JP2004302188A - 光導波路付き電気配線基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光・受光素子と光導波路との間の光透過部を安価に形成できると共に、光透過部における光透過損失が小さく、かつ高密度の回路レイアウトが可能な、高品位の光導波路付き電気配線基板を提供する。
【解決手段】基板13上に、光軸がこの基板13と垂直な光素子16,17の搭載部26,27となる電気回路14と、光素子の光信号の光路を基板と平行な方向に変換する光路変換部24が形成された光導波路30とを有する光導波路付き電気配線基板において、基板13として透明部材を用い、基板13の一方の面15−1に電気回路14を設け、基板13の他方の面15−2に光路変換部24が形成された光導波路30を設ける。これにより、光透過部が基板13中に形成されるため、穴開け加工や穴埋め加工が排除される。
【選択図】 図1
【解決手段】基板13上に、光軸がこの基板13と垂直な光素子16,17の搭載部26,27となる電気回路14と、光素子の光信号の光路を基板と平行な方向に変換する光路変換部24が形成された光導波路30とを有する光導波路付き電気配線基板において、基板13として透明部材を用い、基板13の一方の面15−1に電気回路14を設け、基板13の他方の面15−2に光路変換部24が形成された光導波路30を設ける。これにより、光透過部が基板13中に形成されるため、穴開け加工や穴埋め加工が排除される。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気配線基板に光導波路が設けられた光導波路付き電気配線基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電気配線基板に光導波路が設けられた光導波路付き電気配線基板は、一般的に用いられる電気配線基板の信号速度の限界を克服するために開発検討されている基板である。
【0003】
この光導波路付き電気配線基板には、通常の電気配線に加え、一般にはエポキシ系、またはポリイミド系の有機光導波路を形成したものが知られている。
【0004】
その光導波路付き電気配線基板上には、通常用いられる電気信号を処理または格納する素子(半導体パッケージを含む)に加えて、電気信号を光信号に変換して出力する面発光レーザ(VCSEL)などの発光素子や、光信号を入力して電気信号に変換するフォトダイオード(PD)などの受光素子が搭載されている。
【0005】
図10は従来の光素子及び光導波路付き電気配線基板の断面図である。
【0006】
図10に示すように、従来の光素子は、VCSEL44やPD46が駆動IC45や受信IC47と同一面上の近傍に設けられており、この光素子が実装される光導波路付き電気配線基板40は、従来の電気配線基板41の内層にポリマー光導波路42を埋設した構造である。そして、このポリマー光導波路42の光入出力部が露出するように、電気配線基板41に光を透過させる穴43が形成されている(例えば、非特許文献1参照。)。
【0007】
また、図11は従来の他の光素子及び光導波路付き電気配線基板の部分拡大斜視図である。
【0008】
図10の構造以外の構造としては、図11に示すように、電気配線基板50の凹部51内に光素子としてのVCSEL52が設けられており、このVCSEL52に対向して光路変換部が配置されるように、フィルム状のポリマー光導波路53が積層されている構造が知られている(例えば、非特許文献2参照。)。
【0009】
すなわち、現在の標準的な技術では、素子の機能面(受光面、発光面)を素子の両側に形成すると共にそれらの両機能面を光学的に連結することを工業的に安価で容易に達成することが難しいため、素子の機能面と電気信号が入出力される面とが同一面とならざるを得ず、大概の場合、先に述べた素子の機能面は基板側に面することになる。
【0010】
ところで、上述したPD46、VCSEL44,52などの発光素子や受光素子は、一般には単独で光信号を出力したり、入力するなどの機能を有しているわけではなく、光素子の近傍に設けられた制御駆動部(LSIなど)によりその光素子の動作が制御され、光信号の入出力が可能となる。
【0011】
この場合、発光・受光素子とこの制御駆動部とが独立して設けられていることは、高速の電気信号の伝送にとって大きなマイナスポイントである。
【0012】
このため、最近では、発光・受光素子と制御駆動部とが一体化された半導体素子を使用する方法が検討されている。
【0013】
図13は、発光・受光素子と制御駆動部とが一体化された半導体素子の概略図である。
【0014】
図13に示すように、この半導体素子は、制御駆動部(図示せず)が形成されたシリコン素子1の機能面2上に、ガリウム砒素結晶からなる発光素子4aとしてのVCSELや、受光素子4bとしてのPDが形成されている。そして、これら発光素子4a及び受光素子4bを取り囲むように電極端子部5が形成されており、さらに機能面2上には、この半導体素子を電気配線基板に実装するための半田ボール6が設けられている。
【0015】
この方法では、制御駆動部と発光・受光素子4a,4bとの間を結ぶ距離が最短化されるため、より高速な光通信を行う点では非常に有用な構造と言える。
【0016】
この方法が一般的になれば、図11に示したような電気配線基板50の凹部51内に設けられたVCSEL52に対向して光導波路53が設けられた構造、もしくは図11の光素子及び光導波路付き電気配線基板の変形例である図12に示すような、光導波路付き電気配線基板の光導波路10の光路変換部に、図13の半導体素子のGaAs機能面(発光面3a、受光面3b)を対向させて発光素子4aや受光素子4bが搭載された構造が有力になると考えられる。
【0017】
【非特許文献1】
石井雄三「マイクロレンズを用いた光I/Oパッケージ技術」エレクトロニクス実装学会誌Vol.5 No.5、p478−p482、2002
【非特許文献2】
小林潤也「ポリマー光導波路材料技術の動向」エレクトロニクス実装学会誌Vol.5 No.5、p500−p506、2002
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図10、図11に示した発光・受光素子及び光導波路の位置関係構造は、図中、垂直方向に光を伝送・透過する部分を形成するには、製作コストが高くなるという問題がある。
【0019】
光を伝送・透過する部分を形成するには、一般にはパンチ打抜き法や、レーザ又はドリルなどの機械的な工法を採用することになるが、高い加工精度が要求される光−電気複合基板には薦められる方法ではない。
【0020】
少なくとも、基板上に電気回路を形成する場合、高い加工精度を実現したいとの要求は非常に強い。さらに、有機材料に対して機械的な開口加工を行う場合、加工面にばりが発生したり、また、切断もしくはドリル加工により異物残さが発生するなど、高品位の基板を製作するには大きな障害があった。
【0021】
さらに、従来技術においては、この開口部に光を透過する透明樹脂を充填する穴埋め工法を行う必要が生じる。
【0022】
