特許 5964143 光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5964143

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/132 20060101AFI20160721BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20160721BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20160721BHJP

   H01L 31/0232 20140101ALI20160721BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20160721BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/132

   G02B6/12 301

   G02B6/42

   H01L31/02 C

   H01S5/022

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-124610(P2012-124610)

(22)【出願日】2012年5月31日

(65)【公開番号】特開2013-250416(P2013-250416A)

(43)【公開日】2013年12月12日

【審査請求日】2014年11月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000230249

【氏名又は名称】日本メクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100117787

【弁理士】

【氏名又は名称】勝沼 宏仁

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100103263

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 康

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100152205

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 昌司

(72)【発明者】

【氏名】松 田 文 彦

【審査官】 奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２２１１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９３３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６１９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０５８９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８８３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２８４３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−００４８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０４３６０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２０１９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１０８８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−００４０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０２６４３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−０９８４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０５３８８８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／１２− ６／１４

Ｇ０２Ｂ ６／２６− ６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０− ６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２− ６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の主面および前記第１の主面の反対側の第２の主面を有するフレキシブルプリント配線板と、前記フレキシブルプリント配線板の前記第１の主面に沿って設けられたフレキシブル光導波路と、いずれも前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の主面に実装された面発光素子および面受光素子とを備える光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法であって、
可撓性を有する第１のクラッド層と、可撓性を有するコア層とを貼り合わせた後、前記コア層をパターニングすることにより、一端の幅が前記面発光素子の発光部よりも大きく、かつ他端の幅が前記面受光素子の受光部よりも小さいコアを形成する工程と、
前記コアを覆うように前記第１のクラッド層に可撓性を有する第２のクラッド層を貼り合わせることにより、前記フレキシブル光導波路を作製する工程と、
前記フレキシブルプリント配線板の前記第１の主面の所定の位置に、接着剤シートを介して前記フレキシブル光導波路を貼り合わせる工程と、
前記フレキシブルプリント配線板に貼り合わせられた前記フレキシブル光導波路を加工することにより、端面での光反射によって信号光の光路を変換する第１の光路変換ミラー及び第２の光路変換ミラーを、前記コアの前記一端及び前記他端にそれぞれ形成する工程と、
前記面発光素子の発光部から出射された信号光が前記第１の光路変換ミラーで反射し前記コア内を伝搬するように、前記面発光素子を前記フレキシブルプリント配線板に実装する第１の超音波接合工程と、
前記第２の光路変換ミラーで反射した信号光が前記面受光素子の受光部に入射するように、前記面受光素子を前記フレキシブルプリント配線板に実装する第２の超音波接合工程と、
を備え、
前記第１の超音波接合工程では、前記フレキシブルプリント配線板の所定の位置に載置された前記面発光素子に厚さ方向の圧力を印加しつつ前記コアの幅方向に進む超音波を前記面発光素子に印加することにより、前記発光部と同じ面に設けられた前記面発光素子の第１の電極を、前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の主面に設けられた第１のパッドに電気的に接続させ、
前記第２の超音波接合工程では、前記フレキシブルプリント配線板の所定の位置に載置された前記面受光素子に厚さ方向の圧力を印加しつつ前記コアの幅方向に進む超音波を前記面受光素子に印加することにより、前記受光部と同じ面に設けられた前記面受光素子の第２の電極を、前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の主面に設けられた第２のパッドに電気的に接続させる、
ことを特徴とする光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法。

【請求項2】

第１の主面および前記第１の主面の反対側の第２の主面を有するフレキシブルプリント配線板と、前記フレキシブルプリント配線板の前記第１の主面に沿って設けられたフレキシブル光導波路と、いずれも前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の主面に実装された面発光素子および面受光素子とを備える光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法であって、
前記フレキシブルプリント配線板の前記第１の主面の所定の位置に、可撓性および接着性を有する第１のクラッド層を貼り合わせる工程と、
前記フレキシブルプリント配線板上の前記第１のクラッド層に可撓性を有するコア層を貼り合わせる工程と、
前記コア層をパターニングすることにより、一端の幅が前記面発光素子の発光部よりも大きく、かつ他端の幅が前記面受光素子の受光部よりも小さいコアを形成する工程と、
前記コアを覆うように前記第１のクラッド層に可撓性を有する第２のクラッド層を貼り合わせることにより、前記フレキシブル光導波路を作製する工程と、
前記フレキシブル光導波路を加工することにより、端面での光反射によって信号光の光路を変換する第１の光路変換ミラー及び第２の光路変換ミラーを、前記コアの前記一端及び前記他端にそれぞれ形成する工程と、
前記面発光素子の発光部から出射された信号光が前記第１の光路変換ミラーで反射し前記コア内を伝搬するように、前記面発光素子を前記フレキシブルプリント配線板に実装する第１の超音波接合工程と、
前記第２の光路変換ミラーで反射した信号光が前記面受光素子の受光部に入射するように、前記面受光素子を前記フレキシブルプリント配線板に実装する第２の超音波接合工程と、
を備え、
前記第１の超音波接合工程では、前記フレキシブルプリント配線板の所定の位置に載置された前記面発光素子に厚さ方向の圧力を印加しつつ前記コアの幅方向に進む超音波を前記面発光素子に印加することにより、前記発光部と同じ面に設けられた前記面発光素子の第１の電極を、前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の主面に設けられた第１のパッドに電気的に接続させ、
前記第２の超音波接合工程では、前記フレキシブルプリント配線板の所定の位置に載置された前記面受光素子に厚さ方向の圧力を印加しつつ前記コアの幅方向に進む超音波を前記面受光素子に印加することにより、前記受光部と同じ面に設けられた前記面受光素子の第２の電極を、前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の主面に設けられた第２のパッドに電気的に接続させる、
ことを特徴とする光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法。

