於以單數意義描述任何特徵、結構或特性，或者可以用於以複數意義描述特徵、結構或特性的組合。類似地，至少部分地取決於上下文，諸如「一」、「一個」、「該」或「所述」之類的術語同樣可以被理解為傳達單數用法或者傳達複數用法。另外，術語「基於」可以被理解為不一定旨在傳達排他性的因素集合，而是可以允許存在不一定明確地描述的額外因素，這同樣至少部分地取決於上下文。

閱者更能了解到，當「包含」與/或「含有」等詞用於本說明書時，其明定了所陳述特徵、區域、整體、步驟、操作、要素以及/或部件的存在，但並不排除一或多個其他的特徵、區域、整體、步驟、操作、要素、部件以及/或其組合的存在或添加的可能性。

首先請參照第1圖，其為根據本發明較佳實施例一具有嵌入式光波導結構的光電傳輸單元的截面示意圖。如第1圖所示，本發明的光電傳輸單元100大致上包含一內部的軟性絕緣層102來支撐整體結構。軟性絕緣層102可為一改質後的聚醯亞胺層(PI)，其具有低介電常數、耐熱、耐化學性等優異性質。視發明的需求而定，此聚醯亞胺層可透過溼蝕刻製程以及/或吸附金屬觸媒的方式來進行表面改質，以提供較佳黏著性與可焊性。

在本發明較佳實施例中，用來轉換光訊號與電訊號的光電單元104a, 104b,106a,106b係嵌在軟性絕緣層102中。在光電傳輸單元100的一端，光電單元具有一垂直腔面射型雷射(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)二極體104a以及一VCSEL驅動器104b。VCSEL二極體104a可由氮化鎵(GaN)磊晶以及金屬電極構成，其可從VCSEL二極體104a表面預定的發光位置119發出低散射度的雷射光束。所發出的雷射光方向較佳與軟性絕緣層102表面垂直。在本發明實施例中，多個VCSEL二極體104a可在軟性絕緣層102中排成2D雷射陣列來達到最大功率輸出。VCSEL驅動器104b係用來控制VCSEL二極體104a的發光，其可由等化器、高速電流調變器、調變電流生成器、通電復位電路、控制邏輯時脈器以及偏置電流生成器(bias current generator)等電路構成。在其他實施例中，VCSEL二極體104a與VCSEL驅動器104b可選擇形成在軟性絕緣層102的表面上。

復參照第1圖。在光電傳輸單元100的另一端，光電單元可具有一光感測器106a以及一轉阻放大器(transimpedance amplifier,TIA)106b。在本發明實施例中，光感測器106a可為常見的光電二極體、雪崩光電二極體(APD)、單光子雪崩光電二極體(SPAD)或是矽光電倍增管(SiPM)，其用來將來自光波導結構114的光轉變為可在之後用於電子電路的電流或電壓。光感測器106a可接收從另一端VCSEL二極體104a發出的雷射光。所導入的雷射光會照在光感測器106a表面的受光位置121。雷射光的入射方向較佳與軟性絕緣層102的表面垂直。同樣地，多個光感測器106a可在軟性絕緣層102中排成感測器陣列型態。再者，對於需要高速高訊號頻寬的應用而言，此實施例中的轉阻放大器106b係用來將光感測器106a所產生的光電流轉換為電壓訊號，且隨後此電壓訊號可被放大並用在後段數位電路中。轉阻放大器106b可由運算放大器以及回授電阻等電路組成。在其他實施例中，VCSEL二極體104a與VCSEL驅動器104b也可選擇形成在軟性絕緣層102的表面上。

