(57)【要約】【課題】光の伝送ロスを小さくできるため効率のよい光信号の伝送が可能な光導波路基板を提供すること。【解決手段】本発明の光導波路基板１０は、基材１１、光導波路が形成されたフィルム３１、光学素子４１，４３、凸状の光路変換部２２を備える。フィルム３１はコア３３、クラッド３４、貫通孔３５を有し、基材１１の主面１２に接合される。貫通孔３５の内周面３９にはコア３３の端部３８が存在する。光学素子４１，４３はフィルム３１上に実装され、光導波路と光学的に接続される。凸状の光路変換部２２は、基材１１の主面１２上かつ貫通孔３５内の位置に形成され、光信号が伝搬する光路を所望の方向に変換する。凸状の光路変換部２２と貫通孔３５の内周面３９との最短距離は０μｍ以上かつ１００μｍ以下である。【選択図】  図３
2004264382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する基材と、
光信号が伝搬する光路となるコア、そのコアを取り囲むクラッド及び前記コアの延線上に位置する貫通孔を有し、前記基材の主面に接合される、光導波路が形成されたフィルムと、前記貫通孔の内周面には前記コアの端部が存在することと、
前記基材及び前記フィルムのうちの少なくともいずれかの表面上に実装され、前記光導波路と光学的に接続される光学素子と、
前記基材の主面上かつ前記貫通孔内の位置に形成され、前記光信号が伝搬する光路を所望の方向に変換する凸状の光路変換部と、前記凸状の光路変換部と前記貫通孔の内周面との最短距離は０μｍ以上かつ１００μｍ以下であることと
を備えたことを特徴とする光導波路基板。
【請求項２】
主面を有する基材と、
光信号が伝搬する光路となるコア、そのコアを取り囲むクラッド及び前記コアの延線上に位置する貫通孔を有し、前記基材の主面に接合される、光導波路が形成されたフィルムと、
前記基材及び前記フィルムのうちの少なくともいずれかの表面上に実装され、前記光導波路と光学的に接続される光学素子と、
前記基材の主面上かつ前記貫通孔内の位置に形成され、前記光信号が伝搬する光路を所望の方向に変換する凸状の光路変換部と
を備えた光導波路基板の製造方法において、
前記基材の主面上に前記凸状の光路変換部をあらかじめ形成する工程と、
前記フィルムに前記貫通孔をあらかじめ形成する工程と、
前記凸状の光路変換部が形成された前記基材の主面上に、前記貫通孔が形成された前記フィルムを接合する工程と
を含むことを特徴とする光導波路基板の製造方法。
【請求項３】
前記コアの端部は前記貫通孔の内周面に存在するとともに、前記貫通孔の内周面と前記凸状の光路変換部との最短距離は０μｍ以上かつ１００μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項４】
前記凸状の光路変換部は、傾斜した反射面を有する先細り形状の金属バンプであることを特徴とする請求項２または３に記載の光導波路基板の製造方法。
【請求項５】
主面を有する基材と、
前記基材に形成され、電気信号が伝搬する導体回路と、
前記基材上に実装され、前記導体回路に電気的に接続される電子部品と、
光信号が伝搬する光路となるコア、そのコアを取り囲むクラッド及び前記コアの延線上に位置する貫通孔を有し、前記基材の主面に接合される、光導波路が形成されたフィルムと、前記貫通孔の内周面には前記コアの端部が存在することと、
前記基材及び前記フィルムのうちの少なくともいずれかの表面上に実装され、前記光導波路と光学的に接続される光学素子と、
前記基材の主面上かつ前記貫通孔内の位置に形成され、前記光信号が伝搬する光路を所望の方向に変換する凸状の光路変換部と、前記凸状の光路変換部と前記貫通孔の内周面との最短距離は０μｍ以上かつ１００μｍ以下であることと
を備えたことを特徴とする光電気複合実装配線基板。
【請求項６】
主面を有する基材と、
前記基材に形成され、電気信号が伝搬する導体回路と、
前記基材上に実装され、前記導体回路に電気的に接続される電子部品と、
光信号が伝搬する光路となるコア、そのコアを取り囲むクラッド及び前記コアの延線上に位置する貫通孔を有し、前記基材の主面に接合される、光導波路が形成されたフィルムと、
前記基材及び前記フィルムのうちの少なくともいずれかの表面上に実装され、前記光導波路と光学的に接続される光学素子と、
前記基材の主面上かつ前記貫通孔内の位置に形成され、前記光信号が伝搬する光路を所望の方向に変換する凸状の光路変換部と
を備えた光電気複合実装配線基板の製造方法において、
前記基材の主面上に前記凸状の光路変換部をあらかじめ形成する工程と、
前記フィルムに前記貫通孔をあらかじめ形成する工程と、
前記凸状の光路変換部が形成された前記基材の主面上に、前記貫通孔が形成された前記フィルムを接合する工程と
を含むことを特徴とする光電気複合実装配線基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路基板及びその製造方法、光電気複合実装配線基板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットに代表される情報通信技術の発達や、情報処理装置の処理速度の飛躍的向上などに伴って、画像等の大容量データを送受信するニーズが高まりつつある。かかる大容量データを情報通信設備を通じて自由にやり取りするためには１０Ｇｂｐｓ以上という情報伝達速度が望ましく、そのような高速通信環境を実現しうる技術として光通信技術に大きな期待が寄せられている。一方、機器内の配線基板間での接続、配線基板内の半導体チップ間での接続、半導体チップ内での接続など、比較的短い距離における信号伝達経路に関しても、高速で信号を伝送することが近年望まれている。このため、従来一般的であった金属ケーブルや金属配線から、光ファイバや光導波路を用いた光伝送へと移行することが理想的であると考えられている。
【０００３】
