KR20160082978A

KR20160082978A - 광전기 혼재 기판 및 그 제법

Info

Publication number: KR20160082978A
Application number: KR1020167009589A
Authority: KR
Inventors: 나오키 시바타; 유이치 츠지타
Original assignee: 닛토덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2016-07-11
Anticipated expiration: 2034-09-11
Also published as: TW201516501A; JP2015087634A; US9632263B2; EP3048462A1; TWI629522B; WO2015064225A1; CN105637395A; JP6319762B2; CN105637395B; KR102267523B1; US20160231520A1

Abstract

본 발명의 광전기 혼재 기판은, 기판(21)의 한쪽 면에, 전기 배선(22)과 광소자(24)가 형성되고, 상기 기판(21)의 다른쪽 면에, 상기 광소자(24)와 광결합되는 광도파로(W)가 형성되어 있으며, 상기 기판(21)의, 전기 배선(22)과 광소자(24)가 형성된 면에, 기판(21)을 보강하기 위한 보강층(25)이, 접착층(26)을 통해 일체적으로 부착되어 있다. 또한, 상기 기판(21)의, 광도파로(W)가 형성된 면에, 상기 전기 배선(22)을 외부에 전기 접속하기 위한 커넥터 패드부(36)가 형성되어 있다. 이 구성에 의하면, 보강층(25)이, 광소자(24)나 광도파로(W)에 악영향을 미치지 않고, 고강도로 기판(21)에 부착되어 있다.

Description

광전기 혼재 기판 및 그 제법{OPTO-ELECTRIC HYBRID SUBSTRATE AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 광소자가 실장된 전기 배선과, 상기 광소자에 접속되는 광도파로를 구비한 광전기 혼재 기판 및 그 제법에 관한 것이다.

최근의 전자 기기 등에서는, 전송 정보량의 증가나 기능의 다양화에 따라, 전기 배선 기판에, 전기 신호를 광신호로 변환하는 VCSEL 등의 광원이나 그 역변환을 행하는 포토다이오드와 같은 수광기 등의 광소자를 탑재하고, 이것에, 광도파로 등의 광배선을 조합한 것이 많이 채용되고 있다. 그리고, 전자 기기 등의 소형화에 따라, 배선 기판의 소형화·고집적화가 요구되어, 한정된 스페이스에 탑재할 수 있도록 플렉시블성을 구비한 것이 요망되고 있다. 이러한 플렉시블성을 갖는 광전기 혼재 기판으로서, 예컨대 도 7에 도시된 바와 같은 구성의 것을 들 수 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이 광전기 혼재 기판은, 폴리이미드 등으로 이루어지는 절연층(1)의 표면에, 도전 패턴으로 이루어지는 전기 배선(3)이 형성되고, 그 일부가 패드(3a)로서 금도금층(4)으로 피복되며, 광소자(5)가 실장되어 있다. 또한, 마찬가지로 상기 전기 배선(3)의, 절연층(1)의 단부측의 미리 정해진 부분이 마찬가지로 금도금층(4)으로 피복되어, 외부에 전기 접속하기 위한 커넥터 패드부(6)로 되어 있다. 그리고, 상기 전기 배선(3)의, 패드(3a), 커넥터 패드부(6) 이외의 부분은 커버레이(7)로 피복 보호되어 있다.

한편, 상기 절연층(1)의 이면[전기 배선(3)의 형성면과 반대측의 면]에는, 언더클래드층(9)과 코어(10)와 오버클래드층(11)으로 이루어지는 광도파로(W)가 형성되어 있다. 그리고, 이 광도파로(W)에는, 코어(10) 내를 통과하는 광(L)의 광축과, 절연층(1)의 표면측에 실장된 광소자(5)의 광축을 결합하기 위해서 광을 반사시키는 미러부(12)가 설치되어 있다. 또한, 상기 절연층(1)의 이면측에는, 취급시에 광소자(5) 실장부 주변에 무리한 힘이 가해지지 않도록, 금속이나 수지 등으로 이루어지는 보강층(13)이 접착층(14)을 통해 형성되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2012-42731호 공보

그런데, 광소자(5)의 실장은, 종래, 와이어 본딩이나 납땜에 의해 행해지고 있으나, 최근, 땜납이나 접합을 보조하는 플럭스에 의한 주위로의 오염이 없고 위치 결정 정밀도도 높다고 하는 이유에서, 초음파 플립칩 접합에 의한 실장이 다용되고 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, 절연층(1)의 이면측에 보강층(13)을 접합한 상태로, 초음파를 이용하여 광소자(5)의 실장을 행하면, 초음파에 의한 좌우 방향의 미세한 진동에 의해, 저탄성의 접착층(14)에 변형이 발생하여, 충분한 실장 강도가 얻어지지 않는 케이스가 발생하는 것이 판명되었다. 또한, 상기 접착층(14) 자신의 접착 강도가 저하되어 보강층(13)이 박리되기 쉬워지는 것도 고려된다.

또한, 광소자(5)의 실장을 납땜으로 행하는 경우, 리플로우 공정에서의 마이크로 보이드 발생을 억제하기 위해서, 보강층(13)을 가열·가압하에서 강고히 접합할 필요가 있으나, 보강층(13) 근방에 광도파로(W)가 배치되어 있기 때문에, 접합시의 가열·가압에 의해, 접착층(14)이 광도파로(W)의 미러부(12)에 침입하여, 광의 반사 각도에 영향을 줄 우려가 있는 것도 알 수 있었다.

