JP7352653B2 - 光回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、光回路基板に関する。

近年、大容量のデータを高速で通信可能な光通信網が拡大しており、このような光通信網を利用した種々の光通信機器が存在する。このような機器は、例えば特許文献１に記載されるように基板に光導波路接続された光回路基板が搭載されている。

特開２０１０－１２８２００号公報

本開示に係る光回路基板は、配線基板と配線基板の上に位置する光導波路とを備えている。光導波路が、下部クラッド層と、下部クラッド層の上に位置するコアと、下部クラッド層の上に位置し、コアを被覆している上部クラッド層と、上部クラッド層から下部クラッド層にかけて位置しており、コアを分断している第１キャビティと、上部クラッド層から下部クラッド層にかけて位置しており、平面視した場合に、コアを介して位置する少なくとも２つの第２キャビティとを含んでいる。第１キャビティは、上部クラッド層側に位置する第１開口部と、下部クラッド層側に位置する第１底部とを有している。第２キャビティは、上部クラッド層側に位置する第２開口部と、下部クラッド層側に位置する第２底部とを有している。第２開口部の中心と第２底部の中心とを結ぶ第１直線が、光導波路の厚み方向に対して傾斜している。

本開示に係る光学素子搭載モジュールは、上記の光回路基板と、光回路基板の上に位置する光学素子とを含む。

（Ａ）は、本開示の一実施形態に係る光回路基板を含む光学素子搭載モジュールを示す上面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す領域Ｘにおいて、光導波路の上部クラッドを除去して平面視した場合の拡大説明図である。 図１（Ａ）に示す領域Ｘにおいて、光導波路に搭載される光学素子を除去して平面視した場合の拡大説明図である。 （Ａ）は、図１（Ａ）に示す光導波路に形成された第２キャビティの一実施形態を説明するための説明図であり、（Ｂ）は第１キャビティの一実施形態を説明するための説明図である。

特許文献１に記載のように、光回路基板は、光学素子を実装する際に実装位置を明確にするためのアライメントマークを有している。光回路基板に備えられている光導波路にミラーを形成する際に、例えば、上部クラッド層から下部クラッド層まで貫通する貫通孔をエキシマレーザーで形成し、上部クラッド層と下部クラッド層に挟まれた複数のコアそれぞれにミラーを一度に形成することがある。このような場合、光回路基板の反りなどによって、ミラーの位置が想定位置からずれて形成されることがある。そのため、予め設けられたアライメントマークを基準にして光学素子を実装すると、ミラーの位置と光学素子の位置とがずれる場合がある。すなわち、アライメントマークを基準にして光学素子の実装位置を合わせることが困難となり、光信号の伝送時に損失が大きくなる。

本開示の光回路基板は、上記のように上部クラッド層から下部クラッド層にかけて位置しており、平面視した場合に、コアを介して位置する少なくとも２つの第２キャビティを含む。したがって、アライメントマークが予め設けられていなくても、キャビティの１種である第２キャビティを、光学素子を実装する際にアライメントマークとして使用できる。第２キャビティは、あくまでキャビティの１種であるため、光学素子を実装する領域に形成される第１キャビティとの関係で、予め設けられる一般的なアライメントマークを基準とするよりも、精度良く光学素子を実装することができる。

さらに、第２キャビティにおいて、第２開口部の中心と第２底部の中心とを結ぶ第１直線が、光導波路の厚み方向に対して傾斜している。そのため、第２キャビティを平面視した場合に、第２底部が、第２開口部から離れて位置している。言い換えれば、第２開口部から第２底部を視認しにくい状態となる。その結果、例えば下部クラッド層に接触している導体層などに反射する光の影響を、アライメント用のカメラが受けにくくなる。したがって、光学素子を実装する際に第２キャビティの認識性を向上させることができる。

本開示の一実施形態に係る光回路基板を、図１～３に基づいて説明する。図１に示す一実施形態に係る光学素子搭載モジュール１は、本開示の一実施形態に係る光回路基板２とＣＰＵ６とを含む。

一実施形態に係る光回路基板２は、配線基板３と配線基板３の上に位置する光導波路４とを含む。配線基板３については、具体的に図示していないものの、例えば、一般的なビルドアップ構造を有する配線基板が挙げられる。ビルドアップ構造を有する配線基板は、具体的には、コア基板と、コア基板の両面に積層されたビルドアップ層とを含む。コア基板は、絶縁性を有する素材であれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。

