JP5444975B2 - 光導波路構造体、光電気混載基板および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路構造体、光電気混載基板および電子機器に関するものである。

近年、情報化の波とともに、大容量の情報を高速でやりとりできる広帯域回線（ブロードバンド）の普及が進んでいる。また、これらの広帯域回線に情報を伝送する装置として、ルーター装置、ＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing)装置等の伝送装置が用いられている。これらの伝送装置内には、ＬＳＩのような演算素子、メモリーのような記憶素子等が組み合わされた信号処理基板が多数設置されており、各回線の相互接続を担っている。

各信号処理基板には、演算素子や記憶素子等が電気配線で接続された回路が構築されているが、近年、処理する情報量の増大に伴って、各基板では、極めて高いスループットで情報を伝送することが要求されている。しかしながら、情報伝送の高速化に伴い、クロストークや高周波ノイズの発生、電気信号の劣化、特性インピーダンスの不整合等の問題が顕在化しつつある。このため、電気配線がボトルネックとなって、信号処理基板のスループットの向上が困難になっている。

一方、光搬送波を使用してデータを移送する光通信技術が開発され、近年、この光搬送波を、一地点から他地点に導くための手段として、光導波路が普及しつつある。この光導波路は、線状のコア部と、その周囲を覆うように設けられたクラッド部とを有している。コア部は、光搬送波の光に対して実質的に透明な材料によって構成され、クラッド部は、コア部より屈折率が低い材料によって構成されている。

このような光導波路では、コア部の一端から導入された光が、クラッド部との境界で反射しながら他端に搬送される。光導波路の入射側には、半導体レーザー等の発光素子が配置され、出射側には、フォトダイオード等の受光素子が配置される。発光素子から入射された光は光導波路を伝搬し、受光素子により受光され、受光した光の明滅パターンに基づいて通信を行う。

最近になって、信号処理基板内の電気配線を光導波路で置き換える動きが進んでいる。電気配線を光導波路で置き換えることにより、前述したような電気配線の問題が解消され、信号処理基板のさらなる高スループット化が可能になると期待されている。

ところで、演算素子や記憶素子はもちろん、光信号と電気信号の相互変換を担う発光素子や受光素子のような各素子の駆動には電力を供給するための電気配線が不可欠である。このため信号処理基板には、電気配線と光導波路とが混載されることとなり、このような基板（光電気混載基板）の開発が進められている。

例えば、特許文献１には、光送信用ＩＣおよび光受信用ＩＣを搭載するとともに、光送信用ＩＣと光受信用ＩＣとの間で光信号の伝送を行うための薄膜状の光導波路を形成した、光信号を伝送可能なプリント基板について記載されている。また、プリント基板には厚み方向に貫通するスルーホールが設けられており、このスルーホールを介して、プリント基板のそれぞれ異なる面に搭載された光送信用ＩＣと光導波路との間、および、光受信用ＩＣと光導波路との間がそれぞれ光学的に接続されている。

また、光導波路の両端面は、それぞれ光導波路を斜めに横切るように加工されており、この両端面において光が反射されることにより、光の進行方向が変更されるよう構成されている。すなわち、光導波路の両端部には、ミラー（光路変換構造）が形成されている。

ところで、このミラーの形成には極めて高い加工精度が要求されるが、薄膜状の光導波路に対して高精度の加工を施すことは困難である。このため、従来は、十分な精度のミラーを得ることができず、光送信用ＩＣと光導波路との間および光受信用ＩＣと光導波路との間の結合損失が大きくなるという問題がある。

また、ミラーの加工精度は、光の反射角にも大きな影響を及ぼす。ところが、上述したように十分な精度のミラーが得られないことから、各ＩＣと光導波路との位置関係を安定させることができず、位置合わせの難易度が極めて高くなる。

一方、特許文献２には、プリント配線板と、その上に設けられた発光素子および受光素子とを有する光電気混載配線板について記載されている。また、発光素子および受光素子は、それぞれ発光部と受光部とが向かい合うように配置されており、発光部と受光部との間がミラーを介さずに光導波路で直接結合されている。

このような構成の光電気混載配線板では、発光素子または受光素子と光導波路との間の結合損失が抑制されるものの、発光素子と受光素子との間に光導波路を固定する際に、その位置合わせに困難が伴う。特に光導波路を宙に浮かせた状態で引っ張りつつ、両端部を各素子に対して正確に位置合わせをする作業は、高度で繊細な技術を必要とする。また、光導波路の長さと、両素子間の距離とが一致していなければ、光導波路と両素子との間で光学的接続および機械的接続を行うことができない。このため、このような構成の光電気混載基板を製造するのは容易ではなく、生産性の著しい低下を招くこととなる。

さらに、発光素子や受光素子は、通常ＣＡＮパッケージに実装されているが、特許文献２に示すように、このＣＡＮパッケージの平面部とプリント配線板とが垂直になるように固定する場合、固定に寄与する面積が小さいため十分な固定強度が得られない。

特開２００５−２９４４０７号公報 特開２００４−２０６０１５号公報

本発明の目的は、電気配線と受発光素子との間の電気的接続を容易に行いつつ、光導波路に対して受発光素子の位置を正確に合わせることができ、その位置を確実に保持し得る光導波路構造体、かかる光導波路構造体を備え、光導波路と受発光素子との間の結合損失が十分に抑制された光電気混載基板、および前記光電気混載基板を備えた電子機器を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（１３）の本発明により達成される。
（１） 線状のコア部と該コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部とを備える光導波路が形成された光回路層と、電気配線が形成された電気回路層と、前記光回路層および前記電気回路層の少なくとも一方を支持する支持基板とを、前記電気回路層、前記支持基板および前記光回路層の順で積層してなる積層体と、
前記コア部の端部または途中に設けられ、前記積層体を厚さ方向に貫通する貫通孔と、
前記貫通孔内に挿入され、受光部または発光部と電極パッドとを備える光素子と、
を有し、
前記電気配線は、その少なくとも一方の端部が湾曲または屈曲した部位であって平面視されたとき前記貫通孔内の途中まで突出してなる突出部を備えており、前記突出部は、前記電極パッドを付勢するよう構成されていることを特徴とする光電気混載基板。

