JPH05264833A - 光表面実装用基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板内に光導波路を有する、量産に適した大
面積の光表面実装基板を提供すること。 【構成】 少なくとも光素子をその表面に実装するため
の光導波路を形成した基板において、前記光導波路は前
記基板表面に開口する光信号入口部と光信号出口部を有
し、この光信号入口部と光信号出口部を連通する、基板
表面と概ね平行で水平な光信号伝搬路を基板内に有し、
該光信号伝搬部の両端は３０〜６０°の範囲内の傾斜角
度を有する斜面状に形成されており、光信号伝搬部の高
さがＨである場合、光信号入口部の開口幅は（Ｈ−β）
であり、光信号出口部の開口幅は（Ｈ＋α）であり、こ
こで、（Ｈ＋α）≧（Ｈ−β）の関係を有する。このよ
うな基板はネガ型またはポジ型ホトレジストを用いたホ
トリソグラフィーにより容易に大量に製造することがで
きる。基板を挟んだ両面型実装基板も可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光表面実装基板に関す
る。更に詳細には、光導波路が内部に形成された光表面
実装基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信の用途拡大にともない、光
ファイバーと発光素子、受光素子、光増幅器等の光素子
との接続技術の必要性が高まっている。

【０００３】例えば、米国特許第５０１７９８６号明細
書には光素子の実装基板が開示されている。これは光フ
ァイバーなどの個別の導波路を使わずに光信号を素子間
でやり取りすることのできる実装基板である。この明細
書によれば、先ず透明な材料で基板を作り、内部に特定
の角度をつけた反射チャネルを形成し、このチャネルの
斜面を光反射性物質で被覆する。一方の光素子から発射
された光信号は透明板の中を伝搬し、適当に反射を繰り
返して目的の光素子に到達することができる。しかし、
この実装基板では素子の位置決めに問題があり、また、
基板を形成する透明材料も不明確である。

【０００４】別の技術として、最近では、例えば、“実
装技術”Vol.6,No.8,p9-13(1990)に示されるような導波
路を形成した基板上に光素子を表面実装する光表面実装
基板が提唱されている。このような基板を使用すれば、
従来から行われていた光素子と光ファイバーとの非常に
手間のかかる光軸合わせを伴う接続作業が非常に簡素化
される。しかし、この基板を実現する際に問題となる大
面積と量産性を両立しうる基板構造については明らかに
されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、基板内に光導波路を有する、量産に適した大面積の
光表面実装基板を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明では、少なくとも光素子をその表面に実装す
るための光導波路を形成した基板において、前記光導波
路は前記基板表面に開口する光信号入口部と光信号出口
部を有し、この光信号入口部と光信号出口部を連通す
る、基板表面と概ね平行で水平な光信号伝搬路を基板内
に有し、該光信号伝搬部の両端は３０〜６０°の範囲内
の傾斜角度を有する斜面状に形成されており、光信号伝
搬部の高さがＨである場合、光信号入口部の開口幅は
（Ｈ−β）であり、光信号出口部の開口幅は（Ｈ＋α）
であり、ここで、（Ｈ＋α）≧（Ｈ−β）の関係を有す
ることを特徴とする光表面実装用基板を提供する。光導
波路の内表面には光反射膜が形成されており、また、光
導波路の内部には透明材料が充填されていることが好ま
しい。前記のような光導波路は基板上に塗布したポジ型
またはネガ型ホトレジストをマスクパターンを介して露
光することにより形成できる。また、その際、レジスト
の斜め方向からマスクパターンを介して露光することに
より、導波路の光信号伝搬部両端に所定の角度の光信号
反射用傾斜面を形成することができる。別法として、基
板が熱可塑性樹脂で形成され、予め光導波路に相当する
パターンを形成した転写型表面の形状を転写することで
導波路を形成するか、または、基板の全部または一部が
熱硬化性樹脂で形成され、樹脂の重合時に予め光導波路
に相当するパターンを形成した転写型表面の形状を転写
することで導波路を形成することもできる。更に、基板
の両面に、それぞれ対向または対応するように、光素子
の受光部および発光部を位置決めした両面型光表面実装
用基板も使用できる。

【０００７】

【作用】前記のように、本発明の光表面実装用基板によ
れば、光信号は基板内に形成された光導波路を反射し、
素子間に伝達される。これにより、基板表面に実装され
る光素子の配置の設計自由度が高まるばかりか、面倒で
手数のかかる光軸合わせも比較的簡単に行うことができ
る。また、基板の両面に実装された２個の光素子のうち
少なくとも一方の発光部と他方の受光部が相対するよう
に位置決めし、光を途中で反射または屈折させることな
く、直進させるだけで光授受を可能にすることもでき
る。更に、本発明によれば、光導波路を有する大面積の
光表面実装用基板を常用のホトリソグラフィー技術によ
り容易に大量生産することができる。また、予め光導波
路に相当するパターンが形成された転写型を用いて基板
表面に光導波路を転写することによっても、光表面実装
用基板を安価に大量生産することができる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細
に説明する。図１は基板内に光導波路が形成された本発
明の光表面実装用基板の一例の部分概要断面図である。
図示されているように、光導波路１は基板３の上に、第
１の硬化レジスト層５および第２の硬化レジスト層７に
より画成されている。この光導波路１は、例えば、発光
素子のような光素子１０から発射された光信号１２を受
光素子のような光素子１４に伝達する目的に使用され
る。このため、本発明の光導波路１は、発光素子側の光
信号入口部２０と受光素子側の光信号出口部２２を有
し、更に、この入口部と出口部をつなぐ、基板表面と概
ね平行で水平な光信号伝搬部２４を有する。この光信号
伝搬部の両端は３０〜６０°の範囲内の角度θを有する
傾斜面２６，２６が形成されている。従って、入口部２
０から導波路内に入った光信号は前方傾斜面２６で反射
されて伝搬部２４内を水平に伝搬され、後方傾斜面２６
で反射されて出口部２２から出ていく。

