JP2006039151A - 光電気複合配線板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光電気複合配線板において、光素子と光配線とを光路９０度偏向して光結合する構造を、簡易にかつコンパクトに実現し、ダイシング溝によるデッドスペースを解消すること。
【解決手段】 光素子２ａ，２ｂと光配線１の光結合のための切削加工溝１０が配線基板面４上に生じないように、光素子と光配線の光結合部３を配線基板面よりも高い位置にし、切削加工溝１０を光結合部３上に形成する。光結合部３は配線基板上に固定されたブロック体に形成され、切削加工溝１０のダイシング切削加工により光配線１の光ファイバの先端が配線基板４または光結合部３の上面に対して４５度の傾きをもった面５に切削加工され、この面５を反射面として光配線の光路を９０度偏向して、２ａ，２ｂと光配線１とを光結合するように実装する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光電気複合実装を用いた電子装置機器用の光電気複合配線板及びその製造方法に関する。

近年、電子情報機器の高速処理化にともない、電気信号だけでなく光信号伝送を装置内でも使用することが必要になってきている。このような光信号の伝送媒体としては、光ファイバケーブルが、光デバイス（光モジュール、あるいは光パケージとも呼ばれる）間の接続に使用されている。装置内の光配線が多くなると、これらの光ファイバを電気配線板に接着固定して光電気複合配線板とし、これらの光ファイバの端面に光デバイスを結合して光信号伝送する形態が採用されている。

従来の光電気複合装置では、光デバイスから光ファイバピグテイル（片側だけに接続用コネクタを取り付けた光ファイバコード）を出して、これと光配線の光ファイバとコネクタ接続するか、あるいはファイバ融着加工などを施すことによって光結合をしていた。しかし、この従来方法では、多数の光結合部を高密度実装できないため、レーザダイオード（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光素子、及びフォトダイオード（ＰＤ）の受光素子と、光電気複合配線板の光配線の光ファイバとを直接接続する実装形態が望まれている。しかも、これらの光素子は、実装コストを低減するのに有利であるとの理由で、光電気複合配線板に表面実装することが望まれており、そのためこれらの光素子には所謂、面発光型及び面受光型の光素子が使われている。このタイプの光素子を用いるには、光電気複合配線板の面に対して垂直方向に光信号を出し入れする構造が必要になる。このような構造を実現する方法の一例として、光ファイバの端面の近傍に配線基板面に対して４５度に傾斜した小さなミラーを設置して光路を９０度偏向する方法があるが、この方法での偏向構造では、小さなミラーを精度良く実装する必要があり、そのため実装に手間がかかり、製造コストの面で経済的にも不利である。

そこで、光ファイバの端面を４５度に切断し、その端面に光を全反射させる、あるいはその端面に金属を蒸着して、ミラー構造を１本化する構造が提案されている。この光ファイバの４５度端面を形成する加工方法としては、レーザアブレーション法が考えられるが、強力なレーザ光を必要とする微細加工のために加工に大掛かりな装置が必要となること、レーザ照射により配線基板の内部までが切除されないような保護層が必要であること等のやっかいな難点がある。

一方、ダイシング刃により光ファイバを切断して４５度端面を形成する方法は、非常に簡易な方法であり、経済的に有利な加工方法であるいえる。但し、この方法の場合は、ダイシングの刃が周囲の比較的長い範囲を切断するため、ダイシング加工をする際には、その加工した周囲には光及び電気の配線、さらには電子部品を配置できないという点がある。

この点を、図３の平面図及び図４の断面図（図4は図３におけるＡ−Ａ′での断面図）で示す従来例の構造を用いてさらに詳述する。

配線基板４上の溝に光ファイバによる光配線１が布線され、その光配線１の光ファイバの両先端が４５度にカットされた４５度端面５であり、この光ファイバの４５度端面５を反射面として、光ファイバを介して一対の光素子２ａと２ｂが光結合する構造となっている。ここで、９は４５度端面５を形成するために用いたダイシング刃の切削でできた溝である。配線基板４上に生じたこのダイシング溝９から離れた位置に、他の電子部品７及び電気配線８を設けなければならないために、光素子２ａ，２ｂの周囲は大きなデッドスペースが必要になる。

特開平１０−３００９３６号公報 図６および図１１参照 疋田真、都丸暁「光インタコネクション用ポリマ光導波路フィルム」 ＪＴＴ Ｖｏｌ．２３、Ｎｏ．４、２０００年４月、Ｐ．８−１２、図３参照

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、光電気複合配線板において、光素子と光配線とを光路９０度偏向して光結合する構造を、簡易にかつコンパクトに実現し、ダイシング溝によるデッドスペースを解消することにある。

