JP4234061B2 - 光導波路デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路デバイスの製造方法に関するものである。

近年、インターネットに代表される情報通信技術の発達や、情報処理装置の処理速度の飛躍的向上などに伴って、画像等の大容量データを送受信するニーズが高まりつつある。かかる大容量データを情報通信設備を通じて自由にやり取りするためには１０Ｇｂｐｓ以上の情報伝達速度が望ましく、そのような高速通信環境を実現しうる技術として光通信技術に大きな期待が寄せられている。一方、機器内の配線基板間での接続、配線基板内の半導体チップ間での接続、半導体チップ内での接続など、比較的短い距離における信号伝達経路に関しても、高速で信号を伝送することが近年望まれている。このため、従来一般的であった金属ケーブルや金属配線から、光ファイバや光導波路等の光伝送媒体を用いた光伝送への移行が理想的である考えられている。

そして最近では、光伝送媒体を支持基板の基板主面上に平行な状態で配設した構造の光導波路デバイスが各種提案されるに至っている（例えば、特許文献１，２参照）。この種のデバイスにおいては、通常、支持基板の基板主面上に光素子（面発光素子や面受光素子）が直接的に、または小基板を介して間接的に搭載される。基板主面に対して平行に設けられた光伝送媒体と、基板主面上に面実装された光素子とは、光結合される。そのためには、光路を約９０°変換する必要があり、これを実現する手段としてマイクロミラー等の光路変換部品が使用される。例えば、特許文献１には、断面が略二等辺三角形状のマイクロミラーを光導波路内に埋設した構造が開示されている。特許文献２には、断面が略三角形状のマイクロミラーを子基板上または光素子上に設けるとともに、そのマイクロミラーを光ファイバの端部から離間して配置した構造が開示されている。このほか、特許文献２には、断面が略台形状のマイクロミラーや、断面が略台形状であってめっき膜からなるつば部を有するマイクロミラーも開示されている。
特開２００３−５０３２９号公報（図２等） 特開２００４−１２８８９号公報（図１〜図１５等）

ところが、上記従来技術には下記の問題がある。

例えば、断面が略二等辺三角形状のマイクロミラーをあらかじめ別体で作製し、それを真空チャック等の手段で吸着して支持体上に設置するような場合、マイクロミラーが転がってしまうことがある。即ち、本来頂点にあるべき直角部が底部に来てしまい、支持体上にマイクロミラーを誤って装着してしまう可能性がある。従って、マイクロミラーの転がりを回避するためには作業を慎重に行う必要があり、作業性が低下しやすくなる。

また、断面が略二等辺三角形状のマイクロミラーの場合、設置面積が小さいため不安定な設置状態となり、傾いてしまうことがある。よって、反射面の角度が設定角度から大きくずれて、反射効率が低下する結果、光の伝送ロスの拡大につながることがある。なお、断面が略台形状のマイクロミラーや、断面が略台形状であってつば部を有するマイクロミラーは、いずれも支持体に小面積側を接触させるようにして設置される。よって、同様に不安定な設置状態となり、傾いてしまうことがある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光路変換部品が安定して設置されるため反射面の角度ずれが起きにくく、光の伝送ロスが小さい光導波路デバイス、光路変換部品付きの光導波路構造体を提供することにある。本発明の別の目的は、上記の優れた光導波路デバイスを製造するのに好適な製造方法を提供することにある。本発明のさらに別の目的は、支持体に対して比較的容易にしかも安定的に設置可能な光路変換部品を提供することにある。

上記課題を解決するための手段としては、基板主面を有する支持基板と、光信号が伝搬する光路となるコア及び前記コアを取り囲むクラッドを有し、前記基板主面上に支持される光導波路構造体と、前記基板主面上に設置される底面を持つ台座部、及び、前記台座部と一体形成されるとともに前記底面に対して傾斜した反射面を持つ光反射部を有する光路変換部品とを備えることを特徴とする光導波路デバイスがある。

従って、この手段によると、基板主面上に台座部の底面を設置することにより、設置時に光路変換部品が安定する。よって、設置後に光反射部の反射面の角度ずれが起こりにくくなり、反射効率の低下に起因する光の伝送ロスの拡大を防止することができる。また、この光路変換部品は安定しており転がりにくいため、別体で作製したものを保持して基板主面上に設置する作業を比較的容易に行うことができる。しかも、台座部があると、光路変換部品の方向性を簡単にかつ正確に認識可能なため、例えば誤装着などを未然に防止することができる。

上記光導波路デバイスは基板主面を有する支持基板を備えている。支持基板は光導波路構造体等を支持する支持体としての役割を果たすものであって、例えば、樹脂基板、セラミック基板、金属基板等を挙げることができる。樹脂基板としては、ＥＰ樹脂（エポキシ樹脂）、ＰＩ樹脂（ポリイミド樹脂）、ＢＴ樹脂（ビスマレイミド−トリアジン樹脂）、ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル樹脂）等を主材料とする基板を挙げることができる。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布）やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料からなる基板を使用してもよい。セラミック基板としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ほう素、ベリリア、ムライト、低温焼成ガラスセラミック、ガラスセラミック等からなる基板を挙げることができる。金属基材としては、例えば、銅板や銅合金板、銅以外の金属単体や銅以外の合金からなる基板を挙げることができる。

