特許 7551790 光回路基板およびそれを用いた電子部品実装構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-06

(45)【発行日】2024-09-17

(54)【発明の名称】光回路基板およびそれを用いた電子部品実装構造体

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/26 20060101AFI20240909BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20240909BHJP

【ＦＩ】

G02B6/26

G02B6/122

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022578299

(86)(22)【出願日】2022-01-20

(86)【国際出願番号】 JP2022001902

(87)【国際公開番号】W WO2022163481

(87)【国際公開日】2022-08-04

【審査請求日】2023-07-26

(31)【優先権主張番号】P 2021012621

(32)【優先日】2021-01-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003029

【氏名又は名称】弁理士法人ブナ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】相良 晃史

【審査官】奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００８／０００８４１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２１６９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－００３７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２０２４２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０３８１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２１６９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／１２－ ６／１４

Ｇ０２Ｂ ６／２６－ ６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０－ ６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２－ ６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面を有する配線基板と、
前記上面に位置する光導波路と、
を含み、
前記配線基板は、前記上面に光学部品の実装領域を有し、
前記光導波路は、前記実装領域に隣接する領域に位置し、前記上面から下部クラッド層、該下部クラッド層上を前記実装領域に向かう第１方向に延びる複数のコア、該複数のコアを被覆する上部クラッド層、および前記下部クラッド層上に位置するアライメントマークを有し、
前記下部クラッド層は、前記光導波路に位置する第１領域と、溝を挟んで前記第１領域と対向する位置に、前記実装領域を挟むように位置する２つの第２領域とを有しており、
前記光導波路は、前記実装領域に面する第１面に、前記複数のコアの端面が露出しており、
前記アライメントマークは、前記溝を挟んで対向し、前記下部クラッド層における前記第１領域および前記第２領域に、該アライメントマークの側面および上面が前記上部クラッド層によって被覆されず、前記下部クラッド層から突出する状態で位置しており、
前記光導波路における前記第１面と、前記第１領域に位置しており、前記第２領域に対向している前記アライメントマークの端面を含む前記光導波路における第２面とが面一である、
光回路基板。

【請求項2】

前記光導波路が、前記配線基板表面に位置する金属層の上面に位置している、請求項１に記載の光回路基板。

【請求項3】

前記コアと前記アライメントマークとが同じ素材である、請求項１または２のいずれかに記載の光回路基板。

【請求項4】

請求項１～３のいずれかに記載の光回路基板と光学部品とを含む、電子部品実装構造体。

【請求項5】

前記光学部品がシリコンフォトニクスデバイスであり、該シリコンフォトニクスデバイスがシリコン導波路を有し、
該シリコン導波路が、前記光回路基板に含まれる前記光導波路の前記コアと対向するように位置している、請求項４に記載の電子部品実装構造体。

【請求項6】

上面を有し、該上面に光学部品の実装領域を有する配線基板を準備する工程と、
前記配線基板の上面に、下部クラッド層、該下部クラッド層上を前記実装領域に向かう第１方向に延びる複数のコア、該複数のコアを覆う上部クラッド層を順に積層するとともに、前記下部クラッド層が、前記複数のコアが位置する中央部および該中央部を前記第１方向に沿って挟む側部を有する基部と、前記側部から前記第１方向に突出する凸部とを有し、前記下部クラッド層上における前記側部から前記凸部に跨る位置に、側面および上面が前記下部クラッドから突出するアライメントマーク用部材を形成する工程と、
前記アライメントマーク用部材を分断し、かつ、前記基部において前記複数のコアの端面が露出するように直線状の溝を形成する工程と、
を含む光回路基板の製造方法。

【請求項7】

前記コアと前記アライメントマーク用部材とを同じ素材で形成する、請求項６に記載の光回路基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光回路基板およびそれを用いた電子部品実装構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、大容量のデータを高速で通信可能な光ファイバーが情報通信に使用されている。光信号の送受信は、例えば、この光ファイバーと光学部品（シリコンフォトニクスデバイス）との間で行われる。したがって、光ファイバーが接続された光導波路を含む光回路基板に、精度良く光学部品を実装させる必要がある。そのため、特許文献１に記載のように、アライメントマークが使用される。

【0003】

光学部品の受発光部と対向するコア（光導波路に含まれる部材）の端面は、一般的にダイシングによって加工される。そのため、ダイシングによる加工の位置がずれると、光学部品とコアとの位置精度が悪くなる。その結果、光学部品とコアとの間の光損失が増加する場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－１５５２１５号公報

