JP2018159728A - 光電気配線基板、電子装置および光電気配線基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気的な接続信頼性および光伝送特性を高めることが可能な光電気配線基板および電子装置を提供する。【解決手段】光電気配線基板100は、基板1と、電極部2と、第1クラッド層3aと、ソルダーレジスト層4と、コア部3bと、第2クラッド層3cとを具備している。基板は、第1面1aを有している。電極部2は第1面上に配されている。また、電極部は、基板とは反対側の第2面2aを有している。第1クラッド層は、第1面上に第2面を露出するように配されている。また、第1クラッド層は、基板とは反対側の第3面3aaを有している。ソルダーレジスト層は、第2面から第3面の端部にかけて配されている。コア部は、第2面からの距離が端部よりも遠い第3面の部位上に配されている。第2クラッド層は、コア部を覆っている。【選択図】図2
Description
本開示は、光導波路および配線導体を具備する光電気配線基板およびそれを用いた電子装置に関する。
近年、情報処理能力の向上を目的として、電子装置間の信号伝送を光で行なうことが検討されている。そのため、電子装置の電気信号を光信号に変換して、光信号を伝送する光導波路が形成された光電気配線基板が開発されている。
このような光電気配線基板としては、例えば特許文献1に記載されているものがある。この光電気配線基板は、配線基板上に光導波路と電極とを有している。この光導波路はクラッド層とコア層とを有している。また、電極は光素子等を実装するためのものであり、クラッド層を貫通する貫通導体を介して配線基板に設けられた配線導体に接続されている。
光電気配線基板およびこれを用いた電子装置では、電気的な接続信頼性および光伝送特性をともに高めることが望まれている。本開示はこのような事情に鑑みて案出されたものであり、電気的な接続信頼性および光伝送特性を高めることが可能な光電気配線基板および電子装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る光電気配線基板は、基板と、電極部と、第1クラッド層と、ソルダーレジスト層と、コア部と、第2クラッド層とを具備している。基板は、第1面を有している。電極部は第1面上に配されている。また、電極部は、基板とは反対側の第2面を有している。第1クラッド層は、第1面上に第2面を露出するように配されている。また、第1クラッド層は、基板とは反対側の第3面を有している。ソルダーレジスト層は、第2面から第3面の端部にかけて配されている。コア部は、第2面からの距離が前記端部よりも遠い第3面の部位上に配されている。第2クラッド層は、コア部を覆っている。
本発明の一実施形態に係る電子装置は、上記の光電気配線基板と、第2面に接続部材を介して接続された光素子とを具備している。
本発明の一実施形態に係る光電気配線基板の製造方法は以下の工程を具備している。第1面を有する基板を準備する工程。第1面上に基板とは反対側の第2面を有する電極部を設ける工程。第1面上に基板とは反対側の第3面を有する第1クラッド層を第2面が露出するように設ける工程。第2面から第3面の端部にかけてソルダーレジスト層を設ける工程。第2面からの距離が前記端部よりも遠い第3面の部位上に、コア部およびコア部を覆う第2クラッド層を設ける工程。
上記各実施形態によれば、光電気配線基板および電子装置において、電気的な接続信頼性および光伝送特性を高めることが可能となる。
本開示の光電気配線基板および電子装置について、図面を参照しながら説明する。なお、光電気配線基板および電子装置は、いずれの方向が上方とされてもよいが、本開示では、便宜的に、直交座標系(X,Y,Z)を定義し、Z軸方向の正側を上方として説明する場合がある。
図1〜図3に第1実施形態の光電気配線基板100を示す。図1は光電気配線基板100の平面図である。図2(a)は図1の光電子配線基板100のII−II線における断面図である。図3(a)は図1の光電子配線基板100のIII−III線における断面図である。光電子配線基板100に光素子6を搭載することで図2(b)および図3(b)に示す電子装置101となる。なお、図2(b)および図3(b)は、それぞれ図2(a)および図3(a)と同じ位置での断面図である。電子装置101は、例えば、光トランシーバー、サーバーまたはルータ等の製品に搭載される。
光電気配線基板100は、光信号および電気信号を伝送する機能を有する。光電気配線基板100は、基板1と、電極部2と、第1クラッド層3aと、ソルダーレジスト層4と、コア部3bと、第2クラッド層3cとを具備している。第1クラッド層3a、コア部3bおよび第2クラッド層3cは、光導波路3として機能する。
