JP2010231090A - 光導波路構造体、光電気混載基板および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】表面の平滑性が低い基材上に積層した場合でも、基材表面の凹凸の影響が光導波路に及ぶのを防止し、光伝送特性の低下を確実に防止し得る光導波路構造体、およびこの光導波路構造体を備える光電気混載基板および電子機器を提供すること。
【解決手段】光導波路構造体１は、光導波路６と、その下方に接着層５を介して積層された樹脂層４０および接着層３からなる中間層４と、その下方に積層された支持フィルム２と、光導波路６の上方に積層されたカバーフィルム７とを有する帯状の部材である。また、光導波路構造体１から支持フィルム２を剥離することにより、支持フィルム２を除く光導波路構造体１を、電気配線パターン１２が形成された回路基板１１に貼り付けて、光電気混載基板１０が製造される。光電気混載基板１０では、中間層４の上面の表面粗さが、下面の表面粗さより小さくなっており、回路基板１１の上面の凹凸が光導波路６に反映され難い。
【選択図】図２

Description

本発明は、光導波路構造体、光電気混載基板および電子機器に関するものである。

近年注目されている光通信の分野における光部品として、光分岐結合器（光カプラ）、光合分波器等が挙げられ、これらに用いる光導波路型素子が有望視されている。この光導波路型素子としては、従来の石英系光導波路の他、製造（パターニング）が容易で汎用性に富むポリマー系光導波路があり、近年では後者の開発が盛んに行われている。

このような光導波路型素子（以下、単に「光導波路」とも言う）は、通常、基板上に形成され、光導波路構造体として取り扱われる。この光導波路構造体としては、基板上に所定の回路パターンと、コア部およびクラッド部で構成される光導波路とを形成したものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の光導波路構造体では、次のような問題点がある。
・基板と光導波路とが直接接触しているため、光導波路が基板の表面状態（表面粗さ）の影響を受け、光伝送特性が悪化する。
・基板と光導波路との熱膨張率差に伴って、基板と光導波路との剥離が生じる。

特開２００５−１３４８６２号公報

本発明の目的は、表面の平滑性が低い基材上に積層した場合でも、基材表面の凹凸の影響が光導波路に及ぶのを防止し、光導波路における光伝送特性の低下を確実に防止し得る光導波路構造体、およびこの光導波路構造体を備える光電気混載基板および電子機器を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（１１）の本発明により達成される。
（１） 長尺状のコア部と、該コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部とを備える光導波路層と、
該光導波路層の一方の面側に設けられた支持層と、
前記光導波路層と前記支持層との間に設けられた中間層とを有する光導波路構造体であって、
前記中間層は、樹脂材料で構成された樹脂層と、該樹脂層と前記支持層とを接着する接着層とを有するものであり、
前記中間層は、前記支持層の前記中間層側の面、または、前記支持層を代替する他の支持基板の前記中間層側の面の凹凸を緩和して、前記中間層の前記光導波路側の面を平滑化する機能を有するものであることを特徴とする光導波路構造体。

（２） 前記樹脂材料は、ポリエーテルスルホン、ポリイミドおよびポリフェニレンオキシドのいずれかである上記（１）に記載の光導波路構造体。

（３） 前記樹脂材料のガラス転移温度は、２００℃以上である上記（１）または（２）に記載の光導波路構造体。

（４） 前記樹脂層の平均厚さは、１０〜３００μｍである上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の光導波路構造体。

（５） 前記支持層は、電気配線パターンを構成する導電層である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の光導波路構造体。

（６） 前記樹脂層の熱膨張係数は、１×１０^−５〜７×１０^−５／℃である上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の光導波路構造体。

（７） 前記樹脂層の熱膨張係数は、前記支持基板の熱膨張係数より大きく、前記光導波路層の熱膨張係数より小さい上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の光導波路構造体。

（８） 前記支持基板は、有機系基材またはセラミックス系基材である上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の光導波路構造体。

（９） 電気配線パターンを備える支持基板と、
該支持基板上に積層された、上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の光導波路構造体、または、前記支持層を除く前記光導波路構造体とを有することを特徴とする光電気混載基板。