【請求項3】

前記コアの前記一端の幅は、前記第１の光路変換ミラーに照射された信号光の前記幅方向の径に、前記第１の超音波接合工程で発生する前記面発光素子の前記幅方向の位置ずれ量を加えた値よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法。

【請求項4】

少なくとも前記第１の光路変換ミラーと前記第２の光路変換ミラーが形成された領域で挟まれた伝搬領域において、前記コアの幅は前記一端から前記他端に向かって単調に減少することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法。

【請求項5】

前記コアは、第１の伝搬領域と、前記第１の光路変換ミラーが形成された領域と前記第１の伝搬領域とで挟まれた第２の伝搬領域と、前記第１の伝搬領域と前記第２の光路変換ミラーが形成された領域とで挟まれた第３の伝搬領域とを有し、
前記コアの幅は、前記第２の伝搬領域において前記一端から前記他端に向かって単調に減少し、前記第１の伝搬領域において一定であり、前記第３の伝搬領域において前記第１の伝搬領域と同じ幅を維持し、あるいは前記一端から前記他端に向かって単調に減少する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法。

【請求項6】

前記コアは、第１の伝搬領域と、前記第１の光路変換ミラーが形成された領域と前記第１の伝搬領域とで挟まれた第２の伝搬領域と、前記第１の伝搬領域と前記第２の光路変換ミラーが形成された領域とで挟まれた第３の伝搬領域とを有し、
前記コアの幅は、前記第２及び第３の伝搬領域において一定であり、前記第１の伝搬領域において前記一端から前記他端に向かって単調に減少する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法。

【請求項7】

前記第１の光路変換ミラーが形成された領域における前記コアの幅は前記一端の幅に等しく、前記第２の光路変換ミラーが形成された領域における前記コアの幅は前記他端の幅に等しいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法。

【請求項8】

前記第１及び第２の光路変換ミラーを金属膜により被覆することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法。

【請求項9】

前記金属膜を形成した後に、前記第１及び第２の光路変換ミラーを封止樹脂で埋設することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法、より詳しくは、フレキシブルプリント配線板と、該フレキシブルプリント配線板に設けられたフレキシブル光導波路とを備える光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法、及び光電気混載フレキシブルプリント配線板に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電子機器の小型化及び高機能化がますます進展しており、それにつれて、フレキシブルプリント配線板が、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話、ゲーム機などの小型電子機器を中心に広く用いられている。

【0003】

上記の電子機器が扱う情報量は特に増加傾向にあり、信号伝送速度はますます高速化している。例えばパソコンの場合、２０１０年から２０１１年にかけて伝送速度が６Ｇｂｐｓの規格へ移行しており、伝送線路における信号損失を考慮することの重要性がますます増加している。

【0004】

加えて、近年、高速でパルス信号を発信するために、信号源の信号振幅電圧が低電圧化していく傾向にある。このため、外部または信号源自身から発するスパイクノイズにより、正確な信号伝送が妨げられ易い状況となっている。通常、高速信号伝送を行う基板はインピーダンス整合させた伝送線路を有する。しかしながら、そのような基板を用いた場合でも、伝送線路における信号損失を許容できない状況になりつつある。

【0005】

上記のスパイクノイズに対しては、伝送線路や電子機器においてノイズ対策を講じる必要がある。具体的には、伝送線路に対しては電磁シールドを設けなければならないが、電磁シールドを設けることにより伝送線路の厚みが増す。そのため、例えば、ノートパソコンのディスプレイとキーボードを繋ぐヒンジの屈曲性を確保することが困難な場合があった。

【0006】

そこで、電気信号を高速伝送する際の伝送損失やノイズ耐性の問題を解決すべく、長距離信号伝送の分野で実用化されている光ファイバーによる高速信号伝送技術を、上記の小型電子機器に適用することが検討されている。

【0007】

さらに、光による高速信号伝送技術をノートパソコンのヒンジなどに適用するため、可撓性を有する有機ポリマーからなるポリマー光導波路と、フレキシブルプリント配線板（以下、単に「ＦＰＣ」ともいう。）とを組み合わせた光電気混載フレキシブルプリント配線板が知られている（例えば特許文献１〜３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１０−０５４６１７号公報

【特許文献2】特開２００９-５８９２３号公報

【特許文献3】特開２０１０−２８６７７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

フレキシブル光導波路を介して通信可能なように、面型の光半導体素子（面発光素子または面受光素子）が光電気混載フレキシブルプリント配線板のＦＰＣに実装される。光半導体素子の搭載位置については厳しい条件が課せられる。このため、リフローの加熱温度が光半導体素子の耐熱温度（例えば３００℃）以下であっても、光半導体素子の実装は、通常、リフローではなく、超音波接合（金―金超音波接合など）により行われる。その理由は、リフローの場合、クリームはんだの溶融によりＦＰＣ上に載置された光半導体素子が所定の位置から動いてしまうため、搭載位置精度（例えば±１０μm以下）を満たすことが困難であるからである。

【0010】

一方、超音波接合の場合、ＦＰＣの厚さ方向に適当な圧力を印加した状態で、ＦＰＣの面方向に進む超音波を印加する。超音波で誘起された原子拡散により、光半導体素子の電極とＦＰＣのパッドとが電気的に接合される。このため、実装工程における光半導体素子の位置ずれは、リフローの場合よりも小さくなることが期待される。

