JP2010054617A - 光電複合フレキシブル配線板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄くかつ耐屈曲性に優れ、光電変換素子を含む半導体を実装できる光導波路混載フレキシブル配線板およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】第１の光導波路クラッド２と、前記第１の光導波路クラッド上に配された導電配線パターン３および光導波路コアパターン５と、前記第１の光導波路クラッドとともに前記光導波路コアパターンおよび導電配線パターンを包み込むように形成された第２の光導波路クラッド６とをそなえた光導波路混載フレキシブル配線板、およびその製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄くかつ耐屈曲性に優れる光電複合フレキシブル配線板およびその製造方法に関する。

携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコンなどに代表されるモバイル電子機器には、軽薄短小化が特に強く要求されている。そのため、モバイル電子機器を軽薄短小化しかつ使い易くするためには、折り畳み型やスライド型などの筺体デザインが多く採用されている。

このような優れたデザインの実現には、折り畳み構造やスライド構造を実現する複合動作型ヒンジの内部を通し電気信号を伝送する必要がある。複合動作型ヒンジの内部における電気信号の伝送には、動的屈曲状態でも信号伝送が可能なフレキシブル配線板が用いられており、ヒンジ部に使用されるフレキシブル配線板には、１０万回レベルの繰り返しの屈曲動作において、機械的・電気的に耐えることが要求されている。

携帯電話やデジタルカメラなど、モバイル電子機器自体には軽薄短小化が求められるのに対し、電子機器が処理しなくてはならないデータサイズは、高画質の静止画/動画データを含め急速に大きくなっており、また情報処理速度の高速化も求められている。したがって、電子機器に使用されるフレキシブル配線板には、基板自体の軽薄短小化に加え、更なる高速信号の伝送対応が求められている。

従来、フレキシブル配線板では、銅配線によって電気信号を伝送しているが、現在および今後の大容量・高速信号処理のニーズに対応するため、フレキシブル配線板において光信号も同時に伝送する試みがなされており、フレキシブル配線板で光信号伝送を行うには、光導波路および導電配線の複合が必要である。

上記をまとめると、現在および将来において、フレキシブル配線板には、下記の３つの条件を満たすことが必要となっている。
(a) 光伝送を行うための光導波路と導電配線とが複合すること。
(b) 上記配線板が機械的・電気的・光学的な耐屈曲性能を併せ持つこと。
(c) 上記配線板自体が軽薄短小化できること。

しかしながら、光導波路と導電配線とを複合するフレキシブル配線板の従来の構造としては、特許文献１に見られるように、フレキシブル配線板と光導波路層とを別層とする構造としており、そのためフレキシブル配線板として厚みが増していて曲げ難くなる。

また曲げ難いばかりでなく、光導波路コア材層および導電金属層が別層である構造上、基板全体を曲げた際に発生する曲げ応力の中心は、光導波路コア材層および導電金属層の中心から外れるため、各層に加わる曲げ応力もより大きくなる。したがって、光導波路コア材層および導電金属層の耐屈曲寿命がより短くなってしまう。
特許第3193500号

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、薄くかつ耐屈曲性に優れ、光電変換素子を含む半導体を実装できる光電複合フレキシブル配線板およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本願では、請求項１ないし３に記載する物の発明、および請求項４ないし６に記載する製造方法の発明を提供する。

