JP2000304953A - 光配線層及びその製造方法並びに光・電気配線基板及びその製造方法並びに実装基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光部品と光配線との光結合効率が良くかつ製造
が容易な構造を持つ光配線層、及びその光配線層を用い
た光・電気配線基板を提供することを課題とする。 【解決手段】コアとクラッド２３を有する層状の光配線
であって、層に対して平行に光を伝搬させる第１のコア
２１と、層に対して垂直に光を伝搬させる第２のコア２
２と、第１のコアと第２のコアとが交差している部分に
層に対して４５度の角度のミラー面を持つミラー２４と
を備えることを特徴とする光配線層。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光配線層、光配線
層の製造方法、光配線と電気配線とが混在する光・電気
配線基板、光・電気配線基板の製造方法、及び光・電気
配線基板に光部品と電気部品とを実装した実装基板に関
する。

【０００２】

【従来の技術】より速く演算処理が行えるコンピュータ
を作るために、ＣＰＵのクロック周波数は益々増大する
傾向にあり、現在では１ＧＨｚオーダーのものが出現す
るに至っている。この結果、コンピュータの中のプリン
ト基板上の銅による電気配線には高周波電流が流れる部
分が存在することになるので、ノイズの発生により誤動
作が生じたり、また電磁波が発生して周囲に悪影響を与
えることにもなる。

【０００３】このような問題を解決するために、プリン
ト基板上の銅による電気配線の一部を光ファイバー又は
光導波路による光配線に置き換え、電気信号の代わりに
光信号を利用することが行われている。なぜなら、光信
号の場合は、ノイズ及び電磁波の発生を抑えられるから
である。

【０００４】ところで、光部品と光配線とを光結合する
１つの方法に、光配線にミラーを設けるものがある。図
１は、特開平５−２４１０４４号に掲載されている具体
例である。光導波路１を伝搬するレーザ光７は、ミラー
３で反射され、受光素子４の受光面５に入射する。とこ
ろが、ミラー３で反射されたレーザ光７は広がるので、
受光面５が小さい場合には、光結合効率が悪くなるとい
う欠点がある。この欠点を解決するために、特開平５−
２４１０４４号の発明では、図２に示す凸レンズ８を光
導波路１の表面に設けて、広がったレーザ光７を受光面
５に集光させることを提案している。

【０００５】しかし、特開平５−２４１０４４号の方法
では、受光素子４と光導波路１との相対的な位置関係、
或いは受光面５の大きさなどの要因によって、最適な凸
レンズ８が変るので、様々な種類の光部品を実装する場
合には、それぞれの光部品の種類に応じて凸レンズ８を
作らなければならず、煩雑である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は係る従来技術
の問題に鑑みてなされたもので、光部品と光配線との光
結合効率が良くかつ製造が容易な構造を持つ光配線層、
及びその光配線層を用いた光・電気配線基板を提供する
ことを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明において上記の課
題を達成するために、まず請求項１の発明では、コアと
クラッドを有する層状の光配線であって、層に対して平
行に光を伝搬させる第１のコアと、層に対して垂直に光
を伝搬させる第２のコアと、第１のコアと第２のコアと
が交差している部分に層に対して４５度の角度のミラー
面を持つミラーとを備えることを特徴とする光配線層と
したものである。

【０００８】また請求項２の発明では、上記ミラー面
が、第１及び２のコアの端面であって、その端面が空気
と接していることを特徴とする請求項１記載の光配線層
としたものである。

【０００９】また請求項３の発明では、上記ミラー面
が、第１及び２のコアの端面に金属膜を設けたことを特
徴とする請求項１記載の光配線層としたものである。

【００１０】また請求項４の発明では、上記ミラー面
が、第１及び２のコアの端面であって、その端面が第１
及び２のコアの屈折率よりも小さい屈折率を持つ媒質と
接していることを特徴とする請求項１記載の光配線層と
したものである。

【００１１】また請求項５の発明では、水平面を有する
支持体の水平面上で、コアとクラッドを有する光配線層
を作る製造方法であって、支持体の水平面上に剥離膜を
形成する工程と、剥離膜の上に、支持体の水平面に対し
て平行に広がる第１のコアとクラッドとからなる光配線
層を形成する工程と、光配線層に対して垂直な孔を光配
線層に開ける工程と、孔をコアの材料で埋めて第２のコ
アを作る工程と、第１のコアと第２のコアとが交差して
いる部分に光配線層に対して４５度の角度のミラー面を
持つミラーを形成する工程と、ミラーを形成した後、光
配線層を支持体から剥離する工程と、を含むことを特徴
とする光配線層の製造方法としたものである。

