JP5399671B2

JP5399671B2 - 光電複合基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP5399671B2
Application number: JP2008241444A
Authority: JP
Inventors: 直幸近藤; 徹中芝; 眞治橋本; 広次岸本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: JP2010072472A

Description

本発明は、樹脂材料で形成される光導波路と電気回路が設けられた光電複合基板及びその製造方法に関するものである。

インターネットに代表される光通信の高速処理のニーズとは別に、装置内で大量の画像情報を伝送する分野に光伝送を採用し、高速処理や電磁ノイズ回避を実現しようというニーズが高まっている。これにはＬＳＩやＩＣチップの間を従来の電気伝送に替えて光で伝送する装置内インターコネクションが重要な技術となる。この分野では、長距離光通信で使用されている、波長１．３μｍや１．５μｍ台の波長を用いる断面が１０μｍ以下のシングルモード導波路ではなく、光導波路の光入出力部と受発光素子の位置合せを容易にするために断面が３０〜１００μｍのマルチモード導波路が最適である。

そして、装置内に高速伝送を形成するには、マルチモード導波路が最適であるが、低速伝送も必要であり、また電源回路は必ず必要である。このため、光導波路（光回路）と電気回路が一体となった光電複合基板が望まれている。

このような光導波路と電気回路を複合化した光電複合基板としては、電気回路を設けたプリント配線板を用い、プリント配線板の基板に透明樹脂をクラッドやコアとして積層することによって光導波路を形成するようにしたものが従来から提案されている（例えば特許文献１、特許文献２等参照）。

このような光電複合基板において、プリント配線板の基板にその電気回路に接続した状態で受発光素子が実装されるものであり、基板にスルーホール等を形成すると共に、コアに４５°の傾斜面などを加工してミラーを形成し、スルーホールを通して受発光素子とミラーとを光学的に結合することによって、光導波路による光伝送が行なわれるようになっている。
国際公開ＷＯ０１／０１１７６号パンフレット特開２００４−２０７６７号公報

プリント配線板の基板は一般に光を透過させないために、上記のようにスルーホール等を基板に加工し、受発光素子と光導波路との間の光の受け渡しをスルーホール等を通して行なうようにしているのである。

そしてプリント配線板の基板にスルーホールを形成する加工は、基板に光導波路を形成する前に行なう必要があるが、このように基板にスルーホールが開口していると、基板の表面にクラッド用の樹脂やコア用の樹脂を順次積層するビルドアップ工法で光導波路を形成する場合、スルーホールの部分で光導波路に凹凸が生じるために、ミラーの形成が困難になる。このために光導波路をビルドアップ工法で形成することができず、別の工程で光導波路を形成しておき、この光導波路をプリント配線板の基板に転写するという無駄の多い工法を採用せざるを得ないものであった。また敢えてビルドアップ工法を採用する場合には、プリント配線板の基板に形成したスルーホールを透明体で埋めたり、仮埋めしたりして基板の表面をフラットにした後に、クラッド用の樹脂やコア用の樹脂を積層するようにする必要があり、工数が増えることになるという問題があった。

また、プリント配線板の基板の表面にビルドアップ工法で光導波路を作製するにあたっては、基板の表面に透明樹脂を第１のクラッドとして積層した後、第１のクラッドより屈折率が高い透明樹脂を第１のクラッドの表面に積層してコアを形成し、さらにコアの上から第１のクラッドと同じ屈折率の透明樹脂を第１のクラッドの表面に積層して第２のクラッドを形成することによって行なわれており、透明樹脂を３層に積層する必要があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、プリント配線板の基板にスルーホール等を設ける必要がなく、また光導波路を２層の透明樹脂の積層で形成することができる光電複合基板及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る光電複合基板は、ガラス繊維の屈折率をｎとすると、ｎ＋０．０３〜ｎ＋０．０６の範囲の屈折率を有する高屈折率樹脂と、ｎ−０．０４〜ｎ−０．０８の範囲の屈折率を有する低屈折率樹脂とを混合して、ガラス繊維基材と略同じ屈折率に調整した樹脂組成物をガラス繊維基材に含浸・硬化して作製される透明基板１の片面に電気回路２を設けて形成されるプリント配線板３、及び、透明基板１を第１のクラッドＣＬ１として、透明基板１より屈折率が高い透明樹脂４をこの透明基板１の電気回路２を設けていない面に積層して形成され、電気回路２に接続して透明基板１の電気回路２を設けた面に実装される受発光素子５の受発光面６に対応する箇所において、光路を受発光面６の方向に偏向させるミラー７を設けたコアＣＯと、透明基板１と屈折率が略同じ透明樹脂８を透明基板１の電気回路２を設けた面と反対側の面にコアＣＯの上から積層して形成され、コアＣＯを被覆する第２のクラッドＣＬ２とを備えた光導波路９を具備して成ることを特徴とするものである。

この発明によれば、透明基板１に電気回路２を設けて形成されるプリント配線板３を用いることで、コアＣＯのミラー７とプリント配線板３に実装した受発光素子５の受発光面６との光学的な結合を、透明基板１を通して行なうことができるものであり、光学的結合のためにスルーホールをプリント配線板３に設けるような必要がなくなるものである。またビルドアップ工法で光導波路９を形成するにあたって、プリント配線板３の透明基板１を第１のクラッドＣＬ１として、コアＣＯ用の透明樹脂４と第２のクラッドＣＬ２用の透明樹脂８を積層することによって、２層の透明樹脂４，８の積層で光導波路９を形成することができるものである。

また本発明は、第２のクラッドＣＬ２の上記プリント配線板３と反対側の面に、第２のプリント配線板１０が積層されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、光電複合基板の両面にプリント配線板３，１０を配置して設けることができ、電気伝送路を増加することができるのは勿論、寸法安定性を高めて信頼性を向上することができるものである。

