JP2005195991A - 光電複合装置及びこの装置に用いられる光導波路、並びに光電複合装置の実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存のプリント配線板の実装構造及び実装プロセスを利用でき、大掛かりな構造物を排除し得、配線の高密度化が可能であり、半導体チップ−光素子間の配線長を短くできる光電複合装置、この装置に用いられる光導波路、並びに光電複合装置の実装構造を提供すること。
【解決手段】 クラッド層２とコア層４との接合体からなり、コア層４を通して入射光が導かれるように構成され、コア層４の光入射部５及び光出射部６の少なくとも一方を含む端部２ａ又は２ｂにおいて、クラッド層２の厚さが大きく、その剛性が他の部分２ｃよりも大きくなっている、光導波路１。ソケットと、このソケットに設置された本発明の光導波路１とを有し、発光素子と受光素子との少なくとも一方が、光導波路１に対向して配置されている、光電複合装置１８。本発明の光電複合装置１８がプリント配線板１９に電気的に接続された状態で固定されている、光電複合装置の実装構造。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光電複合装置及びこの装置に用いられる光導波路、並びに光電複合装置の実装構造に関するものである。

現在、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の半導体チップ間の信号伝播は、全て基板配線を介した電気信号によりなされている。しかし、昨今のＭＰＵ高機能化に伴い、チップ間にて必要とされるデータ授受量は著しく増大し、結果として様々な高周波問題が浮上している。それらの代表的なものとして、ＲＣ信号遅延、インピーダンスミスマッチ、ＥＭＣ／ＥＭＩ、クロストーク等が挙げられる。

上記の問題を解決するため、これまで実装業界などが中心となり、配線配置の最適化や新素材開発などの様々な手法を駆使し、解決に当たってきた。

しかし近年、上記の配線配置の最適化や新素材開発等の効果も物性的限界に阻まれつつあり、今後システムの更なる高機能化を実現するためには、単純な半導体チップの実装を前提としたプリント配線板の構造そのものを見直す必要が生じてきている。近年、これら諸問題を解決すべく様々な抜本対策が提案されているが、以下にその代表的なものを記す。

・マルチチップモジュール（ＭＣＭ）化による微細配線結合
高機能チップを、セラミック・シリコンなどの精密実装基板上に実装し、マザーボード（多層プリント基板）上では形成不可能である微細配線結合を実現する。これによって配線の狭ピッチ化が可能となり、バス幅を広げることでデータ授受量が飛躍的に増大する。

・各種半導体チップの封止、一体化による電気配線結合
各種半導体チップをポリイミド樹脂などを用いて二次元的に封止、一体化し、その一体化された基板上にて微細配線結合を行う。これによって配線の狭ピッチ化が可能となり、バス幅を広げることでデータ授受量が飛躍的に増大する。

・半導体チップの三次元結合
各種半導体チップに貫通電極を設け、それぞれを貼り合わせることで積層構造とする。これにより、異種半導体チップ間の結線が物理的に短絡化され、結果として信号遅延などの問題が回避される。但しその一方、積層化による発熱量増加、半導体チップ間の熱応力などの問題が生じる。

さらに、上記のように信号授受の高速化及び大容量化を実現するために、光配線による光伝送結合技術が開発されている（例えば、後記の非特許文献１及び非特許文献２参照。）。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の個所に適用可能である。例えば図２５に示すように、チップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されているプリント配線基板５７上に光導波路５１を形成し、この光導波路５１を信号変調されたレーザー光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。

上記の半導体チップ間に対応する光配線技術には様々な方式のものがあるが、以下にその代表的な例を示し、簡単に考察する。

・アクティブインターポーザー方式
これは、プリント配線板（ボード）上に光導波路を実装し、光導波路の反光入出射側には光ファイバーコネクタが取りつけられ、その間の伝送はファイバーにてなされる。光素子はトランシーバーモジュールの裏面に実装され、光導波路の４５°全反射ミラーに対し、精密に位置決められている。利点としては、既存のプリント配線板の実装構造上に展開できること、またファイバーを用いるため、プリント配線板の内外を問わず幅広い適用が可能であることが挙げられる。また、懸案点としては、構造が大掛かりなため、コストが高いこと、光軸合わせが困難であること、また電気伝送経路の短縮が困難であり、高周波伝送に不向きであることが挙げられる。

・自由空間伝送方式
これは、プリント配線基板の裏面に光配線基板（石英）を実装し、伝送基板内において光をジグザグに反射させ、信号を伝播させる。光素子アレイ＋自由空間伝送により、原理的には数千レベルの多チャンネル化が可能である。また、光軸合わせを容易にするため、数枚のレンズを組み合わせたハイブリッド光学系を構成している。利点としては、原理的には数千ｃｈの多重伝送が可能であること、またハイブリッド光学系を構成しているため、光軸合わせが容易であることが挙げられる。また、懸案点としては、光配線基板が高価であること、反射による信号伝播のため、波形が乱れ易く、伝播損失が大きいこと、また新規開発技術が数多く盛り込まれているため、信頼性に関する実績がほとんど無いことが挙げられる。

・光コネクタ接続方式
これは、ＬＳＩチップの周囲に小型光コネクタを配置し、ＬＳＩチップを実装した後、自由に光路を設定できる光伝送モジュールシステムである。利点としては、コネクタにより精度が保証されており、コストのかかる光軸合わせ工程が不要であること、光ファイバーを用いているため、プリント配線基板間などの中距離伝送が可能であること、また既存のプリント配線基板の実装構造上に展開できることが挙げられる。また、懸案点としては、コネクタモジュールの小型化に限界があり、半導体チップとコネクタ間における電気配線の短縮化が困難であること、高周波伝送用としては不向きであること、伝送媒体として光ファイバーを採用しているため、多バス化に限界が有ること、また構成部品数が多く、バス当たりのコストダウンが困難であることが挙げられる。

・光導波路埋め込み方式
これは、光導波路をプリント配線基板に埋め込み、既存のプリント配線基板の実装構造の形態を維持しながら光配線を設ける方法である。光路結合にマイクロレンズを採用し、光軸ズレ許容量を一般実装精度レベルまで緩和させている。利点としては、発光素子をＬＳＩチップの裏面に直接実装しているため、ＬＳＩチップと発光素子間の電気配線経路を極限まで短くできること、またコリメート光結合により、一般実装精度での光軸合わせが可能であることが挙げられる。また、懸案点としては、光配線をプリント配線基板内に設けるため、プリント配線基板の製造やコストダウンが困難であること、光素子の放熱対策が不明であること、またプリント配線基板が脆弱であるため、レンズと光導波路間の光結合損失が変動する可能性が有ることが挙げられる。

・表面実装方式
これは、光素子を、ＬＳＩチップの裏面に直接貼り付けて機能させ、また、光導波路をプリント配線板上に直接実装する方式である。既存のプリント配線板の構造をそのまま維持し、光配線の併設が可能である。利点としては、発光素子をＬＳＩチップの裏面に直接実装しているため、ＬＳＩチップと発光素子間の電気配線経路を極限まで短くできること、構造がシンプルであり、コストダウンが可能であること、また既存のプリント配線板の実装構造上に展開できることが挙げられる。また、懸案点としては、光素子をＬＳＩチップに直接貼りつけるため、専用のＬＳＩチップの開発が必要であること、また光素子が高温のＬＳＩチップに直接貼り付けられているため、光素子の高温劣化が懸念されることが挙げられる。

日経エレクトロニクス、"光配線との遭遇"２００１年１２月３日の１２２頁、１２３頁、１２４頁、１２５頁、図４、図５、図６、図７ NTT R&D, vol.48, no.3, pp.271-280 (1999)

しかしながら、上記に示した代表的な仕様は、以下の理由から、現状では決定力に欠けているのが実状である。

第１に、既存のプリント配線板の実装構造をそのまま利用できる構造ではないこと。即ち、プリント配線板上に光経路を直接積層する構造は、ベースとなるプリント配線板自体が脆弱であるため、光軸ズレ等の問題が生じて現実的ではない。一方、これまで培われてきたプリント配線板の構造に変更を加えると、性能、信頼性、高周波性能の確認などに膨大な労力を要する。従って、埋め込み型光導波路など、既存のプリント配線板を流用できないシステム構造は望ましくない。

第２に、既存の実装プロセスをそのまま利用できる構造ではないこと。一般に、光導波路などの光モジュールは高温プロセスに弱い。上記したようなプリント配線板と光配線部が一体化した方式では、光モジュールが、はんだリフロー、アンダーフィル樹脂封止などの高温プロセスに曝されることになり、現実には実施が困難である。また、高温プロセスを考慮した材料や部品を採用しなくてはならず、大きな制約条件となる。