支持基板は、絶縁層と導体層とを備えた配線基板であることがよい。導体層は基板表面に形成されていてもよく、基板内部に形成されていてもよい。これらの導体層の層間接続を図るために、基板内部にはビアホール導体が形成されていてもよい。なお、導体層やビアホール導体は、例えば、金属めっき、導電性金属ペーストの印刷や充填などの手法により形成される。このような配線基板に加えて、例えば、樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層してなるビルドアップ層を、基板主面上に備えるビルドアップ配線基板を用いることも許容される。また、支持基板の基板主面上には、光路変換部品が接合されるべき接続パッドがあらかじめ形成されていてもよい。接続パッドを設けておくと、基板主面と光路変換部品との密着性を向上させやすくなる。

上記光導波路デバイスは光導波路構造体を備えている。光導波路構造体は、光信号が伝搬する光路となるコア及びコアを取り囲むクラッドを有し、基板主面上に支持されている。光導波路構造体におけるクラッドは、通常、基板主面上に配置される第１クラッドと、コアを介して第１クラッド上に配置される第２クラッドとからなる。光導波路構造体は有機系であっても無機系であってもよい。例えば、有機系光導波路構造体に使用される樹脂材料の例としては、フッ素化ポリイミド等のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ＵＶ硬化性エポキシ樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、重水素化ＰＭＭＡ、重水素フッ素化ＰＭＭＡ等のアクリル樹脂、ポリオレフィン系樹脂などがある。コアを形成する材料及びクラッドを形成する材料はいずれも透光性を有することが好ましい。コアを形成する材料は、クラッドを形成する材料よりも数％ほど（具体的には０．２％から４．０％ほど）屈折率が高くなるように設定される。コア及びクラッドの厚さは、それぞれ５μｍ〜１５０μｍ程度に設定される。

上記光導波路デバイスは１つまたは２つ以上の光素子を備えていてもよい。光素子は、基板主面及び光導波路構造体の表面のうちの少なくともいずれかに搭載される。その搭載方法としては、例えば、ワイヤボンディングやフリップチップボンディング等の手法、異方導電性材料を用いた手法などがある。光素子を大別すると、発光部を有するもの（即ち発光素子）と、受光部を有するもの（即ち受光素子）とがある。発光素子の具体例としては、発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）、半導体レーザダイオード（Laser Diode ；ＬＤ）、面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；ＶＣＳＥＬ）等がある。これらの発光素子は、入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を光導波路構造体の所定部位に向けて発光部から出射する機能を備えている。一方、受光素子の具体例としては、例えば、ｐｉｎフォトダイオード（pin Photo Diode；pin ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等がある。これらの受光素子は、光導波路構造体の所定部位から出射された光信号を受光部にて入射し、その入射した光信号を電気信号に変換して出力する機能を有している。従って、発光素子の発光部や受光素子の受光部は、光導波路に対して光結合される必要がある。光素子に使用する好適な材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓなどを挙げることができる。

上記光導波路デバイスは光路変換部品を備えている。この光路変換部品は、光路を所望の方向に変換するための部品であって、例えば支持基板や光導波路構造体とは別体で作製される。この光路変換部品は、基板主面上に設置される底面を持つ台座部を有するとともに、台座部と一体形成されるとともに底面に対して傾斜した反射面を持つ光反射部を有している。台座部は光反射部を下側から支えるような構造となっている。光変換部は反射面を１箇所にのみ有していてもよいが、２箇所以上に有していてもよい。また、光反射部の頂部は角形状になっていてもよく、平坦形状になっていてもよい。

光路変換部品の好適例としては金属バンプが挙げられ、具体的には光沢を有する金、銀、銅、ニッケル、ロジウム等の金属からなるバンプが好ましい。光沢のある前記金属は光を効率よく反射しうるため、光路変換部品の材料として適しているからである。なお、金属以外の材料（例えばガラス等）を用いて台座部及び光反射部を形成するとともに、光反射部の表面に金属膜を形成して反射面とした光路変換部品であってもよい。また、光反射部及び台座部は同一の材料を用いて一体形成されているため、これにより光路変換部品の低コスト化を図りやすくなる。

光路変換部品における台座部の平面視での投影面積は、光反射部の平面視での投影面積よりも大きいことが好ましく、このように設定することで光路変換部品設置時の安定感を高めることができる。また、台座部の厚さは光路変換部品の高さの１／４以上であることがよい。このように設定すると、部品の重心が低くなるため、光路変換部品設置時の安定感を確実に高めることができるとともに、台座部自身に所望の強度を付与することができる。また、台座部の厚さは第１クラッドの厚さよりも小さいことが好ましい。台座部の厚さが第１クラッドの厚さ以上であると、台座部の一部がコア側に突出し、その分だけ反射面として機能しうる有効面積が減少してしまう。

