JP2016105160A - 光電気混載基板およびその製法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気回路基板裏面側の、金属層もしくは絶縁層と重なる配置で設けられた光導波路の端部が、金属層や絶縁層から剥がれることがなく、長期にわたって良好に使用することのできる光電気混載基板を提供する。【解決手段】絶縁層１の表面に電気配線２が形成された電気回路基板Ｅと、この電気回路基板Ｅの絶縁層１裏面側に、金属層９を介して設けられた光導波路Ｗとを備えた光電気混載基板１０であって、上記金属層９のうち、光導波路Ｗ端部の輪郭部と重なる領域の少なくとも一部が除去されて開口部２０が形成されており、その開口部２０内に、光導波路Ｗの一部が入り込んだ状態で光導波路Ｗが形成されている。【選択図】図１
Description
本発明は、電気回路基板と光導波路とが積層された光電気混載基板およびその製法に関するものである。
最近の電子機器等では、伝送情報量の増加に伴い、電気配線に加えて光配線が採用されており、電気信号と光信号を同時に伝送することのできる光電気混載基板が多く用いられている。このような光電気混載基板としては、例えば、図１３に示すように、ポリイミド等からなる絶縁層１を基板とし、その表面に、導電パターンからなる電気配線２を設けて電気回路基板Ｅとし、その裏面側に、補強用の金属層９を介して光導波路Ｗを設けた構造のものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。なお、上記電気回路基板Ｅの表面はカバーレイ３によって絶縁保護されている。また、上記金属層９には、電気回路基板Ｅの表面側に実装される光素子（図示せず）と光導波路Ｗとを光結合するための貫通孔５、５′が設けられている。そして、上記光導波路Ｗは、アンダークラッド層６と、光の行路となるコア７と、オーバークラッド層８の三層によって構成されている。
上記金属層９は、絶縁層１と裏面側の光導波路Ｗとの線膨張係数が異なるため、両者を直接積層すると、周囲の温度によって、光導波路Ｗに応力や微小な曲がりが発生して光伝播損失が大きくなることを回避するために設けられるものである。しかし、近年、電子機器等の小形化、高集積化の流れを受けて、上記光電気混載基板も、小スペースでの使用やヒンジ部等の可動部での使用ができるように、フレキシブル性が求められることが多くなっている。そこで、上記のように金属層９を介して光導波路Ｗを設けた光電気混載基板においても、そのフレキシブル性を高めるために、金属層９自体を部分的に除去してその除去部分に光導波路Ｗのクラッド層を入り込ませることによって、フレキシブル性を高めることが提案されている（例えば特許文献２を参照）。
また、最近では、光電気混載基板のフレキシブル性をさらに高めるために、光電気混載基板を光導波路Ｗ側から見た図１４（ａ）に示すように、光結合部やコネクタ接続部となる両側だけ電気回路基板Ｅの幅を広くして金属層９、９′で補強し、その中間部の幅を狭くしたものも多く用いられるようになっている。
しかしながら、このようなフレキシブル性の高い光電気混載基板は、大きく引っ張られたり捩られたりすることが多いため、材質の異なる金属層９、９′と光導波路Ｗとの間で異なる応力が発生し、その応力の差が、光導波路Ｗの両端の角部Ｐ［図１４（ａ）において小円で囲われた部分］に集中して、歪みや反りという形で現れ、この部分から剥がれやすいという問題があることが判明した。
また、図１４（ｂ）に示すように、金属層９、９′を有しないタイプの光電気混載基板では、光導波路Ｗの両端が、ポリイミド等の絶縁層１の裏面に直接配置された構成になっているが、その場合も、樹脂同士の接合とはいえ、互いに材質が異なるため、その応力の差によって、やはり光導波路Ｗが、その角部Ｐから剥がれやすくなる傾向が見られることが判明した。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、電気回路基板裏面側の、金属層もしくは絶縁層と重なる配置で設けられた光導波路の端部が、金属層や絶縁層から剥がれることがなく、長期にわたって良好に使用することのできる光電気混載基板およびその製法の提供をその目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板と、この電気回路基板の絶縁層裏面側に、金属層を介して設けられた光導波路とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路の少なくとも一端部が、上記電気回路基板裏面の金属層と、金属層の輪郭より光導波路端部の輪郭が内側になる配置で重なっており、上記金属層のうち、光導波路端部の輪郭部と重なる領域の少なくとも一部が除去されて開口部が形成され、その開口部内に、光導波路の一部が入り込んだ状態で光導波路が形成されている光電気混載基板を第１の要旨とし、そのなかでも、特に、上記金属層の開口部が、光導波路端部の輪郭部に沿って、断続的に複数形成されている光電気混載基板を第２の要旨とする。
また、本発明は、絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板と、この電気回路基板の絶縁層裏面側に、金属層を介して設けられた光導波路とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路の少なくとも一端部が、上記電気回路基板裏面の金属層と、互いの輪郭が重なるか金属層の輪郭より光導波路端部の輪郭が外側になる配置で重なっており、上記金属層のうち、金属層自身の輪郭部が光導波路端部と重なる領域の少なくとも一部が除去されて開口部が形成され、その開口部内に、光導波路の一部が入り込んだ状態で光導波路が形成されている光電気混載基板を第３の要旨とし、そのなかでも、特に、上記金属層の開口部が、金属層自身の輪郭部に沿って、断続的に複数形成されている光電気混載基板を第４の要旨とする。