第３に、大掛かりな構造物を排除した構造ではないこと。即ち、プリント配線板の剛性が低いため、大掛かりな部品による光路構造は、外部応力により光軸ズレを引き起こし易い。従って、上述したようなアクティブインターポーザー方式によるポスト構造は、避けるべきである。

第４に、高密度化が可能な光配線構造ではないこと。即ち、プリント配線板上の半導体チップ間の光配線に特化すると、高密度化が不可能な光ファイバーは採用すべきではないと考えられる。光ファイバーを用いた光コネクタ接続方式などは、装置間通信に向けたシステムとして限定されたものとなる。

第５に、ＬＳＩチップ−光素子間の配線長を短くできる構造ではないこと。即ち、ＬＳＩチップ−光素子間の電気配線長を短絡化できない構造では、高周波信号が光素子に到達する前に劣化し、光変換の効果がなくなる。従って、この距離を短くできるシステム構造を構築する必要がある。

本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、既存のプリント配線板の実装構造及び実装プロセスをそのまま利用でき、大掛かりな構造物を排除することができ、配線の高密度化が可能であり、及び半導体チップ−光素子間の配線長を短くできる構造が実現可能な光電複合装置及びこの装置に用いられる光導波路、並びに光電複合装置の実装構造を提供することにある。

即ち、本発明は、クラッド層とコア層との接合体からなり、前記コア層を通して入射光が導かれるように構成されている光導波路であって、前記コア層の光入射部及び光出射部の少なくとも一方を含む端部において、前記クラッド層の剛性が他の部分よりも大きくなっている、光導波路に係るものである。

また、ソケットと、このソケットに設置された光導波路とを有し、前記光導波路に光入射を行うための発光素子と、前記光導波路からの出射光を受けるための受光素子との少なくとも一方が、前記光導波路に対向して配置され、また前記光導波路が、クラッド層とコア層との接合体からなり、前記コア層を通して入射光が導かれるように構成され、前記コア層の光入射部及び光出射部の少なくとも一方を含む端部において、前記クラッド層の剛性が他の部分よりも大きくなっている、光電複合装置に係るものである。

さらに、上記した本発明の光電複合装置がプリント配線板に電気的に接続された状態で固定されている、光電複合装置の実装構造に係るものである。

本発明の光電複合装置及びその実装構造によれば、光電複合装置が、前記ソケットと、このソケットに設置された前記光導波路とを有し、前記発光素子と、前記受光素子との少なくとも一方が、前記光導波路に対向して配置されてなり、この光電複合装置が、前記プリント配線板に電気的に接続された状態で固定されているので、以下に示すように、上記した従来例による光配線技術に起因する諸問題を解決することができる。

即ち、前記光導波路が前記ソケットに設置された状態で前記プリント配線板に電気的に接続されるので、既存の前記プリント配線板の実装構造をそのまま利用できる構造である。従って、前記プリント配線板上に前記ソケットが設置できる領域を設ければ、その他の一般の電気配線は従来通りのプロセスで形成することが可能である。

また、前記光導波路が高温プロセスに弱くても、例えば、前記プリント配線板に前記ソケットを固定し、更にはんだリフロー、アンダーフィル樹脂封止などの高温プロセスを含む、全ての実装プロセスを完了した後、前記ソケットに前記光導波路を設置することができるので、前記光導波路が高温によるダメージをこうむることなしにその実装を行うことが可能である。

また、前記ソケットは、実装業界に広く浸透しているＩＣ（半導体集積回路）ソケット構造と同様のソケット構造を用いて、特に、垂直方向の光結合を実現することができる。前記ソケットは材料、絶縁性、信頼性等のデータが既に多く存在し、また扱っているメーカーも多岐に渡る。従って、機能、コスト、信頼性等の全てにおいて受け入れ易い構造物であり、既存のプリント配線板実装プロセスとの融合も図り易く、大掛かりな構造物を排除した構造とすることができる。

また、前記プリント配線板と比較して剛性の高い樹脂によって前記ソケットを作製でき、このソケット上で、前記発光素子及び／又は前記受光素子及び前記光導波路間の光結合を行うことがでるため、光結合に必要とされる実装精度を容易に確保できる。例えば、現状のモールド技術により、数μｍオーダーの組立て精度は確保可能である。従って、光バスの高密度化も可能となる。

さらに、例えば、半導体集積回路チップ及び前記発光素子及び／又は前記受光素子を、インターポーザーを介してその上下面に近接させて設置することができるので、前記半導体集積回路チップと、前記発光素子及び／又は前記受光素子との間の配線長を短くすることができる。従って、電気信号のノイズ対策やクロストーク対策も容易となり、光変調速度も向上させることが可能となる。

また、従来例による電気配線構造では、プリント配線板に光導波路を直接設けていたので、半導体集積回路チップの高機能化に伴って半導体集積回路チップから引き出されるピンや配線数が増大すると、光導波路によってプリント配線板の設計の自由度を阻害していた。これにより、プリント配線板の高機能化が困難となり、結果として、全ての機能をワンチップに納めるＳＯＣ（system on chip）化に頼る状況となっていた。これに対し、本発明によれば、前記光導波路が前記ソケットに設置された状態で前記プリント配線板に電気的に接続されるので、プリント配線板の高密度配線とその設計の自由度を確保しながら光配線システムを安価かつ高い自由度で前記プリント配線板上に展開することが可能となり、前記プリント配線板上での高速分散処理、電子機器トータルでの高機能化、及び開発の短ＴＡＴ（turn around time）化等が期待できる。

一方、従来例による光導波路は一般に樹脂からなる薄膜である。しかしながら、樹脂は吸湿性があるため、光導波路は次第に膨張する。このような従来例による光導波路を前記ソケットに設置した場合、上記したように光導波路が膨潤してしまい、結果として、光軸が次第にずれてしまう。

このような問題を解決するために本発明者が鋭意検討したところ、前記コア層の前記光入射部及び前記光出射部の少なくとも一方を含む前記端部において、前記クラッド層の剛性を他の部分よりも大きくすることにより、前記端部が上記した従来例のように膨潤するのを防ぐことができ、また光導波路と前記ソケットとの接合強度を向上させることができることを見出した。従って、本発明の光導波路を用いて光電複合装置を構成すれば、光軸がずれることがなく、効率的でありかつ安定した光入射及び／又は光出射を行うことができ、上述したような本発明の光電複合装置による効果を確実に得ることが可能となる。

本発明において、前記光入射部及び光出射部が存在する両端部における前記クラッド層の厚さが、前記両端部間の中間部分の厚さよりも大きいことが望ましい。これにより、前記両端部における前記クラッド層の剛性を前記中間部分よりも大きくすることができるので、前記両端部における前記クラッド層の膨潤をより効果的に防止することができ、光軸がずれることはない。また、光導波路と前記ソケットとの接合強度をより向上させることができる。

また、前記端部以外又は前記両端部以外の前記クラッド層の中間部分が可撓性を有していることが好ましい。

また、前記コア層が、第１クラッド層としての前記クラッド層と、これとは別の第２のクラッド層とにより挟着されていることが好ましい。なお、前記コア層は入射した信号光を導波する役割を果たし、前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層は前記コア層内に信号光を閉じ込める役割を果たす。前記コア層は高い屈折率を持つ材料からなり、前記第１クラッド層及び前記第２クラッド層は前記コア層より低い屈折率の材料で構成されている。具体的には、前記第１クラッド層の材質は例えばポリカーボネート等が挙げられる。

また、本発明の光導波路は、前記第２クラッド層を通して前記コア層へ光入射するように構成され、前記コア層の前記光入射部に相当する位置において、光集束手段が前記第２クラッド層と一体成形されていることが好ましい。これにより、前記コア層の前記光入射部に相当する位置において、前記第２クラッド層の剛性を前記光集束手段によって高くすることができるので、上記したような膨潤による光軸のズレをより効果的に防止することができる。

従来例による光配線を用いての光伝送結合技術では、光源としてレーザー光やＬＥＤ（light-emitting diode：発光ダイオード）光が使われており、これらの光源は広がったビーム形状となる。図２５及び図２６に示すように、光源から出射された信号光５３を集光して効率的に光導波路５１へ入射させるために、従来例による光導波路５１は、発光素子５０と光導波路５１との間にレンズ等の光学部品５２が別途又は後付けで設置されている。このような光導波路５１は、例えば、クラッド層５４、コア層５６及びクラッド層５５からなる接合体を形成し、その入射端面をダイシングソー等を用いる機械加工によって４５°ミラー面に加工した後、クラッド層５４上に光学部品５２としてのレンズ材を滴下して固化することによって製造することができる。

