專利名稱：電光混合布線板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及適合于處理光和電信號的電光混合布線板及其制造方法。
有許多這種實例，其中，裝置的一部分是由光回路構成，以增加裝置的響應速度，減少電路之間的干涉等。


圖1示出了先有技術的電光混合裝置的結構，其中，標號11表示一母板，而標號12表示子板，子板按垂直于母板平面的方向固定在母板11的主表面上。子板12通過安裝在母板11主表面上的電連接器13來與母板11電連接。
另一方面，子板12間的光信號的相互連接是由光通信模塊15和光纖16單獨形成的。
在傳統的電光混合裝置中，子板之間的電連接受電連接器13和母板11的共同影響，必須通過光通信模塊15和光纖16為每個路線單獨形成光信號內部連接。光通信模塊15和光纖16是構成為通過光連接器17可拆開地連接在一起。然而，對大型裝置(如集成電路測試器)，由于有大量的光信號通道(多達數千個)，所以需要大量連接和分離操作。盡管有同時可以連接和分離多個光纖的光連接器，但是這種連接結構不能處理多達幾千個的光信號通道。另外，可能發生錯接，裝配需要大量不必要的勞動。
Wim Delbare和Louis Vandam在他們的“分立布線式電光板技術”(參見Proc．International Electronic Packaging Confpp．604-618，1991)中涉及了用于嵌埋在電光板表面層內的大量玻璃光纖的連接結構。根據該連接方法，一支撐玻璃纖維(或銅線)敷設在布線板上，它按直線延伸，上面排列有多個玻璃光纖，垂直交叉在支撐玻璃纖維之上，從而，光纖具有向上突出的彎曲部分。這些光纖然后被嵌埋到填充層中，從而形成一電光板(子板)。填充層的上表面被除去，從而暴露光纖的突起的彎曲部分，該突起部分被磨平。從而形成光連接表面，母板中的光連接器置于該連接表面的相對側，從而光連接電光板上的光纖，母板位于和電光板垂直的方向。這種連接方法允許共同互連母板和子板之間大量的光纖，但是它所涉及的困難是要將排列的光纖彎曲部分磨到與光纖核芯相同的深度，結果會產生光連接特性明顯變化的缺點。
因此，本發明的一個目的是提供一種電光混合布線板及其制造方法，它允許共同連接和分離光信號通道，減小光連接特性以及電回路的變化，并且易于制造。
根據本發明，一種內部嵌有光纖的光纖嵌埋層提供來作為多層電布線板的一層。該層上敷設的光纖的一端面暴露在布線板的絕緣基板的側端，以形成一側端連接，從而允許在側端平行于基板平面的方向實現光連接。光纖嵌埋層上敷設的光纖的另一端面也被暴露，以提供一表面連接，從而允許沿垂直于基板平面的方向光連接其它端面。因此可以理解，根據側端連接和表面連接的組合，本發明為彼此垂直布置的布線板之間(如母板和子板之間)提供電和光直接連接。
根據本發明的電光混合布線板包括一絕緣基板，其一側面上形成有一粘結層；多個光纖，這些光纖的至少一端部排列在所述絕緣基板上，它們以一預定的圖案布置在所述絕緣基板的表面上，且連接到所述粘結層上；一填充層，其厚度足以填充由所述光纖陣列形成的表面上的波紋；一覆蓋板，它設在所述填充層上，在填充層和覆蓋板上形成窗口元件，以暴露所述各光纖的一端；反射元件，用于沿垂直于絕緣基板平面的方向反射從所述窗口元件中的所述光纖一端出來的光，并引導從所述覆蓋板出來的光經過所述窗口元件，和／或沿垂直于所述基板平面的方向反射從所述覆蓋板外側通過窗口元件進來的光，并引導光以90°角進入所述光纖的一端；和一電布線板，它疊置在所述絕緣基板的另一側面上。
