專利名稱：對用于電路板間通信的pcb中的光層進行集成的系統和方法
技術領域：
本發明是關于印制板電路的領域，特別是，本發明是關于不通過點連接而將光數據通信與別的電路集成的多級印制板電路(或者PCB)。也就是說，本發明是關于將光連接集成的底板電路板。
背景技術：
今天，許多世界的通信是在光纖上進行的，數據是在調制的光中編碼的。傳輸速率是以每秒鐘幾十億的比特來計算的。直到數據到達其目的地。光轉換成電脈沖，以使其能被電子發送。結果是數據速率降低以及增加了延誤。
發展光電子裝置以使包括在硅基體上的波導結構，以允許光總線和電總線的集成。這些集成的裝置取代分散的元件以及從光子流到電流轉換的更有效率和/或者消除轉換。很清楚，當從光到點信號的轉換不再存在的時候就達到了最大的效率，從而使通信和光一樣從出發點到目的地。
對于取得這種目標的障礙之一是底板。底板是系統中用于裝置的互接點以及可以是無源的或者智能的。典型的來說，裝置(有時候指的是子板)通過機械方法嵌入到基板中。可以需要別的布線將相互或者與基板上引起傳輸速率降低、增加失敗的機率以及增加成本的別的點互連。光電子裝置需要與底板相接觸的電/光接觸面。
典型的來說，底板和子板設置在印制板電路(PCB)上，在印制板電路的上面設有分散的元件。所需要的子板和底板是由具有電和光接觸面的PCBs形成的，目的是消除另外的布線和減少或者消除從光信號到電信號轉換的需要。這樣的PCBs也包括無源元件，例如復用器、解復用器、傳感器、和影響光信號發射的干涉計。

發明內容
本發明的一個目的是將帶光傳輸材料與PCB集成，以允許光信號能在電路板之間傳輸。
本發明的另一目的是將光聚合物PCB產品的集成，以允許光信號傳輸。
本發明的另一目的是將電路板和光底板集成，使用光傳輸來通信，不需要連接布線而促進操作、底板的插入和除去。
本發明的另一目的是通過用激光記錄連接方案，定義在PCB中的光傳輸聚合物(光波導)。
本發明的進一步目的是形成一種方法，用于制造通過激光技術與光波導集成的PCB。
本發明的目的是形成一種方法，用于通過使用不同折射指數的光學導電材料的連續層壓體將光波導與PCB集成。
本發明的另一不低是使用在銅層上的目標標記來對齊光波導的安置。
設計PCB來產生光信號以允許光底板不使用電子布線與插入的電路板相通信。設計PCB上的表面或者連接器以允許光能量(信號)的傳輸。優選的操作是使用諸如polyguideTM的聚合物。所使用的聚合物需要具有良好的光性能和高溫耐熱性。
PCB與具有特定折射指數n2的材料表面涂層層壓。在本發明的實施例中，外層壓體是諸如polyguideTM的聚合物。聚合物層層壓在銅層上。在層壓之前，通過化學或機械或聯合的方法對銅層進行粗磨來提高粘接性。然后用聚合物覆蓋整個PCB表面。
在第一聚合物層上形成第二聚合物層。該第二聚合物層具有不同的折射指數n1。光信號在第二聚合物層中傳輸。
通過諸如激光融化的自動方法，將層進行鑿溝。鑿溝方法在聚合物層中留下空間。對雙聚合物層鑿溝的銅層進行曝光。激光融化的對齊是一種作為在表面銅層的標記而得到承認的方案。在銅上進行蝕刻的標記進行設計成能容易得到自動激光工具的辨認的形狀。
用具有折射指數n2的聚合物填充這些通道或者空間。帶由高的折射指數n1的第二聚合物通過第一聚合物夾入中間。夾入中間的聚合物層作為光波導而發揮作用。波導也包含另外的無源元件，例如復用器、解復用器、傳感器、和影響光信號發射的干涉計。
在通孔鉆孔之前通過激光融化操作將通孔進行鉆孔的位置開導。通過在頂部和底部的最后的“prepeg”層壓體和銅箔沉積來完成多層PCB。然后將這些通孔鉆孔形成光信號傳輸。


圖1表示部分完成的帶有由聚合物層覆蓋的外銅層的多層PCB的斷面圖。
圖2表示在第一聚合物層的頂部上部分完成的帶有第二聚合物層的多層PCB的斷面圖。
圖3表示通過激光融化而開導的第一和第二聚合物層的斷面圖。
圖4表示第一聚合物材料的另外涂層在聚合物層上形成層制后、正在填充激光創造的通道的斷面圖。
圖5表示在通孔進行鉆孔的地方進行開導的多層PCB的斷面圖。
圖6表示通孔插入之前對“prepeg”和銅箔加壓之后的多層PCB的斷面圖。
圖7表示通孔鉆孔之后的多層PCB的斷面圖。
具體實施例方式
