光電印制板及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光電印制板及其制作方法，其中光電印制板包括光波導(dǎo)層、第一金屬層、半固化片PP、第二厚銅層、上外銅層、下外銅層及金屬保護層，光波導(dǎo)層中設(shè)置有反射鏡，第一金屬層上設(shè)置有與反射鏡連通的圖形RDL1，半固化片PP上設(shè)置有盲埋孔，第二厚銅層上設(shè)置有圖形RDL2；所述通孔貫穿光波導(dǎo)層、第一金屬層、半固化片PP以及第二厚銅層并止于金屬保護層之間。所述上外銅層上植入有焊球，所述下外銅層對應(yīng)反射鏡的下方設(shè)置有光子器件，光子器件周邊的下外銅層上安裝有光子器件連接電路和光子器件保護裝置。本發(fā)明制作工藝簡單，使用PCB工藝或者載板工藝，實現(xiàn)復(fù)雜、高速、多IO的芯片之間的互連，不僅互連密度高，而且還適用于大批量生產(chǎn)。
【專利說明】光電印制板及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種混合集成的封裝器件及其制作方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)有的集成電路多為二維集成電路，二位集成電路是指將集成電路的各種元器件一個挨一個的分布在一個平面上。隨著集成度不斷提高，每片上的器件單元數(shù)量急劇增加，芯片面積增大，單元間連線的增長既影響電路工作速度又占用很多面積，嚴(yán)重影響集成電路進一步提高集成度和工作速度。于是產(chǎn)生三維集成的新技術(shù)思路。三維集成電路多層器件重疊結(jié)構(gòu)可成倍提高芯片集成度，重疊結(jié)構(gòu)使單元連線縮短，并使并行信號處理成為可能，從而實現(xiàn)電路的高速操作，具有諸多優(yōu)點；然而由于多層電路的設(shè)計，存在較復(fù)雜的電互連傳導(dǎo)，必然會在帶寬限制、電磁干擾、延遲、能耗方面出現(xiàn)難以克服的技術(shù)難題，使得信息輸入輸出的增長速度無法匹配信息的處理速度。光互連技術(shù)具有極大的帶寬資源和可以輕易實現(xiàn)信息交叉及復(fù)用優(yōu)勢，可使單個傳輸通道實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的傳輸，并且不同信道光信號之間彼此獨立，不會出現(xiàn)交叉和串?dāng)_現(xiàn)象，因此是替代電互連的理想技術(shù)。
[0003]在制作光電互連集成器件的過程中，必須制作光波導(dǎo)層，光波導(dǎo)層包括下包層、波導(dǎo)芯層和上包層。目前光波導(dǎo)層的下包層、波導(dǎo)層和上包層均是分別單獨加工，無論是剛性光PCB板還是柔性光PCB板，其中有機光波導(dǎo)部分的制備方法大體分為兩種:一種是層壓加光刻的方法，另一種是硬模壓印的方法，成本都較高，組裝復(fù)雜。上述兩種制備方法與PCB板工藝兼容性存在一定問題，尤其是開發(fā)高耐熱性的高聚物作為光波導(dǎo)線路材料難度很大。并且，采用的有機光波導(dǎo)材料目前還遠(yuǎn)沒有成熟和大批量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種制作工藝簡單、適合于大批量生產(chǎn)的光電印制板以及光電印制板的制作方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0006]光電印制板，包括自下而上依次設(shè)置的光波導(dǎo)層、第一金屬層、半固化片PP以及第二厚銅層，所述光波導(dǎo)層的下底面設(shè)置有相互融合設(shè)置的下外銅層及金屬保護層，第二厚銅層的上端面設(shè)置有相互融合設(shè)置的上外銅層及金屬保護層；
