JP2004146621A

JP2004146621A - 光電気プリント配線板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004146621A
Application number: JP2002310489A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Higashiura; 東浦　健一; Makoto Kato; 加藤　誠; Akihiro Tanaka; 田中　顕裕; Yuzo Ishii; 石井　雄三; Hideyuki Takahara; 高原　秀行; Takeshi Hayashi; 林　剛
Original assignee: Aica Kogyo Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Aica Kogyo Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】光配線及び電気配線をコンパクトに容易に行えると共に、光Ｉ／Ｏ部品のセルフアライメント効果を用いた実装に対応した光電気プリント基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】光ファイバ及び４５度ミラーを備えた光配線基板と、光配線基板の上に当接された電気配線基板と、を有する光電気プリント配線板であって、光配線基板にアライメントマークが設けられるとともに、電気配線基板には電極パッド２２が設けられ、アライメントマークを基準として、樹脂２３が電極パッド２２の周縁上部２４に被覆されていることを特徴とする。
【選択図】　図３

Description

【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した光電気プリント配線板及びその製造法に関する。詳しくは、従来のプリント基板の製造工程を大幅に変更することなく、容易に製作することが可能な光電気プリント基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報処理装置の高速化に伴い、高速ＬＳＩチップの開発が進められている。この高速ＬＳＩチップの回路機能が高速になるに伴い、このチップを搭載したプリント配線板においては、電気配線による信号遅延、クロストーク、ＥＭＩ（電磁放射ノイズ）などがシステムの性能向上の障害となるという問題が発生している。
【０００３】
そこで、この問題を解決するために、高速ＬＳＩチップ間の光インターコネクション技術の開発が進められている。この光インターコネクション技術は、ＬＳＩチップからの電気信号を光信号に変換し、変換された光信号をボード内に形成された光配線を通じて他のＬＳＩチップ、あるいは、受光器に伝送し、伝送された光信号は、電気信号に変換される、というものである。この方式は、信号遅延、配線から放射されるＥＭＩ、及び、クロストークによる影響が無いため、超高速通信を実現するための次世代配線技術として注目されている。
【０００４】
従来、この光インターコネクションは、主に長距離伝送用に光モジュールとして用いられてきた。この光モジュールは、光素子と光ファイバをパッケージ内で高精度に接合したピッグテール型が主流であった。現在は、ピッグテール型からコネクタ型へ移行しつつあるが、モジュール化する傾向は依然として変わりはない。そのため、プリント基板上における光ファイバ余長処理やコネクタ接続作業は必要不可欠であり、これらを必要としないプリント基板ベースの電気実装と比較してコストが高いという問題があった。
【０００５】
この問題を解決する技術として、光入出力インタフェースを備え、プリント基板に表面実装が可能な光Ｉ／Ｏ部品が提供されている。この光Ｉ／Ｏ部品の特徴は、既存の自動部品実装機と、半田リフロー工程と、をそのまま用いて、プリント基板の電極パッド上に実装できるものである。その際、この光Ｉ／Ｏ部品は、半田の表面張力を利用したセルフアライメント効果により、電極パッド上に高精度、かつ、低コストで位置決めすることができる。ゆえに、この方式は、既存のフリップチップ実装を使える上、実装誤差の許容度を高くすることができるので、実装コストの低減化が可能である。
【０００６】
一方、これまでの光配線としては、１）ポリイミドフィルムでラミネートした光ファイバを用いたもの（例えば、Ｎ．Ｎｉｂｕｒｇ　ｅｔ　ａｌ．　、ＩＥＥＥＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｐｏｎｅｎｔｓ　ａｎｄ　ＴｅｃｎｏｌｏｇｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．　２５９（１９９６））、２）プリント配線板の表面に光ファイバを接着したもの（例えば、特開平１０−２２７９４９号「電気・光混載基板の光結合構造」）が提案されている。
