JP2007212915A - 光電気複合基板及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】損失を低減して結合効率を向上させることができる光電気複合基板、及び当該光電気複合基板を備える電子機器を提供する。
【解決手段】光電気複合基板１０は、内部に光導波路１６が形成された基板１１と、基板１１の表面１１ａ側に形成されたプリント配線１２及び薄型光素子１３とを備える。薄型光素子１３は、表面に電極が形成されており、少なくとも裏面から光の入出力が可能であって、裏面を基板１１の表面１１ａに密着させて基板１１上に搭載されている。プリント配線１２は、薄型光素子１３の厚みと同程度の厚みの第１配線１８と、第１配線１８よりも厚みのある第２配線１９とからなり、第１配線１８と薄型光素子１３の電極とが金属配線２０により接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気配線、光電変換素子、及び光配線（光導波路）を備える光電気複合基板、及び当該光電気複合基板を備える電子機器に関する。

近年、光信号を用いて情報の送受信を行う光通信が多用されている。光通信は、電気信号を用いて情報の送受信を行う電気通信に比べて、信号の減衰が少ない、取り扱う情報量を増大させることができる、周囲への電磁波の放射を防止することができる等の利点がある。従来、光通信は数百キロメートル程度以上の中長距離の通信にほぼ限られていたが、近年においては数キロメートル程度の近距離の通信にも多用されてきており、更に、数メートル程度離間した電子機器間における情報の通信、或いは電子機器内部における情報の通信にも用いられつつある。

上記の電子機器として携帯電話機を例に挙げると、近年の携帯電話機は液晶表示装置等の表示装置が高精細化してきており、表示装置へ送信すべき情報量が膨大になっている。情報量が膨大になっても電気通信による通信は不可能ではないが、例えば折り畳み式の携帯電話機等においては、ＣＰＵ（中央処理装置）が設けられる筐体部分と表示装置が設けられる筐体部分とがヒンジにより接続された構造であるため、筐体部分の接続部から電磁波が漏れやすい。このため、電磁波の漏れを抑えつつ通信容量を増大させるために、携帯電話機の内部においても光通信が用いられつつある。

上記の電子機器においては、電気信号と光信号とを相互に変換するために、電気信号に対する電気配線、光電変換素子、及び光信号に対する光配線（光導波路）を備える光電気複合基板が設けられる。以下の特許文献１には、基板内に形成された光導波路と、基板上に搭載されて電気配線に接続されたフリップチップの光電変換素子と、光導波路の端部に設けられて光導波路と光電変換素子とを光学的に結合する４５°ミラーとを備える光電気複合基板が開示されている。
特開２００４−２０５６６１号公報

