JP4739210B2 - 埋設光ファイバーを有する部品の接続方法 - Google Patents

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Description

本発明は、プリント回路基板に関し、特に通信用のプリント回路基板での光ファイバーの使用法に関する。
プリント回路基板（PCB）は、電子装置に取り付けられる構造部である。PCBは、1または2以上の構造層と、パターン化された導体を有する。構造層が電子装置を支持し、導体が電子装置に電力を提供することにより、装置は、電気信号を使用して通信することができる。
図1には、従来の典型的なPCB100の断面図を示す。図の従来のPCB100は、構造コア102を有する。この構造コア102は、強固な支持を提供し、PCB100の他の部品を設置したり、電子装置を設置することが可能である。この例では構造コア102は、4つのコア構造層104、106、108、110を有する。これらのコア構造層104、106、108、110は、それぞれファイバーガラス／樹脂複合材料で構成される。コア構造層104、106、108、110は、相互に圧縮硬化され、構造コア102が形成される。
上部コア構造層104の上には、導電トレース112からなる第1の上部層が形成される。これらの導電トレース112は、PCB100に設置される電子機器との電気的な接続を可能にする。導電トレース112は、電力またはアースを提供し、あるいはトレース112に接続された電子装置が電気信号を介して通信できるようにする。導電トレース112の第1の層は、構造層114によって被覆される。この構造層114は、導電トレース112の第1の層の上部に設置され、その後硬化される。この処理によって、構造層114がトレース112の間にある隙間に充填され、コア102の上部層104およびトレース112自身と接着される。構造層114の上部には、導電トレース116からなる第2の層が設置される。またこれらのトレース116は、電力またはアースを提供し、あるいは電子装置との通信を可能にする。構造層114は、導電トレース112、116からなる第1および第2の上部層を分離し、トレース112、116を相互に絶縁する。
同様に、底部コア構造層110の下側には、導電トレース118からなる第1の底部層、構造層120、および導電トレース122からなる第2の底部層が設置される。導電トレース112、116の上部層と同様に、導電トレース118、120の底部層は、電力またはアースを提供し、あるいは電子装置との通信を可能にする。構造層120は、導電トレース118、120からなる第1および第2の底部層を分離し、トレース118、120を相互に絶縁する。
現在のように電子装置の複雑さ、速度、性能が増すとともに、通信に必要な能力も高くなっている。そのような現在の装置には、図1に示すような導電トレース112、116、118、120の複数の層を有するPCB100によって提供される性能よりも、より高度な通信性能が要求される。
本発明では、高度な通信性能を有するプリント回路基板を備える装置およびその製作方法が提供される。
本発明では、
プリント回路基板に、該プリント回路基板に埋設された光ファイバーにアクセスするための光貫通孔を形成するステップと、
前記光貫通孔内に、光再導波器を設置するステップと、
前記光貫通孔に誘導された光を再誘導して、光を前記光ファイバーに結合させるため、前記光再導波器を調節するステップと、
を有する方法が提供される。
また本発明では、
光源、
マトリクス材料、
埋設された光ファイバー、
光が、前記マトリクス材料を通過して、前記マトリクス材料の表面と埋設された光ファイバーの間を進行できるようにする光貫通孔、および
光再導波器
を有する装置であって、
光再導波器によって、光貫通孔に沿って光ファイバーから受光された光は、当該装置の表面の方に再誘導され、光貫通孔から受光された光は、光ファイバーの方に再誘導される、装置が提供される。
さらに本発明では、
回路基板を有する装置であって、
前記回路基板は、
表面と、
マトリクス材料と、
埋設された光ファイバーと、
光が、マトリクス材料を通過して、前記表面と埋設された光ファイバーの間を進行できるようにする第1の光貫通孔と、
光が、マトリクス材料を通過して、前記表面と埋設された光ファイバーの間を進行できるようにする第2の貫通孔と、
第1の光貫通孔に沿って、光ファイバーから受光された光を当該装置の表面の方に再誘導したり、第1の光貫通孔から受光された光を光ファイバーに再誘導したりする第1の光再導波器と、
第2の光貫通孔に沿って、光ファイバーから受光された光を当該装置の表面の方に再誘導したり、第2の光貫通孔から受光された光を光ファイバーに再誘導したりする第2の光再導波器と、
を有し、
当該装置は、さらに、
前記回路基板に接続され、第1の光貫通孔と光学的に接続された第1の光学部品であって、光信号を第1の光貫通孔に沿って第1の光再導波器に伝送したり、第1の光再導波器から第1の光貫通孔を通って進行する光信号を受信したりする、第1の光学部品、および
前記回路基板に接続され、第2の光貫通孔と光学的に接続された第2の光学部品であって、光信号を第2の光貫通孔に沿って第2の光再導波器に伝送したり、第2の光再導波器から第2の光貫通孔を通って進行する光信号を受信したりする、第2の光学部品
を有する装置が提供される。
以下、添付図面を用いて本発明の実施例を説明する。図において同様の素子には同じ参照符号が付されている。本願に示す実施例により、当業者には本発明の実施が可能である。以下に示す実施例は、本発明を限定するものと解してはならず、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
（システム概略）
図2には、本発明の一実施例によるシステムの一部の断面図を示す。装置226、228またはプリント回路基板（PCB）200に設置された他の装置は、PCB200に集積された光ファイバー224を介して通信される。光通信が可能であるため、PCB200を備えるシステムは、従来のシステムに比べてより速いデータ通信速度を有する。本願では、「光通信」という用語は、伝送、送信、受信、または、音声通信データ転送および他の用途を含む目的のための光信号搬送を含む、光信号の多くの使用を網羅する広い意味で使用される。