（１０） 前記中間層の前記光導波路側の面の平均表面粗さＲａは、２μｍ未満である上記（９）に記載の光電気混載基板。

（１１） 上記（１０）に記載の光電気混載基板を備えたことを特徴とする電子機器。

本発明によれば、光導波路とこれに隣接する中間層とを備えているため、この中間層を介して基材上に本発明の光導波路構造体を積層した場合、基材表面の表面粗さが大きい（粗い）場合でも、基材表面の凹凸形状の影響が光導波路に及ぶのを防止することができる。このため、このような基材上に光導波路構造体を積層しても、光導波路の変形が防止され、光伝送特性の低下を確実に防止することができる。

また、中間層が、光導波路と基材との熱膨張率差を緩和することにより、光導波路と基材との剥離を防止することができる。これにより、基材と光導波路構造体との積層体は、信頼性の高いものとなる。

本発明の光導波路構造体の第１実施形態を示す（一部切り欠いて、および透過して示す）斜視図である。 図１に示す光導波路構造体を用いて光電気混載基板を製造する方法を説明するための図（縦断面図）である。 本発明の光導波路構造体の第２実施形態を示す縦断面図である。 本発明の光導波路構造体の第３実施形態を示す縦断面図である。

以下、本発明の光導波路構造体、光電気混載基板および電子機器について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
まず、本発明の光導波路構造体および光電気混載基板の第１実施形態について説明する。

図１は、本発明の光導波路構造体の第１実施形態を示す（一部切り欠いて、および透過して示す）斜視図、図２は、図１に示す光導波路構造体を用いて光電気混載基板を製造する方法を説明するための図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図１、２中の上側を「上」、下側を「下」という。また、図１、２は、層の厚さ方向（各図の上下方向）が誇張して描かれている。

図１に示す光導波路構造体１は、光導波路６と、その下方に接着層５を介して積層された樹脂層４０および接着層３からなる中間層４と、その下方に積層された支持フィルム２と、光導波路６の上方に積層されたカバーフィルム７とを有する帯状の部材である。

このような光導波路構造体１は、光導波路６により、一方の端部から他方の端部に光信号を伝送する光配線部材として機能する。

また、光導波路構造体１から支持フィルム２を剥離することにより、支持フィルム２を除く光導波路構造体１を、電気配線パターンが形成された回路基板等に貼り付けることができる。これにより、回路基板と光導波路６とを有する光電気混載基板を簡単に製造することができる。

以下、光導波路構造体１の各部について詳述する。
光導波路６は、図１中の下側からクラッド層（下部クラッド層）６１、コア層６３およびクラッド層６２（上部クラッド層）６２をこの順で積層してなるものであり、コア層６３には、長尺状のコア部６４と、このコア部６４に隣接する側面クラッド部６５とが形成されている。図１に示す光導波路６には、並列する２つのコア部６４と並列する３つの側面クラッド部６５とが交互に設けられている。これにより、各コア部６４は、側面クラッド部６５および各クラッド層６１、６２で囲まれた状態となる。なお、図１に示す各コア部６４には密なドットを付し、各側面クラッド部６５には疎なドットを付している。

図１に示す光導波路６では、一方の端部のコア部６４に入射された光を、コア部６４とクラッド部（各クラッド層６１、６２および各側面クラッド部６５）との界面で全反射させ、他方側に伝搬させることにより、他方の端部のコア部６４から取り出すことができる。

コア部６４の屈折率は、クラッド部の屈折率より大きければよいが、その差は、０．５％以上であるのが好ましく、０．８％以上であるのが好ましい。一方、上限値は、特に設定されなくてもよいが、好ましくは５．５％程度とされる。屈折率の差が前記下限値未満であると光を伝達する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えても、光の伝送効率のそれ以上の増大は期待できない。

なお、前記屈折率差とは、コア部６４の屈折率をＡ、クラッド部の屈折率をＢとしたとき、次式で表される。
屈折率差（％）＝｜Ａ／Ｂ−１｜×１００
また、図１に示す構成では、コア部６４は、平面視で直線状に形成されているが、途中で湾曲、分岐等してもよく、その形状は任意である。

