JPS61245594A - 光−電気混成集積回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光−電気混成集積回路基板に係り、特に光−電
気変換部そジェールを高密度に実装するのに好適な光−
電気混成集積回路基板に関するものである。

〔発明の背景〕

近年、光通信の発展はめざましく、将来のＩＮＳ　（総
合ネットワークサービス）通信用としてまた電力、ビル
管理、化学プラント用にまたＯＡ（オフィスオートメー
ション）、ＦＡ（ファクトリーオートメーシ冒ン）など
コンピュータデータネットワーク用さらＫは航空機、船
舶などの移動体内の通信用として多方面に応用されつつ
ある。しかし、光通信の実用化の日はまだ浅く必ずしも
それら機器類において十分な小型化や生産性（低コスト
化）などは進んだ状況では、１ない。

このため、光通信の本来のすぐれた特徴が十分に発揮、
活用されずにいる部分が多い。

たとえば、信号線数の多い計算機架内、端末装置とのイ
ンターフェース、デジタル交換機周辺用の伝送モジュー
ルやまた近い将来ＩＮＳ用通信で予想される元通信用の
回線交換機などの実装に関することなどである。

これらの分野における光通信システムの実用化に当って
、特に改良の要求されることは、■十分に小型化、取扱
の簡単化された伝送用モジ。

ニール、■これらを製造する工程の簡素化、工数の低減
、■近い英米に必ず必要となるＩＮＳ光信号の回線用交
換機モジュールの実用的生産手段の確立である。

しかし、これら光信号の伝送モジュールは複雑で小型化
がむずかしく、光通信は光を信号伝送の媒体として扱う
ため、その七ジュールの統立、とくに光導波部及びこれ
と接する光−電気変換素子との接合部での工程の改良が
必要である。また前述の０項の光信号回線の交換機につ
いては、実用的に確かな交換機の構想さえ、未だ貧弱な
状態にある。

これらのことは、ＦＡやＯＡなどの前述したデータ通信
及びＩＮＳ通信の分野において光伝送技術の応用実用化
の普及発展を阻んでいる。ことに、航空機などの狭？場
所でのデータ光通信の応用において、光−電気信号変換
部モジュール（以下０／Ｅと略す）の小型化と同時に純
電気系モジーールを含めた国体全体の小型化は重要な意
味を有する。即ち、狭い場所での光通信機器に占めるス
ペースの低減、光通信システムの占める重量（重さ）の
低減である。

このため、光伝送モジュールに必要と素子などを一つの
チップに一括して形成する、いわゆるモノリシック方式
と呼ばれる研究が以前より行なわれて来た。しかし、こ
の方法においては同一チップ内に単純な光導波路（光回
路）は形成することができても、現在必要とする素子を
同時に形成することができず、未だ実用化に至っていな
い。

このため、現在ではたとえば受光回路（０／Ｅ）モジュ
ールでは、フォトダイオード（光−電子変換用受光素子
、以下ＰＤと略す）と電気信号を復調するための増幅回
路、タイミング摘出回路。

再生用回路の素子を個別に搭載し組立ている。

また、最も進んだ例で＆″ｆ、電気素における増幅。

タイミング、再生回路だけを１チツプに集積化したＩＣ
が試作、あるいは試用されている程度である。

また、この分野の光通信のにしばしば用いられる多芯型
光ファイバによる並列伝送において、受光素子の複数素
子の整列化（アレイ化）が一部で進められている。しか
しその目的とする効果は未だ十分に得られていない。こ
の理由は、。

受光素子のみプレイ化してもその光導波部の組。

立に手数を要するためである。

このようにり４モジエー□ルの小型化、工程の簡素化の
努力は進められているが、未だに十分に目的に合った効
果は得られていない。

この従来のモジュールが十分に小型化されなかった理由
は、光の導波路と、電気素子の電気回路を別々に考え、
これら両者に別々のスペースを与えていたことによ゛る
。即ち、元ファイバからの光の入力信号の導波部と電気
素子の電気回路を別々な場所に形成していたためである
。

