JP2005077640A - 光導波路付き配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】光素子や動作素子の放熱が容易で且つ光素子と光導波路との間における光信号の授受が安定して成され得る光導波路付き配線基板を提供する。
【解決手段】平坦な表面２を有するセラミック基板１、かかるセラミック基板１の表面２上に実装される発光素子(光素子)１４および受光素子(光素子)１６、上記セラミック基板１の表面２上に実装されるＩＣチップ(動作素子)１０ａ，１０ｂ、および発光素子１０ａと受光素子１０ｂとの間で且つ上記セラミック基板１の表面２上に実装される光導波路１８と、を備え、上記ＩＣチップ１０ａ、発光素子１４、光導波路１８、受光素子１６、およびＩＣチップ１０ｂが上記表面２において平面視で直線状に列んでいる、光導波路付き配線基板Ｋ１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面上に光導波路を有する光導波路付き配線基板に関する。

信号伝送速度や信号処理速度を高めるため、配線基板の電気配線に例えば高周波信号を流す試みが行われている。しかし、電気配線に高周波信号を流した場合、その付近にノイズや電磁波が発生するため、周囲で誤動作などを招くおそれがある。かかる問題を解決するため、電気配線の一部を光配線に置き換え、複数の電子部品間にノイズや電磁波が少ない光信号を用いるマルチチップモジュール基板が提案されている(例えば、特許文献１参照)。

特開２００１−１８３５５６号公報 (第１〜４頁、図２)

上記マルチチップモジュール基板は、複数層の電気配線を含むプリント基板の表面上に、外部接続端子を介して一対のマルチチップモジュールを実装し、これらの間を光配線で接続すると共に、かかる光配線の両端に位置する反射ミラー面の上方で且つ上記マルチチップモジュールの上にそれぞれ搭載した光電変換素子(発光素子と受光素子)およびこれに隣接して搭載される電子部品を備えている。
しかしながら、光電変換素子や電子部品を搭載するマルチチップモジュールを形成する支持体は、可撓性の樹脂材からなるため、放熱性が低く、上記光電変換素子などからの熱が放散されにくく、上記光電変換素子などへの応力が大きくなる。また、光電変換素子や電子部品を搭載する際の加熱時と非加熱時との間における実装パッド間の寸法差が大きくなるため、光電変換素子と光配線との間における光信号の授受特性が低下する、という問題があった。

本発明は、以上において説明した背景技術の問題点を解決し、光素子や動作素子の放熱が容易で且つ光素子と光導波路との間における光信号の授受が安定して成され得る光導波路付き配線基板を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するため、高熱伝導性および低熱膨張のセラミック基板を用い且つかかる基板の表面上に光素子や光導波路などを実装する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の光導波路付き配線基板(請求項１)は、表面を有する少なくとも１つのセラミック基板と、かかるセラミック基板の表面上に実装される少なくとも１つの光素子と、上記セラミック基板の表面上に実装され且つ上記光素子との間で光信号の授受が可能な光導波路と、を含む、ことを特徴とする。

これによれば、樹脂に比べて比較的熱伝導率が高く且つ熱膨張率が低いセラミック基板の表面上に、光素子および光導波路が実装されているため、かかる光素子の放熱が良好に成され且つこの光素子と光導波路との間での光信号の授受も安定して行うことが可能となる。従って、セラミック基板の内部配線に加え、上記光導波路を介した光信号による信号伝送速度の高速化が可能となる。
尚、上記光素子は、光電変換素子(発光素子および受光素子)である。また、上記「表面上」とは、上記基板の表面自体に実装する形態のほか、かかる表面に形成された表面配線層などにハンダなどを介して接続する形態も含まれる。更に、上記光導波路の実装は、上記基板の表面に直に接着する形態のほか、かかる表面に立設した複数のピンを貫通させ、当該ピンにて位置決めする形態も含まれる。

また、本発明には、表面を有する単一のセラミック基板と、かかるセラミック基板の表面上に実装される複数の光素子と、上記セラミック基板の表面上に実装され且つ上記光素子と導通される複数の動作素子と、かかる複数の光素子の間で且つ上記セラミック基板の表面上に実装される前記光導波路と、を備える、光導波路付き配線基板(請求項２)も含まれる。
これによれば、セラミック基板の内部配線によって動作する一方の動作素子により、これと導通する光素子から光信号が光導波路を介して、他方の光素子に伝送され、かかる光素子と導通する動作素子に所定の電気信号を高速度で伝送することができる。従って、単一のセラミック基板において、かかる基板の内部配線に加えて、上記光導波路などを介する電気信号→光信号→電気信号の伝送を高速度で行うことが可能となる。

