JP2010128098A - 光電気混載基板およびその製造方法 - Google Patents

光電気混載基板およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】アライメントマークに十字状等の識別用の凹部を形成した場合に、その凹部部分を認識装置等により容易に認識できる光電気混載基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】光導波路部分２と、電気回路基板１と、この電気回路基板１に実装された光学素子とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路部分２は、透光性を有するアンダークラッド層２１の表面に、光路用の線状のコア２２と、表面に識別用の凹部２４ａを有する、光学素子位置決め用の凸状アライメントマーク２４とが形成され、上記コア２２がオーバークラッド層２３で被覆され、上記アライメントマーク２４が透光性を有する樹脂フィルム２５で被覆されて上記アライメントマーク２４の凹部２４ａが空気で満たされた中空部Ａに形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光導波路部分と、電気回路部分と、この電気回路部分に実装された光学素子と備えた光電気混載基板およびその製造方法に関するものである。
光電気混載基板は、例えば、図６に示すように、電気回路部分６と光導波路部分７とを接着剤５により貼り合わせ、上記電気回路部分６に発光素子３および受光素子４を実装して構成されている。上記光導波路部分７は、上記電気回路部分６側から順にアンダークラッド層７１，コア７２，オーバークラッド層７３が形成されてなる光導波路７０で構成されている。この光導波路７０の両端部は、光軸に対して４５°傾斜した傾斜面に形成され、その傾斜面のコア７２部分が光反射面７２ａに形成されている。上記電気回路部分６は、基板６０の片面に電気回路６１を形成して構成され、この電気回路６１の一部は、上記発光素子３，受光素子４を実装するための実装用パッド６１ａとなっている。上記基板６０には、コア７２の端部と発光素子３，受光素子４との間で光Ｌ1 を伝播するための光通過用の貫通孔６２，６３が形成されている。なお、図６において、符号３ａは、上記発光素子３のバンプ（電極）であり、符号４ａは、上記受光素子４のバンプである。
上記光電気混載基板における光Ｌ1 の伝播は、まず、発光素子３から光Ｌ1 が下方に出射される。その光Ｌ1 は、光導波路７０の一端部（図６では左端部）のアンダークラッド層７１を通り抜け、コア７２の一端部に入射する。つづいて、その光Ｌ1 は、コア７２の一端部の光反射面７２ａで反射して、コア７２内を軸方向に進む。そして、その光Ｌ1 は、コア７２内を進みコア７２の他端部（図６では右端部）まで伝播する。つづいて、その光Ｌ1 は、上記他端部の光反射面７２ａで上方に反射し、アンダークラッド層７１を通り抜けて出射され、受光素子４で受光される。このため、光導波路７０のコア７２の両端部に対する発光素子３および受光素子４の正確な位置決めが、高い光伝播効率を得る上で重要である。
そこで、図７に示すように、光導波路９０のコア９２の両端部に対して上記発光素子３および受光素子４が位置決めされるよう、その位置決め基準となるアライメントマーク９４を光導波路部分９に形成した光電気混載基板の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この製造方法は、図７において、まず、光導波路部分９として、アンダークラッド層９１を形成した後、その表面（図では下面）に、コア９２形成領域とアライメントマーク９４形成領域とをもつ感光性樹脂層を形成し、フォトリソグラフィ法により、その感光性樹脂層からコア９２とアライメントマーク９４とを形成する。そのアライメントマーク９４は、例えば、中央部に平面視十字状の貫通孔９４ａを有する円板状に形成され、その十字状部分が識別用マークとなる。ついで、露呈している上記アンダークラッド層９１，コア９２およびアライメントマーク９４の表面に、オーバークラッド層９３形成用の液状材料を塗布し、それを露光等により硬化させ、オーバークラッド層９３を形成する。このとき、上記十字状の貫通孔９４ａ内も、上記オーバークラッド層９３形成用の液状材料で満たされ、その貫通孔９４ａ内がオーバークラッド層９３の一部となる。このようにして、光導波路９０と共に、コア９２の両端部に対する所定の位置にアライメントマーク９４を形成する。他方、光通過用の貫通孔８２，８３および上記アライメントマーク９４認識用の貫通孔８４が形成された基板８０を準備する。そして、上記光導波路部分９のアンダークラッド層９１の上面に、接着剤５で上記基板８０を貼り付け、その基板８０の上面に、上記アライメントマーク９４を基準としたフォトリソグラフィ法により、電気回路８１（実装用パッド８１ａを含む）を形成する。これにより、上記光導波路部分９上に接着剤５を介して電気回路部分８を作製する。その後、その実装用パッド８１ａに発光素子３および受光素子４を実装する。この方法では、上記実装用パッド８１ａが、上記コア９２の両端部に対して所定の位置に形成されたアライメントマーク９４を基準として形成されるため、上記実装用パッド８１ａは、コア９２の両端部に対して位置決めされる。
