KR20070098739A - 광전기 복합 배선 기판 및 그 결합 효율의 평가 방법 - Google Patents

광전기 복합 배선 기판 및 그 결합 효율의 평가 방법 Download PDF

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겐타로 이치이
요시히로 데라다
무네히사 후지마키
히로유키 오카
요시키 후루카와
가츠미 이누즈카
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가부시키가이샤후지쿠라
스탄레 덴끼 가부시키가이샤
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Abstract

광전기 복합 배선 기판은, 전기 배선을 구비한 기재, 상기 기재에 실장된 발광 소자와 수광 소자로 구성된 복수개의 수발광 유니트, 및 상기 수발광 유니트마다 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이를 접속하는, 각각의 광배선을 횡렬로 통합하여 제1 피복재로 피복한 광배선 테이프를 구비한다.

Description

광전기 복합 배선 기판 및 그 결합 효율의 평가 방법 {Optical/electrical circuit interconnect board and evaluation method therefor}
도 1은 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판의 일례를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 일례를 도시한 부분 확대 단면도로서, 도 1의 I-I선의 단면을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판의 다른 일례를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판의 다른 일례를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판으로 사용하는 기재의 일례를 도시한 부분 확대 측면도이다.
도 6은 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판으로 사용하는 기재의 다른 일례를 도시한 부분 확대 측면도이다.
도 7은 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장된 광배선 테이프의 부분 확대 단면도로서, 플래너리티를 정의하는 방법을 부기하였다.
도 8은 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 다른 일례를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 9는 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 다른 일례를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 10은 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 다른 일례를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 11은 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 다른 일례를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 12는 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 다른 일례를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 13은 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 다른 일례를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 14는 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 다른 일례를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 15는 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 다른 일례를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 16은 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 다른 일례를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 17은 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 다른 일례를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 18은 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 다른 일례를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 19는 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 다른 일례를 도시한 부분 확대 단면도이다.
<도면의 부호의 간단한 설명>
1,11,21 : 광전기 복합 배선 기판
2,12,22,32,42 : 기판
3(3a,3b,3c,3d) : 발광소자
4(4a,4b,4c,4d) : 수광소자
5(5a,5b,5c,5d,5e,5f) : 광배선(플라스틱 광파이버)
6 : 제1피복재
7,27,37,47,57A,57B,57C,57D,67,77,87,97,107 : 광배선 테이프
8 : 전기배선
9(9a,9b),39a,39b,49a,49b,69a,69b,79a,79b,89a,89b,99a,99b,99c,109a,109b : 보강선재(유리 광파이버)
10 : 기준선
10a,10b : 광배선의 외주접선
45,65,75,85,95,105 : 제2피복재
종래기술의 문헌 1: 일본특개평6-281831호 공보
본 발명은, 발광 소자와 수광 소자로 구성된 복수개의 수발광 유니트가 실장된 기판상에, 전기 배선과 조합하여 광배선을 실장한 광전기 복합 배선 기판과, 광전기 복합 배선 기판을 구성하는 광배선 결합 효율을 평가하는 방법에 관한 것이다.
현재 널리 사용되고 있는 휴대전화, 디지털 카메라, 텔레비젼 등의 전자기기 내부에는, 제어계의 신호, 화상 등 여러가지 정보를 전송하기 위해 매우 많은 전기 배선이 사용되고 있다. 이 전기 배선의 일례로서 박형, 플렉시블성이라는 특징을 가진 플렉시블 프린트 기판이, 작은 실장 면적에 많은 전기 배선을 설치할 수 있다는 이점을 살려 폭넓게 사용되고 있다.
그런데, 전기 배선을 사용한 정보 전송에서 정보의 전송 속도를 빠르게 한다는 것은, 노이즈, 신호 지연 등 여러가지 문제가 있으며, 종래보다도 전송 속도가 빠른 전기 배선을 실현하기 어렵다. 또 실제로 전기 배선을 사용하여 빠른 전송 속도를 실현하더라도 복잡한 전기회로나 노이즈 대책용 여분의 실드(shield)가 필요하게 되는 등 실장 면적이나 제조 비용이 증가한다는 문제를 일으킬 염려가 있다.
그래서, 이러한 문제를 해결하기 위해 전기 배선과 비교하여 노이즈나 신호 지연의 영향이 적고 고속 응답성이 우수한 광배선과 통상 사용되고 있는 전기 배선을 조합한 구조의 광전기 복합 배선이 검토되고 있다. 그 중에서도 플렉시블성을 가진 광전기 복합 배선은, 좁은 영역이나 휴대전화의 힌지부 등의 가동부에 실장이 가능하다는 점에서 주목되고 있다.
또 광전기 복합 배선 적용 부분은, 휴대전화, 디지털 카메라 등의 생활 전기 기기의 다기능화나 디자인 복잡화에 의해, 굴곡이나 비틀기 등의 가동 부분이 많아지고 있다. 예를 들면, 휴대전화 액정은 대형화가 진행되어 콤팩트한 외형을 달성하기 위해서는 2번 접음 기능이 필수가 되고 있다. 또 디지털 카메라에서는, 셀프 촬영할 수 있는 기능을 부여하기 위해 렌즈부를 회전할 수 있는 구조를 갖도록 한다.
이와 같은 광배선과 전기 배선을 조합한 광전기 복합 배선으로서는, 예를 들면 광도파로(光導波路)를 형성한 고분자 필름상에, 전기 배선을 형성한 전기 배선·광배선 혼재 플렉시블 프린트 배선판이 제안되고 있다(종래기술문헌 1 참조).
그러나 이 방법은, 광도파로를 형성한 고분자 필름을 제작하고, 상기 고분자 필름에 전기 배선을 형성하여 배선 기판으로 한 후, 이 배선 기판에 대해 발광 소자나 수광 소자를 실장하기 때문에 그 제조 공정은 매우 복잡하여 저비용화하기 힘들다. 또 한개의 기판상에 광도파로, 전기 배선의 형성, 발광 소자나 수광 소자의 실장이라는 공정을 차례대로 수행하기 때문에 개별 부품을 쌓아 올려 실장하는 경우에 비해 제품의 수율이 저하되어 제조 비용의 증가를 초래한다는 문제도 있다.
또 가동 부분을 횡단하도록(걸치도록) 광배선을 실장하는 경우, 광배선에는 굴곡 반경, 비틀기 각도에 대한 요구는 원래부터 반복 굴곡이나 비틀기에 대한 높은 내구성이 요구되고 있다. 그러나 상기 종래기술문헌 1의 방법은 이 요구에 따른 기술을 가지고 있지 않다.
또한 광전기 복합 배선 사용 환경에 요구되는 내열 조건은 85℃까지 도달하 는 경우가 있으며, 그와 같은 온도하에서는 광배선으로서 플라스틱 광파이버를 단체(單體)로 사용한 것으로는, 재료의 연화와 수축 때문에 전송 능력을 계속적으로 유지할 수 없다. 따라서 이와 같은 내열성을 겸하여 구비하는 것도 기대되고 있었다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 복잡한 작업을 요구하지 않고 용이하게 실장 정밀도를 향상시켜 고수율로 비용을 줄여 실장 가능함과 동시에, 굴곡이나 비틀기에 대한 우수한 내구성과, 85℃ 정도의 내열성을 겸하여 구비하는 광배선을 포함하는 구성으로 한 광전기 복합 배선 기판을 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.
또 본 발명은, 광전기 복합 배선 기판을 구성하는 광배선의 결합 효율을 평가하는 방법을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
본 발명의 제1 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 전기 배선을 구비한 기재, 상기 기재에 실장된 발광 소자와 수광 소자로 구성된 복수개의 수발광 유니트, 및 상기 수발광 유니트마다 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이를 접속하는 것으로, 각각의 광배선을 횡렬로 통합하여 제1 피복재로 피복한 광배선 테이프를 구비한다.
본 발명의 제2 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 기재는 단일 부분으로 구성되어 있다.
본 발명의 제3 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 기재는 적어도 2분할된 부분으로 구성되는데, 한 부분에는 상기 발광 소자가, 다른 한 부분에는 상기 수광 소자가 각각 배치되어 있다.