尚、上記動作素子は、それと導通する光素子に対し、電気信号から所定の光信号への変換指令、あるいは、光信号から所定の電気信号への変換指令を出して動作せしめるもので、例えば上記指令を形成する動作回路などを内蔵するＩＣチップなどの電子部品が用いられる。また、互いに導通する動作素子と光素子とは、同数の形態に限らす、複数の光素子に対して個別に異なる指令を出し得る１つの動作素子を用いても良い。更に、動作素子の前記表面上への実装は、前記セラミック基板の表面に形成された表層電極にハンダなどを介して実装する形態のほか、セラミック基板に設けたキャビティ内に同様にして実装する形態も含まれる。

更に、本発明には、表面をそれぞれ有する複数のセラミック基板と、かかる複数のセラミック基板の表面上にそれぞれ個別に実装される少なくとも１つの光素子および少なくとも１つの動作素子と、上記複数のセラミック基板の各光素子の間であって各セラミック基板の間に配置され且つかかる各セラミック基板の表面上に実装される前記光導波路と、を備える、光導波路付き配線基板(請求項３)も含まれる。
これによれば、例えば１つのマザーボードの表面に別個に実装された複数の光導波路付きセラミック基板の間を、上記光導波路を介する光信号により信号伝送することができる。尚、複数のセラミック基板の表面は、同じレベルに限らず、光導波路を介した光信号の伝送が可能な範囲で相違する形態も含まれる。

また、本発明には、前記セラミック基板の表面上において、前記光導波路と、その両端にそれぞれ配置される光素子および動作素子とが直線状に列んでいる、光導波路付き配線基板(請求項４)も含まれる。
これによれば、動作素子、光素子、光導波路、光素子、および動作素子がセラミック基板の表面上で平面視にて直線状に配置され、前記電気信号→光信号→電気信号の伝送経路を最短距離にできるため、信号伝送を一層高速度で行える。

加えて、本発明には、前記セラミック基板は、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上で且つ熱膨張率が１０ｐｐｍ以下である、光導波路付き配線基板(請求項５)も含まれる。これによれば、上記セラミック基板の表面上に実装される前記光素子や前記動作素子からの熱を容易に放散できると共に、当該セラミック基板が熱膨張しにくいため、上記光素子や動作素子に対して応力を与えない。従って、かかる光素子などの動作を正確且つ安定して行わせしめることができる。
尚、上記特性を有するセラミック基板の素材には、ガラス−セラミック、アルミナ、または窒化アルミニウム(ＡｌＮ)を主成分とするものが含まれる。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明における１形態の光導波路付き配線基板Ｋ１の断面を示す。
光導波路付き配線基板Ｋ１は、図１に示すように、平坦な表面２を有するセラミック基板１と、かかる表面２に実装される左右のＩＣチップ(動作素子)１０ａ，１０ｂと、これらと個別に導通する光電変換素子である発光素子(光素子)１４および受光素子(光素子)１６と、を備えている。
セラミック基板１は、アルミナ、ガラス−セラミック(ガラス：セラミックの重量比は約６：４)、またはＡｌＮを主成分とするセラミック層Ｓ１〜Ｓ４を一体に積層した多層基板で、公知の製造方法で形成される。また、セラミック基板１の表面２、セラミック層Ｓ１〜Ｓ４の間、および裏面３には、Ａｇなどからなる配線４，接続配線５，配線層６〜８、配線９が公知の方法で形成されている。

図１に示すように、上記配線４、接続配線５、配線層６〜８、配線９間は、上記セラミック層Ｓ１〜Ｓ４を貫通し且つＡｇなどからなるビア導体ｖを介して接続されている。セラミック層Ｓ１〜Ｓ４の厚みは約０．２ｍｍ、セラミック基板１の全厚みは約０．８ｍｍ、上記配線層６などの厚みは、約１５μｍである。
尚、セラミック基板１の表面２や裏面３に形成された配線４，９は、接続端子(表層電極)である。
因みに、セラミック基板１の素材がガラス−セラミックからなる場合、その熱伝導率は約３１Ｗ／ｍ・Ｋで且つ熱膨張率は約６．３ｐｐｍ、アルミナの場合での熱伝導率は約１７Ｗ／ｍ・Ｋで且つ熱膨張率は約６．８ｐｐｍ、ＡｌＮの場合での熱伝導率は約４．４Ｗ／ｍ・Ｋで且つ熱膨張率は約１７０ｐｐｍである。

