JP6492169B2 - 光伝送基板および光伝送モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光伝送基板およびこの光伝送基板を備えた光伝送モジュールに関する。

従来、例えば特開２０１１−２３７５０３号公報に記載されているように、光導波路のコア層を被覆する第２クラッド層上に発光素子および受光素子が実装された光電気複合基板が知られている。

本開示の光伝送基板は、配線基板と光伝送路を備えている。前記配線基板は、光電変換素子の実装領域を含む一主面を有している。前記光伝送路は、前記配線基板の前記一主面上に配された層状の第１クラッド部、前記第１クラッド部上に配された帯状の少なくとも１つのコア部および前記コア部の一部上に配された第２クラッド部を有している。前記第２クラッド部の前記実装領域内に位置する部分の厚みは、前記第２クラッド部の前記実装領域外に位置する部分の厚みよりも薄い。
また、前記光伝送路は、前記実装領域内に位置した端部を有しており、前記端部は、前記コア部の一部を有している。
さらに、前記配線基板は、前記一主面の前記実装領域内に配された、光電変換素子が接続可能な少なくとも１つの接続パッドを有している。前記端部は、前記第１クラッド部の上下面に開口を有する、少なくとも１つ貫通領域を有しており、前記接続パッドは、前記貫通領域内に位置している。
そして、前記配線基板は、前記接続パッドを、第１接続パッドとしたときに、前記光伝送路と重なっていない第２接続パッドを、少なくとも１つ有している。

本開示の光伝送モジュールは、上記の光伝送基板と光電変換素子とを備える。光電変換素子は、前記光伝送基板の前記一主面の前記実装領域に配されている。また、前記光伝送基板の上面および光電変換素子の下面との距離は、前記光伝送基板の光伝送路の端部の高さ以上である。

本発明の一実施形態に係る光伝送モジュールを模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る光伝送モジュールの一部を模式的に示す上面図である。 本発明の図２に示した実施形態と異なる一実施形態に係る光伝送モジュールの一部を模式的に示す上面図である。

以下に、本開示の光伝送モジュールについて、図１〜３を参照しつつ説明する。なお、光伝送モジュールはいずれの方向が上方または下方とされて使用されてもよいが、本明細書では、便宜的に直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義するとともに、Ｚ軸方向の正側を上方として上面または下面等の語を用いるものとする。

本発明は、本開示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

図１、２に、本発明の実施形態に係る光伝送モジュールを示す。図１は、本実施形態に係る光伝送モジュールを、図２に示したＸ−Ｘ‘に沿って上下方向（Ｚ軸方向）に切断したときの断面図である。図２は、本実施形態に係る光伝送モジュールから光電変換素子を外した状態を模式的に示した上面図である。

光伝送モジュール１は、例えば、電気機器からの電気信号を光信号に変換して、外部機器と光信号で通信することができる。光伝送モジュール１は、例えば、光トランシーバー、サーバーまたはルータなどの製品に搭載される。光伝送モジュール１は、光電変換素子２と、光電変換素子２が配された光伝送基板３とを備えている。

光電変換素子２は、電気信号を光信号に変換したり、光信号を電気信号に変換したりすることができる。上記の通り、光電変換素子２は光伝送基板３に配されている。具体的には、光電変換素子２は、バンプ４を介して光伝送基板３に実装されている。光電変換素子２は、バンプ４によって、光伝送基板３の上面にフリップチップ実装されている。光電変換素子２の下面と光伝送基板３の上面の間の距離は、例えば、２５μｍ以上１５０μｍ以下であればよい。

光電変換素子２としては、種々の発光素子または受光素子などを使用すればよい。発光素子としては、例えば、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などを使用することができる。また、受光素子としては、例えば、フォトダイオードなどを使用することができる。