しかしながら、発光素子３および受光素子４を上記実装用パッド８１ａに実装する際に、それら発光素子３および受光素子４が、上記実装用パッド８１ａからずれるおそれがある。そこで、本発明の出願人は、図８に示すように、発光素子３および受光素子４を実装する際に、上記光導波路部分９と電気回路部分８との接着体を、実装機のステージＳ上にセットし、実装機に備えられているアライメント認識装置Ｃにより上記アライメントマーク９４を認識し、そのアライメントマーク９４を基準として実装する光電気混載基板の製造方法を提案し、既に出願している（特願２００８−１１４３２９）。これにより、上記発光素子３および受光素子４をより適正に位置決めしている。なお、後に説明するが、図８において、符号Ｌ2 は、照明等の光が上記ステージＳの表面で乱反射した光のうち、貫通孔９４ａ内のオーバークラッド層９３部分を通過する光である。
特開２００４−３０２３４５号公報
このように、上記アライメントマーク９４は、コア９２の端部に対する位置決めの観点から、通常、フォトリソグラフィ法により、光導波路９０のコア９２形成と同時に、コア９２の形成材料で形成される。そして、そのコア９２の形成材料で形成されたアライメントマーク９４は、アンダークラッド層９１の表面においてオーバークラッド層９３に埋設されており、上記アライメントマーク９４の中央部の十字状部分は、オーバークラッド層９３の一部となっている。また、光導波路９０の性質上、コア９２の形成材料で形成されたアライメントマーク９４は、透光性を有し、さらに、アンダークラッド層９１およびオーバークラッド層（十字状部分を含む）９３も、通常、透光性を有している。しかも、アライメントマーク９４（コア９２の屈折率として１．５８８程度）とアンダークラッド層９１およびオーバークラッド層９３（屈折率１．５０２〜１．５４２程度）とは屈折率差はあるものの、その屈折率差は小さい（０．０５〜０．０９程度）。
このため、上記アライメントマーク９４の十字状部分およびその周辺部は、両者とも明るく認識され、両者間の明暗の差が小さい。実際、図８に示すように、実装機のアライメント認識装置Ｃに採用されているパターンマッチング式（白黒のコントラストを数値化することによって、画像を座標と数字に変換する方式：多値化認識式）により、上記アライメントマーク９４の十字状部分を、アンダークラッド層９１を透して認識すると、認識し難くなっている。しかも、アンダークラッド層９１の表面（アライメントマーク９４認識用の貫通孔８４に露呈する面：図では上面）には凹凸があり、その凹凸が原因で照明等の光が乱反射し、一定したコントラストの画像を得難い傾向にある。このため、その認識に時間を要し、実装工程の時間が長くなる。また、誤認識が発生するおそれもある。この点で、改良の余地がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、アライメントマークに十字状等の識別用の凹部を形成した場合に、その凹部部分を認識装置等により容易に認識できる光電気混載基板およびその製造方法の提供をその目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、光導波路部分と、電気回路部分と、この電気回路部分に実装された光学素子とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路部分には、透光性を有するアンダークラッド層の表面に、光路用の線状のコアと、表面に識別用の凹部を有する、光学素子位置決め用の凸状アライメントマークとが形成され、上記コアがオーバークラッド層で被覆され、上記アライメントマークが透光性を有する樹脂フィルムで被覆され上記アライメントマークの凹部が空気で満たされた中空部に形成されている光電気混載基板を第１の要旨とする。
また、本発明は、光導波路部分と、電気回路部分と、この電気回路部分に実装された光学素子とを備えた光電気混載基板を製造する方法であって、上記光導波路部分の作製が、透光性を有するアンダークラッド層の表面に、光路用の線状のコアと、表面に識別用の凹部を有する、光学素子位置決め用の凸状アライメントマークとを形成する工程と、上記コアをオーバークラッド層で被覆する工程と、上記アライメントマークを透光性を有する樹脂フィルムで被覆し上記凹部を空気で満たされた中空部に形成する工程とを備えている光電気混載基板の製造方法を第２の要旨とする。
なお、本発明において、アライメントマークの表面に形成した「凹部」とは、その底面がアンダークラッド層の表面まで達し、アライメントマークを貫通したものも含む意味である。
本発明者は、光電気混載基板の製造において、光学素子の実装位置の基準となるアライメントマークに十字状等の識別用の凹部を形成した場合に、その凹部部分を認識装置等により容易に認識できるようにすべく、アライメントマークの構造について研究を重ねた。その結果、上記凹部を空気（通常、屈折率１．０００）で満たされた中空部〔図１（ａ）参照〕に形成すると、その中空部は、その周辺部との屈折率差が大きくなり（０．５〜０．６程度）、明暗の差が大きくなることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、例えば、アンダークラッド層を透してアライメントマークを認識する場合、樹脂フィルム内を通る光は、アライメントマークの中空部に達すると、その界面で反射する（図５参照）。それは、上記中空部（空気）の屈折率（通常１．０００）の方が樹脂フィルムの屈折率（オーバークラッド層と同程度の１．５０２〜１．５４２程度）よりも非常に小さいからである。このため、上記光は中空部を通過し難くなり、中空部は暗く認識される。しかも、その中空部とその周辺部とでは、屈折率差が大きい（０．５〜０．６程度）ため、明暗の差が大きくなる。このため、たとえ照明等の光がアンダークラッド層の表面で乱反射したとしても、明確なコントラストが得られ、中空部の認識が容易になる。
