WO2023162964A1 - 光回路基板 - Google Patents

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WO2023162964A1
WO2023162964A1 PCT/JP2023/006186 JP2023006186W WO2023162964A1 WO 2023162964 A1 WO2023162964 A1 WO 2023162964A1 JP 2023006186 W JP2023006186 W JP 2023006186W WO 2023162964 A1 WO2023162964 A1 WO 2023162964A1
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core
optical
circuit board
optical component
clad
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PCT/JP2023/006186
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English (en)
French (fr)
Inventor
義徳 中臣
Original Assignee
京セラ株式会社
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements

Definitions

  • the present invention relates to an optical circuit board and an optical component mounting structure using the same.
  • optical fibers that can transmit large amounts of data at high speed have been used for information communication.
  • Optical signals are transmitted and received between the optical fiber and the optical component.
  • Such an optical component is mounted on an optical circuit board as described in Patent Document 1, for example.
  • An optical circuit board includes a wiring board having an upper surface including a first mounting area and a second mounting area adjacent to the first mounting area, and an optical waveguide located in the first mounting area.
  • the optical waveguide includes a first lower clad, a first core and a first upper clad from the upper surface side of the wiring substrate.
  • the first lower cladding includes a first portion located in the first mounting area and a second portion located in the second mounting area. The first portion and the second portion have the same height.
  • An optical component mounting structure includes the optical circuit board described above and an optical component located in the second mounting area.
  • An optical component has an optical transmission line including a second upper clad, a second core and a second lower clad from the upper surface side of the wiring board.
  • the second core includes a linear portion and a planar portion.
  • the second upper clad When viewed from the wiring board side, the second upper clad has a recess having a planar portion as a bottom at a position overlapping the second portion. The planar portion located on the bottom and the second portion are in contact.
  • FIG. 1 is a plan view showing an optical component mounting structure in which optical components and electronic components are mounted on an optical circuit board according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is an enlarged explanatory view for explaining a cross section of a region X shown in FIG. 1
  • FIG. FIG. 3 is a plan view of a region Y shown in FIG. 2 (excluding optical components)
  • 1 is an explanatory diagram of an example of an optical component mounted on an optical circuit board according to an embodiment of the present disclosure, viewed from the wiring board side
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a process of manufacturing an optical circuit board according to an embodiment of the present disclosure
  • 4 is an enlarged explanatory view for explaining a cross section of a region Z1 shown in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged explanatory view for explaining a cross section of a region Z2 shown in FIG. 3 when an optical component is mounted on the optical circuit board according to the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a plan view for explaining another form in which an optical component is mounted on an optical circuit board according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 9 is an enlarged explanatory view for explaining cross sections of regions Z3 and Z4 shown in FIG. 8 in another form in which optical components are mounted on the optical circuit board according to the embodiment of the present disclosure
  • the first lower clad has a first portion located in the first mounting region and a second portion located in the second mounting region. two portions, the first portion and the second portion having the same height.
  • FIG. 1 is a plan view showing an optical component mounting structure 10 in which optical components 4 and electronic components 6 are mounted on an optical circuit board 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • An optical circuit board 1 includes a wiring board 2 and an optical waveguide 3.
  • a wiring board 2 included in the optical circuit board 1 according to one embodiment, a wiring board generally used for an optical circuit board can be used.
  • such a wiring board 2 includes, for example, a core board and buildup layers laminated on both sides of the core board.
  • the core substrate is not particularly limited as long as it is an insulating material. Examples of insulating materials include resins such as epoxy resins, bismaleimide-triazine resins, polyimide resins, and polyphenylene ether resins. These resins may be used in combination of two or more.
  • the core substrate usually has through-hole conductors for electrically connecting the upper and lower surfaces of the core substrate.
  • the core substrate may contain a reinforcing material.
  • reinforcing materials include insulating cloth materials such as glass fibers, glass nonwoven fabrics, aramid nonwoven fabrics, aramid fibers, and polyester fibers. Two or more reinforcing materials may be used in combination.
  • inorganic fillers such as silica, barium sulfate, talc, clay, glass, calcium carbonate, and titanium oxide may be dispersed in the core substrate.
  • the buildup layer has a structure in which insulating layers and conductor layers are alternately laminated.
  • a part of the conductor layer positioned on the outermost surface (the conductor layer positioned on the upper surface of the wiring board 2) includes a conductor layer 21a on which the optical waveguide 3 is positioned.
  • the conductor layer 21a is made of metal such as copper.
  • the insulating layer included in the buildup layer is not particularly limited as long as it is an insulating material, like the core substrate. Examples of insulating materials include resins such as epoxy resins, bismaleimide-triazine resins, polyimide resins, and polyphenylene ether resins. These resins may be used in combination of two or more.
  • each insulating layer may be made of the same resin or different resins.
  • the insulating layer and the core substrate included in the buildup layer may be made of the same resin or different resins.
  • the buildup layers usually have via-hole conductors for electrically connecting the layers.
  • inorganic fillers such as silica, barium sulfate, talc, clay, glass, calcium carbonate, and titanium oxide may be dispersed in the insulating layer included in the buildup layer.
  • a first mounting area R1 and a second mounting area R2 are positioned adjacent to each other.
  • the surface of the wiring board 2 may be partially covered with a solder resist.
  • the solder resist is made of a resin such as an acrylic-modified epoxy resin.
  • the optical waveguide 3 included in the optical circuit board 1 is located on the surface of the conductor layer 21 a present on the surface of the wiring board 2 .
  • the conductor layer 21a is made of metal such as copper.
  • FIG. 2 is an enlarged explanatory view explaining a cross section of the region X shown in FIG.
  • the optical waveguide 3 has a structure in which a first lower clad 31, a first core 32 and a first upper clad 33 are laminated in this order from the conductor layer 21a side.
  • the first lower clad 31 included in the optical waveguide 3 is formed on the surface of the wiring substrate 2, specifically, the surface of the conductor layer 21a existing over the first mounting region R1 and the second mounting region R2 on the surface of the wiring substrate 2. located in The material forming the first lower clad 31 is not limited, and examples thereof include resins such as epoxy resin and silicon resin.
