(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気配線を有する基板に光配線層を接着層を介して接着させた光・電気配線基板であって、
該光配線層は、層に対して平行に光を伝搬させるコアと、
該コアが埋没しているクラッドと、
該コアに対して９０°の刃先を持つダイシングソーを用いて、９０°に伝搬方向を変える傾きを有して交差するよう形成され、蒸着を用いて金属薄膜を付けたミラーと、
該クラッド上に位置し該ミラーに集光させた光が該ミラーで反射して該コア内を通らせるレンズを有し、該レンズが該クラッドと同一部材であって、
電気配線を有する基板の反対側にあるレンズの周囲に、発光素子もしくは受光素子のいずれかから選択される光部品をハンダ付けするために設けられた光部品用のパッドと、
光部品用パッドと電気配線を有する基板の電気配線とを電気接続し、前記光配線層と前記接着層とを貫通するビアホールと、
を具備することを特徴とする光・電気配線基板。
【請求項２】
電気配線を有する基板に光配線層を接着層を介して接着させた光・電気配線基板であって、
該光配線層は、層に対して平行に光を伝搬させるコアと、
該コアが埋没しているクラッドと、
該コアに対して９０°の刃先を持つダイシングソーを用いて、９０°に伝搬方向を変える傾きを有して交差するよう形成され、蒸着を用いて金属薄膜を付けたミラーと、
該クラッド上に位置し該ミラーに集光させた光が該ミラーで反射して該コア内を通らせるレンズを有し、該レンズが該クラッドと同一部材であって、
電気配線を有する基板の反対側にあるレンズの周囲に、発光素子もしくは受光素子のいずれかから選択される光部品をハンダ付けするために設けられた光部品用のパッドと、
電気配線を有する基板の反対側にある光配線層の表面に、電気部品をハンダ付けするために設けられた電気部品用のパッドと、
光部品又は電気部品用パッドと電気配線を有する基板の電気配線とを電気接続し、前記光配線層と前記接着層とを貫通するビアホールと、
を具備することを特徴とする光・電気配線基板。
【請求項３】
電気配線を有する基板に光配線層を接着層を介して接着させた光・電気配線基板であって、
該光配線層は、層に対して平行に光を伝搬させるコアと、
該コアが埋没しているクラッドと、
該コアに対して９０°の刃先を持つダイシングソーを用いて、９０°に伝搬方向を変える傾きを有して交差するよう形成され、蒸着を用いて金属薄膜を付けたミラーと、
該クラッド上に位置し該ミラーに集光させた光が該ミラーで反射して該コア内を通らせるレンズを有し、該レンズが該クラッドと同一部材であって、
電気配線を有する基板の反対側にあるレンズの周囲に、発光素子もしくは受光素子のいずれかから選択される光部品をハンダ付けするために設けられた光部品用のパッドと、
電気配線を有する基板の反対側にある光配線層の表面に、電気部品をハンダ付けするために設けられた電気部品用のパッドと、
光部品又は電気部品用パッドと電気配線を有する基板の電気配線とを電気接続し、前記光配線層と前記接着層とを貫通するビアホールと、
電気配線を有する基板の反対側にある光配線層の表面に設けた電気配線と、
を具備することを特徴とする光・電気配線基板。
【請求項４】
光配線層が、層に対して平行に光を伝搬させるコアと、該コアが埋没しているクラッドと、該コアに対して傾きを有して交差するよう形成されたミラーと、該クラッド上に位置し該ミラーに集光させた光が該ミラーで反射して該コア内を通らせるレンズを有し、該レンズが該クラッドと同一部材である光・電気配線基板の製造方法であって、
レンズの型となる凹部の加工を施した支持体上に、前記凹部を埋め込みさらに支持体上に所定の厚さとなるようにクラッドを形成し、次いでコアを形成し、次いで前記コアを埋め込むようにクラッドを形成することにより、レンズを備えた光配線層を形成する工程と、
前記光配線層に対して９０°の刃先を持つダイシングソーを用いて、９０°に伝搬方向を変える傾きを有して交差する切断面を形成し、当該切断面に金属薄膜を付けて、ミラー面を形成する工程と、
前記光配線層を前記支持体から剥離する工程と、
前記光配線層を、電気配線を有する基板の電気配線側に接着層を介して接着する工程と、
前記光配線層側の前記レンズを備えた面側からレーザーにより、前記光配線層と前記接着層とを貫通するビアホール用の小径孔を形成する工程と、
