JP2017198778A

JP2017198778A - Optical wiring packaging structure, optical module, and electronic apparatus

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Publication number: JP2017198778A
Application number: JP2016087713A
Authority: JP
Inventors: 青木　剛; Takeshi Aoki; 剛青木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-11-02

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical wiring packaging structure capable of achieving a high efficient optical coupling at a low cost.SOLUTION: An optical wiring packaging structure 70A includes: an optical device 30A having a first waveguide 31, in which a part of an optical wiring board 32 on which an optical waveguide 36 is formed, is formed in a first thickness; and an optical coupling component 40A that receives a front-end part of the first waveguide and optically connect the optical waveguide to the outside optical wiring.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、光配線実装構造、光モジュール、及び電子機器に関する。 The present invention relates to an optical wiring mounting structure, an optical module, and an electronic device.

サーバやスーパーコンピュータにおけるＬＳＩチップ間のデータ通信では、電気配線による電気信号伝送が行われている。広帯域信号伝送では、長距離であるほど、電気配線での損失やクロストークによる波形劣化のため、伝送が困難になってきている。そこで、電気信号を光信号に変換し、ＬＳＩチップ間を光配線で接続する光インターコネクトが注目されている。将来的には、高速電気配線はパッケージ上の配線距離程度に限定されることが予測される。 In data communication between LSI chips in a server or supercomputer, electrical signal transmission is performed by electrical wiring. In broadband signal transmission, transmission becomes more difficult as the distance increases, due to loss in electrical wiring and waveform degradation due to crosstalk. Therefore, an optical interconnect that converts an electrical signal into an optical signal and connects LSI chips with an optical wiring is drawing attention. In the future, high-speed electrical wiring is expected to be limited to the wiring distance on the package.

光インターコネクトの形態としては、微小の光電気変換部品であるチップ形態の光トランシーバをＬＳＩの直近に配置する構造が望ましい。チップ形態の微小光トランシーバを実現する技術として、シリコンフォトニクスと呼ばれる技術が開発されている。これは、シリコン基板上に光制御機能を有する微小な要素をＣＭＯＳプロセスで形成する技術である。光制御機能を有する要素としては、光変調器、光検出器等があり、それらを接続する細線導波路がすでに実現している。細線導波路を外部光配線としての光ファイバとを接続するために、チップ上への光インタフェースの形成技術もいくつかの方式が開発されている。 As a form of the optical interconnect, a structure in which an optical transceiver in the form of a chip, which is a minute photoelectric conversion component, is arranged in the immediate vicinity of the LSI is desirable. A technique called silicon photonics has been developed as a technique for realizing a chip-shaped micro-optical transceiver. This is a technique for forming minute elements having a light control function on a silicon substrate by a CMOS process. Elements having a light control function include an optical modulator, a photodetector, and the like, and a thin wire waveguide connecting them has already been realized. In order to connect the thin waveguide to an optical fiber as an external optical wiring, several methods for forming an optical interface on a chip have been developed.

光インタフェースの一例として、シリコンフォトニクス技術で導波路層に形成された回折格子が用いられている。外部光配線となる光ファイバは、ファイバホルダーを用いて回折格子の回折角度に合わせて保持され、光配線基板上の回折格子に直接接続されている（たとえば、特許文献１参照）。また、短冊形状のフレキシブル光導波路が知られている（たとえば、特許文献２及び３参照）。 As an example of an optical interface, a diffraction grating formed on a waveguide layer by silicon photonics technology is used. An optical fiber serving as an external optical wiring is held in accordance with the diffraction angle of the diffraction grating using a fiber holder, and is directly connected to the diffraction grating on the optical wiring substrate (see, for example, Patent Document 1). Also, strip-shaped flexible optical waveguides are known (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

特開２０１３−２４３６４９号公報JP2013-243649A 国際公開（ＷＯ）２００９／０７８３９９号明細書International Publication (WO) 2009/078399 Specification 特開２００１−１８８１４６号公報JP 2001-188146 A

従来の光インタフェースの構成では、回折格子での光の入出射角に合わせてファイバホルダーを基板上にほぼ垂直に立てながらホルダーの角度と位置を高精度に調整し、接着固定する。この構成では位置と角度の調整が困難なうえ、低コストかつ低背実装の実現が難しい。別部品としてフレキシブル光導波路を用いる場合は、コストが高くなるだけでなく複数個所での接続により結合損失が大きくなる。 In the configuration of the conventional optical interface, the angle and position of the holder are adjusted with high precision and fixed by bonding while keeping the fiber holder almost vertically on the substrate in accordance with the light incident / exit angle at the diffraction grating. With this configuration, it is difficult to adjust the position and angle, and it is difficult to realize low-cost and low-profile mounting. When a flexible optical waveguide is used as a separate part, not only the cost increases, but also coupling loss increases due to connection at a plurality of locations.

本発明は、低コストで高効率の光結合を実現する光配線実装技術を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide an optical wiring mounting technique that realizes high-efficiency optical coupling at low cost.

一つの態様では、光配線実装構造は、
光導波路が形成された光配線基板の一部が第１の厚さに形成された第１導波路を有する光デバイスと、
前記第１導波路の先端部を受け取って、前記光導波路を外部光配線に光学的に接続する光結合部品と、
を有する。 In one aspect, the optical wiring mounting structure is
An optical device having a first waveguide in which a part of an optical wiring substrate on which an optical waveguide is formed has a first thickness;
An optical coupling component that receives the tip of the first waveguide and optically connects the optical waveguide to an external optical wiring;
Have

一つの側面として、低コストで高効率の光結合が実現される。 As one aspect, low-cost and high-efficiency optical coupling is realized.

実施形態の光配線実装構造が適用されるシステムボードの概略図である。It is the schematic of the system board to which the optical wiring mounting structure of embodiment is applied. 第１実施形態の光デバイスを用いた光モジュールと光配線実装構造の概略図である。It is the schematic of the optical module and optical wiring mounting structure using the optical device of 1st Embodiment. 第１実施形態の薄膜化導波路を示す概略図である。It is the schematic which shows the thin film waveguide of 1st Embodiment. 第１実施形態の薄膜化導波路の光入出力部の近傍を示す三面図である。It is a three-view figure which shows the vicinity of the optical input / output part of the thin film waveguide of 1st Embodiment. 第１実施形態の光配線実装構造で用いられる光結合部品の概略図である。It is the schematic of the optical coupling component used with the optical wiring mounting structure of 1st Embodiment. 第１実施形態の光結合部品への薄膜化導波路の実装状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the mounting state of the thin film waveguide to the optical coupling component of 1st Embodiment. 光ファイバを保持するコネクタと光結合部品の嵌合状態を示す図である。It is a figure which shows the fitting state of the connector holding an optical fiber, and an optical coupling component. 光ファイバと薄膜化導波路に形成された回折格子の結合状態を示す図である。It is a figure which shows the coupling state of the diffraction grating formed in the optical fiber and the thin film waveguide. 第１実施形態の光結合部品の変形例を用いた光配線実装構造の図である。It is a figure of the optical wiring mounting structure using the modification of the optical coupling component of 1st Embodiment. 第１実施形態の光結合部品の別の変形例を用いた光配線実装構造の図である。It is a figure of the optical wiring mounting structure using another modification of the optical coupling component of 1st Embodiment. 第２実施形態で用いられる光デバイスの薄膜化導波路の概略図である。It is the schematic of the thin film waveguide of the optical device used by 2nd Embodiment. 第２実施形態の薄膜化導波路と光結合部品を用いた光配線実装構造を示す図である。It is a figure which shows the optical wiring mounting structure using the thin film waveguide and optical coupling component of 2nd Embodiment. 第２実施形態の変形例である光デバイスの薄膜化導波路の先端部を示す図である。It is a figure which shows the front-end | tip part of the thin film waveguide of the optical device which is a modification of 2nd Embodiment. 図１３の薄膜化導波路の概略図である。It is the schematic of the thin film waveguide of FIG. 図１４の薄膜化導波路と光結合部品を用いた光配線実装構造を示す図である。It is a figure which shows the optical wiring mounting structure using the thin film waveguide of FIG. 14, and an optical coupling component.

