JP2010096941A - 光伝送基板および光モジュール、ならびに光伝送基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で基板厚み方向に良好な光接続をすることができ、複数の光伝送路における光伝送品質が均一かつ良好な光伝送基板を提供する。
【解決手段】 複数列の第１貫通孔群１３と、表層に形成される電気配線５とを有する基板１と、複数列の第２貫通孔群４３であって第１貫通孔群１３のそれぞれの延長部位でありかつ第１貫通孔群１３のそれぞれの幅ｗ１，ｗ２，ｗ３よりも狭い幅ｄ１，ｄ２，ｄ３である第２貫通孔群４３を有し、表面１１および裏面１２のいずれかまたは両方に上面４１および下面４２のいずれかが接合される導光部４と、第１貫通孔群１３および第２貫通孔群４３のそれぞれを貫通する、複数列の光導波路２とを含むパッケージ基板６とする。第２貫通孔群４３よりも第１貫通孔群１３の孔径が大きいから基板１への第１貫通孔群１３の作製精度が低くても光導波路２を良好に作製できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光信号を伝送するための光伝送基板およびこれを備える光モジュール、ならびに光伝送基板の製造方法に関するものである。

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が要求されている。

ところが従来から主流である、電気配線のみで信号伝送が行われるプリント配線基板等の従来の配線基板においては、電気信号のクロストークおよび伝搬損失が生じやすいといった問題点があることから、高密度化および微細化の限界が近づいてきているとされ、これに替わるものとして、電気配線の他に光配線が形成された光伝送基板が広く知られるようになっている。

光伝送基板は、それに実装される半導体素子同士の信号のやりとりを、表層または内層に形成された光導波路などの光配線に光信号を伝送することによって行うというものである。光伝送基板には、半導体素子の他、電気信号から光信号または光信号から電気信号に変換する光電変換素子がそれら半導体素子の近くに実装され、光電変換素子により光配線と電気配線との間で信号の変換が行われる。

このような光伝送基板においては、回路基板の表面などに形成される光導波路のように、光を基板に対して略平行に伝送させるだけでなく、例えば、光を基板の厚み方向にも伝送させることで、光信号についても電気信号と同様に三次元的な伝送をおこなう光伝送技術が知られている。このような光配線は、通常は多数設けられ、光配線の接続部においてはそれら多数の光配線の接続が同時に行われる。

例えば、特許文献１には、マザーボード基板上にパッケージ基板（光伝送基板に対応）が実装され、さらにそのパッケージ基板上に実装される光半導体素子と、マザーボード基板上に形成された光導波路Ｗとを光接続する構成において、パッケージ基板の表裏面を貫通する光伝送路Ｖとマザーボードに形成された光導波路Ｗの出射光を光路変換し光伝送路Ｖに結合する光路変換体と、光伝送路Ｖの端部に設けられたマイクロレンズとを備える、光伝送基板およびそれを用いた光モジュールの従来例が開示されている（マザーボード基板、パッケージ基板および光半導体素子の組立て体が光モジュールに対応）。
特開２００６−０１９５２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているような従来の光伝送基板では、工業的にはビルドアップ工法等の積層基板が好んで用いられるために、基板厚み方向に光伝送路を設けるには、後加工により基板に貫通孔を設けた後、その貫通孔に光伝送路となる導光部を挿入することとなるが、このような積層基板の厚み方向への光伝送路の作製においては、後加工の精度が光学的に要求される精度にくらべて現実的に高くない傾向にあることから、光伝送路の配置が複数間でばらつきやすいために、複数の光伝送路間で光信号の強度を均一にすることが難しいので光伝送品質が不安定になりやすいという問題点もあった。

すなわち、特許文献１に開示されるような従来の光伝送基板では、基板厚み方向に複数の光伝送路が形成されたパッケージ基板とマザーボード基板との間で複数の光接続をする場合に、良好な光接続をすることが難しいので安定な光伝送品質を確保しにくいという問題点があった。

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、簡単な構成で基板厚み方向に良好な光接続をすることができ、複数の光伝送路における光伝送品質が均一かつ良好な光伝送基板およびそれを用いた光モジュールならびに光伝送基板の製造方法を提供することにある。

本発明の光伝送基板は、表裏面を貫通する貫通孔が列状に設けられた第１貫通孔群と、表層または内層に形成される電気配線とを有する基板と、前記表裏面のいずれかまたは両方に前記上下面のいずれかが接合され、上下面を貫通するする貫通孔が列状に設けられた第２貫通孔群であって前記第１貫通孔群のそれぞれの延長部位でありかつ前記第１貫通孔群よりもそれぞれの幅が狭い第２貫通孔群を有する導光部と、前記第１貫通孔群および前記第２貫通孔群のそれぞれの内部に連続して設けられた、複数列の光導波路と、を含む。

