JP2003302543A

JP2003302543A - 光・電気回路および光・電気配線基板

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Publication number: JP2003302543A
Application number: JP2002108092A
Authority: JP
Inventors: Seiji Nakajima; 誠二中嶋; Daisuke Suetsugu; 大輔末次; Takafumi Okuma; 崇文大熊; Kenichi Yamamoto; 憲一山本; Takaaki Higashida; 隆亮東田; Munekazu Nishihara; 宗和西原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2003-10-24
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: JP4021234B2

Abstract

(57)【要約】【課題】製造プロセスを簡略化できる光・電気回路を
提供する。【解決手段】電気信号から光信号への変換手段又は光
信号から電気信号への変換手段のうち少なくともいずれ
か一方を情報伝送路中に備えた回路である。この回路１
において、伝送路９は、光信号に対する透光性と、導電
性とを有する材料（例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２０
_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＦＺＯ、ＦＩ
Ｏ、又はＦＴＯ）で形成されており、この伝送路に光信
号と電力、又は光信号と電気信号とを同時に伝送させ
る。したがって、伝送路を通じて光信号と電力又は電気
信号とを同時に伝送できる。そのため、電力供給用配線
を形成する必要がなく、製造プロセスが簡略化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光によって情報を
伝送する回路およびその配線基板に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、電子回路基板は、小型、高性能化を
実現するために、片面だけに回路を形成した片面板から
両面に回路を形成した両面板に、さらに回路を積層した
多層回路基板へと変化してきており、現在では多層化の
進んだ基板が多く採用されている。

【０００３】以下、多層基板の製造について説明する。
まず、多層基板の製造工程では、ガラスクロスにエポキ
シを含浸し乾燥させたプリプレグと呼ばれる基板材料の
両面に銅箔を張付け、この銅箔の上にドライフィルムを
ラミネートし、感光、現像、銅箔のエッチング、ドライ
フィルム除去の工程を経て両面板を形成する。次に、こ
の両面板とプリプレグを交互に積層し、加熱・プレスに
よって一体化する。その後、所望の位置に穴を加工した
うえで、穴の内面にメッキを施し、各層間の導通を確保
する。この回路基板の穴は、普通ドリルやパンチングマ
シンにより１穴づつ形成されるが、コストダウンのため
にレーザにより高速穴加工することもある。

【０００４】そして、レーザ穴加工においては、レーザ
の波長、出力、パルス幅などの条件設定が必要となる。
そのため、エポキシ樹脂等に強化材等のガラス繊維やア
ラミド繊維等を複合させたＦＲＰ基板等の穴加工では、
前記副成分に対応する加工性を加工面において確保する
ために、出力、パルス幅などを変えて条件の調整を行
い、これにより歩留まりを向上させている。

【０００５】また、穴加工したビアホールやスルーホー
ルにペーストを押圧して充填する工程では、スキージと
呼ばれる充填ヘッドを用いた印刷工法が用いられる。こ
の印刷工法においては、スキージの硬度、角度、印圧、
充填動作の速度など極めて多くの条件設定が必要であ
り、わずかな設定の差が品質に影響を与えるため、製造
現場での経験をもとにそれらの調整を行い、ペースト充
填工程での歩留まり、品質を向上させている。また、ペ
ーストの充填工程においては、スキージに対する工夫が
なされており、平スキージ、剣スキージ、印刷面との接
触部が曲面となっているスキージなどスキージの形状に
工夫がなされているだけでなく、スキージにヒータを内
蔵し、一定温度に加熱してペーストの粘度を低下させて
充填性を向上させている。さらに、ペーストは稼働時間
に比例してその粘度が上昇することから、一定時間毎に
ペーストを入れ換えたり有機溶剤を加え、ペーストの粘
度の安定化を図っている。その他、穴加工されたビアホ
ールやスルーホールヘのペーストの充填量をコントロー
ルするために、穴の上端位置（基板表面）までペースト
を充填することで充填量の安定化を図っている。

【０００６】さらに、ビアホールやスルーホールに導体
をメッキする方法においては、最表面だけは配線形成を
施さず、両面板とプリプレグを交互に積層し、加熱・プ
レスによって一体化させる。さらに所望の位置に穴加工
し、最表面の銅箔を利用して電気的に穴の内面にメッキ
を施す。その後、スルーホール部分にエッチング液が侵
入しないように穴埋めを施し、然る後に表面にドライフ
ィルムをラミネートし、露光、現像、エッチング、ドラ
イフィルム除去の工程を経て完成に至る。

