JP2011053354A - 光電気配線フィルムおよび光電気配線モジュール - Google Patents

光電気配線フィルムおよび光電気配線モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】 光配線と電気配線を両方有し、電源ノイズの小さい光電気配線フィルム及び光
電気配線モジュールの提供。
【解決手段】 光導波路と、接地配線と、前記接地配線と同一配線層に設けられ、電源供
給を行う電気配線とを有する光電気配線フィルムにおいて、前記電源配線と前記接地配線
とはそれぞれ櫛形の部分を有し、前記電源配線と前記接地配線との間隙がほぼ一定であり
、かつ、前記電源配線と前記接地配線との間隙が蛇行するように、前記電源配線の櫛形の
部分と前記接地配線の櫛形の部分とが対向することを特徴とする光電気配線フィルム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光電気配線フィルムおよび光電気配線モジュールに関する。
バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電子デバイスの性能向上により大
規模集積回路（ＬＳＩ）の飛躍的な動作速度向上が図られ、それを接続する電気配線の速
度制限や電磁ノイズ誤動作が問題となってきている。このような配線問題を対策するため
、光で信号伝送する光配線装置がいくつか提案されている。また、光配線を低消費電力化
するための技術として特許文献１などが知られている。
光配線は送信側、受信側ともに電源が必要であり、モバイル機器など電池駆動のような
場合には送信側または受信側の一方にのみ電源を有するため、光配線と同時に電源配線も
必要になり、電源配線に雑音が重畳して伝えられてしまうという問題があった。また、従
来の光電気配線モジュールでは光配線の消費電力が大きいため、モバイル情報端末などの
電池駆動型機器への適用が難しいという問題があった。
特開平３−５８５３２号公報
本発明は、光配線の電源雑音を低減した光電気配線フィルムおよび光電気配線モジュー
ルの提供を目的としている。
本発明の一実施形態に係る光電気配線フィルムは、光導波路と、接地配線と、前記接地
配線と同一配線層に設けられ、電源供給を行う電気配線とを有する光電気配線フィルムに
おいて、前記電源配線と前記接地配線とはそれぞれ櫛形の部分を有し、前記電源配線と前
記接地配線との間隙がほぼ一定であり、かつ、前記電源配線と前記接地配線との間隙が蛇
行するように、前記電源配線の櫛形の部分と前記接地配線の櫛形の部分とが対向すること
を特徴とする。
本発明の一実施形態に係る光電気配線モジュールは、光導波路と、接地配線と、前記接
地配線と同一配線層に設けられ、電源供給を行う電気配線とを有する光電気配線フィルム
において、前記電源配線と前記接地配線とはそれぞれ櫛形の部分を有し、前記電源配線と
前記接地配線との間隙がほぼ一定であり、かつ、前記電源配線と前記接地配線との間隙が
蛇行するように、前記電源配線の櫛形の部分と前記接地配線の櫛形の部分とが対向するこ
とを特徴とする光電気配線フィルムを用いた光電気配線モジュールであって、前記光電気
配線フィルムの光送信側もしくは光受信側の何れか一方からのみ電源供給を行い、前記光
電気配線フィルムの前記電源配線と前記接地配線により前記光送信側及び光受信側の光素
子駆動回路の電源を供給することを特徴とする。
本発明によれば、光配線の電源雑音を低減した光電気配線フィルムおよび光電気配線モジ
ュールの提供を目的としている。
