JP3559528B2 - Opto-electric circuit board - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信モジュール等に用いられる光電気回路基板に関し、より詳細には、電気回路基板上に光導波路が形成された光電気回路基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、光通信モジュール等には、例えばシリコン基板に配線導体を用いた電気回路と光導波路を用いた光回路とを形成した光電気回路基板に各種の光デバイスを搭載したものが使われている。また、シリコン基板よりも電気的な高周波特性や機械的強度に優れ、さらに多層化による高い電気配線密度が実現できるセラミック回路基板に光導波路を形成した光電気回路基板が提案されている。
【0003】
一方、光導波路としては、例えば石英ガラス基板やシリコン基板上に火炎堆積法により成膜したシリカ膜を利用して3次元形状のクラッド部およびコア部を形成したシリカ系光導波路や、ニオブ酸リチウム単結晶基板をクラッド部とし、この基板上にチタンを熱拡散して3次元導波路形状にコア部を形成した光導波路等がある。
【0004】
しかしながら、これらのシリカ系光導波路等を形成するには約1000℃以上の高温の熱処理が必要であるため、電気回路基板上にこれら光導波路による光回路を形成する際に下地となる電気回路基板に損傷を与えることとなってしまう。
【0005】
これに対し、作製時に高温処理が必要なこれら従来のシリカ系光導波路等に代えて、低温形成が可能な有機系光学材料による光導波路が検討されている。この光導波路に利用される有機系光学材料としては、PMMA(ポリメチルメタアクリレート)・ポリカーボネート・ポリイミド・ポリシロキサン・BCB(ベンゾシクロブテン)・フッ素樹脂等が検討されている。
【0006】
これら有機系光学材料から成る光導波路の作製方法としては、シリコン基板やガラス基板上に下部クラッド層を形成し、次に、この下部クラッド層よりも高い屈折率を持つコア層を形成して、薄膜微細加工技術を用いてコア層をRIE(リアクティブイオンエッチング)等により加工してコア部を形成した後、コア部よりも低い屈折率を有する上部クラッド層を被覆して3次元形状の光導波路を形成する方法が行なわれている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有機系光学材料による光導波路をセラミック回路基板等の電気回路基板上に形成しようとする場合、光導波路用の有機系光学材料と電気回路基板の電気配線である金属等から成る配線導体との密着強度が低いため、光導波路の作製工程やその後のデバイス実装等の後工程において、光導波路用の有機系光学材料から成る下部クラッド層が電気回路基板の配線導体から剥がれたり、下部クラッド層にクラックが発生するという問題点があった。
【0008】
このような問題を解決する手段として、本発明者は特願2000−43128号において、上面に配線導体が形成された電気回路基板上に、配線導体との間に酸化珪素または珪素から成る中間層を介在させて、水酸基あるいはアルキル基を有する有機系光学材料から成る層を下部クラッド層とした有機系の光導波路を形成した光電気回路基板を提案した。これによれば、中間層表面の終端の水酸基と下部クラッド層の水酸基およびアルキル基とが脱水重合や脱アルコール重合によって結合することから、両者の密着強度を向上できるというものである。
【0009】
この特願2000−43128号に提案した光電気回路基板における光導波路は、基板に対する密着強度の向上は見られたが、特に配線導体の表面が金や白金等の貴金属であり、配線導体の線幅が100μmを超えるような大きな面積を持つような場合では、光導波路形成後のビアホール形成工程等の光導波路層に過度の負荷がかかるような工程を通した際に、剥がれが生じることがあるというさらに改善すべき点があった。
【0010】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、電気回路基板の配線導体上に十分な密着強度で有機系光導波路を形成した光電気回路基板を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の光電気回路基板は、上面に貴金属から成る配線導体が形成された電気回路基板上に、前記配線導体との間にチタン・クロム・ニオブ・タングステン・モリブデンおよびタンタルの少なくとも一種から成る金属層を介在させて、水酸基あるいはアルキル基を有する有機系光学材料から成る層を下部クラッド層とした光導波路を形成し、前記金属層の表面の水酸基と前記下部クラッド層の水酸基あるいはアルキル基とを脱水重合あるいは脱アルコール重合によって結合したことを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明の光電気回路基板は、上面に貴金属から成る配線導体が形成された電気回路基板上に、前記配線導体との間にチタン・クロム・ニオブ・タングステン・モリブデンおよびタンタルの少なくとも一種から成る金属層とこの金属層上に形成した酸化珪素または珪素から成る中間層とを介在させて、水酸基あるいはアルキル基を有する有機系光学材料から成る層を下部クラッド層とした光導波路を形成し、前記中間層の表面の水酸基と前記下部クラッド層の水酸基あるいはアルキル基とを脱水重合あるいは脱アルコール重合によって結合したことを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明の光電気回路基板は、上記各構成において、前記有機系光学材料がシロキサン系ポリマであることを特徴とするものである。
【0014】
本発明の光電気回路基板によれば、電気回路基板の金や白金等の貴金属から成る配線導体上に、間にチタン・クロム・ニオブ・タングステン・モリブデンおよびタンタルの少なくとも一種から成る金属層を介在させて、水酸基あるいはアルキル基を有する有機系光学材料から成る層を下部クラッド層とした光導波路を形成し、金属層の表面の水酸基と下部クラッド層の水酸基あるいはアルキル基とを脱水重合あるいは脱アルコール重合によって結合したことにより、配線導体の金や白金等の貴金属とチタン・クロム・ニオブ・タングステン・モリブデンおよびタンタルの少なくとも一種から成る金属層とは金属結合により強固に接合するとともに、下部クラッド層は金属層の表面終端の水酸基と光導波路の下部クラッド層の水酸基やアルキル基とが脱水重合や脱アルコール重合によって強固に結合することから、貴金属から成る配線導体上にも十分な密着強度で有機系光導波路を形成した光電気回路基板を得ることができる。
【0015】