所述光波導(dǎo)層中設(shè)置有反射鏡，第一金屬層上設(shè)置有與反射鏡連通的圖形RDL1，半固化片PP上設(shè)置有盲埋孔，第二厚銅層上設(shè)置有圖形RDL2 ;所述通孔貫穿光波導(dǎo)層、第一金屬層、半固化片PP以及第二厚銅層并止于金屬保護層之間；
所述上外銅層上植入有焊球，所述下外銅層對應(yīng)反射鏡的下方設(shè)置有光子器件，光子器件周邊的下外銅層上安裝光子器件連接電路和光子器件保護裝置。
[0007]本發(fā)明所述光電印制板的改進在于:由半固化片PP、盲埋孔和第二厚銅層通過PCB工藝或者基板工藝制成基板層單元，所述第一金屬層和金屬保護層之間設(shè)置有至少一層基板層單元。[0008]光電印制板的制作方法，主要包括以下步驟:
第一步，采用光波導(dǎo)薄膜材料和與制備塑料光纖相兼容的制備工藝制備光波導(dǎo)層；第二步，采用膠體粘接的方式將光波導(dǎo)層固定在玻璃載板上，并在光波導(dǎo)層上采用激光切割形成斜面作為反射鏡，然后化學(xué)鍍、電鍍增強反射；
第三步，在連為一體的光波導(dǎo)層和載板上先進行化學(xué)鍍、再進行電鍍形成第一金屬
層；
第四步，在第一金屬層上涂覆干膜作為光刻膠，干膜光刻顯影后，采用腐蝕液刻蝕圖形RDL1，去除多余金屬，留下線路；再進行干膜剝離、清洗、烘干；
第五步，在第一金屬層上壓合半固化片PP，并在半固化片PP上與圖形RDLl錯位布置的設(shè)置盲埋孔；
第六步，在半固化片PP上進行化學(xué)鍍、電鍍形成第二厚銅層，然后可是圖形RDL2 ； 第七步，采用UV光照射去掉載板，采用機械鉆孔的方法在基板上鉆出通孔；
第八步，在多層基板上進行化學(xué)鍍和電鍍形成外銅層，并刻蝕外銅層形成線路和焊
盤；
第九步，進行表面金屬化處理，形成金屬保護層；
第十步，在多層基板的下外銅層上安裝光子器件和電路；
第十一步，在光子器件周邊的下外銅層上安裝光子器件連接電路和光子器件保護裝
置；
第十二步，在多層基板的上外銅層上植焊球。
[0009]光電印制板制作方法的改進在于:在進行第七步之前，重復(fù)第五步和第六步壓合成由半固化片PP和第二厚銅層貼合在一起制成的基板層單元，由兩層以上基板層單元形成多層基板。
[0010]由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進步如下。
[0011]本發(fā)明制作工藝簡單，采用較成熟的塑料光纖材料和與制備塑料光纖相兼容的制備工藝制備片狀或卷狀的光波導(dǎo)層，由于柔性光學(xué)材料本身就是波導(dǎo)，含有波導(dǎo)層和外包層，因此不需要單獨在PCB工藝中制作波導(dǎo)，簡化了工藝步驟；本發(fā)明采用的工藝與PCB工藝兼容，反射鏡制作、電互連的設(shè)計與加工以及各層的組裝均在光學(xué)材料上進行，基板完成后再進行電路PCB的焊接組裝。本發(fā)明采用柔性光學(xué)材料薄片和多層PCB或者載板材料進行壓合，使用PCB工藝或者載板工藝，實現(xiàn)復(fù)雜、高速、多IO的芯片之間的互連，不僅互連密度高，而且還適用于大批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明所述光電同傳器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明制作光電同傳器件的工藝流程圖。
[0014]其中:1.光波導(dǎo)層,2.玻璃載板,3.第一金屬層,4.RDL1, 5.半固化片PP, 6.盲埋孔，7.第二厚銅層，8.RDL2，9.通孔，10.上外銅層，11.金屬保護層，12.光子器件，
13.光子器件保護裝置，14.焊球，15.下外銅層，16.反射鏡。