（２） 前記突出部は、前記電気配線の前記端部が前記支持基板側に湾曲または屈曲した部位である上記（１）に記載の光電気混載基板。
（３） 前記突出部は、前記電気配線の前記端部が前記支持基板側とは反対側に湾曲または屈曲した部位である上記（１）に記載の光電気混載基板。

（４） 前記貫通孔は、その平面視における中心と、前記コア部の延長線とが一致するように設けられている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の光電気混載基板。

（５） 前記貫通孔の内面のうち、前記コア部が露出している面は、前記コア部の延伸方向に対して直交している上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の光電気混載基板。

（６） 当該光電気混載基板は、２本の前記電気配線を備えており、
前記各電気配線が備える２つの突出部は、前記線状のコア部に対して線対称の関係で配置されている上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の光電気混載基板。

（７） 線状のコア部と該コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部とを備える光導波路が形成された光回路層と、電気配線が形成された電気回路層と、前記光回路層および前記電気回路層の少なくとも一方を支持する支持基板とを、前記電気回路層、前記支持基板および前記光回路層の順で積層してなる積層体と、
前記コア部の端部または途中に設けられ、前記積層体を厚さ方向に貫通する貫通孔と、
を有し、
前記電気配線は、その少なくとも一方の端部が平面視において前記貫通孔内の途中まで突出した部位であってフライングリードの形態をなす突出部を備えていることを特徴とする光導波路構造体。
（８） 前記突出部の長さは、平面視において３０〜２００μｍである上記（７）に記載の光導波路構造体。
（９） 前記突出部の表面は、導電性材料で構成された被覆層で覆われている上記（７）または（８）に記載の光導波路構造体。

（１０） 前記貫通孔は、レーザー加工により形成されたものである上記（７）ないし（９）のいずれかに記載の光導波路構造体。

（１１） 前記貫通孔および前記突出部は、レーザー加工の加工レートの差を利用して、前記支持基板および前記光回路層を加工しつつ、前記電気配線の前記端部を選択的に残すことにより形成されたものである上記（７）ないし（１０）のいずれかに記載の光導波路構造体。

（１２） 前記突起部は、焼鈍処理が施されたものである上記（７）ないし（１１）のいずれかに記載の光導波路構造体。

（１３） 上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の光電気混載基板を備えたことを特徴とする電子機器。

本発明によれば、受発光素子の搭載部を有し、この搭載部に受発光素子を搭載した際に、電気回路と受発光素子との間の電気的接続を容易に行いつつ、光回路に対して受発光素子の位置を正確に合わせることができ、その位置を確実に保持し得る光導波路構造体が得られる。

また、ミラーのような光路変換構造を用いることなく受発光素子と光回路との光学的な接続を行うことができるため、光路変換時の光損失が発生せず、光回路と受発光素子との間の結合損失が十分に抑制された光電気混載基板、およびこのような低損失の光電気混載基板を備えた信頼性の高い電子機器が得られる。

本発明の光電気混載基板の実施形態を示す断面図および下面図である。 図１に示す光素子の一部を模式的に示す正面図である。 図１に示す光電気混載基板の製造方法を説明するための図である。 図１に示す光電気混載基板を製造するのに用いられる本発明の光導波路構造体の実施形態を示す断面図および下面図である。 図１に示す光電気混載基板の製造方法を説明するための図（断面図）である。 図５に示す光電気混載基板の製造方法の他の構成例を説明するための図である。 図５に示す光電気混載基板の製造方法の他の構成例を説明するための図である。

以下、本発明の光導波路構造体、光電気混載基板および電子機器について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜光電気混載基板＞
図１は、本発明の光電気混載基板の実施形態を示す（ａ）断面図および（ｂ）下面図、図２は、図１に示す光素子の一部を模式的に示す正面図、図３は、図１に示す光電気混載基板の製造方法を説明するための図、図４は、図１に示す光電気混載基板を製造するのに用いられる本発明の光導波路構造体の実施形態を示す（ａ）断面図および（ｂ）下面図、図５は、図１に示す光電気混載基板の製造方法を説明するための図（断面図）、図６、７は、それぞれ図５に示す光電気混載基板の製造方法の他の構成例を説明するための図である。なお、以下の説明では、図１（ａ）、図２〜３、図４（ａ）および図５〜７の上側を「上」、下側を「下」という。また、各図では、光導波路構造体および光電気混載基板の厚さ方向を強調して記載されている。

図１に示す光電気混載基板１は、光導波路２１が形成された光回路層２と、その下方に設けられ、電気配線３１が形成された電気回路層３と、光回路層２と電気回路層３との間に設けられた支持基板４と、光回路層２の上方に設けられた支持基板５とを積層してなる積層体と、この積層体に形成された貫通孔６内に挿入された受発光素子（光素子）７とを有するものである。

受発光素子７は、電気信号を光信号に変換し、発光部から光信号を発光して光導波路２１に入射させる発光素子、または、光導波路２１から出射した光信号を受光部で受光して電気信号に変換する受光素子である。図１（ｂ）に示す受発光素子７は、受発光部７１と電極パッド７２とを有するものである。

