JP6245569B2 - 光電気混載基板 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブル回路基板と光導波路とが積層され、上記フレキシブル回路基板に光学素子やＩＣチップ等の素子が実装された光電気混載基板に関するものである。

最近の電子機器等では、伝送情報量の増加に伴い、電気配線に加えて、光配線が採用されている。そのようなものとして、図７に示すような光電気混載基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このものは、ポリイミド等からなる絶縁層５１の表面に電気配線５２が形成されてなるフレキシブル回路基板Ｅ１と、上記絶縁層５１の裏面（電気配線５２の形成面と反対側の面）に積層された、エポキシ樹脂等からなる光導波路（光配線）Ｗ１（アンダークラッド層５６，コア５７，オーバークラッド層５８）と、上記電気配線５２の所定部分（実装用パッド５２ａ）に実装された光学素子５とからなっている。この光電気混載基板は、フレキシブル回路基板Ｅ１も光導波路Ｗ１もフレキシブルであり、最近の電子機器等の小形化に対応して、小スペースで屈曲させた状態での使用や、ヒンジ部等の可動部での使用等に好適なものとなっている。

特開２０１１−０４８１５０号公報

しかしながら、上記フレキシブル回路基板Ｅ１および光導波路Ｗ１がフレキシブルであることから、上記フレキシブル回路基板Ｅ１の電気配線５２に光学素子５を実装する場合、その実装時にかかる押圧荷重により、上記フレキシブル回路基板Ｅ１も光導波路Ｗ１も変形する。そのため、正確に実装し難く、実装不良になることがある。

そこで、本発明者らは、上記フレキシブル回路基板Ｅ１の絶縁層５１の裏面（光導波路Ｗ１が形成されている面）のうち、光学素子５の実装部分（実装用パッド５２ａ）に対応する部分に、直接、金属製補強層を設けることを着想した。すなわち、上記金属製補強層により、光学素子５の実装時の押圧荷重による変形が抑制されるようにした。

しかしながら、上記金属製補強層の材料として、剛性（耐変形性）の高いニッケル等の金属を用いると、光電気混載基板を屈曲させた際に、その屈曲に金属製補強層が追従できず、その金属製補強層に割れが発生し、その割れの部分から絶縁層５１が剥離する。そこで、絶縁層５１と金属製補強層との間に接着剤層を設けると、今度は、接着剤層が柔らか過ぎて、光学素子５の実装不良が発生する。また、電気配線５２と同じ銅を主成分とする金属を用いると、屈曲の際の追従性に優れ、絶縁層５１との密着性に優れるものの、実装時の押圧荷重に対して充分な剛性を有していない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、フレキシブル回路基板の絶縁層に、接着剤層を介することなく、金属製補強層が密着され、その金属製補強層により、素子実装時の押圧荷重による変形を抑制した状態で素子が適正に実装されている光電気混載基板の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の光電気混載基板は、絶縁層の表面に実装用パッドを有する電気配線が形成されているフレキシブル回路基板と、上記実装用パッドに実装された素子と、上記絶縁層の裏面側に積層された光導波路とを備えた光電気混載基板であって、上記フレキシブル回路基板が、絶縁層の裏面にも電気配線が形成されたフレキシブル両面回路基板であり、その裏面側の電気配線のうち、少なくとも上記実装用パッドに対応する部分に、金属製補強層がめっき形成され、その金属製補強層に、上記光導波路が当接した状態になっているという構成をとる。