復參照第1圖。光電單元104a,104b,106a,106b之間或是光電單元 104a,104b,106a,106b與軟性絕緣層102之間的間隙可以填入底部填充膠(underfill)107。底部填充膠107的材料可為環氧樹脂，其可透過點膠方式填入間隙後再被熱固化。較佳而言，所嵌入的光電單元104a,104b,106a,106b、固化後的底部填充膠107、以及軟性絕緣層102的頂面與底面是齊平的，以方便後續層壓製程的施行。在本發明實施例中，至少一重佈層108L會形成在軟性絕緣層102上，其包含至少一介電膜110以及至少一導電結構108位於介電膜110之中/之上。重佈層108L的導電結構108係電性連接光電單元104a,104b,106a,106b。更具體言之，介電膜110，如聚醯亞胺膜，會先形成在軟性絕緣層102以及光電單元104a,104b,106a,106b的表面上，隨後重佈層108L的導電結構108會形成在介電膜110之中/之上並透過介電膜110的開口與光電單元104a,104b,106a,106b電性連接。重佈層108L的導電結構材料可為銅、銀、鎳、鋁、金等金屬或是其合金。光電單元104a,104b,106a,106b可透過重佈層108L的導電結構108來與軟性印刷電路板(FPC)中或是外部的印刷電路板(PCBs)中的其他互連結構電性連接。介電膜110的開口也可對應地形成在VCSEL二極體104a的發光位置119上以及光感測器106a的受光位置121上，以提供光傳輸路徑。

復參照第1圖。介電膜110以及重佈層108L導電結構108上形成有一黏著層112來提供接合外部疊層或結構的黏著力。黏著層112的材料可為環氧樹脂或聚醯亞胺，且黏著層112可填入發光位置119以及受光位置121上的開口中，不會阻擋光訊號傳輸。最外層的軟性覆蓋層120會覆蓋並接合在黏著層112上，其中黏著層112與軟性覆蓋層120之間設置有第一金屬凸塊116、光波導結構114以及第二金屬凸塊118，構成了光傳輸路徑。在本發明較佳實施例中，第一金屬凸塊116以及第二金屬凸塊118係設置成分別與光電單元104a(如VCSEL二極體)以及光電單元106a(如光感測器)光學對準，以為光訊號提供反射面116a,118a。更具體言之，第一金屬凸塊116的反射面116a係與光電單元104a的發光位置119 光學對準，而第二金屬凸塊118的反射面118a係與光電單元106a的受光位置121光學對準，如此所發出的光訊號可被反射面116a,118a反射。此外，電訊號用的電路圖案可視需求形成在軟性覆蓋層120的外表面上。

再者，如第1圖所示，光波導結構114係形成在第一金屬凸塊116以及第二金屬凸塊118之間。在本發明較佳實施例中，光波導結構114係設計成鄰接第一金屬凸塊116以及第二金屬凸塊118的反射面116a,118a，如此反射面116a,118a所反射的光訊號可在光波導結構114內傳輸，不會被發散。在運作中，在從一端VCSEL二極體104a發光位置119發出的光訊號會被第一金屬凸塊116的反射面116a反射導入光波導結構114之中。該光訊號隨後在光波導結構114中透過全反射方式傳輸至光電傳輸單元100的另一端，且該光訊號還會進一步被第二金屬凸塊118的反射面118a反射到光感測器106a的受光位置121，而該光訊號可被轉換為電訊號，如電壓訊號，作為光感測器106a的數位訊號。

在本發明實施例中，軟性覆蓋層120的材料可如軟性絕緣層102般為改質聚醯亞胺，以提供低介電常數、耐熱、耐化學性等性質。光波導結構114的材料則可為聚醯亞胺(polyimide)或是環烯烴聚合物(cyclo-olefin polymer,COP)，其具有優異的光學性質，包含透光高、雙折射性低、吸水性低以及耐熱佳等。值得一提的是，在本發明實施例中，第一金屬凸塊116與第二金屬凸塊118完全是由銅、銀、鎳、鋁、金等金屬或是其合金的金屬材質所構成，包含了其外層反射面與內部結構。此特徵讓它們得以透過相同的機台或製程，如與重佈層108L的導電結構108相同的電鍍製程，簡單地形成在軟性覆蓋層120上，其於後續實施例中會有詳細說明。

復參照第1圖。前述的重佈層108L、金屬凸塊116,118以及光波導結構114等部件都是形成在軟性絕緣層102的某一面。在本發明實施例中，軟性絕緣層102的另一面也可以透過黏著層122接合一軟性覆蓋層124，電路圖案126也 可視需求形成在該軟性覆蓋層124的外表面上。

