JP2005266119A - 光電配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気配線基板を貫通する光導波路を容易に形成できるとともに、光導波路における光の伝播損失を抑制できる光電配線基板の製造方法を提供する。さらに、受光素子と光導波路の結合効率を効率化することのできる光電配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 基板表面に配線を形成する工程と、所望の形状および大きさとなるように基板の一部を除去するとともに貫通孔を形成する工程と、クラッド突起部および光配線の第１クラッドを同時に形成する工程と、コア突起部および光配線のコアを同時に形成し、さらに前記コアに光路変換手段を形成する工程と、光配線の第２クラッドを形成する工程とを含む、光電配線基板の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気配線基板上に光導波路による光配線を有する光電配線基板の製造方法に関する。

マイクロプロセッサが数Ｇビット／秒までに高性能化されるに伴い、これまでの電気配線を用いた配線では電磁雑音などの影響により大容量伝送の実現が難しくなってきている。そこで、近年では、たとえば電磁雑音などの影響のない光配線を光導波路により作製し、伝送容量を高める方法が盛んに研究されている。

このように電気配線基板上に光導波路による光配線を有してなる光電配線基板の製造方法としては、従来、たとえば特許文献１に開示された方法が知られている。この特許文献１に記載された光・電気配線基板（光電配線基板）の製造方法について、以下、図１０および図１１を参照して説明する。図１０（ａ）〜（ｅ）は、特許文献１に記載された従来の光・電気配線基板の製造方法の各工程を示した図であり、実行順に並べられている。また図１１は、図１０に示す各工程を経て製造された後、ミラー１０６およびレンズ１０７を形成してなる光・電気配線基板を示している。

まず、図１０（ａ）に示すように、電気配線ならびにパッド１１０を有する１２５μｍ厚のポリイミド基板である電気配線基板１０１に、レーザにて１００μｍの貫通孔（スルーホール）１０８を開ける。

次に、図１０（ｂ）に示すように、電気配線基板１０１の貫通孔（スルーホール）１０８の内面を、たとえば屈折率１．５２に調整したフッ素化エポキシ樹脂である鉛直方向クラッド１０３ｂで埋め、２００℃で硬化させる。

次に、図１０（ｃ）に示すように、電気配線基板１０１のパッドが形成されていない側の面に、光配線層１０２を形成する。まず、屈折率１．５２に調整したフッ素化エポキシ樹脂を塗布する。その後、塗布したフッ素化エポキシ樹脂を２００℃で硬化させ、たとえば膜厚を２０μｍとして、水平方向クラッドの一部を形成する。

次に、屈折率１．５３に調整したフッ素化エポキシ樹脂を塗布し、２００℃で硬化させ、８μｍ厚とし、定法によりドライエッチングにて水平方向導波路を形成する。このときの水平方向導波路の幅は、たとえば８μｍである。さらに、屈折率１．５２に調整したフッ素化エポキシ樹脂を水平方向導波路に塗布する。その後、塗布したフッ素化エポキシ樹脂を硬化させ、たとえば膜厚を２０μｍとして、水平方向クラッドの残りの部分を形成する。以上の構成により、光配線層１０２が完成する（図１０（ｃ））。

続いて、図１０（ｄ）に示すように、エキシマレーザにて、鉛直方向クラッドにて埋められた貫通孔（スルーホール）１０８の中心部分に、該貫通孔（スルーホール）１０８の内径よりも小さい内径を持つ貫通孔（スルーホール）１０８を開ける。その結果、貫通孔（スルーホール）１０８の側面は、鉛直方向クラッドによって被覆されることになる。

次に、図１０（ｅ）に示すように、電気配線基板１０１の貫通孔（スルーホール）１０８を、水平方向導波路と同じ材料のフッ素化エポキシ樹脂で埋める。その後、該フッ素化エポキシ樹脂を２００℃で硬化することにより、鉛直方向導波路を形成することができる。

上記のような工程を経た後の光・電気配線基板には、ミラー１０６を形成するようにしてもよい。ミラー１０６は、水平方向導波路と鉛直方向導波路とが交差する部位に、９０度刃によるダイシング加工あるいはＲＩＥの斜めのエッチングによって、電気配線基板１０１の面に対して４５度の面によって形成する。このミラー１０６は、スパッタ、蒸着などによって、金属反射膜を有するミラー１０６としてもよい。ミラー１０６の形成は、電気配線基板１０１が光配線層１０２との接着面において有するアライメントマーク（図示せず）を基準として実行される。

さらに、電気配線基板１０１に位置する鉛直方向導波路の端面に対して、レンズ１０７を設けてもよい。このレンズ１０７は、光・電気配線基板と該光・電気配線基板に実装される受光素子との光軸合わせを容易にするために設けられる。光導波路中を伝播した光は、レンズ１０７によって集光されることにより、高精度の光軸合わせを実現することができる。なお、レンズ１０７はＴｇあるいは融点が低く、鉛直方向導波路と同じ屈折率であり、感光性を有するアクリル系樹脂の矩形パターンを光スルーホールの露出部上に形成し、２００℃にて溶融させることにより形成できる。このようにして、図１１に示したような光・電気配線基板を製造することができる。
国際公開第０１／００１１７６号パンフレット

