JP5495896B2

JP5495896B2 - 光電気配線基板の製造方法

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Publication number: JP5495896B2
Application number: JP2010077350A
Authority: JP
Inventors: 恵子小田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP2011209510A

Description

本発明は、光電気配線基板の製造方法に関する。

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。

しかしながら、電気配線の高密度化および微細化は、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。

例えば、特許文献１には、光導波路および貫通電極を有する配線基板が開示されている。

特開２０００−３４０９０５号公報

しかし、特許文献１に示す配線基板は、その製造における工程数が多く、配線基板の完成までに時間がかかる、さらに、コストもかかる傾向があった。また、別工程で作製するため、作製位置にばらつきが生じやすく、結果として光結合効率が悪くなるという問題があった。それ以外にも、空気中に露出した反射面を９０度光路変換ミラーとして使用しているため、全反射条件を満たすために光伝送部と空気層の界面を保持する必要があり、一般に素子の固定に使用される透明樹脂を使用できず、光路への異物混入や結露等を防ぐことができない傾向があった。

本発明の目的は、作製までの工程数を低減させた光電気配線基板の製造方法を提供することにある。

本発明の一実施形態にかかる光電気配線基板の製造方法は、表面に、第一導電層と、該第一導電層と離れて配置された第２導電層とからなる導電層を有する電気基板を準備する工程と、前記導電層の表面を酸化処理する工程と、前記導電層の表面を酸化処理する工程と、前記電気基板上に、内部に光信号の伝送が可能な光伝送部を有する光導波路を作製する工程１と、前記光導波路に、前記第一導電層が露出する底面を有する第一の貫通孔と、前記第二導電層が露出する底面を有し、前記光伝送部の光軸方向に対して前記電気基板に向くように傾斜して前記光導波路の光伝送部が露出し、略４５度の斜面を有する第二の貫通孔と、を作製する工程２と、前記第一の貫通孔の内壁面および前記第二の貫通孔の前記斜面に金属膜を同時に形成させて、それぞれ貫通導体および光反射面を作製する工程３と、を具備する。

前記工程３は、前記導電層と接触するように前記第二の貫通孔に金属膜を形成させて光反射面を作製する工程を有することが好ましい。

前記工程３は、前記第二の貫通孔の内壁面に金属膜を形成させる工程を含むことが好ましい。

前記工程２は、レーザー加工により前記第一の貫通孔および前記第二の貫通孔を作製する工程であることが好ましい。

前記工程３は、メッキ加工により前記金属膜を同時に作製する工程であることが好ましい。

前記工程１において前記光伝送部を複数作製するとともに、前記工程２において前記複数の光伝送部を横切るように前記第二の貫通孔を形成する。

本実施形態によれば、貫通導体および光反射面を同時作製が可能となるため、従来の工程数よりも工程数を少なくでき、結果として光電気配線基板の完成までにかかる時間およびコストを低減することができる。また、第一の貫通孔と第二の貫通孔は同一の設備を使用して連続して形成できるため、両者の位置精度を高精度に形成することができる。そのため、最終的に第一の貫通孔に形成された貫通導体を介して光電気配線基板表層の導電層と電気的に接続される発光素子や受光素子などの光電変換素子と、光電変換素子と第二の貫通孔に形成される光反射面を介して光導波路との高効率な光結合を得ることができる。また、第一の貫通孔に形成される貫通導体と同時に第二の貫通孔の斜面に金属反射膜が形成されるため、光路に他の透明樹脂を入れた場合でも反射ミラーとして機能させることができ、異物の混入や結露などによる光結合効率の悪化を防ぐことができる。

本発明の第１の実施形態である製造方法により作製される光電気配線基板の断面図である。図１の光電気配線基板を有する光モジュールの断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態である製造方法を工程毎に示す断面図である。（ｃ１）および（ｃ２）は、図３（ｃ）における作製途中の光電気配線基板を上面から透過視した平面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施態様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。