さらに、本発明は、絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板と、この電気回路基板の絶縁層裏面側に直接設けられた光導波路とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路の少なくとも一端部が、上記電気回路基板裏面の絶縁層と、絶縁層の輪郭より光導波路端部の輪郭が内側になる配置で重なっており、上記絶縁層のうち、光導波路端部の輪郭部と重なる領域の少なくとも一部が凹部に形成され、その凹部内に、光導波路の一部が入り込んだ状態で光導波路が形成されている光電気混載基板を第５の要旨とし、そのなかでも、特に、上記絶縁層の凹部が、光導波路端部の輪郭部に沿って、断続的に複数形成されている光電気混載基板を第６の要旨とする。
そして、本発明は、絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板と、この電気回路基板の絶縁層裏面側に直接設けられた光導波路とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路の少なくとも一端部が、上記電気回路基板裏面の絶縁層と、互いの輪郭が重なるか絶縁層の輪郭より光導波路端部の輪郭が外側になる配置で重なっており、上記絶縁層のうち、絶縁層自身の輪郭部が光導波路端部と重なる領域の少なくとも一部が凹部に形成され、その凹部内に、光導波路の一部が入り込んだ状態で光導波路が形成されている光電気混載基板を第７の要旨とし、そのなかでも、特に、上記絶縁層の凹部が、絶縁層自身の輪郭部に沿って、断続的に複数形成されている光電気混載基板を第８の要旨とする。
また、本発明は、上記第１の要旨である光電気混載基板の製法であって、絶縁層の表面に電気配線が形成され同じく絶縁層の裏面に金属層が形成された電気回路基板を準備する工程と、上記電気回路基板裏面側の金属層に対し光導波路を、その少なくとも一端部が、金属層の輪郭より光導波路端部の輪郭が内側になるよう配置した状態で形成する工程とを備え、上記電気回路基板を準備する工程において、上記金属層の、光導波路端部の輪郭部と重なる予定領域の少なくとも一部を除去して開口部を形成し、上記光導波路形成工程において、上記金属層の開口部内に、光導波路の一部を入り込ませた状態で光導波路を形成する光電気混載基板の製法を第９の要旨とし、そのなかでも、特に、上記電気回路基板を準備する工程において、上記金属層の開口部を、光導波路端部の輪郭部に沿って、断続的に複数形成するようにした光電気混載基板の製法を第１０の要旨とする。
さらに、本発明は、上記第３の要旨である光電気混載基板の製法であって、絶縁層の表面に電気配線が形成され同じく絶縁層の裏面に金属層が形成された電気回路基板を準備する工程と、上記電気回路基板裏面側の金属層に対し光導波路を、その少なくとも一端部が、互いの輪郭が重なるか金属層の輪郭より光導波路端部の輪郭が外側になるよう配置した状態で形成する工程とを備え、上記電気回路基板を準備する工程において、上記金属層の、金属層自身の輪郭部が光導波路端部と重なる予定領域の少なくとも一部を除去して開口部を形成し、上記光導波路形成工程において、上記金属層の開口部内に、光導波路の一部を入り込ませた状態で光導波路を形成する光電気混載基板の製法を第１１の要旨とし、そのなかでも、特に、上記電気回路基板を準備する工程において、上記金属層の開口部を、金属層自身の輪郭部に沿って、断続的に複数形成するようにした光電気混載基板の製法を第１２の要旨とする。
そして、本発明は、上記第５の要旨である光電気混載基板の製法であって、絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板を準備する工程と、上記電気回路基板裏面側の絶縁層に対し光導波路を、その少なくとも一端部が、絶縁層の輪郭より光導波路端部の輪郭が内側になるよう配置した状態で形成する工程とを備え、上記電気回路基板を準備する工程において、上記絶縁層の、光導波路端部の輪郭部と重なる予定領域の少なくとも一部に凹部を形成し、上記光導波路形成工程において、上記絶縁層の凹部内に、光導波路の一部を入り込ませた状態で光導波路を形成する光電気混載基板の製法を第１３の要旨とし、そのなかでも、特に、上記絶縁層の凹部を、光導波路端部の輪郭部に沿って、断続的に複数形成するようにした光電気混載基板の製法を第１４の要旨とする。
また、本発明は、上記第７の要旨である光電気混載基板の製法であって、絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板を準備する工程と、上記電気回路基板裏面側の絶縁層に対し光導波路を、その少なくとも一端部が、互いの輪郭が重なるか絶縁層の輪郭より光導波路端部の輪郭が外側になるよう配置した状態で形成する工程とを備え、上記電気回路基板を準備する工程において、上記絶縁層の、絶縁層自身の輪郭部が光導波路端部と重なる予定領域の少なくとも一部に凹部を形成し、上記光導波路形成工程において、上記絶縁層の凹部内に、光導波路の一部を入り込ませた状態で光導波路を形成する光電気混載基板の製法を第１５の要旨とし、そのなかでも、特に、上記絶縁層の凹部を、絶縁層自身の輪郭部に沿って、断続的に複数形成するようにした光電気混載基板の製法を第１６の要旨とする。
すなわち、本発明の光電気混載基板は、電気回路基板裏面側の、光導波路の端部と重なる金属層もしくは絶縁層が光導波路端部の輪郭部と重なる領域、あるいは金属層もしくは絶縁層の輪郭部が光導波路端部と重なる領域を部分的に除去して凹部（金属層にあっては金属層が除去された開口部）を形成し、その凹部内に光導波路の一部を入り込ませるようにしたものである。
この構成によれば、金属層もしくは絶縁層の裏面に重なる光導波路の端部のうち、応力が集中して剥がれやすい互いの輪郭部において、光導波路の一部が、金属層に設けられた開口部内もしくは絶縁層に設けられた凹部内に入り込んでいる。そのため、上記開口部内もしくは凹部内に入り込んだ光導波路の一部が、いわば投錨効果を果たすことになり、平坦面同士が接合されている場合に比べて光導波路が剥がれにくいものとなる。
