JP2005085844A - 光電気複合配線構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光軸ズレがなく確実な位置合わせが可能なため光の伝送ロスが小さく、しかもワイヤボンディング等の導通構造を用いずに部品間の導通を図ることが可能な光電気複合配線構造体を提供すること。
【解決手段】本発明の光電気複合配線構造体10は、光学素子搭載基板41と、電気配線基板11と、導電性の位置合わせ用ガイド部材31とを備える。光学素子搭載基板本体42には、光学素子搭載基板側位置合わせ凹部48が形成される。電気配線基板本体22には電気配線基板側位置合わせ凹部28が形成される。位置合わせ用ガイド部材31は、光学素子搭載基板側位置合わせ凹部48及び電気配線基板側位置合わせ凹部28に対して嵌合している。光学素子搭載基板側導体46及び電気配線基板側導体15,16,17は、位置合わせ用ガイド部材31を介して導通される。
【選択図】 図2
【解決手段】本発明の光電気複合配線構造体10は、光学素子搭載基板41と、電気配線基板11と、導電性の位置合わせ用ガイド部材31とを備える。光学素子搭載基板本体42には、光学素子搭載基板側位置合わせ凹部48が形成される。電気配線基板本体22には電気配線基板側位置合わせ凹部28が形成される。位置合わせ用ガイド部材31は、光学素子搭載基板側位置合わせ凹部48及び電気配線基板側位置合わせ凹部28に対して嵌合している。光学素子搭載基板側導体46及び電気配線基板側導体15,16,17は、位置合わせ用ガイド部材31を介して導通される。
【選択図】 図2
Description
本発明は、光電気複合配線構造体及びその製造方法に係り、特には光学素子搭載基板と電気配線基板との位置合わせ及び導通のための構造に特徴を有する光電気複合配線構造体及びその製造方法に関するものである。
近年、インターネットに代表される情報通信技術の発達や、情報処理装置の処理速度の飛躍的向上などに伴って、画像等の大容量データを送受信するニーズが高まりつつある。かかる大容量データを情報通信設備を通じて自由にやり取りするためには10Gbps以上の情報伝達速度が望ましく、そのような高速通信環境を実現しうる技術として光通信技術に大きな期待が寄せられている。
一方、機器内の配線基板間での接続、配線基板内の半導体チップ間での接続、半導体チップ内での接続など、比較的短い距離における信号伝達経路に関しても、高速で信号を伝送することが近年望まれている。このため、従来一般的であった金属ケーブルや金属配線から、光ファイバや光導波路を用いた光伝送へと移行することが理想的である考えられている。
特に光導波路は、光ファイバと比較して配線自由度が高い等の利点を有することから、近年注目を集めている。それゆえ最近では、光導波路を主基板の表面に対してほぼ平行な状態で接合した構造の主配線基板が提案されるに至っている。この種の主配線基板には、光学素子を備える光学素子実装パッケージが実装される(例えば、特許文献1参照)。前記特許文献1では、光学素子を実装したパッケージを主配線基板上にはんだバンプにて接続してリフローする際のセルフアライメント作用により、パッケージと主配線基板とを所定の位置に配置できる、という技術が開示されている。より詳細には、リフロー時のアライメント作用によって、パッケージ側にある光学素子と、主配線基板側にある光導波路の端部の光路変換部との位置合わせ(光軸合わせ)が行われる、という技術が開示されている。
ところが、上記特許文献1の技術では、光学素子を実装したパッケージ(光学素子搭載基板)と主配線基板(電気配線基板)との位置合わせをはんだリフローにより行っているにすぎない。そのため、位置合わせ精度が十分ではなく、光学素子と光導波路との間で光軸ズレが生じやすく、ひいては光の伝送ロスが生じやすい。従って、この手法では今後予想される高速度化・高密度化等に十分に対応できないものと考えられる。
また、上記特許文献1の構成を採用した場合、光学素子を実装したパッケージ(光学素子搭載基板)と主配線基板(電気配線基板)との間を、例えばボンディングワイヤ等の導通構造によって導通する必要がある。しかしながら、ワイヤボンディングが必要な分だけ工数が増える結果、高コストになる。また、ワイヤボンディングを実施してしまうと、例えば光学素子を実装したパッケージ(光学素子搭載基板)を取り外して交換するような修正作業を行うことが面倒になる。さらに、ボンディングワイヤは極めて細い金属線材からなるので、大きな電流を流したい用途には不向きである。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光軸ズレがなく確実な位置合わせが可能なため光の伝送ロスが小さく、しかもワイヤボンディング等の導通構造を用いずに部品間の導通を図ることが可能な光電気複合配線構造体及びその製造方法を提供することにある。
そして、上記課題を解決しうる手段としては、光学素子搭載基板側位置合わせ凹部が形成された光学素子搭載基板本体と、前記光学素子搭載基板本体に形成された光学素子搭載基板側導体と、前記光学素子搭載基板本体上に搭載され、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有する光学素子とを有する光学素子搭載基板と、電気配線基板側位置合わせ凹部が形成された電気配線基板本体と、前記電気配線基板本体に形成された電気配線基板側導体とを有する電気配線基板と、前記光学素子搭載基板側位置合わせ凹部及び前記電気配線基板側位置合わせ凹部に対して嵌合可能な導電性の位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記光学素子搭載基板側導体及び前記電気配線基板側導体が前記導電性の位置合わせ用ガイド部材を介して導通されていることを特徴とする光電気複合配線構造体、がある。
従って、本発明によると、位置合わせ用ガイド部材がそれぞれの位置合わせ凹部に対して嵌合することで、より積極的にかつ高い精度で光学素子搭載基板と電気配線基板とを位置合わせすることができる。ゆえに、光の伝送ロスが小さく、高速度化・高密度化等に十分に対応しうる光電気複合配線構造体を実現することができる。しかも、位置合わせ用ガイド部材が光学素子搭載基板側と電気配線基板側とを導通する導通構造としても機能するため、ボンディングワイヤ等の導通構造を用いて各部品を導通する必要がなくなる。よって、ワイヤボンディング工程等が不要になる結果、全体の工数が減り、低コスト化を達成することができる。また、この光電気複合配線構造体は個別に作製しておいた各部品を組み立てることで得ることができるため、低コスト化に向いている。しかも、各部品を個別に作製可能となる結果、それぞれの部品を形成する材料の選択の余地が広くなる。
前記光学素子搭載基板及び前記電気配線基板の形成材料としては、例えば、樹脂、セラミック、ガラス、金属などを挙げることができるが、なかでも特にセラミックが好ましい。樹脂に比較して熱伝導性の高いセラミックを用いた場合には、発生した熱が効率よく放散され、動作安定性・信頼性が向上する。とりわけ光学素子搭載基板においては、放熱性の悪化に起因する発光波長のズレが回避される結果、動作安定性・信頼性が向上する。基板形成材料として好適なセラミックの例を挙げると、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ほう素、ベリリア、ムライト、低温焼成ガラスセラミック、ガラスセラミック等がある。これらの中でもアルミナや窒化アルミニウムを基板形成材料として選択することが特に好ましい。