バンプ４は、光電変換素子２と光伝送基板３とを導通させることができる。また、バンプ４は、光電変換素子２を光伝送基板３に固定することができる。バンプ４は、例えば、金、銀、銅または半田などの金属材料で形成されていればよい。また、バンプ４は、球状または柱状の形状を有している。なお、バンプ４が球状である場合には、バンプ４として例えば半田ボールなどが使用される。また、バンプ４が柱状である場合には、バンプ４として例えば金からなるスタッドバンプなどが使用される。バンプ４の厚みは、例えば、２０μｍ以上１００μｍ以下であればよい。

光伝送基板３は、配線基板５と、配線基板５上に配された光伝送路６とを有している。配線基板５の上面には、光電変換素子２が実装される。そして、光伝送路６の一部は、配線基板５と光電変換素子２との間に配されている。光電変換素子２および配線基板５は、電気的に接続している。光電変換素子２および光伝送路６は、光学的に接続している。なお、光電変換素子２は、光伝送路６を介して光信号を伝送するため、光伝送路６と対向する位置に受光面または発光面を有している。

配線基板５は、光電変換素子２および光伝送路６を支持することができる。配線基板５は、例えば、複数の絶縁層と複数の金属層を交互に積層させ、１層の絶縁層を貫通して設けられたビア導体を介して、上下方向に隣り合う金属層同士を導通させることで形成されていればよい。なお、金属層は、配線基板５の配線として機能することができる。配線基板５は、従来周知の方法によって作製することができる。

配線基板５は、複数の絶縁層および複数の金属層を有している場合に限られない。配線基板５は、例えば、１層の絶縁層と、１層の絶縁層の上下面に配された金属層とを有するものでもよい。また、配線基板５は、例えば、複数の絶縁層からなる積層体と、積層体の上下面に配された金属層とを有するものでもよい。また、配線基板５は、例えば、１層の絶縁層と、複数の絶縁層からなる積層体と、複数の金属層とを混合したものでもよい。

配線基板５は、上面（一主面）を有している。配線基板５の上面は、光電変換素子２の実装領域Ａを有している。すなわち、実装領域Ａには、光電変換素子２が実装されている。また、配線基板５は、光電変換素子２に電気的に接続するために、配線基板５の上面の実装領域Ａ内に配された複数の接続パッド７を有している。

なお、実装領域Ａとは、配線基板５の上面における光電変換素子２の直下の領域である。言い換えれば、光伝送モジュール１を上面視したときに、配線基板５における光電変換素子２と重なっている領域を指す。

接続パッド７の厚みは、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下であればよい。また、接続パッド７の厚みとバンプ４の厚みとの和は、例えば２５μｍ以上１５０μｍ以下であればよい。なお、「光電変換素子２の下面と光伝送基板３の上面の間の距離」は、接続パッド７の厚みとバンプ４の厚みとの和と同義である。

配線基板５の絶縁層は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂材料、あるいはシリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）またはジルコニア（ＺｒＯ_２）などのセラミックス材料で形成されればよい。また、配線基板５の金属層、ビア導体および接続パッド７は、例えば、銅またはアルミニウムなどの金属材料で形成されればよい。

光伝送路６は、光信号を伝送することができる。光伝送路６は、光が通過する少なくとも１つのコア部８と、コア部８を囲うクラッド部９とを有している。言い換えれば、クラッド部９の内部に、コア部８が配置されている。なお、本開示の光伝送路６の少なくとも１つのコア部８は、複数のコア部８を有している。

コア部８の屈折率は、クラッド部９の屈折率よりも大きい。このような構成を有することによって、コア部８に入射した光は、コア部８とクラッド部９との界面で反射しつつ、コア部８内を進むことができる。その結果、光伝送路６は、光を伝送することができる。

コア部８は、例えば、エポキシ樹脂などで形成されればよい。クラッド部９は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂またはアクリル樹脂などで形成されればよい。なお、コア部８の屈折率は、例えば、１．５以上１．６以下であればよい。また、クラッド部９の屈折率は、例えば、１．４５以上１．５５以下であればよい。コア部８の屈折率は、例えば、クラッド部９の屈折率に対して０．１％以上０．５％以下の範囲で大きければよい。