  • the first upper clad 33 included in the optical waveguide 3 is also made of resin such as epoxy resin or silicon resin.
  • the first lower clad 31 and the first upper clad 33 may be made of the same material or different materials. Furthermore, the first lower clad 31 and the first upper clad 33 may have the same thickness or different thicknesses.
  • the first lower clad 31 and the first upper clad 33 each have a thickness of approximately 5 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less, for example.
  • the first core 32 included in the optical waveguide 3 is a portion through which light entering the optical waveguide 3 propagates. Specifically, the end surface of the second core 42 (linear portion 42a) included in the optical component 4, which will be described later, and the end surface of the first core 32 of the optical waveguide 3 are positioned to face each other. Optical signals are transmitted and received between the first core 32 and the second core 42 (linear portion 42a) at this end face.
  • the material forming the first core 32 is not limited, and is appropriately set in consideration of, for example, light transmittance and wavelength characteristics of propagating light. Examples of materials include resins such as epoxy resins and silicone resins.
  • the first core 32 has a thickness of, for example, about 3 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the first lower clad 31 includes a first portion 31a and a second portion 31b.
  • FIG. 3 is a plan view of the region Y shown in FIG. 2 (excluding the optical component 4 and the first upper clad 33 of the optical waveguide 3).
  • the first portion 31a is located in the first mounting region R1 and has the first core 32 formed on the upper surface thereof.
  • the second portion 31b is located in the second mounting area R2 where the optical component 4 is mounted.
  • the height L1 of the first portion 31a of the first lower clad 31 and the height L2 of the second portion 31b are the same. Since the first portion 31a and the second portion 31b have the same height, when the optical component 4 is mounted on the optical circuit board 1, the first core 32 of the optical waveguide 3 and the second core 42 of the optical component 4 are separated from each other. (the linear portion 42a) can be aligned with high accuracy in the height direction (thickness direction of the optical circuit board 1). As a result, transmission loss can be reduced.
  • the height L1 of the first portion 31a can be defined as the distance from the upper surface of the wiring board 2 to the upper surface of the first portion 31a in the thickness direction of the optical circuit board 1, as shown in FIG.
  • the height L2 of the second portion 31b can be defined as the distance from the upper surface of the wiring board 2 to the upper surface of the second portion 31b in the thickness direction of the optical circuit board 1, as shown in FIG.
  • (first (height L1 of portion 31a/height L2 of second portion 31b) ⁇ 100 includes a range of 90% to 110%.
  • the second portions 31b positioned in the second mounting region R2 may be provided at, for example, at least two locations. When the second portions 31b are provided in at least two locations, the optical component 4 is stably supported by the second portions 31b after being aligned.
  • the shape of the second mounting region R2 when viewed from above is set according to the shape of the optical component 4 to be mounted, and is not limited.
  • the second portion 31b is positioned near the four corners of the second mounting region R2.
  • the vicinity of the corner can be defined as, for example, a state where the corner of the second mounting region R2 overlaps the second portion 31b.
  • the first core 32 may have a covered portion 32a and a first exposed portion 321, as shown in FIG.
  • the covering portion 32a is located on the surface of the first portion 31a, and is a linear portion having two end faces and covered with the first upper clad 33 except for the two end faces.
  • the first exposed portion 321 is located on the surface of the first portion 31 a and is a portion that is located across the covered portion 32 a and is not covered with the first upper clad 33 .
  • the covered portion 32a is the portion through which the light entering the optical waveguide 3 propagates.
  • the end surface of the second core 42 (linear portion 42a) included in the optical component 4 and the end surface of the coated portion 32a of the optical waveguide 3 are positioned to face each other. Optical signals are transmitted and received between the covering portion 32a and the second core 42 (linear portion 42a) on this end surface.
  • the first exposed portion 321 functions as an alignment mark for planar alignment when the optical component 4 is mounted on the optical circuit board 1 .
  • the second portion 31b is used as described above.
  • the first core 32 may have a second exposed portion 322 as shown in FIG.
  • the second exposed portion 322 is located on the surface of the second portion 31 b and is not covered with the first upper clad 33 .
  • the second exposed portion 322 is located in a portion that can be seen even after the optical component 4 is mounted, and functions as an alignment mark when mounting other components. As will be described later, when the second core 42 of the optical component 4 and the first core 32 of the optical waveguide 3 are adiabatically coupled, the second exposed portion 322 abuts and supports the optical component 4 .
  • a method for manufacturing an optical circuit board according to the present disclosure is not particularly limited as long as it can manufacture an optical circuit board having the structure described above.
  • a method for manufacturing an optical circuit board 1 according to an embodiment of the present disclosure includes the following steps (a) to (e).
  • a wiring board 2 is prepared as shown in FIG.
  • the wiring board 2 has a first mounting region R1 and a second mounting region R2 adjacent to each other on its upper surface.
  • the first mounting region R1 of the wiring board 2 includes a conductor layer 21a that is part of the conductor layer located on the outermost surface (the conductor layer located on the upper surface of the wiring board 2).
  • the second mounting region R2 of the wiring board 2 includes pads 21b that are part of the conductor layer located on the outermost surface.
  • the conductor layer 21a and the pads 21b are made of metal such as copper.
  • step (b) the first portion 31a of the first lower clad 31 is placed in the first mounting region R1, and the second portion 31b of the first lower clad 31 is placed in the second mounting region R2. made of the same material. Specifically, a resin layer made of resin such as epoxy resin or silicon resin is laminated so as to cover the first mounting region R1 and the second mounting region R2. Then, exposure and development are performed to form the first portion 31a of the first lower clad 31 and the second portion 31b of the first lower clad 31 at the same time.
  • resin layer made of resin such as epoxy resin or silicon resin
  • the first core 32 is formed along the upper surface of the first portion 31a of the first lower clad 31, as shown in FIG.
  • the first core 32 is made of resin such as epoxy resin or silicone resin, as described above.
