(57)【要約】【課題】  製造工程を簡略化させて生産性の向上を図る。【解決手段】  基板１上に形成された一または複数の樹脂層６の一部に凹面部７が設けられ、凹面部７内に、その凹面部を構成する樹脂層の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率樹脂層８が充填されている集光素子９を製造する際に、基板１上に、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂層５を形成し、集光素子形成部以外の部分に紫外線ＵＶを照射して体積収縮率を照射部と非照射部で変化させ、これに対してベーク工程を行うことにより、樹脂層５の表面に凹面部７を形成する。【選択図】  図１
2006038958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた樹脂層の表面部に、紫外線照射により該樹脂層の体積収縮率を制御して凹面部を形成する凹面部形成工程と、
該凹面部が形成される樹脂層上に、該凹面部を構成している樹脂層の屈折率よりも高い屈折率の高屈折率樹脂層を形成する高屈折率樹脂層形成工程とを有する集光素子の製造方法。
【請求項２】
前記凹面部が形成される樹脂層は、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂材料からなる請求項１に記載の集光素子の製造方法。
【請求項３】
前記凹面部形成工程は、
前記基板上に、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂層を形成する工程と、
該樹脂層をプリベークする工程と、
ポストベーク工程における体積収縮率を紫外線照射部と紫外線非照射部とで異ならせるように、集光素子形成部以外の樹脂層表面に紫外線を照射する紫外線照射工程と、
該集光素子形成部の表面に凹面部を形成するべく、該紫外線照射工程後の該樹脂層をポストベークする工程とを有する請求項１に記載の集光素子の製造方法。
【請求項４】
前記凹面部が形成される樹脂層は、ベーク工程における紫外線照射部の体積収縮率が紫外線非照射部の体積収縮率に比べて少ない樹脂材料からなる請求項１〜３のいずれかに記載の集光素子の製造方法。
【請求項５】
前記凹面部が形成された樹脂層は、ポリシランを主材とする樹脂材料からなる請求項１〜４のいずれかに記載の集光素子の製造方法。
【請求項６】
前記高屈折率樹脂層側から前記凹面部を介して略平行光として出射可能とし、または、該凹面部を介して該高屈折率樹脂層側の所定位置に集光するように出射可能とするように前記凹面部および高屈折率樹脂層を形成する請求項１〜５のいずれかに記載の集光素子の製造方法。
【請求項７】
前記凹面部形成工程および高屈折率樹脂層形成工程を繰り返し行って、前記凹面部および高屈折率樹脂層が複数重なった多段レンズを形成する請求項１〜６のいずれかに記載の集光素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の集光素子の製造方法により製造されて、前記凹面部が形成された樹脂層が、紫外線照射により体積収縮率を制御可能とする樹脂材料で構成されている集光素子。
【請求項９】
基板上に導波路を構成する下部クラッド層を形成する工程と、
該下部クラッド層上に該導波路のコア層を形成する工程と、
該コア層上に、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂層を形成し、当該樹脂層をプリベークした後、該樹脂層の集光素子形成部以外の部分に紫外線を照射して、ポストベーク工程における体積収縮率を照射部と非照射部とで異ならせ、該樹脂層をポストベークして、該樹脂層の一部表面に凹面部を有する上部コア部を該非照射部に形成すると共に上部クラッド層を該照射部に形成する工程と、
該凹面部内に、該凹面部を構成している樹脂層の屈折率よりも高い屈折率の高屈折率樹脂層を充填させて集光素子を形成する工程とを有する光電気配線基板の製造方法。
【請求項１０】
基板上に導波路を構成する下部クラッド層を形成する工程と、
該下部クラッド層上に該導波路のコア層およびミラー形成部となるミラー・コア層を形成する工程と、
該ミラー・コア層の所定位置に光路変更用のミラーを形成するミラー形成工程と、
該ミラー形成工程後の該ミラー・コア層上に、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂層を形成し、当該樹脂層をプリベークした後、該樹脂層の集光素子形成部以外の部分に紫外線を照射して、ポストベーク工程における体積収縮率を照射部と非照射部とで異ならせ、該樹脂層をポストベークして、該樹脂層の一部表面に凹面部を有する上部コア部を該非照射部に形成すると共に上部クラッド層を該照射部に形成する工程と、
該凹面部内に、該凹面部を構成している樹脂層の屈折率よりも高い屈折率の高屈折率樹脂層を充填させて集光素子を形成する工程とを有する光電気配線基板の製造方法。
【請求項１１】
前記高屈折率樹脂層上に電気配線層を形成する工程と、
該電気配線層上の所定位置に電極パッドを形成する工程と、
該電極パッド上に発光素子および受光素子の少なくともいずれかを実装する工程とを有する請求項９または１０に記載の光電気配線基板の製造方法。
【請求項１２】
前記発光素子から前記導波路を通って前記受光素子に至る光路において、前記集光素子が、該発光素子と導波路との間および該導波路と受光素子との間の少なくとも一方に配置された請求項１１に記載の光電気配線基板の製造方法。
【請求項１３】
前記ミラー・コア層は、紫外線照射により屈折率が変化する樹脂材料からなる請求項９または１０に記載の光電気配線基板の製造方法。
【請求項１４】
前記ミラー形成工程で形成したミラーは、
前記集光素子の凹面部からの光路を前記コア層側に変化させて前記コア層内に入射させる入射側ミラーと、
該コア層から出射した光の光路を該集光素子の凹面部側に変化させて該集光素子の凹面部に出射させる出射側ミラーとのうち少なくともいずれかを有する請求項１０に記載の光電気配線基板の製造方法。
