JP2005037531A - 光電気複合配線基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】光電気複合配線基板の機械的強度を向上させ、基板に対する光配線層の密着不良による光配線層の変形に起因する光導波損失の増大を抑制して、光導波性能の安定性を長期間に亘って確保する。
【解決手段】電気信号を伝達する電気配線が設けられた基板２に設けられて光信号を伝達する光配線を有する光配線層４と、電気配線に対して電気的に接続されて光配線が伝達する光信号を光電変換する光電変換素子との間に、基板２と光配線層４との密着性を向上させる中間層１１を設けて、基板２に対して光配線層４を確実に固定するとともに、光配線層４が設けられる部分を厚くする。
【選択図】 図１
【解決手段】電気信号を伝達する電気配線が設けられた基板２に設けられて光信号を伝達する光配線を有する光配線層４と、電気配線に対して電気的に接続されて光配線が伝達する光信号を光電変換する光電変換素子との間に、基板２と光配線層４との密着性を向上させる中間層１１を設けて、基板２に対して光配線層４を確実に固定するとともに、光配線層４が設けられる部分を厚くする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一の基板に対して電気配線と光配線とが設けられた光電気複合配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光電気複合配線基板としては、従来より様々な構造が提案されている。
【０００３】
その一例として、光電気変換素子が設けられた基板上に、高分子で形成された光導波路を形成する光配線の端部に４５度ミラーを設け、発光素子からの光信号を光導波路に結合させたり、光導波路を伝搬してきた光信号を受光素子に結合させたりすることによって、光による高速なデータ通信を行うようにした技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような光電気複合配線基板における光結合方法としては、光導波路と光素子とをマイクロレンズを用いて結合することで光結合効率を高めるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
ここで、従来の光電気複合配線基板の一例として、特許文献１に開示されている光電気複合配線基板について図６を参照して説明する。図６に示す光電気複合配線基板１００は、クラッド層の厚い第１の導波路１０１とクラッド層の薄い第２の導波路１０２とを有している。各導波路１０１，１０２は、クラッド層の間に狭持されるコア層１０３を有している。この光電気複合配線基板１００において、第１の導波路１０１は直接基板１０４に設けられており、第２の導波路１０２は基板１０４との間に設けられたスペーサ１０５を介して間接的に基板１０４に設けられている。特許文献１の技術では、クラッド層の厚さが異なる第１の導波路１０１と第２の導波路１０２とにおいて、基板１０４の厚さ方向における互いのコア層１０３の高さを、基準面に対して一致（近接）させ、第２の導波路１０２にあらかじめ結合された光素子の導波光を第１の導波路１０１の導波光として高い光結合効率で光結合させることができる。
【０００６】
これにより、第１の導波路１０１と第２の導波路１０２とのコア層１０３を互いに近接させることができるので、第２の導波路１０２にあらかじめ結合された光素子の導波光を第１の導波路１０１の導波光として高い光結合効率で光結合させることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４８９４９公報
【特許文献２】
特開２００１−１８５７５２公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の光電気複合配線基板１００では、厚いクラッド層を有する第１の導波路１０１と基板１０４との間にスペーサ１０５が設けられていない。このため、基板１０４に設けられた電気配線によって凹凸が生じていたり、基板１０４にホコリ等の異物が付着していたり、基板１０４自体の厚さが不均一であったりして、基板１０４表面に１〜３００μｍ程度の凹凸または面粗さが存在する場合には、第１の導波路１０１におけるクラッド層が変形または断線してしまうことがある。このような場合、コア層１０３がクラッド層の変形に伴って変形または断線してしまい、結果としてコア層１０３の形状自体が変化したり、導波路１０１全体の形状が変化してしまったりすることがある。
【０００９】
このような光電気複合配線基板１００では、光が導波しなかったり、光が導波したとしてもその導波損失が増大してしまったりするという不具合を生じる。
【００１０】
また、上述したような従来の光電気複合配線基板１００では、結合する複数の導波路１０１，１０２におけるコア層１０３の高さをスペーサ１０５によって調整しているため、スペーサ１０５を必要とする導波路１０２に対応させたスペーサ１０５を設ける必要がある。
【００１１】
スペーサ１０５を設ける部分に対しては、例えば、パターニングを用いることが可能である。この場合、導波路１０２の幅や導波路１０２のピッチは、導波路１０２自体のパターニング精度ではなく、スペーサ１０５のパターニング精度に制約されることとなる。このため、スペーサ１０５自体を導波路と同じ精度でパターニングしなくてはならない。
【００１２】
さらに、この第１の導波路１０１および第２の導波路１０２は、コア層１０３およびクラッド層がともに空気中に露出している。このため、導波路１０１，１０２におけるコア層部分に結露やホコリ等の異物が付着することによる導波損失または結合損失が増大しやすい傾向にある。
【００１３】
また、クラッド層は、機械的な他部品とのわずかな力による接触によって損傷を受けやすい。光導波損失にはクラッド層も大きく影響しているため、導波路１０１，１０２を光配線として用いた場合、クラッド層が損傷していると必要レベルの受光感度よりも受光量が低下して、光信号の伝達を十分に行うことができず、結果として光配線の断線状態になってしまう。このようなことから、光電気複合配線基板１００を手作業でスロットに挿入したりする場合には、手で支えた箇所で光配線が断線されてしまうことが頻繁に生じることになる。
【００１４】
また、基板１０４としてＦＲ４に代表されるガラスとエポキシ複合材料を用い、この基板１０４のスルーホールと導波路のスルーホールを設ける際に、例えば、ドリルで加工する等の一般的な基板１０４の加工方法を用いた場合には、ドリル粉の飛散によってクラッドの損傷が非常に生じやすくなる。
【００１５】
ところで、ガラスエポキシ複合材料によって形成された基板１０４では、水平方向（面方向）の熱膨張係数が２０ｐｐｍ程度である。これに対し、基板１０４と異なる高分子材料であるエポキシ樹脂やアクリル樹脂等を導波路材料として用いた場合、その水平方向の熱膨張係数は１００ｐｐｍ以上である。すなわち、基板１０４としてガラスエポキシ複合材料を用いた場合には、基板配線長が１００ｍｍであれば、１００度の温度差で配線長差は約１ｍｍとなる。
【００１６】
このような配線長差を生じるような熱膨張差は、従来の火炎堆積法による石英基板上の石英光導波路を用いる光通信用の光集積回路基板や、ポリイミド基板上のポリイミド光導波路を用いる５０ｍｍ角以下のマルチチップモジュール（ＭＣＭ）用の光電気複合配線基板とは全く異なるといえるほど大きな熱膨張差である。
【００１７】
このようなことから、従来の光電気複合配線基板１００では、製作プロセス上の熱サイクルまたは電子回路からの発熱によって基板１０４と導波路１０１，１０２とが剥離したり反ったりして、光導波損失の増大が生じやすい。
【００１８】
このため、光配線の光伝搬損失の低下，機械的強度の向上や性能の長期安定性確保が実現できない。
【００１９】
本発明の目的は、光電気複合配線基板の機械的強度を向上し、基板に対する光配線層の密着不良による光配線の変形に起因する光導波損失の増大を抑制して、光導波性能の安定性を長期間に亘って確保することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の光電気複合配線基板は、電気信号を伝達する電気配線が設けられた基板と、前記基板に設けられて光信号を伝達する光配線を有する光配線層と、前記電気配線に対して電気的に接続されて前記光配線が伝達する光信号を光電変換する光電変換素子と、前記基板と前記光配線との間に設けられて前記基板と前記光配線層との密着性を向上させる中間層と、を具備する。
【００２１】
したがって、基板に対して光配線層を確実に固定するとともに、光配線層が設けられる部分を厚くすることができる
請求項２記載の発明の光電気複合配線基板は、電気信号を伝達する電気配線が設けられた基板と、前記基板に設けられて光信号を伝達する光配線を有する光配線層と、前記電気配線に対して電気的に接続されて前記光配線が伝達する光信号を光電変換する光電変換素子と、前記光配線層に対して前記基板とは反対側に設けられて前記光配線層を保護する保護層と、を具備する。
【００２２】
したがって、外部からの衝撃等から光配線層を保護するとともに、光配線層が設けられる部分を厚くすることができる。
【００２３】
請求項３記載の発明の光電気複合配線基板は、電気信号を伝達する電気配線が設けられた基板と、前記基板に設けられて光信号を伝達する光配線を有する光配線層と、前記電気配線に対して電気的に接続されて前記光配線が伝達する光信号を光電変換する光電変換素子と、前記基板と前記光配線との間に設けられて前記基板と前記光配線層との密着性を向上させる中間層と、前記光配線層に対して前記基板とは反対側に設けられて前記光配線層を保護する保護層と、を具備する。
【００２４】
したがって、基板に対して光配線層を確実に固定し、外部からの衝撃等から光配線層を保護するとともに、光配線層が設けられる部分を厚くすることができる。
【００２５】
請求項４記載の発明は、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、前記中間層は、少なくとも前記光配線層側の面が平坦化されている。
【００２６】
したがって、光配線によって導波する光の光導波損失をより低減することができる。
【００２７】
請求項５記載の発明は、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、前記中間層は、それぞれ機能の異なる材料によって形成された複数の層によって構成されている多層構造を有する。
【００２８】
ここで、例えば、基板への光配線層の密着性の向上と基板と光配線層との熱膨張率差の緩和という異なる複数の機能を一層の中間層に付与するためには、この中間層を形成する材料が限定されたりコストアップしたりすることが懸念される。
【００２９】
したがって、複数の機能を有する中間層を容易に実現することができる。
【００３０】
請求項６記載の発明は、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、前記中間層は、粘弾性材料によって形成されている。
【００３１】
したがって、光配線層と基板との熱膨張差によって発生する応力を中間層によって吸収することができる。
【００３２】
請求項７記載の発明は、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、前記中間層は、ガラス布またはガラス不織布と高分子材料との複合材料によって形成されている。
【００３３】
したがって、例えば、ガラス−エポキシ複合材料、ガラス−ポリイミド複合材料あるいはガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等、基板を形成する材料として通常用いられる材料との熱膨張率差を、中間層を形成する材料の選定によって小さくすることができる。
【００３４】
請求項８記載の発明は、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、前記光配線層は、高分子材料によって形成されたコアとこのコアの外側に設けられて前記コアよりも屈折率の高い高分子材料によって形成されたクラッド層とを備え、前記中間層は、前記クラッド層の熱膨張係数と同じに設定された熱膨張係数を有する。
【００３５】
したがって、基板の熱膨張係数と光配線層全体での実効的な熱膨張係数とを一致させることができない場合にも、基板と光配線層との熱膨張差による歪みを緩和することができる。
【００３６】
請求項９記載の発明は、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、前記光配線層は、高分子材料によって形成されたコアとこのコアの外側に設けられて前記コアよりも屈折率の高い高分子材料によって形成されたクラッド層とを備え、前記中間層は、前記基板の熱膨張係数と前記クラッド層の熱膨張係数と間に設定された熱膨張係数を有する。
【００３７】
したがって、基板の熱膨張係数と光配線層全体での実効的な熱膨張係数とを一致させることができない場合にも、基板と光配線層との熱膨張差による歪みを緩和することができる。
【００３８】
請求項１０記載の発明は、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、前記保護層は、前記基板の熱膨張係数と同じ熱膨張係数を有する。
