JP5493626B2 - Opto-electric hybrid board and electronic equipment - Google Patents
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Description
本発明は、光電気混載基板および電子機器に関するものである。 The present invention relates to an opto- electric hybrid board and an electronic apparatus.
近年、情報化の波とともに、大容量の情報を高速でやりとりできる広帯域回線(ブロードバンド)の普及が進んでいる。また、これらの広帯域回線に情報を伝送する装置として、ルーター装置、WDM(Wavelength Division Multiplexing)装置等の伝送装置が用いられている。これらの伝送装置内には、LSIのような演算素子、メモリーのような記憶素子等が組み合わされた信号処理基板が多数設置されており、各回線の相互接続を担っている。 In recent years, with the wave of computerization, wideband lines (broadband) capable of exchanging large amounts of information at high speed have been spreading. Also, as devices for transmitting information to these broadband lines, transmission devices such as router devices and WDM (Wavelength Division Multiplexing) devices are used. In these transmission apparatuses, a large number of signal processing boards in which arithmetic elements such as LSIs and storage elements such as memories are combined are installed, and each line is interconnected.
各信号処理基板には、演算素子や記憶素子等が電気配線で接続された回路が構築されているが、近年、処理する情報量の増大に伴って、各基板では、極めて高いスループットで情報を伝送することが要求されている。しかしながら、情報伝送の高速化に伴い、クロストークや高周波ノイズの発生、電気信号の劣化、特性インピーダンスの不整合等の問題が顕在化しつつある。このため、電気配線がボトルネックとなって、信号処理基板のスループットの向上が困難になっている。 Each signal processing board has a circuit in which arithmetic elements, storage elements, etc. are connected by electrical wiring. However, with the increase in the amount of information to be processed in recent years, each board has a very high throughput. It is required to transmit. However, with the speeding up of information transmission, problems such as generation of crosstalk and high-frequency noise, deterioration of electric signals, and mismatch of characteristic impedance are becoming apparent. For this reason, electrical wiring becomes a bottleneck, making it difficult to improve the throughput of the signal processing board.
一方、光搬送波を使用してデータを移送する光通信技術が開発され、近年、この光搬送波を、一地点から他地点に導くための手段として、光導波路が普及しつつある。この光導波路は、線状のコア部と、その周囲を覆うように設けられたクラッド部とを有している。コア部は、光搬送波の光に対して実質的に透明な材料によって構成され、クラッド部は、コア部より屈折率が低い材料によって構成されている。 On the other hand, an optical communication technique for transferring data using an optical carrier wave has been developed, and in recent years, an optical waveguide is becoming popular as a means for guiding the optical carrier wave from one point to another point. This optical waveguide has a linear core part and a clad part provided so as to cover the periphery thereof. The core part is made of a material that is substantially transparent to the light of the optical carrier wave, and the cladding part is made of a material having a refractive index lower than that of the core part.
このような光導波路では、コア部の一端から導入された光が、クラッド部との境界で反射しながら他端に搬送される。光導波路の入射側には、半導体レーザー等の発光素子が配置され、出射側には、フォトダイオード等の受光素子が配置される。発光素子から入射された光は光導波路を伝搬し、受光素子により受光され、受光した光の明滅パターンに基づいて通信を行う。 In such an optical waveguide, light introduced from one end of the core portion is conveyed to the other end while being reflected at the boundary with the cladding portion. A light emitting element such as a semiconductor laser is disposed on the incident side of the optical waveguide, and a light receiving element such as a photodiode is disposed on the emission side. Light incident from the light emitting element propagates through the optical waveguide, is received by the light receiving element, and performs communication based on the blinking pattern of the received light.
最近になって、信号処理基板内の電気配線を光導波路で置き換える動きが進んでいる。電気配線を光導波路で置き換えることにより、前述したような電気配線の問題が解消され、信号処理基板のさらなる高スループット化が可能になると期待されている。 Recently, there has been a movement to replace electric wiring in a signal processing board with an optical waveguide. By replacing the electrical wiring with an optical waveguide, it is expected that the problem of the electrical wiring as described above will be solved and the signal processing board will be able to further increase the throughput.
ところで、演算素子や記憶素子はもちろん、光信号と電気信号の相互変換を担う発光素子や受光素子のような各素子の駆動には電力を供給するための電気配線が不可欠である。このため信号処理基板には、電気配線と光導波路とが混載されることとなり、このような基板(光電気混載基板)の開発が進められている。 By the way, electric wiring for supplying electric power is indispensable for driving each element such as a light emitting element and a light receiving element which perform mutual conversion between an optical signal and an electric signal as well as an arithmetic element and a memory element. For this reason, electric wiring and an optical waveguide are mixedly mounted on the signal processing substrate, and development of such a substrate (photoelectric mixed substrate) is being promoted.
例えば、特許文献1には、微細配線回路部と光配線回路部と光学素子とを有する光・電気配線混載ハイブリッド回路モジュールが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an optical / electrical wiring hybrid circuit module having a fine wiring circuit part, an optical wiring circuit part, and an optical element.
しかしながら、上記特許文献1に記載の回路モジュールには、次のような問題点がある。
1.多層に形成された微細配線回路部上に光学素子を載置するため、回路モジュール全体の厚さが厚くなり、薄型化の要求に応えられない。
2.光学素子および半導体チップが微細配線回路部の上面から突出するように載置されているため、これらが他の部材と干渉するなどして、外力を受け易い構造になっている。外力の大きさによっては、光学素子や半導体チップが故障したり、脱落するおそれがある。
However, the circuit module described in Patent Document 1 has the following problems.
1. Since the optical element is mounted on the fine wiring circuit portion formed in multiple layers, the thickness of the entire circuit module is increased, and the demand for thinning cannot be met.
2. Since the optical element and the semiconductor chip are mounted so as to protrude from the upper surface of the fine wiring circuit portion, they are structured to easily receive an external force due to interference with other members. Depending on the magnitude of the external force, the optical element or the semiconductor chip may break down or fall off.
本発明の目的は、光素子を外力から確実に保護するとともに、光導波路と積層した際には、光素子と光導波路との間を低損失で接続しつつ、光電気混載基板の薄型化を実現可能な光素子搭載基板を備えた光電気混載基板および電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to reliably protect an optical element from external force and to reduce the thickness of an opto-electric hybrid board while connecting the optical element and the optical waveguide with low loss when laminated with the optical waveguide. to provide an opto-electric hybrid board and an electronic device with a realizable optical device mounting board.
このような目的は、下記(1)〜(13)の本発明により達成される。
(1) 可撓性を有する第1の基板と、前記第1の基板上に設けられた電気配線と、前記第1の基板上に載置され、前記第1の基板に臨む受光部または発光部を備える光素子と、前記光素子の周囲を囲うように前記第1の基板上に載置され、前記第1の基板よりも剛性の高い第2の基板と、前記第2の基板を厚さ方向に貫通する貫通孔と、前記貫通孔内に設けられ前記電気配線と電気的に接続された貫通ビア構造と、前記貫通ビア構造と電気的に接続され、前記第2の基板の表面から突出するように設けられたバンプと、を備える光素子搭載基板と、
線状のコア部と該コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部とを備え、前記第1の基板と接するように前記光素子搭載基板と積層された光導波路と、
前記光素子と前記光導波路とを光学的に接続する光路変換手段と、
絶縁基板と、前記絶縁基板に設けられた配線パターンと、を備える実装基板と、
を有し、
前記バンプと前記配線パターンとが接するように、前記光素子搭載基板と前記実装基板とが積層されていることを特徴とする光電気混載基板。
Such an object is achieved by the present inventions (1) to (13) below.
