特許 7617248 光回路基板およびそれを用いた光学部品実装構造体

(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】2025-01-08

(45)【発行日】2025-01-17

(54)【発明の名称】光回路基板およびそれを用いた光学部品実装構造体

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/122 20060101AFI20250109BHJP

   G02B 6/132 20060101ALI20250109BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

G02B6/122

G02B6/132

H05K1/02 T

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023511102

(86)(22)【出願日】2022-03-24

(86)【国際出願番号】 JP2022013802

(87)【国際公開番号】W WO2022210230

(87)【国際公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-09-22

(31)【優先権主張番号】P 2021056546

(32)【優先日】2021-03-30

(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】友澤 信哉

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０２４４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４５８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８６１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４８７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１６７１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２６４８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１３２９２９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １／０２

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】

配線基板と、光導波路とを含み、
前記配線基板は、光学部品の実装領域を含む上面を有し、
前記光導波路は、前記配線基板上における前記光学部品の実装領域に隣接して位置し、前記配線基板の前記上面側から下部クラッド層、信号用コアおよび該信号用コアを挟んで位置するアライメント用コアを含む複数のコア、ならびに上部クラッド層を含み、
前記アライメント用コアは、前記光学部品の実装領域側に、前記配線基板の前記上面に対して傾斜している第１端面を有し、
前記信号用コアは、前記光学部品の実装領域側に位置する第２端面を有し、
該第２端面は、前記光学部品の実装領域に前記光学部品が実装された場合に、前記光学部品に含まれる光導波路に対向する場所に位置し、
前記第１端面と前記配線基板の前記上面とのなす角度は、前記第２端面と前記配線基板の前記上面とのなす角度と異なっている、
光回路基板。

【請求項2】

前記配線基板の前記上面には、前記光導波路と前記光学部品の実装領域との間に位置する第１導体層、および該第１導体層を被覆するソルダーレジストが備えられており、
前記光導波路のうち、前記アライメント用コアの前記第１端面を含む部分が、前記ソルダーレジスト上に位置し、前記第１端面を含む部分が該第１端面に近づくにつれて前記配線基板の前記上面から離れるように傾斜している請求項１に記載の光回路基板。

【請求項3】

前記アライメント用コアは、キャビティを有し、該キャビティを構成する１つの面が前記第１端面である、請求項１に記載の光回路基板。

【請求項4】

前記配線基板は、前記上面に第２導体層を有し、
前記光導波路が、前記第２導体層上に位置している、請求項１～３のいずれかに記載の光回路基板。

【請求項5】

請求項１～４のいずれかに記載の光回路基板と光学部品とを含む、光学部品実装構造体。

【請求項6】

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、前記信号用コアと対向するように位置している、請求項５に記載の光学部品実装構造体。

【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光学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（例えば、特許文献１）。光信号の送受信は、この光ファイバーと光学素子（シリコンフォトニクスデバイス）との間で行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６２９０７４２号公報

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

配線基板と、光導波路とを含む。配線基板は、光学部品の実装領域を含む上面を有する。光導波路は、配線基板上における光学部品の実装領域に隣接して位置し、配線基板の上面側から下部クラッド層、信号用コアおよび信号用コアを挟んで位置するアライメント用コアを含む複数のコア、ならびに上部クラッド層を含む。アライメント用コアは、光学部品の実装領域側に第１端面を有し、第１端面は、配線基板の上面に対して傾斜している。本開示に係る光学部品実装構造体は、上記の光回路基板と光学部品とを含む。

【0005】

本開示に係る光回路基板の製造方法は、光導波路形成領域および光学部品の実装領域を含む上面、上面のうち光導波路形成領域と光学部品の実装領域との間に位置する第１導体層、および第１導体層を被覆するソルダーレジストを、備える配線基板を得る工程と、光導波路形成領域からソルダーレジストの第１上面にかけて、下部クラッド層、信号用コアおよび信号用コアを挟んで位置するアライメント用コアを含む複数のコア、ならびに上部クラッド層を順に積層して、光学部品の実装領域側の第１端面が配線基板の上面に対して傾斜するように、光導波路前駆体を形成する工程と、信号用コアが配線基板の上面に沿うように、光導波路前駆体において、ソルダーレジストの第１上面に位置する信号用コアおよび信号用コアの下に位置するソルダーレジストを除去して、光導波路を形成する工程とを含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】（Ａ）は、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光学部品実装構造体を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す領域Ｘにおける信号用コアを通る断面を説明するための拡大説明図である。