根據本發明的制造電光混合布線板的方法，包括以下步驟(a)在一絕緣基板的一側表面上施加粘結劑，以形成一粘結層；(b)按預定的圖案在所述粘結層的表面上敷設多個光纖，同時將所述光纖粘結到所述粘結層上，并施加一填充材料，其厚度足以覆蓋所述光纖；和(c)在所述填充材料的上表面上設置一覆蓋板。
本發明的電光混合布線板為彼此垂直布置的布線板提供連接光信號，因此，可以減小位置對準的變化。
本發明還提供了這種電光混合布線板的容易制造的方法，它所得到的電光混合布線板的光連接特性變化小。
圖1是表示現有技術的透視圖；圖2是表示本發明電光混合布線板的一實施例的平面圖；圖3是圖2所示電光混合布線板的實施例的側視圖；圖4是沿圖2中4-4線的剖視圖，示出了電光混合布線板的一個具體實施例；圖5是一透視圖，示出了形成使用本發明電光混合布線板的光纖嵌埋層的方法的一個例子；圖6是一剖視圖，示出了本發明的電光混合布線板的電布線板的連接結構；圖7是沿圖2中7-7線的剖視圖，示出了電連接結構；圖8是一剖視圖，示出了本發明電光混合布線板的另一具體的實施例；圖9是一剖視圖，示出了用于本發明電光混合布線板的電連接器的結構的一實施例；圖10是一剖視圖，示出了本發明電光混合布線板提供的表面連接的一修改實施例；圖11是一剖視圖，示出了形成本發明的電光混合布線板提供的表面連接的一修改實施例的過程；圖12是一剖視圖，示出了用圖11所示的工序制成的表面連接的結構。
圖2和圖3分別是本發明電光混合布線板的平面圖和側視圖，圖中還示出了多個安裝到布線板上的連接器以及連接這些連接器的電纜。一安裝到電光混合布線板20-1(下面也稱作母板)的一側端的電光混合連接器殼體35A適合于與連接到一電光混合電纜36的一端的一連接器插頭35B適配，以構成例如一電光混合連接器35。安裝到布線板相對側端的一電連接器殼體33A和一光連接器殼體31A適合于與分別連接到相應的電纜和光纜34和32的端部的電連接器插頭33B和光連接器插頭31B適配，從而分別構成一電連接器33和一光連接器31。
多個定位殼體30相互平行地布置在布線板20-1的表面上。每個定位殼體30的頂部形成一槽30A，用于接受子板20-2的一端，每個定位殼體30的底部有板狀緊固部分30B，它們與定位殼體形成一體，從定位殼體30的相對兩端向外延伸。板狀緊固部分30B是用來通過螺紋件30-P將定位殼體30緊固在母板20-1上。在示出的實例中，電元件21E也安裝到布線板20-1的表面上。
圖4是沿穿過電連接器31的4-4線的放大的截面示意圖。圖4中示出的實施例是電光混合布線板20-1的主表面中提供的表面光連接26和布線板側端提供的側端光連接27的結構。表面光連接26是構造成在起母板作用的電光混合布線板20-1和起著子板作用的電光混合布線板20-2之間建立光連接。母板20-1包括一電布線板21；一絕緣板22，它覆蓋在布線板上面；一粘結層23，它覆蓋在絕緣板上面；一光纖嵌埋層25，它形成于粘結層上；和一覆蓋板24，它覆蓋著光纖嵌埋層，并且其中設有連接端子。嵌埋在光纖埋層25中的是光纖25F，它們可能是由塑料類材料制成。每個光纖形成分別位于布線板的表面和側端的表面光連接26和側端光連接27的一部分，用于接收或傳送光信號。
圖5簡單示出了形成光纖嵌埋層25的方法的示例。一粘結材料施加到絕緣板22的一側，以形成一粘結層23。光纖25F按一定的圖案敷設在粘結層23的表面上，同時粘結到粘結層上。敷設操作可以由一纖維敷設裝置28自動完成，裝置28是由X-Y驅動臂(未顯示)來操縱。敷設的光纖25F數量很大，可能彼此交叉。然而，光纖不允許光漏到外面，既使它們上面沒有涂光遮蔽材料。因此，既使大量光纖可能會緊密地布置在一起和／或彼此交叉，也不可能發生信號交叉泄漏。
