JP2011137892A - 光伝送基板および光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 クラッドに入射した光によるコアへの入射を低減させる光伝送基板および光モジュールを提供する。
【解決手段】 光電気配線基板は、基板と、前記基板上に設けられ、上面に第１の凹凸部を有する下部導体層と、前記下部導体層上の前記第１の凹凸部上に設けられ、下部クラッドとコアと上部クラッドとから構成される光導波路と、前記光導波路に設けられ、前記第１の凹凸部とともに前記光導波路を挟むように下面に第２の凹凸部を有する上部導体層と、前記下部クラッドおよび前記上部クラッドを貫通するように前記下部導体層から前記上部導体層まで連続して設けられた貫通電極と、を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板上で光を伝送させる光伝送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、素子間を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。

しかしながら、電気配線の高密度化および微細化にともなって、電気信号のクロストークおよび伝搬損失が生じやすい。このことから、半導体素子に入出力される電気信号を光信号に変換し、さらに、その光信号を実装基板に形成した光導波路などの光配線によって伝送される光伝送技術が検討されている。

光配線を用いた光伝送技術においては、回路基板の表面などに形成される光導波路のように、光を基板に対して略平行に伝送させるだけでなく、例えば、光を基板に対して略垂直に伝送させることで、光信号についても電気信号と同様に三次元的な伝送をおこなう光伝送技術が検討されている。

例えば、特許文献１には、発光素子からの光を光反射面にて光路変換させて光導波路に入射させる技術が開示されている。

特開２００６−２３５１２６号公報

しかし、光反射面にて反射し光導波路に入射した光のうち、コアに入射せずクラッドに入射する光が存在する。クラッドの上面は、通常空気と接している。空気はクラッドよりも屈折率が低いためクラッドに入射した光が空気との界面で反射して迷光となる傾向があり、改善の余地があった。

本発明の目的は、クラッドに入射した光による迷光を低減させる光伝送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光伝送基板は、基板と、クラッドとコアとを含み、端部に前記クラッドと前記コアとが露出した受光面を有し、前記基板上に設けられた光導波路と、前記光導波路上に設けられ、前記クラッドの屈折率よりも大きい屈折率を有し、前記受光面の前記クラッドの露出面に入射した光を導出する透光性樹脂層と、光を反射させて前記受光面に入射させる光反射面を有し、前記基板上に設けられる光路変換部と、を具備する。

前記透光性樹脂層と接する前記光導波路上の接触面は凹凸を有することが好ましい。

前記透光性樹脂層は、前記光反射面と前記受光面との間を埋めるように設けられることが好ましい。

前記透光性樹脂層は、前記光吸収層の上面を覆う被覆部を有することが好ましい。

前記透光性樹脂層と隣接して前記光導波路上に設けられ、前記光反射面に対して前記透光性樹脂層よりも遠くに位置する光吸収層をさらに具備することが好ましい。

前記光吸収層はソルダレジスト層であることが好ましい。

本発明の一実施形態にかかる光モジュールは、光伝送基板と、前記光路変換面に前記光を出射させる光発光素子と、を具備する。

本実施形態によれば、クラッドの上面にクラッドよりも屈折率の高い透光性樹脂層を設けることにより、クラッドに入射した光が透光性樹脂層へ出射する為に迷光を抑制することができる。

本発明の実施形態の光伝送基板の断面図である。 本発明の実施形態の光伝送基板の光導波路４の受光面４１を示す図である。 本発明の実施形態の光モジュールの断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施態様の光伝送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における光伝送基板は、コア４ａとクラッド４ｂとから構成される光導波路４、基板１、透光性樹脂層２、および光路変換部３を具備する。

図１において、光伝送基板の上からの光が光路変換部３における光反射面３１にて反射すると、全ての光が光導波路４の受光面４１におけるコア４ａに入射されず、点線の矢印にて示すようにクラッド４ｂに入る光が存在する。

なお、受光面４１とは、光導波路４の端部を示す。受光面４１は図２に示すように、コア４ａとクラッド４ｂが露出している。また、図２においてコア４ａは複数設けられているが、コア４ａの数は限定されない。

本発明の一実施形態である光伝送基板は、クラッド４ｂの上に、クラッド４ｂの屈折率よりも大きい屈折率を有する透光性樹脂層２を具備する。これにより、クラッド４ｂのうち、コア４ａの上側のクラッド４ｂに入射した光が透光性樹脂層２に導出された場合、光が透光性樹脂層２へ出射する為に、クラッド４ｂへの光の戻りを抑制し、結果としてコア４ａへの迷光を抑制する効果を奏する。