【図2】図１（Ｂ）に示す領域Ｙの平面図（但し、シリコンフォトニクスデバイスおよび光導波路が有する上部クラッド層を除く）である。

【図3】（Ａ）は、図２に示す矢印Ａ方向から見たアライメント用コアを通る断面を説明するための説明図であり、（Ｂ）は、図２に示すＢ－Ｂ線で切断した際の信号用コアを通る断面を説明するための説明図であり、（Ｃ）は、（Ｂ）に示す光導波路がキャビティを有する場合の断面を説明するための説明図である。

【図4】（Ａ）～（Ｃ）は、配線基板の各製造工程における上記領域Ｙ付近の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

光回路基板にシリコンフォトニクスデバイスのような光学部品を実装する際に、より精度の高いアクティブアライメントが採用されつつある。「アクティブアライメント」とは、アライメント用コアに光を照射し、受光した光のピークが最大となるように、光学部品と光回路基板とを動かして調節し、光学部品の実装位置を決定する手段である。しかし、従来の光回路基板は、構造上、精度の高いアクティブアライメントを採用するのが困難である。すなわち、光の出入部であるアライメント用コアの端面が配線基板の表面に近く、アライメント用の光源との間で光を効率よく授受することが困難である。

【0008】

したがって、シリコンフォトニクスデバイスなどの光学部品を実装する際に、アクティブアライメントを採用することができ、光学部品を高精度で実装することが可能な光回路基板が求められている。

【0009】

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。さらに、本開示に係る光回路基板の製造方法によれば、光導波路導通検査を容易に行うことが可能である。

【0010】

本開示の一実施形態に係る光回路基板を、図１～３に基づいて説明する。図１（Ａ）は、本開示の一実施形態に係る光回路基板１に、シリコンフォトニクスデバイス（光学部品）４が実装された光学部品実装構造体１０を示す平面図である。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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（配線基板の上面に位置する導体層）の一部は、光導波路３が位置する第２導体層２１ｂを含んでいる。導体層は、例えば銅などの金属で形成された金属層である。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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

図１（Ｂ）に示すように、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の表面の第２導体層２１ｂの表面に位置している。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す領域Ｘの断面を説明する拡大説明図である。光導波路３は、第２導体層２１ｂ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。

【0018】

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の光導波路形成領域Ｒ１の表面に位置する第２導体層２１ｂの表面に位置している。下部クラッド層３１を形成している材料は限定されず、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。

【0019】

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と同様の材料で形成されている。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。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１５０μｍ以下程度の厚みを有する。

【0020】

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を形成している材料は限定されず、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、３μｍ以上５０μｍ以下程度の厚みを有する。

【0021】

図２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１（Ｂ）に示す領域Ｙの平面図（但し、シリコンフォトニクスデバイス４および光導波路３が有する上部クラッド層３３を除く）である。コア３２は、信号用コア３２ａとアライメント用コア３２ｂとを含む。信号用コア３２ａは複数存在しており、これら複数の信号用コア３２ａを挟むように、２本のアライメント用コア３２ｂが位置している。信号用コア３２ａとアライメント用コア３２ｂとは、同じ材料（樹脂）で形成されていてもよく、異なる材料（樹脂）で形成されていてもよい。

【0022】

光導波路３の一方の端部において、信号用コア３２ａは、シリコンフォトニクスデバイス４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。すなわち、Ｓｉ導波路４１の端面と、光導波路３の信号用コア３２ａの端面とが対向するように位置している。この端部において、信号用コア３２ａとＳｉ導波路４１との間で光信号の送受信が行われる。

【0023】

アライメント用コア３２ｂは、図３（Ａ）に示すように、光学部品４の実装領域Ｒ２側の第１端面３ａが配線基板２の上面に対して傾斜している。図３（Ａ）は、図２に示す矢印Ａ方向から見た側面を説明するための説明図である。第１端面３ａが配線基板２の上面に対して傾斜した構造は限定されず、例えば、図３（Ａ）に示すような構造が挙げられる。具体的には、配線基板２の上面において、光導波路３と光学部品４の実装領域Ｒ２との間に第１導体層２１ａが位置しており、この第１導体層２１ａを被覆するようにソルダーレジスト８が位置している。このソルダーレジスト８上に、光導波路３のうち、アライメント用コア３２ｂの第１端面３ａを含む部分が位置している。このため、例えば信号用コア３２ａの端面と配線基板２の上面とのなす角度と、アライメント用コア３２ｂの端面（第１端面３ａ）と配線基板２の上面とのなす角度とは異なっている。ソルダーレジスト８は樹脂で形成されており、樹脂としては、例えばアクリル変性エポキシ樹脂などが挙げられる。