ところで、上記の特許文献１では、光電気複合基板上に形成された電極端子にフリップチップ実装することで、光電変換素子の固定及び電気配線との間の電気的接続を行っている。このため、光電変換素子と光電気複合基板との間に隙間が生じ、光電気複合基板の表面での反射による光の損失が生じるという問題がある。また、導波路端部と光電気複合基板との間の距離が長くなるため、伝播中の光の広がりが大きくなって結合効率が低下するという問題がある。以上の問題を解決するためには、光電変換素子からの光の出力面又は光電変換素子への光の入力面（入出力面）を光電気複合基板の表面に貼り付ける方向が考えられる。しかしながら、従来の光電変換素子は、入出力面と電極端子とが同一面に形成されているため、入出力面を光電気複合面に貼り付けてしまうと光電気複合基板上に形成された電気配線との間の電気的接続をとることができないという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、損失を低減して結合効率を向上させることができる光電気複合基板、及び当該光電気複合基板を備える電子機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点による光電気複合基板は、基板の表面側に形成された電気配線と、前記基板の表面側に搭載されて前記電気配線と電気的に接続された光電変換素子と、前記基板の内部又は裏面側に形成された光導波路と、前記光導波路と前記光電変換素子とを光学的に結合する結合部とを備える光電気複合基板において、前記光電変換素子は、表面に電極が形成されて少なくとも裏面から光の入力及び出力の少なくとも一方が可能であって、前記基板の表面に前記光電変換素子の裏面を密着させた薄型光素子であり、前記基板と前記電気配線との間に、前記薄型光素子の厚みと同程度の厚みで前記薄型光素子の電極に電気的に接続された補助配線を備えることを特徴としている。
ここで、薄型光素子とは、例えば数百μｍ四方以下の面積であって、厚みが１０μｍ以下の光素子をいう。この薄型光素子は、例えば半導体基板上に犠牲層を形成し、その上部に光電変換機能を有する部位を形成した後で、犠牲層をエッチングして光電変換機能を有する部位を半導体基板から切り離す所謂ＥＬＯ法（エピタキシャル・リフト・オフ法）を用いて製造される。薄型光素子は、その裏面に半導体基板が設けられていないため裏面からの光の入出力が可能である。尚、薄型光素子は、裏面のみならず裏面と表面からの光の入出力も可能である。また、薄型光素子の裏面と基板の表面との「密着」は、薄型光素子の裏面と基板の表面とが直接接触している状態、及び、僅かな厚みを有する接着剤等を介して薄型光素子の裏面と基板の表面とが向き合っている状態の両状態が含まれる。
この発明によると、少なくとも裏面から光の入力及び出力の少なくとも一方が可能な薄型光素子を、その裏面が基板の表面に密着するように基板上に搭載している。このため、基板表面での反射を少なくすることができ、これにより光損失を低減することができるとともに、薄型光素子と光導波路との距離を短くすることができるため、薄型光素子と光導波路との結合効率を向上させることができる。また、薄型光素子の電極は薄型光素子の表面側に形成されており、基板と電気配線との間には厚みが薄型光素子の厚みと同程度の補助配線が形成されている。このため、補助配線を薄型光素子の電極と接続することで、電気配線と薄型光素子との厚みの差が大きくとも、補助配線を介して電気配線と薄型光素子とを電気的に接続することができる。
また、本発明の第１の観点による光電気複合基板は、少なくとも前記基板と前記薄型光素子との間に、前記薄型光素子と前記光導波路との間で入出力される光の、前記基板の表面での反射を防止する反射防止膜を備えおり、前記薄型光素子の裏面は、前記反射防止膜に密着していることを特徴としている。
この発明によると、基板と薄型半導体素子との間に反射防止膜が形成されているため、基板表面での反射を極めて小さくすることができ、これにより光損失を極めて低減することができる。
また、本発明の第１の観点による光電気複合基板は、前記補助配線が、一部が前記電気配線の端部から前記薄型光素子に向けて延在する延在部を備えており、前記薄型光素子と前記補助配線の前記延在部とは、金属インク又は金属ペーストにより接続されていることが望ましい。
この発明によると、補助配線の延在部と薄型光素子とが金属インク又は金属ペーストにより接続されているため、補助配線と薄型光素子との間に多少の段差があっても、これらを確実に接続することができる。
また、本発明の第１の観点による光電気複合基板は、少なくとも前記薄型光素子、前記金属インク又は前記金属ペースト、及び前記延在部の一部を覆う絶縁膜が形成されていることを特徴としている。
この発明によると、少なくとも薄型光素子及びその周囲（金属インク又は金属ペースト及び補助配線の延在部の一部）を覆う絶縁膜が形成されているため、薄型光素子が絶縁膜により封止された状態となって外部から遮断される。これにより、酸化等による薄型光素子の劣化を防止することができる。
尚、本発明の第１の観点による光電気複合基板は、前記薄型光素子及び前記補助配線の厚みが、１０μｍ以下であることを特徴としている。
また、本発明の第１の観点による光電気複合基板は、前記電気配線の厚みが、３０μｍ以上であることを特徴としている。
また、本発明の第１の観点による光電気複合基板は、前記基板が、可撓性を有することを特徴としている。
この発明によると、光電気複合基板の基板が可撓性を有しているため、光電気複合基板を実装する際の自由度が高くなる。
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点による光電気複合基板は、基板の表面側に形成された電気配線と、前記基板の表面側に搭載されて前記電気配線と電気的に接続された光電変換素子と、前記基板の内部又は裏面側に形成された光導波路と、前記光導波路と前記光電変換素子とを光学的に結合する結合部とを備える光電気複合基板において、前記基板と前記光電変換素子との間に、前記電気配線の厚みと同程度の厚みを有する平坦化膜を備えており、前記光電変換素子は、表面に電極が形成されて少なくとも裏面から光の入力及び出力の少なくとも一方が可能であって、前記平坦化膜に裏面を密着させた薄型光素子であることを特徴としている。
ここで、薄型光素子とは、前述した第１の観点による光電気複合基板に設けられるものと同様に、例えば数百μｍ四方以下の面積であって、厚みが１０μｍ以下の光素子をいい、所謂ＥＬＯ法（エピタキシャル・リフト・オフ法）を用いて製造される。また、裏面からの光の入出力、又は、裏面と表面からの光の入出力も可能である。
この発明によると、電気配線と同程度の厚みを有する平坦化膜を基板上に形成し、少なくとも裏面から光の入力及び出力の少なくとも一方が可能な薄型光素子をその裏面が平坦化膜の表面に密着するように基板上に搭載している。このため、基板と薄型光素子との間の屈折率差が小さくなって反射を少なくすることができ、光損失を低減することができる。また、平坦化膜は、厚みが基板上に形成された電気配線の厚みと同程度に形成されている。このため、薄型光素子の位置と電気配線の上面の位置とを同程度にすることができるため、薄型光素子と電気配線との厚みの差が大きくとも、電気配線と薄型光素子とを電気的に接続することができる。
また、本発明の第２の観点による光電気複合基板は、前記平坦化膜が、前記薄型光素子と前記光導波路との間で入出力される光を透過する材質で形成されているのが望ましい。ここで、平坦化膜による吸収を極力低減するために、薄型光素子と光導波路との間で入出力される光に対する平坦化膜の透過率は極力高いことが望ましい。
また、本発明の第２の観点による光電気複合基板は、前記平坦化膜には、前記薄型光素子と前記光導波路との間で入出力される光を集光する光学素子部が形成されていることを特徴としている。
この発明によると、平坦化膜に形成された光学素子部によって薄型光素子と光導波路との間で入出力される光が集光されるため、基板と薄型光素子との間の平坦化膜によって基板と薄型光素子との間の距離を短くすることができなくとも、薄型光素子と光導波路との結合効率を向上させることができる。
また、本発明の第２の観点による光電気複合基板は、少なくとも前記基板と前記平坦化膜との間に、前記薄型光素子と前記光導波路との間で入出力される光の、前記平坦化膜の表面での反射を防止する反射防止膜を備えおり、前記薄型光素子の裏面は、前記反射防止膜に密着していることを特徴としている。
この発明によると、基板と平坦化膜との間に反射防止膜が形成されているため、平坦化膜表面での反射を極めて小さくすることができ、これにより光損失を極めて低減することができる。
また、本発明の第２の観点による光電気複合基板は、前記平坦化膜が、一端が前記電気配線の端部に当接するように形成されており、前記薄型光素子と前記電気配線とは、前記平坦化膜及び前記電気配線上に形成された金属インク又は金属ペーストにより接続されていることを特徴としている。
この発明によると、電気配線と薄型光素子とが金属インク又は金属ペーストにより接続されているため、補電気配線と薄型光素子との間に多少の段差があっても、これらを確実に接続することができる。
また、本発明の第２の観点による光電気複合基板は、少なくとも前記薄型光素子、前記金属インク又は前記金属ペースト、及び前記電気配線の一部を覆う絶縁膜が形成されていることを特徴としている。
この発明によると、少なくとも薄型光素子及びその周囲（金属インク又は金属ペースト及び電気配線の一部）を覆う絶縁膜が形成されているため、薄型光素子が絶縁膜により封止された状態となって外部から遮断される。これにより、酸化等による薄型光素子の劣化を防止することができる。
尚、本発明の第２の観点による光電気複合基板は、前記薄型光素子の厚みが、１０μｍ以下であることを特徴としている。
また、本発明の第２の観点による光電気複合基板は、前記電気配線の厚みが、３０μｍ以上であることを特徴としている。
また、本発明の第２の観点による光電気複合基板は、前記基板が、可撓性を有することを特徴としている。
この発明によると、光電気複合基板の基板が可撓性を有しているため、光電気複合基板を実装する際の自由度が高くなる。
本発明の電子機器は、以上の第１の観点による光電気複合基板及び第２の観点による光電気複合基板の何れかを備えることを特徴としている。
この発明によると、以上の光電気複合基板を備えているため、通信容量を増大させることができるとともに、周囲への電磁波の放射を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による光電気複合基板及び電子機器について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態は、本発明の一部の態様を示すものであり、本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の説明で参照する各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。

〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態による光電気複合基板の要部を示す斜視図であり、図２（ａ）は図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１，図２に示す通り、本実施形態の光電気複合基板１０は、基板１１と、基板１１の表面１１ａ側に形成されたプリント配線１２と、基板１１の表面１１ａ側に搭載された薄型光素子１３とを含んで構成される。尚、本実施形態では、光電気複合基板１０が可撓性を有するＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）である場合を例に挙げて説明するが、可撓性が殆ど無いプリント配線基板であっても良い。

基板１１は、第１ベースフィルム１４と第２ベースフィルム１５とを貼り合わせたものである。これら第１ベースフィルム１４及び第２ベースフイルム１５は、例えば絶縁特性及び耐熱性に優れ、可撓性を有するポリイミドフィルムである。この基板１１の内部には、光導波路１６が形成されている。この光導波路１６は、第１ベースフィルム１４の上面に線状の溝を形成し、その溝の内部に透明部材を埋め込み、第２ベースフィルム１３を第１ベースフィルム１４の上面に貼り合わせて形成される。尚、光導波路１６を形成する透明部材は、第１ベースフィルム１４及び第２ベースフィルム１５の屈折率よりも高い屈折率を有し、薄型光素子１３から入出力される光に対する吸収が少なく、可撓性を有する材質であるのが望ましい。

ここで、図２（ａ）に示す通り、光導波路１６の端部は薄型光素子１３の搭載位置の下方に位置しており、光導波路１６が延びる方向に対して概ね４５°の角度をなすように斜面状に形成されている。この斜面は反射鏡として作用する。これにより、薄型光素子１３と光導波路１６とを光学的に結合する結合部１７が形成されている。つまり、薄型光素子１３から下方（光導波路１６の端部側）に出力される光は、結合部１７によって光導波路１６が延びる方向に偏向されて光導波路１６中を伝播する。逆に、光導波路１６を伝播する光は、結合部１７によって上方（薄型光素子１３側）に偏向されて薄型光素子１３に入力される。

