JP5158905B2 - 光回路基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路の光軸を略垂直に変換する光路変換手段を備えた光回路基板およびその製造方法に関するものである。

近年、半導体からなる集積素子の分野では、高速・高密度化への進展が著しく、従来の電気的な配線による相互接続では、信号の遅延、減衰、干渉等により、十分な特性が期待できなくなることが問題となっている。この問題は、ＩＯボトルネックといわれ、これを解決するために光インターコネクション技術が注目されている。光インターコネクション技術は、通信機器相互間や通信機器内のボード間にとどまらず、１つのボード内の集積回路素子間にも適用することが検討されている。

従来のボード内光インターコネクションを実現するための光回路基板としては、特許文献１に開示されている光導波路が形成された多層プリント基板が知られている。ここでは、基板表面に実装された面発光型素子（ＶＣＳＥＬ）から基板に垂直な方向に出射された信号光を、光配線に形成された光路変換ミラーで反射させることで光導波路を導波させ、導波した信号光を別の光路変換ミラーで反射させて面受光型光素子（プレーナー型フォトダイオード）によって受光するものである。

このような光回路基板では、基板表面側から光回路基板内の光導波路に光を入射させたり、光導波路を伝播する光を基板表面側に取り出したりする必要がある。基板表面側で光導波路に光を入出射させる方向は、光導波路の光軸と直交する方向となるため、基板表面側から入射した光を光導波路の光軸に一致するように光軸を９０°変換させる手段が必要となる。このような光路変換手段として、特許文献１では光路変換ミラーが用いられている。

光軸を９０°変換する光路変換手段は、光軸に対して４５°傾斜した反射面を有しており、この４５°傾斜した反射面を形成する方法が従来より知られている。一例として、ダイシングソーを用いた図７に示す方法が多く用いられている。この方法は、研磨面が４５°傾斜しているダイシングソー９０１を用いて光導波路９０２を研磨することで、研磨された光導波路部分に反射面９０３を形成する方法である。光導波路９０２の光軸に直交する方向に、ダイシングソー９０１を直線状に移動させながら光導波路９０２を研磨する。これにより、光導波路９０２の光軸に対して４５°の傾斜角を有する研磨面が形成され、この研磨面に金属を蒸着することで反射面９０３を形成することができる。

光路変換手段を形成する別の方法として、図８に示す方法も従来より知られている。この方法は、光回路基板９１１を４５°だけ傾け、ドライエッチングやレーザー加工等の方法を用いて垂直方向に光回路基板９１１に切断面を形成する。これにより、光導波路９１２に傾斜角４５°の切断面が形成され、この切断面に金属を蒸着することで反射面９１３を形成する。

光路変換手段を形成するさらに別の方法として、図９に示す方法が特許文献２に開示されている。特許文献２に記載の方法によれば、光回路基板９２１の所定の位置に、光導波路９２２を取り除いた孔部９２３を形成し、この孔部９２３に断面が直角２等辺三角形のミラー部品９２４を搭載している。この方法では、ミラー部品９２４を光回路基板９２１の所定の位置にはんだ接続あるいは接着剤で接着している。

光路変換手段を形成するさらに別の方法として、図１０に示す方法が特許文献３に開示されている。特許文献３に記載の方法によれば、光導波路のコア９３１を形成するフォトリソ工程で使用するフォトマスク９３２に傾斜部分９３３を形成し、そのグレースケール領域をミラーにする。

特開２００６−１２０９５６号 特開２００３−５０３２８号 特開２０００−２９８２２１号

しかしながら、上記従来の光回路基板およびその製造方法では、以下のような問題があった。ダイシングソーを用いて反射面を形成する方法では、ダイシングソーによる研磨面が光導波路を直線状に横断するように形成されるため、たとえば、所定の限られた部分だけを研磨して反射面を形成するといったことができない。また、ダイシングブレードが劣化しやすく、劣化すると研磨面が一様に研磨されなくなり、反射面としての精度が低下するおそれがある。さらに、ダイシングブレードの先端等が磨耗して丸くなる等により、研磨面の形状が変化してしまうおそれもある。

