(57)【要約】【課題】光電気複合基板の光導波路を形成するのに適し、光導波路の幅方向と厚さ方向を同時にテーパ型に形成することのできる製造方法を提供すること。【解決手段】基板３の一方面に下部クラッド層１０としてポジ型感光性樹脂１０Ａからなる第一樹脂層を形成し、その上に照射強度に分布を付与できるグレーマスク１１を配置し、このマスクの上から上記第一樹脂層を露光及び現像することにより光導波路の入力側から出力側へ断面積が小さくなるテーパ状の溝部１３を形成し、この溝部を埋め込むようにコア層２としての第二樹脂層２Ａを形成し、この第二樹脂層２Ａの上に上部クラッド層１４として第三樹脂層１４Ａを形成する。【選択図】        図１
2004302325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気配線基板に光導波路を形成し、その入力側の光路変換部で反射されて光導波路に入射された光を、出力側の光路変換部で反射させて受光素子に導く構造とする光電気複合基板の製造方法において、
上記基板の一方面に下部クラッド層としてポジ型感光性樹脂からなる第一樹脂層を形成し、
上記第一樹脂層の上に照射強度に分布を付与できるグレーマスクを配置し、
上記マスクの上から上記第一樹脂層を露光及び現像することにより光導波路の入力側から出力側へ断面積が小さくなるテーパ状の溝部を形成し、
上記溝部を埋め込むようにコア層としての第二樹脂層を形成し、
この第二樹脂層の上に上部クラッド層としての第三樹脂層を形成することを特徴とする光電気複合基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の光電気複合基板の製造方法において、
上記マスクとして、光導波路の入力側から出力側へマスクの光透過量が小さくなるグラデーション構造を持つグレーマスクを用い、
このマスクの上から上記第一樹脂層を露光及び現像することにより光導波路の入力側から出力側へ深さが浅くなるテーパ状の溝部を形成し、
この溝部を埋め込むようにコア層としての第二樹脂層を形成して、厚さが光導波路の入力側から出力側へ小さくなるコア層を形成することを特徴とする光電気複合基板の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の光電気複合基板の製造方法において、
上記マスクのパターンとして、露光及び現像したとき、上記溝部の幅が上記光導波路の入力側から出力側へ小さくなるパターンを用いることを特徴とする光電気複合基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光電気複合基板の製造方法において、
上記光導波路の出力側の光路変換部に、光導波路から出射される光を受光素子に集光させるレンズを設けることを特徴とする光電気複合基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気配線基板に光導波路を形成した光電気複合基板の製造方法に関するもので、特に光の入射側では光導波路断面積が大きく、出射側では光導波路断面積が小さくなるような、いわゆるテーパ形状の光導波路を有する光電気複合基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプリント基板は全て電気によって信号の送受信を行ってきたが、電気での伝送速度の限界から高速の部分は光を使う方式が提案されてきている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は光導波路と電気配線が混在したプリント基板の一例を示す。光導波路付き基板を用いた導波路素子は、信号を伝送するための電気配線１のパターンが形成された電気配線基板を有し、高速信号を伝達する部分にはプリント基板３に形成された光導波路１５（コア層２、クラッド層１０、１４）が用いられている。このため、光導波路１５の両端、正確にはコア層２及び下部クラッド層１０の両端には、光信号の光路を変換する傾斜面から成る光路変換部９が形成されており、その光路変換部９の上方に、電気−光信号変換する発光素子であるＬＤ（レーザダイオード）４や光−電気信号変換する受光素子であるＰＤ（フォトダイオード）５が設けられている。そしてこの光導波路付き基板が他の電気配線基板と接着層６により接合されている。
【０００４】
ＬＤ４及びＰＤ５は、光導波路付き基板の電気配線１上に設けられたＬＤ本体とＰＤ本体にそれぞれ設けられており、電気配線１とＬＤ４及びＰＤ５との間には、それらを接続するためのＬＤ用ドライバ８及びＰＤ用ドライバ７が設けられている。
【０００５】