しかしながら、上述した特許文献１に記載された従来の光・電気配線基板の製造方法には、以下のような課題があった。

すなわち、電気配線基板に形成した孔に光導波路を形成する際に、クラッドを充填した後、レーザを照射することによりクラッドの中心部に孔を形成し、その後コアを充填するという方法を採用している（図１０（ｄ），（ｅ））ために、除去したクラッドの材質が周辺部に煤として残留し、その煤を除去するため薬液により除去する工程を新たに必要とする課題があった。さらにレーザ照射により孔の内面が凹凸になり、その後、コアを形成して光導波路としてもコア・クラッド界面において光の伝播損失が大きくなるという課題があった。

また、特許文献１に記載の光・電気配線基板の製造方法においては、水平方向の光導波路に対し、鉛直方向の光導波路を形成するために、レーザを照射して鉛直方向のコア領域を形成している。しかし、この製造方法では、鉛直方向と水平方向の光導波路に境界部が形成され、この境界部において光の伝播損失が大きくなるという課題もあった。

さらに、必要に応じてレンズを形成する場合においては、光導波路の上に新たに形成しているため、レンズと光導波路の界面において光の伝播損失が発生するという課題があった。加えて、レンズは、電気配線基板と同一面上にしか形成できないため、発光素子の発光面や受光素子の受光面との間隔を制御することができず、光結合効率の最適化に対して、必要に応じて発光素子や受光素子の高さを調整することができないという課題があった。

以上のように、レーザ照射により光導波路を形成する従来の方法では、コアとクラッドの界面、鉛直方向と水平方向の光導波路の境界部、さらにレンズと光導波路の境界部など様々な部分で光の伝播損失が大きくなるという課題がある。このように光の伝播損失が大きくなるということは、光配線を実現する上で大きな問題となってくる。すなわち、光配線を実現するためには受光素子の受信に必要となる最小受光量に応じて発光素子の光出力を大きくする必要があり、発光素子に大きな負荷をかけることになる。また、光量に余裕がないことから光配線の設計において自由度がない。したがって、発光素子を劣化させることなく長期にわたり安定性を確保するとともに、光配線の設計における自由度をもたせることを考慮すれば、光導波路での伝播損失をできるだけ抑制し、効率的な光配線とすることが必要である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、電気配線基板を貫通する光導波路を容易に形成できるとともに、光導波路における光の伝播損失を抑制できる光電配線基板の製造方法を提供することである。さらに本発明は、受光素子と光導波路の結合効率を効率化することのできる光電配線基板の製造方法を提供することもその目的とする。

本発明の光電配線基板の製造方法は、基板表面に電気配線を形成する工程と、所望の形状および大きさとなるように基板の一部を除去するとともに貫通孔を形成する工程と、クラッド突起部および光配線の第１クラッドを同時に形成する工程と、コア突起部および光配線のコアを同時に形成し、さらに前記コアに光路変換手段を形成する工程と、光配線の第２クラッドを形成する工程とを含むことを特徴とする。

本発明の光電配線基板の製造方法は、前記所望の形状および大きさとなるように基板の一部を除去するとともに貫通孔を形成する工程において、前記貫通孔は、金型に設けたリング状の貫通孔形成部による打ち抜きにより形成し、前記工程の後の工程において、当該金型を前記基板の保持具として用いることが好ましい。

また本発明の光電配線基板の製造方法においては、前記クラッド突起部および光配線の第１クラッドを同時に形成する工程が、前記金型に設けた前記貫通孔形成部に、クラッド突起部の所望の形状に対応した形状を有する第１の部材を配して行われ、前記コア突起部および光配線のコアを同時に形成する工程が、前記金型に設けた前記貫通孔形成部に、コア突起部の所望の形状に対応した形状を有する第２の部材を配して行われることが好ましい。

本発明の光電配線基板の製造方法においてはさらに、前記クラッド突起部およびコア突起部は、前記貫通孔形成部、前記第１の部材および第２の部材の高さを調整することにより、変更可能であることが好ましい。

本発明の光電配線基板の製造方法によれば、基板を貫通する光導波路の形成において、貫通孔に充填したクラッドをレーザ照射により加工し、さらにコアを充填するという複雑な工程を経ることなく、基板に形成した貫通孔にクラッド突起部および光配線の第１クラッド、コア突起部および光配線のコア、光配線の第２クラッドを順次形成するので、製造工程の簡略化が可能であり、さらに、レーザ照射による加工の際に発生する煤を除去するといった余分な工程も必要とせず、コアとクラッドの界面が良好で、製造時に光導波路中に境界部が発生しない良好な光導波路を得ることができる。

また本発明の光電配線基板の製造方法によれば、光配線のコアの形成と同時に、コア突起部の端面にレンズを形成することができるので、レンズとコアの界面がなく、余分な光の伝播損失が発生しない光電配線基板を得ることができる。

さらに本発明の光電配線基板の製造方法では、基板に形成した貫通孔にクラッド突起部および光配線の第１クラッド、コア突起部および光配線のコア、光配線の第２クラッドを順次形成する構成を採るため、これらの形成に用いる部材の寸法を適宜調整することによってクラッド突起部およびコア突起部の高さ調整を可能とする自由度を有する。このため、光素子と光結合するクラッド突起部およびコア突起部との間隔を調整することによって、光結合効率を最適化できる光電配線基板を得ることができる。

