JP4925979B2 - 光導波路の形成方法、光導波路、および光電混載回路 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板上に光導波路を形成する方法に関する。

種々の電子回路において、信号搬送の高速化（高周波化）に伴い、回路の一部を銅等の導電配線から光導波路による光配線に置き換えた光電混載回路が開発されている。

図1に、回路基板に搭載される光導波路の典型例を示す。図１（１）に示すように、光導波路１０は、光の進路となるコア層１２の両面を下部クラッド層１４ａと上部クラッド層１４ｂとで覆い、端部の傾斜面に光の偏向板１６を備えている。この光導波路１０を、回路基板２０上に接着剤１８により接着して搭載する。回路基板２０は、例えば、ＦＲ−４コア材２２の両面に銅箔２４を貼り付けた両面銅張りコア基板の両面にビルドアップ層として絶縁層２６と配線層２８とを所要層数形成し、上面に外部接続用のソルダーランド３０およびソルダーレジスト層３２を形成してある。光導波路１０は、例えば最上層の絶縁層２６上に接着剤１８で接着される。

光導波路を形成する一般的な方法は、例えば特許文献１に開示されているように、下部クラッドシートのラミネートおよび硬化、コアシートのラミネートおよびパターニング、上部クラッドシートのラミネートおよび硬化という３工程により、下部クラッド層／コア層／上部クラッド層という三層構造を形成し、これを回路基板上に接着剤等により接合する。

上記の方法は、上記３工程が必要なためタクトタイムおよびコストがかかる上、クラッドシートのラミネートにより形成する上下のクラッド層は厚みがあるため、回路の薄型化に不利である、という欠点があった。

一方、特許文献２には、配線層形成用の金属層上に、上部クラッド層とコア層とを順次ラミネートして形成し、コア層上に必要に応じて保護用のカバーフィルムを貼り付けた後、コア層を切削加工することによりＶ溝を形成し、Ｖ溝の一方側を光導波路のコア層として残し、他方側の不要なコア層を溶解除去して積層物を形成する。この積層物は、配線層形成用の金属層上に、上部クラッド層とコア層とが積層した二層構造を有する。次いで、回路基板上に、この積層物をコア層側で接着剤を介して接着する。これにより、回路基板上に、上部クラッド層（ラミネート層）／コア層（ラミネート層）／下部クラッド層（接着剤層）から成る光導波路が形成される。積層物を接着する回路基板上面には、電気回路が設けてあっても良いし、設けてなくても良い。

しかし、特許文献２の方法は、下記の問題があった。

すなわち、上部クラッド層とコア層とを形成する基板として、配線層形成用の金属層を必ず必要とするので、完成した光導波路の上部クラッド層上に所定の配線層が直接配設される構造に限定されるので、回路基板の回路と一体に設計する必要があり、汎用性に欠ける。あるいは、特許文献２には記載が無いが、仮に金属層を除去して用いるとしても、溶解除去に湿式処理を必要とし工程が煩雑化する。