図１および図２の平面図に示すように、セラミック基板１の平面視が長方形の表面２上には、左右の配線４と接続配線５とにハンダｈを介して接続端子１１，１２を接続した左右のＩＣチップ１０ａ，１０ｂが個別に実装される。また、セラミック基板１の表面２上における左右の接続配線５の一端には、ハンダｈおよび接続端子１５，１７を介して、発光素子１４または受光素子１６が実装される。更に、ＩＣチップ１０ａ，１０ｂの接続端子１２は、接続配線５の他端に接続される。図２に示すように、接続配線５は、セラミック基板１の表面２上に４本が並列に形成され、かかる４本の接続配線５を介して、ＩＣチップ１０ａと発光素子１４と、またはＩＣチップ１０ｂと受光素子１６とが導通されている。

図１および図２に示すように、発光素子１４と受光素子１６との間には、光導波路１８が配置され、且つセラミック基板１の表面２上に実装されている。かかる光導波路１８は、アクリル樹脂からなる断面長方形のクラッド(本体)と、かかるクラッド中を互いに平行に貫通する断面正方形の複数(４本)のコア１９とからなり、クラッドの長手方向の両端には、傾斜角が４５度の反射ミラー面ｒ，ｒが対称に形成されている。尚、コア１９も上記同様のアクリル樹脂からなるが、光の屈折率が周囲のクラッドよりも約０．３〜５％程度高い。尚、各コア１９の一辺は、例えば５０μｍ程度である。また、反射ミラー面ｒの傾斜角は、光信号の反射が可能であれば、３０〜６０度の範囲内で適宜選択することができる。

図１および図２に示すように、光導波路１８は、セラミック基板１の表面２に立設する複数の金属ピンｐがその４隅付近を貫通することで位置決めされて、当該表面２上に実装されている。この際、図１に示すように、反射ミラー面ｒ，ｒは、発光素子１４の発光部(図示せず)または受光素子１６の受光部(図示せず)と垂直方向で対向し、光信号の授受を可能としている。
更に、図２に示すように、ＩＣチップ１０ａ、発光素子１４、光導波路１８、およびＩＣチップ１０ｂは、セラミック基板２の表面２上で平面視にて直線状に列び、且つ最短距離で配置されている。尚、光導波路１８は、セラミック基板１の表面２上に接着剤により直に接着して実装しても良い。

ここで、以上のような光導波路付き配線基板Ｋ１の作用について説明する。
図１に示すように、動作素子であるＩＣチップ１０ａ，１０ｂは、セラミック基板１の配線層６など、ビア導体ｖ、表層電極の配線４、ハンダｈ、および接続端子１１を介して電力を受けている。左側のＩＣチップ１０ａは、所定の動作を指示する電気信号を、接続配線５、ハンダｈ、および接続端子１５を介して、発光素子１４に伝送する。そして、図１，２中の矢印で示すように、発光素子１４から発光された光信号は、左側の反射ミラー面ｒに反射して光導波路１８のコア１９中をその周面に多重反射しつつ右方向に伝送される。かかる光信号は、コア１９中から右側の反射ミラー面ｒに反射して受光素子１６に伝送され、電気信号に変換された後、接続配線５などを経て右側のＩＣチップ１０ｂに伝送される。

この結果、ＩＣチップ１０ａ，１０ｂ間の信号伝送が上記経路で光信号を介して高速度で行える。しかも、セラミック基板１は、熱伝導率が高く且つ熱膨張率が低いため、ＩＣチップ１０ａ，１０ｂや発光・受光素子１４，１６が発する熱を容易に放散できると共に、これらに不要な応力を与えない。
従って、光導波路付き配線基板Ｋ１によれば、セラミック基板１内の配線層６〜８を経る経路に加え、光導波路１８を経る経路を併用できるため、例えばＩＣチップ１０ｂに所要の動作を指令したり、かかるＩＣチップ１０ｂから配線層６〜８へ所定の電気信号を発信することが安定して行うことが可能となる。

