フレキシブル光電配線モジュール
【課題】 電磁ノイズ放射の抑制を可能としたフレキシブル光電配線モジュールを提供することである。
【解決手段】 フレキシブル光電配線モジュールあって、光配線路１２と電気配線１１を有する可撓性のフレキシブル光電配線板１０と、フレキシブル光電配線板１０の一主面上に搭載され、電気配線１１に電気的に接続され、光配線路１２に光結合された光半導体素子１３と、フレキシブル光電配線板１０の一主面と反対側の面に搭載され、電気配線１１に電気的に接続され、光半導体素子１３を駆動する駆動ＩＣ１４と、フレキシブル光電配線板１０を貫通して設けられ、光半導体素子１３と駆動ＩＣ１４を電気的に接続する貫通配線１５とを具備した。
【解決手段】 フレキシブル光電配線モジュールあって、光配線路１２と電気配線１１を有する可撓性のフレキシブル光電配線板１０と、フレキシブル光電配線板１０の一主面上に搭載され、電気配線１１に電気的に接続され、光配線路１２に光結合された光半導体素子１３と、フレキシブル光電配線板１０の一主面と反対側の面に搭載され、電気配線１１に電気的に接続され、光半導体素子１３を駆動する駆動ＩＣ１４と、フレキシブル光電配線板１０を貫通して設けられ、光半導体素子１３と駆動ＩＣ１４を電気的に接続する貫通配線１５とを具備した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、フレキシブル光電配線モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の機械的可動部や曲面部に配設する配線として、可撓性を有するフレキシブル配線板が用いられている。また、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電子デバイスの性能向上により、大規模集積回路（ＬＳＩ）の飛躍的な動作速度向上が図られ、それを接続する電気配線の速度制限や電磁ノイズ誤動作が問題となってきている。このような問題に対応するため、高速信号を光で配線するフレキシブル光電配線モジュールが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−８０４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明が解決しようとする課題は、電磁ノイズ放射の抑制を可能としたフレキシブル光電配線モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のフレキシブル光電配線モジュールは、光配線路と電気配線を有する可撓性のフレキシブル光電配線板と、前記フレキシブル光電配線板の一主面上に搭載され、前記電気配線に電気的に接続され、前記光配線路に光結合された光半導体素子と、前記フレキシブル光電配線板の前記一主面と反対側の面に搭載され、前記電気配線に電気的に接続され、前記光半導体素子を駆動する駆動ＩＣと、前記フレキシブル光電配線板を貫通して設けられ、前記光半導体素子と前記駆動ＩＣを電気的に接続する貫通配線と、を具備した。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールの概略構成を示す平面図。
【図２】図１のフレキシブル光電配線モジュールの要部構成を示す断面図。
【図３】第１の実施形態の変形例を説明するための平面図と断面図。
【図４】第１の実施形態の別の変形例を説明するための平面図と断面図。
【図５】第２の実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールの概略構成を示す平面図。
【図６】図５のフレキシブル光電配線モジュールの要部構成を示す断面図。
【図７】第３の実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールの概略構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールは、電磁ノイズ放射の抑制を可能とすべく発明されたものであり、例えば、携帯電話やノートＰＣといった電子機器において、情報処理プロセッサが出力する映像信号をディスプレイまで伝送するための配線モジュールとして用いることができる。
【０００８】
後述するように、フレキシブル光電配線モジュールは、光配線路と電気配線を有するフレキシブル光電配線板に、光半導体素子と光半導体素子を駆動する駆動ＩＣを搭載したものである。フレキシブル光電配線モジュールは、一端（上述の情報処理プロセッサ側）から入力された電気信号を光信号に変換して光伝送し、他端（上述のディスプレイ側）において光信号を電気信号に変換して出力する。光信号は電磁ノイズを放射しないため、信号を光伝送するフレキシブル光電配線モジュールは、信号を電気伝送するフレキシブル配線モジュールに比べて、電磁ノイズ放射の低減が可能である。
【０００９】
このように光信号伝送が可能な一方で、フレキシブル光電配線モジュールには、一端から他端に電力を供給するための電気配線（電源配線）が依然として必要である。そのため、光半導体素子と駆動ＩＣを接続する電気配線、信号を入出力する電気配線、駆動ＩＣに電力を供給する電気配線等から電磁ノイズが放射されて上述の電源配線に結合すると、今度はこの電源配線がノイズ源となり、フレキシブル光電配線モジュール全体から電磁ノイズが放射されてしまう。特に、光半導体素子と駆動ＩＣを接続する電気配線からの電磁ノイズの影響が大きい。
【００１０】
本実施形態は、上述の如く見出された課題に対して成されたものであり、光半導体素子と駆動ＩＣを対向して両面実装することで、光半導体素子と駆動ＩＣを接続する電気配線からの電磁ノイズ放射と、電源配線等の電気配線への電磁ノイズ結合の抑制をはかっている。これにより、フレキシブル光電配線モジュールからの電磁ノイズ放射を抑制し、電磁ノイズを放射しないという光配線のメリットを最大限に享受することが可能になる。
【００１１】
以下、図面を参照しながら本実施形態の説明を行っていく。ここでは、幾つか具体的材料や構成を例に用いて説明を行っていくが、同様な機能を持つ材料や構成であれば同様に実施可能である。従って、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１及び図２は、第１の実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールを説明するためのもので、図１はフレキシブル光電配線モジュールの全体構成を示す上面図、図２はフレキシブル光電配線モジュールの素子搭載部の構成を示す断面図である。
【００１３】
図１のフレキシブル光電配線モジュールは、電気配線１１（１１ａ〜１１ｈ）と光配線路（光導波路コア）１２を有するフレキシブル光電配線板１０に、光半導体素子１３（発光素子１３ａ，受光素子１３ｂ）、駆動ＩＣ１４（１４ａ，１４ｂ）を搭載してある。電気配線１１には、信号入力配線１１ａ、信号出力配線１１ｂ、駆動ＩＣ１４ａの電源配線１１ｃとグランド配線１１ｅ、駆動ＩＣ１４ｂの電源配線１１ｄとグランド配線１１ｆ、その他の電気配線１１ｇ，１１ｈがある。即ち、フレキシブル光電配線板１０の一端から他端まで延在した第１の電気配線１１ｇ，１１ｈと、端部領域のみに形成された第２の電気配線１１ａ〜１１ｆがある。
【００１４】
本実施形態のフレキシブル光電配線モジュールでは、後述するように、電気配線１１ａから入力される電気信号に応じて駆動ＩＣ１４ａが発光素子１３ａを駆動し、受光素子１３ｂが生成する受光電流を駆動ＩＣ１４ｂが増幅して電気配線１１ｂに電気信号を出力することで、高速の信号伝送（例えば１０Ｇｂｐｓ）が可能である。また、その他の電気配線１１ｇ，１１ｈを用いて、フレキシブル光電配線モジュールの一端から他端への電力供給や、例えばＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）やＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）といった低速の信号伝送（例えば１０ｋｂｐｓ）が可能である。
【００１５】
本実施形態のフレキシブル光電配線モジュールでは、駆動ＩＣ１４をフレキシブル光電配線板１０の表面上に搭載し、光半導体素子１３を駆動ＩＣ１４と一部重なるようにフレキシブル光電配線板１０の裏面上に搭載する。駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３は貫通ビア（貫通配線）１５を介して電気接続する。これにより、駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３を接続する電気配線長をフレキシブル光電配線板１０の厚み（例えば１００μｍ）まで短くすることができる。
【００１６】
