KR20050004005A - 실장체, 광 전송로 및 광 전기 회로기판 - Google Patents
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Abstract
광 전송로(傳送路)로부터의 광(光) 신호를 증폭해서, 다른 광 전송로에 보내는 실장체(實裝體)로서, 광 전송로와의 접속부에 있어서 높은 정밀도의 직각도(直角度)가 요구되지 않는, 취급성이 우수한 실장체를 제공하는 것이다. 광-전기 변환 소자(10a), 구형(球形) 반도체 소자(12a 및 12b), 및 전기-광 변환 소자(10b)를 전기적인 접속부(14)를 통해서 접속하고, 광-전기 변환 소자(10a)에 입사(入射)한 광(光)이 구형 반도체 소자(12a 및 12b)에서 증폭되어서, 전기-광 변환 소자(10b)로부터 방출되는, 실장체(100)를 구성한다.
Description
본 발명은, 구형(球形) 광전 변환 소자 및 전자 회로를 형성하고 있는 구형 반도체 소자를 상호 전기 접속한 실장체(實裝體), 및 이것을 이용한 광 전송로 및 광 전기 회로기판에 관한 것이다.
고속 통신이 필요한 휴대 전화, 노트 북 컴퓨터 및 PDA 등으로 대표되는 전자 기기의 분야에서는, 더욱 고속화된 제품이, 더욱 소형으로, 더욱 얇고, 또한 더욱 경량화된 형태로서 제공되는 것이 요청되고 있다. 그 때문에, 이 분야의 제품에 있어서의 소형화 등은 급속히 진행되고 있다. 또한, 이것들의 제품에는 소형화 등에 추가해서, 더욱 고성능인 것, 및 다기능인 것도 또한 요구되고 있다. 그 요구에대응하기 위해서, 반도체 소자의 초소형화 및 새로운 구조의 개발 등이 진척되는 동시에, 전자부품의 실장 기술 등이 비약적으로 진보하고, 그 결과, 전자 회로의 고밀도화 및 고속화는 비약적으로 진전되어 왔다.
그러나, 전자 기기에 의한 통신 속도는, 통상적인 전기 신호의 송수신을 실시하는 한에 있어서는 한계가 있다. 그래서, 최근에는, 광 섬유 등을 이용해서 필요한 정보를 광 신호로서 송수신하는 것이 실시되고 있다.
그런데, 반도체 소자의 분야에서는 반도체 칩(chip)의 구형화(球形化)가 제안되어 있으며, 고밀도 반도체 분야 및 의료 분야 등의 각종 분야에 있어서 응용 개발이 진척되어 있다. 예를 들면 미합중국의 볼 세미컨덕터사는, 직경 약1mm의 구형체(球形體)의 표면에 반도체 회로를 형성하고, 카드형의 전자 기기 등과 같은 초소형의 전자 기기에 응용하는 것을 제안하고 있다(예를 들면, 미합중국 특허 제5,955,776호 명세서 및 미합중국 특허 제6,004,396호 명세서 참조). 또한, 이러한 구형 반도체 소자끼리를 서로 접속하는 기술, 및 구형 반도체 소자를 배선 기판 상에 직접적으로 실장하는 기술 등에 관해서도, 여러가지 제안이 이루어지고 있다(예를 들면, 일본국 특허 공개2000-216335호 공보 및 일본국 특허 공개2000-349224호 공보 참조). 또한, 구형 반도체 소자를 이용한 태양 전지도 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 특허 공개2001-185744호 공보 참조). 이것들은 모두 반도체가 구형인 것을 이용해서 전자 회로의 고속화 및 소형화 등을 실현하려고 한다.
전자 기기의 분야에 있어서, 광 통신이 채용되는 경향으로 있는 것을 감안하여, 본 발명자들은, 구형 반도체 소자를 광 통신 기술에서 이용하는 것을 검토하였다. 광 통신에 있어서는, 통신 회선의 도중에 광 신호를 증폭하는 것이 필요한 경우가 있다. 그 때문에, 파이버 케이블(fiber cable)로부터 광 신호를 꺼내고, 이것을 전기 신호로 변환해서 광 신호를 증폭하는 다른 회로(증폭 회로)가, 광 통신 시스템에 설치되는 것이다. 증폭 회로를 설치하는 것은, 속도 열화(劣化) 및 비용 상승 등을 초래하는 일이 있다. 또한, 증폭 회로에 있어서는, 수광(受光) 소자와 광 섬유가 접합될 때에, 광 섬유로부터 방출되는 광 신호와 수광 소자와의 사이에 있어서, 높은 정밀도로 직각도가 요구되기 때문에, 원하는 접합 정밀도를 얻는 것은 일반적으로 곤란하다.
또한, 상기한 문헌에 개시된 기술은, 반도체 소자가 구형인 것의 특징을 살려서 우수한 효과를 발휘하는 것을 가능하게 하고 있지만, 충분히 실용적인 실장 구조를 채용하는 것이 아니며, 그 용도는 한정되어 있었다. 또한, 구형 반도체 소자의 형상적인 특징은 충분히 인식되어 있지 않고, 제품에 탑재하는 반도체 소자는 평면 상의 초박형 칩 반도체로서 충분하다는 사고 방식이 주류인 것으로부터도, 구형 반도체 소자는, 실제의 경우에, 보급되는 데에 이르지 못하고 있다.
본 발명은, 이와 같은 실정을 감안해서 이루어진 것이며, 구형 반도체 소자의 특성을 이용해서 광 통신 시스템에 있어서 유용하고 또한 실용적인 실장체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태의 실장체를 나타내는 측면도.
도 2는 본 발명의 제2실시형태의 실장체를 나타내는 측면도.
도 3은 본 발명의 제3실시형태의 실장체를 나타내는 측면도.
도 4는 본 발명의 제4실시형태의 실장체를 나타내는 측면도.
도 5는 본 발명의 제5실시형태의 실장체를 나타내는 측면도.
도 6은 본 발명의 제6실시형태의 실장체를 나타내는 측면도.
도 7의 (A) 및 (B)는 본 발명의 제7실시형태의 광 전송로를 나타내는 측면도 및 평면도이며, (C)는 종래의 광 전송로를 나타내는 평면도.
도 8의 (A)는 본 발명의 제8실시형태의 광 전송로를 나타내는 평면도이며, (B)는 종래의 광 전송로를 나타내는 평면도.
도 9는 본 발명의 제9실시형태의 광 전기 회로기판을 나타내는 측면도.
도 10은 본 발명의 제9실시형태의 광 전기 회로기판의 제조 방법의 일례(一例)를 나타내는 모식도(模式圖).
도 11은 본 발명의 제10실시형태의 광 전기 회로기판을 나타내는 모식도.
도 12는 본 발명의 제11실시형태의 광 전송로를 나타내는 사시도.
도 13의 (A)∼ (C)는 각각, 본 발명의 실장체를 구성하는 구형의 광전(光電) 변환 소자의 제조 방법의 예를 나타내는 모식도.
도 14는 본 발명의 실장체를 구성하는 소자끼리를 접속하는 방법의 일례를 나타내는 모식도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100, 200, 300, 400, 500, 600: 실장체
10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i, 10j, 1Ok, 10l: 광전 변환 소자
12a, 12b, 12c, 12d, 12e: 구형 반도체 소자
14: 전기적인 접속부
16: 수지(樹脂)
18: 외부 전극
20, 20a, 20b, 20c, 20d, 22, 22a, 22b, 22c, 22d: 광 섬유
19: 코일
22: 분기(分岐) 조인트
6Oa, 60b, 60c: 파장 필터
70: 광 전송로
72: 코어(core)층
74: 피복층
700: 실장체
710a, 710b: 광전 변환 소자
712: 구형 반도체 소자
714: 전기적인 접속부
719: 코일
80: 광 전송로
800: 실장체
810a, 810b, 810c: 광전 변환 소자
812a, 812b, 812c, 812d: 구형 반도체 소자
814: 전기적인 접속부
819: 코일
90: 전송로
92: 코어층
94: 피복층
900: 실장체
910a, 910b: 광전 변환 소자
912: 구형 반도체 소자
940: 광 전기 회로기판
950: 회로기판
952: 배선층(配線層)
954: 전기 절연층
956: 내측 비어 홀(inner via hole)
958: 단자
1010: 금속 구형체
1012: 기판
1014: 기판
1100: 실장체
111Oa, 1110b: 광전 변환 소자
1112: 구형 반도체 소자
1114: 전기적인 접속부
1120a, 1120b: 광 전송로
1130: 지지 부재
1140: 광 전기 회로기판
1150: 회로기판
1152: 배선층
1200: 실장체
1210a, 1210b, 1210c: 광전 변환 소자
1212a, 1212b, 1212c, 1212d: 구형 반도체 소자
1220: 광 전송로
1225: 층
1227: 수지
1240: 제1광 전송로
1242: 코어층
1246: 피복층
1260: 제2광 전송로
1262: 코어층
1264: 피복층
1310: 전극
1300: 광 소자
1400: 이방성(異方性) 도전성(導電性) 막(膜)
본 발명은, 입사(入射)한 광 신호에 대응하는 광 신호를 방출하는 실장체로서,
적어도 2개의 광전 변환 소자, 및
전자 회로를 형성하고 있는 적어도 1개의 구형 반도체 소자를 포함하고,
광전 변환 소자의 적어도 1개가 광 신호를 전기 신호로 변환하는 소자이고, 적어도 1개가 전기 신호를 광 신호로 변환하는 소자이며,
적어도 1개의 광전 변환 소자가, 대략 구형의 반도체 재료의 표면에 형성된 광전 변환부를 갖는 구형 광전 변환 소자이며,
구형 반도체 소자가 광 신호를 전기 신호로 변환하는 소자와 전기 신호를 광 신호로 변환하는 소자와의 사이에 위치하고,
소자끼리가 전기적으로 접속되어 있는, 실장체를 제공한다.
