JP2010039082A - 光回路基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時の熱プロセス過程で生じる光回路基板の変形が抑えられ、光路変換部の光損失の増加を抑制した光回路基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】光回路基板１００は、支持基板１１１上に、プリント配線板１１０と、これに平行に配置された光導波路１２０と、光導波路１２０の所定の位置に反射膜１６０を備えた光路変換部となる反射溝１５０が設けられ、少なくとも反射膜１６０を備えた反射溝１５０を埋めるように第二のクラッド１３１が形成された後、支持基板１１１を剥離することで、光回路基板１００を形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光導波路の光軸を略垂直に変換する光路変換手段を備えた光回路基板およびその製造方法に関するものである。

近年、半導体からなる集積素子の分野では、高速・高密度化への進展が著しく、従来の電気的な配線による相互接続では、信号の遅延、減衰、干渉等により、十分な特性が期待できなくなることが問題となっている。この問題は、Ｉ／Ｏボトルネックといわれ、これを解決するために光インターコネクション技術が注目されている。光インターコネクション技術は、通信機器相互間や通信機器内のボード間にとどまらず、１つのボード内の集積回路素子間にも適用することが検討されている。

従来のボード内光インターコネクションを実現するための光回路基板としては、特許文献１に開示されている光導波路が形成された多層プリント基板が知られている。ここでは、基板表面に実装された面発光型素子（ＶＣＳＥＬ）から基板に垂直な方向に出射された信号光を、光配線に形成された光路変換ミラーで反射させることで光導波路を導波させ、導波した信号光を別の光路変換ミラーで反射させて面受光型光素子（プレーナー型フォトダイオード）によって受光するものである。

このような光回路基板では、基板表面側から光回路基板内の光導波路に光を入射させたり、光導波路を伝播する光を基板表面側に取り出したりする必要がある。基板表面側で光導波路に光を入出射させる方向は、光導波路の光軸と直交する方向となるため、基板表面側から入射した光を光導波路の光軸に一致するように光軸を９０°変換させる手段が必要となる。このような光路変換手段として、特許文献１では光路変換ミラーが用いられている。

光軸を９０°変換する光路変換手段は、光軸に対して４５°傾斜した反射面を有しており、この４５°傾斜した反射面を形成する方法が従来より知られている。一例として、ダイシングソーを用いた図５に示す方法が多く用いられている。この方法は、研磨面が４５°傾斜しているダイシングソー９０１を用いて光軸となるコアとその周囲を取り囲むクラッドから構成される光導波路９０２を研磨することで、研磨された光導波路部分に反射面９０３を形成する方法である。光導波路９０２の光軸に直交する方向に、ダイシングソー９０１を直線状に移動させながら光導波路９０２を研磨する。これにより、光導波路９０２の光軸に対して４５°の傾斜角を有する研磨面が形成され、この研磨面に金属を蒸着することで反射面９０３を形成し、光回路基板９００を製造することができる。また、矢印は、光が通光する一例を示している。
特開２００６−１２０９５６号

しかしながら、上記従来の光回路基板およびその製造方法では、以下のような問題があった。光導波路部分に研磨面を形成した後、研磨面に金属を蒸着することで反射面を形成するが、この金属蒸着を行う工程で光導波路部分に熱ストレスが加わる。また、その後、光導波路を覆うようにソルダーレジスト等を塗布する工程や、光部品やその他電子部品を光回路基板上に実装する工程においても、熱ストレスが加わることになる。

金属を蒸着する際や、ソルダーレジスト等を塗布する熱プロセス製造工程において、熱ストレスを加えることにより光回路基板を構成する光導波路やエポキシ等の絶縁基板はその線膨張係数の違いによりそれぞれ伸縮し、冷やされることによりそれぞれ硬化する。その伸縮硬化する際、光導波路や絶縁基板が反ったり、また、ダイシングソーにより形成されたダイシングライン部分が強度的に弱いため、ダイシングラインを軸に歪んでしまったり、折れが発生しまうことがあった。光導波路や絶縁基板が反ってしまったり、ダイシングライン部分に歪みを生じてしまうと、基板上に実装される光素子とコア間の光軸にずれが生じたり、損失が大きくなってしまうといった問題を引き起こしていた。