光回路基板を４５°だけ傾斜させてドライエッチングやレーザー加工で切断面を形成する方法では、光回路基板の傾斜角度や位置の調整が容易でないといった問題がある。また、反射面に用いる面が傾斜のついたスリット状の切断部分の側面に相当するため、これに金属を蒸着させるのが容易でないといった問題もある。

特許文献２による方法では、反射面の位置、向きおよび傾斜角度が所望通りとなるようにミラーを高精度に配置するのが困難であり、特にはんだで溶接するときに、はんだの表面張力でミラーが動いてしまうといった問題がある。

特許文献３に記載の方法では、フォトマスクの傾斜部分に相当する位置のコア用樹脂は、光量不足の状態で硬化された状態にある。そのため、フォトマスクの傾斜に合わせて樹脂が硬化するというよりも、不完全な硬化状態となって硬化された部分の形状が安定しない状態となる。その結果、傾斜角４５°の平面状の反射面を形成するのが容易でないといった問題がある。

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、光導波路のコアと光路変換手段とが高い位置精度で形成された光回路基板およびその製造方法を提供することを目的としている。

この発明の光回路基板の製造方法の第１の態様は、絶縁層の少なくとも一方の面に導体パターン層を作製するプリント配線板の製造工程と、光軸が前記一方の面と平行に配置されたコアとこれを取り囲むクラッドとを作製する光導波路の製造工程と、を有する光回路基板の製造方法であって、前記プリント配線板の製造工程では、前記プリント配線板の一方の面上にコア厚さとコアと導体パターン間のクラッド厚さとを足し合わせた以上の厚さで形成された厚銅層の所定位置に、所定幅の第１の段層を形成するように前記厚銅層を所定厚さまでエッチングし、端部の包絡面が略４５°の傾斜面となるように前記第１の段層を順次エッチングして２以上の段層を形成し、前記厚銅層は前記導体パターン層としての厚さまでエッチングし、前記２以上の段層全体をエッチングして、各段層の角部の銅を優先的にエッチングし、略４５°の前記傾斜面を形成することにより、前記光軸を前記傾斜面で前記一方の面に対し略垂直の方向に変換する光路変換手段を前記導体パターン層上に突出する形状に前記導体パターン層と一体に形成することを特徴とする。

この発明の光回路基板の製造方法の他の態様は、前記プリント配線板の製造工程では、前記光路変換手段の形成と同時に、前記光路変換手段に近接してエッチングにより、前記光導波路の製造工程におけるフォトマスクと前記プリント配線板を位置合わせするための認識マークを形成することを特徴とする。

この発明の光回路基板の製造方法の他の態様は、前記光導波路の製造工程では、前記光路変換手段から所定距離だけ離して前記コアを形成することを特徴とする。

本発明によれば、光路変換手段をプリント配線板の作製と同一工程で形成することにより、光導波路のコアと光路変換手段とが高い位置精度で形成され、コアを光路変換手段から所定距離だけ離して形成することにより、光路変換手段近くの歪んだ形状のコアがなく確実に光路変換する光回路基板およびその製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態の光回路基板を示す断面図である。 本発明の実施形態の光回路基板の製造方法を説明する図である。 本発明の別の実施形態の光回路基板の製造方法を説明する図である。 従来の光導波路の製造工程を示す平面図である。 本発明の実施形態の光導波路の製造方法を説明する図である。 本発明の実施形態の光導波路の製造方法を説明する図である。 従来の光回路基板の製造方法を説明する図である。 従来の光回路基板の製造方法を説明する図である。 従来の光回路基板の製造方法を説明する図である。 従来の光回路基板の製造方法を説明する図である。

図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における光回路基板の構成及びその製造方法について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

