JP2004205661A - 光電気複合配線板の製造方法及び光電気複合配線板 - Google Patents
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Abstract
【課題】光電気複合配線板の製造方法及び光電気複合配線板において、光配線部の光学素子と光・電気変換素子との位置精度を高めて結合損失の低減と光回路基板の微細化高密度化を実現する。
【解決手段】基板素材が完成した後（Ｓ１）、予め導波路の位置と光・電気変換素子が実装されるランドの位置を計測しておく（Ｓ２）。光・電気変換素子が実装されるランドの位置より、光・電気変換素子の受発光面の位置を算出し、これらの計測結果Ａ、及び算出結果の値に基づいて、反射ミラー及び結合レンズの形成位置、及びこれらの傾き角度と面曲率を含む形状について制御手段Ｂからの指示に従い、反射ミラー及び結合レンズの形成を行う（Ｓ３）。計測結果Ａに基づいて、反射ミラーの形成位置、面角度と結合レンズの形成位置、曲率を最適な形状に形成する。
【選択図】 図２
【解決手段】基板素材が完成した後（Ｓ１）、予め導波路の位置と光・電気変換素子が実装されるランドの位置を計測しておく（Ｓ２）。光・電気変換素子が実装されるランドの位置より、光・電気変換素子の受発光面の位置を算出し、これらの計測結果Ａ、及び算出結果の値に基づいて、反射ミラー及び結合レンズの形成位置、及びこれらの傾き角度と面曲率を含む形状について制御手段Ｂからの指示に従い、反射ミラー及び結合レンズの形成を行う（Ｓ３）。計測結果Ａに基づいて、反射ミラーの形成位置、面角度と結合レンズの形成位置、曲率を最適な形状に形成する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気配線と光配線（導波路）が混在する複合基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光・電気変換素子に光信号を結合させるため光信号を伝搬させる導波路に反射ミラーや結合レンズを設ける方法として、金型による成形、ブレードやレーザ光を用いた加工による形成方法がある。金型を用いて射出成形による反射ミラーや結合レンズの形成方法として、図１２に示すようなものが知られている（例えば特許文献１参照）。図１２（ａ）は射出成形の金型を示す。上下金型１１４，１１５の内部にはベース基板１１３が内蔵され、キャビティ１６，１７，１８、及びベース基板１１３の貫通孔１１３ａに樹脂が注入されて、図１２（ｂ）に示すような光電気複合配線板１００が形成される。ベース基板１１３の上面には光・電気変換素子１３０が実装されており、下面には反射ミラー１０６を有する光路１２１が前記射出成形により作り込まれている。また、ブレードを用いて切削加工により反射ミラーを形成する方法として、図１３に示すようなものが知られている（例えば特許文献２参照）。この光電気複合配線板２００は、ベース基板２０１上のクラッド２０４，２０５及びコア２０３からなる光導波路に両刃ブレード２４０を光導波路に対して垂直に押し当てて加工することにより、反射ミラー２０６を形成するものである。また、レーザ光を用いて加工する反射ミラー形成方法としては、図１４に示すようなものが知られている（例えば特許文献３参照）。この光電気複合配線板３００は、コア３０１、クラッド３０２からなる光導波路板のクラッド３０２に電気配線を備えた状態で、矢印３２０の方向からレーザ光で光導波路板に斜め方向の貫通孔を設け、その間通行の壁面を反射ミラー３０６とするものであり、光導波路板は加工後にベース基板３１０に接着等により取り付けられるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２６２６７６０号公報
【特許文献２】
特開平１０−３００９６１号公報
【特許文献３】
特開２０００−３４７０５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような金型を用いた方法では、電気回路が形成された基板の収縮により位置ずれが生じ、光信号と光・電気変換素子の受光部および発光部との結合に損失が生じ、信号伝送が困難となる。また、上述したようなブレードを用いた方法では、反射ミラーを形成すべき位置以外にブレードの刃の長手方向にも溝が形成され、光回路基板の微細化、高密度化が困難である。また、上述したようなレーザ光を用いた方法では、レーザ光により穴加工を施した壁面（立ち面）を用いるため、加工中の除去物による壁面ダメージが発生するので平滑な平面を確保することが難しく、また、角度制御に関しても微細な制御が困難である。
【０００５】
本発明は、上記課題を解消するものであって、光配線部の光学素子と光・電気変換素子との位置精度を高めて結合損失を減らし、局所的な加工及び加工面の高品質が得られ光回路基板の微細化高密度化を実現できる光電気複合配線板の製造方法及び光電気複合配線板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、電気信号を伝搬させる電気配線と光信号を伝搬させる導波路からなる光配線とが混在する光電気複合配線板の製造方法において、電気信号と光信号とを変換する光・電気変換素子を実装するための電気配線のランドと光・電気変換素子に光信号を結合させるため光信号を伝搬させるコアとクラッドからなる導波路とを備えた基板素材を形成する基板素材形成工程と、光・電気変換素子を実装する電気配線のランドと導波路の位置を計測する位置計測工程と、前記基板素材の導波路のコアに反射ミラーを形成し前記導波路のクラッドに該反射ミラーと光・電気変換素子とを結合する結合レンズを形成する光学素子形成工程とを含み、前記光学素子形成工程では前記位置計測工程で得た計測結果に基づいて前記反射ミラー及び結合レンズの形成位置制御及び傾き角度と面曲率を含む形状制御を行ってこれらを形成するものである。
【０００７】
上記製造方法においては、導波路中に反射ミラー及び結合レンズを形成する際に、光・電気変換素子を実装する電気配線のランドと導波路の位置を予め計測し、計測結果に基づいて反射ミラー及び結合レンズを形成する位置、及び反射ミラーと結合レンズの傾き角度と面曲率を含む形状を制御するので、電気配線の位置に合わせて反射ミラー及び結合レンズ形成位置を決定でき、光学システムとして整合性のとれた高精度な反射ミラー及び結合レンズの光学系を形成できる。このため、低損失、高効率な光信号の伝送が可能な光電気複合配線板が得られる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の光電気複合配線板の製造方法において、前記反射ミラーの反射面形状を凹面とするものである。
【０００９】
上記製造方法においては、反射ミラーの反射面形状を凹面とするので、光信号を光・電気変換素子の受光面に集光でき、また、光・電気変換素子の発光面からの光を効率良く受光でき、システムの伝送効率を向上することができる。また、反射ミラーに集光機能を持たせることになるので、結合レンズが不要となる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１記載の光電気複合配線板の製造方法において、前記反射ミラーはコア断面を分割した分割領域毎に形成するものである。
【００１１】
上記製造方法においては、反射ミラーをコア断面を分割した分割領域毎に形成するので、コアの終端における反射ミラーまでの間にｎ個の反射ミラーを設けてた場合、ｎ分岐反射ミラーをコア中に形成することができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法において、前記導波路反射ミラー又は結合レンズを形成する際に少なくとも一つの工程をレーザ光により行うものである。
【００１３】
上記製造方法においては、導波路反射ミラー又は結合レンズを形成する際に少なくとも一つの工程をレーザ光により行うので、直接描画加工を行うことができ、露光・現像、めっき、真空蒸着などのパターニング工程やエッチング工程を用いる他の方法に比べて工程数を削減することができ、生産性向上が可能である。また、レーザ光により高精度に必要な部分のみの加工ができ光回路基板の微細化高密度化をを実現できる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法において、レーザ光により反射ミラー又は結合レンズを形成する際に加工位置におけるレーザ光のパルス数を制御して３次元形状加工を行うものである。
【００１５】