すなわち、請求項１記載の、
クラッド材ベースフィルムの表面に、光導波路コア材パターンと導電金属パターンとが設けられた光電複合フレキシブル配線板において、
少なくとも屈曲可撓部においては前記光導波路コア材パターンと前記導電金属パターンとは同一平面上に配置され、
光導波路コア材パターンと導電金属パターンとを被覆するクラッド材カバーレイを有する
ことを特徴とする光電複合フレキシブル配線板、
請求項２記載の、
請求項１記載の光電複合フレキシブル配線板において、
前記光導波路コア材パターンの厚みが前記導電金属パターンの厚みより厚く、前記光導波路コア材パターンに接する部分の前記クラッド材ベースフィルムの厚みが、前記導電金属パターンに接する部分の厚みより薄くなっている
ことを特徴とする光電複合フレキシブル配線板、
請求項３記載の、
請求項１記載の光電複合フレキシブル配線板において、
前記導電金属パターンと前記クラッド材ベースフィルムとの間に中間層が設けられている
ことを特徴とする光電複合フレキシブル配線板、
請求項４記載の、
クラッド材ベースフィルムの表面に、光導波路コア材パターンと導電金属パターンとが設けられた光電複合フレキシブル配線板の製造方法において、
(a) 少なくともクラッド材ベースフィルムの一方面に金属層を有する積層体を用意し、
(b) 金属層の不要部分を除去することにより、導電金属パターンを形成し、
(c) 導電金属パターンのある面にコア材層を積層し、
(d) コア材層の不要部分を除去することにより、光導波路コア材パターンを形成し、
(e) 光導波路コア材パターンを覆うようにクラッド材カバーレイを被覆する
ことを特徴とする光電複合フレキシブル配線板の製造方法、
請求項５記載の、
請求項４記載の光電複合フレキシブル配線板の製造方法において、
(a) 前記クラッド材ベースフィルムの少なくとも一方面に金属層を有する積層体を用意し、
(b) 前記金属層の不要部分を除去することにより、導電金属パターンを形成し、
(c) 前記金属層が除去され露出した前記クラッド材ベースフィルムの表面の一部を薄く加工し、
(d) 前記導電金属パターンのある面にコア材層を積層し、
(e) 前記コア材層の不要部分を除去することにより、少なくとも屈曲可撓部においては薄く加工が施された前記クラッド材ベースフィルム上に光導波路コア材パターンを形成し、
(f) 前記光導波路コア材パターンを覆うようにクラッド材カバーレイを被覆する
ことを特徴とする光電複合フレキシブル配線板の製造方法、
および請求項６記載の、
請求項４記載の光電複合フレキシブル配線板の製造方法において、
(a) 前記クラッド材ベースフィルムの少なくとも一方面に中間層および金属層を有する積層体を用意し、
(b) 前記金属層の不要部分を除去することにより、導電金属パターンを形成し、
(c) 前記金属層が除去され露出した中間層の一部を除去するとともに露出した前記クラッド材ベースフィルムを薄く加工し、
(d) 前記導電金属パターンのある面にコア樹脂層を積層し、
(e) 前記コア樹脂層の不要部分を除去することにより、少なくとも屈曲可撓部においては薄く加工が施された前記クラッド材ベースフィルム上に光導波路コア材パターンを形成し、
(f) 前記光導波路コア材パターンを覆うようにクラッド材カバーレイを被覆する
ことを特徴とする光電複合フレキシブル配線板の製造方法、
である。

以下、図１ないし図７に基づいて本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の適用対象例である光電複合フレキシブル配線板モジュールを示す平面図である。この図１において、光導波路コア材パターン２と導電金属パターン３とを複合したケーブル部、ケーブル部の図示左側に配された受光素子、アンプＩＣ、信号変換ＩＣおよび導電金属パターンコネクタ実装部、ならびにケーブル部の図示右側に配された発光素子、ドライバＩＣおよび導電金属パターン挿しコネクタ部をそなえる。

この光電複合フレキシブル配線板モジュールは、クラッド材ベースフィルム等のベース材の表面に、導電金属パターン３で形成された電気コネクタ実装部、実装されたコネクタソケットまたはヘッダ部品等が組み合わされて形成されている。

挿しコネクタ部より伝送された電気信号は、実装されたVCSEL(面発光レーザ)等の発光素子により光信号に変換され光導波路を伝搬する。光導波路を伝搬した光信号は、同じく実装部品であるフォトダイオード等の受光素子により電気信号に再変換し、さらにアンプIC等により増幅され、必要な信号変換処理が行われた上で導電パターンに接続されたコネクタ部実装部を介して更に信号が伝搬される。

第１の実施形態

図２は、本発明による最も基本的な構造を持つ第１の実施形態を示す。この第１の実施形態では、光導波路クラッド材ベースフィルム１の表面に、光導波路コア材パターン２と導電金属パターン３とが設けられた光電複合フレキシブル配線板において、少なくとも屈曲可撓部においては、光導波路コア材パターン２と導電金属パターン３とは同一平面上に配置され、光導波路コアパターン２と導電配線パターン３とを被覆するクラッド材カバーレイ４を有する。ここでクラッド材、コア材の材料としては、ポリイミド系、エポキシ系、アクリル系等の樹脂が挙げられる。

導電金属パターンの形成法としては、シード層にめっきで配線を形成するセミアディティブ法、または金属粒子を樹脂バインダーに分散してスクリーン印刷、インクジェット印刷などの印刷法を用いてもよいが、繰り返し屈曲に対する耐性が高い点から金属箔をエッチングするサブトラクティブ法がより望ましい。

図３に、本発明による光電複合フレキシブル配線板の製造方法の一例を示す。図２で示した基本構造の製法を、図１の切断面Ａ−Ａを対象として説明する。この製法は、下記工程(a)ないし(e)を含む。