【請求項１５】
前記ミラー形成工程は、前記基板の表面に対して４５度傾斜したミラー形成面上に無電解めっきにより金属面を前記ミラーとして形成する請求項１０または１４に記載の光電気配線基板の製造方法。
【請求項１６】
前記ミラー形成面は、紫外線照射により親水性および可溶性を発現する樹脂材料からなるミラー形成部に形成する請求項１５に記載の光電気配線基板の製造方法。
【請求項１７】
請求項８に記載の集光素子を用いて、請求項９〜１６のいずれかに記載の光電気配線基板の製造方法により製造した光電気配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば基板上に光配線と電気配線を有する情報処理装置などに用いられる集光素子、その製造方法、これを用いた光電気配線基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理装置の情報処理の高速化に伴う放射ノイズの増大、等長配線化および多層化による基板コストの増大などのような電気配線の課題を克服する手段として、光電気配線基板が注目されている。
【０００３】
光電気配線基板は、高速信号伝送部を光配線によって構成し、電力供給部および低速信号伝送部を従来通りの電気配線によって構成するものである。この光配線部は、光信号を送出する光源としての発光素子と、この発光素子から放射された光を略並行光にする集光レンズと、基板面に対して平行な方向または垂直な方向に光路を変えるミラーと、基板面に沿って平行な方向に配置された導波路（光導波路）と、発光素子から送出されて導波路を通過した光信号を検出する光検出器としての受光素子とによって構成されている。これらの中で、光源と光導波路の結合効率を高めるために必要とされる集光レンズの形成方法およびその実装方法については、様々な方法が提案されている。その一つとして、例えば特許文献１には、図５の断面図に示すような集光レンズおよびこの集光レンズを用いた光伝送システム１００が開示されている。
【０００４】
以下に、この従来の集光レンズおよびこの集光レンズを用いた光伝送システム１００について詳細に説明する。
【０００５】
図５に示すように、従来の集光レンズを用いた光伝送システム１００は、表面が平坦な基板１０１と、この基板１０１上のクラッド１０２と、この中に埋め込まれた光導波路コア１０３と、光導波路コア１０３の一方端面に対向した入射側ミラー１０４と、その他方端面に対向した出射側ミラー１０５と、クラッド１０２上の高屈折率伝搬制御層１０６と、クラッド１０２の表面の凹面部１０７，１０８と、高屈折率伝搬制御層１０６上の発光素子１０９および受光素子１１０と有している。
【０００６】
入射側ミラー１０４は、光導波路コア１０３の光入射端面側に対向するように、基板面に対して４５度傾いて配置され、基板１０１の表面に対して垂直な方向から平行な方向に光路を変更する。
【０００７】
出射側ミラー１０５は、光導波路コア１０３の光出射端面側に対向するように、基板面に対して４５度傾いて配置され、基板１０１の表面に対して平行な方向から垂直な方向に光路を変更する。
【０００８】
凹面部１０７は入射側ミラー１０４の上部に対向するように配置され、凹面部１０８は出射側ミラー１０５の上部に対向するように配置され、これらの凹面部１０７および１０８は、この内に高屈折率伝搬制御層１０６が充填されて凸レンズ表面となっている。これらの高屈折率伝搬制御層１０６と凹面部１０７，１０８とから集光素子がそれぞれ構成されている。
【０００９】
発光素子１０９は光信号を送出するための光源であり、受光素子１１０は、発光素子１０９から放射されて、光導波路１０３内を伝搬された光を受光して電気信号に変換する光電変換部である。
【００１０】
上記構成により、発光素子１０９から放射された光は、まず、高屈折率伝搬制御層１０６と入射側凹面部１０７とからなる集光素子によって略並行光に変換される。次に、略並行光に変換された光は、入射側ミラー１０４によって基板１０１の表面に垂直な方向からこの基板１０１の表面に沿って平行な方向に光路が曲げられ、光導波路コア１０３内に入射される。さらに、光導波路コア１０３内に入射された光は、光導波路コア１０３内を全反射を繰り返しながら伝搬し、光導波路コア１０３の出射側端面から出射される。光導波路コア１０３から出射された光は、出射側ミラー１０５によって基板１０１の表面に対して垂直方向に反射して、出射側凹面部１０８と高屈折率伝搬制御層１０６とからなる集光素子によって集光された後に、受光素子１１０によって受光されて電気信号に変換される。
【００１１】
図５に示す従来の光伝送システム１００の集光素子によれば、発光素子１０９から出射された光を略並行光に変換することができ、かつ、光導波路コア１０３から出射されてミラー１０５によって反射された発散光を集光して受光素子１１０に導くことができるので、発光素子１０９および受光素子１１０と光導波路コア１０３との光結合効率を高めることができる。
【００１２】
また、図５に示す従来の光信号伝送システム１００の集光素子は、発光素子１０９と入射側ミラー１０４との間、および受光素子１１０と出射側ミラー１０５との間のクラッド１０２表面に何らかの方法によってレンズ状の所定曲面の凹面部１０７および１０８が形成されている。
【００１３】
このような凹面部１０７および１０８の形成方法としては、大別して、等方的なエッチングによりクラッド１０２の表層部を除去する方法と、選択露光と現像とを組み合わせてクラッド１０２の表層部を除去する方法とが考えられる。
【００１４】
等方的なエッチングを行う場合には、クラッド１０２の表面に、入射側ミラー１０４または出射側ミラー１０５の上方に開口部を有するエッチングマスク（例えば金属マスクなど）を形成し、この開口部内に表面分が露出したクラッド１０２の表層部を除去することにより凹面部１０７および１０８を形成することができる。この等方的なエッチングは、適切なエッチング液を用いたウェットエッチング法またはラジカル反応を主体とするドライエッチング法（例えばＲＩＥ法；リアクティブイオンエッチング）により行うことができる。