上記製造方法においては、加工位置におけるレーザ光のパルス数を制御して３次元形状加工を行うので、パルス数により加工エネルギを細かく制御が可能であり安定した加工形状の確保が可能となる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項４記載の光電気複合配線板の製造方法において、レーザ光をマスクするマスクのレーザ光透過部形状を目標加工形状の深さ方向断面形状と相似形の形状とし、マスクと加工物を相対移動させて加工するものである。この製造方法においては、単一マスクを走査する単純な走査により、容易に所望形状の加工を行うことができる。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項５記載の光電気複合配線板の製造方法において、レーザ光をマスクするマスクのレーザ光透過部形状をパルス毎に変化させるものである。この製造方法においては、より精密な形状制御を行って加工できる。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法において、レーザ光により反射ミラー又は結合レンズを形成する際に加工位置におけるレーザ光のエネルギを制御して３次元形状加工を行うものである。この製造方法においては、粗加工部と精密加工部とを区別して加工速度を調整でき、加工形状制御が容易であり、また短時間加工が可能である。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項８記載の光電気複合配線板の製造方法において、レーザ光をマスクするマスクのレーザ光透過部面内にレーザ光透過率分布を持たせてレーザ光透過率を調整するものである。この製造方法においては、上記と同様にレーザ光のエネルギ分布を調整して加工ができ、加工形状制御が容易であり、また短時間加工が可能である。
【００２０】
請求項１０の発明は、請求項９記載の光電気複合配線板の製造方法において、前記レーザ光透過率を調整する方法としてレーザ光透過部マスク材料のレーザ光吸収率を調整するものである。この製造方法においては、上記と同様にレーザ光のエネルギ分布を調整して加工ができ、加工形状制御が容易であり、また短時間加工が可能である。
【００２１】
請求項１１の発明は、請求項９記載の光電気複合配線板の製造方法において、マスクのレーザ光透過部にレーザ光が結像できるサイズ以下の小領域からなるレーザ光透過領域及び反射領域を多数混在分布させて各領域の面積比によりレーザ光透過率を調整するものである。この製造方法においては、上記と同様にレーザ光のエネルギ分布を調整して加工ができ、加工形状制御が容易であり、また短時間加工が可能である。
【００２２】
請求項１２の発明は、請求項８記載の光電気複合配線板の製造方法において、レーザ光をマスクするマスクとレーザ光結像結合レンズの間に第２マスクを設置し、レーザ光の一部を遮蔽することによりレーザ光加工エネルギーを調整するものである。この製造方法においては、レーザ光が分散した状態の位置でマスクによりレーザ光のエネルギ分布を調整して加工ができ、加工形状制御が容易であり、また短時間加工が可能である。
【００２３】
請求項１３の発明は、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法において、目標加工形状に応じてレーザ光光軸方向に調整されたマスクを用いるものである。この製造方法においては、目標とするレーザ光加工形状を確保可能である。
【００２４】
請求項１４の発明は、請求項１３記載の光電気複合配線板の製造方法において、加工中に加工面にマスクの結像点が合うようにマスク位置を調整しながら加工するものである。この製造方法においては、レーザ光による加工形状を精密に制御可能である。
【００２５】
請求項１５の発明は、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法において、目標加工形状面においてレーザ光の焦点が合うように加工物を傾けるものである。この製造方法においては、レーザ光による加工形状を精密に制御可能である。
【００２６】
請求項１６の発明は、請求項１５記載の光電気複合配線板の製造方法において、加工中に加工面にマスクの結像点が合うように加工物位置を調整しながら加工するものである。この製造方法においては、加工面におけるレーザ光の吸収を最適化し、反射を抑制するので、効率よく所定の加工形状を形成することが可能である。
【００２７】
請求項１７の発明は、請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の方法を用いて製造した光電気複合配線板である。この構成においては、光配線部の光学素子と光・電気変換素子との位置精度を高めて結合損失を減らし、局所的な加工及び加工面の高品質が得られ光回路基板の微細化高密度化を実現できる光電気複合配線板が得られる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る光電気複合配線板の製造方法及び光電気複合配線板について、図面を参照して説明する。まず、光電気複合配線板の概要を説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は光電気複合配線板の製造工程を示す。光電気複合配線板８の加工前の状態である基板素材５は、光信号を伝播させるクラッド１とコア２からなる光導波路３、及びクラッド１の表面に設けられた光・電気変換素子を実装するための電気配線のランド4とを備えている。この状態の基板素材５に対して、図１（ｂ）に示されるように、コア２に反射ミラー６、クラッド１に結合レンズ７を形成して光電気複合配線板８が完成する。光電気複合配線板８は、ベース基板９に、例えば接着により接合され、光電気複合配線板８の電気配線にはのランドを用いて光・電気変換素子１０が実装される。コア２に入力された光信号ＬＳは、反射ミラー６で反射されて進行方向を９０度変え、クラッド１表面に設けられた結合レンズ７を経由して光・電気変換素子１０の受発光面１０ａに入射される。
【００２９】
このように、光電気複合配線板８は電気信号を伝搬させる電気配線と光信号を伝搬させる光配線（導波路）とが混在する複合配線板であり、光信号を電気信号、あるいはその逆である電気信号を光信号に変換する。そのための変換素子として、フォトダイオードや面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などが挙げられる。これらの光・電気変換素子１０は電気配線のランド４に実装される。このとき、光と電気の伝送効率は、光信号ＬＳの位置と光・電気変換素子１０の受発光面１０ａの位置精度により大きく左右される。この位置精度は、導波路に形成される反射ミラー６面の反射率、表面粗さ、傾き角度、曲率や導波路反射ミラーと光・電気変換素子の間に形成される結合レンズ７の透過率、表面粗さ、傾き角度、曲率、結合レンズ収差や光・電気変換素子の受発光面の位置により決定される。
【００３０】
上述のように、光電気複合配線板８の各構成要素の位置精度の重要性を考慮した光電気複合配線板製造工程について、図２のフローに従い説明する。まず、上記の基板素材５が完成した後（Ｓ１）、予め導波路３の位置と光・電気変換素子１０が実装されるランド４の位置を計測しておく（Ｓ２）。光・電気変換素子１０が実装されるランド４の位置より、光・電気変換素子１０の受発光面１０ａの位置を算出することが可能である。これらの計測結果Ａ、及び算出結果の値に基づいて、反射ミラー及び結合レンズの形成位置、及びこれらの傾き角度と面曲率を含む形状について制御手段Ｂからの指示に従い、反射ミラー及び結合レンズの形成を行う（Ｓ３）。例えば、計測結果Ａに基づいて、導波路３に反射ミラー６を形成する位置を求める。その際、反射ミラー６が形成可能な位置が限られてくることがあり、反射ミラー６面の折り返し角度が４５°（垂直に光信号を偏向）では信号を伝送出来ない場合が発生する。そこで、反射ミラー６の形成位置、面角度と結合レンズの形成位置、曲率を最適な形状に形成する。このような製造工程によると、光配線部の光学素子と光・電気変換素子との位置精度を高め、局所的な加工及び加工面の高品質が得られ光回路基板の微細化高密度化を実現することができる。
【００３１】
反射ミラー角度の設定について説明する。図３に示されるように、導波路反射ミラーを形成する位置に対して光・電気変換素子１０の受発光面１０ａの中心位置がΔｘずれている場合、導波路反射ミラー６の位置がクラッド上の配線表面からｄ１、配線表面から光・電気変換素子１０の受発光面１０ａまでの距離がｄ２とすれば、反射ミラー面角度を受発光面の方向に４５°からΔθ＝（ａｒｃｔａｎ（Δｘ／（ｄ１＋ｄ２）））／２だけ傾けて形成し、配線表面の結合レンズ７の形成位置も反射ミラー６を傾けた方向にΔｙ＝Δｘ×ｄ２／（ｄ１＋ｄ２）だけ移動させる。例えば、導波路反射ミラー６を形成する位置に対して光・電気変換素子１０の受発光面１０ａの中心位置が５０μｍずれている場合、導波路反射ミラー６の位置が配線板表面から２００μｍ、配線板表面から光・電気変換素子１０の受発光面までの距離が５００μｍとすれば、反射ミラー面角度を４５°から２．０４°傾けて形成し、配線版表面の結合レンズ７の形成位置も反射ミラー６を傾けた方向に１４μｍ移動させる。電気配線の位置に合わせて導波路反射ミラー６の形成位置及び形成形状を決定できるため、最適化された反射ミラー６を精度良くを確保でき、高効率な光信号の伝送が可能となる。また、この場合には、実装時の位置決め精度も考慮する必要がある。つまり、実装位置ずれがΔｍとすれば、受発光面１０ａの大きさよりも受発光面での光信号のパターン大きさを２×Δｍ小さくなるように、結合レンズ７の形状を制御する。
