JP2001004854A

JP2001004854A - 光・電気配線基板及び実装基板

Info

Publication number: JP2001004854A
Application number: JP17869799A
Authority: JP
Inventors: Takao Minato; 孝夫湊; Taketo Tsukamoto; 健人塚本; Masayuki Oide; 雅之大出; Kenta Yotsui; 健太四井; Daisuke Inokuchi; 大輔井ノ口
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】電気配線が埋設された電気配線基板に、光信号
伝搬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、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同じ方法で行え
る光・電気配線基板の構造を提供するものである。【解決手段】前記光基板が、該光基板表面から微少な凹
部を有することを特徴とする光・電気配線基板である。

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、並びにその基板上に光
部品と電気部品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用部材の光軸と
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同
じ方法で行える光・電気配線基板の構造を提供するもの
である。

【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記載の発明は、電気
配線が埋設された電気配線基板に、光信号伝搬用の光導
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、前記光基板が、該光基板表面から微少な凹部を
有することを特徴とする光・電気配線基板である。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の光
・電気配線基板において、前記微少な凹部の底部あるい
は側面が、導電性金属からなり、前記電気配線基板と導
通していることを特徴とする。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の光・電気配線基板において、前記微少な凹部
の径が、５０〜５００ミクロンで、深さが、２０〜２０
０ミクロンであることを特徴とする。

【０００９】請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求
項３の何れか１項に記載の光・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
板である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
に基づいて以下に詳細に説明する。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
部分の平面図を図１（ａ）に、光配線であるコアパター
ン２に沿って切断する断面図を図１（ｂ）に示す。

【００１１】本発明の光・電気配線板は、電気配線１
０、１１、１２、１３を備えた基板８上に、光基板９が
積層されている構造をとる。この基板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、
セラミック基板でも良い。

【００１２】光基板９には、光信号を伝搬される光配線
としてコアパターン２が、コア材料より低い屈折率を有
するクラッド層１に埋設されている。このコアパターン
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。

【００１３】光基板９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３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配線へ挿入した
り、逆に、光配線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、光配線の一
部に、基板に対し４５°をなす面を形成する。このミラ
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。

【００１４】ミラー３の周辺部には、レーザ発光素子や
受光素子などの光部品と電気接続を取るための柱状導電
性ガイド４、５、６、７が光基板を貫通するか、光基板
表面から見て一定の深さまで貫通している。即ち、光基
板表面に凹部４ａ、５ａ、６ａ、７ａが形成されてい
る。柱状導電性ガイトは基板９に形成された電気配線１
０、１１、１２、１３と接続している。

【００１５】光基板上部の複数の凹部４ａ、５ａ、６
ａ、７ａは、光部品の端子が無理なく収容されて、望ま
しくはハンダ付けできるように形成する。凹部と光部品
の端子の形状を相似にすると端子の移動できる範囲は限
定される。従って、発光レーザーの光軸と幅が数ミクロ
ンのミラー（光導波路）３の光軸とを精度良く一致さ
せ、且つ強固に固定でき、必要であれば電気配線と電気
的に導通することが可能である。

【００１６】この凹部１５の側面や凹部１５を囲む上部
周囲にはＮｉ／Ａｕメッキ等の表面処理を施しても良
い。一方、ＩＣ等の電気部品も同様に基板８上の電気配
線と柱状導電性ガイドと介して電気接続される。本柱状
導電性ガイドもフォトリソグラフィ技術とメッキ技術に
て形成するので、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。

【００１７】２．光・電気配線基板の製造方法本発明における光・電気配線基板の構成を図面を用いて
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した（図２参
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２０〜１００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時間焼成する。エポキシ系
樹脂であればＵＶ硬化もしくは１００〜２００度でポリ
マー化する。

【００１８】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２０〜１００ミクロン程度塗布する。

【００１９】次いで、光基板の所望の位置に貫通孔３４
を形成した（工程(d) ）。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光基板３５を形成で出来る（工程
(e) ）。この方法では完全な貫通孔が形成できカスは全
く残らなかった。

【００２０】(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３
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(f) ）、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(g) ）。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(h) ）。レジストを剥離し（工程
(i) ）、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(j) ）。柱状
導電性ガイドの形状は円柱型、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。
径は５０〜５００ミクロン、高さも２０〜２００ミクロ
ン程度が望ましい。

