JP2000340957A - 光・電気配線基板及び製造方法並びに実装基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】電気配線を有する基板１４の電気配線（１
７及び１９）の上に、光信号を伝搬させる光ファイバ１
を有する光配線層１５を備える光・電気配線基板であっ
て、光ファイバ１の一部に設けたミラー２と、第１の樹
脂層３上に光ファイバ１が設置され、その上に第２の樹
脂層４が設置された光配線層１５と、第１の樹脂層から
なる光ファイバ固定のための突起部３ａと光部品を搭載
するための第１の樹脂層からなる突起部３ｂ並びにその
上に設置された金属パッド（６又は８）と、金属パッド
（６又は８）と基板１４の電気配線（１７又は１９）と
を電気接続するビアホール（２１又は２０）とを具備す
ることを特徴とする光・電気配線基板

Description

【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
の樹脂層からなる光ファイバ固定のための突起部と、光
部品をハンダ付けするための、第１の樹脂層からなる突
起部並びにその上に設置された金属パッドと、パッドと
基板の電気配線とを電気接続するビアホールと、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。

【０００７】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
層からなる光ファイバ固定のための突起部と、光部品を
ハンダ付けするための、第１の樹脂層からなる突起部並
びにその上に設置された金属パッドと、電気部品をハン
ダ付けするために光配線層の上に設けられた電気部品用
のパッドと、光部品又は電気部品用のパッドと基板の電
気配線とを電気接続するビアホールと、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。

【０００８】また請求項３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
層からなる光ファイバ固定のための突起部と、光部品を
ハンダ付けするための、第１の樹脂層からなる突起部並
びにその上に設置された金属パッドと、電気部品をハン
ダ付けするために光配線層の上に設けられた電気部品用
のパッドと、光部品又は電気部品用のパッドと基板の電
気配線とを電気接続するビアホールと、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４の発明では、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、エッチング
により光ファイバ固定のための突起部と、金属パッドの
突起部を同時に形成し、光ファイバをその突起部に合わ
せて設置し、その上に第２の樹脂層を設置し、金属パッ
ド表面の第２の樹脂層を除去することにより光配線層な
らびにパッドを形成する工程と、光ファイバの一部にミ
ラーを設けて光配線層を電気配線を有する基板に接着す
る工程と、パッドと基板上の電気配線とを電気接続する
ビアホールを作る工程と、を具備す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５の発明では、請求項１〜３の
何れか１項記載の光・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５
４、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６
０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６
８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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 BA11 CA38 DA03 DA04 DA06 2H047 KA04 KB08 KB09 LA09 MA03 MA05 RA08 TA05 TA11 TA43 TA44 5E346 AA43 DD28 EE47 FF24 FF45 GG22 HH07 5F088 AA01 BA16 BB01 JA02 JA14 LA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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の樹脂層からなる光ファイバ固定のための突起
   部と、光部品をハンダ付けするための、第１の樹脂層か
   らなる突起部並びにその上に設置された金属パッドと、 パッドと基板の電気配線とを電気接続するビアホール
   と、 を具備することを特徴とする光・電気配線基板。
2. 【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の樹脂層からなる光ファイバ固定のための突起
   部と、光部品をハンダ付けするための、第１の樹脂層か
   らなる突起部並びにその上に設置された金属パッドと、 電気部品をハンダ付けするために光配線層の上に設けら
   れた電気部品用のパッドと、 光部品又は電気部品用のパッドと基板の電気配線とを電
   気接続するビアホールと、 を具備することを特徴とする光・電気配線基板。
3. 【請求項３】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の樹脂層からなる光ファイバ固定のための突起
   部と、光部品をハンダ付けするための、第１の樹脂層か
   らなる突起部並びにその上に設置された金属パッドと、 電気部品をハンダ付けするために光配線層の上に設けら
   れた電気部品用のパッドと、 光部品又は電気部品用のパッドと基板の電気配線とを電
   気接続するビアホールと、 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。
4. 【請求項４】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、エッチングにより光ファイバ固定のた
   めの突起部と、金属パッドの突起部を同時に形成し、光
   ファイバをその突起部に合わせて設置し、その上に第２
   の樹脂層を設置し、金属パッド表面の第２の樹脂層を除
   去することにより光配線層ならびにパッドを形成する工
   程と、 光ファイバの一部にミラーを設けて光配線層を電気配線
   を有する基板に接着する工程と、 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
   を作る工程と、 を具備することを特徴とする光・電気配線基板の製造方
   法
5. 【請求項５】請求項１〜３の何れか１項記載の光・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。