CN110568567A - 光纤印刷电路板组件表面清洁及粗糙化 - Google Patents
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Abstract
本公开总体上涉及用于光纤通信的印刷电路板或印刷电路板组件,在一个示例中,方法可以包括将至少一个光电部件耦合至印刷电路板的表面,该方法可以包括对印刷电路板的表面进行激光处理以在印刷电路板的表面上形成激光粗糙化区域,该方法可以包括在印刷电路板的表面上的激光粗糙化区域处将光学部件耦合至印刷电路板。
Description
技术领域
本公开总体上涉及用于光纤通信的印刷电路板或印刷电路板组件。特别地,本公开涉及对印刷电路板的表面的修改以利于光电组件的制造,这可以导致结合了本文所述方面的改进的光电组件。
背景技术
印刷电路板(PCB)使用附接至一层或更多层非导电基板的电导耦合件——比如迹线、痕迹、焊盘和/或从一层或更多层诸如铜的导电材料蚀刻而成的其他特征件——来机械地支承电气部件并且电连接电气部件。部件通常焊接到PCB上,以便将部件电连接至PCB并将部件机械地固定至PCB。PCB可以用于将电信号转换为光信号、将光信号转换为电信号或者将电信号转换为光信号和将光信号转换为电信号的光电组件中。光电组件可以用于例如光纤通信来以增加的速率交换数据。
在应用PCB的光电组件中,电气部件和光学部件可以耦合至PCB。然而,具有电气部件和光学部件的PCB组件可能会带来各种制造难题,可能需要解决这些难题以高效地生产光电组件。
要求保护的主题不限于解决上述缺点或仅在诸如上述那些环境中操作的实施方式。仅提供该背景以说明可以利用本公开的示例。
发明内容
本公开总体上涉及对印刷电路板(PCB)的表面的修改以利于光电组件的制造,这可以导致结合了本文所述方面的改进的光电组件。
在一个非限制性示例中,方法可以包括将至少一个光电部件耦合至PCB的表面。该方法可以包括对PCB的表面进行激光处理以在PCB的表面上形成激光粗糙化区域。该方法可以包括在PCB的表面上的激光粗糙化区域处将光学部件耦合至PCB。
光学部件可以附接在PCB的表面上的耦合区域处,并且激光粗糙化区域可以至少部分地或完全地定位在耦合区域内。可以使用诸如环氧树脂或其他合适的粘合剂之类的粘合剂将光学部件耦合至PCB。光学部件可以与光电部件光学耦合或光学对准。
激光处理可以去除PCB的层的至少一部分。激光处理可以增加PCB的表面的粗糙度。在某些方面,激光处理可以将PCB的表面的评估轮廓的算术平均偏差增加至少0.1。激光处理可以去除或分解PCB的表面上的污染物。激光处理可以通过增加印刷电路板的表面的粗糙度和/或从印刷电路板的表面去除污染物来改善光学部件与PCB的耦合。
在一些方面,该方法可以包括在施加激光之前将焊料掩模施加到印刷电路板的表面。激光处理可以去除PCB的层的至少一部分和/或PCB上的焊料掩模的至少一部分。
光学部件可以是与光电部件光学耦合或光学对准的透镜。激光粗糙化区域可以在由PCB限定的平面中至少部分地围绕光电部件。在光学部件耦合至PCB之后,光学部件可以至少部分地围封光电部件。在光学部件耦合至PCB之后,光电部件可以被气密地密封在PCB与光学部件之间。
该方法可以包括将至少一个电气部件附接至印刷电路板的表面。激光可以被施加足够的持续时间以分解PCB的表面,使得激光粗糙化区域能够在视觉上被感知。该方法可以包括对印刷电路板的表面进行目视检查以确定印刷电路板的一部分是否已经被激光处理。
在另一非限制性示例中,光电组件可以包括印刷电路板、耦合至印刷电路板的表面的至少一个光电部件、以及附接至印刷电路板的表面的激光粗糙化区域的光学部件。光学部件可以通过粘合剂附接至激光粗糙化区域。光学部件可以与光电部件光学耦合或光学对准。光学部件可以是至少部分地围封光电部件的透镜或另一光学部件。
印刷电路板的表面的激光粗糙化区域可以比印刷电路板的表面的其余区域粗糙。印刷电路板的表面的激光粗糙化区域可以比印刷电路板的表面的其余区域具有更大的评估轮廓的算术平均偏差。激光粗糙化区域与印刷电路板的表面的其余区域之间的差异能够在视觉上感知。
光电组件可以包括印刷电路板的表面上的焊料掩模。在印刷电路板的表面的激光粗糙化区域处可以不存在焊料掩模。激光粗糙化区域可以在由印刷电路板限定的平面中围绕光电部件。光学部件可以是至少部分地围封光电部件的透镜。透镜可以与光电部件光学对准。透镜可以气密地密封光电部件。
本概要以简化的形式介绍了下面在具体实施方式中进一步描述的一些概念。本概要没有确定所要求保护的主题的关键特征或基本特征,并且不旨在用于确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
图1A是示例性印刷电路板组件(PCBA)的俯视示意图;
图1B是图1A的PCBA的一部分的俯视示意图;
图1C是图1A的PCBA的一部分的另一俯视示意图;
图2A是图1A的PCBA的一部分的横截面示意图;
图2B是图1A的PCBA的一部分的横截面示意图;
图3是形成PCBA的示例性方法的流程图;
图4是形成PCBA的另一示例性方法的流程图;
图5A是具有光学部件的图1A的PCBA的俯视示意图;以及