光纖敷設完成以后，施加一填充層25A，其厚度足以填充由光纖25F所形成的表面上的波紋，所以，一光纖嵌埋層25是由光纖25F和填充層25A構成。
每個光纖25F的一端都形成一傾斜面S1，起著反射表面的作用。傾斜表面S1可能在敷設操作過程中形成，光纖25F也可以粘結到粘結層23上，使其傾斜面S1通過使光纖朝布線板21傾斜而形成。當形成填充層25A時，光纖25F上具有傾斜面S1的部分被掩蓋著，以使傾斜面S1不會被填充層25A覆蓋。
當填充層25A固化以后，將覆蓋板24放到填充層25A的上表面。覆蓋板24可能由與絕緣基板22相同的絕緣材料形成。形成于覆蓋板24的上表面上是電布線圖案，與它相連接的是電元件21E、定位殼體30的電連接端子30T、電連接器殼體33A的連接端子33T等等，如圖2和圖3所示的類似元件。
圖6示出的是沿圖2中的6-6線的剖視圖。在這個實施例中，電元件21E和電布線板21之間的電連接，受到圖6所示的通孔21H中填充的電導體部分21C的影響。更具體地說，圖6所示的實施例中的電布線板21是多層布線板形式，它由絕緣層21A1、21A2、21A3和21A4以及相鄰絕緣層之間的布線導體21B1、21B2、21B3和21B4構成。布線導體21B1、21B2、21B3和21B4在各個部分通過在通孔21H中填充所需的電導體部分21C來實現電連接。安裝在表面上的電元件21E和電布線板21之間的連接是由電導體部分21C來實現的。這些連接可以通過傳統的電布線技術來實現。
再參考圖4，為了暴露光纖25F的內端，覆蓋板24和填充層25A上可以分別預先形成可相互聯通的一窗口24A和一窗口25B，接著可將覆蓋板24對準填充層25A并將覆蓋板24固定到填充層25A上。或者另一種可供選擇地，這兩層也可以首先疊在一起，然后，通過光刻技術在覆蓋板24上形成窗口24A。
通過將光纖25F一端預先形成的傾斜面S1的傾斜角選定為45°。可以使光按垂直于布線板20的平面的方向從光纖25F輸出或輸入光纖25F。可以理解的是傾斜面S1可以通過選擇性電鍍處理來金屬化，從而提高反射率。表面光連接26是由傾斜面S1和窗口24A和25B構成。
光纖25F的另一端面S2暴露在布線板20的側端27A，以構成側端連接27。光纖25F的直徑可以為100-200μm數量級，它可由塑料型材料制成。因此，如果使用由塑料制成的直徑為200μm的光纖，在寬為20cm的范圍內可以并列布置多達約一千條光纖。
這種布置可以使在光電混合布線板20-1一側的光纖25F1和在另一電光混合布線板20-2一側的光纖25F2可以通過將電光混合布線板20-2插到安裝在電光混合布線板20-1的殼體30中來和它們的光軸對準。盡管電光混合在布線板20-2的下端可以直接插到殼體30中，但是，如圖4所示，一帶有徑向延伸凸緣29F的保護罩29可以適配到電光混合布線板20-2的下端部分上，所以，帶有保護罩29的布線板可以插到殼體30中。在這個實例中，保護罩29還包括光纖波導25G，它嵌埋在布線板內并穿過其下部向下延伸，其下端與子板20-2的相應布置的光纖25F2的端面適配。與光纖波導25G一起從保護罩29的底部向下共同延伸的是保護性導向部分29G，它用來插到形成于母板20-1中的窗口24A和25B中。通過這種布置，光纖波導25G的下端面可以位于與光纖25F1的端面非常接近的相對位置處，從而改進光連接效率。
安裝在電光混合布線板20-1側端上的是光連接器31的殼體31A，光連接器31的插頭31B可以插到殼體31A中，從而連接光纖25F1和光纖25F3。從而可以理解，這種布置通過光纖25F2、25F1和25F3為安裝在電光混合布線板20-2上的光回路和外部光回路之間提供連接。
