JP2009003272A - 光電子回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子と光導波路との光結合の効率、及び受光素子と光導波路との光結合の効率を向上することができる光電子回路基板を提供する。
【解決手段】本発明に係る光電子回路基板は、光を伝播する光伝播部の光入射位置に光の光路を所定の方向に変換する入射側光路変換部が配置される光導波路を内部に有する基板と、光を入射側光路変換部へ出射する発光素子と光伝播部との光結合距離を縮めると共に発光素子を搭載する素子搭載部を有し、基板に設置される光モジュールとを備える。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、光電子回路基板に関する。

従来、低コストの光伝送装置として、面発光レーザやフォトダイオードなどの受発光部を備えた面型光素子を用いた光電気混載板が知られている。

このような光電気混載板として、特許文献１には、光配線、及び面型発光素子又は面型受光素子が搭載され、面型発光素子又は面型受光素子と光配線との間が屈曲した光導波路で結ばれ、面端発光素子の発光端部または面型受光素子の受光端部と光導波路の一方の端部、及び光導波路の他端部と光配線の端部とがそれぞれ直接結合されている光電気混載板について記載されている。

特許文献１に記載の光電気混載板によれば、発光素子の発光端部と光導波路の端部、及び受光素子の受光端部と光導波路の端部とがそれぞれ直接結合されているので、光結合損失を低減することができる。

特開２００５−０６２３７７号公報

本発明の目的は、光素子と光導波路との光結合の効率を向上することができる光電子回路基板を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の光電子回路基板を提供する。

（１）対向する第１及び第２の面を貫通する開口を有する主基板と、主基板の第２の面側に設けられ、開口を通る光軸上に光路変換面を有する光導波路と、光軸上において光導波路の光路変換面に光信号を入力、又は光路変換面からの光信号を出力する光素子と、光素子の光信号を入力又は出力する光入出力面が主基板の第１の面よりも光導波路側に位置するように光素子を保持する保持部材とを備えた光電子回路基板。

（２）保持部材は、導電性ボールを介して主基板の第１の面側に電気的に接続された支持基板と、支持基板の主基板側の面と、光入出力面の反対側の光素子の裏面との間に設けられたスペーサとを有する前記（１）に記載の光電子回路基板。

（３）スペーサは、光素子を搭載する光素子搭載部を有する前記（２）に記載の光電子回路基板。

（４）光素子は、光を発光面から発する発光素子と、光を受光面で受ける受光素子とであり、スペーサは、発光面と受光面とが同一面上に配置されるように予め形成された発光素子を搭載する発光素子搭載部、及び受光素子を搭載する受光素子搭載部を有する前記（３）に記載の光電子回路基板。

（５）光素子は、保持部材に予め設けられた電力供給用の配線パターンにワイヤーを介して電気的に接続され、主基板は、ワイヤーと光導波路の表面とが接触することを防ぐワイヤー収納部を光路変換面に隣接して有する前記（３）に記載の光電子回路基板

請求項１に記載の光電子回路基板によれば、光素子と光導波路との光結合の効率を向上させることができる。

請求項２に記載の光電子回路基板によれば、スペーサによって光素子と光導波路との光結合の効率を向上させることができる。

請求項３に記載の光電子回路基板によれば、光素子搭載部の精度に応じた精度で光素子を実装することができる。

請求項４に記載の光電子回路基板によれば、発光素子の高さと受光素子の高さとが異なる場合であっても、発光素子と光導波路との光結合効率と受光素子と光導波路との光結合効率とを一致させることができる。

請求項５に記載の光電子回路基板によれば、光素子と接続しているワイヤーと光導波路との接触を防止して光素子を光導波路に近づけることにより、光素子と光導波路との光結合効率を向上することできる。

［第１の実施の形態］
（光電子回路基板の構成）
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光電子回路基板の構成の概略を示す。すなわち、図１Ａ（ａ）は、光電子回路基板の斜視図であり、図１Ａ（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における光電子回路基板の中央部分の縦断面図であり、図１Ａ（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における光電子回路基板の横断面図である。

本実施形態に係る光電子回路基板１は、図１（ａ）に示すように、主基板としての第１基板１０Ａと第２基板１０Ｂとの間に光導波路１０Ｃを挟んで形成される基板１０と、光導波路１０Ｃの一方の側（送信側）において基板１０の第１の面としての実装面１３０上に搭載される保持部材としての第１光モジュール１２Ａと、光導波路１０Ｃの他方の側（受信側）において基板１０の実装面１３０上に搭載される保持部材としての第２光モジュール１２Ｂとを備える。

本実施形態に係る光導波路１０Ｃは、図１（ｂ）に示すように、光を伝播するコア１００と、コア１００の屈折率よりも小さい屈折率を示すクラッド１０１を有する。コア１００は、上面視にて略長方形に形成される。そして、コア１００は、横断面図において略正方形に形成されており、横断面図におけるコア１００の縦横寸法は、一例において、縦５０μｍ×横５０μｍである。また、光導波路１０Ｃは、複数のコア１００を有しており、複数のコア１００は、例えば、２５０μｍ間隔で配置される。

また、本実施形態に係る光導波路１０Ｃは、第１光モジュール１２Ａからの光信号２を第２光モジュール１２Ｂに伝播する４つのコア１００と、第２光モジュール１２Ｂからの光信号２を第１光モジュール１２Ａに伝播する４つのコア１００との８つのコア１００を有する。そして、図１（ｃ）に示すように、複数のコア１００はそれぞれ、クラッド１０１に包囲されて形成される。なお、光導波路１０Ｃが有するコア１００の数は上記の例に限られない。

