JP4021234B2 - 光・電気配線基板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光によって情報を伝送する回路を備えた光・電気配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、電子回路基板は、小型、高性能化を実現するために、片面だけに回路を形成した片面板から両面に回路を形成した両面板に、さらに回路を積層した多層回路基板へと変化してきており、現在では多層化の進んだ基板が多く採用されている。
【０００３】
以下、多層基板の製造について説明する。まず、多層基板の製造工程では、ガラスクロスにエポキシを含浸し乾燥させたプリプレグと呼ばれる基板材料の両面に銅箔を張付け、この銅箔の上にドライフィルムをラミネートし、感光、現像、銅箔のエッチング、ドライフィルム除去の工程を経て両面板を形成する。次に、この両面板とプリプレグを交互に積層し、加熱・プレスによって一体化する。その後、所望の位置に穴を加工したうえで、穴の内面にメッキを施し、各層間の導通を確保する。この回路基板の穴は、普通ドリルやパンチングマシンにより１穴づつ形成されるが、コストダウンのためにレーザにより高速穴加工することもある。
【０００４】
そして、レーザ穴加工においては、レーザの波長、出力、パルス幅などの条件設定が必要となる。そのため、エポキシ樹脂等に強化材等のガラス繊維やアラミド繊維等を複合させたＦＲＰ基板等の穴加工では、前記副成分に対応する加工性を加工面において確保するために、出力、パルス幅などを変えて条件の調整を行い、これにより歩留まりを向上させている。
【０００５】
また、穴加工したビアホールやスルーホールにペーストを押圧して充填する工程では、スキージと呼ばれる充填ヘッドを用いた印刷工法が用いられる。この印刷工法においては、スキージの硬度、角度、印圧、充填動作の速度など極めて多くの条件設定が必要であり、わずかな設定の差が品質に影響を与えるため、製造現場での経験をもとにそれらの調整を行い、ペースト充填工程での歩留まり、品質を向上させている。また、ペーストの充填工程においては、スキージに対する工夫がなされており、平スキージ、剣スキージ、印刷面との接触部が曲面となっているスキージなどスキージの形状に工夫がなされているだけでなく、スキージにヒータを内蔵し、一定温度に加熱してペーストの粘度を低下させて充填性を向上させている。さらに、ペーストは稼働時間に比例してその粘度が上昇することから、一定時間毎にペーストを入れ換えたり有機溶剤を加え、ペーストの粘度の安定化を図っている。その他、穴加工されたビアホールやスルーホールヘのペーストの充填量をコントロールするために、穴の上端位置（基板表面）までペーストを充填することで充填量の安定化を図っている。
【０００６】
さらに、ビアホールやスルーホールに導体をメッキする方法においては、最表面だけは配線形成を施さず、両面板とプリプレグを交互に積層し、加熱・プレスによって一体化させる。さらに所望の位置に穴加工し、最表面の銅箔を利用して電気的に穴の内面にメッキを施す。その後、スルーホール部分にエッチング液が侵入しないように穴埋めを施し、然る後に表面にドライフィルムをラミネートし、露光、現像、エッチング、ドライフィルム除去の工程を経て完成に至る。
【０００７】
以下に図５と図６を参照しながら上述した従来の回路基板の製造方法の具体例について説明する。
【０００８】
図５（ａ）は従来の積層回路基板の製造方法を模式的に示す。この図において、５０は両面板、５１は両面板５０の両面に形成された配線、５２はプリプレグ、５３は銅箔、５４はプレス装置によって加熱・プレスされる部分（面）であり、製造工程上、両面板５０の両側にそれぞれプリプレグ５２、銅箔５３が配置され、これら両面板５０等が加熱・プレス部分５４で所定の温度、圧力で所定時間加熱・プレスされ、両面板５０、プリプレグ５２、銅箔５３が一体化される。
【０００９】
図５（ｂ）は、積層回路基板に穴を形成する方法を模式的に示しており、５５はドリル、５６はドリル５５によって形成された穴である。この工程では、銅箔５３の上方からドリル５５が回転しながら降下し、ドリル５５の先端にある先切れ刃により銅箔５３から順次穴をあけて貫通穴を形成する。
【００１０】
図６（ａ）、（ｂ）は、従来のペースト充填工程を模式的に示しており、６１はマスク、６２はマスク６１を支持する基材、６３，６４はマスク６１上を接触しながら移動するスキージ、６５はペースト、６６はステージである。この充填工程において、ステージ６６の上に接触して基材６２が配置される。基材６２の上方にはわずかの空間をあけてマスク６１が配置され、マスク６１の上にペースト６５が供給できる構造となっている。マスク６１の上方にスキージ６３，６４が配置され、スキージ６３，６４は上下方向および印刷方向に移動できるようになっている。
【００１１】
