JP2023057367A - 配線基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】配線基板における光導波路の構造の簡易化及び光結合効率の向上。【解決手段】実施形態の配線基板100は、第1導体パッド11aを備える表面21aを有する絶縁層21と、第1導体パッド11aに接続される部品E1に覆われるべき領域である第1部品領域A1と、光を伝えるコア部51を含んでいて第1部品領域A1の外側に設けられている光導波路5と、を含んでいる。コア部51は、第1部品領域A1側を向いて露出する第1端面5aを有し、光導波路5は、第1部品領域A1と第1端面5aとが隣接するように位置付けられている。【選択図】図3
Description
本発明は配線基板に関する。
特許文献1には、光導波路及び光半導体素子が表面に搭載された光部品搭載用基板が開示されている。一端側に光入出射部を有する光導波路と、光半導体素子の発光部(又は受光部)とが光導波路の他端側で光結合されている。光半導体素子で発せられた光は光導波路のコア部に入射して光入出射部へと伝播し、外部から光入出射部に入射した光はコア部を通って他端側から光半導体素子に入射する。
特許文献1に開示の基板では、光入出射部又は光半導体素子から伝播する光は光導波路内で伝播方向を90°変えて光半導体素子又は光入出射部へと伝播する。そのため、光導波路の他端側に光路変換部が形成されている。光路変換部には反射板などが必要になると考えられる。また、コア部と光半導体素子との間には光導波路のクラッド層が介在している。そのため、コア部と光半導体素子との間の間隔が大きく、加えて、クラッド層内では光が任意の方向に進むので、光結合に関して高い効率が得られ難いと考えられる。
本発明の配線基板は、第1導体パッドを備える表面を有する絶縁層と、前記第1導体パッドに接続される部品に覆われるべき領域である第1部品領域と、光を伝えるコア部を含んでいて前記第1部品領域の外側に設けられている光導波路と、を含んでいる。そして、前記コア部は、前記第1部品領域側を向いて露出する第1端面を有し、前記光導波路は、前記第1部品領域と前記第1端面とが隣接するように位置付けられている。
本発明の実施形態によれば、配線基板に設けられる光導波路の構造をシンプルにすると共に、光導波路と部品との間の光結合の効率を高めることができると考えられる。
本発明の一実施形態の配線基板が図面を参照しながら説明される。図1は一実施形態の配線基板の一例である配線基板100を示す断面図であり、図2は、平面視における図1の配線基板100の一例を示している(図1は図2のI-I線での断面図である)。「平面視」は、実施形態の配線基板をその厚さ方向に沿う視線で見ることを意味している。図3は、図1のIII部の拡大図を示している。配線基板100は本実施形態の配線基板の一例に過ぎない。実施形態の配線基板の積層構造、並びに導体層及び絶縁層それぞれの数は、図1の配線基板100の積層構造、並びに配線基板100に含まれる導体層及び絶縁層それぞれの数に限定されない。
図1に示されるように、配線基板100は、コア基板3と、コア基板3におけるその厚さ方向において対向する2つの主面(第1面3a及び第2面3b)それぞれの上に順に積層されている絶縁層及び導体層を含んでいる。コア基板3は、絶縁層32と、絶縁層32の両面に形成されている導体層31とを含んでいる。絶縁層32には、絶縁層32を貫通して両側の導体層31同士を接続するスルーホール導体33が設けられている。
なお、実施形態の説明では、配線基板100の厚さ方向において絶縁層32から遠い側は、「上側」もしくは「上方」、又は単に「上」とも称され、絶縁層32に近い側は、「下側」もしくは「下方」、又は単に「下」とも称される。さらに、各導体層及び各絶縁層において、絶縁層32と反対側を向く表面は「上面」とも称され、絶縁層32側を向く表面は「下面」とも称される。
配線基板100は、絶縁層21及び導体層11を含んでいる。絶縁層21は、コア基板3の第1面3aの上に積層されている。絶縁層21はコア基板3側と反対側に表面21aを有しており、表面21aの上に導体層11が形成されている。図1の配線基板100は、さらに、被覆層41を含んでいる。被覆層41は、絶縁層21及び導体層11それぞれを部分的に覆っている。被覆層41には、導体層11の一部を露出させる開口41aが形成されている。
一方、コア基板3の第2面3b上には、絶縁層22が積層されている。絶縁層22の上に導体層12が形成されており、絶縁層22及び導体層12を覆うソルダーレジスト42が形成されている。ソルダーレジスト42は、例えば、感光性のエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂などで形成される。ソルダーレジスト42には、導体層12の一部を露出させる開口42aが形成されている。絶縁層21及び絶縁層22には、それぞれを挟む導体層同士を接続するビア導体20が形成されている。
配線基板100は、さらに、絶縁層21の表面21a側に配置されている光導波路5を含んでいる。図1~図3の例の配線基板100は、さらに、スペーサ8を含んでいる。スペーサ8は、絶縁層21の表面21aに配置されている。光導波路5は、スペーサ8における絶縁層21側と反対側の表面上に設けられている。すなわち、光導波路5は、スペーサ8を介して絶縁層21の表面21aに載置されている。光導波路5及びスペーサ8は、図1~図3に示されるように、平面視で、絶縁層21の表面21aにおける被覆層41に覆われていない領域に設けられている。
光導波路5は、光を伝えるコア部51、及び、コア部51の周囲に設けられているクラッド部52を含んでいる。クラッド部52は、コア部51の延長方向、すなわち、コア部51内での光の伝播方向(以下、「X方向」とも称される)と直交する任意の方向においてコア部51を挟み込んでいる。クラッド部52は、X方向に直交する面においてコア部51を囲んでいる。光導波路5は、例えば、露光及び現像によりコア部の材料をパターニングするフォトリソグラフィ法、コア部形成用材料を吐出させながらクラッド内でニードルを走査させるMosquito法、又はインプリント法などで形成される。しかし、光導波路5の形成方法は、これらに限定されない。