PCB200は、構造コア202を有しても良い。この構造コア202は、強固な支持を提供し、PCB200の他の部品を設置したり、電子装置を取り付けたりすることができる。この例の場合、構造コア202は、4つのコア構造層204、206、208，210を有するが、他の実施例では、別の層数で構造コア202が形成されても良く、あるいはPCB200は、別個の構造コア202を有さなくても良い。ある実施例では、コア構造層204、206，208，210は、それぞれ、ファイバーガラスおよび樹脂を含む複合材料であっても良いが、ファイバーガラスおよび樹脂の代わりにあるいはこれに加えて、他の材料が使用されても良い。そのようなファイバーガラス／樹脂構造コア202を使用する実施例では、コアは、プレプレグファイバーガラス層（樹脂含浸されたファイバーガラス繊維）を相互に積層することによって構成される。次に積層された層は、圧縮され硬化される。ある実施例では、コア構造層204、206、280，210が相互に圧縮硬化され、構造コア202が形成される。
上部コア構造層204の上部には、導電トレース212からなる第1の上部層が設置される。これらの導電トレース212は、PCB200に設置された電子装置に電気的な接続を提供する。導電トレース212は、電力またはアースを提供し、あるいはトレース212によって導かれる電気信号を介して、電子装置との通信を可能にする。導電トレース212からなる第1の層は、構造層214によって被覆される。この構造層214は、導電トレース212からなる第1の層の上部に設置され、硬化される。この処理によって、構造層214がトレース212間の隙間に充填され、コア202の上部層204およびトレース212自身と接着される。構造層214の上部には、導電トレース216からなる第2の層が設置される。またこれらのトレース216は、電力またはアースを提供し、あるいは電子装置との通信を可能にする。構造層214は、導電トレース212、216からなる第1および第2の上部層を分離し、トレース212、216を相互に絶縁する。
同様に、底部コア構造層210の下側には、導電トレース218からなる第1の底部層、構造層220、および導電トレース222からなる第2の底部層が設置される。導電トレース212、216の上部層と同様に、導電トレース218、220の底部層は、電力またはアースに接続され、あるいは電子装置との通信が可能となる。構造層220は、導電トレース218、220の第1および第2の底部層を分離し、トレース218、220を相互に絶縁する。
またPCB200は、PCB200内に埋設された1または2以上の光ファイバー224を有する。図に示した実施例では、光ファイバー224は、PCB200の2つのコア構造層204、206の間に埋設される。1または2以上の光ファイバー224は、単一のコア構造層204、206、208、210の内部のコア構造層204、206、208、210間に埋設されても良く、導電トレース212と構造層214の間など他の層間に、または構造層220の内部など他の層の内部に埋設されても良い。ある実施例では、多数の光ファイバー224は、既知の光ファイバー間隔の所定のパターンでPCB200の内部に埋設される。
図に示した実施例では、第1の装置226および第2の装置228がPCB200に設置される。これらの装置226、228は、例えば電力およびアース接続が得られるように、導電トレース212、216と接続されても良い。また電子装置226、228は、トレース212、216とある通信を行うために、導電トレース212、216と接続されても良い。ただし、装置226、228は、光学的に通信できるようにされていても良い。ある実施例では、装置226、228は、光情報を送信および受信して、その情報を電気部品で使用できるように変換する電気−光および／または光−電気変換器であっても良い。別の実施例では、装置226、228は、内部電気−光および／または光―電気変換器による光通信を可能にする一次電子装置であっても良い。別の実施例では、装置226、228は、他の種類の装置または部品である。
ある実施例では、第1の装置226は、第1の光貫通孔230に接続されても良い。第1の光貫通孔230は、第1の装置226へ、または第1の装置226から第1の光再導波器234に光を透過させる。第1の光貫通孔230は、光を、第1の光再導波器234へ、または第1の光再導波器234から誘導する管であっても良く、あるいは光が通過する層214、204の側壁によって定められても良く、あるいは光がPCB200の表面から光再導波器234にまで進行し得る別の構造であっても良い。第1の光再導波器234は、光が第1の光貫通孔230を下側に通り抜けるように再誘導し、光は光ファイバー224内に誘導される。また、光ファイバー224から受信された光は、第1の光貫通孔230を通過するように再誘導される。第1の光再導波器234は、ミラー、プリズム、または光を再誘導することの可能な別の装置であっても良い。光ファイバー224は、光がPCB200を通過するための光路を提供する。第2の光再導波器236は、光ファーバー224から受光された光が第2の光貫通孔232の上部を通過するように再誘導し、または光が第2の光貫通孔232の下部を通過するように再誘導し、光は光ファイバー224内に誘導される。第1の光再導波器230と同様に、第2の光再導波器236は、ミラー、プリズム、または光を再誘導することの可能な別の装置であっても良い。第2の装置228は、第2の光貫通孔232に接続され、光は、第2の光貫通孔232を伝送し、または第2の装置228から伝送される。第1の光貫通孔230と同様に、第2の光貫通孔232は、光を第2の光再導波器236に、または第2の光再導波器236から誘導する管であって良く、あるいは光が通過する層214、204の側壁によって正確に定められても良く、あるいはPCB200の表面から光再導波器236までの光の進行を可能にする別の構造であっても良い。
システムの例を挙げると、第1の装置226は、第2の装置228と光学的に通信される。第1の装置226は、光の形態の光信号を発生し、この光を第1の光貫通孔230に出力する。この光は、第1の光貫通孔230を下方通過し、第1の光再導波器234の方に進行する。第1の光再導波器234は、光が光ファイバー224に結合されるように光を再誘導する。光は、光ファイバーに沿って進行し、第2の光再導波器236に至る。第2の光再導波器236は、光ファイバー224から受光された光が第2の光貫通孔232の上方を通過するように、光を再誘導する。第2の光貫通孔232の上方を通過した光は、第2の装置228によって受光される。これにより、第1および第2の装置226、228間の光通信が可能となり、電気通信に比べて高速でデータを転送することができる。