本発明の製造方法は、光導波路３を作製する工程１と、第一の貫通孔１４および第二の貫通孔１５を作製する工程と、貫通導体４および光反射面５を作製する工程と、を具備する。

図１の光電気配線基板の製造方法を示す図３をもとにして、各工程を説明する。

＜工程１＞
工程１において、電気基板６上に光導波路３を作製する（図３（ａ）および（ｂ））。

光導波路３は、内部に光信号の伝送が可能な光伝送部として、コア３ａを有する。

光導波路３の作製方法としては、直接露光法、屈折率変化法などが挙げられる。

直接露光法とは、クラッド３ｂの下部を形成後、コア３ａの材料を塗工してマスク露光によりコア３ａを形成し、その上面および側面にさらにクラッド３ｂの材料を塗工形成して光導波路３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特性を利用して、コア３ａとなる部位以外にＵＶ照射を行ない、コア３ａ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。

直接露光法により作製される光導波路３の材料としては、エポキシ系やアクリル系、シリコーンなどの樹脂が挙げられ、屈折率変化法により作製される光導波路の材料としては、ポリシランなどが挙げられる。

電気基板６は、基板１と導電層２から構成される。

基板１は、厚みが０．２〜２ｍｍ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たビルドアップ基板が好適に用いられる。

導電層２は、基板１と光導波路３との間に設けられる。導電層２は、貫通導体４の下に位置する導電層２ａと、光反射面５の下に位置する導電層２ｂと、を有する。導電層２の厚みは５〜２５μｍであることが好ましい。

導電層２は、前工程において表面が酸化処理されていることが好ましい。酸化処理された導電層２を設けることにより、表面に凹凸が形成されるため、光導波路３と導電層２との密着性を向上させることができる。なお、酸化処理としては、例えば、次亜塩素酸ナトリウム等による表面処理が挙げられる（処理温度６０〜９０度）。また、凹凸の表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）は１〜１５μｍである。

また、導電層２としては銅が好ましい。導電層２が銅の場合、表面はＣｕＯとなる。ＣｕＯはその表面が黒色であることから、例えば、複数のコア３ａを有する光導波路３を作製する際、微細なコア３ａパターンを作製することができる。フォトリソグラフィ技術により光導波路３を形成する場合、フォトリソグラフィ工程における露光が基板１で乱反射して、コア３ａの良好な矩形状が得られない、あるいは、乱反射により過露光となることで微細なライン＆スペースが得られなかったが、黒色であるＣｕＯが乱反射を低減させることにより、コア３ａの微細なパターンを形成することができるようになる。

導電層２は、基板１の表面一面に設けられてもよく、また、電気配線として用いるためにパターニングされていてもよい。とくに、熱伝達を向上させることから基板１の表面一面に設けられていることが好ましい。

コア３ａの断面サイズとしては、例えば、３５〜１００μｍ角である。

コア３ａは、クラッド３ｂ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３中にコア３ａを複数設ける場合、コア３ａ同士の間隔は、１０〜２５０μｍである。

＜工程２＞
工程２において、第一の貫通孔１４および第二の貫通孔１５を作製する（図３（ｃ））。第一の貫通孔１４は、貫通電極４を作製する際に設ける貫通孔を意味し、第二の貫通孔１５は、光反射面５を作製する際に設ける貫通孔を意味する。

第二の貫通孔１５は、その内壁に斜面を有する。この斜面は、コア３ａの光軸方向に対して、電気基板６に向くように、つまり下向きに略４５度傾斜している。

貫通孔の作製法としては、レーザーによる穿孔、ドリルによる穿孔などが挙げられるが、前述のように斜面を有する第二の貫通孔の作製に適していることから、レーザーによる穿孔が好ましく、透明な樹脂に対応するＹＡＧやＹＶＯの３倍高調波や４倍高調波が望ましい。