図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る第１光モジュール及び第２光モジュールの構成の概略を示す。すなわち、図１Ｂ（ｄ）は、第１光モジュールの背面図であり、図１Ｂ（ｅ）は、第２光モジュールの背面図である。

本実施形態に係る第１光モジュール１２Ａ及び第２光モジュール１２Ｂはそれぞれ、図１Ｂ（ｄ）及び図１Ｂ（ｅ）に示すように、支持基板１２２と、支持基板１２２の外周に沿って支持基板１２２の上に予め形成される外部接続用の複数の端子１２０と、支持基板１２２上の所定の位置に設置されるスペーサ２００とを搭載面１５０の上に備える。また、第１光モジュール１２Ａ及び第２光モジュール１２Ｂはそれぞれ、スペーサ２００に予め形成される発光素子搭載部としての凹部２１０Ａに搭載される光素子としての発光素子１２５、及び受光素子搭載部としての凹部２１０Ｂに搭載される光素子としての受光素子１２９と、支持基板１２２の上に予め形成される複数の端子１２４のそれぞれと発光素子１２５及び受光素子１２９とを電気的に接続するワイヤー１２３とを備える。

第１光モジュール１２Ａは、スペーサ２００に搭載された発光素子１２５の光を発する光入出力面としての発光面１２５Ａ、及び受光素子１２９の光を受ける光入出力面としての受光面１２９Ａが基板１０の実装面１３０側に向くように、基板１０の実装面１３０上に搭載される。すなわち、図１Ｂ（ｄ）におけるｚ軸方向に基板１０の実装面１３０が位置することとなる。同様にして、第２光モジュール１２Ｂは、スペーサ２００に搭載された発光素子１２５及び受光素子１２９が基板１０の実装面１３０側に向くように、実装面１３０上に搭載される。

なお、図１Ａ（ａ）に示す第１光モジュール１２Ａ及び第２光モジュール１２Ｂは、封止樹脂１２８内に発光素子１２５及び受光素子１２９のそれぞれを制御する制御部を搭載している。

図２Ａは、本実施形態に係る光電子回路基板を図１Ａ（ａ）のＡ−Ａ線において切断した第１光モジュール部分における部分断面図である。また、図２Ｂは、光電子回路基板を図１Ａ（ａ）のＡ−Ａ線において切断した第２光モジュール部分における部分断面図である。

本実施形態に係る第１光モジュール１２Ａ及び第２光モジュール１２Ｂはそれぞれ、外部接続用の複数の端子１２０と基板１０に予め形成された複数の端子１１０Ａのそれぞれとを導電性ボールとしてのハンダボール１２１を介して接続するボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型の光モジュールである。この場合において、複数の端子１２０はＢＧＡ用のパッドとなる。

図２Ａに示すように、第１光モジュール１２Ａは、大規模集積回路（ＬＳＩ）等の電子部品を実装可能な支持基板１２２と、支持基板１２２のハンダボール１２１が接合する側である裏面側に設けられる複数の端子１２０と、裏面側の所定の位置に固定されるスペーサ２００と、支持基板１２２上に予め形成された端子１２４とワイヤー１２３を介して電気的に接続する発光素子１２５とを有する。係る場合において、発光素子１２５は、スペーサ２００の上の凹部２１０Ａに発光面１２５Ａを基板１０側に向けて搭載される。

また、第１光モジュール１２Ａは、スペーサ２００が固定されている面の反対側の支持基板１２２の面に固定されるＬＳＩ等の制御部１２６と、支持基板１２２を貫通して裏面側の少なくとも一部の端子１２４と電気的に接続する端子１２７と、制御部１２６と端子１２７とを電気的に接続するワイヤー１２３とを有する。そして、支持基板１２２の制御部１２６が固定される側の面において、制御部１２６、ワイヤー１２３、及び端子１２７は封止樹脂１２８で封止される。

ここで、基板１０の第１基板１０Ａの上には複数の端子１１０Ａが予め形成されており、第１光モジュール１２Ａの複数の端子１２０は、複数の端子１１０Ａにハンダボール１２１を介してそれぞれ接合する。また、第１光モジュール１２Ａは、後述する第２光モジュール１２Ｂが送信した光信号を受信する受光素子を、スペーサ２００の上に更に有している。

本実施形態に係る第１光モジュール１２Ａは、基板１０の方向に光信号としての光を発する発光素子１２５と、基板１０内に形成された光導波路１０Ｃのコア１００とが光結合する位置に固定される。そして、発光素子１２５の光を発する発光面からクラッド１０１の表面までの距離が、クラッド１０１の表面から第１基板１０Ａの表面までの距離よりも短くなる位置で、第１光モジュール１２Ａは基板１０上に固定される。例えば、第１光モジュール１２Ａは、第１基板１０Ａに形成された開口としての開口部１０ａ内にスペーサ２００上の発光素子１２５の光を発する発光面１２５Ａが位置する状態で、基板１０上の所定の位置に固定される。すなわち、発光面１２５Ａと光導波路１０Ｃとの間の距離が、実装面１３０と光導波路１０Ｃとの間の距離よりも短くなるように、スペーサ２００に搭載された発光素子１２５は基板１０に固定される。