【０００９】図１において、光信号伝搬部２４の高さを
Ｈとすると、光信号入口部２０の開口幅は（Ｈ−β）で
あり、光信号出口部２２の開口幅は（Ｈ＋α）である。
そして、（Ｈ＋α）≧（Ｈ−β）の関係を満たさなけれ
ばならない。すなわち、入口よりも出口のほうが大きな
開口であることが好ましい。これは、入口から入った光
信号が垂直に入射せず、傾斜していた場合、伝搬部を水
平に伝搬されず、底面および天井面で乱反射されながら
伝搬されることがある。このような不都合な場合でも、
出口側の開口が大きいと入射した光のかなりの部分が導
波路から出ていくことができる。

【００１０】特に限定されるわけではないが、θは４５
°が最も好ましい。

【００１１】図２は光導波路１の内面に反射膜３０を設
け、更に、導波路内に透明樹脂３２を充満させた光表面
実装用基板の一例の部分概要断面図である。反射膜３０
は少なくとも傾斜面２６にだけ形成することもできる。
反射膜３０は光信号の伝送率を向上するのに有用であ
り、また、透明樹脂は光導波路内の汚れを防止するのに
有用である。

【００１２】反射膜３０の材質および膜厚は特に限定さ
れない。一例として、反射膜は銀または金などから形成
することができる。また、形成方法も特に限定されるこ
とはなく、金属薄膜を形成することができる方法ならば
全て使用することができる。例えば、メッキ法（例え
ば、無電解メッキ法）、蒸着法またはスパッタ法などに
より形成することができる。反射膜の膜厚は、メッキ法
の場合、２０ｎｍ〜２００００ｎｍの範囲内であり、蒸
着法またはスパッタ法の場合は５ｎｍ〜２００ｎｍの範
囲内であることが好ましい。

【００１３】導波路内に充填される透明樹脂の材質も特
に限定されない。一例として、ジシクロペンタジエニル
ジアクリレート１００重量部と２−ヒドロキシ−２−メ
チル−１−フェニルプロパン−１−オン２重量部の混合
物またはフェニルメタクリレート１００重量部と２，
２’−アゾビスイソブチロニトリル２重量部の混合物な
どが好適に使用できる。これらの樹脂は充填する際には
液状であり、充填後に熱、光（例えば、紫外線）または
電磁線などにより３次元網状重合して硬化することがで
きるものが好ましい。

【００１４】次に、本発明の光表面実装用基板に光導波
路を形成する方法について説明する。一般的に説明すれ
ば、本発明による光導波路はポジ型またはネガ型ホトレ
ジストの何れかを用いたホトリソグラフィーにより形成
できる。

【００１５】図３〜図１３は図１および図２に示される
ような光表面実装用基板をネガ型ホトレジストを用いて
製造する方法の一例を示す工程図である。

【００１６】図３において、先ず、基板３の上面に第１
のレジスト層５となるべきホトレジストを塗布する。基
板３の材質などは特に限定されない。一例として、シリ
コン基板などが好適に使用される。その他の基板、例え
ば、ソーダガラス、石英ガラス、熱硬化エポキシ基板、
アルミ、ステンレス、銅基板なども使用できる。基板３
の厚さも特に限定されない。光表面実装用基板として必
要十分な厚さを有すれば良い。ホトレジストには光の照
射により溶け易くなるポジ型と、溶け難くなるネガ型が
あるが、図３に示された実施例のホトレジストはネガ型
である。このようなネガ型ホトレジスト材料自体は公知
であり、各社から市販されている。例えば、環化ゴムと
アジド化合物からなるＯＭＲ−８３，−８５（東京応
化）、ＣＩＲ−７０１，−７０７（日本合成ゴム）、Ｋ
ＭＲ−７４７，−７５２（コダック社）およびウエイコ
ートＨＲシリーズ（富士ハント社）または非膨潤性ネガ
型レジストとしてＯＮＮＲ−２０（東京応化）、ＭＲＬ
およびＭＲＧ（日立）、ＲＵ１０００Ｎ（日立化成）な
どを使用することができる。ホトレジストの塗布方法も
特に限定されない。バーコートなど任意の塗布方法を使
用することができる。第１のホトレジスト層の塗布厚さ
は形成される光導波路の光信号伝搬部の高さ（図１にお
ける“Ｈ”）により制限される。従って、基板設計の段
階で光信号伝搬部の高さが決定されれば、自ずから第１
のホトレジスト層の塗布厚さも規定される。