基板1は、第1面(上面)1aを有しており、この第1面上で光素子6および光導波路3を支持している。基板1は、例えば、複数の絶縁層(図示せず)と、複数の金属層(図示せず)と、ビア導体(図示せず)とを具備している。これらの複数の絶縁層および複数の金属層は交互に積層されている。また、ビア導体は1層の絶縁層を貫通して設けられており、このビア導体を介して、上下方向に隣り合う金属層同士が電気的に接続されている。なお、金属層は、基板1の配線導体として機能する。基板1は、従来周知の方法によって作製することができる。
基板1は、複数の絶縁層および複数の金属層を有している場合に限られない。基板1は、例えば、1層の絶縁層と、1層の絶縁層の上面に配された金属層とを有するものでもよい。また、基板1は、例えば、複数の絶縁層からなる積層体と、積層体の上面に配された金属層とを有するものでもよい。また、基板1は、例えば、絶縁層と、複数の絶縁層からなる積層体とを混合して積層したものでもよい。
基板1の絶縁層は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂材料、あるいはシリカ、アルミナまたはジルコニア等のセラミックス材料等が用いられる。また、基板1の金属層およびビア導体は、例えば、銅またはアルミニウム等の金属材料等が用いられる。
電極部2は、基板1の第1面1a上に配されている。また、電極部2は、基板1とは反対側の第2面(上面)2aを有している。電極部2は基板1の配線導体と光素子6とを電気的に接続するためのものである。電極部2は、例えば、銅またはアルミニウム等の金属材料等が用いられる。
ソルダーレジスト層4は、基板1の表面を保護するためのものである。ソルダーレジスト層4は、光素子6を半田等の接続部材7を介して接続する際の加熱工程においても絶縁性を良好に維持可能な絶縁材料が用いられる。このような絶縁材料としては、例えばエポキシ樹脂等の樹脂材料が挙げられる。電極部2と基板1に設けられた配線導体との電気的な接続をさらに良好に維持するという観点からは、ソルダーレジスト層4は、例えば、40vol%以上70vol%以下の無機フィラーを有していてもよい。無機フィラーとしては、例えば、平均粒径が0.1μm以上2μm以下のシリカ粒子またはアルミナ粒子等が用いられる。
ソルダーレジスト層4は、図2および図3に示すように、電極部2の第2面2aの少なくとも一部を露出させるとともに、第2面2aから、後述する第1クラッド層3aの第3面(上面)3aaの端部3Aにかけて配されている。なお第1クラッド層3aの第3面3aaの端部3Aとは、第1クラッド層3aの第3面3aaのうち、電極部2の第2面2aの近傍に位置する部位のことである。
光導波路3は、光信号を伝送する機能を有する。光導波路3は、第1クラッド層3aと、帯状のコア部3bと、第2クラッド層3cとを有している。コア部3bの屈折率は、第1クラッド層3aおよび第2クラッド層3cの屈折率よりも大きく設定されているため、コア部3b内に進入した光は、コア部3bと第1クラッド層3aとの界面およびコア部3bと第2クラッド層3cとの界面において反射を繰り返しつつ、コア部2b内を進むことになる。その結果、光導波路3は、光信号を伝送することができる。
コア部3bの屈折率は、例えば、1.5以上1.6以下に設定される。また第1クラッド層3aおよび第2クラッド層3cの屈折率は、例えば、1.45以上1.55以下に設定される。コア部3bの屈折率は、第1クラッド層3aおよび第2クラッド層3cの屈折率に対して例えば0.1%以上0.5%以下の範囲で、第1クラッド層3aおよび第2クラッド層3cの屈折率よりも大きく設定される。
第1クラッド層3aは層状体である。第1クラッド層3aは、基板1の第1面1a上に、電極部2の第2面2aを露出するように配されている。また、第1クラッド層3aは、基板1とは反対側の第3面3aaを有している。第1クラッド層3aの厚み(図2および図3のZ方向の長さ)は、例えば10μm以上100μm以下である。第1クラッド層3aとしては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂またはアクリル樹脂等を使用することができる。
第1クラッド層3aは、図2および図3に示すように、電極部2の第2面2aの外縁部に接触していてもよい。このような構成であれば、電極部2と第1クラッド層3aとの間に隙間がなくなり、ソルダーレジスト層4を形成する際に、ソルダーレジスト4内に気泡が生じ難くなる。その結果、ソルダーレジスト層4にクラックが生じ難くなる。
