WO2024075497A1 - 接続構造 - Google Patents

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WO2024075497A1
WO2024075497A1 PCT/JP2023/033610 JP2023033610W WO2024075497A1 WO 2024075497 A1 WO2024075497 A1 WO 2024075497A1 JP 2023033610 W JP2023033610 W JP 2023033610W WO 2024075497 A1 WO2024075497 A1 WO 2024075497A1
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WO
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face
component
optical waveguide
core portion
connection structure
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Application number
PCT/JP2023/033610
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English (en)
French (fr)
Inventor
昂平 河合
遼佳 古町
Original Assignee
イビデン株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light 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
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements

Definitions

  • the present invention relates to a connection structure between an optical waveguide and an optical element.
  • Patent Document 1 discloses an optical waveguide including a core layer, a first clad layer laminated on the first main surface side of the core layer, and a second clad layer laminated on the second main surface side of the core layer.
  • the end face of the second clad layer is recessed from the end faces of the core layer and the first clad layer, and a part of the second main surface of the core layer is exposed.
  • the connection structure of the present invention has an optical waveguide and an optical element on a wiring board.
  • the optical waveguide has a core portion having a first surface and a second surface opposite to the first surface, a first clad layer formed in contact with the first surface, and a second clad layer formed in contact with the second surface, one end of the optical waveguide has a first end face and a second end face, the first end face is a surface where the core portion and the first clad layer are substantially flush with each other and where the core portion is exposed, the second end face is a surface of the second clad layer extending from the first end face, the optical element has an exposed light receiving surface or light emitting surface, the light receiving surface or light emitting surface of the optical element faces the light transmitting surface of the core portion exposed at the first end face, and the optical element is disposed on the second end face.
  • connection structure between an optical waveguide and an optical element in which the light receiving surface or light emitting surface of the light guiding portion, which is the light receiving portion or light emitting portion of the optical element, is aligned with a light transmitting surface of the core portion of the optical waveguide with a relatively high degree of accuracy.
  • the optical element can be relatively stably positioned on the second end face. This reduces the risk of contact between the exposed core portion and the optical element, and is believed to suppress damage to the core portion.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wiring board including a connection structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of a plan view of the wiring board of FIG. 1 .
  • FIG. 2 is an enlarged view of part III in FIG. 1 .
  • 11 is a cross-sectional view showing a modified example of a wiring board including a connection structure according to an embodiment of the present invention.
  • 5A to 5C are cross-sectional views showing an example of a process for forming the connection structure of the embodiment.
  • 5A to 5C are cross-sectional views showing an example of a process for forming the connection structure of the embodiment.
  • 5A to 5C are cross-sectional views showing an example of a process for forming the connection structure of the embodiment.
  • 5A to 5C are cross-sectional views showing an example of a process for forming the connection structure of the embodiment.
  • 5A to 5C are cross-sectional views showing an example of a process for forming the connection structure of the embodiment.
  • 5A to 5C are cross-sectional views showing an example of a process for forming the connection structure of the embodiment.
  • 5A to 5C are cross-sectional views showing an example of a process for forming the connection structure of the embodiment.
  • 5A to 5C are cross-sectional views showing an example of a process for forming the connection structure of the embodiment.
  • 5A to 5C are cross-sectional views showing an example of a process for forming the connection structure of the embodiment.
  • FIG. 1 shows a connection structure between an optical waveguide 5 and a component (optical element) E1, which is an example of a connection structure of one embodiment.
  • the optical waveguide 5 is attached to an electrical wiring section 200 via a support plate 6 to form a wiring board 100.
  • FIG. 1 shows a state in which the component E1 is disposed on the surface of the wiring board 100 on the side on which the optical waveguide 5 is attached.
  • FIG. 2 shows a plan view of the wiring board 100 shown in FIG. 1 in a plan view.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line I-I in FIG. 2. Note that "plan view” means that the wiring board 100 is viewed from a line of sight along its thickness direction.
  • An enlarged view of part II in FIG. 2 is shown within circle B drawn by a dashed line in FIG. 2.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of part III in FIG. 1.
  • the wiring board 100 of the example shown in FIG. 1 includes an electrical wiring section 200 and an optical wiring section 300 placed on the surface 203 of the electrical wiring section 200.
  • the optical wiring section 300 includes the optical waveguide 5 of the embodiment and a support plate 6.
  • the electrical wiring section 200 includes an insulating layer and a conductor layer.
  • the wiring board 100a of the modified example shown in FIG. 4 does not include a support plate, and the optical waveguide 5 is disposed on the wiring board 100a. Note that although the optical waveguide 5 in FIG. 4 is formed on the insulating layer 21, the optical waveguide 5 may be formed on the solder resist 23.
  • the electrical wiring section 200 in FIG. 1 includes a core substrate 3 having a surface 3a and a surface 3b facing each other in the thickness direction, an insulating layer 21 and a conductor layer 11 stacked in order on the surface 3a of the core substrate 3, and an insulating layer 22 and a conductor layer 12 stacked in order on the surface 3b.
  • the insulating layer 21 is an interlayer insulating layer interposed between the conductor layer 11 and the conductor layer 31
  • the insulating layer 22 is an interlayer insulating layer interposed between the conductor layer 12 and the conductor layer 31.
  • the insulating layer 21 and the insulating layer 22 each have a via conductor 20 formed therein to connect the conductor layers sandwiched between them.
  • the core substrate 3 includes an insulating layer 32 and conductor layers 31 formed on both sides of the insulating layer 32.
  • the insulating layer 32 has a through-hole conductor 33 penetrating the insulating layer 32 to connect the conductor layers 31 on both sides.
  • solder resist 23 is formed on one surface 3a and the other surface 3b of the core substrate 3.
  • the solder resist 23 on the one surface 3a covers necessary parts of the insulating layer 21 and the conductor layer 11.
  • the solder resist 23 on the other surface 3b covers necessary parts of the insulating layer 22 and the conductor layer 12.
  • the conductor posts 13 and 14 are formed on the conductor layer 11.
  • a connection layer 15 is formed using, for example, tin-based solder, gold-based or silver-based solder.
  • the conductor posts 13 and 14 have, for example, a columnar shape extending from the conductor layer 11 in the opposite direction to the insulating layer 21.
  • the conductor posts 13 and 14 protrude from the surface of the solder resist 23.
  • the component E1 is connected to the conductor post 13, and the component E2 is connected to the conductor post 14. Therefore, the electrical wiring section 200 has a component mounting area A1, which is an area where the component E1 is mounted when the wiring board 100 is in use.
  • the component mounting area A1 is covered by the component E1 when the wiring board 100 is in use.
  • the insulating layers 21, 22, and 32 are formed of insulating resin such as epoxy resin, bismaleimide triazine resin (BT resin), or phenol resin.
  • each insulating layer may further include a core material (reinforcing material) formed of glass fiber, aramid fiber, or the like, and may include an inorganic filler consisting of fine particles of silica (SiO 2 ), alumina, mullite, or the like.
  • the solder resist 23 is formed of, for example, a photosensitive epoxy resin or polyimide resin.
  • the conductor layers 11, 12, conductor layer 31, through-hole conductor 33, via conductor 20, and conductor posts 13, 14 can be formed using any metal, such as copper or nickel. Although these conductor posts are simplified and depicted as a single layer in FIG. 1, it is preferable that they have a multilayer structure of two or more layers of metal.
  • the conductor layers 11, 12 can have a two-layer structure including an electroless plating film and an electrolytic plating film.
  • the conductor posts 13, 14 are formed, for example, from a plating metal deposited by electroless plating and/or electrolytic plating.
  • the conductor posts 13, 14 may be formed not only by plating, but also by sputtering or applying a conductive paste.
  • the conductor layers 11, 12, and conductor layer 31 may each include any conductor pattern.
  • the conductor layer 11 includes conductor pads 11a and 11b.
  • a conductor post 13 is formed on the conductor pad 11a, and the electrode E1a of the component E1 is electrically connected to the conductor pad 11a via the conductor post 13.
  • a conductor post 14 is formed on the conductor pad 11b, and the electrode E2a of the component E2 is electrically connected to the conductor pad 11b via the conductor post 14.
  • an electrical component i.e., an optical element
  • component E1 has a light guiding portion E1b which is a light receiving portion or a light emitting portion in addition to an electrode E1a.
  • the light guiding portion E1b which is a light receiving portion or a light emitting portion has a light receiving surface or a light emitting surface E1c.
  • the electrode E1a and the light guiding portion E1b which is a light receiving portion or a light emitting portion are provided on the surface of component (optical element) E1 which faces the wiring board 100. That is, in the examples of FIGS. 1 to 3, component E1 is mounted face-down (flip-chip mounted).
  • Component E1 is, for example, a light receiving element such as a photodiode, or a light emitting element such as a light emitting diode (LED), an organic light emitting diode (OLED), a laser diode (LD), or a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL).
