(57)【要約】  【課題】  長期にわたり使用が可能であり、かつ、低損失な光伝送を可能にする光伝送基板および光モジュールを提供する。  【解決手段】  第１の主面１１と第２の主面１２とを有する基板１と、基板１の第１の主面で開口するように第１の主面から第２の主面まで設けられた光伝送部２と、基板１の第２の主面１２上に突出するように設けられ、光伝送部２と光学的に結合する光経路３１と基板１の上面に密着可能な縁部３３とを備える突出部３と、を有する光伝送路と、を具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と第２の主面とを有する基板と、
前記基板の前記第１の主面で開口するように前記第１の主面から前記第２の主面まで設けられた光伝送部と、前記基板の第２の主面上に突出するように設けられ、前記光伝送部と光学的に結合する光経路と前記基板の上面に密着可能な縁部とを備える突出部と、を有する光伝送路と、
を具備する光伝送基板。
【請求項２】
前記基板および前記光伝送路がともにエポキシ系材料から構成される請求項１記載の光伝送基板。
【請求項３】
前記突出部は、前記光経路の周囲に設けられ、前記光経路よりも屈折率の低い突出部のクラッド部をさらに備える請求項１または２記載の光伝送基板。
【請求項４】
前記光伝送部は、コア部と、前記コア部の周囲に設けられ、前記コア部よりも屈折率の低い光伝送部のクラッド部と、を有し、
前記光伝送部のコア部の屈折率と前記光経路の屈折率とが同じである請求項１乃至３のいずれか記載の光伝送基板。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか記載の光伝送基板と、
前記第２の主面上に実装され、前記突出部の上方に位置し、前記光伝送路と光学的に結合する光半導体素子と、
を具備する光モジュール。
【請求項６】
基板に第１の貫通孔を形成する工程Ａと、
前記基板の一方の主面上に溢れるように前記貫通孔に第１の感光性樹脂を充填したのち、前記第１の感光性樹脂を硬化させて、光伝送部のクラッド部と突出部のクラッド部とを形成する工程Ｂと、
前記光伝送部のクラッド部と前記突出部のクラッド部に、第２の貫通孔を形成する工程Ｃと、
前記第２の貫通孔内に第２の感光性樹脂を充填したのち前記第２の感光性樹脂を硬化させて、前記突出部のクラッド部よりも屈折率の高い光経路と、前記光伝送部のクラッド部よりも屈折率の高い光伝送部のコア部と、を形成する工程Ｄと、
を具備する光伝送基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を行うための光伝送基板およびこれを備える光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
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た。
【０００３】
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。
【０００４】
光配線を用いた光伝送技術においては、回路基板の表面などに形成される光導波路のように、光を基板に対して略平行に伝送させるだけでなく、例えば、光を基板に対して略垂直に伝送させることで、光信号についても電気信号と同様に三次元的な伝送をおこなう光伝送技術が検討されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、光導波路と光半導体素子との間に、光導波路内に埋め込まれた基板厚み方向の光伝送部が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３３３９２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、何層にも積層させながら形成されていることから、長期にわたり使用することで、光伝導波路から光伝送部が剥がれやすくなる傾向があった。また、スピンコートで塗布されるため厚み方向の制限が厳しく、自由に厚みを厚くすることができないといった問題があった。
【０００７】
本発明は以上のような従来の技術における課題を解決すべく案出されたものであり、その目的は、長期にわたり使用が可能であり、かつ、自由な厚みで低損失な光伝送を可能にする光伝送基板および光モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の主面と第２の主面とを有する基板と、前記基板の前記第１の主面で開口するように前記第１の主面から前記第２の主面まで設けられた光伝送部と、前記基板の第２の主面上に突出するように設けられ、前記光伝送部と光学的に結合する光経路と前記基板の上面に密着可能な縁部とを備える突出部と、を有する光伝送路と、を具備する光伝送基板に関する。
