JP2005340545A - 光電変換素子アレイ、その集積装置及びこれらの実装構造、並びに光情報処理装置 - Google Patents

光電変換素子アレイ、その集積装置及びこれらの実装構造、並びに光情報処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 光配線を高密度集積することができると共に、光電変換素子による光干渉やクロストークなどを低減することができ、効率的な光の伝搬を行うことができる光電変換素子アレイ、その集積装置及びこれらの実装構造、並びに光情報処理装置を提供すること。
【解決手段】 アレイ状に配置された複数の光電変換素子（発光素子４、受光素子５）からなり、これらの光電変換素子４、５がアレイ方向において１つ置きに同一直線上に位置するように交互に異なる位置に配置されている、光電変換素子アレイ。本発明の光電変換素子アレイにおける、発光素子アレイと受光素子アレイとがインターポーザー基板９に対向配置されて、これらのアレイがインターポーザー基板９に外部接続端子７を介して実装されている、光電変換素子アレイの実装構造。本発明の光電変換素子アレイと、前記光電変換素子アレイの各素子に対向した光導波路３とを有する、光情報処理装置１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光電変換素子アレイ、その集積装置及びこれらの実装構造、並びに光情報処理装置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搬は、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１１に示すように、プリント配線基板５０上に光導波路５１を形成し、発光素子（例えば面発光レーザー）５２によって信号変調された光（例えばレーザー光）を光導波路５１へ入射させ、入射した光は光導波路５１を導波し、光導波路５１から出射された光は、受光素子（例えばフォトダイオード）５３によって受光される。このように、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。
光導波路５１は、クラッド層６０及び６１と、これらに挟持されたコア層５７とからなり、クラッド層６０上の光入出射部に相当する位置にレンズ部材５８が設けられている。また、図１１（ｂ）に示すように、コア層５７は複数個が並列に配されている。なお、図１１（ｂ）では、クラッド層６１は図示省略した。
そして、発光素子５２及び受光素子５３はそれぞれ、基体５６ａ及び５６ｂ上に、複数のコア層５７の各光入出射部に対応して配されて発光素子アレイ６２及び受光素子アレイ６３を構成している。また、各発光素子５２及び受光素子５３には光学部品５９が配されており、これにより効果的な光の出射及び入射が行われる。さらに、発光素子アレイ６２及び受光素子５３は、駆動回路素子５５などを有する実装基板（例えばインターポーザー）５４上に実装される。
また、図１１（ｃ）に示すように、発光素子５２には外部接続端子６４が接続されており、これらは複数のコア層５７の各光入出射部に対応して基体５６ａ上に並列に配され、発光素子アレイ６２を構成している。これは受光素子アレイ６３についても同様である。
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、上記したような従来例による光導波路５１において、コア層５７の高密度アレイ化（例えば１００μｍピッチ以下）は技術的に困難である。以下にその理由を説明する。
図１１（ａ）に示すように、従来例による光導波路５１は、光入出射部が４５°ミラー面に形成されており、これは円板ブレードソーなどの機械的加工により形成される。これにより、図示するように複数のコア層５７の光入出射部は、光の導波（伝搬）方向に対して垂直方向の直線配列となる。なお、等方エッチングなどによるミラー部の選択形成法も検討されているが、精度、安定性などが不十分であり、現時点では量産化不可能と見なされている。
そして、発光素子５２及び受光素子５３は、コア層５７の光入出射部に対応して配されるため、これらの配列も直線配列になる。
しかしながら、発光素子５２及び受光素子５３は、隣接する素子との光干渉（光が１０°程度の広がりを持ちつつ進むため、隣接経路に信号干渉する。）、素子発熱によるクロストーク（発光発熱により隣接する素子の特性を変化させてしまう。）などの悪影響を避けるため、高密度アレイ化が不可能である。このため、コア層５７もまたある程度のピッチが必要となり、高密度アレイ化が不可能となる。
以上の理由により、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従来例による光伝送・通信システムでは、光配線を１００μｍピッチ以下に高密度集積させることは困難である。またこのことが、光伝送チャンネルを、数十ｃｈレベルに留まらせている原因でもある。
