JP2005115190A - Opto-electric composite wiring board and laminated optical waveguide structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電気複合配線基板、積層光導波路構造体に係り、特には部材間の位置合わせ構造に特徴を有する光電気複合配線基板、積層光導波路構造体に関するものである。 The present invention relates to an opto-electric composite wiring board and a laminated optical waveguide structure, and more particularly to an opto-electric composite wiring board and a laminated optical waveguide structure characterized by an alignment structure between members.
近年、インターネットに代表される情報通信技術の発達や、情報処理装置の処理速度の飛躍的向上などに伴って、画像等の大容量データを送受信するニーズが高まりつつある。かかる大容量データを情報通信設備を通じて自由にやり取りするためには10Gbps以上の情報伝達速度が望ましく、そのような高速通信環境を実現しうる技術として光通信技術に大きな期待が寄せられている。一方、機器内の配線基板間での接続、配線基板内の半導体チップ間での接続、半導体チップ内での接続など、比較的短い距離における信号伝達経路に関しても、高速で信号を伝送することが近年望まれている。このため、金属ケーブルや金属配線を伝送媒体として用いた従来の伝送形態から、光ファイバや光導波路を伝送媒体として用いた伝送形態へと移行すべきである。また、量産性やコスト性などを考慮すると、光導波路を用いた伝送媒体、特に有機系材料からなる光導波路を用いた伝送媒体が有利であると考えられる。 In recent years, with the development of information communication technology represented by the Internet and the dramatic improvement in the processing speed of information processing apparatuses, there is an increasing need for transmitting and receiving large-capacity data such as images. An information transmission speed of 10 Gbps or higher is desirable to exchange such a large amount of data freely through an information communication facility, and great expectations are placed on optical communication technology as a technology that can realize such a high-speed communication environment. On the other hand, signals can be transmitted at high speeds even on signal transmission paths at relatively short distances, such as connections between wiring boards in equipment, connections between semiconductor chips in wiring boards, connections within semiconductor chips, etc. It has been desired in recent years. For this reason, it should shift from the conventional transmission form using a metal cable or metal wiring as a transmission medium to the transmission form using an optical fiber or an optical waveguide as a transmission medium. In consideration of mass productivity and cost, a transmission medium using an optical waveguide, particularly a transmission medium using an optical waveguide made of an organic material, is advantageous.
ところで、近年における光配線の分野では、光導波路を用いた多ポートの光送受信モジュールが各種開発されている。このようなモジュールは、光並列伝送を実現するうえで好ましく、テープ状に多芯化された光ファイバ(いわゆるテープファイバ)とセットで使用されることが多い。そして最近では、より高密度な光並列伝送を実現するために、1層内に複数のコアを有するいわゆるマルチコア型の光導波路を複数枚積層した構造体(三次元高分子光導波路アレイ)が提案されるに至っている(例えば、特許文献1参照)。このような従来技術の構造体の場合、クラッドの一部に雌雄嵌合部が設けられており、それらの嵌合によって各層の光導波路が互いに位置合わせされるように構成されている。また、前記構造体はテープファイバを介して受発光素子と接続される。具体的には、受発光素子の発光部または受光部に対して、テープファイバの一端側が接続される。一方、各コアの端部が露出している光導波路の端面(即ち入出力部)に対して、テープファイバの他端側が接続される。 By the way, in the field of optical wiring in recent years, various types of multi-port optical transceiver modules using optical waveguides have been developed. Such a module is preferable for realizing optical parallel transmission, and is often used in a set with a multi-core optical fiber (so-called tape fiber). Recently, in order to realize higher-density parallel optical transmission, a structure (three-dimensional polymer optical waveguide array) in which multiple so-called multi-core optical waveguides with multiple cores in one layer are stacked has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1). In the case of such a prior art structure, a male and female fitting portion is provided in a part of the clad, and the optical waveguides of the respective layers are configured to be aligned with each other by the fitting. The structure is connected to the light emitting / receiving element via a tape fiber. Specifically, one end side of the tape fiber is connected to the light emitting part or the light receiving part of the light emitting / receiving element. On the other hand, the other end side of the tape fiber is connected to the end face (that is, the input / output portion) of the optical waveguide from which the end portion of each core is exposed.
ところが、入出力部が光導波路の端面に存在する従来技術の構造体の場合、多ポート化が進むと光導波路の積層数が増え、それに伴って構造体の厚さ方向の寸法が大きくなってしまう。 However, in the case of a prior art structure in which the input / output portion exists on the end face of the optical waveguide, the number of optical waveguides increases as the number of ports increases, and the thickness dimension of the structure increases accordingly. End up.
また、受発光素子が、所定の面に複数の発光部または複数の受光部が配置されたVCSEL等のような受発光素子(面受発光素子)である場合には、入出力部と面受発光素子との接続が困難になる。 When the light emitting / receiving element is a light emitting / receiving element (surface light emitting / receiving element) such as a VCSEL having a plurality of light emitting units or a plurality of light receiving units arranged on a predetermined surface, the input / output unit and the surface Connection with a light emitting element becomes difficult.
さらに、クラッドの一部に雌雄嵌合部を設けようとすると、光導波路の材料や製法が、例えば特定の有機系材料を使用したプレス成形などに限定されてしまう。このことは低コスト化を阻害する要因となる。 Furthermore, if the male / female fitting portion is provided in a part of the clad, the material and manufacturing method of the optical waveguide are limited to, for example, press molding using a specific organic material. This is a factor that hinders cost reduction.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高密度な光並列伝送が実現可能であるとともに、材料や製法の制約が少ないため低コスト化が達成しやすく、しかも小型化が容易な光電気複合配線基板、積層光導波路構造体を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to realize high-density optical parallel transmission and to easily achieve a reduction in cost because there are few restrictions on materials and manufacturing methods. It is an object of the present invention to provide an optoelectric composite wiring board and a laminated optical waveguide structure that can be easily manufactured.
そして上記課題を解決するための手段としては、主面、光路となるコア、前記コアを取り囲むクラッド、光を反射してその進む方向を変換する光路変換部、及び、少なくとも前記主面にて開口する光導波路層側位置合わせ穴を有し、互いに積み重ねて配置された複数の光導波路層と、基板主面及び少なくとも前記基板主面にて開口する基板側位置合わせ穴を有する光部品支持基板と、前記複数の光導波路層における各光導波路層側位置合わせ穴及び前記基板側位置合わせ穴に対して嵌合支持された位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記クラッドを透過して光が入射または出射することを特徴とする光電気複合配線基板、がある。 And as means for solving the above-mentioned problems, the main surface, the core that becomes the optical path, the clad surrounding the core, the optical path conversion unit that reflects the light and converts the traveling direction thereof, and the opening at least on the main surface A plurality of optical waveguide layers arranged to be stacked on each other, an optical component support substrate having a substrate main surface and a substrate side alignment hole opened at least on the substrate main surface; And an alignment guide member fitted and supported in each optical waveguide layer side alignment hole and the substrate side alignment hole in the plurality of optical waveguide layers, and light is incident through the clad or There is an optical / electrical composite wiring board characterized by emitting light.
従って、この発明によると、各光導波路層側位置合わせ穴及び基板側位置合わせ穴に対して位置合わせ用ガイド部材が嵌合することにより、複数の光導波路層及び光部品支持基板が位置合わせされる。ここでは、光導波路層及び光部品支持基板とは別体の位置合わせ用ガイド部材を用いているため、光導波路層の一部にわざわざ位置合わせ用構造を設ける必要がなくなり、光導波路層の材料や製法を選択する際の制約が少なくなる。よって、安価な材料や製法にて光導波路層を製造することに等により、光電気複合配線基板の低コスト化が達成しやすくなる。また、クラッドを透過して光が入射または出射する構造、換言すると入出力部が光導波路層の主面側に存在する構造であるため、入出力部を光導波路層の端面に配置する必要がなくなる。よって、光導波路層の積層数をあまり増やすことなく多ポート化を図ることができ、厚さ方向の寸法の増大を回避することができる。また、例えば面受発光素子を光導波路層の主面に対向させて配置すればよいので、面受発光素子を入出力部に比較的容易に接続することができる。しかも、複数の光導波路層を備えた構造であるため、高密度な光並列伝送が実現可能である。 Therefore, according to the present invention, the plurality of optical waveguide layers and the optical component supporting substrate are aligned by fitting the alignment guide members to the alignment holes on the optical waveguide layer side and the alignment holes on the substrate side. The Here, since the alignment guide member separate from the optical waveguide layer and the optical component support substrate is used, there is no need to provide an alignment structure in a part of the optical waveguide layer, and the material of the optical waveguide layer is eliminated. And there are fewer restrictions on selecting a manufacturing method. Therefore, it is easy to achieve cost reduction of the photoelectric composite wiring board by, for example, manufacturing the optical waveguide layer with an inexpensive material or manufacturing method. In addition, since the structure is such that light enters or exits through the cladding, in other words, the input / output section exists on the main surface side of the optical waveguide layer, the input / output section must be disposed on the end face of the optical waveguide layer. Disappear. Therefore, it is possible to increase the number of ports without increasing the number of laminated optical waveguide layers so that an increase in the dimension in the thickness direction can be avoided. Further, for example, the surface-receiving / emitting element may be disposed so as to face the main surface of the optical waveguide layer, so that the surface-receiving / emitting element can be connected to the input / output unit relatively easily. Moreover, since the structure includes a plurality of optical waveguide layers, high-density optical parallel transmission can be realized.