(1) A flexible first substrate, an electrical wiring provided on the first substrate, and a light receiving unit or light emitting unit placed on the first substrate and facing the first substrate an optical element having a part, is placed on the first substrate so as to surround the periphery of the optical element, and a second substrate having high rigidity than the first substrate, the second substrate A through-hole penetrating in the thickness direction; a through-via structure provided in the through-hole and electrically connected to the electrical wiring; and a surface of the second substrate electrically connected to the through-via structure A bump provided so as to protrude from the optical element mounting substrate,
An optical waveguide comprising a linear core portion and a cladding portion provided so as to cover a side surface of the core portion, and laminated with the optical element mounting substrate so as to be in contact with the first substrate;
Optical path changing means for optically connecting the optical element and the optical waveguide;
A mounting substrate comprising: an insulating substrate; and a wiring pattern provided on the insulating substrate;
Have
The opto-electric hybrid board, wherein the optical element mounting board and the mounting board are laminated so that the bump and the wiring pattern are in contact with each other.
(2) 前記第1の基板および前記電気配線は、それぞれ前記第2の基板の外側に延伸している延伸部分を備えている上記(1)に記載の光電気混載基板。
(3) 前記第2の基板は、前記光素子の全周を囲う枠状のものである上記(1)または(2)に記載の光電気混載基板。
(2) The opto-electric hybrid board according to (1), wherein each of the first substrate and the electrical wiring includes an extending portion that extends to the outside of the second substrate.
(3) The opto-electric hybrid board according to (1) or (2) , wherein the second substrate has a frame shape surrounding the entire circumference of the optical element.
(4) 前記第2の基板の厚さは、前記光素子の厚さより厚い上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の光電気混載基板。 (4) The opto-electric hybrid board according to any one of (1) to (3) , wherein the thickness of the second substrate is thicker than the thickness of the optical element.
(5) 前記第1の基板の平均厚さは、5〜50μmである上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の光電気混載基板。 (5) The opto-electric hybrid board according to any one of (1) to (4) , wherein an average thickness of the first substrate is 5 to 50 μm.
(6) 前記光素子搭載基板は、さらに、前記第2の基板の内側に設けられ、前記光素子の動作を制御する制御素子を備える上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の光電気混載基板。 (6) the optical element mounting substrate further the provided inside of the second substrate, the light according to any one of (1) to a control device for controlling the operation of said optical element (5) Electric mixed board .
(7) 前記第1の基板の上面と前記第2の基板の内面とで画成される空間の少なくとも一部が封止樹脂で充填されている上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の光電気混載基板。 (7) In any one of the above (1) to (6) , at least a part of a space defined by the upper surface of the first substrate and the inner surface of the second substrate is filled with a sealing resin. The opto-electric hybrid board described.
(8) 前記封止樹脂は、前記光素子全体を覆うように充填されている上記(7)に記載の光電気混載基板。 (8) The opto-electric hybrid board according to (7) , wherein the sealing resin is filled so as to cover the entire optical element.
(9) 前記光素子搭載基板は、前記光導波路の一方の端部、または、双方の端部にそれぞれ積層されている上記(1)ないし(8)のいずれかに記載の光電気混載基板。 (9) The opto-electric hybrid board according to any one of (1) to (8), wherein the optical element mounting board is laminated on one end part or both end parts of the optical waveguide.
(10) 前記光素子搭載基板は、前記光導波路の一方の端部に設けられており、
当該光電気混載基板は、前記光導波路の他方の端部に設けられ、該光導波路を接続相手と接続するコネクターを備える上記(1)ないし(9)のいずれかに記載の光電気混載基板。
(10) The optical element mounting substrate is provided at one end of the optical waveguide,
The opto-electric hybrid board according to any one of (1) to (9) , wherein the opto-electric hybrid board is provided at the other end of the optical waveguide and includes a connector for connecting the optical waveguide to a connection partner.
(11) 前記第1の基板および前記電気配線は、それぞれ前記第2の基板の外側に延伸した延伸部分を備えており、該延伸部分は、途中で折り曲げられ、前記光導波路の前記第2の基板側の面からそれと反対の側の面にかけて覆うよう構成されている上記(1)ないし(10)のいずれかに記載の光電気混載基板。
(12) 前記第1の基板および前記電気配線は、それぞれ前記第2の基板の外側に延伸した延伸部分を備えており、
当該光電気混載基板は、さらに、前記延伸部分に設けられたヒートシンクを有している上記(1)ないし(11)のいずれかに記載の光電気混載基板。
(11) the first substrate and the electric wiring includes a stretching portion respectively extending outwardly of the second substrate, stretched portion is bent in the middle, the second of said optical waveguide The opto-electric hybrid board according to any one of the above (1) to (10) , which is configured to cover from the board side surface to the opposite side surface .
(12) Each of the first substrate and the electrical wiring includes an extended portion that extends to the outside of the second substrate,
The opto-electric hybrid board according to any one of the above (1) to (11), further including a heat sink provided in the extending portion.
(13) 上記(1)ないし(12)のいずれかに記載の光電気混載基板を備えたことを特徴とする電子機器。 (13) An electronic device comprising the opto-electric hybrid board according to any one of (1) to (12) .
本発明によれば、受発光素子の周囲を囲うように剛性基板が配されているので、光導波路と積層した際に、全体の薄型化が図られるとともに、受発光素子を外力から保護し得る光電気混載基板が得られる。 According to the present invention, since the rigid substrate is arranged so as to surround the periphery of the light emitting / receiving element, the entire thickness can be reduced and the light receiving / emitting element can be protected from external force when laminated with the optical waveguide. An opto-electric hybrid board is obtained.
また、光導波路と剛性基板との間には、可撓性基板が配されているので、可撓性基板が光導波路と剛性基板との熱膨張差を緩和するように作用し、熱履歴による層間剥離等の不具合が防止される。 In addition, since a flexible substrate is arranged between the optical waveguide and the rigid substrate, the flexible substrate acts so as to reduce the thermal expansion difference between the optical waveguide and the rigid substrate. Problems such as delamination are prevented.
また、このような光電気混載基板を備えることにより、薄型で信頼性の高い電子機器が得られる。 Further, by providing such an opto-electric hybrid board, high have electronic equipment reliability is obtained thin.
以下、本発明の光素子搭載基板、光電気混載基板および電子機器について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an optical element mounting substrate, an opto-electric hybrid board, and an electronic device of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<光電気混載基板>
図1は、本発明の光電気混載基板の実施形態を一部透過して示す斜視図、図2は、図1に示す光電気混載基板のA−A線断面図、図3は、図2に示す光電気混載基板の他の構成例を示す断面図、図4は、図2に示す光電気混載基板を実装基板に実装した状態を示す断面図、図5は、図2に示す光電気混載基板の他の構成例を示す断面図、図6は、図1に示す光電気混載基板の製造方法を説明するための図(断面図)である。なお、以下の説明では、図1〜6の上側を「上」、下側を「下」という。また、各図では、光電気混載基板の厚さ方向を強調して記載されている。
<Opto-electric hybrid board>
1 is a partially transparent perspective view showing an embodiment of the opto-electric hybrid board according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the opto-electric hybrid board shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the opto-electric hybrid board shown in FIG. 4, FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the opto-electric hybrid board shown in FIG. 2 is mounted on a mounting board, and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing another configuration example of the hybrid substrate, and FIG. 6 is a diagram (cross-sectional view) for explaining a method of manufacturing the photoelectric hybrid substrate shown in FIG. In the following description, the upper side of FIGS. 1 to 6 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”. In each figure, the thickness direction of the opto-electric hybrid board is emphasized.