【００１５】
一方、選択露光と現像とによって凹面部１０７および１０８を形成する場合には、感光性材料により構成されたクラッド表面において、入射側ミラー１０４または出射側ミラー１０５の上方領域を選択的に露光して現像すればよい。
【特許文献１】特開２０００−３９５３０号公報（図１および実施例〔００１９〕〜〔００３１〕）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上述した従来の集光素子における凹面部の形成は、主に、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）法などのドライエッチング法や、金属マスクを用いたウェットエッチング法などによって行われており、生産性の向上を図ることが非常に困難であった。したがって、スループットを向上させるために、製造工程をより一層、簡略化させることが望まれている。
【００１７】
本発明は、上記従来の問題を解決するのもので、製造工程をより簡略化させて生産性の向上を図ることができる集光素子の製造方法、これを用いた光電気配線基板の製造方法、これにより得られた集光素子および光電気配線基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の集光素子の製造方法は、基板上に設けられた樹脂層の表面部に、紫外線照射により該樹脂層の体積収縮率を制御して凹面部を形成する凹面部形成工程と、該凹面部が形成される樹脂層上に、該凹面部を構成している樹脂層の屈折率よりも高い屈折率の高屈折率樹脂層を形成する高屈折率樹脂層形成工程とを有しており、、そのことにより上記目的が達成される。
【００１９】
また、好ましくは、本発明の集光素子の製造方法において、凹面部が形成される樹脂層は、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂材料からなっている。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の集光素子の製造方法における凹面部形成工程は、前記基板上に、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂層を形成する工程と、該樹脂層をプリベークする工程と、ポストベーク工程における体積収縮率を紫外線照射部と紫外線非照射部とで異ならせるように、集光素子形成部以外の樹脂層表面に紫外線を照射する紫外線照射工程と、該集光素子形成部の表面に凹面部を形成するべく、該紫外線照射工程後の該樹脂層をポストベークする工程とを有する。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の集光素子の製造方法において、凹面部が形成される樹脂層は、ベーク工程における紫外線照射部の体積収縮率が紫外線非照射部の体積収縮率に比べて少ない樹脂材料からなる。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明の集光素子の製造方法における凹面部が形成された樹脂層は、ポリシランを主材とする樹脂材料からなる。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の集光素子の製造方法における高屈折率樹脂層側から前記凹面部を介して略平行光として出射可能とし、または、該凹面部を介して該高屈折率樹脂層側の所定位置に集光するように出射可能とするように前記凹面部および高屈折率樹脂層を形成する。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の集光素子の製造方法における凹面部形成工程および高屈折率樹脂層形成工程を繰り返し行って、前記凹面部および高屈折率樹脂層が複数重なった多段レンズを形成する。
【００２５】
本発明の集光素子は、請求項１〜７のいずれかに記載の集光素子の製造方法により製造されて、前記凹面部が形成された樹脂層が、紫外線照射により体積収縮率を制御可能とする樹脂材料で構成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
本発明の光電気配線基板の製造方法は、基板上に導波路を構成する下部クラッド層を形成する工程と、該下部クラッド層上に該導波路のコア層を形成する工程と、該コア層上に、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂層を形成し、当該樹脂層をプリベークした後、該樹脂層の集光素子形成部以外の部分に紫外線を照射して、ポストベーク工程における体積収縮率を照射部と非照射部とで異ならせ、該樹脂層をポストベークして、該樹脂層の一部表面に凹面部を有する上部コア部を該非照射部に形成すると共に上部クラッド層を該照射部に形成する工程と、該凹面部内に、該凹面部を構成している樹脂層の屈折率よりも高い屈折率の高屈折率樹脂層を充填させて集光素子を形成する工程とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２７】
本発明の光電気配線基板の製造方法は、基板上に導波路を構成する下部クラッド層を形成する工程と、該下部クラッド層上に該導波路のコア層およびミラー形成部となるミラー・コア層を形成する工程と、該ミラー・コア層の所定位置に光路変更用のミラーを形成するミラー形成工程と、該ミラー形成工程後の該ミラー・コア層上に、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂層を形成し、当該樹脂層をプリベークした後、該樹脂層の集光素子形成部以外の部分に紫外線を照射して、ポストベーク工程における体積収縮率を照射部と非照射部とで異ならせ、該樹脂層をポストベークして、該樹脂層の一部表面に凹面部を有する上部コア部を該非照射部に形成すると共に上部クラッド層を該照射部に形成する工程と、該凹面部内に、該凹面部を構成している樹脂層の屈折率よりも高い屈折率の高屈折率樹脂層を充填させて集光素子を形成する工程とを有しており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２８】