【０００９】
前記基板および前記光伝送路がともにエポキシ系材料から構成されることが好ましい。
【００１０】
前記突出部は、前記光経路の周囲に設けられ、前記光経路よりも屈折率の低い突出部のクラッド部をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
前記光伝送部は、コア部と、前記コア部の周囲に設けられ、前記コア部よりも屈折率の低い光伝送部のクラッド部と、を有し、前記光伝送部のコア部の屈折率と前記光経路の屈折率とが同じであることが好ましい。
【００１２】
本発明は、前記光伝送基板と、前記第２の主面上に実装され、前記突出部の上方に位置し、前記光伝送路と光学的に結合する光半導体素子と、を具備する光モジュールに関する。
【００１３】
本発明は、基板に第１の貫通孔を形成する工程Ａと、前記基板の一方の主面上に溢れるように前記貫通孔に第１の感光性樹脂を充填したのち、前記第１の感光性樹脂を硬化させて、光伝送部のクラッド部と突出部のクラッド部とを形成する工程Ｂと、前記光伝送部のクラッド部と前記突出部のクラッド部に、第２の貫通孔を形成する工程Ｃと、前記第２の貫通孔内に第２の感光性樹脂を充填したのち前記第２の感光性樹脂を硬化させて、前記突出部のクラッド部よりも屈折率の高い光経路と、前記光伝送部のクラッド部よりも屈折率の高い光伝送部のコア部と、を形成する工程Ｄと、を具備する光伝送基板の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板に光伝送路を設け、さらに縁部が、基板の主面と密着することで、光伝送路の剥がれを抑制し、長期にわたり使用した場合でも安定して低損失な光伝送を可能にする光伝送基板を提供することができる。
【００１５】
基板および光伝送路がともにエポキシ樹脂から構成されることで、互いのエポキシ基の水素結合により、基板と光伝送路とが強固に密着し、光伝送路の剥がれを抑制することができる。
【００１６】
光伝送部および突出部がそれぞれコア部およびクラッド部を有することで、十分な光閉じ込め効果が得られる。
【００１７】
光伝送部のコア部および光経路の屈折率が同じであるため、それらの屈折率差が小さく、光伝送部と突出部間での光の伝送を円滑にすることができる。
【００１８】
光半導体素子と突出部とが近接しているため、それらの間の光漏れを防ぎ、クロストークと光損失を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の製造方法によれば、基板に貫通孔を形成したのち感光性樹脂を充填させることで、自由な厚みで低損失な光伝送を可能にする光伝送部を有する光伝送基板を作製することができる。さらに、基板の一方の主面上に溢れるように貫通孔に第１の感光性樹脂を充填する工程を含むことで、突出部を設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の光伝送基板について、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、光伝送基板の構成を示す断面図である。図２は、複数の光伝送部を有する光伝送基板の構成を示す断面図である。図３（ａ）〜（ｄ）は光伝送基板の製造方法を示す断面図である。また、図４は光伝送基板を有する光モジュールの構成を示す断面図である。
【００２２】
図１〜４において、１は基板、１１は第１の主面、１２は第２の主面、２は光伝送部、２１はコア部、２２は光伝送部のクラッド部、３は突出部、３１は光経路、３２は突出部のクラッド部、３３は縁部、４は光半導体素子、５は接合部、６は光伝送基板、および７は光モジュール、８Ａは第１の貫通孔、および８Ｂは第２の貫通孔を示す。
【００２３】
なお、本発明の光伝送基板は、例えば、電子機器内に搭載される回路基板上で複数の半導体デバイスを光信号で接続する場合に用いられる。
【００２４】
本発明の光伝送基板６は、その基板１間に光を伝送させて、基板１の両主面側に設けた光部品同士を光学的に結合するために用いられる。光部品としては、光を授受することができるものであればよく、例えば、ＶＣＳＥＬ、ＰＩＮ−ＰＤなどの光半導体素子、光導波路などが挙げられる。また、基板１に半導体素子を搭載し、基板１を実装する不図示の大基板上に光導波路とミラーを形成して、ミラー上部の縦方向の光路を担う光伝送基板として使用することもできる。
【００２５】
光伝送基板６は、基板１と、光伝送部２と突出部３とから構成される光伝送路と、を具備する。以下、各構成について記載する。
【００２６】
（基板１）