図１は実施形態の光配線実装構造７０が適用されるシステムボード１の概略図である。図１（Ａ）がシステムボード１の上面図、図１（Ｂ）がＡ−Ａ'断面図である。システムボード１の面内で互いに直交する方向をＸ方向及びＹ方向とし、Ｘ−Ｙ面に垂直な方向をＺ方向とする。 FIG. 1 is a schematic view of a system board 1 to which the optical wiring mounting structure 70 of the embodiment is applied. FIG. 1A is a top view of the system board 1 and FIG. 1B is a cross-sectional view along AA ′. The directions orthogonal to each other in the plane of the system board 1 are the X direction and the Y direction, and the direction perpendicular to the XY plane is the Z direction.

システムボード１は電子機器の一例であり、スーパーコンピュータやサーバ等の大型計算装置に用いられる。この例で、光配線実装構造７０は、光モジュール１０に搭載される光デバイス３０に形成された光配線と、外部配線である光ファイバ２３を光結合部品４０を用いて光接続する。 The system board 1 is an example of an electronic device, and is used for a large-sized computing device such as a supercomputer or a server. In this example, the optical wiring mounting structure 70 optically connects the optical wiring formed in the optical device 30 mounted on the optical module 10 and the optical fiber 23 that is an external wiring by using the optical coupling component 40.

ＬＳＩチップ５が電子部品の一例としてパッケージ基板３に搭載されており、複数の光モジュール１０がＬＳＩチップ５の近傍に配置される。図示の便宜上、単一のパッケージ基板３が描かれているが、複数のパッケージ基板３がボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）４によってボード基板２に搭載されていてもよい。 An LSI chip 5 is mounted on the package substrate 3 as an example of an electronic component, and a plurality of optical modules 10 are arranged in the vicinity of the LSI chip 5. For convenience of illustration, a single package substrate 3 is depicted, but a plurality of package substrates 3 may be mounted on the board substrate 2 by a ball grid array (BGA) 4.

パッケージ基板３のＬＳＩチップ５から出力される高速電気信号は、同じパッケージ基板３に搭載された光モジュール１０で高速変調された光信号として出力される。光信号は外部光配線となる光ファイバ２３により他のパッケージ基板に搭載されたＬＳＩ周辺の光モジュールに接続される。この例では、複数の光ファイバ２３がテープファイバ２０としてまとめられ、コネクタ５０に保持されている。光信号は相手方の光モジュールで再度電気信号に変換され、ＬＳＩチップ間で信号のやり取りが行われる。光モジュール１０は、システムボード１上でＬＳＩチップ５間の光信号の送受信を実現する光トランシーバとして用いられる。 The high-speed electrical signal output from the LSI chip 5 of the package substrate 3 is output as an optical signal that is modulated at high speed by the optical module 10 mounted on the same package substrate 3. The optical signal is connected to an optical module around the LSI mounted on another package substrate by an optical fiber 23 serving as an external optical wiring. In this example, a plurality of optical fibers 23 are collected as a tape fiber 20 and held by a connector 50. The optical signal is converted again into an electrical signal by the counterpart optical module, and the signal is exchanged between LSI chips. The optical module 10 is used as an optical transceiver that realizes transmission and reception of optical signals between the LSI chips 5 on the system board 1.

ＬＳＩチップ５と光モジュール１０の上面にヒートシンク９を搭載してシステムボード１の動作時に冷却を行ってもよい。冷却装置として、ヒートシンク９に限らず、水冷用のクーリングプレート等を用いてもよい。 A heat sink 9 may be mounted on the upper surfaces of the LSI chip 5 and the optical module 10 to cool the system board 1 during operation. The cooling device is not limited to the heat sink 9, and a cooling plate for water cooling or the like may be used.

実施形態のひとつの特徴として、光デバイス３０はその基板の一部を薄膜化して形成された薄膜化導波路３１を有する。薄膜化導波路３１と光結合部品４０とにより、光デバイス３０を外部の光ファイバ２３に光学的に接続する光配線実装構造７０が実現され、低コストで高効率の光結合が実現される。 As one feature of the embodiment, the optical device 30 includes a thinned waveguide 31 formed by thinning a part of the substrate. The thin-film waveguide 31 and the optical coupling component 40 realize an optical wiring mounting structure 70 that optically connects the optical device 30 to the external optical fiber 23, thereby realizing low-cost and high-efficiency optical coupling.

以下で、光配線実装構造７０の具体例を説明する。
＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態の光配線実装構造７０Ａの概略図である。図２（Ａ）が上面図、図２（Ｂ）がＡ−Ａ'断面図である。光配線実装構造７０Ａは、光デバイス３０Ａの薄膜化導波路３１の端部を、光ファイバ２３が実装されたコネクタ５０と嵌合する光結合部品４０Ａの内部に斜め下方に向けて収容した構成を有する。 A specific example of the optical wiring mounting structure 70 will be described below.
<First Embodiment>
FIG. 2 is a schematic view of the optical wiring mounting structure 70A of the first embodiment. 2A is a top view, and FIG. 2B is a cross-sectional view along AA ′. The optical wiring mounting structure 70A has a configuration in which the end portion of the thinned waveguide 31 of the optical device 30A is accommodated obliquely downward inside the optical coupling component 40A that fits the connector 50 on which the optical fiber 23 is mounted. Have.

光デバイス３０Ａは、光配線基板３２の一部を薄膜化した帯状の薄膜化導波路３１を有する。薄膜化導波路３１に光回路３３から延びる光導波路３６が形成され、光導波路３６の先端に、光入出力部としての回折格子を有する。回折格子の詳細については、図３及び図４を参照して後述する。 The optical device 30 A has a strip-shaped thinned waveguide 31 in which a part of the optical wiring substrate 32 is thinned. An optical waveguide 36 extending from the optical circuit 33 is formed in the thinned waveguide 31, and has a diffraction grating as an optical input / output unit at the tip of the optical waveguide 36. Details of the diffraction grating will be described later with reference to FIGS. 3 and 4.

薄膜化導波路３１は、光デバイス３０Ａの光配線基板３２から連続して延び、先端はパッケージ基板３に配置された光結合部品４０に収容されている。図２の例では、薄膜化導波路３１に４本（４チャンネル）の光導波路３６が形成されているが、この例に限定されず、任意の数の光導波路３６が形成されていてもよい。薄膜化導波路３１は保護膜６１で保護されていてもよい。 The thinned waveguide 31 continuously extends from the optical wiring substrate 32 of the optical device 30 A, and the tip is accommodated in the optical coupling component 40 disposed on the package substrate 3. In the example of FIG. 2, four (four-channel) optical waveguides 36 are formed in the thinned waveguide 31. However, the present invention is not limited to this example, and an arbitrary number of optical waveguides 36 may be formed. . The thinned waveguide 31 may be protected by a protective film 61.

光結合部品４０Ａは、薄膜化導波路３１の先端を受け取ることで、光デバイス３０Ａの光導波路３６とコネクタ５０に保持された光ファイバ２３を高効率で接続する。 The optical coupling component 40A receives the tip of the thin film waveguide 31 and connects the optical waveguide 36 of the optical device 30A and the optical fiber 23 held by the connector 50 with high efficiency.