一方、第２光モジュール１２Ｂにおいては、図２Ｂに示すように、クラッド１０１を通してコア１００を伝播する光信号２の受信が可能な光路上の所定の位置に受光素子１２９が固定される。例えば、受光素子１２９の光を受ける受光面１２９Ａからクラッド１０１の表面までの距離が、クラッド１０１の表面から第１基板１０Ａの表面である実装面１３０までの距離よりも短くなる位置で、第２光モジュール１２Ｂは基板１０上に固定される。また、第２光モジュール１２Ｂは、第１基板１０Ａに形成された開口部１０ｂ内にスペーサ２００上の受光素子１２９の受光面１２９Ａが位置する状態で、基板１０上の所定の位置に固定される。

そして、第２光モジュール１２Ｂは、第１光モジュール１２Ａに向けて光信号２を送信する発光素子１２５を、支持基板１２２の制御部１２６が設けられる面の反対側に更に有する。なお、第２光モジュール１２Ｂは、これらの構成以外については第１光モジュール１２Ａと同一の構成を有するので、第２光モジュール１２Ｂの各構成についての詳細な説明は省略する。

（発光素子）
発光素子１２５は、面発光型の発光ダイオード、又は面発光型半導体レーザ等の発光素子（面発光型光素子）である。第１光モジュール１２Ａ及び第２光モジュール１２Ｂのそれぞれは、複数の発光素子１２５を有する。例えば、第１光モジュール１２Ａ及び第２光モジュール１２Ｂのそれぞれにおいて、複数の発光素子１２５は、所定の方向に沿ってアレイ状に配列されて形成される。なお、複数の発光素子１２５のそれぞれの間隔は、一例として２５０μｍであるが、当該間隔は係る値に限定されるものではない。

本実施形態においては、発光素子１２５として、垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）を用いる。本実施形態に係る発光素子１２５としてのＶＣＳＥＬは、閾値電流が１ｍＡであり、１．６Ｖから２．２Ｖの順電圧において、発光波長が８４０ｎｍから８６０ｎｍの範囲内、例えば、８５０ｎｍである。すなわち、発光素子１２５は、近赤外領域（波長：７００ｎｍから１０００ｎｍ）に発光波長を有する。また、発光素子１２５の応答速度は、２．５Ｇｂｐｓである。

本実施形態に係るＶＣＳＥＬは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造を有する。例えば、ＶＣＳＥＬは、ｎ型ＧａＡｓ基板の上に、ｎ型下部反射鏡層としてのｎ型ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層、活性層、電流狭窄層、ｐ型上部反射鏡層としてのｐ型ＤＢＲ層、ｐ型コンタクト層が係る順に形成される。

ここで、ｎ型ＤＢＲは、例えば、ｎ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）を用いることができる。また、ｐ型ＤＢＲは、例えば、ｐ型のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）を用いることができる。また、活性層は、ｉ−ＧａＡｓのバルクの層、又は単一量子井戸層、若しくは多重量子井戸層から構成することができる。そして、電流狭窄層は、例えば、ｐ型ＤＢＲ層の所定の領域にプロトンを注入して高抵抗領域とすることにより形成できる。更に、ｐ型コンタクト層は、例えば、所定濃度のＺｎをドーピングしたＧａＡｓから形成できる。

ｎ型ＧａＡｓ基板のｎ型ＤＢＲが形成されている面の反対側にはｎ型電極が形成され、ｐ型コンタクト層の上にはｐ型電極が形成される。ここで、ｐ型電極は、活性層の発光領域の直上に開口を有する。開口は上面視にて略円状に形成され、５μｍから１０μｍの直径を有する。当該開口から近赤外領域の光が出射される。なお、応答速度が１０ＧｂｐｓであるＶＣＳＥＬを発光素子１２５として用いてもよい。更に、本実施形態の変形例においては、発光波長が１３１０ｎｍ又は１５５０ｎｍであるＶＣＳＥＬを発光素子１２５として用いることもできる。

（受光素子）
受光素子１２９は、例えば、面型のフォトダイオード等を受光素子１２９として用いる。本実施形態においては、高速応答性に優れたＧａＡｓ系のＰＩＮフォトダイオードを受光素子１２９として用いる。第１光モジュール１２Ａ及び第２光モジュール１２Ｂのそれぞれは、複数の受光素子１２９を有する。例えば、第１光モジュール１２Ａ及び第２光モジュール１２Ｂのそれぞれにおいて、複数の受光素子１２９は、所定の方向に沿ってアレイ状に配列されて形成される。なお、複数の受光素子１２９のそれぞれの間隔は、一例として２５０μｍであるが、当該間隔は係る値に限定されるものではない。

本実施形態に係る受光素子１２９は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体構造を有する。例えば、受光素子１２９は、ＧａＡｓ基板上に、ｐ型半導体層（ｐ層）と、真性半導体層（ｉ層）と、ｎ型半導体層（ｎ層）とが形成され、ｉ層がｐ層とｎ層との間に形成されるＰＩＮ構造を有する。そして、受光素子１２９は、ｐ層に接続されたｐ側電極と、ｎ層に形成されたｎ側電極とを更に備え、ｐ側電極は、所定の領域に開口を有する。受光素子１２９は、当該開口の内側において光を受光する。すなわち、当該開口の内側が光を受光する受光部となる。ここで、ＰＩＮフォトダイオードは、波長が８５０ｎｍにおける感度が、例えば、０．２（Ａ／Ｗ）であり、受光部の直径は約１ｍｍである。