本発明の光回路基板の実施の形態を、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態の光回路基板１００の断面図を示している。光回路基板１００は、プリント配線板１１０と、これに平行に配置された光導波路１２０とを備えており、光導波路１２０の所定の位置に光路変換手段のミラー１３０が設けられている。

プリント配線板１１０は、絶縁層１１２の上に銅で形成された導体パターン層１１１が設けられている。また、光導波路１２０は、コア１２１とこれを取り囲むクラッド１２２で構成されており、コア１２１は、その光軸がプリント配線板１１０と平行になるように形成されている。ミラー１３０は、コア１２１の光軸をプリント配線板１１０に対し略垂直となる方向に変換するものであり、コア１２１の光軸に対し４５°傾斜させた反射面１３１を有している。

本実施形態の光回路基板１００は、ミラー１３０が導体パターン層１１１と一体に形成されていることを特徴としている。すなわち、ミラー１３０は、導体パターン層１１１と同様に銅で形成されており、プリント配線板１１０上に光導波路１２０が形成される前に、導体パターン層１１１の形成と同時に形成されている。

また、本実施形態の光導波路１２０は、コア１２１がミラー１３０の反射面１３１の直前までしか形成されておらず、コア１２１と反射面１３１との間にはコア１２１が形成されない隙間が設けられている。本実施形態では、この隙間をクラッド１２２で埋めている。クラッド１２２は、コア１２１及びミラー１３０を覆うように形成されている。

上記のように形成された本実施形態の光回線基板１００では、ミラー１３０の反射面１３１がコア１２１の光軸に対し４５°の傾斜角となるように高精度に作製されている。本実施形態では、光導波路１２０をプリント配線板１１０上に形成する前に、ミラー１３０が導体パターン層１１１と一体に形成されている。そのため、光導波路１２０を、ミラー１３０との位置合わせを高精度に行って形成することができる。このように、ミラー１３０を形成したのちに、これと位置合わせして光導波路１２０を形成することができることから、コア１２１の光軸がミラー１３０の反射面１３１に対し高精度に位置合わせすることが可能となる。

また、本実施形態ではコア１２１をミラー１３０から所定距離だけ離して形成されている。そのため、ミラー１３０近くに生じる歪んだ形状のコアを除外して確実に光路変換することができる。このようにミラー１３０が導体パターン層１１１と一体に形成されているプリント配線板１１０上に、コア１２１をミラー１３０から所定距離だけ離して形成することで、ミラー１３０近くに生じる歪んだ形状のコアを除外することができることから、確実に光路変換することが可能となる。

次に、本発明の光回路基板の製造方法の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。以下では、上記実施形態の光回路基板１００を製造する工程について説明する。本実施形態の光回路基板の製造方法は、プリント配線板１１０の製造工程と光導波路１２０の製造工程を有している。ミラー１３０は、プリント配線板１１０の製造工程において形成される。

ミラー１３０が製造される工程を、図２を用いて以下に説明する。図２は、本実施形態のミラー１３０を製造する工程を、プリント配線板１１０の断面図を用いて説明する図である。ミラー１３０を製造する工程では、まず絶縁層１１２の上に導体パターン層１１１を形成しておくか絶縁層１１２と導体パターン層１１１が一体となった基材を用意しておく（図２（ａ））。つぎに、ミラー１３０を製造する第１ステップとして、導体パターン
層１１１の所定の位置に銅めっきを行って第１段目の銅層１３２ａを形成する（図２（ｂ））。

次の第２ステップとして、第１ステップで形成された第１段目の銅層１３２ａの上に銅めっきを行って第２段目の銅層１３２ｂを形成する（図２（ｃ））。以下、銅めっきにより所定の段数の銅層を順次形成していく。なお、図２では、簡単のため銅層１３２（１３２ａ、１３２ｂ）を２層のみとしている。このような銅層１３２を順次形成するにあたっては、各銅層１３２の頂部が傾斜角４５°の仮想的な平面１３３ａ、１３３ｂに接するように各銅層１３２の位置を決定する。