また、図１に示すコア部６４は、その横断面形状が正方形または矩形（長方形）のような四角形をなしている。

コア部６４の幅および高さは、特に限定されないが、それぞれ、１〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５〜１００μｍ程度であるのがより好ましく、２０〜７０μｍ程度であるのがさらに好ましい。

コア層６３の構成材料は、上記の屈折率差が生じる材料であれば特に限定されないが、具体的には、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料の他、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料等を用いることができる。

また、これらの中でも特にノルボルネン系樹脂が好ましい。これらのノルボルネン系ポリマーは、例えば、開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）、ＲＯＭＰと水素化反応との組み合わせ、ラジカルまたはカチオンによる重合、カチオン性パラジウム重合開始剤を用いた重合、これ以外の重合開始剤（例えば、ニッケルや他の遷移金属の重合開始剤）を用いた重合等、公知のすべての重合方法で得ることができる。

一方、クラッド層６１および６２は、それぞれ、コア層６３の下部および上部に位置するクラッド部を構成するものである。このような構成により、各コア部６４は、その外周をクラッド部に囲まれた導光路として機能する。

クラッド層６１、６２の平均厚さは、コア層６３の平均厚さ（各コア部６４の平均高さ）の０．１〜１．５倍程度であるのが好ましく、０．２〜１．２５倍程度であるのがより好ましく、具体的には、クラッド層６１、６２の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、通常、１〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５〜１００μｍ程度であるのがより好ましく、１０〜６０μｍ程度であるのがさらに好ましい。これにより、光導波路６が必要以上に大型化（厚膜化）するのを防止しつつ、クラッド層としての機能が好適に発揮される。

また、クラッド層６１および６２の構成材料としては、例えば、前述したコア層６３の構成材料と同様の材料を用いることができるが、特にノルボルネン系ポリマーが好ましい。

また、コア層６３の構成材料およびクラッド層６１、６２の構成材料を選択する場合、両者の間の屈折率差を考慮して材料を選択すればよい。具体的には、コア層６３とクラッド層６１、６２との境界において光を確実に全反射させるため、コア層６３の構成材料が十分に大きくなるように材料を選択すればよい。これにより、光導波路６の厚さ方向において十分な屈折率差が得られ、各コア部６４からクラッド層６１、６２に光が漏れ出るのを抑制することができる。

なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア層６３の構成材料とクラッド層６１、６２の構成材料との密着性（親和性）が高いことも重要である。

また、このような光導波路６には、光導波路６を厚さ方向に貫通するように形成された凹部６６１が設けられている。この凹部６６１の縦断面形状は、下方が広く、上方に向かって徐々に狭くなったＶ字状をなしている。

また、この凹部６６１は、光導波路６の各コア部６４に対応して、コア部６４をそれぞれ厚さ方向に横切るように形成されている。そして、各凹部６６１の壁面の一部が、コア部６４を伝搬する光の光路を変換するミラー６６を構成している。

図１に示すミラー６６は、コア部６４の光軸に対して４５°傾斜しており、コア部６４を伝搬する光の進行方向を上方に９０°変換するよう構成されている。または、ミラー６６は、光導波路６の上方から照射された光の進行方向を左方に９０°変換してコア部６４に入射する機能を有する。

また、このようなミラー６６は、光導波路６にレーザー加工、研削加工等を施すことにより形成される。なお、ミラー６６の表面（ミラー面）には、必要に応じて反射膜を成膜するようにしてもよい。この反射膜としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜が好ましく用いられる。

中間層４は、光導波路６と支持フィルム２との間に位置し、中間層４の下面側の形状が光導波路６に反映されるのを防止する機能を有する。すなわち、支持フィルム２の中間層４側の表面に凹凸があったとしても、この凹凸を緩和することで中間層４の上面側は平滑化されるため、凹凸の影響が光導波路６に反映されるのを防止する。同様に、光導波路構造体１から支持フィルム２を剥がし、支持フィルム２を除く光導波路構造体１を回路基板のような他の支持基板上に積層した場合でも、支持基板表面の凹凸の影響が光導波路６に反映されるのを防止する。これにより、光導波路６の変形に伴う光伝送特性の低下を防止することができる。

