JP2002538490A - 電気信号及び光信号のための印刷回路基板、並びにその製造方法 - Google Patents
電気信号及び光信号のための印刷回路基板、並びにその製造方法Info
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Abstract
Description
導レベル(elektrischen Leitungsebene;電気伝導層)と、光信号をリレーする
ための少なくとも一つの光伝導レベル(optischen Leitungsebene;光伝導層)
を有し、前記伝導層が印刷回路基板内のパイルアップ(Stapel)で、相互に接続
し、次々と重ねられて配置されているような回路基板に関する。
されている。
る信号伝送に対する需要は、銅線を利用することによっては、適切な品質を満た
すことができない。 光伝送経路(光ファイバ)の使用を通じて、背面取付装置(Montageruckwande
n)(「バックプレーン」)内で、及びシステム基板上でも、極めて高い伝送速
度で信号を伝達することは可能である。 電磁障害に対しての高い干渉排除性(Storsicherheit)は、非常に幸運な副作
用であり、電気バックプレーンでは特に重要である。 このようなバックプレーンは、例えば、マルチプロセッサを搭載した高性能コ
ンピュータの個々のプロセッサ・カード間のデータ交換には、信頼できる。
様な提案がなされてきた。 例えば、米国特許第5,230,030号Aは、マルチチップモジュールの形で電子回路
に連結するための光インターフェースを記載している。 個々の集積回路(IC)は、パイルアップの形での絶縁層と交互に配置される
電気を伝導する層からなる多層回路基板に装備される。 溝が、低屈折率を有する光学的に透明な材質からなる絶縁層に形成され、そし
て、より高い屈折率を有する別の透明なプラスチックを充填される。 次に充填物が、一端を集積回路に接続され、もう一端をパイルアップの端部に
導かれる光伝導体(optische Leiter)を形成し、そこで、それらは適切なプラ
グによって外部に接続され得る。 回路基板に光導電体を組み込む方法は、回路基板が連続して層を積み上げて構
造化され(strukturiert;構築され)なければならないため、複雑になるだけで
なく、溝に光学的に活性な材質を充填する際に、一様で均質な(gleichmassige
und homogene)導電体構造を得るのは非常に困難なので、このようにして製造さ
れた光伝導体の品質は、遺憾な点が多い。
層回路基板に中間層として全面光学層(ganzflachige optische Schicht)を組
み込む。 光学層は、光ファイバの一端での鈍い接続(stumpf aufgesetzte)によって、
外側に連結される。 回路基板の上側に置かれたチップは、チップの下で孔を経由して接続され、光
学層に伸びる。 その光学層は、一様の光データバスとして作用し、この層を通って、全てのチ
ップが互いにデータ交換するか、又は外界とデータ交換する。 その公開文献には、この光学層の厚さ或いは材質についての記述はない。 その公開文献の図1は、プリント回路基板の間に配置された、プリント回路基板
と同じ厚さの光学層を図示している。 従って、この種類の設計は、選択されたチップの間に多数の光学レベルと所定
の光接続とを有する回路基板には適さない。
れる設計、及び多層回路基板にとって知られている製造方法への簡単な組み込み
、により特徴づけられる電気信号及び光信号のための回路基板を作成することで
ある。
ベル(optische Leiterplatte)が少なくとも一層のガラス薄層からなることに
よって、前提部分において定義される種類の回路基板で達成される。 ガラス薄層は、薄い厚さ(約1mm以下の厚さ)を有するシート状ガラス層に関
連するものとして理解されるが、同時に、LCDディスプレイや太陽電池に使用
されるもののような、或いはCCD回路用カバーのような高光学品質(表面の平
坦さ)のシート状ガラス層を指するものとしても理解される。 この種のガラス薄層の使用により、高い伝送品質の一つ以上の省空間光伝導レ
ベルを備えることが可能となり、また、回路基板内に局所的な光接続を実装する
ように要求された通りに、容易に構造化され得る。
薄層に加えて、最少で一層のガラス薄層に表面上で接続される少なくとも一枚の
ッチを実際の回路基板の製作とは別に予め製作することが可能であり、回路の一
般的な要求に(例えば構造化により)融通よく適応することが可能である。 予め製作された光学サンドイッチは、プロセス管理においていかなる重大な変
更をも必要とせずに、多層回路基板の従来の製造工程に追加の伝導レベル又は層
として導入され得る。
る最少で一層のガラス薄層からなることもできる。 そしてガラス薄層は、更なる処理のために完全に保護される。 しかしながら、光学サンドイッチが、最少で一枚の搬送板に全面に亘って接続
