(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明樹脂よりなるコア層と、コア層より屈折率が低い透明樹脂よりなるクラッド層とから、電気絶縁性を有する光導波層を形成すると共に、光導波層の表面に導電金属層を形成し、クラッド層を透明樹脂を基材に含浸して調製されるプリプレグの積層成形によって形成すると共に基材をクラッド層内においてコア層と反対側に偏った位置に配置して成ることを特徴とする光・電気複合基板。
【請求項２】
クラッド層を形成する透明樹脂として、コア層を形成する透明樹脂より耐熱性の高いものを用いることを特徴とする請求項１に記載の光・電気複合基板。
【請求項３】
コア層の一部に光路変換手段を設け、光路変換手段を設けた部分においてクラッド層及び導電金属層に光通過部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光・電気複合基板。
【請求項４】
光通過部にクラッド層の透明樹脂でレンズを形成したことを特徴とする請求項３に記載の光・電気複合基板。
【請求項５】
光通過部にレンズ機能を有する素子を付加して設けたことを特徴とする請求項３に記載の光・電気複合基板。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の光・電気複合基板を製造するにあたって、透明樹脂よりなる樹脂シートと、樹脂シートより屈折率の低い透明樹脂を基材に含浸して調製したプリプレグと、金属箔とを重ね、これを加熱加圧して積層成形することを特徴とする光・電気複合基板の製造方法。
【請求項７】
請求項３乃至５のいずれかに記載の光・電気複合基板を製造するにあたって、プリプレグとして光通過部を形成する部分において基材に穴をあけたものを用いることを特徴とする請求項６に記載の光・電気複合基板の製造方法。
【請求項８】
請求項３乃至５のいずれかに記載の光・電気複合基板を製造するにあたって、積層成形をした後に、光通過部を形成する部分において金属箔からクラッド層に至る穴を加工し、この穴にクラッド層の透明樹脂と同等の屈折率を有する透明樹脂を充填することを特徴とする請求項６に記載の光・電気複合基板の製造方法。
【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伝送することができる光・電気複合基板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高度情報化が急速に進展しており、ギガビット、テラビットクラスの高速ネットワーク時代が到来しつつある。このような中でネットワークを支える情報処理端末装置には高速パフォーマンスが要求される。この要求に対する答えの一つとして光による高速伝送技術が挙げられるものであり、電気信号の伝送と光信号の伝送を融合させることが検討されている。
【０００３】
そしてこのように光伝送と電気信号の伝送を融合させるために、光伝送路と電気回路板を組み合わせた光・電気複合配線板が種々提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来から提案されている光・電気複合配線板は、光伝送路と電気配線板を個々に作製し、そして両者を組み合わせて複合化するようにしたものが一般的である。しかしこの場合、電気配線板の作製と光伝送路の作製のプロセスの両方が必要であり、時間とコストがかかることになるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、一枚の基板で光信号と電気信号の両方を伝送することができ、しかも製造のコストを低減できると共に製造の時間を短縮することができる光・電気複合基板を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る光・電気複合基板は、透明樹脂１ａよりなるコア層１と、コア層１より屈折率が低い透明樹脂２ａよりなるクラッド層２とから、電気絶縁性を有する光導波層３を形成すると共に、光導波層３の表面に導電金属層４を形成し、クラッド層２を透明樹脂２ａを基材５に含浸して調製されるプリプレグ６の積層成形によって形成すると共に基材５をクラッド層２内においてコア層１と反対側に偏った位置に配置して成ることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項２の発明は、請求項１において、クラッド層２を形成する透明樹脂２ａとして、コア層１を形成する透明樹脂１ａより耐熱性の高いものを用いることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項３の発明は、請求項１又は２おいて、コア層１の一部に光路変換手段７を設け、光路変換手段７を設けた部分においてクラッド層２及び導電