また、熱ストレスに強い光回路基板の製造方法として、図８に示す方法も従来より知られている。この方法は、光導波路の下部側クラッド９０５とコア９０６を形成した後、ダイシングソーやレーザによりコア９０６に反射面９０７を形成させる。その反射面９０７に金属膜９０８を蒸着した後、図示しない上部側クラッドを下部クラッド９０５とコア９０６を覆うように形成するものである。

しかし、上述した方法においても、蒸着させる金属膜９０８がコア部分のダイシングされた部分のみならず、コアに形成された反射面９０７以外の部分にまで蒸着されてしまう。このため、コアを通過する光が、コアに形成された反射面９０７以外の部分に蒸着された反射膜の影響で、乱反射を起こして、光がコア部分を通過する際の損失が増加してしまうといった問題があった。

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、光路変換手段を備えた光導波路の信頼度が高く、損失の少ない光回路基板および、その製造方法を提供することを目的としている

この発明の光回路基板の製造方法の第１の態様は、絶縁層の少なくとも一方の面に導体パターン層を形成するプリント配線板の形成工程と、光軸が前記一方の面と略平行に配置されたコアとこれを取り囲むクラッドとを形成する光導波路形成工程と、前記コアに光軸を前記プリント配線板に対して略垂直に変換する光路変換部を作製し、前記光路変換部を覆うように第二のクラッドを形成することを特徴とする。

この発明の光回路基板の製造方法の他の態様は、前記第二のクラッドは、前記プリント配線板とは反対側の光導波路の少なくとも一部を覆うように形成することを特徴とする。

この発明の光回路基板の製造方法の他の態様は、前記光路変換部に形成した第二のクラッドと、前記プリント配線板とは反対側の光導波路の少なくとも一部に形成された第二のクラッドは一体になるように形成することを特徴とする。

この発明の光回路基板の製造方法の他の態様は、前記コアを取り囲む前記クラッドを作製する光導波路の製造工程は、前記プリント配線板上に下部クラッドを形成し、前記下部クラッドの前記プリント配線板とは反対の面に前記コアを形成し、前記コアを取り囲むように上部クラッドを形成することを特徴とする。

この発明の光回路基板の製造方法の他の態様は、前記プリント配線板の製造工程は、
前記プリント配線板に支持基板を貼付け、前記支持基板とは反対側の面に光導波路を形成するようにしたことを特徴とする。

この発明の光回路基板の第１の態様は、絶縁層の少なくとも一方の面に導体パターン層を有するプリント配線板と、光軸が前記一方の面と略平行に配置されたコアと、前記コアの所定の位置に作製された光軸を前記プリント配線板に対して略垂直に変換する光路変換部と、前記コアを取り囲む第一のクラッドとで構成された光導波路と、少なくとも前記光路変換部を覆う第二のクラッドとを備えたことを特徴とする。

この発明の光回路基板の他の態様は、前記第二のクラッドと、前記第一のクラッドの材質が同一種類であることを特徴とする。

この発明の光回路基板の他態様は、前記第二のクラッドは、前記プリント配線板とは反対側の光導波路の少なくとも一部を覆うように形成されていることを特徴とする。

この発明の光回路基板の他の態様は、前記光路変換部に形成した第二のクラッドと、前記プリント配線板とは反対側の光導波路の少なくとも一部に形成された第二のクラッドは一体に形成されていることを特徴とする。

この発明の光回路基板の他の態様は、前記光路変換部には、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇのいずれかの金属を被膜させた反射膜を形成したことを特徴とする。

