JP2015072461A - 光電気混載基板 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性に優れ、かつ電子部品を実装するための広い領域を確保できる光電気混載基板を提供する。
【解決手段】光電気混載基板１は、フッ素樹脂を主成分とする絶縁層２と、この絶縁層の両面に積層される導体層３，４とを備え、絶縁層２内に光信号を導体層内面での反射により伝搬するよう構成される光通信機構を備えている。導体層３，４の絶縁層２側面の算術平均粗さＲａとしては、１．５μｍ以下が好ましい。また、絶縁層２の平均厚さとしては、２１μｍ以上１２０μｍ以下が好ましい。また、光通信機構が、光信号を出光する発光部と光信号を受光する受光部とを有し、発光部が、一対の導体層３、４のいずれか一方に形成される貫通孔７と、この貫通孔７に光信号を入射する発光素子５とを有し、受光部が、一対の導体層３、４のいずれか一方に形成される貫通孔８と、この貫通孔８から出射する光信号を受光する受光素子６とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号と電気信号を伝送できる光電気混載基板に関する。

近年、電気機器における処理速度の高速化の要求は高まる一方である。これに伴い、これら電気機器に内蔵される電気回路基板における電気信号の伝送速度の高速化が要求されている。このような背景のもと、電気信号の伝送速度限界を突破する一つの手段として、光信号による伝送が考えられており、電気回路基板と光導波路とを混載した光電気混載基板が種々提案されている。

このような光電気混載基板として、基板の上にこれと平行となるように順次形成された下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層からなる光導波路を積層した光電気混載基板が提案されている（例えば特開２００４−３２５６３６号公報）。この光電気混載基板では、基板の表面に設けられた電気配線によって電気信号を伝送するとともに、光導波路を構成するコア層とクラッド層との界面で反射させることによって光信号を伝送している。

特開２００４−３２５６３６号公報

従来から提案されている光電気混載基板は、光導波路と電気回路基板とを個々に形成した後に両者を組み合わせたり、電気回路基板に電子部品を実装した後に光導波路を形成することにより作製されていた。そのため、光導波路と電気回路基板とを組み合わせる際に機械的誤差が生じ、その後の受発光素子を実装する際の光学調整が複雑な工程となっていた。また、光導波路を電気回路基板上に設ける構成では、その光導波路も実装部品となるため、電気回路基板の電子部品を実装可能な面積が減少していた。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、生産性に優れ、電子部品を実装するための広い領域を確保できる光電気混載基板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る光電気混載基板は、フッ素樹脂を主成分とする絶縁層と、この絶縁層の両面に積層される導体層とを備え、上記絶縁層内に光信号を導体層内面での反射により伝搬するよう構成される光通信機構を備えている光電気混載基板である。

本発明の光電気混載基板は、生産性に優れ、電子部品を実装するための広い領域を確保できる。

本発明の第一実施形態に係る光電気混載基板の模式的断面図である。 本発明の第二実施形態に係る光電気混載基板の模式的断面図である。 本発明の第三実施形態に係る光電気混載基板の模式的断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光電気混載基板の模式的断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る光電気混載基板は、フッ素樹脂を主成分とする絶縁層と、この絶縁層の両面に積層される導体層とを備え、上記絶縁層内に光信号を導体層内面での反射により伝搬するよう構成される光通信機構を備えている光電気混載基板である。

可視光用の光学材料として広く用いられてきたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリスチレン（ＰＳ）は、分子鎖内に炭素−水素結合（Ｃ−Ｈ結合）を有している。このため、近赤外域の吸収スペクトルには、Ｃ−Ｈ結合の伸縮信号の高調波と変角振動との結合に由来するピークが存在している。これらの樹脂では、光通信波長域（１．０μｍ〜１．７μｍ）の全域にわたって低損失の光通信が達成されることがない。当該光電気混載基板は、絶縁層がフッ素樹脂を主成分としているので、光通信波長域の光信号の損失が他の樹脂より小さく、低損失な光伝送が実現される。つまり、フッ素樹脂により、光通信波長域（０．８μｍ以上１．７μｍ以下）での吸収ピークを低減し、この光通信波長域の全域に亘って光透過損失を極めて少なくできる。また、当該光電気混載基板は、電気回路基板を構成する絶縁層を光信号の伝送経路として使用しているので、基板上に光導波路を設ける必要がなく、電子部品の実装可能な領域を広くでき、電子部品の搭載自由度が向上する。また、導体層内面すなわち導体層の絶縁層側の面での反射により、絶縁層内に光信号を伝搬しているので、絶縁層が薄くても光信号を伝搬することができ、当該光電気混載基板を薄く構成することができる。ここで、「低損失」とは、絶縁層内を伝搬する光信号を透過できることを意味し、例えば０．８μｍ以上１．７μｍ以下の波長を有する光が絶縁層に入射したときに、その光の絶縁層の透過率が５０％以上であることを意味する。透過率とは、光の透過率であり、絶縁層への平行入射光束に対する絶縁層から出射する透過光束の割合である。

上記導体層の絶縁層側面の算術平均粗さＲａとしては、１．５μｍ以下が好ましい。上記導体層の絶縁層側面の算術平均粗さＲａが上記範囲内であることで、光信号の導体層内面での反射時の損失が低減され、より低損失な光伝送が実現される。

上記絶縁層の平均厚みとしては、２１μｍ以上１２０μｍ以下が好ましい。このように上記絶縁層の平均厚みが上記範囲内であることで、絶縁層内を伝搬する光信号の経路が短くなり、絶縁層内伝搬中の光信号の損失が低減されるので、より低損失で光信号が伝送される。また、当該光電気混載基板の薄型化が図れる。さらに、当該光電気混載基板の変形や破損が防止される。