이러한 문제들을 회피하기 위해서, 광소자(5)의 실장을 먼저 행하고, 그 후, 광도파로(W)가 형성되어 있지 않은 부분을 이용하여, 그 스페이스에 보강층(13)을, 양면 테이프 등을 이용하여 접합하도록 하고 있으나, 이 방법에서는, 보강층(13)이 절연층(1)과 강고히 접합되어 있지 않기 때문에, 그 계면에 잔류하는 공기나 기화된 용제 성분 등이 충분히 제거되어 있지 않아, 이후에 리플로우 공정이 있는 경우, 보이드 등이 발생하기 쉽다고 하는 문제를 해결할 수 없다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 보강층이 고강도로 접합되어, 보이드 등이 발생하지 않는 구성으로 되어 있고, 또한 광소자가 초음파 실장된 것이어도 조금도 접착 강도의 저하를 초래하는 일이 없는, 우수한 광전기 혼재 기판과, 그 제법의 제공을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 기판의 한쪽 면에, 전기 배선과, 이 전기 배선에 전기 접속되는 광소자가 형성되고, 상기 기판의 다른쪽 면에, 상기 광소자와 광결합되는 광도파로가 형성된 광전기 혼재 기판으로서, 상기 기판의, 전기 배선과 광소자가 형성된 면에, 기판을 보강하기 위한 보강층이, 접착층을 통해 일체적으로 부착되어 있고, 상기 기판의, 광도파로가 형성된 면에, 상기 전기 배선을 외부에 전기 접속하기 위한 커넥터 패드부가 형성되어 있는 광전기 혼재 기판을 제1 요지로 한다.

또한, 본 발명은 그 중에서도, 특히, 상기 보강층이, 접착층을 통해 기판면에 일체적으로 부착되는 부분과, 광소자측으로 연장되어 광소자 상면을 덮는 커버 부분을 구비하고 있는 광전기 혼재 기판을 제2 요지로 하고, 이들 중에서도, 특히, 상기 광소자가, 전기 배선의 미리 정해진 부분에, 초음파 플립칩 접합에 의해 실장되어 있는 광전기 혼재 기판을 제3 요지로 한다.

그리고, 본 발명은 상기 제1 요지인 광전기 혼재 기판을 제조하는 방법으로서, 기판의 한쪽 면에 전기 배선을 형성하는 공정과, 상기 기판의 다른쪽 면에, 상기 전기 배선을 외부에 전기 접속하기 위한 커넥터 패드부를 형성하는 공정과, 상기 기판의 다른쪽 면에 광도파로를 형성하는 공정을 구비하고, 상기 전기 배선과 커넥터 패드부와 광도파로가 형성된 기판의, 전기 배선이 형성된 면에, 기판을 보강하기 위한 보강층을, 접착층을 통해 가압하에서 부착한 후, 상기 기판의 전기 배선 부분에 광소자를 실장하는 광전기 혼재 기판의 제법을 제4 요지로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제1 또는 제2 요지인 광전기 혼재 기판을 제조하는 방법으로서, 기판의 한쪽 면에 전기 배선을 형성하는 공정과, 상기 기판의 다른쪽 면에, 상기 전기 배선을 외부에 전기 접속하기 위한 커넥터 패드부를 형성하는 공정과, 상기 기판의 다른쪽 면에 광도파로를 형성하는 공정을 구비하고, 상기 기판의 전기 배선 부분에 광소자를 실장한 후, 상기 전기 배선과 커넥터 패드부와 광도파로가 형성된 기판의, 전기 배선이 형성된 면에, 기판을 보강하기 위한 보강층을, 접착층을 통해 가압하에서 부착하는 광전기 혼재 기판의 제법을 제5 요지로 한다.

또한, 본 발명은 이들 중에서도, 특히, 상기 광소자를, 전기 배선의 미리 정해진 부분에, 초음파 플립칩 접합에 의해 실장하도록 한 광전기 혼재 기판의 제법을 제6 요지로 한다.

즉, 종래, 광전기 혼재 기판에서는, 기판의 한쪽 면에, 전기 배선과, 이 전기 배선을 외부에 전기 접속하기 위한 커넥터 패드부를 형성하고, 그 반대측 면에, 보강층과, 광도파로를 형성하고 있으나, 이 구조에서는, 광소자 실장 전에 보강층을 가열, 가압하에서 강고히 접합하는 것이 곤란하기 때문에, 종래의 기술 상식을 타파하여, 상기 커넥터 패드부를, 전기 배선이 형성된 면과 반대측의 면에 형성하도록 한 것이다.

이 구조에 의하면, 광소자 실장 전에, 전기 배선이 형성된 기판면에, 보강층을 가열, 가압하에서 강고히 접합할 수 있기 때문에, 접합면에 공기나 기화 가스 등이 잔류하는 일이 없어, 그 후의 리플로우 공정 등에 있어서 보이드 등이 발생하는 일이 없다. 또한, 접착층이나 보강층을 통하지 않고 광전기 혼재 기판을 고정한 상태로, 광소자를, 초음파 플립칩 접합에 의해 실장할 수 있기 때문에, 초음파의 진동에 의한 접착층의 변형 등의 영향이 없어, 높은 접합 강도로 광소자를 실장할 수 있다. 또한, 보강층 자신도 박리되지 않고 양호한 접합 상태를 유지할 수 있다. 그리고, 광도파로와 보강층이, 서로 기판의 반대측에 형성되어 있기 때문에, 보강층을 가열, 가압하에서 강고히 접합해도, 그때, 광도파로가 악영향을 받는 일이 없다고 하는 이점을 갖는다.

