JP2011009649A - 電気配線基板および光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 貫通電極の剥離を低減させた電気配線基板および光モジュールを提供する。
【解決手段】 電気配線基板は、第一の誘電体層と、前記第一の誘電体層の有する誘電率と異なる誘電率を有し、前記第一の誘電体層を内部に含むように設けられた第二の誘電体層と、前記第一の誘電体層および前記第二の誘電体層に接触するように、前記第二の誘電体層の主面間を貫通するようにして設けられた貫通電極であって、前記第一の誘電体層と前記第二の誘電体層との間に入り込んだ突出部を有する貫通電極と、を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、貫通電極を有する電気配線基板およびそれを具備する光モジュールに関する。

近年、コンピュータの情報処理能力の向上化にともなって、マイクロプロセッサとして使用される半導体大規模集積回路素子（ＬＳＩ，ＶＬＳＩ）等の集積回路（ＩＣ）では、トランジスタの集積度が高められており、ＩＣの動作速度は、クロック周波数でＧＨｚのレベルまで達している。それに伴い、電気素子間を電気的に接続する電気配線についても高密度化および微細化されたものが要求されている。

高密度な電気配線を設ける手法として、例えば、特許文献１に示すように、貫通電極を設けることが開示されている。

特開２０００−３４０９０６号公報

しかし、特許文献１に開示された技術では、使用時などに外部から熱が加えられると、配線材料と誘電体層との熱膨張の差により発生した応力により、貫通電極が誘電体層から剥離する場合があった。

本発明の目的は、貫通電極の剥離を低減させた電気配線基板および光モジュールを提供することにある。

本発明の一実施形態にかかる電気配線基板は、第一の誘電体層と、前記第一の誘電体層上に設けられた第二の誘電体層と、前記第一の誘電体層および前記第二の誘電体層と接触するように、前記第一の誘電体層および前記第二の誘電体層の積層方向に設けられた貫通電極であって、前記第一の誘電体層と前記第二の誘電体層との間に入り込んだ突出部を有する貫通電極と、を具備する。

前記第一の誘電体層が有する熱膨張係数と前記第二の誘電体層が有する熱膨張係数とが異なることが好ましい。

前記第二の誘電体層は光を伝送させるコアであり、前第一の誘電体層は、前記コアの屈折率よりも小さい屈折率を有する下部クラッドであり、前記コアの周囲を、前記下部クラッドとともに覆うように設けられ、前記コアの屈折率よりも小さい屈折率を有する上部クラッドをさらに具備することが好ましい。

前記貫通電極は、前記コアと前記上部クラッドとの間に入り込んだ第二の突出部をさらに有することが好ましい。

前記突出部は、前記第一の誘電体層および第二の誘電体層との界面に対して傾斜した傾斜面をさらに有することが好ましい。

本発明の一実施形態にかかる電気配線基板は、前記電気配線基板と、前記コア部と光学的に結合し、前記貫通電極と電気的に接続する光電変換素子と、を具備する。

本実施形態によれば、貫通電極が第一の誘電体層と第二の誘電体層との間に位置する突出部を有していることにより、突出部が貫通電極を誘電体層に固定して、貫通電極の誘電体層からの剥離を抑制することができる。さらに、第一の誘電体層および第二の誘電体層の熱膨張係数がそれぞれ異なる場合、熱により第一の誘電体層および第二の誘電体層の異なる熱膨張変化が生じても、第一の誘電体層と第二の誘電体層との間に突出部が入れ込まれているため、貫通電極の誘電体層からの剥離を十分に抑制することができる。

本発明の実施形態の電気配線基板の断面図である。 図１の電気配線基板の上面図である。 図１の電気配線基板の部分拡大図である。 図１以外の電気配線基板の具体例を示す断面図である。 図４（Ａ）の電気配線基板の作製工程を示す断面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態の光モジュールの横断面図を示し、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ’を切断した断面図を示す。

以下、図面を参照しながら本発明の実施態様の電気配線基板を詳細に説明するが、それらの図面は実施形態の一例に過ぎず、本発明はそれらに限定されるものではない。

図１には、本発明の実施態様の電気配線基板の一例として、光と電気とを伝送させる光電気混載基板を示す。図１における光電気混載基板は、第二の誘電体層としてのコア５、第一の誘電体層としての下部クラッド４ｂ、貫通電極２、上部クラッド４ａ、基板１および電極３を具備する。