  • a light emitting element such as a light emitting diode (LED), an organic light emitting diode (OLED), a laser diode (LD), or a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL).
  • component E1 When component E1 is a light emitting element, component E1 generates an optical signal based on an electrical signal input to electrode E1a, and emits the optical signal from light guide E1b, which is a light receiving unit or light emitting unit functioning as a light emitting unit.
  • an electrical signal is generated based on an optical signal that enters light guide E1b, which is a light receiving unit or light emitting unit functioning as a light receiving unit, and is output from electrode E1
  • Component E2 may be, for example, an electronic component such as a semiconductor device that generates an electrical signal that causes component E1 to emit light and/or processes the electrical signal generated by component E1.
  • component E2 include semiconductor devices such as general-purpose operational amplifiers, driver ICs, microcontrollers, and programmable logic devices (PLDs).
  • the optical waveguide 5 is included in the optical wiring section 300.
  • the optical waveguide 5 includes a core section 51 that transmits an optical signal, and a cladding section 52 that surrounds the core section 51.
  • the optical wiring section 300 further includes a support plate 6.
  • the support plate 6 is disposed on the electrical wiring section 200.
  • the optical waveguide 5 is disposed on the support plate 6.
  • materials for the support plate 6 include glasses such as soda-lime glass, borosilicate glass, and quartz glass, various metals such as tungsten, titanium, and molybdenum, and various ceramics such as alumina, silicon nitride, and silicon oxide.
  • the various metals that constitute the support plate 6 may be in the form of a metal plate or a metal foil.
  • the optical waveguide 5 may be disposed on the surface 203 of the electrical wiring section 200.
  • the cladding section 52 includes a first cladding layer 521 and a second cladding layer 522.
  • the cladding section 52 is provided around the core section 51 and sandwiches the core section 51 in a direction extending from the surface where the core section 51 is exposed, that is, in any direction perpendicular to the propagation direction of the optical signal in the core section 51 (+X direction or -X direction, hereinafter also simply referred to as the "X direction").
  • the core section 51 has a first surface 511 (the side of the core section 51 opposite the electrical wiring 200) and a second surface 512 (the side of the core section 51 facing the electrical wiring 200), and the first cladding layer 521 of the cladding section 52 is in contact with the first surface 511 of the core section 51, and the second cladding layer 522 is in contact with the second surface 512 of the core section 51.
  • the core portion 51 has a first end 5a and a second end 5b which are ends in the extending direction.
  • the second end 5b is the end opposite to the first end 5a.
  • An optical signal enters the end of the core portion 51 from outside the optical waveguide 5 by passing through the surface of the core portion 51 which is not covered by the clad portion 52.
  • An optical signal exits the end of the core portion 51 from the core portion 51 to outside the optical waveguide 5 by passing through the surface of the core portion 51 which is not covered by the clad portion 52.
  • the first end 5a and the second end 5b each have a light transmitting surface LF which is directed toward the outside of the optical waveguide 5 and exposes the core portion 51 which is not covered by the clad portion 52, and transmits the optical signal propagating within the core portion 51.
  • the core 51 and clad 52 constituting the optical waveguide 5 are formed using a material having an appropriate refractive index.
  • the core 51 and clad 52 can be made of, for example, an organic material (organic matter), an inorganic material (inorganic matter), or an organic-inorganic mixed material containing an organic component and an inorganic component such as an inorganic polymer.
  • inorganic materials include quartz glass and silicon
  • organic materials include thermosetting resins, ultraviolet curing resins, and thermoplastic resins, and it is preferable to use a thermosetting resin or an ultraviolet curing resin.
  • examples of the material include acrylic resins such as polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide resins, polyamide resins, polyether resins, and epoxy resins.
  • the optical waveguide 5 made of organic materials is lightweight and tends to have high toughness.
  • organic materials have excellent processability for the waveguide, and it is easy to form the first end face and the second end face, which are the ends of the waveguide.
  • the surface roughness of the first end face and the second end face, which are the ends of a waveguide made of an organic material can be adjusted to a desired numerical range.
  • depressions in a waveguide made of an organic material (organic substance), depressions (recesses) can also be formed relatively easily.
  • the core portion 51 and the cladding portion 52 may be made of different materials or may be made of the same type of material. However, the core portion 51 is made of a material having a higher refractive index than the material used for the cladding portion 52 so that the optical signal can be totally reflected at the interface between the core portion 51 and the cladding portion 52.
  • the core portion 51 and the cladding portion 52 may be formed of materials having the same refractive index, and then their refractive indices may be made different by appropriate processing.
  • one end of the optical waveguide 5 on the first end 5a side of the core portion 51 has a first end face F1 and a second end face F2.
  • the exposed surface at the first end 5a has a light transmitting surface LF, which constitutes a surface that coincides with the exposed surface of the core portion extending perpendicular to the X-direction of the first cladding layer 521.
  • the surface where the exposed surface of the core portion at the first end 5a of the core portion 51 coincides with the side surface of the first cladding layer 521 is called the first end surface F1.
  • the exposed surface of the core portion 51 at the first end 5a of the core portion 51 and the end surface of the first cladding layer 521 at the first end 5a are formed to be substantially flush with each other. In other words, at the first end surface F1, the core portion 51 and the first cladding layer 521 are substantially flush with each other.
  • the second end face F2 overlaps with the component mounting area A1 of the wiring board 100 in a plan view. Note that the second end face F2 does not have to overlap with the component mounting area A1 of the wiring board 100.
  • the first end face F1 at the first end 5a of the core portion 51 has a light transmitting surface LF, which is arranged to face the light guiding portion E1b, which is the light receiving portion or light emitting portion of the component (optical element) E1.
  • the light receiving surface or light emitting surface E1c of the component E1 is aligned so as to face the light transmitting surface LF at the first end 5a in an exposed state.
  • the component (optical element) E1 is disposed on the second end face F2 inside the cladding portion 52 of the second cladding layer 522 so that the light receiving or emitting surface E1c of the component (optical element) E1 faces and is optically coupled to the light transmitting surface LF at the first end 5a of the core portion 51.
  • the end face on the second end 5b side of the core portion 51 is positioned so as to face and optically couple to the optical fiber F connected to the optical waveguide 5 when the wiring board 100 is in use, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the optical fiber F and the optical waveguide 5 are connected using a connector C.
  • the optical waveguide 5 may be connected to another optical waveguide instead of the optical fiber F.
  • the optical signal propagating through the optical fiber F enters the optical waveguide 5 from the second end 5b of the core 51, propagates through the core 51, and enters the component E1 from the first end 5a of the waveguide via the light-guiding section E1b, which is a light-receiving section or a light-emitting section. That is, the component E1 couples with the optical signal that has passed through the optical waveguide 5.
  • the optical signal that has propagated through the core 51 toward the first end 5a enters the light-guiding section E1b, which is a light-receiving section or a light-emitting section of the component E1, via the light-transmitting surface LF in the propagation direction of the optical signal. That is, when the wiring board 100 is in use, the light-transmitting surface LF of the core 51 and the light-guiding section E1b, which is a light-receiving section or a light-emitting section of the component E1, are butt-coupled.
  • the optical signal that enters component E1 is converted into an electrical signal within component E1 and output from electrode E1a.
  • the output electrical signal is input to component E2 via conductor layer 11 and processed.
  • the electrical signal output from component E2 to component E1 is input into component E1 via electrode E1a and converted into an optical signal.
  • the optical signal exits from light-guiding section E1b, which is a light-receiving section or light-emitting section, and enters the optical waveguide 5 from the first end 5a.
  • the entered optical signal propagates through core section 51 and exits from the second end 5b to the optical fiber F.
  • the optical waveguide 5 has eight parallel cores 51. In this way, the optical waveguide 5 has any number of cores 51.
  • the optical fibers F optically coupled to the cores 51 at the second end 5b may not be arranged at a pitch as small as the arrangement pitch of the light guides E1b, which are light receiving or emitting units, provided in the component E1. Therefore, as in the example of FIG. 2, the optical fibers F may be arranged at a pitch larger than the arrangement pitch of the light guides E1b, which are light receiving or emitting units.
  • the cores 51 are arranged at a pitch larger at the second end 5b than at the first end 5a.
  • the component E1 and the cores 51 or the optical fibers F and the cores 51 are considered to be appropriately optically coupled without requiring a separate pitch conversion means.
  • the number of cores 51 that the optical waveguide 5 has is not particularly limited, but is preferably 4 to 32.
  • the light transmitting surface LF at the first end 5a of the core portion 51 in the optical waveguide 5 is exposed to the first end face F1. That is, the core portion 51 is exposed to the first end face F1. Therefore, when the optical wiring portion 300 is mounted on the electrical wiring portion 200, the position of the light transmitting surface LF of the core portion 51 at the first end face F1 can be recognized relatively easily.