本発明の光電気混載基板は、光学素子の実装位置の基準となる識別用の凹部を有するアライメントマークが、透光性を有する樹脂フィルムで被覆されることにより、上記凹部が空気で満たされた中空部に形成されている。このため、その中空部とその周辺部とでは、屈折率差が大きくなり、両者の明暗の差が大きくなる。これにより、光学素子を実装するにあたって、上記中空部の認識が容易にできる。その結果、本発明の光電気混載基板は、光学素子が高精度に実装されたものとなり、光伝播効率が向上したものとなっている。
また、本発明の光電気混載基板の製造方法では、光学素子の実装位置の基準となる識別用の凹部を有するアライメントマークを、透光性を有する樹脂フィルムで被覆することにより、上記凹部を空気で満たされた中空部に形成している。このため、その中空部とその周辺部とでは、屈折率差が大きくなり、両者の明暗の差が大きくなる。これにより、光学素子を実装するにあたって、上記中空部の認識が容易にできる。その結果、誤認識が防止され、しかも、短時間で認識できるようになり、生産性が向上する。
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
図１（ａ）は、本発明の光電気混載基板の一実施の形態を示している。この光電気混載基板は、片面に電気回路１１が形成された電気回路基板（電気回路部分）１と、この電気回路基板１のもう一方の片面に接着剤５により接着された、光導波路２０およびアライメントマーク２４を有する光導波路部分２とを備えている。また、上記光導波路２０の端部に対応する上記電気回路１１の部分（実装用パッド１１ａ）に、上記アライメントマーク２４を基準にして実装された光学素子（発光素子３および受光素子４）を備えている。このような光電気混載基板において、上記アライメントマーク２４には、後に詳述するように、中空部Ａが形成されており、それにより、上記光学素子を実装する際に、上記中空部Ａを認識し易くし、実装精度を向上させている。これが本発明の特徴の一つである。
より詳しく説明すると、上記光導波路部分２は、上記電気回路基板１側に、透光性を有するアンダークラッド層２１を備え、そのアンダークラッド層２１の表面（図では下面）に、光路用の線状のコア２２と、そのコア２２の形成材料からなるアライメントマーク２４とが形成されている。上記コア２２の左右両端面は、図示のように、上記電気回路基板１に対して４５°傾斜した光反射面２２ａに形成されている。さらに、その光反射面２２ａを除くコア２２の中間部分は、オーバークラッド層２３で被覆されている。このように上記アンダークラッド層２１，コア２２，オーバークラッド層２３により、光導波路２０が構成されている。また、上記アライメントマーク２４は、図１（ｂ）に示すように、この実施の形態では、円板状（凸状）に形成され、その表面（図では下面）に平面視十字状の識別用の凹部２４ａが、アライメントマーク２４を貫通した状態で形成されている。そして、上記アライメントマーク２４は、図１（ａ）に示すように、透光性を有する樹脂フィルム２５で被覆されている。これにより、上記凹部２４ａは、上記樹脂フィルム２５で塞がれて空気で満たされた中空部Ａに形成されている。この中空部Ａを有するアライメントマーク２４が本発明の特徴の一つである。なお、この実施の形態では、上記光導波路２０および露呈しているアンダークラッド層２１も上記樹脂フィルム２５で被覆されている。
このように構成したため、本発明において、図５に示すように、光学素子を実装するにあたって、実装機のステージＳ上に、例えば、アンダークラッド層２１を上、樹脂フィルム２５を下にした状態でセットし、実装機に備えられているアライメント認識装置Ｃを用いて、アンダークラッド層２１を透して上方からアライメントマーク２４を認識する場合、照明等の光がステージＳ上で乱反射した光Ｌ2 は、ステージＳ上の樹脂フィルム２５からアライメントマーク２４の中空部Ａに達すると、その界面で反射する。それは、上記中空部（空気）Ａの屈折率（通常１．０００）の方が樹脂フィルム２５の屈折率（オーバークラッド層と同程度の１．５０２〜１．５４２程度）よりも非常に小さいからである。このため、上記光Ｌ2 は中空部Ａを上方に通過し難くなり、上記アライメント認識装置Ｃでは、中空部Ａが暗く認識される。しかも、その中空部Ａとその周辺部とでは、屈折率差が大きい（０．５〜０．６程度）ため、明暗の差が大きくなる。このため、たとえ照明等の光Ｌ2 がアンダークラッド層２４の表面（アライメントマーク２４認識用の貫通孔１４に露呈する面）で乱反射したとしても、明確なコントラストの画像が得られ、上記アライメント認識装置Ｃによる上記十字状中空部Ａの認識が容易になる。
これに対して、従来は、図８に示すように、アライメントマーク９４の貫通孔９４ａ内が、オーバークラッド層９３の形成材料で満たされていたため、上記実装機のステージＳ上方では、照明等の光がステージＳの表面で乱反射した光Ｌ2 は、貫通孔９４ａ内のオーバークラッド層９３部分を上方に通過していた。
一方、上記電気回路基板１は、図１（ａ）に示すように、ステンレス製基板１０の表面に、絶縁層（図示せず）を介して、電気回路１１を形成して構成され、この電気回路１１の一部は、上記発光素子３，受光素子４を実装するための実装用パッド１１ａとなっている。また、上記ステンレス製基板１０には、上記コア２２両端部の光反射面２２ａの上方に対応する部分に、コア２２の端部と発光素子３，受光素子４との間で光を伝播するための光通過用の貫通孔１２，１３が形成されており、さらに、上記アライメントマーク２４の上方に対応する部分に、アライメントマーク２４を電気回路１１形成面側から認識するための貫通孔１４が形成されている。なお、図１において、符号３ａは、上記発光素子３のバンプ（電極）であり、符号４ａは、上記受光素子４のバンプである。
