光電気混載可撓性プリント配線板及びその受発光素子実装方法
【課題】受発光素子と光導波路の位置合わせ、光路等の封止を容易にでき、可及的に薄型の光電気混載可撓性プリント配線板及びその受発光素子実装方法を提供する。
【解決手段】発光素子２と受光素子３はベアチップ形態で、それぞれ受光部２ｂと発光部３ｂの反対面に電極２ａ、３ｂを有する面発光型発光素子と面受光型受光素子であり、発光素子２、受光素子３および光導波路４が、可撓性プリント配線板本体１Ａの一方の面に実装され、発光素子２の発光部２ｂ、光導波路コア４、受光素子３の受光部３ｂが略同軸上に配置されており、発光素子２および受光素子３が可撓性プリント配線板本体１Ａ表面と直交方向に対し、受発光方向が略９０°となるように実装されていることを特徴とする。
【解決手段】発光素子２と受光素子３はベアチップ形態で、それぞれ受光部２ｂと発光部３ｂの反対面に電極２ａ、３ｂを有する面発光型発光素子と面受光型受光素子であり、発光素子２、受光素子３および光導波路４が、可撓性プリント配線板本体１Ａの一方の面に実装され、発光素子２の発光部２ｂ、光導波路コア４、受光素子３の受光部３ｂが略同軸上に配置されており、発光素子２および受光素子３が可撓性プリント配線板本体１Ａ表面と直交方向に対し、受発光方向が略９０°となるように実装されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性を有する光導波路を有する光電気混載可撓性プリント配線板及びその受発光素子実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化および高機能化は益々促進されてきており、そのために回路基板に対する高密度化の要求が高まってきている。そこで、回路基板を片面から両面や三層以上の多層回路基板とすることにより、回路基板の高密度化を図っている。
その一環として、特許文献１に記載のような混成多層回路基板が、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普及している。この混成多層回路基板は、各種電子部品を実装する多層回路基板や硬質回路基板間を、コネクタ等を介して、別体の可撓性プリント配線板やフレキシブルフラットケーブルを一体化した可撓性ケーブル部によって接続する構成となっている。
【０００３】
特にこれらの機器は情報量が増えてきており、これを伝送するための信号伝送速度はますます、高速になっていく傾向にある。パソコンにおいては２０１０年から２０１１年にかけて、伝送速度が６Ｇｂｐｓの伝送規格へ移行しており、線路での伝送損失に対する考慮はますます重要になっている。
【０００４】
さらに、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り、外部または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。高速信号伝送を行う基板は、特性インピーダンス整合された伝送線路が必要となり、これをもっても、伝送損失が許容できない領域になりつつある。
上述のスパイクノイズに対しては伝送線路や機器内の耐ノイズ対策を講じる必要があり、伝送線路に対してはシールドを形成しなければならない。そのために、厚みが増し、ノートパソコン等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。このことから、電気信号を高速伝送するための損失や耐ノイズの問題を解決すべく、長距離伝送の分野で実用化されている光ファイバーを用いた光信号による高速信号伝送が、小型機器内でも適用を検討されている。
【０００５】
さらに、上述のヒンジ部等に適用できるよう、可撓性を有する有機系のポリマー光導波路を、可撓性プリント配線板と組み合わせた伝送線路が特許文献２、特許文献３等に記載されている。
しかしながら、弾性率および耐熱性の低い樹脂材料からなる可撓性プリント配線板とポリマー光導波路を組み合わせた伝送線路は、発光、受光する光素子を実装する方法や条件に大きな制約がある。また、各部材の位置合わせ、ポリマー光導波路への４５°ミラーの形成、光路やミラー面の保護を行う必要があり、煩雑な工程が必要であり、歩留り良く安価に製造することは構造上困難であった。
これらのことから、光導波路を有する光電気混載可撓性プリント配線板を安価に安定的に製造可能な構造が望まれている。
【０００６】
図４は、特許文献３に記載の従来の光導波路を有する光電気混載可撓性プリント配線板の構造を模式的に示す断面構造図である。
すなわち、可撓性プリント配線板本体１０１の一方の面上に、電極部１０２ａ及び発光部１０２ｂを備えた発光素子１０２と、電極部１０３ａ、受光部１０３ｂを備えた受光素子１０３が所定間隔を隔てて搭載されている。
フレキシブルプリント配線基板１０１には、発光部１０２ｂ及び受光部１０３ｂに対応
して裏面に向けて別に穴加工された光路孔１０４，１０４が設けられ、両面フレキシブルプリント配線基板１０１の反対面には、可撓性を有するポリマー光導波路１０５が接着剤１０６を介して張り合わされている。
【０００７】
光導波路１０５のコア１０５ａの延長上にはミラー部１０７が形成されている。発光素子１０２は、比較的安価な半導体レーザであるＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ［垂直共振器面発光レーザ：半導体ウエハー基板の垂直方向に発光する］）が用いられ、このＶＣＳＥＬの波長８５０ｎｍに合わせ、受光素子１０３は波長８５０ｎｍに感度を有するフォトダイオードが用いられている。
発光素子１０２及び受光素子１０３の各電極１０２ａ、１０３ａは、発光部１０２ｂ及び受光部１０３ｂ側の面に設けられており、フレキシブル配線基板１０１に対して、半田バンプ１０９を用いてフリップチップボンディング方式により実装されている。
【０００８】
発光素子１０２及び受光素子１０３の実装については、図４（Ｂ）乃至（Ｅ）に示すように、次の手順で行われる。実装手順については、発光素子１０２も受光素子１０３も同じなので、以下、受発光素子１２３と記載する。
ｉ）ピックアップ前にＣＣＤ等のカメラ１１１にて認識する（図４（Ｂ）参照）。
ii)受発光素子１２３の対向する２側面を、ピックアップツール１１２でピックアップし
、実装前の受発光素子１１２をストックしているトレー上から実装装置（ここではフリップチップボンダー）内へ移動する（図４（Ｃ）参照）。
ｉｉｉ）ピックアップツール１１２が１８０°反転し、実装用の吸引ノズル１１３へ受発光素子１２３を持ちかえる（図４（Ｄ）参照）。
ｉｖ）吸引ノズル１１３で受発光素子１２３を吸着し、カメラ１１４で受発光素子１２３を認識し（図４（Ｅ）参照）、実装ステージへ移動し、基板へ実装する。
【０００９】
この発光素子１０２、受光素子１０３の下部の空間、光路孔１０４内部、さらにミラー部１０７を保護する必要があり、それぞれ透明性の封止樹脂１０８を用いて封止する。ミラー部１０７においては封止樹脂１０８の屈折率が高い場合にはミラーとして機能しなくなることから、スパッタ法、蒸着法等で金属薄膜をミラー部１０７に形成する必要もある。可撓性プリント配線板本体１０１および光導波路１０５とも可撓性を備えていることから、屈曲を行うことができる。
【００１０】
この従来構造の場合、安定的に光信号伝送するためには、発光部１０２ｂ、発光素子１０２側の光路孔１０４、ミラー部１０７、光導波路１０５、受光素子１０３側の光路孔１０４、受光部１０３ｂの光軸が３０〜５０μｍ程度の精度に入っている必要があり、寸法伸縮が起こり易い可撓性プリント配線板を用いる場合、非常に困難である。
加えて、受発光素子１２３の下部および光路孔１０４内に封止した樹脂部においても光伝送損失が増加するため、信号伝送するために発光素子１０２へ印加する電力を増やす必要があり、消費電力の低減の観点からも不利となる。
【００１１】
これに対して、特許文献４にでは、光導波路へミラーを形成しない光伝送モジュールについて記載されているが、以下の点で問題がある。
図５（Ａ）は、特許文献４に記載の従来の光導波路へミラーを形成しない光伝送モジュールの構造を示す断面構造図である。
