説明

内部光学経路を備えた回路基板

【課題】一部に内部光学経路を含み、電気信号および光信号の両方を、少なくとも伝送または受信のいずれか一方をすることができる回路基板を提供すること。
【解決手段】クラッディング層の1つの上に角度反射体を含み、光学コア33を通過する光信号が、角度反射体の角度を成した反射面に当たり、開口部(その中に光学的に透明な材料を備えた開口部を含む)を通って反射され、たとえば、これもその一部として少なくとも1つの内部光学経路を含む第2の回路基板に向かうものであること。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回路基板(たとえば、プリント回路基板およびチップキャリア)に関し、特にその一部として光学伝送を提供するための手段を有する回路基板に関する。
【背景技術】
【0002】
広帯域通信および対話型遠距離通信およびコンピュータサービスによってもたらされたデータ伝送およびデータ処理速度における増大に応じて、電子機器、特にそのような機器の一部を形成する回路基板における増大した相互接続密度および容量に関する必要性がある。この必要性は、従来の電線(たとえば、銅)の伝送線の代替品として光ファイバなどの光学手段に対する依存性の増大をもたらした。長距離伝送を伴ういくつかの状況において、このような需要は、銅の電線を光ファイバにほとんど完全に置き換える結果となった。このような置き換えを行うことの利点としては、より少ない伝送損失および優れた帯域幅特性が挙げられる。光学伝送はまた、たとえば、物理的に隣接する機器ラックとキャビネットの間または所与の建物におけるオフィス間などの短距離に用いられる場合に、システム性能を改善することができる。しかし、光ファイバ伝送の利点は、集積回路内の基板内レベルおよび1つの回路基板(たとえば、回路基板)上の他の構成要素のようなさらに短い距離にまで及ぶ。これはまた、1つの電子モジュールにおいて、きわめて大規模(VLSI)集積回路および超大規模(ULSI)集積回路およびチックサブアセンブリなどの構成要素を相互接続するためのモジュール内レベルに適用される。このような光学接続の利用もまた、そのような近い(およびさらに遠い)伝送がギガバイトの速度で行うことができるため、好都合であると考えられる。
【0003】
基板およびモジュールレベルで電気導体にわたる光学相互接続のさらに別の利点としては、密に離隔された微細導体間のクロストークがないことによる電磁障害(EMI)または電気雑音に対する不感受性、相互接続構成要素の電気的孤立、はるかに少ない周波数依存信号劣化および必要な相互接続のより高い可能な密度が挙げられる。
【0004】
回路基板レベルで光学相互接続を提供するための現在の試みの2つの実施例が、Advanced Interconnection Technology,LLC(ニューヨーク州、イスリップ)によって市販されているような光学フレックス技術およびLM EricssonのMicro Interconnect Research Center(スウェーデン、ストックホルム)におけるApollo Demonstrator計画の一部である光学フレックスフォイル手法(Ericsson review,No.2,1995,vol.72に記載)に示されている。一般に、これらの光学相互接続は、対象とする用途に対して特別に製作された所望のパターンに光ファイバの長さを配置し、可撓性フォイルのシートの間に光ファイバを積層し、ファイバ端部に適切なコネクタおよび終端を施すことを伴う。積層により、所望の配置にファイバおよびコネクタの両方を保持する。フレックスフォイルが次に、単に、回路基板上でコネクタを対応する接合コネクタにプラグ接続することによって、従来の剛性回路基板に組み立てられる。この目的だけのために、ファイバコネクタに左右されることなく、所定の場所でフレックスフォイルを安定化させるために、機械的支持材が、回路基板上に設けられてもよい。フレックスフォイルは通常、基板における電気構成要素の上の離隔関係で支持される。また、フレックスフォイルが剛性回路基板に積層または接合され、それによって光学的相互接続および電気的相互接続を一体化することも示唆されている。
【0005】
上記の2つの実施例および以下に列挙される特許において代表される実施例は、当分野で利用可能である可能性がある実施例の完全な概要ではないことを理解されたい。さらに、これらの文献の引用は、いずれも本発明にとって従来技術であることを認めている訳ではない。
【0006】
特許文献1において、光信号をPCB内の光導波路に伝送するための光学バイアホールを備えたプリント回路基板(以下では、単にPCBとも呼ぶ)および光学バイアホールを形成するための工程について記載されている。この工程は、ドリルを用いて複数の銅製クラッド積層に複数のバイアホールを形成することと、各バイアホールの内壁をメッキすることと、各銅製クラッド積層の上側および下側のメッキされた部分を曝してエッチングして、銅製クラッド積層の上側および下側に回路パターンを形成することと、絶縁樹脂接着剤を用いてパターンの形成されたクラッド積層を互いの上に積層することと、所定のバイアホール内における絶縁樹脂接着剤を除去して光学バイアホールを形成することと、を含む。筆者によれば、この工程は、光学信号が外部環境に直接的に曝された光導波路を損傷することなく、PCB内の光導波路に安定して伝送されるために好都合であり、PCBを構成する材料の物理特性に適した光導波路は、内層と外層との間に容易に挿入される。
【0007】
特許文献2において、その上に第1の導電パターンを有する有機絶縁材料から構成される回路基板を含む電気アセンブリについて記載されている。絶縁層およびパターンの少なくとも一部は、有機メモリデバイスの第1のベース部分を形成し、残る部分は、パターンの一部の上に形成される第2のポリマー層およびポリマー層の上に形成される第2の導電回路である。第2の絶縁層が、第2の導電回路および第1の回路パターンの上方に形成され、有機メモリデバイスを包囲する。デバイスは、第2の絶縁層を介して、第1の電気構成要素に電気的に結合され、この第1の電気構成要素は、第2の電気構成要素に電気的に結合される。その一部として1つまたは複数のそのような電気アセンブリを用いるのに適合した情報処理システムである場合のように、電気アセンブリの製造方法もまた、提供される。この特許文献2の特許は、本発明と同一の出願人に譲渡されている。