なお、透光性樹脂層２ではなく光を吸収する層のみをクラッド４ｂ上に設けて、クラッド４ｂに入った光を吸収させてコア４ａへ迷光となることを抑制する方法も考えられるが、光を吸収する層の屈折率がクラッド４ｂよりも低い場合は反射光の抑制が困難であるため、本発明のようにクラッド４ｂ上に、クラッド４ｂよりも屈折率の高い透光性樹脂層２を設けることが好ましい。

透光性樹脂層２の屈折率は、例えば、クラッド４ｂの屈折率に対して比屈折率差が１〜３％であることが好ましく、これにより光を閉じ込めることができる。

透光性樹脂層２は、光導波路４との接触面に凹凸４２を有することが好ましい。これにより、クラッド４ｂに入射した光の透光性樹脂層２への導出が容易になる。さらに、凹凸部４２が存在することで、透光性樹脂層２と光導波路４との接地面積が大きくなり、透光性樹脂層２と光導波路４との密着性を向上することができる。なお、凹凸部４２の表面粗さ（十点平均粗さ）Ｒｚは、１〜１５μｍが好ましい。

透光性樹脂層２は、光導波路４の上面から約１〜２００μｍ突出している。

図１における透光性樹脂層２は、光導波路４上だけでなく、光反射面３１と受光面４１との間を埋めるように設けられる。これにより、光伝送基板の上方からの光が、損失の少ない状態で光反射面３１に到達するとともに、光反射面３１にて光路変換した光が損失の少ない状態で受光面４１に到達する。

透光性樹脂層２が、光導波路４上だけでなく、光反射面３１と受光面４１との間を埋めるように一体的に設ける場合、この透光性樹脂層２のうち光導波路４の上面と接する部位はその接着性により、透光性樹脂層２の剥離を抑制する働きを示す。とくに上述の凹凸４２を有することで前述の働きがより顕著となる。

透光性樹脂層２としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリシランなどが挙げられる。

光伝送基板は、透光性樹脂層２と隣接するように光導波路４上に光吸収層５を有することが好ましい。光吸収層５は、光反射面３１に対して透光性樹脂層２よりも遠くに位置し、光吸収層５は、透光性樹脂層２中を伝送してきた光を吸収することにより、迷光の強度を減衰させることができる。

光吸収層５としては、光導波路内を伝送させる信号光を吸収するはたらきを有していればよい。光吸収層５としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリシランなどの樹脂に対して顔料を含ませ、コア４ａを伝送する光を吸収したものであればよい。たとえば、ソルダレジスト層などが挙げられる。

光吸収層５は、光導波路４の上面に、ラミネート法やスピンコート、ドクターブレードに代表される塗布法を用いることで作製される。

透光性樹脂層２は、図１に示すように光吸収層５の上面を覆う被覆部２１を有することが好ましい。これにより、透光性樹脂層２は、光吸収層５の側面だけでなく、光吸収層５の上面とも接することになるため、透光性樹脂層２から伝送された光を十分に光吸収層５に吸収させることができる。

以下に、透光性樹脂層２および光吸収層５以外の構成について示す。

（光路変換部３）
光路変換部３は、その斜面上には光反射面３１を有する。光反射面３１は、その斜面上に例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルなどの金属を、薄く膜付け又は塗布されることにより設けられる。

図１に示すように、光反射面３１と受光面４１とのなす角度が約４５°となるように光反射面３１が傾斜している。

（基板１）
基板１は、厚みが０．２〜２．０ｍｍであり、ガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、ポリイミド基板などが使用される。基板１は、単層でも積層でもよく、貫通導体などで基板１の両面および内部で電気配線が形成されていてもよい。

基板１としては、ベース基体とビルドアップ層とから構成されるビルドアップ基板が挙げられる。ビルドアップ層は、樹脂絶縁層と導電層とから構成される。樹脂絶縁層は、熱硬化性エポキシ樹脂などから構成され、厚みは１０〜５０μｍである。厚みが薄いためレーザで微細な穴あけも可能であり、積層して複雑な電気配線パターンを引き回したり、狭い範囲に集約したりすることができる。ビルドアップ層中の導電層は、基体に形成された貫通電極などと電気的に接続されている。

