JP2003050328A

JP2003050328A - 光・電気配線基板及びその製造方法並びに実装基板

Info

Publication number: JP2003050328A
Application number: JP2001237426A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kumai; 晃一熊井; Kenta Yotsui; 健太四井; Taketo Tsukamoto; 健人塚本; Mamoru Ishizaki; 守石崎; Atsushi Sasaki; 淳佐々木
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2003-02-21

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】光配線中の自由な位置に光路変換のためのミラ
ー等の光素子が配置された光・電気配線基板を提供し、
ダイシングソーなどを用いずに精度のよいミラーが搭載
された光・電気配線基板を形成し、作製工程を簡略化す
ることを課題とする。【解決手段】電気配線３を有する基板４と、基板の少な
くとも一方の面に位置する光配線層５と、光素子搭載の
ために光配線内に設けた孔部６と、孔部に搭載した、例
えばミラーからなる光素子７を有する。孔部は、レーザ
加工やドライエッチングによって形成し、孔部の断面形
状は、５回以上の回転対称性を持たないようにする。

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
とが積層されている光・電気配線基板、及びその製造方
法、並びにその基板上に光部品と電気部品を実装する実
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オーダーを超えるものが
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電流が流
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悪影
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ー又は
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。たとえば、特開平
３−２９９０５号公報にて述べられているように、電気
配線基板上に光ファイバを絶縁膜にて固定させた基板が
提案されている。しかし、光配線として光ファイバを用
いる場合、その屈曲性の限界から、複雑な形状の光配線
には対応しきれず、設計の自由度が低くなってしまい、
高密度配線あるいは基板の小型化に対応できないという
問題がある。

【０００５】このため、電気配線基板の上に、光配線と
して、いわゆる、光導波路を用いた光・電気配線基板の
構成がいくつか提案されている。光導波路の構成は光信
号が伝搬するコア層が、光信号をコア層に閉じこめるク
ラッド層に埋設されている。コアパターンの形成方法
は、フォトリソグラフィ技術により、メタルマスクを形
成し、ドライエッチングで作製するか、コア材料に感光
性が付与されている場合は、露光、現像処理にて作製で
きる。このため、フォトマスクのパターンを基に光配線
を形成できるため、その設計の自由度は高くなる。ま
た、比較的短距離の伝送にも対応が可能となる。

【０００６】このような光・電気配線基板に、光部品や
電気部品を実装する際、従来の電気部品に用いられてい
る表面実装技術を用いて実装できることが望ましい。そ
こで、光部品を表面実装する光表面技術に関して様々な
提案がなされている。

【０００７】基板面に平行な方向に配線されている光配
線と基板表面に実装された半導体レーザ等の光部品を光
結合させるにはミラーなどを用いて９０度光路を曲げる
必要がある。そこで、光配線上に光路変換のためのミラ
ーを形成するために様々な提案がなされている。

【０００８】例えば、半導体用のダイシングソーを用い
て光配線中に４５度の斜面を形成し、その面に金属薄膜
を蒸着してミラーとして用いる方法が知られている。し
かし、この方法は細かい部分の加工には向かない上、ミ
ラーの配置できる場所が制限されるといった問題点があ
る。金属薄膜を蒸着する工程に時間がかかるといった問
題点がある。また、ダイシングブレードがすぐに劣化し
やすく、ミラー面の精度が悪くなるといった問題があっ
た。

【０００９】また、基板を傾斜させてドライエッチング
を行うことによってミラーを形成する方法が知られてい
るが、ミラー面の角度を正確に制御するのが難しいとい
った問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は係る従来技術
の欠点に鑑みなされたもので、光配線中の自由な位置に
光路変換のためのミラー等の光素子が配置された光・電
気配線基板を提供することを課題とする。また、ダイシ
ングソーなどを用いずに精度のよいミラーが搭載された
光・電気配線基板を形成することを課題とする。更に、
光・電気配線基板の作製工程を簡略化することを課題と
する。

