(57)【要約】【課題】高分子光導波路を安価に、かつ効率良く製造できる製造方法の提供。【解決手段】基板上に導波路形成用マスク１０を配置し、孔版印刷法により第１の光透過性高分子樹脂からなるクラッド層及び／又は第２の光透過性高分子樹脂からなるコア層を形成する。導波路形成用マスク１０は、金属板１１に長尺の導波路形成用パターン１２が１本以上設けられ、導波路形成用パターン１２は、長手方向に沿って設けられた複数のパターン開口部１２ａと、これらパターン開口部１２ａ、１２ａ間に設けられたブリッジ１２ｂからなり、パターン開口部１２ａにメッシュは設けられていないものである。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光透過性高分子樹脂からなるクラッド層に第２の光透過性高分子樹脂からなるコア部が１本以上埋め込まれた高分子光導波路において、
前記コア部又はクラッド層の少なくとも一カ所以上に他の部分と幅及び／又は高さが異なる太さ変更領域及び／又は分断された分断領域が設けられていることを特徴とする高分子光導波路。
【請求項２】
基板上に電気配線と光配線を設けた光電気複合配線基板において、前記光配線は前記請求項１の高分子光導波路からなることを特徴とする光電気複合配線基板。
【請求項３】
金属板に長尺の導波路形成用パターンが１本以上設けられ、前記導波路形成用パターンは、長手方向に沿って設けられた複数のパターン開口部と、これらパターン開口部間に設けられたブリッジからなり、前記パターン開口部にメッシュは設けられていないことを特徴とする光導波路を形成するための孔版印刷用マスク。
【請求項４】
基板上に前記請求項３に記載の光導波路を形成するための孔版印刷用マスクを配置し、孔版印刷法により第１の光透過性高分子樹脂からなるクラッド層及び／又は第２の光透過性高分子樹脂からなるコア層を形成することを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子樹脂を材料とする光導波路を効率良く製造する方法に係わり、プリント配線基板等の基板上に電気配線と光配線を共存させた光電気複合配線基板として利用することも可能な高分子光導波路の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線基板には電気部品のみが搭載されるのが一般的である。近年、ＬＳＩチップの高速化に対して、電気配線では部品間の伝送距離や信号の伝送速度の限界等が無視できなくなっている。このため、信号処理の高速化や電気ノイズの低減等の効果を見込んで光配線を混載することが期待されており、その際、電気伝送に劣らない低コストな光配線技術が求められている。
比較的容易なプロセスで製造でき、小型化、集積化が容易であることから、高分子材料を用いた平面光導波路（ＰＬＣ）型部品が上記のような用途には好適である。このＰＬＣ型部品のなかでも低屈折率のクラッドの内側に高屈折率のコアが埋め込まれたタイプのコア埋め込み型高分子ＰＬＣが主流である。このコア埋め込み型高分子ＰＬＣに用いられる材料としては、種々の透明樹脂が利用されており、例えば、フッ素化ポリイミド等の熱硬化型樹脂を材料とする場合、図６に示すようなフォトリソグラフィー技術およびエッチングを用いる製造方法が一般的である（例えば、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｖｏｌ．１６  Ｎｏ．６  Ｊｕｎｅ  １９９８参照）。
【０００３】
例えば、熱硬化型樹脂を材料とするコア埋め込み型高分子ＰＬＣの従来の製造方法は、図６（ａ）に示すようにシリコン基板５１上に相対的に低屈折率の熱硬化型樹脂からなる下部クラッド層５２ａを形成した後、図６（ｂ）に示すようにこの下部クラッド層５２ａの表面上に、クラッド材料よりも高屈折率のコア形成用熱硬化型樹脂層５３ａを形成する。ついで、図６（ｃ）に示すようにこの熱硬化型樹脂層５３ａ上にフォトリソグラフィー技術によりコア形成用エッチングマスク５４を形成した後、図６（ｄ）に示すように反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングまたはウェットエッチングによりコア層５３を形成する。次いで、図６（ｅ）に示すようにエッチングマスク５４を除去した後、コア層５３及び下部クラッド層５２ａの表面上に、下部クラッド層５２ａと同じ程度の屈折率の熱硬化型樹脂からなる上部クラッド層５２ｂを形成すると、埋め込み型高分子ＰＬＣが得られる。
