(57)【要約】【課題】製造工数を大幅に削減でき低コストで光損失の小さい光電気複合配線板の提供。【解決手段】発光素子実装部及び受光素子実装部にスルーホールを有する電気配線基板を用意し、次いで、該電気配線基板の前記発光素子実装部及び受光素子実装部の逆面に、高分子光導波路の下クラッドを設け、次いで、前記下クラッドに接して各スルーホール間を結び且つ両端部が曲がってそれぞれスルーホール内に延出した高分子光導波路のコアを設け、次いで、前記コアを包囲するように周囲クラッドを設けて高分子導波路を形成し、次いで、前記高分子導波路を形成した後、前記発光素子実装部に、前記スルーホールに延出したコアの端面に対して光を入射可能に発光素子を実装すると共に、前記受光素子実装部に、前記スルーホールに延出したコアの端面から出力される光を受光可能に受光素子を実装して光電気複合配線板を得る光電気複合配線板の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子実装部及び受光素子実装部にスルーホールを有する電気配線基板と、
該電気配線基板の前記発光素子実装部及び受光素子実装部の逆面に設けられ、前記スルーホールの間を結ぶと共に、両端部が曲がってスルーホール内に延出した構造を持つコアとそれを囲むクラッドとを有する高分子光導波路とを有することを特徴とする光電気複合配線板。
【請求項２】
前記発光素子実装部に、前記スルーホールに延出したコアの端面に対して光を入射可能に実装された発光素子と、
前記受光素子実装部に、前記スルーホールに延出したコアの端面から出力される光を受光可能に実装された受光素子とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光電気複合配線板。
【請求項３】
前記コアの両端部が、曲線状に曲がってスルーホール内に延出していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電気複合配線板。
【請求項４】
発光素子実装部及び受光素子実装部にスルーホールを有する電気配線基板を用意し、
次いで、該電気配線基板の前記発光素子実装部及び受光素子実装部の逆面に、高分子光導波路の下クラッドを設け、
次いで、前記下クラッドに接して各スルーホール間を結び且つ両端部が曲がってそれぞれスルーホール内に延出した高分子光導波路のコアを設け、
次いで、前記コアを包囲するように周囲クラッドを設けて高分子導波路を形成し、光電気複合配線板を得ることを特徴とする光電気複合配線板の製造方法。
【請求項５】
前記高分子導波路を形成した後、前記発光素子実装部に、前記スルーホールに延出したコアの端面に対して光を入射可能に発光素子を実装すると共に、前記受光素子実装部に、前記スルーホールに延出したコアの端面から出力される光を受光可能に受光素子を実装して光電気複合配線板を得ることを特徴とする請求項４に記載の光電気複合配線板の製造方法。
【請求項６】
前記高分子導波路を形成した後、前記周囲クラッドの外面に保護フィルムを設けることを特徴とする請求項４又は５に記載の光電気複合配線板の製造方法。
【請求項７】
前記コアを設ける際に、コア材料の透明性樹脂をディスペンサノズルから吐出・描画して該樹脂を硬化する方法又はコア材料の透明性樹脂をインクジェットを用いて描画して該樹脂を硬化する方法のいずれかで行うことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法。
【請求項８】
前記下クラッドを設ける際、スルーホール近傍部を断面半円形に盛り上げて下クラッドを形成することを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーバ、携帯電話などの機器内配線用などとして好適な、高分子光導波路と電気配線基板を複合させた光電気複合配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、サーバやルータなどの高速大容量伝送が進んでおり、電気配線から光配線への置き替えの検討が多くなされている。さらに、モバイル機器やデジタル家電の高機能化・高性能化に伴い、これら機器内配線にも光配線が導入され、今後市場が拡大するという予測もある。このような光配線の媒体としては、伝送媒体と光デバイスで構成された光モジュールを、電気配線板間や配線板間に布設させる方法が一般的となっている。
【０００３】