また、上記課題を解決するための別の手段としては、主面、光路となるコア、前記コアを取り囲むクラッド、光を反射してその進む方向を変換する光路変換部、及び、少なくとも前記主面にて開口する光導波路層側位置合わせ穴を有し、互いに積み重ねて配置された複数の光導波路層と、前記複数の光導波路層における各光導波路層側位置合わせ穴に対して嵌合支持された位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記クラッドを透過して光が入射または出射することを特徴とする積層光導波路構造体、がある。 Further, as another means for solving the above-mentioned problems, the main surface, the core that becomes the optical path, the clad surrounding the core, the optical path conversion unit that reflects light and changes the traveling direction, and at least the main surface The optical waveguide layer-side alignment holes that are opened at a plurality of optical waveguide layers that are stacked on top of each other, and are fitted to and supported by the optical waveguide layer-side alignment holes in the plurality of optical waveguide layers. There is a laminated optical waveguide structure characterized in that a light guide is transmitted through the clad and light enters or exits.
従って、この発明によると、各光導波路層側位置合わせ穴に対して位置合わせ用ガイド部材が嵌合することにより、複数の光導波路層同士が位置合わせされる。ここでは、光導波路層とは別体の位置合わせ用ガイド部材を用いているため、光導波路層の一部にわざわざ位置合わせ用構造を設ける必要がなくなり、光導波路層の材料や製法を選択する際の制約が少なくなる。よって、安価な材料や製法にて光導波路層を製造することができ、低コスト化が達成しやすくなる。また、入出力部が光導波路層の主面側に存在する構造であるため、入出力部を光導波路層の端面に配置する必要がなくなる。よって、光導波路層の積層数をあまり増やすことなく多ポート化を図ることができ、厚さ方向の寸法の増大を回避することができる。また、例えば面受発光素子を光導波路層の主面に対向させて配置すればよいので、面受発光素子を入出力部に比較的容易に接続することができる。しかも、複数の光導波路層を備えた構造であるため、高密度な光並列伝送が実現可能である。 Therefore, according to the present invention, the alignment guide members are fitted into the alignment holes on the optical waveguide layer side, thereby aligning the plurality of optical waveguide layers. Here, since the alignment guide member separate from the optical waveguide layer is used, there is no need to provide an alignment structure in part of the optical waveguide layer, and the material and manufacturing method of the optical waveguide layer are selected. There are fewer restrictions. Therefore, an optical waveguide layer can be manufactured with an inexpensive material or manufacturing method, and cost reduction can be easily achieved. In addition, since the input / output portion is on the main surface side of the optical waveguide layer, it is not necessary to dispose the input / output portion on the end surface of the optical waveguide layer. Therefore, it is possible to increase the number of ports without increasing the number of laminated optical waveguide layers so that an increase in the dimension in the thickness direction can be avoided. Further, for example, the surface-receiving / emitting element may be disposed so as to face the main surface of the optical waveguide layer, so that the surface-receiving / emitting element can be connected to the input / output unit relatively easily. Moreover, since the structure includes a plurality of optical waveguide layers, high-density optical parallel transmission can be realized.
上記の光電気複合配線基板、積層光導波路構造体は、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有し、前記コアと光結合される光学素子を、さらに備えていてもよい。光電気複合配線基板にて光学素子は、光導波路層の主面上あるいは光部品支持基板の基板主面上に1つまたは2つ以上搭載される。積層光導波路構造体にて光学素子は、光導波路層の主面上に1つまたは2つ以上搭載される。その搭載方法としては、例えば、ワイヤボンディングやフリップチップボンディング等の手法、異方導電性材料を用いた手法などを採用することができる。発光部を有する光学素子(即ち発光素子)としては、例えば、発光ダイオード(Light Emitting Diode;LED)、半導体レーザダイオード(Laser Diode ;LD)、面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser;VCSEL)等を挙げることができる。これらの発光素子は、入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を所定部位に向けて発光部から出射する機能を備えている。一方、受光部を有する光学素子(即ち受光素子)としては、例えば、pinフォトダイオード(pin Photo Diode;pin PD)、アバランシェフォトダイオード(APD)等を挙げることができる。これらの受光素子は、光信号を受光部にて入射し、その入射した光信号を電気信号に変換して出力する機能を有している。なお、前記光学素子は発光部及び受光部の両方を有するものであってもよい。前記光学素子に使用する好適な材料としては、例えば、Si、Ge、InGaAs、GaAsP、GaAlAsなどを挙げることができる。このような光学素子(特に発光素子)は、動作回路によって動作される。光学素子及び動作回路は、導体を介して電気的に接続される。 The optoelectric composite wiring board and the laminated optical waveguide structure may further include an optical element having at least one of a light emitting unit and a light receiving unit and optically coupled to the core. One or more optical elements are mounted on the main surface of the optical waveguide layer or on the main surface of the optical component supporting substrate in the photoelectric composite wiring substrate. In the laminated optical waveguide structure, one or more optical elements are mounted on the main surface of the optical waveguide layer. As the mounting method, for example, a method such as wire bonding or flip chip bonding, a method using an anisotropic conductive material, or the like can be employed. As an optical element (that is, light emitting element) having a light emitting portion, for example, a light emitting diode (LED), a semiconductor laser diode (LD), a surface emitting laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL), etc. Can be mentioned. These light emitting elements have a function of converting an inputted electric signal into an optical signal and then emitting the optical signal from a light emitting unit toward a predetermined portion. On the other hand, examples of the optical element having a light receiving portion (that is, a light receiving element) include a pin photodiode (pin PD) and an avalanche photodiode (APD). These light receiving elements have a function of causing an optical signal to be incident on the light receiving unit, converting the incident optical signal into an electric signal, and outputting the electric signal. The optical element may have both a light emitting part and a light receiving part. Suitable materials used for the optical element include, for example, Si, Ge, InGaAs, GaAsP, GaAlAs and the like. Such an optical element (particularly a light emitting element) is operated by an operation circuit. The optical element and the operation circuit are electrically connected through a conductor.
光電気複合配線基板上には各種の電子部品が実装されていてもよいし、光電気複合配線基板の内部には各種の電子部品が内蔵されていてもよい。その具体例を挙げると、半導体集積回路チップ、半導体パッケージ、各種のチップ部品(例えばチップトランジスタ、チップダイオード、チップ抵抗、チップキャパシタ、チップコイル)などがある。これらの電子部品は、いずれも光電気複合配線基板に形成された導体に電気的に接続される。 Various electronic components may be mounted on the photoelectric composite wiring board, and various electronic components may be incorporated inside the photoelectric composite wiring board. Specific examples include a semiconductor integrated circuit chip, a semiconductor package, and various chip components (for example, a chip transistor, a chip diode, a chip resistor, a chip capacitor, and a chip coil). All of these electronic components are electrically connected to a conductor formed on the photoelectric composite wiring board.