【００３２】
反射ミラーの形状制御について説明する。図４は反射ミラーを凹面とすることにより結合レンズを用いない例を示す。上述したように、予め導波路の位置と光・電気変換素子１０が実装されるランド４の位置を計測しておき、光・電気変換素子１０が実装されるランド４の位置より、光・電気変換素子１０の受発光面１０ａの位置を算出することが可能である。この値により、反射ミラー面の折り返し角度や表面形状を決定する。また、予想される実装位置ずれがΔｘとすれば、受発光面１０ａの大きさよりも受発光面１０ａでの光信号のパターン大きさを２×Δｘ小さくなるように、反射ミラー６の曲率形状を制御する。その結果、配線板表面の結合レンズを形成することが不要となる。例えば、導波路反射ミラー６を形成する位置に対して光・電気変換素子１０の受発光面１０ａの中心位置がΔｘずれている場合、導波路反射ミラー６の位置が配線板表面からｄ１、配線板表面から光・電気変換素子１０の受発光面１０ａまでの距離がｄ２とすれば、反射ミラー面角度を受発光面の方向に４５°の状態からΔθ＝（ａｒｃｔａｎ（Δｘ／（ｄ１＋ｄ２）））／２だけ傾けて形成し、かつ、曲率半径をρ＝２×ｓｑｒ（Ｒ２）とする。ここで、ｓｑｒ（）は平方根を表し、Ｒ２＝Δｘ×Δｘ＋（ｄ１＋ｄ２）×（ｄ１＋ｄ２）である。このような構成とすることで、光信号を光・電気変換素子１０の受光面１０ａに伝送、又は発光面から伝送する伝送効率を向上することでき、また結合レンズを不要とすることができる。
【００３３】
次に、導波路に複数の反射ミラーを形成することについて説明する。図５に示されるように、導波路のコア２に反射ミラーを形成する際、導波路のコアの配線板に垂直な方向の厚み（断面）において反射ミラー６１〜６４を形成すれば、全ての光信号Ｓ１〜Ｓ４は基板表面方向に反射して伝送することができる。そこで、一般に、反射ミラーの形成深さをコアの厚み方向に次第に増加させてｎ個の反射ミラーを形成することで、光信号をｎ分割した信号を配線板表面に伝送させる。つまり、光信号をｎ分岐することが可能となる。その際、例えば最初の反射ミラー深さ（高さ）は全深さの１／ｎとし、ｋ番目は１／（ｎ−ｋ＋１）として、ｎ番目は１／（ｎ−ｎ＋１）＝１つまり全深さの反射ミラーとする。このようにして、光伝送損失を無視すれば、ｎ分岐反射ミラーを形成してｎ分岐した均一な強度の光信号を得ることができる。
【００３４】
次に、反射ミラー又は結合レンズをレーザ光で形成することについて説明する。導波路反射ミラー又は結合レンズを形成する方法として、レーザ光加工を用いる。使用するレーザ光としては、紫外線レーザ光が望ましいが、これを限定するものではなく、可視光レーザ光や赤外線レーザ光でもよい。紫外線レーザ光であれば、加工材料の吸収係数が高いため、加工深さを制御することが容易となる。例えば、使用するレーザ光として、エキシマレーザ光（ＸｅＣｌレーザ光、ＫｒＦレーザ光、ＡｒＦレーザ光、Ｆ２レーザ光など）が適している。これらのエキシマレーザ光を用いる場合、レーザ光波長は短い方が望ましく、Ｆ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）、ＡｒＦレーザ光（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザ光（波長３０８ｎｍ）の順で加工形状を制御する点で適している。このようなレーザ光を加工に用いることにより、露光、現像やめっき、真空蒸着などのリソグラフィ技術を用いる場合に比べて工程数を削減することができ、生産性が向上する。
【００３５】
レーザ光により反射ミラーや結合レンズを形成する場合、加工形状に応じて加工位置でのレーザ光の単位時間当たりパルス数を制御して、加工深さを調節することにより安定した加工形状を確保することができる。パルス数が多い個所は深く加工され、少ない個所は浅く加工されるので、３次元形状の加工をすることが可能となる。各反射ミラーあるいは結合レンズ毎に形状を変化させることも可能である。
【００３６】
パルス数を制御して反射ミラーあるいは結合レンズを形成する方法の例を説明する。図６（ａ）（ｂ）はレーザ光をマスクするマスクの開口形状を所望の最終断面形状に相似形状とした場合の加工を示す。例えば、平面のミラー面を有する反射ミラーを形成する場合であれば、加工形状の断面は、図６（ａ）に示されるように３辺ａ、ｂ、ｃを有する三角形２０ａであるので、この三角形に相似の三角形開口を有する開口マスク２０ｂを用いる。この開口マスク２０ｂをレーザ光に対して移動させれば、開口マスクを透過したレーザ光Ｌは、図６（ｂ）に示されるように、加工位置でも矢印ｖのように移動する。その結果、例えば加工位置２０におけるレーザ照射パルス数を変化させることが可能である。各加工位置における照射パルス数は、マスクを移動させる速度、あるいはレーザ光発振の繰り返し周波数により制御する。また、表面形状が球面の一部からなる結合レンズであれば、矩形開口部に半円で遮光した形状のマスクを用いて、配線板表面のクラッドを２回直交するように走査させる。このような加工方法において、例えば、上記の反射ミラーを形成する場合、被加工材料をエポキシ樹脂、加工レーザ光をＫｒＦエキシマレーザ光とすれば、加工エネルギー密度１０ｍＪ／ｍｍ２のとき、加工エッチングレートが１μｍ／ｐｕｌｓｅ程度となる。従って、１パルス毎の制御が可能であるので、加工深さ精度は１μｍとなる。
【００３７】
次に、レーザ光のパルス数を制御して反射ミラーあるいは結合レンズを形成する方法について説明する。図７（ａ）に示すように、可動マスク１３ａ，固定１３ｂからなるレーザマスク１３の可動マスク１３ａを移動させることにより、マスク１３の開口形状を時間的に変化させて、加工形状を制御する。固定マスク１３ｂは最終の加工エリア（加工面積）が得られるような形状としておき、可動マスク１３ａを移動させる走査速度を変化させることで、反射ミラー形状を制御することが可能である。レーザ光源からのレーザ光Ｌ０のうちマスク１３を通過したレーザ光Ｌ１が反射鏡１４により反射されたレーザ光Ｌ２となる。レンズ１５を通過したレーザ光の照射パターンは、例えば時間の経過とともに可動マスク１３ａが矢印の方向に移動した場合、パターン２１〜２５となり、図７（ｂ）に示されるように、導波路コア２が、照射パターンを積み上げた形状に加工除去されて反射ミラー６が形成される。照射エネルギ密度が一定の場合、可動マスク１３ａの走査速度を速くすれば、浅い加工となり、遅くすれば深い加工となる。また、可動マスク１３ａの走査速度を時間的に可変させて走査させれば、凹面反射ミラーを形成できる。
【００３８】
次に、加工形状に応じて加工位置での加工レーザ光のエネルギー密度を制御する加工方法を説明する。レーザ光により反射ミラーや結合レンズを形成する場合、図８に示されるように、加工形状に応じて加工位置での加工レーザ光のエネルギー密度を制御して、加工深さを調節する。図８（ａ）に示される加工面におけるレーザ光の照射パターン２６は、図８（ｂ）に示すように、矢印ｘの方向にいくほどエネルギー密度が低く設定されている。エネルギー密度が高い個所は深く加工され、低い個所は浅く加工されるので、図８（ｃ）に示される反射ミラー６のような３次元形状を加工することが可能となる。また、パルス数を変化させることにより反射ミラーの角度や結合レンズの曲率を制御することができる。従って、各反射ミラーあるいは結合レンズ毎に形状を変化させることも可能である。
【００３９】
上述のレーザ光の照射パターンにエネルギー密度分布を持たせるのにマスクを用いる場合を説明する。これは、例えば、マスクによりレーザ光の透過率を制御して行うことができ、その方法として、マスク面でのレーザ光反射率を変化させることが挙げられる。つまり、加工レーザ光に対して透明材料のマスク基板の表面に反射率の異なる薄膜などを形成し、反射率の高い部分ほどレーザ光の透過が少なくエネルギー密度が低くなるようにする。この薄膜としては、各種金属や誘電体を用いた多層膜が挙げられる。また、ホログラムを用いてもよい。予め形成したエネルギー密度分布制御マスクにより加工を行うことができ、加工形状制御が容易であり、また短時間加工が可能となる。
【００４０】