【0008】
特許文献3において、多チャネル光導波路を有する光学プリント回路基板(PCB)について記載されている。この光学回路基板は、光ビームを伝送するための光経路を有する光導波路と、光導波路に貫入するための溝と、溝内に挿入され、光導波路を接続して光ビームを伝送する光相互接続ブロックと、を備え、光相互接続ブロックは、90°の角度で曲げられた光ファイババンドルを含む。光相互接続ブロックは、複数の多層光導波路を接続して、光ビームを光導波路に伝送する。光ファイババンドルは、光学PCB内の多チャネル光導波路の媒体として装着される。
【0009】
特許文献4において、回路基板内に画定されるホールに面するファイバ端部で終端した埋め込み型光ファイバと、ファイバ端部との光結合において、ホール内に装着される光電気エミッタモジュールまたは検出器モジュールと、を有する回路基板について記載されている。各モジュールは、回路基板上で回路トレースに電気的に接続され、ホールの側面で終端する1つまたは複数の光ファイバに光学的に結合される。モジュールは、ホール内に向けられた光軸と、ホールの側面上でファイバ端部と光エミッタ/検出器モジュールに光学的に結合するためのホール内に支持される反射体と、を有する。
【0010】
特許文献5において、タップ付き光導波路を有する光学プリント回路基板システムについて記載されている。システムは、電気回路を有し、その上に電気回路チップが実装されるプリント回路基板としての基板を含み、システム基板は、基板に結合され、その上で光電気信号チップが電気回路を介して電気回路チップに電気的に接続される光学ベンチと、光電気信号チップに電気的に接続される光学デバイスと、光結合のための光学デバイスに配置される第1の光導波路と、を含む。導波路は、光信号を入力するための入力ノードにおけるアパーチャより小さい光信号を出力するための出力ノードにおけるより小さいアパーチャを有するように先細りになっている。システムはさらに、システム基板が挿入される溝と、第1の光導波路に光学的に結合され、入力ノードより出力ノードにおいてより小さいアパーチャを有するように先細りになっている第2の光導波路と、を含むバックプレーンをさらに含む。第1の光導波路の入力ノードは、第2の光導波路の出力ノードに光学的に結合されるか、または第1の光導波路の出力ノードが、第2の光導波路の入力ノードに光学的に結合される。
【0011】
特許文献6において、第1の基板と、コアおよびコアの周囲を覆うクラッドを有し、第1の基板の上面に延在する光導波路と、その下面が、光導波路の上面に接触するように第1の基板に平行に設けられる第2の基板と、光導波路の端部でコアの断面に設けられ、光導波路のコアを通り、第2の基板に向かって進む光を反射する反射面と、第2の基板に設けられ、第2の基板に向かって反射され、クラッドの上面よりコアに近い位置から第2の基板の上面に向かう光を案内する光ガイドと、を含む光伝送基板について記載されている。
【0012】
特許文献7において、表面実装型光電子構成要素および電線を備えた回路基板を有し、光電子構成要素が、回路基板上に表面実装され、光電子構成要素の光軸が、回路基板の表面に対して垂直に延びている光電子伝送および/または受信の構成について記載されている。一実施形態において、光電子構成要素に結合されることになっている光導波路を収容して向けるための保持装置が設けられ、保持装置は、回路基板から遠い光電子構成要素の側面に直接的に隣接する。別の実施形態において、回路基板は、カットアウトを有し、光は、回路基板のカットアウトの方向において光電子構成要素の内外に結合される。
【0013】
特許文献8において、非積層光学基板に埋め込まれた光導波路を有する光電気システム用の光学経路指定基板について記載されている。この光学経路指定基板は、光信号を光学基板の上面に実装される光電気構成要素の中で経路指定することが可能である。光学経路指定基板の製造方法も開示されている。導波路はフォーカスしたパルスレーザーによる書き込みにより形成され、パルスレーザービームの焦点は非積層基板を介して三次元的に移動する。導波路の曲げを容易にするために、基板にベベル面を形成することが好ましい。
【0014】
特許文献9において、少なくとも1つの光電子伝送および/または受信ユニットと、光電子伝送および/または受信ユニットが中に配置されるハウジングと、プリント回路基板上における半導体モジュールハウジングの表面実装の場合には、プリント回路基板に面するハウジングの実装側部と、を有する表面実装可能半導体モジュールを有する光電子構成について記載されている。この構成はさらに、冷却素子を有し、冷却素子は、光電子伝送および/または受信ユニットを冷却するために、半導体モジュールに熱的に結合される。冷却素子は、実装側部から遠いハウジングの側部に配置される。
【0015】
特許文献10において、外部光ファイバに結合するための一体型光カプラを備えている光学バックプレーンのほか、同光学バックプレーンの製造方法について記載されている。1つの光学バックプレーンは、基板の上面の上に配置される第1のクラッディング層と、第1のクラッディング層の上に配置される少なくとも第1のコア本体と、を有し、第1のコア本体は、第1の端部および第2の端部を有する。材料層は、第1のクラッディング層および第1のコア本体の第1の端部の上方に配置され、材料層は上面と底面を有する。集束素子が、材料層の上面に形成され、集束素子は、第1のコア本体の第1の端部の上方に位置している。
【0016】
特許文献11において、埋め込み型光導波路デバイスの製造方法が記載されている。この方法は、(1)シリカガラス基板の上に「下クラッディング」層を堆積し、(2)下クラッディング層の上にマスクを形成し、(3)このマスクを用いて、コアを収容するための溝を形成し、(4)下クラッディング層の上にコア層を堆積し、(5)溝内のコア層を残し、化学機械研磨によって下クラッディング層の上にコア層の他の部分を除去することによって、コアを形成し、(6)コアおよび下クラッディング層の上に「上クラッディング」層を形成することによって、光導波路デバイスを製造することを伴う。
【0017】