【０００７】
しかし、これらに開示されている技術においては、光配線がプリント配線板の表面に露出していることから、この光配線を、電気部品、光部品、及び、電気配線と混載させる際の設計の自由度が低いという問題があった。
【０００８】
また、３）フレキシブル光導波路を用いたもの（例えば、電気通信学会論文誌Ｃ　Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｃ　Ｎｏ．９　８００（２００１））、４）フッ素化ポリイミドの光配線フィルムをプリント基板に貼り合わせたものが提案されている。これらにおいては、セルフアライメント実装に対応できる技術の開示はなされていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の課題に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、光配線及び電気配線をコンパクトに容易に行えると共に、光Ｉ／Ｏ部品のセルフアライメント効果を用いた実装に対応した光電気プリント基板を提供することである。
【００１０】
さらに、従来のプリント基板を製造する工程を大幅に変更することなく、この光電気プリント配線板を製造する方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、光ファイバ及び４５度ミラーを備えた光配線基板と、前記光配線基板の上に当接された電気配線基板と、を有する光電気プリント配線板であって、前記電気配線基板には電極パッドが設けられ、上記電極パッドの周縁上部に樹脂が被覆されていることを特徴とする光電気プリント配線板である。ここで、４５度ミラーとは、板面に対し４５度傾斜した反射面を備えた反射ミラーをいう。
【００１２】
請求項２記載の発明は、前記電気配線基板の上にレンズ基板が載置されていることを特徴とする請求項１記載の光電気プリント配線板である。
【００１３】
請求項３記載の発明は、前記レンズ基板は、支持板と、上記支持板に設けられたマイクロレンズ及び固定凸部と、を有することを特徴とする請求項２に記載の光電気プリント配線板である。
【００１４】
請求項４記載の発明は、光配線基板に光ファイバ及び４５度ミラーを備える工程と、上記光配線基板の上に電極パッドが設けられた電気配線基板を当接する工程と、上記電極パッドの周縁上部に樹脂を被覆する工程と、を有することを特徴とする光電気プリント配線板の製造方法である。
【００１５】
請求項５記載の発明は、前記光電気プリント配線板の上に請求項３に記載の前記レンズ基板を載置する工程を含むことを特徴とする請求項４記載の光電気プリント配線板の製造方法である。
【００１６】
請求項６記載の発明は、前記光配線基板に光ファイバ及び４５度ミラーを備える工程は、前記光配線基板に凹溝を設け、上記凹溝に前記光ファイバ及び前記４５度ミラーを挿入する工程であることを特徴とする請求項４または５に記載の光電気プリント配線板の製造方法である。
【００１７】
請求項７記載の発明は、前記光配線基板の上に電極パッドが設けられた電気配線基板を当接する工程は、前記光配線基板の上に、熱硬化性樹脂含浸シートを介し、前記電気配線基板を積層する工程であることを特徴とする請求項４から６いずれかに記載の光電気プリント配線板の製造方法である。
【００１８】
請求項８記載の発明は、前記電極パッドの周縁上部に樹脂を被覆する工程は、前記光配線基板にアライメントマークを設け、上記アライメントマークを基準として前記樹脂を塗布する工程であることを特徴とする請求項４から７いずれかに記載の光電気プリント配線板の製造方法である。
【００１９】
請求項９記載の発明は、前記光配線基板にアライメントマークを形成する工程は、前記光ファイバ及び前記４５度ミラー並びに上記アライメントマークに対応した単一のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法により前記光配線基板に凹溝を形成する工程であることを特徴とする請求項８記載の光電気プリント配線板の製造方法である。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、前記光電気プリント配線板の上に、前記レンズ基板の固定凸部を挿入する挿入部を前記樹脂により同時に形成し、上記挿入部に前記固定凸部を挿入して前記レンズ基板を固定する工程を含む請求項８または９に記載の光電気プリント配線板の製造方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、光電気プリント配線板１０の構成を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。