또한, 부피가 큰 광소자를 비롯한 각종 부재가 형성된 면과 동일한 면에, 이들을 피한 배치로 보강층을 형성하기 때문에, 종래에 비해 전체 두께를 얇게 할 수 있다고 하는 이점을 갖는다.

그리고, 본 발명의 제법에 의하면, 전기 배선이 형성된 면과 반대측의 면에 커넥터 패드부와 광도파로가 형성된 기판을, 광소자 실장용의 흡착 스테이지 등, 적절한 고정 수단 상에 고정한 상태로, 접착층을 갖는 보강층의 접합과, 광소자의 실장을, 연속적으로 행할 수 있기 때문에, 이미 서술한 바와 같이, 광소자를 높은 접합 강도로 실장할 수 있을 뿐만이 아니라, 양산성이 향상된다고 하는 이점을 갖는다. 또한, 필요에 따라, 광소자의 실장을 먼저 행하고, 다음으로 접착층을 갖는 보강층의 접합을 행할 수도 있어, 제조 공정의 자유도가 확대된다. 또한, 상기 보강층의 접합을, 가열, 가압하에서 행할 수 있기 때문에, 그 접합면이 강고히 접합되어 있어, 이미 서술한 바와 같이, 그 후의 리플로우 공정 등, 가열 공정 등에 있어서, 보이드 등이 발생하는 일이 없다. 따라서, 우수한 품질의 광전기 혼재 기판을 효율적으로 생산할 수 있다.

한편, 본 발명의 광전기 혼재 기판 중에서도, 특히, 상기 보강층이, 접착층을 통해 기판면에 일체적으로 부착되는 부분과, 광소자측으로 연장되어 광소자 상면을 덮는 커버 부분을 구비한 것은, 광소자의 상방이 보강층의 커버 부분에 의해 보호되기 때문에, 광소자 주변을 청정하게 유지할 수 있어 적합하다.

또한, 본 발명의 광전기 혼재 기판 중에서도, 특히, 상기 광소자가, 전기 배선의 미리 정해진 부분에, 초음파 플립칩 접합에 의해 실장되어 있는 것은, 땜납이나 접합을 보조하는 플럭스에 의한 오염이 없고, 높은 위치 정밀도로 광소자를 실장할 수 있으며, 보강층·접착층의 변형의 영향이 없기 때문에, 높은 접합 강도로 실장하는 것이 가능해진다. 또한, 보강층의 접합 강도가 높기 때문에, 광소자 실장시의 초음파 진동에 의해 접합부에 변형이 발생하여 보강층의 박리를 초래하는 것과 같은 일이 없고, 장기간에 걸쳐 우수한 품질을 유지할 수 있어 적합하다.

도 1은 본 발명의 광전기 혼재 기판의 일 실시형태를 부분적으로 도시한 모식적인 단면도이다.
도 2의 (a) 내지 도 2의 (f)는 모두 상기 광전기 혼재 기판의 제작 공정을 도시한 모식적인 설명도이다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 모두 상기 광전기 혼재 기판의 제작 공정을 도시한 모식적인 설명도이다.
도 4는 본 발명의 광전기 혼재 기판의 다른 실시형태를 부분적으로 도시한 모식적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 광전기 혼재 기판의 또 다른 실시형태를 부분적으로 도시한 모식적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 광전기 혼재 기판의 다른 실시형태를 부분적으로 도시한 모식적인 단면도이다.
도 7은 종래의 광전기 혼재 기판의 일례를 부분적으로 도시한 모식적인 단면도이다.

다음으로, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 광전기 혼재 기판의 일 실시형태를 도시하고 있다. 이 광전기 혼재 기판은, 기판(폴리이미드 등으로 이루어지는 절연층)(21)의 표면에, 광소자 실장용의 패드(22a)를 포함하는 전기 배선(22)이 형성되어 있고, 이 패드(22a)에, 금도금층(23)을 통해, 광소자(24)가, 초음파 플립칩 접합에 의해 실장되어 있다. 또한, 상기 기판(21)의 표면에는, 광소자(24)의 실장부를 둘러싸는 것과 같은 배치로, 평면에서 보아 コ자형의 보강층(25)이, 접착층(26)을 통해 일체적으로 접합되어 있다. 한편, 상기 전기 배선(22) 중, 패드(22a)를 제외한 부분은 모두 커버레이(27)에 의해 피복 보호되어 있고, 상기 접착층(26)은 커버레이(27)가 형성되어 있는 부분과 형성되어 있지 않은 부분에 걸쳐 형성되어 있다.

또한, 상기 기판(21)의 이면측, 즉 상기 전기 배선(22) 등이 형성된 면과 반대측의 면에는, 광결합용의 관통 구멍(28a)을 갖는 금속층(28)이 형성되어 있고, 그 하면에, 언더클래드층(30)과, 코어(31)와, 오버클래드층(32)으로 구성된 광도파로(W)가 형성되어 있다. 따라서, 이 예와 같이, 기판(21)의 하면에 금속층(28)이 형성되어 있는 경우, 본 발명의 「한쪽 면에 전기 배선이 형성된 기판의, 다른쪽 면」이란, 「기판의 하면」뿐만이 아니라, 「기판 하면에 형성된 금속층의 하면」 등, 기판 하면에 형성된 다른 층이 있는 경우, 그 층의 하면도 포함하는 취지이다.