とりわけ、金属層と光導波路とは、その積層界面におけるピール強度が小さいため、金属層に開口部を設けてこの開口部内に光導波路の一部を入り込ませたものは、光導波路の一部が、金属層裏側の絶縁層と直接接合した状態となり、両者間のピール強度を飛躍的に大きくすることができる。このため、金属層と光導波路、もしくは絶縁層と光導波路の積層部において、外からの荷重や熱によって生じる内部応力が両者の間で異なっていても、その応力の差に基づく反りや歪みが、光導波路端部に影響を及ぼすことがない。
したがって、光素子等を実装する等の製造工程や、光電気混載基板を電子機器等に組み込む工程、そして実際に使用する際において、光導波路Ｗが端部から剥がれていくようなことがなく、この光電気混載基板を、長期にわたって良好に使用することができる。
また、本発明のなかでも、特に、上記金属層の開口部もしくは絶縁層の凹部が、光導波路端部の輪郭部に沿って、あるいは金属層自身の輪郭部もしくは絶縁層自身の輪郭部に沿って、断続的に複数形成されている場合、とりわけ光導波路Ｗの剥がれ防止効果に優れたものとなり、好適である。
そして、本発明の光電気混載基板の製法によれば、本発明の光電気混載基板を効率よく得ることができる。
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限るものではない。
図１（ａ）は、本発明の光電気混載基板の一実施の形態を模式的に示す部分的な縦断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ′矢視図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ′断面図である。また、図２は、図１（ｂ）のＣ−Ｃ′断面図である。すなわち、この光電気混載基板１０は、絶縁層１の表面に電気配線２が設けられた電気回路基板Ｅと、上記絶縁層１の裏面側に設けられた光導波路Ｗとを備えている。
上記電気回路基板Ｅは、ポリイミド等からなる絶縁層１の表面に、光素子実装用のパッド２ａや、コネクタ実装用のパッド２ｂ、その他各種の素子実装用のパッド、アース用電極等（図示せず）を含む電気配線２が形成され、これらのうち、上記パッド２ａ等を除く電気配線２が、ポリイミド等からなるカバーレイ３によって絶縁保護された構成になっている。なお、カバーレイ３によって保護されていないパッド２ａ等の表面は、金やニッケル等からなる電解めっき層４で被覆されている。
一方、上記絶縁層１の裏面側に設けられた光導波路Ｗは、平面視形状が、左右方向に細長い略矩形状で、アンダークラッド層６と、その表面［図１（ａ）においては下面］に所定パターンで形成されたコア７と、このコア７を被覆した状態で上記アンダークラッド層６の表面と一体化するオーバークラッド層８とで構成されている。
そして、上記電気回路基板Ｅの光素子実装用のパッド２ａに対応するコア７の部分が、コア７の延びる方向に対して４５°の傾斜面に形成されている。この傾斜面は、光の反射面７ａになっており、コア７内を伝播されてきた光の向きを９０°変えて光素子の受光部に入射させたり、逆に光素子の発光部から出射された光の向きを９０°変えてコア７内に入射させたりする役割を果たす。
また、上記電気回路基板Ｅと光導波路Ｗの間には、この光電気混載基板１０を補強するための金属層９が設けられており、フレキシブル性が要求される中間部を除く両側部［図１４（ａ）を参照］に、光導波路Ｗの両端部と部分的に重なる形で、パターン形成されている。そして、この金属層９には、光導波路Ｗのコア７と光素子との間の光路を確保するための貫通孔５が形成されており、この貫通孔５内にも、上記アンダークラッド層６が入り込んでいる。
さらに、上記金属層９には、図１（ｂ）に示すように、上記の金属層９の、光導波路Ｗの輪郭部と重なる領域のうち、光導波路Ｗの長手方向に沿う両側部が２個所ずつ部分的に除去されて、合計４個の、平面視長方形状の開口部２０が形成されている。そして、これらの開口部２０内には、図１（ｃ）および図２に示すように、アンダークラッド層６が入り込んで、この入り込んだアンダークラッド層６と絶縁層１とが、直接強固に接合している。これが、本発明の最大の特徴である。なお、図１（ｂ）においては、上記貫通孔５の図示を省略し、金属層９が形成されている部分を、間隔の大きい右下がり斜線で示している（以下の図においても同じ）。
また、図１（ａ）、（ｂ）、図２において、上記光電気混載基板１０の、向かって右側の部分は、図示された左側の部分と左右対称になっており、それ以外の構成は同じであることから、その図示と説明を省略する。
つぎに、上記光電気混載基板１０の製法について説明する（図３、図４を参照）。
まず、平板状の金属層９を準備し、その表面に、ポリイミド等からなる感光性絶縁樹脂を塗布し、フォトリソグラフィ法により、所定パターンの絶縁層１を形成する［図３（ａ）を参照］。上記絶縁層１の厚みは、例えば３〜５０μｍの範囲内に設定される。また、上記金属層９の形成材料としては、ステンレス、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、チタン、白金、金等があげられ、なかでも、剛性等の観点から、ステンレスが好ましい。また、上記金属層９の厚みは、その材質にもよるが、ステンレスを用いた場合、例えば１０〜７０μｍの範囲内に設定される。すなわち、１０μｍ未満では補強効果が充分に得られないおそれがあり、逆に７０μｍを超えると、金属層９の貫通孔５内を移動する光の距離が長くなって、光損失が大きくなるおそれがあるからである。