本願明細書に定義されているとき、本発明は、回路基板の製造を定義し、その製造中に、少なくとも1つの(可能であれば複数の)光学経路が形成され、その中を光信号を通過させて、最終的には、たとえば、送信器−受信器デバイスなどの外部光電子構成要素に結合されることになっている基板から出射することができる。この製造を実現するために用いられる方法は、プリント回路基板を製造する際に用いられる多くの従来の工程を利用し、したがって、上述の工程に比べて、効果的かつコストを削減する工程を提供することができる。このような方法は、当業界において著しい進歩を構成するであろうと考える。
【0018】
なお、米国において本願と同時に継続出願された「Method of Making Circuitized Substrate With Internal Optical Pathway Using Photolithography」という名称の出願において、その一部として少なくとも1つ、可能であれば複数の内部光学経路を含む回路基板(たとえば、PCB)の製造方法が定義されている。この結果として生じる基板は、電気信号および光信号の両方を伝送および/または受信することができるようになっている。この方法は、光学コアの側部と隣接する直立部材との間に少なくとも1つの開口部を形成することを伴い、開口部が少なくとも1つの角度方向の側壁によって画定されるようになっている。光学コア材料を(または上からコア内に)通過する光は、この角度方向の側壁から反射される。したがって、開口部内の媒体(たとえば、空気)もまた、隣接する光学コア材料の反射率と比べたそれ自体の反射率のために、反射媒体として機能する。この方法は、従来のPCB製造において用いられる多くの工程を利用し、それによって、コストを最小に維持する。形成された基板は、同様の性能を所有する1つまたは複数の他の基板に光学的および電気的に結合されることができ、それによってそのような基板の電気光学組立体を形成することができる。
【特許文献1】米国特許第6,996,305号公報
【特許文献2】米国特許第7,045,897号公報
【特許文献3】米国特許第7,136,551号公報
【特許文献4】米国特許第7,149,376号公報
【特許文献5】米国特許第7,149,389号公報
【特許文献6】米国特許第7,212,713号公報
【特許文献7】米国特許第7,223,023号公報
【特許文献8】米国特許第7,224,857号公報
【特許文献9】米国特許第7,228,020号公報
【特許文献10】米国特許出願第2006/0210213号明細書
【特許文献11】第2000−121859号特許公表公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
従って、本発明の主要な目的は、回路基板技術および特にそのような基板用の内部光学経路の使用を伴う技術のそのような態様を向上させることである。
【0020】
本発明の別の目的は、一部の従来のプリント回路基板工程の利用により、比較的コストパフォーマンスのよい回路基板を提供することである。
【0021】
本発明のさらに別の目的は、大型サイズおよび小型サイズを含む広範囲のものとして製造することができ、従って、多種多様な最終生成物において利用可能である回路基板製品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0022】
以上の課題を解決するために、まず、請求項1に係る発明の採った手段は、後述する最良形態の説明中で使用する符号を付して説明すると、
「その中に少なくとも1つの光学経路を含む回路基板であって、前記回路基板は、
第1の絶縁層13と、
第1の絶縁層13の上の第1の導電層15と、
第1の導電層15の上の第1のクラッディング層17と、
第1のクラッディング層17の上の角度反射体25であって、少なくとも2つの反射角面を含む角度反射体25と、
角度反射体25に対して第1のクラッディング層17の上の光学コア33であって、その中を通過する光信号用の光学経路を設けるように適合された光学コア33と、
光学コア33および角度反射体25の上の第2のクラッディング層47と、
第2のクラッディング層47の上の少なくとも1つの被覆層と、
角度反射体25の前記少なくとも2つの反射面に対する前記少なくとも1つの被覆層および第2のクラッディング層47の内部の開口部23と、を備え、光学コア33を通過する光信号が、角度反射体25の前記少なくとも2つの反射面から反射されて、開口部23を通過するようにする回路基板」
である。
【0023】
すなわち、本発明に係る回路基板は、その中に少なくとも1つの光学経路を含む回路基板であり、この回路基板は、第1の絶縁層と、絶縁層の上の第1の導電層と、導電層の上の第1のクラッディング層と、クラッディング層の上の角度反射体であって、少なくとも2つの反射角面を含む角度反射体と、角度反射体に対する第1のクラッディング層の上の光学コアであって、その中を通過する光信号用の光学経路を設けるように適合されたこの光学コアと、光学コアおよび角度反射体の上の第2のクラッディング層と、この第2のクラッディング層の上の少なくとも1つの被覆層と、2つの反射面に対する被覆層および第2のクラッディング層の内部の開口部と、を備え、光学コアを通過する光信号が、反射面から反射されて、この開口部を通過するようにするものである。
【0024】
このような回路基板において、その第1の絶縁層13は、ファイバガラス補強エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、シアネート樹脂、光画像化可能材料およびその組み合わせからなる材料の群から選択され、一方、第1の導電層15は、銅または銅合金から構成される。
【0025】
さらに、この回路基板を構成している第1のクラッディング層17および第2のクラッディング層47はそれぞれ、光学的に透明な導波路ポリマー材料から構成される。これらの第1のクラッディング層17および第2のクラッディング層47はそれぞれ、その中にドーパントを有するシリコン酸化物系材料から構成される。
【0026】
光学コア33は、光学的に透明な導波路ポリマー材料から構成されるものであり、角度反射体25は、その少なくとも2つの反射面に対する少なくとも1つの被覆層および第2のクラッディング層47の中の開口部23内部に、一定の量の光学的に透明な導波路ポリマー材料をさらに含むものである。角度反射体25の少なくとも2つの反射性の角度を成した面は、銅およびアルミニウムからなる群から選択される金属から構成される。
【0027】