本発明の第１の実施形態にかかる光電気配線フィルムの概略斜視図 本発明の第１の実施形態にかかる光電気配線フィルムの概略上面図 本発明の第１の実施形態にかかる光電気配線フィルムの概略断面図 本発明の第２の実施形態にかかる光電気配線フィルムの概略上面図 本発明の第３の実施形態にかかる光電気配線フィルムの概略上面図 本発明の第４の実施形態にかかる光電気配線モジュールの概略構成図
本発明の骨子は、光配線と電源配線を一体化し、その際、電源配線を交流的に結合させ
て雑音の低減を図ることにある。
即ち、本発明は、光導波路と電源供給を行う電気配線とを少なくとも有してなる光電気
配線フィルムにおいて、前記電気配線の電源配線と接地配線が同一配線層に設けられ、且
つ、前記電源配線と前記接地配線の間隙をほぼ一定に保ったまま蛇行させて前記電源配線
と前記接地配線が櫛形に対向するように構成してなることを特徴とする光電気配線フィル
ムであり、前記電源配線と前記接地配線の間隙の蛇行周期が異なる領域を複数設けて電源
配線の共振効果を低減させてなることが望ましく、また、前記電源配線及び前記接地配線
と同一配線層に設けられ、且つ、前記電源配線と前記接地配線の間隙に配置された低速信
号線を更に有しても良いものである。
また、本発明は、上記した光電気配線フィルムを用いた光電気配線モジュールであって
、前記光電気配線フィルムの光送信側もしくは光受信側の何れか一方からのみ電源供給を
行い、前記光電気配線フィルムの前記電源配線と前記接地配線により前記光送信側及び光
受信側の光素子駆動回路の電源を供給することを特徴とする光電気配線モジュールであり
、デジタル信号を光配線する光電気配線モジュールであって、ほぼ長さの等しい前記光導
波路を２本備え、該２本の光導波路の一方の光導波路で入力されたデジタル信号のパルス
立ち上がり情報を光伝送し、もう一方の光導波路で入力されたデジタル信号のパルス立ち
下がり情報を光伝送することが望ましい。
以下、図面を参照しながら本発明実施例の説明を行っていく。ここではいくつか具体的
材料や回路を例に用いて説明を行っていくが、これは同様な機能を持つ材料や回路であれ
ば同様に実施可能であり、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の光電気配線フィルムを示す概略斜視図であり、図２
は図１に示した光電気配線フィルムの上面図、図３は図１に示した光電気配線フィルムの
光導波路部分の側断面図である。
図１において、１は光電気配線フィルム、２は光導波路コア（光配線路）、３は電気配
線、４は電源配線、５は接地配線、６は電源配線と接地配線の蛇行間隙（櫛形対向部）、
７はポリイミドなどの基材フィルム、８は光導波路クラッド（光閉じ込め層）、９は裏面
保護層である。これらの図では表面保護層（ソルダーレジスト）等は省略しているが、必
要に応じて適宜設ければよい。光導波路コア２、光導波路クラッド８は屈折率の異なる樹
脂材からなり、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂など多種多様な材料が適用
可能である。
このような光電気配線フィルムの場合、電源配線や接地配線の形状や相対位置関係を確
実に規定できるため、その形状パターン設計において電源特性などの考慮が可能になる。
そこで、電源配線を単純に接地配線と平行に配置するのではなく、図１、図２に示すよう
に電源と接地の間を櫛形状に形成し、電極間の静電容量結合を高めて雑音成分の伝播を抑
制することが出来る。
例えば電源配線４と接地配線５の間隙（Ｗ）を５０ｕｍとし、その蛇行幅（Ｄ）を５０
ｕｍ以上にすれば対向電極の領域に食い込む形状の櫛型電極となる。また、この場合、間
隙Ｗを一定に保ち、櫛型電極の幅もＷ以上を確保するためには、蛇行周期（Ｔ）を２００
ｕｍ以上とすればよい。電源配線と接地配線が平行に対向する幅は、Ｔ＋２Ｄ−４Ｗとな
るため、少なくともＤ≧２Ｗ＋Ｔ／２となれば単純な平行配置よりも電極間の対向幅が増