また、本発明の光伝送基板は、前記基板はビルドアップ配線基板であり、前記導光部は前記ビルドアップ配線基板よりも体積の小さい。

また、本発明の光伝送基板は、上記各構成において、前記光導波路は、コア部と、前記コア部の周囲に設けられ、前記コア部よりも屈折率の低い光導波路の第１のクラッド部とを有し、前記光導波路の近傍側の前記基板と前記導光部との隙間を埋める第２のクラッド部をさらに含む。

また、本発明の光伝送基板は、上記各構成において、前記導光部の前記接合面の反対面に設けられるガイド穴をさらに含む。

本発明の光モジュールは、上記各構成のいずれかの光伝送基板と、表層または内層に形成される他の光導波路と、前記他の光導波路の端部に設けられ、光路を変換して前記光伝送基板の前記光導波路の一端に結合する光路変換体とを有する他の光伝送基板と、前記光伝送基板の前記光導波路の他端に結合する光半導体素子と、を含む。

また、本発明の光モジュールは、上記構成において、前記他の光伝送基板は、前記光路変換体を囲む領域に金属膜が形成されている。

本発明の光伝送基板の製造方法は、表層または内層に電気配線が形成された基板に、表裏面を貫通する貫通孔が列状に設けられた第１貫通孔群を形成する工程Ａと、上下面を貫通する貫通孔が列状に設けられた第２貫通孔群が前記第１貫通孔群よりも体積の小さい孔径で予め形成された導光部の前記第２貫通孔群と前記第１貫通孔群とが端部同士がそれぞれ重なるように位置あわせして、前記第１貫通孔群が形成された前記基板に前記導光部を接合する工程Ｂと、前記導光部が接合された前記基板の前記第１貫通孔群および前記第２貫通孔群に光導波路のクラッド部となるクラッド部材を注入する工程Ｃと、前記クラッド部材が注入された前記第１貫通孔群および前記第２貫通孔群の中央に前記クラッド部よりも径の小さい第３貫通孔群を設け、前記第３貫通孔群に光導波路のコア部となるコア部材を注入する工程Ｄと、を含む。

本発明の光伝送基板によれば、第１貫通孔群と、前記第１貫通孔群のそれぞれの延長部位でありかつ前記第１貫通孔群よりもそれぞれの幅が狭い第２貫通孔群を有することから、導光部に設けられる第２貫通孔群の各貫通孔の位置精度にくらべて基板に設けられる第１貫通孔群の各貫通孔の位置精度が低くても、第１貫通孔群の各貫通孔の孔径が第２貫通孔群の対応する各貫通孔の孔径よりも大きくなっていることにより、位置精度の誤差を吸収して、それぞれの孔がひと続きの貫通孔を構成するように作用するので、基板の厚み方向に伝送する光導波路を基板表面または基板裏面から延長して他の光伝送基板の光導波路に結合させる場合において、基板側の光導波路と延長部である導光部側の光導波路との位置あわせ誤差による接続損失を複数間で平均的に小さくすることができるので、簡単な構成で基板厚み方向に良好な光接続をすることができ、複数の光伝送路における光伝送品質が均一かつ良好なものとなる。

また、本発明の光伝送基板によれば、前記基板はビルドアップ配線基板であり、前記導光部は前記ビルドアップ配線基板よりも体積の小さいときには、ビルドアップ配線基板は基板厚み方向への孔加工精度がプレーナな加工精度よりも低いために位置ずれ誤差が生じやすいが、導光部が介在することにより導光部がその誤差を緩和して改善する働きをするとともに、基板よりも導光部のサイズを小さくすることにより射出成形等で精密加工されたものを効率よく量産することができるので、全体として光伝送品質が良好なものを効率良く量産することができるものとなる。

また、本発明の光伝送基板によれば、前記光導波路は、コア部と、前記コア部の周囲に設けられ、前記コア部よりも屈折率の低い光導波路の第１のクラッド部とを有し、前記光導波路の近傍側の前記基板と前記導光部との隙間を埋める第２のクラッド部をさらに含むときには、導光部に設けられる第２貫通孔群が正確なテンプレートの役割をしてそれらの中央にコア部が設けられることにより、コア部を精密に配置することが光接続の損失が絶対的に小さくなりかつ複数間で均一なものとなる。また、基板に反り等の変形が若干あっても導光部と基板との間に生じる隙間をクラッド部材が埋めていることにより、光導波路からの光の漏洩をなくすことができ、また温度変動があっても構造的な変形を抑制する働きをするので品質がより安定なものとなる。

また、本発明の光伝送基板は、前記導光部の前記接合面の反対面に設けられるガイド穴をさらに含むときには、この光伝送基板を他の光伝送基板に実装し、他の光伝送基板の光導波路との間で光結合する際の案内用の穴として機能するため、他の光伝送基板に光伝送する場合において、簡単な構成で基板厚み方向に良好な光接続をすることができ、複数の光伝送路における光伝送品質が均一かつ良好なものとなる。