つぎに、図３（ｂ）に示すように、上記絶縁層１の表面に、電気配線２（光素子実装用のパッド２ａやコネクタ用パッド２ｂ、他のパッド、アース用電極等を含む、以下同じ）を、例えばセミアディティブ法により形成する。この方法は、まず、上記絶縁層１の表面に、スパッタリングまたは無電解めっき等により、銅やクロム等からなる金属膜（図示せず）を形成する。この金属膜は、後の電解めっきを行う際のシード層（電解めっき層形成の素地となる層）となる。そして、上記金属層９、絶縁層１およびシード層からなる積層体の両面に、感光性レジスト（図示せず）をラミネートした後、上記シード層が形成されている側の感光性レジストに、フォトリソグラフィ法により、上記電気配線２のパターンの孔部を形成し、その孔部の底に上記シード層の表面部分を露呈させる。つぎに、電解めっきにより、上記孔部の底に露呈した上記シード層の表面部分に、銅等からなる電解めっき層を積層形成する。そして、上記感光性レジストを水酸化ナトリウム水溶液等により剥離する。その後、上記電解めっき層が形成されていないシード層の部分をソフトエッチングにより除去する。残存したシード層と電解めっき層とからなる積層部分が上記電気配線２となる。
つぎに、図３（ｃ）に示すように、光素子実装用のパッド２やコネクタ用パッド２ｂの一部等を除く電気配線２の部分に、ポリイミド等からなる感光性絶縁樹脂を塗布し、フォトリソグラフィ法により、カバーレイ３を形成する。
そして、図３（ｄ）に示すように、カバーレイ３によって被覆されていない光素子実装用のパッド２ａやコネクタ用パッド２ｂの一部等の表面に電解めっき層４を形成する。このようにして、電気回路基板Ｅが形成される。
つぎに、上記金属層９と電気回路基板Ｅとからなる積層体の両面に、感光性レジストをラミネートした後、上記金属層９の裏面側（電気回路基板Ｅと反対側の面側）の感光性レジストのうち、金属層９が不要な部分と、光路用の貫通孔５形成予定部に対応する部分［図１（ａ）を参照］、さらには、前述の開口部２０形成予定部分（図２を参照）に、フォトリソグラフィ法により、孔部を形成し、上記金属層９の裏面を部分的に露呈させる。
そして、上記金属層９の露呈部分を、その金属層９の金属材料に応じたエッチング用水溶液（例えば、金属層９がステンレス層である場合のエッチング用水溶液は、塩化第２鉄水溶液）を用いてエッチングすることにより除去し、その除去跡から絶縁層１を露呈させた後、上記感光性レジストを水酸化ナトリウム水溶液等により剥離する。これにより、図４（ａ）に示すように、補強が必要な領域のみに金属層９が形成され、光路用の貫通孔５［図１（ａ）を参照］と、光導波路Ｗの一部を入り込ませるための開口部２０とが、同時に形成される。
つぎに、上記絶縁層１の裏面（金属層９が形成されている部分にあっては金属層９の裏面）に光導波路Ｗ［図１（ａ）参照］を形成するために、まず、図４（ｂ）に示すように、上記絶縁層１および金属層９の裏面（図において下面）に、アンダークラッド層６の形成材料である感光性樹脂を塗布した後、その塗布層を照射線により露光して硬化させて、アンダークラッド層６を形成する。上記アンダークラッド層６は、フォトリソグラフィ法によって、所定パターン状に形成される。そして、このアンダークラッド層６によって、上記金属層９の光路用の貫通孔５が埋められた状態となる［図１（ａ）を参照］。また、アンダークラッド層６の一部は、金属層９の開口部２０内にも入り込んで、絶縁層１の裏面と直接接合した状態となる。上記アンダークラッド層６の厚み（絶縁層１の裏面からの厚み）は、通常、金属層９の厚みよりも厚く設定される。なお、光導波路Ｗを形成するための一連の作業は、上記金属層９が形成された絶縁層１の裏面を上に向けた状態で行われるが、図面では、そのままの状態で示している。
つぎに、図４（ｃ）に示すように、上記アンダークラッド層６の表面（図では下面）に、フォトリソグラフィ法により、所定パターンのコア７を形成する。コア７の厚みは、例えば３〜１００μｍの範囲内に設定され、幅は、例えば３〜１００μｍの範囲内に設定される。上記コア７の形成材料としては、例えば、上記アンダークラッド層６と同様の感光性樹脂があげられ、上記アンダークラッド層６および後述するオーバークラッド層８の形成材料よりも屈折率が大きい材料が用いられる。この屈折率の調整は、例えば、アンダークラッド層６、コア７、オーバークラッド層８の各形成材料の種類の選択や組成比率を調整して行うことができる。
つぎに、図４（ｄ）に示すように、上記コア７を被覆するように、アンダークラッド層６の表面（図では下面）に重ねて、フォトリソグラフィ法により、オーバークラッド層８を形成する。このようにして、光導波路Ｗが形成される。なお、上記オーバークラッド層８の厚み（アンダークラッド層６の表面からの厚み）は、例えば、上記コア７の厚み以上で、３００μｍ以下に設定される。上記オーバークラッド層８の形成材料としては、例えば、上記アンダークラッド層６と同様の感光性樹脂があげられる。
ちなみに、上記光導波路Ｗの形成材料の具体的な組成例を以下に示す。
＜アンダークラッド層６、オーバークラッド層８の形成材料＞
脂環骨格を含むエポキシ樹脂（ダイセル化学工業社製、ＥＨＰＥ３１５０） ２０重量部
液状長鎖二官能半脂肪族エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、ＥＸＡ−４８１６） ８０重量部
光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０） ２重量部
乳酸エチル（武蔵野化学研究所社製） ４０重量部
＜コア７の形成材料＞
ｏ−クレゾールノボラックグリシジルエーテル（新日鐵住金化学社製、ＹＤＣＮ−７００−１０） ５０重量部
ビスフェノキシエタノールフルオレンジグリシジルエーテル（大阪ガスケミカル社製、オグゾールＥＧ） ５０重量部
光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０） １重量部
乳酸エチル（武蔵野化学研究所社製） ５０重量部
＜アンダークラッド層６、オーバークラッド層８の形成材料＞
脂環骨格を含むエポキシ樹脂（ダイセル化学工業社製、ＥＨＰＥ３１５０） ２０重量部
液状長鎖二官能半脂肪族エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、ＥＸＡ−４８１６） ８０重量部
光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０） ２重量部
