JP2005268737A - 光伝送素子モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 光伝送素子の製造を容易にするとともに、経済性に優れる実装を実現する。
【解決手段】 光の出射または入射を司る光伝送素子１と、この光伝送素子１を実装する実装基板３と、この実装基板３に実装された光伝送素子１に対向する位置に設けられ、光伝送素子１からの出射光または光伝送素子１への入射光を通過させる貫通孔８と、この貫通孔８上に設けられた光学結像素子７と、を有し、光伝送素子１は、光出射部または光入射部と、実装基板３の電気配線４とバンプ接合する電極５とを当該光伝送素子１の同一面上に配設している。これにより、光伝送素子１の製造を容易にするとともに、バンプ接合はセルフ整合効果があることから、光伝送素子１と実装基板３とを１回のフリップチップ等のバンプ接合をするのみで高精度に位置決めがなされるので、高精度の実装が不要となり、経済性に優れる実装を実現することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光伝送素子モジュールに関する。

光電変換素子等の光伝送素子と電子回路素子とをパッケージ化することによりマルチチップモジュールとなる光伝送素子パッケージ（“ＯＥ−ＭＣＭ”とも呼ばれる）は、光伝送素子、光学結像素子、光実装基板、発光用ドライバ電子回路素子、受光用増幅電子回路素子、論理電子回路素子、さらにはこれら全体を封止するパッケージ、端子、ＭＣＭ基板等から構成される。

特許文献１には、従来の光伝送素子パッケージの構成例が掲載されている。特許文献１に記載された従来の光伝送素子パッケージは、コネクタ構成を有する部品と、これに対して位置調整された光伝送素子、電気回路素子および周辺部品とが、モールド部材によりモールドされている。これにより、従来の金属のハーメチック封止による光伝送素子パッケージよりも、小型低価格化を実現している。

特開２０００−２２８５５５公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来の光伝送素子パッケージにおいては、外部の光ファイバと光伝送素子とを高効率で光結合させるためには高精度の光実装が必要なため、外部の光ファイバの一部をモールド部材に直接に挿入して一体化しており、外部の光ファイバの脱着ができない。このため、この光伝送素子パッケージのプリント基板への実装には、リフロー炉を量産で用いることは困難であり、ロボット半田付けや手半田付け等による少量生産しかできない。さらには、機器内光伝送におけるボード間光伝送のように機器組み付け作業としてコネクタが必須の装置には用いることができない。

なお、光ファイバを挿入するかわりに光コネクタをモールド部材に直接に挿入して一体化することにより、光伝送素子パッケージと外部の光ファイバとを脱着ができるようになるが、実際には、光コネクタ自体が部品コストとして高価であり低コスト化できないばかりか、光コネクタという大きい部材に対する高精度の光実装が必要となり、組み付けコストが増大する。

本発明は、光伝送素子の製造を容易にするとともに、経済性に優れる実装を実現することを目的とする。

請求項１記載の発明の光伝送素子モジュールは、光の出射または入射を司る光伝送素子と、この光伝送素子を実装する実装基板と、この実装基板に実装された前記光伝送素子に対向する位置に設けられ、前記光伝送素子からの出射光または前記光伝送素子への入射光を通過させる貫通孔と、この貫通孔上に設けられた光学結像素子と、を有し、前記光伝送素子は、光出射部または光入射部と、前記実装基板の電気配線とバンプ接合する電極とを当該光伝送素子の同一面上に配設している。

したがって、光伝送素子の製造を容易にするとともに、バンプ接合はセルフ整合効果があることから、光伝送素子と実装基板とを１回のフリップチップ等のバンプ接合をするのみで高精度に位置決めがなされるので、高精度の実装が不要となり、光学部品の組み付け工程を低減することが可能になり、経済性に優れる実装を実現することが可能になる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記実装基板が、高分子含有材料からなる。

したがって、耐熱性に優れる高分子含有材料により実装基板を形成しているので、バンプ接合時の熱による変形による位置ずれを低減することが可能になる。また、形状の量産的な自由度が高いことから、高周波の光伝送に必要な高周波の電磁波回路に適したように電気配線を実現することが容易であり、損失、波形歪、クロストーク、ノイズ等を大きく低減させることが可能となる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記実装基板が、シリコン基板からなる。

したがって、耐熱性に優れる高分子含有材料により実装基板を形成しているので、バンプ接合時の熱による変形による位置ずれを低減することが可能になる。また、機械的強度に優れ寸法安定性も高いので、光実装を非常に簡単とすることができ、さらにはシリコンの熱伝特性により高温時の信頼性を向上することができ、結果として消費電力が大きくなる高周波特性を向上することができるようになる。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記実装基板に設けられている前記貫通孔は、前記実装基板の前記光伝送素子側よりも前記光学結像素子側が大きい形状である。

したがって、実装基板の強度を確保して実装の信頼性を向上させると同時に、光伝送素子の実装に必要な電極部分の実装基板上の面積を確保することでフリップチップ等のバンプ接合を可能としながらも、光利用効率の低減を減少することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記実装基板に設けられている前記貫通孔は、テーパ形状である。

したがって、実装基板の強度を確保したまま光伝送素子からの発散角や収束角をもつ光束に対する干渉を小さくしながらも孔部分の体積を低減しており、かつ離型時の離型の方向とテーパの方向が斜めに交差する方向であるので離型性が向上する。また、実装基板がシリコン基板からなる場合には、シリコン基板をアルカリ液で現像することにより異方性エッチングを行うことで容易に作製することができ、経済性が高い。

請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記貫通孔の壁面に、光反射部材を備える。

したがって、光吸収を有する実装基板による損失が大きく低減されることにより、光が貫通孔内を低損失で透過することが可能になる。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記光反射部材は、金属薄膜により形成されている。

したがって、光反射構造を簡単に作製することが可能になることにより、より経済性に優れた光伝送素子モジュールを実現することが可能になる。

請求項８記載の発明は、請求項６記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記光反射部材が備えられた前記貫通孔の内部に、誘電体充填材料を充填した。

したがって、実効的な反射回数を低減させた光反射構造により、より光利用効率を向上させた光伝送素子モジュールを実現することが可能になる。

請求項９記載の発明は、請求項６記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記光反射部材は低屈折率材料からなるクラッド薄膜により形成されており、前記クラッド薄膜の内側に当該クラッド薄膜と比較して高屈折率材料からなるコア部を形成した。

したがって、反射率を向上させた光反射構造により、より光利用効率を向上させた光伝送素子モジュールを実現することが可能になる。

請求項１０記載の発明は、請求項９記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記クラッド薄膜と前記コア部との少なくとも一方を電着形成材料により形成した。

したがって、反射率を向上させた光反射構造を簡単に作製できることにより、より光利用効率を向上させるとともに、経済性にも優れた光伝送素子モジュールを実現することが可能になる。

請求項１１記載の発明は、請求項９記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記コア部を誘電体充填材料により形成した。

したがって、反射率を向上させた光反射構造をより簡単に作製できることにより、より光利用効率を向上させるとともに、より経済性にも優れた光伝送素子モジュールを実現することが可能になる。

請求項１２記載の発明は、請求項９ないし１１のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記クラッド薄膜と前記貫通孔の壁面との間に、金属薄膜を形成した。

したがって、より反射率を向上させた光反射構造を簡単に作成できることにより、より光利用効率を向上させるととともに、経済性にも優れた光伝送素子モジュールを実現することが可能になる。

請求項１３記載の発明は、請求項１ないし１２のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記光学結像素子は、前記実装基板と一体化されている。

したがって、光学結像素子を実装基板と一体化して形成することにより、光伝送素子と実装基板とを１回のバンプ接合をするのみで、光学結像素子と光伝送素子との光実装を不要にすることが可能になる。これにより、実装工程を簡略化することができる。

請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記光学結像素子の光軸に垂直な平面構造を有しており、当該光学結像素子と一体化されている被覆層を有する。

したがって、高湿による結露が発生しにくくなるとともに、コンタミがあった場合にも固着しにくくなる。また、表面をスワブ洗浄することも容易となり、光学結像素子の湿度、コンタミに対する光利用効率の信頼性を向上させることができる。

請求項１５記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記光学結像素子が、前記実装基板に型を押圧して成形した成形体である。

したがって、実装基板および光学結像素子を量産することも容易であり、作製工程として経済性に非常に優れる。

請求項１６記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記光学結像素子が、パターニングされた高分子形状に対応して作製されたものである。

したがって、少量多品種の場合の経済性を向上させることができる。

請求項１７記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記光学結像素子の実効焦点距離が、前記光伝送素子の光出射部と前記光学結像素子の光学距離と略等しい。

したがって、等倍結像とすることができるので、部品点数を減少させてより経済性を高めることができる。

請求項１８記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記光学結像素子の実効焦点距離が、前記光伝送素子の光出射部と前記光学結像素子の光学距離の略１／２である。

したがって、光伝送素子の出射光となる発散光または収束光を平行光束にするので、実装のアライメントトレランスをより減少させることができる。

請求項１９記載の発明は、請求項１ないし１８のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、光配線ボードの電気配線と接合する電気配線を、前記光学結像素子に配設する。

したがって、光結合効率を向上させることができる。

請求項２０記載の発明は、請求項１ないし１９のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記実装基板における前記光学結像素子側とは反対側には、電気配線を有する配線基板が配設されており、前記配線基板の電気配線は前記実装基板の電気配線にバンプ接合されている。

したがって、配線基板と反対側に光伝送素子の光を簡単に結合することができ、光伝送素子からの光が配線基板へ入出射しないので、ボード間光伝送の光コネクタを簡単に着脱することができる。

請求項２１記載の発明は、請求項１ないし１９のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記光伝送素子における前記貫通孔側とは反対側には、前記実装基板と略同一の熱膨張係数を有し、かつ、熱抵抗の小さな密着部材が配設されており、前記密着部材は前記光伝送素子に密着されている。

したがって、密着部材により、光伝送素子への応力を緩和することができると同時に、光伝送素子からの放熱性能を向上させることができるので、信頼性を向上させることができる。

請求項２２記載の発明は、請求項１ないし２０のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記光伝送素子における前記貫通孔側とは反対側には、前記実装基板と略同一の熱膨張係数を有し、かつ、熱抵抗の小さな密着部材が配設されており、前記密着部材は前記光伝送素子と前記配線基板とに密着されている。

したがって、密着部材により熱を配線基板に伝熱することにより、光伝送素子からの放熱性能をより一層向上することができるので、信頼性をより向上させることができる。

請求項２３記載の発明は、請求項１ないし２０のいずれか一記載の光伝送素子モジュールにおいて、前記光伝送素子における前記貫通孔側とは反対側には、前記実装基板と略同一の熱膨張係数を有し、かつ、熱抵抗の小さな密着部材が配設されており、前記密着部材は前記光伝送素子に密着されていて、前記配線基板の電気配線が前記密着部材にバンプ接合されている。

したがって、密着部材により熱を配線基板に高効率で伝熱することにより、光伝送素子からの放熱性能をより一層向上させることができるので、信頼性をより一層向上させることができる。

