JP2008124418A - 電気回路基板及びこれを用いた光電気複合回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法にて光回路基板を位置搭載可能な電気回路基板を提供する。
【解決手段】、電気配線層及び電気絶縁層を有する電気回路基板であって、電気配線層又は電気絶縁層に光回路基板搭載用の位置決めガイドを有することを特徴とする電気回路基板である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気回路基板及びこれを用いた光電気複合回路基板に関するものである。

電子素子間や配線基板間の高速・高密度信号伝送において、従来の電気配線による伝送では、信号の相互干渉や減衰が障壁となり、高速・高密度化の限界が見え始めている。これを打ち破るため電子素子間や配線基板間を光で接続する技術、いわゆる光インタコネクションが提案されており、これに用いるポリマー光導波路材の開発が盛んになされている。

一般に光配線では、光素子と光回路の光結合に関し、高精度な位置合わせが必要とされる。光素子は電気回路基板に搭載されるので、光回路基板と電気回路基板が高精度に位置合わせされなければならない。その位置合わせ方法としては、例えば特許文献１に記載のようにガイドピンを用いる方法や、特許文献２記載のように基準物（ここでは受光部）の位置を見ながら光導波路を位置合わせする方法などが示されている。しかしながら、ガイドピンを用いる方法は電気配線板や光導波路に穴明け加工が必要であるために工程が複雑であり、また基準物の位置を見ながら光導波路を位置合わせする方法は、画像を確認しながら位置を微調整する必要があるため、これらの方法は生産性に劣るという課題があった。

特開２００５−１１５１９０号公報 特開２００６−３９３９０号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、簡易な方法で光回路基板を電気回路基板に位置合わせし、搭載することが可能な光電気複合回路基板を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、電気配線層又は電気絶縁層に光回路基板搭載用の位置決めガイドを設けることで、上記課題を解決し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、
［１］電気配線層及び電気絶縁層を有する電気回路基板であって、電気配線層又は電気絶縁層に光回路基板搭載用の位置決めガイドを有することを特徴とする電気回路基板、
［２］前記位置決めガイドの高さが１〜１００μｍである上記［１］に記載の電気回路基板、
［３］上記［１］又は［２］に記載の電気回路基板と光回路基板を有する光電気複合回路基板、及び
［４］前記位置決めガイドと光回路基板との間隙が０．１〜２０μｍである上記［３］に記載の光電気複合回路基板、
を提供するものである。

本発明によれば、簡易な方法で光回路基板を位置合わせし、搭載することが可能な電気回路基板及び光電気複合回路基板を提供することができる。

本発明の電気回路基板は、電気配線層及び電気絶縁層を有し、電気配線層又は電気絶縁層に光回路基板搭載用の位置決めガイドを有することを特徴とする。
電気回路基板とは、電気回路が形成されたものであれば特に限定はなく、例えばプリント配線板、半導体チップなどを指す。
また、電気配線層は、電気素子間を接続するためのものであり、電気回路の構成部材として必ず使用するものである。なお、材質としては電気伝導性を有するもの、例えば銅、アルミニウムなどが一般的に用いられ、その厚さは１〜１００μｍ程度である。

電気絶縁層は、電気配線層を絶縁、保護するためのものであり、電気回路の構成部材として必ず使用するものである。なお、材質としては電気絶縁性のもの、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが一般的に用いられ、その厚さは１〜１００μｍ程度である。
また、光回路基板とは、光の伝搬、分岐、反射、屈折、増幅、減衰などを制御するものであれば特に限定はないが、一般的には屈折率の高いコアとこれを覆う屈折率の低いクラッドから構成される光導波路を指す。

本発明は、電気回路基板の構成部材として必ず使用する電気配線層又は電気絶縁層に直接光回路基板搭載用の位置決めガイドを設けることで、特別な工程を加えることなく簡易に光回路基板の位置決め搭載を可能とするものである。

以下、電気絶縁層に光回路基板搭載用の位置決めガイドを設ける態様を実施形態１として、また電気配線層に光回路基板搭載用の位置決めガイドを設ける態様を実施形態２として、図を用いて詳細に説明する。