本実施形態に係る発光素子１２５としてのＶＣＳＥＬを形成するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造、及び受光素子１２９としてのＰＩＮフォトダイオードは、例えば、有機金属化学気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）、ハライド気相エピタキシー法（Ｈａｌｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）等によって形成される。

（支持基板）
第１光モジュール１２Ａ及び第２光モジュール１２Ｂの支持基板１２２は、ガラス繊維とエポキシ樹脂との複合材料、すなわち、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料から形成される。例えば、支持基板１２２は、Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ ４（ＦＲ−４）から形成される。そして、支持基板１２２は、外部回路への実装側となる裏面に銅、金、又はアルミニウム等の導電性材料から形成された複数の端子１２０を有する。

また、支持基板１２２は、端子１２０と同様の材料から形成され、発光素子１２５又は受光素子１２９とワイヤー１２３を介して電気的に接続される複数の端子１２４を有する。更に、支持基板１２２の制御部１２６が固定される表面には、端子１２０と同様の導電性材料から形成され、スルーホールを介して裏面の複数の端子１２４と電気的に接続する複数の端子１２７が設けられる。ここで、複数の端子１２７は、支持基板１２２の制御部１２６が固定される表面上に予め形成された電力供給用の配線パターンと電気的に接続されている。

また、支持基板１２２の裏面にはグランドが予め形成されており、当該グランドと電気的に接続するスペーサ２００が、裏面上の所定の位置に固定される。そして、発光素子１２５は、例えば、Ａｇペースト等の導電性接着剤を用いて、スペーサ２００上に固定される。この場合において、発光素子１２５のｎ側電極がＡｇペーストを介してスペーサ２００に固定される。更に、発光素子１２５のｐ側電極と端子１２４とが、例えば、金から形成されるワイヤー１２３を介して電気的に接続される。

同様にして、受光素子１２９は、図２Ｂに示すように、Ａｇペースト等の導電性接着剤を用いて、スペーサ２００上に固定される。この場合において、受光素子１２９のｎ側電極がＡｇペーストを介してスペーサ２００に固定される。更に、受光素子１２９のｐ側電極と端子１２４とが、例えば、金から形成されるワイヤー１２３を介して電気的に接続される。

（スペーサ）
スペーサ２００は、支持基板１２２の制御部１２６が搭載される面の反対側の面である搭載面１５０上の所定の位置に固定されて設けられる。本実施形態に係るスペーサ２００には、発光素子１２５及び受光素子１２９のそれぞれが搭載される位置に、発光素子１２５用の位置決め枠である光素子搭載部としての凹部２１０Ａ、及び受光素子１２９用の位置決め枠である光素子搭載部としての凹部２１０Ｂが予め形成される。

例えば、発光素子１２５用の凹部２１０Ａと受光素子１２９用の凹部２１０Ｂとは、発光素子１２５と受光素子１２９とが平行に配置される位置となるように、スペーサ２００上に形成される。また、発光素子１２５と受光素子１２９との間隔が、基板１０の光導波路１０Ｃの複数のコア１００の間隔と一致する間隔になるように、発光素子１２５用の凹部２１０Ａと受光素子１２９用の凹部２１０Ｂとが形成される。

本実施形態に係るスペーサ２００は、上面視にて略長方形に形成され、例えば、所定の導電率を有するＳｉ基板から形成される。また、スペーサ２００は、所定の導電率及び所定の熱伝導率を有する金属材料から形成することもできる。

（制御部）
制御部１２６は、発光素子１２５を駆動する駆動回路と、受光素子１２９が受光した光に基づいて光電変換された電気信号を増幅する増幅回路とを有している。

（封止樹脂）
封止樹脂１２８は、エポキシ樹脂等の熱硬化性成形材料から形成され、ワイヤー１２３、制御部１２６、および端子１２７を光・熱や湿度などの環境から保護する。なお、封止樹脂１２８は、主成分をエポキシ樹脂にしてシリカ等の充填材を加えて形成してもよい。

（基板）
基板１０の第１基板１０Ａと第２基板１０Ｂとは、例えば、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料から形成される。そして、第１基板１０Ａは、第１光モジュール１２Ａ及び第２光モジュール１２Ｂを搭載する側の表面に、銅、金、アルミニウム等の導電性材料から形成される複数の端子１１０Ａを有する。

また、第１基板１０Ａは、図２Ａに示すように、第１光モジュール１２Ａが設けられる位置に発光素子１２５と基板１０に設けられる光導波路１０Ｃのコア１００とを光結合させる開口としての開口部１０ａを有する。開口部１０ａは、第１の面としての実装面１３０と、光導波路１０Ｃと接する第２の面とを貫通して設けられる。なお、光導波路１０Ｃのコア１００との光結合が可能であれば、開口部１０ａには、発光素子１２５が発する光の波長に対して透明な光透過性材料を充填してもよい。

また、第１基板１０Ａは、図２Ｂに示すように、第２光モジュール１２Ｂが設けられる位置に受光素子１２９と基板１０に設けられる光導波路１０Ｃのコア１００とを光結合させる開口部１０ｂを有する。なお、開口部１０ｂについても開口部１０ａと同様に、光導波路１０Ｃのコア１００との光結合が可能であれば、発光素子１２５が発する光の波長に対して透明な光透過性材料を充填してもよい。

