JP3843861B2 - 光・電気複合基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号と電気信号を伝送することができる光・電気複合基板及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、高度情報化が急速に進展しており、ギガビット、テラビットクラスの高速ネットワーク時代が到来しつつある。このような中でネットワークを支える情報処理端末装置には高速パフォーマンスが要求される。この要求に対する答えの一つとして光による高速伝送技術が挙げられるものであり、電気信号の伝送と光信号の伝送を融合させることが検討されている。
【0003】
そしてこのように光伝送と電気信号の伝送を融合させるために、光伝送路と電気回路板を組み合わせた光・電気複合配線板が種々提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来から提案されている光・電気複合配線板は、光伝送路と電気配線板を個々に作製し、そして両者を組み合わせて複合化するようにしたものが一般的である。しかしこの場合、電気配線板の作製と光伝送路の作製のプロセスの両方が必要であり、時間とコストがかかることになるという問題があった。
【0005】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、一枚の基板で光信号と電気信号の両方を伝送することができ、しかも製造のコストを低減できると共に製造の時間を短縮することができる光・電気複合基板を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る光・電気複合基板は、透明樹脂1aよりなるコア層1と、コア層1より屈折率が低い透明樹脂2aよりなるクラッド層2とから、電気絶縁性を有する光導波層3を形成すると共に、光導波層3の表面に導電金属層4を形成し、クラッド層2を透明樹脂2aを基材5に含浸して調製されるプリプレグ6の積層成形によって形成すると共に基材5をクラッド層2内においてコア層1と反対側に偏った位置に配置して成ることを特徴とするものである。
【0009】
また請求項2の発明は、請求項1において、クラッド層2を形成する透明樹脂2aとして、コア層1を形成する透明樹脂1aより耐熱性の高いものを用いることを特徴とするものである。
【0011】
また請求項3の発明は、請求項1又は2おいて、コア層1の一部に光路変換手段7を設け、光路変換手段7を設けた部分においてクラッド層2及び導電金属層4に光通過部8を形成したことを特徴とするものである。
【0012】
また請求項4の発明は、請求項3において、光通過部8にクラッド層2の透明樹脂2aでレンズ9を形成したことを特徴とするものである。
【0013】
また請求項5の発明は、請求項3において、光通過部8にレンズ機能を有する素子14を付加して設けたことを特徴とするものである。
【0014】
本発明の請求項6に係る光・電気複合基板の製造方法は、上記の請求項1乃至5のいずれかに記載の光・電気複合基板を製造するにあたって、透明樹脂1aよりなる樹脂シート10と、樹脂シート10より屈折率の低い透明樹脂2aを基材5に含浸して調製したプリプレグ6と、金属箔11とを重ね、これを加熱加圧して積層成形することを特徴とするものである。
【0015】
また請求項7の発明は、請求項6において、上記の請求項3乃至5のいずれかに記載の光電気複合基板を製造するにあたって、プリプレグ6として光通過部8を形成する部分において基材5に穴12をあけたものを用いることを特徴とするものである。
【0016】
また請求項8の発明は、請求項6において、上記の請求項3乃至5のいずれかに記載の光電気複合基板を製造するにあたって、積層成形をした後に、光通過部8を形成する部分において金属箔11からクラッド層2に至る穴13を加工し、この穴13にクラッド層2の透明樹脂2aと同等の屈折率を有する透明樹脂2bを充填することを特徴とするものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【0018】
図1(a)は本発明を説明する参考図であり、コア層1の両面にクラッド層2を積層することによって電気絶縁性を有する光導波層3を形成し、光導波層3の各クラッド層2の外側の表面に導電金属層4を設けて、光・電気複合基板を形成するようにしてある。
【0019】
