JP6080155B2

JP6080155B2 - 光電気混載基板

Info

Publication number: JP6080155B2
Application number: JP2012246593A
Authority: JP
Inventors: 将太郎増田; 俊和馬場; 康人石丸
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2032-11-08
Also published as: CN103809237B; JP2014095782A; EP2731410A1; US20140126857A1; KR102116579B1; US9274273B2; KR20140059702A; TW201418809A; TWI638193B; CN103809237A

Description

本発明は、電気回路基板と光導波路とが積層された光電気混載基板に関するものである。

最近の電子機器等では、伝送情報量の増加に伴い、電気配線に加えて、光配線が採用されている。そのようなものとして、例えば、図７に示すような光電気混載基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このものは、絶縁性のフレキシブル基板（絶縁層）５１の表面に電気配線５２と、この電気配線５２を被覆して保護する絶縁性のカバーレイ（配線カバー層）５３とが形成されてなる電気回路基板Ｅ₀の上記フレキシブル基板５１の裏面（電気配線５２の形成面と反対側の面）に、エポキシ樹脂等からなる光導波路（光配線）Ｗ₀（アンダークラッド層５６，コア５７，オーバークラッド層５８）を積層して形成されている。この光電気混載基板は、電気回路基板Ｅ₀も光導波路Ｗ₀も薄いため、フレキシブルであり、最近の電子機器等の小形化に対応して、小スペースで屈曲させた状態で使用されたり、ヒンジ部等の可動部で使用されたり等している。

国際公開第２０１０／０５８４７６号

一般に、上記光電気混載基板は、電気配線５２を被覆保護するカバーレイ５３と、光導波路Ｗ₀とが重なる（図７では上下に重なる）状態で配置されている。そのため、上記光電気混載基板の厚みは、電気回路基板Ｅ₀の厚みと光導波路Ｗ₀の厚みの合計厚みになっており、そのような光電気混載基板を屈曲させると、その厚みにより、その屈曲部分には、応力がかかる。その結果、屈曲部分に破断やクラックが発生して情報伝達が適正に行われなくなるおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、屈曲部分にかかる応力を大幅に低減することができる光電気混載基板の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の光電気混載基板は、絶縁層の表面に電気配線およびこの電気配線を被覆して保護する絶縁性の配線カバー層が形成されている電気回路基板と、クラッド層の表面にコアがパターン形成されている光導波路とを備え、上記絶縁層の表面または裏面に上記クラッド層が接触した状態で、上記電気回路基板と上記光導波路とが積層されている光電気混載基板であって、その光電気混載基板の一部が屈曲予定部に設定され、その屈曲予定部では、上記配線カバー層と、上記光導波路とが重ならない状態で配置され、上記屈曲予定部以外の部分では、上記配線カバー層と上記光導波路とが重なった状態で配置されているという構成をとる。

本発明の光電気混載基板は、屈曲予定部において、配線カバー層と光導波路とが重ならない状態で配置されているため、その屈曲予定部での光電気混載基板の厚みは、電気回路基板の厚みと光導波路の厚みの合計厚みよりも薄くなっている。そのため、上記屈曲予定部で屈曲させても、その屈曲部分にかかる応力を大幅に低減することができ、その屈曲部分に破断やクラックが発生せず、情報伝達を適正に行うことができる。

すなわち、光電気混載基板の屈曲した状態での屈曲部分の厚みＴ_Aが、電気回路基板の厚みＴ_Eと光導波路の厚みＴ_Wに対して、下記の式（１）を満たすようになっている場合には、その屈曲部分にかかる応力を大幅に低減することができ、その屈曲部分に破断やクラックが発生せず、情報伝達を適正に行うことができる。

本発明の光電気混載基板の第１の参考形態を模式的に示す斜視図である。（ａ）〜（ｅ）は、上記光電気混載基板の製法を模式的に示す説明図である。本発明の光電気混載基板の第２の参考形態を模式的に示す正面図である。本発明の光電気混載基板の第３の参考形態を模式的に示す正面図である。本発明の光電気混載基板の第４の参考形態を模式的に示す正面図である。本発明の光電気混載基板の第５の参考形態を模式的に示す正面図である。従来の光電気混載基板を模式的に示す斜視図である。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