図2に示したシステムでは、両方向に通信ができることは明らかである：第1の装置226から第2の装置228（前述の通り）および第2の装置228から第1の装置226の両方向である。また、PCB200に埋設された光ファイバー224は、通信用の多くの方法で使用される。例えば、PCB200に設置された第1の装置226は、PCB200に設置されていない別個の装置（図示されていない）と通信しても良い。そのような場合、第1の装置226は、図2に示すように、光ファイバー224と接続されても良く、第1の装置226と通信される別個の装置は、別の方式で光学的に接続されても良い。第1の装置226からの光は、光ファイバー224に沿って進行し、PCB200の境界に至り、ここで導波管または他の光学装置等の装置は、別個の装置からの光を結合する。別の例では、装置226は、2以上の光ファイバー224と接続され、2以上の部品と通信を行っても良い。
簡単にまとめると、PCB200は、マトリクス材料に埋設された1または2以上の光ファイバー224を有する。図2に示す実施例では、マトリクス材料は、いくつかの層204、206、208、210、212、214、216、218、220、222を有し、光ファイバー224は、2つの異なる層間に埋設される。また光ファイバー224は、単一の層内に埋設されても良い。別の実施例では、PCB200は、マトリクス材料として、より多くのまたはより少ない層を有しても良く、あるいは、光ファイバー224が埋設された一つの均一なマトリクス材料を有しても良い。またPCB200は、マトリクス材料の一部として追加の構造を有しても良い。マトリクス材料内に光ファイバー224を設けることにより、PCB200を介した光通信が可能となる。
（プリント回路基板への光ファイバーの埋設）
図3a乃至3iには、光ファイバーが埋設されたPCB200の第1の実施例を示す。この第1の実施例では、光ファイバーは、PCB200の層間に埋設される。
図3aには、光ファイバーパターン302の実施例の上面図を示す。光ファイバーパターンは、PCB200の層間に埋設されている。光ファイバーパターン302は、多数の光ファイバー304を有しても良い。図に示すように、光ファイバー304は、パターン302を構成し、このパターンは、光ファイバー304の間の水平方向の間隔306、308と、垂直方向の間隔310、312とが等しい格子で形成される。格子パターン302は、空間306が間隔308と異なるなど、水平方向の間隔が異なっていても良く、および／または間隔310が間隔312と異なるなど、垂直方向の間隔が異なっていても良い。他の実施例では、非格子パターン302を含む、多くの別の間隔方式およびパターン302が使用され得る。例えば、パターン302全体に単一の光ファイバー304を使用しても良く、あるいは無秩序に分散された光ファイバー304でパターン302を構成しても良い。別の実施例では、光ファイバー304がパターン302内に設置され、PCB200に結合された部品の特定の配置のため、ポイントツーポイント光通信ネットワークが形成される。ガーバー（Gerber）ファイルのようなファイルが生成され、光ファイバー304を正確に設置するために必要な情報が提供され、光通信用の光ファイバー304を用いてPCB200に部品を結合することができる。
ある実施例では、光ファイバー304間に、間隔306、308、310、312のいずれかを含んでいるパターン302が予め選択され、相互の光ファイバー304の位置関係が把握される。ある実施例では、光ファイバー304の間の間隔306、308、310、312は、PCB200に設置される装置の間隔に基づいて選定される。例えば、ある実施例では、0.75mm、1mm、1.27mmの間隔が選定される。
図3bには、図3aのパターン302の断面図を示す。図3bに示す実施例では、水平方向の光ファイバー304は、垂直方向の光ファイバーの上部および下部を交互に通るように編み込まれており、垂直方向の光ファイバー304は、水平方向の光ファイバー304の上部および下部を交互に通るように編み込まれている。別の実施例では、光ファイバー304は、異なる方法で設置される。編み込む代わりに、全ての水平方向のファイバー304が、全ての垂直方向のファイバー304の上部に置かれても良く、あるいは水平方向のファイバー304が、2つの垂直方向のファイバー304の上部を通過してから、一つの垂直方向のファイバー304をくぐるようにしても良く、他の設置方式で設置しても良い。
図3cおよび3dには、光ファイバーパターン302がPCB200に埋設される前の、構造層314、316についての光ファイバーパターン302を示す。図3cには、光ファイバーパターン302内の光ファイバー304が、2つの構造層314、316または他の層間に設置されることにより、PCB200内に埋設された実施例を示す断面図が示されている。層314、316は、図2に示す構造層204、206のような2つの構造層であっても良く、あるいは他の層であっても良い。光ファイバーパターン302は、層314、316が相互に結合される前に、2つの層314、316間に設置されても良い。「相互に結合される」という用語は、層がファイバーガラスと樹脂を含む実施例では、層314、316と、光ファイバー304とが積層され、相互に圧縮され硬化されることを意味する。図3dには、2つの層314、316が相互に結合される前に、底部層316の上部に設置された光ファイバーパターン302の上面図を示す。ある代替実施例では、光ファイバーパターン302は、図3cに示すような分離したスタックの光ファイバーパターン302ではなく、層316のようなプレプレグ層の表面に形成される。
図3eには、層314、316が相互に結合された後の、2つの層314、316の間の光ファイバーパターン302内の光ファイバー304の側断面図を示す。明確化のため、図3eの断面には、紙面と垂直な光ファイバー304のみが示されている。図2に示した層204および206のような層314、316がコア構造層となり、ファイバー繊維と樹脂を含む材料で構成される実施例では、層314、316は、相互に圧縮され、その間にある光ファイバーパターン302とともに硬化される。これにより、2つの層314、316が相互に結合された後には、2つの層314、316間に設置された、または2つの層314、316によって「挟まれた」光ファイバーパターン302の光ファイバー304が得られる。層314、316は、硬化処理の際に、光ファイバー304の周囲に流入しても良く、これにより、相互間および光ファイバー304との接合界面に良好な密着性が得られる。ある実施例では、光ファイバーパターン302内の光ファイバー304の位置が把握され、層314、316の厚さが把握されるため、図3eに示す光ファイバー304の位置が把握され、その位置がドリル加工または他の方法で加工処理される。ある実施例では、層314、316が相互に結合された際に、光ファイバー304の位置がわずかにずれるが、ドリル加工または穴を開けるための他の方法を用いることにより、ファイバー304にアクセスするための十分に大きな孔が形成され、2つの層314、316がPCB200に埋設される前のそれらの位置の情報を用いて、光ファイバー304にアクセスすることが可能となる。