また、電気回路基板の貴金属から成る配線導体上に、間にチタン・クロム・ニオブ・タングステン・モリブデンおよびタンタルの少なくとも一種から成る金属層とこの金属層上に形成した酸化珪素または珪素から成る中間層とを介在させて、水酸基あるいはアルキル基を有する有機系光学材料から成る層を下部クラッド層とした光導波路を形成し、中間層の表面の水酸基と下部クラッド層の水酸基あるいはアルキル基とを脱水重合あるいは脱アルコール重合によって結合した場合には、配線導体の貴金属とチタン・クロム・ニオブ・タングステン・モリブデンおよびタンタルの少なくとも一種から成る金属層とが金属結合により強固に接合するとともに、金属層上に形成される酸化珪素または珪素から成る中間層が、例えばスパッタリング法や電子ビーム蒸着法・イオンビーム蒸着法・レーザアブレーション成膜法・CVD法等の周知の方法により形成されることにより、活性の高い状態で金属層表面に中間層が形成されることによる化学的な結合が行なわれることと、配線導体表面への成膜材料粒子の打ち込みによる物理的なアンカー効果が得られることから、配線導体表面へのより大きな密着強度が得られるとともに、中間層の表面終端の水酸基と光導波路の下部クラッド層の水酸基やアルキル基とが脱水重合や脱アルコール重合によって強固に結合することから、貴金属から成る配線導体上にもより大きな密着強度で有機系光導波路を形成した光電気回路基板を得ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光電気回路基板について図面を参照しつつ説明する。
【0017】
図1は本発明の光電気回路基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図1において、1は基板、2は基板1の上面に形成された配線導体であり、これらにより電気回路基板が構成されている。3は金属層、4は光導波路の有機系光学材料から成る下部クラッド層、5は光導波路のコア部、6は光導波路の上部クラッド層である。
【0018】
基板1は電気回路および光回路を形成して光電気回路基板を構成するための基板であり、光集積回路基板や光電子混在基板等の光信号を扱う基板として使用される種々の基板、例えばシリコン基板やアルミナ基板・ガラスセラミック基板・多層セラミック電気回路基板・薄膜多層電気回路が形成されたセラミック電気回路基板・プラスチック電気配線基板等が使用できる。
【0019】
配線導体2は、基板1の表面や内部において所定の電気回路を形成して電気回路基板を構成するものであり、少なくとも最表面が金(Au)や白金(Pt)等の貴金属から成るものである。この配線導体2は、例えばスパッタリング法・電子ビーム蒸着法・イオンビーム蒸着法・レーザアブレーション成膜法・CVD法等の金属薄膜形成技術や、フォトリソグラフィ等の薄膜加工技術を用いて所望の配線パターンに加工すればよい。また、スクリーン印刷等による周知のセラミック基板へのメタライジング技術等を利用して所望の配線パターンに形成してもよい。
【0020】
金属層3は、基板1の上面の少なくとも配線導体2の表面に形成された、チタン・クロム・ニオブ・タングステン・モリブデンおよびタンタルの少なくとも一種から成る層である。この金属層3の形成方法としては、スパッタリング法・電子ビーム蒸着法・イオンビーム蒸着法・レーザアブレーション成膜法・CVD法等を利用することができる。中でも、スパッタリング法やイオンビーム蒸着法は、配線導体2表面への成膜材料粒子の打ち込み効果が大きいので、アンカー効果によって金属層3と配線導体2との密着強度が大きくなることから好適である。
【0021】
本発明において金属層3としてチタン・クロム・ニオブ・タングステン・モリブデンおよびタンタルの少なくとも一種から成る金属もしくは合金を用いるのは、配線導体2と金属層3との、および金属層3とその上に形成する下部クラッド層4との密着強度を十分に大きくすることができるためである。その理由は、金属層3と配線導体2とは金属結合により強固に接合できるとともに、金属層3の表面は水酸基で終端することができることと、有機系光学材料から成る下部クラッド層4に水酸基やアルキル基が含まれることから、金属層3の表面の水酸基と下部クラッド層4の水酸基やアルキル基とが脱水重合や脱アルコール重合によって強固に結合し、両層の間で大きな密着強度が得られるためである。
【0022】
金属層3の厚さとしては、金属層3による十分な被覆性を得るためには10nm以上の厚さとすることが好ましい。一方、金属層3をスパッタリング法・電子ビーム蒸着法・イオンビーム蒸着法・レーザアブレーション成膜法・CVD法等で成膜した場合は、膜応力が100MPa以上であることが普通であり、層の厚さが厚い場合には、膜応力によって基板1を大きく反らせたり、基板1表面から層が剥がれたり、クラックが生じたりする問題がある。これに対し、金属層3の厚さが500nm以下であれば、有機系光学材料から成る下部クラッド層4と同程度の膜応力に抑えることができるので、そのような問題が生じることはない。
【0023】
また、図示しないが、金属層3の上に酸化珪素または珪素から成る中間層を形成することによって密着強度をより大きくすることができる。この中間層を形成する方法としては、スパッタリング法・電子ビーム蒸着法・イオンビーム蒸着法・レーザアブレーション成膜法・CVD法等を用いればよい。この場合、活性の高い状態で金属層3表面に層が形成されることによる化学的な結合と、配線導体2表面への成膜材料粒子の打ち込みによる物理的なアンカー効果が得られることからより大きな密着強度が得られるとともに、中間層の表面は水酸基で終端することができることと、有機系光学材料から成る下部クラッド層4に水酸基やアルキル基が含まれることから、中間層の表面の水酸基と下部クラッド層4の水酸基やアルキル基とが脱水重合や脱アルコール重合によって強固に結合し、両層の間で大きな密着強度が得られるためである。
【0024】
配線導体2表面を含む基板1上面に、少なくとも配線導体2との間に金属層3を介在させて形成される光導波路は、下部クラッド層4および上部クラッド層6から成るクラッド部4・6中にコア部5が形成された三次元導波路形状の光導波路である。その形成材料としては、例えばポリイミド・フッ化ポリイミド・シロキサン系ポリマ・PMMA・オレフィン系樹脂等から成り、末端基として水酸基およびアルキル基を有している有機系の光学材料から成る光導波路を用いる。
【0025】
光導波路の作製方法としては、まず下部クラッド層4を形成する。これにはポリイミド・フッ化ポリイミド・シロキサン系ポリマ・PMMA・オレフィン系樹脂等の有機系光学材料の有機溶媒溶液を、金属層3が形成された基板1にスピンコート法等により所定厚みに塗布し、熱処理することにより形成する。
【0026】
コア部5は、ポリイミド・フッ化ポリイミド・シロキサン系ポリマ・PMMA・オレフィン系樹脂等の有機系光学材料の有機溶媒溶液を下部クラッド層4が形成された基板1に例えばスピンコート法等により所定厚みに塗布し、熱処理することにより層形成した後、フォトリソグラフィやRIE等の周知の薄膜微細加工技術を用いて、下部クラッド層4上に所定の形状で形成すればよい。ここで、コア部5は下部クラッド層4よりも高い屈折率を有する材料とする。