【０００４】
また、上記のような熱硬化型樹脂を用いる場合は、射出成型（例えば、特許文献１参照。）や型抜き（例えば、特許文献２参照。）などの方法でも上記のようなコア埋め込み型高分子ＰＬＣを製造することが可能である。また、アクリル系やエポキシ系等のＵＶ硬化型樹脂を用いる場合には、フォトレジストでエッチングマスクを形成する工程にかえて、コア形成用材料を選択的に露光する方法でコアパターンを形成することで、光導波路を作製できる。
【０００５】
ところで光電気複合配線に応用することを考えた場合、光導波路はランドやスルーホール等の電気接点をさけて形成しなければならない。また、実装コストを下げるためにも、高価で真空引き等の時間がかかりがちな真空装置は使用せずに光導波路を作製するのが望ましい。このような場合には、孔版印刷の手法が有効である。この方法は位置選択的に光導波路クラッドを形成することができ、材料の使用効率が高く、基板の形状にとらわれない低コストで簡便な方法である。この方法は光導波路のクラッドだけでなく、コアの作製にも適用できる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１６６１６９号公報
【特許文献２】
特開２００２−３１７３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記の孔版印刷の手法は光導波路のコアの作製にも適用できるが、この場合、メッシュ付きのスクリーンマスクを使用すると、メッシュにペースト材料、すなわち光透過性樹脂液が詰まりやすく、特にマルチモード型光導波路等のコアパターン（幅１００μｍ程度）のように高精度が要求されるパターン形成のためには印刷品質を維持するために版のクリーニング等のメンテナンスに労力を要するという欠点があった。また、メッシュ付きのスクリーンマスクに形成するパターンはフォトリソグラフィー等で形成しているため、パターンの変更には新たなフォトリソグラフィー用露光マスクが必要となり、短期間での作りかえが困難であるという問題もあった。一般にメッシュ無しタイプのメタルマスクは、はんだバンプを形成するためのドット印刷に用いられるものであり、版の強度の問題や、図７の矢印で示すようにＬ字型パターン５５ａの一部にめくれが生じる問題等のために長い直線や曲線、または複雑なパターンには適用できなかった。なお、図７中、符号５５ｂは、レーザー加工、エッチング又はエレクトロフォーミング等の方法により形成したコア形成用パターン開口部である。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、安価で、かつ製造効率が良い高分子光導波路を提供することを課題の一つとする。
また、本発明は、高分子光導波路のコアパターンの変更に対して導波路形成用パターンの変更や追加加工が行い易く、しかもメンテナンスを行う回数を低減でき、しかも導波路形成用パターンのめくれを防止できる光導波路形成用マスクを提供することを課題の一つとする。
また、本発明は、安価で、かつ効率良く製造できる高分子光導波路の製造方法とさらには上記のような高分子光導波路を混載した光電気複合配線基板の製造方法を提供することを課題の一つとする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、第１の光透過性高分子樹脂からなるクラッド層に第２の光透過性高分子樹脂からなるコア部が１本以上埋め込まれた高分子光導波路において、
上記コア部又はクラッド層の少なくとも一カ所以上に他の部分と幅及び／又は高さ（厚さ）が異なる太さ変更領域及び／又は分断された分断領域が設けられいることを特徴とする高分子光導波路によって解決される。