図１は、本発明の光電気混載基板の第１の参考形態を模式的に示す斜視図である。この参考形態の光電気混載基板は、帯状に形成されており、その幅方向の両側部分の表面側（図１では上側）に、長手方向に沿って、電気回路基板Ｅの電気配線２およびその電気配線２を被覆して保護する絶縁性のカバーレイ（配線カバー層）３が形成され、幅方向の中央部分の裏面側（図１では下側）に、光導波路Ｗが形成されている。そして、この参考形態では、帯状の長手方向の全体にわたって、カバーレイ３と光導波路Ｗとが重ならない状態で配置されている。

より詳しく説明すると、上記電気回路基板Ｅは、帯状に形成された絶縁層１と、この絶縁層１の幅方向の両側部分の表面に、長手方向に沿って形成された電気配線２と、この電気配線２を絶縁保護するカバーレイ３とが形成されている。

上記光導波路Ｗは、第１クラッド層（アンダークラッド層）６と、この第１クラッド層６の表面に所定パターン形成されたコア７と、このコア７を被覆した状態で上記第１クラッド層６の表面に形成された第２クラッド層（オーバークラッド層）８とを備えている。そして、上記第１クラッド層６は、その裏面（コア７の形成面と反対側の面）で上記電気回路基板Ｅの絶縁層１と接触している。

すなわち、上記帯状の光電気混載基板は、長手方向の全体にわたって、カバーレイ３と光導波路Ｗとが重ならない状態で配置されているため、その長手方向のどの部分で長手方向に屈曲（図示の矢印Ｂ方向に屈曲）させても、その屈曲部分での光電気混載基板の厚み（Ｔ_A）は、電気回路基板Ｅの厚み（Ｔ_E）か、または光導波路Ｗの厚み（Ｔ_W）に絶縁層１の厚みを加えた厚みになり、電気回路基板Ｅと光導波路Ｗの合計厚み（Ｔ_E＋Ｔ_W）よりも薄くなっている。そのため、上記屈曲部分にかかる応力は小さくなっており、その屈曲部分に破断やクラックが発生せず、電気回路基板Ｅおよび光導波路Ｗによる情報伝達を適正に行うことができる。

つぎに、上記光電気混載基板の製法について説明する〔図２（ａ）〜（ｅ）参照〕。

まず、上記絶縁層１〔図２（ａ）参照〕を準備する。この絶縁層１としては、樹脂シート等があげられ、その形成材料としては、屈曲性の観点から、ポリイミド等が好ましい。また、絶縁層１の厚みは、屈曲性の観点から、薄い方がよく、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。なお、電気回路基板Ｅと光導波路Ｗとの間で光通信する場合は、上記絶縁層１は、透光性が高いものであることが好ましい。

ついで、図２（ａ）に示すように、上記絶縁層１の幅方向の両側部分の表面に、上記電気配線２を、例えばセミアディティブ法により形成する。この方法は、まず、上記絶縁層１の表面に、スパッタリングまたは無電解めっき等により、銅やクロム等からなる金属膜（図示せず）を形成する。この金属膜は、後の電解めっきを行う際のシード層（電解めっき層形成の素地となる層）となる。ついで、上記絶縁層１およびシード層からなる積層体の両面に、感光性レジスト（図示せず）をラミネートした後、上記シード層が形成されている側の感光性レジストに、フォトリソグラフィ法により、上記電気配線２のパターンの孔部を形成し、その孔部の底に上記シード層の表面部分を露呈させる。つぎに、電解めっきにより、上記孔部の底に露呈した上記シード層の表面部分に、銅等からなる電解めっき層を積層形成する。そして、上記感光性レジストを水酸化ナトリウム水溶液等により剥離する。その後、上記電解めっき層が形成されていないシード層の部分をソフトエッチングにより除去する。残存したシード層と電解めっき層とからなる積層部分が上記電気配線２である。なお、上記電気配線２の厚みは、屈曲性の観点から、薄い方がよく、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。なお、上記電気配線２の形成は、上記セミアディティブ法の他、アディティブ法，サブトラクティブ法等により形成してもよい。