여기서, 「실장체」라는 것은, 적어도 1개의 반도체 소자가 다른 반도체 소자 또는 부품과 전기적으로 접속되어서, 전체로서 1개의 기능을 발휘하는 집합체를 의미한다. 본 발명에 의해 제공되는 실장체는 기본적인 기능으로서, 광 신호를 입사시켜서, 이것에 대응하는 광 신호를 방출하는 기능을 적어도 갖고, 또한, 구형 반도체 소자가 갖는 기능에 상응해서, 예를 들면, 입사한 광 신호를 증폭하는 기능, 또는 입사한 광 신호 중 특정 파장의 광 신호를 방출하는 기능을 갖는다. 상기에 있어서, 「입사한 광 신호에 대응하는 광 신호를 방출한다」라는 것은, 광 신호가 실장체에 입사하지 않으면, 실장체로부터 광이 방출되지 않는 것, 환언하면, 방출되는 광은 입사되는 광에 의존하는 것을 의미한다.
본 발명의 실장체는, 적어도 2개의 광전 변환 소자를 포함한다. 광전 변환소자에는, 광 신호를 전기 신호로 변환하는 소자와, 전기 신호를 광 신호로 변환하는 소자가 있다. 본 명세서에 있어서는, 이것들을 총칭해서 「광전 변환 소자」라고 부른다. 본 발명의 실장체를 구성하는 광전 변환 소자는, 광전 변환에 필요한 구성에 추가해서, 전기 신호를 다른 소자에 전달 또는 다른 소자로부터 수신하기 위한 회로 등을 포함한다. 본 발명의 실장체에 있어서는, 2개의 광전 변환 소자 중, 적어도 1개가 광 신호를 전기 신호로 변환하는 소자이고, 적어도 1개가 전기 신호를 광 신호로 변환하는 소자이다. 이것들 소자는, 본 발명의 실장체의 기본 기능인, 입사한 광 신호에 대응하는 광 신호를 방출한다고 하는 기능을 실현하기 위해서 필요하게 된다. 본 명세서에 있어서는, 이것들의 소자를 총칭해서 「광전 변환 소자」라고 하는 용어를 사용하고, 광 신호를 전기 신호로 변환하는 소자를 편의적으로 「광-전기 변환 소자」와 같이 나타내고, 전기 신호를 광 신호로 변환하는 소자를 편의적으로 「전기-광 변환 소자」와 같이 나타내는 것이다.
본 발명의 실장체에 있어서, 광-전기 변환 소자와 전기-광 변환 소자와의 사이에는, 전자 회로를 형성하고 있는 구형 반도체 소자가 적어도 1개 배치되며, 또한, 적어도 1개의 광전 변환 소자가 구형 광전 변환 소자이다. 따라서, 본 발명의 실장체는, 적어도 2개의 구형 소자가 관련된 형태를 가지며, 그것에 의해 본 발명의 실장체는, 예를 들면, 만곡 또는 굴곡된 경로에 적합하도록 구성하는 것이 가능하게 된다. 또한, 여기서 말하는 「구형」에는, 완전한 진(眞) 구형만이 아니고, 동등한 효과를 나타내는 타원 등의 형태도 포함되는 것에 유의한다.
또한, 적어도 1개의 광전 변환 소자가 구형인 것에 의해, 본 발명의 실장체는 다음의 이점 또는 특징을 갖는다. 예를 들면, 광-전기 변환 소자가 구형인 경우에는, 평면 형상인 경우와 비교해서, 많은 방향으로부터의 광에 대하여 수직한 면을 부여할 수 있다. 그 때문에, 광 섬유와 광-전기 변환 소자와의 접촉부에서, 입사 광의 광로(光路)와 광-전기 변환 소자가 이루는 각도가 90도로부터 어긋날 경우라도, 「어긋남」에 대한 허용도는 높아진다. 마찬가지의 것은, 전기-광 변환 소자가 구형인 경우에도 적용된다. 따라서, 입사 측 및 방출 측의 어느 한쪽 또는 양쪽의 광전 변환 소자가 구형이면, 광 섬유와 실장체와의 접속이 용이하게 된다. 본 발명의 실장체에 있어서는, 모든 광전 변환 소자가 구형인 것이 바람직하다.
또한, 구형의 전자 회로 소자에 복수의 광 소자를 부착하는 수법 등에 의해, 구형의 광-전기 변환 소자를 복수의 광 전송로로부터 방출되는 광을 수광할 수 있도록 구성하는 경우에는, 구(球)의 전방위성(全方位性)을 이용해서, 광이 입사하는 방향을 한정하는 일 없이 복수의 방향으로부터, 광을 1개의 소자에 입사시킬 수 있다. 따라서, 그러한 광-전기 변환 소자를 이용하면, 광 스위치 회로를 갖는 실장체를 구성할 수 있다. 마찬가지로, 구형의 전방위성을 이용해서, 복수의 방향에 광을 방출하는 구형의 전기-광 변환 소자를 구성하는 경우에는, 광을 원하는 복수의 방향으로 광 신호를 방출하는 실장체를 구성할 수 있다.
본 발명의 실장체에 있어서, 소자끼리는 전기적으로 접속되어 있다. 여기서, 「소자」라고 하는 용어는, 실장체를 구성하는 광전 변환 소자 및 구형 반도체 소자의 양쪽을 가리키기 위해서 이용된다. 또한, 「소자끼리가 전기적으로 접속된다」라는 것은, 실장체의 기능 등에 상응하여, 원하는 회로가 형성되도록 접속되는것을 말한다. 소자끼리는, 예를 들면, 회로기판에 각각의 소자를 실장하고, 회로기판에 형성되어 있는 배선에 의해서, 전기적으로 접속해도 된다. 그 경우에는, 회로기판도 실장체를 구성하는 요소가 된다. 혹은, 범프(bump)와 같은 전기적인 접속부를 통해서 소자와 소자를 접촉시킴으로써, 소자끼리를 전기적으로 접속시켜도 된다.
본 발명의 실장체는, 적어도 2개의 구형 소자를 갖는 한에 있어서, 예를 들면, 통상적인 평면 형상의 반도체 소자 또는 광전 변환 소자를 포함해도 된다. 바람직하게는, 본 발명의 실장체를 구성하는 광전 변환 소자 및 반도체 소자는, 모두 구형이다. 그러한 실장체는,
n개의 구형 광전 변환 소자(n은 2 이상의 정수)와,
전자 회로를 형성하고 있는 x개의 구형 반도체 소자(x는 1 이상의 정수)를 포함하고,
a개(a는 1 이상의 정수로서, a < n)의 구형 광전 변환 소자가 광-전기 변환 소자이고,
(n-a)개의 구형 광전 변환 소자가 전기-광 변환 소자이며,
상기 x개의 구형 반도체 소자가 광-전기 변환 소자와 전기-광 변환 소자와의 사이에 위치하고,
소자끼리가 전기적으로 접속되어 있는 실장체로서 특정된다.
예를 들면, n=2, x=1일 경우에는, 1개의 광-전기 변환 소자와 1개의 전기-광 변환 소자와의 사이에 1개의 구형 반도체가 위치하는 구성의 실장체를 얻을 수 있다. 그러한 실장체는, 모든 소자가 일직선 상에 늘어선 형태로서 되고, 혹은 각각의 소자의 중심을 연결하였을 때에, 각도 α(α≠180°)가 형성되는 것 같은 형태(즉, 절곡된)로서 된다. 또한, n=2로 하고 x의 수를 2 이상으로 함으로써, 상술한 형태에 추가해서 다른 여러가지 형태의 실장체를 구성할 수 있으며, 예를 들면, 지그재그(zigzag) 형태의 것을 구성하는 것도 가능하다.
광전 변환 소자의 수는 3 이상(즉, n ≥3)으로서도 좋다. 그 경우, 광-전기 변환 소자의 수를 1로 하고(a=1), 전기-광 변환 소자의 수를 2 이상((n-a)≥2)으로 해도 좋으며, 그것에 의해, 1개의 방향으로부터 입사한 광 신호를 2 이상의 방향으로 분기해서 방출하는 실장체를 얻을 수 있다.
본 발명의 실장체는, 그 일부 또는 전부가 투명한 수지에 의해 덮어져 있어서 좋다. 실장체의 적어도 일부를 투명한 수지로 피복함으로써, 광의 입사 및 방출에 영향을 끼치는 일이 없으며, 복수의 소자가 수지에 의해 일체화된 구조체로서 실장체를 얻을 수 있다. 그러한 실장체는, 취급성이 우수하고, 또한, 수지에 의해 광전 변환 소자 및 구형 반도체 소자가 보호되기 때문에, 신뢰성이 높고, 장기간에 걸쳐서 고장이 없는 것이 요구되는 광 통신 및 에너지 공급의 분야에 있어서 지장없이 사용된다.