본 발명의 제4 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 기재는 적어도 2분할된 부분으로 구성되는데, 각각의 부분에는 상기 발광 소자와 상기 수광 소자가 각각 하나 이상 배치되어 있다.
본 발명의 제5 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 광배선 테이프를 구성하는 광배선은, 각각의 길이 방향이 대략 평행하게 배열되어 있다.
본 발명의 제6 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 광배선 테이프를 구성하는 광배선은, 플라스틱 광파이버와 보강 선재를 적어도 1개 이상 포함한다.
본 발명의 제7 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 보강 선재는 유리 광파이버이다.
본 발명의 제8 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 플라스틱 광파이버와 상기 보강 선재가 대략 동일한 외경을 갖는다.
본 발명의 제9 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 광배선은, 배열된 양 단부에 각각 위치하는 2개의 광배선 외주와 동시에 접하게 되는 직선을 기준선으로 하고, 상기 기준선부터 다른 광배선의 외주 위치까지의 거리의 최대치로서 구한 플래너리티(planarity)가 50㎛ 이하이다.
본 발명의 제10 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 보강 선재는 인접한 플라스틱 광파이버가 3개 이하가 되도록 배치되어 있다.
본 발명의 제11 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 광배선은 플라스틱 광파이버와 보강 선재가 다른 외경을 갖는다.
본 발명의 제12 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 광배선이 상기 플라스틱 광파이버로서 선직경 250㎛인 아크릴제 광파이버를, 상기 보강 선재로서 석영 유리제 유리 파이버를 각각 사용하여 이루어진 경우, 상기 플라스틱 광파이버의 단면적 합계(A)로 상기 보강 선재의 단면적 합계(B)를 나눈 값이 0.007∼0.25의 범위이다.
본 발명의 제13 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 플라스틱 광파이버의 외경과 대략 동일해지도록 상기 보강 선재는 그 외주에 제2 피복재를 갖는다.
본 발명의 제14 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판은, 상기 광전기 복합 배선 기판에서, 상기 플라스틱 광파이버와 상기 보강 선재의 배열 순서가 좌우 대칭이다.
본 발명의 제15 태양에 관한 광전기 복합 배선 기판의 결합 효율 평가 방법은, 전기 배선을 구비한 기재, 상기 기재에 실장된 발광 소자와 수광 소자로 구성 된 복수개의 수발광 유니트, 및 상기 수발광 유니트마다 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이를 광학적으로 접속하는 것으로, 각각의 광배선을 횡렬로 통합하여 제1 피복재로 피복한 배선 테이프로 이루어진 광전기 복합 배선 기판을 사용하고, 상기 광배선 테이프의 양 단부에 각각 위치하는 2개의 광배선의 외주와 동시에 접하게 되는 직선을 기준선으로 하여, 상기 기준선으로부터 다른 광배선의 외주 위치까지의 거리의 최대값을 프래너리티로서 구한다.
이하, 본 발명의 일례에 대해서 도면에 기초하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은, 본 발명의 광전기 복합 배선 기판(1)의 제1 실시형태를 도시한 개략 사시도이다.
이하의 설명에서, 「발광 방향」 및 「수광 방향」이란 광축을 가리키는 것으로 한다. 또 「발광부」란 발광 방향을 수직선으로 하는 발광면, 「수광부」란 수광 방향을 수직선으로 하는 수광면을 가리키는 것으로 한다.
본 발명의 광전기 복합 배선 기판(1)은, 도 1에 도시한 바와 같이 기재(기판)(2)와, 상기 기판(2)의 적어도 일면에 실장(탑재)된 발광 소자(3) 및 수광 소자(4)와, 상기 발광 소자(3)와 상기 수광 소자(4) 사이를 광학적으로 접속하는 광배선(5)을 적어도 구비하고 있다.
기재(2)는, 전기 배선을 구비하는 배선 기판으로서, 가동부의 굴곡성을 갖는 경우에는, 예를 들면 가요성을 가진 유연한 필름형 플렉시블 프린트 기판(이른바 FPC)을 들 수 있다. 이 플렉시블 프린트 기판(2)은, 예를 들면 단일 내열성 수지 필름으로 형성되고, 내열성 수지 필름으로서는, 예를 들면 폴리이미드 수지, 폴리 아미드이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지 등의 필름을 들 수 있다.
전기 배선은, 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 금속 배선이다. 그 제작에는 진공 증착과 리소그래피 기술에 의해 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 등의 배선 패턴을 형성하는 수법이 사용된다. 그 밖에도, 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 등의 도전성 페이스트를 스크린 인쇄법으로 기재 위에 인쇄하여 회로 패턴을 형성한 후, 도전성 페이스트를 소성하거나 경화시켜 형성해도 좋다. 또 전해 동박 등의 금속박을 적층하여 원하는 패턴으로 형성된 에칭 레지스트를 사용하여 해당 금속박을 화학 에칭함으로써 회로 패턴을 형성하는 수법 등도 있다.
발광 소자(3)는, 기판(2)에 배치된 전자 회로(미도시)로부터의 전기 신호를 광신호로 변환하고, 이 광신호를 송출하는 기능을 갖는다. 이 발광 소자(3)는 기판(2) 위에 복수개(도시예에서는 3a, 3b, 3c, 3d로 도시된 4개) 실장되어 있다. 발광 소자(3)로서는 구체적으로 발광 다이오드, 반도체 레이저 및 면발광 레이저 등을 들 수 있으며, 그 구동 회로 등 주변 회로가 집적되는 경우도 있다.
또 발광 소자(3)는 기판(2) 위에 실장되었을 때, 발광 방향이 기판(2)의 면과 평행하도록 기판(2)과 전기적으로 접속하기 위한 전극이 형성된 것이 사용되는 것이 바람직하다.
수광 소자(4)는, 상기 발광 소자(3)에서 광배선을 통해 보내지는 신호광을 수광하는 수광면을 가진 포토다이오드 단체(單體) 또는 포토 다이오드와 증폭기 등 주변 회로를 집적한 회로로서, 수광한 광신호를 그 강도에 따른 전기 신호로 변환 하여 출력하는 기능을 갖는다. 이 수광 소자(4)는, 상기 발광 소자(3)와 같은 수(도시예에서는, 4a, 4b, 4c, 4d로 도시된 4개)가 기판(2) 위에 실장되어 있다. 수광 소자(4)로서는, 구체적으로 포토 다이오드 등을 들 수 있다.
또 수광 소자(4)는, 기판(2) 위에 실장되었을 때, 수광 방향이 기판(2)의 면과 평행하도록 기판(2)과 전기적으로 접속하기 위한 전극이 형성된 것이 사용되는 것이 바람직하다.
그리고, 이들 발광 소자(3)와 수광 소자(4)는 각각 1개씩 쌍을 이루어 수발광 유니트를 구성하고, 발광부와 수광부가 대향하도록 기판(2) 위에 배치되어 있다. 따라서 기판(2) 위에는 복수개(도시예에서는 4개)의 수발광 유니트가 구비되어 있다.
광배선(5)은, 상기 수발광 유니트마다 상기 발광 소자(3)와 상기 수광 소자(4) 사이를 광학적으로 각각 접속하는 것으로서, 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같이, 여러개(도시예에서는 4개)의 광배선(5a),(5b),(5c),(5d)을 횡렬로 통합하여 제1 피복재(6)로 피복하여 구성된 광배선 테이프(7)이다. 도 2는, 도 1에서의 I-I선을 따른 광배선 테이프(7)의 부분 확대 단면도이다.
이 광배선(5)은, 광투과성이 우수한 합성수지로 이루어지고, 예를 들면 고분자 재료로 이루어진 고굴절율 코어와, 상기 코어의 외주를 둘러싼 저굴절율 클래드층으로 구성된 플라스틱 광파이버(이하, 부호 5로 도시하는 경우가 있다.)로 할 수 있다. 코어에 사용되는 재료로서는, 예를 들면 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA), 클래드층에 사용되는 재료로서는, 예를 들면 불소계 수지를 들 수 있다. 이 플라스틱 광파이버(5)의 외경은 특별히 제한되지 않는다.