한편, 상기 광도파로(W)의 언더클래드층(30)은, 상기 금속층(28)의 관통 구멍(28a)의 내측까지 들어가 가득 차 있다. 또한, 상기 광도파로(W)의 단부에는, 기판(21) 표면측의 광소자(24)와의 광결합을 위해서, 45°의 각도로 경사진 반사면으로 이루어지는 미러부(33)가 형성되어 있다.

또한, 상기 기판(21) 이면측의 금속층(28)은, 그 단부가 부분적으로 제거되어 기판(21)의 이면이 노출되어 있고, 그 노출 부분에, 전기 배선(22)과 동일한 도전층(34)과, 이것을 피복하는 금도금층(35)으로 구성된 커넥터 패드부(36)가 형성되어 있다. 이 커넥터 패드부(36)는, 기판(21) 표면측의 전기 배선(22)과 스루홀(도시하지 않음)에 의해 두께 방향으로 전기적으로 접속되어 있고, 이 부분에, 외부 전원으로부터 연장되는 전기 배선을 갖는 커넥터를 접속함으로써, 이 광전기 혼재 기판에 통전할 수 있도록 되어 있다. 한편, 도 1에서는, 상기 광전기 혼재 기판 중, 그 우측 절반의 도시를 생략하고 있으나, 그 우측 절반에는, 도시된 좌측과 좌우 대칭의 구조가 형성되어 있다(설명은 생략, 이하의 도면도 동일함).

상기 광전기 혼재 기판은, 예컨대 다음과 같이 하여 제조할 수 있다. 즉, 먼저, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 평탄한 금속층(28)을 준비한다. 이 금속층(28)의 형성 재료로서는, 스테인리스, 구리, 은, 알루미늄, 니켈, 크롬, 티탄, 백금, 금 등을 들 수 있으나, 강도성, 굴곡성 등의 관점에서, 스테인리스가 바람직하다. 또한, 상기 금속층(28)의 두께는, 통상, 10 ㎛∼200 ㎛의 범위 내로 설정하는 것이 적합하다.

그리고, 상기 금속층(28)의 표면에, 감광성 절연 수지를 도포하고, 포토리소그래피법에 의해 미리 정해진 패턴의 절연층을 형성하여, 기판(21)으로 한다. 상기 기판(21)의 두께는, 통상, 3 ㎛∼50 ㎛의 범위 내로 설정하는 것이 적합하다. 그리고, 상기 기판(21)은, 기판(21)의 표면측에 형성되는 광소자(24)와 광도파로(W)의 광결합을 행하기 위해서, 투명성을 갖고 있는 것이 바람직하고, 폴리이미드 수지 등이 적합하게 이용된다. 그 중에서도, 투명도가 높은 불소계 폴리이미드 수지를 이용하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 불투명한 기판(21)을 이용하는 경우에는, 금속층(28)과 마찬가지로, 광결합용의 관통 구멍을 형성할 필요가 있다.

다음으로, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 기판(21)의 표면에, 광소자 실장용의 패드(22a)를 포함하는 전기 배선(22)을, 예컨대 세미애디티브법에 의해 형성한다. 즉, 먼저, 상기 기판(21)의 표면에, 스퍼터링 또는 무전해 도금 등에 의해 구리 등으로 이루어지는 금속막(도시하지 않음)을 형성한다. 이 금속막은 이후의 전해 도금을 행할 때의 시드층(전해 도금층 형성의 기초가 되는 층)이 된다. 그리고, 상기 기판(21) 및 시드층으로 이루어지는 적층체의 양면에, 드라이 필름 레지스트를 접착한 후, 상기 시드층이 형성되어 있는 측의 드라이 필름 레지스트에, 포토리소그래피법에 의해 전기 배선(22)의 패턴의 구멍부를 형성하고, 그 구멍부의 바닥에 상기 시드층의 표면 부분을 노출시킨다.

그리고, 전해 도금에 의해, 상기 구멍부의 바닥에 노출된 상기 시드층의 표면 부분에, 구리로 이루어지는 전해 도금층(두께 3 ㎛∼30 ㎛ 정도)을 적층 형성한다. 그리고, 상기 드라이 필름 레지스트를 수산화나트륨 수용액 등에 의해 박리한다. 그 후, 상기 전해 도금층이 형성되어 있지 않은 시드층의 부분을 소프트 에칭에 의해 제거하고, 잔존한 전해 도금층과 그 아래의 시드층으로 이루어지는 적층 부분이, 전기 배선(22)이 된다. 한편, 상기 전기 배선(22)을 형성하기 위한 재료로서는, 이 예에서는 구리를 이용하고 있으나, 구리 외에, 크롬, 알루미늄, 금, 탄탈 등, 도전성과 전성(展性)이 우수한 금속 재료가 적합하게 이용된다.