絶縁層の少なくとも一方の面に導体パターン層を有するプリント配線板と、光軸が前記一方の面と略平行に配置されたコアと、前記コアの所定の位置に作製された光軸を前記プリント配線板に対して略垂直に変換する光路変換部と、前記コアを取り囲むクラッドとで構成された光導波路が多層に形成された多層光導波路とを備え、前記多層光導波路の隣接する２層以上の光導波路層において、下層の光導波路層の光路変換部を上層の光導波路層の下部クラッドが覆うように形成され、前記プリント配線板から最外層にあたる光導波路の光路変換部は、第二のクラッドにより少なくとも覆われるようにしたことを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、支持基板を用いて光導波路を形成することにより、製造時の熱プロセス過程で生じる光回路基板の変形が抑えられ、また、クラッド層を２層構造とすることで、支持基板剥離後も光路変換部の強度を高く保つことができ、さらには、光導波路の多層化も容易に実現することができる。また、コア部以外には金属膜が蒸着されないため、光乱反射による損失の増加を防止することが可能となる。

図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における光回路基板の構成及びその製造方法について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

本発明の第１の実施形態に係る光回路基板の製造方法を図１、２を用いて以下に説明する。図１は、光導波路が製造される工程を断面図を用いて説明する図である。図２は、光導波路製造後の、光回路基板が製造される工程を断面図を用いて説明する図である。

光回路基板を製造する工程は、まず、エッチング等により回路形成された銅箔を、ポリイミド等のフィルムで挟み込んだＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）等の絶縁性のプリント配線板１１０を用意する。もしくは、絶縁層１１０ｂの上に銅めっき、もしくは銅箔をエッチングすることで導体パターン層１１０ａを形成したプリント配線板１１０を用意する。また、熱ストレスをかけてもプリント配線板１１０が反らないように、支持基板１１１を用意する。

支持基板１１１としては、少なくともプリント配線板１１０と同等以上の大きさのものを用意する必要があり、プリント配線板１１０と同等、もしくは低い線膨張率を持つものがよい。また、剛性の高いものが好ましく、製造時の熱プロセスの温度条件から弾性率が５０ＧＰａ以上、厚さが０．５ｍｍ以上であることがより好ましい。具体的には、シリコン基板やガラス基板などがあげられる。

まず、図１（ａ）に示す第１ステップでは、支持基板１１１をプリント配線板１１０の例えば導体パターン層１１０ａ側に貼り付ける。この接着剤は、支持基板１１１とプリント配線板１１０の線膨張率に違いがある場合でも、その伸縮が吸収できるように粘度が高いものが望ましい。また、接着剤は、少なくとも基板の端部に塗布する必要がある。

図１（ｂ）に示す第２ステップでは、支持基板１１１とプリント配線板１１０を貼り付けた後、プリント配線板１１０の支持基板１１１を貼り付けた面とは逆側の面に下部クラッド１２１を形成する。下部クラッド１２１は、プリント配線板１１０上にシート形状やフィルム形状のクラッド材をラミネートする方法や、コーターなどを用いてクラッド材を塗布させる方法により形成することができる。この下部クラッド１２１は、少なくともコア１２２の幅よりも大きな幅を形成すれば良く、このクラッド材としては、エポキシ系材料、ポリイミド系材料、アクリル系材料、シリコーン等を用いることができる。

図１（ｃ）に示す第３ステップでは、下部クラッド１２１を形成した後、その上に光路となるコア１２２を形成する。コア１２２の形成は、まず、下部クラッド１２１の上にシート形状やフィルム形状の紫外線を当てると硬化するコア材をラミネートしたり、コーターなどを用いて紫外線を当てると硬化するコア材を塗布させる。その後、コア１２２以外の部分を覆うように、図示しないフォトマスク等を配置した後、フォトマスクの上から図中矢印方向にＵＶ光１７０を照射することで、コア材が露光、現像、硬化され、コア１２２を形成する。また、このコア材としては、エポキシ系材料、ポリイミド系材料、アクリル系材料、シリコーン等を用いることができる。

図１（ｄ）に示す第４ステップでは、コア１２２を形成した後、コア１２２を覆うように、上部クラッド１２３を形成する。この上部クラッド１２３は、下部クラッド１２１と同様な方法および、同種の材料で形成することができる。また、上部クラッドはコア１２２を覆うように形成する必要がある。
このように図１（ｂ）〜（ｄ）のステップで製造された、下部クラッド１２１およびコア１２２、上部クラッド１２３により光導波路１２０が構成される。