【００３９】
したがって、本発明の光電気複合配線基板に対して熱が加えられた場合に、基板を形成する材料と光配線層を形成する材料との熱膨張率差によって変形あるいは破損しようとする光配線層に対して、基板と保護層とによって上下方向（各層の積層方向の両側）から同様に膨張する力を加えることができる。
【００４０】
請求項１１記載の発明は、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、前記保護層は、それぞれ機能の異なる材料によって形成された複数の層によって構成されている多層構造を有する。
【００４１】
ここで、例えば、光配線層に対する外部衝撃からの保護と基板と光配線層との熱膨張率差による光配線層の変形抑制という異なる複数の機能を一層の保護層に付与するためには、この保護層を形成する材料が限定されたりコストアップしたりすることが懸念される。
【００４２】
したがって、複数の機能を有する保護層を容易に実現することができる。
【００４３】
請求項１２記載の発明は、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、前記保護層は、粘弾性材料によって形成されている。
【００４４】
したがって、例えば、光配線層を含む基板を手や工具で挟んだ場合にも、挟まれたことによって発生する応力をこの粘弾性体部分によって吸収することができる。
【００４５】
請求項１３記載の発明は、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、前記保護層は、ガラス布またはガラス不織布と高分子材料との複合材料によって形成されている。
【００４６】
したがって、例えば、ガラス−エポキシ複合材料、ガラス−ポリイミド複合材料あるいはガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等、基板を形成する材料として通常用いられる材料との熱膨張率差を、保護層を形成する材料の選定によって小さくすることができる。
【００４７】
請求項１４記載の発明は、請求項１ないし１３のいずれか一に記載の光電気複合配線基板において、前記光電変換素子と前記光配線とは、前記基板を間にして反対側に設けられている。
【００４８】
ここで、光電変換素子を基板に実装する際には、ハンダリフロー工程等によって、基板が高熱に熱せられる。
【００４９】
したがって、基板に対して光電変換素子を実装する工程と、基板に対して光配線を実装する工程とを別プロセスによって行い、基板に対して光電変換素子を実装した後に光配線を実装することができる。また、基板に対して光電変換素子を実装する工程によって基板が加熱される温度よりも低いガラス転移点を有する材料であっても光配線層を形成する材料として用いることができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態について図１を参照して説明する。本実施の形態は、光電気複合配線基板への適用例を示す。
【００５１】
図１は、本発明の第１の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態の光電気複合配線基板１は、基板２と、集積回路を組み合わせたマルチチップモジュール３とを備えている。
【００５２】
基板２の一面側には、図示しない電気配線が設けられている。基板２を形成する材料は、一般用途としての電子基板としては、例えば、ＦＲ４に代表されるガラス−エポキシ複合材料、ガラス−ポリイミド複合材料、ガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等を挙げることが可能である。実用上、低損失性、製造容易性、材料コスト等の観点から、基板２を形成する材料としては限られている。
【００５３】
また、基板２を形成する材料としては、例えば、基幹光通信用途として用いられる石英導波路基板等を用いることも可能である。
【００５４】
基板２の一面側には、光配線層４が設けられている。光配線層４は、高分子材料で形成されているコア５と、このコア５を狭持してコア５よりも屈折率が低い高分子材料で形成されている一対のクラッド層６（６ａ，６ｂ）とによって構成されている。一対のクラッド層６のうち、上クラッド層６ａはコア５に対して基板２とは反対側に設けられており、下クラッド層６ｂはコア５と基板２との間に設けられている。本実施の形態では、光配線層４を構成するコア５および上下クラッド層６ａ，６ｂによって光配線（光導波路）が実現されている。公知の技術であるため説明を省略するが、光配線は、光信号を伝達する機能を果たす。本実施の形態のコア５は、長さ５０μｍの光配線を形成した場合に、波長６００〜１６００ｎｍの光通信帯の伝搬光に対して、数万というモードによる多モード光伝搬を生じる。
【００５５】
このような光配線（光導波路）を形成する一般的な材料としては、例えば、エポキシ材料、アクリル材料、ポリフェノールオキシド材料、ポリイミド材料等を挙げることが可能である。これらの材料の多くは、１００ｐｐｍ以上の熱膨張係数を有している。
【００５６】
光配線層４の一端部には、結合素子７が設けられている。結合素子７は、マルチチップモジュール３が備える受光素子８に対して光配線層４が伝達する光信号を高効率で受光させたり、マルチチップモジュール３が備える発光素子９から出力された光信号を光配線層４に高効率で結合させたりするための素子である。
【００５７】
マルチチップモジュール３は、基板２の一面側に設けられている。本実施の形態のマルチチップモジュール３は、基板に対して、光配線層４が設けられている側と同じ側に設けられている。詳細は特に図示しないが、このマルチチップモジュール３は、少なくともひとつの光電気変換素子と、この光電気変換素子を駆動する電子集積回路とを含んでおり、光配線層４に対向する側の面には発光素子９と受光素子８とが設けられている。公知の技術であるため説明を省略するが、光電気変換素子は、電圧を印加している半導体等によって形成され、光を照射することで、光子が電子と正孔を形成する、もしくは、電子と正孔との再結合により光子を生成する電子素子である。本実施の形態の光電気変換素子は、フォトダイオードや半導体レーザ等のように、光を照射すると電流が流れる、あるいは、電流を流すと光を発生する電子素子を対象としている。本実施の形態では、発光素子９として面発光レーザが用いられている。なお、発光素子９としては、面発光レーザに限るものではなく、通常の半導体レーザダイオードや発光ダイオードを用いることも可能である。また、本実施の形態では、受光素子８としてフォトダイオードが用いられている。
【００５８】
マルチチップモジュール３は、電子集積回路によって、光配線層４を介して伝達されて受光素子８で受光した光信号を電気配線に伝達したり、発光素子９を発光させたりする。
【００５９】
マルチチップモジュール３は、基板２に設けられた電気配線に対してハンダバンプ１０によって電気的に結合されている。これによってマルチチップモジュール３に対して電力供給がなされる。
【００６０】
本実施の形態の光電気複合配線基板１では、光配線層４と基板２との間に、中間層としての密着層１１が設けられている。密着層１１の厚さとしては，１〜５００μｍが好ましく、より好ましくは１０〜２５０μｍである。密着層１１の熱膨張係数としては、クラッド層６と同じ熱膨張係数またはクラッド層６の熱膨張係数と基板２の熱膨張係数との間に設定されていることが好ましい。
【００６１】
密着層１１は、上クラッド層６ａあるいは下クラッド層６ｂとは異なる材料によって形成された層である。
【００６２】
ここで、異なる材料とは、上クラッド層６ａおよび下クラッド層６ｂとは物質的に異なる材料、あるいは、同じ材料であっても性質を特化した材料によって形成されている層であることを意味する。
【００６３】
密着層１１は、光配線層４の上側または下側のどちらか一方に設けられていてもよいし、両側に設けられていてもよい。この密着層１１は、光配線層４の一部に設けるのではなく、同一面内において光配線層４が設けられる領域全域に亘って設けられていることが好ましい。
【００６４】
密着層１１は、光配線層４が設けられる領域全域に亘ってその平面が平坦化されるように設けられている。密着層１１の光配線層４側の面は、基板２における光配線層４側の面の凹凸または面粗さを１／２以下とするように平坦化されていることが好ましい。特に、密着層１１の光配線層４側の面は、基板２における光配線層４側の面の凹凸または面粗さを１／１０以下とするように平坦化されていることが好ましい。
【００６５】
そして、光配線層４が設けられる領域全域に亘ってこのような密着層１１を設けることにより、特に、高分子とガラスとから形成される基板２に対して、この基板２と光配線層４との間での熱膨張係数差を光配線層４が設けられる領域全域に亘って小さくすることができる。
【００６６】
密着層１１を形成する材料としては、密着層１１とクラッド層６とを一体化した場合の該層の膨張や熱による反り応力を、基板２の熱膨張または熱による反り応力によって相殺するような材料を選定することが好ましい。
【００６７】
なお、本実施の形態では、光配線層４と基板２との間に密着層１１を設けるようにしたが、これに限るものではなく、密着層１１は、光配線層４の少なくとも一方の側に設けられていればよい。
【００６８】
ところで、一般的なガラス−エポキシ材料を用いて基板２を形成した場合、この基板２の熱膨張係数は１５−２０ｐｐｍである。この基板２に対し、光配線層４を形成する高分子材料の熱膨張係数は、基板２の面方向における熱膨張係数が１００ｐｐｍ以上となる。この場合、１００度の温度差がある場合、１００ｍｍの長さの基板配線では約１ｍｍ膨張する。
【００６９】
すなわち、基板２を形成する材料と光配線層４を形成する材料との熱膨張係数差が不適切である場合には、反りが生じたり、また、反りが生じないとしても基板２と光配線層４とが剥離したり基板２に実装された受光素子８および発光素子９と光配線層４の結合素子７との間に位置ずれが生じたりして、結果として光配線層４における光配線の断線が生じてしまうことがある。
【００７０】
このようなことから、基板２と光配線層４とは、同じ材料もしくは同じ熱膨張係数を有する材料を用いて形成することが好ましい。
【００７１】
基板２と光配線層４との実効的な熱膨張係数を略一致させた場合、基板２と光配線層４とが剥離せず反りが生じなければ、受光素子８や発光素子９の位置ずれによる結合損失の増大を防止し，光結合効率を一定値とすることができる。ここで、略一致とは、熱膨張係数の差が好ましくは１０ｐｐｍ以内であり，より好ましくは５ｐｐｍ以内である。
【００７２】
しかしながら、光配線層４を形成する材料は低損失性，製造容易性，材料コスト等の点から、実際に用いることができる材料が限定されてしまう。
【００７３】
また、基板２を形成する材料としても、上述したように、基幹光通信用途としては石英導波路基板が用いられているが、一般用途としての電子基板は、例えば、ＦＲ４に代表されるガラス−エポキシ複合材料，ガラス−ポリイミド複合材料，ガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等に限定されてしまう。
【００７４】
これに対し、本実施の形態では、下クラッド層６ｂに密着した密着層１１を、下クラッド層６ｂとは別個に設けることにより、基板２に設けられる基板２とが別となる部材を厚くすることができ、互いの熱膨張係数の差に関係なく、クラッド層６および光配線層４全体の実効的な強度を増大することができる。これによって、基板２と光配線層４との間の熱膨張係数の差によって光配線層４が反って変形することを低減し、光配線層４の変形による光伝搬損失の増加を抑制することができる。
【００７５】
また、密着層１１とクラッド層６との一体複合層としての膨張または熱による反り応力を、基板２との熱膨張または熱による反り応力と相殺するように適切に材料選定することにより、基板２とクラッド層６との変形を低減し、これにより光伝搬損失増加を抑制することもできる。
【００７６】
なお、基板２と光配線層４との実効的な熱膨張係数を略一致させた場合には、受光素子８および発光素子９の位置ずれによる結合損失の増大を防止し、光結合効率を一定値とすることができるので、数μｍオーダで必要な実装された受発光素子の結合に対する信頼性を大きく向上することができる。
【００７７】
ここで、熱膨張係数の差が２０ｐｐｍ以内である場合、配線長が１００ｍｍであれば基板２と光配線層４との長さのずれが１００μｍとなるので、２５０μｍピッチで設けている受発光素子のレンズ等の光学素子結合によるクロストークの減少とその光結合効率の確保とが可能となり、さらに５ｐｐｍ以内の場合には、約５０μｍのマルチモードの光配線への直接結合の場合においても結合効率に対する信頼性を確保することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、密着層１１の熱膨張係数が、クラッド層６と同じまたはクラッド層６の熱膨張係数と基板２の熱膨張係数との間に設定されているため、基板２と光配線層４との実効的な熱膨張係数を略一致させることができない場合にも、基板２と光配線層４との熱膨張差による歪みを緩和することができるので、光配線層４の変形を抑制するこことができる。これによって、光配線層４に加えられる応力を緩和することができ、光配線層４内における光導波効率の損失を抑制することができる。
