JP2008134492A - Optical transmission system and optical module equipped with same - Google Patents

Optical transmission system and optical module equipped with same Download PDF

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JP2008134492A JP2006321147A JP2006321147A JP2008134492A JP 2008134492 A JP2008134492 A JP 2008134492A JP 2006321147 A JP2006321147 A JP 2006321147A JP 2006321147 A JP2006321147 A JP 2006321147A JP 2008134492 A JP2008134492 A JP 2008134492A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical transmission system in which the optical path between the face direction of a substrate and the vertical optical transmission direction is converted with high efficiency, and a first optical transmission substrate and a second optical transmission substrate can easily be positioned. <P>SOLUTION: The optical transmission system includes: a first optical transmission substrate 1 provided with an optical transmission hole 3 having open parts on both main faces; and a second optical transmission substrate 2 provided with an optical waveguide 5 disposed on one of the main faces of the substrate 2, an optical path conversion part 4 which converts the optical transmission direction between the optical transmission hole 3 of the first optical transmission substrate 1 and the optical waveguide 5; and a lens 6 which is optically coupled to the optical transmission hole 3 and optically coupled to the optical path 5 via the optical path conversion part 4. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の光伝送基板からなる光伝送システムおよびそれを具備する光モジュールに関する。   The present invention relates to an optical transmission system including a plurality of optical transmission boards and an optical module including the optical transmission system.

近年、コンピュータの情報処理能力の向上化にともなって、マイクロプロセッサとして使用される半導体大規模集積回路素子(LSI,VLSI)等の集積回路(IC)では、トランジスタの集積度が高められており、ICの動作速度は、クロック周波数でGHzのレベルまで達している。それに伴い、電気素子間を電気的に接続する電気配線についても高密度化および微細化されたものが要求されていた。   In recent years, with the improvement of information processing capability of computers, in an integrated circuit (IC) such as a semiconductor large scale integrated circuit element (LSI, VLSI) used as a microprocessor, the degree of integration of transistors has been increased. The operating speed of the IC has reached the GHz level at the clock frequency. Along with this, there has been a demand for higher density and finer electrical wiring for electrically connecting electrical elements.

しかしながら、電気配線の高密度化および微細化は、電気信号のクロストークや伝搬損失が生じやすいことから、半導体素子に入出力される電気信号を光信号に変換し、さらに、その光信号を実装基板に形成した光導波路などの光配線によって伝送される光伝送技術が検討されている。   However, increasing the density and miniaturization of electrical wiring tends to cause crosstalk and propagation loss of electrical signals. Therefore, electrical signals input to and output from semiconductor devices are converted to optical signals, and the optical signals are mounted. An optical transmission technique in which an optical wiring such as an optical waveguide formed on a substrate is transmitted has been studied.

このような光伝送技術としては、回路基板の表面および裏面に形成された光導波路により光を伝送させることや、回路基板の表面と裏面との間に設けられた貫通孔(光伝送孔)により、光を伝送させることが知られている。このような光伝送孔は、光導波路に対して垂直に回路基板を貫通することにより得られ、光導波路と組み合わせて用いることにより、三次元的な光の伝送を可能とする。   As such an optical transmission technology, light is transmitted by optical waveguides formed on the front and back surfaces of the circuit board, or through holes (optical transmission holes) provided between the front and back surfaces of the circuit board. It is known to transmit light. Such an optical transmission hole is obtained by penetrating the circuit board perpendicularly to the optical waveguide, and can be used in combination with the optical waveguide to transmit three-dimensional light.

例えば、特許文献1には、光伝送孔13と光導波路15とを有する三次元的な光伝送技術が開示されている。これによると、マザーボードとなる第2光伝送基板12に光導波路15が設けられ、また、マザーボードに実装するためのドーターボードとなる第1光伝送基板11に光伝送孔13が設けられており、光導波路15と光伝送孔13とが光結合されている(図7参照)。
特開2003−215372号公報
For example, Patent Document 1 discloses a three-dimensional optical transmission technique having an optical transmission hole 13 and an optical waveguide 15. According to this, the optical waveguide 15 is provided in the second optical transmission board 12 serving as the motherboard, and the optical transmission hole 13 is provided in the first optical transmission board 11 serving as the daughter board for mounting on the motherboard, The optical waveguide 15 and the light transmission hole 13 are optically coupled (see FIG. 7).
JP 2003-215372 A

しかしながら、特許文献1に開示された技術では、光導波路15と光伝送孔13とを光結合させるために、半田接続部19を介して第1光伝送基板11と第2光伝送基板12とを接続したものであるため、第1光伝送基板11における光伝送孔13と第2光伝送基板12における光導波路15との位置合わせを十分におこなうことができなかった。   However, in the technique disclosed in Patent Document 1, in order to optically couple the optical waveguide 15 and the optical transmission hole 13, the first optical transmission substrate 11 and the second optical transmission substrate 12 are connected via the solder connection portion 19. Since they are connected, the optical transmission hole 13 in the first optical transmission substrate 11 and the optical waveguide 15 in the second optical transmission substrate 12 cannot be sufficiently aligned.

また、第1光伝送基板11と第2光伝送基板12との間には封止樹脂を充填させている場合、封止樹脂は一様な屈折率を有しているため、封止樹脂によって光伝送孔13と光導波路15との間で光が拡散してしまい、高効率な光伝送の変換をおこなうことができなかった。   Further, when the sealing resin is filled between the first optical transmission board 11 and the second optical transmission board 12, the sealing resin has a uniform refractive index. Light diffuses between the optical transmission hole 13 and the optical waveguide 15, and high-efficiency optical transmission conversion cannot be performed.

このように、第1光伝送基板と第2光伝送基板との容易な位置合わせと、光伝送孔と光導波路との間での高効率な光伝送方向の変換と、を両立させた光伝送技術は従来得られていなかった。   In this way, optical transmission that achieves both easy alignment between the first optical transmission substrate and the second optical transmission substrate and conversion of the highly efficient optical transmission direction between the optical transmission hole and the optical waveguide. The technology has not been obtained so far.