しかしながら、上記した従来例のように、レンズ等の光学部品５２を別途又は後付けで設置した場合、光導波路５１と光学部品５２との光軸調整などが必要となり、光学部品５２の位置決め精度が困難である。また、製造工程が複雑になるためにコストが高くなり、部品点数が増えるために生産性を悪化させる。

これに対し、本発明に基づく光導波路は、前記コア層の前記光入射部に相当する位置において、前記光集束手段が前記第２クラッド層と一体成形されているので、上記した従来例のように、レンズ等の光学部品を別途又は後付けで設置した場合に比べて、前記光集束手段の位置決め精度が容易であり、また製造も容易であってコストを低減することができる。また、前記光集束手段が前記第２クラッド層と一体成形されているので、部品点数が増えることがなく、生産性が高い。さらに、前記第２クラッド層と一体成形された前記光集束手段によって、光源から出射された光を効果的に前記コア層に入射させることができ、光結合効率を向上させることができる。

また、前記コア層の前記光出射部に相当する位置において、前記コア層から前記第２クラッド層を通して出射される光のコリメーション又は集束手段が前記第２クラッド層と一体成形されていることが好ましい。これにより、前記コア層の前記光出射部に相当する位置において、前記第２クラッド層の剛性を前記光のコリメーション又は集束手段によって高くすることができるので、上記したような膨潤による光軸のズレを更に効果的に防止することができる。また、本発明に基づく光導波路から出射される出射光を効果的にコリメーション又は集束することができ、前記出射光を前記受光手段が効率良く受光することができる。

また、前記光集束又はコリメーション手段が前記第２クラッド層と同一材質からなることが望ましい。具体的には、前記第２クラッド層及び前記光集束又はコリメーション手段の材質としては光学素子用の射出成形用樹脂（例えば、日本ゼオン社製の製品名ＺＥＯＮＥＸ）等が挙げられる。

また、前記光集束又はコリメーション手段が凸レンズであることが望ましく、前記凸レンズは例えばスタンピングにより成形することができる。

また、前記コア層の少なくとも前記光入射部を傾斜ミラー面、例えば４５°ミラー面に形成することが望ましい。前記傾斜ミラー面付きの前記コア層は射出成形によって形成することができる。前記コア層を前記射出成形によって形成すれば、前記コア層に直接加工を行うことなしに前記傾斜ミラー面を形成することができるので、作製時のダメージがなく、表面状態を平滑にすることができ、容易かつ精度良く良質な光導波路を作製することができる。また、前記コア層の前記光入射部を前記傾斜ミラー面に形成することにより、レーザー、ＬＥＤ等の光源から放射された信号光を更に効率良く前記コア層に入射させることができる。なお、前記コア層の材質としては従来公知のものが使用可能であり、ＵＶ（紫外線）硬化性樹脂、例えばフッ素系ポリイミド等が挙げられる。

また、光伝搬方向において前記第２クラッド層が前記第１クラッド層よりも長く形成されていることが好ましい。

さらに、本発明に基づく光導波路は、ソケットを有し、発光素子と受光素子との少なくとも一方が対向して配置される光電複合装置に好適に用いられる。

即ち、本発明の光電複合装置は、ソケットと、このソケットに設置された本発明の光導波路とを有し、前記光導波路に光入射を行うための発光素子と、前記光導波路からの出射光を受けるための受光素子との少なくとも一方が、前記光導波路に対向して配置される。

前記ソケットに前記光導波路を位置決めして固定するための位置決め手段が設けられていることが望ましく、具体的には前記位置決め手段が凹凸構造からなることが望ましい。

そして、この凹凸構造の凸面上に、前記発光素子（例えばレーザー）及び／又は前記受光素子を実装したインターポーザーが固定されていることが望ましい。この場合、前記凸面に、前記インターポーザーの位置決め機構を有してもよい。また、前記インターポーザーに、前記発光素子及び／又は前記受光素子に接続された半導体集積回路チップが実装されていることが望ましい。これにより、前記半導体集積回路チップ及び前記発光素子及び／又は前記受光素子を、前記インターポーザーを介してその上下面に近接させて設置することができるので、前記半導体集積回路チップと、前記発光素子及び／又は前記受光素子との間の配線長を短くすることができる。従って、電気信号のノイズ対策やクロストーク対策も容易となり、光変調速度も向上させることができる。

また、前記凹凸構造が、前記光導波路を嵌め込んでその幅方向を位置決めするための凹部と、前記光導波路の長さ方向を位置決めするための突起部とを有していることが好ましい。ここで、前記凹凸構造の前記凹部の深さとしては、前記光導波路の厚さよりも大きいのが望ましい。

さらに、一対の前記ソケット間に本発明に基づく光導波路が架け渡されていることが望ましく、これにより、前記光導波路が光配線として用いられる光配線システムを構成することができる。

本発明に基づく光電複合装置の実装構造は、本発明に基づく光導波路が前記プリント配線板とは非接触となっていることが好ましい。これにより、前記半導体集積回路チップの放熱により、前記光導波路が破壊されるのを効果的に防止することができる。

また、前記光導波路の光伝搬方向において、前記ソケットに固定される前記クラッド層の長さが、前記プリント配線板に固定された前記一対のソケット間距離より大きいことが望ましい。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。

第１の実施の形態
図１は、本発明に基づく光電複合装置の概略斜視図である。図１（ａ）は、光電複合装置の概略斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の分解図である。

図１に示すように、光電複合装置１８は、一対のソケット１３と、このソケット１３に設置された本発明に基づく光導波路１とを有し、この一対のソケット１３間に光導波路１が架け渡されている。このとき、光導波路１は、後述するプリント配線板とは非接触となっているので、半導体集積回路チップの放熱により、光導波路１が破壊されるのを効果的に防止することができる。

ソケット１３は、図１（ｂ）及び図２に示すように、本発明に基づく光導波路１を位置決めして固定するための、凹凸構造からなる位置決め手段が設けられている。具体的には、前記凹凸構造が、光導波路１を嵌め込んでその幅方向を位置決めするための凹部１４と、光導波路１の長さ方向を位置決めするための突起部１５とを有している。また、凹部１４の深さは、光導波路１の厚さよりも大きい。

また、ソケット１３の前記凹凸構造の凸面１６には、ソケット１３の表及び裏面とを導通するための導通手段、例えばターミナルピン１７が設けられている。そして、ソケット１３の前記凹凸構造の凸面１６上に、半導体集積回路チップ２１ａ、２１ｂと、前記発光素子（図示省略）（例えばレーザー）及び／又は前記受光素子（図示省略）とが実装されたインターポーザー２０が固定される。

ソケット１３の材質としては絶縁性樹脂であれば、従来公知の材料を用いることができ、例えばガラス入りＰＥＳ（ポリエチレンスルフィド）樹脂、ガラス入りＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂等が挙げられる。このようなソケット１３の材料は、その種類、絶縁性、信頼性等のデータが既に多く存在し、また扱っているメーカーも多岐に渡る。従って、機能、コスト、信頼性等の全てにおいて受け入れ易い構造物であり、既存のプリント配線板実装プロセスとの融合も図り易い。

ソケット１３の製造方法は特に限定されないが、例えば、前記凹凸構造に対応した形状を有する金型を用い、成形によって容易に作製することができる。

本発明に基づく光導波路１は、図１（ｂ）及び図３に示すように、コア層４が第１クラッド層２と第２クラッド層３とにより挟着されている。図３は、図１（ｂ）の光導波路１のＢ−Ｂ’線断面図である。コア層４は入射した信号光を導波する役割を果たし、クラッド層２、３はコア層４内に信号光を閉じ込める役割を果たす。コア層４は高い屈折率を持つ材料からなり、クラッド層２、３はコア層４より低い屈折率の材料で構成されている。また、コア層４は、図示省略したが例えば複数並列に配置されている。

また、第１クラッド層２の両端部２ａ、２ｂの厚さが、両端部２ａ、２ｂ間の中間部分２ｃの厚さよりも大きく形成されている。

従来例による光導波路は一般に樹脂からなる薄膜である。しかしながら、樹脂は吸湿性があるため、光導波路は次第に膨張する。図４に示すように、仮にこのような従来例による光導波路５１をソケット１３に設置した場合、光導波路５１とソケット凹部１４の壁面との間に間隙が存在すると、光導波路５１が図中矢印で示すように膨潤してしまい、結果として、光軸が次第にずれてしまう。