また、基板形成材料として好適な樹脂の例としては、例えば、EP樹脂(エポキシ樹脂)、PI樹脂(ポリイミド樹脂)、BT樹脂(ビスマレイミド−トリアジン樹脂)、PPE樹脂(ポリフェニレンエーテル樹脂)等を挙げることができる。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維(ガラス織布やガラス不織布)やポリアミド繊維等の有機繊維、シリカフィラー等の無機フィラーとの複合材料を基板形成材料として使用してもよい。基板形成材料として好適な金属の例としては、例えば、銅、銅合金、銅以外の金属単体、銅以外の合金などを挙げることができる。
前記光学素子搭載基板本体は光学素子搭載基板側導体を備え、前記電気配線基板本体は電気配線基板側導体を備えている。前記導体は基板本体の表面に形成されていてもよく、内部に形成されていてもよい。なお、かかる導体(導体回路やビアホール導体など)は、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)などからなる導電性金属ペーストを印刷または充填することにより形成される。なお、導体層やビアホール導体は、めっき等により形成されてもよい。そして、このような導体には電気信号や電源電流が流れるようになっている。
前記光学素子搭載基板の光学素子搭載基板本体上には、1つまたは2つ以上の光学素子が搭載されている。その搭載方法としては、例えば、フリップチップボンディング等の手法、異方導電性材料を用いた手法などを採用することができる。発光部を有する光学素子(即ち発光素子)としては、例えば、発光ダイオード(Light Emitting Diode;LED)、半導体レーザダイオード(Laser Diode ;LD)、面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser;VCSEL)等を挙げることができる。これらの発光素子は、入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を所定部位に向けて発光部から出射する機能を備えている。一方、受光部を有する光学素子(即ち受光素子)としては、例えば、pinフォトダイオード(pin Photo Diode;pin PD)、アバランシェフォトダイオード(APD)等を挙げることができる。これらの受光素子は、光信号を受光部にて入射し、その入射した光信号を電気信号に変換して出力する機能を有している。なお、前記光学素子は発光部及び受光部の両方を有するものであってもよい。前記光学素子に使用する好適な材料としては、例えば、Si、Ge、InGaAs、GaAsP、GaAlAsなどを挙げることができる。このような光学素子(特に発光素子)は、動作回路によって動作される。光学素子及び動作回路は、例えば、光学素子搭載基板に形成された光学素子搭載基板側導体を介して電気的に接続されている。
前記電気配線基板上には各種の電子部品が実装されていてもよいし、前記電気配線基板の内部には各種の電子部品が内蔵されていてもよい。その具体例を挙げると、半導体集積回路チップ、半導体パッケージ、各種のチップ部品(例えばチップトランジスタ、チップダイオード、チップ抵抗、チップキャパシタ、チップコイル)などがある。これらの電子部品は、いずれも電気配線基板に形成された電気配線基板側導体に電気的に接続されている。
上記光電気複合配線構造体においては、前記光学素子搭載基板本体及び前記電気配線基板本体は、第1凹部を有するセラミック基板からなり、前記第1凹部の内部には前記光学素子搭載基板側導体または前記電気配線基板側導体に接続される導電性充填体が配置され、前記導電性充填体には、前記第1凹部よりも小径であって、前記光学素子搭載基板側位置合わせ凹部または前記電気配線基板側位置合わせ凹部として機能する第2凹部が形成されていることが、好ましい。
従って、この構成によれば、位置合わせ凹部として機能する第2凹部に位置合わせ用ガイド部材を嵌合支持させることができる。このとき、位置合わせ用ガイド部材に対して導電性充填体が接触するため、位置合わせ用ガイド部材及び導電性充填体を介して光学素子搭載基板側導体と電気配線基板側導体とを導通することができる。また、光学素子搭載基板本体及び電気配線基板本体が、放熱性に優れるセラミック基板からなるため、光電気複合配線構造体の動作安定性・信頼性を向上させることができる。
前記光学素子搭載基板本体及び前記電気配線基板本体は、表面及び裏面を有する平板状のセラミック基板からなることが好ましい。前記第1凹部は、セラミック基板の表面または裏面のみにて開口する(即ち開口部を1つ有する)非貫通穴であってもよいほか、セラミック基板の表面及び裏面の両方において開口する(即ち開口部を2つ有する)貫通穴であっても構わない。
第2凹部被形成部である導電性充填体は、前記第1凹部内に位置し、前記第1凹部よりも小径である第2凹部を有している。第2凹部は非貫通穴であっても貫通穴であっても構わない。第2凹部の大きさ、形状等については特に限定されず、後述する位置合わせ用ガイド部材を嵌合支持可能な程度であればよい。また、第1凹部の中心線と第2凹部の中心線とは、必ずしも合っていなくてよい。
導電性充填体は、基板を形成するセラミック材料よりも加工性のよい材料からなることが好ましい。ここで「加工性のよい」材料とは、具体的には、穴明けのための加工(例えばドリル加工、パンチ加工、エッチング加工、レーザ加工など)が相対的に容易な材料のことを指す。例えば、基板を形成するセラミック材料よりも硬度の低い材料などは、一般に加工性のよい材料であるということができる。かかる材料を用いた場合、高精度の穴明けを簡単にかつ低コストで行うことができる。
前記導電性充填体は、例えば、シリコンやロウ材などの導電性金属を用いて形成したり、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)などの導電性金属をフィラーとして含む導電性樹脂ペーストを用いて形成することができる。なお、かかる導電性樹脂ペーストは加工性に極めて優れているので、これを使用すれば高精度の穴明けを簡単にかつ低コストで行うことができる。
ここで前記第2凹部は精密加工穴であることが好ましい。精密加工穴であると、光軸合わせの際の基準となる位置合わせ用ガイド部材を、正しい位置にて支持することができるからである。
前記位置合わせ用ガイド部材は、光学素子搭載基板や電気配線基板の位置合わせ凹部に嵌合して支持されるようになっている。ここで位置合わせ用ガイド部材の形状については特に限定されないが、例えばピン状のもの(ガイドピン)が好ましい。ピン状であると嵌脱をスムーズに行うことができるからである。
前記位置合わせ用ガイド部材は少なくとも導電性を有している必要があり、その好適例としては導電性金属からなるガイドピンを挙げることができる。導電性金属の例としては、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、クロム(Cr)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、チタン(Ti)などがある。勿論、導電性を有したものであれば、先に列挙した金属の化合物を用いてもよく、先に列挙した金属2種以上からなる合金を用いてもよい。なお、前記位置合わせ用ガイド部材は、必ずしも導電性金属のみからなるものでなくてもよく、一部に導電性を有しない材料を含んで構成されていてもよい。例えば、樹脂やセラミックなどからなる基体の表面に、めっき等の手法によって導電性金属層を被覆形成した構造の位置合わせ用ガイド部材であってもよい
また、前記位置合わせ用ガイド部材はある程度高い機械的強度を有することが好ましい。位置合わせ用ガイド部材に変形が生じると、高精度の位置合わせ状態が維持されなくなるおそれがある。しかし、ある程度高い機械的強度を有する位置合わせ用ガイド部材であれば、その心配がないからである。導電性に加えてある程度高い機械的強度を有する金属の好適例としては、例えば、鉄を主成分とする鋼などを挙げることができる。