【００１１】

【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の発明は、電気配線
を有する基板と、基板の少なくとも一方の面に位置する
光配線層と、光素子搭載のために光配線内に設けた孔部
と、孔部に搭載した光素子とを有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。また請求項２の発
明は、上記の光素子がミラーであることを特徴とする請
求項１記載の光・電気配線基板としたものである。また
請求項３の発明は、上記孔部の底部に設けた金属パッド
と、上記光素子を搭載した際に上記孔部と接する部分に
設けた金属パッドとの間をはんだによって接続すること
を特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の光・電気配
線基板としたものである。また請求項４の発明は、上記
孔部の底部に設けた金属パッドと、上記光素子を搭載し
た際に上記孔部の底部と接する部分に設けた金属パッド
の形状が５回以上の回転対称性をもたないことを特徴と
する請求項３記載の光・電気配線基板としたものであ
る。また請求項５の発明は、上記孔部を基板と平行な断
面で切った形状が５回以上の回転対称性をもたないこと
を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光・電気配
線基板としたものである。また請求項６の発明は、上記
孔部形成の際同時に、光配線層に電気配線もしくは放熱
用のビアホール形成のための孔部を形成することを特徴
とする請求項１〜５の何れかに記載の光・電気配線基板
の製造方法としたものである。また請求項７の発明は、
レーザー加工によって孔部形成を行うことを特徴とする
請求項６記載の光・電気配線基板の製造方法としたもの
である。また請求項８の発明は、ドライエッチングによ
って孔部形成を行うことを特徴とする請求項６記載の光
・電気配線基板の製造方法としたものである。また請求
項９の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の光・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としたものである。

【００１２】

【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
部分の平面図を図１に、光配線である光導波路コア１に
沿って切断する断面図を図２に示す。

【００１３】本発明の光・電気配線基板２は電気配線３
を備えた基板４上に、光配線層５が積層されている構造
をとる。この基板４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。

【００１４】光配線層５には、孔部６が設けられてお
り、その孔部６には光素子７が搭載されている。この孔
部６は自由な設計の元に配置することができる。孔部６
の深さは基板４まで到達していても良いし、光配線層５
の途中で止まっていても良い。光素子７の固定には、は
んだを用いても良いし、接着剤を用いても良い。

【００１５】孔部６に搭載する光素子７としてはミラー
や回折格子、及び特定の波長の光のみ透過又は反射させ
る光フィルタなどが挙げられるがこの限りではない。光
素子７としてあらかじめ精度良く作られたものを用いる
ことにより、精度の良い光素子を搭載した光・電気配線
基板を実現できる。

【００１６】光素子７を搭載する際の位置合わせ、及び
光軸合わせは、例えば孔部６の基板面に平行に切った断
面形状を光素子７の断面形状と同形状かつ、５回以上の
回転対称性をもたないような形状にして、孔部６に光素
子７をはめ合せることで行うことができる。５回対称以
上の対称性をもつ場合、光素子を搭載する際に、角度が
ずれる可能性が高い。

【００１７】あるいは、はんだを用いて光素子７を固定
する場合、孔部６の底部に設けた金属パッド８と、光素
子の、搭載した際に孔部６の底部と接する部分に設けた
金属パッド（図示せず）の形状が５回以上の回転対称性
をもたないようにし、はんだ溶融の際のはんだの表面張
力によって位置合わせ、及び光軸合わせを行うことがで
きる。

【００１８】光素子７としてミラーを搭載する場合、ミ
ラー面を様々な角度に配置する事が可能である。例え
ば、ミラー面が基板面に対し４５度の角度になるように
配置して、基板に対して垂直方向に進む光を基板面方向
に配線された光配線に結合させたり、逆に基板面内方向
に進む光を基板垂直方向へ光路変換したりするのに用い
てもよい。

【００１９】また、ミラー面が基板面に対して９０度の
角度になるように配置し、基板面内方向に進む光を基板
面内方向の別の方向へ光路変換するように用いても良
い。

【００２０】また、孔部の壁面の角度が必ずしも基板面
に対して垂直にならないのを考慮し、その屈折角の分だ
け角度を変えたミラーを用いることもできる。

【００２１】孔部６には光配線のコアと同じ屈折率、も
しくは近い屈折率をもつ媒質を充填しても良い（図示せ
ず）。このような媒質としては光学接着剤やマッチング
オイルが挙げられるがこの限りではない。

【００２２】光配線層４を貫通するかたちで、ビアホー
ル９を設けることができる。また光配線層４の表面に電
気配線１０や光部品や電気部品を実装するためのパッド
１１を設けることもできる。

【００２３】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の実施形態につい
て、図３を用いて説明する。

【００２４】＜光配線層の形成＞基板４上に光配線層５
を形成する（工程（ａ））。これは基板４上にビルドア
ップしてもよいし、あらかじめ用意したフィルム状の光
配線層５を接着剤（図示せず）を用いて基板４に貼り合
わせることによって実現することもできる。

【００２５】＜孔部の形成＞次に光配線層内に孔部６を
形成する（工程（ｂ））。孔部６を形成する方法として
はレーザ加工を用いても良いし、ドライエッチングを用
いても良い。レーザ加工の際のレーザとしては、例えば
ＵＶ−ＹＡＧレーザや、エキシマレーザなどを用いるこ
とができる。

【００２６】この時、同時にビアホールを形成するため
の孔部１２を形成する。また、基板４上にあらかじめ金
属パッド１３を設けておいてそれによって孔部６、およ
びビアホールを形成するための孔部１２の深さを決める
こともできる。