される少なくとも二層のガラス薄層からなることも等しく可能であり、その二層
のガラス薄層は各々、一枚の搬送板の片面に配置され全面に亘って共に接合され
るか、又は最少で二層のガラス薄層が最少で一枚の搬送板の両面に配置される。 このようにして、別々に設計され得る2つの異なる光伝導レベルは、光学サン
ドイッチ毎に回路基板に組み込まれ得る。 製造をより複雑にするが、もちろん、光学サンドイッチ毎の搬送板及びガラス
薄層の数は、本発明の範囲内で増やすことができる。
基本物質として使用される電気絶縁材、好ましくはアラミド強化樹脂(aramidve
rstarkten Harz)でできていることを特徴とする。 これは、光学サンドイッチが特に十分に多層回路基板のための従来の製造工程
に導入され得ることを保証する。
ある。 例えば、LCD表示装置又は太陽電池用で、ドイツの企業デサゲ(DESAG
)から、AF45及びD263という商標名で得られ、30μm〜1.1mmの厚
さにおいて得られるこの種の薄いガラスは、特にその高い光学品質により光伝導
層として適切である。
で密着した(zusammenhangenden)連続的な光学層を形成する。 しかしながら、本発明における回路基板の別の実施例は、少なくとも個々のガ
ラス薄層が、層内に、隙間によって分離された個々の光伝導体を形成するように
構造化されることを特徴とする。 このようにして、様々な独立した光伝導体は、一つのレベルで製造され得、い
かなる相互妨害をも生じることのない異なる透過関数(Uebertragungsaufgaben
)を仮定することができる。
ことにより、又は光導電体間にある隙間を特にガラス薄層のガラスの屈折率より
も低い屈折率を有する充填物で充填することにより、最適化される。
又は下側に配置された光学的に活性な素子の光学的結合のために備えられるので
、光伝導レベル内に隠されたガラス薄層又は光導電体は外側からアクセス可能で
あることを特徴とする。
層のガラス薄層が光学サンドイッチを形成するために全面に亘って少なくとも一
枚の搬送板に接合し、第二の工程で、光学サンドイッチはパイルアップの配置に
おいて一つ以上の電気伝導レベルを有する光伝導レベルとして回路基板に接続し
、ガラス薄層及び搬送板が好ましくは共に圧着及び/又は接着剤により接合され
る。
。
するために、まず個々のいわゆる「光学サンドイッチ」が製造される。 光学サンドイッチは、例として図1A〜1Dに示されるいくつかの工程で製造
されるが、上側及び下側に平坦な面を有し、電気回路基板の製造に使用されるよ
うな電気絶縁材でできている電気搬送板10(図1)から始まる。 これは、完成した光学サンドイッチが、確実に、その材料特性の見地から既存
の回路基板工程に十分に組み込まれ得るようにする。 このために使用される材料は、好ましくはアラミド強化樹脂である。 例えば、この種の搬送板はドイツの企業イソラ(Isola)からDuram
id−P−Cu 115MLという商標名で得られる。 しかしながら、ガラスと同様の等方性及び膨張係数を有する他のいかなる絶縁
材が、利用されてもよい。 搬送板10の厚さは、搬送板10が光学サンドイッチに充分な機械的安定度を
与えつつ、他方で、次の回路基板への組み込みにおいて不必要な高さをとらない
ように選ばれる。
ス薄層11に接合される。 ガラス薄層11は、好ましくはホウケイ酸ガラスでできており、1.1mm以下
(30μm〜1.1mm)の厚さを有する。 この種類の薄いガラスは、例えばドイツの企業DESAGからAR45及びD
263という商標名で得られる。 薄いガラスAF45は、高い含有量のBaO及びAl2O3成分で修飾された
ホウケイ酸ガラスであって、低い熱膨張係数及び高い光透過値を特徴とする。 小さい許容誤差及び火炎による研摩面(feuerpolierten Oberflachen)により
、この種類のガラスは、LCDディスプレイやCCD素子(CCD Elementen)の
カバー、太陽電池等のような特に大きい面積の光学的応用に適している。 薄いガラスD263は、対応する光学特性を有するホウケイ酸ガラスである。 これらの薄いガラスは両方とも30μm〜1.1mmの範囲の厚さで利用できる
。
る場合、光学サンドイッチは図1Bに係る構造化されていないガラス薄層を有す
る回路基板に、直接組み込まれ得る(図7を参照)。 しかしながら、個々の光伝導接続が板の異なるポイント間で必要な場合、図1
Cによると、個々の光伝導体13間に隙間12を形成するために、特定の範囲の
ガラス薄層を完全に除去することにより光学サンドイッチを生成した後、そのガ
ラス薄層が構造化される。 個々の光伝導体13は、(図1Cに示すように)異なる断面積を有してもよい
。 それらはお互いに平行してもよく、同じ又は異なる長さを有してもよいが、曲
がっていたり、それらの光伝導体としての機能と整合するような形であってもよ
い。 隙間12は、様々な技術によって作成され得る。 研削するか又はフライス削りすることによる機械的な製造方法が考えられるが
、レーザーによる又は化学的方法による除去も考えられる。