【0027】
上部クラッド層6は、コア部5を形成した後に、ポリイミド・フッ化ポリイミド・シロキサン系ポリマ・PMMA・オレフィン系樹脂等の有機系光学材料の有機溶媒溶液を下部クラッド層4およびコア部5が形成された基板1に例えばスピンコート法等により所定厚みに塗布し、熱処理することにより形成する。
【0028】
ここで、コア部5の高さや幅・屈折率、下部クラッド層4の厚さ・屈折率、上部クラッド層6の厚さ・屈折率は、周知の光導波路理論を用いて所望の仕様で設計すればよい。
【0029】
以上のようにして、埋め込み型の三次元導波路形状の光導波路を作製する。
【0030】
本発明の光電気回路基板において、下部クラッド層4を形成する有機系光学材料としてシロキサン系ポリマを用いた場合には、例えばシロキサン系ポリマの有機溶媒をスピンコート法等により基板1に塗布した後、100℃から300℃程度の低温熱処理によって下部クラッド層4を形成することができ、また、屈折率を制御するために金属アルコキシドを混合して金属を含有したシロキサン系ポリマを容易に作製することができ、それにより所望の屈折率に精度良く制御できるので、光導波路の作製が容易となる。さらに、層形成の際の収縮が小さいので、基板1表面に形成した層の表面の平坦化性・平滑化性に優れており、基板1として表面粗さが大きな基板1や配線導体2による大きな起伏がある電気回路基板を用いた場合でもその上にも精度良く光導波路を作製することができる。
【0031】
また、シロキサン系ポリマはシロキサン結合を有しているため優れた熱的安定性を有する光導波路を形成することができる。さらに、水酸基やアルキル基を末端基とすることが容易であり、金属層3上に下部クラッド層4となる膜を形成した場合に、金属層3の表面の水酸基との脱水重合や脱アルコール重合によって金属層3との大きな密着強度が得られる。
【0032】
このような光導波路のクラッド部4・6およびコア部5に用いるシロキサン系ポリマとしては、基本的にポリマの骨格にシロキサン結合が含まれている樹脂であればよく、例えばポリフェニルシルセスキオキサン・ポリジフェニルシルセスキオキサン・ポリメチルフェニルシルセスキオキサン等を用いることができる。
【0033】
【実施例】
次に、本発明の光電気回路基板について具体例を説明する。
【0034】
<実施例1>
まず、シリコンから成る基板1上にTi/Pt/Au(厚さ:1000nm/500nm/5000nm)の3層構造を有する最表面がAuから成る電源用配線となる広面積の配線導体2を基板1全面に形成した。その後、基板1上全面に電子ビーム蒸着法を用いて厚さ5nmのチタンから成る金属層3を形成した。次に、過酸化水素水溶液で親水化処理を施した後、クラッド部4・6がシロキサン系ポリマ、コア部5がチタン含有シロキサン系ポリマから成るステップインデックス型光導波路を形成した。このときコア部5およびクラッド部4・6の屈折率をそれぞれ1.444および1.440として、コア部5の幅を8μm、高さを8μmとし、コア部5の上部の上部クラッド層6の厚さを4μmとした。また、基板1とコア部5との間の下部クラッド層4の厚さは12μmとした。
【0035】
このとき、作製中に光導波路層の剥がれやクラックの発生は見られなかった。また、光導波路形成後のダイシングによるチップ切り分けにおいても光導波路層の剥がれの発生は見られなかった。さらに、光導波路の導波路特性にも何ら問題は見られなかった。
【0036】
<実施例2>
まず、シリコンから成る基板1上にTi/Pt/Au(厚さ:1000nm/500nm/5000nm)の3層構造を有する最表面がAuから成る電源用配線となる広面積の配線導体2を基板1全面に形成した。その後、基板1上の全面に電子ビーム蒸着法を用いて厚さ5nmのチタンから成る金属層3を形成した。次に、基板1上の全面に、スパッタリング法を用いて厚さ10nmの酸化珪素層から成る中間層を形成した。次に、クラッド部4・6がシロキサン系ポリマから、コア部5がチタン含有シロキサン系ポリマから成るステップインデックス型光導波路を形成した。このときコア部5およびクラッド部の屈折率をそれぞれ1.444および1.440として、コア部5の幅を8μm、高さを8μmとし、コア部5の上部に位置する上部クラッド層6の厚さを4μmとした。また、基板1とコア部5との間の下部クラッド層4の厚さは12μmとした。
【0037】
このとき、作製中に光導波路層の剥がれやクラックの発生は見られなかった。また、光導波路形成後のダイシングによるチップ切り分けにおいても光導波路層の剥がれの発生は見られなかった。さらに、光導波路の導波路特性にも何ら問題は見られなかった。
【0038】
<実施例3>
まず、シリコンから成る基板1上にTi/Pt/Au(厚さ:1000nm/500nm/5000nm)の3層構造を有する最表面がAuから成り、所定の回路配線にパターン加工された配線導体2を形成した。その後、配線導体2を露出したフォトレジストパターンを形成し、基板1上全面に電子ビーム蒸着法を用いて厚さ5nmのチタンから成る金属層を形成し、リフトオフ法によってフォトレジストを除去して、配線導体2表面上にチタンから成る金属層3を形成した。次に、過酸化水素水溶液で親水化処理を施した後、クラッド部4・6がシロキサン系ポリマ、コア部5がチタン含有シロキサン系ポリマから成るステップインデックス型光導波路を形成した。このときコア部5およびクラッド部4・6の屈折率をそれぞれ1.444および1.440として、コア部5の幅を8μm、高さを8μmとし、コア部5の上部に位置する上部クラッド層6の厚さを4μmとした。また、基板1とコア部5との間の下部クラッド層4の厚さは12μmとした。
【0039】
このとき、作製中に光導波路層の剥がれやクラックの発生は見られなかった。また、光導波路形成後のダイシングによるチップ切り分けにおいても光導波路層の剥がれの発生は見られなかった。さらに、光導波路の導波路特性にも何ら問題は見られなかった。
【0040】
<実施例4>
まず、シリコンから成る基板1上にTi/Pt/Au(厚さ:1000nm/500nm/5000nm)の3層構造を有する最表面がAuから成り、所定の回路配線にパターン加工された配線導体2を形成した。その後、配線導体2を露出したフォトレジストパターンを形成し、基板1上全面に電子ビーム蒸着法を用いて厚さ5nmのチタンから成る金属層を形成し、リフトオフ法によってフォトレジストを除去して、配線導体2表面上にチタンから成る金属層3を形成した。次に、基板1上の全面に、スパッタリング法を用いて厚さ10nmの酸化珪素層から成る中間層を形成した。次に、クラッド部4・6がシロキサン系ポリマ、コア部5がチタン含有シロキサン系ポリマから成るステップインデックス型光導波路を形成した。このときコア部5およびクラッド部4・6の屈折率をそれぞれ1.444および1.440として、コア部5の幅を8μm、高さを8μmとし、コア部5の上部に位置する上部クラッド層6の厚さを4μmとした。また、基板1とコア部5との間の下部クラッド層4の厚さは12μmとした。
