(57)【要約】【課題】  光・電気配線板２０の光配線板１上に実装された光電気変換素子に入射される漏れ光を減少させ得る光・電気配線板２０を提供する。【解決手段】  電気配線板１０と、クラッド層２の内部のコア部３とクラッド層２の上に実装された光電気変換素子とを光結合させるための光偏向部５をクラッド層２の内部に備えて前記電気配線板１０の上に形成された光配線板１と、を備えた光・電気配線板２０において、電気配線板１０と光配線板１との間の少なくとも光偏向部５と対応する位置に電気配線板よりも光吸収率の高い光吸収材１５を層状に介設する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気配線板と、クラッド層内のコア部とクラッド層の上に実装された光電気変換素子とを光結合させるための光偏向部をクラッド層内に備えて前記電気配線板の上に形成された光配線板と、を備えた光・電気配線板において、電気配線板と光配線板との間の少なくとも光偏向部と対応する位置に電気配線板よりも光吸収率の高い光吸収材が層状に介設されていることを特徴とする光・電気配線板。
【請求項２】
前記光吸収材が、電気配線板と光配線板との間の全面に亘って介設されていることを特徴とする請求項１に記載の光・電気配線板。
【請求項３】
前記光配線板がクラッド層内に複数のコア部を備えた構造を成し、かつ前記光吸収材がコア部間の位置においてクラッド層の上面まで突出して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光・電気配線板。
【請求項４】
前記クラッド層が、その上面にコア部より漏れた光を散乱させるための凹凸形状を備えて設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光・電気配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、光配線板と電気配線板とが積層されている光・電気配線板に関し、特に光配線板の内部を伝搬した光信号をその上面に取り出すための光偏向部を備えた光・電気配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特開２００１−０１５８８９号公報に示される如く、光配線板と電気配線板とが積層されている光・電気配線板は、主にクロック周波数が１ＧＨｚを超えるような高速度処理が求められるコンピュータ内部の演算処理部に用いられている。そして、その構造は電気配線板の上面にコア部を埋設したクラッド層より成る光配線板を配し、光配線板の上面に実装されたフォトダイオード等の光電気変換素子と光配線板の下側に配された電気配線板との間を電気的に接続をさせるためのスルーホールを有して成る光・電気配線板が知られている。この種の光・電気配線板では、一般に光配線板の上面に実装されたＬＥＤ素子やフォトダイオード素子等の光電気変換素子とコア部内を伝搬した光信号とを光結合させるために、光信号を偏向させる光偏向部をクラッド層内に備えている。この光偏向部は光配線板の底部に４５度の斜面を備えた凹部を穴加工し、この凹部に金属薄膜を形成することにより、光信号が反射する光偏向部を形成している。そして、光偏向部となる斜面は機械的加工またはレーザ加工等を用いて形成されており、微小な凹凸が存在する。そのため、光偏向部で偏向させられた光信号のなかには、この微小な凹凸のために所定の角度に偏向しない散乱光が発生し、その散乱光がクラッド層の上面部分および下面部分で反射を繰返す漏れ光となり、光電気変換素子（フォトダイオード）が実装されている近傍に伝搬して、光電気変換素子（フォトダイオード）に入射されて光ノイズとなるという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−０１５８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その課題は、光・電気配線板の光配線板上に実装された光電気変換素子に入射される漏れ光を減少させ得る光・電気配線板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本願発明は、電気配線板と、クラッド層内のコア部とクラッド層の上に実装された光電気変換素子とを光結合させるための光偏向部をクラッド層内に備えて前記電気配線板の上に形成された光配線板と、を備えた光・電気配線板において、電気配線板と光配線板との間の少なくとも光偏向部と対応する位置に電気配線板よりも光吸収率の高い光吸収材が層状に介設されていることである。