本発明の光モジュールは、上記各構成のいずれかの光伝送基板と、表層または内層に形成される他の光導波路と、前記他の光導波路の端部に設けられ、光路を変換して前記光伝送基板の前記光導波路の一端に結合する光路変換体とを有する他の光伝送基板と、前記光伝送基板の前記光導波路の他端に結合する光半導体素子とを含むことから、導光部に設けられる光導波路が、光伝送基板から他の光伝送基板までを繋ぐ延長部の光導波路として機能し、しかもそれら複数の光導波路における光伝送品質が均一かつ良好なので、基板厚み方向に略平行に配置される複数の光伝送基板間を光接続する光閉じ込め構造を簡単な実装工程で提供することができ、しかもそれら複数の光伝送基板間の光伝送品質を良好なものとすることができるものとなる。

また、本発明の光モジュールは、前記他の光伝送基板は、前記光路変換体を囲む領域に金属膜が形成されているときには、光伝送基板を他の光伝送基板に実装する際に金属膜が視認性の良いマーカとしての機能をはたすため、それら光伝送基板間の光接続を行いながら実装することが簡単にできるものとなる。

本発明の光伝送基板の製造方法は、第１貫通孔群を形成する工程Ａと、第２貫通孔群が前記第１貫通孔群よりも体積の小さい孔径で予め形成された導光部の前記第２貫通孔群と前記第１貫通孔群とが端部同士で重なるように位置あわせして、前記第１貫通孔群が形成された前記基板に前記導光部を接合する工程Ｂと、前記導光部が接合された前記基板の前記第１貫通孔群および前記第２貫通孔群に光導波路のクラッド部となるクラッド部材を注入する工程Ｃと、前記クラッド部材が注入された前記第１貫通孔群および前記第２貫通孔群の中央に前記クラッド部よりも径の小さい第３貫通孔群を設け、前記第３貫通孔群に光導波路のコア部となるコア部材を注入する工程Ｄと、を含むことから、精密に孔が形成された第２貫通孔群を基準に光導波路のクラッド部およびコア部が形成されるため、第１貫通孔群の孔の位置精度が低くても基板および導光部を貫通する光導波路を比較的精度良く作製することができるので、基板の製造過程を複雑化することなく全体として簡単な工程で比較的精度良く安定に製造することができる工程を提供することができるものとなる。

以下、本発明の光伝送基板について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の光伝送基板としてのパッケージ基板の実施の形態の一例を示す部分断面図である。図２は、図１に示すパッケージ基板における複数の光導波路を含む領域を示す断面図である。図３は、本発明の光モジュールの実施の形態の一例を示す斜視図であり、（ａ）は光モジュールの全体斜視図、（ｂ）は光モジュールを構成するパッケージ基板を、他の光伝送基板であるボード基板上に実装する前の様子を示す斜視図および（ｃ）はパッケージ基板をボード基板上に実装したときの様子を示す拡大斜視図である。図４は、嵌合ピンを有するパッケージ基板を示す拡大斜視図である。図５は導光部を示す拡大斜視図である。

図１〜５において、１は基板、１１は表面、１２は裏面、１３は第１貫通孔群、２は光導波路、２１はコア部、２２は第１のクラッド部、２３は第２のクラッド部、２４は他の光導波路、３は突出部、３１は光経路、３２は突出部のクラッド部、３３は縁部、４は導光部、４１は上面、４２は下面、４３は第２貫通孔群、５は電気配線、６は光伝送基板としてのパッケージ基板、７は光半導体素子、８は接合部、および９は他の光伝送基板としてのボード基板、１０は光路変換体、Ｍは光モジュールである。

図１および図２に断面図で示す本発明の光伝送基板としてのパッケージ基板６の実施の形態の一例は、表面１１から裏面１２にかけて貫通する貫通孔が列状に設けられた第１貫通孔群１３と、表層または内層（この例において表層）に形成される電気配線５とを有する基板１と、上面４１から下面４２にかけて貫通する貫通孔が列状に設けられた第２貫通孔群４３であって第１貫通孔群１３のそれぞれの延長部位でありかつ第１貫通孔群１３のそれぞれの幅ｗ１，ｗ２，ｗ３よりも狭い幅ｄ１，ｄ２，ｄ３である第２貫通孔群４３を有し、表面１１および裏面１２のいずれかまたは両方に上面４１および下面４２のいずれかが接合される導光部４と、第１貫通孔群１３および第２貫通孔群４３の内部に連続して設けられた複数列の光導波路２とを含む構成である。なお、貫通孔の幅は、例えば、貫通孔が円柱状であるときは、その円の直径をいう。