発光素子２０２及び受光素子２０３は端面入出射型であり、これはＶＣＳＥＬ等の面発光型の発光素子と比べ高価である。また、この場合も、半田バンプ２０９による実装となっており、導波路２０５とのバンプ高さ方向の位置精度を出すことが困難である。少なく見積もっても１０μｍ単位で変動する。ＸＹ方向の位置精度を確保する手段は記載されているが、Ｚ方向については記載がない。
【００１２】
上記のＸＹ方向の位置精度を確保する方法として、光導波路２０５のＸＹ方向の位置を発光素子２０２及び受光素子２０３実装後にレーザでカットすることが記載されている。この方法では、光導波路２０５の側壁形状が悪く、損失が大きくなること、レーザの加工位置精度が少なくとも数μｍ以上はあるため、ここでも損失が発生してしまう。加えて、本工程は煩雑である。
【００１３】
さらに、特許文献５では、面発光型の発光素子を用い、光導波路へミラーを形成しない光伝送モジュールについて記載されているが、以下の点で問題がある。
図５（Ｂ）は、特許文献５に記載の従来の面発光型の発光素子３０２及び面受光型の受光素子３０３を用い、光導波路３０５へミラーを形成しない光伝送モジュールの構造を模式的に示す断面構造図、同図（Ｃ）は発光素子実装部の拡大図である。
発光素子３０２及び受光素子３０３は面発光型及び面受光型の素子を用いており、これをサブマウント基板３０９に接続し、サブマウント基板３０９をベース３１０へ搭載する際に光軸Ｌが水平方向に向くようにしている。
【００１４】
これに対する懸案は３点ある。
サブマウント基板３０９を用いることで、実質的な発光部３０２ｂ及び受光部３０３ｂの厚みが厚くなり、光通信モジュールとしての厚みを薄くすることが困難である。
サブマウント基板３０９へ発光素子３０２及び受光素子３０３を接続する際、２つある電極の少なくとも１つの電極をワイヤーボンディング３０８で接続しているにもかかわらず、後の工程上の都合等から樹脂等での封止をこの時点では行わないことを勧めている。しかし、このようにすると、サブマウント基板３０９をベース３１０へ搭載して封止されるまでの間に、ワイヤー３０８が切断される恐れがあり、好ましくない。
サブマウント基板３１０へ受発光素子３０２，３０３を接続する際、各素子に２つある電極のうち少なくとも１つの電極をワイヤーボンディングで接続していることから、受発光部３０２ｂ、３０３ｂと光導波路３０５端面の距離がワイヤー３０８のループ分だけ余計に離れてしまうため、伝送損失がここでも発生するため、消費電力低減の観点から不利となる。
サブマウント基板３０９の端面の機械的な精度で発光素子３０２及び受光素子３０３の光軸Ｌの精度が変化するため、高精度にサブマウント基板３０９の外形を加工する必要があり、サブマウント基板３０９の作製がコスト高となる。
【００１５】
また、封止材３０７による固定は、サブマウント基板３０９に接続された発光素子３０２，受光素子３０３及び光導波路３０５の光軸Ｌを位置決めし、一括して封止材３０７で固定するものであり、これに対する懸案は２つある。
第１に、位置決めはアクティブ、パッシブいずれでも良いとの記載があるが、この構成でアクティブアライメントを行うためには、サブマウント基板３０９上にワイヤー３０８がむき出しになった状態での通電が必要であり、やはり、ワイヤー３０８の切断の恐れがあり、位置合わせが実質的に困難であると考えられる。
また、パッシブアライメントのためには、光軸Ｌを所定の位置合わせ、ターゲットに対し合わせ込んでいく必要があるが、光素子側にアライメントマークを作り込んだ場合には、光軸Ｌ方向からの認識が必要となり、困難である。また、面方向からのアライメントでは発光素子３０２及び受光素子３０３の発光部３０２ｂ及び受光部３０３ｂの高さ、光導波路３０５の高さの規定が困難である。このことから、ある程度の位置ズレ、を見込んでおく必要があり、やはり消費電力の観点で不利となる。
この工法は光軸Ｌの位置決めを行い、これを保持している状態で一括して封止しなければ成立しないと考えられるが、サブマウント基板３０９、光導波路３０５の仮固定方法に関する十分な記述はなく、接着剤層を加えていることは読み取れないため、実施は困難である。
【００１６】
このように、ミラーを形成しない特許文献４、特許文献５のような光伝送モジュールの発光素子及び受光素子を、受発光部の反対面に電極があるもので置き換えることも考えられるが、好適な小型の素子はなく、薄型の光伝送モジュールを実現することは困難であった。
例えば、特許文献６に記載されているようなＬＥＤパッケージがあるが、そのサイズは小型のものでも、長さ１．６ｍｍ×幅０．８ｍｍ×厚み０．２５ｍｍと大きく、取り付けた際の光伝送モジュール厚み方向は０．８ｍｍとなってしまうため、薄型化・小型化を達成することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特許第２６３１２８７号公報（第４ページ、第５図）
【特許文献２】特開２００９−５８９２３号公報（第１７ページ、第１１図）
【特許文献３】特開２０１０−２８６７７７号公報（第１３ページ、第５図）
【特許文献４】特開２０１０−２６５０８号公報（第１６ページ、第１図）
【特許文献５】特開２００８−１０８３７号公報（第１８ページ、第６図）
【特許文献６】特開平１０−２９４４９６号公報（第３ページ、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記した従来技術の問題を考慮してなされたもので、その目的は、受発光素子と光導波路の位置合わせ、光路等の封止を容易にでき、可及的に薄型の光電気混載可撓性プリント配線板及びその受発光素子実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的達成するために、本願発明は次のように構成される。
第１の発明は、少なくとも１層の導電層と可撓性絶縁層を有する可撓性プリント配線板本体と、該可撓性プリント配線板本体に接着剤を介して接着される光導波路とを備え、
該光導波路は、少なくとも２つの光入出力部を有する１本以上の可撓性の光導波路コアと、少なくとも前記光導波路コアに接する可撓性の光導波路クラッドとを備えた構成で、
前記可撓性プリント配線板本体には、発光素子と受光素子が実装され、発光素子の発光部からの光が光導波路を通じて受光部に伝送される構成の光電気混載可撓性プリント配線板において、
前記発光素子と受光素子はベアチップ形態で、それぞれ受光部と発光部の反対面に電極を有する面発光型発光素子と面受光型受光素子とし、
前記発光素子、前記受光素子および光導波路が、可撓性プリント配線板本体の一方の面に実装され、前記発光素子の発光部、前記光導波路コア、前記受光素子の受光部が略同軸上に配置されており、前記発光素子および受光素子を前記可撓性プリント配線板本体表面と直交方向に対し、受発光方向が略９０°となるように実装されていることを特徴とする。
前記発光素子及び前記受光素子の各電極は、可撓性プリント配線板本体への実装時に底部側となる前記発光素子、前記受光素子の固定面側に片寄せて配置されていることが好ましい。
前記発光素子の発光部と前記光導波路の光入力部、前記受光素子の受光部と前記光導波路の光出力部は各々一体の封止樹脂にて封止することが好ましい。
【００２０】
また、本発明の光電気混載可撓性プリント配線板の受発光素子実装方法は、
前記発光素子と前記受光素子を受発光素子と記載し、発光素子と受光素子の発光部と受光部を受発光素子の受発光部と記載するものとすると、受発光部を上に向けて載置されて
いる多数の受発光素子から、第１のカメラによってピックアップ対象の受発光素子を認識し、
認識したピックアップ対象の受発光素子について、前記受発光部が設けられた受発光面に対して直角の４端面のうち対向する２端面をピックアップツールによって把持して実装装置内へ移動し、
ピックアップツールを９０°回転させ、吸引手段によって回転した受発光素子の受発光面とは反対側の面を吸引保持し、受発光部の受発光方向を水平方向に向ける共に受発光素子の四端面のうちの底部固定面が吸引手段の吸引保持部からはみ出す形で下方に向け、
前記吸引手段で吸引保持した受発光素子の外形を第２のカメラによって認識して実装ステージへ移動し、可撓性プリント配線板本体に対して固定面を固定することにより、前記可撓性プリント配線板本体の表面と直交する方向に対して受発光方向が略９０°となるように、前記受発光素子を実装することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
これらの特徴により、本発明は次のような効果を奏する。
