WO2024150628A1 - 配線基板 - Google Patents
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
Definitions
- the present invention relates to a wiring board.
- Patent Document 1 discloses a substrate for mounting optical components, on whose surface optical wiring is formed.
- the optical wiring is disposed directly on the surface of the substrate.
- An optical semiconductor element (light emitting element or light receiving element) mounted on the substrate is disposed so as to be optically coupled to the core of the waveguide via a support base formed on the surface of the substrate.
- the core of the optical wiring and the optical axis of the optical semiconductor element may not be properly aligned in the thickness direction of the board. If they are not properly aligned, it is believed that the core of the waveguide and the light emitting part or light receiving part of the optical semiconductor element will not be optically coupled with sufficient efficiency.
- the board is made of an organic material, the board may expand and contract due to the heat generated by the optical semiconductor element or the effects of heat from usage.
- the core of the waveguide and the optical axis of the optical semiconductor element may not only be misaligned in the thickness direction of the board, but may also be misaligned in a direction parallel to the surface of the board. As a result, it is believed that misalignment reduces the optical coupling efficiency.
- the wiring board of the present invention includes an electrical wiring section including an insulating layer and a conductor layer, an optical wiring region provided on one surface of the electrical wiring section, and a component region provided on the one surface of the electrical wiring section and in which components can be placed.
- a support member is formed on the one surface of the electrical wiring section and is disposed so as to straddle the optical wiring region and the component region.
- the present invention it is possible to suppress misalignment between the optical wiring of the optical wiring section of the wiring board and the optical components optically coupled to the optical wiring, and it may be possible to improve coupling efficiency or suppress a decrease in coupling efficiency. It may also be possible to easily mount optical components on the wiring board.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wiring board according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is an enlarged view of part II in FIG. 2 is a partial plan view showing an example of the optical wiring section of FIG. 1 in a plan view.
- 5A to 5C are cross-sectional views showing an example of a manufacturing process of the optical wiring portion in the wiring board of the embodiment.
- 5A to 5C are cross-sectional views showing an example of a manufacturing process of the optical wiring portion in the wiring board of the embodiment.
- 5A to 5C are cross-sectional views showing an example of a manufacturing process of the optical wiring portion in the wiring board of the embodiment.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wiring board according to an embodiment of the present invention.
- 5A to 5C are cross-section
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a first modified example of the wiring board according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 6 is an enlarged view showing an example of a VI portion in FIG. 5 .
- FIG. 6 is an enlarged view showing another example of the VI portion in FIG. 5 .
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a second modified example of the wiring board according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is an enlarged view of part VIII in FIG. 7 . 8 is a partial plan view showing an example of the optical wiring portion of FIG. 7 in a plan view.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third modified example of the wiring board according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 11 is a cross-sectional view showing a fourth modified example of the wiring board according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a wiring board 1, which is an example of a wiring board of one embodiment, and FIG. 2 shows an enlarged view of part II of FIG. 1.
- FIG. 3 shows an example of an optical wiring section included in the wiring board 1 of FIG. 1 in a plan view.
- Plan view means that the wiring board 1 of the embodiment is viewed along its thickness direction. Note that the wiring board 1 is merely an example of the wiring board of this embodiment.
- the layered structure of the wiring board of the embodiment, the number of conductor layers, and the number of insulating layers are not limited to the layered structure of the wiring board 1 of FIG.
- the wiring board 1 includes an electrical wiring section 2.
- the electrical wiring section 2 includes an insulating layer and a conductor layer.
- the electrical wiring section 2 in the example of FIG. 1 includes a core substrate 30 having two surfaces 30a and 30b facing each other in the thickness direction, an insulating layer 21 and a conductor layer 11 stacked in order on the surface 30a of the core substrate 30, and an insulating layer 22 and a conductor layer 12 stacked in order on the surface 30b.
- the insulating layer 21 and the insulating layer 22 are formed with via conductors 26 that connect the conductor layers together.
- the core substrate 30 includes an insulating layer 32 and conductor layers 31 formed on both sides of the insulating layer 32.
- the insulating layer 32 is provided with a through-hole conductor 33 that penetrates the insulating layer 32 and connects the conductor layers 31 on both sides.
- the inside of the cylindrical through-hole conductor 33 is filled with a filler 34 formed of an insulating resin such as an epoxy resin or a conductive resin containing metal particles.
- the side of the wiring board 1 farther from the insulating layer 32 in the thickness direction is also referred to as the "upper side” or “upper”, or simply “upper”, and the side closer to the insulating layer 32 is also referred to as the “lower side” or “lower”, or simply “lower”.
- the surface facing away from the insulating layer 32 is also referred to as the "upper surface”
- the surface facing the insulating layer 32 is also referred to as the "lower surface”.
- the thickness direction of the wiring board 1 is also referred to as the "Z direction”.
- the electrical wiring section 2 includes a solder resist 23 formed on the surface 30a side of the core substrate 30, and a solder resist 24 formed on the surface 30b side.
- the surface 2a of the electrical wiring section 2 is mainly composed of the upper surface of the solder resist 23, and the surface 2b of the electrical wiring section 2 is mainly composed of the upper surface of the solder resist 24.
- the solder resist 23 covers necessary parts of the insulating layer 21 and the conductor layer 11, and the solder resist 24 covers necessary parts of the insulating layer 22 and the conductor layer 12.
- the solder resist 23 has an opening 23a that exposes a part of the conductor layer 11.
- the solder resist 24 has an opening 24a that exposes a part of the conductor layer 12.
- the electrical wiring section 2 includes a component E1 connection section 4 and a component E2 connection section 25 formed in the opening 23a of the solder resist 23 so as to contact the conductor layer 11.
- the component E1 connection section 4 is, for example, a conductor post or a conductive bump.
- the conductor post is formed using any metal such as copper or nickel.
- the conductive bump is formed using, for example, tin-based solder or gold-based solder.
- the component E1 connection section 4 may be made of two or more layers, for example, a conductive connection member 4a (see FIG. 2) may be formed on the conductor post using tin-based solder or gold-based solder to form two layers.
- the component E2 connection section 25 is, for example, a conductor post or a conductive bump.
- the conductor post is formed using any metal such as copper or nickel.
- the conductive bump is formed using, for example, tin-based solder or gold-based solder.
- the component E2 connection section 25 is lower than the component E1 connection section 4, so it is preferable to form a conductive bump.
- the insulating layer 21, the insulating layer 22, and the insulating layer 32 can be formed using a thermosetting insulating resin such as an epoxy resin, a bismaleimide triazine resin (BT resin), or a phenol resin.
- the insulating layer 21, the insulating layer 22, and the insulating layer 32 may be formed using a thermoplastic insulating resin such as a fluororesin, a liquid crystal polymer (LCP), a fluoroethylene (PTFE) resin, a polyester (PE) resin, and a modified polyimide (MPI) resin.
- a thermosetting insulating resin such as an epoxy resin, a bismaleimide triazine resin (BT resin), or a phenol resin.
- the insulating layer 21, the insulating layer 22, and the insulating layer 32 may be formed using a thermoplastic insulating resin such as a fluororesin, a liquid crystal polymer (LCP), a fluoroethylene (PTFE) resin, a polyester (PE) resin,
- each insulating layer may include a core material (reinforcing material) formed of glass fiber, aramid fiber, or the like, and may include an inorganic filler made of fine particles such as silica (SiO 2 ), alumina, or mullite.
- the solder resist 23 and the solder resist 24 are formed of, for example, a photosensitive epoxy resin or a polyimide resin.
- the conductor layers 11, 12, and 31, the through-hole conductors 33, and the via conductors 26 can be formed using any metal, such as copper or nickel. Although each of these conductors is depicted in FIG. 1 as a simplified single layer, they may have a multi-layer structure including two or more metal layers. For example, the conductor layers 11 and 12 may have a two-layer structure including an electroless plating layer and an electrolytic plating layer.
- the conductor layer 11, the conductor layer 12, and the conductor layer 31 each include an arbitrary conductor pattern.
- the conductor layer 11 includes conductor pads 11a and 11b.
- the conductor pads 11a and 11b are exposed within the openings 23a of the solder resist 23.
- the electrical wiring section 2 in FIG. 1 includes conductors exposed on one surface 2a, such as the conductor pads 11a and 11b.
- Component E2 is electrically and mechanically connected to conductor pad 11b via component E2 connection portion 25.
- Component E2 may be, for example, an electronic component such as a semiconductor device that generates an electrical signal that causes component E1 to emit light and/or processes the electrical signal generated by component E1.
- Component E2 may be, for example, a semiconductor device such as a general-purpose operational amplifier, a driver IC, a microcomputer, or a programmable logic device (PLD).
- Component E2 has, for example, an electrode E2a.
- the component E1 when the wiring board 1 is in use, the component E1 is also mounted on the wiring board 1. For this reason, a component area A1 is provided on the surface 2a of the electrical wiring section 2, where the component E1 can be placed.
- the component E1 is electrically and mechanically connected to the conductor pad 11a via the component E1 connection section 4.
- the component area A1 When the wiring board 1 is in use, the component area A1 is covered by the component E1 in a plan view.
- the component E1 is placed by the component E1 connection section 4 and the support member 7.
- the component E1 mounted in the component area A1 is an electrical component including a light receiving element and/or a light emitting element having a photoelectric conversion function.
- the component E1 has, for example, an electrode E1a and a light receiving section or a light emitting section E1b (see Figure 2).
- the light receiving or emitting portion E1b has a light receiving or emitting surface E1c on the end surface E1f of the component E1 (see FIG. 2), and the electrode E1a is provided on the surface of the component E1 facing the electrical wiring section 2. That is, in the example of FIGS. 1 to 3, the component E1 is so-called face-down mounted (flip-chip mounted) so that the surface facing the electrical wiring section 2 faces the support member 7, except for the portion where the electrode E1a is formed.
- the electrode E1a of the component E1 may be provided on the surface opposite the surface facing the electrical wiring section 2, and the component E1 may be so-called face-up mounted so that the surface facing the electrical wiring section 2 faces the support member 7. When face-up mounted, the entire surface of the component E1 facing the electrical wiring section 2 may face the support member 7.
- component E1 examples include light receiving elements such as photodiodes, and light emitting elements such as light emitting diodes (LEDs), organic light emitting diodes (OLEDs), laser diodes (LDs), and vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs).
- LEDs light emitting diodes
- OLEDs organic light emitting diodes
- LDs laser diodes
- VCSELs vertical cavity surface emitting lasers
- component E1 When component E1 is a light emitting element, component E1 generates an optical signal (light) based on an electrical signal input to electrode E1a, and emits light from a light receiving unit or light emitting unit E1b (see Figure 2) functioning as a light emitting unit.
- an electrical signal is generated based on the light entering the light receiving unit or light emitting unit E1b functioning as a light receiving unit, and is output from electrode E1a.
- the optical wiring section 3 is also arranged on the wiring board 1. Therefore, the surface 2a of the electrical wiring section 2 is provided with an optical wiring area A2 in which the optical wiring section 3 can be arranged.
- the optical wiring area A2 is covered by the optical wiring section 3 in a planar view when the wiring board 1 is used.
- the optical wiring section 3 is arranged on a support member 7.
- the optical wiring section 3 includes an optical wiring 5 and a support substrate 6. Note that the optical wiring section 3 may be composed only of the optical wiring 5 (see FIGS. 10 and 11).