加、即ち電極間容量が増加する。また、Ｄ＝２Ｗ＋Ｔ／２の場合でも櫛型形状の電極角部
の容量増加があるため、単純平行配置よりも静電容量は増加している。即ち、Ｗ＝５０ｕ
ｍの場合、Ｄ≧１５０ｕｍとすると確実に静電容量が増加する。更に、櫛型形状の凹部の
角を半径Ｗの１／４円に面取りすれば、間隙Ｗを保持したままで最大の電極間容量となる
。
また、光電気配線フィルムの場合、光素子や駆動ＩＣなどの搭載電極も形成可能なため
、図３に示すようにバンプ金属１１を用いたチップ１０（光素子や駆動ＩＣ）のフリップ
チップ実装などにより、光電気配線フィルム１へのチップ搭載だけでコンパクトにモジュ
ール化することも出来る。
本実施形態に係る光電気配線フィルムにおいては、電源配線と接地配線とは、略同一方
向に延伸しているが、電源配線と接地配線とが対向する側において、それぞれ上面図にお
いて櫛形の部分が設けられている。電源配線の櫛形の部分と接地配線の櫛形の部分が、互
い違いになり、かつ接触しないように配置されている。
本実施形態に係る光電気配線フィルムにおいては、電源配線と接地配線との間の電極間
容量を増加させることができるので、雑音成分の伝播を抑制することができる。
（第２の実施形態）
図４は本発明の第二の実施例であり、電源電極と接地電極の間隙Ｗ、蛇行幅Ｄは同じま
まで、蛇行周期Ｔを６ａと６ｂで変えた例である。これにより、電極間隙の蛇行周期に共
振可能な周波数成分が共鳴通過することを防止する。即ち、一つの蛇行周期で共鳴可能な
周波数も、別の周期の蛇行部では共鳴できなくなるため、特定周波数のみ減衰せずに伝播
してしまうことを防止できる。
なお、蛇行周期Ｔを６ａと６ｂとの２種類になっているが、２種類以上の複数種類の蛇
行周期であってもよい。蛇行周期Ｔが多いほど、その蛇行周期Ｔに対応した周波数の雑音
を伝播しにくくすることができる。
本実施形態に係る光電気配線フィルムにおいては、電源電極と接地電極との間隔および
蛇行幅は一定にしておき、複数の蛇行周期がある。
本実施形態に係る光電気配線フィルムにおいては、第1の実施形態に係る光電気配線フ
ィルムに比べ、特定周波数の雑音のみ減衰せずに伝播してしまうことを抑制できる。
（第３の実施形態）
図５は、電源配線とともに低速の電気信号（例えば制御信号）などを配線する場合の例
であり、１２は低速信号線（例えば制御信号線）で、電源配線と接地配線の蛇行間隙の中
に配線１２を設けた例である。配線１２は、電源電極と接地電極との間に、電源電極と接
地電極との間隔と同じように蛇行している。
これにより、制御線に外部雑音が重畳して誤動作するのを防止できる。
（第４の実施形態）
ノートパソコンや携帯電話、携帯端末などの電池駆動型のモバイル機器のうち、ディス
プレイと本体を折り畳み収納するなどの可動機構を有するモバイル機器においては、可動
機構部分を介して表示情報などの信号伝送や電池からの電源供給を行う必要がある。これ
らは、一般にＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）や細径同軸線アレイにより配線が行わ
れているが、年々、表示画像の高精細化などにより配線帯域不足が深刻化しつつあり、更
にディスプレイに送った信号が配線途中で電源線や他の配線に漏洩重畳して逆流するなど
の問題も深刻となってきている。これらの解決方法として、ディスプレイなどの高速配線
を光配線で行うことが提案されているが、一般的な光配線は消費電力が大きく、電池駆動
型機器には適用し難い問題があった。また、光配線を用いてもディスプレイ部の電源など
の電気配線は別途用意する必要があり、光配線と電気配線が輻輳し易いという問題もあっ
た。
図６は、電池駆動型モバイル機器の可動部配線に適するよう構成した本発明実施例の構
