JP2006098672A

JP2006098672A - フレキシブル光基板

Info

Publication number: JP2006098672A
Application number: JP2004284012A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kumai; 晃一熊井; Mamoru Ishizaki; 守石崎; Taketo Tsukamoto; 健人塚本
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】
高速な光信号を使用した光基板と電気配線基板とを複合した構造の基板で、安価に提供可能で、高い信頼性を持ったフレキシブル光基板を提供することである。
【解決手段】
１層もしくは２層以上の光配線層からなる光配線フィルムと、１層もしくは２層以上の電気絶縁層からなる電気配線フィルムを有し、該電気配線フィルム上に１個もしくは１個以上の受発光素子を実装したことを特徴とするフレキシブル光基板とすることで解決した。
【選択図】図１

Description

本発明は、光配線と電気配線が混載された、フレキシブル光基板に関する。

ＬＳＩの高速化に伴い、ＬＳＩを搭載する電気配線基板の高周波対応が望まれている。その一方で、さらに高速な光信号を使用した光基板の開発も進み、電気配線基板と光配線基板を複合した構造が報告されている。（例えば、特許文献１参照）

しかし、特許文献１に記載によれば、光配線材料は、電気配線との親和性が考慮されていないため、光配線材料から電気配線が容易に剥離してしまうなど、信頼性が問題となる。

また、フレキシブル電気配線基板の一方の面に受発光素子を実装し、もう一方の面に光配線フィルムを積層する構造も報告されている。（例えば、特許文献２参照）

しかし、特許文献２の発明は、光信号は光配線から出ると、任意の角度で拡散する。そのため受発光素子と光配線が離れると、光信号が届かなくなる問題がある

また、特許文献３には、受発光素子と光配線の間にレンズを設け、光信号の拡散を防いだ構造も報告されている。

しかし、特許文献３によれば、レンズ実装では正確な位置精度が必要があり、歩留まり悪化、実装コストが上昇する問題がある。また構造が複雑化し、部品点数が増加するため、材料コストも上昇する。
特開２００１−３１１８４６号公報特開２００１−２０１６７０号公報特開２００２−１８９１３７号公報

本発明の課題は、上記従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、安価に提供可能で、高い信頼性を持ったフレキシブル光基板を提供することである。

本発明の請求項１に記載の発明は、１層もしくは２層以上の光配線層からなる光配線フィルムと、１層もしくは２層以上の電気絶縁層からなる電気配線フィルムを有し、該電気配線フィルム上に１個もしくは１個以上の受発光素子を実装したことを特徴とするフレキシブル光基板である。

また、請求項２に記載の発明は、前記電気配線フィルムの膜厚が、２μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載のフレキシブル光基板である。

また、請求項３に記載の発明は、前記電気配線フィルムが、実装した受発光素子に対応した位置にスルホールを設け、該スルーホールを光信号が通過可能としたことを特徴とする、請求項１または２記載のフレキシブル光基板である。

また、請求項４に記載の発明は、前記スルーホールは、内部に樹脂が充填されていることを特徴とする、請求項３記載のフレキシブル光基板である。

本発明は、次のような効果がある。
第１に、電気配線および素子実装部位の信頼性を向上させる事ができる。電気配線フィルムは多くの既存製品に利用されており、素子実装方法およびその信頼性に関する知見が多く蓄積されている。光配線フィルムに直接電気配線を設けた構造に比べ、信頼性を大きく改善することができる。

第２に、光配線フィルムの信頼性を向上させる事ができる。電気配線フィルム上に受発光素子を実装する際には３００℃程度の加熱が必要となる。耐熱性の低い光配線フィルムの光学特性は劣化する。本発明では、前工程で電気配線フィルム上に受発光素子を実装し、その後光配線フィルムを積層する。このため、耐熱性の低い光配線フィルムを劣化させることなく使用できる。

第３に、フレキシブル光基板の製造コストを削減する事ができる。電気配線フィルムは多くの商品に採用されており、価格が安価である。光配線フィルム上に複雑な工程をへて電気配線を作製するプロセスに対し、既存の電気配線フィルムを積層する方が安価にフレキシブル光基板を作製することができる。

本発明の光基板は、信頼性の確保された電気配線フィルム上に受発光素子を実装し、これを光配線フィルムに積層する構造にある。このような構造とすることにより、受発光素子実装部の信頼性を改善することができる。
さらに電気配線フィルムの膜厚を、光信号が透過し、かつ、光信号の拡散が少ない程度に薄くし、電気配線フィルムを光信号が透過する構造とする。これにより光信号の拡散を防ぐ。
さらに電気配線フィルムにスルーホールを設け、ここに光信号を通すことで、光透過性の無い材料も電気配線フィルムとして使用できる。

本発明の光基板は、例えば、図１に示すように、電気配線フィルム１０上に、受発光素子２０が実装された構造をとる。そして、前記電気配線フィルム１０の受発光素子２０が実装された面と反対の面に光配線フィルム３０が積層された構造をとる。