ここで、信号入力配線１１ａ、信号出力配線１１ｂは、一般に差動信号配線が用いられ、伝送路の特性インピーダンスを適切にすることで電磁ノイズ放射の抑制が可能である。一方、駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３を接続する電気配線はシングルエンド配線であるため、電磁ノイズ放射が大きくなりやすい。本実施形態のフレキシブル光電配線モジュールでは、貫通ビア１５を用いることにより電気配線長をフレキシブル光電配線板１０の厚みまで薄くすることで、フレキシブル光電配線モジュールからの電磁ノイズ放射を大幅に抑制することができる。
【００１７】
光半導体素子１３は、フレキシブル光電配線板１０を基板面に垂直方向から見たときに駆動ＩＣ１４と一部だけ重なるように、フレキシブル光電配線板１０に搭載してある。駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３の位置関係によって、光半導体素子１３や駆動ＩＣ１４の信号入出力パッド（不図示）やバンプ１７を形成する箇所を適宜変更可能である。
【００１８】
例えば、図３（ａ）の上面図及び図３（ｂ）の断面図に示すように、光半導体素子１３は駆動ＩＣ１４の搭載領域と全体が重なるように配置することができる。この場合、光半導体素子１３の搭載面の反対面が全て駆動ＩＣ１４となる。このため、光半導体素子１３をフレキシブル光電配線板１０に搭載する際、光半導体素子１３に形成された全てのバンプを均一にフレキシブル光電配線板１０に接合することが容易になる。
【００１９】
また、図４（ａ）の上面図及び図４（ｂ）の断面図に示すように、光半導体素子１３は駆動ＩＣ１４と重ならないようにフレキシブル光電配線板１０に搭載しても良い。この場合でも、駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３を同一面上に実装する場合の実装マージン（例えば駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３の間隔が１ｍｍ）を削減することは可能である。このため、駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３を接続する電気配線長を短くしてフレキシブル光電配線モジュールからの電磁ノイズ放射を抑制することができる。また、光半導体素子１３の搭載面の反対面に駆動ＩＣ１４が無いため、光半導体素子１３に形成された全てのバンプを均一にフレキシブル光電配線板１０に接合することが容易になる。
【００２０】
フレキシブル光電配線板１０は、可撓性を有し、例えば幅１０ｍｍ、長さ１５０ｍｍとする。さらに、フレキシブル光電配線板１０は図２に示すように、第１のベースフィルム２０（例えばポリイミド、厚さ２５μｍ）、電気配線１１（例えば圧延Ｃｕ、厚さ１２μｍ）、光導波路コア１２（例えば厚さ３０μｍ）、光導波路クラッド２１（２１ａ，２１ｂ）（例えば合計厚さ５０μｍ）、第２のベースフィルム２２（例えばポリイミド、厚さ２５μｍ）を積層して貼り合わせたラミネート構造を有する。
【００２１】
電気配線１１として用いるＣｕ箔は、接着層を介して第１のベースフィルム２０と一体化したものや、Ｃｕ箔を表面粗化して第１のベースフィルム２０の表面に直接熱圧着したものを用いれば良い。電気配線１１は、第１のベースフィルム２０上に積層したＣｕ箔のパターニングで形成し、その一部に例えばＮｉ／Ａｕ（例えば厚さ５μｍ／０．３μｍ）をメッキして電気接続端子として用いても良い。電気配線１１の一部は、光半導体素子１３や駆動ＩＣ１４に接続し、後述の電気入出力による光信号の伝送が可能である。なお、電気配線１１のパターニング形状は必要に応じて適宜変更可能である。さらに、電気接続端子や放熱用のランド等を除き、電気配線１１の表面はカバーレイやフォトレジストを積層して絶縁することが望ましい。
【００２２】
光導波路コア１２及び光導波路クラッド２１は、光伝送波長に対して透明な材料（例えばアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂）であり、これらが光配線層を構成する。光配線層を形成するには、第１のベースフィルム２０の裏面側に第１の光導波路クラッド２１ａ、光導波路コア１２を順に積層して貼り合わせ、上記した電気配線１１のパターニング形状に合わせて光導波路コア１２をパターニングする。続いて、第２の光導波路クラッド２１ｂをパターニングされた光導波路コア１２上に積層して貼り合わせる。光導波路コア１２は、光導波路クラッド２１よりも屈折率が高いため、光配線路である光導波路コア１２に入射した光は、光導波路コア１２に閉じ込められて伝播する。
【００２３】
上述のように光配線層を形成することで、光導波路コア１２と電気配線１１の位置合わせを非常に高精度に行うことができる。これにより、例えば個別に形成した光のフレキシブル配線板と電気のフレキシブル配線板を位置合わせして貼り合わせた複合型のフレキシブル光電配線板に比し、光半導体素子１３と光導波路コア１２との位置合わせ精度を高くすることができる。さらに、温度変化による光半導体素子１３と光導波路コア１２との相対位置変動を小さくすることができ、生産性や信頼性の高いフレキシブル光電配線モジュールが実現できる。
【００２４】
なお、上記した光導波路コア１２は、感光して屈折率が変化する樹脂を光導波路フィルムとして用い、この光導波路フィルムへのパターン露光によって形成することも可能である。また、上記した光配線層の形成方法では、まず電気配線１１を形成し、電気配線１１のパターニング形状に位置合わせして光導波路コア１２をパターニング形成する例を示したが、逆に、まず光配線層を形成し、光導波路コア１２のパターニング形状に位置合わせして電気配線１１をパターニング形成することもできる。なお、光導波路コア１２の本数及びパターニング形状は必要に応じて適宜変更可能である。
【００２５】
光導波路コア１２の両端には４５度ミラーを設けており、光導波路コア１２を伝播する光をフレキシブル光電配線板１０の表面に対してほぼ垂直方向に取り出すこと、及びフレキシブル光電配線板１０の表面に対してほぼ垂直方向から入射した光を光導波路コア１２に結合することができる。４５度ミラーは、例えばレーザアブレーション、ダイシング、プレス加工等で形成可能であり、反射率向上のためミラー面に金属（例えばＡｕ等）を蒸着しても良い。なお、４５度ミラーの角度（光の進行方向に対する角度）は正確に４５度でなくとも良いが、実効的には３０度から６０度の範囲に収めることが望ましい。
【００２６】
第２の光導波路クラッド２１ｂ上には、例えばエポキシ系樹脂からなる接着層を介してＣｕ箔（電気配線１１）付きの第２のベースフィルム２２を積層してある。第２のベースフィルム２２上の電気配線１１は、第１のベースフィルム２０上の電気配線１１と同様にして形成することができる。第２のベースフィルム２２を積層後、例えばレーザ加工により、第１のベースフィルム２０上の電気配線１１から第２のベースフィルム２２上の電気配線１１に到達する貫通穴を形成し、例えばＣｕめっき処理により第１のベースフィルム２０上の電気配線１１と第２のベースフィルム２２上の電気配線１１を接続する貫通ビア１５を形成する。第２のベースフィルム２２により、光配線層の保護と共に、フレキシブル光電配線板１０の裏面への光半導体素子の実装や回路パターニングが可能となっている。
【００２７】
なお、上述した貫通穴は、例えばパンチ加工やドリル加工でも形成可能である。また本実施例では、第１のベースフィルム２０に光配線層を形成した後に第２のベースフィルム２２を積層する例を示したが、第２のベースフィルム２２に光配線層を形成した後に第１のベースフィルム２０を積層しても良い。また、駆動ＩＣ１４を第２のベースフィルム２２上の電気配線１１に搭載し、光半導体素子１３を第１のベースフィルム２０上の電気配線１１に搭載しても良い。
【００２８】
貫通ビア１５は、光配線路１２の延長上を避けた領域に形成するのが望ましい。これにより、光半導体素子１３と対向する４５度ミラーと貫通ビア１５との距離が遠くなり、貫通ビア１５形成時、或いは、貫通ビア１５形成後の温度変化による熱膨張時に、４５度ミラーが変形したり、前述のミラー面に形成した金属膜が剥離したりして、４５度ミラーにおける光損失が増大することを防ぐことができる。
【００２９】
光半導体素子１３は、例えばＧａＡｓ基板に作製した発光素子又は受光素子を用い、発光又は受光波長を例えば８５０ｎｍとする。発光素子１３ａとして例えば面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：ＶＣＳＥＬ）、受光素子１３ｂとして例えばＰＩＮフォトダイオード（Photo Diode：ＰＤ）を用いることができる。なお、光半導体素子１３は化合物半導体（例えば、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ，ＳｉＧｅ等）やＳｉ、Ｇｅ等の基板に形成しても良いし、発光又は受光波長は必要に応じて適宜変更可能である。また、光半導体素子１３として、１つのチップ内に複数の光素子が形成されたアレイチップを用いても良いし、１つのチップ内に発光素子と受光素子の両方が形成された光半導体素子を用いても良い。さらに、１つの素子で発光と受光の両方が可能な光半導体素子を用いても良い。