また、第1クラッド層3aは、平面視したときに電極部2を取り囲んでいてもよい。このような構成であれば、光導波路3の近傍に電極部2を配置して光電気配線基板100を小型化した場合でも、第1クラッド層3aと基板1上との密着性を良好に維持できる。
さらに、このような構成において、ソルダーレジスト層4と第1クラッド層3aとが重なっている部位は、電極部2を取り囲んでいてもよい。このような構成であれば、電極2の周囲を同じ材料で取り囲むことによって、熱膨張等による歪みが生じ難くなる。
コア部3bはX軸方向に延びる帯状体である。コア部3bは、電極部2の第2面2aからの距離が、端部3Aよりも遠い位置にある第3面3aaの部位上に配されている。コア部3bの厚み(図2および図3のZ方向の厚み)は、例えば20μm以上50μm以下であり、コア部3bの幅(図1のY軸方向の長さ)は、例えば20μm以上50μm以下である。コア部3bとしては、例えば、エポキシ樹脂等を使用することができる。
第2クラッド層3cは、コア部3bの上面および側面を覆っている。第2クラッド層3cの厚み(図2および図3のZ方向の長さ)は、例えば10μm以上100μm以下である。第2クラッド層3cとしては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂またはアクリル樹脂等を使用することができる。
第2クラッド層3cは、コア部3bと同様に、電極部2の第2面2aからの距離が、端部3Aよりも遠い位置にある第3面3aaの部位上に配されている。つまり、第1クラッド層3aはコア部3bおよび第2クラッド層3cよりも電極部2側に突出しており、その突出した第1クラッド層3a上に、ソルダーレジスト層4に覆われた端部3Aが位置している。
このような構成によって、光電気配線基板100および電子装置101において、電気的な接続信頼性および光伝送特性を高めることが可能となる。つまり、ソルダーレジスト層4が光導波路3の一部を覆うことによって、光導波路3の耐熱性が比較的低くても、光導波路3をソルダーレジスト層4で基板1にしっかりと固定して剥離し難くすることができる。また、ソルダーレジスト層4は電極部2の近傍において、第1クラッド層3aのみを覆っていることから、ソルダーレジスト4が覆っている部位の段差が低くなり、光導波路3とソルダーレジスト4との熱膨張係数差の違いによる応力も小さくすることができる。以上のことから、電極部2等の電気伝導性を有する部分は耐熱性および絶縁性に優れたソルダーレジスト層4で保護するすることで電気的な接続信頼性を高くすることができる。また、光導波路3の部分は光伝送性に優れた材料を優先的に採用することで光伝送性を高くすることができる。そして、光導波路3の一部をソルダーレジスト層4が覆うことで、光導波路3の耐熱性を補い、光導波路3を安定に維持することができる。
ミラー部5は、光導波路3の一部に配されており、光素子6とコア部3bとを光学的に接続するためのものである。ミラー部5は、コア部3bの延びる方向(X軸方向)に対して傾斜しており、その傾斜面が光反射面となっている。すなわち、ミラー部5は、光素子6から下方(−Z方向)に向かって出射された光を平面方向(+X方向)に反射して、コア部3b内に光を誘導することができる。あるいは、ミラー部5は、コア部3bから平面方向(−X方向)に出射された光を上方(+Z方向)に反射して光素子6に光を誘導することができる。ミラー部5は、光導波路3の一部を、ダイシング、レーザー加工等を使用して切り欠くことによって形成することができる。
なお、ミラー部5とコア部3bとの間には、これらの間で伝送される光に対して光透過性を有する透光性樹脂が充填されていてもよい。このような透光性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂等を使用することができる。透光性樹脂の屈折率は、コア部3bの屈折率よりも小さくてもよい。このような構成によって、ミラー部5とコア部3bとの間で良好に光信号を伝送させることができる。なお、透光性樹脂の屈折率は、例えば1.45以上1.55以下に設定される。
光電子配線基板100に光素子6を搭載することで図2(b)および図3(b)に示す電子装置101となる。光素子6は、電気信号を光信号に変換する発光素子であってもよく、光信号を電気信号に変換する受光素子であってもよい。光素子6は、例えば、半田等の接合部材7を介して光電気配線基板100の電極2に電気的に接続される。