光伝送路６のクラッド部９は、第１クラッド部１０と第２クラッド部１１とを有している。具体的には、第１クラッド部１０は、層状に形成されており、配線基板５の上面に積層されている。コア部８は、帯状に形成されており、第１クラッド部１０の上面に配されている。第２クラッド部１１は、コア部８の上面および側面を覆うように配されている。

なお、光伝送路６は、配線基板５の上面に、第１クラッド部１０、コア部８または第２クラッド部１１に成る樹脂フィルムを準備し、加熱、露光および現像を適宜行なうことによって、形成することができる。

光伝送路６の第１クラッド部１０の厚みは、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下であればよい。コア部８の厚みは、例えば、２０μｍ以上５０μｍ以下であればよい。第２クラッド部１１の厚みは、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下であればよい。

光伝送路６は、光電変換素子２と光学的に接続するために、配線基板５の実装領域Ａ内に位置している端部６１を有している。言い換えれば、光伝送路６のうち配線基板５の実装領域Ａ（または光電変換素子２）に重なっている部分は、端部６１である。光伝送路６の端部６１は、少なくとも１つののコア部８の一部を有している。具体的には、光伝送路６の少なくとも１つのコア部８の一部が、実装領域Ａ内に位置している。すなわち、光伝送路６の端部の高さを、接続パッド７およびバンプ４の高さよりも低く設定しており、光伝送路６の端部６１（複数のコア部８）が配線基板５の上面と光電変換素子２の下面との間に位置している。その結果、光電変換素子２とコア部８との距離を従来技術に比較して小さくすることができ、光電変換素子２とコア部８との間における光信号の損失を低減することができる。したがって、光伝送基板２内での光信号の損失、ひいては光伝送モジュール１の光信号の損失を低減することができる。

なお、光伝送路６の端部６１の高さは、例えば、２５μｍ以上１５０μｍ以下であればよい。また、光伝送路６の端部６１とは、本明細書内においては、光伝送路６の配線基板５の実装領域Ａ内に位置した部分を指す。すなわち、光伝送モジュール１を上面透視したときに、光電変換素子２と重なっている光伝送路６の一部が、光伝送路６の端部６１である。

光伝送路６の端部６１は、光電変換素子２からの光信号をコア部８内に誘導する傾斜面１２をさらに有している。光伝送路６は、傾斜面１２を有することによって、光電変換素子２と光学的に接続している。すなわち、光伝送路６は、傾斜面１２によって例えば光電変換素子２から下方に向かって出射された光を平面方向（ＸＹ平面方向）に反射して、コア部８内に光を誘導することができる。また、光伝送路６は、コア部８内を伝送してきた光を上方に反射して、光電変換素子２内に光を誘導することができる。

なお、本開示の光伝送路６では、光伝送路６の端部６１は、コア部８の上面に開口を有した、コア部８の幅方向に沿った溝１２ａをさらに有している。そして、傾斜面１２は、溝１２ａの内面である。溝１２ａは、複数のコア部８のそれぞれに形成されている。傾斜面１２（溝１２ａ）は、光伝送路６の一部を、ダイシング、レーザー加工等を使用して切り欠くことによって形成することができる。

第２クラッド部１１の実装領域Ａ内に位置する部分の厚みは、第２クラッド部１１の実装領域Ａ外に位置する部分の厚みよりも薄くてもよい。すなわち、光伝送路６の端部６１の第２クラッド部１１は、その他の第２クラッド部１１よりも薄い。その結果、配線基板５の上面と光電変換素子２の下面との間の距離を小さくすることができる。したがって、光伝送路６のコア部８と光電変換素子２との距離をさらに小さくすることができ、光伝送モジュール１の光信号の損失を低減することができる。