コア基板には、補強材が含まれていてもよい。補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性布材が挙げられる。補強材は２種以上を併用してもよい。さらに、コア基板には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機絶縁性フィラーが、分散されていてもよい。コア基板の厚みは特に限定されず、例えば２００μｍ以上２０００μｍ以下である。

コア基板には、一般的にコア基板の上下面を電気的に接続するために、スルーホール導体が位置している。スルーホール導体は、コア基板の上下面を貫通するスルーホールに位置している。スルーホール導体は、例えば、銅めっきなどの金属めっきからなる導体で形成されている。スルーホール導体は、コア基板の両面に位置する導体層に接続されている。導体層には、ランドが含まれていてもよい。スルーホール導体は、スルーホールの内壁面のみに形成されていてもよく、スルーホールに充填されていてもよい。

コア基板の両面には、ビルドアップ層が積層されている。ビルドアップ層に含まれる絶縁層は、コア基板と同様、絶縁性を有する素材であれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。ビルドアップ層に絶縁層が２層以上存在する場合、それぞれの絶縁層は、同じ樹脂であってもよく、異なる樹脂であってもよい。ビルドアップ層に含まれる絶縁層とコア基板とは、同じ樹脂であってもよく、異なる樹脂であってもよい。

さらに、ビルドアップ層に含まれる絶縁層には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機絶縁性フィラーが分散されていてもよい。ビルドアップ層に含まれる絶縁層の厚みは特に限定されず、例えば５μｍ以上１００μｍ以下である。ビルドアップ層に絶縁層が２層以上存在する場合、それぞれの絶縁層は同じ厚みを有していてもよく、異なる厚みを有していてもよい。

ビルドアップ層に含まれる絶縁層には、一般的に層間を電気的に接続するためのビアホール導体が位置している。ビアホール導体は、ビルドアップ層に含まれる絶縁層の上下面を貫通するビアホールに位置している。ビアホール導体は、例えば、銅めっきなどの金属めっきからなる導体で形成されている。ビアホール導体は、ビルドアップ層に含まれる絶縁層の両面に位置する導体層に接続されている。導体層には、ランドが含まれていてもよい。ビアホール導体は、ビアホールの内壁面のみに形成されていてもよく、ビアホールに充填されていてもよい。

配線基板３の上面には、光導波路４が位置している。光導波路４は、図１（Ｂ）および図２に示すように、コア４１と、クラッド層４２と、反射ミラー部４３とを含む。光導波路４は、例えば、配線基板３の上面に位置する導体層を介して備えられていてもよい。

光導波路４に含まれるコア４１は光路として作用し、光導波路４に侵入した光は、コア４１の側面および上下面において屈折を繰り返しながら伝送される。コア４１の材料は限定されず、例えば、光の透過性や通る光の波長特性などを考慮して適宜設定される。材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。コア４１の材料である樹脂の屈折率は、クラッド層４２の材料である樹脂の屈折率よりも大きく、コア４１内の光はコア４１とクラッド層４２との境界で屈折を繰り返しながら伝送される。

光導波路４に含まれるクラッド層４２は、下部クラッド層４２ａおよび上部クラッド層４２ｂを有している。下部クラッド層４２ａの上面にコア４１が位置しており、上部クラッド層４２ｂが下部クラッド層４２ａの上面およびコア４１を被覆している。クラッド層４２の材料は限定されず、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。クラッド層４２は、例えば１０μｍ以上２０μｍ以下の厚みを有していてもよい。下部クラッド層４２ａおよび上部クラッド層４２ｂは、同じ厚みを有していてもよく、異なる厚みを有していてもよい。

光導波路４に含まれる反射ミラー部４３は、上部クラッド層４２ｂ、コア４１および下部クラッド層４２ａにかけて位置している。反射ミラー部４３は、第１キャビティ４４形成時に分断されるコア４１の分断面である。反射ミラー部４３は、通常、光導波路４の厚み方向に対して平行ではなく、厚み方向に対して傾斜を有している。傾斜角度は、光導波路４に接続される光学素子５などに応じて適宜設定され、例えば、コア４１と反射ミラー部４３とのなす角度は３５°以上５５°以下程度である。第１キャビティ４４は、上部クラッド層４２ｂの上面から、下部クラッド層４２ａの下面まで貫通していても非貫通でも構わない。