当該光電気混載基板は、上記光通信機構が絶縁層内に区分される光導波路を有しないとよい。このようにすると、簡易な工程で当該光電気混載基板を作製することができ、当該光電気混載基板のコストを低減できる。当該光電気混載基板は、絶縁層内を伝搬する光信号が反射する位置に導体層があればよく、例えば電源ラインやＧＮＤラインを上記導体層として利用することで、絶縁層内に区分される光導波路を設けることなく、低損失な光伝送を実現できる。ここで、「区分される光導波路」とは、絶縁層及び導体層への主に光導波路を構成するための部材の追加、又は絶縁層及び導体層への主に光導波路を構成するための加工により光が反射する部分が追加形成された光の伝送経路を意味する。

当該光電気混載基板は、上記光通信機構が、光信号を出光する発光部と光信号を受光する受光部とを有し、上記発光部が、一対の導体層のいずれか一方に形成される貫通孔と、この貫通孔に光信号を入射する発光素子とを有し、上記受光部が、一対の導体層のいずれか一方に形成される貫通孔と、この貫通孔から出射する光信号を受光する受光素子とを有するとよい。このように光信号を伝搬する光通信機構を構成することで、当該光電気混載基板をより容易かつ確実に製造できる。

当該光電気混載基板は、上記発光部の貫通孔及び受光部の貫通孔内に露出する一対の絶縁層表面が、発光部及び受光部の対向方向外側かつ絶縁層内方に傾斜する傾斜面を有するとよく、上記傾斜面の傾斜角としては、６４°以上６８°以下が好ましい。このように、当該光電気混載基板は、貫通孔内に露出する一対の絶縁層表面を上記角度の範囲内で傾斜させた構成とするとよい。これにより、発光素子から出光した光信号が空気中からフッ素樹脂を主成分とする絶縁層表面へ入射する角度及び絶縁層表面から受光素子へ向けて空気中へ出射する角度がブリュースター角に近くなり、絶縁層表面での光信号の反射が低減されるので、より光信号の損失が低減される。

上記光通信機構の光信号の波長としては、０．８μｍ以上１．７μｍ以下が好ましい。当該光電気混載基板は、フッ素樹脂を主成分とする絶縁層を光信号の伝送経路として使用する。これにより、光信号をより確実に低損失で伝送することができる。

当該光電気混載基板は、上記絶縁層の中層にガラスクロスが埋め込まれているとよい。上記絶縁層の中層にガラスクロスを埋め込むことにより、当該光電気混載基板の剛性が高くなる。また、上記ガラスクロスは上記絶縁層内を伝搬する光信号を反射させて進行させるので、絶縁層内を伝搬する光信号の経路が短くなり、当該光電気混載基板による光信号の伝送をより低損失で行わせることができる。

上記ガラスクロスの平均線密度としては、５０本／２５ｍｍ以上が好ましい。このようにガラスクロスの平均線密度を上記範囲内とすることにより、ガラスクロスの反射率が大きくなり、絶縁層内を進行してきた光信号をガラスクロスの層で確実に反射することができるので、より低損失で光信号が伝送される。

［本発明の実施形態の詳細］
以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る光電気混載基板の詳細を説明する。

［第一実施形態］
図１の当該光電気混載基板１は、フッ素樹脂を主成分とする絶縁層２と、絶縁層２の両面に積層された第１導体層３及び第２導体層４を備えている。また当該光電気混載基板１は、第１導体層３及び第２導体層４の内面で光信号を反射させ絶縁層２内に光信号を伝搬するように構成される光通信機構を備えている。なお、図１においてＬは、光信号の経路を模式的に示している。

＜導体層＞
第１導体層３及び第２導体層４の一対の導体層は、絶縁層２の両面に積層されており、電気信号を伝送する。第１導体層３及び第２導体層４は、配線パターンとして形成されていてもよく、第１導体層３及び第２導体層４の外面側には、電子部品が実装される。また、第１導体層３及び第２導体層４は、絶縁層２に積層される側の表面にカップリング剤が化学結合により固定されていることが好ましい。

第１導体層３及び第２導体層４のそれぞれの平均厚みの下限としては、７μｍが好ましく、１２μｍがより好ましい。また、第１導体層３及び第２導体層４のそれぞれの平均厚みの上限としては、２５μｍが好ましく、１８μｍがより好ましい。上記第１導体層３及び第２導体層４の平均厚みが上記上限を超えると、光電気混載基板の薄型化が困難となるおそれがある。また、上記第１導体層３及び第２導体層４の平均厚みが上記下限未満になると、第１導体層３及び第２導体層４の抵抗が大きくなり電気伝導性能が低下するおそれがある。

第１導体層３及び第２導体層４は、それらの内面（絶縁層２側の面）で、絶縁層２内を伝搬する光信号を反射させる。そのため、第１導体層３及び第２導体層４の内面は、絶縁層２内を伝搬する光信号の損失を抑制できるように、光信号の吸収が少なく反射率が大きいことが好ましい。

第１導体層３及び第２導体層４の内面の算術平均粗さＲａの上限としては、１．５μｍが好ましく、０．１μｍがより好ましい。また、第１導体層３及び第２導体層４の内面の算術平均粗さＲａの下限としては、０．００１μｍが好ましい。第１導体層３及び第２導体層４の内面の算術平均粗さＲａが上記上限を超えると、光信号が第１導体層３及び第２導体層４で反射する際に散乱して損失となる光信号成分が多くなり、光信号の損失低減効果が得られなくなるおそれがある。一方、第１導体層３及び第２導体層４の内面の算術平均粗さＲａが上記下限未満になると、製造コストが増加し、また絶縁層２との接着強度が低下して剥がれやすくなるおそれがある。なお、上記算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ−Ｂ０６０１（２０１３）に準拠して求めることができる。例えば、当該光電気混載基板１から化学的に絶縁層２を除去して絶縁層２と第１導体層３及び第２導体層４との界面を露出させたのち、基準長さ及びカットオフ値を２ｍｍ、評価長さを１０ｍｍとして第１導体層３及び第２導体層４の露出表面を測定することにより、上記算術平均粗さＲａを求めることができる。また、絶縁層２は透過率が高いので、上記算術平均粗さＲａを光学的に測定することもできる。