- the optical wiring section 3 is arranged on the wiring board 1 so that the support substrate 6 is arranged on the opposite side of the optical wiring 5 to the electrical wiring section 2. That is, the optical wiring section 3 is arranged on the wiring board 1 so that the surface 3a on the optical wiring 5 side faces the surface 2a of the electrical wiring section 2.
- the support member 7 is arranged between the electrical wiring section 2 and the optical wiring section 3.
- the support member 7 is disposed between the electrical wiring section 2 and the support substrate 6 of the optical wiring section 3.
- the support substrate 6 of the optical wiring section 3 may be disposed between the optical wiring section 3 of the optical wiring 5 and the electrical wiring section 2.
- the support member 7 is disposed not only in the optical wiring area A2 but also in the component area A1.
- a part or all of the component E1 may be disposed on the upper surface of the support member 7, and a part or all of the optical wiring section 3 may be disposed on the upper surface of the support member 7.
- the optical wiring 5 includes a core portion 51 that transmits light, and a cladding portion 52 that surrounds the core portion 51.
- the cladding portion 52 is provided around the core portion 51, and sandwiches the core portion 51 in any direction perpendicular to the extension direction of the core portion 51, i.e., the propagation direction of light within the core portion 51 (+X direction or -X direction, hereinafter also referred to simply as the "X direction").
- the cladding portion 52 includes a first cladding 521 that constitutes a portion closer to the support substrate 6 than the core portion 51, and a second cladding 522 that constitutes a portion below the first cladding 521 and farther from the support substrate 6 than the first cladding 521.
- the second cladding 522 covers the lower surface (the surface opposite the support substrate 6) and side surfaces of the core portion 51.
- the core section 51 and the cladding section 52 are formed using a material having an appropriate refractive index.
- the core section 51 and the cladding section 52 can be made of, for example, an organic material, an inorganic material, or a hybrid material containing an organic material and an inorganic material such as an inorganic polymer.
- inorganic materials include quartz glass and silicon
- organic materials include acrylic resins such as polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide resins, polyamide resins, polyether resins, and epoxy resins.
- An optical wiring 5 made of an organic material is lightweight and tends to have high toughness.
- the core portion 51 and the cladding portion 52 may be made of different materials, or may be made of the same type of material.
- the core portion 51 is made of a material having a higher refractive index than the material used for the cladding portion 52, so that total reflection of light is possible at the interface between the core portion 51 and the cladding portion 52.
- the core portion 51 and the cladding portion 52 may be formed of materials having the same refractive index, and then their refractive indices may be made different by appropriate processing.
- the optical wiring 5 can be formed by any method.
- the optical wiring 5 is formed on the support substrate 6.
- the optical wiring 5 and the support substrate 6 may be joined by curing the material of the cladding portion 52 in a semi-cured state on the support substrate 6.
- the optical wiring 5 may also be formed separately from the support substrate 6 and fixed to the support substrate 6 with, for example, any adhesive (not shown).
- any adhesive not shown.
- the end face 5f of the optical wiring 5 and the end face 6f of the support substrate 6 can be formed flush (see Figure 2).
- the end face 3f of the optical wiring section 3, which is composed of the end face 5f of the optical wiring 5 and the end face 6f of the support substrate 6, can be formed flat. Note that only the optical wiring 5 may be formed on the electrical wiring section 2 (see Figures 10 and 11).
- the support substrate 6 has, for example, a thermal expansion coefficient lower than that of the optical wiring 5.
- the support substrate 6 has, for example, a thermal expansion coefficient lower than the average value of the thermal expansion coefficients of the core portion 51 and the clad portion 52.
- the thermal expansion coefficient of the support substrate 6 is lower than the lower of the thermal expansion coefficients of the core portion 51 and the clad portion 52.
- the support substrate 6 can be made of any material so as to have a thermal expansion coefficient lower than that of the optical wiring 5 and preferably a rigidity higher than that of the optical wiring 5.
- the support substrate 6 may have a bending rigidity higher than that of the optical wiring 5.
- materials for the support substrate 6 include glasses such as soda-lime glass, borosilicate glass, and quartz glass, various ceramics such as alumina, silicon nitride, and silicon oxide, and semiconductors such as silicon and germanium.
- the thermal expansion coefficient of the optical wiring 5 is, for example, 10 ppm/°C to 100 ppm/°C.
- the thermal expansion coefficient of the support substrate 6 is, for example, 3 ppm/°C to 10 ppm/°C.
- the bending rigidity of the support substrate 6 is, for example, 1.1 times or more that of the optical wiring 5 and 2 times or less that of the electrical wiring section 2. It is considered that the optical wiring 5 can be handled, the shape is maintained, and the optical wiring section 3 can follow the warping of the electrical wiring section 2 to some extent.
- the thickness of the support substrate 6 is not particularly limited, but it is preferable to set it to, for example, about 30 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
- the support member 7 that supports the component E1 and the optical wiring section 3 is formed on one surface 2a of the electrical wiring section 2. Specifically, it is formed on the upper surface of the solder resist 23.
- the support member 7 is arranged so as to straddle the component area A1 and the optical wiring area A2. Therefore, when the wiring board 1 is used, the component E1 and the optical wiring section 3 are arranged on the wiring board 1 on a common support member 7 that straddles the component area A1 and the optical wiring area A2.
- the support member 7 is formed in the component area A1 and the optical wiring area A2 in a planar view. That is, the support member 7 is formed so as to cover at least a part of the component area A1 and the optical wiring area A2 in a planar view.
- the shape and size of the support member that covers the component area A1 and the optical wiring area A2 are not particularly limited. Then, the component E1 connection portion 4 is formed on one surface 2a of the electrical wiring section 2 that is close to the support member 7. As a result, the adjacent component E1 connection portion 4 is connected to the electrode E1a of the component E1.
- the support member 7 may be formed on one surface 2a of the electrical wiring portion 2 on which the solder resist 23 is not formed.
- the shape and size of the support member 7 can be changed as appropriate depending on the shape and size of the component area A1 and the shape and size of the optical wiring area A2, as well as the arrangement of the component area A1 on the electrical wiring section 2 and the arrangement of the optical wiring area A2 on the electrical wiring section 2.
- the support member 7 may be formed over the entire component area A1.
- the entire optical wiring section 3 is arranged on the surface 2a of the electrical wiring section 2, the support member 7 may be formed over the entire optical wiring area A2.
- one end surface 7e of the support member 7 is in the vicinity of one end surface 2e of the electrical wiring section 2 (see Figures 1 and 3). Specifically, one end surface 7e of the support member 7 is approximately flush with one end surface 2e of the electrical wiring section 2. Note that one end surface 7e of the support member 7 may be arranged so as to be inside the one end surface 2e of the electrical wiring section 2, or one end surface 7e of the support member 7 may be arranged so as to protrude beyond the one end surface 2e of the electrical wiring section 2.
- the end face of the optical wiring 5 and the end face of the support substrate 6 protrude outward from one end face 2e of the electrical wiring section 2.
- a connector C is attached to the protruding portion of the optical wiring 5 from the electrical wiring section 2 and the protruding portion of the support substrate 6 from the electrical wiring section 2.
- the upper housing C1 of the connector C is attached to the support substrate 6, and the lower housing C2 of the connector C is attached to the optical wiring 5.
- the optical fiber F held between the upper housing C1 and the lower housing C2 is optically coupled to the core portion 51 of the optical wiring 5. Since the optical wiring 5 and the support substrate 6 protrude outward from one end face 2e of the electrical wiring section 2, the connector C can be easily attached.
- the support member 7 is not particularly limited, but may be, for example, plate-shaped or film-shaped.
- the support member 7 may have a degree of rigidity sufficient to maintain a predetermined thickness.
- One example of the support member 7 is film-shaped.
- the surface of the support member 7 facing the electrical wiring section 2 may have adhesive properties so that the support member 7 is fixed to the electrical wiring section 2.
- the surface of the support member 7 opposite the surface facing the electrical wiring section 2 (the surface facing the component E1 and the optical wiring section 3) may have adhesive properties so that the support member 7 is fixed to the component E1 and the optical wiring section 3.
- the material constituting the support member 7 is not particularly limited, but may be a resin material, a metal material, an inorganic material, or a composite of these materials. It is preferable to use a resin material as the material constituting the support member 7.
- the resin material constituting the support member 7 include thermosetting resin, thermoplastic resin, and UV-curable resin. These resins may be used alone or in combination with multiple resins. Examples of combinations of multiple resins include a combination of a thermosetting resin and a UV-curable resin, and a combination of a thermosetting resin and a thermoplastic resin.
- Specific examples of the resin constituting the support member 7 include, but are not limited to, epoxy resin, polyester resin, polyimide resin, and olefin resin.
- thermosetting resin constituting the support member 7 examples include, but are not limited to, epoxy resin, polyester resin, polyimide resin, olefin resin, phenolic resin, polyurethane resin, and silicone resin.
- thermoplastic resin constituting the support member 7 examples include, but are not limited to, polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, polystyrene resin, ABS resin, methacrylic resin, acrylic resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, PET resin, PPS resin, polystyrene resin, etc.
- UV-curable resin constituting the support member 7 examples include, but are not limited to, epoxy resin, acrylic resin, etc. Acrylic groups may be substituted in part of the thermosetting resin.
- the glass transition point is 50°C to 200°C.
- the thermal expansion coefficient of the support member 7 is, for example, 30 ppm/°C to 200 ppm/°C.
- the thickness of the support member 7 is not particularly limited, but is approximately 5 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
- the support member 7 may contain particles such as inorganic particles, metal particles, and resin particles.
- the size of the particles contained in the support member is not particularly limited, but is, for example, about 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less. By including particles in the support member 7, the rigidity and heat resistance of the support member are improved.
- the support member 7 may have a single-layer structure or a multi-layer structure of two or more layers.
- the support member 7 is arranged on the wiring board 1 by, for example, forming a film by film pressing, printing or potting, or by placing a pre-formed sheet.
- the support member 7 has a multi-layer structure, the support member 7 is formed, for example, in a two-layer structure in which an adhesive layer is provided on one side of a resin layer that is a base layer, or a three-layer structure in which adhesive layers are provided on both sides of a resin layer that is a base layer.
- the support member 7 When the support member 7 has a two-layer structure, the support member 7 is arranged, for example, so that the adhesive layer provided on one side faces the electrical wiring section 2 side. The support member 7 is bonded to the electrical wiring section 2 by an adhesive layer. When the support member 7 has a three-layer structure, the adhesive layer provided on one side faces the electrical wiring section 2 side, and the adhesive layer provided on the other side faces the component E1 side and the optical wiring section 3 side. The support member 7 is adhered to the electrical wiring section 2, the component E1, and the optical wiring section 3 by an adhesive layer.
- the inorganic material constituting the support member 7 is not particularly limited, but examples include glass and semiconductor materials.
- the support member 7 may be formed by covering a core of inorganic material with a resin material, or may be formed of two or more layers, including a layer made of an inorganic material and a layer made of a resin material that is adhesive to the inorganic material. By using an inorganic material, it is possible to impart rigidity and thermal expansion resistance to the support member 7.
- the height (dimension in the Z direction) of the component E1 connection section 4 of the electrical wiring section 2 is adjusted so that the lower surface of the component E1 coincides with the upper surface of the support member 7.
- the position of the core section 51 of the optical wiring section 3 is adjusted in the thickness direction (Z direction) of the electrical wiring section 2 so as to coincide with the position of the light receiving section or light emitting section E1b of the component E1.