図3fには、層314、316、318の間に埋設された光ファイバー304を有する、2つの別個の光ファイバーパターン302の側断面図を示す。層314、316の間に埋設された光ファイバー304を有する第1の光ファイバーパターン302と、層316、318の間に埋設された光ファイバーを有する第2の光ファイバーパターン302とが示されている。層316と318の間に光ファイバー304を埋設することは、前述の、層314と316の間に光ファイバー304を埋設する場合と同様の方法で行われる。図3fには、複数の異なる深さでPCB200に埋設された2以上の光ファイバーパターン302が示されている。
図3gおよび3hには、構造層である層314と図2の層212のような導電トレース320の層との間に埋設された光ファイバー304の側断面図が示されている。図3gには、ファイバー304が層314、316、320と相互に結合される前の、層316上の導電トレース320の層と、導電トレース320の上部に設置されたパターン302内の光ファイバー304と、光ファイバー304の上部の、構造層である層314と、が示されている。図3hには、相互に結合された後の、光ファイバー304と層314、316、320とが示されている。図の実施例では、層314は、硬化処理の間に導電トレース320の周囲に流入し、層316およびトレース320と密着している。図3gにおけるトレース320の上部の光ファイバー304は、ファイバー304および層314、316、320が相互に結合された後も、トレース320の上部に留まっている。従って、光ファイバー304は、実質的に、層314と層316のような2つの層間の面内位置に設置されることはなく、トレース320上部の光ファイバー304は、他の光ファイバー304とは異なる高さ位置に設置される。
図3iには、2つの層間にある光ファイバー302のパターンが幾分変更された実施例の側断面図を示す。図3iでは、光ファイバー304は、層314の上部に接着される。光ファイバー304と接着された層314は、別の層の上部に積層され、相互に圧縮されることにより、2つの層の間に設置された光ファイバーが得られる。また層314は、PCB200の外部層であっても良く、この場合、光ファイバーは、PCB200の表面に露出された状態となる。
簡単にまとめると、PCB200は、マトリクス材料中に埋設された、1または2以上の集積光ファイバー304を有する。図3a乃至3hに示した実施例では、マトリクス材料は、層314、316、318、320等の2または3以上の層を有し、光ファイバー304は、2つの異なる層の間に埋設される。そのように実施例では、2または3以上の層は、マトリクス材料であっても良く、このマトリクス材料内には、光ファイバー304が埋設される。またPCB200は、マトリクス材料の一部として追加構造を有しても良い。PCB200を構成するマトリクス材料内部に光ファイバー304を設置することにより、PCB200を介した光通信が可能となる。図3iでは、光ファイバー304は、マトリクス材料と接着される。その場合、光ファイバー304は、PCB200内のマトリクス材料と一体化される。光ファイバー304は、PCB200の一部であり、その後、部品がPCB200に結合されるからである。
図4a乃至4dには、PCB200に埋設された光ファイバーの第2の実施例を示す。この第2の実施例では、光ファイバーは、PCB200の層204、208または210等の、1または2以上の層内に埋設される。
図4aは、PCB200の層204、206、208、または210等の層であって、層内に埋設された光ファイバーを有する層を形成するためのフロー図400である。この実施例では、PCB200は、ファイバーガラス繊維、1または2以上光ファイバー、および樹脂で製作されるが、他の実施例では、PCB20の製作に他の材料および他の方法が使用されても良い。ファイバーガラス繊維は、PCB200に強度を付与する構造化繊維であっても良い。
ステップ402では、ファイバー束がファイバーガラス繊維と、1または2以上の光ファイバーとから製作される。図4bには、ある実施例による繊維の束ね方が示されている。ファイバーガラス繊維供給器410および光ファイバー供給器412が示されている。バンドラー414は、供給器410、412からファイバーガラス繊維と、光ファイバーとを受ける。このバンドラー414は、多数の繊維を一つの繊維群、または繊維「束」416にまとめる。ある実施例では、通常、束416内の繊維は、束416と実質的に平行に配向される。束416は、ファイバーガラス繊維中に、光ファイバー418および420のような1または2以上の光ファイバーを有しても良い。ある実施例では、束416内の光ファイバー418、420の位置は、予め選定され把握されており、束416の寸法は、予め定められ把握されている。ある実施例では、束416は、実質的に約0.005インチ径の円断面を有する。
図4aに示すように、次にステップ404では、束が繊維に編みこまれる。図4cには、束416から編み込まれた繊維422の上面図が示されている。示された実施例では、第1の方向（水平方向または垂直方向）の各束416が、第2の方向（先とは別の垂直または水平方向）の束416に対して交互に上下となるように編みこまれるが、他の実施例では、異なる編み方が用いられる。例えば、光ファイバー424および426を含む水平方向の束428が、図4cの左側のように、垂直方向の束の上部から始まり、図4cの中央のように、垂直方向の束430の下側に編みこまれ、次に図4cの右側に示すように、垂直方向の束の上部に戻る。同様に、光ファイバー432および434を含む垂直方向の束430は、図4cの上部のように、水平方向の束428の上部から始まり、図4cの中央に示すように、水平方向の束の下側に編みこまれ、次に図4cの下側に示すように、水平方向の束の上部に戻る。図4cに示すように、ある実施例では、繊維422内の光ファイバーは、実質的に、繊維422の束内のその相対位置に留まる。例えば、光ファイバー424は、繊維422の左側から右側にかけての幅広い範囲で、束428内の基の位置に実質的に留まっている。ある実施例では、繊維422内の束428、430の寸法、および束内の光ファイバー424、426、432、434の位置の両方が把握されており、また繊維422内の光ファイバー424、426、432、434の位置は、実質的に把握されているため、光ファイバー424、426、432、434には、PCB200に埋設された後にも、アクセスすることができる。他の実施例では、ステップ404において、繊維422に編みこまれる束416の全てが、光ファイバーを含む必要はない。
