CN101387721B - 安装有光学波导的基板以及制造该基板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及安装有光学波导的基板以及制造这种基板的方法，其中，在绝缘层中布置开口以露出导体层；形成下包层，并且在绝缘层和下包层上形成抗蚀层；利用与外部连接的导体层作为电极进行电解电镀，以便向穿过下包层和抗蚀层的开口填充Cu；去除抗蚀层，以便形成由填充的Cu构造成的突起部分；把突起部分处理成具有倾斜面；在突起部分的倾斜面上形成Au层；以及堆叠芯层和上包层。

Description

安装有光学波导的基板以及制造该基板的方法
技术领域
本发明涉及在信号传输的光电转换中使用的安装有光学波导的基板，例如光电封装或光电基板，以及制造这种安装有光学波导的基板的方法。
背景技术
主要使用激光发射器(VCSEL)作为光学通信装置。在这种装置和光接收器(PD)以倒装芯片形式安装在基板等上的情况下，从该装置向基板表面垂直地发射光。
因此，采用了以下这种方法：通过倾斜的反射镜把光反射90度，从而使光的发射方向与基板平面平行。
在现有技术的光电复合基板的制造中，分开制造电路基板和光学波导，然后再把这些元件相互结合在一起。通过以下方法预先制成倾斜的反射镜，即：在光学波导或者光纤上形成反射镜，或者把预制的反射镜元件安装在基板上。
图1和图2A至2E示出了现有技术的安装有光学波导的基板以及制造该基板的方法，其中在光学波导上形成倾斜45度的反射镜，然后把该光学波导安装在电路基板上。在图1所示的现有技术中，通过以下方式形成光学波导10：进行45度的切块机切割并且使切割表面平坦化(受激准分子激光器处理等)、压模或者金属(例如Au)的气相沉积，然后把光学波导10安装在电路基板20上。
参考图2A至2E，(1)使上包层11固化(图2A)，(2)在上包层11上堆叠芯层12，然后进行图案化处理、显影处理和固化处理(图2B)，(3)通过切块机切割等方式把芯层12的两端部分倾斜处理成45度以形成倾斜部分(图2C)，(4)通过例如Au的气相沉积在处理成45度的芯层12的倾斜部分上形成反射镜14(图2D)，以及(5)在上包层11的两端部分和包括反射镜部分14在内的芯层12上堆叠下包层13并使下包层固化(图2E)。上包层11和下包层13由相同材料制成，并通过堆叠步骤而彼此形成一体。
如图1所示，将按照上述方式形成的包括上包层11、芯层12、下包层13和倾斜45度的反射镜14的光学波导10安装在电路基板20上。电路基板20具有用于安装光学波导10的凹陷部27。光学波导10沿着箭头方向安装在凹陷部27中，从而构成了安装有光学波导的电路基板。
图1的电路基板20包括树脂层21、由Cu制成的电路图案22、阻焊层23、焊盘24、与电路图案连接的导通部(或导通孔)25以及芯基板26。
已经提出了以下技术作为与包括光学波导的电路基板相关的现有技术。
根据专利文献1(日本专利No.2,546,688)，在光学波导基板的表面部分中设置有条形光学波导。在基板的位于光学波导两端部分的侧面上形成有通向表面侧的凹陷部。在基板的与光学波导的两个端面相对的侧面部分中构造有反射壁，该反射壁相对于光学波导的光轴倾斜45度，并且朝向斜上方。因此，垂直入射到光学波导基板上的光被倾斜45度的反射壁之一以90度角反射，以便入射在光学波导的一端上。从光学波导另一端发射的光被光学波导的另一个倾斜45度的反射壁以90度角反射，以便与光学波导基板垂直地发射。
专利文献2(未审查的日本专利申请公开No.2003-227951)公开了一种光学波导器件，其中，光学器件安装成与光学波导片光学耦合。为了不必进行校准工作，在光学波导片中布置用于将光学器件布置和固定成预定姿态的导向装置。
在图1和图2A至2E所示的现有技术的安装有光学波导的基板以及制造基板的方法中，采用了以下方法：分开制造电路基板和光学波导(反射镜元件)，然后把光学波导安装在电路基板上。因此，必须分开进行制造电路基板的工序、制造光学波导(反射镜元件)的工序以及把光学波导安装在电路基板上的工序，从而引起工作效率低和制造成本高的问题。此外，还需要用于将光学波导定位并安装在电路基板上的适当位置的专用装置。
