(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光配線層と電気配線を有する光・電気配線基板であって、
第１の電気配線基板の電気配線が形成された面上に光配線を積層した第１の基板と、
第１の基板の光配線を積層した側の表面に形成された、第２の光・電気配線基板と嵌合するためのコネクタと、
コネクタ内部の第１の基板表面に設けられた第２の光・電気配線基板と光学的に接続する第１の光学接合部と、
コネクタ内部の第１の基板表面及び／又はコネクタの内側面に形成された金属からなる第１の突当て部と、
光・電気配線基板上嵌合された第２の光・電気配線基板を、前記突当て部に応力を加えて固定する固定機構と、
を有することを特徴とする光・電気配線基板。
【請求項２】
前記第１の突当て部が電気配線と導通することを特徴とする請求項１に記載の光・電気配線基板。
【請求項３】
第１の光・電気配線基板に、第２の光・電気配線を接続する光・電気配線基板の接続構造において、
第１の光・電気配線基板が、請求項１に記載の光・電気配線基板であり、
第２の光・電気配線基板は、
第２の電気配線基板の電気配線が形成された面上に光配線を積層した第２の基板と、
第２の光・電気配線基板をコネクタに嵌合した際に第１の光学接合部と光学的に接続可能な位置に設けられた第２の光学接合部と、
第２の基板の表面の前記固定機構によって応力が加えられる位置、及び／又は第２の光学接合部形成面に設けられた第２の突当て部と、
を有することを特徴とする光・電気配線基板の接続構造。
【請求項４】
前記第１の突当て部が第１の光・電気配線基板の電気配線と導通し、第２の光・電気配線基板には該第１の突当て部と電気接続する接続電極が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光・電気配線基板の接続構造。
【請求項５】
前記第１の光・電気配線基板及び第２の光・電気配線基板が、それぞれ位置合わせ用光配線を有することを特徴とする請求項３又は４記載の光・電気配線基板の接続構造。
【請求項６】
請求項５に記載の光・電気配線基板の接続構造において、前記各位置合わせ用光配線を通る光信号に基づいて、第１の光・電気配線基板と第２の光・電気配線基板の接続位置の補正を行うことを特徴とする光・電気配線基板の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号と電気信号を搬送可能な光・電気配線基板とその接続方法に関する。
【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オーダー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電流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悪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。なぜなら、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】
当初は、光配線として、光ファイバが用いられていた。光ファイバは、光通信システムとして技術がほぼ確立していたので、転用することは比較的容易であった。しかし、配線数が多くなると、光ファイバでの接続は容易ではなく、光導波路での配線が検討されるようになった。光導波路としても、当初は、光ファイバと同様に石英系が用いられたが、作製が容易なこと、大面積化に対応しやすいことから、高分子系が検討されるようになってきている。
【０００５】
一方、電気配線基板においては、基板を差し込むだけで多端子の接続ができるコネクタが用いられている。コネクタの電極は、弾性を利用した固定機構によって接触が確実に行われるように工夫されている。マザーボードと呼ばれる第１の電気配線基板に実装されているコネクタに、ドータボードと呼ばれる第２の電気配線基板を複数枚差し込むことにより、大きな回路を非常にコンパクトに実装することができる。
【０００６】
