JP6460516B2 - 光電気混載基板 - Google Patents
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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おり、電気信号と光信号を同時に伝送することのできる光電気混載基板が多く用いられている。このような光電気混載基板としては、例えば、図７に示すように、ポリイミド等からなる絶縁層１を基板とし、その表面に、導電パターンからなる電気配線２を設けて電気回路基板Ｅとし、その裏面側に、補強用の金属層９を介して光導波路Ｗを設けた構造のものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。なお、上記電気回路基板Ｅの表面はカバーレイ３によって絶縁保護されている。また、上記金属層９には、電気回路基板Ｅの表面側に実装される光素子（図示せず）と光導波路Ｗとを光結合するための貫通孔５、５′が設けられている。そして、上記光導波路Ｗは、アンダークラッド層６と、光の行路となるコア７と、オーバークラッド層８の三層によって構成されている。
上記金属層９は、絶縁層１と裏面側の光導波路Ｗとの線膨張係数が異なるため、両者を直接積層すると、周囲の温度によって、光導波路Ｗに応力や微小な曲がりが発生して光伝播損失が大きくなることを回避するために設けられるものである。しかし、近年、電子機器等の小形化、高集積化の流れを受けて、上記光電気混載基板も、小スペースでの使用やヒンジ部等の可動部での使用ができるように、フレキシブル性が求められることが多くなっている。そこで、上記のように金属層９を介して光導波路Ｗを設けた光電気混載基板においても、そのフレキシブル性を高めるために、金属層９自体を部分的に除去してその除去部分に光導波路Ｗのクラッド層を入り込ませることによって、フレキシブル性を高めることが提案されている（例えば特許文献２を参照）。
また、最近では、光電気混載基板のフレキシブル性をさらに高めるために、光電気混載基板を光導波路Ｗ側から見た図８（ａ）に示すように、光結合部やコネクタ接続部となる両側だけ電気回路基板Ｅの幅を広くして金属層９、９′で補強し、その中間部の幅を狭くしたものも多く用いられるようになっている。
しかしながら、このようなフレキシブル性の高い光電気混載基板は、大きく引っ張られたり捩られたりすることが多いため、材質の異なる金属層９、９′と光導波路Ｗとの間で異なる応力が発生し、その応力の差が、光導波路Ｗの両端の角部Ｐ［図８（ａ）において小円で囲われた部分］に集中して、歪みや反りという形で現れ、この部分から剥がれやすいという問題があることが判明した。
また、図８（ｂ）に示すように、金属層９、９′を有しないタイプの光電気混載基板では、光導波路Ｗの両端が、ポリイミド等の絶縁層１の裏面に直接配置された構成になっているが、その場合も、樹脂同士の接合とはいえ、互いに材質が異なるため、その応力の差によって、やはり光導波路Ｗが、その角部Ｐから剥がれやすくなる傾向が見られることが判明した。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、電気回路基板裏面側の、金属層もしくは絶縁層と重なる配置で設けられた光導波路の端部が、金属層や絶縁層から剥がれることがなく、長期にわたって良好に使用することの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、本発明は、絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板と、この電気回路基板の絶縁層裏面側に、直接もしくは金属層を介して設けられる平面視略矩形状の光導波路とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路の少なくとも一端部が、上記電気回路基板の絶縁層もしくは金属層と重なるよう配置され、その重なって配置された光導波路の一端部の角部形状が、複数の鈍角部を略円弧状に並べた多角形状か、アールのついた円弧形状になっている光電気混載基板を第１の要旨とする。
また、本発明は、そのなかでも、特に、上記光導波路の角部形状において、上記多角形状が正多角形の部分からなり、その多角形状に外接する円弧の曲率半径が０．１〜１０．０ｍｍとなるよう設定され、アールのついた円弧形状が、その曲率半径が０．１〜１０．０ｍｍとなるよう設定されている光電気混載基板を第２の要旨とする。