본 발명의 실장체에는 수동 부품이 실장되어 있어도 된다. 수동 부품은 구체적으로는, 코일, 저항, 또는 콘덴서이다. 수지로써 실장체의 적어도 일부를 피복하는 경우, 수지는 수동 부품도 피복하고 있어서 좋고, 예를 들면, 수동 부품이 수지 내에 매립되어 있어서 좋다.
본 발명은 또한, 상기 본 발명의 실장체를 포함하는 광 전송로를 제공한다. 구체적으로는, 본 발명의 광 전송로는, 코어층과 피복층으로서 이루어지고, 코어층 내에 상기 본 발명의 실장체가 배치된 구성을 갖는다. 여기서, 「코어층 내에 실장체가 배치된다」라는 것은, 실장체가 코어층에만 위치하는 형태만이 아니고, 실장체가 코어층과 피복층에 걸터 타도록 위치하는 형태도 포함하는 의미이다. 이 광 전송로는, 코어층 내에 배치된 실장체에 의해, 예를 들면, 광 전송로 내를 진행하는 광 신호가 전송로 내에서 증폭되거나, 혹은 소정의 위치보다 앞의 경로에 있어서 특정 파장의 광 신호만이 진행하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 광 전송로가 굴곡부를 갖는 경우, 본 발명의 실장체를 굴곡한 부분에 배치시키는 것이 바람직하다. 상투적인 광 전송로에 있어서, 예를 들어 직각 광로 변환을 실시하는 경우에는, 도 7(C)에 나타낸 바와 같이, 광 전송로를 광로 방향에 대하여 45° 잘라서 광 신호를 반사시킬 필요가 있다. 이 컷(cut) 면(面)에는, 반사 효율을 향상시키기 위해서, 필요에 따라서 금속 막이 형성된다. 광 전송로의 컷 및 금속 막의 형성은, 공정의 복잡화를 초래하고, 또한, 전송 손실이 커진다고 하는 점에서 불리하다. 본 발명의 실장체를 굴곡부에 배치하면, 도 7(B)에 나타낸 바와 같이, 광 신호의 진행 방향이 90도 굴곡될 때에, 전송해야 할 신호를 전기 신호로서 소자간에서 전달시키므로, 광 전송로의 컷이 불필요하게 되고, 또한, 전송 손실을 적게 할 수 있다.
본 발명의 광 전송로가 분기된 부분을 갖는 경우, 본 발명의 실장체를 분기된 부분에 배치시키는 것이 바람직하다. 그 경우, 실장체는, 2 이상의 전기-광 변환 소자를 갖는 것이며, 또는 복수의 방향에 광 신호를 방출할 수 있는 전기-광 변환 소자를 갖는 것이다. 상투적인 전송로에 있어서, 광로 분기를 필요로 할 경우에는, 도 8(B)에 나타낸 바와 같이, 신호 손실을 적게 하기 위해서 분기부에서 곡률 반경을 크게 할 필요가 있다. 본 발명의 실장체를 분기로(分岐路)에 배치시키면, 광 신호를 분기부에서 전기 신호로 전송할 수 있으므로, 도 8(A)에 나타낸 바와 같이, 급한 각도로 분기를 형성하는 것이 가능하게 된다.
본 발명은 또한, 전기적인 회로기판에 광 전송로가 형성된 광 전기 회로기판을 제공한다. 구체적으로는, 본 발명의 광 전기 회로기판은, 광 전송로를 갖는 회로기판으로서, 이 광 전송로가 코어층과 피복층으로서 이루어지고, 코어층 내에 상기 본 발명의 실장체가 배치되어 있는 구성을 갖는다. 혹은, 본 발명의 광 전기 회로기판은, 복수의 광 전송로를 갖는 회로기판으로서, 상기 본 발명의 실장체가 이 복수의 광 전송로를 연결하고, 적어도 1개의 광 전송로로부터 방출된 광에 대응하는 광 신호를, 다른 광 전송로에 입사시키는 구성을 갖는다.
(제1실시형태)
도 1은 본 발명의 제1실시형태를 나타내는 측면도이다. 본 실시형태는, 광 증폭 기능을 갖는 실장체의 일례이다. 이 형태의 실장체는, 예를 들면, 고속 및 고용량의 데이터 통신을 위한 광 증폭용 중계기로서 사용된다.
이 실장체(100)는, 광 전송로인 2개의 광 섬유(20 및 22)의 사이에 배치되어서, 한쪽의 광 섬유(20)로부터 방출된 광 신호를 증폭한 후, 다른 쪽의 광 섬유(22)에 입사시킨다. 실장체(100)는, 2개의 구형 광전 변환 소자를 가지며, 한쪽이 광-전기 변환 소자(10a)이고, 다른 쪽이 전기-광 변환 소자(10b)이다. 실장체(100)는 또한, 이것들 2개의 광전 변환 소자(10a 및 10b)의 사이에 위치한, 증폭기로서 작용하는 구형 반도체 소자(12a 및 12b)를 갖는다. 이것들 4개의 소자는 직선 형상으로 늘어서서, 인접하는 소자끼리는 전기적인 접속부(14)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 실장체(100)는, 그 전체가 투명한 수지(16)로써 피복되어 있다. 투명한 수지는, 광 섬유(20 및 22)와 거의 동일한 직경을 갖는 원주체(圓柱體)를 형성하고 있다. 또한, 실장체(100)는, 구형 반도체 소자(12a)에 설치된 외부 전극(18)을 갖는다. 이 외부 전극(18)은, 증폭용 구형 반도체 소자(12a)와 외부 전원(도시하지 않음)을 접속하기 위해서 설치된다. 도시한 형태에 있어서는, 외부 전원으로부터, 증폭용 구형 반도체 소자(12a 및 12b)를 작동시키는 전력이 공급된다.
광전 변환 소자는, 공지된 방법(예를 들면, 미합중국 특허 제5,955,776호 명세서 및 미합중국 특허 제6,004,396호 명세서에 기재한 방법)을 따라, 도 13(A)에 나타낸 바와 같이, 구형의 n+층, p+층 및 도핑 영역, 및 전극(1310) 등을 형성함으로써 제조된다. 도 13(A)에 나타내는 소자는, PIN(p-intrinsic-n) 다이오드의 일례이다. 도시한 도핑 영역의 치수는 일례이며, 이것보다 커도 좋다. 도핑 영역이 클수록 수광 영역이 커지며, 수광 영역은 보다 많은 방향으로부터의 광 신호와 직각을 이룰 수 있다. 혹은, 도 13(B)에 나타낸 바와 같이, LED를 구성하는 적층체를 제조하고, 이것을 도면 중의 파선(破線)으로 나타내는 바와 같이 구 형상으로 절삭함으로써, 화살표의 방향으로 광을 방출하는 전기-광 변환 소자(LED)를 얻을 수 있다. 또한, 도 13(C)에 나타낸 바와 같이, 반도체 재료로서 이루어지는 구형체에 공지된 방법으로 전자 회로를 형성하고, 이것에 광 소자(1300)를 실장하는 방법에 의해, 광전 변환 소자를 제조해도 된다. 도 13(C)에 있어서는 3개의 광 소자가 실장되어 있으며, 따라서, 3개의 경로(經路)로부터의 광을 수광할 수 있도록 되어 있다. 광 소자의 수 및 위치는 도시한 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 보다 많은 광 소자를, 수광하려고 하는 광의 방향을 따라 실장해도 된다.
광-전기 변환 소자(10a)에 있어서는, 전기 신호를 구형 반도체 소자(12a)에 전달할 수 있도록, 소정의 전자 회로를 형성한다. 전기-광 변환 소자(10b)에 있어서도, 구형 반도체 소자(12b)로부터 보내지는 전기 신호를 수신할 수 있도록, 소정의 전자 회로를 형성한다. 따라서, 도시한 형태의 광-전기 변환 소자(10a)에 있어서, 광전 변환부는, 대략 좌측 반(半)의 구면(球面)의 일부 또는 전부에 위치하며, 바람직하게는 광 섬유(20)에 가장 가까운 위치에 형성된다. 전기-광 변환 소자(10b)에 있어서, 광전 변환부는, 대략 우측 반의 구면의 일부 또는 전부에 형성되며, 바람직하게는 광 섬유(22)에 가장 가까운 위치에 형성된다.
구형 반도체 소자(12a 및 12b)도 또한, 공지된 방법을 따라, 소정의 기능을 갖는 전자 회로를 형성하도록 제조된다. 도시한 형태에 있어서는, 구형 반도체 소자(12a 및 12b)의 전자 회로는, 증폭 기능을 갖도록 형성된다. 구형 반도체 소자의 수는 2로 한정되지 않고, 신호의 증폭에 필요한 이득에 의해 정하는 것이 바람직하다.
도시한 실장체에 있어서, 인접하는 소자끼리를 접속하는, 전기적인접속부(14)는, 예를 들면, 땜납 또는 도전성 접착제이다. 도시한 실장체에 있어서, 2개의 소자의 사이에 위치하는 전기적인 접속부(14)는 2개이다. 전기적인 접속부(14)의 수는 이것보다 많아도 된다.