工程(a)：少なくともクラッド材ベースフィルムの一方の面に金属層を有する積層体を用意する。金属箔３ａの表面状態としては、極力平滑であることが好ましい。金属箔３ａとして銅箔を用いる場合、銅箔表面の凹凸が、クラッド材ベースフィルム１に転写し、クラッド材ベースフィルム１の表面、およびクラッド材ベースフィルム１の表面に形成されるコア材パターン２の表面が凸凹となり、光導波路としての伝送損失が増加するためである。

工程(b)：金属箔３ａ上に、ドライフィルムの露光・現像等によりエッチングレジスト(図示せず)を形成し、金属箔３ａのエッチング処理により、金属箔３ａの不要な部分を除去し、必要な導電配線パターン３を形成する。

工程(c)：光導波路の感光性コア材２ａを、工程(b)で形成した導電配線パターン３間が埋まるように形成する。感光性コア材２ａの形成方法としては、フィルム化した感光性コア材２ａと工程(b)で形成した基板とをラミネートプレスや真空ラミネートプレスにより形成する方法や、ワニス状のコア材２ａを、スクリーン印刷やスプレー印刷等により塗布・乾燥して形成する方法が適用可能である。

工程(d)：工程(b)で形成した感光性コア材２ａを露光・現像し、光導波路のコア材パターン２を形成する。

工程(e)：工程(d)で形成した光導波路のコア材パターン２を被覆する形で、クラッド材カバーレイ４を形成し、部品実装に必要な導電パッド上の開口部を形成する。

この後、さらに導電パッド上にめっき等の表面処理を行ない、部品実装を行うこともできる。

これらの特徴により、本発明は次のような効果を有する。

本発明により、電気信号用の導電金属パターンと光導波路パターンとを同一面内に形成し、光導波路のクラッド材をフレキシブル配線板のベースフィルムおよびカバーレイとして用いることにより、光電複合フレキシブル配線板の総厚みを薄くすることが可能である。

本発明により光電複合フレキシブル配線板の総厚さを薄くできることは、電子機器に求められる軽薄短小化に有利で、かつ薄くなることにより基板として柔らかさの向上および耐屈曲性の向上が実現される。

第２の実施形態

光導波路においては、クラッド材ベースフィルムの表面、およびクラッド材ベースフィルム上に形成されるコアパターンの表面が凸凹状に荒れていると、光導波路としての伝送損失が大きくなり不利である。そのため、第１の実施形態に示す構造および製造方法では、使用する金属箔の表面が極力平滑である必要がある。

一方、金属箔の表面が平滑になるほど物理的アンカー効果が減少するため、これと積層される樹脂材料との密着力は低下する。第２の実施形態では、実用上十分な密着特性を得るために必要な粗化処理を施した金属箔を使用し、かつ光導波路としての伝送損失を確保し、しかも屈曲特性を向上させる製法および構造を示す。

図４は、図２で説明した光電複合フレキシブル配線板において、光導波路コアパターンの厚みが導電金属パターンの厚みより厚く、光導波路コア材パターンに接する部分のクラッド材ベースフィルムの厚みが、導電金属パターンに接する部分の厚みより薄くなっていることを特徴とする構造である。

図５は、図４に示した光電複合フレキシブル配線板の製法を示す断面工程図であり、下記工程(a)ないし(f)を含む。

工程(a)：少なくともクラッド材ベースフィルム１の一方の面に金属層３ａを有する積層体を用意する。クラッド材ベースフィルム１と密着する側の金属箔３ａの表面は、クラッド材ベースフィルム１との必要十分な密着力を得るために、粗化処理を施したものである。

工程(b)：金属箔３ａ上に、ドライフィルムの露光・現像等によりエッチングレジスト(図示せず)を形成し、金属箔３ａのエッチング処理により、金属箔３ａの不要な部分を除去し、必要な導電金属パターン３を形成する。

工程(c)：金属箔３ａが除去され露出したクラッドベース材１の表面の一部を削って薄く加工する。薄く加工する方法としては、ダイサーでの掘り込み加工や、レーザーによるアブレーション加工、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、薬液による化学エッチング等が適用可能である。

特にダイサーによる掘り込み加工では、機械的に簡便な手法で金属箔３ａの裏面形状の転写によるクラッド材１の表面の凹凸を削り取ることができ、これにより平滑な表面とすることができる。

工程(d)：光導波路の感光性コア材２ａを、工程(c)で形成した導電金属パターン３間を埋めるように形成する。図では、導電金属パターン３を埋めるだけでなく上部を覆うように形成している。