また、コア層の切削加工によるＶ溝の底部は上部クラッド層とコア層の界面と一致させる必要があり、加工精度を要する。

特開２０００−１９９８２７号公報 特開２００４−３４１４５４号公報

本発明は、三層構造を形成するためのタクトタイムおよびコストを低減し、回路の薄型化を可能としつつ、煩雑な処理を必要とせずに汎用性を高めた光導波路の形成方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の光導波路の形成方法は、光の進路となるコア層の両面をクラッド層が覆い、両端に傾斜した反射面を有する光導波路を回路基板上に形成する方法であって、
ベース板上に、コアシートをラミネートする工程、
上記コアシートをパターニングすることにより、該ベース板上に平行配列した複数本のコア層を形成する工程、
上記平行配列した複数本のコア層が形成されたベース板上にクラッドシートをラミネートすることにより、該複数本のコア層を、該ベース板との接触面である一面を残して、該クラッドシートの一面から埋め込んでクラッド・コア接合体を形成する工程、
上記クラッド・コア接合体から上記ベース板を剥離し、上記コア層の上記一面を上記クラッドシートの上記一面から露出させた状態で、該クラッド・コア接合体の該クラッドシートの他面に、ダイシングテープを貼り付ける工程、
上記ダイシングテープ上で、上記複数本のコア層の両端部で、該コア層とそれを埋め込む上記クラッドシートを、該コア層の幅方向にベベルカットして傾斜面を形成する工程、
上記ダイシングテープ上で、上記複数本のコア層の長さ方向に沿って、該コア層間および最外部のコア層の外側で、上記クラッドシートをストレートカットすることにより、単一のコア層が上記一面を露出した状態で該クラッドシートに埋め込まれたクラッド・コア接合体個片を前記複数個一括形成する工程、
上記ダイシングテープ上で、上記複数個のクラッド・コア接合体個片の、上記クラッドシートの上記一面および上記コア層の上記一面を覆い上記傾斜面は露出させるマスクを配置する工程、
上記ダイシングテープ上で、上記マスクから露出した上記クラッド・コア接合体個片の上記傾斜面に反射膜としての金属膜を形成する工程、
上記マスクを除去した後、上記クラッド・コア接合体個片を上記ダイシングテープから剥離して、クラッド・コア接合体個片を個々に分離する工程、
回路基板上の光導波路配備予定部位に、該光導波路のクラッド層を構成し得る組成の液状の接着剤を塗布する工程、
前記クラッド・コア接合体個片のコア層の露出した上記一面を、上記液状の接着剤に接触させて位置決めした後に、該液状接着剤を硬化させることにより、該硬化した接着剤からなる下部クラッド層と、上記クラッド・コア接合体個片のコア層と、該クラッド・コア接合体個片のクラッドシートから成る上部クラッド層とから成り、両端に金属膜から成る反射膜を備えた光導波路を、上記回路基板上に形成する工程、
を含むことを特徴とする。

ダイシングテープ上に二層構造のクラッド・コア接合体個片を形成するので、三層構造形成のためのタクトタイムおよびコストを低減することができ、配線層形成用の金属層上に二層構造を形成する際に不可避であった設計上の制限もなく或いは該金属層を除去する煩雑な湿式処理も必要なしに高い汎用性を確保することができ、傾斜面を形成するベベルカットはダイシングテープまで切り込んでよいので加工精度を必要とせず、回路基板へ接着する液状の接着剤を下部クラッド層として用いるのでシートのラミネートによる光導波路形成と比べて、薄型化が容易である上、クラッド・コア接合体個片の位置決め精度を高めることができる。

更に、単一のコア層がそれぞれ複数個のサブコア層を含み、各サブコア層間は前記クラッド層と同じ材料で充填されている形態とすることにより、単一のクラッド／コア接合体個片により複数個の光導波路を一括して形成することができる。

＜実施形態１＞
図２〜図６を参照して、本発明により光導波路を形成する一実施形態を説明する。

〔工程１〕
図２（１）に（Ａ）平面図、（Ｂ）横断面図、（Ｃ）側面図を示すように、ベース板４０上に、コアシート４２Ａをラミネートする。ベース板４０としては、アクリル、ポリカーボネート、ＰＥＴ板等を用いることができ、平坦度の高いことが望ましい。コアシート４２Ａとしては、光硬化性のアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、珪素系樹脂や、電子線硬化性樹脂などを使用することができ、活性エネルギー線の照射によって溶剤に対する溶解性が高くなるものとしては、光分解性のナフトキノン系樹脂などを使用することができる。これらのなかでも透明性が高く、耐熱性の高いものが好ましい。

〔工程２〕
図２（２）に示すように、コアシート４２Ａを露光・現像によりパターニングして、平行配列した複数本のコア層４２を形成する。

〔工程３〕
図３（１）に示すように、平行配列した複数本のコア層４２が形成されたベース板４０上にクラッドシート４４Ａをラミネートする。これにより、複数本のコア層４２は、ベース板４０との接触面以外の部分が、クラッドシート４４Ａに埋め込まれた状態になる。すなわち、クラッドシート４４Ａとコア層４２とはベース板４０上に貼り付いた状態で一体の接合体（クラッド・コア接合体４２／４４Ａ）を形成する。クラッドシート４４Ａとしては、コアシート４２Ａと同様の光硬化性樹脂の他、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。またこの樹脂には、難燃性付与や、活性エネルギー線吸収のため、添加型あるいは反応型のハロゲン系、燐系、シリコン系等の難燃剤や紫外線吸収剤を含有させてもよい。

〔工程４〕
クラッド・コア接合体４２／４４Ａからベース板４０を剥離する。これにより、コア層４２の、ベース板４０と接触していた面が、クラッド・コア接合体４２／４４Ａのクラッドシート４４Ａから露出した状態になる。このクラッド・コア接合体４２／４４Ａをクラッドシート４４Ａ側でダイシングテープ４６に貼り付ける。この状態を図３（２）に示す。