  • the light receiving surface or light emitting surface E1c of the component E1 is aligned with the light transmitting surface LF of the first end face F1 at the first end 5a in an exposed state. Note that mounting the component E1 in the component mounting area A1 means placing the component E1 on the second end face F2.
  • the light receiving surface or light emitting surface E1c of the component E1 can be aligned relatively easily with respect to the light transmitting surface LF exposed at the first end 5a of the core portion 51.
  • the distance (surface distance) between the light transmitting surface LF at the first end 5a of the core portion 51 and the light receiving surface or light emitting surface E1c of the component E1 can be adjusted relatively easily so that good optical coupling is achieved between the light guiding portion E1b, which is the light receiving portion or light emitting portion of the component E1, and the core portion 51.
  • the positions of the light transmitting surface LF at the first end 5a of the core portion 51 and the light receiving surface or light emitting surface E1c of the component E1 are aligned relatively accurately, and therefore good optical coupling can be achieved.
  • the first end face F1 is preferably a polished surface.
  • the surface roughness (R1) of the first end face F1 is preferably, for example, 0.10 ⁇ m or less in arithmetic mean roughness, and more preferably 0.01 ⁇ m to 0.09 ⁇ m in arithmetic mean roughness. Therefore, more precise adjustment can be made in the inter-face distance when aligning the light transmitting surface LF at the first end 5a of the core portion 51 and the light receiving surface or light emitting surface E1c of the component E1.
  • a filler FR for example a translucent filling resin, may be formed in the gap between the light transmitting surface LF at the first end 5a of the core portion 51 and the light receiving surface or light emitting surface E1c of the component E1 after the placement of the component E1 in the optical waveguide 5 is completed.
  • a filler FR for example a translucent filling resin, may be formed in the gap between the light transmitting surface LF at the first end 5a of the core portion 51 and the light receiving surface or light emitting surface E1c of the component E1 after the placement of the component E1 in the optical waveguide 5 is completed.
  • the surface roughness (R1) of the first end face F1 0.10 ⁇ m or less in arithmetic mean roughness, the input of optical signals to the core portion 51 and the output of optical signals from the core portion 51 at the first end face F1 can be efficiently performed.
  • the formation of the filled resin is less likely to be hindered.
  • the surface roughness (R1) of the first end face F1 0.01 ⁇ m to 0.09 ⁇ m in arithmetic mean roughness the input of optical signals to the core portion 51 at the first end face F1 and the output of optical signals from the core portion 51 can be performed more efficiently, and gaps are less likely to be formed when the filled resin is formed, making it easier to fill well.
  • the second end face F2 of the optical waveguide 5 on which the component E1 is placed extends from the first end face F1 in the X direction.
  • the length of the second end face F2 extending from the first end face F1 in the X direction is not particularly limited, but is preferably equal to or greater than the length of the first end face F1.
  • the length of the first end face F1 means the sum of the thickness of the first cladding layer 521 and the thickness of the core portion 51. It is considered that the component E1 may be placed relatively stably on the second end face F2 of the second cladding layer 522.
  • the surface roughness (R2) of the second end face F2 is not particularly limited, but is preferably 0.10 ⁇ m or less in arithmetic mean roughness, and more preferably 0.001 ⁇ m to 0.08 ⁇ m in arithmetic mean roughness.
  • the surface roughness (R2) of the second end face F2 it is considered that the formation of a translucent filling resin is less likely to be hindered when the component E1 is placed.
  • the surface roughness (R2) of the second end face F2 By setting the surface roughness (R2) of the second end face F2 to 0.001 ⁇ m to 0.08 ⁇ m in arithmetic mean roughness, it is believed that when the component E1 is placed, the transparent filling resin can be formed without gaps.
  • the component E1 is more stably placed on the second cladding layer 522, and therefore the accuracy of the alignment of the component E1 with respect to the optical waveguide 5 in the thickness direction is improved.
  • the light receiving surface or light emitting surface E1c of the component E1 is aligned with the light transmitting surface LF exposed at the first end 5a of the core portion 51, the accuracy of the alignment in the thickness direction is improved.
  • the surface roughness (R1) of the first end face F1 is 0.04 ⁇ m in arithmetic mean roughness
  • the surface roughness (R2) of the second end face F2 is 0.006 ⁇ m in arithmetic mean roughness
  • surface roughness means the arithmetic mean roughness Sa defined by ISO 25178.
  • a measurement area of 30 ⁇ m x 30 ⁇ m is specified, and measurements are taken using a laser type surface roughness measuring device (Keyence VK-X210), with the average value of the measurement results at five points within the measurement area being regarded as the surface roughness.
  • the second cladding layer 522 of the optical waveguide 5 has a recess (concave) GR at the corner (periphery of the first end face F1) between the second end face F2 and the first end face F1.
  • this recess GR extends in the width direction of the optical waveguide 5, which is perpendicular to the X direction.
  • the inner wall surface of the recess GR on the first end face F1 side is continuous and approximately flush with the first end face F1.
  • the corner between the second end face F2 and the first end face F1 is also the periphery of the first end face F1.
  • a recess GR may be formed in the corner between the second end face F2 and the first end face F1, which is the periphery of the first end face F1.
  • the recess GR is formed in the region between the component mounting area A1 and the first end face F1. That is, the recess GR is formed in the second cladding layer 522 in the region between the first end face F1 and the surface of the component E1 facing the first end face F1 in the state where the component E1 is mounted on the wiring board 100 (the state where the component E1 is mounted on the optical waveguide 5).
  • the depth of the recess GR in the thickness direction (Y direction) of the second cladding layer 522 (the shortest distance from the upper surface of the second end face F2 to the bottom of the recess GR) is preferably 5 ⁇ m or more.
  • the width of the recess GR in the extension direction (X direction) of the optical waveguide 5 is preferably, for example, 1 ⁇ m or more.
  • the state where the component E1 is mounted on the wiring board 100 also means the state where the component E1 is mounted on the optical waveguide 5.
  • the width of the recess GR refers to the shortest distance from one inner wall surface of the recess to the other inner wall surface in cross section.
  • a translucent filling resin may be formed in the gap between the light transmitting surface LF (see FIG. 2) at the first end 5a of the core portion 51 and the light receiving surface or light emitting surface E1c of the component E1.
  • the resin filled in the gap can also be filled in the recess GR.
  • the filling resin does not have to be formed between the component (optical element) E1 and the first end face F1.
  • the lower portion of the component E1 may be filled with the same resin as that between the component E1 and the first end face F1, or a different resin may be filled in each of them.
  • connection structure between the optical waveguide 5 and the component (optical element) E1 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 5A to 5H.
  • the method for forming the connection structure described below is just one example, and methods other than the method described with reference to FIGS. 5A to 5H can also be implemented as a method for forming the optical waveguide 5.
  • the optical waveguide 5 is formed.
  • a glass plate is prepared as the support plate 6, and a second cladding layer 522 is formed on the surface of the support plate 6.
  • a resin material such as PMMA, which is the constituent material of the cladding portion 52 (see FIG. 1), is formed into a film and thermocompression bonded to the support plate 6.
  • the resin material may be applied to the support plate 6 by spin coating or the like.
  • the resin material constituting the core portion 51 such as an acrylic resin, is laminated in the form of a film on the surface of the second cladding layer 522 opposite the support plate 6.
  • the resin material constituting the core portion 51 may be formed by application using a method such as spin coating.
  • a core portion 51 having a desired pattern is formed by photolithography using a mask having openings corresponding to the pattern that the core portion 51 on the second cladding layer 522 should have.
  • all of the core portion 51 in the portion corresponding to the second end face F2 is removed.
  • all of the core portion 51 corresponding to the area where external components of the second cladding layer 522 are to be placed is removed.
  • a first cladding layer 521 is formed on the core portion 51 and the second cladding layer 522 exposed from the pattern of the core portion 51.
  • a resin material such as PMMA is formed into a film, and the film-like resin material is thermocompression bonded to the second cladding layer 522 and the core portion 51.
  • the first cladding layer 521 is integrated with the second cladding layer 522 or at least adheres to it, thereby forming the cladding portion 52 surrounding the core portion 51.
  • the resin material constituting the first cladding layer 521 may be formed by application using spin coating or the like.
  • unnecessary portions of the first cladding layer 521 are removed by photolithography. Specifically, the first cladding layer 521 corresponding to the area where the core portion 51 is not formed in a plan view is removed. In the second cladding layer 522, the second end face F2 corresponding to the area where the external components of the second cladding layer 522 are to be placed is exposed. Note that in the process shown in FIG. 5D, the resin material of the first cladding layer 521 may be formed on the core portion 51 by thermocompression bonding or coating so that the second end face F2 of the second cladding layer 522 is not covered.
  • the first end face F1 is formed by laser processing using, for example, a carbon dioxide laser or a UV laser.
  • the core portion 51 and a part of the first cladding layer 521 in the state shown in FIG. 5E can be cut by laser processing to give them a mirror finish. In addition to laser processing, they may also be given a mirror finish by dicing or chemical processing.