本発明は以上のような従来の技術における課題を解決すべく案出されたものであり、その目的は、光伝送孔と光導波路との間で光の散乱を抑制するとともに、第1光伝送基板と第2光伝送基板との容易な位置合わせを可能にする光伝送システムを提供することである。   The present invention has been devised to solve the above-described problems in the prior art, and its purpose is to suppress light scattering between the optical transmission hole and the optical waveguide and to perform the first optical transmission. It is an object of the present invention to provide an optical transmission system that allows easy alignment between a substrate and a second optical transmission substrate.

本発明の光伝送システムは、一方の主面から他方の主面までの間を貫通し、前記両主面にそれぞれ開口部を有する光伝送孔を具えた第1光伝送基板と、一方の主面上に前記第1光伝送基板が実装された第2光伝送基板であって、前記一方の主面上に配設された光導波路と、前記第1光伝送基板の前記光伝送孔と前記光導波路との間で光伝送方向を変換させる光路変換部と、を具えた第2光伝送基板と、前記第1光伝送基板の前記他方の主面における開口部と位置合わせされた第1の凸曲面と、前記光路変換部と位置合わせされた第2の凸曲面と、を具え、前記光伝送孔に対して光学的に結合し、前記光導波路に対して前記光路変換部を介して光学的に結合したレンズと、を具備する。   An optical transmission system according to the present invention includes a first optical transmission board that includes an optical transmission hole that passes through from one main surface to the other main surface and has openings on both main surfaces, and one main surface. A second optical transmission board having the first optical transmission board mounted on a surface thereof; an optical waveguide disposed on the one main surface; the optical transmission hole of the first optical transmission board; A second optical transmission board having an optical path conversion unit for changing an optical transmission direction between the optical waveguide and an opening in the other main surface of the first optical transmission board. A convex curved surface and a second convex curved surface aligned with the optical path conversion unit, optically coupled to the optical transmission hole, and optically coupled to the optical waveguide via the optical path conversion unit. Coupled lenses.

前記第1光伝送基板は、前記第2光伝送基板に対して前記第2光伝送基板に対して格子状に配置した球状の導電性部材により実装されていることが好ましい。   The first optical transmission board is preferably mounted by a spherical conductive member arranged in a lattice pattern with respect to the second optical transmission board with respect to the second optical transmission board.

前記レンズが球体状であることが好ましい。   The lens is preferably spherical.

前記光伝送孔中には、光の伝送が可能な透明樹脂が設けられていることが好ましい。   It is preferable that a transparent resin capable of transmitting light is provided in the light transmission hole.

前記透明樹脂が、前記光伝送孔の径方向において屈折率が周囲部よりも高くなったコア部を具えることが好ましい。   It is preferable that the transparent resin includes a core portion having a refractive index higher than that of the surrounding portion in the radial direction of the light transmission hole.

また、本発明の光伝送システムは、前記第1光伝送基板と前記第2光伝送基板との間に前記レンズを配置する工程と、前記レンズの外形を基準として、前記第2光伝送基板に対して前記第1光伝送基板を実装する工程と、を含むことが好ましい。   The optical transmission system according to the present invention may include a step of arranging the lens between the first optical transmission substrate and the second optical transmission substrate, and the second optical transmission substrate based on an outer shape of the lens. Preferably, the method includes a step of mounting the first optical transmission board.

また、本発明の光モジュールは、前記光伝送システムと、前記第1光伝送基板の前記一方の主面上に実装され、前記光伝送孔と光学的に結合した光半導体素子と、を具備する。   The optical module of the present invention includes the optical transmission system and an optical semiconductor element mounted on the one main surface of the first optical transmission board and optically coupled to the optical transmission hole. .

本発明の光伝送システムによれば、一方の主面から他方の主面までの間を貫通し、前記両主面にそれぞれ開口部を有する光伝送孔を具えた第1光伝送基板と、一方の主面上に前記第1光伝送基板が実装された第2光伝送基板であって、前記一方の主面上に配設された光導波路と、前記第1光伝送基板の前記光伝送孔と前記光導波路との間で光伝送方向を変換させる光路変換部と、を具えた第2光伝送基板と、前記第1光伝送基板の前記他方の主面における開口部と位置合わせされた第1の凸曲面と、前記光路変換部と位置合わせされた第2の凸曲面と、を具え、前記光伝送孔に対して光学的に結合し、前記光導波路に対して前記光路変換部を介して光学的に結合したレンズと、を具備することによって、光伝送孔と光導波路との間で光の散乱を抑制することが可能になる。   According to the optical transmission system of the present invention, the first optical transmission board having optical transmission holes penetrating from one main surface to the other main surface and having openings on both main surfaces, A second optical transmission board having the first optical transmission board mounted on the main surface thereof, an optical waveguide disposed on the one main surface, and the optical transmission hole of the first optical transmission board A second optical transmission board comprising: an optical path changing part for changing an optical transmission direction between the first optical transmission board and an opening in the other main surface of the first optical transmission board. 1 convex curved surface and a second convex curved surface aligned with the optical path changing unit, optically coupled to the light transmission hole, and to the optical waveguide via the optical path changing unit. And optically coupled lenses to scatter light between the light transmission hole and the optical waveguide. It is possible to suppress.

具体的には、レンズが、第1の凸曲面が前記第1光伝送基板の前記開口部内に湾入し、かつ、第2の凸曲面が光導波路に形成された凹部内に湾入することで、前記光伝送孔の中心と前記光路変換部を結ぶ光軸に対するレンズの搭載位置が一意的に定まるため、レンズの外形を基準とした第1光伝送基板と第2光伝送基板との位置合わせを可能とする。   Specifically, the lens has a first convex curved surface that enters into the opening of the first optical transmission board and a second convex curved surface enters into the recess formed in the optical waveguide. Thus, since the mounting position of the lens with respect to the optical axis connecting the center of the optical transmission hole and the optical path changing unit is uniquely determined, the positions of the first optical transmission substrate and the second optical transmission substrate with respect to the outer shape of the lens Enables matching.

前記第1光伝送基板は、前記第2光伝送基板に対して、前記第2光伝送基板に対して格子状に配置した球状の導電性部材により、他の実装手段を用いた場合よりも自由度の高い位置合わせが可能となる。   The first optical transmission board is free from the second optical transmission board by using a spherical conductive member arranged in a lattice pattern with respect to the second optical transmission board, as compared with the case where other mounting means are used. A high degree of alignment is possible.