【００７９】
なお、密着層１１は、接着剤によって形成されてもよい。密着層１１を接着剤によって形成することにより、基板２と光配線層４との密着性を向上させることができる。このとき、接着剤として光硬化剤を用いることにより、その硬度を増大させることも効果的である。これによって、光電気複合配線基板１の機械的強度をより向上させることができる。
【００８０】
このような構造とすることにより、クラッド層６の性能劣化の危険性を効果的に回避することができる。
【００８１】
また、コアを５０μｍとする光配線層４を基板２上に直接形成したした場合、波長６００〜１６００ｎｍの光通信帯の伝搬光に対して、数万というモードによる多モード光伝搬が起こる。
【００８２】
ここで、例えば、ＦＲ４によって形成された基板２を光電気複合配線基板１における基板２として用いる場合、銅の電気配線やドリル加工によるスルーホール部での変形あるいはガラスエポキシ樹脂のプレス不均一による厚さ不均一等によって、基板自体が表面に複数の種類の凹凸形状を有していたり、基板表面が光学材料としては粗面であったりする。
【００８３】
高次モードの伝搬損失は、凹凸により生じたクラッド層の応力歪みや変形あるいは損傷等によってさらに増加する。
【００８４】
またさらに、凹凸が５０μｍ以上のホコリ等の異物による場合には，そのホコリによりクラッド層と同時にコア層が極端に変形されるために，光配線の断線も生じる。
【００８５】
これに対して、本実施の形態では、密着層１１の光配線層４側の面が平坦化されているため、光配線層４における光導波損失の増大を抑制することができる。また、密着層１１の光配線層４側の面が平坦化されているため、従来のように、密着層１１を高精度にパターンニングをする必要をなくすことができる。
【００８６】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。特に図示しないが、本実施の形態の光電気複合配線基板１は、図１に示す光電気複合配線基板１と同様の構造を有しており、図１における密着層１１を形成する材料が第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
【００８７】
本実施の形態では、中間層としての密着層１１が、粘弾性材料によって形成されている。粘弾性材料の弾性率は、１０３〜１０７ｄｙｎ／ｃｍ２の範囲に設定されていることが好ましく、１０４〜１０６ｄｙｎ／ｃｍ２の範囲に設定されていることがより好ましい。また、密着層１１の厚さとしては、基板２における光配線層４側の面の凹凸または面粗さの２倍以上にすることが好ましく、１０倍以上であることがより好ましい。なお、本実施の形態の密着層１１における熱膨張係数は、上述の第１の実施の形態の密着層１１を形成する材料と同様に設定されている。
【００８８】
このように本実施の形態では、粘弾性材料によって形成される密着層１１を有しているため、熱膨張係数の調整により光配線層４における実効的な熱膨張係数を変化させることに加えて、光配線層４と基板２との熱膨張差によって発生する応力を粘弾性によって吸収することができる。これにより、基板２や光配線層４の反りや剥離等による光導波損失の増大を防止することができる。
【００８９】
また、密着層１１を粘弾性材料によって形成することにより、光配線層４を含む基板２を手や工具で挟んだ場合にも、挟まれたことによって発生する応力をこの粘弾性体部分によって吸収することができるので、光配線層４を含む基板２を手や工具で挟んだ場合にも挟まれたことによって発生する応力によって基板２や光配線層４の反りや剥離等による光導波損失の増大を防止することができる。
【００９０】
さらに、光配線層４側の面に凹凸がある基板２に対して、粘弾性材料によって形成される密着層１１を介して光配線層４を設けることにより、密着層１１における粘弾性材料が基板２の凹凸を吸収することができる。これによって、光配線層４の凹凸による変形や応力を低減し、光導波損失の増大を低減することができる。
【００９１】
次に、本発明の第３の実施の形態について図２を参照して説明する。
【００９２】
図２は、本発明の第３の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本実施の形態の光電気複合配線基板２０は、基板２の一面側に光配線層４が直接設けられている。本実施の形態の基板２には、光配線層４が設けられる側に図示しない電気配線が設けられている。
【００９３】
光配線層４に対して、基板２とは反対側の面には、保護層としてのオーバーコート層２１が設けられている。オーバーコート層２１において、光配線層４中を伝達されて受光素子８に向かう光が通過する受発部分と、発光素子９で発光した光が光配線層４に向かう発光部分とには、光に対して透明であって光信号の伝達が可能な材料によって形成された窓２２が設けられている。
【００９４】
なお、本実施の形態では、オーバーコート層２１において、受発部分と発光部分とに対して透明であって光信号の伝達が可能な材料によって形成された窓２２を設けるようにしたが、これに限るものではなく、例えば、受発部分と発光部分とにオーバーコート層２１を設けずに空間を確保し、光配線層４に対して発光素子９および受光素子８を露出させることによって形成した窓を設けるようにしてもよい。
【００９５】
また、本実施の形態では、オーバーコート層２１において、受発部分と発光部分とに窓２２を設けるようにしたが、これに限るものではなく、例えば、オーバーコート層２１自体を光に対して透明であって光信号の伝達が可能な材料によって形成するようにしてもよい。
【００９６】
なお、オーバーコート層２１は、窓２２を形成する材料と同じ材質である必要はない。
【００９７】
オーバーコート層２１の厚さとしては、１〜５００μｍが好ましい。特に、オーバーコート層２１の厚さとしては、１０〜２５０μｍがより好ましい。
【００９８】
また、オーバーコート層２１を形成する材料は、１０３〜１０７ｄｙｎ／ｃｍ２に設定された弾性率を有することが好ましく、１０４〜１０６ｄｙｎ／ｃｍ２に設定されていることがより好ましい。
【００９９】
このように、オーバーコート層２１を設けることにより、光配線層４が設けられる部分を厚くすることができ、光配線層４が設けられる部分の機械的な強度を向上させることができるので、外部の衝撃等から光配線層４を保護することができる。
【０１００】
また、オーバーコート層２１を設けることにより、基板２へのドリル加工や周囲の埃等による光配線層４の損傷を防止することができる。なお、オーバーコート層２１を形成する材料としては、基板２と同じもしくは基板２以上の強度を持つ材料が好ましい。
【０１０１】
また、オーバーコート層２１を設けることにより、光電気複合配線基板２０を別部材に対して取り外したり取り付けたりする作業工程で、基板２同士の接触による光配線層４の変形や損傷を防止することができる。また、通常の光電気複合配線基板２０の取り扱いに際して必要とされる慎重さを必要とせずに作業ができるので、作業性の向上を図ることができる。さらに、光電気複合配線基板２０を素手で扱った場合に、水分や油分によって光配線層４が汚染されたり、触ることによる衝撃等によって光配線層４が損傷したりすることを防止することができる。
【０１０２】
ところで、２５０μｍ程度の厚さの光配線層が基板に直接接着されている場合、基板と光配線層との熱膨張係数の違いから光配線層における上クラッド層と下クラッド層との伸びが異なってコア部分にせん断力が加わることで変形もしくは断線が起こることがある。
【０１０３】
また、断線が起こらない場合にも、上クラッド層と下クラッド層との変形後の長さの差によって垂直であった端面に傾きが生じる。例えば、基板の熱膨張係数が２０ｐｐｍ程度に対して光配線層の水平方向の熱膨張係数が１００ｐｐｍ以上であり、基板配線長が１００ｍｍであると、１０度の温度差でも、熱による長さの差は約１００μｍとなる。ここで、例えば、光配線層の厚さが２５０μｍであれば、ｔａｎ−１（１００／２５０）＝２２度の傾きが生じる。光配線層同士の接続，光配線層と図示しない光ファイバとの接続において端面の傾きは，接続損失の大きな原因となる。このような端面の傾きは、光配線層と受光素子および発光素子との光結合での結合損失も増加させる。また、このようなコアとクラッド層との変形によって光配線層の損失増加にもなる。
【０１０４】
これに対し、本実施の形態のように、例えば、ガラスエポキシ材料等のような基板の熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数を有する材料を上クラッド層６ａに積層することにより、熱膨張係数の違いから生じる基板２の歪みを補償して、加熱による上下への光配線層４の反りを防ぐことができる。
【０１０５】
本実施の形態では、上述した第１の実施の形態における密着層１１による熱膨張計数差の緩和とは異なり、光配線層４に対して、基板２とオーバーコート層２１とが上下から同じだけの膨張を与えることにより、光配線層４の上下での光配線層４の歪みを補償することができる。
【０１０６】
このように、上下での歪による非対称性を抑制することにより、光配線層４の端面における傾きのずれを補償することができる。
【０１０７】
なお、本実施の形態における熱膨張係数の略一致とは、熱膨張係数の差が好ましくは１０ｐｐｍ以内であり、より好ましくは５ｐｐｍ以内に設定されていることを意味する。
【０１０８】
基板２とオーバーコート層２１との熱膨張係数を略同一（５ｐｐｍ）とすることにより、例えば、光配線層４の厚さが２５０μｍであれば、ｔａｎ−１（５／２５０）＝１度の傾きずれに抑えることができる。
【０１０９】
通常使われる基板２は、ＦＲ４に代表されるガラス−エポキシ複合材料，ガラス−ポリイミド複合材料，ガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等の限られた材料であるため、熱膨張係数差を抑えるためには基板２と同質材料であることが好ましい。なお、本実施の形態では、コストや汎用性，加工の容易さから、基板２を形成する材料としてはガラスエポキシ複合材料を用い、オーバーコート層２１を形成する材料としては特に好ましいガラスエポキシを用いる。
【０１１０】
さらに、オーバーコート層２１を設けることにより、外部から加えられる衝撃を吸収することができるので、例えば、ドリル等を用いた基板２への加工によって生じるドリル粉やホコリ等による光配線層４の損傷を防止することができる。
【０１１１】
なお、本実施の形態では、オーバーコート層２１を光配線層４の上部に積層するようにしたが、これに限るものではなく、光配線層４全体を封止するようにオーバーコート層２１を設けるようにしてもよい。これによって、吸湿によって光配線層４材料の屈折率が変化することによる影響を除外することができ、光配線層４における光導波効率の長期安定性を図ることができる。
【０１１２】
ところで、フッ素化ポリイミドは、湿度の影響によって、屈折率が１０−３オーダ変化し、０．５％の比屈折率差を生じさせる。このため、湿度の影響により設計値の光導波特性とは異なる光導波特性に変化して、光配線層４による光導波効率の信頼性が低下したり、長期間の吸湿によって光配線層４を形成する材料の劣化をもたらしたりする。このように、湿度による部分的な屈折率変化は，光配線層４が導波する光の損失増大の原因となる。
【０１１３】
これに対し、光配線層４をオーバーコート層２１によって均一に覆うことにより、このような特性変化を防ぐことができる。
【０１１４】
次に、本発明の第４の実施の形態について図３を参照して説明する。図３は，本発明の第４の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。本実施の形態の光電気複合配線基板３０は、図１に示す密着層１１と図２に示すオーバーコート層２１とを備えている。密着層１１とオーバーコート層２１との熱膨張係数差は、１０ｐｐｍ以内に設定されている。
【０１１５】
密着層１１およびオーバーコート層２１は、光配線層４と異なる材料または別プロセスにより作製された層である。密着層１１とオーバーコート層２１とは、構成や材料を必ずしも同一とする必要はない。
【０１１６】
このように、基板２と光配線層４との間に密着層１１を設け、光配線層４において基板２とは反対側にオーバーコート層２１を設けて、光配線層４を上下で狭持することにより、基板２と光配線層４との熱膨張係数の差に起因する基板２の歪みを、密着層１１とオーバーコート層２１とによって上下から抑制することができる。
【０１１７】
また、密着層１１とオーバーコート層２１の熱膨張係数差を１０ｐｐｍ以内とすることで、光配線層４端部における傾きを抑制し、光配線層４同士の接続損失を抑制することができる。
【０１１８】
次に、本発明の第５の実施の形態について図４を参照して説明する。図４は，本発明の第５の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。本実施の形態の光電気複合配線基板４０は、それぞれ複数の層によって構成された中間層４１および保護層４２を備える点が、上述した第３の実施の形態の光電気複合配線基板３０とは異なる。
【０１１９】
図４に示すように、本実施の形態の中間層４１は、歪緩和層４１ａと密着層４１ｂとによって構成されている。
【０１２０】
