JP3952722B2 - 光配線基板、光バスシステム、および光配線基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボード間やチップ間での伝送を光信号で行う光配線基板、光バスシステム、および光配線基板の製造方法に関し、特に、製造が容易で光学部品のレイアウトの自由度が高い光配線基板、光バスシステム、および光配線基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボード間やチップ間でのデータ速度の高速化や電磁ノイズの低減を目的として光によってデータ伝送を行う光配線基板が提案されている。
【０００３】
このような従来の光配線基板として、例えば、特開２０００−３２９９６２号公報に示されるものがある。
【０００４】
この光配線基板は、板状の導波路と、この導波路の一端面に光学的に接続された複数の第１の光ファイバと、導波路の他端面に光学的に接続された複数の第２の光ファイバと、導波路および光ファイバを収容する溝が形成され、導波路と光ファイバを溝内に収容して支持する支持基板とを備える。この複数の第１の光ファイバには電気・光変換回路が光電変換素子を介して接続され、複数の第２の光ファイバには光・電気変換回路が光電変換素子を介して接続されるようになっている。これにより、電気・光変換回路と光・電気変換回路との間で多点対多点の通信を行うことができる。また、光ファイバを溝に埋設させることができるので、光ファイバを曲げて配設することが可能となる。また、光ファイバの固定具が不要になり、支持基板の表面に光ファイバを配設する場合よりも装置の小型化を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光配線基板によれば、切削加工によって形成した溝内に導光路や光ファイバを収容して位置決めしているので、切削加工のコストが高くなり、レイアウトの自由度が低くなるという問題がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、製造が容易で光学部品のレイアウトの自由度が高い光配線基板、光バスシステム、および光配線基板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、支持基板上に、板状の導光路と前記導光路の端面に光学的に接続された少なくとも一つの光ファイバとを含む光学部品が配置された光配線基板において、前記光学部品は、樹脂により封止され、前記光ファイバの前記導光路の前記端面に接続される端部と反対側の端部を、前記支持基板の端面よりも外側に突出させ、位置決め用孔に挿通させて前記光ファイバの前記反対側の端部の位置決めを行う位置決め部材を備えたことを特徴とする光配線基板を提供する。
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、電気信号を光信号、あるいは光信号を電気信号に変換する変換回路部と、前記変換回路部との間で光信号の送受信を行う光配線基板とを有する光バスシステムにおいて、前記光配線基板は、支持基板上に、板状の導光路と前記導光路の端面に光学的に接続された少なくとも一つの光ファイバとを含む光学部品が配置され、前記光学部品は、樹脂により封止され、前記光ファイバの前記導光路の前記端面に接続される端部と反対側の端部を、前記支持基板の端面よりも外側に突出させ、位置決め用孔に挿通させて前記光ファイバの前記反対側の端部の位置決めを行う位置決め部材を備えたことを特徴とする光バスシステムを提供する。
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するため、支持基板上に、板状の導光路と前記導光路の端面に光学的に接続された少なくとも一つの光ファイバとを含む光学部品が配置された光配線基板の製造方法において、前記光学部品を前記基板上に仮止めし、前記光学部品を樹脂により封止し、前記光ファイバの前記導光路の前記端面に接続される端部と反対側の端部を、前記支持基板の端面よりも外側に突出させ、位置決め部材に設けた位置決め用孔に挿通させて前記光ファイバの前記反対側の端部の位置決めを行うことを特徴とする光配線基板の製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明の光配線基板を適用した第1の実施の形態に係る光バスシステムを示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２は斜視図である。この光バスシステム１０は、図１および図２に示すように、所定の間隔を有して配置された複数の光配線基板１と、図１（ａ）に示すように、電気信号を光信号に変換して対応する光配線基板１に入力する複数の電気・光変換回路部１１と、対応する光配線基板１から出力された光信号を電気信号に変換する複数の光・電気変換回路部１２とから構成されている。
【００１１】
電気・光変換回路部１１および光・電気変換回路部１２は、ＣＰＵ、メモリ、光電変換素子等を有し、光電変換素子によって光配線基板１と光学的に接続されている。
【００１２】
光配線基板１は、支持基板２と、支持基板２上に配置された板状の導光路３と、導光路３の一端面である光入射面３ａに透過型拡散板４を介して先端部５ａが光学的に接続された複数（例えば８本）の第１の光ファイバ５と、導光路３の他端面である光出射面３ｂに先端部６ａが光学的に接続された複数（例えば８本）の第２の光ファイバ６と、光ファイバ５，６の後端部５ｂ，６ｂを位置決め用孔８ａに挿通させて後端部５ｂ，６ｂを位置決めする位置決め部材８とを備え、導光路３、透過型拡散板４および光ファイバ５，６の光学部品を樹脂からなる封止部材７により封止したものである。なお、図１（ａ）および図２において、封止部材７は透明部材として図示する。
【００１３】
