JP2008046638A - 光印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的信号及び光信号を同時に伝送できる光印刷回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による光印刷回路基板は、上部クラッド層（２９）と、上部クラッド層（２９）の内部に位置し、両端にそれぞれ第１反射面（２１）及び第２反射面（２３）を有しながら、光信号を導波するコア層（１９）と、一面は上部クラッド層（２９）と接し、他面には回路パターン（２７）と、第１反射面（２１）及び第２反射面（２３）にそれぞれ対応する光接続バンプ（１７）とが形成されている下部クラッド層（１５）とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、光信号と電気信号を同時に伝達することができる光印刷回路基板及びその製造方法に関する。

光連結技術は、数メートル〜数百メートルの距離のシステム間のデータ伝送、数十センチメートル〜数メートルの距離のシステム内のバックプレーン間のデータバス伝送、数十センチメートル距離のシステム内のボード間の連結、ボード上で数センチメートル〜数十センチメートル距離のチップ間のデータリンクなどに広く用いられている。

そして、連結媒介体としては、自由空間連結、光繊維(ファイバ)リボン、またはポリマ光導波路アレイを用いた連結方式などが多様に試みられている。この中で、伝送距離が比較的に短い距離であるボード間の光連結の応用のためには、現在の印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：以下ＰＣＢとも呼ぶ）の技術に適用きる構造に発展しなくてはならない。

従来の光印刷回路基板は、大韓民国公開特許第１０-２００５-００７２７３６号に開示されている。上記公開公報に開示された従来の光印刷回路基板は、光導波路層の上下にそれぞれ誘電体層が積層されており、光導波路層には入射した光を９０°の角度に屈折させ得る反射面が形成されている。そして、印刷回路基板の一面に形成された回路パターンには、送信チップまたは受信チップが実装され、これらのチップには、面発光型半導体レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：以下ＶＣＳＥＬと呼ぶ）またはフォトダイオードが下向に突出されていて、上記反射面に光を照射したり受光する。そして、照射された光は反射面より反射された後、光導波路層により伝達される。

このような構成を有する従来の光印刷回路基板は、フォトダイオードまたはＶＣＳＥＬと誘電体層との間に一定間隔が存在するので、ＶＣＳＥＬまたはフォトダイオードを出入する光の拡散しようとする性質により光接続効率が落ちることになる。すなわち、フォトダイオードまたはＶＣＳＥＬと誘電体層との間の間隔が大きいほど、光の拡散が大きくなり光接続効率が落ちてしまう。また、誘電体層に、回路パターンの形成された金属層の積層を容易にするために、誘電体層の表面を粗くするが、このような粗い表面は光損失を誘発する。
大韓民国公開特許第１０-２００５-００７２７３６号

本発明は、光接続効率を高めることができる光印刷回路基板及びその製造方法を提供する。

本発明の一実施形態による光印刷回路基板の製造方法は、上部クラッド層と、上部クラッド層の内部に位置し、両端にそれぞれ第１反射面及び第２反射面を有しながら光信号を導波するコア層と、一面は上部クラッド層と接し、他面には回路パターンと、第１反射面及び第２反射面にそれぞれ対応する光接続バンプとが形成されている下部クラッド層とを備える。

本発明による光印刷回路基板の実施例は、次のような特徴を一つまたはその以上備えることができる。例えば、光接続バンプは、下部クラッド層の他面から一定した高さで突出された突起形状を有することにより、受信チップのフォトダイオードまたは送信チップのＶＣＳＥＬと、クラッド層との間の間隔を減らすことができる。光接続バンプは、下部クラッド層と一体に形成することで、製作工程を減らすことができる。そして、光接続バンプの端部に一定した曲率半径を有する曲面を形成することで、光接続バンプを出入する光を集束するレンズ機能を有することができる。第１反射面及び第２反射面は、約４５°の反射角を有しながら対向するように構成されてもよい。また、上部クラッド層及びコア層は、第１反射面及び第２反射面を外部に露出させる空気層を備え、空気層は保護フィルムにより密閉されることができる。

本発明の一実施形態による光印刷回路基板の製造方法は、メタルホイルにホールを形成した後にホールが充填されるように下部クラッド層を積層して光接続バンプを形成する段階と、下部クラッド層の上部にコア層を積層した後にホールの位置にそれぞれ対応して第１反射面及び第２反射面を形成する段階と、下部クラッド層の上部に上部クラッド層を積層した後にメタルホイルに回路パターンを形成する段階とを含む。