〔工程５〕
次いで、図４（１）に示すように、ダイシングテープ４６上で、複数本のコア層４２の両端部で、コア層４２とそれを埋め込むクラッドシート４４Ａを、コア層４２の幅方向（図面上で左右方向）にベベルカット（Ｖ）して傾斜面４８を形成する。このベベルカット（Ｖ）による切り込み深さは、コア層４２およびクラッドシート４４Ａを完全に切断するため、ダイシングテープ４６内に若干入り込む程度が適当である。したがって、本発明の一つの利点として、このベベルカットに高い加工精度を必要としない。

〔工程６〕
次いで、図４（２）に示すように、ダイシングテープ４６上で、複数本のコア層４２の長さ方向に沿って、コア層４２間および最外部のコア層の外側で、クラッドシート４４Ａをストレートカット（Ｌ）する。これにより、コア層４２が一面を露出した状態でクラッド層４４に埋め込まれたクラッド・コア接合体個片４２／４４が複数個一括して形成される。

〔工程７〕
次いで、図５（１）に示すように、ダイシングテープ４６上で、複数個のクラッド・コア接合体個片４２／４４の、クラッド層４４およびコア層４２を覆い、ただし傾斜面４８は露出させるマスク５０を配置する。マスク５０としては、例えばニッケルなどのメタルマスクを用いることができる。

〔工程８〕
次に、図５（２）に示すように、ダイシングテープ４６上で、マスク５０を介してスパッタ等により金等の金属膜５２を形成する。これにより、マスク５０から露出したクラッド・コア接合体個片４２／４４の傾斜面４８に反射膜としての金属膜５２が形成される。

〔工程９〕
次いで、図６（１）に示すように、マスク５０を除去した後、クラッド・コア接合体個片４２／４４をダイシングテープ４６から剥離して、クラッド・コア接合体個片４２／４４を個々に分離する。

〔工程１０〕
図６（２）に示すように、回路基板６０上の光導波路配備予定部位に、光導波路のクラッド層を構成し得る組成の液状の接着剤５４を塗布する。回路基板６０は、多層配線構造６２の最上層にソルダーレジスト層６４の開口６６に露出した接続パッド６８を備えている。図示の例では、ソルダーレジスト層６４の大きな開口７０に露出した多層配線構造６２の露出面上に液状の接着剤５４を塗布する。

接着剤５４としては、硬化後の屈折率がコア層４２より低くなる液状接着剤ならば使用可能であり、クラッド層４４と同一組成であることが望ましい。

〔工程１１〕
次いで、図６（３）に示すように、クラッド・コア接合体個片４２／４４のコア層４２の露出面を、液状の接着剤５４に接触させて位置決めした後に、液状接着剤５４を硬化させる。これにより、硬化した接着剤からなる下部クラッド層５４と、クラッド・コア接合体個片４２／４４のコア層４２と、クラッド・コア接合体個片４２／４４のクラッド層から成る上部クラッド層４４とから成り、両端に金属膜から成る反射膜５２を備えた光導波路７２が、回路基板６０上に完成する。

本発明の一つの利点として、上記のようにクラッド・コア接合体個片４２／４４を、液状の接着剤５４に接触させた状態で位置決めすることができるので、クラッドシートへの圧着により光導波路を形成する従来の方法に比べて、高い位置決め精度が得られる。

特に、回路基板上に配設された光導波路の頂面（上部クラッド層上面）の高さは、光配線の構成に必須である発光素子／受光素子に対する位置決めが重要であり、高い寸法精度を必要とする。光導波路の配設高さを決定する要因として、圧着による従来法ではクラッドシート等の材料厚さのばらつきを排除できないのに対して、本発明の方法によれば液状の接着剤層内での高さ調整が可能なので、材料厚さのばらつきを吸収することができる。

以上のように、本発明の方法によれば、湿式処理等の煩雑な処理を何ら必要としない簡素な処理工程により、二層構造のクラッド・コア接合体個片を作製し、回路基板に液状の接着剤で接着するので、シート材のラミネートにより三層構造を作製していた従来の方法に比べて、タクトタイムおよびコストを低減できる。また、配線層形成用の金属層上に形成した従来法のような設計上の制限がなく、高い汎用性を確保できる。

