【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号を光路変換して電子回路等に中継する機能を有する光電子基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、特開２０００‐８１５２４号公報に記載された光送受信システムの断面図である。
多層基板１０の上面には、面型発光受光素子１２が受発光面を下向きにして、対をなして実装され、多層基板１０の上面と下面とを貫通する貫通孔１４ａ、１４ｂが設けられているが、面型発光受光素子１２のそれぞれの受発光面の中心と、上記貫通孔の中心とは同一軸上にある。なお、貫通孔１４ａ、１４ｂの内壁は全面を反射材で覆った空洞とするか、光導波路を設けている。
また、多層基板１０の下面には、コア部２４とこのコア部２４の周囲に設けたクラッド部２６からなる光導波路２２が設けられ、この光導波路２２は、一方の貫通孔１４ａから他方の貫通孔１４ｂの真下まで延び、反射ミラー３８ａ、３８ｂは光導波路２２の両端面を４５°カットして作製されている。
【０００３】
上記光送受信システムにおいては、図５に示すように、例えば貫通孔１４ａを伝搬してきた光信号は４５°カットミラー３８ａにより直角に全反射されて、光導波路２２に入射し、光導波路２２のコア部２４内を伝搬する。コア部２４内を伝搬してきた光信号は４５°カットミラー３８ｂにより直角に全反射されて、貫通孔１４ｂに入射して、この貫通孔１４ｂ内を伝搬し、以上により、一対の面型発光受光素子１２間の光信号送受信が行われる。
【０００４】
図６は、特開２０００‐８１５２４号公報に記載された別の光送受信システムの断面図で、多層基板１０の上面には、面型発光受光素子１２が受発光面を下向きにして実装され、貫通孔１４はその中心が、面型発光受光素子１２の受発光面の中心と同一軸上になるように設けられている。
多層基板１０の下面には貫通孔１４の真下まで延びる光導波路２２が設けられ、貫通孔１４の真下には反射ミラー３８が光導波路２２の端面を４５°カットして作製されている。
また、光導波路２２の貫通孔と反対側の端面は、端面型発光受光素子３２と接するように固定されている。
【０００５】
上記光送受信システムにおいては、図６に示すように、例えば貫通孔１４を伝搬してきた光信号は４５°カットミラー３８により直角に全反射されて、光導波路２２に入射し、光導波路２２のコア部２４内を伝搬して、面型発光受光素子１２と端面型発光受光素子３２間の光信号送受信が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図７は、上記図５または図６におけるＡ領域を拡大して、４５°カットミラーによる集光状態を示す説明図であり、図中矢印は光信号の方向を示す。
上記従来の光送受信システムでは、光導波路２２の端面に形成された４５°カットミラー３８により、基板の貫通孔１４を伝送した光信号を反射させて、光導波路のコア部２４に入射させていた。
この場合、図７に示すように、上記貫通孔１４を伝送した光信号は、上記４５°カットミラー３８に、一定の角度で入射するのではないので、上記４５°カットミラー３８を位置精度良く、貫通孔１４の中心軸に対応するように取り付けても、上記４５°カットミラー３８で全反射された反射光が広範囲に散乱してしまう。
つまり、上記４５°カットミラー３８の、信号光をコア部へ導入するための反射鏡としての性能が充分ではないので、コア部２４への光信号の入射損失が高くて入射効率が悪くなり、そのため光信号の伝送損失が高く、光電子基板としての性能が悪くなるという課題があった。
【０００７】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、光信号の伝送が効率良く行われる光電子基板を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の光電子基板は、基板と、この基板の一方の面と他方の面とを貫通する貫通孔と、上記基板の一方の面に実装され、上記貫通孔を光伝送路とする発光受光素子と、上記基板の他方の面上に設けられ、上記貫通孔と対向する光路変換手段と、一端が上記光路変換手段と対向する光導波路とを備え、上記光路変換手段により、光路を上記貫通孔方向または上記光導波路方向に変換する光電子基板において、上記光路変換手段が複数種の反射面角を有する反射鏡を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る第２の光電子基板は、上記第１の光電子基板において、複数種の反射面角を有する反射鏡が非球面鏡であることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る第３の光電子基板は、上記第１または第２の光電子基板において、複数種の反射面角を有する反射鏡が多面体鏡であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係る第４の光電子基板は、上記第１ないし第３のいずれかの光電子基板において、複数種の反射面角を有する反射鏡が、金蒸着されたものであることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る第５の光電子基板は、上記第１ないし第４のいずれかの光電子基板において、複数種の反射面角を有する反射鏡が、光導波路の端面に光導波路と一体に設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る第６の光電子基板は、上記第１ないし第５のいずれかの光電子基板において、貫通孔に、光ファイバが保持されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明に係る第７の光電子基板は、上記第１ないし第６のいずれかの光電子基板において、複数種の反射面角を有する反射鏡が、支持部材により固定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態の光電子基板の説明図であり、（ａ）は上記光電子基板の断面図、（ｂ）は上記光電子基板を、図１（ａ）において下側から見た平面図である。