光路変換部品は、光導波路構造体から離間するようにしてその外部に設置されることも可能であるが、光導波路構造体に接触するようにして設置されることが好ましい。前者の構造では光信号が空気中を伝搬する際に拡散、減衰等して伝送ロスが拡大しやすいのに対し、後者の構成ではその心配がなく光を効率よく伝送することができる。特には、光路変換部品を光導波路構造体の内部に設置し、その際に台座部を第１クラッド内に埋設することがより好ましい。この構成によると、台座部の埋設によって光路変換部品の固定強度が増し、光路変換部品がよりいっそう安定化する。また、光反射部についてはその大部分がコア内に埋設されていることが好ましい。この構成によると、光路変換部品の固定強度が増大することに加えて、コアに対して反射面を確実にかつ位置ずれすることなく接触させることができる。よって、光を効率よく伝送することが可能となる。

光路変換部品として金属バンプを備える光導波路デバイスは、例えば、下記の工程を含む製造方法によって製造することができる。即ち、この製造方法は、前記基板主面上に金属素材を配置する材料配置工程と、成形凹部を有する型押し治具を用い、その型押し治具で前記金属素材を型押しすることにより、前記金属バンプを成形する成形工程とを含む。

この製造方法によると、基板主面上に配置された金属素材を成形して金属バンプとするため、あらかじめ別体で作製した金属バンプを基板主面上に移載する工程を省略することができる。従って、設置作業の作業性が向上するとともに、誤装着の可能性もなくなる。また、型押し治具を用いた成形によれば、台座部及び光反射部を備えた所望形状の金属バンプを比較的簡単にかつ低コストで得ることができる。つまり、この方法は、光路変換部品として金属バンプを備える光導波路デバイスの製造に適している。
なお、金属素材を配置する材料配置工程と、成形凹部を有する型押し治具を用い、その型押し治具で前記金属素材を型押しすることにより、前記光路変換部品を成形する成形工程と、前記基板主面上に前記光路変換部品を載置する光路変換部品載置工程とを含む製造方法も同様に好適である。

基板主面を有する支持基板と、光信号が伝搬する光路となるコア及び前記コアを取り囲むクラッドを有し、前記基板主面上に支持される光導波路構造体と、前記基板主面上に設置される底面を持つ台座部、及び、前記台座部と一体形成されるとともに前記底面に対して傾斜した反射面を持つ光反射部を有する光路変換部品とを備え、前記クラッドが、前記基板主面上に配置される第１クラッドと、前記コアを介して前記第１クラッド上に配置される第２クラッドとからなり、前記台座部の厚さが前記第１クラッドの厚さよりも小さく、前記台座部が前記第１クラッド内に埋設されている光導波路デバイスは、例えば、下記の工程を含む製造方法によって製造することもできる。
即ち、この製造方法は、前記基板主面上に、未硬化の第１クラッドを形成する第１クラッド形成工程と、あらかじめ別体で作製された前記光路変換部品の前記台座部を前記未硬化の第１クラッド内に埋設する一方で、前記光路変換部品の前記光反射部を前記未硬化の第１クラッドから突出させるようにする部品埋設工程と、前記第１クラッド形成工程及び前記部品埋設工程を行った後で前記未硬化の第１クラッドを硬化させて、硬化した第１クラッドに前記光路変換部品を保持固定させる第１クラッド硬化工程と、前記第１クラッド硬化工程を行った後で、フィルム材料を用いて前記コアを形成するコア形成工程と、前記コア形成工程を行った後で前記第２クラッドを形成する第２クラッド形成工程とを含む。
この製造方法によると、第１クラッド形成工程により形成された第１クラッドは未硬化であるため、特に穴あけ工程を実施しなくてもその内部に金属バンプを容易に埋設することができる。また、埋設した金属バンプに対して第１クラッドがよく追従するため、両者間に隙間ができにくく、金属バンプを高い強度で確実に設置することができる。つまり、この方法も、光路変換部品として金属バンプを備える光導波路デバイスの製造に適している。

上記製造方法においては、第１クラッド形成工程及び部品埋設工程を行った後、未硬化の第１クラッドを硬化させる第１クラッド硬化工程を行う。この場合、第１クラッド硬化工程は、コア形成工程及び第２クラッド形成工程の前に行われる。その理由は、フィルム材料を用いたコアの形成では光路変換部品に応力が加わる可能性があり、その際に角度ずれが起こるリスクを低減するためである。

上記課題を解決するための手段としては、支持体に設置可能な光路変換部品であって、前記支持体に設置されるべき底面を持つ台座部と、前記台座部と一体形成されるとともに前記底面に対して傾斜した反射面を持つ光反射部とを有することを特徴とした光路変換部品がある。

従って、この光路変換部品は台座部を備えていることから、支持体に対して安定して設置することができる。よって、設置後に光反射部が傾くことがなく、反射面の角度ずれが起こりにくい。また、この光路変換部品は安定しており転がりにくいため、別体で作製したものを保持して支持体上に設置する作業を比較的容易に行うことができる。しかも、台座部があると、光路変換部品の方向性を簡単にかつ正確に認識可能なため、例えば誤装着などを未然に防止することができる。

上記課題を解決するための手段としては、光信号が伝搬する光路となるコア及び前記コアを取り囲むクラッドを有する光導波路構造体と、底面を持つ台座部、及び、前記台座部と一体形成されるとともに前記底面に対して傾斜した反射面を持つ光反射部を有し、前記底面を露出させた状態で前記光導波路構造体内に埋設された光路変換部品とを備えることを特徴とする光路変換部品付きの光導波路構造体がある。