また本発明は、上記の第２のプリント配線板１０の基板１１は、第２のクラッドＣＬ２と略同じ屈折率の透明基板であることを特徴とするものである。

この発明によれば、第２のプリント配線板１０の基板１１によって第２のクラッドＣＬ２の一部を形成するようにすることができ、第２のクラッドＣＬ２の厚みを薄く形成することができるものである。

また本発明は、コアＣＯのミラー７に対応する箇所、受発光素子５の実装部を除いて、上記プリント配線板３の透明基板１の電気回路２を形成した面をソルダーレジスト１２で被覆したことを特徴とするものである。

この発明によれば、コアＣＯのミラー７に光を入出力させるのに必要な部分を除いて透明基板１の表面をソルダーレジスト１２で覆うことができ、ノイズとなる光が透明基板１を通してコアＣＯに入ることを防いで、ノイズの発生を低減することができるものである。

本発明に係る光電複合基板の製造方法は、ガラス繊維の屈折率をｎとすると、ｎ＋０．０３〜ｎ＋０．０６の範囲の屈折率を有する高屈折率樹脂と、ｎ−０．０４〜ｎ−０．０８の範囲の屈折率を有する低屈折率樹脂とを混合して、ガラス繊維基材と略同じ屈折率に調整した樹脂組成物をガラス繊維基材に含浸・硬化して作製される透明基板１の片面に電気回路２を設けて形成されるプリント配線板３を用い、透明基板１を第１のクラッドＣＬ１として、透明基板１の電気回路２を設けていない面に、透明基板１より屈折率が高い透明樹脂４を積層すると共にパターニング加工してコアＣＯを形成する工程と、電気回路２に接続して透明基板１の電気回路２を設けた面に実装される受発光素子５の受発光面６に対応する箇所において、電気回路２を透明基板１を通して見ながら、電気回路２を基準に位置決めした位置でコアＣＯを加工して光路を受発光面の方向に偏向させるミラー７を形成する工程と、透明基板１と屈折率が略同じ透明樹脂８を透明基板１の電気回路２を設けた面と反対側の面にコアＣＯの上から積層して、コアを被覆する第２のクラッドを形成する工程とから、光導波路９を形成することを特徴とするものである。

この発明によれば、透明基板１に電気回路２を設けて形成されるプリント配線板３を用いることで、コアＣＯのミラー７とプリント配線板３に実装した受発光素子５の受発光面６との光学的な結合を、透明基板１を通して行なうことができるので、光学的結合のためにスルーホールをプリント配線板３に加工する必要がなくなるものであり、またプリント配線板３の透明基板１を第１のクラッドＣＬ１として、コアＣＯ用の透明樹脂４と第２のクラッドＣＬ２用の透明樹脂８を積層することで、２層の透明樹脂４，８をビルドアップすることによって光導波路９を形成することができるものである。しかも、コアＣＯにミラー７を形成するにあたっては、受発光素子５を接続する電気回路２を透明基板１を通して見ながら位置合せをして行なうことができるものであり、ミラー７の形成を位置精度高く行なうことができるものである。

本発明によれば、透明基板１に電気回路２を設けて形成されるプリント配線板３を用いることで、コアＣＯのミラー７とプリント配線板３に実装した受発光素子５の受発光面６との光学的な結合を、透明基板１を通して行なうことができるものであり、光学的結合のためにスルーホールをプリント配線板３に設けるような必要がなくなるものである。またビルドアップ工法で光導波路８を形成するにあたって、プリント配線板３の透明基板１を第１のクラッドＣＬ１として、コアＣＯ用の透明樹脂４と第２のクラッドＣＬ２用の透明樹脂８を積層することによって、２層の透明樹脂４，８の積層で光導波路９を形成することができるものであり、光導波路９を少ない工数で形成することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明で用いるプリント配線板３は、透明基板１の片面に電気回路２を設けることによって形成されるものである。

そしてこの透明基板１は、ガラス繊維より屈折率の大きい高屈折率樹脂と、ガラス繊維より屈折率の小さい低屈折率樹脂とを混合して、屈折率がガラス繊維の屈折率に近似するように調整した樹脂組成物を用い、この樹脂組成物をガラス繊維基材に含浸・硬化することによって、作製することができるものである。

上記のガラス繊維より高屈折率の樹脂として、シアネートエステル樹脂を用いるのが好ましい。シアネートエステル樹脂は、１分子中に２個以上のシアネート基を有するシアネートエステル化合物が３量化でトリアジン環を生成して重合したものであり、シアネートエステル化合物としては、例えば、２，２−ビス（４−シアナートフェニル）プロパン、ビス（３，５−ジメチル−４−シアナートフェニル）メタン、２，２−ビス（４−シアナートフェニル）エタン等、あるいはこれらの誘導体など、芳香族シアネートエステル化合物を用いることができる。これらは単独で用いる他、複数種を組み合わせて用いるようにしてもよい。このシアネートエステル樹脂は剛直な分子骨格を有するものであり、このため、硬化物に高いガラス転移温度を与えるものである。またシアネートエステル樹脂は常温で固形であるので、後述のように樹脂組成物をガラス繊維の基材に含浸して乾燥することによってプリプレグを調製する際に、指触乾燥することが容易になるので、プリプレグの取り扱い性が良好になるものである。

ここで、ガラス繊維の屈折率が例えば１．５６である場合、高屈折率樹脂として用いるシアネートエステル樹脂は屈折率が１．６前後のものが好ましく、ガラス繊維の屈折率をｎとすると、ｎ＋０．０３〜ｎ＋０．０６の範囲のものであることが望ましい。尚、本発明において、樹脂の屈折率は、いずれも硬化した樹脂の状態での屈折率をいうものであり、ＡＳＴＭＤ５４２で試験した値である。

一方、上記のガラス繊維より低屈折率の樹脂としては、低屈折率であれば任意のエポキシ樹脂を用いることができるが、水添ビスフェノール型エポキシ樹脂を用いるのが好ましい。ガラス繊維の屈折率が例えば１．５６である場合、この低屈折率のエポキシ樹脂としては屈折率が１．５前後のものが好ましく、ガラス繊維の屈折率をｎとすると、ｎ−０．０４〜ｎ−０．０８の範囲のものであることが望ましい。