前記レンズが球体状であることにより、レンズによる光路反射面への集光作用および位置合わせ作用をともに向上させることが可能となる。   Since the lens has a spherical shape, it is possible to improve both the condensing effect and the alignment effect on the optical path reflecting surface by the lens.

前記光伝送孔中には、光の伝送が可能な透明樹脂が設けられていることにより、光伝送孔の開口部における光反射を少なくしたうえで、さらに、光路変換部での光の散乱を少なくすることができ、隣接する他のコア部との光のクロストークを小さくすることができる。   The light transmission hole is provided with a transparent resin capable of transmitting light, thereby reducing light reflection at the opening of the light transmission hole and further scattering light at the optical path changing unit. It is possible to reduce the crosstalk of light with other adjacent core portions.

前記透明樹脂が、前記光伝送孔の径方向において屈折率が周囲部よりも高くなったコア部を具えることにより、光信号が前記コア部において閉じ込められて伝搬し、高効率の光信号伝搬を実現することができる。   The transparent resin includes a core part having a refractive index higher than that of the surrounding part in the radial direction of the optical transmission hole, so that an optical signal is confined and propagated in the core part, and high-efficiency optical signal propagation is achieved. Can be realized.

また、本発明の光伝送システムの製造方法は、前記第1光伝送基板と前記第2光伝送基板との間に前記レンズを配置する工程と、前記レンズの外形を基準として、前記第2光伝送基板に対して前記第1光伝送基板を実装する工程と、を含むことにより、レンズが基準となり、第1光伝送基板と第2光伝送基板とを位置合わせすることができる。   The method of manufacturing an optical transmission system according to the present invention includes the step of arranging the lens between the first optical transmission substrate and the second optical transmission substrate, and the second light with reference to the outer shape of the lens. Including the step of mounting the first optical transmission board on the transmission board, the lens serves as a reference, and the first optical transmission board and the second optical transmission board can be aligned.

図面にもとづいて、本発明の光伝送システムおよびそれを具備する光モジュールについて説明するが、それらの図面は実施形態の一例に過ぎず、本発明はそれらに限定されるものではない。   The optical transmission system and the optical module including the optical transmission system according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the drawings are only examples of the embodiments, and the present invention is not limited to them.

図1は、本発明の光伝送システムの実施の形態の一例を模式的に示す断面図である。図1において、1は第1光伝送基板、2は第2光伝送基板、3は光伝送孔、4は光路変換部、5は光導波路、6はレンズ、7は光半導体素子、8はボールグリッドアレイ(以下、BGA)をそれぞれ示す。図1におけるレンズ6は球体状のものを示している。なお、光半導体素子は光伝送システムの構成には含まないものとする。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an embodiment of an optical transmission system of the present invention. In FIG. 1, 1 is a first optical transmission substrate, 2 is a second optical transmission substrate, 3 is an optical transmission hole, 4 is an optical path conversion unit, 5 is an optical waveguide, 6 is a lens, 7 is an optical semiconductor element, and 8 is a ball. A grid array (hereinafter referred to as BGA) is shown. The lens 6 in FIG. 1 has a spherical shape. The optical semiconductor element is not included in the configuration of the optical transmission system.

図1において、第1光伝送基板1はドーターボードとして用いられ、また、第2光伝送基板2は、第1光伝送基板1が実装されたマザーボードとして用いられている。ここでいうドーターボードとは、マザーボードに実装されることでマザーボードに対して機能を持たせる基板をいう。   In FIG. 1, the first optical transmission board 1 is used as a daughter board, and the second optical transmission board 2 is used as a mother board on which the first optical transmission board 1 is mounted. The daughter board here means a board that is mounted on the mother board to give the mother board a function.

以下に各構成についてそれぞれ説明する。   Each configuration will be described below.

<第1光伝送基板>
第1光伝送基板1としては、例えば、一般的に使用されているエポキシ樹脂やセラミックなどからなるプリント配線基板が用いられる。なかでも、機械的強度が大きく、熱による基板の反りに対して効果的な防止が可能となるため、両面に同じ厚さの樹脂絶縁層を形成した対称層構造を有するプリント配線基板が好ましく、両面の樹脂絶縁層の厚さが同じであることがより好ましい。基板の厚みとしては、0.5〜1.5mmとすることができる。
<First optical transmission board>
As the first optical transmission board 1, for example, a printed wiring board made of generally used epoxy resin or ceramic is used. Among them, a printed wiring board having a symmetrical layer structure in which a resin insulating layer having the same thickness is formed on both sides is preferable because the mechanical strength is large and it is possible to effectively prevent the warpage of the board due to heat. It is more preferable that the resin insulating layers on both sides have the same thickness. The thickness of the substrate can be 0.5 to 1.5 mm.

また、第1光伝送基板1として、多層配線基板を用いても良い。ここで、多層配線基板とは、電気配線層と絶縁層とが交互に複数積層されたものであればよく、例えば、コア基板と、配線基板表面側に形成されたビルドアップ層とからなる基板も含まれる。ここで、ビルドアップ層とは、電気配線層と絶縁層が交互に積層された多層基板であり、また、コア基板とは、ビルドアップ層が表面に設けられ、ビルドアップ層を支持する単層をいう。   Further, a multilayer wiring board may be used as the first optical transmission board 1. Here, the multilayer wiring substrate may be any substrate in which a plurality of electrical wiring layers and insulating layers are alternately laminated, for example, a substrate composed of a core substrate and a buildup layer formed on the wiring substrate surface side. Is also included. Here, the build-up layer is a multilayer substrate in which electrical wiring layers and insulating layers are alternately stacked, and the core substrate is a single layer on which the build-up layer is provided and supports the build-up layer. Say.