このような光モジュールの伝送媒体として、細径の石英系光ファイバをポリイミドシートでラミネートしたフレキシブル光配線板が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。また、伝送媒体を高分子光導波路とし、受発光素子を備えた電気配線基板と一体化した光モジュールも多く提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１〜３参照。）。とりわけ、電気配線基板をフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと記す。）とし、フレキシブル高分子光導波路フィルムと一体化することによって、高密度で、取扱い性の良い光モジュールが提案されている（例えば、非特許文献２〜３参照。）。
【０００４】
一方、フレキシブル高分子光導波路フィルムの作製方法としては、フォトリソグラフィーや反応性イオンエッチング等を用いてコア層を形成する方法が一般的であるが（例えば、特許文献１、非特許文献１〜３参照。）、これら方法は製造コストが高いため、ディスペンサやインクジェットを使った高分子光導波路の作製方法が提案されている（例えば、特許文献２〜３参照。）。
【０００５】
また、高分子光導波路と受発光素子との接続方法は、高分子光導波路の導光末端部を４５度角に加工し、その加工面を鏡面化させることによって４５度ミラーとし、光路を９０度変換したものが多く提案されている（例えば、特許文献１，非特許文献１〜３参照。）。この９０度変換部分は、ダイシングやエキシマレーザを使用する事によって作製する。さらに、９０度変換光路の先には、凹面マイクロミラーを設けることによって、受発光素子との結合効率を向上させている。このほかに、９０度変換光路の手法としては、光ピンを使った方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−１１９１９０号公報
【特許文献２】特開２００４−１９８４６２号公報
【特許文献３】特開２００４−３２５５５１号公報
【非特許文献１】エレクトロニクス実装学会誌、Vol. 9, No. 3, 2006, P204
【非特許文献２】松下電工技報、2006年 Vol. 54, No. 3
【非特許文献３】Extended Abstracts of the 2006 International Conference on Solid State Devices and Materials, P840, 住友ベークライト
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した従来技術には、次のような問題があった。
従来からある４５度ミラーや光ピンを用いる方法では、９０度光路変換部自体の作製が複雑であり、製造工数がかかる。
４５度ミラーの作製には、光導波路を作製後、ダイシングやレーザ加工が必要である。
光ピンの作製には、ダイシングによる加工で光ファイバを精密に加工する必要がある。
また、従来からある４５度ミラーでは、９０度光路変換部から受発光素子部までの導波路作製が必要であり、製造工数がかかる。
また、従来からある４５度ミラーだけでは、９０度光路変換部から受発光素子部までの導波路損失が高い。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、製造工数を大幅に削減でき、低コストで光損失値の小さい光電気複合配線板の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、発光素子実装部及び受光素子実装部にスルーホールを有する電気配線基板と、
該電気配線基板の前記発光素子実装部及び受光素子実装部の逆面に設けられ、前記スルーホールの間を結ぶと共に、両端部が曲がってスルーホール内に延出した構造を持つコアとそれを囲むクラッドとを有する高分子光導波路とを有することを特徴とする光電気複合配線板を製造する。
【０００９】
本発明の光電気複合配線板において、前記発光素子実装部に、前記スルーホールに延出したコアの端面に対して光を入射可能に実装された発光素子と、
前記受光素子実装部に、前記スルーホールに延出したコアの端面から出力される光を受光可能に実装された受光素子とをさらに有する構成としても良い。
【００１０】
本発明の光電気複合配線板において、前記コアの両端部が、曲線状に曲がってスルーホール内に延出していることが好ましい。
【００１１】
また本発明は、発光素子実装部及び受光素子実装部にスルーホールを有する電気配線基板を用意し、
次いで、該電気配線基板の前記発光素子実装部及び受光素子実装部の逆面に、高分子光導波路の下クラッドを設け、
次いで、前記下クラッドに接して各スルーホール間を結び且つ両端部が曲がってそれぞれスルーホール内に延出した高分子光導波路のコアを設け、
次いで、前記コアを包囲するように周囲クラッドを設けて高分子導波路を形成し、光電気複合配線板を得ることを特徴とする光電気複合配線板の製造方法を提供する。
【００１２】