このような中間層４は、樹脂材料で構成された樹脂層４０と、この樹脂層４０と支持フィルム２とを接着する接着層３とを有するものである。

このうち、樹脂層４０は、比較的剛性が高く、柔軟性が低いことから、下面側の凹凸の影響を上面側に伝搬し難い。一方、接着層３は、比較的柔軟性が高いことから、下面側の凹凸の影響を吸収する機能を有するものである。このような機能の異なる２種類の層の積層体で構成されることにより、中間層４は、下面側の凹凸の影響が光導波路６に反映されるのを確実に防止することができる。

樹脂層４０は、下面側の凹凸を緩和し、上面（光導波路６側の面）の表面粗さが、下面（支持フィルム２側の面）の表面粗さより小さく（平滑に）なるように物性等が最適化されており、この作用により、光導波路６の変形を確実に防止することができる。

このような樹脂層４０を構成する樹脂材料には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリアミド（例：ナイロン６、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６−１２、ナイロン６−６６）、ポリイミド（熱可塑性ポリイミド）、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアセタール、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素系ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。

これらの材料のうち、樹脂層４０を構成する樹脂材料には、ガラス転移温度Ｔｇが２００℃以上の樹脂材料が好ましく、２２０℃以上の樹脂材料がより好ましく用いられる。このような樹脂材料は、特に硬度が高く、変形し難い材料であるため、かかる樹脂材料で構成された樹脂層４０は、支持フィルム２や他の支持基板の表面の凹凸が光導波路６に反映されるのを確実に防止し得るものとなる。

このような材料としては、例えば、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）等が挙げられる。このうち、ポリエーテルスルホンは、耐熱性が高く、かつ引張強度等の機械的特性にも優れていることから、耐久性の高い樹脂層４０を形成することができる。また、ポリエーテルスルホンは、ガラス転移温度が約２２３℃と高いことから、特に硬度が高く、変形し難い樹脂層４０を形成可能である。このため、ポリエーテルスルホンで構成された樹脂層４０は、支持フィルム２の表面形状が光導波路６に反映されてしまうのを、長期にわたって確実に防止し得るものとなる。

また、ポリエーテルスルホンは、樹脂材料の中でもヤング率が比較的大きい（約２．４ＧＰａ）ことから、形状転写性の特に低い樹脂層４０を形成可能である。このため、ポリエーテルスルホンで構成された樹脂層４０は、支持基板の表面形状を反映し難いものとなり、光導波路６の変形を確実に防止することができる。

なお、かかる観点から、樹脂層４０のヤング率は１．５ＧＰａ以上であるのが好ましく、２ＧＰａ以上であるのがより好ましい。

また、ポリイミドやポリフェニレンオキシドも、ガラス転移温度が比較的高く、ヤング率も比較的大きいことから、ポリエーテルスルホンと同様、形状転写性の特に低い樹脂層４０を形成可能である。

また、樹脂層４０の平均厚さは、１０〜３００μｍ程度であるのが好ましく、２０〜１５０μｍ程度であるのがより好ましい。樹脂層４０の厚さをこのような範囲とすることにより、樹脂層４０は、下面の形状変化を十分に緩和し、上面に伝わるのを確実に防止することができる。その結果、樹脂層４０は、支持基板の表面形状が光導波路６に反映されてしまうのを、より確実に防止することができる。

また、樹脂層４０の構成材料を適宜選択することにより、樹脂層４０は、光導波路構造体１を支持基板上に積層した場合、支持基板と光導波路６との熱膨張率差を緩和する機能を併せ持つものとなる。具体的には、樹脂層４０の熱膨張係数が、支持基板の熱膨張係数と光導波路６の熱膨張係数との間にあれば、支持基板と光導波路６との間において著しい応力集中が緩和され、熱膨張の差に伴う界面の剥離が防止される。

以上のことから、樹脂層４０を用いることにより、支持基板の表面状態によらず、光伝送特性が高くかつ信頼性の高い積層体（光導波路構造体１と支持基板との積層体）が得られる。また、支持基板として電気配線パターンを備える回路基板を用いた場合には、光電気混載基板を簡単に製造することができる。