光導波路5は、例えば、接着剤(図示せず)などを用いてスペーサ8の表面に接着されている。光導波路5とスペーサ8とは、半硬化状態のクラッド部52の材料をスペーサ8上で硬化させることによって接合されていてもよい。スペーサ8も例えば接着剤(図示せず)を用いて絶縁層21の表面21aに固定されている。しかし、光導波路5とスペーサ8との固定方法、及びスペーサ8と絶縁層21との固定方法は特に限定されず、光導波路5は任意の手段でスペーサ8に固定され得る。スペーサ8も任意の手段で絶縁層21の表面21aに固定され得る。
図1の配線基板100は、さらに、導体層11の上に形成されている導体ポスト61、62を含んでいる。導体ポスト61、62は、導体層11から絶縁層21と反対方向に向かって延びる、例えば柱状、錘台状、又は逆錘台状の形状を有する導電体である。導体ポスト61、62は、被覆層41における絶縁層21と反対側の表面よりも突出している。導体ポスト61、62は、配線基板100の厚さ方向と直交する断面及び表面において任意の形状を有し得る。導体ポスト61には、外部の部品E1が接続され、導体ポスト62には外部の部品E2が接続される。すなわち、配線基板100には、配線基板100の使用時に部品E1及び部品E2が接続される。そのため、配線基板100は、配線基板100の使用時に部品E1に覆われるべき領域である部品領域A1(第1部品領域)、及び部品E2に覆われるべき領域である部品領域A2(第2部品領域)を含んでいる。
部品領域A1には、導体ポスト61に接続される部品E1が位置づけられ、部品領域A2には、導体ポスト62に接続される部品E2が位置づけられる。一方、光導波路5は部品領域A1の外側に設けられている。そのため、光導波路5は、部品領域A1に部品E1が搭載されると部品E1の側方に位置する。すなわち、光導波路5は、平面視で、部品領域A1及び部品E1と重ならないように設けられる。換言すると、部品E1は、光導波路5の側方に位置付けられる。
絶縁層21、22、及び絶縁層32は、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂(BT樹脂)又はフェノール樹脂などの絶縁性樹脂によって形成される。図示されていないが、各絶縁層は、さらに、ガラス繊維やアラミド繊維などで形成される芯材(補強材)を含んでいてもよく、シリカ(SiO2)、アルミナ、又はムライトなどの微粒子からなる無機フィラーを含んでいてもよい。
被覆層41は任意の絶縁性材料で形成される。例えば被覆層41は、ソルダーレジスト42と同様のエポキシ樹脂やポリイミド樹脂で形成され、各導体ポスト間の短絡を防ぐソルダーレジストとして機能してもよい。或いは、被覆層41は、絶縁層21及び絶縁層22のような層間絶縁層に用いられるエポキシ樹脂やBT樹脂又はフェノール樹脂で形成されてもよい。すなわち、被覆層41の材料は、絶縁性を有していて導体層11及び絶縁層21の所定の領域を覆い得るものであればよく、特定の材料に限定されない。
光導波路5のコア部51及びクラッド部52は、適切な屈折率を有する材料を用いて形成されている。コア部51及びクラッド部52は、例えば、有機系素材、無機系素材、又は、無機ポリマーのような有機成分と無機成分とを含む混成素材によって構成され得る。無機系素材として、石英ガラスやシリコンなどが例示され、有機系素材として、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのアクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、及びエポキシ系樹脂などが例示される。また、ポリシランなどの無機ポリマーが用いられてもよい。コア部51及びクラッド部52は、互いに異なる材料で構成されてもよく、互いに同じ系統の材料で構成されていてもよい。
しかし、コア部51にはクラッド部52に用いられる材料よりも高い屈折率を有する材料が用いられる。コア部51とクラッド部52との界面に臨界角以上の入射角で入射した光の全反射が可能となるため、コア部51に入射した光が効率良くコア部51内を伝播し得る。コア部51及びクラッド部52は、同一の屈折率を有する材料で形成された後に、適切な処理によって互いの屈折率を異ならされてもよい。例えば、ポリシランは、紫外線の照射によって屈折率が低下する。
導体層11、12及び導体層31、スルーホール導体33、ビア導体20、並びに、導体ポスト61、62及び後述される導体ポスト63(図7参照)は、銅又はニッケルなどの任意の金属を用いて形成され得る。これら各導電体は、図1では簡略化されて一層で描かれているが、図3において拡大されている導体ポスト61のように、2以上の膜体を含む多層構造を有し得る。例えば、導体層11、12は、無電解めっき膜、及び電解めっき膜を含む2層構造を有し得る。導体ポスト61~63は、例えば、無電解めっき及び/又は電解めっきによって析出されるめっき金属によって形成されている。
導体層11、12、及び、導体層31は、それぞれ、任意の導体パターンを含み得る。図1~図3に示されるように、導体層11は、少なくとも導体パッド11a(第1導体パッド)を含んでいる。図1の例では、導体層11は、さらに、導体パッド11b(第2導体パッド)、導体パッド11d、及び配線11eも含んでいる。すなわち、絶縁層21の表面21aには、導体パッド11a、11b、11d、及び配線11eが備わっている。配線11eは、導体層11に含まれる配線パターンによって構成されている。導体パッド11aと導体パッド11bの少なくとも1つとが配線11eで接続されている。
導体パッド11a上には導体ポスト61が形成されており、導体ポスト61と導体パッド11aとが接続されている。従って、部品E1の電極E1aは、導体ポスト61を介して導体パッド11aに物理的及び電気的に接続される。同様に、導体パッド11b上には導体ポスト62が形成されており、導体ポスト62と導体パッド11bとが接続されている。従って、部品E2の電極E2aは、導体ポスト62を介して導体パッド11bに物理的及び電気的に接続される。導体ポスト61は導体パッド11aにおける絶縁層21側と反対側の表面から突出して被覆層41を貫通している。同様に、導体ポスト62は導体パッド11bの表面から突出して被覆層41を貫通している。
配線基板100の使用時には、光電変換機能を有する受光素子及び/又は発光素子を含む電気部品が部品E1として部品領域A1に搭載される。図1~図3の例の部品E1は、電極E1aに加えて受光又は発光部E1bを備えている。受光又は発光部E1bは、部品E1の側方を向く受光又は発光面E1c(図3参照)を有している。電極E1a及び受光又は発光部E1bは、部品E1における配線基板100側に向けられる面に備えられている。すなわち、図1~図3の例において部品E1は、所謂フェイスダウン実装(フリップチップ実装)される。