すなわち、本発明の光電気混載基板は、フレキシブル回路基板として、絶縁層の裏面にも電気配線が形成されたフレキシブル両面回路基板を用いている。このフレキシブル両面回路基板では、元々、絶縁層と表裏面の電気配線とが密着した状態になっている。そのため、屈曲しても、絶縁層と表裏面の電気配線とが剥離することがない。そして、その裏面側の電気配線のうち、少なくとも表面側の実装用パッドに対応する部分に、金属製補強層がめっき形成されている。ここで、電気配線と金属製補強層とは、いずれも金属であることから、馴染み性が高く、しかも、金属製補強層は、電気配線にめっき形成されたものであることから、それら電気配線と金属製補強層とは、強固に密着した状態になっている。すなわち、上記金属製補強層は、フレキシブル両面回路基板の絶縁層に、接着剤層を介することなく、裏面側の電気配線を介して、強固に密着している。そして、その電気配線は、フレキシブル性を有する程度に柔らかいものの、接着剤層よりも高い剛性を有している。そのため、表面側の実装用パッドに素子を実装する際の押圧荷重による変形を、上記裏面側の電気配線と金属製補強層とにより抑制することができる。その結果、素子の実装不良がなく、素子を適正に実装することができる。さらに、上記のように金属製補強層が裏面側の電気配線にめっき形成され強固に密着していることから、屈曲しても、金属製補強層が裏面側の電気配線から剥離しない。

本発明の光電気混載基板は、フレキシブル回路基板として、絶縁層の裏面にも電気配線が形成されたフレキシブル両面回路基板を用いているため、金属製補強層を上記裏面側の電気配線にめっき形成することができる。それにより、上記金属製補強層は、フレキシブル両面回路基板の絶縁層に、裏面側の電気配線を介して、強固に密着したものとなっている。そのため、本発明の光電気混載基板は、実装用パッドに素子を実装した際の押圧荷重による変形が、上記裏面側の電気配線と金属製補強層とにより抑制されている。その結果、本発明の光電気混載基板は、素子の実装不良がなく、素子が適正に実装されている。さらに、本発明の光電気混載基板は、上記のように金属製補強層が裏面側の電気配線にめっき形成され強固に密着していることから、屈曲しても、金属製補強層が裏面側の電気配線から剥離しないものとなっている。

特に、上記裏面側の電気配線が、厚み５〜１５μｍの範囲内であり、上記金属製補強層が、弾性率１５２ＧＰａ以上かつ厚み１〜２０μｍの範囲内である場合には、素子を実装した際の押圧荷重による変形が抑制されつつ、フレキシブル性にも優れたものとなっている。

また、上記フレキシブル両面回路基板において、表面側の電気配線と裏面側の電気配線とが接続した状態になっている場合には、裏面側の電気配線を、表面側の電気配線のグランド配線とすることができる。また、素子の発熱を、表面側の電気配線を介して、裏面側の電気配線に伝熱して放熱することができる。

本発明の光電気混載基板の一実施の形態を模式的に示す要部の縦断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、上記光電気混載基板におけるフレキシブル両面回路基板の作製工程を模式的に示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図２に続くフレキシブル両面回路基板の作製工程を模式的に示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は、上記光電気混載基板における光導波路の作製工程を模式的に示す説明図である。 （ａ）は、上記光導波路のコアに光反射面を形成する工程を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、上記光電気混載基板における光学素子の実装工程を模式的に示す説明図である。 本発明の光電気混載基板の他の実施の形態を模式的に示す要部の縦断面図である。 従来の光電気混載基板を模式的に示す縦断面図である。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

図１は、本発明の光電気混載基板の一実施の形態を模式的に示す、実装用パッド近傍（要部）の縦断面図である。この実施の形態の光電気混載基板は、電気回路基板として、可撓性を有する絶縁層１の表裏面に電気配線２Ａ，２Ｂが形成されたフレキシブル両面回路基板Ｅを用いている。また、光学素子５やＩＣチップ等の素子を実装する実装用パッド２ａは、表面側の電気配線２Ａの所定部分に形成されている。そして、この実施の形態では、裏面側の電気配線２Ｂおよび上記実装用パッド２ａに、金属製補強層Ｍがめっき形成されている。また、光導波路Ｗは、上記フレキシブル両面回路基板Ｅの裏面側の電気配線２Ｂに、そのアンダークラッド層６が当接した状態で形成されている。このように、光電気混載基板の電気回路基板として、両面に電気配線２Ａ，２Ｂが形成されたフレキシブル両面回路基板Ｅを用い、裏面側の電気配線２Ｂのうち、少なくとも表面側の実装用パッド２ａに対応する部分に、金属製補強層Ｍをめっき形成したことが、本発明の大きな特徴の一つである。