図１および図２に示すパッケージ基板６は、好ましい構成として、基板１はビルドアップ配線基板とし、導光部４は基板１よりも小さくする。ビルドアップ配線基板は、複数層から成る積層体で構成され、表層や内層に電気回路パターンが印刷され、各層間は必要な部位においてスルーホール導体により電気的に接続される（図示せず）。光導波路２は、コア部２１と、コア部２１の周囲に設けられ、コア部２１よりも屈折率の低い光導波路２のクラッド部２２とを有し、光導波路２の近傍側の基板１と導光部４との隙間を埋めるクラッド部２３をさらに含むものとする。導光部４の接合面の反対面（この例において下面４２）にガイド穴（図１、図２おいては図示せず）を設ける。基板１において、導光部４が接合される面の反対面、すなわち表面１１には突出部３が設けられ、突出部３にも光導波路２が形成される。

図１および図２に示すパッケージ基板６の製造方法は、次の通りとすればよい。

最初の工程Ａにおいて、表層に電気配線５が形成された基板１に、表面１１から裏面１２にかけて貫通する貫通孔が列状に設けられた第１貫通孔群１３を形成する。

次の工程Ｂにおいて、上面４１から下面４２にかけて貫通する貫通孔が列状に設けられた第２貫通孔群４３が第１貫通孔群１３よりも体積の小さい孔径で予め形成された導光部４の第２貫通孔群４３と第１貫通孔群１３とが端部同士で重なるように位置あわせして、第１貫通孔群１３が形成された基板１に導光部４を接合する。

次の工程Ｃにおいて、導光部４が接合された基板１の第１貫通孔群１３および第２貫通孔群４３に光導波路２のクラッド部２２となるクラッド部材を注入し硬化する。

次の工程Ｄにおいて、クラッド部材が注入された第１貫通孔群１３および第２貫通孔群４３の中央にクラッド部２２よりも径の小さい第３貫通孔群を設け、第３貫通孔群に光導波路２のコア部２１となるコア部材を注入し硬化する。

図１および図２に示す、パッケージ基板６によれば、上記構成にすることから、導光部４に設けられる第２貫通孔群４３の各貫通孔の位置精度にくらべて基板１に設けられる第１貫通孔群１３の各貫通孔の位置精度が低くても、第１貫通孔群１３の各貫通孔の孔径ｗ１，ｗ２，ｗ３が第２貫通孔群４３の対応する各貫通孔の孔径ｄ１，ｄ２，ｄ３よりも大きくなっていることにより、位置精度の誤差を吸収して、それぞれの孔がひと続きの貫通孔を構成するように作用するので、基板１の厚み方向に伝送する光導波路２を基板表面１１または基板裏面１２から延長して他の光伝送基板（図３におけるボード基板９）の光導波路に結合させる場合において、基板１側の光導波路２と延長部である導光部４側の光導波路２との位置あわせ誤差による接続損失を複数間で平均的に小さくすることができるので、簡単な構成で基板１の厚み方向に良好な光接続をすることができ、複数の光伝送路における光伝送品質が均一かつ良好なものとなる。

また、ビルドアップ配線基板は基板厚み方向への孔加工精度がプレーナな加工精度よりも低いために位置ずれ誤差が生じやすいが、導光部４が介在することにより導光部４がその誤差を緩和して改善する働きをするとともに、導光部４は基板１よりもサイズを小さくすることにより射出成形等で精密加工されたものを効率よく量産することができるので、全体として光伝送品質が良好なものを効率良く量産することができるものとなる。

また、導光部４に設けられる第２貫通孔群４３が正確なテンプレートの役割をしてそれらの中央にコア部２１が設けられることにより、コア部２１を精密に配置することができるので、光接続の損失が絶対的に小さくなりかつ複数間で均一なものとなる。また、基板にそり等の変形が若干あっても導光部４と基板１との間に生じる隙間をクラッド部材が埋められてクラッド部２３が設けられることにより、光導波路２からの光の漏洩をなくすことができ、また温度変動があっても構造的な変形を抑制する働きをするので品質がより安定なものとなる。

また、パッケージ基板６をボード基板９に実装し（図３および後記を参照）、ボード基板９の光導波路との間で光結合する際の案内用の穴として機能するため、ボード基板９に光伝送する場合において、簡単な構成で基板１の厚み方向に良好な光接続をすることができ、複数の光導波路における光伝送品質が均一かつ良好なものとなる。

また、上記構成の製造方法をとることにより、精密に孔が形成された第２貫通孔群４３を基準に光導波路２のクラッド部２２およびコア部２１が形成されるため、第１貫通孔群１３の孔の位置精度が低くても基板１および導光部４を貫通する光導波路２を比較的精度良く作製することができるので、基板１の製造過程を複雑化することなく全体として簡単な工程で比較的精度良く安定に製造することができる工程を提供することができるものとなる。