【0011】

しかしながら、実際には、光電気混載フレキシブルプリント配線板に対して超音波接合を用いた場合、以下の新たな問題が生じる。

【0012】

光電気混載フレキシブルプリント配線板のフレキシブル光導波路は、有機ポリマーなど、弾性率の低い材料から構成される。このため、超音波接合を行う際に印加される圧力や超音波を光電気混載フレキシブルプリント配線板に有効に作用させることが困難である。即ち、厚さ方向の圧力を増やしても、それに応じてフレキシブル光導波路が変形するため、光半導体素子とＦＰＣとが接触する部分に十分な圧力がかからない。よって、光半導体素子及びＦＰＣ間の十分な接合強度を得ることができないという問題がある。

【0013】

この問題に対し、十分な接合強度を確保すべく、超音波出力を高く設定することが考えられる。しかしながら、超音波出力を高くした場合、超音波の振幅も大きくなり、光半導体素子の搭載位置精度が低下してしまう。搭載位置のずれにより、信号光の一部が光路変換ミラーに照射されなくなる事態が想定される。その場合、面受光素子が受光する信号光の光パワーは大幅に低下してしまう。このように、接合強度と搭載位置精度とはトレードオフの関係にあり、接合強度を増加させようとすると搭載位置精度は低下してしまうという問題がある。

【0014】

上記のように、従来、接合強度と位置精度を両立させることは困難であり、そのことが光電気混載フレキシブルプリント配線板の歩留りを低下させる要因となっていた。

【0015】

本発明は、上記の技術的認識に基づいてなされたものであり、光半導体素子及びフレキシブルプリント配線板間の接合強度と、光半導体素子の搭載位置精度とを両立させ、光電気混載フレキシブルプリント配線板の歩留りを改善することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の一態様による光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法は、
第１の主面および前記第１の主面の反対側の第２の主面を有するフレキシブルプリント配線板と、前記フレキシブルプリント配線板の前記第１の主面に沿って設けられたフレキシブル光導波路と、いずれも前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の主面に実装された面発光素子および面受光素子とを備える光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法であって、
可撓性を有する第１のクラッド層と、可撓性を有するコア層とを貼り合わせた後、前記コア層をパターニングすることにより、一端の幅が前記面発光素子の発光部よりも大きく、かつ他端の幅が前記面受光素子の受光部よりも小さいコアを形成する工程と、
前記コアを覆うように前記第１のクラッド層に可撓性を有する第２のクラッド層を貼り合わせることにより、前記フレキシブル光導波路を作製する工程と、
前記フレキシブルプリント配線板の前記第１の主面の所定の位置に、接着剤シートを介して前記フレキシブル光導波路を貼り合わせる工程と、
前記フレキシブルプリント配線板に貼り合わせられた前記フレキシブル光導波路を加工することにより、端面での光反射によって信号光の光路を変換する第１の光路変換ミラー及び第２の光路変換ミラーを、前記コアの前記一端及び前記他端にそれぞれ形成する工程と、
を備えることを特徴とする。

【0017】

また、本発明の別態様による光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法は、
第１の主面および前記第１の主面の反対側の第２の主面を有するフレキシブルプリント配線板と、前記フレキシブルプリント配線板の前記第１の主面に沿って設けられたフレキシブル光導波路と、いずれも前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の主面に実装された面発光素子および面受光素子とを備える光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法であって、
前記フレキシブルプリント配線板の前記第１の主面の所定の位置に、可撓性および接着性を有する第１のクラッド層を貼り合わせる工程と、
前記フレキシブルプリント配線板上の前記第１のクラッド層に可撓性を有するコア層を貼り合わせる工程と、
前記コア層をパターニングすることにより、一端の幅が前記面発光素子の発光部よりも大きく、かつ他端の幅が前記面受光素子の受光部よりも小さいコアを形成する工程と、
前記コアを覆うように前記第１のクラッド層に可撓性を有する第２のクラッド層を貼り合わせることにより、前記フレキシブル光導波路を作製する工程と、
前記フレキシブル光導波路を加工することにより、端面での光反射によって信号光の光路を変換する第１の光路変換ミラー及び第２の光路変換ミラーを、前記コアの前記一端及び前記他端にそれぞれ形成する工程と、
を備えることを特徴とする。

【0018】

本発明の一態様に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板は、
第１の主面および前記第１の主面の反対側の第２の主面を有し、かつ、前記第２の主面に第１及び第２のパッドが設けられたフレキシブルプリント配線板と、
コアと、前記コアの外周を覆うクラッドを有し、前記フレキシブルプリント配線板の前記第１の主面に沿って設けられたフレキシブル光導波路であって、前記フレキシブル光導波路の一端及び他端には、端面での光反射によって信号光の光路を変換する第１及び第２の光路変換ミラーがそれぞれ設けられた、フレキシブル光導波路と、
信号光を出射する発光部と、前記発光部と同じ面に設けられた第１の電極とを有し、前記発光部から出射された信号光が前記第１の光路変換ミラーで反射し前記フレキシブル光導波路のコア内を伝搬するように前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の主面に実装された面発光素子と、
信号光を受光する受光部と、前記受光部と同じ面に設けられた第２の電極とを有し、前記第２の光路変換ミラーで反射した信号光が前記受光部に入射するように前記フレキシブルプリント配線板の前記第２の主面に実装された面受光素子と、
を備え、
前記コアの前記一端の幅は前記発光部よりも大きく、かつ前記コアの前記他端の幅は前記受光部よりも小さく、前記面発光素子の前記第１の電極は、前記フレキシブルプリント配線板の前記第１のパッドと超音波接合により電気的に接続され、前記面受光素子の前記第２の電極は、前記フレキシブルプリント配線板の前記第２のパッドと超音波接合により電気的に接続されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、一端の幅が面発光素子の発光部よりも大きく、かつ他端の幅が面受光素子の受光部よりも小さいコアを形成することにより、面発光素子および面受光素子の、コア幅方向の搭載位置ずれに対するマージン（許容量）を増加させることができる。これにより、接合強度を確保するために超音波出力を高く設定しても、信号光パワーの減少率を低く抑えることができる。