金属層４に光通過部８を形成したことを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項４の発明は、請求項３において、光通過部８にクラッド層２の透明樹脂２ａでレンズ９を形成したことを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項５の発明は、請求項３において、光通過部８にレンズ機能を有する素子１４を付加して設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項６に係る光・電気複合基板の製造方法は、上記の請求項１乃至５のいずれかに記載の光・電気複合基板を製造するにあたって、透明樹脂１ａよりなる樹脂シート１０と、樹脂シート１０より屈折率の低い透明樹脂２ａを基材５に含浸して調製したプリプレグ６と、金属箔１１とを重ね、これを加熱加圧して積層成形することを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項７の発明は、請求項６において、上記の請求項３乃至５のいずれかに記載の光電気複合基板を製造するにあたって、プリプレグ６として光通過部８を形成する部分において基材５に穴１２をあけたものを用いることを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項８の発明は、請求項６において、上記の請求項３乃至５のいずれかに記載の光電気複合基板を製造するにあたって、積層成形をした後に、光通過部８を形成する部分において金属箔１１からクラッド層２に至る穴１３を加工し、この穴１３にクラッド層２の透明樹脂２ａと同等の屈折率を有する透明樹脂２ｂを充填することを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１（ａ）は本発明を説明する参考図であり、コア層１の両面にクラッド層２を積層することによって電気絶縁性を有する光導波層３を形成し、光導波層３の各クラッド層２の外側の表面に導電金属層４を設けて、光・電気複合基板を形成するようにしてある。
【００１９】
コア層１とクラッド層２はそれぞれ透明樹脂１ａ，２ａによって形成されるものであり、厚みはそれぞれ数十〜数百μｍの範囲に設定するのが好ましい。コア層１を形成する透明樹脂１ａとクラッド層２を形成する透明樹脂２ａは同等の透明性を持つものが好ましく、例えばフッ素化ポリイミド、シクロオレフィンコポリマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などを用いることができる。そしてコア層１を形成する透明樹脂１ａはクラッド層２を形成する透明樹脂２ａより屈折率の高いものを用いるものであり、例えばクラッド層２を形成する透明樹脂２ａとしてＰＭＭＡを用いるときには、コア層１を形成する透明樹脂１ａとしてシクロオレフィンコポリマーを用いるようにするものである。
【００２０】
このように、光導波層３は、屈折率が高い透明樹脂１ａよりなるコア層１と、屈折率が低い透明樹脂２ａよりなるクラッド層２とから形成されているので、光をコア層１とクラッド層２の界面で全反射させながら光導波層３に沿って光を伝播させて、光信号を伝送させることができるものである。また透明樹脂１ａ，２ａからなるこの光導波層３は電気絶縁性を有するので、光導波層３の表面に形成した導電金属層４によって電気回路を形成することができ、電気信号を伝送させることができるものである。
【００２１】
導電金属層４は、銅箔やアルミニウム箔などの金属箔によって形成することができるが、金属メッキなどによって形成することも可能である。また図１（ａ）の実施の形態では、両面に導電金属層４を設けた両面回路板の構成になっているが、多層回路板の構成に形成することも可能である。
【００２２】
図１（ａ）の実施の形態では、コア層１は透明樹脂１ａで作製した樹脂シート１０によって形成し、クラッド層２はガラス布等の基材５に透明樹脂２ａを含浸・乾燥して作製したプリプレグ６によって形成してあり、従ってクラッド層２内には基材５が埋設されている。クラッド層２をこのように基材５を有するプリプレグ６で形成することによって、基材５による補強作用で光導波層３の強度を高めることができると共に寸法安定性を高めることができ、強度及び寸法安定性に優れた光・電気複合基板を得ることができるものである。
【００２３】
図１（ｂ）は光・電気複合基板を製造する際の一工程を示すものであり、透明樹脂１ａで作製した樹脂シート１０の両面に、基材５に透明樹脂２ａを含浸・乾燥してＢステージ状態に調製したプリプレグ６を重ね、さらにその外側に金属箔１１を重ね、これを加熱加圧して積層成形することによって、樹脂シート１０によるコア層１の両側にプリプレグ６によるクラッド層２を積層一体化した光導波層３を成形すると共にクラッド層２の表面に金属箔１１による導電金属層４を積層一体化した光・電気複合基板を製造することができるものである。このようにして、通常の電気配線板と同様な加熱加圧による積層成形によって、光伝送と電気信号の伝送の両機能を有する光・電気複合基板を製造することができるものである。