成図であり、１５は送信モジュール、１３は光素子ドライバＩＣ、１４ａ、１４ｂは発光
素子、２１は受信モジュール、２０はレシーバＩＣ、１９ａ、１９ｂは受光素子、１７、
２２は電源端子、１８、２３は光配線信号端子、１６、２４は接地端子であり、１８が信
号入力端子で２３が信号出力端子である。また、ここでは１７を電源入力端子、２２を電
源出力端子とするが、用法によっては、２２を電源入力端子、１７を電源出力端子とする
ことも可能である。即ち、ディスプレイから本体に信号伝送する場合などであり、受信モ
ジュールが電源供給側、送信モジュールが電源消費側となる場合である。光導波路２ａ、
２ｂは図１または図２で示した光導波路を２本ペアで用いていることに相当する。
ここでは、光配線用ＩＣ１５、２１の電源を１７から２２に送る電源と共通の電圧とし
、端子の簡素化を図っている。勿論、電源の送電電圧と、光配線用ＩＣの電源電圧を異な
る電圧とすることも可能であり、その場合、電源送電用の専用電気配線を設ければよく、
また、送電先の光配線用ＩＣの電源を送電先のＤＣＤＣコンバータにより生成してもよい
。
この実施形態の回路動作を説明する。まず、端子１８に入力されたデジタル信号（電圧
波形Ｓ１）は、２分岐されてＮＯＴゲートを通過する信号（電圧波形Ｓ２）とＮＯＴゲー
トを通過しない信号（電圧波形Ｓ１のまま）の２つになる。このとき、ＮＯＴゲートを通
過した信号は、元の信号と論理が反転するだけでなく、ＮＯＴゲートの遅延を受けて位相
の遅れた反転信号となる。
次に、この２つの信号を更に分岐し、ＡＮＤゲートおよびＮＯＲゲートにそれぞれ入力
する。その結果、ＡＮＤゲートは入力信号の立ち上り部分でのみＮＯＴゲート遅延時間に
相当するパルス幅の短パルス（電圧波形および電流波形Ｓ３）を出力し、ＮＯＲゲートは
入力信号の立ち下り部分でのみＮＯＴゲート遅延時間に相当するパルス幅の短パルス（電
圧波形および電流波形Ｓ４）を出力する。即ち、入力信号のパルス立ち上り情報とパルス
立ち下り情報が別々に出力され、それぞれが発光素子１４ａ、１４ｂに入力されて別々の
光信号に変換される。それぞれの光信号は２本の光導波路２ａ、２ｂにより別々に光伝送
され、受信モジュール２１に入力される。
受信モジュール２１では、受光素子１９ａが入力パルス立ち上り情報の短パルス電流（
電流波形Ｒ１）、１９ｂが入力パルス立ち下り情報の短パルス電流（電流波形Ｒ２）を発
生する。それぞれの短パルス電流は、レシーバＩＣ入力容量および受光素子寄生容量の合
成容量を充電（電流波形Ｒ１）、放電（電流波形Ｒ２）させる。その結果、レシーバＩＣ
２０の入力電圧はそれぞれの受光電流の積分波形（電圧波形Ｒ３）となり、１８に入力さ
れたデジタル信号が再現されて２３から出力される。この実施例では受光電流Ｒ１、Ｒ２
を充放電して波形再生を行う方式のため、レシーバＩＣ２０の入力インピーダンスが非常
に高いことが必要になる。これには例えばＣＭＯＳ回路をレシーバＩＣ２０の入力段に用
いればよい。
尚、受信回路は図６に限定されず、例えば受光素子１９ａ、１９ｂの出力を抵抗負荷や
トランスインピーダンスアンプで電圧変換した後、ＳＲ−ＦＦ（Set Reset Flip Flop）
回路のＳｅｔ端子、Ｒｅｓｅｔ端子にそれぞれ入力して論理回路的に入力デジタル信号を
再生することも可能である。
このように構成することで、デジタル信号のパルスエッジ情報のみを光伝送することに
なり、パルスデータ全幅に渡って光伝送する場合の例えば１／４以下の電力に光配線電力
を削減することができる。また、連続データではパルスエッジ情報がないことから、更に
電力を削減でき、平均ビット連続長さが４ｂｉｔの場合、パルスデータ全幅に渡って光伝
送する場合の１／１０程度の電力に光配線電力を削減することができる。