これに対し、本発明に基づく光導波路１を用いれば、第１クラッド層２の両端部２ａ、２ｂの厚さが、両端部２ａ、２ｂ間の中間部分２ｃの厚さよりも大きく形成され、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２の剛性を中間部分２ｃよりも大きくすることができるので、上記した間隙が存在していても両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２が膨潤するのをより効果的に防止することができ、光軸がずれることはない。また、光導波路１とソケット１３との接合強度をより向上させることができる。また、上記した間隙の存在によって、光導波路１をソケット１３上に配置し易くなる。なお、第１クラッド層２の材質としては、例えばポリカーボネート等が挙げられる。

また、図５に示すように、光伝搬方向において第２クラッド層３が第１クラッド層２よりも長く形成されていることが好ましい。

さらに、両端部２ａ、２ｂ以外の第１クラッド層２の中間部分２ｃが可撓性を有していることが好ましい。

なお、コア層４の光入射部５に相当する位置において、前記光集束手段としての凸レンズ７が第２クラッド層３と一体成形されている。これにより、コア層４の光入射部５に相当する位置において、第２クラッド層３の剛性を凸レンズ７によって高くすることができるので、膨潤による光軸のズレをより効果的に防止することができる。凸レンズ７は、光入射部又は／及び光出射部においてそれぞれ複数列設けられるのがよいが、図３では簡略化のためにそれぞれ１個（１列）ずつ示している（以下の他の図でも同様に示すことがある）。

図３及び図６に示すように、レーザー等の発光素子８１に光学部品１２が設置されていてもよく、この光学部品１２によって発光素子８１から出射される信号光（例えばレーザー光）３０が平行光へとコリメーションされる。そして、この平行光が前記光集束手段としての凸レンズ７によって集束され、コア層４に効果的に入射される。この場合、図６に示すように、本発明に基づく光導波路１は、前記光集束手段としての凸レンズ７を有するので、発光素子８１及び光学部品１２の位置が多少ずれた場合においても、発光素子８１からの信号光３０を効果的に集束してコア層４に入射させ、効率良く光結合を行うことができる。

また、コア層４の光出射部６に相当する位置において、コア層４から第２クラッド層３を通して出射される光のコリメーション又は集束手段としての凸レンズ７が第２クラッド層３と一体成形されていることが好ましい。さらに、受光素子９１に光学部品１２が設置されていてもよい。これにより、コア層４の光出射部６に相当する位置において、第２クラッド層３の剛性を凸レンズ７によって高くすることができるので、膨潤による光軸のズレを更に効果的に防止することができる。また、本発明に基づく光導波路１から出射される光を効果的にコリメーション又は集束することができ、前記受光手段としての受光素子（光配線やフォトディテクタ等）９１に効率良く信号光を受光させることができる。

また、凸レンズ７が第２クラッド層３と同一材質からなることが望ましくい。具体的には、第２クラッド層３及び凸レンズ７の材質としては光学素子用の射出成形用樹脂（例えば、日本ゼオン社製の製品名ＺＥＯＮＥＸ）等が挙げられる。

また、コア層４の光入出射部５、６が傾斜ミラー面、例えば４５°ミラー面に形成されていることが望ましい。前記傾斜ミラー面付きのコア層４は射出成形によって形成することができる。前記射出成形により、コア層４に直接加工を行うことなしに前記傾斜ミラー面を形成することができるので、作製時のダメージがなく、表面状態を平滑にすることができ、容易かつ精度良く良質な光導波路１を作製することができる。また、コア層４の光入出射部５、６を前記傾斜ミラー面に形成することにより、レーザー等の発光素子８１から放射された信号光３０を更に効率良くコア層４に入射させることができ、またこの入射した信号光３０を導波し、効果的に受光素子９１に対して出射させることができる。なお、コア層４の材質としては従来公知のものが使用可能であり、ＵＶ（紫外線）硬化性樹脂、例えばフッ素系ポリイミド等が挙げられる。

ここで、例えば図７に示すように、第１クラッド層２の両端部２ａ、２ｂの長さＡは、複数のレンズ７からなるレンズ群（またはミラー群）の長さａに対して、１〜５倍の範囲とするのが好ましい。また、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２の厚みＴは、十分な機械的強度を維持し、かつソケット１３の凹部１４の深さＤより小さくなるような値が望ましい。具体的には、第１クラッド層２の中間部分２ｃの厚さｔは１００μｍとすることができ、両端部２ａ、２ｂの厚さＴは２〜３ｍｍとすることができる。また、凸レンズ７の厚さは５０μｍとすることができ、レンズ径は約Φ１００μｍとすることができる。さらに、第２クラッド層３の厚さｂ（凸レンズ７の厚みを除く）は５００μｍとすることができ、コア層４の厚さｍは１５μｍ、幅５μｍとすることができる。なお、図７では複数のコア層４が並列に配置されており、凸レンズ７はそれぞれ、対応するコア層４の光入射部又は／及び光出射部に設けられる。

以下に、本発明に基づく光導波路１の製造方法の一例について、図８及び図９を参照して説明する。

まず、図８（ａ）に示すように、第２クラッド層３の基となるクラッド材３ａを形成する。クラッド材３ａとしては光学素子用の射出成形用樹脂（例えば、日本ゼオン社製の製品名ＺＥＯＮＥＸ）等が挙げられる。次に、図８（ｂ）に示すように、凸レンズ７に対応する形状を有するＮｉ金型１０を用い、スタンピングを行う。これにより、図８（ｃ）に示すように、凸レンズ７を第２クラッド層３と一体成形することができる。これによれば、凸レンズ７の位置決めは容易であり、また製造も容易であってコストを低減することができる。また、凸レンズ７が第２クラッド層３と一体成形されているので、部品点数が増えることがなく、生産性が高い。

一方、図８（ｄ）に示すように、コア層４の光入射部５及び光出射部６に対応する形状を有する石英型１１にコア材４ａを充填する。コア材４ａとしては従来公知のものが使用可能であり、ＵＶ（紫外線）硬化性樹脂、例えばフッ素系ポリイミド等が挙げられる。石英型１１は、例えばバイナリマスク露光及びドライエッチングによって容易に作製することができる。なお、図示省略したが、コア層４は並列に複数配置された構造であってよい。

次に、図９（ｅ）に示すように、上記に作製した第２クラッド層３を凸レンズ７を有する面を上向きにした状態で、コア材４ａが充填された石英型１１上に配置し、紫外線を照射するなどしてコア材４ａを固化する。そして、図９（ｆ）に示すように、第２クラッド層３に接合されたコア層４を石英型１１から剥離する。このように、射出成形によってコア層４の光入出射部５、６を傾斜ミラー面、例えば４５°ミラー面に形成することにより、コア層４に直接加工を行うことなしに前記傾斜ミラー面を形成することができるので、作製時のダメージがなく、表面状態を平滑にすることができ、容易かつ精度良く良質な光導波路１を作製することができる。

一方、図９（ｇ）に示すように、上型３１及び下型３２を用い、第１クラッド層２に対応する形状を有するキャビティ３３を形成する。即ち、キャビティ３３の両端部３３ａ、３３ｂの厚さが、両端部３３ａ、３３ｂ間の中間部分３３ｃの厚さよりも大きい。このキャビティにクラッド材２’を充填する。そして、クラッド材２’を固化し、上型３１及び下型３２を剥離することにより、図９（ｈ）に示すように、第１クラッド層２を作製することができる。これにより、第１クラッド層２の両端部２ａ、２ｂの厚さを、両端部２ａ、２ｂ間の中間部分２ｃの厚さよりも大きく形成することができる。第１クラッド層２の材質は例えばポリカーボネート等が挙げられる。

次に、図９（ｉ）に示すように、上記に作製したコア層４の第２クラッド層３とは逆の面側に、上記のようにして別途作製した第１クラッド層２を配置する。以上のようにして、本発明に基づく光導波路１を作製することができる。

インターポーザー２０は、例えば図９に示すように、一方の面側には半導体集積回路チップ２１が実装されており（図１０（ａ））、他方の面側には光導波路１に光入射を行うための発光素子アレイ８と、光導波路１からの出射光を受けるための受光素子アレイ９とが実装され、周辺部には再配線電極２２が設けられている（図１０（ｂ））。なお、発光素子アレイ８及び受光素子アレイ９は、各コア層４の光入出射部５、６に対応する位置にそれぞれ配置された複数の発光素子及び受光素子を備える（図示省略）。各発光素子及び受光素子の間隙には、発光素子及び受光素子と半導体集積回路チップとの間の電気的接続を行う貫通電極が配置されている（図示省略）。