图5B是图5A的PCBA的侧视示意图。
具体实施方式
本公开总体上涉及用于光纤通信的印刷电路板或印刷电路板组件。包含印刷电路板(PCB)的组件可以被称为印刷电路板组件(PCBA)。特别地,本公开涉及对PCB的表面的修改以利于光电组件的制造,这可以导致结合了本文所述方面的改进的光电组件。
PCB可以在构造成用于光纤通信的光电组件中应用。应用PCB的光电组件可以包括耦合至PCB的电气部件和光学部件。然而,具有电气部件和光学部件的PCB组件可能会带来各种制造难题,这会影响光电组件的有效及高效生产。
例如,某些光学部件——比如透镜——可以与其他光学部件光学对准。因此,光学部件可能需要比电气部件更精确地定位并附接至PCB。此外,用焊料将光学部件附接至PCB可能不切实际。因此,光学部件可以以其他方式附接至PCB。然而,将光学部件以具有成本效益和稳健的方式耦合至PCB会产生额外的难题。
在一些情况下,可能期望例如使用粘合剂或其他合适的附接方法将光学部件机械地耦合至PCB的表面。例如,在将光学部件机械地耦合至表面的一些常规方法中,PCB可能未经处理。未经处理的PCB包括未清洁的大致光滑的表面。如果PCB的表面受到污染,则光学部件可能无法与PCB充分结合。此外,如果PCB的表面在光学部件结合至PCB时被污染,则PCB与光学部件之间产生的结合可能相对较弱。在这种情况下,随着时间的推移,例如在PCB的用以形成光电组件的后续处理过程中,该结合可能会破裂。此外,例如在光电组件的操作期间,较弱的结合在光电组件被制造之后可能破裂。此外,在这种情况下,由于由PCB的大致光滑的表面或PCB的表面上的在制造期间留下的污染物导致的弱结合,因此光电组件可能会过早地失效。
一些PCBA实施通孔技术(THT)。THT是指用于使用从电气部件延伸的引线来附接电气部件的安装方法。引线***到在PCB中形成的孔中,并焊接至PCB的相反侧上的焊盘。其他PCBA实施表面安装技术(SMT)。SMT是将部件直接安装或放置到PCB的表面上的安装方法。SMT部件通常比THT部件小,因为SMT部件具有更小的引线或根本没有引线。通常,与THT相比,SMT加快了制造过程。但是,在某些情况下使用SMT会增加由于部件小型化和在PCB上的部件的密集堆积而导致的缺陷风险。在这种情况下,对缺陷(例如,污染物或有缺陷的结合)进行检测也可能更困难。虽然SMT和THT都可以在各种情况下实施,但SMT在PCBA的制造方面已经很大程度上取代了THT。
例如,在SMT或THT处理期间,PCB的表面可能在正常制造过程中被污染。在形成PCB时,诸如焊剂、油、灰尘、粘合剂之类的污染物或其他污染物可能沉积在PCB的表面上。在制造过程中和制造后,这些污染物可能难以检测,并且可能导致同样难以检测的弱结合。例如,使用显微镜或使用其他检测方法,污染物可能对人眼不可见。因此,在结合之前可能难以确定PCB的表面是否被污染。此外,可能难以去除不可见或不能够被检测的污染物,并难以确定污染物是否被成功去除。
即使PCB的表面不包括污染物,在一些情况下,PCB也可能不适于将部件附接至其表面。例如,PCB的表面可能相对光滑。粘合剂可能不会像粘合至粗糙表面那么好地粘合至光滑表面。一些PCB可以包括焊料掩模,焊料掩模是应用于PCB的表面的薄的漆层状聚合物层。焊料掩模可以用于保护PCB上的导电迹线免受氧化并且防止或减少彼此相对靠近定位的相邻导电迹线之间的不期望的电连接。焊料掩模也可以是相对光滑的,并且例如在将光学部件耦合到PCB时,粘合剂可以与焊料掩模形成相对较差的结合。
因此,本公开包括修改PCB的表面以去除污染物(例如,清洁表面)和/或增加表面的粗糙度的构型。特别是,可以使用激光去除PCB的表面上的污染物。此外,激光可以用于去除PCB的一部分(例如,PCB的层的一部分、PCB的整个层或PCB的多于一个层)。另外,可以使用激光来增加PCB的表面的粗糙度。
本文描述的方面可以使用例如粘合剂或其他合适的附接方法来改进PCB与附接至PCB的部件(例如,光学部件或其他部件)之间的结合。具体地,由于激光从PCB的表面去除污染物和/或增加其粗糙度,因此PCB与部件之间的结合可以得到改善。这可以提高PCB与光学部件之间的结合的强度,这又可以降低结合在制造期间和制造之后破裂的可能性。此外,根据本文所述概念的组件不太可能由于PCB与附接部件之间的结合破裂而过早地失效。
另外,激光可以可见地修改PCB的表面,使得更容易确定污染物是否已经从PCB上的特定区域被去除和/或该区域是否已经被粗糙化。例如,激光可以改变PCB的施加了激光的表面的颜色和/或纹理。特别地,表面的颜色和/或纹理在区域中可能不同,因为PCB的层的全部或一部分可以被激光去除。这种构型还可以便于定位待耦合到PCB的部件,因为可见的修改的表面可以指示部件应附接至PCB的位置。
使用激光来修改PCB的表面可以避免损坏耦合至PCB的部件。特别地,在将激光施加到PCB的表面之前,可以将一些部件(例如,电气部件或其他部件)附接至PCB。可以精确地控制激光以将激光施加在PCB的表面上的特定区域中。精确控制激光可以避开已经耦合至PCB的部件,以免这些部件被损坏。相对于其他去除污染的方法,使用激光可能会提供一些优势。例如,用于从PCB去除污染物的其他方法——比如溶剂清洁、等离子清洁等——可能会有损坏PCB上的部件的风险。
