JP2011095385A - 光電気配線基板の製造方法、および光電気配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 フォトリソグラフィを用いて高精度に複数のコアを作製できる光電気配線基板の製造方法、および光電気配線基板を提供する。
【解決手段】 光電気配線基板の製造方法は、プリント配線基板上に、特定の波長の光を吸収する導電層と前記特定の波長の光を吸収する樹脂絶縁層とを、前記樹脂絶縁層が前記導電層より前記プリント配線基板の端部側に位置するように作製する工程と、前記導電層上および前記樹脂絶縁層上に前記下部クラッドを作製する工程と、前記特定の波長の光に対して感光性を有する感光性樹脂を前記下部クラッド上に積層し、前記特定の波長の光を照射し前記感光性樹脂をパターニングして複数のコアを作製する工程と、前記下部クラッドとともに前記複数のコアの周囲を覆うように前記上部クラッドを作製する工程と、を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光電気配線基板の製造方法、および光電気配線基板に関する。

近年、コンピュータの情報処理能力の向上化にともなって、マイクロプロセッサとして使用される半導体大規模集積回路素子（ＬＳＩ，ＶＬＳＩ）等の集積回路（ＩＣ）では、トランジスタの集積度が高められており、ＩＣの動作速度は、クロック周波数でＧＨｚのレベルまで達している。それに伴い、電気素子間を電気的に接続する電気配線についても高密度化および微細化されたものが要求されていた。

しかしながら、電気配線の高密度化および微細化は、電気信号のクロストークおよび伝搬損失が生じやすい。このことから、半導体素子に入出力される電気信号を光信号に変換し、さらに、その光信号を実装基板に形成した光導波路などの光配線によって伝送される光伝送技術が検討されている。

例えば、光伝送技術としては、例えば特許文献１に、プリント配線基板上に対して、別の工程で作製した光導波路を貼り付けた光電気配線基板が開示されている。

特開２００４−４４２７号公報

しかし、特許文献１のように光導波路の端部と基板の端部をそろえて貼り付けるためには、光導波路のコアを正確に位置あわせする必要があり、その位置あわせは非常に微細で困難になるという問題があった。

また、感光性の光導波路材料を使用してフォトリソグラフィにより光導波路を基板上に形成して光電気配線基板を作製することも考えられる。しかし、基板としてプリント配線基板を使用した場合、プリント配線基板のビルドアップ層には一般的にシリカなどの白色フィラーが含まれているため、光照射時にビルドアップ層まで到達した光が乱反射を起こす。これによって所望とした場所以外にもコアが形成されてしまうという課題があった。特に、一つの光導波路内にコアを複数形成する場合、コア同士が離間せずに作製される場合があり、複数のコアを集積化させることが困難であった。

本発明の目的は、フォトリソグラフィを用いて高精度に複数のコアを作製できる光電気配線基板の製造方法、および光電気配線基板を提供することにある。

本発明の一実施形態にかかる光電気配線基板の製造方法は、下部クラッドと複数のコアと上部クラッドとを有する光導波路を、プリント配線基板上に作製する光電気配線基板の製造方法であって、前記プリント配線基板上に、特定の波長の光を吸収する導電層と前記特定の波長の光を吸収する樹脂絶縁層とを、前記樹脂絶縁層が前記導電層より前記プリント配線基板の端部側に位置するように作製する工程と、前記導電層上および前記樹脂絶縁層上に前記下部クラッドを作製する工程と、前記特定の波長の光に対して感光性を有する感光性樹脂を前記下部クラッド上に積層し、前記特定の波長の光を照射し前記感光性樹脂をパターニングして複数のコアを作製する工程と、前記下部クラッドとともに前記複数のコアの周囲を覆うように前記上部クラッドを作製する工程と、を具備する。

前記導電層および前記樹脂絶縁層を作製する工程は、前記樹脂絶縁層の上面と前記導電層の上面とが同一面になるように揃える工程を含むことが好ましい。

前記導電層および前記樹脂絶縁層を作製する工程は、前記導電層の周囲を囲むように前記樹脂絶縁層を設ける工程を含むことが好ましい。

前記特定の波長の光は紫外光であることが好ましい。

前記導電層は、酸化した表面を有することが好ましい。

前記導電層から前記光導波路の上面まで貫通導体を作製する工程をさらに具備することが好ましい。

前記貫通導体上に、前記貫通導体と電気的に接続し、前記複数のコアと光学的に結合する光半導体素子を設ける工程をさらに具備することが好ましい。

本発明の一実施形態にかかる光電気配線基板は、プリント配線基板と、前記プリント配線基板上のうち、前記プリント配線基板の端部に設けられた樹脂絶縁層と、前記樹脂絶縁層の内側に設けられた導電層と、前記導電層上および前記樹脂絶縁層上に前記プリント配線基板の端部まで設けられ、前記下部クラッドと前記複数のコアと上部クラッドとから構成される光導波路と、を具備する。