【0041】
このとき、作製中に光導波路層の剥がれやクラックの発生は見られなかった。また、光導波路形成後のダイシングによるチップ切り分けにおいても光導波路層の剥がれの発生は見られなかった。さらに、光導波路の導波路特性にも何ら問題は見られなかった。
【0042】
<実施例5>
本発明との比較のため、Ti/Pt/Au(厚さ:1000nm/500nm/5000nm)の3層構造を有する最表面がAuから成る配線導体2を全面に形成したシリコン基板上に、実施例1と同様に、クラッド部4・6がシロキサン系ポリマから、コア部5がチタン含有シロキサン系ポリマから成るステップインデックス型光導波路の形成を試みた。金属層3を形成しない本実施例の場合では、コア部5の形成工程で光導波路層が基板1から全面的に剥がれた。
【0043】
<実施例6>
さらに、本発明との比較のため、Ti/Pt/Auの3層構造を有する最表面がAuから成る配線導体2を形成したシリコン基板上に、クラッド部4・6がシロキサン系ポリマ、コア部5がチタン含有シロキサン系ポリマから成るステップインデックス型光導波路を形成した。このとき、実施例1と同様に、コア部5およびクラッド部4・6の屈折率をそれぞれ1.444および1.440として、コア部5の幅を8μm、高さを8μmとし、コア部5の上部に位置する上部クラッド層6の厚さを4μmとした。また、基板1とコア部5との間の下部クラッド層4の厚さは12μmとした。
【0044】
中間層を形成しない本実施例の場合では、配線導体2がない部分では光導波路層がシリコン基板1表面と十分な強度で密着しているので、実施例5の場合のように全面が剥がれるということはなかったが、配線導体2の部分において光導波路層の剥がれやクラックが見られた。
【0045】
以上のように、本発明によれば、電気回路基板の配線導体上にも十分な密着強度で有機系光導波路を形成した光電気回路基板を提供できることが確認できた。
【0046】
なお、本発明は以上の実施の形態の例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で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。例えば、配線導体2のAuの表面上に金属層3を形成する場合、Auと金属層3との拡散を抑制するために、Pt等の拡散抑制層をAuと金属層3との間に介在させてもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光電気回路基板によれば、電気回路基板の貴金属から成る配線導体上に、配線導体との間にチタン・クロム・ニオブ・タングステン・モリブデンおよびタンタルの少なくとも一種から成る金属層を介在させて、水酸基あるいはアルキル基を有する有機系光学材料から成る層を下部クラッド層とした光導波路を形成し、金属層の表面の水酸基と下部クラッド層の水酸基あるいはアルキル基とを脱水重合あるいは脱アルコール重合によって結合したことにより、配線導体の貴金属とチタン・クロム・ニオブ・タングステン・モリブデンおよびタンタルの少なくとも一種から成る金属層とは金属結合により強固に接合するとともに、下部クラッド層は金属層の表面終端の水酸基と光導波路の下部クラッド層の水酸基やアルキル基とが脱水重合や脱アルコール重合によって強固に結合することから、貴金属から成る配線導体上にも十分な密着強度で有機系光導波路を形成した光電気回路基板を得ることができた。
【0048】
また、本発明の光電気回路基板によれば、電気回路基板の貴金属から成る配線導体上に、配線導体との間にチタン・クロム・ニオブ・タングステン・モリブデンおよびタンタルの少なくとも一種から成る金属層とこの金属層上に形成した酸化珪素または珪素から成る中間層とを介在させて、水酸基あるいはアルキル基を有する有機系光学材料から成る層を下部クラッド層とした光導波路を形成し、中間層の表面の水酸基と下部クラッド層の水酸基あるいはアルキル基とを脱水重合あるいは脱アルコール重合によって結合したことから、配線導体の貴金属とチタン・クロム・ニオブ・タングステン・モリブデンおよびタンタルの少なくとも一種から成る金属層とが金属結合により強固に接合するとともに、金属層上に形成される酸化珪素または珪素から成る中間層が、例えばスパッタリング法や電子ビーム蒸着法・イオンビーム蒸着法・レーザアブレーション成膜法・CVD法等の周知の方法により形成されることにより、活性の高い状態で金属層表面に中間層が形成されることによる化学的な結合が行なわれることと、配線導体表面への成膜材料粒子の打ち込みによる物理的なアンカー効果が得られることから、配線導体表面へのより大きな密着強度が得られるとともに、中間層の表面終端の水酸基と光導波路の下部クラッド層の水酸基やアルキル基とが脱水重合や脱アルコール重合によって強固に結合することから、貴金属から成る配線導体上にもより大きな密着強度で有機系光導波路を形成した光電気回路基板を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光電気回路基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・基板
2・・・配線導体
3・・・金属層
4・・・光導波路の下部クラッド層(クラッド部)
5・・・光導波路のコア部
6・・・光導波路の上部クラッド層(クラッド部)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an opto-electric circuit board used for an optical communication module or the like, and more particularly, to an opto-electric circuit board having an optical waveguide formed on an electric circuit board.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, optical communication modules and the like have been used in which various optical devices are mounted on an opto-electric circuit board in which, for example, an electric circuit using a wiring conductor and an optical circuit using an optical waveguide are formed on a silicon substrate. . In addition, there has been proposed an opto-electric circuit board in which an optical waveguide is formed on a ceramic circuit board which has better electrical high-frequency characteristics and mechanical strength than a silicon substrate, and can realize a high electric wiring density by multilayering.