また、樹脂層４０の熱膨張係数は、１×１０^−５〜７×１０^−５／℃程度であるのが好ましく、１．５×１０^−５〜６×１０^−５／℃程度であるのがより好ましい。このような範囲の熱膨張係数は、支持基板として多用される材料の熱膨張係数より大きく、かつ光導波路６に用いられる樹脂材料の熱膨張係数より小さい場合が多いため、樹脂層４０は、これらの間に生じる熱膨張の差を緩和して、界面に剥離等の不具合が生じるのを確実に防止することができる。

なお、上記のような効果は樹脂層４０の厚さが厚いほど顕著になるが、樹脂層４０の厚さが前記上限値を超えた場合には、効果が頭打ちになるとともに、光導波路構造体１の薄膜化を妨げるおそれがある。一方、樹脂層４０の厚さが前記下限値未満である場合、樹脂層４０の効果がほとんど得られないおそれがある。すなわち、樹脂層４０の厚さが前記範囲内であれば、支持基板と光導波路６との熱膨張差を十分に緩和することができる。

また、ポリエーテルスルホンは、熱膨張係数が約５．４×１０^−５／℃であるが、この値は、光導波路６の熱膨張係数と、ガラス布と樹脂材料との複合材料の線膨張係数との間に位置しているため、樹脂層４０は、光電気混載基板を構成する材料の一般的な組み合わせにおいて、熱膨張差をより確実に緩和し得るものとなる。

このような樹脂層４０と支持フィルム２との間は接着または接合されているが、その方法としては、熱圧着、接着剤または粘着剤による接着等が挙げられる。

本実施形態では、前述したように、接着層３を介して樹脂層４０と支持フィルム２との間が接着されている。

接着層３の構成材料としては、例えば、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤（ポリエステル系、変性オレフィン系）等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が好ましく用いられる。このような材料で構成された接着層３は、比較的柔軟性に富んでいるため、その形状が自在に変化することにより、支持フィルム２や他の支持基板の表面に存在する凹凸の影響を効果的に吸収することができる。これにより、前述した凹凸の影響が光導波路６に及ぶのを確実に防止することができる。

このような接着層３の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１００μｍ程度であるのが好ましく、５〜６０μｍ程度であるのがより好ましい。

なお、この接着層３は、樹脂層４０と支持フィルム２とを確実に接着するものでもよいが、接着後に支持フィルム２を剥離する必要がある場合には、支持フィルム２を所定の力で引っ張った場合に、比較的簡単に剥離する程度の接着力で接着するものであるのが好ましい。

一方、中間層４と光導波路６との間も接着または接合されており、その方法としては、熱圧着、接着剤または粘着剤による接着等が挙げられる。

本実施形態では、接着層５を介して中間層４と光導波路６とが接着されている。
このような接着層５の構成材料は、前述した接着層３の構成材料から選択されるが、これらは互いに同様であっても異なっていてもよい。

また、接着層５の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１００μｍ程度であるのが好ましく、５〜６０μｍ程度であるのがより好ましい。

支持フィルム２は、接着層３を保護するとともに、中間層４を補強するものである。これにより、光導波路構造体１の信頼性および機械的特性を高めることができる。

また、支持フィルム２を接着層３から剥離することにより、接着層３を露出させることができる。これにより、支持フィルム２を除く光導波路構造体１は、接着層３を介して、支持基板に対して容易に貼り付けることができる。その結果、支持基板と光導波路６との積層体を簡単に製造することができる。

このような支持フィルム２の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等が挙げられる。

また、支持フィルム２の平均厚さは、特に限定されないが、５〜２００μｍ程度であるのが好ましく、１０〜１００μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、支持フィルム２は、適度な剛性を有するものとなるため、中間層４を確実に支持するとともに、接着層３から剥離する際には、適度に湾曲して剥離し易いものとなる。

一方、光導波路６の上面には、カバーフィルム７が積層されている。
カバーフィルム７は、光導波路６を保護するとともに、光導波路６を上方から支持するものである。これにより、汚れや傷などから光導波路６が保護され、光導波路構造体１の信頼性および機械的特性を高めることができる。