図中、１０は第１〜第４の絶縁層１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが順に積層された多層基板、１２は多層基板２２の一方の面に設けられた面型発光受光素子で対をなして設けられ、１４ａ、１４ｂは多層基板１０の一方の面と他方の面とを貫通する第１、第２の貫通孔である。図は、貫通孔には光ファイバ３０が挿入されている場合を示し、貫通孔で光が散乱されて光伝搬損失が大きくなるのを防止できる。
２８は多層基板２２の他方の面上に設けられた、光路変換手段となる非球面鏡で、複数種の反射面角を有する反射鏡の一例であり、第１、第２の貫通孔１４ａ、１４ｂと対向して設けられ、２９は非球面鏡２８を固定する支持部材である。
２２は上記光路変換手段となる非球面鏡２８と対向する光導波路で、コア部２４とコア部の周囲に設けたクラッド部２６からなる。
なお、本実施の形態における非球面鏡とは、反射面が真球でなく、球面の曲率が球面の各点で必ずしも同一でない球面形状の反射鏡を意味するものとする。
つまり、本実施の形態の光電子基板においては、光路変換手段２８により、上記第１の貫通孔１４ａを出射した光を上記光導波路２２のコア部２４に集光させたり、上記光導波路２２のコア部２４を出射した光を上記第２の貫通孔１４ｂに集光させることができる。
【００１６】
また、図２は、本実施の形態の光電子基板に係わる光路変換手段の斜視図で、非球面鏡が支持部材により固定されたものであり、図３は図１におけるＡ領域を拡大して、非球面鏡による集光状態を示す説明図であり、図中矢印は光信号の方向を示す。
【００１７】
つまり、本実施の形態の光電子基板は、多層基板１０の一方の面、即ち、図１においては上面に、面型発光受光素子１２が受発光面を下向きにして対をなして実装されている。
第１、第２の貫通孔１４ａ、１４ｂは、光ファイバ３０を保持しており、上記光ファイバ３０は、面型発光受光素子１２のそれぞれの受発光面の中心と、上記光ファイバ３０の中心とを同一軸上になるようにして挿入されている。
光導波路２２は多層基板１０の下面に取り付けられており、その両方の端部はそれぞれ非球面鏡２８に対向するように固定され、必要に応じて、紫外線硬化接着剤で接合され、光導波路２２のコア部２４は、それぞれ対をなす面型発光受光素子１２ａ、１２ｂからの光信号と、位置精度良く結合されている。
図１は、非球面鏡２８が支持部材２９により支持されている場合を示し、光路を変換するとともに、さらに上記支持部材２９により光導波路を固定する固定部ともなっている。
【００１８】
図４は本実施の形態の別の光電子基板の説明図であり、（ａ）は上記光電子基板の断面図、（ｂ）は上記光電子基板を、図４（ａ）において下側から見た平面図で、図中３２は端面型発光受光素子である。
【００１９】
つまり、多層基板１０の一方の面、即ち、図４においては上面に、面型発光受光素子１２が受発光面を下向きにして実装され、多層基板１０の他方の面上には光導波路２２が設けられているが、その一端が上記貫通孔１４に対向し、他端が面型発光受光素子３２に接して固定され、必要に応じて紫外線硬化接着剤で接合されている。なお、その他は図１に示す光電子基板と同様である。
【００２０】
本実施の形態においては、光路変換手段として用いる複数種の反射面角を有する反射鏡として、非球面鏡を用いた場合について示すが、そもそも、本発明の光電子基板に係わる光路変換手段に係わる、複数種の反射面角を有する反射鏡は、反射鏡の反射面の角度が複数であるので、それだけ入射角度の多様性に対応でき、入射光を効率良くコア部に入射できるという作用効果を有するものである。
つまり、図７や図８に示すように、上記従来の反射鏡が４５°カットミラー（図７）や、反射面が真球面である反射鏡（図８）では、反射面の角度が一定であるので、一定の角度で入射するのではない光信号を、光導波路のコア部に集光させることが困難であることを改善するものである。なお、図８は比較として示す、反射面が真球面である反射鏡による集光状態を示す説明図で、図中矢印は光信号の方向を示す。
しかしながら、上記複数種の反射面角を有する反射鏡の一例として示す非球面鏡では、図３に示すように、曲率を任意に設定することができるので、貫通孔からの光信号をコア部に効率良く入射させ、集光効率を向上させることができる。また、上記複数種の反射面角を有する反射鏡により、コア部から貫通孔への集光効率も同様に向上させることができる。
さらに、上記非球面鏡を用いると、貫通孔と光導波路の位置がある程度ずれてもコア部に集光することができる。
【００２１】
また、本実施の形態において、複数種の反射面角を有する反射鏡として、多面体鏡を用いても、上記非球面鏡を用いた場合と同様の作用効果を得ることができる。
また、図２に示すように、非球面鏡を保持する支持部材を用いれば、非球面鏡を長期に渡り安定に保持でき、さらに光導波路の位置をも正確に決められるため集光効率がより増大する。
また、非球面鏡の外側に、図２に示すように、反射膜３３を形成することは、反射効率が向上するため望ましい。反射膜としては、基幹光通光として、１．５μｍと１．３μｍが用いられていると、この波長帯域に吸収を持たない、例えば金を蒸着する。
【００２２】
以下に、本実施の形態の光電子基板に係わる非球面鏡の製造方法の一例を図１、図４を参照しながら説明する。
まず、コア部２４の中心部に集光できるような非球面形状の鋳型を、反射面の各点での法線を基準にして、光がコア部に集中するように、光反射の式により曲率を算出して作製する。
次に、上記鋳型を用いてモールド法で非球面鏡を作製するが、例えば、ポリメチルメタクリレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等を用い、モールド法として、エンボス法、射出成型法またはＵＶ硬化法を用いる。なお、透明性の樹脂であれば他の汎用性ポリマーでも良い。
さらに、上記非球面鏡に反射膜をコートすると、反射効率が向上するために望ましい。
【００２３】
なお、本実施の形態においては、非球面鏡２８を予め製造して、光導波路２２に固定する例を示したが、光導波路の端面を所定の曲率を有する非球面となるようにカットしても良い。
【００２４】
また、図示はしないが、多層基板１０の上面には、面型発光受光素子１２の他に、例えば発光駆動、受光増幅回路、ＬＳＩ回路、インダクタ、キャパシタまたは抵抗などの電子部品がフリップチップ接合法やワイヤボンディング接合法を用いて実装されている。