コア層1とクラッド層2はそれぞれ透明樹脂1a,2aによって形成されるものであり、厚みはそれぞれ数十〜数百μmの範囲に設定するのが好ましい。コア層1を形成する透明樹脂1aとクラッド層2を形成する透明樹脂2aは同等の透明性を持つものが好ましく、例えばフッ素化ポリイミド、シクロオレフィンコポリマー、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などを用いることができる。そしてコア層1を形成する透明樹脂1aはクラッド層2を形成する透明樹脂2aより屈折率の高いものを用いるものであり、例えばクラッド層2を形成する透明樹脂2aとしてPMMAを用いるときには、コア層1を形成する透明樹脂1aとしてシクロオレフィンコポリマーを用いるようにするものである。
【0020】
このように、光導波層3は、屈折率が高い透明樹脂1aよりなるコア層1と、屈折率が低い透明樹脂2aよりなるクラッド層2とから形成されているので、光をコア層1とクラッド層2の界面で全反射させながら光導波層3に沿って光を伝播させて、光信号を伝送させることができるものである。また透明樹脂1a,2aからなるこの光導波層3は電気絶縁性を有するので、光導波層3の表面に形成した導電金属層4によって電気回路を形成することができ、電気信号を伝送させることができるものである。
【0021】
導電金属層4は、銅箔やアルミニウム箔などの金属箔によって形成することができるが、金属メッキなどによって形成することも可能である。また図1(a)の実施の形態では、両面に導電金属層4を設けた両面回路板の構成になっているが、多層回路板の構成に形成することも可能である。
【0022】
図1(a)の実施の形態では、コア層1は透明樹脂1aで作製した樹脂シート10によって形成し、クラッド層2はガラス布等の基材5に透明樹脂2aを含浸・乾燥して作製したプリプレグ6によって形成してあり、従ってクラッド層2内には基材5が埋設されている。クラッド層2をこのように基材5を有するプリプレグ6で形成することによって、基材5による補強作用で光導波層3の強度を高めることができると共に寸法安定性を高めることができ、強度及び寸法安定性に優れた光・電気複合基板を得ることができるものである。
【0023】
図1(b)は光・電気複合基板を製造する際の一工程を示すものであり、透明樹脂1aで作製した樹脂シート10の両面に、基材5に透明樹脂2aを含浸・乾燥してBステージ状態に調製したプリプレグ6を重ね、さらにその外側に金属箔11を重ね、これを加熱加圧して積層成形することによって、樹脂シート10によるコア層1の両側にプリプレグ6によるクラッド層2を積層一体化した光導波層3を成形すると共にクラッド層2の表面に金属箔11による導電金属層4を積層一体化した光・電気複合基板を製造することができるものである。このようにして、通常の電気配線板と同様な加熱加圧による積層成形によって、光伝送と電気信号の伝送の両機能を有する光・電気複合基板を製造することができるものである。
【0024】
ここで、基材5を有するプリプレグ6でクラッド層2を形成するにあたって、基材5がクラッド層2とコア層1の界面付近に存在すると、コア層1とクラッド層2の界面で基材5によって光が乱反射され、光導波層3内の光の伝送効率が低下するおそれがある。そこで本発明は図2の実施の形態のように、クラッド層2内において基材5をコア層1から離れて導体金属層4の側に数十〜数百μm偏った位置に配置されるようにして、基材5がクラッド層2とコア層1の界面付近に露出して光の伝送効率を低下させることがなくなるようにしてある。基材5を偏らせるのは、コア層1の両側のクラッド層2のうち、いずれか一方、あるいは両方において実施することができる。そしてこのように基材5を偏らせたクラッド層2を形成するには、例えば基材5に透明樹脂2aを含浸すると共に基材5の片面にさらに透明樹脂2aを塗布して、基材5の片側表面の透明樹脂2aの層が厚く他の片側表面の透明樹脂2aの層が薄くなるように調製したプリプレグ6を用い、このプリプレグ6を透明樹脂2aの層が厚い側で樹脂シート10に重ねて、上記の加熱加圧成形をすることによって、行なうことができる。
【0026】
また、クラッド層2を形成する透明樹脂2aは、コア層1を形成する透明樹脂1aよりも耐熱性が高いものを用いるのが好ましい。クラッド層2はコア層1の両側に積層されるので、クラッド層2として耐熱性の高いもの、すなわち熱変形温度や熱変色温度などが高いものを用いることによって、コア層1を保護する耐熱シェル構造を形成することができ、コア層1を形成する透明樹脂1aの選択の範囲を広くすることができるものである。例えばクラッド層2の樹脂としてフッ素化ポリイミド、テフロン(登録商標)等のフッ素系高耐熱樹脂を用い、コア層1の樹脂としてポリカーボネートや透明エポキシ樹脂、PMMA樹脂等を用いることができる。
【0027】