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、光配線を高密度集積することができると共に、光電変換素子による光干渉やクロストークなどを低減することができ、効率的な光の伝搬を行うことができる光電変換素子アレイ、その集積装置及びこれらの実装構造、並びに光情報処理装置を提供することにある。
即ち、本発明は、アレイ状に配置された複数の光電変換素子からなり、これらの光電変換素子がアレイ方向において１つ置きに同一直線上に位置するように交互に異なる位置に配置されている、光電変換素子アレイに係るものである。
また、アレイ状に配置された複数の光電変換素子からなり、これらの光電変換素子がア レイ方向において１つ置きに同一直線上に位置するように交互に異なる位置に配置され ている、光電変換素子アレイの複数個が並置されてなり、
互いに隣接する光電変換素子アレイ間で、各光電変換素子がアレイ方向において異な る位置に配置されている、
光電変換素子アレイ集積装置に係るものである。
また、本発明の光電変換素子アレイ又は光電変換素子アレイ集積装置における、発光素子アレイと受光素子アレイとがインターポーザー基板に対向配置されて、これらのアレイが前記インターポーザー基板に前記外部接続端子を介して実装されている、光電変換素子アレイ又は光電変換素子アレイ集積装置の実装構造に係るものである。
さらに、本発明の光電変換素子アレイ又は光電変換素子アレイ集積装置と、前記光電変換素子アレイの各素子に対向した光導波路とを有する、光情報処理装置に係るものである。
本発明者が上述したような高密度集積化について鋭意検討したところ、特願２００２−３６４８４１号（先願発明と称することがある。）において、光導波路のコア層が複数個並列に配置されており、隣接するコア層間で光入出射部の位置が光の導波方向にずれて形成されてなる光導波路を提案し、このような構造は、放射光リソプロセスを用いることにより可能となることを初めて知見した。これにより、コア層の光入出射部に対応して配される前記光電変換素子（発行素子及び受光素子）もまた、前記導波方向にずれて配することができるようになる。この結果、高密度集積化した場合でも、上述した従来例に比べて、互いに隣接する発光素子（又は受光素子）間の距離を大きくすることができるので、隣接する光電変換素子との光干渉、素子発熱によるクロストークなどの悪影響を従来例による構造に比べて低減できる。
しかしながら、本発明者が更なる特性の向上を実現するために鋭意検討したところ、先願発明による構造でも、互いに隣接する発光素子（又は受光素子）間の距離が十分ではなく、光干渉やクロストークなどが生じることがあることを見出した。
これに対し本発明の光電変換素子アレイは、アレイ状に配置された前記複数の光電変換素子（発光素子又は受光素子）からなり、これらの光電変換素子がアレイ方向において１つ置きに同一直線上に位置するように交互に異なる位置に配置されているので、集積密度を高くしても、隣接する前記光電変換素子間の距離を十分に大きく取ることができる。従って、実装における難易度を低減することができ、前記光電変換素子の光学的及び電気的干渉やクロストークなどを効果的に防ぐことができ、システムの高伝送容量化、低コスト化を更に追及することができる。
本発明において、前記複数の光電変換素子にそれぞれ外部接続端子が接続され、この光電変換素子と外部接続端子との組が、前記アレイ方向において反転したパターンに形成されていることが望ましい。また、隣接する前記組が、アレイ方向と直交する方向に交互にずれて配置されていることが望ましい。これにより、隣接する前記光電変換素子間及び外部接続端子間の距離をより大きくすることができるので、光干渉やクロストークなどを生じることなく、前記光電変換素子の集積密度をより向上させることができ、隣接する外部接続端子を配置し易くでき、この結果、後述する光導波路のコア層の高集積密度化を容易かつ確実に図ることができる。
さらに、本発明の光電変換素子アレイは、発光素子アレイ又は受光素子アレイとして構成されていることが好ましく、この発光素子アレイ又は受光素子アレイは、駆動回路素子が配されたインターポーザー基板に前記外部接続端子を介して実装されることが好ましい。
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変換素子アレイ集積装置及び光情報処理装置の概略図である。図１（ａ）に示すように、本発明に基づく光情報処理装置１は、プリント配線基板２上に光導波路３を形成し、前記光電変換素子としての発光素子（例えば面発光レーザー）４によって信号変調された光（例えばレーザー光）を光導波路３へ入射させ、入射した光は光導波路３を導波し、光導波路３から出射された光は、前記光電変換素子としての受光素子（例えばフォトダイオード）５によって受光される。このように、光導波路３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。