なお、光伝送路６の端部６１は、第２クラッド部１１を有していなくてもよい。言い換えれば、コア部８は第２クラッド部１１に覆われていなくてもよい。

光伝送路６の端部６１は、図２に示すように、光伝送路６を上下方向に貫通する、少なくとも１つの貫通領域Ｂを有してもよい。具体的には、光伝送路６の端部６１は、第１クラッド部１０の上下面に開口を有する貫通領域Ｂを有していてもよい。そして、複数の接続パッド７は、貫通領域Ｂ内に位置した接続パッド７を有していてもよい。その結果、光伝送路６の端部６１と光電変換素子２とが上下方向に重なる領域において光電変換素子２を固定することができるため、光電変換素子２と光伝送路６との光学的な接続を安定させることができる。

なお、貫通領域Ｂは、複数のコア部８同士の間の領域に位置している。また、貫通領域Ｂは、第１クラッド部１０を貫通した結果、第１クラッド部１０の上下面に開口を有している。

本開示の貫通領域Ｂは、図２に示すように、配線基板５の複数の接続パッド７のうち一部の接続パッド７にのみ重なっている状態であるが、貫通領域Ｂは全ての複数の接続パッド７に重なっていても構わない。もっとも、本開示のように、貫通領域Ｂが、一部の接続パッド７にのみ重なっている場合には、貫通領域Ｂを形成して接続パッド７を光伝送路６から露出させる際に貫通領域Ｂの形成領域を小さくすることができ、接続パッド７が露出しないという不具合の発生を低減させることができる。したがって、光電変換素子２と光伝送基板３との接続信頼性を向上させることができる。

なお、貫通領域Ｂが接続パッド７に重なっている状態とは、接続パッド７が貫通領域Ｂ内に位置している状態である。すなわち、このとき、接続パッド７は、貫通領域Ｂを介して、光伝送路６（第１クラッド部１０）から露出している。

接続パッド７は、図２に示すように、コア部８の長手方向に直交する方向に沿って、コア部８を挟んで位置していてもよい。また、光伝送路６が複数のコア部８を有している場合、配線基板５の一部の接続パッド７は複数のコア部８に挟まれるように配されていてもよい。

複数の接続パッド７は、複数の第１接続パッド１４と複数の第２接続パッド１５とを有していてもよい。複数の第１接続パッド１４は、単に光電変換素子２を配線基板５に固定するためのものである。複数の第２接続パッド１５は、配線基板５から光電変換素子２に対して電気信号を伝送するためのものである。言い換えれば、複数の第接続パッド１４は、光電変換素子２と導通せず、光電変換素子２と非電気的に接続している。また、複数の第２接続パッド１５は、光電変換素子２と電気的に接続されている。

光伝送路６の端部６１の貫通領域Ｂに重なっている複数の接続パッド７の一部は、複数の第１接続パッド１４のみでもよい。その結果、光伝送路６は第２接続パッド１５を囲まないため、電流が流れて発熱しやすい第２接続パッド１５によって、光伝送路６の端部が加熱されることを低減することができる。したがって、光伝送路６の熱膨張を低減させることができ、光伝送路６の剥がれ等を低減することができる。

なお、本開示の複数の第１接続パッド１４は、コア部８の長手方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）に一列に並んでいる。また、複数の第２接続パッド１５は、複数の第１接続パッド１４に沿って一列に並んでいる。言い換えれば、複数の第１接続パッド１４および複数の第２接続パッド１５は、二列に並んだ状態である。

配線基板５は、第１接続パッド１４の直下に位置したビア導体を有しており、第１接続パッド１４とビア導体は接続されていてもよい。その結果、第１接続パッド１４が、単に配線基板５上に配されている場合と比較して、第１接続パッド１４の剥がれを低減することができる。

すくなくとも１つの貫通領域Ｂは、複数の貫通領域（貫通孔）１３であってもよい。このような構成にすることによって、発光素子または受光素子の複数のパッドを配線基板５と接続でき、接続時の素子の傾きを防止するという効果がある。