＜実施形態２＞
図７は、図６（３）のように回路基板６０上に本発明により光導波路７２を形成して構成した光配線１００を示す。光導波路７２の両端の近傍に位置する１対の接続パッド６８、６８上にそれぞれバンプ７４、７４を介して受発光部７６、７６を配設してある。受発光部７６、７６はそれぞれビクセル（ＶＣＳＥＬ）等の発光素子とフォトダイオード等の受光デバイスが組み込まれていて光信号を送受信する。すなわち、受発光部７６、７６間は光導波路７２のコア層４２を通る光信号伝送Ｔにより光学的に接続され光配線１００を構成している。光配線１００と回路基板６０の電気配線とにより光電混載回路を構成している。

＜実施形態３＞
図８は、図６（３）のように２基の回路基板６０、６０上に本発明により光導波路７２、７２をそれぞれ形成して構成した１対の光配線１１０、１１０を光ファイバ８０で遠隔接続した光電混載回路を示す。ただし、図６（３）に示す構成とは一部異なる。すなわち、それぞれの回路基板６０上の光導波路７２の一端の近傍に位置する接続パッド６８上にバンプ７４を介して実施形態２と同様な受発光部７６を配設してある。実施形態２とは異なり、光導波路７２の他端には上部クラッド層４４の上面に接して光コネクタ７８が配設してある。

２基の回路基板６０、６０上の光配線１１０、１１０は、それぞれの光導波路７２、７２の光コネクタ７８、７８で光ファイバ８０の両端にそれぞれ接続されている。一方の光配線１１０の光導波路７２内を通る光信号伝送Ｔと、光ファイバ８０内を通る光信号伝送Ｔｘと、他方の光配線１１０の光導波路７２を通る光信号伝送Ｔとにより構成される光信号伝送ΣＴが、一方の光配線１１０と、光ファイバ８０と、他方の光配線１１０とが機械的且つ光学的に合体した光配線２００により形成されている。この光配線２００と２基の回路基板６０、６０の各電気配線とにより光電混載回路を構成している。

＜実施形態４＞
図９は、本発明による１個のクラッド／コア接合体個片により、複数個の光導波路を一括して形成する形態を示す。
すなわち、前述の図６（１）に示したクラッド／コア接合体個片４２／４４は、個片中に１個のコア層４２を含むが、これに対して図９のクラッド／コア接合体個片４２’／４４は、個片中に４個のサブコア層４２’を含む。個々のサブコア層４２’は両側をクラッド層４４で挟まれていて、クラッド層４４／サブコア層４２’／クラッド層４４から成る４個の光導波路を構成している。図６（１）と対応する部位には同じ参照符号を付した。

４個のサブコア層４２’は、前述の工程２（図２（２））におけるコア層４２のパターニングの際に、１個のコア層４２を形成するコアシート４２Ａの領域で４個のサブコア層４２’を形成するようにパターニングすることにより得られる。以降の作製工程は、個片当たり１個のコア層４２を含む場合と同じである。

図９のように形成したクラッド／コア接合体個片４２’／４４を、前述の工程１０〜工程１１（図６（２）〜（３））と同様にして液状接着剤５４で回路基板６０上に接合することにより、４個の光導波路７２が一括して形成される。個々の光導波路７２のサブコア層４２’は相互に独立した光信号線として機能する。

本発明によれば、三層構造を形成するためのタクトタイムおよびコストを低減し、回路の薄型化を可能としつつ、煩雑な処理を必要とせずに汎用性を高めた光導波路の形成方法が提供される。