そして、上記光電気混載基板における光伝播は、つぎのようにして行われる。すなわち、図１（ａ）に示すように、上記発光素子３から発光された光Ｌ1 は、上記電気回路基板１に形成された光伝播用の貫通孔１２を通過した後、アンダークラッド層２１を通り抜け、コア２２の一端部に入射する。ついで、その光Ｌ1 は、上記コア２２の一端部の光反射面２２ａで反射して、コア２２内を、軸方向に進む。そして、その光Ｌ1 は、コア２２の他端部の光反射面２２ａまで伝播する。つづいて、その光Ｌ1 は、上記他端部の光反射面２２ａで上方に反射し、アンダークラッド層２１を通り抜けて出射される。そして、その光Ｌ1 は、上記ステンレス製基板１０の光通過用の貫通孔１３を通過した後、受光素子４で受光される。
この実施の形態の光電気混載基板は、下記の（１）〜（４）の工程を経て製造される。
（１）ステンレス製基板１０の表面に電気回路１１を形成して電気回路基板１を作製する工程〔図２（ａ）〜（ｂ）参照〕。
（２）別に、上記光導波路２０およびアライメントマーク２４を形成して光導波路部分２を作製する工程〔図３（ａ）〜（ｄ）参照〕。
（３）上記電気回路基板１と光導波路部分２とを接着剤５により接着する工程〔図４（ａ）〜（ｃ）参照〕。
（４）上記電気回路１１に発光素子３および受光素子４を実装する工程（図５参照）。
上記（１）の電気回路基板１の作製工程について説明する。この実施の形態では、まず、上記ステンレス製基板１０〔図２（ａ）参照〕を準備する。このステンレス製基板１０としては、通常、厚みが２０〜２００μｍの範囲内のものが用いられる。
ついで、図２（ａ）に示すように、上記ステンレス製基板１０の表面の所定位置に、フォトリソグラフィ法により所定パターンの絶縁層（図示せず）を形成する。この絶縁層は、後の工程〔図２（ｂ）参照〕でステンレス製基板１０に形成される光通過用の貫通孔１２，１３およびアライメントマーク２４認識用の貫通孔１４の部分を除いて形成される。すなわち、上記絶縁層の形成は、まず、上記ステンレス製基板１０の片面（図では上面）の所定位置に、感光性エポキシ樹脂等の感光性樹脂を塗布し、感光性樹脂層を形成する。ついで、絶縁層のパターンに対応する開口パターンが形成されているフォトマスクを介して、上記感光性樹脂層を照射線により露光する。つぎに、現像液を用いて現像を行うことにより、未露光部分を溶解させて除去し、残存した感光性樹脂層を絶縁層のパターンに形成する。その後、その残存感光性樹脂層の表面等に残存する現像液を加熱処理により除去する。これにより、上記残存感光性樹脂層を絶縁層に形成する。絶縁層の厚みは、通常、５〜１５μｍの範囲内に設定される。
つぎに、図２（ａ）に示すように、上記絶縁層の表面に、実装用パッド１１ａを含む電気回路１１を所定パターンに形成する。すなわち、この電気回路１１の形成は、まず、上記絶縁層の表面に、スパッタリングまたは無電解めっき等により金属層（厚み６００〜２６００Å程度）を形成する。この金属層は、後の電解めっきを行う際のシード層（電解めっき層形成の素地となる層）となる。ついで、上記ステンレス製基板１０，絶縁層および金属層（シード層）からなる積層体の両面に、ドライフィルムレジストを貼着した後、上記金属層が形成されている側のドライフィルムレジストに、フォトリソグラフィ法により電気回路１１のパターンが溝部として表れるパターンを形成し、その溝部の底に上記金属層の表面部分を露呈させる。つぎに、電解めっきにより、上記溝部の底に露呈した上記金属層の表面部分に、電解めっき層（厚み５〜２０μｍ程度）を積層形成する。そして、上記ドライフィルムレジストを水酸化ナトリウム水溶液等を用いて剥離する。その後、上記電解めっき層が形成されていない金属層部分をソフトエッチングにより除去し、残存した電解めっき層とその下の金属層とからなる積層部分によって、電気回路１１に形成する。
ついで、図２（ｂ）に示すように、ステンレス製基板１０の所定位置に、エッチング等により、光通過用の貫通孔１２，１３およびアライメントマーク２４〔図１（ａ）参照〕認識用の貫通孔１４を形成する。その光通過用の貫通孔１２，１３は、後の光導波路部分２の作製工程において形成されるコア２２〔図１（ａ）参照〕の両端部の光反射面２２ａに対応する位置に形成され、上記アライメントマーク２４認識用の貫通孔１４は、アライメントマーク２４に対応する位置に形成される。すなわち、これら貫通孔１２，１３，１４の形成は、まず、上記ステンレス製基板１０，絶縁層および電気回路１１からなる積層体の両面に、ドライフィルムレジストを貼着した後、上記絶縁層が形成されていない側のドライフィルムレジストに、フォトリソグラフィ法により上記貫通孔１２，１３，１４のパターンの孔部を形成し、その孔部の底に上記ステンレス製基板１０の表面（図では下面）部分を露呈させる。つぎに、塩化第２鉄水溶液を用いたエッチング等により、上記孔部の底に露呈した上記ステンレス製基板１０部分を穿孔し、上記光通過用の貫通孔１２，１３およびアライメントマーク２４認識用の貫通孔１４を形成する。上記光通過用の貫通孔１２，１３の直径は、光学素子等のデザインにより適宜設定されるが、通常、０．０５〜０．２ｍｍの範囲内に設定される。上記アライメントマーク２４認識用の貫通孔１４の直径は、アライメントマーク２４の大きさにより適宜設定されるが、通常、０．１〜３．０ｍｍの範囲内に設定される。このようにして、上記（１）の電気回路基板１の作製工程が完了する。