上記目的を達成するため、本発明の光電気複合配線板は、光素子と光配線の光結合のための切削加工溝が配線基板面上に生じないように、該光素子と該光配線の光結合部を該配線基板面よりも高い位置にし、該切削加工溝を該光結合部上に形成した構造を有することを特徴とする。

さらに、本発明の光電気複合配線板は、前記光結合部が前記配線基板上に固定されたブロック体に形成され、前記切削加工溝の切削加工により前記光配線の光ファイバの先端が該配線基板または該光結合部の上面に対して４５度の傾きをもった面に切削加工され、該面を反射面として光配線の光路を９０度偏向して、該光素子と該光配線とを光結合する構造を有することを特徴とすることができる。

また、上記目的を達成するため、本発明の光電気複合配線板の製造方法は、電気配線が敷設された配線基板上に光ファイバを固定して光配線を形成する工程と、光素子と前記光配線とを光結合する位置の前記配線基板上に、前記光ファイバの位置決めと前記光素子のフリップチップ実装とを可能とするブロック形状のファイバテラスを搭載する工程と、前記光ファイバの先端部分を前記ファイバテラス上に予め形成されている収納溝に固定し、ダイシング刃により該光ファイバの先端を斜めに切断して、前記配線基板または前記ファイバテラスの上面に対して４５度の反射面を前記光ファイバの端面に形成する工程と、前記反射面と前記光素子の光軸を位置合わせして該光素子を前記ファイバテラス上にフリップチップ実装する工程とを有し、前記ファイバテラスの高さが前記ダイシング刃により生じる切削加工溝が前記配線基板面上にまで及ばない十分な高さに設定されていることを特徴とする。

上記構成により、本発明の光電気複合配線板は、従来の基板面と同じ高さの位置で光結合する構成の光電気複合配線板と異なる。

上記のように、本発明の光電気複合配線板は、ファイバ台（ファイバテラス）を光結合位置の配線板上に配置し、ダイシング刃で切削される溝をそのファイバ台に形成するようにしたので、ダイシング刃の切削でできる溝が配線基板上に生じない。そのため、本発明の光電気複合配線板によれば、従来の構造で避けられなかったデットスペースが無くなり、従来構造に比べて、電気配線パターン及び他の電子部品が光素子のごく近傍に実装でき、その結果、多数の光素子と光配線の接続をコンパクトに実現できる。

以上説明したように、本発明の光電気複合配線板によれば、多数の光素子と光配線の接続をコンパクトに実現できる。しかも、光ファイバ端をダイシング刃により４５度に切断することにより光路を９０度変換して光素子と光ファイバの光結合する構造を簡易にかつ低コストに実現する光電気複合配線板製造方法を提供できる。

以下、図面を参照して、本発明の光電気複合配線板の実施形態について説明する。なお、この実施形態は一つの例示であって、特許請求の範囲に記載の発明の趣旨の範囲内で、形状、個数、数値等についての種々の変更、あるいは材質等の置換、防塵カバーなどの周知技術の追加による設計変更的改良等を行い得ることは言うまでもない。

先ず、図１及び図２を用いて本発明の一実施形態の光電気複合配線板の構造及び製造工程を説明する。

図１は平面図であり、図２は、図１におけるＢ−Ｂ′面での断面図である。図１、図２に示すように、内層又は表層に電気配線６を予め形成した配線基板４の上に光ファイバを用いて光配線１を形成する。光配線１の光ファイバはガラス又はポリマ材料のいずれのものでも良い。所望のパターンを描くように電気配線パターン６及び８を形成した配線基板４の上に、光ファイバを接着固定して、光電気複合配線板を製作する。この光ファイバの布線は通常専用の自動布線機械を用いて行なう。

光素子２ａ及び２ｂと結合する位置の配線基板４上には、シリコン又はガラス材を用いて形成した、光ファイバの位置決めと光素子のフリップチップ実装とができる程度の大きさ（広さ）のブロック３（以降ここでは、これをファイバテラスと称する）を搭載する。このファイバテラス３を搭載する工程は、光ファイバを自動布線機械で布線する前でも、後でも良い。

光ファイバの光結合する部分、つまり光ファイバの両先端部分は、このファイバテラス３に予め形成した溝１１に接着固定し、予めマーキングした４５度に切断する位置でダイシング刃（図示しない）により光ファイバの両先端を斜めに切断して、配線基板４またはファイバテラス３の上面に対して４５度の反射面５を光ファイバの両端面に形成する。このとき、ファイバテラス３の高さ（厚み）は、光ファイバを４５度切断する時の溝１０が配線基板４の面に及ばない程度の高さ（厚み）に設定しておくことが必要である。また、ファイバテラス３のスペースと高さは上記の２点および機械的強度等を考慮に入れた上で小型化の目的に沿って必要最小限度のサイズに設計されるのは言うまでもない。