本発明の光電気複合配線板の製造方法において、前記高分子導波路を形成した後、前記発光素子実装部に、前記スルーホールに延出したコアの端面に対して光を入射可能に発光素子を実装すると共に、前記受光素子実装部に、前記スルーホールに延出したコアの端面から出力される光を受光可能に受光素子を実装して光電気複合配線板を得ることが好ましい。
【００１３】
本発明の光電気複合配線板の製造方法において、前記高分子導波路を形成した後、前記周囲クラッドの外面に保護フィルムを設けることが好ましい。
【００１４】
本発明の光電気複合配線板の製造方法において、前記コアを設ける際に、コア材料の透明性樹脂をディスペンサノズルから吐出・描画して該樹脂を硬化する方法又はコア材料の透明性樹脂をインクジェットを用いて描画して該樹脂を硬化する方法のいずれかで行うことが好ましい。
【００１５】
本発明の光電気複合配線板の製造方法において、前記下クラッドを設ける際、スルーホール近傍部を断面半円形に盛り上げて下クラッドを形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高分子光導波路と電気配線基板を複合させた光電気複合配線板の製造工数を大幅に削減でき、低コストで光損失値の小さい光電気複合配線板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の光電気複合配線板の製造方法の一実施形態を工程順に示す概略断面図である。図中、符号１はＦＰＣ、２はポリイミド、３は銅配線、４はカバーレイ、５はスルーホール、６は下クラッド、７はコア、８は周囲クラッド、９は保護フィルム、１０は光電気複合配線板、１１は発光素子であるＶＣＳＥＬ、１２は受光素子であるＰＤをそれぞれ表す。なお、以下の実施形態の説明において、発光素子と受光素子とを一括して「受発光素子」と記す場合があり、また発光素子実装部及び受光素子実装部を「ランド」と記す場合がある。
【００１８】
（１）ＦＰＣの準備
本実施形態では、ＦＰＣ１として、図１（ａ）に示すように、ポリイミド２、銅配線３及びカバーレイ４とからなり平滑面を持つ片面フレキシブルプリント基板とした。
高分子光導波路を作製する面が平滑であれば、電気配線として、両面電気配線型のＦＰＣ、多層電気配線型のＦＰＣ、一部部分または全面がリジット基板のものを採用しても問題ない。平滑面部は、表面粗さが１０μｍ以下であることが望ましい。１０μｍを超える表面粗さであると、後述するクラッド／コア作製において、クラッド／コア層が面方向に均一化することが難しくなるためである。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、予めＦＰＣ１には、９０度光路変換部とする箇所にスルーホール５，５を穿設し、また光導波路作製面と逆面にスルーホール５，５を中心として、受発光素子をフリップチップ実装するためのランド（発光素子実装部及び受光素子実装部）を加工しておく必要がある。スルーホール５，５の穴径としては、受発光素子の発光サイズ、受光サイズを考慮した径にする必要がある。例えば、スルーホール外径が発光サイズより小さい場合や、受光サイズより大きい場合、光導波路コアと受発光素子との接続損失の増加につながる。
【００２０】
（２）下クラッドの作製
次に、図１（ｂ）に示すように、準備したＦＰＣ１のランド形成面の逆面に高分子光導波路の下クラッド６を作製する。
下クラッド６としては、透明性樹脂を用いる。この透明性樹脂は、使用する発光素子波長域に対して、フィルム膜厚１ｍｍのもので透過率が８０％以上あることが望ましい。このような透明性樹脂として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。また、この樹脂の屈折率は、後述するコア材料に比べて、０．０１以上低いものが一般的であるが、より望ましくは０．１以上低いものが望ましい。また、後述するコア７の形状を保持させるため、この材料の表面は撥油性のものが望ましい。具体的には、側鎖基にフッ素やメチル基を持った樹脂で、水との接触角が９０度以上あることが望ましい。
【００２１】
樹脂塗布方法としては、スピンコート法、ラミネート法、ディスペンサによる塗布、印刷法などが挙げられる。塗布後、使用した透明性樹脂の硬化条件に合わせて、熱硬化、または、光硬化、または乾燥させるなどの硬化方法を実行する。膜厚としては、５〜２００μｍ程度が望ましい。この膜厚より薄いと、導波路損失が劣化し、厚いと柔軟性が得られないためである。なお、基板に柔軟性が不要な部分では、下クラッド６の厚みは、さらに厚くても構わない。
【００２２】