소자끼리를 전기적으로 접속하는 것은, 다른 방법에 의해 실시해도 된다. 예를 들면, 도 14에 나타낸 바와 같이, 구형의 소자와 소자와의 사이에 ACF(anisotropic conductive film; 이방성 도전성 막)(1400)를 끼워, 적절한 압력 및 온도로서, 가열 및 가압하는 방법에 의해 소자끼리를 접속해도 된다. 이 방법에 의하면, 소자끼리를 간편하게 접속하여, 안정적으로 고정시킬 수 있다.
혹은, 소자끼리는, 인접하는 2개의 구형의 소자의 한쪽 또는 양쪽에 금속 범프를 설치하는 공정, 반 경화된 상태의 열변화성 수지로서 이루어지는 절연 접착성 필름을 2개의 소자의 사이에 끼우는 공정, 금속 범프가 필름을 관통하고, 또한 열(熱) 변화성 수지가 경화하도록 가열 가압 처리를 실시하는 공정을 포함하는 방법에 의해, 접속할 수도 있다. 이 방법도 또한, 간편하고 또한 확실한 접속 및 고정을 가능하게 한다. 금속 범프는 예를 들어 금(金)으로 이루어진다. 열 변화성 수지는, 예를 들어 에폭시 수지이다.
실장체(100)에는, 전기적인 접속부(14)와는 달리, 구형 반도체 소자(12a)에 급전(給電)하기 위한 외부 전극(18)이 설치되어 있다. 이 외부 전극(18)을 통해서 소자(12a 및 12b)를 작동시키기 위한 전력을 외부 전원(도시하지 않음)으로부터 공급한다. 외부 전극(18)은 외부 전원과의 접속이 확보되도록, 그 일부는 수지(16)로써 피복되어 있지 않고, 노출되어 있다. 외부 전극(18)의 노출된 부분은, 적당한리드 선에 의해 외부 전극과 접속된다. 혹은 외부 전극(18)의 노출된 부분에 1쌍의 커넥터를 설치하고, 리드 선을 커넥터에 의해 접속해 전력을 공급해도 된다.
외부 전극(18)은, 일반적인 금속 전극(예를 들면, 금 전극)으로서 된다. 이 외부 전극(18)에서 광(光)의 통과가 필요할 경우에는, 전극(18)은 ITO(Indium-Tin-0xide) 등으로서 이루어지는 투명 전극인 것이 바람직하다.
도시한 형태에 있어서, 4개의 구형의 소자는, 그 전체가 투명한 수지(16)로써 덮어져 있다. 투명한 수지(16)는, 광 섬유(20 및 22)와 대략 동일한 직경을 갖는 원주형으로 성형되어 있으며, 그것에 의해, 광 섬유(20 및 22)와의 접합이 용이하게 된다. 또한, 원주형의 수지부의 양단(兩端)은, 구형의 광전 변환 소자(10a 및 10b)와 광 섬유(20 및 22)의 단면(端面)에 있어서, 각각의 섬유의 광로와 소자와의 사이에 고정밀도의 직각도를 얻을 수 있도록, 고정밀도로 가공되어 있다. 단, 전술한 대로, 광전 변환 소자(10a 및 10b)는,함께 구형으로 직각도의 편차를 어느 정도 허용하기 때문에, 평면형의 광전 변환 소자를 이용하는 경우와 비교해서, 직각도에 대한 요구는 완화되고, 따라서, 수지의 가공 정밀도도 어느 정도 완화된다. 이것은 본 발명의 중요한 특징이다.
투명한 수지(16)라는 것은, 예를 들면, 투명도가 높은 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 스티렌아크릴로니트릴 공중합체(共重合體)(AS수지), 및 에폭시 수지 등으로부터 선택되는 1 또는 복수의 수지이다. 단, 수지(16)는 이것들로 한정되는 것이 아니고, 투명하고 또한 양호한 성형성을 갖는 수지를 임의로 사용할 수 있다. 수지(16)에 의한 피복은, 소정의 수의 광전 변환 소자(10a및 10b), 및 반도체 소자(12a 및 12b)를 소정의 형상(도시한 형태에서는 직선)이 되도록 늘어 세우고, 소자끼리를 접속한 후에 실시한다. 수지에 의한 피복은, 예를 들면, 일직선으로 연결된 소자를 통(筒) 형상의 금형 내에 넣어서 고정한 후, 용융 수지를 따라 넣는 방법에 의해 실시된다. 혹은, 수지를 도포하는 방법을 채용하여, 실장체를 수지로써 피복해도 좋다. 어느 쪽의 방법을 채용하는 경우에도, 피복 후의 수지에 기포(氣泡)가 잔존하지 않도록 할 필요가 있다. 기포가 존재하면 난반사(亂反射)에 의해 광 전송 효율이 저하하기 때문이다. 기포를 제외하기 위해서, 수지가 용융되어 있는 사이 또는 경화하지 않고 있는 사이에 가압 또는 진공 탈기포 처리 등을 시행하는 것이 바람직하다. 성형 및 도포 등은, 각각의 소자의 손상을 방지하기 위해서, 될 수 있는 한 낮은 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 수지(16)의 융점은, 소자끼리를 접속하고 있는 전기적인 접속부(즉, 도전성 접착제 등)의 융점 또는 연화점(軟化點)보다도 낮은 것을 요구한다.
이렇게, 본 실시형태에 의해, 광 섬유(20 및 22)와 거의 동일한 굵기를 갖는 원주 형상의 중계기(中繼器)를 제조할 수 있다. 이러한 구조로 함으로써, 광 섬유의 중계기를 크게 하는 일 없이 콤팩트하게 설치하기가 용이한 구조로 할 수 있다. 또한, 소자끼리를 접촉시킴으로써 최단(最短)의 배선이 실현되기 때문에, 전송 속도를 떨어뜨리는 일 없이, 신호를 전송할 수 있다.
도시한 형태는, 본 발명의 실장체의 일례이며, 여러가지 변경을 이것에 추가해도 좋다. 예를 들면, 구형 반도체 소자에의 전력 공급은, 전자 유도에 의해 실시해도 좋으며, 그 경우에는, 코일 형상 패턴을 구형 반도체 소자(12a)에 형성해 두어도 좋다. 특히 많은 광 섬유를 묶어서 사용할 경우에는, 전자 유도에 의한 급전을 이용함으로써, 외부 전극 및 리드 선 등이 불필요하게 되기 때문에 실장체가 부피가 커지지 않는다고 하는 이점이 있다.
구형 반도체 소자는, 증폭 기능에 추가해서, 연산 기능, 발신 기능 및 기록 기능으로부터 선택되는 1 또는 복수의 기능을 가져도 좋다. 이 형태의 변형예에 있어서, 광 신호를 증폭할 필요가 없는 경우에는, 구형 반도체 소자는, 예를 들면 단순 배선을 제공하는 것으로서 좋다. 혹은, 구형 반도체 소자는, 3R 기능(파형 정형(Re-shaping), 타이밍 재생(Re-timing), 및 선형 증폭(Re-generating))을 갖는 것으로서 좋다.
또한, 전기-광전 변환 소자 및 광-전기 변환 소자의 어느 한쪽이 구형이며, 또한 적어도 1개의 구형 반도체 소자를 포함하는 한에 있어서, 평면형의 광전 변환 소자 또는 반도체 소자를 이용해서 실장체를 형성해도 좋다. 단, 평면형의 소자를 사용할 경우에는, 소자의 연결 방향에서 전기적인 신호를 전해받도록, 전기적인 접속 수단으로서 관통 구멍 또는 배선 등을 연결 방향에 설치할 필요가 있다.
도시한 실장체에 있어서, 모든 소자가 완전히 수지 내에 매립되어 있지만, 수지는 반드시 모든 소자를 피복할 필요는 없다. 예를 들면, 수지는 복수의 소자 중 일부의 소자만을 피복하고, 일부의 소자를 피복하지 않고 있더라도 좋다(즉, 일부의 소자는 노출 상태에 있어도 좋다). 혹은, 각각의 소자의 일부만이 수지로써 피복되고, 각각의 소자의 다른 부분이 노출되어도 된다. 예를 들면, 수지는, 광전 변환 소자의 광전 변환부만을 피복해도 되고, 그 경우에서도 실장체의 신뢰성은 향상된다. 또한, 실장체는, 예를 들면, 각각의 소자의 반이 반원주형의 수지 성형체에 매립되어 있는 구성을 가져도 좋다. 혹은, 수지는 박막(薄膜)의 형태로서 각각의 소자의 표면을 피복해도 좋다. 그 경우에는, 수지의 단부(端部)를 가공해서 광 섬유와의 접속부를 형성하는 것은 곤란하기 때문에, 적당한 커넥터를 이용해서, 광 섬유의 광로와 광전 변환 소자와의 사이의 직각도를 확보할 필요가 있다.
이 실장체는, 코일, 콘덴서, 및 저항 등의 수동 부품을 또한 포함해도 좋다. 수동 부품은, 이 실장체에 있어서, 다른 회로를 형성해서 실장체에 부가적인 기능을 부여한다. 수동 부품은 통상적인 방법에 의해, 예를 들면, 증폭용 구형 반도체 소자에 실장해도 된다. 또한, 다른 능동 소자를 실장해도 좋으며, 그 경우, 능동 소자로서 공지된 평면형 반도체 소자를 이용해도 된다.