したがってこれら両者の回路を形成するために２ケ所の
スペースを専有する結果となってい薗また、これを組立
る工程においても、これらの両者の工程はそれぞれ別々
に必要と考え、これらの組立の工程数を削減するは不可
能であると考えられていた。

さらに、光通信の実用化が全面的に進んだ場合（たとえ
ばＩＮＳ光通信全国ネットワーク）、。

各種データ、情報を加入者から加入者へ、また−加入者
がある特定の情報サービスプールから情。

報を入手する場合、光信号の回線をどのようＫして切り
換えるかなど、光信号の交換機の方法製造方法など大き
な問題がある。この光交換機の問題については、とくに
大きな意味があり、１１゜本特許の効果尤も関するので
、以下にその現状技術および近い将来取り入れられると
思われる実用的な方法について、やや詳しく説明する。

周知のように、現在の電話などにおける交換とは、多数
ある加入者から別の加入者に電話す−る線を結ぶことで
ある。このためには、多数の電子系のスイッチ部を介し
て結ばれている。こめ多数めスイッチの切り換えは現在
、電子交換方法がとられているので容易である。゛とこ
ろで、これが光通信となった場合、同様に交換のための
スイッチを光で行なうことが理想的である。

しかし、現在およびかなり遠い将来においても光のみで
スイッチすることは不可能に近い状況にある。たとえば
、いま光スィッチでの光の減衰量が０．５（ＬＢ／Ｋｍ
穆度の光スィッチが開発されたとしても、それらの無数
にある回線への光の結合問題、さらには、多くのスイッ
チを介するために起る光信号の減衰量の問題（１０個の
元スイッチを介せば光の減衰量は１０倍となる）、さら
に、現在の電子式交換機のように、精巧かつ多各當罠モ
ジエールを組む問題などである。

即ち元ファイバで伝送された光信号を光のみのスイッチ
で交換することは実用上不可能に近い。

このため罠は元の信号を一旦電子に変換し、これによっ
て電子交換し、またこれを光に変換し、伝送すればよい
。この方法であれば、現在の電子交換技術が容易に利用
でき、多量の光通信の信号交換が可能となる。すなわち
、その情報の伝送媒体経路の基本は騨→す（交換）Ｆ、
１０　→Ｏ／Ｅである。ここでＥは電子、０は光での場
合を示し、α４は光から電子への変換を示８す。ただこ
こで問題であることは交換機周辺における多数に集積の
要するら４またはＥｌｏの変換素子の実装方法である。

この部分におけるヴＥまたはルツ（以下ＯＡで代表する
）モジュールの実装方法は未だかなり単純なもので、一
本ないしは数本の元ファイバからをＯ／Ｅ変換している
にすぎない。また、これらを集積し、高密度に実装する
方法は未だ考案されていない。このため、＃述した理由
から近い将来ＩＮＳ、あるいは現在、光データ通信など
の光通信の多方面において弊変換素子を多数かつ高密度
に実装できる基板すなわち、元−電気の回路が混成しＯ
Ａ素子搭載用基板が必要である。しかし、このようなも
のは現在、提案されていない。　　Ｉｎ〔発明の目的〕 本発明の目的は光通信における光伝送モジ凰−ルあるい
は光信号の交換において、多数かつ高密度に必要とする
光−電気変換素子を実装する光−電気混成集積回路基板
を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、前述したように光導波路（。

回路）と電気系の導体回路を空間的（立体的）に同一基
板内に必要とする回線弁を配し、これ。

によって、受光素子や純電気素子をその基板に直接搭載
し、モジエール全体を小型化し、かつこのような基板を
使用することによって、七ジュールの組立工程を簡素化
することである。

〔発明の実施例〕：１゜ 本発明の構成の理解を容易するため光−電気変換モジュ
ールの組立概念図を第１図で本発明による光−電気変換
そジエールを組立だ概念図を第２図で示す。ここで第２
図に示す本発明の特徴は第１図に示すモジュールが光導
波部と電子回路とが別々になっていたものを、これを一
体（立体的）に形成し、モジエール全体を小さくしたこ
とである。この立体的構成の断面を第５図に示す。この
ようにすること罠よって、従来モジュールの構成法と比
し、その大きさを約°　８　。