感光性コア材２の形成方法としては、フィルム化したコア材２ａと工程(c)で形成した基板とをラミネートプレスや真空ラミネートプレスにより形成する方法や、ワニス状のコア材２ａを、スクリーン印刷やスプレー印刷等により塗布・乾燥して形成する方法が可能である。

工程(e)：工程(d)で形成した感光性コア材２ａを露光・現像し、光導波路のコア材パターン２を形成する。

工程(f)：工程(e)で形成した光導波路のコア材パターン２を被覆する形で、クラッド材カバーレイ４を形成し、部品実装に必要な導電パッド上の開口部を形成する。

上記工程(a)ないし(f)を含む製法により、密着力向上のための粗化処理を行った金属箔を用いることが可能で、かつクラッド材に転写される金属表面の粗化処理により形成された凹凸の転写を除去し、クラッド材１の平滑な表面が得られる。この結果、その上に平滑な表面を有するコアパターン２の形成が可能となるため、光導波路部分の光伝送損失の増加を抑えることができる。

しかも、クラッド材１を掘り込むことで、コア材２の曲げ中心を基板全体の曲げ中心と合わせ、コア材２に加わる曲げ応力を小さくすることが可能で、結果として光導波路の屈曲寿命を延ばすことが可能である。もちろん、クラッド材ベースフィルム１とクラッド材カバーレイ４とを合わせた全体の厚みも薄くなるため、より柔らかく曲げ易くなる。

第３の実施形態

図６は、本発明の第３の実施形態の構造を示す。図４に示した第２の実施形態との違いは、金属箔３とクラッド材１との間に数μmの薄い中間層６を入れている点である。

図７は、図６に示した第３の実施形態の製法を示す断面工程図であり、下記工程(a)ないし(f)を含む。

工程(a)：少なくともクラッドベース材１の一方の面に中間層６および金属層３ａを有する積層体を用意する。中間層６の材料としては、ポリイミド系、エポキシ系、アクリル系等の樹脂が挙げられる。金属箔６の表面状態としては、極力平滑であることが好ましいが、クラッド材ベースフィルム１と密着する面の金属箔３ａの表面は、クラッド材ベースフィルム１との必要十分な密着力を得るために粗化処理を施したものでもよい。

工程(b)：金属箔３ａ上に、ドライフィルムの露光・現像等によりエッチングレジスト(図示せず)を形成し、金属箔３ａのエッチング処理により、金属箔３ａの不要な部分を除去し、必要な導電金属パターン３を形成する。

工程(c)：金属箔３ａが除去され露出した中間層６の側から、中間層６およびクラッド材ベースフィルム１を掘り込んで薄く加工する。薄く加工する方法としては、ダイサーでの掘り込み加工や、レーザーによるアブレーション加工、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、薬液による化学エッチング等が適用可能である。特にダイサーによる掘り込み加工では、機械的に簡便な手法で金属箔３ａの裏面形状の転写によるクラッド材１の表面の凹凸を削り取ることができ、平滑な表面とすることができる。

工程(d)：光導波路の感光性コア材２を、工程(c)で形成した導電金属パターン３間を埋めるように形成する。感光性コア材３の形成方法としては、フィルム化したコア材３ａと工程(c)で形成した基板とをラミネートプレスや真空ラミネートプレスにより形成する方法や、ワニス状のコア材３ａを、スクリーン印刷やスプレー印刷等により塗布・乾燥して形成する方法が可能である。

工程(e)：上記工程で形成した感光性コア材３ａを露光・現像し、光導波路コア材パターン３を形成する。

工程(f)：工程(e)で形成した光導波路のコア材パターン２を被覆する形で、クラッド材カバーレイ４を形成し、部品実装に必要な導電パッド上の開口部を形成する。この後、さらに導電パッド上にめっき等の表面処理を行ない、部品実装を行うこともできる。

第３の実施形態では、金属箔３ａとクラッド材１との間に、数μmの薄い中間層６を入れている。この中間層６の特性により、さらに機能を向上させた光電複合フレキシブル配線板を製造することができる。

例えば、中間層６として金属箔３ａとクラッド材１との密着性の高い接着剤を用いることにより、表面粗化処理のない非常に平滑な表面の金属箔でも密着性良く使用することができる。

これにより、表面/裏面がより平滑で、パターンエッジもストレートな導電配線パターン３を形成することができ、これにより高周波電気信号を伝送する際の伝送損失を低減でき、光電複合フレキシブル配線板においても、より高周波での電気信号の伝送が可能となる。

