(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気配線が埋設された電気配線基板に、光信号伝送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、
前記光基板の側面に光路変更用光学部材が設けてあり、
前記光基板がダミー基板を介して複数積層されてあり、
柱状導電性ガイドが前記光基板とダミー基板の前記複数積層の際のガイドになり、該柱状導電性ガイドの一端が前記電気配線基板の上の電気配線と電気的に接続され、該柱状導電性ガイドの他端が光部品を搭載するために凹部になっており、
前記光基板と前記光路変更用光学部材との間にレンズが設けてあること、
を特徴とする光・電気配線基板。
【請求項２】
請求項１に記載の光・電気基板に光部品又は／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、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。特に光基板と電気基板を多層に積層しそれぞれの基板間で電気信号及び光信号を自由に伝送することが重要である。
【０００５】
電気基板では積層された電気配線間を上下方向にスルーホールを形成し、内壁面を金属で被覆することで導通をとることが行われている。光配線基板では同一基板内では伝送損失が抑えられる範囲で導波路を交差させたり、曲げることで光信号を伝送することができるが、この手段では光配線の高密度化には困難が伴う。
【０００６】
別の問題は、光導波路を光基板の厚み方向に曲げることが難しいために、積層された光基板間の光信号の伝送が困難になることである。一般には光導波路上に光の方向を９０度回転させるミラーを形成して光信号を基板面に垂直方向にとり出し、この取り出された光信号を別の光基板のミラーで受けることが例えば特開平５−３１３０２７号公報に記載されている。
【０００７】
この方法では、個別の光基板内に複数のミラーを形成して、光軸のアライメントを正確にとる必要がある。またスルーホールも複数の光基板を貫通して形成することが必要となる場合もある。これは多層化した高密度光・電気基板の性能の信頼性を低下させ高コスト化を招くことになる。
【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、光信号を複数の光基板に容易に確実に伝送する光・電気配線基板の構造を提供することである。
【０００９】
【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の発明は、電気配線が埋設された電気配線基板に、光信号伝送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、前記光基板の側面に光路変更用光学部材が設けてあり、前記光基板がダミー基板を介して複数積層されてあり、柱状導電性ガイドが前記光基板とダミー基板の前記複数積層の際のガイドになり、該柱状導電性ガイドの一端が前記電気配線基板の上の電気配線と電気的に接続され、該柱状導電性ガイドの他端が光部品を搭載するために凹部になっており、前記光基板と前記光路変更用光学部材との間にレンズが設けてあること、を特徴とする光・電気配線基板である。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光・電気基板に光部品又は／及び電気部品を実装したことを特徴とする実装基板である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
１．光・電気配線基板
一般的な光・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に、これを光配線である光導波路２に沿って切断する断面図を図２に示す。図２では光配線基板９、９’をダミー基板１５を介して２層積層した場合を示してある。
【００１４】
光・電気配線基板は電気配線１０、１１、１２、１３を備えた基板８上に、光基板９、９’が複数（図面では２枚）積層されている構造をとる。光基板は３層以上に積層することもできるし、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、セラミック基板等でも良い。
【００１５】
光基板９、９’には、光信号が伝送する光導波路（光配線ともいう）としてコア層２、２’が、コア材料より低い屈折率を有するクラッド層１、１’に埋設されている。このコア層のパターニング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。
【００１６】
光基板９’には光信号であるレーザ光を反射させ９０°に伝送方向を変えるミラー３が形成される。このミラーは、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、光配線を伝送してきた光信号を、光・電気配線基板上に設置した受光素子へ向かって、垂直に光信号の伝送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。
【００１７】
なお、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。
【００１８】
また、柱状導電性ガイド５、７は、後記する光基板９及びダミー基板１５の積層の際のガイドとなるとともに、その一端が基板８上の電気配線１１、１３と電気的に接続され、他端が光部品（レーザ発光素子のリード）を搭載するために凹部となっている。なお、光基板９と基板８は接着剤１４で接着している。
【００１９】
そして、本発明に係る光・電気配線基板では他の光基板に光信号を伝送するために光基板の側面に光路変更用光学部材を設置する。以下、図３及び図４を用いて設置方法を説明する（なお、ミラー等の記載は省略する）。
【００２０】
図３に示すようにクラッド層１とコア層２が形成された光基板の側面（クラッド層側面を１ａ、コア層側面を２ａとする）を光学研磨する。この光基板の側面から一旦光信号であるレーザ光２１を引き出して、別の光基板に光信号を伝送するために、光路変更用光学部材を用いる。光路変更用光学部材を具体的に言えば、プリズム１７や光ファイバー等が挙げられる。プリズム等は、光基板の側面に光学接着剤で接着することができる。なお、光基板の側面の厚みが薄く、プリズム１７などを接着する面積的な余裕がない場合には、好適な厚さでクラッド層と同じ材質のダミー基板１５を光基板間に挿入することができる。更に、図３右側のように一つのプリズムで複数の光信号を同時に処理することができる。
【００２１】
本発明では光配線層は同一光基板内にあってもよいし、別の離れた光基板の光配線層でもよい。同一基板内に伝送する場合を図４に示した。なお、図４では、光ファイバー１８とコア層２、２’に入出力する光信号であるレーザ光２１の光軸と光配線層との光軸を揃えやすくするために微少なレンズ１９を挿入した。また、複数のプリズムを組み合わせたり、光ファイバーの側面の形状を変えることで任意の光配線層に光信号を伝送することができる。
【００２２】
２．光・電気配線基板の製造方法
本発明に係る光・電気配線基板の製造方法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する（図５参照）。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２０〜５０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時間加熱する。エポキシ系樹脂であればＵＶ硬化もしくは１００〜２００度で硬化する。