図1に示す光電気混載基板1は、光導波路21が形成された光回路層2と、その上方に設けられ、受発光素子(光素子)7を内蔵する光素子搭載基板(光電気複合モジュール)10とを積層してなる積層体を有するものである。
An opto-electric hybrid board 1 shown in FIG. 1 includes an
ここで、光回路層2は長尺の帯状をなしており、光素子搭載基板10は、光回路層2の一方の端部の上面に積層されている。
Here, the
光素子搭載基板10は、平板状の第1の基板11と、第1の基板11上に設けられ、四角形の枠状をなす第2の基板12と、第2の基板12の内側の第1の基板11上に設けられた受発光素子7および半導体素子(制御素子)8とを有している。
The optical
受発光素子7は、電気信号を光信号に変換し、発光部から光信号を発光して光導波路21に入射させる発光素子、または、光導波路21から出射された光信号を受光部で受光して電気信号に変換する受光素子である。図2に示す受発光素子7は、その下面にそれぞれ設けられた受発光部71と電極パッド72とを有している。受発光部71は、下方に向けて光信号を発光したり、あるいは、上方に向かう光信号を受光する。なお、図2に示す矢印は、受発光素子7が発光素子である場合の光路の例である。
The light receiving / emitting element 7 converts the electrical signal into an optical signal, emits the optical signal from the light emitting unit, and enters the
一方、光導波路21のうち、受発光部71の下方には、ミラー(光路変換手段)22が設けられている。このミラー22は、図2の左右方向に延伸する光導波路21と光素子搭載基板10に設けられた受発光部71とが光学的に接続されるよう、光路を45°変換し得る。このようなミラー22を介することにより、受発光部71から出射した光信号を光導波路21へと送出したり、あるいは、光導波路21を伝搬してきた光信号を受発光部71に入射させることができる。その結果、光電気混載基板1において、光通信が可能になる。
On the other hand, a mirror (optical path changing means) 22 is provided below the light emitting / receiving
また、光電気混載基板1では、枠状をなす第2の基板12の内側に受発光素子7や半導体素子8を配したことから、受発光素子7や半導体素子8の厚さは、光電気混載基板1全体の厚さに対して影響を及ぼさない。換言すれば、受発光素子7や半導体素子8は、第2の基板12の内側の空間13に内包されていることから、光電気混載基板1全体の厚さは、第2の基板12、第1の基板11および光回路層2の3層の厚さの和となる。よって、光電気混載基板1は、従来に比べてより薄型化が図られることとなる。
In the opto-electric hybrid board 1, the light emitting / receiving elements 7 and the
また、第2の基板12は、受発光素子7や半導体素子8を囲うように設けられているため、これらの素子を外力から保護することができる。
Further, since the
以下、光電気混載基板1の各部について詳述する。
(光回路層)
図1に示す光回路層2は、下方からクラッド層(下部クラッド層)211、コア層213、およびクラッド層(上部クラッド層)212をこの順で積層してなる光導波路21で構成されている。このうちコア層213には、図1に示すように、平面視で線状のコア部214と、このコア部214の側面に隣接する側面クラッド部215とが形成されている。コア部214は、帯状をなす積層体の長手方向に沿って直線状に設けられている。また、コア部214は、コア層213の幅のほぼ中央に位置している。なお、図1において、コア部214にはドットを付している。
Hereinafter, each part of the opto-electric hybrid board 1 will be described in detail.
(Optical circuit layer)
The
図1に示す光導波路21では、コア部214の一方の端部に入射された光を、コア部214とクラッド部(各クラッド層211、212および各側面クラッド部215)との界面で全反射させ、他方の端部に伝搬させることができる。これにより、出射端で受光した光の明滅パターンに基づいて光通信を行うことができる。
In the
コア部214とクラッド部との界面で全反射を生じさせるためには、界面に屈折率差が存在する必要がある。コア部214の屈折率は、クラッド部の屈折率より大きければよいが、その差は特に限定されないものの、0.5%以上であるのが好ましく、0.8%以上であるのがより好ましい。一方、上限値は、特に設定されなくてもよいが、好ましくは5.5%程度とされる。屈折率の差が前記下限値未満であると光を伝達する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えても、光の伝送効率のそれ以上の増大は期待できない。
In order to cause total reflection at the interface between the
なお、前記屈折率差とは、コア部214の屈折率をA、クラッド部の屈折率をBとしたとき、次式で表わされる。
屈折率差(%)=|A/B−1|×100
The refractive index difference is expressed by the following equation, where A is the refractive index of the
Refractive index difference (%) = | A / B-1 | × 100
また、図1に示す構成では、コア部214は、平面視で直線状に形成されているが、途中で湾曲、分岐等していてもよく、その形状は任意である。
In the configuration shown in FIG. 1, the
また、コア部214の横断面形状は、正方形または矩形(長方形)のような四角形であるのが一般的であるが、特に限定されず、真円、楕円のような円形、菱形、三角形、五角形のような多角形であってもよい。
Further, the cross-sectional shape of the
コア部214の幅および高さは、特に限定されないが、それぞれ、1〜200μm程度であるのが好ましく、5〜100μm程度であるのがより好ましく、20〜70μm程度であるのがさらに好ましい。
The width and height of the
コア層213の構成材料は、上記の屈折率差が生じる材料であれば特に限定されないが、具体的には、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料の他、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料等である。
The constituent material of the
また、これらの中でも特にノルボルネン系樹脂が好ましい。これらのノルボルネン系ポリマーは、例えば、開環メタセシス重合(ROMP)、ROMPと水素化反応との組み合わせ、ラジカルまたはカチオンによる重合、カチオン性パラジウム重合開始剤を用いた重合、これ以外の重合開始剤(例えば、ニッケルや他の遷移金属の重合開始剤)を用いた重合等、公知のすべての重合方法で得ることができる。 Of these, norbornene resins are particularly preferable. These norbornene-based polymers include, for example, ring-opening metathesis polymerization (ROMP), combination of ROMP and hydrogenation reaction, polymerization by radical or cation, polymerization using a cationic palladium polymerization initiator, and other polymerization initiators ( For example, it can be obtained by any known polymerization method such as polymerization using a polymerization initiator of nickel or another transition metal).
