JP2010224246A - 光基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光路を光基板の厚さ方向に変換する場合、レーザー加工のようにバイアホール開口部周囲に炭化物残渣が発生せず、且つバイアホールを介して接続する光配線と光接続部品の接続損失が少ない、光路変換構造の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも光配線パターン凸部と光路変換部品設置凸部を有する凸型にクラッドワニスを押し付けてから、クラッドワニスを硬化させ、その後第一クラッドと凸型を剥離する凸型剥離工程と、前記第一クラッドに形成された光路変換部品設置凹部に光路変換部品を埋め込みんだ後、形成された光配線パターン凹部にコアワニスを充填し硬化させるコア硬化工程と、前記第一クラッドのコア形成面の一部もしくは全体にクラッドワニスを塗布し、第二クラッドを硬化させる工程からなる光基板の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、光配線に係わり、特には、光導波路、光路変換部品、光バイアホールを備える光基板の製造方法に関する。

光信号は、発光素子や光配線等の導波用媒質から出力されると拡散される。このため、ある媒質中を進行する光信号を別の媒質中へ導くための接続部品は、導波用媒質同士をできるだけ近い間隔で接続する必要がある。また、光接続は導波用媒質同士の接続位置がずれると光信号が漏洩損失するため、正確に位置をあわせて接続する必要がある。

また、光信号を伝播する導波路用媒質（以下、光導波路と記す）は基板平面内に水平方向に敷設されるため、受発光素子の受発光面に光信号を入出力するためには、光信号路を特定の方向に光路変換する必要がある。

従来、光路変換機能を簡便に導波路上で実現するために、導波路のダイシングによる光路変換部形成が行われてきた（特許文献１）。この方法は低コストであるものの、光路変換部の外面を空気とするか、金属蒸着を施す必要がある。また、ダイシングは直線状加工のため、千鳥状に光路変換部を配列することができない問題がある。

また、光路変換部品を光基板中に埋め込む技術も開示されている（特許文献２）。しかしこの技術では光変換方向に対して光路変換部品を高精度にアライメントした上で実装する必要がある。特に角度成分はアライメント誤差の影響が大きく、実装歩留まりが低下する問題がある。

また、光路を光基板の厚さ方向に変換する場合、光バイアホールを設けて、光信号を厚さ方向に伝送する技術が報告されている（特許文献３）。しかし、多くの光基板の材料はレーザー加工適性が考慮されておらず、レーザー加工時に炭化物残渣が発生するなどの問題がある。

さらに、光バイアホールを通して光配線と光接続部品を接続する場合、光配線と光接続部品の断面形状が大きく異なり、接続損失が増加する問題がある。

特許第4061640号明細書 特許第3762208号明細書 特開2004-29613号公報

そこで本発明は、光路を光基板の厚さ方向に変換する場合、レーザー加工のようにバイアホール開口部周囲に炭化物残渣が発生せず、且つバイアホールを介して接続する光配線と光接続部品の接続損失が少ない、光路変換構造の製造方法を提供することを課題とした。

上記の課題を達成するための請求項１に係る発明は、少なくとも光配線パターン凸部と
光路変換部品設置凸部を有する凸型にクラッドワニスを押し付ける第一クラッドワニス型取り工程と、前記第一クラッドワニスを硬化させる第一クラッド硬化工程と、前記第一クラッドと凸型を剥離する凸型剥離工程と、前記第一クラッドに形成された光路変換部品設置凹部に光路変換部品を埋め込む光路変換部品埋め込み工程と、前記第一クラッドに形成された光配線パターン凹部にコアワニスを充填するコアワニス充填工程と、前記コアワニスを硬化させるコア硬化工程と、前記第一クラッドのコア形成面の一部もしくは全体にクラッドワニスを塗布する第二クラッド塗布工程と、前記第二クラッドを硬化させる第二クラッド硬化工程と、を有することを特徴とする光基板の製造方法としたものである。

