JP2008158090A - 光配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】実装が容易で、電気配線と光配線の利点を兼ね備えた光配線基板を提供する。
【解決手段】可撓性を有するフィルムからなるフレキシブル基板２と、そのフレキシブル基板２に設けられた１本以上の電気配線３と、上記フレキシブル基板に設けられた１本以上の光配線４と、上記フレキシブル基板２に実装され上記電気配線３のうち所定の電気配線３から入力された電気信号を光信号に変換して上記光配線４のうち所定の光配線４に出射する発光回路素子５と、上記フレキシブル基板２に実装され上記所定の光配線４から入射した上記光信号を電気信号に再変換して別の電気配線３に出力する受光回路素子６とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、実装が容易で、電気配線と光配線の利点を兼ね備えた光配線基板に関する。

パソコン、携帯電話機、テレビなどの電子機器において、画像などの大容量のデータを扱うサービスやアプリケーションの拡大に伴い、高速・大容量な通信技術の開発が活発に進められている。こうした状況の中、電子機器内又は電子機器間において高密度で高速・大容量の通信を可能とする光インターコネクションが注目されている。高密度とは、単位体積当たりの伝送容量が大きいことを言う。例えば、電気では１本の伝送線の径が数ｍｍであるのに対し、光では伝送線の径が１ｍｍ以下となるので、光通信は高密度と言える。

従来は、電子機器内又は電子機器間の配線においては、高速信号を一時的に低速信号に変換し、フレキシブルなＦＰＣ（Ｆｒｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ；以下、フレキシブル基板という）に設けた多芯（複数本）の電気配線に分割して流す。フレキシブル基板の電気配線より高速伝送できる電気配線は同軸ケーブルであり、同軸ケーブルを用いるとフレキシブル基板の電気配線より分割する芯数（本数）を少なくできる。

信号をさらに高速化するには、電気配線の終端付近に電気配線での遅延等により生じた波形の乱れを補正する波形補正回路が必要となる。

一方、電気配線より高速な光配線は、主に長距離情報伝送に用いられ、例えば、大陸間や大都市間でのネットワークでは、光配線を用い、光パルスの遅延の少ないシングルモード伝送が行われている。さらに、短距離のＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）では、光配線の接続の容易性という観点から、光配線のコア径を大きくできるマルチモード伝送が行われている。

特開２００４−１６３７２２号公報

電気配線は、光配線に比べて曲げに強く、直角曲げもできる。電気配線同士を接続することは光配線同士を接続することより容易である。電気コネクタは光コネクタより安価である。また、電気配線は、光配線に比べて電力を効率よく伝送することができる。

しかし、電気配線は、１チャンネル（１芯）あたり、数Ｇｂｐｓの伝送が限界であり、今後の高速化には、芯数を多くすること、波形補正回路を付加することなどが必要となる。しかし、芯数を多くすると、配線コストが高くなると共に、配線の体積が増加して配線スペースが足りなくなる。波形補正回路を付加すると、その波形補正回路の素子コスト、実装コストがかかるので、電気配線全体のコストが高くなる。

さらに、電気配線は、それ自体がアンテナの役割を果たし、電磁波を外部へ放射したり、外部からの電磁波を拾ってノイズを発生する。

一方、光配線は、電気配線に比べて高速でデータを伝送でき、芯数を少なくできる。また、光配線は、輻射ノイズを出さず、受けることもない。

しかし、光配線は、直角曲げが困難であると共に、光配線同士を接続するとき、接続位置トレランスがシングルモードの場合で１μｍ以下、マルチモードの場合で１０μｍ以下と、電気配線同士の接続に比べて、１桁以上高い精度が要求される。これらの点で、光配線を電気配線の代わりに用いることは困難である。また、光配線のための光コネクタは電気配線のための電気コネクタに比べて高価である。

さらに、光配線は、素子駆動等の大きいエネルギを伝送することが困難である。よって、電子機器内の部位間又は電子機器間の配線に光配線を用いても、それはデータ伝送用に限られ、電力供給用の電気配線が部位ごと又は電子機器ごとに必要となる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、実装が容易で、電気配線と光配線の利点を兼ね備えた光配線基板を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、可撓性を有するフィルムからなるフレキシブル基板と、そのフレキシブル基板に設けられた１本以上の電気配線と、上記フレキシブル基板に設けられた１本以上の光配線と、上記フレキシブル基板に実装され上記電気配線のうち所定の電気配線から入力された電気信号を光信号に変換して上記光配線のうち所定の光配線に出射する発光回路素子と、上記フレキシブル基板に実装され上記所定の光配線から入射した上記光信号を電気信号に再変換して別の電気配線に出力する受光回路素子とを備えたものである。