最上部の段まで銅層１３２が銅めっきにより階段状に形成されると、つぎに銅層１３２全体にさらに銅めっきを行う。この銅めっきでは、階段状に形成された銅層１３２のコーナー部１３４に電解集中するため、この部分が優先的に銅めっきされる。その結果、図２(ｄ)に示すように、コーナー部１３４が銅で埋められて平面状の４５°傾斜した反射面１３１が形成される。なお、最上部の段の上に形成される頂部１３５は、９０°角の頂点が形成されずなだらかな形状となるが、頂部１３５がコア１２１より垂直方向に高い位置となるようにすることで、頂部１３５の側面は光路変換手段に用いられることはない。

本発明の光回路基板の製造方法の別の実施形態として、ミラー１３０の別の製造方法を図３を用いて以下に説明する。図３は、本実施形態のミラー１３０を製造する工程を、プリント配線板１１０の断面図を用いて説明する図である。本実施形態のミラー１３０を製造する工程では、まず絶縁層１１２の上に導体パターン層１１１よりも十分大きい厚さの厚銅層１３６を形成しておく（図３（ａ））。つぎに、ミラー１３０を製造する第１ステップとして、厚銅層１３６の所定の領域を残してそれ以外の部分をエッチングにより所定の厚さまで除去する。これにより、ミラー１３０全体を含む最上段の段層１３７ａを形成する（図３（ｂ））。

次の第２ステップとして、第１ステップで形成された段層１３７ａとその外周の所定の領域を残して厚銅層１３６を導体パターン層１１１の厚さまでエッチングして除去する。これにより上部から２段目の段層１３７ｂが形成される（図３（ｃ））。以下、新たに形成された段層部分を順次エッチングしていくことにより、最上段から順に段層を形成していく。なお、図３では、簡単のため段層１３７（１３７ａ、１３７ｂ）を２段のみとしている。このような段層１３７を順次形成するにあたっては、各段層の頂部が傾斜角４５°の仮想的な平面に接するように各段層１３７の位置を決定する。

上記のようなエッチングにより、最下段まで段層１３７が階段状に形成されると、つぎに段層１３７全体をさらにエッチングする。このエッチングでは、階段状に形成された段層１３７の角部(凸部)１３８が優先的にエッチングされる。その結果、図３(ｄ)に示すように、角部１３８が除去されて平面状に４５°傾斜した反射面１３１が形成される。

上記の実施形態のいずれかでミラー１３０が形成されると、つぎの光導波路の製造工程では、ミラー１３０と光結合する光導波路１２０が形成される。光導波路の製造方法に係る実施形態を以下に説明する。プリント配線板１１０上にミラー１３０がすでに形成されていることから、このミラー１３０と高精度に位置合わせして光導波路１２０を形成することができる。

光導波路の製造工程は、まずプリント配線板１１０の導体パターン層１１１の上に下部クラッド用の樹脂をラミネートし、その後、下部クラッド用樹脂の上にコア用の樹脂をラミネートする。コア用樹脂は、露光によりコア１２１を配置する部分だけが硬化され、現像によりそれ以外の未硬化部分が除去される。コア１２１が形成されると、その上から上部クラッド用の樹脂がラミネートされて光導波路１２０が作製される。

上記の光導波路１２０の製造工程では、コア１２１を形成する際に、コア１２１の部分以外を遮光するフォトマスクで蔽った上でコア用樹脂を露光している。図４は、従来の光導波路の製造工程において、コア１２１を形成する方法を説明する図である。図４(ａ)、（ｂ）は、フォトマスク１４３をコア用樹脂１４１の上に蔽う前の状態を示すそれぞれ断面図および平面図であり、図４(ｃ)は、フォトマスク１４３を蔽った状態を示す平面図である。図４(ａ)は、同図（ｂ）に示す断面ＡＡ’における断面図である。同図（ｃ）に示すように、露光時にはミラー１３０がフォトマスク１４３で覆われてしまうため、コア１２１を形成するための第１の光透過部１４３ａをミラー１３０に対して精度良く位置合わせすることができなくなる。