図3は本発明を説明する参考例を示すものであり、光導波層3のコア層1に面方向に沿って伝送される光の光路をコア層1の厚み方向に変更する光路変換手段7が、コア層1の一部に設けてある。この光路変換手段7としては、光を回折させるグレーティングをコア層1に描画したり、マイクロミラーやプリズムなどの光学素子をコア層1に設けたりして形成することができるものであり、コア層1内を伝送される光を回折、反射、屈折等させることによって、光の光路を光・電気複合基板の厚み方向に変換させることができるものである。このように光の光路を厚み方向に変換させることによって、コア層1内に沿って伝送された光を光・電気複合基板の表面から外部に取り出すことができるものであるが、このとき光がクラッド層2内を厚み方向に通過する際に、クラッド層2内に基材5が埋設されているときには光が基材5によって散乱され、また導電金属層4によって反射され、光を外部に取り出すことができない。そこで、光路変換手段7を設けた部分においてクラッド層2及び導電金属層4に光通過部8を形成し、この光通過部8を通して光を光・電気複合基板の外部に取り出すようにしてある。すなわち、光路変換手段7を設けた部分においてクラッド層2の基材5に穴12を設けると共に導電金属層4に同じ部分において穴17を設け、クラッド層2における基材5の穴12内の透明樹脂2aと導電金属層4の穴17とで、光が通過する光通過部8を形成するようにしてある。
【0028】
図4は上記のような光通過部8を形成した光・電気複合基板を製造する方法の一例を示すものであり、まず基材5に透明樹脂2aを含浸・乾燥して調製した図4(a)のようなプリプレグ6を用い、光通過部8を形成する箇所において図4(b)のように穴12をあける。このように穴12をあけた部分においてプリプレグ6から基材5を除去することができる。ここで、穴12をあけた基材5を用い、この穴12をあけた基材5に透明樹脂2aを含浸・乾燥して調製したプリプレグ6を使用するようにしてもよい。次に、図4(c)のように透明樹脂1aで作製した樹脂シート10の両面にプリプレグ6を重ねると共にさらにその外側に金属箔11を重ねる。このとき、光を取り出さない側では穴12をあけていないプリプレグ6を用いるものである。そしてこれを加熱加圧して積層成形することによって、図4(d)に示すように、樹脂シート10によるコア層1の両側にプリプレグ6によるクラッド層2を積層一体化した光導波層3を成形すると共にクラッド層2の表面に金属箔11による導電金属層4を積層一体化することができるものであり、この加熱加圧成形の際に、プリプレグ6の穴12には含浸されている透明樹脂2aが流れこんで充填され、クラッド層2に透明樹脂2aのみからなる光通過部8を形成することができるものである。この後に、金属箔11にエッチング加工等を行なって回路形成する際に、光通過部8の部分において金属箔11に穴17をエッチング加工して設けることによって金属箔11にも光通過部8を形成し、図3のような光・電気複合基板を得ることができるものである。
【0029】
コア層1に光路変換手段7を設ける方法としては、図4(c)の積層成形の工程の前に予め、樹脂シート10内にミラーやプリズム等の光学素子を埋め込んでおく方法や、クラッド層2や金属箔11に光通過部8を形成した後に、エネルギー照射による透明樹脂1a,2aの変質の差を利用してコア層1の透明樹脂1aにグレーティングを形成する方法などが挙げられる。後者の方法においてエネルギー照射としては、例えばフェムト秒パルスレーザを用いることができる。
【0030】
図5は上記のような光通過部8を形成した光・電気複合基板を製造する方法の他の一例を示すものであり、図5(a)のように透明樹脂1aで作製した樹脂シート10の両面に基材5に透明樹脂2aを含浸・乾燥して調製したプリプレグ6を重ね、さらにその外側に金属箔11を重ね、これを加熱加圧して積層成形することによって、図5(b)のように樹脂シート10によるコア層1の両側にプリプレグ6によるクラッド層2を積層一体化した光導波層3を成形すると共にクラッド層2の表面に金属箔11による導電金属層4を積層一体化する。次に光通過部8を形成する箇所においてドリル加工やレーザ加工を行なって、図5(c)のように金属箔11からクラッド層2に至る穴13を穿設する。この後に図5(d)のように、この穴13内にクラッド層2の透明樹脂2aと屈折率や透明性が同等の透明樹脂2bを流し込んで充填する。このようにして、クラッド層2の透明樹脂2bのみからなる部分と金属箔11の穴13の部分によって光通過部8を形成することができるものである。
【0031】
