JP4631655B2 - 光伝送モジュール、光伝送モジュールの製造方法、光インターコネクション回路及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送モジュール、光伝送モジュールの製造方法、光インターコネクション回路及び電子機器に関するものである。

近年、データ伝送ボトルネックを解消する一つの方法として、電気配線よりも高速且つ低電力で信号を送ることのできる光配線を用いてモジュール間を接続する技術が開発されている。このような技術は光インターコネクションと呼ばれており、ボード間接続又はチップ間接続におけるデータ伝送効率を飛躍的に高める技術として注目されている。

光信号を用いてデータ伝送するには、光信号の出力及び入力が可能な発光素子及び受光素子と、これら発光素子及び受光素子を接続する光配線とが必要となる。光配線は、発光素子及び受光素子を備えたモジュール（光伝送モジュール）に接続され、該モジュールとの間で光信号のやり取りを行なう。このような光配線としては、光ファイバーを利用したものや、電子基板上に形成した光導波路を利用したもの等が知られている（例えば、特許文献１〜２を参照）。
特開２００４−５４００３号公報 特開２００４−１７７９８５号公報

光インターコネクションを用いた回路（光インターコネクション回路）では、発光素子から出力された光信号を効率よく受光素子に伝送するために、発光素子、光ファイバ及び受光素子を相互に精密に位置合わせして組み付ける必要がある。例えば光配線として光ファイバを使用する場合には、発光素子が放射したり、受光素子が受け取ったりする光を、光ファイバの微小なコア部に効率的に結合（光学的に接続）させる必要があり、このため発光素子及び受光素子の動作部分（機能部）と光ファイバのコア部との間の整合には、極めて厳しい許容誤差が要求される。

このような発光素子及び受光素子（以下、これらを総称して光素子という場合がある）の動作部分と光ファイバのコア部との整合許容誤差を緩和するために、特許文献１では、光素子と光ファイバとの間に非球面鏡を設け、伝送される光信号を光ファイバのコア部に集光するようにしている。しかしながら、この方法では、光素子の動作部分、非球面鏡、及び光ファイバのコア端の３つの位置関係を正確に位置合わせしなければならず、しかも上記各要素の取り付けがそれぞれ３次元の自由度を持つため、その調整に手間がかかり、高いコストを要するという問題点がある。

一方、特許文献２では、光素子を樹脂でモールドし、その樹脂の表面に非球面鏡を設けた光伝送モジュールが開示されている。しかしながら、樹脂モールド法において、モールドの外形と、内部に埋め込まれる光素子との相対位置を合わせるのは至難の業といえる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光素子と光配線とを高精度に接続することができ、且つこれらの組み付けを容易に行なうことが可能な光伝送モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。また、このような光伝送モジュールを備えることによりデータ伝送効率を向上した光インターコネクション回路及び電子機器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の光伝送モジュールは、光配線を介して光信号の送信又は受信を行なう光伝送モジュールであって、基板と、前記光信号を送信又は受信可能な光素子と、前記光素子と前記光配線との間の光路上に設けられた光反射面とを有し、前記光反射面は回転放物面の形状を有し、前記回転放物面の焦点に前記光素子が配置され、前記基板が、前記光配線の光軸を前記回転放物面の中心軸と平行な方向に位置決めするためのガイド溝と、前記ガイド溝の一端側に設けられた嵌合用の溝とを有しており、前記光反射面が、前記基板とは異なる部材に形成されており、前記部材が、前記嵌合用の溝に嵌め込まれており、前記部材が、前記光信号に対して透明性を有する部材からなり、前記部材の所定の面に、前記光反射面を形成するための前記回転放物面の形状を有する溝が設けられ、前記部材の前記所定の面とは反対側の面であって前記光反射面と対向する位置に、前記光素子が接合されており、前記部材は、前記所定の面を前記基板と対向させて前記嵌合用の溝に嵌め込まれており、前記部材の前記光素子が接合された面と前記基板の前記嵌合用の溝が形成されていない面とは連続した平面となっており、前記部材は、前記光素子が接合された面に、前記光素子と接続された第１のパッドを有し、前記基板は、前記嵌合用の溝が形成されてない面に第２のパッドを有し、前記第１のパッドと前記第２のパッドは金属配線で接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、光素子から射出された光を全てコリメート光に変換することができるため、光配線の接続に関してコリメート光の光軸方向の位置合わせが不要になり、実質的に２次元の自由度で位置合わせを行なうことが可能になる。また、光素子と光配線との位置合わせを、光素子と回転放物面の焦点との位置合わせ、及び光配線とコリメート光の光軸との位置合わせ、の２つの工程に分けて行なうことができるため、光素子と光配線とをそれぞれ３次元の自由度で同時に調節しなければならない従来の方法に比べて、接続作業が格段に容易になる。

本発明においては、前記基板が、前記光配線の光軸を前記回転放物面の中心軸と平行な方向に位置決めするためのガイド溝を有しているものとすることができる。
この構成によれば、単に光配線をガイド溝に嵌め込むだけで位置決めができるため、光配線の接続作業が非常に簡単になる。

本発明においては、前記光素子が前記基板上に配置されており、前記回転放物面の前記焦点に前記光素子の動作部が位置する者とすることができる。また本発明においては、前記基板に半導体基板が接合されており、前記半導体基板上において前記光反射面と対向する位置に前記光素子が接合されているものとすることができる。この場合、前記光素子が、前記半導体基板とは異なる基板に形成され、転写技術を用いて前記半導体基板上に転写されたもの（微小タイル状素子）であることが好ましい。
この構成によれば、半導体基板の任意の位置に微小タイル状素子を取り付けることで、半導体基板の入出力信号を光信号に変換することができる。また、微小タイル状素子を非常に小さな形状（例えば、数百μｍ四方以下の面積と数十μｍ以下の厚さをもつもの）にすることで、非常にコンパクトな構成でありながら、従来よりも高速に信号処理することが可能になる。