また、位置合わせ用ガイド部材の直径については、光学素子搭載基板や電気配線基板の位置合わせ凹部と嵌合できるように、当該位置合わせ凹部の内径とほぼ同じである必要がある。また、1つの光電気複合配線構造体における位置合わせ用ガイド部材の使用数については特に限定されないが、位置合わせ精度の向上及び固定強度の向上という観点からすると、単数よりは複数であることがよい。なお、導体の一部として機能しうる位置合わせ用ガイド部材が複数存在していると、半導体集積回路素子の多端子化が進んだ場合に有利な構成となる。
前記導電性の位置合わせ用ガイド部材は、前記光学素子搭載基板側導体及び前記電気配線基板側導体におけるグランド用導体または電源用導体に導通されていることが好ましい。即ち、位置合わせ用ガイド部材は、一般的なボンディングワイヤに比べて大径に形成することが可能なため、構造的にみて大きな電流を流すのに適しているからである。勿論、位置合わせ用ガイド部材は、光学素子搭載基板側導体及び電気配線基板側導体における信号用導体に導通されていても構わない。
上記光電気複合配線構造体は、さらに光導波路層を備えていてもよい。前記光導波路層を構成する光導波路層本体は、板状またはフィルム状の部材であって、光信号が伝搬する光路となるコア及びそのコアを取り囲むクラッドを有している。光導波路層を形成材料の面から大別すると、ポリマ材料等からなる有機系の光導波路層と、石英ガラスや化合物半導体等からなる無機系の光導波路層とがある。前記ポリマ材料としては、感光性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを選択することができ、具体的には、フッ素化ポリイミド等のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、UV硬化性エポキシ樹脂、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、重水素化PMMA、重水素フッ素化PMMA等のアクリル樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが好適である。有機系の光導波路層の利点は、可撓性を有するフィルム状に形成可能なこと、取扱性に優れること、比較的安価なこと等である。一方、無機系の光導波路層の利点は耐熱性に優れること等である。そして、このような光導波路層本体には、位置合わせ用ガイド部材が嵌合可能な光導波路層側位置合わせ凹部が形成されることが好ましい。
上記光電気複合配線構造体は、さらに光路変換部品を備えていてもよい。前記光路変換部品は、光透過性材料からなり、光を反射して光路を変換しうる部位を有することが好ましい。この場合、光導波路層においてコアの途上または端部の位置には穴部が設けられ、光路変換部品本体の一部はその穴部に挿入配置される。光路変換部品本体の一部は、光導波路層に設けられた穴部の中に挿入可能な大きさ、形状を有する突起であることがよい。その好適例としては、傾斜面を有する断面略直角三角形状の突起を挙げることができる。前記傾斜面は略直角三角形状における最も長い辺に位置している。この場合には、傾斜面が実質的に光路変換部品本体の光反射部位となる。
光路変換部品本体のみを備える光路変換部品であっても光を反射して光路を変換することは十分可能であるが、より好ましくは前記光路変換部品本体の一部に光反射体を形成することがよい。この構成によると、光を効率よく反射することが可能となり、光の伝送ロスをいっそう低減することができる。光反射体は前記光路変換部品本体の内部または表面に形成されることがよい。なお、光路変換部品本体の表面に光反射体を形成した構造のほうが製造しやすいため、低コスト化に有利である。具体的には、前記光路変換部品本体は、前記コアの延びる方向に対して傾斜した位置関係の傾斜面を有するとともに、前記傾斜面の表面上には、前記光反射体である金属膜が形成されていることが好ましい。金属膜の形成に使用される金属材料としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、ロジウム等のような、光沢を有する金属を挙げることができる。光沢を有する金属は光を効率よく反射しうるため、光路変換部品としての用途に適するからである。金属膜は光を90%以上反射することがよく、特には光を全反射することがよい。そして、このような光路変換部品本体には、位置合わせ用ガイド部材が嵌合可能な光路変換部品側位置合わせ凹部が形成されることが好ましい。
もっとも、このような光反射体は光導波路層本体の一部に形成されていてもよく、具体的には、光導波路層本体に加工されたV字溝の内面に光反射体である金属膜を形成するようにしてもよい。かかる構成であると、光路変換部品を省略することが可能となる。
上記光電気複合配線構造体は、さらにマイクロレンズアレイを備えていてもよい。マイクロレンズアレイとは、マイクロレンズアレイ本体に、光透過性材料からなる1つまたは2つ以上のマイクロレンズを形成した部材をいう。マイクロレンズアレイを備えたものであると、光がマイクロレンズを通過する際に集光されるので、光の伝送ロスをよりいっそう低減することができる。マイクロレンズは100μm以下の直径を有することがよい。マイクロレンズは光路変換部品本体と共通の光透過性材料を用いて一体形成されることが好ましい。そして、このようなマイクロレンズアレイ本体には、位置合わせ用ガイド部材が嵌合可能なマイクロレンズアレイ側位置合わせ凹部が形成されることが好ましい。
また、上記課題を解決する別の手段としては、請求項2乃至5のいずれか1項に記載の光電気複合配線構造体の製造方法において、後に前記光学素子搭載基板本体となるセラミック未焼結体、及び、後に前記電気配線基板本体となるセラミック未焼結体をそれぞれ作製する未焼結体作製工程と、穴加工を行うことにより前記セラミック未焼結体にそれぞれ前記第1凹部を形成する第1穴明け工程と、前記セラミック未焼結体を焼結させて前記光学素子搭載基板本体及び前記電気配線基板本体とする焼成工程と、前記第1凹部内に前記導電性充填体を設ける充填工程と、前記充填工程後に穴加工を行うことにより前記導電性充填体に前記第2凹部を形成する第2穴明け工程と、前記第2凹部に対して前記導電性の位置合わせ用ガイド部材を嵌合させることにより、光学素子搭載基板と電気配線基板とを位置合わせする位置合わせ工程とを含むことを特徴とする光電気複合配線構造体の製造方法、がある。
従って、本発明の製造方法によれば、上記構成を有する光電気複合配線基板を確実にかつ低コストで製造することができる。
以下、上記の製造方法を工程に沿って説明する。
未焼結体作製工程では、後に前記光学素子搭載基板本体となるセラミック未焼結体、及び、後に前記電気配線基板本体となるセラミック未焼結体をそれぞれ従来周知の手法により作製する。この場合、具体的にはプレス成形法やシート成形法を採用することができる。
第1穴明け工程では、穴加工を行うことにより前記セラミック未焼結体に前記第1凹部を形成する。セラミック材料は完全に焼結すると極めて硬くなる性質があるため、加工が難しくなり、加工コストも高くなる。これに対して、それほど硬くない未焼結状態のセラミック材料に対する穴加工は、比較的簡単にかつ低コストで行うことが可能だからである。ここで、第1穴明け工程における穴加工の方法としては周知の技術を採用することができ、具体例としては、ドリル加工、パンチ加工、レーザ加工などがある。ただし、低コストという観点からすると、ドリル加工やパンチ加工といった機械的加工が好ましく、特にはパンチ加工が好ましい。
前記第1穴明け工程では、前記焼成工程を経た時点における前記第1凹部の内径が、前記第2凹部の内径及び前記位置合わせ用ガイド部材の直径よりも大きくなるように設定して、前記第1凹部の穴加工を行うことが好ましい。その理由は、セラミックは焼成工程を経ることで収縮し、それに伴って第1凹部も小径化しかつ位置ズレするため、それを計算に入れて第1凹部を大きめに形成しておく必要があるからである。