図4aにおいて、繊維422に樹脂が含浸され、PCB200の層が複合材料で構成されても良い。その後ステップ408では、1または2以上のこれらの層でPCB200が形成される。ある実施例では、これは、樹脂の硬化によって行われる。図4dには、PCB200の一部となる、光ファイバー440が埋設された2つの結合層436、438の断面図が示されている。2つの層436、438は、例えばPCB200の2つのコア構造層204、206となり、あるいはこれらの層は、PCB200の別の層またはPCB200の別の本体の一部となる。図4dに示すように、各層436、438の内部の光ファイバー440は、層436、438自身の内部で編み込まれる（明確化のため、ファイバーガラス繊維は示されていない）。ある実施例では、ステップ404において、ステップ402で形成された光ファイバーを有する束から、2本の繊維422が編み込まれ、ステップ406で樹脂が含浸され、その後相互に圧縮硬化され、ステップ408で、図4dに示すような、各層436、438が埋設された光ファイバー440を有する2層構造のPCB200が形成される。PCB200のいくつかのまたは全ての層は、そのような埋設された光ファイバーを含んでおり、高速光データ通信が可能となる。
簡単にまとめると、PCB200は、マトリクス材料内に埋設された1または2以上の集積光ファイバー440を有する。図4a乃至4dに示した実施例では、マトリクス材料は、層436および／または438等の1または2以上の層を有し、光ファイバー440は、層の内部に埋設される。そのような実施例では、1または2以上の層が、内部に光ファイバー440が埋設されたマトリクス材料であっても良い。またPCB200は、マトリクス材料の一部となる追加構造部を有しても良い。マトリクス材料内に光ファイバー440が含まれるため、PCB200を介した光通信が可能となる。
図5には、前述の2つの埋設方法の実施例とは異なる方法で埋設された光ファイバー304、440を有する、図2のPCB200の側断面図を示す。示された実施例では、光ファイバー304は、構造コア202内の層間に埋設される。コア構造層204と206の間にある光ファイバー304と、コア構造層206と208の間にある光ファイバー304とが示されているが、他の実施例では、光ファイバー304は、異なる層間に埋設されても良い。ある実施例では、光ファイバー304の位置は、実質的に把握されている。ある実施例では、光ファイバー304は、格子パターンで配置され、PCB200上の多くの異なる部品配置によって、光ファイバーを使用した光通信が可能になる。別の実施例では、光ファイバー304がパターン302内に配置され、PCB200上の部品の特定の配置のため、ポイントツーポイント光通信ネットワークが形成される。また、異なる層構造を有する別のPCB200が、層内に埋設された1または2以上の光ファイバー304を有しても良い。PCB200の上部表面層214と密着させることにより、光ファイバー304をPCB200に集積させても良い。これらのファイバー304は、パターン302内にあり、特定のポイントツーポイントネットワーク、格子パターンまたは別のパターンを形成する。これらは、金属トレース216の配置設計と同様の方法で、層214上に設置するように設計されても良い。最終的に、PCB200の単一層210内に埋設された光ファイバー440が得られる。1または2以上の光ファイバーをPCB200内に埋設または集積させるこれらの方法のいずれかまたは全てを使用することにより、高速光データ通信が可能となる。図5に示す光ファイバーを集積させる方法以外の他の組み合わせが用いられても良い。
（埋設された光ファイバーへの、および埋設された光ファイバーからの光信号の結合）
図6a乃至図6iには、PCB200に埋設された光ファイバーが光信号源または目的対象物と結合された一実施例の側断面図を示す。この例では、PCB200内の光ファイバーを使用することにより、光通信が可能となる。ある実施例では、光貫通孔を製作することによって、光をPCB200表面の光ファイバーに到達させることが可能となる。
図6aには、光ファイバー504が埋設されたPCB502の簡略化された側断面図を示す。明確化のため、PCB502には、光ファイバー504がPCB502のマトリクス材料505中に埋設されている状態のみが示されており、各実施例においてPCB502を構成する各構造部および層は、示されていない。PCB502内の光ファイバー504は、光通信用にPCB502の表面に設置された装置に使用されても良い。PCB502のマトリクス材料505は、例えば1または2以上のファイバーガラス／樹脂複合材の層であっても良いが、他の材料を使用しても良い。図2の層204、206、208、210、212、214等のPCB502を構成する複数の異なる材料層または分離区画がある場合、これらの全ての材料の区画および層を、マトリクス材料505としても良い。
図6bには、マトリクス材料505を貫通して光ファイバー504に至る第1のウェル 506が形成されたときのPCB502の側断面図を示す。PCB502の表面から延伸するマトリクス材料505の側壁508は、第1のウェル 506の側部を定形しても良い。
光ファイバー504が埋設されたPCB502のある実施例では、光ファイバー504の配向角度は、PCB502の表面と平行ではなく、PCB502の表面から光ファイバー504までの正確な深さ距離は、不明である。ある実施例では、この配向角度は、PCB502の表面に平行な方向から最大15度ずれており、正確な角度は不明である。ある実施例では、PCB502の表面から光ファイバー504までの深さ距離は、既知であり、誤差マージンは、±0.003インチである。ある実施例では、PCB502の表面からの光ファイバー504の深さ距離は、既知であり、誤差マージンは、±0.001インチである。別の実施例では、PCB502の表面から光ファイバー504までの深さ距離は、既知であり、別の精度で変動する。また、PCB502の面内の光ファイバー504の位置は、正確に把握されなくても良い。光ファイバー504がパターン302の一部となるような実施例では、PCB502は、一つの光ファイバー504を見出すために測定され、光ファイバー504間の既知の間隔306、308、310、312を用いて、他の光ファイバー504の位置が定められる。光ファイバー504がパターン302の一部となるような実施例では、光ファイバー504の位置は、±0.003インチの誤差マージンで把握される。同様にある実施例では、光ファイバー504が層内に埋設されている場合、光ファイバー504の位置は、±0.003インチの誤差マージンで把握され、光ファイバー504間の間隔は、束416の寸法によって把握される。
