JP4952897B2 - Pre-preg for optoelectronic composite substrate and manufacturing method thereof - Google Patents

Pre-preg for optoelectronic composite substrate and manufacturing method thereof Download PDF

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Description

本発明は、光導波路と印刷回路配線とを含む光電子複合基板，同光電子複合基板に用いられるプリプレグおよびそれらの製造方法に関し、さらに詳しく言えば、プリプレグに含まれるガラスファイバーと光信号入出力用光学プリズムとの光学的な結合効率を向上させる技術に関するものである。   The present invention relates to an optoelectronic composite substrate including an optical waveguide and a printed circuit wiring, a prepreg used in the optoelectronic composite substrate, and a manufacturing method thereof, and more specifically, a glass fiber contained in the prepreg and optical signal input / output optics. The present invention relates to a technique for improving the optical coupling efficiency with a prism.

最近の回路配線板の分野においては、配線の高密度化と高速信号伝達のために光ファイバーを利用した設計が行われている。その一例として、シリコンウェハー上にフォトリソ技術により光導波路を形成して、その両端に光学部品（集光レンズなどの光コネクタ）を配置してモジュール化したもの（特許文献１参照）や、光ファイバーを所定の配線路に沿って布線し樹脂で固めて板状としその両端に光デバイスを直接軸合わせして結合する技術（特許文献２，３参照）が知られている。   In the recent field of circuit wiring boards, design using optical fibers has been carried out for high density wiring and high-speed signal transmission. As an example, optical waveguides are formed on a silicon wafer by a photolithographic technique, optical components (optical connectors such as a condensing lens) are arranged at both ends, and modularized (see Patent Document 1), or an optical fiber. There is known a technique (see Patent Documents 2 and 3) in which wiring is performed along a predetermined wiring path, solidified with resin, and formed into a plate shape, and optical devices are directly aligned and coupled to both ends thereof.

また、内部に光導波路を有するプリント配線板にレーザなどにより孔開けを行って、その孔を通して光導波路に光入出力用コネクタとしてのくさび状のピンを圧入する技術が非特許文献１，２に報告されている。また、特許文献４にはフレキシブル基板に光回路と電気回路とを混在させた光電気複合配線板が提案されている。   Non-Patent Documents 1 and 2 disclose a technique in which a printed wiring board having an optical waveguide inside is drilled with a laser or the like, and a wedge-shaped pin as an optical input / output connector is press-fitted into the optical waveguide through the hole. It has been reported. Patent Document 4 proposes an opto-electric composite wiring board in which an optical circuit and an electric circuit are mixed on a flexible substrate.

しかしながら、特許文献１に記載のように、シリコンウェハー上に光学部品を配置する場合、その大きさに制約があるばかりでなくフォトリソ技術による光導波路は高価であり、さらには異なるモジュール間を光学的につなぐ方法がないという問題がある。   However, as described in Patent Document 1, when optical components are arranged on a silicon wafer, not only the size of the optical components is restricted, but also the optical waveguide based on the photolithography technique is expensive, and optically between different modules. There is a problem that there is no way to connect.

特許文献２に記載のように、光ファイバーを所定の配線路に沿って布線し樹脂で固めて板状にするといった方法では、光ファイバーの曲げ半径を小さくすることができないため小型化に無理があり、また、光の入出力部分の大きさの制限もあることから接近した部品間の光伝送が不可能であり、かつ、光ファイバーの１本ごとに端末処理が必要であることから量産的な手法ではない。   As described in Patent Document 2, the method of laying an optical fiber along a predetermined wiring path and solidifying it with a resin to form a plate cannot be reduced in size because the bending radius of the optical fiber cannot be reduced. In addition, because there is a limit on the size of the input / output part of light, optical transmission between adjacent parts is impossible, and terminal processing is required for each optical fiber, so that it is a mass production method. is not.

また、非特許文献１，２によるピン圧入方式では、レーザによる孔開けが行われるが、その孔開け位置の特定に細心の注意を要し生産性が悪い。そのうえ、別途にピンを調達する必要がありコスト的にも負担がかかる。   Further, in the pin press-fitting methods according to Non-Patent Documents 1 and 2, drilling by laser is performed, but careful attention is required for specifying the drilling position, and productivity is poor. In addition, it is necessary to procure pins separately, which is costly.

特許文献３には、光回路と電気回路とを混在させた光電気複合配線板が提案されているが、結局のところ、その光導波路の光入出力用コネクタに上記非特許文献１，２によるピン圧入方式を採用しているため、依然として生産性が悪くコスト高になることは否めない。   Patent Document 3 proposes an opto-electric composite wiring board in which an optical circuit and an electric circuit are mixed. However, as a result, the optical input / output connector of the optical waveguide is based on Non-Patent Documents 1 and 2 above. Since the pin press-fitting method is adopted, productivity is still poor and cost cannot be denied.

そこで、本出願人は、光入出力用コネクタを一連の生産工程のなかで形成することができるようにした発明を特許文献５に開示している。特許文献５に記載の発明によれば、例えば銅箔よりなる基板上の光入力側と光出力側とに円錐もくしは角錐状の光バンプを形成したのち、その各光バンプに目的方向以外への光漏れを防止するリフレクタを形成し、ガラスファイバーを含む織物基材に樹脂を含浸させたプリプレグを基板上に載置して、光バンプを貫通させることにより、各光バンプ間をガラスファイバーにて光結合することができる。   Therefore, the present applicant discloses an invention in which an optical input / output connector can be formed in a series of production processes in Patent Document 5. According to the invention described in Patent Document 5, for example, conical combs or pyramid-shaped optical bumps are formed on the light input side and the light output side on a substrate made of copper foil, and then each optical bump has a direction other than the intended direction. A reflector that prevents light leakage to the glass fiber is formed, a prepreg impregnated with a resin in a textile base material containing glass fibers is placed on the substrate, and the optical bumps are penetrated to form a glass fiber between each optical bump. Can be optically coupled.