可以采用以下方法：把制造光学波导作为制造电路基板的延续，而不是分开制造电路基板和光学波导。然而，在这种情况下，倾斜45度的反射镜的结构和制造工序造成了瓶颈。
对于现有技术，在专利文献1公开的构造中，垂直入射到光学波导基板上的光被分别布置在两侧的两个倾斜45度的反射壁以90度角反射，以便与光学波导基板垂直地发射。然而，没有把形成光学波导作为制造电路基板的延续。
在专利文献2的器件中，虽然设置有用于将光学器件安装成与光学波导片光学耦合的导向装置，但是没有把形成光学波导作为制造电路基板的延续。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种安装有光学波导的基板以及制造这种安装有光学波导的基板的方法。
根据本发明的示例性实施例是一种制造安装有光学波导的基板的方法，所述基板包括电路基板和形成在电路基板上的光学波导，所述电路基板具有位于其表面上的绝缘层和位于绝缘层下面的导体层，所述方法包括以下步骤：
在所述绝缘层中形成至少一个开口，以便露出所述导体层；
在所述绝缘层上形成下包层，所述下包层在与所述绝缘层的开口相对应的位置具有开口；
在所述下包层上形成抗蚀层，并且在所述抗蚀层的与所述绝缘层的开口相对应的位置形成开口；
利用通过所述开口露出的导体层作为电极进行电解电镀，以便向所述开口填充金属，所述开口穿过绝缘层、下包层和抗蚀层；
去除所述抗蚀层，以便形成由填充的金属构造成的突起部分；
把所述突起部分处理成具有倾斜面；
在所述突起部分的倾斜面上形成反射层；
在所述下包层和所述反射层上堆叠芯层；以及
在所述芯层上堆叠上包层。
在这种情况下，突起部分可以通过使用Cu的电解电镀法形成，反射层可以通过Au形成，并且可以把突起部分处理成相对于电路基板表面成45度角。
此外，根据本发明的示例性实施例是一种安装有光学波导的基板，包括：
电路基板；以及
形成在所述电路基板上的光学波导，
其中，所述光学波导包括：
下包层，其形成在所述电路基板的表面上；
芯层，其堆叠在所述下包层上；
上包层，其堆叠在所述芯层上；以及
至少一个倾斜的反射镜，其形成在所述芯层中，所述反射镜具有形成在突起部分的倾斜面上的金属层，所述突起部分由形成在所述光学波导中的金属制成，所述金属层由与所述突起部分不同的金属制成。
此外，根据本发明的示例性实施例是一种安装有光学波导的基板，包括：
电路基板，其具有位于其表面上的绝缘层和位于所述绝缘层下面的导体层，所述绝缘层具有至少一个开口，以便露出所述导体层；以及
形成在所述电路基板上的光学波导，
其中，所述光学波导包括：
下包层，其形成在所述绝缘层上，所述下包层在与所述绝缘层的开口相对应的位置具有开口；
芯层，其堆叠在所述下包层上；
上包层，其堆叠在所述芯层上；以及
至少一个倾斜的反射镜，其形成在所述芯层中，所述反射镜具有形成在突起部分的倾斜面上的金属层，所述突起部分由形成在所述光学波导中并填充所述绝缘层的开口和所述下包层的开口的金属制成，所述金属层由与所述突起部分不同的金属制成。
在这种情况下，反射镜可以相对于光学波导倾斜45度。金属层可以由Cu制成，突起部分可以由Au制成。
所述反射镜可以包括布置在光学波导两端附近的两个反射镜。所述安装有光学波导的基板还可以包括：
光发射器，其具有光发射部分并布置在所述电路基板上；以及
光接收器，其具有光接收部分并布置在所述电路基板上，
其中，所述光发射部分的光轴与由所述光学波导的上包层和下包层限定的光学路径垂直，所述光发射部分的光轴相对于反射镜之一成45度角，并且
其中，所述光接收部分的光轴与所述光学波导的光学路径垂直，所述光接收部分的光轴相对于另一个反射镜成45度角。
所述反射镜可以仅布置在光学波导一端附近。所述安装有光学波导的基板还可以包括：
光发射器，具有光发射部分并布置在所述电路基板上，
