JP2009128567A - 光基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光配線と光素子、ミラー構造の実装において、位置合わせを安価で精度よくでき、光損失が少なくなるとともに、光基板全体の薄化も実現でき、高密度実装も可能となる光基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１層の光配線を有する光基板の製造方法において、実装用基板に感光性樹脂を用いることで、ミラー構造、光配線を実装するための位置合わせ用の開口部を形成することにより、光配線とミラー構造の位置合わせを安価で精度よくでき、光損失が少なくなる方法をできる。また、通常は絶縁樹脂上に形成される光配線とミラー構造を絶縁樹脂と同一平面上に形成でき、光基板全体の薄化も実現でき、高密度実装も可能となる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、少なくとも１層の光配線を有する光基板及びその製造方法に関する。

一般に光基板は、光導波路や光ファイバといった光配線と、光信号と電気信号との変換を行う発光素子や受光素子といった光素子、その他の様々な部品で構成される。
このうち光素子は、端面型光素子と面型光素子の２種類に分けられ、それぞれ素子の光軸構造が９０°異なるため、それぞれに応じた光結合構造が必要となる。また、面型光素子を用いる場合は、光配線の光路と素子の受発光部が９０°異なるため、光路を曲げるためのミラー構造部が必要となる。

また、光配線と光素子との間における光損失は、ミラーを介した光路のずれと距離に依存しており、この光路の制御（ミラー入射角、光配線や光素子の位置など）と、光素子と光配線間の光路長をより短くすることは、光基板において重要な課題の一つといえる。

そこで、これらを解決する方法として、面型光素子をサブ基板上に実装した後、このサブ基板を光素子部が光配線実装基板側に向かうように実装し、４５°ミラー構造によって光路を曲げるという方法がある（たとえば特許文献１参照）。
また、光ファイバの先に４５°ミラー構造を実装し、光素子に光を入出射させるという方法もある（たとえば特許文献２参照）。
特開平９―２６５３０号公報 特開２００７−１０８８０２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される従来技術では、ミラー構造の位置合わせが難しく、またコストが高くなり、光基板全体の厚みが厚くなるという問題がある。
また、上記特許文献２に開示される従来技術では、光基板全体は薄くなるが、やはりミラー構造の位置合わせ、光ファイバの位置合わせが難しく、さらに光素子と光配線間の光路長が長くなり、損失が大きくなるという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑みてなされたものであり、光配線と光素子、ミラー構造の実装において、位置合わせを安価で精度よくでき、光損失が少なくなるとともに、光基板全体の薄化も実現でき、高密度実装も可能となる光基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の光基板は、絶縁樹脂と電気配線を含む電気基板と、前記電気配線上に実装された光素子と、前記光素子と４５°ミラーを介して光結合する光配線とを有し、前記絶縁樹脂に開口部が設けられ、前記開口部にミラーおよび光配線の外形が固定され、かつ前記光素子の受発光面とミラー面が近接配置されていることを特徴とする。

また本発明の光基板の製造方法は、絶縁樹脂と電気配線を含む電気基板と、前記電気配線上に実装された光素子と、前記光素子と４５°ミラーを介して光結合する光配線とを有する光基板の製造方法であって、銅箔上に感光性絶縁樹脂をコーティングした後、前記銅箔にフォトレジストを塗布し、フォトレジストと感光性樹脂の両面に所望のパターンを露光、現像して、感光性絶縁樹脂上に光配線実装用開口部とミラー構造実装用開口部を形成する工程と、前記フォトレジスト塗付面の銅箔にエッチング技術を用いて銅配線パターンと接続用ビアパターンと光素子実装パターンを形成後、フォトレジストを剥離する工程と、前記光配線実装用開口部に合わせて光配線を実装し、前記ミラー構造実装用開口部に合わせてミラー構造を実装し、さらにコントロールＩＣと光素子を実装する工程とを有することを特徴とする。