本発明の第１の実施形態について図１を用いて説明する。電気回路基板１は、電気回路５を有する基材３上に電気絶縁層４を形成したものであり、該電気絶縁層４に光回路基板２を搭載するための位置決めガイド６を設けた構成を有する。この位置決めガイド６に、光回路基板２をはめ合わせて位置決めし、光回路基板２を搭載する。
電気絶縁層４に設けられる位置決めガイド６は、図１に示すように、光回路基板２の位置及び大きさに合わせて、電気絶縁層をくり抜いたものであり、また必要に応じて電気回路５の位置を併せてくり抜いたものである。
電気絶縁層４に位置決めガイド６を加工する方法としては、特に制限はないが、レジストレーション精度等の観点から露光、現像プロセスによるエッチングによって形成することが好ましい。

位置決めガイドの形状は、図１では四角形の場合を例としたが、その形状は特に限定されず、例えば、図６（ａ）及び（ｂ）に示すような括弧状であってもよい。
また、位置決めガイド６と光回路基板２の大きさの関係は、光回路基板２をはめ込むために、位置決めガイドをわずかに大きくすることが好ましい。一方、位置決めガイドが光回路基板に比べ大きすぎると、光素子との接続において位置精度に起因する光結合損失が大きくなる。これらの観点から、位置決めガイドは、光回路との間に０．１〜２０μｍの間隙を設ける大きさとすることが好ましく、０．２〜１０μｍであることがさらに好ましい。

また、位置決めガイドの高さは、光回路基板との位置合わせが可能であれば特に限定されないが、機械的にはめ合わせ可能な高さがあればより好ましい。一方、必要以上に厚い場合、位置決めガイドの位置精度確保が困難になる。これらの観点から、位置決めガイドの高さは、１〜１００μｍが好ましく、１０〜７５μｍがさらに好ましい。なお、位置決めガイドの高さは電気絶縁層の厚さと等しいので、該位置決めガイドの高さは電気絶縁層の厚さを制御することにより、所望の高さとすることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について、図２を用いて説明する。電気回路基板１は、電気配線層７に光回路基板２の位置決めガイド８を設けた構成であり、この位置決めガイド８に、光回路基板２をはめ合わせ位置決め搭載する。前述のように、電気配線層７は、電気回路基板の構成部材として必ず使用するものであり、電気配線層７を形成する際に同時に位置決めガイドを作製することで、特別な工程を加えることなく簡易に光回路の位置決め搭載が可能となる。この後、電気絶縁層を設けることで光電気複合回路基板を作製する。また、電気絶縁層は、光回路基板搭載前に設けてあってもよい。

位置決めガイドの形状は、図２では四角形を例としたが、その形状は特に限定されず、例えば、図６（ａ）及び（ｂ）に示すような括弧状であってもよい。位置決めガイドと光回路の大きさの関係は、上述の通り、光回路との間に０．１〜２０μｍの間隙を設ける大きさとすることが好ましく、０．２〜１０μｍであることがさらに好ましい。同様に、位置決めガイドの高さは、１〜１００μｍが好ましく、１０〜７５μｍがさらに好ましい。

電気配線層７に設ける位置決めガイド８は、電気回路５と同一の材料及び工程で形成することが可能であり、これにより特別な工程を加えることなく簡易に作製できる。なお、電気配線層７に位置決めガイド８を形成する方法としては、特に制限はないが、レジストレーション精度等の観点から露光、現像プロセスによりエッチングレジストを設け、電気配線層をエッチングすることによって形成することが好ましい。

なお、図１及び図２では、電気回路基板が形成された面へ光回路基板を搭載する例を示しているが、光回路基板はこれとは反対の面に搭載してもよい。さらに電気回路が両面に形成されていてもよい。