【0024】

このように、第１端面３ａが配線基板２の上面に対して傾斜していると、光源とアライメント用コア３２ｂとの間で光の授受がしやすくなる。そのため、一実施形態に係る光回路基板１に光学部品４を実装する際、アクティブアライメントを採用することができる。その結果、一実施形態に係る光回路基板１に、光学部品４を高精度で実装することができる。アライメント用コア３２ｂは、図３（Ｃ）に示すように、光学部品４の実装領域Ｒ２側に、キャビティＣを有し、キャビティＣを構成する一つの面が、第１端面３ａである構造であってもよい。

【0025】

第１端面３ａは、配線基板２の上面に対して傾斜していれば、その角度は限定されない。例えば、配線基板２の上面と第１端面３ａとのなす角は、例えば１°以上３０°以下の角度を有する。配線基板２の上面と第１端面３ａとのなす角がこのような角度を有していると、光源とアライメント用コア３２ｂとの間で光の授受が照射しやすくなる。その結果、アクティブアライメントとしての機能が十分に発揮される。

【0026】

信号用コア３２ａは、図３（Ｂ）に示すように、配線基板２の上面に対して平行になるように位置している。図３（Ｂ）は、図２に示すＢ－Ｂ線で切断した際の断面を説明するための説明図である。図２に示すように、信号用コア３２ａにおける光学部品４の実装領域側の端面の下部には、ソルダーレジスト８が存在していない。

【0027】

信号用コア３２ａが配線基板２の上面に対して平行になるように位置していることによって、実装される光学部品４との間で、光信号が効率よく送受信される。本明細書において「平行」とは、完全な平行に限定されない。配線基板２の上面に対して数度程度（例えば５°以下）の傾きを有する場合であっても「平行」と定義する。

【0028】

一実施形態に係る光回路基板１の製造方法は、上述の構造を有するように光回路基板１が製造できれば、特に限定されない。本開示の一実施形態に係る光回路基板の製造方法は、下記の工程（ａ）～（ｃ）を含む。

【0029】

工程（ａ）：光導波路形成領域および光学部品の実装領域を含む上面、該上面のうち光導波路形成領域と光学部品の実装領域との間に位置する第１導体層、および第１導体層を被覆するソルダーレジストを、備える配線基板を得る工程。
工程（ｂ）：光導波路形成領域からソルダーレジストの第１上面にかけて、下部クラッド層、信号用コアおよび信号用コアを挟んで位置するアライメント用コアを含む複数のコア、ならびに上部クラッド層を順に積層して、光学部品の実装領域側の第１端面が配線基板の上面に対して傾斜するように、光導波路前駆体を形成する工程。
工程（ｃ）：信号用コアが配線基板の上面に沿うように、光導波路前駆体において、ソルダーレジストの第１上面に位置する信号用コアおよび信号用コアの下に位置するソルダーレジストを除去して、光導波路を形成する工程。

【0030】

工程（ａ）では、図４（Ａ）に示すように、配線基板２を準備する。配線基板２の上面には、光導波路形成領域Ｒ１、光学部品４の実装領域Ｒ２、光導波路形成領域Ｒ１と光学部品４の実装領域Ｒ２との間に位置する第１導体層２１ａ、光導波路形成領域Ｒ１に位置する第１導体層２１ｂ、実装領域Ｒ２に位置する電極２１ｃおよび実装領域Ｒ２および第１導体層２１ａを被覆するソルダーレジスト８が備えられている。配線基板２に含まれる第１導体層２１ａなどの導体層は、銅めっきなどの金属めっき、銅箔などの金属箔によって形成される。電極２１ｃは、ソルダーレジスト８の開口内に位置している。ソルダーレジスト８は、例えば、上述の樹脂で形成されたシートを用い、露光、現像などを行うことによって得られる。