其中，所述光发射部分的光轴与由所述光学波导的上包层和下包层限定的光学路径垂直，所述光发射部分的光轴相对于反射镜成45度角。
根据本发明示例性实施例，在制造电路基板的延续过程中，在电路基板上形成反射镜(例如，倾斜45度的反射镜)作为光学传输用的装置。因此，不需要在光学波导中布置反射镜结构，从而有利于形成光学传输用的反射镜，并且简化了光学波导的结构。根据这种构造，可以把在电路基板上形成光学波导作为制造电路基板的延续。对于这种安装有光学波导的基板，在制造电路基板的延续过程中，可以一起制造在现有技术中分开制造的电路基板和光学波导。因此可以减少工时数并降低制造成本。
从下面的详细描述、附图和权利要求书中将清楚地看出其他特征和优点。
附图说明
图1是示出光学波导安装在电路基板上的现有技术实例的剖视图。
图2A至图2E示出按步骤顺序在光学波导中形成倾斜45度的反射镜的现有技术实例。
图3A至图3E示出制造本发明的安装有光学波导的基板的方法的步骤(前半部分步骤)。
图4A至图4D示出制造本发明的安装有光学波导的基板的方法的步骤(后半部分步骤)。
图5示出根据本发明制造的安装有光学波导的基板的实施例。
图6示出根据本发明制造的安装有光学波导的基板的另一个实施例。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。
图3A至3E和图4A至4E示出制造本发明实施例的安装有光学波导的基板的方法的顺序步骤。图3A是多层电路基板的剖视图。图3A所示的电路基板包括绝缘树脂层21、由Cu制成的电路图案22、阻焊层23、焊盘24、与电路图案连接的导通部(或导通孔)25、由例如FR-4等材料制成的绝缘芯基板26。
由平坦阻焊层23的面构造位于电路基板表面处的绝缘层，其中将在电路基板中形成光学波导。阻焊层23的面具有用于形成光学波导的区域。在本实施例中，形成由Cu制成并且可与基板外部电连接的导体层27作为阻焊层23的底层。在以后将要进行的电解电镀工序中，导体层27将起到电极的作用。在阻焊层23的位于导体层27上的部分中形成开口28。开口28所布置的位置与在以后步骤中将要形成倾斜反射镜(在本实施例中为倾斜45度的反射镜)的位置相对应。
首先，如图3B所示，在阻焊层23的面上堆叠光学波导的下包层30。下包层30的厚度约为10μm。通过已知方法使下包层30图案化并显影，以便在与阻焊层23的开口28相对应的位置形成开口30a。
接下来，如图3C所示，形成干膜作为电路基板的阻焊层23和下包层30上的抗蚀层31。干膜31的厚度约为35μm。此外，通过已知方法使干膜31图案化并显影，以便在与阻焊层23的开口28和下包层30的开口30a相对应的位置形成开口31a。
接下来，参考图3D，使用通过开口28、30a和31a露出的导体层27作为电极进行电解电镀，由此在穿过阻焊层23、下包层30和抗蚀层31的开口28、30a和31a中填充例如Cu等金属，金属填充到形成倾斜45度的反射镜所需的高度，其中阻焊层23为位于电路基板表面处的绝缘层。
如果将要形成的光学波导10构造成使垂直入射到电路基板上的光通过该光学波导，然后再垂直于电路基板或者沿着与入射在电路基板上的光成180度的方向发射，则应在两个位置形成光学波导的倾斜45度的反射镜。因此，在这种情况下，在两个位置形成倾斜45度的反射镜，并且也在两个位置形成开口28、30a和31a。如后面所述，存在仅在一个位置形成光学波导的倾斜45度的反射镜的情况。
接下来，参考图3E，去除抗蚀层31，使得在将要形成倾斜45度的反射镜的两个位置保留由金属(Cu)制成的突起部分32和32。
参考图4A，对于每个由金属(Cu)制成的突起部分32和32，通过用45度的切块刀35切块的方式或者通过45度抛光板抛光的方式把突起部分的两个面倾斜地切成45度，从而形成由金属(Cu)制成的倾斜面34。如果在通过切块等方式产生的切削表面中形成刮痕或凹坑，那么利用电解电镀Cu或者电解电镀Ni的方法使该切削表面平滑。