（光導波路）
光導波路１０Ｃは、コア１００と、コア１００の周囲に形成されてコア１００を覆うクラッド１０１とを有する。コア１００は、第１基板１０Ａの開口部１０ａ、１０ｂに対応する位置に、コア１００に対して４５度に傾斜して設けられる光路変換面としてのミラー１０Ｄを含む。当該ミラー１０Ｄは、発光素子１２５、コア１００、及び受光素子１２９の間の光軸上にそれぞれ設けられる。そして、ミラー１０Ｄの周囲にはクラッド１０１と同等の屈折率を有する光透過性樹脂１０Ｅが充填され、ミラー１０Ｄの表面は光透過性樹脂１０Ｅによって覆われる。

本実施形態において、光導波路１０Ｃは、コア１００とクラッド１０１とを含む層厚さが１００〜２００μｍの範囲の厚さで形成される。なお、光導波路１０Ｃは以下のように作成することができる。まず、コア１００に対応する領域にコア１００の形状のくぼみを有する鋳型を作成する。そして、作成した鋳型に、クラッド用フィルム基材を密着させる。続いて、鋳型のくぼみの領域に、コア１００を形成する材料である硬化性樹脂を充填する。

次に、くぼみ内の硬化性樹脂を硬化させてコア１００を形成した後、鋳型を取り除く。これにより、クラッド１０１となるクラッド用フィルム基材上にコア１００が残される。そして、クラッド用フィルム基材のコア１００が形成された面側に、コア１００を覆うクラッド１０１を設ける。これにより、光導波路１０Ｃが作成される。なお、この光導波路１０Ｃの作成方法は、鋳型を用いて光導波路層を形成する方法であるが、他にも、例えば耐熱性の光反応性の高分子材料を直接露光して光導波路を形成する方法なども用いることができる。本実施の形態では、このようにして形成された光導波路１０Ｃのコア１００にミラー１０Ｄを更に設ける。

なお、本実施形態に係るミラー１０Ｄは、第１基板１０Ａの開口部１０ａ、１０ｂに対応する位置に、コア１００に対して４５度に傾斜して設けられているが、コア１００に対するミラー１０Ｄの角度は４５度に限定されない。また、本実施形態に係る第１光モジュール１２Ａと第２光モジュール１２Ｂとはそれぞれ、発光素子１２５と受光素子１２９とを有する双方向型の光モジュールであるが、第１光モジュール１２Ａと第２光モジュール１２Ｂとはそれぞれ、発光素子１２５のみ、又は受光素子１２９のみを有する一方向型の光モジュールとして形成することもできる。

図３（ａ）から（ｇ）は、光導波路に光路変換面としてのミラーを設ける工程を示す図である。

まず、図３（ａ）に示すように、前述したコア１００及びクラッド１０１から形成される光導波路１０Ｃを用意する。

次に、図３（ｂ）に示すように、光導波路１０Ｃに対してコア１００への光入射位置となる所定の位置にダイサーで切り込みを入れて、傾斜面１０３Ａを有する溝１０３を形成する。係る場合において、傾斜面１０３Ａは、コア１００の水平面に対して４５度の傾斜角を有する。これにより、溝１０３内に、コア１００の端面が露出する。続いて、図３（ｃ）に示すように、光導波路１０Ｃの溝１０３を形成した側の表面にフォトレジスト１０４の層を、スピンコート等により形成する。

次に、図３（ｄ）に示すように、コア１００の端面に形成するミラーの形状に応じたマスクパターンを有するフォトマスクを、フォトレジスト１０４を形成した面に重ねてフォトレジスト１０４を露光する。この後、所定の現像液を用いた現像処理によってフォトレジスト１０４を部分的に除去して、開口部１０５を形成する。

次に、図３（ｅ）に示すように、溝１０３の傾斜面１０３Ａに露出したコア１００の部分に真空蒸着、又はスパッタ法等の薄膜形成法によって光反射膜としてのミラー１０Ｄを形成する。ミラー１０Ｄを形成する材料としては、発光素子１２５が発する光の波長に対して所定の反射率を有する金属材料、無機材料を用いることができる。例えば、ミラー１０Ｄは、Ａｕ、Ａｇ、又はＡｌ等の金属材料、若しくはＴｉＮ等の金属光沢を有する材料から形成できる。また、ミラー１０Ｄは、複数の誘電体材料を交互に積層させて、所定の波長の光を反射する誘電体多層膜層から形成してもよい。

次に、図３（ｆ）に示すように、ミラー１０Ｄを形成した後、光導波路１０Ｃからフォトレジスト１０４を除去する。そして、図３（ｇ）に示すように、傾斜面１０３Ａにミラー１０Ｄが形成された溝１０３にクラッド１０１と同等の屈折率を有する光透過性材料１０Ｅを充填する。これにより、コア１００の形成方向に対して４５度の傾斜角を有する光路変換面としてのミラー１０Ｄを備え、ミラー１０Ｄ以外の部分では光路が変換されない光導波路１０Ｃが得られる。

図４（ａ）及び（ｂ）は、光導波路と第１基板および第２基板とを一体化する工程を示す図である。

まず、図４（ａ）に示すように、光導波路１０Ｃの下面に熱硬化型接着剤等の接着剤を用いて、第２基板１０Ｂを接合する。

そして、図４（ｂ）に示すように、光導波路１０Ｃの上面に対して、コア１００の端面に形成されたミラー１０Ｄが開口部１０ａに対応する位置に配置されるように、第１基板１０Ａを位置決めする。次に、位置決めされた第１基板１０Ａを熱硬化型接着剤等の接着剤によって上面に接合して基板１０とする。

