JP2007199328A - Optical coupling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光接続装置に関する。 The present invention relates to an optical connection device.
近年、電気機器における処理速度の高速化の要求は高まる一方であり、これに伴い、これら電気機器に内蔵される電気基板における電気信号の伝送速度の高速化が要求されている。 In recent years, there has been an increasing demand for higher processing speeds in electrical devices, and accordingly, there has been a demand for higher electrical signal transmission speeds in electrical boards built in these electrical devices.
しかしながら、電気基板上の電気配線間では、電磁干渉や、配線距離の長尺化による電気信号の伝搬遅延等の問題が顕在化することから、近年では、電気信号を光信号に変換し、基板の内部若しくは表面に埋め込まれた光通信用の導波路に伝送させる光接続により伝送速度の高速化が実現されている。 However, since problems such as electromagnetic interference and propagation delay of electrical signals due to the lengthening of wiring distance become obvious between electrical wirings on an electrical board, in recent years, electrical signals are converted into optical signals, The transmission speed is increased by optical connection for transmission to a waveguide for optical communication embedded inside or on the surface of the optical fiber.
ところで、光接続には、配線距離の長尺化や伝送速度の高速化のため高い伝送効率が求められる。ここで、特許文献1には、光の伝送損失を抑えるため、導波路内において、光路変換用ミラーを基板で囲まれた空間に面するように設けることで、光路変換用ミラーにゴミ等の異物や傷が付くことを防止する技術が開示されている。また、特許文献2には、光半導体の周りにリングを形成して、光半導体を気密封止する技術が開示されており、これによれば光半導体へのゴミの付着が防止される。
しかしながら、特許文献1および2に開示された技術では、導波路と光半導体との間に空気が介在しており、空気と導波路との屈折率差により結合損失が発生し、光の伝送損失が発生する。また、この部分で結露などが生じることで光の伝送損失が増大するおそれがある。
However, in the techniques disclosed in
本発明は、上記事情に鑑み、光の伝送損失が抑えられた光接続装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an optical connection device in which transmission loss of light is suppressed.
上記目的を達成する本発明の光接続装置は、光信号伝送用の導波路が形成された導波路埋込基板と、
電気信号と光信号との間で変換を担う信号媒体変換素子を上記導波路埋込基板に作用面を向けた状態に搭載して上記導波路埋込基板に固定されたインターポーザと、
上記導波路埋込基板と上記インターポーザとの間に介在し上記信号媒体変換素子を取り囲んで内部空間を形成する隔壁と、
上記内部空間に充填された光透過性の封止剤とを有することを特徴とする。
An optical connecting device of the present invention that achieves the above object includes a waveguide embedded substrate on which a waveguide for optical signal transmission is formed,
An interposer fixed on the waveguide embedded substrate by mounting a signal medium conversion element responsible for conversion between an electrical signal and an optical signal with the working surface facing the embedded waveguide substrate;
A partition wall interposed between the waveguide embedded substrate and the interposer and surrounding the signal medium conversion element to form an internal space;
And a light-transmitting sealing agent filled in the internal space.
本発明の光接続装置では、導波路埋込基板とインターポーザとの間に介在する隔壁によって形成された、信号媒体変換素子を取り囲む内部空間に封止剤が充填されているため、導波路と信号媒体変換素子との間から空気が排除されている。したがって、本発明の光接続装置によれば、信号媒体変換素子と導波路との間で結露などによる光の伝送損失が抑えられる。 In the optical connecting device of the present invention, since the internal space surrounding the signal medium conversion element formed by the partition wall interposed between the waveguide embedded substrate and the interposer is filled with the sealant, the waveguide and the signal Air is excluded from the space between the medium conversion element. Therefore, according to the optical connecting device of the present invention, transmission loss of light due to dew condensation or the like between the signal medium conversion element and the waveguide can be suppressed.
ここで、上記本発明の光接続装置において、上記インターポーザが、上記内部空間に上記封止剤を注入したときの注入孔を有するものであってもよく、あるいは、上記本発明の光接続装置において、上記導波路埋込基板が、上記内部空間に上記封止剤を注入したときの注入孔を有するものであってもよい。 Here, in the optical connection device of the present invention, the interposer may have an injection hole when the sealing agent is injected into the internal space, or in the optical connection device of the present invention. The waveguide embedded substrate may have an injection hole when the sealing agent is injected into the internal space.
インターポーザまたは導波路埋込基板が注入孔を有することにより、光接続装置を製造する工程では、まず先に、インターポーザと導波路埋込基板とを通常の半田リフロー工程により固定し、この後で、液状の封止剤を注入孔から内部空間に注入することでができる。したがって、封止剤が隙間なく充填された光接続装置の製造が容易である。 Since the interposer or the waveguide embedded substrate has the injection hole, in the process of manufacturing the optical connection device, first, the interposer and the waveguide embedded substrate are fixed by a normal solder reflow process, and then, A liquid sealant can be injected into the internal space from the injection hole. Therefore, it is easy to manufacture an optical connection device filled with the sealant without a gap.