【００２７】＜光素子の搭載＞次に孔部６に光素子７を
搭載する。孔部６に光素子７を固定する方法としては、
接着剤を用いても良いし、はんだを用いてもよい（とも
に図示せず）。光素子７を搭載した後に孔部６を光学接
着剤などで封止しても良い（図示せず）。また、光素子
７を搭載する前、もしくは搭載した後に、めっき等によ
りビアホール９、および光配線層表面の電気配線１０
や、光部品や電気部品を実装するためのパッド１１を形
成してもよい。こうして光・電気配線基板２を得ること
ができる。

【００２８】３．実装基板本発明の実装基板において、光部品を実装した部分の平
面図を図４に、光配線である光導波路コア１に沿って切
断する断面図を図５に示す。

【００２９】光・電気配線基板２に、光部品１４（レー
ザダイオード、フォトダイオード）及び電気部品１５
（ＣＰＵ、メモリ等）をはんだを用い実装することによ
り実装基板１６を得ることができる。

【００３０】例えば電気部品１５ａからの電気信号を受
けた光部品１４ａ（この場合レーザダイオード）が光信
号を発生させる。その光信号が光素子７（ミラー）、光
配線層５を介し光部品１４ｂ（この場合フォトダイオー
ド）で受け取られ、電気信号に変換され電気部品１５ｂ
へ伝えられる。

【００３１】このようにして電気部品１５ａと電気部品
１５ｂの間の信号のやりとりが高速かつ低ノイズで行わ
れる。

【００３２】

【実施例】以下に、具体的な実施例により本発明を説明
する。なお、本発明は後述する実施例に何ら限定される
ものではない。

【００３３】＜実施例１＞通常のＢＴ（Ｂｉｓｍａｌｅ
ｉｍｉｄｅＴｒｉａｚｉｎｅ）電気配線基板を基板と
して用いた。基板には電気配線および光素子搭載用の金
属パッドをあらかじめフォトリソ、エッチングによって
形成しておいた。光素子搭載用の金属パッドの形状は２
０μｍ×８０μｍの長方形の形状に設計した。

【００３４】その上にフッ素化ポリイミドからなる光配
線層を市販の熱硬化型接着剤を用いて貼り合わせた。

【００３５】光配線層にあらかじめ設けてあったレーザ
加工用のアラインメントマークを基準とし、ＫｒＦエキ
シマレーザ加工装置で光素子搭載用の孔部を形成した。
この時に同時に電気配線用のビアホール形成のための孔
部も形成した。加工深さは光配線層、および接着剤層を
貫通し基板へ到達するまで行った。孔部の断面形状はほ
ぼ円形で、直径は光素子搭載用、ビアホール用共に１２
０μｍであった。

【００３６】光素子搭載用孔部に光素子としてマイクロ
ミラーをはんだを用いて搭載した。マイクロミラーの、
搭載した際孔部の底部に接する部分には２０μｍ×８０
μｍの金のパッドを設けておいた。マイクロミラーを孔
部に置いた際、若干の角度ずれがあったが、はんだの溶
融の際のはんだの表面張力で適切な角度へ位置合わせが
なされた。マイクロミラーは円柱を斜め４５度に切断し
た形状で切断面を反射面として用いた。マイクロミラー
の材質は石英で反射面には金を蒸着してある。

【００３７】マイクロミラーを搭載した後の孔部にマイ
クロディスペンサを用いて紫外線硬化型エポキシ系接着
剤を滴下した。その後、紫外線を照射し、接着剤を硬化
させた。

【００３８】その後スパッタを用いてクロムおよび銅の
薄膜をこの順に光配線層上に形成した。このときビアホ
ール形成用の孔部の内部にもクロム、および銅の薄膜が
形成された。その後、めっきを行ない光配線層上に１５
μｍの厚さの銅の層を形成した。

【００３９】その後、通常のフォトリソグラフィ法で光
配線層表面の銅をパターニングし、電気配線や、光部品
および電気部品を実装するためのパッドを形成した。こ
うして、光・電気配線基板が完成した。

【００４０】＜実施例２＞通常のＢＴ電気配線基板を基
板として用いた。その上にフッ素化ポリイミドからなる
光配線層を市販の熱硬化型接着剤を用いて貼り合わせ
た。基板には、電気配線および光素子搭載孔エッチング
ストッパ用の金属パターンをあらかじめフォトリソ、エ
ッチングによって形成しておいた。