また、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明に基づく光電変換素子アレイ集積装置６は、
アレイ状に配置された複数の発光素子４（又は受光素子５）からなり、これらの光電 変換素子４（又は５）がアレイ方向において１つ置きに同一直線上に位置するように交 互に異なる位置に配置されている光電変換素子アレイの複数個が、基体８上に並置され てなり、
互いに隣接する光電変換素子アレイ間で、各光電変換素子４（又は５）がアレイ方向 において異なる位置に配置されている。
また、前記複数の光電変換素子４（又は５）にそれぞれ外部接続端子（アノード電極）７が接続され、この光電変換素子４（又は５）と外部接続端子７との組が、前記アレイ方向において反転したパターンに形成されていることが好ましい。さらに、隣接する前記組が、アレイ方向と直交する方向に交互にずれて配置されていることが好ましい。これにより、隣接する光電変換素子４（又は５）間の距離をより大きくすることができるので、光干渉やクロストークなどを生じることなく、光電変換素子４（又は５）の集積密度をより向上させることができ、この結果、後述する光導波路のコア層の高集積密度化を容易かつ確実に図ることができる。また、光電変換素子４（又は５）に対応してグランド電極（カソード電極）１２が形成されている。
このように、本発明に基づく光電変換素子アレイは、発光素子アレイ又は受光素子アレイとして構成されている。
そして、前記発光素子アレイと前記受光素子アレイとがインターポーザー基板９に対向配置されて、これらのアレイがインターポーザー基板９に外部接続端子７及びはんだバンプ１０を介して実装されている。なお、インターポーザー基板９には光電変換素子４（又は５）に接続された配線（図示省略）及び駆動回路素子１１が配されている。
また、発光素子４及び受光素子５に対応してレンズ部材１３が配置されていることが好ましい。これにより、より効率的な光の入射又は出射を行うことができる。なお、図１（ｂ）ではレンズ部材１３は図示省略した。
そして、図１（ａ）及び（ｃ）に示すように、光導波路３は、クラッド層１４及び１５と、これらに挟持されたコア層１６とからなり、クラッド層１４上の光入出射部に相当する位置にレンズ部材１７が設けられている。また、コア層１６は複数個が並列に配されており、光入射部及び光出射部は４５°ミラー面に形成されている。また、互いに隣接するコア層の光入射部及び光出射部は、発光素子４及び受光素子５に対応して、光の導波（伝搬）方向においてずれた位置に形成されている。なお、図１（ｃ）では、クラッド層１４は図示省略した。このような構造を有する光導波路は、例えば放射光リソプロセスを用いることにより可能となる。
本発明に基づく光情報処理装置１のメカニズムは、発光素子４によって信号変調された光（例えばレーザー光）が、レンズ部材１３でコリメーションされる。この信号光は、更に光導波路３の光入射部に形成されたレンズ部材１７によって集光され、光導波路３のコア層１６へ効果的に入射される。入射した光は光導波路３を導波し、光導波路３の光出射部に形成されたレンズ部材１７によってコリメーションされて、光導波路３から出射される。そして、出射光は、レンズ部材１３によって集光されて、受光素子５に効果的に受光される。このように、光導波路３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。
本実施の形態によれば、本発明に基づく光電変換素子アレイは、アレイ状に配置された複数の光電変換素子４、５からなり、これらの光電変換素子４、５がアレイ方向において１つ置きに同一直線上に位置するように交互に異なる位置に配置されているので、コア層１６の集積密度を高くしても、隣接する光電変換素子４、５間の距離を十分に大きく取ることができる。従って、実装における難易度を低減することができ、光電変換素子４、５の光学的及び電気的干渉やクロストークなどを効果的に防ぐことができ、システムの高伝送容量化、低コスト化を更に追及することができる。
また、レンズ部材１３の占有面積も稼げるため、結合効率の向上を図ることができ、結果としてシステムの信頼性の向上、消費電力などの抑制等が可能となる。
さらに、隣接する外部接続端子７（及びはんだバンプ１０）間の距離も大きくすることができるので、信頼性、量産性の向上を図ることができる。
図２（ａ）は、先願発明による配置例を示す模式図であり、図２（ｂ）は、本実施の形態による配置例を示す模式図である。