- the component E1 and the optical wiring section 3 when the component E1 and the optical wiring section 3 are arranged on the wiring board 1, they are arranged on one surface 2a of the electrical wiring section 2, on a common support member 7 that spans the component area A1 and the optical wiring area A2.
- the optical wiring section 3 and the component E1 are positioned on one surface 2a of the electrical wiring section 2 so that the light receiving section or light emitting section E1b and the core section 51 are optically coupled in a state where they are arranged on the common support member 7. Therefore, after placement on the wiring board 1, it is believed that the positional deviation in the Z direction between the light receiving section or light emitting section E1b of the component E1 placed on the common support member 7 and the core section 51 of the optical wiring section 3 will be small.
- the optical wiring unit 3 and the component E1 are arranged on separate support members, the difference in dimensional error in the Z direction between the support member supporting the optical wiring unit 3 and the support member supporting the component E1 may become large. This may result in a decrease in the optical coupling efficiency between the optical wiring unit 3 and the component E1.
- the optical wiring unit 3 and the component E1 are arranged on a common support member 7 that spans the component area A1 and the optical wiring area A2, and are therefore less susceptible to the dimensional error of the support member 7. Therefore, it is believed that the core portion 51 of the optical wiring unit 3 and the light receiving portion or light emitting portion E1b of the component E1 can be easily positioned at a position where they can be optically coupled with sufficient efficiency.
- the optical wiring section 3 and the component E1 may be heated from the outside during arrangement on the wiring board 1, for example, by a reflow process.
- the optical wiring section 3 may generate heat due to the propagation of an optical signal in the core section 51
- the component E1 may generate heat due to light emitted from the core section 51 to the light receiving section or the core section 51.
- the optical wiring section 3 and the component E1 are considered to be affected by heat when they are arranged on the wiring board 1 and after they are arranged on the wiring board 1, or by heat generated by the optical wiring section 3 and the component E1.
- the support member on which the optical wiring section 3 is arranged and the support member on which the component E1 is arranged thermally expand independently of each other due to heating from the outside during arrangement on the wiring board 1 and heat generated by the optical wiring section 3 and the component E1 after arrangement on the wiring board 1.
- the support member of the optical wiring section 3 and the support member of the component E1 arranged may move in different directions from the desired arrangement position by following different expansion directions.
- misalignment between the position of the core portion 51 of the optical wiring portion 3 and the position of the light receiving portion or the light emitting portion E1b of the component E1 may occur not only in the Z direction, but also in the directions (X direction and Y direction) along one surface 2a of the electrical wiring portion 2. This may reduce the optical coupling efficiency between the optical wiring portion 3 and the component E1.
- the optical wiring section 3 and the component E1 are arranged on a common support member 7 that spans the component area A1 and the optical wiring area A2. Therefore, the support member 7 is affected by heat due to external heating during and after arrangement on the wiring board 1 and heat generation by the optical wiring section 3 and the component E1. Even if the support member 7 expands due to the influence of heat, it is considered that the optical wiring section 3 and the component E1 move in the same direction by the common support member 7. Therefore, it is considered that the relative positions of the core portion 51 of the optical wiring section 3 and the light receiving portion or light emitting portion E1b of the component E1 are unlikely to change even if the support member 7 expands.
- the optical wiring section 3 in FIG. 1 to FIG. 3 includes a plurality of cores 51.
- the plurality of cores 51 are arranged in a line along a direction intersecting the propagation direction (X direction) of light in the cores 51.
- the intervals between the plurality of cores 51 increase as the distance approaches from one end 3m to the other end 3n in the X direction of the optical wiring section 3. Therefore, the arrangement interval of the cores 51 at the other end 3n of the optical wiring section 3 is larger than the arrangement interval at the one end 3m of the optical wiring section 3.
- the arrangement intervals of the plurality of optical fibers optically coupled to the cores 51 at the other end 3n may not be as small as the arrangement intervals of the plurality of light receiving sections or light emitting sections E1b (see FIG. 2) provided in the component E1.
- the arrangement intervals of the other ends 3n of the optical wiring section 3 in the plurality of cores 51 are arranged at intervals larger than the arrangement intervals of the one end 3m of the optical wiring section 3.
- the core portion 51 at one end 3m of the optical wiring portion 3 is optically coupled to the component E1 (see FIG. 2), and is considered to be optically coupled appropriately without requiring any other conversion means such as spacing.
- the core portion 51 at the other end 3n of the optical wiring portion 3 is externally connected by an optical fiber or the like, and is considered to be optically coupled appropriately without requiring any other conversion means such as spacing.
- FIGS. 4A to 4C an example of a method for manufacturing a wiring board according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 4C, using the case where wiring board 1 in FIG. 1 is manufactured as an example. Note that in the example of FIGS. 4A to 4C, in addition to the manufacture of wiring board 1, the manufacture of optical wiring section 3 and the arrangement of optical wiring section 3 on wiring board 1 are also described.
- FIGS. 4A and 4B show an example of a method for manufacturing the optical wiring section 3 disposed on the wiring board 1.
- a glass plate, a ceramic plate, or a semiconductor substrate such as silicon is prepared as a support substrate 6.
- the core portion 51 is formed on the first clad 521.
- the core portion 51 is formed using, for example, a resin material.
- the core portion 51 is formed, for example, by coating with spin coating or by film compression. When formed as a film, the core portion 51 is thermocompressed onto the entire surface of the first clad 521, and is patterned by photolithography into the desired shape and number of core portions 51.
- the second clad 522 is formed on the first clad 521 and the core portion 51.
- the second clad 522 is formed, for example, using a resin material.
- the second clad 522 is formed, for example, by coating with spin coating or by film compression. When formed as a film, the second clad 522 is thermally compressed onto the first clad 521 and the core portion 51. As a result, the clad portion 52 consisting of the first clad 521 and the second clad 522 is formed. Thereafter, the core portion 51, the clad portion 52, and the support substrate 6 are diced by cutting or laser processing so as to have a predetermined shape and size in a plan view.
- the optical wiring portion 3 consisting of the optical wiring 5 and the support substrate 6 is completed.
- the end face 3f of the obtained optical wiring portion 3, i.e., the end face 5f of the optical wiring 5 and the end face 6f of the support substrate 6, are formed to be flush with each other by dicing.
- the support substrate 6 may be removed from the optical wiring section 3 after the optical wiring 5 is formed.
- the optical wiring section 3 is composed of the optical wiring 5 (see Figures 10 and 11).
- a release agent (not shown) may be attached to the surface of the support substrate 6 before the optical wiring 5 is formed.
- the interface between the optical wiring section 3 (first cladding 521) and the support substrate 6 may be irradiated with laser light to peel off the support substrate 6 from the optical wiring 5, thereby removing the support substrate 6 from the optical wiring section 3.
- FIG. 4C shows a method for manufacturing the wiring board 1 and a method for arranging the optical wiring section 3 on the wiring board 1.
- the electrical wiring section 2 is prepared.
- the electrical wiring section 2 is prepared using a general method for forming a build-up wiring board including a core board.
- the core board 30 is formed by forming a through-hole conductor 33 on a double-sided copper-clad laminate including an insulating layer 32 and forming a conductor layer 31 by a subtractive method.
- the insulating layer 21, the insulating layer 22, the conductor layer 11, the conductor layer 12, and the via conductor 26 see FIG.
- the solder resist 23 and the solder resist 24 are formed by laminating epoxy resin, polyimide resin, or the like, or coating with these resins, and the openings 23a and 24a are formed by, for example, photolithography. Then, in the opening 23a exposing the conductor pad 11b, the component E1 connection portion 4 is formed as a conductor post made of copper or nickel by plating.
- a conductive connection member 4a made of tin-based solder or gold-based solder is formed on the component E1 connection portion 4 by, for example, applying a paste containing metal powder and performing a reflow process.
- the component E2 connection portion 25 is formed as a conductive bump made of tin-based solder or gold-based solder by, for example, placing a ball and performing a reflow process (see FIG. 1).
- the support member 7 is provided on one surface 2a of the electrical wiring section 2.
- the support member 7 formed in a film shape is placed on one surface 2a.
- the support member 7 is formed of any plate-like member, for example, a material containing epoxy resin and inorganic particles. The support member 7 may be fixed to the electrical wiring section 2.
- the optical wiring section 3 is placed on the wiring board 1.
- the surface 3a of the optical wiring section 3 on the optical wiring 5 side and the surface 3b on the support substrate 6 side are inverted upside down (see FIG. 4B and FIG. 4C). That is, the optical wiring 5 of the optical wiring section 3 faces the support member 7 formed on one surface 2a of the electrical wiring section 2. Then, the optical wiring section 3 is placed on the support member 7.
- the optical wiring section 3 may be fixed to the support member 7. Also, after the optical wiring section 3 is attached to the support member 7 via an adhesive, a composite part of the optical wiring section 3 and the support member 7 may be placed on one surface 2a of the electrical wiring section 2.
- the connector C is provided so that the optical wiring section 3 is sandwiched between the upper housing C1 and the lower housing C2.
- the upper housing C1 is attached to the support substrate 6, and the lower housing C2 is attached to the optical wiring 5.
- the upper housing C1 and the lower housing C2 are fitted together.
- the connector C may be attached after the optical wiring section 3 is provided on one surface 2a of the electrical wiring section 2.
- component E1 including an optical element is mounted on wiring board 1.
- Component E2 may be mounted together with component E1.
- Electrode E1a of component E1 is connected to component E1 connection portion 4 by, for example, a conductive connection member 4a on component E1 connection portion 4 that melts during mounting.
- its light receiving portion or light emitting portion E1b is optically coupled to an exposed portion of core portion 51 of optical wiring portion 3. According to this embodiment, it is believed that both appropriate optical coupling between light receiving portion or light emitting portion E1b of component E1 and core portion 51 of optical wiring portion 3, and reliable electrical and mechanical connection between electrode E1a of component E1 and component E1 connection portion 4 are realized.
- FIGS. 5 to 6B show wiring board 1 ⁇ , which is modified example 1 of the wiring board of the embodiment.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing wiring board 1 ⁇ , which is modified example 1 of the wiring board of the embodiment.
- FIG. 6A shows an example of an enlarged view of part VI in FIG. 5, and
- FIG. 6B shows another example of an enlarged view of part VI in FIG. 5. Note that for convenience of explanation, the two-dot chain line in FIG. 5 has been omitted in FIG. 6A and FIG. 6B.
- the wiring board 1 ⁇ includes an electrical wiring section 2 similar to the electrical wiring section 2 included in the wiring board 1 of FIG. 1 and the like.
- the support member 7 ⁇ extends outward from one end face 2e of the electrical wiring section 2. Therefore, the support member 7 ⁇ is arranged so as to protrude from one end face 2e of the electrical wiring section 2.
- the support area of the optical wiring section 3 by the support member 7 ⁇ increases by the amount that the support member 7 ⁇ protrudes from the one end face 2e of the electrical wiring section 2.
- the adhesive area of the optical wiring section 3 by the support member 7 ⁇ increases. Therefore, it is considered that the support of the optical wiring section 3 by the support member 7 ⁇ becomes more stable, or the adhesive becomes more stable.
- the support member 7 ⁇ is arranged so that one end face 7 ⁇ e of the support member 7 ⁇ protrudes from one end face 2e of the electrical wiring section 2.
- the support member 7 ⁇ is disposed so that one end surface 7 ⁇ e protrudes beyond one end surface 2e of the electrical wiring unit 2 and covers a portion of one end surface 2e of the electrical wiring unit 2. As shown in FIG.