穴埋め工法は、一般には貫通した穴に対して行うので、その充填作業にコストがかかることが知られており、さらに充填後に透明樹脂の表面形状を整えるために、研磨などの機械的手法を適用することが不可欠である。
【0023】
一方、図12に示した構造のように、ベース基板9に対して垂直方向に光透過部となる穴を形成せず、光導波路10と電気配線7とを同一平面上に設けることが考えられるが、この場合、図13に示した半導体素子を想定すると、電極端子部5と発光素子4a及び受光素子4bとの間に、互いに空間的に干渉するという問題が発生し、高密度の回路レイアウトが不可能になる。
【0024】
そこで、本発明の目的は、発光・受光素子と光導波路との間の光透過部を安価に形成できると共に、光透過部における光透過損失が小さく、かつ高密度の回路レイアウトが可能な、高品位の光導波路付き電気配線基板を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1の発明は、基板上に、光軸がこの基板と垂直な光素子の搭載部となる電気回路と、光素子の光信号の光路を基板と平行な方向に変換する光路変換部が形成された光導波路とを有する光導波路付き電気配線基板において、基板は透明部材からなり、基板の一方の面に電気回路を設け、基板の他方の面に光路変換部が形成された光導波路を設けたものである。
【0026】
請求項2の発明は、請求項1に記載の構成に加え、基板は、厚さ方向の光透過損失が0.8dB以下の光透過性を有することが好ましい。
【0027】
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の構成に加え、光信号が透過する部分における基板と光導波路との接合面での光透過損失を低減すべく、基板の表面粗さが1μm未満であるか、基板と光導波路との間に透明薄膜が挿入されているか又は基板の光素子の搭載部側の面に集光用レンズが設けられていることが好ましい。
【0028】
請求項4の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の構成に加え、光導波路はエポキシ系或いはポリイミド系の有機材料からなることが好ましい。
【0029】
請求項5の発明は、請求項1から4のいずれかに記載の構成に加え、光導波路は、基板に対して搭載部と対称な位置に光路変換部が配置されるように、光透過性を有する接着剤を挟んで貼り合わされていることが好ましい。
【0030】
請求項6の発明は、請求項1から5のいずれかに記載の構成に加え、光導波路は、感光法により加工されており、テープ状のポリイミドからなる基板に、ロールコーティング法によって順次貼り合わされていることが好ましい。
【0031】
すなわち、本発明にあっては、基板の構成材料にガラス織布等のテンションメンバ又は力学的補強材を含まず、かつ厚さに制限を加えた、光透過性に優れた単一又は積層された構造でなる有機材料基板を用い、さらにこの基板の垂直方向に光導波路又は伝送路を確保するために、その光透過部となる部分の回路構成材料を除去し、これにより露出した有機材料基板の表面を同種又は異種の透明材料で覆うことによって、その有機材料基板表面での伝送ロスを抑えた構造を提案する。
【0032】
上記請求項1の構成によれば、光素子と光導波路との間の光透過部が基板内に形成されているので、穴開け加工や穴埋め加工が排除される。
【0033】
上記請求項2の構成によれば、基板の厚さ方向の光透過損失が0.8dB以下であるので、光導波路中での光透過損失を約1dB、光路変換部での光透過損失をそれぞれ0.5dB〜1dBとみなすと、全体で3dB以下にできる。
【0034】
上記請求項3の構成によれば、基板表面での光の損失・散乱が抑えられ、光透過部における光透過損失が実用レベルに低減される。
【0035】
上記請求項4の構成によれば、エポキシ系やポリイミド系の有機材料は加工性に優れているため、光導波路の形成加工が容易になる。
【0036】
上記請求項5の構成によれば、基板が光透過性を有するため、光導波路が光素子の搭載部と容易に位置合わせされて固定される。
【0037】
上記請求項6の構成によれば、ライン上に乗せられるので、連続的に製造される。
【0038】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0039】
図1は本発明の一実施の形態を示す光導波路付き電気配線基板の断面図であり、図2は、図1の光導波路付き電気配線基板を第1回路部側(図1では下側)から見た平面図であり、図3は、図1の光導波路付き電気配線基板を第2回路部側(この場合、上側)から見た平面図である。
【0040】
図1に示すように、この光導波路付き電気配線基板は、例えば誘電率が3.4、誘電正接が0.01、25μm厚のポリイミド(PI)からなる有機材料基板13の一方の面15−1に発光素子17及び受光素子16の搭載部26,27を有する第1回路部(図では下側)20−1が形成されていると共に、他方の面15−2に光導波路30を有する第2回路部(この場合、上側)20−2が形成されている。
【0041】
有機材料基板13は、Z方向(厚さ方向)の光透過損失が0.8dB以下の光透過性を有し、このケースにおけるポリイミド(PI)自体の光透過損失は、850μm波長帯で0.3dB以下(表面平滑時)と評価できる値となっている。
【0042】
この第1回路部20−1には、搭載部26,27の周囲に、銅箔からなる電源・グランド18や信号線19が必要に応じて配置された電気回路14が形成されている(図2参照)。
【0043】
また、第2回路部20−2には、微細導通ビア21及びビア充填部22により、第1回路部20−1の電気回路14と電気的に接続された電気回路12が形成されていると共に、有機材料基板13中に光透過部15が形成されるように、搭載部26,27と対称な位置にエポキシ系或いはポリイミド系の有機材料からなる光導波路30が設けられている。
【0044】
光導波路30は、電気配線基板上に形成された下部クラッド23と、この下部クラッド23上に形成されたコア部11と、このコア部11を覆うように形成された上部クラッド25とからなる。
【0045】
コア部11は、平行に例えば6本形成されており、発光素子の発光面又は受光素子の受光面に臨んで各端部が配置されていると共に、各端部に光導波路30の光軸を90°変換する光路変換部としてのミラー24が形成されている(図3参照)。
【0046】
次に、図1〜図3に示した光導波路付き電気配線基板の製造方法を作用と共に説明する。
【0047】
本実施の形態では、TABテープ上にエポキシ材からなる有機光導波路を設けて光導波路付き電気配線基板を製造する場合について述べる。
【0048】
まず、有機材料基板13を用意し、この有機材料基板13の第1回路部20−1が形成される面15−1に、光透過部15上に電源・グランドパターン18や信号線19が配置されないように、平面的又は微細導通ビア21を迂回するなどして設計された回路パターンの電気回路14を銅箔により形成する。
【0049】