在前述實施例中，重佈層108L以及光波導結構114係層疊在軟性絕緣層102的同一面上。在其他實施例中，如第16圖所示，重佈層108L以及光波導結構114可分別層疊在軟性絕緣層102的兩相對面上。在此實施例中，由於光傳遞路徑不會被重佈層108L的介電膜110所遮擋，介電膜110中不需要形成有光傳遞路徑用的開口。在本發明又一實施例中，軟性絕緣層102的兩面上都可層疊上前述的重佈層108L以及光波導結構114。

現在請參照第2圖。在本發明實施例中，多個前述的光電傳輸單元100可層壓構成一軟性印刷電路板(FPC)10。如第2圖所示，三個例示性的光電傳輸單元100被層壓並透過黏著層130(如環氧樹脂或聚醯亞胺層)接合，形成了多層的光傳輸路徑，其中光電傳輸單元100可透過重佈層108L的導電結構108以及穿過光電傳輸單元100疊層的互連結構128來彼此或是與外部電路圖案126電性連接，且其可進一步共同地電性連接至外部電路，如透過金手指(golden fingers)、焊接凸塊(solder bumps)等接觸件或是連接器連接至一系統電路板。

在描述完本發明光電傳輸單元100以及軟性印刷電路板10的結構後，現在後文中將參照第3圖至第8圖來說明根據本發明較佳實施例中具有嵌入式光波導結構的光電傳輸單元的製作流程。

請參照第3圖。在流程一開始，提供一暫時性基底132作為製程中要形成或接附於其上的元件以及層結構的支撐基礎。暫時性基底132可為低熱膨脹係數的基底，如玻璃基底。暫時性基底132上形成有一中介層134作為離型膜或離型紙，如聚酯纖維(PET)膜或是塗有矽膠的聚醯亞胺膜，可提供良好的耐熱性、耐膠性、填充性以及分離性。準備好暫時性基底132以及中介層134後，光電單元104a,104b,106a,106b會被接附在中介層134上。中介層134可提供適中的黏著力來將光電單元104a,104b,106a,106b固定在暫時性基底132上。光電單元 104a,104b,106a,106b接附後，一軟性絕緣層102會層壓在中介層134上。軟性絕緣層102可為一改質的聚醯亞胺層，其具有介電常數低、耐熱以及耐化學性等優異性質。在本發明實施例中，軟性絕緣層102具有預定的開口圖案，如此固定在中介層134上的光電單元104a,104b,106a,106b在軟性絕緣層102壓合後會位於開口圖案中。

請參照第4圖。軟性絕緣層102壓合後，光電單元104a,104b,106a,106b之間或是光電單元104a,104b,106a,106b與軟性絕緣層102之間可能有間隙形成。在本發明實施例中，這些間隙會填滿底部填充膠107，如環氧樹脂，其可透過點膠方式填入間隙後再被熱固化。底部填充膠107可提升整個軟性印刷電路板的機械強度以及可靠度，避免FPC產品溫度循環期間發生元件移位或是焊接點斷裂、剝離等問題。較佳而言，所嵌入的光電單元104a,104b,106a,106b、固化後的底部填充膠107、以及軟性絕緣層102的頂面與底面是齊平的，以方便後續層壓製程施行。在本發明中，由於光電單元104a,104b,106a,106b是嵌在軟性絕緣層102之中，隨後的FPC增層製程不會受到元件阻礙或是需要進行額外步驟，如此可增加傳輸密度。此外，由於底部填充膠107是填充在光電單元側邊的間隙中，不會阻擋到光傳輸路徑，如此可減少訊號損失並可採用不透明的底部填充膠107。

請參照第5圖。填入底部填充膠107後，隨後在軟性絕緣層102上形成包含至少一導電結構108以及至少一介電膜110的重佈層108L，以電性連接光電單元104a,104b,106a,106b。更具體言之，介電膜110，如改質後的聚醯亞胺膜，會先形成在軟性絕緣層102以及光電單元104a,104b,106a,106b的表面上，隨後開口圖案或是所製作的導電圖案會透過光刻製程或電鍍製程形成在介電膜110中，以讓重佈層108L的導電結構108與光電單元104a,104b,106a,106b互連。重佈層108L的導電結構108可透過先以電鍍或化學鍍製程在介電膜110上沉積金屬 層而後透過光刻製程將該金屬層圖案化成重佈層電路的方式形成在介電膜110之中/之上。重佈層108L的導電結構108的材料可為銅、銀、鎳、鋁、金等金屬或是其合金。形成在開口圖案中的金屬層係作為連接重佈層108L的導電結構108與光電單元104a,104b,106a,106b的接觸件。在本發明實施例中，某些開口136係設計成會餘留在光電單元(即VCSEL二極體)104a以及光電單元(即光感測器)106a上，以提供光傳輸路徑。