また、マスクによりレーザ光の透過率を制御する他の方法を説明する。その方法としてレーザ光が通過するマスク材料中におけるレーザ光の吸収率をレーザ光が通過する場所によって変化させることが挙げられる。つまり、加工レーザ光に対して透明材料のマスク基板の表面に吸収率の異なる薄膜などを形成するか、マスク内部に吸収材料を含有させる量を制御することでもよい。この薄膜としては、各種金属や誘電体を用いた多層膜が挙げられる。
【００４１】
また、マスクによりレーザ光の透過率を制御するさらに他の方法を説明する。その方法としてマスク面でのレーザ光開口率を変化させることが挙げられる。つまり、レーザ光が結像できるサイズ以下のマスク開口スリットを組み合わせるものである。例えば、結像比率として１／１０、マスク面での結像可能なスリットサイズを１０μｍであれば、スリットサイズを２μｍのとき、開口幅／遮光幅を２／２μｍとすれば、５０％のレーザ光強度が得られ、開口幅／遮光幅を１８／２μｍとすれば９０％、開口幅／遮光幅を２／１８μｍとすれば、１０％のレーザ光強度を得ることが可能となる。このとき、マスク基板材料として合成石英を用いて、遮光する材料としては、クロム膜などが挙げられる。透明材料をマスク基板として用いれば、微細なマスク形状を作成することが可能となり、精度よくレーザ光透過率を制御することが可能である。また、スリットではなく、円形の遮光部を用いて開口率を制御してもよい。このときの円形のサイズも結像されないサイズであることが必要である。
【００４２】
また、マスクによりレーザ光の透過率を制御するさらに他の方法を説明する。その方法として、図９（ａ）に示すように結像マスク１３と結像結合レンズ１５の間に第２のマスク１６を設置して加工エネルギーを制御する方法が挙げられる。一様なエネルギー密度分布でマスク１３を透過したレーザ光Ｌ１，Ｌ２のうち結合レンズ付近のレーザ光Ｌ２は像があいまいな状態となっている。この位置に第２のマスク１６を設置すれば、加工エネルギー密度の分布を制御することができる。つまり、マスク１３の開口部中心を透過した光は、第２マスク１６により５０％に減衰され、第２マスク１６が設置された側は、端の方ほどレーザ光エネルギー密度が減衰する。反対に第２反射ミラーが設置された方とは反対の方では、端の方ほどレーザ光エネルギー密度は高くなる。このようにレーザ光エネルギー密度を調整することが可能である。図９（ａ）の構成による第２のマスク１６の配置では、図９（ｂ）に示されるようにコア２に対してコア軸方向に傾斜した平面形状の反射面を有する反射ミラー６が形成される。
【００４３】
次に、加工の進行に伴う加工深さの変化に対応したマスク設定について説明する。図１０（ａ）に示されるように、通常、レーザ光加工を行う場合、マスク１３の結像位置は被加工対象物であるコア２の表面２ａに調整される。しかし、３次元形状を加工する際には、加工初期と最終加工形状とで形状が異なり、加工初期状態に調整されていた結像マスク１３の像は、最終加工形状ではズレが生じてしまう。そこで、図１０（ｂ）に示されるように、加工当初から最終加工形状の加工表面位置に結像位置を調整してマスク位置を設定して加工を行う。その結果、加工中において最終加工形状になるように像が調整されているので、ねらいのレーザ光加工形状を確保可能であり、目標形状を得ることが容易となる。
【００４４】
次に、加工の進行に伴う加工深さの変化に対応したマスク操作について説明する。通常、レーザ光加工を行う場合、マスクの結像位置は加工基板の表面に調整される。しかし、３次元形状を加工する際には、加工初期と最終加工形状とで形状が異なり、加工初期状態に調整されていた結像マスクの像は、最終加工形状ではズレが生じてしまう。そこで、レーザ光加工の進行と共に結像面が加工面と一致するようにマスクの設置位置を制御しながら加工を行う。その結果、最終加工形状になるように像が調整されるので、レーザ光加工形状を精密に制御可能であり、目標形状を得ることが容易となる。
【００４５】
次に、加工の進行に伴う加工深さの変化への他の対応方法について説明する。図１１（ａ）に示されるように、通常、レーザ光加工を行う場合、マスクの結像位置は被加工対象物であるコア２の表面２ａにに調整される。しかし、３次元形状を加工する際には、加工初期と最終加工形状とで形状が異なり、加工初期状態に調整されていた結像マスクの像は、最終加工形状ではズレが生じてしまう。そこで、最終加工形状において、結像位置が調整されるように加工対象物の固定位置を設定する。つまり、加工の最終状態に加工面２ａがレーザ光に対して垂直となるように、加工の当初から加工配線板を傾けて固定する。その結果、最終加工形状になるように像が調整されているので、レーザ光加工形状を精密に制御可能であり、目標形状を得ることが容易となる。
【００４６】
次に、加工の進行に伴う加工深さの変化へのさらに他の対応方法について説明する。通常、レーザ光加工を行う場合、マスクの結像位置は加工基板の表面に調整される。しかし、３次元形状を加工する際には、加工初期と最終加工形状とで形状が異なり、加工初期状態に調整されていた結像マスクの像は、最終加工形状ではズレが生じてしまう。そこで、レーザ光加工の進行と共に結像面が加工面と一致するように加工対象物の固定位置を制御しながら加工を行う。つまり、加工中の加工面がレーザ光に対して垂直となるように被加工物である加工配線板を傾けていく。その結果、最終加工形状になるように像が調整されるので、加工面での反射を抑制し、効率よく加工することが可能であり、目標形状を得ることが容易となる。
【００４７】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光電気複合配線板加工前の断面図、（ｂ）は同加工後の断面図、（ｃ）は同光電気複合配線板に光・電気変換素子を組み込んだ状態の断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る光電気複合配線板の製造工程を示すフロー図。
【図３】同配線板の反射ミラー及び結合レンズ部の断面図。
【図４】同配線板の反射ミラー及び結合レンズ部の断面図。
【図５】複数反射ミラーによる光分岐を示す同配線板の断面図。
【図６】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光電気複合配線板の加工方法を示す斜視図、（ｂ）はレーザマスクを説明する平面図。
【図７】（ａ）は同上他の加工方法示す斜視図、（ｂ）は加工形状を示す斜視図。
【図８】（ａ）は同上さらに他の加工方法示す斜視図、（ｂ）はレーザ光のエネルギ分布を示す図、（ｃ）は加工形状を示す斜視図。
【図９】（ａ）は同上さらに他の加工方法示す斜視図、（ｂ）は加工形状を示す斜視図。
【図１０】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光電気複合配線板の加工方法において加工初期のレーザ光学系の断面図、（ｂ）は同加工終末期にレーザマスクの調整をしたレーザ光学系の断面図。
【図１１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光電気複合配線板の加工方法において加工初期のレーザ光学系の断面図、（ｂ）は同加工終末期に加工対象物位置を調整したレーザ光学系の断面図。
【図１２】（ａ）（ｂ）は従来の金型による光電気複合配線板形成を示す断面図。
【図１３】従来のブレードを用いた反射ミラー形成を示す断面図。
【図１４】従来のレーザ加工による光電気複合配線板の断面図。
【符号の説明】
１ クラッド
２ コア
３ 導波路
４ ランド
５ 基板素材
６ 反射ミラー
６０ 凹面
７ 結合レンズ
８ 光電気複合配線板
１０ 光・電気変換素子
２０ｂ マスク
２０ａ 断面形状
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気配線と光配線（導波路）が混在する複合基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光・電気変換素子に光信号を結合させるため光信号を伝搬させる導波路に反射ミラーや結合レンズを設ける方法として、金型による成形、ブレードやレーザ光を用いた加工による形成方法がある。金型を用いて射出成形による反射ミラーや結合レンズの形成方法として、図１２に示すようなものが知られている（例えば特許文献１参照）。図１２（ａ）は射出成形の金型を示す。上下金型１１４，１１５の内部にはベース基板１１３が内蔵され、キャビティ１６，１７，１８、及びベース基板１１３の貫通孔１１３ａに樹脂が注入されて、図１２（ｂ）に示すような光電気複合配線板１００が形成される。ベース基板１１３の上面には光・電気変換素子１３０が実装されており、下面には反射ミラー１０６を有する光路１２１が前記射出成形により作り込まれている。また、ブレードを用いて切削加工により反射ミラーを形成する方法として、図１３に示すようなものが知られている（例えば特許文献２参照）。この光電気複合配線板２００は、ベース基板２０１上のクラッド２０４，２０５及びコア２０３からなる光導波路に両刃ブレード２４０を光導波路に対して垂直に押し当てて加工することにより、反射ミラー２０６を形成するものである。また、レーザ光を用いて加工する反射ミラー形成方法としては、図１４に示すようなものが知られている（例えば特許文献３参照）。この光電気複合配線板３００は、コア３０１、クラッド３０２からなる光導波路板のクラッド３０２に電気配線を備えた状態で、矢印３２０の方向からレーザ光で光導波路板に斜め方向の貫通孔を設け、その間通行の壁面を反射ミラー３０６とするものであり、光導波路板は加工後にベース基板３１０に接着等により取り付けられるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２６２６７６０号公報