ここで、積層体は帯状をなしており、貫通孔６は、この積層体の右側端部を厚さ方向に貫通するものである。

受発光素子７がこの貫通孔６内に挿入されることにより、光回路層２と受発光素子７との光学的接続、および、電気回路層３と受発光素子７との電気的接続を、同時にかつ簡単に行うことができる。また、この光学的接続は、ミラー等の光路変換構造を介在させることなく、光導波路２１を介して直接接続することにより行われることから、光回路層２と受発光素子７との間の結合損失を確実に抑制することを可能にする。

さらには、貫通孔６内に受発光素子７が挿入されることによって、受発光素子７が確実に固定される。

以下、光電気混載基板１の各部について詳述する。
（光回路層）
図１（ａ）に示す光回路層２は、下方からクラッド層（下部クラッド層）２１１、コア層２１３、およびクラッド層（上部クラッド層）２１２をこの順で積層してなる光導波路２１で構成されている。このうちコア層２１３には、図１（ｂ）に示すように、平面視で線状のコア部２１４と、このコア部２１４の側面に隣接する側面クラッド部２１５とが形成されている。コア部２１４は、帯状をなす積層体の長手方向に沿って直線状に設けられており、その右側端部は、コア層２１３の右側端面に露出している。また、コア部２１４は、積層体の幅のほぼ中央に位置している。

図１に示す光導波路２１では、コア部２１４の一方の端部に入射された光を、コア部２１４とクラッド部（各クラッド層２１１、２１２および各側面クラッド部２１５）との界面で全反射させ、他方の端部に伝搬させることができる。これにより、出射端で受光した光の明滅パターンに基づいて光通信を行うことができる。

コア部２１４とクラッド部との界面で全反射を生じさせるためには、界面に屈折率差が存在する必要がある。コア部２１４の屈折率は、クラッド部の屈折率より大きければよいが、その差は特に限定されないものの、０．５％以上であるのが好ましく、０．８％以上であるのがより好ましい。一方、上限値は、特に設定されなくてもよいが、好ましくは５．５％程度とされる。屈折率の差が前記下限値未満であると光を伝達する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えても、光の伝送効率のそれ以上の増大は期待できない。

なお、前記屈折率差とは、コア部２１４の屈折率をＡ、クラッド部の屈折率をＢとしたとき、次式で表わされる。
屈折率差（％）＝｜Ａ／Ｂ−１｜×１００

また、図１に示す構成では、コア部２１４は、平面視で直線状に形成されているが、途中で湾曲、分岐等していてもよく、その形状は任意である。

また、コア部２１４の横断面形状は、正方形または矩形（長方形）のような四角形であるのが一般的であるが、特に限定されず、真円、楕円のような円形、菱形、三角形、五角形のような多角形であってもよい。

コア部２１４の幅および高さは、特に限定されないが、それぞれ、１〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５〜１００μｍ程度であるのがより好ましく、２０〜７０μｍ程度であるのがさらに好ましい。

コア層２１３の構成材料は、上記の屈折率差が生じる材料であれば特に限定されないが、具体的には、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料の他、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料等を用いることができる。

また、これらの中でも特にノルボルネン系樹脂が好ましい。これらのノルボルネン系ポリマーは、例えば、開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）、ＲＯＭＰと水素化反応との組み合わせ、ラジカルまたはカチオンによる重合、カチオン性パラジウム重合開始剤を用いた重合、これ以外の重合開始剤（例えば、ニッケルや他の遷移金属の重合開始剤）を用いた重合等、公知のすべての重合方法で得ることができる。

一方、各クラッド層２１１、２１２は、それぞれ、コア層２１３の下部および上部に位置するクラッド部を構成するものである。このような各クラッド層２１１、２１２は、各側面クラッド部２１５とともに、コア部２１４の外周を囲むクラッド部を構成し、これにより光導波路２１は導光路として機能する。

クラッド層２１１、２１２の平均厚さは、コア層２１３の平均厚さ（各コア部２１４の平均高さ）の０．１〜１．５倍程度であるのが好ましく、０．２〜１．２５倍程度であるのがより好ましく、具体的には、クラッド層２１１、２１２の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、通常、１〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５〜１００μｍ程度であるのがより好ましく、１０〜６０μｍ程度であるのがさらに好ましい。これにより、光回路層２が必要以上に大型化（厚膜化）するのを防止しつつ、クラッド層としての機能が好適に発揮される。

また、各クラッド層２１１、２１２の構成材料としては、例えば、前述したコア層２１３の構成材料と同様の材料を用いることができるが、特にノルボルネン系ポリマーが好ましい。

また、コア層２１３の構成材料およびクラッド層２１１、２１２の構成材料を選択する場合、両者の間の屈折率差を考慮して材料を選択すればよい。具体的には、コア層２１３とクラッド層２１１、２１２との境界において光を確実に全反射させるため、コア層２１３の構成材料が十分に大きくなるように材料を選択すればよい。これにより、光回路層２の厚さ方向において十分な屈折率差が得られ、コア部２１４からクラッド層２１１、２１２に光が漏れ出るのを抑制することができる。

なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア層２１３の構成材料とクラッド層２１１、２１２の構成材料との密着性（親和性）が高いことも重要である。

（電気回路層）
図１に示す電気回路層３は、２本の直線状の電気配線３１を含んでいる。これらの電気配線３１は、互いに離間して配置されており、コア部２１４に沿って互いに平行に設けられている。また、２本の電気配線３１は、直線状のコア部２１４に対して線対称の関係になるよう配置されている。すなわち、２本の電気配線３１は、図１（ｂ）に示すように、コア部２１４を挟んでそれぞれ等距離の位置に設けられている。

なお、２本の電気配線３１の右側端部は、それぞれ光導波路２１の右側端面から若干左側に後退した個所に位置している。そして、各電気配線３１の右側端部は、貫通孔６の下方に突出した状態となっており、この突出した部分が突出部３１１である。この突出部３１１は、貫通孔６内に挿入された受発光素子７の電極パッド７２に接触しており、各電気配線３１と受発光素子７との電気的接続を担っている。