【0020】

よって、本発明よれば、光半導体素子及びフレキシブルプリント配線板間の接合強度と、光半導体素子の搭載位置精度とを両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1A】本発明の第１の実施形態に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法を説明するための図である。

【図1B】図１Ａに続く、本発明の第１の実施形態に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法を説明するための図である。

【図1C】図１Ｂに続く、本発明の第１の実施形態に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法を説明するための図である。

【図1D】図１Ｃに続く、本発明の第１の実施形態に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法を説明するための図である。

【図1E】本発明の第１の実施形態に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板の概略的構成を示す断面図である。

【図2A】本発明の第２の実施形態に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法を説明するための図である。

【図2B】図２Ａに続く、本発明の第２の実施形態に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法を説明するための図である。

【図2C】図２Ｂに続く、本発明の第２の実施形態に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法を説明するための図である。

【図2D】本発明の第２の実施形態に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板の概略的構成を示す断面図である。

【図3】フレキシブル光導波路のコア形状の例を示す平面図である。

【図4】信号光パワーの減少率をシミュレーションにより求めた結果を示す。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、同一符号の構成要素の詳しい説明は省略する。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。また、実施形態の説明中の数値はいずれも例示的な値であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。

【0023】

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板の概略的な構成について説明する。

【0024】

図１Ｅは、第１の実施形態に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板１の断面図を示している。図１Ｅに示すように、本実施形態による光電気混載フレキシブルプリント配線板１は、可撓性を有するフレキシブルプリント配線板２と、フレキシブルプリント配線板２の下面（第１の主面）に接着剤シート６を介して貼り合わせられた可撓性を有するフレキシブル光導波路３と、フレキシブルプリント配線板２の上面（第２の主面）に実装された面発光素子４及び面受光素子５とを備えている。なお、以下の説明において、面発光素子４及び面受光素子５を光半導体素子と総称する場合がある。

【0025】

図１Ｅに示すように、面発光素子４と面受光素子５で挟まれた領域が光電気混載フレキシブルプリント配線板１のケーブル部となる。光電気混載フレキシブルプリント配線板１はケーブル部において屈曲させることができる。

【0026】

フレキシブルプリント配線板２は、ポリイミド等の絶縁ベースフィルムを有し、面発光素子４用のパッド２ａ及び面受光素子５用のパッド２ｂが上面（第２の主面）に設けられている。このパッド２ａ，２ｂは配線パターン（図示せず）と一体的に設けられている。パッド２ａ，２ｂは、例えば、銅箔を所定の形状に加工し、表面を金メッキしたものである。なお、図示しないが、フレキシブルプリント配線板２には、光半導体素子とフレキシブル光導波路６との位置合わせ用のターゲットマークの他、光半導体素子駆動用の回路や、信号変換用の回路配線等が形成されている。

【0027】

なお、図１Ｅではフレキシブルプリント配線板２として、単層の片面フレキシブルプリント配線板を示しているが、これに限らない。フレキシブルプリント配線板２は、例えば、上面だけでなく下面にも配線パターンが設けられた両面フレキシブルプリント配線板でもよいし、あるいは、多層フレキシブルプリント配線板でもよい。

【0028】

フレキシブル光導波路３は、クラッド層３ａ，３ｂからなるクラッドと、所定の形状に加工されたコア３ｂとを有する。コア３ｂの外周はクラッドにより覆われている。コアの屈折率はクラッドの屈折率よりも高い。コア３ｂの形状については後で詳しく述べる。

【0029】

また、図１Ｅに示すように、フレキシブル光導波路３の一端及び他端には、端面での光反射によって信号光の光路を変換する光路変換ミラー７，８がそれぞれ設けられる。これらの光路変換ミラー７，８は、図１Ｅに示すように、信号光の光路に設けられている。

【0030】

面発光素子４及び面受光素子５は、通常、ベアチップ型の素子である。面発光素子４は、信号光を出射する発光部４ａと、発光部４ａと同じ面に設けられた電極４ｂとを有する。電極４ｂはパッド２ａと超音波接合により電気的に接続されている。この面発光素子４として、例えばＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直共振器面発光レーザ）が用いられる。面受光素子５は、信号光を受光する受光部５ａと、受光部５ａと同じ面に設けられた電極５ｂとを有する。電極５ｂは、パッド２ｂと超音波接合により電気的に接続されている。この面受光素子５として、面発光素子４の波長（例えば８５０ｎｍ）に感度を有するフォトダイオードが用いられる。

【0031】

なお、面発光素子４及び面受光素子５の実装工程において、超音波接合として金−金超音波接合を用いる場合には、電極４ｂ，５ｂの表面を金メッキしておく。

【0032】

面発光素子４及び面受光素子５のサイズについては、一辺の長さが約０．３ｍｍである。発光部４ａの直径は約３０μｍであり、受光部５ａの直径は約８０μｍである。

【0033】

次に、図１Ａ〜図１Ｅを用いて、第１の実施形態に係る光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法を説明する。