図２の構成を、より詳細に説明すると、光モジュール１０は、モジュール基板１１に搭載された光デバイス３０Ａ、電気回路チップ１５、及び光源となるレーザ素子３５を有する。光モジュール１０は、ＢＧＡ４及びパッケージ基板３により、ＬＳＩチップ５と電気的に接続されている。光デバイス３０Ａには、光回路３３と、光回路３３から延びる光導波路３６がシリコンフォトニクス技術で形成されている。光回路３３は、たとえば光変調器や光検出器を含む。電気回路チップ１５には、光変調器を駆動するドライバ（図中で「ＤＲＶ」と表記）や光検出器からの電流を電圧に変換するトランスインピーダンスアンプ（図中で「ＴＩＡ」と表記）が形成されている。 2 will be described in more detail. The optical module 10 includes an optical device 30A mounted on the module substrate 11, an electric circuit chip 15, and a laser element 35 serving as a light source. The optical module 10 is electrically connected to the LSI chip 5 by the BGA 4 and the package substrate 3. In the optical device 30A, an optical circuit 33 and an optical waveguide 36 extending from the optical circuit 33 are formed by silicon photonics technology. The optical circuit 33 includes, for example, an optical modulator and a photodetector. The electric circuit chip 15 has a driver (denoted as “DRV” in the figure) for driving the optical modulator and a transimpedance amplifier (denoted as “TIA” in the figure) for converting a current from the photodetector into a voltage. Is formed.

光デバイス３０Ａと電気回路チップ１５は、たとえばシリコン貫通ビア（ＴＳＶ: Through-Silicon Via）と下部のマイクロバンプ８を用いて接続されてもよいし、別途ワイヤボンディング等で接続されてもよい。光源の詳細な構成は図示しないが、化合物半導体に形成されたレーザ素子３５を光デバイス３０Ａにフリップチップボンディング等を用いて搭載してもよい。 The optical device 30A and the electric circuit chip 15 may be connected using, for example, a through-silicon via (TSV) and a lower micro bump 8 or may be separately connected by wire bonding or the like. Although the detailed configuration of the light source is not shown, the laser element 35 formed on the compound semiconductor may be mounted on the optical device 30A using flip chip bonding or the like.

光回路３３の光変調器は、電気回路チップ１５のドライバから高速電気信号を受け、光デバイス３０Ａ上のリング変調器あるいはマッハツェンダ変調器で光源から出力された光の位相制御を行う。光検出器は、たとえばゲルマニウム（Ｇｅ）等で形成される受光素子を用い、検出された光を電流として出力する。 The optical modulator of the optical circuit 33 receives a high-speed electric signal from the driver of the electric circuit chip 15 and performs phase control of the light output from the light source by the ring modulator or Mach-Zehnder modulator on the optical device 30A. The photodetector uses a light receiving element formed of, for example, germanium (Ge) and outputs the detected light as a current.

図３は、薄膜化導波路３１の構成を示す図である。図３（Ａ）が上面図、図３（Ｂ）がＡ−Ａ'断面図である。光デバイス３０Ａの薄膜化導波路３１は、チップ本体の光配線基板３２から延設されて、先端にチップ端３４を有する。薄膜化導波路３１のチップ端３４に相当する領域で、各光導波路３６の先端に回折格子３７が形成されている。図３（Ｂ）で白矢印で示すように、回折格子３７は光導波路３６を伝搬する光を薄膜化導波路３１の主面に対して垂直または垂直に近い角度で反射し、同様の角度で入射する光を光導波路３６に導波する。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the thinned waveguide 31. 3A is a top view, and FIG. 3B is a cross-sectional view along AA ′. The thinned waveguide 31 of the optical device 30A extends from the optical wiring substrate 32 of the chip body and has a chip end 34 at the tip. A diffraction grating 37 is formed at the tip of each optical waveguide 36 in a region corresponding to the chip end 34 of the thinned waveguide 31. As indicated by white arrows in FIG. 3B, the diffraction grating 37 reflects light propagating through the optical waveguide 36 at an angle that is perpendicular or nearly perpendicular to the main surface of the thin film waveguide 31, and at a similar angle. The incident light is guided to the optical waveguide 36.

薄膜化導波路３１に形成される保護膜６１は、たとえばポリイミド、シリコーン等の柔軟性のある樹脂膜である。図３の例では、薄膜化導波路３１の裏面を保護膜６１で被覆しているが、光導波路３６及び回折格子３７の形成面を含む薄膜化導波路３１の全面をコーティングしてもよい。 The protective film 61 formed on the thinned waveguide 31 is a flexible resin film such as polyimide or silicone. In the example of FIG. 3, the back surface of the thinned waveguide 31 is covered with the protective film 61, but the entire surface of the thinned waveguide 31 including the formation surface of the optical waveguide 36 and the diffraction grating 37 may be coated.

光デバイス３０Ａの光配線基板３２は、たとえばシリコン基板であり、薄膜化導波路３１の部分で、シリコン基板は１０〜３０μｍの厚さに薄膜化されている。薄膜化導波路３１の基板部分の厚さが１０μｍより小さくなると、応力がかかったときに破損するおそれがある。厚さが３０μｍを超えると、薄膜化導波路３１のフレキシブルさを十分に担保することができなくなる。一例として、薄膜化導波路３１でシリコン基板の厚さを２０μｍとする。 The optical wiring substrate 32 of the optical device 30A is, for example, a silicon substrate, and the silicon substrate is thinned to a thickness of 10 to 30 μm at the thinned waveguide 31 portion. If the thickness of the substrate portion of the thinned waveguide 31 is smaller than 10 μm, it may be damaged when stress is applied. If the thickness exceeds 30 μm, the flexibility of the thinned waveguide 31 cannot be sufficiently secured. As an example, the thickness of the silicon substrate in the thinned waveguide 31 is 20 μm.

光配線基板３２の厚さは、光デバイス３０の小型化と強度の両方を満たす範囲で適宜設計され、たとえば３００〜５００μｍである。チップ端３４でのシリコン基板の厚さは、薄膜化導波路３１の先端を光結合部品４０Ａの内部に挿入することのできる任意の厚さであり、たとえば１００〜１５０μｍである。 The thickness of the optical wiring board 32 is appropriately designed within a range satisfying both the miniaturization and strength of the optical device 30 and is, for example, 300 to 500 μm. The thickness of the silicon substrate at the chip end 34 is an arbitrary thickness at which the tip of the thinned waveguide 31 can be inserted into the optical coupling component 40A, and is, for example, 100 to 150 μm.

薄膜化のプロセスは、図示は省略するが、ウェハ上の各チップ領域に光デバイス３０Ａの光回路３３や光導波路３６及び回折格子３７を形成した後に、ウェハの裏面から薄化する。ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いる場合は、シリコン基板上の埋め込み酸化膜を下部クラッドとして用い、ＳＯＩ層で光導波路３６と回折格子３７を形成してもよい。または、シリコン基板上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を堆積して下部クラッド層を形成してからシリコン膜を成長して光導波路３６と回折格子３７を形成してもよい。あるいは、ＳｉＯ₂の一部にゲルマニウム（Ｇｅ）等の不純物を注入して光導波路３６と回折格子３７を形成してもよい。 The thinning process is not shown, but after the optical circuit 33, the optical waveguide 36, and the diffraction grating 37 of the optical device 30A are formed in each chip region on the wafer, the thinning process is performed from the back surface of the wafer. When an SOI (Silicon on Insulator) substrate is used, a buried oxide film on a silicon substrate may be used as a lower clad, and the optical waveguide 36 and the diffraction grating 37 may be formed of an SOI layer. Alternatively, the optical waveguide 36 and the diffraction grating 37 may be formed by depositing a silicon oxide film (SiO ₂ ) on a silicon substrate to form a lower cladding layer and then growing the silicon film. Alternatively, the optical waveguide 36 and the diffraction grating 37 may be formed by implanting impurities such as germanium (Ge) into a part of SiO ₂ .

各チップ領域に光デバイス３０Ａが形成されたウェハの裏面を、グラインド及びＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing；化学的機械研磨）により、たとえば厚さ５００μｍに薄化する。チップ本体の光配線基板３２となる領域を覆うレジストパターンを形成し、ボッシュプロセスに代表されるＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching：深堀り反応性イオンエッチング）で、チップ端３４の厚さ（たとえば１５０μｍ）までエッチングする。このレジストパターンを除去して、チップ本体の光配線基板３２とチップ端３４を覆うレジストパターンを形成して、シリコン基板の厚さを２０μｍまで薄膜化する。 The back surface of the wafer on which the optical device 30A is formed in each chip region is thinned to, for example, a thickness of 500 μm by grinding and CMP (Chemical Mechanical Polishing). A resist pattern is formed to cover a region of the chip body that becomes the optical wiring substrate 32, and the thickness of the chip end 34 (for example, 150 μm) is formed by DRIE (Deep Reactive Ion Etching) represented by the Bosch process. Etch until. The resist pattern is removed to form a resist pattern that covers the optical wiring substrate 32 and the chip end 34 of the chip body, and the thickness of the silicon substrate is reduced to 20 μm.