【００２４】
ここで、基材５を有するプリプレグ６でクラッド層２を形成するにあたって、基材５がクラッド層２とコア層１の界面付近に存在すると、コア層１とクラッド層２の界面で基材５によって光が乱反射され、光導波層３内の光の伝送効率が低下するおそれがある。そこで本発明は図２の実施の形態のように、クラッド層２内において基材５をコア層１から離れて導体金属層４の側に数十〜数百μｍ偏った位置に配置されるようにして、基材５がクラッド層２とコア層１の界面付近に露出して光の伝送効率を低下させることがなくなるようにしてある。基材５を偏らせるのは、コア層１の両側のクラッド層２のうち、いずれか一方、あるいは両方において実施することができる。そしてこのように基材５を偏らせたクラッド層２を形成するには、例えば基材５に透明樹脂２ａを含浸すると共に基材５の片面にさらに透明樹脂２ａを塗布して、基材５の片側表面の透明樹脂２ａの層が厚く他の片側表面の透明樹脂２ａの層が薄くなるように調製したプリプレグ６を用い、このプリプレグ６を透明樹脂２ａの層が厚い側で樹脂シート１０に重ねて、上記の加熱加圧成形をすることによって、行なうことができる。
【００２６】
また、クラッド層２を形成する透明樹脂２ａは、コア層１を形成する透明樹脂１ａよりも耐熱性が高いものを用いるのが好ましい。クラッド層２はコア層１の両側に積層されるので、クラッド層２として耐熱性の高いもの、すなわち熱変形温度や熱変色温度などが高いものを用いることによって、コア層１を保護する耐熱シェル構造を形成することができ、コア層１を形成する透明樹脂１ａの選択の範囲を広くすることができるものである。例えばクラッド層２の樹脂としてフッ素化ポリイミド、テフロン（登録商標）等のフッ素系高耐熱樹脂を用い、コア層１の樹脂としてポリカーボネートや透明エポキシ樹脂、ＰＭＭＡ樹脂等を用いることができる。
【００２７】
図３は本発明を説明する参考例を示すものであり、光導波層３のコア層１に面方向に沿って伝送される光の光路をコア層１の厚み方向に変更する光路変換手段７が、コア層１の一部に設けてある。この光路変換手段７としては、光を回折させるグレーティングをコア層１に描画したり、マイクロミラーやプリズムなどの光学素子をコア層１に設けたりして形成することができるものであり、コア層１内を伝送される光を回折、反射、屈折等させることによって、光の光路を光・電気複合基板の厚み方向に変換させることができるものである。このように光の光路を厚み方向に変換させることによって、コア層１内に沿って伝送された光を光・電気複合基板の表面から外部に取り出すことができるものであるが、このとき光がクラッド層２内を厚み方向に通過する際に、クラッド層２内に基材５が埋設されているときには光が基材５によって散乱され、また導電金属層４によって反射され、光を外部に取り出すことができない。そこで、光路変換手段７を設けた部分においてクラッド層２及び導電金属層４に光通過部８を形成し、この光通過部８を通して光を光・電気複合基板の外部に取り出すようにしてある。すなわち、光路変換手段７を設けた部分においてクラッド層２の基材５に穴１２を設けると共に導電金属層４に同じ部分において穴１７を設け、クラッド層２における基材５の穴１２内の透明樹脂２ａと導電金属層４の穴１７とで、光が通過する光通過部８を形成するようにしてある。
【００２８】
図４は上記のような光通過部８を形成した光・電気複合基板を製造する方法の一例を示すものであり、まず基材５に透明樹脂２ａを含浸・乾燥して調製した図４（ａ）のようなプリプレグ６を用い、光通過部８を形成する箇所において図４（ｂ）のように穴１２をあける。このように穴１２をあけた部分においてプリプレグ６から基材５を除去することができる。ここで、穴１２をあけた基材５を用い、この穴１２をあけた基材５に透明樹脂２ａを含浸・乾燥して調製したプリプレグ６を使用するようにしてもよい。次に、図４（ｃ）のように透明樹脂１ａで作製した樹脂シート１０の両面にプリプレグ６を重ねると共にさらにその外側に金属箔１１を重ねる。このとき、光を取り出さない側では穴１２をあけていないプリプレグ６を用いるものである。そしてこれを加熱加圧して積層成形することによって、図４（ｄ）に示すように、樹脂シート１０によるコア層１の両側にプリプレグ６によるクラッド層２を積層一体化した光導波層３を成形すると共にクラッド層２の表面に金属箔１１による導電金属層４を積層一体化することができるものであり、この加熱加圧成形の際に、プリプレグ６の穴１２には含浸されている透明樹脂２ａが流れこんで充填され、クラッド層２に透明樹脂２ａのみからなる光通過部８を形成することができるものである。この後に、金属箔１１にエッチング加工等を行なって回路形成する際に、光通過部８の部分において金属箔１１に穴１７をエッチング加工して設けることによって金属箔１１にも光通過部８を形成し、図３のような光・電気複合基板を得ることができるものである。