特開２０００−１２１８８３号公報JP 2000-121883 A 特開平７−１７６７１６号公報JP-A-7-176716 特開２０００−１４７２７０号公報JP 2000-147270 A 特開２００１−３１１８４６号公報JP 2001-311846 A 特開２００５−３１６２６６号公報JP 2005-316266 A 「光表面実装技術」回路実装学会誌，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．５，ｐｐ．３４６〜３５０，１９９５．“Optical surface mounting technology”, Journal of Circuit Packaging Society, Vol. 10, no. 5, pp. 346-350, 1995. 「４５゜端面ファイバの光路変換特性」エレクトロ実装技術，Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．３，ｐｐ２１９〜２２０，２０００．“Optical path conversion characteristics of 45 ° end-face fiber” Electro mounting technology, Vol. 16, no. 3, pp 219-220, 2000.

しかしながら、特許文献５に記載の発明では、光バンプ（光学プリズムとも言う）により切断されたガラスファイバーの切断面を光学接合面としているため、光バンプとの光学的な結合効率が実用レベルにまで達しない場合がある。   However, in the invention described in Patent Document 5, since the cut surface of the glass fiber cut by the optical bump (also referred to as an optical prism) is used as the optical bonding surface, the optical coupling efficiency with the optical bump reaches a practical level. May not reach.

また、別の問題として、プリプレグ内には多数のガラスファイバーが縦方向・横方向に織り込まれているが、量産化をはかる場合、低コストとしながら隣接するガラスファイバー間およびガラスファイバーの交点間での混信を確実に防止する必要がある。なお、多成分系の光ファイバーやフッ素樹脂を含むプラスチックファイバーは伝送損失が少ない点で優れているが、これらを織り込んでプリプレグとするのは、量産化をはかる場合、価格的に現実的ではない。   Another problem is that many glass fibers are woven in the vertical and horizontal directions in the prepreg. However, when mass production is intended, it is possible to reduce the cost between adjacent glass fibers and the intersections of glass fibers. It is necessary to reliably prevent interference. Multicomponent optical fibers and plastic fibers containing fluororesin are excellent in that they have low transmission loss. However, it is not practical in terms of price to mass-produce prepregs by incorporating them.

したがって、本発明の課題は、光入出力用コネクタとしての光学プリズムとガラスファイバーとの光学的な結合効率を高めることと、より一層の低コスト化をはかりながらガラスファイバー間での混信を確実に防止することにある。   Therefore, the object of the present invention is to increase the optical coupling efficiency between the optical prism as the optical input / output connector and the glass fiber, and to ensure the interference between the glass fibers while further reducing the cost. It is to prevent.

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、光導波路となるガラスファイバーの編組体に所定の樹脂が含浸されており、印刷回路基板の回路基板材と一体的に接合される光電子複合基板用プリプレグにおいて、上記編組体の含浸樹脂には、上記ガラスファイバーよりも低屈折率で、かつ、上記ガラスファイバーとの密着性が良好であり、クラッド材として上記ガラスファイバーにコーティングされた第１樹脂と、屈折率が任意で、かつ、上記回路基板材との密着性が良好であり、上記編組体の残余の部分に含浸された第２樹脂の少なくとも２種類の樹脂が含まれていることを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 is directed to optoelectronics in which a predetermined resin is impregnated into a glass fiber braided body serving as an optical waveguide, and is integrally joined to a circuit board material of a printed circuit board. In the prepreg for a composite substrate, the impregnating resin of the braided body has a lower refractive index than that of the glass fiber and good adhesion to the glass fiber, and the glass fiber is coated as a clad material. 1 resin and a refractive index are arbitrary, and the adhesiveness with the said circuit board material is favorable, and at least 2 types of resin of the 2nd resin impregnated in the remaining part of the said braided body is contained It is characterized by that.

請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、上記第１樹脂と上記第２樹脂は、化学式において末端に同じ反応基もしくは相溶性の高い親水基もしくは疎水基を備えていることを特徴としている。   The invention described in claim 2 is characterized in that, in the above-mentioned claim 1, the first resin and the second resin have the same reactive group or highly compatible hydrophilic group or hydrophobic group at the terminal in the chemical formula. It is said.

請求項３に記載の発明は、光導波路となるガラスファイバーの編組体に所定の樹脂が含浸されており、印刷回路基板の回路基板材と一体的に接合される光電子複合基板用プリプレグの製造方法において、上記ガラスファイバーよりも低屈折率で、かつ、上記ガラスファイバーとの密着性が良好である第１樹脂をクラッド材として上記ガラスファイバーにコーティングしたのち、屈折率が任意で、かつ、上記回路基板材との密着性が良好である第２樹脂を上記編組体の残余の部分に含浸することを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a prepreg for an optoelectronic composite substrate in which a glass fiber braided body serving as an optical waveguide is impregnated with a predetermined resin, and is integrally joined to a circuit board material of a printed circuit board. The glass fiber is coated with the first resin having a lower refractive index than that of the glass fiber and good adhesion to the glass fiber as a clad material, and the refractive index is arbitrary and the circuit. The second resin having good adhesion to the substrate material is impregnated in the remaining part of the braided body.