第1光伝送基板1には、光伝送孔3が設けられている。図1において、光伝送孔3は、第1光伝送基板1の一方の主面と他方の主面との間に、これら主面に対して垂直とされ、第1光伝送基板における一方の主面から他方の主面までの間を貫通して、2つの主面にそれぞれ開口部を作製することで光を伝送させる貫通孔をいう。例えば、図1に示すように、一方の主面に光半導体素子7として発光素子を設置し、光モジュールとした場合、光半導体素子7から出射された光は光伝送孔3に伝搬することによって、他方の主面まで光が伝送される。   The first optical transmission board 1 is provided with an optical transmission hole 3. In FIG. 1, the optical transmission hole 3 is perpendicular to one main surface of the first optical transmission substrate 1 and the other main surface, and one main surface of the first optical transmission substrate 1 It refers to a through-hole that transmits light by penetrating from one surface to the other main surface and making openings on the two main surfaces. For example, as shown in FIG. 1, when a light emitting element is installed as an optical semiconductor element 7 on one main surface to form an optical module, light emitted from the optical semiconductor element 7 propagates to the optical transmission hole 3. The light is transmitted to the other main surface.

光伝送孔3の形成には、通常のプリント基板の穿孔工程に使用されるドリルやレーザーが好適に使用される。そして、一方の主面から他方の主面まで第1光伝送基板1を貫通させることにより光伝送孔3は形成される。なお、光伝送孔3は断面を円形とすることが望ましく、直径は50〜200μmとすることが望ましい。   For the formation of the light transmission hole 3, a drill or laser used in a normal printed circuit board drilling process is preferably used. And the optical transmission hole 3 is formed by letting the 1st optical transmission board | substrate 1 penetrate from one main surface to the other main surface. The light transmission hole 3 preferably has a circular cross section and a diameter of 50 to 200 μm.

光伝送孔3は他方の主面側において、後述するレンズの曲面の一部をこの光伝送孔3の開口に当接するように湾入させて、係合させることにより、レンズと第1光伝送基板1との位置決めに用いることができる。 On the other main surface side, the optical transmission hole 3 is inserted into and engaged with a part of the curved surface of the lens, which will be described later, so as to contact the opening of the optical transmission hole 3. It can be used for positioning with the substrate 1.

光伝送孔3内には、光の伝送が可能な透明樹脂が設けられていることが好ましい。その理由は、光伝送孔3の開口部における光反射を少なくしたうえで、さらに、光路変換部での光の散乱を少なくすることができ、隣接する他のコア部との光のクロストークを小さくすることができるからである。その場合、透明樹脂は、その屈折率の分布が径方向において中心部で高く、周辺部で低くなっていることが好ましい。このように、屈折率が周囲部よりも高くなった箇所をコア部という。このような同心円状の屈折率の分布は、光信号を中心部に閉じ込める光閉じ込め作用を有している。   It is preferable that a transparent resin capable of transmitting light is provided in the light transmission hole 3. The reason for this is that light reflection at the opening of the light transmission hole 3 is reduced, light scattering at the optical path changing portion can be reduced, and light crosstalk with other adjacent core portions can be reduced. This is because it can be made smaller. In that case, the transparent resin preferably has a refractive index distribution that is high in the central portion and low in the peripheral portion in the radial direction. Thus, the part where the refractive index is higher than the peripheral part is referred to as a core part. Such a concentric refractive index distribution has an optical confinement effect for confining an optical signal in the center.

透明樹脂を光伝送孔3内に設ける場合、光を照射すると屈折率が低下するフォトブリーチング現象を生じるポリシラン、あるいは光を照射した部分が現像により除去できる感光性のアクリル系樹脂やエポキシ樹脂等を用いて形成することができる。例えば、フォトブリーチング現象を利用する場合は、光伝送孔3にポリシランを充填し、加熱硬化させた後、フォトマスク(光伝送孔より小さい径の円形パターンの遮光部を具備する)を介して紫外光を照射して紫外光照射部の屈折率を低下させ、最後にポストベークを行うことにより光伝送孔3内の透明樹脂に屈折率の分布を形成する。   When a transparent resin is provided in the light transmission hole 3, polysilane that causes a photo bleaching phenomenon in which the refractive index decreases when irradiated with light, or a photosensitive acrylic resin or epoxy resin that can be removed by developing the irradiated portion. Can be used. For example, when the photo bleaching phenomenon is used, the light transmission hole 3 is filled with polysilane, heated and cured, and then passed through a photomask (having a light shielding part with a circular pattern having a smaller diameter than the light transmission hole). The refractive index distribution is formed in the transparent resin in the light transmission hole 3 by irradiating the ultraviolet light to lower the refractive index of the ultraviolet light irradiating portion and finally performing the post baking.

また、紫外線硬化型のアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂を用いる場合は、光伝送孔3にこれらの感光性ポリマー材料を充填し、加熱硬化させた後、フォトマスク(光伝送孔3より小さい径の円形パターンの透光部を具備する)を介して紫外光を照射して現像を行うことにより紫外光照射部の樹脂を除去し、その後に光伝送孔3内の現像により除去された部分(光伝送孔中心部)に最初に充填した材料より屈折率の高い材料を充填し、フォトマスクを使用しないで紫外光を照射して硬化後、最後にポストベークを行うことにより、光伝送孔3内の透明樹脂に屈折率分布を形成する。   In the case of using an ultraviolet curable acrylic resin or epoxy resin, the light transmission hole 3 is filled with these photosensitive polymer materials and cured by heating, and then a photomask (having a diameter smaller than that of the light transmission hole 3). A portion (light) removed by development in the light transmission hole 3 after removing the resin of the ultraviolet light irradiation portion by performing development by irradiating the ultraviolet light through a circular pattern light-transmitting portion) The center of the transmission hole) is filled with a material having a higher refractive index than that of the material first filled, irradiated with ultraviolet light without using a photomask, and finally cured by post-baking. A refractive index distribution is formed in the transparent resin.

第1光伝送基板1の他方の主面側、すなわち第2光伝送基板2に対して実装する主面の側には、第1光伝送基板1を第2光伝送基板2に対して、実装するための実装手段が設けられている。この実装手段としては、例えば、Cu,Ni,Ag,W,Mo,Al,Auなどの金属で形成した電極として形成されている。第2光伝送基板の一方の主面にも対応する位置に実装手段として同様の電極が設けられており、半田などを介して第1光伝送基板1が第2光伝送基板2に実装される。なお、これらの実装手段の電極は、上述した多層配線基板の電気配線層の露出部として、第2光伝送基板2との間で電気的な回路を形成するようにしても良いし、どこにも接続されていない浮き電極として形成しても良い。   The first optical transmission board 1 is mounted on the second optical transmission board 2 on the other main surface side of the first optical transmission board 1, that is, on the main surface side to be mounted on the second optical transmission board 2. Mounting means are provided for this purpose. As this mounting means, for example, it is formed as an electrode formed of a metal such as Cu, Ni, Ag, W, Mo, Al, Au. Similar electrodes are provided as mounting means at positions corresponding to one main surface of the second optical transmission board, and the first optical transmission board 1 is mounted on the second optical transmission board 2 via solder or the like. . The electrodes of these mounting means may form an electric circuit with the second optical transmission board 2 as an exposed portion of the electric wiring layer of the multilayer wiring board described above, or anywhere. You may form as a floating electrode which is not connected.