ところで、光・電気配線基板においては、光接続に関して図１４のような試みが行われている。図中、下部の基板は、第１の光・電気配線基板である。第１の光・電気配線基板には、電気配線基板１と光配線層２が積層されており、光配線層には光配線（コア）が埋め込まれている。光配線の端部には光信号の搬送方向を９０°変換するミラー４１が形成されている。また、第１の光・電気配線基板の表面には固定機能５３を有するコネクター５が設けられ、上下方向に伸びる第２の光・電気配線基板を嵌合する。これにより、第１の光・電気配線基板の光配線層４（のミラー４１）と第２の光・電気配線基板の光配線層４が光接続が行われる。また、第１の光・電気配線基板の電気配線３と第２の光・電気配線基板の電気配線３との電気接続は電気ケーブル３３により行われる。
【０００７】
しかしながら、上記例においては、第１の光・電気配線基板の表面や第２の光・電気配線基板の端部の光配線層２に圧力によるへこみ、又は、損傷による凹凸が生じ、光軸がずれたり、損傷によって損失が大きくなったりして、良好な光接続を行うことが困難という問題があった。また、電気接続を別のケーブルによって行う必要があり、組立に手間がかかるという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る従来技術の状況に鑑みてなされたもので、第１の光・電気配線基板（マザーボード）上に１つあるいは複数の第２の光・電気配線基板（ドータボード）を接続する際、接続の信頼性を向上させることを課題とする。また、光接続及び電気接続を容易にすることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、まず請求項１に記載の発明は、少なくとも光配線層と電気配線を有する光・電気配線基板であって、第１の電気配線基板の電気配線が形成された面上に光配線を積層した第１の基板と、第１の基板の光配線を積層した側の表面に形成された、第２の光・電気配線基板と嵌合するためのコネクタと、コネクタ内部の第１の基板表面に設けられた第２の光・電気配線基板と光学的に接続する第１の光学接合部と、コネクタ内部の第１の基板表面及び／又はコネクタの内側面に形成された金属からなる第１の突当て部と、光・電気配線基板上嵌合された第２の光・電気配線基板を、前記突当て部に応力を加えて固定する固定機構と、を有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、前記第１の突当て部が電気配線と導通することを特徴とする請求項１に記載の光・電気配線基板である。
請求項３に記載の発明は、第１の光・電気配線基板に、第２の光・電気配線を接続する光・電気配線基板の接続構造において、第１の光・電気配線基板が、請求項１に記載の光・電気配線基板であり、第２の光・電気配線基板は、第２の電気配線基板の電気配線が形成された面上に光配線を積層した第２の基板と、第２の光・電気配線基板をコネクタに嵌合した際に第１の光学接合部と光学的に接続可能な位置に設けられた第２の光学接合部と、第２の基板の表面の前記固定機構によって応力が加えられる位置、及び／又は第２の光学接合部形成面に設けられた第２の突当て部と、を有することを特徴とする光・電気配線基板の接続構造である。
請求項４に記載の発明は、前記第１の突当て部が第１の光・電気配線基板の電気配線と導通し、第２の光・電気配線基板には該第１の突当て部と電気接続する接続電極が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光・電気配線基板の接続構造である。
請求項５に記載の発明は、前記第１の光・電気配線基板及び第２の光・電気配線基板が、それぞれ位置合わせ用光配線を有することを特徴とする請求項３又は４記載の光・電気配線基板の接続構造である。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光・電気配線基板の接続構造において、前記各位置合わせ用光配線を通る光信号に基づいて、第１の光・電気配線基板と第２の光・電気配線基板の接続位置の補正を行うことを特徴とする光・電気配線基板の接続方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下、詳細に説明する。
【００１１】
請求項１〜４は、接続の位置精度を高めて光配線の接続損失を低減するための光・電気配線基板である。更にいえば、請求項１はいわゆるマザーボードとなる第１の光・電気配線基板（図１〜２参照）、請求項２はいわゆるドータボードとなる第２の光・電気配線基板（図４〜５参照）、請求項５〜６はそれらを用いた接続方法（図７参照）である。
