光導波路を備えた回路モジュール及びその製造方法
【課題】光路が直線状に限定されない光導波路を備えた回路モジュールを提供する。
【解決手段】基板１０の表面１０ａに設けられた光導波路１０２を備え、光導波路１０２は、基板１０の表面１０ａに対して垂直でなくミラーとして設けられた側面１２ａと、基板１０の表面１０ａと平行な平面内において側面１２ａに対して水平又は垂直でなく、基板１０の表面１０ａに対して垂直であり、互いに対向するようにミラーが設けられた側面１２ｃ，１２ｄとを有する溝１２に形成される回路モジュールにより上記課題を解決できる。
【解決手段】基板１０の表面１０ａに設けられた光導波路１０２を備え、光導波路１０２は、基板１０の表面１０ａに対して垂直でなくミラーとして設けられた側面１２ａと、基板１０の表面１０ａと平行な平面内において側面１２ａに対して水平又は垂直でなく、基板１０の表面１０ａに対して垂直であり、互いに対向するようにミラーが設けられた側面１２ｃ，１２ｄとを有する溝１２に形成される回路モジュールにより上記課題を解決できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路を備えた回路モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光導波路を回路基板上に形成し、電気信号を光信号に変換すると共に、光信号により信号処理を行う電気回路及び光回路をハイブリッド化させた回路モジュールが用いられるようになっている。
【０００３】
特許文献１には、光導波路溝を有する下部クラッド層と、光導波路溝内に充填されたコア部材と、光導波路溝がコア部材で満たされた下部クラッド層の上面に貼り付けられた上部クラッド層とを備える光導波路が開示されている。光導波路溝では、端面が光導波路の光軸に対して傾斜しており、傾斜端面に反射膜が形成されている。
【０００４】
特許文献２には、基板の凹部のみにコア材あるいはコア材とクラッド材を充填し、コアあるいはコアとクラッドを作製する工程と、別の基板にクラッド材を塗布し、クラッド付き基板を作製する工程と、該コアあるいはコアとクラッドを該クラッド付き基板に転写する工程と、さらにクラッドで覆う工程と、を備えた光導波路の形成方法が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、クラッド素材の表面に断面ほぼ角形の凸型を有するプレス型を押し付けて、クラッド素材の表面に断面ほぼ角形の直線溝を形成する工程と、直線溝におけるクラッド素材の表面に一対の傾斜面を有する凸型を有するプレス型を押し付けて、クラッド素材の表面に両端に一対の傾斜面を有する凹溝を形成する工程と、を備える光導波路の製造方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−５７４６６号公報
【特許文献２】特開２００３−２４０９９６号公報
【特許文献３】特開２００４−６１９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術では、光導波路が基板上に形成された直線状の溝に形成されている。このように光導波路の形状が直線形状に限定されているので、回路モジュールに搭載される光導波路及び電気回路のレイアウトの柔軟性を低下させる原因となっている。
【０００８】
また、上記従来技術では、下部のクラッド層となる基板に溝を形成しているので基板材料が制限される問題がある。さらに、コア又はコアとクラッドをクラッド付き基板に転写する工程を必要としたり、溝の底部を形成するプレス工程とは別に溝の側面を形成するプレス工程を必要としたりするので、光導波路の製造の工程が複雑となり、製造コストが増加する原因となっている。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、製造工程を簡略化すると共に、光路が直線状に限定されない光導波路を備えた回路モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基板表面にプレス型を押し付けて前記基板表面に溝を形成し、前記溝内に光導波路を形成する回路モジュールの製造方法であって、前記プレス型は、前記基板表面に対して垂直でない角度αを有する第１の傾斜面と、前記基板表面に対して平行な底面と、を有する凸部を備えることを特徴とする。
【００１１】
このとき、前記プレス型の凸部は、前記基板表面と平行な平面内において前記第１の傾斜面に対して水平又は垂直でない角度θを有し、基板表面に対して略垂直な角度βである第２及び第３の側面を有することが好適である。
【００１２】
これにより、基板表面上に設けられた光導波路を備えた回路モジュールであって、前記光導波路は、基板表面に対して垂直でない角度αを有するミラーが設けられた第１の側面と、基板表面と平行な平面内において前記第１の側面に対して水平又は垂直でない角度θを有し、基板表面に対して略垂直な角度βであり、互いに対向するようにミラーが設けられた第２及び第３の側面と、を有する溝に形成されることを特徴とする回路モジュールを実現することができる。
【００１３】
本発明の回路モジュールの製造方法において、前記溝の凹部に少なくとも２以上の互いに異なる屈折率を有する誘電体を充填することが好適である。
【００１４】
例えば、前記基板を熱成形可能な樹脂材料を主材料とし、前記溝の凹部に、前記樹脂材料とは異なる材料からなる誘電体を第１のクラッド層として形成し、前記第１のクラッド層の上部に前記第１のクラッド層とは異なる屈折率を有するコア層を形成し、前記コア層の上部に前記コア層とは異なる屈折率を有する第２のクラッド層を形成する。
【００１５】
これにより、基板表面上に設けられた光導波路を備えた回路モジュールであって、前記基板は熱成形可能な樹脂材料を主材料としてなり、前記光導波路は、基板表面に対して垂直でなく、ミラーが設けられた第１の側面を有する溝に形成され、前記溝の凹部に、互いに異なる屈折率を有する少なくとも２以上の前記樹脂材料とは異なる誘電体がクラッド層、コア層、クラッド層の順に積層されている回路モジュールを実現することができる。
【００１６】
また、前記溝を形成した後に前記基板表面に金属層を形成し、前記金属層をパターンニングすることによって電気配線を形成することが好適である。また、前記基板の表面に金属層を形成したのちに前記プレス型を押し付けて前記基板表面に溝を形成し、前記金属層をパターンニングすることによって電気配線を形成することも好適である。ここで、前記プレス型を押し付けて前記基板表面に溝を形成する際にアライメント用のマークを同時に形成し、前記電気配線を形成する際に、前記アライメント用のマークを用いて前記金属膜をパターンニングすることが好適である。そして、前記コア層を形成する際に、前記金属膜で形成したアライメント用のマークを用いてコア層をパターンニングしても良い。また、発光素子又は受光素子を前記基板に実装する際に、前記金属膜で形成したアライメント用のマークを用いて発光素子又は受光素子の発光部及び受光部をアライメントしても良い。
【００１７】
これにより、本発明の回路モジュールでは、前記溝に設けられたミラーを構成する材料と同一の材料からなる電気配線層が形成される。また、アライメント用のマークを用いて電気配線と光導波路との相対位置を正確にアライメントすることができる。ここで、電気配線に対してセルフアライメントによって発光素子回路の配置を行うことで、前記光導波路が互いに光学的に分離された複数の光路を備える場合においても、前記第１の側面に設けられたミラーに光学的に結合された複数の発光素子を設ける場合に各発光素子を各光路に対して正確な相対位置に配置させることも可能である。同様に、電気配線に対してセルフアライメントによって受光素子回路の配置を行うことで、前記光導波路が互いに光学的に分離された複数の光路を備える場合においても、前記第１の側面に設けられたミラーに光学的に結合された複数の受光素子を設ける場合に各受光素子を各光路に対して正確な相対位置に配置させることも可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光路が直線状に限定されない光導波路を備えた回路モジュールを実現することができる。また、製造工程を簡略化し、製造コストを低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態における回路モジュール１００は、図１の平面図並びに図２及び図３の断面図に示すように、光導波路１０２、電気配線回路１０４、発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８を含んで構成される。図２は図１のＡ−Ａラインに沿った断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂラインに沿った断面図である。光導波路１０２、電気配線回路１０４は基板１０の表面１０ａ上に形成され、発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８は光導波路１０２及び電気配線回路１０４に互いに一部が重なるように配置される。