低屈折率の水添ビスフェノール型エポキシ樹脂において、ビスフェノール型としては、ビスフェノールＡ型の他に、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＳ型などを用いることもできる。

また、低屈折率の水添ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、常温で固形の固形型水添ビスフェノール型エポキシ樹脂を用いるのが好ましい。常温で液状の液状型水添ビスフェノール型エポキシ樹脂を使用することもできるが、プリプレグを調製する際に、指触で粘着性のある状態にまでしか乾燥することができず、プリプレグの取り扱い性が悪くなるので、固形型水添ビスフェノール型エポキシ樹脂を使用するのが好ましいのである。さらに、低屈折率のエポキシ樹脂として、水添ビスフェノール型エポキシ樹脂以外のものを併用することも可能であり、例えば１，２−エポキシ−４−（２−オキシラニル)シクロヘキサンを含むエポキシ樹脂を併用することができる。このエポキシ樹脂は屈折率を微調整するために併用するものであり、また常温で固体であるために透明基板１の成形を容易にするためにも最適な樹脂である。

そして、上記の高屈折率のシアネートエステル樹脂と、低屈折率の水添ビスフェノール型エポキシ樹脂などエポキシ樹脂とを混合して、ガラス繊維の屈折率に近似した樹脂組成物を調製して用いるものである。高屈折率のシアネートエステル樹脂と低屈折率のエポキシ樹脂の混合比率は、ガラス繊維の屈折率に近似させるように、任意に調整されるものである。ここで、樹脂組成物の屈折率はガラス繊維の屈折率にできるだけ近いことが望ましいが、ガラス繊維の屈折率をｎとすると、ｎ−０．０２〜ｎ＋０．０２の範囲で近似するように調整するのが好ましい。

またこの樹脂組成物は、その硬化樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）が１７０℃以上になるように調製されるのが好ましい。ガラス転移温度が１７０℃以上であることによって、透明基板１の耐熱性を高めることができるものである。ガラス転移温度の上限は特に設定されるものではないが、実用的には２８０℃程度がガラス転移温度の上限である。ガラス転移温度の調整は、樹脂組成物中の上記のシアネートエステル樹脂の配合比率を変えることによって行なうことができるものであり、併用する低屈折率樹脂の種類に左右されるが、樹脂組成物の樹脂分中、シアネートエステル樹脂が約３０質量％以上であれば、樹脂組成物のガラス転移温度を１７０℃以上に調整することができる。ここで、本発明において、ガラス転移温度は、ＪＩＳＣ６４８１ＴＭＡ法に準拠して測定した値である。

さらに樹脂組成物には、硬化開始剤（硬化剤）を配合することができる。この硬化開始剤としては、有機金属塩を用いることができる。そしてこの有機金属塩としては、例えば、オクタン酸、ステアリン酸、アセチルアセトネート、ナフテン酸、サリチル酸等の有機酸と、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｆｅ等の金属との塩を挙げることができる。これらは一種を単独で用いる他に、二種以上を併用することもできるが、中でも、オクタン酸亜鉛が好ましい。硬化開始剤としてオクタン酸亜鉛を用いることによって、硬化樹脂のガラス転移温度を高めることができるものである。樹脂組成物中のオクタン酸亜鉛など有機金属塩の含有量は、特に限定されるものではないが、０．０１〜０．１ＰＨＲの範囲が好ましい。

また硬化開始剤として、カチオン系硬化剤を用いることもできる。このようにカチオン系硬化剤を用いることによって樹脂の透明性を高めることができるものである。カチオン系硬化剤としては、特に限定されるものではないが、芳香族スルホニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、アンモニウム塩、アルミニウムキレート、三フッ化ホウ素アミン錯体などを用いることができる。樹脂組成物中のカチオン系硬化剤の含有量は、特に限定されるものではないが、０．２〜３．０ＰＨＲの範囲が好ましい。

さらに硬化開始剤として、トリエチルアミン、トリエタノールアミン等の３級アミン、２−エチル−４−イミダゾール、４−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチル−イミダゾール（２Ｅ４ＭＺ）などの硬化触媒を用いることもできる。樹脂組成物中の硬化触媒の含有量は、特に限定されるものではないが、０．５〜５ＰＨＲの範囲が好ましい。

上記のように高屈折率のシアネートエステル樹脂、低屈折率の水添ビスフェノール型エポキシ樹脂などエポキシ樹脂、硬化開始剤を配合することによって樹脂組成物を調製することができるものである。この樹脂組成物は、必要に応じて溶剤に溶解乃至分散して樹脂ワニスとして使用するものである。この溶剤としては、特に限定されるものではないが、ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、２−ブタノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジアセトンアルコール、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアセトアミドなどを用いることができる。

一方、ガラス繊維としては、透明基板１の耐衝撃性を高める効果の点からＥガラスやＮＥガラスであることが好ましい。Ｅガラスは無アルカリガラスとも称され、樹脂強化用ガラス繊維として汎用されるガラスであり、ＮＥガラスはＮｅｗＥガラスのことである。またガラス繊維には、耐衝撃性を向上させる目的で、ガラス繊維処理剤として通常使用されているシランカップリング剤によって表面処理しておくことが好ましい。ガラス繊維の屈折率は１．５５〜１．５７の範囲であることが好ましく、１．５５５〜１．５６５の範囲であることがさらに好ましい。ガラス繊維の屈折率がこの範囲であれば、視認性に優れた透明基板１を得ることができるものである。ガラス繊維の基材としては、ガラス繊維の織布あるいは不織布を使用することができる。

そしてガラス繊維の基材に樹脂組成物のワニスを含浸し、加熱して乾燥することによって、プリプレグを調製することができる。乾燥条件は特に限定されるものではないが、乾燥温度１００〜１６０℃、乾燥時間１〜１０分間の範囲が好ましい。