【００１２】また請求項６の発明では、電気配線を有す
る基板の電気配線側に、請求項１〜４の何れか１項記載
の光配線層のミラー側を接着させた光・電気配線基板で
あって、基板の反対側にある第２のコアの端の周囲に、
光部品をハンダ付けするためのパッドと、パッドと基板
の電気配線とを電気接続するビアホールと、を具備する
ことを特徴とする光・電気配線基板としたものである。

【００１３】また請求項７の発明では、電気配線を有す
る基板の電気配線側に、請求項１〜４の何れか１項記載
の光配線層のミラー側を接着させた光・電気配線基板で
あって、基板の反対側にある第２のコアの端の周囲に、
光部品をハンダ付けするために設けられた光部品用のパ
ッドと、基板の反対側にある光配線層の表面に、電気部
品をハンダ付けするために設けられた電気部品用のパッ
ドと、光部品又は電気部品用パッドと基板の電気配線と
を電気接続するビアホールと、を具備することを特徴と
する光・電気配線基板としたものである。

【００１４】また請求項８の発明では、電気配線を有す
る基板の電気配線側に、請求項１〜４の何れか１項記載
の光配線層のミラー側を接着させた光・電気配線基板で
あって、基板の反対側にある第２のコアの端の周囲に、
光部品をハンダ付けするために設けられた光部品用のパ
ッドと、基板の反対側にある光配線層の表面に、電気部
品をハンダ付けするために設けられた電気部品用のパッ
ドと、光部品又は電気部品用のパッドと基板の電気配線
とを電気接続するビアホールと、基板の反対側にある光
配線層の表面に設けた電気配線と、を具備することを特
徴とする光・電気配線基板としたものである。

【００１５】また請求項９の発明では、請求項１〜４の
何れか１項記載の光配線層のミラー側を、電気配線を有
する基板の電気配線側に、接着する工程と、ビアホール
によって基板の電気配線と電気接続しているパッドを作
る工程と、を含むことを特徴とする光・電気配線基板の
製造方法としたものである。

【００１６】また請求項１０の発明では、請求項６〜８
のいずれか１項記載の光・電気配線基板に光部品又は／
及び電気部品を実装したことを特徴とする実装基板とし
たものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】１．光配線層 図３に、本発明の光配線層の断面図を示す。光配線層
は、光配線層に対して平行な方向にレーザ光を伝搬させ
るコア２１と、光配線層に対して垂直な方向にレーザ光
を伝搬させるコア２２とを有している。これらのコアが
光配線であって、クラッド２３に囲まれている。コア２
１とコア２２が交差している部分には、光配線層に対し
て４５度の角度のミラー面を持つミラー２４がある。ミ
ラー２４のミラー面には、図４に示すような、アルミニ
ウムなどの金属膜２５による反射層を設けても良い。

【００１８】図５に示すように、コア２１を伝搬するレ
ーザ光２６は、ミラー２４で反射され、さらにコア２２
を伝搬する。ミラー２４による反射でレーザ光２６が広
がっても、コア２２の中に閉じ込められるので、コア２
２の端部から細いビームとして出射される。

【００１９】２．光配線層の製造方法 光配線層の製造方法は、ミラー面に金属膜による反射層
を設けない第１の実施形態と、ミラー面に金属膜による
反射層を設ける第２の実施形態とがある。

【００２０】＜光配線層の製造方法の第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態を、図６の（ａ）〜（ｆ）の流れ
に従って説明する。