本発明による光導波路を有する光電気混載可撓性プリント配線板は、発光素子、光導波路、受光素子が可撓性プリント配線板本体の一方の面に実装され、発光素子の発光部、光導波路コア、前記受光素子の受光部が略同軸上に配置されていることから、発光素子の発光部と光導波路コアの入出力部である端面までの距離、受光素子の受光部と光導波路コアの端面までの距離が近く設定でき、光伝送損失が少なく、伝送効率が良い構造となるため、消費電力の低減が可能となる。
【００２２】
また、面方向型の受発光素子を可撓性プリント配線板本体に対し、受発光方向が可撓性プリント配線板本体表面の直交方向に対して略９０°（可撓性プリント配線板本体と平行方向）となるように実装することで、安価な面発光型の発光素子、面受光型の受光素子を適用することが可能となり、部材コストを低減することが可能となる。
さらに、発光素子及び受光素子については、ベアチップ状態の素子単体を直接可撓性プリント配線板本体上へ実装しているため、全体厚みを薄くすることが可能となる。
これらのことから、発光素子及び受光素子と光導波路の位置合わせ、光路等の封止が容易となり、消費電力を低減可能な光導波路を有する光電気混載可撓性プリント配線板を安価で安定的に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る光導波路を備えた光電気混載可撓性プリント配線板の概念的構成を示すもので、(Ａ)は可撓性プリント配線板本体部以外の部分を断面にして示す断面図、同図（Ｂ）は上面図である。
【図２】図１の発光素子及び受光素子の共通構成を受発光素子として示す概念的構成図。
【図３】図２の受発光素子の実装方法を示す概念的断面工程図。
【図４】（Ａ）は、従来の発光素子・受光素子および光導波路が実装された光電気混載可撓性プリント配線板の概念的断面構成図、（Ｂ）は、従来の受発光素子の実装方法を示す概念的断面工程図。
【図５】（Ａ）は他の従来の光電気混載光伝送モジュールの概念的断面構成図。（Ｂ）、（Ｃ）はさらに他の従来の光電気混載光伝送モジュールの概念的断面構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図示の実施の形態を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る光導波路を備えた光電気混載のフレキシブルプリント配線基板の構造図であって、同図（Ａ）は可撓性プリント配線板本体部以外の部分を断面にして示す断面図、同図（Ｂ）は上面図である。
この光電気混載可撓性プリント配線板１は、可撓性プリント配線板本体１Ａと、この可撓性プリント配線板本体１Ａに接着剤５を介して接着される光導波路４と、可撓性プリント配線板本体１Ａに実装されるベアチップ状態の発光素子２及び受光素子３とを備えている。
可撓性プリント配線板本体１Ａの構成自体は、特に図示しないが、少なくとも１層の導電層と可撓性絶縁層を有する通常の構成である。
発光素子２、受光素子３および光導波路４は、可撓性プリント配線板本体１の一方の面に実装され、発光素子２の発光部２ｂ、光導波路コア４ａ、受光素子３の受光部３ｂが略同軸上に配置されている。発光素子２および受光素子３は面発光型及び面受光型の素子で、可撓性プリント配線板本体１と直交方向に対し、受発光方向が略９０°となるように、言い換えれば受発光方向が可撓性プリント配線板本体１と平行方向となるように実装されている。
すなわち、可撓性プリント配線板本体１Ａ上に発光素子２と受光素子３が所定距離離して発光部２ｂと受光部３ｂは互いに対向するように搭載されており、これらの間にポリマー光導波路４が接着剤５を介し、張り合わされている。
また、発光素子２と受光素子３は、可撓性プリント配線板本体１Ａの素子搭載部９にＤＡＦ（ダイアタッチメントフィルム）等の絶縁性の接着層７によって固定され、素子搭載部９に、各素子の電極２ａ、３ａが素子搭載部９とワイヤーボンディングによる電気接続部８を介して電気的に接続されている。
また、発光素子２、受光素子３及び光導波路４の入出力部は、電気接続部８も含めてそれぞれ透明性の封止樹脂１０によって封止されている。
【００２５】
（光導波路の構成）
光導波路４はポリマー製で、少なくとも２つの光入出力部を有する１本以上の可撓性の光導波路コアとしてのコア部４ａと、少なくともコア部４ａに接する上下の可撓性の光導波路クラッドであるクラッド部４ｂ、４ｃとを備えた構成となっている。
ポリマー製の光導波路４は透明性が高く、柔らかいアクリル樹脂等をベース樹脂としており、相対的に屈折率の低いクラッド部４ａ、４ｃ及び屈折率の高いコア部４ａからなる。本例では下部のクラッド部４ｃ上にコア部４ａ用のフィルムを張り合わせ、フォトファブリケーション手法により所定の幅のコア層を形成した。このコア層形成時に、発光素子２及び受光素子３の各素子との位置合わせ用のターゲットマーク６も同時に形成した。光コア部４ｂは、幅、厚みとも５０μｍとした。
尚、ポリマー製の光導波路４の作製方法としては、現像を行うことなく、単一材料から露光・加熱処理のみで屈折率の異なる複合材料を作製可能なフォトブリーチング手法でも作製可能である。この場合、単一材料からポリマー導波路が作製可能なため、コスト的に有利である。
【００２６】
光導波路４を可撓性プリント配線板本体１Ａに接着する接着剤５は、光導波路４の端部のみを接着しており、可撓性プリント配線板本体１Ａと光導波路４の間には接着剤５の厚みに相当する空間がある。したがって、同図の中央部で可撓性プリント配線板本体１Ａおよび光導波路４を折り曲げる際に各々に加わるストレスを低減でき、屈曲性に優れた構造となる。
光軸Ｌを安定的に揃える手法は後述するが、本発明の光電気混載可撓性プリント配線板１は、発光素子２の発光部２ｂと光導波路４の端面までの距離、受光素子３の受光部３ｂと光導波路４の端面までの距離が近く、５０μｍ以内に配置可能であり、光伝送損失が少なく、伝送効率が良い構造となる。
また。封止樹脂１０の屈折率はコア部とクラッド部の中間である。
【００２７】
（発光素子、受光素子の構成）
次に、図２を参照して、発光素子と受光素子の構成について説明する。
発光素子２と受光素子３の構造は、四角形状にダイシングされた同一寸法のベアチップであり、発光部２ｂ及び受光部３ｂの反対側の面に各電極２ａ、３ａが設けられる点は同じなので、発光素子２と受光素子３をまとめて受発光素子２−３と記載し、各電極２ａ，３ａを受発光素子２−３の電極２ａ−３ａ、発光素子２と受光素子３の発光部２ｂと受光部３ｂをまとめて受発光部２ｂ−３ｂと記載して説明する。
【００２８】
図において、図２（Ａ）は受発光素子の断面図、図２（Ｂ）は受発光素子の上面図である。
受発光素子２−３は四角板形状のベアチップで、受発光部２−３ｂが設けられる四角形状の受発光面ｋと、電極が設けられる受発光面ｋと反対側の互いに平行の四角形状の電極面ｍと、受発光面ｋ及び電極面ｍと直角の４つの端面とを有し、四端面のうちの一つの端面が実装時に底部固定面ｎ１となり、電極面ｍに設けられる電極２ａ−３ａは底部固定面ｎ１側に片寄せて設けられている。
底部固定面ｎ１を可撓性プリント配線板本体１Ａ側へ実装するため、図２（Ｃ）に示す、素子高さＨと素子厚みＴの比率が実装性に影響をおよぼす。素子高さＴは底部固定面ｎ１と上端面ｎ２間の寸法、素子厚みＴは、受発光面ｋと電極面ｍ間の寸法である。この素子厚みＴに対し、素子高さＨがあまりにも高いと実装後に受発光素子２−３が基板から剥がれ易い。また、取り付け角度が安定しにくいため、光軸（角度）がズレ易いことが懸念される。なお、Ｗは素子の幅である。
【００２９】
このことから、図２（Ｃ）〜（Ｅ）に示すように、素子高さＨを１とした場合、素子厚みＴは最小０．５、最大１とする。尚、基準となる素子高さＨは、０．２ｍｍ〜０．３５ｍｍ程度である。最小０．５を下回る場合は、上述のように安定性に懸念があり、最大１を上回る場合には、電極を形成する際の貫通孔の形成がコスト高となることと、実装面積が大きくなり、高密度化の妨げとなることが懸念される。これらを勘案し、好適な厚み比率の範囲は０．６〜０．８とした。これは素子高さ０．３ｍｍの場合、素子厚み０．１８ｍｍ〜０．２４ｍｍに相当する。
また、受発光素子２−３は、同図（Ｆ）に示すように、受発光部２ｂ−３ｂが幅（Ｗ）方向に複数設けられたアレイ型の構成でもよい。この場合も、素子高さＨと素子厚みＴの関係は同様である。