さらに、有機材料基板13の第2回路部20−2が形成される面15−2の、搭載部26,27と対向する部分についても第1回路面20−1のエリアと同等の銅箔が存在しない部分を有する電気回路12を形成してTABテープを作製する。
【0050】
このとき、有機材料基板13は光透過性を有するので、第1回路部20−1の電気回路14と第2回路部20−2の電気回路12との位置合わせを容易に行える。
【0051】
また、光透過部15となる、銅箔が存在しない部分は、電気回路12,14を形成する際に同時にエッチングされて形成されることにより、容易に高精度に加工することができる。この方法は、機械的な穿孔方法よりも遥かに工業性が高いと言える。
【0052】
さらに、この光透過部15は、機械的に穿孔加工を行う場合と比べ、有機材料基板13を通して作業状態を管理できるので、実装において特に気を付けるべき点が極めて少ないことも作業性を容易にしている要因となる。
【0053】
そして、このTABテープの第2回路部20−2に形成された電気回路12上に光導波路30を形成する。
【0054】
光導波路30の形成方法は、予めオフラインで光学的な方法又は転写法によって有機材料からなる光導波路を形成しておき、その後、所定の位置に透明な接着剤などを用いて貼り合せる方法、又は有機材料基板に電気回路を形成した後、その電気回路上に、適当な手法を講じて直接光導波路を構成する材料を成膜・積層し、その後、光学的な方法で所望のコア形状の光導波路を形成していく方法などがある。これらの光導波路30の形成方法は、基板の設計規準、用途等の付帯状況によって取捨選択されるべきである。
【0055】
本実施の形態では、全体の加工精度の安定性を安価に確保する観点に則り、後者の電気回路上に直接光導波路を形成する方法で製作を進める場合について述べる。
【0056】
まず、光導波路30の構成材は加工性を考慮して、感光性を付与しておいた屈折率の異なるエポキシ材(光導波路30が構成される程度の屈折率の差異を設ける)を基に、それぞれいわゆるクラッド材及びコア材として構成可能なエポキシ材を用意する。これらのエポキシ材としては、現時点で各種材料メーカーから提供されているものが用いられる。
【0057】
本発明に用いられる材料特性としては、電気的な特性が良好なこと、例えば誘電率及び誘電正接が小さいことが望ましい。これは、光導波路30の近傍又はその直下に電気配線12が形成される場合に、その電気配線12における誘電損或いは歪み・捻れを極力低減させるためである。現時点では、誘電率3.3、誘電正接0.008程度のものが開発されており、今まで本発明者らにより、それらの材料を適用して試作を行った例がある。
【0058】
これらの材料のうち、下部クラッド23の材料となるエポキシ材を、そのTABテープ上に、例えばロールコーティング法等によって積層する。
【0059】
下部クラッド23の厚さは、エポキシ材の屈折率の組み合わせにもよるが、約50μm〜150μm程度が好ましい。
【0060】
このエポキシ材を被覆する前に、必要があれば、機械的な方法又は化学的な方法にて、光透過部15が形成される部分の有機材料基板13の表面粗さRmaxを1μm以下に平滑化しておくことが望ましい。
【0061】
これは、この有機材料基板13と下部クラッド23となるエポキシ材との境界面の粗さに応じた光の散乱を極力抑え、不要な光透過損失を低減させるためである。
【0062】
なお、一般に、有機材料基板13としてのポリイミド(PI)上の銅箔を除いた部分は、銅箔の粗化面の写し(レプリカ)が形成されており、表面粗さRmaxが2μm〜5μm程度の状態となる。
【0063】
この平滑化による異物を嫌う場合は、その有機材料基板13の搭載部26,27側の表面15−1に集光用のレンズを設けるか、もしくは有機材料基板13の光導波路側の表面15−2に、表面粗さの数倍程度のクラッド材(この場合、エポキシ樹脂)の薄膜を形成することも、有機材料基板13の表面での光の損失・散乱を防止するには有効な手法である。
【0064】
また、このクラッド材に感光性を付与している場合には、このクラッド材を、端子部などの表面のカバーレイ(保護層)や半田付け時のソルダーレジスト材として使用することも可能である。
【0065】
さらに、この下部クラッド23上に、同様にロールコーティング法によって、コア材を積層し、このコア材を露光・液層現像することによって所定の形状に加工してコア部11を形成する。
【0066】
そして、このコア部11を覆うようにクラッド材を配して上部クラッド25を形成することにより、ポリイミド(PI)の基材中を光路とする光導波路30の経路を確保できる。
【0067】
さらに、光透過部15を透過して伝送された光信号を光導波路30内に入力すべく光路変換を行うには、図1に示したような90度変換ミラー24を形成することが必要になる。
【0068】
このミラー24を形成する方法は種々あるが、ここではブレードによる機械的加工方法について説明する。
【0069】
図8(a)〜(d)は光導波路に全反射ミラーを形成する方法を説明するための説明図であり、図9(a)〜(d)は光導波路にミラーブロックを形成する方法を説明するための説明図である。
【0070】
光導波路に全反射ミラーを形成するに際しては、ミラー24の傾斜角を光導波路の面方向に対して適切な為す角(概ね45度)に設定できるように、予め、両面の刃先傾斜角がそれぞれ45度でかつ切削加工後に適当な加工表面粗さが得られる表面粗さの番手(例えば#800〜#2000)の表面を有するブレードB1を用意する。
【0071】
そして、このブレードB1を適当な速度で回転させると共に、図8(a)に示すような光導波路基板30aのコア部と光素子の光軸とが交差する部分に、図8(b)に示すように、その光素子の光軸と平行に押し当て、所定の深さまで切削することにより、図8(c)に示すような全反射ミラー24が形成される。そして、図8(d)に示すように、基板部分を削除して全反射ミラー24が形成された光導波路が作製される。この全反射ミラー24は、光導波路を伝送した光信号が光導波路内で反射するミラー面を有している。
【0072】
また、光導波路にミラーブロックを形成するに際しては、図8のブレードB1に代えて、一方の面の刃先傾斜角が0度であり、他方の面の刃先傾斜角が45度のブレードB2を用意する。
【0073】
そして、このブレードB1を適当な速度で回転させると共に、図9(a)に示すような光導波路基板30aのコア部と光素子の光軸とが交差する部分に、図9(b)に示すように、その光素子の光軸と平行に押し当て、所定の深さまで切削することにより、図9(c)に示すようなミラーブロック24aが作製される。このミラーブロック24aは、図9(d)に示すように、光導波路を伝送した光信号が光導波路の光軸に対して垂直な端面から外部に出射した後、光導波路の光軸に対して45度傾斜した他の端面で反射するミラーを有している。
【0074】
このように、図8(a)〜(d)もしくは図9(a)〜(d)に示した方法で形成されたミラー24は、表面が空気に接することになる。この状態でも十分なミラー効果を有するが、ミラー面に異物が付着しミラー特性の変化が懸念されるような場合には、この切削部分に、コア材よりも屈折率が小さい材料を適宜充填しても良い。