請求項１および請求項３に記載の発明によれば、ガラスファイバーをコアとし、それよりも低屈折率のクラッド材である第１樹脂をコーティングして光ファイバーを形成し、残余の部分には、屈折率が任意で、かつ、回路基板材との密着性が良好である第２樹脂を含浸するようにしたことにより、多成分系の光ファイバーやフッ素樹脂を含むプラスチックファイバーとほぼ同等な伝送特性を有しながら、安価な光電子複合基板用プリプレグを得ることができる。   According to the invention described in claim 1 and claim 3, glass fiber is used as a core, and a first resin that is a clad material having a lower refractive index than that is coated to form an optical fiber. By impregnating the second resin with an arbitrary refractive index and good adhesion to the circuit board material, transmission characteristics almost equivalent to those of plastic fibers containing multicomponent optical fibers and fluororesins are achieved. An inexpensive prepreg for an optoelectronic composite substrate can be obtained while having it.

請求項２に記載の発明によれば、第１樹脂と第２樹脂が化学式において末端に同じ反応基を備えていることにより、第１樹脂と第２樹脂とがそれぞれ化学的に密着する。   According to the second aspect of the present invention, the first resin and the second resin are chemically attached to each other because the first resin and the second resin have the same reactive group at the terminal in the chemical formula.

次に、図１ないし図１２を参照して、本発明のいくつかの実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。各図は本発明の理解を容易にするうえで誇張的に描いた模式図である。   Next, some embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12, but the present invention is not limited thereto. Each figure is a schematic diagram drawn exaggerated to facilitate understanding of the present invention.

まず、図１ないし図８により本発明の第１実施形態について説明する。図１ないし図８は製造工程順となっているが、個々の説明に入る前に、図３により本発明に係る光電子複合基板１の基本的な構成について説明する。   First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Although FIG. 1 to FIG. 8 are in the order of the manufacturing process, the basic configuration of the optoelectronic composite substrate 1 according to the present invention will be described with reference to FIG. 3 before entering each description.

この光電子複合基板１は、光導波路となるガラスファィバー１２を含むプリプレグ１０と、印刷回路基板の回路基板材２０とを一体に接合してなる片面基板を最小構成単位として備える。プリプレグ１０の両面に回路基板材２０を積層して両面基板としてもよいが、この例では、片面基板の２組を内層基材３０の両側に積層してなる多層基板として構成されている。回路基板材２０には例えば銅箔シートが用いられてよい。また、内層基材３０を用いて多層基板とする場合、通常、内層基材３０の少なくとも一方の面には内層回路が形成される。   The optoelectronic composite substrate 1 includes a single-sided substrate formed by integrally joining a prepreg 10 including a glass fiber 12 serving as an optical waveguide and a circuit board material 20 of a printed circuit board as a minimum constituent unit. The circuit board material 20 may be laminated on both sides of the prepreg 10 to form a double-sided board, but in this example, it is configured as a multilayer board in which two sets of single-sided boards are laminated on both sides of the inner layer base material 30. For example, a copper foil sheet may be used for the circuit board material 20. When a multilayer substrate is formed using the inner layer base material 30, an inner layer circuit is usually formed on at least one surface of the inner layer base material 30.

本発明では、部品コストを下げるためプリプレグ１０を次のようにして作製する。図１（ａ）に示すように、プリプレグ１０は、横糸としてのガラスファィバー１２ａと縦糸としてのガラスファィバー１２ｂとを例えば平織りしてなる編組体１１を備えるが、この縦横の光ネットワークを容易かつ安価に作製し、また、光の漏洩などによる混信を防止するため、プリプレグ１０に含浸する透明樹脂に少なくとも２つの樹脂を使用する。なお、横糸のガラスファィバー１２ａと縦糸のガラスファィバー１２ｂを区別する必要がない場合には、総称として単にガラスファィバー１２という。   In the present invention, the prepreg 10 is manufactured as follows in order to reduce the component cost. As shown in FIG. 1A, the prepreg 10 includes a braided body 11 formed by plain weaving, for example, a glass fiber 12a as a weft and a glass fiber 12b as a warp. In addition, at least two resins are used as the transparent resin impregnated in the prepreg 10 in order to prevent interference due to light leakage or the like. When it is not necessary to distinguish between the weft glass fiber 12a and the warp glass fiber 12b, they are simply referred to as a glass fiber 12 as a generic term.

まず、図１（ｂ）に示すように、ガラスファィバー１２の周りにクラッド材としての第１樹脂１４をコーティングする。第１樹脂１４には、ガラスファィバー１２よりも低屈折率で光学特性に優れ、ガラスファィバー１２との密着性に優れた例えばエポキシ系，シリコン系，フッ系などの樹脂が用いられる。第１樹脂１４はガラスファィバー１２に対して薄膜状に付着されるが、その付着量は希釈度や分子量などにより適宜調整することができる。なお、第１樹脂１４には、メッキ付着性など印刷回路基板一般に必要とされる特性は要求されない。   First, as shown in FIG. 1B, a first resin 14 as a clad material is coated around the glass fiber 12. For the first resin 14, for example, an epoxy resin, a silicon resin, or a fluorine resin having a lower refractive index than the glass fiber 12, excellent optical characteristics, and excellent adhesion to the glass fiber 12 is used. The first resin 14 is attached to the glass fiber 12 in a thin film shape, and the amount of the first resin 14 can be appropriately adjusted depending on the dilution degree, molecular weight, and the like. The first resin 14 is not required to have characteristics that are generally required for a printed circuit board, such as plating adhesion.

熱や光重合などにより第１樹脂１４を硬化もしくは半硬化させたのち、図１（ｃ）に示すように、残余の部分（少なくとも網目の部分）に第２樹脂１５を含浸する。第２樹脂１５には、印刷回路基板の品質上不可欠なメッキ付着性や、耐湿性などの耐環境特性に優れた樹脂が用いられる。この第２樹脂１５の使用量は第１樹脂１４よりもはるかに多く、プリプレグ１０に含浸される樹脂のほとんどを占める。   After the first resin 14 is cured or semi-cured by heat or photopolymerization, the remaining resin (at least the mesh) is impregnated with the second resin 15 as shown in FIG. As the second resin 15, a resin excellent in environmental characteristics such as plating adhesion and moisture resistance, which are indispensable for the quality of the printed circuit board, is used. The amount of the second resin 15 used is much larger than that of the first resin 14 and occupies most of the resin impregnated in the prepreg 10.