請求項１記載の発明の光伝送素子モジュールによれば、光伝送素子の製造を容易にすることができるとともに、バンプ接合はセルフ整合効果があることから、光伝送素子と実装基板とを１回のフリップチップ等のバンプ接合をするのみで高精度に位置決めがなされるので、高精度の実装が不要となり、光学部品の組み付け工程を低減することができ、経済性に優れる実装を実現することができる。

請求項２記載の発明によれば、耐熱性に優れる高分子含有材料により実装基板を形成しているので、バンプ接合時の熱による変形による位置ずれを低減することができる。また、形状の量産的な自由度が高いことから、高周波の光伝送に必要な高周波の電磁波回路に適したように電気配線を実現することが容易であり、損失、波形歪、クロストーク、ノイズ等を大きく低減させることができる。

請求項３記載の発明によれば、耐熱性に優れる高分子含有材料により実装基板を形成しているので、バンプ接合時の熱による変形による位置ずれを低減することができる。また、機械的強度に優れ寸法安定性も高いので、光実装を非常に簡単とすることができ、さらにはシリコンの熱伝特性により高温時の信頼性を向上することができ、結果として消費電力が大きくなる高周波特性を向上することができるようになる。

請求項４記載の発明によれば、実装基板の強度を確保して実装の信頼性を向上させると同時に、光伝送素子の実装に必要な電極部分の実装基板上の面積を確保することでフリップチップ等のバンプ接合を可能としながらも、光利用効率の低減を減少することができる。

請求項５記載の発明によれば、実装基板の強度を確保したまま光伝送素子からの発散角や収束角をもつ光束に対する干渉を小さくしながらも孔部分の体積を低減しており、かつ離型時の離型の方向とテーパの方向が斜めに交差する方向であるので離型性が向上する。また、実装基板がシリコン基板からなる場合には、シリコン基板をアルカリ液で現像することにより異方性エッチングを行うことで容易に作製することができ、経済性が高い。

請求項６記載の発明によれば、貫通孔の壁面に光反射部材を備えることにより、光吸収を有する実装基板による損失を大きく低減することができるので、光が貫通孔内を低損失で透過することができる。

請求項７記載の発明によれば、光反射部材は金属薄膜により形成されていることにより、光反射構造を簡単に作製することができるので、より経済性に優れた光伝送素子モジュールを実現することができる。

請求項８記載の発明によれば、光反射部材が備えられた貫通孔の内部に、誘電体充填材料を充填したことにより、実効的な反射回数を低減させた光反射構造にすることができるので、より光利用効率を向上させた光伝送素子モジュールを実現することができる。

請求項９記載の発明によれば、光反射部材は低屈折率材料からなるクラッド薄膜により形成されており、前記クラッド薄膜の内側に当該クラッド薄膜と比較して高屈折率材料からなるコア部を形成したことにより、反射率を向上させた光反射構造にすることができるので、より光利用効率を向上させた光伝送素子モジュールを実現することができる。

請求項１０記載の発明によれば、クラッド薄膜と前記コア部との少なくとも一方を電着形成材料により形成したことにより、反射率を向上させた光反射構造を簡単に作製できるので、より光利用効率を向上させることができるとともに、経済性にも優れた光伝送素子モジュールを実現することができる。

請求項１１記載の発明によれば、コア部を誘電体充填材料により形成したことにより、反射率を向上させた光反射構造をより簡単に作製することができるので、より光利用効率を向上させることができるとともに、より経済性にも優れた光伝送素子モジュールを実現することができる。

請求項１２記載の発明によれば、クラッド薄膜と前記貫通孔の壁面との間に、金属薄膜を形成したことにより、より反射率を向上させた光反射構造を簡単に作成することができるので、より光利用効率を向上させることができるととともに、経済性にも優れた光伝送素子モジュールを実現することができる。

請求項１３記載の発明によれば、光学結像素子を実装基板と一体化して形成することにより、光伝送素子と実装基板とを１回のバンプ接合をするのみで、光学結像素子と光伝送素子との光実装を不要にすることができることにより、実装工程を簡略化することができる。

請求項１４記載の発明によれば、高湿による結露が発生しにくくなるとともに、コンタミがあった場合にも固着しにくくなる。また、表面をスワブ洗浄することも容易となり、光学結像素子の湿度、コンタミに対する光利用効率の信頼性を向上させることができる。

請求項１５記載の発明によれば、実装基板および光学結像素子を量産することも容易であり、作製工程として経済性に非常に優れる。

請求項９記載の発明によれば、少量多品種の場合の経済性を向上させることができる。

請求項１６記載の発明によれば、等倍結像とすることができるので、部品点数を減少させてより経済性を高めることができる。

請求項１７記載の発明によれば、光伝送素子の出射光となる発散光または収束光を平行光束にするので、実装のアライメントトレランスをより減少させることができる。

請求項１８記載の発明によれば、光結合効率を向上させることができる。

請求項２０記載の発明によれば、配線基板と反対側に光伝送素子の光を簡単に結合することができ、光伝送素子からの光が配線基板へ入出射しないので、ボード間光伝送の光コネクタを簡単に着脱することができる。

請求項２１記載の発明によれば、密着部材により、光伝送素子への応力を緩和することができると同時に、光伝送素子からの放熱性能を向上させることができるので、信頼性を向上させることができる。

請求項２２記載の発明によれば、光伝送素子からの放熱性能をより一層向上することができるので、信頼性をより向上させることができる。

請求項２３記載の発明によれば、光伝送素子からの放熱性能をより一層向上させることができるので、信頼性をより一層向上させることができる。

［第一の実施の形態］
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図３に基づいて説明する。

図１は、本発明の第一の実施の形態の光伝送素子モジュール１００を示すものであって、１は光伝送素子である面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface-Emitting Laser）、２はＶＣＳＥＬ１の光出射部、３は実装基板となる不透明な成形体、４は成形体３に設けた電気配線、５はＶＣＳＥＬ１の電極パッド、６は小径バンプによる接合部分、７は光学結像素子であり透過型マイクロレンズであるマイクロ光学素子、８は成形体３に設けた貫通孔からなる孔部である。なお、９は配線基板であるＰＣＢ（Printed Circuit Board）、１０はＰＣＢ９上に設けた電気配線、１１は大径バンプである。

ＰＣＢ９内のドライバＩＣ（図示せず）から伝達される電圧または電流による情報信号は、ＰＣＢ９に設けた電気配線１０及び大径バンプ１１を経由して、成形体３に設けた電気配線４に伝達される。さらに、この情報信号は、小径バンプ６によりＶＣＳＥＬ１の電極パッド５に伝達される。これにより、ＶＣＳＥＬ１のレーザ発振による光出射部２からレーザ光が、図１中の上方に出射される。このようにして出射されたレーザ光は、不透明な成形体３に設けた貫通孔となる孔部８を透過し、この孔部８の上部にあるマイクロ光学素子７により集光され、光伝送素子モジュール１００外にあるファイバ、または光コネクタに光結合する。

成形体３には、半導体封止材料として用いられているエポキシ材料、ポリイミド材料や、エンプラとして用いられているポリカーボネート材料、ポリフェニレンスルフィド材料、液晶ポリマー材料等の高分子含有材料を用いることができる。また、これらのフィラーとの複合材料を用いることもできる。このように不透明材料からなる高分子含有材料を用いた成形体３は、その形状の量産的な自由度が高いことから、高周波の光伝送に必要な高周波の電磁波回路に適したように電気配線を実現することが容易であり、損失、波形歪、クロストーク、ノイズ等を大きく低減させることが可能となる。

マイクロ光学素子７は、不透明な成形体３の貫通孔となる孔部８に、成形体３と一体化して形成されている。このようにマイクロ光学素子７を成形体３と一体化して形成することにより、ＶＣＳＥＬ１と成形体３とを１回のバンプ実装をするのみで、光学結像素子であるマイクロ光学素子７と光伝送素子であるＶＣＳＥＬ１との光実装を不要にすることができる。これにより、実装工程を簡略化することができる。また、耐熱性に優れる不透明成形材料と一体化しているので、バンプ実装時の熱による変形による位置ずれを低減することができ、後工程としてバンプ実装を行うことができる。マイクロ光学素子７の材料としては、通常の光学材料以外にも、使用する波長が赤外の場合には、ポリイミドのような赤外で透明な材料を用いることもできる。また、マイクロ光学素子７の形状は、フレネルレンズ、屈折率分布レンズ、ＨＯＥ、ミラーレンズ等であっても良い。

ここで、成形体３とマイクロ光学素子７との一体成形手法について図２を参照しつつ説明する。図２において、２１及び２２は不透明材料からなる高分子を用いた実装基板となる成形体３を作製するための型、２３は射出成形またはトランスファ成形時の不透明液体の液体注入口、２４は成形体３と一体化したマイクロ光学素子７を成形するための上の型、２５は透明液体の液体注入口である。

図２（ａ）は２つの型２１，２２を用いたモールド成形により貫通孔となる孔部８を有する不透明材料からなる成形体３を成形した状態であり、図２（ｂ）は上の型２２を離型させた状態であり、図２（ｃ）は（ａ）で用いた下の型２１をそのまま用いながら、上の型として別の型２４を用いて２つの型を用いたモールド成形により透明材料からなるマイクロ光学素子７を成形した状態であり、図２（ｄ）は上下の２つの型２１，２４を離型させて、マイクロ光学素子７を一体化させて連続成形させた不透明材料からなる成形体３を成形した状態である。

このように図２（ｃ）において、２つめの上の型２４は、型同士の精度で高精度に位置決めすことができるので、実装基板となる不透明な成形体３と透明な材料からなる光学結像素子であるマイクロ光学素子７とを高精度に実装工程なしに位置決めすることができるようになる。これにより、実装基板となる不透明の成形体３とＶＣＳＥＬ１とを位置決めするだけで、ＶＣＳＥＬ１とマイクロ光学素子７を位置決めすることができる。実際には、このような成形体３には、フォトリソやレーザによりパターニングした電気配線４が設けられ、この電気配線４とＶＣＳＥＬ１の電極パッド５とを小径バンプ６によるバンプ接合により接合する必要があり、バンプ接合はセルフ整合効果があり、マルチモードレベルの位置合わせであれば通常の電気実装をするのみで簡単に位置決めをすることができる。また、一つの型から複数の成形体３を成形することもできるので、成形体３およびマイクロ光学素子７を量産することも容易であり、作製工程として経済性に非常に優れる。なお、成形は、熱可塑性樹脂等による射出成形に限定されるわけではなく、光硬化樹脂、熱硬化樹脂を用いても良い。

このように、実装基板に不透明高分子材料からなる成形体３を用い、この成形体３に貫通孔となる孔部８を設けてその孔部８によりレーザ光を出射し、かつ、その孔部８付近に設けたマイクロ光学素子７を成形体３と一体化しているので、耐熱性を向上できるとともに、高精度に位置決めがなされているので、ＶＣＳＥＬ１についてはバンプ実装を行うのみで良く、光実装工程を簡略化することができる。

