(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気配線が形成された電気配線基板に、光信号伝搬用の光導波路が埋設された光基板を積層する光・電気配線基板において、
貫通孔が形成された前記光基板と、
前記貫通孔を貫通し、前記電気配線に接続された柱状導電性ガイドと、
前記柱状導電性ガイドを囲んで光基板表面に銅メッキにより形成された凸状の隔壁と、
を有し、
前記凸状の隔壁で囲まれた領域に光部品の端子を収容することを特徴とする光・電気配線基板。
【請求項２】
前記光配線に、前記光基板に対して４５°をなす面を有するミラーが形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光・電気配線基板。
【請求項３】
電気配線基板に金属配線及び柱状導電性ガイドを形成する工程と、
光信号伝搬用の光導波路が埋設された光基板に貫通孔を形成し、該貫通孔に前記柱状導電性ガイドを貫通させて前記電気配線基板に光基板を積層する工程と、
前記光基板表面に銅メッキにより凸状の隔壁を形成する工程と、
前記凸状の隔壁で囲まれた領域に光部品の端子を収容する工程と、
を有することを特徴とする実装基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２の何れか１項に記載の光・電気配線基板において、光部品を前記柱状導電性ガイドの光基板に露出している部分で電気配線と電気的に導通させて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、並びにその基板上に光部品と電気部品を実装する実装基板に関する。
【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のクロック周波数は益々増大する傾向にあり、現在では１ＧＨｚ程度のものが出現するに至っている。この結果、コンピュータの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の電子機器に影響を与えることにもなる。
【０００３】
このような問題を解決するために、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行われている。というのは、光信号の場合は、ノイズ及び電磁波の発生を抑えられるからである。
【０００４】
高密度実装又は小型化の観点からは、電気配線と光配線とが同一の基板上で積層されている光・電気配線基板を作製することが望ましいが、従来の光・電気配線基板は、レーザ発光素子や受光素子などの光部品を実装するとき、光部品の光軸と光配線用部材の光軸とを光学的に一致させることが難しく、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。従って、リフロー炉などで自動的にハンダ付けできる電気部品と比較して、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。
【０００５】
【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、高密度実装又は小型化が可能で、しかも光部品の実装が電気部品の実装と同じ方法で行える光・電気配線基板の構造を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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記載の発明は、電気配線が形成された電気配線基板に、光信号伝搬用の光導波路が埋設された光基板を積層する光・電気配線基板において、貫通孔が形成された前記光基板と、前記貫通孔を貫通し、前記電気配線に接続された柱状導電性ガイドと、前記柱状導電性ガイドを囲んで光基板表面に銅メッキにより形成された凸状の隔壁とを有し、前記凸状の隔壁で囲まれた領域に光部品の端子を収容することを特徴とする光・電気配線基板である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光・電気配線基板において、前記光配線に、前記光基板に対して４５°をなす面を有するミラーが形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、光・電気配線基板の製造方法であって、電気配線基板に金属配線及び柱状導電性ガイドを形成する工程と、光信号伝搬用の光導波路が埋設された光基板に貫通孔を形成し、該貫通孔に前記柱状導電性ガイドを貫通させて前記電気配線基板に光基板を積層する工程と、前記光基板表面に銅メッキにより凸状の隔壁を形成する工程と、前記凸状の隔壁で囲まれた領域に光部品の端子を収容する工程と、を有することを特徴とする実装基板の製造方法である。