を完成させるために充填物14を充填される(図1B及び図5)。 この充填作業は、ガラス薄層11の上面に機械的に安定な平面が形成されると
いう利点を有する。 他方では、充填物14がガラス薄層11のガラスの屈折率より低い屈折率を有
する場合、この充填物は光伝導体13での全反射を確実にするので、良好な光伝
導特性を確実にする。 しかしながら、図6にて図示したように、構造化されたガラス薄層11又は光
伝導体13の自由面が、光学サンドイッチ15.4において蒸着によって、又は
ガルバニック析出(galvanische Abscheidung)若しくは化学析出によって、好
ましくは金属反射層29で被覆される場合でも、同じ良好な光伝導特性が得られ
る。 更にこの場合、残っている隙間は、その後、機械的な理由で充填物を充填され
てもよい。
つより多い層からなる光学サンドイッチが用いられてもよい。 図2の光学サンドイッチ15.1の場合、ガラス薄層11は、その両側で搬送
板10及び16に接合される。 これは、更にその機械的安定性を増加させる。 同時に、光学サンドイッチ15.1は、その上面及び下面に接続面として搬送
板10及び16の回路基板材料を有するので、特に回路基板製造工程に十分に組
み込まれ得る。
は、第一の構造化されたガラス薄層11の上に配置され、第二の光伝導レベルを
形成するので、広いスペースをとることのない回路基板の範囲内で更なる光接続
を提供する。 第二のガラス薄層17の場合も、好ましくは隙間が充填物18によって充填さ
れる。
1,17は、搬送板10の両側に充填物14,18で充填された隙間を備えられ
るので、ガラス薄層11と17との間には明確な分離が与えられる。 ガラス薄層及び搬送板の他の組み合わせも、本発明の範囲内で考えられること
は自明である。
いて、両側を金属化され、光信号及び電気信号に対して完成した回路基板を形成
するために接続される従来の電気回路基板に結合される。 これらのサンドイッチの機械的安定性は、製造工程への問題のない組み込みを
可能にする。 図7の断面図にて図示されるように、一例として示されたそのような回路基板
30は、三つの光伝導レベルと二つの電気伝導レベルを有する。 回路基板30の(三つの)光伝導レベルOLは、図2に係る三つの光学サンド
イッチ15.1によって形成される。 夫々従来の誘電層19,20からなり両側を金属層21,22及び23,24
(例えば銅ラミネーション)で被覆された二つの電気伝導レベルELが、光伝導
レベルOLの間に交互に配置される。 全ての層は、共に圧着されるか又は接着剤で接着される。 光伝導レベルOLのガラス薄層及び電気伝導レベルELの金属層の両方が回路
基板30の必要性に従って構造化され、そこで電気伝導レベルELの形成は周知
の方法で(例えば、金属層21〜24をエッチングすることによって)成し遂げ
られるが、金属層21〜24の構造化は、簡略のために図7において図示されて
いない。 もちろん、多層回路基板の技術分野において公知であり、従来から利用されて
いるような通し接点(Durchkontaktierungen)も、導電レベルELの間に備えら
れてもよい。
に又は光入力或いは出力、プラグ接続等に接続されることになっている場合、連
結開口部26,28が回路基板30の上側及び/又は下側に配置される構成素子
25,27の光接続のために回路基板30内に導入され、これらの連結開口部は
、外側から光伝導レベルOLに隠されて置かれているガラス薄層11及び光接続
13への経路を備える。 従って、回路基板に配置される単に電子的なチップは、通し接点によって、電
気伝導レベルELに接続され得る(図7には図示せず。)。
光学サンドイッチ」の多様な製造段階を示す部分断面斜視図である。
である。
を有する別の実施例を示す図である。
図である。
に係る光学サンドイッチの拡大断面図である。
有する別の実施例を示す図である。
つの光伝導レベルを有する本発明に係る回路基板(サンドイッチ)の実施例を示
す図である。
Claims (21)
- 【請求項1】 光信号をリレーするための少なくとも一つの光伝導レベル(
OL)とともに電気信号及び/又は電流をリレーするための少なくとも一つの電
気伝導レベル(EL)を有する回路基板であって、 前記伝導レベル(EL,OL)が回路基板内のパイルアップで、相互に接続し
、次々と重ねられて配置されており、伝導素子としての光伝導レベル(OL)が
少なくとも一層のガラス薄層(11,17)からなることを特徴とする回路基板
(30)。 - 【請求項2】 前記光伝導レベル(OL)が、前記最少で一層のガラス薄層
(11,17)に加えて、前記最少で一層のガラス薄層(11,17)に全面に
亘って接合される少なくとも一枚の搬送板(10,16)からなる光学サンドイ
ッチ(15,15.1〜15.3)により形成されることを特徴とする請求項1
記載の回路基板。 - 【請求項3】 前記光学サンドイッチ(15.1)が、間に配置される最少