すなわち、フレキシブル両面回路基板Ｅでは、元々、絶縁層１と表裏面の電気配線２Ａ，２Ｂとが密着した状態になっている。さらに、その裏面側の電気配線２Ｂに、金属製補強層Ｍをめっきにより形成しているため、それら裏面側の電気配線２Ｂと金属製補強層Ｍとは強固に密着されている。これらのことから、上記光電気混載基板は、フレキシブル両面回路基板Ｅの絶縁層１に、裏面側の電気配線２Ｂを介して、金属製補強層Ｍが強固に密着したものとなっており、上記実装用パッド２ａに光学素子５等の素子を実装した際の押圧荷重による変形が、上記金属製補強層Ｍにより抑制されたものとなっている。そして、素子の実装不良がなく、素子が適正に実装されている。さらに、上記光電気混載基板は、上記のように金属製補強層Ｍが裏面側の電気配線２Ｂにめっき形成され強固に密着していることから、屈曲しても、金属製補強層Ｍが裏面側の電気配線２Ｂから剥離しないものとなっている。

より詳しく説明すると、上記フレキシブル両面回路基板Ｅは、先に述べたように、可撓性を有する絶縁層１の表裏面に、電気配線２Ａ，２Ｂが形成されている。その絶縁層１の厚みは、例えば、フレキシブル性，強度等の観点から、３〜４０μｍの範囲内に設定されることが好ましく、より好ましくは５〜２５μｍの範囲内である。上記絶縁層１の厚みが薄くなり過ぎると、強度が小さくなる傾向にあり、厚くなり過ぎると、フレキシブル性に劣る傾向にあるからである。また、電気配線２Ａ，２Ｂの厚みは、例えば、フレキシブル性，強度，通電性等の観点から、５〜１５μｍの範囲内に設定されることが好ましく、より好ましくは５〜１０μｍの範囲内である。上記電気配線２Ａ，２Ｂの厚みが薄くなり過ぎると、断線や通電性悪化を招く傾向にあり、厚くなり過ぎると、フレキシブル性に劣る傾向にあるからである。

さらに、この実施の形態では、表面側の電気配線２Ａと裏面側の電気配線２Ｂとが、ビアホールめっき２Ｃにより接続されている。そのため、裏面側の電気配線２Ｂを、表面側の電気配線２Ａのグランド配線とすることができる。また、光学素子５等の素子の発熱を、表面側の電気配線２Ａを介して、裏面側の電気配線２Ｂに伝熱して放熱することができる。

また、実装する上記光学素子５の中央部に対応する絶縁層１の部分に、光路用の貫通孔１ａが形成されている。また、表面側の電気配線２Ａのうち、実装用パッド２ａを除く部分は、カバーレイ３で被覆されている。さらに、この実施の形態では、実装用パッド２ａに形成された金属製補強層Ｍの表面に、電導性を良好にするための金めっき層４が形成されている。

上記金属製補強層Ｍは、剛性を要する観点から、弾性率が１５２ＧＰａ以上であることが好ましい。そのような金属材料としては、例えば、ニッケル，コバルト，クロム，モリブデン，鉄，マンガン，白金，タンタル，タングステン等があげられ、なかでも、形成容易性から、ニッケル，コバルト，クロムが好ましい。また、その金属製補強層Ｍの厚みは、フレキシブル性，強度等の観点から、１〜２０μｍの範囲内に設定されることが好ましく、より好ましくは３〜２０μｍの範囲内であり、さらに好ましくは５〜２０μｍの範囲内である。上記金属製補強層Ｍの厚みが薄くなり過ぎると、強度が小さくなる傾向にあり、厚くなり過ぎると、フレキシブル性に劣る傾向にあるからである。