前記焼成工程では、前記セラミック未焼結体を高温で加熱することにより焼結させて、前記光学素子搭載基板本体及び前記電気配線基板本体とする。この時点でセラミックは硬質化する。焼成温度や焼成時間等については、選択したセラミックの種類に応じて適宜設定される。
充填工程では、前記第1凹部内に前記導電性充填体を設ける。その場合の手法としては特に限定されないが、例えば、第1凹部内に未硬化状態の導電性材料を充填した後、その導電性材料を硬化させること等が好ましい。この方法によれば、第1凹部との間に隙間がなくなり、第1凹部の内壁面に対する導電性充填体の密着性がよくなる。よって、第1凹部内に導電性充填体を確実に保持することができ、ひいては位置合わせ用ガイド部材を確実に保持することができる。
例えば、導電性金属をフィラーとして含む導電性樹脂ペーストを用いる場合、印刷等の手法によって導電性樹脂ペーストを充填することがよい。さらに、未硬化状態の材料の充填を伴わない方法、例えば、完全硬化状態のまたはある程度硬化した状態の導電性成形体を第1凹部内に嵌め込む、といった方法などを採用してもよい。
前記第2穴明け工程では、前記樹脂充填工程後に穴加工を行うことにより前記導電性樹脂充填体に前記第2凹部を形成する。第2穴明け工程における穴加工の方法としては周知の技術を採用することができるが、この場合には精密穴加工を行うことが望ましい。このような加工法によって第2凹部を形成しておけば、光軸合わせの際の基準となる位置合わせ用ガイド部材を、所望とする正しい位置にて支持することができるからである。精密穴加工の具体的手法としては、ドリル加工、パンチ加工、レーザ加工などがあるが、コスト性などを考慮すると精密ドリルを使用したドリル加工が最も好ましい。なお、第2穴明け工程後に研磨工程を行うようにしてもよく、この場合には第2穴明け工程によって発生したバリ等を確実に除去することができる。また、第2穴明け工程後に、必要に応じて仕上げ加工を行うことにより穴径を微調整してもよい。
前記位置合わせ工程では、前記第2凹部に対して前記導電性の位置合わせ用ガイド部材を嵌合させることにより、光学素子搭載基板と電気配線基板とを位置合わせする。このとき、位置合わせ用ガイド部材及び導電性充填体を介して光学素子搭載基板側導体と電気配線基板側導体とが導通し、所望の光電気複合配線基板が完成する。
[第1実施形態]
以下、本発明を具体化した第1実施形態の光電気複合配線構造体10を、図1〜図4に基づき詳細に説明する。
図1には、本実施形態の光電気複合配線構造体10が示されている。この光電気複合配線構造体10は、光インターポーザ41(光学素子搭載基板)、電気配線基板11、光導波路層61、光路変換部品71、マイクロレンズアレイ81、ガイドピン31(位置合わせ用ガイド部材)という複数の部品によって構成されている。
図2に示されるように、電気配線基板11は、上面12及び下面13を有する略矩形平板状の電気配線基板本体22からなる。かかる電気配線基板11は、いわゆるセラミック多層配線基板であって、上面12及び内層に導体回路16,17(電気配線基板側導体)を備えている。導体回路16は信号用導体であり、導体回路17は電源用導体である。この電気配線基板11は層間接続用のビアホール導体15(電気配線基板側導体)を備えている。電気配線基板本体22の下面13には、複数の接続パッド14が多数設けられている。
図1,図2に示されるように、電気配線基板本体22における複数の箇所には、第1凹部24が設けられている。第1凹部24は円形かつ等断面形状であって、電気配線基板本体22の上面12のみにて開口している。本実施形態の場合、第1凹部24の直径は1.0mm〜2.0mm程度になるように設定されている。また、本実施形態では、発光側及び受光側にそれぞれ4つずつ第1凹部24が配置されている。
第1凹部24の内部には、導電性充填体23が充填形成されている。本実施形態では、導電性粒子である銅に銀をコーティングしたフィラーをエポキシ樹脂中に分散させた導電性樹脂ペーストによって導電性充填体23が形成されている。そして、図2において左側に位置する導電性充填体23に対しては、電源用導体として割り当てられた導体回路17が、電気配線基板11の内層にて電気的に接続されている。図2において右側に位置する導電性充填体23に対しては、信号用導体として割り当てられた導体回路16が、電気配線基板11の内層にてビアホール導体15を介して電気的に接続されている。
導電性充填体23のほぼ中心部には、第2凹部(電気配線基板側位置合わせ凹部)である位置合わせ穴28が設けられている。位置合わせ穴28は円形かつ等断面形状であって、電気配線基板本体22の上面12のみにて開口している。本実施形態の場合、位置合わせ穴28の直径は上記第1凹部24よりも小さく、約0.7mmに設定されている。8つある位置合わせ穴28の内部には、ステンレス鋼からなる断面円形状のガイドピン31(位置合わせ用ガイド部材)が、上面12側に一端を突出させた状態で嵌合支持されている。本実施形態において具体的には、JIS C 5981に規定するガイドピン「CNF125A−21」(直径0.699mm)を使用している。なお、このガイドピン31はステンレス鋼からなるため、好適な強度と好適な導電性とを兼ね備えている。
図1,図2,図3に示されるように、電気配線基板11の上面12には、光導波路層61が配設されている。この光導波路層61は、フィルム状を呈する有機系の光導波路層本体62からなり、下層のクラッド64、コア63及び上層のクラッド64を有している。コア63は、実質的に光信号が伝搬する光路となる部分であって、下層のクラッド64及び上層のクラッド64により取り囲まれている。本実施形態の場合、クラッド64及びコア63は、屈折率等の異なる透明なポリマ材料、具体的には屈折率等の異なるPMMA(ポリメチルメタクリレート)により形成されている。かかるPMMAは熱可塑性を有している。図3に示されるように、本実施形態の場合、光路となるコア63は2つであって、それらは直線的にかつ平行に延びるように形成されている。なお、コア63の数は1つであってもよく、3つ以上であってもよい。コア63を形成する材料は、クラッド64を形成する材料よりも数%ほど屈折率が高くなるように設定される。クラッド64及びコア63の厚さはそれぞれ数十μm程度に設定され、結果として光導波路層本体62の厚さは150μm〜200μm程度になっている。
コア43の途上には、光導波路本体62の上面及び下面にて開口する部品挿入穴65が貫通形成されている。本実施形態の部品挿入穴65は、2つのコア63を横切る(跨ぐ)ようにして形成されている(図3参照)。一方の部品挿入穴65は発光側の光インターポーザ41の直下に位置している、他方の部品挿入穴65は受光側の光インターポーザ41の直下に位置している。なお、光導波路層61の厚さ方向から見たときの部品挿入穴65の形状は略矩形状であり、その一辺の寸法は約150μmに設定されている。また、部品挿入穴65の深さは、150μm〜200μm程度に設定されている。
光導波路層本体62における複数の箇所には、上面及び下面を貫通する円形状の位置合わせ穴68(光導波路層側位置合わせ凹部)が形成されている。これらの位置合わせ穴68は、ガイドピン31の大きさに対応して直径約0.7mmに設定されている。そして、各位置合わせ穴68には前記各ガイドピン31が嵌合支持されている。