【００１７】図４は図３に示された第１のホトレジスト
層を垂直露光する工程の模式図である。第１のホトレジ
スト層５の上部に第１のホトマスク３４を配置し、この
マスク上から平行光を照射し、レジストを露光する。レ
ジストがネガ型なので、光導波路形成部分に光が当たら
ないように、マスク３４は光導波路形成部分に対応する
位置が遮光されるパターンを有する。

【００１８】図５は図４で垂直露光されたレジストを第
２のホトマスク３６を通して、３０°＜θ＜６０°の照
射角度で斜め露光する工程の模式図である。この斜め照
射の際の光線入射角度は４５°が最も好ましい。導波路
の設計によっては別の角度も使用できる。例えば、照射
角度を６０°とすると、導波路界面の全反射を使いやす
くなるが、その反面、光路長によっては戻り光が発生し
やすくなるため、設計に十分な注意が必要となる。図５
に示された斜め露光工程では回路上の他の部分が露光さ
れないように斜め露光用のホトマスク３６を使用してい
るが、配線パターンによっては必ずしも使用する必要は
ない。また、図５ではマスクと基板の間に空隙を置いて
露光しているが、斜め露光の際、配線長が変化するのを
防ぐために密着露光でおこなうこともできる。更に、配
線長変化を防ぐためには、斜め露光時、配線長変化を補
正するようマスクおよび基板の少なくとも何方か一方の
位置を移動させてもよい。図５では、斜め露光用ホトマ
スク３６は垂直露光用ホトマスク３４の上部に積重され
て使用されているが、垂直露光用マスク３４を除いて、
斜め露光用マスク３６を単独で使用することもできる。
一方の側からの斜め露光が終了したら、次に他方の側か
らの斜め露光を前記と同様の手順で行う。

【００１９】図５で斜め露光が完了したレジストを適当
な溶剤に浸漬し、未露光ホトレジスト３８を溶解除去
し、パターンを現像する。このようにして形成された導
波路パターン４０を有する基板を図６に示す。ネガ型レ
ジストのパターン現像に使用される溶剤は一般的に無極
性溶剤、例えば、酢酸セロソルブ、酢酸ｎ−ブチル、ｎ
−ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノンなどで
あり、これらは当業者に周知である。

【００２０】図７は、図６で形成された導波路パターン
４０を埋め戻す工程を示す。埋め戻しに使用される材料
は特に限定されないが、必要に応じて除去できるもので
なければならない。一例として、ワックス等の樹脂を使
用することができる。このパターン埋めは光導波路が一
層のみで、かつ、その上に積層するホトレジストにシー
ト状のものを用いる場合は必要ない。しかし、特に光導
波路を多層化する場合は上層を露光する際の導波路界面
からの反射光による配線不良を防止するために必須とな
る。

【００２１】図８は、図７で埋め戻された導波路パター
ンを有する第１のレジスト層５の上面に第２のレジスト
層７を上塗りする工程を示す。第２のレジスト層７の膜
厚は特に限定されない。第２のレジスト層形成材料は第
１のレジスト層と異なるものを使用することもできる
が、同一であることが好ましい。別法として、この第２
のレジスト層は、前記のように、シート状であってもよ
い。シート状である場合、光反射性金属薄膜であること
もできる。

【００２２】次に、光信号入口部および出口部の対応す
る部分のみマスキングした第３のホトマスク４２を介し
て、第２のレジスト層７を垂直露光する。この工程を図
９に示す。垂直露光の具体的方法は図４における垂直露
光工程の方法と大体同じである。

【００２３】露光済みのレジストを適当な溶剤に浸漬
し、未露光ホトレジストを溶解除去し、パターンを現像
する。このパターン現像の具体的方法は図６におけるパ
ターン現像工程の方法と大体同じである。このようにし
て得られた基板を図１０に示す。

【００２４】次に、図１０の基板を加熱するか、また
は、適当な溶剤で洗浄してパターン埋めした樹脂を除去
すると、図１１に示されるような本発明の光導波路１を
有する基板が得られる。

【００２５】その後、必要に応じて、光導波路の内面に
メッキ等の常法により反射膜３０を形成することができ
る（図１２参照）。別法として、蒸着法またはスパッタ
法により、光信号伝搬部２６（図１参照）にのみ反射膜
３０を形成することもできる。また、反射膜形成は、図
６に示される導波路パターン４０の形成後で、パターン
埋めする前に行うこともできる。パターン埋めする前に
反射膜を形成し、更に、後記するように光導波路を多層
化する場合、上層を露光する際の導波路反斜膜からの反
射光による配線不良を防止するため、照射光を吸収する
樹脂（例えば、紫外線吸収剤の２−（２’−ヒドロキシ
−５’−メチルフェニル）ベンゾトリアゾール０．５wt
％を添加したポリ塩化ビニル）でパターン埋めを行う必
要がある。

【００２６】最後に、必要に応じて、光導波路１の汚れ
防止のため、導波路内部に透明樹脂３２を充填する（図
１３および図２参照）。なお、光導波路内面に反射膜を
形成しない場合や、水平信号伝搬部の傾斜面だけに反射
膜を形成した場合、および、各層のパターン形成時に反
射膜を形成した場合は、導波路に反射膜が形成されない
箇所が生じるためこの透明樹脂充填が必須となる。この
場合、レジストに低屈折率の材料を使用し、最後に導波
路全体を高屈折率の材料で充填する必要がある。このよ
うな透明樹脂の材質自体は特に限定されないが、一例と
して、フェニルメタクリレート１００重量部と２，２’
−アゾビスイソブチロニトリル２重量部の混合物などを
好適に使用することができる。