  • the first core 32 includes a linear covered portion 32a for transmitting and receiving optical signals to and from the optical component 4, and optionally a first exposed portion 321 and/or a first exposed portion 321 not covered with the first upper clad 33. Alternatively, a second exposed portion 322 may be included.
  • FIG. 5 does not show the first exposed portion 321 and the second exposed portion.
  • a first upper clad 33 covering the upper surface of the first portion 31a of the first lower clad 31 and the first core 32 is formed.
  • the first upper clad 33 is also made of resin such as epoxy resin or silicon resin.
  • the first lower clad 31 and the first upper clad 33 may be made of the same material or different materials.
  • the first lower clad 31 and the first upper clad 33 may have the same thickness or different thicknesses.
  • step (e) as shown in FIG. 5, the first portion 31a of the first lower clad 31, the covering portion 32a of the first core 32, and the end faces of the first upper clad 33 are ground to form the optical waveguide 3. to form
  • the optical circuit board 1 is obtained.
  • the first portion 31a and the second portion 31b of the first lower clad 31 have the same height. Since the first portion 31a and the second portion 31b have the same height, when the optical component 4 is mounted on the optical circuit board 1, the first core 32 (coating portion 32a) of the optical waveguide 3 and the optical component 4 are separated from each other.
  • the second core 42 (linear portion 42a) can be positioned in the height direction with high accuracy. As a result, transmission loss can be reduced.
  • providing a plurality of second portions 31b rather than one second portion 31b can stably support the optical component 4, and the alignment accuracy in the height direction of the optical circuit board 1 can be improved. improves.
  • the second mounting region R2 has a rectangular shape, as shown in FIG. may be located on the side of
  • the size of the second portion 31b is also not limited as long as it is a size that does not interfere with mounting of the optical component 4 and transmission.
  • the second portion 31b may be provided so as to be elongated on the sides of the square.
  • An optical component mounting structure 10 according to an embodiment of the present disclosure, as shown in FIG. 1, has a structure in which optical components 4 and electronic components 6 are mounted on an optical circuit board 1 according to an embodiment. .
  • the optical component 4 mounted on the optical component mounting structure 10 includes an optical transmission line. Examples of the optical component 4 including such an optical transmission line include a silicon photonics device. Examples of the electronic component 6 include an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and a driver IC.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • the optical component 4 is electrically connected to the pads 21b located in the second mounting region R2 of the wiring board 2 via the solder 7, as shown in FIG.
  • Pads 21 b are part of a conductor layer located on the upper surface of wiring board 2 .
  • the optical component 4 included in the optical component mounting structure 10 includes a second upper clad 43, a second core 42 and a second lower clad from the upper surface side of the wiring board 2. It has an optical transmission line including 41 .
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of the optical component 4 mounted on the optical circuit board 1 according to one embodiment, viewed from the wiring board 2 side.
  • FIG. 6 is an enlarged explanatory view for explaining a cross section of the region Z1 shown in FIG. 3 when the optical component 4 is mounted on the optical circuit board 1 according to one embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged explanatory view for explaining the cross section of the region Z2 shown in FIG. 3 when the optical component 4 is mounted on the optical circuit board 1 according to one embodiment.
  • the optical component 4 examples include silicon photonics devices.
  • the second core 42 included in the silicon photonics device is made of, for example, silicon (Si), and the second lower clad 41 and the second upper clad 43 are made of, for example, silicon dioxide ( SiO 2 ).
  • the silicon photonics device may further include a passivation film, a light source section, a photodetector section, and the like.
  • the second lower clad 41 and the second upper clad 43 may have the same thickness or may have different thicknesses.
  • the second lower clad 41 and the second upper clad 43 each have a thickness of approximately 1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, for example.
  • the second core 42 includes a linear portion 42a and a planar portion 42b. Since the linear portion 42a and the planar portion 42b are generally formed from the same layer at the same time, they have the same height. In FIG. 4, the linear portion 42a is shown to be visible for the sake of explanation, but it is actually located between the second lower clad 41 and the second upper clad 43. As shown in FIG. Therefore, when the optical component 4 is viewed from the wiring board 2 side, the linear portion 42a is covered with the second upper clad 43 and cannot be seen.
  • the end face of the linear portion 42a included in the second core 42 is positioned to face the end face of the coated portion 32a included in the optical waveguide 3, as described above. Optical signals are transmitted and received between the covering portion 32a and the linear portion 42a on this end face. Therefore, the thickness and the shape of the end surface of the linear portion 42a are appropriately set according to the thickness and the shape of the end surface of the covering portion 32a included in the optical waveguide 3.
  • the second upper clad 43 has a concave portion 44 whose bottom is the planar portion 42b at a position overlapping the second portion 31b.
  • the recess 44 is positioned so as to overlap the second portion 31b. Therefore, depending on the position of the second portion 31b, the recess 44 may be a notch as shown in FIG.
  • Such cutouts are also referred to as "recesses" in this specification for convenience.
  • the planar portion 42b located at the bottom of the recess 44 and the second portion 31b are in contact with each other.
  • the linear portion 42a and the planar portion 42b have the same height.
  • the first portion 31a and the second portion 31b have the same height. Therefore, by bringing the planar portion 42b positioned at the bottom of the recess 44 into contact with the second portion 31b, as shown in FIG.
  • the position in the height direction of the second core 42 (linear portion 42a) of the component 4 can be aligned with high precision. After alignment, the optical component 4 is stably supported by the second portion 31b.
  • the second core 42 includes island-shaped portions 42c located on the surface of the second lower clad 41 with the linear portion 42a interposed therebetween.
  • the island-shaped portion 42 c functions as an alignment mark for alignment in the planar direction when the optical component 4 is mounted on the optical circuit board 1 .
  • the first exposed portion 321 included in the optical waveguide 3 and the island-shaped portion 42c included in the optical component 4 are aligned in the planar direction.
  • the first core 32 continuously extends from the covering portion 32a toward the second mounting region R2, and the first upper clad 33 It may further have a third exposed portion 323 that is not covered with.