なお、貫通領域Ｂは、例えば、光伝送路６の上面から下面にかけて貫通し、光伝送路６の端面からコア部８の長手方向に向かって凹んだ凹部等によって貫通領域Ｂが形成されていてもよい。

貫通孔１３の幅は、接続パッド７の幅よりも大きくてもよい。その結果、光伝送基板２を作製する際に、貫通孔１３の形成位置がずれた場合においても接続パッド７を露出させやすくなる。したがって、安定して光電変換素子２と光伝送基板３の電気的な信頼性を向上させることができる。

一方で、貫通孔１３の幅は、接続パッド７の幅よりも小さくてもよい。その結果、第１クラッド部１０が接続パッド７に重なり、接続パッド７の剥がれ等を低減することができる。

第１クラッド部１０は、実装領域Ａからコア部８の長手方向に直交する方向にはみ出していてもよい。その結果、光伝送路６と配線基板５との接触面積を大きくすることができ、光伝送路６の剥がれを防止することができる。

複数のコア部８のうち１つのコア部８を見たときに、光伝送路６の端部６１を構成する部分の幅は、光伝送路６の端部６１を構成しない部分の幅よりも大きくなっていてもよい。言い換えれば、１つのコア部８において、実装領域Ａ内に位置している部分は実装領域Ａの外に位置している部分と比較して、幅が大きくてもよい。その結果、コア部８と第１クラッド部１０の接触面積を大きくすることができ、コア部８の剥がれ等を低減することができる。また、光伝送路６の端部６１を除く個所に配されたコア部８の幅が小さいことによって、光伝送路６から出射される光の広がりを低減することができ、光電変換素子２での光の損失を低減することができる。

光伝送路６の端部６１は、複数のコア部８のそれぞれの端を１つに繋ぐとともに、コア部８と同様の材料の結束部１６を有していてもよい。その結果、コア部８と第１クラッド部１０の接触面積を大きくすることができ、コア部８の剥がれ等を低減することができる。

光伝送路６の端部６１において、傾斜面１２は結束部１６に形成されてもよい。その結果、傾斜面１２の面積が大きくなるため、例えば光伝送路６から出射した光を受光素子としての光電変換素子３に入射するときに光伝送路６からの出射光が広がっても、出射光の損失を低減することができる。

複数のコア部８は、図３に示すように、一部が実装領域Ａ内に位置した第１コア部８１と、第１コア部８１の隣に配され、実装領域Ａ外に位置した第２コア部８２とを有していてもよい。その結果、複数のコア部８に溝１２ａをダイシングにより形成する際に、ダイシングで発生する切削屑を含む切削水が溝１２ａを流路として流れ、切削屑は第２コア部８２の近傍に付着する。

なお、第１コア部８１は、光信号を伝送するためのものであり、第２コア部８２は、光信号を伝送しないダミーのコア部である。そのため、光信号の伝送に寄与する傾斜面１２に切削屑が付着することを低減でき、光の損失を低減することができる。なお、第２コア部８２は、実装領域Ａ外に位置していなくても構わない。また、第２コア部８２は、第１コア部８１の片側に複数設けられていてもかまわない。

貫通領域Ｂと溝１２ａは、繋がっていてもよい。その結果、複数のコア部８にダイシングによって溝１２ａを形成する際に、ダイシングで発生する切削屑を含む切削水が貫通領域Ｂへ流れ出ることにより、傾斜面１２にゴミが付着することを低減することができ、光の損失を低減することができる。

光電変換素子２と配線基板５との空いている隙間には、透光性のアンダーフィル１７が配されている。その結果、光電変換素子２の配線基板５に対する接続強度を向上させることができる。アンダーフィル１７は、例えば、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂などの樹脂材料で形成されればよい。