貫通電極２は、基板１上に設けられた電極３と外部とを電気的に接続させるために、電極３上に設けられる。この貫通電極２は、下部クラッド４ｂとコア５との積層方向に設けられる。

図１の光電気混載基板の断面図は、図２に示す光電気混載基板の上面図におけるＡ−Ａ’を切断したものである。図２に示すように、貫通電極２を上面からみると、中心部が中空となった形状を示しているが、貫通電極２はこれに限定されず、例えば、中央が導電ペーストなどにより埋められた構成でもかまわない。

貫通電極２は、突出部２ａを有する。この突出部２ａは、下部クラッド４ｂとコア５との間に入り込むように設けられる。突出部２ａは、下部クラッド４ｂとコア５との間に設けられることにより、貫通電極２を固定することができる。これにより、例えば、外部からの熱によって貫通電極の誘電体層からの剥離を抑制するという効果が得られる。

なお、図１および２には、第一の誘電体層および第二の誘電体層をそれぞれ下部クラッドおよびコアとした光電気混載基板を示しているが、本発明の一実施形態である電気配線基板はこれに限定されない。例えば、第一の誘電体層および第二の誘電体層がそれぞれビルドアップ基板におけるビルドアップ層の場合でも、前述の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態である電気配線基板を、前述の光電気混載基板とした場合に、前述の効果に加えて以下のような効果を得ることができる。

発光素子などの光電変換素子からコアに光を伝送させる際、全ての光がコアに伝送できるわけではなく、多少の光がクラッドに導入されてしまう。この場合、クラッドに導入された光は、コアを伝送した光とともに光導波路から出射され、正確な光信号の伝送を行うことが困難な場合があった。また、クラッドに導入された光が、コアに入り、コア内の光信号に混入して光信号の正確な伝達を阻害する場合があった。

しかし、コア５と下部クラッド４ｂとの間に突出部２ａを有することにより、クラッド内に伝送された光の進行を妨害して光導波路のクラッドの迷光によるノイズ光を抑制することができる。また、コア５と下部クラッド４ｂとの間に突出部２ａを有することにより、クラッドからコアに進入する光の進行を遮蔽することもできる。

クラッド４ｂからコア５への光の進入を十分に遮蔽することができるため、突出部２ａは、クラッド４ｂとコア５との界面Ｘに対して傾斜した傾斜面（２ａ１および２ａ２）を有することが好ましい。傾斜面は、コア５と接する傾斜面２ａ１とクラッド４ｂと接する傾斜面２ａ２とを含む。

界面Ｘに対する傾斜面２ａ１の傾斜角は、貫通電極２の剥離が生じにくく、かつ、コア５から外部への光の漏れを十分に抑制できることから、０〜９０°が好ましく、０〜４５°がさらに好ましい。また、界面Ｘに対する傾斜面２ａ２の傾斜角は、クラッドからコアへの光の漏れを十分に抑制できることから、０〜９０°が好ましい。なお、これらの傾斜角とは、界面Ｘの延長線（図３の点線部）と傾斜面とがなす鋭角の角度をいう。なお、図３は、図１の部分拡大図である。

傾斜面２ａ１と傾斜面２ａ２とがなす角度は、０〜１３５°が好ましい。この角度の範囲内であることにより、貫通電極２の剥離が生じにくく、クラッドを伝搬するノイズ光を十分に抑制できる。

以上のように、突出部２ａとしては図１および図３に示すものに限定されず、例えば図４（Ａ）に示すように、突出部２ａが貫通電極２の両側に設けられていてもよい。また、図４（Ｂ）に示すように、上部クラッド４ａとコア５との間に第二の突出部２ｂがさらに設けられていてもよく、また、図４（Ｃ）に示すように、貫通電極２の両側に突出部２ａおよび第二の突出部が設けられてもよい。なお、貫通電極２の剥離の抑制効果およびクラッドからコアへの光の漏れの抑制効果の観点から、図４（Ｃ）の例が最も好ましい。