  • the height L3 of the second exposed portion 322 and the height L4 of the third exposed portion 323 are the same.
  • the height L3 of the second exposed portion 322 can be defined as the distance from the upper surface of the wiring board 2 to the upper surface of the second exposed portion 322 in the thickness direction of the optical circuit board 1 as shown in FIG. 9B, for example. can.
  • the height L4 of the third exposed portion 323 can be defined as the distance from the upper surface of the wiring board 2 to the upper surface of the third exposed portion 323 in the thickness direction of the optical circuit board 1 as shown in FIG. 9A, for example. can.
  • the height L3 of the second exposed portion 322 and the height L4 of the third exposed portion 323 are the same, not only when they are perfectly matched, but also in consideration of manufacturing errors and the like, for example, (height L3 of second exposed portion 322/height L4 of third portion 323) ⁇ 100 includes a range of 90% to 110%.
  • FIGS. 9A and 9B are enlarged explanatory views for explaining cross sections of regions Z3 and Z4 shown in FIG. 8 when the optical component 4 is mounted on the optical circuit board 1 according to one embodiment.
  • the second core 42 (linear portion 42a) of the optical component 4 and the third exposed portion 323 of the first core 32 can be overlapped to facilitate adiabatic coupling for transmission.
  • the optical circuit board on which such an optical component 4 is mounted in the second mounting region R2 has a height L1 from the top surface of the wiring board 2 to the top of the third exposed portion 323, and a height L1 from the top surface of the wiring board 2 to the second exposed portion.
  • the height L2 to the top of 322 is the same. This facilitates alignment in the height direction between the end face of the first core 32 and the end face of the second core 42 of the optical component 4 .
  • the optical component 4 can be easily mounted horizontally on the wiring board 2. Become.
  • the width W1 of the first portion 31a of the first lower clad 31 where the third exposed portion 323 of the first core 32 is located is equal to the width W1 where the covering portion 32a of the first core 32 is located. It may be smaller than the width W2 of the first portion 31 a of the first lower clad 31 .
  • the area where the second core 42 of the optical component 4 is located is narrow, it becomes easy to overlap the optical component 4 and the third exposed portion 323 .
  • an electric signal from the wiring board 2 is propagated through the solder 7 to the light source section included in the optical component 4 (silicon photonics device).
  • the light source unit that receives the propagated electrical signal emits light.
  • An optical fiber in which the emitted optical signal passes through the second core 42 (linear portion 42a) of the optical component 4 and the first core 32 (coated portion 32a) of the optical waveguide 3 and is connected via the optical connector 5a. 5.