【００３０】
光半導体素子１３は、その発光部又は受光部が光導波路コア１２に形成した４５度ミラーと対向するように位置合わせして例えば超音波フリップチップ実装によりフレキシブル光電配線板１０に搭載する。これにより、光導波路コア１２の一端側に搭載された発光素子１３ａと他端側に搭載された受光素子１３ｂは、光導波路コア１２を通して光結合しており、フレキシブル光電配線モジュールの一端側と他端側の間で光信号伝送を行うことができる。また、光半導体素子１３は、光半導体素子１３に形成されたＡｕバンプ１７を介して電気配線１１に電気接続しており、これにより電気入出力で光信号の伝送が可能である。電気接続方法として、例えば、半田バンプによるバンプ接続や、ワイヤボンディング接続を用いても良い。
【００３１】
図１では、フレキシブル光電配線板１０の一端側に発光素子１３ａを１つ、他端側に受光素子１３ｂを１つ搭載しているが、更に別の光半導体素子を搭載しても良い。図１では光信号の伝送方向をフレキシブル光電配線板１０の一端側から他端側への単方向としているが、一端側に受光素子、他端側に発光素子を搭載して、図１とは逆方向の光信号伝送を行っても良いし、一端側に発光素子と受光素子、他端側に受光素子と発光素子を搭載して双方向の光信号伝送を行っても良い。
【００３２】
駆動ＩＣ１４は、例えば超音波フリップチップ実装によりフレキシブル光電配線板１０に搭載し、駆動ＩＣ１４に形成されたＡｕバンプ１７を介して電気配線１１に電気接続している。駆動ＩＣ１４ａは、電気配線１１ａから入力される電気信号に応じて発光素子１３ａにバイアス電流及びドライブ電流を供給する。駆動ＩＣ１４ｂは、受光素子１３ｂに逆バイアス電圧を印加すると共に、受光素子１３ｂが生成する受光電流を増幅し、電気配線１１ｂに電気信号を出力する。なお、駆動ＩＣ１４は、駆動ＩＣ１４ａ，１４ｂの両方の機能を有しても良い。さらに、例えばパラレル電気信号をシリアル電気信号に変換するシリアライズ機能、シリアル電気信号をパラレル電気信号に変換するデシリアライズ機能等の別の回路機能を有しても良い。上述の発光素子１３ａ用の駆動ＩＣ１４ａにシリアライズ機能を搭載し、上述の受光素子１３ｂ用の駆動ＩＣ１４ｂにデシリアライズ機能を搭載すれば、複数の電気入力信号を、少数の光信号に変換して伝送することができる。
【００３３】
光半導体素子１３及び駆動ＩＣ１４の底面及び側面にはアンダーフィル樹脂１８を塗布してある。アンダーフィル樹脂１８は、例えばエポキシ系樹脂であって、例えば加熱又は紫外線照射等によって固化してある。アンダーフィル樹脂１８により、電気配線１１と光半導体素子１３及び駆動ＩＣ１４との電気接続を高信頼で保持できる。また、光半導体素子１３と光導波路コア１２との間にできる空隙を埋めて光結合効率を向上すると共に、光半導体素子１３と光導波路コア１２との間にできる空隙での光の反射を抑制することが可能であり、高効率且つ高信頼の光結合が可能となる。
【００３４】
なお、光半導体素子１３と光導波路コア１２との間にできた空隙の充填に用いるアンダーフィル樹脂と、電気配線１１と光半導体素子１３及び駆動ＩＣ１４との電気接続の保持に用いるアンダーフィル樹脂は異なる樹脂を用いても良い。何れの場合にも、光半導体素子１３と光導波路コア１２との間にできた空隙の充填に用いるアンダーフィル樹脂は、光伝送波長に対して透明であることが望ましい。
【００３５】
このように本実施形態によれば、光半導体素子１３と駆動ＩＣ１４を搭載したフレキシブル光電配線モジュールにおいて、光半導体素子１３と駆動ＩＣ１４を反対側の面に搭載し、これらの間を貫通ビア１５で電気接続することにより、電磁ノイズ放射の抑制を可能にすることができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図５及び図６は、第２の実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールを説明するためのもので、図５はフレキシブル光電配線モジュールの全体構成を示す上面図、図６はフレキシブル光電配線モジュールの素子搭載部の構成を示す断面図である。
【００３７】
本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、電気配線を有するフレキシブル電気配線板と、電気配線と光配線路を有するフレキシブル光電配線板とを積層したことである。
【００３８】
フレキシブル光電配線板１０は第１の実施形態と同様に、表面側に駆動ＩＣ１４が搭載され、裏面側に光半導体素子１３が搭載され、これらの間は貫通ビア１５により接続されている。また、電気配線１１として、信号入力配線１１ａ、信号出力配線１１ｂ、駆動ＩＣ１４ａの電源配線１１ｃとグランド配線１１ｅ、駆動ＩＣ１４ｂの電源配線１１ｄとグランド配線１１ｆが形成されている。但し、図１とは異なり、フレキシブル光電配線板１０の一端から他端への電気配線は形成されていない。
【００３９】
フレキシブル電気配線板３０は、電気配線を有するものであり、駆動ＩＣ１４に接続される電気配線３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆと、フレキシブル電気配線板３０の一方の端部から他方の端部まで延在した電気配線３１ｇ，３１ｈを有している。なお、電気配線３１ｇ，３１ｈの一部はフレキシブル光電配線板１０と重なる領域にも形成されている。
【００４０】
フレキシブル光電配線板１０の電気配線１１と、フレキシブル電気配線板３０の電気配線３１は、ワイヤボンディング４１によって電気接続されている。電気接続の方法として、例えば、インクジェット配線、スタッドバンプ、異方性導電フィルム（Anisotropic Conductive Film：ＡＣＦ）、異方性導電ペースト（Anisotropic Conductive Paste：ＡＣＰ）を用いても良い。電気接続箇所にはモールド樹脂（例えばエポキシ系樹脂）を塗布することが望ましい。
【００４１】
フレキシブル光電配線板１０は、先述したように電気入出力の光信号伝送が可能であるため、フレキシブル光電配線板１０の電気配線１１とフレキシブル電気配線板３０の電気配線３１とを電気接続するだけでフレキシブル光電配線モジュールを作製することができる。これにより、温度変化による熱膨張や屈曲・撓みによる変形時の光軸ずれの恐れが無いため、フレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０を光接続する場合（例えば、フレキシブル光電配線板１０の光配線路とフレキシブル電気配線板３０に搭載された光半導体素子とを光結合させる場合）に比し、接続信頼性を大幅に高めることができる。
【００４２】
なお、本実施形態のフレキシブル光電配線モジュールでは、フレキシブル光電配線板１０の裏面をフレキシブル電気配線板３０の表面に搭載したが、フレキシブル光電配線板１０の表面をフレキシブル電気配線板３０の表面に搭載するか、フレキシブル光電配線板１０の表面をフレキシブル電気配線板３０の裏面に搭載するか、フレキシブル光電配線板１０の裏面をフレキシブル電気配線板３０の裏面に搭載しても良い。
【００４３】
フレキシブル電気配線板３０は可撓性を有するものであり、図６に示すように、電気配線３１（例えば圧延Ｃｕ箔、厚さ１２μｍ）、ベースフィルム３２（例えばポリイミド、厚さ２５μｍ）、補強板３３（例えばポリイミド、厚さ１００μｍ）などから構成される。フレキシブル電気配線板３０はこれらを積層して貼り合わせたラミネート構造を有し、例えば幅１０ｍｍ、長さ１５０ｍｍとする。
【００４４】
電気配線３１として用いるＣｕ箔は、接着層を介してベースフィルム３２と一体化したものや、Ｃｕ箔を表面粗化してベースフィルム３２に直接熱圧着したものを用いれば良い。電気配線３１は、ベースフィルム３２上に積層したＣｕ箔のパターニングで形成し、その一部に例えばＮｉ／Ａｕ（例えば厚さ５μｍ／０．３μｍ）をメッキして電気接続端子として用いても良い。なお、電気配線３１のパターニング形状は必要に応じて適宜変更可能である。また、電気接続端子や放熱用のランド等を除き、電気配線３１の表面はカバーレイやフォトレジストを積層して絶縁することが望ましい。
【００４５】
フレキシブル電気配線板３０には、フレキシブル光電配線板１０の光半導体素子１３と対向する位置に貫通穴を設けることが望ましい。これにより、光半導体素子１３がフレキシブル電気配線板３０の貫通穴に配置され、光半導体素子１３とフレキシブル電気配線板３０が干渉しないため、フレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０の貼り合わせが容易になる。
【００４６】