また、この突出部３１１の位置は、受発光素子７における電極パッド７２の位置に応じて設定されればよく、図１（ｂ）の位置に限定されない。例えば、図１（ｂ）に示す受発光素子７では、左側の面に受発光部７１と電極パッド７２とが併設されているが、電極パッド７２が右側の面に設けられている場合には、それに合わせて、突出部３１１の位置も貫通孔６の右側に配置される。

電気配線３１は、例えば、一旦全面に形成された導電層を直線状にパターニングする方法、あらかじめ線状にパターニングされた導電層を転写する方法等により形成される。この電気配線３１は、受発光素子７と、図示しない電源や各種ＩＣとの間を電気的に接続するものであり、受発光素子７に駆動電力を供給したり、制御信号を送出するものである。かかる電気配線３１により、受発光素子７の駆動を制御することができる。

電気回路層３（電気配線３１）の平均厚さは、電気配線３１の構成材料や電気配線３１に要求される電気抵抗値等に応じて適宜設定されるものの、一例として１〜３０μｍ程度とされる。

また、電気配線３１の幅も、電気配線３１の構成材料や電気配線３１に要求される電気抵抗値等に応じて適宜設定されるものの、一例として２〜１０００μｍ程度であるのが好ましく、５〜５００μｍ程度であるのがより好ましい。

電気配線３１の構成材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の各種金属材料が挙げられる。

また、各電気配線３１の突出部３１１と受発光素子７の電極パッド７２との間は、単に接触しているのみであっても十分な電気的接続が図られるが、導電性材料を介して、または直接接合により接続されているのが好ましい。これにより、長期にわたって良好な電気的接続が保持される。

導電性材料としては、各種ハンダ、各種ろう材、各種導電性ペースト（インク）等が挙げられる。

このうち、ハンダおよびろう材としては、Ｓｎ−Ｐｂ系の鉛ハンダの他、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ系の各種鉛フリーハンダ、ＪＩＳに規定された各種低温ろう材等が挙げられる。

また、導電性ペースト（インク）としては、例えば、ハンダペースト、Ａｇペースト、Ｃｕペースト、Ａｕペースト、またはこれらのインク等が挙げられる。これらの導電性ペースト（インク）は、乾燥前の状態でも導電性を有するが、乾燥または焼成により、優れた導電性を示す。

また、ハンダおよびろう材は、リフローにより溶融し流動化して、突出部３１１と電極パッド７２との接触部周辺に濡れ広がる。これにより、突出部３１１と電極パッド７２との間が、より広い面積で接続されることとなる。その結果、接触抵抗が低下するとともに、接続部に集中し易い応力を緩和して接続信頼性を高めることができる。

なお、導電性材料がハンダ（ろう材を含む。）で構成される場合、電気配線３１を構成する金属成分の一部がハンダ側に溶解する現象が生じるおそれがある。この現象は、特に銅配線に対して生じる場合が多いことから「銅食われ」と呼ばれている。銅食われが発生すると、電気配線３１が細くなったり、断線したりする等の不具合を招き、電気配線３１の機能を損なうおそれがある。

そこで、導電性材料と接する電気配線３１の表面には、あらかじめ、ハンダの下地として銅食われ防止膜（下地層）を形成しておくのが好ましい。この銅食われ防止膜の形成により、銅食われが防止され、電気配線３１の機能を長期にわたって維持することができる。

銅食われ防止膜の構成材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、スズ（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）等が挙げられ、銅食われ防止膜は、これらの金属組成１種からなる単層であってもよく、２種以上を含む複合層（例えば、Ｎｉ−Ａｕ複合層、Ｎｉ−Ｓｎ複合層等）であってもよい。

銅食われ防止膜の平均厚さは、特に限定されないが、０．０５〜５μｍ程度であるのが好ましく、０．１〜３μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、銅食われ防止膜そのものの電気抵抗を抑制しつつ、十分な銅食われ防止作用を発現させることができる。

一方、突出部３１１と電極パッド７２との間を直接接合する場合、その方法としては、超音波溶接、抵抗溶接等が挙げられる。

（支持基板）
支持基板４は、光回路層２と電気回路層３との間に設けられた基板である。また、光回路層２の上面には、支持基板５が積層されている。

これらの支持基板４、５としては、可撓性の高いフレキシブル基板や、剛性の高いリジッド基板が用いられる。

このうち、フレキシブル基板の具体例としては、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板、アラミド銅張フィルム基板等に使用される絶縁基板が挙げられる。

また、フレキシブル基板の平均厚さは、光電気混載基板１の可撓性および薄型化の観点から、５〜２００μｍ程度であるのが好ましく、１０〜１００μｍ程度であるのがより好ましい。このような厚さのフレキシブル基板であれば、十分な可撓性を有するとともに、自重や搭載する各種素子の重量によって意図せず変形してしまうことが防止される。

一方、リジッド基板の具体例としては、ガラス布・エポキシ銅張積層板等のガラス基材銅張積層板や、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板等のコンポジット銅張積層板に使用される絶縁基板のほか、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板等の耐熱・熱可塑性の有機系リジッド基板や、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板等のセラミックス系リジッド基板が挙げられる。

（受発光素子）
図２は、図１に示す受発光素子７の左側の面の正面図であり、図２に示す受発光素子７は、この面に受発光部７１と電極パッド７２とを有するものである。

具体的には、受発光素子７は直方体状をなしており、その１つの面の中央部に受発光部７１が設けられている。また、受発光部７１を挟んでその左右には、それぞれ電極パッド７２が設けられている。各電極パッド７２は、上下方向に細長い形状をなしており、各電極パッド７２と受発光部７１との間は、それぞれ配線７３で接続されている。