上記所定の電気配線に導通する端子を有する電気コネクタと、上記別の電気配線に導通する端子を有する別の電気コネクタとを備えてもよい。

上記電気コネクタが上記フレキシブル基板の一端に配置され、上記別の電気コネクタが上記フレキシブル基板の反対端に配置されてもよい。

上記電気配線が上記フレキシブル基板の片面に配置され、上記光配線が上記フレキシブル基板の反対面に配置されてもよい。

上記電気配線と上記光配線が互いに平行に伸びてもよい。

上記光配線が上記フレキシブル基板に対して上記電気配線の真裏に配置されてもよい。

複数本設けられた光配線間の配置ピッチと複数本設けられた電気配線間の配置ピッチとが等しくてもよい。

上記光配線が樹脂光導波路からなってもよい。

上記フレキシブル基板に対して４５°傾斜して上記光配線に臨むミラーを備えてもよい。

上記電気配線が配置された上記フレキシブル基板の片面に、電気配線から入力された電気信号を光信号に変換して光配線に出射する発光回路素子と、光配線から入射した上記光信号を電気信号に変換して電気配線に出力する受光回路素子電気素子とが実装されてもよい。

上記発光回路素子及び上記受光回路素子が上記フレキシブル基板に樹脂封止されてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）フレキシブルであるため実装が容易である。

（２）大きいエネルギを伝送できる電気配線と高速でデータを伝送できる光配線の利点を兼ね備える。

（３）光コネクタを有さず、取り扱いが良好である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る光配線基板１は、可撓性を有するフィルムからなるフレキシブル基板２と、そのフレキシブル基板２に設けられた電気配線３と、フレキシブル基板２に設けられた光配線４とを備えたものである。光配線４は可撓性を有するものが好ましい。フレキシブル基板２の形状は任意であるが、この実施形態では、説明を簡単にするため、単純なリボン型（細長い長方形）としている。また、電気配線３及び光配線４の本数はそれぞれ何本でもよいが、この実施形態では、電気配線３を多数本、光配線４を１本としている。

光配線４は、光ファイバ又は光導波路からなる。光配線４は、柔軟性（可撓性）や実装の点で樹脂系の光導波路で構成するのが望ましい。ガラス系の光導波路やガラス系の光ファイバでは曲げ耐性に問題があり、フレキシブル基板２がもたらす利点である曲げ性（フレキシブルであること）を損なうため、例えば、曲げ半径５ｍｍを達成することは難しい。また、ポリマ光ファイバは、柔軟ではあるが、太さが１００μｍ以上であるため、後述する受光素子６ａの受光径が１００μｍ以下であると、両者間の光結合部で伝送損失が発生する。樹脂系の光導波路は、コア径を数μｍから１００μｍ程度まで調節可能であるので、受光素子６ａの受光径が１００μｍ以下であっても対応できる。よって、光配線４は樹脂光導波路で構成するのが望ましい。

光導波路の樹脂として、さまざまな柔軟性に富んだ樹脂を選択可能である。例えば、透明性に優れたアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリスチレン樹脂がよく、繰り返し曲げ性（耐久性があること）に優れたポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂がよい。

光配線４は、曲げ損失を低減するために、コアとクラッドの比屈折率差が大きいほど望ましく、光配線基板１に要求される最小の曲げ半径において光配線４に生じる伝送損失が所定値を超えないように比屈折率差を所定値以上に定める。例えば、コア径５０μｍとしたとき、曲げ半径２ｍｍで９０°の曲げを施す場合は、伝送損失が０．５ｄＢを超えないためには比屈折率差が３％以上であることが必要である。

この光配線基板１は、フレキシブル基板２に実装され所定の電気配線（データ伝送用電気配線）３ａから入力された電気信号を光信号に変換して所定の光配線４ａに出射する発光回路素子５と、フレキシブル基板２に実装され光配線４ａから入射した上記光信号を電気信号に再変換して別の電気配線（データ伝送用電気配線）３ｂに出力する受光回路素子６とを備えている。発光回路素子５及び受光回路素子６を実装する個数はそれぞれいくつでもよいが、この実施形態では、説明を簡単にするため、それぞれ１個、すなわち１対としている。これら１対の発光回路素子５と受光回路素子６は、光配線４ａで結ばれることにより、発光回路素子５から受光回路素子６までの光リンクを形成する。