すなわち、本発明の光電気混載基板は、電気回路基板裏面側の、金属層もしくは絶縁層に重ねて配置される光導波路において、その少なくとも一端部の角部形状を、所定の多角形状か円弧形状に形成したものである。この構成によれば、金属層と光導波路、もしくは絶縁層と光導波路の積層部において、外からの荷重や熱によって生じる内部応力が両者の間で異なっていても、その応力の差に基づく反りや歪みが、光導波路先端の、角部形状の部分に集中することがなく、上記多角形状や円弧形状の輪郭に沿って分散される。したがって、光素子等を実装する等の製造工程や、光電気混載基板を電子機器等に組み込む工程、そして実際に使用する際において、光導波路が端部から剥がれていくようなことがなく、この光電気混載基板を、長期にわたって良好に使用することができる。
また、本発明のなかでも、特に、上記光導波路の角部形状において、上記多角形状が正多角形の部分からなり、その多角形状に外接する円弧の曲率半径が０．１〜１０．０ｍｍとなるよう設定され、アールのついた円弧形状が、その曲率半径が０．１〜１０．０ｍｍとなるよう設定されている場合、とりわけ光導波路の剥がれ防止効果に優れたものとなり、好適である。
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。ただし、本発明は、この実施の形態に限るものではない。
図１（ａ）は、本発明の光電気混載基板の一実施の形態を模式的に示す部分的な縦断面図であり、図１（ｂ）は、そのＡ−Ａ′矢視図である。すなわち、この光電気混載基板１０は、絶縁層１の表面に電気配線２が設けられた電気回路基板Ｅと、上記絶縁層１の裏面側に設けられた光導波路Ｗとを備えている。
上記電気回路基板Ｅは、ポリイミド等からなる絶縁層１の表面に、光素子実装用のパッド２ａや、コネクタ実装用のパッド２ｂ、その他各種の素子実装用のパッド、アース用電極等（図示せず）を含む電気配線２が形成され、これらのうち、上記パッド２ａ等を除く電気配線２が、ポリイミド等からなるカバーレイ３によって絶縁保護された構成になっている。なお、カバーレイ３によって保護されていないパッド２ａ等の表面は、金やニッケル等からなる電解めっき層４で被覆されている。
一方、上記絶縁層１の裏面側に設けられた光導波路Ｗは、平面視形状が、左右方向に細長い略矩形状で、アンダークラッド層６と、その表面（図１においては下面）に所定パターンで形成されたコア７と、このコア７を被覆した状態で上記アンダークラッド層６の表面と一体化するオーバークラッド層８とで構成されている。
そして、上記電気回路基板Ｅの光素子実装用のパッド２ａに対応するコア７の部分が、コア７の延びる方向に対して４５°の傾斜面に形成されている。この傾斜面は、光の反射面７ａになっており、コア７内を伝播されてきた光の向きを９０°変えて光素子の受光部に入射させたり、逆に光素子の発光部から出射された光の向きを９０°変えてコア７内に入射させたりする役割を果たす。
また、上記電気回路基板Ｅと光導波路Ｗの間には、この光電気混載基板１０を補強するための金属層９が設けられており、フレキシブル性が要求される中間部を除く両側部［図８（ａ）を参照］に、パターン形成されている。そして、この金属層９には、コア７と光素子との間の光路を確保するための貫通孔５が形成されており、この貫通孔５内にも、上記アンダークラッド層６が入り込んでいる。なお、図１（ｂ）においては、上記貫通孔５の図示を省略し、金属層９が形成されている部分を、間隔の大きい右下がり斜線で示している。
そして、この電気回路基板Ｅの裏面側に設けられた光導波路Ｗは、図１（ｂ）に示すように、その左右の端部が金属層９と重なる配置で設けられており、その端部の二つの角部Ｐに、それぞれアールが付けられて、１／４円の円弧形状になっている。これが、本発明の大きな特徴である。なお、上記光電気混載基板１０の、向かって右側の部分は、図示された左側の部分と左右対称になっており、それ以外の構成は同じであることから、その図示と説明を省略する。
つぎに、上記光電気混載基板１０の製法について説明する（図２、図３を参照）。