【００２２】
この光電気プリント配線板１０は、光ファイバ１８及び４５度ミラー１９（図示せず）を備えた光配線基板２０と、光配線基板２０の上に熱硬化性樹脂含浸シート１６を介して当接され、電極パッド２２を備えた電気配線基板１４と、電気配線基板１４の上に載置されたレンズ基板１２と、から構成されている。
【００２３】
光配線基板２０にはアライメントマーク５４が設けられている。このアライメントマーク５４は、電気配線基板１４に設けられた貫通孔５８により、上面に表出しており、上から見ることができるようになっている。また、このアライメントマーク５４は、光ファイバ１８及び４５度ミラー１９の配置位置に対して位置決めされて設けられている。
【００２４】
図２は、光電気プリント配線板１０レンズ基板１２の箇所を、光ファイバ１８に沿って切断した断面拡大図である。
【００２５】
４５度ミラー１９は、反射面が光ファイバ１８の端部に相対するように配置されている。このように配置することにより、光ファイバ１８から４５度ミラー１９に向けて出射された光信号は、４５度ミラー１９の反射面で反射され、伝搬方向が９０度変換される。すなわち、この光電気プリント配線板１０においては、光ファイバ１８を介し、板面に沿って進行する光信号が４５度ミラー１９により反射されて、板面に対し垂直方向に進行する。
【００２６】
一方、電気配線基板１４においては、前述の４５度ミラー１９の反射面に該当する箇所にくり抜き２１が設けてあり、さらに、このくり抜き２１の上部にレンズ基板１２が載置されている。このレンズ基板１２には、凸形状のマイクロレンズ２８（詳細は、図４及び図５に記載）が設けられている。
【００２７】
よって、垂直方向に進行する光信号は、電気配線基板１４のくり抜き２１を通過し、レンズ基板１２のマイクロレンズ２８を透過し、上方に向けて出射されることとなる。
【００２８】
図３は、電気配線基板１４に設けられた電極パッド２２の拡大図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線で切断した断面図である。この電極パッド２２の周縁上部２４は、熱硬化性樹脂２３により被覆されている。また、この熱硬化性樹脂２３は、アライメントマーク５４を基準として、塗布されている。
【００２９】
図２（ａ）において、Ｔ点は電極パッド２２の熱硬化性樹脂２３で被覆されていない部分の中心位置を示す。以下、電極パッド２２の熱硬化性樹脂２３で被覆されていない箇所を開口部と記す。
【００３０】
電極パッド２２の開口部には、光信号を送受信可能な光Ｉ／Ｏ部品（図示せず）が、半田ボールを介して実装される。すると、光Ｉ／Ｏ部品は、半田ボールの表面張力を用いたセルフアライメント効果により、開口部の中心（Ｔ点）に位置決めされて実装されることとなる。
【００３１】
一方、電極パッド２２の開口部は光配線基板２０に設けられたアライメントマーク５４を基準として形成されているため、開口部の中心（Ｔ点）は、光配線基板２０光ファイバ１８及び４５度ミラー１９と位置合わせされることとなる。
【００３２】
よって、このような構成をとることにより、光Ｉ／Ｏ部品の光軸と、光ファイバ１８及び４５度ミラー１９により構成される光信号の伝搬路の光軸とを、高い精度で合致させることができる。
【００３３】
図４は、レンズ基板１２の上面図、図５は、側面図である。このレンズ基板１２は、支持板２７と、支持板２７に設けられたマイクロレンズ２８及び固定凸部３０と、から構成されている。
【００３４】
光電気プリント配線板１０の上面に、レンズ基板１２の固定凸部３０を挿入する挿入部（図示せず）を形成し、この挿入部に固定凸部３０を挿入することで、レンズ基板１２は固定される。すなわち、レンズ基板１２を載置することで、４５度ミラー１９と光Ｉ／Ｏ部品との間にマイクロレンズ２８を介在させることとなる。
【００３５】
このような構成をとることにより、マイクロレンズ２８の集光作用により、光Ｉ／Ｏ部品の実装精度を大きくとることができ、もって光Ｉ／Ｏ部品の低コストの実装作業が可能となる。
【００３６】
この挿入部は、前述の熱硬化性樹脂２３を用い、所望の形状に形成することも可能である。電極パッド２２の周縁上部２４を熱硬化性樹脂２３で被覆する際、同時に挿入部を形成するとよい。
【００３７】
次に、光電気プリント配線板１０の製造方法について説明する。なお、以下の説明において、上記と共通する構成要素については、同じ符号を記している。
【００３８】
この光電気プリント配線板１０の製造方法は、概略以下の工程により構成されている。
（ａ）光配線基板２０に光ファイバ１８及び４５度ミラー１９を備えるとともに、アライメントマーク５４を形成する工程。