結合部１７は、第１ベースフィルム１４に上述した溝を形成するときに、光導波路１６の端部となるべき部分を、第１ベースフィルム１４の表面に対する角度が概ね４５°である傾斜部とすることで形成することができる。尚、本実施形態では、基板１１が可撓性を有する場合について説明しているが、可撓性がほとんど無い基板としては、例えばガラスエポキシ基板、セラミック、ガラス、プラスチック、半導体基板、シリコン等を使用することができる。かかる基板を用いる場合にも、上述した方法と同様の方法で光導波路１６及び結合部１７を形成することができる。

プリント配線１２は、基板１１の表面１１ａ側に表面１１ａに沿って形成されており、薄型光素子１３と電気的に接続されている。このプリント配線１２は、補助配線としての第１配線１８と、第１配線１８上に形成された電気配線としての第２配線１９とからなる。第１配線１８は、厚みが薄型光素子１３の厚みと同程度であり、例えば１０μｍ以下である。これに対し、第２配線１９の厚みは、通常のＦＰＣに形成される配線の厚みと同程度であり、例えば３０〜７０μｍ程度である。第１配線１８は、その一部が第２配線１９の端部から薄型光素子１３に向けて延在するよう形成されており、その延在する部分が延在部１８ａとされている。

尚、第１配線１８は、薄型光素子１３の近傍のみに形成されていても良く、第２配線１９の下方に亘って、平面視において第２配線１９と同じ形状に形成されていても良い。また、図１においては、薄型光素子１３に２本のプリント配線１２が接続されている例を図示しているが、薄型光素子１３に接続されるプリント配線１２の数は、これに限られる訳ではない。また、薄型光素子１３に対するプリント配線１２の配置も任意である。

薄型光素子１３は、電気信号を光信号に変換し、又は光信号を電気信号に変換する光電変換素子である。この薄型光素子１３は、例えば数百μｍ四方以下の面積であって、厚みが１０μｍ以下の光素子であり、表面に電極（図示量略）が形成されて少なくとも裏面から光の入力及び出力の少なくとも一方が可能である光素子である。尚、薄型光素子１３の裏面からの光の入力及び出力を総称する場合には光入出力という。光入出力といった場合には、光の入力のみ、光の出力のみ、又は光の入力と光の出力との双方が含まれる。また、薄型光素子１３の表面とは薄型光素子１３が基板１１上に搭載された状態で上側を向く面であり、薄型光素子１３の裏面とは薄型光素子１３が基板１１上に搭載された状態で下側（基板１１側）を向く面である。

この薄型光素子１３は、光の入出力が行われる裏面を基板１１の表面に密着させた状態で基板１１上に搭載される。かかる状態で搭載するのは、基板１１の表面１１ａでの反射を低減するとともに、光導波路１６（結合部１７）との間の距離を極力短くして光導波路１６との結合効率を高めるためである。尚、薄型光素子１３の裏面と基板１１の表面１１ａとの「密着」は、薄型光素子１３の裏面と基板１１の表面１１ａとが直接接触している状態、及び、僅かな厚みを有する接着剤等を介して薄型光素子１３の裏面と基板１１の表面１１ａとが向き合っている状態の両状態が含まれる。薄型光素子１３は、例えば半導体基板上に犠牲層を形成し、その上部に光電変換機能を有する部位を形成した後で、犠牲層をエッチングして光電変換機能を有する部位を半導体基板から切り離す所謂ＥＬＯ法（エピタキシャル・リフト・オフ法）を用いて製造される。

薄型光素子１３は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：面発光レーザ）等の発光素子、ＰＤ（Photo Diode）等の受光素子である。発光素子として、ＬＥＤは最も構造が単純で作製が容易であるが、光信号の変調速度が数百Ｍｂｐｓ程度と遅い。これに対してＶＣＳＥＬは、１０Ｇｂｐｓを超える極めて高速な変調が可能であるうえ、閾電流が小さく発光効率が高いため低消費電力で駆動できる。尚、受光素子としては、例えばGaAs系やInP系などの化合物半導体-フォトダイオードが挙げられる。フォトダイオードにはＰＩＮ型やＭＳＭ型などのバリエーションがある。また応答速度は劣るもののシリコン−フォトダイオード、シリコン−フォトトランジスタ等を用いることもできる。

前述の通り、プリント配線１２は、薄型光素子１３と電気的に接続されている。具体的には、プリント配線１２の第１配線１８の延在部１８ａ及び薄型光素子１３の上面に形成された電極の上部、並びにこれらの間に金属電極（金属インク又は金属ペースト）２０が形成されることにより接続されている。ここで、薄型光素子１３と第２配線１９との厚みの差が大きいため、薄型光素子１３の表面に電極が形成されているにも拘わらず、薄型光素子１３の電極と第２配線１９とを直接接続するのは困難である。第２電極１９の厚みを薄くすれば接続が容易にはなるが、次の理由により問題になる。まず第１に配線自体の断線の可能性が高くなる。特にＦＰＣでは屈曲時に断線しやすい。第２に半田接続が困難になる。通常プリント配線基板やＦＰＣ表面のプリント配線１２には各種電子部品が半田接続を用いて表面実装されるが、プリント配線１２が薄いと（半田リフローの際、俗にいう「配線材が半田にくわれる」という現象がおこり）半田接続が困難になる。本実施形態では、薄型光素子１３と同程度の厚みを有する第１配線１８と第２電極１９とからなるプリント配線１２を形成し、第１配線１８と薄型光素子１３の電極とを金属電極２０により接続しているため、第２配線１９と薄型光素子１３との厚みの差が大きくとも、第１配線１８を介して薄型光素子１３の電極と第２配線１９とを電気的に接続することができる。図２（ａ）の例では第１配線１８が第２配線１９の下部に形成されているが、図２（ｂ）に示すように第１配線１８を第２配線１９の表面及び第２ベースフイルム１５の表面に連続して形成することもできる。