また、図１、図５に示した電源配線、低速信号線の構成とすることで、電源配線と接地
配線間に分布的な結合容量が生じ、電源配線や低速配線に重畳した雑音成分を除去するこ
とができる。即ち、本発明の実施例では、電源配線または低速信号配線が接地線と配線長
よりも長く対向するよう配置されているため、配線途中で雑音が自動的に吸収される効果
も併せ持つ。勿論、送信モジュール出力端や受信モジュール入力端で電源配線と接地配線
の間にデカップリングキャパシタを設けることで、より安定な電源配線や低速信号配線が
可能になることは延べるまでも無い。
このように、図６の光電気配線モジュールによれば光配線電力の大幅な削減が可能であ
り、電池駆動型のモバイル機器への光配線適用が容易となる。また、同時に雑音の少ない
電源供給も行えるため、電池駆動型モバイル機器の可動部配線に適用して光配線による配
線容量の大容量化と電磁雑音の根本的な抑制が可能になる。
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した本発
明実施形態はいくつかの具体例を示しているが、これはあくまで構成例であり、本発明の
主旨に従い個々の要素に他の手段（材料、寸法など）を用いても構わないものである。ま
た、実施形態に示された材料、形状、配置などはあくまで一例であり、また、各実施形態
を組み合わせて実施することも可能である。即ち、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で
、種々変形して実施することができるものである。
１…光電気配線フィルム
２…光導波路コア
３…電気配線
４…電源配線
５…接地配線
６…配線間隙
７…フィルム基材
８…光導波路クラッド
９…裏面保護フィルム
１０…光素子
１１…バンプ電極
１２…低速信号線

Claims (5)

  1. 光導波路と、
    接地配線と、前記接地配線と同一配線層に設けられ、電源供給を行う電気配線とを有する
    光電気配線フィルムにおいて、
    前記電源配線と前記接地配線とはそれぞれ櫛形の部分を有し、
    前記電源配線と前記接地配線との間隙がほぼ一定であり、かつ、前記電源配線と前記接地
    配線との間隙が蛇行するように、前記電源配線の櫛形の部分と前記接地配線の櫛形の部分
    とが対向することを特徴とする光電気配線フィルム。
  2. 前記電源配線と前記接地配線の間隙の蛇行周期が異なる領域を複数設けて電源配線の共振
    効果を低減させてなることを特徴とする請求項１記載の光電気配線フィルム。
  3. 前記電源配線及び前記接地配線と同一配線層に設けられ、且つ、前記電源配線と前記接地
    配線の間隙に配置された低速信号線を更に有してなることを特徴とする請求項１または２
    に記載の光電気配線フィルム。
  4. 請求項１〜３の何れかに記載の光電気配線フィルムを用いた光電気配線モジュールであっ
    て、前記光電気配線フィルムの光送信側もしくは光受信側の何れか一方からのみ電源供給
    を行い、前記光電気配線フィルムの前記電源配線と前記接地配線により前記光送信側及び
    光受信側の光素子駆動回路の電源を供給することを特徴とする光電気配線モジュール。
  5. デジタル信号を光配線する光電気配線モジュールであって、ほぼ長さの等しい前記光導波
    路を２本備え、該２本の光導波路の一方の光導波路で入力されたデジタル信号のパルス立
    ち上がり情報を光伝送し、もう一方の光導波路で入力されたデジタル信号のパルス立ち下
    がり情報を光伝送することを特徴とする請求項４記載の光電気配線モジュール。
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