部品E1としては、フォトダイオードなどの受光素子、並びに、発光ダイオード(LED)、有機発光ダイオード(OLED)、レーザーダイオード(LD)、及び、垂直共振型面発光レーザー(VCSEL)などの発光素子が例示される。部品E1が発光素子である場合、部品E1は、電極E1aに入力される電気信号に基づく光を生成し、発光部として機能する受光又は発光部E1bから光を出射する。また、部品E1が受光素子である場合、受光部として機能する受光又は発光部E1bに入射する光に基づく電気信号が生成されて電極E1aから出力される。
図1の例において、部品E2は、配線基板100側に向けられる面に電極E2aを備えている。すなわち部品E2も、所謂フェイスダウン実装される。部品E2は、部品E1を発光させる電気信号の生成、及び/又は、部品E1で生成された電気信号の処理などを行う半導体装置などの電子部品であり得る。部品E2としては、半導体装置、例えば、汎用オペアンプ、ドライバIC、マイコン、プログラマブルロジックデバイス(PLD)などが例示される。
光導波路5のコア部51は、光導波路5に沿ってその一端側から他端側に延びている。コア部51は、光が入射及び出射する第1端面5aと、第1端面5aと反対側の端面であって光が入射及び出射する第2端面5bとを有している。光導波路5は、部品領域A1と第1端面5aとが隣接するように位置付けられている。「部品領域A1と第1端面5aとが隣接する」は、平面視において部品領域A1と第1端面5aとの間に遮光物が存在せず、且つ、部品領域A1に搭載される部品E1とコア部51との間で光の送受が可能なほど部品領域A1と第1端面5aとが近接していることを意味している。「光の送受が可能」は、部品E1、及び、コア部51の第2端部5b側に接続される受光素子(図示せず)のいずれかにおいてコア部51を介して受光した光に基づいて所望の情報が得られる程度に、第1端面5aと部品E1との間で光が伝播することを意味している。
換言すると、光導波路5は、部品E1が部品領域A1に搭載されたときに、部品E1の受光又は発光部E1bとコア部51の第1端面5aとが光結合するように配置されている。また、図1の例では、光導波路5は、第2端面5bにおいて、光ファイバFと接続されている外部の光コネクタCと光結合される。光ファイバFを伝播してきた光は、光コネクタCを介してコア部51の第2端面5bに入射し、コア部51内を伝播して第1端面5aから出射する。その光は、部品E1の受光又は発光部E1bに入射して部品E1で電気信号に変換される。その電気信号は、電極E1aから出力されて部品E2に入力され、部品E2で処理される。反対に、部品E2から出力された電気信号は、逆の経路で部品E1に入力されて光に変換される。その光は、部品E1の受光又は発光部E1bから出射してコア部51の第1端面5aに入射し、コア部51内を伝播して、第2端面5bから出射する。
このように、本実施形態では、光導波路5のコア部51の第1端面5aが部品領域A1を向いて露出し、光導波路5は、部品領域Aと第1端面5aとが隣接するように位置付けられている。そのため、部品領域A1に搭載される部品E1の受光又は発光部E1bとコア部51の第1端面5aとを対向させることができ、受光又は発光部E1bとコア部51とを直接光結合することができる。すなわち、コア部51から出射する光は、クラッド部52を通ることなく、部品E1と第1端面5aとの間の比較的短いギャップだけを通って受光又は発光部E1bに入射する。同様に、受光又は発光部E1bから出射する光は、クラッド部52を通ることなくコア部51に入射する。従って、光導波路5のコア部51と部品E1とを高い結合効率で光結合させ得ると考えられる。光導波路5と部品E1との間を少ない損失で効率良く光が伝播し得ると考えられる。
さらに本実施形態では、絶縁層21の表面21aに沿う方向で光導波路5内を伝播する光の伝播方向を転換させる必要がないので、光導波路5内に反射板などを設ける必要がない。従って、光導波路5の構造をシンプルにすることができ、光導波路5の製造を容易にすることができる。このように、本実施形態によれば、導体パッドを備える絶縁層の表面に設けられる光導波路のコア部と、導体パッドに接続される部品とを高い結合効率で光結合することができると考えられる。
図1~図3の例では、図2に示されるように、光導波路5は、並列する2つのコア部51を有している。このように、実施形態の配線基板に備えられる光導波路5は、複数のコア部51を有し得る。また、図2に示されるように、複数の配線11eが備えられている。複数の導体パッド11aと複数の導体パッド11bとが、並列する複数の配線11eによって接続されている。図1及び図2などの例では、導体パッド11aそれぞれの上に導体ポスト61が形成され、導体パッド11bそれぞれの上には導体ポスト62が形成されている。従って、隣接する導体パッド11a同士、及び、隣接する導体パッド11b同士の間の短絡不良が生じ難いと考えられる。そのため、複数の配線11eが、例えば、10μm以下のような狭いピッチで配置され得ることがある。
なお、図1~図3の例では、部品E1の受光又は発光部E1bの真下に相当する位置には導体ポスト61が形成されていない。しかし、特に図2に示されるように、受光又は発光部E1bに隣接する部品E1の一辺E11の近傍となる位置に、一辺E11に沿って、導体ポスト61が形成されている。従って、部品E1が、顕著に傾くことなく保持され得る。
図1~図3の例では、第1端面5aと絶縁層21の表面21aとの間の距離D1は、導体パッド11aの厚さT1よりも大きい。そのため、部品E1が部品領域A1において導体パッド11aの上に搭載されると、第1端面5aと部品E1とが対向し得る。
また、図1~図3の例の光導波路5は、前述したように、部品領域A1の外側の領域であって、絶縁層21の表面21aのうちの被複層41に覆われていない領域に設けられている。そして図3に示されるように第1端面5aと絶縁層21の表面21aとの間の距離D1は、被覆層41の厚さT11よりも大きい。そのため、図1~図3の例のように部品E1が部品領域A1において被覆層41を貫通する導体ポスト61の上に搭載される場合でも、第1端面5aは部品E1と対向し得る。
好ましくは、第1端面5aは、部品E1の受光又は発光部E1bにおいて部品E1の側方を向く受光又は発光面E1cと、表面21aに沿う方向、すなわちX方向において対向する。例えば、コア部51よりも絶縁層21側に位置するクラッド部52の厚さ、及び/又はスペーサ8の厚さを調整することによって、第1端面5aと受光又は発光面E1cとを全面的又は部分的に対向させることができる。