【特許文献２】
特開平１０−３００９６１号公報
【特許文献３】
特開２０００−３４７０５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような金型を用いた方法では、電気回路が形成された基板の収縮により位置ずれが生じ、光信号と光・電気変換素子の受光部および発光部との結合に損失が生じ、信号伝送が困難となる。また、上述したようなブレードを用いた方法では、反射ミラーを形成すべき位置以外にブレードの刃の長手方向にも溝が形成され、光回路基板の微細化、高密度化が困難である。また、上述したようなレーザ光を用いた方法では、レーザ光により穴加工を施した壁面（立ち面）を用いるため、加工中の除去物による壁面ダメージが発生するので平滑な平面を確保することが難しく、また、角度制御に関しても微細な制御が困難である。
【０００５】
本発明は、上記課題を解消するものであって、光配線部の光学素子と光・電気変換素子との位置精度を高めて結合損失を減らし、局所的な加工及び加工面の高品質が得られ光回路基板の微細化高密度化を実現できる光電気複合配線板の製造方法及び光電気複合配線板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、電気信号を伝搬させる電気配線と光信号を伝搬させる導波路からなる光配線とが混在する光電気複合配線板の製造方法において、電気信号と光信号とを変換する光・電気変換素子を実装するための電気配線のランドと光・電気変換素子に光信号を結合させるため光信号を伝搬させるコアとクラッドからなる導波路とを備えた基板素材を形成する基板素材形成工程と、光・電気変換素子を実装する電気配線のランドと導波路の位置を計測する位置計測工程と、前記基板素材の導波路のコアに反射ミラーを形成し前記導波路のクラッドに該反射ミラーと光・電気変換素子とを結合する結合レンズを形成する光学素子形成工程とを含み、前記光学素子形成工程では前記位置計測工程で得た計測結果に基づいて前記反射ミラー及び結合レンズの形成位置制御及び傾き角度と面曲率を含む形状制御を行ってこれらを形成するものである。
【０００７】
上記製造方法においては、導波路中に反射ミラー及び結合レンズを形成する際に、光・電気変換素子を実装する電気配線のランドと導波路の位置を予め計測し、計測結果に基づいて反射ミラー及び結合レンズを形成する位置、及び反射ミラーと結合レンズの傾き角度と面曲率を含む形状を制御するので、電気配線の位置に合わせて反射ミラー及び結合レンズ形成位置を決定でき、光学システムとして整合性のとれた高精度な反射ミラー及び結合レンズの光学系を形成できる。このため、低損失、高効率な光信号の伝送が可能な光電気複合配線板が得られる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の光電気複合配線板の製造方法において、前記反射ミラーの反射面形状を凹面とするものである。
【０００９】
上記製造方法においては、反射ミラーの反射面形状を凹面とするので、光信号を光・電気変換素子の受光面に集光でき、また、光・電気変換素子の発光面からの光を効率良く受光でき、システムの伝送効率を向上することができる。また、反射ミラーに集光機能を持たせることになるので、結合レンズが不要となる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１記載の光電気複合配線板の製造方法において、前記反射ミラーはコア断面を分割した分割領域毎に形成するものである。
【００１１】
上記製造方法においては、反射ミラーをコア断面を分割した分割領域毎に形成するので、コアの終端における反射ミラーまでの間にｎ個の反射ミラーを設けてた場合、ｎ分岐反射ミラーをコア中に形成することができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法において、前記導波路反射ミラー又は結合レンズを形成する際に少なくとも一つの工程をレーザ光により行うものである。
【００１３】
上記製造方法においては、導波路反射ミラー又は結合レンズを形成する際に少なくとも一つの工程をレーザ光により行うので、直接描画加工を行うことができ、露光・現像、めっき、真空蒸着などのパターニング工程やエッチング工程を用いる他の方法に比べて工程数を削減することができ、生産性向上が可能である。また、レーザ光により高精度に必要な部分のみの加工ができ光回路基板の微細化高密度化をを実現できる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法において、レーザ光により反射ミラー又は結合レンズを形成する際に加工位置におけるレーザ光のパルス数を制御して３次元形状加工を行うものである。
【００１５】
上記製造方法においては、加工位置におけるレーザ光のパルス数を制御して３次元形状加工を行うので、パルス数により加工エネルギを細かく制御が可能であり安定した加工形状の確保が可能となる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項４記載の光電気複合配線板の製造方法において、レーザ光をマスクするマスクのレーザ光透過部形状を目標加工形状の深さ方向断面形状と相似形の形状とし、マスクと加工物を相対移動させて加工するものである。この製造方法においては、単一マスクを走査する単純な走査により、容易に所望形状の加工を行うことができる。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項５記載の光電気複合配線板の製造方法において、レーザ光をマスクするマスクのレーザ光透過部形状をパルス毎に変化させるものである。この製造方法においては、より精密な形状制御を行って加工できる。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法において、レーザ光により反射ミラー又は結合レンズを形成する際に加工位置におけるレーザ光のエネルギを制御して３次元形状加工を行うものである。この製造方法においては、粗加工部と精密加工部とを区別して加工速度を調整でき、加工形状制御が容易であり、また短時間加工が可能である。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項８記載の光電気複合配線板の製造方法において、レーザ光をマスクするマスクのレーザ光透過部面内にレーザ光透過率分布を持たせてレーザ光透過率を調整するものである。この製造方法においては、上記と同様にレーザ光のエネルギ分布を調整して加工ができ、加工形状制御が容易であり、また短時間加工が可能である。
【００２０】
請求項１０の発明は、請求項９記載の光電気複合配線板の製造方法において、前記レーザ光透過率を調整する方法としてレーザ光透過部マスク材料のレーザ光吸収率を調整するものである。この製造方法においては、上記と同様にレーザ光のエネルギ分布を調整して加工ができ、加工形状制御が容易であり、また短時間加工が可能である。
【００２１】
請求項１１の発明は、請求項９記載の光電気複合配線板の製造方法において、マスクのレーザ光透過部にレーザ光が結像できるサイズ以下の小領域からなるレーザ光透過領域及び反射領域を多数混在分布させて各領域の面積比によりレーザ光透過率を調整するものである。この製造方法においては、上記と同様にレーザ光のエネルギ分布を調整して加工ができ、加工形状制御が容易であり、また短時間加工が可能である。
【００２２】
請求項１２の発明は、請求項８記載の光電気複合配線板の製造方法において、レーザ光をマスクするマスクとレーザ光結像結合レンズの間に第２マスクを設置し、レーザ光の一部を遮蔽することによりレーザ光加工エネルギーを調整するものである。この製造方法においては、レーザ光が分散した状態の位置でマスクによりレーザ光のエネルギ分布を調整して加工ができ、加工形状制御が容易であり、また短時間加工が可能である。
【００２３】