本発明においては、前記光反射面が、前記基板とは異なる部材に形成されており、前記部材が、前記溝の一端側に嵌め込まれているものとすることができる。この場合、前記部材が、前記光信号に対して透明性を有する部材からなり、前記部材の所定の面に、前記光反射面を形成するための前記回転放物面の形状を有する溝が設けられ、前記部材の前記所定の面とは反対側の面であって前記光反射面と対向する位置に、前記光素子が接合されているものとすることができる。
この構成によれば、光反射面を備えた部材が、モジュール本体部をなす基板とは別に設けられるため、個々の部材の取り扱いが容易になり、歩留まりも向上する。また、このような部材は射出成形等で製造することができるため、光反射面に回転放物面の形状を精度良く形成したり、光素子が設置される面上に回転放物面の焦点を正確に配置させたりすることも容易である。この場合、光素子の位置の調節は当該部材の面上、すなわち当該面内の２軸方向の調節のみで行なうことができるため、調節作業が非常に簡単になる。

本発明の光伝送モジュールの製造方法は、光配線を介して光信号の送信又は受信を行なう光伝送モジュールの製造方法であって、前記光信号を送信又は受信可能な光素子を、前記光信号に対して透明性を有し、且つ内部に回転放物面の形状を有する光反射面を備えた部材上に接合する工程と、前記部材を、前記光配線が接続される基板に接合する工程とを有し、前記光素子の接合工程においては、前記部材として、前記光反射面と対向する面上に前記回転放物面の焦点を有する部材を用い、前記面上の前記焦点の位置に前記光素子が配置されるように、前記光素子の位置を調節し、前記部材の接合工程においては、前記基板として、前記光配線の光軸を前記回転放物面の中心軸と平行な方向に位置決めするためのガイド溝と、前記ガイド溝の一端側に設けられた嵌合用の溝とを有する基板を用い、前記部材の前記光素子が接合された面と対向する面を前記基板と対向させて前記部材を前記嵌合用の溝に嵌め込むことにより、前記部材を前記基板に接合し、前記部材の前記光素子が接合された面と前記基板の前記嵌合用の溝が形成されていない面とは連続した平面となっており、前記部材は、前記光素子が接合された面に、前記光素子と接続された第１のパッドを有し、前記基板は、前記嵌合用の溝が形成されてない面に第２のパッドを有し、前記第１のパッドと前記第２のパッドは金属配線で接続されることを特徴とする。
この方法によれば、光配線の接続に関してコリメート光の光軸方向の位置合わせが不要になり、また光素子と光配線との位置合わせを、光素子と回転放物面の焦点との位置合わせ、及び光配線とコリメート光の光軸との位置合わせ、の２つの位置合わせ工程に分けて行なうことができるため、光素子と光配線とをそれぞれ３次元の自由度で同時に調節しなければならない従来の方法に比べて、接続作業が格段に容易になる。
また、光反射面を備えた部材が、モジュール本体部をなす基板とは別に設けられるため、これらを一体に形成した場合に比べて、個々の部材の取り扱いが容易になり、歩留まりも向上する。また、このような部材は射出成形等で精度良く製造できるため、回転放物面の焦点を光素子の設置される面上に正確に配置することも容易であり、この場合には、光素子の配置位置の調節は当該部材の面上、すなわち当該面内の２軸方向の調節のみで行なうことができるため、調節作業が非常に簡単になる。

本発明においては、前記光素子の接合工程において、前記光配線が配置される方向から前記光反射面に対してコリメート光を照射し、前記光反射面で反射された前記コリメート光を観察しつつ、前記コリメート光が焦点を結ぶ位置に前記光素子が配置されるように、前記光素子の位置を調節するものとすることができる。
この方法によれば、確実に光素子を回転放物面の焦点に配置することができる。

本発明においては、前記光素子の接合工程において、前記部材に予めアライメントマークを形成しておき、前記アライメントマークを基準として、前記光素子の位置を調節するものとすることができる。
この方法によれば、より簡単に光素子の配置作業を行なうことができる。

本発明においては、前記部材の接合工程において、前記基板として、前記光配線の光軸を前記回転放物面の中心軸と平行な方向に位置決めするための溝を有する基板を用い、前記溝の一端側に前記部材を嵌め込むことで、前記部材を前記基板に接合するものとすることができる。
この方法によれば、より簡単に基板に部材を接合することができる。また、部材を嵌め込むための溝と、光配線を位置決めするための溝とが一体に形成されているので、より高い精度で光配線の光軸と回転放物面の中心軸との位置決めを行なうことができる。

本発明の光インターコネクション回路及び電子機器は、前述した本発明の光伝送モジュールを備えたことを特徴とする。この場合、前記溝には、コリメータレンズと前記光配線とが接続されたスリーブが配置されているものとすることができる。
この構成によれば、データ伝送効率の高い光インターコネクション回路及び電子機器を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
なお、以下の各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせている。

［第１の実施の形態］
［光伝送モジュール］
図１は、本発明の第１実施形態に係る光伝送モジュール１を用いた光インターコネクション回路を示す概略構成図である。図１（ａ）は、その要部を示す分解斜視図であり、図１（ｂ）は、その要部の部分断面図である。