【００１０】
また、上記高分子光導波路がシングルモード型の光導波路の場合、上記コア部の少なくとも一カ所以上に太さ変更領域及び／又は分断領域が設けられ、太さ変更領域におけるコア部の幅が変更されていない部分の幅１００％に対して７０〜９０％、好ましくは８０％程度であることが好ましく、太さ変更領域におけるコア部の導波路長手方向の長さが２０μｍ以下であることが好ましい。
また、分断領域におけるコア部の間隔が２０μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
上記高分子光導波路がマルチモード型の光導波路の場合、上記コア部の少なくとも一カ所以上に太さ変更領域及び／又は分断領域が設けられ、太さ変更領域におけるコア部の幅が変更されていない部分の幅１００％に対して７０〜９０％、好ましくは８０％程度であることが好ましく、太さ変更領域におけるコア部の導波路長手方向の長さが２００μｍ以下であることが好ましい。
また、分断領域におけるコア部の間隔が２００μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
上記のような構成の本発明の高分子光導波路は、基板上に電気配線と光配線を設けた光電気複合配線基板の光配線として用いられていてもよい。
【００１３】
また、上記課題は、金属板に長尺の導波路形成用パターンが１本以上設けられ、上記導波路形成用パターンは、長手方向に沿って設けられた複数のパターン開口部と、これらパターン開口部間に設けられたブリッジ（パターン接続部）からなり、上記パターン開口部にメッシュは設けられていないことを特徴とする光導波路を形成するための孔版印刷用マスクによって解決される。
また、上記課題は、基板上に上記構成の本発明の光導波路を形成するための孔版印刷用マスクを配置し、孔版印刷法により第１の光透過性高分子樹脂からなるクラッド層及び／又は第２の光透過性高分子樹脂からなるコア層を形成することを特徴とする高分子光導波路の製造方法によって解決される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態の高分子光導波路の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
本実施形態の高分子光導波路は、シリコンなどからなる基板１上に設けられた低屈折率の第１の光透過性高分子樹脂からなるクラッド層２に、高屈折率の第２の光透過性高分子樹脂からなるコア部３が複数本埋め込まれ、このコア部３には一カ所以上に他の部分３ａと幅及び／又は高さ（厚さ）が異なる太さ変更領域３ｂが設けられた概略構成のものである。
【００１５】
クラッド層２は、基板１上に形成された下部クラッド層２ａと、この下部クラッド層２ａ上に形成された上部クラッド層２ｂとからなる。
クラッド層２を構成する第１の光透過性高分子樹脂としては、相対的に低屈折率のポリイミド樹脂等の熱硬化型樹脂あるいは紫外線硬化型のエポキシ系、アクリル系等の樹脂が用いられている。
コア層３を構成する第２の光透過性高分子樹脂としては、上記第１の光透過性高分子樹脂より屈折率が大きい高屈折率のポリイミド樹脂等の熱硬化型樹脂あるいは紫外線硬化型のエポキシ系、アクリル系等の樹脂が用いられている。
太さ変更領域３ｂは、他の部分３ａの幅Ｗ１より幅Ｗ２が狭く、及び／又は他の部分３ａの高さより高さが低くされている。
【００１６】
本実施形態の本高分子光導波路がシングルモード型の光導波路の場合、太さ変更領域３ｂにおけるコア部３の幅Ｗ２が幅が変更されていない部分３ａの幅Ｗ１１００％に対して７０〜９０％、好ましくは８０％程度であることが好ましく、具体的にはコア部３の幅Ｗ１が７．０μｍのとき、太さ変更領域３ｂの幅Ｗ２は５．６μｍ程度であることが好ましい。また、太さ変更領域３ｂにおけるコア部の導波路長手方向の長さＬ２が２０μｍ以下であることが好ましい。