【発明の効果】
【０００５】
本願発明の光・電気配線板においては、電気配線板と光配線板との間の少なくとも光偏向部と対応する位置に電気配線板よりも光吸収率の高い光吸収材が層状に介設されていることにより、光偏向部で散乱されて光配線板の上面部分において反射した光信号の漏れ光を光配線板と電気配線板の境界部分において吸収することで、光電気変換素子に入射する漏れ光を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１および図２は、本願発明の請求項１から４の全てに対応した実施形態の光・電気配線板２０を示している。この実施形態で用いられる光・電気配線板２０は、電気配線板１０と、クラッド層２内のコア部３とクラッド層２の上に実装された光電気変換素子とを光結合させるための光偏向部５をクラッド層２の内部に備えて前記電気配線板１０の上に形成された光配線板１と、を備えた光・電気配線板２０において、電気配線板１０と光配線板１との間の少なくとも光偏向部５と対応する位置に電気配線板１０よりも光吸収率の高い光吸収材１５が層状に介設されている。
【０００７】
又、この実施形態の光・電気配線板２０は、光吸収材１５が電気配線板１０と光配線板１との間の全面に亘って介設されている。
【０００８】
又、この実施形態の光・電気配線板２０は、光配線板１がクラッド層２の内部に複数のコア部３を備えた構造を成し、かつ前記光吸収材１５が各コア部３の間の位置においてクラッド層２の上面まで突出して設けられている。
【０００９】
又、この実施形態の光・電気配線板２０は、クラッド層２がその上面にコア部３より漏れた光を散乱させるための凹凸形状を備えて設けられている。
【００１０】
以下、この実施形態の光・電気配線板２０を、より具体的に説明する。この光・電気配線板２０は、光通信用機器やコンピュータ内部の演算処理部に用いられるものであり、図１・２に示す如く、積層基板である電気配線板１０の上に光吸収材１５を介して光配線板１を積層し、更にその上に電気配線板３０と電気配線板３０に実装された光電気変換素子（ＬＥＤ素子）４０・光電気変換素子（フォトダイオード素子）４５とを備えて、かつ電気信号を厚み方向に伝達可能なようにスルーホール３５を有する構造を成しており、その大きさは約１５０ｍｍ（縦）×１００ｍｍ（横）×１．８ｍｍ（厚さ）である。そして、この光・電気配線板２０の機能としては、光電気変換素子（ＬＥＤ素子）４０および光電気変換素子（フォトダイオード素子）４５を表面に実装することにより、光配線板１の表面に設けられた電気配線板３０のパッド３３に外部から伝達された電気信号を、光配線板１の裏面に設けられた電気配線板１０の内部で所定の処理を行った後、光電気変換素子（ＬＥＤ素子）４０にて電気信号を光信号に変換し、変換された光信号を光配線板１のコア部３の内部を導波させて光電気変換素子（ＬＥＤ素子）４０の反対側に実装された光電気変換素子（フォトダイオード）にて再び電気信号に変換した後、更に電気配線板１０にて所定の処理を行って、電気配線板３０の表面に外部と電気的に接続しているパッド３３を経由して処理された電気信号を外部に出力しているものである。以下に、この実施形態の光・電気配線板２０の主要な構成である電気配線板１０・光配線板１・光吸収体・電気配線２の詳細を説明する。
【００１１】
電気配線板１０は、両面に電気回路を備えた両面板Ｒ１７６６（松下電工製）とプリプレグＲ１６６１（松下電工製）と銅箔とを積層後、加熱圧縮して作製した３層基板であり、その厚みは約１．６ｍｍとなっている。そして、光配線板１および光配線板１との間に介設されている光吸収材１５に電気回路から発生するジュール熱を伝わり難くするために、プリプレグで覆われた側が上面となるように配されており、プリプレグの材質としては銅層との密着力や電気絶縁性等を考慮してガラス繊維を含んだエポキシ系の樹脂材料が用いられており、光は吸収されることなく散乱反射し易いものとなっている。