接着シート４０は、フレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０を接着固定する。接着シート４０としては、例えばエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂等からなる粘着剤をシート状に成形したものや、ポリイミド等の樹脂フィルム若しくはＡｌやＣｕ等の金属箔からなる基材の両面に上記の粘着剤からなる粘着層を形成したもの等を用いることができ、厚みは例えば５０μｍとする。
【００４７】
なお、図６では、フレキシブル光電配線板１０の両端に位置する光半導体素子１３や駆動ＩＣ１４の搭載部分の近傍に接着シート４０を用いているが、フレキシブル光電配線板１０の一端から他端まで至る１枚の接着シートを用いても良い。また、接着シート４０の代わりに、例えばモールド樹脂でフレキシブル光電配線板１０をフレキシブル電気配線板に固定しても良い。
【００４８】
このように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、フレキシブル光電配線板１０の表面側に駆動ＩＣ１４を搭載し、裏面側に光半導体素子１３を搭載し、これらの間を貫通ビア１５により接続する構成としているので、第１の実施形態と同様の効果が得られる。これに加えて、フレキシブル光電配線モジュールの一端から他端への電力供給や、低速の信号伝送を、フレキシブル光電配線板１０とは別のフレキシブル電気配線板３０の電気配線３１（３１ｇ，３１ｈ）で行うことにより、フレキシブル光電配線板１０の面積を最小限に抑えることが可能である。これにより、フレキシブル光電配線板１０のみで全ての電気配線及び光信号伝送を行う場合に比べて、フレキシブル光電配線モジュールの低コスト化が可能である。さらに、フレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０は電気接続してあるため、高い接続信頼性を実現することができる。
【００４９】
（第３の実施形態）
図７（ａ）（ｂ）は、第３の実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールを説明するためもので、（ａ）は配線フィンを積層する前の状態を示す上面図、（ｂ）は配線フィンを積層した後の状態を示す上面図である。なお、フレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０の外形のみを示し、他の部分は省略している。
【００５０】
本実施形態は、フレキシブル光電配線モジュールの配線領域の屈曲性若しくは捻回性を向上させたものである。
【００５１】
本実施形態のフレキシブル光電配線モジュールでは、フレキシブル電気配線板３０の配線方向に平行する貫通スリット５０（例えば幅０．１ｍｍ）を設け、フレキシブル電気配線板３０の配線領域を複数の配線フィン（例えば幅１ｍｍ）に分割し、分割された１つの配線フィン上にフレキシブル光電配線板１０を搭載している。フレキシブル光電配線板１０には、第２の実施形態と同様のものを用いることができ、フレキシブル電気配線板３０には、第２の実施形態と同様のものに貫通スリット５０を設ければよい。
【００５２】
図７（ａ）に示したフレキシブル光電配線モジュールは、図７（ｂ）に示すように、フレキシブル電気配線板３０の一方の端部領域、配線領域、他方の端部領域をクランク形になるように配置し、各々の配線フィンが隣接する配線フィンと表面と裏面を対向するように複数の細線を重ね、束線帯５１を用いて複数の細線を束ねることで、配線領域が１束の細いフレキシブル配線板として扱うことができる。このため、屈曲動作に加えて回転動作や捻り動作等にも対応することが可能である。
【００５３】
フレキシブル電気配線板３０を、フレキシブル光電配線板１０の長辺方向に沿って折り曲げたり丸めたりすることで、小径のヒンジにも配線可能となる。フレキシブル光電配線板１０の長辺方向に沿ってスリットやハーフカット加工を行うことで、折り曲げやすくしても良い。
【００５４】
なお、全ての配線フィンの幅、間隔は、ほぼ同等にすることが望ましい。これにより、フレキシブル光電配線モジュールを上述のように束線した際に、一部の細線に張力が集中するようなことがなくなる。また、複数の配線フィンの全てが同等に引っ張られるため、複数の配線フィンを束ねた領域において複数の配線フィンの整列性が良く、一部の配線フィンがばらけるようなこともない。なお、フレキシブル光電配線モジュールの配線フィンの重ね方は、他の方法（例えば、各々の配線フィンが隣接する配線フィンと表面と表面若しくは裏面と裏面を対向するように複数の配線フィンを重ねる）を用いても良い。
【００５５】
束線帯５１は、例えば弗素樹脂系のシールテープを用いることができる。束線帯５１には粘着剤のないテープを用い、束線帯の内側で各配線フィンが動けるようにしておくことが配線フィンのたるみや応力を取り除くためには望ましい。なお、束線帯５１の数は必要に応じて適宜変更可能であるし、個別の束線帯ではなく、例えば束ねた配線フィンの一端から他端まで連続した束線帯を用いても良い。また、束ねた複数の配線フィンがばらける恐れが無いか、ばらけても構わない場合は、束線帯５１を用いなくても良い。貫通スリット５０を形成する部分には電気配線を設けないことが望ましい。
【００５６】
フレキシブル光電配線板１０は、その全面をフレキシブル電気配線板３０に貼り付けても良いし、その端部近傍領域のみをフレキシブル電気配線板３０に貼り付けても良い。また、フレキシブル光電配線板１０を配置する箇所のフレキシブル電気配線板３０の配線フィンを除去してもよい。この場合、配線領域においてフレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０の重なりが無くなり、フレキシブル光電配線モジュールの配線領域を屈曲や摺動する際の最小曲げ半径を小さくすることができる。さらに、フレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０の擦れを無くして繰り返し屈曲・摺動に対する耐久性を向上させることができる。
【００５７】
このように本実施形態によれば、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、フレキシブル光電配線モジュールの更なる屈曲性及び捻回性の向上を図ることができる。
【００５８】
（変形例）
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではない。光半導体素子である発光素子は、発光ダイオードや半導体レーザ等、種々の発光素子が使用可能である。光半導体素子である受光素子は、ＰＩＮフォトダイオード、ＭＳＭフォトダイオード、アバランシェ・フォトダイオード、フォトコンダクター等、種々の受光素子が使用可能である。フレキシブル電気配線板には、ＦＰＣやＦＦＣなどがあり、何れでも本発明が適用可能である。フレキシブル電気配線板及びフレキシブル光電配線板のベースフィルムには、ポリイミドの他、液晶ポリマーや他の樹脂を用いることができる。フレキシブル電気配線板の電気配線は単層でも多層でも構わない。フレキシブル光電配線板の電気配線及び光配線層は、単層でも多層でも構わない。
【００５９】
本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１０…フレキシブル光電配線板、１１（１１ａ〜１１ｈ）…電気配線、１２…光配線路（光導波路コア）、１３（１３ａ，１３ｂ）…光半導体素子、１４（１４ａ，１４ｂ）…駆動ＩＣ、１５…貫通ビア（貫通配線）、１７…バンプ、１８…アンダーフィル樹脂、２０，２２，３２…ベースフィルム、２１（２１ａ，２１ｂ）…光導波クラッド、３０…フレキシブル電気配線板、３１（３１ａ〜３１ｈ）…電気配線、４０…接着シート、５０…貫通スリット。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、フレキシブル光電配線モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の機械的可動部や曲面部に配設する配線として、可撓性を有するフレキシブル配線板が用いられている。また、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電子デバイスの性能向上により、大規模集積回路（ＬＳＩ）の飛躍的な動作速度向上が図られ、それを接続する電気配線の速度制限や電磁ノイズ誤動作が問題となってきている。このような問題に対応するため、高速信号を光で配線するフレキシブル光電配線モジュールが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−８０４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明が解決しようとする課題は、電磁ノイズ放射の抑制を可能としたフレキシブル光電配線モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のフレキシブル光電配線モジュールは、光配線路と電気配線を有する可撓性のフレキシブル光電配線板と、前記フレキシブル光電配線板の一主面上に搭載され、前記電気配線に電気的に接続され、前記光配線路に光結合された光半導体素子と、前記フレキシブル光電配線板の前記一主面と反対側の面に搭載され、前記電気配線に電気的に接続され、前記光半導体素子を駆動する駆動ＩＣと、前記フレキシブル光電配線板を貫通して設けられ、前記光半導体素子と前記駆動ＩＣを電気的に接続する貫通配線と、を具備した。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールの概略構成を示す平面図。