次にこのプリプレグを１枚、あるいは複数枚重ね、加熱加圧成形することによって、樹脂組成物を硬化させて、透明基板１を得ることができるものである。加熱加圧成形の条件は、特に限定されるものではないが、温度１５０〜２００℃、圧力１〜４ＭＰａ、時間１０〜１２０分間の範囲が好ましい。

そしてこのとき、銅箔などの金属箔をプリプレグの片面に重ねた状態で、上記のように加熱加圧成形をすることによって、金属張りの透明基板１を作製することができるものであり、透明基板１の片面に積層した金属箔に露光・エッチング等のプリント配線加工をすることによって電気回路２を形成することができ、図２（ａ）に示すような、透明基板１の片面に電気回路２を設けたプリント配線板３を得ることができるものである。

ここで、上記のように作製される透明基板１にあって、高屈折率のシアネートエステル樹脂と低屈折率の水添ビスフェノール型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂が重合して形成される樹脂マトリクスは、シアネートエステル樹脂を含有することによってガラス転移温度が高いものであり、耐熱性に優れた透明基板１を得ることができるものである。またシアネートエステル樹脂や水添ビスフェノール型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂はいずれも透明性に優れるものであり、高い透明性を確保した透明基板１を得ることができるものである。この透明基板１において、ガラス繊維の基材の含有率は２５〜６５質量％の範囲であることが好ましく、この範囲であれば、ガラス繊維による補強効果で高い耐衝撃性を得ることができると共に、十分な透明性を得ることができるものである。

またガラス繊維の基材としては、透明性を高く得るために、厚みの薄いものを複数枚重ねて用いるのが好ましい。具体的には、ガラス繊維基材として厚み５０μｍ以下のものを用い、この５０μｍ以下の厚みのガラス繊維基材を２枚以上重ねて使用するのが好ましい。ガラス繊維基材の厚みの下限は特に限定されるものではないが、１０μｍ程度が実用上の下限である。またガラス繊維基材の枚数も特に限定されるものではないが、２０枚程度が実用上の上限である。このように複数枚のガラス繊維基材を用いて透明基板１を製造する場合、各ガラス繊維基材に樹脂組成物を含浸・乾燥してプリプレグを作製し、このプリプレグを複数枚重ねて加熱加圧成形することによって透明基板１を得ることができるが、複数枚のガラス繊維基材を重ねた状態で樹脂組成物を含浸・乾燥してプリプレグを作製し、このプリプレグを加熱加圧成形して透明基板１を得るようにしてもよい。

本発明は上記のような透明基板１の片面に電気回路２を設けたプリント配線板３を用いて光電複合基板を製造するものであり、まずこの透明基板１の電気回路２を設けた面と反対側の面に、図２（ｂ）のように透明樹脂４を積層する。この透明樹脂４としては、透明基板１の屈折率よりも高い屈折率を有するものを用いるものであり、透明基板１を形成する樹脂と同系統の樹脂であることが好ましい。透明樹脂４の積層厚みは、特に限定されるものではないが、２０〜１００μｍ程度が好ましい。また透明基板１と透明樹脂４の密着性を高めるために、少なくとも一方にプラズマ処理を施しておくのが好ましい。

透明基板１への透明樹脂４の積層は、例えば図３（ａ）のように、転写フィルム１６に透明樹脂４の層をラミネートすると共に透明樹脂４の層の表面にカバーフィルム１７を張ったラミネートフィルムを用い、カバーフィルム１７を剥がした状態で透明樹脂４の層を透明基板１の表面に貼って転写した後、転写フィルム１６を透明樹脂４の層から剥がす、ラミネートの工法で行なうことができる。勿論、これに限定されるものではなく、透明基板１の表面に透明樹脂４のコーティング液をスピンコート、ディップコートなどの塗布法で塗布することによって、透明樹脂４を積層するようにしてもよい。

このように透明基板１の片側表面に透明樹脂４を積層した後、透明樹脂４を図２（ｃ）のようにパターン形状に加工して光導波路９のコアＣＯを形成する。パターンニング加工は、例えば、未硬化状態の透明樹脂４の表面に光回路パターンを施したマスクを重ね、マスクの上から紫外線等の光を照射することによって、透明樹脂４を光回路パターンの部分のみ硬化させ、現像液で未硬化の部分を溶解除去することによって、透明樹脂４を光回路パターン形状で残すようにして、行なうことができる。現像液としては、有機溶剤を用いることができるものであり、例えばアセトン、イソプロピルアルコール、トルエン、エチレングリコール等を挙げることができる。また特開２００７−２９２９６４号公報に開示される水系の現像液も良好に使用することができる。現像方法としては、現像液をスプレーにより噴射する方法、超音波洗浄を利用する方法など、任意の方法を採用することができる。

次に、図２（ｄ）のようにコアＣＯにミラー７を形成する。ミラー７は、光導波路９の光路を直角に屈曲して、光導波路９に光が入出力されるようにするためのものである。後述の図１のようにプリント配線板３には、光導波路９を設けた反対側の面において透明基板１に受発光素子５が実装されるので、この受発光素子５の受発光面６と対応する位置において、コアＣＯにミラー７を形成するようにしてある。

ミラー７の形成は例えば図３（ｂ）に示すように、コアＣＯの両端部をダイシングやルータ等の加工具１９で４５°の角度に切削加工することによって行なうことができるものである。コアＣＯにミラー７を形成する位置の位置決めは、例えば透明基板１にアライメントマークを設けておき、このアライメントマークを基準にしておこなうことができる。尚、ミラー７のこの４５°の傾斜面は、傾斜する外面が透明基板１と反対側を向くように形成されるものである。またミラー７の加工した傾斜面の粗さを低減させるため、レーザーを用いて平滑化したり、コアＣＯと屈折率が近似した樹脂をコーティングしたりし、反射率を高めるようにするのが好ましい。さらにミラー７のこの傾斜面に蒸着やスパッタ等で金属の反射膜を形成することによって、ミラー７の反射効率をより高めることができるものである。反射膜の金属としては、信頼性の面から金が最も好ましいが、信頼性があまり厳しく要求されない用途に使用する場合には、他の金属であってもよい。