図２に示されるように、フレキシブル基板２の一端側に発光回路素子５による発光位置２１を定め、反対端側に受光回路素子６による受光位置２２を定め、発光位置２１と受光位置２２とを通過する架空の直線２３を定めると、この直線２３の直下に来る位置（フレキシブル基板２の反対面）に光配線４が形成される。

この実施形態では、電気配線３には、データ伝送用電気配線３ａ，３ｂのほかに、発光回路素子制御用電気配線３ｃ、受光回路素子制御用電気配線３ｄ、発光回路素子電源・接地用電気配線３ｅ、受光回路素子電源・接地用電気配線３ｆ、発光駆動用電気配線３ｇ、受光用電気配線３ｈ、低速データ伝送用電気配線３ｉ、電源・接地用電気配線３ｊ、発光回路受光回路間電気配線３ｋがある。

この実施形態では、発光回路素子５は、発光素子５ａとドライバ５ｂとに分割形成されている。例えば、発光素子５ａとしてＶＣＳＥＬ素子、ドライバ５ｂとしてＶＣＳＥＬ駆動用ＩＣを用いるとよい。受光回路素子６は、受光素子６ａとアンプ６ｂとに分割形成されている。例えば、受光素子６ａとしてフォトダイオード、アンプ６ｂとしてフォトダイオード信号増幅用ＩＣを用いるとよい。なお、発光素子５ａとドライバ５ｂ、受光素子６ａとアンプ６ｂは、図示のようにフレキシブル基板２の長手方向に沿って並べる必要はなく、幅方向にずれた配置にしてもよい。

発光回路素子５は、１チャンネルの高速電気信号を光信号に変換するものであってもよく、多チャンネルの電気信号を１チャンネルの光信号に多重化（時分割、波長分割等）する機能を有してもよい。受光回路素子６は、光信号を１チャンネルの高速電気信号に変換するものであってもよく、１チャンネルの光信号を多チャンネルの電気信号に分離する機能を有してもよい。

この光配線基板１は、電気配線３ａに導通する端子７ａを有する電気コネクタ８と、別の電気配線３ｂに導通する端子９ａを有する別の電気コネクタ１０とを備えている。さらに、光配線基板１は、電気コネクタ８の別の端子７ｂから別の電気コネクタ１０の別の端子９ｂまで導通するさらに別の電気配線３ｉを備えている。

電気コネクタ８，１０は、接触子をハウジングに保持したものを光配線基板１の面に実装してもよいが、この実施形態では、エッジコネクタを採用している。すなわち、電気コネクタ８がフレキシブル基板２の一端に配置され、別の電気コネクタ１０がフレキシブル基板８の反対端に配置されている。

この実施形態では、電気配線３がフレキシブル基板２の片面（図示面；以下電気配線面と呼ぶ）のみに配置され、光配線４がフレキシブル基板２の反対面（以下、光配線面と呼ぶ）のみに配置されている。

さらに、この実施形態では、電気配線３が配置されたフレキシブル基板２の片面（電気配線面）のみに電気素子が実装されており、光配線面には電気素子が実装されていない。なお、電気素子とは、ここでは発光回路素子５、受光回路素子６（発光素子５ａ、ドライバ５ｂ、受光素子６ａ、アンプ６ｂ）を指すが、これら以外の電気素子として、適宜な能動素子、受動素子を電気配線面に実装してもよい。

電気配線３と光配線４は、互いに交差しないのが好ましい。この実施形態では、電気配線３と光配線４が互いに同じ方向に伸びている。すなわち、全ての電気配線３と光配線４は、リボン型のフレキシブル基板２の長辺に対して平行に形成されている。

また、電気配線３と光配線４とが交差せず重なるのは好ましい。そこで、光配線４がフレキシブル基板２に対して複数本の電気配線３のうちいずれか１本の真裏に設けられる。光配線４が電気配線３の真裏にあって重なっていると、フレキシブル基板２を曲げたときに、光配線４に変な曲げが生じないという効果がある。この実施形態では、発光回路受光回路間電気配線３ｋが発光素子５ａの直近で発光素子５ａに接しない位置から受光素子６ａの直近で受光素子６ａに接しない位置まで設けられる。その発光回路受光回路間電気配線３ｋの真裏に光配線４が配置されている。なお、発光回路受光回路間電気配線３ｋは、他の電気配線３と同じ材料で同じときに形成されるが、上記効果を得るためのもので、電気的にはダミーである。