そして、前記第1の回路基板および/または前記第2の回路基板は、その上に少なくとも1つの光学送信器および/または光学受信器を含むこともできるものである。
【0028】
以上のような本発明に係る回路基板は、
「その中に少なくとも1つの光学経路を含む回路基板の製造方法であって、
第1の絶縁層13を設けることと、
第1の絶縁層13の上に第1の導電層15を設けることと、
第1の導電層15の上に第1のクラッディング層17を設けることと、
第1のクラッディング層17の上に角度反射体25を形成することと、
角度反射体25に対して第1のクラッディング層17の上に光学コア33を設けて、光学コア33を通過する光信号用の光学経路を設けることと、
光学コア33および角度反射体25の上に第2のクラッディング層47を設けることと、
第2のクラッディング層47の上に少なくとも1つの被覆層を設けて、回路基板を形成することと、
角度反射体25に対する前記少なくとも1つの被覆層および第2のクラッディング層47の内部に開口部23を形成して、光学コア33を通過する光信号が、角度反射体25から反射されて、開口部23を通過するようにすることと、
を含む方法」
によって製造される。
【0029】
以上のような本発明に係る回路基板の製造方法によれば、その中に少なくとも1つの光学経路を含む回路基板の製造方法が提供され、この方法は、第1の絶縁層を設けるステップと、第1の絶縁層の上に第1の導電層を設けるステップと、第1の導電層の上に第1のクラッディング層を設けるステップと、第1のクラッディング層の上に角度反射体を形成するステップと、角度反射体に対して第1のクラッディング層の上に光学コアを設けて、この光学コアを通過する光信号用の光学経路を設けるステップと、光学コアおよび角度反射体の上に第2のクラッディング層を設けるステップと、第2のクラッディング層の上に少なくとも1つの被覆層を設けて、回路基板を形成するステップと、角度反射体に対する被覆層および第2のクラッディング層の内部に開口部を形成して、光学コアを通過する光信号が、角度反射体から反射されて、この開口部を通過するようにするステップと、を含む。
【0030】
この製造方法においては、第1の導電層15を回路形成することを含み、
この回路形成は、複数の電気信号導体の形成を結果として生じるものであって、フォトリソグラフィック処理を用いて実現される。
【0031】
角度反射体25の前記形成は、ステンシル21を用いて実現され、角度反射体25上に金属コーティングを形成することによって実現されるが、角度反射体25自体は、ステンシル21を介して第1のクラッディング層17の上に堆積される材料から形成され、角度反射体25の上に反射面を形成することがさらに含まれる。
【0032】
また、角度反射体25上における前記金属コーティングの前記形成は、無電界メッキを用いて実現され、角度反射体25に対する第1のクラッディング層17の上における光学コア33の前記供給は、光学コア33を含む材料をスピンコーティングすることによって実現される。
【0033】
さらに、角度反射体25に対する前記少なくとも1つの被覆層および第2のクラッディング層47の内部における開口部23の前記形成は、レーザを用いて実現され、前記被覆層の数は、少なくとも2つであり、前記被覆層の一方は、絶縁材料からなり、前記被覆層の他方は、導電材料からなるものである。
【0034】
開口部23内部には、一定の量の光学的に透過性の材料を位置決めされることを含むものであり、前記少なくとも1つの被覆層および第2のクラッディング層47の内部における開口部23に対してその一部として少なくとも1つの光学コア33を有する第2の回路基板を位置決めして、前記第2の回路基板の光学コア33が、開口部23を介して前記第1の回路基板からの光信号の受信および/または前記第1の回路基板への光信号の伝送をそれぞれ行うように適合されることをさらに含み、前記第1の回路基板および前記第2の回路基板は、電気光学アセンブリを形成するものである。
【発明の効果】
【0035】
以上、説明した通り、本発明においては、
「その中に少なくとも1つの光学経路を含む回路基板であって、前記回路基板は、
第1の絶縁層13と、
第1の絶縁層13の上の第1の導電層15と、
第1の導電層15の上の第1のクラッディング層17と、
第1のクラッディング層17の上の角度反射体25であって、少なくとも2つの反射角面を含む角度反射体25と、
角度反射体25に対して第1のクラッディング層17の上の光学コア33であって、その中を通過する光信号用の光学経路を設けるように適合された光学コア33と、
光学コア33および角度反射体25の上の第2のクラッディング層47と、
第2のクラッディング層47の上の少なくとも1つの被覆層と、
角度反射体25の前記少なくとも2つの反射面に対する前記少なくとも1つの被覆層および第2のクラッディング層47の内部の開口部23と、を備え、光学コア33を通過する光信号が、角度反射体25の前記少なくとも2つの反射面から反射されて、開口部23を通過するようにすること」
を主たる特徴があり、これにより、回路基板技術および特にそのような基板用の内部光学経路の使用を伴う技術のそのような態様を向上させることのできる回路基板を提供することができるのである。
【0036】
また、本発明によれば、一部の従来のプリント回路基板工程の利用により、比較的コストパフォーマンスがよくて、製品保証をすることのできる回路基板を提供することができるのである。
【0037】
さらに、本発明によれば、大型サイズおよび小型サイズを含む広範囲の回路基板製品を製造することができるのであり、多種多様な最終生成物において利用可能である回路基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0038】
本発明をその他の目的および別の目的、利点および性能と共によりよく理解するために、上述の図面と合わせて以下の開示および添付請求項を参照されたい。類似の符号は、すべての図面を通じて類似の要素を識別するために用いられる。
【0039】
本願明細書において用いられる「回路基板」なる語によって、通常交互の態様で配置され、その中を通って電気信号を伝導するように動作することができる複数の絶縁層および複数の導電層を有する多層構造のものを含むものを指す。
【0040】
また、本願明細書において用いられる「回路基板」なる語は、光信号を通過させることができる少なくとも1つの内部光学経路を含むものを指す。