[0003]
On the other hand, as the optical waveguide, for example, a silica-based optical waveguide in which a three-dimensional clad portion and a core portion are formed using a silica film formed by a flame deposition method on a quartz glass substrate or a silicon substrate, or lithium niobate is used. There is an optical waveguide or the like in which a single crystal substrate is used as a cladding portion and titanium is thermally diffused on the substrate to form a core portion in a three-dimensional waveguide shape.
[0004]
However, since formation of these silica-based optical waveguides and the like requires heat treatment at a high temperature of about 1000 ° C. or more, an electric circuit board serving as a base when forming an optical circuit using these optical waveguides on the electric circuit board is required. Will damage it.
[0005]
On the other hand, instead of these conventional silica-based optical waveguides and the like which require high-temperature processing during fabrication, optical waveguides made of organic optical materials that can be formed at low temperatures are being studied. As the organic optical material used for the optical waveguide, PMMA (polymethyl methacrylate), polycarbonate, polyimide, polysiloxane, BCB (benzocyclobutene), fluororesin, and the like have been studied.
[0006]
As a method of manufacturing an optical waveguide made of these organic optical materials, a lower cladding layer is formed on a silicon substrate or a glass substrate, and then a core layer having a higher refractive index than the lower cladding layer is formed. The core layer is formed by processing the core layer by RIE (reactive ion etching) or the like using thin film microfabrication technology, and then the upper cladding layer having a lower refractive index than the core is covered to form a three-dimensional light guide. A method of forming a wave path has been performed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when an optical waveguide made of an organic optical material is to be formed on an electric circuit board such as a ceramic circuit board, an organic optical material for the optical waveguide and a wiring conductor made of metal or the like which is an electric wiring of the electric circuit board are required. The lower cladding layer made of the organic optical material for the optical waveguide is peeled off from the wiring conductor of the electric circuit board in the post-process such as the manufacturing process of the optical waveguide and the subsequent device mounting due to the low adhesion strength of the lower cladding layer. There is a problem that cracks occur in the above.