この実施形態では、発光素子５ａ及び受光素子６ａが電気配線面、つまり光配線４が設けられない面に実装されていることから、発光素子５ａ及び受光素子６ａと光配線４との光接続のために、光路変換部が必要である。光路変換部としては、光配線４をフレキシブル基板２の厚み方向に曲げたものと、ミラーを配置したものとがある。光配線４を曲げるには曲げスペースが必要であるが、フレキシブル基板２の厚み内で曲げるのは難しい。ミラーを配置した光路変換部には、独立した部材としてのミラー部材を実装したものと、光配線４をある角度、例えば、４５°にカットしてミラーを形成したものとがある。この実施形態で必要とされるミラーのサイズがコア径程度、つまり１００μｍ以下であることから、ミラー部材は小さすぎて取り扱いが難しい。光配線４にミラーを形成した光路変換部は取り扱いが易しく、好適である。

さらに詳しく説明すると、図３に示されるように、発光素子５ａ又は受光素子６ａである光素子３１は、フレキシブル基板２に接合される面３２に複数の電極３３を備えている。また、光素子３１は、同じ面３２に発光面又は受光面としての光学面３４を備えている。

一方、図４に示されるように、フレキシブル基板２の電気配線面には、銅箔からなる電気配線３が設けられている。電気配線３の一部には電極３３との接合が可能な接合部４１が形成されている。接合部４１は電極３３に対応した位置に配置されている。

また、図５に示されるように、電気配線３の一部はドライバ５ｂ又はアンプ６ｂのＩＣを実装するランド５１となっており、そのランド５１で囲まれた範囲内にＩＣ実装位置５２が定められる。また、いくつかの電気配線３はそのＩＣの電極が電気的に接続される。

図６に示されるように、フレキシブル基板２の電気配線面に光素子３１が実装され、光配線面に光配線４が設けられる。光配線４の光素子３１に対向する位置に、ミラー６１が形成されている。ミラー６１は、フレキシブル基板２に対して４５°傾斜して光配線４に臨むので、光配線４を伝送されてきた光の伝送方向を９０°曲げて光素子３１に向けることができる。光素子３１はＡｕバンプ６２を用いてフレキシブル基板２に実装されている。

図７に示されるように、ＩＣ７１はそのハウジング（パッケージ）をフレキシブル基板２に固定され、ＩＣ７１の上面に形成された電極から電気配線３（図７には示さず）までワイヤ７２がボンディングされている。一方、光素子３１はＡｕバンプ６２を用いてフレキシブル基板２に実装されている。

あるいは、図８に示されるように、ＩＣ７１も光素子３１と同様にＡｕバンプ６２を用いてフレキシブル基板２に実装される。

次に、光配線基板１の動作を説明する。

フレキシブル基板２の一端に配置された電気コネクタ８の端子７ａに電気信号が入力されると、その電気信号は端子７ａに導通するデータ伝送用電気配線３ａを介して発光回路素子５のドライバ５ｂに入力される。発光素子５ａは、ドライバ５ｂで増幅された電気信号を光信号に変換して光配線４ａに出射する。この光配線４ａを伝送された光信号は受光回路素子６の受光素子６ａで受光され、電気信号に再変換される。この電気信号はアンプ６ｂで増幅され、データ伝送用電気配線３ｂを介して電気コネクタ１０の別の端子９ｂまで伝送される。

一方、電気コネクタ８の別の端子７ｂに電気信号が入力されると、その電気信号は端子７ａに導通する低速データ伝送用電気配線３ｉを介して別の電気コネクタ１０の別の端子９ｂまで直接伝送される。

電気コネクタ８において発光回路素子電源・接地用電気配線３ｅに入力された電源電力は、発光回路素子５に供給される。電気コネクタ１０において受光回路素子電源・接地用電気配線３ｆに入力された電源電力は、受光回路素子６に供給される。

電気コネクタ８において電源・接地用電気配線３ｊに入力された電源電力は、電気コネクタ１０に導かれる。

次に、光配線基板１の作用効果を説明する。

光配線基板１のメリットのひとつは、フレキシブルであるため取り扱いが容易なことである。従来の光配線基板はフレキシブル基板２を用いず、可撓性を有する光配線４を用いないので、フレキシブルでない。その点、本発明は、フレキシブル基板２と、可撓性を有する光配線４とを備えたので、フレキシブルである。

光配線４ａでデータを伝送するメリットは、高速でデータ伝送できる（少ない芯数で大容量伝送ができる）こと、及び輻射ノイズの発生・影響がないことである。よって、端子７ａに高速データの電気信号を入力すると、光配線基板１においては光リンクによる伝送が行われるため、端子９ａから出力される電気信号は劣化が少ない。