【0041】
絶縁層に用いられる絶縁材料の例としては、ファイバガラス補強エポキシ樹脂(当業界では「FR4」絶縁材料と呼ばれることがある)、ポリテトラフルオロエチレン(たとえば、テフロン)、ポリイミド、ポリアミド、シアネート樹脂、光画像化可能材料および他の類似の材料が挙げられる。
【0042】
また、このような基板用の導電層は、金属であり、最終生成物において、種々の導電性能(たとえば、電力、信号および/またはグランド平面)において機能しうる。このような導電層向けの金属の例としては、銅および銅合金が挙げられるが、他の金属(たとえば、ニッケル、アルミニウムなど)またはその合金を含んでもよい。即席の本発明の教示はまた、(ポリイミドなどの絶縁材料を用いる)「フレックス」回路として周知であるもののほか、今日販売されているようなさらに広く周知のさらに剛性のプリント回路基板およびチップキャリアにも適用可能であると考えられる。
【0043】
本願明細書において用いられる「光学経路」または「コア」なる語によって、矩形、円形または他の断面構成の経路を含み、その中を通って光学データ搬送信号を通過させることができる光学的に伝送可能な材料の画定された経路を指す。このような材料の一例は、純粋なシリカガラスであり、他の材料も当業界では周知である。この材料を通過する光信号は、光電子送信器/受信器モジュール(たとえば、光源としてレーザを有するもの)などの従来の光源から提供されてもよく、その多くが当業界では周知である。
【0044】
従って、このような光学経路は、これらの構成要素が互いの間で光学的に通信しうる2つのそのような構成要素間の光接続を提供することができる。形成された層が、以下に定義される周囲のクラッディング層の屈折率より高い屈折率を有するのであれば、種々の周知の光学的に透明な導波路ポリマー材料のほか、シリカガラスも、この「コア」のために用いられることができる。
【0045】
本願明細書において用いられる「クラッディング層」なる語によって、光学コアの周囲に連続的に接合される(クラッディングされる)ことができ、コアの屈折率より小さい屈折率を含む材料の層を指す。このような材料は、当業界では周知である。一例は、屈折率を増大させるために添加されたドーパントを有するシリコン酸化物系材料である。周知のドーパントの例としては、フッ素およびホウ素が挙げられ、ドーピングは可能であれば、プラズマCVD工程として周知である工程を用いて行われる。他のドーピング工程もまた、当業界では周知である。種々の周知の光学的に透明な導波路ポリマー材料もまた、この層に使用可能である。
【0046】
図1〜図9は、本発明の一実施形態による回路基板(図9)の製造ステップを示している。示された図は、断面において拡大スケールであり、部分的にのみ示されている。したがって、示された構造は、相対的に言えば、示されている寸法よりはるかに広い寸法を有する可能性があり、さらなる特徴(たとえば、信号パッドおよび/または信号線、導電スルーホールなど)を含みうることは理解されよう。この方法を用いて製造された回路基板は、1つのみの角度反射体を含み、対向する光学経路がそれに隣接しているように示されているが、複数のさらなるこのような反射体および経路が、本願明細書の一意の教示を用いて製造されうることは理解されよう。したがって、本発明は、1つのみの反射体および2つの隣接する経路を有する回路基板の製造に限定されるわけではない。
【0047】
図1において、第1の絶縁層13(たとえば、上述の「FR4」材料からなる)が、設けられ、約1ミル(ミルは、1インチの1/1000であると理解される)〜30ミル(0.030インチ)の厚さを含む。第1の絶縁層13の上に、銅または銅合金であることが好ましい第1の導電層15が形成される。第1の導電層15は、シートの形態で提供され、従来のPCB積層処理を用いて第1の絶縁層13に接合されてもよい。このような積層は通常、所望の層の位置合わせ(普通は交互の方式で、たとえば、絶縁層−導電層−絶縁層など)と、所定の時間期間の高温でこの積層物への著しい加圧と、を伴う。このような処理は、前掲のように、従来、周知であり、さらなる説明が必要とは思われない。
【0048】
一実施形態において、第1の導電層15は、約0.7ミルから約5ミル程度までの厚さを有してもよい。導電層15は、回路を備えていてもよい(たとえば、予め確立されたパターンに向けられた複数の信号線および/または信号パッドを備えていてもよい)。このような場合には、これは、導電(たとえば、銅)シート内に回路を形成するために、PCB業界で周知の従来のフォトリソグラフィ処理を用いて実現されることが好ましい。このような回路形成は、下で支持している第1の絶縁層13の上の所定の場所にある第1の導電層15によって行われることが好ましい。
【0049】
第1の導電層15の上に、第1のクラッディング層17が設けられる。第1のクラッディング層17は、この場合も積層を用いて、この具体的な実施例において、約300〜約500ポンド/平方インチ(PSI)の圧力および約170℃〜約200℃の温度で、約90秒〜約120秒の時間期間を用いて、第1の導電層15の上に形成されることが好ましい。本願明細書の教示を用いて、3つの第1の絶縁層13、第1の導電層15および第1のクラッディング層17をすべて、同時に積層することが可能であり、またはあるいは、第1の絶縁層13及び第1の導電層15を積層し、次に、この複合生成物の上に第1のクラッディング層17を積層することも可能である。
【0050】
クラッディング層17は、上記で列挙された材料(その中にドーパントを有するものを含む)の1つであってもよく、または、種々の周知の「光学的に」透明な光導波路ポリマー材料から構成されてもよい。一実施形態において、第1のクラッディング層17は、約1.40の屈折率(所与の媒体における光の速度と比べた真空、空気または他の基準媒体中の光の速度の比を指すものと理解される)を有してもよい。
【0051】
図2において、その中に先細りの開口部23を含むステンシル21は、図1の構造の上に位置合わせされており、次に第1のクラッディング層17の上面に位置決めされるものとして示されている。上述したように、2つ以上の開口部23を用いてもよく、本発明は、1つのみに限定されるわけではない。ス
【0052】