また本発明の光基板の製造方法は、絶縁樹脂と電気配線を含む電気基板と、前記電気配線上に実装された光素子と、前記光素子と４５°ミラーを介して光結合する光配線とを有する光基板の製造方法であって、銅箔上に感光性絶縁樹脂をコーティングした後、前記銅箔にフォトレジストを塗布し、フォトレジストと感光性樹脂の両面に所望のパターンを露光、現像して、感光性絶縁樹脂上に光配線実装用開口部とミラー構造実装用開口部を形成する工程と、前記フォトレジスト塗付面の銅箔にエッチング技術を用いて銅配線パターンと接続用ビアパターンと光素子実装パターンを形成後、フォトレジストを剥離する工程と、ダミーフィルムによって光配線実装用開口部とミラー構造実装用開口部をカバーする工程と、コントロールＩＣと光素子を実装し、基板全体もしくはその一部をモールド樹脂にて封止し、前記ダミーフィルムを剥離する工程と、前記光配線実装用開口部に合わせて光配線を実装し、前記ミラー構造実装用開口部に合わせてとミラー構造を実装する工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、感光性樹脂を用いた実装用基板に、光素子、ミラー構造、光配線を当てはめる開口部を形成することにより、光配線とミラー構造の実装において位置合わせを安価で精度よくでき、実装歩留まりが向上し、製造コストを低減した光基板の作成が可能である。
また、通常は絶縁樹脂上に形成される光配線とミラー構造を絶縁樹脂と同一平面上に形成できるので、光基板全体の薄化も実現でき、高密度実装が可能である。

図１〜図１１は、本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明するための断面図であり、そのうちの図１０、図１１が完成された光基板の例を示している。
まず、図１に示すように、銅箔１１の片面に感光性絶縁樹脂１２を塗布したものを用意する。ここで、感光性絶縁樹脂としては、紫外線硬化型アクリル樹脂、紫外線硬化型エポキシ樹脂、あるいは、紫外線硬化型エポキシアクリレートなどを選択することができる。
次に図２において、銅箔層のもう一方の面にドライフィルムレジスト１３を塗布し、銅箔面に形成されたドライフィルムレジストに配線パターン、ワイヤーボンディングパッドパターン、光素子実装用パターンを、感光性絶縁樹脂層に少なくともビアホールパターンとミラー構造、光配線の位置合わせを目的とした孔を形成するために、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングする。その後、感光性絶縁樹脂１２を硬化させるために、熱風オーブンにて１８０°Ｃ、１時間熱キュアを行う。

なお、この実施の形態では、チップをワイヤーボンディングにて実装する方法を説明するが、本発明は必ずしもこの方法に限定されるものではない。例えばフリップチップ実装の場合は、ワイヤーボンディングパット部がフリップチップ実装部となる。
次いで、図３において、熱キュアによって発生した反りの軽減、ハンドリング性の向上、ビアホールの酸化防止を目的として、キャリアフィルム１４を感光性絶縁樹脂層１２側に貼付する。
キャリアフィルム１４としては、一般に用いられている様々な高分子材料を選択することができる。具体的には、カーボネート材料、エポキシ材料、アクリル材料、イミド材料、ウレタン材料、シリコン材料、無機フィラー混入有機材料などが選択可能であるが、これらに限定されるものではない。また、キャリアフィルム１４上に紫外線剥離型の粘着層を設けるものとしても良い。貼付の方法としては、熱圧着ラミネート、プレス、手張りなどが挙げられる。

続いてパターニングされたドライフィルムレジスト１３をマスクとして、銅箔層に配線、ワイヤーボンディングパッドパターン、光素子実装用パターンをエッチングにより形成、ドライフィルムレジスト１３を剥離する。そして、図４において、ボンディングパッドパターン部、光素子実装用パターンを除いた銅箔面に熱硬化型絶縁樹脂１５をスクリーン印刷により形成する。

その後、図５において、露出したボンディングパッドパターン部１６、光素子実装用パターン１７に電解めっきにより金メッキ１８を形成する。
なお、金メッキ１８はボンディングパット、光素子実装用パットの酸化防止かつワイヤーボンディング性、半田付き性の向上のために形成されるものであり、必ずしも金メッキに限定されるものではない。