上記の光電気複合配線基板、積層光導波路構造体は、互いに積み重ねて配置された複数の光導波路層を備えている。これらの光導波路層は、板状またはフィルム状の部材であって、光信号が伝搬する光路となるコア及びそのコアを取り囲むクラッドを有している。光導波路層を形成材料の面から大別すると、ポリマ材料等からなる有機系の光導波路層と、石英ガラスや化合物半導体等からなる無機系の光導波路層とがある。前記ポリマ材料としては、感光性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを選択することができ、具体的には、フッ素化ポリイミド等のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、UV硬化性エポキシ樹脂、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、重水素化PMMA、重水素フッ素化PMMA等のアクリル樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが好適である。有機系の光導波路層の利点は、可撓性を有するフィルム状に形成可能なこと、取扱性に優れること、比較的安価なこと等である。一方、無機系の光導波路層の利点は耐熱性に優れること等である。 The optoelectric composite wiring board and the laminated optical waveguide structure include a plurality of optical waveguide layers arranged to be stacked on each other. These optical waveguide layers are plate-shaped or film-shaped members, and have a core serving as an optical path through which an optical signal propagates and a clad surrounding the core. When the optical waveguide layer is roughly classified from the surface of the forming material, there are an organic optical waveguide layer made of a polymer material or the like and an inorganic optical waveguide layer made of quartz glass or a compound semiconductor. As the polymer material, a photosensitive resin, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or the like can be selected. Specifically, a polyimide resin such as a fluorinated polyimide, an epoxy resin, a UV curable epoxy resin, a PMMA ( Polymethyl methacrylate), acrylic resins such as deuterated PMMA, deuterated fluorinated PMMA, polyolefin resins, and the like are suitable. The advantages of the organic optical waveguide layer are that it can be formed into a flexible film, has excellent handleability, and is relatively inexpensive. On the other hand, the advantage of the inorganic optical waveguide layer is excellent heat resistance.
上記の光電気複合配線基板、積層光導波路構造体において光導波路層の積層数は特に限定されず、2層以上の任意の数であってよい。積層配置された複数の光導波路層は、接着剤等を用いて互いに固定されていても、固定されていなくてもよい。複数の光導波路層が固定されてない構成であると、修正作業を簡単に行うことが可能となる。 In the above-described optoelectric composite wiring board and laminated optical waveguide structure, the number of laminated optical waveguide layers is not particularly limited, and may be an arbitrary number of two or more layers. The plurality of optical waveguide layers arranged in a stacked manner may or may not be fixed to each other using an adhesive or the like. If the plurality of optical waveguide layers are not fixed, the correction work can be easily performed.
各々の光導波路層には、位置合わせ用ガイド部材が嵌合可能な光導波路層側位置合わせ穴が形成される。光導波路層側位置合わせ穴は、少なくとも前記主面にて開口するように形成されている。即ち、光導波路層側位置合わせ穴は、主面のみにて開口する非貫通穴であってもよく、あるいは主面及びその反対側面の両方にて開口する貫通穴であってもよい。かかる光導波路層側位置合わせ穴は、周知の穴加工技術により形成することが可能であり、具体的にはドリル加工、パンチ加工、エッチング加工、レーザ加工などの手法により形成することが可能である。ただし、低コストという観点からすると、ドリル加工やパンチ加工といった機械加工が好ましい。また、ここで行われる穴加工は、例えば精密ドリルなどを用いた精密穴加工であることがより好ましい。このような加工法によって位置合わせ凹部を形成しておけば、高い精度で位置合わせすることができるからである。 Each optical waveguide layer has an optical waveguide layer side alignment hole into which an alignment guide member can be fitted. The optical waveguide layer side alignment hole is formed so as to open at least on the main surface. That is, the optical waveguide layer side alignment hole may be a non-through hole that opens only on the main surface, or may be a through hole that opens on both the main surface and the opposite side surface. Such alignment holes on the optical waveguide layer side can be formed by a well-known hole processing technique, and specifically, can be formed by a technique such as drilling, punching, etching, or laser processing. . However, from the viewpoint of low cost, machining such as drilling or punching is preferable. Moreover, it is more preferable that the hole processing performed here is a precision hole processing using a precision drill etc., for example. This is because if the alignment recess is formed by such a processing method, alignment can be performed with high accuracy.
上記の光電気複合配線基板、積層光導波路構造体は、光を反射してその進む方向を変換する光路変換部を有している。光路変換部は、例えば、光導波路層の一部に形成されたものであってもよいほか、光導波路層とは別体で形成されたもの(即ち光路変換部品)であってもよい。 The optoelectric composite wiring board and the laminated optical waveguide structure have an optical path conversion unit that reflects light and converts the traveling direction thereof. For example, the optical path conversion unit may be formed in a part of the optical waveguide layer, or may be formed separately from the optical waveguide layer (that is, an optical path conversion component).
光導波路層の一部に形成された光路変換部の具体例としては、光導波路層に加工された凹部、好ましくはV字溝を挙げることができる。この場合、光はV字溝の内面にて反射されてその進む方向が変換される。光導波路層にV字溝を加工しただけの構造であっても、光を反射して光路を変換することは十分可能であるが、より好ましくはV字溝の内面に金属膜等の光反射体を形成することがよい。この構成によると、光を効率よく反射することが可能となり、光の伝送ロスを確実に低減することができる。金属膜の形成に使用される金属材料としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、ロジウム等のような、光沢を有する金属が好適である。光沢を有する金属は光を効率よく反射しうるため、当該用途に向くからである。金属膜は光を90%以上反射することがよく、特には光を全反射することがよい。金属膜の厚さは、使用する金属材料の種類や薄膜の形成方法などに鑑みて適宜設定される。 As a specific example of the optical path changing portion formed in a part of the optical waveguide layer, a concave portion processed into the optical waveguide layer, preferably a V-shaped groove can be mentioned. In this case, the light is reflected by the inner surface of the V-shaped groove and its traveling direction is converted. Even if the optical waveguide layer has a structure in which only a V-shaped groove is formed, it is possible to reflect light and change the optical path, but it is more preferable to reflect a light such as a metal film on the inner surface of the V-shaped groove. It is good to form a body. According to this configuration, it is possible to reflect light efficiently, and light transmission loss can be reliably reduced. As the metal material used for forming the metal film, for example, a glossy metal such as gold, silver, copper, nickel, rhodium or the like is suitable. This is because a glossy metal can reflect light efficiently and is suitable for the application. The metal film preferably reflects 90% or more of light, and particularly preferably totally reflects light. The thickness of the metal film is appropriately set in view of the type of metal material to be used, the thin film formation method, and the like.
1つの光導波路層が有するコアの数は単数でも複数でもよいが、高密度な光並列伝送の実現という観点からすると、複数であることが好ましい。例えば、1つの光導波路層において複数のコアが並列に形成されているような場合、複数のコアを横切る(跨ぐ)ようにV字溝を形成してもよい。V字溝の深さは特に限定されないが、少なくとも先端がコアに達する程度の深さであることがよい。 One optical waveguide layer may have a single core or a plurality of cores, but from the viewpoint of realizing high-density parallel optical transmission, a plurality of cores are preferable. For example, when a plurality of cores are formed in parallel in one optical waveguide layer, a V-shaped groove may be formed so as to cross (straddle) the plurality of cores. The depth of the V-shaped groove is not particularly limited, but it is preferable that the depth is at least that the tip reaches the core.
また、複数の光導波路層が有する各々の光路変換部は、主面側から見て重なり合わない位置に配置されていることが望ましい。言い換えると、複数の光導波路層が有する各々の光路変換部は、主面側から見て重なり合わないように主面に平行な方向にずらして配置されていることが望ましい。この構成によれば、入射光や出射光の干渉を避けることができ、光導波路層のコアと光学素子との光結合を困難なく行うことが可能となる。 In addition, it is desirable that the respective optical path conversion units included in the plurality of optical waveguide layers are arranged at positions that do not overlap each other when viewed from the main surface side. In other words, it is desirable that the respective optical path conversion portions included in the plurality of optical waveguide layers are shifted in a direction parallel to the main surface so as not to overlap when viewed from the main surface side. According to this configuration, interference between incident light and outgoing light can be avoided, and optical coupling between the core of the optical waveguide layer and the optical element can be performed without difficulty.
上記の光電気複合配線基板、積層光導波路構造体は、基板主面及び少なくとも前記基板主面にて開口する基板側位置合わせ穴を有する光部品支持基板を備えている。光部品支持基板を構成する基板としては、例えば、樹脂基板、セラミック基板、ガラス基板または金属基板が使用可能であり、特にセラミック基板が好ましい。樹脂基板に比較して熱伝導性の高いセラミック基板を用いた場合には、発生した熱が効率よく放散される。そのため、放熱性の悪化に起因する発光波長のズレが回避され、動作安定性・信頼性に優れた光部品支持基板を実現することができる。かかるセラミック基板の好適例を挙げると、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ほう素、ベリリア、ムライト、低温焼成ガラスセラミック、ガラスセラミック等からなる基板がある。これらの中でもアルミナや窒化アルミニウムからなる基板を選択することが特に好ましい。 The optoelectric composite wiring board and the laminated optical waveguide structure include an optical component supporting substrate having a substrate main surface and a substrate-side alignment hole opened at least on the substrate main surface. As the substrate constituting the optical component supporting substrate, for example, a resin substrate, a ceramic substrate, a glass substrate, or a metal substrate can be used, and a ceramic substrate is particularly preferable. When a ceramic substrate having a higher thermal conductivity than that of the resin substrate is used, the generated heat is efficiently dissipated. Therefore, the shift of the emission wavelength due to the deterioration of the heat dissipation property can be avoided, and an optical component supporting substrate excellent in operational stability and reliability can be realized. Preferable examples of such ceramic substrates include substrates made of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, beryllia, mullite, low-temperature fired glass ceramic, glass ceramic and the like. Among these, it is particularly preferable to select a substrate made of alumina or aluminum nitride.