ところで、ＶＣＳＥＬ１のようなＧａＡｓ基板からなる光伝送素子のチップ大きさは、１発光素子あたり２００μｍから３００μｍと小さく、また電極パッド５の大きさは５０μｍ〜１００μｍ程度である。そこで、フリップチップのバンプ接合のためには同様の電極を対向させる必要があるため、ＶＣＳＥＬ１と対向している成形体３の貫通孔となる孔部８は、ＶＣＳＥＬ１の光出射部２程度の大きさの開口にしか形成することができない。この大きさは、ＶＣＳＥＬ１の設計にもよるが、一般的には３０μｍから１００μｍ程度である。このとき、ＶＣＳＥＬ１の最大発散角は２５度から３０度であり、成形体３の孔部８の厚さを強度確保のために５００μｍ〜１ｍｍとするならば、孔部８のような柱状の３０μｍから１００μｍ程度の開口では、孔部８がＶＣＳＥＬ１からのレーザ光束に干渉することにより光利用効率が大きく低減する恐れがある。

そこで、図３（ａ）に示すように、マイクロ光学素子７側の孔部８の開口部がＶＣＳＥＬ１側の孔部８の開口部に比べて大きくなるように孔部８を成形しても良い。このようにマイクロ光学素子７側の孔部８の開口部がＶＣＳＥＬ１側の孔部８の開口部に比べて大きくなるように孔部８を成形することにより、成形体３の強度を確保して実装の信頼性を向上させると同時に、ＶＣＳＥＬ１の実装に必要な電極部分の成形体３上の面積を確保することでフリップチップ等のバンプ接合を可能としながらも、光利用効率の低減を減少することができる。

また、図３（ｂ）に示すように、マイクロ光学素子７側の孔部８の開口部がＶＣＳＥＬ１側の孔部８の開口部に比べて大きくなるように、孔部８を連続的なテーパ形状に成形しても良い。このようにマイクロ光学素子７側の孔部８の開口部がＶＣＳＥＬ１側の孔部８の開口部に比べて大きくなるように、孔部８を連続的なテーパ形状に成形することにより、成形体３の強度を確保したままＶＣＳＥＬ１からの発散角や収束角をもつ光束に対する干渉を小さくしながらも孔部分の体積を低減しており、かつ離型時の離型の方向とテーパの方向が斜めに交差する方向であるので離型性が向上する。すなわち、成形体３の強度を増加して信頼性を向上すると同時に、より成形の離型性を向上して成形体３の応力を低減し、かつ、精度を高めた光伝送素子モジュール１００を実現することができる。

このような光伝送素子モジュール１００によれば、光伝送素子であるＶＣＳＥＬ１は、光出射部２（または光入射）と、成形体３の電気配線４とバンプ接合する電極５とをＶＣＳＥＬ１の同一面上に配設していることにより、ＶＣＳＥＬ１の製造を容易にすることができるとともに、バンプ接合はセルフ整合効果があることから、ＶＣＳＥＬ１と成形体３とを１回のフリップチップ等のバンプ接合をするのみで高精度に位置決めがなされるので、高精度の実装が不要となり、光学部品の組み付け工程を低減することができ、経済性に優れる実装を実現することができる。

なお、本実施の形態においては、光伝送素子として面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface-Emitting Laser）を適用したが、これに限定されるわけではなく、ＰＤ等の受光素子からなる光伝送素子モジュールの場合にも非常に効果的である。また、発光素子と受光素子を組み合わせることにより、非常に経済性に優れかつ信頼性の高い光伝送用トランシーバを実現することができるようになる。

また、本実施の形態においては、成形体３にＶＣＳＥＬ１に加えてドライバＩＣやＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）を実装してパッケージすることにより簡単に低コストに作製可能なＭＣＭパッケージを提供することができるようになる。さらには、このＭＣＭパッケージは、ＬＤパッケージの露出面を用いて着脱可能な光コネクタの部品として用いることもできる。

［第二の実施の形態］
本発明の第二の実施の形態を図４に基づいて説明する。なお、前述した第一の実施の形態と同一部分は同一符号で示し説明も省略する（以降の実施の形態についても同様）。本実施の形態は、前述した第一の実施の形態とは、光伝送素子モジュールの構成が異なるものである。

図４は、本発明の第二の実施の形態の光伝送素子モジュール２００を示すものであって、３１は成形体３に設けられたテーパ形状を有する孔部８に設けられた低屈折率透明材料からなる光学結像素子であるマイクロ光学素子、３２は型に平面ガラスを用いてＵＶ硬化により作製した高屈折率材料からなる被覆層、３３は透明樹脂からなるアンダーフィル材である。

マイクロ光学素子３１を構成する低屈折率透明材料としては、汎用光学材料のエポキシ樹脂およびアクリル樹脂以外にも、フッ素を含有したエポキシおよびアクリル材料またはサイトップ（旭硝子社）やＰＦＡ（デュポン社）等のフッ素樹脂を用いることができる。被覆層３２を構成する高屈折率透明材料としては、汎用光学材料のポリカーボネート樹脂、ポリオエレフィン樹脂（例えば日本ゼオン社ゼオネックス）以外にもポリイミド系樹脂やベンゼン環や複素環を含有した高屈折率樹脂を用いることができる。

図４に示すように、被覆層３２は、マイクロ光学素子３１の光軸に垂直な平面構造を有しており、当該マイクロ光学素子３１と一体化されている。これにより、高湿による結露が発生しにくくなるとともに、コンタミ（contamination：異物混入）があった場合にも固着しにくくなる。また、表面をスワブ洗浄することも容易となり、マイクロ光学素子３１の湿度、コンタミに対する光利用効率の信頼性を向上させた光伝送素子モジュール２００を実現することができる。

なお、低屈折率透明材料と高屈折率透明材料は、その配置を交換しても良い。また、フッ素を含有する低屈折率透明材料を用いた場合には、リフロー時の耐熱性を考慮して被覆層３２の内側に用いることが好ましい。

また、マイクロ光学素子３１の形状は、フレネルレンズ、屈折率分布レンズ、ＨＯＥ、ミラーレンズ等であっても良い。

さらに、平面な部分を有する被覆層３２には、さらに追加の被覆層を設けた多層構造または複合構造とすることも効果的である。この追加の被覆層としては、ＡＲコート、ハードコート、親水コート、撥水コート、耐熱コートおよびこれらの複合コート等を用いることができる。

［第三の実施の形態］
本発明の第三の実施の形態を図５ないし図９に基づいて説明する。前述した本発明の第一の実施の形態及び第二の実施の形態においては、実装基板に不透明高分子材料からなる成形体３を用いていたが、本実施の形態においては、実装基板にシリコン基板を用いるようにしたものである。

図５は、本発明の第三の実施の形態の光伝送素子モジュール３００を示すものであって、１は光伝送素子である面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface-Emitting Laser）、２はＶＣＳＥＬ１の光出射部、５１は実装基板となるシリコン基板、４はシリコン基板５１に設けた電気配線、５はＶＣＳＥＬ１の電極パッド、６は小径バンプによる接合部分、７は透過型マイクロレンズであるマイクロ光学素子、５２はシリコン基板５１に設けた貫通孔からなる孔部である。なお、９はＰＣＢ、１０はＰＣＢ９上に設けた電気配線、１１は大径バンプである。

シリコン基板５１に設けた貫通孔からなる孔部５２は、高速ミルによる機械加工、ドライエッチング、レーザ加工等で実現することができる。

ＰＣＢ９内のドライバＩＣ（図示せず）から伝達される電圧または電流による情報信号は、ＰＣＢ９に設けた電気配線１０及び大径バンプ１１を経由して、シリコン基板５１に設けた電気配線４に伝達される。さらに、この情報信号は、小径バンプ６によりＶＣＳＥＬ１の電極パッド５に伝達される。これにより、ＶＣＳＥＬ１のレーザ発振による光出射部２からレーザ光が、図１中の上方に出射される。このようにして出射されたレーザ光は、シリコン基板５１に設けた貫通孔となる孔部５２を透過し、この孔部５２の上部にあるマイクロ光学素子７により平行光束に変換され、光伝送素子モジュール３００外にあるファイバ、または光コネクタに光結合する。

マイクロ光学素子７は、シリコン基板５１の貫通孔となる孔部２５に、シリコン基板５１と一体化して形成されている。このようにマイクロ光学素子７をシリコン基板５１と一体化して形成することにより、ＶＣＳＥＬ１とシリコン基板５１とを１回のバンプ実装をするのみで、光学結像素子であるマイクロ光学素子７と光伝送素子であるＶＣＳＥＬ１との光実装を不要にすることができる。これにより、実装工程を簡略化することができる。また、耐熱性に優れるシリコン基板５１と一体化しているので、バンプ実装時の熱による変形による位置ずれを低減することができ、後工程としてバンプ実装を行うことができる。マイクロ光学素子７の材料としては、通常の光学材料以外にも、使用する波長が赤外の場合には、ポリイミドのような赤外で透明な材料を用いることもできる。

なお、マイクロ光学素子７は、シリコン基板５１上にウエハ単位で一括で作製できる方式によるものが効果的である。また、マイクロ光学素子７の形状は、フレネルレンズ、屈折率分布レンズ、ＨＯＥ、ミラーレンズ等であっても良い。

ここで、シリコン基板５１とマイクロ光学素子７との一体成形手法について図６を参照しつつ説明する。図６において、５１は貫通孔となる複数の孔部５２を有するシリコン基板、６１，６２は成形によりマイクロ光学素子７を作製するための成形用の型、６３は成形用の液体注入口、６４は複数のマイクロ光学素子７を含む透明樹脂からなる成形体である。下側の型６１は、シリコン基板５１と密着する平面部を有しており、上の型６２は、マイクロ光学素子７のマイクロレンズ形状を複数個有している。

図６（ａ）に示す複数の孔部５２を有するシリコン基板５１を、図６（ｂ）に示すように、上下の型６１，６２に挟んで、下の型６１に対して上の型６２を押し付ける。その後、注入口６３より熱硬化性樹脂を注入し、加熱して硬化させる。この後、型６１，６２を離型することにより、複数のマイクロ光学素子７を含む透明樹脂からなる成形体６４をシリコン基板５１上に成形する。このとき、下の型６１に対して上の型６２を押し付ける場合に、上の型６２の自重を用いてもよいし、自重が大きいときには加圧が弱くなるように制御することも効果的である。また、型としては、金属の型以外に、ガラスや透明高分子の型を用いた場合はヴィジュアルアライン等も容易となり、成形時にその精度をリアルタイムで確認したり、さらに高精度に位置あわせをしたりすることができるようになる。エラストマー高分子の型を用いた場合には、剥離性能が向上し、剥離時の形状劣化を低減することができるようになる。

このように複数のマイクロ光学素子７を含む透明樹脂からなる成形体６４をシリコン基板５１上に成形することにより、ウエア単位で複数のマイクロ光学素子７を貫通孔となる複数の孔部５２を有するシリコン基板５１と高精度の位置決めすると同時に形状成形することができる。これにより、シリコン基板５１とＶＣＳＥＬ１とを位置決めするだけで、ＶＣＳＥＬ１とマイクロ光学素子７を位置決めすることができる。実際には、このようなシリコン基板５１には、フォトリソやレーザによりパターニングした電気配線４が設けられ、この電気配線４とＶＣＳＥＬ１の電極パッド５とを小径バンプ６によるバンプ接合により接合する必要があり、バンプ実装はセルフ整合効果があり、マルチモードレベルの位置合わせであれば通常の電気実装をするのみで簡単に位置決めをすることができる。また、一つの型から複数のマイクロ光学素子７を成形することもできるので、シリコン基板５１およびマイクロ光学素子７を量産することも容易であり、作製工程として経済性に非常に優れる。