そして、この電気配線１から入力された電気信号ｉは、ＬＤ４によって光信号に変換され、入力側の傾斜面から成る光路変換部９で反射されて光導波路コア層２に入力され伝達された後、出力側の傾斜面から成る光路変換部９で反射されてＰＤ５に入り、ここで電気信号に変換され、接続層を介して他の電気配線基板の電気配線１から電気信号ｏとして外部に出力されるようになっている。
【０００６】
この光導波路にはポリイミド樹脂やエポキシ樹脂などの樹脂材料が用いられ、パターン形成にはマスクとＵＶ露光方式を用いる方法、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）加工による形成方法、金型による成形方法などがある。
【０００７】
伝送される信号のうち、数Ｇｂｐｓ以上の高速信号を伝達する部分には光導波路コア層２が用いられ、電気−光、光−電気の信号変換にはＬＤ４やＰＤ５が使われる。ここでＬＤ４から光導波路コア層２へまた光導波路コア層２からＰＤ５へ光結合するためには９０゜光路変換が必要であるが、これには光導波路端面に形成された傾斜面４５°のミラーが光路変換部９として用いられる。
【０００８】
ここでプリント基板３上の光導波路は、ＬＤ４から発信された信号をＰＤ５へ伝達するが、従来構造では光導波路コア層２の長手方向に沿った断面が矩形であった。この場合、ＬＤ４から光を受ける光導波路部分では面積が大きい方がＬＤ４との搭載精度公差を緩くできるため、光導波路断面が広い方が良いが、ＰＤ５へ光を出す方ではビームが広がってしまいＰＤ５の受光エリアに照射される面積が少なく、ロスが発生してしまう。この対策としては、ＬＤ側では光導波路部分の面積を大きく、ＰＤ側では小さくする（以下「テーパ」という。）テーパ型光導波路にしロスを低減することが有効と考えられる。
【０００９】
従来、プラスチック光ファイバについて、その端面と受光素子の受光面との間に、コア径が光ファイバ側から受光素子側に向けて順次小さくなるグレーデッドインデックス形ファイバ状の光中継素子を介在させることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−３３２３０１号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平１１−１２５７４９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２は電気配線基板に光導波路を形成した光電気複合基板の構造や製造方法には言及がない。
【００１３】
また、このようなテーパ型光導波路を作製する方法としては、上記した金型法やＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法等が考えられるが、金型法では金型を作製するコストが高く、またＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法では光導波路パターン形成する際のエッチングに要する時間が長くなり、光導波路形状の大きなものには適さない等の問題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電気配線基板に光導波路を形成した光電気複合基板の製造方法であって、その光導波路を形成するのに適し、光導波路の幅方向と厚さ方向を同時にテーパ型に形成することのできる製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１６】
請求項１の発明に係る光電気複合基板の製造方法は、電気配線基板に光導波路を形成し、その入力側の光路変換部で反射されて光導波路に入射された光を、出力側の光路変換部で反射させて受光素子に導く構造とする光電気複合基板の製造方法において、上記基板の一方面に下部クラッド層としてポジ型感光性樹脂からなる第一樹脂層を形成し、上記第一樹脂層の上に照射強度に分布を付与できるグレーマスクを配置し、上記マスクの上から上記第一樹脂層を露光及び現像することにより光導波路の入力側から出力側へ断面積が小さくなるテーパ状の溝部を形成し、上記溝部を埋め込むようにコア層としての第二樹脂層を形成し、この第二樹脂層の上に上部クラッド層としての第三樹脂層を形成することを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１記載の光電気複合基板の製造方法において、上記マスクとして、光導波路の入力側から出力側へマスクの光透過量が小さくなるグラデーション構造を持つグレーマスクを用い、このマスクの上から上記第一樹脂層を露光及び現像することにより光導波路の入力側から出力側へ深さが浅くなるテーパ状の溝部を形成し、この溝部を埋め込むようにコア層としての第二樹脂層を形成して、厚さが光導波路の入力側から出力側へ小さくなるコア層を形成することを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項２記載の光電気複合基板の製造方法において、上記マスクのパターンとして、露光及び現像したとき、上記溝部の幅が上記光導波路の入力側から出力側へ小さくなるパターンを用いることを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光電気複合基板の製造方法において、上記光導波路の出力側の光路変換部に、光導波路から出射される光を受光素子に集光させるレンズを設けることを特徴とする。