以下、各構成について示す。

（第一の誘電体層および第二の誘電体層）
第一の誘電体層および第二の誘電体層は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。第一の誘電体層および第二の誘電体層がクラッドおよびコアである場合、感光性を有するエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂など直接露光法が使用可能な樹脂、または、ポリシランなどの屈折率変化法が使用可能な樹脂などが挙げられる。なお、直接露光法とは、下部クラッド４ｂの形成後、コアの材料を塗工してマスク露光によりコア５を形成し、その上面および側面にさらに上部クラッド４ａを塗工形成して光導波路を作製する方法である。また、屈折率変化法とは、ＵＶ（紫外線）照射により屈折率が低下するポリシラン系ポリマー材料等の特性を利用して、コアとなる部位以外にＵＶ照射を行ない、コア部５となる部位以外の屈折率を低下させることによって光導波路を作製する方法である。

また、コア５ならびに上部クラッド４ａおよび下部クラッド４ｂの作製は一般的な光導波路の作製方法により行われる。コアの断面サイズとしては、例えば、３５〜１００μｍ角である。

コアは、クラッドよりも屈折率が大きく（好ましくはクラッドの屈折率に対して比屈折率差が１〜３％）、光信号を閉じ込めることができる。

（貫通電極）
貫通電極の形成は、めっき法、金属膜の蒸着法、導電性樹脂の注入法などの方法が用いられる。なかでも、前述の突出部２ａの形成が容易であることから、めっき法が好ましい。突出部２ａは、ビアホール加工時に生じるスミアをデスミア処理する際に、第一の誘電体層と第二の誘電体層との境界に粗化液が侵入することによって、第一の誘電体層と第二の誘電体層との間に入りこんだ凹部が形成され、その上からめっきすることにより、その凹部内に金属が入り、突出部２ａが形成される。突出部２ａの形状は、粗化液の組成、流量を調整することにより選択的に形成することができる。

以下に、図５をもとに、図４（Ａ）の電気配線基板の作製方法の一例を示す。図５（ａ）には基板１の電極３上に、下部クラッド４ｂとコア５と上部クラッド４ａとから構成される光導波路が形成されている。光導波路上にエキシマレーザまたはドリルなどを用いた加工により、図５（ｂ）に示すようなビアホール６を形成する。ビアホール６の形状は、略円筒形、略台円柱、略逆台形円柱のいずれの形状でも良い。

次に、ビアホール６加工時に生じるスミアはクロム酸法、濃硫酸法、アルカリ過マンガン酸法、プラズマ法等によりデスミア処理を行うことで除去される。４０〜８０ｇ/Lの過マンガン酸塩を用いたデスミア処理を行う際には、ビアホール６の内壁の粗化も同時に行われ、光導波路の下部クラッド４ｂとコア５のエッチングレート差によって図５（ｃ）に示すようなビアホール６に凹部７が形成される。

次に、パラジウム-錫の錯化合物溶液により、ビアホール６の表面および内壁にＰｄを吸着した上で、ＨＣＨＯ、ＮａＯＨ、ロッシェル塩、ポリエチレングリコール等の混合溶液を用いた無電解めっきを施す事により、光導波路上面、ビアホール６の内壁に厚み０．３〜３．０μｍの図５（ｄ）に示すような銅めっき８を形成する。

次にラミネート法等によりレジスト層９を光導波路上面に形成し、レジスト層９をパターニングする事により、ビア上面に開口部を形成する（図５（ｅ））。次に、硫酸銅、硫酸、塩素イオン、金属銅溶液中でめっき層に電解をかけることにより、ビアホール６の内壁及びレジスト開口部に厚み０．１〜１０．０μｍ程度の厚みの銅めっきを形成したのち、レジストを除去し、さらに不要部分の無電解銅をプラズマ等によるエッチングで除去する事によって図４（Ａ）に示す貫通電極が形成される。

図６に、図４（Ｂ）の光電気混載基板の貫通電極上に、金属バンプまたは半田によって光電変換素子を実装させた光モジュールを示す。なお、図６の光電変換素子として、発光素子（面発光型レーザ：ＶＣＳＥＬ）１０を例示しているが、光電変換素子としてはこれに限定されず、ＰＤなどの受光素子も用いることができる。