コア層1に光路変換手段7を形成する方法には、図5(a)の積層成形の工程の前に予め樹脂シート10に光路変換手段7を設けておく方法や、図5(c)のように穴13を加工した後にこの穴13からコア層1に光路変換手段7を設ける方法などがある。光路変換手段7としては、既述のものを用いることができる。また、クラッド層2の穴13に埋め込む透明樹脂2bとしてクラッド層2の透明樹脂2aより屈折率が若干高いものを用いると、透明樹脂2bによって形成される光通過部8を通過する光は透明樹脂2bと透明樹脂2aの界面で全反射しながら伝送されるものであり、光通過部8の外周から光が逃げることなく光を光・電気複合基板の外部に効率高く取り出すことができるものである。
【0032】
図6の実施の形態は、クラッド層2の光通過部8にレンズ9を形成するようにしたものである。このように光通過部8にレンズ9を形成することによって、光を集光して光・電気複合基板の外部に効率高く取り出すことができるものである。クラッド層2の光通過部8にレンズ9を形成する方法としては、光通過部8の透明樹脂2a(あるいは透明樹脂2b)の表面をレンズ形状に加工したり、樹脂を変質させてグレーティングレンズを加工したりする方法などがある。
【0033】
図7の実施の形態では、光通過部8にレンズ機能を有する素子14を付加して設け、レンズ機能を有する素子14で光を集光して光・電気複合基板の外部に効率高く取り出すことができるようにしてある。このレンズ機能を有する素子14としてはマイクロレンズなどを用いることができるものであり、例えば図5(c)のように穴13を加工した後に、この穴13にレンズ機能を有する素子14を挿入して透明樹脂2bで埋めることによって、光通過部8にレンズ機能を有する素子14を取り付けることができるものである。
【0034】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項1に係る光・電気複合基板は、透明樹脂よりなるコア層と、コア層より屈折率が低い透明樹脂よりなるクラッド層とから、電気絶縁性を有する光導波層を形成し、光導波層の表面に導電金属層を形成したものであるから、コア層とクラッド層の界面で全反射させることによって光導波層に沿って光信号を伝送させることができると共に、電気絶縁性を有する光導波層の表面に形成した導電金属層によって電気信号を伝送させることができるものであり、一枚の基板で光信号と電気信号の両方を伝送することができるものである。しかも、コア層やクラッド層を形成する透明樹脂や導電金属層を積層することによって、光信号と電気信号の両方を伝送する基板を製造することができるものであり、製造のコストを低減できると共に製造の時間を短縮することができるものである。
【0035】
また、クラッド層は透明樹脂を基材に含浸して調製されるプリプレグの積層成形によって形成されているので、基材による補強作用で強度を高めることができると共に寸法安定性を高めることができ、強度及び寸法安定性に優れた光・電気複合基板を得ることができるものである。
【0036】
また、基材はクラッド層内においてコア層と反対側に偏った位置に配置されているので、基材がクラッド層とコア層の界面付近に露出することを防ぐことができ、コア層とクラッド層の界面で全反射させて光を伝送する際の伝送効率の低下を防止することができるものである。
【0037】
また請求項2の発明は、請求項1において、クラッド層を形成する透明樹脂として、コア層を形成する透明樹脂より耐熱性の高いものを用いるようにしたので、耐熱性の高いクラッド層でコア層を熱的に保護することができ、コア層を形成する透明樹脂の選択の範囲を広くすることができるものである。
【0039】
また請求項3の発明は、請求項1又は2において、コア層の一部に光路変換手段を設け、光路変換手段を設けた部分においてクラッド層及び導電金属層に光通過部を形成したので、コア層とクラッド層の界面で全反射させて伝送される光の光路を光路変換手段で変更させて光通過部から外部に取り出すことができるものである。
【0040】
また請求項4の発明は、請求項3において、光通過部にクラッド層の透明樹脂でレンズを形成するようにしたので、光をレンズで集光して外部に効率高く取り出すことができるものである。
【0041】
また請求項5の発明は、請求項3において、光通過部にレンズ機能を有する素子を付加して設けたので、レンズ機能を有する素子で光を集光して外部に効率高く取り出すことができるものである。
【0042】