支持基板２は、アルミニウム等の金属、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の樹脂、ガラス、セラミックス等からなるが、光学部品の位置決め、固定において支障がなければ、材料は特に限定されない。また、ポリイミドのような可撓性を有する基板を用いてもよい。
【００１４】
導光路３は、例えば、厚さ０．５ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ２０ｍｍの板状を有し、透光性材料からなる板状のコアと、光入射面３ａおよび光出射面３ｂを除くコアの上面、下面、左右両側面に形成され、コアよりも屈折率の低いクラッドとから構成されている。コアは、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン等のプラスチック材料、あるいは無機ガラス等により形成され、クラッドは、例えば、フッ素系ポリマー等から形成されている。なお、クラッドは、封止部材７がクラッドの機能を果たす場合には省略することができる。
【００１５】
透過型拡散板４は、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステル等の樹脂基材にエポキシ層を形成して紫外線で硬化させ、光入射面（拡散部）４ａに光拡散のための凹凸パターンを形成したもの、あるいは射出成形によって光入射面（拡散部）４ａに直接凹凸パターンを形成したもの等を用いることができる。なお、拡散板としては、屈折率の異なる粒子が内部に分散されて内部が拡散部となるタイプのものを用いてもよい。
【００１６】
第１および第２の光ファイバ５，６は、例えば、外径０．５ｍｍを有し、断面円形のコアと、コアの周囲に設けられたクラッドとからなり、後端部５ｂ，６ｂは支持基板２の長辺に直交するように湾曲部５ｃ，６ｃで曲げられて支持基板２の長辺から僅かに露出している。なお、光ファイバ５，６のクラッドは、封止部材７がクラッドの機能を果たす場合には省略することができる。
【００１７】
封止部材７は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂を用いることができる。これらの樹脂は、常温硬化、熱硬化、ＵＶ硬化等によって硬化させることができる。封止部材７用の樹脂の塗布方法は、後述する流し込み、ローラによる塗布、ブレードによる塗布の他、スクリーン印刷、スピンコート等、所望の厚みの樹脂を塗布できる方法なら特に限定されない。また、熱によって溶融し、常温によって戻すことによって硬化するような後述する溶融樹脂フィルムのようなものを用いてもよい。
【００１８】
図３（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る光配線基板１の製造工程を示す。支持基板２上に、同図（ａ）に示すように、導光路３、透過型拡散板４、および第１および第２の光ファイバ５，６の各光学部品を配置し、同図（ｂ）に示すように、後述する仮止め手段によって各光学部品を仮止めする。次に、同図（ｃ）に示すように、流動状態の樹脂７ａをシリンジ５８から支持基板２上に流し込み、これを硬化させて同図（ｄ)に示すように封止部材７を形成する。このようにして光配線基板１が製造される。なお、樹脂７ａを流し込む場合に、樹脂７ａが支持基板２から流れ落ちないように支持基板２の周囲に枠を設けた方がよいが、樹脂７ａの粘性が高い場合には周囲の枠は無くてもよい。
【００１９】
図４（ａ）〜（ｄ)は、光学部品の仮止め方法を示す。なお、この明細書において、「仮止め」とは、光学部品を位置決めあるいは固定することを意味し、その「固定」には、光学部品が動かないように固定すること、および僅かに動き得るように固定することの両方を意味する。
【００２０】
光学部品の位置決めは、同図（ａ）に示すように、位置決めピン５２を導光路３や透過型拡散板４の角部に当接するように立設し、光ファイバ５，６の湾曲部５ｃ，６ｃの内側と後端部５ｂ，６ｂの外側に立設してもよい。
【００２１】
また、同図（ｂ）に示すように、チューブ５９から吐出したシリコーン樹脂等の位置決め用接着剤５３によって導光路３や透過型拡散板４を固定し、光ファイバ５，６の湾曲部５ｃ，６ｃと後端部５ｂ，６ｂを固定してもよい。このとき、位置決め用接着剤５３として、光ファイバ６と導光路３の屈折率と同等の屈折率を有する接着剤を用い、光ファイバ６の先端部６ａの端面と導光路３の端面の間隙部を位置決め用接着剤５３で充填してもよい。また、透過型拡散板４が屈折率が異なる粒子が内部に分散されたタイプのものを用いた場合は、位置決め用接着剤５３として、光ファイバ５，６と導光路３の屈折率と同等の屈折率を有する接着剤を用い、光ファイバ５の先端部５ａの端面と透過型拡散板４の間隙部、および光ファイバ６の先端部６ａの端面と導光路３の端面の間隙部を位置決め用接着剤５３で充填してもよい。
【００２２】
また、同図（ｃ）に示すように、位置決め治具５４Ａによって導光路３や透過型拡散板４を固定し、位置決め治具５４Ｂによって光ファイバ５，６の後端部５ｂ，６ｂを固定してもよい。位置決め治具５４Ａ，５４Ｂは、同様の効果が得られれば、その形状、個数には限定されない。
【００２３】
また、同図（ｄ)に示すように、固定テープ５５Ａによって導光路３や透過型拡散板４を固定し、固定テープ５５Ｂによって光ファイバ５，６の後端部５ｂ，６ｂを固定してもよい。
【００２４】
同図（ａ）〜（ｄ)に示すように光学部品を固定した状態で封止部材７によって封止し、その後、位置決めピン５２、位置決め治具５４Ａ，５４Ｂを取り外してもよい。
【００２５】
次に、光バスシステム１０の動作例を説明する。電気・光変換回路部１１内の一つのＣＰＵが電気信号として例えばクロック信号を出力すると、そのクロック信号は電気・光変換回路部１１内の光電変換素子によって光信号に変換され、光配線基板１の対応する一つの第１の光ファイバ５に入力する。第１の光ファイバ５に入力した光信号は、透過型拡散板４で拡散され、導光路３を通って複数の第２の光ファイバ６から出力され、光・電気変換回路部１２に入力する。光・電気変換回路部１２に入力した光信号は、光・電気変換回路部１２内の光電変換素子によって電気信号に変換され、光・電気変換回路部１２内の複数のメモリに伝達される。