第１導体層３及び第２導体層４を形成する材料としては、電気抵抗率の小さい金属が好ましく、例えばアルミニウム、銀、金、銅等が挙げられる。これらの金属箔や金属メッキにより第１導体層３及び第２導体層４を形成するとよい。特に、光信号が反射する際の第１導体層３及び第２導体層４での光信号の散乱による損失を抑制するために、絶縁層２に積層される側の面が粗面化されていない金属箔を絶縁層２に貼り合せて第１導体層３及び第２導体層４を形成することが好ましい。この金属箔としては銅箔が好ましい。

（カップリング剤）
カップリング剤は、第１導体層３及び第２導体層４と絶縁層２との接合強度を高めるために用いられる。このカップリング剤としては、シラン系カップリング剤が好ましく、中でも、Ｎ原子又はＳ原子を含む官能基（以下、「親水性有機官能基」ともいう）を持つシラン系カップリング剤がより好ましい。このようなシラン系カップリング剤は、絶縁層２を構成するフッ素樹脂と化学結合する。シラン系カップリング剤と絶縁層２のフッ素樹脂との間の化学結合は、共有結合だけで構成される場合と、共有結合及び水素結合を含む場合とがある。また、上記親水性有機官能基の一部は、第１導体層３及び第２導体層４の内面と化学結合する。

Ｎ原子を含む官能基としては、例えばアミノ基、ウレイド基等を挙げることができる。

Ｎ原子を含む官能基を持つシラン系カップリング剤としては、例えばアミノアルコキシシラン、ウレイドアルコキシシラン、これらの誘導体が挙げられる。

アミノアルコキシシランとしては、例えば３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。

アミノエトキシシランの誘導体としては、例えば３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン等のケチミン、Ｎ−（ビニルベンジル）−２−アミノエチル−３−アミノプロピルトリメトキシシランの酢酸塩等のシラン系カップリング剤の塩などが挙げられる。

ウレイドアルコキシシランとしては、例えば３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、γ−（２‐ウレイドエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。

Ｓ原子を含む官能基としては、例えばメルカプト基、スルフィド基等が挙げられる。

Ｓ原子を含む官能基を持つシラン系カップリング剤としては、例えばメルカプトアルコキシシラン、スルフィドアルコキシシラン、これらの誘導体が挙げられる。

メルカプトアルコキシシランとしては、例えば３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピル(ジメトキシ)メチルシラン、メルカプトオルガニル（アルコキシシラン）等が挙げられる。

スルフィドアルコキシシランとしては、例えばビス（３−（トリエトキシシリル）プロピル）テトラスルフィド、ビス（３−（トリエトキシシリル）プロピル）ジスルフィド等が挙げられる。

上記シラン系カップリング剤としては、変性基を導入したものであってもよい。変性基としては、フェニル基が好ましい。

例示したシラン系カップリング剤の中でも、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス（３−（トリエトキシシリル）プロピル）テトラスルフィドが特に好ましい。

カップリング剤としては、Ｎ原子又はＳ原子を含む官能基を持つシラン系カップリング剤に代えて、又はこのシラン系カップリング剤に加えて他のカップリング剤を使用することができる。他のカップリング剤としては、絶縁層２のフッ素樹脂又はそのラジカルに対して反応性を有する官能基を含み、第１導体層３及び第２導体層４に化学結合できる官能基等を含むものが好ましく、例えばチタン系カップリング剤を使用することができる。

チタン系カップリング剤としては、例えばイソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリステアロイルチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ（ジオクチルホスフェート）チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、イソプロピルトリ（ｎ−アミノエチル−アミノエチル）チタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、テトラ（２，２−ジアリルオキシメチル−1−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスファイトチタネート、ジクミルフェニルオキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ジイソステアロイルエチレンチタネート、ビス（ジオクチルパオロホスフェート）エチレンチタネート、ビス（ジオクチルパオロホスフェート）ジイソプロピルチタネート、テトラメチルオルソチタネート、テトラエチルオルソチタネート、テトラプロピルオルソチタネート、テトライソプロピルテトラエチルオルソチタネート、テトラブチルオルソチタネート、ブチルポリチタネート、テトライソブチルオルソチタネート、２−エチルヘキシルチタネート、ステアリルチタネート、クレシルチタネートモノマー、クレシルチタネートポリマー、ジイソプロポキシ−ビス−（２，４−ペンタジオネート）チタニウム（ＩＶ）、ジイソプロピル−ビス−トリエタノールアミノチタネート、オクチレングリコールチタネート、チタニウムラクテート、アセトアセティックエスチルチタネート、ジイソプロポキシビス８アセチルアセトナト）チタン、ジ−ｎ−ブトキシビス（トリエタノールアルミナト）チタン、ジヒドロキシビス（ラクタト）チタン、チタニウム−イソプロポキシオクチレングリコレート、テトラ−ｎ−ブトキシチタンポリマー、トリ−ｎ−ブトキシチタンモノステアレートポリマー、ブチルチタネートダイマー、チタンアセチルアセトネート、ポリチタンチタンアセチルアセトネート、チタンオクチレングリコレート、チタンラクテートアンモニウム塩、チタンラクテートエチルエステル、チタントリエタノールアミネート、ポリヒドロキシチタンステアレート等が挙げられる。

＜絶縁層＞
絶縁層２は、両面に第１導体層３及び第２導体層４が積層されて構成される電気回路基板の内層であり、フッ素樹脂を主成分とする。この絶縁層２は、光信号を低損失で伝搬できれば、フッ素樹脂以外に必要に応じて任意成分を含んでいてもよい。ここで、「主成分」とは、絶縁層２を構成する成分のうち最も含有量が多い成分であり、例えば含有量が５０質量％以上の成分をいう。