  • optical circuit board 2 wiring board 21a conductor layer 21b pad 3 optical waveguide 31 first lower clad 31a first portion 31b second portion 32 first core 32a covering portion 321 first exposed portion 322 second exposed portion 323 third exposed portion 33 first upper clad 4 optical component 41 second lower clad 42 second core 42a linear portion 42b planar portion 42c island portion 43 second upper clad 44 concave portion 5 optical fiber 5a optical connector 6 electronic component 7 solder 10 optical component mounting Structure R1 First mounting area R2 Second mounting area

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Abstract

本開示に係る光回路基板によれば、光学部品を実装する際に、光導波路のコアと光学部品のコアとの高さ方向の位置を高精度で合わせることができ、伝送損失を少なくすることができる。 本開示に係る光回路基板(1)は、第1搭載領域(R1)および第1搭載領域に隣接する第2搭載領域(R2)を含む上面を有する配線基板(21)と、第1搭載領域(R1)に位置する光導波路(3)とを含む。光導波路(3)は、配線基板(21)の上面側から第1下部クラッド(31)、第1コア(32)および第1上部クラッド(33)を含む。第1下部クラッド(31)は、第1搭載領域に位置する第1部分(31a)と、第2搭載領域に位置する第2部分(31b)とを含む。第1部分と第2部分とが同じ高さを有する。

Description

光回路基板
 本発明は、光回路基板およびそれを用いた光学部品実装構造体に関する。
 近年、大容量のデータを高速で通信可能な光ファイバーが情報通信に使用されている。光信号の送受信は、この光ファイバーと光学部品との間で行われる。このような光学部品は、例えば特許文献1に記載のように光回路基板に実装されている。
特許第6264832号公報
 本開示に係る光回路基板は、第1搭載領域および第1搭載領域に隣接する第2搭載領域を含む上面を有する配線基板と、第1搭載領域に位置する光導波路とを含む。光導波路は、配線基板の上面側から第1下部クラッド、第1コアおよび第1上部クラッドを含む。第1下部クラッドは、第1搭載領域に位置する第1部分と、第2搭載領域に位置する第2部分とを含む。第1部分と第2部分とが同じ高さを有する。
 本開示に係る光学部品実装構造体は、上記の光回路基板と、第2搭載領域に位置する光学部品とを含む。光学部品が、配線基板の上面側から第2上部クラッド、第2コアおよび第2下部クラッドを含む光伝送路を有する。第2コアは、線状部分および面状部分を含む。配線基板側から見た場合に、第2上部クラッドは、第2部分と重なる位置に面状部分を底部とする凹部を有する。底部に位置している面状部分と第2部分とが当接している。
本開示の一実施形態に係る光回路基板に、光学部品および電子部品が実装された光学部品実装構造体を示す平面図である。 図1に示す領域Xの断面を説明するための拡大説明図である。 図2に示す領域Yの平面図(但し、光学部品を除く)である。 本開示の一実施形態に係る光回路基板に実装される光学部品の一例について、配線基板側から見た説明図である。 本開示の一実施形態に係る光回路基板を製造する工程を説明するための説明図である。 本開示の一実施形態に係る光回路基板に光学部品が実装された場合において、図3に示す領域Z1の断面を説明するための拡大説明図である。 本開示の一実施形態に係る光回路基板に光学部品が実装された場合において、図3に示す領域Z2の断面を説明するための拡大説明図である。 本開示の一実施形態に係る光回路基板に光学部品が実装された別の形態を説明するための平面図である。 本開示の一実施形態に係る光回路基板に光学部品が実装された別の形態において、図8に示す領域Z3およびZ4の断面を説明するための拡大説明図である。
 光回路基板に光学部品を実装するに際し、光回路基板に含まれる光導波路のコアと光学部品のコアとの位置(高さ)を合わせるのが困難である。そのため、光導波路のコアと光学部品のコアとの高さ方向の位置合わせの精度が低く、伝送損失が大きくなる。そのため、光導波路のコアと光学部品のコアとの高さ方向の位置を高精度で合わせることができ、伝送損失を少なくすることができる光回路基板が求められている。
 本開示に係る光回路基板は、課題を解決するための手段の欄に記載のように、第1下部クラッドが、第1搭載領域に位置する第1部分と、第2搭載領域に位置する第2部分とを含み、第1部分と第2部分とが同じ高さを有する。その結果、本開示に係る光回路基板によれば、光学部品を実装する際に、光導波路のコアと光学部品のコアとの高さ方向の位置を高精度で合わせることができ、伝送損失を少なくすることができる。
 本開示の一実施形態に係る光回路基板を、図1~3に基づいて説明する。図1は、本開示の一実施形態に係る光回路基板1に、光学部品4および電子部品6が実装された光学部品実装構造体10を示す平面図である。
 本開示の一実施形態に係る光回路基板1は、配線基板2と光導波路3とを含む。一実施形態に係る光回路基板1に含まれる配線基板2としては、一般的に光回路基板に使用される配線基板が挙げられる。
 このような配線基板2には、具体的に図示していないが、例えば、コア基板と、コア基板の両面に積層されたビルドアップ層とを含む。コア基板は、絶縁性を有する素材であれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド-トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は2種以上を混合して用いてもよい。コア基板は、通常、コア基板の上下面を電気的に接続するために、スルーホール導体を有している。
 コア基板は、補強材を含んでいてもよい。補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性布材が挙げられる。補強材は2種以上を併用してもよい。さらに、コア基板には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機フィラーが、分散されていてもよい。
 ビルドアップ層は、絶縁層と導体層とが交互に積層された構造を有している。最表面に位置する導体層(配線基板2の上面に位置する導体層)の一部は、光導波路3が位置する導体層21aを含んでいる。導体層21aは、例えば銅などの金属で形成されている。ビルドアップ層に含まれる絶縁層は、コア基板と同様、絶縁性を有する素材であれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド-トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は2種以上を混合して用いてもよい。
 ビルドアップ層に絶縁層が2層以上存在する場合、それぞれの絶縁層は、同じ樹脂でもよく、異なる樹脂でもよい。ビルドアップ層に含まれる絶縁層とコア基板とは、同じ樹脂でもよく、異なる樹脂でもよい。ビルドアップ層は、通常、層間を電気的に接続するためのビアホール導体を有している。さらに、ビルドアップ層に含まれる絶縁層には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機フィラーが、分散されていてもよい。