  • the first end face F1 is formed as a surface having an arithmetic mean roughness of 0.1 ⁇ m or less.
  • a recess GR is formed in the second clad layer 522.
  • the recess is formed so that the depth in the thickness direction of the second clad layer 522 is 5 ⁇ m or more.
  • the width of the recess GR in the extension direction of the optical waveguide 5 (the shortest distance from one inner wall surface to the other inner wall surface) is formed to be, for example, 1 ⁇ m or more.
  • the formation of the first end face F1 and the recess GR described with reference to FIG. 5F may be formed by, for example, dicing processing other than laser processing. In the state shown in FIG.
  • the surface roughness (R2) of the second end face F2 has, for example, a roughness of 0.1 ⁇ m or less in arithmetic mean roughness. Furthermore, it is desirable that the surface roughness of the second end face F2 is equal to or less than the surface roughness of the first end face F1.
  • the surface roughness (R1) of the first end face F1 is, for example, 0.1 ⁇ m or less in arithmetic mean roughness.
  • the relationship between the surface roughness (R2) of the second end face F2 and the surface roughness (R1) of the first end face F1 is preferably expressed as formula 1: R1>R2.
  • the surface roughness (R2) of the second end face F2 and the surface roughness (R1) of the first end face F1 satisfy the relationship of formula 1, the formation of a transparent filling resin in the gap between the component E1 and the first end face F1 of the optical waveguide 5 is not easily hindered.
  • the filling resin is formed without any gap between the first end face F1 and the second end face F2.
  • the formation of the optical waveguide 5 arranged on the support plate 6 is completed, and the optical wiring section 300 illustrated in Figure 1 is formed.
  • the optical waveguide 5 may be formed separately from the support plate 6 and fixed to the support plate 6, for example, with any adhesive (not shown).
  • the optical waveguide 5 can be fixed to the support plate 6 by any means. Note that when the wiring board 100a shown in Figure 4 is manufactured without the support plate, the optical waveguide 5 may be formed on the electrical wiring section 200, or the optical waveguide 5 may be fixed in contact with the electrical wiring section 200.
  • the optical waveguide 5 fixed to the support plate 6 as the optical wiring section 300 is attached to the prepared electrical wiring section 200.
  • the optical wiring section 300 can be fixed to the surface of the insulating layer 21 by any means.
  • the support plate 6 can be fixed to the surface of the insulating layer 21 using, for example, any adhesive G.
  • Any adhesive G such as a thermosetting, room temperature curing, or photocuring adhesive, is applied to a predetermined portion of the surface of the insulating layer 21 exposed from the solder resist 23, and the optical wiring section 300 including the optical waveguide 5 is mounted on top of the adhesive G. If necessary, the adhesive G is cured by heating or the like to fix the optical wiring section 300.
  • components E1 and E2 are mounted on the wiring board 100.
  • the electrode E2a of component E2 is connected to the conductor post 14 via the connection layer 15 exposed on the surface 203 of the wiring board 100
  • the electrode E1a of component E1 is connected to the conductor post 13 via the connection layer 15 exposed on the surface 203 of the wiring board 100.
  • the light receiving surface or light emitting surface E1c of the light guide portion E1b which is the light receiving portion or light emitting portion of the component (optical element) E1
  • This alignment of the light receiving surface or light emitting surface E1c and the light transmitting surface LF of the core portion 51 can be performed with relatively high precision because the light transmitting surface LF of the core portion 51 is exposed on the first end face F1.
  • filler FR which is a light-transmitting filling resin
  • the first end face F1 of optical waveguide 5 and the surface where the light-receiving surface or light-emitting surface E1c of component E1 is exposed are fixed via filler FR.
  • Filler FR which is a light-transmitting filling resin, can also be formed in recess GR. The formation of the connection structure between optical waveguide 5 and component E1 is completed.
  • connection structure between the optical waveguide 5 and the component (optical element) E1 on the wiring board 100 of the embodiment is not limited to the structure illustrated in each drawing, and the structure, shape, and material illustrated in this specification.