また、樹脂基板の好適例としては、例えば、EP樹脂(エポキシ樹脂)、PI樹脂(ポリイミド樹脂)、BT樹脂(ビスマレイミド−トリアジン樹脂)、PPE樹脂(ポリフェニレンエーテル樹脂)等からなる基板を挙げることができる。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維(ガラス織布やガラス不織布)やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料からなる基板を使用してもよい。金属基板の好適例としては、例えば、銅基板、銅合金からなる基板、銅以外の金属単体からなる基板、銅以外の合金からなる基板などを挙げることができる。 Moreover, as a suitable example of a resin substrate, the board | substrate which consists of EP resin (epoxy resin), PI resin (polyimide resin), BT resin (bismaleimide-triazine resin), PPE resin (polyphenylene ether resin) etc. is mentioned, for example. Can do. In addition, a substrate made of a composite material of these resins and organic fibers such as glass fibers (glass woven fabric or glass nonwoven fabric) or polyamide fibers may be used. Preferable examples of the metal substrate include a copper substrate, a substrate made of a copper alloy, a substrate made of a single metal other than copper, and a substrate made of an alloy other than copper.
かかる基板は、絶縁層と導体層(金属配線層)とを備えた配線基板であることがよい。前記導体層は基板表面に形成されていてもよく、基板内部に形成されていてもよい。これらの導体層の層間接続を図るために、基板内部にビアホール導体が形成されていてもよい。なお、かかる導体層やビアホール導体は、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)などからなる導電性金属ペーストを印刷または充填することにより形成される。そして、このような導体層には電気信号が流れるようになっている。なお、このような配線基板に加えて、例えば、樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層してなるビルドアップ層を、基板上に備えるビルドアップ配線基板を用いることも許容される。 Such a substrate is preferably a wiring substrate provided with an insulating layer and a conductor layer (metal wiring layer). The conductor layer may be formed on the substrate surface or may be formed inside the substrate. In order to achieve interlayer connection between these conductor layers, via hole conductors may be formed inside the substrate. For the conductor layer and via hole conductor, for example, a conductive metal paste made of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), tungsten (W), molybdenum (Mo), etc. is printed. Or it is formed by filling. An electric signal flows through such a conductor layer. In addition to such a wiring board, for example, it is allowed to use a build-up wiring board provided with a build-up layer formed by alternately laminating resin insulating layers and conductor layers on the board.
前記光部品支持基板の形状は特に限定されることはないが、少なくとも1つの基板主面を有する形状であることがよい。より好ましくは、基板主面側において開口する1つまたは2つ以上のキャビティを有する平板状の光部品支持基板を使用することがよい。 The shape of the optical component supporting substrate is not particularly limited, but it is preferable that the optical component supporting substrate has a shape having at least one substrate main surface. More preferably, a flat optical component supporting substrate having one or more cavities opened on the substrate main surface side may be used.
前記光部品支持基板は、基板主面にて開口する基板側位置合わせ穴を有している。かかる基板側位置合わせ穴は、例えば、光部品支持基板を構成する基板材料に直接設けた穴であってもよい。また、光部品支持基板を構成する基板材料に直接設けた穴を充填材料で埋めてその充填材料に設けた穴を、基板側位置合わせ穴としてもよい。この場合における充填材料としては、基板材料よりも加工性に優れたもの、例えば基板材料よりも硬度の低いものも使用することが好適である。例えば、基板材料がセラミックであれば、樹脂や導電性金属などを充填材料として選択することがよい。さらに、位置合わせ用ガイド部材が嵌合可能な穴を有するガイド部材支持部品を別体で作製し、この部品を光部品支持基板に取り付けるようにしてもよい。つまり、基板側位置合わせ穴は光部品支持基板に直接設けられたものでなくてもよい。 The optical component support substrate has a substrate-side alignment hole that opens at the main surface of the substrate. Such a substrate-side alignment hole may be, for example, a hole provided directly in the substrate material constituting the optical component support substrate. Further, the hole provided directly in the substrate material constituting the optical component supporting substrate may be filled with the filling material, and the hole provided in the filling material may be used as the substrate side alignment hole. As the filling material in this case, it is preferable to use a material that is more workable than the substrate material, for example, a material having a lower hardness than the substrate material. For example, if the substrate material is ceramic, resin, conductive metal, or the like may be selected as the filling material. Further, a guide member support component having a hole into which the alignment guide member can be fitted may be separately manufactured, and this component may be attached to the optical component support substrate. That is, the board-side alignment hole may not be provided directly on the optical component support board.
前記光部品とは、光伝送機能、集光機能及び光反射機能のうちの少なくとも1つを有する部品を指す。その具体例を挙げると、光伝送機能を有する光部品としては、例えば光導波路層や光ファイバなどがある。なお、光導波路層を支持する基材も、光伝送機能を有する光部品に該当する。集光機能を有する光部品としては、例えばマイクロレンズアレイ等に代表されるレンズ部品などがある。光反射機能を有する光部品としては、例えば光路変換部品などがある。なお、光路変換部が形成された光ファイバコネクタは、光反射機能を有する光部品であるということができる。光路変換部が形成された光導波路層は、光伝送機能及び光反射機能を有する光部品であるということができる。 The optical component refers to a component having at least one of a light transmission function, a light collection function, and a light reflection function. As specific examples, examples of the optical component having an optical transmission function include an optical waveguide layer and an optical fiber. The base material that supports the optical waveguide layer also corresponds to an optical component having an optical transmission function. Examples of the optical component having a condensing function include a lens component represented by a microlens array. As an optical component having a light reflection function, for example, there is an optical path conversion component. In addition, it can be said that the optical fiber connector in which the optical path changing part is formed is an optical component having a light reflecting function. It can be said that the optical waveguide layer in which the optical path conversion unit is formed is an optical component having an optical transmission function and an optical reflection function.
上記の光電気複合配線基板、積層光導波路構造体を構成する位置合わせ用ガイド部材は、複数の光導波路層における各光導波路層側位置合わせ穴及び基板側位置合わせ穴に対して嵌合可能な構造を有している。位置合わせ用ガイド部材の形状については特に限定されないが、例えばピン状のもの(ガイドピン)が好ましく、その材料としてはある程度硬質な金属がよい。かかるガイドピンは精密加工穴に嵌着されることが好ましい。位置合わせ用ガイド部材の数については特に限定されないが、位置合わせ精度の向上及び固定強度の向上という観点からすると、単数よりは複数であることがよい。位置合わせ用ガイド部材がガイドピンである場合、ガイドピン端部の外縁を面取りしておくことが好ましい。このようにしておくと、位置合わせ穴にガイドピンを嵌合させやすくすることができる。 The alignment guide member constituting the above-mentioned opto-electric composite wiring board and laminated optical waveguide structure can be fitted to each optical waveguide layer side alignment hole and substrate side alignment hole in a plurality of optical waveguide layers. It has a structure. The shape of the alignment guide member is not particularly limited. For example, a pin-shaped member (guide pin) is preferable, and a material that is hard to some extent is preferable. Such guide pins are preferably fitted into precision machined holes. The number of alignment guide members is not particularly limited, but from the viewpoint of improving alignment accuracy and fixing strength, a plurality of alignment guide members is preferable to a single alignment member. When the alignment guide member is a guide pin, it is preferable to chamfer the outer edge of the end portion of the guide pin. In this way, the guide pin can be easily fitted into the alignment hole.
