CN114930214A

CN114930214A - 光电传输复合模块和光电混载基板

Info

Publication number: CN114930214A
Application number: CN202180008980.8A
Authority: CN
Inventors: 铃木一聪; 田中直幸; 古根川直人
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2021-01-14
Publication date: 2022-08-19
Also published as: US20230036358A1; JP7477306B2; TW202146953A; JP2021113887A; WO2021145376A1

Abstract

提供一种即使驱动元件发热也能够抑制光学元件的功能降低的光电传输复合模块和光电混载基板。光电传输复合模块(1)具备：光电混载基板(2)，其具备光波导(8)和包括用于安装光学元件(3)的第一端子(16)的电路基板(9)；以及印刷电路板(4)，其包括用于安装驱动元件(5)的第四端子(25)。印刷电路板(4)与电路基板(9)电连接。

Description

光电传输复合模块和光电混载基板

技术领域

本发明涉及一种光电传输复合模块和光电混载基板。

背景技术

以往，已知一种具备印刷电路板、配置于该印刷电路板的上表面的光电混载基板以及安装于该光电混载基板的上表面的光学元件和驱动元件的光电传输复合模块(例如，参照下述专利文献1。)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-22129号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在驱动元件进行动作时，驱动元件大幅发热。当该热经由光电混载基板传到光学元件时，与驱动元件相邻的光学元件受到影响，存在该光学元件的功能降低这样的问题。

本发明提供一种即使驱动元件发热也能够抑制光学元件的功能降低的光电传输复合模块和光电混载基板。

用于解决问题的方案

本发明(1)包括一种光电传输复合模块，具备：光电混载基板，其具备光波导和包括用于安装光学元件的端子的电路基板；以及印刷电路板，其与所述电路基板电连接，该印刷电路板包括用于安装驱动元件的端子。

在该光电传输复合模块中，光学元件安装于光电混载基板，驱动元件安装于印刷电路板，即使驱动元件进行动作而发热，安装驱动元件的印刷电路板与安装光学元件的光电混载基板是相独立的，驱动元件的热到达光学元件也需要经由印刷电路板和光电混载基板这两个构件。因此，如果驱动元件的热如上述那样经由两个构件，则能够减少到达光学元件的热。其结果，能够抑制光学元件的功能降低。

本发明(2)包括一种光电混载基板，具备光波导和电路基板，其中，所述电路基板具备用于安装光学元件的端子和用于与安装驱动元件的印刷电路板电连接的端子。

在该光电混载基板中，电路基板具备用于安装光学元件的端子和用于与安装驱动元件的印刷电路板电连接的端子。因此，如果光学元件安装于电路基板，并且驱动元件安装于印刷电路板，则即使驱动元件进行动作而发热，安装驱动元件的印刷电路板与安装光学元件的光电混载基板是相独立的，驱动元件的热到达光学元件也需要经由印刷电路板和光电混载基板这两个构件。因此，能够减少驱动元件的热到达光学元件的热。其结果，能够抑制光学元件的功能降低。

发明的效果

根据本发明的光电传输复合模块和光电混载基板，即使驱动元件发热也能够抑制光学元件的功能降低。

附图说明

[图1]图1A～图1B是本发明的光电传输复合模块的一个实施方式的放大图，图1A是俯视图，图1B是仰视图。

[图2]图2是图1A～图1B所示的光电传输复合模块的侧视图，是沿X-X线的侧视图。

[图3]图3A～图3D是图2所示的光电传输复合模块的制造工序图，图3A是准备光电混载基板的工序，图3B是将光学元件安装于光电混载基板的工序，图3C是准备安装有驱动元件的印刷电路板的工序，图3D是将印刷电路板连接于光电混载基板的工序。

[图4]图4A～图4B是图3A～图3D所示的制造工序的变形例，图4A是准备光电混载基板的工序，图4B是将印刷电路板与光电混载基板连接的工序。

[图5]图5是图2所示的光电传输复合模块的变形例(随着去向厚度方向上的一侧依次配置印刷电路板和光电混载基板的变形例)的侧视图。

具体实施方式

<一个实施方式>

参照图1A～图3D来说明本发明的光电混载基板的一个实施方式。

此外，在图1A中，为了明确地示出光电混载基板2、光学元件3、印刷电路板4以及驱动元件5(均后述)的相对配置而省略第一散热层6(后述)。此外，在图1A中，用虚线表示在光学元件3上重叠的光电混载基板2。