このようなカバーフィルム７は、ミラー６６に向けて照射された光を透過する、または、ミラー６６で反射された光を透過する必要があるため、その構成材料としては、透光性の高い材料が挙げられ、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等が挙げられる。

また、カバーフィルム７の平均厚さは、特に限定されないが、３〜５０μｍ程度であるのが好ましく、５〜３０μｍ程度であるのがより好ましい。カバーフィルム７の厚さを前記範囲内とすることにより、カバーフィルム７は光通信において十分な光透過率を有するとともに、光導波路６を確実に保護するために十分な剛性を有するものとなる。

なお、カバーフィルム７と光導波路６との間は接着または接合されているが、その方法としては、熱圧着、接着剤または粘着剤による接着等が挙げられる。

以上説明したようなカバーフィルム７、光導波路６、中間層４および支持フィルム２を有する光導波路構造体１は、図２（ａ）に示すように、光導波路構造体１の支持フィルム２を剥離した後、電気配線パターン１２を備える回路基板１１に貼り付けることで、図２（ｂ）に示す光電気混載基板を簡単に製造することができる。

図２に示す回路基板１１の下面には電気配線パターン１２が設けられているが、その他に、図示しない発光素子、受光素子、ＩＣ（integrated circuit）等の電子部品や、外部との接続を担う端子等も設けられており、電気配線パターン１２は、これらの電子部品間や、電子部品と端子との間を電気的に接続している。これにより、電気配線パターン１２を介して各電子部品に電力を供給したり、電子部品間で電気信号の授受を行う。

また、発光素子では、電気信号を光信号に変換して光導波路６に入射し、受光素子では、光導波路６により伝送された光信号を受光して電気信号に変換する。このように電気信号と光信号の相互変換を行うことにより、電気配線を光導波路６で代替することができ、その結果、高速かつ低ノイズでの信号処理を可能にする光電気混載基板１０が得られる。

回路基板１１には、主に、比較的可撓性の高いフレキシブル基板や、比較的剛性の高いリジッド基板が用いられるが、このうちリジッド基板には、例えば、紙、ガラス布、樹脂フィルム等の基材とし、この基材に、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シアネート系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂等の樹脂材料を含浸させたものが用いられる。

また、フレキシブル基板の具体例としては、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板、アラミド銅張フィルム基板などが挙げられる。

一方、リジッド基板の具体例としては、ガラス布・エポキシ銅張積層板等のガラス基材銅張積層板、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板等のコンポジット銅張積層板、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板等の耐熱・熱可塑性基板といった有機系基板や、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板等のセラミックス基板などが挙げられる。

ところで、このようなリジッド基板では、一般に基材の隙間を樹脂材料が充填した状態になっているが、基材の形状を完全には覆い隠すことができず、リジッド基板の表面には、基材に由来する凹凸形状が露出している。

従来は、この凹凸形状が、回路基板上に積層された光導波路の形状にも反映されてしまい、光導波路の変形を招いていた。そして、光導波路の変形が、光伝送特性の低下を招くことが問題になっていた。

これに対し、本発明では、回路基板１１上に中間層４を介して光導波路６を貼り合わせることにより、図２（ｂ）に示すように、中間層４が凹凸形状を緩和し、回路基板１１の表面形状が光導波路６に反映されてしまうのを防止することができる。その結果、光導波路６の光伝送特性の低下が防止され、光伝送特性の高い光電気混載基板１０を製造することができる。

例えば、ガラス布にエポキシ系樹脂を含浸させた複合材料で構成されたリジッド基板の場合、リジッド基板表面の平均表面粗さＲａは２μｍ以上（多くは２〜５μｍ程度）であるが、このようなリジッド基板上に光導波路構造体１を積層した場合、中間層４の上面では、平均表面粗さＲａが２μｍ未満（好ましくは１μｍ未満）に低減される。このような表面粗さであれば、光導波路６の光伝送特性に及ぼす影響は最小限に抑えられる。

