JP2008053714A - 印刷回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光接続効率を改善することのできる印刷回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の印刷回路基板は、光信号と電気信号とを共に伝送するように光導波路が形成された印刷回路基板であって、クラッド２０と、クラッド２０に内蔵されて光信号を伝送するコア２５と、クラッド２０に内蔵されて電気信号を伝送する配線パターン３０とを含み、クラッド２０が絶縁層としての機能を行って配線パターン３０をクラッド２０に内蔵させたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、印刷回路基板及びその製造方法（Ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｈｅｒｅｏｆ）に関する。

電子部品において、データの高速化及び高用量化に伴い、既存の銅基板電気配線を用いた印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）技術では、その限界に達している。よって、従来の銅基板電気配線の問題点を解決できる技術として光配線を含む印刷回路基板が注目されている。

光配線を含む印刷回路基板は、高分子重合体（Ｐｏｌｙｍｅｒ）または光繊維（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ）を用いて光で信号を送受信できる光導波路（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）を印刷回路基板内に挿入する技術であるが、これをＥＯＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）と言う。ＥＯＣＢは、通信網のスイッチと送受信装備、データ通信のスイッチとサーバ、航空宇宙産業と航空電子工学の通信、ＵＭＴＳ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）の移動電話基地局、またはスーパーコンピュータなどのバックプレーン（Ｂａｃｋ ｐｌａｎｅ）及びドーターボード（Ｄａｕｇｈｔｅｒ Ｂｏａｒｄ）に適用されている。

光配線に使用される光繊維を印刷回路基板に形成する方法を図１ａないし図１ｃに示しており、高分子光導波路を印刷回路基板に形成する方法を図２ａないし図２ｂに示している。

図１ａは、印刷回路基板の片方の面に光繊維を整列させるための整列溝を形成した状態を示す印刷回路基板の平面図であり、図１ｂは、図１ａのＡ−Ａ線における断面図である。また、図１ｃは、光繊維を含む従来のクラッドが形成された印刷回路基板を示す断面図である。光繊維を用いた光配線の場合、別途の光繊維クラッド１５を通常の基板に追加して備え、上記光繊維クラッド１５の片方の面に精密加工された整列溝１５ａに光繊維１５ｃを配置して整列させる。そして、上記整列溝１５ａは、銅箔エッチング、レーザまたは機械的な加工によって形成される。上記光繊維クラッド１５の上面には、図１ｃに示したように絶縁層１３及び銅配線層１９がプレッシング工程によって積層されている。

図２ａは、高分子光導波路が形成された従来のクラッドの断面図であり、図２ｂは、高分子光導波路が形成された従来のクラッドを印刷回路基板内に積層した状態を示す断面図である。図２ａによれば、従来の高分子クラッド１７は、アンダークラッド１７ｂと、上記アンダークラッド１７ｂにシリコンマスタ（図示せず）によってプレッシングされて形成されたコア１７ｃと、上記コア１７ｃを密閉して上記アンダークラッド１７ｂの上面に結合されたオーバークラッド１７ａとを含んでいる。上記高分子クラッド１７の上面には、図２ｂに示したように絶縁層１３及び銅配線層１９がプレッシング工程により積層されている。

以上で説明したように、従来の光導波路形成方法によれば、光繊維クラッド１５または高分子クラッド１７を通常の基板に追加して備えているので、印刷回路基板の全体的な厚さが増加してしまう。特に光配線が大量に必要でない場合には、クラッドの追加による厚さの増加は非効率的である。また、クラッドを別途に備えているので、製造費用が上昇するだけでなく、クラッドの追加的な積層により製造工程が複雑になるという問題点が発生する。

本発明は、光導波路が誘電体機能を行い、配線パターンを光導波路に内蔵させることにより、改善した光接続効率及び材料費の節減をもたらすことのできる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れば、光導波路と配線が形成され、光信号と電気信号を共に伝送する印刷回路基板であって、クラッドと、クラッドに内蔵されて光信号を伝送するコアと、クラッドに内蔵されて電気信号を伝送する配線パターンとを含むことを特徴とする印刷回路基板を提供する。