図１に示すように、光伝送モジュール１は、光信号Ｌａを送信する光素子（発光素子）である面発光レーザ６１ａと、光信号Ｌｂを受信する光素子（受光素子）であるフォトダイオード６１ｂと、これら面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂと電気的に接続された基板７１と、基板７１が実装された光伝送基板１００と、を有している。

面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂは、それぞれ微小なタイル形状の半導体デバイス（微小タイル状素子）であり、例えば、厚さ１μｍから２０μｍ、縦横の大きさ数十μｍから数百μｍの四角形板状部材である。面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂは、それぞれシリコン基板等からなる基板７１の上面、すなわち基板７１の表面であって光伝送基板１００に対向する面、に接着されている。これら微小タイル状素子はエピタキシャルリフトオフ法と呼ばれる技術を用いて作成される。

基板７１は、例えばシリコン基板であり、面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂのドライバ回路などを含む集積回路を備えている。基板７１は、該基板７１に設けられた接続部材であるバンプ１４０を、光伝送基板１００にあらかじめ設けておいたパッド１０１上にマウントすることにより、光伝送基板１００と接続されている。

光伝送基板１００の表面には、回転放物面をその回転放物面の中心軸に平行な方向に切断して得られる形状（以下、回転放物面の形状と略記することがある）を有する溝１１０が設けられている。この溝１１０は、面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂと対向する位置にそれぞれ設けられており、その表面は光反射面１２０となっている。光反射面１２０は、面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂの各々について設けられており、面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂの各動作部分（機能部）１３は、各々その対応する光反射面１２０（すなわち回転放物面）の焦点Ｆに配置されている。

なお、図１（ｂ）において、符号Ｃは回転放物面の中心軸である。本明細書では、この中心軸Ｃに平行な方向をＺ軸方向、光伝送基板１００に垂直な方向をＹ軸方向、光伝送基板１００の平面に平行で、かつＺ軸に垂直な方向をＸ軸方向とする。

光反射面１２０は、その溝１１０の一端側において溝１３０と接続されている。溝１３０は、光配線である光ファイバ１５０ａ，１５０ｂの光軸を光反射面１２０の中心軸（回転放物面の中心軸Ｃ）と平行な方向に位置決めするための溝（ガイド溝）である。

図２（ａ）は、ガイド溝１３０を含む光伝送基板１００の構造を基板７１側から見た平面模式図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。また、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

図２（ａ）に示すように、光伝送基板１００の表面には、面発光レーザ６１ａとフォトダイオード６１ｂに対向する位置にそれぞれ溝１１１が設けられている。溝１１１のうち面発光レーザ６１ａとフォトダイオード６１ｂに対向する部分１１０は回転放物面の形状をなす湾曲した形状を有しており、その回転放物面の中心軸ＣはＺ軸と平行に配置されている。溝１１１は基板７１の外側まで延びており、この基板７１の外側に配置された部分がガイド溝１３０となっている。ガイド溝１３０はＺ軸方向に直線状に延びており、その中心軸は溝１１０の回転放物面の中心軸Ｃと一致している。ガイド溝１３０と光反射面用の溝１１０とは互いに連続して一本の溝１１１を形成しており、これによりガイド溝１３０と光反射面１２０とが一体化された構造となっている。

図２（ｂ）に示すように、光反射面１２０は、回転放物面の形状をなす湾曲した形状を有しており、その湾曲した光反射面１２０の上方に、より詳しくは、その回転放物面の焦点Ｆの位置に、それぞれ面発光レーザ６１ａとフォトダイオード６１ｂとが配置されている。

光反射面１２０には、図２（ｃ）に示すガイド溝１３０が接続されている。このガイド溝１３０には、光ファイバ１５０ａ，１５０ｂを収容するスリーブ１７０が嵌め込まれるようになっている。なお、図２（ｃ）では、ガイド溝１３０を湾曲した形状としたが、ガイド溝１３０の断面形状は必ずしもこれに限定されず、矩形状又はＶ字状の断面形状とすることもできる。

ここで、光ファイバ１５０ａ，１５０ｂは、図１（ｂ）に示す円筒状のスリーブ１７０に挿入されている。スリーブ１７０の中心部には、その円筒の中心軸に沿って細孔が設けられており、この細孔の内部に光ファイバ１５０ａ，１５０ｂの先端部が挿入されている。また、円筒の中心軸方向両端部には、その細孔よりも大きな外径の開口部が形成されている。このスリーブ１７０の一方の開口部には、光ファイバ１５０ａ，１５０ｂの被覆部１６０が挿入され、固定されている。また、他方の開口部には、砲弾型の形状を有するコリメートレンズ１８０が設けられており、このコリメートレンズ１８０の端面の中心部に、光ファイバ１５０ａ，１５０ｂの端面が設置されている。なお、このような光ファイバとしては、例えば特開２００５−１２８０９３号公報に開示されたものを用いることができる。

スリーブ１７０は、図２に示したガイド溝１３０に固定されており、これにより光ファイバ１５０ａ，１５０ｂの中心軸及びコリメートレンズ１８０の光軸Ｌが、回転放物面の中心軸Ｃ（Ｚ軸）と平行な方向に固定されるようになっている。