在图1B中，为了明确地示出光电混载基板2、光学元件3、印刷电路板4以及驱动元件5的相对配置而省略第二散热层7(后述)。此外，在图1B中，用虚线表示在光电混载基板2上重叠的光学元件3和在印刷电路板4上重叠的驱动元件5。

该光电传输复合模块1具有规定的厚度，具有沿长边方向延伸的大致矩形形状。详细地说，在光电传输复合模块1中，长边方向上的一端部相比于长边方向上的中间部及另一端部而言宽度(与厚度方向及长边方向正交的宽度方向上的长度)更宽。

光电传输复合模块1具备光电混载基板2、光学元件3、印刷电路板4、驱动元件5、第一散热层6以及作为散热层的一例的第二散热层7。

光电混载基板2具有规定的厚度，具有延长边方向延伸的大致平带形状。详细地说，光电混载基板2的长边方向上的一端部相比于长边方向上的中间部及另一端部而言宽度更宽。

光电混载基板2具备随着去向厚度方向上的一侧依次配置的光波导8和电路基板9。

光波导8是光电混载基板2的厚度方向上的另一侧的部分。光波导8的外形形状与光电混载基板2的外形形状相同。也就是说，光波导8具有沿长边方向延伸的形状。光波导8具备下包层31、芯层32以及上包层33。

下包层31具有在俯视时与光波导8的外形形状相同的形状。

芯层32配置于下包层31的厚度方向上的另一侧的表面的宽度方向上的中央部。芯层32的宽度在俯视时比下包层31的宽度窄。

上包层33以覆盖芯层32的方式配置在下包层31的厚度方向上的另一侧的表面。上包层33具有在俯视时与下包层31的外形形状相同的形状。具体而言，上包层33配置于芯层32的厚度方向上的另一侧的表面和宽度方向上的两个侧面、以及芯层32的宽度方向上的两外侧的下包层31的厚度方向上的另一侧的表面。

另外，在芯层32的长边方向上的一端部形成有反射镜34。

作为光波导8的材料，例如能够列举环氧树脂等透明材料。芯层32的折射率比下包层31的折射率和上包层33的折射率高。光波导8的厚度例如为20μm以上，例如为200μm以下。

电路基板9配置于光波导8的厚度方向上的一侧的表面。详细地说，电路基板9与光波导8的厚度方向上的一侧的表面接触。电路基板9是光电传输复合模块1中的安装光学元件3的部件。电路基板9具备金属支承层10、基底绝缘层11、导体层12以及覆盖绝缘层13。

如图2所示，在截面图中，金属支承层10配置于比电路基板9的长边方向上的一端部的一端区域靠长边方向上的另一侧的位置。具体而言，金属支承层10位于比开口部40的一边41(后述)靠长边方向上的另一侧的位置。金属支承层10的厚度方向上的另一侧的表面与下包层31接触。另外，金属支承层10具有开口部15。

开口部15是沿厚度方向贯通金属支承层10的贯通孔。开口部15配置于电路基板9的长边方向上的一端部。开口部15在沿厚度方向投影时与反射镜34重叠。此外，金属支承层10的划分开口部15的内侧表面与下包层31接触。

作为金属支承层10的材料，例如能够列举不锈钢、42合金、铝、铜-铍、磷青铜、铜、银、铝、镍、铬、钛、钽、铂、金等金属，优选的是，从得到优异的导热性的观点出发，能够列举铜、不锈钢。金属支承层10的厚度例如为3μm以上，优选为10μm以上，另外，例如为100μm以下，优选为50μm以下。

基底绝缘层11配置于金属支承层10的厚度方向上的一侧的表面。基底绝缘层11具有在俯视时与电路基板9相同的外形形状。在截面图中，基底绝缘层11具有从金属支承层10的长边方向上的一端缘向长边方向上的一侧突出的部分。基底绝缘层11中的突出的部分的厚度方向上的另一侧的表面以及开口部15的厚度方向上的另一侧的表面与下包层31接触。作为基底绝缘层11的材料，例如能够列举聚酰亚胺等树脂。基底绝缘层11的厚度例如为5μm以上，另外，例如为50μm以下，从散热性的观点出发，优选为40μm以下，更优选为30μm以下。