図２に示す受発光素子７は、貫通孔６内に挿入される際に、受発光部７１や各電極パッド７２が設けられた面を、電気配線３１の突出部３１１が設けられた側に向けて挿入される。これにより、自ずと、各電極パッド７２が突出部３１１に接触することとなり、電気的接続が確立される。

このような受発光素子７としては、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子、フォトダイオード（ＰＤ、ＡＰＤ）等の受光素子が挙げられる。

また、各電極パッド７２や配線７３の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、金、銀、白金等が挙げられる。

また、貫通孔６は、平面視における形状が、受発光素子７とほぼ一致するように形成されるのが好ましい。これにより、貫通孔６内に受発光素子７を挿入したとき、面方向における受発光素子７の位置を、一意に定めることができる。

この場合、貫通孔６は、その平面視における中心が、コア部２１４の延長線と一致するように設けられているのが好ましい。これは、一般に、受発光素子７の受発光部７１は、それが設けられる面の中心部に位置していることが多いためであり、貫通孔６の中心がコア部２１４の延長線と一致していれば、貫通孔６内に挿入された受発光素子７の受発光部７１は、必然的に光導波路２１の光軸と一致することとなる。このため、貫通孔６内に挿入された受発光素子７の光軸合わせが容易になるという利点がある。

また、貫通孔６の内面のうち、コア部２１４が露出した面（図１では、内面６１）は、コア部２１４の延伸方向に対して直交しているのが好ましい。これは、一般に、受発光素子７の形状が直方体である場合が多いためである。このような受発光素子７を貫通孔６内に挿入した場合、内面６１と受発光素子７との離間距離を小さくすることができる。その結果、受発光部７１とコア部２１４の露出面との離間距離が小さくなり、両者の結合損失を最小限にすることができるだけでなく、貫通孔６内で受発光素子７の位置がずれる余地を最小限にすることができる。

また、図１に示す電気配線３１の突出部３１１は、その根元から上方に折り曲げられた状態（屈曲または湾曲した状態）で電極パッド７２に接触している。このような状態の突出部３１１は、元の形状に戻ろうとする反発力を少なからず保持しているため、電極パッド７２を付勢することとなる。その結果、突出部３１１は電極パッド７２に押し付けられることとなり、両者の接触抵抗の低減が図られる。

なお、貫通孔６の平面視形状のうち、コア部２１４の延伸方向における長さは、受発光素子７を挿入し得る長さであればよいが、好ましくは受発光素子７の光軸方向における長さと、突出部３１１の厚さとの和とされる。貫通孔６の形状をこのように設定することにより、貫通孔６内に受発光素子７を挿入したとき、突出部３１１と電極パッド７２とを確実に接触させるとともに、突出部３１１により電極パッド７２を適度に付勢することができる。

また、前述したように、２本の電気配線３１の配置は、コア部２１４に対して線対称の関係になっているため、２つの突出部３１１もコア部２１４を挟んで等距離に位置している。２つの突出部３１１がこのような配置になっていると、貫通孔６内に挿入された受発光素子７の２つの電極パッド７２に対して２つの突出部３１１が自ずと接触することとなる。

以上のような光電気混載基板１は、前述したように、光導波路２１と受発光素子７との間にミラー等の光路変換構造が介在しないため、両者の結合損失を確実に抑制することを可能にする。また、貫通孔６内に受発光素子７が挿入されているため、両者の位置関係が一意に決まり易い。このため、光導波路２１と受発光素子７との光学的接続、および、電気配線３１と受発光素子７との電気的接続を、同時にかつ簡単に行うことができる。

さらには、貫通孔６内に受発光素子７が挿入されることによって、受発光素子７を確実に固定することができる。

＜光電気混載基板の製造方法＞
次に、上述したような光電気混載基板１を製造する方法の一例について説明する。

図１に示す光電気混載基板１は、光回路層２、電気回路層３、支持基板４および支持基板５をそれぞれ用意し、これらを積層した後、得られた積層体に加工を施したり、受発光素子７を搭載するなどして製造される。

以下、光電気混載基板１の製造方法について順次説明する。
［１］光導波路構造体の製造
まず、光電気混載基板１の製造に用いられる光導波路構造体１０の製造方法について説明する。

［１−１］電気回路層の製造
支持基板４を用意し、その上面の一部または全部を覆うように導電層を形成する。

この導電層は、前述した金属組成の被膜であり、かかる被膜は、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の物理蒸着法、電解めっき、無電解めっき等のめっき法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等の方法により形成される。

次いで、この導電層を、各種パターニング法によりパターニングする。パターニング法としては、例えばフォトリソグラフィー法とエッチング法とを組み合わせた方法が挙げられる。

以上のようにして、支持基板４上に、２本の電気配線３１を含む電気回路層３が形成される。

なお、形成される電気配線３１の右側端部は、支持基板４の右側端面から若干左側に後退した個所に設定される。この位置は、後述する工程において支持基板４を貫通するように設けられる貫通孔６の形成位置に合わせて設定される。このようにすれば、電気配線３１が残存するように貫通孔６を形成することによって、前述した突出部３１１を容易に形成することができる。

また、電気回路層３の形成方法は、上記の方法に限定されず、導電性ペースト、導電性インク等を、支持基板４の上面の所定の領域に（電気配線３１のパターンに沿って）供給した後、乾燥させる方法であってもよい。供給の方法としては、各種印刷法、各種塗布法等が挙げられる。

［１−２］光回路層の製造
まず、クラッド層２１１、コア層２１３およびクラッド層２１２をそれぞれ製造する。これらは、基材上に、各層の形成用組成物を塗布して液状被膜を形成した後、この基材をレベルテーブルに載置して、液状被膜表面の不均一な部分を水平化するとともに、溶媒を蒸発（脱溶媒）することにより形成される。