 配線基板2の表面には、図2に示すように、第1搭載領域R1および第2搭載領域R2が、互いに隣接して位置している。図示していないが、配線基板2の表面には、部分的にソルダーレジストが位置していてもよい。ソルダーレジストは樹脂で形成されており、樹脂としては、例えばアクリル変性エポキシ樹脂などが挙げられる。
 図2に示すように、一実施形態に係る光回路基板1に含まれる光導波路3は、配線基板2の表面に存在している導体層21aの表面に位置している。導体層21aは、例えば銅などの金属で形成されている。図2は、図1に示す領域Xの断面を説明する拡大説明図である。光導波路3は、導体層21a側から第1下部クラッド31、第1コア32および第1上部クラッド33の順に積層された構造を有している。
 光導波路3に含まれる第1下部クラッド31は、配線基板2の表面、具体的には配線基板2の表面において第1搭載領域R1および第2搭載領域R2にわたり存在している導体層21aの表面に位置している。第1下部クラッド31を形成している材料は限定されず、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂が挙げられる。
 光導波路3に含まれる第1上部クラッド33についても、第1下部クラッド31と同様、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂で形成されている。第1下部クラッド31と第1上部クラッド33とは同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。さらに、第1下部クラッド31および第1上部クラッド33は、同じ厚みを有していてもよく、異なる厚みを有していてもよい。第1下部クラッド31および第1上部クラッド33は、例えば、それぞれ5μm以上150μm以下程度の厚みを有する。
 光導波路3に含まれる第1コア32は、光導波路3に侵入した光が伝搬する部分である。具体的には、後述する光学部品4に含まれる第2コア42(線状部分42a)の端面と、光導波路3の第1コア32の端面とが対向するように位置している。この端面において、第1コア32と第2コア42(線状部分42a)との間で光信号の送受信が行われる。第1コア32を形成している材料は限定されず、例えば、光の透過性や伝搬する光の波長特性などを考慮して、適宜設定される。材料としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂が挙げられる。第1コア32は、例えば、3μm以上50μm以下程度の厚みを有する。
 図3に示すように、第1下部クラッド31は、第1部分31aおよび第2部分31bを含む。図3は、図2に示す領域Yの平面図(但し、光学部品4および光導波路3が有する第1上部クラッド33を除く)である。第1部分31aは、第1搭載領域R1に位置しており、上面に第1コア32が形成されている。一方、第2部分31bは、光学部品4が搭載される第2搭載領域R2に位置している。
 第1下部クラッド31の第1部分31aの高さL1と第2部分31bの高さL2とは、同じである。第1部分31aと第2部分31bとが同じ高さを有することによって、光回路基板1に光学部品4を実装する際に、光導波路3の第1コア32と光学部品4の第2コア42(線状部分42a)との高さ方向(光回路基板1の厚さ方向)の位置を高精度で合わせることができる。その結果、伝送損失を少なくすることができる。第1部分31aの高さL1とは、例えば図6に示すように光回路基板1の厚さ方向における、配線基板2の上面から第1部分31aの上面までの距離と定義することができる。第2部分31bの高さL2とは、例えば図6に示すように光回路基板1の厚さ方向における、配線基板2の上面から第2部分31bの上面までの距離と定義することができる。第1部分31aの高さL1と第2部分31bの高さL2とが同じであるとは、完全に一致している場合だけではなく、製造上の誤差などを考慮し、例えば、(第1部分31aの高さL1/第2部分31bの高さL2)×100において、90%~110%の範囲を含む。
 第2搭載領域R2に位置している第2部分31bは、例えば、少なくとも2か所に設けられていればよい。第2部分31bが少なくとも2か所に設けられていると、光学部品4が位置合わせされた後に、第2部分31bによって安定して支えられる。
 平面視した場合の第2搭載領域R2の形状は、搭載される光学部品4の形状に応じて設定され、限定されない。例えば、図3に示すように、平面視で第2搭載領域R2が4つの角部を有する四角形状を有する場合、第2搭載領域R2の4つの角部近傍に、第2部分31bが位置していてもよい。角部近傍とは、例えば第2搭載領域R2の角と、第2部分31bとが重なる状態と定義することができる。このような構成によって、光学部品4は、光回路基板1の高さ方向に対してより高精度に位置合わせされ、第2部分31bによってより安定して支えられる。
 第1コア32は、図3に示すように、被覆部分32aおよび第1露出部分321を有していてもよい。被覆部分32aは、第1部分31aの表面に位置しており、2つの端面を有する線状で2つの端面以外を第1上部クラッド33で被覆された部分である。第1露出部分321は、第1部分31aの表面に位置しており、被覆部分32aを挟んで位置し第1上部クラッド33で被覆されていない部分である。
 第1コア32が被覆部分32aおよび第1露出部分321を有する場合、図3に示すように、被覆部分32aが、光導波路3に侵入した光が伝搬する部分である。具体的には、光学部品4に含まれる第2コア42(線状部分42a)の端面と、光導波路3の被覆部分32aの端面とが対向するように位置している。この端面において、被覆部分32aと第2コア42(線状部分42a)との間で光信号の送受信が行われる。
 第1露出部分321は、光回路基板1に光学部品4を実装する際に、平面方向の位置合わせのためのアライメントマークとして機能する。高さ方向の位置合わせについては、上述のように第2部分31bが使用される。
 第1コア32は、図3に示すように、第2露出部分322を有していてもよい。第2露出部分322は、第2部分31bの表面に位置しており、第1上部クラッド33で被覆されていない。第2露出部分322は、光学部品4の実装後にも目視可能な部分に位置しており、他の部品を実装する際のアライメントマークとして機能する。後述するように、光学部品4の第2コア42と光導波路3の第1コア32とをアディアバティック結合する場合に、第2露出部分322が光学部品4と当接して支持する。
 本開示に係る光回路基板の製造方法は、上述の構造を有するような光回路基板が製造できれば、特に限定されない。本開示の一実施形態に係る光回路基板1の製造方法は、下記の工程(a)~(e)を含む。
  工程(a):互いに隣接している第1搭載領域および第2搭載領域を有する配線基板を準備する工程。
  工程(b):第1搭載領域に第1下部クラッドの第1部分および第2搭載領域に第1下部クラッドの第2部分を、同じ素材で形成する工程。
  工程(c):第1下部クラッドの第1部分の上面に沿った第1コアを形成する工程。
  工程(d):第1下部クラッドの第1部分の上面および第1コアを被覆する第1上部クラッドを形成する工程。
  工程(e):第1下部クラッドの第1部分、第1コアおよび第1上部クラッドの端面を研削して、光導波路を形成する工程。
 工程(a)では、図5に示すように、配線基板2を準備する。配線基板2は、互いに隣接している第1搭載領域R1および第2搭載領域R2を上面に有している。配線基板2の第1搭載領域R1には、最表面に位置する導体層(配線基板2の上面に位置する導体層)の一部である導体層21aを含んでいる。配線基板2の第2搭載領域R2には、最表面に位置する導体層の一部であるパッド21bを含んでいる。導体層21aおよびパッド21bは、例えば銅などの金属で形成されている。