この構成のもと、光ファイバ１５０ｂから射出された光は、コリメートレンズ１８０によってＺ軸に平行な光（コリメート光）に変換され、回転放物面の形状を有する光反射面１２０によって、その回転放物面の焦点Ｆに配置されたフォトダイオード６１ｂの動作部分１３（受光部）に集光されるようになっている。一方、面発光レーザ６１ａから射出された光は、その動作部分１３（発光部）が回転放物面の焦点Ｆに配置されていることから、光反射面１２０によってＺ軸方向に平行な光（コリメート光）に変換され、コリメートレンズ１８０によって、光ファイバ１５０ａのコア部に集光されるようになっている。

このように、光反射面１２０とコリメータレンズ１８０とはそれぞれ、面発光レーザ６１ａ又はフォトダイオード６１ｂ（以下、これらを光素子と略記することがある）と光ファイバとの間で光信号をコリメート光として伝達可能なコリメート光学系を構成している。このようなコリメート光学系を光素子６１ａ，６１ｂと光ファイバ１５０ａ、１５０ｂとの間の光路上に配置すると、光ファイバ１５０ａ，１５０ｂを光伝送基板１００に接続する際の接続作業が非常に簡単になる。一般に、コリメート光学系を用いた光学部材の位置合わせは、集光光学系を用いた光学部材の位置合わせに比べて容易である。集光光学系の場合は、焦点が１点に固定されるため、光学部材同士を３次元の自由度で高精度に位置合わせしなければならないが、コリメート光学系の場合は、コリメート光の光軸に垂直な平面内であれば、若干位置がずれてもコリメートレンズ等で所望の位置に入射させることができるからである。例えば、光素子６１ａから出力された光Ｌａをコリメート光に変換した場合、光ファイバ１５０ａにコリメートレンズ１８０が附属されていれば、そのコリメートレンズ１８０の有効径内において若干位置がずれたとしても、全てのコリメート光を光ファイバ１５０ａのコア部に集光させることができる。すなわち、光ファイバとコリメート光学系との位置合わせは２次元の自由度のみで行なうことができ、３次元の自由度で位置合わせを行なう従来の方法に比べて遥かに作業が容易になる。

図１に戻って、光素子６１ａ，６１ｂの上面から基板７１の上面にかけては、メタル配線９１が設けられている。このメタル配線９１は、光素子６１ａ，６１ｂと基板７１とを電気的に接続する金属パターンである。メタル配線９１は、インクジェットノズル（図示せず）から金属を含む液滴を吐出して金属パターンなどを形成する液滴吐出方式で形成することが好ましい。これにより、フォトリソグラフィ、エッチングなどで金属パターンを形成するときよりも、構成材料の量を軽減でき、設計変更などにも容易に対応でき、製造コストを低減することができる。

本実施形態では、光素子６１ａ，６１ｂが実装された基板７１を光伝送基板１００に接合する場合について説明したが、これに限らず、光素子６１ａ、６１ｂを直接接合してもよい。この時、光素子はフェースアップ実装してもよいし、フェースダウン実装してもよい。フェースアップ実装のときは、光素子を接着剤で光伝送基板１００に接合し、光素子のボンディングパッドから光伝送基板１００のパッド１０１にかけてメタル配線を設けるようにしてもよい。フェースダウン実装のときは、光素子のボンディングパッドに設けられた接続部材であるバンプを光伝送基板１００のパッド１０１上にマウントすることにより接合してもよい。

また、本実施形態では光伝送基板１００が光反射面１２０を２つ有する場合について説明したが、これに限らず１つまたは２つ以上でもよい。

また、本実施形態では光素子６１ａとして面発光レーザを用い、光素子６１ｂとしてフォトダイオードを用いたが、これに限らず、光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などを用いてもよい。

また、本実施形態では光素子を２つ備える場合について説明したが、これに限らず光素子を１つまたは２つ以上備えてもよい。

［光伝送モジュールの製造方法］
次に、光伝送モジュール１の製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。
なお、本製造方法では、光素子６１ａ，６１ｂとして化合物半導体デバイス（化合物半導体素子）を用い、これを基板７１となるシリコン・ＬＳＩチップ上に接合する場合について説明するが、半導体デバイスの種類及びＬＳＩチップの種類は必ずしもこれに限定されない。また、本実施形態における「半導体基板」とは、半導体物質から成る物体をいうが、板形状の基板に限らず、どのような形状であっても半導体物質であれば「半導体基板」に含まれる。

また基板７１としては、シリコン半導体のみならず、石英基板又はプラスチックフィルムを適用してもよい。シリコン半導体を最終基板７１とした場合は、ＣＣＤ（電荷結合素子）を有する基板としてもよい。

＜第１工程＞
図３は、光伝送モジュール１の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
本工程においては、上述シリコン・ＬＳＩチップを光伝送基板１００に接合する。この工程においては、光素子６１（面発光レーザ６１ａ、フォトダイオード６１ｂ）が光反射面１２０における回転放物面の焦点Ｆに配置されるように、基板７１の位置を調節する。

具体的には、光素子６１の動作部分１３から光を放射し、光反射面１２０で反射した光ＬｃがＺ軸方向（光ファイバが配置される方向）おいてコリメート光になるように、基板７１の位置を調節する。動作部１３が焦点Ｆに配置されていれば、光反射面１２０で反射した光Ｌｃは全てコリメート光となるからである。

このようにして基板７１の位置が調節されたら、図１（ｂ）に示したバンプ１４０によって基板７１と光伝送基板１００とを接合する。光伝送基板１００としては、例えば、ガラスエポキシ基板、ポリイミド基板、耐熱プラスチック基板、セラミック基板、金属基板等を用いることができる。

前述のように、光伝送基板１００には、光反射面用の溝１１０及びガイド用の溝１３０からなる直線状の溝が設けられている。このような光伝送基板１００は、型抜き、型押し、射出成形、切削加工等によって製造することができる。これらの方法によれば、光伝送基板１００上に所望の溝を安いコストで精度良く形成することができる。