前記プリント配線基板上の端部において露出した前記複数のコアの間隔が、１０〜２１５μｍであることが好ましい。

本実施形態によれば、フォトリソグラフィを用いて高精度に複数のコアを作製できる。

本発明の第１の実施形態の光電気配線基板の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の光電気配線基板の製造方法を示す断面図である。 （ｄ）および（ｅ）は、本発明の第１の実施形態の光電気配線基板の製造方法であって、図２（ｃ）以降の工程を示す断面図である。 図２（ｂ）における導電層２ａおよび樹脂絶縁層２ｂの上面図である。 図２（ｃ）におけるコア３ｂを側面から見たときの拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施態様の光電気配線基板の製造方法と光電気配線基板とを詳細に説明するが、それらの図面は実施形態の一例に過ぎず、本発明はそれらに限定されるものではない。

図１には、本発明の実施態様の光電気配線基板の一例を示す。図１の光電気配線基板は、プリント配線基板１と、樹脂絶縁層２ｂと、導電層２ａと、光導波路３と、を具備する。図１の光電気配線基板は、光半導体素子５および光路変換部９をさらに具備しているが、本発明はこれに限定されない。なお、図１の光電気配線基板は、光半導体素子５として発光素子を用いており、光半導体素子５から、赤外光などの信号光を照射して光路変換部９にて信号光の光路を光導波路３に入るように変換している（図１の矢印参照）。

本発明の実施態様の光電気配線基板の製造方法を図２に示す。

図２（ａ）には、プリント配線基板１を示す。プリント配線基板１は、基体１ａと、基体１ａの両面に形成されたビルドアップ層中の樹脂絶縁層１ｂｂと、ビルドアップ層中の導電層１ｂａと、から構成される。

基体１ａは、厚みが０．２〜２ｍｍであり、ガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、ポリイミド基板などが使用される。基体１ａは、単層でも積層でもよく、貫通導体などで基体１ａの両面および内部で電気配線が形成される。

ビルドアップ層は、樹脂絶縁層１ｂｂと導電層１ｂａとから構成される。樹脂絶縁層１ｂｂは、熱硬化性エポキシ樹脂などから構成され、厚みは１０〜５０μｍである。厚みが薄いためレーザで微細な穴あけも可能であり、積層して複雑な電気配線パターンを引き回したり、狭い範囲に集約したりすることができる。ビルドアップ層中の導電層１ｂａは、基体１ａに形成された貫通電極などと電気的に接続されている。

図２（ａ）に示すプリント配線基板１は、基体１ａに対して、ビルドアップ層を表裏各１層設けた多層基板としている。ビルドアップ層における樹脂絶縁層１ｂｂと導電層１ｂａとの層数は、必要数に応じて増やすこともできる。また、ビルドアップ層をなくして基体１ａのみの単層基板を使用してもよい。

図２（ｂ）には、図２（ａ）に示すプリント配線基板上に、特定の波長の光を吸収する導電層２ａと前記特定の波長の光を吸収する樹脂絶縁層２ｂとを作製する工程を示す。

なお、導電層２ａおよび樹脂絶縁層２ｂは、いずれも特定の波長の光を吸収するが、この特定の波長の光とは、後述する工程において使用する感光性樹脂が感光性を示す波長の光のことをいう。

導電層２ａは、例えば、一般的に電気配線として用いられている銅などから構成される。導電層２ａは、特定の波長の光を吸収させるために、その表面を黒化処理している。この黒化処理とは、亜塩素酸ナトリウム等によって表面を酸化処理することをいう。黒化処理によって、導電層２ａの表面は、黒化し、特定の波長の光を吸収することが可能となる。また、黒化処理によって、表面には０．２〜２μｍ程度の微小な凹凸が形成される。

導電層２ａが特定の波長の光を吸収するため、後述する工程において、特定の波長の光を照射し感光性樹脂をパターニングして複数のコアを作製する際に、プリント配線基板１表面からの反射を抑えることができる。さらに、表面に凹凸を有することで、上部に形成される下部クラッド３ａとの密着性を向上させることができる。