つぎに、上記（２）の光導波路部分２の作製工程について説明する。まず、その光導波路部分２を作製する際に用いる平板状の基台２６〔図３（ａ）参照〕を準備する。この基台２６の形成材料としては、例えば、ガラス，石英，シリコン，樹脂，金属等があげられる。また、基台２６の厚みは、例えば、２０μｍ〜５ｍｍの範囲内に設定される。
ついで、図３（ａ）に示すように、上記基台２６の表面の所定領域に、アンダークラッド層２１を形成する。このアンダークラッド層２１の形成は、例えば、つぎのようにして行われる。すなわち、まず、上記基台２６の表面の所定領域に、感光性エポキシ樹脂等の、アンダークラッド層２１形成用の感光性樹脂が溶媒に溶解しているワニスを塗布した後、必要に応じて、それを加熱処理（５０〜１２０℃×１０〜３０分間程度）して乾燥させ、アンダークラッド層２１形成用の感光性樹脂層を形成する。ついで、その感光性樹脂層を、紫外線等の照射線により露光することにより、アンダークラッド層２１に形成する。アンダークラッド層２１の厚みは、通常、１〜５０μｍの範囲内に設定される。
つぎに、図３（ｂ）に示すように、上記アンダークラッド層２１の表面の所定位置に、所定パターンのコア２２と、中央部に平面視十字状の凹部２４ａを有する円板状のアライメントマーク２４とを同時に形成する。このコア２２およびアライメントマーク２４の形成は、例えば、フォトリソグラフィ法により行われる。すなわち、まず、上記アンダークラッド層２１の表面の所定位置に、上記アンダークラッド層２１形成用の感光性樹脂層の形成方法と同様にして、コア２２形成領域とアライメントマーク２４形成領域とをもつ感光性樹脂層を形成する。ついで、コア２２およびアライメントマーク２４のパターン（十字状の凹部２４ａの形状パターンを含む）に対応する開口パターンが形成されているフォトマスクを介して、上記感光性樹脂層を照射線により露光する。つぎに、加熱処理を行った後、現像液を用いて現像を行うことにより、上記感光性樹脂層における未露光部分を溶解させて除去し、残存した感光性樹脂層をコア２２およびアライメントマーク２４のパターンに形成する。これによって、アライメントマーク２４の上記十字状の凹部２４ａの底に上記アンダークラッド層２１の表面部分が露呈する。また、コア２２は、上記露光により、線状に形成され、その両端面が４５°傾斜した傾斜面に形成される。その後、その残存感光性樹脂層の表面等に残存する現像液を加熱処理により除去し、その感光性樹脂層を所定パターンのコア２２およびアライメントマーク２４を形成する。このようにして、１回のフォトリソグラフィ法により、所定パターンのコア２２とアライメントマーク２４とを同時に形成することにより、コア２２の端部に対して所定の位置にアライメントマーク２４が形成される。
上記コア２２およびアライメントマーク２４の形成において、この実施の形態では、コア２２の両端部は、上記光通過用の貫通孔１２，１３の下方に位置決めされるように形成され、アライメントマーク２４は、上記アライメントマーク２４認識用の貫通孔１４の下方に位置決めされるように形成される。コア２２の厚みは、通常、５〜６０μｍの範囲内に設定され、その幅は、通常、５〜６０μｍの範囲内に設定される。また、上記円板状のアライメントマーク２４の直径は、通常、１００〜１０００μｍの範囲内に設定され、その厚みは、通常、５〜６０μｍの範囲内に設定される。また、アライメントマーク２４に形成される凹部２４ａの十字状の溝幅は、通常、５〜１００μｍの範囲内に設定され、十字状の縦横の長さは、通常、５〜９００μｍの範囲内に設定される。なお、上記コア２２およびアライメントマーク２４の形成材料としては、例えば、上記アンダークラッド層２１と同様の感光性樹脂があげられ、上記アンダークラッド層２１および下記オーバークラッド層２３の形成材料よりも屈折率が大きい材料が用いられる。この屈折率の調整は、例えば、上記アンダークラッド層２１，コア２２（アライメントマーク２４を含む），オーバークラッド層２３の各形成材料の種類の選択や組成比率を調整して行うことができる。
つぎに、図３（ｃ）に示すように、上記コア２２を被覆するよう、上記アンダークラッド層２１の表面に、所定パターンのオーバークラッド層２３を形成する。このオーバークラッド層２３の形成は、例えば、フォトリソグラフィ法により行われる。すなわち、まず、上記コア２２およびアライメントマーク２４を被覆するように、上記アンダークラッド層２１の表面に、上記アンダークラッド層２１形成用の感光性樹脂層の形成方法と同様にして、オーバークラッド層２３形成用の感光性樹脂層を形成する。ついで、オーバークラッド層２３のパターンに対応する開口パターンが形成されているフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法により、所定パターンのオーバークラッド層２３を形成する。このとき、上記フォトマスクのデザインにより、アライメントマーク２４を被覆する感光性樹脂層は、照射線により露光されないようにし、その未露光部分は、現像により除去され、アライメントマーク２４は露呈される。また、コア２２の両端部の光反射面２２ａは、オーバークラッド層２３で覆われず、露呈される。このオーバークラッド層２３の厚みは、通常、１０〜２０００μｍの範囲内に設定される。なお、上記オーバークラッド層２３の形成材料としては、例えば、上記アンダークラッド層２１と同様の感光性樹脂があげられる。