【０００７】以下に図５と図６を参照しながら上述した
従来の回路基板の製造方法の具体例について説明する。

【０００８】図５（ａ）は従来の積層回路基板の製造方
法を模式的に示す。この図において、５０は両面板、５
１は両面板５０の両面に形成された配線、５２はプリプ
レグ、５３は銅箔、５４はプレス装置によって加熱・プ
レスされる部分（面）であり、製造工程上、両面板５０
の両側にそれぞれプリプレグ５２、銅箔５３が配置さ
れ、これら両面板５０等が加熱・プレス部分５４で所定
の温度、圧力で所定時間加熱・プレスされ、両面板５
０、プリプレグ５２、銅箔５３が一体化される。

【０００９】図５（ｂ）は、積層回路基板に穴を形成す
る方法を模式的に示しており、５５はドリル、５６はド
リル５５によって形成された穴である。この工程では、
銅箔５３の上方からドリル５５が回転しながら降下し、
ドリル５５の先端にある先切れ刃により銅箔５３から順
次穴をあけて貫通穴を形成する。

【００１０】図６（ａ）、（ｂ）は、従来のペースト充
填工程を模式的に示しており、６１はマスク、６２はマ
スク６１を支持する基材、６３，６４はマスク６１上を
接触しながら移動するスキージ、６５はペースト、６６
はステージである。この充填工程において、ステージ６
６の上に接触して基材６２が配置される。基材６２の上
方にはわずかの空間をあけてマスク６１が配置され、マ
スク６１の上にペースト６５が供給できる構造となって
いる。マスク６１の上方にスキージ６３，６４が配置さ
れ、スキージ６３，６４は上下方向および印刷方向に移
動できるようになっている。

【００１１】この充填作業では、まずステージ６６上の
所定の位置に基材６２を配置する。次に、基材６２に形
成されている貫通穴の位置とマスク６１に形成されてい
る穴位置を合わせ、基材６２上にマスク６１をセットす
る。次に、マスク６１上にペースト６５を供給し、スキ
ージ６３，６４を降下させ、基材６２に所定の圧力をか
けた状態で保持する。さらにスキージ６３，６４を印刷
方向に移動させ、ペースト６５をマスク６１上で移動さ
せることで印刷を行い、基材６２の穴加工されている貫
通穴にペースト６５を押圧して充填する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電気信号に
代わって光を信号として伝達する方式を選択した場合、
所望の位置に光―電気変換素子を配置し、基板上へ光フ
ァイバを配置して信号の伝達を行うことになる。この場
合、情報伝送路中にＬＤ、ＰＤ、光アンプ、光スイッチ
等の光情報通信回路が存在するため、情報伝送用配線の
ほかに、電気信号伝送用の金属配線が別途必要となる。
その結果、光配線に加えて金属配線を設けなければなら
なくなり、製造プロセスが複雑化するという課題を生じ
る。

【００１３】また、光信号に加えてもう１つの信号伝送
する必要がある場合、例えば、光信号の行き先をルーテ
ィング情報によって切り替えなければならないとき、ル
ーティング情報等の信号用配線が別途必要になり、同様
の理由で製造プロセスが複雑化するという課題を生じ
る。

【００１４】さらに、光信号による情報伝送では、外乱
光が光配線に入射することによりノイズが発生するとい
う課題がある。さらにまた、表面層付近に電流が流れる
光配線が存在するため、光配線−表面間の絶縁抵抗を十
分高くしなければならないという課題を生じる。

【００１５】本発明は、電気−光変換手段、光―電気変
換手段の少なくともいずれか一方を有する回路におい
て、同一配線で光信号と電力又は光信号と電気信号を伝
送することにより、配線パターンを簡略化できると共
に、配線の種類を少なくすることで製造プロセスを簡略
化できる光・電気回路を提供するものである。また、本
発明は、外乱光によるノイズの低減することができ、光
配線−表面間の絶縁抵抗を十分高くできる光・電気配線
基板を提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、光信号の伝送路を備えた回路において、前記
光信号の伝送路は、前記光信号に対する透光性と、導電
性とを有する材料で形成し、前記伝送路に光信号と電
力、又は光信号と電気信号とを同時に伝送させるもので
ある。なお、この材料は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ
_２０_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＦＺＯ、
ＦＩＯ、ＦＴＯの中から選択することができる。