光反射面用の溝１１０には、高反射率の光反射膜を形成する。光反射膜の形成は、スパッタ法、蒸着法、メッキ法、インクジェット法、スプレー法等の種々の方法を用いることができ、いずれの方法でも十分な反射率を有する光反射面１２０を形成することできる。

なお、図３では、光素子６１を基板７１の光反射面１２０と対向する面に配置しているが、シリコン基板等では１１００ｎｍを超えるような長波長の光は透過されるため、このような光を使ってデータ伝送を行なう場合には、光素子６１を光反射面１２０とは反対側の面に配置することも可能である。

図４は、第１工程の他の例を示す概略断面図である。
図４では、Ｚ軸方向からカメラ３００で観察し、光反射面１２０に光素子６１の動作部１３が結像するように、基板７１の位置を調節している。この方法では、動作部１３が発光素子又は受光素子のいずれであっても適用することが可能である。

＜第２工程＞
以上により、光伝送モジュール１が完成したら、光伝送基板１００のガイド溝１３０に光ファイバを設置する。
光ファイバは、図１（ｂ）に示したコリメートレンズ１８０を備えたものを用いる。このような光ファイバは、例えば特開２００５−１２８０９３号公報に開示された方法により製造することができる。具体的には、前述したスリーブ１７０に光ファイバを挿入し、固定する。そして、砲弾型のコリメートレンズ１８０の底面に透明接着剤を設け、スリーブ１７０に接着する。接着剤が硬化する前に、コリメートレンズ１８０のアライメントを行なう。コリメートレンズ１８０のアライメントは、レンズ面側から画像認識又は目視で行なう。また、光ファイバ側からレーザ光を伝送し、レンズ面側に波面計測器を置いて観察してもよい。砲弾型のレンズを用いるので、レンズ光軸とスリーブ１７０の軸は自動的に平行になる。

光ファイバの設置は、該光ファイバを収容したスリーブ１７０をガイド溝１３０に嵌め込むことで行なうことができる。ガイド溝１３０は光伝送基板１００に対して高い精度で形成されているため、度当たりでスリーブ１７０をガイド溝１３０に嵌め込んでも、ガイド溝１３０とスリーブ１７０の軸とは略平行になるからである。

先に述べたように、動作部１３からの光はＺ軸に平行にコリメートされ、Ｚ軸はガイド溝１３０に平行且つレンズ光軸はスリーブ１７０の軸に平行なので、コリメート光とレンズ光軸とは平行になる。この場合、コリメートレンズ１８０の有効径内のコリメート光は全てコリメートレンズ１８０の焦点、すなわち光ファイバのコア部に集光する。したがって、コリメート光がレンズ有効径内にある限り、光ファイバ１５０ａ，１５０ｂ（すなわちスリーブ１７０）のアライメントは不要である。

以上説明したように、本実施形態の光伝送モジュール１においては、光素子６１ａ，６１ｂと光ファイバ１５０ａ，１５０ｂとの間の光路上に、光信号をコリメート光として伝達可能なコリメート光学系（光反射面１２０、コリメートレンズ１８０）が設けられているため、光ファイバ１５０ａ，１５０ｂの接続に関して、Ｚ軸方向の位置合わせが不要になり、実質的にＸ軸及びＹ軸の２軸の自由度で位置合わせを行なうことが可能になる。また、光素子６１ａ，６１ｂと光ファイバ１５０ａ，１５０ｂとの位置合わせを、光素子６１ａ，６１ｂと回転放物面の焦点Ｆとの位置合わせ、及び光ファイバ１５０ａ，１５０ｂとコリメート光の光軸Ｌとの位置合わせ、の２つの工程に分けて行なうことができるため、光素子６１ａ，６１ｂと光ファイバ１５０ａ，１５０ｂとをそれぞれ３次元の自由度で同時に調節しなければならない従来の方法に比べて、接続作業が格段に容易になる。

また、光伝送基板１００上にガイド溝１３０と光反射面１２０とが一体に形成されているので、光ファイバ１５０ａ，１５０ｂの光軸（レンズ光軸）と光反射面１２０の中心軸（回転放物面の中心軸Ｃ）とを高い精度で位置決めすることができる。

また、光素子６１ａ，６１ｂが発光機能又は受光機能を有する光素子として形成され、接着材を介して基板７１に接着されているので、非常にコンパクトな構成でありながら、高速に信号処理することが可能になる。

なお、本実施形態では、光伝送モジュール間を接続する光配線として光ファイバ１５０ａ，１５０ｂを用いたが、光配線は必ずしも光ファイバである必要はなく、光信号を伝送できるものであれば、どのような形態のものでも構わない。また、発光素子６１ａとして面発光レーザを用い、受光素子６１ｂとしてフォトダイオードを用いたが、発光素子及び受光素子は必ずしもこれらに限定されるものではない。さらに、受光素子６１ｂを光素子として形成し、これを基板７１に接着したが、受光素子６１ｂに関しては、シリコンでも十分な性能を有するものが形成できるため、他のドライバ回路と共に直接基板７１上に形成してもよい。

［第２の実施の形態］
［光伝送モジュール］
図１５は、本発明の第２実施形態に係る光伝送モジュール２を用いた光インターコネクション回路の要部を示す分解斜視図である。なお、第１実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１５に示すように、光伝送モジュール２は、光信号Ｌａを送信する光素子（発光素子）である面発光レーザ６１ａと、光信号Ｌｂを受信する光素子（受光素子）であるフォトダイオード６１ｂと、面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂが接合された透明部材５００と、面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂと電気的に接続された基板７１と、基板７１が実装された光伝送基板１００と、を有している。