なお、図４に、図３（ｃ）を上面から透過視したときの２種類の平面図を示す。

図４に示すように第一の貫通孔１４は、光導波路３のうちクラッド３ｂに設けられており素子の電極パッド（不図示）と発光点の位置関係から、第一の貫通孔１４の位置は決定される。また、第二の貫通孔１５は、コア３ａを横切るような溝形状を示す。第二の貫通孔１５は、図４（ｃ１）において、複数のコア３ａを横切るように設けられ、図４（ｃ２）において、第二の貫通孔１５は、各コア３ａを横切るように設けられる。いずれの場合でもよいが、種々の光伝送構造に適用できることから、第二の貫通孔１５は、コア３ａのそれぞれを横切るように設けられることが好ましい。

第一の貫通孔１４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。

また、工程２において、第一の貫通孔１４および第二の貫通孔１５の他に、光を伝送させる光伝送路を作製するための第三の貫通孔（不図示）を設けることができる。第三の貫通孔は光導波路３のコア３ａと光学的に結合する位置に設けられ、第三の貫通孔の内部に透明樹脂を充填することで作製される。この伝送路は、その内部の屈折率が周囲よりも大きい、コア−クラッド形状を示すことが好ましい。

レーザーにより第一の貫通孔１４および第二の貫通孔１５を作製する場合、電気基板６の導電層２が、レーザー穿孔におけるストップ層として機能するため、作業が容易となる。

＜工程３＞
工程３において、第一の貫通孔１４の内壁面および第二の貫通孔１５の斜面に、貫通導体４と光反射面５とを作製する。作製方法としては、例えば、金属蒸着、スパッタリング、めっき等の手法が挙げられるが、金属蒸着やスパッタリングなどの真空蒸着法では斜面への回りこみに限界があることや厚膜化が困難なことから、同時作製および厚膜化が可能でプリント配線基板の作製工程に準じためっき法が好ましい。

なお、工程３はめっき法を用いる際に工程２にて生じるスミアを除去するデスミア処理工程を、含むことが好ましい。デスミア処理の方法としては、例えば、クロム酸法、濃硫酸法、アルカリ過マンガン酸法、プラズマ法等が挙げられる。そしてビアホールの内壁に、めっき法や金属の蒸着、導電性材料の注入によって貫通電極２を形成する。

デスミア処理により、第一の貫通孔１４および第二の貫通孔１５の内壁面を粗化することができる。粗化により設けられた凹凸は、第一の貫通孔１４および第二の貫通孔１５ともに同様のサイズを示す。第一の貫通孔１４の内壁面および第二の貫通孔１５の斜面に設けられた凹凸は、第一の貫通孔１４および第二の貫通孔１５の内壁面に設けた金属膜が剥がれにくく、かつ、第二の貫通孔１５の斜面に設けられた金属膜が、乱反射の小さい光反射膜として十分に機能できるサイズである必要がある。具体的に凹凸の表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）は０．５〜１μｍであることが好ましい。

めっき法を用いる場合は、例えば、以下のような方法が挙げられる。

デスミア処理後の粗化後、第一の貫通孔１４および第二の貫通孔１５の内壁面を、パラジウム-錫の錯化合物溶液によりPdを吸着した上で、PdCuSo₄、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て銅層を形成する（厚み0.3〜3.0um）。次にラミネート法等によりレジスト層を形成し、さらにレジストをパターニングする事により、開口部を形成する。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、所定の位置に銅めっきを形成する。さらに、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、貫通導体４と光反射面５とを作製する。

なお、上述の方法では、図３（ｄ）に示すように、表面導電層１１をも同時に作製することが可能となる。

また、図３（ｄ）に示すように、第二の貫通孔１５内には、光反射面５だけでなく、貫通孔全体に金属膜が設けられている。これにより、光反射面５上に設けられた光電変換素子７などから発生した熱を、十分に逃がすことができる。

得られた貫通導体４および光反射面５の厚みは０．１〜２０μｍ程度である。

貫通導体４は、導電層２ａと光電変換素子７とを接続する。貫通導体４の存在によって、電気的効果だけでなく、光導波路４の垂直方向の放熱効果が高まる。図１および２において、貫通導体４の中心部が中空となった形状を示しているが、貫通導体４はこれに限定されず、例えば、中央が導電ペースト４ａなどにより埋められた構成でもかまわない。