まず、平板状の金属層９を準備し、その表面に、ポリイミド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、所定パターンの絶縁層１を形成する［図２（ａ）を参照］。上記絶縁層１の厚みは、例えば３〜５０μｍの範囲内に設定される。また、上記金属層９の形成材料としては、ステンレス、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、チタン、白金、金等があげられ、なかでも、剛性等の観点から、ステンレスが好ましい。また、上記金属層９の厚みは、その材質にもよるが、ステンレスを用いた場合、例えば１０〜７０μｍの範囲内に設定される。すなわち、１０μｍ未満では補強効果が充分に得られないおそれがあり、逆に７０μｍを超えると、金属層９の貫通孔５内を移動する光の距離が長くなって、光損失が大きくなるおそれがあるからである。
つぎに、図２（ｂ）に示すように、上記絶縁層１の表面に、電気配線２（光素子実装用のパッド２ａやコネクタ用パッド２ｂ、他のパッド、アース用電極等を含む、以下同じ）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。そして、上記金属層９、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となる。
つぎに、図２（ｃ）に示すように、光素子実装用のパッド２やコネクタ用パッド２ｂの一部等を除く電気配線２の部分に、ポリイミド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。
そして、図２（ｄ）に示すように、カバーレイ３によって被覆されていない光素子実装用のパッド２ａやコネクタ用パッド２ｂの一部等の表面に電解めっき層４を形成する。このようにして、電気回路基板Ｅが形成される。
つぎに、上記金属層９と電気回路基板Ｅとからなる積層体の両面に、感光性レジストをラミネートした後、上記金属層９の裏面側（電気回路基板Ｅと反対側の面側）の感光性レジストのうち、金属層９が不要な部分と光路用の貫通孔形成予定部に対応する部分に、フォトリソグラフィ法により、孔部を形成し、上記金属層９の裏面を部分的に露呈させる。
そして、上記金属層９の露呈部分を、その金属層９の金属材料に応じたエッチング用水溶液（例えば、ステンレス層の場合は、塩化第２鉄水溶液）を用いてエッチングすることにより除去し、その除去跡から絶縁層１を露呈させた後、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。これにより、図３（ａ）に示すように、補強が必要な領域のみに金属層９が形成され、光路用の貫通孔５も同時に形成される。
つぎに、上記絶縁層１の裏面（金属層９が形成されている部分にあっては金属層９の裏面）に光導波路Ｗ〔図１（ａ）参照〕を形成するために、まず、図３（ｂ）に示すように、上記絶縁層１および金属層９の裏面（図において下面）に、アンダークラッド層６の形成材料である感光性樹脂を塗布した後、その塗布層を照射線により露光して硬化させて、アンダークラッド層６を形成する。上記アンダークラッド層６は、フォトリソグラフィ法によって、その端部の角部Ｐ［図１（ｂ）を参照］にアールの付いた、所定パターン状に形成される。そして、このアンダークラッド層６によって、上記金属層９の光路用の貫通孔５が埋められた状態となる。また、上記アンダークラッド層６の厚み（絶縁層１の裏面からの厚み）は、通常、金属層９の厚みよりも厚く設定される。なお、光導波路Ｗを形成するための一連の作業は、上記金属層９が形成された絶縁層１の裏面を上に向けた状態で行われるが、図面では、そのままの状態で示している。
つぎに、図３（ｃ）に示すように、上記アンダークラッド層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。コア７の厚みは、例えば３〜１００μｍの範囲内に設定され、幅は、例えば３〜１００μｍの範囲内に設定される。上記コア７の形成材料としては、例えば、上記アンダークラッド層６と同様の感光性樹脂があげられ、上記アンダークラッド層６および後述するオーバークラッド層８の形成材料よりも屈折率が大きい材料が用いられる。この屈折率の調整は、例えば、アンダークラッド層６、コア７、オーバークラッド層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３（ｄ）に示すように、上記コア７を被覆するように、アンダークラッド層６の表面（図では下面）に重ねて、フォトリソグラフィ法により、オーバークラッド層８を形成する。オーバークラッド層８の形状も、アンダークラッド層６の形状に合わせて、その端部の角部Ｐ［図１（ｂ）を参照］にアールの付いた、所定パターン状とする。このようにして、光導波路Ｗが形成される。なお、上記オーバークラッド層８の厚み（アンダークラッド層６の表面からの厚み）は、例えば、上記コア７の厚み以上で、３００μｍ以下に設定される。上記オーバークラッド層８の形成材料としては、例えば、上記アンダークラッド層６と同様の感光性樹脂があげられる。