配線パターンの一方の面は、光素子などとの電気的接続のために印刷回路基板の外部に露出していることが好ましい。

クラッドは、配線パターンが内蔵された第１クラッドと、コアが内蔵された第２クラッドとを含んでいることが好ましい。

一方、本発明の別の実施形態によれば、（ａ）キャリア部の一方の面に配線パターンを形成する段階と、（ｂ）キャリア部の配線パターンが形成された面に第１クラッドを積層する段階と、（ｃ）第１クラッドの配線パターンが形成された面の反対側の面にコアを形成する段階と、（ｄ）第１クラッドのコアが形成された面に第２クラッドを積層する段階と、（ｅ）配線パターンの一方の面が露出するように、キャリア部を除去する段階とを含むことを特徴とする印刷回路基板の製造方法を提供する。

ここで、段階（ｅ）の後に、段階（ｆ）として、第１クラッドの配線パターンが形成された面にソルダレジストを形成する段階をさらに含むことができる。

また、キャリア部は、キャリア層と、キャリア層の一方の面に積層されたエッチング防止層とを含み、段階（ａ）は、エッチング防止層に配線パターンを形成するようにしてもよい。

上述した以外の異なる実施形態、特徴、利点は、以下の図面、本発明の特許請求の範囲を含む発明の詳細な説明によって明確になるだろう。

本発明の好ましい実施例に係る印刷回路基板及びその製造方法によれば、クラッドが絶縁層としての機能を発揮し、配線パターンをクラッドに内蔵させることができるので、改善した光接続効率及び材料費の節減を提供することができる。

以下、本発明に係る印刷回路基板及びその製造方法の好ましい実施例を、添付した図面に基づいて詳しく説明するが、この説明において、同一または対応する構成要素に対しては同一の図面番号を付与し、重複した説明は省略する。

先ず、図３及び図４を参照して、本発明の好ましい第１実施例に係る印刷回路基板について説明する。

本実施例に係る印刷回路基板は、コアが形成されたクラッドで印刷回路基板の絶縁層を代替し、クラッドに配線パターンを内蔵することを特徴としている。

図３は、本発明の好ましい第１実施例に係る印刷回路基板の構造を示す断面図であり、図４は、図３の印刷回路基板の平面図である。図３及び図４を参照すると、クラッド２０、コア２５、配線パターン３０、ソルダレジスト４０（ｓｏｌｄｅｒ ｒｅｓｉｓｔ）を示している。

クラッド２０は、後で説明するコア２５を取り囲み、効率的に光信号を伝送できるようにするための手段であり、また以下で説明する配線パターン３０に対しては通常の印刷回路基板の絶縁層としての機能を行うための手段でもある。クラッド２０は、ポリマ系の材質から形成されている。クラッド２０には、以下で順次説明する配線パターン３０及びコア２５が内蔵されている。

配線パターン３０は、印刷回路基板において電気信号を伝送するための手段であって、電気伝導度がよい銅（Ｃｕ）のような金属から形成することができる。配線パターン３０はクラッド２０に内蔵され、一方の面は本実施例に係る印刷回路基板の外部に露出するように形成されている。一方の面が印刷回路基板の外部に露出していない場合、面発光レーザ５０（ＶＣＳＥＬ）のような装置を印刷回路基板に内蔵させなくてはならないが、配線パターン３０の一方の面が外部に露出していることにより、面発光レーザ５０のような装置を印刷回路基板に内蔵させる必要がなくなる。

配線パターン３０は、後述する別に設けられたキャリア層８０（図７）上に形成され、さらに配線パターン３０の上にクラッド２０を積層して加圧した後に、キャリア層８０を除去することによってクラッド２０に内蔵させることができる。配線パターン３０をクラッド２０に内蔵する方法は、上述した方法以外にも多様な方法を用いることができる。

コア２５は、印刷回路基板において光信号が伝達される経路であって、クラッド２０に内蔵され、クラッド２０によって取り囲まれている。コア２５もクラッド２０と同様にポリマ系の材質から形成されているが、単に光信号を効率的に伝送するためにクラッド２０よりも高い屈折率を備えている。