导体层12配置于基底绝缘层11的厚度方向上的一侧的表面。导体层12包括布线(未图示)、作为端子的一例的第一端子16以及作为端子的一例的第二端子17。

第一端子16与下面说明的光学元件3对应地设置。第一端子16配置于电路基板9的长边方向上的一端部的中央区域。设置多个第一端子16。多个第一端子16在沿厚度方向投影时与金属支承层10重叠。

第二端子17与下面说明的印刷电路板4对应地设置。第二端子17从第一端子16隔开间隔地配置于比第一端子16靠长边方向上的一侧的位置。设置多个第二端子17。此外，在图2中仅绘制了单个第二端子17，没有将多个第二端子17全部绘制出来，但多个第二端子17例如沿开口部40的周围配置。

未图示的布线将第一端子16与第二端子17连结。

作为导体层12的材料，例如能够列举铜等导体。导体层12的厚度例如为3μm以上，另外，例如为20μm以下。

覆盖绝缘层13以覆盖未图示的布线的方式配置在基底绝缘层11的厚度方向上的一侧的表面。覆盖绝缘层13将第一端子16和第二端子17露出。作为覆盖绝缘层13的材料，例如能够列举聚酰亚胺等树脂。

覆盖绝缘层13的厚度例如为5μm以上，另外，例如为50μm以下，从散热性的观点出发，优选为40μm以下，更优选为30μm以下。

如图1A～图2所示，光学元件3配置于电路基板9的长边方向上的一端部。光学元件3安装于光电混载基板2的厚度方向上的一侧的表面。作为光学元件3，例如能够列举发光元件、受光元件等。

发光元件将电变换为光。作为发光元件的具体例，能够列举面发光型发光二极管(VECSEL)等。另一方面，受光元件将光变换为电。作为受光元件的具体例，能够列举光电二极管(PD)等。

光学元件3具有大致矩形平板形状。光学元件3在厚度方向上的另一侧的表面包括入射出射口14和第一凸块18。

入射出射口14在沿厚度方向投影时与开口部15及反射镜34重叠。

第一凸块18在长边方向上与入射出射口14隔开间隔。第一凸块18在厚度方向上与第一端子16相向，通过将第一凸块18与第一端子16连结，来使光学元件3与电路基板9电连接。

印刷电路板4配置于光电复合传输模块1的长边方向上的一端部。印刷电路板4与光电混载基板2是相独立的，也就是说，是另外的独立于光电混载基板2的部件。另外，印刷电路板4是光电传输复合模块1的安装驱动元件5的部件。印刷电路板4具有在俯视时比光电混载基板2的长边方向上的一端部大的大致矩形的外形形状。印刷电路板4配置于光电混载基板2的厚度方向上的一侧。具体而言，印刷电路板4与光电混载基板2的厚度方向上的一侧的表面接触。

印刷电路板4具备基板21、第三端子24、作为端子的一例的第四端子25以及未图示的布线。

基板21具有与印刷电路板4相同的外形形状。另外，基板21具有开口部40和通孔22。

开口部40贯通基板21的厚度方向。开口部40在俯视时具有大致矩形形状。开口部40在俯视时在内部包括光学元件3。由此，基板21在俯视时具有隔开间隔地包围光学元件3的大致矩形框形状。

通孔22与后述的第三端子24对应。通孔22贯通基板21的厚度方向。

作为基板21的材料，例如能够列举玻璃纤维强化环氧树脂等硬质材料。

第三端子24充填于通孔22内。第三端子24沿厚度方向延伸。第三端子24的厚度方向上的另一侧的表面从基板21露出到厚度方向上的另一侧。第三端子24与第二端子17电连接。

第四端子25隔开间隔地配置于通孔22的长边方向上的一侧。第四端子25配置于基板21的厚度方向上的一侧的表面。第四端子25沿厚度方向延伸。相互隔开间隔地配置多个第四端子25。