【００２０】
光導波路１０２は、発光素子回路１０６に含まれる発光素子から出力される光を受けて、光を伝播させて、受光素子回路１０８に含まれる受光素子まで伝送する。
【００２１】
光導波路１０２は、熱成形可能な基板１０の表面１０ａに形成された溝１２内に形成される。溝１２は、図２の断面図に示すように、基板１０の表面に対して垂直でなく、基板１０の表面に対して略４５°の角度αをもった側面１２ａを有する。光導波路１０２は、図１に示すように、側面１２ａに対して対象位置に基板１０の表面に対して垂直でなく、基板１０の表面に対して略４５°の角度αをもった側面１２ｂを有する。側面１２ａ，１２ｂの表面にはそれぞれ金属層１４ａ，１４ｂが形成される。金属層１４ａ，１４ｂは、例えば、銅やアルミニウムを主材料とすることができる。金属層１４ａ，１４ｂは、発光素子回路１０６から表面１０ａの法線方向から入射された光を平面方向に反射して光導波路１０２に導くミラーと、光導波路１０２を平面方向に伝播してきた光を法線方向に反射して光導波路１０２から受光素子回路１０８へと出力するミラーとしての役割を果たす。
【００２２】
また、溝１２は、図１の平面図に示すように、基板１０の表面と平行な平面内における平面形状において側面１２ａ又は側面１２ｂと水平（θ＝０）又は垂直（θ＝９０°）でない角度θを有する側面１２ｃ，１２ｄを有する。側面１２ｃ，１２ｄは、互いに対向するように、例えば角度θが略４５°となるように配設される。また、側面１２ｃ，１２ｄは、図３の断面図に示すように、基板１０の表面に対して略垂直の角度βを有する。側面１２ｃ，１２ｄの表面にはそれぞれ金属層１４ｃ，１４ｄが形成される。金属層１４ｃ，１４ｄは、例えば、銅やアルミニウムを主材料とすることができる。金属層１４ｃ，１４ｄは、金属層１４ａによって光導波路１０２内に導かれた光を平面方向に反射して光路を変更し、金属層１４ｂからなるミラーへ伝播させるミラーとしての役割を果たす。
【００２３】
このように水平（θ＝０）又は垂直（θ＝９０°）でない角度θを有する側面１２ｃ，１２ｄを光導波路１０２に設けることによって、光の伝播途中において光路を非直線状に変更することが可能となる。これによって、図４に示すように、様々な形状の光導波路を形成することが可能となり、回路モジュールに搭載される光導波路及び電気回路のレイアウトの柔軟性を高めることができる。
【００２４】
このとき、後で説明するように、側面１２ａ，１２ｂと側面１２ｃ，１２ｄとを同一のプレス型により一括して形成することにより、側面１２ａ，１２ｂと側面１２ｃ，１２ｄとを相対的な位置関係（角度θ）を高い精度で配置することができる。
【００２５】
なお、溝１２が水平（θ＝０）又は垂直（θ＝９０°）でない角度θを有する側面１２ｃ，１２ｄを持つ屈曲形状とすることは本実施の形態における特徴の１つであるが、溝１２を直線形状とすることもできる。
【００２６】
また、溝１２の凹部には、少なくとも２以上の互いに異なる屈折率を有する誘電体層１６が充填される。具体的には、図２及び図３の断面図に示すように、所定の屈折率を有する誘電体層１６ｂの周囲を取り囲むように誘電体層１６ｂよりも屈折率が小さい誘電体層１６ａ，１６ｃ，１６ｄが設けられる。
【００２７】
具体的には、少なくとも２以上の異なる屈折率を有する誘電体層１６ａ，１６ｂ，１６ｃが順に積層されて光導波路１０２の光路に沿って延伸された領域と、この領域を両脇から挟み込むように誘電体層１６ａ，１６ｄ，１６ｃが順に積層されて光導波路１０２の光路に沿って延伸された領域が設けられる。これらの誘電体層１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、誘電体層１６ａと誘電体層１６ｃとの屈折率（誘電率）が略等しく、誘電体層１６ｂの屈折率（誘電率）が誘電体層１６ａ，１６ｃの屈折率（誘電率）よりも高くなるように設定される。また、誘電体層１６ｄの屈折率（誘電率）は誘電体層１６ｂの屈折率（誘電率）よりも低く、誘電体層１６ａ，１６ｃの屈折率（誘電率）と略等しくなるように設定される。これにより、誘電体層１６ｂが、より屈折率の低い誘電体層１６ａ，１６ｃ，１６ｄに周囲を囲まれ、光導波路１０２の光路に沿って配設された構成となる。すなわち、誘電体層１６ａ，１６ｃ，１６ｄが光導波路１０２のクラッド層となり、誘電体層１６ｂが光導波路１０２のコア層となる。
【００２８】
コア層となる誘電体層１６ｂは、図１の平面図に示すように、光導波路１０２内に導かれた光を金属層１４ｂからなるミラーへ伝播させる経路に沿って延伸される。例えば、本実施の形態における光導波路１０２のように、光路をミラーによって水平方向に変更させる側面１２ｃ，１２ｄを有する場合、変更された光路に沿ってコア層となる誘電体層１６ｂを配設することが好適である。
【００２９】
本実施の形態では、基板１０をクラッド層とせず、基板１０の表面１０ａに形成された溝１２内に下部クラッド層、コア層、上部クラッド層を形成することによって、基板１０に用いる材料の選択の幅を広げることができる。すなわち、基板１０は溝１２を形成する際に熱成形可能な材料であれば良く、光導波路１０２を伝播する光の波長領域においてクラッド層として使用できる屈折率をもたない材料とすることができる。
【００３０】
なお、基板１０に用いる材料の選択の幅を狭めることとなるが、基板１０を下部クラッド層として利用して、溝１２内にコア層と上部クラッド層を形成する構成としても良い。
【００３１】
電気配線回路１０４は、回路モジュール１００の電気信号の伝播を司る部分として機能する。例えば、回路モジュール１００の外部との電気信号の入出力のための外部端子、発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８の入出力及び電力の配線を含む。電気配線回路１０４は、パターンニングされた銅やアルミニウム等を用いて基板１０の表面１０ａ上に形成することができる。
【００３２】
発光素子回路１０６は、電気信号を光に変換し、変換された光を光導波路１０２へ導入するために用いられる。発光素子回路１０６は、発光素子及び発光素子（LED、レーザ）のドライバ等を含んで構成され、入力された電気信号に応じた光信号を生成して出力する。
【００３３】
発光素子回路１０６は、基板１０とは異なるサブ基板上に形成され、基板１０の表面１０ａ上における所定の位置に配置される。電気配線回路１０４と発光素子回路１０６とはハンダ等によって電気的に接続される。図１のように、光導波路１０２に複数の光路を形成した場合には、それぞれ光路の対応する位置に複数の発光素子を光導波路の側面１２ａに沿って並べた構成とすることが好適である。これによって、複数の電気信号を同時に伝播又は処理することができる。
【００３４】
受光素子回路１０８は、光導波路１０２を伝播してきた光信号を電気信号に変換し、電気配線回路１０４へ出力するために用いられる。受光素子回路１０８は、受光素子（フォトディテクタ）及びアンプ等を含んで構成され、光導波路１０２から出力された光信号を電気信号に変化する。
【００３５】
受光素子回路１０８は、基板１０とは異なるサブ基板上に形成され、基板１０の表面１０ａ上における所定の位置に配置される。電気配線回路１０４と受光素子回路１０８とはハンダ等によって電気的に接続される。ここで、図１のように、光導波路１０２に複数の光路を形成した場合には、それぞれ光路の対応する位置に複数の受光素子を光導波路の側面１２ｂに沿って並べた構成とすることが好適である。これによって、複数の光信号を同時に処理することができる。
【００３６】
回路モジュール１００は、図５〜図１３に示す製造工程に沿って作成することができる。以下では、簡略化のため断面図は左右対称として示している。以下では、熱成形可能な樹脂材料を主材料とした基板１０を用いた製造工程について説明を行う。
【００３７】
図５のステップＳ１０では、基板１０の表面１０ａに金属層１４を形成する。金属層１４は、ミラーと電気配線とに利用されるものであるので、光反射率が高く、電気伝導性の高い銅やアルミニウムを用いることが好適である。また、基板１０の表面１０ａ全体に同一材料の金属膜１４を形成しても良いし、電気配線となる領域に銅の膜を形成し、ミラーとなる領域にアルミニウムの膜を形成することも好適である。
【００３８】
図６のステップＳ１２では、プレス型２０を用いて基板１０の表面１０ａをヒートプレスして溝１２を形成する。このとき、図７に示すように、プレス型２０は光導波路１０２の平面形状を有する凸部２０ａを備える。凸部２０ａは、表面１０ａに対して略４５°の角度αを有する傾斜面２２ａ，２２ｂと、傾斜面２２ａ，２２ｂに対して水平面内において角度θを有し、表面１０ａに対して略９０°の角度βを有する側面２２ｃ，２２ｄと、を備える。傾斜面２２ａ，２２ｂは、溝１２の側面１２ａ，１２ｂに対応する。側面２２ｃ，２２ｄは、側面１２ｃ，１２ｄに対応する。