接下来，参考图4B，通过金属溅射法、气相沉积法等在由金属(Cu)制成的倾斜45度的倾斜面34上形成具有金属反射表面的金属层36，作为金属镜(反射镜)36。例如，使用Au，通过金属溅射法、气相沉积法等在倾斜面34上形成由Au制成的金属层36，作为由Au制成的金属镜36。参考图4C，然后在电路基板上堆叠芯层37。使用未固化的膜状材料作为用于形成芯层等的材料。使用掩模(未示出)等进行图案化处理，并且进行显影处理。由于芯层的材料37未固化，所以对材料37进行平坦化处理，直到到达突起部分32和32的顶端为止。
接下来，在芯层37上堆叠上包层38，然后使上包层38图案化和显影。上包层38的厚度约为10μm。因此，制成了结合光学波导的安装有光学波导的电路基板。在上述实施例中，金属镜36布置在两个位置。然而，如后面所述，存在仅在一个位置布置金属镜36的情况。
图5是安装有光学波导的基板的剖视图，该基板是通过图3A至3E和图4A至4E的步骤制造的本发明的安装有光学波导的基板的实施例，并且因为在同一电路基板上发射光和接收光，所以该基板用于传输光学信号。图6是安装有光学波导的基板的剖视图，该基板是本发明的安装有光学波导的基板的另一个实施例，并且用于在电路基板上发射(或接收)光，以便通过光纤等进行光学信号的传输。
在图5所示的实施例中，通过图3A至3E和图4A至4E的步骤在多层电路基板的上表面形成光学波导50。在这种情况下，如上所述，通过由下包层30、中间芯层37和上包层38组成的堆叠部件构造成光学波导50，并且该光学波导具有倾斜45度的金属镜36(金属反射表面)，金属镜36在芯层37中位于光学波导50的两端附近。芯层37的位于两个金属镜36和36之间的部分限定了光学路径51，其中两个金属镜36和36分别位于光学波导50的两侧。
例如VCSEL等光发射器40安装在多层电路基板的上表面上，并且位于光学波导50一侧附近。光发射器40包括位于器件主体中的光发射部分41，并且通过凸点42与多层电路基板的焊盘24连接，从而与基板电连接。光发射器40通过透明的底部填充材料43安装在多层电路基板上。在这种情况下，光发射器40相对于多层电路基板定位，使得光发射部分41的光轴垂直于多层电路基板的上表面，并且光发射器40还相对于光学波导50和光学路径51定位，使得光发射部分41的光轴相对于金属镜36之一的金属反射表面成45度角。
相比之下，例如PD等光接收器60安装在多层电路基板的上表面上，并且位于光学波导50另一侧附近。光接收器60包括位于器件主体中的光接收部分61，并且以与光发射器40相同的方式通过凸点42与多层电路基板的焊盘24连接，从而与基板电连接。光接收器60以与光发射器40相同的方式通过透明的底部填充材料43安装在多层电路基板上。在这种情况下，光接收器60相对于多层电路基板定位，使得光接收部分61的光轴垂直于多层电路基板的上表面，并且光接收器60还相对于光学波导50和光学路径51定位，使得光接收部分61的光轴相对于另一个金属镜36的金属反射表面成45度角。
因此，从光发射器40的光发射部分41发射并且垂直入射到光学波导50上的光被金属镜36之一的金属反射表面以90度角反射，以便通过位于光学波导50的芯层37内的光学路径51，然后又被光学波导50的另一个金属镜36的金属反射表面以90度角反射，以便被光接收器60的光接收部分61所接收。
图6所示的另一个实施例在以下方面与图5所示的实施例不同。在图5的实施例中，一对金属镜36分别布置在光学波导50两端附近的两个位置。相比之下，在图6的实施例中，只有一个金属镜36布置在光学波导50一端附近，并且设置信号传输用的光纤70来代替图5实施例中的光接收器60，光纤70的入射面经由小间隙与光学波导50的另一端面相对，以使光学波导50的光轴与光纤70的光轴重合。
因此，从光发射器40的光发射部分41发射并且垂直入射到光学波导50的光被金属镜36的金属反射表面以90度角反射，以便通过位于光学波导50的芯层37内的光学路径51，然后通过光学波导50的另一端面入射在光纤70上，从而实现光学信号的传输。