- the support member 7 ⁇ covers a portion of one end surface 2e of the electrical wiring unit 2, thereby increasing the support area of the support member 7 ⁇ by the electrical wiring unit 2.
- the adhesion area of the optical wiring unit 3 by the support member 7 ⁇ increases. Therefore, it is considered that the support of the optical wiring unit 3 by the electrical wiring unit 2 becomes more stable, or the adhesion becomes more stable.
- FIGS. 7 to 9 show wiring board 1 ⁇ , which is modified example 2 of the wiring board of the embodiment.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing wiring board 1 ⁇ , which is modified example 2 of the wiring board of the embodiment, and
- FIG. 8 shows an enlarged view of part VIII of FIG. 7.
- FIG. 9 shows an example of an optical wiring section 3 ⁇ , as viewed from above, arranged on wiring board 1 ⁇ of FIG. 7.
- an optical wiring section 3 ⁇ having a structure similar to the optical wiring section 3 of FIG. 1 etc. is arranged.
- the optical wiring section 3 ⁇ differs from the optical wiring section 3 illustrated in FIG. 1 etc. in that one end 3 ⁇ m in the propagation direction of light in the core section 51 (X direction) is exposed from the cladding section 52 and the support substrate 6 on the second cladding 522.
- one end 3 ⁇ m of the optical wiring section 3 ⁇ where the core section 51 is exposed extends in the X direction.
- the light receiving or emitting portion E1 ⁇ b of the component E1 ⁇ mounted on the wiring board 1 ⁇ has a light receiving or emitting surface E1 ⁇ c facing to the side and downward of the component E1 ⁇ .
- the upper surface 51a of the core portion 51 exposed from the cladding portion 52 and the support substrate 6 is positioned so as to face the light receiving or emitting surface E1 ⁇ c of the component E1 ⁇ that is optically coupled to the core portion 51.
- the component E1 ⁇ is positioned at one end 3 ⁇ m of the optical wiring portion 3 ⁇ so that the light receiving or emitting portion E1 ⁇ b faces the upper surface 51a of the core portion 51 in the Z direction. That is, the component area A1 ⁇ and the optical wiring area A2 ⁇ partially overlap in a planar view.
- the upper surface 7 ⁇ a of a portion of the component area A1 ⁇ in the support member 7 ⁇ is raised higher than the upper surface 7 ⁇ b of the optical wiring area A2 ⁇ in the support member 7 ⁇ by the thickness of the core portion 51 and the second cladding 522 so that the light receiving surface or light emitting surface E1 ⁇ c of the component E1 ⁇ is approximately flush with the upper surface 51a of the core portion 51.
- the height (dimension in the Z direction) of the component E1 ⁇ connection portion 4 ⁇ of the electrical wiring portion 2 is adjusted so that the lower surface of the component E1 ⁇ coincides with the upper surface 7 ⁇ a of the support member 7 ⁇ .
- optical wiring section 3 ⁇ and the component E1 ⁇ are positioned at a position where they can be optically coupled with sufficient efficiency, it is presumed that the decrease in the optical coupling efficiency between the optical wiring section 3 ⁇ and the component E1 ⁇ is suppressed during and after the arrangement of the optical wiring section 3 ⁇ .
- component E1 ⁇ is a light receiving element
- a portion of the light propagating through core portion 51 toward one end 3 ⁇ m leaks out of core portion 51 from upper surface 51a as evanescent light and enters light receiving portion or light emitting portion E1 ⁇ b serving as the light receiving portion of component E1 ⁇ . Since upper surface 51a faces light receiving surface or light emitting surface E1 ⁇ c of component E1 ⁇ without passing through cladding portion 52, it is believed that highly efficient optical coupling is achieved.
- the optical wiring section 3 includes an optical wiring 5 and a support substrate 6.
- the optical wiring section 3 ⁇ includes an optical wiring 5 and a support substrate 6.
- the optical wiring section 3 and the optical wiring section 3 ⁇ may be composed of only the optical wiring 5.
- FIG. 10 shows a cross-sectional view of wiring board 1 ⁇ , which is a modified example 3 of the wiring board of the embodiment.
- Wiring board 1 ⁇ does not include the support substrate 6 included in the optical wiring section 3 of FIG. 1, and includes an optical wiring section 3 ⁇ that is composed of approximately only optical wiring 5.
- one end surface 5e of the optical wiring 5 is approximately flush with one end surface 2e of the electrical wiring section 2.
- Wiring board 1 ⁇ differs from wiring board 1 shown in FIG. 1 in that a support substrate 6 is not provided in optical wiring section 3 ⁇ , and that the optical wiring 5 does not protrude from one end surface 2e of the electrical wiring section 2.
- Components similar to those of wiring board 1 of FIG. 1 included in wiring board 1 ⁇ are assigned the same reference numerals in FIG. 10 as those in FIG. 1, or are omitted as appropriate, and repeated explanations of similar components are omitted.
- the optical wiring unit 3 ⁇ and the component E1 are positioned at a position where they can be optically coupled with sufficient efficiency, it is presumed that the optical coupling efficiency between the optical wiring unit 3 ⁇ and the component E1 is unlikely to decrease when arranging the optical wiring unit 3 ⁇ and after arranging the optical wiring unit 3 ⁇ .
- one end face 7e of the support member 7 is also substantially flush with one end face 2e of the electrical wiring section 2. Therefore, one end face 5e of the optical wiring 5, one end face 7e of the support member 7, and one end face 2e of the electrical wiring section 2 are substantially flush with each other.
- the optical fiber F is connected to the end face 5e of the optical wiring 5, which is substantially flush with one end face 2e of the electrical wiring section 2. Therefore, it is believed that the optical coupling portion with the optical fiber F can be brought closer to the component E1.
- Wiring board 1 ⁇ shows a cross-sectional view of wiring board 1 ⁇ , which is a fourth modified example of the wiring board of the embodiment.
- Wiring board 1 ⁇ does not include the support substrate 6 included in optical wiring section 3 ⁇ of FIGS. 7 to 9, and includes optical wiring section 3 ⁇ that is composed of only optical wiring 5.
- one end surface 5e of optical wiring 5 is approximately flush with one end surface 2e of electrical wiring section 2, similar to wiring board 1 ⁇ of FIG. 10.
- Wiring board 1 ⁇ differs from wiring board 1 ⁇ shown in FIGS. 7 to 9 in that no support substrate 6 is provided in optical wiring section 3 ⁇ , and that optical wiring 5 does not protrude from one end surface 2e of electrical wiring section 2.
- Components similar to those of wiring board 1 ⁇ of FIG. 7 included in wiring board 1 ⁇ are assigned the same reference numerals in FIG. 7 or omitted as appropriate, and repeated explanations of similar components are omitted.
- the wiring board 1 ⁇ has optical wiring 5 formed without placing a support substrate 6 on the optical wiring section 3 ⁇ , but like the wiring board 1 ⁇ in FIG. 7, it includes a support member 7 ⁇ that straddles the component area A1 ⁇ and the optical wiring area A2 ⁇ .
- the optical wiring section 3 ⁇ and the component E1 ⁇ are placed on a common support member 7 ⁇ that straddles the component area A1 ⁇ and the optical wiring area A2 ⁇ . Therefore, the relative positional relationship between the optical wiring section 3 ⁇ and the component E1 ⁇ is unlikely to be affected by dimensional errors in the support member 7 ⁇ . Therefore, it is considered that the core portion 51 of the optical wiring section 3 ⁇ and the light receiving portion or light emitting portion E1 ⁇ b of the component E1 ⁇ can be easily positioned at a position that allows for sufficient efficient optical coupling.
- the optical wiring section 3 ⁇ and the component E1 ⁇ are positioned so that they can be optically coupled with sufficient efficiency, it is presumed that the optical coupling efficiency between the optical wiring section 3 ⁇ and the component E1 ⁇ is unlikely to decrease when arranging the optical wiring section 3 ⁇ and after arranging the optical wiring section 3 ⁇ .
- one end surface 5e of the optical wiring 5 is approximately flush with one end surface 7e of the support member 7 ⁇ . That is, one end surface 5e of the optical wiring 5, one end surface 7e of the support member 7 ⁇ , and one end surface 2e of the electrical wiring section 2 are approximately flush.
- an optical fiber F is connected to one end surface 5e of the optical wiring 5 that is approximately flush with one end surface 2e of the electrical wiring section 2. Therefore, it is believed that the optical coupling portion with the optical fiber F can be brought closer to component E1 ⁇ .
- the wiring board of the embodiment may form an optical wiring section without disposing the support substrate 6 shown in Figures 1 and 7, as in wiring board 1 ⁇ shown in Figure 10 and wiring board 1 ⁇ shown in Figure 11.
- the wiring board of the embodiment is not limited to those having the structure illustrated in each drawing, and the structure, shape, and material illustrated in this specification.
- the wiring board of the embodiment, particularly the electrical wiring section may have any laminated structure.
- the electrical wiring section may be a coreless substrate that does not include a core substrate, and may have any number of conductor layers and insulating layers.
- the conductor pad 11b may not be formed.
- the wiring board may be provided with either the components or the optical wiring section arranged thereon, or with both the components and the optical wiring section arranged thereon. That is, in this case, either or both of the components and the optical wiring section may be included in the wiring board.