【0034】

まず、図１Ａ（１）に示すように、可撓性を有するクラッド層３ａと、可撓性を有するコア層とを貼り合わせる。クラッド層３ａ及びコア層の厚さはそれぞれ例えば２０μｍ及び５０μｍである。その後、該コア層をパターニングすることにより、一端の幅（Ｗ１）が面発光素子４の発光部４ａよりも大きく、かつ他端の幅（Ｗ２）が面受光素子５の受光部５ａよりも小さいコア３ｂを形成する。幅Ｗ１及びＷ２は、例えば、それぞれ８０μｍ及び３０μｍである。なお、図１Ａ（１Ｌ）及び（１Ｒ）はそれぞれ、図１Ａ（１）に示すクラッド層３ａ及びコア３ｂを左側及び右側から見た側面図である。

【0035】

本工程において、コア３ｂの一端の幅（Ｗ１）は、光路変換ミラー７に照射された信号光の、コア３ｂの幅方向の径に、後述の超音波接合工程で発生する面発光素子４の幅方向の位置ずれ量を加えた値よりも大きくなるように形成することが好ましい。加えて、コア３ｂの他端の幅（Ｗ２）は、光路変換ミラー８に照射された信号光の、コア３ｂの幅方向の径に、後述の超音波接合工程で発生する面受光素子５の幅方向の位置ずれ量を加えた値よりも大きくなるように形成することが好ましい。

【0036】

なお、コア層の加工方法としては、ＵＶ光による露光工程、およびアルカリ溶液(又は有機溶剤)等を用いた現像工程を含むフォトファブリケーション手法が挙げられる。また、これに限らず、フォトブリーチング手法、あるいはインプリント手法などを用いてもよい。フォトブリーチング手法は、単一の材料から露光・加熱処理のみで、屈折率の異なるコアとクラッドを有するポリマー光導波路を作製することが可能である。単一の材料からポリマー光導波路を作製可能であるため、コスト的に有利である。また、インプリント手法は、コアのパターンに対応したパターンの凹凸を有する原版を用いる。ＵＶ硬化型の屈折率の異なる透明なコア材料とクラッド材料から構成された光導波路材料に該原版を接触させ、その後、ＵＶ光を照射してコア材料を硬化させる。その後、原版を硬化したコア材料から引き離すことで、所望の光導波路パターンを得る。上記のフォトブリーチング手法及びインプリント手法のいずれも、現像工程が不要である。また、コア３ｂの平面形状は、直線状に限らず、曲線状でもよいし、分岐を有する形状であってもよい。

【0037】

次に、図１Ｂ（２）に示すように、コア３ｂを覆うように、クラッド層３ａに可撓性を有するクラッド層３ｃを貼り合わせる。そして、クラッド層３ａ，３ｃとコア３ｂをＵＶ光又は熱などで硬化させることにより、フレキシブル光導波路３を作製する。クラッド層３ｃの厚さは例えば７０μｍである。なお、図１Ｂ（２Ｌ）及び（２Ｒ）はそれぞれ、図１Ｂ（２）に示すフレキシブル光導波路３を左側及び右側から見た側面図である。フレキシブル光導波路３は、好ましくはポリマー光導波路であり、コア３ｂ及びクラッド層３ａ，３ｃのいずれも、透明性が高く柔らかいベース樹脂（アクリル樹脂等）を用いた有機ポリマーからなる。

【0038】

次に、図１Ｃ（３）に示すように、フレキシブルプリント配線板２の下面の所定の位置に、接着剤シート６（シート状の光学接着剤）を介してフレキシブル光導波路３を貼り合わせる。その後、ＵＶ光などを照射することにより、接着剤シート６を硬化させる。

【0039】

なお、接着剤シート６は面発光素子４から出射される信号光の波長において吸収の少ないものが好ましい。接着材シート６による信号光の吸収が許容できる場合には、図１Ｃ（３）に示すように、信号光の光路を跨ぐように接着剤シート６を配置してもよい。一方、許容できない場合には、光路を避けるように開口を設けた接着剤シート６を用いる。

【0040】

また、接着剤シート６がフレキシブル光導波路３の全体にわたって設けられている必要はなく、例えば、フレキシブル光導波路３の端部にのみ接着剤シート層６が設けられてもよい。

【0041】

なお、フレキシブルプリント配線板２の絶縁ベースフィルムの厚さは、例えば１２．５μｍ、２５μｍ又は５０μｍであり、パッド２ａ，２ｂの厚さは例えば１２μｍである。

【0042】

また、フレキシブルプリント配線板２には、光路に対応する領域に貫通孔（図示せず）が設けられていてもよい。これにより、フレキシブルプリント配線板２の絶縁ベースフィルムによる信号光の吸収が大きい場合にも、面受光素子５が受信する信号光の強度を向上させることができる。

【0043】

次に、図１Ｃ（４）に示すように、フレキシブルプリント配線板２に貼り合わせられたフレキシブル光導波路３を加工する。これにより、コア３ｂの一端に光路変換ミラー７を形成し、コア３ｂの他端に光路変換ミラー８を形成する。これら光路変換ミラー７，８は、フレキシブルプリント配線板２の下面と所定の角度（例えば４５度）をなすように形成され、その位置は信号光の光路に基づいて決められる。より具体的には、光路変換ミラー７，８は、面発光素子４の発光部４ａ、及び面受光素子５の受光部５ａの実装予定位置の直下にそれぞれ形成される。