[第1実施形態] [First Embodiment]
以下、本発明を具体化した第1実施形態の光電気複合配線基板を、図1〜図5に基づき詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an optoelectric composite wiring board according to a first embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1に示されるように、本実施形態の光電気複合配線基板10は、光学素子、セラミック基板11(光部品支持基板)、光導波路層30,31、ガイドピン44(位置合わせ用ガイド部材)等によって構成されている。
As shown in FIG. 1, the optoelectric
図1,図2,図3に示されるように、本実施形態の光電気複合配線基板10を構成するセラミック基板11は、上面12(基板主面)及び下面13を有する略矩形状の板部材である。かかるセラミック基板11はいわゆる多層配線基板であって、上面12、下面13及び内層に金属配線層26を備えている。例えば、上面12に位置する金属配線層26の一部には、ICチップ42等の各種電子部品を実装するための複数の接続パッド43が形成されている。このセラミック基板11はビアホール導体27も備えており、層の異なる金属配線層26同士はビアホール導体27を介して層間接続されている。また、セラミック基板11の下面13には複数の接続端子28が設けられている。本実施形態の場合、金属配線層26、ビアホール導体27、接続端子28及び接続パッド43は、いずれもタングステン(W)からなる。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the
図1等に示されるように、セラミック基板11の上面12における2箇所には、光学素子等が配置される矩形状のキャビティ41が形成されている。図1にて向かって左側のキャビティ41内には、光学素子(発光素子)の一種であるVCSEL14が、発光面を上方に向けた状態で配置されるようになっている。このVCSEL14は、4個×2列に並べられた発光部15を発光面内に有している。従って、これらの発光部15は、セラミック基板11の上面12に対して直交する方向(即ち図1〜図3の上方向)に、所定波長のレーザ光を出射するようになっている。一方、図1にて向かって右側のキャビティ41内には、光学素子(受光素子)の一種であるフォトダイオード16が、受光面を上方に向けた状態で配置されるようになっている。このフォトダイオード16は、4個×2列に並べられた受光部17を受光面内に有している。従って、これらの受光部17は、図1の上側から下側に向かうレーザ光を受けやすいような構成となっている。
As shown in FIG. 1 and the like,
図3等に示されるように、セラミック基板11における複数の箇所(ここでは4箇所)には、第1凹部としての第1貫通穴21が設けられている。第1貫通穴21は円形かつ等断面形状であって、セラミック基板11の上面12及び下面13の両方にて開口している。本実施形態の場合、第1貫通穴21の直径は1.0mm〜2.0mm程度になるように設定されている。また、本実施形態では、4つある第1貫通穴21のうちの2つがVCSEL14に近接して配置され、残りの2つがフォトダイオード16に近接して配置されている。
As shown in FIG. 3 and the like, first through
これらの第1貫通穴21の内部には、樹脂ペーストを用いて樹脂充填体22が設けられており、その樹脂充填体22のほぼ中心部には基板側位置合わせ穴23(第2凹部)が設けられている。基板側位置合わせ穴23は円形かつ等断面形状であって、セラミック基板11の上面12及び下面13の両方にて開口している。本実施形態の場合、基板側位置合わせ穴23の直径は上記第1貫通穴21よりも小さく、約0.7mmに設定されている。4つある基板側位置合わせ穴23の内部には、ステンレス鋼からなる断面円形状のガイドピン44(位置合わせ用ガイド部材)が、上面12(主面)側に一端を突出させた状態で嵌着されている。ガイドピン44の端部の外縁は面取りされている本実施形態において具体的には、JIS C 5981に規定するガイドピン「CNF125A−21」(直径0.699mm)を使用している。
Inside these first through
図1,図2,図3に示されるように、セラミック基板11の上面12側には、セラミック基板11よりも一回り小さい略矩形状かつフィルム状の光導波路層30,31が、2枚重ね合わせた状態で配置されている。ここで、セラミック基板11の上面12に密接して配置されている光導波路層を下側光導波路層30と呼び、その下層側光導波路層30の上面に配置されている光導波路層を上側光導波路層31と呼ぶことにする。これらの光導波路層30,31は、コア33及びそれを上下から取り囲むクラッド34を有している。実質的にコア33は光が伝搬する光路となる。本実施形態の場合、コア33及びクラッド34は、屈折率等の異なる透明なポリマ材料、具体的には屈折率等の異なるPMMA(ポリメチルメタクリレート)により形成されている。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, two substantially rectangular and film-like optical waveguide layers 30 and 31 that are slightly smaller than the
下側光導波路層30におけるコア33は4つであって、それらは下側光導波路層30の下面(主面)に沿って平行にかつ直線的に延びるように形成されている。また、上側光導波路層31におけるコア33も4つであって、それらは上側光導波路層31の下面(主面)に沿って平行にかつ直線的に延びるように形成されている。下側光導波路層30の下面には、銅などの導電性金属からなる所定パターン状の金属配線層38が形成されている。金属配線層38はキャビティ41の開口縁まで延設されるとともに、セラミック基板11が有するビアホール導体27の端面に電気的に接続されている。その結果、下側光導波路層30とセラミック基板11とが導通されている。金属配線層38の一部に形成されたパッド上には、VCSEL14及びフォトダイオード16の端子が搭載されている。そのため、面発光素子であるVCSEL14の発光面、及び、面受光素子であるフォトダイオード16の受光面は、ともに下側光導波路層30の主面に対向して配置される。VCSEL14の近傍にはドライバIC18が配置されていて、そのドライバIC18の端子も金属配線層38の一部に形成されたパッド上に搭載されている。フォトダイオード16の近傍にはレシーバIC19が配置されていて、そのレシーバIC19の端子も当該パッド上に搭載されている。
There are four
下側光導波路30の有する各コア33の両端部には、下側光導波路層30の上面にて開口するV字溝35(光路変換部)が各コア33を横切る(跨ぐ)ようにして形成されている。また、上側光導波路層31の有する各コア33は下側光導波路30の有する各コア33に比較して若干長めに形成されている。上側光導波路層31の有する各コア33の両端部には、上側光導波路層31の上面にて開口するV字溝35(光路変換部)が各コア33を横切る(跨ぐ)ようにして形成されている。
V-shaped grooves 35 (optical path changing portions) opened on the upper surface of the lower
VCSEL14は発光部列を2列有しており、一方の列の直上には下側光導波路層30のV字溝35が配置され、他方の列の直上には上側光導波層路31のV字溝35が配置されている。フォトダイオード16は受光部列を2列有しており、一方の列の直上には下側光導波路層30のV字溝35が配置され、他方の列の直上には上側光導波層路31のV字溝35が配置されている。つまり、本実施形態では、2枚の光導波路層30,31が有する各々のV字溝35は、下面側から見て重なり合わないように、下面に平行な方向(具体的にはコア33の長手方向)にずらして配置されている。それゆえ、入射光や出射光の干渉を避けることができ、各コア33とVCSEL14との光結合、及び、各コア33とフォトダイオード16との光結合を、困難なく行うことができる構成となっている。
The
これらのV字溝35は、コア33の長手方向に対して45°の角度を持つ傾斜面を有しており、その傾斜面には金属膜37(光反射体)が設けられている。本実施形態の金属膜37は、光沢があって光を全反射可能なロジウムからなる薄膜を真空蒸着によって形成されている。
These V-shaped
下側光導波路層30及び上側光導波路層31の四隅には、それぞれ円形状の位置合わせ穴36(光導波路層側位置合わせ穴)が貫通形成されている。これらの位置合わせ穴36は、ガイドピン44の大きさに対応して直径約0.7mmに設定されている。そして、光導波路層30,31の有する各位置合わせ穴36には、セラミック基板11から突出する各ガイドピン44が嵌合され支持されている。その結果、セラミック基板11の上面12にて、光導波路層30,31が位置合わせされた状態で固定されている。ここで「位置合わせされた状態」とは、具体的には、各コア33と各発光部15との光軸が合った状態、及び、各コア33と各受光部17との光軸が合った状態をいう。なお本実施形態では、セラミック基板11及び2枚の光導波路層30,31は、接着剤等を用いることなく、位置合わせ穴36とガイドピン44との嵌合関係のみをもって互いに固定されている。
Circular alignment holes 36 (optical waveguide layer side alignment holes) are formed through the four corners of the lower
このように構成された光電気複合配線基板10の一般的な動作について簡単に述べておく。
A general operation of the optoelectric
VCSEL14及びフォトダイオード16は、セラミック基板11側からの電力供給により、動作可能な状態となる。ドライバIC18からVCSEL14に電気信号が出力されると、VCSEL14は入力した電気信号を光信号(レーザ光)に変換した後、その光を上方に向けて発する。一方の発光部列に属する各発光部15が発した光は、下側光導波路層30の下面から入射し、下側光導波路層30のクラッド34を透過して下側光導波路層30のV字溝35に到る。そこで、光は、金属膜37により反射されて進行方向を約90°変換した後、下側光導波路層30のコア33の内部をその長手方向に沿って反対側端まで伝搬する。そして、コア33の反対側端に到った光は、再びV字溝35の金属膜37により反射されて、進行方向を約90°変換する。進行方向を下向きに変換した光は、下側光導波路層30のクラッド34を透過して下面側から出射し、フォトダイオード16のある方向に向かう。そして、光は一方の受光部列に属する各受光部17に入射する。
The
また、VCSEL14の他方の発光部列に属する各発光部15が発した光は、下側光導波路層30の下面から入射して内部を透過した後、上面から出射する。下側光導波路層30の上面から出射した光は、次いで上側光導波路層31の下面から入射し、上側光導波路層31のクラッド34を透過して、上側光導波路層31のV字溝35に到る。そこで、光は、金属膜37により反射されて進行方向を約90°変換した後、上側光導波路層31のコア33の内部をその長手方向に沿って反対側端まで伝搬する。そして、コア33の反対側端に到った光は、再びV字溝35の金属膜37により反射されて、進行方向を約90°変換する。進行方向を下向きに変換した光は、上側光導波路層31のクラッド34を透過しかつ下側光導波路層30のクラッド34を透過した後、下面側から出射し、フォトダイオード16のある方向に向かう。そして、光は他方の受光部列に属する各受光部17に入射する。
Further, the light emitted from each
フォトダイオード16は光に含まれる信号を電気信号に変換し、変換した電気信号をレシーバIC19に出力するようになっている。
The
次に、上記構成の光電気複合配線基板10の製造方法を図4,図5に基づいて説明する。