図１〜図３は、本発明の光電配線基板の製造方法の好ましい一例の各工程を段階的に示す図である。本発明は、基板１表面に電気配線を形成する工程（以下、「第１工程」と呼称する。）と、所望の形状および大きさとなるように基板１の一部を除去するとともに貫通孔８を形成する工程（以下、「第２工程」と呼称する。）と、クラッド突起部９ａおよび光配線の第１クラッド４を同時に形成する工程（以下、「第３工程」と呼称する。）と、コア突起部９ｂおよび光配線のコア３を同時に形成し、さらに前記コア３に光路変換手段を形成する工程（以下、「第４工程」と呼称する。）と、光配線の第２クラッド５を形成する工程（以下、「第５工程」と呼称する。）とを含むことを特徴とする光電配線基板の製造方法である。以下、図１〜図３を参照して、本発明の光電配線基板の製造方法の各工程について詳述する。

まず、第１工程では、基板１の表面に電気配線を形成する。基板１としては、当分野において従来より広く用いられている基板であれば特に制限されるものではないが、フレキシブル性（可撓性）を有する樹脂で形成された基板を用いるのが好ましい。フレキシブル性を有する基板１を用いることで、凹凸構造を有した場所においても自由に取り付けが可能であり、光電配線基板を用いた配線設計の自由度が増すためである。ポリエステルやエポキシ、あるいはポリイミドなどでフィルム状にした樹脂であってフレキシブル性を有するものが基板１として考えられるが、中でも次の光配線となる光導波路を形成する工程における処理温度が高温（３００〜４００℃）となる場合においては、耐熱性を有する樹脂を選択することが好ましく、中でも熱収縮が小さく耐熱性に優れているポリイミド・フィルムを基板１として用いるのが好ましい。基板１の厚みは、特に制限されないが、貫通孔を容易に形成できることから、１００μｍ以下であることが好ましい。

基板１表面への電気配線の形成は、いずれかの方法により基板１上に金属膜を形成して行う。金属膜の形成方法としては、蒸着による方法や金属箔を貼り合わせる方法などがあり、たとえば、金属箔であれば、基板１に金属箔を貼り合わせ、その上からレジストを塗布し、露光した箇所のレジストを剥離することによって除去する箇所のパターンを形成した後、金属箔をウェットエッチングすることによって電気配線の形成を行う。また、基板として上記のポリイミドを使用した場合、金属箔としてポリイミドと線膨張係数の近い銅を用いれば、基板の形状を変化させた場合に基板から剥がれることのない電気配線を得ることができる。なお、基板１は、通常、ロールにより供給される形態で、第１工程および第２工程に供される。ロールより引き出された基板１を、樹脂の一面に金属膜にウェット処理して、電極１０を含む電気配線を形成した（第１工程）後、第２工程に供する。

続く第２工程では、所望の形状および大きさとなるように基板の一部を除去するとともに貫通孔を形成する。ここで、「所望の形状および大きさ」は、製造しようとする光電配線基板によって適宜選択される形状および大きさを指し、特に制限されるものではない。第２工程では、具体的には、表面に電気配線が形成された基板１を、図１（ａ）に示すように、リング状の貫通孔形成部１２が設けられた金型（台座）１１と、貫通孔形成部１２と嵌合する大きさの径Ｒ１を有する孔１３ａが設けられた抜き基板１３との間に挟み、プレスすることによって、基板１を打ち抜いて、所望の形状および大きさとなるように基板の一部を除去するとともに貫通孔８を形成する。なお、第２工程は、基板１の前記第１工程で電極１０を含めた電気配線を形成した側に台座１１が配置されるようにして、プレス加工を行う。台座１１としては、上記のようにロールにより供給された状態で第１工程を経て供された基板１を、所望の形状および大きさに加工することができ、かつ、基板１の所望の位置に貫通孔８が形成されるように予め設計されたものを用いる。なお、台座１１としては、当分野にて金型の材質として一般に用いられている、たとえばＳＫＤ、ＳＫＨ、ＳＵＳ、超硬などで形成されたものを適宜用いることができる。また、台座１１の貫通孔形成部１２は、図１（ａ）に示すように、基板１に当接させる側が、前記抜き基板１３が有する孔１３ａの径Ｒ１（後に基板１に形成される貫通孔８の径と同じ）よりも小さな径Ｒ２を有し、かつ、基板より離反した側が前記径Ｒ２よりも小さな径Ｒ３を有するようなものを用いるのが好ましい。これにより後述するクラッド突起部９ａおよびコア突起部９ｂを容易に形成することができる。

図１（ｂ）には、上記金型によりプレス加工を行った後の状態を示す。図１（ｂ）に示すように、台座１１と抜き基板１３とで基板１を挟んでプレス加工することによって、貫通孔８を形成するために台座１１に設けられたリング状の貫通孔形成部１２と嵌合する抜き基板１３に設けられた孔１３ａとによって、径Ｒ１を有する貫通孔８を形成する箇所の基板部分１５が除去される。本発明の光電配線基板の製造方法においては、かかる第２工程において、上述のように台座１１に設けたリング状の貫通孔形成部１２による打ち抜きにより貫通孔８を形成し、この第２工程の後の工程において、当該台座１１を基板１の保持具として用いるのが好ましい。上述したように、第２工程においては、基板１の電気配線が形成された側が台座１１に当接するように配置してプレス加工を行うが、そのまま基板１を台座１１に保持したまま後の工程に供することで、別途保持具を準備することなく基板１の電気配線が形成されていない側に容易に光配線を形成することができ、かつ、台座１１に設けられた貫通孔形成部１２を利用して、光配線（後述する第１クラッド４、コア３、第２クラッド５）の形成と同時に、突起部（後述するクラッド突起部９ａ、コア突起部９ｂ）を形成することができる。