【００１７】また、本発明の光・電気配線基板は、上述
の光・電気回路を有する光・電気配線基板であって、前
記光信号と電力又は前記光信号と電気信号とを同時に伝
送するための前記伝送路が光導波路により形成され、前
記光導波路が絶縁物基板内に埋め込まれているものであ
る。

【００１８】また、本発明の他の形態に係る光・電気配
線基板は、前記基板の材料に、前記光信号を伝送するた
めに用いる波長城の光を吸収もしくは反射する材料を用
いたものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】Ｉ．実施の形態１：図１は実施形
態１に係る光・電気回路を１示す。この光・電気回路１
は３つの発光素子２ａ、２ｂ、２ｃを有する。これら３
つの発光素子２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ異なる波長
λ１、λ２、λ３の光を発するものが使用されている。
各発光素子２ａ、２ｂ、２ｃは、電源３ａ、３ｂ、３ｃ
とスイッチ４ａ、４ｂ、４ｃに接続されており、スイッ
チ４ａ、４ｂ、４ｃをオン・オフすることで、発光素子
２ａ、２ｂ、２ｃを個別に点灯・消灯できるようにして
ある。発光素子２ａ、２ｂ、２ｃはまた、導光路５ａ、
５ｂ、５ｃを介して光合成器６にそれぞれ接続されてお
り、発光素子２ａ、２ｂ、２ｃから出射された光が対応
する導光路５ａ、５ｂ、５ｃを通り光合成器６に集めら
れて合成されるようにしてある。

【００２０】回路基板７は、上述の光合成器６の他に、
３つのフォトダイオード８ａ、８ｂ、８ｃと、光合成器
６から出射された光を第１のフォトダイオード８ａ、次
に第２のフォトダイオード８ｂ、続いて第３のフォトダ
イオード８ｃへと伝送するチャンネル型導波路（伝送
路）９を支持している。第１のフォトダイオード８ａ
は、導波路９との接続部に第１の光フィルタ１０ａを備
えている。この第１の光フィルタ１０ａは、第１の波長
λ１の光だけを選択的に透過する機能を有する。同様
に、第２のフォトダイオード８ｂは、導波路９との接続
部に第２の光フィルタ１０ｂを備えている。この第２の
光フィルタ１０ｂは、第２の波長λ２の光だけを選択的
に透過する機能を有する。

【００２１】ここで、前述した光・電気回路１のうち、
特に導波路９について図２を参照して詳細に説明する
と、この導波路９は、図２に示すように、回路基板７上
に、例えば周知のエッチング技術を用いて形成されてお
り、クラッド層１１によって被覆されている。基板７
は、光・電気回路１で用いる波長城の光を透過しない材
料を用いるのが好ましい。導波路９を構成する材料は、
透光性だけでなく導電性を備えた材料が用いられてお
り、特に信号の伝送に用いる光の波長域において、配線
長に対して十分損失が小さい材料を用いることが好まし
い。例えば、透光性と導電性を備えた好適な材料とし
て、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２０_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、
ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＦＺＯ、ＦＩＯ、ＦＴＯ等がある。ク
ラッド層１１は、例えばＳｉＯ_２で形成されている。

【００２２】図１に戻り、第１〜第３のフォトダイオー
ド８ａ、８ｂ、８ｃは、それぞれ対応する電球点灯回路
１２ａ，１２ｂ，１２ｃに接続されている。電球点灯回
路１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、それぞれ電球１３ａ，１
３ｂ，１３ｃとこれに直列接続されたスイッチング用ト
ランジスタ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを備えており、導電
性の導波路９を介して電源１５に接続されている。第１
〜第３のフォトダイオード８ａ，８ｂ，８ｃはまた、対
応する電球点灯回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃに含まれる
トランジスタ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのベースと電源１
５の間に接続されており、導波路９を介して波長λ１、
λ２、λ３の光が入射されたとき、対応するトランジス
タ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのベースに所定の電流を印加
するように構成されている。