【００２１】図６の（ａ）のように、支持体３１の上に
剥離膜３２を形成する。

【００２２】図６の（ｂ）のように、剥離膜３２の上に
コア３３とクラッド３４とからなる光配線層を、フォト
リソグラフィ技術を用いて形成する。

【００２３】図６の（ｃ）のように、光配線層に垂直な
孔３５を、レーザによって開ける。

【００２４】図６の（ｄ）のように、孔３５を、コア３
３と同じ材料で埋めて、コア３６を作る。

【００２５】図６の（ｅ）のように、コア３３とコア３
６とが交差している部分に、ダイシング加工によって溝
を入れて、ミラー３７を形成する。

【００２６】剥離膜３２を剥離液に浸けることによっ
て、支持体３１から光配線層を剥がし、図６の（ｆ）の
ような光配線層を得る。

【００２７】＜光配線層の製造方法の第２の実施形態＞
第２の実施形態を、図７の（ａ）〜（ｅ）の流れに従っ
て説明する。

【００２８】図７の（ａ）のように、支持体４１の上に
剥離膜４２を形成する。

【００２９】図７の（ｂ）のように、剥離膜４２の上に
コア４３とクラッド４４とからなる光配線層を、フォト
リソグラフィ技術を用いて形成する。

【００３０】図７の（ｃ）のように、光配線層に垂直な
孔４５を、レーザによって開ける。

【００３１】図７の（ｄ）のように、孔４５を、コア４
３と同じ材料で埋めて、コア４６を作る。

【００３２】図７の（ｅ）のように、光配線層の上に、
フィルム４７をコーティングする。フィルムの代わりに
レジストを用いても良い。

【００３３】図７の（ｆ）のように、ダイシング加工に
よって、光配線層に溝４８を作る。

【００３４】図７の（ｇ）のように、アルミニウムなど
の金属膜４９で光配線層を覆い、ミラー５０を作る。

【００３５】フィルム４７を剥離して、溝４８を除い
て、金属膜４９を剥離する。さらに、剥離膜４２を剥離
液に浸けて、光配線層を支持体４１から剥がし、図７の
（ｈ）のような光配線層を得る。

【００３６】３．光・電気配線基板 本発明の光配線層を、ミラー２４側に吸収層６７を介し
て、基板６０の電気配線６１及び６２側に接着させる
（図８参照）。なお、光配線層の製造方法の第１の実施
の形態により得られた光配線層（図６の（ｆ）参照）を
用いる場合、コアの端面に空気が接する状態のまま接着
してもよいし、溝の部分をコアより低屈折率の媒質で充
填した後、コアの端面がコアの屈折率よりも小さい屈折
率を持つ媒質と接する状態で接着してもよい。更に、吸
収層がコアの端面（溝の部分）を充填できる程度に柔軟
であり、かつ、コアより小さい屈折率を持つ媒質であれ
ば、充填とともに接着することができる。本発明の光・
電気配線基板は、図８のように、更にビアホール６３又
は６４によって電気配線６１又は６２と電気接続してい
るパッド６５及び６６を設けたものである。ここで、パ
ッド６５及び６６は、光部品をハンダ付けするためのも
のである。

【００３７】図９は、パッド６５及び６６の上に、半導
体レーザなどのレーザ発光素子７１のリードを、ハンダ
付けしたときの断面図である。レーザ発光素子７１のレ
ーザ発光面７２から放出されたレーザ光７５は、コア２
２を伝搬し、ミラー２４で反射された後、コア２１を伝
搬する。

【００３８】図１０は、パッド６５及び６６の上に、フ
ォトダイオードなどの受光素子８１のリードをハンダ付
けしたときの断面図である。コア２１を伝搬するレーザ
光８５は、ミラー２４で反射され、コア２２を伝搬し
て、受光素子８１の受光面８２に入射する。上述したよ
うに、ミラー２４で反射されたレーザ光８５は広がる
が、コア２２に閉じ込められるので、コア２２の端部か
ら細いビームとして出射され、受光面８２に効率良く入
射する。

【００３９】図８の吸収層６７は、電気配線６１及び６
２がなす凹凸を吸収することによって、コア２１及び２
２の光信号伝搬損失を低減するためのものである。吸収
層６７には、塑性又は弾性若しくはそれら両方を有する
物質を用いる。塑性を有する物質を用いた吸収層のこと
を平滑層と呼び、弾性を有する物質を用いた吸収層のこ
とをクッション層と呼ぶ。最も好ましいのは、塑性及び
弾性を有する接着剤を用い、光配線層を基板６０に接着
したときにできる接着層が、吸収層を兼ねる場合であ
る。

【００４０】ミラー２４のミラー面に金属膜による反射
層を設けない場合には、コア２１及びコア２２の端面で
あるミラー面が、吸収層６７と直接接触する。この場
合、レーザ光がミラー２４で全反射するためには、吸収
層６７の屈折率はコアの屈折率よりも小さくなければな
らない。

【００４１】光・電気配線基板の光配線層の上に、電気
部品をハンダ付けするためのパッドを設けても良いし、
また電気配線を設けても良い。電気部品用のパッドは、
光部品用のパッドと同様にして、ビアホールによって基
板の上の配線と電気接続しても良い。

【００４２】光配線層の上に電気配線を設けた場合、パ
ッドが、光配線層上の電気配線とだけ接続して、基板上
の電気配線とは接続していないことがあっても良い。こ
の場合、もちろん、パッドと基板上の電気配線とを電気
接続するためのビアホールは存在しない。

【００４３】４．光・電気配線基板の製造方法 本発明の光・電気配線基板の製造方法を、ビアホールに
よって基板上の電気配線と電気接続する光部品用のパッ
ドに焦点を当てて、図１１の（ａ）〜（ｆ）の流れに従
って説明する。