以下に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。
実施例１
［光導波路の作製］
（ワニスの調合）
表１に示す配合にて、コア層及びクラッド層用樹脂組成物を用意した。これに溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを、コア用では全量に対して３５質量部、クラッド用では全量に対して４０質量部加え、樹脂ワニスを調合した。なお、コア用樹脂ワニスは孔径０．５μｍのフィルタ（アドバンテック東洋（株）、商品名Ｊ０５０）で、クラッド用樹脂ワニスは孔径２μｍのフィルタ（（アドバンテック東洋（株）、商品名ＰＦ０２０）で０．３ＭＰａの加圧条件でろ過し、さらに減圧脱泡を行った。

＊１ フェノトートＹＰ−７０；東都化成（株）製、ビスフェノールＡ／ビスフェノールＦ共重合型フェノキシ樹脂
＊２ Ａ−ＢＰＥＦ；新中村工業（株）製、９，９−ビス［４−（２−アクリロイルオキシエトキシ）フェニル］フルオレン
＊３ ＥＡ−１０２０；新中村工業（株）製、ビスフェノールＡ型エポキシアクリレート
＊４ ＫＲＭ−２１１０；旭電化工業（株）製、アリサイクリックジエポキシカルボキシレート
＊５ イルガキュア８１９；チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルフォスフィンオキサイド
＊６ イルガキュア２９５９；チバ・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン
＊７ ＳＰ−１７０；旭電化工業（株）製、トリフェニルスルホニウムヘキサフロロアンチモネート塩
＊８ ＳＰ−１００；旭電化工業（株）製、光増感剤

（光導波路形成用樹脂フィルムの作製）
基材フィルムとしてポリアミドフィルム（商品名：ミクトロン、東レ（株）製、厚さ：１２μｍ）を用い、これのコロナ処理面（表面張力５６ｄｙｎ／ｃｍ）上に塗工機（マルチコーターＭ−２００、（株）ヒラノテクシード製）を用いてクラッド用樹脂ワニスを塗布し、８０℃、１０分、その後１００℃、１０分乾燥し、クラッド層形成用樹脂フィルムを作製した。また、同様にしてコア用樹脂ワニスをＰＥＴフィルム（商品名：コスモシャインＡ１５１７、東洋紡績（株）製、厚さ：１６μｍ）の非処理面に作製し、コア層形成用樹脂フィルムを得た。このとき樹脂層の厚さは、塗工機のギャップを調節することで、任意に調整可能であり、本実施例では硬化後の膜厚が、下部クラッド層２０μｍ、上部クラッド層７０μｍ、コア層５０μｍとなるように調節した。

（光導波路の作製）
紫外線露光機（（株）オーク製作所製、ＥＸＭ−１１７２）にて紫外線（波長３６５ｎｍ）を１０００ｍＪ／ｃｍ²照射後、８０℃で１０分加熱し下部クラッド層形成用樹脂フィルムを光硬化した（図７（ａ）参照）。次に、このクラッド層上に、真空加圧式ラミネータ（（株）名機製作所製、ＭＶＬＰ−５００）を用い、圧力０．４ＭＰａ、温度５０℃、加圧時間３０秒の条件にてコア層形成用樹脂フィルムをラミネートした（図７（ｂ）参照）。続いて幅５０μｍのホトマスク（ネガ型）を介し、上記紫外線露光機にて紫外線（波長３６５ｎｍ）を１０００ｍＪ／ｃｍ²照射し（図７（ｃ）参照）、直後に後露光加熱（ＰＥＢ）を８０℃で５分した後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドの８対２質量比混合溶剤にて、コアパターンを現像した（図７（ｄ）参照）。現像液の洗浄には、イソプロピルアルコールを用いた。次いで、同様なラミネート条件にて上部クラッド形成用樹脂フィルムをラミネートし、紫外線照射及び１６０℃で１時間加熱処理を行い、基材フィルムが外側に配置されたフレキシブル光導波路を作製した（図７（ｅ）参照）。さらにポリアミドフィルム剥離のため、８５℃／８５％の高温高湿条件でフレキシブル光導波路を１００時間処理した後、基材フィルムを剥がして除去し、フレキシブル光導波路を作製した（図７（ｆ））。