【0075】
さらに、光導波路30のミラー加工された部分の反対側にある端末部についても、光導波路30を伝送した光信号が元の電気回路14へ伝送できるように、図8(a)〜(d)に示した方法と同様に加工して、同様形状のミラー24を形成することにより、光導波路付き電気配線基板が製造される。
【0076】
このように、本実施の形態は、通常の有機光導波路形成技術を用いて製造されるので、光素子16,17と光導波路30とを容易に光結合できる電気−光複合配線板を、安価にかつ容易に製造することができる。
【0077】
さらに、本実施の形態は、光透過部15が有機材料基板13中に形成されるので、従来の穴開け加工や穴埋め加工を排除できる。
【0078】
また、光導波路30中での光透過損失を約1dB、ミラー24での光透過損失をそれぞれ0.5dB〜1dBとみなすと、実用化には全体で3dB以下であることが好ましいので、有機材料基板13のZ方向(厚さ方向)の光透過損失はそれぞれ0.8dB以下である必要があるが、本実施の形態の有機材料基板13の厚さ方向の光透過損失は850μm波長帯で0.3dB以下に設定されているため、実用に十分な光透過性を有すると言える。
【0079】
次に、本実施の形態の変形例について述べる。
【0080】
図4は、図1の光導波路付き電気配線基板の変形例の断面図である。
【0081】
図4に示すように、この光導波路付き電気配線基板は、有機材料基板としてのポリイミド(PI)の搭載部側の面の光透過部上に、上述した光を集光する集光用レンズ34を設置したものである。
【0082】
このように構成した場合、ポリイミド(PI)を薄く形成し、かつ光導波路30の下部クラッド23を薄く形成することで、光の広がり角の影響を受けにくくなると考えられるが、集光用レンズ34により積極的に集光を図ることは光の結合の観点からは重要な施策であると言える。
【0083】
また、図5は、図1の光導波路付き電気配線基板の他の変形例の平面図である。
【0084】
図5に示すように、この光導波路付き電気配線基板は、基板の光素子側よりも光導波路側の方が空きスペースが多いため、光導波路30と同一面上に、電気信号処理用大規模集積回路(LSI)の搭載部37,38を形成したものである。
【0085】
このように、搭載面積が異なる光素子と光導波路とを異なる面上に設けることにより、基板設計の自由度が増加し、更なる集積化を図ることができる。
【0086】
次に、本発明の他の実施の形態について述べる。
【0087】
図6は、本発明の他の実施の形態を示す光導波路付き電気配線基板の断面図であり、図7は、図6の光導波路付き電気配線基板の第2回路部側(図6では上側)から見た平面図である。
【0088】
図6に示すように、この光導波路付き電気配線基板は、第1回路部20−1に設けられた発光素子17及び受光素子16に加え、第2回路部20−2にも発光素子33及び受光素子35が設けられるものであり、光信号の一部を、光導波路30を経由せず、基板のみを経由させて直接取り込むように受光素子35が配置されるようになっている。
【0089】
具体的には、図7に示すように、この光導波路付き電気配線基板は、図6の発光素子33及び受光素子35の搭載部32,36が、光導波路20の近傍でかつ第1回路部に設けられる発光素子からの光信号が基板13を透過して、第2回路部20−2に設けられる受光素子35に直接入力されるように、また、第2回路部20−2に設けられる発光素子33からの光信号が基板13を透過して、第1回路部に設けられる受光素子に直接入力されるように、第1回路部の光素子の搭載部と対称な位置に形成されている。
【0090】
このように構成することにより、光素子の基板上の配置において飛躍的に自由度が増すと共に、光素子及び駆動素子の実装密度が向上する結果になり、より小型の機器に本実施の形態のような光伝送部品を搭載することが可能になる。
【0091】
尚、本実施の形態は、光導波路30の基板として、感光性の付与が容易でかつ成膜のためのキュア温度が比較的低いため加工性に優れているエポキシを使用する場合で説明したが、感光性を付与したポリイミドを使用した場合でも、温度条件、加工条件の部分が一部異なるのみであるので、基本的には同様の工程を経ることで、上述したエポキシを光導波路材料として使用した場合と同様な機能を得ることができる。
【0092】
また、本実施の形態にあっては、発光・受光素子と駆動素子とを光導波路付き電気配線基板の片面において複合化した素子を扱う場合を主として想定しているが、上述したように、発光・受光素子と駆動素子とをその異なる面に搭載した素子や、発光・受光素子と駆動素子とをその両面に複合化した素子等に対しても本発明を適用できることは言うまでもない。
【0093】
さらに、本実施の形態では、基板の両面に銅材等でなる電気回路を有する電気配線基板を用いる場合について述べたが、片面にのみ電気回路を有する電気配線基板や、複数の有機材料層からなり、それら有機材料層同士の間のいずれか或いは全てに電気回路が形成された電気配線基板を用いても良い。但し、この場合、光導波路と光素子との間の光透過部が電気回路により塞がれないように回路設計する必要があることは言うまでもない。
【0094】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、発光・受光素子と光導波路との間の光透過部を安価に形成できると共に、光透過部における光透過損失が小さく、かつ高密度の回路レイアウトが可能な、高品位の光導波路付き電気配線基板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す光導波路付き電気配線基板の断面図である。
【図2】図1の光導波路付き電気配線基板を第1回路部側から見た平面図である。
【図3】図1の光導波路付き電気配線基板を第2回路部側から見た平面図である。
【図4】図1の光導波路付き電気配線基板の変形例の断面図である。
【図5】図1の光導波路付き電気配線基板の他の変形例の平面図である。
【図6】本発明の他の実施の形態を示す光導波路付き電気配線基板の断面図である。
【図7】図6の光導波路付き電気配線基板を第2回路部側から見た平面図である。
【図8】(a)〜(d)は光導波路に全反射ミラーを形成する方法を説明するための説明図である。
【図9】(a)〜(d)は光導波路にミラーブロックを形成する方法を説明するための説明図である。
【図10】従来の光素子及び光導波路付き電気配線基板の断面図である。
【図11】従来の他の光素子及び光導波路付き電気配線基板の部分拡大斜視図である。
【図12】図11の光素子及び光導波路付き電気配線基板の変形例の概略図である。
【図13】発光・受光素子と制御駆動部とが一体化された半導体素子の概略図である。
【符号の説明】
11 コア部
13 有機材料基板
14 電気回路
15 光透過部
15−1 有機材料基板の一方の面(下面)
15−2 有機材料基板の他方の面(上面)
16 受光素子(PD)
17 発光素子(VCSEL)
24 ミラー(光路変換部)
26,27 搭載部
30 光導波路
