(57)【要約】【課題】光の伝搬損失を抑えることが可能な光導波路用ミラーの製造方法を提供すること。【解決手段】光導波路用ミラーの製造方法は、基板上に透光性の樹脂層からなるクラッドを形成し、クラッド内に光導波路として細長いコアを形成し、クラッドの一部にコアの端部と対向し基板に対して傾斜する傾斜面を形成し、傾斜面に無電解めっき用触媒を付着させ、樹脂層を加熱して化学的に安定させ、得られた基板を無電解めっき液中に浸漬し、前記触媒の作用により前記めっき液中の金属を析出させて傾斜面に金属めっき膜を形成する工程を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の基板と、基板上に形成された透光性のクラッド層と、クラッド層に埋設され基板と平行に延びる細長い光導波路としてのコアと、コアの端部と対向し基板に対して傾斜するミラーと、クラッド層に基板と平行に埋設されミラーと対応する位置に開口部を有する遮光層とを備え、ミラーは第１波長光を反射し、第２波長光を透過させるミラーからなり、第２波長光は、基板の裏面から照射されたときに遮光層の開口部およびミラーを介してクラッド層の表面へ透過する光配線基板。
【請求項２】
基板は紫外光または可視光に対して透光性を有する請求項１に記載の光配線基板。
【請求項３】
第２波長光は紫外光または可視光であり、第１波長光は第２波長光よりも長い波長を有する請求項１に記載の光配線基板。
【請求項４】
遮光層は紫外光または可視光を、反射または吸収する請求項１に記載の光配線基板。
【請求項５】
遮光層はコア層よりも基板側に配置される請求項１に記載の光配線基板。
【請求項６】
遮光層はコア層よりもクラッド層の表面側に配置される請求項１に記載の光配線基板。
【請求項７】
請求項１に記載の光配線基板上に光素子を実装し、光配線基板と光素子の隙間を、第２波長光の照射により屈折率が高くなる特性を有するアンダーフィル樹脂で充填し、光配線基板の裏面側から第２波長光を照射し、遮光膜の開口部およびミラーを介して前記第２波長光をアンダーフィル樹脂による充填部の一部に導いて選択的に照射し、照射部位の屈折率を高めることにより前記充填部中に光ガイド構造を形成する光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光配線基板およびそれを用いた光モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気回路基板へ半導体素子を実装する方法として、電気回路基板上に導体バンプを介して半導体素子を実装するフリップチップ実装が用いられている。
一般に、フリップチップ実装によって接続された電気回路基板と半導体素子は、それらの隙間にアンダーフィル樹脂が充填され、これにより、バンプ接続部の封止、並びに、電気回路基板と半導体素子の固着を行い、機械的および電気的な実装信頼性の向上を図っている。
【０００３】
一方、光素子を実装する場合にも上記のフリップチップ実装が利用されおり、光素子と光導波路を有する光配線基板との隙間には、半導体素子の場合と同様にアンダーフィル樹脂が充填されることがある。
というのは、アンダーフィル樹脂が充填されない場合、上記のような実装信頼性の向上が図られないだけでなく、光素子と光配線基板の隙間に異物が侵入すれば光接続に支障をきたす恐れがあるからである。
【０００４】
光素子と光配線基板の隙間にアンダーフィル樹脂が充填されたものとしては、光配線基板の表面に光素子をフリップ実装し、光配線基板と光素子との隙間を、光照射による架橋重合によって屈折率が高くなる特性を有するアンダーフィル樹脂で充填し、光導波路の端面から光を入射させてアンダーフィル樹脂による充填部に導き、充填部のうち光路に該当する一部の屈折率を架橋重合によって高めた後、アンダーフィル樹脂を硬化乾燥させてなる光モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような光モジュールでは、充填部のうち光路に該当する一部の屈折率が他の部分よりも高められるため、充填部に光ガイド構造が形成され、光信号の結合効率が高められる。
【特許文献１】特開２００２−９８８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記光モジュールにおいて、アンダーフィル樹脂による充填部のうち光路に該当する一部の屈折率を高めるためには、光配線基板に形成された光導波路の端部がアンダーフィル樹脂硬化用の光源に露出している必要がある。
このため、光導波路の両端に光素子が実装された状態では、アンダーフィルによる充填部のうち光路に該当する一部の屈折率を高めて光ガイド構造を形成することができない。
【０００６】