다음으로, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 전기 배선(22)의 표면에, 니켈 등으로 이루어지는 무전해 도금층(도시하지 않음)을 형성한 후, 상기 광소자 실장용의 패드(22a)를 제외한 전기 배선(22)의 부분에, 폴리이미드 수지 등으로 이루어지는 감광성 절연 수지를 도포하고, 포토리소그래피법에 의해, 커버레이(27)를 형성한다. 커버레이(27)의 두께는, 1 ㎛∼20 ㎛의 범위로 설정하는 것이 적합하다. 즉, 상기한 범위 내에서, 전기 배선(22)에 대해, 우수한 보호 작용을 달성한다. 그리고, 상기 전기 배선(22) 중, 패드(22a)에 형성된 상기 무전해 도금층(도시하지 않음)을 에칭에 의해 제거한 후, 그 제거 흔적에, 금이나 니켈 등으로 이루어지는 전해 도금층(이 예에서는 금도금층)(23)을 형성한다.

다음으로, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 기판(21) 이면의 금속층(28)의 미리 정해진 위치에, 에칭 등에 의해, 광결합용의 관통 구멍(28a)을 형성하고, 커넥터 패드부(36)를 형성하기 위한 노치부(28')를 형성한다. 즉, 먼저, 상기 금속층(28), 기판(21) 및 전기 배선(22) 등으로 이루어지는 적층체의 양면에, 드라이 필름 레지스트를 접착한 후, 상기 금속층(28)이 형성되어 있는 측의 드라이 필름 레지스트에, 포토리소그래피법에 의해 상기 관통 구멍(28a), 노치부(28')가 되는 패턴의 구멍부를 형성하고, 그 구멍부의 바닥에 상기 금속층(28)의 이면 부분을 노출시킨다. 그리고, 상기 금속층(28)의 재질에 따른 에칭용 수용액(예컨대, 스테인리스의 경우, 염화제이철 수용액)을 이용하여 에칭함으로써, 상기 구멍부로부터 노출된 금속층(28)의 부분을 제거하여, 상기 관통 구멍(28a)과 노치부(28')를 형성한다.

다음으로, 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(28)의 노치부(28')에, 전술한 전기 배선(22)과 패드(22a)의 형성과 동일하게 하여, 도전층(34)을 금도금층(35)으로 피복하여 이루어지는 커넥터 패드부(36)를 형성한다. 한편, 이때, 기판(21)의 표면측의 전기 배선(22)과, 상기 커넥터 패드부(36)를 전기 접속하기 위한 스루홀도 함께 형성한다(도시하지 않음).

다음으로, 도 2의 (f)에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(28)의 이면에, 광도파로(W)를 형성한다. 즉, 먼저, 상기 금속층(28)의 이면[금속층(28)이 형성되어 있지 않은 부분에 있어서는 기판(21)의 이면]에, 언더클래드층(30)의 형성 재료인 감광성 수지를 도포한 후, 그 도포층을 조사선에 의해 노광하여 경화시켜, 언더클래드층(30)을 형성한다. 단, 상기 언더클래드층(30)의 형성 재료는, 기판(21)의 표면측의 광소자(24)와, 광도파로(W)를 광결합시키기 위해서 투명한 것이 바람직하다. 그리고, 금속층(28)의 광결합용의 관통 구멍(28a)의 내측에 들어가 가득 차 있다. 상기 언더클래드층(30)의 두께[금속층(28)의 이면으로부터의 두께]는, 1 ㎛∼50 ㎛의 범위 내로 설정하는 것이 적합하다. 한편, 상기 언더클래드층(30)은 포토리소그래피법에 의해 미리 정해진 패턴으로 패터닝하여 형성해도 좋다.

다음으로, 상기 언더클래드층(30)의 표면(도면에서는 하면)에, 포토리소그래피법에 의해, 미리 정해진 패턴의 코어(31)를 형성한다. 상기 코어(31)의 두께는, 5 ㎛∼100 ㎛의 범위 내로 설정하는 것이 적합하다. 그리고, 코어(31)의 폭은, 5 ㎛∼100 ㎛의 범위 내로 설정하는 것이 적합하다. 상기 코어(31)의 형성 재료로서는, 예컨대, 상기 언더클래드층(30)과 동일한 감광성 수지를 들 수 있고, 상기 언더클래드층(30) 및 이하에 서술하는 오버클래드층(32)의 형성 재료보다 굴절률이 큰 재료가 이용된다. 이 굴절률의 조정은, 예컨대, 상기 언더클래드층(30), 코어(31), 오버클래드층(32)의 각 형성 재료의 종류의 선택이나 조성 비율을 감안하여 행할 수 있다.

다음으로, 상기 코어(31)를 피복하도록, 상기 언더클래드층(30)의 표면(도면에서는 하면)에, 포토리소그래피법에 의해, 오버클래드층(32)을 형성한다. 이 오버클래드층(32)의 두께[언더클래드층(30)의 표면으로부터의 두께]는, 상기 코어(31)의 두께 이상이며, 10 ㎛∼2000 ㎛로 설정하는 것이 적합하다. 상기 오버클래드층(32)의 형성 재료는, 예컨대, 상기 언더클래드층(30)과 동일한 감광성 수지를 들 수 있다. 그리고, 상기 오버클래드층(32)을 형성하는 경우에도, 포토리소그래피법에 의해 미리 정해진 패턴을 패터닝하도록 해도 좋다.