また、本実施形態の本高分子光導波路がマルチモード型の光導波路の場合、太さ変更領域３ｂにおけるコア部３の幅Ｗ２が幅が変更されていない部分３ａの幅Ｗ１１００％に対して７０〜９０％、好ましくは８０％程度であることが好ましく、具体的にはコア部３の幅Ｗ１が１００μｍのとき、太さ変更領域３ｂの幅Ｗ２は８０μｍ程度であることが好ましい。また、太さ変更領域３ｂにおけるコア部の導波路長手方向の長さＬ２が２００μｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
なお、上記実施形態においては、各コア部３の少なくとも一カ所以上に他の部分３ａと幅及び／又は高さが異なる太さ変更領域３ｂが設けられた場合について説明したが、図２に示すようにコア部３には分断された分断領域３ｃが設けられていてもよく、即ち、コア部３には太さ変更領域３ｂ及び／または分断領域３ｃが設けられていてもよい。
上記高分子光導波路がシングルモード型の光導波路の場合、分断領域３ｃにおけるコア部３の間隔Ｌ３が２０μｍ以下であることが好ましい。
また、上記高分子光導波路がマルチモード型の光導波路の場合、分断領域３ｃにおけるコア部３の間隔Ｌ３が２００μｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
なお、上記実施形態においては上記コア部３の少なくとも一カ所以上に他の部分３ａと幅及び／又は高さ（厚み）が異なる太さ変更領域３ｂ及び／又は分断された分断領域３ｃが設けられた場合について説明したが、クラッド層２の少なくとも一カ所以上に他の部分と幅又は高さ（厚み）が異なる太さ変更領域及び／又は分断された分断領域が設けられていてもよい。
【００１９】
次ぎに、図１に示した本実施形態の高分子光導波路の製造方法の例について図面を用いて説明する。
本実施形態の高分子光導波路の製造方法では、図４（ａ）に示すようにシリコンなどからなる基板１の表面上に、ポリイミド樹脂等の熱硬化型樹脂の前躯体をスピンコート法等の塗布法により、厚さの均一な膜となるように塗布する。次いで、前躯体の膜が形成された基板１を、所定温度で加熱し、上記前躯体の膜を硬化させて、熱硬化型樹脂からなる下部クラッド層２ａを形成する。
【００２０】
次いで、図４（ｂ）に示すように下部クラッド層２ａの表面上に光導波路を形成するための孔版印刷用マスク（光導波路形成用マスクということもある。）１０を配置する。
ここで用いる光導波路形成用マスク１０は、図３に示すようにＳＵＳ等のステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル等からなる金属板１１に長尺の導波路形成用パターン１２が複数本設けられ、上記導波路形成用パターン１２は、長手方向に沿って設けられた複数のパターン開口部１２ａと、これらパターン開口部１２ａ、１２ａ間に設けられたブリッジ（パターン接続部）１２ｂからなり、しかも、上記パターン開口部１２ａにはメッシュは設けられていないタイプのものである。
この光導波路形成用マスク１０は、金属板１１にレーザー加工、エッチング、エレクトロフォーミング等により複数のパターン開口部１２ａを有する導波路形成用パターン１２を形成する際、導波路形成用パターン１２を強度及び寸法精度保持のために隣接するパターン開口部１２ａ、１２ａの間にパターンが繋がった部分（ブリッジ１２ｂ）を設けたものである。なお、上記のような導波路形成用パターン１２が形成される板としては、上記の金属板１１に限らず、セラミックス、その他の各種樹脂からなるものであってもよい。
【００２１】
例えば、光導波路形成用マスク１０として複数本の導波路形成用パターン１２が形成されたパターン部分が１５０×１５０ｍｍであるレーザー加工メタルマスクを用いて、幅Ｗ１が１００μｍで、長手方向の長さが２０ｍｍ程度以上の直線状又は曲線状のコア部３ａを作製する場合には、パターン開口部１２ａの長手方向の長さが約２０ｍｍ毎に導波路形成用パターン１２の長さ方向に開口部が形成されていない部分、すなわち、ブリッジ１２ｂが設けられていることが好ましい。
