JP2001007462A - 光・電気配線基板及び製造方法並びに実装基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高密度実装又は小型化が可能で、しかも光部品
の実装が電気部品の実装とが同じ方法で行える光・電気
配線基板を提供する。 【解決手段】電気配線を有する基板８の上に、光配線と
して光信号を伝搬させる光ファイバ１を有する光配線層
９を備えた光・電気配線基板であって、該光ファイバが
樹脂層３に埋設された光配線層９と、該光ファイバの一
部に設けられたミラー１６と、光配線層を貫通し、一方
の端面が該電気配線を有する基板に設置された、光ファ
イバを固定するための導電性突起部２と、光配線層を貫
通し、一方の端面が該電気配線と接続し、他方の端面が
光部品と電気接続を取るための導電性突起部７とを具備
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光配線と電気配線
とが混在する光・電気配線基板及びその製造方法並びに
その基板に光部品と電気部品とを実装した実装基板に関
する。

【０００２】

【従来の技術】より速く演算処理が行えるコンピュータ
を作るために、ＣＰＵのクロック周波数は益々増大する
傾向にあり、現在では１ＧＨｚ程度のものが出現するに
至っている。この結果、コンピュータの中のプリント基
板上の銅による電気配線には高周波信号が流れる部分が
存在することになるので、ノイズの発生により誤動作が
生じたり、また、電磁波が発生して周囲に影響を与える
ことにもなる。

【０００３】このような問題を解決するために、プリン
ト基板上の銅による電気配線の一部を光ファイバ又は光
導波路による光配線に置き換え、電気信号の代わりに光
信号を利用することが行われている。なぜなら、光信号
の場合は、ノイズ及び電磁波の発生を抑えられるからで
ある。

【０００４】高密度実装又は小型化の観点からは、電気
配線と光配線とが同一の基板上で積層されている光・電
気配線基板を作製することが望ましいが、従来の光・電
気配線基板は、レーザ発光素子や受光素子などの光部品
を実装するとき、光部品の光軸と光配線の光軸とを光学
的に一致させることが難しく、一般に熟練労働者に頼ら
なければ一致させられなかった。従って、リフロー炉な
どで自動的にハンダ付けできる電気部品と比較して、光
部品を光・電気配線基板に実装することは、非常に高価
なものになるという欠点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は係る従来技術
の欠点に鑑みてなされたもので、高密度実装又は小型化
が可能で、しかも光部品の実装が電気部品の実装と同じ
方法で行える光・電気配線基板を提供することを課題と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明において上記の課
題を達成するために、まず請求項１の発明では、電気配
線を有する基板の上に、光配線として光信号を伝搬させ
る光ファイバを有する光配線層を備えた光・電気配線基
板であって、該光ファイバが樹脂層に埋設された光配線
層と、該光ファイバの一部に設けられたミラーと、光配
線層を貫通し、一方の端面が該電気配線を有する基板に
設置された、光ファイバを固定するための導電性突起部
と、光配線層を貫通し、一方の端面が該電気配線と接続
し、他方の端面が光部品と電気接続を取るための導電性
突起部と、を具備することを特徴とする光・電気配線基
板としたものである。

【０００７】また請求項２の発明では、請求項１記載の
発明を前提とし、光配線層を貫通し、一方の端面が該電
気配線と接続し、他方の端面が電気部品と電気接続を取
るための導電性突起部と、を具備することを特徴とする
光・電気配線基板としたものである。

【０００８】また請求項３の発明では、請求項１、２記
載の発明を前提とし、光配線層上に設けられた電気配線
と、を具備することを特徴とする光・電気配線基板とし
たものである。

【０００９】また請求項４の発明では、光配線層を構成
する該樹脂の屈折率が該光ファイバのクラッド層の屈折
率と等しいことを特徴とする光・電気配線基板としたも
のである。

【００１０】また請求項５の発明では、電気配線を有す
る基板の上に、光配線として光信号を伝搬させる光ファ
イバを有する光配線層を備えた光・電気配線基板の製造
方法であって、電気配線を有する基板の所定の電気配線
上に導電性突起部を形成する工程と、光ファイバ固定用
導電性突起部に光ファイバを固定する工程と、樹脂層を
形成して該光ファイバを埋設させる工程と、該導電性突
起部の上面を露出させる工程と、該光配線層上に電気配
線を形成する工程と、該光配線層の所定の位置に、穿孔
によるミラーを形成する工程と、を具備する光・電気配
線基板の製造方法としたものである。

【００１１】また請求項６の発明では、請求項１〜３の
何れか１項記載の光・電気配線基板に光部品又は／及び
電気部品を実装したことを特徴とする実装基板としたも
のである。