【００３９】
熱成形可能な温度にまで基板１０を加熱したうえで、プレス型２０を表面１０ａに平行に押し付けることによって、表面１０ａに凸部２０ａに対応する溝１２を形成する。表面１０ａに形成された金属膜１４は延伸性及び展性が高いので、溝１２の形状に沿って金属膜１４が表面を覆った構造に形成することができる。
【００４０】
このとき、溝１２と共にアライメント用のマーク３０を形成しておくことが好適である。図７に示すように、プレス型２０に、凸部２０ａと共にマーク用凸部２０ｂを設けておくことによって、基板１０の邪魔にならない領域にアライメント用のマーク３０を形成することができる。
【００４１】
なお、ステップＳ１０及びＳ１２の代わって、第１にプレス型２０を用いて基板１０の表面１０ａに溝１２を形成し、第２に蒸着やめっき等の手法を用いて溝１２が形成された表面１０ａに金属層１４を形成しても良い。蒸着により金属層１４を形成する場合、蒸着源からの距離又は蒸着源からの角度等を調整することによって溝１２の垂直な側面１２ｃ，１２ｄにも金属層１４が形成されるようにすることが好適である。
【００４２】
図８のステップＳ１４では、金属層１４をミラー及び電気配線としてパターンニングする。パターンニングには従来のフォトリソグラフィ技術やエッチング技術等を用いることができる。例えば、基板１０の表面１０ａ全体にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いてミラーを形成する側面１２ａ〜１２ｄ及び電気配線回路１０４の配線部分がフォトレジストで覆われるようにマスクを形成し、マスクを利用して不要部分の金属層１４をエッチングする。これによって、側面１２ａ〜１２ｄにミラーとなる金属層１４ａ〜１４ｄと、電気配線回路１０４の配線となる金属層１４ｅと、が残されるようにパターンニングを行うことができる。このとき、アライメント用のマーク３０を用いて電気配線回路１０４のパターンニングを行うことが好適である。
【００４３】
図９のステップＳ１６では、溝１２の内部に下部クラッド層となる誘電体層１６ａが形成される。既存のスクリーン印刷技術等を用いて溝１２の底部に所定の厚さで誘電体材料を埋め込むことによって誘電体層１６ａが形成される。
【００４４】
ここで、光感応性の誘電体材料を埋め込み、所定の波長の光を照射することによって屈折率を低下させて誘電体層１６ａとすることができる。光感応性の誘電体材料は、光を照射しないときには高い屈折率を有し、所定の条件の光を照射することによって屈折率が低下する材料とすることが好適である。このような光感応性の材料としてはポリシランが挙げられる。
【００４５】
図１０のステップＳ１８では、溝１２の内部に誘電体１６ａに重ね合わせて誘電体層１６ｂ，１６ｄが形成される。誘電体層１６ｂがコア層となり、誘電体層１６ｄが中部クラッド層となる。
【００４６】
まず、既存のスクリーン印刷技術等を用いて溝１２内の誘電体層１６ａ上に光感応性の誘電材料を埋め込む。光感応性の誘電体材料は、光を照射しないときには誘電体１６ａよりも高い屈折率を有し、所定の条件の光を照射することによって屈折率が誘電体層１６ａと同程度又はそれ以下に低下する材料とすることが好適である。例えば、誘電体層１６ａを形成する際に用いた光感応性の誘電体材料を用いることが好適である。既存のフォトリソグラフィ技術や光の遮蔽技術を用いて、コア層となる部分以外の領域に光を照射することによって誘電体材料の屈折率を低下させ、図１１の平面図に示すように、コア層となる屈折率が高い誘電体層１６ｂ（ハッチングで示す）とクラッド層となる屈折率が低い誘電体層１６ｄとを形成する。このとき、アライメント用のマーク３０を用いてコア層となる領域のパターンニングを行うことが好適である。
【００４７】
図１２のステップＳ２０では、溝１２の内部に上部クラッド層となる誘電体層１６ｃが形成される。既存のスクリーン印刷技術等を用いて溝１２の内部の誘電体層１６ｂ，１６ｄと重ね合わせて所定の厚さで誘電体材料を埋め込むことによって誘電体層１６ｃが形成される。
【００４８】
ここで、光感応性の誘電体材料を埋め込み、所定の波長の光を照射することによって屈折率を低下させて誘電体層１６ｃとすることができる。例えば、誘電体層１６ａを形成する際に用いた光感応性の誘電体材料を用いることが好適である。
【００４９】
図１３のステップＳ２２では、光学回路が基板１０上に搭載される。発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８が基板１０の表面１０ａ上における所定の位置に配置される。発光素子回路１０６は、回路に含まれる発光素子からコア層となる誘電体層１６ｂからなる光路に対応する位置に光を入射できる位置に配置する。また、受光素子回路１０８は、回路に含まれる受光素子がコア層となる誘電体層１６ｂからなる光路に対応する位置から光を受光できる位置に配置する。複数の発光素子又は受光素子のアレイからなる場合には、各素子がそれぞれ光路に対応するように配置する。
【００５０】
発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８を配置する際には、ハンダボール等を用いたハンダリフローによるセルフアライメント技術を用いることによって、発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８の電気配線の端子と電気配線回路１０４の端子との位置とを自動的に位置合わせすることもできる。ステップＳ１４において溝１２と同時に形成したアライメント用マーク３０を用いて電気配線回路１０４又はコア層をパターンニングした場合、電気配線回路１０４と光導波路１０２の光路との相対的な位置を正確にアライメントすることができる。また、アライメントマークと発光素子の発光部及び受光素子の受光部をそれぞれ認識して、より高い精度のアライメントをすることも可能である。従って、発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８と電気配線回路１０４との相対的な位置をセルフアライメントにより正確に配置することによって、発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８と光導波路１０２の光路も自動的に正確にアライメントすることができる。
【００５１】
以上のように、光路が直線状に限定されない光導波路１０２を備えた回路モジュール１００を実現することができる。光導波路の形状が直線形状に限定されないので、回路モジュール１００のレイアウトの柔軟性が高くなる。
【００５２】
また、基板１０の材料は下部クラッド層となる誘電体材料に限定されないので、基板１０とする材料の選択範囲が広くなる。また、コア又はコアとクラッドをクラッド付き基板に転写する工程を必要とせず、溝の底部を形成するプレス工程と別に溝の側面を形成するプレス工程を必要とせず、１つのプレス型のみを用いて光導波路を製造することができるので製造工程が簡略化され、製造コストを低減できる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、基板１０の表面１０ａのみに光導波路１０２やその他の電気回路を形成したが、図１４に示すように、基板１０の裏面１０ｂにも光導波路１０２やその他の電気回路を形成することも好適である。また、基板１０を複数重ね合わせて、それぞれスルーホール等を介して電気的又は光学的に接続することによって集積化することも好適である。
【００５４】
また、図１５に示すように、複数の回路モジュール１００の表面１０ａを互いに向き合わせて、光学的なジャンパー結合を行うことも可能である。
【００５５】
＜変形例１＞
上記実施の形態では、基板１０の表面１０ａ上への金属層１４の形成工程（ステップＳ１０）とプレス工程（ステップＳ１２）とを別々の工程で行っていた。本変形例１では、これらの工程を一括して行う製造方法について説明する。
【００５６】
図１６に示すように、熱成形可能な樹脂基材フィルム４０を複数枚重ね合わせて金属箔４２で挟み込む。この積層体を加熱すると共に、プレス型２０を押し付けて加工する。これによって、図１７に示すように、樹脂基材フィルム４０を基板１０として成形し、ヒートプレスにより金属箔４２と基板とを圧着すると共に、プレス型２０により所望の形状の溝１２を形成することができる。
【００５７】
樹脂基材フィルム４０は、例えば、５０μｍ〜２００μｍ厚のフィルムを必要に応じて重ね合わせて使用することが好適である。金属箔４２は、１０μｍ〜１００μｍ厚の銅箔又はアルミニウム箔を使用することが好適である。
【００５８】
以降は、上記実施の形態のステップＳ１４以降と同様に処理することによって回路モジュール１００を形成することができる。
【００５９】
＜変形例２＞
本変形例２では、シリコンウェハ等の基板上にワニス状の熱硬化性耐熱性樹脂を塗布して基板１０とする製造方法について説明する。