【００４４】図１１の（ａ）のように、光配線層９０の
ミラー９１側を、吸収層９４を介して、基板９２の電気
配線９３を有する側に接着させる。吸収層９３を基板９
２の上に作ってから接着させるか、或いは吸収層９４を
光配線９０のミラー９１側に作った後に基板９２に接着
させる。上述したように、吸収層９３は、平滑層であっ
ても良いし、クッション層であっても良いし、両方の性
質を兼ね備えたものでも良いが、好ましくは両方の性質
を兼ね備えた接着剤による接着層が良い。また、上述し
たように、ミラー９１のミラー面に金属膜による反射層
を設けずかつミラー面に吸収層が接する場合は、吸収層
の屈折率はコアの屈折率よりも小さくする。

【００４５】図１１の（ｂ）のように、ビアホールを形
成するための孔９５を、レーザによって開ける。次に、
図示はしていないが、孔９５の表面及び基板９２とは反
対側にある光配線層９０の表面を、スパッタリングによ
ってクロムの薄膜を形成し、その後クロムの薄膜の上に
同じくスパッタリングによって銅の薄膜を形成する。

【００４６】図１１の（ｃ）のように、光配線層９０の
表面に、レジスト９６を塗布する。

【００４７】フォトマスクを介してレジスト９６を露光
し、その後現像して、図１１の（ｄ）のように、パッ
ド、電気配線などを作る予定の部分のみ、レジスト９６
を除去する。

【００４８】さらに、孔９５及び光配線層９０の表面に
形成した銅の薄膜を電極として、銅を電気メッキして、
図１１の（ｅ）のように、電気部品用のパッド１００、
電気配線９９、ビアホール９８及び光部品用のパッド９
７を作る。

【００４９】レジスト９６を除去する。その後、光配線
層９０の表面に形成したクロム及び銅の薄膜をソフトエ
ッチングで除去して、図１１の（ｆ）に示すような光・
電気配線層を得る。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明には、以下の効果がある。

【００５１】第１に、光配線層に対して垂直に光を伝搬
させるコアから細いビーム状のレーザを出射するので、
集光用の凸レンズ無しで、受光素子と光配線とを効率良
く光結合させられるという効果がある。従って、受光素
子と光配線との相対的な位置関係、或いは受光素子の受
光面の大きさなどの要因に合わせて、集光用の凸レンズ
を作らなくても済み、集光用の凸レンズを使う従来技術
に比較して、製造が容易になるという効果もある。

【００５２】第２に、光・電気配線基板は、電気配線を
有する基板の上に光配線層を設けるので、高密度実装又
は小型化が可能であるという効果がある。

【００５３】第３に、光・電気配線基板は、光配線層の
上にも電気配線を設けられるので、電気配線間の干渉が
抑えられるという効果がある。

【００５４】第４に、光・電気配線基板の製造方法の実
施形態によれば、吸収層を設けることによって、吸収層
が基板上の電気配線の凹凸を吸収するので、光信号伝搬
損失がないという効果がある。また、光配線層を基板に
接着するとき、その接着が意図されたものに極めて高精
度で一致するという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】受光素子と光導波路とをミラーによって光結合
させることを説明する図。