ここで、プリント配線板３の透明基板１の表面に図１のように実装される受発光素子５は、透明基板１に設けた電気回路２に接続した状態で実装されるものであり、電気回路２の位置と受発光素子５の位置とは相対的に決まっている。従って、電気回路２のパターンを基準にして透明基板１に実装される受発光素子５の位置を特定することができるものであり、また電気回路２のパターンは透明基板１を通してコアＣＯの側から視認することができる。そこで本発明では、電気回路２を透明基板１を通して見ながら、電気回路２を基準に位置合せしてコアＣＯのミラー７の形成位置を位置決めし、この状態でコアＣＯにミラー７を加工するようにしてあり、透明基板１にアライメントマークを設けるような必要なく、コアＣＯにミラー７を位置精度高く形成することができるものである。

上記のようにコアＣＯにミラー７を形成した後、図２（ｅ）のように、コアＣＯの上から、透明基板１の電気回路２を形成した面と反対側の表面に透明樹脂８を積層し、透明樹脂８でコアＣＯを被覆する。この透明樹脂８はコアＣＯより屈折率が低く、透明基板１とほぼ同じ屈折率を有するものが用いられるものであり、透明基板１を形成する樹脂と同じ樹脂を用いるのが好ましいが、屈折率が透明基板１とほぼ同じであれば、他の樹脂であってもよい。

透明樹脂８の積層は、例えば図３（ｃ）のように、転写フィルム１６に透明樹脂８の層をラミネートすると共に透明樹脂８の層の表面にカバーフィルム１７を張ったラミネートフィルムを用い、カバーフィルム１７を剥がした状態で透明樹脂８の層をコアＣＯの上から透明基板１の表面に貼って転写した後、転写フィルム１６を透明樹脂８の層から剥がす、ラミネートの工法で行なうことができる。勿論、これに限定されるものではなく、コアＣＯの上から透明基板１の表面に透明樹脂８のコーティング液をスピンコート、ディップコートなどの塗布法で塗布することによって、透明樹脂８を積層するようにしてもよい。

そして透明樹脂８に光照射や加熱等をして硬化させることによって、プリント配線板３の透明基板１が第１のクラッドＣＬ１、透明樹脂８の硬化層が第２のクラッドＣＬ２となり、コアＣＯをこのクラッドＣＬ１，ＣＬ２間に設けた光導波路９を形成することができるものであり、図１に示すような、プリント配線板３に設けた電気回路２とこの光導波路９とを一体に備えた光電複合基板Ａを得ることができるものである。そしてこの光電複合基板Ａには、プリント配線板３に発光素子５ａや受光素子５ｂからなる受発光素子５が、電気回路２に電気的に接続した状態で実装されるものである。

このように受発光素子５を実装した光電複合基板Ａにあって、発光素子５ａの下面の発光面６で発光された光は、プリント配線板３の透明基板１を透過してコアＣＯの一方の端部のミラー７で反射され、ミラー７で光路が偏向されることによってコアＣＯ内に入射して、コアＣＯ内を伝播される。このようにコアＣＯ内を伝播された光は、コアＣＯの他方の端部のミラー７で反射され、再度光路が変更されることによってコアＣＯから出射し、透明基板１を透過して受光素子５ｂの受光面６で受光される。このように発光素子５ａで発光した光を光導波路９のコアＣＯで伝播して受光素子５ｂで受光することによって、光伝送で情報を高速に伝送することができるものである。

ここで、受発光素子５とコアＣＯのミラー７との間にはプリント配線板３が介在しているが、プリント配線板３は透明基板１を基板とするので、受発光素子５とコアＣＯのミラー７との間の光の行き来は透明基板１を通して行なわれるものであり、プリント配線板３にスルーホールを設けるような必要なく、透明基板１を通して受発光素子５とコアＣＯのミラー７とを光学的に結合することができるものである。そしてこのようにプリント配線板３にスルーホールを設ける必要がないので、上記のようにプリント配線板３の透明基板１に透明樹脂４，８を順に積層するビルドアップ工法で、光導波路９を形成することが容易になるものである。

また上記のように形成される光導波路９は、プリント配線板３の透明基板１を第１のクラッドＣＬ１として形成されるものである。従って、透明基板１の表面にコアＣＯを形成する透明樹脂４と第２のクラッドＣＬ２を形成する透明樹脂８を積層するという、２層の積層で光導波路９の形成を行なうことができるものであり、光導波路９を少ない工数で形成することができるものである。

図４（ａ）は本発明の他の実施の形態を示すものであり、第２のクラッドＣＬのプリント配線板３と反対側の表面に第２のプリント配線板１０を積層して設けたものである。このように第２のプリント配線板１０を積層することによって、上記のプリント配線板３の電気回路２と、第２のプリント配線板１０に設けた電気回路２１を、光電複合基板Ａの両面に形成することができるものであり、電気伝送路を増やすことができるものである。またこのように、樹脂のみで形成されるコアＣＯや第２のクラッドＣＬ２の両側を、ガラス繊維基材で補強されたプリント配線板３，１０で挟む構成に形成することによって、強度の高い光電複合基板Ａを得ることができるものであり、また樹脂が硬化する際の収縮や反り、使用環境における温度変化による寸法変化を抑制することができ、信頼性の高い光電複合基板Ａを得ることができるものである。光電複合基板Ａにスルーホール２２を形成することによって、スルーホール２２で両面の電気回路２，２１を接続することができる。スルーホール２２は例えば、エキシマレーザを照射して１０μｍφに形成することができるものであり、スルーホール２内に過マンガン酸デスミアによる表面処理、過酸化水系によるソフトエッチング処理を施した後に、パネルめっきを形成するようにしてもよい。