図３は、前記配線基板Ｋ１の応用形態である光導波路付き配線基板Ｋ２を示す平面図である。かかる配線基板Ｋ２も、前記同様の平坦な表面２を有するセラミック基板１、表面２に実装された左右一対ずつのＩＣチップ(動作素子)１０ａ，１０ｂと、これらに個別に導通する光電変換素子である左右一対ずつの発光素子(光素子)１４および受光素子(光素子)１６と、を備えている。
図３に示すように、セラミック基板１の表面２上には、複数の金属ピンｐが貫通して位置決めされた一対の光導波路１８が平行に実装され、これらの両端(反射ミラー面ｒ)付近に発光素子１４と受光素子１６とがそれぞれ左右反対にして配置されている。尚、一対の光導波路１８は、それぞれ２本のコア１９を内蔵している。また、セラミック基板１は、前記同様の素材からなる多層基板で且つ前記同様の特性を有する。更に、ＩＣチップ１０ａ，１０ｂや発光素子１４および受光素子１６も、前記同様にしてセラミック基板１の表面２上に実装されている。

図３中の右向きの矢印で示すように、左上ＩＣチップ１０ａから電気信号を受けた左上の発光素子１４から発光された光信号は、左側の反射ミラー面ｒに反射して上側の光導波路１８のコア１９中をその周面に多重反射しつつ右方向に伝送される。かかる光信号は、コア１９中から右側の反射ミラー面ｒに反射して、右上の受光素子１６に伝送され、電気信号に変換された後、接続配線５などを経て右上のＩＣチップ１０ｂに伝送される。
一方、図３中の左向きの矢印で示すように、右下のＩＣチップ１０ａから電気信号を受けた右下の発光素子１４から発光された光信号は、右側の反射ミラー面ｒに反射して下側の光導波路１８のコア１９中をその周面に多重反射しつつ左方向に伝送される。かかる光信号は、コア１９中から左側の反射ミラー面ｒに反射して、左下の受光素子１６に伝送され、電気信号に変換された後、接続配線５などを経て左下のＩＣチップ１０ｂに伝送される。

以上のような光導波路付き配線基板Ｋ２によれば、左右一対ずつのＩＣチップ１０ａ，１０ｂ間の信号伝送が上記２つの経路で光信号を介して高速度で行える。しかも、セラミック基板１は、熱伝導率が高く且つ熱膨張率が低いため、ＩＣチップ１０ａ，１０ｂや発光・受光素子１４，１６の熱を容易に放散でき、且つこれらに不要な応力を与えない。従って、セラミック基板１内の配線層６〜８を経る経路に加え、一対の光導波路１８を経る経路を併用できるため、一対のＩＣチップ１０ｂごとに所要の動作を指令したり、かかるＩＣチップ１０ｂから配線層４〜８へ所定の電気信号を発信することが安定して行える。

図４は、前記配線基板Ｋ１，Ｋ２の応用形態である光導波路付き配線基板Ｋ３を示す平面図である。かかる配線基板Ｋ３は、図４に示すように、平面視が正方形で且つ平坦な表面２ａを有するセラミック基板１ａ、かかる表面２ａの四隅付近に実装されたＩＣチップ(動作素子)１０ｃ〜１０ｆ、これらの２辺ごとに隣接して配置され且つ接続配線５を介して導通する発光素子１４と受光素子１６、および表面２ａの四辺に沿って実装される各辺一対ずつの光導波路１８を備えている。各光導波路１８は、それぞれ２本のコア１９を内蔵している。

上記セラミック基板１ａは、前記同様の素材からなる多層基板で且つ前記同様の特性を有する。また、ＩＣチップ１０ｄ〜１０ｆや発光素子１４および受光素子１６も、前記同様にしてセラミック基板１ａの表面２ａ上に実装されている。更に、ＩＣチップ１０ｄ〜１０ｆは、それらの２辺にそれぞれ隣接する一対ずつの発光素子１４および受光素子１６との間で、それぞれ個別に電気信号を伝送(発信または受信)可能であり、発光素子１４に動作を指示する機能と、受光素子１６からの動作指令を受けて所定動作を行って出力する機能と、を併有している。