そして、凹部１４に光導波路１が設置されてなる一対のソケット１３と、インターポーザー２０とを固定するに際し、インターポーザー２０の発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９が実装された面側をソケット１３の凸面１６と接するように構成し、またソケット１３のターミナルピン１７とインターポーザー２０の再配線電極２２とを電気的に接続するように固定する。

また、上述したように、ソケット１３の凹部１４の深さを、光導波路１の厚さ（例えば１ｍｍ）よりも大きく形成する（例えば前記深さを２ｍｍとする。）ことにより、図１（ａ）及び図７に示すように、光導波路１の一方の面２３側と、インターポーザー２０の発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９が実装されている面側との間に空間（例えば５００μｍ）２５を形成することができる（これは、発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９の厚さを５００μｍとした場合。）。

上記したように、ソケット１３上に、インターポーザー２０を介して半導体集積回路チップ２１を実装し、及び光導波路１の一方の面２３側と、インターポーザー２０の発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９が実装されている面側との間に空間２５を形成することにより、光電複合装置１８の使用時に半導体集積回路チップ２１が発熱しても、この熱によって光導波路１が破壊されるのを効果的に防ぐことができる。

この動作メカニズムは、一方の半導体チップ２１ａから発信される電気信号が光信号に変換されて、発光素子アレイ８の各発光素子（図示省略）からレーザー光による光信号として出射される。出射された光信号は、光導波路１の対応する一つの凸レンズ７によって集束され、コア層４の光入射部５に入射し、コア層４が延伸する導波方向に導波され、コア層４の光出射部６から出射する。そして、光導波路１から出射された光信号は、受光素子アレイ９の対応する受光素子（図示省略）に受光されて電気信号に変換され、他方の半導体チップ２１ｂに電気信号として伝送される。

この光電複合装置１８は、本発明に基づく光導波路１が光配線として用いられる光配線システムを構成することができる。即ち、この光電複合装置１８を前記プリント配線板に電気的に接続された状態で固定する。

本発明に基づく光電複合装置１８によれば、本発明に基づく光導波路１がソケット１３の凹部１４に設置された状態で前記プリント配線板に電気的に接続することができるので、既存の前記プリント配線板の実装構造をそのまま利用できる構造である。従って、前記プリント配線板上にソケット１３が設置できる領域を設ければ、その他の一般の電気配線は従来通りのプロセスで形成することが可能である。

また、光導波路１が高温プロセスに弱くても、例えば、前記プリント配線板にソケット１３を固定し、更にはんだリフロー、アンダーフィル樹脂封止などの高温プロセスを含む、全ての実装プロセスを完了した後、ソケット１３の凹部１４に本発明に基づく光導波路１を設置することができるので、光導波路１が高温によるダメージをこうむることなしにその実装を行うことが可能である。

また、前記プリント配線板と比較して剛性の高い樹脂によってソケット１３を作製でき、このソケット１３上で、前記発光素子及び／又は前記受光素子及び光導波路１間の光結合を行うことがでるため、光結合に必要とされる実装精度を容易に確保できる。例えば、現状のモールド技術により、数μｍオーダーの組立て精度は確保可能である。従って、光バスの高密度化も可能となる。

さらに、半導体集積回路チップ２１と、発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９とを、インターポーザー２０を介してその上下面に近接させて設置することができるので、半導体集積回路チップ２１と、前記発光素子及び／又は前記受光素子との間の配線長を短くすることができる。従って、電気信号のノイズ対策、クロストーク対策も容易となり、光変調速度も向上させることが可能となる。

また、本発明に基づく光導波路１がソケット１３の凹部１４に設置された状態で前記プリント配線板に電気的に接続することができるので、前記プリント配線板の高密度配線とその設計の自由度を確保しながら光配線システムを安価かつ高い自由度で前記プリント配線板上に展開することが可能となり、前記プリント配線板上での高速分散処理、電子機器トータルでの高機能化、及び開発の短ＴＡＴ（turn around time）化等が期待できる。

また、第１クラッド層２の両端部２ａ、２ｂの厚さが、両端部２ａ、２ｂ間の中間部分２ｃの厚さよりも大きく形成されている。これにより、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２の剛性を中間部分２ｃよりも大きくすることができるので、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２が膨潤するのをより効果的に防止することができる。また、光導波路１とソケット１３との接合強度をより向上させることができる。従って、本発明に基づく光導波路１を用いて光電複合装置１８を構成すれば、光軸がずれることがなく、効率的でありかつ安定した光入射及び／又は光出射を行うことができ、上述したような本発明に基づく光電複合装置１８による効果を確実に得ることが可能となる。

以下に、本発明に基づく光電複合装置１８の製造方法及び実装構造の一例について、図１１〜図１３を参照して説明する。なお、図１１及び図１２は、図１（ａ）の光電複合装置１８のＡ−Ａ’線断面図である。

まず、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、プリント配線板１９上に、一対のソケット１３を実装する。このとき、プリント配線板１９上の電極（図示省略）と、ソケット１３のターミナルピン１７とを位置合わせして、前記電極とソケット１３が電気的に接続されるように実装する。

なお、図示省略したが、プリント配線板１９上には予めその他の電子部品等の実装及び電気配線を形成しておく。

次に、図１１（ｃ）に示すように、ソケット１３の凹部１４に本発明に基づく光導波路１を設置し、この一対のソケット１３間に光導波路１を架け渡しさせる。このとき、ソケット１３に設けられた前記凹凸構造としての突起１５により、光導波路１の長さ方向における位置決めは容易に行うことができ、また凹部１４によって光導波路１の幅方向における位置決めは容易に行うことができる。なお、ソケット１３の凹部１４に光導波路１を設置するので、光導波路１とプリント配線板１９とは非接触の状態になっている。

このとき、図１４に幾分誇張して示すように、光導波路１の実装時に、その光伝搬方向において、ソケット１３に固定される光導波路１の長さが、プリント配線板１９に固定された一対のソケット１３間距離より大きいことが望ましい。図示するように、光導波路１をたわませた状態で固定することにより、ソケット１３のプリント配線板１９上における位置決め誤差を吸収することができ、常に安定したかつ効率的な光導波を行うことができる。これは、第１クラッド層２の両端部２ａ、２ｂ以外の中間部分２ｃ、及び第２クラッド層３及びコア層４の中間部分が可撓性を有することにより容易に実現することができる。

光導波路１のソケット１３への接着固定手段としては、特に限定されるものではないが、例えば接着性樹脂を用いて行うことできる。具体的には、まず図１３（ａ）に示すように、ソケット１３の凹部１４の底面に溝２７を任意の形状で形成する。このとき、溝２７の端部がソケット１３の突起１５の周辺部まで位置するように形成する。次に、図１３（ｂ）に示すように、ソケット１３の凹部１４に、本発明に基づく光導波路１を設置する。上述したように、光導波路１の長さ方向及び幅方向における位置決めは、ソケット１３に設けられた突起１５及び凹部１４によって容易に行うことができる。ここで、溝２７は突起１５の周辺部まで位置するように形成されているので、溝２７の一部は光導波路１に覆われない状態となる。次に、図１３（ｃ）に示すように、光導波路１に覆われていない溝２７の一部からディスペンサー２８等を用いて接着性の樹脂を注入し、固化することによって、ソケット１３の凹部１４に光導波路１を接着固定することができる。

上記のようにしてソケット１３に本発明に基づく光導波路１を設置した後、図１２（ｄ）に示すように、ソケット１３の凸面１６上に、前記半導体集積回路チップとしての例えばＭＰＵ（micro processor unit）２１ａ又はＤＲＡＭ（dynamic random access memory）２１ｂと、発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９とが実装されたインターポーザー２０を固定する。このとき、インターポーザー２０の発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９が実装された面側をソケット１３の凸面１６と接するように構成し、またソケット１３の凸面１６に露出したターミナルピン（図示省略）とインターポーザー２０の再配線電極２２とを電気的に接続するように固定する。

次に、図１２（ｅ）に示すように、ＭＰＵ２１ａ、ＤＲＡＭ２１ｂ上にそれぞれ、アルミのフィン２６等の冷却機構を設置する。

以上のようにして、本発明に基づく光電複合装置１８を用いて、本発明に基づく光導波路１が光配線として用いられる光配線システムを構成することができる。

ここで、図１５は、本発明に基づく光電複合装置１８をプリント配線板１９上に展開した例を示す模式図である。例えば、光導波路モジュールを規格化することで、４方向に自在に展開することが可能となる。