【００２３】
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ーンを形成する（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２０〜５０ミクロン程度塗布し、光基板３４が完成する（工程(d) ）。
【００２４】
同じ手順で作成した光基板を２枚接着剤を用いて積層（工程(e) ）して多層の光基板３４、３４‘を得た。光信号の入出力を行う箇所を直線的に点線３６に沿って切断したのち、側面３７を光学的に研磨し、コア層３８を露出させた（工程(f) ）。
【００２５】
次いで多層光基板の所望の位置に貫通孔３５を形成した（工程(g) ）。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多層光基板３９を形成することができる（工程(h) ）。
【００２６】
(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６参照）。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(i) ）、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(j) ）。
【００２７】
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(k) ）。レジストを剥離し（工程(l) ）、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(m) ）。ビアの形状は円柱型、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。概ね径は３０〜１００ミクロン、高さも２０〜１００ミクロン程度が望ましい。
【００２８】
(3) 光・電気配線基板の製造方法
光基板と電気配線基板を導電性ガイド４５を使って積層する（図７参照）。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中程まで貫通するようにして積層する（工程(n) ）。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。
【００２９】
光基板のフィルム厚と金属ガイドの高さはフィルム表面からの凹みが、光部品の端子を収容するのに必要な深さ、望ましくは２０〜１００ミクロンになるように一方もしくは双方を調整する。
【００３０】
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(o) ）、フォトレジスト４７を塗布する。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(p) ）。
【００３１】
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（工程(q) ）、メタルマスクを溶解除去することにより光・電気配線基板の最上部だけにミラーを完成させた（工程(r) ）。
【００３２】
３．実装基板の製造方法
次いで実装基板の製造方法について述べる（図８参照）。光・電気配線基板の凹部１５に、ハンダボールを装着して光部品２２（レーザ発光素子、フォトダイオード）の端子２４を軽く差し込んだ。凹部の形状は半径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。
【００３３】
温度２５０度のリフロー炉に１０秒静置した後冷却すると、光部品の端子は凹部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。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。
【００３４】
最後に光基板の側面９，９’の光配線層の必要な箇所を光接続するためのプリズム１７を光軸が合うように光学接着剤を用いて装着して、図８に記載のような実装基板が完成した。
【００３５】
以下、実装基板の動作について説明する。光部品２２のレーザ照射部２３から照射されたレーザ光２１は、光基板９’のクラッド層１’を通過し、コア層２’に形成されたミラー３で反射され、コア層２’内を伝送する。そして、光基板９’の側面からプリズム１７内へ伝送し、プリズムの２辺で反射され、光基板９の側面からコア層へ伝送する。その後、図示しないミラーで反射され、図示しないフォトダイオードの受光部へ到達する。
【００３６】
本発明に係る実装基板は、１ＧＨｚ程度の信号を伝送してもノイズが発生することもなく、良好であった。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果がある。
第１に、電気配線を有する基板の上に複数の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。
【００３８】
第２に、同一の光学部材により複数の異なる光基板の導波路に光信号の伝送が可能である。
【００３９】
第３に、同一の光部材により同一光基板内の異なる光導波路に光信号の伝送が可能である。
【００４０】
第４に、薄い光基板でもダミー基板を挟んで厚くできるので大きな光学部材を使え光軸の合わせが容易となる。
【００４１】
第５に、スルーホールを形成する必要が減り、光学部材を外付けするので、信頼性が向上し低コスト化が可能である。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】光・電気配線基板の断面図。
【図３】本発明に係る光路変更用光学部材（プリズム）を用いて光信号を異なる光配線に伝送する一例を示す説明図。
【図４】本発明に係る光路変更用光学部材（プリズム）を用いて光信号を同一面内に存在する光配線に伝送する一例を示す説明図。
【図５】光基板の製造方法の一例を示す説明図。
【図６】電気配線基板の製造方法の一例を示す説明図。
【図７】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８】本発明に係る実装基板の説明図。
【符号の説明】
１、１’  クラッド層
１ａ      クラッド層側面
２        光導波路（コア層）
２ａ      光導波路（コア層）側面
３        ミラー
４ａ      パッド
５        柱状導電性ガイド
５ａ      パッド
６ａ      パッド
７        柱状導電性ガイド
７ａ      パッド
８        基板
９、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        ダミー基板
１６        凹部
１７        プリズム
１８        光ファイバー
１９        レンズ
２１        レーザ光
２２        光部品
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、３４’光配線層
３５        貫通孔
３６        研磨部
３７        光学研磨された光配線層側面
３８        光学研磨されたコア側面
３９        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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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