次に図２（ｅ）に示す第５ステップでは、ダイシングソー１８０を用いて、光路変換部となる反射溝１５０を形成する。この反射溝１５０は、光軸に対して４５°の反射面１５１を形成するようにしている。また、この反射溝１５０は斜め４５°からレーザ光を照射することによっても形成することが可能である。
このように、光導波路１２０を形成した後、光路変換部となる反射溝１５０を形成するので、反射溝１５０には光軸に対応するコア１２２に形成した反射面のみが露出することとなる。

図２（ｆ）に示す第６ステップでは、第５ステップで形成した反射溝１５０の反射面１５１に図中矢印方向１９０のように金属を蒸着させることにより反射膜１６０を形成する。なお、例えば、蒸着させる金属としては、一般的にＡｕが用いられるが、コア１２２に形成された反射面以外に反射膜が形成されないため、光の乱反射が起こらず、光路変換部における光損失の低減が図れるので、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇなどの安い材料も反射膜に使用することが可能となる。さらには、Ａｌ、Ｃｕを反射膜の材料に用いた場合、蒸着時の加熱温度をＡｕと比べて下げることが可能となり、光回路基板の歪みの発生を抑えることが可能となる。また、反射膜１６０は蒸着のほか、めっきでも形成可能である。

硬化したコア材などは、高温で長時間放置されると透過率が落ちるため、金属蒸着を行う際の温度は、できるだけ低い温度で行うことが望ましい。
また、金属蒸着は、反射溝１５０よりも広い範囲に蒸着することが好ましい。このように反射溝１５０よりも広い範囲に金属を蒸着することによって、反射膜１６０の端部において応力やひずみが集中することによる生じる金属膜の剥がれを抑制することができる。

さらに、金属蒸着を行うことによって光回路基板に熱ストレスが加わり、プリント配線板１１０や光導波路１２０の線膨張率の違いにより生じるプリント配線板１１０の反りが、支持基板１１１を用いることにより、抑制することが可能となる。

図２（ｇ）に示す第７ステップでは、光導波路１２０に反射膜１６０を形成させた後、光導波路１２０の上部にさらに第二の上部クラッド１３１を形成する。この第二の上部クラッド１３１は少なくとも光路変換部となる反射溝１５０を埋めるように形成する必要があり、好ましくは、光導波路１２０の支持基板１１１を貼り付けている側とは反対の面を覆うように形成する。
さらには、反射溝１５０に埋めた第二のクラッドと、光導波路１２０の支持基板１１１を貼り付けている側とは反対の面を覆った第二のクラッドは、一体に形成することがなお好ましい。一体に形成することにより、光路変換部となる反射溝１５０の周辺の剛性を高めることが可能となり、光回路基板の歪みの発生を抑えることが可能となる

このように、光導波路１２０の上部を第二の上部クラッドで覆うようにすることによって、支持基板１１１を剥離した後に加える熱ストレスにより、プリント配線板１１０や光導波路１２０が反ってしまうことを抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、あらかじめ支持基板１１１をプリント配線板１１０に貼り付けてから光導波路１２０、および光導波路１２０に反射膜１６０を形成したが、製造時の条件次第では、支持基板を用いず、光導波路１２０、および光導波路１２０に反射膜１６０を形成することも可能である。支持基板を用いない場合、第二の上部クラッド１３１を反射溝１５０を埋めるように形成するのみならず、光導波路１２０の支持基板１１１を貼り付けている側とは反対の面全てを覆うように形成することが好ましい。

また、第二の上部クラッド１３１は、光導波路１２０の上部クラッド１２３と、同じ種類（弾性率、線膨張率 硬化収縮率等）のクラッド材を使用することが望ましい。このように、同じ種類のクラッド材を使用することにより、光路変換部となる反射溝１５０の周辺の剛性を同等とすることができるので、反射溝１５０の周辺の局所的な変形を防止することが可能となる。

また、第二の上部クラッド１３１を形成した後、さらに第３ステップから第７ステップを繰り返すことにより、コアやクラッドを形成することによって、光導波路を多層化することが可能となりより複雑な光回路を形成することが可能となる。