また、樹脂層４０の構成材料を適宜選択すれば、回路基板１１と光導波路６との間に大きな熱膨張差がある場合でも、樹脂層４０がその差を緩和し、光導波路６の剥離を確実に防止することができる。

また、図２では、回路基板１１の下面に電気配線パターン１２が設けられているが、上面、すなわち回路基板１１と中間層４との間に電気配線パターン１２が設けられていてもよく、下面と上面の双方に設けられていてもよい。なお、回路基板１１の上面に電気配線パターン１２が設けられている場合には、電気配線パターン１２は、そのパターンに応じた凹凸を生じさせることになるが、中間層４は、そのような電気配線パターン１２に伴う凹凸の影響も緩和することができる。また、この場合には、樹脂層４０または接着層３の厚さを厚くすることにより、前記凹凸の影響をより緩和することができる。

≪第２実施形態≫
次に、本発明の光導波路構造体の第２実施形態について説明する。

図３は、本発明の光導波路構造体の第２実施形態を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図３中の上側を「上」、下側を「下」という。また、図３は、層の厚さ方向（図の上下方向）が誇張して描かれている。

以下、この図を参照して本発明の光導波路構造体の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、接着層５と光導波路６との間に、カバーフィルム８を有する以外は、前記第１実施形態と同様である。

このカバーフィルム８は、前述したカバーフィルム７と同様のものである。このようなカバーフィルム８を設けたことにより、接着層５を構成する接着剤等から光導波路６を保護することができる。すなわち、接着剤が含む有機溶剤や水分、不純物等により光導波路６が変質・劣化したり、異物により光導波路６が破損したりするのを防止することができる。これにより、光導波路構造体１の信頼性をより高めることができる。

また、カバーフィルム８を設けたことにより、カバーフィルム８は、中間層４の作用（凹凸の影響の緩和）を補強するように作用する。このため、カバーフィルム８の上面の表面粗さは、中間層４の下面の表面粗さより、第１実施形態に比べてさらに小さく（滑らかに）なる。その結果、支持フィルム２の表面形状や回路基板の表面形状が光導波路６に転写されてしまうのをより確実に防止することができる。

≪第３実施形態≫
次に、本発明の光導波路構造体および光電気混載基板の第３実施形態について説明する。

図４は、本発明の光導波路構造体の第３実施形態を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図４中の上側を「上」、下側を「下」という。また、図４は、層の厚さ方向（図の上下方向）が誇張して描かれている。

以下、この図を参照して本発明の光導波路構造体の第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、支持フィルム２に代えて、導電層９を有する以外は、前記第１実施形態と同様である。

この導電層９は、接着層３の下面全体に設けられていてもよいが、接着層３の下面全体に設けられたものを所定のパターンで加工したものでもよい。パターニングされた導電層は、光導波路６に光を入射する発光素子や光導波路６により伝送された光を受光する受光素子に対して電気信号の授受を行うための電気配線として用いることができる。

なお、通電に伴って導電層９は発熱するが、図４に示す光導波路構造体１では、導電層９と光導波路６との間に中間層４が設けられているため、この熱は中間層４で遮断される。これにより、光導波路６の温度上昇を抑制し、熱による光導波路６の変質・劣化および性能低下を防止することができる。

また、光導波路構造体１を回路基板１１に貼り付ける場合には、図４に示すように、接着層１３を介して接着する。このようにして光導波路構造体１を回路基板１１上に積層することにより、光電気混載基板１０を簡単に製造することができる。なお、この接着方法は、特に限定されない。

このような本実施形態によれば、導電層９が、前述した回路基板１１の下面に設けられた電気配線パターン１２を代替したり、あるいは、回路基板１１の上面に、電気配線パターン１２とは別の電気配線パターンを形成することができる。これにより、光電気混載基板１０の構造を簡素化したり、光電気混載基板１０の集積度を高めることができる。