で一層のガラス薄層(11)を有する少なくとも二枚の搬送板(10,16)か
らなることを特徴とする請求項2記載の回路基板。 - 【請求項4】 前記光学サンドイッチ(15.2,15.3)が、前記最少
で一枚の搬送板(10)に全面に亘って接合される少なくとも二層のガラス薄層
(11,17)からなることを特徴とする請求項2記載の回路基板。 - 【請求項5】 前記最少で二層のガラス薄層(11,17)が、前記全面に
亘って共に接合し、且つ前記最少で一枚の搬送板(10)の片側に配置されるこ
とを特徴とする請求項4記載の回路基板。 - 【請求項6】 前記最少で二層のガラス薄層(11,17)が、前記最少で
一枚の搬送板(10)の両側に配置されることを特徴とする請求項4記載の回路
基板。 - 【請求項7】 前記搬送板(10,16)が各々、電気回路基板の製造のた
めの基本物質として使用される電気絶縁材、好ましくはアラミド強化樹脂ででき
ていることを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の回路基板。 - 【請求項8】 前記ガラス薄層(11,17)が、1.1mm以下の厚さを有
し、且つホウケイ酸ガラスでできていることを特徴とする請求項1〜7のいずれ
かに記載の回路基板。 - 【請求項9】 前記ガラス薄層(11,17)及び前記搬送板(10,16
)が、共に圧着されるか或いは接着剤で接着されることを特徴とする請求項1〜
8のいずれかに記載の回路基板。 - 【請求項10】 少なくとも個々の前記ガラス薄層(11,17)が、連続
的な層として設計されることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の回路
基板。 - 【請求項11】 少なくとも個々の前記ガラス薄層(11,17)が、前記
層内に、隙間(12)によって分離された個々の光伝導体(13)を形成するよ
うに構造化されることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の回路基板。 - 【請求項12】 前記個々の光伝導体(13)の曝された表面が、反射層(
29)で被覆されることを特徴とする請求項11記載の回路基板。 - 【請求項13】 前記光伝導体(13)の間の前記隙間(12)が、充填物
(14,18)を充填されることを特徴とする請求項11或いは12記載の回路
基板。 - 【請求項14】 連結開口部(26,28)が、前記回路基板(30)の上
側及び/又は下側に配置された光学的に活性な素子(25,27)の光学的結合
のために備えられるので、光伝導レベル(OL)内に位置する隠された前記ガラ
ス薄層(11,17)又は前記光導電体(13)がこれらの連結開口部を経由し
て外側からアクセス可能であることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記
載の回路基板。 - 【請求項15】 第一工程で、少なくとも一層のガラス薄層(11,17)
が光学サンドイッチ(15,15.1〜15.3)を形成するために全面に亘っ
て少なくとも一枚の搬送板(10,16)に接合し、第二工程で、前記光学サン
ドイッチ(15,15.1〜15.3)がパイルアップの配置において一つ以上
の電気伝導レベル(EL)を有する光伝導レベル(OL)として回路基板(30
)に接続されることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の回路基板の
製造方法。 - 【請求項16】 前記ガラス薄層(11,17)及び前記搬送板(10,1
6)が好ましくは共に圧着及び/又は接着剤により接合されることを特徴とする
請求項15記載の方法。 - 【請求項17】 前記搬送板(10,16)に接合される前記ガラス薄層(
11,17)が、第一工程と第二工程との間で構造化されることを特徴とする請
求項15或いは16記載の方法。 - 【請求項18】 前記ガラス薄層が、隙間(12)によって互いに分離され
た個々の光伝導体(13)を形成する前記ガラス薄層(11,17)を構造化す
るために、ある所定の範囲を除去されることを特徴とする請求項17記載の方法
。 - 【請求項19】 前記ガラス薄層(11,17)の前記除去が、レーザー又
は機械的若しくは化学的方法によって成し遂げられることを特徴とする請求項1
8記載の方法。 - 【請求項20】 前記ガラス薄層(11)の自由表面範囲が、蒸着、ガルバ
ニック析出又は化学析出によって好ましくは金属でできている反射層(29)で
被覆されることを特徴とする請求項17〜19のいずれかに記載の方法。 - 【請求項21】 構造化された前記ガラス薄層(11,17)の前記隙間(
12)が、前記ガラス薄層(11,17)のガラスの屈折率よりも低い屈折率を
有する充填物(14,18)で充填されることを特徴とする請求項17〜20の
いずれかに記載の方法。
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