本発明の別の実施形態による光印刷回路基板の製造方法は、メタルホイルにホールを形成した後にホールが充填されるように下部クラッド層を積層して光接続バンプを形成する段階と、下部クラッド層の上部にコア層及び上部クラッド層を順次積層した後にメタルホイルに回路パターンを形成する段階と、コア層及び上部クラッド層に空気層を形成してホールの位置にそれぞれ対応して第１反射面及び第２反射面を形成する段階とを含む。

本発明による光印刷回路基板の製造方法の実施例は、次のような特徴を一つまたはその以上備えることができる。例えば、光接続バンプの端部は、一定した曲率半径を有する曲面が形成されてもよく、第１反射面及び第２反射面が約４５°の反射角を有しながら対向するように形成されてもよい。そして、空気層は保護フィルムにより密閉される。

本発明は、光接続バンプを用いてクラッド層と送信チップのフォトダイオードまたは受信チップのＶＣＳＥＬとの間隔を減らすので、光接続効率を高めることができる。
本発明は、クラッド層の粗い面の代わりに一定した滑らかな面を有する光接続バンプを用いるので、光損失を減らし、光接続効率を向上することができる。
本発明は、光接続バンプの端部に一定した曲率半径を有する曲面を形成することで、光接続効率を向上することができる。

以下、本発明による光印刷回路基板及びその製造方法の実施形態を添付図面を参照して詳しく説明するが、添付図面を参照して説明することにおいて、同一であるか対応する構成要素は同一の図面番号を付与し、これに対する重複される説明は略する。

先ず、図１のように、追後工程により回路パターンが形成されるメタルホイル１１を備える。メタルホイル１１は、数マイクロメートル〜数十マイクロメートルの厚さを有し、銅、アルミニウムなどからなる。そして、メタルホイル１１の一面には、後の工程により下部クラッド層が積層されるが、メタルホイル１１と下部クラッド層との間の接着力を大きくするためにメタルホイル１１の一面を粗く加工する。メタルホイル１１が銅箔である場合、銅箔の表面を酸化させて表面の粗度を強化するために、内層の黒化／酸化被膜（Ｂｒｏｗｎ（ｂｌａｃｋ）Ｏｘｉｄｅ）処理を行う。

図２は、図１に示したメタルホイル１１に一対のホール１３を形成した断面図である。図２を参照すると、一定間隔でメタルホイル１１にホール１３を穿孔する。ホール１３の位置は、追後工程より形成される光接続バンプの位置に該当するので精密に加工する。そして、ホール１３を加工する方法としては、レーザまたは機械的なドリルなどがある。また、ホール１３は、円型、長方形など多様な形状を有することができ、第１反射面または第２反射面より反射された光の進行を妨げない形状であれば限られない。

図３は、図２のメタルホイル１１の一面に下部クラッド層１５を形成した断面図である。図３を参照すると、下部クラッド層１５は、ラミネーション方式、ローリング方式、スクリーン印刷方式及びスプレー方式などによりクラッドを塗布した後、所定温度で乾燥及び硬化処理することにより形成される。

ここで、ローリング方式は、メタルホイル１１が所定の移送手段により移送される場合、液状光反応ポリマーが入っている容器からパンピングにより供給されるクラッドをローラを用いて上記メタルコイル１１に塗布する方式である。そして、ラミネーション方式は、メタルホイル１１が所定の移送手段により移送される場合、クラッド物質が巻かれているロールから供給されるクラッドをローラを用いて上記メタルホイル１１上にコーティング処理してクラッド層を形成する方式である。また、スクリーン印刷方式とは、スクリーン印刷板を用いて上記下部クラッド層１５を形成するクラッドをメタルホイル１１の上に塗布させる方法であり、スプレー方式とは、メタルホイル１１にクラッドをスプレーを用いて噴射する方式である。

この時、クラッドは、メタルホイル１１に形成されたホール１３に充填された後硬化されることにより光接続バンプ１７が形成される。下部クラッド層１５は、追後工程により積層されるコア層１９に入射された光エネルギーが印刷回路基板の外部に出ないように、コア層１９に比して屈折率が低く製造される。