また、一般に、光導波路のコア部の端面は、数μｍ〜数十μｍ程度と微小であるため、アンダーフィル樹脂硬化用の光源には集光手段および高精度の位置決め機構が必要となる。これは、光モジュールの生産工数を増加させることとなり、量産を難しくする。
【０００７】
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、光素子を実装する際に、アンダーフィル樹脂による充填部に容易に光ガイド構造を形成できる光配線基板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、透光性の基板と、基板上に形成された透光性のクラッド層と、クラッド層に埋設され基板と平行に延びる細長い光導波路としてのコアと、コアの端部と対向し基板に対して傾斜するミラーと、クラッド層に基板と平行に埋設されミラーと対応する位置に開口部を有する遮光層とを備え、ミラーは第１波長光を反射し、第２波長光を透過させるミラーからなり、第２波長光は、基板の裏面から照射されたときに遮光層の開口部およびミラーを介してクラッド層の表面へ透過する光配線基板を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、クラッド層にミラーと対応する位置に開口部を有する遮光層が埋設され、ミラーは第１波長光を反射し第２波長光を透過させるので、基板の裏面から第２波長光が照射されたときに、遮光層の開口部およびミラーを介してクラッド層の表面へ第２波長光を透過させることができる。
このため、光配線基板上に光素子が実装され、前記基板と光素子の隙間が第２波長光の照射によって屈折率が高められる特性を有するアンダーフィル樹脂で充填された場合に、光配線基板の裏面から第２波長光を照射することにより、アンダーフィル樹脂による充填部のうち光路に該当する部分に第２波長光を選択的に導いて光路部分の屈折率を高め、充填部に光ガイド構造を形成することができる。
【００１０】
また、上述の通り、基板の裏面側から第２波長光を照射するだけで、アンダーフィル樹脂による充填部の光路該当部分に第２波長光を導くことができるので、光導波路の両端に光素子が実装され、光導波路の端部が光源に露出していない状態であっても充填部に光ガイド構造を形成できるようになる。
さらには、アンダーフィル樹脂硬化用の光源に複雑な集光手段や高精度な位置決め機構を設ける必要がなくなり、光配線基板と光源の位置決め作業も簡略化されるので、アンダーフィル樹脂からなる充填部に光ガイド構造を有する光モジュールを容易に製造できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明による光配線基板は、透光性の基板と、基板上に形成された透光性のクラッド層と、クラッド層に埋設され基板と平行に延びる細長い光導波路としてのコアと、コアの端部と対向し基板に対して傾斜するミラーと、クラッド層に基板と平行に埋設されミラーと対応する位置に開口部を有する遮光層とを備え、ミラーは第１波長光を反射し、第２波長光を透過させるミラーからなり、第２波長光は、基板の裏面から照射されたときに遮光層の開口部およびミラーを介してクラッド層の表面へ透過することを特徴とする。
【００１２】
この発明による光配線基板において、基板は紫外光または可視光に対して透光性を有していてもよい。基板としては、例えば、紫外線の透過率が高い石英ガラスや、ホウケイ酸ガラスからなるものが用いられる。基板の表面には電気配線が形成されていてもよい。
また、この発明による光配線基板において、第２波長光は紫外光または可視光であり、第１波長光は第２波長光よりも長い波長を有していてもよい。
【００１３】
また、この発明による光配線基板において、遮光層は紫外光または可視光を、反射または吸収してもよい。遮光層としては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等の金属からなるものが用いられる。
また、この発明による光配線基板において、遮光層はコア層よりも基板側、あるいは、コア層よりもクラッドの表面側に配置されてもよい。
【００１４】
また、この発明による光配線基板において、クラッド層はコア層よりも屈折率の低い部分を意味し、コアはクラッド層に埋設され、クラッド層よりも屈折率の高い部分を意味する。
クラッド層およびコアは、例えば、ポリメチルメタアクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリシロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、フッ素樹脂等から形成できる。また、シリカやニオブ酸リチウム等の無機系材料が用いられてもよい。
【００１５】