次に図６において、ミラー構造、光配線部をモールド樹脂から保護するためにダミーフィルム１９を設置し、光素子２０を実装する。
次に図７において、コントロールＩＣ２１と熱硬化型絶縁樹脂層１５とを粘着シートにより固着後、ワイヤーボンディングにより、コントロールＩＣ２１のパッドとボンディングパッドパターンとを金線２２により結線する。
ダミーフィルムとしては、カーボネート材料、エポキシ材料、アクリル材料、イミド材料、ウレタン材料、シリコン材料、無機フィラー混入有機材料などを選択可能であるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。
また、光素子２０としては、単チャンネル及び複数チャンネルのいずれの光素子でも良い。より具体的には、端面発光型ＬＤ、面発光型ＬＤ、面受光型ＰＤなどを使用することができる。

その後、図８において、全体を封止樹脂２３にて封止し、図９において、常温にて感光性絶縁樹脂層１２から粘着フィルム層１４、ダミーフィルム１９を剥離する。
この例では、光基板全体を封止樹脂にて封止しているが、必ずしも封止しなくともよい。またその場合は、光素子を実装する前に、ミラー構造、光配線を実装し、その後、光素子を実装することが望ましい。
ミラー構造２４、光配線２５は接着剤にて取り付ける。ミラー構造２４としては、金属ミラー、ポリマーミラー、シリコンミラー、ガラスミラー、前記ミラーを用いたミラーブロックなどが好ましい。また、光配線２５としては、単層、あるいは、複層いずれでも良く、また、マルチモードでもシングルモードでも良い。接着剤としては、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などが選択可能であるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。シート状でも液状でも構わない。

以上の工程によって、図１０に示すような光基板を作成することができる。この光基板は、通常絶縁樹脂上に形成される光配線とミラー構造を絶縁樹脂と同一平面上に形成でき、光基板全体の薄化が可能である。

また、ミラー構造を介した光配線と光素子間に空隙が存在する場合には、図１１に示すように、透明樹脂２６を充填するものとしても良い。透明樹脂２６を形成する材料としては、一般に用いられている様々な高分子材料を選択することができる。具体的には、カーボネート材料、エポキシ材料、アクリル材料、イミド材料、ウレタン材料、シリコン材料、無機フィラー混入有機材料などを選択可能であるが、これらに限定されるものではない。ここで、界面の屈折率差を無くすため、光配線２５と同等の屈折率を有する光学樹脂を選択することが望ましく、特に光配線のクラッドと同等の屈折率を有することが望ましい。以上工程にて、光基板を作成することができる。

以下に本発明を具体的な実施例をもって説明するが、本発明がそれらに限定解釈されるものではない。また、以下の記載では、光基板の光配線を１層として説明するが、必ずしも１層である必要はない。また、以下の記載では光配線をマルチモードとして説明するが、必ずしもマルチモードである必要はない。

＜実施例１＞
図１２〜図２１は実施例１を示している。
最初に、厚さ１２μｍの銅箔３１（日本電解社製 ＵＳＬＰ）の片面に、厚さ２５μｍの感光性絶縁樹脂３２（新日鐵化学製 ＰＤＦ３００Ｇ）をキャスティングにより形成した（図１２）。銅箔層のもう一方の面にドライフィルムレジスト３３（旭化成製ＡＱ１０５８）を塗布した。次に銅箔面に塗布されたドライフィルムレジスト３３に配線パターン、ワイヤーボンディングパッドパターン、光素子実装用パターンを、感光性絶縁樹脂層に少なくともビアホールパターンとミラー、光配線の位置あわせを目的とした孔を形成するために、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングした（図１３）。その後、感光性絶縁樹脂３２を硬化させるために、熱風オーブンにて１８０°Ｃ、1時間熱キュアを行った。