図４中の矢印で示すように、ＩＣチップ１０ｄ〜１０ｆから接続配線５などを介して隣接する発光素子１４，１４に伝送された電気信号は、当該発光素子１４で光信号に変換され、かかる光信号は、上記発光素子１４の直下に反射ミラー面ｒが位置する光導波路１８のコア１９中に入射し、その周面に多重反射しつつ長手方法で反対側の反射ミラー面ｒに伝送される。かかる反射ミラー面ｒに反射した光信号は、直上の受光素子１６に伝送されて電気信号に変換され、接続配線５などを介して、各辺で隣接するＩＣチップ１０ｄ〜１０ｆに伝送される。

図４に示すように、ＩＣチップ１０ｄ〜１０ｆは、表面２ａの対角位置の隅を除く２つのＩＣチップ１０ｎとの間で、一対ずつの光導波路１８を介して光信号および電気信号による信号伝送を同時且つ平行して高速度で行うことができる。しかも、セラミック基板１ａも、熱伝導率が高く且つ熱膨張率が低いため、ＩＣチップ１０ｄ〜１０ｆや発光・受光素子１４，１６の熱を容易に放散でき、且つこれらに不要な応力を与えない。
従って、以上のような光導波路付き配線基板Ｋ３によれば、セラミック基板１ａ内の配線層を経る経路に加えて、複数対の光導波路１８を経る経路を併用できるため、ＩＣチップ１０ｄ〜１０ｆごとに所要の動作を指令したり、当該ＩＣチップ１０ｄ〜１０ｆからセラミック基板１ａ内の配線層に所定の電気信号を発信することが安定して行うことが可能となる。しかも、セラミック基板１ａは、熱伝導率が高く且つ熱膨張率が低いため、ＩＣチップ１０ｄ〜１０ｆや発光・受光素子１４，１６の熱を容易に放散でき、且つこれらに不要な応力を与えることがないか、かかる応力を少なくすることができる。

図５は、光導波路１８を介して光信号の授受が可能な異なる形態の光導波路付き配線基板Ｋ０１，Ｋ０２の断面を示す。かかる配線基板Ｋ０１，Ｋ０２は、図５に示すように、平坦な表面２１を有するセラミック基板２０、かかる表面２１に実装されたＩＣチップ(動作素子)１０ａまたはＩＣチップ(動作素子)１０ｂ、これらに個別に導通する光電変換素子である発光素子(光素子)１４または受光素子(光素子)１６と、を備えている。
セラミック基板２０も、アルミナ、ガラス−セラミック、またはＡｌＮを主成分とする前記同様の厚みのセラミック層Ｓ１〜Ｓ４を一体に積層した多層基板である。また、かかるセラミック基板２０の表面２１、セラミック層Ｓ１〜Ｓ４の間、および裏面２２には、Ａｇなどからなる前記同様の厚みの配線２３、接続配線２４、配線層２５〜２７、および配線２８が形成されている。

図５に示すように、上記配線２３，接続配線２４，配線層２５〜２７，および配線２８の間は、上記セラミック層Ｓ１〜Ｓ４を貫通し且つＡｇなどからなるビア導体ｖを介して接続されている。セラミック層Ｓ１〜Ｓ４の厚みは約０．２ｍｍ、セラミック基板２０全体の厚みは約０．８ｍｍ、上記配線層２５などの厚みは、約１５μｍである。尚、セラミック基板２０の表面２１や裏面２２に形成された配線２３，２８は、接続端子(表層電極)である。

図５に示すように、表面２１上には、配線２３と接続配線２４とにハンダｈを介して接続端子１１，１２を接続したＩＣチップ１０ａまたはＩＣチップ１０ｂが実装される。また、各セラミック基板２０の表面２１上に形成された接続配線２４の一端には、ハンダｈおよび接続端子１５，１７を介して、発光素子１４または受光素子１６が実装される。更に、ＩＣチップ１０ａ，１０ｂの上記接続端子１２は、配線層２４の他端に接続される。前記同様に、かかる接続配線２４は、セラミック基板２０の表面２１上に複数の配線が並列に形成され、かかる接続配線２４を介して、ＩＣチップ１０ａと発光素子１４と、またはＩＣチップ１０ｂと受光素子１６とが導通されている。