また、多層基板１０の上面および下面並びに各絶縁層には、各種の電子部品を電気的に接合する配線層が形成され、さらにこれらの配線層は各絶縁層に形成されたビアホールを介して接続され、全体として多層配線構造をなしている。
【００２５】
【実施例】
実施例１．
まず、本発明の実施例に係わる非球面鏡を、ポリメチルメタクリレートを用い、反射鏡面の各点での法線を基準にして、各点での反射光がコア部に入射するように反射光の式から曲率を決め、そのデータをＣＡＤに入力して作製した鋳型を用いて製造し、これに金蒸着する。
【００２６】
表１に、上記のようにして作製した非球面鏡の入射損失を、下記比較例１に示す真球の反射鏡および下記比較例２に示す光導波路の端面を従来のように４５°でカットして形成したミラーと比較して示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
表１に示すように、本実施例に係わる非球面鏡では、貫通孔から光導波路への入射損失が極めて低い。
【００２９】
次に、上記非球面鏡を支持する支持部材２９を作製する。
つまり、石英ガラスで形成した図２における支持部材２９の形状の型枠に、メチルメタアクリレート（ＭＭＡ）を入れて、７５℃で２５分間、窒素雰囲気中で重合させた。その後、４５℃に加熱して、石英ガラスを暖めて膨張させて隙間を与え、上記重合したポリマーメチルメタアクリレートの支持部材を型枠から取り出した。
取り出した支持部材が、非球面鏡を挟持するところの幅は２２０μｍにした。
さらに、貫通孔の中心軸と、支持部材の中心軸を一致させて固定し、取り付けのために、固定部の周辺部に薄く接着剤を用いた。
【００３０】
一方、ＧａＡｌＡｓ系の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）とアバランシェ型ＰＩＮホトダイオード（ＰＤ）を、フェイスダウン方式で、半田バンプで多層基板の一方の面上に取り付ける。なお、ＶＣＳＥＬの出力は、８５０ｎｍ帯域で１０ｍＡ電流を流して、４．３ｍＷの出力にした。
ＶＣＳＥＬとＰＤの、それぞれの真下には、それぞれの中心軸が一致するように、ポリイミド製の多層基板に貫通孔があけられている。
ＶＣＳＥＬの発光面の直径が３μｍ、広がり角度が２０°であり、半田バンプの厚みは１０μｍに設定したので、両方の貫通孔の直径は、光ファイバが保持できる１３０μｍとし、光ファイバとしては、広げられたレーザ光が完全に入る９．５μｍのコアを有するシングルモードファイバを用いた。
【００３１】
貫通孔は、ＹＡＧ、ＣＯ２またはエキシマーレーザを用いて、通常の半導体技術を用いて、２つの貫通孔の距離は８ｍｍにして開ける。好ましくは、ＹＡＧレーザを用い、ＹＡＧレーザ出力１００Ｗで、照射時間は、基板の厚みによって異なるが、今回は、基板厚み２．５ｍｍであり、３０秒照射して貫通孔を開けた。さらに、信号光の伝送効率を高めるために、貫通孔に上記のシングルモード光ファイバを挿入した。
【００３２】
また、多層基板の他方の面に、フッ素化ポリイミドを用いて通常の方法で光導波路を作製した。
クラッド層の厚みは、上下それぞれ５０μｍで、コア部は、４０μｍ角の、マルチモード型のものを、幅２００μｍ、長さ５ｍｍに切り出した。
このようにして、図１に示すように、２ヶ所に、上記貫通孔に対向するように、支持部材により狭持された非球面鏡を取り付け、次に支持部材に合致するように、上記光導波路を接着剤を極薄く塗りつけて基板に取り付け、本実施例の光電子基板を作製した。
【００３３】
表１に示すように、本実施例に係わる非球面鏡では、貫通孔から光導波路への入射損失が極めて低いので、伝送特性を調べたところ、ＶＣＳＥＬからの４．３ｍＷは、貫通孔に完全に入り、非球面鏡により全反射されて、９．５μｍ径の狭い出射口からでて行くので、全反射されて出射されたレーザ光のプロファイルの広がりも抑えられ、ＰＤでは０．４１ｍＷとして受光された。この時の伝送損失は１０．２ｄＢであり、下記従来のものより少なかった。
【００３４】
比較例１．
実施例１において光路変換手段として用いた非球面鏡の代わりに、上記非球面鏡を作製したのと同じ材料で、図８に示すように、半径が光導波路幅となるようにして作製した真球ミラーを用い、これに金蒸着した他は、実施例１と同様にして、光電子基板を作製したところ、伝送損失は２１．３ｄＢであった。
【００３５】
比較例２．
実施例１において光路変換手段として用いた非球面鏡の代わりに、実施例１における光導波路端面にダイシングにより、４５°カットミラーを形成し、これに金蒸着した他は、実施例１と同様にして、光電子基板を作製したところ、伝送損失は２０．５ｄＢであった。
【００３６】
実施例２．
上記実施例１における反射鏡の鋳型の作製を、反射鏡面の各点での法線を基準にして、各点での反射光がコア部に入射するように反射光の式から微少平面の傾きを決め、そのデータをＣＡＤに入力することにより行い、この鋳型を用いて、実施例１において非球面鏡と同様の材料により、実施例１と同様にして多面体鏡を作製し、金蒸着を施したところ、入射損失は１．０１ｄＢであった。
次に、上記多面体鏡を用いて上記実施例１と同様にして光電子基板を作製したところ、伝送損失は１１．０５ｄＢであった。
【００３７】
実施例３．
ＧａＡｌＡｓ系の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）をフェイスダウン方式で、鉛ボンダーで多層基板上に取り付ける。アバランシェ型ＰＩＮホトダイオード（ＰＤ）を上記多層基板の裏面に直接取り付ける。なお、ＶＣＳＥＬの出力は、８５０ｎｍ帯域で１０ｍＡ電流を流して、４．３ｍＷの出力にした。
実施例１と同様にして、多層基板のＶＣＳＥＬの真下に、光ファイバを有する貫通孔を開け、実施例１と同様のシングルモード光ファイバを収める。
一方、上記実施例１と同様にして、非球面鏡とその支持部材を作製して、上記多層基板に光導波路とともに設け、図４に示すような、本発明の実施例の光電子基板を作製した。
【００３８】
なお、本実施例の非球面鏡の支持部材は、石英ガラスで形成した型枠にメチルメタアクリレート（ＭＭＡ）を入れて、５００ＷのＸｅランプを６０分照射し、窒素雰囲気中で重合させ、その後、４５℃に加熱して、石英ガラスを暖めて膨張させて隙間を与え、上記重合したポリマーメチルメタアクリレートを型枠から取り出すことにより作製した。