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２の何れか１項に記載の光・電気配線基板において、光部品を前記柱状導電性ガイドの光基板に露出している部分で電気配線と電気的に導通させて実装したことを特徴とする実装基板である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図に基づいて以下に詳細に説明する。
１．光・電気配線基板
本発明の光・電気配線基板において、光部品を実装する部分の平面図を図１（ａ）に、光配線であるコアパターン２に沿って切断する断面図を図１（ｂ）に示す。
【００１１】
本発明の光・電気配線板は電気配線１０、１１、１２、１３を備えた基板８上に、光基板９が積層されている構造をとる。この基板８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い。
【００１２】
光基板９には、光信号を伝搬される光配線としてコアパターン２が、コア材料より低い屈折率を有するクラッド層１に埋設されている。このコアパターンはフォトリソグラフィ技術で形成されるため、その位置は支持基板上に形成したアライメントマーク（図示せず）によって決めることができる。
【００１３】
光基板９には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３が形成される。このミラーは、本発明の光・電気配線板上に搭載したレーザ発光素子から基板に向かって垂直方向に発した光信号を、基板面と並行に配置した光配線へ挿入したり、逆に、光配線を伝搬してきた光信号を、本発明の光・電気配線基板上に設置した受光素子へ向かって、垂直に光信号の伝搬方向を変える役割を果たし、光配線の一部に、基板に対し４５°をなす面を形成する。このミラーは光基板上にフォトリソグラフィ技術により形成したメタルマスクをもとにエッチング法を用いた穿孔による加工、またはレーザによる穿孔による加工により形成できるので、その位置は基板８上に形成したアライメントマーク（図示せず）によって決めることができる。
【００１４】
ミラー３の周辺部には、レーザ発光素子や受光素子などの光部品と電気接続を取るための柱状導電性ガイド４、５、６、７が光基板を貫通している。柱状導電性ガイトは基板９に形成された電気配線１０、１１、１２、１３と接続している。
【００１５】
柱状導電性ガイド４、５、６、７が光基板表面に露出している部分４ａ、５ａ、６ａ、７ａには、これらガイドを囲むように微少な凸状の隔壁１５が形成される。この隔壁で仕切られた凹部は光部品の端子が無理なく収容されて、望ましくはこの凹部でハンダ付けできるように形成する。凸状の隔壁は光部品の端子の形状と相似であると端子の移動できる範囲は限定される。従って、光部品の変動範囲が規制されるので、発光レーザーの光軸と幅が数ミクロンのミラー（光導波路）３の光軸とを精度良く一致させ、且つ強固に固定でき、必要であれば電気配線と電気的に導通することが可能である。
【００１６】
この凸状の隔壁は、光部品の端子がきっちりと収容できるのが望ましい形態であるが、必ずしも土手状につながっている必要はなく、切れ切れであっても構わない。また、必ずしも電気配線と導通している必要もなく、導電性ガイドの位置とは独立に形成してもよい。この場合、凸状の隔壁は光部品の位置を固定する機能しかない。
【００１７】
光部品以外の電気部品も基板８上の電気配線と柱状導電性ガイドと介して電気接続される。この場合は光軸の精密なアライメントは必要がないので凸状の隔壁は不要であるが、必要に応じて形成しても構わない。凸状の隔壁及び柱状導電性ガイドはフォトリソグラフィ技術とメッキ技術にて形成するので、その位置は基板８上に形成したアライメントマーク（図示せず）によって必要に応じて決めることができる。
【００１８】