請求項１３の発明は、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法において、目標加工形状に応じてレーザ光光軸方向に調整されたマスクを用いるものである。この製造方法においては、目標とするレーザ光加工形状を確保可能である。
【００２４】
請求項１４の発明は、請求項１３記載の光電気複合配線板の製造方法において、加工中に加工面にマスクの結像点が合うようにマスク位置を調整しながら加工するものである。この製造方法においては、レーザ光による加工形状を精密に制御可能である。
【００２５】
請求項１５の発明は、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法において、目標加工形状面においてレーザ光の焦点が合うように加工物を傾けるものである。この製造方法においては、レーザ光による加工形状を精密に制御可能である。
【００２６】
請求項１６の発明は、請求項１５記載の光電気複合配線板の製造方法において、加工中に加工面にマスクの結像点が合うように加工物位置を調整しながら加工するものである。この製造方法においては、加工面におけるレーザ光の吸収を最適化し、反射を抑制するので、効率よく所定の加工形状を形成することが可能である。
【００２７】
請求項１７の発明は、請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の方法を用いて製造した光電気複合配線板である。この構成においては、光配線部の光学素子と光・電気変換素子との位置精度を高めて結合損失を減らし、局所的な加工及び加工面の高品質が得られ光回路基板の微細化高密度化を実現できる光電気複合配線板が得られる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る光電気複合配線板の製造方法及び光電気複合配線板について、図面を参照して説明する。まず、光電気複合配線板の概要を説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は光電気複合配線板の製造工程を示す。光電気複合配線板８の加工前の状態である基板素材５は、光信号を伝播させるクラッド１とコア２からなる光導波路３、及びクラッド１の表面に設けられた光・電気変換素子を実装するための電気配線のランド4とを備えている。この状態の基板素材５に対して、図１（ｂ）に示されるように、コア２に反射ミラー６、クラッド１に結合レンズ７を形成して光電気複合配線板８が完成する。光電気複合配線板８は、ベース基板９に、例えば接着により接合され、光電気複合配線板８の電気配線にはのランドを用いて光・電気変換素子１０が実装される。コア２に入力された光信号ＬＳは、反射ミラー６で反射されて進行方向を９０度変え、クラッド１表面に設けられた結合レンズ７を経由して光・電気変換素子１０の受発光面１０ａに入射される。
【００２９】
このように、光電気複合配線板８は電気信号を伝搬させる電気配線と光信号を伝搬させる光配線（導波路）とが混在する複合配線板であり、光信号を電気信号、あるいはその逆である電気信号を光信号に変換する。そのための変換素子として、フォトダイオードや面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などが挙げられる。これらの光・電気変換素子１０は電気配線のランド４に実装される。このとき、光と電気の伝送効率は、光信号ＬＳの位置と光・電気変換素子１０の受発光面１０ａの位置精度により大きく左右される。この位置精度は、導波路に形成される反射ミラー６面の反射率、表面粗さ、傾き角度、曲率や導波路反射ミラーと光・電気変換素子の間に形成される結合レンズ７の透過率、表面粗さ、傾き角度、曲率、結合レンズ収差や光・電気変換素子の受発光面の位置により決定される。
【００３０】
上述のように、光電気複合配線板８の各構成要素の位置精度の重要性を考慮した光電気複合配線板製造工程について、図２のフローに従い説明する。まず、上記の基板素材５が完成した後（Ｓ１）、予め導波路３の位置と光・電気変換素子１０が実装されるランド４の位置を計測しておく（Ｓ２）。光・電気変換素子１０が実装されるランド４の位置より、光・電気変換素子１０の受発光面１０ａの位置を算出することが可能である。これらの計測結果Ａ、及び算出結果の値に基づいて、反射ミラー及び結合レンズの形成位置、及びこれらの傾き角度と面曲率を含む形状について制御手段Ｂからの指示に従い、反射ミラー及び結合レンズの形成を行う（Ｓ３）。例えば、計測結果Ａに基づいて、導波路３に反射ミラー６を形成する位置を求める。その際、反射ミラー６が形成可能な位置が限られてくることがあり、反射ミラー６面の折り返し角度が４５°（垂直に光信号を偏向）では信号を伝送出来ない場合が発生する。そこで、反射ミラー６の形成位置、面角度と結合レンズの形成位置、曲率を最適な形状に形成する。このような製造工程によると、光配線部の光学素子と光・電気変換素子との位置精度を高め、局所的な加工及び加工面の高品質が得られ光回路基板の微細化高密度化を実現することができる。
【００３１】
反射ミラー角度の設定について説明する。図３に示されるように、導波路反射ミラーを形成する位置に対して光・電気変換素子１０の受発光面１０ａの中心位置がΔｘずれている場合、導波路反射ミラー６の位置がクラッド上の配線表面からｄ１、配線表面から光・電気変換素子１０の受発光面１０ａまでの距離がｄ２とすれば、反射ミラー面角度を受発光面の方向に４５°からΔθ＝（ａｒｃｔａｎ（Δｘ／（ｄ１＋ｄ２）））／２だけ傾けて形成し、配線表面の結合レンズ７の形成位置も反射ミラー６を傾けた方向にΔｙ＝Δｘ×ｄ２／（ｄ１＋ｄ２）だけ移動させる。例えば、導波路反射ミラー６を形成する位置に対して光・電気変換素子１０の受発光面１０ａの中心位置が５０μｍずれている場合、導波路反射ミラー６の位置が配線板表面から２００μｍ、配線板表面から光・電気変換素子１０の受発光面までの距離が５００μｍとすれば、反射ミラー面角度を４５°から２．０４°傾けて形成し、配線版表面の結合レンズ７の形成位置も反射ミラー６を傾けた方向に１４μｍ移動させる。電気配線の位置に合わせて導波路反射ミラー６の形成位置及び形成形状を決定できるため、最適化された反射ミラー６を精度良くを確保でき、高効率な光信号の伝送が可能となる。また、この場合には、実装時の位置決め精度も考慮する必要がある。つまり、実装位置ずれがΔｍとすれば、受発光面１０ａの大きさよりも受発光面での光信号のパターン大きさを２×Δｍ小さくなるように、結合レンズ７の形状を制御する。
【００３２】
反射ミラーの形状制御について説明する。図４は反射ミラーを凹面とすることにより結合レンズを用いない例を示す。上述したように、予め導波路の位置と光・電気変換素子１０が実装されるランド４の位置を計測しておき、光・電気変換素子１０が実装されるランド４の位置より、光・電気変換素子１０の受発光面１０ａの位置を算出することが可能である。この値により、反射ミラー面の折り返し角度や表面形状を決定する。また、予想される実装位置ずれがΔｘとすれば、受発光面１０ａの大きさよりも受発光面１０ａでの光信号のパターン大きさを２×Δｘ小さくなるように、反射ミラー６の曲率形状を制御する。その結果、配線板表面の結合レンズを形成することが不要となる。例えば、導波路反射ミラー６を形成する位置に対して光・電気変換素子１０の受発光面１０ａの中心位置がΔｘずれている場合、導波路反射ミラー６の位置が配線板表面からｄ１、配線板表面から光・電気変換素子１０の受発光面１０ａまでの距離がｄ２とすれば、反射ミラー面角度を受発光面の方向に４５°の状態からΔθ＝（ａｒｃｔａｎ（Δｘ／（ｄ１＋ｄ２）））／２だけ傾けて形成し、かつ、曲率半径をρ＝２×ｓｑｒ（Ｒ２）とする。ここで、ｓｑｒ（）は平方根を表し、Ｒ２＝Δｘ×Δｘ＋（ｄ１＋ｄ２）×（ｄ１＋ｄ２）である。このような構成とすることで、光信号を光・電気変換素子１０の受光面１０ａに伝送、又は発光面から伝送する伝送効率を向上することでき、また結合レンズを不要とすることができる。
【００３３】
次に、導波路に複数の反射ミラーを形成することについて説明する。図５に示されるように、導波路のコア２に反射ミラーを形成する際、導波路のコアの配線板に垂直な方向の厚み（断面）において反射ミラー６１〜６４を形成すれば、全ての光信号Ｓ１〜Ｓ４は基板表面方向に反射して伝送することができる。そこで、一般に、反射ミラーの形成深さをコアの厚み方向に次第に増加させてｎ個の反射ミラーを形成することで、光信号をｎ分割した信号を配線板表面に伝送させる。つまり、光信号をｎ分岐することが可能となる。その際、例えば最初の反射ミラー深さ（高さ）は全深さの１／ｎとし、ｋ番目は１／（ｎ−ｋ＋１）として、ｎ番目は１／（ｎ−ｎ＋１）＝１つまり全深さの反射ミラーとする。このようにして、光伝送損失を無視すれば、ｎ分岐反射ミラーを形成してｎ分岐した均一な強度の光信号を得ることができる。
【００３４】