【００３９】
本実施例の光電子基板の伝送特性を調べたところ、ＶＣＳＥＬからの４．３ｍＷは、ＰＤでは０．４５ｍＷとして、受光された。伝送損失は９．８ｄＢと少なかった。
【００４０】
実施例４．
実施例３において、支持部材を、石英ガラスで形成した型枠にメチルメタアクリレート（ＭＭＡ）を入れて、初めから、基板に装着して、５００ＷのＸｅランプを６０分照射して、窒素雰囲気中で重合させて作製する他は実施例３と同様にして光電子基板を作製した。
本実施例の光電子基板の伝送特性を調べたところ。ＶＣＳＥＬからの４．３ｍＷは、ＰＤでは０．４６ｍＷとして、受光された。伝送損失は１０．６ｄＢと少なかった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の第１の光電子基板は、基板と、この基板の一方の面と他方の面とを貫通する貫通孔と、上記基板の一方の面に実装され、上記貫通孔を光伝送路とする発光受光素子と、上記基板の他方の面上に設けられ、上記貫通孔と対向する光路変換手段と、一端が上記光路変換手段と対向する光導波路とを備え、上記光路変換手段により、光路を上記貫通孔方向または上記光導波路方向に変換する光電子基板において、上記光路変換手段が複数種の反射面角を有する反射鏡を備えたことを特徴とするもので、光信号の伝送が効率良く行われるという効果がある。
【００４２】
本発明の第２の光電子基板は、上記第１の光電子基板において、複数種の反射面角を有する反射鏡が非球面鏡であることを特徴とするもので、光信号の伝送が効率良く行われるという効果がある。
【００４３】
本発明の第３の光電子基板は、上記第１または第２の光電子基板において、複数種の反射面角を有する反射鏡が多面体鏡であることを特徴とするもので、光信号の伝送が効率良く行われるという効果がある。
【００４４】
本発明の第４の光電子基板は、上記第１ないし第３のいずれかの光電子基板において、複数種の反射面角を有する反射鏡が、金蒸着されたものであることを特徴とするもので、光信号の伝送がより効率良く行われるという効果がある。
【００４５】
本発明の第５の光電子基板は、上記第１ないし第４のいずれかの光電子基板において、複数種の反射面角を有する反射鏡が、光導波路の端面に光導波路と一体に設けられていることを特徴とするもので、製造効率が向上するという効果がある。
【００４６】
本発明の第６の光電子基板は、上記第１ないし第５のいずれかの光電子基板において、貫通孔に、光ファイバが保持されていることを特徴とするもので、光信号の伝送がより効率良く行われるという効果がある。
【００４７】
本発明の第７の光電子基板は、上記第１ないし第６のいずれかの光電子基板において、複数種の反射面角を有する反射鏡が、支持部材により固定されていることを特徴とするもので、より長期に渡り、光信号の伝送が効率良く行われるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光電子基板の説明図である。
【図２】本実施の形態の光電子基板に係わる光路変換手段の斜視図である。
【図３】図１におけるＡ領域を拡大して、非球面鏡による集光状態を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の別の光電子基板の説明図である。
【図５】従来の光送受信システムの断面図である。
【図６】従来の光送受信システムの断面図である。
【図７】図５または図６におけるＡ領域を拡大して示す説明図である。
【図８】図８は比較として示す反射面が真球面である反射鏡による集光状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 基板、１２ 面型発光受光素子、１４ａ、１４ｂ 貫通孔、２２ 光導波路、２４ コア部、２８ 光路変換手段、２９ 支持部材、３３ 反射膜。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optoelectronic substrate having a function of converting an optical signal into an optical path and relaying the optical signal to an electronic circuit or the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the optical transmission and reception system described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-81524.
On the upper surface of the multilayer substrate 10, the surface-type light emitting and receiving elements 12 are mounted in pairs with the light receiving and emitting surfaces facing downward, and through holes 14a and 14b penetrating the upper surface and the lower surface of the multilayer substrate 10 are provided. However, the center of each light emitting / receiving surface of the surface type light emitting / receiving element 12 and the center of the through hole are on the same axis. The inner walls of the through-holes 14a and 14b are formed as cavities whose entire surfaces are covered with a reflective material, or provided with optical waveguides.