各チップ領域に光デバイス３０を形成する際に、シリコン基板上の薄膜化導波路３１となる箇所にあらかじめＳｉＯ₂等でエッチングストッパ膜を形成してから、シリコン膜を２０μｍ程度成長してもよい。成長したシリコン膜上に下部クラッド層を堆積し、光導波路３６、回折格子３７、及び光回路３３等を形成してもよい。この場合は、ウェハ裏面からのエッチングで、均一な薄さの薄膜化導波路３１を形成することができる。 When the optical device 30 is formed in each chip region, an etching stopper film may be formed in advance on the silicon substrate at a location to be the thinned waveguide 31 with SiO ₂ or the like, and then the silicon film may be grown to about 20 μm. . A lower cladding layer may be deposited on the grown silicon film to form the optical waveguide 36, the diffraction grating 37, the optical circuit 33, and the like. In this case, the thinned waveguide 31 having a uniform thickness can be formed by etching from the back surface of the wafer.

薄膜化導波路３１の輪郭（外枠）の加工は、通常のフォトリソグラフィ技術で行うことができる。エッチングストッパ膜が形成されているときは、エッチングストッパ膜を除去してから再加工することで、通常のフォトリソグラフィ技術で高精度な寸法精度で薄膜化導波路３１を形成できる。 Processing of the outline (outer frame) of the thinned waveguide 31 can be performed by a normal photolithography technique. When the etching stopper film is formed, the thinned waveguide 31 can be formed with high dimensional accuracy by a normal photolithography technique by removing the etching stopper film and then performing rework.

薄膜化導波路３１の光軸方向（たとえばＸ方向）の長さは、光デバイス３０Ａと光結合部品４０Ａとの位置関係に応じて適宜設計され、たとえば２０ｍｍ〜３０ｍｍである。薄膜化導波路３１の幅は、たとえば４本の光導波路３６が２５０μｍピッチで形成されている場合は、両側に余剰の幅を残して、１.２ｍｍ〜２ｍｍである。この場合、コネクタ５０に２５０μｍピッチで実装される光ファイバ２３と接続される。 The length of the thinned waveguide 31 in the optical axis direction (for example, the X direction) is appropriately designed according to the positional relationship between the optical device 30A and the optical coupling component 40A, and is, for example, 20 mm to 30 mm. For example, when the four optical waveguides 36 are formed at a pitch of 250 μm, the thinned waveguide 31 has a width of 1.2 mm to 2 mm, leaving an extra width on both sides. In this case, the optical fiber 23 mounted on the connector 50 at a pitch of 250 μm is connected.

回折格子３７が形成されたチップ端３４は、光結合部品４０の内部に収容され、回折格子３７と外部光配線である光ファイバ２３との光結合が実現する。 The chip end 34 on which the diffraction grating 37 is formed is housed inside the optical coupling component 40, and optical coupling between the diffraction grating 37 and the optical fiber 23 that is an external optical wiring is realized.

図４は、チップ端３４での光インタフェース（入出力部）の構成を示す三面図である。光導波路３６の一端側に回折格子３７が形成され、他端は光回路３３（図３参照）に接続されている。光導波路３６と回折格子３７は、たとえばシリコン細線で形成されている。回折格子３７で、光はチップ端３４の表面に対して垂直または斜め上方に入出力される。光インタフェースとして回折格子３７を用いる利点として、ウェハ製造時にプロセス途中での検査が可能になる点がある。ウェハ製造時に光デバイス（各チップ）の不具合がわかるため、ウェハ製造プロセスの条件決定が簡易になり、前工程段階で不良品を除外することができる。 FIG. 4 is a three-view diagram illustrating the configuration of the optical interface (input / output unit) at the chip end 34. A diffraction grating 37 is formed on one end side of the optical waveguide 36, and the other end is connected to the optical circuit 33 (see FIG. 3). The optical waveguide 36 and the diffraction grating 37 are formed of, for example, silicon fine wires. In the diffraction grating 37, light is input / output vertically or obliquely upward with respect to the surface of the chip end 34. As an advantage of using the diffraction grating 37 as an optical interface, there is a point that inspection during the process is possible at the time of wafer manufacture. Since the defects of the optical device (each chip) can be known at the time of wafer manufacture, it is easy to determine the conditions of the wafer manufacturing process, and defective products can be excluded at the previous process stage.

回折格子３７及び光導波路３６は、保護膜３９で被覆されている。保護膜３９は、ＳｉＯ₂などの透明な材料であればよく、スパッタリング等を用いて回折格子３７及び光導波路３６上にＳｉＯ_２膜を堆積し、表面をＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）等で平坦化する。保護膜３９として上部クラッド層の一部を利用してもよい。保護膜３９をさらに透明な樹脂膜（たとえば図２の保護膜６１）でコーティングしてもよい。 The diffraction grating 37 and the optical waveguide 36 are covered with a protective film 39. Protective film 39 may be a transparent material such as SiO _2, SiO ₂ is deposited film on the diffraction grating 37 and the optical waveguide 36 by sputtering or the like, planarizing the surface by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like To do. A part of the upper cladding layer may be used as the protective film 39. The protective film 39 may be further coated with a transparent resin film (for example, the protective film 61 in FIG. 2).

図５は、光結合部品４０Ａの模式図である。図５（Ａ）が概略斜視図、図５（Ｂ）がパッケージ基板３と平行な面で切った水平断面図、図５（Ｃ）がＸ方向に見た正面図、図５（Ｄ）がＡ位置でのＸ方向の縦断面図である。 FIG. 5 is a schematic diagram of the optical coupling component 40A. 5A is a schematic perspective view, FIG. 5B is a horizontal sectional view taken along a plane parallel to the package substrate 3, FIG. 5C is a front view seen in the X direction, and FIG. It is a longitudinal cross-sectional view of the X direction in A position.

光結合部品４０Ａは、透明な材料で形成された本体４３の上面に形成されたチップ端挿入口４５と、チップ端挿入口４５から本体４３の内部に向かって斜め下方に延びる差し込み溝４６を有する。本体４３はまた、コネクタ５０と嵌合する嵌合面４３ａに、結合空間４２を有する。結合空間４２の内壁にレンズ４１が形成されている。 The optical coupling component 40 A has a chip end insertion port 45 formed on the upper surface of the main body 43 made of a transparent material, and an insertion groove 46 extending obliquely downward from the chip end insertion port 45 toward the inside of the main body 43. . The main body 43 also has a coupling space 42 on a fitting surface 43 a that fits with the connector 50. A lens 41 is formed on the inner wall of the coupling space 42.

光結合部品４０Ａは、ガラス、プラスチック等で形成することができ、たとえば、透明樹脂の射出成型を行うことで、高精度かつ低コストで光結合部品４０Ａが作製される。薄膜化導波路３１の先端のチップ端３４を、チップ端挿入口４５からスロープ４６ｓに沿って差し込み溝４６に挿入することで、回折格子３７の位置を一意にレンズ４１の焦点位置に合わせることができる。 The optical coupling component 40A can be formed of glass, plastic, or the like. For example, the optical coupling component 40A is manufactured with high accuracy and low cost by performing injection molding of a transparent resin. The tip end 34 of the thinned waveguide 31 is inserted into the insertion groove 46 from the tip end insertion port 45 along the slope 46 s so that the position of the diffraction grating 37 can be uniquely adjusted to the focal position of the lens 41. it can.