<第2光伝送基板>
第2光伝送基板2の材質、基板の厚み、実装構造などについては、上述した第1光伝送基板1と同様である。
<Second optical transmission board>
The material of the second optical transmission board 2, the thickness of the board, the mounting structure, and the like are the same as those of the first optical transmission board 1 described above.

第2光伝送基板2には、光路変換部4と光導波路5とが設けられている。   The second optical transmission board 2 is provided with an optical path conversion unit 4 and an optical waveguide 5.

光路変換部4は、上述した第1光伝送基板1をこの第2光伝送基板2に対して実装したときに、第1光伝送基板1の光伝送孔3と、光導波路5の双方に対して光学的に結合し、光伝送孔3と光導波路5との間で光の伝送方向を変換させるはたらきを有する。具体的には、光路変換部4が一定の傾斜角を有する光反射面であることにより、光の入射方向を反射方向へ変換させることができ、それぞれ光路方向の異なる光伝送孔3と光導波路5に対して光学的に結合させることを可能としたものである。   When the first optical transmission board 1 described above is mounted on the second optical transmission board 2, the optical path conversion unit 4 applies to both the optical transmission hole 3 of the first optical transmission board 1 and the optical waveguide 5. Optically coupled to each other, and has a function of changing the light transmission direction between the light transmission hole 3 and the optical waveguide 5. Specifically, since the optical path conversion unit 4 is a light reflecting surface having a certain inclination angle, the incident direction of light can be converted into the reflecting direction, and the optical transmission hole 3 and the optical waveguide having different optical path directions, respectively. 5 can be optically coupled.

図1において、第1光伝送基板1の光伝送孔3の開口位置に対応した箇所に形成され、光路変換部4は光導波路5を形成した後に設けられる。ここで、「光伝送孔4の開口位置に対応した箇所」とは、基板同士を実装したときに、光伝送孔3の開口部1aの下に位置する箇所であって、レンズ6と光導波路5の間で、高効率な光結合を光路変換部4が可能とできる箇所をいう。   In FIG. 1, it is formed at a position corresponding to the opening position of the light transmission hole 3 of the first light transmission substrate 1, and the optical path conversion unit 4 is provided after the optical waveguide 5 is formed. Here, the “location corresponding to the opening position of the light transmission hole 4” is a position located below the opening 1a of the light transmission hole 3 when the substrates are mounted, and the lens 6 and the optical waveguide. 5 is a portion where the optical path conversion unit 4 can perform highly efficient optical coupling.

光路変換部4の形成方法としては、一般的には先端が45度又は90度に加工されたダイヤモンドブレードを用いてダイシングソーで溝入れ加工することにより、光導波路の一部を斜めに切り取って形成される。それ以外にも、光導波路5のパターニング時にグレイマスクや斜め露光等により斜面を形成する方法や、プリント基板切り分け時に使用するケガキ機などを用いる方法もある。また、光路変換部4の光路上であって、第2光伝送基板2の一方の主面の位置に後述するレンズの曲面の一部を当接させて係合させることにより位置決めできるような貫通孔あるいは凹部を設けておくことが望ましい。この貫通孔あるいは凹部を利用して、レンズと第2光伝送基板2の位置決めに用いることができる。このような貫通孔あるいは凹部は、例えば、レーザー加工などによって形成することができる。これらの貫通孔や凹部の、レンズと当接する箇所は、レンズが光路変換部4と良好に光結合できるように高精度に形成しておく必要がある。   As a method of forming the optical path conversion unit 4, generally, a part of the optical waveguide is cut obliquely by grooving with a dicing saw using a diamond blade whose tip is processed at 45 degrees or 90 degrees. It is formed. In addition, there are a method of forming a slope by patterning the optical waveguide 5 using a gray mask, oblique exposure, or the like, or a method of using a marking machine used for cutting a printed circuit board. Further, a penetration that is positioned on the optical path of the optical path conversion unit 4 by bringing a part of a curved surface of a lens described later into contact with and engaging with the position of one main surface of the second optical transmission board 2. It is desirable to provide a hole or a recess. Using this through hole or recess, the lens and the second optical transmission board 2 can be used for positioning. Such a through-hole or a recessed part can be formed by laser processing etc., for example. It is necessary to form these through-holes and recesses in contact with the lens with high accuracy so that the lens can be optically coupled with the optical path conversion unit 4 satisfactorily.

なお、図1では、光導波路5に光路変換部4を形成したものを具体例として挙げているが、本発明における光路変換部4はそれに限定されず、例えば、光導波路5とは別の構成であってもよい。   In FIG. 1, a configuration in which the optical path conversion unit 4 is formed in the optical waveguide 5 is given as a specific example. However, the optical path conversion unit 4 in the present invention is not limited thereto, and for example, a configuration different from the optical waveguide 5 It may be.

光路変換部4は、光導波路5の中途の表面に形成された斜面のままでもよく、または、金(Au),銀(Ag),白金(Pt),アルミニウム(Al),銅(Cu)等の様に光導波路5を導波する光に対して反射率の高い膜をその表面に形成したものとすることができる。   The optical path conversion unit 4 may be an inclined surface formed on the middle surface of the optical waveguide 5, or gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), aluminum (Al), copper (Cu), or the like. As described above, a film having a high reflectance with respect to the light guided through the optical waveguide 5 can be formed on the surface thereof.

光導波路5とは、第2光伝送基板2の一方の主面上の面に配設され、光を伝送する役割を果たすものである。   The optical waveguide 5 is disposed on one main surface of the second optical transmission board 2 and plays a role of transmitting light.