次に、シリコン基板５１とマイクロ光学素子７との別の一体成形手法について図７を参照しつつ説明する。図７において、５１は貫通孔となる複数の孔部５２を有するシリコン基板、６５はマイクロ光学素子７を作製するためのシリコン基板５１を保持する下基板、６６はシリコン基板５１の複数の孔部５２に充填された透明樹脂層、６７はインク出射装置、６８は出射された光硬化樹脂からなるインク、６９は出射されたインクにより作製されたマイクロレンズである。

図７（ａ）に示す複数の孔部５２を有するシリコン基板５１を、図７（ｂ）に示すように、平面を有する下基板６５の上に密着させ、この上から熱硬化樹脂を滴下した後、スピンコートにより均一な厚さの透明樹脂層６６を得る。ただし、この透明樹脂層６６は、孔部５２の厚さは不均一であり、上面が平面性を有している。これは、液の粘度とスピンコートの回転数を制御することにより比較的容易である。この後、図７（ｃ）に示すように、インク出射装置６７より、光硬化性樹脂をインク６８として連続出射し、かつ出射場所を変化させる。図７（ｄ）に示すように、インク出射装置６７より出射されたインク６８は、透明樹脂層６６上で表面張力により球面を有する形状となり、これを熱硬化または光硬化させることによりマイクロレンズ６９を作製することができる。

なお、図７においては、透明樹脂層６６に親水および撥水処理をあらかじめ施しておくことにより、表面張力を変化させて球面形状を制御することができる。この親水または撥水処理自体をパターニングしておくことにより、より高精度の形状を制御することも可能である。

また、図７に示すように、成形の型を用いずにパターニングされた高分子形状に対応してマイクロレンズ６９を用いてマイクロ光学素子７を作製することにより、少量多品種の場合の経済性をさらに向上させた光伝送素子モジュールを実現することができる。

パターニングされた高分子形状に対応したマイクロレンズ６９は、インクジェットにより形成される場合に限定されるものではなく、フォトリソや印刷によりパターニングした高分子材料をリフローにより球面形状を有する形状とした後に、熱硬化または光硬化により硬化して作製するようにしても良い。また、感光性材料を階調露光可能なマスクを用いたフォトリソにより非球面形状を有する形状とした後に、熱硬化または光硬化により硬化してマイクロレンズ６９を作製しても良い。

このようなマイクロ光学素子７と一体成形されたシリコン基板５１に設けた電気配線４と、ＶＣＳＥＬ１の電極パッド５とをバンプ接合等によりフリップチップすることができるようになる。このため、シリコンの耐熱性、低膨張係数、高熱伝特性により高熱に対する信頼性を確保できると同時に、シリコン基板５１に設けた電気配線４と、ＶＣＳＥＬ１の電極パッド５をバンプ接合によるセルフアラインを行うことができるようになり、高精度の実装が不要となる。さらには、バンプによりＧＨｚ帯域での電気伝送の高周波特性を向上することができエラーレートを低減することもできるようになる。

このようにシリコン基板５１にバンプによるフリップ実装をしながら、かつ高精度の位置決めを同時に行うことができるようになるので、高周波特性にすぐれると同時に、シリコン自体が機械的強度に優れ寸法安定性も高いので、光実装を非常に簡単とすることができ、さらにはシリコンの熱伝特性により高温時の信頼性を向上することができ、結果として消費電力が大きくなる高周波特性を向上することができるようになる。

ところで、ＶＣＳＥＬ１のようなＧａＡｓ基板からなる光伝送素子のチップ大きさは、１発光素子あたり２００μｍから３００μｍと小さく、また電極パッド５の大きさは５０μｍ〜１００μｍ程度である。そこで、フリップチップのバンプ接合のためには同様の電極を対向させる必要があるため、ＶＣＳＥＬ１と対向しているシリコン基板５１の貫通孔となる孔部５２は、ＶＣＳＥＬ１の光出射部２程度の大きさの開口にしか形成することができない。この大きさは、ＶＣＳＥＬ１の設計にもよるが、一般的には３０μｍから１００μｍ程度である。このとき、ＶＣＳＥＬ１の最大発散角は２５度から３０度であり、シリコン基板５１の孔部５２の厚さを強度確保のために５００μｍとするならば、孔部５２のような柱状の３０μｍから１００μｍ程度の開口では、孔部５２がＶＣＳＥＬ１からのレーザ光束に干渉することにより光利用効率が大きく低減する恐れがある。なお、シリコン基板５１を５０μｍ程度に薄くすることもできるが、このときはシリコン基板５１自体の強度が低下してしまうので、実装時にかかる応力や使用時の応力を低減する必要がある。

そこで、図８に示すように、マイクロ光学素子側の孔部５２の開口部がＶＣＳＥＬ１側の孔部５２の開口部に比べて大きくなるように、孔部５２を連続的なテーパ形状に成形しても良い。このようにマイクロ光学素子側の孔部５２の開口部がＶＣＳＥＬ１側の孔部５２の開口部に比べて大きくなるように、孔部５２を連続的なテーパ形状に成形することにより、シリコン基板５１の十分な厚さにより強度を確保して実装の信頼性を向上させると同時に、ＶＣＳＥＬ１の実装に必要な電極部分のシリコン基板５１上の面積を確保することでフリップチップ等のバンプ接合を可能としながらも、光利用効率の低減を減少することができる。

図８に示すようなシリコン基板５１の孔部５２のテーパ形状は、シリコン基板５１をアルカリ液で現像することにより異方性エッチングを行うことで容易に作製することができ、経済性が高い。

また、図９に示すように、シリコン基板５１の下部にもテーパ形状を設けることにより、シリコン基板５１が厚い場合において、ＶＣＳＥＬ１の光出射部２とシリコン基板５１上部との出射面との距離を近づけることができる。これにより、シリコン基板５１の孔部５２のテーパ形状の深さを任意に制御することができるようになる。また、シリコン基板５１の下部のテーパ形状深さを、フリップ実装するＶＣＳＥＬ１の厚さおよびバンプ径の合計値よりも大きくすることにより、シリコン基板５１内にＶＣＳＥＬ１を内包することができようになり、ハンドリングや保管の容易な上面発光型の薄型フリップチップ実装用モジュールを実現することができる。なお、シリコン基板５１の下部のテーパ形状深さが、フリップ実装するＶＣＳＥＬ１の厚さおよびバンプ径の合計値より小さくても、ＰＣＢ９と接合するためのバンプ径４００μｍから５００μｍを確保できれば、ＰＣＢ９に対するフリップチップ実装が可能である。

［第四の実施の形態］
本発明の第四の実施の形態を図１０に基づいて説明する。本実施の形態は、前述した第三の実施の形態とは、光伝送素子モジュールの構成が異なるものである。

図１０は、本発明の第四の実施の形態の光伝送素子モジュール４００を示すものであって、７１はシリコン基板５１に設けられたテーパ形状を有する孔部５２に設けられた低屈折率透明材料からなる光学結像素子であるマイクロ光学素子、７２は型に平面ガラスを用いてＵＶ硬化により作製した高屈折率材料からなる被覆層、７３は透明樹脂からなるアンダーフィル材、７４はＳｉＯ２膜である。

マイクロ光学素子７１を構成する低屈折率透明材料としては、汎用光学材料のエポキシ樹脂およびアクリル樹脂以外にも、フッ素を含有したエポキシおよびアクリル材料またはサイトップ（旭硝子社）やＰＦＡ（デュポン社）等のフッ素樹脂を用いることができる。被覆層７２を構成する高屈折率透明材料としては、汎用光学材料のポリカーボネート樹脂、ポリオエレフィン樹脂（例えば日本ゼオン社ゼオネックス）以外にもポリイミド系樹脂やベンゼン環や複素環を含有した高屈折率樹脂を用いることができる。

図１０に示すように、被覆層７２は、マイクロ光学素子７１の光軸に垂直な平面構造を有しており、当該マイクロ光学素子７１と一体化されている。これにより、高湿による結露が発生しにくくなるとともに、コンタミ（contamination：異物混入）があった場合にも固着しにくくなる。また、表面をスワブ洗浄することも容易となり、マイクロ光学素子３１の湿度、コンタミに対する光利用効率の信頼性を向上させた光伝送素子モジュール４００を実現することができる。

また、シリコン基板５１の孔部５２を、透明誘電体からなる薄膜で被覆する被覆層を設けることにより、アンダーフィル材７３の孔部５２への進入を防止したり、レンズ材料のＶＣＳＥＬ１側への進入を防止することができて効果的である。これは、アンダーフィル材７３とともに、熱酸化シリコン膜または酸化シリコン層を有するシリコン基板と接合させて設けた酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜７４を用いて、シリコン基板５１の孔部５２を被覆する構造とすることにより、簡単に実現できる。また、酸化シリコン以外であっても、他の酸化物でも良く、また高分子材料でも良い。さらに、あらかじめ高分子透明材料により薄膜をスピンコート等により被覆していても良い。

なお、低屈折率透明材料と高屈折率透明材料は、その配置を交換しても良い。また、フッ素を含有する低屈折率透明材料を用いた場合には、リフロー時の耐熱性を考慮して被覆層７２の内側に用いることが好ましい。

また、マイクロ光学素子７１の形状は、フレネルレンズ、屈折率分布レンズ、ＨＯＥ、ミラーレンズ等であっても良い。

さらに、平面な部分を有する被覆層７２には、さらに追加の被覆層を設けた多層構造または複合構造とすることも効果的である。この追加の被覆層としては、ＡＲコート、ハードコート、親水コート、撥水コート、耐熱コートおよびこれらの複合コート等を用いることができる。

［第五の実施の形態］
本発明の第五の実施の形態を図１１ないし図１４に基づいて説明する。

前述した本発明の第一の実施の形態及び第二の実施の形態においては、実装基板に不透明高分子材料からなる成形体を用いた光伝送素子モジュールをＰＣＢ上に配置して光伝送用トランシーバを実現したが、本実施の形態においては、光伝送素子モジュールを光配線を備えた光配線ボード上に配置して同一ボード内での光伝送を実現するものである。

図１１は、本発明の第五の実施の形態の光配線システムを示すものであって、第一の実施の形態の光伝送素子モジュール１００を、光配線ボード５００上に配置している。なお、本実施の形態の光伝送素子モジュール１００は、第一の実施の形態の光伝送素子モジュール１００とは、封止材１０１によりＶＣＳＥＬ１全体を成形体３内に封止している点で異なっている。

次に、光配線ボード５００について説明する。図１１に示すように、光配線ボード５００は、光導波路であるコア層５０１、コア層５０１の端面に設けられた４５度の角度を有する９０度偏向子５０２、上部クラッド層５０３、下部クラッド層兼基板平坦化層５０４、上部被覆層５０５、上部クラッド層５０３および上部被覆層５０５を除去した孔部５０６、多層電気配線５０７ａ，５０７ｂ、ガラスエポキシ材料からなる基板５０８、電気配線５０９により構成されている。