【００３０】
また、受発光素子２−３の可撓性プリント配線板本体１Ａへの固定は、搭載部９に対してダイアタッチメントフィルム７によって固定され、電気的な接続部８はボールボンディングされることから、同図（Ａ）にあるように、電極２ａ−３ａが素子実装時の底部固定面ｎ１側に片寄せておく必要がある。
受発光面ｋの反対面に位置する電極面ｍにおける電極２ａ−３ａの配置場所は、ベアチップ作製時に任意に設定できる。その大きさは、ボールの大きさ、位置精度等にもよるが５０μｍ〜１００μｍ程度である。
【００３１】
（光電気混載可撓性プリント配線板の作製手順）
本発明の光導波路を備えた光電気混載可撓性プリント配線板の作製手順は、まず、可撓性プリント配線板本体１Ａを作製し、これに接着剤５を介し、可撓性プリント配線板本体１Ａと位置合わせし、光導波路４を張り合わせる。
この際、光導波路４側の位置合わせ用のターゲットは、上述の発光素子２及び受光素子３の各光素子との位置合わせ用のターゲットマーク６を用いることも可能である。無論、光導波路４の外形、コア部４ｂ等と位置を合わせることも可能である。
この後、発光素子２、受光素子３のチップ外形と光導波路４の位置合わせ用のターゲットマーク６の面方向の位置合わせを（光軸合わせ）し実装する。
【００３２】
（受発光素子の実装方法）
次に、受発光素子２−３の実装方法について、図３を参照して説明する。
ｉ）ピックアップ前にＣＣＤ等の第１カメラ１１にて認識（図３（Ａ）参照）
ダイシングされた状態で、受発光部２ｂ−３ｂを上に向けて載置されている多数の受発光素子２−３から、第１のカメラによってピックアップ対象の受発光素子を認識する。
ｉｉ）受発光素子２−３のピックアップ（図３（Ｂ）参照）
ピックアップツール１２にて、受発光素子２−３の対向する２端面を把持し、実装前のトレー上あるいはダイシングテープから不図示の実装装置（ここではボールボンディんグ用ボンディング装置）内へ移動する。
【００３３】
ｉｉｉ）吸引ノズル１３への持ち替え（図３（Ｃ）参照）
ピックアップツール１２が９０°回転し、実装用の吸引ノズル１３へ受発光素子２−３を持ちかえる。
すなわち、ピックアップツール１２を９０°回転し、吸引ノズル１３によって受発光素子２−３の電極面ｍを吸引保持し、受発光部２ｂ−３ｂの受発光方向を水平方向に向ける共に受発光素子２−３の四端面のうちの底部固定面ｎ１が吸引ノズル１３の吸引保持部であるノズル先端部１３ａからはみ出す形で下方に向ける。この状態でピックアップツール１２を解放することにより、受発光素子２−３はノズル１３に保持される。
この吸引ノズル１３は吸着可能であるが、溶着用の超音波のホーン等は搭載しておらず、受発光素子２−３を高精度に位置合わせすることに特化しているものである。ノズル先端部１３ａからはみ出した底部固定面ｎ１が可撓性プリント配線板本体１Ａに固定されることになる。
【００３４】
ｉｖ）実装
吸引ノズル１３で受発光素子２−３を吸着し、第２カメラ１４で受発光素子２−３の外形を認識し（図３（Ｄ）参照）、実装ステージへ移動し、可撓性プリント配線板本体１Ａへ実装する（図３（Ｅ）参照）。
これにより、可撓性プリント配線板本体１Ａと直交方向に対して受発光方向が略９０°となるように、換言すれば、受発光素子２−３の受発光方向が可撓性プリント配線板本体１Ａと平行に実装される。
受発光素子２−３は、ＤＡＦ（ダイアタッチメントフィルム）テープ等の絶縁性の接着層７で搭載部９上に固定され、受発光素子２−３の電極部２ａ−３ａを、金ワイヤーを用いたボールボンディングにより電気的に接続する（電気接続部８）。ボンディング方法については、ワイヤーボンディングに限定されるものではないが、半田バンプを使用する場合に比べ高さ方向の制度に影響がでない。
【００３５】
ｖ）光軸の調整
先ず、高さ方向の光軸の調整は、発光部２ｂ、受光部３ｂの高さ、接着層７のＤＡＦテープの厚み、素子搭載部９の導体厚み、下部クラッド部４ｃの厚み、接着剤５の厚みを調整し、発光部２ｂ、受光部３ｂと光導波路４のコア部４ｂと高さ方向の光軸を合せる。
一方、面方向（可撓性プリント配線板本体１Ａの面と平行方向）の位置合わせは、光導波路４に形成されたターゲットマーク６を用いて、位置合わせをする。
ｖｉ）封止
この後、光導波路４のコア部４ｂの端面と発光部２ｂ、受光部３ｂを保護し、空間を封止するために透明性の封止樹脂１０を用いて封止する。この封止についても可撓性プリント配線板本体１Ａの片側に配置されている発光素子２及び受光素子３の廻りを１か所ずつ行うだけで良いので簡便である。
【００３６】
これらのことにより、発光素子２及び受光素子３と光導波路４の位置合わせ、光路等の封止が容易となり、消費電力を低減可能な光導波路を有する光電気混載可撓性プリント配線板１が得られる。
尚、可撓性プリント配線板本体としては、両面フレキシブルプリント配線板に限らず、導体層が１層の片面フレキシブルプリント配線板でも良いし、導体層が３層以上の多層フレキシブルプリント配線板でも良い。
【符号の説明】
【００３７】
１ 光電気混載可撓性プリント配線板
１Ａ 可撓性プリント配線板本体
２ 発光素子
２ａ 電極部、２ｂ 発光部
３ 受光素子
３ａ 電極部、３ｂ 受光部
２−３ 受発光素子
２−３ａ 受発光部、２−３ｂ 電極部
ｋ 受発光面、ｍ 電極面、ｎ１ 底部固定面
４ 光導波路
４ａ コア部、 ４ｂ、４ｃ クラッド部
５ 接着剤
６ ターゲットマーク
７ 接着層
８ 電気接続部
９ 素子搭載部
１０ 封止樹脂
１１ 第１カメラ、１２ ピックアップツール、１３ ノズル（吸引手段）
１４ 第２カメラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性を有する光導波路を有する光電気混載可撓性プリント配線板及びその受発光素子実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化および高機能化は益々促進されてきており、そのために回路基板に対する高密度化の要求が高まってきている。そこで、回路基板を片面から両面や三層以上の多層回路基板とすることにより、回路基板の高密度化を図っている。
その一環として、特許文献１に記載のような混成多層回路基板が、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普及している。この混成多層回路基板は、各種電子部品を実装する多層回路基板や硬質回路基板間を、コネクタ等を介して、別体の可撓性プリント配線板やフレキシブルフラットケーブルを一体化した可撓性ケーブル部によって接続する構成となっている。
【０００３】
特にこれらの機器は情報量が増えてきており、これを伝送するための信号伝送速度はますます、高速になっていく傾向にある。パソコンにおいては２０１０年から２０１１年にかけて、伝送速度が６Ｇｂｐｓの伝送規格へ移行しており、線路での伝送損失に対する考慮はますます重要になっている。
【０００４】
さらに、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り、外部または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。高速信号伝送を行う基板は、特性インピーダンス整合された伝送線路が必要となり、これをもっても、伝送損失が許容できない領域になりつつある。
上述のスパイクノイズに対しては伝送線路や機器内の耐ノイズ対策を講じる必要があり、伝送線路に対してはシールドを形成しなければならない。そのために、厚みが増し、ノートパソコン等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。このことから、電気信号を高速伝送するための損失や耐ノイズの問題を解決すべく、長距離伝送の分野で実用化されている光ファイバーを用いた光信号による高速信号伝送が、小型機器内でも適用を検討されている。
【０００５】
さらに、上述のヒンジ部等に適用できるよう、可撓性を有する有機系のポリマー光導波路を、可撓性プリント配線板と組み合わせた伝送線路が特許文献２、特許文献３等に記載されている。
しかしながら、弾性率および耐熱性の低い樹脂材料からなる可撓性プリント配線板とポリマー光導波路を組み合わせた伝送線路は、発光、受光する光素子を実装する方法や条件に大きな制約がある。また、各部材の位置合わせ、ポリマー光導波路への４５°ミラーの形成、光路やミラー面の保護を行う必要があり、煩雑な工程が必要であり、歩留り良く安価に製造することは構造上困難であった。