未图示的布线在基板21的厚度方向上的一侧的表面将第三端子24与第四端子25电连接。此外，未图示的布线将第四端子25与其它端子(后述)电连接。

作为第三端子24、第四端子25以及布线(未图示)的材料，例如能够列举铜等导体。

驱动元件5安装于印刷电路板4。详细地说，驱动元件5在开口部40的长边方向上的一侧安装于印刷电路板4的厚度方向上的一侧的表面。

此外，驱动元件5以将开口部40的长边方向上的一侧的一边41夹在中间的方式与光学元件3相向地配置在光学元件3的长边方向上的一侧。也就是说，驱动元件5配置在相对于开口部40的一边41而言与光学元件3相反的一侧。

另外，驱动元件5是安装于印刷电路板4的安装构件中的最先与光电混载基板2电连接的元件。也就是说，即使在印刷电路板4安装有驱动元件5以外的电子元件(后述)的情况下，驱动元件5也是安装于印刷电路板4的多个元件中的、最先与光电混载基板2交换电信号的元件，而不是经由电子元件之后而与光电混载基板2连接的元件。

作为驱动元件5，例如能够列举驱动集成电路、阻抗变换放大电路等。驱动集成电路被输入电源电流(电力)，从而驱动发光元件(光学元件3)。阻抗变换放大电路将受光元件(光学元件3)的电(信号电流)放大。允许驱动元件5在进行动作时大幅发热。

驱动元件5具有大致矩形平板形状。驱动元件5在厚度方向上的另一侧的表面包括第二凸块26。

第二凸块26沿厚度方向延伸。第二凸块26在厚度方向上与第四端子25相向，通过将第二凸块26与第四端子25连结，来使驱动元件5与印刷电路板4电连接。

从驱动元件5输出的电经由印刷电路板4的第四端子25及第三端子24、以及光电混载基板2的第二端子17及第一端子16而输入到光学元件3。和/或，从光学元件3输出的电经由光电混载基板2的第一端子16及第二端子17、以及印刷电路板4的第三端子24及第四端子25而输入到驱动元件5。

此外，光电传输复合模块1能够包括驱动元件5以外的安装于印刷电路板4的电子元件(未图示)。电子元件(未图示)经由驱动元件5向光学元件3输送电信号或者从光学元件3经由驱动元件5输送电信号，或者，不输送去向光学元件3和/或来自光学元件3的电信号。电子元件不是如驱动元件5这样最先与光电混载基板2交换电信号的元件。电子元件的凸块(未图示)经由印刷电路板4中包括的端子(第四端子25以外的端子)来与印刷电路板4电连接。

第一散热层6具有规定厚度，具有沿面方向(是包含长边方向和宽度方向的方向，是与厚度方向正交的方向)延伸的形状。第一散热层6在光电混载基板2的厚度方向上的一侧的表面配置于印刷电路板4的开口部40的内侧部分。也就是说，第一散热层6被划分开口部40的印刷电路板4隔开间隔地包围。第一散热层6在俯视时具有大致矩形片的形状。另外，第一散热层6覆盖光学元件3。详细地说，第一散热层6与光学元件3的厚度方向上的一侧的表面及周侧面、以及光电混载基板2的厚度方向上的一侧的表面的光学元件3的周围的部分接触。

第一散热层6例如包括散热片、散热润滑脂、散热板等。散热片的材料能够列举例如将氧化铝(Aluminium Oxide)、氮化硼、氧化锌、氢氧化铝、熔融硅、氧化镁、氮化铝等填料分散在例如硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂等树脂中而得到的填料树脂组合物。在散热片中，例如，也可以是，填料相对于树脂沿厚度方向排列。另外，树脂包括热固性树脂，是B级或C级。并且，树脂能够包括热塑性树脂。散热片在23℃下的Asker-C硬度例如小于60，优选为50以下，更优选为40以下，另外，例如为1以上。第一散热层6的Asker-C硬度利用Asker橡胶硬度计C型来求出。

第一散热层6在厚度方向上的导热率例如为3W/m·K以上，优选为10W/m·K以上，更优选为20W/m·K以上，另外，例如为200W/m·K以下。第一散热层6的导热率利用以ASTM-D5470为基准的稳态法或者以ISO-22007-2为基准的平面热源法来求出。