図１および図２に示すパッケージ基板６は、さらに詳細には、各構成要素を以下のようにするとよい。

（基板１）
基板１としては、例えば、セラミックス、ガラスエポキシ樹脂などの樹脂材料からなるプリント基板を用いればよい。なかでも、光導波路２や突出部３を形成する樹脂との相性という面から、光導波路２や突出部３を形成する樹脂と同じ樹脂基板を用いるのが好ましく、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基板が望ましい。基板１の厚みとしては、０．４〜２ｍｍとすることができる。

また、基板１として、多層配線基板を用いるのが好ましい。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、配線基板表裏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。基板１は、外部との電気的接続を行うための接続部位（例えば、素子実装用パッド、ソルダレジスト層など）を有することが好ましい。なお、基板１において、基板１の表面１１とは突出部３が設けられる側を、基板１の裏面１２とは突出部３が設けられる側の反対側の主面をいう。

（光導波路２）
光導波路２は、基板１、突出部３および導光部４の内部に設けられ、表面１１から下面４２まで光を伝送させる部位を構成する。光導波路２は、光伝送方向に対する断面が円形を有する。その場合、光導波路２の直径は約５０〜２００μｍである。

光導波路２は、中心部に屈折率の高いコア部２１と、コア部２１の周囲に設けられ、コア部２１よりも屈折率の低いクラッド部２２と、を有することが好ましい。このような構造をとることにより、光導波路２内において十分な光閉じ込め効果が得られる。

なお、コア部２１の直径は約３５〜１００μｍである。

光導波路２としては、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、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、基板１に貫通孔を設けたのち、貫通孔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、コア部２１およびクラッド部２２を有する光導波路２を形成する。この方法では、コアとクラッドの屈折率差を得るために露光部と未露光部に分ける必要があるが、露光する厚みが厚いと露光時の光が広がるため充分な屈折率差を得ることが難しくなる。

紫外線硬化型のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂などの感光性材料を用いる場合は、基板１に貫通孔を設けたのち、クラッドとなる感光性ポリマー材料を導光部４の下面４２側から充填する。基板１上で光導波路２の上方には、光半導体素子を実装することができるが、その際、素子実装部のソルダレジスト開口部（不図示）を材料充填時の流れ出し防止ダムとして使用することにより、充填樹脂が広範囲に基板上に広がることを防止することが出来る。その後、フォトマスクを使用して縁部３３として必要な面積を露光し、プレベーク・現像・ポストベークを行って硬化させる。その後、ドリル、レーザなどにより穿孔した部分（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コア材料をクラッドと同じく基板１の裏面１２側から充填する。その際も、素子実装部のソルダレジスト開口部（不図示）を材料充填時の流れ出し防止ダムとして使用することにより、充填樹脂が広範囲に基板上に広がることを防止することが出来る。その後、フォトマスクを使用して必要な面積を露光し、プレベーク・現像・ポストベークを行って硬化させる。コア材料をコア部２１や光経路３１となる光伝送孔中心部にのみ限って充填できる場合は上述のマスク露光等は必要としないが、非常に小さな孔に充填する必要があるため、必要な箇所のみを露光して作製しやすいという利点がある。最後に突出部として必要な厚みとなるように表面を研磨する。以上により、コア部２１およびクラッド部２２を有する光導波路２と、光経路３１と突出部クラッド３２を有する突出部３を一度に形成することができる。

光伝送路がエポキシ樹脂から構成され、基板１としてガラスエポキシ基板を用いるような、ともにエポキシ系材料（エポキシ基を有する高分子材料をいう）を用いる場合、基板１と光伝送路とが、エポキシ基同士で水素結合することから、密着性が良く、剥がれなどの不良が抑制される。

前述の貫通孔の形成には、通常のプリント基板の穿孔工程に使用されるドリル、レーザなど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基板１を貫通させることにより貫通孔は形成される。なお、基板１に設ける貫通孔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。

（突出部３）
突出部３は、図１および２に示すように、基板１上に突出するように設けられる。突出部３の厚みは１０〜１００μｍである。

突出部３は、基板１から突出しているため視認性が良く外部の部品を実装する際にマーカとしての役割を果たす。突出部３は、フォトプロセスによって高精度に形成することができるが、その場合、嵌合部品としての役割も果たし、実装位置決めを行う事が出来るので調芯を行うこと無く高効率な光伝送を可能とする。また、実装時に光学経路間の距離を短縮することも可能であり、光学損失を低減させる事が出来る。凸部の高さが十分にある場合には光学部品間を結合させることも可能であるし、隙間を有する場合も素子実装後にアンダーフィルを行う際の厚みが薄いため気泡の巻き込みや異物混入などを防ぐこともできる。