【００６０】
図１８に示すように、シリコン基板５０上にワニス状のポリイミド等の耐熱性樹脂５２を塗布し、プリベークにより樹脂をｂ−stage状態の半硬化状態にする。次に、図１９に示すように、この積層体を完全な硬化状態になる温度で加熱すると共に、プレス型２０を押し付けて加工する。これによって、シリコン基板５０と耐熱性樹脂５２とが積層された基板１０を形成すると共に、プレス型２０の凸部２０ａの形状に沿った溝１２を形成することができる。次に、図２０に示すように、蒸着等により銅又はアルミニウム等の金属層１４を表面に蒸着する。このとき、蒸着源からの距離又は蒸着源からの角度等を調整することによって溝１２の垂直な側面１２ｃ，１２ｄにも金属層１４が形成されるようにすることが好適である。
【００６１】
以降は、上記実施の形態のステップＳ１４以降と同様に処理することによって回路モジュール１００を形成することができる。
【００６２】
なお、シリコン基板５０の表面に集積回路を形成しておき、耐熱性樹脂５２にスルーホール等を設けることによって、スルーホールを介して耐熱性樹脂５２の表面に形成された電気回路や光導波路に電気的又は光学的に接続することも好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態における回路モジュールの平面図である。
【図２】本発明の実施の形態における回路モジュールの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における回路モジュールの断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における光導波路の形状の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるプレス型の形状の例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態における光導波路のコア層、クラッド層の配置の例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１４】両面に光導波路等が形成された回路モジュールの構成を示す断面図である。
【図１５】光学的にジャンパーされた回路モジュールの構成を示す断面図である。
【図１６】本発明の変形例１における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１７】本発明の変形例１における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１８】本発明の変形例２における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１９】本発明の変形例２における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図２０】本発明の変形例２における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 基板、１０ａ 表面、１０ｂ 裏面、１２ 溝、１２ａ〜１２ｄ 側面、１４（１４ａ〜１４ｄ） 金属層、１６（１６ａ〜１６ｄ） 誘電体層、２０ プレス型、２０ａ 凸部、２０ｂ マーク用凸部、２２ａ，２２ｂ 傾斜面、２２ｃ，２２ｄ 側面、３０ アライメント用マーク、４０ 樹脂基材フィルム、４２ 金属箔、５０ シリコン基板、５２ 耐熱性樹脂、１００ 回路モジュール、１０２ 光導波路、１０４ 電気配線回路、１０６ 発光素子回路、１０８ 受光素子回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路を備えた回路モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光導波路を回路基板上に形成し、電気信号を光信号に変換すると共に、光信号により信号処理を行う電気回路及び光回路をハイブリッド化させた回路モジュールが用いられるようになっている。
【０００３】
特許文献１には、光導波路溝を有する下部クラッド層と、光導波路溝内に充填されたコア部材と、光導波路溝がコア部材で満たされた下部クラッド層の上面に貼り付けられた上部クラッド層とを備える光導波路が開示されている。光導波路溝では、端面が光導波路の光軸に対して傾斜しており、傾斜端面に反射膜が形成されている。
【０００４】
特許文献２には、基板の凹部のみにコア材あるいはコア材とクラッド材を充填し、コアあるいはコアとクラッドを作製する工程と、別の基板にクラッド材を塗布し、クラッド付き基板を作製する工程と、該コアあるいはコアとクラッドを該クラッド付き基板に転写する工程と、さらにクラッドで覆う工程と、を備えた光導波路の形成方法が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、クラッド素材の表面に断面ほぼ角形の凸型を有するプレス型を押し付けて、クラッド素材の表面に断面ほぼ角形の直線溝を形成する工程と、直線溝におけるクラッド素材の表面に一対の傾斜面を有する凸型を有するプレス型を押し付けて、クラッド素材の表面に両端に一対の傾斜面を有する凹溝を形成する工程と、を備える光導波路の製造方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−５７４６６号公報
【特許文献２】特開２００３−２４０９９６号公報
【特許文献３】特開２００４−６１９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術では、光導波路が基板上に形成された直線状の溝に形成されている。このように光導波路の形状が直線形状に限定されているので、回路モジュールに搭載される光導波路及び電気回路のレイアウトの柔軟性を低下させる原因となっている。
【０００８】
また、上記従来技術では、下部のクラッド層となる基板に溝を形成しているので基板材料が制限される問題がある。さらに、コア又はコアとクラッドをクラッド付き基板に転写する工程を必要としたり、溝の底部を形成するプレス工程とは別に溝の側面を形成するプレス工程を必要としたりするので、光導波路の製造の工程が複雑となり、製造コストが増加する原因となっている。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、製造工程を簡略化すると共に、光路が直線状に限定されない光導波路を備えた回路モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基板表面にプレス型を押し付けて前記基板表面に溝を形成し、前記溝内に光導波路を形成する回路モジュールの製造方法であって、前記プレス型は、前記基板表面に対して垂直でない角度αを有する第１の傾斜面と、前記基板表面に対して平行な底面と、を有する凸部を備えることを特徴とする。
【００１１】
このとき、前記プレス型の凸部は、前記基板表面と平行な平面内において前記第１の傾斜面に対して水平又は垂直でない角度θを有し、基板表面に対して略垂直な角度βである第２及び第３の側面を有することが好適である。
【００１２】
これにより、基板表面上に設けられた光導波路を備えた回路モジュールであって、前記光導波路は、基板表面に対して垂直でない角度αを有するミラーが設けられた第１の側面と、基板表面と平行な平面内において前記第１の側面に対して水平又は垂直でない角度θを有し、基板表面に対して略垂直な角度βであり、互いに対向するようにミラーが設けられた第２及び第３の側面と、を有する溝に形成されることを特徴とする回路モジュールを実現することができる。
【００１３】
本発明の回路モジュールの製造方法において、前記溝の凹部に少なくとも２以上の互いに異なる屈折率を有する誘電体を充填することが好適である。
【００１４】
例えば、前記基板を熱成形可能な樹脂材料を主材料とし、前記溝の凹部に、前記樹脂材料とは異なる材料からなる誘電体を第１のクラッド層として形成し、前記第１のクラッド層の上部に前記第１のクラッド層とは異なる屈折率を有するコア層を形成し、前記コア層の上部に前記コア層とは異なる屈折率を有する第２のクラッド層を形成する。
【００１５】
これにより、基板表面上に設けられた光導波路を備えた回路モジュールであって、前記基板は熱成形可能な樹脂材料を主材料としてなり、前記光導波路は、基板表面に対して垂直でなく、ミラーが設けられた第１の側面を有する溝に形成され、前記溝の凹部に、互いに異なる屈折率を有する少なくとも２以上の前記樹脂材料とは異なる誘電体がクラッド層、コア層、クラッド層の順に積層されている回路モジュールを実現することができる。
【００１６】