  • the optical waveguide has a first end face at one end where the core portion and the first clad layer are exposed in a substantially flush state, and a second end face which is the surface of the second clad layer on the core portion side extending from the first end face, and further, the optical element is arranged on the second end face so that the light receiving surface or light emitting surface faces the light transmitting surface of the core portion exposed on the first end face.
  • the optical waveguide may have any number of core portions.
  • the thickness of the core portion may change from the first end 51a to the second end 51b.
  • REFERENCE SIGNS LIST 100 Wiring board 200 Electrical wiring section 300 Optical wiring section 11, 12 Conductor layer 21, 22 Insulating layer 23 Solder resist 5 Optical waveguide 51 Core section 5a First end section 5b Second end section 52 Cladding section 521 First cladding layer 522 Second cladding layer 6 Support plate A1 Component mounting area E1, E2 Component E1a Electrode E1b Light guiding section E1c Light receiving surface or light emitting surface F1 First end surface F2 Second end surface GR Recess LF Light transmitting surface

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Abstract

接続構造は、配線基板１００上の光導波路５と光素子Ｅ１とを有している。光導波路５が、第１面５１１及び第１面５１１と反対側の第２面５１２を備えるコア部５１と、第１面５１１に接して形成される第１クラッド層５２１と、第２面５１２に接して形成される第２クラッド層５２２と、を有し、光導波路５の一方の端部５ａは、第１端面Ｆ１と第２端面Ｆ２とを有し、第１端面Ｆ１は、コア部５１及び第１クラッド層５２１が略面一であって、コア部が露出する面であり、第２端面Ｆ２は、第１端面Ｆ１から延出する第２クラッド層５２２の面であり、光素子Ｅ１は露出する受光面又は発光面を有し、光素子Ｅ１の受光面又は発光面が、第１端面Ｆ１に露出するコア部５１の光透過面と対向し、かつ、光素子は第２端面Ｆ２上に配置されている。

Description

接続構造
　本発明は、光導波路と光素子との接続構造に関する。
　特許文献１には、コア層、コア層の第１主面側に積層される第１クラッド層、及び、コア層の第２主面側に積層される第２クラッド層を備える光導波路が開示されている。第２クラッド層の端面はコア層及び第１クラッド層の端面よりも後退しており、コア層の第２主面の一部が露出している。光インターポーザーが光導波路に接続される際には、光インターポーザーの下面に露出する導光部が、露出するコア層の第２主面に対向するように配置され、光接続が実現される。
特開２０１８－１４１９１０号公報
　特許文献１に開示の光導波路では、光導波路と光インターポーザーとの接続構造において、コア層に対する光インターポーザーの導光部の位置合わせの精度が、比較的低い場合があると考えられる。また、露出しているコア層上に光インターポーザーが配置されるため、コア層の接触による損傷が引き起こされるとも考えられる。
　本発明の接続構造は、配線基板上の光導波路と光素子とを有している。前記光導波路は、第１面及び前記第１面と反対側の第２面を備えるコア部と、前記第１面に接して形成される第１クラッド層と、前記第２面に接して形成される第２クラッド層と、を有し、前記光導波路の一方の端部は、第１端面と第２端面とを有し、前記第１端面は、前記コア部及び前記第１クラッド層が略面一であって、前記コア部が露出する面であり、前記第２端面は、前記第１端面から延出する前記第２クラッド層の面であり、前記光素子は露出する受光面又は発光面を有し、前記光素子の前記受光面又は発光面が、前記第１端面に露出する前記コア部の光透過面と対向し、かつ、前記光素子は前記第２端面上に配置されている。
　本発明の実施形態によれば、光導波路と光素子との接続において、光素子が備える受光部又は発光部である導光部の受光面又は発光面と、光導波路が備えるコア部の光透過面とが比較的精度高く位置合わせされた、光導波路と光素子との接続構造を提供することができる。また、光素子を第２端面に比較的安定して配置させることができる。従って、露出するコア部と光素子との接触が発生する虞が低くなり、コア部の損傷が抑制されると考えられる。
本発明の実施形態の接続構造を含む配線基板の一例を示す断面図。 図１の配線基板の平面視の一例を示す平面図。 図１のIII部の拡大図。 本発明の実施形態の接続構造を含む配線基板の改変例を示す断面図。 実施形態の接続構造を形成する工程の一例を示す断面図。 実施形態の接続構造を形成する工程の一例を示す断面図。 実施形態の接続構造を形成する工程の一例を示す断面図。 実施形態の接続構造を形成する工程の一例を示す断面図。 実施形態の接続構造を形成する工程の一例を示す断面図。 実施形態の接続構造を形成する工程の一例を示す断面図。 実施形態の接続構造を形成する工程の一例を示す断面図。 実施形態の接続構造を形成する工程の一例を示す断面図。
　本発明の一実施形態の接続構造が図面を参照しながら説明される。図１には一実施形態の接続構造一例である、光導波路５と部品（光素子）Ｅ１との接続構造が示されている。光導波路５は支持板６を介して電気配線部２００に取り付けられることによって配線基板１００を構成している。図１には、部品Ｅ１が、配線基板１００の光導波路５が取り付けられている側の面上に配置されている状態が示されている。図２には、図１に示される配線基板１００の平面視における平面図が示されている。図１は図２のＩ－Ｉ線での断面図である。なお、「平面視」は、配線基板１００をその厚さ方向に沿う視線で見ることを意味している。図２に一点鎖線で描かれている円Ｂ内には、図２のII部の拡大図が示されている。図３には、図１のIII部の拡大図を示されている。
　図１に示される例の配線基板１００は、電気配線部２００と、電気配線部２００の表面２０３の上に置かれている光配線部３００とを含んでいる。光配線部３００は、実施形態の光導波路５、及び、支持板６を含んでいる。電気配線部２００は、絶縁層及び導体層を含んでいる。なお、図４に示される、改変例の配線基板１００ａは支持板を含んでおらず、配線基板１００ａ上に光導波路５が配置されている。なお、図４における光導波路５は絶縁層２１上に形成されているが、光導波路５はソルダーレジスト２３上に形成されてもよい。
　図１の電気配線部２００は、その厚さ方向において対向する一方の面３ａ及び他方の面３ｂを有するコア基板３と、コア基板３の一方の面３ａ上に順に積層されている絶縁層２１及び導体層１１、並びに、他方の面３ｂ上に順に積層されている絶縁層２２及び導体層１２を含んでいる。絶縁層２１は、導体層１１と導体層３１との間に介在する層間絶縁層であり、絶縁層２２は、導体層１２と導体層３１との間に介在する層間絶縁層である。絶縁層２１及び絶縁層２２それぞれには、自身を挟む導体層同士を接続するビア導体２０が形成されている。コア基板３は、絶縁層３２と、絶縁層３２の両面に形成されている導体層３１とを含んでいる。絶縁層３２には、絶縁層３２を貫通して両側の導体層３１同士を接続するスルーホール導体３３が設けられている。
　電気配線部２００では、コア基板３の一方の面３ａ側及び他方の面３ｂ側にソルダーレジスト２３が形成されている。一方の面３ａ側のソルダーレジスト２３は絶縁層２１及び導体層１１の必要な部分を覆っている。また、他方の面３ｂ側のソルダーレジスト２３は絶縁層２２及び導体層１２の必要な部分を覆っている。
　電気配線部２００では、導体層１１の上に導体ポスト１３、１４が形成されている。導体ポスト１３、１４の表面上には、例えば、スズ系半田や金もしくは銀系半田などを用いて接続層１５が形成されている。導体ポスト１３、１４は、導体層１１から絶縁層２１と反対方向に向かって延びる、例えば柱状の形状を有する。導体ポスト１３、１４はソルダーレジスト２３の表面から突出している。導体ポスト１３には、部品Ｅ１が接続され、導体ポスト１４には部品Ｅ２が接続される。そのため、電気配線部２００は、配線基板１００の使用時に部品Ｅ１が搭載される領域である部品実装領域Ａ１を有している。部品実装領域Ａ１は配線基板１００の使用時に部品Ｅ１に覆われる。
　絶縁層２１、２２、及び絶縁層３２は、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴ樹脂）又はフェノール樹脂などの絶縁性樹脂によって形成される。図示されていないが、各絶縁層は、さらに、ガラス繊維やアラミド繊維などで形成される芯材（補強材）を含んでいてもよく、シリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ、又はムライトなどの微粒子からなる無機フィラーを含んでいてもよい。一方、ソルダーレジスト２３は、例えば、感光性を有するエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などで形成される。