【図２】図１のフレキシブル光電配線モジュールの要部構成を示す断面図。
【図３】第１の実施形態の変形例を説明するための平面図と断面図。
【図４】第１の実施形態の別の変形例を説明するための平面図と断面図。
【図５】第２の実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールの概略構成を示す平面図。
【図６】図５のフレキシブル光電配線モジュールの要部構成を示す断面図。
【図７】第３の実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールの概略構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールは、電磁ノイズ放射の抑制を可能とすべく発明されたものであり、例えば、携帯電話やノートＰＣといった電子機器において、情報処理プロセッサが出力する映像信号をディスプレイまで伝送するための配線モジュールとして用いることができる。
【０００８】
後述するように、フレキシブル光電配線モジュールは、光配線路と電気配線を有するフレキシブル光電配線板に、光半導体素子と光半導体素子を駆動する駆動ＩＣを搭載したものである。フレキシブル光電配線モジュールは、一端（上述の情報処理プロセッサ側）から入力された電気信号を光信号に変換して光伝送し、他端（上述のディスプレイ側）において光信号を電気信号に変換して出力する。光信号は電磁ノイズを放射しないため、信号を光伝送するフレキシブル光電配線モジュールは、信号を電気伝送するフレキシブル配線モジュールに比べて、電磁ノイズ放射の低減が可能である。
【０００９】
このように光信号伝送が可能な一方で、フレキシブル光電配線モジュールには、一端から他端に電力を供給するための電気配線（電源配線）が依然として必要である。そのため、光半導体素子と駆動ＩＣを接続する電気配線、信号を入出力する電気配線、駆動ＩＣに電力を供給する電気配線等から電磁ノイズが放射されて上述の電源配線に結合すると、今度はこの電源配線がノイズ源となり、フレキシブル光電配線モジュール全体から電磁ノイズが放射されてしまう。特に、光半導体素子と駆動ＩＣを接続する電気配線からの電磁ノイズの影響が大きい。
【００１０】
本実施形態は、上述の如く見出された課題に対して成されたものであり、光半導体素子と駆動ＩＣを対向して両面実装することで、光半導体素子と駆動ＩＣを接続する電気配線からの電磁ノイズ放射と、電源配線等の電気配線への電磁ノイズ結合の抑制をはかっている。これにより、フレキシブル光電配線モジュールからの電磁ノイズ放射を抑制し、電磁ノイズを放射しないという光配線のメリットを最大限に享受することが可能になる。
【００１１】
以下、図面を参照しながら本実施形態の説明を行っていく。ここでは、幾つか具体的材料や構成を例に用いて説明を行っていくが、同様な機能を持つ材料や構成であれば同様に実施可能である。従って、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１及び図２は、第１の実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールを説明するためのもので、図１はフレキシブル光電配線モジュールの全体構成を示す上面図、図２はフレキシブル光電配線モジュールの素子搭載部の構成を示す断面図である。
【００１３】
図１のフレキシブル光電配線モジュールは、電気配線１１（１１ａ〜１１ｈ）と光配線路（光導波路コア）１２を有するフレキシブル光電配線板１０に、光半導体素子１３（発光素子１３ａ，受光素子１３ｂ）、駆動ＩＣ１４（１４ａ，１４ｂ）を搭載してある。電気配線１１には、信号入力配線１１ａ、信号出力配線１１ｂ、駆動ＩＣ１４ａの電源配線１１ｃとグランド配線１１ｅ、駆動ＩＣ１４ｂの電源配線１１ｄとグランド配線１１ｆ、その他の電気配線１１ｇ，１１ｈがある。即ち、フレキシブル光電配線板１０の一端から他端まで延在した第１の電気配線１１ｇ，１１ｈと、端部領域のみに形成された第２の電気配線１１ａ〜１１ｆがある。
【００１４】
本実施形態のフレキシブル光電配線モジュールでは、後述するように、電気配線１１ａから入力される電気信号に応じて駆動ＩＣ１４ａが発光素子１３ａを駆動し、受光素子１３ｂが生成する受光電流を駆動ＩＣ１４ｂが増幅して電気配線１１ｂに電気信号を出力することで、高速の信号伝送（例えば１０Ｇｂｐｓ）が可能である。また、その他の電気配線１１ｇ，１１ｈを用いて、フレキシブル光電配線モジュールの一端から他端への電力供給や、例えばＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）やＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）といった低速の信号伝送（例えば１０ｋｂｐｓ）が可能である。
【００１５】
本実施形態のフレキシブル光電配線モジュールでは、駆動ＩＣ１４をフレキシブル光電配線板１０の表面上に搭載し、光半導体素子１３を駆動ＩＣ１４と一部重なるようにフレキシブル光電配線板１０の裏面上に搭載する。駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３は貫通ビア（貫通配線）１５を介して電気接続する。これにより、駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３を接続する電気配線長をフレキシブル光電配線板１０の厚み（例えば１００μｍ）まで短くすることができる。
【００１６】
ここで、信号入力配線１１ａ、信号出力配線１１ｂは、一般に差動信号配線が用いられ、伝送路の特性インピーダンスを適切にすることで電磁ノイズ放射の抑制が可能である。一方、駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３を接続する電気配線はシングルエンド配線であるため、電磁ノイズ放射が大きくなりやすい。本実施形態のフレキシブル光電配線モジュールでは、貫通ビア１５を用いることにより電気配線長をフレキシブル光電配線板１０の厚みまで薄くすることで、フレキシブル光電配線モジュールからの電磁ノイズ放射を大幅に抑制することができる。
【００１７】
光半導体素子１３は、フレキシブル光電配線板１０を基板面に垂直方向から見たときに駆動ＩＣ１４と一部だけ重なるように、フレキシブル光電配線板１０に搭載してある。駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３の位置関係によって、光半導体素子１３や駆動ＩＣ１４の信号入出力パッド（不図示）やバンプ１７を形成する箇所を適宜変更可能である。
【００１８】
例えば、図３（ａ）の上面図及び図３（ｂ）の断面図に示すように、光半導体素子１３は駆動ＩＣ１４の搭載領域と全体が重なるように配置することができる。この場合、光半導体素子１３の搭載面の反対面が全て駆動ＩＣ１４となる。このため、光半導体素子１３をフレキシブル光電配線板１０に搭載する際、光半導体素子１３に形成された全てのバンプを均一にフレキシブル光電配線板１０に接合することが容易になる。
【００１９】
また、図４（ａ）の上面図及び図４（ｂ）の断面図に示すように、光半導体素子１３は駆動ＩＣ１４と重ならないようにフレキシブル光電配線板１０に搭載しても良い。この場合でも、駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３を同一面上に実装する場合の実装マージン（例えば駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３の間隔が１ｍｍ）を削減することは可能である。このため、駆動ＩＣ１４と光半導体素子１３を接続する電気配線長を短くしてフレキシブル光電配線モジュールからの電磁ノイズ放射を抑制することができる。また、光半導体素子１３の搭載面の反対面に駆動ＩＣ１４が無いため、光半導体素子１３に形成された全てのバンプを均一にフレキシブル光電配線板１０に接合することが容易になる。
【００２０】
フレキシブル光電配線板１０は、可撓性を有し、例えば幅１０ｍｍ、長さ１５０ｍｍとする。さらに、フレキシブル光電配線板１０は図２に示すように、第１のベースフィルム２０（例えばポリイミド、厚さ２５μｍ）、電気配線１１（例えば圧延Ｃｕ、厚さ１２μｍ）、光導波路コア１２（例えば厚さ３０μｍ）、光導波路クラッド２１（２１ａ，２１ｂ）（例えば合計厚さ５０μｍ）、第２のベースフィルム２２（例えばポリイミド、厚さ２５μｍ）を積層して貼り合わせたラミネート構造を有する。