一方、クラッド２０にコア２５及び配線パターン３０を容易に内蔵するために、クラッド２０は、配線パターン３０が内蔵される第１クラッド２１（図７）と、コア２５が内蔵される第２クラッド２２（図７）から形成されていてもよい。

より具体的に説明すると、キャリア層８０に配線パターン３０を形成した後に、第１クラッド２１を積層して加圧することで第１クラッド２１に配線パターン３０を内蔵する。その後に配線パターン３０が内蔵された第１クラッド２１の上面にコア２５を形成し、さらにその上に第２クラッド２２を積層して加圧することで第２クラッド２２がコア２５を内蔵する。これによりクラッド２０にコア２５及び配線パターン３０を内蔵することができる。

この方法以外にも、第１クラッド２１に配線パターン３０を内蔵させたものを形成し、これとは別に第２クラッド２２にコア２５を内蔵させたもの形成して、これらを積層することで、クラッド２０にコア２５及び配線パターン３０を内蔵させることもできる。

ソルダレジスト４０は、部品の実装時に行われるハンダ付けによって不要の接続が起きることを防止する被膜であり、クラッド２０の一方の面に形成されている。ソルダレジスト４０は、印刷回路基板表面の配線パターン３０を保護する保護材の役目もしており、一般的に塗料形態である。

ソルダレジスト４０は、ソルダレジスト膜４１（図７）を積層し、これをエッチングすることによって形成することができる。しかし、この方法に限らず、スクリーン印刷法、ローラコーティング（ｒｏｌｌｅｒ ｃｏａｔｉｎｇ）法、カーテンコーティング（ｃｕｒｔａｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）法、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）法などの多様な方法で形成することができる。

図５は、従来技術による印刷回路基板と、図３に示した本実施例に係る印刷回路基板とを比較した断面図である。図５を参照すると、クラッド２０、配線パターン３０、ソルダレジスト４０、面発光レーザ５０（ＶＣＳＥＬ）、ダイオード５２、絶縁層６０、ミラー７０（ｍｉｒｒｏｒ）を示している。

図５（ａ）は、従来技術による印刷回路基板の断面図であり、図５（ｂ）は、図３に示した本実施例に係る印刷回路基板の断面図である。また、図５（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ表示されている矢印は光信号の経路を示している。

図３に示した印刷回路基板は、前述したように、クラッド２０が絶縁層６０を代替することにより全体の厚さを減らすことができ、これによって面発光レーザ５０のダイオード５２からミラー７０までの距離を減らすことができる。

光信号が、コア２５、すなわち、光導波路を介して伝送されるためには、ダイオード５２から伝送された光信号を光導波路の長さ方向に提供するように、ミラー７０による反射が必要である。しかし、光信号がダイオード５２からミラー７０に至る間、拡散角（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ ａｎｇｌｅ）によって誤差が発生する恐れがある。このような恐れを解消するためには、ダイオード５２からミラー７０までの経路を短くする必要があり、本実施例に係る印刷回路基板は、クラッド２０が絶縁層を代替することによってダイオード５２からミラー７０に至る経路を短くしている。

次に、本発明の好ましい第１実施例に係る印刷回路基板の製造方法について、図６及び図７を参照して説明する。

図６は、本発明の好ましい第１実施例に係る印刷回路基板の製造方法を示すフローチャートであり、図７は、図６に示した印刷回路基板の製造方法の各工程における印刷回路基板の断面図を示す図である。図６及び図７を参照すると、第１クラッド２１、第２クラッド２２、コア層２６、コア２５、配線パターン３０、金属層３１、ソルダレジスト膜４１、ソルダレジスト４０、キャリア層８０、エッチング防止層８５を示している。

段階Ｓ１０１は、キャリア層８０の一方の面に形成されたエッチング防止層８５に配線パターン３０を形成する段階である。配線パターン３０は電気的信号を伝送するための手段であり、その構造は設計に応じて多様に変更される。