【００１２】
光配線板１は、クラッド層２と、コア部３・光偏向部５とで構成されている。そして、クラッド層２は、電気配線板の上部全域に亘って厚み約１００μｍで形成されており、その上面は光の散乱が生じ易いように高低差１０μｍの凹凸形状を備えている。クラッド層２の材質としては光透過性の高いエポキシ系の樹脂材料である光学接着剤ＯＰＴＣＡＳＴ３５１４（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｉｎｃ製）を用いており、その屈折率は１．５０（光の波長５８９ｎｍ時）となっている。また、各コア部３は、クラッド層２に埋設されるように、Ｙ分岐パターンまたは直線パターンを備えて光の導波方向と直交する断面が約□４０μｍの形状となるように形成されており、材質としては、屈折率がクラッド層２よりも若干高い１．５２（光の波長５８９ｎｍ時）となっているエポキシ系の樹脂材料である光学接着剤ＯＰＴＣＡＳＴ３５５３（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｉｎｃ製）を用いることにより、光電気変換素子（ＬＥＤ素子）４０より出射された光信号がコア部３に沿って導波するものとなっている。また、光偏向部５はクラッド層２の内部に埋設されてコア部３の両端に配置されており、コア部３の導波方向に対して略４５度の角度を成した厚み約１７００Åの金属薄膜で構成されており、それにより光配線板１の上に実装された光電気変換素子（ＬＥＤ素子）４０からの光信号をコア部３に、またはコア部３の内部の光信号を光電気変換素子（フォトダイオード素子）４５に偏向させることが可能なものとなっている。
【００１３】
光吸収材１５は、上記電気配線板１０と光配線板１との間に全面に亘って厚み約６０μｍで層状に介設されており、更に各コア部３の間の位置においてクラッド層２の上面まで突出した光吸収材の突出部１６を備えている。そして、材質としては光吸収率の高い液状封止材ＣＶ５１８３Ｆ（松下電工製）を用いており、上記光吸収材１５の光吸収率は６０ｄＢ／ｃｍとなっており、電気配線板１０に用いられているプリプレグと比較すると高い光吸収能力を備えている。なお、本実施形態では光吸収体として、光偏向部での散乱による漏れ光は層状に上記の光吸収率を備えたものを用いたが、光偏向部での散乱による漏れ光は層状に形成された光吸収体に対して、直交する角度で入射される成分も多いので、用いる光吸収体の光吸収率としては、５０ｄＢ／ｃｍ以上の材質のものを用いることが好ましく、かつその厚みも１００μｍ以上のものを用いることが好ましい。
【００１４】
また、上記光吸収材の突出部１６を設ける箇所としては、コア部３の内部を導波する光信号の一部が吸収されることがなく、コア部３から漏れた光のみを吸収することができるように、少なくともコア部３からの距離が下記の（１）式を満足するＸ以上離れている箇所に光を吸収する光吸収材１５を設けるようにすることが好ましい。
【００１５】
Ｘ=２／（２×π／λ×ＳＱＲＴ（１／（ｅ×ｅ）×（ｎｆ×ｎｆ−ｎｓ×ｎｓ）＋ｎｓ×ｎｓ−ｎｓ×ｎｓ））・・・（１）式
ただし、λはコア部３を導波する光信号の波長、ｅは自然対数の底、ｎｆはコア部３の屈折率、ｎｓはクラッド層２の屈折率である。
【００１６】
電気配線板３０は、絶縁層３１とその絶縁層３１の上面に形成された電気回路３２で構成されている。また、絶縁層３１は光配線板１のクラッド層２の上面全域に亘って形成されており、光偏向部５に対応する位置には光信号の伝達を阻害しないように少なくとも絶縁層３１を貫通する孔が設けられている。また、電気回路３２には外部の電気回路とワイヤー等を用いて電気接続可能なようにパッド３３が絶縁層３１の端部周辺に備えられており、更にこの電気回路３２は上記孔を覆うように光電気変換素子（ＬＥＤ素子）４０または光電気変換素子（フォトダイオード）を実装することが可能な回路パターンを備えているものである。
【００１７】