次に、反射ミラー又は結合レンズをレーザ光で形成することについて説明する。導波路反射ミラー又は結合レンズを形成する方法として、レーザ光加工を用いる。使用するレーザ光としては、紫外線レーザ光が望ましいが、これを限定するものではなく、可視光レーザ光や赤外線レーザ光でもよい。紫外線レーザ光であれば、加工材料の吸収係数が高いため、加工深さを制御することが容易となる。例えば、使用するレーザ光として、エキシマレーザ光（ＸｅＣｌレーザ光、ＫｒＦレーザ光、ＡｒＦレーザ光、Ｆ２レーザ光など）が適している。これらのエキシマレーザ光を用いる場合、レーザ光波長は短い方が望ましく、Ｆ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）、ＡｒＦレーザ光（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザ光（波長３０８ｎｍ）の順で加工形状を制御する点で適している。このようなレーザ光を加工に用いることにより、露光、現像やめっき、真空蒸着などのリソグラフィ技術を用いる場合に比べて工程数を削減することができ、生産性が向上する。
【００３５】
レーザ光により反射ミラーや結合レンズを形成する場合、加工形状に応じて加工位置でのレーザ光の単位時間当たりパルス数を制御して、加工深さを調節することにより安定した加工形状を確保することができる。パルス数が多い個所は深く加工され、少ない個所は浅く加工されるので、３次元形状の加工をすることが可能となる。各反射ミラーあるいは結合レンズ毎に形状を変化させることも可能である。
【００３６】
パルス数を制御して反射ミラーあるいは結合レンズを形成する方法の例を説明する。図６（ａ）（ｂ）はレーザ光をマスクするマスクの開口形状を所望の最終断面形状に相似形状とした場合の加工を示す。例えば、平面のミラー面を有する反射ミラーを形成する場合であれば、加工形状の断面は、図６（ａ）に示されるように３辺ａ、ｂ、ｃを有する三角形２０ａであるので、この三角形に相似の三角形開口を有する開口マスク２０ｂを用いる。この開口マスク２０ｂをレーザ光に対して移動させれば、開口マスクを透過したレーザ光Ｌは、図６（ｂ）に示されるように、加工位置でも矢印ｖのように移動する。その結果、例えば加工位置２０におけるレーザ照射パルス数を変化させることが可能である。各加工位置における照射パルス数は、マスクを移動させる速度、あるいはレーザ光発振の繰り返し周波数により制御する。また、表面形状が球面の一部からなる結合レンズであれば、矩形開口部に半円で遮光した形状のマスクを用いて、配線板表面のクラッドを２回直交するように走査させる。このような加工方法において、例えば、上記の反射ミラーを形成する場合、被加工材料をエポキシ樹脂、加工レーザ光をＫｒＦエキシマレーザ光とすれば、加工エネルギー密度１０ｍＪ／ｍｍ２のとき、加工エッチングレートが１μｍ／ｐｕｌｓｅ程度となる。従って、１パルス毎の制御が可能であるので、加工深さ精度は１μｍとなる。
【００３７】
次に、レーザ光のパルス数を制御して反射ミラーあるいは結合レンズを形成する方法について説明する。図７（ａ）に示すように、可動マスク１３ａ，固定１３ｂからなるレーザマスク１３の可動マスク１３ａを移動させることにより、マスク１３の開口形状を時間的に変化させて、加工形状を制御する。固定マスク１３ｂは最終の加工エリア（加工面積）が得られるような形状としておき、可動マスク１３ａを移動させる走査速度を変化させることで、反射ミラー形状を制御することが可能である。レーザ光源からのレーザ光Ｌ０のうちマスク１３を通過したレーザ光Ｌ１が反射鏡１４により反射されたレーザ光Ｌ２となる。レンズ１５を通過したレーザ光の照射パターンは、例えば時間の経過とともに可動マスク１３ａが矢印の方向に移動した場合、パターン２１〜２５となり、図７（ｂ）に示されるように、導波路コア２が、照射パターンを積み上げた形状に加工除去されて反射ミラー６が形成される。照射エネルギ密度が一定の場合、可動マスク１３ａの走査速度を速くすれば、浅い加工となり、遅くすれば深い加工となる。また、可動マスク１３ａの走査速度を時間的に可変させて走査させれば、凹面反射ミラーを形成できる。
【００３８】
次に、加工形状に応じて加工位置での加工レーザ光のエネルギー密度を制御する加工方法を説明する。レーザ光により反射ミラーや結合レンズを形成する場合、図８に示されるように、加工形状に応じて加工位置での加工レーザ光のエネルギー密度を制御して、加工深さを調節する。図８（ａ）に示される加工面におけるレーザ光の照射パターン２６は、図８（ｂ）に示すように、矢印ｘの方向にいくほどエネルギー密度が低く設定されている。エネルギー密度が高い個所は深く加工され、低い個所は浅く加工されるので、図８（ｃ）に示される反射ミラー６のような３次元形状を加工することが可能となる。また、パルス数を変化させることにより反射ミラーの角度や結合レンズの曲率を制御することができる。従って、各反射ミラーあるいは結合レンズ毎に形状を変化させることも可能である。
【００３９】
上述のレーザ光の照射パターンにエネルギー密度分布を持たせるのにマスクを用いる場合を説明する。これは、例えば、マスクによりレーザ光の透過率を制御して行うことができ、その方法として、マスク面でのレーザ光反射率を変化させることが挙げられる。つまり、加工レーザ光に対して透明材料のマスク基板の表面に反射率の異なる薄膜などを形成し、反射率の高い部分ほどレーザ光の透過が少なくエネルギー密度が低くなるようにする。この薄膜としては、各種金属や誘電体を用いた多層膜が挙げられる。また、ホログラムを用いてもよい。予め形成したエネルギー密度分布制御マスクにより加工を行うことができ、加工形状制御が容易であり、また短時間加工が可能となる。
【００４０】
また、マスクによりレーザ光の透過率を制御する他の方法を説明する。その方法としてレーザ光が通過するマスク材料中におけるレーザ光の吸収率をレーザ光が通過する場所によって変化させることが挙げられる。つまり、加工レーザ光に対して透明材料のマスク基板の表面に吸収率の異なる薄膜などを形成するか、マスク内部に吸収材料を含有させる量を制御することでもよい。この薄膜としては、各種金属や誘電体を用いた多層膜が挙げられる。
【００４１】
また、マスクによりレーザ光の透過率を制御するさらに他の方法を説明する。その方法としてマスク面でのレーザ光開口率を変化させることが挙げられる。つまり、レーザ光が結像できるサイズ以下のマスク開口スリットを組み合わせるものである。例えば、結像比率として１／１０、マスク面での結像可能なスリットサイズを１０μｍであれば、スリットサイズを２μｍのとき、開口幅／遮光幅を２／２μｍとすれば、５０％のレーザ光強度が得られ、開口幅／遮光幅を１８／２μｍとすれば９０％、開口幅／遮光幅を２／１８μｍとすれば、１０％のレーザ光強度を得ることが可能となる。このとき、マスク基板材料として合成石英を用いて、遮光する材料としては、クロム膜などが挙げられる。透明材料をマスク基板として用いれば、微細なマスク形状を作成することが可能となり、精度よくレーザ光透過率を制御することが可能である。また、スリットではなく、円形の遮光部を用いて開口率を制御してもよい。このときの円形のサイズも結像されないサイズであることが必要である。
【００４２】
また、マスクによりレーザ光の透過率を制御するさらに他の方法を説明する。その方法として、図９（ａ）に示すように結像マスク１３と結像結合レンズ１５の間に第２のマスク１６を設置して加工エネルギーを制御する方法が挙げられる。一様なエネルギー密度分布でマスク１３を透過したレーザ光Ｌ１，Ｌ２のうち結合レンズ付近のレーザ光Ｌ２は像があいまいな状態となっている。この位置に第２のマスク１６を設置すれば、加工エネルギー密度の分布を制御することができる。つまり、マスク１３の開口部中心を透過した光は、第２マスク１６により５０％に減衰され、第２マスク１６が設置された側は、端の方ほどレーザ光エネルギー密度が減衰する。反対に第２反射ミラーが設置された方とは反対の方では、端の方ほどレーザ光エネルギー密度は高くなる。このようにレーザ光エネルギー密度を調整することが可能である。図９（ａ）の構成による第２のマスク１６の配置では、図９（ｂ）に示されるようにコア２に対してコア軸方向に傾斜した平面形状の反射面を有する反射ミラー６が形成される。
【００４３】
次に、加工の進行に伴う加工深さの変化に対応したマスク設定について説明する。図１０（ａ）に示されるように、通常、レーザ光加工を行う場合、マスク１３の結像位置は被加工対象物であるコア２の表面２ａに調整される。しかし、３次元形状を加工する際には、加工初期と最終加工形状とで形状が異なり、加工初期状態に調整されていた結像マスク１３の像は、最終加工形状ではズレが生じてしまう。そこで、図１０（ｂ）に示されるように、加工当初から最終加工形状の加工表面位置に結像位置を調整してマスク位置を設定して加工を行う。その結果、加工中において最終加工形状になるように像が調整されているので、ねらいのレーザ光加工形状を確保可能であり、目標形状を得ることが容易となる。