これらのことから、光導波路を有する光電気混載可撓性プリント配線板を安価に安定的に製造可能な構造が望まれている。
【０００６】
図４は、特許文献３に記載の従来の光導波路を有する光電気混載可撓性プリント配線板の構造を模式的に示す断面構造図である。
すなわち、可撓性プリント配線板本体１０１の一方の面上に、電極部１０２ａ及び発光部１０２ｂを備えた発光素子１０２と、電極部１０３ａ、受光部１０３ｂを備えた受光素子１０３が所定間隔を隔てて搭載されている。
フレキシブルプリント配線基板１０１には、発光部１０２ｂ及び受光部１０３ｂに対応
して裏面に向けて別に穴加工された光路孔１０４，１０４が設けられ、両面フレキシブルプリント配線基板１０１の反対面には、可撓性を有するポリマー光導波路１０５が接着剤１０６を介して張り合わされている。
【０００７】
光導波路１０５のコア１０５ａの延長上にはミラー部１０７が形成されている。発光素子１０２は、比較的安価な半導体レーザであるＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ［垂直共振器面発光レーザ：半導体ウエハー基板の垂直方向に発光する］）が用いられ、このＶＣＳＥＬの波長８５０ｎｍに合わせ、受光素子１０３は波長８５０ｎｍに感度を有するフォトダイオードが用いられている。
発光素子１０２及び受光素子１０３の各電極１０２ａ、１０３ａは、発光部１０２ｂ及び受光部１０３ｂ側の面に設けられており、フレキシブル配線基板１０１に対して、半田バンプ１０９を用いてフリップチップボンディング方式により実装されている。
【０００８】
発光素子１０２及び受光素子１０３の実装については、図４（Ｂ）乃至（Ｅ）に示すように、次の手順で行われる。実装手順については、発光素子１０２も受光素子１０３も同じなので、以下、受発光素子１２３と記載する。
ｉ）ピックアップ前にＣＣＤ等のカメラ１１１にて認識する（図４（Ｂ）参照）。
ii)受発光素子１２３の対向する２側面を、ピックアップツール１１２でピックアップし
、実装前の受発光素子１１２をストックしているトレー上から実装装置（ここではフリップチップボンダー）内へ移動する（図４（Ｃ）参照）。
ｉｉｉ）ピックアップツール１１２が１８０°反転し、実装用の吸引ノズル１１３へ受発光素子１２３を持ちかえる（図４（Ｄ）参照）。
ｉｖ）吸引ノズル１１３で受発光素子１２３を吸着し、カメラ１１４で受発光素子１２３を認識し（図４（Ｅ）参照）、実装ステージへ移動し、基板へ実装する。
【０００９】
この発光素子１０２、受光素子１０３の下部の空間、光路孔１０４内部、さらにミラー部１０７を保護する必要があり、それぞれ透明性の封止樹脂１０８を用いて封止する。ミラー部１０７においては封止樹脂１０８の屈折率が高い場合にはミラーとして機能しなくなることから、スパッタ法、蒸着法等で金属薄膜をミラー部１０７に形成する必要もある。可撓性プリント配線板本体１０１および光導波路１０５とも可撓性を備えていることから、屈曲を行うことができる。
【００１０】
この従来構造の場合、安定的に光信号伝送するためには、発光部１０２ｂ、発光素子１０２側の光路孔１０４、ミラー部１０７、光導波路１０５、受光素子１０３側の光路孔１０４、受光部１０３ｂの光軸が３０〜５０μｍ程度の精度に入っている必要があり、寸法伸縮が起こり易い可撓性プリント配線板を用いる場合、非常に困難である。
加えて、受発光素子１２３の下部および光路孔１０４内に封止した樹脂部においても光伝送損失が増加するため、信号伝送するために発光素子１０２へ印加する電力を増やす必要があり、消費電力の低減の観点からも不利となる。
【００１１】
これに対して、特許文献４にでは、光導波路へミラーを形成しない光伝送モジュールについて記載されているが、以下の点で問題がある。
図５（Ａ）は、特許文献４に記載の従来の光導波路へミラーを形成しない光伝送モジュールの構造を示す断面構造図である。
発光素子２０２及び受光素子２０３は端面入出射型であり、これはＶＣＳＥＬ等の面発光型の発光素子と比べ高価である。また、この場合も、半田バンプ２０９による実装となっており、導波路２０５とのバンプ高さ方向の位置精度を出すことが困難である。少なく見積もっても１０μｍ単位で変動する。ＸＹ方向の位置精度を確保する手段は記載されているが、Ｚ方向については記載がない。
【００１２】
上記のＸＹ方向の位置精度を確保する方法として、光導波路２０５のＸＹ方向の位置を発光素子２０２及び受光素子２０３実装後にレーザでカットすることが記載されている。この方法では、光導波路２０５の側壁形状が悪く、損失が大きくなること、レーザの加工位置精度が少なくとも数μｍ以上はあるため、ここでも損失が発生してしまう。加えて、本工程は煩雑である。
【００１３】
さらに、特許文献５では、面発光型の発光素子を用い、光導波路へミラーを形成しない光伝送モジュールについて記載されているが、以下の点で問題がある。
図５（Ｂ）は、特許文献５に記載の従来の面発光型の発光素子３０２及び面受光型の受光素子３０３を用い、光導波路３０５へミラーを形成しない光伝送モジュールの構造を模式的に示す断面構造図、同図（Ｃ）は発光素子実装部の拡大図である。
発光素子３０２及び受光素子３０３は面発光型及び面受光型の素子を用いており、これをサブマウント基板３０９に接続し、サブマウント基板３０９をベース３１０へ搭載する際に光軸Ｌが水平方向に向くようにしている。
【００１４】
これに対する懸案は３点ある。
サブマウント基板３０９を用いることで、実質的な発光部３０２ｂ及び受光部３０３ｂの厚みが厚くなり、光通信モジュールとしての厚みを薄くすることが困難である。
サブマウント基板３０９へ発光素子３０２及び受光素子３０３を接続する際、２つある電極の少なくとも１つの電極をワイヤーボンディング３０８で接続しているにもかかわらず、後の工程上の都合等から樹脂等での封止をこの時点では行わないことを勧めている。しかし、このようにすると、サブマウント基板３０９をベース３１０へ搭載して封止されるまでの間に、ワイヤー３０８が切断される恐れがあり、好ましくない。
サブマウント基板３１０へ受発光素子３０２，３０３を接続する際、各素子に２つある電極のうち少なくとも１つの電極をワイヤーボンディングで接続していることから、受発光部３０２ｂ、３０３ｂと光導波路３０５端面の距離がワイヤー３０８のループ分だけ余計に離れてしまうため、伝送損失がここでも発生するため、消費電力低減の観点から不利となる。
サブマウント基板３０９の端面の機械的な精度で発光素子３０２及び受光素子３０３の光軸Ｌの精度が変化するため、高精度にサブマウント基板３０９の外形を加工する必要があり、サブマウント基板３０９の作製がコスト高となる。
【００１５】
また、封止材３０７による固定は、サブマウント基板３０９に接続された発光素子３０２，受光素子３０３及び光導波路３０５の光軸Ｌを位置決めし、一括して封止材３０７で固定するものであり、これに対する懸案は２つある。
第１に、位置決めはアクティブ、パッシブいずれでも良いとの記載があるが、この構成でアクティブアライメントを行うためには、サブマウント基板３０９上にワイヤー３０８がむき出しになった状態での通電が必要であり、やはり、ワイヤー３０８の切断の恐れがあり、位置合わせが実質的に困難であると考えられる。
また、パッシブアライメントのためには、光軸Ｌを所定の位置合わせ、ターゲットに対し合わせ込んでいく必要があるが、光素子側にアライメントマークを作り込んだ場合には、光軸Ｌ方向からの認識が必要となり、困難である。また、面方向からのアライメントでは発光素子３０２及び受光素子３０３の発光部３０２ｂ及び受光部３０３ｂの高さ、光導波路３０５の高さの規定が困難である。このことから、ある程度の位置ズレ、を見込んでおく必要があり、やはり消費電力の観点で不利となる。
この工法は光軸Ｌの位置決めを行い、これを保持している状態で一括して封止しなければ成立しないと考えられるが、サブマウント基板３０９、光導波路３０５の仮固定方法に関する十分な記述はなく、接着剤層を加えていることは読み取れないため、実施は困難である。
【００１６】
このように、ミラーを形成しない特許文献４、特許文献５のような光伝送モジュールの発光素子及び受光素子を、受発光部の反対面に電極があるもので置き換えることも考えられるが、好適な小型の素子はなく、薄型の光伝送モジュールを実現することは困難であった。