第２のプリント配線板１０としては、通常の不透明な基板１１からなるものを用いることができるものであり、基板１１の片側の表面、両側の表面、内部のどの部分において電気回路２１が設けてあってもよい。また第２のプリント配線板１０の積層は、図２（ｅ）のように透明樹脂８を積層して硬化させ、第２のクラッドＣＬ２を作製した後に、第２のクラッドＣＬの表面に接着剤で第２のプリント配線板１０を貼り付けることによって、行なうことができる。

あるいは図４（ｂ）のように、第２のプリント配線板１０の基板１１の表面に透明樹脂８の層をラミネートすると共に透明樹脂８の層の表面にカバーフィルム１７を張ったものを用い、図２（ｄ）の工程で、カバーフィルム１７を剥がした状態で透明樹脂８の層をコアＣＯの上から透明基板１の表面に貼り付けた後、透明樹脂８を硬化させることによって、第２のクラッドＣＬ２の形成と第２のプリント配線板１０の積層とを同時に行なうようにしてもよい。

また、第２のプリント配線板１０としては、不透明な基板１１からなるものの他に、第２のクラッドＣＬ２とほぼ同じ屈折率を有する透明基板を基板１１とするものを用いるようにしてもよい。このような透明基板としては、上記のプリント配線板３の透明基板１と同じものを用いることができるが、屈折率が第２のクラッドＣＬ２とほぼ同じであれば他のものであってもよい。このように第２のプリント配線板１０の基板１１が、第２のクラッドＣＬ２とほぼ同じ屈折率を有する透明基板であると、この透明な基板１１で第２のクラッドＣＬ２の一部を形成することができるものであり、図５に示すように、第２のクラッドＣＬ２の厚みを薄くすることができるものである。従って、光電複合基板Ａの厚みを薄型化することが可能になるものである。この場合、透明な基板１１の第２のクラッドＣＬ２側の表面には電気回路２１が設けられていないことが望ましい。

上記のように光電複合基板Ａのプリント配線板３に受発光素子５を実装するにあたって、プリント配線板３の透明基板１の電気回路２を形成した面には、電気回路２に受発光素子５やその他の実装部品を半田付けで接続する箇所を除いて、ソルダーレジスト１２で被覆し、ソルダーレジスト１２で電気回路２を保護した状態で半田付け加工をすることが行なわれる。そして本発明では、電気回路２に受発光素子５など実装部品を接続して実装する箇所の他に、コアＣＯのミラー７に対応する箇所を除いて、透明基板１の電気回路２を形成した面にソルダーレジスト１２を被覆するようにしてある。このミラー７に対応する箇所は、ミラー７と受発光素子５の受発光面６との間で光が通過する箇所である。このソルダーレジスト１２は、不透明なものであることが好ましい。

ミラー７に対応する箇所や受発光素子５を実装する部分など、一部を除いてソルダーレジスト１２で被覆する方法としては、透明基板１の表面の全面にソルダーレジスト１２を塗布し、被覆しない部分をマスキングして露光して露光部を硬化させた後に、現像して未露光部のソルダーレジスト１２を溶解除去する方法がある。またソルダーレジスト１２を硬化させた後に、部分的に物理的方法で除去するようにしてもよく、例えば、レーザ照射をしてソルダーレジスト１２を部的に蒸散させる方法、機械的にソルダーレジスト１２を切削する方法などがある。レーザとしては、ＫｒＦ、ＡｒＦのエキシマレーザ等に代表される紫外線レーザや、Ｎｄ−ＹＡＧ、ＣＯ_２レーザに代表される赤外線レーザを用いることができる。機械的に切削する方法としてはドリル加工があり、この場合、先端をパッド径に一致させて平坦化しておく必要がある。またできるだけ電気回路２に傷を付けないように切削深さを１μｍ以下で制御するのが望ましい。いずれも、ＣＣＤカメラ等を用いた加工位置の視認と特定ができる機構と、ＮＣ制御等で特定した位置へ高精度に加工できる機構が必要となる。加工位置精度は光を効率良く入出力できるための位置ずれ量を考慮すると、一般的に１０μｍ以下が要求されるものであるが、小さければ小さいほど望ましい。

このように透明基板１の表面をソルダーレジスト１２で被覆することによって、ソルダーレジスト１２が遮蔽膜となって、上記の受発光素子５以外の発光素子の光や、その他外部の光が、透明基板１を通して光導波路９のコアＣＯに漏れ入ることを、遮断して防ぐことができるものである。従って、プリント配線板３の透明基板１から外部の光が侵入してノイズが発生することを防ぐことができるものであり、しかも光の遮蔽はソルダーレジスト１２を利用して行なうことができるものであって、光遮蔽用に別途特別な部材を用いるような必要がなくなるものである。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
高屈折率樹脂として、固形型のビスフェノール型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製「エピコート１００６」：屈折率１．６０）を４９質量部と、液状型のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ＤＩＣ（株）製「エピクロン８３０Ｓ」：屈折率１．６０）を７質量部、低屈折率樹脂として、固形型の水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製「ＹＬ７１７０」：屈折率１．５０）を４４質量部配合し、さらにカチオン系硬化剤としてＳｂ−Ｆ６系スルホニウム塩（三新化学工業（株）製「ＳＩ−１５０Ｌ」を１．８質量部配合し、これにトルエン５０質量部、メチルエチルケトン５０質量部を添加して、温度７０℃で攪拌溶解することによって、エポキシ樹脂組成物のワニスを調製した。このエポキシ樹脂組成物の硬化物の屈折率は１．５６であり、またガラス転移温度Ｔｇは１１０℃であった。

次に、ガラス繊維クロス（旭シュエーベル（株）製「３３１３タイプ」：繊維径６μｍ、質量８０．０ｇ／ｍ^２、Ｅガラス、屈折率１．５６２、アッベ数５８）に、上記のエポキシ樹脂組成物のワニスを含浸し、１５０℃で５分間加熱することによって、溶剤を除去すると共にエポキシ樹脂を半硬化させてプリプレグを調製した。