これに対して、低速データは、光リンクを通す必要性がないので、別の端子７ｂに入力して別の端子９ｂまで直接伝送すればよい。従って、高速データと低速データとが混在する場合は、これら高速データと低速データを分離して光配線基板１に与えることにより、光リンクの利用効率が高まる。

また、光配線基板１では、エネルギが大きい電源電力を伝送する電源・接地用電気配線３ｊを光配線４ａと同じフレキシブル基板２に設けたので、従来の光配線のように電力供給用の電気配線を別途に布設する必要がない。

光配線基板１は、光配線基板１の外部とのインタフェースが電気コネクタ８，１０のみからなり、光信号を外部とやり取りしない。よって、外部との接続時に光軸合わせなどの面倒な取り扱いがなく、取り扱いが容易である。また、高価な光コネクタも使用しない。つまり、光配線基板１は、光配線の利点である高速性、耐ノイズ性を光配線基板１の内部では実現しつつ、光配線の不利点である実装困難性、コスト高を解消している。

光配線基板１は、電気配線３が電気配線面のみに配置され、光配線４が光配線面のみに配置され、電気素子が電気配線面のみに実装されて光配線面に実装されないので、発光素子５ａとドライバ５ｂとの電気的接続（発光駆動用電気配線３ｇの設置）、受光素子６ａとアンプ６ｂとの電気的接続（受光用電気配線３ｈの設置）が容易となる。

さらに、光配線基板１は、電気配線３が電気配線面のみに配置され、光配線４が光配線面のみに配置され、電気素子が電気配線面のみに実装されて光配線面に実装されないので、電気伝送に関する部分と光伝送に関する部分とが隔離される。このため、電気配線３も光配線４もそれぞれ位置的な干渉を気にすることなく配線できることから、配線設計の自由度が上がる。

なお、図１の実施形態では、電気配線３及び光配線４がフレキシブル基板２の長辺に対して平行に形成されているが、これに限らず、電気配線３及び光配線４は、ランドにしたり分岐を設けるなどの自由な形態とすることができる。

光配線基板１は、電気配線３と光配線４とが互いに交差しないよう形成されている。ここで、例えば、電気配線面の電気配線３が光配線面の光配線４に交差したとする。フレキシブル基板２に曲げや捻りのストレスが加わったとき、交差箇所において電気配線３の存在により光配線４に局所的にストレスが集中するので、伝送損失が増大する。電気配線３と光配線４とが互いに交差しなければ、フレキシブル基板２に曲げや捻りのストレスが加わっても、光配線４にはストレスの集中する箇所が無く、伝送損失の増大が避けられる。

光配線基板１は、光配線４が発光回路受光回路間電気配線３ｋの真裏に配置されている。ここで、光配線基板１の製造手順として、始めにフレキシブル基板２の電気配線面に電気配線３を形成しておき、後でこのフレキシブル基板２の光配線面に光配線４を形成するものとする。このとき、光配線４の形成方法には、フレキシブル基板２を直接金型に入れてフォトプロセスを行うことにより光配線４を形成する方法と、フレキシブル基板２とは別途に形成しておいた光配線４をフレキシブル基板２に貼り合わせる方法とがある。しかし、いずれの方法においても、光配線４に凹凸がある場合、その凹凸が光配線４の伝送損失を増大させる要因となる。光配線４が発光回路受光回路間電気配線３ｋの真裏に配置されていることにより、光配線４と電気配線３が交差する箇所がなくなるので、光配線４に凹凸がなくなり、光配線４の伝送損失が増大する要因が解消される。

光配線基板１は、柔軟であると共に高速伝送が可能であり、しかも、低コストであることから、携帯電話機、近年薄型化が要求されるテレビ、パソコン等のディスプレイとディスプレイ用ドライバとを結ぶインタフェースに最適である。

次に、他の実施形態を説明する。

図９に示されるように、本発明に係る光配線基板９１は、可撓性を有するフィルムからなるフレキシブル基板９２と、そのフレキシブル基板９２に設けられた電気配線９３と、フレキシブル基板９２に設けられた可撓性を有する光配線９４とを備えたものである。図１の光配線基板１と同様にフレキシブル基板９２はリボン型である。しかし、電気配線９３の本数は図１の光配線基板１よりも多く、光配線９４の本数は４本であり、４チャンネルの光伝送が可能となっている。このために、発光回路素子と受光回路素子が４対設けられる。ただし、この実施形態では、４個の発光素子、ドライバ、受光素子、アンプの各々がそれらを４個ずつ収容した回路素子９５ａ，９５ｂ，９６ａ，９６ｂで実現されている。

