(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気配線を有する基板の電気配線の上に、光配線として光信号を伝搬させる光ファイバを有する光配線層を備える光・電気配線基板であって、
光ファイバの一部に設けられたミラーと、
第１の樹脂層上に光ファイバが設置され、その上に第２の樹脂層が設置された光配線層と、
その第１の樹脂層からなり光ファイバ固定のための突起部、第１の樹脂層からなり光部品搭載用の突起部、及び、該光部品搭載用の突起部の上で光部品をハンダ付けするために該光配線層の上面に設置され金属でできた光部品用のパッドと、
電気部品をハンダ付けするために該光配線層の上面に設けられた電気部品用のパッドと、
光部品用又は電気部品用のパッドのいずれかと基板の電気配線とを電気接続するビアホールと、
該光配線層上に設けられた電気配線と、
を具備することを特徴とする光・電気配線基板。
【請求項２】
電気配線を有する基板の電気配線の上に、光配線として光信号を伝搬させる光ファイバを有する光配線層を備える光・電気配線基板を製造する方法であって、
（i）支持体上に第１の樹脂層を塗布し、金属膜をマスクとして該第１の樹脂層をエッチングすることにより、第１の樹脂層からなり光ファイバ固定のための突起部、第１の樹脂層からなり光部品搭載用の突起部、及び、該光部品搭載用の突起部の上に光部品をハンダ付けするための金属パッドとして該マスクを用いたパッド、を同時に形成し、
該光ファイバ固定のための突起部に光ファイバを合わせて設置し、その上から第２の樹脂層を用いて該光ファイバならびに該パッドを埋設し、該パッドの表面が露出するよう該第２の樹脂層を除去することにより、光配線層ならびに該光配線層の上面にパッドを形成する工程、
（ii）該光配線層を該支持体から剥離する工程、
（iii）該光配線層の該パッドが形成されている面と、第２の支持体とを貼りあわせる工程、
（iv）該光配線層における光ファイバの所望の位置に４５°の傾斜面を形成することによりミラーを設ける工程、
（v）該電気配線を有する基板と該光配線層とを接着する工程、
（vi）該基板上の電気配線と該パッドとを電気接続するビアホールを作る工程、
以上の工程（i）〜（vi）を経ることを特徴とする光・電気配線基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１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。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】
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み重なっている光・電気配線基板を作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が同じ方法で行える光・電気配線基板を提供することを課題とする。
【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の発明では、電気配線を有する基板の電気配線の上に、光配線として光信号を伝搬させる光ファイバを有する光配線層を備える光・電気配線基板であって、光ファイバの一部に設けられたミラーと、第１の樹脂層上に光ファイバが設置され、その上に第２の樹脂層が設置された光配線層と、その第１の樹脂層からなり光ファイバ固定のための突起部、第１の樹脂層からなり光部品搭載用の突起部、及び、該光部品搭載用の突起部の上で光部品をハンダ付けするために該光配線層の上面に設置され金属でできた光部品用のパッドと、電気部品をハンダ付けするために該光配線層の上面に設けられた電気部品用のパッドと、光部品用又は電気部品用のパッドのいずれかと基板の電気配線とを電気接続するビアホールと、該光配線層上に設けられた電気配線と、を具備することを特徴とする光・電気配線基板としたものである。
【０００９】
また請求項２の発明では、電気配線を有する基板の電気配線の上に、光配線として光信号を伝搬させる光ファイバを有する光配線層を備える光・電気配線基板を製造する方法であって、（i）支持体上に第１の樹脂層を塗布し、金属膜をマスクとして該第１の樹脂層をエッチングすることにより、第１の樹脂層からなり光ファイバ固定のための突起部、第１の樹脂層からなり光部品搭載用の突起部、及び、該光部品搭載用の突起部の上に光部品をハンダ付けするための金属パッドとして該マスクを用いたパッド、を同時に形成し、該光ファイバ固定のための突起部に光ファイバを合わせて設置し、その上から第２の樹脂層を用いて該光ファイバならびに該パッドを埋設し、該パッドの表面が露出するよう該第２の樹脂層を除去することにより、光配線層ならびに該光配線層の上面にパッドを形成する工程、（ii）該光配線層を該支持体から剥離する工程、（iii）該光配線層の該パッドが形成されている面と、第２の支持体とを貼りあわせる工程、（iv）該光配線層における光ファイバの所望の位置に４５°の傾斜面を形成することによりミラーを設ける工程、（v）該電気配線を有する基板と該光配線層とを接着する工程、（vi）該基板上の電気配線と該パッドとを電気接続するビアホールを作る工程、以上の工程（i）〜（vi）を経ることを特徴とする光・電気配線基板の製造方法としたものである。
【００１０】
また請求項３の発明では、請求項１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としたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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上面図を図１に、パッド５及びパッド６の中心を通り光配線である光ファイバ１を横断する断面図を図２に、光ファイバ１に沿って切断する断面図を図３に示す。