一方、各クラッド層211、212は、それぞれ、コア層213の下部および上部に位置するクラッド部を構成するものである。このような各クラッド層211、212は、各側面クラッド部215とともに、コア部214の外周を囲むクラッド部を構成し、これにより光導波路21は導光路として機能する。
On the other hand, each of the cladding layers 211 and 212 constitutes a cladding portion located below and above the
クラッド層211、212の平均厚さは、コア層213の平均厚さ(各コア部214の平均高さ)の0.1〜1.5倍程度であるのが好ましく、0.2〜1.25倍程度であるのがより好ましく、具体的には、クラッド層211、212の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、通常、1〜200μm程度であるのが好ましく、5〜100μm程度であるのがより好ましく、10〜60μm程度であるのがさらに好ましい。これにより、光回路層2が必要以上に大型化(厚膜化)するのを防止しつつ、クラッド層としての機能が好適に発揮される。
The average thickness of the
また、各クラッド層211、212の構成材料としては、例えば、前述したコア層213の構成材料と同様の材料を用いることができるが、特にノルボルネン系ポリマーが好ましい。
Moreover, as a constituent material of each
また、コア層213の構成材料およびクラッド層211、212の構成材料を選択する場合、両者の間の屈折率差を考慮して材料を選択すればよい。具体的には、コア層213とクラッド層211、212との境界において光を確実に全反射させるため、コア層213の構成材料の屈折率がクラッド層211、212の屈折率に比べ十分に大きくなるように材料を選択すればよい。これにより、光回路層2の厚さ方向において十分な屈折率差が得られ、コア部214からクラッド層211、212に光が漏れ出るのを抑制することができる。
Further, when selecting the constituent material of the
なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア層213の構成材料とクラッド層211、212の構成材料との密着性(親和性)が高いことも重要である。
From the viewpoint of suppressing light attenuation, it is also important that the adhesiveness (affinity) between the constituent material of the
また、前述したように、光導波路21の途中には、ミラー22が設けられている(図2参照)。このミラー22は、光導波路21の途中に掘り込み加工を施し、これにより得られた空間(空洞)の内壁面で構成される。この内壁面の一部は、コア部214を斜め45°に横切る平面であり、この平面がミラー22となる。ミラー22を介して、光導波路21と受発光部71とが光学的に接続されている。
As described above, the
なお、ミラー22には、必要に応じて反射膜を成膜するようにしてもよい。この反射膜としては、Au、Ag、Al等の金属膜が好ましく用いられる。
In addition, you may make it form a reflecting film in the
(光素子搭載基板)
光回路層2の上方には、光素子搭載基板10が設けられている。
(Optical device mounting substrate)
An optical
光素子搭載基板10は、前述したように、第1の基板11、第2の基板12、受発光素子7および半導体素子8を有している。
As described above, the optical
第1の基板11は、その下面が光回路層2の上面と接するように設けられており、受発光素子7および半導体素子8は、この第1の基板11上に設けられている。
The
前述したように、受発光素子7の受発光部71と光導波路21とを結ぶ光路は、第1の基板11を厚さ方向に貫通しているため、第1の基板11は、透光性を有する材料で構成されているのが好ましい。これにより、光路の伝送効率が向上する。なお、第1の基板11が透光性の低い材料で構成される場合には、前記光路に合わせてスルーホールを設けるようにすればよい。
As described above, since the optical path connecting the light emitting / receiving
また、第1の基板11は可撓性を有しているため、光導波路21に対する密着性が高い。これは、可撓性を有する第1の基板11は形状追従性が高いため、仮に光導波路21の上面が平坦面でなかったとしても、優れた密着性を示すからである。また、光電気混載基板1を湾曲させた場合でも、光導波路21の湾曲に応じて第1の基板11も湾曲可能であるため、密着性の低下が防止される。さらに、密着界面には隙間が生じ難くなるので、光路上における伝送効率の低下が防止されるという利点もある。
In addition, since the
また、第1の基板11の構成材料として選択される可撓性材料は、その熱膨張率が、後述する第2の基板12の構成材料と光回路層2の構成材料(光導波路材料)との中間的な値を示すものが多いため、第1の基板11は、第2の基板12と光回路層2の中間層として位置づけられる。前述したように、第1の基板11は可撓性を有していることから、第1の基板11は、各層間に発生する変形応力を緩和させる機能を有するものとなる。すなわち、第1の基板11は、製造工程や実装工程、あるいは実使用環境中において、熱膨張差に基づいて層間に発生し得る応力の蓄積を緩和することにより、熱履歴による剥離、破壊等を確実に防止することができる。
The flexible material selected as the constituent material of the
なお、第1の基板11のヤング率(引張弾性率)は、一般的な室温環境下(20〜25℃前後)で1〜20GPa程度であるのが好ましく、2〜12GPa程度であるのがより好ましい。ヤング率の範囲がこの程度であれば、第1の基板11は、上述したような効果を得る上で十分な可撓性を有するものとなる。
The Young's modulus (tensile modulus) of the
このような第1の基板11を構成する材料としては、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、各種ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂等の各種樹脂材料が挙げられるが、なかでもポリイミド系樹脂を主材料とするものが好ましく用いられる。ポリイミド系樹脂は、耐熱性が高く、優れた透光性および可撓性を有していることから、第1の基板11の構成材料として特に好適である。
Examples of the material constituting the
なお、第1の基板11の具体例としては、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板、アラミド銅張フィルム基板等に使用されるフィルム基板が挙げられる。
In addition, as a specific example of the 1st board |
また、第1の基板11の平均厚さは、5〜50μm程度であるのが好ましく、10〜40μm程度であるのがより好ましい。このような厚さの第1の基板11であれば、その構成材料によらず、十分な可撓性を有するものとなる。また、第1の基板11の厚さが前記範囲内であれば、光電気混載基板1の薄型化が図られるとともに、受発光部71と光導波路21との離間距離を十分に短縮することができ、第1の基板11の透過損失が抑制される。
The average thickness of the
さらには、第1の基板11の厚さが前記範囲内であれば、光信号の発散によって伝送効率が低下するのを防止することができる。例えば、光導波路21を伝搬してきた後、ミラー22により上方に反射された光は、広く発散してしまう前に受発光部71に到達することができる。このため、受発光部71に到達する光量が減少するのを防止して、光通信のS/N比を高めることができる。また、上記の理由から、光信号を収束させるためのレンズが不要になるので、光電気混載基板1の構造を簡略化することができ、製造歩留まりを向上させることができる。
Furthermore, if the thickness of the
一方、受発光部71が発光部である場合には、発光した光が発散してしまう前にミラー22に到達させることができる。
On the other hand, when the light emitting / receiving
第1の基板11上には、第2の基板12が積層されている。
第2の基板12は、第1の基板11よりも剛性の高い基板である。具体的には、第2の基板12のヤング率(曲げ弾性率)は、一般的な室温環境下(20〜25℃前後)で5〜50GPa程度であるのが好ましく、12〜30GPa程度であるのがより好ましい。ヤング率の範囲がこの程度であれば、第2の基板12は、上述したような効果をより確実に発揮することができる。
A
The
また、前述したように、第2の基板12は、四角形の枠状をなす基板であるが、この枠は、必ずしも閉じた枠でなくてもよく、一部が開いた枠であってもよい。この場合、四角形の4辺のうち、開放箇所は1辺かその長さ以下であるのが好ましい。これにより、第2の基板12は、その効果を十分に発揮し得るものとなる。また、第2の基板12を他の電気基板に搭載する際の搭載精度および作業性向上の観点から、第2の基板12には位置合わせのための凹部、凸部、孔部あるいは切欠部が設けられていてもよい。
Further, as described above, the
このような第2の基板12を構成する材料としては、例えば、紙、ガラス布、樹脂フィルム等を基材とし、この基材に、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂等の樹脂材料を含浸させたものが挙げられる。
As a material constituting such
具体的には、ガラス布・エポキシ銅張積層板等のガラス基材銅張積層板や、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板等のコンポジット銅張積層板に使用される絶縁基板のほか、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板等の耐熱・熱可塑性の有機系リジッド基板や、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板等のセラミックス系リジッド基板が挙げられる。 Specifically, in addition to insulating substrates used in glass-based copper-clad laminates such as glass cloth and epoxy copper-clad laminates, and composite copper-clad laminates such as glass nonwoven fabrics and epoxy copper-clad laminates, polyethers Examples thereof include heat-resistant and thermoplastic organic rigid substrates such as imide resin substrates, polyetherketone resin substrates, and polysulfone resin substrates, and ceramic rigid substrates such as alumina substrates, aluminum nitride substrates, and silicon carbide substrates.