将参考附图并且将使用特定的语言来描述本公开的各个方面。以这种方式使用附图和描述不应被解释为限制其范围。根据包括权利要求在内的公开内容,其他方面可能是显而易见的或者可以通过实践而得到教示。
图1A是PCBA 100的示例的俯视示意图。PCBA 100可以包括PCB,该PCB包括绝缘基板102和表面118。诸如电气部件104a-e之类的各种部件可以被定位在基板102上并且机械地耦合至基板102。电气部件104a-e可以通过导电耦合件106a-e电耦合。导电耦合件106a-e可以是迹线、痕迹、焊盘和/或从一层或更多层导电材料——比如铜——蚀刻得到的其他特征件。电气部件104a-e可以被焊接成电耦合和机械耦合至PCBA 100。
PCBA 100可以包括单层构型或多层构型。如果PCBA 100是单层PCB,则PCBA 100可以包括一层绝缘基板,该绝缘基板的一侧或两侧上定位有导电耦合件。如果PCBA 100是多层PCB,则PCBA 100可以包括多层绝缘基板,并且导电耦合件可以定位在该多层之上和/或该多层之间。
在一些构型中,PCBA 100可以包括焊料掩模,该焊料掩模是施加至PCBA 100的表面118的层。焊料掩模可以是表面118上的层或接近PCBA 100的表面118的层。焊料掩模可以保护PCBA 100的部分——比如导电耦合件106a-e。例如,焊料掩模可以保护导电耦合件106a-e免受氧化并且防止彼此相对靠近定位的相邻导电耦合件(例如,106a和106d)之间的不期望的电连接。焊料掩模可以是相对光滑的,并且例如在部件附接至PCBA 100时,粘合剂可以与焊料掩模形成相对较差的结合。
在一些情况下,可以使用掩模或丝网印刷技术将焊料掩模施加到PCBA 100。焊料掩模可以作为环氧树脂液体通过丝网印刷图案施加到PCBA 100上。另外或替代性地,焊料掩模可以使用任何合适的技术——比如液体光成像焊料掩模(LPSM)或干膜光成像焊料掩模(DFSM)——来施加。一旦施加,焊料掩模可以例如使用热或紫外线固化方法来固化。可以使用任何合适的方法——比如光刻法——在焊料掩模中形成开口。
PCBA 100可以包括光电部件108。在这样的构型中,PCBA100可以被包括在用于光纤通信的光电组件中,但文中描述的概念可以在任何合适的PCBA中实施。光电部件108可以包括与电信号至光信号的转换、光信号至电信号的转换或者电信号至光信号的转换和光信号至电信号的转换两者相关的部件。例如,光电部件108可以包括被构造成接收光信号并且生成相应的电信号的接收器或接收器阵列。在另一示例中,光电部件108可以包括构造为接收电信号并且生成对应的光信号的发射器或发射器阵列。
光电部件108可以包括或可以耦合到与光发射器和接收器有关的部件。这些部件的一些示例可以包括放大器(例如,互阻抗放大器、限幅放大器等)、时钟和数据恢复(CDR)电路、数字信号处理电路、驱动器、数-模转换器(DAC)电路、调制器或其他合适的部件。在一些构型中,这些部件可以被包括在电气部件104a-e中。
如上所述,光电组件可以包括耦合至PCBA 100的电气部件104a-e和/或光电部件108。光电组件还可以包括与光电部件108光学耦合或光学对准的光学部件。光学部件可以包括透镜、滤波器、准直器、反射镜、偏振器或光电学中使用的任何其它合适的部件。光学部件可以被构造为执行光学功能,比如引导、聚焦、准直、调制、复用或解复用往返于光电部件108的光学信号。
光学部件中的至少一些光学部件可以机械地耦合到PCBA 100。如图所示,光学部件可以在耦合区域110处机械地耦合到PCBA 100。耦合区域110可以与待与PCBA 100耦合的光学部件的尺寸和/或形状对应。在图示的构型中,耦合区域110是具有圆角的矩形且环形的(例如,矩形环状的)。耦合区域110可以与待被机械地耦合至PCBA 100且光学地耦合至光电部件108的矩形光学部件对应。在其他构型中,耦合区域110可以是任何合适的形状或尺寸,并且耦合区域110的构型可以取决于光学部件的形状和尺寸。在所示示例中,光学部件可以包括透镜,但是根据本公开中所描述的概念,可以将任何合适的部件耦合至PCBA 100。
PCBA 100可以包括激光粗糙化区域112。激光粗糙化区域112可以与耦合区域110或者待与PCBA 100耦合的光学部件的尺寸和/或形状对应。在图示的构型中,激光粗糙化区域112是具有圆角的矩形且环形的(例如,矩形环状的),激光粗糙化区域112对应于耦合区域110。如图所示,激光粗糙化区域112可以完全定位在耦合区域110内,但可以实施其他构型。在其它构型中,激光粗糙化区域112可以是任何合适的形状或尺寸,并且激光粗糙化区域112的构型可以取决于耦合区域110、光学部件或耦合区域110和光学部件两者的形状和尺寸。