そしてこのプリプレグに厚み１８μｍの銅箔を重ね、これをプレス機にセットして、１７０℃、２ＭＰａ、１５分の条件で加熱加圧成形することによって、片面に銅箔を積層した厚み０．０８ｍｍの透明基板１を得た。

次にこの銅箔の表面に感光性レジストを塗布し、フォトマスクをその上に位置合せしてセットした後、紫外線を照射して露光を行ない、さらに現像処理して未硬化のレジストを除去し、この後にエッチング液に通してレジストで覆われていない部分の銅箔を溶解することによって、電気回路２を形成した。このようにして、透明基板１の片面に電気回路２を設けたプリント配線板３を作製した（図２（ａ））。

一方、３，４−エポキシシクロヘキセニル骨格を有するエポキシ樹脂（ダイセル化学工業（株）製「セロキサイド２０２１Ｐ」）を８質量部、２，２−ビス（ヒドロキシメチル）−１−ブタノールの１，２−エポキシ−４−（２−オキサニル）シクロヘキサン付加物のエポキシ樹脂（ダイセル化学工業（株）製「ＥＨＰＥ３１５０」）を１２質量部、固形ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製「エピコート１００６ＦＳ」）を３７質量部、固形３官能エポキシ樹脂（三井化学工業（株）製「ＶＧ−３１０１」）を１５質量部、固形ノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製「ＥＰＰＮ２０１」）を１８質量部、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ＤＩＣ（株）製「エピクロン８５０Ｓ」）を１０質量部、光カチオン硬化開始剤（（株）アデカ製「ＳＬ−１７０」）を１質量部配合し、さらにトルエンを１５質量部、メチルエチルケトンを３５質量部添加して、６０℃で攪拌溶解することによって、エポキシ樹脂組成物のワニスを調製した。

そして転写フィルム１６としてＰＥＴフィルム（帝人デュポン（株）製「ＯＸ−５０」）を用い、この樹脂ワニスを転写フィルム１６の表面にコンマコーターヘッドのマルチコーター（（株）ヒラノテクシード製）を用いて塗布し、これを乾燥することによって、固形エポキシ樹脂からなる厚み４０μｍの透明樹脂４の層を形成した。この透明樹脂４の硬化後の屈折率は１．５８であった。

次に、プリント配線板３の透明基板１の電気回路２を設けていない片面に、加圧式真空ラミネータ（ニチゴーモートン（株）「Ｖ−１３０」）を用いて、６０℃、０．２ＭＰａの条件で透明樹脂４をラミネートした（図２（ｂ））。

そして幅４０μｍ、長さ１２０ｍｍの直線パターンのスリットを形成したネガマスクを、ネガマスクに設けたアライメントマークと上記の銅箔をエッチングする際に設けたアライメントマークとが合致するように位置合せして、透明樹脂４の表面に重ねた。次に、超高圧水銀灯で３Ｊ／ｃｍ^２の条件で照射することによって露光し、ネガマスクのスリットに対応する部分の透明樹脂４を光硬化させた。さらに１４０℃で２分間加熱処理をした後、現像液として５５℃に調整した水系フラックス洗浄剤（荒川化学工業（株）製「パインアルファＳＴ−１００ＳＸ」）を用いて、超音波洗浄器で現像処理することによって、透明樹脂４の未露光部分を溶解除去し、水で仕上げ洗浄してアエブローした後、１００℃で１０分間乾燥した。このようにして、透明樹脂４の硬化物からなるコアＣＯを形成した（図２（ｃ））。

この後、コアＣＯの両端部の受発光素子５の受発光面６に対応する箇所を、上記の銅箔のエッチングで作製したアライメントマークを基準にして位置決めし、導波光を９０°の角度で偏向させるマイクロミラー７を形成した。すなわち、切削刃の頂角が９０°の回転ブレード（ディスコ社製「＃５０００」）を加工具１９として用い、回転数１００００ｒｐｍ、移動速度０．１ｍｍ／ｓの条件でコアＣＯを横切るように移動させることによって、コアＣＯにＶ溝を切削して４５°の傾斜面を形成した（図３（ｂ））。

次に、上記の透明基板１の作製に用いた樹脂ワニスをトルエン：ＭＥＫ＝３：７の混合溶剤で５０倍に希釈したものを、コアＣＯのＶ溝の傾斜面にブラシで塗布し、１００℃で３０分間加熱して乾燥した後、さらに超高圧水銀灯で１Ｊ／ｃｍ^２の条件で紫外線を照射して露光し、続いて１２０℃で１０分間熱処理を行なうことによって、傾斜面の表面平滑化を行なった。この後、Ｖ溝の箇所が開口されたメタルマスクを被せて金を蒸着することによって、傾斜面に１０００Å厚の金薄膜を形成し、ミラー７を仕上げた。コアＣＯのミラー７間の間隔長さは１０ｃｍに設定した（図２（ｄ））。

一方、上記のプリント配線板３を作製する手順と同じ手順で、透明基板１１の片面に電気回路２１を設けた第２のプリント配線板１０を作製した。この透明基板１１の材料は、上記のプリント配線板３の透明基板１のものと同じである。そしてこの透明基板１１の電気回路２１を設けていない側の表面に、上記のプリント配線板３の透明基板１の製造に用いたエポキシ樹脂ワニスを自動バーコータにて塗布し、１３０℃で３０分間乾燥させることによって、厚み５０μｍの透明樹脂８の層を形成した。

そして上記のプリント配線板３の透明基板１のコアＣＯを形成した面にコアＣＯの上から、第２のプリント配線板１０に設けた透明樹脂８の層を、加圧式真空ラミネータ（ニチゴーモートン（株）「Ｖ−１３０」）を用いて、８０℃、０．２ＭＰａの条件でラミネートした。