最後に図２（ｈ）に示す第８ステップでは、支持基板１１１を剥離した後、光路変換部より９０°変化させた光軸が通光するプリント配線板１１０の部分を、エッチング処理や、レーザ加工等により通光部１１０ｃを開ける。また、本実施例では、通光部１１０ｃをプリント配線板１１０に物理的な穴を調整することで実現しているが、物理的な穴を開けなくとも、使用する光源の波長で透過性がある材料を使うことによって、通光部１１０ｃを実現することもできる。

次に、図１および図２の製造方法により製造された光回路基板の実施の形態を図３、図４を用いて以下に説明する。図３は、本実施形態の光回路基板１００の断面図を示している。光回路基板１００は、プリント配線板１１０と、これに平行に配置された光導波路１２０とを備えており、光導波路１２０の所定の位置に光路変換部となる反射溝１５０が設けれ、反射溝１５０には反射膜１６０が形成されている。また、点線で示した矢印は、光が通光する一例を示している。

プリント配線板１１０は、絶縁層１１０ｂの上に銅で形成された導体パターン層１１０ａを備えられている。光導波路１２０は、コア１２２とこれを取り囲む下部クラッド１２１および、上部クラッド１２３で構成されており、コア１２２は、その光軸がプリント配線板１１０と平行になるように形成されている。反射膜１６０はコア１２２の光軸をプリント配線板１１０に対し略垂直となる方向に変換するものであり、コア１２２の光軸に対し４５°傾斜させた反射面１５１の表面に蒸着されている。また、光路変換部となる反射溝１５０および光導波路１２０の上面には、第二の上部クラッド１３１が形成されている。

本実施形態の光回路基板１００は、反射溝１５０および光導波路１２０の上面には、第二の上部クラッド１３１が形成されていることを特徴としている。すなわち、光導波路１２０の上部クラッド１２３と第二の上部クラッド１３１が形成され、コア１２２を覆う上部クラッドが２層化されている。

図４は、別の実施形態の光回路基板２００の断面図を示している。光回路基板２００は光回路基板１００の上面に、さらに第二の光導波路１３０を形成したものである。第二の上部クラッド１３１を第二の光導波路１３０の下部クラッドとし、第二の上部クラッド１３１の上面にコア１３２を、コア１３２の上面に上部クラッド１３３を形成したものである。また、点線で示した矢印は、光が通光する一例を示している。

光回路基板２００は、光回路基板１００のプリント配線板１１０上に形成した光導波路１２０の上部に、第二の光導波路１３０を形成したものである。第二の光導波路１３０は、コア１３２とこれを取り囲む下部クラッド１３１および、上部クラッド１３３で構成されており、光導波路１２０の上部に形成した第二の上部クラッド１３１を第二の光導波路１３０の下部クラッドとしている。

コア１３２は、その光軸がプリント配線板１１０と略平行になるように形成されている。反射膜１６０はコア１３２の光軸をプリント配線板１１０に対し略垂直となる方向に変換するものであり、コア１３２の光軸に対し４５°傾斜させた反射面１５１の表面に蒸着されている。また、光路変換部となる反射溝１５０および第二の光導波路１３０の上面には、第二の上部クラッド１４１が形成されている。

このように、本発明によれば、光導波路を多層構造にすることができ、複雑な光回路を簡単に実現することができる。また、光導波路の上に接着剤を介してプリント配線版をさらに配置することによって、極めて高密度な光回路基板が実現可能となり、光回路基板の設計の自由度を高めることができる。

以上説明したように本発明によれば、支持基板を用いて光導波路を形成することにより、製造時の熱プロセス過程で生じる光回路基板の変形が抑えられ、また、クラッド層を２層構造とすることで、支持基板剥離後も光路変換部の強度を高く保つことができ、さらには、光導波路の多層化も容易に実現することができる。また、光路変換部となる反射溝においてコアに形成された反射面以外には金属膜が蒸着されないため、光乱反射による損失の増加を防止することが可能となる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る光回路基板及びその製造方法の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における光回路基板等の細部構成等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施形態の光導波路の製造方法を説明する図である。 本発明の実施形態の光回路基板の製造方法を説明する図である。 本発明の実施形態の光回路基板を示す断面図である。 本発明の別の実施形態の光回路基板を示す断面図である。 従来の光回路基板の製造方法を説明する図である。 従来の光回路基板の製造方法を説明する図である。