本実施の形態によれば、本発明に基づく光導波路１がソケット１３の凹部１４に設置された状態でプリント配線板１９に電気的に接続することができるので、既存のプリント配線板１９の実装構造をそのまま利用することができる。従って、プリント配線板１９上にソケット１３が設置できる領域を設ければ、その他の一般の電気配線は従来通りのプロセスで形成することが可能である。

また、本発明に基づく光導波路１が高温プロセスに弱くても、上述したように、プリント配線板１９にソケット１３を固定し、更にはんだリフロー、アンダーフィル樹脂封止などの高温プロセスを含む、全ての実装プロセスを完了した後、ソケット１３の凹部１４に本発明に基づく光導波路１を設置するので、光導波路１が高温によるダメージをこうむることなくその実装を行うことが可能である。

また、プリント配線板１９と比較して剛性の高い樹脂によってソケット１３を作製でき、このソケット１３上で、前記発光素子及び／又は前記受光素子及び光導波路１間の光結合を行うことがでるため、光結合に必要とされる実装精度を容易に確保できる。例えば、現状のモールド技術により、数μｍオーダーの組立て精度は確保可能である。従って、光バスの高密度化も可能となる。

また、半導体集積回路チップ２１ａ、２１ｂと、発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９とを、インターポーザー２０を介してその上下面に近接させて設置することができるので、半導体集積回路チップ２１ａ、２１ｂと、前記発光素子及び／又は前記受光素子との間の配線長を短くすることができる。従って、電気信号のノイズ対策、クロストーク対策も容易となり、光変調速度も向上させることが可能となる。

また、本発明に基づく光導波路１がソケット１３の凹部１４に設置された状態でプリント配線板１９に電気的に接続することができるので、プリント配線板１９の高密度配線とその設計の自由度を確保しながら光配線システムを安価かつ高い自由度で前記プリント配線板上に展開することが可能となり、前記プリント配線板上での高速分散処理、電子機器トータルでの高機能化、及び開発の短ＴＡＴ（turn around time）化等が期待できる。

さらに、ソケット１３上に、インターポーザー２０を介して半導体集積回路チップ２１ａ、２１ｂを実装し、及び本発明に基づく光導波路１の一方の面２３側と、インターポーザー２０の発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９が実装されている面側との間に空間２５を形成することにより、光電複合装置１８の使用時に半導体集積回路チップ２１が発熱しても、この熱によって本発明に基づく光導波路１が破壊されるのを効果的に防ぐことができる。

また、第１クラッド層２の両端部２ａ、２ｂの厚さが、両端部２ａ、２ｂ間の中間部分２ｃの厚さよりも大きく形成されている。これにより、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２の剛性を中間部分２ｃよりも大きくすることができるので、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２が膨潤することをより効果的に防止することができる。また、光導波路１とソケット１３との接合強度をより向上させることができる。従って、本発明に基づく光導波路１を用いて光電複合装置１８を構成すれば、光軸がずれることがなく、効率的でありかつ安定した光入射及び／又は光出射を行うことができ、上述したような本発明に基づく光電複合装置１８による効果を確実に得ることが可能となる。

第２の実施の形態
図１６（ａ）は、図３における第１クラッド層２（但し、ここでは図示せず）側から見た発光素子、受光素子及び光導波路１の配置を示す図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）においてＸ方向から見た側面図であり、図１６（ｃ）は図１６（ａ）においてＹ方向から見た側面図である。なお、図１６（ｂ）及び（ｃ）では、上下を反転させて示している。また、図１６では図示省略したが、前記第１クラッド層は図３に示すように、第１クラッド層２の両端部２ａ、２ｂの厚さが、両端部２ａ、２ｂ間の中間部分２ｃの厚さよりも大きく形成されている。これにより、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２の剛性を中間部分２ｃよりも大きくすることができるので、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２が膨潤するのをより効果的に防止することができ、光軸がずれることはない。また、光導波路１とソケット１３との接合強度をより向上させることができる。

図１６に示す光導波路１は、４５°ミラー面である光入射部５及び光出射部６を有する複数のコア層４が並列に配置されており、各コア層４の光入出射部５、６の位置が長さ方向において揃っている。

発光素子アレイ８は、各コア層４の光入射部５に対応する位置に配置された複数の発光素子８１を備える。各発光素子８１の間隙には、発光素子８１と半導体集積回路チップ（図示省略）との間の電気的な接続を行う貫通電極（図示省略）が配置されている。なお、受光素子アレイ９においても、上記の発光素子アレイ８と同様である。

図１６に示す光導波路１では、コア層４の並ぶ配列ピッチと同じピッチで、発光素子アレイ８の発光素子８１や受光素子アレイ９の受光素子９１が配列することとなる。

この場合、第２クラッド層３における前記光集束手段としての凸レンズ７は、コア層４の光入出射部５、６の位置にそれぞれ対応させて形成する。具体的には、図１７に示すような配列となるように構成し、第２クラッド層３と一体成形すればよい。

この動作メカニズムは、一方の半導体集積回路チップ（図示省略）から発信される電気信号が光信号に変換されて、発光素子アレイ８の各発光素子８１から光信号として出射される。出射された光信号は、光導波路１の対応する一つの凸レンズ７によって集束され、コア層４の光入射部５に入射し、４５°ミラー面から構成される光入射部５において反射し、コア層４が延伸する導波方向に導波され、他方の４５°ミラー面からなる光出射部６において再び反射してコア層４の光出射部６から出射する。光導波路１から出射された光信号は、凸レンズ７を介して受光素子アレイ９の対応する受光素子９１に受光されて電気信号に変換され、他方の半導体集積回路チップ（図示省略）に電気信号として伝送される（以下、他の実施の形態も同様。）。

本実施の形態によれば、第２クラッド層３における凸レンズ７が、図１７に示すような配列となるようにして第２クラッド層３と一体成形されているので、発光素子８１からの光信号を効果的に集束してコア層４に入射させ、効率良く光結合を行うことができる。また、受光素子９１が光導波路１からの出射光を効果的に受光することができる。

第３の実施の形態
図１８（ａ）は、図３における第１クラッド層２（但し、ここでは図示せず）側から見た発光素子、受光素子及び光導波路１の概略構成を示す図であり、図１８（ｂ）は図１８（ａ）においてＸ方向から見た側面図であり、図１８（ｃ）は図１８（ａ）においてＹ方向から見た側面図である。なお、図１８（ｂ）及び（ｃ）では、上下を反転させて示している。また、図１８では図示省略したが、前記第１クラッド層は図３に示すように、第１クラッド層２の両端部２ａ、２ｂの厚さが、両端部２ａ、２ｂ間の中間部分２ｃの厚さよりも大きく形成されている。これにより、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２の剛性を中間部分２ｃよりも大きくすることができるので、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２が膨潤するのをより効果的に防止することができ、光軸がずれることはない。また、光導波路１とソケット１３との接合強度をより向上させることができる。

図１８（ａ）に示すように、光導波路１は、コア層４が並列に複数配置されている。各コア層４の端部は、４５°ミラー面からなる光入射部５及び光出射部６となる。本実施の形態に係る光導波路１では、各コア層４の光入出射部５、６が、隣接する他のコア層４の光入出射部５、６に対して長さ方向にずれて形成されている。

発光素子アレイ８は、各コア層４の光入出射部５、６に対応する位置に配置された複数の発光素子８１を備える。各発光素子８１の間隙には、発光素子８１と半導体集積回路チップ（図示省略）との間の電気的接続を行う貫通電極（図示省略）が配置されている（これは、受光素子アレイ９の受光素子９１についても同様である。）。

この場合、第２クラッド層３における前記光集束手段としての凸レンズ７は、コア層４の光入出射部５、６の位置にそれぞれ対応させて形成する。具体的には、図１９に示すような配列となるように構成し、第２クラッド層３と一体成形すればよい。

本実施の形態によれば、第２クラッド層３における凸レンズ７が、図１９に示すような配列となるようにして第２クラッド層３と一体成形されているので、発光素子８１からの光信号を効果的に集束してコア層４に入射させ、効率良く光結合を行うことができる。また、受光素子９１が光導波路１からの出射光を効果的に受光することができる。

また、各コア層４の光入出射部５、６が、隣接する他のコア層４の光入出射部５、６に対して長さ方向にずれて形成されているので、コア層４の長さ方向において配列する発光素子８１同士のピッチは、上記の長さ方向のずれ量だけの大きさとなる。例えば、隣接するコア層４の光入出射部５、６を延伸方向において１００μｍだけずらした場合には、コア層４の長さ方向において配列する発光素子８１同士のピッチは１００μｍとなる。これは、受光素子９１においても同様である。