ちなみに、上記光導波路Ｗの形成材料の具体的な組成例を以下に示す。
＜アンダークラッド層６、オーバークラッド層８の形成材料＞
脂環骨格を含むエポキシ樹脂（ダイセル化学工業社製、ＥＨＰＥ３１５０） ２０重量部
液状長鎖二官能半脂肪族エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、ＥＸＡ−４８１６） ８０重量部
光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０） ２重量部
乳酸エチル（武蔵野化学研究所社製） ４０重量部
＜コア７の形成材料＞
ｏ−クレゾールノボラックグリシジルエーテル（新日鐵住金化学社製、ＹＤＣＮ−７００−１０） ５０重量部
ビスフェノキシエタノールフルオレンジグリシジルエーテル（大阪ガスケミカル社製、オグゾールＥＧ） ５０重量部
光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０） １重量部
乳酸エチル（武蔵野化学研究所社製） ５０重量部
＜アンダークラッド層６、オーバークラッド層８の形成材料＞
脂環骨格を含むエポキシ樹脂（ダイセル化学工業社製、ＥＨＰＥ３１５０） ２０重量部
液状長鎖二官能半脂肪族エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、ＥＸＡ−４８１６） ８０重量部
光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０） ２重量部
乳酸エチル（武蔵野化学研究所社製） ４０重量部
＜コア７の形成材料＞
ｏ−クレゾールノボラックグリシジルエーテル（新日鐵住金化学社製、ＹＤＣＮ−７００−１０） ５０重量部
ビスフェノキシエタノールフルオレンジグリシジルエーテル（大阪ガスケミカル社製、オグゾールＥＧ） ５０重量部
光酸発生剤（ＡＤＥＫＡ社製、ＳＰ１７０） １重量部
乳酸エチル（武蔵野化学研究所社製） ５０重量部
つぎに、上記光導波路Ｗの所定部分に、レーザ加工や切削加工等により、コア７の延びる方向に対して４５°傾斜した傾斜面を形成し、電気回路基板Ｅの表面側に実装される光素子との光結合のための反射面７ａ［図１（ａ）を参照］とする。そして、電気回路基板Ｅの表面側に設けられた電気配線２のパッド２ａに光素子を実装する等、必要な部材の取り付けを行う。
このようにして、図１に示す光電気混載基板１０を得ることができる。この光電気混載基板１０は、電気回路基板Ｅの裏面側の、金属層９に重ねて配置される光導波路Ｗにおいて、その両端部の角部Ｐにアールが付与されている。この構成によれば、金属層９と光導波路Ｗの積層部において、外からの荷重や熱によって生じる内部応力が両者の間で異なっていても、その応力の差による反りや歪みが、上記角部Ｐに集中することがなく、上記アールの円弧状の輪郭に沿って分散される。したがって、光素子等を実装する等の製造工程や、光電気混載基板１０を電子機器等に組み込む工程、そして実際に使用する際において、光導波路Ｗが端部から剥がれていくようなことがなく、この光電気混載基板１０を、長期にわたって良好に使用することができる。
しかも、上記光電気混載基板１０は、光導波路Ｗを形成する際に、その両端部の角部Ｐをアールにするには、特別の工程が不要で、両端部にアールが付くような形状のフォトマスクを用いるだけで、簡単に得られるため、製造効率がよいという利点を有する。
なお、上記光導波路Ｗ端部の角部Ｐにアールを付ける場合、その曲率半径［図１（ｂ）においてＲで示す］は、０．１〜１０．０ｍｍに設定することが好適であり、０．５〜５．０ｍｍに設定することがより好ましい。すなわち、上記の範囲よりＲが小さいと、光導波路Ｗの剥がれ防止効果が充分に得られないおそれがあり、逆に、上記の範囲よりＲが大きいと、コア７の配置や光導波路Ｗの幅等に影響が生じるおそれがあるからである。