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気配線基板に光導波路が設けられた光導波路付き電気配線基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電気配線基板に光導波路が設けられた光導波路付き電気配線基板は、一般的に用いられる電気配線基板の信号速度の限界を克服するために開発検討されている基板である。
【0003】
この光導波路付き電気配線基板には、通常の電気配線に加え、一般にはエポキシ系、またはポリイミド系の有機光導波路を形成したものが知られている。
【0004】
その光導波路付き電気配線基板上には、通常用いられる電気信号を処理または格納する素子(半導体パッケージを含む)に加えて、電気信号を光信号に変換して出力する面発光レーザ(VCSEL)などの発光素子や、光信号を入力して電気信号に変換するフォトダイオード(PD)などの受光素子が搭載されている。
【0005】
図10は従来の光素子及び光導波路付き電気配線基板の断面図である。
【0006】
図10に示すように、従来の光素子は、VCSEL44やPD46が駆動IC45や受信IC47と同一面上の近傍に設けられており、この光素子が実装される光導波路付き電気配線基板40は、従来の電気配線基板41の内層にポリマー光導波路42を埋設した構造である。そして、このポリマー光導波路42の光入出力部が露出するように、電気配線基板41に光を透過させる穴43が形成されている(例えば、非特許文献1参照。)。
【0007】
また、図11は従来の他の光素子及び光導波路付き電気配線基板の部分拡大斜視図である。
【0008】
図10の構造以外の構造としては、図11に示すように、電気配線基板50の凹部51内に光素子としてのVCSEL52が設けられており、このVCSEL52に対向して光路変換部が配置されるように、フィルム状のポリマー光導波路53が積層されている構造が知られている(例えば、非特許文献2参照。)。
【0009】
すなわち、現在の標準的な技術では、素子の機能面(受光面、発光面)を素子の両側に形成すると共にそれらの両機能面を光学的に連結することを工業的に安価で容易に達成することが難しいため、素子の機能面と電気信号が入出力される面とが同一面とならざるを得ず、大概の場合、先に述べた素子の機能面は基板側に面することになる。
【0010】
ところで、上述したPD46、VCSEL44,52などの発光素子や受光素子は、一般には単独で光信号を出力したり、入力するなどの機能を有しているわけではなく、光素子の近傍に設けられた制御駆動部(LSIなど)によりその光素子の動作が制御され、光信号の入出力が可能となる。
【0011】
この場合、発光・受光素子とこの制御駆動部とが独立して設けられていることは、高速の電気信号の伝送にとって大きなマイナスポイントである。
【0012】
このため、最近では、発光・受光素子と制御駆動部とが一体化された半導体素子を使用する方法が検討されている。
【0013】
図13は、発光・受光素子と制御駆動部とが一体化された半導体素子の概略図である。
【0014】
図13に示すように、この半導体素子は、制御駆動部(図示せず)が形成されたシリコン素子1の機能面2上に、ガリウム砒素結晶からなる発光素子4aとしてのVCSELや、受光素子4bとしてのPDが形成されている。そして、これら発光素子4a及び受光素子4bを取り囲むように電極端子部5が形成されており、さらに機能面2上には、この半導体素子を電気配線基板に実装するための半田ボール6が設けられている。
【0015】
この方法では、制御駆動部と発光・受光素子4a,4bとの間を結ぶ距離が最短化されるため、より高速な光通信を行う点では非常に有用な構造と言える。
【0016】
この方法が一般的になれば、図11に示したような電気配線基板50の凹部51内に設けられたVCSEL52に対向して光導波路53が設けられた構造、もしくは図11の光素子及び光導波路付き電気配線基板の変形例である図12に示すような、光導波路付き電気配線基板の光導波路10の光路変換部に、図13の半導体素子のGaAs機能面(発光面3a、受光面3b)を対向させて発光素子4aや受光素子4bが搭載された構造が有力になると考えられる。
【0017】
【非特許文献1】
石井雄三「マイクロレンズを用いた光I/Oパッケージ技術」エレクトロニクス実装学会誌Vol.5 No.5、p478−p482、2002
【非特許文献2】
小林潤也「ポリマー光導波路材料技術の動向」エレクトロニクス実装学会誌Vol.5 No.5、p500−p506、2002
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図10、図11に示した発光・受光素子及び光導波路の位置関係構造は、図中、垂直方向に光を伝送・透過する部分を形成するには、製作コストが高くなるという問題がある。
【0019】
光を伝送・透過する部分を形成するには、一般にはパンチ打抜き法や、レーザ又はドリルなどの機械的な工法を採用することになるが、高い加工精度が要求される光−電気複合基板には薦められる方法ではない。
【0020】
少なくとも、基板上に電気回路を形成する場合、高い加工精度を実現したいとの要求は非常に強い。さらに、有機材料に対して機械的な開口加工を行う場合、加工面にばりが発生したり、また、切断もしくはドリル加工により異物残さが発生するなど、高品位の基板を製作するには大きな障害があった。
【0021】
さらに、従来技術においては、この開口部に光を透過する透明樹脂を充填する穴埋め工法を行う必要が生じる。
【0022】
穴埋め工法は、一般には貫通した穴に対して行うので、その充填作業にコストがかかることが知られており、さらに充填後に透明樹脂の表面形状を整えるために、研磨などの機械的手法を適用することが不可欠である。
【0023】
一方、図12に示した構造のように、ベース基板9に対して垂直方向に光透過部となる穴を形成せず、光導波路10と電気配線7とを同一平面上に設けることが考えられるが、この場合、図13に示した半導体素子を想定すると、電極端子部5と発光素子4a及び受光素子4bとの間に、互いに空間的に干渉するという問題が発生し、高密度の回路レイアウトが不可能になる。
【0024】
そこで、本発明の目的は、発光・受光素子と光導波路との間の光透過部を安価に形成できると共に、光透過部における光透過損失が小さく、かつ高密度の回路レイアウトが可能な、高品位の光導波路付き電気配線基板を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1の発明は、基板上に、光軸がこの基板と垂直な光素子の搭載部となる電気回路と、光素子の光信号の光路を基板と平行な方向に変換する光路変換部が形成された光導波路とを有する光導波路付き電気配線基板において、基板は透明部材からなり、基板の一方の面に電気回路を設け、基板の他方の面に光路変換部が形成された光導波路を設けたものである。
【0026】
請求項2の発明は、請求項1に記載の構成に加え、基板は、厚さ方向の光透過損失が0.8dB以下の光透過性を有することが好ましい。
【0027】