- Wiring board 2 Electrical wiring section 2a One surface 2e of the electrical wiring section One end face 3, 3 ⁇ , 3 ⁇ , 3 ⁇ Optical wiring section 11, 12, 31 Conductor layer 21, 22, 32 Insulating layer 4 Component E1 connection section 4 ⁇ Component E1 ⁇ connection section 4a Conductive connecting member 5 Optical wiring 51 Core section 52 Cladding section 521 First cladding 522 Second cladding 6 Support substrate 7, 7 ⁇ Support member 7e One end face A1, A1 ⁇ Component region A2, A2 ⁇ Optical wiring region E1, E2 Component E1a, E2a Electrode E1b, E1 ⁇ b Light receiving section or light emitting section E1c, E1 ⁇ c Light receiving surface or light emitting surface
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Abstract
配線基板の光配線と光学部品との結合効率の向上及び光学部品の実装容易化。実施形態の配線基板(1)は、絶縁層及び導体層を含む電気配線部(2)と、電気配線部(2)の一方の表面(2a)の上に設けられている光配線領域(A2)と、電気配線部(2)の一方の表面(2a)の上に設けられていて、部品(E1)を配置することができる部品領域(A1)と、を含んでいる。支持部材(7)が、電気配線部(2)の一方の表面(2a)に形成されており、且つ、光配線領域(A2)及び部品領域(A1)に跨るように配置されている。
Description
本発明は、配線基板に関する。
特許文献1には、光配線が表面に形成されている光部品搭載用基板が開示されている。光配線は、基板の表面に直接配置されている。基板に実装される光半導体素子(発光素子又は受光素子)は、基板の表面に形成されている支持台を介して、導波路のコア部と光結合するように配置される。
特許文献1に開示の基板では、光配線のコア部と光半導体素子の光軸が、基板の厚さ方向において、適切に位置合わせされないことがある。適切に位置合わせされない場合、導波路のコア部と光半導体素子の発光部又は受光部とが十分な効率で光結合されないと考えられる。また、基板が有機材料から構成される場合には、基板は、光半導体素子の発熱や使用状況などの熱の影響によって膨張及び収縮を生じることがある。膨張及び収縮を生じる場合、光半導体素子が実装された配線基板において、導波路のコア部と光半導体素子の光軸が、基板の厚さ方向の位置ずれを生じてしまうだけでなく、基板の表面に平行な方向においても、位置ずれを生じてしまうことがある。この結果、位置ずれを生じると、光の結合効率が低下すると考えられる。
本発明の配線基板は、絶縁層及び導体層を含む電気配線部と、前記電気配線部の一方の表面の上に設けられている光配線領域と、前記電気配線部の前記一方の表面の上に設けられていて、部品を配置することができる部品領域と、を含んでいる。支持部材が、前記電気配線部の前記一方の表面に形成されており、且つ、前記光配線領域及び前記部品領域に跨るように配置されている。
本発明の実施形態によれば、配線基板の光配線部の光配線と、その光配線と光学的に結合される光学部品との間での位置ずれを抑制することができ、結合効率を向上、又はその低下を抑制できることがある。また、配線基板への光学部品の実装が容易になることがある。
本発明の一実施形態の配線基板が図面を参照しながら説明される。図1は一実施形態の配線基板の一例である配線基板1を示す断面図であり、図2には、図1のII部の拡大図が示されている。図3は、図1の配線基板1に含まれる光配線部の平面視での一例を示している。「平面視」は、実施形態の配線基板1をその厚さ方向に沿う視線で見ることを意味している。なお、配線基板1は本実施形態の配線基板の一例に過ぎない。実施形態の配線基板の積層構造、並びに導体層の層数及び絶縁層の層数は、図1の配線基板1の積層構造、並びに配線基板1に含まれる導体層の層数及び絶縁層の層数に限定されない。また、以下の説明で参照される各図面では、開示される実施形態が理解され易いように特定の部分が拡大して描かれていることがあり、大きさや長さに関して、各構成要素が互いの間の正確な比率で描かれていない場合がある。
図1に示されるように、配線基板1は、電気配線部2を含んでいる。電気配線部2は、絶縁層及び導体層を含んでいる。具体的には、図1の例の電気配線部2は、その厚さ方向において対向する2つの表面30a、表面30bを有するコア基板30と、コア基板30の表面30a上に順に積層されている絶縁層21及び導体層11、並びに、表面30b上に順に積層されている絶縁層22及び導体層12を含んでいる。絶縁層21及び絶縁層22には、導体層同士を接続するビア導体26が形成されている。コア基板30は、絶縁層32と、絶縁層32の両面に形成されている導体層31とを含んでいる。絶縁層32には、絶縁層32を貫通して両側の導体層31同士を接続するスルーホール導体33が設けられている。筒状のスルーホール導体33の内部は、例えばエポキシ樹脂のような絶縁性樹脂や金属粒子を含む導電性樹脂で形成される充填体34で充填されている。
なお、実施形態の説明では、配線基板1の厚さ方向において絶縁層32から遠い側は、「上側」もしくは「上方」、又は単に「上」とも称され、絶縁層32に近い側は、「下側」もしくは「下方」、又は単に「下」とも称される。さらに、各導体層及び各絶縁層において、絶縁層32と反対側を向く表面は「上面」とも称され、絶縁層32側を向く表面は「下面」とも称される。配線基板1の厚さ方向は「Z方向」とも称される。
電気配線部2は、コア基板30の表面30a側に形成されているソルダーレジスト23、及び表面30b側に形成されているソルダーレジスト24を含んでいる。電気配線部2の表面2aは、主に、ソルダーレジスト23の上面によって構成されており、電気配線部2の表面2bは、主に、ソルダーレジスト24の上面によって構成されている。ソルダーレジスト23は、絶縁層21及び導体層11の必要な部分を覆っており、ソルダーレジスト24は、絶縁層22及び導体層12の必要な部分を覆っている。ソルダーレジスト23は、導体層11の一部を露出させる開口23aを有している。同様にソルダーレジスト24も、導体層12の一部を露出させる開口24aを有している。
電気配線部2は、ソルダーレジスト23の開口23a内に導体層11に接するように形成されている部品E1接続部4、部品E2接続部25を含んでいる。部品E1接続部4は、例えば導体ポストもしくは導電性バンプである。導体ポストとしては、例えば、銅又はニッケルなどの任意の金属を用いて形成されている。導電性バンプとしては、例えば、すず系はんだや金系はんだなどを用いて形成されている。必要に応じて、部品E1接続部4を2層以上としてもよく、例えば導体ポスト上に、すず系はんだや金系はんだなどを用いて導電性接続部材4a(図2参照)を形成し、2層としてもよい。部品E2接続部25は、例えば導体ポストもしくは導電性バンプである。導体ポストとしては、例えば、銅又はニッケルなどの任意の金属を用いて形成されている。導電性バンプとしては、例えば、すず系はんだや金系はんだなどを用いて形成されている。部品E2接続部25は、部品E1接続部4よりも低くなるので、導電性バンプを形成することが好ましい。
絶縁層21、絶縁層22、及び絶縁層32は、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂(BT樹脂)又はフェノール樹脂などの熱硬化性の絶縁性樹脂を用いて形成することができる。絶縁層21、絶縁層22、及び絶縁層32は、フッ素樹脂、液晶ポリマー(LCP)、フッ化エチレン(PTFE)樹脂、ポリエステル(PE)樹脂、及び変性ポリイミド(MPI)樹脂のような熱可塑性の絶縁性樹脂を用いて形成されていてもよい。図示されていないが、各絶縁層は、ガラス繊維やアラミド繊維などで形成される芯材(補強材)を含んでいてもよく、シリカ(SiO2)、アルミナ、又はムライトなどの微粒子からなる無機フィラーを含んでいてもよい。一方、ソルダーレジスト23、ソルダーレジスト24は、例えば、感光性を有するエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などで形成される。
導体層11、導体層12、及び導体層31、スルーホール導体33、並びにビア導体26は、銅又はニッケルなどの任意の金属を用いて形成することができる。これら各導体は、図1では簡略化されて一層で描かれているが、2以上の金属層を含む多層構造にしてもよい。例えば、導体層11、導体層12は、無電解めっき層、及び電解めっき層を含む2層構造としてもよい。
導体層11、導体層12、及び、導体層31は、任意の導体パターンを含んでいる。図1の例では、導体層11は、導体パッド11a、導体パッド11bを含んでいる。導体パッド11a、導体パッド11bは、ソルダーレジスト23の開口23a内に露出している。このように、図1の電気配線部2は、導体パッド11a、導体パッド11bのように一方の表面2aに露出する導体を備えている。
部品E2は、部品E2接続部25を介して導体パッド11bに電気的及び機械的に接続されている。部品E2は、例えば、部品E1を発光させる電気信号の生成、及び/又は、部品E1で生成された電気信号の処理などを行う半導体装置などの電子部品等が挙げられる。部品E2としては、半導体装置、例えば、汎用オペアンプ、ドライバIC、マイコン、プログラマブルロジックデバイス(PLD)等が挙げられる。部品E2は、例えば、電極E2aを備えている。
図1~図3に示されるように、配線基板1の使用時には、部品E1も配線基板1に実装される。そのため、電気配線部2の表面2aには、部品E1を配置することができる部品領域A1が設けられている。部品E1は、部品E1接続部4を介して導体パッド11aに電気的及び機械的に接続される。部品領域A1は、配線基板1の使用時に平面視で部品E1に覆われる。部品領域A1において、部品E1は、部品E1接続部4及び支持部材7によって配置される。部品領域A1に実装される部品E1は、光電変換機能を有する受光素子及び/又は発光素子を含む電気部品である。部品E1は、例えば、電極E1a、及び、受光部又は発光部E1b(図2参照)を備えている。
図示される例では、受光部又は発光部E1bは、部品E1の端面E1fに受光面又は発光面E1cを有しており(図2参照)、電極E1aは、部品E1における電気配線部2側に向けられる面に備えられている。すなわち、図1~図3の例において、部品E1は、電極E1aの形成部分を除いて、電気配線部2側に向けられる面が支持部材7と対向するように、所謂フェイスダウン実装(フリップチップ実装)される。なお、部品E1において、電極E1aは、部品E1における電気配線部2側に向けられる面と反対面に備えられ、部品E1は、電気配線部2側に向けられる面が支持部材7と対向するように、所謂フェイスアップ実装されてもよい。フェイスアップ実装される場合、部品E1における電気配線部2側に向けられる面の全面が支持部材7と対向してもよい。
部品E1としては、フォトダイオードなどの受光素子、並びに、発光ダイオード(LED)、有機発光ダイオード(OLED)、レーザーダイオード(LD)、及び、垂直共振型面発光レーザー(VCSEL)などの発光素子が例示される。部品E1が発光素子である場合、部品E1は、電極E1aに入力される電気信号に基づく光信号(光)を生成し、発光部として機能する受光部又は発光部E1b(図2参照)から光を出射する。また、部品E1が受光素子である場合、受光部として機能する受光部又は発光部E1bに入光する光に基づく電気信号が生成されて電極E1aから出力される。