本発明の請求項6に係る光・電気複合基板の製造方法は、上記の請求項1乃至5のいずれかに記載の光・電気複合基板を製造するにあたって、透明樹脂よりなる樹脂シートと、樹脂シートより屈折率の低い透明樹脂を基材に含浸して調製したプリプレグと、金属箔とを重ね、これを加熱加圧して積層成形するようにしたので、樹脂シートとプリプレグと導電金属層を加熱加圧して積層成形することによって、電気配線板を成形する従来の工法をそのまま用いて、光信号と電気信号の両方を伝送する基板を製造することができるものであり、製造のコストを低減できると共に製造の時間を短縮することができるものである。
【0043】
また請求項7の発明は、請求項6において、上記の請求項3乃至5のいずれかに記載の光電気複合基板を製造するにあたって、プリプレグとして光通過部を形成する部分において基材に穴をあけたものを用いるようにしたので、クラッド層の光通過部には基材が存在しないようにすることができ、基材によって光が散乱されたり吸収されたりすることなく、光通過部を通して効率高く光を取り出すことができるものである。
【0044】
また請求項8の発明は、請求項6において、請求項3乃至5のいずれかに記載の光電気複合基板を製造するにあたって、積層成形をした後に、光通過部を形成する部分において金属箔からクラッド層に至る穴を加工し、この穴にクラッド層の透明樹脂と同等の屈折率を有する透明樹脂を充填するようにしたので、クラッド層の光通過部には基材が存在しないようにすることができ、基材によって光が散乱されたり吸収されたりすることなく、光通過部を通して効率高く光を取り出すことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を説明する参考例を示すものであり、(a)は光・電気複合基板の正面図、(b)はその製造の一工程での分解正面図である。
【図2】 本発明の実施の形態の一例を示す光・電気複合基板の正面図である。
【図3】 本発明を説明する参考例を示す光・電気複合基板の正面図である。
【図4】 光・電気複合基板を製造する実施の形態の一例を示すものであり、(a)乃至(d)はそれぞれ正面図である。
【図5】 光・電気複合基板を製造する他の実施の形態の一例を示すものであり、(a)乃至(d)はそれぞれ正面図である。
【図6】 本発明を説明する参考例を示す光・電気複合基板の正面図である。
【図7】 本発明を説明する参考例を示す光・電気複合基板の正面図である。
【符号の説明】
1 コア層
1a 透明樹脂
2 クラッド層
2a 透明樹脂
2b 透明樹脂
3 光導波層
4 導電金属層
5 基材
6 プリプレグ
7 光路変換手段
8 光通過部
9 レンズ
10 樹脂シート
11 金属箔
12 穴
13 穴
14 レンズ機能を有する素子
Claims (8)
- 透明樹脂よりなるコア層と、コア層より屈折率が低い透明樹脂よりなるクラッド層とから、電気絶縁性を有する光導波層を形成すると共に、光導波層の表面に導電金属層を形成し、クラッド層を透明樹脂を基材に含浸して調製されるプリプレグの積層成形によって形成すると共に基材をクラッド層内においてコア層と反対側に偏った位置に配置して成ることを特徴とする光・電気複合基板。
- クラッド層を形成する透明樹脂として、コア層を形成する透明樹脂より耐熱性の高いものを用いることを特徴とする請求項1に記載の光・電気複合基板。
- コア層の一部に光路変換手段を設け、光路変換手段を設けた部分においてクラッド層及び導電金属層に光通過部を形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の光・電気複合基板。
- 光通過部にクラッド層の透明樹脂でレンズを形成したことを特徴とする請求項3に記載の光・電気複合基板。
- 光通過部にレンズ機能を有する素子を付加して設けたことを特徴とする請求項3に記載の光・電気複合基板。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の光・電気複合基板を製造するにあたって、透明樹脂よりなる樹脂シートと、樹脂シートより屈折率の低い透明樹脂を基材に含浸して調製したプリプレグと、金属箔とを重ね、これを加熱加圧して積層成形することを特徴とする光・電気複合基板の製造方法。
- 請求項3乃至5のいずれかに記載の光・電気複合基板を製造するにあたって、プリプレグとして光通過部を形成する部分において基材に穴をあけたものを用いることを特徴とする請求項6に記載の光・電気複合基板の製造方法。
- 請求項3乃至5のいずれかに記載の光・電気複合基板を製造するにあたって、積層成形をした後に、光通過部を形成する部分において金属箔からクラッド層に至る穴を加工し、この穴にクラッド層の透明樹脂と同等の屈折率を有する透明樹脂を充填することを特徴とする請求項6に記載の光・電気複合基板の製造方法。
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