樹脂絶縁層２ｂとしては、例えば、エポキシ樹脂などの樹脂に対して特定の波長の光を吸収する吸収材を配合したものが用いられる。

図４に示す工程において、樹脂絶縁層２ｂを導電層２ａよりもプリント配線基板１の端部側に位置するように作製する。これにより、導電層２ａの外部への露出を可能な限り抑制し、リークまたは腐食などの不良の発生を抑制できる。また、後工程の作製工程や実装工程で必要とされる高熱条件下では、熱膨張率の大きく異なる界面から剥離が生じやすいが、端部側に設けた樹脂絶縁層２ｂの熱膨張率は、導電層２ａの熱膨張率よりも、上下に位置する樹脂１ｂｂ，３ａの熱膨張率に近いため、プリント配線基板１からの光導波路３の剥離を抑制する。本工程においては、図４に示すように、樹脂絶縁層２ｂを導電層２ａの周囲を囲むように設けることが好ましい。

なお、図４における導電層２ａおよび樹脂絶縁層２ｂの上面図において、中央は白抜きで表しているが、この白抜きは、中心の導電層２ａのパターンを省略したものであり、実際は導電層２ａのパターンが形成されている。

また、通常は導電層２ａを端部側に設けづらいため、端部側では複数のコア３ｂのパターニングにおいて導電層２ａによる光の吸収効果が得られないため、良好な形状の複数のコア３ｂが得られなかったが、樹脂絶縁層２ｂを導電層２ａよりもプリント配線基板１の端部側に作製したことにより、端部側では樹脂絶縁層２ｂが光吸収効果を示すため、端部側にも良好な形状の複数のコア３ｂを作製することができる。

導電層２ａおよび樹脂絶縁層２ｂを隣接させて作製する際、樹脂絶縁層２ｂの上面と導電層２ａの上面とが同一面になるように揃えることが好ましい。具体的には、それらの厚みを等しくすることで樹脂絶縁層２ｂの上面を導電層２ａの上面と揃える。厚みは完全に等しい必要はなく、±２０％の間で等しいものが好適である。樹脂絶縁層２ｂの上面を導電層２ａの上面と揃えることにより、樹脂絶縁層２ｂの上面と導電層２ａの上面との間の段差の発生を抑制して、後の工程において、段差による形状変化の小さい光導波路３を作製することができる。また、導電層２ａによる凹凸を下部クラッド層により埋めることで平坦化させる場合と比較して、光導波路３の厚みを薄くできるため、プリント配線基板１の反りを抑制でき、さらに、光導波路３を挟んだ上下間での電気的接続も信頼性の高いものが得られる。

図２（ｃ）には、導電層２ａ上および樹脂絶縁層２ｂ上に下部クラッド３ａを作製する工程と、特定の波長の光に対して感光性を有する感光性樹脂を下部クラッド３ａ上に積層し、前記特定の波長の光を照射し感光性樹脂をパターニングして複数のコア３ｂを作製する工程と、下部クラッド３ａとともに複数のコア３ｂの周囲を覆うように上部クラッド３ｃを作製する工程と、を示す。

導電層２ａ上および樹脂絶縁層２ｂ上に下部クラッド３ａを作製する工程は、例えば、感光性の樹脂フィルムをラミネートして、露光、現像、ベークの順に行うことで達成される。感光性の液状樹脂を使用する場合は、スピンコートやドクターブレードなどによる塗布を行い、露光、現像、ベークを行う。前述のように、樹脂絶縁層２ｂの上面と導電層２ａの上面とが同一面になるように揃えた場合、段差を吸収するのに必要なフィルム厚みを考慮する必要なく所望の膜厚のフィルムを使用することができる。また、段差の影響を受けることなく平坦な液状樹脂の塗布ができる。下部クラッド３ａを平坦に形成することにより、次工程のコア３ｂも基板垂直方向の位置変動がなく、厚みのばらつきも抑えられ、低損失な光導波路３が得られる。

特定の波長の光に対して感光性を有する感光性樹脂を下部クラッド３ａ上に積層する工程では、例えば、紫外光に対して感光性の樹脂フィルムをラミネートして、露光、現像、ベークの順に行うことで複数のコア３ｂのパターンを作製する。この際、前述のように、導電層２ａおよび樹脂絶縁層２による光吸収効果により、プリント配線基板の端部側であってもコア３ｂのパターンはフォトマスク形状を反映して良好な形状が得られる。例えば、図５に示すように、コア同士は互いに離間した形状を示す。本発明の実施態様の光電気配線基板の製造方法では、プリント配線基板の端部において露出したコア３ｂの間隔Ａを１０〜２１５μｍと非常に小さくして形成することが可能となる。