なお、上記した工程については光導波路１０Ｃの光入射位置側について説明したが、光出射位置側についても同様に形成される。

図５Ａの（ａ）は、第１の実施の形態に係るスペーサの上面図を示しており、図５Ａの（ｂ）は、第１の実施の形態に係るスペーサのＡ−Ａ線における断面図を示す。

図５Ａの（ａ）及び（ｂ）に示すように、スペーサ２００は、発光素子１２５を搭載する凹部２１０Ａと、受光素子１２９を搭載する凹部１２９Ｂとを有する。凹部２１０Ａ及び凹部２１０Ｂの上面視における形状は、発光素子１２５及び受光素子１２９の上面視における形状に合わせて形成される。

ここで凹部２１０Ａは、発光素子１２５を搭載する素子搭載面２１３Ａを有する。同様にして、凹部２１０Ｂは、受光素子１２９を搭載する素子搭載面２１３Ｂを有する。更に、凹部２１０Ａは、発光素子１２５を搭載する際に、発光素子１２５の側面を突き当てることにより発光素子１２５の位置決めに用いる突き当て面２１１Ａと、複数の側面２１２Ａとを有する。同様に、凹部２１０Ｂは、突き当て面２１１Ｂと、複数の側面２１２Ｂとを有する。

図５Ｂの（ａ）は、第１の実施の形態に係る第１光モジュールの発光素子及び受光素子を搭載する前の状態を示す図であり、図５Ｂの（ｂ）は、第１の実施の形態に係る第１光モジュールの背面図である。

まず、図５Ｂの（ａ）を参照すると、支持基板１２２は、基板１０に予め形成された複数の端子１１０Ａのそれぞれとハンダボール１２１を介して接続する複数の端子１２０を、スペーサ２００が固定される搭載面１５０の表面に有する。更に、支持基板１２２は、発光素子１２５及び受光素子１２９のそれぞれとワイヤー１２３を介して電気的に接続する複数の端子１２４を搭載面１５０の表面に有する。そして、支持基板１２２は、複数の端子１２４の近傍の所定の位置に、発光素子１２５及び受光素子１２９が搭載されるスペーサ２００を有する。

本実施形態においてスペーサ２００は、支持基板１２２の端子１２０が形成される面に、所定の高さを有して形成される。そして、スペーサ２００は、発光素子１２５を搭載する凹部２１０Ａと、受光素子１２９を搭載する凹部２１０Ｂとを有する。凹部２１０Ａと凹部２１０Ｂとは、Ｚ方向、すなわち支持基板１２２の法線方向におけるサイズの異なる発光素子１２５及び受光素子１２９に応じた深さ（Ｚ方向深さ）を有する。

ここで、発光素子１２５の発光面１２５Ａ及び受光素子１２９の受光面１２９Ａが、スペーサ２００の支持基板１２２に固定されている面の反対側の面であるスペーサ表面よりも上になるように、凹部２１０Ａ及び凹部２１０Ｂは形成される。すなわち、スペーサ２００の凹部２１０Ａの底面である素子搭載面２１３Ａからスペーサ表面までの距離よりも、素子搭載面２１３Ａから発光面１２５Ａまでの距離の方が長くなるように、凹部２１０Ａは形成される。同様に、凹部２１０Ｂの底面である素子搭載面２１３Ｂからスペーサ表面までの距離よりも、素子搭載面２１３Ｂから受光面１２９Ａまでの距離の方が長くなるように、凹部２１０Ｂは形成される。

また、凹部２１０Ａ及び凹部２１０Ｂはそれぞれ、凹部２１０Ａに搭載された発光素子１２５の発光面１２５Ａと、凹部２１０Ｂに搭載された受光素子１２９の受光面１２９Ａとが同一面上に配置される深さに形成されることが好ましい。すなわち、発光素子１２５の高さと受光素子１２９の高さとが異なる場合、素子搭載面２１３Ａからスペーサ表面までの距離と、素子搭載面２１３Ｂからスペーサ表面までの距離とは異なることとなる。

続いて、図５Ｂの（ｂ）を参照する。本実施形態においては、スペーサ２００が支持基板１２２の所定の位置に予め固定されると共に、スペーサ２００のスペーサ表面側には、凹部２１０Ａと凹部２１０Ｂとが所定の形状に予め形成される。そして、凹部２１０Ａに発光素子１２５が搭載され、凹部２１０Ｂに受光素子１２９が搭載される。

この場合において、基板１０の光導波路１０Ｃと発光素子１２５との光結合距離と、光導波路１０Ｃと受光素子１２９との光結合距離とが等しくなるように、発光素子１２５の発光面１２５Ａと受光素子１２９の受光面１２９Ａとが、支持基板１２２の表面からＺ方向に高さｈの位置で同一面上に配置される。そして、発光素子１２５及び受光素子１２９を凹部２１０Ａ及び凹部２１０Ｂにそれぞれ搭載した後、発光素子１２５及び受光素子１２９はそれぞれ、ワイヤー１２３を介して端子１２４と電気的に接続される。

ここで、発光素子１２５及び受光素子１２９はそれぞれ、スペーサ２００に予め設けられた凹部２１０Ａの突き当て面２１１Ａ及び凹部２１０Ｂの突き当て面２１１Ｂに突き当てられてスペーサ２００上に固定される。これにより、スペーサ２００上に予め形成された凹部２１０Ａ及び凹部２１０Ｂの精度に応じて、位置決めがなされることとなる。