또 제1 피복재(6)로서는, 예를 들면 폴리에틸렌프탈레이트, 아크릴 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리스티렌 등의 열가소성 수지, 에폭시 수지나 베이크 라이트로 대표되는 페놀수지 등의 열경화형 수지, 우레탄아크릴레이트계 자외선 경화형 수지, 실리콘아크릴레이트계 자외선 경화형 수지, 에폭시아크릴레이트계 자외선 경화형 수지, 폴리에스테르아크릴레이트계 자외선 경화형 수지 등의 자외선 경화형 수지를 사용할 수 있다.
이 광배선 테이프(7)에 의해, 발광 소자(3)의 발광측과 수광 소자(4)의 수광측이 결합되어 여러 개의 광배선(5)(5a,5b,5c,5d)를 한번에 수발광 유니트마다 각각 접속할 수 있다.
따라서, 이와 같은 광배선 테이프는 여러개의 플라스틱 광파이버를 대략 평행하게 배열하고 있기 때문에 복수개의 발광 소자 및 수광 소자에 대해 한번에 실장할 수 있다.
또 광배선(플라스틱 광파이버)끼리 얽히는 문제도 발생하지 않아 신뢰성도 향상된다. 또한 광배선 테이프(7)는 플라스틱 광파이버와 비교하여 외형 변동이 적다. 따라서 플라스틱 광파이버(5) 또는 광배선 테이프(7)의 외주를 기준으로 하여 패시브 얼라인먼트 실장을 할 때 실장 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다는 이점도 있다.
또 이 광배선 테이프(7)는 도시되지 않았으나, 예를 들면 이하와 같은 방법으로 제작할 수 있다. 여기에서는, 광배선(5)으로서 플라스틱 광파이버를 4개 사용 한 경우의 광배선 테이프(7)를 예로, 그 제조방법을 설명한다.
우선, 플라스틱 광파이버(5)를 4개 준비한다. 이들 플라스틱 광파이버(5)(5a,5b,5c,5d)는 각각의 길이 방향이 대략 평행이 되도록 1열로 늘어놓는다.
다음으로, 이들 플라스틱 광파이버(5)를 피복용 다이스의 캐비티에 삽입 통과시켜 이 다이스에 자외선 경화형 수지 등의 수지액을 공급하고, 상술한 바와 같이 배열된 플라스틱 광파이버(5)의 바깥쪽에 수지액을 도포한다. 이 수지액으로서는 특별히 제한은 없지만, 제조 시간의 단축을 위해 자외선 경화형 수지액을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
계속해서 수지액이 도포된 플라스틱 광파이버(5)를 다이스에서 꺼내어 자외선 조사 등의 경화 수단으로 수지액을 경화시키고, 플라스틱 광파이버(5)의 바깥쪽에 제1 피복재(6)로 이루어진 수지층을 형성함으로써 광배선 테이프(7)로 한다.
이와 같이 여러개의 플라스틱 광파이버(5)를 1열로 배열시켜 테이프화함으로써 기판(2)으로의 실장 비용을 대폭 줄임과 동시에 플라스틱 광파이버 단체(單體)와 비교하여 외경 변동이 줄어들기 때문에 실장 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또 본 발명의 광전기 복합 배선 기판(1)은, 상기 기판(2)에 각각 복수개 준비된 발광 소자(3)와 수광 소자(4)를 기판(2)의 소정 위치에 형성한 전극에 납땜 등의 전기적으로 도통을 확보할 수 있는 방법으로 고정하고, 다음으로 발광 소자(3)와 수광 소자(4)로 구성된 복수개의 수발광 유니트 사이에 양자를 광학적으로 접속하기 위한 광배선 테이프(7)를 접착 등의 방법으로 실장함으로써, 도 1에 도시한 광전기 복합 배선 기판(1)을 제조할 수 있다.
이렇게 함으로써, 예를 들면 내열 온도가 85℃ 정도인 플라스틱 광파이버를 사용한 광배선 테이프의 실장을, 간편하면서 저렴한 접합 방법이지만 200℃ 이상의 가열이 필요한 납땜 실장의 영향을 받지 않고 실현할 수 있다.
따라서, 이상과 같이 구성된 광전기 복합 배선 기판(1)은, 기판(2) 위에 복수개의 발광 소자(3)나 수광 소자(4)를 실장하고, 이들 발광 소자(3)과 수광 소자(4)를 접속하는 광배선 테이프(7)를 실장할 뿐이라는 매우 간단한 공정으로 실현할 수 있다.
그리고, 이 광전기 복합 배선 기판(1)은, 전기 신호가 기판(2)의 전극을 통해 발광 소자(3)에 입력되면, 이 전기 신호를 발광 소자(3)에 의해 광신호로 변환한다. 이어서 이 광신호가 광배선 테이프(7)에서의 투광성 수지로 이루어진 광배선(5)을 통해 수광 소자(4)의 수광면에 입사되고 이 광신호를 수광 소자(4)에 의해 전기 신호로 변환한다. 그리고 이 전기 신호는 기판(2)의 다른 전극을 통해 출력된다.
또 본 발명의 광전기 복합 배선 기판은, 상술한 제1 실시형태의 구성에 한정되지 않는다. 이하, 본 발명의 다른 실시형태에 대해서 설명하기로 한다. 더우기, 후술하는 실시형태에서는, 상기 제1 실시형태와 동일한 구성 부분에 관해서는 동일한 부호를 사용하여 그 설명은 생략하고, 특별히 설명하지 않는 한 동일한 것으로 한다.
우선, 기재는 가동부가 필요 없는 경우에는 전기 배선을 구비한 경질성을 가진 단일 리지드(rigid) 배선 기판으로 해도 좋다. 도 3은, 본 발명의 광전기 복합 배선 기판의 제2 실시형태를 도시한 개략 사시도이다.
따라서, 예를 들면 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 실시형태에서의 광전기 복합 배선 기판(11)은, 기재로서 하나의 리지드 기판(12) 위에 여러 개의 발광 소자(3)(3a,3b,3c3d)와 여러 개의 수광 소자(4)(4a,4b,4c,4d)를 실장함과 동시에, 상기 발광 소자(3)와 상기 수광 소자(4)로 구성된 복수의 수발광 유니트마다 발광 소자(3)과 수광 소자(4) 사이를 광학적으로 접속하는 것으로, 각각 광배선(5)(5a,5b,5c,5d)을 횡렬로 통합하여 제1 피복재(6)로 피복하여 구성된 광배선 테이프(7)를 실장하고, 또한 전기 배선(8)을 실장하는 방법도 생각할 수 있다.
또 기재는, 가동부를 가진 경우에도 굴곡성을 실현할 수 있다면 가요성을 가진 단일의 것으로 제한되지 않는다. 따라서, 예를 들면 적어도 2분할된 구성으로 할 수도 있다. 도 4(A)는, 본 발명의 광전기 복합 배선 기판의 제3 실시형태를 도시한 개략 사시도이다.
도 4(A)에 도시한 바와 같이, 제3 실시형태에서의 광전기 복합 배선 기판(21)은, 기재로서 예를 들면 경질성을 가진 2개의 리지드 기판(22a),(22b)과, 발광 소자(3)와 수광 소자(4)로 구성된 여러 개의 수발광 유니트를 준비하고, 한쪽 리지드 기판(12a) 위에 여러 개의 발광 소자(3)(3a,3b,3c,3d)를 실장함과 동시에 다른 쪽 리지드 기판(12b) 위에 여러 개의 수광 소자(4)(4a,4b,4c,4d)를 실장하고, 상기 발광 소자(3)과 상기 수광 소자(4)로 구성된 여러 개의 수발광 유니트마다 발광 소자(3)와 수광 소자(4) 사이를 광학적으로 접속하는 것으로, 각각 광배선(5)(5a,5b,5c,5d)을 횡렬로 통합하여 제1 피복재(6)로 피복하여 구성된 광배선 테이프(7)를 실장하고, 또한 2개의 리지드 기판(22a),(22b) 사이를 가교하도록 걸쳐서 전기 배선(8)을 실장하는 방법도 생각할 수 있다.