이 형태의 실장체는, 반도체 광 증폭기(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)로서 작용하는 1개의 구형 반도체 소자로 치환할 수 있다. 그러한 구형 반도체 소자를 1개만 사용할 경우에는, 보다 짧은 거리로 2개의 광 섬유를 연결할 수 있다.
(제2실시형태)
도 2는, 본 발명의 제2실시형태를 모식적(模式的)으로 나타내는 평면도이다. 도 2는, 광 섬유의 분기부(分岐部)에 있어서, 본 발명의 실장체(200)를 사용하는 형태를 나타내고 있다. 광 섬유를 이용해서 신호를 전송할 경우에는, 이것을 분기시킬 필요가 자주 생긴다. 그 때에 광학적으로 신호를 분기시키는 것 만에서는 신호 강도가 저하하고, 신호 전송에 부적합이 생기는 일이 있다. 이와 같은 부적합을피하고 또는 경감하기 위해서, 본 발명의 실장체를 사용할 수 있다. 도시한 형태에 있어서, 광 섬유(20)를 통과해서 전송되는 광 신호는, 분기 조인트(24)에서 분할되어, 우측의 광 섬유(22a 및 22b)에 각각 전송된다. 본 발명의 실장체(200)는, 광 증폭용 중계기로서, 분기 조인트(24)와 광 섬유(22a 및 22b)와의 사이에 설치되어, 분기된 광 신호를 증폭하고, 광 섬유(22a 및 22b)에 각각 광을 전송하는 역할을 한다. 이렇게 본 발명의 실장체를 배치함으로써, 광 신호를 분기시킨 후에도, 안정되게 신호가 전송되는 것을 가능하게 한다.
실장체(200)의 구성은, 제1실시형태의 실장체(100)의 그것과 거의 동일하지만, 외부 전극을 가지고 있지 않고, 대신에 코일(19)이 설치되어 있는 점에 있어서 상이하다. 코일(19)은, 전자 유도에 의해 구형 반도체 소자(12a)에 전력을 공급하기 위해서 설치되어 있다. 따라서, 실장체(200)는, 이것을 전원과 접속할 필요가 없기 때문에, 더욱 콤팩트한 형태로서 제공된다. 그 밖의 요소(要素) 및 구성은 실장체(100)의 그것들과 동일하기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.
(제3실시형태)
도 3은, 본 발명의 제3실시형태를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 3은, 본 발명의 실장체(300)를 이용해서 광 섬유를 분기시키는 다른 형태를 나타낸다.
이 실시형태에 있어서는, 광 섬유(20)로부터의 광 신호를 오른 쪽에 복수 개(도 3에서는 3개)의 광 섬유(22a, 22b 및 22c)로 분기해서 송신하고 있다. 본 발명의 실장체(300)에 있어서, 전기-광 변환 소자(10c)는 3개의 방향으로 광을 방출하도록 구성되어 있다. 이 실장체(300)에 있어서도, 전기-광 변환 소자(10c)는 구형이기 때문에, 예를 들면, 도 13(C)에 나타낸 바와 같이 광 소자를 3개소에 실장하든가, 혹은 광 섬유(22a, 22b 및 22c)에 가까운 측의 반구면(半球面) 전체를 발광부로 함으로써, 복수 개소로부터 광 신호를 인출해서, 광 섬유에 결합하는 것이 가능하다. 실장체(300)를 피복하는 수지(16)는, 광을 방출하는 측에 있어서 3개의 섬유의 광로와 각각 직각을 이루는 형상으로 가공되어 있다. 실장체(300)의 그 밖의 요소 및 구성은, 실장체(100)의 그것들과 동일하기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.
(제4실시형태)
도 4는 본 발명의 제4실시형태를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 4는, 본 발명의 실장체(400)를 광 스위치로서 사용하는 형태를 나타내고 있다.
이 실시형태에 있어서는, 복수 개(도 4에서는 3개)의 광 섬유(20a-c)로부터 전송되는 광 신호가, 그 경로에 상응하여, 복수 개(도 4에서는 3개)의 광 섬유(22a-c)로부터 선택되는 소정의 경로를 향해서 방출된다. 따라서, 광-전기 변환 소자(10d)는, 복수의 경로로부터의 광을 수광할 수 있도록, 예를 들면, 도 13(A)에 나타내는 도핑 영역을 3개소에 형성하는 방법, 또는 도 13(C)에 나타낸 바와 같이 광 소자를 3개소에 실장하는 방법으로 제조된다. 또한, 전기-광 변환 소자(10c)는, 제3실시형태와 마찬가지로 복수의 방향에 광을 방출할 수 있도록 제조된다. 구형 반도체 소자(12c)의 전자 회로는, 입사 광의 경로에 따라서 방출 광의 경로를 결정하는 스위칭 기능을 갖도록 형성되어 있다. 도시한 실장체(400)는, 수지로써 피복되어 있지 않지만, 필요에 따라서 수지로써 실장체의 일부 또는 전부를 피복해도 좋다. 실장체(400)의 그 밖의 요소 및 구성은, 실장체(100)의 그것들과 동일하기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.
(제5실시형태)
도 5는 본 발명의 제5실시형태를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 5는, 본 발명의 실장체(50)를 광 스위치로서 사용하는 다른 형태를 나타내고 있다.
이 실시형태에 있어서는, 복수 개(도 5에서는 4개)의 광 섬유(20a-d)로부터 전송되는 광 신호가, 그 경로에 상응해서, 복수 개(도 5에서는 4개)의 경로(22a-d)로부터 선택되는 소정의 경로를 향해서 방출된다. 제4실시형태와 상이하게, 각각의 광 섬유에 접속되어 있는 광전 변환 소자(10e-1)는 1개의 큰 구형 반도체 소자(12d)의 주위에 배치되어 있다. 이러한 실장체도, 광-전기 변환 소자와 전기-광 변환 소자와의 사이에 구형 반도체 소자가 위치하는 구성이라고 할 수 있기 때문에, 본 발명에 포함된다.
도시한 실장체(500)에 있어서, 광전 변환 소자(10e, 10f, 10g 및 10h)가 광-전기 변환 소자이며, 광전 변환 소자(10i, 10j, 10k 및 10l)가 전기-광 변환 소자이다. 또한, 구형 반도체 소자(12d)의 전자 회로는, 입사하는 광 신호의 경로에 상응해서, 소정의 전기-광 변환 소자를 선택하고, 이것으로부터 광 신호를 방출시키는 스위칭 기능을 갖는다. 실장체(500)에 있어서, 광전 변환 소자(10e-l)와 구형 반도체 소자(12d)와는, 제1실시형태와 마찬가지로, 전기적인 접속부(14)에 의해 접속되어 있다. 또한, 구형 반도체 소자(12d)에는, 외부 전원과 접속하기 위한 외부 전극(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 구형 반도체 소자(12d)에는, 외부 전극에대신해서 코일을 설치해도 된다. 도시한 실장체(500)는, 수지로써 피복되어 있지 않지만, 필요에 따라서 수지로써 실장체의 일부 또는 전부를 피복해도 된다.
(제6실시형태)
도 6은 본 발명의 제6실시형태를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 6은, 본 발명의 실장체(600)를 파장 스위치로서 사용하는 형태를 나타내고 있다.
이 실시형태에 있어서는, 복수 개(도 6에서는 3개)의 광 섬유(20a, 20b 및 20c)로부터 전송되는 광 신호가, 각각의 섬유의 선단(先端)에 부착된 파장 필터(60a, 60b 및 60c)를 통과해서, 광-전기 변환 소자(10d)에 의해 전기 신호로 변환된다. 그 후, 전기 신호는, 구형 반도체 소자(12e)에 있어서, 파장에 상응해서 최적인 증폭율로 증폭된 후, 전기-광 변환 소자(10b)로써 광 신호로 변환되어, 광 섬유(22)로부터 방출된다. 즉, 본 발명의 실장체는, 수신한 신호의 경로를, 특정한 파장을 갖는 것으로서 인식하고, 그 파장에 상응해서 적당한 증폭율로 증폭해서 방출하도록 기능한다. 환언하면, 본 발명의 실장체는, 경로의 정보를 파장의 정보로 변환해서 제공한다.
이 실시형태에 있어서, 광 섬유(20a-c)의 선단에는, 특정한 파장을 통과시키는 필터(60a-c)가 각각 부착되어 있다. 필터(60a)는, 파장 λ1의 광 신호만을 통과시키고, 필터(60b)는, 파장 λ2의 광 신호만을 통과시키며, 필터(60c)는, 파장 λ3의 광 신호만을 통과시킨다. 따라서, 광-전기 변환 소자(12e)가 파장 λ1의 광 신호를 수광한 경우에는, 구형 반도체 소자(12e)는 광 섬유(20a)로부터의 광 신호를 수신하고 있다고 인식하는 동시에, 이 신호를 증폭해서 전기-광 변환 소자(10b)에전송한다. 광 섬유(22)로부터는 파장 λ1의 광이 방출되며, 그것을 수신 장치(도시하지 않음)가 수광함으로써, 광 섬유(20a)로부터 광이 방출된 것을 인식할 수 있다.