【００２１】(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を使っての積層に
ついて述べる（図４参照）。複数の柱状導電性ガイド４
５を光基板３５と電気基板４０をアライメントをとって
積層するためのガイドをして使う。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(k) ）。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。

【００２２】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２０−２００ミクロンになる
ように一方もしくは双方を調整する。

【００２３】さらに、積層した基板の表面に金属薄膜４
６をスパッタにて形成し（工程(l)）、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(m)
）。

【００２４】エッチングにより金属薄膜４６に開口部４
９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(n) ）、メタ
ルマスクを溶解除去することにより本発明の光・電気配
線基板を完成させた（工程(o) ）。

【００２５】柱状導電性ガイドの別の製法として、光・
電気基板の適切な位置に光基板側からレーザ光照射やド
ライエッチングを行う方法がある。金属配線基板に敷設
された銅配線までがストッパーとなり、この深さまでビ
アホールが形成できるので、引き続きメッキを行いビア
ホールを金属で埋める。メッキの時間を調整して光基板
の中程でメッキを中断すれば所望の深さの凹部１５を形
成できる。この手段では凹部は電気配線層まで深くする
こともできた。

【００２６】３．実装基板の製造方法図５に、一例として発光用レーザを内包する光部品２２
の端子を光基板上に設けた凹部１５に収容してハンダ２
５付けした様子を模式的に示した。具体的には光・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
（レーザ、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５
０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。

【００２７】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。電気部品と同じように凹部がない平坦
な金属パッド上に光部品の端子を置いた場合は、光部品
の固定位置が安定せず±５０ミクロン程度の誤差が生じ
た。凹部は電気的導通と光配線用のミラーとの精度の高
いアライメントを確保するだけでなく、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。

【００２８】

【発明の効果】本発明により、次のような効果を奏す
る。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。

【００２９】第２に、光基板のミラーを含むコアパター
ンと光部品搭載用の柱状導電性ガイド間の相互の位置関
係が意図されたものに極めて高精度で一致する。

【００３０】第３に、光部品の端子が光基板上の凹部に
精度良く収容されるので、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。

【００３１】第４に、光部品、あるいは、電気部品をハ
ンダ付けする際、めっきで形成された柱導電性ガイドに
直に接続すれば、ハンダ溶融熱の影響を受けず、接続の
信頼性が向上する。同時に、基板上の電気配線との接続
の信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明に係わる光・電気配線基板におけ
る光部品を実装する部分の平面図。（ｂ）本発明に係わる光・電気配線基板における光部品
を実装する部分において、光導波路に平行に切断した場
合の断面図。

【図２】本発明に係る光基板の製造プロセスの一例を示
す説明図。

【図３】本発明に係る電気配線基板の製造プロセスの一
例を示す説明図。

【図４】本発明に係る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５】本発明に係る光・電気配線基板に一例としてレ
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
る説明図。

【符号の説明】

１クラッド層２光導波路（コア層）３ミラー４柱状導電性ガイド４ａパッド５柱状導電性ガイド５ａパッド６柱状導電性ガイド６ａパッド７柱状導電性ガイド７ａパッド８基板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凹部２１レーザ光２２レーザ発光素子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貫通孔３５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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者四井健太東京都台東区台東１丁目５番１号凸版印刷株式会社内 (72)発明者井ノ口大輔東京都台東区台東１丁目５番１号凸版印刷株式会社内Ｆターム(参考） 2H047 KA04 LA09 MA07 PA02 PA21 PA24 PA28 QA05 TA05 TA43 5E338 AA00 BB75 CC01 CC10 CD01 EE22 EE23

Claims

【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
信号伝搬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、前記光基板が、該光基板表面から微少な凹部を有するこ
とを特徴とする光・電気配線基板。
【請求項２】前記微少な凹部の底部あるいは側面が、導
電性金属からなり、前記電気配線基板と導通しているこ
とを特徴とする請求項１記載の光・電気配線基板。
【請求項３】前記微少な凹部の径が、５０〜５００ミク
ロンで、深さが、２０〜２００ミクロンであることを特
徴とする請求項１又は請求項２記載の光・電気配線基
板。
【請求項４】請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載
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。