【００２７】図１４〜図３０はポジ型レジストによる重
層タイプの光表面実装用基板の製造例の一例を示す工程
図である。

【００２８】前記の図３に示されたように基板３の上面
にポジ型ホトレジストからなる第１のレジスト層５０を
積層した後、第１のホトマスク５２を通して第１のレジ
スト層を垂直露光する（図１４参照）。ポジ型レジスト
の場合、光の照射を受けた部分が溶け易くなる。従っ
て、第１のホトマスク５２では、導波路パターン部分に
対応する位置に光線を通過させる開口部が設けられてい
る。このようなポジ型レジストは当業者に周知である。
例えば、フェノール樹脂とキノンジアジド（例えば、ｏ
−ナフトキノンジアジド）からなる、ＡＺ−１３５０，
−１４００（シプレー社）、ＯＦＰＲ−７７，−８０
０，−５０００（東京応化）、ＰＦＲ−３００３（日本
合成ゴム），ＨＰＲ−２０４，−２０６（富士ハント）
およびＫＭＰＲ−８０９，−８２０（コダック社）など
が好ましい。ホトレジストがポジ型であることおよびホ
トマスクの構成が異なることを除けば、その他の点は図
３および図４に示した工程について説明した通りであ
る。

【００２９】その後、第２のホトマスク５４を通して斜
め露光する（図１５参照）。斜め露光の具体的条件も図
４における斜め露光と大体同一である。

【００３０】斜め露光完了後、レジストをアルカリ水溶
液（例えば、０．５％炭酸ナトリウム水溶液など）に浸
漬し、露光部分を溶解除去しパターン現像することによ
り第１の導波路パターン５６を有する図１６に示される
ような基板を得る。その後、図７で説明したように、こ
の導波路パターンを埋め戻す（図１７参照）。そして、
埋め戻された第１のレジスト層５６上に、第１のレジス
ト層構成材料と同一の、または、異なるポジ型ホトレジ
ストからなる第２のホトレジスト層５８を塗布すること
により積層する（図１８参照）。次いで、第２のホトマ
スク６０を通して、第１の導波路の光信号入口部および
光信号出口部に対応する部分の第２のホトレジスト層５
８を垂直露光する（図１９参照）。その後、この基板を
アルカリ水溶液に浸漬し、露光部分を溶解除去しパター
ン現像する（図２０参照）。第２のレジスト層中に出現
した第１の導波路の光信号入口部および光信号出口部を
第１のレジスト層中の第１の導波路パターン５６の埋め
戻しに使用された材料と同一、または異なる材料で埋め
戻す（図２１参照）。

【００３１】図２１に示されるような第１の導波路パタ
ーン５６が完成された基板上に更に別の導波路パターン
を積重させることができる。図２２に示されるように、
第２のレジスト層５８上に第３のホトレジスト層６２を
塗布することにより積層する。この第３のホトレジスト
層は先の第１および第２のホトレジスト層構成材料と同
一または異なるポジ型ホトレジスト材料を使用すること
ができる。次いで、第３のホトマスク６４を通して第３
のレジスト層を垂直露光する（図２３参照）。第３のホ
トマスク６４では、第３のレジスト層中に形成される第
２の導波路パターン部分に対応する位置の他、第１の導
波路パターン５６の光信号入口部と出口部に対応する位
置にも光線を通過させる開口部が設けられている。その
後、第４のホトマスク６６を通して、第３のホトレジス
ト層中に形成される第２の導波路パターン部分の両端部
を斜め露光する（図２４参照）。次いで、この基板をア
ルカリ水溶液に浸漬し、露光部分を溶解除去し、パター
ン現像することにより第３のホトレジスト層中に第２の
導波路パターン６８と、第１の導波路パターンの光信号
入口部および出口部に対応する位置に開口を形成する
（図２５参照）。その後、第２の導波路パターンと前記
開口を埋め戻し（図２６参照）、その上に第４のホトレ
ジスト層７０を塗布し、積層する（図２７参照）。第４
のホトレジスト層を積層した後、第４のホトマスク７２
を通して、第１の導波路パターン５６の光信号入口部と
出口部に対応する位置および第２の導波路パターン６８
の光信号入口部と出口部に対応する位置を垂直露光する
（図２８参照）。次いで、この基板をアルカリ水溶液に
浸漬し、第４のホトレジスト層７０の露光部分を溶解除
去し、パターン現像する（図２９参照）。最後に、図２
９の基板を加熱するか、または、適当な溶剤で洗浄して
パターン埋めした樹脂を除去すると、図３０に示される
ような重層構造の本発明の光導波路を有する基板が得ら
れる。その後、必要に応じて、図１２および図１３の示
されるような、メッキによる反射膜形成および透明樹脂
による導波路充填を行うこともできる。

【００３２】前記のように、光導波路の積重数自体はレ
ジストを重ねていくことにより任意に増加することがで
きる。従って、光導波路の積重数は基板の設計段階で自
ずから決定される。