続く第３工程では、図２（ａ）に示すように、クラッド突起部９ａおよび光配線の第１クラッド４を同時に形成する。具体的には、台座１１に保持した状態の基板１を、貫通孔形成部１２の径Ｒ３を有する部分に嵌合するような第１の部材１４ａを配した状態で、基板１の台座１１に当接していない側に第１クラッドの形成材料となる樹脂を塗布する。ここで、第１の部材１４ａとしては、長手方向における長さが、貫通孔形成部１２に嵌合した状態で、その先端が貫通孔形成部１２の先端よりも突出する大きさを有するものを用いる。

第１クラッドの形成材料となる樹脂は、貫通孔形成部１２を覆うように、たとえばスクリーン印刷法によって塗布する。この際、上述のように貫通孔形成部１２のうち、径Ｒ３を有する部分については、当該部分に嵌合するようにして第１の部材１４ａが配されているので、この部分（後述するコア突起部９ｂを形成する部分である）には第１クラッドを形成する樹脂は入り込まない。そして、貫通孔形成部１２のうち、前記径Ｒ３を有する部分より大きな径Ｒ２を有する部分には、樹脂が入り込む。樹脂の塗布後、熱処理により樹脂を硬化させることによって、第１クラッド４とクラッド突起部９ａとが同時に形成される。すなわち、基板１表面に塗布された樹脂が硬化されることによって第１クラッド４が形成され、貫通孔形成部１２の前記径Ｒ２を有する部分に入り込んだ樹脂が硬化されることによってクラッド突起部９ａが形成される。第３工程において用いる第１の部材１４ａとしては、特に制限されるものではないが、当分野にて金型の材質として一般に用いられている、たとえばＳＫＤ、ＳＫＨ、ＳＵＳ、超硬などで形成されたものを適宜用いることができる。

続く第４工程では、図２（ｂ）に示すように、コア突起部９ｂおよび光配線のコア３を同時に形成し、さらに前記コア３に光路変換手段を形成する。具体的には、まず、上記第３工程で用いた第１の部材１４ａを貫通孔形成部１２より抜き出した後、貫通孔形成部１２の径Ｒ３を有する部分に嵌合するような第２の部材１４ｂを配した状態で、前記第１クラッド４およびクラッド突起部９ａを形成した上から、コアの形成材料となる樹脂を塗布する。ここで、第２の部材としては、第１の部材１４ａよりも長手方向の長さが小さく、好ましくは貫通孔形成部１２の径Ｒ３を有する部分と同じ長さを有するものを用いる。

コアの形成材料となる樹脂は、前記第１クラッド４およびクラッド突起部９ａを形成した上に、たとえばスクリーン印刷法によって塗布する。この際、上述のように貫通孔形成部１２のうち、径Ｒ３を有する部分については、当該部分に嵌合するようにして第２の部材１４ｂが配されているので、この部分にはコアを形成する樹脂は入り込まない。そして、貫通孔形成部１２のうち、前記径Ｒ３を有する部分より大きな径Ｒ２を有する部分の、前記クラッド突起部９ａが形成されていない領域（第３工程において第１の部材１４ａが配されていた領域であって、かつ、第４工程において第２の部材１４ｂが配されていない領域）には、樹脂が入り込む。樹脂の塗布後、熱処理により樹脂を硬化させることによって、コア３とコア突起部９ｂとが同時に形成される。すなわち、第１クラッド４上に塗布された樹脂が硬化されることによってコア３が形成され、貫通孔形成部１２の前記径Ｒ２を有する部分のうちクラッド突起部９ａが形成されていない領域に入り込んだ樹脂が硬化されることによってコア突起部９ｂが形成される。なお、光を伝播させるコア３については、樹脂の硬化後、所望の形状にパターニングを行うようにしてもよい。第４工程において用いる第２の部材１４ｂとしては、特に制限されるものではないが、上述した第１の部材１４ａと同様、当分野にて金型の材質として一般に用いられている、たとえばＳＫＤ、ＳＫＨ、ＳＵＳ、超硬などで形成されたものを適宜用いることができる。

第４工程では、前記コア突起部９ｂおよびコア３の形成後、さらに光電変換手段を形成する。ここで、「光路変換手段」は、レンズやミラーなど、コアに入射された光の光路を変換し得る手段を指す。図２（ｂ）に示す例においては、コア突起部９ｂの端面にレンズ７を形成するために、第２の部材１４ｂの形状を、所定の曲率半径を有する凹部１４ｂ１を有する形状としてなる例を示している。このような凹部１４ｂ１を有する第２の部材１４ｂを用いることで、上述したコアを形成する樹脂材料を塗布した際には、当該樹脂は凹部１４ｂ１にも入り込むことになり、これを硬化させることで、コア突起部９ｂの端面に所定の曲率を有するように突出する半球状のレンズ７を形成することができる。なお、第４工程において用いる第２の部材１４ｂの形状は、図２（ｂ）に示したような凹部１４ｂ１を有するような形状に限定されるものではなく、必要に応じ適宜の形状を有するものを選択して用いることができる。