図６は、光結合部品４０Ａへの薄膜化導波路３１の実装状態を示す。図６の例では、光デバイス３０Ａは、パッケージ基板３にリフローで実装されている。図示は省略するが、光デバイス３０Ａは電気回路チップ１５（図２参照）とパッケージ基板３上でブリッジ接続されていてもよい。 FIG. 6 shows a state in which the thinned waveguide 31 is mounted on the optical coupling component 40A. In the example of FIG. 6, the optical device 30A is mounted on the package substrate 3 by reflow. Although illustration is omitted, the optical device 30 A may be bridge-connected to the electric circuit chip 15 (see FIG. 2) on the package substrate 3.

光デバイス３０Ａの光配線基板３２の一部を薄膜化した薄膜化導波路３１は、パッケージ基板３上を光結合部品４０Ａまで引き出されている。薄膜化導波路３１の先端のチップ端３４は、チップ端挿入口４５から光結合部品４０Ａに挿入され、差し込み溝４６内に収容される。チップ端３４を含む薄膜化導波路３１の先端部分の全体が、光学接着剤４９に埋め込まれている。 The thinned waveguide 31 obtained by thinning a part of the optical wiring board 32 of the optical device 30A is drawn out on the package substrate 3 to the optical coupling component 40A. The tip end 34 at the tip of the thin film waveguide 31 is inserted into the optical coupling component 40 A from the tip end insertion opening 45 and accommodated in the insertion groove 46. The entire tip portion of the thinned waveguide 31 including the chip end 34 is embedded in the optical adhesive 49.

図６の例で、光結合部品４０Ａの高さは５ｍｍ以下であり、光結合部品４０Ａに収容される箇所の薄膜化導波路３１の曲げ半径は２ｍｍ以上である。シリコン基板を２０μｍの薄さにした場合、曲げ半径が２ｍｍＲでも応力破壊は発生せず、チップ端３４を光結合部品４０Ａの上面から斜め下方に挿入することが可能である。長期にわたって使用する際に水成分などによりシリカ（ＳｉＯ₂）に応力がかかる場合でも、光学接着剤４９で封止することで信頼性が担保される。さらに、薄膜化導波路３１の樹脂の保護膜６１まで光学接着剤４９で封止することで、光結合部品４０Ａと薄膜化導波路３１の境界での急峻な曲げ半径の発生が抑制され、破損の発生を回避できる。 In the example of FIG. 6, the height of the optical coupling component 40A is 5 mm or less, and the bending radius of the thin film waveguide 31 at the location accommodated in the optical coupling component 40A is 2 mm or more. When the silicon substrate is made 20 μm thin, no stress breakage occurs even when the bending radius is 2 mmR, and the chip end 34 can be inserted obliquely downward from the upper surface of the optical coupling component 40A. Even when stress is applied to silica (SiO ₂ ) due to a water component or the like when used over a long period of time, reliability is ensured by sealing with the optical adhesive 49. Furthermore, by sealing the resin protective film 61 of the thinned waveguide 31 with the optical adhesive 49, the generation of a steep bend radius at the boundary between the optical coupling component 40A and the thinned waveguide 31 is suppressed, and the damage is caused. Can be avoided.

実装方法としては、光結合部品４０Ａを接着剤等でパッケージ基板３上の所定の位置に固定し、光デバイス３０Ａのチップ端３４を差し込み溝４６に差し込み、上部から光学接着剤４９で固定する。薄膜化導波路３１の余長により撓みが生じ得るが、光結合部品４０Ａに収容される先端部を除いて、７ｍｍＲ以上の曲げ半径で薄膜化導波路３１を光結合部品４０に接続する。これにより、応力を低減した状態で配線実装が実現する。 As a mounting method, the optical coupling component 40A is fixed at a predetermined position on the package substrate 3 with an adhesive or the like, the chip end 34 of the optical device 30A is inserted into the insertion groove 46, and is fixed with the optical adhesive 49 from above. Although the bending may occur due to the extra length of the thinned waveguide 31, the thinned waveguide 31 is connected to the optical coupling component 40 with a bending radius of 7 mmR or more except for the tip portion accommodated in the optical coupling component 40A. Thereby, wiring mounting is realized in a state where stress is reduced.

図７は、テープファイバ２０でまとめられた光ファイバ２３をコネクタ５０に実装し、光結合部品４０Ａと嵌合させた状態を示す。コネクタ５０は、たとえば標準多心光コネクタであるＭＴ（Mechanically Transferrable）コネクタである。光結合部品４０Ａのガイド穴４８の位置をコネクタ５０のガイド穴５１の位置に合わせ、ガイドピン５２で固定する。ガイドピン５２で固定される位置で、光結合部品４０Ａの各レンズ４１は、コネクタ５０に保持された光ファイバ２３のコア端面と対向する。この構成により、位置ずれを抑制し、多心ファイバと高効率で光結合できる。 FIG. 7 shows a state in which the optical fiber 23 bundled with the tape fiber 20 is mounted on the connector 50 and fitted with the optical coupling component 40A. The connector 50 is, for example, an MT (Mechanically Transferrable) connector which is a standard multi-fiber optical connector. The position of the guide hole 48 of the optical coupling component 40A is aligned with the position of the guide hole 51 of the connector 50, and is fixed by the guide pins 52. Each lens 41 of the optical coupling component 40 A faces the core end surface of the optical fiber 23 held by the connector 50 at a position fixed by the guide pin 52. With this configuration, positional deviation can be suppressed and optical coupling with a multi-fiber can be performed with high efficiency.

なお、光結合部品４０Ａのガイド穴４８に替えて、ガイド突起を設けてもよい。射出成型で光結合部品４０Ａにガイド突起を形成し、ガイド突起をコネクタ５０のガイド穴５１に差し込むことで、コネクタ５０と光結合部品４０Ａを部品精度で正確に嵌合できる。 A guide protrusion may be provided instead of the guide hole 48 of the optical coupling component 40A. By forming guide projections on the optical coupling component 40A by injection molding and inserting the guide projections into the guide holes 51 of the connector 50, the connector 50 and the optical coupling component 40A can be accurately fitted with component accuracy.

図８は、光結合部品４０Ａとコネクタ５０の嵌合部の拡大図である。光ファイバ２３のコア２１の端面から結合空間４２に出射した光は、レンズ４１によりチップ端３４に形成された回折格子３７に入射する。また、光導波路３６を伝搬し回折格子３７で反射された光は、レンズ４１によりコア２１の端面に入射する。 FIG. 8 is an enlarged view of a fitting portion between the optical coupling component 40 A and the connector 50. The light emitted from the end face of the core 21 of the optical fiber 23 to the coupling space 42 is incident on the diffraction grating 37 formed on the chip end 34 by the lens 41. Further, the light propagating through the optical waveguide 36 and reflected by the diffraction grating 37 enters the end surface of the core 21 through the lens 41.

薄膜化導波路３１の先端のチップ端３４を、図示される角度で光結合部品４０Ａの差し込み溝４６に収容することで、回折格子３７に入出し回折格子３７から出射される光の方向を、光ファイバ２３の配列と平行にすることができる。また、差し込み溝４６内の収容位置で、回折格子３７を光結合部品４０Ａのレンズ４１の焦点位置に保持することで、レンズ４１と回折格子３７の間の入出力光の開口数を調整して光ファイバ２３と高効率に結合することができる。上述したように、チップ端３４はウェハプロセスで高精度に形成され、光結合部品４０Ａは射出成型技術で高精度に作製されている。したがって、部品の寸法精度で高精度の位置決めが可能である。 By accommodating the chip end 34 at the tip of the thinned waveguide 31 in the insertion groove 46 of the optical coupling component 40A at the angle shown in the drawing, the direction of the light entering / exiting the diffraction grating 37 and exiting from the diffraction grating 37 is changed. The optical fiber 23 can be parallel to the array. Further, the numerical aperture of the input / output light between the lens 41 and the diffraction grating 37 is adjusted by holding the diffraction grating 37 at the focal position of the lens 41 of the optical coupling component 40A at the accommodation position in the insertion groove 46. The optical fiber 23 can be coupled with high efficiency. As described above, the chip end 34 is formed with high accuracy by the wafer process, and the optical coupling component 40A is manufactured with high accuracy by the injection molding technique. Therefore, highly accurate positioning is possible with the dimensional accuracy of components.