On the lower surface of the multilayer substrate 10, an optical waveguide 22 including a core portion 24 and a clad portion 26 provided around the core portion 24 is provided. The optical waveguide 22 extends from one through hole 14a to the other through hole 14a. The reflection mirrors 38a and 38b extend to just below the hole 14b and are formed by cutting both end surfaces of the optical waveguide 22 by 45 °.
[0003]
In the optical transmission / reception system, as shown in FIG. 5, for example, the optical signal propagating through the through-hole 14a is totally reflected at a right angle by the 45 ° cut mirror 38a, enters the optical waveguide 22, and enters the core of the optical waveguide 22. Propagation in the section 24. The optical signal that has propagated in the core portion 24 is totally reflected at a right angle by the 45 ° cut mirror 38b, enters the through hole 14b, propagates in the through hole 14b, and as described above, a pair of planar light emitting and receiving Optical signal transmission and reception between the elements 12 are performed.
[0004]
FIG. 6 is a cross-sectional view of another optical transmission / reception system described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-81524. On the upper surface of the multilayer substrate 10, a surface-type light emitting / receiving element 12 is mounted with the light receiving / emitting surface facing down, The through hole 14 is provided such that the center thereof is coaxial with the center of the light receiving and emitting surface of the surface light emitting and receiving element 12.
An optical waveguide 22 extending right below the through hole 14 is provided on the lower surface of the multilayer substrate 10, and a reflection mirror 38 is formed directly below the through hole 14 by cutting the end face of the optical waveguide 22 by 45 °.
The end face of the optical waveguide 22 opposite to the through hole is fixed so as to be in contact with the end face type light emitting / receiving element 32.
[0005]
In the optical transmission / reception system, as shown in FIG. 6, for example, the optical signal propagating through the through-hole 14 is totally reflected at a right angle by a 45 ° cut mirror 38, enters the optical waveguide 22, and enters the core of the optical waveguide 22. An optical signal is transmitted and received between the surface light emitting and receiving element 12 and the end face light emitting and receiving element 32 by propagating in the section 24.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 7 is an explanatory view showing the state of light condensing by the 45 ° cut mirror by enlarging the region A in FIG. 5 or FIG. 6, and the arrow in the figure shows the direction of the optical signal.
In the above-mentioned conventional optical transmission / reception system, the optical signal transmitted through the through hole 14 of the substrate is reflected by the 45 ° cut mirror 38 formed on the end face of the optical waveguide 22 to be incident on the core portion 24 of the optical waveguide. .
In this case, as shown in FIG. 7, since the optical signal transmitted through the through hole 14 does not enter the 45 ° cut mirror 38 at a fixed angle, the 45 ° cut mirror 38 is moved with high positional accuracy. However, even if it is mounted so as to correspond to the central axis of the through hole 14, the light totally reflected by the 45 ° cut mirror 38 is scattered over a wide range.
That is, since the performance of the 45 ° cut mirror 38 as a reflecting mirror for introducing signal light into the core portion is not sufficient, the incidence loss of the optical signal to the core portion 24 is high, and the incidence efficiency is deteriorated. Therefore, there has been a problem that the transmission loss of the optical signal is high and the performance as the optoelectronic substrate is deteriorated.
[0007]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an optoelectronic substrate in which optical signals are transmitted efficiently.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A first optoelectronic substrate according to the present invention includes a substrate, a through hole passing through one surface and the other surface of the substrate, and a first hole mounted on one surface of the substrate. A light-emitting and light-receiving element, and an optical path conversion means provided on the other surface of the substrate, facing the through hole, and an optical waveguide having one end facing the optical path conversion means. In the direction of the through hole or the direction of the optical waveguide, wherein the optical path conversion means includes a reflecting mirror having a plurality of reflection surface angles.
[0009]
According to a second optoelectronic substrate according to the present invention, in the first optoelectronic substrate, the reflecting mirror having a plurality of types of reflecting surface angles is an aspherical mirror.
[0010]
A third optoelectronic substrate according to the present invention is characterized in that, in the first or second optoelectronic substrate, the reflecting mirror having a plurality of kinds of reflecting surface angles is a polyhedral mirror.
[0011]
A fourth optoelectronic substrate according to the present invention is characterized in that, in any one of the first to third optoelectronic substrates, a reflecting mirror having a plurality of reflection surface angles is gold-deposited. It is.
[0012]
According to a fifth optoelectronic substrate according to the present invention, in any one of the first to fourth optoelectronic substrates, a reflecting mirror having a plurality of types of reflecting surface angles is provided integrally with the optical waveguide on an end face of the optical waveguide. It is characterized by having.
[0013]
A sixth optoelectronic substrate according to the present invention is characterized in that, in any of the first to fifth optoelectronic substrates, an optical fiber is held in a through hole.
[0014]
A seventh optoelectronic substrate according to the present invention is characterized in that, in any one of the first to sixth optoelectronic substrates, a reflecting mirror having a plurality of reflection surface angles is fixed by a support member. It is.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
1A and 1B are explanatory views of an optoelectronic substrate according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view of the optoelectronic substrate, and FIG. FIG.
In the drawing, reference numeral 10 denotes a multilayer substrate in which first to fourth insulating layers 10a, 10b, 10c, and 10d are sequentially stacked, and 12 denotes a surface-type light-emitting and light-receiving element provided on one surface of a multilayer substrate 22. 14a and 14b are first and second through holes penetrating one surface and the other surface of the multilayer substrate 10. The figure shows a case where the optical fiber 30 is inserted in the through hole, and it is possible to prevent light from being scattered by the through hole and increasing light propagation loss.