請參照第6圖。重佈層108L形成後，一黏著層112會層壓在重佈層108L的導電結構108以及介電膜110上，以提供接合外側疊層或結構的黏著力。在本發明實施例中，黏著層112的材料可為高透明度的聚醯亞胺、聚酯纖維、壓克力或是改質的環氧樹脂，其可直接壓合在層結構上，且黏著層112會填入介電膜110的開口中，不會阻擋光訊號的傳輸。

黏著層112形成後，一外軟性覆蓋層(可稱之為覆蓋層)120會層壓在黏著層112上。在本發明實施例中，軟性覆蓋層120的一面上具有兩個金屬凸塊116,118以及一光波導結構114，其中第一金屬凸塊116、光波導結構114以及第二金屬凸塊118係設置在黏著層112與軟性覆蓋層120之間，構成一光傳遞路徑。更具體言之，光波導結構114係設計成鄰接第一金屬凸塊116以及第二金屬凸塊118的反射面116a,118a，如此反射面116a,118a所反射的光訊號可在光波導結構114內傳輸，不會被發散。金屬凸塊116,118的材料可為重佈層108L的導電結構108般的金屬材料，如銅、銀、鎳、鋁、金等金屬或是其合金，其可透過電鍍製程形成在軟性覆蓋層120上。光波導結構114的材料可為聚醯亞胺或是環烯烴聚合物，其具有優異的光學性質，包含透光高、雙折射性低、吸水性低以及耐熱佳等，可透過刮刀塗佈製程形成在軟性覆蓋層120上。

請參照第7圖。在接合製程中，第一金屬凸塊116以及第二金屬凸塊118係設置成分別與光電單元104a(如VCSEL二極體)以及光電單元106a(如光 感測器)光學對準，以為光訊號提供反射面116a,118a。更具體言之，第一金屬凸塊116的反射面116a係透過介電膜110的開口與光電單元104a的發光位置119光學對準，而第二金屬凸塊118的反射面118a係透過介電膜110的開口與光電單元106a的受光位置121光學對準，如此所發出的光訊號可被反射面116a,118a所反射。在本發明中，由於光波導結構114形成在金屬凸塊116,118旁邊，光電單元104a,106a可透過金屬凸塊116,118精準對齊光波導結構114，有效地降低對位誤差。此外，電路圖案(未示出)可視需求形成在軟性覆蓋層120的另一面。軟性覆蓋層120壓合後，暫時性基底132與中介層134可在合適的離型環境下，如適當的離型溫度或處理，輕易地從軟性絕緣層102上剝離下來。

請參照第8圖。暫時性基底132與中介層134移除後，整個基底會被翻成背面朝上。同樣地，軟性絕緣層102的背面會透過黏著層122壓合上一軟性覆蓋層124。軟性覆蓋層124的材料可為改質聚醯亞胺，而黏著層122的材料可為環氧樹脂或聚醯亞胺。同樣地，電路圖案(未示出)可視需求形成在軟性覆蓋層124的另一面。

準備好光電傳輸單元100後，如第2圖所示，多個光電傳輸單元100可透過黏著層130彼此壓合，構成一軟性印刷電路板10，且軟性印刷電路板10的疊層中可形成互連結構128，來將光電傳輸單元100中光電單元104a,104b,106a,106b上的重佈層108L的導電結構108與外部電路圖案126電性連接，而這些電路可進一步共同地電性連接至外部電路，如透過插槽、金手指、焊接凸塊等接觸件或是連接器連接至一系統電路板。