如下面进一步详细描述的,激光粗糙化区域112可以通过施加到PCBA 100的表面118的激光(例如,激光处理PCBA 100的表面118)来形成。激光可以用于去除PCBA 100的一部分以形成激光粗糙化区域112。特别地,激光可以用于去除PCBA 100的层的一部分、PCBA100的整个层、或PCBA 100的多于一个层。例如,激光可以用于去除PCBA 100的约1微米至30微米(μm)(例如,去除部分的深度或高度)。在一些构型中,可以选择激光的功率、强度和/或波长以去除PCBA 100的期望量。另外或替代性地,可以将激光重复施加至给定区域以去除PCBA 100的额外层或部分。因此,每当将激光施加至PCBA 100上的区域(例如,激光粗糙化区域112)时,就可以去除额外部分。
用于形成激光粗糙化区域112的激光的功率、强度和/或波长可被选择为足够高以增加表面的粗糙度。另外或替代性地,用于形成激光粗糙化区域112的激光的功率、强度和/或波长可以被选择为足够高以去除或分解污染物而不损坏PCBA 100和/或耦合至PCBA 100的部件——比如电气部件104a-e和光电部件108。激光的期望功率、强度和/或波长可以取决于包括在PCB(例如,PCB的层)中的材料、污染物的材料、耦合至PCB的部件的材料、或其任何合适的组合。在一个示例中,激光可以是紫外线激光,例如,发射紫外线波长范围内的电磁辐射的激光。在某些情况下,紫外线波长可以包括100纳米(nm)与400nm之间的波长。在一些构型中,激光可以是355nm波长的激光,但也可以实施其他合适的构型。另外或替代性地,在一些构型中,激光可以包括3瓦特(W)的激光功率。
PCBA 100的表面118的激光粗糙化区域112可以比PCB的表面118的其余区域更粗糙。PCB的表面118的激光粗糙化区域112可以比PCB的表面118的其余区域具有更大的评估轮廓的算术平均偏差。激光粗糙化区域112与PCB的表面118的其余区域之间的差异可以在视觉上感知到。因此,可以在视觉上确定表面118的部分是否已经粗糙化和/或是否已经在表面118上的某些区域中去除了污染物。
图1B是图1A的PCBA 100的一部分的俯视示意图。具体地,图1B示出了PCBA 100的由图1A中的圈1B指示的部分。在图1B中,更详细地示出了光电部件108、耦合区域110和激光粗糙化区域112。如上所述,激光粗糙化区域112可以完全地定位在耦合区域110内。在所示的构型中,激光粗糙化区域112同心地定位在耦合区域110内,但也可以实现其他构型。光电部件108可以通过导电耦合件106a至106d电耦合至PCBA 100的其他部件。
如所提及的,光学部件可以包括透镜。在一些构型中,光学部件可以部分地或全部地围封定位在下述区域114中的部件:所述区域114位于耦合区域110的内部。例如,光学部件可以限定腔室以将光电部件108围封在光学部件与PCBA 100的PCB之间。在这种构型中,光学部件可以气密地密封定位在区域114中的光电部件108或其他部件。激光粗糙化区域112和/或耦合区域110可以在由PCBA 100的PCB限定的平面中包围光电部件108。另外,光学部件可以可选地与光电部件光学对准。
在一些构型中,图1A至图1B的PCBA 100可以实现为应用PCBA的光电组件。例如,PCBA 100可以实现为用在收发器、发射器光学子组件(TOSA)、接收器光学子组件(ROSA)、有源光缆等中的光电模块。在一些构型中,光电模块可以符合Gen4 QSFP或Gen4 QSFP+的形成因子(form factor)。
图1C是PCBA 100的一部分的俯视示意图。具体地,图1C示出了PCBA 100的由图1B中的矩形1C指示的部分。在图1B中,更详细地示出了耦合区域110和激光粗糙化区域112。如所示的,激光粗糙化区域112可以叠置或定位在耦合区域110上。在所示的构型中,激光粗糙化区域112可以比耦合区域110小。在一些构型中,激光粗糙化区域112可以在耦合区域110的尺寸的约50%与约75%之间,但是也可以实施其他构型。在其他构型中,激光粗糙化区域112的尺寸可以大致等于或大于耦合区域110的尺寸。此外,激光粗糙化区域112可以不完全地定位在耦合区域110内。在这种构型中,激光粗糙化区域112可以与耦合区域110部分地重叠。
图2A是PCBA 100的PCB的一部分的横截面示意图。在图2A中,更详细地示出了激光粗糙化区域112。如上所述,可以使用激光来增大PCBA 100的表面118的粗糙度和/或去除PCBA 100的一部分。如图2A中所示,PCBA 100可以包括定位在基板102上且限定PCBA 100的表面118的层116。激光可以施加至表面118以去除层116的一部分,由此形成激光粗糙化区域112。在所示的构型中,仅去除层116的一部分以形成激光粗糙化区域112。然而,在其他构型中,可以去除整个层116以形成激光粗糙化区域112,或者可以从PCBA 100去除额外的层(未示出)。在一些构型中,层116可以是焊料掩模层或者焊料掩模的一部分。因此,焊料掩模可以是PCBA 100的被清洁和/或被粗糙化的部分。在PCB或PCBA 100的激光粗糙化区域112处可以不存在焊料掩模。