下部クラッド３ａとともに複数のコア３ｂの周囲を覆うように上部クラッド３ｃを作製する工程は、例えば、感光性の樹脂フィルムをラミネートして、露光、現像、ベークの順に行うことで達成される。

下部クラッド３ａ、コア３ｂおよび上部クラッド３ｃは、感光性を有するエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂など直接露光法が使用可能な樹脂、または、ポリシランなどの屈折率変化法が使用可能な樹脂などが挙げられる。なお、直接露光法とは、前述したように、下部クラッド３ａの形成後、コア３ｂの材料を塗工してマスク露光によりコア３ｂを形成し、その上面および側面にさらに上部クラッド３ｃを塗工形成して光導波路を作製する方法である。また、屈折率変化法とは、ＵＶ（紫外線）照射により屈折率が低下するポリシラン系ポリマー材料等の特性を利用して、コア３ｂとなる部位以外にＵＶ照射を行ない、コア３ｂとなる部位以外の屈折率を低下させることによって光導波路を作製する方法である。

コア３ｂは、下部クラッド３ａおよび上部クラッド３ｃよりも屈折率が大きく（好ましくは下部クラッド３ａおよび上部クラッド３ｃの屈折率に対して比屈折率差が１〜５％）、光信号を閉じ込めることができる。コア３ｂの断面サイズとしては、例えば、３５〜１００μｍ角である。

なお、本発明の実施態様ではコア３ｂのみを露光・現像して所望の形状を作製しているが、下部クラッド３ａや上部クラッド３ｃにも同様に露光・現像により形状を作製することができる。

プリント配線基板の裏面は、図２（ｃ）に示すように、裏面絶縁層１０および裏面導電層１１を形成している。これは、光導波路３形成時の基板の反りを防ぐために設けられており、図のように１層でもよいし、複数層設けても良い。また、この層をソルダレジスト層の代わりに基板裏面の表面保護に使用してもよい。その場合、露出する必要のある箇所は、露光・現像により除去することができる。また、不図示ではあるが、ソルダレジスト層を形成することも可能である。基板の反りを最小限に抑えるには、上下の層構造が対称であることが最も理想的であるが、生産性やコストの課題から、上下の層構造を非対称にして反り抑制のために必要最小限の層を形成することも可能である。

以上の工程により、光電気配線基板を作製することができる。

なお、図１に示すように、光半導体素子５を有する光電気配線基板を作製する場合は、図３（ｄ）に示すように、導電層２ａから光導波路３の上面まで貫通導体４を作製する工程をさらに具備することが好ましい。貫通導体４は、光導波路３の全体を貫通するか、下部クラッド３ａおよび上部クラッド３ｃのみを貫通するようにして設けられる。コア３ｂの形状と貫通導体４の形成箇所によって貫通する層数は決定される。貫通導体４は、レーザなどにより光導波路３の所望の位置を穿孔し、その後表面処理を行って銅めっきすることで、貫通電極４と電極パッド６を得ることができる。レーザによる加工位置または電極パッド６のパターン位置は、導電層２ａのアライメントマーカを透明な光導波路３を介して確認しながら形成できるため、高精度な位置決めが可能である。また、電極パッド６は、めっきで形成した銅の表面にＮｉ／Ａｕめっき等を行うことで、光素子の実装が可能なものが得られる。

なお、図１に示すように、電極パッド６上に光半導体素子５を設けるためには、電気接続部７が必要である。電気接続部７としては、高速信号伝送用途として適した導電性部材であれば使用することが可能である。たとえば、金、銀、銅などの金属部材、さらにその形態としてはボールに限らず、柱状、バンプ状などであってもよい。

ソルダレジスト層８は、光導波路３の上部に形成され、電極パッド６間の絶縁性の維持や光導波路３および電極パッド６および光導波路３の露出部分の表面保護などの効果がある。電極パッド６の開口が必要な箇所以外はソルダレジスト８で覆われている。