一般に、隣接する素子４、５において、一方の素子の熱が他方の素子に伝わり、これにより高周波特性が低下するため、隣接する素子の間隔を約１００μｍ確保すれば問題ないとされている。図２（ａ）に示すように、先願発明による配置例では、隣接する素子の間隔を２００μｍに形成することができる。これに対し、図２（ｂ）に示すように、本実施の形態による配置例では、前記光電変換素子アレイ間における素子間隔Ａを２５６μｍとすることができ、また同じ前記光電変換素子アレイ内における素子間隔Ｂを２２３μｍとすることができ、先願発明による配置例に比べてより大きく形成することができる。
また、はんだバンプ１０のバンプサイズの微小化が進んでいるが、信頼性・量産性を考慮すると、そのサイズはΦ５０μｍ以上となることが好ましい。また、そのバンプピッチはサイズの約２倍の１００μｍ以上が好ましい。それ以下であると、隣接するはんだバンプ１０が溶解時に結合し、ショート不良となる恐れがある。図２（ａ）に示すように、先願発明による配置例では、隣接するはんだバンプ１０の間隔を２００μｍに形成することができる。これに対し、図２（ｂ）に示すように、本実施の形態による配置例では、はんだバンプ１０の間隔を２２３μｍとすることができ、先願発明による配置例に比べてより大きく形成することができる。
さらに、素子４、５に対応して配されるレンズ部材１３のレンズ径は、隣接する素子間の距離以下の大きさとなる。また、レンズ部材１３を通過する光の光束は実装によるズレを考慮し、実装許容誤差を引いた値となる（これは、光信号が隣の信号系に漏れてしまうためである。）。但し、前記光束はレンズ部材１３間の結合効率を上げるためにできるだけ大きくする必要がある。図２（ａ）では図示省略したが、先願発明による配置例では、レンズ部材の最大径をΦ２００μｍに形成することができる。これに対し、図２（ｂ）に示すように、本実施の形態による配置例では、レンズ部材１３の最大径をΦ２２３μｍとすることができ、先願発明による配置例に比べてより大きく形成することができる。
なお、複数の光電変換素子４、５と、複数の光電変換素子４、５にそれぞれ接続されたはんだバンプ１０との距離は例えば１００μｍ程度が一般的である。
以上より明らかなように、本実施の形態によれば、本発明に基づく光電変換素子アレイは、アレイ状に配置された複数の光電変換素子４、５からなり、これらの光電変換素子４、５がアレイ方向において１つ置きに同一直線上に位置するように交互に異なる位置に配置されているので、コア層１６の集積密度を高くしても、隣接する光電変換素子４、５間及び外部接続端子７間の距離を十分に大きく取ることができる。従って、実装における難易度を低減することができ、光電変換素子４、５の光学的及び電気的干渉やクロストークなどを効果的に防ぐことができ、システムの高伝送容量化、低コスト化を更に追及することができる。
また、レンズ部材１３の占有面積も稼げるため、結合効率の向上を図ることができ、結果としてシステムの信頼性の向上、消費電力などの抑制等が可能となる。
さらに、隣接する外部接続端子７（及びはんだバンプ１０）間の距離も大きくすることができるので、信頼性、量産性の向上を図ることができる。
第２の実施の形態
隣接する光電変換素子４、５の距離をより大きくするために、図３に示すように、本発明に基づく光電変換素子アレイにおいて、光電変換素子をアレイ方向において１つ置きにコア層の光導波方向にシフト（例えば２６μｍ）してもよい。これにより、前記光電変換素子アレイ間における素子間隔Ａ（及び隣接するはんだバンプ１０間の距離）を２３６μｍとすることができ、また同じ前記光電変換素子アレイ内における素子間隔Ｂを２３６μｍとすることができ、図２（ｂ）に示すような第１の実施の形態による配置例より更に大きく形成することができる。さらに、レンズ部材１３の最大径をΦ２３６μｍとすることができ、図２（ｂ）に示すような第１の実施の形態による配置例より更に大きく形成することができる。これにより、光の結合効率を更に向上することができる。
第３の実施の形態
本発明に基づく光情報処理装置は、上記したように、本発明に基づく光電変換素子アレイと、この光電変換素子アレイに対向した光導波路とを有し、その構造は本発明の内容を逸脱しない限り適宜選択可能であるが、例えば、ソケットと、前記ソケット内に設置された光導波路とを有する構造に好適に用いることができる。
図４は、前記ソケットの概略斜視図である。図４（ａ）は、前記ソケットの前記光導波路が設置される面側から見た概略斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の反対の面側から見た概略斜視図である。
