JP5754373B2

JP5754373B2 - 光基板の製造方法

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Publication number: JP5754373B2
Application number: JP2011288308A
Authority: JP
Inventors: 石川　浩史; 浩史石川; 裕紀安田; 平野　光樹; 光樹平野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP2013137419A

Description

本発明は、光ファイバを収容する光基板及びその製造方法、ならびに光基板を有する光モジュール構造に関する。

従来、光ファイバを保持する溝を有し、かつ光電変換素子が実装される光実装基板が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の光実装基板は、高温加熱で軟化した基板材料に三角柱状の突起部を有する金型を押し付けて形成される。光実装基板には、金型の突起部に対応した形状のガイド溝、及びこのガイド溝の端部におけるテーパ面が形成される。テーパ面には、金属膜のメッキ又はミラーの貼り付けによって反射面が形成され、ガイド溝に保持された光ファイバの出射光を受光素子側に反射する。

特開２００３−１６７１７５号公報

特許文献１に記載の光実装基板は、ガイド溝及びテーパ面の形成に金型を用いるので、製造設備が高コストとなる。

そこで、本発明は、低コスト化を図ることが可能な光基板、光基板の製造方法、及び光モジュール構造を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、互いに対向する第１及び第２の主面を有する板状の樹脂からなる基材の前記第１の主面に第１の金属膜を形成する工程と、前記第１の金属膜の一部を帯状に除去する工程と、前記第１の金属膜を除去した部位に前記第１の主面に対して斜めにレーザ光を照射して、スリット状の光ファイバ収容部、及び前記光ファイバ収容部の終端における傾斜面を形成する工程と、前記傾斜面及び前記第１の主面の前記第１の金属膜の上に第２の金属膜を形成する工程と、前記第１及び第２の金属膜の一部をエッチングして、前記光ファイバ収容部に収容された光ファイバから出射された出射光を前記第１の主面側に反射する反射部を前記傾斜面に形成すると共に、前記第１の主面に配線パターンを形成する工程と、前記基材の前記第２の主面に板状部材を接合する工程とを有する、光基板の製造方法を提供する。

本発明によれば、光基板を薄型化することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る光基板、及びその光基板を備えた光モジュール構造の一構成例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。（ａ）〜（ｅ）は、光基板の反射部及びその周辺部における形成過程を示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、光基板を第１の主面側から見た反射部及びその周辺部における形成過程を示す平面図である。本実施の形態に係る光モジュール構造の一例を示す断面図である。

［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る光基板の要部、及び光基板を備えた光モジュール構造の一構成例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

この光基板１は、互いに対向する第１の主面１０ａ及び第２の主面１０ｂを有する板状の基材１０を備えている。基材１０は、例えばポリイミド等の絶縁性の樹脂からなる。第１の主面１０ａ及び第２の主面１０ｂは互いに平行であり、基材１０の厚みは例えば５０μｍである。図１（ａ）は、光基板１を第１の主面１０ａ側から見た状態を示している。

光基板１は、基材１０の第１の主面１０ａに形成された導電性の金属からなる複数の配線パターン２と、基材１０の第２の主面１０ｂ側に接合された板状部材３とを備えている。板状部材３は、基材１０よりも高い剛性を有する板状の部材であり、本実施の形態では、板状部材３が銅（Ｃｕ）からなる。なお、板状部材３は、導電性の金属であることが好ましく、例えばアルミニウムやステンレスであってもよい。また、板状部材３が樹脂であってもよい。

また、本実施の形態では、板状部材３が第２の主面１０ｂの全体に設けられている。複数の配線パターン２の間には、基材１０の樹脂表面が露出している。なお、図１では、後述する光電変換素子４１及び押え部材８の裏側にあたる配線パターン２を破線で示している。

