JP2021034703A - 配線基板およびそれを用いた実装構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】配線基板に光ファイバーを容易に挿入しやすくし、垂直方向において容易に固定する。【解決手段】配線基板２は、複数の絶縁層221、上面および下面を含む絶縁基板２０と、絶縁基板の上面に位置する実装領域Xと、各々の絶縁層の上面および下面に位置しており、実装領域に位置する複数のパッド２２２ａを含む配線導体２２２とを備える。絶縁基板は、下面から上面に貫通する貫通孔２４を有する。貫通孔は、下面に第１開口２４１を有する第１部位２４ａと、上面における実装領域に第２開口２４２を有する第２部位２４ｂと、第１部位および第２部位の間に位置する第３部位２４ｃとを有する。第２部位の平均径は第１部位の平均径よりも小さい。第３部位は、第１部位から第２部位に向かう方向に径が小さくなっている部分を含んでいる。【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板およびそれを用いた実装構造体に関する。

近年、大容量のデータを高速で通信可能な光通信網が拡大しており、このような光通信網を利用した種々の光通信機器が存在する。このような光通信機器として、例えば特許文献１には光送信モジュールが記載されている。この特許文献１に記載の光送信モジュールは、基板にＬＤ素子（半導体素子）が搭載され、ＬＤ素子に備えられた発光部と対向するように、光ファイバーが基板に挿入された構造を有している。

特開２００９−４７９３７号公報

本開示に係る配線基板は、複数の絶縁層、上面および下面を含む絶縁基板と、絶縁基板の上面に位置する実装領域と、各々の前記絶縁層の上面および下面に位置しており、実装領域に位置する複数のパッドを含む配線導体とを備える。絶縁基板は、下面から上面に貫通する貫通孔を有する。貫通孔は、下面に第１開口を有する第１部位と、上面における実装領域に第２開口を有する第２部位と、第１部位および第２部位の間に位置する第３部位とを有する。第２部位の平均径は第１部位の平均径よりも小さく、第３部位は第１部位から第２部位に向かう方向に径が小さくなっている部分を含んでいる。

本開示に係る実装構造体は、上記の配線基板と、実装領域に位置している光素子と、貫通孔に位置している光ファイバーとを有する。

さらに、本開示に係る配線基板の製造方法は、絶縁層および配線導体が交互に積層されて上面に実装領域を有しており、実装領域に複数のパッド、および実装領域または領域外に位置決めマークを有する絶縁基板を準備する工程と；絶縁基板の下面から絶縁基板の厚さ方向の途中まで第１部位を形成する工程と；第１部位から絶縁基板の厚さ方向に向かう方向に径が小さくなっている部分を含んでいる第３部位を形成する工程と；絶縁基板の上面から第３部位に連通するように、第１部位の平均径よりも小さい平均径の第２部位を形成する工程と；を含む。

本開示の一実施形態に係る配線基板に光素子が実装された実装構造体を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図１に記載された配線基板の製造工程を示す説明図である。 本開示の他の実施形態に係る配線基板に光素子が実装された実装構造体を示す説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図３に記載された配線基板の製造工程を示す説明図である。

配線基板に光素子や光ファイバーを実装する際、光学的な信頼性を損なわないようにするために、光素子の受光部または発光部と光ファイバーとを、ズレることなく対向させる必要がある。例えば、配線基板に光ファイバーが挿入しにくかったり、挿入された光ファイバーの固定が不十分であったりすると、光素子の受光部または発光部と光ファイバーとが、精度よく対向させることができずに、光学的な信頼性を損なうことがある。

本開示に係る配線基板において、光ファイバーを挿入する貫通孔は、絶縁基板の下面に第１開口を有する第１部位と、配線基板の上面における実装領域に第２開口を有する第２部位と、第１部位および第２部位の間に位置する第３部位とを有する。第２部位の平均径は第１部位の平均径よりも小さく、第３部位は第１部位から第２部位に向かう方向に径が小さくなっている部分を含んでいる。その結果、第１部位から第２部位に向かう方向に径が小さくなっている第３部位を有することによって、配線基板に光ファイバーを容易に挿入しやすくなる。さらに、第２部位が光ファイバーの直径よりもわずかに大きい直径を有していることによって、挿入される光ファイバーを、垂直方向において容易に固定することができる。

本開示の一実施形態に係る配線基板を、図１に基づいて説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る配線基板２に、光素子３および光ファイバー４が実装された実装構造体１を示す説明図である。

一実施形態に係る配線基板２は、コア基板２１と、コア基板２１の両面に積層されたビルドアップ層２２とを含む。配線基板２において、絶縁基板２０に含まれる絶縁層は、コア基板２１に含まれる絶縁層２１１およびビルドアップ層２２に含まれる絶縁層２２１である。