また、前記溝を形成した後に前記基板表面に金属層を形成し、前記金属層をパターンニングすることによって電気配線を形成することが好適である。また、前記基板の表面に金属層を形成したのちに前記プレス型を押し付けて前記基板表面に溝を形成し、前記金属層をパターンニングすることによって電気配線を形成することも好適である。ここで、前記プレス型を押し付けて前記基板表面に溝を形成する際にアライメント用のマークを同時に形成し、前記電気配線を形成する際に、前記アライメント用のマークを用いて前記金属膜をパターンニングすることが好適である。そして、前記コア層を形成する際に、前記金属膜で形成したアライメント用のマークを用いてコア層をパターンニングしても良い。また、発光素子又は受光素子を前記基板に実装する際に、前記金属膜で形成したアライメント用のマークを用いて発光素子又は受光素子の発光部及び受光部をアライメントしても良い。
【００１７】
これにより、本発明の回路モジュールでは、前記溝に設けられたミラーを構成する材料と同一の材料からなる電気配線層が形成される。また、アライメント用のマークを用いて電気配線と光導波路との相対位置を正確にアライメントすることができる。ここで、電気配線に対してセルフアライメントによって発光素子回路の配置を行うことで、前記光導波路が互いに光学的に分離された複数の光路を備える場合においても、前記第１の側面に設けられたミラーに光学的に結合された複数の発光素子を設ける場合に各発光素子を各光路に対して正確な相対位置に配置させることも可能である。同様に、電気配線に対してセルフアライメントによって受光素子回路の配置を行うことで、前記光導波路が互いに光学的に分離された複数の光路を備える場合においても、前記第１の側面に設けられたミラーに光学的に結合された複数の受光素子を設ける場合に各受光素子を各光路に対して正確な相対位置に配置させることも可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光路が直線状に限定されない光導波路を備えた回路モジュールを実現することができる。また、製造工程を簡略化し、製造コストを低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態における回路モジュール１００は、図１の平面図並びに図２及び図３の断面図に示すように、光導波路１０２、電気配線回路１０４、発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８を含んで構成される。図２は図１のＡ−Ａラインに沿った断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂラインに沿った断面図である。光導波路１０２、電気配線回路１０４は基板１０の表面１０ａ上に形成され、発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８は光導波路１０２及び電気配線回路１０４に互いに一部が重なるように配置される。
【００２０】
光導波路１０２は、発光素子回路１０６に含まれる発光素子から出力される光を受けて、光を伝播させて、受光素子回路１０８に含まれる受光素子まで伝送する。
【００２１】
光導波路１０２は、熱成形可能な基板１０の表面１０ａに形成された溝１２内に形成される。溝１２は、図２の断面図に示すように、基板１０の表面に対して垂直でなく、基板１０の表面に対して略４５°の角度αをもった側面１２ａを有する。光導波路１０２は、図１に示すように、側面１２ａに対して対象位置に基板１０の表面に対して垂直でなく、基板１０の表面に対して略４５°の角度αをもった側面１２ｂを有する。側面１２ａ，１２ｂの表面にはそれぞれ金属層１４ａ，１４ｂが形成される。金属層１４ａ，１４ｂは、例えば、銅やアルミニウムを主材料とすることができる。金属層１４ａ，１４ｂは、発光素子回路１０６から表面１０ａの法線方向から入射された光を平面方向に反射して光導波路１０２に導くミラーと、光導波路１０２を平面方向に伝播してきた光を法線方向に反射して光導波路１０２から受光素子回路１０８へと出力するミラーとしての役割を果たす。
【００２２】
また、溝１２は、図１の平面図に示すように、基板１０の表面と平行な平面内における平面形状において側面１２ａ又は側面１２ｂと水平（θ＝０）又は垂直（θ＝９０°）でない角度θを有する側面１２ｃ，１２ｄを有する。側面１２ｃ，１２ｄは、互いに対向するように、例えば角度θが略４５°となるように配設される。また、側面１２ｃ，１２ｄは、図３の断面図に示すように、基板１０の表面に対して略垂直の角度βを有する。側面１２ｃ，１２ｄの表面にはそれぞれ金属層１４ｃ，１４ｄが形成される。金属層１４ｃ，１４ｄは、例えば、銅やアルミニウムを主材料とすることができる。金属層１４ｃ，１４ｄは、金属層１４ａによって光導波路１０２内に導かれた光を平面方向に反射して光路を変更し、金属層１４ｂからなるミラーへ伝播させるミラーとしての役割を果たす。
【００２３】
このように水平（θ＝０）又は垂直（θ＝９０°）でない角度θを有する側面１２ｃ，１２ｄを光導波路１０２に設けることによって、光の伝播途中において光路を非直線状に変更することが可能となる。これによって、図４に示すように、様々な形状の光導波路を形成することが可能となり、回路モジュールに搭載される光導波路及び電気回路のレイアウトの柔軟性を高めることができる。
【００２４】
このとき、後で説明するように、側面１２ａ，１２ｂと側面１２ｃ，１２ｄとを同一のプレス型により一括して形成することにより、側面１２ａ，１２ｂと側面１２ｃ，１２ｄとを相対的な位置関係（角度θ）を高い精度で配置することができる。
【００２５】
なお、溝１２が水平（θ＝０）又は垂直（θ＝９０°）でない角度θを有する側面１２ｃ，１２ｄを持つ屈曲形状とすることは本実施の形態における特徴の１つであるが、溝１２を直線形状とすることもできる。
【００２６】
また、溝１２の凹部には、少なくとも２以上の互いに異なる屈折率を有する誘電体層１６が充填される。具体的には、図２及び図３の断面図に示すように、所定の屈折率を有する誘電体層１６ｂの周囲を取り囲むように誘電体層１６ｂよりも屈折率が小さい誘電体層１６ａ，１６ｃ，１６ｄが設けられる。
【００２７】
具体的には、少なくとも２以上の異なる屈折率を有する誘電体層１６ａ，１６ｂ，１６ｃが順に積層されて光導波路１０２の光路に沿って延伸された領域と、この領域を両脇から挟み込むように誘電体層１６ａ，１６ｄ，１６ｃが順に積層されて光導波路１０２の光路に沿って延伸された領域が設けられる。これらの誘電体層１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、誘電体層１６ａと誘電体層１６ｃとの屈折率（誘電率）が略等しく、誘電体層１６ｂの屈折率（誘電率）が誘電体層１６ａ，１６ｃの屈折率（誘電率）よりも高くなるように設定される。また、誘電体層１６ｄの屈折率（誘電率）は誘電体層１６ｂの屈折率（誘電率）よりも低く、誘電体層１６ａ，１６ｃの屈折率（誘電率）と略等しくなるように設定される。これにより、誘電体層１６ｂが、より屈折率の低い誘電体層１６ａ，１６ｃ，１６ｄに周囲を囲まれ、光導波路１０２の光路に沿って配設された構成となる。すなわち、誘電体層１６ａ，１６ｃ，１６ｄが光導波路１０２のクラッド層となり、誘電体層１６ｂが光導波路１０２のコア層となる。
【００２８】
コア層となる誘電体層１６ｂは、図１の平面図に示すように、光導波路１０２内に導かれた光を金属層１４ｂからなるミラーへ伝播させる経路に沿って延伸される。例えば、本実施の形態における光導波路１０２のように、光路をミラーによって水平方向に変更させる側面１２ｃ，１２ｄを有する場合、変更された光路に沿ってコア層となる誘電体層１６ｂを配設することが好適である。
【００２９】
本実施の形態では、基板１０をクラッド層とせず、基板１０の表面１０ａに形成された溝１２内に下部クラッド層、コア層、上部クラッド層を形成することによって、基板１０に用いる材料の選択の幅を広げることができる。すなわち、基板１０は溝１２を形成する際に熱成形可能な材料であれば良く、光導波路１０２を伝播する光の波長領域においてクラッド層として使用できる屈折率をもたない材料とすることができる。
【００３０】
なお、基板１０に用いる材料の選択の幅を狭めることとなるが、基板１０を下部クラッド層として利用して、溝１２内にコア層と上部クラッド層を形成する構成としても良い。
【００３１】
電気配線回路１０４は、回路モジュール１００の電気信号の伝播を司る部分として機能する。例えば、回路モジュール１００の外部との電気信号の入出力のための外部端子、発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８の入出力及び電力の配線を含む。電気配線回路１０４は、パターンニングされた銅やアルミニウム等を用いて基板１０の表面１０ａ上に形成することができる。
【００３２】
発光素子回路１０６は、電気信号を光に変換し、変換された光を光導波路１０２へ導入するために用いられる。発光素子回路１０６は、発光素子及び発光素子（LED、レーザ）のドライバ等を含んで構成され、入力された電気信号に応じた光信号を生成して出力する。