光結合部品４０Ａとチップ端３４の間にわずかなクリアランスが発生するが、透明な光学接着剤４９を充填することで、空気反射を防止して結合効率を高めることができる。 Although a slight clearance is generated between the optical coupling component 40A and the chip end 34, filling the transparent optical adhesive 49 can prevent air reflection and increase the coupling efficiency.

図９は、第１実施形態の変形例として、光結合部品４０Ｂを用いた光配線実装構造７０Ｂを示す。光結合部品４０Ｂは、本体４３の両側から延びるアーム状のフック４３１を有する。フック４３１の先端部を、たとえばコネクタ５０の後端部にひっかけることで、光ファイバ２３が実装されたコネクタ５０をパッケージ基板３上で安定保持することができる。テープファイバ２０の自重でコネクタ５０がパッケージ基板３上で揺らいだり、光結合部品４０Ｂの嵌合面からずれることを抑制し、低背でコンパクトな接続が実現する。 FIG. 9 shows an optical wiring mounting structure 70B using an optical coupling component 40B as a modification of the first embodiment. The optical coupling component 40 B has arm-like hooks 431 extending from both sides of the main body 43. The connector 50 on which the optical fiber 23 is mounted can be stably held on the package substrate 3 by hooking the front end of the hook 431 to the rear end of the connector 50, for example. The connector 50 is prevented from swinging on the package substrate 3 due to the weight of the tape fiber 20 or from the fitting surface of the optical coupling component 40B, thereby realizing a low profile and compact connection.

図１０は、第１実施形態のさらに別の変形例として、光結合部品４０Ｃを用いた光配線実装構造７０Ｃを示す。光結合部品４０Ｃは、本体４３の薄膜化導波路３１の挿入側に、パッケージ基板３の上面と係合するフック４３２を有する。光結合部品４０Ｃは、フック４３２によりパッケージ基板３の端面に安定して保持される。フック４３２は、薄膜化導波路３１とともに光学接着剤４９で固定される。図１０の構成は、図９の構成よりも低い位置に光結合部品４０Ｃを配置することができ、薄膜化導波路３１を、図９よりも大きな曲率半径で実装することができる。 FIG. 10 shows an optical wiring mounting structure 70C using an optical coupling component 40C as still another modification of the first embodiment. The optical coupling component 40 C has a hook 432 that engages with the upper surface of the package substrate 3 on the insertion side of the thin film waveguide 31 of the main body 43. The optical coupling component 40 C is stably held on the end surface of the package substrate 3 by the hook 432. The hook 432 is fixed with the optical adhesive 49 together with the thinned waveguide 31. In the configuration of FIG. 10, the optical coupling component 40 C can be disposed at a lower position than the configuration of FIG. 9, and the thinned waveguide 31 can be mounted with a larger radius of curvature than that of FIG. 9.

図９のフック４３１も、図１０のフック４３２も、射出成型により本体４３と同時に形成することができる。これらの変形例で、薄膜化導波路３１の先端のチップ端３４を光結合部品４０Ｂまたは４０Ｃの内部に斜めに挿入することで、低コストで高効率の光結合を実現することができる。
＜第２実施形態＞
図１１は、第２実施形態で用いる光デバイス３０Ｂの薄膜化導波路３１１を示す。薄膜化導波路３１１は回折格子を有さず、光導波路３６が薄膜化導波路３１１の先端まで延びている。チップ端３４の端面で、光導波路３６の端面３６ｅが露出する。この光導波路３６の端面３６ｅが光入出力部となる。 Both the hook 431 of FIG. 9 and the hook 432 of FIG. 10 can be formed simultaneously with the main body 43 by injection molding. In these modifications, the chip end 34 at the tip of the thinned waveguide 31 is inserted obliquely into the optical coupling component 40B or 40C, so that high-efficiency optical coupling can be realized at low cost.
Second Embodiment
FIG. 11 shows the thinned waveguide 311 of the optical device 30B used in the second embodiment. The thin film waveguide 311 does not have a diffraction grating, and the optical waveguide 36 extends to the tip of the thin film waveguide 311. At the end face of the chip end 34, the end face 36e of the optical waveguide 36 is exposed. An end face 36e of the optical waveguide 36 serves as an optical input / output unit.

薄膜化導波路３１１は、第１実施形態と同様に、光デバイス３０Ｂの光配線基板３２の一部を薄膜化して形成されており、樹脂等の保護膜６１で保護されている。第１実施形態では、回折格子３７により光を導波面に対して斜め上方に入出力していたが、第２実施形態では、光は光導波路３６の露出した端面から光導波路３６の光軸に沿った方向に入出力される。 As in the first embodiment, the thinned waveguide 311 is formed by thinning a part of the optical wiring board 32 of the optical device 30B, and is protected by a protective film 61 such as a resin. In the first embodiment, the diffraction grating 37 inputs and outputs light obliquely upward with respect to the waveguide surface. However, in the second embodiment, the light passes from the exposed end surface of the optical waveguide 36 to the optical axis of the optical waveguide 36. Input and output in the direction along.

図１２は、光デバイス３０Ｂの薄膜化導波路３１１を外部配線に接続する光配線実装構造７０Ｄを示す。光配線実装構造７０Ｄでは、光結合部品４０Ｄを用いて光導波路３６を光ファイバ等の外部配線に光結合する。光結合部品４０Ｄは、パッケージ基板３の表面と水平に延びる収容口４５１を有し、チップ端３４は収容口４５１に収容される。第１実施形態と同様に、光結合部品４０Ｄはコネクタ５０との嵌合面４３ａに結合空間４２を有し、結合空間４２の内壁にレンズ４１を有する。チップ端３４を収容口４５１に挿入することで、露出した光導波路３６の端面３６ｅが、レンズ４１の焦点位置にくる。チップ端３４の全体は、光学接着剤４９で収容口４５１に固定されている。 FIG. 12 shows an optical wiring mounting structure 70D for connecting the thinned waveguide 311 of the optical device 30B to an external wiring. In the optical wiring mounting structure 70D, the optical waveguide 36 is optically coupled to an external wiring such as an optical fiber using the optical coupling component 40D. The optical coupling component 40 D has an accommodation port 451 extending horizontally with the surface of the package substrate 3, and the chip end 34 is accommodated in the accommodation port 451. Similar to the first embodiment, the optical coupling component 40 D has a coupling space 42 on the fitting surface 43 a with the connector 50, and a lens 41 on the inner wall of the coupling space 42. By inserting the chip end 34 into the accommodation port 451, the exposed end surface 36 e of the optical waveguide 36 comes to the focal position of the lens 41. The entire chip end 34 is fixed to the accommodation port 451 with an optical adhesive 49.

たとえばシリコンフォトニクス導波路では、高屈折率の細線導波路で光を閉じ込めているため開口数は高く、一般的なシングルモードファイバとの結合において接続損失が発生する。図１２では、光結合部品４０Ｄのレンズ４１により開口数を変化させて、結合効率を高めることができる。 For example, a silicon photonics waveguide has a high numerical aperture because light is confined by a high-refractive-index thin-line waveguide, and a connection loss occurs in coupling with a general single mode fiber. In FIG. 12, it is possible to increase the coupling efficiency by changing the numerical aperture by the lens 41 of the optical coupling component 40D.

図１２の構成は、薄膜化導波路３１１の平行実装が可能になり、第１実施形態よりも低背の実装が実現する。低コストで高効率の光結合が行われる点は、第１実施形態と同様である。 The configuration of FIG. 12 enables parallel mounting of the thinned waveguide 311 and realizes mounting with a height lower than that of the first embodiment. The point that high-efficiency optical coupling is performed at low cost is the same as in the first embodiment.