また、第2の基板12の平均厚さは、特に限定されないが、好ましくは300μm〜3mm程度、より好ましくは500μm〜2.5mm程度とされる。このような厚さの第2の基板12は、十分な剛性を有するとともに、受発光素子7および半導体素子8よりも厚いために、これらを確実に囲うことができる。その結果、受発光素子7および半導体素子8は、第2の基板12の内側の空間13内に内包されることとなり、これらの素子が光電気混載基板1全体の厚さに影響を及ぼすことが防止される。その結果、光電気混載基板1の薄型化が確実に図られることとなる。
The average thickness of the
なお、第2の基板12は、1枚の基板であってもよいが、複数層の基板を積層してなる多層基板(ビルドアップ基板)であってもよい。この場合、多層基板の層間には、パターニングされた導電層が含まれており、任意の電気回路が形成されていてもよい。これにより、第2の基板12が小面積であっても、内部に複雑な電気回路を構築することができ、回路の高密度化が図られる。
The
また、第2の基板12には、図1および図2に示すように、厚さ方向に貫通する複数の円柱状の貫通孔121が設けられている。これらの貫通孔121は、枠状をなす第2の基板の全周にわたり、等間隔に列をなして並んでいる。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the
各貫通孔121には、導電性材料が充填されているか、または内壁面に沿って導電性材料の被膜が成膜されている。これにより、各貫通孔121内にはそれぞれ貫通ビア構造151が形成されている。
Each through-
各貫通孔121の開口部(上方の開口端近傍)には、各貫通ビア構造151と電気的に接続された接続端子152と、各接続端子152上に設けられたバンプ153とが設けられている。
A
一方、第1の基板11上には、導電性材料で構成された配線パターン(電気配線)15が設けられている。この配線パターン15により、受発光素子7の電極パッド72や半導体素子8の電極パッド82と各貫通ビア構造151とが接続されている。このため、バンプ153、接続端子152、貫通ビア構造151および配線パターン15を介して、受発光素子7や半導体素子8に外部からの駆動電力や制御信号を送出することができる。
On the other hand, a wiring pattern (electric wiring) 15 made of a conductive material is provided on the
接続端子152、貫通ビア構造151および配線パターン15に用いられる導電性材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)等の各種金属材料が挙げられる。
Examples of the conductive material used for the
貫通ビア構造151は、例えば、各種めっき法により貫通孔121の内壁面に導電性の被膜を成膜することで形成される。
The through via
また、配線パターン15の平均厚さは、配線パターン15の構成材料や配線パターン15に要求される電気抵抗値等に応じて適宜設定されるものの、一例として1〜30μm程度とされる。
Moreover, although the average thickness of the
また、配線パターン15の幅も、配線パターン15の構成材料や配線パターン15に要求される電気抵抗値等に応じて適宜設定されるものの、一例として2〜1000μm程度であるのが好ましく、5〜500μm程度であるのがより好ましい。
Moreover, although the width of the
なお、このような配線パターン15は、例えば、一旦全面に形成された導電層をパターニングする(例えば銅張基板の銅箔をパターニングする)方法、別途用意した基板上にあらかじめパターニングされた導電層を転写する方法等により形成される。
Note that such a
各貫通孔121の開口部に設けられる接続端子152は、各貫通ビア構造151の上端面であってもよく、その上端面に連結し、より面積の広いパッドであってもよい。
The
また、接続端子152上に設けられるバンプ153は、各種ハンダ、各種ろう材等で構成されたボール状またはランド状の電極である。
The
このうち、ハンダまたはろう材としては、Sn−Pb系の鉛ハンダの他、Sn−Ag−Cu系、Sn−Zn−Bi系、Sn−Cu系、Sn−Ag−In−Bi系、Sn−Zn−Al系の各種鉛フリーハンダ、JISに規定された各種低温ろう材等が挙げられる。 Among them, as solder or brazing material, Sn—Pb lead solder, Sn—Ag—Cu, Sn—Zn—Bi, Sn—Cu, Sn—Ag—In—Bi, Sn— Examples include various lead-free solders based on Zn-Al, various low-temperature brazing materials defined in JIS, and the like.
なお、かかるバンプ153は、光電気混載基板1を他の部材に対して電気的に接続する際に、その接続を担う電極である。バンプ153により、光電気混載基板1は、BGA(Ball Grid Array)タイプやLGA(Land Grid Array)タイプの実装が可能になる。
The
また、接続端子152とハンダ(またはろう材)とが接触することにより、接続端子152を構成する金属成分の一部がハンダ側に溶解する現象が生じるおそれがある。この現象は、特に銅製端子に対して生じる場合が多いことから「銅食われ」と呼ばれている。銅食われが発生すると、接続端子152が薄くなったり、欠損したりする等の不具合を招き、接続端子152の機能を損なうおそれがある。
Further, when the
そこで、導電性材料と接する接続端子152の表面には、あらかじめ、ハンダの下地として銅食われ防止膜(下地層)を形成しておくのが好ましい。この銅食われ防止膜の形成により、銅食われが防止され、接続端子152の機能を長期にわたって維持することができる。
Therefore, it is preferable to previously form a copper erosion prevention film (underlayer) as a solder underlayer on the surface of the
銅食われ防止膜の構成材料としては、例えば、ニッケル(Ni)、金(Au)、白金(Pt)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)等が挙げられ、銅食われ防止膜は、これらの金属組成1種からなる単層であってもよく、2種以上を含む複合層(例えば、Ni−Au複合層、Ni−Sn複合層等)であってもよい。 Examples of the constituent material of the copper corrosion prevention film include nickel (Ni), gold (Au), platinum (Pt), tin (Sn), palladium (Pd), and the like. A single layer composed of one kind of metal composition may be used, or a composite layer containing two or more kinds (for example, a Ni—Au composite layer, a Ni—Sn composite layer, etc.) may be used.
銅食われ防止膜の平均厚さは、特に限定されないが、0.05〜5μm程度であるのが好ましく、0.1〜3μm程度であるのがより好ましい。これにより、銅食われ防止膜そのものの電気抵抗を抑制しつつ、十分な銅食われ防止作用を発現させることができる。 The average thickness of the copper erosion preventing film is not particularly limited, but is preferably about 0.05 to 5 μm, and more preferably about 0.1 to 3 μm. Thereby, it is possible to exhibit a sufficient copper erosion preventing action while suppressing the electrical resistance of the copper erosion preventing film itself.