圖7示出的是沿圖2中通過電連接器33和殼體30的7-7線的剖視圖。形成于布線板20-1的側端附近的是一導通接合區20L(conducting land)，它連通電回路和連接端子33T，連接端子33T位于形成于電連接器33的一部分的殼體33A上。端子33T從殼體33A的內壁開始，延伸到布線板20-1的上、下表面上。在殼體33A中，端子33T可以和從插頭33B延伸的端子33V接觸，以形成電連接。圖7所示的電連接器33的結構可以和圖4所示可與光連接27的側端連接的光連接器31形成一體。
另一方面，形成定位殼體30的一部分、用于接收子板20-2的電連接結構包括連接端子30T，它沿著殼體30內壁延伸，并以L形彎曲形式伸出殼體壁，終止于焊接到形成于母板20-1表面上的導體接合區20M上的下端。在殼體30中，連接端子30T和子板20-2的下端表面上設置的端子20T接觸。
圖8是沿圖2中8-8線的截面圖，示出了另一實施例，其中，多個電光混合布線板20-2安裝在起母板作用的電光混合布線板20-1上，安裝在多個電光混合布線板20-2上的光回路使用表面光連接26和側端光連接27來相互連接。在這種布置中，光纖25F1形成于表面光連接26相對的一端，表面光連接26與相應電光混合布線板20-2上提供的側端光連接27連接。將會理解，既使在母板20-1上排列有多個子板20-2時，這種結構也可以通過嵌埋在母板上的光纖嵌埋層25中的光纖25F1來光連接子板的光回路。
圖9示出了所述實施例中所示的表面光連接26的修改形式。在這個修改的實施例中，一圓柱狀聚光透鏡26A與光纖25F2的中心軸對準，所以，其優點是提高了光纖25F1和25F2之間的光連接效率，從而提高傳送效率。
圖10示出了表面光連接26的另一修改形式。在這個實施例中，光纖25F2敷設在粘結層23的上面，然后覆蓋上一填充層25A。一旦填充層25A被固化，就將一覆蓋板24貼到填充層25A上。用一機械工具在這樣形成的疊層24，25A上形成一缺口26B(V型槽)，從而切斷光纖25F，使各切斷光纖的一端形成一垂直的端面，而另一端形成一45°傾斜面S1。如果需要的話，45°的傾斜面S1可以通過選擇性電鍍處理或其它方式金屬化，從而提供具有高反射率的反射表面。
應當理解，光纖25F可以通過使用45°的傾斜端面S1來向光纖輸入光或從光纖中輸出光，從而與垂直照射的光連接。
圖10和11示出了表面光連接26的另一種修改形式。在這個實施例中，在覆蓋板24放到填充層25A上以后，在覆蓋板24和填充層25A上形成對準孔24A和25B(通常是槽)。在這個切槽過程中，排列的光纖25F同時也被垂直切斷，然后對光纖的剪切端面進行拋光。接著，如圖12所示，一棱鏡狀樹脂塊26C，其45°的全反射表面26D橫跨光纖陣列，安裝在對準孔24A和25B中，所以，光纖25F可以通過45°的反射表面26D連接在一起。
如上所述，根據本發明，所提供的光纖嵌埋層25與電布線板形成一體，光纖25F嵌埋在光纖嵌埋層25中，嵌埋在層25中的光纖25F可以與垂直于布線板方向的外部光纖連接，所以，可以方便定位殼體30的對準定位，從而相應地減少光纖連接特性的變化。例如，用于母板與子板之間或子板之間交換光信號的傳送通道可以簡單地通過將多個子板插入母板中來實現相互連接。應當理解，既使是多通道光信號通道裝配也很方便，且不需要過多的維修服務。
權利要求