（ｂ）光配線基板２０の上に電極パッド２２が設けられた電気配線基板１４を当接する工程。
（ｃ）電極パッド２２の周縁上部２４に熱硬化性樹脂２３を被覆する工程。
（ｄ）光電気プリント配線板１０の上にレンズ基板１２を載置する工程。
【００３９】
図６は、上記（ａ）の工程の詳細を示す断面図である。以下に詳細を説明する。
【００４０】
（Ａ）単層もしくは多層のガラスエポキシ樹脂基板４２の上にラミネート法、メッキ法、スパッタ法あるいは蒸着法等により３５μｍ程度の薄膜銅４０を形成する。
【００４１】
（Ｂ）薄膜銅４０の上に感光性樹脂層４４を厚み３０〜４０μｍ程度塗布する。
【００４２】
（Ｃ）光ファイバ１８及び４５度ミラー１９並びにアライメントマーク５４に対応したフォトマスク４６を感光性樹脂層４４にあてがい、上部より紫外線を放射する。
【００４３】
（Ｄ）フォトマスク４６により紫外線が放射しなかった箇所をアルカリ性現像液により除去して、溝部４８を形成する。
【００４４】
（Ｅ）溝部４８が形成された感光性樹脂層４４をエッチングレジストとして、薄膜銅４０が露出している箇所をエッチングし、除去して、凹溝５２及びアライメントマーク５４を形成する。
【００４５】
（Ｆ）形成した凹溝５２に光ファイバ１８及び４５度ミラー１９を挿入し、ＵＶ硬化等の接着剤を用いて固定する。
【００４６】
ここで、４５度ミラー１９の光配線基板２０に対する位置関係と光ファイバ１８との距離が重要であるため、光ファイバ１８を実際に必要な長さ以上（例えば１００ｍｍに対し１００．２ｍｍ程度）にしておく。
【００４７】
この光ファイバ１８は、固定しておいた４５度ミラー１９の反射面先端に突き当て、余長分は形成した凹溝５２に沿って数カ所、収納できるスペースを凹溝５２を形成する際に同時に形成しておき、このスペースで光ファイバ１８の余長分を吸収するのが望ましい。
【００４８】
次いで、電気配線基板１４の製造方法について述べる。
単層もしくは多層のガラスエポキシ基板等、適切な絶縁基板上にラミネート法、メッキ法、スパッタ法あるいは蒸着法等により銅薄膜を形成する。
【００４９】
定法のフォトリソ法により、電極パッド２２を含む所望の金属配線パターンを形成する。この際、貼り合わせ後、裏面に光ファイバ１８と４５度ミラー１９が来る部位は干渉を防ぐため、金属配線パターンを設けないのが望ましい。
【００５０】
次いでソルダーレジストを塗布し現像する。この際も貼り合わせ後、裏面に光ファイバ１８と４５度ミラー１９が来る部位は干渉を防ぐため、レジストを設けないのが望ましい。
【００５１】
次いで、ドリル等を用いて４５度ミラー１９に該当する箇所にくり抜き２１を設けると共に、アライメントマーク５４に該当する箇所に貫通孔５８を設ける。
【００５２】
図７は、光配線基板２０と電気配線基板１４を積層する工程を示す側面図である。これは、接着シート、プリプレグ等の熱硬化性樹脂含浸シート１６を用いて、光配線基板２０及び電気配線基板１４を熱圧して積層するものである。
【００５３】
この際、光配線基板２０及び電気配線基板１４を、互いを貫くガイドピン（図示せず）を用いて位置合わせすることにより、１００〜１５０μｍ程度の合わせ精度で、積層することができる。
【００５４】
図８は、電気配線基板１４の上に形成された電極パッド２２の周縁上部２４に熱硬化性樹脂２３を塗布する工程を模式的に示した断面図である。より詳しくは、任意のアライメントマーク５４及び電極パッド２２を結ぶ線分で光電気プリント配線板１０を切断した断面を拡大した状態を示している。
【００５５】
この工程は、光電気プリント基板１０の上面に、スクリーン印刷版６０をあてがい、このスクリーン印刷版６０を介して、光電気プリント配線板１０（より詳しくは電気配線基板１４に設けられた電極パッド２２）の上に熱硬化性樹脂２３を塗布するものである。
【００５６】
スクリーン印刷版６０には、光電気プリント基板１０に設けられたアライメントマーク５４に位置合わせするための基準マーク（図示せず）と、電極パッド２２の開口部及びレンズ基板１２の挿入部の形状に対応し、この基準マークに対して位置決めされた印刷部（図示せず）と、が設けてある。
【００５７】
スクリーン印刷版６０を、基準マークとアライメントマーク５４とを合致させて、光電気プリント配線板１０の上にあてがい、熱硬化性樹脂２３を塗布する。すると、印刷部を介して、熱硬化性樹脂２３が電極パッド２２の周縁上部２４に被覆され、さらに、レンズ基板１２の固定凸部３０を挿入するための挿入部が形成される。
【００５８】
こうして、電極パッド２２を熱硬化性樹脂２３で被覆する際、同時にレンズ基板１２の固定凸部３０を挿入するための挿入部を形成することにより、電極パッド２２の開口部の中心（Ｔ点）とレンズ基板１２の実装位置と、を容易に合わせることができる。次いで、この挿入部にレンズ基板１２の固定凸部３０を挿入し、接着剤で固定する。