絶縁層２１１は、絶縁性を有する素材で形成されていれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。絶縁層２１１の厚みは特に限定されず、例えば１００μｍ以上１０００μｍ以下である。

絶縁層２１１には、補強材が含まれていてもよい。補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性布材が挙げられる。補強材は２種以上を併用してもよい。さらに、絶縁層２１１には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機絶縁性フィラーが分散されていてもよい。

コア基板２１の両面には、ビルドアップ層２２が積層されている。ビルドアップ層２２は、絶縁層２２１と配線導体２２２とが交互に積層された構造を有している。

ビルドアップ層２２に含まれる絶縁層２２１は、コア基板２１と同様、絶縁性を有する素材で形成されていれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。ビルドアップ層２２に絶縁層２２１が２層以上存在する場合、それぞれの絶縁層２２１は、同じ樹脂で形成されていてもよく、異なる樹脂で形成されていてもよい。ビルドアップ層２２に含まれる絶縁層２２１とコア基板２１とは、同じ樹脂で形成されていてもよく、異なる樹脂で形成されていてもよい。

さらに、ビルドアップ層２２に含まれる絶縁層２２１には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機絶縁性フィラーが、分散されていてもよい。ビルドアップ層２２に含まれる絶縁層２２１の厚みは特に限定されず、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下である。ビルドアップ層２２に絶縁層２２１が２層以上存在する場合、それぞれの絶縁層２２１は同じ厚みを有していてもよく、異なる厚みを有していてもよい。

配線導体２２２は、例えば銅箔や銅めっきから成る導体で形成されている。配線導体２２２の厚みは特に限定されず、例えば５μｍ以上５０μｍ以下である。光素子３が実装される実装領域Ｘの最表層に存在する配線導体２２２の一部は、光素子３を接続するためのパッド２２２ａとして機能する。

一実施形態に係る配線基板２の両表面には、ソルダーレジスト２３が形成されている。ソルダーレジスト２３は、例えば、アクリル変性エポキシ樹脂で形成されている。光素子３が実装される実装領域Ｘにおいて、ソルダーレジスト２３には、上記のパッド２２２ａを露出させるための開口（パッド用開口）および後述する第２開口２４２の直上に第２開口２４２と略同じ径を有する第３開口が形成されている。一実施形態に係る配線基板２のように、ソルダーレジスト２３を形成することによって、第２開口２４２付近の絶縁層２２１に欠損が生じにくくなる。

一実施形態に係る配線基板２には、光素子３に備えられる受光部（または発光部）３１と対向する位置に、光ファイバー４を挿入するための貫通孔２４が形成されている。貫通孔２４は、実装領域Ｘが区画されている絶縁基板２０の表面（上面２ａ）と反対の表面（下面２ｂ）から上面２ａにかけて、第１部位２４ａ、第３部位２４ｃおよび第２部位２４ｂの並びで構成されている。貫通孔２４は、挿入される光ファイバー４の直径よりも大きな内径を有していればよい。なお、配線基板２の両表面にはソルダーレジスト２３が形成されているが、貫通孔２４が形成されている部分においては、ソルダーレジスト２３は開口している。

貫通孔２４を構成している第１部位２４ａは、絶縁基板２０の下面２ｂに第１開口２４１を有している。第１部位２４ａは、第１開口２４１から少なくともコア基板２１を貫通するように形成されている。第１部位２４ａは、光ファイバー４を絶縁基板２０に容易に挿入する機能を有している。第１部位２４ａは、光ファイバー４の直径よりも、例えば０．０２５〜０．１ｍｍ程度大きく、０．１５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下程度の平均径を有する。

貫通孔２４を構成している第３部位２４ｃは、第１部位２４ａから第２部位２４ｂに向かう方向に径が小さくなっている部分である。第３部位２４ｃは、光ファイバー４を第１部位２４ａから第２部位２４ｂに向けて挿入する際に、光ファイバー４の先端を第２部位２４ｂに導くことで容易に挿入する機能を有している。断面視で、第３部位２４ｃの傾斜壁面と絶縁基板２０の厚さ方向に垂直な方向となす角度が１２０°以上の場合、挿入がより容易になる。