【００１２】
本発明の光・電気配線板は電気配線１６、１７、１８、１９を備えた基板１４上に接着層１３を介し、光配線層１５が積層されている構造をとる。この基板１４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。
【００１３】
光配線層１５の中で、光信号を伝搬させる光配線として光ファイバ１が、第１の樹脂層３と第２の樹脂層４の間に埋設されている。光ファイバ１は光信号が伝搬するコア層１ｂと光信号をコア層に閉じこめるクラッド層１ａからなる。この光ファイバ１は第１の樹脂層３からなる突起部３ａ間によって固定され、光配線層におけるコア層の位置が任意で決定される。
【００１４】
光ファイバ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２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ファイバへ挿入したり、逆に、光ファイバ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、光ファイバのコア層に、基板に対し４５°をなす面を形成する。ミラー２には金属蒸着膜による反射層を設けても良く。また、コア層１ｂより低屈折材料をミラー面に設置しても良い。このミラーはアライメントマークを用いて光配線層の任意の位置に形成することができる。
【００１５】
ミラー２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５、６、７、８が配置されている。本パッドは第１の樹脂層３からなる突起部３ｂ上に形成される。このパッド下の第１の樹脂層からなる突起部３ｂと光ファイバ１を固定する第１の樹脂層からなる突起部３ａは同時に１枚のフォトマスクを介してフォトリソグラフィー技術で形成可能なため、その結果、光ファイバのコア層の位置とミラーの位置とパッドの位置は精度良く決めることができる。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ため、ハンダ溶融時のセルフアライメント効果によりレーザ発光素子の発光面、又は、受光素子の受光面との位置精度も高めることができる。
【００１６】
光部品用のパッド６、８はビアホールのランド１０、１２及び、ビアホール２１、２０を介して電気配線１７、１９と接続される。光部品用パッド５、７も図示はしていないが、同様に光配線１６、１８と接続される。
【００１７】
第１の樹脂層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。
【００１８】
第２の樹脂層を形成する樹脂の特性としては、第１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、光ファイバのクラッド層の屈折率と等しいものを選ぶ必要がある。従って、第１の樹脂層の樹脂として、第２の樹脂と同じ材料を用いても良い。
【００１９】
図４は、パッド５、６、７、８の上に、半導体レーザなどのレーザ発光素子３２のリード３４をハンダ付けしたときの断面図である。レーザ発光素子３２のレーザ発光面３３から放出されたレーザ光３１は、ミラー２で反射され、光ファイバ１を伝搬する。
【００２０】
図５は、パッド５、６、７、８上に、フォトダイオードなどの受光素子４２のリード４４を、ハンダ付けしたときの断面図である。光ファイバ１を伝搬するレーザ光４１は、ミラー２で反射され、受光素子４２の受光面４３に入射する。
【００２１】
すでに述べたように、光ファイバ１のコア層１ｂと、パッド５と、パッド６と、パッド７と、パッド８と、さらにミラー２との間の相互の位置関係は、意図されたものに極めて高精度で一致するので、光部品のリードをパッド５、６、７、８に置くと、光部品の光軸と光ファイバ１のコア層の光軸とが光学的に一致するようになる。それゆえ、光部品をリフロー炉などで自動的にハンダ付けすることができる。
【００２２】
光・電気配線基板の光配線層の上に、電気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基板上の配線と電気接続しても良い。
【００２３】
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、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。
【００２４】
２．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。このとき、フォトリソグラフィ技術によって、光ファイバを固定する突起部と光部品をハンダ付けするパッドを同時に形成する。次に、光ファイバの一部にミラーを設けて基板に接着する。さらに、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を形成する。
【００２５】
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６の（ａ）〜（ｎ）の流れに従って説明する。
【００２６】
図６の（ａ）のように、第１の支持体５１の上に、剥離層５２を形成する。第１の支持体５１には、耐熱性及び堅牢性に優れており、第１の樹脂層及び第２の樹脂層の熱膨張率に等しいか、あるいは、それに近い熱膨張率を有するものを用いる。
【００２７】
図６の（ｂ）のように、剥離層５２の上に、第１の樹脂層５３を形成する。
【００２８】
第１の樹脂層５３上に金属膜を形成し、図６の（ｃ）のように、フォトリソグラフィ技術によってその金属膜を、光ファイバ固定のための突起パターン５４、及び、光部品を搭載するためのパッド突起パターン５５に加工する。
【００２９】
図６の（ｄ）のように、金属膜をメタルマスクとして用い、ドライエッチングで光ファイバ固定用突起部５６、光部品搭載用パッドの突起部５７を形成する。