この光配線基板９１において、複数本設けられた光配線９４間の配置ピッチＰｏと複数本設けられた電気配線９３（この実施形態では発光回路受光回路間電気配線９３ｋ）間の配置ピッチＰｅとが等しいことが望ましい。なぜならば、光配線９４間の配置ピッチＰｏと電気配線９３間の配置ピッチＰｅとを等しくすることにより、光配線９４の本数が多い場合でも、光配線９４の真裏に電気配線９３が存在できるからである。

また、光配線９４の真裏における電気配線９３（発光回路受光回路間電気配線９３ｋ）の高さバラツキが大きいと、フレキシブル基板９２を曲げたときに光配線９４にストレスがかかる。これに対し、電気配線９３の高さバラツキを小さくすることによって、ストレスを低減するとよい。特に光配線基板９１においては、電気配線９３の高さバラツキが１０μｍ以下であると、伝送損失が低減される。

次に、発光回路素子及び受光回路素子を構成する発光素子、ドライバ、受光素子、アンプの各回路素子をフレキシブル基板２に封止することにより、耐水性等の耐環境性が高まる。封止方法としては、一般に、ガラス、セラミック材料によるハーメティック封止が最も信頼性が高いとされる。しかし、フレキシブル基板２を用いた本発明の光配線基板１，９１では、仮にガラス、セラミック材料により封止した場合でも、フレキシブル基板２からの透湿が考えられ、完全なハーメティック封止にはならない。また、ガラス、セラミック材料による封止はフレキシブル基板２の柔軟性を損なう。そこで、本発明においては、完全なハーメティック封止を必要とせず、柔軟性の確保が優先することから、樹脂による封止が適している。

封止に用いる樹脂材料としては、光素子を封止するには、透明性が要求されることから、アクリル系、エポキシ系、シリコーン等の高透明樹脂がよい。ドライバとアンプを封止するには、放熱性が要求されることから、フィラー入りのエポキシ系、アクリル系樹脂がよい。

次に、曲げ耐性を強化するために保護層を設けた実施形態を説明する。

図１０に示されるように、本発明に係る光配線基板１０１は、可撓性を有するフィルムからなるフレキシブル基板１０２と、そのフレキシブル基板２に設けられた電気配線１０３と、フレキシブル基板１０２に設けられた可撓性を有する光配線１０４と、その光配線１０４を覆う保護層（保護膜）１０５とを備えたものである。保護層１０５には、例えばポリイミドを用いる。

次に、回路素子の電極と電気配線３との電気的接続の方法としては、一般に、フリップチップボンドとダイボンドがある。本発明においては、フレキシブル基板２の光配線面に設けられた光配線４と電気配線面に実装された光素子との間で光結合をさせるので、フリップチップボンドが望ましい。特に、図３のように光素子３１の電極３３が光学面３４と同じ面３２に形成された光素子３１を用いることが望ましい。図４のように電気配線面の接合部４１に電極３３を位置合わせしたとき、同時に光学的にも図６のように位置合わせが達成される。これにより、低コスト化が図られる。仮に、光素子の電極が両面に形成された光素子を用いると、光学面の反対にある面に形成された電極に対してワイヤボンドを行う必要が生じる。このため、ワイヤボンドのコストが追加され、ワイヤの高さに応じて光配線基板厚みが増すので、好ましくない。

実施例＃１
厚さ２５μｍ、幅５ｍｍ、長さ１００ｍｍのポリイミド製の樹脂シートをフレキシブル基板２とし、このフレキシブル基板２に銅／ニッケル／金からなりそれぞれの厚さが６±２μｍ／７．５±２．５μｍ／０．３±０．１μｍである電気配線３を設けた。このとき、光素子３１であるＶＣＳＥＬ，ＰＤには電極３３が光学面３４と同じ面３２に形成されたフェイスダウン型の光素子３１（発光素子５ａ及び受光素子６ａ）を用い、この光素子３１の電極配置とフレキシブル基板２の接合部４１の配置が一致するように、電気配線３及び接合部４１の配置を設計した。

また、このとき、ドライバ５ｂとアンプ６ｂのための各ＩＣ実装位置５２は、フレキシブル基板２の一方のエッジ側と他方のエッジ側とに振り分けた。ランド５１のサイズは、それぞれのＩＣ７１のサイズである１ｍｍ×２ｍｍよりも幅、長さとも０．５ｍｍ大きい１．５ｍｍ×２．５ｍｍとした。ＩＣ７１の電極が電気的に接続される電気配線３も形成した。