ステンシル21は、周知のフォトリソグラフィ処理を用いてその中に形成される開口部23を有する従来のPCB導電層において用いられる金属と同様の金属(たとえば、銅)からなってもよい。周知のフォトリソグラフィ処理は、このような銅層内部に回路パターンおよび開口部を形成するために、PCB業界においても周知であり、さらなる定義が必要とは思われない。
【0053】
また、ステンシル21は、ステンレス鋼材料からなってもよい。一実施形態において、ステンシル21は、約5ミル〜約10ミルの厚さを有し、先細りの開口部23は、30ミルの直径の上部(より小さい)開口部と、45ミルの直径の下部(より大きい)開口部と、を有してもよい。クラッディング層17の上面に確実にステンシル21を描くために、真空を用いて、さらに確実な配置を得てもよい。開口部23の角度を成した側壁22は、ステンシル21の上面および下面に対して、従って、第1のクラッディング層17の上面に対して45°である。本発明において使用可能な先細りの開口部23の一例が、図2の線11−11に沿って切り取った図11に示されている。したがって、開口部は、それぞれ実質的に矩形の上部開口部24および下部開口部24'を含む。この実施例において、長手方向の側壁22はそれぞれ、長さ8ミルであってもよい。
【0054】
図3において、一定の量の材料25が、好ましくはスクリーニング手順を用いて、開口部23の中に堆積される。この手順中に、ペースト状の形態の一定の量の材料が、ステンシル21の上面を横切るスクリ−ンブレードによって開口部23の中に押し付けられ、事実上、開口部23を実質的に満たすように開口部23の中に材料を押し込む。
【0055】
この材料25を開口部23にスクリーニングするための好ましい方向は、図11に示されている(方向矢印「S」)。これは、堆積が行われる間、スクリーンブレード(図示せず)が移動する方向を表す。材料25の一例は、クラッディング層17と同一であってもよい。他の許容可能な材料としては、紫外線硬化性銀エポキシおよび他のエポキシ系材料が挙げられる。
【0056】
材料25は、前掲のように、堆積されるときにはペースト状の形態であり、次に、たとえば、熱対流炉の中に図3の構造を配置することによって、または材料を「フラッシュ硬化」することによって硬化される。このようなフラッシュ硬化中、高エネルギキセノンフラッシュランプが、材料を硬化するために用いられてもよい。このような硬化は、簡単な手動除去(剥ぎ取り)手順によって実現されうるステンシル21の除去後に生じる。また、真空チャック(図示せず)などの使用を含む他の除去手段を用いてもよい。したがって、材料25は、硬化するとき、前述した側壁22に対向する側壁27を含み、この側壁27はそれぞれ、既に理解されているように、第1のクラッディング層17の上面に対して45°であり、開口部23の対向する側壁22と同一の寸法である。図3に示される材料25は、本発明の角度反射体に関する「ベース」として機能するものであり、硬化後に角度反射体25(以下では、単に部材25ということもある)となることを理解されたい。
【0057】
本発明の次のステップは、図4に示されているように、材料部材25の上の反射層31の堆積を伴う。図4から分かるように、反射層31は、部材25の側部および上部を覆うが、唯一の重要なことは角度を成す側壁(図3における27)を覆うことである。用いられる材料に基づいて、種々の方法が、反射層31を堆積するために用いられてもよい。一実施形態において、反射層31は、銅またはアルミニウムであることが好ましい金属であり、わずか0.05ミル〜約0.1ミルの厚さを有する。金属を形成する1つの方法は、PCB製造業界においてよく用いられる無電界メッキと類似である無電界メッキを再び用いることである。無電界メッキ以外に、電界メッキを用いることも可能である。これは、PCB領域で時折用いられる別の工程である。反射層31を塗布するために用いられうる他の適切な金属堆積方法としては、熱噴射コーティング、蒸着および化学蒸着が挙げられる。
【0058】
所定の位置の反射層31を用いて、次のステップは、図5に示されているように光学コア33を堆積することである。光学コア33は、上記で定義したような材料(たとえば、シリカガラス)などのきわめて高い(光学的)導電性材料からなり、一実施形態において、下にあるクラッディング層17の屈折率より高い1.42の屈折率を有する。既に理解されているように、光学コア33の材料は、第1のクラッディング層17の材料とは、少なくとも光学的に異なる。実施例として、クラッディング層17は、光学コア33がない間に、上述のドーパントの1つを含みうる。クラッディング層17および光学コア33は、対応する支持層でもある第1の絶縁層13および導電層15の幅寸法より小さい幅寸法を有してもよいことも理解されたい。たとえば、クラッディング層17および光学コア33は、部材25のそれぞれの側壁27の長さ(最長寸法)と略同一の幅を有してもよい。この寸法は、図11において文字「L」によって示されている。このような幅で、反射層31は、図11における想像線で示されているように、部材25の一方の側部の上に現れる(ここで、図11に示されている)。
【0059】
部材25は、ステンシル21の開口部23を完全に占め、図4において生じるように、ステンシル21除去後に、この形状を保持することを理解されたい。
【0060】
また、本願明細書において定義された実施形態において、光学コア33は、両方の対向する側壁27に隣接(および接触)して位置していることも理解されたい。図11における左の光学コア33のその部分は、図示しやすくするために省略されるが、図5から理解されよう。光学コア33は、標準的なコーティング工程を用いて塗布され、この工程において、光学ポリマー材料の均一な層が、クラッディング層の表面の上に堆積される。この材料に関する適切なコーティング工程の一部の例としては、スピンコーティング、スロットコーティング、インクジェット材料堆積およびドクターブレードの使用が挙げられる。光学コア33は、約2ミル〜約2.5ミルの結果として生じる厚さを有してもよい。
【0061】