また、図1〜図3には本実施形態にて使用される光路変換部品71が示されている。この光路変換部品71は、光導波路層61とマイクロレンズアレイ81との間に配置されている。この光路変換部品71を構成する光路変換部品本体72は、上面及び下面を有する平板状の部材であって、光透過性材料(本実施形態ではPMMA)からなる。光路変換部品本体72の下面側略中央部には、上記部品挿入穴65に挿入可能な断面略直角三角形状の突起73が一体形成されている。光路変換部品本体72の厚さ方向から見たときの突起73の形状は略矩形状であり、同じ方向から見たときの部品挿入穴65の形状と等しくなっている。その突起73における約45°の傾斜面74には、光反射体としての金属膜75が形成されている。本実施形態では、光沢のあるロジウムを用いて厚さ0.1μm〜10μm程度の金属膜75を形成している。かかる金属膜75は光を全反射しうるものである。突起73の高さは、部品挿入穴65の深さと略等しく150μm〜200μm程度に設定されている。
光路変換部品本体72における四隅には、上面及び下面を貫通する円形状の位置合わせ穴78(光路変換部品側位置合わせ凹部)がそれぞれ形成されている。これらの位置合わせ穴78は、ガイドピン31の大きさに対応して直径約0.7mmに設定されている。そして、各位置合わせ穴78には前記各ガイドピン31が嵌合支持されている。
また、図1〜図3には、本実施形態にて使用されるマイクロレンズアレイ81が示されている。このマイクロレンズアレイ81は、光路変換部品71と光インターポーザ41との間に配置されている。このマイクロレンズアレイ81を構成するマイクロレンズアレイ本体82は、上面及び下面を有する平板状の部材であって、光透過性材料(本実施形態ではPMMA)からなる。マイクロレンズアレイ本体82の上面側略中央部には、直径100μm程度の半球状のマイクロレンズ83が2つ一体形成されている。
マイクロレンズアレイ本体82における四隅には、上面及び下面を貫通する円形状の位置合わせ穴88(マイクロレンズアレイ側位置合わせ凹部)がそれぞれ形成されている。これらの位置合わせ穴88は、ガイドピン31の大きさに対応して直径約0.7mmに設定されている。そして、各位置合わせ穴88には前記各ガイドピン31が嵌合支持されている。
また、図1〜図3には、本実施形態における光インターポーザ41が示されている。これらの光インターポーザ41は、マイクロレンズアレイ本体82の上面に配置されている。図2等に示されるように、光インターポーザ41は、上面及び下面を有する略矩形平板状の光インターポーザ本体42からなる。かかる光インターポーザ本体42は、下面側にキャビティを有するセラミック配線基板であって、ビアホール導体45や導体回路46(いずれも光学素子搭載基板側導体)を備えている。光インターポーザ本体42下面のキャビティ内には、光学素子がフェースダウンの態様で実装されている。より詳細には、発光側の光インターポーザ41においては発光素子の一種であるVCSEL51が実装され、受光側の光インターポーザ41においては受光素子の一種であるフォトダイオード56が実装されている。
VCSEL51は、発光面を下方に向けた状態で搭載されていて、一列に並べられた複数(ここでは2つ)の発光部52をその発光面内に有している。従って、これらの発光部22は、図1,図2の下方向に、所定波長のレーザ光を出射するようになっている。フォトダイオード56は、受光面を下方に向けた状態で搭載されていて、一列に並べられた複数(ここでは2つ)の受光部57をその受光面内に有している。従って、これらの受光部57は、図1の下側から上側に向かうレーザ光を受けやすいような構成となっている。
一方、発光側の光インターポーザ41の上面略中央部には、ドライバIC53がフェースアップの態様で実装されている。ドライバIC53及びVCSEL51は、高速信号伝達部であるビアホール導体45を介して互いに導通している。受光側の光インターポーザ41の上面略中央部には、レシーバIC58がフェースアップの態様で実装されている。レシーバIC58及びフォトダイオード56は、高速信号伝達部であるビアホール導体45を介して互いに導通している。
図1,図2に示されるように、光インターポーザ本体42における四隅には、第1凹部44が設けられている。第1凹部44は円形かつ等断面形状であって、光インターポーザ42の上面及び下面の両方にて開口している。本実施形態の場合、第1凹部44の直径は1.0mm〜2.0mm程度になるように設定されている。
第1凹部44の内部には、上述した導電性樹脂ペーストの充填によって導電性充填体43が形成されている。図2に示されるように、このような導電性充填体43に対しては、前記導体回路46の一端が接続されている。導体回路46の他端には接続パッドが形成されるとともに、その接続パッド上にはドライバIC53及びレシーバIC58の端子がそれぞれ接続されている。本実施形態においては、図2の右側に位置する導体回路46は、信号用導体に対応しているため、ドライバIC53及びレシーバIC58の信号端子に接続されている。図2の左側に位置する導体回路46は、電源用導体に対応しているため、ドライバIC53及びレシーバIC58の電源端子に接続されている。
また、導電性充填体43のほぼ中心部には、第2凹部(光インターポーザ側位置合わせ凹部)である位置合わせ穴48が設けられている。位置合わせ穴48は円形かつ等断面形状であって、光インターポーザ本体42の上面及び下面の両方にて開口している。本実施形態の場合、位置合わせ穴48の直径は上記第1凹部44よりも小さく、約0.7mmに設定されている。そして、各位置合わせ穴48には前記各ガイドピン31が嵌合支持されている。
そして、電気配線基板11側と光インターポーザ41側とは、導電性のガイドピン31を介して互いに導通されている。よって、電気配線基板11側から光インターポーザ41側への電力の供給が可能となっている。また、電気配線基板11−光インターポーザ41間での信号のやり取りが可能となっている。
このように構成された光電気複合配線構造体10の一般的な動作について簡単に述べておく。
VCSEL51及びフォトダイオード56は、ガイドピン31を経由した電気配線基板11側からの電力供給により、動作可能な状態となる。電気配線基板11側からの電気信号が、ガイドピン31及びドライバIC53を経てVCSEL51に伝送されると、VCSEL51はその電気信号を光信号(レーザ光)に変換した後、その信号を含む光を下方に向けて出射する。光はまずマイクロレンズアレイ81のマイクロレンズ83を通過する。その際の集光作用により光のスポットサイズが小さくなるため、光の伝送ロスが低減される。マイクロレンズアレイ81を通過した光は、次に光路変換部品71の上面からその内部に入射し、傾斜面74上の金属膜75に到る。そこで、光は約45°進行方向を変換した後、さらに光路変換部品71の突起73内を通過してその側面から出射し、光導波路層61のコア63内に入射する。その後、光はコア63の内部をその長手方向に沿って伝搬し、受光側の光路変換部品71に到る。受光側の光路変換部品71において、まず光は、突起73の側面からその内部に入射し、傾斜面74上の金属膜75に到る。そこで、光は約45°進行方向を変換した後、さらに突起73内を通過して、光路変換部品71の上面から出射する。光路変換部品71を通過した光は、次にマイクロレンズアレイ81の下面側から入射し、マイクロレンズ83を通過して上面側から出射する。その際の集光作用により光のスポットサイズが小さくなるため、光の伝送ロスが低減される。そして、最終的に光は、フォトダイオード56の受光部57に入射する。フォトダイオード56は受光した光信号を電気信号に変換してレシーバIC58に出力する。レシーバIC58は、それを元の電気信号の状態に戻し増幅して出力するようになっている。なお、出力された電気信号は、ガイドピン31を経て電気配線基板11側に伝送される。
次に、上記構成の光電気複合配線構造体10の製造方法についてその一例を説明する。