　導体層１１、１２、及び導体層３１、スルーホール導体３３、ビア導体２０、並びに、導体ポスト１３、１４は、銅又はニッケルなどの任意の金属を用いて形成することができる。これらの導体ポストは、図１では簡略化されて一層で描かれているが、２層以上の金属である多層構造とすることが好ましい。例えば、導体層１１、１２は、無電解めっき膜、及び電解めっき膜を含む２層構造を有し得る。導体ポスト１３、１４は、例えば、無電解めっき及び／又は電解めっきによって析出されるめっき金属によって形成されている。また、導体ポスト１３、１４は、めっきの形成だけではなく、スパッタや導電ペーストの塗布などにより形成されてもよい。
　導体層１１、１２、及び、導体層３１は、それぞれ、任意の導体パターンを含み得る。図１の例では、導体層１１は導体パッド１１ａ、１１ｂを含んでいる。導体パッド１１ａ上には導体ポスト１３が形成されており、部品Ｅ１の電極Ｅ１ａは、導体ポスト１３を介して導体パッド１１ａに電気的に接続される。同様に、導体パッド１１ｂ上には導体ポスト１４が形成されており、部品Ｅ２の電極Ｅ２ａは、導体ポスト１４を介して導体パッド１１ｂに電気的に接続される。
　配線基板１００の使用時には、光電変換機能を有する受光素子及び／又は発光素子を含む電気部品（すなわち光素子）が部品Ｅ１として部品実装領域Ａ１に搭載される。部品Ｅ１は、電極Ｅ１ａに加えて受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂを備えている。図３を参照すると、受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂは受光面又は発光面Ｅ１ｃを有している。図示される例では、電極Ｅ１ａ及び受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂは、部品（光素子）Ｅ１における配線基板１００側に向けられる面に備えられている。すなわち、図１～図３の例において部品Ｅ１は、所謂フェイスダウン実装（フリップチップ実装）される。
　部品Ｅ１は、例えば、フォトダイオードなどの受光素子、並びに、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、及び、垂直共振型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）などの発光素子である。部品Ｅ１が発光素子である場合、部品Ｅ１は、電極Ｅ１ａに入力される電気信号に基づく光信号を生成し、発光部として機能する受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂから光信号を出射する。また、部品Ｅ１が受光素子である場合、受光部として機能する受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂに入光する光信号に基づく電気信号が生成されて電極Ｅ１ａから出力される。
　部品Ｅ２は、例えば、部品Ｅ１を発光させる電気信号の生成、及び／又は、部品Ｅ１で生成された電気信号の処理などを行う半導体装置などの電子部品であり得る。部品Ｅ２としては、半導体装置、例えば、汎用オペアンプ、ドライバＩＣ、マイコン、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）などが例示される。
　光導波路５は光配線部３００に含まれている。光導波路５は、光信号を伝えるコア部５１、及びコア部５１を囲むクラッド部５２を含んでいる。図１では、光配線部３００は、さらに、支持板６を備えている。支持板６は、電気配線部２００上に配置されている。光導波路５は、支持板６上に配置されている。支持板６の材料としては、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、及び石英ガラスなどのガラス類、タングステン、チタン、及びモリブデンなどの各種金属、並びに、アルミナ、窒化ケイ素、及び酸化ケイ素などの各種セラミックス、などが例示される。支持板６を構成する各種金属は、金属板の形態であってもよく、金属箔の形態であってもよい。なお、光導波路５は、電気配線部２００の表面２０３上に配置されてもよい。
　クラッド部５２は、第１クラッド層５２１及び第２クラッド層５２２を含んでいる。クラッド部５２は、コア部５１の周囲に設けられており、コア部５１が露出する面から延出する方向、すなわち、コア部５１内での光信号の伝播方向（＋Ｘ方向又は－Ｘ方向、以下では単に「Ｘ方向」とも総称される）と直交する任意の方向においてコア部５１を挟み込んでいる。具体的には、コア部５１は、第１面５１１（コア部５１の電気配線２００と反対側）及び第２面５１２（コア部５１の電気配線２００側）を備えており、クラッド部５２の第１クラッド層５２１はコア部５１の第１面５１１に接し、第２クラッド層５２２はコア部５１の第２面５１２に接している。
　コア部５１は、延出する方向の端部である第１端部５ａ及び第２端部５ｂを有している。第２端部５ｂは第１端部５ａの反対側の端部である。コア部５１の端部には、クラッド部５２に覆われていないコア部５１の表面を透過して光導波路５の外部から光信号が入光する。また、コア部５１の端部には、クラッド部５２に覆われていないコア部５１の表面を透過してコア部５１から光導波路５の外部へと光信号が出光する。第１端部５ａ及び第２端部５ｂは、それぞれ、光導波路５の外部に向けられていてクラッド部５２に覆われていないコア部５１が露出する表面であって、コア部５１内を伝わる光信号を透過させる、光透過面ＬＦを有している。
　光導波路５を構成するコア部５１及びクラッド部５２は、適切な屈折率を有する材料を用いて形成されている。コア部５１及びクラッド部５２は、例えば、有機材料（有機物）、無機材料（無機物）、又は、無機ポリマーのような有機成分と無機成分とを含む有機物－無機物の混合材料のいずれかを用いることができる。無機材料として、石英ガラスやシリコンなどが例示され、有機材料として、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂、熱可塑性樹脂などがあり、熱硬化性樹脂又は紫外線硬化樹脂が用いられることが望ましい。具体的には、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、及びエポキシ系樹脂などが例示される。有機材料で構成される光導波路５は、軽量で、且つ高い靭性を有し易い。また、有機材料は、導波路の加工性に優れており、導波路の端部である第１端面及び第２端面が形成されやすい。さらには、有機材料で得られる導波路の端部である第１端面の表面粗さ及び第２端面の表面粗さは、所望の数値範囲に調整することができる。有機材料（有機物）で得られる導波路では、窪み（凹部）も比較的容易に形成することができる。
　コア部５１及びクラッド部５２は、互いに異なる材料で構成されてもよく、互いに同じ系統の材料で構成されていてもよい。しかし、コア部５１には、コア部５１とクラッド部５２との界面での光信号の全反射が可能なように、クラッド部５２に用いられる材料よりも高い屈折率を有する材料が用いられる。コア部５１及びクラッド部５２は、同一の屈折率を有する材料で形成された後に、適切な処理によって互いの屈折率を異ならされてもよい。
　実施形態の配線基板上の光導波路５と部品（光素子）Ｅ１との接続構造においては、光導波路５では、図示されるように、コア部５１の第１端部５ａ側における一方の端部が、第１端面Ｆ１及び第２端面Ｆ２を有している。
（第１端面）
　第１端部５ａにおける露出面には光透過面ＬＦがあり、第１クラッド層５２１のＸ方向に直交して延在するコア部の露出面と一致する面を構成している。このコア部５１の第１端部５ａにおけるコア部の露出面と第１クラッド層５２１の側面とが一致する面が第１端面Ｆ１と称される。第１端面Ｆ１においては、コア部５１の第１端部５ａにおけるコア部５１の露出面と、第１端部５ａにおける第１クラッド層５２１の端面とは、略面一形成されている。言い換えれば、第１端面Ｆ１では、コア部５１及び第１クラッド層５２１が略面一となっている。
（第２端面）
　光導波路５のコア部５１の第１端部５ａ側においては、コア部５１の第１クラッド層５２１と反対側に設けられる第２クラッド層５２２があり、第２クラッド層５２２が、第１端面Ｆ１から光導波路５の伝播方向（Ｘ方向）に延出している。すなわち、光導波路５の、Ｘ方向における第１端面Ｆ１側の端部において、第２クラッド層５２２のコア部５１に接する側の面の一部が延出し、露出している。この、露出している第２クラッド層５２２のコア部５１に接する側の面は、第２端面Ｆ２と称される。図１の例では、第２端面Ｆ２は、配線基板１００の部品実装領域Ａ１と平面視において重なっている。なお、第２端面Ｆ２は、配線基板１００の部品実装領域Ａ１と重なっていなくてもよい。
　図２の円Ｂ内、及び図３に示されるように、実施形態の配線基板１００上の光導波路５と部品（光素子）Ｅ１との接続構造においては、コア部５１の第１端部５ａにおける第１端面Ｆ１には光透過面ＬＦがあり、部品（光素子）Ｅ１の受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂと対向するように配置される。すなわち、実施形態の配線基板１００上の光導波路５と部品（光素子）Ｅ１との接続構造においては、部品Ｅ１の部品実装領域Ａ１への搭載において、部品Ｅ１の受光面又は発光面Ｅ１ｃが露出した状態で第１端部５ａにおける光透過面）ＬＦと対向するように位置合わせされる。
　図３に示されるように、部品（光素子）Ｅ１は、部品（光素子）Ｅ１の受光面又は発光面Ｅ１ｃとコア部５１の第１端部５ａにおける光透過面ＬＦとが対向して光結合するように、第２クラッド層５２２のクラッド部５２内側の第２端面Ｆ２上に配置される。一方、コア部５１の第２端部５ｂ側の端面は、図１及び図２に示されるように、配線基板１００の使用時に光導波路５と接続される光ファイバＦと対向して光結合するように位置づけられる。例えば図１に示されるように、コネクタＣを用いて光ファイバＦと光導波路５とが連結される。なお、光導波路５は光ファイバＦに代えて、別の光導波路と連結されてもよい。