【００２６】
このような第１の実施の形態によれば、支持基板２は、光学部品を位置決めするための溝を有していないので、製造が容易となり、光学部品の構成を自由に変えることができ、光学部品のレイアウトの自由度が高くなる。また、複数の第１の光ファイバ５と複数の第２の光ファイバ６とを導光路３を介して光学的に接続しているので、多点対多点の通信を行うことができる。
また、支持基板２と光学部品との間の熱膨張係数差が比較的大きい場合は、封止部材７用の樹脂は、常温あるいは比較的低温（例えば４０℃以下）で硬化するものが好ましい。このような樹脂として、例えば、常温で硬化する二液混合型のシリコーン樹脂がある。このような樹脂を用いることにより、熱膨張係数差による支持基板２の反りや光学部品の位置ずれを防ぐことができる。
また、支持基板２と光学部品との間の熱膨張係数差が比較的小さい場合は、封止部材７用の樹脂は、常温あるいは比較的低温で硬化するものだけでなく、比較的高温（例えば８０〜１２０℃、３０〜６０分）で硬化するものを用いることができる。支持基板２と光学部品との間の熱膨張係数差が比較的小さいものとして、例えば、支持基板２、導波路３および透過型拡散板４にアクリル樹脂を用いることができる。この場合、封止部材７用の樹脂に１００℃、３０分で硬化するシリコーン樹脂を用いることができる。このような樹脂を用いることにより、樹脂の硬化時間の短縮化が図れ、生産性が高くなる。
【００２７】
図５（ａ）〜（ｄ)は、樹脂による他の封止方法を示す。同図（ａ）に示すように、ローラ５０を転動させながら支持基板２上に樹脂７ａを塗布してもよい。また、同図（ｂ）に示すように、ブレード５１をスライドさせながら支持基板２上に樹脂７ａを塗布してもよい。また、同図（ｃ）に示すように、溶融樹脂フィルムを用いて封止部材７を形成してもよい。溶融樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレン，ポリスチレン等の炭化水素系プラスチック、ポリ塩化ビニル，ポリメチルメタクリレート等の極性ビニル系プラスチック、ポリカーボネート，ポリイミド等の線状構造プラスチック、酢酸セルロース，セルロイド等のセルロース系プラスチック、あるいはスチレン・ブラジエン系，ピリオレフィン系の熱可塑性エラストマー等の熱可塑性プラスチック等を用いることができる。
【００２８】
図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係る光配線基板の製造工程を示す。支持基板２上に、同図（ａ）に示すように、導光路３、透過型拡散板４、および第１および第２の光ファイバ５，６の各光学部品を配置し、同図（ｂ）に示すように、透過型拡散板４の光入射面４ａと第１の光ファイバ５との間に樹脂７ａが流入しないように保護シール５６を貼り、上述した仮止め手段によって各光学部品を仮止めする。次に、同図（ｃ）に示すように、樹脂７ａを支持基板２上に流し込み、これを硬化させて封止部材７を形成する。このようにして同図（ｄ）に示す光配線基板１が製造される。この第２の実施の形態によれば、透過型拡散板４の光入射面４ａと第１の光ファイバ５との間に樹脂７ａが流入しないので、光散乱特性が安定し、各第２の光ファイバ６に対して均質な光信号を伝達することができる。
【００２９】
図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光配線基板の製造工程を示す。支持基板２上に、同図（ａ）に示すように、上述した仮止め手段によって導光路３、透過型拡散板４、および第１および第２の光ファイバ５，６の各光学部品を仮止めし、透過型拡散板４の光入射面４ａと第１の光ファイバ５との間に樹脂７ａが流入しないように高粘度樹脂５７を塗布し、同図（ｂ）に示すように、硬化させる。次に、同図（ｃ）に示すように、樹脂７ａを支持基板２上に流し込み、これを硬化させて封止部材７を形成する。このようにして同図（ｄ）に示す光配線基板１が製造される。この第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様に、光散乱特性が安定し、各第２の光ファイバ６に対して均質な光信号を伝達することができる。なお、樹脂７ａの流入防止手段として、低粘度の樹脂を塗布・硬化させてもよい。
【００３０】
図８は、本発明の第４の実施の形態に係る光配線基板を示す。この光配線基板１は、支持基板２と、支持基板２上に配置された板状の導光路３と、導光路３の一端面３ｃに光学的に接続された複数（例えば８本）の光ファイバ２６と、導光路３の他端面３ｄに配置された反射型拡散板１４と、光ファイバ２６の後端部２６ｂを位置決め用孔８ａに挿通させて後端部２６ｂを位置決めする位置決め部材８とを備え、導光路３、反射型拡散板１４および光ファイバ２６の光学部品を樹脂からなる封止部材７により封止したものである。なお、反射型拡散板１４を用いずに単に反射光を用いてもよい。また、図８および後述する図９および図１０において封止部材７は、透明部材として図示する。
【００３１】
この第４の実施の形態において、電気信号を光信号に変換するとともに光信号を電気信号に変換することができる電気光回路部が光ファイバ２６に光学的に接続され、電気光回路部から出力された光信号が一つの光ファイバ２６に入力すると、その光信号は、導光路３を通って反射型拡散板１４の拡散面１４ａで拡散されて反射し、再び導光路３を通って複数の光ファイバ２６に入力し、電気光回路部に伝達される。
【００３２】
図９は、本発明の第５の実施の形態に係る光配線基板を示す。この光配線基板１は、第１の実施の形態において、透過型拡散板４を用いずに、導光路３の光入射面３ａに光拡散のための凹凸パターン（拡散面）を形成したものである。なお、光拡散の均質性がさほど要求されない場合は、拡散面を設けなくてもよい。