図１３は、第２実施形態の変形例として、光デバイス３０Ｃの薄膜化導波路３１２の先端部を三面図で示す。薄膜化導波路３１２は、光導波路３６の先端にテーパ３６ｔを有する。テーパ３６ｔは、光導波路３６の幅方向（Ｙ方向）だけではなく、高さ方向（Ｚ方向）にも先細りになっていてもよい。テーパ３６ｔは、光導波路３６よりも屈折率が低く、図示しない上部及び下部のクラッド層よりも屈折率の高い透明層６２で囲まれている。テーパ３６ｔと透明層６２で、スポットサイズ変換器（ＳＳＣ：Spot Size Converter）を形成する。スポットサイズ変換器ＳＳＣは、光導波路３６のモードフィールド径を光ファイバのモードフィールド径に変換する。 FIG. 13 shows, as a modification of the second embodiment, a tip portion of the thinned waveguide 312 of the optical device 30C in a three-view diagram. The thinned waveguide 312 has a taper 36 t at the tip of the optical waveguide 36. The taper 36t may be tapered not only in the width direction (Y direction) of the optical waveguide 36 but also in the height direction (Z direction). The taper 36t is surrounded by a transparent layer 62 having a lower refractive index than the optical waveguide 36 and a higher refractive index than upper and lower cladding layers (not shown). The taper 36t and the transparent layer 62 form a spot size converter (SSC). The spot size converter SSC converts the mode field diameter of the optical waveguide 36 into the mode field diameter of the optical fiber.

図１４は、薄膜化導波路３１２の概略図である。薄膜化導波路３１２は、第１実施形態と同様に、光デバイス３０Ｃの光配線基板３２の一部を薄膜化して形成されており、樹脂等の保護膜６１で保護されている。薄膜化導波路３１２の先端にチップ端３４が形成されており、チップ端３４の先端にスポットサイズ変換器ＳＳＣが配置される。 FIG. 14 is a schematic diagram of the thinned waveguide 312. As in the first embodiment, the thinned waveguide 312 is formed by thinning a part of the optical wiring substrate 32 of the optical device 30C, and is protected by a protective film 61 such as a resin. The tip end 34 is formed at the tip of the thinned waveguide 312, and the spot size converter SSC is disposed at the tip of the tip end 34.

図１５は、光デバイス３０Ｃの薄膜化導波路３１２を外部配線に接続する光配線実装構造７０Ｅを示す。光配線実装構造７０Ｅでは、光結合部品４０Ｅを用いて光導波路３６を光ファイバ等の外部配線に光結合する。光結合部品４０Ｅは、光結合部品４０Ｅを導波方向に貫通する収容口４５２を有する。収容口４５２はパッケージ基板３の表面と水平に延びて、薄膜化導波路３１２のチップ端３４を収容する。 FIG. 15 shows an optical wiring mounting structure 70E for connecting the thinned waveguide 312 of the optical device 30C to an external wiring. In the optical wiring mounting structure 70E, the optical waveguide 36 is optically coupled to an external wiring such as an optical fiber using the optical coupling component 40E. The optical coupling component 40E has an accommodation port 452 that penetrates the optical coupling component 40E in the waveguide direction. The accommodation opening 452 extends horizontally with the surface of the package substrate 3 and accommodates the chip end 34 of the thinned waveguide 312.

光配線実装構造７０Ｅでは、スポットサイズ変換器ＳＳＣはバットジョイントで外部配線である光ファイバに接続される。あるいは、貫通型の収容口４５２に替えて、収容口がコネクタ５０との嵌合面４３ａの近傍まで延設される構成としてもよい。あるいは図１２と同様に、光結合部品４０Ｅにレンズ４１を形成して、ＳＳＣとレンズ４１の両方を用いて光結合してもよい。いずれの場合も、チップ端３４はパッケージ基板３の表面と平行な方向に挿入される。薄膜化導波路３１２は光結合部品４０Ｅに平行実装され、低コストで高効率の低背実装が実現する。 In the optical wiring mounting structure 70E, the spot size converter SSC is connected to an optical fiber as external wiring by a butt joint. Or it replaces with penetration type accommodation mouth 452, and it is good also as a structure extended to the neighborhood of fitting surface 43a with connector 50. Alternatively, as in FIG. 12, the lens 41 may be formed on the optical coupling component 40E, and optical coupling may be performed using both the SSC and the lens 41. In either case, the chip end 34 is inserted in a direction parallel to the surface of the package substrate 3. The thinned waveguide 312 is mounted in parallel to the optical coupling component 40E, and low-cost and high-efficiency low-profile mounting is realized.

第２実施形態の光結合部品４０Ｄや光結合部品４０Ｅに、図５に示したガイド穴４８を形成し、ガイドピン５２でコネクタ５０と位置決めしてもよい。これにより、光導波路３６の端面３６ｅやスポットサイズ変換器ＳＳＣの端面と、光ファイバのコア端面を位置合わせすることができる。光結合部品４０Ｄ及び／または４０Ｅに、図９のフック４３１を形成してもよい。 The guide hole 48 shown in FIG. 5 may be formed in the optical coupling component 40D and the optical coupling component 40E of the second embodiment, and the connector 50 may be positioned by the guide pin 52. Thereby, the end surface 36e of the optical waveguide 36 and the end surface of the spot size converter SSC can be aligned with the core end surface of the optical fiber. A hook 431 shown in FIG. 9 may be formed on the optical coupling component 40D and / or 40E.

以上述べた第１実施形態と第２実施形態の構成は、シリコンフォトニクス技術を想定した例示であるが、これらの構成に限定されない。第１実施形態、第２実施形態ともに、シングルモードだけではなくマルチモードにも適用できる。 The configurations of the first and second embodiments described above are examples assuming silicon photonics technology, but are not limited to these configurations. Both the first embodiment and the second embodiment can be applied not only to the single mode but also to the multimode.