請求項２に係る発明は、少なくとも光配線パターン凸部と光路変換部品設置凸部を有する凸型にクラッドワニスを押し付ける第一クラッドワニス型取り工程と、前記第一クラッドワニスを硬化させる第一クラッド硬化工程と、前記第一クラッドと凸型を剥離する凸型剥離工程と、
前記第一クラッドに形成された光路変換部品設置凹部に光路変換部品を埋め込む光路変換部品埋め込み工程と、前記光路変換部品周辺にクラッドワニスを充填し硬化させる光路変換部品接着工程と、前記第一クラッドに形成された光配線パターン凹部にコアワニスを充填するコアワニス充填工程と、前記コアワニスを硬化させるコア硬化工程と、前記第一クラッドのコア形成面の一部もしくは全体にクラッドワニスを塗布する第二クラッド塗布工程と、前記第二クラッドを硬化させる第二クラッド硬化工程と、を有することを特徴とする光基板の製造方法としたものである。

請求項３に係る発明は、凸型の光配線パターン凸部と光路変換部品設置凸部の交差点に、柱状の光バイアホール凸部を設け、第一クラッドワニス型取り工程により、第一クラッドに光バイアホール凹部を形成し、コアワニス充填工程により、光バイアホール凹部にコアワニスを充填することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光基板の製造方法としたものである。

請求項４に係る発明は、凸型に設けられた柱状の光バイアホール凸部の頂点面を光接続部品の形状に合わせ、凸型に設けられた柱状の光バイアホール凸部の底面を光配線パターンの形状に合わせ、光バイアホールにスポット変換機能を持たせることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光基板の製造方法としたものである。

本発明によれば、型を使用した型取り法を使用することで、
第一に、クラッド中に光路変換部品を挿入設置する位置を形状精度よく形成できるので、光路変換部品をアライメントが不要のパッシブ付き当て手法により容易に実装することが可能になる。
第二に、第一の光路変換部品の高精度実装を踏まえ、さらに光配線と光バイアホールを一括形成することが可能になる。
第三に、光バイアホールの断面形状を、光接続する相手に合わせた形状とすることで、光バイアホールにスポット変換機能を付与することが可能となる。
以上のことから、光基板と光バイアホール中を伝播する光損失（光接続損失と光挿入損失）が大きく低減し、同時に光基板の製造歩留まりが向上するので製造コストが低減するという効果がある。

（ａ１）〜（ｂ２）は本発明になる光基板の製造方法の一例を説明する工程図の一部（その１）。 （ｃ１）〜（ｄ２）は本発明になる光基板の製造方法の一例を説明する工程図の一部（その２）。 （ｅ１）〜（ｆ２）は本発明になる光基板の製造方法の一例を説明する工程図の一部の図（その３）。 （ｇ１）〜（ｈ２）は本発明になる光基板の製造方法の一例を説明する工程図の一部の図（その４）。 （ｉ１）〜（ｊ２）は本発明になる光基板の製造方法の一例を説明する工程図の一部の図（その５）。 （ａ１）〜（ｂ２）は本発明になる光基板の製造方法の別の一例を説明する工程図の一部の図（その１）。 （ｃ１）〜（ｄ２）は本発明になる光基板の製造方法の別の一例を説明する工程図の一部の図（その２）。 （ｅ１）〜（ｆ２）は本発明になる光基板の製造方法の別の一例を説明する工程図の一部の図（その３）。 （ｇ１）〜（ｈ２）は本発明になる光基板の製造方法の別の一例を説明する工程図の一部の図（その４）。 （ｉ１）〜（ｊ２）は本発明になる光基板の製造方法の別の一例を説明する工程図の一部の図（その５）。 （ｋ１）〜（ｋ２）は本発明になる光基板の製造方法の別の一例を説明する工程図の一部の図（その６）。 本発明の係わる光バイアホールと光路変換部品の接続部の様子を説明する図。