また、基材１０には、第１の主面１０ａ及び第２の主面１０ｂの間を基材１０の厚さ方向に貫通し、第１の主面１０ａ及び第２の主面１０ｂに平行に延びるスリット状の光ファイバ収容部１００が形成されている。光ファイバ収容部１００の終端には、光ファイバ９を伝送媒体とする光を反射する反射部１００ａが形成されている。反射部１００ａの詳細な構成については後述する。

この光ファイバ収容部１００には、光ファイバ９が収容されている。光ファイバ９は、第１の主面１０ａに貼り付けられた板状の押え部材８により、光ファイバ収容部１００から抜け出さないように保持されている。

光基板１の第１の主面１０ａ側には、配線パターン２の上に、光電変換素子４１と、光電変換素子４１に電気的に接続された半導体回路素子４２とが実装されている。光電変換素子４１は、電気信号を光信号に変換し、又は光信号を電気信号に変換する素子である。前者の例としては、半導体レーザ素子やＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）等の発光素子が挙げられる。また、後者の例としては、フォトダイオード等の受光素子が挙げられる。光電変換素子４１は、基材１０側に形成された開口部から、基材１０に垂直な方向に光を出射又は入射するように構成されている。

光電変換素子４１が電気信号を光信号に変換する素子である場合、半導体回路素子４２は、光電変換素子４１を駆動するドライバＩＣである。また、光電変換素子４１が光信号を電気信号に変換する素子である場合、半導体回路素子４２は、光電変換素子４１から入力される信号を増幅するプリアンプＩＣである。

本実施の形態では、光電変換素子４１がフリップチップ実装され、本体部４１０に４つの端子（バンプ）４１１が設けられている。４つの端子４１１は、それぞれ配線パターン２に接続されている。また、光電変換素子４１は、本体部４１０が反射部１００ａに対向する位置に実装されている。

光電変換素子４１が電気信号を光信号に変換する素子である場合、反射部１００ａは、光電変換素子４１から出射された光を光ファイバ９の端面側に反射する。また、光電変換素子４１が光信号を電気信号に変換する素子である場合、反射部１００ａは、光ファイバ９から出射された光を光電変換素子４１側に反射する。

半導体回路素子４２は、本体部４２０の配線パターン２に向かい合う面の反対側に、複数（図１に示す例では１２個）の端子（電極パッド）４２１が設けられている。それぞれの端子４２１は、ボンディングワイヤ４２２によって配線パターン２に電気的に接続されている。また、複数の端子４２１のうち一部の端子４２１は、光電変換素子４１の端子４１１が接続された配線パターン２に接続され、これにより半導体回路素子４２と光電変換素子４１とが電気的に接続されている。

なお、図１では図示を省略しているが、光基板１には、光電変換素子４１及び半導体回路素子４２の他に、コネクタやＩＣ（Integrated Circuit）、あるいは能動素子（トランジスタ等）や受動素子（抵抗器、コンデンサ等）などの電子部品を実装することが可能である。

次に、図２及び図３を参照して光基板１の製造方法を説明する。
図２（ａ）〜（ｅ）は、光基板１の反射部１００ａ及びその周辺部における形成過程を示す断面図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、光基板１を第１の主面１０ａ側から見た反射部１００ａ及びその周辺部における形成過程を示す平面図である。図２（ａ）〜（ｄ）は、図３（ａ）〜（ｄ）のＡ−Ａ線断面を示している。

光基板１の製造工程は、基材１０の第１の主面１０ａに第１の金属膜２１を形成する第１工程と、第１の金属膜２１の一部を帯状に除去する第２工程と、第１の金属膜２１を除去した部位に第１の主面１０ａに対して斜めにレーザ光Ｌを照射して、スリット状の光ファイバ収容部１００、及び光ファイバ収容部１００の終端における傾斜面１０１を形成する第３工程と、傾斜面１０１及び第１の主面１０ａの第１の金属膜２１の上に第２の金属膜２２を形成する第４工程と、第１及び第２の金属膜２１，２２の一部をエッチングして第１の主面１０ａに配線パターン２を形成する第５工程と、基材１０の第２の主面１０ｂに板状部材３を接合する第６工程とを、少なくとも有している。