請參照第9圖至第12圖，其繪示出根據本發明較佳實施例中在一軟性覆蓋層上製作一反射性金屬凸塊的流程的截面示意圖。這些圖中將會例示出一金屬凸塊116以及一電路圖案126來說明本發明方法。請注意，軟性覆蓋層上可能會形成有多個金屬凸塊以及電路圖案，且它們可視產品需求形成在軟性覆蓋 層的同一面或不同面。

如先前的實施例所述，在接附到基底上之前，本發明的軟性覆蓋層120上可預先形成金屬凸塊116,118。請參照第9圖。原本的軟性覆蓋層120在製程前可為一軟性覆蓋金屬基層板(flexible metal clad laminatee)，如軟性覆蓋銅箔基層板(FCCL,Flexible Copper Clad Laminate)，其由一位於中間的絕緣層120a(如聚醯亞胺層)以及分別位於該絕緣層120a兩面的兩披覆層123(如銅箔)所構成。兩披覆層123上分別形成有光阻125，其中光阻125中透過光刻製程形成有開口圖案127，以界定出金屬凸塊的形狀。可以透過調整光刻製程參數來形成並調整本發明所預期的金屬凸塊形狀。

請參照第10圖。光阻125形成後，進行一電鍍製程來在披覆層123上形成金屬凸塊116以及電路圖案126。請注意在本發明中，第一金屬凸塊116以及第二金屬凸塊118為實心結構，其使用與重佈層108L的導電結構108、外部金屬圖案126或是與接觸件等軟性電路板中其他的互連結構相同的材質所製成。金屬凸塊116以及電路圖案126的材料可為銅、銀、鎳、鋁、金等金屬或是其合金。銅質(金屬)的披覆層123可作為電鍍製程中的晶種層，以生長金屬凸塊116以及電路圖案126，且金屬凸塊116或電路圖案126的高度可透過電鍍製程的持續時間來控制。在本發明中，由於金屬凸塊116以及電路圖案126是整合在相同的製程中同時形成，故可大幅減少製程的複雜度與步驟、改善反射面與光電元件之間的對位、並提升訊號傳輸的整體表現。

請參照第11圖。金屬凸塊116以及電路圖案126形成後，將光阻125從披覆層123上移除，之後並進行蝕刻製程將露出的披覆層123從絕緣層120a上移除，如此分隔絕緣層120a上不同的金屬凸塊116與電路圖案126。

請參照第12圖。蝕刻製程後，絕緣層120a上會透過刮刀塗佈製程或是透過壓合上一光波導薄層的方式形成光波導結構114。光波導結構114的材料 可為聚醯亞胺或是環烯烴聚合物。較佳而言，光波導結構114可直接形成接觸在金屬凸塊116以及披覆層123的一面上，以接收金屬凸塊116所反射的光訊號，且金屬凸塊116的頂面會與光波導結構114的表面齊平。

請參照第13圖，其為該反射性金屬凸塊的截面放大示意圖。在本發明中，金屬凸塊116的高度為15-30μm，披覆層123的高度可為3-12μm，而金屬凸塊116底座116b的寬度可為30-60μm。較佳而言，金屬凸塊116反射面116a與軟性覆蓋層120的垂直法線之間的夾角為45±5°。

請參照第14圖，其為根據本發明較佳實施例中一具有嵌入式光波導結構的光電傳輸單元的截面示意圖。在本發明實施例中，光波導結構114可包含光傳輸用的光波導芯部114a以及光波導芯部114a周圍用來隔絕光訊號的光波導包覆結構114b。光波導結構114係設置在VCSEL二極體104a(VCSEL二極體104a的發光位置正下方)與軟性覆蓋層120之間且其寬度(與光波導結構114的光傳輸路徑正交的方向)大於或約等於VCSEL二極體104a的寬度。為了達到全反射效果，光波導芯部114a的折射係數必須大於光波導包覆結構114b的折射係數。光波導結構114的材料可為聚醯亞胺或是環烯烴聚合物，其具有優異的光學性質，包含透光高、雙折射性低、吸水性低以及耐熱佳等。波導芯部114a與光波導包覆結構114b可使用相同的材料形成，如聚醯亞胺，其透過在光刻製程中採用不同的紫外光固化處理來達成局部改質效果，使得它們具有不同的折射係數。在運作期間，VCSEL二極體104a發出的光會被導入光電傳輸單元一端的光波導芯部114a並傳輸至光電傳輸單元的另一端。由於光波導芯部與包覆層所提供的全反射效果，所傳輸的光訊號不會被發散減弱。