또 도 4(B)와 같이, 한쪽 리지드 기판(22a)에 발광 소자(3a)와 수광 소자(4b)를, 대향하는 리지드 기판(22b)에 수광 소자(4a)와 발광 소자(3b)를 각각 실장함으로써 양방향의 광통신을 실현할 수 있다.
더우기, 도 4에 도시한 예에서는, 2개의 리지드 기판(22a),(22b)이 크게 이간된 것으로 되어 있지만, 본 실시형태에서는 분할되어 있는 것이라면 서로 접한 상태에서 배치된 것이어도 상관 없다.
또한 본 실시형태에서의 적어도 2분할된 구성의 기재는, 가요성을 가진 플렉시블 기판이어도 좋다.
또 가동부를 가진 경우의 기재는, 상술한 바와 같이 완전히 분할된 구성 뿐 아니라, 분할된 부분을 가진 구성, 즉 부분적으로 연결되어 있는 부분을 가진 구성으로 할 수도 있다. 도 5는, 제3 실시형태에서의 광전기 복합 배선 기판에 사용하는 기재의 다른 예를 도시한 개략 측면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 기재(32)는 리지드 기판에서 일부분(32b)이 남도록 칼집(cut)(32a)을 낸 것이다(도 5(A) 참조). 따라서 상기 일부분(32b)을 힌지부로 하여 상기 칼집(32a)이 열림으로써(도 5(B)참조), 가동부에서의 굴곡성을 실현할 수 있도록 구성하는 방법도 생각할 수 있다.
또한 가동부를 가진 경우의 기재는 부분적으로 다른 성질을 갖는 구성으로 할 수도 있다. 도 6은, 제3 실시형태에서의 광전기 복합 배선 기판에 사용하는 기 재의 또다른 예를 도시한 개략 측면도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 기재(42)는 2개로 분할된 리지드 기판(42a),(42b) 사이에 플렉시블 기판(42c)을 배치하고, 상기 플렉시블 기판(42c)에 의해 2개의 리지드 기판(42a),(42b)을 일체적으로 조합한 것이다. 이로써 가동부에서의 굴곡성을 실현할 수 있도록 구성하는 방법도 생각할 수 있다.
또 광배선 테이프는, 여러 개의 광배선(5)이 일직선상으로 배열되어 있지 않으면 특정 발광 소자나 수광 소자와의 결합 효율이 나빠져 발광 소자의 구동 전류를 높게 설정하게 되어 광전기 복합 배선의 소비전력이 증가한다는 문제가 발생할 우려가 있다. 또 결합 효율이 더 나쁜 경우에는, 수광 소자에서 통신에 필요한 광량을 수광할 수 없게 된다. 또한 제품마다 소자 특성이 크게 변동되는 것도 예상된다. 따라서 사용하고 있는 모든 발광 소자나 수광 소자와 플라스틱 광파이버와의 결합 효율이 동일한 정도가 되도록 광배선 테이프 내의 광배선을 일직선상으로 배열하여 광배선 결합 효율을 향상시킬 필요가 있다.
이 결합 효율을 평가하는 수단으로서는, 예를 들면 도 7에 도시한 바와 같이 플래너리티를 측정하는 방법이 있다. 도 7은, 본 발명의 광전기 복합 배선 기판에서의 플래너리티를 정의하는 방법을 설명하는 광배선 테이프의 부분 확대 단면도이다.
도 7은, 본 발명에 관한 광전기 복합 배선 기판에 실장된 광배선 테이프(7)의 부분 확대 단면도(도 1의 광배선 테이프(7)의 선 I-I의 단면도에 상당)이다.
이 플래너리티는, 도 7에 도시한 바와 같이, 예를 들면 4개의 광배 선(5a),(5b),(5c),(5d)을 가진 광배선 테이프(7)의 경우, 그 양단에 있는 2개의 광배선(5a),(5d)의 외주를 연결한 직선을 기준선(10)으로 하고, 해당 기준선(10)에서 위쪽으로 위치가 엇갈려 있는 광배선(5b)의 외주 위치까지의 거리, 즉 상기 광배선(5b)의 외주와 접하는, 상기 기준선(10)과 평행한 외주 접선(10a)까지의 거리(20a) 및 상기 기준선(10)에서 아래쪽으로 위치가 엇갈려 있는 광배선(5c)의 외주 위치까지의 거리, 즉 상기 광배선(5c)의 외주와 접하는, 상기 기준선(10)과 평행한 외주 접선(10b)까지의 거리(20b)의 최대치로서 구한 것이다.
이와 같이 플래너리티를 측정함으로써 결합 효율을 평가할 수 있어, 실제로 수광 강도를 측정하지 않아도 사전에 통신 특성을 예측할 수 있다. 따라서 한번 플래너리티와 수광 강도의 관계를 측정해두면 그 후 구해진 플래너리티로부터 광배선을 고정밀도로 실장하기 위한 결합 효율을 평가할 수 있으며, 각 광배선 전도 손실(효율)이 동일하고 통신 특성이 향상된 광전기 복합 배선 기판을 얻을 수 있다.
또 본 발명의 광전기 복합 배선 기판은, 광배선 테이프의 구성도 제1 실시형태에 한정되지 않으며 여러가지로 변경할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프는, 광배선으로서 사용하는 플라스틱 광파이버의 일부에 보강 선재를 사용하여, 플라스틱 광파이버와 보강 선재를 적어도 1개 이상 포함하는 구성으로 할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 제2 실시형태를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제2 실시형태의 광배선 테이프(27)는, 예를 들면 4개의 광배선을 배치하는 경우, 2개의 플라스틱 광파이버(5a),(5b)를 평행하게 배열하고, 그 양쪽에 보강 부재로서 석영계 유리 광파이버(9a),(9b)를 1개씩 배치하고, 이들을 횡렬로 통합하여 제1 피복재(6)에 의해 피복하여 구성한 것이다.
이와 같이 광배선 테이프의 일부 플라스틱 광파이버 대신에 보강 선재를 사용함으로써 플래너리티를 양호한 재현성으로 향상시켜 통신 특성을 향상시킬 수 있다.
보강 선재(9)(9a,9b)는, 플래너리티를 향상시키기 위해 사용되는 것으로서, 반드시 통신용 전송로로서 기능할 필요는 없다. 따라서 플라스틱 광파이버 이외의 다른 선재여도 좋고, 예를 들면 강선(鋼線)이나 섬유 강화 플라스틱(FRP) 선재 등을 사용할 수 있다.
이 때 보강 선재(9)(9a,9b)로서, 코어가 유리로 이루어진 광파이버(이하,「유리 광파이버」라고 칭한다.)를 사용함으로써 광배선 테이프에 내열성을 부여할 수 있다.
또 광배선 테이프의 외주를 기준으로 하여 패시브 얼라인먼트 실장을 할 경우에는, 보강 선재와 플라스틱 광파이버의 외경은 대략 동일한 것이 바람직하다.
또 본 발명의 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프는, 광배선으로서 사용하는 플라스틱 광파이버의 일부에 보강 선재를 사용한 경우, 인접한 플라스틱 광파이버가 2개 이하가 되도록 배치한 구성으로 하는 것이 바람직하다.
또 본 발명의 제3 실시형태로서는, 보강 선재를 사용한 플라스틱 광파이버 테이프에서, 플라스틱 광파이버와 보강 선재가 다른 외경을 갖는 것, 즉 보강 선재 의 선직경(외경)을 면밀하게 조정하도록 한 것이다. 이 보강 선재로서는 예를 들면 유리 광파이버를 사용할 수 있다.
구체적으로는, 보강 선재에 유리 광파이버를 사용한 플라스틱 광파이버 테이프에서는 적어도 1개 이상의 플라스틱 광파이버와, 적어도 1개 이상의 유리 광파이버가 평행하게 배열되어 있으면 되고, 본 실시형태의 경우, 예를 들면 도 9에 도시한 바와 같이, 보강 부재(39)로서 2개의 유리 광파이버(39a),(39b)를 인접시켜 평행하게 배열하고, 그 양쪽에 1개씩 플라스틱 광파이버(5a),(5b)를 배치하고, 이들을 횡렬로 통합하여 제1 피복재(6)로 피복함으로써 광배선 테이프(37)로 한 것이다. 도 9는, 본 발명의 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 제3 실시형태를 도시한 부분 확대 단면도이다.