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示に係る光回路基板は、上面を有する配線基板と、上面に位置する光導波路とを含む。配線基板は、上面に光学部品の実装領域を有している。光導波路は、実装領域に隣接する領域に位置し、上面から下部クラッド層、第１方向に延びる複数のコア、上部クラッド層、および下部クラッド層上に位置するアライメントマークを有している。下部クラッド層は、複数のコアが位置する第１領域と、複数のコアを挟んだ位置において第１領域と溝を挟んで位置する２つの第２領域とを有している。光導波路は、実装領域に面する第１面に、複数のコアの端面が露出している。アライメントマークは、溝を挟んで対向し、下部クラッド層における第１領域および第２領域に位置している。光導波路における第１面と、第１領域に位置しており、第２領域に対向しているアライメントマークの端面を含む光導波路における第２面とが面一である。

【0006】

本開示に係る電子部品実装構造体は、上記の光回路基板と光学部品とを含む。

【0007】

本開示に係る光回路基板の製造方法は、配線基板を準備する工程と、配線基板の上面に、下部クラッド層、複数のコア、少なくとも複数のコアを覆う上部クラッド層を順に積層するとともに、下部クラッド層が、複数のコアが位置する基部と、複数のコアを挟んだ位置において基部から突出する凸部とを有し、下部クラッド層における基部から凸部に跨る位置にアライメントマーク用部材を形成する工程と、アライメントマーク用部材を分断し、かつ、基部において複数のコアの端面が露出するように直線状の溝を形成する工程とを含む。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態に係る光回路基板に、シリコンフォトニクスデバイスおよび電子部品が実装された電子部品実装構造体を示す平面図である。

【図2】（Ａ）は、図１に示す領域Ｘの断面を説明するための拡大説明図であり、（Ｂ）は、図１に示す領域Ｘの平面図（但し、光導波路が有する上部クラッド層を除く）である。

【図3】本開示に係る光回路基板の製造方法の一実施形態を説明するための説明図であり、左図は平面視した場合の説明図であり、右図は左図に示すＸ－Ｘ線で切断した際の断面を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

上述のように、ダイシングによる加工の位置がずれると、光学部品とコアとの位置精度が悪くなる。その結果、光学部品とコアとの間の光損失が増加する場合がある。したがって、光学部品を高精度で実装することができる光回路基板が求められている。

【0010】

本開示に係る光回路基板は、アライメントマークの端面を基準にすることで、複数のコアの端面と光学部品の光出射部とが所定の間隔になるように光学部品を実装することが容易になる。したがって、本開示に係る光回路基板によれば、光学部品を高精度で実装することができる。

【0011】

本開示に係る光回路基板の製造方法は、直線状の溝を形成することでコアの延在方向において、複数のコアの端面とアライメントマークの端面とを同じ位置に形成することができる。これにより、アライメントマークの端面を基準にすることで、複数のコアの端面と光学部品の光出射部とが所定の間隔になるように光学部品を実装することが容易になる。したがって、本開示に係る光回路基板の製造方法によれば、光学部品を高精度で実装することができる光回路基板が得られる。

【0012】

本開示の一実施形態に係る光回路基板を、図１および２に基づいて説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る光回路基板１に、光学部品４が実装された電子部品実装構造体１０を示す平面図である。

【0013】

本開示の一実施形態に係る光回路基板１は、配線基板２と光導波路３とを含む。一実施形態に係る光回路基板１に含まれる配線基板２としては、一般的に光回路基板に使用される配線基板が挙げられる。

【0014】

このような配線基板２には、具体的に図示していないが、例えば、コア基板と、コア基板の両面に積層されたビルドアップ層とを含む。コア基板は、絶縁性を有する素材であれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。コア基板は、通常、コア基板の上下面を電気的に接続するために、スルーホール導体を有している。

【0015】

コア基板は、補強材を含んでいてもよい。補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性布材が挙げられる。補強材は２種以上を併用してもよい。さらに、コア基板には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機フィラーが、分散されていてもよい。

【0016】

ビルドアップ層は、絶縁層と導体層とが交互に積層された構造を有している。最表面の導体層の一部は、光導波路３が位置する第１導体層２１ａを含んでいる。ビルドアップ層に含まれる絶縁層は、コア基板と同様、絶縁性を有する素材であれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。ビルドアップ層に絶縁層が２層以上存在する場合、それぞれの絶縁層は、同じ樹脂でもよく、異なる樹脂でもよい。ビルドアップ層に含まれる絶縁層とコア基板とは、同じ樹脂でもよく、異なる樹脂でもよい。ビルドアップ層は、通常、層間を電気的に接続するためのビアホール導体を有している。