光接続バンプ１７は、このように下部クラッド層１５と一体で形成され下向突出される。光接続バンプ１７に隣接して回路パターンが形成され（図７参照）、回路パターンに実装された送信チップまたは受信チップのフォトダイオードまたはＶＣＳＥＬと下部クラッド層１５との間の間隔を減らして光接続効率を高める役目をする。そして、光接続バンプ１７の端部は一定した曲率半径を有してもよい。すなわち、クラッドを塗布または印刷した後、乾燥及び硬化する段階にて光接続バンプ１７の一端部を加工して一定した曲面１８が形成されるようにすることができる。このような曲面１８は、発光ダイオードより出る光を集束するレンズの役目をする。

図４は、下部クラッド層１５の上にコア層１９が積層された状態を示する断面図である。コア層１９は、伝送帯域の広い石英ガラスまたは多成分ガラスなどの無機系材料だけではなく、無機系材料に比して加工性や価格の面で優れる高分子系材料により形成される。高分子系材料としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）を用いることができる。コア層１９は、ラミネーション方法、ローリング方法、スキーズ印刷法などにより液状構造のポリマを下部クラッド層１５の上に塗布した後、乾燥する方法で形成される。コア層１９を下部クラッド層１５及び後述する上部クラッド層２９に比して屈折率の大きい材料で形成することにより、光信号は下部クラッド層１５及び上部クラッド層２９にて全反射（ｔｏｔａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）され、上記コア層１９により導波される。

図５は、コア層１９の両端部を加工して第１反射面２１及び第２反射面２３を形成した状態を示す断面図である。図５を参照すると、第１反射面２１及び第２反射面２３は、光接続バンプ１７の位置に対応して形成される。すなわち、光接続バンプ１７を通してコア層１９に入る光、またはコア層１９より導波された光が第１反射面２１及び第２反射面２３より反射されるように第１反射面２１及び第２反射面２３の位置を調節する。そして、第１反射面２１及び第２反射面２３は、４５°の角度で形成されるため、光接続バンプ１７を通して入射した光は、第１反射面２１及び第２反射面２３により９０°の角度に二度屈折される。第１反射面２１及び第２反射面２３は、ダイヤモンドブレード（ｄｉａｍｏｎｄ ｂｌａｄｅ）によるグルービング（ｇｒｏｏｖｉｎｇ）方法などにより形成され、反射効率を高めるために、金、銀、アルミニウムなどのような金属コーティングが行われる。

図６は、上部クラッド層２９を積層した状態を示す断面図である。図６を参照すると、上部クラッド層２９をコア層１９の上に積層してコア層１９が上部クラッド層２９の内部に位置するようにする。上部クラッド層２９は、下部クラッド層１５のようにラミネーション方法、ローリング方法、スキーズ印刷方法などを用いて液状構造のクラッドを塗布及び乾燥することにより形成され、光信号がパスするコア層１９の屈折率に比して若干小さくしてコア層１９に入射された光信号が外部に出ることを遮断する。そして、上部クラッド層２９を形成した後、図７に示すように、金属(メタル)ホイル１１に回路パターン２７を形成する。回路パターン２７には、後に送信チップ及び受信チップが実装される。

送信チップまたは受信チップのフォトダイオードまたはＶＣＳＥＬより出る光は拡散する性質を有するため、下部クラッド層１５と、フォトダイオードまたはＶＣＳＥＬとの間の間隔が大きいほど光損失が大きくなって光接続効率が落ちる。しかし、本実施形態による光印刷回路基板の製造方法及びそれによる光印刷回路基板は、光接続バンプ１７によりフォトダイオードまたはＶＣＳＥＬと下部クラッド層１５との間の間隔を減らすことができるので光接続効率を高めることができる。

そして、従来の光印刷回路基板は、メタルホイル１１と下部クラッド層１５との接合を容易にするためにメタルホイル１１の一面に形成する粗い面により、フォトダイオードまたはＶＣＳＥＬより出た光が乱反射されて光損失が発生する。しかし、本実施形態による光印刷回路基板は、滑らかな曲面１８を持つ光接続バンプ１７が光を受光するので光接続損失を減らすことができる。

図８ないし図１０は、本発明の別の実施形態による光印刷回路基板の製造方法を示す断面図である。図８ないし図１０に示した実施形態による光印刷回路基板の製造方法は、第１反射面または第２反射面を、上部クラッド層２９を形成する前に製作することではなく、コア層１９及び上部クラッド層２９を積層した状態で空気層３１を形成することにより第１反射面２１及び第２反射面２３を形成するという点に特徴がある。よって、本実施形態による光印刷回路基板の製造方法は、下部クラッド層１５にコア層１９を積層する過程までは上記図１ないし図４より説明した工程と同様である。