【００２１】
電気配線１１として用いるＣｕ箔は、接着層を介して第１のベースフィルム２０と一体化したものや、Ｃｕ箔を表面粗化して第１のベースフィルム２０の表面に直接熱圧着したものを用いれば良い。電気配線１１は、第１のベースフィルム２０上に積層したＣｕ箔のパターニングで形成し、その一部に例えばＮｉ／Ａｕ（例えば厚さ５μｍ／０．３μｍ）をメッキして電気接続端子として用いても良い。電気配線１１の一部は、光半導体素子１３や駆動ＩＣ１４に接続し、後述の電気入出力による光信号の伝送が可能である。なお、電気配線１１のパターニング形状は必要に応じて適宜変更可能である。さらに、電気接続端子や放熱用のランド等を除き、電気配線１１の表面はカバーレイやフォトレジストを積層して絶縁することが望ましい。
【００２２】
光導波路コア１２及び光導波路クラッド２１は、光伝送波長に対して透明な材料（例えばアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂）であり、これらが光配線層を構成する。光配線層を形成するには、第１のベースフィルム２０の裏面側に第１の光導波路クラッド２１ａ、光導波路コア１２を順に積層して貼り合わせ、上記した電気配線１１のパターニング形状に合わせて光導波路コア１２をパターニングする。続いて、第２の光導波路クラッド２１ｂをパターニングされた光導波路コア１２上に積層して貼り合わせる。光導波路コア１２は、光導波路クラッド２１よりも屈折率が高いため、光配線路である光導波路コア１２に入射した光は、光導波路コア１２に閉じ込められて伝播する。
【００２３】
上述のように光配線層を形成することで、光導波路コア１２と電気配線１１の位置合わせを非常に高精度に行うことができる。これにより、例えば個別に形成した光のフレキシブル配線板と電気のフレキシブル配線板を位置合わせして貼り合わせた複合型のフレキシブル光電配線板に比し、光半導体素子１３と光導波路コア１２との位置合わせ精度を高くすることができる。さらに、温度変化による光半導体素子１３と光導波路コア１２との相対位置変動を小さくすることができ、生産性や信頼性の高いフレキシブル光電配線モジュールが実現できる。
【００２４】
なお、上記した光導波路コア１２は、感光して屈折率が変化する樹脂を光導波路フィルムとして用い、この光導波路フィルムへのパターン露光によって形成することも可能である。また、上記した光配線層の形成方法では、まず電気配線１１を形成し、電気配線１１のパターニング形状に位置合わせして光導波路コア１２をパターニング形成する例を示したが、逆に、まず光配線層を形成し、光導波路コア１２のパターニング形状に位置合わせして電気配線１１をパターニング形成することもできる。なお、光導波路コア１２の本数及びパターニング形状は必要に応じて適宜変更可能である。
【００２５】
光導波路コア１２の両端には４５度ミラーを設けており、光導波路コア１２を伝播する光をフレキシブル光電配線板１０の表面に対してほぼ垂直方向に取り出すこと、及びフレキシブル光電配線板１０の表面に対してほぼ垂直方向から入射した光を光導波路コア１２に結合することができる。４５度ミラーは、例えばレーザアブレーション、ダイシング、プレス加工等で形成可能であり、反射率向上のためミラー面に金属（例えばＡｕ等）を蒸着しても良い。なお、４５度ミラーの角度（光の進行方向に対する角度）は正確に４５度でなくとも良いが、実効的には３０度から６０度の範囲に収めることが望ましい。
【００２６】
第２の光導波路クラッド２１ｂ上には、例えばエポキシ系樹脂からなる接着層を介してＣｕ箔（電気配線１１）付きの第２のベースフィルム２２を積層してある。第２のベースフィルム２２上の電気配線１１は、第１のベースフィルム２０上の電気配線１１と同様にして形成することができる。第２のベースフィルム２２を積層後、例えばレーザ加工により、第１のベースフィルム２０上の電気配線１１から第２のベースフィルム２２上の電気配線１１に到達する貫通穴を形成し、例えばＣｕめっき処理により第１のベースフィルム２０上の電気配線１１と第２のベースフィルム２２上の電気配線１１を接続する貫通ビア１５を形成する。第２のベースフィルム２２により、光配線層の保護と共に、フレキシブル光電配線板１０の裏面への光半導体素子の実装や回路パターニングが可能となっている。
【００２７】
なお、上述した貫通穴は、例えばパンチ加工やドリル加工でも形成可能である。また本実施例では、第１のベースフィルム２０に光配線層を形成した後に第２のベースフィルム２２を積層する例を示したが、第２のベースフィルム２２に光配線層を形成した後に第１のベースフィルム２０を積層しても良い。また、駆動ＩＣ１４を第２のベースフィルム２２上の電気配線１１に搭載し、光半導体素子１３を第１のベースフィルム２０上の電気配線１１に搭載しても良い。
【００２８】
貫通ビア１５は、光配線路１２の延長上を避けた領域に形成するのが望ましい。これにより、光半導体素子１３と対向する４５度ミラーと貫通ビア１５との距離が遠くなり、貫通ビア１５形成時、或いは、貫通ビア１５形成後の温度変化による熱膨張時に、４５度ミラーが変形したり、前述のミラー面に形成した金属膜が剥離したりして、４５度ミラーにおける光損失が増大することを防ぐことができる。
【００２９】
光半導体素子１３は、例えばＧａＡｓ基板に作製した発光素子又は受光素子を用い、発光又は受光波長を例えば８５０ｎｍとする。発光素子１３ａとして例えば面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：ＶＣＳＥＬ）、受光素子１３ｂとして例えばＰＩＮフォトダイオード（Photo Diode：ＰＤ）を用いることができる。なお、光半導体素子１３は化合物半導体（例えば、ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ，ＳｉＧｅ等）やＳｉ、Ｇｅ等の基板に形成しても良いし、発光又は受光波長は必要に応じて適宜変更可能である。また、光半導体素子１３として、１つのチップ内に複数の光素子が形成されたアレイチップを用いても良いし、１つのチップ内に発光素子と受光素子の両方が形成された光半導体素子を用いても良い。さらに、１つの素子で発光と受光の両方が可能な光半導体素子を用いても良い。
【００３０】
光半導体素子１３は、その発光部又は受光部が光導波路コア１２に形成した４５度ミラーと対向するように位置合わせして例えば超音波フリップチップ実装によりフレキシブル光電配線板１０に搭載する。これにより、光導波路コア１２の一端側に搭載された発光素子１３ａと他端側に搭載された受光素子１３ｂは、光導波路コア１２を通して光結合しており、フレキシブル光電配線モジュールの一端側と他端側の間で光信号伝送を行うことができる。また、光半導体素子１３は、光半導体素子１３に形成されたＡｕバンプ１７を介して電気配線１１に電気接続しており、これにより電気入出力で光信号の伝送が可能である。電気接続方法として、例えば、半田バンプによるバンプ接続や、ワイヤボンディング接続を用いても良い。
【００３１】
図１では、フレキシブル光電配線板１０の一端側に発光素子１３ａを１つ、他端側に受光素子１３ｂを１つ搭載しているが、更に別の光半導体素子を搭載しても良い。図１では光信号の伝送方向をフレキシブル光電配線板１０の一端側から他端側への単方向としているが、一端側に受光素子、他端側に発光素子を搭載して、図１とは逆方向の光信号伝送を行っても良いし、一端側に発光素子と受光素子、他端側に受光素子と発光素子を搭載して双方向の光信号伝送を行っても良い。
【００３２】
駆動ＩＣ１４は、例えば超音波フリップチップ実装によりフレキシブル光電配線板１０に搭載し、駆動ＩＣ１４に形成されたＡｕバンプ１７を介して電気配線１１に電気接続している。駆動ＩＣ１４ａは、電気配線１１ａから入力される電気信号に応じて発光素子１３ａにバイアス電流及びドライブ電流を供給する。駆動ＩＣ１４ｂは、受光素子１３ｂに逆バイアス電圧を印加すると共に、受光素子１３ｂが生成する受光電流を増幅し、電気配線１１ｂに電気信号を出力する。なお、駆動ＩＣ１４は、駆動ＩＣ１４ａ，１４ｂの両方の機能を有しても良い。さらに、例えばパラレル電気信号をシリアル電気信号に変換するシリアライズ機能、シリアル電気信号をパラレル電気信号に変換するデシリアライズ機能等の別の回路機能を有しても良い。上述の発光素子１３ａ用の駆動ＩＣ１４ａにシリアライズ機能を搭載し、上述の受光素子１３ｂ用の駆動ＩＣ１４ｂにデシリアライズ機能を搭載すれば、複数の電気入力信号を、少数の光信号に変換して伝送することができる。
【００３３】
光半導体素子１３及び駆動ＩＣ１４の底面及び側面にはアンダーフィル樹脂１８を塗布してある。アンダーフィル樹脂１８は、例えばエポキシ系樹脂であって、例えば加熱又は紫外線照射等によって固化してある。アンダーフィル樹脂１８により、電気配線１１と光半導体素子１３及び駆動ＩＣ１４との電気接続を高信頼で保持できる。また、光半導体素子１３と光導波路コア１２との間にできる空隙を埋めて光結合効率を向上すると共に、光半導体素子１３と光導波路コア１２との間にできる空隙での光の反射を抑制することが可能であり、高効率且つ高信頼の光結合が可能となる。