以下、これらの第１〜第６工程について、より詳細に説明する。なお、第１〜第６工程は、光基板１の製造工程の一例として示すものであり、必ずしもこの順序で行わなくともよい。

第１工程では、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、基材１０の第１の主面１０ａの全体に第１の金属膜２１を形成する。この第１の金属膜２１は、例えば蒸着又は無電解メッキによって形成される。本実施の形態では、第１の金属膜２１が、主として良導体である銅（Ｃｕ）からなる。

第２工程では、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、エッチングによって第１の金属膜２１の一部を帯状に除去する。より具体的には、第１の金属膜２１を除去する帯状の部分２１ａを除いて第１の金属膜２１上にレジスト膜を形成し、エッチングによってレジスト膜が形成されていない部分の第１の金属膜２１を溶解させる。

第３工程では、図２（ｃ）に示すように、第２工程で第１の金属膜２１を除去した部位を含む範囲に、第１の主面１０ａに対して斜めにレーザ光Ｌを照射する。このレーザ光として、より具体的には、例えばエキシマレーザやＵＶレーザ（紫外線レーザ）を用いることができる。レーザ光Ｌの照射によって、図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示すように、光ファイバ収容部１００、及び光ファイバ収容部１００の終端における傾斜面１０１が基材１０に形成される。

傾斜面１０１は、レーザ光Ｌの進行方向に沿って形成される。換言すれば、傾斜面１０１の第１の主面１０ａに対する角度を傾斜角θとすると、この傾斜角θに対応する角度で第１の主面１０ａにレーザ光Ｌを照射することにより、所望の形状の傾斜面１０１を形成することができる。傾斜角θは鈍角（θ＞９０°）であり、本実施の形態では傾斜角θが１３５°である。すなわち、傾斜面１０１は、第１の主面１０ａに対して鈍角で傾斜して基材１０に形成されている。

第４工程では、第３工程で基材１０に形成した傾斜面１０１、及び第１の主面１０ａに形成された第１の金属膜２１の全体に、第２の金属膜２２を形成する。本実施の形態では、第２の金属膜２２が主として銅（Ｃｕ）からなり、例えば無電解メッキによって第１の金属膜２１及び傾斜面１０１上に形成される。

第５工程では、図２（ｄ）及び図３（ｄ）に示すように、第１及び第２の金属膜２１，２２の一部をエッチングし、エッチングにより除去されなかった第２の金属膜２２の上にニッケル（Ｎｉ）メッキを施してＮｉメッキ層２３を形成し、さらにＮｉ層メッキ２３の上に金（Ａｕ）メッキを施して金メッキ層２４を形成して、複数の配線パターン２を形成する。

より具体的には、第１の金属膜２１及び第２の金属膜２２を除去する部分を除いて、第２の金属膜２２上にレジスト膜を形成し、エッチングによってレジスト膜が形成されていない部分の第１の金属膜２１及び第２の金属膜２２を溶解させる。このレジスト膜は、傾斜面１０１に形成された第２の金属膜２２上にも形成され、傾斜面１０１における第２の金属膜２２は除去されずに残る。Ｎｉメッキ層２３及び金メッキ層２４は、エッチングにより除去されなかった第２の金属膜２２の上に形成され、これにより配線パターン２が第１の主面１０ａ上に形成される。なお、エッチングにより第１及び第２の金属膜２１，２２が除去された部分にはＮｉメッキ層２３及び金メッキ層２４が形成されず、基材１０が露出した状態となる。

第６工程では、図２（ｅ）に示すように、基材１０の第２の主面１０ｂ側に板状部材３を接合する。板状部材３は、例えば接着によって基材１０の第２の主面１０ｂに接合される。板状部材３は、少なくとも光ファイバ収容部１００の第２の主面１０ｂ側の開口を塞ぐように基材１０に接合される。