特に光導波路は、光ファイバと比較して配線自由度が高い等の利点を有することから、近年注目を集めている。そして最近では、層状の光導波路を基材上にほぼ平行な状態で配設した構造の光導波路基板が各種提案されるに至っている（例えば、特許文献１参照）。この種の光導波路基板においては、通常、基材の表面に光学素子（発光素子や受光素子）が搭載される。そして、かかる光導波路基板においては、光学素子との間で効率よく光が伝わるように、光導波路内を伝搬する光を基材に対して垂直な方向に進路変換させる凸状の光路変換部が、例えば基材上に設けられる。
【０００４】
図１９〜図２５には、従来の光導波路基板及びその製造方法の一例が示されている。この光導波路基板の製造に際しては、まず、用意しておいた基材６６の主面６７上において凸状の光路変換部７２を形成すべき位置に下地層７１を形成し（図１９参照）、さらにその下地層７１を覆うように光導波路層６１を形成する（図２０参照）。この場合、下層のクラッド６３、コア６２及び上層のクラッド６３を順次積層形成していくビルドアップ法を採用してもよく、あらかじめ層状に形成された光導波路層６１を貼り付けるという手法を採用してもよい。次に、光導波路層６１における所定箇所にエッチング等の手法によってあらかじめ貫通孔７３を開口形成し、下地層７１及びその周囲の領域を部分的に露出させておく（図２１参照）。そして、図２２に示すような型押し治具（例えばワイヤボンディング装置のキャピラリ７４）を用いて、露出された下地層７１の表面上に金属素材６４を押し付けて凸状の光路変換部７２を形成する（図２３参照）。そして、光導波路層６１上にパッド６９を形成し、さらにそのパッド６９に光学素子６８のバンプ７０を接合することにより、光導波路基板が完成するようになっている（図２４参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１９９８２７号公報（図１等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１９〜図２５に示した従来の製造方法の場合、下地層７１の表面上に対して確実に金属素材６４を押し付けて形状のよい凸状の光路変換部７２を形成するためには、キャピラリ７４の厚さ代分だけ貫通孔７３を大きめに開口形成しておく必要がある。それゆえ、図２５に示されるように、コア６２の端部７６（即ち貫通孔７３の内周面７７）と、凸状の光路変換部７２の有する反射面７５との距離が必然的に大きく（数百μｍ以上に）なってしまう。よって、光がコア６２のない空間部分（空気層）を通過する長さが大きくなる結果、かかる空間部分の通過時に光が広がってしまい、伝送ロスが増大するという問題があった。よって、効率のよい光信号の伝送を実現することができなかった。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光の伝送ロスを小さくできるため効率のよい光信号の伝送が可能な光導波路基板及びその製造方法、光電気複合実装配線基板及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
そして上記課題を解決するための手段としては、主面を有する基材と、光信号が伝搬する光路となるコア、そのコアを取り囲むクラッド及び前記コアの延線上に位置する貫通孔を有し、前記基材の主面に接合される、光導波路が形成されたフィルムと、前記貫通孔の内周面には前記コアの端部が存在することと、前記基材及び前記フィルムのうちの少なくともいずれかの表面上に実装され、前記光導波路と光学的に接続される光学素子と、前記基材の主面上かつ前記貫通孔内の位置に形成され、前記光信号が伝搬する光路を所望の方向に変換する凸状の光路変換部と、前記凸状の光路変換部と前記貫通孔の内周面との最短距離は０μｍ以上かつ１００μｍ以下であることとを備えたことを特徴とする光導波路基板がある。
【０００９】
また、上記課題を解決するための別の手段としては、主面を有する基材と、前記基材に形成され、電気信号が伝搬する導体回路と、前記基材上に実装され、前記導体回路に電気的に接続される電子部品と、光信号が伝搬する光路となるコア、そのコアを取り囲むクラッド及び前記コアの延線上に位置する貫通孔を有し、前記基材の主面に接合される、光導波路が形成されたフィルムと、前記貫通孔の内周面には前記コアの端部が存在することと、前記基材及び前記フィルムのうちの少なくともいずれかの表面上に実装され、前記光導波路と光学的に接続される光学素子と、前記基材の主面上かつ前記貫通孔内の位置に形成され、前記光信号が伝搬する光路を所望の方向に変換する凸状の光路変換部と、前記凸状の光路変換部と前記貫通孔の内周面との最短距離は０μｍ以上かつ１００μｍ以下であることとを備えたことを特徴とする光電気複合実装配線基板がある。
【００１０】
そして、これらの本発明によると、凸状の光路変換部と貫通孔の内周面との最短距離が従来のものに比べて相当小さくなることから、凸状の光路変換部の有する反射面とコアの端部との距離も相当小さくなる。よって、光の広がりを確実に抑制でき、光の伝送ロスが小さくなる。ゆえに、効率のよい光信号の伝送が可能な光導波路基板、光電気複合実装配線基板を実現することができる。
【００１１】
ここで、前記凸状の光路変換部と前記貫通孔の内周面との最短距離は０μｍ以上かつ１００μｍ以下である必要があるが、好ましいのは０μｍ以上かつ５０μｍ以下、より好ましいのは０μｍ以上かつ３０μｍ以下、最も好ましいのは０μｍ以上かつ１０μｍ以下である。最短距離が１００μｍを超えてしまうと、凸状の光路変換部の有する反射面とコアの端部との距離を十分に小さくすることができず、光の広がりを確実に抑制できなくなるおそれがあるからである。なお、「前記凸状の光路変換部と前記貫通孔の内周面との最短距離」とは、より詳細には、前記凸状の光路変換部の有する反射面と前記貫通孔の内周面との最短距離のことをいう。
【００１２】
本発明の光導波路基板、光電気複合実装配線基板を構成する基材としては、例えば、樹脂、セラミック、金属などを主材料とする基材を挙げることができる。これらの基材は、コスト性、孔加工の容易性、導電性などを考慮して適宜選択される。
【００１３】