請參照第15圖，其為本發明軟性印刷電路板連接在兩印刷電路板之間的截面示意圖。由多個光電傳輸單元100所構成的軟性印刷電路板10可用來連接兩個系統電路板140。可使用軟性印刷電路板10上形成的電路圖案126的接觸 件138(如金手指)來連接兩系統電路板140上所裝設的連接器(或插槽)142中的接觸件之方式來建立兩者連結。在其他實施例中，軟性印刷電路板10可透過焊接(如銲錫)而非使用連接器(或插槽)的方式來與系統電路板140上所形成的接觸件直接連結，且這類連結可為水平的板對板連結或是垂直的板對板連結(如翻轉對接埠，flip-port)。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100:光電傳輸單元 102:軟性絕緣層 104a:光電單元（VCSEL二極體） 104b:光電單元（VCSEL驅動器） 106a:光電單元（光感測器） 106b:光電單元（轉阻放大器） 107:底部填充膠 108:導電結構 108L:重佈層 110:介電膜 112:黏著層 114:光波導結構 116:（第一）金屬凸塊 116a:反射面 118:（第二）金屬凸塊 118a:反射面 119:發光位置 120:軟性覆蓋層 121:受光位置 122:黏著層 124:軟性覆蓋層 126:電路圖案

Claims (25)