第2の基板12の内側に設けられる受発光素子7は、前述したように、下面に受発光部71と電極パッド72とを有するものであるが、具体的には、面発光レーザー(VCSEL)、発光ダイオード(LED)等の発光素子、フォトダイオード(PD、APD)等の受光素子である。
As described above, the light emitting / receiving element 7 provided inside the
一方、受発光素子7に隣接する半導体素子8は、受発光素子7の動作を制御する素子であり、下面には、電極パッド82を有している。かかる半導体素子8としては、ドライバーICや、トランスインピーダンスアンプ(TIA)、リミッティングアンプ(LA)等を含むコンビネーションICの他、各種LSI、RAM等が挙げられる。
On the other hand, the
このようにして枠状の第2の基板12の内側に受発光素子7および半導体素子8が載置された結果、仮に外側から光素子搭載基板10に外力が付与されたとしても、第2の基板12によって外力が受け止められることとなり、外力がこれらの素子に付与されることが防止される。その結果、受発光素子7および半導体素子8に生じる故障や脱落等の不具合が防止され、信頼性の高い光電気混載基板1が得られる。特に、第2の基板12は、受発光素子7や半導体素子8の全周を囲うように設けられているため、全方位からの外力に対して各素子の保護が可能である。
As a result of placing the light emitting / receiving element 7 and the
なお、受発光素子7の電極パッド72と配線パターン15との接続、および、半導体素子8の電極パッド82と配線パターン15との接続は、上述したような電極パッドと配線パターンとを重ね合わせる接続方法に限定されず、例えばワイヤーボンディング技術により接続されてもよい。
The connection between the
ワイヤーボンディングによれば、電極パッドと配線パターンとの電気的接続において、接続される両者の熱膨張差を無視することができる。例えば熱履歴に伴って光素子搭載基板10が変形したときに、電極パッドと配線パターンとの間で変形量に差が生じたとしても、柔軟性の高いボンディングワイヤーがこの差を吸収することで、電極パッドと配線パターンとの電気的接続が確実に維持されるという利点もある。なお、電極パッドと配線パターンとの電気的接続は、これらの方法に限定されず、例えば異方性導電フィルム(ACF)、異方性導電ペースト(ACP)を用いた方法でもよい。
According to the wire bonding, in the electrical connection between the electrode pad and the wiring pattern, the difference in thermal expansion between the two connected can be ignored. For example, when the optical
また、第1の基板11の上面と第2の基板12の内面とで画成される空間13には、少なくとも受発光素子7全体および半導体素子8全体を覆うようにモールド樹脂(封止樹脂)14が充填されている。このモールド樹脂14により、受発光素子7および半導体素子8は、耐候性(耐熱性、耐湿性、気圧変化等)、振動、外力、応力集中、異物付着等から確実に保護される。
Further, in the
なお、配線パターン15や、受発光素子7の電極パッド72、半導体素子8の電極パッド82は、それぞれ所定の厚さを有していることから、第1の基板11の上面に載置した際には、これらの素子本体は、第1の基板11の上面からやや浮いた状態となる。その結果、これらの素子と第1の基板11の上面との間には隙間が生じるが、モールド樹脂14は、この隙間にも侵入し、隙間を充填する。
Note that the
この場合、モールド樹脂14は光路上にも存在することになるので、できるだけ透光性の高いものが好ましい。また、モールド樹脂14と第1の基板11との界面の透光性を高めるためには、モールド樹脂14は、その屈折率が、第1の基板11の屈折率と近いことが好ましい。具体的には、両者の屈折率差は、0.05以下であるのが好ましい。
In this case, since the
モールド樹脂14としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂等が挙げられる。
Examples of the
また、光素子搭載基板10では、有底の空間13にモールド樹脂14が充填されるため、未硬化時であっても、充填されたモールド樹脂14が空間13の外側に流れ出すおそれがない。このため、充填時のモールド樹脂14の粘度は、特に制御される必要がなく、充填作業が容易である。
Further, in the optical
なお、受発光素子7と第1の基板11との間の隙間、またはこの隙間とその周辺には、アンダーフィル剤を充填するようにしてもよい。このアンダーフィル剤としては、透光性を有するものが用いられ、具体的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂を主材料とするものが好ましく用いられる。また、アンダーフィル剤を用いた場合には、その上から充填されるモールド樹脂14は必ずしも透光性を有していなくてもよい。
Note that an underfill agent may be filled in the gap between the light emitting / receiving element 7 and the
以上のような光素子搭載基板10は、その下面が光回路層2と接するように積層するだけで、光信号の伝送効率が高い光電気混載基板1を、極めて簡単に製造可能であるという利点を有する。
The optical
なお、光素子搭載基板10の第1の基板11および配線パターン15は、それぞれ第2の基板12の外側に延伸した延伸部分16を有しているのが好ましい。具体的には、図3に示すように、第1の基板11および配線パターン15は、第2の基板12の外側に延伸しており、その延伸部分16は、光回路層2の端面に沿って下方に90°折り曲げられ、さらに90°折り曲げられて光回路層2の下面に積層されている。このような延伸部分16では、配線パターン15が露出していることから、配線パターン15を介して効率よく放熱することが可能である。すなわち、配線パターン15は熱伝導性が高いことから、受発光素子7および半導体素子8から発生した熱を効率よく伝搬し、延伸部分16において放熱することで放熱体として機能する。これにより、受発光素子7や半導体素子8が過熱するのを防止し、熱による素子の特性低下を防止することができる。なお、図3に示す光素子搭載基板10は、延伸部分16を有する以外は、図2に示す光素子搭載基板10と同様である。
Note that the
また、延伸部分16に位置する配線パターン15の線幅は、空間13に位置する配線パターン15に比べて広いことが好ましく、延伸部分16に位置する第1の基板11全体を覆うように設けられていることがより好ましい。これにより配線パターン15において放熱に寄与する面積が大きくなることから、放熱効率を高めることができる。
The line width of the
さらに、配線パターン15の厚さを厚くしたり、表面に凹凸を形成することで、放熱効率をより高めることができる。
Furthermore, the heat radiation efficiency can be further increased by increasing the thickness of the
なお、延伸部分16が折り曲げられた結果、延伸部分16は、光素子搭載基板10の下方を覆う電磁シールドとして機能する。その結果、外部空間からの電磁波ノイズが配線パターン15を流れる電気信号に重畳するのを防止したり、反対に、配線パターン15を流れる電気信号が外部空間に漏れ出るのを防止することができる。
As a result of bending the
また、図3に示す延伸部分16には、ヒートシンク17が設けられている。このヒートシンク17により、延伸部分16の放熱性をより高めることができる。ヒートシンク17は、銅、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料からなるブロック体であり、放熱フィンを備えたものが好ましい。
Further, a heat sink 17 is provided in the extended
また、この延伸部分16は、光電気混載基板1を実装する実装基板側に積層するようにしてもよい。例えば、図4に示す光電気混載基板1は、バンプ153を介して実装基板9に実装されている。
Further, the extending
実装基板9は、絶縁基板91と、絶縁基板91の下面に設けられた配線パターン92とを有している。光電気混載基板1は、バンプ153と配線パターン92とが接するように実装され、これにより配線パターン92と配線パターン15とが電気的に接続されている。
The mounting substrate 9 includes an insulating
また、図4に示す実装基板9は、その下方に設けられた放熱フィン930を備えるヒートシンク93と、ヒートシンク93と配線パターン92との間を絶縁する絶縁基板94とを有している。一方、図4に示す光電気混載基板1の延伸部分16は、左方に水平に延伸しており、ヒートシンク93の下面に積層されている。これにより、延伸部分16の放熱性がより高められる。
4 includes a
なお、延伸部分16を積層する相手は、ヒートシンク93に限らず、絶縁基板91、配線パターン92等であってもよく、その他の図示しない筐体等であってもよい。また、図4に示す光素子搭載基板10は、延伸部分16の構成が異なること以外は、図3に示す光素子搭載基板10と同様である。
The counterpart to which the extended
なお、光素子搭載基板10は、光回路層2の一方の端部上に積層されていても、両端部上に積層されていてもよい。
The optical