図1~図3に示されるように、配線基板1の使用時には、光配線部3も配線基板1上に配置される。そのため、電気配線部2の表面2aには、光配線部3を配置することができる光配線領域A2が設けられている。光配線領域A2は、配線基板1の使用時に平面視で光配線部3に覆われる。光配線領域A2において、光配線部3は、支持部材7上に配置される。図示される例において、光配線部3は、光配線5及び支持基板6を含んでいる。なお、光配線部3は、光配線5のみから構成されていてもよい(図10及び図11参照)。図示される例では、光配線部3は、支持基板6が光配線5における電気配線部2と反対側に配置されるように、配線基板1上に配置される。すなわち、光配線部3は、光配線5側の面3aが電気配線部2の表面2a側を向くように、配線基板1上に配置される。支持部材7は、電気配線部2と光配線部3の間に配置されている。また、支持部材7は、電気配線部2と光配線部3の支持基板6の間に配置されている。なお、光配線部3の支持基板6は、光配線5の光配線部3と電気配線部2との間に配置されてもよい。また、支持部材7は、光配線領域A2だけでなく、部品領域A1にも配置されている。支持部材7の上面に、部品E1の一部又は全部を配置してもよいし、支持部材7の上面に、光配線部3の全部又は一部を配置してもよい。
光配線5は、光を伝えるコア部51、及びコア部51を囲むクラッド部52を含んでいる。クラッド部52は、コア部51の周囲に設けられており、コア部51の延長方向、すなわち、コア部51内での光の伝播方向(+X方向又は-X方向、以下では単に「X方向」とも総称される)と直交する任意の方向においてコア部51を挟み込んでいる。
クラッド部52は、コア部51よりも支持基板6側の部分を構成する第1クラッド521と、第1クラッド521よりも下側の部分であって、第1クラッド521よりも支持基板6から遠い側の部分を構成する第2クラッド522と、を含んでいる。第2クラッド522は、コア部51の下面(支持基板6と反対側の表面)及び側面を覆っている。
コア部51及びクラッド部52は、適切な屈折率を有する材料を用いて形成されている。コア部51及びクラッド部52は、例えば、有機材料、無機材料、又は、無機ポリマーのような有機材料と無機材料とを含む混成材料によって構成することができる。無機材料として、石英ガラスやシリコンなどが例示され、有機材料として、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などのアクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、及びエポキシ系樹脂などが例示される。有機材料で構成される光配線5は、軽量で、且つ高い靭性を有し易い。
コア部51及びクラッド部52は、互いに異なる材料で構成されてもよく、互いに同じ系統の材料で構成されていてもよい。なお、コア部51には、コア部51とクラッド部52との界面での光の全反射が可能なように、クラッド部52に用いられる材料よりも高い屈折率を有する材料が用いられる。コア部51及びクラッド部52は、同一の屈折率を有する材料で形成された後に、適切な処理によって互いの屈折率を異ならされてもよい。
光配線5は、任意の手法で形成することができる。一例として、光配線5は、支持基板6の上で形成される。例えば、半硬化状態のクラッド部52の材料を支持基板6上で硬化させることによって光配線5と支持基板6とが接合されていてもよい。また、光配線5は、支持基板6と別個に形成されて、支持基板6に例えば任意の接着剤(図示せず)で固定されていてもよい。図1~図3の例のように、光配線部3及び部品E1において、光配線部3の端面3fと部品E1の端面E1fで互いに光学的に接続される場合には、光配線5の端面5f及び支持基板6の端面6fは、面一に形成することができる(図2参照)。すなわち、光配線5の端面5f及び支持基板6の端面6fから構成される光配線部3の端面3fは、平面状に形成することができる。なお、電気配線部2上に、光配線5だけを形成してもよい(図10及び図11参照)。
支持基板6は、例えば、光配線5が有する熱膨張率よりも低い熱膨張率を有している。コア部51とクラッド部52とが互いに異なる熱膨張率を有している場合、支持基板6は、例えば、コア部51及びクラッド部52の熱膨張率の平均値よりも低い熱膨張率を有している。好ましくは、支持基板6の熱膨張率は、コア部51の熱膨張率及びクラッド部52の熱膨張率のうちの低い方の熱膨張率よりも低い。支持基板6は、このように光配線5よりも低い熱膨張率を有し、好ましくは光配線5よりも高い剛性を有するように、任意の材料で構成することができる。例えば、支持基板6は、光配線5が有する曲げ剛性よりも高い曲げ剛性を有してもよい。支持基板6の材料としては、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、及び石英ガラスなどのガラス類、アルミナ、窒化ケイ素、及び酸化ケイ素などの各種セラミックス、並びに、シリコン及びゲルマニウムなどの半導体が例示される。
光配線5の熱膨張率は、例えば、10ppm/℃~100ppm/℃である。これに対して、支持基板6の熱膨張率は、例えば、3ppm/℃~10ppm/℃である。支持基板6の曲げ剛性は、例えば、光配線5の曲げ剛性の1.1倍以上であって、電気配線部2の曲げ剛性の2倍以下である。光配線5を取り扱うことができ、形状が保持され、且つ、光配線部3が電気配線部2の反りにある程度追従することができると考えられる。支持基板6の厚さは、特に限定されないが、例えば、30μm以上、1000μm以下程度にすることがよい。
部品E1及び光配線部3を支持する支持部材7は、電気配線部2の一方の表面2aに形成されている。具体的には、ソルダーレジスト23の上面に形成されている。支持部材7は、部品領域A1及び光配線領域A2に跨るように配置されている。そのため、部品E1及び光配線部3は、配線基板1の使用時には、部品領域A1及び光配線領域A2を跨ぐ共通の支持部材7上で配線基板1に配置される。図示される例では、支持部材7は、平面視で、部品領域A1及び光配線領域A2に形成されている。すなわち、支持部材7は、平面視で、部品領域A1及び光配線領域A2の少なくとも一部を覆うように形成されている。部品領域A1及び光配線領域A2を覆う支持部材の形状や大きさは、特に限定されない。そして、支持部材7から近接している電気配線部2の一方の表面2aに、部品E1接続部4が形成されている。その結果、近接している部品E1接続部4が部品E1の電極E1aと接続される。なお、支持部材7は、ソルダーレジスト23が形成されない電気配線部2の一方の表面2aに形成されてもよい。
支持部材7の形状及び大きさは、部品領域A1の形状及び大きさ及び光配線領域A2の形状及び大きさ、並びに、部品領域A1の電気配線部2への配置及び光配線領域A2の電気配線部2への配置に応じて、適宜変更することができる。例えば、部品E1が電気配線部2に所謂フェイスアップ実装される場合、支持部材7は、部品領域A1全体に形成されてもよい。また、光配線部3全体が電気配線部2の表面2a上に配置される場合、支持部材7は、光配線領域A2全体に形成されてもよい。図1~図3の例では、支持部材7の一端面7eは、電気配線部2の一端面2eの近傍にある(図1及び図3参照)。具体的には、支持部材7の一端面7eは、電気配線部2の一端面2eと略面一である。なお、支持部材7の一端面7eが電気配線部2の一端面2eより内側となるように配置されてもよく、支持部材7の一端面7eが電気配線部2の一端面2eよりも食み出るように配置されてもよい。
一方、図1の配線基板1では、電気配線部2の一端面2eにおいて、光配線5の端面及び支持基板6の端面は、電気配線部2の一端面2eよりも外側に食み出している。光配線5における電気配線部2からの突出部分及び支持基板6における電気配線部2からの突出部分に、コネクタCが取り付けられている。コネクタCの上部筐体C1が支持基板6に取り付けられ、コネクタCの下部筐体C2が光配線5に取り付けられている。上部筐体C1と下部筐体C2の間に保持された光ファイバFが光配線5のコア部51と光結合している。光配線5及び支持基板6が電気配線部2の一端面2eよりも外側に食み出しているので、コネクタCを容易に取り付けることができる。
支持部材7は、特に限定されないが、例えば、板状、フィルム状等である。支持部材7は、所定の厚さを保持する程度の剛性を有していてもよい。支持部材7は、その一例としては、フィルム状である。フィルムを用いる場合、支持部材7の電気配線部2側を向く面は、電気配線部2に固着されるように、接着性を有していてもよい。また、フィルムを用いる場合、支持部材7の電気配線部2側を向く面の反対面(部品E1側及び光配線部3側を向く面)は、部品E1及び光配線部3に固着されるように、接着性を有していてもよい。
支持部材7を構成する材料としては、特に限定されないが、樹脂材料、金属材料、無機材料あるいはそれらの材料の複合材である。支持部材7を構成する材料としては、樹脂材料を用いることが好ましい。支持部材7を構成する樹脂材料として、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、UV硬化性樹脂などが例示される。また、これらの樹脂は、単独で用いられてもよく、複数の樹脂を組合せて用いられてもよい。複数の樹脂の組合せとして、熱硬化性樹脂とUV硬化性樹脂の組合せ、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の組合せなどが例示される。支持部材7を構成する樹脂の具体例としては、特に限定されないが、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、オレフィン樹脂などが挙げられる。支持部材7を構成する熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、オレフィン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが例示される。支持部材7を構成する熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ABS樹脂、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、PET樹脂、PPS樹脂、ポリスチレン樹脂などが例示される。支持部材7を構成するUV硬化樹脂としては、特に限定されないが、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などが例示される。熱硬化性樹脂の一部にアクリル基が置換されてもよい。
支持部材7を構成する材料が樹脂材料である場合、そのガラス転移点は、50℃~200℃であることが好ましい。支持部材7の熱膨張率は、例えば、30ppm/℃~200ppm/℃である。支持部材7の厚さは、特に限定されないが、5μm以上、200μm以下程度である。
支持部材7は、無機粒子、金属粒子、樹脂粒子などの粒子を含んでいてもよい。支持部材に含まれる粒子の大きさとしては、特に限定されないが、例えば、0.1μm以上、20μm以下程度である。支持部材7に粒子を含めることで、支持部材の剛性の向上や耐熱性が付与される。
支持部材7は、単層構造でも、2層以上の多層構造であってもよい。支持部材7が単層構造である場合、支持部材7は、例えば、フィルム圧着、印刷もしくはポッティングなどでの膜形成、又は、予め形成されたシートを載置することで、配線基板1上に配置される。支持部材7が多層構造である場合、支持部材7は、例えば、基礎となる層である樹脂層の片面に接着層が設けられている2層構造、又は、基礎となる層である樹脂層の両面に接着層が設けられている3層構造で形成される。支持部材7が2層構造である場合、支持部材7は、例えば、その片面に設けられている接着層が電気配線部2側を向くように配置される。なお、支持部材7は、接着層によって電気配線部2に接着される。支持部材7が3層構造である場合、その一方に設けられている接着層が電気配線部2側を向き、その他方に設けられている接着層が部品E1側及び光配線部3側を向くように配置される。なお、支持部材7は、接着層によって電気配線部2並びに部品E1及び光配線部3に接着される。
支持部材7を構成する金属材料としては、特に限定されないが、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、ベリリウム、鉄、白金、ステンレス等が挙げられる。支持部材7は、芯材である金属材料を樹脂材料で覆うことによって構成されてもよいし、金属材料からなる層と、金属材料と接着性を有する樹脂材料からなる層との2層以上で構成してもよい。金属材料を用いることで、支持部材7に放熱性を付与することができる。
支持部材7を構成する無機材料としては、特に限定されないが、ガラス、半導体材料などが挙げられる。支持部材7は、芯材である無機材料を樹脂材料で覆うことによって構成されてもよいし、無機材料からなる層と、無機材料と接着性を有する樹脂材料からなる層との2層以上で構成してもよい。無機材料を用いることで、支持部材7に剛性や耐熱膨張性を付与することができる。