また、本実施の形態の保護層４２は、オーバーコート層４２ａと耐吸湿層４２ｂとによって構成されている。
【０１２１】
なお、本実施の形態では、各々複数の層によって構成される中間層４１および保護層４２を備える光電気複合配線基板４０としたが、これに限るものではなく、中間層４１あるいは保護層４２のいずれか一方が複数の層によって構成されていてもよい。また、本実施の形態では、各々複数の層によって構成される中間層４１および保護層４２を備える光電気複合配線基板４０としたが、これに限るものではなく、複数の層によって構成される中間層あるいは保護層のいずれか一方を備える光電気複合配線基板であってもよい。
【０１２２】
オーバーコート層４２ａ、耐吸湿層４２ｂ、歪緩和層４１ａおよび密着層４１ｂを形成する材料や各層の厚さは、それぞれの層の性能に応じて適宜調整し、オーバーコート層４２ａ、耐吸湿層４２ｂ、歪緩和層４１ａおよび密着層４１ｂを形成する材料を必ずしも同一の材料としたり、オーバーコート層４２ａ、耐吸湿層４２ｂ、歪緩和層４１ａおよび密着層４１ｂを必ずしも同一の層厚にしたりする必要はない。
【０１２３】
このように、中間層４１や保護層４２をそれぞれ複数の層によって構成することにより、それぞれの効果に最適な材料を選択的に利用できる。また、それぞれの材料に最適なプロセスを選定することができるので、信頼性の高い層を形成することができる。
【０１２４】
次に、本発明の第６の実施の形態について図５を参照して説明する。図５は，本発明の第６の実施の形態の光電気複合配線基板の実施形態を示す図である。図５に示すように、本実施の形態の光電気複合配線基板５０においては、受光素子８および発光素子９を含むマルチチップモジュール３と、光配線層４とが、基板２を間にして互いに反対側に位置するように配置されている。
【０１２５】
基板２には、光配線層４によって光導波される光信号を受光素子８および発光素子９に結合させるために、光を透過させる貫通孔５１が形成されている。
【０１２６】
光配線層４は、マルチチップモジュール３に対して、基板２の反対側に、基板２に対して直接設けられている。そして、この光配線層４に対して基板２と反対側には、保護層としてのオーバーコート層２１が設けられている。
【０１２７】
なお、本実施の形態では、光配線層４に対して基板２の反対側にオーバーコート層２１を設けるようにしたが、これに限るものではなく、基板２に対して光配線層４を密着層を介して設けるようにしてもよい。また、基板２に対して、密着層を介して設けた光配線層４にオーバーコート層を積層してもよい。
【０１２８】
ところで、基板２に対してマルチチップモジュール３を実装するハンダリフロー工程では、光配線層４が設けられた基板２を３００℃まで加熱し、マルチチップモジュール３を実装する必要がある。このハンダリフロー工程においては、従来より、光配線層４を形成する材料と基板２を形成する材料との熱膨張係数差が顕著に表れ、光配線層４における光配線が断線したり光導波損失が増加したりすることがある。
【０１２９】
これに対し、本実施の形態では、マルチチップモジュール３と光配線層４とを基板２を間にして互いに反対側に配置することで、基板２に対するマルチチップモジュール３の実装と、基板２に対する光配線層４の実装とを別プロセスで行うことができるので、マルチチップモジュール３を基板２に実装するために光配線層４に対して発生する種々の悪影響を除外することができる。これによって、マルチチップモジュール３の基板２への実装後に光配線層４を実装することができ、マルチチップモジュール３を基板２へ実装するための加熱工程による光配線層４の劣化を抑制することができる。
【０１３０】
ここで、エポキシ材料は、光導波効率が低損失であるが、ガラス転移点が３００℃以下であるため、従来では、ハンダリフロー工程に際して加えられる熱によって変形してしまうことが懸念されていた。
【０１３１】
これに対し、本実施の形態では、基板２に対するマルチチップモジュール３の実装と、基板２に対する光配線層４の実装とを別プロセスで行うことができるので、例えば、エポキシ材料等のように、ガラス転移点が３００℃以下である材料を用いて光配線層４を形成することができる。これによって、光導波効率が低損失である等、光配線層４を形成する材料としてより適した材料を用いることができ、低損失光導波路をより効果的に実装することができる。
【０１３２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の光電気複合配線基板によれば、基板に対して光配線層を確実に固定するとともに、光配線層が設けられる部分を厚くすることができるので、光電気複合配線基板の機械的強度を向上し、基板に対する光配線層の密着不良による光配線の変形に起因する光導波損失の増大を抑制して、光導波性能の安定性を長期間に亘って確保することができる。
【０１３３】
請求項２記載の発明の光電気複合配線基板によれば、外部からの衝撃等から光配線層を保護するとともに、光配線層が設けられる部分を厚くすることができるので、光電気複合配線基板の機械的強度を向上し、外部からの衝撃による光配線層の変形に起因する光導波損失の増大を抑制して、光導波性能の安定性を長期間に亘って確保することができる。
【０１３４】
請求項３記載の発明の光電気複合配線基板によれば、基板に対して光配線層を確実に固定し、外部からの衝撃等から光配線層を保護するとともに、光配線層が設けられる部分を厚くすることができるので、光電気複合配線基板の機械的強度を向上し、基板に対する光配線層の密着不良による光配線の変形に起因する光導波損失の増大や外部からの衝撃による光配線層の変形に起因する光導波損失の増大を抑制して、光導波性能の安定性を長期間に亘って確保することができる。
【０１３５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、光配線によって導波する光の光導波損失をより低減することができる。
【０１３６】
請求項５記載の発明によれば、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、例えば、基板への光配線層の密着性の向上と基板と光配線層との熱膨張率差の緩和という異なる複数の機能を一層の中間層に付与するためには、この中間層を形成する材料が限定されたりコストアップしたりすることが懸念されるが、それぞれ機能の異なる材料によって形成された複数の層によって構成されている多層構造を有する中間層とすることにより、複数の機能を有する中間層を容易に実現することができるので、光導波損失を抑制し、信頼性の高い光電気複合配線基板を提供することができる。
【０１３７】
請求項６記載の発明によれば、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、光配線層と基板との熱膨張差によって発生する応力を中間層によって吸収することができるので、基板や光配線層の反りや剥離等による光導波損失の増大を防止することができる。
【０１３８】
請求項７記載の発明によれば、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、例えば、ガラス−エポキシ複合材料、ガラス−ポリイミド複合材料あるいはガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等、基板を形成する材料として通常用いられる材料との熱膨張率差を、中間層を形成する材料の選定によって小さくすることができる。
【０１３９】
請求項８記載の発明によれば、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、基板の熱膨張係数と光配線層全体での実効的な熱膨張係数とを一致させることができない場合にも、基板と光配線層との熱膨張差による歪みを緩和することができるので、光配線層に加えられる応力を緩和することができ、光配線による光導波効率の損失を抑制することができる。
【０１４０】
請求項９記載の発明によれば、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、基板の熱膨張係数と光配線層全体での実効的な熱膨張係数とを一致させることができない場合にも、基板と光配線層との熱膨張差による歪みを緩和することができるので、光配線層に加えられる応力を緩和することができ、光配線による光導波効率の損失を抑制することができる。
【０１４１】
請求項１０記載の発明によれば、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、本発明の光電気複合配線基板に対して熱が加えられた場合に、基板を形成する材料と光配線層を形成する材料との熱膨張率差によって変形あるいは破損しようとする光配線層に対して、基板と保護層とによって上下方向（各層の積層方向の両側）から同様に膨張する力を加えることができるので、板を形成する材料に対する熱膨張率差による光配線層の歪みを補償することができる。
【０１４２】
請求項１１記載の発明によれば、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、例えば、光配線層に対する外部衝撃からの保護と基板と光配線層との熱膨張率差による光配線層の変形抑制という異なる複数の機能を一層の保護層に付与するためには、この保護層を形成する材料が限定されたりコストアップしたりすることが懸念されるが、それぞれ機能の異なる材料によって形成された複数の層によって構成されている多層構造を有する保護層とすることにより、複数の機能を有する保護層を容易に実現することができるので、光導波損失を抑制し、信頼性の高い光電気複合配線基板を提供することができる。
【０１４３】
請求項１２記載の発明によれば、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、例えば、光配線層を含む基板を手や工具で挟んだ場合にも、挟まれたことによって発生する応力をこの粘弾性体部分によって吸収することができるので、光配線層を含む基板を手や工具で挟んだ場合にも、挟まれたことによって発生する応力によって基板や光配線層の反りや剥離等による光導波損失の増大を防止することができる。
【０１４４】
請求項１３記載の発明によれば、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、例えば、ガラス−エポキシ複合材料、ガラス−ポリイミド複合材料あるいはガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等、基板を形成する材料として通常用いられる材料との熱膨張率差を、保護層を形成する材料の選定によって小さくすることができる。
【０１４５】
請求項１４記載の発明によれば、請求項１ないし１３のいずれか一に記載の光電気複合配線基板において、光電変換素子を基板に実装する際には、ハンダリフロー工程等によって、基板が高熱に熱せられるが、基板に対して光電変換素子を実装する工程と、基板に対して光配線を実装する工程とを別プロセスによって行い、基板に対して光電変換素子を実装した後に光配線を実装することができるので、基板に対して光電変換素子を実装することによって光配線層が劣化することを防止することができ、また、基板に対して光電変換素子を実装する工程によって基板が加熱される温度よりも低いガラス転移点を有する材料であっても光配線層を形成する材料として用いることができるので、光導波損失の低い材料をガラス転移点に左右されることなく選択することができ、光導波損失をより確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第３の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第４の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の第５の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第６の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。
【図６】従来の光電気複合配線基板の模式的に例示する断面図である。
【符号の説明】
１ 光電気複合配線基板
２ 基板
４ 光配線層
１１ 中間層
２０ 光電気複合配線基板
２１ 保護層
３０ 光電気複合配線基板
４０ 光電気複合配線基板
４１ 中間層
４２ 保護相
５０ 光電気複合配線基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一の基板に対して電気配線と光配線とが設けられた光電気複合配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光電気複合配線基板としては、従来より様々な構造が提案されている。
【０００３】
その一例として、光電気変換素子が設けられた基板上に、高分子で形成された光導波路を形成する光配線の端部に４５度ミラーを設け、発光素子からの光信号を光導波路に結合させたり、光導波路を伝搬してきた光信号を受光素子に結合させたりすることによって、光による高速なデータ通信を行うようにした技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような光電気複合配線基板における光結合方法としては、光導波路と光素子とをマイクロレンズを用いて結合することで光結合効率を高めるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