また、１０２は光伝送素子モジュール１００に設けた電気配線である。このような電気配線１０２は、大径バンプ５１０によって光配線ボード５００の電気配線５０９に接合される。なお、大径バンプ５１０による光伝送素子モジュール１００の電気配線１０２と光配線ボード５００の電気配線５０９との接合部分は、光伝送素子モジュール１００と光配線ボード５００との間に充填された透明樹脂からなるアンダーフィル材５１１により覆われている。

図１１において、ＶＣＳＥＬ１の光出射部２と光配線ボード５００内の９０度偏向子５０２との位置精度は、ＶＣＳＥＬ１の光出射部２とＶＣＳＥＬ１の電極パッド５との位置精度〔１〕、ＶＣＳＥＬ１の電極パッド５と成形体３に設けた電気配線４との位置精度〔２〕、成形体３に設けた電気配線４と光伝送素子モジュール１００の電気配線１０２との位置精度〔３〕、光伝送素子モジュール１００の電気配線１０２と光配線ボード５００の電気配線５０９との位置精度〔４〕、光配線ボード５００の電気配線５０９と光配線ボード５００内の９０度偏向子５０２との位置精度〔５〕の５つの加算によって決定される。

このとき、図１１においては、〔１〕は同一の面に電極とＶＣＳＥＬ１を近接して設けているので非常に位置精度が高く形成できると同時に変形の量も小さい。また、〔２〕は光伝送素子モジュール１００内であるので小さいバンプを利用できるのでこれも位置精度が高く形成できると同時に変形の量も小さい。また、〔３〕は同じ成形体３上のほぼ上下面になるようビーム径程度しか水平にずれずにかつ厚さも薄くでき、非常に近接した位置に関してお互いの電極を設けているので変形の位置ズレ量が小さく、さらに初期の位置精度も立体フォトリソやレーザ描画により高精度に実現できる。また、〔４〕はバンプの大きさに関して制約がないのでバンプ径を小さくできるので位置精度が高く形成できると同時に変形の量も小さい。また、〔５〕は電気配線５０９及び９０度偏向子５０２の垂直方向の距離に大きな制約がないので近接させることができる変形量を少なくすると同時に、それぞれをフォトリソによりパターニングすることができるので位置精度を高くすることができる。

光伝送素子モジュール１００内の電子回路素子（図示せず）による内部演算により処理された電子情報はＶＣＳＥＬ１に伝達され、ＶＣＳＥＬ１のレーザ発振による光出射部２からのレーザ光が、図１１中の下方に出射される。このようにして出射されたレーザ光は、不透明な成形体３に設けた貫通孔となる孔部８を透過し、この孔部８の下部にあるマイクロ光学素子７により集光され、光配線ボード５００に対して垂直方向に伝播し、光導波路であるコア層５０１に集光される。コア層５０１の端面には９０度偏向子５０２が形成されており、集光ビームは９０度偏向子５０２において９０度の光路変換がなされた後、コア層５０１の各コアに導光される。

このようにして光導波路であるコア層５０１を伝播した光は、別の偏向子（図示せず）により垂直に偏向されて上方に進行して、光伝送素子モジュール１００と同様で受光素子を有している光伝送素子モジュール（図示せず）へ伝達される。なお、基板５０８に対して光導波路であるコア層５０１は少なくとも１度以内、好ましくは１０分以内の平行性を有することが好ましい。平行度が悪い場合には、長い距離を伝播した場合に、基板５０８に垂直方向の大きな位置の差となり、光利用効率が低下する場合がある。

図１２にシミュレーションにより求めたＶＣＳＥＬ１と光導波路であるコア層５０１、および光導波路であるコア層５０１とＰＤとの光利用効率を示す。シミュレーションは、モンテカルロ法による光線追跡により行い、界面損失無しとした。計算条件としては、
発光素子＝Φ２０μｍ＆２０ｄｅｇのＬＤ（角度分布は、ガウス分布とした）
光導波路＝Φ５０μｍのＧＩ光ファイバ（出射の面積および角度分布をガウス分布とした）
受光素子＝Φ４０μｍまたは８０μｍのＰＤ
とした。また、
光学結像素子＝Φ２００μｍの球面２面（△ｎ＝約０．２）
作動距離＝約４００μｍ
とした。図１２に示すように、光配線ボード５００にマイクロレンズを設けなくとも非常に高い光利用効率と２０μｍ程度のアライメントトレランスを実現することができる。

ここで、図１３に、図１１におけるＶＣＳＥＬ１の光出射部２、マイクロ光学素子７および９０度偏向子５０２の位置関係を示す。図１３において、ＶＣＳＥＬ１の光出射部２の位置を物点Ｏ、マイクロ光学素子７のＯ側の主点をＨ、マイクロ光学素子７のＯ側焦点位置をＦ、主点Ｈと焦点位置Ｆとの距離を焦点距離をｆとすると、図１１においては、光電変換面のＯ点と主点Ｈとの距離を焦点距離ｆの略２倍となるようにＶＣＳＥＬ１の光出射部２を配置している。このとき、レーザからの発散光を像側に、像側の主点をＨ´、像側の焦点距離をＦ´、主点Ｈ´と焦点位置Ｆ´との距離を焦点距離をｆ´とすると、拡大倍率１倍前後でレーザの光を像側主点距離から像側焦点距離の２倍の位置に集光させることができようになり、このとき面発光レーザの径と導波路の径とＰＤ径とほぼ同じオーダの大きさの光学素子であるために、非常に高い光利用効率で９０度偏向子５０２とこれを端面に有する光導波路であるコア層５０１に光を結合することができるようになる。

ここでの略２倍とは、１．６倍から２．２倍であり、より好ましくは１．７倍から２．１倍である。マルチモードのレーザ光からなる面光源に対して結像関係が成立するとするならば、１．６倍から２．２倍のときに、拡大倍率で０．８０倍から１．６７倍の倍率範囲となる。ＶＣＳＥＬ１の発光面積は相対的には一番に小さいために、５０μｍ前後の３０から７０μｍ程度の径の光導波路へは容易に光結合することができるが、受光素子となる面型ＰＤは、２．５ＧＨｚ程度であれば８０μｍの大きさも可能であるので拡大倍率等倍となる拡大倍率１倍前後で容易に光結合できる。また、シングルモードレーザの場合においても、デフォーカスにより像が拡大するので、略同一の値となる。

また、１０ＧＨｚ以上の帯域では、ＰＤ径は容量低減のため４０μｍ以下の大きさにしたいので、高い光結合のためには導波路から受光素子への縮小倍率しながら光結合する必要がある。このとき、ＶＣＳＥＬ１を物像としたときの拡大倍率は、拡大倍率１倍より大きくすることがより好ましくなり、光電変換面のＯ点と主点Ｈとの距離を主点距離ｆの略２倍として、１．７倍より大きく２．０倍より小さくすることがさらに好ましい。これにより、４０μｍから６０μｍの径の導波路に対して、発散角２０度で２０μｍ径のＶＣＳＥＬ１、４０μｍ径のＰＤを用いて、非球面レンズを用いることにより８０％以上の光結合効率を実現することができるようになる。

なお、本発明の第二の実施の形態で説明した光伝送素子モジュール２００のように、ＶＣＳＥＬ１から出射され、不透明な成形体３に設けた貫通孔となる孔部８を透過し、この孔部８の上部にあるマイクロ光学素子３１に入射したレーザ光を平行光束に変換するような場合には、光伝送素子モジュール２００と光配線ボード５００との間を平行光束として空間光伝送させて情報伝送を行うようにしている。すなわち、この光伝送素子モジュール２００を適用する場合には、光伝送素子モジュール２００と光配線ボード５００との間を平行光束として空間光伝送させて情報伝送を行うため、光配線ボード５００にマイクロレンズを設ける必要がある。なくとも非常に高い光利用効率と２０μｍ程度のアライメントトレランスを実現することができる。このような場合、図１２とほぼ同条件のシミュレーションでは、５０μｍ以上の大きいアライメントトレランスを有する。

ここで、図１４に、第二の実施の形態の光伝送素子モジュール２００を適用した場合におけるＶＣＳＥＬ１の光出射部２、マイクロ光学素子３１の位置関係を示す。図１４において、ＶＣＳＥＬ１の光出射部２の位置を物点Ｏとし、マイクロ光学素子３１のＯ側の主点をＨとし、マイクロ光学素子３１の物側焦点位置をＦ、主点Ｈと焦点位置Ｆとの距離を焦点距離ｆとすると、光電変換面のＯ点と主点Ｈとの距離を主点距離ｆの略１倍と略等しいように光電変換面を配置している。このため、ＦとＯが略一致した点となっている。このとき、マイクロ光学素子３１はコリメートレンズとして機能し、レーザからの発散光は、平行光束にすることができる。

ここでの略等しいとは、０．９倍から２．１倍であり、より好ましくは０．９５倍から１．５倍である。ＰＤ径が８０μｍの場合には、倍率がずれることによる大きな光利用効率の低下はないが、４０μｍ以下のＰＤ径の場合には、５％以内に誤差を抑えておくことで、その光利用効率の低下を低減することが必要である。

［第六の実施の形態］
本発明の第六の実施の形態を図１５に基づいて説明する。

前述した本発明の第三の実施の形態及び第四の実施の形態においては、実装基板にシリコン基板を用いた光伝送素子モジュールをＰＣＢ上に配置して光伝送用トランシーバを実現したが、本実施の形態においては、光伝送素子モジュールを光配線を備えた光配線ボード上に配置して同一ボード内での光伝送を実現するものである。

図１５は、本発明の第六の実施の形態の光配線システムを示すものであって、第三の実施の形態の光伝送素子モジュール３００を、光配線ボード５００上に配置している。なお、本実施の形態の光伝送素子モジュール３００は、第三の実施の形態の光伝送素子モジュール３００とは、封止材３０１によりＶＣＳＥＬ１全体をシリコン基板５１内に封止している点で異なっている。

３０２は光伝送素子モジュール３００に設けた電気配線である。このような電気配線３０２は、大径バンプ５１０によって光配線ボード５００の電気配線５０９に接合される。なお、大径バンプ５１０による光伝送素子モジュール３００の電気配線３０２と光配線ボード５００の電気配線５０９との接合部分は、光伝送素子モジュール３００と光配線ボード５００との間に充填された透明樹脂からなるアンダーフィル材５１１により覆われている。

図１５において、ＶＣＳＥＬ１の光出射部２と光配線ボード５００内の９０度偏向子５０２との位置精度は、ＶＣＳＥＬ１の光出射部２とＶＣＳＥＬ１の電極パッド５との位置精度〔１〕、ＶＣＳＥＬ１の電極パッド５と成形体３に設けた電気配線４との位置精度〔２〕、成形体３に設けた電気配線４と光伝送素子モジュール３００の電気配線３０２との位置精度〔３〕、光伝送素子モジュール３００の電気配線３０２と光配線ボード５００の電気配線５０９との位置精度〔４〕、光配線ボード５００の電気配線５０９と光配線ボード５００内の９０度偏向子５０２との位置精度〔５〕の５つの加算によって決定される。