【具體實施方式】[0015]下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。
[0016]一種光電印制板，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括自下而上依次設(shè)置的光波導(dǎo)層1、第一金屬層3、半固化片PP以及第二厚銅層7，所述光波導(dǎo)層I的下底面設(shè)置有相互融合設(shè)置的下外銅層15及金屬保護層11，第二厚銅層的上端面設(shè)置有相互融合設(shè)置的上外銅層10及金屬保護層11。
[0017]所述光波導(dǎo)層I中設(shè)置有反射鏡16，第一金屬層3上設(shè)置有與反射鏡連通的圖形RDL1，半固化片PP上設(shè)置有盲埋孔6，第二厚銅層7上設(shè)置有圖形RDL2 ;所述通孔9貫穿光波導(dǎo)層1、第一金屬層3、半固化片PP以及第二厚銅層7并止于金屬保護層11之間。
[0018]所述上外銅層10上植入有焊球14，所述下外銅層15對應(yīng)反射鏡的下方設(shè)置有光子器件12，光子器件周邊的下外銅層15上安裝有光子器件保護裝置13。
[0019]由半固化片PP、盲埋孔和第二厚銅層7通過PCB工藝或者基板工藝制成基板層單元，在第一金屬層3和金屬保護層11之間設(shè)置有至少一層基板層單元，當(dāng)設(shè)置有兩層以上基板層單元時，可形成多層基板。
[0020]光電印制板制作的工藝流程圖如圖2所示，具體包括以下步驟:
第一步，采用光波導(dǎo)薄膜材料和與制備塑料光纖相兼容的制備工藝制備光波導(dǎo)層I。
[0021]如果是多模波導(dǎo)，光波導(dǎo)層的芯層厚度大概幾十個微米到幾百個微米，包層的厚度相對薄一些，大概幾十個微米；芯層和包層采用熔融壓合方式制造成薄片形狀。光波導(dǎo)薄膜材料可以是塑料，也可以是PI。當(dāng)然，光波導(dǎo)層不限于塑料光纖材料，也可以是其他有機材料制成的片狀或卷狀的光波導(dǎo)層。
[0022]光波導(dǎo)層可含有多路有一定間距分布的光波導(dǎo)，光波導(dǎo)的間距分布可以是均勻的、也可以是周期性的，但不限于此。光波導(dǎo)可以包括兩種或兩種以上不同折射率的材料組成芯層和包層，也可以只包括一種折射率的材料；光波導(dǎo)可以是折射率突變型光波導(dǎo)，也可以是折射率漸變型光波導(dǎo)。光波導(dǎo)的橫截面的折射率分布可以是圓形、方形、梯形，但不限于此。
[0023]第二步，采用膠體粘接的方式將光波導(dǎo)層臨時鍵合在玻璃載板2上，并在光波導(dǎo)層上采用激光切割形成斜面作為反射鏡16，然后化學(xué)鍍、電鍍增強反射。
[0024]反射鏡的光反射界面是通過激光燒蝕工藝制備的，所使用的激光燒蝕設(shè)備可以是基板激光打孔設(shè)備。光反射界面與光波導(dǎo)板材的上下表面的夾角為40度到50度，優(yōu)化值為45度。光反射界面的作用是將在與之緊鄰的其他光波導(dǎo)層內(nèi)傳輸?shù)墓獠詈系奖竟獠▽?dǎo)板層的上表面，以及將入射到本光波導(dǎo)層的上表面的光波耦合到與之緊鄰的其他光波導(dǎo)層內(nèi)并在其內(nèi)傳輸。為提高光耦合效率，需要光反射界面鏡面光滑。
[0025]將光波導(dǎo)層固定在載板上的目的時便于操作過程的拿持，采用膠體粘接的方式固定，可以在后續(xù)的工序中去掉載板。
[0026]第三步，在連為一體的光波導(dǎo)層和載板上先進行化學(xué)鍍、再進行電鍍形成第一金屬層3 ;反射鏡光反射界面的金屬附著在反射鏡的內(nèi)壁上。
[0027]化學(xué)鍍的厚度很薄，大概在幾百個nm左右，增強金屬和基板的粘附力。電鍍后，化學(xué)鍍銅層被電鍍金屬增厚，概幾個um到幾十個um。金屬電鍍層可以是純銅、銅合金、也可以是幾種不同金屬電鍍層的組合。