上記構成において、プリント配線１２を介して送られてきた電気信号は、薄型光素子１３の表面に形成された電極を介して薄型光素子１３に入力される。この電気信号は、薄型光素子１３で光信号に変換され、薄型光素子１３の裏面から出力される。尚、薄型光素子１３の種類に応じて、薄型光素子１３の表面及び裏面から共に光信号が出力されることもある。薄型光素子１３の裏面から出力された光信号は、基板１１の第２ベースフィルム１５を透過して結合部１７に入射し、光導波路１６が延びる方向に偏向されて光導波路１６中を伝播する。

これに対し、光導波路１６を伝播してきた光信号は、結合部１７によって上方に偏向される。この光信号は、基板１１の第２ベースフィルム１５を透過して薄型光素子１３の裏面から薄型光素子１３に入力され、薄型光素子１３で電気信号に変換される。薄型光素子１３で変換された電気信号は、薄型光素子１３の表面に形成された不図示の電極からプリント配線１２に出力され、プリント配線１２を伝播する。

以上、説明した通り、本実施形態によれば、少なくとも裏面から光の光入出力が可能な薄型光素子１３を、その裏面が基板の表面に密着するように基板１１上に搭載している。このため、基板１１の表面１１ａでの反射を少なくすることができ、これにより光損失を低減することができる。また、薄型光素子１３と光導波路１６（結合部１７）との距離を短くすることができるため、薄型光素子１３と光導波路１６との結合効率を向上させることができる。

また、薄型光素子１３の電極は薄型光素子１３の表面側に形成されており、基板１１と第２配線１９との間には厚みが薄型光素子１３の厚みと同程度の第１配線１８が形成されている。このため、第１配線１８を薄型光素子１３の電極と接続することで、第２配線１９と薄型光素子１３との厚みの差が大きくとも、第１配線１８を介して第２配線１９と薄型光素子１３とを電気的に接続することができる。更に、本実施形態の光電気複合基板１０は、従来の光素子よりも寸法が小さい薄型光素子１３を備えているため、実装スペースを少なくすることができる。また更に、薄型光素子１３は厚みが薄いことから多少の柔軟性を有しているため、可撓性を有する基板１１上に搭載しても、基板１１の柔軟性を損なうことはない。

次に、本発明の第１実施形態による光電気複合基板の変形例について説明する。図３は、本発明の第１実施形態による光電気複合基板の変形例を示す断面図である。尚、図３は、図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図に相当する断面図であり、図１，図２を用いて説明した第１実施形態による光電気複合基板１０が備える構成に相当する構成には同一の符号を付してある。本変形例の光電気複合基板３０が図１，図２に示す光電気複合基板１０と異なる点は、基板１１の表面１１ａに反射防止膜３１が形成されている点、及び、薄型光素子１３、金属配線２０、及び第１配線１８の延在部１８ａの一部を覆う絶縁膜３２が形成されている点の２点である。

反射防止膜３１は、薄型光素子１３から入出力される光に対する基板１１の表面１１ａでの反射を防止する薄膜であり、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）等の無機薄膜である。反射防止膜３１の厚みｄは、薄型光素子１３から入出力される光の波長をλとし、反射防止膜３１の屈折率をｎとすると、ｄ＝λ／（４ｎ）に設定されている。絶縁膜３２は、薄型光素子１３を外部から遮断し、酸化等による薄型光素子１３の劣化を防止するために設けられている。この絶縁膜３２は、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）等の無機薄膜である。

以上説明した光電気複合基板３０によれば、基板１１と薄型半導体素子１３との間に反射防止膜３１が形成されているため、基板１１の表面１１ａでの反射を極めて小さくすることができ、これにより光損失を極めて低減することができる。また、少なくとも薄型光素子１３及びその周囲（金属配線２０及び第１配線１８の一部）を覆う絶縁膜３２が形成されているため、薄型光素子１３が絶縁膜３２により封止された状態となって外部から遮断される。これにより、酸化等による薄型光素子１３の劣化を防止することができる。尚、図３に示す例では、薄型光素子１３は、その下部に形成された反射防止膜３１と薄型光素子１３を覆う絶縁膜３２によって６方向全て封止された状態であるため、基板１１だけでは不十分な湿度遮断効果をより高めることができる。