従って、この構成によれば、あらかじめ光導波路構造体内に光路変換部品を埋設した構造であるため、光導波路構造体を支持基板上に設置する際に併せて光路変換部品を設置することができる。また、光路変換部品が光導波路構造体に接触する構造であるため、光信号の拡散、減衰等が起こらず、光を効率よく伝送することができる。つまり、この光路変換部品付きの光導波路構造体は、上記の優れ光導波路デバイスの構成部材として好適なものであるといえる。

［第１実施形態］

以下、本発明を具体化した第１実施形態の光導波路デバイス１０を図１〜図９に基づき詳細に説明する。

図１には、本実施形態の光導波路デバイス１０が示されている。この光導波路デバイス１０を構成するセラミック基板１１（支持基板）は、上面１２（基板主面）及び下面１３を有する略矩形板状の部材である。かかるセラミック基板１１はいわゆる多層配線基板であって、上面１２及び内層に金属配線層からなる導体回路１６を備えている。このセラミック基板１１はビアホール導体（図示略）も備えており、層の異なる導体回路１６同士はビアホール導体を介して層間接続されている。

セラミック基板１１の上面１２には、各種の電子部品が表面実装されている。より詳細にいうと、発光素子の一種である面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下「ＶＣＳＥＬ２１」とする。）、ドライバＩＣ１５、受光素子の一種であるフォトダイオード３１、レシーバＩＣ１７が、それぞれ表面実装されている。なお、ＶＣＳＥＬ２１、ドライバＩＣ１５、フォトダイオード３１、レシーバＩＣ１７は、複数のはんだバンプ２３を下面側に備えている。それらのはんだバンプ２３は、セラミック基板１１の上面１２に設けられた複数のパッド１４に対して接合されている。前記パッド１４には図示しない他の電子部品が接合されていてもよい。

前記ＶＣＳＥＬ２１は、発光面を下方に向けた状態で搭載されていて、一列に並べられた複数（ここでは４つ）の発光部２２をその発光面内に有している。従って、これらの発光部２２は、セラミック基板１１の上面１２に対して直交する方向（即ち図１の下方向）に、所定波長のレーザ光を出射するようになっている。フォトダイオード３１は、受光面を下方に向けた状態で搭載されていて、一列に並べられた複数（ここでは４つ）の受光部３２をその受光面内に有している。従って、これらの受光部３２は、図１の下側から上側に向かうレーザ光を受けやすいような構成となっている。

図１に示されるように、セラミック基板１１の上面１２には、長尺状をした有機系の光導波路構造体４１が積層形成されている。この光導波路構造体４１は、下部クラッド４２（第１クラッド）、コア４３及び上部クラッド４４（第２クラッド）によって構成されている。コア４３は、実質的に光信号が伝搬する光路となる部分であって、下部クラッド４２及び上部クラッド４４により取り囲まれている。本実施形態の場合、クラッド（下部クラッド４２及び上部クラッド４４）とコア４３とでは、屈折率等の異なる透明なポリマ材料が使用されている。光路となるコア４３は４つであって、それらは直線的にかつ平行に延びるように形成されている。コア４３を形成する材料は、下部クラッド４２及び上部クラッド４４を形成する材料よりも数％ほど（具体的には０．２％から４．０％ほど）屈折率が高くなるように設定される。また、本実施形態では、下部クラッド４２、コア４３及び上部クラッド４４の厚さが、それぞれ約５０μｍ、約５０μｍ、約４０μｍに設定されている。

図１，図２に示されるように、セラミック基板１１の上面１２において光路変換部品を配置すべ所定の箇所には、複数の光路変換部品用パッド５１が下地層として形成されている。本実施形態の光路変換部品用パッド５１は、銅、ニッケル及び金の順で積層した３層構造であって、その厚さは１〜２０μｍ前後に設定されている。光路変換部品用パッド５１の表面上には、台座部５３と光反射部５４とを有する金属バンプ５２（光路変換部品）が設けられている。台座部５３及び光反射部５４は同じ金属材料（本実施形態では金）を用いて一体形成されている。台座部５３は上面及び底面５６を有し、その底面５６は光路変換部品用パッド５１の表面上に接合されている。図２にて現れた台座部５３の断面は略長方形状となっている。光反射部５４は台座部５３の上面中央部に載っており、台座部５３は光反射部５４を下側から支えている。なお、金属バンプ５２の設置時の安定感を高めるために、台座部５３の平面視での投影面積は、光反射部５４の平面視での投影面積よりも大きくなっている。図２にて現れる光反射部５４の断面は略二等辺三角形状となっている。光反射部５４の側面は、セラミック基板１１の上面１２や自身の底面に対して約４５°傾斜しているため、光信号を反射してその進行方向を約９０°変換しうる反射面５５となっている。