例えば、特許文献６に記載されているようなＬＥＤパッケージがあるが、そのサイズは小型のものでも、長さ１．６ｍｍ×幅０．８ｍｍ×厚み０．２５ｍｍと大きく、取り付けた際の光伝送モジュール厚み方向は０．８ｍｍとなってしまうため、薄型化・小型化を達成することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特許第２６３１２８７号公報（第４ページ、第５図）
【特許文献２】特開２００９−５８９２３号公報（第１７ページ、第１１図）
【特許文献３】特開２０１０−２８６７７７号公報（第１３ページ、第５図）
【特許文献４】特開２０１０−２６５０８号公報（第１６ページ、第１図）
【特許文献５】特開２００８−１０８３７号公報（第１８ページ、第６図）
【特許文献６】特開平１０−２９４４９６号公報（第３ページ、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記した従来技術の問題を考慮してなされたもので、その目的は、受発光素子と光導波路の位置合わせ、光路等の封止を容易にでき、可及的に薄型の光電気混載可撓性プリント配線板及びその受発光素子実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的達成するために、本願発明は次のように構成される。
第１の発明は、少なくとも１層の導電層と可撓性絶縁層を有する可撓性プリント配線板本体と、該可撓性プリント配線板本体に接着剤を介して接着される光導波路とを備え、
該光導波路は、少なくとも２つの光入出力部を有する１本以上の可撓性の光導波路コアと、少なくとも前記光導波路コアに接する可撓性の光導波路クラッドとを備えた構成で、
前記可撓性プリント配線板本体には、発光素子と受光素子が実装され、発光素子の発光部からの光が光導波路を通じて受光部に伝送される構成の光電気混載可撓性プリント配線板において、
前記発光素子と受光素子はベアチップ形態で、それぞれ受光部と発光部の反対面に電極を有する面発光型発光素子と面受光型受光素子とし、
前記発光素子、前記受光素子および光導波路が、可撓性プリント配線板本体の一方の面に実装され、前記発光素子の発光部、前記光導波路コア、前記受光素子の受光部が略同軸上に配置されており、前記発光素子および受光素子を前記可撓性プリント配線板本体表面と直交方向に対し、受発光方向が略９０°となるように実装されていることを特徴とする。
前記発光素子及び前記受光素子の各電極は、可撓性プリント配線板本体への実装時に底部側となる前記発光素子、前記受光素子の固定面側に片寄せて配置されていることが好ましい。
前記発光素子の発光部と前記光導波路の光入力部、前記受光素子の受光部と前記光導波路の光出力部は各々一体の封止樹脂にて封止することが好ましい。
【００２０】
また、本発明の光電気混載可撓性プリント配線板の受発光素子実装方法は、
前記発光素子と前記受光素子を受発光素子と記載し、発光素子と受光素子の発光部と受光部を受発光素子の受発光部と記載するものとすると、受発光部を上に向けて載置されて
いる多数の受発光素子から、第１のカメラによってピックアップ対象の受発光素子を認識し、
認識したピックアップ対象の受発光素子について、前記受発光部が設けられた受発光面に対して直角の４端面のうち対向する２端面をピックアップツールによって把持して実装装置内へ移動し、
ピックアップツールを９０°回転させ、吸引手段によって回転した受発光素子の受発光面とは反対側の面を吸引保持し、受発光部の受発光方向を水平方向に向ける共に受発光素子の四端面のうちの底部固定面が吸引手段の吸引保持部からはみ出す形で下方に向け、
前記吸引手段で吸引保持した受発光素子の外形を第２のカメラによって認識して実装ステージへ移動し、可撓性プリント配線板本体に対して固定面を固定することにより、前記可撓性プリント配線板本体の表面と直交する方向に対して受発光方向が略９０°となるように、前記受発光素子を実装することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
これらの特徴により、本発明は次のような効果を奏する。
本発明による光導波路を有する光電気混載可撓性プリント配線板は、発光素子、光導波路、受光素子が可撓性プリント配線板本体の一方の面に実装され、発光素子の発光部、光導波路コア、前記受光素子の受光部が略同軸上に配置されていることから、発光素子の発光部と光導波路コアの入出力部である端面までの距離、受光素子の受光部と光導波路コアの端面までの距離が近く設定でき、光伝送損失が少なく、伝送効率が良い構造となるため、消費電力の低減が可能となる。
【００２２】
また、面方向型の受発光素子を可撓性プリント配線板本体に対し、受発光方向が可撓性プリント配線板本体表面の直交方向に対して略９０°（可撓性プリント配線板本体と平行方向）となるように実装することで、安価な面発光型の発光素子、面受光型の受光素子を適用することが可能となり、部材コストを低減することが可能となる。
さらに、発光素子及び受光素子については、ベアチップ状態の素子単体を直接可撓性プリント配線板本体上へ実装しているため、全体厚みを薄くすることが可能となる。
これらのことから、発光素子及び受光素子と光導波路の位置合わせ、光路等の封止が容易となり、消費電力を低減可能な光導波路を有する光電気混載可撓性プリント配線板を安価で安定的に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る光導波路を備えた光電気混載可撓性プリント配線板の概念的構成を示すもので、(Ａ)は可撓性プリント配線板本体部以外の部分を断面にして示す断面図、同図（Ｂ）は上面図である。
【図２】図１の発光素子及び受光素子の共通構成を受発光素子として示す概念的構成図。
【図３】図２の受発光素子の実装方法を示す概念的断面工程図。
【図４】（Ａ）は、従来の発光素子・受光素子および光導波路が実装された光電気混載可撓性プリント配線板の概念的断面構成図、（Ｂ）は、従来の受発光素子の実装方法を示す概念的断面工程図。
【図５】（Ａ）は他の従来の光電気混載光伝送モジュールの概念的断面構成図。（Ｂ）、（Ｃ）はさらに他の従来の光電気混載光伝送モジュールの概念的断面構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図示の実施の形態を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る光導波路を備えた光電気混載のフレキシブルプリント配線基板の構造図であって、同図（Ａ）は可撓性プリント配線板本体部以外の部分を断面にして示す断面図、同図（Ｂ）は上面図である。
この光電気混載可撓性プリント配線板１は、可撓性プリント配線板本体１Ａと、この可撓性プリント配線板本体１Ａに接着剤５を介して接着される光導波路４と、可撓性プリント配線板本体１Ａに実装されるベアチップ状態の発光素子２及び受光素子３とを備えている。
可撓性プリント配線板本体１Ａの構成自体は、特に図示しないが、少なくとも１層の導電層と可撓性絶縁層を有する通常の構成である。
発光素子２、受光素子３および光導波路４は、可撓性プリント配線板本体１の一方の面に実装され、発光素子２の発光部２ｂ、光導波路コア４ａ、受光素子３の受光部３ｂが略同軸上に配置されている。発光素子２および受光素子３は面発光型及び面受光型の素子で、可撓性プリント配線板本体１と直交方向に対し、受発光方向が略９０°となるように、言い換えれば受発光方向が可撓性プリント配線板本体１と平行方向となるように実装されている。
すなわち、可撓性プリント配線板本体１Ａ上に発光素子２と受光素子３が所定距離離して発光部２ｂと受光部３ｂは互いに対向するように搭載されており、これらの間にポリマー光導波路４が接着剤５を介し、張り合わされている。
また、発光素子２と受光素子３は、可撓性プリント配線板本体１Ａの素子搭載部９にＤＡＦ（ダイアタッチメントフィルム）等の絶縁性の接着層７によって固定され、素子搭載部９に、各素子の電極２ａ、３ａが素子搭載部９とワイヤーボンディングによる電気接続部８を介して電気的に接続されている。
また、発光素子２、受光素子３及び光導波路４の入出力部は、電気接続部８も含めてそれぞれ透明性の封止樹脂１０によって封止されている。