図2及び図3を引き続き参照して、電気配線部2、部品E1、及び光配線部3の間の光学的及び電気的な接続形態の一例が、さらに説明される。図2に示されるように、電気配線部2の部品E1接続部4の高さ(Z方向の寸法)は、部品E1の下面が支持部材7の上面と一致するように調整されている。また、光配線部3のコア部51の位置は、電気配線部2の厚さ方向(Z方向)において、部品E1の受光部又は発光部E1bの位置と一致するように調整されている。図2及び図3に示されるように、部品E1及び光配線部3は、配線基板1上に配置されたときには、電気配線部2の一方の表面2a上において、部品領域A1及び光配線領域A2を跨ぐ共通の支持部材7上に配置される。光配線部3及び部品E1は、受光部又は発光部E1b及びコア部51が、共通の支持部材7上に配置されている状態で光結合するように、電気配線部2の一方の表面2aに位置付けられる。そのため、配線基板1への配置後に、共通の支持部材7上に配置されている部品E1の受光部又は発光部E1bと光配線部3のコア部51とのZ方向における位置ずれが小さくなると考えられる。
すなわち、光配線部3及び部品E1が互いに別の支持部材上に配置されている場合、光配線部3を支持している支持部材と部品E1を支持している支持部材とのZ方向における寸法誤差の差が大きくなることがある。そのため、光配線部3と部品E1との光結合効率が低下することがある。これに対して、本実施形態では、光配線部3及び部品E1が、部品領域A1と光配線領域A2を跨ぐ共通の支持部材7上に配置されているので、支持部材7の寸法誤差に影響され難い。そのため、光配線部3のコア部51と部品E1の受光部又は発光部E1bとは、十分な効率で光結合できる位置に、容易に位置付けられると考えられる。
光配線部3及び部品E1は、配線基板1への配置時に、例えばリフロー工程などによって外部から加熱されることがある。また、光配線部3は、コア部51内における光信号の伝搬によって発熱し、部品E1は、コア部51からの受光部又はコア部51への発光によって発熱することがある。このように、光配線部3及び部品E1は、配線基板1への配置時及び配線基板1への配置後に、外部から熱を受ける、あるいは光配線部3及び部品E1から熱を発生してしまうことで熱の影響を受けると考えられる。光配線部3及び部品E1が互いに別の支持部材上に配置されている場合、配線基板1への配置時及び配線基板1への配置後の外部からの加熱及び光配線部3及び部品E1による発熱によって、光配線部3を配置している支持部材及び部品E1を配置している支持部材が互いに独立して熱膨張すると考えられる。2つの支持部材が互いに独立して膨張する場合、配置されている光配線部3の支持部材及び部品E1の支持部材が異なる膨張方向に追随することで、所望の配置位置から互いに異なる方向に移動することがある。そのため、光配線部3のコア部51の位置と部品E1の受光部又は発光部E1bの位置との位置ずれが、Z方向だけでなく、電気配線部2の一方の表面2aに沿う方向(X方向及びY方向)においても生じることがある。そのため、光配線部3と部品E1との光結合効率が低下することがある。
これに対して、本実施形態では、光配線部3及び部品E1が部品領域A1と光配線領域A2を跨ぐ共通の支持部材7上に配置されている。そのため、配線基板1への配置時及び配線基板1への配置後の外部からの加熱及び光配線部3及び部品E1による発熱によって支持部材7が熱の影響を受ける。熱の影響により支持部材7が膨張する場合にも、光配線部3及び部品E1が、共通の支持部材7によって同じ方向に移動すると考えられる。そのため、光配線部3のコア部51と部品E1の受光部又は発光部E1bとは、支持部材7が膨張する場合にも、互いの相対位置は変化し難くなると考えられる。その結果、光配線部3と部品E1とが十分な効率で光結合できる位置に位置付けられると、光配線部3の配置時及び光配線部3の配置後において、光配線部3と部品E1との光結合効率の低下が抑制されると推察される。
図3に示されるように、図1~図3の光配線部3は、複数のコア部51を含んでいる。複数のコア部51は、コア部51内の光の伝播方向(X方向)と交差する方向に沿って並ぶように並置されている。そして、図3の例では、複数のコア部51同士の間隔は、光配線部3のX方向における一端部3mから他端部3nに近付くにしたがって広がっている。そのため、光配線部3の他端部3nにおけるコア部51の配置間隔は、光配線部3の一端部3mにおける配置間隔よりも大きい。例えば、他端部3nでコア部51と光結合される複数の光ファイバは、部品E1に備えられる複数の受光部又は発光部E1b(図2参照)の配置間隔ほど小さい間隔にすることができないことがある。図3の例では複数のコア部51における光配線部3の他端部3nの配置間隔は、光配線部3の一端部3mの配置間隔よりも大きな間隔で配置されている。光配線部3の一端部3mにおけるコア部51は、部品E1(図2参照)と光結合をするが、別途、間隔等の変換手段を要さずに適切に光結合されると考えられる。また、光配線部3の他端部3nにおけるコア部51は、光ファイバ等で外部接続するが、別途、間隔等の変換手段を要さずに適切に光結合されると考えられる。
つぎに、実施形態の配線基板を製造する方法の一例が、図1の配線基板1が製造される場合を例に用いて、図4A~図4Cを参照して説明される。なお、図4A~図4Cの例では、配線基板1の製造に加え、光配線部3の製造及び光配線部3の配線基板1への配置についても説明されている。
図4A及び図4Bには、配線基板1上に配置される光配線部3を製造する方法の一例が示されている。光配線部3の製造においては、まず、図4Aに示されるように、例えばガラス板、セラミック板、又はシリコンなどの半導体基板が、支持基板6として用意される。
次に、図4Bに示されるように、支持基板6の表面上に光配線5が形成される。具体的には、まず、クラッド部52の第1クラッド521が支持基板6の表面上に形成される。第1クラッド521は、例えば、樹脂材料を用いて形成される。第1クラッド521の形成は、例えば、スピンコート等での塗布、フィルム圧着等によって行われる。フィルムで成形される場合、第1クラッド521は、支持基板6の表面上に熱圧着される。
その後に、第1クラッド521上にコア部51が形成される。コア部51は、例えば、樹脂材料を用いて形成される。コア部51の形成は、例えば、スピンコート等での塗布、フィルム圧着等によって行われる。フィルムで成形される場合、コア部51は、第1クラッド521の全面に熱圧着され、フォトリソグラフィによって所望の形状及び本数のコア部51へとパターニングされる。
さらに、第2クラッド522が第1クラッド521及びコア部51上に形成される。第2クラッド522は、例えば、樹脂材料を用いて形成される。第2クラッド522の形成は、例えば、スピンコート等での塗布、フィルム圧着等によって行われる。フィルムで成形される場合、第2クラッド522は、第1クラッド521及びコア部51上に熱圧着される。その結果、第1クラッド521及び第2クラッド522からなるクラッド部52が形成される。その後、平面視で所定の形状及び大きさとなるように、コア部51、クラッド部52、及び支持基板6が、切削加工又はレーザー加工などによってダイシングされる。以上の工程を経ることによって、光配線5及び支持基板6からなる光配線部3が完成する。得られた光配線部3の端面3f、すなわち、光配線5の端面5f及び支持基板6の端面6fは、ダイシングによって面一に形成される。
なお、光配線5を形成した後に、光配線部3から支持基板6が除去されてもよい。支持基板6が除去される場合、光配線部3は、光配線5から構成される(図10及び図11参照)。光配線部3からの支持基板6の除去を容易にするために、光配線5を形成する前に、支持基板6の表面上に離型剤(図示せず)を貼着させてもよい。また、支持基板6の表面上に光配線部3を形成した後に、光配線部3(第1クラッド521)と支持基板6との界面にレーザー光を照射し、光配線5から支持基板6を剥離させることで、光配線部3から支持基板6を除去してもよい。
図4Cには、配線基板1の製造方法及び光配線部3の配線基板1への配置方法が示されている。配線基板1の製造においては、まず、電気配線部2が用意される。電気配線部2は、一例として、一般的な、コア基板を含むビルドアップ配線基板の形成方法を用いて用意される。例えば、絶縁層32を含む両面銅張積層板へのスルーホール導体33の形成やサブトラクティブ法による導体層31の形成によってコア基板30が形成される。そしてコア基板30の両面への絶縁性樹脂フィルムの熱圧着や、セミディティブ法による導体層の形成によって、絶縁層21、絶縁層22、及び導体層11、導体層12、並びにビア導体26(図1参照)が形成される。さらに、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの積層又はこれらの樹脂によるコーティングなどによってソルダーレジスト23、ソルダーレジスト24が形成され、例えばフォトリソグラフィによって開口23a、開口24aが形成される。そして、導体パッド11bを露出させる開口23a内には、部品E1接続部4が、めっき処理によって、銅又はニッケルからなる導体ポストとして形成される。必要に応じて、部品E1接続部4上には、例えば、金属粉末を含むペーストの塗布及びリフロー処理によって、すず系はんだや金系はんだからなる導電性接続部材4aが形成される。図4Cでは図示されないが、導体パッド11bを露出させる開口23a内には、部品E2接続部25が、例えば、ボールの配置及びリフロー処理によって、すず系はんだ又は金系はんだからなる導電性バンプとして形成される(図1参照)。
その後、支持部材7が、電気配線部2の一方の表面2aに設けられる。例えば、フィルム状に成形された支持部材7が一方の表面2aに配置される。支持部材7は、例えば、エポキシ樹脂及び無機粒子を含んだ材料などの任意の板状部材で形成される。支持部材7は、電気配線部2に固着されてもよい。
図4Cに示されるように、配線基板1の使用時には、光配線部3が配線基板1上に配置される。配線基板1上に配置される際に、光配線部3の光配線5側の面3aと支持基板6側の面3bとが上下反転される(図4B及び図4C参照)。すなわち、光配線部3の光配線5が電気配線部2の一方の表面2aに形成されている支持部材7と対向する。その後、支持部材7の上に光配線部3が配置される。光配線部3は、支持部材7に固着されてもよい。また、光配線部3が接着剤を介して支持部材7に取り付けられた後に、光配線部3と支持部材7との複合部品が電気配線部2の一方の表面2aに配置されてもよい。必要に応じて、コネクタCが、上部筐体C1と下部筐体C2とで光配線部3を挟むように設けられる。例えば上部筐体C1が支持基板6に取り付けられ、下部筐体C2が光配線5に取り付けられる。コネクタCの光配線部3への取り付け過程において、上部筐体C1と下部筐体C2とが嵌合される。なお、コネクタCは、光配線部3を電気配線部2の一方の表面2aに設けた後に取り付けられてもよい。
その後、図1に示されるように、光学素子を含む部品E1が配線基板1に実装される。部品E1と共に部品E2が実装されてもよい。部品E1の電極E1aは、例えば実装時に溶融する部品E1接続部4上の導電性接続部材4aによって部品E1接続部4に接続される。一方、その受光部又は発光部E1bは、光配線部3のコア部51の露出部分と光学的に結合される。本実施形態によれば、部品E1の受光部又は発光部E1bと光配線部3のコア部51との適切な光結合と、部品E1の電極E1aと部品E1接続部4との確実な電気的及び機械的接続との両方が実現されると考えられる。
図5~図6Bには、実施形態の配線基板の改変例1である配線基板1αが示されている。図5は、実施形態の配線基板の改変例1である配線基板1αを示す断面図である。図6Aは、図5のVI部の拡大図の一例を示しており、図6Bは、図5のVI部の拡大図の他の例を示している。なお、図6A及び図6Bでは、説明の都合のため、図5中の二点鎖線は省略されている。
配線基板1αは、図1などの配線基板1が含む電気配線部2と同様の電気配線部2を含んでいる。なお、図5~図6Bの配線基板1αでは、図1などの配線基板1とは異なり、支持部材7αが、電気配線部2の一端面2eより外側に延長されている。そのため、支持部材7αは、電気配線部2の一端面2eよりも食み出すように配置されている。電気配線部2の一端面2eよりも食み出している場合、支持部材7αが電気配線部2の一端面2eよりも食み出した分、支持部材7αによる光配線部3の支持面積が増える。言い換えると支持部材7αによる光配線部3の接着面積が増加する。そのため、支持部材7αによる光配線部3の支持がより安定する、或いは接着がより安定すると考えられる。具体的には、図6Aの例では、支持部材7αは、その一端面7αeが電気配線部2の一端面2eよりも食み出るように配置されている。他方、図6Bの例では、支持部材7αは、その一端面7αeが電気配線部2の一端面2eよりも食み出すとともに、電気配線部2の一端面2eの一部を覆うように配置されている。図6Bで示されるように、支持部材7αが電気配線部2の一端面2eの一部を覆うことによって、電気配線部2による支持部材7αの支持面積が増える。言い換えると支持部材7αによる光配線部3の接着面積が増加する。そのため、電気配線部2による光配線部3の支持がより安定する、或いは接着がより安定すると考えられる。