本発明になる光基板の製造方法を図１に断面視の工程図として示す。

本発明の光基板の製造方法は、まず型１０とクラッドワニス２０を貼り合せ、型１０の各凸部に対応してクラッドワニス２０に光路変換部品用凹部と光配線用凹部を形成する（図１（ａ））。クラッドワニス２０を任意の支持基材３０上に塗布した後、この上に型１０を密着させることが望ましい（図１（ｂ））。これによりクラッドワニス２０の平坦性を改善することができる。もしくは型１０上にクラッドワニス２０を塗布して、次にクラッドワニス２０を硬化させ、型１０を剥離することで第一クラッド２５を形成する（図２（ｃ））。

尚、図については図１（ａ）等と記載しているが、これは図１中の断面視の図（ａ１）と正面視の図（ａ２）の両方を示している。（ｂ）、（ｃ）等についても同様である。

次に、第一クラッド２５に形成された光配線パターン凹部２１にコアワニス４０を充填する（図２（ｄ））。次に、第一クラッド２５に形成された光路変換部品用凹部２２に光路変換部品５０を埋め込む。コアワニス充填工程と光変換部品埋め込み工程は順番を逆にすることもできる。また、クラッドワニス２９を使用して光変換部品凹部２２に光変換部品５０を埋め込み固定した後、光配線パターン凹部２１にコアワニス４０を充填してもよい（図３（ｅ））。これによりコアワニス４０の飛散を防ぐことができる。

予め、型１０に光バイアホール用凸部１３を設けることにより、第一クラッド２５に光バイアホール用凹部２３を形成することができる。コアワニス充填工程で、光バイアホール用凹部２３にもコアワニス４０を同時充填し、コアワニス４０の硬化工程により光バイアホール２３ｃを形成することができる。これにより光基板厚さ方向に光信号を伝送することができる。

次に、コアワニス４０を硬化させ、光配線４１と光バイアホール２３ｃを形成する（図３（ｆ））。次に、第一クラッド２５上の光配線４１形成面の全面もしくは一部にクラッドワニス６０を塗布し（図４（ｇ））、紫外線硬化もしくは熱硬化することで第二クラッ
ド６１を形成する（図４（ｈ））。必要に応じて支持基材３０を剥離することで、光基板９０を作成する（図５（ｉ））。

型１０には、有機材料又は無機材料を使用することができる。具体的には、アクリル材料、シリコーン材料、シリコンウェハ、金属材料、硝子材料、プリプレグ、積層板材料などが使用できるが、これに限定されるものではない。

また型１０を高精度にパターニングするため、感光性絶縁樹脂を用いることができる。具体的には、感光性ポリイミド樹脂、感光性アクリル樹脂、感光性エポキシ樹脂、またこれらを重合させた感光性エポキシアクリレート樹脂などを用いることができる。

型１０の表面に離型処理を施すことで、第一クラッド２５からの離型性を向上させることができる。離型処理には、フッ素系コート、離型剤塗布、表面粗さの低減研磨などで対応可能だが、これらに限定されるものではない。

支持基材３０には、一般に用いられている高分子材料を用いることができる。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、シリコーン材料、無機フィラー混入有機材料などが使用できるが、これに限定されるものではない。また、支持基材３０上に紫外線剥離型の粘着層を設けることもできる。

光路変換部品５０には、有機材料又は無機材料を使用することができる。具体的には、アクリル材料、シリコーン材料、シリコンウェハ、金属材料、硝子材料、プリプレグ、積層板材料などが使用できる。

光路変換部品５０は、光信号の方向を変える機能を持つ。金属材料を表面研磨してミラーとするほか、樹脂材料表面に金属薄膜を蒸着する方法、誘電体多層膜により任意波長を任意方向に反射する方法、グレーティングにより任意波長を任意方向に反射する方法などが採用できるが、これに限定されるものではない。

クラッドワニス２０およびコアワニス４０には、一般的な光配線材料を用いることができる。材質として、カーボネート系、エポキシ系、アクリル系、イミド系、ウレタン系、ノルボルネン系などの高分子材料、およびゾルゲル材料や低融点ガラス材料などの無機材料を用いることができる。伝送モードとして、シングルモード、マルチモード、シングルマルチ混合配線などの構成をとることができる。