【0044】

光路変換ミラー７，８の形成は、例えば、ダイシング加工で用いる円形のブレードにより行う。この場合、ブレードの刃端とフレキシブルプリント配線板２との間隔をミクロンオーダで制御し、ブレードの刃先の形状に応じた傾斜面を形成する。その他、レーザ加工により光路変換ミラー７，８を形成してもよい。

【0045】

光路変換ミラー７，８を封止樹脂１０で保護する場合には、スパッタ法又は蒸着法等を用いて、光路変換ミラー７，８を金（Ａｕ）等の金属膜（図示せず）により被覆しておく。封止樹脂１０は、金属膜の形成に続いて形成してもよいし、あるいは、後述の封止樹脂１１を形成する工程において形成してもよい。

【0046】

次に、図１Ｄ（５）に示すように、面発光素子４及び面受光素子５をフレキシブルプリント配線板２の上面に実装する。より詳しくは、面発光素子４及び面受光素子５は、フリップチップボンダなどを用いた高精度な位置決めにより、光軸が光路変換ミラーに合うように実装する。

【0047】

面発光素子４については、発光部４ａから出射された信号光が光路変換ミラー７で反射しコア３ｂ内を伝搬するように、フレキシブルプリント配線板２に実装する。この実装は超音波接合により行う。より詳しくは、フレキシブルプリント配線板２の所定の位置に載置された面発光素子４に厚さ方向の圧力を印加しつつ、コア３ｂの幅方向Ｓ（短軸方向）に進む超音波を面発光素子４に印加する。これにより、面発光素子４の電極４ｂを、フレキシブルプリント配線板２のパッド２ａに電気的に接続させる。

【0048】

面受光素子５については、光路変換ミラー８で反射した信号光が面受光素子５の受光部５ａに入射するように、フレキシブルプリント配線板２に実装する。この実装は超音波接合により行う。より詳しくは、フレキシブルプリント配線板２の所定の位置に載置された面受光素子５に厚さ方向の圧力を印加しつつ、コア３ｂの幅方向Ｓ（短軸方向）に進む超音波を面受光素子５に印加する。これにより、面受光素子５の電極５ｂを、フレキシブルプリント配線板２のパッド２ｂに電気的に接続させる。

【0049】

なお、超音波の印加方向Ｓは図１Ｄの下方向に限らず上方向でもよい。また、リフロー工程により光半導体素子に熱が加わることを回避するため、光半導体素子を実装する前に、光半導体素子の制御ＩＣや受動素子などの電子部品をフレキシブルプリント配線板２に実装しておくことが好ましい。

【0050】

次に、図１Ｅに示すように、透明性の高い（即ち信号光の吸収の少ない）封止樹脂１１で面発光素子４及び面受光素子５を固定する。この封止樹脂１１は、光半導体素子を固定するとともに、光半導体素子とフレキシブルプリント配線板２との間の空間に充填され、接続部分を保護する。なお、この封止樹脂１１内を信号光が伝搬するため、封止樹脂１１としては透明性の高い（即ち信号光の吸収の少ない）樹脂を用いることが好ましい。また、信号光を通すための貫通孔がフレキシブルプリント配線板２に設けられている場合は、ボイドが発生しないように、封止樹脂１１を該貫通孔に充填する。

【0051】

本工程において、金属膜で被覆された光路変換ミラー７，８を封止樹脂１０で埋設してもよい。この封止樹脂１０としては、透明性を考慮せずに、封止樹脂１１と異なる樹脂を用いてもよい。

【0052】

上記の工程を経て、図１Ｅに示す光電気混載フレキシブルプリント配線板１を得る。

【0053】

上記のように、面発光素子４の発光部４ａの大きさ（φ３０μｍ）に比べて、コア３ｂの入力端の幅（Ｗ１＝８０μｍ）は十分に大きい。さらに、面発光素子４の超音波接合による位置ずれがコア３ｂの幅方向（超音波の振動方向）に発生するように、コア３ｂの幅方向（短軸方向）に進む超音波を面発光素子４に印加する。これにより、接合強度を確保するために超音波の出力を上げた場合でも、面発光素子４を良好な搭載位置、即ち、面発光素子４から出射された信号光が光路変換ミラー７の外に照射されない位置に搭載することができる。このように、超音波出力を上げることによって搭載位置にずれ（例えば±１０〜±１５μｍ）が生じても、面発光素子４から出射された信号光は光路変換ミラー７内に照射される。

【0054】

また、面受光素子５の受光部５ａの大きさ（φ８０μｍ）に比べて、コア３ｂの出力端の幅（Ｗ２＝３０μｍ）は十分に小さい。さらに、面受光素子５の超音波接合による位置ずれがコア３ｂの幅方向（超音波の振動方向）に発生するように、コア３ｂの幅方向（短軸方向）に進む超音波を面受光素子５に印加する。よって、接合強度を確保するために超音波の出力を上げた場合でも、面受光素子５を良好な搭載位置、即ち、光路変換ミラー８で反射した信号光が受光部５ａの外に照射されない位置に搭載することができる。このように、超音波出力を上げることによって搭載位置にずれ（例えば±１０〜±１５μｍ）が生じても、光路変換ミラー８で反射した信号光は受光部５ａ内に入射する。

【0055】

よって、本実施形態によれば、光半導体素子（面発光素子４、面受光素子５）及びフレキシブルプリント配線板２間の接合強度と、光半導体素子の搭載位置精度とを両立させることができる。その結果、光半導体素子の実装工程を安定化することが容易となり、光電気混載フレキシブルプリント配線板の歩留りを改善することができる。

【0056】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態による光電気混載フレキシブルプリント配線板の製造方法について説明する。第２の実施形態と第１の実施形態との相違点の一つは、接着剤シート６の有無である。以下、図２Ａ〜図２Ｄを用いて、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