図５に示すように、光導波路付き配線基板Ｋ０１，Ｋ０２は、そのセラミック基板２０の裏面２２に形成した複数の配線２８に導体ボール２９が個別に接合され、かかる導体ボール２９は、プリント基板の１種であるマザーボードＭの表面３０に形成された接続端子３２にハンダ付けされている。これにより、上記配線基板Ｋ０１，Ｋ０２は、当該マザーボードＭの表面３０上に個別に実装され、それらのセラミック基板２０の表面２１，２１は、ほぼ同じレベルにある。
図５に示すように、上記配線基板Ｋ０１の発光素子１４と上記配線基板Ｋ０２の受光素子１６との間には、光導波路１８が前記同様に配置され、各セラミック基板２０の表面２１上に反射ミラー面ｒ寄りの端部が実装されている。

かかる光導波路１８は、アクリル樹脂からなる断面矩形のクラッドと、かかるクラッド中を互いに平行に貫通する断面正方形の複数本のコア１９とからなり、クラッドの長手方向の両端には、傾斜角が４５度の反射ミラー面ｒ，ｒを対称に形成されている。尚、コア１９も前記同様のアクリル樹脂からなり、反射ミラー面ｒの傾斜角は、光信号の反射が可能であれば、３０〜６０度の範囲内で適宜選択される。かかる光導波路１８は、セラミック基板２０，２０の表面２１に立設される図示しない金属ピンｐ，ｐに貫通されて当該表面２１上に実装されるが、かかる表面２１上に接着剤により直に接着して実装しても良い。

図５に示すように、反射ミラー面ｒ，ｒは、発光素子１４の発光部(図示せず)または受光素子１６の受光部(図示せず)と垂直方向で対向し、光信号の授受を可能としている。更に、図５に示すように、ＩＣチップ１０ａ、発光素子１４、光導波路１８、受光素子１６、およびＩＣチップ１０ｂは、平面視において各セラミック基板２０の表面２１上および当該基板２０，２０間において直線状に列び且つ比較的短い距離で配置されている。
因みに、セラミック基板２０、その表面２１上に実装したＩＣチップ１０ａ、発光素子１４、および光導波路１８の一端部を備える光導波路付き配線基板Ｋ０１、あるいは、セラミック基板２０、その表面２１上に実装したＩＣチップ１０ｂ、受光素子１６、および光導波路１８の他端部を備える光導波路付き配線基板Ｋ０２は、それぞれ本発明の光導波路付き配線基板の１形態でもある。

上記配線基板Ｋ０１のＩＣチップ１０ａと配線基板Ｋ０２のＩＣチップ１０ｂとは、それぞれのセラミック基板２０の配線層２５など、ビア導体ｖ、表層電極の配線２３、ハンダｈ、および接続端子１１を介して必要な電力の供給を受けている。また、ＩＣチップ１０ａは、所定の動作を指示する電気信号を、接続配線２４、ハンダｈ、および接続端子１５を介して、発光素子１４に伝送する。
図５中の矢印で示すように、上記配線基板Ｋ０１の発光素子１４から発光された光信号は、左側の反射ミラー面ｒに反射して光導波路１８のコア１９中をその周面に多重反射しつつ右方向に伝送される。かかる光信号は、コア１９中から右側の反射ミラー面ｒに反射して配線基板Ｋ０２の受光素子１６に伝送され、電気信号に変換された後、接続配線２４などを経てＩＣチップ１０ｂに伝送される。

以上のような光導波路付き配線基板Ｋ０１，Ｋ０２によれば、各セラミック基板２０内の配線層２５などおよびマザーボードＭを経る経路に加えて、光導波路１８を介して直接伝送できる経路を併用できる。この結果、例えば上記配線基板Ｋ０１のＩＣチップ１０ａから、上記配線基板Ｋ０２のＩＣチップ１０ｂに所要の動作を指令したり、かかるＩＣチップ１０ｂからそのセラミック基板２０内の配線層２５などへ所定の電気信号を発信することが安定して行える。しかも、セラミック基板２０も、熱伝導率が高く且つ熱膨張率が低いため、ＩＣチップ１０ａ，１０ｂや発光・受光素子１４，１６が発する熱を容易に放散できると共に、これらに不要な応力を与えない。