[0008]
As a means for solving such a problem, the present inventor has disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-43128 an intermediate layer made of silicon oxide or silicon between a wiring conductor and an electric circuit board having a wiring conductor formed on an upper surface thereof. A photoelectric circuit board is proposed in which an organic optical waveguide is formed using a layer made of an organic optical material having a hydroxyl group or an alkyl group as a lower cladding layer, with an intervening layer. According to this, the hydroxyl group at the end of the surface of the intermediate layer and the hydroxyl group and the alkyl group of the lower cladding layer are bonded by dehydration polymerization or dealcoholization polymerization, so that the adhesion strength between them can be improved.
[0009]
Although the optical waveguide in the opto-electric circuit board proposed in Japanese Patent Application No. 2000-43128 has improved adhesion strength to the board, the surface of the wiring conductor is made of a noble metal such as gold or platinum. In the case where the width has a large area exceeding 100 μm, peeling may occur when the optical waveguide layer is subjected to a process such as a via hole forming process after forming the optical waveguide, which exerts an excessive load on the optical waveguide layer. There was a point to be further improved.
[0010]
The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide an opto-electric circuit board in which an organic optical waveguide is formed with sufficient adhesion strength on a wiring conductor of the electric circuit board. Is to do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The opto-electric circuit board of the present invention is a metal circuit comprising at least one of titanium, chromium, niobium, tungsten, molybdenum, and tantalum on an electric circuit board on which a wiring conductor made of a noble metal is formed on the upper surface. Forming an optical waveguide with a layer composed of an organic optical material having a hydroxyl group or an alkyl group as the lower cladding layer with a layer interposed Then, the hydroxyl group on the surface of the metal layer and the hydroxyl group or the alkyl group on the lower cladding layer are bonded by dehydration polymerization or dealcoholization polymerization. It is characterized by having done.
[0012]
In addition, the opto-electric circuit board of the present invention has a structure in which at least one of titanium, chromium, niobium, tungsten, molybdenum and tantalum is formed between the wiring conductor and the electric circuit board on which a wiring conductor made of a noble metal is formed on the upper surface. An optical waveguide in which a layer made of an organic optical material having a hydroxyl group or an alkyl group is formed as a lower cladding layer with a metal layer made of silicon and an intermediate layer made of silicon oxide or silicon formed on the metal layer interposed therebetween Then, a hydroxyl group on the surface of the intermediate layer and a hydroxyl group or an alkyl group on the lower cladding layer are bonded by dehydration polymerization or dealcoholization polymerization. It is characterized by having done.
[0013]
Further, the optoelectronic circuit board according to the present invention is characterized in that, in each of the above-described configurations, the organic optical material is a siloxane-based polymer.
[0014]
According to the opto-electric circuit board of the present invention, a metal layer made of at least one of titanium, chromium, niobium, tungsten, molybdenum, and tantalum is interposed on a wiring conductor made of a noble metal such as gold or platinum of the electric circuit board. Then, a layer made of an organic optical material having a hydroxyl group or an alkyl group is used as a lower cladding layer. Light Form waveguide Then, the hydroxyl groups on the surface of the metal layer and the hydroxyl groups or alkyl groups on the lower cladding layer are bonded by dehydration polymerization or dealcoholization polymerization. As a result, the noble metal such as gold or platinum of the wiring conductor and the metal layer made of at least one of titanium, chromium, niobium, tungsten, molybdenum and tantalum are firmly joined by metal bonding, and the lower cladding layer is formed of the metal layer. Since the hydroxyl group at the surface end and the hydroxyl group or alkyl group of the lower cladding layer of the optical waveguide are strongly bonded by dehydration polymerization or dealcoholization polymerization, the organic optical waveguide can be formed on the wiring conductor made of noble metal with sufficient adhesion strength. The formed opto-electric circuit board can be obtained.
[0015]
Also, a metal layer made of at least one of titanium, chromium, niobium, tungsten, molybdenum and tantalum, and an intermediate layer made of silicon oxide or silicon formed on this metal layer, on a wiring conductor made of a noble metal of the electric circuit board To form an optical waveguide with a layer made of an organic optical material having a hydroxyl group or an alkyl group as the lower cladding layer Then, the hydroxyl groups on the surface of the intermediate layer and the hydroxyl groups or alkyl groups on the lower cladding layer are bonded by dehydration polymerization or dealcoholization polymerization In this case, the noble metal of the wiring conductor and the metal layer made of at least one of titanium, chromium, niobium, tungsten, molybdenum, and tantalum are firmly joined by metal bonding, and silicon oxide or silicon formed on the metal layer Is formed by a known method such as a sputtering method, an electron beam evaporation method, an ion beam evaporation method, a laser ablation film forming method, or a CVD method, so that the intermediate layer is formed on the surface of the metal layer in a highly active state. Since a chemical bond is formed by the formation of the layer and a physical anchor effect is obtained by driving the film-forming material particles into the wiring conductor surface, a greater adhesion strength to the wiring conductor surface is obtained. As well as being obtained, the hydroxyl groups at the surface termination of the intermediate layer and the hydroxyl groups and alkyl groups in the lower cladding layer of the optical waveguide are dehydrated. Since the strongly bonded by coupling or dealcoholization polymerization, it is possible to obtain an optical electric circuit substrate formed with the organic optical waveguide at a greater bonding strength even on the wiring conductor made of precious metal.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the photoelectric circuit board of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 shows the light of the present invention. Electric circuit board It is sectional drawing which shows an example of embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a substrate, and 2 denotes a wiring conductor formed on the upper surface of the substrate 1, and these constitute an electric circuit substrate. Reference numeral 3 denotes a metal layer, 4 denotes a lower cladding layer made of an organic optical material for an optical waveguide, 5 denotes a core portion of the optical waveguide, and 6 denotes an upper cladding layer of the optical waveguide.