【００１２】

【発明の実施の形態】１．光・電気配線基板 本発明の光・電気配線基板において、光部品を実装する
部分の平面図を図１に、光配線である光ファイバ１に沿
って切断する断面図を図２に示す。

【００１３】本発明の光・電気配線板は電気配線１０、
１１、１２、１３を備えた基板８上に、光配線層９が積
層されている構造をとる。この基板８は単層の絶縁基板
でも、電気配線と絶縁層が交互に積層された多層配線基
板でも良い。また、構成材料として、ガラス布に樹脂を
含浸させた絶縁基板でも、ポリイミドフィルムでも、セ
ラミック基板でも良い。

【００１４】光配線層９には、光信号を伝搬させる光配
線として光ファイバ１が、樹脂層３に埋設されている。
光ファイバ１は光信号が伝搬するコア層１ｂと光信号を
コア層に閉じこめるクラッド層１ａからなる。この光フ
ァイバ１は導電性突起部２間によって固定される。本導
電性突起部２はフォトリソグラフィ技術とめっき技術に
て形成されるため、光ファイバのコア層の位置は基板８
上に形成したアライメントマーク（図示せず）によって
決めることができる。

【００１５】また、本導電性突起部２はあらかじめ基板
８に形成された導体層１４、１５上に設置される。この
導体層は基板８上の電気配線と独立しているほうが好ま
しい。

【００１６】樹脂層３を形成する樹脂の特性としては、
ガラス転移温度Ｔｇが高く、絶縁抵抗が高く、熱膨張率
の小さいものが良く、加えて、光ファイバのクラッド層
の屈折率と等しいものが必要である。その成膜方法とし
ては、熱硬化、光硬化等があげられる。たとえば、ポリ
イミド系樹脂やエポキシ系樹脂などがあげられる。

【００１７】光ファイバには光信号であるレーザ光を反
射させ９０°に伝搬方向を変えるミラー１６が形成され
る。このミラーは、本発明の光・電気配線板上に搭載し
たレーザ発光素子から基板に向かって垂直方向に発した
光信号を、基板面と並行に配置した光ファイバへ挿入し
たり、逆に、光ファイバを伝搬してきた光信号を、本発
明の光・電気配線基板上に設置した受光素子へ向かっ
て、垂直に光信号の伝搬方向を変える役割を果たし、光
ファイバのコア層に、基板に対し４５°をなす面を形成
する。このミラーは光配線層上にフォトリソグラフィ技
術により形成したメタルマスクをもとにエッチング法を
用いた穿孔による加工、またはレーザによる穿孔による
加工により形成できるので、その位置は基板８上に形成
したアライメントマーク（図示せず）によって決めるこ
とができる。

【００１８】ミラー１６の周辺部には、レーザ発光素子
や受光素子などの光部品と電気接続を取るための導電性
突起部４、５、６、７が光配線層に埋設されており、基
板９に形成された電気配線１０、１１、１２、１３と接
続している。また、その上面部４ａ、５ａ、６ａ、７ａ
に直に光部品がハンダ付けされる。必要に応じて上面部
４ａ、５ａ、６ａ、７ａ表面にＮｉ／Ａｕめっき等の表
面処理を施しても良い。一方、ＩＣ等の電気部品も同様
に基板８上の電気配線と導電性突起部と介して電気接続
される。本導電性突起部もフォトリソグラフィ技術とめ
っき技術にて形成されるため、その位置は基板８上に形
成したアライメントマーク（図示せず）によって決める
ことができ、先に述べた光ファイバ固定用導電性突起部
と同時形成が可能である。

【００１９】図３は、導電性突起部上面部４ａ、５ａ、
６ａ、７ａの上に、半導体レーザなどのレーザ発光素子
２２のリード２４をハンダ付けしたときの断面図であ
る。レーザ発光素子２２のレーザ発光面２３から放出さ
れたレーザ光２１は、ミラー１６で反射され、光ファイ
バ１を伝搬する。

【００２０】図４は、導電性突起部上面部４ａ、５ａ、
６ａ、７ａ上に、フォトダイオードなどの受光素子３２
のリード３４を、ハンダ付けしたときの断面図である。
光ファイバ１を伝搬するレーザ光３１は、ミラー１６で
反射され、受光素子３２の受光面３３に入射する。

【００２１】すでに述べたように、光ファイバ１におけ
るコア層１ｂと、光部品を搭載するための導電性突起部
上面部４ａ、５ａ、６ａ、７ａと、さらにミラー１６と
の間の相互の位置関係は、意図されたものに極めて高精
度で一致するので、光部品のリードを導電性突起部上面
部４ａ、５ａ、６ａ、７ａに置くと、光ファイバ１にお
けるコア層１ｂの光軸とが光学的に一致するようにな
る。それゆえ、光部品をリフロー炉などで自動的にハン
ダ付けすることができる。