図6において、第2のクラッディング層47が、好ましくは、第1のクラッディング層17を堆積するために用いられる同一の積層工程を用いて光学コア33の上に塗布される。層47はまた、好ましくは第1のクラッディング層17と同一の材料であり、同一の屈折率(たとえば、1.40)を有する。重要なことは、光学コア33がクラッディング材料によって完全に包囲されることであるため、層47は、下にあるコア33の対応する幅より大きい幅で塗布され、その結果、コア33の上側および両側を包囲する。すなわち、光学コア33は、好ましくは実質的に矩形の断面(部材25の側壁27の断面と類似である)からなるため、クラッディング層は、光学コア33の上部平面に接合され、両方の対向する直立側面にも接合される。既に理解されているように、光学コア33の残る下側は、下にあるクラッディング層17に接合される。したがって、本発明は、PCB業界で用いられているような積層を再び用いて、光学コア33がクラッディング材料によって効果的に包囲されることを保証する。これは、本発明の別の重要な特徴を表す。
【0062】
図7は、特に、図6に示される容量より大きい容量を有する最終的な多層回路基板を提供するために、さらなる層が必要とされる場合には、さらなる層(単に被覆層と呼ばれることもある)が、層47の上に加えられてもよいことを示すために提供される。参照符号51および53によって示されるこれらの層は、それぞれ導電層および絶縁層であってもよく、それぞれ第1の導電層15および第1の絶縁層13と類似の材料からなってもよい。導電性である層51はまた、たとえば、上記で定義されたフォトリソグラフィック処理を用いることによって、回路形成されてもよい。また、これも最終生成物の動作電気要件に基づいて、3層以上の層が設けられてもよい。一実施形態において、20層以上のさらなる導電層および絶縁層を加えることが可能であってもよい。層51および53はまた、それぞれ第1の導電層15および第1の絶縁層13と類似の厚さからなってもよく、必要に応じて、他の許容可能な厚さからなってもよい。少なくとも1つのさらなる被覆層であって、上記で定義したような材料からなっていない被覆層を加えることもまた、本発明の範囲内にある。このような1つの層または2層以上が所望である場合には複数の層が、被覆し、したがって、最終的な回路基板の一部を形成する下にある光学経路構造(クラッディング―コア―クラッディング)を保護するように機能する。
【0063】
図8において、開口部55が、好ましくはレーザを用いて、被覆層51および53に関して形成される。種々のレーザを用いてもよく、1つの実施例は、二酸化炭素レーザである。図示されているように、レーザは、絶縁材料および下にある導電層の両方を効果的に切除する。一実施形態において、開口部55は、側部寸法(図示されている)において、および上層53から見た場合も実質的に矩形である。
【0064】
すなわち、開口部55は、ステンシル21における開口部23の下部開口部24'と実質的に類似の長さ寸法および幅寸法を有し、角度反射体25の対応して類似の最大長さ寸法および幅寸法を効果的に「被覆する」ようになっている。一実施形態において、開口部55は、それぞれ約3ミルおよび約5ミルの長さ寸法および幅寸法を有してもよい。
【0065】
すべての導電材料および絶縁材料を除去した後で、開口部55は次に、図9に示されている光学的に透過性の(透明な)材料61で充填される。このような材料は、光学コア33の場合と同一であってもよい。一実施例において、この材料は、光学ポリマーであってもよく、従来のインクジェット材料堆積システムを用いて塗布されてもよい。
【0066】
図9の構造は、ここでその内部に少なくとも1つの光学経路(対向する向きに向けられた2つの対向するこのような経路が図示されている)を有する回路基板11と呼ぶことも可能であり、ここで、適切な他の構成要素に結合する場合の動作準備が整う。
【0067】
このようなさらなる構成要素の一例は、電気光学アセンブリ78を製造するために、図10に示されているような第2の回路基板73上に実装される1対の光電子モジュールであってもよい。第2の回路基板73は、「ドータカード」であってもよく、回路基板11は、このようなカードおよびその上に位置し、それに結合される他の構成要素を有するように適合された「マザーボード」を表してもよい。このような場合には、両方の基板は、たとえば、基板11上で実装される電気コネクタ74を用い、その中に位置している上部基板を有することによって、電気的に結合されてもよい。
【0068】
このような電気コネクタ74は通常、基板の外面における対応する導電経路と嵌合するように設計されたその中に複数の接点を含み、これらの接点は、今度は、コネクタの本体(ハウジング)から突出し、ホスティング基板の中の対応する収容開口部内に収まるピンなどの種々の内部導体に結合される。2つの基板を電気的に結合するこのような手段は、当業界ではきわめて公知であり、さらなる説明は、必要でないと思われる。したがって、上述の接点、ピンおよび収容開口部は、図10には示されていない。
【0069】
基板11および73の場合には、これらはまた、光学的な態様で下部基板11の光学光学コア33を通過し、図示されているように、基板の角度反射体25から反射される光データ信号(「OS」)と結合される。このようなデータ信号は、基板11から基板73へと進んでもよく、または図示されているように、上部基板の中に入り、そこから外側に出てもよい。他の組み合わせも当然のことながら、容易に可能である。
【0070】
モジュール71が用いられる場合には、それぞれは、モジュールに結合される基板73の内部で処理される電気信号を発するための発光ダイオードまたはレーザを含みうる。通常は、このタイプの完全な光電子デバイスは、ダイ(半導体)を含み、ダイは、発光体、発光体に対する機械的支持を提供するためのヘッダ、LEDまたはレーザによって生成される光出力を集束するためのレンズおよび適切な電気接続を備える。このデバイスは、光データ信号の送信器および/または同光データ信号の受信器として機能してもよい。受信機である場合には、受信されたデータを直列化するためのほか、このような光信号を電気信号に変換し、結果として生じた電気信号が次に、ホスティング基板の他の部分に送られ、次に、おそらく基板が任意に接続される他の機器に送られるようにするためのシリアライザを含む。
【0071】
このような光電子デバイスおよび同デバイスを接続する手段は、当業界では周知であり、さらなる説明は、必要でないと思われる。図10において分かるように、1つのそのようなモジュール71(左側にある)は、光データ信号を受信するように適合され、他のモジュールは、基板73に至り、次にホスティング基板11まで光信号を供給する。他のそのようなモジュール(図示せず)は、基板11に光信号を伝送し、基板11からそのような信号を受信するために用いられてもよい。既に理解されているように、本発明は、これらのタイプの送信器および受信器のみを用いることに限定されているわけではなく、他も可能である。