セミアディティブ法により、少なくとも、前記光配線層と前記接着層とを貫通するビアホール、光部品用パッド、及び前記ビアホールと光部品用パッドを電気的に接続する金属層を形成する工程と、を含むことを特徴とする光・電気配線基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光・電気配線基板に光部品又は／及び電気部品を実装したことを特徴とする実装基板。
【発明の詳細な説明】
【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する光・電気配線基板及びその製造方法並びにその基板に光部品と電気部品とを実装した実装基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
より速く演算処理が行えるコンピュータを作るために、CPU のクロック数は年々増加する傾向にあり、現在ではGHz 程度のものが出現するに至っている。この結果、コンピュータ中のプリント基板上の銅による電気配線には高周波信号が流れる部分が存在することになるので、ノイズの発生により誤動作が生じたり、また、電磁波が発生して周囲に影響を与えることとなる。
また、プリント基板上の銅による電気配線の一部を光ファイバー又は光導波路による光配線に置き換え、電気信号の代わりに光信号を利用することが試みられているが、光源を導波路に光軸をずらすことなく効率よく挿入する技術は難しく、一般に熟練労働者に頼らなければ一致させられなかった。
【０００３】
このような問題を解決するために、レンズを用いて光源から出た光を集光して導波路内に導通させることが行われている。しかしこの場合も、モジュールと光導波路との光軸あわせが難しく、光部品を光・電気配線基板に実装することは、非常に高価なものになるという欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、モジュールと光導波路との光軸あわせが容易な光配線層及びその製造方法、並びに、高密度実装又は小型化が可能で、しかも光部品の実装が従来より簡便な方法で行える光・電気配線基板及びその製造方法並びに実装基板を提供することを課題とする。
【０００５】
本発明において上記の課題を達成するために、まず請求項１の発明は、電気配線を有する基板に光配線層を接着層を介して接着させた光・電気配線基板であって、該光配線層は、層に対して平行に光を伝搬させるコアと、該コアが埋没しているクラッドと、該コアに対して９０°の刃先を持つダイシングソーを用いて、９０°に伝搬方向を変える傾きを有して交差するよう形成され、蒸着を用いて金属薄膜を付けたミラーと、該クラッド上に位置し該ミラーに集光させた光が該ミラーで反射して該コア内を通らせるレンズを有し、該レンズが該クラッドと同一部材であって、電気配線を有する基板の反対側にあるレンズの周囲に、発光素子もしくは受光素子のいずれかから選択される光部品をハンダ付けするために設けられた光部品用のパッドと、光部品用パッドと電気配線を有する基板の電気配線とを電気接続し、前記光配線層と前記接着層とを貫通するビアホールと、を具備することを特徴とする光・電気配線基板である。
請求項２に記載の発明は、電気配線を有する基板に光配線層を接着層を介して接着させた光・電気配線基板であって、該光配線層は、層に対して平行に光を伝搬させるコアと、
該コアが埋没しているクラッドと、該コアに対して９０°の刃先を持つダイシングソーを用いて、９０°に伝搬方向を変える傾きを有して交差するよう形成され、蒸着を用いて金属薄膜を付けたミラーと、該クラッド上に位置し該ミラーに集光させた光が該ミラーで反射して該コア内を通らせるレンズを有し、該レンズが該クラッドと同一部材であって、電気配線を有する基板の反対側にあるレンズの周囲に、発光素子もしくは受光素子のいずれかから選択される光部品をハンダ付けするために設けられた光部品用のパッドと、電気配線を有する基板の反対側にある光配線層の表面に、電気部品をハンダ付けするために設けられた電気部品用のパッドと、光部品又は電気部品用パッドと電気配線を有する基板の電気配線とを電気接続し、前記光配線層と前記接着層とを貫通するビアホールと、を具備することを特徴とする光・電気配線基板である。