このように、光ファイバー504の深さ位置および距離が正確に把握できない実施例では、第1のウェル 506を下側に延伸して、これを光ファイバー504の最上部の表面に到達させても良い。あるいは、第1のウェル506を、マトリクス505を貫通して部分的に延伸させるものの光ファイバー504には到達させないようにしたり、光ファイバー504にまで延伸させて、第1のウェル506が光ファイバー504の上部表面よりも下側になるようにさせても良い（図6b参照）。
第1のウェル506は、複数の異なる方法で形成しても良い。ある実施例では、ウェルは、高出力レーザーで形成される。低出力レーザーを使用して、第1のウェル506の側壁508を平滑にしても良い。化学エッチング等の他の方法を用いても良い。ある実施例では、第1のウェル506の直径を光ファイバー504の直径よりも著しく大きくして、光ファイバー504の正確な位置が不明であっても、ウェル506が光ファイバー504に到達し易くなるようにしても良い。ある実施例では、例えば第1のウェル506は、光ファイバー504の直径の2倍の直径の円断面を有しても良い。別の実施例では、第1のウェル506は、実質的に直径が約0.010インチの円断面を有する。別の実施例では、第1のウェル506は、直径が光ファイバーの既知の位置の誤差マージンよりも大きな、実質的に円の断面を有する。他の実施例では、第1のウェル506は、他の寸法または、円以外の他の形状であっても良い。
図6cには、第1のウェル506の表面に光遮蔽層510が設置された後のPCB502の側断面図を示す。ある実施例では、光遮蔽層510は、PCB502の表面と光ファイバー504の間を進行する光の一部または全てが、PCB502のマトリクス材料505に拡散または屈折されることを防止する。別の実施例では、光遮蔽層510によって、第1のウェル506の側壁508を定形するマトリクス材料505の構造が補強される。光遮蔽層510は、メッキまたは金属化法または他の方法によって設置されても良い。光遮蔽層510は、入射光の一部または全てを反射し、あるいは入射光の一部または全てがそこを通過することを防止する。
図6dには、光ファイバー504を貫通する第2のウェル512が形成された後のPCB502の側断面図を示す。第2のウェル512によって、光ファイバー504の断面に相当する光透過表面514が露出されるため、光は、光源から光ファイバー504に結合され、または光ファイバー504から目的対象物に結合される。この第2のウェル512は、管または光貫通孔としても良く、この場合、光は、PCB502表面から光ファイバー504に進行する。ある実施例では、第2のウェル512は、複数の異なる方法で形成されても良い。ある実施例では、ウェル512は、高出力レーザーで形成される。低出力レーザーを用いて、第2のウェルの側壁を平滑にしても良い。化学エッチング等の他の方法を使用して、第2のウェル512を形成しても良い。第2のウェル512の形成に使用される方法によって、光ファイバー504の光透過表面514を十分に平滑な状態で残存させて、光ファイバーに、または光ファイバーから光を結合させても良い。ただしある実施例では、さらに平滑化処理が行われる。この処理は、アルミナもしくはダイヤモンド等のスラリーによる研磨、研磨手段または他の方法によって行われても良い。
別の実施例では、PCB502の表面から光ファイバー504の光透過表面514の露出部まで延伸する一つのウェルのみが形成される。そのような実施例では、PCB502の表面から光ファイバー504まで、少なくとも部分的に延伸する別の管が形成されても良く、これにより、光がマトリクス材料505に拡散または屈折することが防止できる。あるいは、光ファイバー504の光透過表面514をマスクで被覆した状態で光遮蔽層510を設置して、光遮蔽層510が付与されていない光ファイバー504の透過表面514を残したまま、光がマトリクス材料505に拡散または屈折することを防止しても良い。さらに別の実施例では、別個の管または光遮蔽層510を使用せず、そのような構造部がなくても、十分な光が光ファイバー504に到達するようにしても良い。
図6eには、第2のウェル512に光再導波器516が挿入されたPCB502の側断面図を示す。ある実施例では、接着材518によって、光再導波器516が面内に保持される。ある実施例では、接着材518は、この位置では硬化せず、再使用されるようになっており、光再導波器516（「光学再導波器」としても知られている）の位置を変えることができる。別の実施例では、別の接着材料518が使用され、光再導波器516が面内に保持される。ある実施例では、これらの接着材料518は、光再導波器516を所望の面内に保持するが、この接着材料518は、負荷または力または他の手段により、再利用あるいは変更することができ、光再導波器516の位置を変えることができる。光再導波器516は、ミラー、プリズムまたは光を再誘導する別の装置であっても良い。
図6fには、光ファイバー504から、および光ファイバー504に光を正確に結合するように、光再導波器516の角度および位置を定める実施例の側断面図を示す。図の例では、光源522は、光を光再導波器516の方向に誘導する。光再導波器516は、光を光ファイバー504に再誘導し、光検出器524に光が出力される。光検出器524からのフィードバックを利用して、光再導波器516によって、光源522からの十分な（または一部の）光が光ファイバー504に再誘導される。光ファイバー504に十分な光が再誘導されない場合、光再導波器516の位置および角度が変更される。従って、光検出器524で受光される光を監視して、これに基づき光再導波器516を調節することにより、光再導波器516の位置を正確に設定することができる。ある実施例では、光再導波器516が正確に設置されるまで、接着材518は硬化せず、光再導波器516の位置を変更することができる。ある実施例では、光再導波器516が正確に設置されてから、接着材518または他の接着材料518が硬化または設置され、光再導波器516が正しい位置に維持される。他の方法で光再導波器516を設置しても良い。例えば、光検出器524は、第2のウェル512の上部に光源522に隣接して設置される。次に光検出器524は、反射されて光ファイバー504に結合されていない光を検出する。光ファイバー504に結合される光量がより多くなると、反射光はより少なくなる。光再導波器516は、光検出器524において十分に少量の光が検出されるようになるまで調節される。