このとき、図１５においては、〔１〕は同一の面に電極とＶＣＳＥＬ１を近接して設けているので非常に位置精度が高く形成できると同時に変形の量も小さい。また、〔２〕は光伝送素子モジュール３００内であるので小さいバンプを利用できるのでこれも位置精度が高く形成できると同時に変形の量も小さい。また、〔３〕は同じシリコン基板５１上のほぼ上下面になるようビーム径程度しか水平にずれずにかつ厚さも薄くでき、非常に近接した位置に関してお互いの電極を設けているので変形の位置ズレ量が小さく、さらに初期の位置精度も立体フォトリソやレーザ描画により高精度に実現できる。また、〔４〕はバンプの大きさに関して制約がないのでバンプ径を小さくできるので位置精度が高く形成できると同時に変形の量も小さい。また、〔５〕は電気配線５０９及び９０度偏向子５０２の垂直方向の距離に大きな制約がないので近接させることができる変形量を少なくすると同時に、それぞれをフォトリソによりパターニングすることができるので位置精度を高くすることができる。

光伝送素子モジュール３００内の電子回路素子（図示せず）による内部演算により処理された電子情報はＶＣＳＥＬ１に伝達され、ＶＣＳＥＬ１のレーザ発振による光出射部２からのレーザ光が、図１１中の下方に出射される。このようにして出射されたレーザ光は、シリコン基板５１に設けた貫通孔となる孔部５２を透過し、この孔部５２の下部にあるマイクロ光学素子７により集光され、光配線ボード５００に対して垂直方向に伝播し、光導波路であるコア層５０１に集光される。コア層５０１の端面には９０度偏向子５０２が形成されており、集光ビームは９０度偏向子５０２において９０度の光路変換がなされた後、コア層５０１の各コアに導光される。

なお、シリコン基板５１に加えてポリイミドフィルムからなる第２のインタボーザを用いるようにしても良い。この第２のインタポーザとシリコン基板５１からなるインタポーザが複合されて一つのインタポーザ基板として構成することにより、熱伝導性、電気配線、強度、透過率等の特性を最適にすることができ、非常に効果的である。また、ポリイミドフィルムに限定されるわけではなく、ビルフォアップ基板やセラミックス基板等を用いることも非常に効果的である。また、必要な光利用効率が十分であれば、ポリイミドは８５０ｎｍ以上では高い透過率を有するので、光透過部分のポリイミドを除去せずにそのまま用いてもよい。

［第七の実施の形態］
本発明の第七の実施の形態を図１６ないし図２６に基づいて説明する。

本実施の形態は、光伝送素子モジュールの実装基板に設けられる貫通孔の壁面に光反射部材を備えるようにしたものである。なお、ここでは、図１に示す光伝送素子モジュール１００についての適用例について説明するが、図３（ａ）や図３（ｂ）に示す光伝送素子モジュール１００、図４に示す光伝送素子モジュール２００、図５、図８、図９に示す光伝送素子モジュール３００、図１０に示す光伝送素子モジュール４００等に適用可能であることは言うまでもない。

図１６は、本発明の第七の実施の形態の光伝送素子モジュール１００を示すものであって、第一の実施の形態の光伝送素子モジュール１００とは、実装基板となる成形体３に設けられる貫通孔である孔部８の壁面に透明誘電体膜または金属薄膜で形成されている光反射部材８０を備えている点で異なっている。また、本実施の形態においては、マイクロ光学素子７の形状が第一の実施の形態の光伝送素子モジュール１００とは異なっており、孔部８の内部は空洞である。

通常、強度を有する高分子材料からなる成形体３は、大きな光吸収を有する。透明エンプラも存在するが、その強度や膨張係数等の特性は不透明な高分子材料に劣る。このため、不透明が高分子材料を実装基板として使用したいが、この場合に数十μｍの孔部８に１ｍｍ程度伝播させた場合に、その内部での反射が１回でも生じた光は、ほとんど反射されないために、反射回数０のレーザ光しか利用できないため、その光利用効率はレーザ光の配光分布にもよるが、１％以下である。

そこで、本実施の形態においては、孔部８の壁面に光反射部材８０を備えることにより、光吸収を有する成形体３による損失を大きく低減するようにしたものである。これにより、光が孔部８内を低損失で透過することができるようになる。

ここで、光反射部材８０が透明誘電体膜で形成されている場合は、単層膜でもよいが、多層膜にすることにより、より大きな光利用効率を実現することが可能である。透明誘電体膜は、原材料によりディピングにより薄層を形成することもできるが、粘度や表面張力が大きい場合には高分子液体を孔部に注液した後にエアにより中空にして薄膜としたり、液体または気体の吸着プロセスを繰り返して作製してもよい。

また、光反射部材８０が金属薄膜で形成されている場合には、孔部８の壁面に光反射部材８０を備えない成形体３のみからなる場合と比較すると反射率が大きくなるため、ほとんど全ての金属を用いることができる。特に、金、銀、銅は、その近赤外から赤外にかけて反射率が高いことから好ましい。金属は酸化によりその反射率が変化する場合もあるので、金属薄膜の上にさらに保護層を設けることも好ましい。また、これらの金属薄膜は蒸着やスパッタ等により作製することもできる。さらに、これらは金属を含有する液体より無電解メッキを用いることができ、さらに通常の電解メッキも用いることができるので、非常に経済性も高い。

また、上述したような光反射部材８０としては透明誘電体膜や金属薄膜により形成する以外にも種々の変形例が考えられる。その変形例のいくつかを以下に例示的に示す。

[第１の変形例]
図１７は第１の変形例を示すものである。図１７に示すように、第１の変形例は、光反射部材８０が備えられた成形体３の孔部８の内部に、透明誘電体である充填材料８１を充填したものである。このように充填材料８１を光反射部材８０が備えられた孔部８内に充填させるには、あらかじめ光反射部材８０を孔部８に形成した後に、ＵＶ硬化または熱硬化材料をディピングにより充填した後に硬化させてもよいし、光反射部材８０（金属薄膜）を利用して電着により形成してもよい。充填材料８１を直接に充填する方法以外にも、これをコアとする材料を挿入してクラッド層を充填材料８１とし、その充填材料８１の周辺に光反射部材８０（金属薄膜）を形成してもよい。充填する材料は、高屈折率であるほど光利用効率を向上できるが、通常の屈折率１．４８〜１．６のＰＭＭＡ、ＰＣ、ポリオレフィン系の材料を用いても十分に効果的である。

このように光反射部材８０が備えられるとともに透明誘電体８１が充填されている孔部８に入射した光の反射は、光反射部材８０において行われる。このとき光反射部材８０への入射角度は、７０度以上であることが望ましい。入射角度が大きいほど反射率は増加することになるので、光利用効率を向上させることができる。また、反射回数が小さいほど、反射による光損失を低減することができるので、光利用効率を向上させることができる。すなわち、例えば屈折率１．５程度の充填材料８１を光反射部材８０が備えられた孔部８の内部に充填するのみで、これらの作用を同時に生じることができ、その光利用効率を大きく増大することができるようになるものである。

ここで、図１８ないし図２１に、ＶＣＳＥＬ１を用いた場合の光利用効率の計算結果を示す。なお、図１８中、“ａｉｒ”は充填材料８１を充填しない場合、“ｎ１５０”は充填材料８１を充填した場合である。孔部８の径は５０μｍとし、光反射部材８０の反射率は複素屈折率を基に計算した。計算には、モンテカルロ法による光線追跡を行い、１０万本以上により絶対値として２％以内の計算誤差である。ただし、設定した物質特性値による誤差は含まない。計算波長は８５０ｎｍであり、充填材料８１は吸収のない屈折率１．５の材料とした。孔部８の長さとなる伝播長の記入のないものは伝播長＝１ｍｍであり、光反射部材８０の記入のないものは金属＝銅であり、ＶＣＳＥＬ発散角の記入のないものは、２５度である。発散角度が２０度のときのＶＣＳＥＬ発散角の正規化強度角度分布としては、図２２に示す強度プロファイルを定義して用いた。他の角度のときは、これらを基に横倍率をかけることにより定義した。

なお、充填材料８１は、光反射部材８０（金属薄膜）の酸化防止、さらには湿度やコンタミ（contamination：異物混入）による光利用効率低下を減少させる効果もある。

[第２の変形例]
図２３は第２の変形例を示すものである。図２３に示すように、第２の変形例は、成形体３の孔部８の側面に低屈折率材料からなるクラッド薄膜８２を形成し、このクラッド薄膜８２の内側にクラッド薄膜と比較して高屈折率材料からなるコア部８３を形成したものである。図２３に示すように、不透明な成形体３の孔部８内にクラッド薄膜８２を形成し、その内部にコア部８３を形成しているので、全反射による低損失の伝播が可能であり、反射率を向上させた光反射構造により、より光利用効率を向上させた光伝送素子モジュールを実現することができる。すなわち、クラッド薄膜８２は光反射部材として機能し、コア部８３は充填材料として機能するものである。

クラッド薄膜８２を形成する低屈折材料としては、汎用光学材料のエポキシ樹脂およびアクリル樹脂以外にも、フッ素を含有したエポキシおよびアクリル材料またはサイトップ（旭硝子社）やＰＦＡ（デュポン社）等のフッ素樹脂を用いることができる。一方、コア部を形成する高屈折率材料としては、汎用光学材料のポリカーボネート樹脂、ポリオエレフィン樹脂（例えば日本ゼオン社ゼオネックス）以外にもポリイミド系樹脂やベンゼン環や複素環を含有した高屈折率樹脂を用いることができる。低屈折率材料と高屈折率材料は、その配置を交換してもよい。また、フッ素を含有する低屈折率材料を用いた場合には、リフロー時の耐熱性を考慮して被覆層の内側に用いることが好ましい。

ここで、クラッド薄膜８２及びコア部８３の形成手法について図２４を参照しつつ説明する。まず、図２４（ｂ）に示すように、成形体３に設けた孔部８の側面を化成品にて親水処理を行い、親水処理層９０を形成する。この親水処理層９０は、必要に応じて孔部８以外に施しても良い。また、この親水処理層９０は、成形体３の内部まで変性するものであっても良いし、成形体３の孔部８の表面のみを被覆する被覆層を設けるものであっても良い。また、通常の電極配線４を作製する場合の工程と同時に行うようにしても良い。次に、図２４（ｃ）に示すように、親水処理層９０を設けた成形体３に、銅の無電解メッキ処理を施すことにより、親水処理層９０の部分の表面のみを選択的に銅メッキとなる金属薄膜９１を形成する。その後、図２４（ｄ）に示すように、成形体３をアクリル成分を含む低屈折率高分子電着コーティング液に浸漬し、この銅からなる金属薄膜９１の電位を制御することにより、重合反応を開始させて薄膜のクラッド薄膜８２を形成する。最後に、図２４（ｅ）に示すように、低屈折率高分子電着コーティング液から取り出して純水にて洗浄した後、高屈折率高分子電着コーティング液に再度浸漬し、この銅からなる金属薄膜９１の電位を制御することにより、重合反応を再開させて薄膜のコア部８３を形成する。この後、再度、高屈折率高分子電着コーティング液から取り出して、純水にて洗浄した後、加熱さらには光照射を行い反応を完全に停止し、さらに緻密な透明材料とする。これにより、光学的に良好な光利用効率を有するクラッド薄膜８２とコア部８３を形成することができる。