【0017】

さらに、ビルドアップ層に含まれる絶縁層には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機フィラーが、分散されていてもよい。

【0018】

配線基板２は、両表面の一部に、ソルダーレジストを有していてもよい。ソルダーレジストは、例えば、アクリル変性エポキシ樹脂で形成されている。

【0019】

一実施形態に係る光回路基板１に含まれる光導波路３は、配線基板２の上面（一方の主面）に形成された導体層２１ａの表面に位置している。導体層２１ａは、例えば銅などの金属で形成された金属層である。配線基板２の一方の主面に金属層が形成されていると、ダイシングの際に、配線基板２の樹脂部分を破損しにくくなる。光導波路３は、図２（Ａ）に示すように、導体層２１ａ側から下部クラッド層３１、コア３２および上部クラッド層３３の順に積層された構造を有している。図２（Ａ）は、図１に示す領域Ｘの断面を説明する拡大説明図である。上面とは、配線基板２が有する比較的面積の大きな２つの面のうち、説明の便宜上、図面の上側の面のことを意味する。

【0020】

光導波路３に含まれる下部クラッド層３１は、配線基板２の表面、具体的には配線基板２の表面に形成された第１導体層２１ａの表面に位置している。下部クラッド層３１の材料は限定されず、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。

【0021】

下部クラッド層３１は、実装領域２２の第１辺２２１に沿って位置する第１領域３１１と、直線状の溝３５を挟んで第１領域３１１と対向する位置に、実装領域２２の第２辺２２２に沿うように位置する２つの第２領域３１２とを有している。下部クラッド層３１は、溝３５の底部でつながっていても構わないが、第１領域３１１と第２領域３１２とに分断されていると、光学部品４の実装時に邪魔になりにくい。図２（Ｂ）に示すように、実装領域２２の第１辺２２１は、平面視した場合に、コア３２の延伸方向（第１方向）と略直交する方向の辺である。実装領域２２の第２辺２２２は、平面視した場合に、第１辺２２１の両端に接続されコア３２の延伸方向と略平行な２つの辺である。

【0022】

光導波路３に含まれる上部クラッド層３３についても、下部クラッド層３１と同様の材料である。上部クラッド層３３は、下部クラッド層３１の第１領域３１１に位置し、コア３２の端面（第１端面３ａおよび第２端面３ｂ）および第２領域３１２と対向する部分以外を被覆するように位置している。下部クラッド層３１と上部クラッド層３３とは同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよいが、同等の屈折率であることが望ましい。さらに、下部クラッド層３１および上部クラッド層３３は、同じ厚みを有していてもよく、異なる厚みを有していてもよい。下部クラッド層３１および上部クラッド層３３は、例えば、それぞれ５μｍ以上１００μｍ以下程度の厚みを有する。

【0023】

光導波路３に含まれるコア３２は、光導波路３に侵入した光が伝搬する部分である。コア３２の材料は限定されず、例えば、光の透過性や伝搬する光の波長特性などを考慮して、適宜設定される。材料としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。コア３２は、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下程度の厚みを有する。

【0024】

図２（Ｂ）に示すように、１つの光導波路３は、複数のコア３２を有している。図２（Ｂ）は、図１に示す領域Ｘの平面図（但し、光導波路が有する上部クラッド層３３を除く）である。コア３２は、下部クラッド層３１の第１領域３１１に位置しており、コア３２の第１端面３ａは、光導波路３の実装領域２２に面する第１面Ｓ１に露出している。すなわち、コア３２は、第１面Ｓ１と同一平面にある第１端面３ａにおいて、光学部品４に含まれる光出射部と対向するように位置している。この第１端面３ａにおいて、コア３２と光出射部との間で光信号の送受信が行われる。光学部品４がシリコンフォトニクスデバイスの場合、コア３２は、第１端面３ａにおいて、シリコンフォトニクスデバイスに含まれるシリコン導波路（Ｓｉ導波路）４１と対向するように位置している。この第１端面３ａにおいて、コア３２とＳｉ導波路４１との間で光信号の送受信が行われる。