【００２９】
コア層１に光路変換手段７を設ける方法としては、図４（ｃ）の積層成形の工程の前に予め、樹脂シート１０内にミラーやプリズム等の光学素子を埋め込んでおく方法や、クラッド層２や金属箔１１に光通過部８を形成した後に、エネルギー照射による透明樹脂１ａ，２ａの変質の差を利用してコア層１の透明樹脂１ａにグレーティングを形成する方法などが挙げられる。後者の方法においてエネルギー照射としては、例えばフェムト秒パルスレーザを用いることができる。
【００３０】
図５は上記のような光通過部８を形成した光・電気複合基板を製造する方法の他の一例を示すものであり、図５（ａ）のように透明樹脂１ａで作製した樹脂シート１０の両面に基材５に透明樹脂２ａを含浸・乾燥して調製したプリプレグ６を重ね、さらにその外側に金属箔１１を重ね、これを加熱加圧して積層成形することによって、図５（ｂ）のように樹脂シート１０によるコア層１の両側にプリプレグ６によるクラッド層２を積層一体化した光導波層３を成形すると共にクラッド層２の表面に金属箔１１による導電金属層４を積層一体化する。次に光通過部８を形成する箇所においてドリル加工やレーザ加工を行なって、図５（ｃ）のように金属箔１１からクラッド層２に至る穴１３を穿設する。この後に図５（ｄ）のように、この穴１３内にクラッド層２の透明樹脂２ａと屈折率や透明性が同等の透明樹脂２ｂを流し込んで充填する。このようにして、クラッド層２の透明樹脂２ｂのみからなる部分と金属箔１１の穴１３の部分によって光通過部８を形成することができるものである。
【００３１】
コア層１に光路変換手段７を形成する方法には、図５（ａ）の積層成形の工程の前に予め樹脂シート１０に光路変換手段７を設けておく方法や、図５（ｃ）のように穴１３を加工した後にこの穴１３からコア層１に光路変換手段７を設ける方法などがある。光路変換手段７としては、既述のものを用いることができる。また、クラッド層２の穴１３に埋め込む透明樹脂２ｂとしてクラッド層２の透明樹脂２ａより屈折率が若干高いものを用いると、透明樹脂２ｂによって形成される光通過部８を通過する光は透明樹脂２ｂと透明樹脂２ａの界面で全反射しながら伝送されるものであり、光通過部８の外周から光が逃げることなく光を光・電気複合基板の外部に効率高く取り出すことができるものである。
【００３２】
図６の実施の形態は、クラッド層２の光通過部８にレンズ９を形成するようにしたものである。このように光通過部８にレンズ９を形成することによって、光を集光して光・電気複合基板の外部に効率高く取り出すことができるものである。クラッド層２の光通過部８にレンズ９を形成する方法としては、光通過部８の透明樹脂２ａ（あるいは透明樹脂２ｂ）の表面をレンズ形状に加工したり、樹脂を変質させてグレーティングレンズを加工したりする方法などがある。
【００３３】
図７の実施の形態では、光通過部８にレンズ機能を有する素子１４を付加して設け、レンズ機能を有する素子１４で光を集光して光・電気複合基板の外部に効率高く取り出すことができるようにしてある。このレンズ機能を有する素子１４としてはマイクロレンズなどを用いることができるものであり、例えば図５（ｃ）のように穴１３を加工した後に、この穴１３にレンズ機能を有する素子１４を挿入して透明樹脂２ｂで埋めることによって、光通過部８にレンズ機能を有する素子１４を取り付けることができるものである。
【００３４】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る光・電気複合基板は、透明樹脂よりなるコア層と、コア層より屈折率が低い透明樹脂よりなるクラッド層とから、電気絶縁性を有する光導波層を形成し、光導波層の表面に導電金属層を形成したものであるから、コア層とクラッド層の界面で全反射させることによって光導波層に沿って光信号を伝送させることができると共に、電気絶縁性を有する光導波層の表面に形成した導電金属層によって電気信号を伝送させることができるものであり、一枚の基板で光信号と電気信号の両方を伝送することができるものである。しかも、コア層やクラッド層を形成する透明樹脂や導電金属層を積層することによって、光信号と電気信号の両方を伝送する基板を製造することができるものであり、製造のコストを低減できると共に製造の時間を短縮することができるものである。
【００３５】