이 실장체(600)에 있어서, 광-전기 변환 소자(10d)는, 도 4에 나타내는 광-전기 변환 소자(10d)와 마찬가지로, 복수의 경로로부터의 광 신호를 수광할 수 있도록 구성되어 있다. 전기-광 변환 소자(10b)는, 도 1에 나타내는 전기-광 변환 소자(10b)와 동일한 것이다. 소자끼리는, 제1실시형태와 마찬가지로, 전기적인 접속부(14)에 의해 접속되어 있다. 또한, 구형 반도체 소자(12e)에는, 외부 전원과 접속하기 위한 외부 전극(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 구형 반도체 소자(12e)에는, 외부 전극에 대신해서 코일을 설치해도 좋다. 도시한 실장체(600)는, 수지로써 피복되어 있지 않지만, 필요에 따라서 수지로써 실장체의 일부 또는 전부를 피복해도 된다.
(제7실시형태)
도 7(A) 및 도 7(B)는 각각, 본 발명의 제7실시형태로서, 본 발명의 광 전송로를 모식적으로 나타내는 평면도 및 측면도이며, 도 7(C)는 종래의 광 전송로를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 7(A) 및 도 7(B)는, 코어층(72)과 피복층(74)으로서 이루어지는 광 전송로(70)로서, 코어층에 본 발명의 실장체(700)가 배치되어 있는 광 전송로(700)를 나타낸다.
도시한 형태에 있어서, 본 발명의 실장체(700)는, 일부가 코어층(72)에 위치하고, 일부가 아래쪽의 피복층(74)에 위치하고 있다. 실장체의 코어층 내의 위치는, 코어층 내를 통과하는 광 신호의 대부분을 수광할 수 있고, 실장체(700)로부터 방출되는 광 신호 이외의 성분이, 실장체(700)를 넘어서 전송되지 않도록 배치되어 있는 한에 있어서, 특별히 한정되지 않는다. 이 형태의 변형예에 있어서, 실장체는, 예를 들면, 피복층에 걸터 타지 않도록 코어층 내에만 위치시켜도 좋다.
이 광 전송로(70)는, 도 7(B)에 나타낸 바와 같이, 직각으로 광로가 굴곡하는 부분을 2개소 포함한다. 도 7(C)에 나타낸 바와 같이, 종래의 광 전송로에 있어서는, 광 전송로를 굴곡부에 광로 방향에 대하여 45°의 각도로 자르고, 광 신호를 컷 면(거울 면)에서 반사시킴으로써, 광로를 변환시킬 필요가 있었다. 이것에 대하여, 본 발명의 실장체(700)를 도시하는 바와 같이 굴곡부에 배치하면, 화살표 x의 방향으로 진행하는 광 신호를 광-전기 변환 소자(710a)에서 전기 신호로 변환하여, 전기 신호로서 화살표 y의 방향으로 전송시키고, 또한 전기-광 변환 소자(710b)에서 전기 신호를 광 신호로 변환시킨 후, 이것을 화살표 z의 방향으로 방출시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 실장체를 사용하면, 광의 반사를 이용해서 광로 변환을 할 필요가 없게 되고, 광로 변환에 따르는 전송 손실을 적게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 광 전송로는, 굴곡부에 있어서 컷 등을 할 필요가 없고, 간단 용이하게 굴곡된 광 전송로를 형성할 수 있다고 하는 이점을 갖는다.
본 발명의 실장체는, 광전 변환 소자를 구형(球形)으로 함으로써, 임의의 방향으로부터의 광 신호를 입사시키고, 또한 임의의 방향으로 광 신호를 방출하도록 구성할 수 있다. 따라서, 광 전송로가 직각 이외의 각도로 굴곡하는 경우라도, 본 발명의 실장체를 이용해서, 광전 변환부의 위치를 굴곡부의 각도에 상응하여 조정함으로써, 전송 손실을 적게 해서 광로를 변환하는 것이 가능하다.
본 발명의 광 전송로(70)에 배치되는 실장체(700)의 구성은, 제2실시형태에서 설명한 실장체(200)에 유사하다. 구형 반도체 소자(712)의 수는, 1개로 한정되지 않고, 광로의 길이 및 사용하는 소자의 치수에 상응해서 2 이상으로서도 좋다. 소자끼리는, 전기적인 접속부(714)에 의해 접속되어 있다. 구형 반도체 소자(712)는, 증폭 기능을 갖고, 코일(719)이 형성되어서, 전자 유도에 의해 급전된다. 구형 반도체 소자(712)는, 광로 변환만을 목적으로 할 경우에는, 단순 배선이어도 좋다. 도시한 실장체(700)는 수지에 의해 피복되어 있지 않고, 코어층과 직접적으로 접하고 있다. 이 실장체는, 일례에 지나지 않으며, 본 발명의 광 전송로에 배치하는 실장체는 수지로써 피복되어 있어서 좋다.
(제8실시형태)
도 8(A)는, 본 발명의 제8실시형태로서, 본 발명의 광 전송로를 모식적으로 나타내는 평면도이며, 도 8(B)는 종래의 광 전송로를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 이 형태의 광 전송로(80)는, 제7실시형태의 광 전송로와 마찬가지로, 코어층과 피복층을 갖는 것이며, 코어층에 본 발명의 실장체(800)가 배치되어 있다.
이 광 전송로(80)는, 도 8(A)에 나타낸 바와 같이, 분기부를 갖는다. 도 8(B)에 나타낸 바와 같이, 종래의 광 전송로에 있어서는, 신호 손실을 적게 하기 위해서 곡률 반경을 크게 할 필요가 있었다. 그 때문에, 분기부의 면적을 크게 할 필요가 있었다. 이것에 대하여, 본 발명의 실장체(800)를 도시하는 바와 같이 분기부에 구형 반도체 소자(812a-d)가 위치하도록 배치하면, 분기부에 있어서, 광 신호는 전기 신호로서 분기되어져 전송된다. 그 때문에, 광 신호를 분기시키는 경우보다도 신호 손실을 의미 있게 적게 할 수 있다. 또한, 광을 분기시키지 않고, 전기 신호를 분기시키므로, 분기부의 형상이 신호 손실에 미치는 영향을 적게 할 수 있으며, 그것에 의해 분기부의 면적을 작게 하는 것이 가능하게 된다.
도시한 실장체(800)는, 1개의 광-전기 변환 소자(81Oa)와, 2개의 전기-광 변환 소자(81Ob 및 810c)를 가지며, 그것들의 사이에 4개의 구형 반도체 소자(812a-d)가 배치된 구성을 갖는다. 구형 반도체 소자(812a)는, 광-전기 변환 소자(810a)로부터의 전기 신호를 증폭하는 기능을 갖는다. 구형 반도체 소자(812d)는, 구형 반도체 소자(812a)로부터의 신호를 구형 반도체 소자(812b) 및 구형 반도체 소자(812c)에 분기하는 기능을 갖는다. 구형 반도체 소자(812b 및 812c)는 각각, 분기되어진 전기 신호를 전기-광 변환 소자(810b 및 810c)에 전송한다. 전기-광 변환 소자(810b 및 810c)는, 각각 전기 신호를 광 신호로 변환해서, 화살표의 방향으로 광을 방출한다. 구형 반도체 소자(812a-d)에의 급전은, 구형 반도체 소자(812a)에 설치한 코일(819)을 이용하여, 전자 유도에 의해 실행된다. 소자끼리는, 전기적인 접속부(814)에 의해 접속되어 있다. 도시한 형태에 있어서, 실장체(800)는 수지로써 피복되어 있지 않다. 이 실장체는 일례에 지나지 않으며, 분기부에 배치되는 실장체는 수지로써 피복되어도 좋다.
도시한 실장체는, 1 방향으로부터의 광 신호를 2 방향으로 분기하는 것이다. 분기의 수는, 전기-광 변환 소자 및 구형 반도체 소자의 수를 늘림으로써, 3 이상으로 하는 것도 가능하다. 또한, 구형 반도체 소자(예를 들면, 도시한 형태에 있어서는 부호 12d로서 나타내는 소자)에 스위칭 기능을 부여함으로써, 광 신호를 선택적으로 분기하는 것도 가능하다.
(제9실시형태)
도 9는, 본 발명의 제9실시형태로서, 본 발명의 광 전기 회로기판을 모식적으로 나타내는 측면도이다. 도 9에 있어서는, 회로기판(950)의 구조를 나타내기 위해서, 회로기판(950)만을 단면도로서 나타내고 있다. 이 형태의 광 전기 회로기판(940)은, 회로기판(950) 위에 광 전송로(90)가 형성되며, 그 코어층(92) 내에 본 발명의 실장체(900)가 배치된 구성을 갖는다.