〔第２実施形態〕
図４は本発明の第２実施形態による光電気複合基板の要部を示す斜視図であり、図５は図４中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。尚、図１，図２を用いて説明した第１実施形態による光電気複合基板１０が備える構成に相当する構成には同一の符号を付してある。本変形例の光電気複合基板４０が図１，図２に示す光電気複合基板１０と異なる点は、基板１１と薄型光素子１３との間に平坦化膜４１が形成されている点、及び、図１，図２中の第１配線１８が除かれて第２配線１９に相当する配線からなるプリント配線４２が形成されている点の２点である。

平坦化膜４１は、薄型光素子１３の厚みとプリント配線４２の厚みとの差による段差を低減して平坦化するためのものである。また、平坦化膜４１は、プリント配線４２に当接するよう形成されている。平坦化膜４１とプリント配線４２との間に大きな段差があると、薄型光素子１３とプリント配線４２とを電気的に接続するのが困難なため、この段差を低減する平坦化膜４１が設けられている。平坦化膜４１の厚みは、プリント配線４２の厚みと同程度であり、例えば３０〜７０μｍ程度である。

この平坦化膜４１は、薄型光素子１３と光導波路１６との間で入出力される光を透過する材質で形成されているのが望ましい。具体的には、ポリイミド等の有機材料、或いは紫外線硬化樹脂である。ここで、平坦化膜４１による吸収を極力低減するために、薄型光素子１３と光導波路との間で入出力される光に対する平坦化膜４１の透過率は、極力高いことが望ましい。尚、基板１１が可撓性を有する場合には、基板１１の柔軟性を損なわないために、平坦化膜４１をポリイミドで形成するのが好ましい。尚、本実施形態においては、薄型光素子１３は、その裏面を平坦化膜４１に密着させて平坦化膜４１上に搭載されている。

プリント配線４２は、基板１１の表面１１ａ側に表面１１ａに沿って形成されており、薄型光素子１３と電気的に接続されている。プリント配線４２の厚みは、平坦化膜４１の厚みと同程度であり、例えば３０〜７０μｍ程度である。前述の通り、プリント配線４２は、薄型光素子１３に向く端部が平坦化膜４１に当接しているため、多少の段差があることはあるものの、平坦化膜４１の表面とプリント配線４２の表面とはほぼ連続している。尚、本実施形態においても、図４において薄型光素子１３に２本のプリント配線４２が接続されている例を図示しているが、薄型光素子１３に接続されるプリント配線４２の数は、これに限られる訳ではない。また、薄型光素子１３に対するプリント配線４２の配置も任意である。

プリント配線４２の端部及び薄型光素子１３の上面に形成された電極の上部には、金属電極（金属インク又は金属ペースト）４３が形成されており、これによりプリント配線４２と薄型光素子１３とが電気的に接続されている。本実施形態では、プリント配線４２と厚みが同程度である平坦化膜４１が薄型光素子１３の下方に形成されているため、薄型光素子１３の厚みとプリント配線４２の厚みの差とが大きくても、薄型光素子１３の電極とプリント配線４２とを電気的に接続することができる。

上記構成において、プリント配線４２を介して送られてきた電気信号は、表面に形成された電極を介して薄型光素子１３に入力される。この電気信号は、薄型光素子１３で光信号に変換され、薄型光素子１３の裏面から出力される。尚、薄型光素子１３の種類に応じて、薄型光素子１３の表面及び裏面から共に光信号が出力されることもある。薄型光素子１３の裏面から出力された光信号は、平坦化膜４１及び基板１１の第２ベースフィルム１５を順に透過して結合部１７に入射し、光導波路１６が延びる方向に偏向されて光導波路１６中を伝播する。

これに対し、光導波路１６を伝播してきた光信号は、結合部１７によって上方に偏向される。この光信号は、基板１１の第２ベースフィルム１５及び平坦化膜４１を順に透過して薄型光素子１３の裏面から薄型光素子１３に入力され、薄型光素子１３で電気信号に変換される。薄型光素子１３で変換された電気信号は、薄型光素子１３の表面に形成された不図示の電極からプリント配線４２に出力され、プリント配線４２を伝播する。

以上、説明した通り、本実施形態によれば、プリント配線４２と同程度の厚みを有する平坦化膜４１を基板１１上に形成し、この平坦化膜４１上に薄型光素子１３を、その裏面が平坦化膜４１に密着するように搭載している。このため、基板１１の表面１１ａでの反射を少なくすることができ、これにより光損失を低減することができる。また、基板１１と薄型光素子１３との間に平坦化膜４１が形成されているため、薄型光素子１３とプリント配線４２との厚みの差が大きくても、これらを電気的に接続することができる。更に、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、従来の光素子よりも寸法が小さい薄型光素子１３を備えているため、実装スペースを少なくすることができる。また更に、薄型光素子１３は厚みが薄いことから多少の柔軟性を有し、可撓性を有する基板１１上に搭載した場合には、基板１１の柔軟性を損なうことはない。