符号の説明

１００、２００、９１１ 光回路基板
１１０ プリント配線板
１１１ 支持基板
１２０ 光導波路
１３０ 第二の光導波路
１２１ 下部クラッド
１２２、１３２ コア
１２３、１３３ 上部クラッド
１３１、１４１ 第二の上部クラッド
１５０ 反射溝
１５１ 反射面
１６０ 反射膜
１８０、９０１ ダイシングソー
９０４ 絶縁基板

Claims (11)

1. 絶縁層の少なくとも一方の面に導体パターン層を形成するプリント配線板の形成工程と、光軸が前記一方の面と略平行に配置されたコアとこれを取り囲むクラッドとを形成する光導波路形成工程と、
   前記コアに光軸を前記プリント配線板に対して略垂直に変換する光路変換部を作製し、
   前記光路変換部を覆うように第二のクラッドを形成する
   ことを特徴とする光回路基板の製造方法。
2. 前記第二のクラッドは、前記プリント配線板とは反対側の光導波路の少なくとも一部を覆うように形成することを特徴とする請求項１に記載の光回路基板の製造方法。
3. 前記光路変換部に形成した第二のクラッドと、前記プリント配線板とは反対側の光導波路の少なくとも一部に形成された第二のクラッドは一体になるように形成することを特徴とする請求項２に記載の光回路基板の製造方法。
4. 前記コアを取り囲む前記クラッドを作製する光導波路の製造工程は、
   前記プリント配線板上に下部クラッドを形成し、
   前記下部クラッドの前記プリント配線板とは反対の面に前記コアを形成し、
   前記コアを取り囲むように上部クラッドを形成することを特徴とする請求項１〜３に記載の光回路基板の製造方法。
5. 前記プリント配線板の製造工程は、
   前記プリント配線板に支持基板を貼付け、前記支持基板とは反対側の面に光導波路を形成するようにしたことを特徴とする請求項１〜４に記載の光回路基板の製造方法。
6. 絶縁層の少なくとも一方の面に導体パターン層を有するプリント配線板と、
   光軸が前記一方の面と略平行に配置されたコアと、前記コアの所定の位置に作製された光軸を前記プリント配線板に対して略垂直に変換する光路変換部と、前記コアを取り囲む第一のクラッドとで構成された光導波路と、
   少なくとも前記光路変換部を覆う第二のクラッドとを備えたことを特徴とする光回路基板。
7. 前記第二のクラッドと、前記第一のクラッドの材質が同一種類であることを特徴とする請求項５に記載の光回路基板。
8. 前記第二のクラッドは、前記プリント配線板とは反対側の光導波路の少なくとも一部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項６また７に記載の光回路基板。
9. 前記光路変換部に形成した第二のクラッドと、前記プリント配線板とは反対側の光導波路の少なくとも一部に形成された第二のクラッドは一体に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の光回路基板。
10. 前記光路変換部には、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇのいずれかの金属を被膜させた反射膜を形成したことを特徴とする請求項６〜９に記載の光回路基板。
11. 絶縁層の少なくとも一方の面に導体パターン層を有するプリント配線板と、光軸が前記一方の面と略平行に配置されたコアと、前記コアの所定の位置に作製された光軸を前記プリント配線板に対して略垂直に変換する光路変換部と、前記コアを取り囲むクラッドとで構成された光導波路が多層に形成された多層光導波路とを備え、
    前記多層光導波路の隣接する２層以上の光導波路層において、下層の光導波路層の光路変換部を上層の光導波路層の下部クラッドが覆うように形成され、
    前記プリント配線板から最外層にあたる光導波路の光路変換部は、第二のクラッドにより少なくとも覆われるようにしたことを特徴とする光回路基板。

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