突出部３は、光経路３１を有する。光経路３１は、光伝送基板６の外部と光導波路２とを光学的に結合する。光経路３１は、光導波路２と同様に光の伝送が可能な透明樹脂によって構成されている。材料は光導波路２と同様のものから構成される。光経路３１は突出部３の屈折率分布のうち、屈折率の高い部位（いわゆるコア部）をいう。突出部３のうち光経路３１以外の部位は、光経路３１の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部３２となる。図１および図２においては、光経路３１以外の部位はクラッド部３２である。

なお、光経路３１の直径は約３５〜１００μｍである。

光経路３１は、光導波路２のコア部２１と対応するように設けられる。具体的には、光伝送基板６を、上面から透視した場合、光経路３１と光導波路２のコア部２１とが重なりあうように設けられる。また、光経路３１の直径とコア部２１との直径とは等しいことが好ましい。

突出部３は、縁部３３を有する。縁部３３とは、突出部３において基板１の第２の主面１２と接している部位をいう。縁部３３は、例えば、フォトリソグラフィによって基板１上に設けられる。特に縁部３３としてエポキシ樹脂を用い、基板１としてガラスエポキシ基板を用いるような、ともにエポキシ系材料（エポキシ基を有する高分子材料をいう）を用いる場合、基板１と縁部３３とが、エポキシ基同士で水素結合することから、密着性が良く、剥がれなどの不良が抑制される。このように、縁部３３が基板１と密着していることにより、縁部３３が、光導波路２と突出部３とから構成される光伝送路を保持するために、長期にわたり使用しても、基板１から光伝送路が剥がれにくくなり、長期にわたって低損失な光伝送をおこなうことができる。

縁部３３の長さは約１〜１０００μｍである。なお、縁部３３の長さとは、光導波路２の外周縁部と第２の主面１２との境界から縁部３３の端までの長さをいう（図１のａの長さ）。

次に、図３に示す本発明の光モジュールの実施の形態の一例としての光モジュールＭは、図１および図２に示すパッケージ基板６と、表層または内層に略平行に形成される光導波路２４と、光導波路２４の端部に設けられ、光路を約９０度変換してパッケージ基板６の光導波路２の一端に結合する光路変換体１０とを有するボード基板９と、パッケージ基板６の光導波路２の他端に結合する光半導体素子７とを含む構成である。

また、上記構成において、好ましい構成として光路変換体１０を囲む領域に金（Ａｕ）等の金属膜が形成される。なお、前記金属膜および光路変換体を上面視した場合、金属膜の領域が長円状であることが好ましい。このような形状であることで、領域のかどに応力が集中することを低減できるため、金属膜が光路変換体１０から剥がれにくくなる。

図３に示す光モジュールによれば、導光部４に設けられる光導波路２が、パッケージ基板６からボード基板９までを繋ぐ延長部の光導波路２として機能し、しかもそれら複数の光導波路２における光伝送品質が均一かつ良好なので、基板１の厚み方向に略平行に配置されるパッケージ基板６およびボード基板９との間を光接続する光閉じ込め構造を簡単な実装工程で提供することができ、しかもパッケージ基板６およびボード基板９の間の光伝送品質を良好なものとすることができるものとなる。

また、パッケージ基板６をボード基板９に実装する際に金属膜は視認性の良いマーカとしての機能をはたすため、それらパッケージ基板６をボード基板９に対して光接続を行いながら実装することが簡単にできるものとなる。

したがって、本発明によれば、簡単な構成で基板厚み方向に良好な光接続をすることができ、複数の光伝送路における光伝送品質が均一かつ良好な光伝送基板およびそれを用いた光モジュールならびに光伝送基板の製造方法を提供することができる。

（光伝送基板（パッケージ基板６）の作製）
基板１として、ビルドアップ基板であるCPCore（登録商標）を使用した。基板１の表面に素子実装用の配線パターン、裏面にBGAパターンを形成した。素子実装配線パターンは、VCSEL、PDをフリップチップできるものとし、直近にドリルで250μｍピッチ，12チャンネルのφ0.15ｍｍ貫通孔（第１貫通孔群１３）を形成した。

導光部４の基材としてMTコネクタを利用した。ファイバを挿入していないMTコネクタの先端を切断し、2.4×6.3×0.35ｍｍの板状の両端にφ0.7ｍｍの位置決め用嵌合穴（ガイド穴）と、この嵌合穴に挟まれるようにφ0.125ｍｍ×12の光Via用穴（第２貫通孔群４３）と、をもつ位置決め部品である導光部４を作製した（図５参照）。

基板１と導光部４の位置合わせには、ワイヤを用いて、第１貫通孔群１３および第２貫通孔群４３の両端にワイヤを通し、接着剤を塗布して基板１と導光部４とを硬化させた後、ワイヤを抜き取り、基板１と導光部４とを接着させた。

