JP2014089394A

JP2014089394A - 光装置用基板および光装置

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Publication number: JP2014089394A
Application number: JP2012240227A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Sakai; 光治坂井; Shigetoshi Ogawa; 成敏小川; Kenji Tagami; 健次田上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-05-15

Abstract

【課題】光素子と光配線板とで構成される光装置用基板の光信号の損失を低減させることができる光装置を提供する。
【解決手段】光装置用基板２１は、半導体回路素子２２の実装領域と半導体回路素子２２に電気的に接続される光素子２３の実装領域とを含む主面を有している絶縁基体２５を含んでいる。絶縁基体２５は、平面視において光素子の実装領域に少なくとも部分的に重なるように主面の端部に形成された凹部を有しており、凹部は、光素子に光学的に結合される光配線板２４の端部が配置される部分である。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばスーパーコンピュータまたはサーバー・ルータ等に用いられる光配線基板等に関するものである。

近年、情報分野における技術発展に伴うＩＰトラフィックまたは情報処理量の増加によって、大容量かつ高速のデータ伝送が行なわれるようになってきた。それに伴って、電子機器間または電子機器内のモジュールにおける配線の集積化が要求されている。これに伴ってノイズ対策等の課題も顕在化してきた。また、近年、省エネルギー化の流れから、例えばデータセンタに設けられるサーバ等の電子機器における消費電力の低減が求められている。そこで、電子機器内に設けられた複数の素子間の配線部品として従前の電気配線に代えて光配線を有する配線部品が用いられるようになってきた。

光配線を有する配線部品（すなわち、光装置用部品）は、光素子および半導体回路素子が搭載される搭載用基板を含んでおり、搭載用基板には光素子が光信号を送受信するために、搭載面から裏面へ光導波構造（すなわち、光スルーホール）が設けられている。そして、この搭載用基板は、配線の展開等のために所定の厚みが必要なものである。

特開2002−189137号公報

上述のように搭載用基板は配線の展開等のために所定の厚みが必要なものであり、光素子を搭載用基板の上面に搭載し光スルーホール部を下面達するように設ける場合には、搭載用基板に設けられる光スルーホール部が比較的長いものとなり、この光スルーホール部によって伝送される光信号の損失が大きいものとなる可能性がある。

本発明の一つの態様によれば、光装置用基板は、半導体回路素子の実装領域と前記半導体回路素子に電気的に接続される光素子の実装領域とを含む主面を有している絶縁基体を備えており、該絶縁基体が、平面視において前記光素子の前記実装領域に少なくとも部分的に重なるように前記主面の端部に形成された凹部を有しており、該凹部が、前記光素子に光学的に結合される光配線板の端部が固定される部分である。

本発明の他の態様によれば、光装置は、上記構成の光装置用基板と、光装置用基板の凹部に配置された光配線板と、光装置用基板に実装された半導体回路素子と、絶縁基体に実装されており半導体回路素子に電気的に接続されており光配線板に光学的に結合された光素子とを含んでいる。

本発明の一つの態様による光装置用基板において、絶縁基体が、平面視において光素子の実装領域に少なくとも部分的に重なるように主面の端部に形成された凹部を有しており、凹部が、光素子に光学的に結合される光配線板の端部が固定される部分であることによって、光素子と光配線板との間の経路長を短くすることができ、光損失を低減させた光装置を実現することができる。

本発明の他の態様による光装置は、上記構成の光装置用基板を含んでいることによって、光素子と光配線板との間の経路長を短くすることができ、光損失を低減させることができる。

本発明の実施形態における光モジュールを示す斜視図である。（ａ）は図１に示された光モジュールの平面図を示しており、（ｂ）は（ａ）に示された光モジュールの縦断面図を示している。図２（ａ）に示された光モジュールにおける光装置用基板の平面図を示している。図２（ｂ）における部分拡大図に示された光素子の実装構造の他の例を示す縦断面図である。図２（ａ）に示された光モジュールの他の例を示す平面図である。図２（ｂ）における部分拡大図に示された光素子の実装構造の他の例を示す縦断面図である。図２（ｂ）における部分拡大図に示された光素子の実装構造の他の例を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、断面図においては構造を見やすくするためにハッチングを省略している。

図１、図２（ａ）および（ｂ）に示されているように、本発明の実施形態における光モジュールは、実装基板１と、実装基板１上に設けられた光装置２とを含んでいる。

図２（ｂ）において、電気信号の経路は一点鎖線によって模式的に示されており、光信号の経路は実線によって模式的に示されている。図２（ｂ）においては、半導体回路素子22から出力された電気信号に基づいて光素子23から光信号が出力される構造について例示されているが、光素子23による受光信号に基づいて半導体回路素子22に電気信号が入力される構造であれば、電気信号および光信号の方向を示す矢印は逆向きとなる。