[0028]第四步，在第一金屬層3上涂覆干膜作為光刻膠，干膜光刻(紫外曝光)顯影后，采用腐蝕液刻蝕圖形RDL1，去除多余金屬，留下線路；再進行干膜剝離、清洗、烘干。
[0029]干膜是一種光敏的PI材料，作為臨時的掩膜。干膜的厚度，依據(jù)厚度的不同干膜可以分為四類:0.8mil、l.2mil、l.5mil、2.0miI,干膜越薄,制作的線路越精細(xì)。
[0030]第五步，在第一金屬層3上壓合半固化片PP，并在半固化片PP上與圖形RDLl錯位布置的設(shè)置盲埋孔6。
[0031]本發(fā)明采用半固化片，又稱預(yù)浸材料，是用樹脂浸潰并固化到中間程度的薄片材料；半固化片PP的材料有很多種，一般和使用的PCB或者substrate基材相同，PP的材料對應(yīng)可以是特氟龍，BT,聚酰亞胺等；半固化片PP的厚度有2mil、4mil等。采用buidup工藝，多層板最外面的介質(zhì)層是PP，然后再PP上打孔移機制作線路，互連的密度高，路徑短，支持的速率高。但不限于buidup工藝也采用采用普通的PCB工藝。
[0032]盲埋孔的厚度與半固化片PP的厚度有關(guān)，IOOum的厚度的pp的盲埋孔的大小大概為lOOum，環(huán)寬(孔的焊盤大小)200um以上。盲埋孔的在電鍍的時候可以選擇填滿。
[0033]第六步，在半固化片PP上進行化學(xué)鍍、電鍍形成第二厚銅層7，然后可是圖形RDL2。
[0034]重復(fù)第五步和第六步可以壓合成由半固化片PP和第二厚銅層7貼合在一起制成的基板層單元，由兩層以上基板層單元可形成多層基板。
[0035]第七步，采用UV光照射去掉載板，采用機械鉆孔的方法在基板上鉆出通孔9。
[0036]第八步，在多層基板上進行化學(xué)鍍和電鍍形成外銅層，并刻蝕外銅層形成線路和焊盤。
[0037]第九步，進行表面金屬化處理，形成金屬保護層11。
[0038]表面金屬化處理的目的是在銅上形成一層抗腐蝕、抗氧化的金屬保護層，起到保護作用。通常金屬保護層是鎳金復(fù)合層或鎳鈀金復(fù)合層。該工藝步驟后在光波導(dǎo)板材上下表面形成了金屬布線、以及芯片和元器件組裝的焊盤(Pad)。多層板的最外層是阻焊層，就是我們常說的“綠油”，目的是保護線路和防止后續(xù)的SMT焊接產(chǎn)生的短路。
[0039]第十步，在多層基板的下外銅層15上安裝光子器件12。光子器件需要安裝光子器件保護裝置13，比如膠體或者金屬罩等。
[0040]光子器件比如激光器、探測器等，光子器件與光波導(dǎo)對準(zhǔn)，采用的光子器件都是面發(fā)射和面接收的器件。光子芯片可以是單個VCSEL激光器或單個光探測器，也可以是多個VCSEL激光器組成的VCSEL激光器陣列或多個光探測器組成的光探測器陣列；所述VCSEL激光器陣列或光探測器陣列可以是IXN (N大于等于I)陣列，也可以是MXN (M、N大于等于I)陣列。
[0041]光波導(dǎo)的通道數(shù)以及反射鏡個數(shù)與光子芯片的通道數(shù)對應(yīng)以保證每一個獨立的VCSEL激光器或光探測器與一根光波導(dǎo)進行光耦合。
[0042]第十一步，在光子器件周邊的下外銅層15上安裝光子器件連接電路和光子器件保護裝置13。
[0043]光子器件連接電路例如激光器的驅(qū)動電路、探測器的放大電路以及ASIC芯片等。激光器的驅(qū)動電路和探測器的放大電路可以采用wirebonding或者flip-chip的形式安裝，普通的IC采用SMT工藝安裝即可。
[0044]激光器的驅(qū)動電路、探測器的放大電路的數(shù)量與光子器件的數(shù)目相應(yīng)。光子器件12和光子器件連接電路安裝后，需要用膠保護；所使用的膠必須滿足對傳輸波長透明、折射率處于芯片波導(dǎo)和空氣之間、粘結(jié)度好、導(dǎo)熱性好、硬度適中等特點。