図３−１から図３−４は、請求項１から４の全てに対応した上記実施形態の製造方法を示しており、以下に具体的に説明する。まず、約１５０ｍｍ（縦）×１００ｍｍ（横）×２ｍｍ（厚さ）のポリカーボネート板よりなる下板５０の表面に紫外線硬化性のエポキシ系樹脂である光学接着剤ＯＰＴＣＡＳＴ３５１４（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｉｎｃ製）の樹脂液を２０℃の環境下で塗布した後、スピンコートにより液面平滑化を行い、その上部より超高圧水銀ランプで紫外光６０を照射して硬化させ、クラッド層２の下部を形成した（図３−１（ａ）参照）。次にコア部３となる紫外線硬化性のエポキシ系樹脂である光学接着剤ＯＰＴＣＡＳＴ３５５３（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｉｎｃ製）の樹脂液を、クラッド層２の下部を形成するときと同様に、２０℃の環境下で塗布した後、スピンコートにより液面平滑化を行った。そして、エマルジョンマスク７３を介して超高圧水銀ランプで紫外線６１を照射して投影露光することにより上記樹脂液を選択的に硬化させて、Ｙ分岐パターンおよび直線パターンの形状に各コア部３を形成した（図３−１（ｂ）参照）。更に、１００℃３０分で加熱処理を行った後、現像液中で４５秒間、続いてイオン交換水中で３０秒間の超音波洗浄を行い、未硬化樹脂液４を除去した。そして、クラッド層２の下部を形成するときと同様の方法を用いて、コア部３の厚みと略同じ高さまでクラッド層２を更に形成した（図３−１（ｃ）参照）。次に、頂角９０°の切削工具６５を用いて、形成されたクラッド層２及びコア部３の上面に対して４５度の斜面を備えた凹部を、各コア部３の端部となる箇所に形成した。このとき用いる切削工具６５としては、＃５０００ブレードを用いており、回転数３００００ｒｐｍで各コア部３の端部を全て直角に横切るように０．１ｍｍ／ｓの速度において走査して切削加工を行った。これにより、形成された４５度の斜面の面粗度は、ｒｍｓ表示で６０ｎｍと良好なものであった。（図３−２（ｄ）参照）。次に、４５度の斜面を備えた凹部に対して、メタルマスク７０を介して金の蒸着を行い、厚み１７００Åの金属薄膜よりなる光偏向部５を形成した（図３−２（ｅ）参照）。そして、クラッド層２の下部を形成したときと同様の方法を用いて、更にクラッド層２を積層して、光配線板１を形成した（図３−２（ｆ）参照）。次に、形成された光配線板１の上部より、メタルマスク７１を介してエキシマレーザ６２を照射することにより、光配線板１における各コア部３の間の位置に穴５５を形成した。このとき用いたエキシマレーザ６２は、レーザ媒質にはＫｒＦを用いており、波長は２４８ｎｍであり、加工条件は１パルス当たりの照射エネルギー１５ｍＪ／ｍｍ２、加工パルス数は２００パルスであった（図３−３（ｇ）参照）。次に、光吸収材１５となる液状封止材ＣＶ５１８３Ｆ（松下電工製）を電気配線板１０の上面全体に塗布した後、その上に光配線板１の側が下となるように光配線板１を電気配線板１０の上部に配置して、１２０℃で１時間の炉内加熱を行い、光配線板１と電気配線板１０とを接着した（図３−３（ｈ）参照）。次に、下板５０と光配線板１との間に引張力を加えて機械的に下板５０を光配線板１より���離した（図３−３（ｉ）参照）。次に、光配線板１に穴５５を形成した時と同様のエキシマレーザ６２を用いて、メタルマスク７２を介して照射することにより、光配線板１のクラッド層２の表面に穴径φ３０μｍ、深さ１０μｍ、ピッチ間隔３０μｍの凹凸形状を形成した。このときの加工条件は１パルス当たりの照射エネルギー１５ｍＪ／ｍｍ２、加工パルス数は４０パルスであった（図３−４（ｊ）参照）。次に、樹脂付き銅箔３４であるＡＲＣＣ  Ｒ０８８０（松下電工製）を最高温度１７０℃、最大圧力２０ｋｇ/ｃｍ２にて加熱加圧成形し（図３−４（ｋ）参照）、電気回路３２のパターン形成方法としては一般的に行われている露光法を用いて表層の銅箔を選択的にエッチングして回路形成を行った後、スルーホール３５の形成・光電気変換素子のフリップチップ実装を行って、本実施形態の光・電気配線板２０を得たものである（図２参照）。
【００１８】