第１貫通孔群１３および第２貫通孔群４３に光導波路２を形成した。まず、基板１の素子実装面からディスペンサでクラッドとなる屈折率1.531のUV硬化型透明エポキシ樹脂を充填した。貫通孔の直近にある素子実装用の電気配線を露出させるため、フォトマスクを用いて露光・現像をして、不要部の樹脂を除去した。次に、3^rd-YAGレーザを用いて、導光部４側から基板１側へコアとなる貫通孔を形成した。なお、このように導光部４側から基板１側へ貫通孔を形成することにより、形成において第２貫通孔群の側からレーザを照射することで、幅の広い第１貫通孔群の側からレーザを照射した場合よりも、レーザの出射位置が限定され、貫通孔をより精密に作製することができた。

コア径の設計は、送信側は光導波路と結合することからφ50μｍ、受信側はPDの受光径φ70μｍとした。次に、コアとなる屈折率1.593のUV硬化型透明エポキシ樹脂を充填し、クラッドと同様に形成した。最後に表面を研磨し、コア／クラッド構造の同軸光Viaを形成した。なお、コア用に設けられた貫通孔の直径は、送信側が59μｍ、受信側が77μｍであった。

次に、屈折率1.593のUV硬化型透明樹脂をコア用穴に充填し、パターニングを行った。最後に表面を研磨して、約1ｍｍの長さの光導波路２（同軸型光Via）をパッケージ基板６に完成させた。

作製した同軸光Viaの挿入損失を測定した。入射側光ファイバにGI-50/125MMFを使用し、受光側には送信用にはGI-50/125MMF、受信用にはGI-62.5/125MMFを使用した結果、損失は送信側が2.3dB、受信側が1.4dBであった。

（光モジュールの作製）
他の光導波路２４とミラーといった光配線をもつボード基板（他の光伝送基板）に用いられる基板は、サイズ100×100×0.8ｍｍの CPCore（登録商標）を基板とした。

他の光導波路２４はボード基板９の基板上に直接形成した。他の光導波路２４の材料にはUV硬化型透明エポキシ樹脂を用いた。屈折率はコアが1.615，クラッドが1.593、非屈折率差Δn=1.4%，NA=0.27である。

他の光導波路２４の作製は、まず、下部クラッドとなる透明エポキシ樹脂をスピンコートにより塗布し、プリベーク・露光・現像・ポストベークにより形成した。同様の方法で、コア、上部クラッドを形成し、光導波路を作製した。コアだけでなくクラッドもパターニングを行うことで、基板の表面の任意の場所に光導波路を形成した。

他の光導波路２４のコアは、サイズが50×50μｍ、ピッチが250μｍである。基板厚みは0.8ｍｍ、下部クラッドの厚みは15μｍ、上部クラッドの厚みは20μｍである。

850ｎｍ VCSELとGI-50/125MMFを用いてカットバック法により測定した光導波路の伝搬損失は、0.12ｄＢ/ｃｍ²であった。

光導波路パターンは曲率半径R=10ｍｍの90度曲がりを2箇所に配置し、全長10cmとした。パッケージ実装用のBGA実装部は6箇所設けた。今回は、上下に各4本の直線光導波路と左上と右下を結ぶ8本の曲線光導波路の計16本の光配線を設けた。

他の光導波路２４の端部には光路変換体１０として45度ミラーを作製した。ミラーは先端が45度のブレードを用いて、垂直面と45度面を他の光導波路２４内部に形成した。次に、45度斜面にAuを2000Å蒸着して、反射膜を形成した。最後に厚み20μｍのブレードを用いてダイシングにより垂直面を切り出した。

光結合効率を上げるために、ダイシングにより切り出した空間に光閉じ込め構造として第２のクラッド部２３を作製した。光閉じ込め構造には他の光導波路２４と同じコアとクラッドの材料を使用した。ミラーの45度面と他の光導波路２４の垂直端面の間に光導波路コアを延長させて形成し、コア周辺をクラッド材で埋めて光閉じ込め構造とした。

ミラーと光導波路端部間を測定した場合、開放されたミラーの場合は損失が送信側3.5ｄＢ、受信側2.8ｄＢであるのに対し、光閉じ込め構造により送信側2.1ｄＢ、受信側1.5ｄＢとなり、約1.3ｄＢの損失改善が確認できた。曲り光導波路を含めて両端に閉じ込め構造のミラーを形成したボードの挿入損失は5.5ｄＢであった。

最後に、パッケージの位置決め部品と嵌合させるための嵌合ピンを厚膜用樹脂であるSU-8を使用して形成した。厚み200μｍ、φ697μｍの嵌合ピンを、光導波路のミラー線上の両端に2箇所形成した。具体的には、厚膜用樹脂をスピンコートし、プリベークして仮硬化させ、フォトマスクを用いて露光し、現像したのちポストベークすることにより嵌合ピンを形成した（図４参照）。