請求項３に記載の発明は、電気配線を有する基板に光配線層を接着層を介して接着させた光・電気配線基板であって、該光配線層は、層に対して平行に光を伝搬させるコアと、該コアが埋没しているクラッドと、該コアに対して９０°の刃先を持つダイシングソーを用いて、９０°に伝搬方向を変える傾きを有して交差するよう形成され、蒸着を用いて金属薄膜を付けたミラーと、該クラッド上に位置し該ミラーに集光させた光が該ミラーで反射して該コア内を通らせるレンズを有し、該レンズが該クラッドと同一部材であって、電気配線を有する基板の反対側にあるレンズの周囲に、発光素子もしくは受光素子のいずれかから選択される光部品をハンダ付けするために設けられた光部品用のパッドと、電気配線を有する基板の反対側にある光配線層の表面に、電気部品をハンダ付けするために設けられた電気部品用のパッドと、光部品又は電気部品用パッドと電気配線を有する基板の電気配線とを電気接続し、前記光配線層と前記接着層とを貫通するビアホールと、電気配線を有する基板の反対側にある光配線層の表面に設けた電気配線と、を具備することを特徴とする光・電気配線基板である。
請求項４に記載の発明は、光配線層が、層に対して平行に光を伝搬させるコアと、該コアが埋没しているクラッドと、該コアに対して傾きを有して交差するよう形成されたミラーと、該クラッド上に位置し該ミラーに集光させた光が該ミラーで反射して該コア内を通らせるレンズを有し、該レンズが該クラッドと同一部材である光・電気配線基板の製造方法であって、レンズの型となる凹部の加工を施した支持体上に、前記凹部を埋め込みさらに支持体上に所定の厚さとなるようにクラッドを形成し、次いでコアを形成し、次いで前記コアを埋め込むようにクラッドを形成することにより、レンズを備えた光配線層を形成する工程と、前記光配線層に対して９０°の刃先を持つダイシングソーを用いて、９０°に伝搬方向を変える傾きを有して交差する切断面を形成し、当該切断面に金属薄膜を付けて、ミラー面を形成する工程と、前記光配線層を前記支持体から剥離する工程と、前記光配線層を、電気配線を有する基板の電気配線側に接着層を介して接着する工程と、前記光配線層側の前記レンズを備えた面側からレーザーにより、前記光配線層と前記接着層とを貫通するビアホール用の小径孔を形成する工程と、セミアディティブ法により、少なくとも、前記光配線層と前記接着層とを貫通するビアホール、光部品用パッド、及び前記ビアホールと光部品用パッドを電気的に接続する金属層を形成する工程と、を含むことを特徴とする光・電気配線基板の製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
１．光配線層
本発明の光・電気配線基板において、ミラー、レンズを具備する導波路層の横断面図を図１に示す。コア１は、クラッド２に埋没しており、レーザ光を伝搬させる光導波路である。また、レンズ３はミラー４で反射される部分が焦点に近い距離となっている。つまり、レーザなどのモジュールに水平方向の位置ずれが生じた場合でも光が必ず導波路内を通ることとなり、位置あわせが簡便になる。更に、レンズとクラッドまたはレンズとコアと同一部材、同時形成であるので、レンズとクラッドまたはコアとの位置合わせが実質上不要である。
【０００７】
クラッドを形成する樹脂の特性としては、ガラス転移温度Ｔｇが高く、絶縁抵抗が高く、熱膨張率が小さいものが良く、その膜形成方法としては、熱硬化、光硬化等があげられる。たとえば、ポリイミド系樹脂やエポキシ系樹脂などが適している。
【０００８】
コアを形成する樹脂の特性としては、クラッド層の樹脂同様、ガラス転移温度Ｔｇが高く、絶縁抵抗が高く、熱膨張率が小さいものが良く、加えて、光導波路のクラッド層の屈折率より大きいものを選ぶ必要がある。
【０００９】
２．光配線層の製造方法
図１のレンズ３がクラッドと同一部材の場合は、図２(a) のようにあらかじめレンズ型に加工を施したSiなどの支持体５上に剥離膜６を製膜した後、図２(b) のようにクラッド７を製膜する。次にコア８を製膜した後、スパッタや、フォトリソグラフィーなどを用いてコアパターンに加工した後、クラッド９を製膜する（図２(c) ）。続いて、これをダイシングソー１０などの微細加工の出来る機械を用いて、ミラー面１１を形成する（図２(d) ）。最後に、 Si 等の支持体上から剥離させることによって光配線層を得る（図２(e) ）。
【００１０】
図１のレンズ３がコアと同一部材の場合は、図３(a) のようにあらかじめレンズ型に加工を施したSiなどの支持体１２上に剥離膜１３を製膜した後、クラッド１４を製膜する（図３(b) ）。次いで、レンズ形成部分のクラッドのみをRIE などのエッチング法により穴を開ける（図３(c) ）。その後、コア１５を図３(d) の様に製膜し、穴の内部もコア材料で満たす。その後、スパッタや、フォトリソグラフィーなどを用いてコアパターンに加工した後、クラッド１６を製膜する（図３(e) ）。続いて、これを９０°の刃先を持つダイシングソーなどの微細加工の出来る機械を用いてミラー面１７を形成する（図３(f) ）。最後に、 Si などの支持体上から剥離させることによって光配線層を得る（図３(g) ）。