【００２０】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、光信号を伝達する光導波路に関し、信号伝達における光接続損失を低減させるようなテーパ型光導波路を、ＵＶ露光方式とグレーマスクを用いて作製し、幅方向と厚さ方向を同時にテーパ型にした光導波路とすることにある。
【００２１】
すなわち、基板の一方面に第一樹脂層を形成し、上記第一樹脂層の上に所定のパターンを有するマスクを配置し、上記マスクの上から上記第一樹脂層を露光及び現像することにより溝部を形成し、上記溝部を埋め込むようにコア層としての第二樹脂層を形成して、最後にこの第二樹脂層の上に第三樹脂層を形成して光導波路を完成する。その露光及び現像に際し、上記第一樹脂層にはポジ型感光性樹脂を、上記マスクには、照射強度に分布をもたせる構造からなるグレーマスクを用いる。これにより、幅方向と厚さ方向を同時にテーパ型にした光導波路を作製する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２３】
図５に本実施形態で製造対象とする光電気複合基板の構造を示す。図６の場合と同様に、信号を伝送するための電気配線１のパターンが形成された電気配線基板を有し、高速信号を伝達する部分にはプリント基板３に形成された光導波路１５（コア層２、クラッド層１０、１４）が用いられている。また光導波路１５の両端、正確にはコア層２及び下部クラッド層１０の両端は、４５°の傾斜面により光信号の光路を変換する光路変換部９が形成され、その入力側の光路変換部９の上方に、電気−光信号変換する発光素子であるＬＤ（レーザダイオード）４が、また出力側の光路変換部９の上方に、光−電気信号変換する受光素子であるＰＤ（フォトダイオード）５が設けられている。そしてこの光導波路付き基板が他の電気配線基板と接着層６により接合されている。
【００２４】
しかし、光導波路コア層２の口径つまり断面積は、図６の場合のように長手方向に一定ではなく、光導波路１５の入力側（ＬＤ側）から出力側（ＰＤ側）へかけて光導波路コア層２の断面積が小さくなるように構成されている。
【００２５】
図１に本発明のテーパ型光導波路の製造プロセスを示す。まず同図（ａ）に示すように基板３（例えばガラスエポキシ基板、シリコン基板等である。）を用意する。
【００２６】
次に同図（ｂ）に示すように下部クラッド層１０となる第一樹脂として、ポジ型感光性樹脂１０Ａ（例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂が挙げられる。）を塗布する。このポジ型感光性樹脂１０Ａは塗布による形成のほか、樹脂フィルムを貼り付ける方法によって形成することもできる。
【００２７】
次に同図（ｃ）に示すように、ポジ型感光性樹脂１０Ａの上方に、所定のパターンを有し、ＵＶ照射強度に分布を付与できるグレーマスク１１を配置する。この時、グレーマスク１１は図２に示す通りであり、幅方向のテーパ形状だけでなく照射強度に分布を持たせることにより厚さ方向のテーパ形状の成形を可能にするものである。すなわち、グレーマスク１１は、コア層２の形状に対応するマスクパターン１１ａとして、幅が光導波路の入力側から出力側へ小さくなるパターンを有する。また、グレーマスク１１のマスクパターン１１ａは、その内部領域の光透過量ないし光吸収量が光導波路の長手方向に徐々に変えられており、光導波路の入力側から出力側へかけてマスクの光透過量が小さくなるグラデーション構造となっている。これは、ＬＤ側では光が透過されにくく、またＰＤ側では光が透過し易くなるようなグラデーション構造である。
【００２８】
このグレーマスク１１を配置した後、グレーマスク１１の上方より露光光１２（ここではＵＶ露光光）を照射し、グレーマスク１１を通して、コア層２に対応するテーパ部を形成する部分にのみ露光光１２が当たるようにする。
【００２９】
同図（ｄ）に示すように、露光光１２を受けたポジ型感光性樹脂１０Ａを現像することにより、その幅方向及び厚さ方向にテーパ形状を有するテーパ状の溝部１３を形成し、これにより幅方向及び厚さ方向にテーパ形状を有するテーパ部を備えた下部クラッド層（第一樹脂層）１０を形成する。ここで、テーパ状の溝部１３は、厚さ方向のテーパ形状と幅方向のテーパ形状を同時に形成することができる。幅方向及び厚さ方向のテーパ形状を同時に形成できる理由は、マスクパターン１１ａの幅を徐々に変えて出力側が幅小のテーパ形状にすることで幅方向のテーパ形状を可能とし、またマスクとして、照射強度に分布を付与できるグレーマスク１１を用い、出力側の光通過量を小さくすることで厚さ方向のテーパを可能にしたからである。