ＩＣ実装位置５２とフレキシブル基板２のエッジとの間には、データ伝送用電気配線３ａ，３ｂ、発光回路素子制御用電気配線３ｃ、受光回路素子制御用電気配線３ｄ、発光回路素子電源・接地用電気配線３ｅ、受光回路素子電源・接地用電気配線３ｆを設けた。発光素子５ａとドライバ５ｂ間、受光素子６ａとアンプ６ｂ間には、発光駆動用電気配線３ｇ、受光用電気配線３ｈを設けた。フレキシブル基板２の両エッジ間（電気コネクタ８と別の電気コネクタ１０間）には、低速データ伝送用電気配線３ｉ、電源・接地用電気配線３ｊを設けた。さらに、発光素子５ａの光学面３４が来る発光位置２１と受光素子６ａの光学面３４が来る受光位置２２とを結んだ架空の直線２３上に、発光素子５ａの位置、受光素子６ａの位置からそれぞれ２ｍｍ離れた位置間に幅２００μｍの発光回路受光回路間電気配線３ｋを設けた。

その後に、フレキシブル基板２の電気配線面とは反対の光配線面に、光配線４として樹脂製の光導波路を形成した。このとき、既に形成されている電気配線３の一部を基準とし、架空の直線２３の真下に来る位置に光配線４を形成した。光配線４は、アンダークラッド厚さ３０μｍ、コア高さ５０μｍ、コア幅５０μｍ、コア上面からのオーバークラッド厚さ２０μｍとした。

コアとクラッドの屈折率は、図１１の曲げ特性グラフから求めた。横軸は曲げ半径とし、縦軸は光量保持とし、屈折率差をパラメータにとる。図１１を概観すると、屈折率差が小さいときは曲げ半径が比較的大きくても光量保持が小さく、屈折率差が大きくなると曲げ半径が小さくなっても光量保持が小さくなりにくいことがわかる。具体的には、クラッドの屈折率が１．５０の場合、コアとクラッドの屈折率差が０．０５以下では半径２ｍｍの曲げで損失を生じる。そこで、実施例＃１では、クラッドの屈折率を１．５０、コアの屈折率を１．５５とした。

ここで、光量保持とは、損失の有無及び損失の程度を表す数量であり、光量保持＝１のとき損失なし、光量保持＝０．９のとき損失が１０％である。また、光量保持＝０．９では、損失は０．５ｄＢである。本発明では、１０％を有意の損失と見なしているので、光量保持が０．９以上であることが望ましい。

コアとクラッドの材料には、透明性に優れるシリコーン樹脂を用いた。

その後、光素子３１である発光素子５ａ及び受光素子６ａの電極３３にＡｕバンプ６２を付け、超音波によるフリップチップ実装によりフレキシブル基板２に実装した。このとき、図６のように光結合のための位置合わせをした。

ＩＣ７１であるドライバ５ｂとアンプ６ｂは、図７のように、フレキシブル基板２上のランドと銀ペーストによりＩＣ７１の電極のない側をフレキシブル基板２に向けてダイボンド実装し、ＩＣ７１の電極とフレキシブル基板２の電極とをワイヤボンド７２により接続した。

その後、発光素子５ａ、ドライバ５ｂ、受光素子６ａ、アンプ６ｂを、それぞれ接続部の耐水性確保のために、透明樹脂で封止した。封止に用いる樹脂は耐水性があることに加え、透明性に優れ、かつ応力緩和の機能に優れたものがよい。ここでは、ゴム状であるシリコーン系樹脂を用いた。

このようにして作製した実施例＃１の光配線基板１について伝送試験を行った結果、高速データ伝送を行う光配線４ａに４Ｇｂｉｔ／ｓの信号を伝送させ、低速データ伝送を行う電気配線３ｉに１Ｍｂｉｔ／ｓの信号を伝送させたとき、良好な伝送ができることが確認された。
実施例＃２
実施例＃１とほぼ同様の手順で、ただし、ＩＣ７１であるドライバ５ｂとアンプ６ｂは図８のように、Ａｕバンプ６２を用いてフリップチップ実装した。さらに、その後、ポリイミドテープを用いて図１０のように保護層１０５を光配線１０４の上に追加した。フレキシブル基板１０２がポリイミド製で、光配線１０４がアクリル系樹脂製という積層構造に全体にわたり厚さ２５μｍのポリイミドテープからなる保護層１０５を追加したことにより、極度の曲げ又は１００万回に及ぶ曲げ耐性を確保することができる。
比較例
実施例＃１における光導波路をアクリル系樹脂で形成し、保護層はなしとした。