図４に示すように、ソケット２０には、前記光導波路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、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２１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２２とを有している。また、凹部２１の深さは、前記光導波路の厚さよりも大きい。
また、ソケット２０の前記凹凸構造の凸面２３には、ソケット２０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２４が設けられている。そして、この凹凸構造の凸面２３上に、後述するように、本発明に基づく光電変換素子アレイ又は光電変換素子アレイ集積装置が固定される。
ソケット２０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２０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基板実装プロセスとの融合も図り易い。
ソケット２０の製造方法は特に限定されないが、例えば、前記凹凸構造を有する金型を用いて成形により容易に作製することができる。
図５は、上記のソケット２０を用いた本発明に基づく光情報処理装置１の概略断面図である。
図５に示すように、ソケット２０を用いた本発明に基づく光情報処理装置１は、一対のソケット２０と、このソケット２０に設置された光導波路３とを有し、この一対のソケット２０間に光導波路３が架け渡されている。なお、光導波路３は、図示省略したが、その内部に並列に配置された複数のコア層を備える。このとき、光導波路３は、後述するプリント配線基板とは非接触となっているので、使用時において発生する熱により、光導波路３が破壊されるのを効果的に防止することができる。
また、ソケット２０の前記凹凸構造の凸面２３上に、本発明に基づく光電変換素子アレイ（又は光電変換素子アレイ集積装置）を有するインターポーザー基板９が固定される。インターポーザー基板９の一方の面側には本発明に基づく光電変換素子アレイ（又は光電変換素子アレイ集積装置）６が実装され、他方の面側に駆動回路素子１１ａ、１１ｂが実装されている。
インターポーザー基板９は、図６に示すように、一方の面側には駆動回路素子１１ａ、１１ｂが実装されており、他方の面側には本発明に基づく光電変換素子アレイとしての（又は光電変換素子アレイ集積装置における）発光素子アレイ６ａ、受光素子アレイ６ｂが実装されている。なお、インターポーザー基板９の周辺部にはその他の信号配線用電極２７が設けられている。
そして、凹部２１に光導波路３が設置されてなる一対のソケット２０と、インターポーザー基板９を固定するに際し、インターポーザー基板９の光電変換素子アレイ６ａ、６ｂが実装された面側をソケット２０の凸面２３と接するように構成し、またソケット２０のターミナルピン２４とインターポーザー基板９のその他の信号配線用電極（図示省略）とを電気的に接続するように固定する。
また、ソケット２０の凹部２１の深さを、光導波路３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５に示すように、光導波路３の一方の面２６側と、インターポーザー基板９との間に空間２５を形成することができる。
上記したように、ソケット２０上に、インターポーザー基板９を介して駆動回路素子１１ａ、１１ｂを実装し、及び光導波路３の一方の面２６側と、インターポーザー基板９との間に空間２５を形成することにより、光情報処理装置１の使用時に駆動回路素子１１ａ、１１ｂが発熱しても、この熱によって光導波路３が破壊されるのを効果的に防ぐことができる。
この動作のメカニズムは、一方の駆動回路素子１１ａ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３の対応する一つのコア層の光入射部に入射し、光導波路が延伸する導波方向に導波され、他方のコア層の光出射部から出射する。そして、光導波路から出射された光信号は、対応する受光素子に受光されて電気信号に変換され、他方の駆動回路素子１１ｂに電気信号として伝送される。
本実施の形態の光情報処理装置１は、光導波路３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、この光情報処理装置１をプリント配線基板に電気的に接続された状態で固定する。
本実施の形態によれば、本発明に基づく光電変換素子アレイは、アレイ状に配置された前記複数の光電変換素子からなり、これらの光電変換素子がアレイ方向において１つ置きに同一直線上に位置するように交互に異なる位置に配置されているので、前記コア層の集積密度を高くしても、隣接する前記光電変換素子間の距離を十分に大きく取ることができる。従って、実装における難易度を低減することができ、前記光電変換素子の光学的及び電気的干渉やクロストークなどを効果的に防ぐことができ、システムの高伝送容量化、低コスト化を更に追及することができる。