Reference numeral 28 denotes an aspherical mirror provided on the other surface of the multilayer substrate 22 and serving as an optical path changing means, which is an example of a reflecting mirror having a plurality of types of reflecting surface angles, and includes first and second through holes 14a and 14b. Reference numeral 29 denotes a support member for fixing the aspherical mirror 28.
Reference numeral 22 denotes an optical waveguide facing an aspherical mirror 28 serving as the optical path conversion means, and includes a core portion 24 and a clad portion 26 provided around the core portion.
Note that the aspherical mirror in the present embodiment means a reflecting mirror having a spherical surface whose reflecting surface is not a true sphere and whose curvature is not always the same at each point of the sphere.
That is, in the optoelectronic substrate of the present embodiment, the light emitted from the first through hole 14a is condensed on the core portion 24 of the optical waveguide 22 by the The light emitted from the portion 24 can be focused on the second through hole 14b.
[0016]
FIG. 2 is a perspective view of an optical path changing means according to the optoelectronic substrate of the present embodiment, in which an aspherical mirror is fixed by a support member. FIG. 3 is an enlarged view of a region A in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a light condensing state by a spherical mirror, and arrows in the figure indicate directions of optical signals.
[0017]
That is, in the optoelectronic substrate of the present embodiment, the surface-type light-emitting and light-receiving elements 12 are mounted on one surface of the multilayer substrate 10, that is, on the upper surface in FIG. .
The first and second through holes 14a and 14b hold an optical fiber 30, and the optical fiber 30 is connected to the center of each light receiving / emitting surface of the surface light emitting / receiving element 12 and the center of the optical fiber 30. Are inserted on the same axis.
The optical waveguide 22 is attached to the lower surface of the multilayer substrate 10, and both ends thereof are fixed so as to face the aspheric mirror 28, respectively, and if necessary, are joined with an ultraviolet curing adhesive, and the optical waveguide 22 is formed. The core section 24 is coupled with optical signals from the pair of surface light emitting and receiving elements 12a and 12b with high positional accuracy.
FIG. 1 shows a case where the aspherical mirror 28 is supported by a support member 29, and serves as a fixing portion that converts an optical path and further fixes an optical waveguide by the support member 29.
[0018]
4A and 4B are explanatory views of another optoelectronic substrate according to the present embodiment, wherein FIG. 4A is a cross-sectional view of the optoelectronic substrate, and FIG. 4B is a plan view of the optoelectronic substrate viewed from below in FIG. In the figure, reference numeral 32 denotes an end face type light emitting / receiving element.
[0019]
That is, the surface-type light emitting and receiving element 12 is mounted on one surface of the multilayer substrate 10, that is, the upper surface in FIG. 4 with the light receiving and emitting surface facing down, and the optical waveguide 22 is formed on the other surface of the multilayer substrate 10. Although it is provided, one end thereof is opposed to the through hole 14 and the other end is fixed in contact with the surface light emitting and receiving element 32, and is joined with an ultraviolet curing adhesive as required. The rest is the same as the optoelectronic substrate shown in FIG.
[0020]
In the present embodiment, a case is described in which an aspherical mirror is used as a reflecting mirror having a plurality of types of reflecting surface angles used as an optical path converting means. However, in the first place, a plurality of optical path converting means related to the optoelectronic substrate of the present invention are used. Reflecting mirrors with different types of reflecting surface angles have a plurality of reflecting surface angles, so they can respond to a variety of incident angles and have the effect of efficiently entering incident light into the core. It is.
That is, as shown in FIGS. 7 and 8, when the conventional reflecting mirror is a 45 ° cut mirror (FIG. 7) or a reflecting mirror whose reflecting surface is a perfect spherical surface (FIG. 8), the angle of the reflecting surface is constant. Therefore, it is possible to improve the difficulty in collecting an optical signal that is not incident at a fixed angle on the core portion of the optical waveguide. FIG. 8 is an explanatory diagram showing, as a comparison, the state of light condensing by a reflecting mirror whose reflecting surface is a true spherical surface, and the arrows in the figure indicate the directions of optical signals.
However, in the aspherical mirror shown as an example of the reflecting mirror having the plurality of types of reflecting surface angles, as shown in FIG. 3, the curvature can be set arbitrarily, so that the optical signal from the through hole is efficiently transmitted to the core. It is possible to make the light incident well and to improve the light collection efficiency. Further, with the reflecting mirror having the plurality of types of reflecting surface angles, the light collecting efficiency from the core portion to the through hole can be similarly improved.
Further, when the aspherical mirror is used, even if the position of the through hole and the position of the optical waveguide deviate to some extent, the light can be focused on the core portion.
[0021]
Further, in the present embodiment, even when a polyhedral mirror is used as a reflecting mirror having a plurality of types of reflecting surface angles, the same operation and effect as when the aspherical mirror is used can be obtained.
Further, as shown in FIG. 2, if a support member for holding the aspherical mirror is used, the aspherical mirror can be stably held for a long period of time, and the position of the optical waveguide can be accurately determined, so that the light collection efficiency is further increased. .
In addition, as shown in FIG. 2, it is desirable to form a reflection film 33 outside the aspherical mirror because the reflection efficiency is improved. When 1.5 .mu.m and 1.3 .mu.m are used as the basic light transmission as the reflection film, for example, gold which does not have absorption in this wavelength band is deposited.
[0022]
Hereinafter, an example of a method of manufacturing an aspherical mirror according to the optoelectronic substrate of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, a mold having an aspherical shape capable of condensing light at the center of the core portion 24 is formed by a light reflection formula so that light is concentrated on the core portion with reference to a normal line at each point of the reflection surface. It is produced by calculating the curvature.