图2B是PCBA 100的一部分的横截面示意图。具体地,图2B示出了:在施加激光之前PCBA 100的以118a指示的表面118,以及在施加激光之后PCBA 100的以118b指示的表面118。如所示的,在施加激光之前的表面118a是相对平滑的。在这种情形下,用于将例如光学部件结合至表面118a的粘合剂可能结合得不佳,这会导致可能过早失效的相对弱的结合。相反,如所示的,在施加激光之后的表面118b是更粗糙的。在这种情形下,相比于光滑的表面118a,用于将光学部件(如参照图1A至图1C所描述的)结合至表面118b的粘合剂可以在光学部件与PCB之间形成更强的结合。尽管可以使用任何合适的粘合剂来进行结合,但是在一些构型中,可以应用环氧树脂。
表面粗糙度的一种度量是表面的评估轮廓的算术平均偏差或者是表面的轮廓的平均粗糙度,表示为Ra。在一个示例中,表面118a的Ra粗糙度可以小于0.2μm,并且表面118b的Ra粗糙度可以大于0.3μm。因此,激光可以使表面118的粗糙度增大至少0.1μm的Ra。然而,在其他情形下,表面118a、118b可以具有其他粗糙度值。例如,PCBA 100的表面118可具有任何合适的粗糙度值。此外,可以使用激光来使表面118的粗糙度增大比上述示例值更小或更大的值。
图3是形成PCBA和/或修改PCB的表面的示例方法300的流程图。方法300可以在包括PCB的组件——比如图1A至图1B的PCBA 100——的构造中实施。尽管以离散块示出,但根据期望的实施形式,图3中的各种步骤可以被分成其他步骤、被组合成更少的步骤或者被省略。
方法300可以在步骤302处开始,在步骤302中,可以提供基板。例如,可以提供图1A至图1B的基板102。在步骤304处,可以在基板的表面上形成导电耦合件。例如,参照图1A至图1B,可以在基板102的表面上形成导电耦合件106a至106e。可以使用任何合适的构型来形成导电耦合件。例如,导电材料层——比如铜层——可以定位在基板上,基板可以是非导电的。导电材料可以被蚀刻或以其他方式被处理以去除导电材料的一部分,并且剩余的导电材料可以在基板的表面上形成导电耦合件。
在步骤306处,可以将一个或更多个部件耦合至基板的表面。在一些构型中,部件可以是电气部件和/或光电部件。例如,参照图1A至图1B,电气部件104a至104e和/或光电部件108可以耦合至基板102的表面118。因此,至少一个光电部件可以耦合至PCB的表面。在一些构型中,部件可以焊接至PCB的导电耦合件,由此将部件机械地耦合至PCB并且将电气部件电耦合至导电迹线。
在步骤308处,可以在基板和/或导电耦合件上施加焊料掩模。可以使用任何合适的技术来施加焊料掩模。例如,在一些构型中,可以使用掩模或丝网印刷技术来施加焊料掩模。焊料掩模可以作为环氧树脂液体通过丝网印刷图案或掩模而被施加到PCB的表面上(例如,施加在基板和/或导电耦合件上)。此外或替代性地,可以使用任何合适的技术——比如液体可光成像焊料掩模(LPSM)或干膜可光成像焊料掩模(DFSM)——来施加焊料掩模。一旦被施加,焊料掩模就可以例如使用热固化处理或紫外线固化处理而被固化。可以使用任何合适的处理——比如光刻法——而在焊料掩模中形成开口。在一些构型中,焊料掩模可以形成PCB的表面,但是在其他构型中,在PCB中可以不包括焊料掩模。
在步骤310处,可以向基板或PCB的表面施加激光(例如,对表面进行激光处理)。激光可以施加至PCB的表面上的特定区域。例如,激光可以施加在PCB的可能需要被去除或分解污染物的部分上。在另一示例中,激光可以施加在PCB的可能需要增大表面的粗糙度的部分上。特别地,激光可以施加至PCB的部件待耦合至PCB的表面的部分。在一些构型中,待被耦合至PCB的表面的部件可以是光学部件。激光所施加至的区域可以是激光粗糙化区域,比如激光粗糙化区域112,并且部件被耦合至PCB的区域可以是耦合区域,比如耦合区域110。如所示的,例如,在图1A至图1C中,激光粗糙化区域的形状可以对应于耦合区域的形状,并且在一些构型中,激光粗糙化区域小于耦合区域。
激光的施加(例如,激光处理)可以去除PCB的层的至少一部分和/或可以增大印刷电路板的表面的粗糙度。在一些方面,激光可以使印刷电路板的表面的评估轮廓的算术平均偏差增大至少0.1。此外,激光可以从PCB的表面分解或去除污染物。激光可以通过增大印刷电路板的表面的粗糙度和/或从印刷电路板的表面去除污染物而改善光学部件与印刷电路板的耦合。在焊料掩模被施加至PCB的表面的构型中,激光可以去除PCB上的焊料掩模的至少一部分。
激光的特性——比如激光的功率、强度和波长——可以选择成高得足以增大表面的粗糙度和/或去除污染物而不损坏PCB和/或耦合至PCB的部件。激光的期望功率、强度和波长可以取决于包括在PCB(例如,PCB的层)中的材料、污染物的材料、耦合至PCB的部件的材料或其任何适当的组合。在一个示例中,激光可以是紫外线激光,例如发射落在紫外线波长的范围内的电磁辐射的激光。在一些情形下,紫外线波长可以包括在约100纳米(nm)与约400nm之间的波长。在一些构型中,激光可以是波长为约355nm的激光,但是也可以实施其他合适的构型。此外或替代性地,在一些构型中,激光可以包括约3瓦特(W)的激光功率。
激光的操作可以手动地控制或者可以使用控制器而自动地控制。控制器可以指定激光施加在基板或PCB上的位置。例如,激光施加在基板或PCB上的图案可以对应于激光粗糙化区域112(参见图1A至图1C)。因此,图案可以选择成使得激光形成激光粗糙化区域112。在一些构型中,可以精确地控制激光以在基板或PCB的表面上的特定区域中形成激光粗糙化区域112。