貫通孔２４を構成している第２部位２４ｂは、第１部位２４ａの平均径よりも小さい平均径を有しており、実装領域Ｘに第２開口２４２を有している。第２部位２４ｂは、光ファイバー４を光素子３の受光部（または発光部）に対して位置精度良く保持する機能を有している。第２部位２４ｂの平均径は、第１部位２４ａの平均径よりも小さければ限定されない。例えば、第２部位２４ｂは、挿入される光ファイバー４の直径よりも５〜１０μｍ程度大きい平均径を有する。第２部位２４ｂの平均径が上記の範囲である場合、光ファイバー４がより挿入しやすくなり、光素子３の受光部（または発光部）に対する位置精度がより向上する。

一実施形態に係る配線基板２の製造方法は特に限定されない。配線基板２の製造方法の一実施形態を、図２に基づいて説明する。図２（Ａ）に示すように、絶縁基板２０を準備する。絶縁基板２０は、コア基板２１とコア基板２１の両面に形成されたビルドアップ層２２とを含んでおり、絶縁層と配線導体とが交互に積層された構造を有している。絶縁基板２０の上面２ａには、配線導体２２２の一部により形成される複数のパッド２２２ａが形成されている。さらに、絶縁基板２０の上面２ａには、位置決めマーク２２２Ｍが形成されている。絶縁基板２０の両表面にはソルダーレジスト２３が形成されている。貫通孔２４を形成する位置には、配線導体２２２が形成されていない。

次いで、図２（Ｂ）に示すように、絶縁基板２０の下面２ｂから厚さ方向に（矢印で示す方向に）第１部位２４ａおよび第３部位２４ｃを形成する。第１部位２４ａおよび第３部位２４ｃは、絶縁基板２０を貫通していない。第１部位２４ａおよび第３部位２４ｃは、光素子３に備えられる受光部（または発光部）３１と対向する位置に形成される。第１部位２４ａおよび第３部位２４ｃの形成方法は限定されず、例えば、ドリル加工、レーザ加工、ブラスト加工などが挙げられる。ドリル加工を採用して第１部位２４ａを形成すると、進行方向の先端部が第３部位２４ｃとなる。第１部位２４ａおよび第３部位２４ｃについては上述の通りであり、詳細な説明については省略する。

次いで、図２（Ｃ）に示すように、絶縁基板２０の上面２ａから第３部位２４ｃに連通するように（矢印で示す方向に）第２部位２４ｂを形成する。配線基板２の製造方法の一実施形態においては、第２部位２４ｂを形成する際に、パッド２２２ａをソルダーレジスト２３から露出させるための開口も同時に形成する。

具体的には、絶縁基板２０の上面２ａに形成された位置決めマーク２２２Ｍを基準として、レーザ加工、ブラスト加工、プラズマ加工などの加工方法によって、第２部位２４ｂおよびパッド２２２ａを露出させるための開口を同時に形成する。パッド２２２ａを露出させるための開口は、パッド２２２ａの表面全体を露出させる形状を有している必要はなく、パッド２２２ａの表面の中央付近を露出させる形状を有していればよい。このように共通の位置決めマーク２２２Ｍを基準にして同時に形成することによって、第２部位２４ｂとパッド２２２ａの露出している部分との相対的な位置精度を向上させることができる。第２部位２４ｂについては上述の通りであり、詳細な説明については省略する。

このような製造方法によって、光素子３に備えられる受光部（または発光部）３１と光ファイバー４とを精度よく実装することができる配線基板２が得られる。配線基板２は、第１部位２４ａから第２部位２４ｂに向かう方向に径が小さくなる第３部位２４ｃを有することによって、配線基板２に光ファイバー４を容易に挿入しやすくなる。さらに、第２部位２４ｂが光ファイバー４の直径よりもわずかに大きい平均径を有していることによって、挿入される光ファイバー４を、垂直方向において容易に固定することができる。

本開示の一実施形態に係る実装構造体１は、本開示の一実施形態に係る配線基板２と光素子３とが電気的に接続された構造を有している。一実施形態に係る実装構造体１は、一実施形態に係る配線基板２に形成された貫通孔２４に、光ファイバー４が挿入されている。光ファイバー４の一方の端部は、光素子３に備えられる受光部（または発光部）３１と対向している。

一実施形態に係る実装構造体１に含まれる光素子３としては限定されず、例えば、シリコンフォトニクス、フォトダイオード、レーザーダイオードなどが挙げられる。シリコンフォトニクスは、光ファイバー４との間で光信号の授受を行う部材である。光素子３は、配線基板２に形成されたパッド２２２ａに半田を介して接続されている。配線基板２と光素子３との隙間には、例えば透明樹脂（図示せず）が充填され、光素子３が配線基板２に固定されている。一実施形態に係る実装構造体１に含まれる光ファイバー４としては限定されず、一つのコアを有するもの、あるいは複数のコアを有する光ファイバーを使用し得る。