광 전송로(90)의 구성은, 도 7 및 도 8을 참조해서 설명한 광 전송로와 마찬가지로, 코어층(92) 및 피복층(94)을 갖는다. 또한, 실장체(900)는, 광 전송로 내에서, 광 신호의 증폭 등의 목적으로 설치되고, 구형의 광-전기 변환 소자(910a), 구형의 전기-광 변환 소자(910b), 및 그것들의 사이에 위치하는 구형 반도체 소자(912)를 갖는다. 도시한 형태에 있어서, 실장체(900)를 구성하는 각각의 소자는, 회로기판의 표면에 위치하는 배선층(952)에 단자(958)를 접속함으로써 실장되며, 소자끼리는 배선층(952)을 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 이 접속 수법은, 상기의 실장체의 어느 하나와도 상이하다. 도시한 형태에 있어서, 3개의 소자는 인접하는 소자끼리가 접촉하도록 배치되어 있지만, 이 접촉은, 배선층(952)을 전기적인 접속부로 할 경우, 반드시 필요하지는 않다. 따라서, 이 접속 수법을 채용할 경우에는, 소자와 소자와의 사이에는 간극(間隙)이 있어도 좋으며, 그 것은, 실장체의 배치 및 광 전송로의 설계에 있어서 유리하게 작용할 것이다. 예를 들면, 복수의 소자가 일체로 된 실장체를 배치하는 데에 충분한 넓이의 공간이 없을 경우를 상정하면, 이 접속 방법이 유리한 것이 이해될 것이다. 이 형태의 변형예에 있어서, 실장체를 구성하는 소자끼리는, 제1실시형태와 같이 전기적인 접속부를 통해서 접촉함으로써 접속되어도 좋다. 또한 다른 변형예에 있어서, 배선층을 통하는 접속은, 전기적인 접속부를 통한 접촉에 의한 접속과 함께 채용해도 좋다.
회로기판(950)은, 복수의 배선층(952)과 복수의 전기 절연층(954)을 포함하고, 배선층끼리가 내측 비어 홀(956)에서 접속된 구성을 갖는 공지의 다층(多層) 기판이다. 이 형태의 변형예에 있어서, 다층 기판에 대신하여, 양면(兩面) 기판 또는 편면(片面) 기판을 사용해도 좋다.
제9실시형태의 광 전기 회로기판(940)을 제조하는 방법의 일례를 도 10을 참조해서 설명한다. 우선, 구형의 소자에, 배선층과 각각의 소자를 접속하기 위한 단자를 형성한다. 예를 들면, 도 10(A)에 나타낸 바와 같이, 기판 위에 배치한 금속 구형체(1010)를, 접착제 또는 땜납 등에 의해, 광-전기 변환 소자(910a)의 표면에 부착시켜서, 단자(958)를 형성한다. 도 10(A)에서는, 2개의 단자를 한번에 형성하고 있다. 3 이상의 단자를 한번에 형성해도 좋지만, 2개의 단자를 구면 상의 배선에 형성하는 경우에는 허용 제조 공차를 크게 할 수 있다고 하는 이점이 있다. 이어서, 도 10(B)에 나타낸 바와 같이, 광-전기 변환 소자(910a)를, 단자가 들어가는 오목부를 갖는 기판(1012) 위에, 복수 개를 정렬시킨다. 정렬시킨 소자(910a)는, 도 10(C)에 나타낸 바와 같이, 원반 형상의 기판(1014)의 표면에 전사(轉寫)시킨다. 전사는, 예를 들면, 기판(1014)의 표면에 점착제(粘着劑)를 도포하고, 이것을정렬한 소자(910a)에 접촉시키고 나서, 인상(引上)하는 방법에 의해 실시된다. 그 결과, 도 10(D)에 나타낸 바와 같이, 기판(1014)의 표면에 광-전기 변환 소자(910)의 1군(群)이 형성된다. 도 10(A)∼도 10(C)에 나타내는 공정을 반복해서, 전기-광 변환 소자(910b) 및 구형 반도체 소자(912)에 단자를 형성하고, 이것을 원반 형상의 기판(1014)에 전사해서, 기판(1014)의 표면에 3종류의 소자(910a, 910b 및 912)의 군을 형성한다.
도 10(E)는, 다층 기판(950)에, 광 전송로의 아래쪽 피복층(94)을 형성하는 공정을 나타낸다. 피복층(94)은, 예를 들면, 미경화의 열 변화성 수지 또는 자외선 경화성 수지를 이용해서 형성된다. 이어서, 원하는 위치에 실장체(900)를 실장한다. 구체적으로는, 도 10(F)에 나타낸 바와 같이, 도 10(D)에 나타내는 기판(1014)을 회전시키는 동시에, 피복층(94)을 도포한 다층 기판(950)을 적당히 수평 방향에서 이동시킴으로써, 광-전기 변환 소자(910a)를 배선층(952)과 위치를 맞추고, 그 다음에 기판(1014)을 하강(下降)시켜서, 소자(910a)를 실장한다. 소자(910a)는, 기판(1014)을 피복층(94)을 향해서 꽉 누름으로써, 미경화의 피복층(94)에 의해 유지되는 동시에, 배선층(952)에 접합된다. 따라서, 기판(1014)을 상승시키면, 약한 점착력으로 기판(1014)에 유지되어 있었던 소자(910a)는 기판(1014)으로부터 떨어진다. 마찬가지로 해서, 구형 반도체 소자(912) 및 전기-광 변환 소자(910b)를 다층 기판(950)에 실장한다. 이어서, 열(熱) 또는 자외선을 조사(照射)해서, 피복층(94)을 경화시킨다. 그 다음에, 도 10(G)에 나타낸 바와 같이, 코어층(92)을 도포한다. 코어층(92)은, 예를 들면, 에칭(etching) 등에 의해 원하는 패턴으로 형성된다. 그다음에, 위쪽 피복층(94)을 도포하고, 열 또는 자외선을 조사하여, 그것에 의해, 제9실시형태의 광 전기 회로기판(940)을 얻는다.
도시한 제조 방법은 일례에 지나지 않으며, 구형 소자를 실장하는 다른 공지된 기술을 이용해서, 본 발명의 광 전기 회로기판을 제조해도 좋다. 또한, 이 제조 방법을 응용함으로써, 제1실시형태의 실장체를 제조하는 것도 가능하다. 예를 들면, 도 10(D)에 나타내는 기판을 이용하여, 소자를 순서대로 겹쳐 쌓아두면, 단자(958)를 전기적인 접속부로 하는 실장체를 얻을 수 있다.
(제10실시형태)
도 11은, 본 발명의 제10실시형태로서, 본 발명의 광 전기 회로기판의 다른 형태를 모식적으로 나타내는 측면도이다. 도시한 광 전기 회로기판(1140)에 있어서, 본 발명의 실장체(1100)는, 2개의 광 전송로(1120a 및 1120b)를 광학적으로 접속하고 있다.
광 전송로(1120a 및 1120b)는, 예를 들면 광 섬유이다. 도시한 형태에 있어서, 광 전송로(1120a 및 1120b)는, 적당한 지지 부재(1130)(예를 들면, 접착제 또는 수지층)에 의해 지지되어 있다. 회로기판(1150)은, 제9실시형태에 있어서의 회로기판(950)과 마찬가지의 구성을 갖는 다층 기판이다.
이 광 전기 회로기판(1140)은, 실장체(1100)가 광 전송로의 내부에 배치되어 있지 않다고 하는 점에서, 제9실시형태와 상이하다. 이 회로기판에 있어서, 실장체(1100)는, 광 전송로(1120a)로부터 방출된 광 신호를 전기로 변환하는 광-전기 변환 소자(1110a), 증폭 기능을 갖는 구형 반도체 소자(1112), 및 전기 신호를광 신호로 변환해서, 광 전송로(1120b)를 향해서 방출하는 전기-광 변환 소자(1110b)로서 이루어진다. 실장체(1100)는, 제9실시형태와 마찬가지로, 회로기판(1150)의 배선층(1152)에 실장되며, 소자끼리는 배선층(1152)을 통해서 접속되어 있다. 또한, 이 실장체(1100)에 있어서, 소자끼리는 전기적인 접속부(1114)를 통해서 접촉하는 것에 의해서도, 전기적으로 접속되어 있다.
이 형태는, 도 1∼도 4를 참조해서 설명한 제1실시형태∼제4실시형태를, 회로기판 상에서 실현한 형태라고도 할 수 있다. 따라서, 제1실시형태∼제4실시형태에 관련해서 설명한 바와 같이, 실장체는, 1개의 광 전송로로부터 방출되는 광을 복수의 광 전송로에 분기되도록 구성해도 되고, 혹은 광 스위치로서 기능하도록 구성해도 된다.
(제11실시형태)
도 12는, 본 발명의 제11실시형태로서, 2층 구조의 광 전송로의 하나의 형태를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 12는, 2층 구조의 광 전송로(1220)에 있어서, 화살표 x의 방향으로부터 제1광 전송로(1240)의 한쪽의 단부에 입사한 광 신호가, 다른 쪽의 단부로부터 화살표 y의 방향으로 방출되는 동시에, 본 발명의 실장체(1200)에 의해 분기되어서, 제2광 전송로(1260)로부터 방출되는 상태를 나타내고 있다. 이 광 전송로(1220)는, 제8실시형태의 하나의 변형예라고도 할 수 있으며, 광 신호를 3차원적으로 분기시키고 있는 점에 있어서, 제8실시형태와 상이하다.
광 전송로(1220)에 있어서, 제1광 전송로(1240)는, 코어층(1242) 및 피복층(1244)을 가지며, 필요한 경우에는 아래쪽에 또한 피복층을 가져도 좋다.제2광 전송로(1260)도 또한, 코어층(1262) 및 피복층(1264)을 가지며, 필요한 경우에는 위쪽에 또한 피복층을 가져도 좋다. 층(1225)은, 도시하는 바와 같이 구형 반도체 소자(1210b)가 위치하는 부분을 제외하고는, 2개의 광 전송로를 분리하기 위해서 설치되어 있으며, 통상적으로는 피복층이다.