【００２３】このような構成を備えた光・電気回路にお
いて、３つの発光素子２ａ、２ｂ、２ｃから出射された
光（波長λ１、λ２、λ３の光）は対応する導光路５
ａ，５ｂ，５ｃを介して光合成器６に伝送され、そこで
合成される。合成された光は導波路９を介して第１〜第
３のフォトダイオード８ａ、８ｂ、８ｃに向けて伝送さ
れ、その伝送過程で第１の波長λ１を有する光が第１の
フォトダイオード８ａで検出され、第２の波長λ２を有
する光が第２のフォトダイオード８ｂで検出され、さら
に第３の波長λ３を有する光が第３のフォトダイオード
８ｃで検出される。そして、光を検出したフォトダイオ
ード８ａ，８ｂ，８ｃは、対応する電球点灯回路１２
ａ，１２ｂ，１２ｃに含まれるトランジスタ１４ａ，１
４ｂ，１４ｃをオンする。その結果、トランジスタ１４
ａ，１４ｂ，１４ｃを介して電球１３ａ，１３ｂ，１３
ｃに電流が流れ、電球１３ａ，１３ｂ，１３ｃが点灯す
る。

【００２４】このように、実施の形態１に係る光・電気
回路によれば、光を伝送する伝送路である導波路が、電
球、フォトダイオードに電力を伝送する伝送路として機
能する。したがって、電球点灯回路に対する電力供給も
導波路を介して行われるため、電力供給用の金属配線を
基板上に別途形成する必要がない。そのため、基板の製
造が著しく簡略化される。

【００２５】ＩＩ．実施の形態２：図３は実施形態２に
係る光・電気回路２１を示す。この光・電気回路２１は
一つの発光素子２２を有する。この発光素子２２は、電
源２３とスイッチ２４に接続されており、スイッチ２４
をオン・オフすることで、発光素子２２を点灯・消灯で
きるようにしてある。一方、回路基板２５は、上述の発
光素子２２の他に、２つのフォトダイオード２６ａ，２
６ｂと、一端が発光素子２２とフォトダイオード２６
ａ，２６ｂにそれぞれ接続された３つのチャンネル型導
波路（伝送路）２７、２８ａ、２８ｂを支持している。
また、導波路２７、２８ａ、２８ｂは、実施の形態１と
同様に形成することができるが、図４に示すように、基
板２５中に埋め込まれ、外乱光が光導波路へ入射するの
を抑制するために周囲がクラッド層２９で被覆されてい
る。なお、基板２５、導波路、クラッド層を構成する材
料は実施の形態１と同一である。

【００２６】図３に戻り、基板２５は可動ミラー式光路
切換装置３０を備えており、この切換装置３０に第１の
導波路２７、第２及び第３の導波路（分岐路）２８ａ、
２８ｂの他端が接続されている。切換装置３０はまた可
動ミラー３１を備えており、この可動ミラー３１は第１
の導波路２７から送られた光を第２の導波路２８ａに案
内する第１の位置（実線位置）と、第１の導波路２７か
ら送られた光を第３の導波路２８ｂに案内する第２の位
置（点線位置）との間を移動できるようにしてある。こ
の可動ミラー３１は、切換装置３０に入力される信号に
応じて第１の位置と第２の位置との間を移動する。その
ため、切換装置３０は、導電性の導波路２７を介して、
電源３２とスイッチ３３に接続されており、図示するよ
うにスイッチ３３がオフした状態で可動ミラー３１が第
１の位置に設定され、スイッチ３３をオンして切換装置
３０に所定の電圧が印加されると可動ミラー３１が第２
の位置に切換えられるようにしてある。

【００２７】フォトダイオード２６ａ，２６ｂは、それ
ぞれ対応する電球点灯回路３４ａ，３４ｂに接続されて
いる。各電球点灯回路３４ａ，３４ｂは、直列に接続さ
れた、電球３５ａ，３５ｂと、スイッチング用トランジ
スタ３６ａ，３６ｂと、電源３７ａ，３７ｂを備えてい
る。フォトダイオード２６ａ，２６ｂはまた、対応する
電球点灯回路３４ａ，３４ｂに含まれるトランジスタ３
６ａ，３６ｂのベースと電源３７ａ，３７ｂの間に接続
されており、導波路２８ａ，２８ｂを介して光が入射さ
れたとき、対応するトランジスタ３６ａ，３６ｂのベー
スに所定の電流を印加するように構成されている。