【００３３】
発光素子回路１０６は、基板１０とは異なるサブ基板上に形成され、基板１０の表面１０ａ上における所定の位置に配置される。電気配線回路１０４と発光素子回路１０６とはハンダ等によって電気的に接続される。図１のように、光導波路１０２に複数の光路を形成した場合には、それぞれ光路の対応する位置に複数の発光素子を光導波路の側面１２ａに沿って並べた構成とすることが好適である。これによって、複数の電気信号を同時に伝播又は処理することができる。
【００３４】
受光素子回路１０８は、光導波路１０２を伝播してきた光信号を電気信号に変換し、電気配線回路１０４へ出力するために用いられる。受光素子回路１０８は、受光素子（フォトディテクタ）及びアンプ等を含んで構成され、光導波路１０２から出力された光信号を電気信号に変化する。
【００３５】
受光素子回路１０８は、基板１０とは異なるサブ基板上に形成され、基板１０の表面１０ａ上における所定の位置に配置される。電気配線回路１０４と受光素子回路１０８とはハンダ等によって電気的に接続される。ここで、図１のように、光導波路１０２に複数の光路を形成した場合には、それぞれ光路の対応する位置に複数の受光素子を光導波路の側面１２ｂに沿って並べた構成とすることが好適である。これによって、複数の光信号を同時に処理することができる。
【００３６】
回路モジュール１００は、図５〜図１３に示す製造工程に沿って作成することができる。以下では、簡略化のため断面図は左右対称として示している。以下では、熱成形可能な樹脂材料を主材料とした基板１０を用いた製造工程について説明を行う。
【００３７】
図５のステップＳ１０では、基板１０の表面１０ａに金属層１４を形成する。金属層１４は、ミラーと電気配線とに利用されるものであるので、光反射率が高く、電気伝導性の高い銅やアルミニウムを用いることが好適である。また、基板１０の表面１０ａ全体に同一材料の金属膜１４を形成しても良いし、電気配線となる領域に銅の膜を形成し、ミラーとなる領域にアルミニウムの膜を形成することも好適である。
【００３８】
図６のステップＳ１２では、プレス型２０を用いて基板１０の表面１０ａをヒートプレスして溝１２を形成する。このとき、図７に示すように、プレス型２０は光導波路１０２の平面形状を有する凸部２０ａを備える。凸部２０ａは、表面１０ａに対して略４５°の角度αを有する傾斜面２２ａ，２２ｂと、傾斜面２２ａ，２２ｂに対して水平面内において角度θを有し、表面１０ａに対して略９０°の角度βを有する側面２２ｃ，２２ｄと、を備える。傾斜面２２ａ，２２ｂは、溝１２の側面１２ａ，１２ｂに対応する。側面２２ｃ，２２ｄは、側面１２ｃ，１２ｄに対応する。
【００３９】
熱成形可能な温度にまで基板１０を加熱したうえで、プレス型２０を表面１０ａに平行に押し付けることによって、表面１０ａに凸部２０ａに対応する溝１２を形成する。表面１０ａに形成された金属膜１４は延伸性及び展性が高いので、溝１２の形状に沿って金属膜１４が表面を覆った構造に形成することができる。
【００４０】
このとき、溝１２と共にアライメント用のマーク３０を形成しておくことが好適である。図７に示すように、プレス型２０に、凸部２０ａと共にマーク用凸部２０ｂを設けておくことによって、基板１０の邪魔にならない領域にアライメント用のマーク３０を形成することができる。
【００４１】
なお、ステップＳ１０及びＳ１２の代わって、第１にプレス型２０を用いて基板１０の表面１０ａに溝１２を形成し、第２に蒸着やめっき等の手法を用いて溝１２が形成された表面１０ａに金属層１４を形成しても良い。蒸着により金属層１４を形成する場合、蒸着源からの距離又は蒸着源からの角度等を調整することによって溝１２の垂直な側面１２ｃ，１２ｄにも金属層１４が形成されるようにすることが好適である。
【００４２】
図８のステップＳ１４では、金属層１４をミラー及び電気配線としてパターンニングする。パターンニングには従来のフォトリソグラフィ技術やエッチング技術等を用いることができる。例えば、基板１０の表面１０ａ全体にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いてミラーを形成する側面１２ａ〜１２ｄ及び電気配線回路１０４の配線部分がフォトレジストで覆われるようにマスクを形成し、マスクを利用して不要部分の金属層１４をエッチングする。これによって、側面１２ａ〜１２ｄにミラーとなる金属層１４ａ〜１４ｄと、電気配線回路１０４の配線となる金属層１４ｅと、が残されるようにパターンニングを行うことができる。このとき、アライメント用のマーク３０を用いて電気配線回路１０４のパターンニングを行うことが好適である。
【００４３】
図９のステップＳ１６では、溝１２の内部に下部クラッド層となる誘電体層１６ａが形成される。既存のスクリーン印刷技術等を用いて溝１２の底部に所定の厚さで誘電体材料を埋め込むことによって誘電体層１６ａが形成される。
【００４４】
ここで、光感応性の誘電体材料を埋め込み、所定の波長の光を照射することによって屈折率を低下させて誘電体層１６ａとすることができる。光感応性の誘電体材料は、光を照射しないときには高い屈折率を有し、所定の条件の光を照射することによって屈折率が低下する材料とすることが好適である。このような光感応性の材料としてはポリシランが挙げられる。
【００４５】
図１０のステップＳ１８では、溝１２の内部に誘電体１６ａに重ね合わせて誘電体層１６ｂ，１６ｄが形成される。誘電体層１６ｂがコア層となり、誘電体層１６ｄが中部クラッド層となる。
【００４６】
まず、既存のスクリーン印刷技術等を用いて溝１２内の誘電体層１６ａ上に光感応性の誘電材料を埋め込む。光感応性の誘電体材料は、光を照射しないときには誘電体１６ａよりも高い屈折率を有し、所定の条件の光を照射することによって屈折率が誘電体層１６ａと同程度又はそれ以下に低下する材料とすることが好適である。例えば、誘電体層１６ａを形成する際に用いた光感応性の誘電体材料を用いることが好適である。既存のフォトリソグラフィ技術や光の遮蔽技術を用いて、コア層となる部分以外の領域に光を照射することによって誘電体材料の屈折率を低下させ、図１１の平面図に示すように、コア層となる屈折率が高い誘電体層１６ｂ（ハッチングで示す）とクラッド層となる屈折率が低い誘電体層１６ｄとを形成する。このとき、アライメント用のマーク３０を用いてコア層となる領域のパターンニングを行うことが好適である。
【００４７】
図１２のステップＳ２０では、溝１２の内部に上部クラッド層となる誘電体層１６ｃが形成される。既存のスクリーン印刷技術等を用いて溝１２の内部の誘電体層１６ｂ，１６ｄと重ね合わせて所定の厚さで誘電体材料を埋め込むことによって誘電体層１６ｃが形成される。
【００４８】
ここで、光感応性の誘電体材料を埋め込み、所定の波長の光を照射することによって屈折率を低下させて誘電体層１６ｃとすることができる。例えば、誘電体層１６ａを形成する際に用いた光感応性の誘電体材料を用いることが好適である。
【００４９】
図１３のステップＳ２２では、光学回路が基板１０上に搭載される。発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８が基板１０の表面１０ａ上における所定の位置に配置される。発光素子回路１０６は、回路に含まれる発光素子からコア層となる誘電体層１６ｂからなる光路に対応する位置に光を入射できる位置に配置する。また、受光素子回路１０８は、回路に含まれる受光素子がコア層となる誘電体層１６ｂからなる光路に対応する位置から光を受光できる位置に配置する。複数の発光素子又は受光素子のアレイからなる場合には、各素子がそれぞれ光路に対応するように配置する。
【００５０】
発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８を配置する際には、ハンダボール等を用いたハンダリフローによるセルフアライメント技術を用いることによって、発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８の電気配線の端子と電気配線回路１０４の端子との位置とを自動的に位置合わせすることもできる。ステップＳ１４において溝１２と同時に形成したアライメント用マーク３０を用いて電気配線回路１０４又はコア層をパターンニングした場合、電気配線回路１０４と光導波路１０２の光路との相対的な位置を正確にアライメントすることができる。また、アライメントマークと発光素子の発光部及び受光素子の受光部をそれぞれ認識して、より高い精度のアライメントをすることも可能である。従って、発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８と電気配線回路１０４との相対的な位置をセルフアライメントにより正確に配置することによって、発光素子回路１０６及び受光素子回路１０８と光導波路１０２の光路も自動的に正確にアライメントすることができる。
【００５１】