【００１２】
なお、本明細書においては、光学結合部とは、光配線層の光配線（コア）４の露出部又はミラー４１を意味する。また、接続端とは光配線が露出する辺をいう。
【００１３】
第１の光・電気配線基板（図１〜２参照）は、電気配線基板１上に少なくとも光配線層２を有する。第１の光・電気配線基板の表面には第２の光・電気配線基板と嵌合するコネクタ５が搭載される。コネクタ下部の光配線（コア）４にはミラー４１が形成されている。このミラー４１は、光・電気配線基板の平面方向から進行してきた光を垂直（厚さ）方向へ、又は、光・電気配線基板の厚さ方向から進行してきた光を平面方向へ、即ち、光路を約９０゜変換するようになっている。コネクタ５は、その内側が第２の光・電気配線基板の位置を規定するため（以下、コネクター基準面５１という）、ミラー４１との位置関係を精密に合わせて取り付けている。
【００１４】
本発明においては、コネクター内部の側面及び／又は第１の光・電気配線基板表面に金属等の剛体からなる突当て部６を形成する。外部から応力が加えられた場合は、応力の多くは突当て部６に加わり、光配線層２には加わらない。また、突当て部６の変形は、突当て部６がない場合の光配線層２の変形に比べて小さい。従って、第２の光・電気配線基板の位置ずれを小さくすることができる。
【００１５】
第２の光・電気配線基板（図４〜５参照）も、電気配線基板１上に少なくとも光配線層２を有する。また、光配線層２の光配線（コア）４は、接続端７から露出している。
【００１６】
本発明においては、第２の光・電気配線基板の光配線（光学結合部）４の近傍の表面及び／又は接続端７に金属等の剛体からなる突当て部６を形成する。外部から応力が加えられた場合は、応力の多くは突当て部６に加わる。また、突当て部６の変形は、突当て部６がない場合の光配線層２の変形に比べて小さい。従って、第１の光・電気配線基板との位置ずれを小さくすることができる。
【００１７】
さらに、第１の光・電気配線基板及び／又は第２の光・電気配線基板の突当て部６をビアホール６１を介して電気配線基板１に接続し、更に、突当て部６が接触する第２の光・電気配線基板及び／又は第１の光・電気配線基板にも金属電極を形成しておけば、光接続と電気接続を同時に行うことができる（図７参照）。
【００１８】
請求項５〜６は、接続の位置精度をさらに高めて光接続の信頼性を向上するための光・電気配線基板およびその接続方法である。即ち、位置合わせ用光配線４２ａ、ｂ（図８〜１１参照）を有し、その位置合わせ用光配線４２ａ、ｂを通る光量が大きくなるように精密な位置合わせをすることにより、光接続の信頼性を大幅に向上することができる。
【００１９】
位置合わせ用光配線４２は、信号伝達を行う光配線４とは別に設けられている。その構造は、信号伝達用の光配線４と同等でもよいし、小さくてもよい（図８〜９参照）。位置合わせ用光配線４２は、屈曲（図１０参照）やミラー４１（図１１参照）を有する場合もある。
【００２０】
精密な位置合わせには、光量をモニターしながらマイクロネジを用いた機械的位置合わせ機構４３（図１２参照）や、ピエゾを用いた電気的位置合わせ機構４４（図１３参照）を使用できる。特に電気的位置合わせ機構４４の場合、接続する際に行うだけでなく、動作中も継続して行うことができ、信頼性をさらに向上できる。位置合わせ用光配線４２の光路は、接続部を１回以上通過すればよく、様々な構造が可能であり、図８〜１１に限定されるものではない。
【００２１】
なお、電気配線基板は、多層基板でも、単層基板でもよい。光配線層２には金属パッド３２およびビアホール３１を設け、光部品８や電気部品９、あるいはそれらの複合体を実装できる。光配線４は、１対１の配線だけでなく、分岐や合分波機能を有してもよい。
【００２２】
【実施例】
［金属の突当て部を用いた、光・電気同時接続］
マザーボードとして、図１〜２のような光・電気配線基板を作製した。光・電気配線基板は、電気配線基板１に光配線層２を積層した構造になっている。
【００２３】