本実施形態において金属バンプ５２の高さ（以下「バンプ高」という。）は約１００μｍに設定されている。台座部５３の厚さは、約２０μｍに設定されている。バンプ高の１／２以下の値、または下部クラッド４２の高さ以下の値、具体的には５μｍ〜５０μｍ程度に設定されていることが好ましい。そして、このような寸法設定により、台座部５３に所望の強度が付与されている。また、金属バンプ５２全体として重心が低くなり、部品設置時の安定感が高くなる。なお、台座部５３の厚さは下部クラッド４２の厚さ（５０μｍ）よりも小さいことから、台座部５３は下部クラッド４２内に完全に埋まっている。一方、光反射部５４の高さは約８０μｍに設定されている。バンプ高の１／２以上の値、またはコア４３の高さ以上の値、具体的には５０μｍ〜９５μｍ程度に設定されていることが好ましい。光反射部５４は、完全にコア４３を横断する形で埋まっている。ゆえに、コア４３内の光反射部５４の側面は、光を反射する反射面５５として機能しうるようになっている。本実施形態では、金属バンプ５２の高さをコア４３上面と同一の高さに設定しているが、金属バンプ５２の高さを１１０μｍとして、金属バンプ５２の頭頂部をコア４３の上面部より高く形成してもよい。

このように構成された光導波路デバイス１０の一般的な動作について簡単に述べておく。

ＶＣＳＥＬ２１及びフォトダイオード３１は、セラミック基板１１の導体回路１６を介した電力供給により、動作可能な状態となる。ドライバＩＣ１５からＶＣＳＥＬ２１に電気信号が出力されると、ＶＣＳＥＬ２１は入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を金属バンプ５２の反射面５５に向けて、発光部２２からレーザ光として出射する。発光部２２から出射したレーザ光は、光導波路構造体４１の上面側から入射して反射面５５に到達する。反射面５５に到達したレーザ光は、そこで進行方向を９０°変更し、コア４３の一端に入射する。コア４３内を伝搬して他端に到達したレーザ光は、そこに設けられている金属バンプ５２の反射面５５により反射され、再び進行方向を９０°変更する。このため、レーザ光は光導波路構造体４１の上面側から出射し、フォトダイオード３１の受光部３２に入射する。すると、フォトダイオード３１は光信号を電気信号に変換してレシーバＩＣ１７に出力する。レシーバＩＣ１７は、それを増幅等してセラミック基板１１側に出力するようになっている。

次に、上記構成の光導波路デバイス１０の製造方法を図３〜図９に基づいて説明する。

（１）セラミック基板１１の作製

まず、以下の手順によりセラミック基板１１を作製する。アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤などを均一に混合・混練してなる原料スラリーを作製し、この原料スラリーを用いてドクターブレード装置によるシート成形を行って、所定厚みのグリーンシートを形成する。グリーンシートにおける所定部分にはパンチ加工を施し、形成された穴の中にビアホール導体形成用の金属ペーストを充填する。また、グリーンシートの表面に金属ペーストを印刷することにより、後に導体回路１６となる印刷層を形成する。そして、これら複数枚のグリーンシートを積層プレスして一体化し、グリーンシート積層体とする。このグリーンシート積層体を、周知の手法に従って乾燥、脱脂、焼成することにより、セラミック基板１１とする。

（２）光路変換部品用パッド５１の形成

セラミック基板１１の上面１２に、ドライフィルム（めっきレジスト）を付け、露光、現像によりパッド形成部以外の箇所をドライフィルムで保護する。そして、銅めっき、ニッケルめっき及び金めっきを行い、最後にドライフィルム（めっきレジスト）を剥離することにより、光路変換部品用パッド５１を形成する。このようなめっき法に代えて転写法を採用してもよい。

（３）金属バンプ５２の成形

図３に示されるように、素材載置板１０１の上面に塊状の金属素材１０２（本実施形態では金塊）を載置しておく。金属素材１０２の上方には、超合金等により作製された型押し治具１０３が配置される。この型押し治具１０３の下端面には、光反射部５４を成形するための第１成形凹部１０４と、台座部５３を成形するための第２成形凹部１０５とが形成されている。そして、成形時には型押し治具１０３を下降させ、その下端面を金属素材１０２に対して所定の圧力で押し付ける（図４参照）。すると、台座部５３及び光反射部５４を備えた所望形状の金属バンプ５２を比較的簡単にかつ低コストで得ることができる（図５参照）。
（４）未硬化下部クラッド形成工程（第１クラッド形成工程）

エポキシ系化合物［脂環式エポキシ系化合物（ダイセル化学工業株式会社製、品名「ＥＨＰＥ３１５０」）９９．５質量％及び重合開始剤（酸発生剤、旭電化工業株式会社製、品名「ＳＰ１７２」）０．５質量％］を含む硬化性組成物（クラッド形成用組成物）と、溶剤（メチルエチルケトン）とを混合し、溶解させて混合溶液（固形分；７８％）を調製する。その後、得られた混合溶液を剥離シート（ＰＥＴ製フィルム、厚さ；３８μｍ）上にキャスティング法（ギャップ；１３０μｍ）により塗布する。次いで、加熱乾燥（条件；１２０℃×３０分間）を行って溶剤を除去し、これにより得られたクラッド形成用未硬化フィルム（下部クラッド形成用未硬化フィルム）を用意する。そして、このクラッド形成用未硬化フィルムをセラミック基板１１の上面１２に載置し、温度４０℃〜５０℃、圧力０．５ＭＰａの条件で圧着を行い、その後温度１２０℃×３０分間の条件で乾燥する（図６参照）。このような未硬化フィルムの圧着という方法に代えて、クラッド形成用液状物の塗布、乾燥という方法により、未硬化の下部クラッド４２を形成することも可能である。