樹脂基材としては、ＥＰ樹脂（エポキシ樹脂）、ＰＩ樹脂（ポリイミド樹脂）、ＢＴ樹脂（ビスマレイミド−トリアジン樹脂）、ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル樹脂）等からなる基材を挙げることができる。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布）やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料からなる基材を使用してもよい。セラミック基材としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ほう素、ベリリア、ムライト、低温焼成ガラスセラミック、ガラスセラミック等からなる基材を挙げることができる。金属基材としては、例えば、銅板や銅合金板、銅以外の金属単体や銅以外の合金からなる基材を挙げることができる。
【００１４】
かかる基材は、絶縁層と、電気信号が伝搬する導体回路とを備えた配線基板であることがよい。前記導体回路は基材表面に形成されていてもよく、基材内部に形成されていてもよい。これらの導体回路の層間接続を図るために、基材内部にビアホール導体が形成されていてもよい。なお、かかる導体回路やビアホール導体は、例えば、金属めっき、導電性金属ペーストの印刷や充填などの手法により形成される。なお、このような配線基板に加えて、例えば、樹脂絶縁層と導体回路とを交互に積層してなるビルドアップ層を、基材上に備えるビルドアップ配線基板を用いることも許容される。
【００１５】
ここで、基材上に実装される電子部品としては、例えば、裏面に複数の電極を有する半導体集積回路チップなどを挙げることができる。この場合の具体例としては、光学素子（発光素子）の動作回路の機能を有する半導体集積回路チップなどがある。そのほか前記電子部品は、裏面または側面に複数の接続端子を有する半導体パッケージや、裏面または側面に複数の端子を有するチップ部品（例えばチップトランジスタ、チップダイオード、チップ抵抗、チップキャパシタ、チップコイルなど）などであってもよい。この場合、搭載される電子部品は、能動部品であっても受動部品であってもよい。これらの電子部品は、いずれも基材の有する導体回路に電気的に接続されている。
【００１６】
前記光導波路が形成されたフィルムとは、光信号が伝搬する光路となるコア及びそのコアを取り囲むクラッドを有し、前記基材の主面に接合される部材を指す。その好適例としては、光信号が伝搬する光路となるコア及びそのコアを取り囲むクラッドを有するとともに、前記コア及び前記クラッドがともにポリマ材料からなる、有機系の光導波路が形成されたフィルム（いわゆるポリマ光導波路フィルム）がある。前記ポリマ材料としては、感光性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを選択することができ、具体的には、フッ素化ポリイミド等のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ＵＶ硬化性エポキシ樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、重水素化ＰＭＭＡ、重水素フッ素化ＰＭＭＡ等のアクリル樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが好適である。コアを形成する材料及びクラッドを形成する材料はいずれも透光性を有することが好ましい。コアを形成する材料は、クラッドを形成する材料よりも数％ほど屈折率が高くなるように設定される。コア及びクラッドの厚さは数μｍ〜数十μｍ程度に設定される。このようなフィルムの基材に対する非接合面側にも、上述したような各種の電子部品が搭載されていてもよい。この場合において前記非接合面には、電子部品の実装のためのパッドや、実装された電子部品間を接続する導体パターンなどが形成される。
【００１７】
前記光学素子は、前記基材及び前記フィルムのうちの少なくともいずれかの表面上に、１つまたは２つ以上搭載される。その搭載方法としては、例えば、ワイヤボンディングやフリップチップボンディング等の手法、異方導電性材料を用いた手法などを採用することができる。発光部を有する光学素子（即ち発光素子）としては、例えば、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）、半導体レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ  ；ＬＤ）、面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ；ＶＣＳＥＬ）等を挙げることができる。これらの発光素子は、入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を光導波路の所定部位に向けて発光部から出射する機能を備えている。一方、受光部を有する光学素子（即ち受光素子）としては、例えば、ｐｉｎフォトダイオード（ｐｉｎ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ；ｐｉｎ  ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等を挙げることができる。これらの受光素子は、光導波路の所定部位から出射された光信号を受光部にて入射し、その入射した光信号を電気信号に変換して出力する機能を有している。従って、発光素子の発光部や受光素子の受光部は、光導波路に対して光学的に接続（即ち、光導波路と互いの光軸を合わせた状態で接続）される必要がある。なお、前記光学素子は発光部及び受光部の両方を有するものであってもよい。前記光学素子に使用する好適な材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓなどを挙げることができる。このような光学素子（特に発光素子）は動作回路によって動作される。