 次いで、工程(b)では、図5に示すように、第1搭載領域R1に第1下部クラッド31の第1部分31aおよび第2搭載領域R2に第1下部クラッド31の第2部分31bを、同じ素材で形成する。具体的には、第1搭載領域R1および第2搭載領域R2を被覆するように、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂で形成された樹脂層を積層させる。次いで、露光および現像し、第1下部クラッド31の第1部分31aおよび第1下部クラッド31の第2部分31bを同時に形成する。
 次いで、工程(c)では、図5に示すように、第1下部クラッド31の第1部分31aの上面に沿った第1コア32を形成する。第1コア32は、上述のようにエポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂で形成される。第1コア32は、光学部品4との間で光信号の送受信を行う線状の被覆部分32aを含み、必要に応じて、第1上部クラッド33で被覆されていない第1露出部分321および/または第2露出部分322を含んでいてもよい。図5では、第1露出部分321および第2露出部分を図示していない。
 次いで、工程(d)では、図5に示すように、第1下部クラッド31の第1部分31aの上面および第1コア32を被覆する第1上部クラッド33を形成する。第1上部クラッド33も第1下部クラッド31と同様、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂で形成されている。第1下部クラッド31と第1上部クラッド33とは同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。さらに、第1下部クラッド31および第1上部クラッド33は、同じ厚みを有していてもよく、異なる厚みを有していてもよい。
 次いで、工程(e)では、図5に示すように、第1下部クラッド31の第1部分31a、第1コア32の被覆部分32aおよび第1上部クラッド33の端面を研削して、光導波路3を形成する。
 このようにして、一実施形態に係る光回路基板1が得られる。一実施形態に係る光回路基板1において、第1下部クラッド31の第1部分31aと第2部分31bとは、同じ高さを有している。第1部分31aと第2部分31bとが同じ高さを有することによって、光回路基板1に光学部品4を実装する際に、光導波路3の第1コア32(被覆部分32a)と光学部品4の第2コア42(線状部分42a)との高さ方向の位置を高精度で合わせることができる。その結果、伝送損失を少なくすることができる。
 本開示に係る光回路基板において、第2部分31bは、1つよりも複数備える方が光学部品4を安定して支えることができ、光回路基板1の高さ方向に対する位置合わせの精度もより向上する。具体的には、第2搭載領域R2が四角形状を有する場合、図3に示すように、第2部分31bは第2搭載領域R2の4つの角部近傍に位置していてもよく、四角形状の辺上に位置していてもよい。第2部分31bの大きさも、光学部品4の実装や伝送を妨げないような大きさであれば、限定されない。例えば、平面視した場合に、第2部分31bが四角形状の辺上に長細く位置するように備えられていてもよい。
 次に、本開示の光学部品実装構造体について説明する。本開示の一実施形態に係る光学部品実装構造体10は、図1に示すように、一実施形態に係る光回路基板1に光学部品4および電子部品6が実装された構造を有している。一実施形態に係る光学部品実装構造体10に実装される光学部品4には、光伝送路が含まれる。このような光伝送路を含む光学部品4としては、例えば、シリコンフォトニクスデバイスなどが挙げられる。電子部品6としては、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、ドライバICなどが挙げられる。
 光学部品4は、図2に示すように、配線基板2の第2搭載領域R2に位置するパッド21bとはんだ7を介して電気的に接続されている。パッド21bは、配線基板2の上面に位置する導体層の一部である。
 一実施形態に係る光学部品実装構造体10に含まれる光学部品4は、図6および7に示すように、配線基板2の上面側から第2上部クラッド43、第2コア42および第2下部クラッド41を含む光伝送路を有する。図4は、一実施形態に係る光回路基板1に実装される光学部品4の一例について、配線基板2側から見た説明図である。図6は、一実施形態に係る光回路基板1に光学部品4が実装された場合において、図3に示す領域Z1の断面を説明するための拡大説明図である。図7は、一実施形態に係る光回路基板1に光学部品4が実装された場合において、図3に示す領域Z2の断面を説明するための拡大説明図である
 光学部品4としては、例えば、シリコンフォトニクスデバイスなどが挙げられる。光学部品4がシリコンフォトニクスデバイスの場合、シリコンフォトニクスデバイスに含まれる第2コア42は、例えばケイ素(Si)で形成されており、第2下部クラッド41および第2上部クラッド43は、例えば二酸化ケイ素(SiO)で形成されている。シリコンフォトニクスデバイスは、図示していないが、パッシベーション膜、光源部、光検出部などをさらに含んでいてもよい。
 第2下部クラッド41および第2上部クラッド43は、同じ厚みを有していてもよく、異なる厚みを有していてもよい。第2下部クラッド41および第2上部クラッド43は、例えば、それぞれ1μm以上20μm以下程度の厚みを有する。
 第2コア42は、線状部分42aおよび面状部分42bを含む。線状部分42aと面状部分42bとは、通常、同じ層で同時に形成されるため、同じ高さを有している。図4において、線状部分42aは、説明のために目視できるように記載されているが、実際には、第2下部クラッド41と第2上部クラッド43との間に位置している。そのため、光学部品4を配線基板2側から見ると、線状部分42aは第2上部クラッド43で被覆されており、目視できない。
 第2コア42に含まれる線状部分42aの端面は、上述のように、光導波路3に含まれる被覆部分32aの端面に対向するように位置している。この端面において、被覆部分32aと線状部分42aとの間で光信号の送受信が行われる。したがって、線状部分42aの厚みおよび端面の形状は、光導波路3に含まれる被覆部分32aの厚みおよび端面の形状に応じて、適宜設定される。
 光学部品4を配線基板2側から見た場合に、第2上部クラッド43は、第2部分31bと重なる位置に面状部分42bを底部とする凹部44を有する。凹部44は、第2部分31bと重なるように位置している。そのため、第2部分31bの位置によっては、凹部44は、図4に示すような切り欠き部のような場合もあり得る。このような切り欠き部の場合も、本明細書においては便宜上「凹部」とする。
 図6に示すように、凹部44の底部に位置している面状部分42bと第2部分31bとが当接している。上述のように、線状部分42aと面状部分42bとは、同じ高さを有している。さらに、第1部分31aと第2部分31bとが同じ高さを有している。したがって、凹部44の底部に位置している面状部分42bと第2部分31bとを当接させることによって、図7に示すように、光導波路3の第1コア32(被覆部分32a)と光学部品4の第2コア42(線状部分42a)との高さ方向の位置を高精度で合わせることができる。そして、光学部品4は、位置合わせ後に、第2部分31bによって安定して支えられる。