【００１１】
本発明の光・電気基板において、レンズの上にレーザやフォトダイオードなどの光学素子の発光、及び受光部を精度良くアライメントするには、フォトリソグラフィーなどを用いて電気配線を有する基板や導波路層にマーカを付けておき、一方の光学素子にもマーカを付けて双方のマーカを画像認識によって光チップを所定の位置に移動させて固定する方法でも良いし、またパッドの上にバンプを形成し固定するフリップチップ方式でも良い。
【００１２】
ミラーは、切断した状態そのままでも良いが、光損失の原因となるミラー部分で直進してしまう光を減少させるために、蒸着などを用いて金属薄膜を付けても良い。また機械的強度を保つために、加工時に発生する空間部などを適当な樹脂を用いて埋めても良い。
【００１３】
レンズの型となる支持体の凹型部分の作製方法としては、例えば、フォトリソグラフィーにより円形にパターニングを施した後に、等方性エッチングを用いて作製することができる。あるいは、金属支持体上を切削加工することで作製することもできる。支持体の凹部形状としては、図４に示した様に、製品におけるレンズを保護するためレンズの凸部が導波路の上部クラッドより低くなるように設計された図４(b) や図４(c) の形状でも良い。これらの場合は、まず、支持体上でレンズにするところのみマスクを施しそれ以外の部分をエッチングし、次に凹部となる部分以外にマスクを施し、レンズとなる部分が凹面部になるように等方性エッチングを行うと良い。
【００１４】
３．光・電気配線基板
本発明の光・電気配線基板において、パッド２７の中心を通り光導波路のコア部分を縦断する断面図を図５(a) に、光部品を実装する部分の平面図を図５(b) に示す。
【００１５】
本発明の光・電気配線基板は図５に示した様に、電気配線２３を有する基板１８上に接着層１９を介し、光配線層（コア２２、クラッド２０）が積層されている構造をとる。この基板１８は単層の絶縁基板でも、電気配線と絶縁層が交互に積層された多層配線基板でも良い。また、構成材料として、ガラス布に樹脂を含浸させた絶縁基板でも、ポリイミドフィルムでも、セラミック基板でも良く、それらをベースにした多層配線基板でも良い。
【００１６】
図５に示した光配線層には、光部品の位置ずれ許容範囲を大きくするためのレンズ２５と光信号であるレーザ光を反射させ９０°に伝搬方向を変えるミラー２６が形成されている。
【００１７】
レンズ２５の周辺部には、レーザ発光素子や受光素子などの光部品を搭載するパッド２７が配置されている。本パッドは光配線層の上部に形成される。また、本発明の光・電気配線基板に光部品をリフロー炉を通してハンダ接続を取ることができる。
【００１８】
電気部品用のパッド２７は光配線上の電気配線２１及び、ビアホール２４を介して電気配線２３と接続される。
【００１９】
図６は、パッド２８の上に、半導体レーザなどのレーザ発光素子２９のリード３０をハンダ付けしたときの断面図である。レーザ発光素子２９のレーザ発光面３１から放出されたレーザ光３２は、ミラー３３で反射され、コア３４を伝搬する。レーザの取り付け位置が水平方向にずれても、レンズによってコアに集光される。
【００２０】
図７は、パッド３５上に、フォトダイオードなどの受光素子３６のリード３７を、ハンダ付けしたときの断面図である。コア３８を伝搬するレーザ光３９は、ミラー４０で反射され、受光素子３６の受光面４１に入射する。レーザ光の拡がりをレンズによって抑え、受表面に導く。
【００２１】
光・電気配線基板の光配線層の上に、光部品をハンダ付けするためのパッドを設けても良いし、また、電気配線を設けても良い。電気部品用のパッドは、光部品用のパッドと同様にして、ビアホールによって電気配線を有する基板上の配線と電気接続しても良い。
【００２２】
光配線層の上に電気配線を設けた場合、パッドが、光配線層上の電気配線とだけに電気接続して、電気配線を有する基板上の電気配線とは電気接続していないことがあっても良い。この場合は、もちろん、パッドと基板上の電気配線とを電気接続するビアホールは存在しない。
【００２３】
４．光・電気配線基板の製造方法
本発明の光・電気配線基板の製造方法は、基本的には次の通りである。まず、電気配線を有する基板とは別に、支持体の上で光配線層を作る。次に、基板に接着する。さらに、パッドと電気配線を有する基板上の電気配線とを電気接続するビアホールを形成する。
【００２４】