また、上記本発明の光接続装置において、上記封止剤は、上記信号媒体変換素子と上記導波路との間の光伝送効率を向上させる屈折率調合剤であることが好ましい。 In the optical connecting device of the present invention, it is preferable that the sealing agent is a refractive index adjusting agent that improves light transmission efficiency between the signal medium conversion element and the waveguide.
封止剤として屈折率調合剤が内部空間に充填されることで、導波路および信号媒体変換素子と封止剤の間での伝送損失が低減されるので、光の伝送効率が高められる。 Filling the internal space with the refractive index compounding agent as the sealant reduces transmission loss between the waveguide and the signal medium conversion element and the sealant, thereby increasing the light transmission efficiency.
以上説明したように、本発明によれば、光の伝送損失が抑えられた光接続装置が実現する。 As described above, according to the present invention, an optical connection device with reduced optical transmission loss is realized.
以下図面を参照して本発明の光接続装置の実施の形態を説明する。 Embodiments of the optical connection device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の光接続装置の第1実施形態のマルチチップモジュールの断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a multichip module according to a first embodiment of the optical connecting device of the present invention.
図1に示すマルチチップモジュール1は、導波路埋込基板11と、導波路埋込基板11に固定された2つのインターポーザ12,13と、導波路埋込基板とそれぞれのインターポーザ12,13との間に介在するパッキン14,15と、パッキンの内部に充填された封止剤16,17とを備えている。
The
図2は、図1に示すインターポーザ12の底面図である。
FIG. 2 is a bottom view of the
図1および図2を参照して説明すると、インターポーザ12は、エポキシ樹脂からなる基板であり、インターポーザ12には、電気信号を光信号に変換する発光ダイオードからなる発光素子121と、発光素子121に電気信号を供給する半導体素子122が搭載されている。インターポーザ12には複数の端子123が形成され、それぞれの端子123上には、導波路埋込基板11と接続するための半田バンプ124が設けられている。また、インターポーザ12には、表面に沿って、またインターポーザ12を貫通して、図示しない配線が形成されており、これらの配線によって発光素子121および端子123と半導体素子122が接続されている。
1 and 2, the
一方でインターポーザ13には、光信号を電気信号に変換する光電素子131と、光電素子131からの電気信号を受信する半導体素子132が搭載されている。インターポーザ13のその他の構成は、インターポーザ12と同様であり、複数の端子133および半田バンプ134が設けられている。発光素子121および光電素子131のそれぞれは、電気信号と光信号との間で変換を担う本発明の信号媒体変換素子の一例に相当する。
On the other hand, the interposer 13 includes a
インターポーザ12に搭載されている半導体素子122、およびインターポーザ13に搭載されている半導体素子132は、光信号による通信をしながらマルチチップモジュール1としての機能を実現する。
The
導波路埋込基板11は、インターポーザ12,13を固定する基板であり、導波路埋込基板11には、光信号伝送用の導波路111が形成されている。導波路111は、導波路埋込基板11の内部を、導波路埋込基板11が広がる方向と平行に延び、両側の端部111a,111b付近で90°に折れ曲がって、そこから導波路埋込基板11の表面まで延びる形状を有している。導波路111が折れ曲がる部分には、光を反射するミラー112a,112bが形成されており、途中で折れ曲がった導波路の経路に沿って、光信号が伝送される。光信号伝送用の導波路111、およびミラー112a,112bは、公知の手法によって導波路埋込基板11に形成することができるものであり、説明は省略する。
The waveguide embedded substrate 11 is a substrate for fixing the
インターポーザ12は、発光素子121が光信号を発光する方向に垂直な作用面121aを、導波路埋込基板11に向けた状態で導波路埋込基板に固定されており、インターポーザ13もまた、光電素子131が光信号を受光する方向に垂直な作用面131aを、導波路埋込基板11に向けた状態で導波路埋込基板に固定されている。このため、発光素子121から発射され導波路111の一方の端部111aから入射した光信号は、ミラー112a,112bで反射することにより90°ずつ折れ曲がりながら導波路111内を進行し、他方の端部111bから光電素子131に照射される。これにより、半導体素子122と半導体素子132との間で、発光素子121および光電素子131を介した光接続が行われる。
The
パッキン14,15は、耐熱性のシリコン樹脂からなる円形リング状の部材であり、導波路埋込基板11とインターポーザ12,13のそれぞれとの間に介在するように配置されている。パッキン14は、導波路埋込基板11およびインターポーザ12とともに、発光素子121を取り囲む内部空間16aを形成している。内部空間16aには封止剤16が充填されている。パッキン15もまた、導波路埋込基板11とインターポーザ13とによって、光電素子131を取り囲む内部空間17aを形成しており、内部空間17aには封止剤17が充填されている。パッキン14,15は、本発明にいう隔壁の一例に相当する。