次いで、キャリアフィルム３４ (東洋インキ製造製ＦＳ-１１０ )を感光性絶縁樹脂層側に熱圧着ラミネートにより形成した（図１４）。この時、粘着材は厚さ５μｍの紫外線硬化型アクリル系樹脂を使用した。キャリアフィルム３４には厚さ５０μｍの低熱収縮ＰＥＴフィルムを使用した。
次にキャリアフィルム３４を通じて粘着材層にＵＶ露光を行い、粘着材をある程度硬化させ、ワイヤーボンディング時の結線の安定性、エッチング液への耐性、及び剥離性を向上させた。続いてパターニングされたドライフィルムレジスト３３をマスクとして、銅箔層を塩化第２鉄液によりエッチングした後、ドライフィルムレジスト３３を剥離した。そして、ボンディングパッドパターン部３６、光素子実装用パターン３７を除いた銅箔面に熱硬化型絶縁樹脂３５（アサヒ化研製 ＣＣＲ-２４０ＧＳ）をスクリーン印刷により形成した（図１５）。
その後、露出したボンディングパッドパターン部３６、光素子実装用パターン３７に電解めっきにより金めっき３８を形成した（図１６）。

また、ミラー、光配線実装部をモールド樹脂からカバーするために、ダミーフィルム３９としてポリイミド樹脂（宇部興産 ユーピレックス）を設置した。光素子実装用パターン３７に発光素子４０（ＡＶＡＬＯＮ社製 ４ｃｈ ＶＣＳＥＬ）をフリップチップ方式にて実装した（図１７）。コントロールＩＣ４１（ＨＥＬＩＸ ＡＧ社製 ＶＣＳＥＬドライバーチップ）と熱硬化型絶縁樹脂層３５とを粘着シートにより固着後、ワイヤーボンディングにより、コントロールＩＣ４１のＡｌパッドとボンディングパッドパターンとを金線４２により結線した（図１８）。

次に全体を封止樹脂４３（太陽インキ製造株式会社製 熱硬化型ソルダーレジスト）にて封止（図１９）し、常温にて感光性絶縁樹脂層３２からキャリアフィルム３４、ダミーフィルム３９を剥離した（図２０）。
次にミラー４４、光配線を実装した。ミラー４４は、アルミを切削しミラー面を形成し、ミラー面をバフ研磨で平滑にすることによって作成した。また、光配線は、光導波路４５（エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社製 マルチモードエポキシ系光導波路フィルム）と光ファイバ４６（古河電工株式会社製 マルチモード光ファイバ）を使用した（図２１）。
以上の工程によって、光基板を作成した。この実施例１では、光学特性評価の結果、各チャンネルで０．７〜１．０ｄＢの損失のみで、安定した光出力を確認することができた。

＜実施例２＞
図２２、図２３は実施例２を示している。
実施例１と同様の工程にて、ミラー、光配線実装前まで作成した。ミラーブロック５１と光ファイバ５２（古河電工株式会社製 マルチモード光ファイバ）を実装した（図２２）。ミラーブロック５１は、アルミを切削しミラー面を形成し、ミラー面をバフ研磨で平滑にすることによってミラー５３を形成し、それを直方体の型にいれ、間隙部に透明樹脂５４（Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製 Ｅｐｏ−Ｔｅｃ）を充填することによって作成した（図２３）。
以上の工程によって、光基板を作成した。この実施例２では、光学特性評価の結果、各チャンネルで０．５〜０．８ｄＢの損失のみで、安定した光出力を確認することができた。

＜実施例３＞
図２４、図２５は実施例３を示している。
実施例１と同様な工程にて、コントロールＩＣ実装まで作成した。次に、ミラー６１と光配線６２を実装した（図２４）。その後、光素子６３を実装し、ミラー６１を介した光配線６２と光素子６３間の光路の間隙に透明樹脂６４（Epoxy Technology社製 Epo-Tec）を充填することによって作成した（図２５）。光配線６２は、光ファイバ（古河電工株式会社製 マルチモード光ファイバ）を使用した。
以上の工程によって、光基板を作成した。この実施例３では、光学特性評価の結果、各チャンネルで０．５〜０．８ｄＢの損失のみで、安定した光出力を確認することができた。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれるものとする。
以上のような方法を用いることにより、光配線とミラー構造の実装において位置合わせを安価で精度よくでき、光損失が少なくなる方法を提供することができる。また、光基板全体の薄化も実現でき、高密度実装も可能となる。

本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を適用した実施例１を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を適用した実施例１を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を適用した実施例１を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を適用した実施例１を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を適用した実施例１を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を適用した実施例１を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を適用した実施例１を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を適用した実施例１を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を適用した実施例１を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を適用した実施例２を説明する断面図である。 図２２の実施例２に適用できるミラーブロックを説明する斜視図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を適用した実施例３を説明する断面図である。 本発明の実施の形態による光基板の製造方法を適用した実施例３を説明する断面図である。