光素子6は、種々の発光素子または受光素子を適用することができる。発光素子としては、例えば、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting LASER)等を使用することができる。また、受光素子としては、例えば、フォトダイオード(PD:Photo Diode)等を使用することができる。あるいは光素子6は発光部および受光部をともに有する受発光素子であってもよい。
光素子6は、その発光部6aまたはその受光部6aが、ミラー部5と対向するようにして光電気配線基板100上に搭載される。このような構成によって、光素子6とミラー部5とを近づけることができ、光導波路3と光素子6とを低損失で光結合させることができる。
上記の第1実施形態の光電気配線基板100の製造方法を以下に示す。
まず、図6(a)に示すように、基板1の第1面1a上に、フォトリソグラフィ技術等を利用して電極部2を作製する。その後、図6(b)に示すように、電極部2の第2面2aを露出するように第1クラッド層3aを、フォトリソグラフィ技術等を利用して作製する。
次に、図6(c)に示すように、電極部2の第2面2a上から第1クラッド層3aの第3面3aの端部3A上に連続するようにソルダーレジスト層4を、フォトリソグラフィ技術等を利用して作製する。
次に、図6(d)に示すように、第2面2aからの距離が端部3Aよりも遠い位置にある第3面3aaの部位上に、コア部3bおよびコア部3bを覆う第2クラッド層3cを、フォトリソグラフィ技術等を利用して作製する。
このように、ソルダーレジスト層4を形成した後にコア部3bおよび第2クラッド層3cを形成して光導波路3とする場合、製造工程中に光導波路3が受ける外力等が少なくなるため、光導波路3光導波路3の寸法精度を良好に維持することができ、光伝送特性を高めることができる。
次に、図6(e)に示すように、光導波路3の一部を、ダイシング加工等を使用して切欠くことによって、傾斜面から成るミラー部5を形成する。ミラー部5の傾斜面には、めっき等で金属層を被着して光反射率を高めてもよい。以上のようにして、第1実施形態の光電気配線基板100を作製することができる。
第1実施形態の光電気配線基板100の製造方法は上記の製造方法に限定されず、種々の変形が可能である。以下に変形例を示す。
まず、図7(a)に示すように、基板1の第1面1a上に、フォトリソグラフィ技術等を利用して電極部2を作製する。その後、図7(b)に示すように、電極部2の第2面2aを露出するように第1クラッド層3aを、フォトリソグラフィ技術等を利用して作製する。
次に、図7(c)に示すように、第2面2aからの距離が、第1クラッド層3aの端部3Aよりも遠い位置にある第3面3aaの部位上に、コア部3bおよびコア部3bを覆う第2クラッド層3cを、フォトリソグラフィ技術等を利用して作製する。
次に、図7(d)に示すように、電極部2の第2面2a上から第1クラッド層3aの端部3A上に連続するようにソルダーレジスト層4を、フォトリソグラフィ技術等を利用して作製する。
このように、コア部3bおよび第2クラッド層3cを形成して光導波路3とした後、ソルダーレジスト層4を形成してもよい。この場合、コア部3bおよび第2クラッド層3cを第1クラッド層3a上に形成する際にソルダーレジスト層4が無いため、コア層3bおよび第2クラッド層3cの形成が容易となり、第1クラッド層3との密着性を高めることができる。
次に、図7(e)に示すように、光導波路3の一部を、ダイシング、レーザー加工等を使用して切欠くことによって、傾斜面から成るミラー部5を形成する。ミラー部5の傾斜面には、めっき等で金属層を被着して光反射率を高めてもよい。以上のようにして、第1実施形態の光電気配線基板100を作製することができる。なお、ミラー部5の形成は、ソルダーレジスト層4の形成の前に行なってもよい。
本開示の光電気配線基板および電子装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、以下のような他の実施例であってもよい。
図4および図5に第2実施形態の光電気配線基板200を示す。図4(a)は光電気配線基板200の断面図であり、図2(a)の光電子配線基板100の断面と同様の位置における断面を示している。また、図4(b)は電子装置201の断面図であり、図2(b)の電子装置101の断面と同様の位置における断面を示している。また、図5(a)は光電気配線基板200の断面図であり、図3(a)の光電子配線基板100の断面と同様の位置における断面を示している。また、図5(b)は電子装置201の断面図であり、図3(b)の電子装置101の断面と同様の位置における断面を示している。