그리고, 이와 같이 하여 얻어진 광도파로(W)의, 기판(21)의 표면에 형성된 패드(22a)에 대응하는 부분을, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 레이저 가공이나 절삭 가공 등에 의해, 코어(31)의 길이 방향에 대해 45° 경사진 경사면으로 형성하여, 미러부(33)로 한다.

다음으로, 얻어진 적층체[기판(21)의 표면측에 전기 배선(22) 등이 형성되고, 기판(21)의 이면측에 광도파로(W)가 형성된 것]를, 광소자 실장용의 흡착 스테이지 상에 배치하여 흡착 고정한 상태로, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 광소자 실장 예정부 주위의 미리 정해진 영역에, 평면에서 보아 コ자형의 보강층(25)을 접합한다. 즉, 먼저, 박리 시트 표면에, 접착층(26)을 통해, 보강층(25)이 되는 금속층이나 수지층이 적층된 적층 시트를 준비하고, 이것을 목적의 형상으로 펀칭 성형한다. 그리고, 박리 시트를 박리하여, 보강층(25) 하면의 접착층(26)을 노출시킨 상태로, 상기 흡착 스테이지 상의 기판(21) 표면의 미리 정해진 위치에, 가열, 가압하에서 접합한다.

한편, 상기 보강층(25) 접합시의 가열 온도는 80℃∼230℃로 설정하는 것이 적합하다. 또한, 그 압력은, 0.1 ㎫∼10 ㎫로 설정하는 것이 적합하다. 가열, 가압의 조건이 상기 범위를 하회하면, 보강층(25)과 기판(21)의 접합 강도가 약해져, 그 후의 광소자(24) 등의 실장시의 가열 공정시, 보강층(25)이 박리될 우려가 발생하여 바람직하지 않다. 또한, 가열, 가압의 조건이 상기 범위를 상회하면, 광전기 혼재 기판이 되는 적층체에의 악영향이 발생할 우려가 있어 바람직하지 않다.

한편, 상기 보강층(25)의 형성 재료로서는, 스테인리스, 구리, 은, 알루미늄, 니켈, 크롬, 티탄, 백금, 금 등의 금속 재료뿐만이 아니라, 폴리이미드나 폴리에틸렌테레프탈레이트, 유리 에폭시 수지 등의 수지 재료를 적합하게 이용할 수 있다. 그리고, 상기 보강층(25)의 두께는, 25 ㎛∼2000 ㎛인 것이 적합하고, 보다 바람직하게는, 250 ㎛∼1500 ㎛이다. 즉, 보강층(25)이 지나치게 두꺼우면 이 부분의 강성이 지나치게 높아져 작업성이 나쁜 것이 되고, 지나치게 얇으면 충분한 보강 효과가 얻어지지 않을 우려가 있기 때문이다.

또한, 상기 보강층(25)을 기판(21)에 접합하기 위한 접착층(26)으로서는, 상기 보강층(25)과 기판(21)의 양방에 대해 높은 접착력을 발현하는 것이 적절히 선택된다. 예컨대, 에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제 등이 적합하게 이용된다. 그리고, 상기 접착층(26)의 두께는 5 ㎛∼100 ㎛인 것이 적합하다. 즉, 접착층(26)이 지나치게 두꺼우면 작업성이 저하될 우려가 있고, 지나치게 얇으면 충분한 접착 강도가 얻어지지 않을 우려가 있기 때문이다.

다음으로, 상기 보강층(25)이 접합된 적층체의, 기판(21) 표면의 패드(22a)에, 광소자(24)를 초음파 플립칩 접합에 의해 실장한다. 이와 같이 하여, 도 1에 도시된 광전기 혼재 기판을 얻을 수 있다.

한편, 상기 광소자(24)의 실장 방법으로서는, 땜납 리플로우, 땜납 범프와 땜납 페이스트의 스크린 인쇄에 의한 C4 접합 등의 플립칩 실장 방법을 들 수 있으나, 전술한 바와 같이, 보강층(25)이나 그것을 접착하는 접착층(26)을 통하지 않고 기판(21)을 고정할 수 있기 때문에, 상기한 바와 같이, 초음파 플립칩 접합에 의해 실장하는 것이 최적이다. 초음파 플립칩 접합에 의하면, 땜납이나 접합을 보조하는 플럭스에 의해 주위를 오염시키는 일이 없고, 실장시의 위치 결정 정밀도도 높다고 하는 이점을 갖는다.

이와 같이 하여 얻어진 상기 광전기 혼재 기판은, 광소자(24)를 실장하기 전에, 기판(21)의, 전기 배선(22)이 형성된 쪽의 면에, 보강층(25)이 가열, 가압하에서 강고히 접합되어 있기 때문에, 그 접합면에 공기나 기화 가스 등이 잔류하는 일이 없고, 그에 의해 성능이 손상되는 일이 없다. 또한, 접착층이나 보강층을 통하지 않고 광전기 혼재 기판을 고정한 상태로, 광소자(24)가, 초음파 플립칩 접합에 의해 실장되어 있기 때문에, 초음파의 진동에 의한 접착층의 변형 등의 영향이 없어, 높은 접합 강도로 광소자(24)가 실장되어 있다. 그리고, 보강층(25) 자신도 양호한 접합 상태를 유지할 수 있다. 게다가, 광도파로(W)와 보강층(25)이, 서로 기판(21)을 사이에 두고 반대측에 형성되어 있기 때문에, 보강층(25)을 가열, 가압하에서 강고히 접합해도, 광도파로(W)가 악영향을 받는 일이 없다고 하는 이점을 갖는다.