そして１５０℃で６０分間加熱処理をすることによって透明樹脂８を硬化させ、プリント配線板３の透明基板１が第１のクラッドＣＬ１、透明樹脂８の硬化層が第２のクラッドＣＬ２となり、コアＣＯをこのクラッドＣＬ１，ＣＬ２間に設けて形成される光導波路９を作製し、光電複合基板Ａを得た（図５）。

次に、プリント配線板３の透明基板１の電気回路２を形成した表面と、第２のプリント配線板１０の透明基板１１の電気回路２１を形成した表面に、コアＣＯのミラー７に対応する箇所、受発光素子５の実装部を除いて、ソルダーレジスト１２を被覆した。すなわちまずソルダーレジスト１２を塗布し、加熱して塗膜を指触乾燥した後、フォトマスクを通してコアＣＯのミラー７に対応する箇所を除いて露光し、現像液で現像処理して未露光部のソルダーレジスト１２を溶解除去し、さらに加熱処理してソルダーレジスト１２を硬化させた。次に電気回路２に受発光素子５を実装する部分において、ソルダーレジスト１２をレーザ照射によって除去した。

上記のように作製した光電複合基板Ａの光導波路９の特性を評価した。すなわち、コアＣＯの両端部に設けたミラー７のうち、一方のミラー７に対応する位置においてプリント配線板３の透明基板１の表面に、波長８５０ｎｍのＬＥＤ光源に一端を接続した、コア径１０μｍ、ＮＡ０．２１の光ファイバーの他端をシリコーンオイルのマッチングオイルを介して密着させ、また他方のミラー７に対応する位置において透明基板１の表面に、パワーメーターに一端を接続した、コア径２００μｍ、ＮＡ０．２１の光ファイバーの他端をシリコーンオイルのマッチングオイルを介して密着させた。そして、ＬＥＤ光源から発光される光をコアＣＯに入射させ、コアＣＯから出射される光をパワーメーターで受光し、このときの光のパワー（Ｐ１）を測定した。また上記の各光ファイバーの他端同士を突き当てて密着させた状態で、ＬＥＤ光源から発光される光を直接パワーメーターで受光し、このときの光のパワー（Ｐ０）を測定した。このように測定したＰ１とＰ０を−１０ｌｏｇ（Ｐ１／Ｐ０）の計算式に導入して、光導波路９の挿入損失を算出したところ、２．５ｄＢであり、光導波路９は光の伝送性に優れていることが確認された。

本発明の光電複合基板の実施の形態の一例を示す断面図である。同上の光電複合基板の製造の各工程を示すものであり、（ａ）−（ｅ）はそれぞれ断面図である。同上の光電複合基板の製造の各工程を示すものであり、（ａ）−（ｃ）はそれぞれ断面図である。同上の光電複合基板の他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は製造の一工程を示す断面図である。同上の光電複合基板の他の実施の形態の一例を示す断面図である。

符号の説明

１透明基板
２電気回路
３プリント配線板
４透明樹脂
５受発光素子
６受発光面
７ミラー
８透明樹脂
９光導波路
１０第２のプリント配線板
１１基板
１２ソルダーレジスト

Claims

ガラス繊維の屈折率をｎとすると、ｎ＋０．０３〜ｎ＋０．０６の範囲の屈折率を有する高屈折率樹脂と、ｎ−０．０４〜ｎ−０．０８の範囲の屈折率を有する低屈折率樹脂とを混合して、ガラス繊維基材と略同じ屈折率に調整した樹脂組成物をガラス繊維基材に含浸・硬化して作製される透明基板の片面に電気回路を設けて形成されるプリント配線板、及び、透明基板を第１のクラッドとして、透明基板より屈折率が高い透明樹脂をこの透明基板の電気回路を設けていない面に積層して形成され、電気回路に接続して透明基板の電気回路を設けた面に実装される受発光素子の受発光面に対応する箇所において、光路を受発光面の方向に偏向させるミラーを設けたコアと、透明基板と屈折率が略同じ透明樹脂を透明基板の電気回路を設けた面と反対側の面にコアの上から積層して形成され、コアを被覆する第２のクラッドとを備えた光導波路を具備し、第２のクラッドのプリント配線板と反対側の面に、第２のプリント配線板が積層され、第２のプリント配線板の基板は、第２のクラッドと略同じ屈折率の透明基板であることを特徴とする光電複合基板。
コアのミラーに対応する箇所、受発光素子の実装部を除いて、上記プリント配線板の透明基板の電気回路を形成した面をソルダーレジストで被覆したことを特徴とする請求項１に記載の光電複合基板。
ガラス繊維の屈折率をｎとすると、ｎ＋０．０３〜ｎ＋０．０６の範囲の屈折率を有する高屈折率樹脂と、ｎ−０．０４〜ｎ−０．０８の範囲の屈折率を有する低屈折率樹脂とを混合して、ガラス繊維基材と略同じ屈折率に調整した樹脂組成物をガラス繊維基材に含浸・硬化して作製される透明基板の片面に電気回路を設けて形成されるプリント配線板を用い、透明基板を第１のクラッドとして、透明基板の電気回路を設けていない面に、透明基板より屈折率が高い透明樹脂を積層すると共にパターニング加工してコアを形成する工程と、電気回路に接続して透明基板の電気回路を設けた面に実装される受発光素子の受発光面に対応する箇所において、電気回路を透明基板を通して見ながら、電気回路を基準に位置決めした位置でコアを加工して光路を受発光面の方向に偏向させるミラーを形成する工程と、透明基板と屈折率が略同じ透明樹脂を透明基板の電気回路を設けた面と反対側の面にコアの上から積層して、コアを被覆する第２のクラッドを形成する工程とから、光導波路を形成し、第２のクラッドのプリント配線板と反対側の面に、第２のプリント配線板を積層し、第２のプリント配線板の基板は、第２のクラッドと略同じ屈折率の透明基板であることを特徴とする光電複合基板の製造方法。