以上の第１〜第６工程により、基材１０の第１の主面１０ａには、第１の金属膜２１，第２の金属膜２２，Ｎｉメッキ層２３，及び金メッキ層２４を有する４層構造の金属からなる配線パターン２が形成される。第１及び第２の金属膜２１，２２を合わせた厚みは例えば５〜２５μｍ、Ｎｉメッキ層２３の厚みは例えば５μｍ以下、金メッキ層２４の厚みは例えば０．０３〜０．５μｍである。

また、傾斜面１０１には、第２の金属膜２２，Ｎｉメッキ層２３，及び金メッキ層２４を有する３層構造の金属からなる反射層１０２が形成される。つまり、反射部１００ａは、傾斜面１０１上に、配線パターン２を形成する工程（第５工程）で形成された反射層１０２を有して構成されている。

配線パターン２と反射層１０２とは、配線パターン２の最下層に第１の金属膜２１が形成されている他は、共通の層構成を有している。また、配線パターン２及び反射層１０２は、その最表面が共に金（金メッキ層２４）によりメッキされている。

図４は、本実施の形態に係る光モジュール構造を示す断面図である。この光モジュール構造は、光基板１及び光電変換素子４１を備え、光電変換素子４１は、反射部１００ａの反射層１０２を第１の主面１０ａ側から覆うように、第１の主面１０ａに実装されている。

光ファイバ９は、その一端部が光ファイバ収容部１００に収容され、その端面９ａが反射層１０２に面している。光ファイバ９は、コア９０の外周に筒状のクラッド層９１を有している。光ファイバ９の直径は、例えば基材１０の厚みの±２０μｍの範囲である。図４では、光ファイバ９を伝送媒体とする光の光路ＬＰを一点鎖線で示している。

板状部材３は、光ファイバ収容部１００に収容された光ファイバ９を、第２の主面１０ｂ側から支持している。つまり、板状部材３によって、光ファイバ９が光ファイバ収容部１００から第２の主面１０ｂ側に抜け出すことが抑止されている。光ファイバ収容部１００における光ファイバ９の固定は、例えば光ファイバ９を第１の主面１０ａ側から光ファイバ収容部１００内に収容し、図略の接着剤を光ファイバ収容部１００内に注入し、さらに押え部材８（図１参照）を基材１０の第１の主面１０ａ側に貼り付けることによって行われる。

反射層１０２は、光ファイバ９（コア９０）光が出射されたとき、その出射光を第１の主面１０ａ側に反射する。光電変換素子４１が受光素子である場合、反射層１０２で反射した光は光電変換素子４１の本体部４１０に設けられた開口４１０ａから光電変換素子４１内に入射し、光電変換素子４１は、この入射光による光信号を電気信号に変換する。

また、光電変換素子４１が発光素子である場合、光電変換素子４１は、半導体回路素子４２から供給される電気信号を光信号に変換し、この光信号を表す光を開口４１０ａから出射する。この出射光は、反射層１０２で反射して、光ファイバ９のコア９０に入射し、光ファイバ９を伝搬する。

（実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態によれば、以下に示す作用及び効果が得られる。

（１）光ファイバ９は、基材１０を厚さ方向に貫通する光ファイバ収容部１００に収容され、かつ板状部材３によって支持されるので、基材１０の厚みを光ファイバ９の直径と同程度（例えば光基板１の厚みが光ファイバ９の直径の±２０％以内）とすることができ、基材１０を光ファイバ９の直径よりも薄くすることも可能である。図４は、基材１０の厚みが光ファイバ９の直径よりも薄く、さらに基材１０及び配線パターン２を合わせた厚みが光ファイバ９の直径よりも薄い場合を例示している。これにより、例えば基材の厚さ方向の途中の深さまで形成された溝に光ファイバ９を収容する場合に比較して、光基板１の厚みを薄くすることができる。

（２）反射層１０２の各層は、配線パターン２を形成する工程で基材１０の傾斜面１０１上に形成される。すなわち、反射層１０２を形成するための専用の工程が不要であるので、光基板１の製造時間を短縮できると共に、製造コストを低減することができる。