１／２に小さくすることができる。これらの小型変換モ
ジュールは、多芯の光７アイパー１からのＯＡ変換に便
利であり、ＯＡ、ＦＡなど多くの光並列伝送モジニール
に利用できる。

また、第４図乃至第６図はこれらの構成をさらに多数、
かつ高密度に構成した例であり、厚い（多層の）ガラス
セラミックス基板内に光の導波路及び、電気系の導体を
縦、横多数に配したものでこれは光交換機モジュールな
どの多量のＯＡ変換部を要する光−電気インタフェース
１．。

用に便利である。

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第６図により説明
する。

実施例１、並列伝送用受光モジュール回路基板 本発明の並列伝送用モジエール回路基板を第１図乃至第
５図に示す。

マス、８芯（リボンタイプ）の光ファイバ１によって伝
送されて来た光（信号）を受光素子（ｐｐ）の載った受
光素子搭載部５に導（ため罠、他の石英系ファイバを約
４Ｑｍｍの長さに切断し、これをＶ溝のある石英ガラス
のガイド、プレート上に８本並べる。次にこれの上に少
量のガラスセラミックス粉末（ＳｉＯ，−八Ｏｎ　−ｚ
＆　０１−Ｍｙ。

＋石英ガラス）をのせ、その上から石英ガラス。

のプレート板を置き、これをバッチ炉中７９０℃の温度
で焼成し、８本のガイド用フィバ−とガイドブロードを
固め合せる。これによって約２０ｍｍＬ　、　１（１ｍ
ｍＷ、　４ｍｍｔ　　の多芯（８芯用）導波路部（板）
４を作成する。　　　　　　　　　　　１．。

次にこれとは別に前述と同質のガラスセラミックスのグ
リーンシート（生シート）を用い、通常の厚膜印刷技術
を用いて導体（Ａ！ｉ−Ｐｄ系）を配線印刷する。この
とき必要によって、基板罠垂直に配線する個所には、グ
リーンシートに１スルホール穴を明け、これに導体を充
填印刷する。これらの印刷済の各種のシートを重ね合せ
る。この上層部には電気素子を搭載用ルーム（空間）を
作るため、枠状に打ち抜いた厚いシートをのせ、ホット
プレス（１２０℃２０に１７層ｍ”　）で仮圧着し、多
層に積層する。これを約８５０℃で焼成し、電気系回路
部を作製した。この電気系素子を搭載するための多層基
板の大きさは２０ｍｍＬ　、　２５．ｍｍＷ　、５ｍｒ
ｎｔである。この様ニシテ、電気系導体８及び電気素子
を搭載するためのパッドを具備した基板を、モジエール
全体の設計配線図に従ったものを２枚用意する。次にこ
れを先に作成した光導波板を中心にサンドインチ状に重
ね、両者を低融点ガラス（５８０℃）で接合し、第２図
示す、多芯導波部４．電気系素子搭、１゜載部６および
受光素子搭載部５から成る光−電気混成回路基板を作成
する。この基板を用い、第２図に示す多芯光ファイバ１
とその元コネクタ２及び電気信号出力用コネクタ（出力
用コンセント）７を附属させ、光並列伝送用、８芯型弊
小型モジエールを製造する。なお、本基板の多芯導波部
４の端面ば、鏡面処理を行ない、多芯光コネクタ２及び
受光素子（ＰＤ）との接合効率を大きくするためにその
接合部にはマツチング液を用いることは、他の元関係の
接合法と同様の技術を用いる。

この元並列伝送用受元モジュール基板には、８個の受光
素子と１２個の電気系素子を搭載できる。また従来の光
導波路を一本づつ配列し、固定する工程を省略し、また
電気系回路部が２次−元凶に広がるスペースを削減でき
る。

尚図中、３は多芯の導波レンズ止め、９は七ジュールの
カバーである。

実施例２ 高密度り変換用モジエール基板　　　　　１゜本実施例
の概要を第４図乃至第６図に示す。

まず、前述と同様にガラスセラミックスのシー）　１０
０　Ｘ　１００　ｍ角を用い、モジュール基板に必。

要とする導体を配線印刷する。このとき垂直方向の配線
について、スルホールな用いることは１゜実施例１と同
様である。

さらに多芯導波部４は基板に垂直にスルホールを貫通さ
せこれにほぼ同径の光ファイバを挿入できるようにする
。このようにして多層（２０層）に重ね合せた導体印刷
済のシートをホットプレスで仮接着し、空のスルホール
に穴Ｋ、光。