이 광배선 테이프(37)를 구성하는 보강 선재(39)로서는, 선직경을 30㎛ 이상 250㎛ 이하의 범위로 한 유리 광파이버가 바람직하다. 유리 광파이버의 선직경이 250㎛보다 큰 경우에는, 유리 광파이버의 최소 굽힘 직경이 커져 소형화가 진행되는 생활 전기 기기의 가동 부분의 요구를 충분히 만족시키기 어렵다. 또 반복 굴곡성의 유리 광파이버의 파단 확률이 대폭 증가하여 신뢰성이 저하될 우려가 있다. 한편, 유리 광파이버의 선직경이 30㎛보다 적은 경우에는 파이버의 핸들링성이 나빠 공업적으로 바람직하지 않다. 이와 같은 유리 광파이버의 선직경으로서는, 80㎛ 이상 125㎛ 이하의 범위가 더 바람직하다. 이 범위 내의 선직경을 갖는 유리 광파이버를 사용함으로써 더욱 양호한 반복 굽힘 내성과, 충분한 신뢰성을 달성할 수 있어 보다 안정한 전송 특성을 얻을 수 있다.
또 이 광배선 테이프에 사용되는 보강 선재의 갯수는, 광배선 테이프에 사용되는 보강 선재의 단면적과, 광배선 테이프에 포함되는 플라스틱 광파이버의 단면적의 비율을 고려하여 조정하는 것이 바람직하다. 플라스틱 광파이버의 단면적의 합계를 A[㎟], 유리 광파이버의 단면적의 합계를 B[㎟]로 정의했을 때 A로 B를 나눈 값(이하,「B/A의 값」이라고 기록한다.)을 기준으로 판단할 수 있다.
B/A의 값이 지나치게 큰 경우에는, 유리 광파이버의 강성이 지나치게 높기 때문에 광배선 테이프의 강성도 지나치게 높아져 생활 전기 기기의 가동 부분에 적용하기에는 바람직하지 않다. 한편, B/A의 값이 지나치게 작을 경우에는, 유리 광파이버의 길이 방향의 압축 응력에 대한 내성이 충분하지 않기 때문에, 플라스틱 광파이버나 테이프화에 사용하는 수지의 고온하에서의 수축력이 커져 광배선 테이프를 고온하에서 유지한 경우의 변형을 억제할 수 없게 된다. 본 발명자들은, 선직경 250㎛의 아크릴제 플라스틱 광파이버를 광배선재로 하고, 석영 유리제의 유리 파이버를 사용한 경우, 상기 관점에서 B/A의 값은 0.007 이상 0.25 이하의 범위에서 양호한 특성을 얻을 수 있다는 것을 확인했다.
상술한 효과에 의해, 광배선 테이프의 바깥쪽 형상 정밀도나 생산성을 손상시키지 않고 작은 굽힘 반경으로 굴곡시킴과 동시에 반복 굴곡에서의 내구성이 우수한 광배선 테이프를 얻을 수 있다. 또 보강 선재로서 유리 광파이버를 사용함으로써 광배선 테이프에 내열성을 부여할 수 있고, 예를 들면 85℃의 고온하에서도, 재료의 연화나 수축에 의한 플라스틱 광파이버의 변형이나 광전송 능력을 손상시키지 않기 때문에 장기 안정성이 우수한 광배선 테이프를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명에 관한 광배선 테이프에서는, 보강 선재인 유리 광파이버의 선직경과 그 갯수의 최적화를 꾀함으로써 보다 양호한 반복 굽힘의 내성을 얻을 수 있다.
또 광배선 테이프를 제작할 때의 플라스틱 광파이버와 보강 선재(예를 들면, 유리 광파이버)의 배열 순서는 특별히 제한은 없지만, 고온하에서의 변형성과, 광배선 테이프의 플래너리티를 고려하여 좌우 대칭으로 하는 것이 바람직하다.
또 상기와 같이, 보다 양호한 반복 굽힘 내성과, 고온하에서 보다 안정적인 전송 특성을 얻기 위해서는 보강 선재인 유리 광파이버의 선직경이 플라스틱 광파이버의 선직경보다 작아지게 된다. 그 결과, 각 광파이버의 위치 엇갈림 등에 의해 플라스틱 광파이버의 플래너리티가 저하되는 경우가 있다.
그래서, 본 발명의 제4 실시형태로서는, 도 10에 도시한 바와 같이 사전에 유리 광파이버(49)의 외주에, 열에 의한 수축이 적고 또 유리 광파이버 및 수지층(테이프화제)과 밀착성이 높은 제2 피복재(45)를 피복하고, 그 외직경을 플라스틱 광파이버(5)의 선직경(외직경)과 동일하게 해놓는다. 그리고 보강 부재(49)로서, 외주에 제2 피복재(45)를 가진 2개의 유리 광파이버(49a),(49b)를 인접시켜 평행하게 배열하고 그 양쪽에 1개씩 플라스틱 광파이버(5a),(5b)를 배치하고, 이들을 횡렬로 통합하여 제1 피복재(6)로 피복함으로써 광배선 테이프(47)로 한 것이다. 도 10은, 본 발명의 광전기 복합 배선 기판에 실장되는 광배선 테이프의 제4 실시형태를 도시한 부분 확대 단면도이다.
이 제2 피복재(45)로서는, 예를 들면 자외선 경화형 수지나 열경화형 수지, 열가소성 수지 등을 사용할 수 있다.
이로써 플라스틱 광파이버의 플래너리티가 저하되는 것을 방지할(향상시킬) 수 있다.
(실시예 1)
다음으로, 플라스틱 광파이버 테이프 내의 플라스틱 광파이버가 일직선상으로 배열되어 있을 필요가 있다는 것을 확인하기 위해, 도 7에 도시한 바와 같이 4개의 플라스틱 광파이버(5a),(5b),(5c),(5d)가 평행하게 배열된 광배선 테이프(7)에서 안쪽의 2개의 플라스틱 광파이버(5b),(5c) 중 한쪽(5b)이 윗쪽으로 위치가 엇갈리고 다른쪽(5c)이 아래쪽으로 위치가 엇갈려 있는 경우의 플래너리티를 평가했다. 플래너리티는, 광배선 테이프(7)의 양단에 있는 2개의 플라스틱 광파이버(5a),(5d)의 외주를 이은 직선(이하,「기준선」이라고 칭한다.)(10)과, 이들 양 단부 이외의 플라스틱 광파이버(5b),(5c)의 외주와의 거리의 최대치로서 구한 것이다. 더우기, 본 실시예에 사용한 플라스틱 광파이버(5)의 길이는 1OOO㎜이다.
그리고, 플래너리티를 각각 10㎛, 30㎛, 50㎛, 100㎛로 한 경우의 수광 소자에서의 수광 강도를 평가했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
플래너리티 [㎛] 광강도[dBm]
수광소자a 수광소자b 수광소자c 수광소자d
10 -18.3 -18.9 -17.5 -18.6
30 -19.2 -18.5 -17.7 -19.4
50 -18.2 -17.8 -18.4 -19.9
100 -18.0 -25.1 -22.6 -21.3
그 결과, 표 1에 도시한 바와 같이, 플래너리티가 50㎛ 이하인 광배선 테이프를 사용한 경우에는 4개의 수광 소자로 전부 -20dBm 이상의 광강도를 수광할 수 있어 통신을 할 수 있었다. 그러나 플래너리티가 1OO㎛인 광배선 테이프를 사용한 경우에는 4개의 수광 소자 중 가장 수광 강도가 약한 것이 -25.1dBm가 되어 통신을 할 수 없었다.
따라서, 광배선 테이프 내의 플라스틱 광파이버는 일직선상으로 배열되어 있을 필요가 있다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 2)
다음으로, 광배선 테이프 내의 플라스틱 광파이버 중 몇 개를 보강 선재로 바꿈으로써 플래너리티를 양호한 재현성으로 향상시킬 수 있다는 것을 확인하기 위해, 도 11 내지 도 14에 도시한 바와 같이, 6개의 플라스틱 광파이버가 평행하게 배열된 광배선 테이프에서, 플라스틱 광파이버끼리 인접한 갯수가 각각 4개, 3개, 2개, 1개가 되도록 플라스틱 광파이버 사이에 보강 선재(9)를 배치한 4종의 광배선 테이프(57A),(57B),(57C),(57D)를 제작했다.