次に、本発明の第２実施形態による光電気複合基板の変形例について説明する。図６は、本発明の第２実施形態による光電気複合基板の第１変形例を示す断面図である。尚、図６は、図４中のＢ−Ｂ線に沿う断面図に相当する断面図であり、図４，図５を用いて説明した第２実施形態による光電気複合基板４０が備える構成に相当する構成には同一の符号を付してある。本変形例の光電気複合基板５０が図４，図５に示す光電気複合基板４０と異なる点は、薄型光素子１３と光導波路１６との間で入出力される光を集光する光学素子部５１が形成されている点である。

この光学素子部５１は、例えば、平坦化膜１１上に薄型光素子１３が搭載されていない状態で、平坦化膜１１の表面からイオンを注入して形成され、イオンが注入されていない部分よりも屈折率が高くなっている。このため、薄型光素子１３と光導波路１６との間で入出力される光が光学素子部５１を通過する際に集光される。本発明の第２実施形態では、基板１１と薄型光素子１３との間に平坦化膜４１が形成されており、これらの間の距離が長くなるため、光の拡散によって薄型光素子１３と光導波路１６との結合効率が低下する虞がある。本変形例では、平坦化膜１１に光学素子部５１を設けて薄型光素子１３と光導波路１６との間で入出力される光を集光しているため、結合効率を向上させることができる。

次に、本発明の第２実施形態による光電気複合基板の他の変形例について説明する。図７は、本発明の第２実施形態による光電気複合基板の第２変形例を示す断面図である。尚、図７も、図４中のＢ−Ｂ線に沿う断面図に相当する断面図であり、図４，図５を用いて説明した第２実施形態による光電気複合基板４０が備える構成に相当する構成には同一の符号を付してある。本変形例の光電気複合基板６０が図４，図５に示す光電気複合基板４０と異なる点は、平坦化膜４１の上面に反射防止膜６１が形成されている点、及び、薄型光素子１３、金属配線４３、及びプリント配線４２の一部を覆う絶縁膜６２が形成されている点の２点である。

反射防止膜６１は、薄型光素子１３から入出力される光に対する基板１１の表面１１ａでの反射を防止する薄膜であり、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）等の無機薄膜である。反射防止膜６１の厚みｄは、薄型光素子１３から入出力される光の波長をλとし、反射防止膜６１の屈折率をｎとすると、ｄ＝λ／（４ｎ）に設定されている。尚、図７においては、プリント配線４２上にも反射防止膜６１が設けられている状態を図示しているが、金属配線４３による薄型光素子１３とプリント配線４２との電気的を妨げなければ、反射防止膜６１をプリント配線４２上に形成しても良い。絶縁膜６２は、薄型光素子１３を外部から遮断し、酸化等による薄型光素子１３の劣化を防止するために設けられている。この絶縁膜６２は、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）等の無機薄膜である。

以上説明した光電気複合基板６０によれば、前述した第２実施形態と同様に、光損失の低減等を図ることができるとともに、平坦化膜４１と薄型半導体素子１３との間に反射防止膜６１が形成されているため、平坦化膜４１の表面での反射を極めて小さくすることができ、これにより光損失を極めて低減することができる。また、少なくとも薄型光素子１３及びその周囲（金属配線４３及びプリント配線４２の一部）を覆う絶縁膜６２が形成されているため、薄型光素子１３が絶縁膜６２により封止された状態となって外部から遮断される。これにより、酸化等による薄型光素子１３の劣化を防止することができる。尚、図７に示す例では、薄型光素子１３は、その下部に形成された反射防止膜６１と薄型光素子１３を覆う絶縁膜６２によって６方向全て封止された状態であるため、平坦化膜４１だけでは不十分な湿度遮断効果をより高めることができる。

〔電子機器〕
次に、本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、上述した光電気複合基板を備えるものであり、具体的には図８に示すものが挙げられる。図８は、本発明の電子機器の例を示す図である。図８（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図８（ａ）において、携帯電話１０００は、上述した光電気複合基板の何れかを備える。携帯電話１０００の光電気複合基板は、例えばＣＰＵから表示データを表示部１００１に送信するために設けられる。

図８（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図８（ｂ）において、時計１１００は、上述した光電気複合基板を備える。この時計１１００においても、表示部１１０１に対して表示データを送信するために光電気複合基板が設けられる。図８（ｃ）は、ワープロ、パソコン等の携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図８（ｃ）において、情報処理装置１２００は、キーボードなどの入力部１２０２、上述した光電気複合基板の何れかにより表示データが送信される表示部１２０６、情報処理装置本体（筐体）１２０４を備える。図８（ａ）〜（ｃ）に示すそれぞれの電子機器は、上述した光電気複合基板の何れかによる表示データが送信される表示部１００１，１１０１，１２０６を備えているので、良好な表示特性を有する電子機器が提供される。

尚、本実施形態の光電気複合基板は、上記の電子機器以外に、ビューワ、ゲーム機等の携帯情報端末、電子書籍、電子ペーパ等種々の電子機器に適応できる。また、光電気複合基板の何れかは、ビデオカメラ、デジタルカメラ、カーナビゲーション、カーステレオ、運転操作パネル、パーソナルコンピュータ、プリンタ、スキャナ、テレビ、ビデオプレーヤー等種々の電子機器にも適応できる。また、ロボット、自動車、航空機などの制御部にも適応できる。