또한, 상기 광전기 혼재 기판은, 비교적 부피가 큰 광소자(24) 등과, 마찬가지로 부피가 큰 보강층(25)이, 기판(21)의 동일한 면에 형성되어 있기 때문에, 종래에 비해 전체의 두께를 얇게 할 수 있다고 하는 이점을 갖는다.

그리고, 상기 광전기 혼재 기판의 제법에 의하면, 전기 배선(22)과 광도파로(W)와 커넥터 패드부(36)가 형성된 기판(21)을, 광소자 실장용의 흡착 스테이지 등에 고정하고, 그 상태로, 접착층(26)을 기판(21)의 표면에 강고히 접합한 후, 계속해서, 그 동일한 면에 광소자(24)를 실장할 수 있기 때문에, 양산성이 우수하다고 하는 이점을 갖는다. 또한, 경우에 따라서는, 광소자(24)의 실장을 먼저 행하고, 다음으로 보강층(25)의 접합을 행할 수도 있어, 제조 공정의 자유도가 높다고 하는 이점을 갖는다.

게다가, 상기 보강층(25)의 접합을, 가열, 가압하에서 강고히 행할 수 있기 때문에, 그 접합면에 공기나 기화 가스 등이 잔류하는 것이 없어, 그 이후의 공정에 있어서, 보이드 등이 발생하는 일이 없다. 따라서, 우수한 품질의 광전기 혼재 기판을 효율적으로 생산할 수 있다.

한편, 상기한 예에서는, 도 2의 (d), 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이, 기판(21) 이면측의 금속층(28)의 단부를 제거하고, 그 부분에 커넥터 패드부(36)를 형성하였으나, 커넥터 패드부(36)를 기판(21) 이면측에 형성하는 방법은, 이것에 한하는 것은 아니다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 금속층(28)과 함께 기판(21)의 단부도 제거함으로써, 전기 배선(22)의 이면을 부분적으로 하향으로 노출시킨다. 그리고, 이 노출면을 금속 도금층(35)으로 피복함으로써, 커넥터 패드부(36)를 형성할 수 있다. 이 광전기 혼재 기판도, 기판(21)의, 전기 배선(22)이 형성된 측의 면과 반대측의 면에 커넥터 패드부(36)가 형성되어 있고, 도 1에 도시된 광전기 혼재 기판과 동일한 효과를 나타낸다. 따라서, 이 구성도 본 발명의 「 기판의, 광도파로가 형성된 면에, 커넥터 패드부가 형성되어 있는」 구성에 포함되는 것으로 한다. 한편, 다른 구성은, 도 1에 도시된 구성과 동일하며, 동일 부분에 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

또한, 상기한 예는, 본 발명을, 절연층으로 이루어지는 기판(21)과, 그 이면측에 금속층(28)을 형성한 광전기 혼재 기판에 적용한 것이지만, 본 발명은 기판 표면측의 적층 구성 및 기판 이면측의 적층 구성이 어떻게 되어 있어도 좋으며, 기판의 한쪽 면측에 전기 배선과 보강층이 형성되고, 다른쪽 면측에, 광도파로와 커넥터 패드부가 형성되어 있으면, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 덧붙여서 말하면, 도 5에 도시된 바와 같은, 절연 베이스 기재(40)의 양면에 접착층(41, 42)을 통해 전기 배선(50, 51)을 형성하고, 양자를 스루홀(52)로 접속하며, 이면측에 광도파로(W)를 형성한 구성의 광전기 혼재 기판에 있어서도, 본 발명을 적용할 수 있다. 즉, 상기 절연 베이스 기재(40) 이면측의 전기 배선(51)의 일부를 금도금층(35)으로 피복하여 커넥터 패드부(36)로 하고, 그 반대측의, 절연 베이스 기재(40) 표면측에, 접착층(26)을 통해 보강층(25)을 형성함으로써, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 한편, 도면에 있어서, 도면 부호 43은 접착층, 도면 부호 44는 커버레이이다.

또한, 본 발명에 있어서, 보강층(25)의 형상은, 상기한 각 예와 같이, 평면에서 보아 コ자형이 되는 형상일 필요는 없고, 평면에서 보아 직사각형 형상이나, 그 외 각종의 형상의 것을 이용할 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 보강층(25) 중, 일부가, 광소자(24)측으로 연장되어 광소자(24)의 상면을 덮는 커버부(25a)로 되어 있는 것을 이용하면, 상기 보강층(25)에 의해, 광소자(24)를 보호하고, 그 주위를 청정하게 유지할 수 있어 적합하다.

한편, 상기 구성의 광전기 혼재 기판을 얻기 위해서는, 기판(21)에 광소자(24)를 실장한 후에, 보강층(25)을 기판(21)에 접합할 필요가 있으나, 상기 보강층(25)은 광소자(24)를 덮는 커버부(25a)의 하측이 비어 있기 때문에, 광소자(24)를 손상시키지 않고, 충분한 힘으로 보강층(25)의 접합을 행할 수 있다.