なお「距離D1」は、絶縁層21の表面21aの鉛直方向における第1端面5aと表面21aとの間の最短距離である。また、被覆層41の「厚さT11」は、導体層11を覆っている部分における被覆層41の厚さではなく、絶縁層21の表面21aと接している部分における厚さである。すなわち、被覆層41の厚さTは、絶縁層21の表面21aと、被覆層41における絶縁層21と反対側の表面(上面)との距離である。
このように、図1~図3の例では、第1端面5aが導体パッド11aの上面よりも絶縁層21の表面21aから離れている。特に図1~図3の例では、第1端面5aが被覆層41の上面よりも絶縁層21の表面21aから離れている。そのため、導体ポスト61の上に搭載される部品E1の受光又は発光面E1cとコア部51の第1端面5aとを対向させることができる。従って、光導波路5のコア部51と、導体ポスト61の上に搭載される部品E1とを高い結合効率で光結合させることができると考えられる。
また、図1~図3の例では、前述したように、導体パッド11aの上に導体ポスト61が形成されているので、隣接する導体パッド11a同士の間の短絡不良が生じ難く、配線11e(図1参照)が狭いピッチで配置され得ることがある。さらに、配線基板100への部品E1の実装のためにはんだバンプなどが用いられる場合には、導体ポスト61が備わっているので、小さいはんだバンプ、すなわち、低い高さと細い幅を有するはんだバンプを用い得ることがある。そのため、導体ポスト61が形成されない場合と比べて、導体パッド11a同士を近接させて配置できることがある。従って、より狭いピッチで配列された複数の電極E1aを備える部品E1を実装し得ることがある。さらに、大きなバンプを用いる場合と比べてバンプによるインピーダンスの変化が小さいので、より良好な高周波伝送特性が得られることがある。すなわち、図1~図3の例によれば、配線基板の高密度化や良好な高周波特性の実現に寄与し得ることがある。
前述したように、絶縁層21の表面21aからの光導波路5の高さは、例えばスペーサ8によって調整され得る。具体的には、スペーサ8の厚さによって、表面21aからの光導波路5のコア部51の高さが調整される。すなわち、スペーサ8は、所定の高さに対する光導波路5単体でのコア部51の高さ不足を補う補完材である。また、スペーサ8は、所定の高さに位置するコア部51を含む光導波路5と絶縁層21の表面21aとの隙間を埋める充填材とも称され得る。また、スペーサ8は、光導波路5の製造時に光導波路5の下地として用いられる基材によって構成されていてもよい。すなわち、その基材が、光導波路5の形成完了後に光導波路5から分離されずにスペーサ8として用いられてもよい。そのような観点から、スペーサ8はベース材とも称され得る。スペーサ8は、図1~図3に示されるように板状の形状を有し得る。又、スペーサ8は、光導波路5の大きさに応じて、板状というよりはむしろ棒状又はブロック状の形状を有していてもよい。
スペーサ8は、導体、絶縁体、又は半導体など、任意の電気的特性及び物理的特性を有する材料で形成され得る。例えば、スペーサ8は、シリコンやゲルマニウムなどの元素半導体、又は、酸化シリコンや砒化ガリウムなどの化合物半導体からなる半導体基板であり得る。また、スペーサ8は、例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などのような絶縁性樹脂で形成されていてもよく、アルミナや窒化アルミニウムなどの無機絶縁体で形成されていてもよく、銅やニッケルなどの導電体(金属)で形成されていてもよい。スペーサ8は、光が所望の高さでコア部51に入射又はコア部51から出射し得るように、光導波路5を所定の高さで支持し得るものであれば、その形状及び材料について特に限定されない。
なお、光導波路5単体で、絶縁層21の表面21a上の所望の高さにコア部51が位置付けられ得る場合は、スペーサ8は配線基板100に備えられなくてもよい。例えば、図1においてコア部51よりも絶縁層21側に位置するクラッド部52が、図1のスペーサ8の厚さを加えた厚さを有している場合は、スペーサ8が備えられなくてもよい。
図3を参照して、光導波路5、スペーサ8、及び導体ポスト61がさらに説明される。なお、導体ポスト61に対する説明は、導体ポスト62にも適用され得る。図3に示されるように、部品E1は、導体ポスト61における絶縁層21と反対側の端面61aの上に搭載される。一方、スペーサ8とコア部51との間にはクラッド部52が介在する。図3の例の配線基板100では、スペーサ8の厚さT2は、導体ポスト61の端面61aと絶縁層21の表面21aとの距離D2よりも小さい。そのため、コア部51の第1端面5aと部品E1の受光又は発光面E1cとが、X方向において対向し易いことがある。
図3の例の導体ポスト61は、下層612と上層613とを有する2層構造を有している。下層612は、例えば、無電解めっきやスパッタリングで形成される金属膜である。上層613は、例えば、下層612を給電層として用いる電解めっきによって形成される電解めっき膜である。導体ポスト61は、導体パッド11aに向かって先細るテーパー部を被覆層41内に有している。従って、導体ポスト61と導体パッド11aとの接続面積よりも大きな面積で、導体ポスト61と部品E1の電極E1aとを接続できることがある。
図3に示されるように、配線基板100は、さらに、接続層7を含んでいる。接続層7は、導体ポスト61の端面61aの上に形成されている。接続層7は、導体ポスト61よりも低融点の材料で形成されている。従って、接続層7は、導体ポスト61(又は導体ポスト62)と部品E1(又は部品E2)との接続に寄与し得る。接続層7の材料としては、例えば、すず系はんだや金系はんだなどが例示される。接続層7を含む配線基板100では、部品E1や部品E2の実装の際に、はんだなどの接合材の供給を省略し得ることがある。
図3に示されるように、光導波路5のコア部51の第1端面5aは、導体ポスト61の端面61aよりも絶縁層21の表面21aから離れている。そのため、図3の例のように導体ポスト61の端面61a上に接続層7が形成される場合でも、第1端面5aと部品E1の受光又は発光面E1cとが、X方向において対向し易いと考えられる。