図８を参照すると、下部クラッド層１５にコア層１９を積層した後、第１反射面及び第２反射面を加工しないで、直接上部クラッド層２９を積層する。上部クラッド層２９は、上述したように、ラミネーション方式、ローリング方式、スクリーン印刷方式及びスプレー方式などを用いてクラッドを塗布した後、所定温度で乾燥及び硬化処理することにより形成される。

そして、図９に示したように、メタルホイル１１に回路パターン２７を形成する。回路パターン２７を形成する方法としては、メタルホイル１１の上にドライフィルム（ｄｒｙ ｆｉｌｍ）を定められた熱と圧力で圧着塗布した後、ドライフィルムの上にワーキングフィルム（ｗｏｒｋｉｎｇ ｆｉｌｍ）を合致し、定められた光量を照射してパターンイメージ（ｐａｔｔｅｒｎ ｉｍａｇｅ）を形成する。そして、現像液を投入してドライフィルムの一部を除去した後、エッチング作業によりドライフィルムで覆われた以外の部分を化学的に除去した後、ＮａＯＨまたはＫＯＨなどでドライフィルムを剥離することにより回路パターン２７を形成する。

図１０は、図９の空気層の形成により第１反射面及び第２反射面が形成された状態を示す断面図である。図１０を参照すると、４５°の角を有するダイシングマシン（ｄｉｃｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）を用いて上部クラッド層２９及びコア層１９の一部を除去し、“Ｖ”形状の断面を有する空気層３１を左右に形成する。このような空気層３１が形成されることにより、４５°の反射面を有する第１反射面２１及び第２反射面２３が形成される。そして、第１反射面２１及び第２反射面２３に、金、銀またはアルミニウムなどのような金属をコーティングして反射鏡を形成した後、保護フィルム３３を用いて空気層３１を外部から密閉する。

図１１は、本発明の一実施形態による光印刷回路基板１０の上に受信チップ３５及び送信チップ３７が実装された状態を示す断面図である。図１１を参照すると、受信チップ３５と送信チップ３７は、ソルダ（ｓｏｌｄｅｒ）によりそれぞれ回路パターン２７の上に実装される。受信チップ３５は、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）３６と結合して電気的信号を増幅する役目をし、フォトダイオードは受信された光信号を電気的信号に変換する役目をする。そして、送信チップ３７は、ＶＣＳＥＬ３８と結合して光信号が出力されるように駆動する役目をし、 ＶＣＳＥＬ３８は、能動素子として電気的信号を光信号に変換する役目をする。そして、示されていないが、受信チップ３５及び送信チップ３７の上には、チップより発生する熱を放出するためにヒートシンク（ｈｅａｔ ｓｉｎｋ）を付着してもよい。なお、光印刷回路基板（１０）は、図示していないが上部クラッド層（２９）と、第１反射面（２１）及び第２反射面（２３）を有し、コア層（１９）と、回路パターン（２７）と、光接続バンプ（１７）と、下部クラッド層（１５）とを備えるものである。

図１１に示した光印刷回路基板１０の作動を説明すると、送信チップ３７によりＶＣＳＥＬ３８より生成された光信号が光接続バンプ１７に出力される。光接続バンプ１７を通して入射した光は、下部クラッド層１５を透過した後、第２反射面２３により反射されコア層１９に沿って全反射されて、第１反射面２１に入射する。そして、第１反射面２１にて光は９０°の角度で反射され、下部クラッド層１５を透過した後、光接続バンプ１７を経てフォトダイオード３６に受光される。この時、受信チップ３５は、受信された光信号を電気的信号に変換する。

以上のように、ＶＣＳＥＬ３８の方向に上向突出された光接続バンプ１７により互いの間隔が減少されたので、ＶＣＳＥＬ３８より出る光は大きく拡散されなく光接続バンプ１７に入射する。よって、光接続バンプ１７により光接続損失を減らすことができる。そして、フォトダイオード３６の方向に上向突出された光接続バンプ１７により互いの間隔が減少されたので、光接続バンプ１７より出た光も大きく拡散されないので、光損失を減らすことができる。以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明の多様な変更例と修正例も本発明の技術的思想を具現する限り、本発明の範囲に属するものとして解釈されるべきであるだろう。