また、好ましくは、本発明の光電気配線基板の製造方法において、高屈折率樹脂層上に電気配線層を形成する工程と、該電気配線層上の所定位置に電極パッドを形成する工程と、  該電極パッド上に発光素子および受光素子の少なくともいずれかを実装する工程とを有する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の光電気配線基板の製造方法において、発光素子から前記導波路を通って前記受光素子に至る光路において、前記集光素子が、該発光素子と導波路との間および該導波路と受光素子との間の少なくとも一方に配置する。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の光電気配線基板の製造方法におけるミラー・コア層は、紫外線照射により屈折率が変化する樹脂材料からなる。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の光電気配線基板の製造方法におけるミラー形成工程で形成したミラーは、前記集光素子の凹面部からの光路を前記コア層側に変化させて前記コア層内に入射させる入射側ミラーと、該コア層から出射した光の光路を該集光素子の凹面部側に変化させて該集光素子の凹面部に出射させる出射側ミラーとのうち少なくともいずれかを有する。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の光電気配線基板の製造方法におけるミラー形成工程は、前記基板の表面に対して４５度傾斜したミラー形成面上に無電解めっきにより金属面を前記ミラーとして形成する。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の光電気配線基板の製造方法におけるミラー形成面は、紫外線照射により親水性および可溶性を発現する樹脂材料からなるミラー形成部に形成する。
【００３４】
本発明の光電気配線基板は、請求項８に記載の集光素子を用いて、請求項９〜１６のいずれかに記載の光電気配線基板の製造方法により製造したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３５】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００３６】
本発明にあっては、基板上に設けられた一つまたは複数の樹脂層の表面部に凹面部が設けられ、その凹面部上に、凹面部を構成している樹脂層の屈折率よりも高い樹脂材料が充填された集光素子であって、その集光素子の凹面部は、紫外線照射により体積収縮率が制御されて形成されている。このように、本発明の集光素子の凹面部が、紫外線照射により体積収縮率を制御することにより形成できれば、従来のように金属マスクなどを必要とする等方性ウェットエッチング法や、ＲＩＥ法などのドライエッチング法などを用いることなく、しかも新たな追加工程もない簡略化された製造工程で、集光素子の凹面部を任意の位置に、生産性高く作製することが可能となる。
【００３７】
この場合の樹脂層の材質は、例えば、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂材料である。さらに、具体的には、紫外線非照射部と比べて、紫外線照射部のベーク工程における体積収縮率が少ない樹脂材料からなる樹脂層を形成し、任意の位置に紫外線照射を行って体積収縮率を制御することによって、従来のＲＩＥ法や金属マスクを用いたウェットエッチング法を用いることなく、集光素子の凹面部を任意の位置に容易かつ正確に形成することが可能となる。
【００３８】
この凹面部を形成する樹脂層として、例えば分岐型ポリシランなどのようなポリシランを主材とする樹脂材料からなるものを用いることによって、耐熱性に優れた集光素子を作製することが可能となる。
【００３９】
発光素子からの光を導波路内を通して受光素子で受光する本発明の光電気配線基板にあっては、上記集光素子が、その発光素子と導波路との間および導波路と受光素子との間の少なくとも一方に配置されている。上記集光素子が配置された発光素子と導波路との間および導波路と受光素子との間の少なくとも一方の結合効率を高めることが可能となる。
【００４０】
この場合に、入射側ミラーを設けることによって、発光素子から放射されて集光素子の凹面部によって略平行光とされた光の光路を基板面に対して平行な方向に変化させて導波路に入射させることが可能となり、また、出射側ミラーによって、導波路から出射された光の光路を基板面に対して垂直な方向に変化させて集光素子の凹面部に入射させることが可能となる。これらのミラーは、基板に対して４５度傾斜したミラー形成面に無電解めっきにより金属面を形成することによって、真空プロセスを用いることなく作製することが可能となっている。このミラー形成面は、例えば分岐型ポリシランを主材とする樹脂材料や感光性ポリイミドなどのように、紫外線照射により親水性を発現する樹脂材料からなるミラー形成部に形成することが好ましい。
【００４１】
さらに、上部クラッド層と集光素子の凹面部を同時に作製することができるため、プロセス時間の短縮化も図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明したように、本発明によれば、紫外線照射により体積収縮率を制御可能とする樹脂層を形成し、この樹脂層の任意の位置に紫外線照射を行って体積収縮率を制御することによって、凹面部形成のためにＲＩＥ法や金属マスクを必要とする等方性ウェットエッチング法などを用いた特別な工程を行う必要なく、簡略化された工程により集光素子を作製し、生産性の向上を図ることができる。
【００４３】