上記光導波路Ｗは、コア７がアンダークラッド層６とオーバークラッド層８とで挟持された状態で形成されており、そのアンダークラッド層６が、裏面側の電気配線２Ｂに形成された金属製補強層Ｍおよび裏面側の電気配線２Ｂが形成されていない絶縁層１の裏面に当接した状態で、フレキシブル両面回路基板Ｅの裏面側に積層されている。そして、実装する光学素子５等の素子の中央部に対応するコア７の部分は、コア７の軸に対して４５°傾斜した光反射面７ａに形成され、その光反射面７ａでの光の反射により光路を変換し、コア７と光学素子５との間の光伝播を可能にしている。なお、図１において、符号５ａは、光学素子５等の素子の電極である。

上記光電気混載基板は、例えば、つぎのようにして製造することができる。

まず、図２（ａ）に示すように、ポリイミド等の樹脂からなる絶縁層１の表裏面に銅箔２１が形成された基材を準備し、その基材に、光路用の貫通孔１ａおよびビアホール１ｂを形成する。

ついで、図２（ｂ）に示すように、電解めっき処理により、電気配線２Ａ，２Ｂ〔図２（ｃ）参照〕の厚みになるまで、上記銅箔２１に銅めっき層２２を形成するとともに、上記ビアホール１ｂにビアホールめっき２Ｃを形成する。

つぎに、図２（ｃ）に示すように、上記銅箔２１と銅めっき層２２との積層体を、電気配線２Ａ（実装用パッド２ａを含む），電気配線２Ｂにパターン形成する。このパターン形成は、例えば、上記積層体のうち、電気配線２Ａ，２Ｂにする部分をレジストで被覆し、レジストで被覆されていない積層体の部分をエッチングにより除去した後、上記レジストを剥離することによりなされる。

その後、図３（ａ）に示すように、実装用パッド２ａを除く表面側の電気配線２Ａの部分を、カバーレイ３で被覆する。このカバーレイ３の形成は、例えば、カバーレイ形成用材料として、感光性絶縁樹脂を用い、フォトリソグラフィ法によりなされる。なお、図３（ａ）およびそれ以降の図面では、図２（ｃ）に示す銅箔２１および銅めっき層２２を図示せず、それらからなる電気配線２Ａ（実装用パッド２ａを含む），電気配線２Ｂを図示する。

そして、図３（ｂ）に示すように、露呈している金属である裏面側の電気配線２Ｂおよび実装用パッド２ａに、電解めっき処理により、金属製補強層Ｍを形成する。この金属製補強層Ｍについては、先に述べたように、その金属材料としてニッケル，コバルト，クロムが好適であり、厚みは１〜２０μｍの範囲内が好適である。

さらに、図３（ｃ）に示すように、実装用パッド２ａに形成された金属製補強層Ｍの表面に、電解めっき処理により、金めっき層４を形成する。この金めっき層４の厚みは、例えば、０．０５〜２μｍの範囲内に設定される。また、上記電解めっき処理の際には、露呈している金属である裏面側の電気配線２Ｂをレジスト等で被覆し、その部分に金めっき層４が形成されないようにする。このようにして、金属製補強層Ｍを形成したフレキシブル両面回路基板Ｅが作製される。

つぎに、図４（ａ）に示すように、フレキシブル両面回路基板Ｅの裏面側に、裏面側の電気配線２Ｂを被覆する金属製補強層Ｍに当接した状態で、アンダークラッド層６を形成する。このアンダークラッド層６の形成材料としては、例えば、感光性樹脂，熱硬化性樹脂等があげられ、その形成材料に応じた製法により、アンダークラッド層６を形成することができる。アンダークラッド層６の厚みは、例えば、１〜５０μｍの範囲内に設定される。

ついで、図４（ｂ）に示すように、アンダークラッド層６の下面に、コア７を突出した状態で線状に形成する。このコア７は、例えば、感光性樹脂を形成材料として、フォトリソグラフィ法により形成される。コア７の寸法は、例えば、高さも幅も５〜６０μｍの範囲内に設定される。