上記製造方法を用いて作製された本実施形態の光・電気配線板２０を用いて、一方の光偏向部５の直上から光信号を入射して、他方の光偏向部５の直上に出射される光信号の強度の測定を行ったところ、光信号の波長が８５０ｎｍ時において、入射した光信号に対する出射した光信号の割合を約５０ｄＢに高めることができ、漏れ光を無視できるレベルに低く抑えることができた。
【００１９】
以上の構成を備えることにより、電気配線板１０と光配線板１との間の少なくとも光偏向部５と対応する位置に電気配線板１０よりも光吸収率の高い光吸収材１５が層状に介設されているので、光配線板１の上面部分において反射した光信号の漏れ光を光配線板１と電気配線板１０の境界部分において吸収することで、光電気変換素子に入射する漏れ光を減少させることができる。
【００２０】
また、前記光吸収材１５が、電気配線板１０と光配線板１との間の全面に亘って介設されているので、光吸収材１５を電気配線板１０と光配線板１との間の接着層として利用することができる。また、電気配線板１０と光配線板１との間の一部に光吸収材１５が介設されているときと比較すると、漏れ光を更に減少させることができる。
【００２１】
また、光配線板１がクラッド層２の内部に複数のコア部３を備えた構造を成し、かつ光吸収材１５が各コア部３の間の位置においてクラッド層２の上面まで突出して設けられているので、コア部３を導波している光信号の漏れ光が直接に隣接するコア部３に入射して、光ノイズとなることを防止することができる。
【００２２】
また、クラッド層２が、その上面にコア部３より漏れた光を散乱させるための凹凸形状を備えて設けられているので、光偏向部５で散乱されることによって漏れた光信号が更にクラッド層２の上面にて散乱されて分散することになり、一定の方向性を有する光としての光強度を小さくできて、光ノイズとなる漏れ光の光強度を小さくすることができる。
【００２３】
なお、本実施形態で用いた光偏向部５は、光配線板１に設けた４５度の斜面を備えた凹部に金属薄膜を形成することにより、光の反射作用を利用して光信号を偏向させているが、コア部３の端部にコア部３と屈折率の異なる材質のものを充填して、光の屈折作用を利用して光信号を偏向させるものでも良い。
【００２４】
なお、本実施形態で用いた光吸収材１５は、電気配線板１０と光配線板１との間の全面に亘って介設されているが、光偏向部での散乱による漏れ光を吸収することを目的としているので、電気配線板１０と光配線板１との間の光偏向部５に対応する位置（光偏向部の直下の位置）だけに介設されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本願発明の実施形態に係る光・電気配線板の（ａ）上面斜視図（ｂ）下面斜視図。
【図２】本願発明の実施形態に係る光・電気配線板のＡ−Ａ断面図。
【図３−１】本願発明の実施形態に係る光・電気配線板の製造方法を示す断面図。
【図３−２】本願発明の実施形態に係る光・電気配線板の製造方法を示す断面図。
【図３−３】本願発明の実施形態に係る光・電気配線板の製造方法を示す断面図。
【図３−４】本願発明の実施形態に係る光・電気配線板の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１    光配線板
２    クラッド層
３    コア部
４    未硬化樹脂液
５    光偏向部
１０  電気配線板
１５  光吸収材
１６  光吸収材の突出部
２０  光・電気配線板
３０  電気配線板
３１  絶縁層
３２  電気回路
３３  パッド
３４  樹脂付き銅箔
３５  スルーホール
４０  光電気変換素子（ＬＥＤ素子）
４５  光電気変換素子（フォトダイオード素子）
５０  下板
５５  穴
６０  紫外光
６１  紫外光
６２  エキシマレーザ
６５  切削工具
７０  メタルマスク
７１  メタルマスク
７２  メタルマスク
７３  エマルジョンマスク
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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