즉, 도 11은, 플라스틱 광파이버가 4개 연속하여 인접하도록 양단의 플라스틱 광파이버를 각각 보강 선재(9a),(9b)로 바꾼 것이고, 도 12는, 플라스틱 광파이버가 3개 연속히여 인접하도록 한쪽 끝과 다른쪽 끝에서 2번째 플라스틱 광파이버를 각각 보강 선재(9a),(9b)로 바꾼 것이고, 도 13은, 플라스틱 광파이버가 2개 연속하여 인접하도록 한쪽 끝과 다른 쪽 끝에서 3번째 플러스틱 광파이버를 각각 보강 선재(9a),(9b)로 바꾼 것이고, 도 14는, 플라스틱 광파이버가 1개씩 나뉘도록 한쪽 끝에서 짝수번째 또는 홀수번째의 3군데를 각각 보강 선재(9a),(9b),(9c)로 바꾼 것이다.
더우기, 보강 선재(9)로서는 석영계 유리 광파이버를 사용했다. 또 본 실시예에서 사용한 플라스틱 광파이버(5) 및 석영계유리 광파이버(9)의 길이는 모두 1000㎜이다.
그리고, 이상과 같이 제작한 4종의 광배선 테이프(57A),(57B),(57C),(57D)의 플래너리티를 실시예 1과 같이 평가했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
인접하는 플라스틱 광파이버[개수] 플래너리티[㎛]
4 120
3 50
2 25
1 10
그 결과, 표 2에 도시한 바와 같이, 상기 실시예 1에서 광배선 테이프의 플래너리티는 ±50㎛ 이하의 것이 요구되기 때문에 인접한 플라스틱 광파이버수는 3개 이하로 하는 것이 바람직하다는 것을 알았다.
(실시예 3)
다음으로, 보강 선재를 사용한 광배선 테이프에서, 보강 선재의 선직경(외경)을 면밀하게 조정함으로써 광배선 테이프를 가동 부분에 적용한 경우에 반복 굴곡이나 비틀기에 대한 높은 내구성을 갖는 것을 확인하기 위해, 도 15에 도시한 바와 같이 직경 125㎛를 갖는 보강 선재로서의 유리 광파이버(69)의 외주에 사전에 제2 피복재(65)를 피복하고, 그 외경을 직경 500㎛인 플라스틱 광파이버(5)의 선직경과 동일하게 한 2개의 유리 광파이버(69a),(69b)를 인접시켜 평행하게 배열하고, 그 양쪽에 1개씩 플라스틱 광파이버(5a),(5b)를 배치하고, 이들을 횡렬로 통합하여 제1 피복재(6)로 피복한 광배선 테이프(67)를 제작했다.
그리고, 이 광배선 테이프(67)를 길이 200㎜로 절단하고, 양단을 경면 연마한 후, 각각의 경면에 페룰(ferrule) 및 커넥터를 사용하여 파장 650㎚의 LED 및 파워미터를 접합하고, 광배선 테이프(67)를 구성하는 플라스틱 광파이버(5)의 전송 손실을 측정했을 때 0.04dB였다.
다음으로, 일단 LED 및 파워미터에서 광배선 테이프(67)를 빼내어 광배선 테이프(67)를 굴곡 시험기에 세팅하여 내구 시험을 했다.
시험 조건은, 굴곡 직경을 7㎜로 하고 반복 굴곡 속도를 1분당 60회의 속도로 수행했다. 그리고 10만회의 반복 굴곡 시험을 한 후에 파장 650㎚의 LED 및 파워미터에 접합하여 전송 손실을 측정했을 때 0.06dB였다.
또 광배선 테이프(67)를 해체하여 플라스틱 광파이버(5) 및 유리 광파이버(69)의 외관의 변화를 관찰했지만, 파단(破斷)이나 상처 등의 열화(劣化)는 일어나지 않는다는 것을 확인했다.
한편, 도 16에 도시한 바와 같이, 직경 300㎛를 가진 보강 선재로서의 유리 광파이버(79)의 외주에 사전에 제2 피복재(75)를 피복하고, 그 외경을 직경 500㎛를 가진 플라스틱 광파이버(5)의 선직경과 동일하게 한 2개의 유리 광파이버(79a),(79b)를 인접시켜 평행하게 배열하고, 그 양쪽에 1개씩 플라스틱 광파이버(5a),(5b)를 배치하고, 이들을 횡렬로 통합하여 제1 피복재(6)에 의해 피복한 광배선 테이프(77)을 제작했다.
그리고, 이 광배선 테이프(77)를 길이 200㎜로 절단하여 양단을 경면 연마한 후, 각각의 경면에 페룰 및 커넥터를 사용하여 파장 650㎚의 LED 및 파워미터에 접합하고 상기 광배선 테이프(67)와 마찬가지로 광배선 테이프(77)를 구성하는 플라스틱 광파이버(5)의 전송 손실을 측정했을 때 6.05dB였다.
또 광배선 테이프(77)를 해체하여 플라스틱 광파이버(5) 및 유리 광파이버(79)의 외관의 변화를 관찰했을 때, 유리 광파이버(79)는 여기저기 파단되어 있었다.
이상과 같이, 보강 선재의 선직경(외경)을 직경 300㎛로 한 경우에는 전송 손실에 의한 변화는 없지만, 보강 선재인 유리 광파이버는 파단되어 반복 굴곡에 대한 높은 내구성을 얻을 수 없었으나, 보강 선재의 선직경(외경)을 직경 125㎛로 하고, 그 외주에 사전에 제2 피복재를 피복하여 플라스틱 광파이버의 선직경과 동일하게 함으로써 굴곡 시험 전의 특성과 비교하여 동일한 특성을 얻을 수 있으며 반복 굴곡에 대한 높은 내구성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 4)
또한 보강 선재를 사용한 광배선 테이프에서 보강 선재의 선직경(외경)을 면밀하게 조정함으로써 향상된 내열성을 갖는 광배선 테이프가 되는 것을 확인하기 위해, 도 15에 도시한 바와 같이 상기 보강 선재의 선직경(외경)을 직경 125㎛로 하고, 그 외주에 사전에 제2 피복재(65)를 피복하여 플라스틱 광파이버(5)의 선직경과 동일하게 한 광배선 테이프(67)를 제작하고, 이 광배선 테이프(67)를 길이 1000㎜로 절단하고, 양단을 경면 연마한 후, 각각의 경면에 페룰 및 커넥터를 사용하여 파장 650㎚의 LED 및 파워미터에 접합하고, 광배선 테이프(67)를 구성하는 플라스틱 광파이버(5)의 전송 손실을 측정했을 때 O.20dB였다.
다음으로, 일단 LED 및 파워미터에서 광배선 테이프(67)을 빼내어 광배선 테이프(67)를 직경 100㎜의 다발 형태로 감아 85℃의 온도로 설정된 항온조에 넣어 고온 시험을 하였다. 그리고 24시간 후 광배선 테이프(67)를 항온조에서 꺼내어 다시 파장 650㎚의 LED 및 파워미터에 접합하여 전송 손실을 측정했을 때 고온 시험에 의한 손실 증가량은 0.27dB였다.
또 광배선 테이프(67)를 해체하여 플라스틱 광파이버(5) 및 유리 광파이버(69)의 외관의 변화를 관찰했으나, 특별히 변화는 없다는 것을 확인했다.
한편, 도 17에 도시한 바와 같이, 직경 25㎛를 갖는 보강 선재로서의 유리 광파이버(89)의 외주에 사전에 제2 피복재(85)를 피복하고, 그 외경을 직경 500㎛를 가진 플라스틱 광파이버(5)의 선직경과 동일하게 한 2개의 유리 광파이버(89a),(89b)를 인접시켜 평행하게 배열하고, 그 양쪽에 1개씩 플라스틱 광파이버(5a),(5b)를 배치하고, 이들을 횡렬로 통합하여 제1 피복재(6)에 의해 피복한 광배선 테이프(87)를 제작했다.