參考圖1，斷面圖表示在光集成的最初階段具有銅的最外層的多層PCB。多層PCB14受到具有銅層10、11的頂部和底部的覆蓋。在該方法中，首先制造PCB以支持電子線路和功能，以及將光導層合并到其結構中。在層壓第一光導層12之前，將多層PCB的芯進行加工。根據本發明的一個實施例，光導層12是聚合物材料，商標名稱為PolyguideTM。第一聚合物層壓層12具有特定的折射指數n2。層壓體在上銅層10上，覆蓋PCB的整個上表面區域。
根據本發明的一個實施例，在將具有聚合物涂層12的表面進行層壓之前對上銅層10進行粗磨，目的是為了提高粘接性。例如，可以使用化學的、機械的、或者化學和機械聯合的粗磨方法。也可以使用另外的已知的磨損方法。
如果光聚合物如果具有以下性能，它最適合于本發明的實際中好的光性能(例如第分散性)、高溫和磨損第抗性以避免制造和組裝的時候對材料的損害、比得上在PCB中使用的玻璃增強材料的Z軸膨脹系數。典型的環氧基系統在Z軸的熱膨脹系數(CTE)位于100-150ppm之間。在X軸和Y軸的CTE為16-18ppm。
參考圖2，表示具有在第一聚合物層的頂部上的第二聚合物層、部分形成的多層PCB的斷面圖。第二聚合物層在第一聚合物層12的頂部上層壓。第二聚合物層16覆蓋整個表面區域。第二聚合物層16需要和第一聚合物層12相同的性能。
第二聚合物層壓體就有特定的折射指數n1。折射指數n1大魚折射指數n2。光信號在折射指數n1層中傳輸。
參考圖3，斷面圖表示通過激光融化而開導的第一和第二聚合物層。對這兩個光導聚合物層12、16開導，在第一和第二聚合物層中產生空間18。激光能自動的控制深度。激光沒有足夠的能量來融化除銅層10。維持銅完整性以使位于銅層下面的絕緣層20不被穿透。沿著銅層10的兩個聚合物層中能創造腔或者空間的方法和加工不會影響本發明的完成。
參考圖3a，該斷面圖表示由唯一的\容易辨認的圖形表示的表面銅層。銅在一些聚合物層作廢的位置上被作了標記。本發明的一種完成蝕刻或者對銅層作標記以創造用于激光融化過程的對齊的目標22。目標22這樣設置的目的是不會妨礙電路和PCB設計邏輯。本發明的一個實施例將這些“對齊”目標或者特點設置在PCB的邊緣上。使用多個標記。標記越多，正確性越大。目標22是獨特成型的，目的是促進自動辨認。根據本發明的一方面，用化學對銅進行蝕刻。作為選擇，本發明使用激光來對銅層中的對齊特點作標記。作為進一步的另一種選擇方法，本發明使用機械方法來對銅目標作標記。
參考圖4，斷面圖表示第一聚合物材料的另外涂層在頂部聚合物層上成層以及填充到激光創造的通道后的多層PCB。第三聚合物層24層壓在PCB的頂部表面上，將PCB覆蓋成均勻的厚度。由激光融化而創造的空間得到填充。第三聚合物層具有和第一聚合物層12的折射指數n2一樣。當聚合物層空間被填充的時候，會產生折射指數為n1的第二聚合物層16的島狀物(islands)。這些島狀物稱為“光波導”。光波導被折射指數小的n2的聚合物材料所包圍。
這些光波導島狀物16傳輸光纖信號和通過光底板、不需要電纜而使電路板相連接。激光融化操作定義光波導、寫用于PCB和底板的連接方案。可以將諸如復用器、解復用器、傳感器、干涉計的無源元件在電路上集成，來影響光的發出信號。光波導傳輸光信號以使電路板間通信。
參考圖5，斷面圖表示在通孔要被鉆孔的地方上開導的多層PCB。在通孔要被鉆孔的地方，在銅層10上的多呈聚合物層中創造空間25。如上所述，使用激光融化操作除去銅層10上的聚合物材料12、16、24。注意，除去(開導)多層PCB中的聚合物材料的另外操作，(這兒沒有描述)也可以使本發明實現。
參考圖6，斷面圖表示“prepeg”和銅箔在通孔插入之前加壓后的多層PCB。在本發明的一個實施例中，prepeg 26(一種非導電材料)壓到(層壓)PCB的頂部和底部上。然后將銅箔層28壓到每一邊上在插入通孔的預期中完成多層PCB。
參考圖7，表示通孔鉆孔后的多層PCBDE斷面圖。然后插入一個通孔30。本發明的一個實施例通過多層PCB的機械鉆孔插入通孔。通孔30被用來安裝元件或者用作導通孔來接近PCB的內層。聚合物材料的去除不包括通孔完整。Prepeg材料26維持在通孔的邊墻上。注意保護光波導16。