そこで、本実施形態の光導波路１２０の製造方法では、コア１２１を形成する部分を位置合わせするための認識マークを、ミラー１３０の形成と同時に導体パターン層１１１上に作製している。本実施形態の光導波路１２０の製造方法を、図５を用いて以下に説明する。図５(ａ)、（ｂ）は、フォトマスク１４３をコア用樹脂１４１の上に蔽う前の状態を示すそれぞれ断面図および平面図であり、図５(ｃ)は、フォトマスク１４３を蔽った状態を示す平面図である。図５(ａ)は、同図（ｂ）に示す断面ＡＡ’における断面図である。

図５に示すように、本実施形態ではミラー１３０の近傍に認識マーク１４４が形成されている。認識マーク１４４は、ミラー１３０とコア１２１との位置合わせが可能な場所に設ければ良く、図５に示した位置に限定されるものではない。また、認識マーク１４４は、反射面１３１の向きを精度良く確認できるような形状に形成されるのが好ましく、ここではミラー１３０の垂直断面の方向を示す指示線１４４ａと、ミラー１３０に平行な方向を示す指示線１４４ｂとが形成されている。

また、本実施形態で用いるフォトマスク１４３には、認識マーク１４４を視認できるように第２の光透過部１４３ｂが設けられており、その中に認識マーク１４５が描かれている。認識マーク１４５は、認識マーク１４４との相対位置と相対角度を精度良く確認できるような形状であることが好ましく、ここではマーク中心位置を示す点１４５ａと、認識マーク１４４の指示線１４４ａと指示線１４４ｂとが間を通るように円弧１４５ｂとが描かれている。これにより、第２の光透過部１４３ｂから認識マーク１４５と認識マーク１４４を重ね合わせながら確認し、たとえば第１の光透過部１４３ａの長手方向が認識マーク１４４の指示線１４４ａと平行でかつミラー１３０に対し光透過部１４３ａ端部が所定の場所に位置するようにフォトマスク１４３を位置決めすることができる。その結果、第１の開口部１４３ａの位置に形成されるコア１２１が、ミラー１３０に対して精度良く位置決めされて形成される。

本実施形態の光導波路１２０の製造方法では、コア１２１をミラー１３０の反射面１３１に接する位置までは形成せず、その手前で終端となるように形成している。ミラー１３０近傍におけるコア１２１の配置方法を、図６を用いて以下に説明する。図６(ａ)は、導体パターン層１１１の上に下部クラッド１４２ａをラミネートした状態を示している。次に、下部クラッド１４２ａの上にコア１２１を形成した状態を図６(ｂ)に示す。次にコア１２１を形成するためのフォトマスク１４３を配置しコア用樹脂１４１が露光された状態を図６（ｃ）に示す。本実施形態では、コア１２１形成用のフォトマスク１４３の光透過部１４３ａの終端部がミラー１３０の反射面１３１の手前の位置としている。

比較のために、ミラー１３０の反射面１３１までコア１２１形成用のフォトマスク１４３の光透過部１４３ａの終端部をのばした状態を図６(ｄ)に示す。コア１２１形成用のフォトマスク１４３の光透過部１４３ａの終端部を反射面１３１までのばすと、コア用樹脂１４１を硬化させるために照射した光が、反射面１３１で向きを変えて反射され、反射面１３１上部およびその周辺にラミネートされたコア用樹脂１４１は、反射面１３１から離れた他の部分とは露光量が異なった状態となる。その結果、露光によって形成されるコア１２１の形状が、反射面１３１周辺と他の反射面１３１から離れた位置とで異なったものとなり、安定した形状が得られなくなってしまう。