以上の手順により、不透明な成形体３の孔部８内にクラッド薄膜８２形成し、その内部にコア部８３を形成することができる。これにより、全反射による低損失の伝播が可能であり、反射率を向上させた光反射構造により、より光利用効率を向上させた光伝送素子モジュールを実現することができる。

なお、電着により形成するのは、クラッド薄膜８２とコア部８３のどちらか一方であっても良い。また、金属薄膜９１のかわりに半導体を用いて、光照射により重合を開始することも効果的である。また、コア部８３のみを挿入して、クラッド薄膜８２を周囲と孔部８の壁面またはその上に設けた金属薄膜９１との間にクラッド薄膜８２を電着形成することも効果的である。

また、図２４に示すように、成形体３の孔部８にこれらのクラッド薄膜８２とコア部８３を作製する場合には、孔部８の端面が平面またはなだらかな曲面となるように、あらかじめ平板や型を当てたり、同時に光照射するなどして、側面以外の形状制御手段を設けることも効果的である。

さらに、電着する材料は、アクリル系材料に限定されるわけではなく、他の高分子材料を用いたり、誘電体を含む無機材料を含有していても良い。

さらにまた、コア部８３を光硬化性材料からなるインクで形成するようにしても良い。光硬化性材料からなるインクによるコア部８３の形成手法について図２５を参照しつつ説明する。図２５（ａ）〜（ｄ）については図２４（ａ）〜（ｄ）と何ら変わるものではないので、その説明は省略する。図２５（ｆ）に示すように、低屈折率高分子電着コーティング液から取り出して純水にて洗浄した後、クラッド薄膜８２が形成された孔部８の内部に、インク出射装置９２により、光硬化性材料からなるインク９３を出射する。そして、図２５（ｇ）に示すように、出射されたインク９３は表面張力と粘度を最適にすることにより孔部８内に充填され、この後、この孔部８にＵＶ光を集中させて照射してインク９３を光硬化させることにより、透明材料からなるコア部８３を形成することができる。

以上の手順により、不透明な成形体３の孔部８内にクラッド薄膜８２形成し、その内部にコア部８３を形成することができる。この場合には、コア部８３が通常の光学材料からなる誘電体充填材料からなるので、反射率を向上させた光反射構造をより簡単に作製できるようになる。

なお、図２６に示すように、成形体３の孔部８の側面に金属薄膜等の光反射部材８０を設けた後、低屈折率材料からなるクラッド薄膜８２を形成し、このクラッド薄膜８２の内側にクラッド薄膜８２と比較して高屈折率材料からなるコア部８３を形成するようにしても良い。これにより、全反射による低損失の伝播が可能であると同時に、全反射を超えた角度や薄いコア層の場合でも高い反射率とすることができるので、より反射率を向上させた光反射構造を簡単に作成できることができる。

［第八の実施の形態］
本発明の第八の実施の形態を図２７に基づいて説明する。

本実施の形態は、前述した光伝送素子モジュール１００の光伝送素子であるＶＣＳＥＬ１のＰＣＢ９側に、当該ＶＣＳＥＬ１に密着する密着部材を備えるようにしたものである。なお、ここでは、図１に示す光伝送素子モジュール１００についての適用例について説明するが、図３（ａ）や図３（ｂ）に示す光伝送素子モジュール１００、図４に示す光伝送素子モジュール２００、図５、図８、図９に示す光伝送素子モジュール３００、図１０に示す光伝送素子モジュール４００等に適用可能であることは言うまでもない。

図２７は、本発明の第八の実施の形態の光伝送素子モジュール１００を示す模式図である。図２７に示すように、光伝送素子であるＶＣＳＥＬ１のＰＣＢ９側に、当該ＶＣＳＥＬ１に密着する直方体形状の密着部材２０１が備えられている。また、ＶＣＳＥＬ１と密着部材２０１とは、接着材料を含有する材料から形成された中間層２０２により互いに密着されている。

密着部材２０１は、成形体３と略同一の熱膨張係数を有し、かつ、熱抵抗の小さい銅を用いている。成形体３の熱膨張係数は、ＦＲ４系材料や液晶ポリマー系複合材の場合には一般には１５〜２５ｐｐｍであるのに対して、ＶＣＳＥＬ１の基板としてＧａＡｓを用いた場合にはその熱膨張係数は６ｐｐｍであり、非常に大きな熱膨張係数の差がある。これに対して、銅の熱膨張係数は１８ｐｐｍであり、成形体３との熱膨張数の差を大きく低減することができるようになる。なお、密着部材２０１の材料は、銅に限定されるわけではなく、セラミックス、複合材料、高分子材料等を用いることができ、応力と放熱特性を考慮して膨張係数と熱抵抗および電気抵抗を最適化することが好ましい。また、形状も図２７に示す直方体に限定されるわけではなく、円柱形状や角錐形状であってもよい。また、単一または複数の貫通孔等を設けたりすることも効果的である。

中間層２０２は、単なる接着剤に限定されるわけではなく、放熱特性をより向上させるためには、伝熱材フィラーまたは伝熱材微粒子を含有する複合型の伝熱性材料を用いたり、シリコンゲルのような密着性と伝熱性とを同時に有する材料を用いてもよい。その大きさは、密着部材２０１と同じ大きさである必要はなく、その材料特性に応じて最適化することが好ましい。

このように構成することにより、光伝送素子モジュール１００に対してその使用環境や動作自体による発熱が原因で熱変動が生じた場合において、ＶＣＳＥＬ１と成形体３との熱膨張係数が異なることにより生じた応力による変形が、ＶＣＳＥＬ１が成形体３と密着部材２０１とで挟まれているために大きく低減し、ＶＣＳＥＬ１上の電気配線５、成形体３上の電気配線４やマイクロ光学素子７の変形による信頼性を向上させることができる。また、ＶＣＳＥＬ１に対して密着部材２０１がヒートシンクとなって機能し、ＶＣＳＥＬ１の放熱特性を向上することができる。

また、本実施の形態の光伝送素子モジュール１００においては、密着部材２０１と成形体３との間に、中間充填材２０３が充填されている。これにより、ＶＣＳＥＬ１と成形体３と密着部材２０１とでわずかに異なることにより生じた応力による変形をより低減し、成形体３上の電気配線４やマイクロ光学素子７の変形による信頼性を向上させることができる。

なお、密着部材２０１を密着させる成形体３上の部材は、ＶＣＳＥＬ１に限定されるわけではない。ＶＣＳＥＬ１と電気接続しているドライバ素子、アップ素子、論理素子、電気伝送素子等を搭載するＩＣを成形体３にバンプ接合すると同時に、その裏面を密着部材２０１に密着させることにより、ＶＣＳＥＬ１と同様に信頼性を向上させることができる。

［第九の実施の形態］
本発明の第九の実施の形態を図２８に基づいて説明する。

本実施の形態は、前述した光伝送素子モジュール１００の光伝送素子であるＶＣＳＥＬ１のＰＣＢ９側に、当該ＶＣＳＥＬ１に密着する密着部材を備えるようにしたものである。なお、ここでは、図１に示す光伝送素子モジュール１００についての適用例について説明するが、図３（ａ）や図３（ｂ）に示す光伝送素子モジュール１００、図４に示す光伝送素子モジュール２００、図５、図８、図９に示す光伝送素子モジュール３００、図１０に示す光伝送素子モジュール４００等に適用可能であることは言うまでもない。

図２８は、本発明の第九の実施の形態の光伝送素子モジュール１００を示す模式図である。図２８に示すように、光伝送素子であるＶＣＳＥＬ１のＰＣＢ９側に、当該ＶＣＳＥＬ１に密着する直方体形状の密着部材２０１が備えられている。また、ＶＣＳＥＬ１と密着部材２０１とは、接着材料を含有する材料から形成された中間層２０２により互いに密着されている。さらに、密着部材２０１は、接着材料を含有する材料から形成された中間層２０４によりＰＣＢ９に密着されている。

密着部材２０１は、成形体３と略同一の熱膨張係数を有し、かつ、熱抵抗の小さい銅を用いている。成形体３の熱膨張係数は、ＦＲ４系材料や液晶ポリマー系複合材の場合には一般には１５〜２５ｐｐｍであるのに対して、ＶＣＳＥＬ１の基板としてＧａＡｓを用いた場合にはその熱膨張係数は６ｐｐｍであり、非常に大きな熱膨張係数の差がある。これに対して、銅の熱膨張係数は１８ｐｐｍであり、成形体３との熱膨張数の差を大きく低減することができるようになる。なお、密着部材２０１の材料は、銅に限定されるわけではなく、セラミックス、複合材料、高分子材料等を用いることができ、応力と放熱特性を考慮して膨張係数と熱抵抗および電気抵抗を最適化することが好ましい。また、形状も図２７に示す直方体に限定されるわけではなく、円柱形状や角錐形状であってもよい。また、単一または複数の貫通孔等を設けたりすることも効果的である。

中間層２０２、２０４は、単なる接着剤に限定されるわけではなく、放熱特性をより向上させるためには、伝熱材フィラーまたは伝熱材微粒子を含有する複合型の伝熱性材料を用いたり、シリコンゲルのような密着性と伝熱性とを同時に有する材料を用いてもよい。その大きさは、密着部材２０１と同じ大きさである必要はなく、その材料特性に応じて最適化することが好ましい。

このように構成することにより、密着部材２０１がＶＣＳＥＬ１とＰＣＢ９との両方に密着しているために、ＶＣＳＥＬ１の熱を短い距離と低い熱伝導率による低熱抵抗でＰＣＢ９に伝熱することができるようになり、ＶＣＳＥＬ１の放熱特性を大きく向上させることができる。また、ＰＣＢ９の熱膨張係数は、一般には１５〜２５ｐｐｍである。つまり、ＰＣＢ９と密着部材２０１との熱膨張係数の差は１５〜２５ｐｐｍの間の２０％以内となるため、ＰＣＢ９と密着部材２０１との熱膨張係数は略同一である。したがって、その膨張係数による差による変形が生じにくい上に光伝送素子モジュール１００の中央部に密着部材２０１による変形しない部分が生じるので、変形量が非常に低減でき、光伝送素子モジュール１００のマイクロ光学素子７の信頼性をより向上させることができる。これらにより、光伝送素子モジュール１００の信頼性をより一層に向上することができるようになる。

また、本実施の形態の光伝送素子モジュール１００においては、密着部材２０１と成形体３との間に、中間充填材２０３が充填されている。これにより、ＶＣＳＥＬ１と成形体３と密着部材２０１とでわずかに異なることにより生じた応力による変形をより低減し、成形体３上の電気配線４やマイクロ光学素子７の変形による信頼性を向上させることができる。

なお、密着部材２０１を密着させる成形体３上の部材は、ＶＣＳＥＬ１に限定されるわけではない。ＶＣＳＥＬ１と電気接続しているドライバ素子、アップ素子、論理素子、電気伝送素子等を搭載するＩＣを成形体３にバンプ接合すると同時に、その裏面を密着部材２０１に密着させ、かつ、この密着部材２０１をＰＣＢ９に密着させることにより、ＶＣＳＥＬ１と同様に信頼性を向上させることができる。