乳酸エチル（武蔵野化学研究所社製） ４０重量部
＜コア７の形成材料＞
ｏ−クレゾールノボラックグリシジルエーテル（新日鐵住金化学社製、ＹＤＣＮ−７００−１０） ５０重量部
ビスフェノキシエタノールフルオレンジグリシジルエーテル（大阪ガスケミカル社製、オグゾールＥＧ） ５０重量部
光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０） １重量部
乳酸エチル（武蔵野化学研究所社製） ５０重量部
つぎに、上記光導波路Ｗの所定部分に、レーザ加工や切削加工等により、コア７の延びる方向に対して４５°傾斜した傾斜面を形成し、電気回路基板Ｅの表面側に実装される光素子との光結合のための反射面７ａ［図１（ａ）を参照］とする。そして、電気回路基板Ｅの表面側に設けられた電気配線２のパッド２ａに光素子を実装する等、必要な部材の取り付けを行う。
このようにして、図１に示す光電気混載基板１０を得ることができる。この光電気混載基板１０は、電気回路基板Ｅの裏面側の、光導波路Ｗの端部と重なる金属層９のうち、その光導波路Ｗの輪郭部と重なる領域が、部分的に除去されて４個の開口部２０が形成され、その開口部２０に、光導波路Ｗのアンダークラッド層６が入り込んで直接絶縁層１と接合している。
したがって、この構成によれば、金属層９と光導波路Ｗの積層部において、外からの荷重や熱によって生じる内部応力が両者の間で異なることによって光導波路Ｗを剥がそうとする力が働いても、光導波路Ｗ端部の輪郭部が、部分的に絶縁層１と直接接合しているため、その接合部分におけるピール強度が高く、全体として、ピール強度が非常に高くなっている。したがって、光素子等を実装する等の製造工程や、光電気混載基板１０を電子機器等に組み込む工程、そして実際に使用する際において、光導波路Ｗが端部から剥がれていくようなことがなく、この光電気混載基板１０を、長期にわたって良好に使用することができる。
しかも、上記光電気混載基板１０は、金属層９をパターン形成する際に、光導波路Ｗの端部輪郭部と重なる所定部分に、開口部２０が形成されるようにパターニングするだけでよいため、特別の工程が不要で簡単に得ることができ、製造効率がよいという利点を有する。
なお、金属層９と光導波路Ｗとが接合されている場合と、絶縁層１と光導波路Ｗとが直接接合されている場合のピール強度の違いを比較するために、以下の試験を行った。
＜ピール強度試験＞
光電気混載基板の金属層として汎用されるステンレス板（新日鉄社製、ＳＵＳ３０４、厚み０．０２ｍｍ）を準備し、その表面に、前述の光導波路Ｗの形成材料を用いて、アンダークラッド層の厚み２５μｍ、コアの厚み５０μｍ、オーバークラッド層の厚み２５μｍの三層構造の疑似光導波路を形成した（サンプル１）。また、光電気混載基板の絶縁層として、上記金属層上にポリイミド（日東電工社製、厚み０．０１ｍｍ）を形成し、金属層をエッチングした表面に、上記と同様にして、疑似光導波路を形成した（サンプル２）。
光電気混載基板の金属層として汎用されるステンレス板（新日鉄社製、ＳＵＳ３０４、厚み０．０２ｍｍ）を準備し、その表面に、前述の光導波路Ｗの形成材料を用いて、アンダークラッド層の厚み２５μｍ、コアの厚み５０μｍ、オーバークラッド層の厚み２５μｍの三層構造の疑似光導波路を形成した（サンプル１）。また、光電気混載基板の絶縁層として、上記金属層上にポリイミド（日東電工社製、厚み０．０１ｍｍ）を形成し、金属層をエッチングした表面に、上記と同様にして、疑似光導波路を形成した（サンプル２）。
そして、サンプル１、２において、疑似光導波路を剥がす際の９０°ピール強度を、ＪＩＳ Ｃ ５０１６：１９９４の試験法に準じて測定した。その結果、サンプル１（ベースがステンレス板）のピール強度は０．２０９Ｎ／ｃｍ（２１．３ｇ／ｃｍ）であり、サンプル２（ベースがポリイミド）のピール強度は１．９８６Ｎ／ｃｍ（２０２．６ｇ／ｃｍ）であった。
したがって、上記の例で示すように、絶縁層１に光導波路Ｗの一部を直接接合すると、光導波路Ｗに対し、非常に優れた剥がれ防止性能を付与できることがわかる。
なお、上記の例において、金属層９に開口部２０を形成する場合、その開口部２０によって、金属層９と重なる光導波路Ｗの端部の輪郭線［図１（ｂ）においてジグザグ線Ｘで示す］の全長のうち、５〜９５％の部分が、直接絶縁層１の裏面に接するようになることが好適である。すなわち、開口部２０によって絶縁層１の裏面と接する輪郭線の割合が、上記の範囲よりも小さいと、光導波路Ｗの剥がれ防止効果が充分に得られないおそれがあり、逆に、上記の範囲より大きいと、光電気混載基板１０の構造によっては、金属層９による補強が不充分となるおそれがあり、好ましくない場合がある。
また、上記開口部２０の形状は、上記の例に限るものではなく、例えば、図５（ａ）や図５（ｂ）に示すように、帯状の開口部２０を複数個数、平行に並べた配置にすることによって、光導波路Ｗの輪郭部と重なる部分に、断続的にその開口が重なるようにすることができる。
さらに、図１に示す例では、光導波路Ｗの輪郭部に沿って、金属層９に４個の開口部２０を設けたが、例えば図６（ａ）に示すように、光導波路Ｗの輪郭部のうち、先端の２つの角部に重なる２つの部分のみに、開口部２０を設けてもよい。少なくともこの角部２個所において、光導波路Ｗと絶縁層１とが直接、高いピール強度で接合していれば、この部分の剥がれが防止され、良好に使用することができるからである。また、図６（ｂ）に示すように、先端の２つの角部に重なる２つの部分と、その間の、光導波路Ｗの端縁部と重なる部分の、計３個所に開口部２０を設けると、光導波路Ｗの端縁部の剥がれ防止効果をより大きくすることができる。
あるいは、図６（ｃ）に示すように、上記金属層９に設ける開口部２０の形状（平面視形状、以下同じ）を、光導波路Ｗの長手方向に延びる両縁部に沿う２本の帯状にしたり、図６（ｄ）に示すように、光導波路Ｗの端部輪郭部に沿う、２つの角部を有する１本の帯状にしたりすることができる。