前記電気配線フィルム１０は、ポリエステル、ポリイミド、エポキシ樹脂、液晶ポリマーなどの材料が使用できる。

ここで、電気配線フィルムと光配線フィルムの関係は、図２に示すように、電気配線フィルム１１が光配線フィルム３１より大きい構造とする。
また、図３に示すように、電気配線フィルム１２が光配線フィルム３２より小さい構造とする。
また、図４に示すように、１つの電気配線フィルム１３が光配線フィルム３３より小さい構造とし、かつ、電気配線フィルム１３が複数存在する構造とする。
また、図５に示すように、１つの電気配線フィルム１４に対して、光配線フィルム３４が複数存在する構造とする。
また、図６に示すように、電気配線フィルム１４の両側に複数の光配線フィルム３５を設け、この光敗戦フィルム３５に対応した複数の電気配線フィルム１５を設けた構造としてもよい。

さらに、図７に示すように、光配線フィルム３６上の電気配線フィルム１６に、スルーホール４６を設け、光信号を透過する構造をとしてもよい。これにより、電気配線フィルムが、光信号を透過しない材料を使用しても、光信号を透過することができる。このスルーホール４６は、電気配線フィルムの任意の箇所に任意の個数設けることができる。

また、図８に示すように、スルーホール５６を樹脂５７により封止した構造としてもよい。これにより、スルーホールの空隙が無くなり、基板の信頼性が改善される。

上記封止の樹脂５７には、光信号を透過する材料を使用することが望ましい。具体的には、フッ素化ポリイミド、ポリビニルエーテル、ポリベンゾシクロブテン、ポリシリコーン、ポリメタクリレート、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂などが使用できる。

そして、光配線フィルムもしくは発光素子から出た光信号は、距離に応じて拡散する。ここで、電気配線フィルムを光信号が透過する部位では、電気配線フィルムの膜厚を３０μｍ以下とすることで光信号の拡散を少なくすることができる。

また、光配線フィルムもしくは発光素子から出た光信号は、距離に応じて拡散する。ここで、電気配線フィルムを光信号が透過する部位では、電気配線フィルムの膜厚を２μｍ以上とすることで電気配線フィルムの堅牢さを確保できる。

この光配線フィルム３０には、フッ素化ポリイミド、ポリビニルエーテル、ポリベンゾシクロブテン、ポリシリコーン、ポリメタクリレート、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂など、前記封止に用いた樹脂と同じ樹脂が使用できるが、これに限定される物ではない。

また、光配線フィルム３０には、埋め込み型光導波路、リッジ型光導波路、ファイバ敷線フィルム、スラブ型光導波路など、目的に応じて使用できる。

さらに、図９に示すように、光配線フィルム３８の、電気配線フィルム１８上に設けた受発光素子２８と光信号接続部の位置に、光路変換構造６９を設けることが好ましい。

前記受発光素子２０には、端面発光型レーザーダイオード、面発光型レーザーダイオード、面受光型フォトダイオード、導波路型フォトダイオードなどを使用できる。

前記受発光素子２０の実装方法は、はんだバンプ実装、ワイヤボンディング実装、基板内埋め込み実装などが使用できる。

以下に本発明を実施例をもって説明するが、本発明がそれらに限定解釈されるものではない。
また、以下の説明は、光配線フィルムおよび電気配線フィルムを１層として説明するが、必ずしも１層に限定されるものではない。また、以下の説明は、光信号をマルチモードとして説明するが、マルチモードに限定されるものではない。

＜実施例１＞
まず図１０（ａ）に示すように、電気配線フィルム１１０上に、受発光素子１２０を実装した。この電気配線フィルム１１０にはフレキシブル銅張り積層板（宇部興産製商品名ユピセル）を用いた。このフレキシブル銅張り積層板の絶縁層膜厚は約２５μｍであった。そして、図示しないが、エッチングにより電気配線パターンを形成し、メッキにより実装用パッドを形成した。そして、受発光素子１２０の実装は、図示しないが、チップボンダーを使用し、加熱はんだ融着し行った。なお、融着温度は約３００℃であった。

次に図１０（ｂ）に示すように、電気配線フィルム１１０に、光配線フィルム１３０を積層した。光配線フィルム１３０にはエポキシ光導波路フィルムを使用した。前記光配線フィルム１３０には、コア径４０μｍ、膜厚１００μｍのマルチモード導波路を用いた。なお、積層には、光配線フィルム１３０と同組成のＵＶ硬化型エポキシ接着剤使用した。積層の際、受発光素子１２０と光配線フィルム１３０との位置を合わせるアライメントを行った。

光信号伝送試験の結果、受発光素子１２０と光配線フィルム１３０の接続損失は２ｄＢｍ以下であることが確認された。また、信頼性試験の結果、受発光素子１２０の脱落は確認されなかった。