［第十の実施の形態］
本発明の第十の実施の形態を図２９に基づいて説明する。

本実施の形態は、前述した光伝送素子モジュール１００の光伝送素子であるＶＣＳＥＬ１のＰＣＢ９側に、当該ＶＣＳＥＬ１に密着する密着部材を備えるようにしたものである。なお、ここでは、図１に示す光伝送素子モジュール１００についての適用例について説明するが、図３（ａ）や図３（ｂ）に示す光伝送素子モジュール１００、図４に示す光伝送素子モジュール２００、図５、図８、図９に示す光伝送素子モジュール３００、図１０に示す光伝送素子モジュール４００等に適用可能であることは言うまでもない。

図２９は、本発明の第十の実施の形態の光伝送素子モジュール１００を示す模式図である。図２９に示すように、光伝送素子であるＶＣＳＥＬ１のＰＣＢ９側に、当該ＶＣＳＥＬ１に密着する直方体形状の密着部材２０１が備えられている。また、ＶＣＳＥＬ１と密着部材２０１とは、接着材料を含有する材料から形成された中間層２０２により互いに密着されている。さらに、密着部材２０１は、金属バンプ２０５によりＰＣＢ９に接合されている。

密着部材２０１は、成形体３と略同一の熱膨張係数を有し、かつ、熱抵抗の小さい銅を用いている。成形体３の熱膨張係数は、ＦＲ４系材料や液晶ポリマー系複合材の場合には一般には１５〜２５ｐｐｍであるのに対して、ＶＣＳＥＬ１の基板としてＧａＡｓを用いた場合にはその熱膨張係数は６ｐｐｍであり、非常に大きな熱膨張係数の差がある。これに対して、銅の熱膨張係数は１８ｐｐｍであり、成形体３との熱膨張数の差を大きく低減することができるようになる。なお、密着部材２０１の材料は、銅に限定されるわけではなく、セラミックス、複合材料、高分子材料等を用いることができ、応力と放熱特性を考慮して膨張係数と熱抵抗および電気抵抗を最適化することが好ましい。また、形状も図２７に示す直方体に限定されるわけではなく、円柱形状や角錐形状であってもよい。また、単一または複数の貫通孔等を設けたりすることも効果的である。

中間層２０２は、単なる接着剤に限定されるわけではなく、放熱特性をより向上させるためには、伝熱材フィラーまたは伝熱材微粒子を含有する複合型の伝熱性材料を用いたり、シリコンゲルのような密着性と伝熱性とを同時に有する材料を用いてもよい。その大きさは、密着部材２０１と同じ大きさである必要はなく、その材料特性に応じて最適化することが好ましい。

このように構成することにより、密着部材２０１がＶＣＳＥＬ１に密着すると同時に、ＰＣＢ９に金属バンプ２０５で接合されているために、ＶＣＳＥＬ１の熱を短い距離と低い熱伝導率による低熱抵抗でＰＣＢ９に伝熱することができるようになり、ＶＣＳＥＬ１の放熱特性を大きく向上させることができる。また、ＰＣＢ９の熱膨張係数は、一般には１５〜２５ｐｐｍである。つまり、ＰＣＢ９と密着部材２０１との熱膨張係数の差は１５〜２５ｐｐｍの間の２０％以内となるため、ＰＣＢ９と密着部材２０１との熱膨張係数は略同一である。したがって、その膨張係数による差による変形が生じにくい上に光伝送素子モジュール１００の中央部に密着部材２０１による変形しない部分が生じるので、変形量が非常に低減でき、光伝送素子モジュール１００のマイクロ光学素子７の信頼性をより向上させることができる。これらにより、光伝送素子モジュール１００の信頼性をより一層に向上することができるようになる。

また、本実施の形態の光伝送素子モジュール１００においては、密着部材２０１と成形体３との間に、中間充填材２０３が充填されている。これにより、ＶＣＳＥＬ１と成形体３と密着部材２０１とでわずかに異なることにより生じた応力による変形をより低減し、成形体３上の電気配線４やマイクロ光学素子７の変形による信頼性を向上させることができる。

なお、密着部材２０１を密着させる成形体３上の部材は、ＶＣＳＥＬ１に限定されるわけではない。ＶＣＳＥＬ１と電気接続しているドライバ素子、アップ素子、論理素子、電気伝送素子等を搭載するＩＣを成形体３にバンプ接合すると同時に、その裏面を密着部材２０１に密着させ、かつ、この密着部材２０１をＰＣＢ９にもバンプ接合させることにより、ＶＣＳＥＬ１と同様に信頼性を向上させることができる。

本発明の第一の実施の形態の光伝送素子モジュールを示す模式図である。 成形体とマイクロ光学素子との一体成形手法について示す模式図である。 光伝送素子モジュールの変形例を示す模式図である。 本発明の第二の実施の形態の光伝送素子モジュールを示す模式図である。 本発明の第三の実施の形態の光伝送素子モジュールを示す模式図である。 シリコン基板とマイクロ光学素子との一体成形手法について示す模式図である。 シリコン基板とマイクロ光学素子との別の一体成形手法について示す模式図である。 光伝送素子モジュールの変形例を示す模式図である。 光伝送素子モジュールの変形例を示す模式図である。 本発明の第四の実施の形態の光伝送素子モジュールを示す模式図である。 本発明の第五の実施の形態の光配線システムを示す模式図である。 シミュレーションにより求めた光利用効率を示すグラフである。 図１１におけるＶＣＳＥＬの光出射部、マイクロ光学素子および９０度偏向子の位置関係を示す模式図である。 第二の実施の形態の光伝送素子モジュールを適用した場合におけるＶＣＳＥＬの光出射部、マイクロ光学素子および９０度偏向子の位置関係を示す模式図である。 本発明の第六の実施の形態の光配線システムを示す模式図である。 本発明の第七の実施の形態の光伝送素子モジュールを示す模式図である。 光伝送素子モジュールの第１の変形例を示す模式図である。 （ａ）は中空導波路距離と光利用効率との関係を示すグラフ、（ｂ）はその一部を拡大して示すグラフである。 ＶＣＳＥＬ発散角と光利用効率との関係を示すグラフである。 波長と光利用効率との関係を示すグラフである。 金属と光利用効率との関係を示すグラフである。 ＶＣＳＥＬ発散角が２０度のときのＶＣＳＥＬ発散角の正規化強度角度分布を示すグラフである。 光伝送素子モジュールの第２の変形例を示す模式図である。 第２の変形例の形成手法について示す模式図である。 第２の変形例の別の形成手法について示す模式図である。 別の光伝送素子モジュールの第２の変形例を示す模式図である。 本発明の第八の実施の形態の光伝送素子モジュールを示す模式図である。 本発明の第九の実施の形態の光伝送素子モジュールを示す模式図である。 本発明の第十の実施の形態の光伝送素子モジュールを示す模式図である。

符号の説明

１ 光伝送素子
３，５１ 実装基板
４ 実装基板の電気配線
５ 光伝送素子の電極
７，３１，７１ 光学結像素子
８，５２ 貫通孔
９ 配線基板
１０ 配線基板の電気配線
８０ 光反射部材、金属薄膜
８１ 誘電体充填材料
８２ 光反射部材、クラッド薄膜
８３ コア部
１００，２００，３００，４００ 光伝送素子モジュール
１０２，３０２ 光配線ボードの電気配線と接合する電気配線
２０１ 密着部材

Claims (23)

1. 光の出射または入射を司る光伝送素子と、
   この光伝送素子を実装する実装基板と、
   この実装基板に実装された前記光伝送素子に対向する位置に設けられ、前記光伝送素子からの出射光または前記光伝送素子への入射光を通過させる貫通孔と、
   この貫通孔上に設けられた光学結像素子と、
   を有し、
   前記光伝送素子は、光出射部または光入射部と、前記実装基板の電気配線とバンプ接合する電極とを当該光伝送素子の同一面上に配設している、
   ことを特徴とする光伝送素子モジュール。
2. 前記実装基板が、高分子含有材料からなる、
   ことを特徴とする請求項１記載の光伝送素子モジュール。
3. 前記実装基板が、シリコン基板からなる、
   ことを特徴とする請求項１記載の光伝送素子モジュール。
4. 前記実装基板に設けられている前記貫通孔は、前記実装基板の前記光伝送素子側よりも前記光学結像素子側が大きい形状である、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
5. 前記実装基板に設けられている前記貫通孔は、テーパ形状である、
   ことを特徴とする請求項４記載の光伝送素子モジュール。
6. 前記貫通孔の壁面に、光反射部材を備える、
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
7. 前記光反射部材は、金属薄膜により形成されている、
   ことを特徴とする請求項６記載の光伝送素子モジュール。
8. 前記光反射部材が備えられた前記貫通孔の内部に、誘電体充填材料を充填した、
   ことを特徴とする請求項６記載の光伝送素子モジュール。
9. 前記光反射部材は低屈折率材料からなるクラッド薄膜により形成されており、前記クラッド薄膜の内側に当該クラッド薄膜と比較して高屈折率材料からなるコア部を形成した、
   ことを特徴とする請求項６記載の光伝送素子モジュール。
10. 前記クラッド薄膜と前記コア部との少なくとも一方を電着形成材料により形成した、
    ことを特徴とする請求項９記載の光伝送素子モジュール。
11. 前記コア部を誘電体充填材料により形成した、
    ことを特徴とする請求項９記載の光伝送素子モジュール。
12. 前記クラッド薄膜と前記貫通孔の壁面との間に、金属薄膜を形成した、
    ことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
13. 前記光学結像素子は、前記実装基板と一体化されている、
    ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
14. 前記光学結像素子の光軸に垂直な平面構造を有しており、当該光学結像素子と一体化されている被覆層を有する、
    ことを特徴とする請求項１３記載の光伝送素子モジュール。
15. 前記光学結像素子が、前記実装基板に型を押圧して成形した成形体である、
    ことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
16. 前記光学結像素子が、パターニングされた高分子形状に対応して作製されたものである、
    ことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
17. 前記光学結像素子の実効焦点距離が、前記光伝送素子の光出射部と前記光学結像素子の光学距離と略等しい、
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
18. 前記光学結像素子の実効焦点距離が、前記光伝送素子の光出射部と前記光学結像素子の光学距離の略１／２である、
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
19. 光配線ボードの電気配線と接合する電気配線を、前記光学結像素子に配設する、
    ことを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
20. 前記実装基板における前記光学結像素子側とは反対側には、電気配線を有する配線基板が配設されており、前記配線基板の電気配線は前記実装基板の電気配線にバンプ接合されている、
    ことを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
21. 前記光伝送素子における前記貫通孔側とは反対側には、前記実装基板と略同一の熱膨張係数を有し、かつ、熱抵抗の小さな密着部材が配設されており、前記密着部材は前記光伝送素子に密着されている、
    ことを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
22. 前記光伝送素子における前記貫通孔側とは反対側には、前記実装基板と略同一の熱膨張係数を有し、かつ、熱抵抗の小さな密着部材が配設されており、前記密着部材は前記光伝送素子と前記配線基板とに密着されている、
    ことを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
23. 前記光伝送素子における前記貫通孔側とは反対側には、前記実装基板と略同一の熱膨張係数を有し、かつ、熱抵抗の小さな密着部材が配設されており、前記密着部材は前記光伝送素子に密着されていて、前記配線基板の電気配線が前記密着部材にバンプ接合されている、
    ことを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか一記載の光伝送素子モジュール。
    
    

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