（３）基材１０の傾斜面１０１は、レーザ光の照射によって形成されるので、その表面を精度良く平坦な面に形成することができる。これにより、光電変換素子４１から出射された光を光ファイバ９に、又は光ファイバ９から出射された光を光電変換素子４１に、的確に反射させることが可能となる。

（４）配線パターン２及び反射層１０２は、その最上層が金メッキされているので、腐食による反射層１０２における反射率の低下を抑制することができると共に、配線パターン２と光電変換素子４１との電気的な接続を良好とすることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、導電性を有する板状部材３が第２の主面１０ｂの全体に配置された場合について説明したが、板状部材３の一部を所望の形状にエッチングして配線パターンとしてもよい。この場合、第２の主面１０ｂ側にも電子部品を実装することができる。

また、上記実施の形態では、光基板１に一つの光ファイバ収容部１００及び光モジュール構造を形成した場合について説明したが、これに限らず、光基板１に複数の光ファイバ収容部１００及び光モジュール構造を形成してもよい。

またさらに、上記実施の形態では、第１の金属膜２１及び第２の金属膜２２が銅（Ｃｕ）である場合について説明したが、これに限らず、第１の金属膜２１及び第２の金属膜２２の一方又は両方が例えばアルミニウムやステンレスであってもよい。また、配線パターン２や反射層１０２の各層における材質も、上記したものに限らない。また、基材１０の材質も、ポリイミドに限らず、例えばＰＥＴ（Polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタラート）であってもよい。

また、上記実施の形態では、第１の主面１０ａに対して斜めにレーザ光Ｌを照射することにより傾斜面１０１を形成したが、これに限らず、形成すべき傾斜面１０１の第１の主面１０ａからの深さ（垂直距離）に応じてレーザ光の透過率が調節されたシャドーマスクを用いて、第１の主面１０ａに対して垂直にレーザ光を照射して傾斜面１０１を形成してもよい。

１…光基板、２…配線パターン、３…板状部材、８…押え部材、９…光ファイバ、９ａ…端面、１０…基材、１０ａ…第１の主面、１０ｂ…第２の主面、２１…第１の金属膜、２１ａ…帯状の部分、２２…第２の金属膜、２３…Ｎｉメッキ層、２４…金メッキ層、４１…光電変換素子、４２…半導体回路素子、９０…コア、９１…クラッド層、１００…光ファイバ収容部、１００ａ…反射部、１０１…傾斜面、１０２…反射層、４１０…本体部、４１０ａ…開口、４１１…端子、４２０…本体部、４２１…端子、４２２…ボンディングワイヤ、Ｌ…レーザ光、ＬＰ…光路、θ…傾斜角

Claims

互いに対向する第１及び第２の主面を有する板状の樹脂からなる基材の前記第１の主面に第１の金属膜を形成する工程と、
前記第１の金属膜の一部を帯状に除去する工程と、
前記第１の金属膜を除去した部位に前記第１の主面に対してレーザ光を照射して、スリット状の光ファイバ収容部、及び前記光ファイバ収容部の終端における傾斜面を形成する工程と、
前記傾斜面及び前記第１の主面の前記第１の金属膜の上に第２の金属膜を形成する工程と、
前記第１及び第２の金属膜の一部をエッチングして、前記光ファイバ収容部に収容された光ファイバから出射された出射光を前記第１の主面側に反射する反射部を前記傾斜面に形成すると共に、前記第１の主面に配線パターンを形成する工程と、
前記基材の前記第２の主面に板状部材を接合する工程とを有する、
光基板の製造方法。
前記光ファイバ収容部及び前記傾斜面を形成する工程は、前記傾斜面の前記第１の主面に対する傾斜角に対応した角度で、前記第１の主面に斜めにレーザ光を照射する工程である、
請求項１に記載の光基板の製造方法。