この充填作業では、まずステージ６６上の所定の位置に基材６２を配置する。次に、基材６２に形成されている貫通穴の位置とマスク６１に形成されている穴位置を合わせ、基材６２上にマスク６１をセットする。次に、マスク６１上にペースト６５を供給し、スキージ６３，６４を降下させ、基材６２に所定の圧力をかけた状態で保持する。さらにスキージ６３，６４を印刷方向に移動させ、ペースト６５をマスク６１上で移動させることで印刷を行い、基材６２の穴加工されている貫通穴にペースト６５を押圧して充填する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気信号に代わって光を信号として伝達する方式を選択した場合、所望の位置に光―電気変換素子を配置し、基板上へ光ファイバを配置して信号の伝達を行うことになる。この場合、情報伝送路中にＬＤ、ＰＤ、光アンプ、光スイッチ等の光情報通信回路が存在するため、情報伝送用配線のほかに、電気信号伝送用の金属配線が別途必要となる。その結果、光配線に加えて金属配線を設けなければならなくなり、製造プロセスが複雑化するという課題を生じる。
【００１３】
また、光信号に加えてもう１つの信号伝送する必要がある場合、例えば、光信号の行き先をルーティング情報によって切り替えなければならないとき、ルーティング情報等の信号用配線が別途必要になり、同様の理由で製造プロセスが複雑化するという課題を生じる。
【００１４】
さらに、光信号による情報伝送では、外乱光が光配線に入射することによりノイズが発生するという課題がある。さらにまた、表面層付近に電流が流れる光配線が存在するため、光配線−表面間の絶縁抵抗を十分高くしなければならないという課題を生じる。
【００１５】
本発明は、電気−光変換手段、光―電気変換手段の少なくともいずれか一方を有する回路において、同一配線で光信号と電力又は光信号と電気信号を伝送することにより、配線パターンを簡略化できると共に、配線の種類を少なくすることで製造プロセスを簡略化できる光・電気回路を提供するものである。また、本発明は、外乱光によるノイズの低減することができ、光配線−表面間の絶縁抵抗を十分高くできる光・電気配線基板を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明に係る光・電気配線基板は、光・電気回路を有する光・電気配線基板であって、
前記光・電気回路は、光信号と電気信号とを同時に伝送する複数の伝送路を備えており、前記伝送路は、前記光信号に対する透光性と、導電性とを有する材料で形成されており、前記材料がアルミ添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）、フッ素添加酸化亜鉛（ＦＺＯ）、フッ素添加酸化インジウム（ＦＩＯ）、フッ素添加酸化錫（ＦＴＯ）から選択された少なくとも一つを含み、
前記伝送路は、光導波路により形成され、前記光導波路が絶縁物基板内に埋め込まれており、
前記絶縁物基板には、前記複数の伝送路を結ぶ可動ミラー式光路切換装置が設けてあり、
前記可動ミラー式光路切換装置は、前記伝送路を介して入力される電気信号に応じて切り換えられることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
Ｉ．実施の形態１：
図１は実施形態１に係る光・電気回路を１示す。この光・電気回路１は３つの発光素子２ａ、２ｂ、２ｃを有する。これら３つの発光素子２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ異なる波長λ１、λ２、λ３の光を発するものが使用されている。各発光素子２ａ、２ｂ、２ｃは、電源３ａ、３ｂ、３ｃとスイッチ４ａ、４ｂ、４ｃに接続されており、スイッチ４ａ、４ｂ、４ｃをオン・オフすることで、発光素子２ａ、２ｂ、２ｃを個別に点灯・消灯できるようにしてある。発光素子２ａ、２ｂ、２ｃはまた、導光路５ａ、５ｂ、５ｃを介して光合成器６にそれぞれ接続されており、発光素子２ａ、２ｂ、２ｃから出射された光が対応する導光路５ａ、５ｂ、５ｃを通り光合成器６に集められて合成されるようにしてある。
【００２０】
回路基板７は、上述の光合成器６の他に、３つのフォトダイオード８ａ、８ｂ、８ｃと、光合成器６から出射された光を第１のフォトダイオード８ａ、次に第２のフォトダイオード８ｂ、続いて第３のフォトダイオード８ｃへと伝送するチャンネル型導波路（伝送路）９を支持している。第１のフォトダイオード８ａは、導波路９との接続部に第１の光フィルタ１０ａを備えている。この第１の光フィルタ１０ａは、第１の波長λ１の光だけを選択的に透過する機能を有する。同様に、第２のフォトダイオード８ｂは、導波路９との接続部に第２の光フィルタ１０ｂを備えている。この第２の光フィルタ１０ｂは、第２の波長λ２の光だけを選択的に透過する機能を有する。
【００２１】