尚、図５中の（）で示すように、上記配線基板Ｋ０１のセラミック基板２０の表面２１上に受光素子１６とＩＣチップ１０ｂとを実装し、且つ上記配線基板Ｋ０２のセラミック基板２０の表面２１上に発光素子１４とＩＣチップ１０ａとを実装しても良い。これにより、上記と反対の経路で配線基板Ｋ０２から配線基板Ｋ０１に電気信号→光信号→電気信号の順で信号の伝送が高速度で行える。
また、上記配線基板Ｋ０１，Ｋ０２のセラミック基板２０の表面２１上に発光素子１４および受光素子１６をそれぞれ実装し、且つこれらの間に２組の光導波路１８を並列に配置することで、配線基板Ｋ０１，Ｋ０２間で双方向からの信号伝送を高速度で行うことも可能である。
更に、配線基板Ｋ０１，Ｋ０２のセラミック基板２０の表面２１は、光導波路１８の光信号の伝送が可能であれば、互いにレベルが異なっていても良い。

図６は、更に異なる形態の光導波路付き配線基板Ｋ４の断面を示す。
かかる配線基板Ｋ４は、図６に示すように、平坦な表面３４および左右一対のキャビティＣを有するセラミック基板３３と、かかる一対のキャビティＣに個別に実装されるＩＣチップ(動作素子)１０ａおよびＩＣチップ(動作素子)１０ｂと、これらと個別に導通し且つ表面３４上に実装される光電変換素子である発光素子(光素子)１４および受光素子(光素子)１６と、を備えている。
セラミック基板３３も、前記同様のアルミナ、ガラス−セラミック、またはＡｌＮを主成分とする前記同様の厚みのセラミック層Ｓ１〜Ｓ５を一体に積層した多層基板であり、表面３４寄りのセラミック層Ｓ１，Ｓ２の左右には、平面視が矩形のキャビティＣが形成されている。また、セラミック基板３３の表面３４、セラミック層Ｓ１〜Ｓ５の間、および裏面３５には、Ａｇなどからなる前記同様の厚みの接続配線３６、配線層３７〜４１、および配線４２が形成されている。

図６に示すように、上記配線層３７〜４１、配線４２間は、上記セラミック層Ｓ２〜Ｓ５を貫通し且つＡｇなどからなるビア導体ｖを介して接続されている。上記セラミック層Ｓ１〜Ｓ５の厚みは約０．２ｍｍ、セラミック基板２０全体の厚みは約１ｍｍ、上記配線層３８などの厚みは約１５μｍである。尚、セラミック基板３３の裏面３５に形成された配線４２は、接続端子(表層電極)である。

図６に示すように、左右のキャビティＣの底面には、配線層３８が露出し、その上に突設したハンダバンプ３９，３９上に、ハンダｈを介して接続端子１１，１１を接続したＩＣチップ１０ａまたはＩＣチップ１０ｂが実装される。また、セラミック基板３３の表面３４上の左右に形成された接続配線３６，３６の一端には、ワイヤＷを介してＩＣチップ１０ａまたはＩＣチップ１０ｂ上面の図示しない接続端子と接続される。かかる接続配線３６の上には、ハンダｈと接続端子１５，１７とを介して、発光素子１４または受光素子１６が実装される。
尚、ＩＣチップ１０ａと発光素子１４との間およびＩＣチップ１０ｂと受光素子１６との間におけるワイヤＷを短くするため、ＩＣチップ１０ａ，１０ｂの上面は、セラミック基板３３の表面３４とほぼ同じレベルとなることが望ましい。

更に、図６に示すように、発光素子１４と受光素子１６との間の表面３４上には、光導波路１８が前記金属ピンｐまたは接着剤により実装され、両端の反射ミラー面ｒ，ｒは、発光素子１４の発光部や受光素子１６の受光部の直下に位置する。ＩＣチップ１０ａ，１０ｂは、ハンダｈ、ハンダバンプ３９、セラミック基板３３の配線層３８などを介して、必要な電力の供給を受けている。また、ＩＣチップ１０ａは、所定の動作を指示する電気信号を、ワイヤＷ、接続配線３６、ハンダｈ、および接続端子１５を介して、発光素子１４に伝送する。
図６中の矢印で示すように、上記の発光素子１４から発光された光信号は、左側の反射ミラー面ｒに反射して光導波路１８のコア１９中をその周面に多重反射しつつ右方向に伝送される。かかる光信号は、コア１９中から右側の反射ミラー面ｒに反射して、受光素子１６に伝送され且つ電気信号に変換された後、接続配線３６などを経てＩＣチップ１０ｂに伝送される。