【００２２】光・電気配線基板の光配線層の上に、電気
部品をハンダ付けするための導電性突起部を設けても良
いし、また、電気配線を設けても良い。電気部品用の導
電性突起部は、光部品用の導電性突起部と同様に、基板
上の配線と電気接続される。

【００２３】また、必要に応じて光配線層上の導電性突
起部上面部間に電気配線を形成して電気接続を取ること
もできる。

【００２４】２．光・電気配線基板の製造方法 本発明の光・電気配線基板の製造方法は、基本的には次
の通りである。まず、電気配線を有する基板上にフォト
リソグラフィ技術とめっき技術にて導電性突起部を形成
する。光ファイバ固定用の導電性突起部に光ファイバを
固定する。その上から樹脂３を塗布し、光配線層を形成
する。その後、導電性突起部上面部上にある樹脂層３を
除去し、光配線層表面から露出させる。さらに、フォト
リソグラフィ技術とめっき、エッチング技術にて電気配
線とミラー加工のための金属マスク開口部を形成し、ド
ライエッチングによりミラーを形成する。

【００２５】以下、一つの実施の形態を、基板上の電気
配線と電気接続する光部品搭載用の導電性突起部に焦点
を当てて、図５の（ａ）〜（ｌ）の流れに従って説明す
る。

【００２６】図５の（ａ）のように、銅電気配線層４
２、光ファイバ固定用導電性突起部と接続する導体層４
３を有する銅ポリイミド多層基板４１上にスパッタによ
りＣｒおよび銅からなる金属薄膜４４を形成する。

【００２７】図５の（ｂ）のように、フォトレジスト４
５としてＰＭＥＲ（東京応化（株）製）をロールコート
により１００μｍ形成する。露光、現像処理を行い、１
００μｍ径の光部品接続用導電性突起部のための開口部
４６ならびに３００μm 角の光ファイバ固定用導電性突
起部のための開口部４７を形成する。

【００２８】金属薄膜層４４を陰極にして、硫酸銅浴
中、常温にてフォトレジストの膜厚程度まで銅めっきを
行い、さらに、無電解めっきにてＮｉ２μｍ、Ａｕ０．
０５μｍ形成し、図５の（ｃ）のように、導電性突起部
４８および４９を作製する。

【００２９】図５の（ｄ）のように、フォトレジスト４
５を専用の剥離液にて除去する。

【００３０】図５の（ｅ）のように、金属薄膜４４をエ
ッチング液にて除去する。

【００３１】図５の（ｆ）のように、１００μm 径の光
ファイバ５０を所定位置に設置する。

【００３２】図５の（ｇ）のように、光ファイバのクラ
ッド層の屈折率に調整したフッ素化エポキシ樹脂をその
上から塗布し、１８０℃、２時間、加熱して硬化させ、
樹脂層５１を形成する。

【００３３】図５の（ｈ）のように、本基板最表面を一
様にドライエッチングし、導電性突起部上面部４８、４
９を露出させる。

【００３４】図５の（ｉ）のように、ドライエッチング
した最表面にスパッタにてＣｒおよび、銅の金属薄膜５
２を形成する。

【００３５】図５の（ｊ）のように、フォトレジスト５
３をスピンコートにて２μｍ塗布し、下地の金属薄膜５
２にエッチング加工を施すための開口部５４を形成す
る。

【００３６】図５の（ｋ）のように、エッチング液にて
金属薄膜のミラー形成のための開口部５５を形成し、専
用の剥離液にてフォトレジストを除去する。その後、基
板を４５°に傾斜させ、酸素ガスならびにフッ化ケイ素
系ガスを用いて反応性イオンエッチングにて穿孔加工を
行い、ミラー５６を形成する。

【００３７】図５の（ｌ）のように、金属薄膜５２をエ
ッチング除去して、本発明の光・電気配線基板が得られ
る。

【００３８】３．実装基板の製造方法 光・電気配線基板に、光部品（レーザ、フォトダイオー
ド）及び電気部品（ＣＰＵ、メモリ）をハンダを用い、
実装を行った。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、次のような効果がある。第１
に、電気配線を有する基板の上に光配線層を設けるの
で、高密度実装又は小型化が可能であるという効果があ
る。

【００４０】第２に、光ファイバのコア層と光部品搭載
用の導電性突起部上面部とミラーの間の相互の位置関係
が意図されたものに極めて高精度で一致するので、光部
品の光軸と光配線の光軸とを光学的に一致させることが
容易であり、それゆえ光部品と電気部品とを同時に自動
的実装できるという効果がある。