図4には、図1~図3の導体ポスト61の変形例である導体ポスト611及び光導波路5の変形例である光導波路50が示されている。図4に示されるように、導体ポスト611は、導体パッド11a側から導体パッド11a側と反対側、すなわち、配線基板100の使用時に部品E1と向かい合う側まで、略一定の幅を有している。また、導体ポスト611は一体として形成されている。すなわち、図4の例では、導体ポスト611全体が、例えば電解めっき膜によって一体的に形成されている。図4の導体ポスト611には、例えば、異なる材料同士の界面や形成時期の異なる領域同士の界面は含まれていない。このように、全体的に略一定の幅で一体として形成されている導体ポスト611では、応力集中によるクラックや界面剥離などが生じ難いと考えられる。
また、図4の例では、光導波路50のコア部51の第1端面5aと絶縁層21の表面21aとの間の距離D1は、導体ポスト611における絶縁層21と反対側の端面611aと絶縁層21の表面21aとの距離D2よりも小さい。しかし、導体ポスト611の上に搭載される部品E1の受光又は発光面E1cは、コア部51の第1端面5aと、X方向において対向している。このように、第1端面5aと表面21aとの間の距離は、コア部51の大きさ、クラッド部52の厚さ、並びに、接続層7の有無及び厚さに応じて、部品E1の受光又は発光面E1cとコア部51の第1端面5aとが少なくとも部分的に対向するように、設定され得る。換言すると、コア部51の第1端面5aと絶縁層21の表面21aとの間の距離と、導体ポスト611の端面611a(又は図3の例の導体ポスト61の端面61a)と表面21aとの間の距離との大小関係は、任意に設定され得る。
図5には、一実施形態の配線基板の変形例である配線基板100aが示されている。図5の例の配線基板100aの部品領域A1には、部品E3が実装される。図5に示されるように、部品E3は、電極E3a及び受光又は発光部E3bを配線基板100aと反対方向に向けて実装される。すなわち、配線基板100aは、光電変換機能を有していて部品領域A1に搭載される部品が所謂フェイスアップ方式で実装される場合に適することがある。
配線基板100aでは、光導波路5は、絶縁層21の表面21a上に配置されているスペーサ8aの上に載置されている。そして表面21aからの光導波路5のコア部51の高さが、図1の例と異なっている。すなわち、スペーサ8aの厚さは、図1のスペーサ8の厚さよりも厚い。そのため、配線基板100aのコア部51の端面5aと表面21aとの間の距離は、図1の配線基板100におけるコア部51の端面5aと表面21aとの間の距離よりも大きい。
図5の例においてスペーサ8aの厚さT3は、導体ポスト61における絶縁層21と反対側の端面61aと絶縁層21の表面21aとの距離D2よりも大きい。そのため、導体ポスト61の端面61aの上に搭載される部品E3の受光又は発光部E3bと、スペーサ8a上に載置される光導波路5のコア部51とが、X方向において対向し易い。具体的には、受光又は発光部E3bにおいて側方を向く受光又は発光面E3cと、コア部51の第1端面5aとが対向し易い。光導波路5と部品E3とが、良好な結合効率で光結合され易い。なお、図5の例においても、スペーサ8aが設けられず、その代わりに、図5においてコア部51よりも絶縁層21側に位置するクラッド部52が、図5のスペーサ8aの厚さT3を加えた厚さを有していてもよい。
図5の例において部品E3は、フェイスアップ実装に適するように、電極E3aに接続されている貫通電極E3d及び接続用電極E3eを備えている。接続用電極E3eは、配線基板100aに向けられる部品E3の表面において電極E3aと対向する位置に設けられている。接続用電極E3eが、接続層7を介して導体ポスト61に接続される。貫通電極E3dは、電極E3aと接続用電極E3eとを電気的に接続している。貫通電極E3dは、例えばシリコン貫通電極(TSV)であってもよい。
また図5の例では、光コネクタCが、光導波路5と共に、スペーサ8aにおける絶縁層21と反対側に向けられる表面上に載置されている。光コネクタCの受光又は発光部(図示せず)と、光導波路5のコア部51の第2端面5bとが対向するように、光導波路5及び光コネクタCが配置されている。スペーサ8a(及び図1のスペーサ8)の表面上には、図5の例のように、光コネクタCのような光導波路5以外の任意の部品が、光導波路5と共に載置されてもよい。
図5の例の配線基板100aは、導体ポスト61と同様に形成されているダミーポスト6dを有し、部品E3は、配線基板100aに向けられる表面にさらにダミー電極E3fを有している。ダミーポスト6dとダミー電極E3fとの当接によって部品E3が支持されるので、部品E3は顕著に傾くことなく保持され得る。図5に示される例は、スペーサ8aの厚さ(コア部51の高さ)、光コネクタCの載置、並びに、部品E3の構造及び実装方式を除いて、図1に示される例と同様の構造を有している。図5において、図1に示される構成要素と同様の構成要素には、図1において付されている符号と同じ符号が付されるか適宜省略され、その構成要素についての繰り返しとなる説明は省略される。
図6には、図5のさらなる変形例における図5のVI部に相当する部分が拡大して示されている。図6に示される例は、部品E3が部分的にスペーサ8aの上に載置されている点で、図5の例と異なっている。部品E3及びスペーサ8a以外の構成要素については、図5の例と同様であるので、それら同様の構成要素には、図5に付されている符号と同様の符号が付され、それらについての繰り返しとなる説明は省略される。
図6に示されるスペーサ8aは、絶縁層21と反対側を向く表面において光導波路5が載置されていない領域αを有している。領域αは、光導波路5が載置されている領域βよりも、絶縁層21の表面21aに近接している。すなわち、スペーサ8aにおける絶縁層21と反対側を向く表面は、領域αと領域βとの間に段差を有している。スペーサ8aは、領域αの少なくとも一部が平面視で部品領域A1に重なるように、絶縁層21上に配置されている。
図6に示されるように、部品E3は、導体ポスト61の上、及びスペーサ8aの領域αの上に搭載される。領域aと領域βとの間に段差があるため、光導波路5のコア部51の第1端面5aと部品E3の受光又は発光面E3cとは、X方向において対向している。図6の例では、図5に例示されるダミーポスト6d及び部品E3のダミー電極E3fは設けられていない。しかし、部品E3は、領域αに支持されるので、顕著に傾くことなく保持され得る。このように実施形態の配線基板では、スペーサ8aのような、その上に光導波路が載置されるスペーサは、部品領域に搭載される部品を支持する領域を有していてもよい。