また、コア層４の配列方向に並ぶ発光素子８１のピッチは、５本のコア層４の配列ピッチの合計分だけの大きさとなる。例えば、各コア層４が２０μｍの配列ピッチで配列している場合には、コア層４の配列方向に並ぶ発光素子８１のピッチは、１００μｍとなる。

このように、各コア層４の光入出射部５、６が、隣接する他のコア層４の光入出射部５、６に対して長さ方向にずれて形成されていることにより、コア層４に対応して配置される光素子（発光素子、受光素子を併せて称する。以下、同様。）８１、９１を二次的に配置することができ、光素子８１、９１を１００μｍピッチ程度で配置しながら、コア層４を２０μｍピッチにまで集積することが可能となっている。

即ち、光素子８１、９１の距離を光干渉や素子発熱によるクロストークの影響を避けるためのピッチで配列させつつ、コア層４の集積度を向上させることが可能となる。

また、コア層４を高集積化させつつ、光素子８１、９１を二次元的に配列することにより、無駄なスペースが無くなり、一素子当たりの基板専有面積を削減することができる。このため、一層のコストダウンを図ることができる。

第４の実施の形態
図２０（ａ）は、前記コア層において、前記光集束手段が一体成形された前記第２クラッド層が接合された面とは反対側から見た発光素子アレイ、受光素子アレイ及び光導波路の概略構成を示す図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）においてＸ方向から見た側面図であり、図２０（ｃ）は図２０（ａ）においてＹ方向から見た側面図である。なお、図２０（ｂ）及び（ｃ）では、上下を反転させて示している。また、図２０では図示省略したが、前記第１クラッド層は図３に示すように、第１クラッド層２の両端部２ａ、２ｂの厚さが、両端部２ａ、２ｂ間の中間部分２ｃの厚さよりも大きく形成されている。これにより、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２の剛性を中間部分２ｃよりも大きくすることができるので、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２が膨潤するのをより効果的に防止することができ、光軸がずれることはない。また、光導波路１とソケット１３との接合強度をより向上させることができる。

光導波路１は、図２０に示すように、各コア層４−１、４−２の光入出射部５、６が、隣接する他のコア層４−２、４−１の光入出射部５、６に対して長さ方向にずれて形成されている。本実施の形態では、光入出射部５、６の位置がずれた２つの第１のコア層４−１及び第２のコア層４−２を一単位として、繰り返し配列されている。

各コア層４の長さ方向の一方側において、第１のコア層４−１の光入射部５に対応して配置された発光素子８１を複数有する発光素子アレイ８−１と、第２のコア層４−２の光出射部６に対応して配置された受光素子９１を複数有する受光素子アレイ９−２が配置されている。

各コア層４の長さ方向の他方側において、第１のコア層４−１の光出射部６に対応して配置された受光素子９１を複数有する受光素子アレイ９−１と、第２のコア層４−２の光入射部５に対応して配置された発光素子８１を複数有する発光素子アレイ８−２が配置されている。

即ち、この光導波路１では、並列に配置された各コア層４−１、４−２に対し、発光素子８１及び受光素子９１が交互に配置されている。そのため、各コア層４−１、４−２は、互いに隣接する他のコア層４−２、４−１に対し逆方向に光を導波する。

この場合、第２クラッド層３における前記光集束手段としての凸レンズ７は、コア層４の光入出射部５、６の位置にそれぞれ対応させて形成する。具体的には、図２１に示すような配列となるように構成し、第２クラッド層３と一体成形すればよい。これにより、発光素子８１からの光信号を効果的に集束してコア層４に入射させ、効率良く光結合を行うことができる。また、受光素子９１が光導波路１からの出射光を効果的に受光することができる。

また、並列に配置された各コア層４−１、４−２に対し、発光素子８１及び受光素子９１が交互に配置されていることから、例えば、半導体集積回路チップの特定の回路に接続する入出力パッドに対応する発光素子８１及び受光素子９１の位置は、図２０のＢ部に示すように近接配置されていることから、電気配線の長さを短くすることができ、高周波対策が容易になるという効果がある。その他、第３の実施の形態と同様の効果も有する。

第５の実施の形態
図２２（ａ）は、前記コア層において、前記光集束手段が一体成形された前記第２クラッド層が接合された面とは反対側から見た発光素子アレイ、受光素子アレイ及び光導波路の概略構成を示す図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）においてＸ方向から見た側面図であり、図２２（ｃ）は図２２（ａ）においてＹ方向から見た側面図であり、図２２（ｄ）は受光素子アレイにおける受光素子の配置及び発光素子アレイにおける発光素子の配置を示す図である。なお、図２２（ｂ）及び（ｃ）では、上下を反転させて示している。また、図２２では図示省略したが、前記第１クラッド層は図３に示すように、第１クラッド層２の両端部２ａ、２ｂの厚さが、両端部２ａ、２ｂ間の中間部分２ｃの厚さよりも大きく形成されている。これにより、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２の剛性を中間部分２ｃよりも大きくすることができるので、両端部２ａ、２ｂにおける第１クラッド層２が膨潤するのをより効果的に防止することができ、光軸がずれることはない。また、光導波路１とソケット１３との接合強度をより向上させることができる。

本実施の形態では、第３の実施の形態と第４の実施の形態との構成を複合した構成となっている。即ち、第４の実施の形態と同様にして、光導波路１では、並列に配置された各コア層４に対し、発光素子８１及び受光素子９１が交互に配置されている。そのため、各コア層４は、互いに隣接する他のコア層に対し逆方向に光を導波する。

また、第３の実施の形態と同様に、各光素子アレイ８−１、８−２、９−１、９−２における光素子８１、９１は、図２２（ｄ）に示すように、隣り合う他の光素子８１、９１に対し、コア層４の長さ方向にずれて配置されている。

この場合、第２クラッド層３における前記光集束手段としての凸レンズ７は、コア層４の光入出射部５、６の位置にそれぞれ対応させて形成する。具体的には、図２３に示すような配列となるように構成し、第２クラッド層３と一体成形すればよい。これにより、発光素子８１からの光信号を効果的に集束してコア層４に入射させ、効率良く光結合を行うことができる。また、受光素子９１が光導波路１からの出射光を効果的に受光することができる。

また、図１６に示すように各光素子アレイにおいて光素子が直線的に配列している場合に比べて、光素子間のピッチを大きくとることができることから、上述した第４の実施の形態の効果を維持しつつ、光素子間の距離を光干渉や素子発熱によるクロストークの影響を避けるためのピッチで配列させることができることから、コア層４の集積度を向上させることが可能となる。その他、第３の実施の形態の効果を奏することができる。

以上、本発明を実施の形態について説明したが、上述の例は、本発明の技術的思想に基づき種々に変形が可能である。

例えば、前記端部における前記クラッド層の剛性を前記他の部分よりも大きくする手法として、前記端部における前記クラッド層の厚みを、前記他の部分よりも大きく形成することを説明したが、この手法に特に限定されない。具体的には、上記のように厚みを変えずに、前記クラッド層の前記端部にのみ、構成成分として硬化剤を添加して剛性を大きくする手法、また前記クラッド層の少なくとも前記端部にコーティングを施して、前記端部における前記クラッド層の剛性を大きくし、吸湿性を低下させることにより光導波路の膨潤を防ぐ手法などがある。また、剛性を大きくする部分は、前記クラッド層の一方の端部のみでもよい。

また、前記光集束手段としての凸レンズ７の形状は特に限定されず、例えば球面レンズの他にもシリンドリカルレンズ等も勿論適用可能である。

また、凸レンズ７を第２クラッド層３と一体成形する方法としてスタンピングの例を説明したが、例えば注型等によって成形してもよい。

また、図８及び図９において、コア材４ａが充填された石英型１１上に第２クラッド層３を配置してコア材４ａを固化する例を説明したが、この他に、ゲートを有する石英型を第２クラッド層３に配置して、前記ゲートからキャビティにコア材を導入してもよい。

また、ソケット１３の表裏面を導通するための導通手段として、例えばターミナルピン１７が設けられている例を説明したが、この他にもソケット１３に貫通電極を設け、ソケット１３と、前記プリント配線板及び前記インターポーザーとをはんだによって電気的に接続してもよい。

また、ソケット１３は、図２４に示すように、凸面１６上に、前記インターポーザーの位置決め機構２４（例えばはめあいボス等）を有していてもよく、その形状、大きさ等は特に限定されない。

さらに、ソケット凹部１４に設けた突起部１５の形状、大きさ等は特に限定されない。

なお、本発明は、レーザー光に信号を乗せた上述した光配線システムに好適であるが、これ以外にも、光源等の選択によりディスプレイ用などにも適用可能である。また、コア層４の光出射部６の形状は傾斜ミラー面でなくてもよく、また光出射部６において凸レンズ７の有無は問わない。