[0018]
The substrate 1 forms an electric circuit and an optical circuit light Various substrates used to handle optical signals such as optical integrated circuit substrates and opto-electronic mixed substrates, such as silicon substrates, alumina substrates, glass ceramic substrates, and multilayer ceramic electric circuits. A ceramic electric circuit board or a plastic electric wiring board on which a substrate / thin film multilayer electric circuit is formed can be used.
[0019]
The
[0020]
The metal layer 3 is a layer formed on at least the surface of the
[0021]
In the present invention, the metal or alloy composed of at least one of titanium, chromium, niobium, tungsten, molybdenum, and tantalum is used as the metal layer 3 because the
[0022]
The thickness of the metal layer 3 is preferably 10 nm or more in order to obtain sufficient coverage with the metal layer 3. On the other hand, when the metal layer 3 is formed by a sputtering method, an electron beam evaporation method, an ion beam evaporation method, a laser ablation film formation method, a CVD method, or the like, the film stress is usually 100 MPa or more, and the When the thickness is large, there is a problem that the substrate 1 is largely warped due to a film stress, a layer is peeled off from the surface of the substrate 1, or a crack is generated. On the other hand, if the thickness of the metal layer 3 is 500 nm or less, the film stress can be suppressed to the same level as that of the lower cladding layer 4 made of an organic optical material, and such a problem does not occur.
[0023]
Although not shown, the adhesion strength can be further increased by forming an intermediate layer made of silicon oxide or silicon on the metal layer 3. As a method of forming the intermediate layer, a sputtering method, an electron beam evaporation method, an ion beam evaporation method, a laser ablation film formation method, a CVD method, or the like may be used. In this case, a chemical bond due to the formation of the layer on the surface of the metal layer 3 in a highly active state and a physical anchor effect by driving the film-forming material particles into the surface of the
[0024]
The optical waveguide formed on the upper surface of the substrate 1 including the surface of the
[0025]
As a method for manufacturing the optical waveguide, first, the lower clad layer 4 is formed. An organic solvent solution of an organic optical material such as polyimide, fluorinated polyimide, siloxane-based polymer, PMMA, or olefin-based resin is applied to the substrate 1 on which the metal layer 3 is formed to a predetermined thickness by spin coating or the like. , By heat treatment.
[0026]
The core portion 5 is formed by applying an organic solvent solution of an organic optical material such as polyimide, fluorinated polyimide, siloxane-based polymer, PMMA, or olefin-based resin to the substrate 1 on which the lower cladding layer 4 is formed by a predetermined thickness, for example, by spin coating. After forming a layer by applying a heat treatment and heat-treating, it may be formed in a predetermined shape on the lower cladding layer 4 by using a known thin film microfabrication technique such as photolithography or RIE. Here, the core portion 5 is made of a material having a higher refractive index than the lower cladding layer 4.
[0027]
The upper cladding layer 6 is formed by forming an organic solvent solution of an organic optical material such as polyimide, fluorinated polyimide, siloxane-based polymer, PMMA, or olefin-based resin after the core portion 5 is formed. The substrate 1 is formed by applying a predetermined thickness to the substrate 1 by, for example, a spin coating method or the like and performing a heat treatment.
[0028]
Here, the height, width and refractive index of the core portion 5, the thickness and refractive index of the lower cladding layer 4, and the thickness and refractive index of the upper cladding layer 6 are designed to desired specifications using a known optical waveguide theory. do it.
[0029]
As described above, a buried optical waveguide having a three-dimensional waveguide shape is manufactured.
[0030]
When a siloxane-based polymer is used as the organic optical material for forming the lower clad layer 4 in the photoelectric circuit substrate of the present invention, for example, an organic solvent of the siloxane-based polymer is applied to the substrate 1 by spin coating or the like. The lower cladding layer 4 can be formed by low-temperature heat treatment at about 100 ° C. to 300 ° C., and a metal-containing siloxane-based polymer can be easily produced by mixing a metal alkoxide to control the refractive index. Since the refractive index can be controlled to a desired refractive index with high accuracy, the fabrication of the optical waveguide becomes easy. Further, since the shrinkage during the formation of the layer is small, the surface of the layer formed on the surface of the substrate 1 is excellent in flatness and smoothness, and the substrate 1 or the
[0031]
Further, since the siloxane-based polymer has a siloxane bond, an optical waveguide having excellent thermal stability can be formed. Further, it is easy to make a hydroxyl group or an alkyl group a terminal group, and when a film serving as the lower cladding layer 4 is formed on the metal layer 3, dehydration polymerization or dealcoholization polymerization with the hydroxyl group on the surface of the metal layer 3 is performed. Thereby, a large adhesion strength with the metal layer 3 is obtained.