面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂは、それぞれ微小なタイル形状の半導体デバイス（微小タイル状素子）である。これらは、それぞれ透明な接着剤を介して、透明部材５００の上面５０３に接着されている。ここで、「透明」とは、光ファイバ１５０ａ，１５０ｂを介して伝送される光信号に対して透明性を有することを意味する。

透明部材５００の下面５０４には、回転放物面の形状を有する溝５１０がそれぞれ面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂと対向する位置に設けられている。この溝５１０の表面は光反射面５２０となっており、その焦点（すなわち回転放物面の焦点）は、当該溝５１０が設けられた側とは反対側の面、すなわち上面５０３に設けられている。上面５０３は平坦面となっており、この平坦面上に面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂが接着されている。光反射面５２０は、面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂの各々について設けられており、面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂの各動作部分１３は、各々その対応する光反射面５２０の焦点に配置されている。

透明部材５００の上面５０３には、複数のボンディングパッド５０１が設けられている。また、面発光レーザ６１ａの上面から透明部材５００の上面５０３にかけては、メタル配線５０２が設けられている。フォトダイオード６１ｂの上面から透明部材５００の上面５０３にかけても、メタル配線５０２が設けられている。このメタル配線５０２は、面発光レーザ６１ａとボンディングパッド５０１及びフォトダイオード６１ｂとボンディングパッド５０１を電気的に接続する金属パターンである。

メタル配線５０２は、インクジェットノズル（図示せず）から金属を含む液滴を吐出して金属パターンなどを形成する液滴吐出方式で形成することが好ましい。これにより、フォトリソグラフィ、エッチングなどで金属パターンを形成するときよりも、構成材料の量を軽減でき、設計変更などにも容易に対応でき、製造コストを低減することができる。

透明部材５００は、下面５０４を下にして光伝送基板１００上に接合されている。光伝送基板１００の表面には、溝１０５が設けられており、この溝１０５に透明部材５００を嵌め込むことで、透明部材５００が固定されている。光伝送基板１００の上面１０６（溝１０５の形成されていない面）は透明部材５００の上面５０３と連続しており、この光伝送基板１００の上面１０６には、複数のパッド１０３，１０４が設けられている。パッド１０３，１０４には、接続部材であるバンプ（図示略）を介して基板７１がマウントされており、これにより基板７１と光伝送基板１００とが電気的に接続されている。また、パッド１０３と透明部材５００のパッド５０１とは図示略の金属配線によって接続されており、これにより基板７１と面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂとが電気的に接続されている。

溝１０５は、その一端側において溝１３０と接続されている。溝１３０は、光配線である光ファイバ１５０ａ，１５０ｂの光軸を光反射面１２０の中心軸（回転放物面の中心軸）と平行な方向に位置決めするための溝（ガイド溝）である。

図６（ａ）は、ガイド溝１３０を含む光伝送基板１００の構造を透明部材５００の上面側から見た平面模式図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

図６（ａ）に示すように、光伝送基板１００の表面には、面発光レーザ６１ａとフォトダイオード６１ｂに対向する位置にそれぞれガイド溝１３０が形成されている。これらのガイド溝１３０は、一端側で、透明部材５００を嵌め込むための嵌合用の溝１０５と接続されており、これによりガイド溝１３０と嵌合用の溝１０５とが一体の溝１１２を形成している。ガイド溝１３０はＺ軸方向に直線状に延びており、その中心軸は、それぞれ透明部材５００に設けられた光反射面５２０（回転放物面）の中心軸Ｃと一致している。

図６（ｂ）に示すように、光反射面５２０は、回転放物面の形状をなす湾曲した形状を有しており、その湾曲した光反射面５２０の上方に、より詳しくは、その回転放物面の焦点Ｆの位置に、それぞれ面発光レーザ６１ａとフォトダイオード６１ｂとが配置されている。

［光伝送モジュールの製造方法］
次に、光伝送モジュール２の製造方法について説明する。
まず、面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂを設置するための透明部材５００を製造する。透明部材５００は、型抜き、型押し、射出成形、切削加工等によって製造することができる。これらの方法によれば、透明部材５００の内部に所望の溝５１０を安いコストで精度良く形成することができる。溝５１０には、高反射率の光反射膜を形成する。光反射膜の形成は、スパッタ法、蒸着法、メッキ法、インクジェット法、スプレー法等の種々の方法を用いることができ、いずれの方法でも十分な反射率を有する光反射面１２０を形成することできる。ただし、透明部材５００の界面の屈折率差が大きい場合には、光反射膜を形成しなくても当該界面で全反射を生じさせることができるため、この場合には、光反射膜を省略することができる。

次に、透明部材５００の上面５０３、すなわち溝５１０が形成された面５０４とは反対側の面に、微小タイル状素子からなる面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂを接合する。微小タイル状素子は、第１実施形態に示した方法と同じ方法で製造することができる。

図７は、光素子を接合する工程を示す概略断面図である。
図７では、光ファイバが配置される方向（Ｚ軸方向）から光反射面５２０に対してコリメート光Ｌｒを照射し、光反射面５２０で反射された光をカメラ３００で観察しつつ、この光が焦点を結ぶ位置に光素子が配置されるように、光素子の位置を調節している。透明部材５００の上面５０３にピントを合わせたカメラ３００でＹ軸方向（光素子が配置される方向）から見ると、光が焦点を結ぶ位置Ｆが観察できるため、この焦点位置を基準にアライメントすれば、光素子の位置を正確に位置決めすることが可能である。