また、凹面部形成のためにＩＥ法や金属マスクを必要とする等方性ウェットエッチング法などを用いた特別な工程を行う必要なく、簡略化された工程により集光素子を作製することができると共に、上部クラッド層と集光素子の凹面部を同時に作製することができるため、プロセス時間の短縮化を図り、スループットを向上させることができる。
【００４４】
したがって、集光素子を任意の位置に容易に形成することができる。また、この樹脂層として、例えば分岐型ポリシランなどのようなポリシランを主材とする樹脂材料からなるものを用いることによって、耐熱性に優れた集光素子を作製することができる。
【００４５】
さらに、発光素子と導波路との間および導波路と受光素子との間の少なくとも一方に配置された集光素子を含んでいるため、発光素子と導波路との間および導波路と受光素子との間の少なくとも一方の結合効率を高めて、高速信号伝送を低損失で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下に、本発明の集光素子、これを用いた光電気配線基板および、これらの製造方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４７】
図１は、本実施形態の集光素子およびこれを用いた光電気配線基板における光配線部の概略構成例を示す要部断面図である。なお、この光配線部は高速信号伝送部として用いられるものであり、光電気配線基板には、その他にも、電力供給部および低速信号伝送部として図示しない電気配線部が設けられている。
【００４８】
図１に示すように、本実施形態の光電気配線基板２０は、ベースとなる基板１と、光源となる発光素子２と、この発光素子２から放射された光を受光可能とする受光素子３と、基板１上に形成され、発光素子２から放射された光を受光素子３に導く下部クラッド層４、コア層５ａ、上部コア部６ａおよび上部クラッド層６ｂからなる導波路と、上部コア部６ａの表面部の凹面部７およびその上の高屈折率樹脂層８からなる集光素子９と、ミラー１０と、ミラー形成部５ｂと、発光素子２および受光素子３を電気的に接続するために電極パッド１２およびはんだ１３などの電気配線パターンが形成された電気配線層１１とを有している。
【００４９】
集光素子９の凹面部７は、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂層５ａの表面に形成されており、その凹面部７内には、凹面部７を構成する樹脂層の屈折率よりも高い樹脂材料として高屈折率樹脂層８が充填されている。
【００５０】
集光素子９は、ミラー１０の上部にそれぞれ設けられており、発光素子２から放射された光を略並行光にするか、または導波路から放射された光を受光素子３に集光させて、発光素子２と導波路との間、および受光素子３と導波路との間の結合効率を高めるために用いられる。なお、集光素子９は、発光素子２と導波路との間および受光素子３とミラーとの間のいずれか一方に形成されていてもよいが、両方に形成されていることによって、より結合効率を向上させることができる。
【００５１】
ミラー１０は、発光素子２から放射されて集光素子９を通って照射され、基板１の表面に対して垂直な方向の光を平行な方向へ曲げるか、または導波路から照射された基板１の表面に沿って平行な方向の光をその表面に対して垂直な方向に曲げるための光路変更用に用いられる。
【００５２】
上記構成により、まず、発光素子２から放射された光は、入射側の集光素子９によって略並行光に変換されて導波路内に入射された後に、入射側のミラー１０で反射され、導波路のコア層５ａ中を基板１の表面に沿って平行な方向に伝搬する。次に、導波路のコア層５ａ中を伝搬してきた光は、出射側のミラー１０で基板１の表面に対して垂直方向に反射され、出射側の集光素子９によって受光素子３の表面上に集光された後に、受光素子３に入射されて光信号が電気信号に変換される。
【００５３】
本実施形態の光電気配線基板２０において、導波路は、界面の状態により透過損失が大きく影響するので、基板１としては平滑（平坦）なものを用いることが好ましい。例えば石英などからなるガラス基板や、耐熱性に優れたポリイミド基板などが好ましい。
【００５４】
また、本実施形態では、導波路材料として、スピンコートすることが可能で、耐熱性に優れ、紫外線照射により屈折率低下、親水性およびアルカリ可溶な特性を発現する分岐型ポリシランを主材とする樹脂材料を用いる。この樹脂材料は、化学的組成を調整することによって屈折率を変化させることが可能である。本実施形態では、化学的組成が異なる２種類の樹脂材料（コア材：日本ペイント製グラシアＷＧ−ＳＨ−０００４、クラッド材：日本ペイント製グラシアＷＧ−ＳＨ−０００５）を用いた場合について説明する。コア材は、クラッド材よりも屈折率が高くなるように調整されている。
【００５５】
さらに、ミラー１０を形成するためには、基板１の表面に対して４５度傾斜した金属面を形成する必要がある。本実施形態では、真空プロセスを使用しない無電界めっきにより金属面を形成する。このためには、ミラー形成部５ｂは、紫外線照射により親水性を発現する樹脂材料によって構成されていることが好ましい。このような特性を有する樹脂材料としては、上述した分岐型ポリシランを主材とする樹脂材料の他にも、感光性ポリイミドなどが挙げられる。本実施形態では、上述したように分岐型ポリシランを主材とする樹脂材料を用いて説明する。
【００５６】
以下に、本実施形態の光電気配線基板２０の製造方法について、図２（ａ）〜図４（ｉ）を用いて説明する。
【００５７】
図２（ａ）〜図４（ｉ）はそれぞれ、本実施形態の光電気配線基板２０の製造工程をそれぞれ示す要部断面図である。
【００５８】
図２（ａ）に示すように、基板１上に導波路を構成する下部クラッド層４を形成する下部クラッド層形成工程を行う。
【００５９】
本実施形態の光電気配線基板において、導波路は、界面の状態により透過損失が大きく影響するので、基板１としては平坦で平滑なものを用いることが好ましい。例えば石英などからなるガラス基板や、耐熱性に優れたポリイミド基板などが好ましい。