まず、以下の手順により、あらかじめ光路変換部品71を作製しておく(光路変換部品作製工程)。まずPMMAを材料として金型成形を行い、突起73を有する光路変換部品71を一体形成する。このとき同時に位置合わせ穴78を形成してもよい。次に、ロジウムを含むペーストを作製し、同ペーストを突起73の傾斜面74に塗布し、かつ乾燥させて硬化する。その結果、厚さ数μmの金属膜75を形成し、光路変換部品71を完成させる。なお、金型成形後に精密ドリル加工を行って、位置合わせ穴78を形成しても勿論よい。
また、PMMAを材料として金型成形を行うことにより、マイクロレンズ83を有するマイクロレンズアレイ81をあらかじめ作製しておく(マイクロレンズアレイ作製工程)。このとき同時に位置合わせ穴88を形成してもよいが、金型成形後に精密ドリル加工を行うことで位置合わせ穴88を形成しても勿論よい。
また、以下の手順により、あらかじめ光導波路層61を作製しておく(光導波路層作製工程)。図示しないベース材上に、周知の手法によって下層のクラッド64用の樹脂材料(PMMA)を50μm〜70μmほど塗布しかつ乾燥させて、まず下層のクラッド64を形成する。同様の手法によって、下層のクラッド64の表面上にコア63を塗布形成し、さらにコア63及び下層のクラッド64の表面上に上層のクラッド64を塗布形成する。この後、全体を所定温度で所定時間加熱して、光導波路層61を構成するクラッド64及びコア63を硬化させる。次に、光導波路層61に対し炭酸ガスレーザによるレーザ穴明け加工を施すことにより、図3のような矩形状の部品挿入穴65を2箇所に形成する。なお、レーザ穴明け加工の代わりに、フォトリソグラフィを利用したエッチング加工を行ってもよい。具体的には、クラッド64やコア63の形成材料を塗布、乾燥した後に、その上面にフォトマスクを形成し、この状態でそれぞれ露光及び現像を行うようにする。
また、以下の手順により、あらかじめセラミックからなる光インターポーザ41を作製しておく。アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤などを均一に混合・混練してなる原料を作製し、この原料を用いてプレス成形を行うことによりセラミック未焼結体である成形体を形成する。この成形体における所定部分にパンチ加工を施して、ビアホール用孔及び第1凹部44を形成する。
この段階ではまだセラミックが未焼結状態であるので、穴加工を比較的簡単にかつ低コストで行うことができる。第1穴明け工程では、焼成工程を経た時点における第1凹部44の内径が、位置合わせ穴48(第2凹部)の内径(約0.7mm)及びガイドピン31の直径(約0.7mm)よりも大きくなるように設定して、穴加工を行う。具体的には、1.2mm〜2.4mm程度に設定する。その理由は、セラミックは焼成工程を経ることで収縮し、それに伴って第1凹部44も小径化しかつ位置ズレするため、このことを計算に入れて第1凹部44を大きめに形成しておく必要があるからである。
そして次に、ペースト印刷装置を用いてビアホール用孔の中にビアホール導体用のタングステンペーストを充填する。このとき、当該タングステンペーストが第1凹部44に充填されないように成形体上に所定のマスクを配置してもよい。また、成形体の表面にタングステンペーストを印刷することにより、後に導体回路46となる印刷層を形成する。次に、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、さらにセラミックが焼結しうる温度にて焼成工程を行う。これにより成形体を焼結させ、キャビティを有する光インターポーザ本体42とする。この時点でセラミックは硬質化しかつ収縮すると同時に、タングステンペーストも焼結して硬質化する。
次に、ペースト印刷装置を用いて第1凹部44の中に上記導電性樹脂ペーストを充填し、所定の温度に加熱して同ペーストを硬化させることにより、導電性充填体43とする。ここで、硬化した導電性樹脂ペーストからなる導電性充填体43のほうが、アルミナに比べて硬度が低い。ゆえに、導電性充填体43に対する機械加工のほうが、アルミナに対する機械加工に比べて困難性が小さい。
次に、ペースト印刷装置を用いて第1凹部44の中に上記導電性樹脂ペーストを充填し、所定の温度に加熱して同ペーストを硬化させることにより、導電性充填体43とする。ここで、硬化した導電性樹脂ペーストからなる導電性充填体43のほうが、アルミナに比べて硬度が低い。ゆえに、導電性充填体43に対する機械加工のほうが、アルミナに対する機械加工に比べて困難性が小さい。
そして得られた光インターポーザ本体42に、VCSEL51及びドライバIC53をはんだ付けして発光側の光インターポーザ41を完成させるとともに、フォトダイオード56及びドライバIC58をはんだ付けして受光側の光インターポーザ41を完成させる。
また、以下の手順により、あらかじめ電気配線基板11を作製しておく。アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤などを均一に混合・混練してなる原料スラリーを作製し、この原料スラリーを用いてドクターブレード装置によるシート成形を行って、所定厚みのグリーンシートを形成する。グリーンシートにおける所定部分にはパンチ加工を施し、ビアホール用孔及び第1凹部24を形成する。この段階ではまだセラミックが未焼結状態であるので、穴加工を比較的簡単にかつ低コストで行うことができる。第1穴明け工程では、焼成工程を経た時点における第1凹部24の内径が、位置合わせ穴28(第2凹部)の内径(約0.7mm)及びガイドピン31の直径(約0.7mm)よりも大きくなるように設定して、穴加工を行う。具体的には、1.2mm〜2.4mm程度に設定する。その理由は、セラミックは焼成工程を経ることで収縮し、それに伴って第1凹部24も小径化しかつ位置ズレするため、このことを計算に入れて第1凹部24を大きめに形成しておく必要があるからである。
そして次に、ペースト印刷装置を用いてビアホール用孔の中にビアホール導体用のタングステンペーストを充填する。このとき、当該タングステンペーストが第1凹部24に充填されないようにグリーンシート上に所定のマスクを配置してもよい。また、グリーンシートの表面にタングステンペーストを印刷することにより、後に導体回路16,17となる印刷層を形成する。そして、これら複数枚のグリーンシートを積層してプレスすることにより一体化し、グリーンシート積層体とする。次に、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、さらにセラミックが焼結しうる温度にて焼成工程を行う。これにより、グリーンシート積層体(セラミック未焼結体)を焼結させ、電気配線基板本体22とする。この時点でセラミックは硬質化しかつ収縮すると同時に、タングステンペーストも焼結して硬質化する。
次に、ペースト印刷装置を用いて第1凹部24の中に上記導電性樹脂ペーストを充填し、所定の温度に加熱して同ペーストを硬化させることにより、導電性充填体23とする。ここで、硬化した導電性樹脂ペーストからなる導電性充填体23のほうが、アルミナに比べて硬度が低い。ゆえに、導電性充填体23に対する機械加工のほうが、アルミナに対する機械加工に比べて困難性が小さい。言い換えると、導電性充填体23はアルミナに比べて加工性に優れているということになる。
次に、ペースト印刷装置を用いて第1凹部24の中に上記導電性樹脂ペーストを充填し、所定の温度に加熱して同ペーストを硬化させることにより、導電性充填体23とする。ここで、硬化した導電性樹脂ペーストからなる導電性充填体23のほうが、アルミナに比べて硬度が低い。ゆえに、導電性充填体23に対する機械加工のほうが、アルミナに対する機械加工に比べて困難性が小さい。言い換えると、導電性充填体23はアルミナに比べて加工性に優れているということになる。
次に、下記のような手順で順番に各部品を位置合わせしつつ固定する。
まず、ガイドピン31を電気配線基板11に支持させる。