クラッド材ベースフィルム１の掘り込み加工を行うことにより、第２の実施形態と同様に、コア材２ａの曲げ中心を基板全体の曲げ中心と合わせ、コア材２ａに加わる曲げ応力を小さくすることができる。この結果、光導波路の屈曲寿命を延ばすことが可能である。勿論、クラッド材ベースフィルム１とクラッド材カバーレイ４とを合わせた全体の厚みも薄くなるため、より柔らかく曲げ易くできる。

本発明に係る光電複合モジュールの平面図。 本発明の第１の実施形態の構造を示す断面構成図。 本発明の第１の実施形態の製造方法を示す工程図。 本発明の第２の実施形態の構造を示す断面構成図。 本発明の第２の実施形態の製造方法を示す工程図。 本発明の第３の実施形態の構造を示す断面構成図。 本発明の第３の実施形態の製造方法を示す工程図。

符号の説明

１ クラッド材ベースフィルム
２ａ コア材
２ コア材パターン
３ａ 金属箔
３ 導電金属パターン
４ クラッド材カバーレイ
５ 掘り込み加工部
６ 中間層

Claims (6)

1. クラッド材ベースフィルムの表面に、光導波路コア材パターンと導電金属パターンとが設けられた光電複合フレキシブル配線板において、
   少なくとも屈曲可撓部においては前記光導波路コア材パターンと前記導電金属パターンとが同一平面上に配置され、
   光導波路コア材パターンと導電金属パターンとがクラッド材カバーレイにより被覆される
   ことを特徴とする光電複合フレキシブル配線板。
2. 請求項１記載の光電複合フレキシブル配線板において、
   前記光導波路コア材パターンの厚みが前記導電金属パターンの厚みより厚く、前記光導波路コア材パターンに接する部分の前記クラッド材ベースフィルムの厚みが、前記導電金属パターンに接する部分の厚みより薄くなっている
   ことを特徴とする光電複合フレキシブル配線板。
3. 請求項１記載の光電複合フレキシブル配線板において、
   前記導電金属パターンと前記クラッド材ベースフィルムとの間に中間層が設けられている
   ことを特徴とする光電複合フレキシブル配線板。
4. クラッド材ベースフィルムの表面に、光導波路コア材パターンと導電金属パターンとが設けられた光電複合フレキシブル配線板の製造方法において、
   (a) 前記クラッド材ベースフィルムの少なくとも一方面に金属層を有する積層体を用意し、
   (b) 前記金属層の不要部分を除去することにより、導電金属パターンを形成し、
   (c) 前記積層体における前記導電金属パターンのある面にコア材層を積層し、
   (d) 前記コア材層の不要部分を除去することにより、光導波路コア材パターンを形成し、
   (e) 前記光導波路コア材パターンを覆うようにクラッド材カバーレイを被覆する
   ことを特徴とする光電複合フレキシブル配線板の製造方法。
5. 請求項４記載の光電複合フレキシブル配線板の製造方法において、
   (a) 前記クラッド材ベースフィルムの少なくとも一方面に金属層を有する積層体を用意し、
   (b) 前記金属層の不要部分を除去することにより、導電金属パターンを形成し、
   (c) 前記金属層が除去され露出した前記クラッド材ベースフィルムの表面の一部を薄く加工し、
   (d) 前記導電金属パターンのある面にコア材層を積層し、
   (e) 前記コア材層の不要部分を除去することにより、少なくとも屈曲可撓部においては薄く加工が施された前記クラッド材ベースフィルム上に光導波路コア材パターンを形成し、
   (f) 前記光導波路コア材パターンを覆うようにクラッド材カバーレイを被覆する
   ことを特徴とする光電複合フレキシブル配線板の製造方法。
6. 請求項４記載の光電複合フレキシブル配線板の製造方法において、
   (a) 前記クラッド材ベースフィルムの少なくとも一方面に中間層および金属層を有する積層体を用意し、
   (b) 前記金属層の不要部分を除去することにより、導電金属パターンを形成し、
   (c) 前記金属層が除去され露出した中間層の一部を除去するとともに露出した前記クラッド材ベースフィルムを薄く加工し、
   (d) 前記導電金属パターンのある面にコア樹脂層を積層し、
   (e) 前記コア樹脂層の不要部分を除去することにより、少なくとも屈曲可撓部においては薄く加工が施された前記クラッド材ベースフィルム上に光導波路コア材パターンを形成し、
   (f) 前記光導波路コア材パターンを覆うようにクラッド材カバーレイを被覆する
   ことを特徴とする光電複合フレキシブル配線板の製造方法。

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