パッケージ基板６にメタルマスクを用いて、ソルダーペースト塗布、ソルダーボール振込みを行い、リフロー炉によりボール取り付けを行った。光閉じ込め部に封止材を塗布した後に、ボード基板９上の嵌合ピンと、導光部４のガイド穴を嵌合させ、実装治具を用いてリフロー実装を行った。

以上により、光モジュールを作製するとともに、光伝送基板６とボード基板９とを電気的に接合させるとともに光接続を実現できた。

本発明の光伝送基板としてのパッケージ基板の実施の形態の一例を示す部分断面図である。 図１に示すパッケージ基板における複数の光導波路を含む領域を示す断面図である。 本発明の光モジュールの実施の形態の一例を示す斜視図であり、（ａ）は光モジュールの全体斜視図、（ｂ）は光モジュールを構成するパッケージ基板を、他の光伝送基板であるボード基板上に実装する前の様子を示す斜視図および（ｃ）はパッケージ基板をボード基板上に実装したときの様子を示す拡大写真である。 嵌合ピンを有するパッケージ基板を示す拡大写真である。 導光部を示す拡大写真である。

符号の説明

１ 基板
１１ 基板１の表面
１２ 基板１の裏面
１３ 第１貫通孔群
２ 光導波路
２１ コア部
２２ 光導波路２のクラッド部（第１のクラッド部）
２３ 基板１と導光部４との間に設けられた光導波路２のクラッド部（第２のクラッド部）
２４ 他の光導波路（ボード基板９上に形成される光導波路）
３ 突出部
３１ 光経路
３２ 突出部のクラッド部
３３ 縁部
４ 導光部
４１ 導光部４の上面
４２ 導光部４の下面
４３ 第２貫通孔群
５ 電気配線
６ 光伝送基板としてのパッケージ基板
７ 光半導体素子
８ 接合部
９ 他の光伝送基板としてのボード基板
１０ 光路変換体
Ｍ 光モジュール

Claims (7)

1. 表裏面を貫通する貫通孔が列状に設けられた第１貫通孔群と、表層または内層に形成される電気配線とを有する基板と、
   前記表裏面のいずれかまたは両方に前記上下面のいずれかが接合され、上下面を貫通するする貫通孔が列状に設けられた第２貫通孔群であって前記第１貫通孔群のそれぞれの延長部位でありかつ前記第１貫通孔群よりもそれぞれの幅が狭い第２貫通孔群を有する導光部と、
   前記第１貫通孔群および前記第２貫通孔群のそれぞれの内部に連続して設けられた、複数列の光導波路と、を含む光伝送基板。
2. 前記基板はビルドアップ配線基板であり、前記導光部は前記ビルドアップ配線基板よりも体積の小さい請求項１記載の光伝送基板。
3. 前記光導波路は、コア部と、前記コア部の周囲に設けられ、前記コア部よりも屈折率の低い光導波路の第１のクラッド部とを有し、前記光導波路の近傍側の前記基板と前記導光部との隙間を埋める第２のクラッド部をさらに含む請求項１または２記載の光伝送基板。
4. 前記導光部が、その前記接合面の反対面に設けられるガイド穴をさらに含む請求項１乃至３のいずれかに記載の光伝送基板。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の光伝送基板と、
   表層または内層に形成される他の光導波路と、前記他の光導波路の端部に設けられ、光路を変換して前記光伝送基板の前記光導波路の一端に結合する光路変換体とを有する他の光伝送基板と、
   前記光伝送基板の前記光導波路の他端に結合する光半導体素子と、
   を含む光モジュール。
6. 前記他の光伝送基板は、前記光路変換体を囲む領域に金属膜が形成されている請求項５記載の光モジュール。
7. 表層または内層に電気配線が形成された基板に、表裏面を貫通する貫通孔が列状に設けられた第１貫通孔群を形成する工程Ａと、
   上下面を貫通する貫通孔が列状に設けられた第２貫通孔群が前記第１貫通孔群よりも体積の小さい孔径で予め形成された導光部の前記第２貫通孔群と前記第１貫通孔群とが端部同士がそれぞれ重なるように位置あわせして、前記第１貫通孔群が形成された前記基板に前記導光部を接合する工程Ｂと、
   前記導光部が接合された前記基板の前記第１貫通孔群および前記第２貫通孔群に光導波路のクラッド部となるクラッド部材を注入する工程Ｃと、
   前記クラッド部材が注入された前記第１貫通孔群および前記第２貫通孔群の中央に前記クラッド部よりも径の小さい第３貫通孔群を設け、前記第３貫通孔群に光導波路のコア部となるコア部材を注入する工程Ｄと、
   を含む光伝送基板の製造方法。