光伝送路６の端部６１において、コア部８が第２クラッド部１１に覆われていない場合には、コア部８の第２クラッド部１１に覆われていない部分を覆うようにアンダーフィル１１が配されていてもよい。その結果、コア部８を保護することができる。

アンダーフィル１７の屈折率は、コア部７の屈折率よりも小さくてもよい。その結果、光伝送路６の端部において、アンダーフィル１７がクラッド部９の役割を担い、光伝送路６の端部においても、良好に光信号を伝送させることができる。なお、アンダーフィル１７の屈折率は、例えば、１．４５以上１．５５以下であればよい。

１ 光伝送モジュール
２ 光電変換素子
３ 光伝送基板
４ バンプ
５ 配線基板
６ 光伝送路
６１ 端部
７ 接続パッド
８ 複数のコア部
８１ 第１コア部
８２ 第２コア部
９ クラッド部
１０ 第１クラッド部
１１ 第２クラッド部
１２ 傾斜面
１２ａ 溝
１３ 貫通孔
１４ 第１接続パッド
１５ 第２接続パッド
１６ 結束部
１７ アンダーフィル
Ａ 実装領域
Ｂ 貫通領域

Claims (10)

1. 光電変換素子の実装領域を含む一主面を有した配線基板と、
   前記配線基板の前記一主面上に配された層状の第１クラッド部、前記第１クラッド部上に配された帯状の少なくとも１つのコア部および前記コア部の一部上に配された第２クラッド部を有した光伝送路と、を備え、
   前記第２クラッド部の前記実装領域内に位置する部分の厚みは、前記第２クラッド部の前記実装領域外に位置する部分の厚みよりも薄く、
   前記光伝送路は、前記実装領域内に位置した端部を有しており、前記端部は、前記コア部の一部を有しており、
   前記配線基板は、前記一主面の前記実装領域内に配された、光電変換素子が接続可能な少なくとも１つの接続パッドを有しており、前記端部は、前記第１クラッド部の上下面に開口を有する少なくとも１つ貫通領域を有しており、前記接続パッドは、前記貫通領域内に位置しており、
   前記配線基板は、前記接続パッドを、第１接続パッドとしたときに、前記光伝送路と重なっていない第２接続パッドを、少なくとも１つ有する、光伝送基板。
2. 前記第１接続パッドは、光電変換素子と非電気的に接続されており、
   前記第２接続パッドは、光電変換素子と電気的に接続されている、請求項１に記載の光伝送基板。
3. 前記少なくとも１つの貫通領域は、複数の貫通領域である、請求項１または２に記載の光伝送基板。
4. 前記複数の貫通領域の幅は、前記第１接続パッドの幅よりも大きい、請求項３に記載の光伝送基板。
5. 前記コア部の前記端部における幅は、該コア部における前記端部以外の位置の幅よりも大きい、請求項３に記載の光伝送基板。
6. 前記コア部は、複数のコア部を有しており、
   前記端部は、前記複数のコア部のそれぞれの端に接続した、前記コア部と同様の材料の結束部を、さらに有する、請求項１または２に記載の光伝送基板。
7. 前記コア部を第１コア部としたときに、
   前記第１コア部の隣に配され、前記実装領域外に位置した第２コア部を、少なくとも１つ有する、請求項１または２に記載の光伝送モジュール。
8. 前記端部は、前記コア部のそれぞれの上面に開口を有し、前記コア部の幅方向に沿った溝をさらに有しており、
   前記溝の内面は、光を反射可能な傾斜面である、請求項１または２に記載の光伝送基板。
9. 前記貫通領域は、前記複数のコア部同士の間に配されており、
   前記溝は、前記貫通領域に繋がっている、請求項８に記載の光伝送基板。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の光伝送基板と、
    前記光伝送基板の前記一主面の前記実装領域に配された光電変換素子と、を備え、
    前記光伝送基板の上面および光電変換素子の下面との距離は、前記光伝送基板の光伝送路の端部の高さ以上である、光伝送モジュール。

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