図7~図9には、実施形態の配線基板の改変例2である配線基板1βが示されている。図7は、実施形態の配線基板の改変例2である配線基板1βを示す断面図であり、図8には、図7のVIII部の拡大図が示されている。図9は、図7の配線基板1β上に配置される光配線部3βの平面視での一例を示している。
配線基板1β上には、図1などの光配線部3と類似の構造を有する光配線部3βが配置される。図7に示されるように、光配線部3βは、コア部51内の光の伝播方向(X方向)の一端部3βmにおいて、第2クラッド522上でクラッド部52及び支持基板6から露出している点で、図1などに例示の光配線部3と異なっている。図7~図9の例において、コア部51が露出している光配線部3βの一端部3βmは、X方向に延びている。
図8に示されるように、配線基板1βに実装される部品E1βの受光部又は発光部E1βbは、部品E1βの側方及び下方を向く受光面又は発光面E1βcを有している。クラッド部52及び支持基板6から露出しているコア部51の上面51aは、コア部51と光結合される部品E1βの受光面又は発光面E1βcと対向するように位置付けられている。部品E1βは、光配線部3βの一端部3βmにおいて、受光部又は発光部E1βbがコア部51の上面51aとZ方向で対向するように配置される。すなわち、部品領域A1β及び光配線領域A2βは、平面視で、部分的に重なっている。
図8に示されるように、部品E1βの受光面又は発光面E1βcがコア部51の上面51aと略面一となるように、支持部材7βにおける部品領域A1βの一部の上面7βaは、コア部51及び第2クラッド522の厚み分、支持部材7βにおける光配線領域A2βの上面7βbよりも嵩上げされている。また、電気配線部2の部品E1β接続部4βの高さ(Z方向の寸法)は、部品E1βの下面が支持部材7βの上面7βaと一致するように調整されている。
図8及び図9に示されるように、部品E1β及び光配線部3βは、配線基板1β上に配置されたときには、電気配線部2の一方の表面2a上において、部品領域A1β及び光配線領域A2βを跨ぐ共通の支持部材7βが配置される。図1などで示されたのと同様に、配線基板1βへの配置後に、共通の支持部材7β上に配置されている部品E1βの受光部又は発光部E1βbと光配線部3βのコア部51とのZ方向における位置ずれが小さくなると考えられる。また、光配線部3βと部品E1βとが十分な効率で光結合できる位置に位置付けられると、光配線部3βの配置時及び光配線部3βの配置後において、光配線部3βと部品E1βとの光結合効率の低下が抑制されると推察される。
例えば部品E1βが受光素子である場合には、コア部51内を一端部3βmに向かって伝播してきた光の一部は、エバネッセント光として、コア部51の上面51aからコア部51の外部に漏出して、部品E1βの受光部としての受光部又は発光部E1βbに入光する。上面51aは、クラッド部52を介さずに部品E1βの受光面又は発光面E1βcと対向しているため、効率の高い光結合が実現されると考えられる。
なお、図1~図3及び図5~図6Bの例では、光配線部3は光配線5及び支持基板6を含んでいる。図7~図9の例では、光配線部3βは、光配線5及び支持基板6を含んでいる。なお、光配線部3及び光配線部3βは、光配線5のみから構成されていてもよい。
図10には、実施形態の配線基板の改変例3である配線基板1γの断面図が示されている。配線基板1γは、図1の光配線部3に含まれている支持基板6を配置しないで、略光配線5だけで構成される光配線部3γを含んでいる。また、配線基板1γでは、光配線5の一端面5eは、電気配線部2の一端面2eと略面一である。配線基板1γは、図1に示される配線基板1で、光配線部3γにおいて、支持基板6を配置していないという点、及び、光配線5が電気配線部2の一端面2eから食み出していない点で異なっている。配線基板1γが含んでいる図1の配線基板1の構成要素と同様の構成要素には、図1に付されている符号と同じ符号が図10において付されるか適宜省略され、同様の構成要素についての繰り返しとなる説明は省略される。
図10に示されるように、配線基板1γは、光配線部3γには支持基板6を配置しないで、光配線5が形成されるが、図1の配線基板1と同様に、部品領域A1と光配線領域A2を跨ぐ支持部材7を含んでいる。光配線部3γ及び部品E1は、部品領域A1と光配線領域A2を跨ぐ共通の支持部材7上に配置される。そのため、光配線部3γと部品E1との相対的な位置関係は、支持部材7の寸法誤差に影響され難い。従って、光配線部3γのコア部51と部品E1の受光部又は発光部E1bとは、十分な効率で光結合できる位置に容易に位置付けられると考えられる。
また、光配線部3γの配置時や光配線部3γの配置後の熱の影響により支持部材7が膨張する場合にも、光配線部3γ及び部品E1が、共通の支持部材7によって同じ方向に移動すると考えられる。そのため、支持部材7が熱の影響を受ける場合にも、光配線部3γのコア部51と部品E1の受光部又は発光部E1bとの相対位置は変化し難いと考えられる。従って、光配線部3γと部品E1とが十分な効率で光結合できる位置に位置付けられると、光配線部3γの配置時及び光配線部3γの配置後において、光配線部3γと部品E1との光結合効率は低下し難いと推察される。
配線基板1γにおいても、支持部材7の一端面7eは、電気配線部2の一端面2eと略面一である。従って、光配線5の一端面5eと、支持部材7の一端面7eと、電気配線部2の一端面2eは、略面一である。電気配線部2の一端面2eと略面一の光配線5の端面5eに光ファイバFが接続される。そのため、光ファイバFとの光結合部を部品E1に近づけることができると考えられる。
図11には、実施形態の配線基板の改変例4である配線基板1δの断面図が示されている。配線基板1δは、図7~図9の光配線部3βに含まれている支持基板6を配置しないで、略光配線5だけで構成される光配線部3δを含んでいる。また、配線基板1δでは、図10の配線基板1γと同様に、光配線5の一端面5eは、電気配線部2の一端面2eと略面一である。配線基板1δは、図7~図9に示される配線基板1βと、光配線部3δにおいて、支持基板6を配置しないという点、及び、光配線5が電気配線部2の一端面2eから食み出していない点で異なっている。配線基板1δが含んでいる図7の配線基板1βの構成要素と同様の構成要素には、図7に付されている符号と同じ符号が図11において付されるか適宜省略され、同様の構成要素についての繰り返しとなる説明は省略される。
図11に示されるように、配線基板1δは、光配線部3δに支持基板6を配置しないで、光配線5が形成されるが、図7の配線基板1βと同様に、部品領域A1βと光配線領域A2βを跨ぐ支持部材7βを含んでいる。光配線部3δ及び部品E1βは、部品領域A1βと光配線領域A2βを跨ぐ共通の支持部材7β上に配置される。そのため、光配線部3δと部品E1βとの相対的な位置関係は、支持部材7βの寸法誤差に影響され難い。従って、光配線部3δのコア部51と部品E1βの受光部又は発光部E1βbとは、十分な効率で光結合できる位置に容易に位置付けられると考えられる。
また、光配線部3δの配置時や光配線部3δの配置後の熱の影響により支持部材7βが膨張する場合にも、光配線部3δ及び部品E1βが、共通の支持部材7βによって同じ方向に移動すると考えられる。そのため、支持部材7βが熱の影響を受ける場合にも、光配線部3δのコア部51と部品E1βの受光部又は発光部E1βbとの相対位置は変化し難いと考えられる。従って、光配線部3δと部品E1βとが十分な効率で光結合できる位置に位置付けられると、光配線部3δの配置時及び光配線部3δの配置後において、光配線部3δと部品E1βとの光結合効率は低下し難いと推察される。
配線基板1δにおいて、光配線5の一端面5eは、支持部材7βの一端面7eと略面一である。すなわち、光配線5の一端面5e、支持部材7βの一端面7e、及び電気配線部2の一端面2eは、略面一である。配線基板1δにおいても、図10の配線基板1γと同様に、電気配線部2の一端面2eと略面一の光配線5の一端面5eに光ファイバFが接続される。そのため、光ファイバFとの光結合部を部品E1βに近づけることができると考えられる。
実施形態の配線基板は、図10に示される配線基板1γ及び図11に示される配線基板1δのように、図1及び図7などに示される支持基板6を配置しないで、光配線部を形成してもよい。
実施形態の配線基板は、各図面に例示される構造、並びに、本明細書において例示される構造、形状、及び材料を備えるものに限定されない。実施形態の配線基板、特に電気配線部は、任意の積層構造としてもよい。例えば電気配線部は、コア基板を含まないコアレス基板であってもよく、任意の数の導体層の層数及び絶縁層の層数にしてもよい。導体パッド11bは、形成されていなくてもよい。配線基板は、部品及び光配線部のいずれかが配置されている状態で提供されてもよく、部品及び光配線部の両方が配置されている状態で提供されてもよい。すなわち、この場合、部品及び光配線部のいずれか又は両方が配線基板に含まれてもよい。
1、1α、1β、1γ、1δ 配線基板
2 電気配線部
2a 電気配線部の一方の表面
2e 電気配線部の一端面
3、3β、3γ、3δ 光配線部
11、12、31 導体層
21、22、32 絶縁層
4 部品E1接続部
4β 部品E1β接続部
4a 導電性接続部材
5 光配線
51 コア部
52 クラッド部
521 第1クラッド
522 第2クラッド
6 支持基板
7、7β 支持部材
7e 支持部材の一端面
A1、A1β 部品領域
A2、A2β 光配線領域
E1、E2 部品
E1a、E2a 電極
E1b、E1βb 受光部又は発光部
E1c、E1βc 受光面又は発光面
2 電気配線部
2a 電気配線部の一方の表面
2e 電気配線部の一端面
3、3β、3γ、3δ 光配線部
11、12、31 導体層
21、22、32 絶縁層
4 部品E1接続部
4β 部品E1β接続部
4a 導電性接続部材
5 光配線
51 コア部
52 クラッド部
521 第1クラッド
522 第2クラッド
6 支持基板
7、7β 支持部材
7e 支持部材の一端面
A1、A1β 部品領域
A2、A2β 光配線領域
E1、E2 部品
E1a、E2a 電極
E1b、E1βb 受光部又は発光部
E1c、E1βc 受光面又は発光面
Claims (10)
- 絶縁層及び導体層を含む電気配線部と、
前記電気配線部の一方の表面の上に設けられている光配線領域と、
前記電気配線部の前記一方の表面の上に設けられていて、部品を配置することができる部品領域と、
を含む配線基板であって、
支持部材が、前記電気配線部の前記一方の表面に形成されており、且つ、前記光配線領域及び前記部品領域に跨るように配置されている。 - 請求項1記載の配線基板であって、
前記光配線領域には、光配線が配置されている。 - 請求項2記載の配線基板であって、
前記光配線領域には、光配線及び支持基板を含む光配線部が配置されており、
前記支持基板は、前記光配線における前記電気配線部と反対側に配置されている。 - 請求項3記載の配線基板であって、
前記光配線の端面及び前記支持基板の端面は、面一に形成されている。 - 請求項2記載の配線基板であって、
前記支持部材は、配線基板の端部から食み出すように配置されている。 - 請求項1記載の配線基板であって、
前記光配線領域及び前記部品領域は、平面視で、互いに離間している。 - 請求項1記載の配線基板であって、
前記光配線領域及び前記部品領域は、平面視で、前記支持部材と部分的に重なっている。 - 請求項1記載の配線基板であって、
前記電気配線部は、前記光配線と光学的に結合される前記部品との接続部を有している。 - 請求項8記載の配線基板であって、
前記接続部は、前記支持部材から近接している前記電気配線部の前記一方の表面に形成されている。 - 請求項9記載の配線基板であって、
前記接続部の上には、導電性接続部材が形成されている。
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---|---|---|---|
JP2023-004074 | 2023-01-13 | ||
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---|---|---|---|
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WO (1) | WO2024150628A1 (ja) |
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-
2023
- 2023-12-20 WO PCT/JP2023/045718 patent/WO2024150628A1/ja unknown
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