ここで、従来の光電気複合配線基板の一例として、特許文献１に開示されている光電気複合配線基板について図６を参照して説明する。図６に示す光電気複合配線基板１００は、クラッド層の厚い第１の導波路１０１とクラッド層の薄い第２の導波路１０２とを有している。各導波路１０１，１０２は、クラッド層の間に狭持されるコア層１０３を有している。この光電気複合配線基板１００において、第１の導波路１０１は直接基板１０４に設けられており、第２の導波路１０２は基板１０４との間に設けられたスペーサ１０５を介して間接的に基板１０４に設けられている。特許文献１の技術では、クラッド層の厚さが異なる第１の導波路１０１と第２の導波路１０２とにおいて、基板１０４の厚さ方向における互いのコア層１０３の高さを、基準面に対して一致（近接）させ、第２の導波路１０２にあらかじめ結合された光素子の導波光を第１の導波路１０１の導波光として高い光結合効率で光結合させることができる。
【０００６】
これにより、第１の導波路１０１と第２の導波路１０２とのコア層１０３を互いに近接させることができるので、第２の導波路１０２にあらかじめ結合された光素子の導波光を第１の導波路１０１の導波光として高い光結合効率で光結合させることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４８９４９公報
【特許文献２】
特開２００１−１８５７５２公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の光電気複合配線基板１００では、厚いクラッド層を有する第１の導波路１０１と基板１０４との間にスペーサ１０５が設けられていない。このため、基板１０４に設けられた電気配線によって凹凸が生じていたり、基板１０４にホコリ等の異物が付着していたり、基板１０４自体の厚さが不均一であったりして、基板１０４表面に１〜３００μｍ程度の凹凸または面粗さが存在する場合には、第１の導波路１０１におけるクラッド層が変形または断線してしまうことがある。このような場合、コア層１０３がクラッド層の変形に伴って変形または断線してしまい、結果としてコア層１０３の形状自体が変化したり、導波路１０１全体の形状が変化してしまったりすることがある。
【０００９】
このような光電気複合配線基板１００では、光が導波しなかったり、光が導波したとしてもその導波損失が増大してしまったりするという不具合を生じる。
【００１０】
また、上述したような従来の光電気複合配線基板１００では、結合する複数の導波路１０１，１０２におけるコア層１０３の高さをスペーサ１０５によって調整しているため、スペーサ１０５を必要とする導波路１０２に対応させたスペーサ１０５を設ける必要がある。
【００１１】
スペーサ１０５を設ける部分に対しては、例えば、パターニングを用いることが可能である。この場合、導波路１０２の幅や導波路１０２のピッチは、導波路１０２自体のパターニング精度ではなく、スペーサ１０５のパターニング精度に制約されることとなる。このため、スペーサ１０５自体を導波路と同じ精度でパターニングしなくてはならない。
【００１２】
さらに、この第１の導波路１０１および第２の導波路１０２は、コア層１０３およびクラッド層がともに空気中に露出している。このため、導波路１０１，１０２におけるコア層部分に結露やホコリ等の異物が付着することによる導波損失または結合損失が増大しやすい傾向にある。
【００１３】
また、クラッド層は、機械的な他部品とのわずかな力による接触によって損傷を受けやすい。光導波損失にはクラッド層も大きく影響しているため、導波路１０１，１０２を光配線として用いた場合、クラッド層が損傷していると必要レベルの受光感度よりも受光量が低下して、光信号の伝達を十分に行うことができず、結果として光配線の断線状態になってしまう。このようなことから、光電気複合配線基板１００を手作業でスロットに挿入したりする場合には、手で支えた箇所で光配線が断線されてしまうことが頻繁に生じることになる。
【００１４】
また、基板１０４としてＦＲ４に代表されるガラスとエポキシ複合材料を用い、この基板１０４のスルーホールと導波路のスルーホールを設ける際に、例えば、ドリルで加工する等の一般的な基板１０４の加工方法を用いた場合には、ドリル粉の飛散によってクラッドの損傷が非常に生じやすくなる。
【００１５】
ところで、ガラスエポキシ複合材料によって形成された基板１０４では、水平方向（面方向）の熱膨張係数が２０ｐｐｍ程度である。これに対し、基板１０４と異なる高分子材料であるエポキシ樹脂やアクリル樹脂等を導波路材料として用いた場合、その水平方向の熱膨張係数は１００ｐｐｍ以上である。すなわち、基板１０４としてガラスエポキシ複合材料を用いた場合には、基板配線長が１００ｍｍであれば、１００度の温度差で配線長差は約１ｍｍとなる。
【００１６】
このような配線長差を生じるような熱膨張差は、従来の火炎堆積法による石英基板上の石英光導波路を用いる光通信用の光集積回路基板や、ポリイミド基板上のポリイミド光導波路を用いる５０ｍｍ角以下のマルチチップモジュール（ＭＣＭ）用の光電気複合配線基板とは全く異なるといえるほど大きな熱膨張差である。
【００１７】
このようなことから、従来の光電気複合配線基板１００では、製作プロセス上の熱サイクルまたは電子回路からの発熱によって基板１０４と導波路１０１，１０２とが剥離したり反ったりして、光導波損失の増大が生じやすい。
【００１８】
このため、光配線の光伝搬損失の低下，機械的強度の向上や性能の長期安定性確保が実現できない。
【００１９】
本発明の目的は、光電気複合配線基板の機械的強度を向上し、基板に対する光配線層の密着不良による光配線の変形に起因する光導波損失の増大を抑制して、光導波性能の安定性を長期間に亘って確保することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の光電気複合配線基板は、電気信号を伝達する電気配線が設けられた基板と、前記基板に設けられて光信号を伝達する光配線を有する光配線層と、前記電気配線に対して電気的に接続されて前記光配線が伝達する光信号を光電変換する光電変換素子と、前記基板と前記光配線との間に設けられて前記基板と前記光配線層との密着性を向上させる中間層と、を具備する。
【００２１】
したがって、基板に対して光配線層を確実に固定するとともに、光配線層が設けられる部分を厚くすることができる
請求項２記載の発明の光電気複合配線基板は、電気信号を伝達する電気配線が設けられた基板と、前記基板に設けられて光信号を伝達する光配線を有する光配線層と、前記電気配線に対して電気的に接続されて前記光配線が伝達する光信号を光電変換する光電変換素子と、前記光配線層に対して前記基板とは反対側に設けられて前記光配線層を保護する保護層と、を具備する。
【００２２】
したがって、外部からの衝撃等から光配線層を保護するとともに、光配線層が設けられる部分を厚くすることができる。
【００２３】
請求項３記載の発明の光電気複合配線基板は、電気信号を伝達する電気配線が設けられた基板と、前記基板に設けられて光信号を伝達する光配線を有する光配線層と、前記電気配線に対して電気的に接続されて前記光配線が伝達する光信号を光電変換する光電変換素子と、前記基板と前記光配線との間に設けられて前記基板と前記光配線層との密着性を向上させる中間層と、前記光配線層に対して前記基板とは反対側に設けられて前記光配線層を保護する保護層と、を具備する。
【００２４】
したがって、基板に対して光配線層を確実に固定し、外部からの衝撃等から光配線層を保護するとともに、光配線層が設けられる部分を厚くすることができる。
【００２５】
請求項４記載の発明は、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、前記中間層は、少なくとも前記光配線層側の面が平坦化されている。
【００２６】
したがって、光配線によって導波する光の光導波損失をより低減することができる。
【００２７】
請求項５記載の発明は、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、前記中間層は、それぞれ機能の異なる材料によって形成された複数の層によって構成されている多層構造を有する。
【００２８】
ここで、例えば、基板への光配線層の密着性の向上と基板と光配線層との熱膨張率差の緩和という異なる複数の機能を一層の中間層に付与するためには、この中間層を形成する材料が限定されたりコストアップしたりすることが懸念される。
【００２９】
したがって、複数の機能を有する中間層を容易に実現することができる。
【００３０】
請求項６記載の発明は、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、前記中間層は、粘弾性材料によって形成されている。
【００３１】
したがって、光配線層と基板との熱膨張差によって発生する応力を中間層によって吸収することができる。
【００３２】
請求項７記載の発明は、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、前記中間層は、ガラス布またはガラス不織布と高分子材料との複合材料によって形成されている。
【００３３】
したがって、例えば、ガラス−エポキシ複合材料、ガラス−ポリイミド複合材料あるいはガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等、基板を形成する材料として通常用いられる材料との熱膨張率差を、中間層を形成する材料の選定によって小さくすることができる。
【００３４】
請求項８記載の発明は、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、前記光配線層は、高分子材料によって形成されたコアとこのコアの外側に設けられて前記コアよりも屈折率の高い高分子材料によって形成されたクラッド層とを備え、前記中間層は、前記クラッド層の熱膨張係数と同じに設定された熱膨張係数を有する。
【００３５】
したがって、基板の熱膨張係数と光配線層全体での実効的な熱膨張係数とを一致させることができない場合にも、基板と光配線層との熱膨張差による歪みを緩和することができる。
【００３６】
請求項９記載の発明は、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、前記光配線層は、高分子材料によって形成されたコアとこのコアの外側に設けられて前記コアよりも屈折率の高い高分子材料によって形成されたクラッド層とを備え、前記中間層は、前記基板の熱膨張係数と前記クラッド層の熱膨張係数と間に設定された熱膨張係数を有する。
【００３７】
したがって、基板の熱膨張係数と光配線層全体での実効的な熱膨張係数とを一致させることができない場合にも、基板と光配線層との熱膨張差による歪みを緩和することができる。
【００３８】
請求項１０記載の発明は、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、前記保護層は、前記基板の熱膨張係数と同じ熱膨張係数を有する。
【００３９】
したがって、本発明の光電気複合配線基板に対して熱が加えられた場合に、基板を形成する材料と光配線層を形成する材料との熱膨張率差によって変形あるいは破損しようとする光配線層に対して、基板と保護層とによって上下方向（各層の積層方向の両側）から同様に膨張する力を加えることができる。
【００４０】
請求項１１記載の発明は、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、前記保護層は、それぞれ機能の異なる材料によって形成された複数の層によって構成されている多層構造を有する。
【００４１】
ここで、例えば、光配線層に対する外部衝撃からの保護と基板と光配線層との熱膨張率差による光配線層の変形抑制という異なる複数の機能を一層の保護層に付与するためには、この保護層を形成する材料が限定されたりコストアップしたりすることが懸念される。
【００４２】
したがって、複数の機能を有する保護層を容易に実現することができる。
【００４３】
請求項１２記載の発明は、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、前記保護層は、粘弾性材料によって形成されている。
【００４４】
したがって、例えば、光配線層を含む基板を手や工具で挟んだ場合にも、挟まれたことによって発生する応力をこの粘弾性体部分によって吸収することができる。
【００４５】
請求項１３記載の発明は、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、前記保護層は、ガラス布またはガラス不織布と高分子材料との複合材料によって形成されている。
【００４６】
したがって、例えば、ガラス−エポキシ複合材料、ガラス−ポリイミド複合材料あるいはガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等、基板を形成する材料として通常用いられる材料との熱膨張率差を、保護層を形成する材料の選定によって小さくすることができる。
【００４７】