第１キャビティ４４の開口部である第１開口部４４ｂ’の形状、すなわち上部クラッド層４２ｂを平面視した場合の第１開口部４４ｂ’の形状は特に限定されない。図２では、第１開口部４４ｂ’は、三角形状を有している。しかし、第１開口部４４ｂ’は、例えば三角形状、四角形状、五角形状、六角形状などの多角形状（多角形状には、各頂点が丸みを有する多角形状も含む）や、円形状、楕円（長円）形状などの形状を有していてもよい。

図２に示すように、通常、１つの光導波路４に複数のコア４１が位置しており、それぞれのコア４１に第１キャビティ４４が形成されている。このような場合、第１開口部４４ｂ’は、全て同一の形状を有していてもよく、少なくとも一部の第１開口部４４ｂ’が、異なる形状を有していてもよい。

光導波路４には、第１キャビティ４４とは別に、第２キャビティ４５が含まれる。第２キャビティ４５は、第１キャビティ４４と同様、上部クラッド層４２ｂの上面から下部クラッド層４２ａにかけて位置しており、光導波路４を平面視した場合に、コア４１を介して少なくとも２つが位置している。言い換えれば、それぞれの第２キャビティ４５が、複数のコア４１を挟んで位置している。第２キャビティ４５は、上部クラッド層４２ｂの上面から、下部クラッド層４２ａの下面まで貫通していても非貫通でも構わない。

第２キャビティ４５は、光学素子５を光導波路４に実装する際に、アライメントマークとして使用される。そのため、視認性を考慮すると、光導波路４を平面視した場合に、第２キャビティ４５の平面積は第１キャビティ４４の平面積よりも大きい方がよい。第２キャビティ４５の開口部である第２開口部４５ｂ’は、図１（Ｂ）および図２では、円形状を有している。しかし、第２開口部４５ｂ’は、例えば三角形状、四角形状、五角形状、六角形状などの多角形状（多角形状には、各頂点が丸みを有する多角形状も含む）や、円形状、楕円（長円）形状などの形状を有していてもよい。第１開口部４４ｂ’と同様、第２開口部４５ｂ’も、全て同一の形状を有していてもよく、少なくとも一部の第２開口部４５ｂ’が、異なる形状を有していてもよい。

図３（Ａ）に示すように、第２キャビティ４５において、第２開口部４５ｂ’の中心と第２キャビティ４５の底部であり下部クラッド層４２ａ側に位置する第２底部４５ａ’の中心とを結ぶ第１直線Ｌ１は、光導波路４の厚み方向に対して傾斜している（すなわち、図３に示す角度θ１が９０度ではなく鋭角である）。角度θ１は、光導波路４の大きさなどに応じて適宜設定され、例えば、３０°以上６０°以下程度である。本開示において、光導波路４の厚み方向とは、上部クラッド層４２ｂの上面と下部クラッド層４２ａの下面とを垂直に結ぶ方向を指す。中心とは、例えばそれぞれの開口部を平面視した場合の重心点を指す。

第２キャビティ４５がこのような構造を有することによって、第２キャビティ４５を平面視した場合（図３の矢印Ａ方向から見た場合）に、第２開口部４５ｂ’と第２底部４５ａ’とは離れて位置している。言い換えれば、第２開口部４５ｂ’から第２底部４５ａ’を視認しにくい状態にある。その結果、例えば下部クラッド層４２ａに接触している導体層などに反射する光の影響を、アライメント用のカメラが受けにくくなり、光学素子５を実装する際に第２キャビティ４５の認識性を向上させることができる。

特に、図３（Ａ）に示すように、第２キャビティ４５を断面視した場合に、第２底部４５ａ’は、第２開口部４５ｂ’から視認できない位置に存在しているのがよい。さらに、第２キャビティ４５を平面視した場合に、第２底部４５ａ’の平面積は、第２開口部４５ｂ’の平面積よりも小さい方がよい。このような平面積は、例えば測定機能を有する測定顕微鏡観察により測定することができる。

図３（Ｂ）に示すように、反射ミラー部４３を形成するための第１キャビティ４４は、上記のように、通常、厚み方向に対して傾斜を有している。その傾斜角度、すなわち、第１開口部４４ｂ’の中心、および第１キャビティ４４の底部であり下部クラッド層４２ａ側に位置する第１底部４４ａ’の中心を結ぶ第２直線Ｌ２と、上部クラッド層４２ｂの表面とのなす角度θ２は、第２キャビティ４５において、第２開口部４５ｂ’の中心および第２底部４５ａ’の中心を結ぶ第１直線Ｌ１と上部クラッド層４２ｂの表面とのなす角度θ１と同じであるのがよい。ここで「同じ」とは、全く同じ角度であるという意味ではなく、８°程度の差（±８°）であれば、同じ角度とみなす。中心とは、上記の通り例えばそれぞれの開口部を平面視した場合の重心点を指す。