また、レンズ部材の占有面積も稼げるため、結合効率の向上を図ることができ、結果としてシステムの信頼性の向上、消費電力などの抑制等が可能となる。
さらに、隣接する前記外部接続端子（及び前記はんだバンプ）間の距離も大きくすることができるので、信頼性、量産性の向上を図ることができる。
また、駆動回路素子１１ａ、１１ｂと前記光電変換素子間の信号線を短くかつ等長とすることができる。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、光導波路３がソケット２０の凹部２１に設置された状態で前記プリント配線基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基板の実装構造をそのまま利用できる構造である。従って、前記プリント配線基板上にソケット２０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３が高温プロセスに弱くても、例えば、前記プリント配線基板にソケット２０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２０の凹部２１に光導波路３を設置することができるので、光導波路３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、前記プリント配線基板と比較して剛性の高い樹脂によってソケット２０を作製でき、このソケット２０上で、前記発光素子又は受光素子、及び光導波路３間の光結合を行うことができるため、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、従来例による電気配線構造では、プリント配線基板に光導波路を直接設けていたので、駆動回路素子１１ａ、１１ｂの高機能化に伴って駆動回路素子１１ａ、１１ｂ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基板の設計の自由度を阻害している。これにより、プリント配線基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収めるＳＯＣ（system on chip）化に頼る状況となっていた。これに対し、本発明に基づく光情報処理装置１によれば、光導波路３がソケット２０の凹部２１に設置された状態で前記プリント配線基板に電気的に接続することができるので、前記プリント配線基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基板上に展開することが可能となり、前記プリント配線基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。
次に、本発明に基づく光情報処理装置１の製造方法の一例について、図７〜図９を参照して説明する。
まず、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、プリント配線基板２上に、一対のソケット２０を実装する。このとき、プリント配線基板２上の電極（図示省略）と、ソケット２０のターミナルピン２４とを位置合わせして、前記電極とソケット２０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、プリント配線基板２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７（ｃ）に示すように、ソケット２０の凹部２１に光導波路３を設置し、この一対のソケット２０間に光導波路３を架け渡しさせる。このとき、ソケット２０に設けられた前記凹凸構造としての突起部２２により、光導波路３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２１によって光導波路３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２０の凹部２１に光導波路３を設置するので、光導波路３とプリント配線基板２とは非接触の状態になっている。