実装基板１は、絶縁基体11と、絶縁基体11の表面部に設けられており光装置２の実装に用いられる接続パッド12と、接続パッド12に電気的に接続された配線導体13とを含んでいる。配線導体13は、例えば絶縁基体11の内部に設けられている。

絶縁基体11は、例えば樹脂等の絶縁材料から成る。配線導体13は、半導体回路素子22へ入力される電気信号または半導体回路素子22から出力された電気信号が伝送されるもの、もしくは、半導体回路素子22に印加される電源電圧および接地電圧が供給されるものである。

光装置２は、光装置用基板21と、光装置用基板21上に搭載された半導体回路素子22および複数の光素子23と、複数の光素子23に光学的に結合された光配線板24とを含んでいる。

光装置用基板21は、絶縁基体25と、配線導体とを含んでおり、配線導体は、絶縁基体25の上面に設けられた複数の配線導体26と、絶縁基体25の内部に設けられた内部配線導体とを含んでいる。

絶縁基体25は、例えばセラミックス等の絶縁材料から成っている。絶縁基体25は、半導体回路素子22の実装領域25ａと複数の光素子23の実装領域25ｂとを含む主面（図３（ａ）
に示された例においては上面）を有している。

図３（ａ）に示されているように、絶縁基体25は、平面視において光素子23の実装領域25ｂに少なくとも部分的に重なるように上面の端部に形成された凹部25ｃを有している。凹部25ｃは、光素子23に光学的に結合される光配線板24の端部が固定される部分である。平面視において、凹部25ｃは、絶縁基体25の端部に設けられており、絶縁基体25の端辺において側方へ解放された構造を有している。

平面視において凹部25ｃが光素子23の実装領域25ｂに少なくとも部分的に重なるように配置されているのは、光装置用基板21に実装された光素子23の少なくとも一部が光配線板24の直上に位置する構造を実現するためである。

複数の配線導体26は、半導体回路素子22の実装領域25ａから複数の光素子23の実装領域25ｂにかけて設けられており、特に、図１〜図３に示された複数の配線導体26は、絶縁基体25の上面において、半導体回路素子22の実装領域25ａから複数の光素子23の実装領域25ｂにかけて設けられており、複数の光素子23に対応して配置されている。複数の配線導体26は、例えば、絶縁基体25がセラミックスから成る場合であれば、絶縁基体25とともに焼成されたメタライズ層である。

絶縁基体25の内部に設けられた内部配線導体は、絶縁基体25の下面に設けられた外部端子に印加された電気信号を半導体回路素子22へ伝送するか、または半導体回路素子22から出力された電気信号を外部端子へ伝送するものと、さらに、電源電圧配線導体および接地電圧配線導体を含んでいる。電源電圧配線導体および接地電圧配線導体は、複数の外部端子に印加された電源電圧および接地電圧を半導体回路素子22へ印加するものである。

半導体回路素子22は、送信機能を有する場合は例えばドライバ回路素子であり、受信機能を有する場合は例えばレシーバ回路素子（ＴＩＡ：Trans Impedance Amplifier）であ
る。半導体回路素子22は、光装置用基板21の上面に実装されており、複数の配線導体26に電気的に接続されている。

光素子23は、送信機能を有する場合は例えば外部共振器型垂直面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）であり、受信機能を有する場合は例えばフォトダイオード（ＰＤ）である。光素子23は、半導体回路素子22は、光装置用基板21の上面に実装されており、複数の配線導体26に電気的に接続されている。光素子23は、光配線板24に光学的に結合されている。

光配線板24は、例えばフレキシブル光配線板またはフィルム光導波路であり、接合材27によって絶縁基体25の凹部25ｃの底面に接合されている。光配線板24は、基体部24ｂと、基体部24ｂ内に設けられており光信号を伝送するための光伝送路24ａとを有している。光素子23は、光伝送路24ａに光学的に結合されている。ここでいう光学的結合とは、光素子23と光伝送路24ａとの間において光信号の授受が可能な状態のことをいう。例えば、図２（ｂ）に示されているように光素子23から出力された光信号が光伝送路24ａへ入射され得る状態のことをいい、または、光伝送路24ａを伝送される光信号が光素子23へ入射され得る状態のことをいう。

光伝送路24ａおよび基体部24ｂは、例えば樹脂材料から成り、互いに異なる光屈折率を有している。光伝送路24ａは、基体部24ｂによって覆われており、基体部24ｂよりも大きな光屈折率を有している。また、光伝送路24ａは、伝送される光信号の進路方向を変換する光路変換部24ｃをさらに有している。光路変換部24ｃは、例えば、光伝送路24ａおよび基体部24ｂの延存方向に対して約４５°の角度を持つ傾斜面となっており、その傾斜面に
は光を反射し得る金属層が形成されている場合がある。