さらに、図４（ｃ）に示すように、コア７を被覆するように、アンダークラッド層６の下面にオーバークラッド層８を形成する。このオーバークラッド層８の形成材料としては、例えば、感光性樹脂，熱硬化性樹脂等があげられ、その形成材料に応じた製法により、オーバークラッド層８を形成することができる。オーバークラッド層８の厚み（コア７からの厚み）は、例えば、３〜５０μｍの範囲内に設定される。このようにして、フレキシブル両面回路基板Ｅの裏面側に、光導波路Ｗが積層された状態で作製される。

その後、図５（ａ）に示すように、切削刃またはレーザ加工等により、オーバークラッド層８の下面側からコア２の所定部分を切削し、コア２の軸に対して４５°傾斜した光反射面７ａを形成する。

そして、図５（ｂ）に示すように、実装用パッド２ａに、光学素子５等の素子を実装する。このとき、フレキシブル両面回路基板Ｅおよび光導波路Ｗに、実装による押圧荷重がかかるが、上記金属製補強層Ｍにより、その押圧荷重によるフレキシブル両面回路基板Ｅおよび光導波路Ｗの変形を抑えることができる。そのため、素子の実装不良がなく、素子が適正に実装されている。このようにして、光電気混載基板が得られる。

図６は、本発明の光電気混載基板の他の実施の形態を模式的に示す、実装用パッド近傍（要部）の縦断面図である。この実施の形態の光電気混載基板は、図１に示す実施の形態において、金属製補強層Ｍが、裏面側の電気配線２Ｂのうち、表面側の実装用パッド２ａに対応する部分にのみ形成されている。このような金属製補強層Ｍの部分的な形成は、金属製補強層Ｍを形成する際に〔図３（ｂ）参照〕、金属製補強層Ｍを形成しない電気配線２Ａ，２Ｂの部分をレジスト等で被覆した状態で、電解めっき処理することによりなされる。それ以外の部分は、図１に示す実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。

この実施の形態では、図１に示す実施の形態と比較して、金属製補強層Ｍの形成面積が少ないことから、光電気混載基板は、剛性に少し劣るものの、光学素子５等の素子の実装に対しては、適正部分に金属製補強層Ｍが形成されているため、その素子実装時の押圧荷重による変形が充分に抑制されたものとなっている。そして、素子の実装不良がなく、素子が適正に実装されている。

なお、上記各実施の形態では、表面側の電気配線２Ａと裏面側の電気配線２Ｂとをビアホールめっき２Ｃにより接続したが、表裏面の電気配線２Ａ，２Ｂは、場合によって、接続しなくてもよい。

また、上記各実施の形態では、実装用パッド２ａに金めっき層４を形成したが、その金めっき層４は、場合によって、形成しなくてもよい。

さらに、上記各実施の形態において、金属製補強層Ｍが形成されていない裏面側の電気配線２Ｂの部分を、カバーレイで被覆してもよい。このカバーレイは、金属製補強層Ｍの形成後、アンダークラッド層６の形成に先立って、形成される。また、オーバークラッド層８の形成後、そのオーバークラッド層８をカバーレイ等の被覆層で被覆してもよい。

また、上記各実施の形態では、絶縁層１に光路用の貫通孔１ａを形成したが、絶縁層１が透光性を有するものである場合は、上記光路用の貫通孔１ａを形成しなくてもよい。

つぎに、実施例について説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。

図６に示す実施の形態の光電気混載基板を作製した。ここで、ポリイミド製絶縁層の厚みを５μｍ、表裏各面の銅製電気配線の厚みを１０μｍ、ニッケルめっきからなる金属製補強層の厚みを３μｍ、アンダークラッド層の厚みを１５μｍ、コアの厚みを５０μｍ、コアの幅を５０μｍ、オーバークラッド層の厚み（コアからの厚み）を１５μｍとした。また、上記ニッケルめっきからなる金属製補強層の弾性率は１７７ＧＰａであった。なお、この弾性率は、弾性率測定機（マツザワ社製、ＭＭＴ−Ｘ７）を用いて測定した。