つぎに、図２（ｂ）に示すように、上記電気配線２の部分に、ポリイミド樹脂等からなる感光性絶縁樹脂を塗布し、フォトリソグラフィ法により、カバーレイ３を形成する。このカバーレイ３の厚み（絶縁層１の表面からの厚み）は、屈曲性の観点から、薄い方がよく、好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。このようにして、上記電気回路基板Ｅが形成される。

そして、その電気回路基板Ｅの絶縁層１の裏面（図では下面）に光導波路Ｗ〔図２（ｅ）参照〕を形成するために、まず、図２（ｃ）に示すように、上記絶縁層１の裏面に、第１クラッド層（アンダークラッド層）６の形成材料である感光性エポキシ樹脂等の感光性樹脂を塗布した後、その塗布層の幅方向の中央部分を照射線により露光して硬化させ、第１クラッド層６に形成する。上記第１クラッド層６の厚みは、屈曲性の観点から、薄い方がよく、好ましくは８０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下である。なお、光導波路Ｗの形成時〔上記第１クラッド層６，下記コア７，下記第２クラッド層（オーバークラッド層）８の形成時〕は、上記絶縁層１の裏面は上に向けられる。

ついで、図２（ｄ）に示すように、上記第１クラッド層６の表面（図では下面）に、フォトリソグラフィ法により、所定パターンのコア７を形成する。上記コア７の厚みは、光損失を小さくする観点から、厚い方がよく、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上であり、屈曲性の観点から、薄い方がよく、好ましくは４００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下である。

上記コア７の形成材料としては、例えば、上記第１クラッド層６と同様の感光性樹脂があげられ、上記コア７が形成された状態で、上記第１クラッド層６および下記第２クラッド層８〔図２（ｅ）参照〕よりも屈折率が大きくなるような材料が用いられる。上記屈折率の調整は、例えば、上記第１クラッド層６，コア７，第２クラッド層８の各形成材料の種類の選択や組成比率を調整して行うことができる。

つぎに、図２（ｅ）に示すように、上記コア７を被覆するよう、上記第１クラッド層６の表面（図では下面）に、フォトリソグラフィ法により、第２クラッド層８を形成する。この第２クラッド層８の厚み（コア７からの厚み）は、屈曲性の観点から、薄い方がよく、好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下である。上記第２クラッド層８の形成材料としては、例えば、上記第１クラッド層６と同様の感光性樹脂があげられる。このようにして、上記絶縁層１の裏面に、光導波路Ｗが形成され、目的とする光電気混載基板が得られる。

図３は、本発明の光電気混載基板の第２の参考形態を模式的に示す正面図である。この参考形態の光電気混載基板は、幅方向の片側（図３では左側）部分の表面側（図３では上側）に、電気配線２およびカバーレイ３が形成され、もう一方の片側（図３では右側）部分の裏面側（図１では下側）に、光導波路Ｗが形成されているものである。そして、この参考形態でも、上記第１の参考形態と同様の作用・効果を奏する。

図４は、本発明の光電気混載基板の第３の参考形態を模式的に示す正面図である。この参考形態の光電気混載基板は、幅方向の両側部分の表面側（図４では上側）に、電気配線２およびカバーレイ３が形成され、幅方向の中央部分でも、その表面側（図４では上側）に、光導波路Ｗが形成されているものである。すなわち、図１に示す第１の参考形態において、絶縁層１の、電気配線２およびカバーレイ３の形成面に、光導波路Ｗが形成されたものである。そして、この参考形態でも、上記第１の参考形態と同様の作用・効果を奏する。さらに、この参考形態では、光電気混載基板の全体の厚みを薄くすることができ、より小スペースでの使用を可能とすることができる。

図５は、本発明の光電気混載基板の第４の参考形態を模式的に示す正面図である。この参考形態の光電気混載基板は、幅方向の中央部分の表面側（図５では上側）に、電気配線２およびカバーレイ３が形成され、幅方向の両側部分の裏面側（図５では下側）に、光導波路Ｗが形成されているものである。そして、この参考形態でも、上記第１の参考形態と同様の作用・効果を奏する。