専用の治具などを用いて、電気配線基板11の各位置合わせ穴28(第2凹部)にガイドピン31を圧入するようにして嵌合支持させる(図4参照)。このとき、ガイドピン31に対して導電性充填体23が密接に接触する。その結果、ガイドピン31が導電性充填体23を介して電気配線基板側導体(ビアホール導体15や導体回路16,17)に電気的に接続される。次に、光導波路層61の各位置合わせ穴68に対してガイドピン31を嵌合支持させるようにして、電気配線基板11の上面に光導波路層61を積層配置する。続いて、光路変換部品71の各位置合わせ穴78に対してガイドピン31を嵌合支持させるようにして、光導波路層61の上面に光路変換部品71を積層配置する。このとき、併せて光路変換部品71の一部(突起73)を光導波路層61の部品挿入穴65内に挿入させる。その結果、突起73の反射面74にて形成された金属膜75がコア63の途上に配置され、かつ、金属膜75及びコア63の光軸が合った状態となる。続いて、マイクロレンズアレイ81の各位置合わせ穴88に対してガイドピン31を嵌合支持させるようにして、光路変換部品71の上面にマイクロレンズアレイ81を積層配置する。その結果、コア63、金属膜75及びマイクロレンズ83の光軸が合った状態となる。そして最後に、光インターポーザ41の各位置合わせ穴48に対してガイドピン31を嵌合支持させるようにして、マイクロレンズアレイ81の上面に光インターポーザ91を積層配置する。このとき、ガイドピン31に対して導電性充填体43が密接に接触する。その結果、ガイドピン31が導電性充填体43を介して光学素子搭載基板側導体(ビアホール導体45や導体回路46)に電気的に接続される。
そして以上の結果、コア63、金属膜75、マイクロレンズ83及び発光部52(または受光部57)の光軸が合った状態となり、所望の光電気複合配線構造体10が完成する。
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
(1)本実施形態の光電気複合配線構造体10では、ガイドピン31が各部品の位置合わせ穴28,48,68,78,88に対して嵌合することで、より積極的にかつ高い精度で部品同士の光軸が合った状態となる。ゆえに、光の伝送ロスが小さく、高速度化・高密度化等に十分に対応しうる光電気複合配線構造体10を実現することができる。
(2)この光電気複合配線構造体10は、個別に作製しておいた各部品を組み立てることで得られるため、低コスト化に向いている。また、本実施形態の場合、各部品は接着剤等を用いることなくガイドピン31を介して固定されているにすぎないので、必要に応じて着脱することが可能である。従って、一部の部品に不良があるような場合であっても、その不良部品のみを取り外して交換する修正作業を容易に行うことができる。勿論このことは光電気複合配線構造体10の低コストにも寄与しうる。
(3)この光電気複合配線構造体10によると、各部品を個別に作製することが可能となり、その結果としてそれぞれの部品を形成する材料の選択の余地が広くなる。具体的にいうと、電気配線基板11や光インターポーザ41と、光導波路層61とを別部品として構成できるため、光導波路層61に高い耐熱性を付与しなくてもよくなり、その材料の選択の余地が広くなる。
(4)本実施形態では、本来的には位置合わせ用ガイド部材であるガイドピン31を、光インターポーザ41側と電気配線基板11側とを導通する導通構造としても機能させている。そのため、ボンディングワイヤ等の導通構造を用いて各部品を導通する必要がなくなる。よって、ワイヤボンディング工程等が不要になる結果、全体の工数が減り、低コスト化を達成することができる。また、いったんボンディングワイヤで接合してしまうと上記修正作業が煩雑になるが、本実施形態によればそのような問題が解消される。即ち、上記修正作業を容易に行うことができ、光電気複合配線構造体10の低コストを図ることができる。
[第2実施形態]
次に、図5に基づいて、第2実施形態の光電気複合配線構造体90について説明する。なお、ここでは第1実施形態との相違点のみについて言及し、共通点については同じ部材番号を付すのみとしてその詳細な説明を省略する。
本実施形態の光電気複合配線構造体90では、光路変換部品71及びマイクロレンズアレイ81が省略される代わりに、光路変換部付きの光導波路層61が使用されている。この光導波路層61を構成する光導波路層本体42の下面には、ダイシング加工によりV字溝92が2箇所に形成されている。即ち、一方のV字溝92は発光部52の直下に位置し、他方のV字溝92は図5にて示されない受光部の直下に位置している。コア63の長手方向に対して約45°の傾斜角度を有するV字溝92の内面には、ロジウムを含むペーストにより、光反射体である金属膜91が形成されている。
そして、図5において左側に位置する導電性充填体29に対しては、グランド用導体として割り当てられた導体回路94が、電気配線基板11の内層にて電気的に接続されている。図5において右側に位置する導電性充填体29に対しては、信号用導体として割り当てられた導体回路16が、電気配線基板11の内層にてビアホール導体15を介して電気的に接続されている。
そして、このような構成であっても上記第1実施形態とほぼ同様の作用効果を奏することができる。即ち、光軸ズレがなく確実な位置合わせが可能なため光の伝送ロスが小さく、しかもワイヤボンディング等の導通構造を用いずに部品間の導通を図ることが可能な光電気複合配線構造体90を提供することができる。特に上記構成によれば、しかも、ガイドピン31を介して光インターポーザ41を確実に接地させることができ、光学素子の動作の安定化を図ること等ができる。また、部品の修正作業を容易に行うことが可能となる。
さらに、第1実施形態では、電気配線基板11及び光インターポーザ41をアルミナからなるセラミック配線基板とし、それに銅フィラーを含む導電性樹脂ペーストを用いて導電性充填体23,43を形成していた。しかし、本実施形態では、電気配線基板11及び光インターポーザ41を低温焼成ガラスセラミック配線基板とし、それに銅からなる導体回路16,17,46、ビアホール導体15,45を形成している。また、ビアホール導体用の銅ペーストの印刷によって同様に導電性充填体29,49を形成している。従って、本実施形態によれば、焼成工程を経てセラミックが焼結する際に同時に銅ペーストも焼結させて、導電性充填体29,49を形成することができるため、全体的に工数を減らすことができる。よって、低コスト化に有利となる。
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、電気配線基板11及び光インターポーザ41がアルミナ配線基板であったが、これをアルミナ以外のセラミックからなる配線基板に変更してもよく、あるいは樹脂配線基板などに変更してもよい。
・第1実施形態では、電気配線基板11、光導波路層61、光路変換部品71、マイクロレンズアレイ81、光インターポーザ41という順序で各部品を積層配置していた。各部品の積層順序は勿論これに限定されることはなく、例えば、下側から順に、電気配線基板11、光インターポーザ41、マイクロレンズアレイ81、光路変換部品71、光導波路層61としてもよい。
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