また、この発明による光配線基板において、ミラーは、第１波長光を反射し、第２波長光を透過させる必要がある。このようなミラーとしては、例えば、コアの端部と対向し基板に対して傾斜するように形成された傾斜面と、この傾斜面に被着された多層誘電体膜とから構成されたものが用いられる。
ここで、誘電体膜としては、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＴａＯ5、ＭｇＦ2、ＣａＦ2等からなるものが用いられる。
【００１６】
また、この発明は別の観点からみると、上述のこの発明による光配線基板上に光素子を実装し、光配線基板と光素子の隙間を、第２波長光の照射により屈折率が高くなる特性を有するアンダーフィル樹脂で充填し、光配線基板の裏面側から第２波長光を照射し、遮光膜の開口部およびミラーを介して前記第２波長光をアンダーフィル樹脂による充填部の一部に導いて選択的に照射し、照射部位の屈折率を高めることにより前記充填部中に光ガイド構造を形成する光モジュールの製造方法を提供するものでもある。
【００１７】
このような光モジュールの製造方法において、光素子としては、面受光型光素子や面発光型光素子等が用いられる。
面受光型光素子としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の半導体材料を用いたｐｎフォトダイオード、ｐｉｎフォトダイオード、フォトトランジスタ、ＭＳＭ（Metal-Semiconductor-Metal）フォトダイオード、アバランシェフォトダイオードなどの受光素子が用いられる。
【００１８】
一方、面発光型光素子としては、例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＩｎＰ等の半導体材料を用いた面発光型ＬＥＤ、垂直共振器型面発光レーザー、或いは、水平共振器または曲がり共振器と、光路変換用の回折格子または反射鏡とから構成された面発光レーザー等が用いられる。
【００１９】
また、上記製造方法において、アンダーフィル樹脂としては、例えば、エラストマ系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリマー系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などのうち、電気的な絶縁性を有する樹脂が用いられる。
【００２０】
なお、これらの樹脂に光照射により屈折率が高くなるような特性を付与するには、光照射による架橋・重合反応等により材料の構造に変化が生じ、屈折率が高くなるように前記樹脂を調整すればよい。
例えば、エポキシ樹脂やポリカーボネート樹脂等の母材ポリマーに、メチルアクリレート、エチルアクリレート、アクリル酸、トリフルオロエチルアクリレート等の光重合性モノマーと、光重合促進剤、増感剤等を含有させた樹脂材料を用いることができる。
【００２１】
これらの樹脂材料の有機溶媒溶液を光配線基板と光素子の隙間に充填した後、前記樹脂の所定の部分に光を照射して光重合性モノマーを重合させ、その後、加熱処理を行って未反応モノマーを除去しつつ残留樹脂を乾燥硬化させると、光重合性モノマーが重合して残留した部分の屈折率がその周囲の未反応モノマーが除去された部分に対して高くなり、結果として光照射を受けた部分の屈折率がその他の部分よりも高くなる。
【００２２】
また、エポキシ系、シリコーン系、またはアクリル系等の有機モノマーやオリゴマーやポリマーに光重合開始剤を添加したものも用いられる。
【００２３】
このようなアンダーフィル樹脂を光配線基板と光素子の隙間に充填する際には、前記樹脂の溶液や、その前駆体の溶液を適当な流れ特性が得られるような粘度に調整したうえで前記隙間に注入し、光照射や加熱等の手段により乾燥硬化させるとよい。
【００２４】
なお、光照射により屈折率が高くなる樹脂のより具体的な一例としては、ＮＯＲＬＡＮＤ社製ＵＶ硬化型接着剤ＮＯＡ７２や、ＮＯＡ８３Ｈ、或いは、ＥＭＩ社製ＵＶ硬化型接着剤３５０５−ＨＭなどのように、３５０〜３８０ｎｍの波長域の光を照射することにより硬化する樹脂が挙げられる。この場合、基板の裏面側から照射する第２波長光として、紫外光を照射することとなる。
【実施例】
【００２５】
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に説明する。なお、複数の実施例において、同じ部材には同じ符号を用いて説明する。
【００２６】
実施例１
図１は実施例１による光配線基板の概略的な構成を示す説明図、図２は図１に示される光配線基板上に光素子が実装された光モジュールを示す説明図、図３および図４は図１に示される光配線基板の製造工程を示す工程図、図５は図２に示される光モジュールの製造工程を示す工程図である。
【００２７】