【0031】

工程（ｂ）では、図４（Ｂ）に示すように、得られた配線基板２の上面において、光導波路形成領域Ｒ１から第１導体層２１ａ上のソルダーレジスト８の第１上面にかけて、光導波路前駆体３Ｐを形成する。光導波路前駆体３Ｐは、下部クラッド層３１、信号用コア３２ａおよびアライメント用コア３２ｂを含む複数のコア３２、ならびに上部クラッド層３３を順に積層することによって得られる。

【0032】

具体的には、下部クラッド層３１、複数のコア３２および上部クラッド層３３は、上述の樹脂で形成されたシートを用い、露光、現像などを行うことによって得られる。信号用コア３２ａおよびアライメント用コア３２ｂは、同じ樹脂で形成されたシートを用いてもよく、異なる樹脂で形成されたシートを用いてもよい。

【0033】

光導波路前駆体３Ｐにおいて、アライメント用コア３２ｂの第１端面３ａを含む、光学部品４の実装領域Ｒ２側のコア３２の端面は、第１導体層２１ａ上のソルダーレジスト８の第１上面に位置している。そのため、図３（Ａ）に示すように、アライメント用コア３２ｂの第１端面３ａは、配線基板２の上面に対して傾斜している。配線基板２の上面と第１端面３ａとのなす角度は、上述の通りであり、詳細な説明は省略する。

【0034】

工程（ｂ）では、信号用コア３２ａにおいて実装領域Ｒ２側の端面も、アライメント用コア３２ｂの第１端面３ａと同様に、配線基板２の上面に対して傾斜している。そのため、工程（ｂ）と後述の工程（ｃ）との間に、信号用コア３２ａにおいて、実装領域Ｒ２側の端面と光源との間で光の授受がしやすくなっている。その結果、光回路基板の製造工程において、光導波路導通検査を容易に行うことができる。

【0035】

このように、光導波路前駆体３Ｐを形成する工程（工程（ｂ））の後に、信号用コア３２ａにおいて、実装領域Ｒ２側の端面と実装領域Ｒ２の反対側の端面との間で光の導通検査工程を、さらに含んでいてもよい。

【0036】

工程（ｃ）では、図４（Ｃ）に示すように、光導波路前駆体３Ｐにおいて、ソルダーレジスト８の第１上面に位置する信号用コア３２ａおよび信号用コア３２ａの下に位置するソルダーレジスト８を除去する。具体的には、図２に示すように、信号用コア３２ａの下に位置する第１導体層２１ａが、平面視した場合に、ソルダーレジスト８から露出するようにすればよい。信号用コア３２ａおよび信号用コア３２ａの下に位置するソルダーレジスト８は、例えば、レーザー処理によって除去される。

【0037】

ソルダーレジスト８の第１上面に位置する信号用コア３２ａおよび信号用コア３２ａの下に位置するソルダーレジスト８を除去することによって、信号用コア３２ａが配線基板２の上面に対して沿う（平行な）部分のみとなる。その結果、配線基板２の上面に光導波路３が形成される。このようにして、一実施形態に係る光回路基板１が得られる。

【0038】

次に、本開示の光学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光学部品実装構造体１０は、一実施形態に係る光回路基板１にシリコンフォトニクスデバイス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。

【0039】

シリコンフォトニクスデバイス４は、図１（Ｂ）に示すように、配線基板２の光学部品の実装領域に位置する電極２１ｃとはんだ７を介して電気的に接続されている。電極２１ｃは、配線基板２の上面に位置する導体層の一部であり、ソルダーレジスト８の開口部から露出するように位置している。

【0040】

シリコンフォトニクスデバイス４は、例えばケイ素（Ｓｉ）をコアとし、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）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４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、光導波路３の一方の端部において、光導波路３に含まれる信号用コア３２ａと対向するように位置している。

【0041】

例えば、配線基板２からの電気信号が、はんだ７を介してシリコンフォトニクスデバイス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４１ａおよび光導波路３の信号用コア３２ａ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】

【0042】

１ 光回路基板
２ 配線基板
２１ａ 第１導体層
２１ｂ 第２導体層
２１ｃ 電極
２３ 絶縁層
３ 光導波路
３１ 下部クラッド層
３２ コア
３２ａ 信号用コア
３２ｂ アライメント用コア
３３ 上部クラッド層
３ａ 第１端面
４ シリコンフォトニクスデバイス（光学部品）
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
８ ソルダーレジスト
１０ 光学部品実装構造体
Ｒ１ 光導波路形成領域
Ｒ２ 実装領域
Ｃ キャビティ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】