液状被膜を形成するための塗布法としては、例えば、ドクターブレード法、スピンコート法、ディッピング法、テーブルコート法、スプレー法、アプリケーター法、カーテンコート法、ダイコート法等の方法が挙げられる。

また、同一層（コア層２１３）内に、コア部２１４と、側面クラッド部２１５を形成する方法としては、例えば、フォトブリーチング法、フォトリソグラフィー法、直接露光法、ナノインプリンティング法、モノマーディフュージョン法等が挙げられる。

その後、形成したクラッド層２１１、コア層２１３およびクラッド層２１２を、互いに圧着する。これにより、クラッド層２１１、コア層２１３およびクラッド層２１２が接合、一体化され、光回路層２（光導波路２１）が得られる。

［１−３］電気回路層、光回路層および支持基板の積層
次いで、支持基板５を用意し、支持基板４上に形成された電気回路層３と、光回路層２と、支持基板５とを積層する。これにより、図３（ａ）に示す積層体８が得られる。

支持基板４と光回路層２との間や、光回路層２と支持基板５との間は、それぞれ熱圧着や、各種接着剤（粘着剤を含む。）による接着等の方法で接着されていてもよいが、クラッド層２１１やクラッド層２１２が接着性を有している場合には、その接着性を利用して接着するようにしてもよい。

接着剤としては、例えば、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤（ポリエステル系、変性オレフィン系）等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が挙げられる。

［１−４］貫通孔の形成
次いで、積層体８の右側端部に貫通孔６を形成する。

貫通孔６の形成は、レーザー加工法、電子ビーム加工法、機械加工法等の各種加工法により行うことができるが、特にレーザー加工法により行うのが好ましい（図３（ｂ）に示すレーザー光Ｌ参照）。レーザー加工法によれば、高い精度で加工することができるので、貫通孔６の位置精度を高めることができる。その結果、コア部２１４の光軸と、貫通孔６内に挿入される受発光素子７の光軸とを正確に合わせることができる。

また、レーザー加工法によれば、被加工材料の組成によって、加工レートが異なるため、それを利用して特定の層のみを選択的に加工することができる。この特性を利用することにより、支持基板５、光回路層２および支持基板４に対して選択的に加工を施す一方、電気回路層３を加工することなく残すことができる。これは、電気回路層３は金属系材料で構成されているため、レーザー加工における加工レートが他の材料に比べて小さいためである。なお、上記の特性は、各支持基板４、５が有機系材料で構成されている場合に特に顕著である。

また、特定の層のみを選択的に加工するためには、電気回路層３や各支持基板４、５の構成材料に応じて、レーザー加工条件を適宜設定する。

加工条件の一例として、レーザーの出力密度が、３０〜１０００ｍＪ／ｃｍ^２程度であるのが好ましく、５０〜７００ｍＪ／ｃｍ^２程度であるのがより好ましい。これにより、積層体８にレーザー加工を施した際に、電気回路層３を確実に残しつつ、支持基板５、光回路層２および支持基板４を選択的に加工することができる。

また、レーザー発振器としては、特に限定されないが、炭酸ガスレーザー、エキシマーレーザー、Ａｒレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、ＹＡＧレーザー、半導体レーザー等が挙げられる。

また、レーザー加工法によれば、加工面の平坦性、平滑性が高くなる。これは、レーザーの熱により、加工領域の積層体８がわずかに溶融し、凹凸が平均化されるためであると考えられる。加工面の平坦性、平滑性が向上すると、貫通孔６の内面６１の面精度、換言すれば、コア部２１４の端面の面精度も向上し、光の入射効率および出射効率を高めることができる。

さらには、加工面の平坦性、平滑性が高くなると、内面６１の凹凸が減少するので、その分だけ内面６１と受発光素子７との距離を小さくすることができる。これにより、受発光部７１とコア部２１４の露出面との離間距離が小さくなり、両者の結合損失を最小限にすることができるだけでなく、貫通孔６内で受発光素子７の位置がずれる余地を最小限にすることができる。また、レーザーの照射領域は、気化して除去されるため、切削くずやバリの発生が防止されるという利点もある。

このようにして貫通孔６を形成することにより、貫通孔６の下方に位置する電気配線３１の右側端部がそのまま残存し、貫通孔６の下方の空間に突出した突出部３１１が形成される。

以上のようにして支持基板５、光回路層２、支持基板４および電気回路層３とを積層してなる積層体８と、積層体８に形成された貫通孔６とを有する光導波路構造体（本発明の光導波路構造体）１０が得られる（図４参照）。

図４に示す光導波路構造体１０は、受発光素子７を挿入可能な貫通孔６を有しており、この貫通孔６内に受発光素子７を挿入することにより、光導波路構造体１０と受発光素子７との間で光学的接続および電気的接続を同時に行うことを可能にするものである。

また、光導波路構造体１０は、前述したように、貫通孔６の下方に突出した２つの突出部３１１を有している。この突出部３１１は、いわゆるフライングリードの形態をなしている。この突出部３１１は、貫通孔６内に受発光素子７が挿入された際に、受発光素子７の表面に設けられた電極パッド７２に対して接触することとなる。

なお、図４に示す突出部３１１は、貫通孔６の長さの半分程度に達するまで突出している。この突出長さは、３０〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５０〜１００μｍ程度であるのがより好ましい。突出部３１１の長さが前記範囲内であることにより、突出部３１１と受発光素子７との電気的接続をより確実に行うことができる。なお、突出部３１１の長さが前記下限値より短い場合には、貫通孔６内に挿入された受発光素子７の電極パッド７２に対して突出部３１１が届かなかったり、十分な接触面積が確保できないおそれがある。一方、突出部３１１の長さが前記上限値より長い場合には、過剰分の突出部３１１が、隣接する他の突出部３１１や電極パッド７２に接触して短絡を招いたり、受発光素子７の受発光部７１に干渉するおそれがある。