【００３３】
図１０は、本発明の第６の実施の形態に係る光配線基板を示す。この光配線基板１は、第1の実施の形態において、光ファイバをビニル等の被覆材を備えた光ファイバ１５，１６を用いたものである。光ファイバ１５，１６は、被覆材で保護されているので、封止部材７用の樹脂７ａを図５（ａ），（ｂ）に示すローラ５０やブレード５１による塗布でも光ファイバ１５，１６のクラッドやコアに傷が付くのを防ぐことができる。
【００３４】
なお、本発明は、導光路の一端面に１つの光ファイバを接続し、導光路の他端面に複数の光ファイバを接続した光配線基板にも適用することができる。これにより一点対多点の通信を行うことができる。
また、本発明は、導光路の両端面に光ファイバを接続し、ＣＰＵ同士で通信を行うような双方向で光信号を送受信する光配線基板にも適用することができる。この場合、電気信号を光信号に変換するとともに光信号を電気信号に変換することができる電気光回路部が光ファイバに接続される。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板に光学部品の位置決めのための溝が不要になるので、製造が容易となり、光学部品のレイアウトの自由度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光配線基板を適用した光バスシステムを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光配線基板を適用した光バスシステムの要部斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る光配線基板の製造工程を示す斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ)は、光学部品の仮止め方法を示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ)は、樹脂による他の封止方法を示す斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係る光配線基板の製造工程を示す斜視図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光配線基板の製造工程を示す斜視図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る光配線基板を示す平面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る光配線基板を示す平面図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る光配線基板を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 光配線基板
２ 支持基板
３ 光導波路
３ａ 光入射面
３ｂ 光出射面
３ｃ 一端面
３ｄ 他端面
４ 透過型拡散板
４ａ 拡散面
５ 第１の光ファイバ
６ 第２の光ファイバ
５ａ，６ａ 先端部
５ｂ，６ｂ 後端部
５ｃ，６ｃ 湾曲部
７ 封止部材
７ａ 樹脂
８ 位置決め部材
８ａ 位置決め用孔
１０ 光バスシステム
１１ 電気・光変換回路部
１２ 光・電気変換回路部
１４ 反射型拡散板
１４ａ 拡散面
１５ 第１の光ファイバ
１６ 第２の光ファイバ
１５ａ，１６ａ 先端部
１５ｂ，１６ｂ 後端部
１５ｃ，１６ｃ 湾曲部
５０ ローラ
５１ ブレード
５２ 位置決めピン
５３ 位置決め用接着剤
５４Ａ，５４Ｂ 位置決め治具
５５Ａ，５５Ｂ 固定テープ
５６ 保護シール
５７ 高粘度樹脂
５８ シリンジ
５９ チューブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボード間やチップ間での伝送を光信号で行う光配線基板、光バスシステム、および光配線基板の製造方法に関し、特に、製造が容易で光学部品のレイアウトの自由度が高い光配線基板、光バスシステム、および光配線基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボード間やチップ間でのデータ速度の高速化や電磁ノイズの低減を目的として光によってデータ伝送を行う光配線基板が提案されている。
【０００３】
このような従来の光配線基板として、例えば、特開２０００−３２９９６２号公報に示されるものがある。
【０００４】
この光配線基板は、板状の導波路と、この導波路の一端面に光学的に接続された複数の第１の光ファイバと、導波路の他端面に光学的に接続された複数の第２の光ファイバと、導波路および光ファイバを収容する溝が形成され、導波路と光ファイバを溝内に収容して支持する支持基板とを備える。この複数の第１の光ファイバには電気・光変換回路が光電変換素子を介して接続され、複数の第２の光ファイバには光・電気変換回路が光電変換素子を介して接続されるようになっている。これにより、電気・光変換回路と光・電気変換回路との間で多点対多点の通信を行うことができる。また、光ファイバを溝に埋設させることができるので、光ファイバを曲げて配設することが可能となる。また、光ファイバの固定具が不要になり、支持基板の表面に光ファイバを配設する場合よりも装置の小型化を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光配線基板によれば、切削加工によって形成した溝内に導光路や光ファイバを収容して位置決めしているので、切削加工のコストが高くなり、レイアウトの自由度が低くなるという問題がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、製造が容易で光学部品のレイアウトの自由度が高い光配線基板、光バスシステム、および光配線基板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、支持基板上に、板状の導光路と前記導光路の端面に光学的に接続された少なくとも一つの光ファイバとを含む光学部品が配置された光配線基板において、前記光学部品は、樹脂により封止され、前記光ファイバの前記導光路の前記端面に接続される端部と反対側の端部を、前記支持基板の端面よりも外側に突出させ、位置決め用孔に挿通させて前記光ファイバの前記反対側の端部の位置決めを行う位置決め部材を備えたことを特徴とする光配線基板を提供する。