（５）金属バンプ埋設工程（部品埋設工程）

図７に示されるように、バンプ移載手段である真空チャック１２１は、その下端面にバンプ保持凹部１２２を備えている。バンプ保持凹部１２２には真空引き路１２３が連通しており、その真空引き路１２３を介して真空引きを行うことにより金属バンプ５２がバンプ保持凹部１２２に吸着保持される。本実施形態の金属バンプ５２は台座部５３を備えていることから、比較的安定していて転がりにくい。そのため、別体で作製した金属バンプ５２を真空チャック１２１で保持して移載する作業を比較的容易に行うことができる。しかも、台座部５３を設けたことで、金属バンプ５２の方向性を簡単にかつ正確に認識可能となり、誤装着を未然に防ぐことができる。

そして、このような吸着保持状態の真空チャック１２１を光路変換部品用パッド５１の直上位置まで移動させ（図７参照）、光路変換部品用パッド５１との位置合わせを行う。位置合わせが完了したら、真空チャック１２１を下降させて金属バンプ５２を未硬化の下部クラッド４２に載置する。その後、温度６０〜１００℃及び圧力５ＭＰａ未満の条件で金属バンプ５２を押圧して、金属バンプ５２の下半分を未硬化の下部クラッド４２内に埋め込むとともに、底面５６を光路変換部品用パッド５１に接合する。なお、図８には埋設完了後に真空チャック１２１を退避させた状態が示されている。この時点では下部クラッド４２は未硬化であるため、特に穴あけ工程を実施しなくても、その内部に金属バンプ５２を容易に埋設することができる。また、埋設した金属バンプ５２に対して下部クラッド４２がよく追従するため、両者間に隙間ができにくい。しかも、面積の大きな台座部５３の底面５６が光路変換部品用パッド５１に接合される結果、金属バンプ５２が非常に安定する。以上のことは、金属バンプ５２に高い設置強度を確保できることを意味している。また、金属バンプ５２を未硬化の下部クラッド４２上に載置し、その後、温度１２０℃に加熱することにより樹脂を軟化させ、金属バンプ５２が自重で未硬化下部クラッド４２に沈み込むことを利用し、金属バンプ５２を未硬化下部クラッド４２内に埋入させることも可能である。

（６）未硬化下部クラッド硬化工程

金属バンプ５２を埋設させた未硬化の下部クラッド４２を露光（露光量；２０００ｍＪ／ｃｍ^２、光源；紫外線ランプ、露光時間；約７分間）とポストベイクとして１２０℃×３０分間と本硬化１５０℃×１時間の加熱を行って、完全に硬化させる。そして、この工程を経ることにより金属バンプ５２が確実に保持固定される。

（７）コア形成工程

エポキシ系化合物［芳香族エポキシ系化合物（ジャパンエポキシレジン株式会社製、品名「エピコート１００１」）４４．５質量％、脂環式エポキシ系化合物（ダイセル化学工業株式会社製、品名「ＥＨＰＥ３１５０」）５５．０質量％］及び重合開始剤（酸発生剤、旭電化工業株式会社製、品名「ＳＰ１７２」）０．５質量％を含む硬化性組成物を用意する。この硬化性組成物と溶剤（メチルエチルケトン）とを混合し、溶解させて混合溶液（固形分；７８％）を調製する。その後、得られた混合溶液を支持体（ＰＥＴ製フィルム、厚さ；３８μｍ）上にキャスティング法（ギャップ；１３０μｍ）により塗布する。次いで、加熱乾燥（条件；１２０℃×３０分間）を行って溶剤を除去することにより、コア形成用未硬化フィルム１３１を用意した。そして、このコア形成用未硬化フィルム１３１を、硬化した下部クラッド４２及び金属バンプ５２の上に載置し、温度４０℃〜５０℃、圧力０．５ＭＰａの条件で圧着を行い、温度１２０℃×３０分間の条件で乾燥する（図９参照）。なお、台座部５３を備える本実施形態の金属バンプ５２は設置状態が極めて安定していることから、フィルム貼り付け時に傾くようなことがない。

次いで、同フィルム１３１上に、所定パターン（線幅；約５０μｍ）が形成されたフォトマスクを配置して露光（露光量；５００ｍＪ／ｃｍ^２、光源；紫外線ランプ、露光時間；約２分間）し、温度１２０℃×３０分間の条件でポストベイクする。次いで、２−メトキシエタノールを用いて現像（３０秒）し、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）にて洗浄し、同フィルム１３１をパターニングすると同時に硬化して、所望のコア４３とする（図９参照）。その後、１５０℃×１時間の加熱を行いコア４３を本硬化させる。

（８）上部クラッド形成工程（第２クラッド形成工程）

基本的には、下部クラッド形成工程で用いたものと同じクラッド形成用未硬化フィルム（上部クラッド形成用未硬化フィルム）を用意する。そして、このクラッド形成用未硬化フィルムをコア４３及び下部クラッド４２上に載置し、温度４０℃〜５０℃、圧力０．５ＭＰａの条件で圧着し、温度１２０℃×３０分間の条件で乾燥する。次いで、露光（露光量；２０００ｍＪ／ｃｍ^２、光源；紫外線ランプ、露光時間；約７分間）とポストベイク１２０℃×３０分間と本硬化１５０℃×１時間の加熱とを行って硬化させ、上部クラッド４４を形成することにより、光導波路構造体４１とする。