なお、ダイシング刃は、切断面（反射面）５が全反射するのに適した表面粗さに加工できる砥粒のもの、例えば、＃６００以上の細かい砥粒のものが適する。さらに、ダイシング刃で切断した面は塵などが付着しないようにシールするか、金属片を挿入する。

本実施形態では、従来の構造（図３、図４）と異なり、ダイシング刃の切削でできる溝が配線基板４上には生じないので、従来の構造で避けられなかったデットスペースが無くなり、そのため従来構造に比べて、電気配線パターン８及び他の電子部品７が光素子２ａ，２ｂのより近傍に実装できることがわかる。

次に、ファイバテラス３の上に光素子２ａ及び２ｂをフリップチップ実装する。この時、上記の４５度反射面５に光素子２ａ及び２ｂ（発光素子及び受光素子）の光軸を正確に位置合わせする必要がある。この光軸の位置合わせの技術は周知技術を用いることが可能であり、また本発明の趣旨でもないので、その詳細な説明は省略する。

なお、ファイバテラス３にはこれらの光素子２ａ及び２ｂを実装するための電極の他に、発光素子２ａへの電気信号源ＬＳＩ（大規模集積回路）と接続する電極及び受光素子２ｂからの電気信号を受信するＬＳＩと接続する電極も必要である。これらの電極を、ファイバテラス３を配線基板４上に実装して固定するためのはんだパッドとして兼用してもよい。

なおまた、上述した本発明の実施形態では、一つの光電気複合配線板内での光結合を例示したが、複数の光電気複合配線板間の光結合にも同様の構成で適用でき、また装置外部からの光ファイバ、あるいは光ケーブルと光電気複合配線板上の光素子間での光結合にも同様の構成で応用できることは明らかである。

本発明の光電気複合配線板の一実施形態の平面図である。 本発明の光電気複合配線板の一実施形態の断面図（図１のＢ−Ｂ′断面図）である。 従来構造の光電気複合配線板の平面図である。 従来構造の光電気複合配線板の断面図（図３のＡ−Ａ′断面図）である。

符号の説明

１ 光ファイバによる光配線
２ａ 光素子（例えば、発光素子）
２ｂ 光素子（例えば、受光素子）
３ ファイバテラス
４ 配線基板
５ 光ハイバの４５度端面（反射面、切断面）
６ 配線基板の電気配線パターン
７ 光素子の近傍に実装する電子部品
８ 光素子の近傍の電気配線パターン
９ ダイシング刃切削でできた配線基板上の溝
１０ ダイシング刃切削でできたファイバテラス上の溝
１１ ファイバテラス上の光ファイバ先端部を収納するための溝

Claims (3)

1. 光素子と光配線の光結合のための切削加工溝が配線基板面上に生じないように、該光素子と該光配線の光結合部を該配線基板面よりも高い位置にし、該切削加工溝を該光結合部上に形成した構造を有することを特徴とする光電気複合配線板。
2. 前記光結合部は前記配線基板上に固定されたブロック体に形成され、前記切削加工溝の切削加工により前記光配線の光ファイバの先端が該配線基板または該光結合部の上面に対して４５度の傾きをもった面に切削加工され、該面を反射面として光配線の光路を９０度偏向して、該光素子と該光配線とを光結合する構造を有することを特徴とする請求項１に記載の光電気複合配線板。
3. 電気配線が敷設された配線基板上に光ファイバを固定して光配線を形成する工程と、
   光素子と前記光配線とを光結合する位置の前記配線基板上に、前記光ファイバの位置決めと前記光素子のフリップチップ実装とを可能とするブロック形状のファイバテラスを搭載する工程と、
   前記光ファイバの先端部分を前記ファイバテラス上に予め形成されている収納溝に固定し、ダイシング刃により該光ファイバの先端を斜めに切断して、前記配線基板または前記ファイバテラスの上面に対して４５度の反射面を前記光ファイバの端面に形成する工程と、
   前記反射面と前記光素子の光軸を位置合わせして該光素子を前記ファイバテラス上にフリップチップ実装する工程とを有し、
   前記ファイバテラスの高さが前記ダイシング刃により生じる切削加工溝が前記配線基板面上にまで及ばない十分な高さに設定されていることを特徴とする光電気複合配線板の製造方法。

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