ここで、前述した光・電気回路１のうち、特に導波路９について図２を参照して詳細に説明すると、この導波路９は、図２に示すように、回路基板７上に、例えば周知のエッチング技術を用いて形成されており、クラッド層１１によって被覆されている。基板７は、光・電気回路１で用いる波長城の光を透過しない材料を用いるのが好ましい。導波路９を構成する材料は、透光性だけでなく導電性を備えた材料が用いられており、特に信号の伝送に用いる光の波長域において、配線長に対して十分損失が小さい材料を用いることが好ましい。例えば、透光性と導電性を備えた好適な材料として、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２０_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＦＺＯ、ＦＩＯ、ＦＴＯ等がある。クラッド層１１は、例えばＳｉＯ_２で形成されている。
【００２２】
図１に戻り、第１〜第３のフォトダイオード８ａ、８ｂ、８ｃは、それぞれ対応する電球点灯回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃに接続されている。電球点灯回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、それぞれ電球１３ａ，１３ｂ，１３ｃとこれに直列接続されたスイッチング用トランジスタ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを備えており、導電性の導波路９を介して電源１５に接続されている。第１〜第３のフォトダイオード８ａ，８ｂ，８ｃはまた、対応する電球点灯回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃに含まれるトランジスタ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのベースと電源１５の間に接続されており、導波路９を介して波長λ１、λ２、λ３の光が入射されたとき、対応するトランジスタ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのベースに所定の電流を印加するように構成されている。
【００２３】
このような構成を備えた光・電気回路において、３つの発光素子２ａ、２ｂ、２ｃから出射された光（波長λ１、λ２、λ３の光）は対応する導光路５ａ，５ｂ，５ｃを介して光合成器６に伝送され、そこで合成される。合成された光は導波路９を介して第１〜第３のフォトダイオード８ａ、８ｂ、８ｃに向けて伝送され、その伝送過程で第１の波長λ１を有する光が第１のフォトダイオード８ａで検出され、第２の波長λ２を有する光が第２のフォトダイオード８ｂで検出され、さらに第３の波長λ３を有する光が第３のフォトダイオード８ｃで検出される。そして、光を検出したフォトダイオード８ａ，８ｂ，８ｃは、対応する電球点灯回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃに含まれるトランジスタ１４ａ，１４ｂ，１４ｃをオンする。その結果、トランジスタ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介して電球１３ａ，１３ｂ，１３ｃに電流が流れ、電球１３ａ，１３ｂ，１３ｃが点灯する。
【００２４】
このように、実施の形態１に係る光・電気回路によれば、光を伝送する伝送路である導波路が、電球、フォトダイオードに電力を伝送する伝送路として機能する。したがって、電球点灯回路に対する電力供給も導波路を介して行われるため、電力供給用の金属配線を基板上に別途形成する必要がない。そのため、基板の製造が著しく簡略化される。
【００２５】
ＩＩ．実施の形態２：
図３は実施形態２に係る光・電気回路２１を示す。この光・電気回路２１は一つの発光素子２２を有する。この発光素子２２は、電源２３とスイッチ２４に接続されており、スイッチ２４をオン・オフすることで、発光素子２２を点灯・消灯できるようにしてある。一方、回路基板２５は、上述の発光素子２２の他に、２つのフォトダイオード２６ａ，２６ｂと、一端が発光素子２２とフォトダイオード２６ａ，２６ｂにそれぞれ接続された３つのチャンネル型導波路（伝送路）２７、２８ａ、２８ｂを支持している。また、導波路２７、２８ａ、２８ｂは、実施の形態１と同様に形成することができるが、図４に示すように、基板２５中に埋め込まれ、外乱光が光導波路へ入射するのを抑制するために周囲がクラッド層２９で被覆されている。なお、基板２５、導波路、クラッド層を構成する材料は実施の形態１と同一である。
【００２６】
図３に戻り、基板２５は可動ミラー式光路切換装置３０を備えており、この切換装置３０に第１の導波路２７、第２及び第３の導波路（分岐路）２８ａ、２８ｂの他端が接続されている。切換装置３０はまた可動ミラー３１を備えており、この可動ミラー３１は第１の導波路２７から送られた光を第２の導波路２８ａに案内する第１の位置（実線位置）と、第１の導波路２７から送られた光を第３の導波路２８ｂに案内する第２の位置（点線位置）との間を移動できるようにしてある。この可動ミラー３１は、切換装置３０に入力される信号に応じて第１の位置と第２の位置との間を移動する。そのため、切換装置３０は、導電性の導波路２７を介して、電源３２とスイッチ３３に接続されており、図示するようにスイッチ３３がオフした状態で可動ミラー３１が第１の位置に設定され、スイッチ３３をオンして切換装置３０に所定の電圧が印加されると可動ミラー３１が第２の位置に切換えられるようにしてある。