【００３０】
図６の（ｅ）のように、光ファイバ５８を固定する。
【００３１】
図６の（ｆ）のように、第２の樹脂層５９を形成する。
【００３２】
図６の（ｇ）のように、第２の樹脂層５９の上面より、金属膜パターン５４、５５表面が露出するまで、ドライエッチングにて第２の樹脂層を除去する。
【００３３】
剥離層５２を溶解除去できるような剥離液に浸し、図６の（ｈ）のように、光配線層６０を剥離する。剥離液に浸す前に、必要に応じて金属膜パターン形成面に保護膜を形成する（図示せず。）。
【００３４】
図６の（ｉ）のように、金属膜パターン形成面側を、第２の支持体６１に接着す  。接着剤は、剥離し易いものを用いるか、或いは、熱又は紫外線で硬化することにより接着力が落ちるものを用いる。
【００３５】
図６の（ｊ）のように、ダイシング加工やドライエッチング加工によって光配線層に溝を入れ、ミラー６２を形成する。
【００３６】
図６の（ｋ）のように、光配線層のミラー６２側を、基板６３の電気配線６４を有する側に、接着剤で接着させる。その結果、光配線層６０は、接着剤層６５を挟んで、基板６３と接着することになる。
【００３７】
図６の（ｌ）のように、第２の支持体６１を、光配線層から剥がす。第２支持体６１と光配線層６０とを接着する際に、熱又は紫外線で硬化する接着剤を用いた場合は、熱又は紫外線で接着剤を硬化させてから剥がす。
【００３８】
図６の（ｍ）のように、光学部品搭載用パッド５５の近傍に、レーザによって、ビアホールを形成するための孔６６を開ける。この場合、電気配線６４がレーザ加工時のストッパの役割を果たす。
【００３９】
さらに、光ファイバ固定用突起部上に形成されている金属膜パターン５４を除去する。
【００４０】
セミアディティブ法により、ビアホール６８内部、並びに、パッド５５に接続されたビアホールのランド６７に金属層を形成し、図６の（ｎ）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。）を同時に形成することができる。
【００４１】
３．実装基板の製造方法
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（ＣＰＵ、メモリ）をハンダを用い、実装を行った。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果がある。
【００４３】
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という効果がある。
【００４４】
第２に、光ファイバのコア層と光部品搭載用のパッドとミラーの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ので、光部品の光軸と光ファイバ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という効果がある。
【００４５】
第３に、光配線層の上にも電気配線を設けられるので、電気配線間の干渉が抑えられるという効果がある。
【００４６】
第４に、電気配線を有する基板とは別に、支持体上の光配線層に光ファイバを固定し、その光配線層を基板に接着するので、基板上の電気配線の上に直接光ファイバを設置する場合と比較して、基板上の電気配線の凹凸の影響を少なくでき、光ファイバの光信号の伝搬損失を低減できるという効果がある。
【００４７】
【図面の簡単な説明】
【図１】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の上面図。
【図２】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、光ファイバを横断する断面図。
【図３】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、光ファイバに沿って切断する断面図。
【図４】本発明の光・電気配線基板に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図。
【図５】本発明の光・電気配線基板に受光素子を実装した場合のレーザ光の伝搬を説明する図。
【図６】本発明の光・電気配線基板の製造方法を説明する図。
【符号の説明】
１  光ファイバ
１ａ光ファイバのクラッド層
１ｂ光ファイバのコア層
２  ミラー
３  第１の樹脂層
３ａ光ファイバ固定用突起部
３ｂ光部品搭載用パッドの突起部
４  第２の樹脂層
５  光部品搭載用パッド
６  光部品搭載用パッド
７  光部品搭載用パッド
８  光部品搭載用パッド
９  ランド
１０  ランド
１１  ランド
１２  ランド
１３  接着剤層
１４  基板
１５  光配線層
１６  電気配線
１７  電気配線
１８  電気配線
１９  電気配線
２０  ビアホール
２１  ビアホール
３１  レーザ光
３２  レーザ発光素子
３３  レーザ発光面
３４  リード
３５  ハンダ
４１  レーザ光
４２  受光素子
４３  受光面
４４  リード
４５  ハンダ
５１  第１の支持体
５２  剥離層
５３  第１の樹脂層
５４  光ファイバ固定用突起を形成するための金属薄膜パターン
５５  光部品搭載用パッド
５６  光ファイバ固定用突起部
５７  光部品搭載用パッド部の突起部
５８  光ファイバ
５９  第２の樹脂層
６０  光配線層
６１  第２の支持体
６２  ミラー
６３  基板
６４  電気配線
６５  接着剤層
６６  孔
６７  ランド
６８  ビアホール
【図１】
0004304764.tif 000002
【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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