Next, a method for manufacturing the photoelectric
まず、従来公知の手法によって光導波路層30,31をそれぞれ作製し、これに対して精密ドリル加工を施すことにより四隅に位置合わせ穴36を形成しておく。具体的には、下部クラッド34、コア33及び上部クラッド34を順次積層形成した後、精密ドリルを用いた精密穴加工を行って、所定の4箇所に位置合わせ穴36を形成する。そして、さらにダイシング加工によるV字溝35の形成及びその部分への真空蒸着等を行うことにより、金属膜37を形成する。V字溝35の形成時には位置合わせ穴36の位置を基準とすることがよく、これにより位置合わせ精度をいっそう向上させることができる。従って、光路変換部形成工程は位置合わせ凹部形成工程の後に実施されることがよい。
First, the optical waveguide layers 30 and 31 are respectively produced by a conventionally known method, and the alignment holes 36 are formed at the four corners by performing precision drilling on the optical waveguide layers 30 and 31. Specifically, after the lower clad 34, the
下側光導波路層30については、さらに下面側にスパッタ等を行い、所定パターン状の金属配線層38を形成する。金属配線層38の形成は例えば光路変換部形成工程後に行ってもよいが、位置合わせ凹部形成工程後かつ光路変換部形成工程前に行っても、位置合わせ凹部形成工程前に行ってもよい。この場合、下側光導波路層30の下面全体にめっき等により金属層を形成し、さらに所定のマスクを設けた状態でエッチングを行ってもよい。このようにして完成した下側光導波路層30に対しては、従来周知の手法によってVCSEL14、フォトダイオード16、ドライバIC18及びレシーバIC19をはんだ付けする。
The lower
また、以下の手順によりセラミック基板11を作製する。アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤などを均一に混合・混練してなる原料スラリーを作製し、この原料スラリーを用いてドクターブレード装置によるシート成形を行って、所定厚みのグリーンシートを形成する。グリーンシートにおける所定部分にはパンチ加工を施し、形成された穴の中にビアホール導体形成用の金属ペーストを充填する。また、グリーンシートの表面に金属ペーストを印刷することにより、後に金属配線層となる印刷層を形成する。そして、これら複数枚のグリーンシートを積層してプレスすることにより一体化し、グリーンシート積層体とする。
Further, the
その後、前記グリーンシート積層体にパンチ加工を行って、第1貫通穴21(第1凹部)を形成する(第1穴明け工程)。この段階ではまだ未焼結状態であるので、穴加工を比較的簡単にかつ低コストで行うことができる。第1穴明け工程では、焼成工程を経た時点における第1貫通穴21(第1凹部)の内径が、基板側位置合わせ穴23(第2凹部)の内径(約0.7mm)及びガイドピン44の直径(約0.7mm)よりも大きくなるように設定して、穴加工を行う。具体的には、1.2mm〜2.4mm程度に設定して第1貫通穴21の穴加工を行う。その理由は、セラミックは焼成工程を経ることで収縮し、それに伴って第1貫通穴21も小径化しかつ位置ズレするため、このことを計算に入れて第1貫通穴21を大きめに形成しておく必要があるからである。
Thereafter, the green sheet laminate is punched to form first through holes 21 (first recesses) (first drilling step). Since it is still unsintered at this stage, drilling can be performed relatively easily and at low cost. In the first drilling step, the inner diameter of the first through hole 21 (first recess) at the time of passing through the firing step is equal to the inner diameter (about 0.7 mm) of the substrate side alignment hole 23 (second recess) and the
次に、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、さらにアルミナが焼結しうる加熱温度にて焼成工程を行う。これにより、グリーンシート積層体(セラミック未焼結体)を焼結させてセラミック基板11とする。この時点でセラミックは硬質化しかつ収縮する。
Next, after performing a drying process, a degreasing process, etc. according to a well-known method, a baking process is further performed at a heating temperature at which alumina can be sintered. As a result, the green sheet laminate (ceramic unsintered body) is sintered to form the
続く樹脂充填工程では、以下のようにして第1貫通穴21内に樹脂充填体22を設ける。まず、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(JER社製「エピコート807」)80重量部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(JER社製「エピコート152」)20重量部に対し、硬化剤(四国化成工業社製「2P4MZ−CN」)5重量部、シランカップリング剤(信越化学社製「KBM−403」)で処理したシリカフィラー(龍森製「TSS−6」)200重量部、消泡剤(サンノプコ社製「ベレノールS−4」)を混合する。この混合物を3本ロールにて混練することにより、樹脂充填体22形成用の樹脂材料としておく。即ち、本実施形態では、熱硬化性樹脂中に無機フィラーを含む未硬化状態の樹脂材料を用いる。
In the subsequent resin filling step, the
次に、セラミック基板11を印刷装置にセットし、その上面12に所定のメタルマスク(図示略)を密着させて配置する。かかるメタルマスクにおいて第1貫通穴21に対応する箇所には、開口部があらかじめ形成されている。このようなメタルマスクを介して前記樹脂材料を印刷することにより、各第1貫通穴21内に樹脂材料を隙間なく完全に充填する。この後、印刷後のセラミック基板11を印刷装置から取り外した後、120℃,1時間の条件で加熱し、前記樹脂材料の充填によって形成された樹脂充填体22を半硬化させる。ここで、樹脂充填体22を完全に硬化させないのは、次の第2穴明け工程での穴加工をよりいっそう容易に行うためである。
Next, the
続く第2穴明け工程では、精密ドリルを用いた精密穴加工を行って樹脂充填体22に基板側位置合わせ穴23(第2凹部)を形成する。このような加工法によれば、位置合わせの際の基準となるガイドピン44を、所望とする正しい位置にて支持可能な基板側位置合わせ穴23とすることができる。
In the subsequent second drilling step, precision hole machining using a precision drill is performed to form the substrate-side alignment hole 23 (second recess) in the
次に、前記セラミック基板11を150℃,5時間の条件で加熱する本硬化処理を行って、樹脂充填体22を完全に硬化させる。さらに、周知の手法により仕上げ加工を行って、基板側位置合わせ穴23の穴径を0.700mmとなるように微調整する。このときの加工に要求される精度は、具体的には±0.001mmである。
Next, a main curing process is performed in which the
続くガイド部材取付工程では、専用の治具などを用いて、基板側位置合わせ穴23にガイドピン44を圧入するようにして嵌合させる。続く位置合わせ工程では、セラミック基板11から突出する各ガイドピン44を、下側光導波路層30の各位置合わせ穴36に対して嵌合させた後、さらに上側光導波路層31の各位置合わせ穴36に対して嵌合させる(図4参照)。これにより、2枚の光導波路層30,31がセラミック基板11に位置合わせされた状態で固定され、所望の光電気複合配線基板10が完成する。
In the subsequent guide member mounting step, the guide pins 44 are fitted into the board-side alignment holes 23 by using a dedicated jig or the like. In the subsequent alignment step, the guide pins 44 protruding from the
なお、図5に示すような別の方法を採用してもよい。まず、2枚の光導波路層30,31を積み重ねて配置するとともに、各位置合わせ穴36にガイドピン44を嵌合させる。これにより、2枚の光導波路層30,31を位置合わせして相互に固定した状態の積層光導波路構造体51をあらかじめ作製する。そして次に、この積層光導波路構造体51の下面側から突出しているガイドピン44を、セラミック基板11の基板側位置合わせ穴23に圧入するようにして嵌合させる(図5参照)。このようにしても、所望の光電気複合配線基板10を完成させることができる。
In addition, you may employ | adopt another method as shown in FIG. First, the two optical waveguide layers 30 and 31 are stacked and disposed, and the
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施形態では、光導波路層30,31及びセラミック基板11とは別体のガイドピン44を、位置合わせ用ガイド部材として用いている。このため、光導波路層30,31の一部にわざわざ位置合わせ用構造を設ける必要がなくなり、光導波路層30,31の材料や製法を選択する際の制約が少なくなる。よって、上述したような安価な材料や製法にて光導波路層30,31を製造することが可能となり、これにより光電気複合配線基板10の低コスト化が達成しやすくなる。
(1) In this embodiment, guide pins 44 that are separate from the optical waveguide layers 30 and 31 and the
(2)また、本実施形態では、クラッド34を透過して光が入射または出射する構造、換言すると入出力部が光導波路層30,31の下面(主面)側に存在する構造を採用している。それゆえ、従来とは異なり、入出力部を光導波路層30,31の端面に配置する必要がなくなる。よって、光導波路層30,31の積層数をあまり増やすことなく多ポート化を図ることができ、厚さ方向の寸法の増大を回避することができる。このため、光電気複合配線基板10の小型化を達成しやすくなる。しかも、面受発光素子であるVCSEL14やフォトダイオード16を光導波路層30,31の下面に対向させて配置すればよいので、面受発光素子を入出力部に比較的容易に接続することができる。