さらに、光路を変換するミラー６を、コア３に形成するようにしてもよい（図２（ｂ））。ミラーの形成方法としては、ダイサーによる切断面を利用する方法などを用いればよい。さらに、必要に応じてミラー面６には金属による反射面などの形成を行うようにしてもよい。

第５工程では、図３（ａ）に示すように、光配線の第２クラッド５を形成する。具体的には、前記第４工程で形成したコア３の上に、第２クラッドの形成材料となる樹脂を塗布する。第２クラッドの形成材料となる樹脂の塗布は、たとえばスクリーン印刷法によって行い、塗布後、熱処理によって樹脂を硬化させることによって第２クラッド５が形成される。

このような各工程を経た後、第２の部材１４ｂを貫通孔形成部１２より抜き出し、基板１を台座１１から分離させることによって、図３（ｂ）に示すような光電配線基板を製造することができる。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）と図面の紙面に関して上下逆にして示している。本発明の製造方法においては、クラッド突起部９ａおよびコア突起部９ｂ（これらを総称して「突起部９」と呼称する。）と、第１の部材１４ａ、第２の部材１４ｂ、貫通孔形成部１２が剥がれ易いように、金型の表面に被覆処理や離型剤の塗布を予め施したものを用いてもよい。

上述した本発明の光電配線基板の製造方法によれば、基板を貫通する光導波路の形成において、貫通孔に充填したクラッドをレーザ照射により加工し、さらにコアを充填するという複雑な工程を経ることなく、基板１に形成した貫通孔８にクラッド突起部９ａおよび光配線の第１クラッド４、コア突起部９ｂおよび光配線のコア３、光配線の第２クラッド５を順次形成するので、製造工程の簡略化が可能であり、さらに、レーザ照射による加工の際に発生する煤を除去するといった余分な工程も必要とせず、コア３とクラッド４，５の界面が良好で、製造時に光導波路中に境界部が発生しない良好な光導波路を得ることができる。

また本発明の光電配線基板の製造方法によれば、光配線のコア３の形成と同時に、コア突起部９ｂの端面にレンズ７を形成することができるので、レンズ７とコア３の界面がなく、余分な光の伝播損失が発生しない光電配線基板を得ることができる。

なお、本発明の光電配線基板の製造方法において、第１クラッド４、第２クラッド５は、コアよりも小さな屈折率を有する樹脂にて形成する必要がある。このため、上述した第３工程において用いられる第１クラッドの形成材料となる樹脂および第５工程において用いられる第２クラッドの形成材料となる樹脂としては、第４工程において用いられるコアの形成材料となる樹脂よりも、屈折率の小さな樹脂を用いる必要がある。たとえば、コアの形成材料となる樹脂に適宜の添加剤を添加したものや、コアの形成材料となる樹脂の分子量を変化させることにより屈折率を変化させたものを、第１クラッドの形成材料となる樹脂、第２クラッドの形成材料となる樹脂として用いることができる。

また、第１クラッド、コアおよび第２クラッドは、これらの形成材料となる樹脂を順次塗布し、硬化することによって光導波路として形成されるが、線膨張係数の差が大きいために境界で剥がれたり、亀裂が発生するなどの問題が生じないよう、同じ材料であって上述のように屈折率を制御した樹脂をそれぞれ形成材料として用いるか、あるいは、線膨張係数の類似した樹脂を用いることが望ましい。

さらに、本発明においては、第１クラッドの形成材料となる樹脂、第２クラッドの形成材料となる樹脂、およびコアの形成材料となる樹脂として、光導波路の特性に応じて屈折率差を形成できる樹脂を使い分けるのが好ましい。たとえば、光導波路に耐熱性が必要とされる場合には、耐熱性樹脂（たとえば、ポリイミド樹脂）を利用すればよく、また、光導波路の形成に加工容易性が必要とされる場合には、光を照射した際にその照射された領域の屈折率が低下するような感光性樹脂（たとえば、ポリシラン樹脂）を利用することによって、光の照射領域をクラッドとして光導波路を容易に形成することができる。

図４は、本発明の製造方法で得られた光電配線基板の好ましい一例を模式的に示す図である。本発明で得られる光電配線基板は、図４に示すように、基板１に第１クラッド４、コア３、第２クラッド５（以下、第１クラッド４、コア３、第２クラッド５を、「光配線２」と総称する。）が順次積層されてなる基本構造を備える。かかる光電配線基板における光配線２は、発光素子（図示せず）から発せられた光線が、光導波路を形成する第１クラッド４と第２クラッド５に挟まれたコア３中を伝播して受光素子（図示せず）に到達するように構成されてなる。

前記光電配線基板における基板１には、発光素子（図示せず）や受光素子（図示せず）（以下、これらの素子を「光素子」と総称する。）を実装するための電極１０を含む電気配線が形成されてなる。さらに基板１の電極１０などが形成された側とは反対側に、光配線２となる光導波路が形成されてなる。一般に、光電配線基板において、基板の一方に光配線２を形成した場合には、この光配線２が形成された側に光素子を配置することは困難である。したがって、本発明の製造方法にて得られる光電配線基板においては、図４に示すように基板１に貫通孔８を形成し、基板１の一方に光配線２を順次積層するとともに、貫通孔８の内部に突出するように突起部９（クラッド突起部９ａおよびコア突起部９ｂ）を形成することによって、光配線２とは反対側に光配線２に入射された光線を取り出し得る構成とした。この結果、光素子を、光配線２とは反対側（すなわち、電極を含めた１０電気配線を形成した側）に実装することができる。