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の構成に加え、光信号が透過する部分における基板と光導波路との接合面での光透過損失を低減すべく、基板の表面粗さが1μm未満であるか、基板と光導波路との間に透明薄膜が挿入されているか又は基板の光素子の搭載部側の面に集光用レンズが設けられていることが好ましい。
【0028】
請求項4の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の構成に加え、光導波路はエポキシ系或いはポリイミド系の有機材料からなることが好ましい。
【0029】
請求項5の発明は、請求項1から4のいずれかに記載の構成に加え、光導波路は、基板に対して搭載部と対称な位置に光路変換部が配置されるように、光透過性を有する接着剤を挟んで貼り合わされていることが好ましい。
【0030】
請求項6の発明は、請求項1から5のいずれかに記載の構成に加え、光導波路は、感光法により加工されており、テープ状のポリイミドからなる基板に、ロールコーティング法によって順次貼り合わされていることが好ましい。
【0031】
すなわち、本発明にあっては、基板の構成材料にガラス織布等のテンションメンバ又は力学的補強材を含まず、かつ厚さに制限を加えた、光透過性に優れた単一又は積層された構造でなる有機材料基板を用い、さらにこの基板の垂直方向に光導波路又は伝送路を確保するために、その光透過部となる部分の回路構成材料を除去し、これにより露出した有機材料基板の表面を同種又は異種の透明材料で覆うことによって、その有機材料基板表面での伝送ロスを抑えた構造を提案する。
【0032】
上記請求項1の構成によれば、光素子と光導波路との間の光透過部が基板内に形成されているので、穴開け加工や穴埋め加工が排除される。
【0033】
上記請求項2の構成によれば、基板の厚さ方向の光透過損失が0.8dB以下であるので、光導波路中での光透過損失を約1dB、光路変換部での光透過損失をそれぞれ0.5dB〜1dBとみなすと、全体で3dB以下にできる。
【0034】
上記請求項3の構成によれば、基板表面での光の損失・散乱が抑えられ、光透過部における光透過損失が実用レベルに低減される。
【0035】
上記請求項4の構成によれば、エポキシ系やポリイミド系の有機材料は加工性に優れているため、光導波路の形成加工が容易になる。
【0036】
上記請求項5の構成によれば、基板が光透過性を有するため、光導波路が光素子の搭載部と容易に位置合わせされて固定される。
【0037】
上記請求項6の構成によれば、ライン上に乗せられるので、連続的に製造される。
【0038】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0039】
図1は本発明の一実施の形態を示す光導波路付き電気配線基板の断面図であり、図2は、図1の光導波路付き電気配線基板を第1回路部側(図1では下側)から見た平面図であり、図3は、図1の光導波路付き電気配線基板を第2回路部側(この場合、上側)から見た平面図である。
【0040】
図1に示すように、この光導波路付き電気配線基板は、例えば誘電率が3.4、誘電正接が0.01、25μm厚のポリイミド(PI)からなる有機材料基板13の一方の面15−1に発光素子17及び受光素子16の搭載部26,27を有する第1回路部(図では下側)20−1が形成されていると共に、他方の面15−2に光導波路30を有する第2回路部(この場合、上側)20−2が形成されている。
【0041】
有機材料基板13は、Z方向(厚さ方向)の光透過損失が0.8dB以下の光透過性を有し、このケースにおけるポリイミド(PI)自体の光透過損失は、850μm波長帯で0.3dB以下(表面平滑時)と評価できる値となっている。
【0042】
この第1回路部20−1には、搭載部26,27の周囲に、銅箔からなる電源・グランド18や信号線19が必要に応じて配置された電気回路14が形成されている(図2参照)。
【0043】
また、第2回路部20−2には、微細導通ビア21及びビア充填部22により、第1回路部20−1の電気回路14と電気的に接続された電気回路12が形成されていると共に、有機材料基板13中に光透過部15が形成されるように、搭載部26,27と対称な位置にエポキシ系或いはポリイミド系の有機材料からなる光導波路30が設けられている。
【0044】
光導波路30は、電気配線基板上に形成された下部クラッド23と、この下部クラッド23上に形成されたコア部11と、このコア部11を覆うように形成された上部クラッド25とからなる。
【0045】
コア部11は、平行に例えば6本形成されており、発光素子の発光面又は受光素子の受光面に臨んで各端部が配置されていると共に、各端部に光導波路30の光軸を90°変換する光路変換部としてのミラー24が形成されている(図3参照)。
【0046】
次に、図1〜図3に示した光導波路付き電気配線基板の製造方法を作用と共に説明する。
【0047】
本実施の形態では、TABテープ上にエポキシ材からなる有機光導波路を設けて光導波路付き電気配線基板を製造する場合について述べる。
【0048】
まず、有機材料基板13を用意し、この有機材料基板13の第1回路部20−1が形成される面15−1に、光透過部15上に電源・グランドパターン18や信号線19が配置されないように、平面的又は微細導通ビア21を迂回するなどして設計された回路パターンの電気回路14を銅箔により形成する。
【0049】
さらに、有機材料基板13の第2回路部20−2が形成される面15−2の、搭載部26,27と対向する部分についても第1回路面20−1のエリアと同等の銅箔が存在しない部分を有する電気回路12を形成してTABテープを作製する。
【0050】
このとき、有機材料基板13は光透過性を有するので、第1回路部20−1の電気回路14と第2回路部20−2の電気回路12との位置合わせを容易に行える。
【0051】
また、光透過部15となる、銅箔が存在しない部分は、電気回路12,14を形成する際に同時にエッチングされて形成されることにより、容易に高精度に加工することができる。この方法は、機械的な穿孔方法よりも遥かに工業性が高いと言える。
【0052】
さらに、この光透過部15は、機械的に穿孔加工を行う場合と比べ、有機材料基板13を通して作業状態を管理できるので、実装において特に気を付けるべき点が極めて少ないことも作業性を容易にしている要因となる。
【0053】
そして、このTABテープの第2回路部20−2に形成された電気回路12上に光導波路30を形成する。
【0054】
光導波路30の形成方法は、予めオフラインで光学的な方法又は転写法によって有機材料からなる光導波路を形成しておき、その後、所定の位置に透明な接着剤などを用いて貼り合せる方法、又は有機材料基板に電気回路を形成した後、その電気回路上に、適当な手法を講じて直接光導波路を構成する材料を成膜・積層し、その後、光学的な方法で所望のコア形状の光導波路を形成していく方法などがある。これらの光導波路30の形成方法は、基板の設計規準、用途等の付帯状況によって取捨選択されるべきである。
【0055】