1. 一種具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，包含至少一光電傳輸單元，其中每一該光電傳輸單元包含： 一軟性絕緣層； 一第一光電單元，嵌入在該光電傳輸單元中並設置來將電訊號轉換成光訊號； 一第二光電單元，嵌入在該光電傳輸單元中並設置來將光訊號轉換成電訊號； 至少一重佈層，具有至少一與該軟性絕緣層層疊且與該第一光電單元以及該第二光電單元電性連接的導電結構； 一與該軟性絕緣層層疊的光波導結構，用以傳輸光訊號； 一第一金屬凸塊，鄰接該光波導結構並與該第一光電單元光學對準，以為光訊號提供反射面； 一第二金屬凸塊，鄰接該光波導結構並與該第二光電單元光學對準，以為光訊號提供反射面；以及 一第一軟性覆蓋層，覆蓋在該第一金屬凸塊、該第二金屬凸塊以及該光波導結構上； 其中該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊為使用與該重佈層相同材料製成的實心結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，其中該第一金屬凸塊的該反射面與該第一光電單元的一發光位置光學對準，而該第二金屬凸塊的該反射面與該第二光電單元的一受光位置光學對準。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，其中該重佈層更包含至少一介電膜介於該軟性絕緣層與該導電結構之間，該介電膜具有兩個開口，且該第一金屬凸塊以及第二金屬凸塊的反射面分別透過該兩開口對準該發光位置以及該受光位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，其中該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊的反射面的材料與該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊的內部結構的材料相同。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，其中該第一金屬凸塊與該第二金屬凸塊的底座寬度為30-60μm，該第一金屬凸塊與該第二金屬凸塊的高度為15-30μm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，其中該第一光電單元包含一垂直腔面射型雷射二極體以及一垂直腔面射型雷射驅動器。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，其中該第二光電單元包含一光電二極體以及一轉阻放大器。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，更包含底部填充膠填入該第一光電單元、該第二光電單元以及該軟性絕緣層之間的間隙中。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，更包含一第二軟性覆蓋層覆蓋在該軟性絕緣層相對於該第一軟性覆蓋層的另一面。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，包含複數個該光電傳輸單元，其中該些光電傳輸單元以層壓方式壓合在一起，該些第一光電單元位於該軟性印刷電路板的一端，該些第二光電單元位於該軟性印刷電路板的另一端。
11. 如申請專利範圍第10項所述之具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，更包含兩個連接器分別位於該軟性印刷電路板的該兩端，且該兩連接器透過該重佈層的該導電結構電性連接該些第一光電單元與該些第二光電單元。
12. 如申請專利範圍第1項所述之具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板，其中該光波導結構包含光波導芯部以及圍繞在每一該光波導芯部周圍的光波導包覆結構，且該光波導芯部的折射率大於該光波導包覆結構的折射率。
13. 一種製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，包含： 將一第一光電單元以及一第二光電單元嵌入一軟性絕緣層； 形成至少一重佈層，該重佈層具有至少一與該第一光電單元、該第二光電單元以及該軟性絕緣層層疊的導電結構； 在一第一軟性覆蓋層上形成一第一金屬凸塊、一第二金屬凸塊以及一光波導結構；以及 將該第一軟性覆蓋層接合在該軟性絕緣層的一面、該第一光電單元以及該第二光電單元上，如此形成一光電傳輸單元，其中該光波導結構分別與該第一軟性覆蓋層上的該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊光學對準； 其中該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊為使用與該重佈層的該導電結構相同材質製成的實心結構。
14. 如申請專利範圍第13項所述之製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，更包含： 提供該第一軟性覆蓋層，其中該第一軟性覆蓋層包含一絕緣層以及兩金屬披覆層分別位於該絕緣層的兩面； 在該兩金屬披覆層上形成一圖案化光阻，其中該光阻具有該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊的開口圖案； 進行一電鍍製程在其中一該金屬披覆層上形成該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊； 移除該圖案化光阻； 進行一蝕刻製程移除從該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊露出的該金屬披覆層；以及 在該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊之間的該絕緣層上形成該光波導結構。
15. 如申請專利範圍第14項所述之製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，更包含： 在另一該金屬披覆層上形成圖案化光阻；以及 進行一電鍍製程在該另一金屬披覆層上形成電路圖案。
16. 如申請專利範圍第14項所述之製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，其中該第一軟性覆蓋層為軟性覆蓋金屬基層板，該第一金屬凸塊、該第二金屬凸塊以及該光波導結構位於該軟性覆蓋金屬基層板上，該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊皆具有一反射面，且該光波導結構的兩端分別接觸該第一金屬凸塊以及該第二金屬凸塊的反射面。
17. 如申請專利範圍第13項所述之製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，其中透過一黏著層，該第一軟性覆蓋層以其具有該第一金屬凸塊、該第二金屬凸塊以及該光波導結構的那一面接合在該軟性絕緣層上。
18. 如申請專利範圍第13項所述之製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，更包含： 提供一暫時性基板；以及 將該第一光電單元、該第二光電單元以及該軟性絕緣層接附在該暫時性基板上。
19. 如申請專利範圍第18項所述之製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，更包含在該第一光電單元、該第二光電單元以及該軟性絕緣層之間的間隙中填入底部填充膠。
20. 如申請專利範圍第13項所述之製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，更包含將複數個該光電傳輸單元層壓形成該軟性印刷電路板，該第一光電單元與該第二光電單元分別位於該軟性印刷電路板的兩端，且該光波導結構連接在該第一光電單元與該第二光電單元之間。
21. 如申請專利範圍第13項所述之製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，更包含將一第二軟性覆蓋層接合在該軟性絕緣層的另一面上。
22. 如申請專利範圍第21項所述之製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，更包含形成延伸穿過該軟性絕緣層並電性連接該第一軟性覆蓋層以及該第二軟性覆蓋層上的該些重佈層以及電路圖案的互連結構。
23. 如申請專利範圍第13項所述之製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，更包含透過該重佈層將兩個連接器分別與位於該軟性印刷電路板兩端的該第一光電單元與該第二光電單元連接。
24. 如申請專利範圍第13項所述之製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，其中該光波導結構包含光波導芯部以及圍繞在每一該光波導芯部周圍的光波導包覆結構，且該光波導芯部的折射率大於該光波導包覆結構的折射率。
25. 如申請專利範圍第24項所述之製作具有嵌入式光波導結構的軟性印刷電路板的方法，其中形成該光波導芯部以及該光波導包覆結構的步驟包含： 在該第一軟性覆蓋層上形成一光波導材料；以及 對該光波導材料進行一光刻製程，如此形成具有不同折射率的圖案化光波導芯部以及光波導包覆結構。