【００３４】
なお、光半導体素子１３と光導波路コア１２との間にできた空隙の充填に用いるアンダーフィル樹脂と、電気配線１１と光半導体素子１３及び駆動ＩＣ１４との電気接続の保持に用いるアンダーフィル樹脂は異なる樹脂を用いても良い。何れの場合にも、光半導体素子１３と光導波路コア１２との間にできた空隙の充填に用いるアンダーフィル樹脂は、光伝送波長に対して透明であることが望ましい。
【００３５】
このように本実施形態によれば、光半導体素子１３と駆動ＩＣ１４を搭載したフレキシブル光電配線モジュールにおいて、光半導体素子１３と駆動ＩＣ１４を反対側の面に搭載し、これらの間を貫通ビア１５で電気接続することにより、電磁ノイズ放射の抑制を可能にすることができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
図５及び図６は、第２の実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールを説明するためのもので、図５はフレキシブル光電配線モジュールの全体構成を示す上面図、図６はフレキシブル光電配線モジュールの素子搭載部の構成を示す断面図である。
【００３７】
本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、電気配線を有するフレキシブル電気配線板と、電気配線と光配線路を有するフレキシブル光電配線板とを積層したことである。
【００３８】
フレキシブル光電配線板１０は第１の実施形態と同様に、表面側に駆動ＩＣ１４が搭載され、裏面側に光半導体素子１３が搭載され、これらの間は貫通ビア１５により接続されている。また、電気配線１１として、信号入力配線１１ａ、信号出力配線１１ｂ、駆動ＩＣ１４ａの電源配線１１ｃとグランド配線１１ｅ、駆動ＩＣ１４ｂの電源配線１１ｄとグランド配線１１ｆが形成されている。但し、図１とは異なり、フレキシブル光電配線板１０の一端から他端への電気配線は形成されていない。
【００３９】
フレキシブル電気配線板３０は、電気配線を有するものであり、駆動ＩＣ１４に接続される電気配線３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆと、フレキシブル電気配線板３０の一方の端部から他方の端部まで延在した電気配線３１ｇ，３１ｈを有している。なお、電気配線３１ｇ，３１ｈの一部はフレキシブル光電配線板１０と重なる領域にも形成されている。
【００４０】
フレキシブル光電配線板１０の電気配線１１と、フレキシブル電気配線板３０の電気配線３１は、ワイヤボンディング４１によって電気接続されている。電気接続の方法として、例えば、インクジェット配線、スタッドバンプ、異方性導電フィルム（Anisotropic Conductive Film：ＡＣＦ）、異方性導電ペースト（Anisotropic Conductive Paste：ＡＣＰ）を用いても良い。電気接続箇所にはモールド樹脂（例えばエポキシ系樹脂）を塗布することが望ましい。
【００４１】
フレキシブル光電配線板１０は、先述したように電気入出力の光信号伝送が可能であるため、フレキシブル光電配線板１０の電気配線１１とフレキシブル電気配線板３０の電気配線３１とを電気接続するだけでフレキシブル光電配線モジュールを作製することができる。これにより、温度変化による熱膨張や屈曲・撓みによる変形時の光軸ずれの恐れが無いため、フレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０を光接続する場合（例えば、フレキシブル光電配線板１０の光配線路とフレキシブル電気配線板３０に搭載された光半導体素子とを光結合させる場合）に比し、接続信頼性を大幅に高めることができる。
【００４２】
なお、本実施形態のフレキシブル光電配線モジュールでは、フレキシブル光電配線板１０の裏面をフレキシブル電気配線板３０の表面に搭載したが、フレキシブル光電配線板１０の表面をフレキシブル電気配線板３０の表面に搭載するか、フレキシブル光電配線板１０の表面をフレキシブル電気配線板３０の裏面に搭載するか、フレキシブル光電配線板１０の裏面をフレキシブル電気配線板３０の裏面に搭載しても良い。
【００４３】
フレキシブル電気配線板３０は可撓性を有するものであり、図６に示すように、電気配線３１（例えば圧延Ｃｕ箔、厚さ１２μｍ）、ベースフィルム３２（例えばポリイミド、厚さ２５μｍ）、補強板３３（例えばポリイミド、厚さ１００μｍ）などから構成される。フレキシブル電気配線板３０はこれらを積層して貼り合わせたラミネート構造を有し、例えば幅１０ｍｍ、長さ１５０ｍｍとする。
【００４４】
電気配線３１として用いるＣｕ箔は、接着層を介してベースフィルム３２と一体化したものや、Ｃｕ箔を表面粗化してベースフィルム３２に直接熱圧着したものを用いれば良い。電気配線３１は、ベースフィルム３２上に積層したＣｕ箔のパターニングで形成し、その一部に例えばＮｉ／Ａｕ（例えば厚さ５μｍ／０．３μｍ）をメッキして電気接続端子として用いても良い。なお、電気配線３１のパターニング形状は必要に応じて適宜変更可能である。また、電気接続端子や放熱用のランド等を除き、電気配線３１の表面はカバーレイやフォトレジストを積層して絶縁することが望ましい。
【００４５】
フレキシブル電気配線板３０には、フレキシブル光電配線板１０の光半導体素子１３と対向する位置に貫通穴を設けることが望ましい。これにより、光半導体素子１３がフレキシブル電気配線板３０の貫通穴に配置され、光半導体素子１３とフレキシブル電気配線板３０が干渉しないため、フレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０の貼り合わせが容易になる。
【００４６】
接着シート４０は、フレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０を接着固定する。接着シート４０としては、例えばエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂等からなる粘着剤をシート状に成形したものや、ポリイミド等の樹脂フィルム若しくはＡｌやＣｕ等の金属箔からなる基材の両面に上記の粘着剤からなる粘着層を形成したもの等を用いることができ、厚みは例えば５０μｍとする。
【００４７】
なお、図６では、フレキシブル光電配線板１０の両端に位置する光半導体素子１３や駆動ＩＣ１４の搭載部分の近傍に接着シート４０を用いているが、フレキシブル光電配線板１０の一端から他端まで至る１枚の接着シートを用いても良い。また、接着シート４０の代わりに、例えばモールド樹脂でフレキシブル光電配線板１０をフレキシブル電気配線板に固定しても良い。
【００４８】
このように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、フレキシブル光電配線板１０の表面側に駆動ＩＣ１４を搭載し、裏面側に光半導体素子１３を搭載し、これらの間を貫通ビア１５により接続する構成としているので、第１の実施形態と同様の効果が得られる。これに加えて、フレキシブル光電配線モジュールの一端から他端への電力供給や、低速の信号伝送を、フレキシブル光電配線板１０とは別のフレキシブル電気配線板３０の電気配線３１（３１ｇ，３１ｈ）で行うことにより、フレキシブル光電配線板１０の面積を最小限に抑えることが可能である。これにより、フレキシブル光電配線板１０のみで全ての電気配線及び光信号伝送を行う場合に比べて、フレキシブル光電配線モジュールの低コスト化が可能である。さらに、フレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０は電気接続してあるため、高い接続信頼性を実現することができる。
【００４９】
（第３の実施形態）
図７（ａ）（ｂ）は、第３の実施形態に係わるフレキシブル光電配線モジュールを説明するためもので、（ａ）は配線フィンを積層する前の状態を示す上面図、（ｂ）は配線フィンを積層した後の状態を示す上面図である。なお、フレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０の外形のみを示し、他の部分は省略している。
【００５０】
本実施形態は、フレキシブル光電配線モジュールの配線領域の屈曲性若しくは捻回性を向上させたものである。
【００５１】
本実施形態のフレキシブル光電配線モジュールでは、フレキシブル電気配線板３０の配線方向に平行する貫通スリット５０（例えば幅０．１ｍｍ）を設け、フレキシブル電気配線板３０の配線領域を複数の配線フィン（例えば幅１ｍｍ）に分割し、分割された１つの配線フィン上にフレキシブル光電配線板１０を搭載している。フレキシブル光電配線板１０には、第２の実施形態と同様のものを用いることができ、フレキシブル電気配線板３０には、第２の実施形態と同様のものに貫通スリット５０を設ければよい。