【００１８】
前記凸状の光路変換部は、前記光信号が伝搬する光路を所望の方向に変換するための部分または部材であって、前記基材の主面上かつ前記貫通孔内の位置に形成される。かかる光路変換部の形状は特定に限定されず、実質的に光を所定方向に反射することが可能な突起状の構造物であれば足りる。凸状の光路変換部は基材の主面に対して傾斜した反射面を有することがよい。その具体例としては、例えば、基材の主面に対して傾斜した反射面を有する金属バンプが挙げられる。この場合における金属バンプとしては、光沢を有する金属（例えば、金、銀、銅、ニッケル、ロジウム等）からなるバンプであることが好ましい。光沢のある金属は光を効率よく反射しうるため、光路変換部としての使用に適するからである。なお、先細り形状の金属バンプの好適例としては、例えば、略四角錐状、略円錐状、略四角錐台状、略円錐台状などに形成された金属バンプなどがある。
【００１９】
前記貫通孔は、フィルムの表裏両面に開口を有するとともに、コアの延線上に位置している。貫通孔の内周面にはコアの端部が存在している。かかるコアの端部は、いわば基材の主面に対して平行な方向に延びる光路の始端または終端である。貫通孔の内側の領域には凸状の光路変換部が配置される。貫通孔の形状（基材の厚さ方向に沿って切断したときの断面形状や、基材を主面側から見たときの開口形状）は特に限定されず任意に設定することができる。なお、貫通孔の開口形状は、凸状の光路変換部の平面形状と相似形であってもよく、非相似形であってもよい。また、貫通孔の開口部の大きさは、フィルムの表裏面にて等しくてもよく、異なっていてもよい。
【００２０】
また、上記課題を解決するための別の手段としては、主面を有する基材と、光信号が伝搬する光路となるコア、そのコアを取り囲むクラッド及び前記コアの延線上に位置する貫通孔を有し、前記基材の主面に接合される、光導波路が形成されたフィルムと、前記基材及び前記フィルムのうちの少なくともいずれかの表面上に実装され、前記光導波路と光学的に接続される光学素子と、前記基材の主面上かつ前記貫通孔内の位置に形成され、前記光信号が伝搬する光路を所望の方向に変換する凸状の光路変換部とを備えた光導波路基板の製造方法において、前記基材の主面上に前記凸状の光路変換部をあらかじめ形成する工程と、前記フィルムに前記貫通孔をあらかじめ形成する工程と、前記凸状の光路変換部が形成された前記基材の主面上に、前記貫通孔が形成された前記フィルムを接合する工程とを含むことを特徴とする光導波路基板の製造方法がある。
【００２１】
さらに上記課題を解決するための別の手段としては、主面を有する基材と、前記基材に形成され、電気信号が伝搬する導体回路と、前記基材上に実装され、前記導体回路に電気的に接続される電子部品と、光信号が伝搬する光路となるコア、そのコアを取り囲むクラッド及び前記コアの延線上に位置する貫通孔を有し、前記基材の主面に接合される、光導波路が形成されたフィルムと、前記基材及び前記フィルムのうちの少なくともいずれかの表面上に実装され、前記光導波路と光学的に接続される光学素子と、前記基材の主面上かつ前記貫通孔内の位置に形成され、前記光信号が伝搬する光路を所望の方向に変換する凸状の光路変換部とを備えた光電気複合実装配線基板の製造方法において、前記基材の主面上に前記凸状の光路変換部をあらかじめ形成する工程と、前記フィルムに前記貫通孔をあらかじめ形成する工程と、前記凸状の光路変換部が形成された前記基材の主面上に、前記貫通孔が形成された前記フィルムを接合する工程とを含むことを特徴とする光電気複合実装配線基板の製造方法がある。
【００２２】
従って、このような製造方法によると、従来方法とは異なり、基材の主面上にまだフィルムが存在しない状態で凸状の光路変換部の形成を行うことができる。このため、仮に型押し治具を用いた場合であっても、治具の厚さ代分だけ貫通孔を大きめに開口形成しておく必要がない。ゆえに、貫通孔の開口量を従来に比べて小さく設定することが可能となり、結果として凸状の光路変換部と貫通孔の内周面との最短距離を小さくすることができる。つまり、上記の製造方法によれば、光の伝送ロスが小さくて効率のよい光信号の伝送が可能な光導波路基板、光電気複合実装配線基板を確実に製造することができる。なお、前記貫通孔の内周面と前記凸状の光路変換部との最短距離は、０μｍ以上かつ１００μｍ以下であることがよい。その理由は先に述べたとおりである。
【００２３】
前記基材の主面上に対しては、基材にフィルムを接合する工程を実施する前に、凸状の光路変換部をあらかじめ形成しておく必要がある。凸状の光路変換部を形成する手法としては基本的に周知の手法を採用することができ、例えば、基材へのめっきにより突起を形成する方法、あらかじめ形成した突起を基材上に転写・接着する方法、金属素材を型押し治具で成形して所定の突起とする方法などがある。これらの方法の中では、金属素材を型押し治具で成形して所定の突起とする方法が好適である。その例としては、ワイヤボンディング装置のキャピラリを基材上に押し付けて金属塊を固着させると同時に、型押し治具を兼ねるキャピラリによってその金属塊を所定の突起に成形する方法がある。また、この方法よりもさらに好ましい例としては、基材上に金属塊を固着させた後、その金属塊に専用の型押し治具を押し付けることによりその金属塊を所定の突起に成形するという方法がある。この場合、基材上に金属塊を固着させるための手段は、例えば、ワイヤボンディング装置のキャピラリ等であってもよい。
【００２４】
専用の型押し治具を用いる後者の方法は、型押し治具を兼ねるキャピラリを用いる前者の方法に比べて、型押し治具が製造しやすいという利点がある。また、専用の型押し治具を用いる後者の方法によれば、突起自体の形状を極めて正確なものとすることができる。このことは光軸ズレの低減、ひいては光の伝送ロスの低減に確実に貢献する。
【００２５】
一方、前記フィルムに対しては、基材にフィルムを接合する工程を実施する前に、前記貫通孔をあらかじめ形成しておく必要がある。
【００２６】