なお、光素子を位置決めするための方法は、このような光学的手法に限られず、例えば透明部材５００を射出成形するときに、予め上面５０３にアライメントマークを形成しておき、それを基準に光素子の位置を調節してもよい。

透明部材５００に面発光レーザ６１ａ及びフォトダイオード６１ｂを接合したら、図８に示すように、透明部材５００を光伝送基板１００に接合する。光伝送基板１００には、前述した溝１１２が設けられている。このような光伝送基板１００は、型抜き、型押し、射出成形、切削加工等によって製造することができる。これらの方法によれば、光伝送基板１００上に所望の溝を安いコストで精度良く形成することができる。透明部材５００は、この溝１１２の一端側（溝１０５内）に嵌め込むことで、固定される。

以上により、光伝送モジュール２が完成したら、光伝送基板１００のガイド溝１３０に光ファイバを設置する。光ファイバは、図１（ｂ）に示したコリメートレンズ１８０を備えたものを用いる。光ファイバの設置は、該光ファイバを収容したスリーブ１７０をガイド溝１３０に嵌め込むことで行なうことができる。この工程においては、ガイド溝１３０は光伝送基板１００に対して高い精度で形成されているため、光ファイバをスリーブ１７０と共に光伝送基板１００のガイド溝１３０に嵌め込むだけでよく、実質的に位置調節は不要である。

以上説明したように、本実施形態の光伝送モジュール２においては、光反射面５２０を備えた部材５００が、モジュール本体部をなす光伝送基板１００とは別に設けられるので、光反射面と光伝送基板１００とを一体に形成した第１実施形態の構成に比べて、個々の部材の取り扱いが容易になり、歩留まりも向上する。また、このような部材５００は射出成形等で製造することができるため、光反射面５２０に回転放物面の形状を精度良く形成したり、光素子６１ａ，６１ｂが設置される面５０３上に回転放物面の焦点Ｆを正確に配置させたりすることも容易である。この場合、光素子６１ａ，６１ｂの位置の調節は透明部材５００の上面５０３上、すなわち当該面内の２軸方向の調節のみで行なうことができるため、調節作業が非常に簡単になる。

［光インターコネクション回路］
次に、上記光伝送モジュールを用いた光インターコネクション回路について説明する。
図１９は、一般的な短距離の通信に上記実施形態の光伝送モジュールを用いた例を示す模式概念図である。パーソナルコンピュータ１００１から出力された電気信号は、電気ケーブル１００２を通って上記実施形態の光伝送モジュール２０００に伝送される。この電気信号は、光伝送モジュール２０００において光信号に変換されて光ファイバー１５０（１５０ａ，１５０ｂ）へ出力される。この光信号は、光ファイバー１５０を通って通信相手の光伝送モジュール２０００に伝送される。この光信号は、光伝送モジュール２０００において電気信号に変換されて、インターネット、ＬＡＮ、プロジェクター又は外部モニタなどの周辺機器などへ出力される。なお、これらの信号の流れと逆方向へも上記と同様にして信号を伝送することができる。

前述したように、光伝送モジュール２０００に備えられた光素子と光ファイバ１５０との間の光路上には、光信号をコリメート光として伝達可能なコリメート光学系が設けられているため、パーソナルコンピュータとインターネット、ＬＡＮ又は周辺機器と間における通信を、従来よりも低コストで高速化することができるとともに、その通信に用いる配線をコンパクトにすることができ、さらに、電磁波障害（ＥＭＩ）の発生を抑制することができる。

［電子機器］
次に、上記光伝送モジュールを備えた電子機器について説明する。
図１０は、ノート型パーソナルコンピュータの構成要素として上記実施形態の光伝送モジュールを用いた例を示す模式概念図である。ノート型パーソナルコンピュータ１００１は、ＣＰＵ１０１１とビデオコントローラ１０１２と一対の光伝送モジュール２０００と光ファイバ１５０（１５０ａ，１５０ｂ）とディスプレイ１０１３とを有して構成されている。ＣＰＵ１０１１から出力された画像を示す信号は、ビデオコントローラ１０１２に入力されて所望の画像信号に変換される。この画像信号は、ノート型パーソナルコンピュータ１００１の本体側（キーボード側）に配置されている光伝送モジュール２０００に入力されて光信号に変換され、光ファイバ１５０へ出力される。この光信号は、光ファイバ１５０を通って、ノート型パーソナルコンピュータ１００１の蓋側（ディスプレイ側）に配置されている光伝送モジュール２０００に入力されて電気信号に変換され、ディスプレイ１０１３へ出力される。これらにより、ＣＰＵから出力された画像を示す信号に対応する画像がディスプレイ１０１３に表示される。

ここで、ノート型パーソナルコンピュータ１００１の本体と蓋とを接続するヒンジ部１０１４における信号線の取り回しには、寸法的制約及び電磁波障害（ＥＭＩ）の発生防止のための制約がある。しかし、本電子機器によれば、ヒンジ部１０１４における信号線の取り回しに光ファイバ１５０を用いているので、１本の通信路の伝送レートが高くなり、１本から数本の光ファイバをヒンジ部１０１４に通すだけでよくなる。また、光は電磁波放射しないため、電磁波障害（ＥＭＩ）の発生を抑制することができる。また、ノート型パーソナルコンピュータ１００１又は携帯電話に光伝送モジュールを適用するには、超小型の光伝送モジュールが必要となるが、本実施形態の光伝送モジュールであれば、容易にノート型パーソナルコンピュータ１００１又は携帯電話に組み込むことが可能となる。さらに、光伝送モジュール２０００に備えられた光素子と光ファイバ１５０との間の光路上に、光信号をコリメート光として伝達可能なコリメート光学系が設けられているため、データ伝送効率が向上し、高速なデータ処理が可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