【００３３】工程として特に図示されていないが、レジ
ストを塗布する前に基板表面に存在している水分を蒸発
させる塗布前ベーク、塗布後レジスト中の溶剤を効果的
に除去するためのプリベーク、現像後の溶剤を除去する
ためのポストベークなどの処理を適宜行うこともでき
る。特に、レジストがポジ型の場合、現像後にレジスト
全面を露光、ベークして、レジストをそれ以上のレジス
ト塗布および現像処理に対し、不活性にする必要があ
る。

【００３４】また、本発明の光表面実装用基板は前記の
ようなホトレジストを使用した場合に限定されず、遠紫
外線レジスト、電子線レジスト、Ｘ電レジスト、イオン
線レジストなどを用いることによっても製造することが
できる。このようなレジストにもそれぞれポジ型とネガ
型が存在するので、用途に応じて適宜選択して使用する
ことができる。

【００３５】以下、具体例により本発明の光導波路の製
造を例証する。 実施例１ ネガ型ホトレジストとして、共栄社油脂製ライトエステ
ルFM-108および1.6HXを８０：２０の重量比に混合し、
更に重合開始剤１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニル
ケトンを２重量部添加したものを使用し、図３〜図１３
の工程に従って導波路を３層積層した光表面実装基板を
作成した。導波路長は５cm、各層のレジスト厚は７０μ
ｍである。パターン埋めにはカーボンを５％混合したパ
ラフィンを使用し、現像液はエチルアルコールを使用し
た。また、反射膜形成には(1) 回路形成後反射膜を成膜
する場合には、銀アンモニア錯塩を庶糖で分解する無電
解メッキ法と金蒸着法を、(2) 各パターン形成ごとに反
射膜を形成する場合には金蒸着法を使用した。反射膜厚
はメッキでは２００nm、蒸着では１００nmとした。また
露光は４ｋｗメタルハライドランプを用いて４０秒間行
った。作成したパターンには最後にトリシクロペンタジ
エニルジメタクリレート１００重量部にAIBN４重量部を
添加した樹脂を注入し、８０℃で６時間加熱して硬化さ
せた。

【００３６】作成した光表面実装基板について、導波路
の一方の入口部よりレーザ光を入射し、反対面の出口部
に設置した受光器で光強度を測定することにより導波路
の光伝送特性を測定した。その結果、パターン形成後に
メッキを行った光導波路の場合は６５％、金蒸着では６
０％となった。また、各層でのパターン形成毎に蒸着を
行った場合は６７％であり、何れの製法でも光を有効に
伝達できることが確認できた。

【００３７】また、この検討の過程で、光導波路内に充
填する材料の屈折率が１．６と高いために、光導波路の
表面で反射が起こり、伝達される光強度が低下すること
が判明した。そのため、レーザ発光素子と入口部の間に
屈折率１．５の透明シリコンゴムを挟んだところ、各条
件において光強度はそれぞれ６８％、６３％、７０％と
増加した。

【００３８】実施例２ ポジ型ホトレジストにシップレイ社製ＡＺ１３５０を使
用し、図１４〜図３０に示した工程により導波路を２層
積層した光表面実装基板を作成した。導波路長は５cm、
各層のレジスト厚は３０μｍである。パターン埋めには
カーボンを５％混合したパラフィンを使用し、現像液は
１％炭酸ナトリウム水溶液とした。パターン形成後パラ
フィンを除去し、無電解銀メッキを施した後、導波路の
光伝送特性を測定したところ、入射光の７０％が出力と
して得られた。

【００３９】次に、転写型による光表面実装用基板の製
造について具体例を挙げて説明する。

【００４０】実施例３ 幅および長さがそれぞれ２５ｍｍで厚さが３００μｍの
ニッケル基板８０の表面に高さ３０μｍ、幅３０μｍ、
長さ３ｍｍ、両端に４５°の端面を有する凸型パターン
８２を形成した転写型８４を使用した（図３１参照）。
この転写型８４を空隙が３ｍｍの射出成型装置８６（図
３２参照）にセットし、アクリル樹脂８８を用いて成型
を行った。図３２において、符号９０は金型、９２はノ
ズルを示す。成型した基板９４の表面にアルミニウム被
膜９６を４００ｎｍの厚さで被着させた後、パターン全
体を光透過性の紫外線硬化型コート剤９８で被覆し、そ
の表面に発光素子として波長７８０ｎｍの半導体レーザ
１００を組み込んだ、幅および長さが５ｍｍで厚さが２
ｍｍの光素子１０２と、受光素子としてシリコン光セン
サ１０４を組み込んだ同じ大きさの光素子１０６を位置
決めして、エポキシ接着剤１０８により固着させた。得
られた構造体を図３３に示す。

【００４１】実施例４ 前記の転写型８４を空隙が３ｍｍの成型装置にセット
し、メチルメタクリレート１００重量部、アゾイソブチ
ロニトリル（ＡＩＢＮ）５重量部を混合した樹脂を注入
後、８０℃で２４時間反応させ成型を行った。得られた
成型体を用いて、前記実施例２と同様にして導波路形成
および素子実装を行った。