図7には、他の実施形態の配線基板の一例である配線基板101が示されている。配線基板101は、以下に説明される事項を除いて、図1などに示される一実施形態の配線基板100と同様の構成要素で構成され、配線基板100と同様の構造を有している。配線基板100の構成要素と同様の構成要素には、図7において、図1に付されている符号と同様の符号が付されるか適宜省略され、その再度の説明は省略される。
図7に示されるように、配線基板101は、図1の配線基板100と同様に、第1端面5a及び第2端面5bを有するコア部51と、クラッド部52とを含む光導波路5を含んでいる。図7の例の光導波路5は、図1の例の光導波路5と同様に、絶縁層21の表面21aにおいて、部品領域A1の外側の被覆層41に覆われていない領域に設けられている。
配線基板101の導体層11は、導体パッド11a及び導体パッド11bに加えて、導体パッド11c(第3導体パッド)を含んでいる。すなわち、絶縁層21の表面21aには、さらに、第3導体パッド11cが備えられている。導体パッド11c上には、導体ポスト63が形成されており、導体ポスト63と導体パッド11cとが接続している。導体ポスト63は、導体ポスト61、62と同様に、導体層11から絶縁層21と反対方向に向かって延びる柱状、錘台状、又は逆錘台状の形状を有する導電体である。導体ポスト63は導体パッド11cの上面から突出して被覆層41を貫通している。
配線基板101の使用時には、図7に示されるように、導体ポスト63に外部の部品E4が接続される。具体的には部品E4の電極E4aと導体ポスト63とが接続される。従って、部品E4は、導体ポスト63を介して導体パッド11cに物理的及び電気的に接続される。また、配線基板101は、配線基板101の使用時に部品E4に覆われるべき領域である部品領域A3(第3部品領域)を含んでいる。部品領域A3に部品E4が位置づけられる。
部品E4は、部品E1と同様に、光電変換機能を有する受光素子及び/又は発光素子を含む電気部品である。部品E1に関して前述された受光素子又は発光素子が部品E4として配線基板101に搭載される。そのため、部品E4は、電極E4aに加えて受光又は発光部E4bを備えている。電極E4a及び受光又は発光部E4bは、部品E4における配線基板101側に向けられる面に備えられている。すなわち、図7の例において部品E4は、所謂フェイスダウン実装される。
図7の例の光導波路5は、部品領域A3の外側に設けられている。光導波路5は、部品領域A1と部品領域A3との間に設けられている。図7の例においても、光導波路5のコア部51の第1端面5aは、部品領域A1を向いて光導波路5から露出している。一方、図7の例では、コア部51の第1端面5aと反対側の端面である第2端面5bは、部品領域A3側を向いて光導波路5から露出している。すなわち、第2端面5bは、配線基板101の使用時に部品E4を向くように光導波路5から露出している。第2端面5bは、配線基板101の使用時に、部品E4の受光又は発光部E4bにおける部品E4の側方を向く受光又は発行面と対向するように位置づけられる。
配線基板100では、光導波路5は、部品領域Aと第1端面5aとが隣接するように、且つ、部品領域A3と第2端面5bとが隣接するように、位置付けられている。また、配線基板101においても、第1端面5aと絶縁層21の表面21aとの距離は、導体パッド11aの厚さ及び被覆層41の厚さよりも大きい。第2端面5bと絶縁層21の表面21aとの距離も、導体パッド11cの厚さ及び被覆層41の厚さよりも大きい。従って、光導波路5の第1端面5a及び部品E1の受光又は発行部E1bに関する前述の説明と同様に、光導波路5の第2端面5bと部品E4の受光又は発光部E4bとを高い結合効率で光結合させ得ることがある。また、導体パッド11c上には導体ポスト63が形成されているので、配線基板の高密度化や良好な高周波特性が実現されることがある。
つぎに、実施形態の配線基板を製造する方法が、図1の配線基板100を例に用いて図8A~図8Dを参照して説明される。
図8Aに示されるように、コア基板3の両側に、絶縁層21、22、及び導体層11、12が形成される。例えば、コア基板3の絶縁層32となる絶縁層を含む両面銅張積層基板に、サブトラクティブ法によって所望の導体パターンを有する導体層31とスルーホール導体33とが形成される。そして、コア基板3の第1面3a上に絶縁層21が形成され、第2面3b上に絶縁層22が形成される。絶縁層21及び絶縁層22は、例えば、コア基板3上へのフィルム状のエポキシ樹脂の積層、及びその熱圧着によって形成される。各絶縁層には、ビア導体20を形成するための貫通孔が、例えば炭酸ガスレーザー光の照射などによって形成される。そして、絶縁層21の表面21aの上に導体層11が形成され、絶縁層22の上には導体層12が形成される。導体層11は、導体パッド11a、11b、11d及び配線11eを含むように形成される。導体層11及び導体層12は、それぞれ、例えばセミアディティブ法によって形成される。
図8Bに示されるように、被覆層41が形成される。被覆層41は、例えば、液状又はシート状のエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂などを、印刷、塗布、吹き付け、又は積層などの方法で、絶縁層21の表面21a上、及びその上の導体層11上に供給することによって形成される。例えば、感光性を有するエポキシ樹脂又はポリイミド樹脂が用いられる。被覆層41は、必要に応じて、加熱又は紫外線照射などによって本硬化又は仮硬化される。なお、コア基板3の第2面3b側には、ソルダーレジスト42がエポキシ樹脂やポリイミド樹脂の塗布や積層によって形成される。
そして、例えば露光及び現像、又はレーザー加工などによって、被覆層41に開口41a及び開口41bが形成されると共に、被覆層41における、光導波路5(図1参照)が設けられる領域に対応する部分が除去される。絶縁層21の表面21aのうちの光導波路5が設けられる領域が露出する。開口41bは、導体ポスト61(図8C参照)が形成される位置に形成される。ソルダーレジスト42にも開口42aが形成される。
図8Cに示されるように、導体ポスト61の下層612を構成する金属膜610が、例えば無電解めっき又はスパッタリングによって形成される。なお、図8Cは、図8BのVIIIC部に相当する部分を拡大して示している。金属膜610は、被覆層41上、開口41bの内壁面上、及び被覆層41に覆われていない絶縁層21の表面上に形成される。そして、開口41bを露出させる開口R1aを有するめっきレジストR1が形成される。例えば、めっきレジストR1は感光性樹脂を含み、開口R1aは露光及び現像によって形成される。図示されていないが、めっきレジストR1は、被覆層41の開口41a(図8B参照)も覆うように形成される。