第１実施形態に係る光伝送モジュールの概略構成図である。 光伝送モジュールの要部構成を示す平面図及び断面図である。 光伝送モジュールの製造方法の第１工程を示す工程図である。 第１工程の他の例を示す工程図である。 第２実施形態に係る光伝送モジュールの概略構成を示す斜視図である。 光伝送モジュールの要部構成を示す平面図及び断面図である。 光伝送モジュールの製造方法の一工程を示す工程図である。 図７に続く工程図である。 本発明の光伝送モジュールを用いた短距離通信の例を示す模式概念図である。 本発明の光伝送モジュールを備えた電子機器の一例を示す模式概念図である。

符号の説明

１，２，２０００…光伝送モジュール、６１…微小タイル状素子、６１ａ…面発光レーザ（光素子）、６１ｂ…フォトダイオード（光素子）、７１…基板（半導体基板）、１００…光伝送基板、１０５，１１０，１１１，１１２，１３０…溝、１２０…光反射面、１５０，１５０ａ，１５０ｂ…光ファイバ（光配線）、５００…透明部材、５１０…溝、５２０…光反射面、Ｃ…回転放物面の中心軸、Ｆ…回転放物面の焦点

Claims (7)

1. 光配線を介して光信号の送信又は受信を行なう光伝送モジュールであって、
   基板と、
   前記光信号を送信又は受信可能な光素子と、
   前記光素子と前記光配線との間の光路上に設けられた光反射面とを有し、
   前記光反射面は回転放物面の形状を有し、
   前記回転放物面の焦点に前記光素子が配置され、
   前記基板が、前記光配線の光軸を前記回転放物面の中心軸と平行な方向に位置決めするためのガイド溝と、前記ガイド溝の一端側に設けられた嵌合用の溝とを有しており、
   前記光反射面が、前記基板とは異なる部材に形成されており、
   前記部材が、前記嵌合用の溝に嵌め込まれており、
   前記部材が、前記光信号に対して透明性を有する部材からなり、
   前記部材の所定の面に、前記光反射面を形成するための前記回転放物面の形状を有する溝が設けられ、
   前記部材の前記所定の面とは反対側の面であって前記光反射面と対向する位置に、前記光素子が接合されており、
   前記部材は、前記所定の面を前記基板と対向させて前記嵌合用の溝に嵌め込まれており、
   前記部材の前記光素子が接合された面と前記基板の前記嵌合用の溝が形成されていない面とは連続した平面となっており、
   前記部材は、前記光素子が接合された面に、前記光素子と接続された第１のパッドを有し、前記基板は、前記嵌合用の溝が形成されてない面に第２のパッドを有し、前記第１のパッドと前記第２のパッドは金属配線で接続されていることを特徴とする光伝送モジュール。
2. 光配線を介して光信号の送信又は受信を行なう光伝送モジュールの製造方法であって、
   前記光信号を送信又は受信可能な光素子を、前記光信号に対して透明性を有し、且つ内部に回転放物面の形状を有する光反射面を備えた部材上に接合する工程と、
   前記部材を、前記光配線が接続される基板に接合する工程とを有し、
   前記光素子の接合工程においては、前記部材として、前記光反射面と対向する面上に前記回転放物面の焦点を有する部材を用い、前記面上の前記焦点の位置に前記光素子が配置されるように、前記光素子の位置を調節し、
   前記部材の接合工程においては、前記基板として、前記光配線の光軸を前記回転放物面の中心軸と平行な方向に位置決めするためのガイド溝と、前記ガイド溝の一端側に設けられた嵌合用の溝とを有する基板を用い、前記部材の前記光素子が接合された面と対向する面を前記基板と対向させて前記部材を前記嵌合用の溝に嵌め込むことにより、前記部材を前記基板に接合し、
   前記部材の前記光素子が接合された面と前記基板の前記嵌合用の溝が形成されていない面とは連続した平面となっており、
   前記部材は、前記光素子が接合された面に、前記光素子と接続された第１のパッドを有し、前記基板は、前記嵌合用の溝が形成されてない面に第２のパッドを有し、前記第１のパッドと前記第２のパッドは金属配線で接続されることを特徴とする光伝送モジュールの製造方法。
3. 前記光素子の接合工程においては、前記光配線が配置される方向から前記光反射面に対してコリメート光を照射し、前記光反射面で反射された前記コリメート光を観察しつつ、前記コリメート光が焦点を結ぶ位置に前記光素子が配置されるように、前記光素子の位置を調節することを特徴とする請求項２記載の光伝送モジュールの製造方法。
4. 前記光素子の接合工程においては、前記部材に予めアライメントマークを形成しておき、前記アライメントマークを基準として、前記光素子の位置を調節することを特徴とする請求項２記載の光伝送モジュールの製造方法。
5. 請求項１に記載の光伝送モジュールを備えたことを特徴とする光インターコネクション回路。
6. 前記ガイド溝には、コリメータレンズと前記光配線とが接続されたスリーブが配置されていることを特徴とする請求項５記載の光インターコネクション回路。
7. 請求項１に記載の光伝送モジュールを備えたことを特徴とする電子機器。

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