【0072】
したがって、基板が、他の基板に容易な態様で電気的かつ光学的に結合されうるようなその中に少なくとも1つの(可能であれば複数の)光学経路を有する回路基板を製造する方法について図示して、説明してきた。本願明細書に定義されたような基板は、多くの従来のPCB工程を用いて製造されてもよく、それにより、最終的な生成物の作成コストを最小に維持することを保証する。本発明の他の利点は、上述されており、本願明細書の教示から認識することができる。
【0073】
現在、本発明の好ましい実施形態である実施形態について図示して、説明してきたが、種々の変更および改変が添付請求項によって定義されるような本発明の範囲から逸脱することなく、本発明において行われうることは当業者には明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【0074】
【図1】本発明の一実施形態による回路基板を製造する際の種々のステップを示す断面における拡大スケールの側面図である。
【図2】本発明の一実施形態による回路基板を製造する際の種々のステップを示す断面における拡大スケールの側面図である。
【図3】本発明の一実施形態による回路基板を製造する際の種々のステップを示す断面における拡大スケールの側面図である。
【図4】本発明の一実施形態による回路基板を製造する際の種々のステップを示す断面における拡大スケールの側面図である。
【図5】本発明の一実施形態による回路基板を製造する際の種々のステップを示す断面における拡大スケールの側面図である。
【図6】本発明の一実施形態による回路基板を製造する際の種々のステップを示す断面における拡大スケールの側面図である。
【図7】本発明の一実施形態による回路基板を製造する際の種々のステップを示す断面における拡大スケールの側面図である。
【図8】本発明の一実施形態による回路基板を製造する際の種々のステップを示す断面における拡大スケールの側面図である。
【図9】本発明の一実施形態による回路基板を製造する際の種々のステップを示す断面における拡大スケールの側面図である。
【図10】本発明の回路基板の少なくとも1つを利用することができる光学アセンブリを示すこれも断面における側面図である。
【図11】図2の線11−11に沿って切り取った本発明において用いられうるステンシルの一実施形態の底面図である。
【符号の説明】
【0075】
11 回路基板
13 第1の絶縁層
15 第1の導電層
17 第1のクラッディング層
21 ステンシル
22 側壁
23 開口部
25 材料または角度反射体
31 反射層
33 光学コア
47 第2のクラッディング層
51・53 層
55 開口部
71 モジュール
73 第2の回路基板
74 電気コネクタ
78 電気光学アセンブリ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
その中に少なくとも1つの光学経路を含む回路基板であって、前記回路基板は、
第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層の上の第1の導電層と、
前記第1の導電層の上の第1のクラッディング層と、
前記第1のクラッディング層の上の角度反射体であって、少なくとも2つの反射角面を含む前記角度反射体と、
前記角度反射体に対して前記第1のクラッディング層の上の光学コアであって、その中を通過する光信号用の光学経路を設けるように適合された前記光学コアと、
前記光学コアおよび前記角度反射体の上の第2のクラッディング層と、
前記第2のクラッディング層の上の少なくとも1つの被覆層と、
前記角度反射体の前記少なくとも2つの反射面に対する前記少なくとも1つの被覆層および前記第2のクラッディング層の内部の開口部と、を備え、前記光学コアを通過する光信号が、前記角度反射体の前記少なくとも2つの反射面から反射されて、前記開口部を通過するようにする、回路基板。
【請求項2】
前記第1の絶縁層は、ファイバガラス補強エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリアミド、シアネート樹脂、光画像化可能材料およびその組み合わせからなる材料の群から選択される、請求項1に記載の回路基板。
【請求項3】
前記第1の導電層は、銅または銅合金から構成される、請求項1に記載の回路基板。
【請求項4】
前記第1のクラッディング層および前記第2のクラッディング層はそれぞれ、光学的に透明な導波路ポリマー材料から構成される、請求項1に記載の回路基板。
【請求項5】
前記第1のクラッディング層および前記第2のクラッディング層はそれぞれ、その中にドーパントを有するシリコン酸化物系材料から構成される、請求項1に記載の回路基板。
【請求項6】
前記光学コアは、光学的に透明な導波路ポリマー材料から構成される、請求項1に記載の回路基板。
【請求項7】
前記角度反射体の前記少なくとも2つの反射面に対する前記少なくとも1つの被覆層および前記第2のクラッディング層の中の前記開口部内部に、一定の量の光学的に透明な導波路ポリマー材料をさらに含む、請求項1に記載の回路基板。
【請求項8】
前記角度反射体の前記少なくとも2つの反射性の角度を成した面は、銅およびアルミニウムからなる群から選択される金属から構成される、請求項1に記載の回路基板。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公開番号】特開2009−94507(P2009−94507A)
【公開日】平成21年4月30日(2009.4.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−257667(P2008−257667)
【出願日】平成20年10月2日(2008.10.2)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.テフロン
【出願人】(503459464)エンディコット インターコネクト テクノロジーズ インク (23)
【Fターム(参考)】