第１キャビティ４４と第２キャビティ４５とが配置される位置は限定されない。例えば、図２に示すように、第１キャビティ４４が少なくとも２つ形成されている場合、第１キャビティ４４の第１開口部４４ｂ’同士を結ぶ第３直線Ｌ３と、第２キャビティ４５の第２開口部４５ｂ’同士を結ぶ第４直線Ｌ４とが、平行であってもよい。第３直線Ｌ３と第４直線Ｌ４とが平行である場合、光学素子をより精度良く実装することができる。さらに、第３直線Ｌ３と第４直線Ｌ４とは一致（重複）していてもよい。

第３直線Ｌ３は、必ずしも第１開口部４４ｂ’の中心部を通っていなくてもよく、第４直線Ｌ４も、必ずしも第２開口部４５ｂ’の中心部を通っていなくてもよい。一般的な光導波路の大きさを考慮すると、第１開口部４４ｂ’および第２開口部４５ｂ’は小さく、第３直線Ｌ３および第４直線Ｌ４は、それぞれ開口部を通っていれば差し支えない。

一実施形態に係る光回路基板２は、例えば次のようにして形成される。まず、コア基板を用意する。コア基板は、両面銅張り積層板などの絶縁板にドリル、ブラストまたはレーザー加工することでスルーホールを形成し、サブトラクティブ法により絶縁板表面およびスルーホール内に導体層を形成する。コア基板の上下面の導体層は、スルーホール内の導体層であるスルーホール導体によって導通している。

次に、コア基板の上下面にビルドアップ層を形成する。ビルドアップ層は、例えば、熱硬化性の絶縁樹脂フィルムを真空下でコア基板の上下面に被着して熱硬化することで形成される。次に、ビルドアップ層にレーザー加工することで、導体層を底部とするビアホールを形成する。レーザー加工後は、炭化物などを除去するためのデスミア処理を行うことでビアホールとビアホール導体との密着強度が向上する。

次に、セミアディティブ法により、ビルドアップ層表面およびビアホール内に銅めっき金属により導体層を形成する。ビルドアップ層表面の導体層と、ビアホール底部にある導体層は、ビアホール内の導体層であるビアホール導体によって導通されている。

ビルドアップ層の形成工程および導体層の形成工程を繰り返すことによって、ビルドアップ層を所定の層数に形成することができる。最上面のビルドアップ層には、光導波路を形成する位置に導体層を形成してもよい。

次に、最上面のビルドアップ層に形成された導体層に、感光性の樹脂フィルムを被着して、露光および現像した後に熱処理することにより下部クラッド層４２ａを形成する。このとき、下部クラッド層４２ａの下部全体が、導体層の一様な凹凸内に入り込むことでアンカー効果によって密着する。

次に、下部クラッド層４２ａの表面に感光性の樹脂フィルムを被着する。そして、所定のパターン開口を有するマスクを樹脂フィルム上に配置して、マスクの上方から露光を行う。開口を通過した光が当たった部分の樹脂フィルムは硬化する。そして、現像処理を行うことにより未硬化の部分の樹脂フィルムを除去することで所定のパターンを有するコア４１が形成される。露光の際に、上方から照射された光は、開口を通ってコア用の樹脂フィルムに当たり樹脂フィルムを硬化させる。

次に、下部クラッド層４２ａの表面およびコア４１を被覆するように感光性の樹脂フィルムを被着して、露光および現像することにより上部クラッド層４２ｂを形成する。

次に、第１キャビティ４４および第２キャビティ４５を形成するために、これらのキャビティを形成する部分にレーザーを照射する。レーザーとしては、例えばエキシマレーザーを採用して、第１キャビティ４４と第２キャビティ４５とを同時に形成する。具体的には、第１キャビティ４４および第２キャビティ４５を、配線基板３の上面にある共通のアライメントマークを基準にしてエキシマレーザーを照射すればよい。