[0045]第十二步，在多層基板的上外銅層10上植焊球14。
[0046]焊球的材料有鉛和無鉛均可，比如PbSn，SAC305等，焊球的直徑尺寸有250um，400um, 500um, 600um 多種規(guī)格。
【權(quán)利要求】
1.光電印制板，其特征在于:包括自下而上依次設(shè)置的光波導(dǎo)層(I)、第一金屬層(3)、半固化片PP (5)以及第二厚銅層(7)，所述光波導(dǎo)層(I)的下底面設(shè)置有相互融合設(shè)置的下外銅層(15)及金屬保護層(11)，第二厚銅層的上端面設(shè)置有相互融合設(shè)置的上外銅層(10)及金屬保護層(11); 所述光波導(dǎo)層(I)中設(shè)置有反射鏡(16)，第一金屬層(3)上設(shè)置有與反射鏡連通的圖形RDLl (4)，半固化片PP (5)上設(shè)置有盲埋孔(6)，第二厚銅層(7)上設(shè)置有圖形RDL2 (8)；所述通孔(9)貫穿光波導(dǎo)層(I)、第一金屬層(3)、半固化片PP (5)以及第二厚銅層(7)并止于金屬保護層(11)之間； 所述上外銅層(10)上植入有焊球(14)，所述下外銅層(15)對應(yīng)反射鏡的下方設(shè)置有光子器件(12)，光子器件周邊的下外銅層(15)上安裝光子器件連接電路和光子器件保護裝置(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電印制板，其特征在于:由半固化片PP、盲埋孔和第二厚銅層(7 )通過PCB工藝或者基板工藝制成基板層單元，所述第一金屬層(3 )和金屬保護層(11)之間設(shè)置有至少一層基板層單元。
3.光電印制板的制作方法，其特征在于主要包括以下步驟: 第一步，采用光波導(dǎo)薄膜材料和與制備塑料光纖相兼容的制備工藝制備光波導(dǎo)層；第二步，采用膠體粘接的方式將光波導(dǎo)層固定在玻璃載板上，并在光波導(dǎo)層上采用激光切割形成斜面作為反射鏡，然后化學(xué)鍍、電鍍增強反射； 第三步，在連為一體的光波導(dǎo)層和載板上先進行化學(xué)鍍、再進行電鍍形成第一金屬層； 第四步，在第一金屬層上涂覆干膜作為光刻膠，干膜光刻顯影后，采用腐蝕液刻蝕圖形RDL1，去除多余金屬，留下線路；再進行干膜剝離、清洗、烘干； 第五步，在第一金屬層上壓合半固化片PP，并在半固化片PP上與圖形RDLl錯位布置的設(shè)置盲埋孔； 第六步，在半固化片PP上進行化學(xué)鍍、電鍍形成第二厚銅層，然后可是圖形RDL2 ； 第七步，采用UV光照射去掉載板，采用機械鉆孔的方法在基板上鉆出通孔； 第八步，在多層基板上進行化學(xué)鍍和電鍍形成外銅層，并刻蝕外銅層形成線路和焊盤； 第九步，進行表面金屬化處理，形成金屬保護層； 第十步，在多層基板的下外銅層上安裝光子器件和電路； 第十一步，在光子器件周邊的下外銅層上安裝光子器件連接電路和光子器件保護裝置； 第十二步，在多層基板的上外銅層上植焊球。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電印制板的制作方法，其特征在于:在進行第七步之前，重復(fù)第五步和第六步壓合成由半固化片PP和第二厚銅層貼合在一起制成的基板層單元，由兩層以上基板層單元形成多層基板。
【文檔編號】H05K1/03GK103763855SQ201410042144
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】劉豐滿, 李寶霞, 郭學(xué)平, 薛海韻 申請人:華進半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司