開口R1a内及び開口41b内に、上層613を構成する金属が電解めっきによって析出される。金属膜610が給電層として用いられ得る。その結果、下層612及び上層613を有する2層構造の導体ポスト61が形成される。さらに、接続層7が、金属膜610を給電層として用いる電解めっきによって、導体ポスト61の端面61a上に形成される。接続層7として、例えば、すず、すず合金、又は、金合金などからなる金属膜が形成される。その後、めっきレジストR1が適切な剥離剤を用いて除去される。その除去によって露出する金属膜610がクイックエッチングなどによって除去される。
図8Dに示されるように、スペーサ8上に載置された光導波路5が用意される。光導波路5は、前述したように、例えば、フォトリソグラフィ法、Mosquito法、又はインプリント法などを用いて形成される。光導波路5は、後述されるように、例えば半導体基板などからなるスペーサ8上で形成されてもよいし、コア部51及びクラッド部52の形成後に、別途用意されたスペーサ8上に任意の接着剤(図示せず)を用いて接着されてもよい。
被覆層41から露出している絶縁層21の表面21aの所定の部分に、例えば、熱硬化性、常温硬化性、又は光硬化性などの任意の接着剤Bが供給され、その上に光導波路5を備えたスペーサ8が搭載される。必要に応じて、加熱などによる接着剤Bの硬化処理が行われ、スペーサ8が固定される。さらに、接続層7が、リフロー処理などによって一旦溶かされて半球状の形状に整形される。以上の工程を経ることによって図1の例の配線基板100が完成する。
図9A~図9Cには、一例として、フォトリソグラフィ法による光導波路5の製造工程が示されている。図9A~図9Cの例では、図8Dに示されるスペーサ8となる基材80を用いて光導波路5が形成される。基材80は、スペーサ8について前述された任意の材料を用いて用意され得る。例えば半導体基板が基材80として用意される。図9Aに示されるように、基材80の表面上に、下部クラッド層521が形成される。例えばPMMAのような、クラッド部52(図8D参照)の構成材料として前述された材料が、フィルム状に成形されて基材80に熱圧着される。さらに、下部クラッド層521上に、感光性を有するコア層510が形成される。コア層510は、例えばPMMAのような、コア部51(図8D参照)の構成材料として前述された材料を用いて形成される。例えば、コア部51の構成材料が、フィルム状に成形されて下部クラッド層521上に熱圧着される。
コア層510がパターニングされ、図9Bに示されるようにコア部51が形成される。コア部51に対応する開口を有する露光マスク(図示せず)を用いてコア層510に対する露光及び現像が行われる。コア層510の不要部分が除去されて所定の幅を有するコア部51が形成される。
図9Cに示されるように、上部クラッド層522が下部クラッド層521及びコア部51上に形成される。例えば、下部クラッド層521の形成と同様に、例えばPMMAのような、クラッド部52の構成材料が、フィルム状に成形されて下部クラッド層521及びコア部51に熱圧着される。その結果、コア部51を覆う上部クラッド層522が形成される。すなわち、下部クラッド層521及び上部クラッド層522からなるクラッド部52が形成される。コア部51及びクラッド部52を含む光導波路5が、基材80上で完成する。
光導波路5を表面上に備える基材80は、そのまま、先に参照された図8Dに示される工程において、スペーサ8として、光導波路5と共に、絶縁層21の表面21a上に配置され得る。或いは、基材80上で完成した光導波路5は、基材80から分離され、別途用意されるスペーサ8の表面に、例えば接着剤を用いて固定されてもよい。また、基材80から分離された光導波路5は、別途用意されて単独で絶縁層21の表面21a上に配置されているスペーサ8の表面に、接着剤などを用いて固定されてもよい。
先に参照された図4に示される導体ポスト611の形成方法が、図10A~図10Dを参照して以下に説明される。図10Aには、図8AのXA部の拡大図が示されている。セミアディティブ法による導体層11などの形成では、図10Aに示されるように、絶縁層21の表面21aに、例えば無電解めっきやスパッタリングによって金属膜111が形成される。その金属膜111を給電層として用いる電解めっきを含むパターンめっきによって、めっき膜112が形成される。図4の例の導体ポスト611が形成される場合は、金属膜111が全面的に残されたまま、導体ポスト611が形成される。
図10Bに示されるように、導体層11及び絶縁層21の上に、導体ポスト611の形成箇所に開口R1aを有するめっきレジストR1が形成される。そして開口R1a内に、例えば、金属膜111を給電層として用いる電解めっきによって導体ポスト611が形成される。導体ポスト611は、後工程における被覆層41の形成完了時(図10D参照)に被覆層41を貫通し得る高さ、好ましくは、被覆層41の上面よりも突出し得る高さを有するように形成される。
さらに、接続層7として、すず、すず合金、又は、金合金などからなる金属膜が形成される。接続層7は、金属膜111を給電層として用いる電解めっきによって形成され得る。接続層7の形成後、めっきレジストR1が除去される。そして、金属膜111のうちのめっきレジストR1の除去によって露出する部分、すなわち、めっき膜112に覆われていない部分が、例えば、クイックエッチングによって除去される。導体パッド11aなどの導体層11の各導体パターンが、他の導体パターンと物理的及び電気的に分離される。
図10Cに示されるように、絶縁層21及び導体層11、導体ポスト611、及び接続層7を覆う被覆層41が形成される。被覆層41は、図10Cに示される段階では、導体ポスト611、及び接続層7を含めて、絶縁層21の表面21a上の全ての構成要素を覆うように形成される。
被覆層41は、図8Bを参照して説明された方法と同様の方法で形成されてもよく、適切な成型型を用いたインジェクションモールドによって形成されてもよい。コア基板3の第2面3b側には、ソルダーレジスト42がエポキシ樹脂やポリイミド樹脂の塗布や積層によって形成され、導体層12及び絶縁層22全体がソルダーレジスト42によって覆われる。