表面の光配線層２内の光配線４には、光路変換用のミラー４１が設けられている。またその近傍には、金属からなる突当て部６を形成しておく。突当て部６は、ビアホール６１を介して電気配線基板１と接続されている。基板にはコネクタ５を設置するが、その際、アライメントマーク等を用いて、コネクタ基準面５１とミラー４１の位置関係が一定になるようにする。コネクタ５には、ドータボードをマザーボードおよびコネクタ基準面５１に押しつける固定機構５３が設けられている。コネクタ基準面５１は、光接続のみが目的ならば、剛性のあるものなら何でもよい。しかし、電気接続も同時に行うため、接続電極５２にした。
【００２４】
その製造工程を、図３を用いて説明する。まず、光配線層を作製するために、仮基板１００にクラッド１０１とコア１０２の２層を形成し（ａ）、シリコン含有レジストパターンを形成し（ｂ）、ドライエッチングでコアを加工し（ｃ）、レジストを除去してクラッドを形成した（ｄ）。次に、ダイシングソーにてＶ溝を形成し（ｅ）、金属を蒸着してミラー１０３を形成し（ｆ）、保護のためにクラッド１０４と同じ材質の層を形成した（ｇ）。
【００２５】
続いて、光配線層を剥がして（ｈ）、別途作製した電気配線基板１０５に貼り付けた（ｉ）。レーザでビアホールとなる位置に穴を開け（ｊ）、ＣｒとＣｕをスパッタ後、レジストパターンを形成し（ｋ）、メッキ１０６によってビアホールとパッドを形成し（ｌ）、レジストを剥がしソフトエッチングしてＣｒ／Ｃｕ薄膜を除去した（ｍ）。最後に、コネクタ１０７および光部品や電気部品を取り付けた（ｎ）。
【００２６】
ドータボードとしては、図４〜５のような光・電気配線基板を作製した。光・電気配線基板は、電気配線基板１に光配線層２を積層した構造になっている。光配線４は、ドータボードの接続端７にほぼ垂直に形成されている。接続端７近傍には、金属の突当て部６を形成しておく。金属の突当て部６は、ビアホール６１を介して電気配線基板１と接続されている。光接続と同時に電気接続を行うため、電気配線基板の接続端７には、接続電極７１を設けた。
【００２７】
その製造工程を、図６を用いて説明する。まず、光配線層を作製するために、仮基板１００上にクラッド１０１とコア１０２の２層を形成し（ａ）、シリコン含有レジストパターンを形成し（ｂ）、ドライエッチングでコアを加工し（ｃ）、レジストを除去してクラッドを形成した（ｄ）。次に、ダイシングソーにてＶ溝を形成し（ｅ）、金属を蒸着してミラー１０３を形成し（ｆ）、保護のためにクラッド１０４と同じ材質の層を形成した（ｇ）。
【００２８】
続いて、光配線層を剥がして（ｈ）、別途作製した電気配線基板１０５に貼り付けた（ｉ）。レーザでビアホールとなる位置に穴を開け（ｊ）、ＣｒとＣｕをスパッタ後レジストパターンを形成し（ｋ）、メッキ１０６によってビアホールとパッドを形成し（ｌ）、レジストを剥がしソフトエッチングしてＣｒ／Ｃｕ薄膜を除去した（ｍ）。最後に、電気基板の裏面を加工するとともに、切断によって接続端を形成し、光部品１０８や電気部品を取り付けた（ｎ）。
【００２９】
これらを接続した状態を、図７に示す。ドータボードをコネクタに差し込み、固定機能５３を用いると、ドータボードはコネクタ基準面５１およびマザーボードに押しつけられる。それによって自動的に位置合わせがなされ、光接続が完了する。しかもその際、力は金属の突当て部６及びビアホール６１に加わり、光配線層２には加わらない。従って、光配線層２の変形が起こらず、光接続の経時変化が少ない。突当て部６が、コネクタ基準面５１やドータボード電気配線基板の接続端７に形成した接続電極５２、７１と接触することで、電気接続も同時に完了している。
【００３０】
［比較例（従来の光接続）］
突当て部がない場合の接続状態を図１４に示す。押しつけられた力が光配線層２に加わるため、変形が起こり、光軸ずれや導波路４の接触損傷が起こる。従って、良好な接続状態を保つことは不可能である。また、電気接続を電気ケーブル３３にて行うため、配線長が長くなっている。
【００３１】
［位置合わせ用光配線を用いた、精密な位置合わせ］
位置合わせ用光配線４２を有する光・電気配線基板を作製した（図８〜１１参照）。位置合わせ用光配線４２は、信号伝達を行う通常の光配線４と同じ大きさにした。作製も通常の光配線４と同時である。これらを接続した状態を図１２、図１３に示す。
【００３２】