光電配線基板における光配線２は、第１クラッド４および第２クラッド５と、これらに囲まれたコア３とからなる、光導波路を構成する。上述したように、第１クラッド４と第２クラッド５とは同一の樹脂材料にて形成され、コア３はこれらクラッド４，５を形成する材料よりも屈折率の高い樹脂材料によって形成される。したがって、光導波路に入射された光は、第１クラッド４および第２クラッド５とコア３の界面で全反射しながらコア３中を伝播していく。コア３とクラッド４（または５）を形成する樹脂の屈折率は、光の伝播角に応じて適宜調整すればよい。コア３とクラッド４，５の屈折率差を大きくすればするほど、光の伝播角を大きくすることができる。

また図４に示す例の光電配線基板においては、光路変換手段として光の光路を変換するミラー６がコア３に形成され、このミラー６を介して光配線２と光軸が同一である、クラッド突起部９ａに囲まれたコア突起部９ｂが光配線２の光軸方向に対し垂直に形成され、光導波路を構成してなる。このような突起部９を有する構成を光電配線基板上に複数形成し、たとえば図４に示すように互いに隣り合う突起部９を連絡するコア３に互いに逆向きのミラー６を形成しておくことで、コア突起部９ｂに入射された光をミラー６によって垂直に光路を変換して光配線２のコア３中を伝播させ、隣り合う突起部９が配置される部分におけるミラー６によってさらに垂直に光路を変換して、隣り合うコア突起部９ｂにおいて光を取り出す構成とすることが可能となる（図４において、当該光路を破線にて示している）。このような構成とすることで、基板の電極１０を含めた電気配線が形成された側より光配線２に入射された光を、基板の電極１０を含めた電気配線が形成された側に導くことができる。

さらに、本発明で得られる光電配線基板においては、コア突起部９ｂの端面には、特定の曲率半径を有する半球状のレンズ７が、コア突起部９ｂの端面より突出するようにして設けられる（図４）。このようなレンズ７が形成されることによって、光素子と光導波路ろの光結合の効率を高めることができる。

ここで、本発明の製造方法において得られる光電配線基板は、基板１に設けられた貫通孔８において、クラッド突起部９ａと貫通孔８の壁面との間に空間（溝）が設けられてなる点にその大きな特徴を有する。かかる構造は、上述した光電配線基板の製造方法によって得られたことによって必然的に得られるものであるが、光配線２、特に突起部９の信頼性を確保し、さらには光素子を光電配線基板に実装した際の光素子と光導波路の光結合を最適化する上で、重要な役割を担うものである。

図５は、本発明で得られる光電配線基板に光素子１６を実装した状態を模式的に示す図である。光素子は、一般に、半田を用いて基板１上に実施されるが、半田を用いた実装の際の半田の温度は高温（２００〜３００℃程度）である。しかしながら、本発明で得られる光電配線基板においては、上述したようにクラッド突起部９ｂと貫通孔８の壁面との間に空間（溝）が設けられてなる構造を備えるため、光素子の実装の際にも、基板１に熱が伝導しても、その近傍にある突起部９にまでは熱が伝導しない。したがって、光素子の実装の際に突起部にまで熱が伝導することによって、突起部として形成した光導波路が高温により変形してしまうようなことがなく、また、この変形を防止するために、光配線２の形成に使用する樹脂として耐熱性のある樹脂（たとえば、ポリイミド）を使用する必要もない。このように本発明で得られる光電配線基板は、光素子の実装の際の突起部９の熱の影響を抑制することができ、さらに光導波路として使用することができる樹脂の選択の自由度が大きいという利点がある。

図５に示す例において、光素子１６は、基板１上に形成された電極１０に、半田１８によって実装されている。光素子１６としては、上述したように発光素子と受光素子とがある。発光素子としては、たとえば端面発光型レーザダイオードや面発光型レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）などを用いることができる。発光素子は、光導波路を形成する樹脂が光吸収する波長域とは異なるか、あるいは吸収が少ない波長域の光を発振する発光素子を用いるのが好ましい。このような発光素子を光源として用いることで、光導波路中の光の伝播損失を抑制することが可能となり、さらに光配線の設計に自由度が増すことになる。また、受光素子としては、使用する発光素子が発振する波長域を受信可能なフォトダイオード（ＰＤ）を用いることができる。ＰＤの受光面の大きさは、伝送容量に応じて決定すればよい。なお、図５に示す例においては、光素子１６以外の部品については省略して示しているが、光素子１６と同様、当分野において通常行われているような形態にて適宜実装されていると考えて構わない。