도 12에 나타내는 본 발명의 실장체(1200)는, 광 전송로(1240)의 한쪽의 단부에 입사한 광을 다른 쪽의 단부로부터 방출시키기 위한, 광-전기 변환 소자(1210a), 구형 반도체 소자(1212a) 및 전기-광 변환 소자(1210b)를 가지며, 또한, 구형 반도체 소자(1212b, 1212c 및 1212d), 및 전기-광 변환 소자(1210c)를 갖는다. 광-전기 변환 소자(1210a), 구형 반도체 소자(1212a) 및 전기-광 변환 소자(1210b)는, 예를 들면, 광 전송로(1220)의 코어층(1242) 내를 통과하는 광 신호를 증폭하며, 그 경우, 구형 반도체 소자(1212a)는, 증폭 기능을 갖는다. 구형 반도체 소자(1212b)는, 구형 반도체 소자(1212a 및 1212c)와 전기적으로 접속되어 있어서, 광 전송로(1240)와 광 전송로(1260)를 접속하는 역할을 하고, 단순 배선 또는 증폭 기능 회로를 갖는다. 구형 반도체 소자(1212c 및 1212d), 및 전기-광 변환 소자(1210c)는, 광 전송로(1260)의 코어층(1262) 내에 배치되어 있다. 구형 반도체 소자(1212c 및 1212d)는, 광 전송로(1260)로부터 원하는 광 신호를 꺼낼 수 있도록, 예를 들면, 증폭 기능 회로 또는 단순 배선을 갖는다. 이렇게 구형의 반도체 소자를 사용함으로써, 복수의 광 전송로를 3차원적으로 접속하는 것이 가능하다. 도면에 있어서는 이해의 용이성을 위해서, 소자간의 전기적인 접속부 등은 생략하고 있다.
실장체(1200)를 3차원적으로 배치시키는 것은, 예를 들면, 다음과 같이 해서 실시할 수 있다. 우선, 코어층(1242) 내에 소자(1210a, 1212a 및 1210b)를 배치시킨다. 이어서, 소자(1212b)를 소자(1212a)에 접속하고, 주위를 수지(1227)로써 피복한다. 수지(1227)는 예를 들면 코어층을 구성하는 수지로서 좋다. 이어서, 층(1225)을 소자(1212b)의 일부가 노출하도록 형성한다. 계속해서, 피복층(1264)을 형성하고, 코어층에 대응하는 부분을 제거한 후, 소자(1212c, 1212d 및 1210c)를 배치하고, 또한 코어층(1262)을 형성하면, 도시하는 바와 같은 구조의 광 전송로(1220)를 얻을 수 있다.
이 광 전송로(1220)는, 제9실시형태와 같은 광 전기 회로기판의 광 전송로로서 좋다. 즉, 광 전송로(1220)는 회로기판의 표면에 형성되어서 좋다.
본 발명의 실장체는, 광-전기 변환 소자 및/또는 전기-광 변환 소자를 구형 소자로 함으로써, 광을 입사시키는(즉, 수광하는) 부분 및/또는 광을 방출하는 부분을 구면(球面)으로 한 것이다. 그것에 의해, 이 실장체를 광 섬유와 같은 광 전송로와 접속하는 경우에, 종래의 광전 변환 소자와 비교해서, 직각도에 관한 요구를 완화할 수 있고, 광 전송로와의 접속이 용이하게 된다. 또한, 본 발명의 실장체는, 광-전기 변환 소자 및/또는 전기-광 변환 소자와 접속된 구형 반도체 소자를 포함하며, 따라서, 적어도 2개의 구형 소자를 포함하는 구조가 된다. 이 실장체가, 예를 들면, 굴곡 또는 분기된 부분에 구형 반도체 소자가 위치하도록 배치되면, 실장체에 입사한 광(光)이, 예를 들면, 굴곡 또는 분기된 부분에서 전기 신호로서 전달될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실장체를, 굴곡 또는 분기된 부분을 갖는 광 전송로에 배치하면, 전송 손실을 적게 해서 광을 전송하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 실장체는, 구형 소자의 전방향성(全方向性)을 이용하고, 여러가지의 형태로서 제공된다. 따라서, 본 발명의 실장체는, 2 이상의 광 전송로를 효율 좋게 광학적으로 접속하는 것을 가능하게 한다. 또한, 본 발명의 실장체는, 광 전송로 내에 배치되어서, 적은 전송 손실로 광로를 변환하는 것을 가능하게 한다.
Claims (18)
- 입사(入射)한 광(光) 신호에 대응하는 광 신호를 방출하는 실장체(實裝體)이며,적어도 2개의 광전(光電) 변환 소자, 및전자 회로를 형성하고 있는 적어도 1개의 구형(球形) 반도체 소자를 포함하고,광전 변환 소자의 적어도 1개가 광 신호를 전기 신호로 변환하는 소자이고, 적어도 1개가 전기 신호를 광 신호로 변환하는 소자이며,적어도 1개의 광전 변환 소자가, 대략 구형의 반도체 재료의 표면에 형성된 광전 변환부를 갖는 구형 광전 변환 소자이며,구형 반도체 소자가 광 신호를 전기 신호로 변환하는 소자와 전기 신호를 광 신호로 변환하는 소자와의 사이에 위치하고,소자끼리가 전기적으로 접속되어 있는, 실장체.
- 제1항에 있어서, 회로기판을 추가로 포함하고, 상기 광전 변환 소자와 상기 구형 반도체 소자가 이 회로기판의 표면에 실장되며, 이 광전 변환 소자와 이 구형 반도체 소자가, 이 회로기판의 배선에 의해 전기적으로 접속되어 있는, 실장체.
- 제1항에 있어서, 소자끼리가, 전기적인 접속부를 통해서 접촉함으로써 전기적으로 접속되어 있는, 실장체.
- 제1항에 있어서, 상기 광전 변환 소자로서, n개의 구형 광전 변환 소자(n은 2 이상의 정수)와,상기 구형 반도체 소자로서, x개의 구형 반도체 소자(x는 1 이상의 정수)를 포함하고,a개(a는 1 이상의 정수로서, a < n)의 구형 광전 변환 소자가 광 신호를 전기 신호로 변환하는 것이며,(n-a)개의 구형 광전 변환 소자가 전기 신호를 광 신호로 변환하는 것인, 실장체.
- 제4항에 있어서, n이 2이며, x가 1 이상으로서, 2개의 구형 광전 변환 소자를 양단(兩端)으로 해서, 구형 광전 변환 소자와 구형 반도체 소자가 일렬(一列)로 배치되어 있는, 실장체.
- 제4항에 있어서, n이 3 이상이며, x가 1 이상으로서, 1개의 방향으로부터 입사한 광 신호를, 2 이상의 방향으로 분기(分岐)하는, 실장체.
- 제1항에 있어서, 상기 구형 광전 변환 소자가, 광 신호를 전기 신호로 변환하는 소자로서, 복수의 광 전송로로부터 방출되는 광 신호를 수광(受光)하는 것인,실장체.
- 제7항에 있어서, 상기 구형 광전 변환 소자에 전기적으로 접속되어 있는 구형 반도체 소자가, 수광한 광 신호의 파장에 상응해서 수광한 광 신호를 최적인 증폭율로 증폭하는 전자 회로를 형성하고 있는, 실장체.
- 제1항에 있어서, 상기 구형 광전 변환 소자가, 전기 신호를 광 신호로 변환하는 소자로서, 복수의 광 전송로에 광 신호를 방출하는 것인, 실장체.
- 제1항에 있어서, 실장체의 일부 또는 전부가, 투명한 수지(樹脂)에 의해 피복되어 있는, 실장체.
- 제10항에 있어서, 투명한 수지가, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 스티렌아크릴로니트릴 공중합체(共重合體), 및 에폭시 수지로서 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는, 적어도 1개의 수지를 포함하는, 실장체.
- 제1항에 있어서, 수동 부품이 실장되어 있는, 실장체.
- 코어(core)층과 피복층으로서 이루어지는 광 전송로(傳送路)로서, 코어층 내에 청구항 1에 기재한 실장체가 배치되어 있는, 광 전송로.
- 제13항에 있어서, 굴곡(屈曲)된 부분을 가지며, 이 굴곡된 부분에 상기 실장체가 배치되어 있는, 광 전송로.
- 제13항에 있어서, 분기된 부분을 가지며, 이 분기된 부분에 상기 실장체가 배치되어 있는, 광 전송로.
- 코어층과 피복층으로서 이루어지는 광 전송로를 갖는 2 이상의 적층된 층을 포함하고, 청구항 1에 기재한 실장체가 2개의 층에 걸쳐서 배치되어 있어서, 1개의 층의 광 전송로를 다른 층의 광 전송로에 분기 또는 변환하고 있는, 다층(多層) 구조의 광 전송로.
- 광 전송로를 갖는 회로기판으로서, 이 광 전송로가 코어층과 피복층으로서 이루어지고, 코어층 내에 청구항 1에 기재한 실장체가 배치되어 있는, 광 전기 회로기판.
- 복수의 광 전송로를 갖는 회로기판으로서, 청구항 1에 기재한 실장체가 이 복수의 광 전송로를 연결하고, 적어도 1개의 광 전송로로부터 방출된 광에 대응하는 광 신호를, 다른 광 전송로에 입사시키는, 광 전기 회로기판.
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