絶縁層２の平均厚みの下限としては、２１μｍが好ましく、５３μｍがより好ましい。また、絶縁層２の平均厚みの上限としては、１２０μｍが好ましく、１０６μｍがより好ましい。上記絶縁層２の平均厚みが上記上限を超えると、絶縁層２内を伝搬する光信号の経路が長くなり、損失が増加して光信号の損失低減効果が得られなくなるおそれがあり、また当該光電気混載基板１の薄型化が困難となるおそれがある。また、上記絶縁層２の平均厚みが上記下限未満になると、当該光電気混載基板の剛性が低下して、当該光電気混載基板が変形又は破損しやすくなるおそれがある。

絶縁層２内を伝搬する光信号の波長に対する絶縁層２の透過率の下限としては、５０％が好ましく、６０％がより好ましい。また、上記透過率の上限としては、９０％が好ましく、８０％がより好ましい。上記透過率が上記下限未満になると、後述する発光部及び受光部間の絶縁層２を光導波路として利用する通信ができなくなるおそれがある。また、上記透過率が上記上限を超えると、入射光の強さを調整する部品を追加する必要が生じ、当該光電気混載基板１１のコストが高くなるおそれがある。

（フッ素樹脂）
フッ素樹脂は、高分子鎖の繰り返し単位を構成する炭素原子に結合する水素原子の少なくとも１つが、フッ素原子又はフッ素原子を有する有機基（以下「フッ素原子含有基」ともいう）で置換されたものをいう。フッ素原子含有基は、直鎖状又は分岐状の有機基中の水素原子の少なくとも１つがフッ素原子で置換されたものであり、例えばフルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、フルオロポリエーテル基等が挙げられる。

「フルオロアルキル基」とは、少なくとも１つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基を意味し、「パーフルオロアルキル基」を包含する。具体的には、「フルオロアルキル基」は、アルキル基の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基、アルキル基の末端の１個の水素原子以外の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基等を包含する。

「フルオロアルコキシ基」とは、少なくとも１つの水素原子がフッ素原子で置換されたアルコキシ基を意味し、「パーフルオロアルコキシ基」を包含する。具体的には、「フルオロアルコキシ基」は、アルコキシ基の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基、アルコキシ基の末端の１個の水素原子以外の全ての水素原子がフッ素原子で置換された基等を包含する。

「フルオロポリエーテル基」とは、繰り返し単位として複数のアルキレンオキシド鎖を有し、末端にアルキル基又は水素原子を有する１価の基であって、当該アルキレンオキシド鎖又は末端のアルキル基若しくは水素原子中の少なくとも１つの水素原子がフッ素原子で置換された基を有する１価の基を意味する。「フルオロポリエーテル基」は、繰り返し単位として複数のパーフルオロアルキレンオキシド鎖を有する「パーフルオロポリエーテル基」を包含する。

フッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン・ヘキサオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、及びテトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソール共重合体（ＴＦＥ／ＰＤＤ）が好ましい。

（任意成分）
任意成分としては、例えばエンジニアリングプラスチック、難燃剤、難燃助剤、酸化防止剤、反射付与剤、隠蔽剤、滑剤、加工安定剤、可塑剤、発泡剤等が挙げられる。

上記エンジニアリングプラスチックとしては、絶縁層２に求められる特性に応じて公知のものから選択して使用でき、典型的には芳香族ポリエーテルケトンを使用することができる。

この芳香族ポリエーテルケトンは、ベンゼン環がパラ位に結合し、剛直なケトン結合（−Ｃ＝Ｏ）又はフレキシブルなエーテル結合（−Ｏ−）によってベンゼン環同士が連結された構造を有する熱可塑性樹脂である。そして、ケトン結合とエーテル結合とが交互に配置されたポリエーテルケトン（ＰＥＫ）と、エーテル結合、エーテル結合、ケトン結合の順に結合が配置されたポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が代表例である。芳香族ポリエーテルケトンは、耐摩耗性、耐熱性、絶縁性、加工性、接合性等に優れるものであり、芳香族ポリエーテルケトンを絶縁層２に含ませた場合、第１導体層３及び第２導体層４に対する絶縁層２の接合性等が改善される。

芳香族ポリエーテルケトンとしては、市販品を使用することができる。芳香族ポリエーテルケトンとしては、様々なグレードのものが市販されており、市販されている単一のグレードの芳香族ポリエーテルケトンを単独で使用してもよく、複数のグレードの芳香族ポリエーテルケトンを併用してもよい。また、芳香族ポリエーテルケトンとしては、変性した芳香族ポリエーテルケトンを使用してもよい。

エンジニアリングプラスチックの含有量としては、特に限定はないが、フッ素樹脂との質量比で、２０：８０以上５０：５０以下が好ましく、３５：６５以上４５：５５以下がより好ましい。エンジニアリングプラスチックの含有量が上記下限未満であると、絶縁層２の特性を充分に改善することができないおそれがある。一方、エンジニアリングプラスチックの含有量が上記上限を超えると、フッ素樹脂の有利な特性を充分に発現させることができないおそれがある。

難燃剤としては、公知の種々のものを使用することができ、例えば臭素系難燃剤、塩素系難燃剤等のハロゲン系難燃剤が挙げられる。

難燃助剤としては、公知の種々のものを使用することができ、例えば三酸化アンチモン等が挙げられる。

酸化防止剤としては、公知の種々のものを使用することができ、例えばフェノール系酸化防止剤等が挙げられる。

反射付与剤としては、公知の種々のものを使用することができ、例えば酸化チタン等が挙げられる。

絶縁層２は、電離放射線照射されたものであることが好ましい。絶縁層２に電離放射線照射を行うことで、フッ素樹脂がラジカル化される。電離放射線照射は、加熱下で行うことが好ましい。フッ素樹脂のラジカル化は、加熱により行うこともできる。