【００４２】実施例５ 前記の転写型８４をエポキシ接着剤で厚さ５ｍｍの鉄板
上に接着し、その上に、ジシクロペンタジエニルジメタ
クリレート１００重量部とチバガイギー社製イルガキュ
ア１８４を２重量部混合した液体を塗布した後、信越シ
リコーン社製シランカップリング剤ＫＢＭ５０３で処理
したガラス基板をセットし、紫外線を照射して成型を行
った。得られた成型体を用いて、前記実施例２と同様に
して導波路形成および素子実装を行った。

【００４３】前記のようにして得られた各光表面実装用
基板の特性を測定したところ、発光素子よりでるレーザ
光のうち、実施例３では６０％、実施例４では６５％、
実施例５では６５％が受光部に到達することが確認で
き、表面実装用基板として使用できることが確認でき
た。

【００４４】実施例６ 前記の凸形パターンを有する転写型８４とは逆に、図３
４に示されるような凹形パターン１０９を有する転写型
１１０を用いて光実装用基板を製造することもできる。
転写型１１０を図３２に示されたような射出成型装置８
６にセットし、アクリル樹脂を用いて成型を行った。得
られた成型体１１１の基板パターンが形成されていない
側の表面に発光素子として波長７８０ｎｍの半導体レー
ザ１００を組み込んだ、幅および長さが５ｍｍで厚さが
２ｍｍの光素子１０２と、受光素子としてシリコン光セ
ンサ１０４を組み込んだ同じ大きさの光素子１０６を位
置決めして、エポキシ接着剤１０８により固着させた。
得られた構造体を図３５に示す。図３５に示す構造の光
表面実装用基板の特性を測定したところ、発光素子より
出るレーザ光のうち７５％が受光部に到達することが確
認できた。反射膜を形成しないにもかかわらず光表面実
装用基板として使用できることが確認できた。

【００４５】凸形または凹形パターンの何れの転写型の
場合も、射出成型法以外に、プレス成型、ロール成型、
真空成型などの各種の成型方法を使用できる。凹形パタ
ーンの転写型も、凸形パターンの転写型と同様に、熱硬
化性樹脂、光硬化性樹脂を使用して成型することも可能
である。パターンを形成し、反射膜形成後に表面コート
を行っているが、表面コートは省略することもできる。
前記のようにして作製した基板はそのまま光回路用基板
として使用できるが、更にこの上に通常の工程により電
子回路用プリント基板を作製することも当然可能であ
る。

【００４６】前記に説明した光表面実装用基板は発光用
光素子および受光用光素子の両方が基板の同一面に配置
されているが、基板の両面に対向または対応するように
配置することもできる。以下、このような両面型光表面
実装用基板について実施例を挙げて詳細に説明する。

【００４７】実施例７ 厚さ１０ｍｍの透明な石英ガラス板１１２を基板とし、
基板片面に、発光素子として波長７８０ｎｍの半導体レ
ーザ１００を組み込んだ幅および長さ５ｍｍで厚さ２ｍ
ｍの光素子１０２を配置し、更に、基板の反対面に、受
光素子としてシリコン光センサ１０４を組み込んだ同じ
大きさの光素子１０６を、前記発光素子と受光素子の光
軸が一致するように位置決めしてエポキシ接着剤により
基板表面に固着させた。得られた構造体を図３６に示
す。

【００４８】実施例８ 厚さ５ｍｍのアルミ板１１４を基板とし、それに内径
０．５ｍｍの貫通孔１１６を設けた後、その表面を研磨
し、更にエッチングして平滑にし、光導波路を形成し、
両面型光実装用基板とし、その両面に前記実施例７に述
べたように光素子を固着させた。得られた構造体を図３
７に示す。

【００４９】実施例９ 厚さ３ｍｍのガラス基板１１８上にコート剤を５μｍ塗
布し、全面に紫外線を照射して硬化した後、レジストを
３０μｍ厚に塗布し、その上にマスク（厚さ０．３ｍｍ
のガラス板表面にクロムを蒸着し、幅３０μｍ、長さ３
ｍｍの白抜きパターンを形成してある）をセットし、パ
ターンの長手方向に４５°傾けた方向より平行光で露光
し、その後、メチルアルコールで洗浄した。その後、銀
鏡反応により表面全体に銀反射膜１２０を形成した後、
パターン表面を研磨し、基板表面全体をコート剤１２２
で５０μｍ厚に被覆し、全面に紫外線を照射した。その
後、コート剤層の表面に発光用光素子１０２を、そし
て、これに対向するように、基板表面に受光用光素子１
０６を実施例７に述べたように固着させた。得られた構
造体を図３８に示す。図中、符号１２４は前記のリソグ
ラフ法により形成された光導波路である。光素子１０２
の発光素子１００から出た光は仮想線で示されるよう
に、銀反射膜１２０で反射され、光素子１０６の受光素
子１０４に入る。なお、前記のレジストにはトリシクロ
ペンタジエニルジアクリレート：１００重量部、チバガ
イギー社製イルガキュア３６５：５重量部の混合物を用
い、コート剤には共栄社油脂製ライトエステルＦＭ−１
０８：５０重量部、同１．６ＨＸ：５０重量部、チバガ
イギー社製イルガキュア１８４：２重量部を混合したも
のを用いた。