1．一種電光混合布線板，包括一絕緣基板，其一側表面上形成有一粘結層；多個光纖，這些光纖的至少一端部排列在所述絕緣基板上，它們以一預定的圖案布置在所述絕緣基板的表面上，且連接到所述粘結層上；一填充層，其厚度足以填充由所述光纖陣列形成的表面上的波紋；一覆蓋板，它設在所述填充層上，在填充層和覆蓋板上形成窗口元件，以暴露所述各光纖的一端；反射元件，用于沿垂直于絕緣基板平面的方向反射從所述窗口元件中的所述光纖一端出來的光，并引導從所述覆蓋板出來的光經過所述窗口元件，和／或沿垂直于所述基板平面的方向反射從所述覆蓋板外側通過窗口元件進來的光，并引導光以90°角進入所述光纖的一端；和一電布線板，它疊置在所述絕緣基板的另一側面上。
2．如權利要求1所述的電光混合布線板，其中，所述反射元件形成于所述光纖的一端，它包括一與所述光纖的軸成45°角且面對所述絕緣基板的切斷面。
3．如權利要求1所述的電光混合布線板，其中，所述光纖一端的端面垂直于所述光纖的軸，所述反射元件是一反射器，其反射表面相對于所述光纖一端成45°角。
4．如權利要求3所述的電光混合布線板，其中，所述反射器包括一從每個所述光纖上切斷的光纖段。
5．如權利要求3所述的電光混合布線板，其中，所述反射器包括一單個棱鏡狀反射器，它與所述光纖一端相對延伸。
6．如權利要求1-5中任何一項所述的電光混合布線板，包括一固定在所述覆蓋板上的定位殼體，所述定位殼體包括一位于所述覆蓋層之上圍繞所述窗口元件的中空的內部，所述中空的內部用來接受子板的側端部分，所述子板中的光纖布置在所述側端部分。
7．如權利要求1-5中任何一項所述的電光混合布線板，其中，所述光纖是塑料光纖。
8．如權利要求1-5中任何一項所述的電光混合布線板，其中，一聚光透鏡放在所述反射元件上。
9．如權利要求1-5中任何一項所述的電光混合布線板，其中，所述絕緣基板、所述填充層、所述覆蓋層和所述電布線板構成了一母板，所述光纖在其另一端具有與所述母板的一側端面齊平的端面，從而形成與外部光纖連接的側端連接。
10．如權利要求9所述的電光混合布線板，包括一連接器殼體，它固定在所述母板的一側端面上，所述連接器殼體包括一圍繞所述光纖的所述側端連接的中空內部，所述中空內部用于接受一外部光纜的連接器插頭。
11．一種制造電光混合布線板的方法，包括以下步驟(a)在一絕緣基板的一側表面上施加粘結劑，以形成一粘結層；(b)按預定的圖案在所述粘結層的表面上敷設多個光纖，同時將所述光纖粘結到所述粘結層上，并施加一填充材料，其厚度足以覆蓋所述光纖；和(c)在所述填充材料的上表面上設置一覆蓋板。
12．如權利要求11所述的方法，包括在所述覆蓋板已設置到所述填料材料上以后，穿過所述覆蓋板形成一V型槽，其深度足以切斷所述光纖，以使由所述V型槽的形成所限定的每個光纖的一端的端面垂直于所述光纖的軸，同時，從所述光纖上切斷下來的光纖段的剪切面位于所述垂直端面的相對端，形成一45度傾斜的反射面，從而形成一表面連接，以允許通過所述光纖傳送的光按垂直于上面覆蓋板平面的方向輸出或輸入所述光纖。
全文摘要
一種具有埋入的光纖的光纖嵌埋層被提供來作為多層電布線板的一層,該多層電布線板包括一母板,母板中固定有一電回路。光纖嵌埋層上形成一孔,以暴露光纖的一端,其上提供有一45°的反射表面,所以從上述光纖出來的光被沿垂直于布線板平面的方向反射,并輸入到處于子板的一端面上的光纖的端部,并且從子板端面上的光纖端部出來而進入45°反射表面的光被輸入到光纖嵌埋層內的光纖中。
文檔編號H05K1/02GK1206545SQ97191452
公開日1999年1月27日 申請日期1997年10月15日 優先權日1996年10月17日
發明者岡安俊幸 申請人:株式會社愛德萬測試