請求項１４記載の発明は、請求項１ないし１３のいずれか一に記載の光電気複合配線基板において、前記光電変換素子と前記光配線とは、前記基板を間にして反対側に設けられている。
【００４８】
ここで、光電変換素子を基板に実装する際には、ハンダリフロー工程等によって、基板が高熱に熱せられる。
【００４９】
したがって、基板に対して光電変換素子を実装する工程と、基板に対して光配線を実装する工程とを別プロセスによって行い、基板に対して光電変換素子を実装した後に光配線を実装することができる。また、基板に対して光電変換素子を実装する工程によって基板が加熱される温度よりも低いガラス転移点を有する材料であっても光配線層を形成する材料として用いることができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態について図１を参照して説明する。本実施の形態は、光電気複合配線基板への適用例を示す。
【００５１】
図１は、本発明の第１の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態の光電気複合配線基板１は、基板２と、集積回路を組み合わせたマルチチップモジュール３とを備えている。
【００５２】
基板２の一面側には、図示しない電気配線が設けられている。基板２を形成する材料は、一般用途としての電子基板としては、例えば、ＦＲ４に代表されるガラス−エポキシ複合材料、ガラス−ポリイミド複合材料、ガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等を挙げることが可能である。実用上、低損失性、製造容易性、材料コスト等の観点から、基板２を形成する材料としては限られている。
【００５３】
また、基板２を形成する材料としては、例えば、基幹光通信用途として用いられる石英導波路基板等を用いることも可能である。
【００５４】
基板２の一面側には、光配線層４が設けられている。光配線層４は、高分子材料で形成されているコア５と、このコア５を狭持してコア５よりも屈折率が低い高分子材料で形成されている一対のクラッド層６（６ａ，６ｂ）とによって構成されている。一対のクラッド層６のうち、上クラッド層６ａはコア５に対して基板２とは反対側に設けられており、下クラッド層６ｂはコア５と基板２との間に設けられている。本実施の形態では、光配線層４を構成するコア５および上下クラッド層６ａ，６ｂによって光配線（光導波路）が実現されている。公知の技術であるため説明を省略するが、光配線は、光信号を伝達する機能を果たす。本実施の形態のコア５は、長さ５０μｍの光配線を形成した場合に、波長６００〜１６００ｎｍの光通信帯の伝搬光に対して、数万というモードによる多モード光伝搬を生じる。
【００５５】
このような光配線（光導波路）を形成する一般的な材料としては、例えば、エポキシ材料、アクリル材料、ポリフェノールオキシド材料、ポリイミド材料等を挙げることが可能である。これらの材料の多くは、１００ｐｐｍ以上の熱膨張係数を有している。
【００５６】
光配線層４の一端部には、結合素子７が設けられている。結合素子７は、マルチチップモジュール３が備える受光素子８に対して光配線層４が伝達する光信号を高効率で受光させたり、マルチチップモジュール３が備える発光素子９から出力された光信号を光配線層４に高効率で結合させたりするための素子である。
【００５７】
マルチチップモジュール３は、基板２の一面側に設けられている。本実施の形態のマルチチップモジュール３は、基板に対して、光配線層４が設けられている側と同じ側に設けられている。詳細は特に図示しないが、このマルチチップモジュール３は、少なくともひとつの光電気変換素子と、この光電気変換素子を駆動する電子集積回路とを含んでおり、光配線層４に対向する側の面には発光素子９と受光素子８とが設けられている。公知の技術であるため説明を省略するが、光電気変換素子は、電圧を印加している半導体等によって形成され、光を照射することで、光子が電子と正孔を形成する、もしくは、電子と正孔との再結合により光子を生成する電子素子である。本実施の形態の光電気変換素子は、フォトダイオードや半導体レーザ等のように、光を照射すると電流が流れる、あるいは、電流を流すと光を発生する電子素子を対象としている。本実施の形態では、発光素子９として面発光レーザが用いられている。なお、発光素子９としては、面発光レーザに限るものではなく、通常の半導体レーザダイオードや発光ダイオードを用いることも可能である。また、本実施の形態では、受光素子８としてフォトダイオードが用いられている。
【００５８】
マルチチップモジュール３は、電子集積回路によって、光配線層４を介して伝達されて受光素子８で受光した光信号を電気配線に伝達したり、発光素子９を発光させたりする。
【００５９】
マルチチップモジュール３は、基板２に設けられた電気配線に対してハンダバンプ１０によって電気的に結合されている。これによってマルチチップモジュール３に対して電力供給がなされる。
【００６０】
本実施の形態の光電気複合配線基板１では、光配線層４と基板２との間に、中間層としての密着層１１が設けられている。密着層１１の厚さとしては，１〜５００μｍが好ましく、より好ましくは１０〜２５０μｍである。密着層１１の熱膨張係数としては、クラッド層６と同じ熱膨張係数またはクラッド層６の熱膨張係数と基板２の熱膨張係数との間に設定されていることが好ましい。
【００６１】
密着層１１は、上クラッド層６ａあるいは下クラッド層６ｂとは異なる材料によって形成された層である。
【００６２】
ここで、異なる材料とは、上クラッド層６ａおよび下クラッド層６ｂとは物質的に異なる材料、あるいは、同じ材料であっても性質を特化した材料によって形成されている層であることを意味する。
【００６３】
密着層１１は、光配線層４の上側または下側のどちらか一方に設けられていてもよいし、両側に設けられていてもよい。この密着層１１は、光配線層４の一部に設けるのではなく、同一面内において光配線層４が設けられる領域全域に亘って設けられていることが好ましい。
【００６４】
密着層１１は、光配線層４が設けられる領域全域に亘ってその平面が平坦化されるように設けられている。密着層１１の光配線層４側の面は、基板２における光配線層４側の面の凹凸または面粗さを１／２以下とするように平坦化されていることが好ましい。特に、密着層１１の光配線層４側の面は、基板２における光配線層４側の面の凹凸または面粗さを１／１０以下とするように平坦化されていることが好ましい。
【００６５】
そして、光配線層４が設けられる領域全域に亘ってこのような密着層１１を設けることにより、特に、高分子とガラスとから形成される基板２に対して、この基板２と光配線層４との間での熱膨張係数差を光配線層４が設けられる領域全域に亘って小さくすることができる。
【００６６】
密着層１１を形成する材料としては、密着層１１とクラッド層６とを一体化した場合の該層の膨張や熱による反り応力を、基板２の熱膨張または熱による反り応力によって相殺するような材料を選定することが好ましい。
【００６７】
なお、本実施の形態では、光配線層４と基板２との間に密着層１１を設けるようにしたが、これに限るものではなく、密着層１１は、光配線層４の少なくとも一方の側に設けられていればよい。
【００６８】
ところで、一般的なガラス−エポキシ材料を用いて基板２を形成した場合、この基板２の熱膨張係数は１５−２０ｐｐｍである。この基板２に対し、光配線層４を形成する高分子材料の熱膨張係数は、基板２の面方向における熱膨張係数が１００ｐｐｍ以上となる。この場合、１００度の温度差がある場合、１００ｍｍの長さの基板配線では約１ｍｍ膨張する。
【００６９】
すなわち、基板２を形成する材料と光配線層４を形成する材料との熱膨張係数差が不適切である場合には、反りが生じたり、また、反りが生じないとしても基板２と光配線層４とが剥離したり基板２に実装された受光素子８および発光素子９と光配線層４の結合素子７との間に位置ずれが生じたりして、結果として光配線層４における光配線の断線が生じてしまうことがある。
【００７０】
このようなことから、基板２と光配線層４とは、同じ材料もしくは同じ熱膨張係数を有する材料を用いて形成することが好ましい。
【００７１】
基板２と光配線層４との実効的な熱膨張係数を略一致させた場合、基板２と光配線層４とが剥離せず反りが生じなければ、受光素子８や発光素子９の位置ずれによる結合損失の増大を防止し，光結合効率を一定値とすることができる。ここで、略一致とは、熱膨張係数の差が好ましくは１０ｐｐｍ以内であり，より好ましくは５ｐｐｍ以内である。
【００７２】
しかしながら、光配線層４を形成する材料は低損失性，製造容易性，材料コスト等の点から、実際に用いることができる材料が限定されてしまう。
【００７３】
また、基板２を形成する材料としても、上述したように、基幹光通信用途としては石英導波路基板が用いられているが、一般用途としての電子基板は、例えば、ＦＲ４に代表されるガラス−エポキシ複合材料，ガラス−ポリイミド複合材料，ガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等に限定されてしまう。
【００７４】
これに対し、本実施の形態では、下クラッド層６ｂに密着した密着層１１を、下クラッド層６ｂとは別個に設けることにより、基板２に設けられる基板２とが別となる部材を厚くすることができ、互いの熱膨張係数の差に関係なく、クラッド層６および光配線層４全体の実効的な強度を増大することができる。これによって、基板２と光配線層４との間の熱膨張係数の差によって光配線層４が反って変形することを低減し、光配線層４の変形による光伝搬損失の増加を抑制することができる。
【００７５】
また、密着層１１とクラッド層６との一体複合層としての膨張または熱による反り応力を、基板２との熱膨張または熱による反り応力と相殺するように適切に材料選定することにより、基板２とクラッド層６との変形を低減し、これにより光伝搬損失増加を抑制することもできる。
【００７６】
なお、基板２と光配線層４との実効的な熱膨張係数を略一致させた場合には、受光素子８および発光素子９の位置ずれによる結合損失の増大を防止し、光結合効率を一定値とすることができるので、数μｍオーダで必要な実装された受発光素子の結合に対する信頼性を大きく向上することができる。
【００７７】
ここで、熱膨張係数の差が２０ｐｐｍ以内である場合、配線長が１００ｍｍであれば基板２と光配線層４との長さのずれが１００μｍとなるので、２５０μｍピッチで設けている受発光素子のレンズ等の光学素子結合によるクロストークの減少とその光結合効率の確保とが可能となり、さらに５ｐｐｍ以内の場合には、約５０μｍのマルチモードの光配線への直接結合の場合においても結合効率に対する信頼性を確保することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、密着層１１の熱膨張係数が、クラッド層６と同じまたはクラッド層６の熱膨張係数と基板２の熱膨張係数との間に設定されているため、基板２と光配線層４との実効的な熱膨張係数を略一致させることができない場合にも、基板２と光配線層４との熱膨張差による歪みを緩和することができるので、光配線層４の変形を抑制するこことができる。これによって、光配線層４に加えられる応力を緩和することができ、光配線層４内における光導波効率の損失を抑制することができる。
【００７９】
なお、密着層１１は、接着剤によって形成されてもよい。密着層１１を接着剤によって形成することにより、基板２と光配線層４との密着性を向上させることができる。このとき、接着剤として光硬化剤を用いることにより、その硬度を増大させることも効果的である。これによって、光電気複合配線基板１の機械的強度をより向上させることができる。
【００８０】
このような構造とすることにより、クラッド層６の性能劣化の危険性を効果的に回避することができる。
【００８１】
また、コアを５０μｍとする光配線層４を基板２上に直接形成したした場合、波長６００〜１６００ｎｍの光通信帯の伝搬光に対して、数万というモードによる多モード光伝搬が起こる。
【００８２】
ここで、例えば、ＦＲ４によって形成された基板２を光電気複合配線基板１における基板２として用いる場合、銅の電気配線やドリル加工によるスルーホール部での変形あるいはガラスエポキシ樹脂のプレス不均一による厚さ不均一等によって、基板自体が表面に複数の種類の凹凸形状を有していたり、基板表面が光学材料としては粗面であったりする。
【００８３】
高次モードの伝搬損失は、凹凸により生じたクラッド層の応力歪みや変形あるいは損傷等によってさらに増加する。
【００８４】
またさらに、凹凸が５０μｍ以上のホコリ等の異物による場合には，そのホコリによりクラッド層と同時にコア層が極端に変形されるために，光配線の断線も生じる。
【００８５】
これに対して、本実施の形態では、密着層１１の光配線層４側の面が平坦化されているため、光配線層４における光導波損失の増大を抑制することができる。また、密着層１１の光配線層４側の面が平坦化されているため、従来のように、密着層１１を高精度にパターンニングをする必要をなくすことができる。
【００８６】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。特に図示しないが、本実施の形態の光電気複合配線基板１は、図１に示す光電気複合配線基板１と同様の構造を有しており、図１における密着層１１を形成する材料が第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