Next, an aspherical mirror is manufactured by a molding method using the above-described mold. For example, a polymethyl methacrylate resin, a polycarbonate resin, or the like is used, and an embossing method, an injection molding method, or a UV curing method is used as a molding method. In addition, other general-purpose polymers may be used as long as they are transparent resins.
Further, it is desirable to coat the aspherical mirror with a reflective film because the reflection efficiency is improved.
[0023]
In the present embodiment, an example has been described in which the aspheric mirror 28 is manufactured in advance and fixed to the optical waveguide 22. However, the end surface of the optical waveguide may be cut to have an aspheric surface having a predetermined curvature. good.
[0024]
Although not shown, on the upper surface of the multilayer substrate 10, in addition to the surface-type light-emitting and light-receiving element 12, for example, electronic components such as a light-emitting drive, a light-receiving amplifier circuit, an LSI circuit, an inductor, a capacitor or a resistor are formed by a flip chip bonding method. And using a wire bonding method.
Wiring layers for electrically connecting various electronic components are formed on the upper and lower surfaces of the multilayer substrate 10 and each insulating layer, and these wiring layers are connected via via holes formed in each insulating layer. Thus, a multilayer wiring structure is formed as a whole.
[0025]
【Example】
Embodiment 1 FIG.
First, the aspherical mirror according to the embodiment of the present invention uses polymethyl methacrylate, and the reflected light at each point is incident on the core with reference to the normal at each point of the reflecting mirror surface. The curvature is determined from the formula, the data is input to a CAD, and the data is manufactured using a mold produced, and gold is vapor-deposited thereon.
[0026]
In Table 1, the incident loss of the aspherical mirror manufactured as described above was measured by cutting the end faces of the true spherical reflecting mirror shown in Comparative Example 1 below and the end face of the optical waveguide shown in Comparative Example 2 below at 45 ° as in the related art. This is shown in comparison with a mirror formed by the above method.
[0027]
[Table 1]
[0028]
As shown in Table 1, in the aspheric mirror according to the present embodiment, the incident loss from the through hole to the optical waveguide is extremely low.
[0029]
Next, a support member 29 for supporting the aspherical mirror is manufactured.
That is, methyl methacrylate (MMA) was put into a mold of the support member 29 in FIG. 2 formed of quartz glass, and polymerized at 75 ° C. for 25 minutes in a nitrogen atmosphere. Thereafter, the support was heated to 45 ° C. to warm and expand the quartz glass to provide a gap, and the support member of the polymerized polymer methyl methacrylate was taken out of the mold.
The width at which the support member taken out sandwiches the aspherical mirror was 220 μm.
Furthermore, the center axis of the through hole and the center axis of the support member were fixed and fixed, and a thin adhesive was used around the fixed part for attachment.
[0030]
On the other hand, a GaAlAs-based surface emitting laser (VCSEL) and an avalanche PIN photodiode (PD) are mounted on one surface of a multilayer substrate by solder bumps in a face-down manner. The output of the VCSEL was set to 4.3 mW by passing a 10 mA current in the 850 nm band.
Immediately below each of the VCSEL and the PD, a through-hole is formed in the polyimide multilayer substrate so that the respective central axes coincide.
The diameter of the light emitting surface of the VCSEL was set to 3 μm, the spread angle was set to 20 °, and the thickness of the solder bump was set to 10 μm. Therefore, the diameter of both through holes was set to 130 μm that could hold the optical fiber, and the diameter of the optical fiber was expanded. A single-mode fiber having a core of 9.5 μm in which the laser beam completely entered was used.
[0031]
The through holes are formed using a YAG, CO 2 or excimer laser and using a normal semiconductor technique, with the distance between the two through holes being 8 mm. Preferably, a YAG laser is used, and the irradiation time varies with the thickness of the substrate at a YAG laser output of 100 W. In this case, the substrate thickness was 2.5 mm, and irradiation was performed for 30 seconds to form a through hole. Further, in order to enhance the transmission efficiency of the signal light, the above-mentioned single mode optical fiber was inserted into the through hole.
[0032]
Further, an optical waveguide was formed on the other surface of the multilayer substrate by using a fluorinated polyimide by a usual method.
The thickness of the cladding layer was 50 μm for each of the upper and lower sides, and the core part was cut out of a multi-mode type 40 μm square having a width of 200 μm and length of 5 mm.
In this way, as shown in FIG. 1, the aspherical mirror held by the support member is attached to two places so as to face the through holes, and then the optical waveguide is fitted so as to match the support member. Was applied to the substrate by applying an adhesive very thinly, thereby producing an optoelectronic substrate of this example.
[0033]
As shown in Table 1, in the aspherical mirror according to the present embodiment, since the incident loss from the through hole to the optical waveguide was extremely low, when the transmission characteristics were examined, 4.3 mW from the VCSEL was completely lost in the through hole. The laser light is totally reflected by the aspherical mirror and exits from the narrow exit port having a diameter of 9.5 μm, so that the spread of the profile of the totally reflected and emitted laser light is suppressed, and the PD receives light of 0.41 mW. . At this time, the transmission loss was 10.2 dB, which was smaller than the conventional one described below.
[0034]
Comparative Example 1
Instead of the aspherical mirror used as the optical path changing means in the first embodiment, a true spherical mirror made of the same material as that used to manufacture the above-mentioned aspherical mirror and having a radius equal to the width of the optical waveguide as shown in FIG. Then, an optoelectronic substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that gold was vapor-deposited thereon, and the transmission loss was 21.3 dB.
[0035]
Comparative Example 2.