基板１としては、例えば、セラミックスやガラスエポキシ樹脂などの樹脂材料からなるプリント基板が用いられる。なかでも、光伝送部２や突出部３を形成する樹脂との相性という面から、光伝送部２や突出部３を形成する樹脂と同じ樹脂基板を用いるのが好ましく、機械的強度が大きく、熱による基板の反りに対して効果的な防止が可能となるため、両面に同じ厚さの樹脂絶縁層を形成した対称層構造を有する基板が望ましい。基板１の厚みとしては、０．４〜２ｍｍとすることができる。
【００２７】
また、基板１として、多層配線基板を用いても良い。ここで、多層配線基板とは、電気配線層と絶縁層とが交互に複数積層されたものであればよく、例えば、コア基板と、配線基板表裏面側に形成されたビルドアップ層とからなる基板も含まれる。基板１は、外部との電気的接続を行うための接続部位（例えば、素子実装用パッド、ソルダレジスト層など）を有することが好ましい。なお、基板１において、基板１の第２の主面１２とは突出部３が設けられる側を、基板１の第１の主面１１とは突出部３が設けられる側の反対側の主面をいう。
【００２８】
（光伝送路）
光伝送路は、基板１間に光を伝送させて、基板１の第１の主面１１および第２の主面１２に設けた光部品同士を光学的に結合する役割を果たす。光伝送路は、光伝送部２と突出部３とから構成される。
【００２９】
（光伝送部２）
光伝送部２とは、基板１の内部に設けられ、第１の主面１１から第２の主面１２まで光を伝送させる部位をいう。光伝送部２は、光伝送方向に対する断面が円形を有する。その場合、光伝送部２の直径は約５０〜２００μｍである。
【００３０】
光伝送部２は、中心部に屈折率の高いコア部２１と、コア部２１の周囲に設けられ、コア部２１よりも屈折率の低いクラッド部２２と、を有することが好ましい。このような構造をとることにより、光伝送部２内において十分な光閉じ込め効果が得られる。
【００３１】
なお、コア部２１の直径は約３５〜１００μｍである。
【００３２】
光伝送部２としては、光を照射すると屈折率が低下するフォトブリーチング現象を生じるポリシラン、あるいは光を照射した部分が現像により除去できる感光性のアクリル系樹脂、エポキシ樹脂等を用いて形成することができる。例えば、フォトブリーチング現象を利用する場合は、基板１に貫通孔を設けたのち、貫通孔にポリシランを充填し、加熱硬化させた後、フォトマスク（光伝送孔より小さい径の円形パターンの遮光部を具備する）を介して紫外光を照射して紫外光照射部の屈折率を低下させ、最後にポストベークを行うことにより、コア部２１およびクラッド部２２を有する光伝送部２を形成する。この方法では、コアとクラッドの屈折率差を得るために露光部と未露光部に分ける必要があるが、露光する厚みが厚いと露光時の光が広がるため充分な屈折率差を得ることが難しくなる。
【００３３】
紫外線硬化型のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂などの感光性材料を用いる場合は、基板１に貫通孔を設けたのち、クラッドとなる感光性ポリマー材料を基板１の第２の主面１２側から充填する。基板１上で光伝送部２の上方には、図４に示すように光半導体素子を実装することができるが、その際、素子実装部のソルダレジスト開口部（不図示）を材料充填時の流れ出し防止ダムとして使用することにより、充填樹脂が広範囲に基板上に広がることを防止することが出来る。その後、フォトマスクを使用して縁部３として必要な面積を露光し、プレベーク・現像・ポストベークを行って硬化させる。その後、ドリルやレーザなどにより穿孔した部分（光伝送孔中心部）に、最初に充填した材料より屈折率の高いコア材料をクラッドと同じく基板１の第２の主面１２側から充填する。その際も、素子実装部のソルダレジスト開口部（不図示）を材料充填時の流れ出し防止ダムとして使用することにより、充填樹脂が広範囲に基板上に広がることを防止することが出来る。その後、フォトマスクを使用して必要な面積を露光し、プレベーク・現像・ポストベークを行って硬化させる。コア材料をコア２１や光経路３１となる光伝送孔中心部にのみ限って充填できる場合は上述のマスク露光等は必要としないが、非常に小さな孔に充填する必要があるため、必要な箇所のみを露光して作製しやすいという利点がある。最後に突出部として必要な厚みとなるように表面を研磨する。以上により、コア部２１およびクラッド部２２を有する光伝送部２と、光経路３１と突出部クラッド３２を有する突出部３を一度に形成することができる。
【００３４】
光伝送路がエポキシ樹脂から構成され、基板１としてガラスエポキシ基板を用いるような、ともにエポキシ系材料（エポキシ基を有する高分子材料をいう）を用いる場合、基板１と光伝送路とが、エポキシ基同士で水素結合することから、密着性が良く、剥がれなどの不良が抑制される。
【００３５】