【００５２】
図７（ａ）に示したフレキシブル光電配線モジュールは、図７（ｂ）に示すように、フレキシブル電気配線板３０の一方の端部領域、配線領域、他方の端部領域をクランク形になるように配置し、各々の配線フィンが隣接する配線フィンと表面と裏面を対向するように複数の細線を重ね、束線帯５１を用いて複数の細線を束ねることで、配線領域が１束の細いフレキシブル配線板として扱うことができる。このため、屈曲動作に加えて回転動作や捻り動作等にも対応することが可能である。
【００５３】
フレキシブル電気配線板３０を、フレキシブル光電配線板１０の長辺方向に沿って折り曲げたり丸めたりすることで、小径のヒンジにも配線可能となる。フレキシブル光電配線板１０の長辺方向に沿ってスリットやハーフカット加工を行うことで、折り曲げやすくしても良い。
【００５４】
なお、全ての配線フィンの幅、間隔は、ほぼ同等にすることが望ましい。これにより、フレキシブル光電配線モジュールを上述のように束線した際に、一部の細線に張力が集中するようなことがなくなる。また、複数の配線フィンの全てが同等に引っ張られるため、複数の配線フィンを束ねた領域において複数の配線フィンの整列性が良く、一部の配線フィンがばらけるようなこともない。なお、フレキシブル光電配線モジュールの配線フィンの重ね方は、他の方法（例えば、各々の配線フィンが隣接する配線フィンと表面と表面若しくは裏面と裏面を対向するように複数の配線フィンを重ねる）を用いても良い。
【００５５】
束線帯５１は、例えば弗素樹脂系のシールテープを用いることができる。束線帯５１には粘着剤のないテープを用い、束線帯の内側で各配線フィンが動けるようにしておくことが配線フィンのたるみや応力を取り除くためには望ましい。なお、束線帯５１の数は必要に応じて適宜変更可能であるし、個別の束線帯ではなく、例えば束ねた配線フィンの一端から他端まで連続した束線帯を用いても良い。また、束ねた複数の配線フィンがばらける恐れが無いか、ばらけても構わない場合は、束線帯５１を用いなくても良い。貫通スリット５０を形成する部分には電気配線を設けないことが望ましい。
【００５６】
フレキシブル光電配線板１０は、その全面をフレキシブル電気配線板３０に貼り付けても良いし、その端部近傍領域のみをフレキシブル電気配線板３０に貼り付けても良い。また、フレキシブル光電配線板１０を配置する箇所のフレキシブル電気配線板３０の配線フィンを除去してもよい。この場合、配線領域においてフレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０の重なりが無くなり、フレキシブル光電配線モジュールの配線領域を屈曲や摺動する際の最小曲げ半径を小さくすることができる。さらに、フレキシブル光電配線板１０とフレキシブル電気配線板３０の擦れを無くして繰り返し屈曲・摺動に対する耐久性を向上させることができる。
【００５７】
このように本実施形態によれば、第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、フレキシブル光電配線モジュールの更なる屈曲性及び捻回性の向上を図ることができる。
【００５８】
（変形例）
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではない。光半導体素子である発光素子は、発光ダイオードや半導体レーザ等、種々の発光素子が使用可能である。光半導体素子である受光素子は、ＰＩＮフォトダイオード、ＭＳＭフォトダイオード、アバランシェ・フォトダイオード、フォトコンダクター等、種々の受光素子が使用可能である。フレキシブル電気配線板には、ＦＰＣやＦＦＣなどがあり、何れでも本発明が適用可能である。フレキシブル電気配線板及びフレキシブル光電配線板のベースフィルムには、ポリイミドの他、液晶ポリマーや他の樹脂を用いることができる。フレキシブル電気配線板の電気配線は単層でも多層でも構わない。フレキシブル光電配線板の電気配線及び光配線層は、単層でも多層でも構わない。
【００５９】
本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１０…フレキシブル光電配線板、１１（１１ａ〜１１ｈ）…電気配線、１２…光配線路（光導波路コア）、１３（１３ａ，１３ｂ）…光半導体素子、１４（１４ａ，１４ｂ）…駆動ＩＣ、１５…貫通ビア（貫通配線）、１７…バンプ、１８…アンダーフィル樹脂、２０，２２，３２…ベースフィルム、２１（２１ａ，２１ｂ）…光導波クラッド、３０…フレキシブル電気配線板、３１（３１ａ〜３１ｈ）…電気配線、４０…接着シート、５０…貫通スリット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光配線路と電気配線を有する可撓性のフレキシブル光電配線板と、
前記フレキシブル光電配線板の一主面上に搭載され、前記電気配線に電気的に接続され、前記光配線路に光結合された光半導体素子と、
前記フレキシブル光電配線板の前記一主面と反対側の面に搭載され、前記電気配線に電気的に接続され、前記光半導体素子を駆動する駆動ＩＣと、
前記フレキシブル光電配線板を貫通して設けられ、前記光半導体素子と前記駆動ＩＣを電気的に接続する貫通配線と、
を具備したことを特徴とするフレキシブル光電配線モジュール。
【請求項２】
電気配線を有する可撓性のフレキシブル電気配線板をさらに具備し、
前記フレキシブル電気配線板上に前記フレキシブル光電配線板が搭載されていると共に、前記フレキシブル光電配線板の電気配線と前記フレキシブル電気配線板の電気配線とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル光電配線モジュール。
【請求項３】
前記フレキシブル電気配線板に貫通穴を形成し、前記光半導体素子又は前記駆動ＩＣが前記貫通孔に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のフレキシブル光電配線モジュール。
【請求項４】
前記光半導体素子は、前記フレキシブル光電配線板の垂直方向の投影で前記駆動ＩＣと重なる領域に搭載されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のフレキシブル光電配線モジュール。
【請求項５】
前記貫通配線は、前記光配線路の延長上を避けた領域に形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のフレキシブル光電配線モジュール。
【請求項１】
光配線路と電気配線を有する可撓性のフレキシブル光電配線板と、
前記フレキシブル光電配線板の一主面上に搭載され、前記電気配線に電気的に接続され、前記光配線路に光結合された光半導体素子と、
前記フレキシブル光電配線板の前記一主面と反対側の面に搭載され、前記電気配線に電気的に接続され、前記光半導体素子を駆動する駆動ＩＣと、
前記フレキシブル光電配線板を貫通して設けられ、前記光半導体素子と前記駆動ＩＣを電気的に接続する貫通配線と、
を具備したことを特徴とするフレキシブル光電配線モジュール。
【請求項２】
電気配線を有する可撓性のフレキシブル電気配線板をさらに具備し、
前記フレキシブル電気配線板上に前記フレキシブル光電配線板が搭載されていると共に、前記フレキシブル光電配線板の電気配線と前記フレキシブル電気配線板の電気配線とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル光電配線モジュール。
【請求項３】
前記フレキシブル電気配線板に貫通穴を形成し、前記光半導体素子又は前記駆動ＩＣが前記貫通孔に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のフレキシブル光電配線モジュール。
【請求項４】
前記光半導体素子は、前記フレキシブル光電配線板の垂直方向の投影で前記駆動ＩＣと重なる領域に搭載されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のフレキシブル光電配線モジュール。
【請求項５】
前記貫通配線は、前記光配線路の延長上を避けた領域に形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のフレキシブル光電配線モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９７１４７（Ｐ２０１３−９７１４７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３９２５５（Ｐ２０１１−２３９２５５）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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