フッ素樹脂には、ラジカル部分にカップリング剤の親水性有機官能基が化学結合することで、カップリング剤が化学結合されるものと推定される。フッ素樹脂とカップリング剤との間には多数の化学結合が存在するが、これらの化学結合は、共有結合だけで構成される場合、又は、共有結合及び水素結合の両者を含む場合のいずれかの構成であると考えられる。このように、フッ素樹脂のラジカル部分にカップリング剤を化学結合させ、さらに上述のようにカップリング剤を第１導体層３及び第２導体層４に化学結合することで、フッ素樹脂と第１導体層３及び第２導体層４との間にカップリング剤を介在させた架橋構造が形成される。その結果、フッ素樹脂と第１導体層３及び第２導体層４の表面とが架橋されることで、絶縁層２がフッ素樹脂製の場合であっても、絶縁層２と第１導体層３及び第２導体層４との接合強度を高めることができる。

また、フッ素樹脂がラジカル化されることで、フッ素樹脂分子同士が架橋され、絶縁層２が芳香族ポリエーテルケトン等のエンジニアリングプラスチックを含む場合にはフッ素樹脂とエンジニアリングプラスチックとが架橋される。架橋によるフッ素樹脂分子同士の結合、フッ素樹脂とエンジニアリングプラスチックとの結合は共有結合であり、この共有結合はフッ素樹脂の分子間結合（Ｆ−Ｆ結合）に比べて強い。そのため、当該光電気混載基板１では、フッ素樹脂分子同士が架橋され、又はフッ素樹脂がエンジニアリングプラスチックと架橋されることで、絶縁層２の機械的強度を向上させることが可能となる。

さらに、上記シラン系カップリング剤は、第１導体層３及び第２導体層４と絶縁層２との間にはÅオーダーで存在しているものと推定される。そのため、上記カップリング剤は、第１導体層３及び第２導体層４の表面性状に殆ど影響を与えず、第１導体層３及び第２導体層４の表面が粗面化されることもないため、カップリング剤による信号伝達性能の悪化が殆ど生じないものと考えられる。

一方、第１導体層３及び第２導体層４にカップリング剤を存在させなくても、電離放射線照射等によりフッ素樹脂をラジカル化させた場合、フッ素樹脂のラジカル部分が第１導体層３及び第２導体層４と架橋構造を形成する。そのため、絶縁層２がフッ素樹脂製であっても、第１導体層３及び第２導体層４にカップリング剤を用いることなく、フッ素樹脂と第１導体層３及び第２導体層４の表面とを架橋することで、絶縁層２と第１導体層３及び第２導体層４との接合強度を高めることが可能である。

ここで、電離放射線としては、電子線、高エネルギーイオン線等の荷電粒子線、γ線、Ｘ線等の高エネルギー電磁波、中性線等が挙げられ、中でも電子線が好ましい。これは、電子線発生装置が比較的安価であり、大出力の電子線が得られると共に架橋度の制御が容易であるためである。

電離放射線照射の照射線量としては、広い範囲で効果が得られるので任意に用いてもよいが、５０ＫＧｙ〜８００ＫＧｙ程度が好ましい。電離放射線の照射線量が上記下限未満であると、架橋が不十分となり絶縁層２の機械的強度の向上効果、第１導体層３及び第２導体層４と絶縁層２との接合強度の向上効果等が十分に得られないおそれがある。一方、電離放射線の照射線量が上記上限を超えると、樹脂成分の分解（ポリマー主鎖の切断）が過剰となって絶縁層２の機械的強度が低下するおそれがある。これに対して、照射線量を５０〜８００ｋＧｙとすれば、架橋を十分に進行させることができると共に樹脂成分の分解も少なく、十分な機械的強度及び接合強度等が得られる。

電離放射線照射は、低酸素又は無酸素の雰囲気下において絶縁層２又はこの絶縁層２を形成する直前の樹脂材料を加熱した状態で行うことが好ましい。

電離放射線照射を低酸素又は無酸素の雰囲気下で行うことで、第１導体層３及び第２導体層４に対する絶縁層２の接合強度を向上させることができる。具体的には、酸素濃度が１０００ｐｐｍ未満であれば、接合強度の向上効果が得られる。酸素濃度が５００ｐｐｍ以下であれば、顕著な接合強度の改善効果が得られ、１００ｐｐｍ以下でより顕著な接合強度の向上効果が得られる。なお、電離放射線照射時の酸素濃度の制御の安定性及び容易性の観点からは、酸素濃度としては１０ｐｐｍ以下が好ましい。

電離放射線照射時の加熱温度は、絶縁層２の主成分であるフッ素樹脂の融点以上が好ましい。上記加熱温度としては、上記融点より８０℃高い温度以下が好ましく、上記融点より４０℃高い温度以下がより好ましい。加熱温度を樹脂の融点よりも高い温度で行うことで、フッ素樹脂のラジカル化及び架橋を適切に促進することができる。その一方、上記加熱温度の上限をフッ素樹脂の融点よりも８０℃高い温度以下とすることで、フッ素樹脂の熱分解（ポリマー主鎖の切断）を抑制でき、絶縁層２の機械的強度や接合強度の低下を抑制できる。

なお、絶縁層２がエンジニアリングプラスチックを含有する場合、電離放射線照射時の加熱温度は、フッ素樹脂及びエンジニアリングプラスチックの融点以上が好ましい。このように加熱温度を設定することで、フッ素樹脂とエンジニアリングプラスチックとを架橋して絶縁層２の機械的強度等をさらに高めることができる。

＜光通信機構＞
上記光通信機構は、光信号を出光する発光部と、光信号を受光する受光部とを有し、発光部が発光した光信号を、絶縁層２内を伝搬させて受光部で受光する機構である。この光通信機構は、絶縁層２内に、区分される光導波路を構成するものではなく、電気回路基板を構成している絶縁層２、第１導体層３及び第２導体層４を光導波路として利用するものである。