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、電気信号を光信号、あるいは光信号を電気信号に変換する変換回路部と、前記変換回路部との間で光信号の送受信を行う光配線基板とを有する光バスシステムにおいて、前記光配線基板は、支持基板上に、板状の導光路と前記導光路の端面に光学的に接続された少なくとも一つの光ファイバとを含む光学部品が配置され、前記光学部品は、樹脂により封止され、前記光ファイバの前記導光路の前記端面に接続される端部と反対側の端部を、前記支持基板の端面よりも外側に突出させ、位置決め用孔に挿通させて前記光ファイバの前記反対側の端部の位置決めを行う位置決め部材を備えたことを特徴とする光バスシステムを提供する。
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するため、支持基板上に、板状の導光路と前記導光路の端面に光学的に接続された少なくとも一つの光ファイバとを含む光学部品が配置された光配線基板の製造方法において、前記光学部品を前記基板上に仮止めし、前記光学部品を樹脂により封止し、前記光ファイバの前記導光路の前記端面に接続される端部と反対側の端部を、前記支持基板の端面よりも外側に突出させ、位置決め部材に設けた位置決め用孔に挿通させて前記光ファイバの前記反対側の端部の位置決めを行うことを特徴とする光配線基板の製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明の光配線基板を適用した第1の実施の形態に係る光バスシステムを示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２は斜視図である。この光バスシステム１０は、図１および図２に示すように、所定の間隔を有して配置された複数の光配線基板１と、図１（ａ）に示すように、電気信号を光信号に変換して対応する光配線基板１に入力する複数の電気・光変換回路部１１と、対応する光配線基板１から出力された光信号を電気信号に変換する複数の光・電気変換回路部１２とから構成されている。
【００１１】
電気・光変換回路部１１および光・電気変換回路部１２は、ＣＰＵ、メモリ、光電変換素子等を有し、光電変換素子によって光配線基板１と光学的に接続されている。
【００１２】
光配線基板１は、支持基板２と、支持基板２上に配置された板状の導光路３と、導光路３の一端面である光入射面３ａに透過型拡散板４を介して先端部５ａが光学的に接続された複数（例えば８本）の第１の光ファイバ５と、導光路３の他端面である光出射面３ｂに先端部６ａが光学的に接続された複数（例えば８本）の第２の光ファイバ６と、光ファイバ５，６の後端部５ｂ，６ｂを位置決め用孔８ａに挿通させて後端部５ｂ，６ｂを位置決めする位置決め部材８とを備え、導光路３、透過型拡散板４および光ファイバ５，６の光学部品を樹脂からなる封止部材７により封止したものである。なお、図１（ａ）および図２において、封止部材７は透明部材として図示する。
【００１３】
支持基板２は、アルミニウム等の金属、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の樹脂、ガラス、セラミックス等からなるが、光学部品の位置決め、固定において支障がなければ、材料は特に限定されない。また、ポリイミドのような可撓性を有する基板を用いてもよい。
【００１４】
導光路３は、例えば、厚さ０．５ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ２０ｍｍの板状を有し、透光性材料からなる板状のコアと、光入射面３ａおよび光出射面３ｂを除くコアの上面、下面、左右両側面に形成され、コアよりも屈折率の低いクラッドとから構成されている。コアは、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン等のプラスチック材料、あるいは無機ガラス等により形成され、クラッドは、例えば、フッ素系ポリマー等から形成されている。なお、クラッドは、封止部材７がクラッドの機能を果たす場合には省略することができる。
【００１５】
透過型拡散板４は、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステル等の樹脂基材にエポキシ層を形成して紫外線で硬化させ、光入射面（拡散部）４ａに光拡散のための凹凸パターンを形成したもの、あるいは射出成形によって光入射面（拡散部）４ａに直接凹凸パターンを形成したもの等を用いることができる。なお、拡散板としては、屈折率の異なる粒子が内部に分散されて内部が拡散部となるタイプのものを用いてもよい。
【００１６】
第１および第２の光ファイバ５，６は、例えば、外径０．５ｍｍを有し、断面円形のコアと、コアの周囲に設けられたクラッドとからなり、後端部５ｂ，６ｂは支持基板２の長辺に直交するように湾曲部５ｃ，６ｃで曲げられて支持基板２の長辺から僅かに露出している。なお、光ファイバ５，６のクラッドは、封止部材７がクラッドの機能を果たす場合には省略することができる。
【００１７】
封止部材７は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂を用いることができる。これらの樹脂は、常温硬化、熱硬化、ＵＶ硬化等によって硬化させることができる。封止部材７用の樹脂の塗布方法は、後述する流し込み、ローラによる塗布、ブレードによる塗布の他、スクリーン印刷、スピンコート等、所望の厚みの樹脂を塗布できる方法なら特に限定されない。また、熱によって溶融し、常温によって戻すことによって硬化するような後述する溶融樹脂フィルムのようなものを用いてもよい。