〔アンダークラッド層およびオーバークラッド層〕
ここで、上記アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料は、脂肪鎖変性エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、ＥＰＩＣＬＯＮ ＥＸＡ−４８１６）５０重量部、脂環式二官能エポキシ樹脂（ダイセル社製、セロキサイド２０２１Ｐ）３０重量部、ポリカーボネートジオール（ダイセル社製、プラクセルＣＤ２０５ＰＬ）２０重量部、光酸発生剤（アデカ社製、ＳＰ１７０）２重量部、乳酸エチル（武蔵野化学研究所社製）５重量部を混合することにより、調製した。

〔コア〕
また、上記コアの形成材料は、ｏ−クレゾールノボラックグリシジルエーテル（新日鉄住金化学社製、ＹＤＣＮ−７００−１０）５０重量部、ビスフェノキシエタノールフルオレンジグリシジルエーテル（大阪ガスケミカル社製、オグゾールＥＧ）５０重量部、光酸発生剤（アデカ社製、ＳＰ１７０）１重量部、乳酸エチル（武蔵野化学研究所社製）５０重量部を混合することにより、調製した。

〔光学素子の実装〕
上記実施例の光電気混載基板の実装用パッドに、受光素子（京セミ社製、フォトダイオードＫＰＤＧ００６ＨＡ１）を、超音波実装機フリップチップボンダー（パナソニックファクトリーソリューションズ社製、ＦＣＢ３）を用いて実装した。その実装条件は、素子温度１５０℃、光電気混載基板の温度５０℃、押圧荷重１．０Ｎ、超音波出力３．０Ｗ、実装時間０．５秒とした。そして、その受光素子が適正に作動することを確認した。このことから、実装不良がなく、受光素子が適正に実装されていたことがわかる。

また、上記金属製補強層を、クロムめっきからなるもの（弾性率２４８ＧＰａ），コバルトめっきからなるもの（弾性率２１１ＧＰａ），マンガンめっきからなるもの（弾性率１５９ＧＰａ），白金めっきからなるもの（弾性率１５２ＧＰａ）に代えても、それぞれ、上記と同様の傾向を示す結果が得られた。さらに、上記金属製補強層の厚みを１μｍ，２０μｍに代えても、それぞれ、上記と同様の傾向を示す結果が得られた。

また、上記表裏各面の銅製電気配線の厚みを５μｍ，１５μｍに代えても、上記と同様の傾向を示す結果が得られた。

本発明の光電気混載基板は、光学素子等の素子の実装不良をなくす場合に利用可能である。

Ｅ フレキシブル両面回路基板
Ｍ 金属製補強層
Ｗ 光導波路
１ 絶縁層
２Ａ，２Ｂ 電気配線
２ａ 実装用パッド

Claims (3)

1. 絶縁層の表面に実装用パッドを有する電気配線が形成されているフレキシブル回路基板と、上記実装用パッドに実装された素子と、上記絶縁層の裏面側に積層された光導波路とを備えた光電気混載基板であって、上記フレキシブル回路基板が、絶縁層の裏面にも電気配線が形成されたフレキシブル両面回路基板であり、その裏面側の電気配線のうち、少なくとも上記実装用パッドに対応する部分に、金属製補強層がめっき形成され、その金属製補強層に、上記光導波路が当接した状態になっていることを特徴とする光電気混載基板。
2. 上記裏面側の電気配線が、厚み５〜１５μｍの範囲内であり、上記金属製補強層が、弾性率１５２ＧＰａ以上かつ厚み１〜２０μｍの範囲内である請求項１記載の光電気混載基板。
3. 上記フレキシブル両面回路基板において、表面側の電気配線と裏面側の電気配線とが接続した状態になっている請求項１または２記載の光電気混載基板。

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