【００８７】
本実施の形態では、中間層としての密着層１１が、粘弾性材料によって形成されている。粘弾性材料の弾性率は、１０３〜１０７ｄｙｎ／ｃｍ２の範囲に設定されていることが好ましく、１０４〜１０６ｄｙｎ／ｃｍ２の範囲に設定されていることがより好ましい。また、密着層１１の厚さとしては、基板２における光配線層４側の面の凹凸または面粗さの２倍以上にすることが好ましく、１０倍以上であることがより好ましい。なお、本実施の形態の密着層１１における熱膨張係数は、上述の第１の実施の形態の密着層１１を形成する材料と同様に設定されている。
【００８８】
このように本実施の形態では、粘弾性材料によって形成される密着層１１を有しているため、熱膨張係数の調整により光配線層４における実効的な熱膨張係数を変化させることに加えて、光配線層４と基板２との熱膨張差によって発生する応力を粘弾性によって吸収することができる。これにより、基板２や光配線層４の反りや剥離等による光導波損失の増大を防止することができる。
【００８９】
また、密着層１１を粘弾性材料によって形成することにより、光配線層４を含む基板２を手や工具で挟んだ場合にも、挟まれたことによって発生する応力をこの粘弾性体部分によって吸収することができるので、光配線層４を含む基板２を手や工具で挟んだ場合にも挟まれたことによって発生する応力によって基板２や光配線層４の反りや剥離等による光導波損失の増大を防止することができる。
【００９０】
さらに、光配線層４側の面に凹凸がある基板２に対して、粘弾性材料によって形成される密着層１１を介して光配線層４を設けることにより、密着層１１における粘弾性材料が基板２の凹凸を吸収することができる。これによって、光配線層４の凹凸による変形や応力を低減し、光導波損失の増大を低減することができる。
【００９１】
次に、本発明の第３の実施の形態について図２を参照して説明する。
【００９２】
図２は、本発明の第３の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本実施の形態の光電気複合配線基板２０は、基板２の一面側に光配線層４が直接設けられている。本実施の形態の基板２には、光配線層４が設けられる側に図示しない電気配線が設けられている。
【００９３】
光配線層４に対して、基板２とは反対側の面には、保護層としてのオーバーコート層２１が設けられている。オーバーコート層２１において、光配線層４中を伝達されて受光素子８に向かう光が通過する受発部分と、発光素子９で発光した光が光配線層４に向かう発光部分とには、光に対して透明であって光信号の伝達が可能な材料によって形成された窓２２が設けられている。
【００９４】
なお、本実施の形態では、オーバーコート層２１において、受発部分と発光部分とに対して透明であって光信号の伝達が可能な材料によって形成された窓２２を設けるようにしたが、これに限るものではなく、例えば、受発部分と発光部分とにオーバーコート層２１を設けずに空間を確保し、光配線層４に対して発光素子９および受光素子８を露出させることによって形成した窓を設けるようにしてもよい。
【００９５】
また、本実施の形態では、オーバーコート層２１において、受発部分と発光部分とに窓２２を設けるようにしたが、これに限るものではなく、例えば、オーバーコート層２１自体を光に対して透明であって光信号の伝達が可能な材料によって形成するようにしてもよい。
【００９６】
なお、オーバーコート層２１は、窓２２を形成する材料と同じ材質である必要はない。
【００９７】
オーバーコート層２１の厚さとしては、１〜５００μｍが好ましい。特に、オーバーコート層２１の厚さとしては、１０〜２５０μｍがより好ましい。
【００９８】
また、オーバーコート層２１を形成する材料は、１０３〜１０７ｄｙｎ／ｃｍ２に設定された弾性率を有することが好ましく、１０４〜１０６ｄｙｎ／ｃｍ２に設定されていることがより好ましい。
【００９９】
このように、オーバーコート層２１を設けることにより、光配線層４が設けられる部分を厚くすることができ、光配線層４が設けられる部分の機械的な強度を向上させることができるので、外部の衝撃等から光配線層４を保護することができる。
【０１００】
また、オーバーコート層２１を設けることにより、基板２へのドリル加工や周囲の埃等による光配線層４の損傷を防止することができる。なお、オーバーコート層２１を形成する材料としては、基板２と同じもしくは基板２以上の強度を持つ材料が好ましい。
【０１０１】
また、オーバーコート層２１を設けることにより、光電気複合配線基板２０を別部材に対して取り外したり取り付けたりする作業工程で、基板２同士の接触による光配線層４の変形や損傷を防止することができる。また、通常の光電気複合配線基板２０の取り扱いに際して必要とされる慎重さを必要とせずに作業ができるので、作業性の向上を図ることができる。さらに、光電気複合配線基板２０を素手で扱った場合に、水分や油分によって光配線層４が汚染されたり、触ることによる衝撃等によって光配線層４が損傷したりすることを防止することができる。
【０１０２】
ところで、２５０μｍ程度の厚さの光配線層が基板に直接接着されている場合、基板と光配線層との熱膨張係数の違いから光配線層における上クラッド層と下クラッド層との伸びが異なってコア部分にせん断力が加わることで変形もしくは断線が起こることがある。
【０１０３】
また、断線が起こらない場合にも、上クラッド層と下クラッド層との変形後の長さの差によって垂直であった端面に傾きが生じる。例えば、基板の熱膨張係数が２０ｐｐｍ程度に対して光配線層の水平方向の熱膨張係数が１００ｐｐｍ以上であり、基板配線長が１００ｍｍであると、１０度の温度差でも、熱による長さの差は約１００μｍとなる。ここで、例えば、光配線層の厚さが２５０μｍであれば、ｔａｎ−１（１００／２５０）＝２２度の傾きが生じる。光配線層同士の接続，光配線層と図示しない光ファイバとの接続において端面の傾きは，接続損失の大きな原因となる。このような端面の傾きは、光配線層と受光素子および発光素子との光結合での結合損失も増加させる。また、このようなコアとクラッド層との変形によって光配線層の損失増加にもなる。
【０１０４】
これに対し、本実施の形態のように、例えば、ガラスエポキシ材料等のような基板の熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数を有する材料を上クラッド層６ａに積層することにより、熱膨張係数の違いから生じる基板２の歪みを補償して、加熱による上下への光配線層４の反りを防ぐことができる。
【０１０５】
本実施の形態では、上述した第１の実施の形態における密着層１１による熱膨張計数差の緩和とは異なり、光配線層４に対して、基板２とオーバーコート層２１とが上下から同じだけの膨張を与えることにより、光配線層４の上下での光配線層４の歪みを補償することができる。
【０１０６】
このように、上下での歪による非対称性を抑制することにより、光配線層４の端面における傾きのずれを補償することができる。
【０１０７】
なお、本実施の形態における熱膨張係数の略一致とは、熱膨張係数の差が好ましくは１０ｐｐｍ以内であり、より好ましくは５ｐｐｍ以内に設定されていることを意味する。
【０１０８】
基板２とオーバーコート層２１との熱膨張係数を略同一（５ｐｐｍ）とすることにより、例えば、光配線層４の厚さが２５０μｍであれば、ｔａｎ−１（５／２５０）＝１度の傾きずれに抑えることができる。
【０１０９】
通常使われる基板２は、ＦＲ４に代表されるガラス−エポキシ複合材料，ガラス−ポリイミド複合材料，ガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等の限られた材料であるため、熱膨張係数差を抑えるためには基板２と同質材料であることが好ましい。なお、本実施の形態では、コストや汎用性，加工の容易さから、基板２を形成する材料としてはガラスエポキシ複合材料を用い、オーバーコート層２１を形成する材料としては特に好ましいガラスエポキシを用いる。
【０１１０】
さらに、オーバーコート層２１を設けることにより、外部から加えられる衝撃を吸収することができるので、例えば、ドリル等を用いた基板２への加工によって生じるドリル粉やホコリ等による光配線層４の損傷を防止することができる。
【０１１１】
なお、本実施の形態では、オーバーコート層２１を光配線層４の上部に積層するようにしたが、これに限るものではなく、光配線層４全体を封止するようにオーバーコート層２１を設けるようにしてもよい。これによって、吸湿によって光配線層４材料の屈折率が変化することによる影響を除外することができ、光配線層４における光導波効率の長期安定性を図ることができる。
【０１１２】
ところで、フッ素化ポリイミドは、湿度の影響によって、屈折率が１０−３オーダ変化し、０．５％の比屈折率差を生じさせる。このため、湿度の影響により設計値の光導波特性とは異なる光導波特性に変化して、光配線層４による光導波効率の信頼性が低下したり、長期間の吸湿によって光配線層４を形成する材料の劣化をもたらしたりする。このように、湿度による部分的な屈折率変化は，光配線層４が導波する光の損失増大の原因となる。
【０１１３】
これに対し、光配線層４をオーバーコート層２１によって均一に覆うことにより、このような特性変化を防ぐことができる。
【０１１４】
次に、本発明の第４の実施の形態について図３を参照して説明する。図３は，本発明の第４の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。本実施の形態の光電気複合配線基板３０は、図１に示す密着層１１と図２に示すオーバーコート層２１とを備えている。密着層１１とオーバーコート層２１との熱膨張係数差は、１０ｐｐｍ以内に設定されている。
【０１１５】
密着層１１およびオーバーコート層２１は、光配線層４と異なる材料または別プロセスにより作製された層である。密着層１１とオーバーコート層２１とは、構成や材料を必ずしも同一とする必要はない。
【０１１６】
このように、基板２と光配線層４との間に密着層１１を設け、光配線層４において基板２とは反対側にオーバーコート層２１を設けて、光配線層４を上下で狭持することにより、基板２と光配線層４との熱膨張係数の差に起因する基板２の歪みを、密着層１１とオーバーコート層２１とによって上下から抑制することができる。
【０１１７】
また、密着層１１とオーバーコート層２１の熱膨張係数差を１０ｐｐｍ以内とすることで、光配線層４端部における傾きを抑制し、光配線層４同士の接続損失を抑制することができる。
【０１１８】
次に、本発明の第５の実施の形態について図４を参照して説明する。図４は，本発明の第５の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。本実施の形態の光電気複合配線基板４０は、それぞれ複数の層によって構成された中間層４１および保護層４２を備える点が、上述した第３の実施の形態の光電気複合配線基板３０とは異なる。
【０１１９】
図４に示すように、本実施の形態の中間層４１は、歪緩和層４１ａと密着層４１ｂとによって構成されている。
【０１２０】
また、本実施の形態の保護層４２は、オーバーコート層４２ａと耐吸湿層４２ｂとによって構成されている。
【０１２１】
なお、本実施の形態では、各々複数の層によって構成される中間層４１および保護層４２を備える光電気複合配線基板４０としたが、これに限るものではなく、中間層４１あるいは保護層４２のいずれか一方が複数の層によって構成されていてもよい。また、本実施の形態では、各々複数の層によって構成される中間層４１および保護層４２を備える光電気複合配線基板４０としたが、これに限るものではなく、複数の層によって構成される中間層あるいは保護層のいずれか一方を備える光電気複合配線基板であってもよい。
【０１２２】
オーバーコート層４２ａ、耐吸湿層４２ｂ、歪緩和層４１ａおよび密着層４１ｂを形成する材料や各層の厚さは、それぞれの層の性能に応じて適宜調整し、オーバーコート層４２ａ、耐吸湿層４２ｂ、歪緩和層４１ａおよび密着層４１ｂを形成する材料を必ずしも同一の材料としたり、オーバーコート層４２ａ、耐吸湿層４２ｂ、歪緩和層４１ａおよび密着層４１ｂを必ずしも同一の層厚にしたりする必要はない。
【０１２３】
このように、中間層４１や保護層４２をそれぞれ複数の層によって構成することにより、それぞれの効果に最適な材料を選択的に利用できる。また、それぞれの材料に最適なプロセスを選定することができるので、信頼性の高い層を形成することができる。
【０１２４】
次に、本発明の第６の実施の形態について図５を参照して説明する。図５は，本発明の第６の実施の形態の光電気複合配線基板の実施形態を示す図である。図５に示すように、本実施の形態の光電気複合配線基板５０においては、受光素子８および発光素子９を含むマルチチップモジュール３と、光配線層４とが、基板２を間にして互いに反対側に位置するように配置されている。
【０１２５】
基板２には、光配線層４によって光導波される光信号を受光素子８および発光素子９に結合させるために、光を透過させる貫通孔５１が形成されている。
【０１２６】
光配線層４は、マルチチップモジュール３に対して、基板２の反対側に、基板２に対して直接設けられている。そして、この光配線層４に対して基板２と反対側には、保護層としてのオーバーコート層２１が設けられている。