前述の貫通孔の形成には、通常のプリント基板の穿孔工程に使用されるドリル、レーザなどが好適に使用される。そして、一方の主面から他方の主面まで基板１を貫通させることにより貫通孔は形成される。なお、基板１に設ける貫通孔は断面を円形とすることが望ましく、直径は５０〜２００μｍとすることが望ましい。
【００３６】
（突出部３）
突出部３は、図１および２に示すように、基板１上に突出するように設けられる。突出部３の厚みは１０〜１００μｍである。
【００３７】
突出部３は、基板１から突出しているため視認性が良く外部の部品を実装する際にマーカとしての役割を果たす。突出部３は、フォトプロセスによって高精度に形成することができるが、その場合、嵌合部品としての役割も果たし、実装位置決めを行う事が出来るので調芯を行うこと無く高効率な光伝送を可能とする。また、実装時に光学経路間の距離を短縮することも可能であり、光学損失を低減させる事が出来る。凸部の高さが十分にある場合には光学部品間を結合させることも可能であるし、隙間を有する場合も素子実装後にアンダーフィルを行う際の厚みが薄いため気泡の巻き込みや異物混入などを防ぐこともできる。
【００３８】
突出部３は、光経路３１を有する。光経路３１は、光伝送基板６の外部と光伝送部２とを光学的に結合する。光経路３１は、光伝送部２と同様に光の伝送が可能な透明樹脂によって構成されている。材料は光伝送部２と同様のものから構成される。光経路３１は突出部３の屈折率分布のうち、屈折率の高い部位（いわゆるコア部）をいう。突出部３のうち光経路３１以外の部位は、光経路３１の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部３２となる。図１および図２においては、光経路３１以外の部位はクラッド部３２である。
【００３９】
なお、光経路３１の直径は約３５〜１００μｍである。
【００４０】
光経路３１は、光伝送部２のコア部２１と対応するように設けられる。具体的には、光伝送基板６を、上面から透視した場合、光経路３１と光伝送部２のコア部２１とが重なりあうように設けられる。また、光経路３１の直径とコア部２１との直径とは等しいことが好ましい。
【００４１】
突出部３は、縁部３３を有する。縁部３３とは、突出部３において基板１の第２の主面１２と接している部位をいう。縁部３３は、例えば、フォトリソグラフィによって基板１上に設けられる。特に縁部３３としてエポキシ樹脂を用い、基板１としてガラスエポキシ基板を用いるような、ともにエポキシ系材料（エポキシ基を有する高分子材料をいう）を用いる場合、基板１と縁部３２とが、エポキシ基同士で水素結合することから、密着性が良く、剥がれなどの不良が抑制される。このように、縁部３３が基板１と密着していることにより、縁部３３が、光伝送部２と突出部３とから構成される光伝送路を保持するために、長期にわたり使用しても、基板１から光伝送路が剥がれにくくなり、長期にわたって低損失な光伝送をおこなうことができる。
【００４２】
縁部３３の長さは約１〜１０００μｍである。なお、縁部３３の長さとは、光経路２の外周縁部と第２の主面１２との境界から縁部３３の端までの長さをいう（図１のａの長さ）。
【００４３】
図２には、複数の光伝送部２を基板１に設けた場合の光伝送基板６を示している。このように本発明の光伝送基板６は、複数の光伝送部２を有することが好ましい。これにより、光伝送部２が１つの場合の縁部３３だけでなく、光伝送部２と光伝送部２との間の基板１上の第２の主面１２上にも縁部３３が設けられ、多数の縁部３３が設けられることになるため、基板１からの光伝送路の剥がれを十分に抑制することが可能となる。
【００４４】
光伝送部２と突出部３とから構成される光伝送路の作製方法の具体例を図３に示す。
【００４５】
基板１に、ドリル、レーザなどにより第１の貫通孔８Ａを設ける（工程Ａ、図３（ａ）参照）。そして、第１の貫通孔８Ａに対して、第１の感光性樹脂として透明エポキシ樹脂を均一に充填させるとともに、貫通孔から溢れて基板１の第２主面１２上に透明エポキシ樹脂が広がるように、透明エポキシ樹脂を塗布する。その際、材料の使用量を抑えるために、貫通孔の周囲にソルダレジストが設けられている場合、ソルダレジストを樹脂の流れ出し防止ダムとして、ソルダレジストの開口内に透明エポキシ樹脂を溜めることで透明エポキシ樹脂を第２の主面１２上に広げてもよい。なお、第２の主面１２上に透明エポキシ樹脂を広げる方法としては、スピンコート、ダイコートなどが挙げられるが、ソルダレジストをダムとして用いることで、ディスペンサで充填と部分的な塗布を行うことが材料効率や作業性の観点から有効である。
【００４６】
その後、プリベーク、マスク露光、現像、ポストベークを順に行い、不要部を除去して光伝送部２のクラッド部２２および突出部３のクラッド部３２を形成する（工程Ｂ、図３（ｂ）参照）。