光導波路5は、図1に示すように、コア部(図1の光導波路5における斜線部)と、これを取り囲み、コア部よりも屈折率の小さいクラッド部とから構成されることが好ましい。コア部およびクラッド部のそれぞれの屈折率を調整することで良好な光伝搬が可能となる。
コア部を有する光導波路5の作製方法には、直接露光法、屈折率変化法(フォトブリーチング法)、反応性イオンエッチング法等がある。
As shown in FIG. 1, the optical waveguide 5 is preferably composed of a core portion (a hatched portion in the optical waveguide 5 in FIG. 1) and a cladding portion that surrounds the core portion and has a refractive index smaller than that of the core portion. By adjusting the refractive indexes of the core part and the clad part, good light propagation is possible.
Examples of a method for producing the optical waveguide 5 having the core part include a direct exposure method, a refractive index change method (photo bleaching method), and a reactive ion etching method.

直接露光法で作製できる材料には、感光性を有するエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが上げられる。直接露光法では、コア部およびクラッド部に相当する材料を塗布・露光・現像することにより必要なパターンを得ることができる。例えば、ネガ型の感光性エポキシ樹脂を用いた場合、材料を塗布し、必要な箇所を露光する形のフォトマスクを用意して露光することにより、露光された部分の樹脂は硬化され、露光されていない部分の樹脂は現像により除去されることによって所望のパターンが得られる。この方法を下部クラッド部および上部クラッド部とコア部の両方に適用することにより、基板全体で必要な箇所にのみ光導波路5を形成することができる。光導波路のコア部およびクラッド部の形状や寸法は、例えば、マルチモードの光導波路の場合であれば、コア部の厚みを約50μmとすると、下部クラッド部および上部クラッド部の厚みを、それぞれコア部の半分の約25μmとして、約100μmの厚みの光導波路5とすることができる。   Examples of materials that can be manufactured by the direct exposure method include photosensitive epoxy resins, acrylic resins, and polyimide resins. In the direct exposure method, a necessary pattern can be obtained by applying, exposing, and developing materials corresponding to the core portion and the clad portion. For example, if a negative photosensitive epoxy resin is used, the exposed portion of the resin is cured and exposed by applying a material and preparing and exposing a photomask that exposes the necessary areas. By removing the unexposed resin by development, a desired pattern can be obtained. By applying this method to both the lower clad part and the upper clad part and the core part, the optical waveguide 5 can be formed only at a necessary place in the entire substrate. For example, in the case of a multi-mode optical waveguide, the shape and dimensions of the core portion and the clad portion of the optical waveguide are set so that the thickness of the lower clad portion and the upper clad portion is the core when the thickness of the core portion is about 50 μm. The optical waveguide 5 having a thickness of about 100 μm can be obtained as about 25 μm, which is half of the portion.

<レンズ>
本発明においてレンズ6は、光伝送孔3と光導波路5との間における光の散乱を抑制する効果、および、第1光伝送基板1と第2光伝送基板2との位置を合わせる効果を有するものである。
<Lens>
In the present invention, the lens 6 has an effect of suppressing light scattering between the optical transmission hole 3 and the optical waveguide 5 and an effect of aligning the positions of the first optical transmission substrate 1 and the second optical transmission substrate 2. Is.

レンズ6は、第1光伝送基板の前記他方の主面における開口部と位置合わせされた凸曲面(以下、第1の凸曲面)と、光路変換部4と位置合わせされた凸曲面(以下、第2の凸曲面)とを具えることで上述の効果を満たすことができる。   The lens 6 includes a convex curved surface (hereinafter referred to as a first convex curved surface) aligned with an opening in the other main surface of the first optical transmission board, and a convex curved surface (hereinafter referred to as a first convex curved surface) aligned with the optical path changing unit 4. The above-mentioned effect can be satisfied by providing the second convex curved surface.

ここで、図2〜4をもとにしてレンズ6の具体例について説明する。なお、図2および図3はそれぞれ図1の要部拡大図であり、図2および図3において、点線で示したAは光軸、また、Bは光信号を示している。また、図4は、図2における、第1光伝送基板1の他方の主面における開口部1aと、レンズ6と、光導波路5に形成された凹部5aの開口部5bと、をそれぞれ上面視したときの形状を示す図である。なお、図4における凹部5aは、レーザー加工などによる開口部5bを有するものであるが、本発明ではそれに限定されるものではない。   Here, a specific example of the lens 6 will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are enlarged views of the main part of FIG. 1, respectively. In FIGS. 2 and 3, A indicated by a dotted line indicates an optical axis, and B indicates an optical signal. 4 is a top view of the opening 1a on the other main surface of the first optical transmission board 1, the lens 6, and the opening 5b of the recess 5a formed in the optical waveguide 5 in FIG. It is a figure which shows the shape when doing. In addition, although the recessed part 5a in FIG. 4 has the opening part 5b by laser processing etc., it is not limited to it in this invention.

図2において、第1の凸曲面は、開口部1aの周縁部1bに接しており、第1の凸曲面が、開口部1aに湾入している。さらに、第2の凸曲面は、開口部5bの周縁部5cに接しており、第2の凸曲面が凹部5aに湾入している。   In FIG. 2, the first convex curved surface is in contact with the peripheral edge portion 1b of the opening 1a, and the first convex curved surface enters the opening 1a. Further, the second convex curved surface is in contact with the peripheral edge portion 5c of the opening 5b, and the second convex curved surface enters the concave portion 5a.

そして、湾入された第1の凸曲面の頂点と開口部1aの中心との位置合わせがなされ、かつ、湾入された第2の凸曲面の頂点と開口部5bの中心との位置合わせがなされる。   Then, alignment between the vertex of the first convex curved surface that is inserted into the bay and the center of the opening 1a is performed, and alignment between the vertex of the second convex curved surface that is inserted into the bay and the center of the opening 5b is performed. Made.

その結果、図4に示すように、開口部1aとレンズ6と開口部5bとの中心が全て一致し、第1光伝送基板1とレンズ6と第2光伝送基板との位置合わせがなされる。   As a result, as shown in FIG. 4, the centers of the opening 1a, the lens 6 and the opening 5b all coincide, and the first optical transmission board 1, the lens 6 and the second optical transmission board are aligned. .