【００２７】
フォトダイオード２６ａ，２６ｂは、それぞれ対応する電球点灯回路３４ａ，３４ｂに接続されている。各電球点灯回路３４ａ，３４ｂは、直列に接続された、電球３５ａ，３５ｂと、スイッチング用トランジスタ３６ａ，３６ｂと、電源３７ａ，３７ｂを備えている。フォトダイオード２６ａ，２６ｂはまた、対応する電球点灯回路３４ａ，３４ｂに含まれるトランジスタ３６ａ，３６ｂのベースと電源３７ａ，３７ｂの間に接続されており、導波路２８ａ，２８ｂを介して光が入射されたとき、対応するトランジスタ３６ａ，３６ｂのベースに所定の電流を印加するように構成されている。
【００２８】
このような構成を備えた光・電気回路において、発光素子２２から出射された光は導波路２７を介して切換装置３０に伝送される。いまスイッチ３３がオフされて可動ミラー３１が第１の位置にあるとき、導波路２７から出射した光は可動ミラー３１に反射して第１の導波路２８ａに伝送される。他方、スイッチ３３がオンされて可動ミラー３１が第２の位置にあるとき、導波路２７から出射した光は可動ミラー３１に反射して第２の導波路２８ｂに伝送される。導波路２８ａ又は２８ｂから出射した光は、フォトダイオード２６ａ又は２６ｂで検出される。光を検出したフォトダイオード２６ａ又は２６ｂは、対応する電球点灯回路３４ａ又は３４ｂに含まれるトランジスタ３６ａ又は３６ｂのベースに所定の電流を印加する。その結果、トランジスタ３６ａ又は３６ｂを介して電球３５ａ又は３５ｂに電流が流れ、電球３５ａ又は３５ｂが点灯する。
【００２９】
このように、実施の形態２に係る光・電気回路によれば、光を伝送する伝送路である導波路が、切換装置に電気信号を伝送する伝送路として機能する。したがって、電気信号供給用の金属配線を基板上に別途形成する必要がない。そのため、基板の製造が著しく簡略化される。また、基板は、光信号伝送に用いる波長城の光を透過しない材料で形成されているので、外乱光が光導波路へ入射することによるノイズを低減できる。
【００３０】
なお、本発明の光・電気配線基板は以上の実施の形態に限るものでなく、光と電気を伝送する配線を必要とする配線基板であれば等しく適用できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、透光性を有する伝送路が導電性も有することから、この伝送路を用いて光信号と電力又は電気信号とを同時に伝送することができる。そのため、電力供給用配線を形成する必要がなく、製造プロセスが簡略化される。また、光伝送路を基板内に埋め込むことによって、光配線―表面間における絶縁抵抗が十分高くすることができる。また、その基板材料に光信号の伝送に用いる波長域の光を吸収もしくは反射する材料を用いることにより、外乱光が光導波路へ入射することによるノイズを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る光・電気回路の模式図。
【図２】 実施の形態１で用いた光導波路の断面構造を示す模式図。
【図３】 本発明の実施の形態２に係る光・電気回路の模式図。
【図４】 実施の形態２で用いた光導波路の断面構造を示す模式図。
【図５】 従来の回路基板の製造方法を示す模式図。
【図６】 従来技術のペースト充填工程における回路基板の製造方法および装置示す模式図。
【符号の説明】
１：光・電気回路
２ａ，２ｂ，２ｃ：発光素子
７：回路基板
８ａ，８ｂ，８ｃ：フォトダイオード
９，２７，２８ａ，２８ｂ：導波路
１０ａ，１０ｂ：光フィルタ

Claims (2)

1. 光・電気回路を有する光・電気配線基板であって、
   前記光・電気回路は、光信号と電気信号とを同時に伝送する複数の伝送路を備えており、前記伝送路は、前記光信号に対する透光性と、導電性とを有する材料で形成されており、前記材料がアルミ添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）、フッ素添加酸化亜鉛（ＦＺＯ）、フッ素添加酸化インジウム（ＦＩＯ）、フッ素添加酸化錫（ＦＴＯ）から選択された少なくとも一つを含み、
   前記伝送路は、光導波路により形成され、前記光導波路が絶縁物基板内に埋め込まれており、
   前記絶縁物基板には、前記複数の伝送路を結ぶ可動ミラー式光路切換装置が設けてあり、
   前記可動ミラー式光路切換装置は、前記伝送路を介して入力される電気信号に応じて切り換えられることを特徴とする光・電気配線基板。
2. 前記基板の材料に、前記光信号を伝送するために用いる波長城の光を吸収もしくは反射する材料を用いることを特徴とする請求項１に記載の光・電気配線基板。

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