クラッドワニス２０およびコアワニス４０の硬化には、紫外線照射、加熱、紫外線照射と加熱の組み合わせなどの方法を採ることができる。硬化時に収縮があるワニスを使用する場合、収縮を計算した上で各パターンを設計することが望ましい。

必要に応じて第二クラッド表面に電気配線を設け、該電気配線に受光素子や発光素子を実装することもできる。

型１０に光バイアホール用凸部１３を形成する場合、光バイアホール用凸部１３と光配線凸部１１が交差して接続する箇所で、光バイアホール凸部１３の断面を光配線凸部１１の断面と同一形状とすることができる。これにより光バイアホール２３ｃと光配線４１の光接続特性が向上する。

また、光バイアホール２３ｃと光接続部品７０を接続する場合、光バイアホール２３ｃの断面を、光接続部品７０の光接続断面と同一形状とすることができる（図１２の光路変換部材５０の端部３３を参照のこと）。こうした形状の光学部品とすることにより光バイ
アホール２３ｃと光接続部品７０の光接続特性が向上する。

光接続部品７０には、光ファイバ、面発光レーザー素子、面受光フォトダイオード素子、光導波路、パッケージ型発光部品、パッケージ型受光部品などを使用することができる。

以下に、本発明を実施例をもって説明するが、下記の例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
まず５００μｍ厚の銅板を切削加工し、その後表面に１μｍのＮｉめっきを施すことで、光配線パターン凸部１１と、光変換部品設置凸部１２と、光バイアホール凸部１３を有する型１０を得た。

次に、支持基材３０（ＰＥＴ：東洋インキ製）上にクラッドワニス２０（エポキシ系光導波路材料：NTT-AT製）を２５μｍ塗布した。

次に、クラッドワニス２０上に型１０を当接し押圧した（図１(ａ）)。

次に、支持基材３０側から紫外線を０．５Ｊ／ｃｍ^２照射してクラッドワニス２０を硬化した（図１(ｂ）)
次に、型１０を剥離することで、第一クラッド２５を得た（図２(ｃ）)。

次に、第一クラッド２５の光配線パターン凹部２１ならびに光バイアホール凹部２３に、コアワニス４０（エポキシ系光導波路材料：NTT-AT製）をシルク印刷により充填した（図２(ｄ）)
次に、第一クラッド２５の光路変換部品凹部２２に光路変換部品５０を設置した（図３(ｅ）)。

次に、基板の上下方向から紫外線を０．５Ｊ／ｃｍ^２照射してコアワニス４０を硬化して、光配線４１を得た（図３(ｆ）)。

次に、光配線４１上にクラッドワニス６０をアプリケーターにより25um塗工した（図４(ｇ）)。

次に、基板上下から紫外線を０．５Ｊ／ｃｍ^２照射してクラッドワニス６０を硬化して、第二クラッド６１を得た（図４(ｈ）)。

次に、支持基材３０を剥離することで、光基板１００を得た。（図５(ｉ）)。

光基板１００表面の光バイアホールに光ファイバ７０（住友3M製、50GIマルチモード石英ファイバ）を接続し、光学接着剤８０（NTT-AT製 エポキシ系屈折率整合光学接着剤）を使用して固定した（図５（ｊ））。

光ファイバ７０を用いた光学損失測定の結果、１０ｃｍの光配線を有する光基板の光挿入損失は約１．５dBとなった。

＜実施例２＞
まず実施例１と同様の工程により、第一クラッド２５を得た。

次に、第一クラッド２５の光路変換部品凹部２２に光路変換部品５０を挿入して設置した（図７(ｄ）)。

次に、光路変換部品５０上面にクラッドワニス２９を塗布、硬化することにより、光路変換部品５０を固定した（図８(ｅ）)。

次に、第一クラッド２５の光配線パターン凹部２１ならびに光バイアホール凹部２３に、コアワニス４０（エポキシ系光導波路材料：NTT-AT製）をディスペンサーにより充填した（図８(ｆ）)。