そして、図３（ｄ）に示すように、露呈している上記アンダークラッド層２１，コア２２の両端面（光反射面２２ａ），オーバークラッド層２３およびアライメントマーク２４の表面を、透光性を有する樹脂フィルムでラミネート等により被覆する。このとき、アライメントマーク２４の十字状の凹部２４ａ内には、樹脂フィルムは入り込まない。これにより、十字状の凹部２４ａは、空気で満たされた十字状の中空部Ａに形成される。上記樹脂フィルム２５としては、屈折率が上記オーバークラッド層２３と同等程度のものが用いられ、その形成材料としては、例えば、エポキシ系樹脂，アクリル系樹脂等があげられる。なかでも、柔軟性，タック性を有する半硬化状態の樹脂フィルム２５が好適に用いられる。上記樹脂フィルム２５の厚みは、通常、１５〜２０μｍの範囲内に設定される。このようにして、上記基台２６の表面に、光導波路２０およびアライメントマーク２４が形成された光導波路部分２の作製工程が完了する。
上記光導波路部分２の作製工程において、アライメントマーク２４に中空部Ａを形成することが、本発明の特徴の一つである。これにより、後に説明するように、上記十字状の中空部Ａと周辺部との屈折率差が大きくなり、実装機により発光素子３および受光素子４を実装するにあたって、その実装機に備えられているアライメント認識装置Ｃで上記アライメントマーク２４を認識すると、上記十字状の中空部Ａは、周辺部よりも暗く認識され、認識し易くなる。
つぎに、上記（３）の上記電気回路基板１と光導波路部分２との接着工程について説明する。すなわち、まず、図４（ａ）に示すように、上記電気回路基板１の電気回路１１形成面と反対側の面に接着剤５を塗布する。ついで、図４（ｂ）に示すように、上記光導波路部分２に貼着されている基台２６をアンダークラッド層２１から剥離する。そして、図４（ｃ）に示すように、上記光導波路部分２のアンダークラッド層２１の表面（基台２６を剥離した跡の面）を、上記接着剤５により、上記電気回路基板１に接着する。このとき、電気回路基板１に形成された光通過用の貫通孔１２，１３の下方に、コア２２の端部を位置決めし、電気回路基板１に形成されたにアライメントマーク２４認識用の貫通孔１４の下方に、アライメントマーク２４を位置決めする。このようにして、上記（３）の上記電気回路基板１と光導波路部分２との接着工程が完了する。
つぎに、上記（４）の発光素子３および受光素子４の実装工程について説明する。すなわち、まず、上記電気回路基板１と光導波路部分２との接着体を、図５に示すように、電気回路１１側の面を上に向けて実装機のステージＳ上にセットする。そして、その実装機に備えられているアライメント認識装置Ｃにより、一方〔例えば図１（ａ）の左側〕のアライメントマーク２４の十字状中空部Ａを、アンダークラッド層２１およびアライメントマーク２４認識用の貫通孔１４を通して上方から認識する。このとき、上方からの光（照明等の光）は、上記実装機のステージＳの表面で乱反射する。この乱反射した光Ｌ2 は、オーバークラッド層２３を上方に進む。その光Ｌ2 のうち、アライメントマーク２４の十字状中空部Ａに達する光Ｌ2 は、オーバークラッド層２３と十字状中空部Ａとの界面で下方に反射する。それは、十字状中空部（空気）Ａの屈折率の方がオーバークラッド層２３の屈折率よりも非常に小さいからである。しかも、その十字状中空部Ａとその周辺部とでは、屈折率差（０．５〜０．６程度）が大きいため、明暗の差が大きくなる。このため、上記アライメント認識装置Ｃによる上記十字状中空部Ａの認識が容易になり、短時間で認識できるようになる。そして、上記実装機は、上記アライメントマーク２４の十字状中空部Ａを基準とする設定位置（光反射面２２ａの上方）に、一方の光学素子（例えば発光素子３）を位置決めし、その光学素子を実装用パッド１１ａに実装する。他方〔例えば図１（ａ）の右側〕のアライメントマーク２４の十字状中空部Ａについても、同様に認識され、他方の光学素子（例えば受光素子４）を実装する際の位置決め基準として利用される。なお、上記発光素子３としては、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等があげられ、受光素子４としては、ＰＤ（Photo Diode ）等があげられる。
上記発光素子３および受光素子４の実装方法としては、フリップチップ，半田リフロー，半田バンプと半田ペーストのスクリーン印刷によるＣ４接合等があげられる。なかでも、実装の際の位置ずれが小さくできる観点から、超音波や加熱によるフリップチップが好ましく、より好ましくは、上記ステンレス製基板１０に熱によるダメージを与えないようにする観点から、超音波によるフリップチップである。このようにして、上記（４）の発光素子３および受光素子４の実装工程が完了し、目的とする光電気混載基板〔図１（ａ）参照〕が得られる。
なお、上記実施の形態では、電気回路基板１と光導波路部分２とを個別に作製し、両者を接着剤５により接着したが、電気回路基板１に直接、光導波路部分２を形成してもよい。
また、上記実施の形態では、コア２２およびアライメントマーク２４の形成を、フォトリソグラフィ法により行ったが、成形型を用いたプレス成形により行ってもよい。この場合、成形型として、紫外線等の照射線を透過させる材料（例えば石英）からなるものであって、上記コア２２およびアライメントマーク２４のパターンと同形状の型面（凹部）が形成されたものを用いる。そして、コア２２形成領域とアライメントマーク２４形成領域とをもつ感光性樹脂層に対して成形型をプレスし、その状態で、上記成形型を通して紫外線等の照射線を露光する。ついで、加熱処理し、その後、脱型する。このようにしてプレス成形してもよい。