第１樹脂１４および第２樹脂１５ともに、化学式において末端に同じ反応基（例えば、水酸基，エポキシ基，アクリル基など）や相溶性の高い親水基もしくは疎水基を持たせることにより、第１樹脂１４と第２樹脂１５との化学的な密着力を高めることができる。   Both the first resin 14 and the second resin 15 have the same reactive group (for example, a hydroxyl group, an epoxy group, an acrylic group, and the like) or a highly compatible hydrophilic group or hydrophobic group at the terminal in the chemical formula, so that the first resin 14 The chemical adhesion between the second resin 15 and the second resin 15 can be increased.

第２樹脂１５を硬化もしくは半硬化させた状態で、プリプレグ１０と回路基板材２０との積層が行われるが、ガラスファィバー１２にねじれや位置ずれがあると、後工程でガラスファイバー１２に対する光入射位置と光出射位置に光入出力用コネクタとしての後述する光学プリズムを配置する際に支障が生ずる。   Lamination of the prepreg 10 and the circuit board material 20 is performed in a state where the second resin 15 is cured or semi-cured. However, if the glass fiber 12 is twisted or misaligned, light is incident on the glass fiber 12 in a later step. A trouble occurs when an optical prism (to be described later) serving as a light input / output connector is disposed at the position and the light emitting position.

そこで、本発明では、次のようにしてガラスファィバー１２のねじれや位置ずれを修正する。そのための治具として、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤなどの光源４１および受光センサ４２と、一対のプリプレグ保持具４３（４３ａ，４３ｂ）とを用いる。   Therefore, in the present invention, the twist or misalignment of the glass fiber 12 is corrected as follows. As a jig for that purpose, as shown in FIG. 2A, a light source 41 such as an LED and a light receiving sensor 42 and a pair of prepreg holders 43 (43a, 43b) are used.

受光センサ４２はリニアセンサであることが好ましい。また、各プリプレグ保持具４３は、それぞれステッピングモータなどのアクチュエータ４４により送りねじなどの直線往復運動機構を介して個別的に駆動される。各プリプレグ保持具４３は、真空吸着型もしくは挟持型のいずれであってもよい。   The light receiving sensor 42 is preferably a linear sensor. Each prepreg holder 43 is individually driven by a linear reciprocating mechanism such as a feed screw by an actuator 44 such as a stepping motor. Each prepreg holder 43 may be either a vacuum suction type or a clamping type.

光源４１はプリプレグ１０の対向する２辺のうちの一方の辺側に配置され、受光センサ４２は他方の辺側に配置される。また、一方のプリプレグ保持具４３ａにより光源４１側の辺を保持し、他方のプリプレグ保持具４３ｂにより受光センサ４２側の辺を保持する。   The light source 41 is arranged on one side of the two opposite sides of the prepreg 10, and the light receiving sensor 42 is arranged on the other side. Further, the side on the light source 41 side is held by one prepreg holder 43a, and the side on the light receiving sensor 42 side is held by the other prepreg holder 43b.

図２の例は、横糸のガラスファィバー１２ａの位置ずれを修正する状態を示しており、光源４１より所定のガラスファィバー１２ａに光をあて、受光センサ４２でガラスファィバー１２ａから出射される光を受光する。各ガラスファィバー１２は含浸樹脂（第２樹脂１５）により一体に固められているため、光をあてるガラスファィバー１２ａは１本であってよい。   The example of FIG. 2 shows a state in which the positional deviation of the weft glass fiber 12a is corrected. Light is emitted from the light source 41 to a predetermined glass fiber 12a, and light received from the glass fiber 12a is received by the light receiving sensor 42. To do. Since each glass fiber 12 is integrally hardened with an impregnating resin (second resin 15), the number of glass fibers 12a to which light is applied may be one.

そのガラスファィバー１２ａの光入射位置と光出射位置とが同一の水平線上であれば、ガラスファィバー１２ａは横方向に真っ直ぐに延びていると判定されるが、図２（ａ）に示すように、光入射位置に対して光出射位置が下方に距離Ｘだけずれている場合には、図２（ｂ）に示すように、アクチュエータ４４により例えば受光センサ４２側のプリプレグ保持具４３ｂを上方（矢印Ａ方向）に移動させ、光入射位置と光出射位置とが同一の水平線上になるようにしてずれ距離Ｘを０とする。   If the light incident position and the light emitting position of the glass fiber 12a are on the same horizontal line, it is determined that the glass fiber 12a extends straight in the lateral direction, but as shown in FIG. When the light emission position is shifted downward by the distance X with respect to the light incident position, for example, as shown in FIG. 2B, the actuator 44 moves the prepreg holder 43b on the light receiving sensor 42 side upward (arrow A). The shift distance X is set to 0 so that the light incident position and the light emitting position are on the same horizontal line.

なお、プリプレグ保持具４３ｂの移動だけではずれを調整しきれない場合には、光源４１側のプリプレグ保持具４３ａを下方（反矢印Ａ方向）に移動させればよい。プリプレグ１０を９０度回転させてプリプレグ保持具４３ａ，４３ｂにて保持させることにより、縦糸のガラスファィバー１２ｂについても、同様にしてそのずれを修正することができる。   If the shift cannot be adjusted only by moving the prepreg holder 43b, the prepreg holder 43a on the light source 41 side may be moved downward (counter arrow A direction). By rotating the prepreg 10 by 90 degrees and holding it by the prepreg holders 43a and 43b, the deviation of the warp glass fiber 12b can be similarly corrected.