以上のように、光路が直線状に限定されない光導波路１０２を備えた回路モジュール１００を実現することができる。光導波路の形状が直線形状に限定されないので、回路モジュール１００のレイアウトの柔軟性が高くなる。
【００５２】
また、基板１０の材料は下部クラッド層となる誘電体材料に限定されないので、基板１０とする材料の選択範囲が広くなる。また、コア又はコアとクラッドをクラッド付き基板に転写する工程を必要とせず、溝の底部を形成するプレス工程と別に溝の側面を形成するプレス工程を必要とせず、１つのプレス型のみを用いて光導波路を製造することができるので製造工程が簡略化され、製造コストを低減できる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、基板１０の表面１０ａのみに光導波路１０２やその他の電気回路を形成したが、図１４に示すように、基板１０の裏面１０ｂにも光導波路１０２やその他の電気回路を形成することも好適である。また、基板１０を複数重ね合わせて、それぞれスルーホール等を介して電気的又は光学的に接続することによって集積化することも好適である。
【００５４】
また、図１５に示すように、複数の回路モジュール１００の表面１０ａを互いに向き合わせて、光学的なジャンパー結合を行うことも可能である。
【００５５】
＜変形例１＞
上記実施の形態では、基板１０の表面１０ａ上への金属層１４の形成工程（ステップＳ１０）とプレス工程（ステップＳ１２）とを別々の工程で行っていた。本変形例１では、これらの工程を一括して行う製造方法について説明する。
【００５６】
図１６に示すように、熱成形可能な樹脂基材フィルム４０を複数枚重ね合わせて金属箔４２で挟み込む。この積層体を加熱すると共に、プレス型２０を押し付けて加工する。これによって、図１７に示すように、樹脂基材フィルム４０を基板１０として成形し、ヒートプレスにより金属箔４２と基板とを圧着すると共に、プレス型２０により所望の形状の溝１２を形成することができる。
【００５７】
樹脂基材フィルム４０は、例えば、５０μｍ〜２００μｍ厚のフィルムを必要に応じて重ね合わせて使用することが好適である。金属箔４２は、１０μｍ〜１００μｍ厚の銅箔又はアルミニウム箔を使用することが好適である。
【００５８】
以降は、上記実施の形態のステップＳ１４以降と同様に処理することによって回路モジュール１００を形成することができる。
【００５９】
＜変形例２＞
本変形例２では、シリコンウェハ等の基板上にワニス状の熱硬化性耐熱性樹脂を塗布して基板１０とする製造方法について説明する。
【００６０】
図１８に示すように、シリコン基板５０上にワニス状のポリイミド等の耐熱性樹脂５２を塗布し、プリベークにより樹脂をｂ−stage状態の半硬化状態にする。次に、図１９に示すように、この積層体を完全な硬化状態になる温度で加熱すると共に、プレス型２０を押し付けて加工する。これによって、シリコン基板５０と耐熱性樹脂５２とが積層された基板１０を形成すると共に、プレス型２０の凸部２０ａの形状に沿った溝１２を形成することができる。次に、図２０に示すように、蒸着等により銅又はアルミニウム等の金属層１４を表面に蒸着する。このとき、蒸着源からの距離又は蒸着源からの角度等を調整することによって溝１２の垂直な側面１２ｃ，１２ｄにも金属層１４が形成されるようにすることが好適である。
【００６１】
以降は、上記実施の形態のステップＳ１４以降と同様に処理することによって回路モジュール１００を形成することができる。
【００６２】
なお、シリコン基板５０の表面に集積回路を形成しておき、耐熱性樹脂５２にスルーホール等を設けることによって、スルーホールを介して耐熱性樹脂５２の表面に形成された電気回路や光導波路に電気的又は光学的に接続することも好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態における回路モジュールの平面図である。
【図２】本発明の実施の形態における回路モジュールの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における回路モジュールの断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における光導波路の形状の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるプレス型の形状の例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態における光導波路のコア層、クラッド層の配置の例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１４】両面に光導波路等が形成された回路モジュールの構成を示す断面図である。
【図１５】光学的にジャンパーされた回路モジュールの構成を示す断面図である。
【図１６】本発明の変形例１における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１７】本発明の変形例１における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１８】本発明の変形例２における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図１９】本発明の変形例２における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【図２０】本発明の変形例２における回路モジュールの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 基板、１０ａ 表面、１０ｂ 裏面、１２ 溝、１２ａ〜１２ｄ 側面、１４（１４ａ〜１４ｄ） 金属層、１６（１６ａ〜１６ｄ） 誘電体層、２０ プレス型、２０ａ 凸部、２０ｂ マーク用凸部、２２ａ，２２ｂ 傾斜面、２２ｃ，２２ｄ 側面、３０ アライメント用マーク、４０ 樹脂基材フィルム、４２ 金属箔、５０ シリコン基板、５２ 耐熱性樹脂、１００ 回路モジュール、１０２ 光導波路、１０４ 電気配線回路、１０６ 発光素子回路、１０８ 受光素子回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面上に設けられた光導波路を備えた回路モジュールであって、
前記光導波路は、
基板表面に対して垂直でない角度αを有するミラーが設けられた第１の側面と、
基板表面と平行な平面内において前記第１の側面に対して水平又は垂直でない角度θを有し、基板表面に対して略垂直な角度βであり、互いに対向するようにミラーが設けられた第２及び第３の側面と、
を有する溝に形成されることを特徴とする回路モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の回路モジュールにおいて、
前記溝の凹部に少なくとも２以上の互いに異なる屈折率を有する誘電体が充填されていることを特徴とする回路モジュール。
【請求項３】
基板表面上に設けられた光導波路を備えた回路モジュールであって、
前記基板は熱成形可能な樹脂材料を主材料としてなり、
前記光導波路は、基板表面に対して垂直でない角度αを有するミラーが設けられた第１の側面を有する溝に形成され、
前記溝の凹部に、互いに異なる屈折率を有する少なくとも２以上の前記樹脂材料とは異なる誘電体がクラッド層、コア層、クラッド層の順に積層されていることを特徴とする回路モジュール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の回路モジュールにおいて、
前記溝に設けられたミラーを構成する材料と同一の材料からなる電気配線層を前記基板表面上に有することを特徴とする回路モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の回路モジュールにおいて、
前記光導波路は、互いに光学的に分離された複数の光路を備えるものであり、
前記第１の側面に設けられたミラーに光学的に結合された複数の発光素子をさらに備えることを特徴とする回路モジュール。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の回路モジュールにおいて、
前記光導波路は、互いに光学的に分離された複数の光路を備えるものであり、
前記第１の側面に設けられたミラーに光学的に結合された複数の受光素子をさらに備えることを特徴とする回路モジュール。
【請求項７】
基板表面にプレス型を押し付けて前記基板表面に溝を形成し、前記溝内に光導波路を形成する回路モジュールの製造方法であって、
前記プレス型は、前記基板表面に対して垂直でない角度αを有する第１の傾斜面と、前記基板表面に対して平行な底面と、を有する凸部を備えることを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の回路モジュールの製造方法において、