【００４７】
次に、両クラッド部の中心部に、精密ドリルまたはレーザを用いて第２の貫通孔８Ｂを作製する（工程Ｃ、図３（ｃ）参照）。そののち、第２の貫通孔８Ｂに、第２の感光性樹脂として、先に用いた透明エポキシ樹脂よりも比屈折率差が１〜３％高い透明エポキシ樹脂等の材料を充填してプリベーク、マスク露光、現像、ポストベークを順に行い、不要部を除去して、光伝送部２のコア部２１および光経路３１を形成する（工程Ｄ、図３（ｄ）参照）。
【００４８】
コア部およびクラッド部は共に透明エポキシ樹脂から作製されてもよい。この場合、コア部およびクラッド部は、樹脂の母骨格は同じものであることから非常に密着性が良い。光半導体素子の光入出射部のサイズや光導波路のコアサイズと良好に結合するような貫通孔径にすることで、より高効率な結合を得ることが出来る。
【００４９】
以上により光伝送部２および突出部３を一体的に形成する。なお、この場合、突出部３の高さは塗布厚みで決定されるため、必要により研磨を行うことで、より正確に突出部３の高さを設定できる。光経路の閉じ込め効果を充分に得るためには突出部のクラッド３２はクラッド材料のみで形成されるように、突出部クラッド３２上のコア材料はすべて研磨する方が好ましいが、コア材が突出部クラッド３２上に残っていても問題ない。なお、ソルダレジスト開口部の流れ出し防止ダムは、樹脂の表面張力によりソルダレジストの厚み以上に内部に樹脂を溜めることができる。
【００５０】
図４は、光伝送基板６と光半導体素子４とを具備する光モジュール７を示している。この光伝送基板６の第２の主面１２上には光半導体素子４が設けられており、光半導体素子４の下部には、光を受発光する受発光部４Ａが設けられている。そして、光半導体素子４の受発光部４Ａと光伝送部２と突出部３とは光学的に結合している。
【００５１】
光伝送基板６と光半導体素子４とは、金バンプなどの接合部５により電気的に接続している。金バンプを接合部５として用いる場合、光伝送基板６および光半導体素子４にそれぞれ設けられた電極パッド（不図示）間に、金バンプを介在させ、電極パッドを超音波圧着することで接続することができる。
【００５２】
光伝送基板６と光半導体素子４との間には、接合部５によって、約２０〜１００μｍの間隔が存在する。
【００５３】
本発明では、図４に示すように、突出部３により、光伝送基板６と光半導体素子４との隙間を小さくすることで、それらの間の光漏れを防ぎ、クロストークと光損失を抑制することができる。
【００５４】
また、接合部５として、例えばはんだボールなどを用いた場合、はんだには主に有機系溶剤によるフラックスが含まれており、加熱によって拡散する傾向がある。これにより、光伝送基板６と光半導体素子４との隙間に、フラックスが入りこみ、光伝送基板６と光半導体素子４との隙間のそれぞれ互いに向かい合う面上にフラックスが付着する傾向がある。一般的にフラックスは無色透明であるが、反応で白濁したり、経時変化で茶褐色に変色するため、光半導体素子４および光伝送基板６の光伝送路の露出面に付着することは光損失を生じさせる傾向があった。しかし、本実施態様では、突出部３により、光伝送基板６と光半導体素子４との隙間を小さくすることにより、フラックスなどの異物などを介在させないようにできる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】光伝送基板の構成を示す断面図である。
【図２】複数の光伝送部を有する光伝送基板の構成を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は光伝送基板の製造方法を示す断面図である。
【図４】光モジュールの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１        基板
１１      第１の主面
１２      第２の主面
２        光伝送部
２１      コア部
２２      光伝送部のクラッド部
３        突出部
３１      光経路
３２      突出部のクラッド部
３３      縁部
４        光半導体素子
４Ａ      光半導体素子の受発光部
５        接合部
６        光伝送基板
７        光モジュール
８Ａ      第１の貫通孔
８Ｂ      第２の貫通孔
【図１】
2010085438.tif 000003
【図２】
2010085438.tif 000004
【図３】
2010085438.tif 000005
【図４】
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