第二散热层7具有规定厚度，具有沿面方向延伸的形状。第二散热层7配置于光电混载基板2的厚度方向上的另一侧的表面。详细地说，第二散热层7与光波导8的厚度方向上的另一侧的整个表面接触。另一方面，第二散热层7在沿厚度方向投影时不与驱动元件5重叠。第二散热层7的材料、物理性质等与第一散热层6的材料、物理性质等相同。

接着，参照图2～图3C来说明该光电混载基板2的制造方法。

如图3A所示，首先，在该方法中，准备光电混载基板2。

为了准备光电混载基板2，首先，准备电路基板9，接着，将光波导8安装到电路基板9。

在准备光电混载基板2时，首先，准备金属片(未图示)，并在该金属片的厚度方向上的一侧依次形成基底绝缘层11、导体层12以及覆盖绝缘层13。

之后，通过例如蚀刻等来对金属片(未图示)进行外形加工，形成具有开口部15的金属支承层10。由此，准备电路基板9。

接着，将光波导8安装到电路基板9。例如，通过含有上述的透明材料的感光性树脂组合物的涂布和光刻，来在电路基板9的厚度方向上的另一侧依次形成下包层31、芯层32以及上包层33。由此，准备光波导8。

由此，准备具备光波导8和电路基板9的光电混载基板2。

此外，在该光电混载基板2上尚未安装光学元件3，并且也尚未连接印刷电路板4。但是，该光电混载基板2能够作为部件单独地流通，是能够在产业上利用的器件。在该光电混载基板2，第一端子16尚未与光学元件3连接。另外，在光电混载基板2，第二端子17尚未与印刷电路板4连接。

之后，如图3B所示，将光学元件3安装于光电混载基板2。通过超声波接合来将光学元件3的第一凸块18与第一端子16电连接。

由此，准备安装有光学元件3的光电混载基板2。

如图3C所示，另行准备安装有驱动元件5的印刷电路板4。例如，通过回流焊等来将第四端子25与第二凸块26连接。由此，驱动元件5与印刷电路板4电连接。

具体而言，向印刷电路板4安装驱动元件5时的回流焊的加热温度例如为150℃以上，优选为200℃以上，更优选为230℃以上，另外，例如为300℃以下。加热时间例如为1分钟以上，优选为3分钟以上，另外，例如为30分钟的时间以下，优选为20分钟以下。

优选的是，向印刷电路板4安装驱动元件5时的加热条件比向光电混载基板2连接光学元件3的连接条件更严格。因此，提高向印刷电路板4连接驱动元件5的连接可靠性。

因而，将光学元件3的安装与驱动元件5的安装分开，而且，使向光电混载基板2安装光学元件3的安装条件稳妥，另一方面，使向印刷电路板4安装驱动元件5的安装条件严格，由此能够抑制因热引起的光学元件3的损伤，并且提高向印刷电路板4连接驱动元件5的连接可靠性。

之后，如图3D所示，将光电混载基板2(具体而言，是安装有光学元件3的光电混载基板2)与印刷电路板4(具体而言，是安装有驱动元件5的印刷电路板4)连接。具体而言，通过公知的方法来将第三端子24与第二端子17电连接。

之后，如图2所示，将第一散热层6和第二散热层7分别配置于光电混载基板2的厚度方向上的一侧的表面和另一侧的表面。

由此，得到光电传输复合模块1。

<一个实施方式的作用效果>

在该光电传输复合模块1中，光学元件3安装于光电混载基板2，驱动元件5安装于印刷电路板4，即使驱动元件5进行动作而发热，安装驱动元件5的印刷电路板4与安装光学元件3的光电混载基板2是相独立的，驱动元件5的热到达光学元件3也需要经由印刷电路板4和光电混载基板2这两个构件。因此，如果驱动元件5的热如上述那样经由两个构件，则能够减少到达光学元件3的热。其结果，能够抑制光学元件3的功能降低。

<变形例>

在下面的各变形例中，对与上述的一个实施方式同样的构件和工序标注相同的附图标记，并省略其详细说明。另外，各变形例除非特别记载，否则能够起到与一个实施方式同样的作用效果。并且，能够将一个实施方式及其变形例适当地进行组合。