다음으로, 실시예에 대해 비교예와 함께 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

〔실시예 1〕

도 1에 도시된 구성의 광전기 혼재 기판을, 상기한 제법의 기재에 따라 제작하였다. 한편, 띠 형상으로 연장되는 기판(21)의 한쪽측에, 발광 소자로서, ULM사 제조의 ULM850-10-TT-C0104U를 실장하고, 반대측에, 수광 소자로서, Albis optoelectronics사 제조의 PDCA04-70-GS를 실장하였다. 그리고, 보강층(25)을 접합할 때의 가열 온도는 160℃로 하고, 프레스 압력은 3 ㎫로 하였다.

〔비교예 1〕

도 7에 도시된 종래의 광전기 혼재 기판을, 상기한 제법의 기재에 따라 제작하였다. 단, 각 부재의 재질이나 두께 등에 대해서는, 상기 실시예 1의 구성에 따랐다. 한편, 보강층(13)의 기판(1)에 대한 접합은, 양면 테이프(닛토 덴코사 제조, No.5601)를 이용하고, 이것을 사람의 손으로 기판(1)에 부착하였다.

〔보강층의 접합 강도〕

상기 실시예 1품과 비교예 1품의, 보강층(25, 13)의 접합 강도를 평가하기 위해서, 그 필 강도를, 이마다 세이사쿠쇼사 제조의 인장 압축 시험기(SV-52NA-2 L)를 이용하여 측정하였다. 그 결과, 실시예 1품의 필 강도는 1.3 N/㎜이고, 비교예 1품의 필 강도는 0.3 N/㎜였다. 따라서, 실시예 1품 쪽이 훨씬 우수한 접합 강도인 것을 알 수 있다.

〔광전기 혼재 기판의 두께〕

상기 실시예 1품은, 전체 두께 중 최대 두께가 0.9 ㎜인 데 비해, 비교예 1품의 최대 두께는 1.1 ㎜이며, 실시예 1품 쪽이 얇아, 스페이스 절약화에 대한 요구에 부응하는 것을 알 수 있다.

한편, 상기 실시예에서는, 본 발명에 있어서의 구체적인 형태에 대해 나타내었으나, 상기 실시예는 단순한 예시에 불과하며, 한정적으로 해석되는 것이 아니다. 당업자에게 명백한 여러 가지 변형은 모두 본 발명의 범위 내인 것이 기도되고 있다.

본 발명은 보강층이 고강도로 접합되어, 보이드 등이 발생하지 않는 구성으로 되어 있고, 또한 광소자가 초음파 실장된 것이어도 조금도 접착 강도의 저하를 초래하는 일이 없는, 우수한 광전기 혼재 기판과 그 제법에 널리 이용 가능하다.

21: 기판 22: 전기 배선
24: 광소자 25: 보강층
26: 접착층 36: 커넥터 패드부
W: 광도파로

Claims

기판의 한쪽 면에, 전기 배선과, 이 전기 배선에 전기 접속되는 광소자가 형성되고, 상기 기판의 다른쪽 면에, 상기 광소자와 광결합되는 광도파로가 형성된 광전기 혼재 기판으로서, 상기 기판의, 전기 배선과 광소자가 형성된 면에, 기판을 보강하기 위한 보강층이, 접착층을 통해 일체적으로 부착되어 있고, 상기 기판의, 광도파로가 형성된 면에, 상기 전기 배선을 외부에 전기 접속하기 위한 커넥터 패드부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전기 혼재 기판.
제1항에 있어서, 상기 보강층은, 접착층을 통해 기판면에 일체적으로 부착되는 부분과, 광소자측으로 연장되어 광소자 상면을 덮는 커버 부분을 구비하고 있는 것인 광전기 혼재 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광소자는, 전기 배선의 미리 정해진 부분에, 초음파 플립칩 접합에 의해 실장되어 있는 것인 광전기 혼재 기판.
제1항에 기재된 광전기 혼재 기판을 제조하는 방법으로서,
기판의 한쪽 면에 전기 배선을 형성하는 공정과, 상기 기판의 다른쪽 면에, 상기 전기 배선을 외부에 전기 접속하기 위한 커넥터 패드부를 형성하는 공정과, 상기 기판의 다른쪽 면에 광도파로를 형성하는 공정을 포함하고, 상기 전기 배선과 커넥터 패드부와 광도파로가 형성된 기판의, 전기 배선이 형성된 면에, 기판을 보강하기 위한 보강층을, 접착층을 통해 가압 하에 부착한 후, 상기 기판의 전기 배선 부분에 광소자를 실장하는 것을 특징으로 하는 광전기 혼재 기판의 제법.
제1항 또는 제2항에 기재된 광전기 혼재 기판을 제조하는 방법으로서,
기판의 한쪽 면에 전기 배선을 형성하는 공정과, 상기 기판의 다른쪽 면에, 상기 전기 배선을 외부에 전기 접속하기 위한 커넥터 패드부를 형성하는 공정과, 상기 기판의 다른쪽 면에 광도파로를 형성하는 공정을 포함하고, 상기 기판의 전기 배선 부분에 광소자를 실장한 후, 상기 전기 배선과 커넥터 패드부와 광도파로가 형성된 기판의, 전기 배선이 형성된 면에, 기판을 보강하기 위한 보강층을, 접착층을 통해 가압 하에 부착하는 것을 특징으로 하는 광전기 혼재 기판의 제법.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 광소자를, 전기 배선의 미리 정해진 부분에, 초음파 플립칩 접합에 의해 실장하도록 한 것인 광전기 혼재 기판의 제법.