本開示の実装構造体は、上述の一実施形態に係る実装構造体１に限定されない。図３に示す本開示の他の実施形態に係る実装構造体１’は、本開示の他の実施形態に係る配線基板２’に、光素子３および光ファイバー４が実装された構造を有している。

他の実施形態に係る配線基板２’では、実装領域Ｘにソルダーレジスト２３は形成されておらず、第２開口２４２の直上に第２開口２４２と略同じ径のガイド用開口を有するガイド導体２２２ｂが形成されている。すなわち、ガイド導体２２２ｂは、光素子３を実装するパッド２２２ａと同一層に配線導体２２２の一部で形成されている。ガイド導体２２２ｂを備えることによって、第２開口２４２周縁部の機械的強度が向上する。その結果、第２開口２４２周縁部の絶縁層２２１に欠損がより生じにくくなる。

他の実施形態に係る実装構造体１’において、上述の一実施形態に係る実装構造体１と同じ部材については同じ符号を付しており、詳細な説明については省略する。

他の実施形態に係る配線基板２’の製造方法は特に限定されない。配線基板２’の製造方法の一実施形態を、図４に基づいて説明する。図４（Ａ）に示すように、絶縁基板２０を準備する。絶縁基板２０は、コア基板２１とコア基板２１の両面に形成されたビルドアップ層２２とを含んでおり、絶縁層と配線導体とが交互に積層された構造を有している。

絶縁基板２０の上面２ａには、配線導体２２２の一部により形成される複数のパッド２２２ａが形成されている。ガイド導体２２２ｂもこの配線導体２２２の一部で形成されている。ガイド導体２２２ｂは、実装される光素子３に備えられる受光部（または発光部）３１に対応する位置にガイド用開口を有している。配線導体２２２の一部であるパッド２２２ａとガイド導体２２２ｂとが同時に形成されると、パッド２２２ａとガイド用開口に形成される第２部位２４ｂとの相対的な位置精度をより向上させることができる。

絶縁基板２０の両表面にはソルダーレジスト２３が形成されている。貫通孔２４を形成する位置には、配線導体２２２が形成されていない。さらに、実装領域Ｘにはソルダーレジスト２３が存在せず、パッド２２２ａおよびガイド導体２２２ｂが露出している。

次いで、図４（Ｂ）に示すように、絶縁基板２０の下面２ｂから厚さ方向に（矢印で示す方向に）第１部位２４ａおよび第３部位２４ｃを形成する。第１部位２４ａおよび第３部位２４ｃは、絶縁基板２０を貫通していない。第１部位２４ａおよび第３部位２４ｃは、光素子３に備えられる受光部（または発光部）３１と対向する位置、すなわちガイド導体２２２ｂの位置に向けて形成される。第１部位２４ａおよび第３部位２４ｃの形成方法、ならびに第１部位２４ａおよび第３部位２４ｃについては上述の通りであり、詳細な説明については省略する。

次いで、図４（Ｃ）に示すように、絶縁基板２０の上面２ａから第３部位２４ｃに連通するように（矢印で示す方向に）第２部位２４ｂを形成する。具体的には、ガイド導体２２２ｂで囲まれたガイド用開口内に露出している絶縁層２２１を、レーザ加工、ブラスト加工、プラズマ加工などの加工方法によって掘削し、第３部位２４ｃと連通するように第２部位２４ｂを形成する。第２部位２４ｂの平均径は上述の通りであり、詳細な説明については省略する。この製造方法では、ガイド導体２２２ｂを基準にして第２部位２４ｂを形成するため、位置決めマークを設ける必要がない。

このような製造方法によっても、光素子３に備えられる受光部（または発光部）３１と光ファイバー４とを精度よく実装することができる配線基板２’が得られる。配線基板２’は、第１部位２４ａから第２部位２４ｂに向かう方向に径が小さくなる第３部位２４ｃを有することによって、配線基板２に光ファイバー４を容易に挿入しやすくなる。さらに、第２部位２４ｂが光ファイバー４の直径よりもわずかに大きい平均径を有していることによって、挿入される光ファイバー４を、垂直方向において容易に固定することができる。

本開示の配線基板は、上述の一実施形態に係る配線基板２および他の実施形態に係る配線基板２’に限定されない。上述の配線基板２および２’には、コア基板２１の上下面を電気的に接続するためのスルーホール導体は形成されていない。しかし、本開示の配線基板には、コア基板の上下面を電気的に接続するためのスルーホール導体が形成されていてもよい。スルーホール導体は、コア基板に含まれる絶縁層の上下面を貫通するスルーホール内に形成される。スルーホール導体は、例えば、銅めっきなどの金属めっきからなる導体で形成される。スルーホール導体は、コア基板に含まれる絶縁層の両面に形成された配線導体に接続される。スルーホール導体は、スルーホールの内壁面のみに形成されていてもよく、スルーホール内に充填されていてもよい。