本実施形態の光装置用基板21において、絶縁基体25が、平面視において光素子23の実装領域25ｂに少なくとも部分的に重なるように主面の端部に形成された凹部25ｃを有しており、凹部25ｃが、光素子23に光学的に結合される光配線板24の端部が固定される部分であることによって、光配線板24を光素子の直下において光素子23の近くに配置することが可能となり、光素子23と光配線板24との間の経路長を短くすることができ、光損失を低減させた光装置２を実現することができる。

また光配線へ直接光信号を入射させる事ができるため、屈折率の差異で発生するフレネル反射など接続部位による光損失を抑制することが可能な光装置２を実現することができる。

本実施形態の光装置２は、上述した光装置用基板21を含んでおり、光配線基板24が光装置用基板21の凹部25ｃに固定されていることによって、光素子23と光配線板24との間の経路長を短くすることができ、光損失を低減させることができる。

また、光配線板24の形状に合わせて凹部25ｃを形成するか、もしくは凹部25ｃに合わせて光配線板24を選択することによって、光配線板24をの固定（実装）位置を容易に決定することが可能となる。

なお、図４に示されているように、本実施形態の光装置において、配線導体26の上面と光配線板24の上面との高さ位置が同じである場合は、例えば配線導体26の上面と光配線板24の上面とを単一の部材で下方へ押すなどして、配線導体26の上面と光配線板24の上面とを面一にしやすく、光素子23の実装の信頼性および安定性を向上させることが可能となる。

図２（ｂ）に示された構造において、光素子23は配線導体26にのみ固定されており、配線導体26に片持ち保持されている状態であるのに対して、図４に示された構造においては、光素子23は配線導体26および光配線板24に固定されている。図４に示された構造においては、光素子23が片持ち保持されている構造に比べて、光素子23の実装の信頼性および安定性を向上させることが可能となる。したがって、光素子23と光伝送路24ａとの光学的結合の信頼性を向上させることができる。

また、図４に示された構造のように、光素子23が光配線板24に固定されていることによって、光素子23と光伝送路24ａとの光学的な結合状態を確保しやすくなり、光伝送の特性を向上させることができる。

さらに、配線導体26の上面と光配線板24の上面との高さ位置が同じである場合、光素子23の実装において同一の半田ボールを使用することができるため、さらに光素子23の実装の信頼性および安定性を向上させることが可能となる。

また、図５に示されているように、本実施形態の光装置２において、光配線板24が、光素子23の実装に用いられるアライメントマーク24ｄを有していることによって、光素子23と光配線板24の光伝送路24ａとの光学的な結合の精度を向上させることができ、光信号の伝送特性を向上させることができる。

図５に示された構造においては、光素子23が、光学的に結合される光伝送路24ａを有する光配線板24のアライメントマーク24ｄを基準に配置されていることによって、光素子23と光伝送路24ａとの位置合わせの精度が向上されている。したがって、図５に示された構
造においては、光素子23と光伝送路24ａとの間の光信号の伝送特性を向上させることができる。

また、図６に示されているように、光配線板24の上面を配線導体26の上面よりも高くして光素子23の下面が光配線板24の上面に接するようにしてもよい。この構造であれば、光素子から出力された光が大気中にて損失することがなくなる。

また、図７に示されているように、光配線板24の上面と光装置用基板の上面とを同一の高さにて、光装置用基板の内層に配線導体26を設けておいてもよい。この構造であれば、光配線板24の上面と光装置用基板の上面とを面一にしやすく、かつ光素子23の下面が光配線板24の上面に接しており光信号の損失が低減されている。

１実装基板
２光装置
21 光装置用基板
22 半導体回路素子
23 光素子
24 光配線板
25 絶縁基体
25ａ半導体回路素子22の実装領域25ａ
25ｂ光素子23の実装領域25ｂ
25ｃ凹部
26 配線導体

Claims

半導体回路素子の実装領域と前記半導体回路素子に電気的に接続される光素子の実装領域とを含む主面を有している絶縁基体を備えており、
該絶縁基体が、平面視において前記光素子の前記実装領域に少なくとも部分的に重なるように前記主面の端部に形成された凹部を有しており、該凹部が、前記光素子に光学的に結合される光配線板の端部が配置される部分であることを特徴とする光装置用基板。
請求項１に記載された光装置用基板と、
該光装置用基板の前記凹部に配置された光配線板と、
前記光装置用基板に実装された半導体回路素子と、
前記絶縁基体に実装されており、前記半導体回路素子に電気的に接続されており、前記光配線板に光学的に結合された光素子とを備えていることを特徴とする光装置。
前記光素子が、光装置用基板および前記前記光配線板の両方に固定されていることを特徴とする請求項２記載の光装置。
前記光配線板が、前記光素子の実装に用いられるアライメントマークを有していることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光装置。