　このように部品（光素子）Ｅ１と光導波路５とが配置されるので、光ファイバＦを伝播してきた光信号は、コア部５１の第２端部５ｂから光導波路５に入光し、コア部５１内を伝播して、導波路の第１端部５ａから、受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂを介して部品Ｅ１内に入光する。すなわち、部品Ｅ１は、光導波路５を透過した光信号と結合する。具体的には、コア部５１内を第１端部５ａに向かって伝播してきた光信号は、光信号の伝搬方向における光透過面ＬＦを介して、部品Ｅ１の受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂに入光する。すなわち、配線基板１００の使用時には、コア部５１の光透過面ＬＦと部品Ｅ１の受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂとがバット結合（butt coupling）される。
　部品Ｅ１に入光した光信号は、部品Ｅ１内で電気信号に変換されて電極Ｅ１ａから出力される。出力された電気信号は、導体層１１を介して部品Ｅ２に入力されて処理される。一方、部品Ｅ２から部品Ｅ１に向けて出力された電気信号は、電極Ｅ１ａを介して部品Ｅ１内に入力されて光信号に変換される。その光信号は、受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂから出光して第１端部５ａから光導波路５に入光する。入光した光信号は、コア部５１内を伝播して第２端部５ｂから光ファイバＦへと出光する。
　図２に示されるように、光導波路５は、並列する８つのコア部５１を有している。このように、光導波路５は、任意の複数のコア部５１を有している。例えば、第２端部５ｂでコア部５１と光結合される複数の光ファイバＦは、部品Ｅ１に備えられる複数の受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂの配置ピッチほど小さいピッチで並び得ないことがある。そのため、複数の光ファイバＦは、図２の例にように、受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂの配置ピッチよりも大きなピッチで並べられることがある。図２の例では複数のコア部５１が第２端部５ｂにおいて第１端部５ａよりも大きなピッチで配置されている。そのため、第１端部５ａ及び第２端部５ｂにおいて、部品Ｅ１とコア部５１又は光ファイバＦとコア部５１とが、別途のピッチ変換手段を要せずに、適切に光結合されると考えられる。なお、光導波路５が有するコア部５１の数は特に限定されないが、４～３２であることが好ましい。
　実施形態の光導波路５と部品（光素子）Ｅ１との接続構造では、光導波路５におけるコア部５１の第１端部５ａにおける光透過面ＬＦが第１端面Ｆ１に露出している。すなわち、コア部５１が第１端面Ｆ１に露出している。従って、電気配線部２００に光配線部３００が搭載された状態において第１端面Ｆ１における、コア部５１の光透過面ＬＦの位置を比較的容易に認識することができる。また、部品Ｅ１の部品実装領域Ａ１への搭載において、部品Ｅ１の受光面又は発光面Ｅ１ｃは露出した状態で第１端部５ａにおける第１端面Ｆ１の光透過面ＬＦと位置合わせされる。なお、部品Ｅ１の部品実装領域Ａ１への搭載、とは、第２端面Ｆ２上へ部品Ｅ１を載置することを意味する。
　従って、コア部５１の第１端部５ａにおいて露出する光透過面ＬＦに対する部品Ｅ１の受光面又は発光面Ｅ１ｃの位置合わせが、比較的容易に行われ得る。具体的には、コア部５１の第１端部５ａにおける光透過面ＬＦと部品Ｅ１の受光面又は発光面Ｅ１ｃとの距離（面間距離）は、部品Ｅ１の受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂとコア部５１との間で良好な光結合が実現されるように、比較的容易に調整することができる。従って、実施形態の配線基板１００上の光導波路５と部品である光素子Ｅ１との接続構造では、コア部５１の第１端部５ａにおける光透過面ＬＦと部品Ｅ１の受光面又は発光面Ｅ１ｃとの位置が比較的精度良く位置合わせされ、よって、良好な光結合を実現することができる。
　また、光導波路５では、第１端面Ｆ１は研磨面とすることが好ましい。第１端面Ｆ１の表面粗さ（Ｒ１）は、例えば、算術平均粗さで０．１０μｍ以下とされていることが好ましく、算術平均粗さで０．０１μｍ～０．０９μｍであることがさらに好ましい。よって、コア部５１の第１端部５ａにおける光透過面ＬＦと部品Ｅ１の受光面又は発光面Ｅ１ｃとの位置合わせにおける面間距離において、より精緻な調整を実施することができる。なお、コア部５１の第１端部５ａにおける光透過面ＬＦと部品Ｅ１の受光面又は発光面Ｅ１ｃとの間の間隙には、部品Ｅ１の光導波路５への配置が完了した後、例えば透光性の充填樹脂である充填材ＦＲを形成してもよい。なお、第１端面Ｆ１の表面粗さ（Ｒ１）を算術平均粗さで０．１０μｍ以下にすることで、第１端面Ｆ１での、コア部５１への光信号の入射、及び、コア部５１からの光信号の出射を効率的に行うことができる。さらに、第１端面Ｆ１の表面粗さ（Ｒ１）を算術平均粗さで０．１０μｍ以下にすることで、充填樹脂の形成が阻害され難い。また、第１端面Ｆ１の表面粗さ（Ｒ１）を、算術平均粗さで０．０１μｍ～０．０９μｍにすることで、第１端面Ｆ１での、コア部５１への光信号の入射、及び、コア部５１からの光信号の出射を、より効率的に行うことができ、また、充填樹脂の形成においても隙間が形成されにくく、良好に充填しやすくなる。
　光導波路５における、部品Ｅ１が載置される第２端面Ｆ２は、第１端面Ｆ１からＸ方向に延出している。この第２端面Ｆ２の第１端面Ｆ１からＸ方向に延出する長さは、特に限定されないが、第１端面Ｆ１の長さ以上であることが好ましい。この場合、第１端面Ｆ１の長さとは、第１クラッド層５２１の厚さとコア部５１の厚さとを合計した値を意味している。部品Ｅ１が比較的安定して第２クラッド層５２２の第２端面Ｆ２上に載置される場合があると考えられる。また、第２端面Ｆ２の表面粗さ（Ｒ２）は特に限定されないが、算術平均粗さで０．１０μｍ以下とされていることが好ましく、算術平均粗さで０．００１μｍ～０．０８μｍであることがさらに好ましい。第２端面Ｆ２の表面粗さ（Ｒ２）を、算術平均粗さで０．１０μｍ以下にすることで、部品Ｅ１を配置した際、透光性の充填樹脂を形成することが阻害され難いと考えられる。第２端面Ｆ２の表面粗さ（Ｒ２）を、算術平均粗さで０．００１μｍ～０．０８μｍにすることで、部品Ｅ１を配置した際に、透光性の充填樹脂を隙間なく形成することができると考えられる。部品Ｅ１がさらに安定して第２クラッド層５２２上に載置され、よって、部品Ｅ１の光導波路５に対する位置合わせの厚み方向での精度が向上すると考えられる。具体的には、コア部５１の第１端部５ａにおいて露出する光透過面ＬＦに対する部品Ｅ１の受光面又は発光面Ｅ１ｃの位置合わせをした際、位置合わせの厚み方向における精度が向上する。実施形態の一例として、第１端面Ｆ１の表面粗さ（Ｒ１）は算術平均粗さで０．０４μｍであり、第２端面Ｆ２の表面粗さ（Ｒ２）は算術平均粗さで０．００６μｍである。
　なお、本明細書の説明における「表面粗さ」とは、ＩＳＯ２５１７８によって定義される算術平均粗さＳａを意味している。表面粗さの測定においては、３０μｍ×３０μｍの範囲の測定対象エリアを指定し、レーザー式表面粗さ測定装置（キーエンス社製ＶＫ‐Ｘ２１０）を用いて測定し、測定対象エリア内の５点の測定結果の平均値が表面粗さとされる。
　図３に示されるように、光導波路５の第２クラッド層５２２は、第２端面Ｆ２と第１端面Ｆ１との隅部（第１端面Ｆ１の周縁）に窪み（凹部）ＧＲを有している。この窪みＧＲは図２に示される平面図からわかるように、Ｘ方向に直交する光導波路５の幅方向に延在している。また、図３に示されるように、窪みＧＲの内壁面の内、第１端面Ｆ１側の内壁面は、第１端面Ｆ１と略面一に連続している。なお、第２端面Ｆ２と第１端面Ｆ１との隅部は第１端面Ｆ１の周縁でもある。第１端面Ｆ１の周縁である第２端面Ｆ２と第１端面Ｆ１との隅部には、窪みＧＲが形成されていることがある。
　窪みＧＲは、部品実装領域Ａ１と第１端面Ｆ１との間の領域に形成される。すなわち、窪みＧＲは、第２クラッド層５２２において、配線基板１００に部品Ｅ１が搭載された状態（光導波路５に部品Ｅ１が載置された状態）における第１端面Ｆ１と部品Ｅ１の第１端面Ｆ１と対向する面との間の領域内に形成されている。第２クラッド層５２２の厚さ方向（Ｙ方向）における窪みＧＲの深さ（第２端面Ｆ２の上面から窪みＧＲの底部までの最短距離）は、５μｍ以上であることが好ましい。光導波路５の延出する方向（Ｘ方向）における窪みＧＲの幅（一方の内壁面から他方の内壁面までの最短距離）は、例えば、１μｍ以上であることが好ましい。また、配線基板１００に部品Ｅ１が搭載された状態、とは、光導波路５に部品Ｅ１が載置された状態をも意味している。なお、窪みＧＲの幅、とは、断面における窪みの一方の内壁面から他方の内壁面までの最短距離を意味している。
　光導波路５に部品Ｅ１が載置された状態において、コア部５１の第１端部５ａにおける光透過面ＬＦ（図２参照）と部品Ｅ１の受光面又は発光面Ｅ１ｃとの間隙には透光性の充填樹脂が形成されてもよい。この場合、間隙に充填される樹脂を窪みＧＲにも充填することができる。窪みＧＲに充填樹脂を形成することで、窪みＧＲを充填する樹脂のアンカー効果が得られ、充填樹脂及び部品Ｅ１の表面の、光導波路５の表面との接触面積も増加し、樹脂を介する部品Ｅ１及び光導波路５の固定をより強固とすることができる。従って、コア部５１の第１端部５ａにおいて露出する光透過面ＬＦに対する部品Ｅ１の受光面又は発光面Ｅ１ｃの位置ずれに起因する、光伝搬効率の低減などの虞を抑制することができると考えられる。なお、部品（光素子）Ｅ１と第１端面Ｆ１との間に充填樹脂は形成されなくてもよい。また、図示の例では、部品（光素子）Ｅ１と第２端面Ｆ２との間は空隙であるが、この空隙に充填樹脂を形成してもよい。樹脂が充填される場合、部品Ｅ１の下側の部分には、部品Ｅ１と第１端面Ｆ１との間に介在する樹脂と同一の充填樹脂が形成されてもよく、また、それぞれに異なる充填樹脂が形成されてもよい。