（９）素子搭載工程

セラミック基板１１の上面１２にある複数のパッド１４上に、ＶＣＳＥＬ２１、ドライバＩＣ１５、フォトダイオード３１及びレシーバＩＣ１７をそれぞれ載置する。そして、所定温度及び所定時間のはんだリフローを行ってはんだバンプ２３を溶融させ、ＶＣＳＥＬ２１、ドライバＩＣ１５、フォトダイオード３１及びレシーバＩＣ１７をパッド１４に接合すれば、光導波路デバイス１０が完成する。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態の光路変換部品である金属バンプ５２は台座部５３と光反射部５４とを備えており、その光反射部５４には底面５６に対して約４５°傾斜した反射面５５が形成されている。そして、台座部５３の底面５６を光路変換部品用パッド５１上に設置した場合には、金属バンプ５２が安定的に支持される。しかも、金属バンプ５２は光導波路構造体４１内に完全に埋設されることでしっかりと固定保持されている。よって、バンプ設置後に金属バンプ５２が傾くようなことがなく、光反射部５４の反射面５５の角度ずれが起こりにくくなる。それゆえ、反射効率の低下に起因する光の伝送ロスの拡大が防止され、光を効率よく伝送可能な光導波路デバイス１０を得ることができる。
（２）金属バンプ５２は光導波路構造体４１内に埋設されているため、光反射部５４の反射面５５がコア４３に接触している。従って、光の伝送ロスが小さく、光を効率よく伝送することができる。
（３）また、設置前においてもこの金属バンプ５２は安定していて転がりにくいため、セラミック基板１１上への移載作業の際に真空チャック１２１で確実に吸着することができる。よって、移載作業を比較的容易に行うことができる。このことは光導波路デバイス１０を製造するときの生産性の向上にも寄与する。しかも、台座部５３があることで部品の方向性を簡単にかつ正確に認識可能なため、例えば誤装着などを未然に防止することができる。
［第２実施形態］

次に、第２実施形態の光導波路デバイス１０の製造方法を図１０〜図１２に基づいて説明する。ここでは上記第１実施形態の製造方法と相違する点を中心に述べる。

（１）材料配置工程

図１０に示されるように、本実施形態では、光路変換部品用パッド５１の上面に塊状の金属素材１０２（本実施形態では金塊）を載置しておく。

（２）金属バンプ成形工程

超合金等により作製された型押し治具１４１を金属素材１０２の上方に配置する。なお、この型押し治具１４１の下端面には、光反射部５４を成形するための第１成形凹部１４２のみが形成されている。この第１成形凹部１４２の容積は、金属素材１０２の容積よりも小さくなるように設定される。そして、この型押し治具１４１を下降させ、その下端面を金属素材１０２に対して所定の圧力で押し付ける（図１１参照）。このとき、型押し治具１４１の下端面と光路変換部品用パッド５１の上面との間に、５μｍ〜５０μｍ程度の隙間をあけるようにする。すると、第１成形凹部１４２からはみ出した余剰の金属素材１０２が台座部５３となる。

（３）光導波路構造体作製工程

第１実施形態で使用したクラッド形成用未硬化フィルムを硬化させて下部クラッド４２を形成した後、その上に同じく第１実施形態で使用したコア形成用未硬化フィルム１３１を圧着する。この状態でコア形成用未硬化フィルム１３１の露光、現像を行い、同フィルム１３１をパターニングすると同時に硬化して、所望のコア４３とする。次に、同じく第１実施形態で使用したクラッド形成用未硬化フィルムをコア４３及び下部クラッド４２上に載置して圧着し、露光を行って硬化させ、上部クラッド４４を形成することにより、光導波路構造体４１とする。このように得られた光導波路構造体４１には、レーザ加工等のような従来周知の手法により抜き孔４７を形成する。抜き孔４７は、光路変換部品用パッド５１及び金属バンプ５２の形成位置に対応して設けられる。

（４）光導波路構造体設置工程

抜き孔加工を施した光導波路構造体４１を接着剤等でセラミック基板１１の上面１２に接着し、光導波路デバイス１０を完成させる（図１２参照）。このとき、光路変換部品用パッド５１及び金属バンプ５２は、抜き孔４７内に配置された状態となる。

そして本実施形態の製造方法によると、セラミック基板１１上にて金属素材１０２を成形して金属バンプ５２とするため、あらかじめ別体で作製した金属バンプ５２を移載する工程を省略することができる。従って、第１実施形態に比べて設置作業の作業性が向上する。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限度において、適宜変更して適用できることは言うまでもない。

・上記第１及び第２実施形態では、型押し法により金属バンプ５２を成形したが、勿論これに限定されることはなく、型押し法以外の方法（例えば、金属の切削加工またはエッチング加工等）を採用してもよい。
・第１実施形態では、未硬化下部クラッド硬化工程、コア形成工程、上部クラッド形成工程において、１５０℃×１時間の加熱により本硬化を行っているが、これを行わなくても、光導波路として十分光を伝播させることが可能である。また１５０℃×１時間の加熱を、上部クラッド形成工程後に一括して行うことも可能である。