그리고, 이 광배선 테이프(87)를 길이 1000㎜로 절단하여 양단을 경면 연마한 후, 각각의 경면에 페룰 및 커넥터를 사용하여 파장 650㎚의 LED 및 파워미터에 접합하고, 상기 광배선 테이프(67)와 마찬가지로 광배선 테이프(87)를 구성하는 플라스틱 광파이버(5)의 전송 손실을 측정했을 때 O.18dB였다.
또 광배선 테이프(87)를 직경 100㎜의 다발 형태로 감아 85℃의 온도로 설정된 항온조에 넣어 마찬가지로 고온 시험을 했다. 그리고 24시간 후 광배선 테이프(87)를 항온조에서 꺼내어 외관의 변화를 관찰했을 때, 광배선 테이프(87) 전체가 약간 주름져 있으며 또 여기저기에 큰 굽힘 변형 부분이 보였다. 이 광배선 테이프(87)를 다시 파장 650㎚의 LED 및 파워미터에 접합하여 전송 손실의 측정을 시험했을 때, 한쪽 끝에서 입사된 광은 다른쪽 끝까지 충분한 강도로 도달하지 않아 파워미터에 의한 측정은 불가능했다. 이것은, 플라스틱 광파이버(5)의 주름이나 굽힘 변형에 의해 전송 손실이 현저히 커졌기 때문이라고 생각된다.
이상과 같이, 보강 선재의 선직경(외경)을 직경 25㎛로 한 경우에는 열에 의한 영향으로 재료의 연화나 수축이 발생하여 전송 능력을 계속적으로 유지할 수 없었으나, 보강 선재의 선직경(외경)을 직경 125㎛로 하고, 그 외주에 사전에 제2 피복재를 피복하여 플라스틱 광파이버의 선직경과 동일하게 해놓음으로써 고온 시험 전의 특성과 비교하여 동일한 특성을 얻을 수 있으며, 85℃의 고온하에서도 재료의 연화나 수축에 의한 플라스틱 광파이버의 변형이나 광전송 능력을 손상시키지 않고 내열성을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 5)
다음으로, 보강 선재를 사용한 광배선 테이프에서 보강 선재의 갯수, 즉 단면적을 면밀하게 조정함으로써 향상된 내열성을 가진 광배선 테이프가 되는 것을 확인하기 위해, 도 18에 도시한 바와 같이, 선직경이 30㎛인 보강 선재(석영제의 유리 광파이버)를 3개(도 18의 99a∼99c), 선직경이 250㎛인 아크릴제의 플라스틱 광파이버를 6개(도 18의 5a∼5f) 조합한 광배선 테이프(97)를 제작했다. 이 때, 이 광배선 테이프(97)의 B/A의 값은 0.0072였다. 그 때, 보강 선재(99a)∼(99c)의 외주에는 사전에 제2 피복재(95)를 설치함으로써 플라스틱 광파이버의 선직경과 같은 크기로 조정하여 광배선 테이프(97)를 제작했다.
그리고, 이 광배선 테이프(97)를 길이 1000㎜로 절단하여 양단을 경면 연마한 후, 각각의 경면에 페룰 및 커넥터를 사용하여 파장 650㎚의 LED 및 파워미터에 접합하고, 상기 광배선 테이프(67)와 같이 광배선 테이프(97)를 구성하는 플라스틱 광파이버(5a)∼(5f)의 전송 손실을 측정했을 때, 그 평균치는 O.20dB였다.
다음으로, 일단 LED 및 파워미터에서 광배선 테이프(97)를 빼내어 광배선 테이프(97)를 직경 100㎜의 다발 형태로 감고 85℃의 온도로 설정된 항온조에 넣어 고온 시험을 하였다. 그리고 24시간 후 광배선 테이프(97)를 항온조에서 꺼내어 다시 파장 650㎚의 LED 및 파워미터에 접합하고 전송 손실을 측정했을 때, 고온 시험에 의한 손실 증가량은 O.27dB였다.
또 광배선 테이프(97)를 해체하여 플라스틱 광파이버(5a)∼(5f) 및 유리 광파이버(99a)∼(99c)의 외관의 변화를 관찰했으나, 특별히 변화는 없는 것으로 확인했다.
한편, 도 19에 도시한 바와 같이 선직경이 30㎛인 보강 선재(석영제의 유리 광파이버)를 2개(도 19의 109a,109b), 선직경이 250㎛인 아크릴제의 플라스틱 광파이버를 6개(도 19의 5a∼5f) 조합한 광배선 테이프(107)을 제작했다. 이 때, 이 광배선 테이프(107)의 B/A의 값은 0.0048이었다. 그 때, 보강 선재(109a),(109b)의 외주에는, 사전에 제2 피복재(105)를 설치함으로써 플라스틱 광파이버의 선직경과 같은 굵기로 조정하여 광배선 테이프(107)를 제작했다.
그리고, 이 광배선 테이프(107)를 길이 1000㎜로 절단하고, 양단을 경면 연마한 후 각각의 경면에 페룰 및 커넥터를 사용하여 파장 650㎚의 LED 및 파워미터에 접합하고, 상기 광배선 테이프(67)와 마찬가지로 광배선 테이프(107)를 구성하는 플라스틱 광파이버(5a)∼(5f)의 전송 손실을 측정했을 때, 그 평균치는 0.18dB였다.
다음으로, 일단 LED 및 파워미터에서 광배선 테이프(107)을 빼내고 광배선 테이프(107)를 직경 100㎜의 다발 형태로 감아 85℃의 온도로 설정된 항온조에 넣어 고온 시험을 하였다. 그리고 24시간 후 광배선 테이프(107)를 항온조에서 꺼내어 외관의 변화를 관찰했을 때 광배선 테이프 전체가 약간 주름져 있으며, 또 여기저기에 큰 굽힘 변형이 확인되었다. 이 광배선 테이프(107)를 다시 파장 650㎚의 LED 및 파워미터에 접합하여 전송 손실을 측정했을 때, 한쪽 끝에서 입사된 광은 다른 쪽 끝까지 충분한 강도로 도달하지 않아 파워미터에 의한 측정은 불가능했다. 이것은, 플라스틱 광파이버의 주름이나 굽힘의 영향에 의해 전송 손실이 현저하게 증대되었기 때문이라고 생각된다.
이상과 같이, 보강 선재의 단면정의 합계(B)를 플라스틱 광파이버의 단면적의 합계(A)로 나눈 값(B/A의 값)이 0.0048인 경우에는 열에 의한 영향으로 재료의 연화나 수축이 발생하여 전송 능력을 계속적으로 유지할 수 없었다. 이에 반해, B/A의 값을 0.0072로 함으로써 고온 시험 후에도 고온 시험 전과 동등한 특성이 유지되고, 85℃의 고온하에서도 재료의 연화나 수축에 의한 플라스틱 광파이버의 변형이나 광전송 능력을 손상시키지 않았다. 따라서 B/A의 값을 0.0072로 한 광배선 테이프(107)는 우수한 내열성을 갖는다는 것이 확인되었다.
(실시예 6)
본 예에서는, 실시예 6과 같은 구성 광배선 테이프에서, 보강 선재의 선직경을 크게 한 경우에 대해서 설명하기로 한다. 즉, 도 18에 도시한 바와 같이, 선직경이 다른 10종류의 보강 선재(석영제의 유리 광파이버)를 3개(도 18의 99a∼99c), 선직경이 250㎛인 아크릴제의 플라스틱 광파이버를 6개(도 18의 5a∼5f) 조합한 8종류의 광배선 테이프(97)을 제작했다. 이 때, 보강선재의 선직경은 13㎛, 15㎛, 21㎛, 27㎛, 49㎛, 63㎛, 88㎛, 99㎛, 119㎛, 125㎛로 했다. 결국, 이 광배선 테이프(97)의 B/A의 값은 0.005, 0.007, 0.014, 0.023, 0.078, 0.125, 0.250, 0.312, 0.454, 0.500였다. 그 때, 보강 선재(99a)∼(99c)의 외주에는 사전에 제2 피복재(95)를 설치함으로써 플라스틱 광파이버의 선직경과 같은 굵기로 조정하여 광배선 테이프(97)를 제작했다.