【００２５】
（光導波路の構成）
光導波路４はポリマー製で、少なくとも２つの光入出力部を有する１本以上の可撓性の光導波路コアとしてのコア部４ａと、少なくともコア部４ａに接する上下の可撓性の光導波路クラッドであるクラッド部４ｂ、４ｃとを備えた構成となっている。
ポリマー製の光導波路４は透明性が高く、柔らかいアクリル樹脂等をベース樹脂としており、相対的に屈折率の低いクラッド部４ａ、４ｃ及び屈折率の高いコア部４ａからなる。本例では下部のクラッド部４ｃ上にコア部４ａ用のフィルムを張り合わせ、フォトファブリケーション手法により所定の幅のコア層を形成した。このコア層形成時に、発光素子２及び受光素子３の各素子との位置合わせ用のターゲットマーク６も同時に形成した。光コア部４ｂは、幅、厚みとも５０μｍとした。
尚、ポリマー製の光導波路４の作製方法としては、現像を行うことなく、単一材料から露光・加熱処理のみで屈折率の異なる複合材料を作製可能なフォトブリーチング手法でも作製可能である。この場合、単一材料からポリマー導波路が作製可能なため、コスト的に有利である。
【００２６】
光導波路４を可撓性プリント配線板本体１Ａに接着する接着剤５は、光導波路４の端部のみを接着しており、可撓性プリント配線板本体１Ａと光導波路４の間には接着剤５の厚みに相当する空間がある。したがって、同図の中央部で可撓性プリント配線板本体１Ａおよび光導波路４を折り曲げる際に各々に加わるストレスを低減でき、屈曲性に優れた構造となる。
光軸Ｌを安定的に揃える手法は後述するが、本発明の光電気混載可撓性プリント配線板１は、発光素子２の発光部２ｂと光導波路４の端面までの距離、受光素子３の受光部３ｂと光導波路４の端面までの距離が近く、５０μｍ以内に配置可能であり、光伝送損失が少なく、伝送効率が良い構造となる。
また。封止樹脂１０の屈折率はコア部とクラッド部の中間である。
【００２７】
（発光素子、受光素子の構成）
次に、図２を参照して、発光素子と受光素子の構成について説明する。
発光素子２と受光素子３の構造は、四角形状にダイシングされた同一寸法のベアチップであり、発光部２ｂ及び受光部３ｂの反対側の面に各電極２ａ、３ａが設けられる点は同じなので、発光素子２と受光素子３をまとめて受発光素子２−３と記載し、各電極２ａ，３ａを受発光素子２−３の電極２ａ−３ａ、発光素子２と受光素子３の発光部２ｂと受光部３ｂをまとめて受発光部２ｂ−３ｂと記載して説明する。
【００２８】
図において、図２（Ａ）は受発光素子の断面図、図２（Ｂ）は受発光素子の上面図である。
受発光素子２−３は四角板形状のベアチップで、受発光部２−３ｂが設けられる四角形状の受発光面ｋと、電極が設けられる受発光面ｋと反対側の互いに平行の四角形状の電極面ｍと、受発光面ｋ及び電極面ｍと直角の４つの端面とを有し、四端面のうちの一つの端面が実装時に底部固定面ｎ１となり、電極面ｍに設けられる電極２ａ−３ａは底部固定面ｎ１側に片寄せて設けられている。
底部固定面ｎ１を可撓性プリント配線板本体１Ａ側へ実装するため、図２（Ｃ）に示す、素子高さＨと素子厚みＴの比率が実装性に影響をおよぼす。素子高さＴは底部固定面ｎ１と上端面ｎ２間の寸法、素子厚みＴは、受発光面ｋと電極面ｍ間の寸法である。この素子厚みＴに対し、素子高さＨがあまりにも高いと実装後に受発光素子２−３が基板から剥がれ易い。また、取り付け角度が安定しにくいため、光軸（角度）がズレ易いことが懸念される。なお、Ｗは素子の幅である。
【００２９】
このことから、図２（Ｃ）〜（Ｅ）に示すように、素子高さＨを１とした場合、素子厚みＴは最小０．５、最大１とする。尚、基準となる素子高さＨは、０．２ｍｍ〜０．３５ｍｍ程度である。最小０．５を下回る場合は、上述のように安定性に懸念があり、最大１を上回る場合には、電極を形成する際の貫通孔の形成がコスト高となることと、実装面積が大きくなり、高密度化の妨げとなることが懸念される。これらを勘案し、好適な厚み比率の範囲は０．６〜０．８とした。これは素子高さ０．３ｍｍの場合、素子厚み０．１８ｍｍ〜０．２４ｍｍに相当する。
また、受発光素子２−３は、同図（Ｆ）に示すように、受発光部２ｂ−３ｂが幅（Ｗ）方向に複数設けられたアレイ型の構成でもよい。この場合も、素子高さＨと素子厚みＴの関係は同様である。
【００３０】
また、受発光素子２−３の可撓性プリント配線板本体１Ａへの固定は、搭載部９に対してダイアタッチメントフィルム７によって固定され、電気的な接続部８はボールボンディングされることから、同図（Ａ）にあるように、電極２ａ−３ａが素子実装時の底部固定面ｎ１側に片寄せておく必要がある。
受発光面ｋの反対面に位置する電極面ｍにおける電極２ａ−３ａの配置場所は、ベアチップ作製時に任意に設定できる。その大きさは、ボールの大きさ、位置精度等にもよるが５０μｍ〜１００μｍ程度である。
【００３１】
（光電気混載可撓性プリント配線板の作製手順）
本発明の光導波路を備えた光電気混載可撓性プリント配線板の作製手順は、まず、可撓性プリント配線板本体１Ａを作製し、これに接着剤５を介し、可撓性プリント配線板本体１Ａと位置合わせし、光導波路４を張り合わせる。
この際、光導波路４側の位置合わせ用のターゲットは、上述の発光素子２及び受光素子３の各光素子との位置合わせ用のターゲットマーク６を用いることも可能である。無論、光導波路４の外形、コア部４ｂ等と位置を合わせることも可能である。
この後、発光素子２、受光素子３のチップ外形と光導波路４の位置合わせ用のターゲットマーク６の面方向の位置合わせを（光軸合わせ）し実装する。
【００３２】
（受発光素子の実装方法）
次に、受発光素子２−３の実装方法について、図３を参照して説明する。
ｉ）ピックアップ前にＣＣＤ等の第１カメラ１１にて認識（図３（Ａ）参照）
ダイシングされた状態で、受発光部２ｂ−３ｂを上に向けて載置されている多数の受発光素子２−３から、第１のカメラによってピックアップ対象の受発光素子を認識する。
ｉｉ）受発光素子２−３のピックアップ（図３（Ｂ）参照）
ピックアップツール１２にて、受発光素子２−３の対向する２端面を把持し、実装前のトレー上あるいはダイシングテープから不図示の実装装置（ここではボールボンディんグ用ボンディング装置）内へ移動する。
【００３３】
ｉｉｉ）吸引ノズル１３への持ち替え（図３（Ｃ）参照）
ピックアップツール１２が９０°回転し、実装用の吸引ノズル１３へ受発光素子２−３を持ちかえる。
すなわち、ピックアップツール１２を９０°回転し、吸引ノズル１３によって受発光素子２−３の電極面ｍを吸引保持し、受発光部２ｂ−３ｂの受発光方向を水平方向に向ける共に受発光素子２−３の四端面のうちの底部固定面ｎ１が吸引ノズル１３の吸引保持部であるノズル先端部１３ａからはみ出す形で下方に向ける。この状態でピックアップツール１２を解放することにより、受発光素子２−３はノズル１３に保持される。
この吸引ノズル１３は吸着可能であるが、溶着用の超音波のホーン等は搭載しておらず、受発光素子２−３を高精度に位置合わせすることに特化しているものである。ノズル先端部１３ａからはみ出した底部固定面ｎ１が可撓性プリント配線板本体１Ａに固定されることになる。
【００３４】
ｉｖ）実装
吸引ノズル１３で受発光素子２−３を吸着し、第２カメラ１４で受発光素子２−３の外形を認識し（図３（Ｄ）参照）、実装ステージへ移動し、可撓性プリント配線板本体１Ａへ実装する（図３（Ｅ）参照）。
これにより、可撓性プリント配線板本体１Ａと直交方向に対して受発光方向が略９０°となるように、換言すれば、受発光素子２−３の受発光方向が可撓性プリント配線板本体１Ａと平行に実装される。
受発光素子２−３は、ＤＡＦ（ダイアタッチメントフィルム）テープ等の絶縁性の接着層７で搭載部９上に固定され、受発光素子２−３の電極部２ａ−３ａを、金ワイヤーを用いたボールボンディングにより電気的に接続する（電気接続部８）。ボンディング方法については、ワイヤーボンディングに限定されるものではないが、半田バンプを使用する場合に比べ高さ方向の制度に影響がでない。
【００３５】
ｖ）光軸の調整
先ず、高さ方向の光軸の調整は、発光部２ｂ、受光部３ｂの高さ、接着層７のＤＡＦテープの厚み、素子搭載部９の導体厚み、下部クラッド部４ｃの厚み、接着剤５の厚みを調整し、発光部２ｂ、受光部３ｂと光導波路４のコア部４ｂと高さ方向の光軸を合せる。
一方、面方向（可撓性プリント配線板本体１Ａの面と平行方向）の位置合わせは、光導波路４に形成されたターゲットマーク６を用いて、位置合わせをする。