図5(a)に示す光電気混載基板1は、光回路層2の両端部上にそれぞれ光素子搭載基板10が積層されてなるものである。また、光素子搭載基板10の積層箇所に対応して、それぞれミラー22が形成されている。これにより、光電気混載基板1では、一方の光素子搭載基板10において電気信号から光信号が生成され、得られた光信号は光回路層2で他方の光素子搭載基板10に伝搬される。他方の光素子搭載基板10では、受光した光信号から電気信号を生成する。このようにして両端部間で光信号によるデータ通信を行うことができる。
An opto-electric hybrid board 1 shown in FIG. 5A is formed by laminating optical
一方、図5(b)に示す光電気混載基板1では、光回路層2の一方の端部上には光素子搭載基板10が積層されており、他方の端部には、光回路層2と接続相手との接続を担うコネクター20が設けられている。コネクター20としては、光ファイバーとの接続に用いられるPMTコネクター等が挙げられる。すなわち、コネクター20は、例えば光ファイバー等と連結されることにより、光導波路21が光ファイバーで延長されることとなり、より長距離の光通信が可能になる。
On the other hand, in the opto-electric hybrid board 1 shown in FIG. 5B, the optical
なお、図5に示す光電気混載基板1は、いずれも一方の端部と他方の端部とを1対1で接続する場合を前提にした構成であるが、光回路層2の途中に複数の分岐が可能な光スプリッターを介在させることにより、1対複数の接続が可能になる。この場合、複数の端部には、全てに光素子搭載基板10が積層されていてもよく、一部に光素子搭載基板10が積層され、残りにはコネクター20が設けられていてもよく、全てにコネクター20が設けられていてもよい。
Note that the opto-electric hybrid board 1 shown in FIG. 5 has a configuration on the premise that one end and the other end are connected in a one-to-one relationship. One-to-multiple connection is possible by interposing an optical splitter capable of branching. In this case, the optical
<光電気混載基板の製造方法>
次に、上述したような光電気混載基板1を製造する方法の一例について説明する。
<Method for manufacturing opto-electric hybrid board>
Next, an example of a method for manufacturing the opto-electric hybrid board 1 as described above will be described.
図1に示す光電気混載基板1は、光回路層2および光素子搭載基板10をそれぞれ用意し、これらを積層することで製造される。
The opto-electric hybrid board 1 shown in FIG. 1 is manufactured by preparing an
[1]光素子搭載基板の製造
まず、光電気混載基板1の製造に用いられる光素子搭載基板10の製造方法について説明する。
[1] Manufacture of optical element mounting substrate First, a manufacturing method of the optical
[1−1]配線パターンの製造
第1の基板11を用意し、その上面の一部または全部を覆うように導電層を形成する。
[1-1] Production of Wiring Pattern A
この導電層は、前述した金属組成の被膜であり、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の物理蒸着法、電解めっき、無電解めっき等のめっき法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法等の方法により形成される。 This conductive layer is a coating of the above-described metal composition, chemical vapor deposition methods such as plasma CVD, thermal CVD, and laser CVD, physical vapor deposition methods such as vacuum vapor deposition, sputtering, and ion plating, electrolytic plating, electroless plating, etc. The plating method, thermal spraying method, sol-gel method, MOD method and the like are used.
次いで、この導電層を、各種パターニング法によりパターニングする。パターニング法としては、例えばフォトリソグラフィー法とエッチング法とを組み合わせた方法が挙げられる。 Next, this conductive layer is patterned by various patterning methods. Examples of the patterning method include a method in which a photolithography method and an etching method are combined.
以上のようにして、図6(a)に示すように、第1の基板11上に配線パターン15が形成される。
As described above, the
[1−2]第2の基板の積層
次いで、図6(a)に示すように、配線パターン15を設けた第1の基板11上に、貫通ビア構造151や接続端子152を設けた第2の基板12を積層する。
[1-2] Lamination of Second Substrate Next, as shown in FIG. 6A, a second via structure in which a through via
第1の基板11と第2の基板12との間は、それぞれ熱圧着や、各種接着剤(粘着剤を含む。)による接着等の方法で接着される。
The
接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤(ポリエステル系、変性オレフィン系)等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が挙げられる。 Examples of the adhesive include epoxy adhesives, acrylic adhesives, urethane adhesives, silicone adhesives, and various hot melt adhesives (polyester and modified olefins). Moreover, as a thing with especially high heat resistance, thermoplastic polyimide adhesive agents, such as a polyimide, a polyimide amide, a polyimide amide ether, a polyester imide, a polyimide ether, are mentioned.
なお、この積層により、配線パターン15と貫通ビア構造151とが電気的に接続される。
Note that the
[1−3]素子の搭載
次いで、図6(b)に示すように、第2の基板12の内側に受発光素子7および半導体素子8を搭載する。これにより、配線パターン15と、受発光素子7の電極パッド72および半導体素子8の電極パッド82とが電気的に接続される。
[1-3] Mounting of Elements Next, as shown in FIG. 6B, the light emitting / receiving element 7 and the
次いで、図6(c)に示すように、第2の基板12の内側の空間13にモールド樹脂14を供給し、固化させる。これにより、空間13に設けられた受発光素子7および半導体素子8がモールド樹脂14で封止される。
Next, as shown in FIG. 6C, the
次いで、図6(d)に示すように、接続端子152上にバンプ153を設ける。このようなバンプ153は、ハンダやろう材の溶融物またはボールを接続端子152上に供給する方法や、ハンダペースト(ろう材ペースト)を塗布したのち乾燥させる方法等により形成される。
以上のようにして光素子搭載基板10が得られる。
Next, as illustrated in FIG. 6D, bumps 153 are provided on the
The optical
[2]光回路層の製造
まず、クラッド層211、コア層213およびクラッド層212をそれぞれ製造する。これらは、基材上に、各層の形成用組成物を塗布して液状被膜を形成した後、この基材をレベルテーブルに載置して、液状被膜表面の不均一な部分を水平化するとともに、溶媒を蒸発(脱溶媒)することにより形成される。
[2] Production of Optical Circuit Layer First, the
液状被膜を形成するための塗布法としては、例えば、ドクターブレード法、スピンコート法、ディッピング法、テーブルコート法、スプレー法、アプリケーター法、カーテンコート法、ダイコート法等の方法が挙げられる。 Examples of the coating method for forming the liquid film include a doctor blade method, a spin coating method, a dipping method, a table coating method, a spray method, an applicator method, a curtain coating method, and a die coating method.