本發明的“對用于電路板間的通信的PCB中的光層進行集成的系統和方法”用優選的方式進行了描述。可以不離開本發明的范圍對所描述的實施例進行各種更改和改進，這是允許的。
權利要求
1.一種將印制板電路中的光層集成的方法，其特征在于，印制板電路包含與銅箔的第一層相粘接的絕緣層，該方法包括制造印制板電路；在銅層上將折射指數為n2的第一聚合物材料層壓；在第一聚合物層上將折射指數為n1的第二聚合物材料層壓，其中，n1＞n2；創造通過第一和第二聚合物材料層的通道；將第一聚合物材料的頂層層壓，以填充通道和覆蓋第二聚合物材料的剩余層；在頂層上層壓預浸材料層；和在預浸材料上層壓銅箔的第二層。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，第一和第二聚合物材料的熱膨脹系數與印制板電路的熱膨脹系數一樣。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，第一聚合物層是polyguideTM。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，制造用于層壓的印制板電路包括將銅箔的第一層粗磨。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，粗磨銅箔的第一層包括通過機械方法將銅箔的第一層粗磨。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，粗磨銅箔的第一層包括通過化學方法來粗磨銅箔的第一層。
7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，制造用于層壓的印制板電路進一步包括在銅的第一層上插入多個定義通道路徑的標記。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在聚合物材料的第一和第二層上創造通道包括用激光融化層。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，在聚合物材料的第一和第二層上創造通道包括用多個標記對齊激光；和沿著由多個標記定義的路徑融化聚合物材料的第一和第二層。
10.一種將印制板電路中的光層集成的方法，其特征在于，印制板電路包含與銅箔的第一層相粘接的絕緣層，該方法包括制造印制板電路；在銅層上將折射指數為n2的第一聚合物材料層壓；在第一聚合物層上將折射指數為n1的第二聚合物材料層壓，其中，n1＞n2；創造一個通過第一和第二聚合物材料層的通道；鑒別用于組裝方法的開口位置；在開口的位置上的第一和第二聚合物材料的層中創造空間；將第一聚合物材料的頂層層壓，以填充通道和覆蓋第二聚合物材料的剩余層；在頂層上層壓預浸材料層；在預浸材料上層壓銅箔的第二層；和在用于組裝方法的開口的位置上創造開口。
11.一種用于連接多個光電子裝置的系統，包括印制板電路，該印制板電路包括用于傳送電信號的電路徑和用于光信號的光路徑；第一連接器，該連接器連接到印制板電路以及連接到用于接收第一光電子裝置的電以及光路徑；和第二連接器，該第二連接器連接到印制板電路以及連接到用于接收第二光電子裝置的電和光路徑，其中，第一光電子連接器通過電路徑和光路徑與光電子連接器相連接。
全文摘要
不同折射指數的聚合物嵌入到PCB(14)中，通過光底板提供PCB與另外的電路板的光連同性。折射指數n1的聚合物材料的島狀物(islands)的產生完全受到折射指數n2的聚合物材料的包圍，其中n1大于n2以允許折射指數n1的聚合物材料的島狀物作為光波導而發揮作用。講授了通過使用連續層壓體和使用光融化來寫出光連接方案，從而形成具有光波導島狀物的多層PCB的方法。而且，也描述了在銅層(10，11)上的唯一的標記的目標的使用。此外，也描述了通過預浸材料層壓體，使用清除聚合物材料和加強聚合物的空間以允許簡單的、通孔插入的高抵抗性。
文檔編號G02B6/13GK1524026SQ02813644
公開日2004年8月25日 申請日期2002年6月24日 優先權日2001年7月6日
發明者約瑟夫·A·A·M·陶瑞, 約瑟夫 A A M 陶瑞 申請人:惠亞集團公司