（発光部）
上記発光部は、第１導体層３に形成された第１貫通孔７と、この第１貫通孔７に光信号を入射する発光素子５とを有している。

発光素子５は、第１導体層３の外面に実装される。発光素子５として、ＬＥＤ、レーザーダイオード（ＬＤ）、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）などを用いることができる。当該光電気混載基板１の構成では、実装の容易さの点からＶＣＳＥＬを用いることが好ましい。

発光素子５が出光する光信号の波長の下限としては、０．８μｍが好ましく、０．８４μｍがより好ましい。また、発光素子５が出光する光信号の波長の上限としては、１．７μｍが好ましく、１．５μｍがより好ましい。上記出光する光信号の波長が上記上限を超えた場合及び上記下限未満の場合には、フッ素樹脂を主成分とする絶縁層２内を進行する際の光信号の損失が大きくなり、光信号の損失低減効果が得られなくなるおそれがある。

第１貫通孔７に露出している絶縁層２の表面（第１傾斜面９）は、発光部及び受光部の対向方向外側かつ絶縁層２内方に傾斜して構成されている。

この第１傾斜面９の傾斜角θ_１の下限としては、６４°が好ましく、６５°がより好ましい。また、第１傾斜面９の傾斜角θ_１の上限としては、６８°が好ましく、６７°がより好ましい。上記範囲の傾斜角θ_１は、発光素子５が出光した光信号が絶縁層２の第１傾斜面９へ入射する角度を、光信号が空気中からフッ素樹脂へ入射する際のブリュースター角に近づける角度である。第１傾斜面９の傾斜角θ_１が上記下限未満である場合及び上記上限を超える場合には、発光素子５から出光した光信号が絶縁層２の第１傾斜面９へ入射する際に第１傾斜面９で反射する光信号成分が増加し、光信号の損失低減効果が得られなくなるおそれがある。

第１傾斜面９の算術平均粗さＲａの上限としては、１．５μｍが好ましく、１．０μｍがより好ましい。第１傾斜面９の算術平均粗さＲａが上記上限を超えると、光通信機構で光信号を伝送できる距離が短くなるおそれがある。なお、第１傾斜面９通過時の光信号の損失を抑制するため、第１傾斜面９における拡散反射は少ないほど好ましい。

（受光部）
上記受光部は、第１導体層３に形成された第２貫通孔８と、この第２貫通孔８を介して絶縁層２表面から出射される光信号を受光する受光素子６とを有している。

受光素子６は、第１導体層３の外面に実装される。すなわち図１に示すように、受光素子６は、当該光電気混載基板１の発光素子５と同じ側に実装される。受光素子６として、太陽電池、フォトダイオード（ＰＤ）、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）などを用いることができる。特に、受光素子６として帯域選択機能を有するＰＤを用いることが好ましい。帯域選択機能を有するＰＤを用いると、当該光電気混載基板１は、より信頼性の高い周波数で光伝送を行うことができる。

第２貫通孔８に露出している絶縁層２の表面（第２傾斜面１０）は、発光部及び受光部の対向方向外側かつ絶縁層２内方に傾斜して構成されている。

この第２傾斜面１０の傾斜角θ_２の下限としては、６４°が好ましく、６５°がより好ましい。また、第２傾斜面１０の傾斜角θ_２の上限としては、６８°が好ましく、６７°がより好ましい。上記範囲の傾斜角θ_２は、絶縁層２内から受光素子６へ向けて出射される際の光信号の第２傾斜面１０への入射角度を、光信号がフッ素樹脂内から空気中へ出射する際のブリュースター角に近づける角度である。第２傾斜面１０の傾斜角θ_２が上記下限未満である場合及び上記上限を超える場合には、光信号が絶縁層２の第２傾斜面１０から空気中へ出射する際に第２傾斜面１０で反射する光信号成分が増加し、光信号の損失が大きくなるおそれがある。

第２傾斜面１０の算術平均粗さＲａの上限としては、１．５μｍが好ましく、１．０μｍがより好ましい。第２傾斜面１０の算術平均粗さＲａが上記上限を超えると、光通信機構で光信号を伝送できる距離が短くなるおそれがある。なお、第２傾斜面１０通過時の光信号の損失を抑制するため、第２傾斜面１０における拡散反射は少ないほど好ましい。

なお、発光素子５から出光された光信号を受光素子６で受光してその光信号の情報を認識することができればよいので、当該光電気混載基板１の光信号の伝送経路上で多少の損失が生じてもよい。例えば、開放されている絶縁層２の側方から光信号の一部が外部に漏れるような構成であってもよい。

〔利点〕
当該光電気混載基板１は、光信号を伝搬する絶縁層２がフッ素樹脂を主成分としているので、光通信波長域（０．８μｍ以上１．７μｍ以下）の全域に亘って極めて小さい損失で光信号を伝送できる。

また、当該光電気混載基板１は、光信号を第１導体層３及び第２導体層４で反射させて伝搬するので、薄い絶縁層２でも光信号を伝搬することができ、当該光電気混載基板１の薄型化を図れる。また、当該光電気混載基板１は、絶縁層２を薄くできるので、絶縁層２内を伝搬する光信号の経路を短くでき、より低損失な光伝送を実現できる。

また、当該光電気混載基板１は、絶縁層２内に区分される光導波路を形成しなくてもよく、光導波路として利用する絶縁層２、第１導体層３及び第２導体層４を電気回路基板の作製工程で形成できる。また、光導波路と電気回路基板との組み合わせ時に生じるような機械的誤差が生じないので容易に光学調整をすることができる。そのため、当該光電気混載基板は製造コストに優れる。