ｖｉ）封止
この後、光導波路４のコア部４ｂの端面と発光部２ｂ、受光部３ｂを保護し、空間を封止するために透明性の封止樹脂１０を用いて封止する。この封止についても可撓性プリント配線板本体１Ａの片側に配置されている発光素子２及び受光素子３の廻りを１か所ずつ行うだけで良いので簡便である。
【００３６】
これらのことにより、発光素子２及び受光素子３と光導波路４の位置合わせ、光路等の封止が容易となり、消費電力を低減可能な光導波路を有する光電気混載可撓性プリント配線板１が得られる。
尚、可撓性プリント配線板本体としては、両面フレキシブルプリント配線板に限らず、導体層が１層の片面フレキシブルプリント配線板でも良いし、導体層が３層以上の多層フレキシブルプリント配線板でも良い。
【符号の説明】
【００３７】
１ 光電気混載可撓性プリント配線板
１Ａ 可撓性プリント配線板本体
２ 発光素子
２ａ 電極部、２ｂ 発光部
３ 受光素子
３ａ 電極部、３ｂ 受光部
２−３ 受発光素子
２−３ａ 受発光部、２−３ｂ 電極部
ｋ 受発光面、ｍ 電極面、ｎ１ 底部固定面
４ 光導波路
４ａ コア部、 ４ｂ、４ｃ クラッド部
５ 接着剤
６ ターゲットマーク
７ 接着層
８ 電気接続部
９ 素子搭載部
１０ 封止樹脂
１１ 第１カメラ、１２ ピックアップツール、１３ ノズル（吸引手段）
１４ 第２カメラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１層の導電層と可撓性絶縁層を有する可撓性プリント配線板本体と、該可撓性プリント配線板本体に接着剤を介して接着される光導波路とを備え、
該光導波路は、少なくとも２つの光入出力部を有する１本以上の可撓性の光導波路コアと、少なくとも前記光導波路コアに接する可撓性の光導波路クラッドとを備えた構成で、
前記可撓性プリント配線板本体には、発光素子と受光素子が実装され、発光素子の発光部からの光が光導波路を通じて受光部に伝送される構成の光電気混載可撓性プリント配線板において、
前記発光素子と受光素子はベアチップ形態で、それぞれ受光部と発光部の反対面に電極を有する面発光型発光素子と面受光型受光素子であり、
前記発光素子、前記受光素子および光導波路が、可撓性プリント配線板本体の一方の面に実装され、前記発光素子の発光部、前記光導波路コア、前記受光素子の受光部が略同軸上に配置されており、前記発光素子および受光素子を前記可撓性プリント配線板本体表面と直交方向に対し受発光方向が略９０°となるように実装されていることを特徴とする光電気混載可撓性プリント配線板。
【請求項２】
前記発光素子及び前記受光素子の各電極は、可撓性プリント配線板本体への実装時に底部側となる前記発光素子、前記受光素子の固定面側に片寄せて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光電気混載可撓性プリント配線板。
【請求項３】
前記発光素子の発光部と前記光導波路の光入力部、前記受光素子の受光部と前記光導波路の光出力部は各々一体の封止樹脂にて封止されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電気混載可撓性プリント配線板。
【請求項４】
請求項１に記載の光電気混載可撓性プリント配線板に発光素子及び受光素子を実装する方法であって、
前記発光素子と前記受光素子を受発光素子と記載し、発光素子と受光素子の発光部と受光部を受発光素子の受発光部と記載するものとすると、受発光部を上に向けて載置されている多数の受発光素子から、第１のカメラによってピックアップ対象の受発光素子を認識し、
認識したピックアップ対象の受発光素子について、前記受発光部が設けられた受発光面に対して直角の４端面のうち対向する２端面をピックアップツールによって把持して実装装置内へ移動し、
ピックアップツールを９０°回転させ、吸引手段によって回転した受発光素子の受発光面とは反対側の面を吸引保持し、受発光部の受発光方向を水平方向に向ける共に受発光素子の四端面のうちの底部固定面が吸引手段の吸引保持部からはみ出す形で下方に向け、
前記吸引手段で吸引保持した受発光素子の外形を第２のカメラによって認識して実装ステージへ移動し、可撓性プリント配線板本体に対して固定面を固定することにより、前記可撓性プリント配線板本体の表面と直交する方向に対して受発光方向が略９０°となるように、前記受発光素子を実装することを特徴とする光電気混載可撓性プリント配線板の受発光素子実装方法。
【請求項１】
少なくとも１層の導電層と可撓性絶縁層を有する可撓性プリント配線板本体と、該可撓性プリント配線板本体に接着剤を介して接着される光導波路とを備え、
該光導波路は、少なくとも２つの光入出力部を有する１本以上の可撓性の光導波路コアと、少なくとも前記光導波路コアに接する可撓性の光導波路クラッドとを備えた構成で、
前記可撓性プリント配線板本体には、発光素子と受光素子が実装され、発光素子の発光部からの光が光導波路を通じて受光部に伝送される構成の光電気混載可撓性プリント配線板において、
前記発光素子と受光素子はベアチップ形態で、それぞれ受光部と発光部の反対面に電極を有する面発光型発光素子と面受光型受光素子であり、
前記発光素子、前記受光素子および光導波路が、可撓性プリント配線板本体の一方の面に実装され、前記発光素子の発光部、前記光導波路コア、前記受光素子の受光部が略同軸上に配置されており、前記発光素子および受光素子を前記可撓性プリント配線板本体表面と直交方向に対し受発光方向が略９０°となるように実装されていることを特徴とする光電気混載可撓性プリント配線板。
【請求項２】
前記発光素子及び前記受光素子の各電極は、可撓性プリント配線板本体への実装時に底部側となる前記発光素子、前記受光素子の固定面側に片寄せて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光電気混載可撓性プリント配線板。
【請求項３】
前記発光素子の発光部と前記光導波路の光入力部、前記受光素子の受光部と前記光導波路の光出力部は各々一体の封止樹脂にて封止されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電気混載可撓性プリント配線板。
【請求項４】
請求項１に記載の光電気混載可撓性プリント配線板に発光素子及び受光素子を実装する方法であって、
前記発光素子と前記受光素子を受発光素子と記載し、発光素子と受光素子の発光部と受光部を受発光素子の受発光部と記載するものとすると、受発光部を上に向けて載置されている多数の受発光素子から、第１のカメラによってピックアップ対象の受発光素子を認識し、
認識したピックアップ対象の受発光素子について、前記受発光部が設けられた受発光面に対して直角の４端面のうち対向する２端面をピックアップツールによって把持して実装装置内へ移動し、
ピックアップツールを９０°回転させ、吸引手段によって回転した受発光素子の受発光面とは反対側の面を吸引保持し、受発光部の受発光方向を水平方向に向ける共に受発光素子の四端面のうちの底部固定面が吸引手段の吸引保持部からはみ出す形で下方に向け、
前記吸引手段で吸引保持した受発光素子の外形を第２のカメラによって認識して実装ステージへ移動し、可撓性プリント配線板本体に対して固定面を固定することにより、前記可撓性プリント配線板本体の表面と直交する方向に対して受発光方向が略９０°となるように、前記受発光素子を実装することを特徴とする光電気混載可撓性プリント配線板の受発光素子実装方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３７１３４（Ｐ２０１３−３７１３４Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７２１６３（Ｐ２０１１−１７２１６３）
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（０００２３０２４９）日本メクトロン株式会社 (216)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（０００２３０２４９）日本メクトロン株式会社 (216)
【Ｆターム（参考）】
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