　次いで、図５Ａ～図５Ｈを参照して、図１に示される、光導波路５と部品（光素子）Ｅ１との接続構造の形成方法が説明される。なお、以下に説明される接続構造の形成方法は一例であり、光導波路５の形成方法として図５Ａ～図５Ｈを参照して説明される方法以外の方法も実施することができる。
　先ず、光導波路５が形成される。図５Ａに示されるように、例えばガラス板が支持板６として用意され、支持板６の表面上に第２クラッド層５２２が形成される。例えばＰＭＭＡのような、クラッド部５２（図１参照）の構成材料である樹脂材料が、フィルム状に成形されて支持板６に熱圧着される。熱圧着以外には、樹脂材料をスピンコート等で支持板６に塗布することで形成されてもよい。
　次いで、図５Ｂに示されるように、第２クラッド層５２２の、支持板６と反対側の面に、コア部５１を構成する樹脂材料である、アクリル系樹脂などがフィルム状にされて積層される。なお、コア部５１を構成する樹脂材料は、スピンコート等による塗布で形成されてもよい。
　次いで、図５Ｃに示されるように、第２クラッド層５２２上のコア部５１が有すべきパターンに応じた開口を備えるマスクを使用するフォトリソグラフィによって、所望のパターンを有するコア部５１が形成される。コア部５１のパターン形成においては、第２端面Ｆ２に対応する部分のコア部５１は全て除去される。例えばコア部５１のパターン形成では、第２クラッド層５２２の外部の部品が載置されるべき範囲に対応するコア部５１は全て除去される。
　次いで、図５Ｄに示されるように、第１クラッド層５２１が、コア部５１及びコア部５１のパターンから露出する第２クラッド層５２２上に形成される。例えば、第２クラッド層５２２の形成と同様に、ＰＭＭＡのような樹脂材料が、フィルム状に成形されて、フィルム状の樹脂材料が第２クラッド層５２２及びコア部５１に熱圧着される。第１クラッド層５２１が第２クラッド層５２２と一体化するか少なくとも密着することによって、コア部５１を囲むクラッド部５２が形成される。なお、第１クラッド層５２１を構成する樹脂材料は、スピンコート等による塗布で形成されてもよい。
　次いで、図５Ｅに示されるように、第１クラッド層５２１の不要部分が、フォトリソグラフィによって除去される。具体的には、平面視においてコア部５１の形成されていない領域に対応する第１クラッド層５２１が除去される。第２クラッド層５２２において、第２クラッド層５２２の外部の部品が載置されるべき範囲に対応する第２端面Ｆ２が露出する。なお、図５Ｄに示される工程において、第２クラッド層５２２の第２端面Ｆ２が覆われないように第１クラッド層５２１の樹脂材料がコア部５１上に熱圧着や塗布により形成されてもよい。
　次いで、図５Ｆに示されるように、例えば、炭酸ガスレーザー又はＵＶレーザーなどを使用するレーザー加工により、第１端面Ｆ１が形成される。第１端面Ｆ１の形成においては、図５Ｅに示される状態のコア部５１と第１クラッド層５２１の一部をレーザー加工により切削し、鏡面化することができる。また、レーザー加工以外には、ダイシング加工や化学処理によって鏡面化されてもよい。第１端面Ｆ１は、算術平均粗さで０．１μｍ以下の粗さを有する面として形成される。
　また、コア部５１及び第１クラッド層５２１の切削加工による第１端面Ｆ１の形成と同時に、第２クラッド層５２２には、窪みＧＲが形成される。窪みは、第２クラッド層５２２の厚さ方向における深さが５μｍ以上となるように形成される。光導波路５の延在方向における窪みＧＲの幅（一方の内壁面から他方の内壁面までの最短距離）は、例えば、１μｍ以上となるように形成される。なお、図５Ｆを参照して説明された、第１端面Ｆ１及び窪みＧＲの形成は、レーザー加工以外にも、例えばダイシング加工によって形成される場合もある。なお、図５Ｆに示された状態において、第２端面Ｆ２の表面粗さ（Ｒ２）は、算術平均粗さにおいて、例えば、０．１μｍ以下の粗さを有する。さらには、２端面Ｆ２の表面粗さは、第１端面Ｆ１の表面粗さ以下であることが望ましい。また、第１端面Ｆ１の表面粗さ（Ｒ１）は、算術平均粗さにおいて、例えば、０．１μｍ以下の粗さを有する。第２端面Ｆ２の表面粗さ（Ｒ２）と第１端面Ｆ１の表面粗さ（Ｒ１）との関係は、式１：Ｒ１＞Ｒ２、であることが好ましい。第２端面Ｆ２の表面粗さ（Ｒ２）と第１端面Ｆ１の表面粗さ（Ｒ１）とが、式１の関係を満たしていることにより、部品Ｅ１と光導波路５の第１端面Ｆ１との間隙への透光性の充填樹脂の形成が阻害され難い。第１端面Ｆ１と部品Ｅ１との間隙への樹脂の充填において、第２端面Ｆ２との間に隙間なく充填樹脂が形成されると考えられる。
　図５Ａ～図５Ｆに示される工程を経ることによって、支持板６上に配された光導波路５の形成が完了し、図１に例示の光配線部３００が形成される。また、光導波路５は、支持板６と別個に形成されて、支持板６に例えば任意の接着剤（図示せず）で固定されていてもよい。光配線部３００の形成においては、光導波路５を任意の手段で支持板６に固定することができる。なお、図４に示される支持板を備えていない配線基板１００ａが製造される場合には、光導波路５を電気配線部２００上に形成してもよいし、光導波路５を電気配線部２００に接して固定させてもよい。
　次いで、図５Ｇに示されるように、光配線部３００として支持板６に固定された光導波路５が、用意された電気配線部２００に取り付けられる。光配線部３００は、任意の手段で絶縁層２１の表面に固定することができる。支持板６は、例えば任意の接着剤Ｇを用いて絶縁層２１の表面に固定することができる。
　ソルダーレジスト２３から露出している絶縁層２１の表面の所定の部分に、例えば、熱硬化性、常温硬化性、又は光硬化性などの任意の接着剤Ｇが供給され、その上に、光導波路５を備えた光配線部３００が搭載される。必要に応じて、加熱などによる接着剤Ｇの硬化処理が行われて光配線部３００が固定される。以上の工程を経ることによって図１の例の配線基板１００が完成する。
　次いで、図５Ｈに示されるように、配線基板１００に部品Ｅ１、Ｅ２が搭載される。具体的には、部品Ｅ２の電極Ｅ２ａが、配線基板１００の表面２０３に露出する接続層１５を介して導体ポスト１４と接続され、部品Ｅ１の電極Ｅ１ａが、配線基板１００の表面２０３に露出する接続層１５を介して導体ポスト１３と接続される。特に、部品（光素子）Ｅ１における受光部又は発光部である導光部Ｅ１ｂの受光面又は発光面Ｅ１ｃが、光導波路５のコア部５１の光透過面ＬＦと対向するように位置合わせされ、第２端面Ｆ２上に載置される。この、受光面又は発光面Ｅ１ｃとコア部５１の光透過面ＬＦとの位置合わせは、コア部５１の光透過面ＬＦが第１端面Ｆ１に露出していることから、比較的精度良く実施することができる。部品Ｅ１、Ｅ２が配線基板１００に搭載された後、部品Ｅ１と第１端面Ｆ１との間隙に、透光性の充填樹脂である充填材ＦＲが充填され、光導波路５の第１端面Ｆ１と部品Ｅ１の受光面又は発光面Ｅ１ｃが露出する面とは、充填材ＦＲを介して固定される。透光性の充填樹脂である充填材ＦＲは、窪みＧＲ内にも形成することができる。光導波路５と部品Ｅ１との接続構造の形成が完了する。
　実施形態の配線基板１００上の光導波路５と部品（光素子）Ｅ１との接続構造は、各図面に例示される構造、並びに、本明細書において例示される構造、形状、及び材料を備えるものに限定されない。実施形態の接続構造では、少なくとも、配線基板上において、光導波路が、一方の端部にコア部及び第１クラッド層が略面一に露出する第１端面、及び、第１端面から延出する第２クラッド層のコア部側の面である第２端面を有しており、さらに、光素子が、受光面又は発光面が第１端面に露出するコア部の光透過面と対向するように第２端面上に配置されている。例えば、光導波路は、任意の数のコア部を有し得る。また、コア部の厚さは第１端部５１ａから第２端部５１ｂにかけて変化してもよい。
　１００　　　配線基板
　２００　　　電気配線部
　３００　　　光配線部
　１１、１２　導体層
　２１、２２　絶縁層
　２３　　　　ソルダーレジスト
　５　　　　　光導波路
　５１　　　　コア部
　５ａ　　　　第１端部
　５ｂ　　　　第２端部
　５２　　　　クラッド部
　５２１　　　第１クラッド層
　５２２　　　第２クラッド層
　６　　　　　支持板
　Ａ１　　　　部品実装領域
　Ｅ１、Ｅ２　部品
　Ｅ１ａ　　　電極
　Ｅ１ｂ　　　導光部
　Ｅ１ｃ　　　受光面又は発光面
　Ｆ１　　　　第１端面
　Ｆ２　　　　第２端面
　ＧＲ　　　　窪み
　ＬＦ　　　　光透過面

Claims (9)

  1. 　配線基板上の光導波路と光素子との接続構造であって、
    　前記光導波路は、第１面及び前記第１面と反対側の第２面を備えるコア部と、前記第１面に接して形成される第１クラッド層と、前記第２面に接して形成される第２クラッド層と、を有し、
    　前記光導波路の一方の端部は、第１端面と第２端面とを有し、
    　前記第１端面は、前記コア部及び前記第１クラッド層が略面一であって、前記コア部が露出する面であり、
    　前記第２端面は、前記第１端面から延出する前記第２クラッド層の面であり、
    　前記光素子は露出する受光面又は発光面を有し、
    　前記光素子の前記受光面又は発光面が、前記第１端面に露出する前記コア部の光透過面と対向し、かつ、前記光素子は前記第２端面上に配置されている。
  2. 　請求項１記載の接続構造であって、前記第２クラッド層は、前記第１端面との隅部において窪みを有している。
  3. 　請求項２記載の接続構造であって、前記窪みは、前記受光面又は発光面と前記第１端面との間の領域に形成されている。
  4. 　請求項３記載の接続構造であって、前記受光面又は発光面と前記第１端面との間には樹脂が充填されており、前記樹脂は前記窪みを充填している。
  5. 　請求項１記載の接続構造であって、前記コア部、前記第１クラッド層、及び、前記第２クラッド層は、有機物によって構成されている。
  6. 　請求項１記載の接続構造であって、前記第１端面の表面粗さ（Ｒ１）は、算術平均粗さで０．１０μｍ以下である。
  7. 　請求項１記載の接続構造であって、前記第２端面の表面粗さ（Ｒ２）は、算術平均粗さで０．１０μｍ以下である。
  8. 　請求項１記載の接続構造であって、前記第１端面の表面粗さ（Ｒ１）と前記第２端面の表面粗さ（Ｒ２）とは、式１の関係を満たしている。
    　式１：Ｒ１＞Ｒ２
  9. 　請求項１記載の接続構造であって、前記光素子を構成する電極と、前記配線基板を構成する導電性ポストとが、電気接続されている。
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