在该变形例的制造工序中，如图4A的虚线和实线所示，首先，分别准备光电混载基板2和印刷电路板4，接着，如图4B所示，将印刷电路板4与光电混载基板2的电路基板9电连接。

具体而言，如图4A所示，首先，准备光电混载基板2。在该光电混载基板2上尚未安装光学元件3。也就是说，电路基板9尚未与光学元件3电连接。

接着，如图4B所示，将印刷电路板4连接于光电混载基板2。具体而言，将印刷电路板4的第三端子24与光电混载基板2的电路基板9的第二端子17电连接。

由此，得到具备光电混载基板2和印刷电路板4的光电传输复合模块1。

该光电传输复合模块1不具备图4B的用虚线表示的光学元件3和驱动元件5。但是，光电传输复合模块1中的电路基板9具备用于安装光学元件3的第一端子16。另外，印刷电路板4具备用于安装驱动元件5的第四端子25。

该光电传输复合模块1能够作为模块单独地流通，是能够在产业上利用的器件。

此外，该变形例的光电传输复合模块1不具备第一散热层6和第二散热层7。

如图4B的虚线所示，也可以是，在该光电传输复合模块1的第一端子16和第二端子17分别连接光学元件3和驱动元件5。

而且，图4A的用实线表示的光电混载基板2具备用于安装光学元件3的第一端子16和用于与安装驱动元件5的印刷电路板4电连接的第二端子17。

因此，如图4B的虚线所示，如果光学元件3安装于光电混载基板2，并且驱动元件5安装于印刷电路板4，则即使驱动元件5进行动作而发热，安装驱动元件5的印刷电路板4与安装光学元件3的光电混载基板2是相独立的，驱动元件5的热到达光学元件3也需要经由印刷电路板4和光电混载基板2这两个构件。因此，能够减少驱动元件5的热到达光学元件3的热。其结果，能够抑制光学元件3的功能降低。

另外，在其它变形例中，虽然未图示，但是还能够仅具备第一散热层6和第二散热层7中的一方。

如图5所示，能够将光电混载基板2和印刷电路板4在厚度方向上的配置反过来。也就是说，在该光电传输复合模块1中，随着去向厚度方向上的一侧依次配置印刷电路板4和光电混载基板2。

印刷电路板4不具备上述的开口部40，具有大致矩形平板形状。

光电混载基板2与印刷电路板4的厚度方向上的一侧的表面接触。

驱动元件5与光电混载基板2的长边方向上的一侧的长边方向上的一端面隔开间隔地配置于印刷电路板4的厚度方向上的一侧的表面。

第二散热层7与印刷电路板4的厚度方向上的另一侧的表面接触。第二散热层7在沿厚度方向投影时与光学元件3及驱动元件5双方重叠。

第一散热层6也可以与划分开口部40的印刷电路板4接触。

另外，如图2的点划线所示，也可以是一个第一散热层6与光学元件3及驱动元件5接触。

如图2的双点划线和实线所示，也可以是两个第一散热层6(双点划线的第一散热层6和实线的第一散热层6)分别与光学元件3和驱动元件5接触。

此外，上述发明是作为本发明的例示的实施方式提供的，但是这只不过是单纯的例示，不应被限定性地解释。该技术领域的技术人员明确可知的本发明的变形例包含于上述权利要求书。

产业上的可利用性

光电传输复合模块和光电混载基板被使用于光学和电用途。

附图标记说明

1：光电传输复合模块；2：光电混载基板；3：光学元件；4：印刷电路板；5：驱动元件；7：第二散热层；16：第一端子；17：第二端子；25：第四端子。

Claims

1.一种光电传输复合模块，其特征在于，具备：

光电混载基板，其具备光波导和包括用于安装光学元件的端子的电路基板；以及

印刷电路板，其与所述电路基板电连接，所述印刷电路板包括用于安装驱动元件的端子。

2.一种光电混载基板，其特征在于，具备：

光波导；以及

电路基板，

其中，所述电路基板具备用于安装光学元件的端子和用于与安装驱动元件的印刷电路板电连接的端子。