また、上記の例では、光導波路Ｗの端部の角部Ｐにアールをつけて、円弧状とすることにより、この角部Ｐに応力が集中するのを回避して、光導波路Ｗの剥がれを防止するようにしたが、角部Ｐの形状は、これに限るものではなく、例えば、図４に示すように、この部分を、複数の鈍角部を略円弧状に並べた多角形状にしてもよい。ただし、多角形状とする場合、この多角形状は、正多角形の部分形状であることが望ましく、本来の角部に対し、均等に鈍角部が配置されていることが好適である。すなわち、不規則に鈍角部が並ぶ形状では、外部から力がかかったとき、特定の鈍角部のみに応力が集中してその部分から剥がれていくおそれがあるからである。ちなみに、この図では、光導波路Ｗの角部Ｐが、頂角４５°の二等辺三角形を８個組み合わせてなる正八角形の１／４形状に置き換えられている。
また、上記のように、光導波路Ｗ端部の角部Ｐを、鈍角部の組み合わせによる略円弧状にする場合、その形状は、図５に示すように、その多角形が正多角形の部分形状（この図では、正十二角形の１／４形状）であることが好ましいことに加えて、その外接円Ｑによる円弧の曲率半径（図５においてＲ′で示す）は、０．１〜１０．０ｍｍに設定されていることが好適であり、０．５〜５．０ｍｍに設定されていることがより好ましい。すなわち、この場合も、上記の範囲よりＲが小さいと、光導波路Ｗの剥がれ防止効果が充分に得られないおそれがあり、逆に、上記の範囲よりＲが大きいと、コア７の配置や光導波路Ｗの幅等に影響が生じるおそれがあるからである。
なお、上記の例は、光導波路Ｗの端部が、光電気混載基板１０の両側において幅が広く設定された金属層９と重なる配置で設けられた例であるが、本発明は、図６（ａ）に示すように、光電気混載基板１０が、全体にわたって同一幅の、帯状のものに対しても適用することができる。この場合も、光導波路Ｗの、金属層９と重なる端部の角部Ｐを、アールにするか鈍角部の組み合わせによる略円弧状にすることにより、光導波路Ｗの剥がれ防止効果を得ることができる。
また、本発明は、図６（ｂ）に示すように、金属層が設けられておらず、絶縁層１の裏面に直接光導波路Ｗが重なった光電気混載基板１０に対しても適用することができる。すなわち、絶縁層１と光導波路Ｗの積層部も、樹脂同士の接合とはいえ、互いに材質が異なるため、その応力の差によって光導波路Ｗに反りや歪みが生じやすいところ、上記の例のように、光導波路Ｗにおいて、応力の集中しやすい角部Ｐを、アールにするか鈍角部の組み合わせによる略円弧状にすることにより、光導波路Ｗの剥がれを効果的に防止することができるからである。
さらに、前記の例は、左右両側に光電気結合部が設けられており、左右対称形の構造になっているものであるが、片方のみに光電気結合部が設けられ、他方は単にコネクタ接続下になっているだけのものであっても差し支えない。その場合、光電気結合に用いられる方の光導波路Ｗの端部に、本発明の形状を適用することが好適である。
また、上記の例では、光導波路Ｗの外形がアンダークラッド層６とオーバークラッド層８の両方で形成されたものであるが、光導波路Ｗの外形は、オーバークラッド層８のみで形成されたものであっても、コア７のみで形成されたものであっても差し支えない。
本発明は、電気回路基板部分の裏面側から光導波路が剥がれにくく、長期にわたって安心して使用することのできる優れた光電気混載基板に利用することができる。
Ｅ 電気回路基板
Ｗ 光導波路
Ｐ 角部
１ 絶縁層
２ 電気配線
９ 金属層
１０ 光電気混載基板
Ｗ 光導波路
Ｐ 角部
１ 絶縁層
２ 電気配線
９ 金属層
１０ 光電気混載基板
Claims (2)
- 絶縁層の表面に電気配線が形成された電気回路基板と、この電気回路基板の絶縁層裏面側に、直接もしくは金属層を介して設けられる平面視略矩形状の光導波路とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路の少なくとも一端部が、上記電気回路基板の絶縁層もしくは金属層と重なるよう配置され、その重なって配置された光導波路の一端部の光反射面になっていない角部の形状が、複数の鈍角部を略円弧状に並べた多角形状か、アールのついた円弧形状になっていることを特徴とする光電気混載基板。
- 上記光導波路の光反射面になっていない角部の形状において、上記多角形状が正多角形の部分からなり、その多角形状に外接する円弧の曲率半径が０．１〜１０．０ｍｍとなるよう設定され、アールのついた円弧形状が、その曲率半径が０．１〜１０．０ｍｍとなるよう設定されている請求項１記載の光電気混載基板。
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