また、導電層９は中間層４により被覆されることになるため、別途絶縁層を設けることなく、導電層９を確実に絶縁・保護することができる。

さらに、図４に示す光導波路構造体１では、光導波路６と導電層９の双方が回路基板１１の上面に設けられている。このため、光導波路６と電気配線パターン１２とを接続する場合と比較すると、光導波路６と導電層９とを接続する場合には、回路基板１１に貫通孔を設けることなく接続することが可能になる。したがって、回路基板１１に対する加工工数を削減することができ、安価で簡素な光電気混載基板１０を効率よく製造することができる。

このような光電気混載基板１０では、前述したように、光導波路６で伝送された光信号を、光デバイスにおいて電気信号に変換し、電気配線に伝達する。これにより、光導波路６の部分で、従来の電気配線よりも高速かつ大容量の情報伝送を可能にする。したがって、例えばＣＰＵやＬＳＩ等の演算装置とＲＡＭ等の記憶装置との間をつなぐバス等に、この光電気混載基板１０を適用することにより、システム全体の性能を高めるとともに、電磁ノイズの発生を抑制することができる。

なお、かかる光電気混載基板１０は、例えば、携帯電話、ゲーム機、パソコン、テレビ、ホーム・サーバー等、大容量のデータを高速に伝送する電子機器類に搭載することが考えられる。このように光電気混載基板１０（本発明の光電気混載基板）を備えた電子機器（本発明の電子機器）は、内部の情報処理速度に優れた高い性能を発揮し得るものとなる。

以上、本発明の光導波路構造体、光電気混載基板および電子機器の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば光導波路構造体または光電気混載基板を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、接着層３および接着層５は、光導波路構造体１全体に設けられていてもよく、一部分にのみ設けられていてもよい。
さらに、カバーフィルム７は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。

１ 光導波路構造体
２ 支持フィルム
３、５、１３ 接着層
４ 中間層
４０ 樹脂層
６ 光導波路
６１、６２ クラッド層
６３ コア層
６４ コア部
６５ 側面クラッド部
６６ ミラー
６６１ 凹部
７、８ カバーフィルム
９ 導電層
１０ 光電気混載基板
１１ 回路基板
１２ 電気配線パターン

Claims (11)

1. 長尺状のコア部と、該コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部とを備える光導波路層と、
   該光導波路層の一方の面側に設けられた支持層と、
   前記光導波路層と前記支持層との間に設けられた中間層とを有する光導波路構造体であって、
   前記中間層は、樹脂材料で構成された樹脂層と、該樹脂層と前記支持層とを接着する接着層とを有するものであり、
   前記中間層は、前記支持層の前記中間層側の面、または、前記支持層を代替する他の支持基板の前記中間層側の面の凹凸を緩和して、前記中間層の前記光導波路側の面を平滑化する機能を有するものであることを特徴とする光導波路構造体。
2. 前記樹脂材料は、ポリエーテルスルホン、ポリイミドおよびポリフェニレンオキシドのいずれかである請求項１に記載の光導波路構造体。
3. 前記樹脂材料のガラス転移温度は、２００℃以上である請求項１または２に記載の光導波路構造体。
4. 前記樹脂層の平均厚さは、１０〜３００μｍである請求項１ないし３のいずれかに記載の光導波路構造体。
5. 前記支持層は、電気配線パターンを構成する導電層である請求項１ないし４のいずれかに記載の光導波路構造体。
6. 前記樹脂層の熱膨張係数は、１×１０^−５〜７×１０^−５／℃である請求項１ないし５のいずれかに記載の光導波路構造体。
7. 前記樹脂層の熱膨張係数は、前記支持基板の熱膨張係数より大きく、前記光導波路層の熱膨張係数より小さい請求項１ないし６のいずれかに記載の光導波路構造体。
8. 前記支持基板は、有機系基材またはセラミックス系基材である請求項１ないし７のいずれかに記載の光導波路構造体。
9. 電気配線パターンを備える支持基板と、
   該支持基板上に積層された、請求項１ないし８のいずれかに記載の光導波路構造体、または、前記支持層を除く前記光導波路構造体とを有することを特徴とする光電気混載基板。
10. 前記中間層の前記光導波路側の面の平均表面粗さＲａは、２μｍ未満である請求項９に記載の光電気混載基板。
11. 請求項１０に記載の光電気混載基板を備えたことを特徴とする電子機器。

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