(2) In the present embodiment, a structure in which light enters or exits through the clad 34, in other words, a structure in which the input / output portion is on the lower surface (main surface) side of the optical waveguide layers 30 and 31 is employed. ing. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to dispose the input / output part on the end faces of the optical waveguide layers 30 and 31. Therefore, it is possible to increase the number of ports without increasing the number of laminated optical waveguide layers 30 and 31, and to avoid an increase in the dimension in the thickness direction. For this reason, it becomes easy to achieve miniaturization of the photoelectric
(4)本実施形態の光電気複合配線基板10は、4本のコア33を有する光導波路層30,31を2枚備えた構造であるため、高密度な光並列伝送を実現することが可能である。
(4) The photoelectric
(5)本実施形態では、2枚の光導波路層30,31が有する各々のV字溝35(換言するとコア33の端部)を、下面側から見て重なり合わないようにずらして配置している。それゆえ、入射光や出射光の干渉を避けることができ、各コア33とVCSEL14との光結合、及び、各コア33とフォトダイオード16との光結合を、困難なく行うことができる。
[第2実施形態]
(5) In this embodiment, the V-shaped grooves 35 (in other words, end portions of the core 33) of the two optical waveguide layers 30 and 31 are arranged so as not to overlap each other when viewed from the lower surface side. ing. Therefore, interference between incident light and outgoing light can be avoided, and optical coupling between each core 33 and the
[Second Embodiment]
次に、図6,図7に基づいて、第2実施形態の光電気複合配線基板10について説明する。
Next, based on FIG. 6, FIG. 7, the optoelectric
第1実施形態では、下側光導波路層31の下面に金属配線層38が設けられ、その金属配線層38上にVCSEL14、フォトダイオード16、ドライバIC18及びレシーバIC19がはんだ付けされていた。これに対して本実施形態では、下側光導波路層30の金属配線層38が省略され、その代わりにセラミック基板11のキャビティ41の底面に金属配線層53が設けられている。そして、この金属配線層上53上にVCSEL14、ドライバIC18等がはんだ付けされている。
In the first embodiment, the
また、第1実施形態では、上側光導波路層31の有する各コア33のほうが下側光導波路30の有する各コア33に比較して若干長めに形成されていたのに対し、本実施形態ではそれらが同じ長さに形成されている(図6参照)。その代わり、上側光導波路層31の各コア33及び下側光導波路層30の各コア33が、下面側から見て重なり合わないように、コア33の幅方向にずらして配置されている(図7参照)。なお、この場合のずらし量は、隣接するコア33同士の中心線間距離の半分の値に設定されている。それゆえ、本実施形態においても、入射光や出射光の干渉を避けることができ、各コア33とVCSEL14との光結合、及び、各コア33とフォトダイオード16との光結合を、困難なく行うことができる構成となっている。
In the first embodiment, each core 33 included in the upper
そして、本実施形態の構成であっても、高密度な光並列伝送が実現可能であるとともに、材料や製法の制約が少ないため低コスト化が達成しやすく、しかも小型化が容易な光電気複合配線基板10を提供することができる。
[第3の実施形態]
Even with the configuration of the present embodiment, high-density optical parallel transmission can be realized, and there are few restrictions on materials and manufacturing methods, so it is easy to achieve cost reduction and easy to downsize. The
[Third Embodiment]
次に、図8に基づいて、第3実施形態の光電気複合配線基板10について説明する。
Next, the photoelectric
本実施形態の光電気複合配線基板10は、光学素子、セラミック基板11(光部品支持基板)、ガイドピン44(位置合わせ用ガイド部材)、ガイドピン支持ブロック61(ガイド部材支持部品)等によって構成されている。ガイドピン支持ブロック61は、セラミック基板11とは別体で作製された部品であって、直方体状の樹脂塊を材料として形成されている。ガイドピン支持ブロック61は、基板側位置合わせ穴であるガイドピン支持穴62を有している。かかるガイドピン支持穴62は、ドリル加工によって形成された断面円形状の貫通穴であって、ガイドピン支持ブロック61の上面中央部及び下面中央部にて開口している。そして、ガイドピン支持ブロック61は、キャビティ41のコーナー部に配置されるとともに、有機系接着剤を用いてキャビティ41の内面(具体的には内底面及び2つの内側面)に対して接着されている。つまり本実施形態の場合、基板側位置合わせ穴はセラミック基板11に直接設けられておらず、いわば間接的に設けられている。そして、このように接着されたガイドピン支持ブロック61のガイドピン支持穴62には、ガイドピン44が嵌合され支持されている。その結果、各ガイドピン44の一部がセラミック基板11の上面12から垂直に突出した状態となる。
The optoelectric
そして、本実施形態の構成であっても、高密度な光並列伝送が実現可能であるとともに、材料や製法の制約が少ないため低コスト化が達成しやすく、しかも小型化が容易な光電気複合配線基板10を提供することができる。
[第4の実施形態]
Even with the configuration of the present embodiment, high-density optical parallel transmission can be realized, and there are few restrictions on materials and manufacturing methods, so it is easy to achieve cost reduction and easy to downsize. The
[Fourth Embodiment]
次に、図9に基づいて、第4実施形態の光電気複合配線基板10について説明する。
Next, the photoelectric
本実施形態の光電気複合配線基板10の場合、アルミナからなるセラミック基板11に代えて、低温下での焼成によって得られるガラスセラミック基板71が使用されている。また、金属配線層26、ビアホール導体27、接続端子28及び接続パッド43が銅(Cu)によって形成されている。ガラスセラミック基板71における4箇所には、第1凹部74が設けられている。第1凹部74は円形かつ等断面形状であって、ガラスセラミック基板71の上面12のみに開口する非貫通穴である。本実施形態において、第1凹部74はセラミック未焼結体の段階でドリル加工により形成されたものであり、その直径は1.0mm〜2.0mm程度に設定されている。これらの第1凹部74の内部には銅充填部73(金属充填部)が設けられており、その銅充填部73のほぼ中心部にはピン支持穴72(第2凹部、基板側位置合わせ穴)が設けられている。なお、第1凹部74の内部にダミーのビアホール導体が設けられ、そのダミーのビアホール導体のほぼ中心部にピン支持穴72が設けられている、と把握してもよい。銅充填部73はビアホール導体等と同じ金属材料(即ち銅)からなる。また、ピン支持穴72は円形かつ等断面形状であって、ガラスセラミック基板71の上面12のみにて開口している。本実施形態の場合、ピン支持穴72の直径は第1凹部74よりも小さく、約0.7mmに設定されている。
In the case of the photoelectric
上記構成のガラスセラミック基板71を製造する方法について説明する。
A method for manufacturing the
まず、従来周知の方法に従ってグリーンシートを作製し、パンチ加工等を行って所定部分にビアホール用孔、キャビティ用孔及び第1凹部74を形成する。次に、ペースト印刷装置を用いてビアホール用孔の中にビアホール導体用の銅ペーストを充填するとともに、同時に当該銅ペーストを第1凹部74にも充填する。そして、銅ペーストを充填したセラミック未焼結体を、セラミックが焼結しうる700℃〜1000℃程度の温度で焼成する。これによりセラミック未焼結体を焼結させ、ガラスセラミック基板71とする。この時点でセラミックは硬質化しかつ収縮すると同時に、銅ペーストも焼結して硬質化する。ただし、焼結した銅ペーストからなる銅充填部73のほうが、ガラスセラミック基板71に比べて硬度が低い。ゆえに、銅充填部73に対する機械加工のほうが、ガラスセラミック基板71に対する機械加工に比べて困難性が小さい。続いて、精密ドリルを用いた精密穴加工を行って銅充填部73にピン支持穴72を形成する。上述したように、銅充填部73は加工性に優れた部分であるため、ピン支持穴72を比較的簡単に加工形成することができる。
First, a green sheet is produced according to a conventionally known method, and punching or the like is performed to form via hole holes, cavity holes, and
そして、本実施形態の構成であっても、高密度な光並列伝送が実現可能であるとともに、材料や製法の制約が少ないため低コスト化が達成しやすく、しかも小型化が容易な光電気複合配線基板10を提供することができる。
Even with the configuration of the present embodiment, high-density optical parallel transmission can be realized, and there are few restrictions on materials and manufacturing methods, so it is easy to achieve cost reduction and easy to downsize. The
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。 In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
・ガイドピン44の本数や形状等は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて任意に変更することが可能である。 The number and shape of the guide pins 44 can be arbitrarily changed without departing from the spirit of the present invention.