図１に示されるように、実施例１による光配線基板１００は、透光性の基板１と、基板１上に形成された透光性のクラッド層２と、クラッド層２に埋設され基板１と平行に延びる細長い光導波路としてのコア３ａと、コア３ａの端部と対向し基板１に対して傾斜するミラー４と、クラッド層２に基板１と平行に埋設されミラー４と対応する位置に開口部５ａを有する遮光層５とを備え、ミラー４は赤外光Ｌ１（図２参照）（第１波長光）を反射し、紫外光Ｌ２（第２波長光）を透過させるミラー４からなり、紫外光Ｌ２は、基板１の裏面から照射されたときに遮光層５の開口部５ａおよびミラー４を介してクラッド層２の表面へ透過するように構成されている。
【００２８】
ここで、基板１はその表面に電気配線（図示せず）が形成され、クラッド層２の表面に設けられた電極パッド（図示せず）と電気的に接続されている。
クラッド層２は下部クラッド層２ａおよび上部クラッド層２ｂからなり、コア３ａは下部および上部クラッド層２ａ，２ｂに挟まれたコア層３の一部に形成されている。
コア３ａの端部と対向するように設けられたミラー４は、コア３ａ内を伝播する赤外光Ｌ１（図２参照）を上部クラッド層２ｂの表面へ向けて反射すると共に、基板１の裏面から照射された紫外光Ｌ２を上部クラッド層２ｂの表面へ透過させる。
【００２９】
上部クラッド層２ｂのうち、ミラー４によって反射されるか、あるいはミラー４に入射する赤外光Ｌ１の光路に該当する部分（ミラー４から上部クラッド層２ｂの表面へ立ち上がる部分）には屈折率を他の部分よりも高めることにより形成された垂直コア２ｃがそれぞれ形成されている。
遮光層５は下部クラッド層２ａに埋設されるように基板１の表面に設けられ、ミラー４と対応する部分に開口部５ａが形成されている。
【００３０】
また、図２に示されるように、光配線基板１００上に、はんだバンプ２０１を介して面発光型光素子２０２ａと面受光型光素子２０２ｂが実装されてなる光モジュール２００は、光配線基板１００と面発光型および面受光型光素子２０２ａ，２０２ｂの隙間が透光性のアンダーフィル樹脂２０３でそれぞれ充填されている。
アンダーフィル樹脂２０３による充填部のうち、垂直コア２ｃから出射されるか、あるいは垂直コア２ｃへ入射する赤外光Ｌ１の光路に該当する部分は屈折率が他の部分よりも高められた高屈折率部２０３ａとされ、充填部中に光ガイド構造を形成している。
【００３１】
以下、図１に示される光配線基板の製造工程について図３および図４に基づいて説明する。
まず、図３（ａ）に示されるように、石英ガラスやホウケイ酸ガラス等からなる基板１上に蒸着法でＡｇ・Ａｕ・Ａｌ等の金属からなる遮光層５を形成し、後で形成されるミラー４（図４（ｅ）参照）と対応する位置にフォトリソグラフィ技術を用いて開口部５ａを形成する。
【００３２】
次に、図３（ｂ）に示されるように、遮光層５上に下部クラッド層２ａを構成するポリメチルメタアクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリシロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、フッ素樹脂等の溶液をスピンコート法によって所定の厚さで塗布し、熱処理して下部クラッド層２ａを形成する。
次に、図３（ｃ）に示されるように、下部クラッド層２ａ上に下部クラッド層２ａを構成する樹脂よりも高い屈折率を有するポリメチルメタアクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリシロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、フッ素樹脂等の溶液を塗布し、熱処理を施してコア層３を形成する。
次に、図３（ｄ）に示されるように、コア層３にフォトリソグラフィやＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）等の周知の薄膜微細加工技術を用いて所定形状のコア３ａを形成すると共に、コア層３のうちコア３ａの端部と対向する部分に切削やエッチングによって基板１に対して４５度の傾斜面４ａを形成する。
【００３３】
次に、図４（ｅ）に示されるように、傾斜面４ａにＳｉＯ2・ＳｉＮ・Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＯ2・ＴａＯ5・ＭｇＦ2・ＣａＦ2等からなる多層誘電体膜４ｂを被着させミラー４を形成する。
次に、図４（ｆ）に示されるように、コア層３上に、コア層３を構成する樹脂よりも低い屈折率を有し、かつ、紫外光の照射により屈折率が高くなるように調整されたポリメチルメタアクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリシロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、フッ素樹脂等の溶液を塗布して塗布層２ｄを形成する。