本発明の第１実施形態による光電気複合基板の要部を示す斜視図である。 図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態による光電気複合基板の変形例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態による光電気複合基板の要部を示す斜視図である。 図４中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態による光電気複合基板の第１変形例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態による光電気複合基板の第２変形例を示す断面図である。 本発明の電子機器の例を示す図である。

符号の説明

１０……光電気複合基板
１１……基板
１２……プリント配線
１３……薄型光素子
１６……光導波路
１７……結合部
１８……第１配線
１８ａ……延在部
１９……第２配線
２０……金属配線
３０……光電気複合基板
３１……反射防止膜
３２……絶縁膜
４０……光電気複合基板
４１……平坦化膜
４２……プリント配線
４３……金属配線
５０……光電気複合基板
５１……光学素子部
６０……光電気複合基板
６１……反射防止膜
６２……絶縁膜

Claims (17)

1. 基板の表面側に形成された電気配線と、前記基板の表面側に搭載されて前記電気配線と電気的に接続された光電変換素子と、前記基板の内部又は裏面側に形成された光導波路と、前記光導波路と前記光電変換素子とを光学的に結合する結合部とを備える光電気複合基板において、
   前記光電変換素子は、表面に電極が形成されて少なくとも裏面から光の入力及び出力の少なくとも一方が可能であって、前記基板の表面に前記光電変換素子の裏面を密着させた薄型光素子であり、
   前記基板と前記電気配線との間に、前記薄型光素子の厚みと同程度の厚みで前記薄型光素子の電極に電気的に接続された補助配線を備える
   ことを特徴とする光電気複合基板。
2. 少なくとも前記基板と前記薄型光素子との間に、前記薄型光素子と前記光導波路との間で入出力される光の、前記基板の表面での反射を防止する反射防止膜を備えおり、
   前記薄型光素子の裏面は、前記反射防止膜に密着していることを特徴とする請求項１記載の光電気複合基板。
3. 前記補助配線は、一部が前記電気配線の端部から前記薄型光素子に向けて延在する延在部を備えており、
   前記薄型光素子と前記補助配線の前記延在部とは、金属インク又は金属ペーストにより接続されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光電気複合基板。
4. 少なくとも前記薄型光素子、前記金属インク又は前記金属ペースト、及び前記延在部の一部を覆う絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項３記載の光電気複合基板。
5. 前記薄型光素子及び前記補助配線の厚みは、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の光電気複合基板。
6. 前記電気配線の厚みは、３０μｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光電気複合基板。
7. 前記基板は、可撓性を有することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の光電気複合基板。
8. 基板の表面側に形成された電気配線と、前記基板の表面側に搭載されて前記電気配線と電気的に接続された光電変換素子と、前記基板の内部又は裏面側に形成された光導波路と、前記光導波路と前記光電変換素子とを光学的に結合する結合部とを備える光電気複合基板において、
   前記基板と前記光電変換素子との間に、前記電気配線の厚みと同程度の厚みを有する平坦化膜を備えており、
   前記光電変換素子は、表面に電極が形成されて少なくとも裏面から光の入力及び出力の少なくとも一方が可能であって、前記平坦化膜に裏面を密着させた薄型光素子である
   ことを特徴とする光電気複合基板。
9. 前記平坦化膜は、前記薄型光素子と前記光導波路との間で入出力される光を透過する材質で形成されていることを特徴とする請求項８記載の光電気複合基板。
10. 前記平坦化膜には、前記薄型光素子と前記光導波路との間で入出力される光を集光する光学素子部が形成されていることを特徴とする請求項８又は請求項９記載の光電気複合基板。
11. 少なくとも前記基板と前記平坦化膜との間に、前記薄型光素子と前記光導波路との間で入出力される光の、前記平坦化膜の表面での反射を防止する反射防止膜を備えおり、
    前記薄型光素子の裏面は、前記反射防止膜に密着していることを特徴とする請求項８から請求項１０の何れか一項に記載の光電気複合基板。
12. 前記平坦化膜は、一端が前記電気配線の端部に当接するように形成されており、
    前記薄型光素子と前記電気配線とは、前記平坦化膜及び前記電気配線上に形成された金属インク又は金属ペーストにより接続されていることを特徴とする請求項８から請求項１１の何れか一項に記載の光電気複合基板。
13. 少なくとも前記薄型光素子、前記金属インク又は前記金属ペースト、及び前記電気配線の一部を覆う絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１２記載の光電気複合基板。
14. 前記薄型光素子の厚みは、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項８から請求項１３の何れか一項に記載の光電気複合基板。
15. 前記電気配線の厚みは、３０μｍ以上であることを特徴とする請求項８から請求項１４の何れか一項に記載の光電気複合基板。
16. 前記基板は、可撓性を有することを特徴とする請求項８から請求項１５の何れか一項に記載の光電気複合基板。
17. 請求項１から請求項１６の何れか一項に記載の光電気複合基板を備えることを特徴とする電子機器。
    

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