［第二実施形態］
図２の光電気混載基板１１は、フッ素樹脂を主成分とする絶縁層１２と、絶縁層１２の両面に積層された第１導体層３及び第２導体層４とを備えている。また当該光電気混載基板１１は、絶縁層１２の中層に埋め込まれたガラスクロス１３と、第１導体層３の内面、第２導体層４の内面及びガラスクロス１３で光信号を反射させ絶縁層１２内に光信号を伝搬するように構成される光通信機構とを備えている。当該光電気混載基板１１は、絶縁層１２の中層にガラスクロス１３が埋め込まれている以外は、図１の光電気混載基板１と同様の構成であるため、同一符号を付して説明を省略する。

当該光電気混載基板１１は、絶縁層１２の厚み方向の中央にガラスクロス１３を埋め込んでいるので、絶縁層１２内を伝搬する光信号の一部は、ガラスクロス１３で反射して進行する。図２に実線で示すＬ_１は、第１導体層３及びガラスクロス１３に反射して絶縁層１２内を伝搬する光信号の経路を模式的に示している。また、図２に破線で示すＬ_２は、第２導体層４及びガラスクロス１３に反射して絶縁層１２内を伝搬する光信号の経路を模式的に示している。第１導体層３とガラスクロス１３との間を進行する光信号（経路Ｌ_１の光信号）は、ガラスクロス１３で反射するとともに、一部の光信号はガラスクロス１３を透過して第２導体層４側へ進行する（経路Ｌ_２の光信号）。第２導体層４で反射した光信号（経路Ｌ_２の光信号）は、次にガラスクロス１３で反射して第２導体層４側へ進行するとともに、その一部の光信号はガラスクロス１３を透過して第１導体層３側へ進行する。ガラスクロス１３を透過して第１導体層３側へ進行した光信号は、第１導体層３側を進行する経路Ｌ_１の光信号に合成されて進行する。そして、合成された光信号が、絶縁層１２の傾斜面１０から出射して受光素子６によって受光される。

図２に示すように、絶縁層１２内に埋め込まれたガラスクロス１３と第１導体層３との距離は、第１導体層３と第２導体層４との距離よりも小さく、ガラスクロス１３及び第１導体層３間の半分程度の距離である。すなわち、当該光電気混載基板１１は、ガラスクロス１３が埋め込まれていない場合の絶縁層１２の厚み（第１導体層３と第２導体層４との距離）に比べて、約半分の厚みの絶縁層１２の部分を光信号が伝搬するので、絶縁層１２内を伝搬する光信号の経路が短くなり、光伝送の損失が低減される。

上記ガラスクロス１３の平均厚みの上限としては、３０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。また、上記ガラスクロス１３の平均厚みの下限としては、１μｍが好ましく、２μｍがより好ましい。ガラスクロス１３の平均厚みが上記上限を超えると、不要に厚くなり当該光電気混載基板１１を薄型化することが困難となるおそれがある。また、ガラスクロス１３の平均厚みが上記下限未満であると、ガラスクロス１３を透過する光成分が多くなり、光信号の損失低減効果が得られないおそれがある。

絶縁層１２の中層に埋め込む上記ガラスクロス１３は、ガラスを布帛状に形成したものである。当該光電気混載基板１１は、ガラスクロス１３を用いることにより、光信号がガラスクロス１３で反射する際の散乱を抑制でき、光伝送の損失を低減できる。

上記ガラスクロス１３の平均線密度の下限としては、５０本／２５ｍｍが好ましく、９０本／２５ｍｍがさらに好ましい。また、上記ガラスクロス１３の平均線密度の上限としては、１２０本／２５ｍｍが好ましく、１１０本／２５ｍｍがさらに好ましい。ガラスクロス１３の平均線密度が上記下限未満になると、ガラスクロス１３を透過する光信号の量が多くなり、光信号の損失低減効果が得られなくなるおそれがある。また、ガラスクロス１３の平均線密度が上記上限を超えると、当該光電気混載基板１１のコストが高くなるおそれがある。

ガラスクロス１３と第１導体層３との間、及びガラスクロス１３と第２導体層４との間の部分の絶縁層１２の平均厚みの下限としては、それぞれ５μｍが好ましく、１７．５μｍがより好ましい。また、上記部分の絶縁層１２の平均厚みの上限としては、それぞれ５５μｍが好ましく、４５．５μｍがより好ましい。上記部分の絶縁層１２の平均厚みが上記上限を超えると、絶縁層１２内を伝搬する光信号の経路が長くなり、損失が増加して光信号の損失低減効果が得られなくなるおそれがある。また、当該光電気混載基板１１の薄型化が困難となるおそれがある。逆に、上記部分の絶縁層１２の平均厚みが上記下限未満になると、絶縁層１２内を伝搬する光信号のガラスクロス１３との反射回数が増加し、ガラスクロス１３との反射の際の散乱による光信号の損失が増加するおそれがある。

〔利点〕
当該光電気混載基板１１は、絶縁層１２の中層にガラスクロス１３を埋め込んだことにより、当該光電気混載基板１１の剛性を高くできるとともに、絶縁層１２内の光信号の伝搬経路を短くでき、より損失を低減した光伝送を実現できる。

［第三実施形態］
図３に示す本発明の第三実施形態に係る光電気混載基板２１は、３層の導体層を有する基板であり、第２導体層２５、第２絶縁層２３、第３導体層２６、第１絶縁層２２及び第１導体層２４が、この順に積層されている。

第１絶縁層２２及び第２絶縁層２３は、第一実施形態の絶縁層２と同様に、フッ素樹脂を主成分とするフッ素樹脂製である。第１導体層２４、第２導体層２５及び第３導体層２６は、第一実施形態の第１導体層３及び第２導体層４と同じ材質のものを用いることができる。

第１導体層２４の外面には、第１発光素子２７、第２発光素子２８、第１受光素子２９及び第２受光素子３０が実装されている。当該光電気混載基板２１は、第１発光素子２７から出光した光信号を第１絶縁層２２内を伝搬させて第１受光素子２９へ伝送する。また、当該光電気混載基板２１は、第２発光素子２８から出光した光信号を第１絶縁層２２を介して第２絶縁層２３へ入射させ、第２絶縁層２３内を伝搬させて第２受光素子３０へ伝送する。