上記のようにして、ガラスファィバー１２のずれを修正してからプリプレグ１０と回路基板材２０とを一体的に接合して片面基板もしくは両面基板としたのち、この例では、図３に示すように片面基板の２組を内層基材３０の両側に積層して多層基板とする。   After correcting the displacement of the glass fiber 12 as described above, the prepreg 10 and the circuit board material 20 are integrally joined to form a single-sided board or a double-sided board. In this example, as shown in FIG. Two sets of single-sided substrates are laminated on both sides of the inner layer base material 30 to form a multilayer substrate.

次に、ガラスファイバー１２に対する光入射位置と光出射位置に光入出力用コネクタとして光学プリズムを配置する。そのためまず、図４に示すように、各プリプレグ１０の光入射位置と光出射位置に、それぞれ穴５１を開ける。その穴開け手段は、レーザー光などのエネルギー照射，機械加工または化学的エッチングのいずれかを採用することができる。   Next, optical prisms are arranged as light input / output connectors at the light incident position and the light emitting position with respect to the glass fiber 12. Therefore, first, as shown in FIG. 4, holes 51 are formed in the light incident position and the light emitting position of each prepreg 10. As the punching means, any one of energy irradiation such as laser light, machining, or chemical etching can be employed.

穴５１の形状は、光学的な結合効率の観点からして、円錐や角錐またはくさび状であることが好ましいが、なかでも図４に示すように、垂直面５１ａと、垂直面５１ａに対してほぼ４５度の傾斜面５１ｂとを含むくさび状であることが好ましい。なお、対として用いられる光入射側と光出射側の穴５１，５１は左右対称すなわち、それらの垂直面５１ａ，５１ａ同士が対向するように形成される。   The shape of the hole 51 is preferably a cone, a pyramid, or a wedge shape from the viewpoint of optical coupling efficiency. In particular, as shown in FIG. 4, the vertical surface 51a and the vertical surface 51a A wedge shape including an inclined surface 51b of approximately 45 degrees is preferable. The light incident side and light emission side holes 51 and 51 used as a pair are formed symmetrically, that is, so that their vertical surfaces 51a and 51a face each other.

この穴開けに伴ってガラスファイバー１２も切断され、その切断端面が穴５１内に露出することになるが、図５に示すように、ガラスファイバー１２の切断端面１２１はボールレンズ状に形成される方が光学的な結合効率がよいため、レーザー光もしくは集光された赤外線により穴開けを行うことが好ましい。   As the hole is made, the glass fiber 12 is also cut, and the cut end face is exposed in the hole 51. As shown in FIG. 5, the cut end face 121 of the glass fiber 12 is formed in a ball lens shape. Since the optical coupling efficiency is better, it is preferable to perform drilling with laser light or condensed infrared light.

しかるのち、図６に示すように、各穴５１内にガラスファイバー１２よりも高屈折率の透明樹脂を充填し、必要に応じて表面研磨を施して光入出力用コネクタとしての光学プリズム６１を形成する。これにより、光学プリズム６１，６１間のガラスファイバー１２が光導波路となる。   After that, as shown in FIG. 6, each hole 51 is filled with a transparent resin having a higher refractive index than that of the glass fiber 12, and is subjected to surface polishing as necessary to form an optical prism 61 as a light input / output connector. Form. Thereby, the glass fiber 12 between the optical prisms 61 and 61 becomes an optical waveguide.

次に、図７に示すように、常法にしたがって上面と下面の各回路基板材２０に所定の外層回路２１を形成する。その際、スルーホール配線２２やバイアホールを形成し、内層基材３０の内層回路３１と外層回路２１とを接続することもできる。   Next, as shown in FIG. 7, a predetermined outer layer circuit 21 is formed on each circuit board material 20 on the upper surface and the lower surface according to a conventional method. At that time, through-hole wirings 22 and via holes can be formed to connect the inner layer circuit 31 and the outer layer circuit 21 of the inner layer base material 30.

そして最終工程として、図８に示すように、対となる光学プリズム６１，６１のいずれか一方に発光素子２を配置し、その他方に受光素子３を実装するとともに、外層回路２１上に所定のチップ電子部品４を実装する。   As a final step, as shown in FIG. 8, the light emitting element 2 is disposed on one of the paired optical prisms 61 and 61, the light receiving element 3 is mounted on the other side, and a predetermined circuit is formed on the outer layer circuit 21. The chip electronic component 4 is mounted.

このようにして、光電子複合回路基板が提供されるが、発光素子２とこれに対向する光学プリズム６１との間、および受光素子３とこれに対向する光学プリズム６１との間の各々に、それら各素子の受発光面と光学プリズムの各屈折率の平均値にほぼ等しい屈折率を有する光学的結合樹脂７１をアンダーフィルとして充填することにより、各部材の接合強度を安定させることができるとともに、光学的な結合効率をさらに向上させることができる。   In this way, an optoelectronic composite circuit board is provided, which is provided between the light emitting element 2 and the optical prism 61 facing the light emitting element 2 and between the light receiving element 3 and the optical prism 61 facing the light receiving element 3. By filling the optical coupling resin 71 having a refractive index substantially equal to the average value of the refractive indices of the light emitting and receiving surfaces of each element and the optical prism as an underfill, the bonding strength of each member can be stabilized. The optical coupling efficiency can be further improved.

次に、図９（ａ）〜（ｄ）により本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態によれば、発光部と受光部のいずれか一方を横糸のガラスファイバー１２ａ側に配置し、その他方を縦糸のガラスファイバー１２ｂ側に配置し、２次元的な光導波路を形成することができる。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. According to the second embodiment, either one of the light emitting part and the light receiving part is arranged on the weft glass fiber 12a side, and the other is arranged on the warp glass fiber 12b side to form a two-dimensional optical waveguide. can do.