本発明は、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）に入射させるように構成した光通信等の光情報処理に有効に用いることができる。

第１の実施の形態による、本発明に基づく光電複合装置の概略斜視図である。 同、ソケットの概略斜視図である。 同、本発明に基づく光導波路の概略断面図である。 同、前記ソケットに従来例による光導波路を組み込んだ場合の概略図である。 同、本発明に基づく光導波路の概略断面図である。 同、本発明に基づく光導波路の概略断面図である。 同、本発明に基づく光導波路の概略断面図である。 同、本発明に基づく光導波路の製造方法の一例を工程順に示す概略断面図である。 同、本発明に基づく光導波路の製造方法の一例を工程順に示す概略断面図である。 同、インターポーザーの概略斜視図である。 同、本発明に基づく光電複合装置の製造方法及び実装構造の一例を工程順に示す概略断面図である。 同、本発明に基づく光電複合装置の製造方法及び実装構造の一例を工程順に示す概略断面図である。 同、本発明に基づく光電複合装置の製造方法の一部工程を示す概略断面図である。 同、本発明に基づく光電複合装置の実装構造の一例を示す概略断面図である。 同、本発明に基づく光電複合装置の実装構造の一例を示す概略平面図である。 第２の実施の形態による、本発明に基づく光導波路の概略図である。 同、第２クラッド層の概略平面図である。 第３の実施の形態による、本発明に基づく光導波路の概略図である。 同、第２クラッド層の概略平面図である。 第４の実施の形態による、本発明に基づく光導波路の概略図である。 同、第２クラッド層の概略平面図である。 第５の実施の形態による、本発明に基づく光導波路の概略図である。 同、第２クラッド層の概略平面図である。 実施の形態によるソケットの他の例を示す概略斜視図である。 従来例による光導波路の実装構造を示す概略断面図である。 同、光導波路の概略断面図である。

符号の説明

１…光導波路、２…第１クラッド層、２ａ、２ｂ…第１クラッド層の端部、
２ｃ…第１クラッド層の中間部分、３…第２クラッド層、２’、３ａ…クラッド材、
４、４−１、４−２…コア層、４ａ…コア材、５…光入射部、６…光出射部、
７…凸レンズ、８、８−１、８−２…発光素子アレイ、
９、９−１、９−２…受光素子アレイ、１０…金型、１１…石英型、１２…光学部品、
１３…ソケット、１４…凹部、１５…突起部、１６…凸面、１７…ターミナルピン、
１８…光電複合装置、１９…プリント配線板、２０…インターポーザー、
２１、２１ａ、２１ｂ…半導体集積回路チップ、２２…再配線電極、
２４…インターポーザーの位置決め機構、２５…空間、３０…信号光、３１…上型、
３２…下型、３３…キャビティ、３３ａ、３３ｂ…キャビティの端部、
３３ｃ…キャビティの中間部分、８１…発光素子、８２…貫通電極、９１…受光素子

Claims (32)

1. クラッド層とコア層との接合体からなり、前記コア層を通して入射光が導かれるように構成されている光導波路であって、前記コア層の光入射部及び光出射部の少なくとも一方を含む端部において、前記クラッド層の剛性が他の部分よりも大きくなっている、光導波路。
2. 前記光入射部及び光出射部が存在する両端部における前記クラッド層の厚さが、前記両端部間の中間部分の厚さよりも大きい、請求項１に記載した光導波路。
3. 前記端部以外又は前記両端部以外の前記クラッド層の中間部分が可撓性を有している、請求項１又は２に記載した光導波路。
4. 前記コア層が、第１クラッド層としての前記クラッド層と、これとは別の第２のクラッド層とにより挟着されている、請求項１に記載した光導波路。
5. 前記第２クラッド層を通して前記コア層へ光入射するように構成され、前記コア層の前記光入射部に相当する位置において、光集束手段が前記第２クラッド層と一体成形されている、請求項４に記載した光導波路。
6. 前記コア層の前記光出射部に相当する位置において、前記コア層から前記第２クラッド層を通して出射される光のコリメーション又は集束手段が前記第２クラッド層と一体成形されている、請求項５に記載した光導波路。
7. 前記光集束又はコリメーション手段が前記第２クラッド層と同一材質からなる、請求項５又は６に記載した光導波路。
8. 前記光集束又はコリメーション手段が凸レンズである、請求項５又は６に記載した光導波路。
9. 前記コア層の少なくとも前記光入射部が傾斜ミラー面に形成されている、請求項１に記載した光導波路。
10. 光伝搬方向において前記第２クラッド層が前記第１クラッド層よりも長く形成されている、請求項４に記載した光導波路。
11. ソケットに設置されると共に、発光素子と受光素子との少なくとも一方が対向して配置される光電複合装置として構成される、請求項１に記載した光導波路。
12. ソケットと、このソケットに設置された光導波路とを有し、前記光導波路に光入射を行うための発光素子と、前記光導波路からの出射光を受けるための受光素子との少なくとも一方が、前記光導波路に対向して配置され、また前記光導波路が、クラッド層とコア層との接合体からなり、前記コア層を通して入射光が導かれるように構成され、前記コア層の光入射部及び光出射部の少なくとも一方を含む端部において、前記クラッド層の剛性が他の部分よりも大きくなっている、光電複合装置。
13. 前記光入射部及び光出射部が存在する両端部における前記クラッド層の厚さが、前記両端部間の中間部分の厚さよりも大きい、請求項１２に記載した光電複合装置。
14. 前記端部以外又は前記両端部以外の前記クラッド層の中間部分が可撓性を有している、請求項１２又は１３に記載した光電複合装置。
15. 前記コア層が、第１クラッド層としての前記クラッド層と、これとは別の第２のクラッド層とにより挟着されている、請求項１２に記載した光電複合装置。
16. 前記第２クラッド層を通して前記コア層へ光入射するように構成され、前記コア層の前記光入射部に相当する位置において、光集束手段が前記第２クラッド層と一体成形されている、請求項１５に記載した光電複合装置。
17. 前記コア層の前記光出射部に相当する位置において、前記コア層から前記第２クラッド層を通して出射される光のコリメーション又は集束手段が前記第２クラッド層と一体成形されている、請求項１６に記載した光電複合装置。
18. 前記光集束又はコリメーション手段が前記第２クラッド層と同一材質からなる、請求項１６又は１７に記載した光電複合装置。
19. 前記光集束又はコリメーション手段が凸レンズである、請求項１６又は１７に記載した光電複合装置。
20. 前記コア層の少なくとも前記光入射部が傾斜ミラー面に形成されている、請求項１２に記載した光電複合装置。
21. 光伝搬方向において前記第２クラッド層が前記第１クラッド層よりも長く形成されている、請求項１５に記載した光電複合装置。
22. 前記ソケットに前記光導波路を位置決めして固定するための位置決め手段が設けられている、請求項１２に記載した光電複合装置。
23. 前記位置決め手段が凹凸構造からなり、この凹凸構造の凸面上に、前記発光素子及び／又は前記受光素子を実装したインターポーザーが固定されている、請求項２２に記載した光電複合装置。
24. 前記インターポーザーに、前記発光素子及び／又は前記受光素子に接続された半導体集積回路チップが実装されている、請求項２３に記載した光電複合装置。
25. 前記凹凸構造が、前記光導波路を嵌め込んでその幅方向を位置決めするための凹部と、前記光導波路の長さ方向を位置決めするための突起部とを有している、請求項２３に記載した光電複合装置。
26. 前記凹凸構造の前記凹部の深さが、前記光導波路の厚さよりも大きい、請求項２５に記載した光電複合装置。
27. 前記凸面上に、前記インターポーザーの位置決め機構を有する、請求項２３に記載した光電複合装置。
28. 一対の前記ソケット間に前記光導波路が架け渡されている、請求項１２に記載した光電複合装置。
29. 前記光導波路が光配線として用いられる光配線システムを構成する、請求項１２に記載した光電複合装置。
30. 請求項１２〜２９のいずれか１項に記載した光電複合装置がプリント配線板に電気的に接続された状態で固定されている、光電複合装置の実装構造。
31. 前記光導波路が前記プリント配線板とは非接触となっている、請求項３０に記載した光電複合装置の実装構造。
32. 前記光導波路の光伝搬方向において、前記ソケットに固定される前記クラッド層の長さが、前記プリント配線板に固定された前記一対のソケット間距離より大きい、請求項３０に記載した光電複合装置の実装構造。

Images