また、ブリッジ１２ｂの長手方向の長さＬ４は、少なくとも２０μｍ程度、大きくても２００μｍ程度、好ましくは１００μｍ程度の範囲とされる。
また、パターン開口部１２ａやブリッジ１２ｂの幅Ｗ４は、作製するコア部３ａの幅Ｗ１と略同じ大きさとされる。
【００２２】
上記のような光導波路形成用マスク１０を下部クラッド層２ａの表面に配置したならば、孔版印刷法によりポリイミド樹脂等の熱硬化型樹脂の前躯体を印刷すると、各パターン開口部１２ａ内側に熱硬化型樹脂の前躯体からなる膜３ｅが形成される。なお、上記のような光導波路形成用マスク１０により印刷された上記膜３ｅは、印刷直後は図５に示すように隣接する膜３ｅ、３ｅ間は繋がっていないが、熱硬化型樹脂の前躯体（コア部材料）自体の流動性によりレベリングし、互いに接続する。
【００２３】
次いで、図４（ｃ）に示すように光導波路形成用マスク１０を除去し、上記前躯体の膜３ｅが形成された基板１を、所定温度で加熱し、上記前躯体の膜３ｅを硬化させると、熱硬化型樹脂からなる複数のコア部３が形成される。なお、コア部が紫外線硬化型樹脂からなる場合には、加熱に変えて適切な量および波長の紫外線を照射することにより前躯体の膜を硬化する。
【００２４】
上記のようにして形成されたコア部３の幅は一定にならず、光導波路形成用マスク１０に形成された導波路形成用パターン１２のブリッジ１２ｂがあった部分は、パターン開口部１２ａがあった部分よりも細くくびれた形状の図１（ａ）に示すような太さ変更領域３ｂが形成されるが光導波には問題ない。
また、ブリッジ１２ｂがあった部分には図２に示すような分断領域３ｃが形成される場合もあるが、この分断領域３ｃの長手方向の長さＬ３が、シングルモード型の光導波路の場合２０μｍ程度以下、マルチモード型の光導波路の場合２００μｍ程度以下、さらにグレーデッドインデックスのマルチモード型の光導波路の場合２００μｍ程度以下であれば、コア部の端部からクラッド層内に出射した光は再び進行方向にある次ぎのコア部の端部に結合することができるので、ある程度のロスはあるものの、導波路として十分使用できる。
【００２５】
ついで、下部クラッド層２ａの表面及び複数のコア部３を覆うようにポリイミド樹脂等の熱硬化型樹脂の前躯体をスピンコート法等の塗布法により塗布した後、所定温度で加熱し、上記前躯体の膜を硬化させて、熱硬化型樹脂からなる上部クラッド層２ｂを形成し、必要に応じてこれらコア部３等が形成された基板１を所定形状にカットすると目的とする高分子導波路が得られる。
【００２６】
なお、上記実施形態の高分子光導波路の製造方法においては、光導波路形成用マスク１０を用いる孔版印刷法によりコア部を形成する工程が備えられた場合について説明したが、複数のパターン開口部とこれらパターン開口部間に設けられたブリッジ（パターン接続部）が形成された光導波路形成用マスクを用いる孔版印刷法によりクラッド層を形成するようにしてもよい。
ただし、クラッド層形成材料を印刷する場合、幅数百μｍ〜数ｍｍまでに及ぶため、光導波路形成用マスクに設けるブリッジの長手方向の長さは、１００μｍ程度とし、このようなブリッジを複数箇所設けるのが良い。
なお、クラッド層形成の光導波路形成用マスクに設けるブリッジの位置は、コア部形成用の光導波路形成用マスク１０に設けたブリッジ１２ｂの位置と重ならないようにすることが好ましく、また、クラッド部形成用材料の
流動性を利用してレベリングし、コア部の形成に問題がない程度に下部クラッド層が平坦な表面になる条件にすることが好ましい。
【００２７】
本実施形態の高分子光導波路の製造方法では、導波路形成用パターン１２のパターン開口部１２ａにスクリーンメッシュが設けられていないタイプの刷版であり、また、その開口部の一部を補強するためにパターン開口部１２ａ、１２ａ間にブリッジ１２ｂを設けた構造である導波路形成用マスク１０を使用することにより、メッシュにコア部形成用材料が詰まることもないので、メンテナンスを行う回数を低減でき、しかも導波路形成用パターンのめくれを防止できるので、高分子光導波路を簡単に、効率良く製造することができる。