図6gには、第2のウェル512が光学的に中性な材料526で充填されたPCB502の側断面図を示す。この光学的に中性の材料526は、大部分または全ての光を透過する。また材料526は、光再導波器516が損傷を受けたり、配置が変わることを防止するとともに、PCB502に構造支持を提供する。光再導波器516の位置が再度変化することを防止するため、接着材料518が面内に設置されない実施例では、光再導波器516を面内に保持するため、光学的に中性な材料526使用される。
図6hには、光ガイド528が設置された後のPCB502の側断面図を示す。光ガイド528は、光再導波器516とPCB502の表面の間に光を誘導することを助長する。ある実施例では、光学的に中性な材料526に孔が形成され、次に光ガイド528が孔に挿入される。必要であれば、孔の側壁をある材料でコーティングして、孔に挿入された光ガイド528以外の光ガイド528を構成しても良い。他の実施例では、光ガイド528が省略される。
このように、光貫通孔によって、光はPCB502の表面から光ファイバー504または光再導波器516の方に進行する。光貫通孔は、第2のウェル512のような単なる孔であっても良く、または図6gに示すように、そこに光学的に中性な材料526が充填されても良く、あるいは、図6hに示すように、光ガイド528を含んでも良く、あるいは他の形態の構造であっても良い。
図6iには、光部品530が設置されたPCB502の側断面図を示す。光部品530は、光学装置、電気―光および／または光―電気変換が可能なモジュールを有する電子装置、光をPCB502に設置されていない装置に結合する部品530、または他の種類の部品530である。従って、部品530は、光通信のため、光ファイバー504を使用することができる。部品530が光信号を伝送する場合、この信号は、部品530から光再導波器516の方に進行する（ある実施例では、光ガイド528がこれを助長する）。光再導波器516は、光ファイバー504内に光を結合させ、光はこれに沿って目的対象物に進行する。同様に、部品530が光データ信号を受信した場合、この信号は光ファイバー504に沿って進行し、光再導波器516に至る。光再導波器516は、信号を再誘導し、信号は、光貫通孔の上方に進行し、部品530に至る（ある実施例では、光ガイド528がこれを助長する）。光ファイバー504が埋設されたPCB502によって、部品530は、データを光学的に高速転送する。
本発明は、特定の実施例を参照してここに示されているが、当業者には、容易に多くの変更が可能である。また、本発明の実施例に関する前述の記載、および左、右、上方、下方、上部、下部、第1、第2等の用語を含む表現は、説明のために使用されたに過ぎず、本発明を限定するものではない。装置の実施例またはここに示した事項は、多くの位置および向きで製作、使用、発送することができる。従って、そのような全ての変更および改変は、以下の請求項によって定められる本発明の範囲に属する。
典型的な従来のプリント回路基板（PCB）の一部の断面図である。 本発明の一実施例によるシステムの断面図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第1の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第1の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第1の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第1の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第1の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第1の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第1の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第1の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第1の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第2の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第2の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第2の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに埋設する第2の実施例を示す図である。 光ファイバーをPCBに一体化するための各種方法を示した断面図である。 PCBに埋設された光ファイバーを光信号源または目的対象物と接続するための方法を示した断面図である。 PCBに埋設された光ファイバーを光信号源または目的対象物と接続するための方法を示した断面図である。 PCBに埋設された光ファイバーを光信号源または目的対象物と接続するための方法を示した断面図である。 PCBに埋設された光ファイバーを光信号源または目的対象物と接続するための方法を示した断面図である。 PCBに埋設された光ファイバーを光信号源または目的対象物と接続するための方法を示した断面図である。 PCBに埋設された光ファイバーを光信号源または目的対象物と接続するための方法を示した断面図である。 PCBに埋設された光ファイバーを光信号源または目的対象物と接続するための方法を示した断面図である。 PCBに埋設された光ファイバーを光信号源または目的対象物と接続するための方法を示した断面図である。 PCBに埋設された光ファイバーを光信号源または目的対象物と接続するための方法を示した断面図である。

Claims (10)