在步骤312处,可以对基板或PCB的表面进行目视检查。将激光施加至基板或PCB的表面可以明显地(visibly)修改激光所施加至的区域中的表面。特别地,激光可以被施加并持续足够的时间和持续时间以分解PCB的表面,使得激光粗糙化区域(例如,激光粗糙化区域112)是能够在视觉上察觉的。因此,通过对表面进行目视检查,可以判定:PCB的一部分是否已经被激光处理、污染物是否已经被从表面上的特定区域去除以及该区域是否已经被粗糙化。例如,激光可以改变激光所施加至的表面的颜色或纹理。特别地,表面的颜色或纹理在该区域中可能是不同的,因为通过激光可以去除层的全部或一部分。这种构型还可以便于定位待被耦合至表面的部件,因为明显地修改的表面可以指示部件应当被附接至表面的位置。
此外或替代性地,对表面的目视检查可以有助于判定:激光是否成功地施加至表面、在表面上的特定区域中是否去除了污染物、以及表面的特定区域是否被粗糙化。在这种构型中,部件可以在污染物已经被去除的区域和/或已经被激光粗糙化的区域中被耦合至表面。
在步骤314处,可以将另一部件耦合至基板或PCB的表面。部件可以在耦合区域处和/或在通过施加激光而形成的激光粗糙化区域处耦合至表面。在一些构型中,部件可以是光学部件,比如透镜,但是本文所述的概念也可以应用于其他类型的部件。部件可以在耦合区域处附接在PCB的表面上,并且激光粗糙化区域可以至少部分地或完全地定位在耦合区域的内部。部件可以以任何合适的方式耦合至表面,并且在一些构型中,可以使用粘合剂——比如环氧树脂。在部件是光学部件的情形下,光学部件可以与耦合至表面的一个或更多个光电部件光学对准。
在一些构型中,在光学部件耦合至PCB之后,光学部件可以至少部分地围封光电部件。此外或替代性地,光学部件可以将光电部件气密地密封在PCB与光学部件之间。因此,在光学部件耦合至PCB之后,光电部件可以被气密地密封在PCB与光学部件之间。
在一些构型中,方法300可以包括:将至少一个电气部件——比如图1A至图1B的电气部件104a至104e——附接至基板或PCB的表面。在一些构型中,可以在施加激光之前耦合电气部件,但是在其他实施方式中,可以在耦合电气部件之前施加激光,或者可以与耦合电气部件基本上同时地施加激光。可以通过导电耦合件——比如迹线、痕迹、焊盘和/或从一层或更多层导电材料——比如铜——蚀刻得到的其他特征件——而电耦合电气部件。在一些构型中,电气部件可以被焊接成电气地且机械地耦合至基板或PCB。
本领域技术人员将领会的是,对于本文公开的上述过程和方法及其他过程和方法而言,过程和方法中执行的功能可以以不同的顺序实现。此外,概述的步骤和操作仅作为示例提供,并且在不偏离所公开的实施方式的情况下,步骤和操作中的一些步骤和操作可以是可选的、组合成更少的步骤和操作、或者扩展成其他的步骤和操作。
图4是形成PCBA——比如图1A至图1B的PCBA 100——和/或修改PCB的表面的示例方法400的流程图。方法400可以包括方法300的任何合适的方面,或者方法300可以包括方法400的任何适合的方面。尽管以离散块示出,但根据期望的实施形式,图4中的各种步骤可以被分成其他步骤、被组合成更少的步骤或者被省略。
方法400可以在步骤402处开始,在步骤402中,可以将一个或更多个光电部件耦合至PCB的表面。例如,图1A至图1B的光电部件108可以耦合至PCB的表面。因此,至少一个光电部件可以耦合至PCB的表面。在一些构型中,光电部件可以焊接至PCB的导电耦合件,由此将光电部件机械地耦合至PCB并且将电气部件电耦合至导电迹线。
在步骤404处,可以对PCB的表面进行激光处理以在PCB的表面上形成激光粗糙化区域。激光可以施加至PCB的表面上的特定区域。例如,激光可以施加在PCB的可能需要去除污染物和/或增大表面的粗糙度的部分上。特别地,激光可以施加至PCB的部件待被耦合至PCB的表面的部分。激光所施加至的区域可以是激光粗糙化区域,并且部件耦合至PCB的区域可以是耦合区域。激光粗糙化区域的形状可以对应于耦合区域的形状。在一些构型中,激光粗糙化区域小于耦合区域。激光粗糙化区域可以在由PCB限定的平面中包围光电部件。
激光可以去除PCB的层的至少一部分,和/或可以增大PCB的表面的粗糙度。在一些方面,激光可以使PCB的表面的评估轮廓的算术平均偏差增大至少0.1。此外,激光可以从PCB的表面去除污染物。激光可以通过增大印刷电路板的表面的粗糙度和/或从印刷电路板的表面去除污染物而改善光学部件与印刷电路板的耦合。在一些构型中,焊料掩模可以在进行激光处理之前被施加在PCB上。在这种构型中,激光可以去除PCB上的焊料掩模的至少一部分。
激光的功率、强度和/或波长可以选择成高得足以增大表面的粗糙度和/或去除污染物而不损坏PCB和/或耦合至PCB的部件。激光的期望功率、强度和/或波长可以取决于包括在PCB中的材料(例如,PCB的层)、污染物的材料、耦合至PCB的部件的材料或其任何适当的组合。在一个示例中,激光可以是紫外线激光,例如发射落在紫外线波长的范围内的电磁辐射的激光。在一些情形下,紫外线波长可以包括在100纳米(nm)和400nm之间的波长。在一些构型中,激光可以是波长为355nm的激光,但是也可以实施其他合适的构型。此外或替代性地,在一些构型中,激光可以包括3瓦特(W)的激光功率。