また、クラッド層は透明樹脂を基材に含浸して調製されるプリプレグの積層成形によって形成されているので、基材による補強作用で強度を高めることができると共に寸法安定性を高めることができ、強度及び寸法安定性に優れた光・電気複合基板を得ることができるものである。
【００３６】
また、基材はクラッド層内においてコア層と反対側に偏った位置に配置されているので、基材がクラッド層とコア層の界面付近に露出することを防ぐことができ、コア層とクラッド層の界面で全反射させて光を伝送する際の伝送効率の低下を防止することができるものである。
【００３７】
また請求項２の発明は、請求項１において、クラッド層を形成する透明樹脂として、コア層を形成する透明樹脂より耐熱性の高いものを用いるようにしたので、耐熱性の高いクラッド層でコア層を熱的に保護することができ、コア層を形成する透明樹脂の選択の範囲を広くすることができるものである。
【００３９】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、コア層の一部に光路変換手段を設け、光路変換手段を設けた部分においてクラッド層及び導電金属層に光通過部を形成したので、コア層とクラッド層の界面で全反射させて伝送される光の光路を光路変換手段で変更させて光通過部から外部に取り出すことができるものである。
【００４０】
また請求項４の発明は、請求項３において、光通過部にクラッド層の透明樹脂でレンズを形成するようにしたので、光をレンズで集光して外部に効率高く取り出すことができるものである。
【００４１】
また請求項５の発明は、請求項３において、光通過部にレンズ機能を有する素子を付加して設けたので、レンズ機能を有する素子で光を集光して外部に効率高く取り出すことができるものである。
【００４２】
本発明の請求項６に係る光・電気複合基板の製造方法は、上記の請求項１乃至５のいずれかに記載の光・電気複合基板を製造するにあたって、透明樹脂よりなる樹脂シートと、樹脂シートより屈折率の低い透明樹脂を基材に含浸して調製したプリプレグと、金属箔とを重ね、これを加熱加圧して積層成形するようにしたので、樹脂シートとプリプレグと導電金属層を加熱加圧して積層成形することによって、電気配線板を成形する従来の工法をそのまま用いて、光信号と電気信号の両方を伝送する基板を製造することができるものであり、製造のコストを低減できると共に製造の時間を短縮することができるものである。
【００４３】
また請求項７の発明は、請求項６において、上記の請求項３乃至５のいずれかに記載の光電気複合基板を製造するにあたって、プリプレグとして光通過部を形成する部分において基材に穴をあけたものを用いるようにしたので、クラッド層の光通過部には基材が存在しないようにすることができ、基材によって光が散乱されたり吸収されたりすることなく、光通過部を通して効率高く光を取り出すことができるものである。
【００４４】
また請求項８の発明は、請求項６において、請求項３乃至５のいずれかに記載の光電気複合基板を製造するにあたって、積層成形をした後に、光通過部を形成する部分において金属箔からクラッド層に至る穴を加工し、この穴にクラッド層の透明樹脂と同等の屈折率を有する透明樹脂を充填するようにしたので、クラッド層の光通過部には基材が存在しないようにすることができ、基材によって光が散乱されたり吸収されたりすることなく、光通過部を通して効率高く光を取り出すことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を説明する参考例を示すものであり、（ａ）は光・電気複合基板の正面図、（ｂ）はその製造の一工程での分解正面図である。
【図２】  本発明の実施の形態の一例を示す光・電気複合基板の正面図である。
【図３】  本発明を説明する参考例を示す光・電気複合基板の正面図である。
【図４】  光・電気複合基板を製造する実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ正面図である。
【図５】  光・電気複合基板を製造する他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ正面図である。
【図６】  本発明を説明する参考例を示す光・電気複合基板の正面図である。
【図７】  本発明を説明する参考例を示す光・電気複合基板の正面図である。
【符号の説明】
１  コア層
１ａ  透明樹脂
２  クラッド層
２ａ  透明樹脂
２ｂ  透明樹脂
３  光導波層
４  導電金属層
５  基材
６  プリプレグ
７  光路変換手段
８  光通過部
９  レンズ
１０  樹脂シート
１１  金属箔
１２  穴
１３  穴
１４  レンズ機能を有する素子
【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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