２．光・電気配線基板の製造方法
本発明になる光・電気配線基板の構成を図面を用いて詳しく説明する。
(1) 光基板の製造方法
フィルム状の光基板を以下の手順で形成した（図２参照）。シリコンウエハー３０上に樹脂３１（光を導波する光基板の支持媒体でクラッド層の役割を果たすもので、フッ素化ポリイミド系樹脂の前駆体であるフッ素化ポリアミック酸またはフッ素化エポキシ系樹脂等から選択する）を厚さ２０〜１００ミクロン程度塗布
する（工程(a) ）。ポリアッミク酸溶液の場合であればイミド化するために３５０度で１〜２時間焼成する。エポキシ系樹脂であればＵＶ硬化もしくは１００〜２００度でポリマー化する。
【００１９】
次いで、光導波路となる樹脂３２、例えばフッ素系ポリアミック酸溶液あるいはポリメチルメタクリレート樹脂溶液など導波すべき波長に好適な屈折率を有する樹脂を選択して適切な方法で均一に８ミクロン塗布する（工程(b) ）。感光性があれば定法のフォトリソ法でパタニングして光導波路３３を形成し、その後材料に応じた硬化反応を行う。感光性がなければ硬化させた後に所定パタンの金属マスクを形成してＲＩＥドライエッチングにより導波路パタンを形成する（工程(c) ）。さらに、先に形成したクラッド層と同じ材料を同様に厚さ２０〜１００ミクロン程度塗布する。
【００２０】
次いで、光基板の所望の位置に貫通孔３４を形成した（工程(d) ）。所定のパターンを有するマスクを介し、エキシマレーザを照射して孔を形成する。次に、シリコンウエハーからフィルムを剥離すると貫通孔を含むフィルム状の光基板３５を形成で出来る（工程(e) ）。この方法では完全な貫通孔が形成できカスは全く残らなかった。
【００２１】
(2) 電気配線基板の製造方法
次いで、電気配線基板の製造方法について述べる（図３参照）。ガラスエポキシ基板等適切な絶縁基板上４０にメッキ法あるいはスパッタあるいは蒸着法等により２０ミクロン程度の銅薄膜を形成する。定法のフォトリソ法により所望の金属配線４１を形成する。柱状導電性ガイドを形成するため、金属薄膜４２をスパッタにて形成し（工程(f) ）、その上からレジスト４３を塗布し現像して開口部４４を形成する（工程(g) ）。次に金属薄膜４２を陰極として銅メッキを行い開口部内部を出来るだけ銅で埋設する（工程(h) ）。レジストを剥離し（工程(i) ）、金属薄膜をエッチング除去すると柱状導電性ガイド４５が金属配線上に形成できる（工程(j) ）。柱状導電性ガイドの形状は円柱型、４角柱型等光部品の端子に見合った形状のマスクを用いのが望ましい。高さはレジストの膜厚あるいはメッキにかける時間で制御する。径は５０〜５００ミクロン、高さも２０〜２００ミクロン程度が望ましい。
【００２２】
(3) 光・電気配線基板の製造方法
複数の柱状導電性ガイド４５を光基板３５と電気配線基板４０をアライメントをとって積層するためのガイドをして使う（図４参照）。即ちフィルムの貫通孔を導電性の金属等からなる柱がフィルムのほぼ表面まで貫通するようにして積層する（工程(k) ）。光基板の電気基板と接触する側に接着剤１４を塗布して、光基板と電気基板を完全に接着固定するのが望ましい形態である。
【００２３】
さらに、積層した基板の表面に金属薄膜４６をスパッタにて形成し（工程(l)）、フォトレジスト４７を塗布する。定法の露光・現像処理を行い、ミラー形成のためのフォトレジスト開口部４８を形成する（工程(m) ）。
【００２４】
エッチングにより金属薄膜４６に開口部４９を形成し、ミラー形成のためのメタルマスクを形成する。さらに、基板を４５°に傾斜させ、ＲＩＥドライエッチングによりミラー５０を形成した（工程(n) ）。
【００２５】
次ぎに、本発明になる凸状の隔壁１５を所望の位置に形成した。先ず厚さ６０ミクロンの感光性ドライフィルムを密着した後、定法の露光・現像処理を行い、枠形成のためのフォトレジスト開口部を形成した。次いで金属薄膜４６を陰極として銅メッキ処理を行い、レジストを剥離する。枠の高さはドライフィルムの厚みとメッキ時間で制御できる。最後に薄いメタルマスクを溶解除去することにより本発明の壁状の枠を有する光・電気配線基板を完成させた（工程(o) ）。
【００２６】
凸状の隔壁１５はメッキ法による金属以外に、グリーンシートを使う無機厚膜、あるいは耐熱性のフォトレジスト等も使用可能である。何れも定法のフォトリソ技術で容易に形成できる。枠の形は光部品の端子の形状に合わせるのが望ましい。