また、突出部３１１は金属系材料で構成されているが、成膜プロセスやパターニング加工を経ることによって徐々に金属の硬度が増すため、突出部３１１は、その変形容易性が低下している場合がある。ところがレーザー加工法で貫通孔６を形成することにより、突出部３１１にも少なからず熱が付与される。これにより、突出部３１１には焼鈍処理と同等の熱処理がなされ、突出部３１１を構成する金属が軟化することとなる。その結果、突出部３１１は、受発光素子７の挿入に合わせて柔軟に変形し易くなり、電極パッド７２に接触した状態を長期にわたって良好に維持することができる。

ここで、得られた光導波路構造体１０の突出部３１１に対して、必要に応じて、前述した銅食われ防止膜（図示せず）を形成する。かかる銅食われ防止膜は、例えば、電界めっき法、無電解めっき法等の各種めっき法により形成される。

また、得られた光導波路構造体１０の突出部３１１に対して、必要に応じて、前述した導電性材料（図示せず）を付着させ、被覆層を形成しておいてもよい。例えば、溶融ハンダや溶融ろう材に突出部３１１を浸漬することにより、突出部３１１の表面にハンダの被覆層を形成することができる。このようにして付着した導電性材料は、後述する工程において、貫通孔６内に受発光素子７を挿入した際、突出部３１１と電極パッド７２とを接合を担うこととなる。また、別の方法としては、ロールコート法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー塗布法等の各種塗布法（印刷法）によりハンダペーストを塗布する方法、電解めっき法、無電解めっき法等の各種めっき法によりハンダをめっきする方法、ハンダボールやハンダフレーク等のハンダ材料を載せた後、これらを溶融する方法等が挙げられる。

なお、突出部３１１に形成される被覆層は、前述した導電性材料からなる層のほか、突出部３１１や電極パッド７２と反応して導電性材料となり得る金属（例えば、Ｓｎ、Ｐｄ等）からなる層であってもよい。

［２］光電気混載基板の製造
次に、光導波路構造体１０を用いて光電気混載基板１を製造する方法について説明する。

受発光素子７を用意し、光導波路構造体１０の貫通孔６内に受発光素子７を挿入する。具体的には、図５（ａ）に示すように、貫通孔６の下方から受発光素子７を挿入し、光導波路構造体１０のコア部２１４の光軸と、受発光素子７の光軸とを一致させる。

この挿入に伴い、貫通孔６の下方の空間に突出していた突出部３１１は、受発光素子７の上面によって上方に押し上げられ、屈曲（または湾曲）する。受発光素子７がさらに挿入されると、突出部３１１は屈曲状態を維持しつつ受発光素子７の左側の面に摺接する。そして、図５（ｂ）に示すように、コア部２１４の光軸と受発光素子７の光軸とが一致する位置まで受発光素子７が挿入されると、突出部３１１と電極パッド７２とが接触することとなる。

屈曲状態にある突出部３１１は、電極パッド７２を付勢しているため、受発光素子７の位置を保持することに寄与する。
以上のようにして図１に示す光電気混載基板１が得られる。

受発光素子７の挿入には、例えば、フリップチップボンダー等の各種ボンダーが用いられる。ボンダーによれば、貫通孔６の形成位置に対して受発光素子７を正確に挿入することができる。例えば、貫通孔６の右側の内面６１と受発光素子７の背面（受発光部７１や電極パッド７２の配置面と反対の面）とが摺接するように、受発光素子７を挿入するのが好ましい。これにより、突出部３１１のできるだけ先端側を屈曲させることができるので、突出部３１１が根元から折れ曲がるのを避けることができる。

その後、必要に応じて、突出部３１１と電極パッド７２との間を接合する。この接合は、前述したように導電性材料を介して、または直接接合により行われる。

突出部３１１にあらかじめ導電性材料（ハンダ等）を付着させていた場合には、得られた光電気混載基板１をリフロー工程に供する。これにより、導電性材料が溶融して濡れ広がり、突出部３１１と電極パッド７２との間の電気的接続および機械的接続が強化させることとなる。

またその後、必要に応じて、貫通孔６の周辺をモールド樹脂（図示せず）で覆う。これにより、貫通孔６および受発光素子７を封止して、光導波路構造体１０と受発光素子７との固定を強化するとともに、これらを封止することで耐候性を高めることができる。

モールド樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂等が挙げられる。

さらに、必要に応じて、光導波路構造体１０上に電子部品（図示せず）を載置し、電気配線３１と電子部品とを電気的に接続する。

電子部品としては、例えば、ＬＳＩ(Large Scale Integration)、ＩＣ(Integrated Circuit)、メモリー、抵抗、コンデンサー等が挙げられる。これらの電子部品は、受発光素子７の駆動を制御する機能を有するものでもよい。

なお、図５では、貫通孔６の下方から受発光素子７を挿入する例について説明したが、図６（ａ）に示すように、貫通孔６の上方から挿入するようにしてもよい。

貫通孔６の上方から受発光素子７を挿入すると、それに伴い、貫通孔６の下方の空間に突出していた突出部３１１は、下方に押し下げられ、屈曲（または湾曲）する。受発光素子７がさらに挿入されると、突出部３１１は屈曲状態を維持しつつ受発光素子７の左側の面に摺接する。そして、図６（ｂ）に示すように、コア部２１４の光軸と受発光素子７の光軸とが一致する位置まで受発光素子７が挿入されると、突出部３１１と電極パッド７２とが接触することとなる。

このような方法でも、図１に示す光電気混載基板１が得られる。
また、突出部３１１は、貫通孔６の右方のみでなく、左方にも設けられていてもよい。図７に示す光導波路構造体１０は、貫通孔６の左右双方に突出部３１１を有する以外、図４に示す光導波路構造体１０と同様である。