前記フィルムに貫通孔を形成する方法としては基本的に周知の手法を採用することができ、例えば、ドリル加工、パンチ加工、ダイシング加工等の機械的加工、レーザ加工等の光学的加工、エッチング加工等の化学的加工などを採用することが可能である。例えば、複数の発光部または受光部が密集してアレイ状に配置された光学素子を用いるような場合には、レーザ加工によって貫通孔を形成することが好ましい。その理由は、レーザ加工は例えばダイシング加工などと比較して狭ピッチかつ微細な貫通孔の形成に適しているからである。つまり、工具との機械的接触を伴うダイシング加工等の加工法では、工具の形状や大きさなどによって種々の制約を受けやすい。その反面、工具との機械的接触を何ら伴わないレーザ加工では、基本的にかかる制約を受けにくいからである。
【００２７】
フィルムに貫通孔を形成しかつ基材に凸状の光路変換部を形成したら、続いて位置合わせを行いつつ前記基材と前記フィルムとを接合する工程を行う。基材とフィルムとを接合する方法については特に限定されず、周知の方法を採用することができる。その具体例を挙げると、クリップ等の挟持治具を用いて基材とフィルムとを挟み込む方法、接着剤を用いて接着する方法、フィルムを基材に熱圧着する方法などがある。
【００２８】
そして前記工程にてフィルムを基材に接合した後、前記基材及び前記フィルムのうちの少なくともいずれかの表面上に前記光学素子を実装する工程を行えば、所望の光導波路基板、光電気複合実装配線基板を得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
【００３０】
［第１の実施の形態］
以下、本発明を具体化した第１の実施形態の光導波路基板を図１〜図１４に基づき詳細に説明する。
【００３１】
図１には、一組のセラミック基材１１をポリマ光導波路フィルム３１によって接続してなる光導波路基板１０が示されている。この光導波路基板１０は、光学素子と電気部品とを複合的に実装した構造の光電気複合実装配線基板となっている。本実施形態の光導波路基板１０を構成するセラミック基材１１は、上面１２（主面）及び下面１３を有する略矩形状の板部材である。かかるセラミック基材１１はいわゆる多層配線基板であって、上面１２（主面）及び内層に金属配線層からなる導体回路１６を備えている。このセラミック基材１１はビアホール導体（図示略）も備えており、層の異なる導体回路１６同士はビアホール導体を介して層間接続されている。セラミック基材１１の上面１２（主面）には複数のパッド１４が設けられている。それらのパッド上１４には、ＩＣチップ１５を始めとする各種の電子部品の端子が、はんだバンプを介して接合されている。これらの電子部品に対しては、セラミック基材１１の導体回路１６等を介して電流（電気信号）が流れるようになっている。
【００３２】
図１，図２，図３に示されるように、セラミック基材１１の上面１２（主面）における所定箇所（光路変換部を形成すべき箇所）には、下地層２１が形成されている。本実施形態では、銅、ニッケル及び金の３層からなる下地層２１が、セラミック基材１１側に近い側からこの順番で積層形成されている。これらの下地層２１の表面上には、凸状の光路変換部である略四角錐台状の金属バンプ２２が設けられている。金属バンプ２２の高さは１５０μｍであって、ポリマ光導波路フィルム３１の厚さの１／２倍以上（具体的には２／３倍程度）となるように設定されている。金属バンプ２２の底面における一辺の長さは、約３００μｍとなっている。かかる金属バンプ２２の有する４つの側面は、セラミック基材１１の上面１２に対してそれぞれ約４５°の角度をもって傾斜している。そして、前記４側面のうちの１つが、光を反射する反射面２６として機能するようになっている（図１４参照）。
【００３３】
図１，図２，図３に示されるように、セラミック基材１１の上面１２（主面）には、長尺状のポリマ光導波路フィルム３１が図示しない接着剤層を介して接合されている。より詳細には、フィルム３１の左端は図１における左側のセラミック基材１１に接合され、フィルム３１の右端は図１における右側のセラミック基材１１に接合されている。このフィルム３１は、コア３３及びそれを上下から取り囲むクラッド３４を有している。実質的にコア３３は光信号が伝搬する光路となる。本実施形態の場合、コア３３及びクラッド３４は、屈折率等の異なる透明なポリマ材料、具体的には屈折率等の異なるＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）により形成されている。光路となるコア３３は４つであって、それらは直線的にかつ平行に延びるように形成されている。コア３３を形成する材料は、クラッド３４を形成する材料よりも数％ほど屈折率が高くなるように設定される。コア３３及びクラッド３４の厚さは、それぞれ数十μｍ程度に設定されている。また本実施形態では、フィルム３１のセラミック基材１１に対する非接合面（即ち図１，図３等における上面）側には、パッド３６が導電性材料を用いて形成されている。なお、かかるパッド３６は位置合わせ基準部としての役割も有する。また、フィルム３１のセラミック基材１１に対する非接合面には、同じく導電性材料を用いて導体パターン３８も形成されている（図２参照）。導体パターン３８はパッド３６に接続されている。
【００３４】
フィルム３１の上面左端側にあるパッド３６上には、光学素子（発光素子）の一種であるＶＣＳＥＬ４１やその動作回路用ＩＣ（図示略）が、はんだバンプ４５を介して接続されている。一方、フィルム３１の上面右端側にあるパッド３６上には、光学素子（受光素子）の一種であるフォトダイオード４３がはんだバンプ４５を介して接続されている。
【００３５】
ＶＣＳＥＬ４１は、発光面を下方に向けた状態で搭載されていて、一列に並べられた複数（ここでは４つ）の発光部４２をその発光面内に有している。従って、これらの発光部４２は、セラミック基材１１の上面１２に対して直交する方向（即ち図１，図３の下方向）に、所定波長のレーザ光を出射するようになっている。フォトダイオード４３は、受光面を下方に向けた状態で搭載されていて、一列に並べられた複数（ここでは４つ）の受光部４４をその受光面内に有している。従って、これらの受光部４４は、図１の下側から上側に向かうレーザ光を受けやすいような構成となっている。