【００５０】前記の実施例７〜９で得られた両面型光表
面実装用基板の特性を測定したところ、発光素子より出
る光のうち、実施例７では８０％、実施例８では９０
％、実施例９では６０％が受光素子に到達することがで
き、両面型光表面実装用基板として使用できることが確
認できた。

【００５１】上記の実施例において、実施例７および８
では透明基板および機械加工貫通孔導波路により光を伝
達しているが、貫通孔導波路はレジスト層中に、光リソ
グラフ法によっても形成できる。また、実施例９では、
パターン形成後にメッキおよび表面コートを行っている
が、これらを行わずにパターンを露出させたまま使うこ
とも可能である。また、このような工程により作製した
基板はそのまま光回路用基板として使用できるが、更に
この上に通常の工程により電子回路用プリント基板を作
製することも当然可能である。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光表面実
装用基板によれば、光信号は基板内に形成された光導波
路を反射し、素子間に伝達される。これにより、基板表
面に実装される光素子の配置の設計自由度が高まるばか
りか、面倒で手数のかかる光軸合わせも比較的簡単に行
うことができる。また、基板の両面に実装された２個の
光素子のうち少なくとも一方の発光部と他方の受光部が
相対するように位置決めし、光を途中で反射または屈折
させることなく、直進させるだけで光授受を可能にする
こともできる。更に、本発明によれば、光導波路を有す
る大面積の光表面実装用基板を常用のホトリソグラフィ
ー技術により容易に大量生産することができる。また、
予め光導波路に相当するパターンが形成された転写型を
用いて基板表面に光導波路を転写することによっても、
光表面実装用基板を安価に大量生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板内に光導波路が形成された本発明の光表面
実装用基板の一例の部分概要断面図である。

【図２】光導波路の内面に反射膜を設け、更に、導波路
内に透明樹脂を充満させた光表面実装用基板の一例の部
分概要断面図である。

【図３】ネガ型ホトレジストによる本発明の光表面実装
用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図４】ネガ型ホトレジストによる本発明の光表面実装
用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図５】ネガ型ホトレジストによる本発明の光表面実装
用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図６】ネガ型ホトレジストによる本発明の光表面実装
用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図７】ネガ型ホトレジストによる本発明の光表面実装
用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図８】ネガ型ホトレジストによる本発明の光表面実装
用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図９】ネガ型ホトレジストによる本発明の光表面実装
用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図１０】ネガ型ホトレジストによる本発明の光表面実
装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図１１】ネガ型ホトレジストによる本発明の光表面実
装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図１２】ネガ型ホトレジストによる本発明の光表面実
装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図１３】ネガ型ホトレジストによる本発明の光表面実
装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図１４】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図１５】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図１６】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図１７】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図１８】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図１９】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図２０】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図２１】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図２２】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図２３】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図２４】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図２５】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図２６】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図２７】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図２８】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図２９】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図３０】ポジ型ホトレジストによる本発明の別の光表
面実装用基板の製造例の一例を示す工程図である。

【図３１】凸形パターンを有する転写型の一例の概要斜
視図である。

【図３２】図３１に示された凸形パターンを有する転写
型を用いた射出成型による基板作製を示す概念図であ
る。

【図３３】凸形パターンを有する転写型から作製された
基板に光素子を実装した構造体の概要断面図である。

【図３４】凹形パターンを有する転写型の一例の概要斜
視図である。

【図３５】凹形パターンを有する転写型から作製された
基板に光素子を実装した構造体の概要断面図である。

【図３６】透明基板の両面に光素子を対向するように配
置させた構造体の概要断面図である。

【図３７】基板に設けた貫通孔導波路により基板両面の
間で光の授受ができるように、基板の両面に光素子を対
向するように配置させた構造体の概要断面図である。

【図３８】反射型導波路を透明基板の片側に設け、基板
の両面に光素子を対応するように配置させた構造体の概
要断面図である。

【符号の説明】

１ 光導波路 ３ 基板 ５ 第１のホトレジスト層 ７ 第２のホトレジスト層 １０ 発光素子 １２ 光信号 １４ 受光素子 ２０ 光信号入口部 ２２ 光信号出口部 ２４ 水平光信号伝搬部 ２６ 光信号反射用傾斜面 ３０ 反射膜 ３２ 透明樹脂 ３４ 第１のホトマスク ３６ 第２のホトマスク ３８ 未露光ホトレジスト ４０ 導波路パターン ４２ 第３のホトマスク ５０ ポジ型の第１のホトレジスト層 ５２ ポジ型の第１のホトマスク ５４ ポジ型の第２のホトマスク ５６ 第１の導波路パターン ５８ ポジ型の第２のホトレジスト層 ６０ ポジ型の第３のホトマスク ６２ ポジ型の第３のホトレジスト層 ６４ ポジ型の第４のホトマスク ６６ ポジ型の第５のホトマスク ６８ 第２の導波路パターン ７０ ポジ型の第４のホトレジスト層 ７２ ポジ型の第６のホトマスク ８０ 基板 ８２ 凸形パターン ８４ 転写型 ８６ 成型機 ８８ 樹脂 ９０ 金型 ９２ ノズル ９４ 成型体 ９６ 反射膜 ９８ コート剤層 １００ 発光素子 １０２ 光素子 １０４ 受光素子 １０６ 光素子 １０８ 接着剤 １０９ 凹形パターン １１０ 転写型 １１１ 成型体 １１２ 透明基板 １１４ 基板 １１６ 貫通孔導波路 １１８ 透明基板 １２０ 反射膜 １２２ コート剤層 １２４ レジスト導波路