このような光導波路構造体１０の貫通孔６に受発光素子７を挿入すると、図７（ａ）に示すように、左右双方の突出部３１１が上方に押し上げられる。そして、図７（ｂ）に示すように、コア部２１４の光軸と受発光素子７の光軸とが一致する位置まで受発光素子７が挿入されると、右方の突出部３１１と電極パッド７２とが接触することとなる。

かかる方法で得られた光電気混載基板１は、図７（ｂ）に示すように、屈曲状態にある突出部３１１が左右双方から受発光素子７に当接するため、左右双方から受発光素子７を付勢することができる。これにより、貫通孔６内における受発光素子７の位置をより確実に保持することができる。

＜電子機器＞
本発明の光電気混載基板を備える電子機器（本発明の電子機器）は、光信号と電気信号の双方の信号処理を行ういかなる電子機器にも適用可能であるが、例えば、ルーター装置、ＷＤＭ装置、携帯電話、ゲーム機、パソコン、テレビ、ホーム・サーバー等の電子機器類への適用が好適である。これらの電子機器では、いずれも、例えばＬＳＩ等の演算装置とＲＡＭ等の記憶装置との間で、大容量のデータを高速に伝送する必要がある。したがって、このような電子機器が本発明の光電気混載基板を備えることにより、電気配線に特有なノイズ、信号劣化等の不具合が解消されるため、その性能の飛躍的な向上が期待できる。

さらに、光導波路部分では、電気配線に比べて発熱量が大幅に削減される。このため、基板内の集積度が高められるとともに、冷却に要する電力を削減することができ、電子機器全体の消費電力を削減することができる。

以上、本発明の光導波路構造体、光電気混載基板および電子機器の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば光電気混載基板を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、前記実施形態では、コア部２１４が１本である光導波路２１（シングルチャンネル）について説明したが、コア部２１４が複数本である光回路（マルチチャンネル）についても本発明を適用することができる。この場合、複数のコア部２１４の端面にそれぞれ対応して貫通孔６が設けられ、各貫通孔６にそれぞれ２本の突出部３１１が設けられるとともに、受発光素子７が挿入される。

また、受発光素子７として、複数の受発光部７１と複数の電極パッド７２とを有するものを用いる場合には、マルチチャンネルの光回路を横断するように１つの貫通孔６を設けるようにすればよい。

１ 光電気混載基板
１０ 光導波路構造体
２ 光回路層
２１ 光導波路
２１１、２１２ クラッド層
２１３ コア層
２１４ コア部
２１５ 側面クラッド部
３ 電気回路層
３１ 電気配線
３１１ 突出部
４、５ 支持基板
６ 貫通孔
６１ 内面
７ 受発光素子
７１ 受発光部
７２ 電極パッド
７３ 配線
８ 積層体

Claims (13)

1. 線状のコア部と該コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部とを備える光導波路が形成された光回路層と、電気配線が形成された電気回路層と、前記光回路層および前記電気回路層の少なくとも一方を支持する支持基板とを、前記電気回路層、前記支持基板および前記光回路層の順で積層してなる積層体と、
   前記コア部の端部または途中に設けられ、前記積層体を厚さ方向に貫通する貫通孔と、
   前記貫通孔内に挿入され、受光部または発光部と電極パッドとを備える光素子と、
   を有し、
   前記電気配線は、その少なくとも一方の端部が湾曲または屈曲した部位であって平面視されたとき前記貫通孔内の途中まで突出してなる突出部を備えており、前記突出部は、前記電極パッドを付勢するよう構成されていることを特徴とする光電気混載基板。
2. 前記突出部は、前記電気配線の前記端部が前記支持基板側に湾曲または屈曲した部位である請求項１に記載の光電気混載基板。
3. 前記突出部は、前記電気配線の前記端部が前記支持基板側とは反対側に湾曲または屈曲した部位である請求項１に記載の光電気混載基板。
4. 前記貫通孔は、その平面視における中心と、前記コア部の延長線とが一致するように設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光電気混載基板。
5. 前記貫通孔の内面のうち、前記コア部が露出している面は、前記コア部の延伸方向に対して直交している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光電気混載基板。
6. 当該光電気混載基板は、２本の前記電気配線を備えており、
   前記各電気配線が備える２つの突出部は、前記線状のコア部に対して線対称の関係で配置されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光電気混載基板。
7. 線状のコア部と該コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部とを備える光導波路が形成された光回路層と、電気配線が形成された電気回路層と、前記光回路層および前記電気回路層の少なくとも一方を支持する支持基板とを、前記電気回路層、前記支持基板および前記光回路層の順で積層してなる積層体と、
   前記コア部の端部または途中に設けられ、前記積層体を厚さ方向に貫通する貫通孔と、
   を有し、
   前記電気配線は、その少なくとも一方の端部が平面視において前記貫通孔内の途中まで突出した部位であってフライングリードの形態をなす突出部を備えていることを特徴とする光導波路構造体。
8. 前記突出部の長さは、平面視において３０〜２００μｍである請求項７に記載の光導波路構造体。
9. 前記突出部の表面は、導電性材料で構成された被覆層で覆われている請求項７または８に記載の光導波路構造体。
10. 前記貫通孔は、レーザー加工により形成されたものである請求項７ないし９のいずれか１項に記載の光導波路構造体。
11. 前記貫通孔および前記突出部は、レーザー加工の加工レートの差を利用して、前記支持基板および前記光回路層を加工しつつ、前記電気配線の前記端部を選択的に残すことにより形成されたものである請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の光導波路構造体。
12. 前記突起部は、焼鈍処理が施されたものである請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の光導波路構造体。
13. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光電気混載基板を備えたことを特徴とする電子機器。

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