そして、第１光モジュール１２Ａは、複数の端子１２０が基板１０に予め形成された複数の端子１１０Ａのそれぞれとハンダボール１２１を介して接続されることにより、基板１０上に固定される。なお、第２光モジュール１２Ｂについても第１光モジュール１２Ａと同様に形成され、第１光モジュール１２Ａと同様に基板１０上に固定されるので、詳細な説明は省略する。

（光電子回路基板の動作）
以下に、第１の実施の形態の光電子回路基板の動作について、図１から図４を参照しつつ説明する。

（光信号の送受信）
一例として、第１光モジュール１２Ａから第２光モジュール１２Ｂへ画像信号を送信する場合について説明する。第１光モジュール１２Ａの制御部１２６は、第２光モジュール１２Ｂに送信する画像信号に基づいて駆動回路に制御信号を出力する。駆動回路は、制御信号に応じて発光素子１２５への通電を制御する。発光素子１２５には、駆動回路の制御に基づいて、ｐ型電極とｎ型電極との間に所定の電圧が印可される。これにより、画像信号は発光素子１２５が発する光信号２に変換され、発光素子１２５は、光信号２を波長８５０ｎｍのレーザ光として出射する。

そして、図２Ａに示すように、発光素子１２５から発せられたレーザ光の光信号２は、開口部１０ａを介して光導波路１０Ｃに入射する。ここで、本実施形態において発光素子１２５は、スペーサ２００の上に搭載されている。したがって、発光素子１２５が支持基板１２２に直接搭載されている場合に比べて、発光素子１２５と光入射位置におけるコア１００との光結合距離が、スペーサ２００の底面から凹部２１０の素子搭載面２１３Ａまでの距離だけ短くなる。

そして、光信号２は、コア１００に設けられたミラー１０Ｄで所定の方向へ反射される。すなわち、光信号２は、ミラー１０Ｄにおいて光路を９０度変換されて、コア１００内を第２光モジュール１２Ｂの方向に向かって伝播する。光導波路１０Ｃは、コア１００にミラー１０Ｄが設けられており、クラッド１０１には設けられていないので、開口部１０ａから入射した光信号２はクラッド１０１には入射しない。係る構成によって第２光モジュール１２Ｂは、コア１００を伝播する光信号２だけを受信する。したがって、第２光モジュール１２Ｂが受信する光信号２にノイズが含まれず、ビットエラーの発生が防止される。

そして、図２Ｂに示すように、コア１００を伝播した光信号２は、コア１００の光出射位置側に設けられるミラー１０Ｄに入射する。ミラー１０Ｄは、コア１００を伝播した光信号２を第２光モジュール１２Ｂに搭載された受光素子１２９の方向に反射する。そして、ミラー１０Ｄにおいて光路を９０度変換された光信号２は、開口部１０ｂより出射して第２光モジュール１２Ｂの受光素子１２９に入射する。

本実施形態において、受光素子１２９は、第２光モジュール１２Ｂに設けられたスペーサ２００の上に搭載されている。したがって、受光素子１２９が支持基板１２２に直接搭載されている場合に比べて、受光素子１２９と光出射位置におけるコア１００との光結合距離が、スペーサ２００の底面から凹部２１０の素子搭載面２１３Ｂまでの距離だけ短くなる。

そして、受光素子１２９は、入射した光信号２の光強度に応じてｐ側電極とｎ側電極との間に生じた電圧に対応する電流を、制御部１２６に出力する。制御部１２６は、受光素子１２９から出力される電流を増幅回路で増幅した後に、所定の信号処理を実行する。

［第２の実施の形態］
（第１光モジュール及び第２光モジュールの構成）
図６Ａは、第２の実施の形態に係る第１光モジュール部分における部分断面図である。また、図６Ｂは、第２の実施の形態に係る第２光モジュール部分における部分断面図である。

本実施の形態においては、第１光モジュール１２Ａ及び第２光モジュール１２Ｂのそれぞれに固定されているスペーサ２００の高さ、及び基板１０がワイヤー収納部２２０を更に有する点を除き、第１光モジュール１２Ａ、第２光モジュール１２Ｂ、及び基板１０は第１の実施の形態と略同様の構成をそれぞれ有するので、相違点を除き詳細な説明は省略する。

本実施形態において、第１光モジュール１２Ａの基板１０は、光透過性樹脂１０Ｅの、第２光モジュール１２Ｂが位置する方向の反対側に、ワイヤー１２３と光導波路１０Ｃの表面とが接触することを防ぐワイヤー収納部２２０を有する。ワイヤー収納部２２０は、例えば、第１基板１０Ａの表面から第１基板１０Ａに接して設けられるクラッド１０１及びコア１００の一部までの深さを有する溝を設けることによって形成される。第１基板１０Ａの表面からワイヤー収納部２２０の底面までの距離は、ワイヤー１２３の屈曲している部分が収まる距離であり、ワイヤー収納部２２０の底面にワイヤー１２３が接しない距離である。

例えば、端子１２４と発光素子１２５とを接続するワイヤー１２３の端子１２４からワイヤー１２３の屈曲している部分までの高さが、一例として、１００μｍである場合、第１基板１０Ａの表面からワイヤー収納部２２０の底面までの距離は、１００μｍを越える距離に形成される。