【００３６】
フィルム３１において光学素子（ＶＣＳＥＬ４１及びフォトダイオード４３）の実装領域の内側には、フィルム３１の下面（接合面）及び上面（非接合面）の両方にて開口する複数の貫通孔３５が形成されている。フィルム３１の下面（接合面）側の開口の大きさは、フィルム３１の上面（非接合面）側の開口の大きさと等しくなっている。各貫通孔３５の平面形状は各金属バンプ２２の平面形状と同じく略矩形である。略矩形状を呈する各貫通孔３５の一辺の長さは、金属バンプ２２の底面における一辺の長さと同じまたはそれよりも僅かに大きく、３００μｍ〜３１０μｍ程度に設定されている。そして、これら４つの貫通孔３５内に４つの金属バンプ２２がそれぞれ配置されている。
【００３７】
このように構成された光導波路基板１０の一般的な動作について簡単に述べておく。
【００３８】
ＶＣＳＥＬ４１及びフォトダイオード４３は、セラミック基材１１の導体回路１６及びフィルム３１の導体パターン３８を介した電力供給により、動作可能な状態となる。動作回路用ＩＣからＶＣＳＥＬ４１に電気信号が出力されると、ＶＣＳＥＬ４１は入力した電気信号を光信号（レーザ光）に変換した後、その光信号を金属バンプ２２の反射面２６に向けて、発光部４２から出射する。発光部４２から出射した光信号は、貫通孔３５を介してフィルム３１の上面側から入射して、金属バンプ２２の反射面２６に入射する。前記反射面２６に入射した光信号は、そこで進行方向を９０°変更する。即ち、光信号は図１４の鉛直下側方向から右側方向へと進行方向を変更する（図１４の矢印参照）。そして、進行方向を変換された光信号は、コア３３のない空間部分（空気層）を通過した後、貫通孔３５の内周面３９に存在するコア３３の端部３８に到達する。かかるコア３３の端部は、いわばつまりセラミック基材１１の上面１２（主面）に対して平行な方向に延びる光路の始端であり、光信号はそこから当該光路内に入り込む。当該光路の始端から終端へと進行した光信号は、今度はその近傍に設けられている金属バンプ２２の反射面２６に入射する。金属バンプ２２の反射面２６に入射した光信号は、そこで進行方向を９０°変更する。このため、光信号は貫通孔３５を介してフィルム３１の上面側から出射し、さらにフォトダイオード４３の受光部４４に入射する。フォトダイオード４３は受光した光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号をセラミック基材１１上のさらに別のＩＣ（図示略）等に出力するようになっている。
【００３９】
次に、上記構成の光導波路基板１０の製造方法を図４〜図１３に基づいて説明する。
【００４０】
まず、以下の手順によりセラミック基材１１を作製する。アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤などを均一に混合・混練してなる原料スラリーを作製し、この原料スラリーを用いてドクターブレード装置によるシート成形を行って、所定厚みのグリーンシートを形成する。グリーンシートにおける所定部分にはパンチ加工を施し、形成された穴の中にビアホール導体形成用の金属ペーストを充填する。また、グリーンシートの表面に金属ペーストを印刷することにより、後に導体回路１６となる印刷層を形成する。そして、これら複数枚のグリーンシートを積層プレスして一体化し、グリーンシート積層体とする。このグリーンシート積層体を、周知の手法に従って乾燥、脱脂、焼成することにより、セラミック基材１１とする。このようにして得られたセラミック基材１１の上面１２（主面）の表面に所定のめっきレジストを形成し、銅、ニッケル及び金を順でめっきを行い、３層構造の下地層２１を形成する（図４参照）。
【００４１】
次に、下地層２１の表面上に下記のようにして金属バンプ２２を形成する。図５には、ワイヤボンディング装置のキャピラリ５１が示されている。キャピラリ５１の内部には、金属ワイヤ５４を先端側（図５の下端側）に繰り出すための通路５２が形成されている。なお本実施形態では、光沢のある金属である金ワイヤを、金属ワイヤ５４として使用している。通路５２はその下端に開口部５３を有している。開口部５３の内部形状は金属バンプ２２と同じ略四角錐台状になっていて、４つある内側面はセラミック基材１１の上面１２（主面）を基準として約４５°の傾斜を有している。また、金属バンプ２２に好適な反射面を形成すべく、開口部５３の内側面の平均表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下に設定されている。そして、キャピラリ５１から所定量だけ繰り出した金属ワイヤ５４を溶融させ、その先端部に微小金属塊である金属ボール５５を形成する。
【００４２】
この後、キャピラリ５１の先端部を下地層２１の表面上に押し付けた後（図６参照）。キャピラリ５１を引き上げて金属ワイヤ５４を切り離す。その結果、下地層２１の表面上に略半球状の金属バンプ５３が固着された状態となる（図７参照）。
【００４３】
なお図７には、下地層２１の表面上に形成された略半球状の金属バンプ５３の上方に成形金型６０（型押し治具）を配置した状態が示されている。かかる成形金型６０の下面（成形面）には、金属バンプ２２と同じ略四角錐台状の凹部５９が複数設けられている。これらの凹部５９の内側面はセラミック基材１１の上面１２（主面）を基準として約４５°の傾斜を有している。また、金属バンプ２２に好適な反射面を形成すべく、凹部５９の内側面の平均表面粗さ（Ｒａ）は０．１μｍ以下に設定されている。長期にわたって高精度の成形を行うべく、成形金型６０は超硬合金を用いて形成されている。また、凹部５９における傾斜した内側面を高精度にかつ比較的簡単に形成すべく、前記成形金型６０は複数の材料を貼り合わせることにより構成されている。凹部５９は前記複数の材料同士の合わせ面に位置しており、凹部５９における傾斜した内側面は削り出しによって加工形成されている。