ここで、下クラッド６の末端部のスルーホール近傍部は、図３に示したように、断面半円形状に盛り上げて作製する。この半円形状を得るためには、下クラッド作製後、ポッティングにより作製するが、もしくは、下クラッド作製をディスペンサによる塗布で行う場合、スルーホール近傍部で半円形状が出来るようにディスペンサ操作すれば可能である。ディスペンサによる塗布の場合、このようなクラッド形状を作製するには、使用する透明性樹脂の粘度が５０００ｃｐｓ以上であることが望ましい。
【００２３】
（３）コア／９０度光路変換部の作製
次に、図１（ｃ）に示すように、高分子光導波路のコア材料を一方のスルーホール５から、他方のスルーホール５まで連続して描画する。この方法であれば、受発光素子接続部から光導波路配線部までの光導波路作製を一連の作業で行うこと可能であり、従来の方法に比べ、製造工数を抑えられるとともに、９０度光路変換部から受発光素子までの光導波路の低光損失化を達成できる。
【００２４】
コア７の両端部に設けられる９０度光路変換部の形状は、図４に示したような曲線導波路とする。図３に示す下クラッド６末端の半円形状部を介することにより、曲線導波路を作製する。このような曲線導波路により９０度光路変換部を構成することで、４５度ミラーを形成する必要がないため、光電気複合配線板の製造工数を大幅に削減できる。
【００２５】
コア材料としては、透明性材料を用いる。このような透明性樹脂として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられるが、製造性の観点から、紫外線硬化型樹脂が好ましい。使用するコア材料の屈折率は、下クラッド６より０．０１以上高いものが一般的であるが、より望ましくは０．１以上高いものが望ましい。直線導波路部分に関しては、クラッド−コアの屈折率差が０．０１以上であれば十分な光学特性が得られるが、９０度光路変換部の曲線導波路に関しては、クラッド−コアの屈折率差を０．１以上にすることにより、曲げによる光損失を抑えることが可能である。このコア形状としては、受発光素子の発光サイズ、受光サイズを考慮した径にする必要がある。
【００２６】
このような形状のコア７の塗布方法としては、ディスペンサ、インクジェットを使った方法が最適である。本実施形態では、図２に示すように、ディスペンサを使った方法を適用した。この方法は、ディスペンサノズル１４から、コア用透明樹脂液体を下クラッド６上に吐出・描画する。樹脂液の吐出直後に、ＵＶ光源１３から紫外線を照射することにより樹脂を硬化させる。図２中、符号１５は樹脂液の未硬化領域、１６はＵＶの照射領域、１７は硬化済み領域をそれぞれ表している。
【００２７】
このような塗布方法では、硬化後の下クラッド６に対し、硬化前液状コア材料との接触角が９０度以上であることが望ましい。接触角が９０度以下であると、液状コア材料を塗布した際、濡れ広がって、コア高さが低くなり、コア幅が広い形状となってしまい、結果として、受発光素子との接触に適したコア形状を得るのが難しくなってしまう。
【００２８】
（４）周囲クラッドの作製
次に、図１（ｄ）に示すように、前記（３）において作製したコア７およびＦＰＣ１全面に、クラッド材料を覆い被せ、周囲クラッド８を形成する。この周囲クラッド８の材料及び形成方法としては、前記（２）の下クラッド６の場合と同様である。この周囲クラッド８の形成により、コア７が周囲クラッド８に囲まれた構造の高分子光導波路が作製される。
【００２９】
（５）保護フィルムによる補強
高分子光導波路とＦＰＣ１との密着性が悪い場合や周囲クラッド８の強度特性が十分でない場合、図１（ｅ）に示すように、周囲クラッド８の上部より保護フィルム９で補強することが望ましい。保護フィルム９としては、ＦＰＣの製造用などとして一般的に使用されているカバーレイフィルムなどが挙げられる。
【００３０】
（６）受発光素子の実装
次に、図１（ｆ）に示すように、高分子光導波路を作製した逆面側にある各ランドに、発光素子であるＶＣＳＥＬ１１と、受光素子であるＰＤ１２とをフリップチップ実装し、光電気複合配線板１０を製造する。
この受発光素子の実装においては、発光素子実装部となるランドに、一方のスルーホール５に延出したコア７の端面に対して光を入射可能にＶＣＳＥＬ１１を実装すると共に、受光素子実装部となるランドに、他方のスルーホール５に延出したコア７の端面から出力される光を受光可能にＰＤ１２を実装する。
【００３１】
以上の（１）〜（６）の各工程を順次行うことで、図１（ｆ）に示す光電気複合配線板１０が製造される。本実施形態の光電気複合配線板１０は、発光素子実装部及び受光素子実装部となるランドにスルーホール５，５を有するＦＰＣ１と、このＦＰＣ１の各ランドの逆面に設けられ、各スルーホール５，５の間を結ぶと共に、両端部が曲がってスルーホール５，５内に延出した構造を持つコア７とそれを囲むクラッド６，８とを有する高分子光導波路と、発光素子実装部のランドに、スルーホール５に延出したコア７の端面に対して光を入射可能に実装されたＶＣＳＥＬ１１（発光素子）と、受光素子実装部のランドに、スルーホール５に延出したコア７の端面から出力される光を受光可能に実装されたＰＤ１２（受光素子）とを備えて構成されている。