図4において、開口部1aの形状は円(半径r)であるが、その他に楕円などが挙げられる。   In FIG. 4, the shape of the opening 1a is a circle (radius r).

図4において、開口部5bの形状は正方形(中心から辺への垂線)であるが、その他に、長方形、菱形などの四角形、三角形や五角形などの多角形などが挙げられる。   In FIG. 4, the shape of the opening 5b is a square (perpendicular from the center to the side), but other examples include a rectangle such as a rectangle and a rhombus, and a polygon such as a triangle and a pentagon.

なお、光伝送孔3中に、光の伝送が可能な透明樹脂が設けられている場合であっても、透明樹脂は柔軟であるため、レンズ6の凸曲面が光伝送孔の開口部に湾入し、同様の効果が得られる。   Even when a transparent resin capable of transmitting light is provided in the light transmission hole 3, the transparent resin is flexible, so that the convex curved surface of the lens 6 is connected to the opening of the light transmission hole. The same effect can be obtained.

レンズ6は、第1光伝送基板1と第2光伝送基板2との実装工程を経て、第1光伝送基板1と第2光伝送基板2との間に形成される。具体的には、図1に示すように、実装手段として、第2光伝送基板2に対して格子状に配置した球状の導電性部材(以下、ボールグリッドアレイ(登録商標)またはBGAとする)を用いることにより、リフロー時のセルフアライメントによって、レンズ6が基準となり第1光伝送基板1と第2光伝送基板2とが自ずと位置合わせされることになる。なお、レンズ6は、実装前に第1光伝送基板1に接着されていても、また、第2光伝送基板2に接着されていてもよい。   The lens 6 is formed between the first optical transmission board 1 and the second optical transmission board 2 through a mounting process of the first optical transmission board 1 and the second optical transmission board 2. Specifically, as shown in FIG. 1, as a mounting means, spherical conductive members (hereinafter referred to as a ball grid array (registered trademark) or BGA) arranged in a lattice pattern with respect to the second optical transmission board 2. By using self-alignment at the time of reflow, the first optical transmission board 1 and the second optical transmission board 2 are naturally aligned using the lens 6 as a reference. The lens 6 may be bonded to the first optical transmission board 1 before mounting or may be bonded to the second optical transmission board 2.

実装手段としては、他にピングリッドアレイなどがあげられるが、とくに、機械的に位置合わせをおこなう必要がないことから、BGAが好ましい。   Other mounting means include a pin grid array and the like, but BGA is particularly preferable because it is not necessary to perform mechanical alignment.

レンズ6としては、上述の球体状のレンズのほかに、回転楕円体状のレンズ9(図5参照)、または両端面が凸曲面である円筒状のレンズ10(図6参照)が挙げられる。後者2つのレンズにおいては、光伝送孔3に対して光軸を精密に位置合わせして固定することが要求されるが、球体状のレンズは固定される際の位置に依存せず光軸が形成されるため光の散乱を抑制する効果と位置合わせをする効果を重ねて得ることが出来る。   Examples of the lens 6 include a spheroid lens 9 (see FIG. 5) or a cylindrical lens 10 (see FIG. 6) whose both end surfaces are convex curved surfaces, in addition to the spherical lens described above. In the latter two lenses, it is required to precisely align and fix the optical axis with respect to the light transmission hole 3, but the spherical lens does not depend on the position at the time of fixing and the optical axis does not depend on the position. Since it is formed, the effect of suppressing the scattering of light and the effect of positioning can be obtained repeatedly.

レンズ6は各種の光学ガラスやアクリルやエポキシなどの樹脂で形成される。   The lens 6 is formed of various optical glasses, resins such as acrylic and epoxy.

本発明における光モジュールは、本発明の光伝送システムと光半導体素子7とを具備するものである。光半導体素子7としては、面発光レーザ(VCSEL)などの発光素子や、
面受光型の半導体受光素子(PD:Photo Diode)等が挙げられる。
The optical module in the present invention includes the optical transmission system of the present invention and the optical semiconductor element 7. As the optical semiconductor element 7, a light emitting element such as a surface emitting laser (VCSEL),
A surface light receiving type semiconductor light receiving element (PD: Photo Diode) or the like may be used.

本発明の光伝送システムの製造方法は、まず、第1光伝送基板1と第2光伝送基板2との間にレンズ6を配置する工程(以下、工程1)をおこない、その後に、レンズ6の外形を基準として、第2光伝送基板2に対して第1光伝送基板1を実装する工程(以下、工程2)をおこなうものである。   In the method of manufacturing an optical transmission system according to the present invention, first, a step of arranging the lens 6 between the first optical transmission substrate 1 and the second optical transmission substrate 2 (hereinafter, step 1) is performed, and then the lens 6 The step of mounting the first optical transmission board 1 on the second optical transmission board 2 (hereinafter, step 2) is performed on the basis of the outer shape.

工程1において、レンズ6は、第1光伝送基板1と第2光伝送基板2との間に位置していればよく、例えば、第1光伝送基板1に対して接着されていても、また、第2光伝送基板2に対して接着されていてもよい。   In step 1, the lens 6 may be positioned between the first light transmission board 1 and the second light transmission board 2, and may be bonded to the first light transmission board 1, for example. The second optical transmission board 2 may be adhered.

工程2は、実装工程において、セルフアライメント時に、レンズ6の外形と嵌合する箇所に第1光伝送基板1が移動し、さらに、レンズ6の外形と嵌合する箇所に第2光伝送基板2が移動して、一意的に位置合わせが可能となる。   In step 2, in the mounting step, the first optical transmission board 1 moves to a position where it fits with the outer shape of the lens 6 at the time of self-alignment. , And positioning can be performed uniquely.

図3において、光モジュールにおける光の伝送は、以下のようにおこなわれる。   In FIG. 3, transmission of light in the optical module is performed as follows.