【００１８】
図３（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る光配線基板１の製造工程を示す。支持基板２上に、同図（ａ）に示すように、導光路３、透過型拡散板４、および第１および第２の光ファイバ５，６の各光学部品を配置し、同図（ｂ）に示すように、後述する仮止め手段によって各光学部品を仮止めする。次に、同図（ｃ）に示すように、流動状態の樹脂７ａをシリンジ５８から支持基板２上に流し込み、これを硬化させて同図（ｄ)に示すように封止部材７を形成する。このようにして光配線基板１が製造される。なお、樹脂７ａを流し込む場合に、樹脂７ａが支持基板２から流れ落ちないように支持基板２の周囲に枠を設けた方がよいが、樹脂７ａの粘性が高い場合には周囲の枠は無くてもよい。
【００１９】
図４（ａ）〜（ｄ)は、光学部品の仮止め方法を示す。なお、この明細書において、「仮止め」とは、光学部品を位置決めあるいは固定することを意味し、その「固定」には、光学部品が動かないように固定すること、および僅かに動き得るように固定することの両方を意味する。
【００２０】
光学部品の位置決めは、同図（ａ）に示すように、位置決めピン５２を導光路３や透過型拡散板４の角部に当接するように立設し、光ファイバ５，６の湾曲部５ｃ，６ｃの内側と後端部５ｂ，６ｂの外側に立設してもよい。
【００２１】
また、同図（ｂ）に示すように、チューブ５９から吐出したシリコーン樹脂等の位置決め用接着剤５３によって導光路３や透過型拡散板４を固定し、光ファイバ５，６の湾曲部５ｃ，６ｃと後端部５ｂ，６ｂを固定してもよい。このとき、位置決め用接着剤５３として、光ファイバ６と導光路３の屈折率と同等の屈折率を有する接着剤を用い、光ファイバ６の先端部６ａの端面と導光路３の端面の間隙部を位置決め用接着剤５３で充填してもよい。また、透過型拡散板４が屈折率が異なる粒子が内部に分散されたタイプのものを用いた場合は、位置決め用接着剤５３として、光ファイバ５，６と導光路３の屈折率と同等の屈折率を有する接着剤を用い、光ファイバ５の先端部５ａの端面と透過型拡散板４の間隙部、および光ファイバ６の先端部６ａの端面と導光路３の端面の間隙部を位置決め用接着剤５３で充填してもよい。
【００２２】
また、同図（ｃ）に示すように、位置決め治具５４Ａによって導光路３や透過型拡散板４を固定し、位置決め治具５４Ｂによって光ファイバ５，６の後端部５ｂ，６ｂを固定してもよい。位置決め治具５４Ａ，５４Ｂは、同様の効果が得られれば、その形状、個数には限定されない。
【００２３】
また、同図（ｄ)に示すように、固定テープ５５Ａによって導光路３や透過型拡散板４を固定し、固定テープ５５Ｂによって光ファイバ５，６の後端部５ｂ，６ｂを固定してもよい。
【００２４】
同図（ａ）〜（ｄ)に示すように光学部品を固定した状態で封止部材７によって封止し、その後、位置決めピン５２、位置決め治具５４Ａ，５４Ｂを取り外してもよい。
【００２５】
次に、光バスシステム１０の動作例を説明する。電気・光変換回路部１１内の一つのＣＰＵが電気信号として例えばクロック信号を出力すると、そのクロック信号は電気・光変換回路部１１内の光電変換素子によって光信号に変換され、光配線基板１の対応する一つの第１の光ファイバ５に入力する。第１の光ファイバ５に入力した光信号は、透過型拡散板４で拡散され、導光路３を通って複数の第２の光ファイバ６から出力され、光・電気変換回路部１２に入力する。光・電気変換回路部１２に入力した光信号は、光・電気変換回路部１２内の光電変換素子によって電気信号に変換され、光・電気変換回路部１２内の複数のメモリに伝達される。
【００２６】
このような第１の実施の形態によれば、支持基板２は、光学部品を位置決めするための溝を有していないので、製造が容易となり、光学部品の構成を自由に変えることができ、光学部品のレイアウトの自由度が高くなる。また、複数の第１の光ファイバ５と複数の第２の光ファイバ６とを導光路３を介して光学的に接続しているので、多点対多点の通信を行うことができる。
また、支持基板２と光学部品との間の熱膨張係数差が比較的大きい場合は、封止部材７用の樹脂は、常温あるいは比較的低温（例えば４０℃以下）で硬化するものが好ましい。このような樹脂として、例えば、常温で硬化する二液混合型のシリコーン樹脂がある。このような樹脂を用いることにより、熱膨張係数差による支持基板２の反りや光学部品の位置ずれを防ぐことができる。
また、支持基板２と光学部品との間の熱膨張係数差が比較的小さい場合は、封止部材７用の樹脂は、常温あるいは比較的低温で硬化するものだけでなく、比較的高温（例えば８０〜１２０℃、３０〜６０分）で硬化するものを用いることができる。支持基板２と光学部品との間の熱膨張係数差が比較的小さいものとして、例えば、支持基板２、導波路３および透過型拡散板４にアクリル樹脂を用いることができる。この場合、封止部材７用の樹脂に１００℃、３０分で硬化するシリコーン樹脂を用いることができる。このような樹脂を用いることにより、樹脂の硬化時間の短縮化が図れ、生産性が高くなる。
【００２７】
図５（ａ）〜（ｄ)は、樹脂による他の封止方法を示す。同図（ａ）に示すように、ローラ５０を転動させながら支持基板２上に樹脂７ａを塗布してもよい。また、同図（ｂ）に示すように、ブレード５１をスライドさせながら支持基板２上に樹脂７ａを塗布してもよい。また、同図（ｃ）に示すように、溶融樹脂フィルムを用いて封止部材７を形成してもよい。溶融樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレン，ポリスチレン等の炭化水素系プラスチック、ポリ塩化ビニル，ポリメチルメタクリレート等の極性ビニル系プラスチック、ポリカーボネート，ポリイミド等の線状構造プラスチック、酢酸セルロース，セルロイド等のセルロース系プラスチック、あるいはスチレン・ブラジエン系，ピリオレフィン系の熱可塑性エラストマー等の熱可塑性プラスチック等を用いることができる。