本実施の形態では、全体の加工精度の安定性を安価に確保する観点に則り、後者の電気回路上に直接光導波路を形成する方法で製作を進める場合について述べる。
【0056】
まず、光導波路30の構成材は加工性を考慮して、感光性を付与しておいた屈折率の異なるエポキシ材(光導波路30が構成される程度の屈折率の差異を設ける)を基に、それぞれいわゆるクラッド材及びコア材として構成可能なエポキシ材を用意する。これらのエポキシ材としては、現時点で各種材料メーカーから提供されているものが用いられる。
【0057】
本発明に用いられる材料特性としては、電気的な特性が良好なこと、例えば誘電率及び誘電正接が小さいことが望ましい。これは、光導波路30の近傍又はその直下に電気配線12が形成される場合に、その電気配線12における誘電損或いは歪み・捻れを極力低減させるためである。現時点では、誘電率3.3、誘電正接0.008程度のものが開発されており、今まで本発明者らにより、それらの材料を適用して試作を行った例がある。
【0058】
これらの材料のうち、下部クラッド23の材料となるエポキシ材を、そのTABテープ上に、例えばロールコーティング法等によって積層する。
【0059】
下部クラッド23の厚さは、エポキシ材の屈折率の組み合わせにもよるが、約50μm〜150μm程度が好ましい。
【0060】
このエポキシ材を被覆する前に、必要があれば、機械的な方法又は化学的な方法にて、光透過部15が形成される部分の有機材料基板13の表面粗さRmaxを1μm以下に平滑化しておくことが望ましい。
【0061】
これは、この有機材料基板13と下部クラッド23となるエポキシ材との境界面の粗さに応じた光の散乱を極力抑え、不要な光透過損失を低減させるためである。
【0062】
なお、一般に、有機材料基板13としてのポリイミド(PI)上の銅箔を除いた部分は、銅箔の粗化面の写し(レプリカ)が形成されており、表面粗さRmaxが2μm〜5μm程度の状態となる。
【0063】
この平滑化による異物を嫌う場合は、その有機材料基板13の搭載部26,27側の表面15−1に集光用のレンズを設けるか、もしくは有機材料基板13の光導波路側の表面15−2に、表面粗さの数倍程度のクラッド材(この場合、エポキシ樹脂)の薄膜を形成することも、有機材料基板13の表面での光の損失・散乱を防止するには有効な手法である。
【0064】
また、このクラッド材に感光性を付与している場合には、このクラッド材を、端子部などの表面のカバーレイ(保護層)や半田付け時のソルダーレジスト材として使用することも可能である。
【0065】
さらに、この下部クラッド23上に、同様にロールコーティング法によって、コア材を積層し、このコア材を露光・液層現像することによって所定の形状に加工してコア部11を形成する。
【0066】
そして、このコア部11を覆うようにクラッド材を配して上部クラッド25を形成することにより、ポリイミド(PI)の基材中を光路とする光導波路30の経路を確保できる。
【0067】
さらに、光透過部15を透過して伝送された光信号を光導波路30内に入力すべく光路変換を行うには、図1に示したような90度変換ミラー24を形成することが必要になる。
【0068】
このミラー24を形成する方法は種々あるが、ここではブレードによる機械的加工方法について説明する。
【0069】
図8(a)〜(d)は光導波路に全反射ミラーを形成する方法を説明するための説明図であり、図9(a)〜(d)は光導波路にミラーブロックを形成する方法を説明するための説明図である。
【0070】
光導波路に全反射ミラーを形成するに際しては、ミラー24の傾斜角を光導波路の面方向に対して適切な為す角(概ね45度)に設定できるように、予め、両面の刃先傾斜角がそれぞれ45度でかつ切削加工後に適当な加工表面粗さが得られる表面粗さの番手(例えば#800〜#2000)の表面を有するブレードB1を用意する。
【0071】
そして、このブレードB1を適当な速度で回転させると共に、図8(a)に示すような光導波路基板30aのコア部と光素子の光軸とが交差する部分に、図8(b)に示すように、その光素子の光軸と平行に押し当て、所定の深さまで切削することにより、図8(c)に示すような全反射ミラー24が形成される。そして、図8(d)に示すように、基板部分を削除して全反射ミラー24が形成された光導波路が作製される。この全反射ミラー24は、光導波路を伝送した光信号が光導波路内で反射するミラー面を有している。
【0072】
また、光導波路にミラーブロックを形成するに際しては、図8のブレードB1に代えて、一方の面の刃先傾斜角が0度であり、他方の面の刃先傾斜角が45度のブレードB2を用意する。
【0073】
そして、このブレードB1を適当な速度で回転させると共に、図9(a)に示すような光導波路基板30aのコア部と光素子の光軸とが交差する部分に、図9(b)に示すように、その光素子の光軸と平行に押し当て、所定の深さまで切削することにより、図9(c)に示すようなミラーブロック24aが作製される。このミラーブロック24aは、図9(d)に示すように、光導波路を伝送した光信号が光導波路の光軸に対して垂直な端面から外部に出射した後、光導波路の光軸に対して45度傾斜した他の端面で反射するミラーを有している。
【0074】
このように、図8(a)〜(d)もしくは図9(a)〜(d)に示した方法で形成されたミラー24は、表面が空気に接することになる。この状態でも十分なミラー効果を有するが、ミラー面に異物が付着しミラー特性の変化が懸念されるような場合には、この切削部分に、コア材よりも屈折率が小さい材料を適宜充填しても良い。
【0075】
さらに、光導波路30のミラー加工された部分の反対側にある端末部についても、光導波路30を伝送した光信号が元の電気回路14へ伝送できるように、図8(a)〜(d)に示した方法と同様に加工して、同様形状のミラー24を形成することにより、光導波路付き電気配線基板が製造される。
【0076】
このように、本実施の形態は、通常の有機光導波路形成技術を用いて製造されるので、光素子16,17と光導波路30とを容易に光結合できる電気−光複合配線板を、安価にかつ容易に製造することができる。
【0077】
さらに、本実施の形態は、光透過部15が有機材料基板13中に形成されるので、従来の穴開け加工や穴埋め加工を排除できる。
【0078】
また、光導波路30中での光透過損失を約1dB、ミラー24での光透過損失をそれぞれ0.5dB〜1dBとみなすと、実用化には全体で3dB以下であることが好ましいので、有機材料基板13のZ方向(厚さ方向)の光透過損失はそれぞれ0.8dB以下である必要があるが、本実施の形態の有機材料基板13の厚さ方向の光透過損失は850μm波長帯で0.3dB以下に設定されているため、実用に十分な光透過性を有すると言える。
【0079】
次に、本実施の形態の変形例について述べる。
【0080】
図4は、図1の光導波路付き電気配線基板の変形例の断面図である。
【0081】
図4に示すように、この光導波路付き電気配線基板は、有機材料基板としてのポリイミド(PI)の搭載部側の面の光透過部上に、上述した光を集光する集光用レンズ34を設置したものである。