【００２８】このような構成を備えた光・電気回路にお
いて、発光素子２２から出射された光は導波路２７を介
して切換装置３０に伝送される。いまスイッチ３３がオ
フされて可動ミラー３１が第１の位置にあるとき、導波
路２７から出射した光は可動ミラー３１に反射して第１
の導波路２８ａに伝送される。他方、スイッチ３３がオ
ンされて可動ミラー３１が第２の位置にあるとき、導波
路２７から出射した光は可動ミラー３１に反射して第２
の導波路２８ｂに伝送される。導波路２８ａ又は２８ｂ
から出射した光は、フォトダイオード２６ａ又は２６ｂ
で検出される。光を検出したフォトダイオード２６ａ又
は２６ｂは、対応する電球点灯回路３４ａ又は３４ｂに
含まれるトランジスタ３６ａ又は３６ｂのベースに所定
の電流を印加する。その結果、トランジスタ３６ａ又は
３６ｂを介して電球３５ａ又は３５ｂに電流が流れ、電
球３５ａ又は３５ｂが点灯する。

【００２９】このように、実施の形態２に係る光・電気
回路によれば、光を伝送する伝送路である導波路が、切
換装置に電気信号を伝送する伝送路として機能する。し
たがって、電気信号供給用の金属配線を基板上に別途形
成する必要がない。そのため、基板の製造が著しく簡略
化される。また、基板は、光信号伝送に用いる波長城の
光を透過しない材料で形成されているので、外乱光が光
導波路へ入射することによるノイズを低減できる。

【００３０】なお、本発明の光・電気回路及び光・電気
配線基板は以上の実施の形態に限るものでなく、光と電
気を伝送する配線を必要とする回路及び基板であれば等
しく適用できる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、透光性
を有する伝送路が導電性も有することから、この伝送路
を用いて光信号と電力又は電気信号とを同時に伝送する
ことができる。そのため、電力供給用配線を形成する必
要がなく、製造プロセスが簡略化される。また、光伝送
路を基板内に埋め込むことによって、光配線―表面間に
おける絶縁抵抗が十分高くすることができる。また、そ
の基板材料に光信号の伝送に用いる波長域の光を吸収も
しくは反射する材料を用いることにより、外乱光が光導
波路へ入射することによるノイズを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る光・電気回路の
模式図。

【図２】実施の形態１で用いた光導波路の断面構造を
示す模式図。

【図３】本発明の実施の形態２に係る光・電気回路の
模式図。

【図４】実施の形態２で用いた光導波路の断面構造を
示す模式図。

【図５】従来の回路基板の製造方法を示す模式図。

【図６】従来技術のペースト充填工程における回路基
板の製造方法および装置示す模式図。

【符号の説明】

１：光・電気回路２ａ，２ｂ，２ｃ：発光素子７：回路基板８ａ，８ｂ，８ｃ：フォトダイオード９，２７，２８ａ，２８ｂ：導波路１０ａ，１０ｂ：光フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大熊崇文大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者山本憲一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者東田隆亮大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者西原宗和大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KA05 LA09 LA18 MA07 PA04 PA05 PA12 PA14 PA24 QA04 RA08 TA05 TA41 4E351 BB01 DD31 DD35 GG20 5E338 AA03 BB80 CC01 CC10 CD12 EE32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号の伝送路を備えた回路において、
前記光信号の伝送路は、前記光信号に対する透光性と、
導電性とを有する材料で形成されていることを特徴とす
る光・電気回路。
【請求項２】前記材料が、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２０
_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＡＴＯ、ＦＺＯ、ＦＩ
Ｏ、ＦＴＯから選択された少なくとも一つを含むことを
特徴とする請求項１に記載の光・電気回路。
【請求項３】前記伝送路を介して電力を伝送すること
を特徴とする請求項１又は２のいずれか一に記載の光・
電気回路。
【請求項４】前記伝送路を介して電気信号を伝送する
ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一に記載の
光・電気回路。
【請求項５】請求項３に記載の光・電気回路を有する
光・電気配線基板であって、前記光信号と前記電力とを
同時に伝送するための前記伝送路が光導波路により形成
され、前記光導波路が絶縁物基板内に埋め込まれている
ことを特徴とする光・電気配線基板。
【請求項６】請求項４に記載の光・電気回路を有する
光・電気配線基板であって、前記光信号と前記電気信号
とを同時に伝送するための前記伝送路が光導波路により
形成され、前記光導波路が絶縁物基板内に埋め込まれて
いることを特徴とする光・電気配線基板。
【請求項７】前記基板の材料に、前記光信号を伝送す
るために用いる波長城の光を吸収もしくは反射する材料
を用いることを特徴とする請求項５又は６のいずれか一
方に記載の光・電気配線基板。