図６は、本発明で得られる光電配線基板における突起部９と光素子１６との位置関係を説明するための図である。上述したように、本発明の光電配線基板の製造方法においては、基板１に形成した貫通孔８にクラッド突起部９ａおよび第１クラッド４、コア突起部９ｂおよびコア３、第２クラッド５を順次形成することを特徴とする。したがって本発明の製造方法においては、これらの形成に用いる部材（上述した貫通孔形成部１２、第１の部材１４ａ、第２の部材１４ｂ）の寸法を適宜調整することが可能であり、前記部材の寸法を適宜調整することでクラッド突起部９ａおよびコア突起部９ｂの高さ調整を可能とする設計の自由度を有する。結果として、本発明の光電配線基板の製造方法においては、光素子１６と光結合するクラッド突起部９ａおよびコア突起部９ｂとの間隔を調整することによって、光結合効率を最適化できる光電配線基板を得ることができるという格別の効果も有する。以下、図６（ａ）を用いて、突起部９と光素子１６との位置関係を調整することにより、光結合効率を最適化する方法について詳しく説明する。なお、図６（ａ）、（ｂ）には、説明を簡単にするために、コア突起部９ｂの端面にレンズが形成されていない構成で示しているが、レンズが形成される場合とレンズが形成されない場合とでは、レンズの厚みだけ位置関係を調整すればよく、殆ど同様に考えることができる。

図６に示すように、たとえば、光素子１６において、光素子面の直径をａ、光線の出射光の全角をθとし、コア突起部９ｂの径をＷ、光素子面とコア突起部９ｂの端面までの距離をｈ、基板１と光素子１６との距離をＨとする。ここで、距離Ｈは、電極１０の厚みと半田１８の厚みに依存するパラメータである。このような構成において、光素子１６の光線が全て光導波路と結合するためには、距離ｈの位置における光線の広がり、すなわちａ＋２×ｈ×ｔａｎ（θ／２）が光導波路のコア径Ｗより小さい（ａ＋２×ｈ×ｔａｎ（θ／２）＜Ｗ）関係にあることが必要である。なお、ここでは、光導波路のコア３とクラッド４，５（コア突起部ｂとクラッド突起部９ａ）との伝播角度については考慮しないものとする。このとき、光素子１６と突起部９までの間隔ｈと基板までの距離Ｈの関係によって突起部９の端面の位置が基板１の表面に対して突出した位置とするか、基板１の表面より窪んだ位置とするかを調整する必要がある。

たとえば、発光素子としてＶＣＳＥＬを用いた場合、ＶＣＳＥＬの特性（ａ＝１０μｍ、θ＝５０°）に対し、Ｈ＝２０μｍ、Ｗ＝２０μｍとすると、計算よりｈ＝１０．７μｍと求まり、Ｈ＞ｈとなることから突起部９は基板１の表面よりも突出させる必要がある。すなわち、突起部９の端面を基板の表面と同一面としたり、基板１の表面より窪んだ位置とすると、ＶＣＳＥＬの光線が光導波路に十分に光結合せず光の結合損失が大きくなってしまう。

一方、受光素子においては、受光面が十分大きい場合にはレンズを必要とせず、受光面と突起部をさらに近づけた構成とすれば、受光素子の実装精度が悪くても、十分な光結合効率を得ることができる。

図６（ｂ）には、上述した計算により求めた光素子１６と突起部９との位置関係の一例を模式的に示している。図４に示した例の光電配線基板と比較しても分かるように、図６（ｂ）に示す例の光電配線基板においては、突起部９が基板１の表面より突出するようにして形成される。これにより、光素子１６としてたとえばＶＣＳＥＬを用いた上述の場合でも、十分な光結合効率を得ることができる。また、光導波路の開口数（ＮＡ）がＶＣＳＥＬの出射光のＮＡ＝０．４２に対して小さい場合には、突起部９の端面にレンズ７を設け、出射光のＮＡが光導波路のＮＡより小さくなるように、レンズ７の形状および突起部９と発光面との間隔を調整することにより光結合の効率を最適化することができる。

以上のように、光素子１６と突起部９との位置関係は、利用する光素子や光導波路に大きく依存するため、光電配線基板は、場合に応じて突起部９の位置を適宜調整することができる構成であることが望ましい。そして上述したように、本発明の光電配線基板の製造方法によれば、基板１を保持する台座１１に設けられた貫通孔形成部１２と、第１の部材１４ａ，第２の部材１４ｂの寸法を必要に応じて調整することによって、光電配線基板における突起部の位置が所望に応じて適宜調整された光電配線基板を容易に製造することができる。

以下、上述した突出部９の端面が基板１の表面より突出した配置となる場合の光電配線基板を製造する方法（本発明の製造方法の好ましい他の例）について、図７〜図９を参照して説明する。本発明の光電配線基板の製造方法によれば、上述した突出部９の端面が基板１の表面より突出した配置となる場合の光電配線基板についても、好適に製造することができる。なお、かかる本発明の製造方法の好ましい他の例についての説明は、図１〜図３を参照して上述した本発明の製造方法の好ましい一例と重複する部分ど同様の部分については説明を省略し、上述した例と異なる点について特に詳しく説明する。なお、図７（ａ），（ｂ）、図８（ａ），（ｂ）、図９（ａ），（ｂ）は、図１（ａ），（ｂ）、図２（ａ），（ｂ）、図３（ａ），（ｂ）に対応する作製工程をそれぞれ示している。