【００４４】
次に、加工の進行に伴う加工深さの変化に対応したマスク操作について説明する。通常、レーザ光加工を行う場合、マスクの結像位置は加工基板の表面に調整される。しかし、３次元形状を加工する際には、加工初期と最終加工形状とで形状が異なり、加工初期状態に調整されていた結像マスクの像は、最終加工形状ではズレが生じてしまう。そこで、レーザ光加工の進行と共に結像面が加工面と一致するようにマスクの設置位置を制御しながら加工を行う。その結果、最終加工形状になるように像が調整されるので、レーザ光加工形状を精密に制御可能であり、目標形状を得ることが容易となる。
【００４５】
次に、加工の進行に伴う加工深さの変化への他の対応方法について説明する。図１１（ａ）に示されるように、通常、レーザ光加工を行う場合、マスクの結像位置は被加工対象物であるコア２の表面２ａにに調整される。しかし、３次元形状を加工する際には、加工初期と最終加工形状とで形状が異なり、加工初期状態に調整されていた結像マスクの像は、最終加工形状ではズレが生じてしまう。そこで、最終加工形状において、結像位置が調整されるように加工対象物の固定位置を設定する。つまり、加工の最終状態に加工面２ａがレーザ光に対して垂直となるように、加工の当初から加工配線板を傾けて固定する。その結果、最終加工形状になるように像が調整されているので、レーザ光加工形状を精密に制御可能であり、目標形状を得ることが容易となる。
【００４６】
次に、加工の進行に伴う加工深さの変化へのさらに他の対応方法について説明する。通常、レーザ光加工を行う場合、マスクの結像位置は加工基板の表面に調整される。しかし、３次元形状を加工する際には、加工初期と最終加工形状とで形状が異なり、加工初期状態に調整されていた結像マスクの像は、最終加工形状ではズレが生じてしまう。そこで、レーザ光加工の進行と共に結像面が加工面と一致するように加工対象物の固定位置を制御しながら加工を行う。つまり、加工中の加工面がレーザ光に対して垂直となるように被加工物である加工配線板を傾けていく。その結果、最終加工形状になるように像が調整されるので、加工面での反射を抑制し、効率よく加工することが可能であり、目標形状を得ることが容易となる。
【００４７】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光電気複合配線板加工前の断面図、（ｂ）は同加工後の断面図、（ｃ）は同光電気複合配線板に光・電気変換素子を組み込んだ状態の断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る光電気複合配線板の製造工程を示すフロー図。
【図３】同配線板の反射ミラー及び結合レンズ部の断面図。
【図４】同配線板の反射ミラー及び結合レンズ部の断面図。
【図５】複数反射ミラーによる光分岐を示す同配線板の断面図。
【図６】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光電気複合配線板の加工方法を示す斜視図、（ｂ）はレーザマスクを説明する平面図。
【図７】（ａ）は同上他の加工方法示す斜視図、（ｂ）は加工形状を示す斜視図。
【図８】（ａ）は同上さらに他の加工方法示す斜視図、（ｂ）はレーザ光のエネルギ分布を示す図、（ｃ）は加工形状を示す斜視図。
【図９】（ａ）は同上さらに他の加工方法示す斜視図、（ｂ）は加工形状を示す斜視図。
【図１０】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光電気複合配線板の加工方法において加工初期のレーザ光学系の断面図、（ｂ）は同加工終末期にレーザマスクの調整をしたレーザ光学系の断面図。
【図１１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光電気複合配線板の加工方法において加工初期のレーザ光学系の断面図、（ｂ）は同加工終末期に加工対象物位置を調整したレーザ光学系の断面図。
【図１２】（ａ）（ｂ）は従来の金型による光電気複合配線板形成を示す断面図。
【図１３】従来のブレードを用いた反射ミラー形成を示す断面図。
【図１４】従来のレーザ加工による光電気複合配線板の断面図。
【符号の説明】
１ クラッド
２ コア
３ 導波路
４ ランド
５ 基板素材
６ 反射ミラー
６０ 凹面
７ 結合レンズ
８ 光電気複合配線板
１０ 光・電気変換素子
２０ｂ マスク
２０ａ 断面形状
Claims (17)
- 電気信号を伝搬させる電気配線と光信号を伝搬させる導波路からなる光配線とが混在する光電気複合配線板の製造方法において、
電気信号と光信号とを変換する光・電気変換素子を実装するための電気配線のランドと光・電気変換素子に光信号を結合させるため光信号を伝搬させるコアとクラッドからなる導波路とを備えた基板素材を形成する基板素材形成工程と、
光・電気変換素子を実装する電気配線のランドと導波路の位置を計測する位置計測工程と、
前記基板素材の導波路のコアに反射ミラーを形成し前記導波路のクラッドに該反射ミラーと光・電気変換素子とを結合する結合レンズを形成する光学素子形成工程とを含み、
前記光学素子形成工程では前記位置計測工程で得た計測結果に基づいて前記反射ミラー及び結合レンズの形成位置制御及び傾き角度と面曲率を含む形状制御を行ってこれらを形成すること特徴とする光電気複合配線板の製造方法。 - 前記反射ミラーの反射面形状を凹面とすることを特徴とする請求項１記載の光電気複合配線板の製造方法。
- 前記反射ミラーはコア断面を分割した分割領域毎に形成することを特徴とする請求項１記載の光電気複合配線板の製造方法。
- 前記導波路反射ミラー又は結合レンズを形成する際に少なくとも一つの工程をレーザ光により行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法。
- レーザ光により反射ミラー又は結合レンズを形成する際に加工位置におけるレーザ光のパルス数を制御して３次元形状加工を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法。
- レーザ光をマスクするマスクのレーザ光透過部形状を目標加工形状の深さ方向断面形状と相似形の形状とし、マスクと加工物を相対移動させて加工することを特徴とする請求項４記載の光電気複合配線板の製造方法。
- レーザ光をマスクするマスクのレーザ光透過部形状をパルス毎に変化させることを特徴とする請求項５記載の光電気複合配線板の製造方法。
- レーザ光により反射ミラー又は結合レンズを形成する際に加工位置におけるレーザ光のエネルギを制御して３次元形状加工を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法。
- レーザ光をマスクするマスクのレーザ光透過部面内にレーザ光透過率分布を持たせてレーザ光透過率を調整することを特徴とする請求項８記載の光電気複合配線板の製造方法。
- 前記レーザ光透過率を調整する方法としてレーザ光透過部マスク材料のレーザ光吸収率を調整することを特徴とする請求項９記載の光電気複合配線板の製造方法。
- マスクのレーザ光透過部にレーザ光が結像できるサイズ以下の小領域からなるレーザ光透過領域及び反射領域を多数混在分布させて各領域の面積比によりレーザ光透過率を調整することを特徴とする請求項９記載の光電気複合配線板の製造方法。
- レーザ光をマスクするマスクとレーザ光結像結合レンズの間に第２マスクを設置し、レーザ光の一部を遮蔽することによりレーザ光加工エネルギーを調整することを特徴とする請求項８記載の光電気複合配線板の製造方法。
- 目標加工形状に応じてレーザ光光軸方向に調整されたマスクを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法。
- 加工中に加工面にマスクの結像点が合うようにマスク位置を調整しながら加工することを特徴とする請求項１３記載の光電気複合配線板の製造方法。
- 目標加工形状面においてレーザ光の焦点が合うように加工物を傾けることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光電気複合配線板の製造方法。
- 加工中に加工面にマスクの結像点が合うように加工物位置を調整しながら加工することを特徴とする請求項１５記載の光電気複合配線板の製造方法。
- 請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の方法を用いて製造したことを特徴とする光電気複合配線板。
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