まず、図９（ａ）を参照して、プリプレグ１０に含まれている例えば横糸のガラスファイバー１２ａのうちのガラスファイバー１２ａＭが受光側で、縦糸のガラスファイバー１２ｂのうちのガラスファイバー１２ｂＮが発光側であるとして、ガラスファイバー１２ａＭ，１２ｂＮの所定位置に光学プリズムを配置するための穴５２，５３を形成し、また、ガラスファイバー１２ａＭ，１２ｂＮの交点部分１３に中継ビア５４を形成する。   First, referring to FIG. 9 (a), for example, glass fiber 12aM of weft glass fiber 12a included in prepreg 10 is a light receiving side, and glass fiber 12bN of warp glass fiber 12b is a light emitting side. As a result, holes 52 and 53 for arranging optical prisms are formed at predetermined positions of the glass fibers 12aM and 12bN, and a relay via 54 is formed at the intersection 13 of the glass fibers 12aM and 12bN.

穴５２，５３は、上記第１実施形態と同様にして形成されてよい。中継ビア５４は、ガラスファイバーは除去しないが、含浸されている樹脂成分は蒸発除去し得る程度のエネルギーを有するレーザー光もしくは赤外線を照射することにより形成される。中継ビア５４は、穴５２，５３の穴開けと同時もしくは別工程のいずれで形成されてよい。   The holes 52 and 53 may be formed in the same manner as in the first embodiment. The relay via 54 does not remove the glass fiber, but is formed by irradiating the impregnated resin component with a laser beam or an infrared ray having an energy that can be evaporated and removed. The relay via 54 may be formed either simultaneously with the opening of the holes 52 and 53 or in a separate process.

次に、図９（ｂ）に示すように、中継ビア５４内に露出している交点部分１３のうち光導波路として不要な部分、すなわち横糸のガラスファイバー１２ａＭでは交点部分１３から穴５２とは反対側に延びている部分，縦糸のガラスファイバー１２ｂＮでは交点部分１３から穴５３とは反対側の延びている部分を、ガラスファイバーを蒸発除去し得る波長および出力を有するレーザー光もしくは赤外線で除去する。   Next, as shown in FIG. 9B, the portion of the intersection portion 13 exposed in the relay via 54 that is unnecessary as an optical waveguide, that is, the weft glass fiber 12aM, is opposite to the hole 52 from the intersection portion 13. The portion extending to the side, that is, the portion extending from the intersection portion 13 on the side opposite to the hole 53 in the warp glass fiber 12bN, is removed with a laser beam or an infrared ray having a wavelength and output capable of evaporating and removing the glass fiber.

しかる後、交点部分１３にガラスファイバーを溶融し得る程度の波長を有するレーザー光もしくは赤外線を照射して、交点部分１３でガラスファイバー１２ａＭ，１２ｂＮを溶融一体化する。なお、このガラスファイバー同士の溶融一体化を例えば中継ビア５４の形成と同時に行ってもよい。   Thereafter, the intersection portion 13 is irradiated with laser light or infrared light having a wavelength capable of melting the glass fiber, and the glass fibers 12aM and 12bN are melted and integrated at the intersection portion 13. In addition, you may perform fusion | melting integration of this glass fiber simultaneously with formation of the relay via 54, for example.

次に、図９（ｃ）に示すように、中継ビア５４内にクラッドとして機能する低屈折率の透明樹脂である透明樹脂，好ましくは上記第１実施形態で説明した第２樹脂１５を印刷もしくはディスペンサなどにより充填する。   Next, as shown in FIG. 9C, a transparent resin which is a low refractive index transparent resin functioning as a cladding in the relay via 54, preferably the second resin 15 described in the first embodiment is printed or Fill with a dispenser.

そして、図９（ｄ）に示すように、穴５２，５３内に上記第１実施形態と同じく高屈折率の透明樹脂を充填して光学プリズム６１を形成する。中継ビア５４を複数箇所に設けることにより、多様な光導波路を形成することができる。なお、この第２実施形態では、上記第１実施形態でのプリプレグ１０を例としているが、多成分系の光ファイバーやフッ素樹脂を含むプラスチックファイバーを含むプリプレグにも適用することができる。   Then, as shown in FIG. 9D, the optical prism 61 is formed by filling the holes 52 and 53 with a transparent resin having a high refractive index in the same manner as in the first embodiment. Various optical waveguides can be formed by providing the relay via 54 at a plurality of locations. In the second embodiment, the prepreg 10 in the first embodiment is taken as an example, but the present invention can also be applied to a prepreg including a multicomponent optical fiber or a plastic fiber including a fluororesin.

次に、図１０ないし図１２により本発明の第３実施形態について説明する。ガラスファイバー１２が横方向（Ｘ軸方向）および／または縦方向（Ｙ軸方向）に規則正しく配列されていれば部品実装上問題はないが、製造上の各種要因によってガラスファイバー１２が規則正しく配列されていない場合がある。この第３実施形態は、その位置ずれ（光路ずれ）を修正するトリミング方法を提供する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. If the glass fibers 12 are regularly arranged in the horizontal direction (X-axis direction) and / or the vertical direction (Y-axis direction), there is no problem in component mounting, but the glass fibers 12 are regularly arranged due to various manufacturing factors. There may not be. The third embodiment provides a trimming method for correcting the positional deviation (optical path deviation).