図１２では、マザーボード上の発光部品８１（レーザダイオード、発光ダイオード等）から出た光を位置合わせ用光配線４２ａ（ミラー４１ａを含む）を通して一旦ドータボードの光配線４２に入れ、さらにマザーボードに戻って位置合わせ用光配線４２ｂ（ミラー４１ｂを含む）を通った光を受光部品８２（フォトダイオード等）で検知する。そして、その光量が大きくなるように、精密な位置合わせを行う。
【００３３】
あるいは、図１３のように、ドータボード上に発光部品８１を載せ、発光部品８１から出た光を、位置合わせ用光配線４２、４２ａ（ミラー４１ａを含む）を通してマザーボードに入れて受光部品８２で検知する。その光量が大きくなるように、精密な位置合わせを行った。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明には、以下の効果がある。
【００３５】
第１に、コネクタ内部又は接続端近傍に突当て部を設けることにより、光・電気配線基板の変形を防止し、光軸ずれを抑えて信頼性の高い光配線を行うことができる。
【００３６】
第２に、光接続と電気接続を同時に行うことにより、組立を簡略化できる。
【００３７】
第３に、位置合わせ用光配線を通過する光量によって位置合わせを行うことにより、高精度な位置合わせや、使用中の位置合わせができる。
【００３８】
第４に、電気接続を別ケーブルで行う場合よりも短距離で接続でき、また、インピーダンス整合を取りやすい。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光・電気配線基板（マザーボード）の一例を示す説明図。
【図２】図１の光・電気配線基板（マザーボード）の断面図。
【図３】図１〜２の光・電気配線基板（マザーボード）の製造工程の一例を示す説明図。
【図４】本発明の光・電気配線基板（ドータボード）の一例を示す説明図。
【図５】図４の光・電気配線基板（ドータボード）の断面図。
【図６】図４〜５の光・電気配線基板（ドータボード）の製造工程の一例を示す説明図。
【図７】本発明の光・電気配線基板の接続方法の一例を示す断面図。
【図８】本発明の光・電気配線基板（マザーボード）の他の例を示す説明図。
【図９】本発明の光・電気配線基板（マザーボード）の他の例を示す説明図。
【図１０】本発明の光・電気配線基板（ドータボード）の他の例を示す説明図。
【図１１】本発明の光・電気配線基板（ドータボード）の他の例を示す説明図。
【図１２】本発明の光・電気配線基板の接続方法の他の例を示す説明図。
【図１３】本発明の光・電気配線基板の接続方法の他の例を示す説明図。
【図１４】従来の光・電気配線基板の接続方法の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１  …  電気配線基板
２  …  光配線層
３  …  電気配線
４  …  光配線
５  …  コネクタ
６  …  突当て部
７  …  接続端
８  …  光部品
９  …  電気部品
３１  …  ビアホール
３２  …  パッド
３３  …  電気ケーブル
４１  …  ミラー
４１ａ…  ミラー
４１ｂ…  ミラー
４２  …  位置合わせ用光配線
４２ａ…  位置合わせ用光配線
４２ｂ…  位置合わせ用光配線
４３  …  機械的位置合わせ機構
４４  …  電気的位置合わせ機構
５１  …  コネクタ基準面
５２  …  接続電極
５３  …  固定機構
６１  …  ビアホール
７１  …  接続電極
８１  …  発光部品
８２  …  受光部品
１００  …  仮基板
１０１  …  クラッド
１０２  …  コア
１０３  …  ミラー
１０４  …  クラッド
１０５  …  電気配線基板
１０６  …  メッキ
１０７  …  コネクタ
１０８  …  光部品
【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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【図９】
0004507359.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004507359.tif 000012
【図１２】
0004507359.tif 000013
【図１３】
0004507359.tif 000014
【図１４】
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