エッチング防止層８５は、金属層３１をエッチングする際にキャリア層８０がエッチングされることを防止するための手段であり、キャリア層８０は金属層３１のエッチングによって形成された配線パターン３０上に、後で説明するクラッド２０を形成して配線パターン３０をクラッド２０に内蔵させるための手段である。

エッチング防止層８５に配線パターン３０を形成するために、本実施例ではエッチングを用いたサブトラクティブ（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）方式を用いる。すなわち、エッチング防止層８５に金属層３１を積層し、露光及びエッチングを経て配線パターン３０を形成する。このような工程を、図７の（ａ）及び（ｂ）に示している。

エッチング防止層８５は、キャリア層８０がエッチング液に露出してエッチングされることを防止するための手段であり、これによってキャリア層８０は再活用できることになる。

一方、本実施例では配線パターン３０を形成する方法としてエッチングを用いたサブトラクティブ（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）方式を提示したが、インクジェット方式またはメッキを用いたアディティブ（ａｄｄｉｔｉｖｅ）方式によって配線パターン３０を形成することも可能である。

ただ、インクジェット方式またはメッキを用いたアディティブ方式によって配線パターン３０を形成する場合には、本実施例のようなエッチング防止層８５がなくてもよいので、配線パターン３０をキャリア層８０に直接形成することができる。

段階Ｓ１０２は、エッチング防止層８５の配線パターン３０が形成された面に第１クラッド２１を積層する段階である。配線パターン３０が形成された面に第１クラッド２１を積層して加圧すれば、第１クラッド２１に配線パターン３０が内蔵されることになる。第１クラッド２１はポリマ系の物質で形成され、従来技術の印刷回路基板における絶縁層としての機能を行うものである。このような工程を図７の（ｃ）に示している。

段階Ｓ１０３は、第１クラッド２１の配線パターン３０が形成された面の反対側の面に光導波路を形成する段階である。光導波路は光信号を伝達するための手段である。本実施例では光導波路として、ポリマ系の物質からなるコア２５を提示する。

第１クラッド２１の配線パターン３０が形成された面の反対側の面に光導波路を形成するために、先ず、ポリマ系の物質からなるコア層２６を積層する。この後に露光及びエッチングを行い、コア２５を形成する。このような工程を、図７の（ｄ）及び（ｅ）に示している。

一方、本実施例に係る印刷回路基板の製造方法では、コア２５を形成する方法として、コア層２６を積層してエッチングしていたが、この方法に限らず、インプリント、スクリーン印刷、レーザ加工など多様な方法を用いることができる。

段階Ｓ１０４は、第１クラッド２１の光導波路が形成された面に第２クラッド２２を積層する段階である。これによって第２クラッド２２には光導波路、すなわちコア２５が内蔵される。第２クラッド２２は、第１クラッド２１と同様にポリマ系の物質であり、第１クラッド２１と同様な物質であればよい。第２クラッド２２は、光導波路を取り囲むクラッドの機能を行い、尚且つ上述した配線パターン３０に対しては、従来技術の印刷回路基板における絶縁層としての機能を行っている。これは、第１クラッド２１も同様である。このような工程を、図７の（ｆ）に示している。

段階Ｓ１０５は、配線パターン３０の一方の面が露出するように、キャリア層８０及びエッチング防止層８５を除去する段階である。上述したように、エッチング防止層８５は、金属層３１をエッチングする際にキャリア層８０がエッチングされることを防止するための手段であり、キャリア層８０は、金属層３１のエッチングによって形成された配線パターン３０上にクラッド２０を形成して配線パターン３０をクラッド２０に内蔵させるための手段である。

よって、上述した段階Ｓ１０１ないし段階Ｓ１０４を経て金属層３１をエッチングして配線パターン３０を形成し、このように形成された配線パターン３０上にクラッド２０を形成した後に、印刷回路基板を完成させるためにキャリア層８０とエッチング防止層８５を除去する。

このようにキャリア層８０とエッチング防止層８５を除去することにより、クラッド２０に内蔵された配線パターン３０の一方の面が外部に露出する。露出した配線パターン３０を通して、各種の部品を印刷回路基板に実装することができる。このような工程を、図７の（ｇ）及び（ｈ）に示している。