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも光素子をその表面に実装する
   ための光導波路を形成した基板において、前記光導波路
   は前記基板表面に開口する光信号入口部と光信号出口部
   を有し、この光信号入口部と光信号出口部を連通する、
   基板表面と概ね平行で水平な光信号伝搬路を基板内に有
   し、該光信号伝搬部の両端は３０〜６０°の範囲内の傾
   斜角度を有する斜面状に形成されており、光信号伝搬部
   の高さがＨである場合、光信号入口部の開口幅は（Ｈ−
   β）であり、光信号出口部の開口幅は（Ｈ＋α）であ
   り、ここで、（Ｈ＋α）≧（Ｈ−β）の関係を有するこ
   とを特徴とする光表面実装用基板。
2. 【請求項２】 光導波路の内表面には光反射膜が形成さ
   れている請求項１の光表面実装用基板。
3. 【請求項３】 光導波路の内部には透明材料が充填され
   ている請求項１の光表面実装用基板。
4. 【請求項４】 基板上にネガ型またはポジ型の第１のホ
   トレジスト層を塗布し、これを、光導波路の水平光信号
   伝搬部に対応するパターンを有する第１のホトマスクを
   通して垂直露光し、次いで、水平光信号伝搬部の両端の
   傾斜面に対応するパターンを有する第２のホトマスクを
   通して、３０°〜６０°の範囲内の角度で斜め露光し、
   その後、この露光済み基板を溶剤に浸漬して現像し、該
   第１のレジスト層中に光導波路の水平信号伝搬部に対応
   するパターンを形成し、該パターン内に透明材料を充填
   して埋め戻し、その上に第２のホトレジスト層を塗布
   し、これを光導波路の光信号入口部および出口部に対応
   するパターンを有する第２のホトマスクを通して垂直露
   光し、その後、この露光済み基板を溶剤に浸漬して現像
   し、光導波路の光信号入口部および出口部となる垂直な
   開口を形成し、次いで、光導波路の水平信号伝搬部のパ
   ターン内に充填されている埋め戻し材料を除去すること
   により光導波路を形成することを特徴とする光表面実装
   用基板の製造方法。
5. 【請求項５】 形成された光導波路内面に反射膜を形成
   する工程を更に含む請求項４の製造方法。
6. 【請求項６】 反射膜の形成された光導波路内に透明材
   料を充填する工程を更に含む請求項５の製造方法。
7. 【請求項７】 少なくとも光素子をその表面に実装する
   ための光導波路を形成したプリント基板の製造方法にお
   いて、基板が熱可塑性樹脂で形成され、予め光導波路に
   相当するパターンを形成した転写型表面の形状を転写す
   ることで導波路を基板表面に形成することを特徴とする
   光表面実装用基板の製造方法。
8. 【請求項８】 前記転写が樹脂または転写型の少なくと
   も何れか一方を樹脂の軟化点以上に加熱した状態で行わ
   れる請求項７の製造方法。
9. 【請求項９】 転写された光導波路パターンの少なくと
   も一部に金属反射膜を形成する工程を更に含む請求項７
   の製造方法。
10. 【請求項１０】 光導波路パターンを透明樹脂で充填す
    る工程を更に含む請求項７の製造方法。
11. 【請求項１１】 少なくとも光素子をその表面に実装す
    るための光導波路を形成したプリント基板の製造方法に
    おいて、基板が熱硬化性樹脂で形成され、樹脂の重合時
    に予め光導波路に相当するパターンを形成した転写型表
    面の形状を転写することで導波路を基板表面に形成する
    ことを特徴とする光表面実装用基板の製造方法。
12. 【請求項１２】 少なくとも光素子をその表面に実装す
    るための光導波路を形成したプリント基板の製造方法に
    おいて、基板の少なくとも一部が熱硬化性樹脂で形成さ
    れ、樹脂の重合時に予め光導波路に相当するパターンを
    形成した転写型表面の形状を転写することで導波路を基
    板表面に形成することを特徴とする光表面実装用基板の
    製造方法。
13. 【請求項１３】 少なくとも光素子をその表面に実装す
    るための光導波路を形成した基板において、基板の表面
    に発光用光素子を有し、基板の反対側の表面に受光用光
    素子を有し、発光用光素子および受光用光素子は、発光
    用光素子の発光部より放射された光が直進して、基板の
    反対側の表面の受光用光素子の受光部に入射するように
    基板上に位置決めされていることを特徴とする両面型光
    表面実装用基板。
14. 【請求項１４】 発光用光素子および受光用光素子は基
    板を挟んで、発光用光素子の発光部と受光用光素子の受
    光部が対向するように、基板上に位置決めされている請
    求項１３の両面型光表面実装用基板。
15. 【請求項１５】 発光用光素子および受光用光素子は基
    板を挟んで、発光用光素子の発光部と受光用光素子の受
    光部が対応するように、基板上に位置決めされている請
    求項１３の両面型光表面実装用基板。