符号の説明

１１……銅箔、１２……絶縁樹脂層、１３……フォトレジスト、１４……キャリアフィルム、１５……ソルダーレジスト、１６……ボンディングパット、１７……光素子実装用パット、１８……金メッキ、１９……ダミーフィルム、２０……光素子、２１……コントロールＩＣ、２２……金線、２３……モールド樹脂、２４……ミラー、２５……光配線、２６……透明樹脂、３１……銅箔、３２……絶縁樹脂層、３３……フォトレジスト、３４……キャリアフィルム、３５……ソルダーレジスト、３６……ボンディングパット、３７……光素子実装用パット、３８……金メッキ、３９……ダミーフィルム、４０……光素子、４１……コントロールＩＣ、４２……金線、４３……モールド樹脂、４４……ミラー、４５……光導波路、４６……光ファイバ、５１……ミラーブロック、５２……光ファイバ、５３……ミラー、５４……透明樹脂、６１……ミラー、６２……光ファイバ、６３……光素子、６４……透明樹脂。

Claims (6)

1. 絶縁樹脂と電気配線を含む電気基板と、
   前記電気配線上に実装された光素子と、
   前記光素子と４５°ミラーを介して光結合する光配線とを有し、
   前記絶縁樹脂に開口部が設けられ、前記開口部にミラーおよび光配線の外形が固定され、かつ前記光素子の受発光面とミラー面が近接配置されている、
   ことを特徴とする光基板。
2. 前記絶縁樹脂として感光性樹脂を用いたことを特徴とする請求項１記載の光基板。
3. 前記光配線として光ファイバを用いたことを特徴とする請求項１記載の光基板。
4. 前記ミラー構造として、金属ミラー、シリコンミラー、樹脂ミラー、ミラーブロックの少なくとも１つを用いたことを特徴とする請求項１記載の光基板。
5. 絶縁樹脂と電気配線を含む電気基板と、
   前記電気配線上に実装された光素子と、
   前記光素子と４５°ミラーを介して光結合する光配線とを有する光基板の製造方法であって、
   銅箔上に感光性絶縁樹脂をコーティングした後、前記銅箔にフォトレジストを塗布し、フォトレジストと感光性樹脂の両面に所望のパターンを露光、現像して、感光性絶縁樹脂上に光配線実装用開口部とミラー構造実装用開口部を形成する工程と、
   前記フォトレジスト塗付面の銅箔にエッチング技術を用いて銅配線パターンと接続用ビアパターンと光素子実装パターンを形成後、フォトレジストを剥離する工程と、
   前記光配線実装用開口部に合わせて光配線を実装し、前記ミラー構造実装用開口部に合わせてミラー構造を実装し、さらにコントロールＩＣと光素子を実装する工程と、
   を有することを特徴とする光基板の製造方法。
6. 絶縁樹脂と電気配線を含む電気基板と、
   前記電気配線上に実装された光素子と、
   前記光素子と４５°ミラーを介して光結合する光配線とを有する光基板の製造方法であって、
   銅箔上に感光性絶縁樹脂をコーティングした後、前記銅箔にフォトレジストを塗布し、フォトレジストと感光性樹脂の両面に所望のパターンを露光、現像して、感光性絶縁樹脂上に光配線実装用開口部とミラー構造実装用開口部を形成する工程と、
   前記フォトレジスト塗付面の銅箔にエッチング技術を用いて銅配線パターンと接続用ビアパターンと光素子実装パターンを形成後、フォトレジストを剥離する工程と、
   ダミーフィルムによって光配線実装用開口部とミラー構造実装用開口部をカバーする工程と、
   コントロールＩＣと光素子を実装し、基板全体もしくはその一部をモールド樹脂にて封止し、前記ダミーフィルムを剥離する工程と、
   前記光配線実装用開口部に合わせて光配線を実装し、前記ミラー構造実装用開口部に合わせてとミラー構造を実装する工程と、
   を有することを特徴とする光基板の製造方法。

Images