図６（Ａ）に示すように、発光素子１０から出た光信号（図中の矢印）は、コア５に進入するように光路変換面１２にて光の進行方向を変換される。光路変換面１２は、光軸方向に対して４５度に傾斜する傾斜面によって光の光路方向を９０度変更させる。

光路変換面１２には、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ）等の様に、コア５を導波する光に対して反射率の高い膜がその表面に形成されていることが好ましい。

光路変換面１２の作製において、まず、コア５に対して、型押し、エッチング、ダイシングまたはレーザ加工などによって傾斜面を有する溝構造が作製される。そして、傾斜面の上に、反射率の高い膜を形成し、さらに溝構造に、下部クラッド４ｂおよび上部クラッド４ａよりも屈折率の高い高屈折率体を充填させることにより光路変換面１２を作製することができる。

発光素子１０の電極１０ａと貫通電極２との間には、はんだボールなどの電気接続部１１を設ける。電気接続部１１としては、高速信号伝送用途として適した導電性部材であれば使用することが可能である。たとえば、金、銀、銅などの金属部材、さらにその形態としてはボールに限らず、柱状、バンプ状などであってもよい。

図６（Ｂ）には、図６（Ａ）に示す光モジュールをＢ−Ｂ’にて切断した光モジュールの断面図を示す。

図６（Ｂ）において、１つのコア５は、２つの貫通電極２に挟まれた構造を示している。通常、発光素子１０からの光は、光路変換面１２で反射し、コア５に入射する。このとき、ミラーからの反射光の一部はクラッドに入射して迷光となるおそれがある。しかし、図６（Ｂ）のように、突出部２ａが存在することにより、クラッドへの進入を遮蔽して迷光を低減することができる。

コア５の左右が貫通電極２に挟まれていることにより、光導波路の開口数ＮＡ（Numerical Aperture）よりも大きな角度で入射した光を遮断し、隣接するコア間のクロストークが抑制される。

なお、コア５と貫通電極２との位置関係は、図６（Ｂ）の光モジュールに限定されない。例えば、下部クラッド４ｂ上に並んだ複数のコア５が、２つの貫通電極２に挟まれていてもよい。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。

１：基板
２：貫通電極
２ａ：突出部
３：電極
４：クラッド部
４ａ：上部クラッド
４ｂ：下部クラッド
５：コア
６：ビアホール
７：凹部
８：銅めっき
９：レジスト
１０：発光素子
１０ａ：発光素子の電極部
１１：電気接続部
１２：光路変換面

Claims (6)

1. 第一の誘電体層と、
   前記第一の誘電体層上に設けられた第二の誘電体層と、
   前記第一の誘電体層および前記第二の誘電体層と接触するように、前記第一の誘電体層および前記第二の誘電体層の積層方向に設けられた貫通電極であって、前記第一の誘電体層と前記第二の誘電体層との間に入り込んだ突出部を有する貫通電極と、
   を具備する電気配線基板。
2. 前記第一の誘電体層が有する熱膨張係数と前記第二の誘電体層が有する熱膨張係数とが異なる請求項１記載の電気配線基板。
3. 前記第二の誘電体層は光を伝送させるコアであり、
   前第一の誘電体層は、前記コアの屈折率よりも小さい屈折率を有する下部クラッドであり、
   前記コアの周囲を、前記下部クラッドとともに覆うように設けられ、前記コアの屈折率よりも小さい屈折率を有する上部クラッドをさらに具備する請求項１または２記載の電気配線基板。
4. 前記貫通電極は、前記コアと前記上部クラッドとの間に入り込んだ第二の突出部をさらに有する請求項３記載の電気配線基板。
5. 前記突出部は、前記第一の誘電体層および第二の誘電体層との界面に対して傾斜した傾斜面をさらに有する請求項１乃至４のいずれか記載の電気配線基板。
6. 請求項３乃至５記載の電気配線基板と、
   前記コアと光学的に結合し、前記貫通電極と電気的に接続する光電変換素子と、
   を具備する光モジュール。

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