【００４４】
そして、このような成形金型６０の凹部５９を前記略半球状の金属バンプ５３に所定の圧力で押し付けることにより、略四角錐台状の金属バンプ２２が成形される（図８参照）。
【００４５】
このようなバンプ形成方法によれば、例えば型押し治具を兼ねるキャピラリ５１を用いる方法（後述する第２の実施形態参照）に比べて、キャピラリ５１が製造しやすくなるという利点がある。また、専用の成形金型６０を用いて成形を行うことから、金属バンプ２２自体の形状を極めて正確なものとすることができる。このことは光軸ズレの低減、ひいては光の伝送ロスの低減に確実に貢献する。
【００４６】
また、光導波路層であるポリマ光導波路フィルム３１は、下記のようにして製造される。図示しない支持材上に樹脂材料（ＰＭＭＡ）をディップコート法やスピンコート法などによって５０μｍ〜７０μｍほど塗布しかつ硬化させることにより、下層側のクラッド３４を形成する。次いで、同様の手法により、その下層側のクラッド３４の表面上にコア３３を形成し、さらにコア３３の表面上に上層側のクラッド３４を形成する（図９参照）。得られたフィルム３１（厚さ１５０μｍ〜２００μｍ程度）の片側面に図示しないレジストを形成し、この状態でスパッタ、真空蒸着、ＣＶＤ、またはめっき等を行い、パッド３６等を形成する（図１０参照）。さらにこの後、フィルム３１に対し炭酸ガスレーザによるレーザ穴明け加工を施すことにより、矩形状の貫通孔３５を４つ形成する（図１１参照）。なお、かかるレーザ穴明け加工は前記支持材を剥離した状態で行ってもよく、剥離しない状態で行ってもよい。
【００４７】
次に、貫通孔３５が形成されたフィルム３１と、金属バンプ２２が形成されたセラミック基材１１とを用いて、両者を接合する工程を下記の要領で行う。まず、セラミック基材１１の上面１２（主面）またはフィルム３１の下面（接合面）側に、あらかじめ接着剤層を設けておく。そして、セラミック基材１１の上面１２（主面）とフィルム３１の下面（接合面）とを対向させて離間配置する。この状態で例えばＣＣＤカメラを利用して画像認識を行いながら、両者を位置合わせしつつ接合するようにする（図１２参照）。この後、接着剤層を硬化させる処理を行い、セラミック基材１１とフィルム３１との接合をより強固なものとする。そして、セラミック基材１１上に接合されたフィルム３１のパッド３６上に、光学素子を実装する工程を行えば、所望の光導波路基板１０を得ることができる。
【００４８】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４９】
（１）本実施形態の構成によると、凸状の光路変換部である金属バンプ２２（詳細にはその反射面２６の最下端部）と、貫通孔３５の内周面３９との最短距離が０μｍ〜１０μｍ程度となり、従来のものに比べて相当小さくなる。それゆえ、図１４に示されるように、反射面２６とコア３３の端部３８との距離も相当小さくなる。よって、光の広がりを確実に抑制でき、光の伝送ロスが小さくなる。ゆえに、効率のよい光信号の伝送が可能な光導波路基板１０を実現することができる。
【００５０】
（２）また、本実施形態の製造方法によると、従来方法とは異なり、セラミック基材１１の上面１２（主面）上にまだフィルム３１が存在しない状態で、ワイヤボンディング技術を利用した金属バンプ２２の形成を行うことができる。このため、キャピラリ５１の厚さ代分だけ貫通孔３５を大きめに開口形成しておく必要は、特にない。ゆえに、貫通孔３５の開口量を従来に比べて小さく設定することが可能となり、結果とし金属バンプ２２と貫通孔３５の内周面３９との最短距離を小さくすることができる。つまり、上記の製造方法によれば、光の伝送ロスが小さくて効率のよい光信号の伝送が可能な光導波路基板１０を確実に製造することができる。
【００５１】
［第２の実施の形態］
次に、図１５〜図１８に基づいて第２の実施形態の光導波路基板１０の製造方法について説明する。ここでも、第１の実施形態と相違する点について説明する反面、第１の実施形態と同じ点については共通の部材番号を付すのみとする。
【００５２】
この実施形態では、金属バンプ２２の形成方法が相違している。図１５には、ワイヤボンディング装置のキャピラリ５１が示されている。このキャピラリ５１は型押し治具を兼ねている点で第１の実施形態と異なっている。キャピラリ５１の内部には、金属ワイヤ５４を先端側（図１５の下端側）に繰り出すための通路５２が形成されている。通路５２はその下端に開口部５３を有している。開口部５３の内部形状は金属バンプ２２と同じ略四角錐台状になっていて、４つある内側面はセラミック基材１１の上面１２（主面）を基準として約４５°の傾斜を有している。また、金属バンプ２２に好適な反射面を形成すべく、開口部５３の内側面の平均表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下に設定されている。そして、キャピラリ５１から所定量だけ繰り出した金属ワイヤ５４を溶融させ、その先端部に微小金属塊である金属ボール５５を形成する。この後、金属ボール５５を備えるキャピラリ５１の先端部を、下地層２１の表面上に所定圧力で押し付ける。よって、金属ボール５５が下地層２１の表面上に固着され、金属ボール５５が開口部５３によって型押し成形される結果、金属ボール５５が変形して略四角錐台状となる（図１６参照）。このとき、成形性を高めるために、セラミック基材１１を加熱したり、キャピラリ５１に超音波振動を加えたりしてもよい。この後、キャピラリ５１を引き上げる際に金属バンプ２２と金属ワイヤ５４との間にアーク放電を飛ばして、金属ワイヤ５４を金属バンプ２３（凸状の第２嵌合部）の頭頂部から完全に切り離す（図１７，図１８参照）。
【００５３】
そして、このような製造方法であっても、高速度化・高密度化等に十分に対応しうる上記の光導波路基板１０を確実にかつ低コストで製造することができる。また、このようなワイヤボンディング技術を利用したバンプ形成方法によれば、上面１２（主面）上における任意の位置に高い位置精度で金属バンプ２２を形成することができる。