以下、一つの実施の形態を、ビアホールによって基板上の電気配線と電気接続する光部品用のパッドに焦点を当てて、図８(a) 〜(d) の流れに従って説明する。
【００２５】
本発明の光配線層４４を作製する（図８(a) ）。次に、図８(b) のように、電気配線を有する基板４２上に接着剤４３を塗布し、光配線層４４のミラーを有する側と接着させる。このときの光配線層はフィルム化した後に電気配線を有する基板と接着させても良いし、支持体付の状態で電気配線を有する基板と接着させた後に支持体から剥離しても良い（図示せず）。
【００２６】
図８(c) のようにレーザによって、ビアホール用の小径孔４５を開ける。この場合、電気配線４６がレーザ加工時のストッパの役割を果たす。
【００２７】
セミアディティブ法により、ビアホール４７内部、並びに、パッド４８とビアホールの間を結ぶ部分に金属層を形成し、図８(d) のように、本発明の光・電気配線基板が得られる。必要に応じて、同時に電気部品用のパッド（図示せず。）、それと電気配線を電気接続するビアホール（図示せず。）、或いは、電気配線（図示せず。）を形成することができる。
【００２８】
５．実装基板
光・電気配線基板に、光部品（レーザ、フォトダイオード）及び電気部品を実装したものである。実装にはハンダ及びリフロー技術が好適に用いられる。高速信号部分に光配線を、それ以外の部分に電気配線を用いることにより、高速で動作し、かつ電磁波の発生を抑えた回路を構築できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果がある。
【００３０】
第１に、レンズを有するので発光素子等と光配線層の光軸あわせは簡便である。また、レンズとコア、もしくはレンズとクラッドが同一部材であるので、それらの位置あわせは実質上不要である。
【００３１】
第２に、支持体は加工の後に剥離させるので、一度作製したレンズの形を有するSi等の支持体は繰り返し使用することができ、従来よりも安価に製品を作製することが出来る。
【００３２】
第３に、電気配線を有する基板の上に光配線層を設けるので、高密度実装又は小型化が可能であるという効果がある。
【００３３】
第４に、電気配線を有する基板とは別に、支持体上に光配線層を作製し、その光配線層を電気配線を有する基板に接着するので、電気配線を有する基板上の電気配線の上に直接光配線層を設置する場合と比較して、電気配線を有する基板上の電気配線の凹凸の影響を少なくできる。よって、光配線層の光信号の伝搬損失を低減できるという効果がある。
【００３４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光配線層を示す断面図。
【図２】本発明の光配線の製造方法の一例を示す断面図。
【図３】本発明の光配線層の製造方法の別の例を示す断面図。
【図４】レンズを作製する為の母型となる支持体の形状を示す説明図。
【図５】本発明の光・電気配線基板における光部品を実装する部分において、光配線層を縦断する断面図(a) 及び平面図(b) 。
【図６】本発明の光・電気配線基板にレーザ発光素子を実装した光・電気実装基板のレーザ光の伝搬の断面図。
【図７】本発明の光・電気配線基板に受光素子を実装した光・電気実装基板のレーザ光の伝搬の断面図。
【図８】本発明の光・電気配線基板の製造方法の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１…コア
２…クラッド
３…レンズ
４…ミラー
５…支持体
６…剥離膜
７…クラッド
８…コア
９…クラッド
１０…ダイシングソー
１１…ミラー面
１２…支持体
１３…剥離膜
１４…クラッド
１５…コア
１６…クラッド
１７…ミラー面
１８…基板
１９…接着層
２０…クラッド
２１…光配線上の電気配線
２２…コア
２３…電気配線
２４…ビアホール
２５…レンズ
２６…ミラー
２７…パッド
２８…パッド
２９…レーザ発光素子
３０…リード
３１…レーザ発光面
３２…レーザ光
３３…ミラー
３４…コア
３５…パッド
３６…受光素子
３７…リード
３８…コア
３９…レーザ光
４０…ミラー
４１…受光面
４２…電気配線を有する基板
４３…接着剤
４４…光配線層
４５…ビアホール用の小径孔
４６…電気配線
４７…ビアホール
４８…パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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