在一些构型中,可以对基板或PCB的表面进行目视检查。将激光施加至基板或PCB的表面可以明显地修改激光所施加至的区域中的表面。特别地,激光可以被施加并持续足够的时间和持续时间以分解PCB的表面,使得激光粗糙化区域是能够在视觉上察觉的。因此,通过对表面进行目视检查,可以判定:印刷电路板的一部分是否已经被激光处理、是否已经从表面上的特定区域去除了污染物和/或该区域是否已经被粗糙化。例如,激光可以改变激光所施加至的表面的颜色或纹理。特别地,表面的颜色或纹理在该区域中可能是不同的,因为通过激光可以去除层的全部或一部分。这种构型还可以便于定位待被耦合至表面的部件,因为明显地修改的表面可以指示部件应当附接至表面的位置。
此外或替代性地,对表面的目视检查可以有助于判定:激光是否被成功地施加至表面、是否在表面上的特定区域中去除了污染物、和/或表面的特定区域是否被粗糙化。在这种构型中,部件可以在污染物已经被去除的区域和/或已经被激光粗糙化的区域中耦合至表面。
在步骤406处,可以将光学部件耦合至PCB的表面。光学部件可以在耦合区域处和/或在通过施加激光而形成的激光粗糙化区域处耦合至表面。在一些构型中,光学部件可以是透镜,但是本文描述的概念可以应用于其他类型的部件。光学部件可以在耦合区域处附接在印刷电路板的表面上,并且激光粗糙化区域可以至少部分地或完全地定位在耦合区域的内部。光学部件可以以任何合适的方式耦合至表面,并且在一些构型中,可以使用粘合剂。在一些情形下,光学部件可以与耦合至表面的一个或更多个光电部件光学对准。
图5A至图5B示出了耦合至PCBA 100的表面的光学部件550。具体地,图5A是带有光学部件550的PCBA 100的俯视示意图,并且图5B是带有耦合至表面的光学部件550的PCBA100的侧视示意图。在一些构型中,光学部件550可以在耦合区域110处和/或在通过施加激光而形成的激光粗糙化区域112处耦合至PCBA 100的表面(参见图1A)。在一些构型中,光学部件550可以是透镜,但是本文描述的概念可以应用于其他类型的部件。光学部件550可以在耦合区域处附接在PCBA 100的表面上,并且激光粗糙化区域可以至少部分地或完全地定位在耦合区域的内部。光学部件550可以以任何合适的方式耦合至表面,并且在一些构型中可以使用粘合剂。在一些情形下,光学部件550可以与耦合至表面的一个或更多个光电部件光学对准。
在一些构型中,在光学部件550耦合至PCBA 100之后,光学部件550可以至少部分地围封光电部件,比如图1A的光电部件108。此外或替代性地,光学部件550可以将光电部件气密地密封在PCBA与光学部件550之间。因此,在光学部件550耦合至PCBA 100之后,图1A的光电部件108可以被气密地密封在PCBA 100与光学部件550之间。光学部件550可以是与光电部件108光学耦合或光学对准的透镜。
在一些构型中,PCB的表面可以附接有至少一个电气部件,比如图1A至图1B的电气部件104a至104e。在一些构型中,可以在施加激光之前耦合电气部件,但是也可以实施任何合适的构型。可以通过导电耦合件——比如迹线、痕迹、焊盘和/或从一层或更多层导电材料——比如铜——蚀刻得到的其他特征件——而电耦合电气部件。在一些构型中,电气部件可以被焊接成电气地且机械地耦合至基板或PCB。
在一些情形下,对基板或PCB的表面进行激光处理可以改善部件与表面之间的结合。特别地,激光可以通过增大印刷电路板的表面的粗糙度和/或从印刷电路板的表面去除污染物而改善光学部件与印刷电路板的耦合。当使用粘合剂时,这种构型可以改善结合;类似地,这种构型在其他结合机制中也会是有利的。此外,可以使用本文描述的构型来避免例如由基板或PCB的污染物和/或光滑表面形成的弱结合。
当所描述的概念被实施为将光学部件结合至PCB时,所得到的结合可以将光学部件牢固地固定至PCB。此外,通过从PCB的光学部件与PCB所结合的表面去除任何污染物,可以避免弱结合。在这种情形下,所形成的结合可以更强并且因此不会随着时间的推移而破裂。更强的结合在PCB的用以形成光电组件的后续处理期间会是有用的,因为该结合在操作或后续处理期间不会破裂。此外或替代性地,更强的结合不会在制造出光电组件之后、例如在光电组件的操作期间破裂。这种构型还可以防止光电组件过早失效,因为由PCB的表面上的光滑表面或污染物所引起的弱结合可以得以避免。
尽管所描述的构型可以特别有利于将光学部件结合至PCB,但是在其他构型中,也可以应用本文描述的概念来改善任何部件——例如,可以结合至PCB的电气部件或任何其他部件——与PCB之间的结合。
说明书和权利要求书中所使用的术语和措辞不限于书面含义,而是仅用于使得能够清楚且一致地理解本公开。应该理解的是,除非上下文另外明确地说明,否则单数形式“一(a)”,“一个(an)”和“该(the)”包括复数对象。因此,例如,对“部件表面”的引用包括对这种表面中的一个或更多个表面的引用。