 第2コア42は、第2下部クラッド41の表面に、線状部分42aを挟んで位置する島状部分42cを含む。島状部分42cは、光回路基板1に光学部品4を実装する際に、平面方向の位置合わせのためのアライメントマークとして機能する。具体的には、光導波路3に含まれる第1露出部分321と、光学部品4に含まれる島状部分42cとで平面方向の位置合わせが行われる。
 図8、図9Aおよび図9Bに示すように、第1部分31aの表面において、第1コア32は、被覆部分32aから連続して第2搭載領域R2側に延在し、第1上部クラッド33で被覆されていない第3露出部分323をさらに有していてもよい。そして、第2露出部分322の高さL3は、第3露出部分323の高さL4と同じである。第2露出部分322の高さL3とは、例えば図9Bに示すように光回路基板1の厚さ方向における、配線基板2の上面から第2露出部分322の上面までの距離と定義することができる。第3露出部分323の高さL4とは、例えば図9Aに示すように光回路基板1の厚さ方向における、配線基板2の上面から第3露出部分323の上面までの距離と定義することができる。第2露出部分322の高さL3と第3露出部分323の高さL4とが同じであるとは、完全に一致している場合だけではなく、製造上の誤差などを考慮し、例えば、(第2露出部分322の高さL3/第3部分323の高さL4)×100において、90%~110%の範囲を含む。図9AおよびBは、一実施形態に係る光回路基板1に光学部品4が実装された場合において、図8に示す領域Z3およびZ4の断面を説明するための拡大説明図である。
 上記の構造により、例えば光学部品4の第2コア42(線状部分42a)と、第1コア32の第3露出部分323とを重ね合わせて伝送を行うアディアバティック結合を容易に行うことができる。このような光学部品4を第2搭載領域R2に実装する光回路基板は、配線基板2の上面から第3露出部分323の上部までの高さL1と、配線基板2の上面から第2露出部分322の上部までの高さL2とが同じである。これにより、第1コア32の端面と、光学部品4の第2コア42の端面との高さ方向の位置合わせが容易になる。
 図8に示すように、第2搭載領域R2に、第1下部クラッド31bに位置する第2露出部322が複数ある場合、光学部品4を配線基板2に対して水平に実装することが容易になる。
 図8に示すように、第1コア32の第3露出部分323が位置している第1下部クラッド31の第1部分31aの幅W1が、第1コア32の被覆部分32aが位置している第1下部クラッド31の第1部分31aの幅W2より小さくてもよい。光学部品4の第2コア42が位置している領域が狭い場合に、光学部品4と第3露出部分323とを重ね合わせることが容易になる。
 一実施形態に係る光学部品実装構造体10は、例えば、配線基板2からの電気信号が、はんだ7を介して光学部品4(シリコンフォトニクスデバイス)に含まれる光源部に伝搬される。伝搬された電気信号を受信した光源部は発光する。発光した光信号が、光学部品4の第2コア42(線状部分42a)および光導波路3の第1コア32(被覆部分32a)を経由して、光コネクター5aを介して接続されている光ファイバー5に伝播される。
 1  光回路基板
 2  配線基板
 21a 導体層
 21b パッド
 3  光導波路
 31 第1下部クラッド
 31a 第1部分
 31b 第2部分
 32 第1コア
 32a 被覆部分
 321 第1露出部分
 322 第2露出部分
 323 第3露出部分
 33 第1上部クラッド
 4  光学部品
 41 第2下部クラッド
 42 第2コア
 42a 線状部分
 42b 面状部分
 42c 島状部分
 43 第2上部クラッド
 44 凹部
 5  光ファイバー
 5a 光コネクター
 6  電子部品
 7  はんだ
 10 光学部品実装構造体
 R1 第1搭載領域
 R2 第2搭載領域

Claims (10)

  1.  第1搭載領域および該第1搭載領域に隣接する第2搭載領域を含む上面を有する配線基板と、
     前記第1搭載領域に位置する光導波路と、
    を含み、
     該光導波路は、前記配線基板の前記上面側から第1下部クラッド、第1コアおよび第1上部クラッドを含み、
     前記第1下部クラッドは、前記第1搭載領域に位置する第1部分と、前記第2搭載領域に位置する第2部分とを含み、
     前記第1部分の高さと前記第2部分の高さとが同じである、
     光回路基板。
  2.  前記配線基板の前記上面に位置する導体層をさらに含み、
    該導体層上に、前記光導波路および前記第2部分が位置している、請求項1に記載の光回路基板。
  3.  前記第1コアは、前記第1部分に位置する被覆部分および第1露出部分を有しており、
     前記被覆部分は、2つの端面を有する線形状を有しており該端面以外を前記第1上部クラッドで被覆されており、
     前記第1露出部分は、平面視で前記被覆部分を挟んで位置し前記第1上部クラッドで被覆されていない、請求項1または2に記載の光回路基板。 
  4.  前記第1コアは、前記第2部分に位置しており、前記第1上部クラッドで被覆されていない第2露出部分を有している、請求項1~3のいずれかに記載の光回路基板。
  5.  平面視した場合、前記第2搭載領域が4つの角部を有する四角形状を有し、前記4つの角部の近傍に前記第2部分が位置している、請求項1~4のいずれかに記載の光回路基板。
  6.  前記第1コアは、前記第1部分に位置しており、前記被覆部分から連続して前記第2搭載領域側に延在し、前記第1上部クラッドで被覆されていない第3露出部分をさらに有しており、前記第2露出部分の高さと前記第3露出部分の高さとが同じである、請求項4または5に記載の光回路基板。
  7.  請求項1~5のいずれかに記載の光回路基板と、前記第2搭載領域に位置するとともに光伝送路を有する光学部品とを含み、
     前記光伝送路は、前記配線基板の前記上面側から第2上部クラッド、第2コアおよび第2下部クラッドを含み、
     前記第2コアは、線状部分および面状部分を含んでおり、
     前記配線基板側から見た場合に、前記第2上部クラッドは、前記第2部分と重なる位置に前記面状部分を底部とする凹部を有しており、
     前記底部に位置している前記面状部分と前記第2部分とが当接している、
    光学部品実装構造体。
  8.  前記第2コアの前記線状部分の端面が、前記第1コアの前記被覆部分の端面と対向している、請求項7に記載の光学部品実装構造体。
  9.  請求項6に記載の光回路基板と、前記第2搭載領域に位置するとともに光伝送路を有する光学部品とを含み、
     前記光伝送路は、前記配線基板の前記上面側から第2上部クラッド、第2コアおよび第2下部クラッドを含み、
     前記第2コアは、線状部分および面状部分を含んでおり、
     前記配線基板側から見た場合に、前記第2上部クラッドは、前記第2部分と重なる位置に前記面状部分を底部とする凹部を有しており、
     前記底部に位置している前記面状部分と前記第2露出部分とが当接しており、
     前記第2コアの前記線状部分と前記第3露出部分とが当接している、
    光学部品実装構造体。
  10.  前記第2コアは、前記第2下部クラッドの表面に、前記線状部分を挟んで位置する島状部分を含んでいる、請求項7~9に記載の光学部品実装構造体。
PCT/JP2023/006186 2022-02-22 2023-02-21 光回路基板 WO2023162964A1 (ja)

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