【００６０】
また、本実施形態では、導波路材料として、スピンコートすることが可能で、耐熱性に優れ、紫外線照射により屈折率低下、親水性およびアルカリ可溶な特性を発現する分岐型ポリシランを主材とする樹脂材料を用いる。この樹脂材料は、化学的組成を調整することによって屈折率を変化させることが可能である。本実施形態では、化学的組成が異なる２種類の樹脂材料（コア材：日本ペイント製グラシアＷＧ−ＳＨ−０００４、クラッド材：日本ペイント製グラシアＷＧ−ＳＨ−０００５）を用いる。後述するが、コア材は、下部クラッド層４のクラッド材よりも屈折率が高くなるように調整されている。
【００６１】
例えば、基板１上に上記クラッド材をスピンコート法を用いて塗布し、３００℃で約３０分間ポストベークを行うことにより下部クラッド層４を形成する。このポストベークにより無機化が進み、化学的に安定な膜が得られる。
【００６２】
図２（ｂ）に示すコア層およびミラー形成部形成工程では、まず、下部クラッド層４上に、導波路のコア層５ａおよびミラー形成部５ｂとなるミラー・コア層５を形成する。
【００６３】
例えば下部クラッド層４上にスピンコート法を用いて上記コア材を塗布し、１２０℃で約１０分および２５０℃で約２０分のプリベークを行うことによりミラー・コア層５を形成する。
【００６４】
このミラー・コア層５上にフォトマスクＭを設け、フォトマスクＭを所定パターンに形成する。このフォトマスクＭを用いてミラー形成部５ｂに対して紫外線ＵＶを選択的に照射して親水性を発現させる。
【００６５】
即ち、上記コア材としてのポリシランは、紫外線ＵＶの照射により高分子の主鎖が切断されるため、親水性およびアルカリ可溶性を発現する。これらの特性を利用して、図２（ｂ）に示すようにミラー形成部５ｂが照射部、コア層５ａが非照射部となるようなフォトマスクＭや、直接描画装置などを用いて、ミラー１０の形成のために必要な部分に対して紫外線ＵＶを照射することにより、親水性を有するミラー形成部５ｂを形成する。
【００６６】
図２（ｃ）に示すように、先端が４５度に傾斜されたダイヤモンドソーを用いて、ミラー・コア層５のミラー形成部５ｂの一部を切削して基板面に対して４５度傾斜したミラー形成面を形成するミラー形成用傾斜面形成工程を行う。その他にも、グレーマスクを用いて露光を行うことによりミラー形成部５ｂに親水性および可溶性を発現させて、ウェットエッチング法により基板面に対して４５度傾斜したミラー形成面を形成する方法を用いてもよい。
【００６７】
図２（ｄ）に示すように、紫外線ＵＶが照射された部分は親水性を有しているため、無電界めっき処理を施すことにより、金属膜が基板面に対して４５度傾斜したミラー形成面に形成されてミラー１０を形成するミラー形成工程を行う。さらに、これに対して３００℃で約３０分ポストベークを行うことにより、ミラー１０、コア層５ａおよびミラー形成部５ｂを化学的に安定化させる。
【００６８】
このようにして、ミラー・コア層５に基板１に対して４５度傾斜したミラー１０を左右に対向するように形成する。
【００６９】
図３（ｅ）に示すように、ミラー形成工程後のコア層５ａ、ミラー形成部５ｂおよびミラー１０上に、紫外線ＵＶの照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂材料で構成された樹脂膜６を形成する上部コア部用の樹脂膜形成工程を行う。その樹脂膜６をプリベークする。
【００７０】
その後、図３（ｆ）に示すように、集光素子形成部以外の樹脂膜部分に紫外線ＵＶを選択的に照射する上部クラッド層形成工程を行う。これによって、ポストベーク工程における体積収縮率を照射部と非照射部とで異ならせ、その樹脂膜をポストベークして、図３（ｇ）に示す凹面部形成工程を行う。このようにして、集光素子形成部の表面に凹面部７を有する上部コア部６ａを非照射部に形成すると共に上部クラッド層６ｂを照射部に形成する。
【００７１】
具体的に説明すると、例えば図３（ｅ）に示すように、コア層５ａ、ミラー形成部５およびミラー１０の上部にスピンコート法を用いて、上記コア材と同様の樹脂材料からなり、上部コア部６ａおよび上部クラッド層６ｂとなる樹脂膜６を塗布する。即ち、樹脂膜６として、紫外線ＵＶの照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂材料が塗布される。これに対して、１２０℃で約１０分と２５０℃で約２０分間のプリベークを行う。
【００７２】
図３（ｆ）に示すように、この樹脂膜６上にフォトマスクＭを設け、フォトマスクＭをを所定パターンに形成する。このフォトマスクＭを用いて上部コア部６ａ以外の部分に対して紫外線ＵＶを選択的に照射して親水性を発現させる。例えば上部クラッド層６ｂがＵＶ照射部、上部コア部６ａがＵＶ非照射部となるようなフォトマスクＭを用いて紫外線ＵＶを照射する。これにより、図３（ｇ）に示すように、発光素子２から放射された光または受光素子３に入射される光が通過する部分を上部コア部６ａとし、それ以外の部分を上部クラッド層６ｂとして形成することができる。
【００７３】
さらに、これに対して３００℃で約３０分のポストベークを行うことにより、図３（ｇ）に示すように、上部コア部６ａの表面に凹面部７が形成される。これは、紫外線ＵＶの照射の有無により、ベーク時において上部コア部６ａと上部クラッド部６ｂの体積収縮率に差が生じることに起因している。即ち、紫外線ＵＶが照射された樹脂膜６の部分では、分岐型ポリシランの主鎖であるＳｉ−Ｓｉ結合が開裂され、酸化されてＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が生成される割合が高くなるため、後のベーク工程を通過しても、紫外線ＵＶが照射されていない樹脂膜６の部分と比較して、体積の減少が少なくなる。したがって、紫外線ＵＶが照射された樹脂膜６の部分は、ベーク工程を経ても、それほど体積が減少せず、紫外線ＵＶが照射されていない樹脂膜６の部分は、膜の体積がより減少するため、上述したような凹面部７が形成されることになる。