【００２８】
図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係る光配線基板の製造工程を示す。支持基板２上に、同図（ａ）に示すように、導光路３、透過型拡散板４、および第１および第２の光ファイバ５，６の各光学部品を配置し、同図（ｂ）に示すように、透過型拡散板４の光入射面４ａと第１の光ファイバ５との間に樹脂７ａが流入しないように保護シール５６を貼り、上述した仮止め手段によって各光学部品を仮止めする。次に、同図（ｃ）に示すように、樹脂７ａを支持基板２上に流し込み、これを硬化させて封止部材７を形成する。このようにして同図（ｄ）に示す光配線基板１が製造される。この第２の実施の形態によれば、透過型拡散板４の光入射面４ａと第１の光ファイバ５との間に樹脂７ａが流入しないので、光散乱特性が安定し、各第２の光ファイバ６に対して均質な光信号を伝達することができる。
【００２９】
図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光配線基板の製造工程を示す。支持基板２上に、同図（ａ）に示すように、上述した仮止め手段によって導光路３、透過型拡散板４、および第１および第２の光ファイバ５，６の各光学部品を仮止めし、透過型拡散板４の光入射面４ａと第１の光ファイバ５との間に樹脂７ａが流入しないように高粘度樹脂５７を塗布し、同図（ｂ）に示すように、硬化させる。次に、同図（ｃ）に示すように、樹脂７ａを支持基板２上に流し込み、これを硬化させて封止部材７を形成する。このようにして同図（ｄ）に示す光配線基板１が製造される。この第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様に、光散乱特性が安定し、各第２の光ファイバ６に対して均質な光信号を伝達することができる。なお、樹脂７ａの流入防止手段として、低粘度の樹脂を塗布・硬化させてもよい。
【００３０】
図８は、本発明の第４の実施の形態に係る光配線基板を示す。この光配線基板１は、支持基板２と、支持基板２上に配置された板状の導光路３と、導光路３の一端面３ｃに光学的に接続された複数（例えば８本）の光ファイバ２６と、導光路３の他端面３ｄに配置された反射型拡散板１４と、光ファイバ２６の後端部２６ｂを位置決め用孔８ａに挿通させて後端部２６ｂを位置決めする位置決め部材８とを備え、導光路３、反射型拡散板１４および光ファイバ２６の光学部品を樹脂からなる封止部材７により封止したものである。なお、反射型拡散板１４を用いずに単に反射光を用いてもよい。また、図８および後述する図９および図１０において封止部材７は、透明部材として図示する。
【００３１】
この第４の実施の形態において、電気信号を光信号に変換するとともに光信号を電気信号に変換することができる電気光回路部が光ファイバ２６に光学的に接続され、電気光回路部から出力された光信号が一つの光ファイバ２６に入力すると、その光信号は、導光路３を通って反射型拡散板１４の拡散面１４ａで拡散されて反射し、再び導光路３を通って複数の光ファイバ２６に入力し、電気光回路部に伝達される。
【００３２】
図９は、本発明の第５の実施の形態に係る光配線基板を示す。この光配線基板１は、第１の実施の形態において、透過型拡散板４を用いずに、導光路３の光入射面３ａに光拡散のための凹凸パターン（拡散面）を形成したものである。なお、光拡散の均質性がさほど要求されない場合は、拡散面を設けなくてもよい。
【００３３】
図１０は、本発明の第６の実施の形態に係る光配線基板を示す。この光配線基板１は、第1の実施の形態において、光ファイバをビニル等の被覆材を備えた光ファイバ１５，１６を用いたものである。光ファイバ１５，１６は、被覆材で保護されているので、封止部材７用の樹脂７ａを図５（ａ），（ｂ）に示すローラ５０やブレード５１による塗布でも光ファイバ１５，１６のクラッドやコアに傷が付くのを防ぐことができる。
【００３４】
なお、本発明は、導光路の一端面に１つの光ファイバを接続し、導光路の他端面に複数の光ファイバを接続した光配線基板にも適用することができる。これにより一点対多点の通信を行うことができる。
また、本発明は、導光路の両端面に光ファイバを接続し、ＣＰＵ同士で通信を行うような双方向で光信号を送受信する光配線基板にも適用することができる。この場合、電気信号を光信号に変換するとともに光信号を電気信号に変換することができる電気光回路部が光ファイバに接続される。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板に光学部品の位置決めのための溝が不要になるので、製造が容易となり、光学部品のレイアウトの自由度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光配線基板を適用した光バスシステムを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光配線基板を適用した光バスシステムの要部斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る光配線基板の製造工程を示す斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ)は、光学部品の仮止め方法を示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ)は、樹脂による他の封止方法を示す斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係る光配線基板の製造工程を示す斜視図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光配線基板の製造工程を示す斜視図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る光配線基板を示す平面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る光配線基板を示す平面図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る光配線基板を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 光配線基板