図６は、本発明の光電気混載基板の第５の参考形態を模式的に示す正面図である。この参考形態の光電気混載基板は、幅方向の中央部分の表面側（図６では上側）に、電気配線２およびカバーレイ３が形成され、幅方向の両側部分でも、その表面側（図６では上側）に、光導波路Ｗが形成されているものである。そして、この参考形態でも、上記第３の参考形態と同様の作用・効果を奏する。

そして、上記各参考形態では、帯状の長手方向の全体にわたって、カバーレイ３と光導波路Ｗとが重ならない状態で配置されているものとしたが、本発明の光電気混載基板の第１〜５の実施の形態は、上記第１〜５の参考形態において、光電気混載基板の屈曲予定部のみ、上記のように、カバーレイ３と光導波路Ｗとが重ならないように配置し、それ以外の部分では、カバーレイ３と光導波路Ｗとが重なるように配置したものとなっている。

また、上記各実施の形態では、第２クラッド層（オーバークラッド層）８を形成したが、場合によって、形成しなくてもよい。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。

〔実施例１〜５〕
上記第１〜第５の実施の形態のものを実施例１〜５とした〔屈曲部は図２（ｅ），図３〜図６を参照〕。ここで、絶縁層を厚み５μｍの透明ポリイミドフィルムとし、電気配線をアディティブ法により形成した厚み５μｍの銅配線とし、カバーレイを厚み（銅配線の頂面からの厚み）５μｍのポリイミド製のものとした。また、第１クラッド層をフォトリソグラフィ法により形成した厚み２０μｍのエポキシ樹脂製のものとし、コアをフォトリソグラフィ法により形成した厚み５０μｍのエポキシ樹脂製のものとし、第２クラッド層をフォトリソグラフィ法により形成した厚み（コアからの厚み）１０μｍのエポキシ樹脂製のものとした。

〔比較例〕
カバーレイと光導波路とが長手方向全体にわたって重なった状態で配置されているもの（図７参照）を比較例とした。絶縁層等の厚みは、上記実施例１〜５と同様とした。

〔屈曲試験〕
上記実施例１〜５および比較例の光電気混載基板を、光導波路が内側になるように屈曲させ、長手方向の一端側と他端側とを対面させ、その状態でスライド試験機にセットした。ついで、上記一端側と他端側とが互いに反対方向にスライドするよう、上記一端側と他端側とを繰り返し往復させた。その屈曲状態の光電気混載基板のギャップを２ｍｍとし、上記スライドのストロークを２０ｍｍとした。そして、上記光電気混載基板が破断するまでの往復回数をカウントした。その結果、実施例１〜５では、１万回往復させても破断しなかったが、比較例では、３５０回で破断した。

上記の結果から、カバーレイと光導波路とが重ならない実施例１〜５は、それらが重なる比較例と比較して、屈曲部分にかかる応力を大幅に低減できることがわかる。

なお、上記屈曲試験では、光導波路を内側にして屈曲させたが、光導波路を外側にして屈曲させても、上記と同様の結果が得られた。

本発明の光電気混載基板は、屈曲させた状態で使用する場合に利用可能である。

Ｅ電気回路基板
Ｗ光導波路
１絶縁層
２電気配線
３カバーレイ
６第１クラッド層
７コア
８第２クラッド層

Claims

絶縁層の表面に電気配線およびこの電気配線を被覆して保護する絶縁性の配線カバー層が形成されている電気回路基板と、クラッド層の表面にコアがパターン形成されている光導波路とを備え、上記絶縁層の表面または裏面に上記クラッド層が接触した状態で、上記電気回路基板と上記光導波路とが積層されている光電気混載基板であって、その光電気混載基板の一部が屈曲予定部に設定され、その屈曲予定部では、上記配線カバー層と、上記光導波路とが重ならない状態で配置され、上記屈曲予定部以外の部分では、上記配線カバー層と上記光導波路とが重なった状態で配置されていることを特徴とする光電気混載基板。
光電気混載基板の屈曲した状態での屈曲部分の厚みＴ_Aが、電気回路基板の厚みＴ_Eと光導波路の厚みＴ_Wに対して、下記の式（１）を満たすようになっている請求項１記載の光電気混載基板。