光導波路３のソケット２０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ができる。具体的には、まず図９（ａ）に示すように、ソケット２０の凹部２１の底面に溝２８を任意の形状で形成する。このとき、溝２８の端部がソケット２０の突起部２２の周辺部まで位置するように形成する。次に、図９（ｂ）に示すように、ソケット２０の凹部２１に、複数のコア層１６が並んで配置されてなる光導波路３を設置する。上述したように、光導波路３の長さ方向及び幅方向における位置決めは、ソケット２０に設けられた突起部２２及び凹部２１によって容易に行うことができる。ここで、溝２８は突起部２２の周辺部まで位置するように形成されているので、溝２８の一部は光導波路３に覆われない状態となる。次に、図９（ｃ）に示すように、光導波路３に覆われていない溝２８の一部からディスペンサー２９等を用いて接着性の樹脂を注入し、固めることによって、ソケット２０の凹部２１に光導波路３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２０に光導波路３を設置した後、図８（ｄ）に示すように、ソケット２０の凸面２３上に、インターポーザー基板９を固定する。なお、インターポーザー基板９の一方の面側に前記駆動回路素子としての例えばＭＰＵ（micro processor unit）１１ａ又はＤＲＡＭ（dynamic random access memory）１１ｂが実装され、他方の面側に光電変換素子アレイ６ａ、６ｂが実装されている。このとき、インターポーザー基板９の光電変換素子アレイ６ａ、６ｂが実装された面側をソケット２０の凸面２３と接するように構成し、またソケット２０の凸面２３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基板９のその他の信号配線用の電極２７とを電気的に接続するように固定する。
次に、図８（ｅ）に示すように、ＭＰＵ１１ａ、ＤＲＡＭ１１ｂ上にそれぞれ、アルミのフィン３０を設置する。
以上のようにして、本発明に基づく光情報処理装置１を用いて、光導波路３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１２は、本発明に基づく光情報処理装置１をプリント配線基板２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、本発明に基づく光電変換素子アレイは、アレイ状に配置された前記複数の光電変換素子からなり、これらの光電変換素子がアレイ方向において１つ置きに同一直線上に位置するように交互に異なる位置に配置されているので、前記コア層の集積密度を高くしても、隣接する前記光電変換素子間の距離を十分に大きく取ることができる。従って、実装における難易度を低減することができ、前記光電変換素子の光学的及び電気的干渉やクロストークなどを効果的に防ぐことができ、システムの高伝送容量化、低コスト化を更に追及することができる。
また、レンズ部材の占有面積も稼げるため、結合効率の向上を図ることができ、結果としてシステムの信頼性の向上、消費電力などの抑制等が可能となる。
さらに、隣接する前記外部接続端子（及び前記はんだバンプ）間の距離も大きくすることができるので、信頼性、量産性の向上を図ることができる。
また、駆動回路素子１１ａ、１１ｂと前記光電変換素子間の信号線を短くかつ等長とすることができる。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、光導波路３がソケット２０の凹部２１に設置された状態でプリント配線基板２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基板２の実装構造をそのまま利用することができる。従って、プリント配線基板２上にソケット２０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３が高温プロセスに弱くても、上述したように、プリント配線基板２にソケット２０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２０の凹部２１に光導波路３を設置するので、前記光導波路が高温によるダメージをこうむることなくその実装を行うことが可能である。
また、プリント配線基板２と比較して剛性の高い樹脂によってソケット２０を作製でき、このソケット２０上で、前記発光素子又は受光素子、及び光導波路３間の光結合を行うことができるため、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、光導波路３がソケット２０の凹部２１に設置された状態でプリント配線基板２に電気的に接続することができるので、プリント配線基板２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基板上に展開することが可能となり、前記プリント配線基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２０上に、インターポーザー基板９を介して駆動回路素子１１ａ、１１ｂを実装し、及び光導波路３の一方の面２６側と、インターポーザー基板９との間に空間２５を形成することにより、光情報処理装置１の使用時に駆動回路素子１１ａ、１１ｂが発熱しても、この熱によって光導波路３が破壊されるもの効果的に防ぐことができる。