【0025】

下部クラッド層３１において、上部クラッド層３３によって被覆されていない部分、すなわち第１領域３１１と第２領域３１２とが対向する部分にアライメントマーク３４が位置している。アライメントマーク３４は、第１領域３１１および第２領域３１２に溝３５を挟んで互いに対向するように位置している。第１領域３１１に位置しており、第２領域３１２に対向するアライメントマーク３４の端面は、光導波路３の第２領域３１２に対向する第２面Ｓ２と同一平面にある。言い換えれば、第１領域３１１に位置しており、第２領域３１２に対向するアライメントマーク３４の端面は、第２領域３１２に対向する下部クラッド層３１の側面（第２面Ｓ２）と同一平面内にある。そして、複数のコア３２の端面（第１端面３ａ）が露出している第１面Ｓ１、および第１領域３１１に位置しており、第２領域３１２に対向しているアライメントマーク３４の端面を含む第２面Ｓ２が面一である。このため、コア３２の延在する第１方向において、複数のコア３２の端面（第１端面３ａ）と、第１領域３１１に位置しており第２領域３１２に対向しているアライメントマーク３４の端面とが同じ位置にある。これにより、第１領域３１１に位置しており第２領域３１２に対向しているアライメントマーク３４の端面を基準にすることで、複数のコア３２の端面（第１端面３ａ）と光学部品４の光出射部とが所定の間隔になるように光学部品４を実装することが容易になる。したがって、本開示に係る光回路基板によれば、光学部品を高精度で実装することができる。

【0026】

アライメントマーク３４の素材は、視認可能な素材であれば限定されない。このような素材としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。アライメントマーク３４は、例えばコア３２と同じ素材であってもよい。

【0027】

本開示に係る光回路基板の製造方法は、特に限定されない。本開示に係る光回路基板の製造方法は、例えば下記の工程（ａ）～（ｃ）を含む。以下、一実施形態に係る製造方法について説明する。図１および２に記載された部材については、同じ符号を付して、詳細な説明については省略する。
（ａ）配線基板を準備する工程。
（ｂ）上面に、下部クラッド層、複数のコア、少なくとも複数のコアを覆う上部クラッド層を順に積層するとともに、下部クラッド層が、複数のコアが位置する基部と、複数のコアを挟んだ位置において基部から突出する凸部とを有し、下部クラッド層における基部から凸部に跨る位置にアライメントマーク用部材を形成する工程。
（ｃ）アライメントマーク用部材を分断し、かつ、基部において複数のコアの端面が露出するように直線状の溝を形成する工程。

【0028】

工程（ａ）では、配線基板２を準備する。配線基板２は、上面（一方の主面）に、第１辺２２１と、第１辺２２１の両端に略直交するように各々接続される二つの第２辺２２２とを含む実装領域２２を有していれば限定されない。配線基板２の上面には、導体層２１ａが形成されていてもよい。導体層２１ａは、例えば銅などの金属で形成された金属層である。上面とは、配線基板２が有する比較的面積の大きな２つの面のうち、説明の便宜上、図面の上側の面のことを意味する。

【0029】

次いで、工程（ｂ）では、工程（ａ）で準備した配線基板２の上面に、下部クラッド層、複数のコア、少なくとも複数のコアを覆う上部クラッド層を順に積層するとともに、アライメント用部材を形成する。図３（Ａ）に示すように、下部クラッド層３１は、実装領域２２の第１辺２２１に沿うように実装領域２２と反対側に位置する基部３１１ｐ、および第２辺２２２の各々に沿った二つの凸部３１２ｐを有するように形成する。下部クラッド層３１は、例えば、感光性樹脂で形成されたシートを配線基板２に貼り付け、露光および現像することによって形成される。

【0030】

次いで、図３（Ｂ）に示すように、下部クラッド層３１の基部３１１ｐに、二つの端部を有する複数のコア３２を形成する。コア３２は、例えば、感光性樹脂で形成されたシートを下部クラッド層３１の基部３１１ｐに貼り付け、露光および現像することによって形成される。さらに、下部クラッド層３１の上面に、基部３１１ｐおよび凸部３１２ｐにわたる二つのアライメントマーク用部材３４ａを形成する。アライメントマーク用部材３４ａは、例えば、感光性樹脂で形成されたシートを、下部クラッド層３１の基部３１１ｐと凸部３１２ｐとにわたるように貼り付け、露光および現像することによって形成される。

【0031】

コア３２とアライメントマーク用部材３４ａとは同じ部材で形成してもよいし、同じ部材で同じ工程で同時に形成してもよい。具体的には、コア３２と同じ感光性樹脂で形成されたシートで、アライメントマーク用部材３４ａを形成してもよい。さらに、コア３２と同じ感光性樹脂で形成されたシートで、コア３２を形成する際にアライメントマーク用部材３４ａを形成してもよい。コア３２とアライメントマーク用部材３４ａとを同じ工程で同時に形成することによって、工程間誤差を無くしてコア３２とアライメントマーク３４との位置関係の精度を向上することができる。さらに、感光性樹脂で形成されたシートの貼り付け、露光および現像のサイクルを、１サイクル減らすことができる。