なお、コア層及びクラッド層の屈折率をＭｅｔｒｉｃｏｎ社製プリズムカプラー（Ｍｏｄｅｌ２０１０）で測定したところ、波長８３０ｎｍにて、コア層が１．５８４、クラッド層が１．５５０であった。また、作製した光導波路の伝搬損失を、光源に８５０ｎｍの面発光レーザー（（ＥＸＦＯ社製、ＦＬＳ−３００−０１−ＶＣＬ）を、受光センサに（株）アドバンテスト製、Ｑ８２２１４を用い、カットバック法（測定導波路長５、３、２ｃｍ、入射ファイバ；ＧＩ−５０／１２５マルチモードファイバ（ＮＡ＝０．２０）、出射ファイバ；ＳＩ−１１４／１２５（ＮＡ＝０．２２））により測定したところ、０．０９ｄＢ／ｃｍであった。

［粘接着シートの作製］
ＨＴＲ−８６０Ｐ−３（帝国化学産業（株）製商品名、グリシジル基含有アクリルゴム、分子量１００万、Ｔｇ−７℃）１００質量部、ＹＤＣＮ−７０３（東都化成（株）製商品名、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量２１０）５．４質量部、ＹＤＣＮ−８１７０Ｃ（東都化成（株）製商品名、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、エポキシ当量１５７）１６．２質量部、プライオーフェンＬＦ２８８２（大日本インキ化学工業（株）製商品名、ビスフェノールＡノボラック樹脂）１５．３質量部、ＮＵＣＡ−１８９（日本ユニカー（株）製商品名、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン）０．１質量部、ＮＵＣＡ−１１６０（日本ユニカー（株）製商品名、γ‐ウレイドプロピルトリエトキシシラン）０．３質量部、Ａ−ＤＰＨ（新中村化学工業（株）製商品名、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート）３０質量部、イルガキュア３６９（チバスペシャリティーケミカルズ社製商品名、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタノン−１−オン：Ｉ−３６９）１．５質量部、さらにワニス粘度が５００〜６００ｍPa・ｓとなるようにシクロヘキサノンを加えて攪拌混合し、真空脱気した。この接着剤ワニスを、厚さ７５μｍの表面離型処理ポリエチレンテレフタレート（帝人（株）製、テイジンテトロンフィルム：Ａ−３１）上に塗布し、８０℃で３０分間加熱乾燥し、粘接着シートを得た。この粘接着シートに、厚さ８０μｍの光透過性の支持基材（サーモ（株）製、低密度ポリエチレンテレフタレート／酢酸ビニル／低密度ポリエチレンテレフタレート三層フィルム：ＦＨＦ−１００）をあわせてラミネートすることにより保護フィルム（表面離型処理ポリエチレンテレフタレート）、粘接着層、及び光透過性の支持基材からなる粘接着シートを作製した。接着層の厚みは１０μｍとした。

［接着層付き光導波路の作製］
上記粘接着シートの保護フィルムを剥離し、粘接着層に５０℃、０．４ＭＰａの条件で光導波路を貼り合わせ、次に、ダイシングソー（（株）ディスコ製、ＤＡＤ−３４１）にて光導波路端部に４５度ミラーを有する形状に個片化した。光導波路寸法は、長さ：４５．９９ｍｍ、幅１．９９ｍｍ、厚さ：０．１ｍｍであり、コアパターンは２５０μｍピッチで４ｃｈとした。次にシート状接着剤の基材フィルム側から紫外線（波長３６５ｎｍ）を２５０ｍＪ／ｃｍ²を照射して基材フィルムから剥離し、接着層付きの光導波路を得た。

［光回路基板搭載用の位置決めガイドの作製］
図３に示すように、光素子搭載用銅配線１４を有するフレキシブル配線板１１の電気絶縁層(ソルダレジスト)を露光、現像工程により加工し、光回路基板搭載用の位置決めガイド１５を作製した。この位置決めガイド１５は、光素子搭載用銅配線１４のための電気絶縁層と同一の材料・工程で形成した。該位置決めガイド１５の高さは２０μmであった。