また、光導波路Ｗの、端部先端の２つの角部と重なる部分に開口部２０を形成する場合、その２つの開口部２０の形状は、図６（ｅ）に示すように、角に沿って折れ曲がった形状にしたり、図６（ｆ）に示すように、丸形状にしたりすることができる。
さらに、上記２つの開口部２０の形状は、図７（ａ）に示すように、角部にアールのついた矩形状であっても、図７（ｂ）に示すように、光導波路Ｗの角部に対して斜めに延びる帯状であってもよい。さらに、図７（ｃ）、（ｄ）に示すような三角形状であってもよい。
このように、開口部２０の形状は、金属層９によって剛性を付与したい領域と、フレキシブル性を付与したい領域との兼ね合いを考慮しつつ、光導波路Ｗの端部の剥がれ防止に効果が得られるような、様々な形に設定することができる。
そして、上記の例では、金属層９に開口部２０を設けてその開口部２０内に光導波路Ｗの一部を入り込ませるようにしたが、金属層９の一部を除去して開口部２０を形成するだけでなく、例えば、図８に示すように、上記開口部２０によって露出した絶縁層１を、さらに凹状に加工して凹部２１を形成し、その段差を深くすることによって、両者間のピール強度をさらに高めることができる。この構成によれば、より一層、光導波路Ｗの端部が剥がれにくくなり、より優れた耐久性を示すものとなる。
上記絶縁層１を凹状にする加工は、例えばつぎのようにして行うことができる。すなわち、まず、図９（ａ）に示すように、前記の例と同様にして電気回路基板Ｅを形成するとともに、その裏面側の金属層９に、開口部２０および光結合用の貫通孔５（図１参照）を形成する。そして、図９（ｂ）に示すように、上記金属層９の開口部２０から露出した絶縁層１の部分に対し、それ以外の部分は保護した状態でアルカリエッチングを行うことにより、凹部２１を形成する。そして、図９（ｃ）に示すように、前記の例と同様にして光導波路Ｗを形成した後、光素子等の実装、反射面７ａの形成等を行うことにより、目的とする光電気混載基板を得ることができる。
ただし、凹部２１の深さは、絶縁層１全体の厚みの５〜７０％となるよう設定することが好適である（例えば絶縁層１の全体厚みが１０μｍの場合、エッチングにより凹部２１を形成した部分における絶縁層１の厚みが３〜９．５μｍとなるよう凹部２１を形成することが好適）。すなわち、凹部２１が浅すぎると、せっかく凹部２１を設けても、光導波路Ｗの剥がれ防止効果に差異が見られず、逆に凹部２１が深すぎると、その部分から絶縁層１が破れる等の不具合が生じるおそれがあり、好ましくない。
なお、絶縁層１を凹状に加工する方法は、上記の方法に限るものではなく、例えば、図９（ａ）に示す構成の段階で、金属層９の開口部２０から露出する絶縁層１に対し、ＹＡＧレーザやエキシマレーザを照射することによって、絶縁層１の裏面（図９における下面）における所定領域を所定厚みだけ溶融除去して凹部２１を得るようにしてもよい。
さらに、上記一連の例は、光導波路Ｗの端部が、光電気混載基板１０の両側において幅が広く設定された金属層９と重なる配置で設けられ、金属層９の輪郭より光導波路Ｗの端部の輪郭が内側になっている例であるが、本発明は、光電気混載基板１０が、全体にわたって同一幅の、帯状のものに対しても適用することができる。また、金属層９と光導波路Ｗの端部が、互いの輪郭が重なるか、金属層９の輪郭より光導波路Ｗの端部の輪郭が外側になっているものに対しても適用することができる。これらの場合も、光導波路Ｗの端部と、金属層９の端部とが重なる部分において、適宜の配置で金属層９の一部を除去して開口部２０を形成することにより、光導波路Ｗの剥がれ防止効果を得ることができる。
ちなみに、金属層９と光導波路Ｗの端部とが、互いの輪郭が略重なる状態で配置されている場合の一例を、図１０（ａ）に示す。この例では、わかりやすいように、光導波路Ｗの輪郭が、金属層９の輪郭のやや内側になるよう示している［図１０の（ｂ）以下の図も同じ］。この例では、光導波路Ｗの端部の輪郭と、その輪郭が略重なった配置の金属層９において、その先端の２つの角部が切欠かれて開口部２０′になっている。この構成によれば、光導波路Ｗの先端の２つの角部が、直接絶縁層１と接合しているため、光導波路Ｗの先端部分の剥がれ防止が効果的になされている。したがって、本発明において、金属層９に形成される「開口部」とは、四方が囲われて閉じた開口部のみならず、金属層９の縁部を切欠いて形成される切欠き部をも含む趣旨である。
また、金属層９と光導波路Ｗの端部とが上記と同様の配置である場合において、図１０（ｂ）に示すように、金属層９の輪郭部のうち、その先端縁部と、光導波路Ｗの長手方向に沿う両側縁の、三方向の部分を完全に除去して開口部２０′とすることもできる。さらに、図１０（ｃ）に示すように、金属層９の輪郭部のうち、その先端縁部のみを除去して開口部２０′とすることもできる。
あるいは、金属層９の輪郭部のうち、その先端縁部を完全に除去するのではなく、図１０（ｄ）に示すように、その両端部を残した形で除去して開口部２０′とした場合にも、充分に、光導波路Ｗの剥がれ防止効果を得ることができる。すなわち、この開口部２０′における光導波路Ｗの接合強度が高くなるため、開口部２０′が形成されていない、その両端部においても光導波路Ｗの自由度が制限され、その結果、両端部においては金属層９が介在していても、光導波路Ｗは剥がれにくいものとなるからである。
同様に、図１０（ｅ）に示すように、金属層９の輪郭部のうち、光導波路Ｗの長手方向に沿う両側縁部を、それぞれその両端部を残した形で除去して開口部２０′としてもよいし、図１０（ｆ）に示すように、光導波路Ｗの長手方向に沿う両側縁部の、それぞれ先端側の端部を残した形で除去して開口部２０′としてもよい。