一方、配線パターン３０をインクジェット方式またはメッキを用いたアディティブ（ａｄｄｉｔｉｖｅ）方式で形成してエッチング防止層８５を使用しなかった場合には、キャリア層８０のみを除去すれば、配線パターン３０の一方の面を印刷回路基板の外部に露出させることができる。

段階Ｓ１０６は、第１クラッド２１の配線パターン３０が形成された面にソルダレジスト４０（ｓｏｌｄｅｒｒｅｓｉｓｔ）を形成する段階である。ソルダレジスト４０は、部品を実装する際に行われるハンダ付けによって不要な接続が起きることを防止するための被膜である。ソルダレジスト４０は、印刷回路基板表面の配線パターン３０を保護する保護材の役目もしており、一般的に塗料の形態である。

ソルダレジスト４０を形成するために、ソルダレジスト膜４１を積層し、これをエッチングする方法を実施することができる。このような工程を、図７の（ｉ）及び（ｊ）に示している。

しかし、この方法に限らず、スクリーン印刷法、ローラコーティング（ｒｏｌｌｅｒ ｃｏａｔｉｎｇ）法、カーテンコーティング（ｃｕｒｔａｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）法、スプレーコーティング（ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）法など多様な方法を用いてソルダレジスト４０を形成することができる。

上述した実施例以外にも多くの実施例が、本発明の特許請求の範囲内に存在することは言うまでもない。

基板表面の整列溝に挿入され、配置された光繊維を示す従来のクラッドの平面図である。 図１ａのＡ−Ａ線における断面図である。 光繊維が配置された従来のクラッドを含んだ印刷回路基板の断面図である。 高分子光導波路が形成された従来のクラッドの断面図である。 高分子光導波路が形成された従来のクラッドを含んだ印刷回路基板の断面図である。 本発明の好ましい第１実施例に係る印刷回路基板の構造を示す断面図である。 図３に示した本発明の好ましい第１実施例に係る印刷回路基板の平面図である。 従来技術の印刷回路基板と図３に示した本発明の印刷回路基板とを比較した断面図である。 本発明の好ましい第１実施例に係る印刷回路基板の製造方法を示すフローチャートである。 図６に示した印刷回路基板の製造方法における各工程の印刷回路基板の断面を示す図である。

符号の説明

２０ クラッド
２５ コア
３０ 配線パターン
４０ ソルダレジスト
５０ 面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）
６０ 絶縁層

Claims (6)

1. 光導波路と配線が形成され、光信号と電気信号をともに伝送する印刷回路基板であって、
   クラッドと、
   前記クラッドに内蔵されて光信号を伝送するコアと、
   前記クラッドに内蔵されて電気信号を伝送する配線パターンと
   を含むことを特徴とする印刷回路基板。
2. 前記配線パターンの一方の面が前記印刷回路基板の外部に露出していることを特徴とする請求項１に記載の印刷回路基板。
3. 前記クラッドは、
   前記配線パターンが内蔵された第１クラッドと、
   前記コアが内蔵された第２クラッドと
   を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の印刷回路基板。
4. （ａ）キャリア部の一方の面に配線パターンを形成する段階と、
   （ｂ）前記キャリア部の前記配線パターンが形成された面に第１クラッドを積層する段階と、
   （ｃ）前記第１クラッドの前記配線パターンが形成された面の反対側の面にコアを形成する段階と、
   （ｄ）前記第１クラッドの前記コアが形成された面に第２クラッドを積層する段階と、
   （ｅ）前記配線パターンの一方の面が露出するように、前記キャリア部を除去する段階と
   を含むことを特徴とする印刷回路基板の製造方法。
5. （ｆ）前記第１クラッドの前記配線パターンが形成された面にソルダレジストを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の印刷回路基板の製造方法。
6. 前記キャリア部は、
   キャリア層と、前記キャリア層の一方の面に積層されたエッチング防止層とを含み、
   前記段階（ａ）は、
   前記エッチング防止層に前記配線パターンを形成することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の印刷回路基板の製造方法。

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