【００３４】
その後、図４（ｇ）に示されるように、基板１の裏面側から紫外光Ｌ２を照射し、照射された紫外光Ｌ２を塗布層２ｄ（図４（ｆ）参照）のうちミラー４によって反射されるか、あるいはミラー４に入射する赤外光Ｌ１（図２参照）の光路に該当する部分（ミラー４から上部クラッド層２ｂの表面へ立ち上がる部分）へ導いてこの部分の屈折率を高め、さらに熱処理を施して垂直コア２ｃと上部クラッド層２ｂを形成する。
以上のようにして、図１に示される光配線基板１００が得られる。
【００３５】
このようにして得られた光配線基板１００上に面発光型光素子２０２ａと面受光型光素子２０２ｂを実装してなる光モジュール２００の製造工程について図５に基づいて説明する。
まず、図５（ａ）に示されるように、光配線基板１００上に面発光型光素子２０２ａを内蔵したＩＣパッケージ２１０と、面発光型光素子２０２ａ及び面受光型光素子２０２ｂを内蔵したＩＣパッケージ２１１を、はんだバンプ２０１を介してそれぞれ実装する。
次に、図５（ｂ）に示されるように、光配線基板１００と面発光型および面受光型光素子２０２ａ，２０２ｂの間に生じた隙間にエラストマ系樹脂・ポリイミド系樹脂・エポキシ系樹脂・シリコーン系樹脂・ウレタン系樹脂・ポリマー系樹脂・アクリル系樹脂・フッ素系樹脂・ポリオレフィン系樹脂等からなるアンダーフィル樹脂２０３をそれぞれ充填する。
【００３６】
次に、図５（ｃ）に示されるように、基板１の裏面側から紫外光Ｌ２を照射し、照射された紫外光Ｌ２を遮光層５の開口部５ａ、ミラー４および垂直コア２ｃを介してアンダーフィル樹脂２０３からなる充填部の一部に選択的に導き、この部分の屈折率を高めて高屈折率部２０３ａを形成し、さらに熱処理を施してアンダーフィル樹脂２０３を乾燥硬化させる。
これによりアンダーフィル樹脂２０３からなる充填部のうち垂直コア２ｃから出射されるか、あるいは垂直コア２ｃへ入射する赤外光Ｌ１（図２参照）の光路に該当する部分の屈折率が高められ、充填部に光ガイド構造が形成される。
以上のようにして、図２に示される光モジュール２００が得られる。
【００３７】
実施例２
この発明の実施例２による光配線基板について図６に基づいて説明する。図６は実施例２による光配線基板の概略的な構成を示す説明図である。
図６に示されるように、実施例２による光配線基板３００は、コア層３と上部クラッド層２ｂの間に遮光層５が設けられている。その他の構成は上述の実施例１による光配線基板１００（図１参照）と同じである。
【００３８】
実施例２による光配線基板３００の製造方法は、実施例１に対して基板１上に遮光層５を形成する工程が不要となる代わりに、コア３ａとミラー４を形成した後、コア層３上に遮光層５を形成する工程が追加される。上部クラッド層２ｂは遮光層５が形成された後、遮光層５上に形成されることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
光配線基板上に光素子をはんだバンプを介して実装し、光配線基板と光素子の隙間をアンダーフィル樹脂で充填する場合に、アンダーフィル樹脂からなる充填部のうち光路に該当する部分に第２波長光を選択的に照射し、照射部位の屈折率を高めて充填部に光ガイド構造を形成するのに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施例１による光配線基板の概略的な構成を示す説明図である。
【図２】図１に示される光配線基板上に光素子が実装された光モジュールを示す説明図である。
【図３】図１に示される光配線基板の製造工程を示す工程図である。
【図４】図１に示される光配線基板の製造工程を示す工程図である。
【図５】図２に示される光モジュールの製造工程を示す工程図である。
【図６】この発明の実施例２による光配線基板の概略的な構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
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
２ｃ・・・垂直コア
３・・・コア層
３ａ・・・コア
４・・・ミラー
４ａ・・・傾斜面
４ｂ・・・多層誘電体膜
５・・・遮光層
５ａ・・・開口部
１００，３００・・・光配線基板
２００・・・光モジュール
２０１・・・はんだバンプ
２０２ａ・・・面発光型光素子
２０２ｂ・・・面受光型光素子
２０３・・・アンダーフィル樹脂
２０３ａ・・・高屈折率部
２１０，２１１・・・ＩＣパッケージ
Ｌ１・・・赤外光
Ｌ２・・・紫外光
【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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