また、この導波路形成用マスク１０は、レーザ加工によりパターン開口部１２ａを形成できるので、導波路形成用パターンの変更や追加加工が行い易く、高分子光導波路の種類を変更（特に、コアパターンの変更）した場合でもこの変更された高分子光導波路に応じた導波路形成用パターンが形成された導波路形成用マスクを容易に短時間で作製できる。
【００２８】
なお、従来のメタルマスクは一般に長い線状や、閉じた形状に使用できないが、本発明ではパターン開口部間に幅数十から数百μｍ程度の長さのブリッジが形成された導波路形成用パターンが設けられた導波路形成用マスクを使用することにより、長い線状はもとより、Ｕ字型、Ｌ字型や円形などの閉じた形状などの導波路の形成に適用できるので、適用可能な高分子光導波路の種類を飛躍的に増大でき、さらにはマスク自体の耐擦性や寸法精度を向上できる。
上記のような製造方法により製造できる高分子光導波路は、安価であり、製造効率が良い。また、上記のような製造方法により製造された高分子光導波路は、コア部に他の部分と幅及び／又は高さが異なる太さ変更領域３ｂ及び／又は分断された分断領域３ｃを有する構造を持つが、太さ変更領域３ｂ及び／又は分断領域３ｃの幅や長手方向の長さが上記範囲であれば光導波路として使用するにあたって問題ない。
本実施形態の高分子光導波路は、基板上に電気配線と光配線を設けた光電気複合配線基板の光配線として適用可能であり、その場合、ランドやスルーホールなどの電気的な接点を避けた部分に形成される。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の高分子光導波路によれば、安価で、しかも製造効率を向上できる。
また、本発明の光導波路を形成するための孔版印刷用マスクによれば、高分子光導波路の種類、特にコアパターンの変更に対して導波路形成用パターンの変更や追加加工が行い易く、しかもメンテナンスを行う回数を低減でき、しかも導波路形成用パターンのめくれを防止できる。
また、本発明の高分子光導波路の製造方法によれば、本発明の光導波路を形成するための孔版印刷用マスクを用いる孔版印刷用によりクラッド層又はコア部を形成するので、高分子光導波路を安価で、かつ効率良く製造できる。また、本発明の高分子光導波路の製造方法は、光電気複合配線基板の光配線として搭載される高分子光導波路の製造に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の高分子光導波路の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態の高分子光導波路のコア部に設けられた分断領域を示す平面図。
【図３】本実施形態の高分子光導波路に製造に用いられる光導波路形成用マスクの一部を示す平面図。
【図４】本実施形態の高分子光導波路の製造方法を工程順に示す図。
【図５】図３の光導波路形成用マスクにより印刷直後のコア部材料からなる膜の状態を示す平面図。
【図６】従来のコア埋め込み型高分子ＰＬＣの製造方法を工程順に示す図。
【図７】従来のメッシュ無しタイプのメタルマスクにＬ字型パターンが作製されている場合の問題を示す平面図。
【符号の説明】
１・・・基板、２・・・クラッド層、２ａ・・・下部クラッド層、２ｂ・・・上部クラッド層、３・・・コア部、３ａ・・・他の部分、３ｂ・・・太さ変更領域、３ｃ・・・分断領域、１０・・・光導波路形成用マスク（光導波路を形成するための孔版印刷用マスク）、１１・・・金属板、１２・・・導波路形成用パターン、１２ａ・・・パターン開口部、１２ｂ・・・ブリッジ（パターン接続部）。
【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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【図６】
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【図７】
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