この第３実施形態は、図１０に示すように、部品実装前に実施する点で先の図２で説明した位置ずれの修正方法と異なる。図１０（ａ）は先の図７と同じく部品実装前の光電子複合基板１を示す模式的な断面図で、図１０（ｂ）はその模式的な平面図で、横糸のガラスファイバー１２ａをトリミングする場合を例示している。ここでは、発光部に参照符号８１を付し、受光部に参照符号８２を付す。   As shown in FIG. 10, the third embodiment differs from the misalignment correction method described with reference to FIG. 2 in that the third embodiment is implemented before component mounting. FIG. 10A is a schematic cross-sectional view showing the optoelectronic composite substrate 1 before component mounting as in FIG. 7, and FIG. 10B is a schematic plan view thereof, in which weft glass fiber 12a is trimmed. The case of doing is illustrated. Here, reference numeral 81 is assigned to the light emitting part, and reference numeral 82 is assigned to the light receiving part.

トリミングするにあたって、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、発光部８１から見て受光部８２の後方に光路ずれ確認パターン８２ａを形成し、この光路ずれ確認パターン８２ａ上に受光センサ４６を配置する。光路ずれ確認パターン８２ａは、例えば隣接する数本のガラスファイバー１２ａを跨る大きさの小窓状に形成され、部品の実装に支障のない位置、好ましくは捨て基板に設けられるとよい。   When trimming, as shown in FIGS. 10A and 10B, an optical path deviation confirmation pattern 82a is formed behind the light receiving section 82 when viewed from the light emitting section 81, and the light receiving sensor 46 is placed on the optical path deviation confirmation pattern 82a. Deploy. The optical path deviation confirmation pattern 82a is formed, for example, in the shape of a small window that spans several adjacent glass fibers 12a, and may be provided on a position that does not hinder the mounting of components, preferably on a discarded substrate.

図１０（ａ）に示すように、発光部８１に光源４５を配置して対象とするガラスファイバー１２ａに光を照射し、光路ずれ確認パターン８２ａ上に配置されている受光センサ４６にてガラスファイバー１２ａから出力される出射光量を測定し、その測定値（出射光量）が図示しない例えばマイクロコンピュータからなるトリミング制御手段に与える。   As shown in FIG. 10 (a), the light source 45 is disposed in the light emitting portion 81, the target glass fiber 12a is irradiated with light, and the glass fiber is detected by the light receiving sensor 46 disposed on the optical path deviation confirmation pattern 82a. The amount of emitted light output from 12a is measured, and the measured value (the amount of emitted light) is given to a trimming control means comprising a microcomputer (not shown).

トリミング制御手段は、測定された出射光量Ｌｄと、真っ直ぐに配線されているガラスファイバーでの測定値から設定された基準出射光量Ｌｒｅｆとを比較し、Ｌｄ＜Ｌｒｅｆの場合に光路ずれありと判定し、また、その差分からずれ量Ｘａを推定してトリミング量を算出する。   The trimming control means compares the measured emitted light amount Ld with the reference emitted light amount Lref set from the measured value of the straightly wired glass fiber, and determines that there is an optical path deviation when Ld <Lref. Further, the trimming amount is calculated by estimating the shift amount Xa from the difference.

そして、図１１（ａ）に示すように、ガラスファイバー１２ａの光路上で部品実装の支障のない部分に、レーザー光の照射，機械加工もしくは化学エッチングなどにより平面視でプリズム状（図１２（ｂ）参照）の中継ビア５６を開けて光路の一部分を除去する。   Then, as shown in FIG. 11 (a), on the optical path of the glass fiber 12a, a portion having no hindrance to component mounting is formed into a prism shape (FIG. 12 (b) in plan view by laser light irradiation, machining, chemical etching, or the like. ))) Is opened to remove a part of the optical path.

しかるのち、図１１（ｂ）に示すように、穴開けされた中継ビア５６内にガラスファイバー１２ａよりも高屈折率の透明樹脂もしくは透明ガラス粉末を充填し固化させて光学プリズム６３を形成する。充填は印刷法やディスペンサなどにより行われてよい。   After that, as shown in FIG. 11B, a transparent resin or transparent glass powder having a higher refractive index than that of the glass fiber 12a is filled in the relay via 56 that has been drilled and solidified to form an optical prism 63. Filling may be performed by a printing method or a dispenser.

図１２（ａ）の断面図と同図（ｂ）の平面図に、トリミングにより光路が変更された状態を示す。トリミング後に、受光部８２上に受光センサ４６を配置し、再度発光部８１から光を照射し、受光部８２側での出射光量Ｌｄを測定する。その際、出射光量Ｌｄが基準出射光量Ｌｒｅｆに達しない場合には、再度トリミングを実施するが、トリミングに使用する透明材料を数種類使い分けて、光路変更量を調整することもできる。   A cross-sectional view of FIG. 12A and a plan view of FIG. 12B show a state where the optical path is changed by trimming. After the trimming, the light receiving sensor 46 is disposed on the light receiving unit 82, light is emitted again from the light emitting unit 81, and the emitted light amount Ld on the light receiving unit 82 side is measured. At this time, when the emitted light amount Ld does not reach the reference emitted light amount Lref, trimming is performed again. However, it is possible to adjust the optical path change amount by using several types of transparent materials used for trimming.

このように、本発明の第３実施形態によれば、発光部８１と受光部８２との光学的な結合効率を高めることができる。この第３実施形態によるトリミング方法は、上記第１実施形態で説明したプリプレグ１０のみならず、多成分系の光ファイバーやフッ素樹脂を含むプラスチックファイバーを含むプリプレグにも適用することができる。   Thus, according to the third embodiment of the present invention, the optical coupling efficiency between the light emitting unit 81 and the light receiving unit 82 can be increased. The trimming method according to the third embodiment can be applied not only to the prepreg 10 described in the first embodiment but also to a prepreg including a multicomponent optical fiber and a plastic fiber including a fluororesin.