上述の配線基板２および２’には、ビルドアップ層２２に含まれる絶縁層２２１には、層間を電気的に接続するためのビアホール導体は形成されていない。しかし、本開示の配線基板には、層間を電気的に接続するためのビアホール導体が形成されていてもよい。ビアホール導体は、ビルドアップ層に含まれる絶縁層の上下面を貫通するビアホール内に形成されている。ビアホール導体は、例えば、銅めっきなどの金属めっきからなる導体で形成される。ビアホール導体は、ビルドアップ層に含まれる絶縁層の両面に位置する配線導体に接続される。ビアホール導体は、ビアホールの内壁面のみに形成されていてもよく、ビアホール内に充填されていてもよい。

１、１’ 実装構造体
２、２’ 配線基板
２０ 絶縁基板
２１ コア基板
２１１ 絶縁層
２２ ビルドアップ層
２２１ 絶縁層
２２２ 配線導体
２２２ａ パッド
２２２ｂ ガイド導体
２２２Ｍ 位置決めマーク
２３ ソルダーレジスト
２４ 貫通孔
２４１ 第１開口
２４２ 第２開口
２４ａ 第１部位
２４ｂ 第２部位
２４ｃ 第３部位
３ 光素子
３１ 受光部（または発光部）
４ 光ファイバー
Ｘ 実装領域

Claims (9)

1. 複数の絶縁層、上面および下面を含む絶縁基板と、
   該絶縁基板の前記上面に位置する実装領域と、
   各々の前記絶縁層の上面および下面に位置しており、前記実装領域に位置する複数のパッドを含む配線導体と、
   を備えており、
   前記絶縁基板は、前記下面から前記上面に貫通する貫通孔を有し、
   該貫通孔は、前記下面に第１開口を有する第１部位と、前記上面における前記実装領域に第２開口を有する第２部位と、前記第１部位および前記第２部位の間に位置する第３部位とを有しており、
   前記第２部位の平均径は、前記第１部位の平均径よりも小さく、
   前記第３部位は、前記第１部位から前記第２部位に向かう方向に径が小さくなっている部分を含んでいることを特徴とする配線基板。
2. 前記実装領域上に位置するソルダーレジストを更に備えており、
   前記ソルダーレジストは、各々の前記パッドの上に位置するパッド用開口と、前記第２開口の上に位置する第３開口と、を有している請求項１に記載の配線基板。
3. 前記第２開口と前記第３開口とは、略同じ径である請求項２に記載の配線基板。
4. 前記絶縁基板は、前記実装領域上に位置するガイド導体を更に備えており、
   前記ガイド導体は、前記第２開口の上に位置するガイド用開口を有している請求項１に記載の配線基板。
5. 前記ガイド用導体は、前記配線導体の一部から成り、前記第２開口と前記ガイド用開口とは、略同じ径である請求項４に記載の配線基板。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の配線基板と、
   前記実装領域に位置している光素子と、
   前記貫通孔に位置している光ファイバーと、
   を有していることを特徴とする実装構造体。
7. 絶縁層および配線導体が交互に積層されて上面に実装領域を有しており、該実装領域に複数のパッド、および前記実装領域または領域外に位置決めマークを有する絶縁基板を準備する工程と、
   前記絶縁基板の下面から該絶縁基板の厚さ方向の途中まで第１部位を形成する工程と、
   前記第１部位から前記絶縁基板の厚さ方向に向かう方向に径が小さくなっている部分を含んでいる第３部位を形成する工程と、
   前記絶縁基板の上面から前記第３部位に連通するように、前記第１部位の平均径よりも小さい平均径の第２部位を形成する工程と、
   を含んでいることを特徴とする配線基板の製造方法。
8. 前記絶縁基板の上面に前記実装領域を被覆するソルダーレジストを形成する工程と、
   前記位置決めマークを基準にして、前記ソルダーレジストの上面から前記第３部位に連通する前記第２部位、および前記パッドを露出させるパッド用開口を同時に形成する工程と、
   をさらに含んでいる請求項７に記載の配線基板の製造方法。
9. 前記実装領域に、前記配線導体の一部として前記パッドと同時に形成され、ガイド用開口を備えたガイド導体をさらに有する絶縁基板を準備する工程と、
   前記ガイド用開口から前記第３部位に連通する第２部位を形成する工程と、
   を含んでいる請求項７に記載の配線基板の製造方法。