そして、上記実施の形態では、アライメントマーク２４に形成する識別用の凹部２４ａを、アライメントマーク２４を貫通した状態で形成したが、貫通しない形状としてもよい。その方法としては、例えば、上記成形型を用いたプレス成形において、上記凹部２４ａを成形する型面部分の高さを調整する等して行うことができる。さらに、上記実施の形態では、アライメントマーク２４の凹部２４ａの形状を、平面視十字状としたが、他の形状でもよい。
また、上記実施の形態では、電気回路基板１の作製にステンレス製基板１０を用いたが、他の金属材料または樹脂材料等からなる板材を用いてもよい。その板材が絶縁性を有するものである場合は、絶縁層を形成することなく、上記基板に直接、電気回路１１を形成してもよい。上記絶縁層は、上記金属製板材のような通電性を有する板材と電気回路１１との短絡を防止するためのものである。
さらに、上記実施の形態では、発光素子３および受光素子４と光導波路２０とが、電気回路基板１に対して反対の面に配置されているが、同じ面に配置されてもよい。この場合、コア２２の他端面は、光反射面２２ａ（傾斜面）ではなく、光入出射端面（電気回路基板１に対して直角な面）に形成される。
また、上記実施の形態では、基台２６の表面に、光導波路２０およびアライメントマーク２４を形成した後、上記基台２６を剥離したが、上記基台２６が透光性を有するものであれば、剥離することなく、その基台２６を電気回路基板１に接着してもよい。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。
〔電気回路基板〕
ステンレス製板材（厚み２５μｍのＳＵＳ３０４箔）の片面に、感光性ポリイミド樹脂からなる絶縁層（厚み１０μｍ）が形成され、その絶縁層の表面に、実装用パッドを含む電気回路が形成された電気回路基板を作製した。また、この電気回路基板には、光伝播用の貫通孔およびアライメントマーク認識用の貫通孔を形成した。
〔アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料〕
ビスフェノキシエタノールフルオレングリシジルエーテル（成分Ａ）３５重量部、脂環式エポキシ樹脂である３’，４’−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート（ダイセル化学社製、セロキサイド２０２１Ｐ）（成分Ｂ）４０重量部、シクロヘキセンオキシド骨格を有する脂環式エポキシ樹脂である（３’，４’−エポキシシクロヘキサン）メチル−３’，４’−エポキシシクロヘキシル−カルボキシレート（ダイセル化学社製、セロキサイド２０８１）（成分Ｃ）２５重量部、４，４’−ビス〔ジ（β−ヒドロキシエトキシ）フェニルスルフィニオ〕フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの５０％プロピオンカーボネート溶液（成分Ｄ）２重量部とを混合することにより、アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料を調製した。
〔コアおよびアライメントマークの形成材料〕
上記成分Ａ：７０重量部、１，３，３−トリス｛４−〔２−（３−オキセタニル）〕ブトキシフェニル｝ブタン：３０重量部、上記成分Ｄ：１重量部を乳酸エチルに溶解することにより、コアならびに端部コアの形成材料を調製した。
〔光導波路部分の作製〕
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム〔１６０ｍｍ×１６０ｍｍ×１８８μｍ（厚み）〕の表面に、上記アンダークラッド層の形成材料をアプリケーターにより塗布した後、２０００ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線照射による露光を行った。つぎに、１００℃×１５分間の加熱処理を行うことにより、アンダークラッド層（厚み２０μｍ）を形成した。
ついで、上記アンダークラッド層の表面に、上記コアおよびアライメントマークの形成材料をアプリケーターにより塗布した後、１００℃×１５分間の乾燥処理を行い、コア形成領域とアライメントマーク形成領域とをもつ感光性樹脂層を形成した。つぎに、その上方に、コアおよびアライメントマークのパターンと同形状の開口パターンが形成された合成石英系のクロムマスク（フォトマスク）を配置した。そして、その上方から、プロキシミティ露光法にて４０００ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線照射による露光を行った後、８０℃×１５分間の加熱処理を行った。つぎに、γ−ブチロラクトン水溶液を用いて現像することにより、未露光部分を溶解除去した後、１２０℃×３０分間の加熱処理を行うことにより、コア（厚み５０μｍ、幅５０μｍ）およびアライメントマーク（厚み５０μｍ）を形成した。コアは、線状に形成し、両端面を４５°傾斜した傾斜面に形成した。アライメントマークは、直径１０００μｍの円板状に形成し、その中央部に平面視十字状の凹部を形成した。その十字状の溝幅は５０μｍ、縦横の溝の長さは７００μｍとした。