【００７４】
なお、図３（ｇ）に示すように、本実施形態において、上部コア部６ａ上を遮光するフォトマスクＭの大きさは、紫外線ＵＶの照射およびベーク工程における上部クラッド層６ｂの体積膨張を考慮して、所望の有効径よりもやや大きくなるように設定されている。このように設定しておくことによって、紫外線ＵＶの照射およびポストベークにより、上部クラッド層６ｂが体積膨張して上部コア部６ａが圧迫されても、所望のサイズの凹面部７を形成することができる。
【００７５】
次に、図４（ｈ）に示すように、凹面部７に集光機能を持たせるために、凹面部７の上部に、その凹面部７を構成している樹脂層の屈折率よりも高い屈折率を有する樹脂材料として高屈折率樹脂層８を形成する高屈折率樹脂層形成工程を行う。これらの凹面部７および高屈折率樹脂層８によって集光素子９が作製される。この場合に、凹面部７内に高屈折率樹脂層８が充填されて凹面部７が下に凸のレンズ面になっている。
【００７６】
この集光素子９の集光性能は、凹面部７の曲率と、上部クラッド層６ｂ上に塗布される樹脂材料の屈折率差によって決定されるため、高屈折率樹脂層８の樹脂材料としては、可能な限り屈折率が高い材料を選択することが好ましい。ここで用いられる高屈折率樹脂層８の樹脂材料は、上述した条件を満たせばどのようなものでも使用可能であるが、耐熱性が高く、線膨張係数がほぼ等しいなどという特性を有することから、組成を制御してコア材よりもさらに屈折率を高く設定した分岐型ポリシランを主材とする樹脂材料を用いることが好ましい。例えば、日本ペイント製のグラシアのような分岐型ポリシランを主材とする樹脂材料を用いる場合、３００℃で約３０分のポストベークを行うことにより、化学的に安定化された膜を形成することができる。
【００７７】
図４（ｉ）に示すように、高屈折率樹脂層８の上部には、電気配線層１１を構成する樹脂層および金属層を形成し、その上に電極パッド１２を形成し、さらにその上部にはんだ１３などを用いて発光素子２および受光素子３を実装する電気配線層形成および素子実装工程を行う。
【００７８】
以上の各工程を経ることにより、発光素子２から放射された発散光を略並行光にするか、または導波路を伝搬した光を受光素子３の表面部に集光させることができる集光素子９を用いた光電気配線基板２０を作製することができる。
【００７９】
これにより、本実施形態の集光素子９によれば、発光素子２から放射された光を効率良く導波路に結合させることができ、さらに、導波路を伝搬した光を効率良く受光素子３の表面の光電変換部に導いて、その結合効率を向上させることが可能となる。
【００８０】
また、本実施形態の集光素子９によれば、紫外線照射とベーク工程を経るだけで、凹面部７を形成することができるので、従来のようにリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法や等方性ウェットエッチング法などを用いた凹面部７の形成工程を省略することができ、製造プロセスを大幅に簡略化することができる。さらに、上部クラッド層６ｂの形成と同時に集光素子９を形成することができるため、製造プロセス時間の短縮化を図ることができる。
【００８１】
以上により、本実施形態によれば、基板１上に形成された一または複数の樹脂層６の一部に凹面部７が設けられ、凹面部７内に、その凹面部を構成する樹脂層の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率樹脂層８が充填されている集光素子９を製造する際に、基板１上に、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂層５を形成し、集光素子形成部以外の部分に紫外線ＵＶを照射して体積収縮率を照射部と非照射部で変化させ、これに対してベーク工程を行うことにより、樹脂層５の表面に凹面部７を形成する。これによって、光電気配線基板の製造工程を簡略化できて生産性の向上を図ることができる。
【００８２】
なお、本実施形態では、基板１上の樹脂層６ａの表面部に形成された凹面部７と、この凹面部７上に設けられ、凹面部７を構成している樹脂層６（上部コア部６ａ）の屈折率よりも高い屈折率の樹脂材料の高屈折率樹脂層８とを有する集光素子９が入出力端面にそれぞれ単一の場合について説明したが、これに限らず、集光性能を増加させるために複数層に集光素子９をそれぞれ形成して多段レンズを構成することも可能である。この場合に、多段レンズは凹面部７および高屈折率樹脂層８が複数重なって設けられている。
【００８３】
また、本実施形態では、凹面部７が形成される樹脂層６に、分岐型ポリシランを主材とした樹脂材料を用いた一例について説明を行ったが、直鎖状ポリシランおよびネットワークポリシランを主材とする樹脂材料を用いることも可能である。要は、凹面部７が形成される樹脂層６は、ポリシランを主材とする樹脂材料からなっている。
【００８４】
さらに、本実施形態の凹面部形成工程では、基板１上に、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂層６を形成する工程と、この樹脂層６をプリベークする工程と、ポストベーク工程における体積収縮率を紫外線照射部と紫外線非照射部とで異ならせるように、集光素子形成部以外の樹脂層６（上部コア部６ａ）の表面に紫外線を照射する紫外線照射工程と、集光素子形成部の表面に凹面部７を形成するべく、紫外線照射工程後の樹脂層６をポストベークする工程とを有しているが、これに限らず、要は、  凹面部形成工程は、基板１上に設けられた樹脂層６の表面部に、紫外線照射の有無だけではなく紫外線照射量により樹脂層の体積収縮率を制御して凹面部７を形成することができる。
【００８５】