本発明の一実施形態による光印刷回路基板の製造方法における回路パターンが形成されるメタルホイルの断面図である。 図１のメタルホイルにホールを形成した状態を示す断面図である。 図２のメタルホイルの上に下部クラッド層を積層し、ホールを充填した状態を示す断面図である。 図３の下部クラッド層にコア層を積層した状態を示す断面図である。 図４のコア層の端部を加工して、第１反射面及び第２反射面を形成した状態を示す断面図である。 図５のコア層の上に、上部クラッド層を積層した状態を示す断面図である。 図６のメタルホイルを加工して回路パターンを形成した状態を示す断面図である。 本発明の別の実施形態による光印刷回路基板の製造方法におけるホールが形成されたメタルホイル、下部クラッド層及び上部クラッド層が順次積層された状態を示す断面図である。 図８の回路パターンを形成した状態を示す断面図である。 図９の空気層を保護フィルムで密閉した状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態による光印刷回路基板上に送信チップ及び受信チップが実装された状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 光印刷回路基板
１１ メタルホイル
１３ ホール
１５ 下部クラッド層
１７ 光接続バンプ
１８ 曲面
１９ コア層
２１ 第１反射面
２３ 第２反射面
２７ 回路パターン
２９ 上部クラッド層
３１ 空気層
３３ 保護フィルム
３５ 受信チップ
３６ フォトダイオード
３７ 送信チップ
３８ ＶＣＳＥＬ

Claims (11)

1. 上部クラッド層と、
   前記上部クラッド層の内部に位置し、両端にそれぞれ第１反射面及び第２反射面を有し、光信号を導波するコア層と、
   一面は前記上部クラッド層と接し、他面には回路パターンと、前記第１反射面及び前記第２反射面にそれぞれ対応する光接続バンプとが形成される下部クラッド層と、
   を含むことを特徴とする光印刷回路基板。
2. 前記光接続バンプが、前記下部クラッド層の前記他面より一定した高さで突出された突起形状を有することを特徴とする請求項１に記載の光印刷回路基板。
3. 前記光接続バンプが、前記下部クラッド層と一体で形成されることを特徴とする請求項１に記載の光印刷回路基板。
4. 前記光接続バンプの端部に、一定した曲率半径を有する曲面が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光印刷回路基板。
5. 前記第１反射面及び前記第２反射面が、約４５°の反射角を有しながら対向していることを特徴とする請求項１に記載の光印刷回路基板。
6. 前記上部クラッド層及び前記コア層が、前記第１反射面及び前記第２反射面を外部に露出させる空気層を備え、
   前記空気層が、保護フィルムにより密閉されることを特徴とする請求項１に記載の光印刷回路基板。
7. メタルホイルにホールを形成した後、前記ホールが充填されるように下部クラッド層を積層することにより光接続バンプを形成する段階と、
   前記下部クラッド層の上部にコア層を積層した後、前記ホールの位置にそれぞれ対応するように第１反射面及び第２反射面を形成する段階と、
   前記下部クラッド層の上部に上部クラッド層を積層した後、前記メタルホイルに回路パターンを形成する段階と、
   を含むことを特徴とする光印刷回路基板の製造方法。
8. メタルホイルにホールを形成した後、前記ホールが充填されるように下部クラッド層を積層することにより、光接続バンプを形成する段階と、
   前記下部クラッド層の上にコア層及び上部クラッド層を順次積層した後、前記メタルホイルに回路パターンを形成する段階と、
   前記コア層及び前記上部クラッド層に空気層を形成することにより、前記ホールの位置にそれぞれ対応するように第１反射面及び第２反射面を形成する段階と、
   を含むことを特徴とする光印刷回路基板の製造方法。
9. 前記光接続バンプの端部が、一定した曲率半径を有する曲面が形成されたことを特徴とする請求項７または８のいずれか１項に記載の光印刷回路基板の製造方法。
10. 前記第１反射面及び前記第２反射面が、約４５°の反射角を有しながら対向することを特徴とする請求項７または８のいずれか１項に記載の光印刷回路基板の製造方法。
11. 前記空気層が、保護フィルムにより密閉されることを特徴とする請求項９に記載の光印刷回路基板の製造方法。

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