の導波路となるファイバーを６４本（１穴−１本）を挿
入ｉ、７８０℃で焼成した。これによって第４図乃至第
６図に示す光−電気混成の回路基板を作成した。この基
板は、５ｒＩＬＷＬ角上に１個のＯＡ変換用受光素子を
搭載し、その必要とする配線を導波路を中心に布線した
。

なお、上記基板を焼成した後は、導波部のファイバ一端
面に鏡面処理を施し、ついで、基板には元コネクタ用の
７ランジ、電気系信号のへ、。

出力（Ｉｌｏ　）ピンなどを附属させる。

このようにして作製した基板は６４個に及ぶ受光素子を
次々に連続作業で搭載し、その光及び電気信号の入出力
端子はすべて裏側にある。このため、コンパクトでかつ
多数の受光素子をもつｑ化変換モジエールを能率的に組
立てることができた。

尚図中、１１は電気系導体パッド、１２は光導波部端面
、１６は受光素子固定台、１４は電気系出力用導体ピン
、１５は光導波用コネクタ７ランジ、１６．１７は内部
導体配線、１８は受光素子用キャップである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の実施例１の光並列伝送多芯型
モジュール基板において、２５　Ｘ　２５ｍｍ　Ｘ　１
５ｍｍの大きさの基板に、受光素子８個。

電気素子１２個を搭載した小型０／Ｂ変換モジユールを
形成できる。

更に実施例２の光−電気混成集積回路基板において、１
００　Ｘ　１ＱＱ７ＪＬ１ｎ角の基板上に６４個のＯ／
Ｅ　、、。

変換用受光素子を搭載できる。これは光通信の通信回線
の交換機９元データ通信の高密度にＯＡ変換を要するＯ
／Ｅモジュールの０−Ｅインタフェース用としてきわめ
て有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は０／Ｅ変換モジユール、第２図は本発明による
Ｏ／Ｅ変換モジュール基板の上面図、第５図は第２図の
断面図、第４乃至第６図は本発明による弊変換モジエー
ル光−電気混成集積回路基板を示す平面図、部分配送図
および断面図である。 １・・・多芯型光ファイバー ２・・・多芯型光コネクタ ５・・・多芯の導波レンズ止め ４・・・多芯の導波路部 ５・・・受光素子搭載部 ６・・・電気系素子搭載部 ７・・・電気系出力コネクタ（コンセント部）８・・・
電気系素子 ９・・・モジュールのカバー １１・・・電気系の導体パッド １２・・・光導波部端面 １５・・・受光素子固定台 １４・・・電気系出力用導体ピン １５・・・光導波用コネクタフランジ １６．１７・・・内部導体配線 １８・・・受光菓子用キャップ 第３Ｔｆ！Ｊ 第４図 ｒ　　　　　　　　　　　　　　　＠ −丁・−ｒ　ｒ　７　　ＨＤ　　Ｇ下″■ ”　１　“　・　　　１　　　　　　．２１＋−“−ト
升・　　”　６，５” ”’：ｌ　　　　　　ｌ　　　　　　　　　　　　　　
　ｌ：ｉｊｌ＋　　　”　　　　　″ ｔ、ｌ−、−一ヨ 、、、、　　　ｊ　Ｄ　　　Ｇ： −」−一寸−−→−−４−−−１Ｌ−−−−Ｊ１　　ｌ
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Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一の基板内に光の導波路と電気の導体との回路
   を混成して形成しこれによって光−電気変換素子を多数
   にかつ高密度に実装するようにしたことを特徴とする光
   −電気混成集積回路基板。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の基板材料がガラスセ
   ラミックスが、また光導波路が石英ガラスファイバーで
   あってかつ前記基板のガラスセラミックが多層に構成さ
   れていることを特徴とする光−電気混成集積回路基板。