また、同一層(コア層213)内に、コア部214と、側面クラッド部215を形成する方法としては、例えば、フォトブリーチング法、フォトリソグラフィー法、直接露光法、ナノインプリンティング法、モノマーディフュージョン法等が挙げられる。
In addition, as a method of forming the
その後、形成したクラッド層211、コア層213およびクラッド層212を、互いに圧着する。これにより、クラッド層211、コア層213およびクラッド層212が接合、一体化され、光回路層2(光導波路21)が得られる。
Thereafter, the formed
[3]光電気混載基板の製造
次に、光素子搭載基板10を用いて光電気混載基板1を製造する方法について説明する。
[3] Manufacture of opto-electric hybrid board Next, a method of manufacturing the opto-electric hybrid board 1 using the optical
光回路層2および光素子搭載基板10を順次積層し、層間を接着する。これにより図6(e)に示す光電気混載基板1が得られる。
The
各層間は、それぞれ熱圧着や、前述した各種接着剤(粘着剤を含む。)による接着等の方法で接着されるが、クラッド層212が接着性を有している場合には、その接着性を利用して接着するようにしてもよい。
Each layer is bonded by a method such as thermocompression bonding or bonding with the above-described various adhesives (including adhesives). If the
<電子機器>
本発明の光電気混載基板を備える電子機器(本発明の電子機器)は、光信号と電気信号の双方の信号処理を行ういかなる電子機器にも適用可能であるが、例えば、ルーター装置、WDM装置、携帯電話、ゲーム機、パソコン、テレビ、ホーム・サーバー等の電子機器類への適用が好適である。これらの電子機器では、いずれも、例えばLSI等の演算装置とRAM等の記憶装置との間で、大容量のデータを高速に伝送する必要がある。したがって、このような電子機器が本発明の光電気混載基板を備えることにより、電気配線に特有なノイズ、信号劣化等の不具合が解消されるため、その性能の飛躍的な向上が期待できる。
<Electronic equipment>
The electronic device including the opto-electric hybrid board of the present invention (the electronic device of the present invention) can be applied to any electronic device that performs signal processing of both an optical signal and an electric signal. For example, a router device, a WDM device, etc. Application to electronic devices such as mobile phones, game machines, personal computers, televisions, home servers, etc. is preferable. In any of these electronic devices, it is necessary to transmit a large amount of data at high speed between an arithmetic device such as an LSI and a storage device such as a RAM. Therefore, by providing such an electronic device with the opto-electric hybrid board according to the present invention, problems such as noise and signal deterioration peculiar to the electric wiring are eliminated, and a dramatic improvement in the performance can be expected.
さらに、光導波路部分では、電気配線に比べて発熱量が大幅に削減される。このため、基板内の集積度を高めて小型化が図られるとともに、冷却に要する電力を削減することができ、電子機器全体の消費電力を削減することができる。 In addition, the amount of heat generated in the optical waveguide portion is greatly reduced compared to electrical wiring. Therefore, the degree of integration in the substrate can be increased to reduce the size, the power required for cooling can be reduced, and the power consumption of the entire electronic device can be reduced.
以上、本発明の光素子搭載基板、光電気混載基板および電子機器の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば光素子搭載基板や光電気混載基板を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。 The embodiments of the optical element mounting substrate, the opto-electric hybrid board, and the electronic device according to the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to this, and for example, the optical element mounting board and the opto-electric hybrid board are configured. Each part to be replaced can be replaced with one having any configuration capable of performing the same function. Moreover, arbitrary components may be added.
例えば、光回路層2の上面および下面には、それぞれカバーフィルムが積層されていてもよい。カバーフィルムにより、光回路層2を確実に保護することができる。なお、カバーフィルムとしては、第1の基板11と同様のものが用いられる。
For example, a cover film may be laminated on each of the upper surface and the lower surface of the
また、前記実施形態では、コア部214が1本である光導波路21(シングルチャンネル)について説明したが、コア部214が複数本である光導波路(マルチチャンネル)についても本発明を適用することができる。この場合、複数のコア部214にそれぞれ対応してミラーが形成され、このミラーに対応してそれぞれ受発光素子7が設けられる。なお、この複数の受発光素子7は、1つの第2の基板12の内側にまとめて配置されるようにしてもよく、個々の受発光素子7がそれぞれ個別の第2の基板12の内側に配置されるようにしてもよい。
In the above embodiment, the optical waveguide 21 (single channel) having one
また、受発光素子7として、複数の受発光部71と複数の電極パッド72とを有するものを用いる場合には、マルチチャンネルの光導波路を横断するように1つの受発光素子7を設けるようにすればよい。
Further, when a light receiving / emitting element 7 having a plurality of light receiving / emitting
1 光電気混載基板
10 光素子搭載基板
11 第1の基板
12 第2の基板
121 貫通孔
13 空間
14 モールド樹脂
15 配線パターン
151 貫通ビア構造
152 接続端子
153 バンプ
16 延伸部分
17 ヒートシンク
2 光回路層
20 コネクター
21 光導波路
211、212 クラッド層
213 コア層
214 コア部
215 側面クラッド部
22 ミラー
7 受発光素子
71 受発光部
72 電極パッド
8 半導体素子
82 電極パッド
9 実装基板
91 絶縁基板
92 配線パターン
93 ヒートシンク
930 放熱フィン
94 絶縁基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Opto-
Claims (13)
線状のコア部と該コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部とを備え、前記第1の基板と接するように前記光素子搭載基板と積層された光導波路と、
前記光素子と前記光導波路とを光学的に接続する光路変換手段と、
絶縁基板と、前記絶縁基板に設けられた配線パターンと、を備える実装基板と、
を有し、
前記バンプと前記配線パターンとが接するように、前記光素子搭載基板と前記実装基板とが積層されていることを特徴とする光電気混載基板。 A first substrate having flexibility, an electrical wiring provided on the first substrate, and a light receiving unit or a light emitting unit mounted on the first substrate and facing the first substrate. and the optical element is mounted on the first substrate so as to surround the periphery of the optical element, the second substrate having high rigidity than that of the first substrate, the thickness direction of the second substrate A through-hole structure penetrating through the through-hole, a through-via structure provided in the through-hole and electrically connected to the electrical wiring, and electrically connected to the through-via structure and protruding from the surface of the second substrate An optical element mounting substrate comprising: a bump provided as described above;
An optical waveguide comprising a linear core portion and a cladding portion provided so as to cover a side surface of the core portion, and laminated with the optical element mounting substrate so as to be in contact with the first substrate;
Optical path changing means for optically connecting the optical element and the optical waveguide;
A mounting substrate comprising: an insulating substrate; and a wiring pattern provided on the insulating substrate;
Have
The opto-electric hybrid board, wherein the optical element mounting board and the mounting board are laminated so that the bump and the wiring pattern are in contact with each other.
当該光電気混載基板は、前記光導波路の他方の端部に設けられ、該光導波路を接続相手と接続するコネクターを備える請求項1ないし9のいずれか1項に記載の光電気混載基板。 The optical element mounting substrate is provided at one end of the optical waveguide,
The opto-electric hybrid board is provided at the other end of the optical waveguide, an opto-electric hybrid board according to any one of claims 1 to 9 comprising a connector for connecting the optical waveguide and the connection counterpart.
当該光電気混載基板は、さらに、前記延伸部分に設けられたヒートシンクを有している請求項1ないし11のいずれか1項に記載の光電気混載基板。The opto-electric hybrid board according to claim 1, further comprising a heat sink provided in the extending portion.
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