（光導波路４）
光導波路４を形成するコア４ａとクラッド４ｂの材料としては、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、クラッド４ｂの下部を形成後、コア４ａの材料を塗工してマスク露光によりコア４ａを形成し、その上面および側面にさらにクラッド４ｂの上部を塗工形成して光導波路４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４ａとなる部位以外にＵＶ照射を行ない、コア部４ａ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４ａおよびクラッド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４ａの断面サイズとしては、例えば、３５〜１００μｍ角である。

コア４ａは、クラッド４ｂ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。

光導波路４の具体的な寸法としては、例えば、クラッド４ｂの下部の厚みが１５〜２５μｍ、コア４ａの断面サイズが３５〜１００μｍ角、クラッド４ｂの上部の厚みが１５〜２５μｍである。

クラッド４ｂの下には、導体層６を有することが好ましい。例えば、導体層６としては一般的に電気配線として用いられている銅などから構成される。導体層６は、コア４ａを伝送する特定の波長の光を吸収させるために、その表面を黒化処理していることが好ましい。この黒化処理とは、亜塩素酸ナトリウム等によって表面を酸化処理することをいう（処理温度60〜90℃）。黒化処理によって、導体層３ａの表面は、黒化し、特定の波長の光を吸収することが可能となる。また、この黒化処理によって、図１に示すように表面に凹凸を形成することができる。この凹凸の表面粗さＲｚは、１〜１５μｍが好ましい。

以下に本発明の一実施形態の光伝送基板の作製方法の一例を示す。

まず、表面を粗化させた導体層６上に、クラッド４ｂおよびコア４ａを有する光導波路４を作製する。

次に、光導波路４の上面を、例えば、クロム酸法、濃硫酸法、アルカリ過マンガン酸法、プラズマ法等の方法により粗化する。

光導波路４に対して、型押し、エッチング、ダイシング、レーザ加工等によって４５°の光反射面３１を形成するための溝を作製する。

さらに作製した溝の傾斜面上に金属または低屈折率体を設けることによって光反射面３１を作製する。光反射面３１に形成する金属としては、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ）等の様に反射率の高い材料またはコア４ａよりも屈折率の低い材料の低屈折率体が望ましい。具体的には金属を蒸着する事によって光反射面３１を得る。

次にラミネート法等により光吸収層５としてソルダレジスト層をクラッド４ｂの上面に形成し、パターニングする事により、所望の位置に光吸収層５を形成する。

さらに、光導波路４の上から、高屈折率の感光性ポリマー材料を塗布し、加熱硬化させて透光性樹脂層２を形成する。

図１の光伝送基板の光反射面３１の上方には発光素子７が実装されている（図３参照）。発光素子７は、金属バンプまたは半田によって実装させる。

図３に示すように、透光性樹脂層２と発光素子７とは密着していることが好ましい。これにより、発光素子７の実装において、用いる半田からのフラックスによる発光素子７の発光部上への付着を抑制することができる。

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：透光性樹脂層
２１：被覆部
３：光路変換部
３１：光反射面
４：光導波路
４ａ：コア
４ｂ：クラッド
４１：受光面
４２：凹凸部
５：ソルダレジスト層
６：導体層
７：発光素子

Claims (7)

1. 基板と、
   クラッドとコアとを含み、端部に前記クラッドと前記コアとが露出した受光面を有し、前記基板上に設けられた光導波路と、
   前記光導波路上に設けられ、前記クラッドの屈折率よりも大きい屈折率を有し、前記受光面の前記クラッドの露出面に入射した光を導出する透光性樹脂層と、
   光を反射させて前記受光面に入射させる光反射面を有し、前記基板上に設けられる光路変換部と、
   を具備する光伝送基板。
2. 前記透光性樹脂層と接する前記光導波路上の接触面は凹凸を有する請求項１記載の光伝送基板。
3. 前記透光性樹脂層は、前記光反射面と前記受光面との間を埋めるように設けられる請求項１または２記載の光伝送基板。
4. 前記透光性樹脂層と隣接して前記光導波路上に設けられ、前記光反射面に対して前記透光性樹脂層よりも遠くに位置する光吸収層をさらに具備する請求項１乃至３のいずれか記載の光伝送基板。
5. 前記透光性樹脂層は、前記光吸収層の上面を覆う被覆部を有する請求項４記載の光伝送基板。
6. 前記光吸収層はソルダレジスト層である請求項４または５記載の光伝送基板。
7. 請求項１乃至６のいずれか記載の光伝送基板と、
   前記光路変換面に前記光を出射させる発光素子と、
   を具備する光モジュール。

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