  1. 光貫通孔の第1の部分として、プリント回路基板のマトリクス材料内に第1のウェルを形成するステップであって、前記プリント回路基板に埋設された光ファイバーを露出させるステップと、
    前記第1のウェルの側壁に光遮蔽材料を設置するステップであって、光が前記光貫通孔に沿って進行する際に、少なくとも一部の光が前記プリント回路基板の前記マトリクス材料に入射することが抑制されるステップと、
    前記第1のウェルの側壁に前記光遮蔽材料を設置するステップの後、前記光貫通孔の第2の部分として、前記第1のウェル内に、前記光ファイバーを貫通して延伸する第2のウェルを形成するステップであって、前記光ファイバーの光透過表面が露出されるステップと、
    硬化性接着材で、前記光貫通孔内に光再導波器を設置するステップと、
    前記光貫通孔に誘導された光を再誘導して、該光を前記光ファイバーに結合させるため、前記光再導波器を調節するステップと、
    前記硬化性接着材を硬化させ、調節された位置に、前記光再導波器を固定するステップと、
    前記光貫通孔を実質的に充填し、前記光再導波器を取り囲むように、光学的に透明な材料を設置するステップと、
    を有する方法。
  2. さらに、光ガイドを形成するステップを有し、光は、前記光貫通孔に沿って、前記光学的に透明な材料を貫通するように誘導されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記第1のウェルは、前記光ファイバーの直径の少なくとも2倍の直径を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 前記光再導波器を調節するステップは、
    光源からの光を、前記光貫通孔を介して、前記光再導波器に誘導するステップと、
    前記光源からの光を前記光再導波器によって再誘導させるステップと、
    前記光再導波器によって再誘導された後、前記光ファイバーに沿って進行する前記光源からの光を、光検出器で検出するステップと、
    検出された光を測定するステップと、
    前記光再導波器の位置を変更するステップと、
    を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 表面を有する装置であって、
    複数の織物構造のファイバーを有する層を有するマトリクス材料、
    前記構造のファイバーとともに編み込まれ、前記層を形成する埋設された光ファイバー、
    前記マトリクス材料を貫通するように形成され、光が、前記表面と前記埋設された光ファイバーの間を進行できるようにする光貫通孔であって、該光貫通孔は、前記マトリクス材料と前記光貫通孔の間の境界を定める側壁を有し、前記光ファイバーの上方の前記側壁の上部は、光遮蔽材料の層で被覆され、光が前記光貫通孔に沿って進行する際に、少なくとも一部の光は、前記マトリクス材料に入射することが抑制される、光貫通孔、
    前記光貫通孔に沿って前記光ファイバーから受光された光を、当該装置の前記表面の方に再誘導し、前記光貫通孔から受光された光を、前記光ファイバーに再誘導する光再導波器、および
    硬化する前に、当該装置の調節可能な位置に、前記光再導波器を取り付けるための硬化性取付材料であって、前記光再導波器の位置が固定されてから硬化される硬化性取付材料、
    を有する装置。
  6. さらに、前記光貫通孔の内部および前記光再導波器の周囲に、光学的に透明な材料を有することを特徴とする請求項5に記載の装置。
  7. さらに、光ガイドを有し、光は、前記光貫通孔に沿って、前記光学的に透明な材料を貫通するように誘導されることを特徴とする請求項6に記載の装置。
  8. 回路基板を有する装置であって、
    前記回路基板は、
    表面と、
    複数の織物構造のファイバーを有する層を有するマトリクス材料と、
    前記構造のファイバーとともに編み込まれ、前記層を形成する埋設された光ファイバーと、
    前記マトリクス材料を貫通するように形成され、光が、前記表面と前記埋設された光ファイバーの間を進行できるようにする第1の光貫通孔であって、該第1の光貫通孔は、前記マトリクス材料と前記光貫通孔の間の境界を定める側壁を有し、前記光ファイバーの上方の前記側壁の上部は、光遮蔽材料の層で被覆され、光が前記光貫通孔に沿って進行する際、少なくとも一部の光は、前記マトリクス材料に入射することが抑制される、第1の光貫通孔と、
    前記マトリクス材料を貫通するように形成され、光が、前記表面と前記埋設された光ファイバーの間を進行できるようにする第2の光貫通孔と、
    前記第1の光貫通孔に沿って、前記光ファイバーから受光された光を、当該装置の前記表面の方に再誘導し、前記第1の光貫通孔から受光された光を、前記光ファイバーに再誘導する第1の光再導波器であって、硬化性接着材により、硬化する前に当該装置の調節可能な位置に取り付けられ、前記第1の光再導波器の位置が固定されてから硬化性接着材が硬化される第1の光再導波器と、
    前記第2の光貫通孔に沿って、前記光ファイバーから受光された光を、当該装置の前記表面の方に再誘導し、前記第2の光貫通孔から受光された光を、前記光ファイバーに再誘導する第2の光再導波器と、
    前記回路基板に接続され、前記第1の光貫通孔と光学的に接続された第1の光学部品であって、前記第1の光貫通孔に沿って、光信号を前記第1の光再導波器に伝送し、前記第1の光再導波器から前記第1の光貫通孔まで進行する光信号を受信する、第1の光学部品と、
    前記回路基板に接続され、前記第2の光貫通孔と光学的に接続された第2の光学部品であって、前記第2の光貫通孔に沿って、光信号を前記第2の光再導波器に伝送し、前記第2の光再導波器から前記第2の光貫通孔まで進行する光信号を受信する、第2の光学部品と、
    を有する装置。
  9. 前記第1の光貫通孔に沿って、前記第1の光学部品から前記第1の光再導波器に伝送された光信号は、前記埋設された光ファイバーの方に再誘導され、前記第2の光再導波器に至り、該第2の光再導波器によって、前記光信号は、前記第2の光貫通孔まで再誘導され、前記第2の光学部品によって受信されることを特徴とする請求項8に記載の装置。
  10. 前記回路基板は、複数の層を有し、
    前記埋設された光ファイバーを有する層は、前記複数の層の第1および第2の層間にある、第3の層であることを特徴とする請求項8に記載の装置。
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