・例えば、図１３に示す別の実施形態の金属バンプ１５２のように、上面を平坦にしてもよい。あるいは、図１４に示す別の実施形態の金属バンプ１６２のように、上面を平坦にし、かつ、光反射部５４の反射面５５を片側のみにしてもよい。

・また、図１５に示されるように、底面５６のみを露出させた状態で金属バンプ５２を埋設した光路変換部品付き光導波路構造体１６１をあらかじめ製造しておき、これをセラミック基板１１の上面１２に貼り付けるようにしてもよい。この方法によっても、第１実施形態とほぼ同じ構造の光導波路デバイス１０を製造することが可能である。

次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）基板主面を有する支持基板と、前記基板主面上に配置された金属製の接続パッドと、光信号が伝搬する光路となるコア及び前記コアを取り囲むクラッドを有し、前記基板主面上に支持される光導波路構造体と、前記基板主面上の前記接続パッドに接合される底面を持つ台座部、及び、前記台座部と一体形成されるとともに前記底面に対して傾斜した反射面を持つ光反射部を有する金属バンプとを備えることを特徴とする光導波路デバイス。

（２）基板主面を有する支持基板と、光信号が伝搬する光路となるコア及び前記コアを取り囲むクラッドを有し、前記基板主面上に支持される光導波路構造体と、前記支持基板及び前記光導波路構造体のうちの少なくともいずれかの上に搭載される光素子と、前記基板主面上に設置される底面を持つ台座部、及び、前記台座部と一体形成されるとともに前記底面に対して傾斜した反射面を持つ光反射部を有する光路変換部品とを備え、前記光素子と前記コアとが光結合されていることを特徴とする光導波路デバイス。

（３）基板主面を有する支持基板と、光信号が伝搬する光路となるコア、前記基板主面上に配置される第１クラッド及び前記コアを介して前記第１クラッド上に配置される第２クラッドを有する光導波路構造体と、前記基板主面上に設置される底面を持ちかつ前記第１クラッド内に埋設される台座部、及び、前記台座部と一体形成されるとともに前記底面に対して傾斜した反射面を持ちかつその大部分が前記コア内に埋設される光反射部を有する光路変換部品とを備えることを特徴とする光導波路デバイス。

本発明を具体化した第１実施形態の光導波路デバイスを示す概略断面図。 第１実施形態の光導波路デバイスを示す要部拡大断面図。 第１実施形態の光導波路デバイスの製造方法において、金属バンプ成形工程を説明するための概略断面図。 同製造方法において、金属バンプ成形工程を説明するための概略断面図。 同製造方法において、成形された金属バンプを示す概略断面図。 同製造方法において、未硬化下部クラッド形成工程を説明するための概略断面図。 同製造方法において、金属バンプ埋設工程を説明するための概略断面図。 同製造方法において、金属バンプ埋設工程を説明するための概略断面図。 同製造方法において、コア形成工程を説明するための概略断面図。 第２実施形態の光導波路デバイスの製造方法において、材料配置工程を説明するための概略断面図。 同製造方法において、金属バンプ成形工程を説明するための概略断面図。 同製造方法において、光導波路構造体設置工程を説明するための概略断面図。 別の実施形態の光導波路デバイスを示す要部拡大断面図。 別の実施形態の光導波路デバイスを示す要部拡大断面図。 別の実施形態の光導波路デバイスを示す要部拡大断面図。

符号の説明

１０…光導波路デバイス
１１…支持基板
１２…基板主面
４１…光導波路構造体
４２…（第１）クラッドとしての下部クラッド
４３…コア
４４…（第２）クラッドとしての上部クラッド
５２…光路変換部品としての金属バンプ
５３…台座部
５５…反射面
５６…底面
１０２…金属素材
１０３，１４１…型押し治具
１０４，１０５，１４２…成形凹部

Claims (1)

1. 基板主面を有する支持基板と、
   光信号が伝搬する光路となるコア及び前記コアを取り囲むクラッドを有し、前記基板主面上に支持される光導波路構造体と、
   前記基板主面上に設置される底面を持つ台座部、及び、前記台座部と一体形成されるとともに前記底面に対して傾斜した反射面を持つ光反射部を有する光路変換部品と
   を備え、前記クラッドが、前記基板主面上に配置される第１クラッドと、前記コアを介して前記第１クラッド上に配置される第２クラッドとからなり、前記台座部の厚さが前記第１クラッドの厚さよりも小さく、前記台座部が前記第１クラッド内に埋設されている光導波路デバイスを製造する方法であって、
   前記基板主面上に、未硬化の第１クラッドを形成する第１クラッド形成工程と、
   あらかじめ別体で作製された前記光路変換部品の前記台座部を前記未硬化の第１クラッド内に埋設する一方で、前記光路変換部品の前記光反射部を前記未硬化の第１クラッドから突出させるようにする部品埋設工程と、
   前記第１クラッド形成工程及び前記部品埋設工程を行った後で前記未硬化の第１クラッドを硬化させて、硬化した第１クラッドに前記光路変換部品を保持固定させる第１クラッド硬化工程と、
   前記第１クラッド硬化工程を行った後で、フィルム材料を用いて前記コアを形成するコア形成工程と、
   前記コア形成工程を行った後で前記第２クラッドを形成する第２クラッド形成工程と
   を含むことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。

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