・第1、第3、第4実施形態では、下側光導波路層30の下面に光学素子を搭載していたが、例えば、上側光導波路層31の上面に光学素子を搭載することも可能である。
In the first, third, and fourth embodiments, the optical element is mounted on the lower surface of the lower
・第3実施形態では、ガイドピン支持ブロック61が、樹脂塊を材料として形成されていたが、例えば金属塊やガラス塊などを材料として形成されていてもよい。即ち、基板を形成している主材料であるセラミックほど硬質ではなく、比較的加工しやすい材料を用いて、ガイドピン支持ブロック61を作製することが好ましい。
In the third embodiment, the guide
・第4実施形態では、銅からなる導体部を有するガラスセラミック基板71に対して銅充填部73を形成していた。しかし、ガラスセラミック基板71が、例えば銀からなる導体部を有するものである場合には、銅充填部73に代えて銀充填部を形成するようにしてもよい。銀も銅と同じくガラスセラミックとの同時焼成が可能な金属だからである。
-In 4th Embodiment, the
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。 Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.
(1)主面、光路となるコア、前記コアを取り囲むクラッド、光を反射してその進む方向を変換する光路変換部、及び、少なくとも前記主面にて開口する光導波路層側位置合わせ穴を有し、互いに積み重ねて配置された複数の光導波路層と、基板主面、少なくとも前記基板主面にて開口する第1凹部、前記第1凹部に充填された充填体、及び、前記充填に形成され、前記第1凹部よりも小径で、少なくとも前記基板主面にて開口する基板側位置合わせ穴を有するセラミック製の光部品支持基板と、前記複数の光導波路層における各光導波路層側位置合わせ穴及び前記基板側位置合わせ穴に対して嵌合支持された位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記クラッドを透過して光が入射または出射することを特徴とする光電気複合配線基板。 (1) A main surface, a core to be an optical path, a clad surrounding the core, an optical path conversion unit that reflects light and changes its traveling direction, and an alignment hole on the optical waveguide layer side that opens at least in the main surface A plurality of optical waveguide layers disposed on top of each other, a substrate main surface, at least a first recess opening in the substrate main surface, a filling body filled in the first recess, and formed in the filling And an optical component support substrate made of ceramic having a substrate-side alignment hole having a diameter smaller than that of the first recess and opening at least on the substrate main surface, and alignment of each of the plurality of optical waveguide layers on the optical waveguide layer side An optoelectronic composite wiring board comprising: a hole and an alignment guide member that is fitted and supported with respect to the substrate side alignment hole, wherein light enters or exits through the clad.
(2)前記充填体は、前記光部品支持基板を形成する主材料よりも加工性のよい材料からなることを特徴とする技術的思想1に記載の光電気複合配線基板。
(2) The photoelectric composite wiring board according to the
(3)前記光部品支持基板は銅または銀からなる導体部を有する低温焼成セラミック基板であり、前記充填部は前記導体部と同じ金属材料からなることを特徴とする技術的思想1または2に記載の光電気複合配線基板。
(3) The
(4)主面、光路となるコア、前記コアを取り囲むクラッド、光を反射してその進む方向を変換する光路変換部、及び、少なくとも前記主面にて開口する光導波路層側位置合わせ穴を有し、互いに積み重ねて配置された複数の光導波路層と、基板主面を有する光部品支持基板と、前記光部品支持基板の前記基板主面側に取り付けられるとともに、基板側位置合わせ穴を有するガイド部材支持部品と、前記複数の光導波路層における各光導波路層側位置合わせ穴及び前記基板側位置合わせ穴に対して嵌合支持された位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記クラッドを透過して光が入射または出射することを特徴とする光電気複合配線基板。 (4) a main surface, a core to be an optical path, a clad surrounding the core, an optical path conversion unit that reflects light and changes a traveling direction thereof, and an alignment hole on the optical waveguide layer side that opens at least in the main surface A plurality of optical waveguide layers stacked on top of each other, an optical component support substrate having a substrate main surface, attached to the substrate main surface side of the optical component support substrate, and having a substrate-side alignment hole A guide member supporting component; and an alignment guide member fitted and supported in each optical waveguide layer side alignment hole and the substrate side alignment hole in the plurality of optical waveguide layers, and transmits the cladding. A photoelectric composite wiring board characterized in that light enters or exits.
10…光電気複合配線基板
11…光部品支持基板としてのセラミック基板
12…基板主面
14…光学素子としてのVCSEL
15…発光部
16…光学素子としてのフォトダイオード
17…受光部
21…基板側位置合わせ穴
30…(下側)光導波路層
31…(上側)光導波路層
33…コア
34…クラッド
35…光路変換部としてのV字溝
36…光導波路層側位置合わせ穴
44…位置合わせ用ガイド部材としてのガイドピン
51…積層光導波路構造体
71…光部品支持基板としてのガラスセラミック基板
72…基板側位置合わせ穴としてのピン支持穴
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (6)
基板主面及び少なくとも前記基板主面にて開口する基板側位置合わせ穴を有する光部品支持基板と、
前記複数の光導波路層における各光導波路層側位置合わせ穴及び前記基板側位置合わせ穴に対して嵌合支持された位置合わせ用ガイド部材と
を備え、前記クラッドを透過して光が入射または出射することを特徴とする光電気複合配線基板。 A main surface, a core to be an optical path, a clad surrounding the core, an optical path conversion unit that reflects light and changes a traveling direction thereof, and an optical waveguide layer side alignment hole that opens at least in the main surface; A plurality of optical waveguide layers disposed on top of each other;
An optical component supporting substrate having a substrate main surface and at least a substrate side alignment hole opened in the substrate main surface;
An alignment guide member fitted and supported in each optical waveguide layer-side alignment hole and the substrate-side alignment hole in the plurality of optical waveguide layers, and light enters or exits through the cladding. An opto-electric composite wiring board characterized by:
前記複数の光導波路層における各光導波路層側位置合わせ穴に対して嵌合支持された位置合わせ用ガイド部材と
を備え、前記クラッドを透過して光が入射または出射することを特徴とする積層光導波路構造体。 A main surface, a core to be an optical path, a clad surrounding the core, an optical path conversion unit that reflects light and changes a traveling direction thereof, and an optical waveguide layer side alignment hole that opens at least in the main surface; A plurality of optical waveguide layers disposed on top of each other;
An alignment guide member fitted and supported in each optical waveguide layer side alignment hole in the plurality of optical waveguide layers, wherein the light is transmitted or received through the clad and laminated. Optical waveguide structure.
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