２ 支持基板
３ 光導波路
３ａ 光入射面
３ｂ 光出射面
３ｃ 一端面
３ｄ 他端面
４ 透過型拡散板
４ａ 拡散面
５ 第１の光ファイバ
６ 第２の光ファイバ
５ａ，６ａ 先端部
５ｂ，６ｂ 後端部
５ｃ，６ｃ 湾曲部
７ 封止部材
７ａ 樹脂
８ 位置決め部材
８ａ 位置決め用孔
１０ 光バスシステム
１１ 電気・光変換回路部
１２ 光・電気変換回路部
１４ 反射型拡散板
１４ａ 拡散面
１５ 第１の光ファイバ
１６ 第２の光ファイバ
１５ａ，１６ａ 先端部
１５ｂ，１６ｂ 後端部
１５ｃ，１６ｃ 湾曲部
５０ ローラ
５１ ブレード
５２ 位置決めピン
５３ 位置決め用接着剤
５４Ａ，５４Ｂ 位置決め治具
５５Ａ，５５Ｂ 固定テープ
５６ 保護シール
５７ 高粘度樹脂
５８ シリンジ
５９ チューブ
Claims (14)
- 支持基板上に、板状の導光路と前記導光路の端面に光学的に接続された少なくとも一つの光ファイバとを含む光学部品が配置された光配線基板において、
前記光学部品は、樹脂により封止され、
前記光ファイバの前記導光路の前記端面に接続される端部と反対側の端部を前記支持基板の端面よりも外側に突出させ、位置決め用孔に挿通させて前記光ファイバの前記反対側の端部をの位置決めを行う位置決め部材を備えたことを特徴とする光配線基板。 - 前記少なくとも一つの光ファイバは、前記導光路の前記端面に光学的に接続された第１の光ファイバと、前記導光路の前記端面と反対側の端面に光学的に接続された第２の光ファイバであることを特徴とする請求項１記載の光配線基板。
- 前記少なくとも一つの光ファイバは、前記導光路の前記端面に光学的に接続され、前記導光路に対して光信号を入出力する複数の光ファイバであることを特徴とする請求項１記載の光配線基板。
- 前記光学部品は、前記導光路の前記端面と前記少なくとも一つの光ファイバとの間、あるいは前記端面と反対側の端面に配置され、光が透過あるいは反射したときに光を拡散する拡散部を有する光拡散体を含むことを特徴とする請求項１記載の光配線基板。
- 前記光学部品は、前記光拡散体の前記拡散部に前記樹脂が流入するのを防止する流入防止手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の光配線基板。
- 前記流入防止手段は、前記光拡散体の前記拡散部の縁近傍に塗布される高粘度樹脂であることを特徴とする請求項５記載の光配線基板。
- 前記流入防止手段は、前記光拡散体の前記拡散部の縁近傍に貼り付けられるテープであることを特徴とする請求項５記載の光配線基板。
- 前記樹脂の屈折率は、前記導光路あるいは前記光ファイバのコア材料の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の光配線基板。
- 前記支持基板は、可撓性を有することを特徴とする請求項１記載の光配線基板。
- 電気信号を光信号、あるいは光信号を電気信号に変換する変換回路部と、前記変換回路部との間で光信号の送受信を行う光配線基板とを有する光バスシステムにおいて、
前記光配線基板は、支持基板上に、板状の導光路と前記導光路の端面に光学的に接続された少なくとも一つの光ファイバとを含む光学部品が配置され、
前記光学部品は、樹脂により封止され、
前記光ファイバの前記導光路の前記端面に接続される端部と反対側の端部を前記支持基板の端面よりも外側に突出させ、位置決め用孔に挿通させて前記光ファイバの前記反対側の端部の位置決めを行う位置決め部材を備えたことを特徴とする光バスシステム。 - 支持基板上に、板状の導光路と前記導光路の端面に光学的に接続された少なくとも一つの光ファイバとを含む光学部品が配置された光配線基板の製造方法において、
前記光学部品を前記支持基板上に仮止めし、
前記光学部品を樹脂により封止し、
前記光ファイバの前記導光路の前記端面に接続される端部と反対側の端部を、前記支持基板の端面よりも外側に突出させ、位置決め部材に設けた位置決め用孔に挿通させて前記光ファイバの前記反対側の端部の位置決めを行うことを特徴とする光配線基板の製造方法。 - 前記仮止めは、接着剤あるいはテープを用いて行い、前記封止は、前記仮止め用の前記接着剤あるいは前記テープの上から行うことを特徴とする請求項１１記載の光配線基板の製造方法。
- 前記仮止めは、前記光ファイバと前記導光路の屈折率と同等の屈折率を有する接着剤を用いて行い、前記光ファイバの端面と前記導光路の端面の間隙部を前記接着剤で充填する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の光配線基板の製造方法。
- 前記光学部品は、前記導光路の前記端面と前記少なくとも一つの光ファイバとの間、あるいは前記端面と反対側の端面に配置され、光が透過あるいは反射したときに光を拡散する拡散部を有する光拡散体を含み、
前記光拡散体は、屈折率の異なる粒子が内部に分散されたタイプのものであり、
前記仮止めは、前記光ファイバと前記導光路の屈折率と同等の屈折率を有する接着剤を用いて行い、前記光拡散体と前記光ファイバの端面あるいは前記導光路の端面との間隙部を前記接着剤で充填する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の光配線基板の製造方法。
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