図10Dに示されるように、導体ポスト611における絶縁層21と反対側の端部が接続層7と共に被覆層41から露出するように、被覆層41の厚さ方向の一部が除去される。具体的には、被覆層41における絶縁層21と反対側の表面から所定の厚さを有する部分が全面的に除去される。被覆層41の厚さの減少によって、導体ポスト611における絶縁層21と反対側の端部が被覆層41から露出する。
被覆層41の厚さ方向の一部は、例えば、四フッ化炭素(CF4)ガスを用いるプラズマエッチングなどのドライエッチンングによって除去され得る。また、ブラスト処理によって被覆層41の一部が除去されてもよい。図示されていないが、コア基板3の第2面3b側の表面は、導体ポスト611の形成の間、及び/又は、被覆層41の一部の除去の間、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)製のフィルムのような保護膜の貼付によって保護されてもよい。例えば以上の工程を経ることによって、図4の例の導体ポスト611が形成される。
なお、図6の例のスペーサ8aが用いられる場合は、任意の方法でスペーサ8aの表面に領域αが設けられる。例えば、研磨などの機械加工でスペーサ8aの表面付近の一部を除去することによって領域αが設けられる。領域αの形成は、スペーサ8aが光導波路5を表面上に備えない状態で行われてもよく、光導波路5が備えられた状態で、光導波路5の一部をスペーサ8aの一部と共に除去しながら行われてもよい。
実施形態の配線基板は、各図面に例示される構造、並びに、本明細書において例示される構造、形状、及び材料を備えるものに限定されない。前述したように、実施形態の配線基板は任意の積層構造を有し得る。例えば、実施形態の配線基板はコア基板を含まないコアレス基板であってもよい。実施形態の配線基板は、任意の数の導体層及び絶縁層を含み得る。また、前述したように、スペーサ8、8aは設けられなくてもよい。部品E2を搭載する導体パッド11b及び導体ポスト62は形成されていなくてもよく、従って、部品領域A2は含まれていなくてもよい。さらに、被覆層41及び導体ポスト61も、必ずしも設けられない。
100、100a、101 配線基板
11、12 導体層
11a~11d 導体パッド
11e 配線
21、22 絶縁層
21a 絶縁層の表面
41 被覆層
5、50 光導波路
51 コア部
52 クラッド部
5a 第1端面
5b 第2端面
61~63、611 導体ポスト
61a 導体ポストにおける絶縁層と反対側の端面
7 接続層
8、8a スペーサ
A1 部品領域(第1部品領域)
A2 部品領域(第2部品領域)
A3 部品領域(第3部品領域)
D1 第1端面と絶縁層の表面との間の距離
D2 導体ポストの端面と絶縁層の表面との距離
E1~E4 部品
T1 導体パッドの厚さ
T11 被覆層の厚さ
X コア部内の光の伝播方向
11、12 導体層
11a~11d 導体パッド
11e 配線
21、22 絶縁層
21a 絶縁層の表面
41 被覆層
5、50 光導波路
51 コア部
52 クラッド部
5a 第1端面
5b 第2端面
61~63、611 導体ポスト
61a 導体ポストにおける絶縁層と反対側の端面
7 接続層
8、8a スペーサ
A1 部品領域(第1部品領域)
A2 部品領域(第2部品領域)
A3 部品領域(第3部品領域)
D1 第1端面と絶縁層の表面との間の距離
D2 導体ポストの端面と絶縁層の表面との距離
E1~E4 部品
T1 導体パッドの厚さ
T11 被覆層の厚さ
X コア部内の光の伝播方向
Claims (10)
- 第1導体パッドを備える表面を有する絶縁層と、
前記第1導体パッドに接続される部品に覆われるべき領域である第1部品領域と、
光を伝えるコア部を含んでいて前記第1部品領域の外側に設けられている光導波路と、
を含む配線基板であって、
前記コア部は、前記第1部品領域側を向いて露出する第1端面を有し、
前記光導波路は、前記第1部品領域と前記第1端面とが隣接するように位置付けられている。 - 請求項1記載の配線基板であって、さらに、前記第1導体パッドの上にめっき金属で形成されている導体ポストを含んでおり、
前記第1端面は、前記導体ポストにおける前記絶縁層と反対側の端面よりも、前記絶縁層の前記表面から離れている。 - 請求項1記載の配線基板であって、さらに、前記第1導体パッドの上にめっき金属で形成されている導体ポストを含んでおり、
前記第1端面と前記絶縁層の前記表面との間の距離は、前記導体ポストにおける前記絶縁層と反対側の端面と前記絶縁層の前記表面との距離よりも小さい。 - 請求項1記載の配線基板であって、さらに、前記絶縁層の前記表面に配置されているスペーサを含み、
前記光導波路は、前記スペーサを介して前記絶縁層の前記表面に載置されている。 - 請求項1記載の配線基板であって、さらに、前記絶縁層を部分的に覆う被覆層を含んでおり、
前記光導波路は、平面視で、前記絶縁層の前記表面における前記被覆層に覆われていない領域に設けられている。 - 請求項1記載の配線基板であって、
前記絶縁層の前記表面には、さらに第2導体パッド及び配線が備えられており、
前記配線基板は、さらに、前記第2導体パッドに電気的に接続される部品に覆われるべき領域である第2部品領域を含み、
前記第2導体パッドと、前記第1導体パッドとが前記配線で接続されている。 - 請求項1記載の配線基板であって、
前記絶縁層の前記表面には、さらに第3導体パッドが備えられており、
前記配線基板は、さらに、前記第3導体パッドに電気的に接続される部品に覆われるべき領域である第3部品領域を含み、
前記コア部の前記第1端面と反対側の端面は、前記第3部品領域側を向いて前記光導波路から露出している。 - 請求項7記載の配線基板であって、
前記絶縁層の前記表面には、さらに第2導体パッド及び配線が備えられており、
前記配線基板は、さらに、前記第2導体パッドに電気的に接続される部品に覆われるべき領域である第2部品領域を含み、
前記第2導体パッドと、前記第1導体パッドとが前記配線で接続されている。 - 請求項1記載の配線基板であって、さらに、前記第1導体パッドの上にめっき金属で形成されている導体ポストを含んでおり、
前記導体ポストは、前記第1導体パッド側から前記第1導体パッド側と反対側まで略一定の幅で一体として形成されている。 - 請求項1記載の配線基板であって、さらに、
前記第1導体パッドの上にめっき金属で形成されている導体ポストと、
前記導体ポストにおける前記絶縁層と反対側の端面の上に前記導体ポストよりも低融点の材料で形成されている接続層と、を含んでいる。
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