次に、基板の上下方向から紫外線を０．５Ｊ／ｃｍ^２照射してコアワニス４０を硬化して、光配線４１を得た（図９(ｇ）)。

次に、光配線４１上にクラッドワニス６０をアプリケーターにより２５μｍ塗工した（図９(ｈ）)。

次に、基板の上下方向から紫外線を０．５Ｊ／ｃｍ^２照射してクラッドワニス６０を硬化して、第二クラッド６１を得た（図１０(ｉ）)。

次に、支持基材３０を剥離することで、光基板１００を得た（図１０(ｊ）)。

光基板１００表面の光バイアホールに光ファイバ７０（住友3M製、50GIマルチモード石英ファイバ）を接続し、光学接着剤８０（NTT-AT製 エポキシ系屈折率整合光学接着剤）を使用して固定した（図１１(ｋ）)。

光ファイバ７０を用いた光学損失測定の結果、１０ｃｍの光配線を有する光基板の光挿入損失は約１．５ｄＢとなった。

１０、 型
１１、 光配線パターン凸部
１２、 光路変換部品凸部
１３、 光バイアホール凸部
２０、 第一クラッドワニス
２１、 光配線パターン凹部
２２、 光路変換部品凹部
２３、 光バイアホール凹部
２５、 第一クラッド
２９、 クラッドワニス
３０、 支持基材
３３、 断面形状の異なる光バイアホールと光導波用プリズムを結合するための光路変換部品４０、 コアアニス
４１、 光配線
５０、 光路変換部品
６０、 第二クラッドワニス
６１、 第二クラッド
７０、 光接続部品
８０、 光学接着剤
１００、 光基板

Claims (4)

1. 少なくとも光配線パターン凸部と光路変換部品設置凸部を有する凸型にクラッドワニスを押し付ける第一クラッドワニス型取り工程と、
   前記第一クラッドワニスを硬化させる第一クラッド硬化工程と、
   前記第一クラッドと凸型を剥離する凸型剥離工程と、
   前記第一クラッドに形成された光路変換部品設置凹部に光路変換部品を埋め込む光路変換部品埋め込み工程と、
   前記第一クラッドに形成された光配線パターン凹部にコアワニスを充填するコアワニス充填工程と、
   前記コアワニスを硬化させるコア硬化工程と、
   前記第一クラッドのコア形成面の一部もしくは全体にクラッドワニスを塗布する第二クラッド塗布工程と、
   前記第二クラッドを硬化させる第二クラッド硬化工程と、を有することを特徴とする光基板の製造方法。
2. 少なくとも光配線パターン凸部と光路変換部品設置凸部を有する凸型にクラッドワニスを押し付ける第一クラッドワニス型取り工程と、
   前記第一クラッドワニスを硬化させる第一クラッド硬化工程と、
   前記第一クラッドと凸型を剥離する凸型剥離工程と、
   前記第一クラッドに形成された光路変換部品設置凹部に光路変換部品を埋め込む光路変換部品埋め込み工程と、
   前記光路変換部品周辺にクラッドワニスを充填し硬化させる光路変換部品接着工程と、
   前記第一クラッドに形成された光配線パターン凹部にコアワニスを充填するコアワニス充填工程と、
   前記コアワニスを硬化させるコア硬化工程と、
   前記第一クラッドのコア形成面の一部もしくは全体にクラッドワニスを塗布する第二クラッド塗布工程と、
   前記第二クラッドを硬化させる第二クラッド硬化工程と、を有することを特徴とする光基板の製造方法。
3. 凸型の光配線パターン凸部と光路変換部品設置凸部の交差点に、柱状の光バイアホール凸部を設け、
   第一クラッドワニス型取り工程により、第一クラッドに光バイアホール凹部を形成し、
   コアワニス充填工程により、光バイアホール凹部にコアワニスを充填することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光基板の製造方法。
4. 凸型に設けられた柱状の光バイアホール凸部の頂点面を光接続部品の形状に合わせ、凸型に設けられた柱状の光バイアホール凸部の底面を光配線パターンの形状に合わせ、光バイアホールにスポット変換機能を持たせることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光基板の製造方法。

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