さらに、光電気混載基板１０によっては、電気回路基板Ｅの輪郭部より光導波路Ｗの輪郭部が外側になる場合がある。その場合も、金属層９の所定部分を切り欠いて開口部２０′を形成することにより、上記一連の例と同様、光導波路Ｗの端部を剥がれにくくすることができる。例えば図１１（ａ）に示すように、電気回路基板Ｅの輪郭より光導波路Ｗの端部の輪郭部が外側になる配置で重なっている場合、光導波路Ｗの端部の輪郭より内側にある金属層９の輪郭部のうち、その先端縁部と、光導波路Ｗの長手方向に沿う両側縁の、三方向の部分を完全に除去して開口部２０′とすることによって、光導波路Ｗの端部を剥がれにくくすることができる。なお、この例では、電気回路基板Ｅの先端より光導波路Ｗの先端が外側に配置されているが、例えは図１１（ｂ）に示すように、電気回路基板Ｅの先端と光導波路Ｗの先端が略重なっているか光導波路Ｗの先端の方が内側に入っている場合も、図１１（ａ）の場合と同様、金属層９の輪郭部のうち、三方向の部分を完全に除去して開口部２０′とすることができる。
また、図１１（ｃ）に示すように、電気回路基板Ｅの先端より光導波路Ｗの先端が外側に配置され、長手方向の両側縁は略重なっているか光導波路Ｗの方が内側に入っている場合も、上記図１１（ａ）、（ｂ）の場合と同様、金属層９の輪郭部のうち、三方向の部分を完全に除去して開口部２０′とすることにより、光導波路Ｗの端部を剥がれにくくすることができる。
さらに、図１１（ｄ）に示すように、金属層９のうち、その先端の２つの角部を切り欠いて開口部２０′を形成し、これらの開口部２０′において光導波路Ｗの輪郭部の一部を絶縁層１と直接接合し、金属層９の輪郭部と重なる光導波路Ｗの輪郭部を、電気回路基板Ｅの輪郭部より外側に配置してもよい。
また、図１１（ｅ）に示すように、上記と同様、金属層９のうち、その先端の２つの角部を切り欠いて開口部２０′を形成し、これらの開口部２０′において光導波路Ｗの輪郭部の一部を絶縁層１と直接接合し、絶縁層１の輪郭部と重なる光導波路Ｗの輪郭部を、電気回路基板Ｅの輪郭部より外側に配置してもよい。
なお、上記一連の開口部２０′の例においても、図５（ａ）や図５（ｂ）に示す例のように、複数の帯状の開口部２０′を平行に並べて形成してもよい。また、小さな面積の開口部２０′を、金属層９の輪郭部に沿って複数個、所定間隔で形成するようにしてもよい。
そして、上記一連の例のように、光導波路Ｗの端部と金属層９とが、互いの輪郭が重なるか金属層９の輪郭より光導波路Ｗの端部の輪郭が外側になる配置で重なる場合、光導波路Ｗと重なる金属層９の平面視形状が、角のない、アールのついた形状になっていることが好ましい。そのアール形状によって、金属層９のある部分とない部分の境界における応力緩和効果が得られるからである。
また、本発明は、図１２（ａ）に示すように、金属層９が設けられておらず、絶縁層１の裏面に直接光導波路Ｗが重なった光電気混載基板１０に対しても適用することができる。すなわち、絶縁層１と光導波路Ｗの積層部も、樹脂同士の接合とはいえ、互いに材質が異なるため、その応力の差によって光導波路Ｗに反りや歪みが生じて剥がれやすくなる場合がある。そこで、両者のピール強度をより高めるために、図示のように、光導波路Ｗと重なる絶縁層１の裏面に、凹部２２を形成し、この凹部２２内に光導波路Ｗの一部が入り込むようにすることができる。上記凹部２２の配置は、前記開口部２０、２０′の配置に準じて形成することができる。
この構成によれば、上記光導波路Ｗの一部が入り込むことによって、絶縁層１に対して投錨効果が得られるため、絶縁層１と光導波路Ｗの接合面が平坦な場合に比べてピール強度がより一層高くなり、さらなる光導波路Ｗの剥がれ防止効果を得ることができる。
なお、上記絶縁層１に凹部２２を形成するには、例えば、図１２（ｂ）に示すように、前記の例と同様にして電気回路基板Ｅを形成した後、絶縁層１の裏面に対し、上記凹部２２の形成予定部以外の部分を保護した状態でアルカリエッチングを行うことにより、凹部２２を形成することができる。そして、図１２（ｃ）に示すように、前記の例と同様にして光導波路Ｗを形成した後、光素子等の実装、反射面７ａの形成等を行うことにより、目的とする光電気混載基板を得ることができる。上記凹部２２の深さは、前述の凹部２１を形成する場合と同様の理由から、絶縁層１の厚みの５〜７０％に設定することが好適である。
もちろん、アルカリエッチングによって凹部２２を形成するのではなく、絶縁層１の裏面に、ＹＡＧレーザやエキシマレーザを照射することによっても、所定のパターンで凹部２２を形成することができる。
さらに、前記の例は、左右両側に光電気結合部が設けられており、左右対称形の構造になっているものであるが、片方のみに光電気結合部が設けられ、他方は単にコネクタ接続下になっているだけのものであっても差し支えない。その場合、光電気結合に用いられる方の光導波路Ｗの端部に、本発明の形状を適用することが好適である。
また、上記一連の例では、光導波路Ｗの外形がアンダークラッド層６とオーバークラッド層８の両方で形成されたものであるが、光導波路Ｗの外形は、オーバークラッド層８のみで形成されたものであっても、コア７のみで形成されたものであっても差し支えない。
本発明は、電気回路基板部分の裏面側から光導波路が剥がれにくく、長期にわたって安心して使用することのできる優れた光電気混載基板に利用することができる。
Ｅ 電気回路基板
Ｗ 光導波路
１ 絶縁層
２ 電気配線
９ 金属層
１０ 光電気混載基板
２０ 開口部
Ｗ 光導波路
１ 絶縁層
２ 電気配線
９ 金属層
１０ 光電気混載基板
２０ 開口部
Claims (16)
- 絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板と、この電気回路基板の絶縁層裏面側に、金属層を介して設けられた光導波路とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路の少なくとも一端部が、上記電気回路基板裏面の金属層と、金属層の輪郭より光導波路端部の輪郭が内側になる配置で重なっており、上記金属層のうち、光導波路端部の輪郭部と重なる領域の少なくとも一部が除去されて開口部が形成され、その開口部内に、光導波路の一部が入り込んだ状態で光導波路が形成されていることを特徴とする光電気混載基板。
- 上記金属層の開口部が、光導波路端部の輪郭部に沿って、断続的に複数形成されている請求項１記載の光電気混載基板。