また、ミラー１３０の上部にコア用樹脂１４１をラミネートすると、ミラー１３０の上部にかかるラミネートの圧力は局所的に大きくなり、コア用樹脂１４１の厚さはミラー１３０手前までの厚さと比較して薄く変化してしまう。

さらに、ミラー１３０の手前までは、プリント配線板１１０と平行にラミネートされてきたコア用樹脂１４１がミラー１３０の上部で反射面１３１に沿って曲がってしまい、反射面１３１に対する入射角が変化してしまうことから、垂直に光路変換することが出来なくなってしまう。

これに対し、図６(ｃ)に示した本実施形態によるコア１２１は、反射面１３１の近傍には形成されないようにしていることから、コア用樹脂１４１の露光が一様に行われ、均一形状のコア１２１が得られ、さらにコアが反射面１３１に沿って曲がってしまうことなくプリント配線板１１０に平行に光が伝播される。コア１２１が形成された後、上部クラッド用樹脂１４２ｂがラミネートされてクラッド１２２が形成される（図６（ｅ））。このとき、コア１２１の先端と反射面１３１との間にも上部クラッド用樹脂１４２ｂがラミネートされ、隙間なくクラッド１２２が形成されることから、コア１２１と反射面１３１との間でも、光が直線状に通光することができる。

以上説明したように本発明によれば、光路変換手段であるミラーをプリント配線板の製造工程で同時に形成することにより、光導波路のコアと光路変換手段のミラーとの位置精度が高い光回路基板、およびその製造方法を提供することができる。本発明の光回路基板の製造方法では、光路変換手段の配置や光導波路との配置関係等に制約がないことから、光回路基板の設計の自由度を大幅に高めることができる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る光回路基板及びその製造方法の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における光回路基板等の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１００、９１１、９２１ 光回路基板
１１０ プリント配線板
１１１ 導体パターン層
１１２ 絶縁層
１２０、９０２、９１２、９２２ 光導波路
１２１、９３１ コア
１２２ クラッド
１３０ ミラー
１３１、９０３、９１３ 反射面
１３２ 銅層
１３６ 厚銅層
１４４、１４５ 認識マーク
９０１ ダイシングソー
９３２ フォトマスク

Claims (3)

1. 絶縁層の少なくとも一方の面に導体パターン層を作製するプリント配線板の製造工程と、光軸が前記一方の面と平行に配置されたコアとこれを取り囲むクラッドとを作製する光導波路の製造工程と、を有する光回路基板の製造方法であって、
   前記プリント配線板の製造工程では、
   前記プリント配線板の一方の面上にコア厚さとコアと導体パターン間のクラッド厚さとを足し合わせた以上の厚さで形成された厚銅層の所定位置に、所定幅の第１の段層を形成するように前記厚銅層を所定厚さまでエッチングし、
   端部の包絡面が略４５°の傾斜面となるように前記第１の段層を順次エッチングして２以上の段層を形成し、
   前記厚銅層は前記導体パターン層としての厚さまでエッチングし、
   前記２以上の段層全体をエッチングして、各段層の角部の銅を優先的にエッチングし、略４５°の前記傾斜面を形成することにより、
   前記光軸を前記傾斜面で前記一方の面に対し略垂直の方向に変換する光路変換手段を前記導体パターン層上に突出する形状に前記導体パターン層と一体に形成する
   ことを特徴とする光回路基板の製造方法。
2. 前記プリント配線板の製造工程では、
   前記光路変換手段の形成と同時に、前記光路変換手段に近接してエッチングにより、前記光導波路の製造工程におけるフォトマスクと前記プリント配線板とを位置合わせするための認識マークを形成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光回路基板の製造方法。
3. 前記光導波路の製造工程では、
   前記光路変換手段から所定距離だけ離して前記コアを形成する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光回路基板の製造方法。

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