【0082】
このように構成した場合、ポリイミド(PI)を薄く形成し、かつ光導波路30の下部クラッド23を薄く形成することで、光の広がり角の影響を受けにくくなると考えられるが、集光用レンズ34により積極的に集光を図ることは光の結合の観点からは重要な施策であると言える。
【0083】
また、図5は、図1の光導波路付き電気配線基板の他の変形例の平面図である。
【0084】
図5に示すように、この光導波路付き電気配線基板は、基板の光素子側よりも光導波路側の方が空きスペースが多いため、光導波路30と同一面上に、電気信号処理用大規模集積回路(LSI)の搭載部37,38を形成したものである。
【0085】
このように、搭載面積が異なる光素子と光導波路とを異なる面上に設けることにより、基板設計の自由度が増加し、更なる集積化を図ることができる。
【0086】
次に、本発明の他の実施の形態について述べる。
【0087】
図6は、本発明の他の実施の形態を示す光導波路付き電気配線基板の断面図であり、図7は、図6の光導波路付き電気配線基板の第2回路部側(図6では上側)から見た平面図である。
【0088】
図6に示すように、この光導波路付き電気配線基板は、第1回路部20−1に設けられた発光素子17及び受光素子16に加え、第2回路部20−2にも発光素子33及び受光素子35が設けられるものであり、光信号の一部を、光導波路30を経由せず、基板のみを経由させて直接取り込むように受光素子35が配置されるようになっている。
【0089】
具体的には、図7に示すように、この光導波路付き電気配線基板は、図6の発光素子33及び受光素子35の搭載部32,36が、光導波路20の近傍でかつ第1回路部に設けられる発光素子からの光信号が基板13を透過して、第2回路部20−2に設けられる受光素子35に直接入力されるように、また、第2回路部20−2に設けられる発光素子33からの光信号が基板13を透過して、第1回路部に設けられる受光素子に直接入力されるように、第1回路部の光素子の搭載部と対称な位置に形成されている。
【0090】
このように構成することにより、光素子の基板上の配置において飛躍的に自由度が増すと共に、光素子及び駆動素子の実装密度が向上する結果になり、より小型の機器に本実施の形態のような光伝送部品を搭載することが可能になる。
【0091】
尚、本実施の形態は、光導波路30の基板として、感光性の付与が容易でかつ成膜のためのキュア温度が比較的低いため加工性に優れているエポキシを使用する場合で説明したが、感光性を付与したポリイミドを使用した場合でも、温度条件、加工条件の部分が一部異なるのみであるので、基本的には同様の工程を経ることで、上述したエポキシを光導波路材料として使用した場合と同様な機能を得ることができる。
【0092】
また、本実施の形態にあっては、発光・受光素子と駆動素子とを光導波路付き電気配線基板の片面において複合化した素子を扱う場合を主として想定しているが、上述したように、発光・受光素子と駆動素子とをその異なる面に搭載した素子や、発光・受光素子と駆動素子とをその両面に複合化した素子等に対しても本発明を適用できることは言うまでもない。
【0093】
さらに、本実施の形態では、基板の両面に銅材等でなる電気回路を有する電気配線基板を用いる場合について述べたが、片面にのみ電気回路を有する電気配線基板や、複数の有機材料層からなり、それら有機材料層同士の間のいずれか或いは全てに電気回路が形成された電気配線基板を用いても良い。但し、この場合、光導波路と光素子との間の光透過部が電気回路により塞がれないように回路設計する必要があることは言うまでもない。
【0094】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、発光・受光素子と光導波路との間の光透過部を安価に形成できると共に、光透過部における光透過損失が小さく、かつ高密度の回路レイアウトが可能な、高品位の光導波路付き電気配線基板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す光導波路付き電気配線基板の断面図である。
【図2】図1の光導波路付き電気配線基板を第1回路部側から見た平面図である。
【図3】図1の光導波路付き電気配線基板を第2回路部側から見た平面図である。
【図4】図1の光導波路付き電気配線基板の変形例の断面図である。
【図5】図1の光導波路付き電気配線基板の他の変形例の平面図である。
【図6】本発明の他の実施の形態を示す光導波路付き電気配線基板の断面図である。
【図7】図6の光導波路付き電気配線基板を第2回路部側から見た平面図である。
【図8】(a)〜(d)は光導波路に全反射ミラーを形成する方法を説明するための説明図である。
【図9】(a)〜(d)は光導波路にミラーブロックを形成する方法を説明するための説明図である。
【図10】従来の光素子及び光導波路付き電気配線基板の断面図である。
【図11】従来の他の光素子及び光導波路付き電気配線基板の部分拡大斜視図である。
【図12】図11の光素子及び光導波路付き電気配線基板の変形例の概略図である。
【図13】発光・受光素子と制御駆動部とが一体化された半導体素子の概略図である。
【符号の説明】
11 コア部
13 有機材料基板
14 電気回路
15 光透過部
15−1 有機材料基板の一方の面(下面)
15−2 有機材料基板の他方の面(上面)
16 受光素子(PD)
17 発光素子(VCSEL)
24 ミラー(光路変換部)
26,27 搭載部
30 光導波路
Claims (6)
- 基板上に、光軸が該基板と垂直な光素子の搭載部となる電気回路と、上記光素子の光信号の光路を上記基板と平行な方向に変換する光路変換部が形成された光導波路とを有する光導波路付き電気配線基板において、上記基板は透明部材からなり、上記基板の一方の面に上記電気回路を設け、上記基板の他方の面に上記光路変換部が形成された光導波路を設けたことを特徴とする光導波路付き電気配線基板。
- 上記基板は、厚さ方向の光透過損失が0.8dB以下の光透過性を有する請求項1に記載の光導波路付き電気配線基板。
- 光信号が透過する部分における上記基板と上記光導波路との接合面での光透過損失を低減すべく、上記基板の表面粗さが1μm未満であるか、上記基板と上記光導波路との間に透明薄膜が挿入されているか又は上記基板の光素子の搭載部側の面に集光用レンズが設けられている請求項1又は2に記載の光導波路付き電気配線基板。
- 上記光導波路はエポキシ系或いはポリイミド系の有機材料からなる請求項1から3のいずれかに記載の光導波路付き電気配線基板。
- 上記光導波路は、上記基板に対して上記搭載部と対称な位置に上記光路変換部が配置されるように、光透過性を有する接着剤を挟んで貼り合わされている請求項1から4のいずれかに記載の光導波路付き電気配線基板。
- 上記光導波路は、感光法により加工されており、テープ状のポリイミドからなる上記基板に、ロールコーティング法によって順次貼り合わされている請求項1から5のいずれかに記載の光導波路付き電気配線基板。
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