【0032】

次いで、下部クラッド層３１の基部３１１ｐに、コア３２を被覆するように上部クラッド層３３を形成する。上部クラッド層３３は、図３（Ｃ）に示すように、アライメントマーク用部材３４ａを被覆しないように、すなわち第２領域３１２と対向する部分を被覆しないように形成する。上部クラッド層３３は、例えば、感光性樹脂で形成されたシートがコア３２を被覆するように貼り付け、露光および現像することによって形成される。

【0033】

最後に、工程（ｃ）では、実装領域２２の第１辺２２１に沿って直線状の溝３５を形成することで、複数のコア３２の端部を切断して、実装領域２２に面するコアの一端面（第１端面３ａ）を形成する。さらに、直線状の溝３５を形成することで、図３（Ｄ）に示すように、下部クラッド層３１の基部３１１ｐと凸部３１２ｐとにわたるように形成されたアライメントマーク用部材３４ａも分断される。基部３１１ｐと凸部３１２ｐとは、それぞれ第１領域３１１と第２領域３１２とに分断され、両領域にアライメントマーク３４が形成される。切断は、例えばダイシングなどによって行われる。

【0034】

このような一実施形態に係る製造方法によれば、アライメントマーク３４は、下部クラッド層３１の基部３１１ｐと凸部３１２ｐとにわたるように形成されたアライメントマーク用部材３４ａを直線状の溝３５を形成して切断することによって形成される。このように形成することで、複数のコア３２の延在方向において、コア３２の端面（第１端面３ａ）と、第１領域３１１に位置しており第２領域３１２に対向しているアライメントマーク３４の端面と、を同じ位置に形成することができる。これにより、アライメントマーク３４の端面を基準にすることで、複数のコア３２の端面と光学部品４の光出射部とが所定の間隔になるように実装することが容易になる。したがって、一実施形態に係る製造方法によれば、光学部品を高精度で実装することができる光回路基板が得られる。

【0035】

次に、本開示の電子部品実装構造体について説明する。本開示の一実施形態に係る電子部品実装構造体１０は、一実施形態に係る光回路基板１に光学部品４および電子部品６が実装された構造を有している。電子部品６としては、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ドライバＩＣなどが挙げられる。

【0036】

光学部品４は、図２（Ａ）に示すように、配線基板２の実装領域２２に位置する電極２１ｂとはんだ７を介して電気的に接続されている。光学部品４としては、例えば、シリコンフォトニクスデバイスが挙げられる。

【0037】

これらの中でも、シリコンフォトニクスデバイスは、例えばケイ素（Ｓｉ）をコアとし、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）をクラッドとする光導波路の１種である。シリコンフォトニクスデバイスは、上述のようにＳｉ導波路４１を含み、図示していないが、パッシベーション膜、光源部、光検出部などをさらに含んでいる。上述のように、Ｓｉ導波路４１は、コア３２の第１端面３ａにおいて、光導波路３に含まれるコア３２と対向するように位置している。

【0038】

例えば、配線基板２からの電気信号が、はんだ７を介して光学部品４に含まれる光源部に伝搬される。伝搬された電気信号を受信した光源部は発光する。発光した光信号が信号伝播用のＳｉ導波路４１および光導波路３のコア３２を経由して、光コネクター５ａを介して接続されている光ファイバー５に伝播される。

【符号の説明】

【0039】

１ 光回路基板
２ 配線基板
２１ａ 導体層
２１ｂ 電極
２２ 実装領域
２２１ 第１辺
２２２ 第２辺
３ 光導波路
３１ 下部クラッド層
３１１ 第１領域
３１１ｐ 基部
３１２ 第２領域
３１２ｐ 凸部
３２ コア
３３ 上部クラッド層
３４ アライメントマーク
３４ａ アライメントマーク用部材
３５ 溝
３ａ 第１端面
３ｂ 第２端面
４ 光学部品（シリコンフォトニクスデバイス）
４１ シリコン導波路（Ｓｉ導波路）
５ 光ファイバー
５ａ 光コネクター
６ 電子部品
７ はんだ
１０ 電子部品実装構造体
Ｓ１ 第１面
Ｓ２ 第２面

【図1】

【図2】

【図3】