以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
光導波路が形成された光配線基板の一部が第１の厚さに形成された第１導波路を有する光デバイスと、
前記第１導波路の先端部を受け取って、前記光導波路を外部光配線に光学的に接続する光結合部品と、
を有する光配線実装構造。
（付記２）
前記第１導波路は、前記先端部に前記第１の厚さよりも厚い第２の厚さのチップ端を有し、
前記光結合部品は、前記チップ端を受け取って前記光導波路と前記外部光配線とを光学的に接続することを特徴とする付記１に記載の光配線実装構造。
（付記３）
前記第１導波路は、前記チップ端に光を入出力する光入出力部を有し、
前記光結合部品は、前記チップ端を受け取る挿入口と、前記挿入口から前記光結合部品の内部へ斜め下方に延びる差し込み溝とを有し、
前記チップ端は前記差し込み溝に収容されていることを特徴とする付記２に記載の光配線実装構造。
（付記４）
前記光結合部品は、前記外部光配線を保持するコネクタと嵌合する嵌合面に、結合空間と、前記結合空間の内壁に形成されたレンズとを有し、
前記第１導波路の前記光入出力部は、前記レンズの焦点位置にあることを特徴とする付記３に記載の光配線実装構造。
（付記５）
前記第１導波路は、前記チップ端に光を前記光導波路の光軸に沿った方向に入出力する光入出力部を有し、
前記光結合部品は、前記チップ端を前記光結合部品の設置面と平行な方向で受け取る収容口を有することを特徴とする付記２に記載の光配線実装構造。
（付記６）
前記第１導波路は、前記チップ端にスポットサイズ変換器を有し、
前記光結合部品は、前記チップ端と前記外部光配線を突き合わせ接続することを特徴とする付記５に記載の光配線実装構造。
（付記７）
前記光結合部品の前記第１導波路の前記先端部を受け取る箇所に光学接着剤が充填されていることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記８）
前記光結合部品は、前記外部光配線を保持するコネクタと接続する穴または突起を有することを特徴とする付記１〜７のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記９）
前記光結合部品は、前記光結合部品を固定するフックを有することを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記１０）
前記第１導波路の厚さは１０μｍ〜３０μｍであることを特徴とする付記１〜９のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記１１）
前記第１導波路の前記光結合部品に受け取られる前記先端部の曲げ半径は２ｍｍ以上であることを特徴とする付記１〜１０のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記１２）
モジュール基板と、
前記モジュール基板に搭載される光デバイスと、
を有し、
前記光デバイスは、光導波路が形成される光配線基板と、前記光配線基板の一部を前記光配線基板の厚さよりも薄い第１の厚さに形成した第１導波路とを有し、前記第１導波路の先端付近に光入出力部を有することを特徴とする光モジュール。
（付記１３）
電子部品を搭載する基板と、
前記基板上で前記電子部品の近傍に配置される光デバイスと、
前記基板の端部に配置されて外部光配線を保持するコネクタと嵌合する嵌合面を有する光結合部品と、
を有し、
前記光デバイスは、光導波路が形成された光配線基板の一部を前記光配線基板の厚さよりも薄い第１の厚さに形成した第１導波路を有し、前記第１導波路の先端が前記光結合部品に収容されていることを特徴とする電子機器。 The following notes are presented for the above explanation.
(Appendix 1)
An optical device having a first waveguide in which a part of an optical wiring substrate on which an optical waveguide is formed has a first thickness;
An optical coupling component that receives the tip of the first waveguide and optically connects the optical waveguide to an external optical wiring;
An optical wiring mounting structure having:
(Appendix 2)
The first waveguide has a tip end of a second thickness that is thicker than the first thickness at the tip.
2. The optical wiring mounting structure according to claim 1, wherein the optical coupling component receives the chip end and optically connects the optical waveguide and the external optical wiring.
(Appendix 3)
The first waveguide has a light input / output unit that inputs and outputs light at the chip end,
The optical coupling component has an insertion port for receiving the chip end, and an insertion groove extending obliquely downward from the insertion port to the inside of the optical coupling component,
3. The optical wiring mounting structure according to appendix 2, wherein the chip end is accommodated in the insertion groove.
(Appendix 4)
The optical coupling component has a coupling space and a lens formed on an inner wall of the coupling space on a fitting surface that mates with a connector that holds the external optical wiring.
The optical wiring mounting structure according to appendix 3, wherein the light input / output portion of the first waveguide is at a focal position of the lens.
(Appendix 5)
The first waveguide has a light input / output unit that inputs and outputs light at the chip end in a direction along the optical axis of the optical waveguide;
3. The optical wiring mounting structure according to appendix 2, wherein the optical coupling component has a receiving port that receives the chip end in a direction parallel to an installation surface of the optical coupling component.
(Appendix 6)
The first waveguide has a spot size converter at the chip end,
6. The optical wiring mounting structure according to appendix 5, wherein the optical coupling component butt-connects the chip end and the external optical wiring.
(Appendix 7)
The optical wiring mounting structure according to any one of appendices 1 to 6, wherein an optical adhesive is filled in a portion of the optical coupling component that receives the tip portion of the first waveguide.
(Appendix 8)
8. The optical wiring mounting structure according to any one of appendices 1 to 7, wherein the optical coupling component has a hole or a protrusion connected to a connector that holds the external optical wiring.
(Appendix 9)
The optical wiring mounting structure according to any one of appendices 1 to 8, wherein the optical coupling component has a hook for fixing the optical coupling component.
(Appendix 10)
10. The optical wiring mounting structure according to any one of appendices 1 to 9, wherein the thickness of the first waveguide is 10 μm to 30 μm.
(Appendix 11)
11. The optical wiring mounting structure according to any one of appendices 1 to 10, wherein a bending radius of the tip portion received by the optical coupling component of the first waveguide is 2 mm or more.
(Appendix 12)
A module board;
An optical device mounted on the module substrate;
Have
The optical device includes an optical wiring board on which an optical waveguide is formed, and a first waveguide in which a part of the optical wiring board is formed to a first thickness smaller than the thickness of the optical wiring board, An optical module comprising an optical input / output section near the tip of the first waveguide.
(Appendix 13)
A substrate on which electronic components are mounted;
An optical device disposed in the vicinity of the electronic component on the substrate;
An optical coupling component having a fitting surface that is fitted to a connector that is arranged at an end of the substrate and holds an external optical wiring;
Have
The optical device has a first waveguide in which a part of an optical wiring board on which an optical waveguide is formed is formed to a first thickness that is thinner than the thickness of the optical wiring board, and the tip of the first waveguide Is housed in the optical coupling component.

１システムボード（電子機器）
３パッケージ基板
５ＬＳＩチップ（電子部品）
１０光モジュール
１１モジュール基板
１５電気回路チップ
２０テープファイバ
２１コア
２２クラッド
２３光ファイバ（外部光配線）
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ光デバイス
３１、３１１，３１２薄膜化導波路（第１導波路）
３２光配線基板
３４チップ端
３６光導波路
３６ｔテーパ
３７回折格子（光入出力部）
４０Ａ〜４０Ｄ光結合部品
４１レンズ
４２結合空間
４３本体
４３１、４３２フック
４５チップ端挿入口
４６差し込み溝
４８ガイド穴
５０コネクタ
５２ガイドピン
７０、７０Ａ〜７０Ｄ光配線実装構造
４５１収容口
ＳＳＣスポットサイズ変換器 1 System board (electronic equipment)
3 Package substrate 5 LSI chip (electronic component)
10 optical module 11 module substrate 15 electric circuit chip 20 tape fiber 21 core 22 clad 23 optical fiber (external optical wiring)
30, 30A, 30B, 30C Optical devices 31, 311, 312 Thinned waveguide (first waveguide)
32 Optical Wiring Board 34 Chip End 36 Optical Waveguide 36t Taper 37 Diffraction Grating (Optical Input / Output Unit)
40A to 40D Optical coupling component 41 Lens 42 Coupling space 43 Main body 431, 432 Hook 45 Chip end insertion port 46 Insertion groove 48 Guide hole 50 Connector 52 Guide pin 70, 70A to 70D Optical wiring mounting structure 451 Accommodation port SSC Spot size converter

Claims

An optical device having a first waveguide in which a part of an optical wiring substrate on which an optical waveguide is formed has a first thickness;
An optical coupling component that receives the tip of the first waveguide and optically connects the optical waveguide to an external optical wiring;
An optical wiring mounting structure having:

The first waveguide has a tip end of a second thickness that is thicker than the first thickness at the tip.
2. The optical wiring mounting structure according to claim 1, wherein the optical coupling component receives the chip end and optically connects the optical waveguide and the external optical wiring.

The first waveguide has a light input / output unit that inputs and outputs light at the chip end,
The optical coupling component has an insertion port for receiving the chip end, and an insertion groove extending obliquely downward from the insertion port to the inside of the optical coupling component,
The optical wiring mounting structure according to claim 2, wherein the chip end is accommodated in the insertion groove.

The optical coupling component has a coupling space and a lens formed on an inner wall of the coupling space on a fitting surface that mates with a connector that holds the external optical wiring.
The optical wiring mounting structure according to claim 3, wherein the light input / output unit of the first waveguide is at a focal position of the lens.

The first waveguide has a light input / output unit that inputs and outputs light at the chip end in a direction along the optical axis of the optical waveguide;
3. The optical wiring mounting structure according to claim 2, wherein the optical coupling component has a receiving port that receives the chip end in a direction parallel to an installation surface of the optical coupling component.

A module board;
An optical device mounted on the module substrate;
Have
The optical device includes an optical wiring board on which an optical waveguide is formed, and a first waveguide in which a part of the optical wiring board is formed to a first thickness smaller than the thickness of the optical wiring board, An optical module comprising an optical input / output section near the tip of the first waveguide.

A substrate on which electronic components are mounted;
An optical device disposed in the vicinity of the electronic component on the substrate;
An optical coupling component having a fitting surface that is fitted to a connector that is arranged at an end of the substrate and holds an external optical wiring;
Have
The optical device has a first waveguide in which a part of an optical wiring board on which an optical waveguide is formed is formed to a first thickness that is thinner than the thickness of the optical wiring board, and the tip of the first waveguide Is housed in the optical coupling component,
An electronic device characterized by that.