光半導体素子7が面発光レーザ(VCSEL)などの発光素子の場合、その発光点から出射した光信号は放射状に広がりながら光伝送孔3に結合する。光伝送孔3の内部では集光作用あるいは光導波作用によって他端に伝搬し端部から放射状に出射してレンズ6に入射する。そして、レンズ6の第1の凸曲面において光軸方向へ集光されてレンズ6の内部を伝搬する。そして、第2の凸曲面において、光信号は光軸Aの方向に更に集光され、集光点に到達する前に光路変換部4によって反射されて光路を略90度変換され、光導波路5の端部に到達する。   When the optical semiconductor element 7 is a light emitting element such as a surface emitting laser (VCSEL), an optical signal emitted from the light emitting point is coupled to the light transmission hole 3 while spreading radially. Inside the light transmission hole 3, it propagates to the other end by the light condensing action or the light guiding action, exits radially from the end, and enters the lens 6. Then, the light is condensed in the optical axis direction on the first convex curved surface of the lens 6 and propagates inside the lens 6. Then, on the second convex curved surface, the optical signal is further condensed in the direction of the optical axis A, reflected by the optical path conversion unit 4 before reaching the condensing point, and the optical path is converted by approximately 90 degrees, and the optical waveguide 5 Reach the end of the.

図1は、本発明の光伝送システムの実施の形態の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an embodiment of an optical transmission system of the present invention. 図2は、図1の部分拡大断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of FIG. 図3は、図1の部分拡大断面図である。FIG. 3 is a partially enlarged sectional view of FIG. 図4は、図2における特定の構成の上面図である。FIG. 4 is a top view of the particular configuration in FIG. 図5は、本発明の光伝送システムの実施の形態の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view schematically showing an example of the embodiment of the optical transmission system of the present invention. 図6は、本発明の光伝送システムの実施の形態の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of the embodiment of the optical transmission system of the present invention. 図7は、従来の光伝送システムの実施の形態の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of an embodiment of a conventional optical transmission system.

符号の説明Explanation of symbols

1、11 第1光伝送基板
1a 第1光伝送基板1の他方の主面における開口部
1b 開口部1aの周縁部
2、12 第2光伝送基板
3、13 光伝送孔
4 光路変換部
4a 光路変換部4の端部
5、15 光導波路
5a 光導波路5の凹部
5b 凹部5aの開口部
5c 開口部5bの周縁部
6 球体状のレンズ
7、17 光半導体素子
8 BGA
9 回転楕円体状のレンズ
10 両端面が凸曲面となる円筒状のレンズ
19 半田接続部
A 光軸
B 光信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11 1st optical transmission board | substrate 1a The opening part 1b in the other main surface of the 1st optical transmission board | substrate 1 The peripheral part 2 of the opening part 1a, 12 2nd optical transmission board | substrate 3, 13 Optical transmission hole 4 Optical path conversion part 4a Optical path Ends 5 and 15 of conversion unit 4 Optical waveguide 5a Recessed part 5b of optical waveguide 5 Opening part 5c of recessed part 5a Peripheral part 6 of opening part 5b Spherical lens 7, 17 Optical semiconductor element 8 BGA
9 Rotating Ellipsoidal Lens 10 Cylindrical Lens with Both Ends Convex Curved 19 Solder Connection A Optical Axis B Optical Signal

Claims (7)

一方の主面から他方の主面までの間を貫通し、前記両主面にそれぞれ開口部を有する光伝送孔を具えた第1光伝送基板と、
一方の主面上に前記第1光伝送基板が実装された第2光伝送基板であって、前記一方の主面上に配設された光導波路と、前記第1光伝送基板の前記光伝送孔と前記光導波路との間で光伝送方向を変換させる光路変換部と、を具えた第2光伝送基板と、
前記第1光伝送基板の前記他方の主面における開口部と位置合わせされた第1の凸曲面と、前記光路変換部と位置合わせされた第2の凸曲面と、を具え、前記光伝送孔に対して光学的に結合し、前記光導波路に対して前記光路変換部を介して光学的に結合したレンズと、
を具備する光伝送システム。
A first optical transmission board that penetrates between one main surface and the other main surface, and has optical transmission holes each having an opening on both main surfaces;
A second optical transmission board having the first optical transmission board mounted on one main surface, the optical waveguide disposed on the one main surface, and the optical transmission of the first optical transmission board A second optical transmission board comprising: an optical path conversion unit that converts an optical transmission direction between the hole and the optical waveguide;
A first convex curved surface aligned with an opening in the other main surface of the first optical transmission board; and a second convex curved surface aligned with the optical path changing portion, and the optical transmission hole. A lens optically coupled to the optical waveguide via the optical path changing unit,
An optical transmission system comprising:
前記第1光伝送基板は、前記第2光伝送基板に対して格子状に配置した球状の導電性部材により実装されている請求項1に記載の光伝送システム。   2. The optical transmission system according to claim 1, wherein the first optical transmission board is mounted by a spherical conductive member arranged in a lattice pattern with respect to the second optical transmission board. 前記レンズが球体状である請求項1または2に記載の光伝送システム。   The optical transmission system according to claim 1, wherein the lens has a spherical shape. 前記光伝送孔中には、光の伝送が可能な透明樹脂が設けられている請求項1乃至3のいずれかに記載の光伝送システム。   The optical transmission system according to claim 1, wherein a transparent resin capable of transmitting light is provided in the optical transmission hole. 前記透明樹脂が、前記光伝送孔の径方向において屈折率が周囲部よりも高くなったコア部を具える請求項4記載の光伝送システム。   The optical transmission system according to claim 4, wherein the transparent resin includes a core portion having a refractive index higher than that of a peripheral portion in a radial direction of the optical transmission hole. 請求項1乃至5のいずれかに記載の光伝送システムと、
前記第1光伝送基板の前記一方の主面上に実装され、前記光伝送孔と光学的に結合した光半導体素子と、
を具備する光モジュール。
An optical transmission system according to any one of claims 1 to 5,
An optical semiconductor element mounted on the one main surface of the first optical transmission board and optically coupled to the optical transmission hole;
An optical module comprising:
請求項1乃至5のいずれかに記載の光伝送システムの製造方法であって、
前記第1光伝送基板と前記第2光伝送基板との間に前記レンズを配置する工程と、
前記レンズの外形を基準として、前記第2光伝送基板に対して前記第1光伝送基板を実装する工程と、
を含む光伝送システムの製造方法。
A method for manufacturing an optical transmission system according to any one of claims 1 to 5,
Disposing the lens between the first optical transmission substrate and the second optical transmission substrate;
Mounting the first optical transmission board on the second optical transmission board based on the outer shape of the lens;
A method of manufacturing an optical transmission system including:
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