Instead of the aspherical mirror used as the optical path changing means in the first embodiment, a 45 ° cut mirror was formed by dicing on the end face of the optical waveguide in the first embodiment, and gold was vapor-deposited on this mirror in the same manner as in the first embodiment. When the optoelectronic substrate was manufactured, the transmission loss was 20.5 dB.
[0036]
Embodiment 2. FIG.
The fabrication of the casting mold of the reflecting mirror in Example 1 was performed based on the formula of the reflected light such that the reflected light at each point was incident on the core with reference to the normal at each point on the reflecting mirror surface. Was determined by inputting the data to CAD, and using this mold, a polyhedral mirror was produced in the same manner as in Example 1 using the same material as the aspherical mirror in Example 1, and gold deposition was performed. However, the incident loss was 1.01 dB.
Next, an optoelectronic substrate was produced using the above-mentioned polyhedral mirror in the same manner as in Example 1, and the transmission loss was 11.05 dB.
[0037]
Embodiment 3 FIG.
A GaAlAs-based surface emitting laser (VCSEL) is mounted on a multilayer substrate by a lead bonder in a face-down manner. An avalanche PIN photodiode (PD) is directly attached to the back surface of the multilayer substrate. The output of the VCSEL was set to 4.3 mW by passing a 10 mA current in the 850 nm band.
In the same manner as in the first embodiment, a through-hole having an optical fiber is opened immediately below the VCSEL on the multilayer substrate, and the same single-mode optical fiber as in the first embodiment is accommodated.
On the other hand, in the same manner as in Example 1, an aspherical mirror and a supporting member for the same were manufactured and provided on the multilayer substrate together with an optical waveguide, thereby manufacturing an optoelectronic substrate according to an example of the present invention as shown in FIG.
[0038]
The support member of the aspherical mirror according to the present embodiment is obtained by putting methyl methacrylate (MMA) into a mold formed of quartz glass, irradiating a 500 W Xe lamp for 60 minutes, and polymerizing in a nitrogen atmosphere. It was manufactured by heating to 45 ° C. to warm and expand the quartz glass to provide a gap, and taking out the polymerized polymer methyl methacrylate from the mold.
[0039]
When the transmission characteristics of the optoelectronic substrate of this example were examined, 4.3 mW from the VCSEL was received as 0.45 mW in the PD and received. The transmission loss was as low as 9.8 dB.
[0040]
Embodiment 4. FIG.
In Example 3, methyl methacrylate (MMA) was put into a mold formed of quartz glass as a support member, and was attached to the substrate from the beginning, and a 500 W Xe lamp was irradiated for 60 minutes to form a support member in a nitrogen atmosphere. An optoelectronic substrate was produced in the same manner as in Example 3 except that the substrate was produced by polymerization.
4 shows the transmission characteristics of the optoelectronic substrate of this example. 4.3 mW from the VCSEL was received as 0.46 mW in the PD. The transmission loss was as low as 10.6 dB.
[0041]
【The invention's effect】
The first optoelectronic substrate of the present invention is mounted on a substrate, a through hole passing through one surface and the other surface of the substrate, and one surface of the substrate, and the through hole is used as an optical transmission path. A light-emitting and light-receiving element, provided on the other surface of the substrate, an optical path conversion unit facing the through hole, and an optical waveguide having one end facing the optical path conversion unit, and the optical path conversion unit In the optoelectronic substrate for converting in the direction of the through hole or the direction of the optical waveguide, the optical path conversion means includes a reflecting mirror having a plurality of types of reflecting surface angles. It has the effect of being done.
[0042]
The second optoelectronic substrate of the present invention is characterized in that, in the first optoelectronic substrate, the reflecting mirror having a plurality of types of reflecting surface angles is an aspherical mirror, and the transmission of an optical signal is performed efficiently. This has the effect.
[0043]
A third optoelectronic substrate according to the present invention is characterized in that, in the first or second optoelectronic substrate, the reflecting mirror having a plurality of kinds of reflecting surface angles is a polyhedral mirror, and transmission of an optical signal is efficient. There is an effect that it is performed well.
[0044]
According to a fourth optoelectronic substrate of the present invention, in any one of the first to third optoelectronic substrates, a reflecting mirror having a plurality of kinds of reflecting surface angles is gold-deposited. In addition, there is an effect that transmission of an optical signal is performed more efficiently.
[0045]
According to a fifth optoelectronic substrate of the present invention, in any one of the first to fourth optoelectronic substrates, a reflecting mirror having a plurality of types of reflection surface angles is provided integrally with the optical waveguide on an end face of the optical waveguide. This has the effect of improving manufacturing efficiency.
[0046]
According to a sixth optoelectronic substrate of the present invention, in any one of the first to fifth optoelectronic substrates, an optical fiber is held in a through-hole, and transmission of an optical signal is more efficient. There is an effect that it is performed well.
[0047]
According to a seventh optoelectronic substrate of the present invention, in any one of the first to sixth optoelectronic substrates, a reflecting mirror having a plurality of types of reflecting surface angles is fixed by a support member. Thus, there is an effect that the transmission of the optical signal is performed efficiently for a longer period.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an optoelectronic substrate according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of an optical path changing unit according to the optoelectronic substrate of the present embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which light is condensed by an aspherical mirror by enlarging an area A in FIG. 1;
FIG. 4 is an explanatory diagram of another optoelectronic substrate according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of a conventional optical transmission / reception system.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional optical transmission / reception system.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an enlarged area A in FIG. 5 or FIG. 6;
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a light condensing state by a reflecting mirror whose reflecting surface is a true spherical surface for comparison.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 board | substrate, 12-surface type light emitting / receiving element, 14a, 14b through-hole, 22 optical waveguides, 24 core parts, 28 optical path conversion means, 29 support members, 33 reflection film.