［光電気複合回路基板の作製］
次いで、前記接着層付きの光導波路を、光素子搭載用配線を有するフレキシブル配線板に設けた位置決めガイド（長さ：４６．００ｍｍ、幅：２．００ｍｍ、電気絶縁層（感光性ソルダレジスト）厚さ２０μｍ）を用いて搭載し、８０℃、０．４ＭＰａの条件で加熱圧着した。さらに１６０℃で１時間加熱し、光電気複合回路基板を作製した。作製した光電気複合回路基板の断面模式図を図４に示す。
本発明の光電気複合回路基板２５は、ポリイミドからなる基材１２に電気絶縁層（ソルダレジスト）１３と光素子搭載用銅配線１４を配置したものであり、これに光回路基板（光導波路）２１を載置したものである。ここで、電気絶縁層１３は図４の断面図（長手方向）に示されるように、位置決めガイドとしての機能を果たし、光回路基板（光導波路）２１を簡易な方法で位置合わせすることができた。前記、位置決めガイドと光回路基板との間隙は２０μｍであった。なお、光導波路２１はコア２２とクラッド２３からなる。

実施例２
実施例１において、光回路基板搭載用の位置決めガイドの作製を以下の方法により行ったこと以外は実施例１と同様にして光電気複合回路基板を作製した。
［光回路基板搭載用の位置決めガイドの作製］
図５に示すように、光素子搭載用銅配線１４を作製するのと同時に、光回路基板搭載用位置決めガイド１６を銅配線にて形成した。この位置決めガイド１６は、両面フレキシブル配線板の銅箔を、光素子搭載用銅配線１４の加工と同様な方法、すなわちエッチング加工により作製した。該位置決めガイド１６の高さは１２μｍであった。位置決めガイド１６により光回路基板（光導波路）２１を簡易な方法で位置合わせすることができ、位置決めガイドと光回路基板との間隙は２０μｍであった。

本発明によれば、簡易な方法で光回路基板を位置合わせし、搭載することが可能な電気回路基板を提供することができる。この電気回路基板を用いることで、光回路基板との接続が確実になされ、電子素子間や配線基板間の高速・高密度信号伝送が可能となる。

本発明の第１の実施の形態を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態を説明する図である。 本発明の実施例で用いたフレキシブル電気回路基板を説明する図である。 本発明の実施例１で作製した光電気複合回路基板を説明する図である。 本発明の実施例２で作製した光電気複合回路基板を説明する図である。 位置決めガイドの形状を説明する図である。 フレキシブル光導波路の製造方法を説明する図である。

符号の説明

１；電気回路基板
２；光回路基板
３；基材
４；電気絶縁層
５；電気回路
６；光回路基板搭載用位置決めガイド
７；電気配線層
８；光回路基板搭載用位置決めガイド
１１；フレキシブル配線板（電気回路基板）
１２；基材（ポリイミド）
１３；電気絶縁層（ソルダレジスト）
１４；光素子搭載用銅配線
１５；光回路基板搭載用位置決めガイド（ソルダレジストにて形成）
１６；光回路基板搭載用位置決めガイド（銅配線にて形成）
２１；光回路基板（光導波路）
２２；コア
２３；クラッド
２４；接着剤
２５；光電気複合回路基板
３１；光回路基板搭載用位置決めガイド
４１；基材フィルム（クラッド層用）
４２；下部クラッド層
４３；コア層
４４；基材フィルム（コア層形成用）
４５；ホトマスク
４６；コアパターン
４７；上部クラッド層
４８；基材フィルム（クラッド層用）

Claims (4)

1. 電気配線層及び電気絶縁層を有する電気回路基板であって、電気配線層又は電気絶縁層に光回路基板搭載用の位置決めガイドを有することを特徴とする電気回路基板。
2. 前記位置決めガイドの高さが１〜１００μｍである請求項１に記載の電気回路基板。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電気回路基板と光回路基板を有する光電気複合回路基板。
4. 前記位置決めガイドと光回路基板との間隙が０．１〜２０μｍである請求項３に記載の光電気複合回路基板。

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