【００２７】
柱状導電性ガイドの別の製法として、光・電気基板の適切な位置に光基板側からレーザ光照射やドライエッチングを行う方法がある。金属配線基板に敷設された銅配線までがストッパーとなり、この深さまでビアホールが形成できるので、引き続きメッキを行いビアホールを金属で埋めればよい。
【００２８】
３．実装基板の製造方法
図５に、一例として発光用レーザを内包する光部品２２の端子を光基板上に設けた凸状の隔壁内部１５に収容してハンダ付けした様子を模式的に示した。具体的には隔壁部１５に、ハンダボール２５を装着して光部品（レーザ、フォトダイオード）の端子２４を軽く差し込んだ。隔壁の形状は幅が２０ミクロンで半径８０ミクロンの円形で深さは５０ミクロンとした。光部品の導通用端子２４の数は４ヶで形状は半径７５ミクロンの円形であった。電気部品（ＣＰＵ、メモリ）用の端子は薄くハンダ付けされた金属パッド上に置いた。
【００２９】
温度２５０度のリフロー炉に１０秒静置した後冷却すると、光部品の端子は枠の形状と溶融ハンダの表面張力で決まる平衡位置に固定され、レーザーの光軸はミラーの中心位置±３ミクロンに収まっていることが確認された。電機部品と同じように凹部がない平坦な金属パッド上に光部品の端子を置いた場合は、光部品の固定位置が安定せず±５０ミクロン程度の誤差が生じた。凹部は電気的導通と光配線用のミラーとの精度の高いアライメントを確保するだけでなく、柱状導電性ガイド頂部が直接パッドとしてハンダにより光部品と導通しているので接続の信頼性も向上した。
【００３０】
【発明の効果】
本発明により、次のような効果を奏する。
第１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。
【００３１】
第２に、光基板のミラーを含むコアパターンと光部品搭載用の柱状導電性ガイド間の相互の位置関係が意図されたものに極めて高精度で一致する。
【００３２】
第３に、光部品の端子が光基板上の壁状の枠内部に精度良く収容されるので、光部品の光軸と光配線の光軸とを光学的に一致させることが容易であり、それゆえ光部品と電気部品とを同時に自動的実装できる。
【００３３】
第４に、光部品、あるいは、電気部品をハンダ付けする際、めっきで形成された柱導電性ガイドに直に接続すれば、ハンダ溶融熱の影響を受けず、接続の信頼性が向上する。同時に、基板上の電気配線との接続の信頼性も向上する。
【００３４】
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明に係わる光・電気配線基板における光部品を実装する部分の平面図。
（ｂ）本発明に係わる光・電気配線基板における光部品を実装する部分において、光導波路に平行に切断した場合の断面図。
【図２】本発明に係る光基板の製造プロセスの一例を示す説明図。
【図３】本発明に係る電気配線基板の製造プロセスの一例を示す説明図。
【図４】光基板と電気配線基板を導電性ガイドを使って積層する一例を示す説明図。
【図５】光・電気配線基板に一例としてレーザ発光素子を実装した場合のレーザ光の伝搬を説明する説明図。
【符号の説明】
１  クラッド層
２  光導波路（コア層）
３  ミラー
４  柱状導電性ガイド
４ａパッド
５  柱状導電性ガイド
５ａパッド
６  柱状導電性ガイド
６ａパッド
７  柱状導電性ガイド
７ａパッド
８  基板
９  光基板
１０  電気配線
１１  電気配線
１２  電気配線
１３  電気配線
１４  接着剤
１５  凸状の隔壁もしくはその内部の空間
２１  レーザ光
２２  レーザ発光素子
２３  レーザ発光面
２４  リード
２５  ハンダ
３０  シリコン基板
３１  クラッド層
３２  コア層
３３  導波路
３４  貫通孔
３５  光基板
４０  絶縁基板
４１  電気配線
４２  金属薄膜
４３  フォトレジスト
４４  フォトレジスト開口部
４５  柱状金属ガイド
４６  金属薄膜
４７  フォトレジスト
４８  フォトレジスト開口部
４９  金属薄膜開口部
５０  ミラー
【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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