광배선 테이프(97)를 85℃의 온도로 설정된 항온조에 넣어 고온 시험을 하였다. 그리고 24시간 후 광배선 테이프(97)를 항온조에서 꺼내어 외관의 변화를 관찰했을 때, 모든 광배선 테이프에서 특별히 변화는 발견할 수 없었다. 이 광배선 테이프(97)를 다시 파장 650㎚의 LED 및 파워미터에 접합하여 전송 손실의 증가량을 측정한 결과를 표 3에 나타낸다. B/A의 값이 0.007이상 0.250이하의 조건에서는 고온 시험에 의한 손실 증가는 0.13dB 이하가 되어 고온 시험 전과 동등하다는 것이 확인되었다.
또 이들 광배선 테이프(97)를 굴곡 시험기에 세팅하여 내구 시험을 수행했다. 그 시험 조건은, 굴곡 직경을 7㎜로 하고 반복 굴곡 속도를 1분간 60회의 속도로 설정했다. 그리고 10만회의 반복 굴곡 시험을 한 결과를 표 3에 나타낸다. B/A의 값이 0.250 이하인 광배선 테이프에서는 파단이 확인되지 않았다. 또 이 반복 굴곡 시험 후에도 굴곡 직경 7㎜로 굽힐 때에 광배선 테이프의 굽힘은 부드러우며 가요성(可撓性)을 잃지 않았기 때문에, 본 예에 관한 광배선 테이프(97)는, 휴대전화나 노트북 컴퓨터의 가동부(힌지부)에 적용해도 충분한 유연성을 갖는다는 것을 알 수 있었다.
광배선 테이프의 B/A 85℃,24시간 고온 처리 후 손실 증가량 10만회 굴곡 시험 후 파단의 유무
0.005 측정 불가능 파단 없음
O.007 O.27dB 파단 없음
O.014 0.22dB 파단 없음
0.023 0.13dB 파단 없음
0.078 0.O9dB 파단 없음
O.125 O.04dB 파단 없음
O.250 0.08dB 파단 없음
O.312 O.O7dB 파단
O.454 0.08dB 파단
O.500 0.O5dB 파단
본 발명의 광전기 복합 배선 기판은, 각종 전자기기, 예를 들면 휴대전화나 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 퍼스널 컴퓨터, 액정 텔레비젼 등에 적용할 수 있다.
본 발명의 광전기 복합 배선 기판은, 전기 배선을 구비한 기재에 실장된 발광 소자와 수광 소자로 구성된 복수개의 수발광 유니트마다 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이를 광학적으로 접속한 각각의 광배선을 횡렬로 통합하여 제1 피복재 로 피복한 광배선 테이프를 구비하고 있다.
따라서, 광배선 테이프에 의해 수발광 유니트마다 접속하는 각각의 광배선을 한번에 접속할 수 있기 때문에 복잡한 작업 없이 용이하게 고수율로 비용을 줄여 실장할 수 있는 광배선을 구비한 광전기 복합 배선 기판을 제공할 수 있다. 게다가, 여러 개의 광배선을 횡렬로 통합하여 테이프화함으로써 광배선끼리 얽히지 않고 광배선 단체와 비교하여 외직경 변동이 줄어들어 실장 정밀도의 향상을 꾀할 수 있다. 또한 굴곡이나 비틀기에 대한 내구성이나, 외부에서 가해지는 열에 대한 내열성도 우수한 광배선을 구비한 광전기 복합 배선 기판으로 할 수 있다. 따라서 본 발명은 통신 특성의 안정에도 기여한다.
또 본 발명의 광전기 복합 배선 기판의 결합 효율 평가 방법은, 여러 개의 광배선을 횡렬로 통합하여 테이프화한 광배선(이하, 「광배선 테이프」라고 칭한다.)의 양 단부에 각각 위치하는 2개의 광배선의 외주와 동시에 접하게 되는 직선을 기준선으로 하여, 해당 기준선에서 다른 광배선 외주 위치까지의 거리의 최대치를 플래너리티로서 구한다. 따라서 플래너리티에 의해 광배선 테이프 내에서 횡렬되는 각 광배선 정렬 상태(횡렬 방향과 직교하는 방향에서의)를 평가할 수 있다.
따라서, 광전기 복합 배선 기판을 구성하는 광배선 결합 효율을 평가하는 방법을 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 전기 배선을 구비한 기재, 상기 기재에 실장된 발광 소자와 수광 소자로 구성된 복수개의 수발광 유니트, 및 상기 수발광 유니트마다 상기 발광 소자와 상기 수광 소자의 사이를 접속하는, 각각의 광배선을 횡렬로 통합하여 제1 피복재로 피복한 광배선 테이프를 구비한 광전기 복합 배선 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기재는 단일 부분으로 구성되어 있는 광전기 복합 배선 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기재는 적어도 2분할된 부분으로 구성되고, 한 부분에는 상기 발광 소자가, 다른 한 부분에는 상기 수광 소자가 각각 배치되어 있는 광전기 복합 배선 기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기재는 적어도 2분할된 부분으로 구성되고, 각각의 부분에는 상기 발광 소자와 상기 수광 소자가 각각 하나 이상 배치되어 있는 광전기 복합 배선 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광배선 테이프를 구성하는 광배선은, 각각의 길이 방향이 대략 평행하게 배열되어 있는 광전기 복합 배선 기판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광배선 테이프를 구성하는 광배선은, 플라스틱 광파이버와 보강 선재를 적어도 1개 이상 포함하는 광전기 복합 배선 기판.
  7. 제6항에 있어서, 상기 보강 선재는 유리 광파이버인 광전기 복합 배선 기판.
  8. 제6항에 있어서, 상기 플라스틱 광파이버와 상기 보강 선재가 대략 동일한 외경을 갖는 광전기 복합 배선 기판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 광배선은 배열된 양 단부에 각각 위치하는 2개의 광배선 외주와 동시에 접하게 되는 직선을 기준선으로 하고, 해당 기준선부터 다른 광배선의 외주 위치까지의 거리의 최대치로서 구한 플래너리티가 50㎛ 이하인 광전기 복합 배선 기판.
  10. 청구항 6 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 선재는, 인접한 플라스틱 광파이버가 3개 이하가 되도록 배치되어 있는 광전기 복합 배선 기판.
  11. 제6항에 있어서, 상기 광배선은, 플라스틱 광파이버와 보강 선재가 다른 외경을 갖는 광전기 복합 배선 기판.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광배선이, 상기 플라스틱 광파이버로서 선직경 250㎛인 아크릴제 광파이버를, 상기 보강 선재로서 석영 유리제 유리 파이버를 각각 사용하여 이루어진 경우, 상기 플라스틱 광파이버의 단면적 합계(A)로 상기 보강 선재의 단면적 합계(B)를 나눈 값이 0.007∼0.25의 범위인 광전기 복합 배선 기판.
  13. 제11항에 있어서, 상기 플라스틱 광파이버의 외경과 대략 동일해지도록, 상기 보강 선재는 그 외주에 제2 피복재를 갖는 광전기 복합 배선 기판.
  14. 제11항에 있어서, 상기 플라스틱 광파이버와 상기 보강 선재의 배열 순서가 좌우 대칭인 광전기 복합 배선 기판.
  15. 전기 배선을 구비한 기재, 상기 기재에 실장된 발광 소자와 수광 소자로 구성된 복수개의 수발광 유니트, 및 상기 수발광 유니트마다 상기 발광 소자와 상기 수광 소자 사이를 광학적으로 접속하는, 각각의 광배선을 횡렬로 통합하여 제1 피복재로 피복한 배선 테이프로 이루어진 광전기 복합 배선 기판을 사용하고, 상기 광배선 테이프의 양 단부에 각각 위치하는 2개의 광배선의 외주와 동시에 접하게 되는 직선을 기준선으로 하여, 상기 기준선으로부터 다른 광배선의 외주 위치까지의 거리의 최대값을 프래너리티로서 구하는 광전기 복합 배선 기판의 결합 효율 평가 방법.
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