光電気配線基板200は、第1面21aを有する基板21と、第2面22aを有する電極部22と、第3面23aaを有する第1クラッド層23aと、ソルダーレジスト層24と、コア部23bと、第2クラッド層23cとを具備している。第1クラッド層23a、コア部23bおよび第2クラッド層23cは、光導波路23として機能する。
光電気配線基板200は、第1実施形態の光電気配線基板100と同様に、ソルダーレジスト層24が、第2面22aから第3面23aaの端部23Aにかけて配されている。これによって、光電気配線基板200の電気的な接続信頼性および光伝送特性を高めることが可能になる。一方、光電気配線基板200は、第1クラッド層23aが電極部22と離れている点で光電気配線基板100と異なっている。このような構成の場合、電極部22上にソルダーレジスト層24を安定して形成することができる。
光電気配線基板200は、第1実施形態の光電気配線基板100と同様に、電極部2に半田等の接合部材27を介して光素子26を搭載することで電子装置201となる。光素子26は、その発光部26aまたはその受光部26aが、ミラー部25と対向するようにして光電気配線基板200上に搭載される。このような構成によって、光素子26とミラー部25とを近づけることができ、光導波路23と光素子26とを低損失で光結合させることができる。
基板21、電極部22、第1クラッド層23a、ソルダーレジスト層24、コア部23bおよび第2クラッド層23cは、それぞれ第1実施形態の光電気配線基板100における、基板1、電極部2、第1クラッド層3a、ソルダーレジスト層4、コア部3b、第2クラッド層3cと同様のものを用いることができる。また、光電気配線基板200の製造方法は、光電気配線基板100と同様の製造方法を用いることができる。
1、21:基板
1a、21a:第1面
2、22:電極部
2a、22a:第2面
3a、23a:第1クラッド層
3aa、23aa:第3面
3A、23A:端部
3b、23b:コア部
3c、33c:第2クラッド層
6、26:光素子
7、27:接続部材
100、200:光電気配線基板
101、201:電子装置
1a、21a:第1面
2、22:電極部
2a、22a:第2面
3a、23a:第1クラッド層
3aa、23aa:第3面
3A、23A:端部
3b、23b:コア部
3c、33c:第2クラッド層
6、26:光素子
7、27:接続部材
100、200:光電気配線基板
101、201:電子装置
Claims (9)
- 第1面を有する基板と、
前記第1面上に配されており、前記基板とは反対側の第2面を有する電極部と、
前記第1面上に前記第2面を露出するように配されており、前記基板とは反対側の第3面を有する第1クラッド層と、
前記第2面から前記第3面の端部にかけて配されたソルダーレジスト層と、
前記第2面からの距離が前記端部よりも遠い前記第3面の部位上に配されたコア部と、
前記コア部を覆う第2クラッド層と
を具備する光電気配線基板。 - 前記第1クラッド層は前記電極部と離れている、請求項1に記載の光電気配線基板。
- 前記第1クラッド層は前記電極部と接触している、請求項1に記載の光電気配線基板。
- 前記第1クラッド層は平面視したときに前記電極部を取り囲んでいる、請求項1乃至3のいずれかに記載の光電気配線基板。
- 前記ソルダーレジスト層と前記第1クラッド層とが重なっている部位は前記電極部を取り囲んでいる、請求項4に記載の光電気配線基板。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の光電気配線基板と、
前記第2面に接続部材を介して接続された光素子と
を具備する電子装置。 - 第1面を有する基板を準備する工程と、
前記第1面上に前記基板とは反対側の第2面を有する電極部を設ける工程と、
前記第1面上に前記基板とは反対側の第3面を有する第1クラッド層を前記第2面が露出するように設ける工程と、
前記第2面から前記第3面の端部にかけてソルダーレジスト層を設ける工程と、
前記第2面からの距離が前記端部よりも遠い前記第3面の部位上にコア部および前記コア部を覆う第2クラッド層を設ける工程と
を具備する光電気配線基板の製造方法。 - 前記コア部および前記第2クラッド層を設ける工程は、前記ソルダーレジスト層を設ける工程の後に行なう、請求項7に記載の光電気配線基板の製造方法。
- 前記ソルダーレジスト層を設ける工程は、前記コア部および前記第2クラッド層を設ける工程の後に行なう、請求項7に記載の光電気配線基板の製造方法。
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