【０１２７】
なお、本実施の形態では、光配線層４に対して基板２の反対側にオーバーコート層２１を設けるようにしたが、これに限るものではなく、基板２に対して光配線層４を密着層を介して設けるようにしてもよい。また、基板２に対して、密着層を介して設けた光配線層４にオーバーコート層を積層してもよい。
【０１２８】
ところで、基板２に対してマルチチップモジュール３を実装するハンダリフロー工程では、光配線層４が設けられた基板２を３００℃まで加熱し、マルチチップモジュール３を実装する必要がある。このハンダリフロー工程においては、従来より、光配線層４を形成する材料と基板２を形成する材料との熱膨張係数差が顕著に表れ、光配線層４における光配線が断線したり光導波損失が増加したりすることがある。
【０１２９】
これに対し、本実施の形態では、マルチチップモジュール３と光配線層４とを基板２を間にして互いに反対側に配置することで、基板２に対するマルチチップモジュール３の実装と、基板２に対する光配線層４の実装とを別プロセスで行うことができるので、マルチチップモジュール３を基板２に実装するために光配線層４に対して発生する種々の悪影響を除外することができる。これによって、マルチチップモジュール３の基板２への実装後に光配線層４を実装することができ、マルチチップモジュール３を基板２へ実装するための加熱工程による光配線層４の劣化を抑制することができる。
【０１３０】
ここで、エポキシ材料は、光導波効率が低損失であるが、ガラス転移点が３００℃以下であるため、従来では、ハンダリフロー工程に際して加えられる熱によって変形してしまうことが懸念されていた。
【０１３１】
これに対し、本実施の形態では、基板２に対するマルチチップモジュール３の実装と、基板２に対する光配線層４の実装とを別プロセスで行うことができるので、例えば、エポキシ材料等のように、ガラス転移点が３００℃以下である材料を用いて光配線層４を形成することができる。これによって、光導波効率が低損失である等、光配線層４を形成する材料としてより適した材料を用いることができ、低損失光導波路をより効果的に実装することができる。
【０１３２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の光電気複合配線基板によれば、基板に対して光配線層を確実に固定するとともに、光配線層が設けられる部分を厚くすることができるので、光電気複合配線基板の機械的強度を向上し、基板に対する光配線層の密着不良による光配線の変形に起因する光導波損失の増大を抑制して、光導波性能の安定性を長期間に亘って確保することができる。
【０１３３】
請求項２記載の発明の光電気複合配線基板によれば、外部からの衝撃等から光配線層を保護するとともに、光配線層が設けられる部分を厚くすることができるので、光電気複合配線基板の機械的強度を向上し、外部からの衝撃による光配線層の変形に起因する光導波損失の増大を抑制して、光導波性能の安定性を長期間に亘って確保することができる。
【０１３４】
請求項３記載の発明の光電気複合配線基板によれば、基板に対して光配線層を確実に固定し、外部からの衝撃等から光配線層を保護するとともに、光配線層が設けられる部分を厚くすることができるので、光電気複合配線基板の機械的強度を向上し、基板に対する光配線層の密着不良による光配線の変形に起因する光導波損失の増大や外部からの衝撃による光配線層の変形に起因する光導波損失の増大を抑制して、光導波性能の安定性を長期間に亘って確保することができる。
【０１３５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、光配線によって導波する光の光導波損失をより低減することができる。
【０１３６】
請求項５記載の発明によれば、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、例えば、基板への光配線層の密着性の向上と基板と光配線層との熱膨張率差の緩和という異なる複数の機能を一層の中間層に付与するためには、この中間層を形成する材料が限定されたりコストアップしたりすることが懸念されるが、それぞれ機能の異なる材料によって形成された複数の層によって構成されている多層構造を有する中間層とすることにより、複数の機能を有する中間層を容易に実現することができるので、光導波損失を抑制し、信頼性の高い光電気複合配線基板を提供することができる。
【０１３７】
請求項６記載の発明によれば、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、光配線層と基板との熱膨張差によって発生する応力を中間層によって吸収することができるので、基板や光配線層の反りや剥離等による光導波損失の増大を防止することができる。
【０１３８】
請求項７記載の発明によれば、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、例えば、ガラス−エポキシ複合材料、ガラス−ポリイミド複合材料あるいはガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等、基板を形成する材料として通常用いられる材料との熱膨張率差を、中間層を形成する材料の選定によって小さくすることができる。
【０１３９】
請求項８記載の発明によれば、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、基板の熱膨張係数と光配線層全体での実効的な熱膨張係数とを一致させることができない場合にも、基板と光配線層との熱膨張差による歪みを緩和することができるので、光配線層に加えられる応力を緩和することができ、光配線による光導波効率の損失を抑制することができる。
【０１４０】
請求項９記載の発明によれば、請求項１または３記載の光電気複合配線基板において、基板の熱膨張係数と光配線層全体での実効的な熱膨張係数とを一致させることができない場合にも、基板と光配線層との熱膨張差による歪みを緩和することができるので、光配線層に加えられる応力を緩和することができ、光配線による光導波効率の損失を抑制することができる。
【０１４１】
請求項１０記載の発明によれば、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、本発明の光電気複合配線基板に対して熱が加えられた場合に、基板を形成する材料と光配線層を形成する材料との熱膨張率差によって変形あるいは破損しようとする光配線層に対して、基板と保護層とによって上下方向（各層の積層方向の両側）から同様に膨張する力を加えることができるので、板を形成する材料に対する熱膨張率差による光配線層の歪みを補償することができる。
【０１４２】
請求項１１記載の発明によれば、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、例えば、光配線層に対する外部衝撃からの保護と基板と光配線層との熱膨張率差による光配線層の変形抑制という異なる複数の機能を一層の保護層に付与するためには、この保護層を形成する材料が限定されたりコストアップしたりすることが懸念されるが、それぞれ機能の異なる材料によって形成された複数の層によって構成されている多層構造を有する保護層とすることにより、複数の機能を有する保護層を容易に実現することができるので、光導波損失を抑制し、信頼性の高い光電気複合配線基板を提供することができる。
【０１４３】
請求項１２記載の発明によれば、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、例えば、光配線層を含む基板を手や工具で挟んだ場合にも、挟まれたことによって発生する応力をこの粘弾性体部分によって吸収することができるので、光配線層を含む基板を手や工具で挟んだ場合にも、挟まれたことによって発生する応力によって基板や光配線層の反りや剥離等による光導波損失の増大を防止することができる。
【０１４４】
請求項１３記載の発明によれば、請求項２または３記載の光電気複合配線基板において、例えば、ガラス−エポキシ複合材料、ガラス−ポリイミド複合材料あるいはガラス−ポリフェノールオキシド複合材料等、基板を形成する材料として通常用いられる材料との熱膨張率差を、保護層を形成する材料の選定によって小さくすることができる。
【０１４５】
請求項１４記載の発明によれば、請求項１ないし１３のいずれか一に記載の光電気複合配線基板において、光電変換素子を基板に実装する際には、ハンダリフロー工程等によって、基板が高熱に熱せられるが、基板に対して光電変換素子を実装する工程と、基板に対して光配線を実装する工程とを別プロセスによって行い、基板に対して光電変換素子を実装した後に光配線を実装することができるので、基板に対して光電変換素子を実装することによって光配線層が劣化することを防止することができ、また、基板に対して光電変換素子を実装する工程によって基板が加熱される温度よりも低いガラス転移点を有する材料であっても光配線層を形成する材料として用いることができるので、光導波損失の低い材料をガラス転移点に左右されることなく選択することができ、光導波損失をより確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第３の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第４の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の第５の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第６の実施の形態の光電気複合配線基板を模式的に示す断面図である。
【図６】従来の光電気複合配線基板の模式的に例示する断面図である。
【符号の説明】
１ 光電気複合配線基板
２ 基板
４ 光配線層
１１ 中間層
２０ 光電気複合配線基板
２１ 保護層
３０ 光電気複合配線基板
４０ 光電気複合配線基板
４１ 中間層
４２ 保護相
５０ 光電気複合配線基板
Claims (14)
- 電気信号を伝達する電気配線が設けられた基板と、
前記基板に設けられて光信号を伝達する光配線を有する光配線層と、
前記電気配線に対して電気的に接続されて前記光配線が伝達する光信号を光電変換する光電変換素子と、
前記基板と前記光配線との間に設けられて前記基板と前記光配線層との密着性を向上させる中間層と、
を具備する光電気複合配線基板。 - 電気信号を伝達する電気配線が設けられた基板と、
前記基板に設けられて光信号を伝達する光配線を有する光配線層と、
前記電気配線に対して電気的に接続されて前記光配線が伝達する光信号を光電変換する光電変換素子と、
前記光配線層に対して前記基板とは反対側に設けられて前記光配線層を保護する保護層と、
を具備する光電気複合配線基板。 - 電気信号を伝達する電気配線が設けられた基板と、
前記基板に設けられて光信号を伝達する光配線を有する光配線層と、
前記電気配線に対して電気的に接続されて前記光配線が伝達する光信号を光電変換する光電変換素子と、
前記基板と前記光配線との間に設けられて前記基板と前記光配線層との密着性を向上させる中間層と、
前記光配線層に対して前記基板とは反対側に設けられて前記光配線層を保護する保護層と、
を具備する光電気複合配線基板。 - 前記中間層は、少なくとも前記光配線層側の面が平坦化されている請求項１または３記載の光電気複合配線基板。
- 前記中間層は、それぞれ機能の異なる材料によって形成された複数の層によって構成されている多層構造を有する請求項１または３記載の光電気複合配線基板。
- 前記中間層は、粘弾性材料によって形成されている請求項１または３記載の光電気複合配線基板。
- 前記中間層は、ガラス布またはガラス不織布と高分子材料との複合材料によって形成されている請求項１または３記載の光電気複合配線基板。
- 前記光配線層は、高分子材料によって形成されたコアとこのコアの外側に設けられて前記コアよりも屈折率の高い高分子材料によって形成されたクラッド層とを備え、
前記中間層は、前記クラッド層の熱膨張係数と同じに設定された熱膨張係数を有する請求項１または３記載の光電気複合配線基板。 - 前記光配線層は、高分子材料によって形成されたコアとこのコアの外側に設けられて前記コアよりも屈折率の高い高分子材料によって形成されたクラッド層とを備え、
前記中間層は、前記基板の熱膨張係数と前記クラッド層の熱膨張係数と間に設定された熱膨張係数を有する請求項１または３記載の光電気複合配線基板。 - 前記保護層は、前記基板の熱膨張係数と略同一の熱膨張係数を有する請求項２または３記載の光電気複合配線基板。
- 前記保護層は、それぞれ機能の異なる材料によって形成された複数の層によって構成されている多層構造を有する請求項２または３記載の光電気複合配線基板。
- 前記保護層は、粘弾性材料によって形成されている請求項２または３記載の光電気複合配線基板。
- 前記保護層は、ガラス布またはガラス不織布と高分子材料との複合材料によって形成されている請求項２または３記載の光電気複合配線基板。
- 前記光電変換素子と前記光配線層とは、前記基板を間にして反対側に設けられている請求項１ないし１３のいずれか一に記載の光電気複合配線基板。
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