光反射面５は、光導波路３と対向して、光導波路３の光伝送部であるコア３ａからの光を外部へ光路変換させる、又は、外部からの光をコア３ａへ光路変換させるために用いられる。光反射面５は、光導波路３の光軸に対して傾斜しており、これにより光路変換が可能となる。傾斜角は、略４５度、具体的には、４３度〜４７度の範囲内である。

光反射面５は、例えば、金、銅、ニッケルなどの金属から構成される。

光反射面５は、導電層２ｂと接触するように設けられる。これにより、光反射面５上に設けられた光電変換素子７などから発生した熱を、導電層２ａに逃がすことができる。

以上のように、工程１〜３を経て光電気配線基板が作製される。

図１に示す光電気配線基板に対して、光電変換素子７を設けることで、図２に示す光モジュールが作製される。光電変換素子７としては、面型発光素子（ＶＣＳＥＬ）または面型受光素子（ＰＩＮ−ＰＤ）などが挙げられる。光電変換素子７は、ＶＣＳＥＬの場合、複数の発光点を有していてもよく、また、ＰＩＮ−ＰＤの場合、複数の受光点を有していてもよい。複数の発光点または受光点はそれぞれ、光反射面５を介して光導波路３のそれぞれのコア３ａと光学的に結合している。例えば、光電変換素子７として発光素子を用いた図２の場合、発光点７ａから出た光は光反射面にて光路変換してコア３ａを伝送する。

図２に示す光モジュールには、ソルダレジスト層８、アンダーフィル１０、電気接続部９などが設けられている。

ソルダレジスト層８は、上部クラッド３ｂの上面には、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する。

アンダーフィル１０としては、光反射面５と光電変換素子７とを光学的に結合させるよう、エポキシ樹脂などの透明な樹脂から形成される。

電気接続部９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。

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
２ａ，２ｂ：導電層
３：光導波路
３ａ：コア（光伝送部）
３ｂ：クラッド
４：貫通導体
４ａ：導電ペースト
５：光反射面
６：電気基板
７：発光素子
７ａ：発光点
８：ソルダレジスト層
９：電気接続部
１０：アンダーフィル
１１：表面導電層
１４：第一の貫通孔
１５：第二の貫通孔

Claims

表面に、第一導電層と、該第一導電層と離れて配置された第二導電層とからなる導電層を有する電気基板を準備する工程と、
前記導電層の表面を酸化処理する工程と、
前記電気基板上に、内部に光信号の伝送が可能な光伝送部を有する光導波路を作製する工程１と、
前記光導波路に、前記第一導電層が露出する底面を有する第一の貫通孔と、前記第二導電層が露出する底面を有し、前記光伝送部の光軸方向に対して前記電気基板に向くように傾斜して前記光導波路の光伝送部が露出した斜面を有する第二の貫通孔と、を作製する工程２と、
前記第一の貫通孔の内壁面および前記第二の貫通孔の前記斜面に金属膜を同時に形成させて、それぞれ貫通導体および光反射面を作製する工程３と、
を具備する光電気配線基板の製造方法。
前記工程３は、前記第二導電層と接触するように前記第二の貫通孔に金属膜を形成させて光反射面を作製する工程を有する請求項１記載の光電気配線基板の製造方法。
前記工程３は、前記第二の貫通孔の内壁面に金属膜を形成させる工程を含む請求項１または２記載の光電気配線基板の製造方法。
前記工程２は、レーザー加工により前記第一の貫通孔および前記第二の貫通孔を作製する工程である請求項１乃至３のいずれか記載の光電気配線基板の製造方法。
前記工程３は、メッキ加工により前記金属膜を同時に作製する工程である請求項１乃至４のいずれか記載の光電気配線基板の製造方法。
前記工程１において前記光伝送部を複数作製するとともに、前記工程２において前記複数の光伝送部を横切るように前記第二の貫通孔を形成する請求項１乃至５のいずれかに記載の光電気配線基板の製造方法。