[0032]
The siloxane-based polymer used for the cladding portions 4 and 6 and the core portion 5 of such an optical waveguide may be basically a resin containing a siloxane bond in the skeleton of the polymer. For example, polyphenylsilsesquioxane -Polydiphenylsilsesquioxane, polymethylphenylsilsesquioxane, etc. can be used.
[0033]
【Example】
Next, a specific example of the photoelectric circuit substrate of the present invention will be described.
[0034]
<Example 1>
First, a wide-
[0035]
At this time, no peeling or cracking of the optical waveguide layer was observed during fabrication. Also, in the chip separation by dicing after the formation of the optical waveguide, peeling of the optical waveguide layer was not observed. Furthermore, no problem was found in the waveguide characteristics of the optical waveguide.
[0036]
<Example 2>
First, a wide-
[0037]
At this time, no peeling or cracking of the optical waveguide layer was observed during fabrication. Also, in the chip separation by dicing after the formation of the optical waveguide, peeling of the optical waveguide layer was not observed. Furthermore, no problem was found in the waveguide characteristics of the optical waveguide.
[0038]
<Example 3>
First, a
[0039]
At this time, no peeling or cracking of the optical waveguide layer was observed during fabrication. Also, in the chip separation by dicing after the formation of the optical waveguide, peeling of the optical waveguide layer was not observed. Furthermore, no problem was found in the waveguide characteristics of the optical waveguide.
[0040]
<Example 4>
First, a
[0041]
At this time, no peeling or cracking of the optical waveguide layer was observed during fabrication. Also, in the chip separation by dicing after the formation of the optical waveguide, peeling of the optical waveguide layer was not observed. Furthermore, no problem was found in the waveguide characteristics of the optical waveguide.
[0042]
<Example 5>
For comparison with the present invention, an example was formed on a silicon substrate having a three-layer structure of Ti / Pt / Au (thickness: 1000 nm / 500 nm / 5000 nm) and a
[0043]
<Example 6>
Further, for comparison with the present invention, a cladding part 4.6 is formed of a siloxane-based polymer and a core part is formed on a silicon substrate having a three-layer structure of Ti / Pt / Au on which a
[0044]
In the case of the present embodiment in which the intermediate layer is not formed, the optical waveguide layer is in close contact with the surface of the silicon substrate 1 with sufficient strength in the portion where the
[0045]
As described above, according to the present invention, it was confirmed that an opto-electric circuit board having an organic optical waveguide formed with sufficient adhesion strength on the wiring conductor of the electric circuit board could be provided.
[0046]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and improvements may be made without departing from the spirit of the present invention. For example, when the metal layer 3 is formed on the surface of Au of the
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the opto-electric circuit board of the present invention, at least one of titanium, chromium, niobium, tungsten, molybdenum, and tantalum is formed between the wiring conductor and the noble metal on the electric circuit board. A layer composed of an organic optical material having a hydroxyl group or an alkyl group with a metal layer interposed is used as the lower cladding layer. Light Form waveguide Then, the hydroxyl groups on the surface of the metal layer and the hydroxyl groups or alkyl groups on the lower cladding layer are bonded by dehydration polymerization or dealcoholization polymerization. As a result, the noble metal of the wiring conductor and the metal layer made of at least one of titanium, chromium, niobium, tungsten, molybdenum, and tantalum are firmly joined by metal bonding, and the lower cladding layer is bonded to the hydroxyl group at the surface termination of the metal layer. Since the hydroxyl group and alkyl group of the lower cladding layer of the optical waveguide are strongly bonded by dehydration polymerization or dealcoholization polymerization, an opto-electric circuit with an organic optical waveguide formed with sufficient adhesion strength on a noble metal wiring conductor A substrate was obtained.
[0048]
Further, according to the opto-electric circuit board of the present invention, a metal layer made of at least one of titanium, chromium, niobium, tungsten, molybdenum, and tantalum is provided between the wiring conductor made of the noble metal of the electric circuit board and the wiring conductor. An optical waveguide in which a layer made of an organic optical material having a hydroxyl group or an alkyl group is formed as a lower clad layer with an intermediate layer made of silicon oxide or silicon formed on the metal layer interposed therebetween. Then, the hydroxyl groups on the surface of the intermediate layer and the hydroxyl groups or alkyl groups on the lower cladding layer are bonded by dehydration polymerization or dealcoholization polymerization. Therefore, the noble metal of the wiring conductor and the metal layer made of at least one of titanium, chromium, niobium, tungsten, molybdenum, and tantalum are firmly joined by metal bonding, and silicon oxide or silicon formed on the metal layer is The intermediate layer is formed by a known method such as a sputtering method, an electron beam evaporation method, an ion beam evaporation method, a laser ablation film forming method, or a CVD method, so that the intermediate layer is formed on the surface of the metal layer in a highly active state. Is formed, chemical bonding is performed, and a physical anchor effect is obtained by driving the film-forming material particles into the wiring conductor surface, so that a greater adhesion strength to the wiring conductor surface is obtained. And the hydroxyl groups at the surface termination of the intermediate layer and the hydroxyl groups and alkyl groups in the lower cladding layer of the optical waveguide are dehydrated. Since the strongly bonded by multiplexer and de-alcohol polymer, it was possible to obtain an optical electric circuit substrate formed with the organic optical waveguide at a greater bonding strength even on the wiring conductor made of precious metal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a photoelectric circuit substrate of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... substrate
2. Wiring conductor
3 ... Metal layer
4 ... Lower cladding layer (cladding part) of optical waveguide
5 ... Core part of optical waveguide
6 Upper cladding layer (cladding part) of optical waveguide
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