(1)光学素子搭載基板側位置合わせ凹部が形成された光学素子搭載基板本体と、前記光学素子搭載基板本体に形成された光学素子搭載基板側導体と、前記光学素子搭載基板本体上に搭載され、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有する光学素子とを有する光学素子搭載基板と、電気配線基板側位置合わせ凹部が形成された電気配線基板本体と、前記電気配線基板本体に形成された電気配線基板側導体とを有する電気配線基板と、光導波路層側位置合わせ凹部が形成された光導波路層本体と、前記光導波路層本体に形成されたコアと、前記コアを取り囲むべく前記光導波路層本体に形成されたクラッドとを有する光導波路層と、光透過性材料からなり、光路変換部品側位置合わせ凹部が形成された光路変換部品本体を有する光路変換部品と、前記光学素子搭載基板側位置合わせ凹部、前記電気配線基板側位置合わせ凹部、前記光導波路層側位置合わせ凹部及び前記光路変換部品側位置合わせ凹部に対して嵌合可能な導電性の位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記光学素子搭載基板側導体及び前記電気配線基板側導体が前記導電性の位置合わせ用ガイド部材を介して導通されていることを特徴とする光電気複合配線構造体。
(2)光学素子搭載基板側位置合わせ凹部が形成された光学素子搭載基板本体と、前記光学素子搭載基板本体に形成された光学素子搭載基板側導体と、前記光学素子搭載基板本体上に搭載され、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有する光学素子とを有する光学素子搭載基板と、電気配線基板側位置合わせ凹部が形成された電気配線基板本体と、前記電気配線基板本体に形成された電気配線基板側導体とを有する電気配線基板と、光導波路層側位置合わせ凹部が形成された光導波路層本体と、前記光導波路層本体に形成されたコアと、前記コアを取り囲むべく前記光導波路層本体に形成されたクラッドと、前記コア内を伝送される光信号の光路を変換する光路変換部とを有する光導波路層と、前記光学素子搭載基板側位置合わせ凹部、前記電気配線基板側位置合わせ凹部及び前記光導波路層側位置合わせ凹部に対して嵌合可能な導電性の位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記光学素子搭載基板側導体及び前記電気配線基板側導体が前記導電性の位置合わせ用ガイド部材を介して導通されていることを特徴とする光電気複合配線構造体。
10,90…光電気複合配線構造体
11…電気配線基板
15…電気配線基板側導体としてのビアホール導体
16…電気配線基板側導体としての信号導体回路
17…電気配線基板側導体(電源用導体)としての電源導体回路
22…電気配線基板本体
23,29,43,49…導電性充填体
24,44…第1凹部としての位置合わせ穴
28…電気配線基板側位置合わせ凹部(第1凹部)としての位置合わせ穴
31…位置合わせ用ガイド部材としてのガイドピン
41…光学素子搭載基板としての光インターポーザ
42…光学素子搭載基板本体
45…光学素子搭載基板側導体としての導体回路
46…光学素子搭載基板側導体としてのビアホール導体
48…光学素子搭載基板側位置合わせ凹部(第1凹部)としての位置合わせ穴
51…光学素子(発光素子)としてのVCSEL
52…発光部
56…光学素子(受光素子)としてのフォトダイオード
57…受光部
94…電気配線基板側導体(グランド用導体)としてのグランド導体回路
11…電気配線基板
15…電気配線基板側導体としてのビアホール導体
16…電気配線基板側導体としての信号導体回路
17…電気配線基板側導体(電源用導体)としての電源導体回路
22…電気配線基板本体
23,29,43,49…導電性充填体
24,44…第1凹部としての位置合わせ穴
28…電気配線基板側位置合わせ凹部(第1凹部)としての位置合わせ穴
31…位置合わせ用ガイド部材としてのガイドピン
41…光学素子搭載基板としての光インターポーザ
42…光学素子搭載基板本体
45…光学素子搭載基板側導体としての導体回路
46…光学素子搭載基板側導体としてのビアホール導体
48…光学素子搭載基板側位置合わせ凹部(第1凹部)としての位置合わせ穴
51…光学素子(発光素子)としてのVCSEL
52…発光部
56…光学素子(受光素子)としてのフォトダイオード
57…受光部
94…電気配線基板側導体(グランド用導体)としてのグランド導体回路
Claims (5)
- 光学素子搭載基板側位置合わせ凹部が形成された光学素子搭載基板本体と、前記光学素子搭載基板本体に形成された光学素子搭載基板側導体と、前記光学素子搭載基板本体上に搭載され、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有する光学素子とを有する光学素子搭載基板と、
電気配線基板側位置合わせ凹部が形成された電気配線基板本体と、前記電気配線基板本体に形成された電気配線基板側導体とを有する電気配線基板と、
前記光学素子搭載基板側位置合わせ凹部及び前記電気配線基板側位置合わせ凹部に対して嵌合可能な導電性の位置合わせ用ガイド部材と
を備え、前記光学素子搭載基板側導体及び前記電気配線基板側導体が前記導電性の位置合わせ用ガイド部材を介して導通されていることを特徴とする光電気複合配線構造体。 - 前記光学素子搭載基板本体及び前記電気配線基板本体は、第1凹部を有するセラミック基板からなり、前記第1凹部の内部には前記光学素子搭載基板側導体または前記電気配線基板側導体に接続される導電性充填体が配置され、前記導電性充填体には、前記第1凹部よりも小径であって、前記光学素子搭載基板側位置合わせ凹部または前記電気配線基板側位置合わせ凹部として機能する第2凹部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光電気複合配線構造体。
- 前記第2凹部は精密加工穴であり、前記導電性の位置合わせ用ガイド部材は前記精密加工穴に嵌合された導電性金属からなるガイドピンであることを特徴とする請求項2に記載の光電気複合配線構造体。
- 前記導電性の位置合わせ用ガイド部材は、前記光学素子搭載基板側導体及び前記電気配線基板側導体におけるグランド用導体または電源用導体に導通されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光電気複合配線構造体。
- 請求項2乃至5のいずれか1項に記載の光電気複合配線構造体の製造方法において、
後に前記光学素子搭載基板本体となるセラミック未焼結体、及び、後に前記電気配線基板本体となるセラミック未焼結体をそれぞれ作製する未焼結体作製工程と、
穴加工を行うことにより前記セラミック未焼結体にそれぞれ前記第1凹部を形成する第1穴明け工程と、
前記セラミック未焼結体を焼結させて前記光学素子搭載基板本体及び前記電気配線基板本体とする焼成工程と、
前記第1凹部内に前記導電性充填体を設ける充填工程と、
前記充填工程後に穴加工を行うことにより前記導電性充填体に前記第2凹部を形成する第2穴明け工程と、
前記第2凹部に対して前記導電性の位置合わせ用ガイド部材を嵌合させることにより、光学素子搭載基板と電気配線基板とを位置合わせする位置合わせ工程と
を含むことを特徴とする光電気複合配線構造体の製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2003313625A JP2005085844A (ja) | 2003-09-05 | 2003-09-05 | 光電気複合配線構造体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003313625A Withdrawn JP2005085844A (ja) | 2003-09-05 | 2003-09-05 | 光電気複合配線構造体及びその製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2003
- 2003-09-05 JP JP2003313625A patent/JP2005085844A/ja not_active Withdrawn
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