【００３０】
次に同図（ｅ）に示すように、下部クラッド層１０のテーパ部の上に、つまりテーパ状の溝部１３内に、コア層２を形成するための第二樹脂２Ａを充填する。ここで樹脂２Ａは、例えば熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を用いることができる。
【００３１】
更に同図（ｆ）に示すように、コア層２と外部に露出しているポジ型感光性樹脂１０Ａの上に、コア層２を保護するための第三樹脂１４Ａを塗布することにより光導波路１５が完成する。ここで下部クラッド層１０の第一樹脂と上部クラッド層１４の第三樹脂１４Ａは、同一材料とするか、或いは別の材料でも良いが、両方ともにコア層２よりも屈折率が低くなければいけない。
【００３２】
上記したように、光導波路のクラッド材料にポジ型感光性樹脂を用い、パターン形成にはＵＶ照射強度に分布を付与できるグレーマスクを用いることにより、ポジ型感光性樹脂の幅方向と厚さ方向のテーパ溝形状を同時に作製することができる。またＬＤ側では光導波路断面積を大きく、ＰＤ側では光導波路断面積を小さくするようなテーパ形状を達成することで、接続損失を低減することができる。
【００３３】
【実施例】
図３は本発明の一実施例を示したものである。また図４は図３におけるＡ−Ａ’部の断面を表したものである。ＬＤ側に相当する光導波路部分は光導波路コア層２の断面積が大きく、ＬＤ４との光接続の際に位置公差を緩くすることができる。一方、ＰＤ側では光導波路コア層２の断面積が小さくなっており、ＰＤ５の受光エリアに効率良く照射され接続損失も低減できる。
【００３４】
また水平方向のみのテーパ形状だけでなく、高さ方向のテーパ形状もなされているため接続損失が一層低減できる。
【００３５】
他の実施例として、図５にＰＤ側の４５゜ミラー部にレンズ１６を取り付け、光導波路から出射される光を集光させた構造を示す。この構造によりＰＤ５の受光エリアに効率良く光を入射させることができ、ＰＤとの接続損失をより低減させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光電気複合基板の製造方法によれば、基板の一方面に下部クラッド層としてポジ型感光性樹脂からなる第一樹脂層を形成し、その上に照射強度に分布を付与できるグレーマスクを配置し、上記マスクの上から上記第一樹脂層を露光及び現像することにより光導波路の入力側から出力側へ断面積が小さくなるテーパ状の溝部を形成し、この溝部を埋め込むようにコア層としての第二樹脂層を形成し、この第二樹脂層の上に上部クラッド層としての第三樹脂層を形成するので、光導波路コア層の断面積が光導波路の入力側から出力側へ小さくなる光導波路の形状、例えば幅方向と厚さ方向のテーパ形状を同時に作製することができる。
【００３７】
そして、かかるテーパ形状の光導波路を有することにより、例えばＬＤ側では光導波路断面積を大きく、ＰＤ側では光導波路断面積を小さくすることができ、接続損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光電気複合基板の光導波路の作製プロセスを示した図である。
【図２】本発明で用いるグレーマスクを例示した図である。
【図３】本発明の一実施例に係る光導波路を基板上に配置した平面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ’部の断面を表したもので、厚み方向にもテーパを付与した光導波路の例を示した断面図である。
【図５】本発明を適用した光電気複合基板の構造を示した図であり、光導波路４５゜ミラー部にレンズを取り付けた他の実施例として兼用した図である。
【図６】従来の光導波路と電気配線が混在した光電気複合基板の断面図である。
【符号の説明】
２  コア層（第二樹脂層）
２Ａ  第二樹脂
３  プリント基板
４  ＬＤ
５  ＰＤ
９  光路変換部（４５°ミラー）
１０  下部クラッド層（第一樹脂層）
１０Ａ  ポジ型感光性樹脂（第一樹脂）
１１  グレーマスク
１１ａ  マスクパターン
１３  テーパ状の溝部
１４  上部クラッド層（第三樹脂層）
１４Ａ  第三樹脂
１５  光導波路
１６  レンズ
【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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