【図２】凸レンズによって受光素子と光導波路との結合
効率を向上させることを説明する図。

【図３】本発明の光配線層の断面図。

【図４】ミラーに金属膜による反射層を設けた光配線層
の断面図。

【図５】光配線層におけるレーザ光の伝搬を説明する
図。

【図６】光配線層の製造方法を説明する図。

【図７】ミラーに金属膜の反射層を設ける場合の光配線
層の製造方法を説明する図。

【図８】本発明の光・電気配線基板の断面図。

【図９】本発明の光・電気配線基板にレーザ発光素子を
実装した場合のレーザ光の伝搬を説明する図。

【図１０】本発明の光・電気配線基板に受光素子を実装
した場合のレーザ光の伝搬を説明する図。

【図１１】本発明の光・電気配線基板の製造方法を説明
する図。

【符号の説明】

１…光導波路 ２…基板 ３…ミラー ４…受光素子 ５…受光面 ６…はんだバンプ ７…レーザ光 ８…凸レンズ ２１…コア ２２…コア ２３…クラッド ２４…ミラー ２５…金属膜 ２６…レーザ光 ３１…支持体 ３２…剥離層 ３３…コア ３４…クラッド ３５…孔 ３６…コア ３７…ミラー ４１…支持体 ４２…剥離層 ４３…コア ４４…クラッド ４５…孔 ４６…コア ４７…フィルム ４８…溝 ４９…金属膜 ５０…ミラー ６０…基板 ６１…電気配線 ６２…電気配線 ６３…ビアホール ６４…ビアホール ６５…パッド ６６…パッド ６７…吸収層 ７１…レーザ発光素子 ７２…レーザ発光面 ７３…リード ７４…ハンダ ７５…レーザ光 ８１…受光素子 ８２…受光面 ８３…リード ８４…ハンダ ８５…レーザ光 ９０…光配線層 ９１…ミラー ９２…基板 ９３…電気配線 ９４…吸収層 ９５…孔 ９６…レジスト ９７…光部品用のパッド ９８…ビアホール ９９…電気配線 １００…電気部品用のパッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KB09 LA09 MA07 PA21 TA01 TA43 5F073 EA29 FA23 FA30

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コアとクラッドを有する層状の光配線であ
   って、層に対して平行に光を伝搬させる第１のコアと、
   層に対して垂直に光を伝搬させる第２のコアと、第１の
   コアと第２のコアとが交差している部分に層に対して４
   ５度の角度のミラー面を持つミラーとを備えることを特
   徴とする光配線層。
2. 【請求項２】上記ミラー面が、第１及び２のコアの端面
   であって、その端面が空気と接していることを特徴とす
   る請求項１記載の光配線層。
3. 【請求項３】上記ミラー面が、第１及び２のコアの端面
   に金属膜を設けたことを特徴とする請求項１記載の光配
   線層。
4. 【請求項４】上記ミラー面が、第１及び２のコアの端面
   であって、その端面が第１及び２のコアの屈折率よりも
   小さい屈折率を持つ媒質と接していることを特徴とする
   請求項１記載の光配線層。
5. 【請求項５】水平面を有する支持体の水平面上で、コア
   とクラッドを有する光配線層を作る製造方法であって、 支持体の水平面上に剥離膜を形成する工程と、 剥離膜の上に、支持体の水平面に対して平行に広がる第
   １のコアとクラッドとからなる光配線層を形成する工程
   と、 光配線層に対して垂直な孔を光配線層に開ける工程と、 孔をコアの材料で埋めて第２のコアを作る工程と、 第１のコアと第２のコアとが交差している部分に光配線
   層に対して４５度の角度のミラー面を持つミラーを形成
   する工程と、 ミラーを形成した後、光配線層を支持体から剥離する工
   程と、 を含むことを特徴とする光配線層の製造方法。
6. 【請求項６】電気配線を有する基板の電気配線側に、請
   求項１〜４の何れか１項記載の光配線層のミラー側を接
   着させた光・電気配線基板であって、 基板の反対側にある第２のコアの端の周囲に、光部品を
   ハンダ付けするためのパッドと、 パッドと基板の電気配線とを電気接続するビアホール
   と、 を具備することを特徴とする光・電気配線基板。
7. 【請求項７】電気配線を有する基板の電気配線側に、請
   求項１〜４の何れか１項記載の光配線層のミラー側を接
   着させた光・電気配線基板であって、 基板の反対側にある第２のコアの端の周囲に、光部品を
   ハンダ付けするために設けられた光部品用のパッドと、 基板の反対側にある光配線層の表面に、電気部品をハン
   ダ付けするために設けられた電気部品用のパッドと、 光部品又は電気部品用パッドと基板の電気配線とを電気
   接続するビアホールと、 を具備することを特徴とする光・電気配線基板。
8. 【請求項８】電気配線を有する基板の電気配線側に、請
   求項１〜４の何れか１項記載の光配線層のミラー側を接
   着させた光・電気配線基板であって、 基板の反対側にある第２のコアの端の周囲に、光部品を
   ハンダ付けするために設けられた光部品用のパッドと、 基板の反対側にある光配線層の表面に、電気部品をハン
   ダ付けするために設けられた電気部品用のパッドと、 光部品又は電気部品用のパッドと基板の電気配線とを電
   気接続するビアホールと、 基板の反対側にある光配線層の表面に設けた電気配線
   と、 を具備することを特徴とする光・電気配線基板。
9. 【請求項９】請求項１〜４の何れか１項記載の光配線層
   のミラー側を、電気配線を有する基板の電気配線側に、
   接着する工程と、 ビアホールによって基板の電気配線と電気接続している
   パッドを作る工程と、 を含むことを特徴とする光・電気配線基板の製造方法。
10. 【請求項１０】請求項６〜８のいずれか１項記載の光・
    電気配線基板に光部品又は／及び電気部品を実装したこ
    とを特徴とする実装基板。