この結果、ＩＣチップ１０ａ，１０ｂ間の信号伝送が上記経路で光信号を介して高速度で行える。しかも、セラミック基板３３も、熱伝導率が高く且つ熱膨張率が低いため、ＩＣチップ１０ａ，１０ｂや発光・受光素子１４，１６が発する熱を容易に放散できると共に、これらに不要な応力を与えない。
従って、光導波路付き配線基板Ｋ４によれば、セラミック基板３３内の配線層３８などを経る経路に加え、光導波路１８を経る経路を併用できるため、例えばＩＣチップ１０ｂに所要の動作を指令したり、かかるＩＣチップ１０ｂから配線層４０などへ所定の電気信号を発信することが安定して行える。

尚、図６中の（）で示すように、前記セラミック基板３３の左側のキャビティＣ内にＩＣチップ１０ｂを実装し且つ前記セラミック基板３３の表面３４上の左側に受光素子１６を実装し、右側のキャビティＣ内にＩＣチップ１０ａを実装し且つ上記表面３４上の右側に発光素子１４を実装しても良い。これにより、上記と反対の経路で電気信号、光信号、および電気信号の順で信号の伝送が高速度で行われる。
また、各キャビティＣ内にＩＣチップ１０ａ，１０ｂをそれぞれ実装し且つ前記セラミック基板３３の表面３４上における左右双方に発光素子１４および受光素子１６をそれぞれ実装して、これらの間に２組の光導波路１８を並列に配置することにより、左右の双方向からの信号伝送を高速度で行うことも可能である。

本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記光導波路１８は、断面正方形のクラッドとその内側に断面正方形の１本のコア１９とからなる形態としても良い。
また、光導波路は、マルチモードの前記光導波路１８のほか、シングルモードとしても良い。
更に、前記光導波路１８の素材は、前記アクリル樹脂のほか、シロキサンポリマやフッ素ポリイミドとしても良い。
また、前記光導波路１８は、両端の前記反射ミラー面ｒを省略した直角の端面とし、かかる両端面に近接して鏡面の傾斜面を有する断面三角形の反射材を配置しても良い。
加えて、前記配線層６などやビア導体ｖは、前記Ａｇに限らず、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｗなどの金属または合金としても良い。

本発明の光導波路付き配線基板の１形態を示す断面図。 上記光導波路付き配線基板の平面図。 上記光導波路付き配線基板の応用形態を示す平面図。 上記各光導波路付き配線基板の応用形態を示す平面図。 異なる形態の光導波路付き配線基板を示す断面図。 更に異なる形態の光導波路付き配線基板を示す断面図。

符号の説明

１，１ａ，２０，３３…………セラミック基板
２，２ａ，２１，３４…………表面
１０ａ，１０ｂ…………………ＩＣチップ(動作素子)
１４………………………………発光素子(光素子)
１６………………………………受光素子(光素子)
１８………………………………光導波路
Ｋ１〜Ｋ４，Ｋ０１，Ｋ０２…光導波路付き配線基板

Claims (5)

1. 表面を有する少なくとも１つのセラミック基板と、
   上記セラミック基板の表面上に実装される少なくとも１つの光素子と、
   上記セラミック基板の表面上に実装され且つ上記光素子との間で光信号の授受が可能な光導波路と、を含む、
   ことを特徴とする光導波路付き配線基板。
2. 表面を有する単一のセラミック基板と、
   上記セラミック基板の表面上に実装される複数の光素子と、
   上記セラミック基板の表面上に実装され且つ上記光素子と導通される複数の動作素子と、
   上記複数の光素子の間で且つ上記セラミック基板の表面上に実装される前記光導波路と、を備える、請求項１に記載の光導波路付き配線基板。
3. 表面をそれぞれ有する複数のセラミック基板と、
   上記複数のセラミック基板の表面上にそれぞれ個別に実装される少なくとも１つの光素子および少なくとも１つの動作素子と、
   上記複数のセラミック基板の各光素子の間であって各セラミック基板の間に配置され且つかかる各セラミック基板の表面上に実装される前記光導波路と、
   を備える、請求項１に記載の光導波路付き配線基板。
4. 前記セラミック基板の表面上において、前記光導波路と、その両端にそれぞれ配置される光素子および動作素子とが直線状に列んでいる、
   請求項２または３に記載の光導波路付き配線基板。
5. 前記セラミック基板は、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上で且つ熱膨張率が１０ｐｐｍ以下である、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の光導波路付き配線基板。
   

Images