このようにして、一実施形態に係る光回路基板１を形成することができる。エキシマレーザーを採用することによって、光学素子を実装する際にアライメントマークとして使用する第２キャビティ４５と、光学素子の実装領域に形成される第１キャビティ４４とが同時に形成される。これにより、例えば上記の第１キャビティ４４同士を結ぶ第３直線Ｌ３と、第２キャビティ４５同士を結ぶ第４直線Ｌ４とが平行となるようにし易い。言い換えれば、第１キャビティ４４が並ぶ方向と第２キャビティ４５が並ぶ方向とを揃えやすい。その結果、予め設けられる一般的なアライメントマークを基準とするよりも、第１キャビティ４４の並びと揃った並びの第２キャビティ４５を基準にする方が精度良く光学素子を実装することができる。

本開示の光回路基板は、上述の一実施形態に係る光回路基板２に限定されない。上述の光回路基板２において、第１開口部４４ｂ’同士を結ぶ第３直線Ｌ３と、第２開口部４５ｂ’同士を結ぶ第４直線Ｌ４とは、光学素子５をより精度良く実装しやすい点で平行である。しかし、第３直線Ｌ３と第４直線Ｌ４とは、必ずしも平行でなくてもよい。

１ 光学素子搭載モジュール
２ 光回路基板
３ 配線基板
４ 光導波路
５ 光学素子
６ ＣＰＵ
４１ コア
４２ クラッド層
４２ａ 下部クラッド層
４２ｂ 上部クラッド層
４３ 反射ミラー部
４４ 第１キャビティ
４４ａ’ 第１底部
４４ｂ’ 第１開口部
４５ 第２キャビティ
４５ａ’ 第２底部
４５ｂ’ 第２開口部
Ｌ１ 第１直線
Ｌ２ 第２直線
Ｌ３ 第３直線
Ｌ４ 第４直線

Claims (10)

1. 配線基板と、
   該配線基板の上に位置する光導波路と、
   を備え、
   該光導波路が、
   下部クラッド層と、
   該下部クラッド層の上に位置するコアと、
   前記下部クラッド層の上に位置し、前記コアを被覆している上部クラッド層と、
   該上部クラッド層から前記下部クラッド層にかけて位置しており、前記コアを分断している第１キャビティと、
   前記上部クラッド層から前記下部クラッド層にかけて前記コアから離れて位置しており、平面視した場合に、前記コアを介して位置する少なくとも２つの第２キャビティと、
   を含み、
   前記第１キャビティは、前記上部クラッド層側に位置する第１開口部と、前記下部クラッド層側に位置する第１底部と、を有しており、
   前記第２キャビティは、前記上部クラッド層側に位置する第２開口部と、前記下部クラッド層側に位置する第２底部と、を有しており、
   前記第２開口部の中心と前記第２底部の中心とを結ぶ第１直線が、前記光導波路の厚み方向に対して傾斜している光回路基板。
2. 前記第１キャビティ内に、前記コアの分断面であるミラー部をさらに有し、前記第２開口部同士を結ぶ直線上に前記ミラー部が位置している請求項１に記載の光回路基板。
3. 前記第２開口部の面積は、前記第１開口部の面積より大きい請求項１または２に記載の光回路基板。
4. 前記光導波路が、導体層を介して前記配線基板の上に位置する請求項１～３のいずれかに記載の光回路基板。
5. 前記第２キャビティを平面視した場合に、前記第２底部が前記第２開口部から離れて位置している請求項１～４のいずれかに記載の光回路基板。
6. 前記第２底部の平面積が、前記第２開口部の平面積よりも小さい請求項１～５のいずれかに記載の光回路基板。
7. 前記第１開口部の中心と前記第１底部の中心とを結ぶ第２直線と前記上部クラッド層の表面とのなす角度が、前記第１直線と前記上部クラッド層の表面とのなす角度と同じである請求項１～６のいずれかに記載の光回路基板。
8. 前記光導波路は、複数の前記コアと複数の前記第１キャビティとを含み、
   前記第２キャビティに挟まれた複数の前記コアのうち、少なくとも２つの前記コアは前記第１キャビティで分断されており、
   複数の前記第１キャビティの前記第１開口部同士を結ぶ第３直線と、複数の前記第２キャビティの前記第２開口部同士を結ぶ第４直線とが、平行である請求項１～７のいずれかに記載の光回路基板。
9. 前記第３直線と前記第４直線とが一致する請求項８に記載の光回路基板。
10. 請求項１～９のいずれかに記載の光回路基板と、該光回路基板の上に位置する光学素子とを含む光学素子搭載モジュール。

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