- 絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板と、この電気回路基板の絶縁層裏面側に、金属層を介して設けられた光導波路とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路の少なくとも一端部が、上記電気回路基板裏面の金属層と、互いの輪郭が重なるか金属層の輪郭より光導波路端部の輪郭が外側になる配置で重なっており、上記金属層のうち、金属層自身の輪郭部が光導波路端部と重なる領域の少なくとも一部が除去されて開口部が形成され、その開口部内に、光導波路の一部が入り込んだ状態で光導波路が形成されていることを特徴とする光電気混載基板。
- 上記金属層の開口部が、金属層自身の輪郭部に沿って、断続的に複数形成されている請求項３記載の光電気混載基板。
- 絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板と、この電気回路基板の絶縁層裏面側に直接設けられた光導波路とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路の少なくとも一端部が、上記電気回路基板裏面の絶縁層と、絶縁層の輪郭より光導波路端部の輪郭が内側になる配置で重なっており、上記絶縁層のうち、光導波路端部の輪郭部と重なる領域の少なくとも一部が凹部に形成され、その凹部内に、光導波路の一部が入り込んだ状態で光導波路が形成されていることを特徴とする光電気混載基板。
- 上記絶縁層の凹部が、光導波路端部の輪郭部に沿って、断続的に複数形成されている請求項５記載の光電気混載基板。
- 絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板と、この電気回路基板の絶縁層裏面側に直接設けられた光導波路とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路の少なくとも一端部が、上記電気回路基板裏面の絶縁層と、互いの輪郭が重なるか絶縁層の輪郭より光導波路端部の輪郭が外側になる配置で重なっており、上記絶縁層のうち、絶縁層自身の輪郭部が光導波路端部と重なる領域の少なくとも一部が凹部に形成され、その凹部内に、光導波路の一部が入り込んだ状態で光導波路が形成されていることを特徴とする光電気混載基板。
- 上記絶縁層の凹部が、絶縁層自身の輪郭部に沿って、断続的に複数形成されている請求項７記載の光電気混載基板。
- 請求項１記載の光電気混載基板の製法であって、絶縁層の表面に電気配線が形成され同じく絶縁層の裏面に金属層が形成された電気回路基板を準備する工程と、上記電気回路基板裏面側の金属層に対し光導波路を、その少なくとも一端部が、金属層の輪郭より光導波路端部の輪郭が内側になるよう配置した状態で形成する工程とを備え、上記電気回路基板を準備する工程において、上記金属層の、光導波路端部の輪郭部と重なる予定領域の少なくとも一部を除去して開口部を形成し、上記光導波路形成工程において、上記金属層の開口部内に、光導波路の一部を入り込ませた状態で光導波路を形成することを特徴とする光電気混載基板の製法。
- 上記電気回路基板を準備する工程において、上記金属層の開口部を、光導波路端部の輪郭部に沿って、断続的に複数形成するようにした請求項９記載の光電気混載基板の製法。
- 請求項３記載の光電気混載基板の製法であって、絶縁層の表面に電気配線が形成され同じく絶縁層の裏面に金属層が形成された電気回路基板を準備する工程と、上記電気回路基板裏面側の金属層に対し光導波路を、その少なくとも一端部が、互いの輪郭が重なるか金属層の輪郭より光導波路端部の輪郭が外側になるよう配置した状態で形成する工程とを備え、上記電気回路基板を準備する工程において、上記金属層の、金属層自身の輪郭部が光導波路端部と重なる予定領域の少なくとも一部を除去して開口部を形成し、上記光導波路形成工程において、上記金属層の開口部内に、光導波路の一部を入り込ませた状態で光導波路を形成することを特徴とする光電気混載基板の製法。
- 上記電気回路基板を準備する工程において、上記金属層の開口部を、金属層自身の輪郭部に沿って、断続的に複数形成するようにした請求項１１記載の光電気混載基板の製法。
- 請求項５記載の光電気混載基板の製法であって、絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板を準備する工程と、上記電気回路基板裏面側の絶縁層に対し光導波路を、その少なくとも一端部が、絶縁層の輪郭より光導波路端部の輪郭が内側になるよう配置した状態で形成する工程とを備え、上記電気回路基板を準備する工程において、上記絶縁層の、光導波路端部の輪郭部と重なる予定領域の少なくとも一部に凹部を形成し、上記光導波路形成工程において、上記絶縁層の凹部内に、光導波路の一部を入り込ませた状態で光導波路を形成することを特徴とする光電気混載基板の製法。
- 上記絶縁層の凹部を、光導波路端部の輪郭部に沿って、断続的に複数形成するようにした請求項１３記載の光電気混載基板の製法。
- 請求項７記載の光電気混載基板の製法であって、絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板を準備する工程と、上記電気回路基板裏面側の絶縁層に対し光導波路を、その少なくとも一端部が、互いの輪郭が重なるか絶縁層の輪郭より光導波路端部の輪郭が外側になるよう配置した状態で形成する工程とを備え、上記電気回路基板を準備する工程において、上記絶縁層の、絶縁層自身の輪郭部が光導波路端部と重なる予定領域の少なくとも一部に凹部を形成し、上記光導波路形成工程において、上記絶縁層の凹部内に、光導波路の一部を入り込ませた状態で光導波路を形成することを特徴とする光電気混載基板の製法。
- 上記絶縁層の凹部を、絶縁層自身の輪郭部に沿って、断続的に複数形成するようにした請求項１５記載の光電気混載基板の製法。
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