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、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。
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配線等の光情報処理装置として好適に用いることができる。
本発明の第１の実施の形態による、本発明に基づく光情報処理装置及び光電変換素子アレイ（又は光電変換素子アレイ集積装置）の概略図である。 同、本発明に基づく光電変換素子アレイ集積装置による配置例を比較して示す模式図である。 本発明の第２の実施の形態による、本発明に基づく光電変換素子アレイ集積装置による他の配置例を示す模式図である。 本発明の第３の実施の形態による、ソケットの概略斜視図である。 同、ソケットを用いた本発明に基づく光情報処理装置の概略斜視図である。 同、インターポーザー基板の概略斜視図である。 同、ソケットを用いた本発明に基づく光情報処理装置の製造方法の一例を工程順に示す概略断面図である。 同、ソケットを用いた本発明に基づく光情報処理装置の製造方法の一例を工程順に示す概略断面図である。 同、ソケットを用いた本発明に基づく光情報処理装置の一部製造工程を示す概略平面図である。 同、ソケットを用いた本発明に基づく光情報処理装置の一例の模式図である。 従来例による、光導波路を用いたシステムの概略図である。
符号の説明
１…光情報処理装置、２…プリント配線基板、３…光導波路、４…発光素子、
５…受光素子、６…光電変換素子アレイ、７…外部接続端子、８…基体、
９…インターポーザー基板、１０…はんだバンプ、１１…駆動回路素子、
１２…グランド電極、１３、１７…レンズ部材、１４、１５…クラッド層、１６…コア層

Claims (13)

  1. アレイ状に配置された複数の光電変換素子からなり、これらの光電変換素子がアレイ方向において１つ置きに同一直線上に位置するように交互に異なる位置に配置されている、光電変換素子アレイ。
  2. 前記複数の光電変換素子にそれぞれ外部接続端子が接続され、この光電変換素子と外部接続端子との組が、前記アレイ方向において反転したパターンに形成されている、請求項１に記載した光電変換素子アレイ。
  3. 隣接する前記組が、アレイ方向と直交する方向に交互にずれて配置されている、請求項２に記載した光電変換素子アレイ。
  4. 発光素子アレイ又は受光素子アレイとして構成されている、請求項１に記載した光電変換素子アレイ。
  5. 駆動回路素子が配されたインターポーザー基板に前記外部接続端子を介して実装される、請求項２に記載した光電変換素子アレイ。
  6. アレイ状に配置された複数の光電変換素子からなり、これらの光電変換素子がアレイ 方向において１つ置きに同一直線上に位置するように交互に異なる位置に配置されてい る、光電変換素子アレイの複数個が並置されてなり、
    互いに隣接する光電変換素子アレイ間で、各光電変換素子がアレイ方向において異な る位置に配置されている、
    光電変換素子アレイ集積装置。
  7. 前記複数の光電変換素子にそれぞれ外部接続端子が接続され、この光電変換素子と外部接続端子との組が、前記アレイ方向において反転したパターンに形成されている、請求項６に記載した光電変換素子アレイ集積装置。
  8. 隣接する前記組が、アレイ方向と直交する方向に交互にずれて配置されている、請求項７に記載した光電変換素子アレイ集積装置。
  9. 前記光電変換素子アレイが発光素子アレイ又は受光素子アレイとして構成されている、請求項６に記載した光電変換素子アレイ集積装置。
  10. 請求項４又は６に記載した発光素子アレイと受光素子アレイとがインターポーザー基板に対向配置されて、これらのアレイが前記インターポーザー基板に前記外部接続端子を介して実装されている、光電変換素子アレイ又は光電変換素子アレイ集積装置の実装構造。
  11. 前記複数の光電変換素子にそれぞれ外部接続端子が接続され、この光電変換素子と外部接続端子との組が、前記アレイ方向において反転したパターンに形成されている、請求項１０に記載した光電変換素子アレイ又は光電変換素子アレイ集積装置の実装構造。
  12. 隣接する前記組が、アレイ方向と直交する方向に交互にずれて配置されている、請求項１１に記載した光電変換素子アレイ又は光電変換素子アレイ集積装置の実装構造。
  13. 請求項１〜９のいずれか１項に記載した光電変換素子アレイ又は光電変換素子アレイ集積装置と、前記光電変換素子アレイの各素子に対向した光導波路とを有する、光情報処理装置。
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