従来の（１）光導波路および（２）それを回路基板に搭載した状態を示す断面図。 本発明の方法により（１）ベース板上にコアシートをラミネートする工程を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）横断面図、（Ｃ）側面図、次いで（２）ベース板上にラミネートされたコアシートをパターニングすることにより、平行配列した複数本のコア層を形成する工程を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）横断面図、（Ｃ）側面図。 本発明の方法により、図２（２）の工程に次いで、（１）複数本のコア層が形成されたベース板上にクラッドシートをラミネートすることによりクラッド・コア接合体を形成する工程を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）横断面図、（Ｃ）側面図、次いで（２）ベース板を剥離した後にクラッド・コア接合体のクラッド側にダイシングテープを貼り付ける工程を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）横断面図、（Ｃ）側面図。 本発明の方法により、図３（２）の工程に次いで、ダイシングテープ上で、（１）コア層の両端部で、コア層およびクラッドシートをコア層の幅方向にベベルカットして傾斜面を形成する工程を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）横断面図、（Ｃ）側面図、次いで（２）複数のコア層の長さ方向に沿って、コア層間および最外部コア層の外側で、クラッドシートをストレートカットすることにより複数個のクラッド・コア接合体個片を一括形成する工程を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）横断面図、（Ｃ）側面図。 本発明の方法により、図４（２）の工程に次いで、ダイシングテープ上で、（１）クラッド・コア接合体のコア層傾斜面以外にマスクを配置する工程を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）横断面図、（Ｃ）側面図、次いで（２）クラッド・コア接合体の傾斜面に反射膜としての金属膜を形成する工程を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）横断面図、（Ｃ）側面図。 本発明の方法により、図５（２）の工程に次いで、（１）マスクを除去した後、クラッド・コア接合体個片をダイシングテープから剥離することによりクラッド・コア接合体個片を個々に分離する工程を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）横断面図、（Ｃ）側面図、（２）これとは別に回路基板の光導波路配備予定部位に液状の接着剤を塗付する工程を示す断面図、次いで（３）クラッド・コア接合体個片を接着剤に接触させて位置決めした後、接着剤を硬化させることにより、回路基板上に光導波路を完成する工程を示す断面図。 本発明により形成した光導波路を用いて回路基板上に組み立てた光配線を示す断面図。 本発明により形成した光導波路を用いて回路基板上に組み立てた光配線を一対用いて光ファイバと電気回路との接続部を構成した状態を示す断面図。 図６（１）と同様の作製工程において得られた、４個のサブコア層４２’を含むクラッド／コア接合体個片４２’／４４を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）横断面図、（Ｃ）側面図である。

符号の説明

４０ ベース板
４２Ａ コアシート
４２ コア層
４２’ サブコア層
４４Ａ クラッドシート
４４ クラッド層
４２／４４ クラッド・コア接合体個片
４６ ダイシングテープ
４８ 傾斜面
５０ マスク
５２ 金属膜
５４ 接着剤
６０ 回路基板
６２ 多層配線構造
６４ ソルダーレジスト層
６６ 開口
６８ 接続パッド
７０ 開口
７２ 光導波路
７４ バンプ
７６ 受発光部
７８ 光コネクタ
８０ 光ファイバ
１００、１１０ 光配線

Claims (2)

1. 光の進路となるコア層の両面がクラッド層に覆われ、両端に傾斜した反射面を有する光導波路を、回路基板上に形成する方法であって、
   ベース板上にラミネートされたコアシートをパターニングすることにより、前記ベース板上に平行配列した複数本のコア層を形成する工程と、
   前記複数本のコア層が形成されたベース板上に、前記複数本のコア層を覆うようにクラッドシートをラミネートすることにより、クラッド・コア接合体を形成する工程と、
   前記クラッド・コア接合体から前記ベース板を剥離し、前記クラッド・コア接合体の前記ベース板を剥離した面とは反対側の面に、ダイシングテープを貼り付ける工程と、
   前記ダイシングテープ上に形成される前記クラッド・コア接合体の両端部近傍を、前記クラッド・コア接合体の幅方向に沿ってベベルカットし、該両端部近傍に傾斜面を形成する工程と、
   前記ダイシングテープ上の、前記傾斜面が形成された前記クラッド・コア接合体の前記コア層間および最外部の前記コア層の外側に位置する前記クラッド層を、当該クラッド・コア接合体の長さ方向に沿ってストレートカットする工程と、
   前記ストレートカットされた前記クラッド・コア接合体の前記ダイシングテープが貼り付けられた面とは反対側の面を、前記傾斜面については露出するようにマスクで覆い、前記マスクから露出した前記傾斜面に金属膜を形成する工程と、
   前記金属膜が形成された前記クラッド・コア接合体から、前記マスクを除去するとともに前記ダイシングテープを剥離することで、それぞれが前記コア層を有する複数のクラッド・コア接合体個片を形成する工程と、
   回路基板上において光導波路が配備される予定の部位に、前記クラッド層と同一組成を有する液状の接着剤を塗布する工程と、
   前記クラッド・コア接合体個片中の前記コア層が露出した側の面を、前記液状の接着剤に接触させて前記回路基板上に位置決めし、前記液状の接着剤を硬化させる工程と、
   を備えることを特徴とする光導波路の形成方法。
2. 前記クラッド・コア接合体個片がそれぞれ複数個のサブコア層を含み、各サブコア層間は前記クラッド層と同じ材料で充填されている請求項１に記載の光導波路の形成方法。

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