図１に示すように、光路変換部９を有する光電気配線基板を作製する場合は、図３（ｅ）に示すように、光路変換部９を作製する工程をさらに具備することが好ましい。

光路変換部９は、コア３ｂの延出方向に対して傾斜した傾斜面であることが好ましい。傾斜面は、基板垂直方向上部からの光の進行方向をコア３ｂ中の光の進行方向に変換する、あるいは、コア３ｂ中の光の進行方向を基板垂直方向上部への光の進行方向に変換する役割を果たす。例えば光軸方向に対して４５度に傾斜する傾斜面によって光の光路方向を９０度変更させる。

光路変換部９には、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ）等の様に、コア３ｂを導波する光に対して反射率の高い膜がその表面に形成されていることが好ましい。

光路変換部９の作製において、まず、コア３ｂに対して、型押し、エッチング、ダイシングまたはレーザ加工などによって傾斜面と光導波路３の垂直面を有する溝構造が作製される。そして、傾斜面の上に、反射率の高い膜を形成し、さらに溝構造に光導波路３同様伝搬光に対して透明な樹脂を充填して形成される。溝構造に樹脂を充填しない空間構造としても光路変換部９を使用した光の伝搬を行うことはできるが、その場合異物等が溝構造に入り込み光伝搬損失が大きくなる可能性がある。信頼性を高める点でも樹脂を充填する方が望ましく、またコア３ｂと同じ屈折率の材料とすることが最も好適であるが、下部クラッド３ａまたは上部クラッド３ｃよりも屈折率の高い樹脂を充填させてもよい。以上により光路変換部９を作製することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。

１：プリント配線基板
１ａ：基体
１ｂａ：ビルドアップ層中の導電層
１ｂｂ：ビルドアップ層中の樹脂絶縁層
２ａ：導電層
２ｂ：樹脂絶縁層
３：光導波路
３ａ：下部クラッド
３ｂ：コア
３ｃ：上部クラッド
４：貫通導体
５：光半導体素子
６：電極パッド
７：電気接続部
８：ソルダレジスト
９：光路変換部
１０：裏面絶縁層
１１：裏面導電層
Ａ：隣接するコア３ｂの間隔

Claims (9)

1. 下部クラッドと複数のコアと上部クラッドとを有する光導波路を、プリント配線基板上に作製する光電気配線基板の製造方法であって、
   前記プリント配線基板上に、特定の波長の光を吸収する導電層と前記特定の波長の光を吸収する樹脂絶縁層とを、前記樹脂絶縁層が前記導電層より前記プリント配線基板の端部側に位置するように作製する工程と、
   前記導電層上および前記樹脂絶縁層上に前記下部クラッドを作製する工程と、
   前記特定の波長の光に対して感光性を有する感光性樹脂を前記下部クラッド上に積層し、前記特定の波長の光を照射し前記感光性樹脂をパターニングして複数のコアを作製する工程と、
   前記下部クラッドとともに前記複数のコアの周囲を覆うように前記上部クラッドを作製する工程と、
   を具備する光電気配線基板の製造方法。
2. 前記導電層および前記樹脂絶縁層を作製する工程は、前記樹脂絶縁層の上面と前記導電層の上面とが同一面になるように揃える工程を含む請求項１記載の光電気配線基板の製造方法。
3. 前記導電層および前記樹脂絶縁層を作製する工程は、前記導電層の周囲を囲むように前記樹脂絶縁層を設ける工程を含む請求項１または２記載の光電気配線基板の製造方法。
4. 前記特定の波長の光は紫外光である請求項１乃至３のいずれか記載の光電気配線基板の製造方法。
5. 前記導電層は、酸化した表面を有する請求項１乃至４のいずれか記載の光電気配線基板の製造方法。
6. 前記導電層から前記光導波路の上面まで貫通導体を作製する工程をさらに具備する請求項１乃至５のいずれか記載の光電気配線基板の製造方法。
7. 前記貫通導体上に、前記貫通導体と電気的に接続し、前記複数のコアと光学的に結合する光半導体素子を設ける工程をさらに具備する請求項６記載の光電気配線基板の製造方法。
8. プリント配線基板と、
   前記プリント配線基板上のうち、前記プリント配線基板の端部に設けられた樹脂絶縁層と、前記樹脂絶縁層の内側に設けられた導電層と、
   前記導電層上および前記樹脂絶縁層上に前記プリント配線基板の端部まで設けられ、
   下部クラッドと複数のコアと上部クラッドとから構成される光導波路と、
   を具備する光電気配線基板。
9. 前記プリント配線基板上の端部において露出した前記複数のコアの間隔が、１０〜２１５μｍである請求項８記載の光電気配線基板。