【００５４】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００５５】
・前記実施形態では、光学素子や電子部品を実装する工程をフィルム接合工程の実施後に行っていたが、これをフィルム接合工程の実施前に行うようにしてもよい。
【００５６】
・前記実施形態では、パッド３６及び導体パターン３８の形成を、フィルム接合工程の実施前に行っていたが、これをフィルム接合工程の実施後に行うようにしてもよい。また、光学素子の実装のためのパッド３６をフィルム３１上に形成せず、その代わりにセラミック基材１１の上面１２（主面）上に同パッド３６を形成して、そこに光学素子を実装するようにしてもよい。
【００５７】
・前記実施形態では、コア３３の本数に対応した数だけ凸状の光路変換部を設け、それら凸状の光路変換部ごとに貫通孔３５を形成していたが、勿論これに限定されることはない。例えば、複数本のコア３３を横切る（跨ぐ）スリット状の貫通孔３５を形成し、複数の凸状の光路変換部をそのスリット状の貫通孔３５の内部に配置するようにしてもよい。
【００５８】
・前記実施形態では、コア３３の本数に対応した数だけ凸状の光路変換部を設けていたが、勿論これに限定されることはなく、例えば、複数本のコア３３を横切る（跨ぐ）凸状の光路変換部を設けてもよい。
【００５９】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００６０】
（１）請求項４において、前記金属バンプは、型押し治具で金属素材を型押しすることにより形成されることを特徴とする光導波路基板の製造方法。
【００６１】
（２）請求項１において、前記凸状の光路変換部は複数であり、前記貫通孔は前記凸状の光路変換部ごとに形成されていることを特徴とする光導波路基板。
【００６２】
（３）請求項２乃至４のいずれか１項において、前記凸状の光路変換部は複数であり、前記貫通孔は前記凸状の光路変換部ごとに形成されていることを特徴とする光導波路基板の製造方法。
【００６３】
（４）請求項２乃至４のいずれか１項において、前記凸状の光路変換部は複数であり、前記貫通孔はレーザ加工によって前記凸状の光路変換部ごとに形成されることを特徴とする光導波路基板の製造方法。
【００６４】
（５）請求項２乃至４のいずれか１項において、前記凸状の光路変換部は複数であり、前記貫通孔は、前記凸状の光路変換部の平面形状と同一または相似の平面形状を有するとともに、レーザ加工によって前記凸状の光路変換部ごとに形成されることを特徴とする光導波路基板の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第１の実施形態の光導波路基板を示す全体概略断面図。
【図２】第１の実施形態の光導波路基板を示す部分概略平面図。
【図３】第１の実施形態の光導波路基板を示す要部拡大断面図。
【図４】第１の実施形態の光導波路基板の製造プロセスにおいて、セラミック基材に下地層を形成した状態を示す要部拡大断面図。
【図５】前記製造プロセスにおいて、金属バンプ形成用の金属ワイヤを繰り出した状態を示す要部拡大断面図。
【図６】前記製造プロセスにおいて、金属ワイヤを下地層に押し付けた状態を示す要部拡大断面図。
【図７】前記製造プロセスにおいて、下地層の表面上に形成された金属塊の上方に成形金型を配置した状態を示す要部拡大断面図。
【図８】前記製造プロセスにおいて、金属バンプが完成した状態を示す要部拡大断面図。
【図９】前記製造プロセスにおいて、ポリマ光導波路フィルムを示す要部拡大断面図。
【図１０】前記製造プロセスにおいて、前記フィルムの非接合面側にパッドを形成した状態を示す要部拡大断面図。
【図１１】前記製造プロセスにおいて、前記フィルムの接合面側に貫通孔を形成した状態を示す要部拡大断面図。
【図１２】前記製造プロセスにおいて、セラミック基材とフィルムとを位置合わせしつつ接合する工程を示す要部拡大断面図。
【図１３】前記製造プロセスにおいて、フィルム上に光学素子を搭載した状態を示す要部拡大断面図。
【図１４】金属バンプ及び貫通孔を示す要部拡大断面図。
【図１５】第２の実施形態の製造プロセスにおいて、金属バンプ形成用の金属ワイヤを繰り出した状態を示す要部拡大断面図。
【図１６】第２の実施形態の製造プロセスにおいて、金属ワイヤを下地層に押し付けた状態を示す要部拡大断面図。
【図１７】第２の実施形態の製造プロセスにおいて、押し付けた金属ワイヤの上部をカットした状態を示す要部拡大断面図。
【図１８】第２の実施形態の製造プロセスにおいて、金属バンプが完成した状態を示す要部拡大断面図。
【図１９】従来技術の光導波路基板及びその製造方法を説明するための要部概略断面図。
【図２０】従来技術の光導波路基板及びその製造方法を説明するための要部概略断面図。
【図２１】従来技術の光導波路基板及びその製造方法を説明するための要部概略断面図。
【図２２】従来技術の光導波路基板及びその製造方法を説明するための要部概略断面図。
【図２３】従来技術の光導波路基板及びその製造方法を説明するための要部概略断面図。
【図２４】従来技術の光導波路基板及びその製造方法を説明するための要部概略断面図。
【図２５】凸状の光路変換部及び貫通孔を示す要部拡大断面図。
【符号の説明】
１０…光導波路基板、光電気複合実装配線基板
１１…基材としてのセラミック基材
１２…（基材の）主面としての上面
１５…電子部品としてのＩＣチップ
１６…導体回路
２２…凸状の光路変換部としての金属バンプ
２６…反射面
３１…光導波路が形成されたフィルムとしてのポリマ光導波路フィルム
３３…コア
３４…クラッド
３５…貫通孔
３８…コアの端部
３９…貫通孔の内周面
４１…光学素子としてのＶＣＳＥＬ
４３…光学素子としてのフォトダイオード
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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