如本文所使用的,“电气部件”是指涉及电的部件,“光学部件”是指涉及电磁辐射(例如,可见光或其他)的部件,并且“光电部件”是指涉及电信号和光信号两者、和/或电信号至光信号的转换或者光信号至电信号的转换的部件。
术语“基本上”意指:所引用的特性、参数或值不需要精确地实现,但是偏差或变化——包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素——可以以不妨碍该特性旨在提供的效果的量出现。
本公开的各方面可以在不背离本公开的精神或基本特征的情况下以其他形式实施。所描述的方面在所有方面都应当被认为是说明性的而非限制性的。所要求保护的主题由所附权利要求书而不是由前面的描述来指示。落在权利要求书的等同方案的含义和范围内的所有变型都将被涵盖在权利要求书的范围内。
Claims (20)
1.一种对光电组件中的印刷电路板的表面进行修改的方法,所述方法包括:
将至少一个光电部件耦合至所述印刷电路板的所述表面;
对所述印刷电路板的所述表面进行激光处理以在所述印刷电路板的所述表面上形成激光粗糙化区域;以及
在所述印刷电路板的所述表面上的所述激光粗糙化区域处将光学部件耦合至所述印刷电路板。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述光学部件被附接在所述印刷电路板的所述表面上的耦合区域处,并且所述激光粗糙化区域被至少部分地定位在所述耦合区域内。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述激光处理去除所述印刷电路板的层的至少一部分。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述激光处理在所述激光粗糙化区域处增加所述印刷电路板的所述表面的粗糙度。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,所述激光处理将所述印刷电路板的所述表面的评估轮廓的算术平均偏差增加至少0.1。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述激光处理从所述印刷电路板的所述表面去除污染物。
7.根据权利要求1所述的方法,其中,所述激光处理通过增加所述印刷电路板的所述表面的粗糙度和/或从所述印刷电路板的所述表面去除污染物来改善所述光学部件与所述印刷电路板的耦合。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,所述光学部件使用粘合剂耦合至所述印刷电路板。
9.根据权利要求1所述的方法,还包括在所述激光处理之前将焊料掩模施加到所述印刷电路板的所述表面,其中,所述激光处理去除所述印刷电路板上的所述焊料掩模的至少一部分。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,所述光学部件是光学耦合至所述光电部件的透镜,其中,所述透镜与所述光电部件光学对准。
11.根据权利要求1所述的方法,其中,所述激光粗糙化区域在由所述印刷电路板限定的平面中围绕所述光电部件,并且在所述光学部件耦合至所述印刷电路板之后,所述光学部件至少部分地围封所述光电部件。
12.根据权利要求1所述的方法,其中,在所述光学部件耦合至所述印刷电路板之后,所述光电部件被气密地密封在所述印刷电路板与所述光学部件之间。
13.根据权利要求1所述的方法,还包括将至少一个电气部件附接至所述印刷电路板的所述表面。
14.根据权利要求1所述的方法,其中,所述激光被施加足够的持续时间以分解所述印刷电路板的表面,使得所述激光粗糙化区域能够在视觉上被感知,所述方法还包括对所述印刷电路板的所述表面进行目视检查以确定所述印刷电路板的一部分是否已经被激光处理。
15.一种光电组件,包括:
印刷电路板;
耦合至所述印刷电路板的表面的至少一个光电部件;以及
光学部件,所述光学部件通过粘合剂附接至所述印刷电路板的所述表面的激光粗糙化区域,所述光学部件与所述光电部件光学对准。
16.根据权利要求15所述的光电组件,其中,所述印刷电路板的所述表面的所述激光粗糙化区域比所述印刷电路板的所述表面的其余区域粗糙。
17.根据权利要求16所述的光电组件,其中,所述印刷电路板的所述表面的所述激光粗糙化区域相较于所述印刷电路板的所述表面的其余区域具有更大的评估轮廓的算术平均偏差。
18.根据权利要求16所述的光电组件,其中,所述激光粗糙化区域与所述印刷电路板的所述表面的其余区域之间的差异能够在视觉上被感知。
19.根据权利要求15所述的光电组件,还包括在所述印刷电路板的所述表面上的焊料掩模,其中,在所述印刷电路板的所述表面的所述激光粗糙化区域处不存在所述焊料掩模。
20.根据权利要求15所述的光电组件,其中,所述激光粗糙化区域在由所述印刷电路板限定的平面中围绕所述光电部件,所述光学部件是至少部分地围封所述光电部件的透镜,所述透镜与所述光电部件光学对准,并且所述透镜气密地密封所述光电部件。
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