当然，附图所示的实施例可以构造成用光接收器代替光发射器40，并且从光纤70入射在光学波导50上的光被金属镜36的金属反射表面以90度角反射，以便被光接收器所接收。
虽然已经参考附图描述了本发明的多个实施例，但是本发明不限于这些实施例，并且可以在本发明的精神和范围内对这些实例进行各种组合、修改和改变等。例如，在实施例中，金属镜倾斜45度；然而，金属镜的倾斜角度不限于45度。此外，突起部分32由Cu制成，金属镜36由Au制成；然而，突起部分32和金属镜36的材料不限于这些金属。
如上所述，根据本发明，可以把在电路基板上形成光学波导作为制造电路基板的延续；在制造电路基板的延续过程中，可以一起制造在现有技术的光电电路基板中分开制造的电路基板和光学波导，从而可以减少工时数并降低制造成本。因此，本发明可以应用于所有类型的光学信号传输基板，例如光电元件的加固封装以及光电元件的加固基板。

Claims (9)

1.一种制造安装有光学波导的基板的方法，所述基板包括电路基板和形成在所述电路基板上的光学波导，所述电路基板具有位于其表面上的绝缘层和位于所述绝缘层下面的导体层，所述方法包括以下步骤：
在所述绝缘层中形成至少一个开口，以便露出所述导体层；
在所述绝缘层上形成下包层，所述下包层在与所述绝缘层的开口相对应的位置具有开口；
在所述下包层上形成抗蚀层，并且在所述抗蚀层的与所述绝缘层的开口相对应的位置形成开口；
利用通过所述开口露出的导体层作为电极进行电解电镀，以便向所述开口填充金属，所述开口穿过所述绝缘层、下包层和抗蚀层；
去除所述抗蚀层，以便形成由填充的金属构造的突起部分；
把所述突起部分处理成具有倾斜面；
在所述突起部分的倾斜面上由与所述突起部分不同的金属形成反射层；
在所述下包层和所述反射层上堆叠芯层；以及
在所述芯层上堆叠上包层。
2.根据权利要求1所述的制造安装有光学波导的基板的方法，
其中，通过使用Cu的电解电镀法形成所述突起部分，由Au形成所述反射层，并且将所述突起部分的倾斜面处理成相对于所述电路基板的表面成45度角。
3.一种安装有光学波导的基板，包括：
电路基板，其具有位于其表面上的绝缘层和位于所述绝缘层下面的导体层，所述绝缘层具有至少一个开口，以便露出所述导体层；以及
形成在所述电路基板上的光学波导，
其中，所述光学波导包括：
下包层，其形成在所述绝缘层上，所述下包层在与所述绝缘层的开口相对应的位置具有开口；
芯层，其堆叠在所述下包层上；
上包层，其堆叠在所述芯层上；以及
至少一个倾斜的反射镜，其形成在所述芯层中，所述反射镜具有形成在突起部分的倾斜面上的金属层，所述突起部分由形成在所述光学波导中并填充所述绝缘层的开口和所述下包层的开口的金属制成，所述金属层由与所述突起部分不同的金属制成。
4.根据权利要求3所述的安装有光学波导的基板，
其中，所述反射镜相对于所述光学波导倾斜45度。
5.根据权利要求4所述的安装有光学波导的基板，
其中，所述反射镜包括布置在所述光学波导两端附近的两个反射镜。
6.根据权利要求4所述的安装有光学波导的基板，
其中，所述反射镜仅布置在所述光学波导一端附近。
7.根据权利要求5所述的安装有光学波导的基板，还包括：
光发射器，其具有光发射部分并布置在所述电路基板上；以及
光接收器，其具有光接收部分并布置在所述电路基板上，
其中，所述光发射部分的光轴与由所述光学波导的上包层和下包层限定的光学路径垂直，所述光发射部分的光轴相对于反射镜之一成45度角，并且
其中，所述光接收部分的光轴与所述光学波导的光学路径垂直，所述光接收部分的光轴相对于另一个反射镜成45度角。
8.根据权利要求6所述的安装有光学波导的基板，还包括：
光发射器，其具有光发射部分并布置在所述电路基板上，
其中，所述光发射部分的光轴与由所述光学波导的上包层和下包层限定的光学路径垂直，所述光发射部分的光轴相对于所述反射镜成45度角。
9.根据权利要求3所述的安装有光学波导的基板，
其中，所述金属层由Au制成，所述突起部分由Cu制成。
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