前記プレス型の凸部は、前記基板表面と平行な平面内において前記第１の傾斜面に対して水平又は垂直でない角度θを有し、基板表面に対して略垂直な角度βである第２及び第３の側面を有することを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の回路モジュールの製造方法において、
前記溝の凹部に少なくとも２以上の互いに異なる屈折率を有する誘電体を充填することを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の回路モジュールの製造方法において、
前記基板は熱成形可能な樹脂材料を主材料とし、
前記溝の凹部に、前記樹脂材料とは異なる材料からなる誘電体を第１のクラッド層として形成し、前記第１のクラッド層の上部に前記第１のクラッド層とは異なる屈折率を有するコア層を形成し、前記コア層の上部に前記コア層とは異なる屈折率を有する第２のクラッド層を形成することを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１つに記載の回路モジュールの製造方法において、
前記溝を形成した後に前記基板表面に金属層を形成し、
前記金属層をパターンニングすることによって電気配線を形成することを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１２】
請求項７〜１０のいずれか１つに記載の回路モジュールの製造方法において、
前記基板の表面に金属層を形成したのちに前記プレス型を押し付けて前記基板表面に溝を形成し、
前記金属層をパターンニングすることによって電気配線を形成することを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の回路モジュールの製造方法において、
前記プレス型を押し付けて前記基板表面に溝を形成する際にアライメント用のマークを同時に形成し、
前記電気配線を形成する際に、前記アライメント用のマークを用いて前記金属膜をパターンニングすることを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の回路モジュールの製造方法において、
前記コア層を形成する際に、前記金属膜で形成したアライメント用のマークを用いてコア層をパターンニングすることを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の回路モジュールの製造方法において、
発光素子又は受光素子を前記基板に実装する際に、
前記金属膜で形成したアライメント用のマークを用いて発光素子又は受光素子の発光部及び受光部をアライメントすることを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１】
基板表面上に設けられた光導波路を備えた回路モジュールであって、
前記光導波路は、
基板表面に対して垂直でない角度αを有するミラーが設けられた第１の側面と、
基板表面と平行な平面内において前記第１の側面に対して水平又は垂直でない角度θを有し、基板表面に対して略垂直な角度βであり、互いに対向するようにミラーが設けられた第２及び第３の側面と、
を有する溝に形成されることを特徴とする回路モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の回路モジュールにおいて、
前記溝の凹部に少なくとも２以上の互いに異なる屈折率を有する誘電体が充填されていることを特徴とする回路モジュール。
【請求項３】
基板表面上に設けられた光導波路を備えた回路モジュールであって、
前記基板は熱成形可能な樹脂材料を主材料としてなり、
前記光導波路は、基板表面に対して垂直でない角度αを有するミラーが設けられた第１の側面を有する溝に形成され、
前記溝の凹部に、互いに異なる屈折率を有する少なくとも２以上の前記樹脂材料とは異なる誘電体がクラッド層、コア層、クラッド層の順に積層されていることを特徴とする回路モジュール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の回路モジュールにおいて、
前記溝に設けられたミラーを構成する材料と同一の材料からなる電気配線層を前記基板表面上に有することを特徴とする回路モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の回路モジュールにおいて、
前記光導波路は、互いに光学的に分離された複数の光路を備えるものであり、
前記第１の側面に設けられたミラーに光学的に結合された複数の発光素子をさらに備えることを特徴とする回路モジュール。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の回路モジュールにおいて、
前記光導波路は、互いに光学的に分離された複数の光路を備えるものであり、
前記第１の側面に設けられたミラーに光学的に結合された複数の受光素子をさらに備えることを特徴とする回路モジュール。
【請求項７】
基板表面にプレス型を押し付けて前記基板表面に溝を形成し、前記溝内に光導波路を形成する回路モジュールの製造方法であって、
前記プレス型は、前記基板表面に対して垂直でない角度αを有する第１の傾斜面と、前記基板表面に対して平行な底面と、を有する凸部を備えることを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の回路モジュールの製造方法において、
前記プレス型の凸部は、前記基板表面と平行な平面内において前記第１の傾斜面に対して水平又は垂直でない角度θを有し、基板表面に対して略垂直な角度βである第２及び第３の側面を有することを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の回路モジュールの製造方法において、
前記溝の凹部に少なくとも２以上の互いに異なる屈折率を有する誘電体を充填することを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の回路モジュールの製造方法において、
前記基板は熱成形可能な樹脂材料を主材料とし、
前記溝の凹部に、前記樹脂材料とは異なる材料からなる誘電体を第１のクラッド層として形成し、前記第１のクラッド層の上部に前記第１のクラッド層とは異なる屈折率を有するコア層を形成し、前記コア層の上部に前記コア層とは異なる屈折率を有する第２のクラッド層を形成することを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１つに記載の回路モジュールの製造方法において、
前記溝を形成した後に前記基板表面に金属層を形成し、
前記金属層をパターンニングすることによって電気配線を形成することを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１２】
請求項７〜１０のいずれか１つに記載の回路モジュールの製造方法において、
前記基板の表面に金属層を形成したのちに前記プレス型を押し付けて前記基板表面に溝を形成し、
前記金属層をパターンニングすることによって電気配線を形成することを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の回路モジュールの製造方法において、
前記プレス型を押し付けて前記基板表面に溝を形成する際にアライメント用のマークを同時に形成し、
前記電気配線を形成する際に、前記アライメント用のマークを用いて前記金属膜をパターンニングすることを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の回路モジュールの製造方法において、
前記コア層を形成する際に、前記金属膜で形成したアライメント用のマークを用いてコア層をパターンニングすることを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の回路モジュールの製造方法において、
発光素子又は受光素子を前記基板に実装する際に、
前記金属膜で形成したアライメント用のマークを用いて発光素子又は受光素子の発光部及び受光部をアライメントすることを特徴とする回路モジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−２０８５２７（Ｐ２００６−２０８５２７Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７８３１（Ｐ２００５−１７８３１）
【出願日】平成１７年１月２６日（２００５．１．２６）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２６日（２００５．１．２６）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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