まず、上述した例と同様にして、第１工程にて基板１の表面に電極１０を含めた電気配線を形成する。本発明の製造方法の他の例においては、続く第２工程に用いる貫通孔形成部１２が形成された台座１１として、径Ｒ２を有する部分と径Ｒ３を有する部分との境界面（Ａ−Ａ’）が、台座１１の基板１に当接させる側の表面（Ｂ−Ｂ’）よりも低い位置に設定されたものを用いる。より詳しくは、所望の突起部９の端面と基板１との位置関係（Ｈ−ｈ）を事前に概算しておき、その結果に基づいて、貫通孔形成部１２の径Ｒ２を有する部分と径Ｒ３を有する部分との境界面（Ａ−Ａ’）の高さの設定を行う。このような高さの設定変更は、台座１１の厚みを図１（ａ）で用いた場合と比較してより厚く設定することによって容易に行うことができ、基板１に貫通孔８を形成する上では全く問題となるものではない。すなわち、このような台座１１を用いることによっても、図１（ａ）に示した場合と同様に、台座１１と、貫通孔形成部１２と嵌合する大きさの径Ｒ１を有する孔１３ａが設けられた抜き基板１３との間に基板１を挟み、プレスすることによって、基板１を打ち抜いて、所望の形状および大きさとなるように基板の一部を除去するとともに貫通孔８を形成することができる。（図７（ａ），（ｂ））。

続いて、第３工程にて、貫通孔形成部１２の径Ｒ３を有する部分に第１の部材１４ａを嵌合させた状態で第１クラッドを形成する樹脂材料を貫通孔形成部１２を覆うようにして塗布し乾燥させることによってクラッド突起部９ａおよび第１クラッド４を同時に形成する（図８（ａ））。そして第４工程にて、第１の部材１４ａを貫通孔形成部１２より抜き出した後、貫通孔形成部１２の径Ｒ３を有する部分に第２の部材１４ｂを嵌合させた状態でコアを形成する樹脂材料を前記第１クラッド４およびクラッド突起部９ａを形成した上から塗布し乾燥させることによってコア突起部９ｂおよびコア３を同時に形成する。第１の部材１４ａおよび第２の部材１４ｂの長手方向の長さは、それぞれ、基板１および台座１１の厚みに応じて、適宜変更すればよい。

コア突起部９ｂおよびコア３の形成後、光路変換手段を形成する。図８（ｂ）においては、図６（ａ），（ｂ）に示した構造に対応して、光路変換手段としてミラー６のみを形成し、レンズ７形成せずに、コア突起部９ｂの端面を平面に形成した場合を示しているが、図１〜図３に示した例と同様に、第２の部材１４ｂに特定の曲率半径を有する凹部を形成し、コア突起部９ｂの端面にレンズ７を形成するようにしても勿論よい。

その後、第５工程にて第２クラッド５を形成し（図９（ａ））、台座１１および第２の部材１４ｂを取り外すことによって、図６に示したようなコア突起部９ｂの端面が基板１の表面よりも突出してなる構造を備える光電配線基板を製造することができる（図９（ｂ））。

本発明の光電配線基板の製造方法の好ましい一例の各工程を段階的に示す図である。 本発明の光電配線基板の製造方法の好ましい一例の各工程を段階的に示す図である。 本発明の光電配線基板の製造方法の好ましい一例の各工程を段階的に示す図である。 本発明の製造方法で得られた光電配線基板の好ましい一例を模式的に示す図である。 本発明で得られる光電配線基板に光素子を実装した状態を模式的に示す図である。 本発明で得られる光電配線基板における突起部９と光素子１６との位置関係を説明するための図である。 本発明の光電配線基板の製造方法の好ましい他の例の各工程を段階的に示す図である。 本発明の光電配線基板の製造方法の好ましい他の例の各工程を段階的に示す図である。 本発明の光電配線基板の製造方法の好ましい他の例の各工程を段階的に示す図である。 従来の光電配線基板の製造方法を示す概略図である。 従来の光電配線基板を示す概略図である。

符号の説明

１ 基板、２ 光配線、３ コア、４ 第１クラッド、５ 第２クラッド、６ ミラー、７ レンズ、８ 貫通孔、９ 突起部、９ａ クラッド突起部、９ｂ コア突起部、１０ 電極、１１ 台座、１２ 貫通孔形成部、１３ 抜き基板、１４ａ 第１の部材、１４ｂ 第２の部材、１６ 光素子、１８ 半田。

Claims (4)

1. 基板表面に電気配線を形成する工程と、
   所望の形状および大きさとなるように基板の一部を除去するとともに貫通孔を形成する工程と、
   クラッド突起部および光配線の第１クラッドを同時に形成する工程と、
   コア突起部および光配線のコアを同時に形成し、さらに前記コアに光路変換手段を形成する工程と、
   光配線の第２クラッドを形成する工程とを含む、光電配線基板の製造方法。
2. 前記所望の形状および大きさとなるように基板の一部を除去するとともに貫通孔を形成する工程において、前記貫通孔は、金型に設けたリング状の貫通孔形成部による打ち抜きにより形成し、前記工程の後の工程において、当該金型を前記基板の保持具として用いることを特徴とする請求項１に記載の光電配線基板の製造方法。
3. 前記クラッド突起部および光配線の第１クラッドを同時に形成する工程は、前記金型に設けた前記貫通孔形成部に、クラッド突起部の所望の形状に対応した形状を有する第１の部材を配して行われ、
   前記コア突起部および光配線のコアを同時に形成する工程は、前記金型に設けた前記貫通孔形成部に、コア突起部の所望の形状に対応した形状を有する第２の部材を配して行われることを特徴とする請求項２に記載の光電配線基板の製造方法。
4. 前記クラッド突起部およびコア突起部は、前記貫通孔形成部、前記第１の部材および第２の部材の高さを調整することにより、変更可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光電配線基板の製造方法。

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