The
封止剤16としては、光透過性を有し、発光素子121と導波路111との間の光伝送効率を向上させる屈折率調合剤が用いられている。本実施形態において屈折率調合剤は、より具体的には、マッチングオイル(インデクスマッチングオイル:屈折率整合油)である。マッチングオイルは、エチレングリコールを主成分とし、発光素子121および光電素子131と導波路111との間の光伝送効率を向上させるよう成分が調整されたものが選択される。具体的には、導波路111の屈折率がマッチングオイルの屈折率に近似するよう成分調整される。例えば、導波路111の屈折率が1.5の場合、マッチングオイルの屈折率は1.5となるよう調整される。なお、マッチングオイルの成分は、基本的には光信号の波長に対する損失が少ないものであればよく、マッチングオイルの主成分は、例えばシリコーンオイルであってもよい。
As the
導波路埋込基板11には、マルチチップモジュール1を製造する際、内部空間16aに液状の封止剤を注入したときの一組の注入孔116a,116bと、内部空間17aに液状の封止剤を注入したときの一組の注入孔117a,117bが形成されている。注入孔116a,116b,117a,117bは、まず導波路埋込基板11に注入孔116a,116b,117a,117bと同一平面形状の底面を有するスリットを形成しておき、この後、スリットの上部から板状の部材を天井部分として嵌め込んで導波路埋込基板11に接着し、この板状部材の両端に、スリットの底面に達する孔を開口する方法で形成される。なお、注入孔の形成方法はこれに限られるものではなく、例えば導波路埋込基板11の注入孔116a,116b,117a,117bの底部に対応する部分にレジストを形成し、この上に半導体プロセスにより半導体層を形成してからレジストを除去することで形成してもよい。
In the waveguide embedded substrate 11, when the
ここで、マルチチップモジュール1の組立工程を説明する。
Here, the assembly process of the
まずインターポーザ12には、発光素子121、半導体素子122、およびパッキン14が取り付けられ、端子113上に半田バンプ124が取り付けられる(図2参照)。インターポーザ13にも同様に、光電素子131、半導体素子132、およびパッキン15、半田バンプ134が取り付けられる。この後、導波路111および注入孔116a,116b,117a,117bが形成された導波路埋込基板11の上に、インターポーザ12およびインターポーザ13が載せられ、半田リフロー処理が行われる。半田リフロー処理により、半田バンプ124,134が溶融する。この時、パッキン14,15は、インターポーザ12,13自身の重量によって、上下方向に押し潰されるとともに導波路埋込基板11に隙間なく密着する。これにより、内部空間16a,17aが形成される。また、パッキン14,15により、導波路111、発光素子121および光電素子131への半田フラックスやゴミの付着が防止される。半田リフロー処理の後、半田バンプ124,134が固化して、インターポーザ12,13が導波路埋込基板11に固定されるとともに、導波路埋込基板11の端子114,115と、インターポーザ12の端子123およびインターポーザ13の端子133がそれぞれ接続される。
First, the
半田リフローの後、注入孔116a,116b,117a,117bから内部空間16a,17aにマッチングオイルが注入される。一方の注入孔116aがマッチングオイルに浸された状態で、他方の注入孔116bから内部空間16a内の空気が真空ポンプ等で吸引されることで、マッチングオイルが注入孔116aから注入され、内部空間16aに隙間なく充填される。内部空間17aについても内部空間16aと同様の方法でマッチングオイルが充填される。マッチングオイルの注入後、注入孔116a,116b,117a,117bの入口部分に、それぞれ樹脂製の蓋118a,118b,119a,119bが形成されることで注入孔116a,116b,117a,117bが塞がれる。このようにして、マッチングオイルからなる封止剤16,17が充填されたマルチチップモジュール1が完成する。
After the solder reflow, matching oil is injected into the
このようにして組立てられたマルチチップモジュール1では、導波路埋込基板11とインターポーザ12,13との間に介在するパッキン14,15によって形成された、発光素子121または光電素子131を取り囲む内部空間16aに封止剤16が充填されており、導波路111と、発光素子121または光電素子131との間から空気が排除されている。したがって、マルチチップモジュール1によれば、結露による光の損失が抑えられる。また、導波路埋込基板11が注入孔116a,116bを有することにより、マルチチップモジュール1の製造において、インターポーザ12,13と導波路埋込基板11とを通常の半田リフローで固定した後で、注入孔116a,116bから封止剤を内部空間16a,17aに注入することができる。したがって、導波路111と、発光素子121または光電素子131との間に封止剤が隙間なく充填されたマルチチップモジュール1が容易に製造できる。また、封止剤16,17が光伝送効率を向上させるマッチングオイルであるため、導波路11と発光素子121または光電素子131との間の光の伝送効率が高められる。
In the
次に、本発明の第2実施形態について説明する。以下の第2実施形態の説明にあたっては、これまで説明してきた実施形態における各要素と同一の要素には同一の符号を付けて示し、前述の実施形態との相違点について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the following description of the second embodiment, the same reference numerals are given to the same elements as those in the embodiments described so far, and differences from the above-described embodiments will be described.