【００４１】第３に、光部品、あるいは、電気部品をハ
ンダ付けする際、めっきで形成された導電性突起部に直
に接続するため、ハンダ溶融熱の影響を受けず、接続の
信頼性が向上する。同時に、基板上の電気配線との接続
の信頼性も向上するという効果がある。

【００４２】第４に、光配線層の上にも電気配線を設け
られるので、電気配線間の干渉が抑えられるという効果
がある。

【００４３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光・電気配線基板における光部品を実
装する部分の平面図。

【図２】本発明の光・電気配線基板における光部品を実
装する部分において、光ファイバに沿って切断する断面
図。

【図３】本発明の光・電気配線基板にレーザ発光素子を
実装した場合のレーザ光の伝搬の説明図。

【図４】本発明の光・電気配線基板に受光素子を実装し
た場合のレーザ光の伝搬を説明図。

【図５】本発明の光・電気配線基板の製造方法の説明
図。

【符号の説明】

１ 光ファイバ １ａクラッド層 １ｂコア層 ２ 光ファイバ固定用導電性突起部 ３ 樹脂層 ４ 導電性突起部 ４ａ導電性突起部の上面部 ５ 導電性突起部 ５ａ導電性突起部の上面部 ６ 導電性突起部 ６ａ導電性突起部の上面部 ７ 導電性突起部 ７ａ導電性突起部の上面部 ８ 基板 ９ 光配線層 １０ 電気配線 １１ 電気配線 １２ 電気配線 １３ 電気配線 １４ 導体層 １５ 導体層 １６ ミラー ２１ レーザ光 ２２ レーザ発光素子 ２３ レーザ発光面 ２４ リード ２５ ハンダ ３１ レーザ光 ３２ 受光素子 ３３ 受光面 ３４ リード ３５ ハンダ ４１ 基板 ４２ 電気配線 ４３ 導体層 ４４ 金属薄膜 ４５ フォトレジスト ４６ 導電性突起部開口部 ４７ 光ファイバ固定用導電性突起部開口部 ４８ 導電性突起部 ４９ 光ファイバ固定用導電性突起部 ５０ 光ファイバ ５１ 樹脂層 ５２ 金属薄膜 ５３ フォトレジスト ５４ フォトレジスト開口部 ５５ 金属薄膜開口部 ５６ ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井ノ口 大輔 東京都台東区台東１丁目５番１号 凸版印 刷株式会社内 (72)発明者 四井 健太 東京都台東区台東１丁目５番１号 凸版印 刷株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA04 LA09 MA05 MA07 TA00 TA01 TA43 5E338 AA00 BB75 CC01 CC10 CD03 CD32 EE22

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気配線を有する基板の上に、光配線とし
   て光信号を伝搬させる光ファイバを有する光配線層を備
   えた光・電気配線基板であって、 該光ファイバが樹脂層に埋設された光配線層と、該光フ
   ァイバの一部に設けられたミラーと、 光配線層を貫通し、一方の端面が該電気配線を有する基
   板に設置された、光ファイバを固定するための導電性突
   起部と、 光配線層を貫通し、一方の端面が該電気配線と接続し、
   他方の端面が光部品と電気接続を取るための導電性突起
   部と、 を具備することを特徴とする光・電気配線基板。
2. 【請求項２】更に、光配線層を貫通し、一方の端面が該
   電気配線と接続し、他方の端面が電気部品と電気接続を
   取るための導電性突起部と、 を具備することを特徴とする請求項１記載の光・電気配
   線基板。
3. 【請求項３】更に、光配線層上に設けられた電気配線
   と、 を具備することを特徴とする請求項１から２に記載の光
   ・電気配線基板。
4. 【請求項４】光配線層を構成する該樹脂の屈折率が該光
   ファイバのクラッド層の屈折率と等しいことを特徴とす
   る請求項１から３に記載の光・電気配線基板。
5. 【請求項５】電気配線を有する基板の上に、光配線とし
   て光信号を伝搬させる光ファイバを有する光配線層を備
   えた光・電気配線基板の製造方法であって、 電気配線を有する基板の所定の電気配線上に導電性突起
   部を形成する工程と、 光ファイバ固定用導電性突起部に光ファイバを固定する
   工程と、樹脂層を形成して該光ファイバを埋設させる工
   程と、 該導電性突起部の上面を露出させる工程と、 該光配線層上に電気配線を形成する工程と、 該光配線層の所定の位置に、穿孔によるミラーを形成す
   る工程と、 を具備することを特徴とする光・電気配線基板の製造方
   法。
6. 【請求項６】請求項１〜４の何れか１項記載の光・電気
   配線基板に光部品又は／及び電気部品を実装したことを
   特徴とする実装基板。