【００５９】
このようにして、電極パッド２２の開口部の中心（Ｔ点）と、レンズ基板２２のマイクロレンズ２８の光軸と、光ファイバ１８から出射（もしくは入射）された光信号の光軸との合致を、容易に行うことができるようになる。
【００６０】
このように、熱硬化性樹脂２３が被覆された電極パッド２２において、半田ボールを用いて、表面実装可能な光Ｉ／Ｏ部品を実装することにより、光Ｉ／Ｏ部品の光軸と、光電気プリント配線板１０における光信号の光軸を容易に一致させることができる。
【００６１】
【発明の効果】
この発明により、光配線及び電気配線をコンパクトに容易に行えると共に、光Ｉ／Ｏ部品のセルフアライメント効果を用いた実装に対応した光電気プリント基板が得られる。
【００６２】
さらに、従来のプリント基板を製造する工程を大幅に変更することなく、この光電気プリント配線板を製造する方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光電気プリント配線板の構成を示す図。
【図２】レンズ基板の箇所を、光ファイバ１８に沿って切断した断面拡大図。
【図３】電極パッドの拡大図。
【図４】レンズ基板の上面図。
【図５】レンズ基板の側面図。
【図６】光配線基板に光ファイバ及び４５度ミラー並びにアライメントマークを備える工程を示す断面図。
【図７】光配線基板と電気配線基板を積層する工程を示す側面図。
【図８】熱硬化性樹脂を塗布する工程を模式的に示した断面図。
【符号の説明】
１０　　　　光電気プリント配線板
１２　　　　レンズ基板
１４　　　　電気配線基板
１６　　　　熱硬化性樹脂含浸シート
１８　　　　光ファイバ
１９　　　　４５度ミラー
２０　　　　光配線基板
２２　　　　電極パッド
２３　　　　熱硬化性樹脂
２４　　　　周縁上部
２７　　　　支持板
２８　　　　マイクロレンズ
３０　　　　固定凸部
４０　　　　薄膜銅
４２　　　　ガラスエポキシ樹脂基板
４４　　　　感光性樹脂層
４６　　　　フォトマスク
４８　　　　溝部
５２　　　　凹溝
５４　　　　アライメントマーク
５８　　　　貫通孔
６０　　　　スクリーン印刷版

Claims

光ファイバ及び４５度ミラーを備えた光配線基板と、前記光配線基板の上に当接された電気配線基板と、を有する光電気プリント配線板であって、前記電気配線基板には電極パッドが設けられ、上記電極パッドの周縁上部に樹脂が被覆されていることを特徴とする光電気プリント配線板。
前記電気配線基板の上にレンズ基板が載置されていることを特徴とする請求項１記載の光電気プリント配線板。
前記レンズ基板は、支持板と、上記支持板に設けられたマイクロレンズ及び固定凸部と、を有することを特徴とする請求項２に記載の光電気プリント配線板。
光配線基板に光ファイバ及び４５度ミラーを備える工程と、上記光配線基板の上に電極パッドが設けられた電気配線基板を当接する工程と、上記電極パッドの周縁上部に樹脂を被覆する工程と、を有することを特徴とする光電気プリント配線板の製造方法。
前記光電気プリント配線板の上に請求項３に記載の前記レンズ基板を載置する工程を含むことを特徴とする請求項４記載の光電気プリント配線板の製造方法。
前記光配線基板に光ファイバ及び４５度ミラーを備える工程は、前記光配線基板に凹溝を設け、上記凹溝に前記光ファイバ及び前記４５度ミラーを挿入する工程であることを特徴とする請求項４または５に記載の光電気プリント配線板の製造方法。
前記光配線基板の上に電極パッドが設けられた電気配線基板を当接する工程は、前記光配線基板の上に、熱硬化性樹脂含浸シートを介し、前記電気配線基板を積層する工程であることを特徴とする請求項４から６いずれかに記載の光電気プリント配線板の製造方法。
前記電極パッドの周縁上部に樹脂を被覆する工程は、前記光配線基板にアライメントマークを設け、上記アライメントマークを基準として前記樹脂を塗布する工程であることを特徴とする請求項４から７いずれかに記載の光電気プリント配線板の製造方法。
前記光配線基板にアライメントマークを形成する工程は、前記光ファイバ及び前記４５度ミラー並びに上記アライメントマークに対応した単一のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法により前記光配線基板に凹溝を形成する工程であることを特徴とする請求項８記載の光電気プリント配線板の製造方法。
前記光電気プリント配線板の上に、前記レンズ基板の固定凸部を挿入する挿入部を前記樹脂により同時に形成し、上記挿入部に前記固定凸部を挿入して前記レンズ基板を固定する工程を含む請求項８または９に記載の光電気プリント配線板の製造方法。