実施例＃１，＃２と比較例に対する曲げ試験の結果を表１に示す。

これによると、保護層１０５が無い比較例の場合、１０万回以下の繰り返し曲げにより、曲げ耐性に弱いアクリル系層に亀裂が入り破壊するが、保護層１０５がある場合、１００万回以上でも破壊することがなく、高い曲げ耐性を確保することができる。
実施例＃３
実施例＃１とほぼ同様の手順で、ただし、図９のように、アレイ品である４個の発光素子を収容した回路素子９５ａ、４個のドライバを収容した回路素子９５ｂ、４個の受光素子を収容した回路素子９６ａ、４個のアンプを収容した回路素子９６ｂを用いた。アレイピッチは２５０μｍである。電気配線、光配線の本数も図９に従う。光配線９４は、幅２００μｍの電気配線９３ｋの真裏に設けた。

このようにして作製した実施例＃３の光配線基板９１について伝送試験を行った結果、高速データ伝送を行うチャンネル（各光配線９４と、それに対応する電気配線９３）に４Ｇｂｉｔ／ｓの信号を伝送させたとき、物理的に近接するチャンネル間のクロストークは２０ｄＢ以上となり、良好な伝送ができることが確認された。なお、ここでは、クロストークは大きい方が好ましい数量で表している。

本発明の一実施形態を示す光配線基板の電気配線面側から見た要部平面図である。 図１の光配線基板の全体平面図である。 図１の光配線基板に実装された光素子の光学面側から見た平面図である。 図１の光配線基板の要部拡大平面図である。 図１の光配線基板の要部拡大平面図である。 図１の光配線基板の要部側断面図である。 図１の光配線基板の要部側断面図である。 図１の光配線基板の要部側断面図である。 本発明の一実施形態を示す光配線基板の電気配線面側から見た要部平面図である。 本発明の一実施形態を示す光配線基板の側断面図である。 コアとクラッドの屈折率差をパラメータとした導波路の曲げ特性（曲げ半径対光量保持特性）の図である。

符号の説明

１ 光配線基板
２ フレキシブル基板
３ 電気配線
４ 光配線
５ 発光回路素子
６ 受光回路素子
８ 電気コネクタ
１０ 別の電気コネクタ

Claims (12)

1. 可撓性を有するフィルムからなるフレキシブル基板と、そのフレキシブル基板に設けられた１本以上の電気配線と、上記フレキシブル基板に設けられた１本以上の光配線と、上記フレキシブル基板に実装され上記電気配線のうち所定の電気配線から入力された電気信号を光信号に変換して上記光配線のうち所定の光配線に出射する発光回路素子と、上記フレキシブル基板に実装され上記所定の光配線から入射した上記光信号を電気信号に再変換して別の電気配線に出力する受光回路素子とを備えたことを特徴とする光配線基板。
2. 上記所定の電気配線に導通する端子を有する電気コネクタと、上記別の電気配線に導通する端子を有する別の電気コネクタとを備えたことを特徴とする請求項１記載の光配線基板。
3. 上記電気コネクタの別の端子から上記別の電気コネクタの別の端子まで導通するさらに別の電気配線を備えたことを特徴とする請求項２記載の光配線基板。
4. 上記電気コネクタが上記フレキシブル基板の一端に配置され、上記別の電気コネクタが上記フレキシブル基板の反対端に配置されたことを特徴とする請求項２又は３記載の光配線基板。
5. 上記電気配線が上記フレキシブル基板の片面に配置され、上記光配線が上記フレキシブル基板の反対面に配置されたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の光配線基板。
6. 上記電気配線と上記光配線が互いに平行に伸びたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の光配線基板。
7. 上記光配線が上記フレキシブル基板に対して上記電気配線の真裏に配置されたことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の光配線基板。
8. 複数本設けられた光配線間の配置ピッチと複数本設けられた電気配線間の配置ピッチとが等しいことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の光配線基板。
9. 上記光配線が樹脂光導波路からなることを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の光配線基板。
10. 上記フレキシブル基板に対して４５°傾斜して上記光配線に臨むミラーを備えたことを特徴とする請求項１〜９いずれか記載の光配線基板。
11. 上記電気配線が配置された上記フレキシブル基板の片面に、上記発光回路素子と上記受光回路素子電気素子とが実装されたことを特徴とする請求項１〜１０いずれか記載の光配線基板。
12. 上記発光回路素子及び上記受光回路素子が上記フレキシブル基板に樹脂封止されたことを特徴とする請求項１〜１１いずれか記載の光配線基板。

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