本発明の第１実施形態でプリプレグの作製工程を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the preparation process of a prepreg in 1st Embodiment of this invention. 上記第１実施形態でガラスファィバーの位置ずれ修正方法を示す模式図。The schematic diagram which shows the position shift correction method of a glass fiber in the said 1st Embodiment. 上記第１実施形態における光電子複合基板を示す断面図。Sectional drawing which shows the optoelectronic composite substrate in the said 1st Embodiment. 上記第１実施形態で穴開け工程を示す要部拡大断面図。The principal part expanded sectional view which shows the drilling process in the said 1st Embodiment. 上記第１実施形態でガラスファイバーの好ましい端部形状を示す拡大図。The enlarged view which shows the preferable edge part shape of glass fiber in the said 1st Embodiment. 上記第１実施形態で光学プリズム形成工程を示す要部拡大断面図。The principal part expanded sectional view which shows the optical prism formation process in the said 1st Embodiment. 上記第１実施形態で回路パターン形成工程を示す要部拡大断面図。The principal part expanded sectional view which shows the circuit pattern formation process in the said 1st Embodiment. 上記第１実施形態で受発光素子を実装した状態を示す要部拡大断面図。The principal part expanded sectional view which shows the state which mounted the light emitting / receiving element in the said 1st Embodiment. 本発明の第２実施形態で２次元的な光導波路を形成する手順を示す模式図。The schematic diagram which shows the procedure which forms a two-dimensional optical waveguide in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態で光路ずれを検出する状態を示す（ａ）断面図，（ｂ）平面図。The (a) sectional view and the (b) top view showing the state where an optical path shift is detected in a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第３実施形態でトリミング用のプリズムを形成する工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the process of forming the prism for trimming in 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態でトリミング後の状態を示す（ａ）断面図，（ｂ）平面図。The (a) sectional view and the (b) top view showing the state after trimming in a 3rd embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 光電子複合基板
２ 発光素子
３ 受光素子
４ 電子部品
１０ プリプレグ
１１ 編組体
１２，１２ａ，１２ｂ ガラスファイバー
１３ 交点部分
１４ 第１樹脂
１５ 第２樹脂
２０ 回路基板材
２１ 外層回路
３０ 内層基材
３１ 内層回路
４１，４５ 光源
４２，４６ 受光センサ
４３ａ，４３ｂ プリプレグ保持具
４４ アクチュエータ
５１，５２，５３ 穴
６１，６３ 光学プリズム
７１ 光学的結合樹脂
８１ 発光部
８２ 受光部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optoelectronic composite board 2 Light emitting element 3 Light receiving element 4 Electronic component 10 Prepreg 11 Braided body 12, 12a, 12b Glass fiber 13 Intersection part 14 1st resin 15 2nd resin 20 Circuit board material 21 Outer layer circuit 30 Inner layer base material 31 Inner layer circuit 41, 45 Light source 42, 46 Light receiving sensor 43a, 43b Pre-preg holder 44 Actuator 51, 52, 53 Hole 61, 63 Optical prism 71 Optical coupling resin 81 Light emitting part 82 Light receiving part

Claims (3)

光導波路となるガラスファイバーの編組体に所定の樹脂が含浸されており、印刷回路基板の回路基板材と一体的に接合される光電子複合基板用プリプレグにおいて、
上記編組体の含浸樹脂には、上記ガラスファイバーよりも低屈折率で、かつ、上記ガラスファイバーとの密着性が良好であり、クラッド材として上記ガラスファイバーにコーティングされた第１樹脂と、屈折率が任意で、かつ、上記回路基板材との密着性が良好であり、上記編組体の残余の部分に含浸された第２樹脂の少なくとも２種類の樹脂が含まれていることを特徴とする光電子複合基板用プリプレグ。 In a prepreg for an optoelectronic composite substrate in which a predetermined resin is impregnated in a glass fiber braided body that becomes an optical waveguide, and is integrally bonded to a circuit board material of a printed circuit board,
The impregnating resin of the braided body has a refractive index lower than that of the glass fiber and good adhesion to the glass fiber, and is coated with the glass fiber as a cladding material. Is optional, has good adhesion to the circuit board material, and contains at least two kinds of resins of the second resin impregnated in the remaining portion of the braided body. Prepreg for composite substrate. 上記第１樹脂と上記第２樹脂は、化学式において末端に同じ反応基もしくは相溶性の高い親水基もしくは疎水基を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光電子複合基板用プリプレグ。   2. The prepreg for an optoelectronic composite substrate according to claim 1, wherein the first resin and the second resin are provided with the same reactive group or highly compatible hydrophilic group or hydrophobic group at the terminal in the chemical formula. 光導波路となるガラスファイバーの編組体に所定の樹脂が含浸されており、印刷回路基板の回路基板材と一体的に接合される光電子複合基板用プリプレグの製造方法において、
上記ガラスファイバーよりも低屈折率で、かつ、上記ガラスファイバーとの密着性が良好である第１樹脂をクラッド材として上記ガラスファイバーにコーティングしたのち、屈折率が任意で、かつ、上記回路基板材との密着性が良好である第２樹脂を上記編組体の残余の部分に含浸することを特徴とする光電子複合基板用プリプレグの製造方法。 In a method for producing a prepreg for an optoelectronic composite substrate in which a predetermined resin is impregnated in a glass fiber braided body that becomes an optical waveguide, and is integrally bonded to a circuit board material of a printed circuit board,
After coating the glass fiber as a cladding material with a first resin having a lower refractive index than that of the glass fiber and good adhesion to the glass fiber, the refractive index is arbitrary, and the circuit board material A method for producing a prepreg for an optoelectronic composite substrate, comprising impregnating the remaining portion of the braided body with a second resin having good adhesion to the substrate.
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