さらに、本実施形態では、光電気配線基板２０の製造方法として、基板１上に導波路を構成する下部クラッド層４を形成する工程と、下部クラッド層４上に導波路のコア層５ａおよびミラー形成部５ｂとなるミラー・コア層５を形成する工程と、ミラー・コア層５の所定位置に光路変更用のミラー１０を形成するミラー形成工程と、このミラー形成工程後のミラー・コア層５上に、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂層６を形成し、この樹脂層６をプリベークした後、樹脂層６の集光素子形成部以外の表面部分に紫外線を照射して、ポストベーク工程における体積収縮率を照射部と非照射部とで異ならせ、樹脂層６をポストベークして、樹脂層６の一部表面に凹面部７を有する上部コア部６ａを非照射部に形成すると共に上部クラッド層６ｂを照射部に形成する工程と、凹面部７内に、凹面部７を構成している樹脂層の屈折率よりも高い屈折率の高屈折率樹脂層８を充填させて集光素子９を形成する工程とを有する構成としたが、これに限らず、ミラー形成工程がない場合も本発明の集光素子９の製造方法を適用できる。この場合には、上部コア部６ａとコア層５とが直角ではなく鈍角に構成されているか、または／および集光素子９を介して入射させる光を、基板面に対して斜め方向から入射させればよいが、光結合効率はあまりよくない。
【００８６】
即ち、この場合の光電気配線基板の製造方法として、基板１上に導波路を構成する下部クラッド層４を形成する工程と、下部クラッド層４上に導波路のコア層５を形成する工程と、コア層５ａ上に、紫外線照射の有無によりベーク工程における体積収縮率が変化する樹脂層６を形成し、この樹脂層６をプリベークした後、樹脂層６の集光素子形成部以外の部分に紫外線を照射して、ポストベーク工程における体積収縮率を照射部と非照射部とで異ならせ、樹脂層６をポストベークして、樹脂層６の一部表面に凹面部７を有する上部コア部６ａを非照射部に形成すると共に上部クラッド層６ｂを照射部に形成する工程と、凹面部７内に、凹面部７を構成している樹脂層６の屈折率よりも高い屈折率の高屈折率樹脂層８を充填させて集光素子９を形成する工程とを有するようにしてもよい。
【００８７】
また、本実施形態では、ミラー形成工程で形成したミラーは、集光素子９の凹面部７からの光の光路をコア層５ａ側に変化させて導波路内に入射させる入射側ミラー１０と、導波路から出射した光の光路を集光素子９の凹面部７側に変化させて集光素子９の凹面部７に出射させる出射側ミラー１０とを有する場合について説明したが、これに限らず、入射側ミラー１０および出射側ミラー１０のいずれかを有するように構成することもできる。
【００８８】
さらに、本実施形態では、高屈折率樹脂層８上に電気配線層１１を形成する工程と、電気配線層１１上に電極パッド１２を形成する工程と、電極パッド１２上に発光素子２および受光素子３を実装する工程とを有する場合について説明したが、これに限らず、電極パッド１２上に発光素子２または受光素子３を実装する場合も本発明の光電気配線基板の製造方法に含まれる。この場合に、発光素子２から導波路を通って受光素子３に至る光路において、本発明の集光素子９が、発光素子２と導波路との間または導波路と受光素子３との間に配置される。これは、例えば基板端面から出射した光を所定のレンズを介して受光素子で受講する場合または、例えば発光素子２から所定のレンズを介して基板端面に入射させる場合に対応している。
【００８９】
さらに、本実施形態のミラー形成工程では、基板１の表面に対して４５度傾斜したミラー形成面上に無電解めっきにより金属面をミラー１０として形成する場合について説明したが、これに限らず、コア層５ａに効率よく光入射するように、基板１の表面に対して所定角度傾斜したミラー形成面上に無電解めっきにより金属面をミラー１０として形成してもよい。これは、上部コア部６ａとコア層５とが直角ではない場合である。
【００９０】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、例えば基板上に光配線と電気配線を有する情報処理装置などに用いられ、発光素子や受光素子と導波路との間の結合効率を向上させるための集光素子、これを用いて、情報処理装置の高速化に伴う放射ノイズ増大、等長配線化および多層化による基板コストの増大などのような電気配線の課題を克服する光電気配線基板およびその製造方法の分野において、従来のＲＩＥ法や金属マスクを必要とする等方性ウェットエッチング法などを用いた特別な工程を行う必要がなく、簡略化された工程だけで任意の位置に集光素子の凹面部を作製できる。このため、生産性の向上およびスループットの向上を図り、高速信号伝送が可能な光配線部を有する光電気配線基板を低コストで高品質に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施形態における集光素子を用いた光電気配線基板の構成例を示す要部断面図である。
【図２】（ａ）は図１の光電気配線基板における下部クラッド層形成工程、（ｂ）はコア層およびミラー形成部形成工程、（ｃ）はミラー形成用傾斜面形成工程、（ｄ）はミラー形成工程をそれぞれ示す要部断面図である。
【図３】（ｅ）は図１の光電気配線基板における上部コア部用樹脂膜形成工程、（ｆ）は上部クラッド層形成工程、（ｇ）は凹面部形成工程をそれぞれ示す要部断面図である。
【図４】（ｈ）は図１の光電気配線基板における高屈折率樹脂層形成工程、（ｉ）は図１の光電気配線基板における電気配線層形成および素子実装工程をそれぞれ示す要部断面図である。
【図５】従来の集光素子とそれを用いた信号伝送システムの構成例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１  基板
２  発光素子
３  受光素子
４  下部クラッド層
５  ミラー・コア層
５ａ コア層
５ｂ ミラー形成部
６  樹脂層
６ａ 上部コア部
６ｂ 上部クラッド層
７  凹面部
８  高屈折率樹脂層
９  集光素子
１０  ミラー
１２  電極パッド
１３  はんだ
２０  光電気配線基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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