【００４１】光導波路にあらかじめ設けてあったアライ
ンメントマーク近傍以外にアルミニウムを成膜し、該ア
ラインメントマークを基準にして通常のフォトリソ＆エ
ッチングによって、１辺が１００μｍの正方形の開口部
と、直径１２０μｍの円形の開口部を設けた。そして、
このアルミニウムをマスクとして、酸素ガスによるドラ
イエッチングを行い、断面が正方形の光素子搭載用の孔
部と、断面が円形のビアホール形成のための孔部を形成
した。加工深さは光配線層、および接着剤層を貫通し基
板上のエッチングストッパ用金属パターンへ到達するま
で行った。そして、アルミニウムマスクをエッチング除
去した。

【００４２】光素子搭載用孔部に光素子として光フィル
タを接着剤を用いて搭載した。光フィルタを孔部に置い
た際、孔部の形状によって適切な角度へ位置合わせがな
された。光フィルタは、底面が正方形の直方体形状の石
英で、底面に対して斜め４５度位置に多層膜を埋め込ん
だものを用いた。この光フィルタは、４５度入射におい
て、ある波長の光を反射し、別の波長の光を透過する働
きを有する。

【００４３】光フィルタを搭載した後の孔部にマイクロ
ディスペンサを用いて紫外線硬化型エポキシ系接着剤を
滴下した。その後、紫外線を照射し、接着剤を硬化させ
た。

【００４４】その後、スパッタを用いてクロムおよび銅
の薄膜をこの順に光配線上に形成した。このときビアホ
ール形成用の孔部の内部にもクロム、および銅の薄膜が
形成された。その後、めっきを行ない光配線層上に１５
μｍの厚さの銅を形成した。

【００４５】その後、通常のフォトリソグラフィ法で光
配線層表面の銅をパターニングし、電気配線や、光部品
および電気部品を実装するためのパッドを形成した。こ
うして、光・電気配線基板が完成した。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように本発明
には、以下の効果がある。光配線中の自由な位置に光路
変換のためのミラーが配置された光・電気配線基板を提
供することができる。また、ダイシングソーなどを用い
ずに精度のよいミラーが搭載された光・電気配線基板を
形成することができる。更に、ミラーを搭載するための
孔部と同時に、電気配線もしくは放熱用のビアホール形
成のための孔部を形成することで光・電気配線基板の作
製工程を簡略化することができる。

【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
装する部分の平面図である。

【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、光配線であるコアパターンに沿っ
た断面図である。

【図３】本発明の光・電気配線基板の製造方法の説明図
である。

【図４】本発明の実装基板の平面図である。

【図５】本発明の実装基板の平面図において、光配線で
あるコアパターンに沿った断面図である。

【符号の説明】

１コア２光・電気配線基板３電気配線４基板５光配線層６孔部７光素子８孔部の底部に設けた金属パッド９ビアホール１０電気配線（光配線層表面）１１光部品や電気部品を実装するためのパッド１２ビアホールを形成するための孔部１３金属パッド１４光部品１４ａレーザダイオード１４ｂフォトダイオード１５電気部品１６実装基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石崎守東京都台東区台東１丁目５番１号凸版印刷株式会社内 (72)発明者佐々木淳東京都台東区台東１丁目５番１号凸版印刷株式会社内Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KB08 KB09 LA00 LA09 MA07 PA22 PA24 QA05 TA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気配線を有する基板と、基板の少なくと
も一方の面に位置する光配線層と、光素子搭載のために
光配線内に設けた孔部と、孔部に搭載した光素子とを有
することを特徴とする光・電気配線基板。
【請求項２】上記光素子がミラーであることを特徴とす
る請求項１記載の光・電気配線基板。
【請求項３】上記孔部の底部に設けた金属パッドと、上
記光素子を搭載した際に上記孔部と接する部分に設けた
金属パッドとの間をはんだによって接続することを特徴
とする請求項１〜２の何れかに記載の光・電気配線基
板。
【請求項４】上記孔部の底部に設けた金属パッドと、上
記光素子を搭載した際に上記孔部の底部と接する部分に
設けた金属パッドの形状が５回以上の回転対称性をもた
ないことを特徴とする請求項３記載の光・電気配線基
板。
【請求項５】上記孔部を基板と平行な断面で切った形状
が５回以上の回転対称性をもたないことを特徴とする請
求項１〜４の何れかに記載の光・電気配線基板。
【請求項６】上記孔部形成の際同時に、光配線層に電気
配線もしくは放熱用のビアホール形成のための孔部を形
成することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の
光・電気配線基板の製造方法。
【請求項７】レーザー加工によって孔部形成を行うこと
を特徴とする請求項６記載の光・電気配線基板の製造方
法。
【請求項８】ドライエッチングによって孔部形成を行う
ことを特徴とする請求項６記載の光・電気配線基板の製
造方法。
【請求項９】請求項１〜５の何れかに記載の光・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。