【0057】

図２Ｄは、第２の実施形態による光電気混載フレキシブルプリント配線板１Ａの断面図を示している。図２Ｄに示すように、本実施形態による光電気混載フレキシブルプリント配線板１Ａは、可撓性を有するフレキシブルプリント配線板２と、フレキシブルプリント配線板２の下面（第１の主面）に直接貼り合わせられた可撓性を有するフレキシブル光導波路３と、フレキシブルプリント配線板２の上面（第２の主面）に実装された面発光素子４及び面受光素子５とを備えている。クラッド層３ａは接着性を有しており、フレキシブル光導波路３はフレキシブルプリント配線板２に接着剤層を介さずに直接貼り合わせられている。なお、図２Ｄに示すように、面発光素子４と面受光素子５で挟まれた領域が光電気混載フレキシブルプリント配線板１Ａの屈曲可能なケーブル部となる。

【0058】

次に、光電気混載フレキシブルプリント配線板１Ａの製造方法について、図２Ａ〜図２Ｄを参照しつつ説明する。図２Ａの上側の図はフレキシブルプリント配線板２、クラッド層３ａ及びコア３ｂの断面図を示し、下側の図はクラッド層３ａ及びコア３ｂの下面図を示す。図２Ｂの上側の図はフレキシブルプリント配線板２及びフレキシブル光導波路３の断面図を示し、下側の図はフレキシブル光導波路３の下面図を示す。図２Ｃの上側の図は面発光素子４及び面受光素子５が実装されたフレキシブルプリント配線板２の上面図であり、下側の図はその断面図である。

【0059】

まず、図２Ａに示すように、フレキシブルプリント配線板２の下面（第１の主面）の所定の位置に、可撓性および接着性を有するクラッド層３ａを貼り合わせる。なお、クラッド層３ａを貼り合わせた後、クラッド層３ａを所望の材料特性に変化させるためにＵＶ光などを照射してもよい。

【0060】

次に、フレキシブルプリント配線板２上のクラッド層３ａに可撓性を有するコア層を貼り合わせる。

【0061】

なお、信号光の光路に貫通孔が設けられたフレキシブルプリント配線板２を用いる場合には、貼り合わせる際にクラッド層やコア層の一部が該貫通孔に入る込むことを避けるため、平坦度を得ることが容易な平板プレス等を使用することが好ましい。

【0062】

次に、図２Ａに示すように、コア層をパターニングすることにより、一端の幅が面発光素子４の発光部４ａよりも大きく、かつ他端の幅が面受光素子５の受光部５ａよりも小さいコア３ｂを形成する。コア３ｂの形成は第１の実施形態で説明した方法と同様にして行う。なお、フォトファブリケーション手法によりコア層を加工する場合は、本工程においてフレキシブルプリント配線板２のパッド２ａ，２ｂを形成してもよい。

【0063】

次に、図２Ｂに示すように、コア３ｂを覆うように可撓性を有するクラッド層３ｃをクラッド層３ａに貼り合わせる。クラッド層３ｃとして、クラッド層３ａと同じ材料を用いてもよい。そして、クラッド層３ａ，３ｃとコア３ｂをＵＶ光又は熱などで硬化させることにより、フレキシブルプリント配線板２に貼り付けられたフレキシブル光導波路３を作製する。

【0064】

次に、図２Ｃに示すように、フレキシブル光導波路３を加工することにより、端面での光反射によって信号光の光路を変換する光路変換ミラー７及び光路変換ミラー８を、コア３ｂの一端及び他端にそれぞれ形成する。光路変換ミラー７，８の形成は第１の実施形態で説明した方法と同様にして行う。

【0065】

なお、光路変換ミラー７，８を封止樹脂１０で保護する場合には、第１の実施形態で説明したように、光路変換ミラー７，８を金属膜（図示せず）により被覆する。

【0066】

次に、図２Ｃに示すように、第１の実施形態で説明した方法と同様にして、超音波接合により面発光素子４及び面受光素子５をフレキシブルプリント配線板２の上面に実装する。その後、図２Ｄに示すように、透明性の高い封止樹脂１１で面発光素子４及び面受光素子５を固定する。

【0067】

上記の工程を経て、図２Ｄに示す光電気混載フレキシブルプリント配線板１Ａを得る。

【0068】

第２の実施形態に係る製造方法は、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。即ち、第２の実施形態によれば、光半導体素子及びフレキシブルプリント配線板２間の接合強度と、光半導体素子の搭載位置精度とを両立させることができる。その結果、光半導体素子の実装工程を安定化することが容易となり、光電気混載フレキシブルプリント配線板の歩留りを改善することができる。

【0069】

（コア形状の変形例）
上記第１及び第２の実施形態では、コアの平面形状は一様なテーパ状であったが、その他のコア形状を想定することも可能である。コアの平面形状は、信号光の入射端の幅が発光部４ａよりも広く、出射端が受光部５ａよりも狭くなるようにコア幅が変化していればよい。したがって、コアとしては、入射端から出射端まで連続的にコア幅が変化するものだけでなく、コア幅が連続的に変化している領域と、コア幅が一定の領域が混在するものでもよい。

【0070】

図３を用いて、コア形状の変形例について説明する。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、クラッド層３ａ及びその上に形成されたコア３ｂの平面図である。