＜実施例２＞
図１１（ａ）に示すように、電気配線フィルム１１１にスルーホール１４１を作製した。電気配線フィルム１１１にはフレキシブル銅張り積層板（宇部興産製商品名ユピセル）を用いた。絶縁層膜厚は約２５μｍとなった。次に、エッチングにより電気配線パターンを形成し、メッキにより実装用パッドを形成した。スルーホール１４１は、ＣＯ_２レーザーにより形成した。スルーホール径は約１００μｍとなった。

図１１（ｂ）に示すように、電気配線フィルム１１１に受発光素子１２１を実装した。受発光素子１２１の実装は図示しないが、チップボンダーを使用し、加熱はんだ融着し行った。なお、融着温度は約３００℃であった。

次に図１１（ｃ）に示すように、電気配線フィルム１１１に、光配線フィルム１３１を積層した。光配線フィルム１３１にはエポキシ光導波路フィルムを使用した。コア径４０μｍ、膜厚１００μｍのマルチモード導波路を用いた。積層には、光配線フィルム１３１と同組成のＵＶ硬化型エポキシ接着剤を使用した。積層の際、受発光素子１２１と光配線フィルム１３１との位置を合わせるアライメントを行った。

光信号伝送試験の結果、受発光素子１２１と光配線フィルム１３１の接続損失は１ｄＢｍ以下であることが確認された。また、信頼性試験の結果、受発光素子１２１の脱落は確認されなかった。

＜実施例３＞
図１２（ａ）に示すように、電気配線フィルム１１２にスルーホール１４２を作製した。電気配線フィルム１１２にはフレキシブル銅張り積層板（宇部興産製商品名ユピセル）を用いた。絶縁層膜厚は約２５μｍとなった。次に、エッチングにより電気配線パターンを形成し、メッキにより実装用パッドを形成した。スルーホール１４２はＣＯ_２レーザーにより形成した。スルーホール径は約１００μｍとなった。

図１２（ｂ）に示すように、電気配線フィルム１１２に受発光素子１２２を実装した。受発光素子１２２の実装は図示しないが、チップボンダーを使用し、加熱はんだ融着し行った。なお、融着温度は約３００℃であった。

次に図１２（ｃ）に示すように、電気配線フィルム１１２に、光配線フィルム１３２を積層した。光配線フィルム１３２にはエポキシ光導波路フィルムを使用した。コア径４０μｍ、膜厚１００μｍのマルチモード導波路を用いた。積層には、光配線フィルム１３２と同組成のＵＶ硬化型エポキシ接着剤を使用した。積層の際、受発光素子１２２と光配線フィルム１３２との位置を合わせるアライメントを行った。

次に、図１２（ｄ）に示すように、スルーホールを樹脂１５２により封止した。樹脂１５２は光配線フィルムと同組成のＵＶ硬化型エポキシ接着剤を使用した。

光信号伝送試験の結果、受発光素子１２２と光配線フィルム１３２の接続損失は１ｄＢｍ以下であることが確認された。また、信頼性試験の結果、受発光素子１２２の脱落は確認されなかった。

本発明のフレキシブル光基板における、垂直方向に切断する断面図。本発明のフレキシブル光基板における、垂直方向に切断する断面図。本発明のフレキシブル光基板における、垂直方向に切断する断面図。本発明のフレキシブル光基板における、垂直方向に切断する断面図。本発明のフレキシブル光基板における、垂直方向に切断する断面図。本発明のフレキシブル光基板における、垂直方向に切断する断面図。本発明のフレキシブル光基板における、垂直方向に切断する断面図。本発明のフレキシブル光基板における、垂直方向に切断する断面図。本発明のフレキシブル光基板における、垂直方向に切断する断面図。本発明のフレキシブル光基板の製造方法の説明図。（実施例１）本発明のフレキシブル光基板の製造方法の説明図。（実施例２）本発明のフレキシブル光基板の製造方法の説明図。（実施例３）

符号の説明

１０、１１，１２、１３、１４，１５、１６，１７、１８・・・・電気配線フィルム
２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８・・・・受発光素子
３０、３１，３２、３３、３４、３５，３６，３７、３８・・・・光配線フィルム
４６・・・・スルーホール
５７、５８・・・・樹脂
６８・・・・光路変換構造
１１０、１１１、１１２・・・・電気配線フィルム
１２０、１２１、１２２・・・・受発光素子
１３０、１３１、１３２、・・・・光配線フィルム
１４１、１４２・・・・スルーホール
１５２・・・・樹脂

Claims

１層もしくは２層以上の光配線層からなる光配線フィルムと、１層もしくは２層以上の電気絶縁層からなる電気配線フィルムを有し、該電気配線フィルム上に１個もしくは１個以上の受発光素子を実装したことを特徴とするフレキシブル光基板。
前記電気配線フィルムの膜厚が、２μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載のフレキシブル光基板。
前記電気配線フィルムが、実装した受発光素子に対応した位置にスルホールを設け、該スルーホールを光信号が通過可能としたことを特徴とする、請求項１または２記載のフレキシブル光基板。
前記スルーホールは、内部に樹脂が充填されていることを特徴とする、請求項３記載のフレキシブル光基板。