また、支持基板１２２の表面から本実施形態に係るスペーサ２００の表面までの高さは、ワイヤー収納部２２０を基板に設けたことにより、第１の実施の形態に係るスペーサ２００よりも高く形成できる。これにより、発光素子１２５と光入射位置におけるコア１００との結合距離、及び受光素子１２９と光出射位置におけるコア１００との光結合距離が、第１の実施の形態よりも短くなる。

［第３の実施の形態］
図７は、本発明の第３の実施の形態に係る第１光モジュールの部分断面図を示す。

本実施形態に係る第１光モジュール１２Ｃは、第１の実施の形態に係る第１光モジュール１２Ａとは、スペーサ２００がない点、及びハンダボール１４０の径がハンダボール１２１の径よりも小さい点を除き、略同一の構成を有するので詳細な説明は省略する。

本実施形態においては、発光素子１２５を支持基板１２２上に直接搭載する。そして、発光素子１２５の発光面１２５Ａが第１基板１０Ａの実装面１３０よりも光導波路１０Ｃ側に位置するように、ハンダボール１４０の径が設計される。そして、第１光モジュール１２Ｃを実装面１３０上にハンダボール１４０を介して実装することにより、発光面１２５Ａが、実装面１３０よりも光導波路１０Ｃ側に位置することとなる。一例として、ハンダボール１４０は、約５０μｍの径で形成される。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組み合わせの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。

（ａ）は、第１の実施の形態に係る光電子回路基板の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における光電子回路基板の中央部分の縦断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における光電子回路基板の横断面図である。 （ｄ）は、第１の実施の形態に係る第１光モジュールの背面図であり、（ｅ）は、第２光モジュールの背面図である。 第１の実施の形態に係る光電子回路基板を図１Ａ（ａ）のＡ−Ａ線において切断した第１光モジュール部分における部分断面図である。 第１の実施の形態に係る光電子回路基板を図１Ａ（ａ）のＡ−Ａ線において切断した第２光モジュール部分における部分断面図である。 （ａ）から（ｇ）は、光導波路に光路変換面としてのミラーを設ける工程を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、光導波路と第１基板および第２基板とを一体化する工程を示す図である。 （ａ）は、第１の実施の形態に係るスペーサの上面図であり、（ｂ）は、第１の実施の形態に係るスペーサのＡ−Ａ船における断面図である。 （ａ）は、第１の実施の形態に係る第１光モジュールの発光素子及び受光素子を搭載する前の状態を示す図であり、（ｂ）は、第１光モジュールの背面図である。 第２の実施の形態に係る第１光モジュール部分における部分断面図である。 第２の実施の形態に係る第２光モジュール部分における部分断面図である。 第３の実施の形態に係る第１光モジュールの部分断面図である。

符号の説明

１ 光電子回路基板
２ 光信号
１０ 基板
１０Ａ 第１基板
１０ａ、１０ｂ 開口部
１０Ｂ 第２基板
１０Ｃ 光導波路
１０Ｄ ミラー
１０Ｅ 光透過性樹脂
１２Ａ、１２Ｃ 第１光モジュール
１２Ｂ 第２光モジュール
１００ コア
１０１ クラッド
１０３ 溝
１０３Ａ 傾斜面
１０４ フォトレジスト
１０５ 開口部
１１０Ａ 端子
１２０ 端子
１２１ ハンダボール
１２２ 支持基板
１２３ ワイヤー
１２４ 端子
１２５ 発光素子
１２５Ａ 発光面
１２６ 制御部
１２７ 端子
１２８ 封止樹脂
１２９ 受光素子
１２９Ａ 受光面
１３０ 実装面
１４０ ハンダボール
１５０ 搭載面
２００ スペーサ
２１０Ａ、２１０Ｂ 凹部
２１１Ａ、２１１Ｂ 突き当て面
２１２Ａ、２１２Ｂ 側面
２１３Ａ、２１３Ｂ 素子搭載面
２２０ ワイヤー収納部

Claims (5)

1. 対向する第１及び第２の面を貫通する開口を有する主基板と、
   前記主基板の前記第２の面側に設けられ、前記開口を通る光軸上に光路変換面を有する光導波路と、
   前記光軸上において前記光導波路の前記光路変換面に光信号を入力、又は前記光路変換面からの光信号を出力する光素子と、
   前記光素子の前記光信号を入力又は出力する光入出力面が前記主基板の前記第１の面よりも前記光導波路側に位置するように前記光素子を保持する保持部材と
   を備えた光電子回路基板。
2. 前記保持部材は、
   導電性ボールを介して前記主基板の前記第１の面側に電気的に接続された支持基板と、
   前記支持基板の前記主基板側の面と、前記光入出力面の反対側の前記光素子の裏面との間に設けられたスペーサとを有する請求項１に記載の光電子回路基板。
3. 前記スペーサは、前記光素子を搭載する光素子搭載部を有する請求項２に記載の光電子回路基板。
4. 前記光素子は、光を発光面から発する発光素子と、光を受光面で受ける受光素子とであり、
   前記スペーサは、前記発光面と前記受光面とが同一面上に配置されるように予め形成された前記発光素子を搭載する発光素子搭載部、及び前記受光素子を搭載する受光素子搭載部を有する請求項３に記載の光電子回路基板。
5. 前記光素子は、前記保持部材に予め設けられた電力供給用の配線パターンにワイヤーを介して電気的に接続され、
   前記主基板は、前記ワイヤーと前記光導波路の表面とが接触することを防ぐワイヤー収納部を前記光路変換面に隣接して有する請求項３に記載の光電子回路基板。

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