図３に示すＬ_３は第１発光素子２７から第１受光素子２９へ伝送される光信号の経路を模式的に示し、Ｌ_４は第２発光素子２８から第２受光素子３０へ伝送される光信号の経路を模式的に示している。当該光電気混載基板２１は、経路Ｌ_３に示すように、第１発光素子２７から出光した光信号を第１導体層２４及び第３導体層２６で反射させて、第１導体層２４と第３導体層２６との間の第１絶縁層２２内を伝搬させる。一方、当該光電気混載基板２１は、経路Ｌ_４に示すように、第２発光素子２８から出光した光信号を第２導体層２５及び第３導体層２６で反射させて、第２導体層２５と第３導体層２６との間の第２絶縁層２３内を伝搬させる。

このように、当該光電気混載基板２１は、複数の絶縁層（第１絶縁層２２及び第２絶縁層２３）を光信号の伝送経路として使用している。当該光電気混載基板２１は、経路Ｌ_３及び経路Ｌ_４に沿って伝搬する光信号を同じ第３導体層２６に反射させて、それぞれ第１絶縁層２２及び第２絶縁層２３内を伝搬させる。つまり、第３導体層２６は、異なる伝送経路に共用して利用されている。

〔利点〕
当該光電気混載基板２１は、異なる絶縁層内を伝搬する光信号が反射する導体層を共用する構成なので、光信号を伝搬する絶縁層ごとに導体層を設ける場合に比べて導体層の層数を少なくすることができる。これにより、当該光電気混載基板２１のコストを低減できると共に、当該光電気混載基板２１の薄型化を図ることができる。

［他の実施形態］
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

上記各実施形態では、発光素子及び受光素子を共に第１導体層の外面に配置する構成としたが、受光素子を発光素子が配置される導体層とは反対側の導体層の外面に配置する構成としてもよい。

図４に示す他の実施形態の当該光電気混載基板３１は、発光素子５を配置した第１導体層３２とは反対側の第２導体層３３に受光素子３４を配置している。当該光電気混載基板３１では、絶縁層２内を伝搬してきた光信号を外部に出射させるための第２貫通孔３５を第２導体層３３に形成している。

この構成により、第１導体層３２側に実装されている発光素子５が出光する光信号が、反対側の面の第２導体層３３に実装されている受光素子３４へ伝送される。これにより、当該光電気混載基板３１は、光伝送によって一方の面側から発信する信号を他方の面側へ伝送することができる。

また、上記第二実施形態では、絶縁層の中層にガラスクロスを埋め込んだ光電気混載基板について説明したが、光電気混載基板の剛性を補強すると共に絶縁層内の光信号を反射して伝搬させる部材として、ガラスクロス以外の部材を絶縁層の中層に埋め込んだ光電気混載基板としてもよい。例えば、図２の光電気混載基板１１のガラスクロス１３に代えて、アラミド繊維、液晶ポリマー（ＬＣＰ）繊維等を布帛状に形成したものを絶縁層の中層に埋め込んだ光電気混載基板としても、光電気混載基板の剛性の向上及び光信号の損失低減効果が得られる。

なお、上記各実施形態において、発光素子から受光素子へ伝送する光信号は、単一の周波数の光信号であってもよいし、複数の周波数を含む光信号であってもよい。

本発明の光電気混載基板は、上述のように生産性に優れ、かつ電子部品を実装するための広い領域を確保できるので、高速な処理速度が要求される電気機器などに利用でき、そのような電気機器のコストを低減できる。

１、１１、２１、３１ 光電気混載基板
２、１２ 絶縁層
３、２４、３２ 第１導体層
４、２５、３３ 第２導体層
５ 発光素子
６、３４ 受光素子
７ 第１貫通孔
８、３５ 第２貫通孔
９ 第１傾斜面
１０ 第２傾斜面
１３ ガラスクロス
２２ 第１絶縁層
２３ 第２絶縁層
２６ 第３導体層
２７ 第１発光素子
２８ 第２発光素子
２９ 第１受光素子
３０ 第２受光素子
Ｌ、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４ 光信号の経路

Claims (9)

1. フッ素樹脂を主成分とする絶縁層と、この絶縁層の両面に積層される導体層とを備え、
   上記絶縁層内に光信号を導体層内面での反射により伝搬するよう構成される光通信機構を備えている光電気混載基板。
2. 上記導体層内面の算術平均粗さＲａが１．５μｍ以下である請求項１に記載の光電気混載基板。
3. 上記絶縁層の平均厚みが２１μｍ以上１２０μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の光電気混載基板。
4. 上記光通信機構が、絶縁層内に区分される光導波路を有しない請求項１、請求項２又は請求項３に記載の光電気混載基板。
5. 上記光通信機構が、光信号を出光する発光部と光信号を受光する受光部とを有し、
   上記発光部が、一対の導体層のいずれか一方に形成される貫通孔と、この貫通孔に光信号を入射する発光素子とを有し、
   上記受光部が、一対の導体層のいずれか一方に形成される貫通孔と、この貫通孔から出射する光信号を受光する受光素子とを有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光電気混載基板。
6. 上記発光部の貫通孔及び受光部の貫通孔内に露出する一対の絶縁層表面が、発光部及び受光部の対向方向外側かつ絶縁層内方に傾斜する傾斜面を有し、
   上記傾斜面の傾斜角が６４°以上６８°以下である請求項５に記載の光電気混載基板。
7. 上記光通信機構の光信号の波長が０．８μｍ以上１．７μｍ以下である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光電気混載基板。
8. 上記絶縁層の中層にガラスクロスが埋め込まれている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光電気混載基板。
9. 上記ガラスクロスの平均線密度が５０本／２５ｍｍ以上である請求項８に記載の光電気混載基板。

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