【0071】

図３（ａ）に示すコアは、光路変換ミラー７，８が形成された領域Ｍ，Ｎにおいて、コア３ｂの幅は一定である。即ち、領域Ｍにおけるコア３ｂの幅は左端（一端）の幅に等しく、領域Ｎにおけるコア３ｂの幅は右端（他端）の幅に等しい。また、領域Ｍ，Ｎで挟まれた伝搬領域Ｐ（長さ１００ｍｍ）において、コア３ｂの幅は、光路変換ミラー７側（一端）から光路変換ミラー８側（他端）に向かって単調に減少している。

【0072】

光路変換ミラー７，８がフレキシブルプリント配線板２の下面と４５度をなすように形成されている場合、領域Ｍ，Ｎの長さはコア３ｂの厚さに等しい。図３（ａ）の変形例では、コア３ｂの厚さが５０μｍなので領域Ｍ，Ｎの長さも５０μｍである。図３（ｂ）及び（ｃ）についても同様である。領域Ｍ，Ｎのコア幅を一定にすることで、光半導体素子の搭載位置ずれに対するマージンを確保することが容易となる。

【0073】

次に、図３（ｂ）に示すコアは、３つの伝搬領域（Ａ，Ｂ，Ｃ）を有する。伝搬領域Ａ，Ｂ及びＣの長さはそれぞれ、１０ｍｍ、８０ｍｍ及び１０ｍｍである。伝搬領域Ａは、光路変換ミラー７が形成された領域Ｍと伝搬領域Ｂとで挟まれた領域である。伝搬領域Ｃは、伝搬領域Ｂと、光路変換ミラー８が形成された領域Ｎとで挟まれた領域である。

【0074】

図３（ｂ）に示すように、コア３ｂの幅は、伝搬領域Ａにおいて光路変換ミラー７側（一端）から光路変換ミラー８側（他端）に向かって単調に減少し、伝搬領域Ｂにおいて一定であり、伝搬領域Ｃにおいて伝搬領域Ｂと同じ、あるいは光路変換ミラー７側（一端）から光路変換ミラー８側（他端）に向かって単調に減少する。

【0075】

具体的には、コア幅は、伝搬領域Ａにおいて６０〜８０μｍから５０μｍまで減少し、伝搬領域Ｂにおいて５０μｍに維持され、伝搬領域Ｃにおいて５０μｍから最大で３０μｍまで減少する。なお、伝搬領域Ｃのコア幅は伝搬領域Ｂの幅と同じ値に維持してもよい。また、伝搬領域Ｂの平面形状は直線状に限らず、Ｓ字状などの曲線であってもよい。コアの厚みはいずれの伝搬領域においても同じであり、例えば５０μｍ〜８０μｍである。

【0076】

次に、図３（ｃ）に示すコアは、３つの伝搬領域（Ａ，Ｂ，Ｃ）を有する。伝搬領域Ａ，Ｂ及びＣの長さはそれぞれ、１０ｍｍ、８０ｍｍ及び１０ｍｍである。伝搬領域Ａは、光路変換ミラー７が形成された領域Ｍと伝搬領域Ｂとで挟まれた領域である。伝搬領域Ｃは、伝搬領域Ｂと、光路変換ミラー８が形成された領域Ｎとで挟まれた領域である。

【0077】

図３（ｃ）に示すように、コア３ｂの幅は、伝搬領域Ａ及びＣにおいて一定であり、伝搬領域Ｂにおいて光路変換ミラー７側（一端）から光路変換ミラー８側（他端）に向かって単調に減少する。具体的には、コア幅は、伝搬領域Ａにおいて一定であり、伝搬領域Ｂにおいて６０〜８０μｍから３０〜５０μｍに減少し、伝搬領域Ｃにおいて一定である。コアの厚みはいずれの伝搬領域においても同じであり、例えば５０μｍ〜８０μｍである。

【0078】

次に、図３（ａ）〜（ｃ）に示した３種類のコアについて、信号光のパワーの減少率をシミュレーションした結果について説明する。図４（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図３（ａ）〜（ｃ）のコアについて、コア幅が伝搬領域の全長にわたって一定（５０μｍ）の場合と比較した信号光パワーの減少率を示している。なお、各表における「入射側」及び「出射側」はそれぞれ、各伝搬領域の入射端及び出射端におけるコア幅を示している。また、「パワー（ｍＷ）」はコアから出射した信号光パワーを示している。

【0079】

図４（ａ）〜（ｃ）からわかるように、上記３種類のコアのいずれについても、信号光パワーの減少率は５％以内に収まっている。５％の減少率は、伝送損失が約０．１ｄＢ増加することに相当する。一方、光半導体素子の搭載位置がずれることによる信号光パワーの減少率は約２０％である。この減少率は、伝送損失が約０．８ｄＢ増加することに相当する。このように、コア幅を変化させることによる伝送損失の増加は、光半導体素子の搭載位置がずれることによる増加よりもずっと小さい。コア幅を変化させることにより、光半導体素子の搭載位置精度のマージンを増やすことができる。よって、本発明によれば、接合強度と搭載位置精度を両立すること可能となる。

【0080】

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

【符号の説明】

【0081】

１，１Ａ 光電気混載フレキシブルプリント配線板
２ フレキシブルプリント配線板
２ａ，２ｂ パッド
３ フレキシブル光導波路
３ａ，３ｃ クラッド層
３ｂ コア
４ 面発光素子
４ａ 発光部
４ｂ 電極
５ 面受光素子
５ａ 受光部
５ｂ 電極
６ 接着剤シート
７，８ 光路変換ミラー
１０，１１ 封止樹脂
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｐ 伝搬領域
Ｍ，Ｎ 光路変換ミラー形成領域
Ｓ 超音波印加方向

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】