つぎに、コアおよびアライメントマークを被覆するように、上記アンダークラッド層の表面に、オーバークラッド層の形成材料をアプリケーターにより塗布した。そして、アライメントマークを被覆する感光性樹脂層が露光されないデザインのフォトマスクを介して、２０００ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線照射による露光を行った後、１２０℃×１５分間の加熱処理を行った。つぎに、γ−ブチロラクトン水溶液を用いて現像することにより、未露光部分を溶解除去した後、１２０℃×３０分間の加熱処理を行った。これにより、両端面（傾斜面）を除くコア部分を被覆するオーバークラッド層（コアの表面からの厚み５０μｍ）を形成し、また、アライメントマークを露呈させた。
そして、露呈している上記アンダークラッド層，コアの両端面（光反射面），オーバークラッド層およびアライメントマークの表面を、感光性エポキシ樹脂からなる半硬化状態の樹脂（クラッド）フィルムでラミネートした。これにより、アライメントマークの十字状の凹部を、空気で満たされた十字状の中空部に形成した。ついで、紫外線を照射し、上記半硬化状態の樹脂フィルムを硬化させた。このようにして、上記ＰＥＴフィルムの表面に、光導波路およびアライメントマークが形成された光導波路部分を作製した。
〔電気回路基板と光導波路部分との接着〕
上記電気回路基板の電気回路形成面と反対側の面に、エポキシ樹脂系接着フィルム（日東電工社製、ＮＡ５９０）を貼着した。ついで、上記光導波路部分に貼着しているＰＥＴフィルムをアンダークラッド層から剥離し、そのアンダークラッド層の表面（剥離跡の面）を、上記エポキシ樹脂系接着フィルムにより、上記電気回路基板に接着した。このとき、電気回路基板に形成された光通過用の貫通孔から、その下方のコアの端部が見えるようにした。また、電気回路基板に形成されたにアライメントマーク認識用の貫通孔から、その下方のアライメントマークが見えるようにした。
〔比較例１〕
上記実施例１において、オーバークラッド層を形成する際に、感光性樹脂層に対する露光を、フォトマスクを介することなく行った。これにより、アライメントマークがオーバークラッド層に埋設され、十字状の凹部内も、そのオーバークラッド層の形成材料で充填された。また、その後の樹脂フィルムのラミネートは行わなかった。それ以外は、上記実施例１と同様にして、電気回路基板と光導波路部分とを接着した。
〔アライメントマークの認識度テスト〕
上記実施例１および比較例１の、電気回路基板と光導波路部分との接着体を、電気回路側の面を上に向けて、実装機（芝浦メカトロニクス社製、フリップチップ実装機ＴＦＣ−３２００）のステージ上にセットした。そして、その実装機に備えられているアライメント認識装置（パターンマッチング式）により、実施例１のアライメントマークと比較例１のアライメントマークとを認識した。その結果、実施例１の認識度（パターンマッチングのスコア）は９５％であった。これに対し、比較例１の認識度は７０％であった。
この結果から、実施例１のアライメントマークは、比較例１のアライメントマークと比較して、認識し易いことがわかる。
（ａ）は、本発明の光電気混載基板の一実施の形態を模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）は、アライメントマークを拡大して示す斜視図である。 （ａ）〜（ｂ）は、上記光電気混載基板の製造方法における電気回路基板の作製方法を模式的に示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、上記光電気混載基板の製造方法における光導波路部分の作製方法を模式的に示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は、上記光電気混載基板の製造方法における電気回路基板と光導波路部分との接着工程を模式的に示す説明図である。 上記光電気混載基板の製造方法における光学素子の実装工程を模式的に示す説明図である。 従来の光電気混載基板を模式的に示す縦断面図である。 従来の他の光電気混載基板を模式的に示す縦断面図である。 上記光電気混載基板の製造方法における光学素子の実装工程を模式的に示す説明図である。
符号の説明
１ 電気回路基板
２ 光導波路部分
２１アンダークラッド層
２２ コア
２３ オーバークラッド層
２４ アライメントマーク
２４ａ 凹部
２５ 樹脂フィルム
Ａ 中空部

Claims (3)

  1. 光導波路部分と、電気回路部分と、この電気回路部分に実装された光学素子とを備えた光電気混載基板であって、上記光導波路部分には、透光性を有するアンダークラッド層の表面に、光路用の線状のコアと、表面に識別用の凹部を有する、光学素子位置決め用の凸状アライメントマークとが形成され、上記コアがオーバークラッド層で被覆され、上記アライメントマークが透光性を有する樹脂フィルムで被覆され上記アライメントマークの凹部が空気で満たされた中空部に形成されていることを特徴とする光電気混載基板。
  2. 光導波路部分と、電気回路部分と、この電気回路部分に実装された光学素子とを備えた光電気混載基板を製造する方法であって、上記光導波路部分の作製が、透光性を有するアンダークラッド層の表面に、光路用の線状のコアと、表面に識別用の凹部を有する、光学素子位置決め用の凸状アライメントマークとを形成する工程と、上記コアをオーバークラッド層で被覆する工程と、上記アライメントマークを透光性を有する樹脂フィルムで被覆し上記凹部を空気で満たされた中空部に形成する工程とを備えていることを特徴とする光電気混載基板の製造方法。
  3. 上記樹脂フィルムの被覆が、半硬化状態の樹脂フィルムのラミネートである請求項２記載の光電気混載基板の製造方法。
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