【実施例】
【００３２】
図１（ａ）〜（ｆ）に示す各製造工程に従って、光電気複合配線板の製造を実施した。なお、本実施例では、図１（ｅ）に示す保護フィルム９による補強は省略している。
【００３３】
（１）ＦＰＣの準備
表面粗さ１０μｍ以下の片面フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ１）を準備した。ＦＰＣ１には、９０度光路変換部とする箇所に貫通スルーホール加工して複数のスルーホール５，５を穿設し、光導波路作製面と逆面にスルーホール５，５を中心として、受発光素子をフリップチップ実装するためのランドを加工した。スルーホール５，５の穴径は８０μｍφとした。
【００３４】
（２）下クラッドの作製
準備したＦＰＣ１のランド形成面の逆面に高分子光導波路の下クラッド６を作製した。下クラッド６としては、紫外線硬化型のフッ素含有アクリレート樹脂を採用した。この樹脂は、波長６００〜１０００μｍの範囲で９４％以上の透過率を有し、屈折率は１．４４、樹脂粘度は７０００ｃｐｓである。樹脂の塗布方法としては、図２に示したようなディスペンサを使用し、塗布後に、紫外光のハンドル型スポット光源にて硬化させた。このように作製した下クラッド６の厚さは２００μｍであった。この下クラッド６作製の際、スルーホール５，５近傍において、ディスペンサノズル１４をＦＰＣ１と垂直方向に移動させて樹脂を吐出することによって、半径１ｍｍの断面半円形状の盛り上がりを形成した。
【００３５】
（３）コア／９０度光路変換部の作製
コア材料には、波長６００〜１０００μｍの範囲で９４％以上の透過率を有し、屈折率は１．５６の紫外線硬化型のエポキシ樹脂を採用した。塗布方法は、図２に示すように、ディスペンサを用いたものとした。具体的には、まず、発光素子実装部側のスルーホール５に向けて、ディスペンサノズル１４から数秒樹脂を吐出し、スルーホール５に樹脂を充填させた後、ディスペンサノズル１４をＦＰＣ１と垂直方向に移動し、半円状クラッド部に沿ってディスペンサノズル１４を移動させることによって、曲線コア導波路を作製し、続けて受発光素子実装部側のスルーホール５まで直線状に５０ｍｍ長描画した。さらに、受光素子実装側のスルーホール５近傍でも曲線コア導波路になるように樹脂液を吐出させた。直線導波路部のコア形状は、高さ１ｍｍ、幅１００μｍの断面半円状のものとなった。９０度光路変換部の形状は、曲率半径１ｍｍの曲線導波路となった。
【００３６】
（４）周囲クラッドの作製
作製したコア７およびＦＰＣ１全面に、クラッド材料をスピンコートにより覆い被せ、紫外線硬化させた。クラッド材は、前述の下クラッドと同一の材料とした。
【００３７】
（５）受発光素子の実装
光導波路を作製した逆面側に、受発光素子をフリップチップ実装させた。発光素子としては、８５０ｎｍの面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）を採用した。受光素子は、受光径１００μｍφのフォトダイオード（ＰＤ）を採用した。
【００３８】
このように製造された本実施例の光電気複合配線板について、ＦＰＣ１の回路からＶＣＳＥＬ１１に電気信号を入力し、ＰＤ１２からの受光信号をモニタして光送受信特性を調べた結果、良好な光送受信特性が得られることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る光電気複合配線板の製造方法の一実施形態を工程順に示す概略断面図である。
【図２】ディスペンサを用いてコアを形成する方法を例示する概略側面図である。
【図３】下クラッドの形状を例示する概略断面図である。
【図４】コアの９０度光路変換部の形状を例示する概略断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…ＦＰＣ、２…ポリイミド、３…銅配線、４…カバーレイ、５…スルーホール、６…下クラッド、７…コア、８…周囲クラッド、９…保護フィルム、１０…光電気複合配線板、１１…ＶＣＳＥＬ、１２…ＰＤ、１３…ＵＶ光源、１４…ディスペンサノズル、１５…未硬化領域、１６…照射領域、１７…硬化済み領域。
【図１】
2009145647.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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