図3は、本発明の第2実施形態のマルチチップモジュールを示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a multichip module according to the second embodiment of the present invention.
図3に示すマルチチップモジュール2では、注入孔222a,222b,231a,231bが、導波路埋込基板21ではなく、インターポーザ22およびインターポーザ23に形成されている点が、図1のマルチチップモジュール1と異なる。
In the multichip module 2 shown in FIG. 3, the injection holes 222 a, 222 b, 231 a, and 231 b are formed not in the waveguide embedded
図4は、図3に示すインターポーザ22の底面図である。
FIG. 4 is a bottom view of the
図4に示すように、インターポーザ22には、マルチチップモジュール2を製造する際、内部空間16aに液状の封止剤を注入したときの一組の注入孔222a,222bが形成されている。注入孔222a,222bは、インターポーザ22を直線状に貫通する、ドリル等で容易に形成可能な形状の孔であり、図1のマルチチップモジュール1における注入孔116a,116bとは異なり、天井部材の追加やレジストによる空洞の成形が必要ない。したがって、第2実施形態のマルチチップモジュール2によれば、第2実施形態のマルチチップモジュール1における効果に加え、さらにマルチチップモジュールの製造が容易になる。
As shown in FIG. 4, the
なお、上述の実施形態においては、パッキン14,15の材質は、例えば弾性を有する耐熱性のシリコン樹脂として説明したが、これに限るものではない。本発明にいう隔壁は、内部空間を外部から隔てるものであれば他の材質であってもよい。
In the above-described embodiment, the material of the
また、封止剤16,17としてマッチングオイルの例を説明したがこれに限られるものではなく、本発明の封止剤16,17の材質は、高温で液状化し注入孔から注入することができ、室温で固化する樹脂であってもよく、また、注入孔から注入する時点では液状であり、所定の時間が経過すると固化する樹脂であってもよい。本発明の封止剤は、例えば、ポリカーポネートやPET等の樹脂であってもよい。これらの樹脂が空気よりも高く、導波路の屈折率により近い屈折率を有することで結露による損失が抑えられるだけでなく光伝送効率が向上する。
Moreover, although the example of matching oil was demonstrated as sealing
また、本実施形態では、マルチチップモジュールの例を説明したが、本発明は、マルチチップモジュールのみに適用されるものではなく、例えば光ケーブルに接続するシングルチップ構成の光接続装置にも適用が可能である。 In this embodiment, an example of a multi-chip module has been described. However, the present invention is not only applied to a multi-chip module, but can also be applied to, for example, an optical connection device having a single-chip configuration connected to an optical cable. It is.
1,2 マルチチップモジュール(光接続装置)
11,21 導波路埋込基板
12,13,22,23 インターポーザ
14,15 パッキン(隔壁)
16a,17a 内部空間
16,17 封止剤
111 導波路
111a,111b 端部
116a,116b,117a,117b 注入孔
222a,222b,231a,231b 注入孔
121 発光素子(信号媒体変換素子)
121a 作用面
131 光電素子(信号媒体変換素子)
131a 作用面
122,132 半導体素子
1, 2 Multi-chip module (optical connection device)
11, 21 Waveguide embedded
16a,
121a Working surface 131 Photoelectric element (signal medium conversion element)
131a Working surface 122,132 Semiconductor element
Claims (4)
電気信号と光信号との間で変換を担う信号媒体変換素子を前記導波路埋込基板に作用面を向けた状態に搭載して前記導波路埋込基板に固定されたインターポーザと、
前記導波路埋込基板と前記インターポーザとの間に介在し前記信号媒体変換素子を取り囲んで内部空間を形成する隔壁と、
前記内部空間に充填された光透過性の封止剤とを有することを特徴とする光接続装置。 A waveguide embedded substrate in which a waveguide for optical signal transmission is formed;
An interposer fixed to the waveguide-embedded substrate by mounting a signal medium conversion element responsible for conversion between an electrical signal and an optical signal in a state in which the working surface faces the waveguide-embedded substrate;
A partition wall interposed between the waveguide embedded substrate and the interposer and surrounding the signal medium conversion element to form an internal space;
An optical connection device comprising: a light-transmitting sealant filled in the internal space.
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