JP5586323B2 - 光伝送基板および光モジュール - Google Patents

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本発明は、光伝送基板および光モジュールに関する。
近年、情報処理能力の向上を図るべく、集積回路素子などの電気素子の間の電気通信を光伝送に変更することが検討されている。例えば、特許文献1には、集積回路素子と、光導波路と、発光素子などの光電変換素子と、を具備する光伝送基板が開示されている。集積回路素子は、駆動素子などを介して光電変換素子に電気信号を伝送する機能を担っている。
特開2006−120956号公報
しかし、光導波路は種々の素子で生じる熱によって、屈折率などの光学特性が変化する場合があった。このような素子で生じる熱は、素子に接続される電気的な配線を介して伝達される場合がある。特に、複数ある光導波路の間に温度分布が生じると、光導波路を伝送される光の位相にズレが生じて、光信号を同期するのが難しくなる場合がある。
本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、光学特性の優れた光伝送基板および光モジュールを提供することを目的とする。
本発明の光伝送基板は、第1電気配線を有している基体と、該基体の上に形成された、伝送方向に沿って光を伝送する光導波路を有し、該光導波路は光を伝送する伝送部、光の光路を変更する光路変更部および光が伝送しない非伝送部を有している光学層と、該光学層を厚み方向に貫通して形成された、前記第1電気配線に接続されている貫通導体と、前記光学層の上に形成され且つ前記貫通導体に接続された、光電変換を行う光素子に接続される第2電気配線とを有しており、該第2電気配線は、前記貫通導体に接続されている第1接続部と、前記光素子に接続される第2接続部と、前記第1接続部および前記第2接続部の間を接続している主配線とを有しており、前記第1接続部および前記第2接続部の幅に比べて前記主配線の幅が狭くなっているとともに、前記第1接続部が平面視において前記光導波路の前記非伝送部と重なるように配置されている。
本発明の光モジュールは、本発明に係る光伝送基板と、該光伝送基板の上に実装されている光素子とを有する。
本発明によれば、光学特性の優れた光伝送基板および光モジュールを提供することができる。
本発明に係る光モジュールの1つの実施形態の概略構成を示す平面図である。 図1に示した発光モジュールのII−II線に沿った要部断面図である。 本発明に係る光伝送基板の1つの実施形態の概略構成を示す平面図である。 図3に示した光伝送基板の要部を拡大した平面図である。 図4に示した光伝送基板の要部断面図である。 本発明に係る光伝送基板の他の実施形態の概略構成を示す平面図である。
<光伝送基板および光モジュール>
以下、本発明に係る光伝送基板および光モジュールの一実施形態として光伝送基板11および光モジュール10を例示し、図面を参照しつつ説明する。
図1,2に示した光モジュール10は、基体20と、光学層30と、電気配線40と、光素子としての光電変換素子50と、回路素子60とを備えている。この基体20と、光学層30と、電気配線40とは、光伝送基板11として機能する。
基体20は、光学層30および電気配線40を支持する機能を担っている。この基体20の厚みとしては、例えば0.1〜2〔mm〕の範囲が挙げられる。この基体20としては、例えばガラス基材エポキシ樹脂基板、ガラス基材銅張基板、ポリイミド樹脂基板、セラミック基板などが使用される。この基体20は、単層の基板、または複数の基板を積層した積層体として形成される。
この基体20としては、ベース基体とビルドアップ層とから構成され、貫通導体を有するビルドアップ基板が好適に用いられる。この貫通導体としては、中央が中空となった形状でも、また中央が導電ペーストなどにより埋められた構成でもかまわない。この貫通導体は、めっき法、金属膜の蒸着法、導電性樹脂の注入法などの方法を用いて形成できる。このようにビルドアップ基板に貫通導体が設けることによって、貫通導体を介して良好な放熱が可能となる。このビルドアップ層は、樹脂絶縁層と導電層とから構成される。樹脂絶縁層としては、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂、レジンビスマレイミドトリアジン樹脂などが使用される。この樹脂絶縁層の厚みとしては、例えば10〜70〔μm〕の範囲が挙げられる。この樹脂絶縁層は、レーザで微細な穴あけが可能であることが好ましい。この樹脂絶縁層によってビルドアップ層は、積層して複雑な電気配線パターンを引き回したり、狭い範囲に集約したりすることができる。このビルドアップ層の導電層は、種々の電極に電気的に接続されており、一部が電気配線40にも電気的に接続されている。
この基体20の上面の所定領域には、光学層30が形成されている。光学層30は、光伝送基板11としての光の側面を担っている。この光学層30は、クラッド部31と、コア部32とを含んでいる。
このクラッド部31は、光学層30の母体として機能している。このコア部32は、クラッド部31の中に形成されている。このコア部32の屈折率は、クラッド部31の屈折率に比べて大きくなっている。クラッド部31の屈折率に比べてコア部32の屈折率を大きくすることで、光学層30は、光信号を閉じ込めることができるようになり、光導波路として機能することができるようになる。本実施形態のコア部32は、一部が光導波路32aとして機能している。このコア部32の屈折率としては、クラッド部31の屈折率に対しての比屈折率差が0.8〜3〔%〕の範囲内であることが好ましい。
このコア部32は、クラッド部31の中に複数形成されており、各々が第1方向D1,D2に沿って延びている。この複数のコア部32は、第1方向D1,D2に交わる第2方向D3,D4に沿って配列されている。本実施形態では、第1方向D1,D2と、第2方向D3,D4とが直交している。また、第1方向D1,D2および第2方向D3,D4に交わる方向を第3方向D5,D6としている。本実施形態では、第3方向が第1方向D1,D2および第2方向D3,D4に直交している。本実施形態では、コア部32が延びている第1方向D1,D2が光伝送方向となり、コア部32が配列される第2方向D3,D
4が配列方向となり、基体20に光学層30が積層される第3方向D5,D6が上下方向となる。
このコア部32の第1方向における間隔としては、例えば25〜45〔μm〕の範囲が挙げられる。コア部32の大きさとしては、第2方向D3,D4と第3方向D5,D6とに広がる面方向D3,D4−D5,D6において、一辺の長さまたは直径が例えば20〜100〔μm〕の範囲が挙げられる。
このコア部32には、光路変更部32bが形成されている。この光路変更部32bは、光導波路32aの端部に形成されている。この光路変更部32bは、光導波路32aを伝送する光を、光導波路32aの外部に伝送するように光路変換する機能、または光導波路32aの外部から入射される光を光導波路32bの内部へ光路変換する機能を担っている。つまり、このコア部32は、光路変換部32bよりも第1方向D1,D2におけるD1方向側に位置する部位が光導波路32aとして機能し、光路変換部32bよりも第1方向D1,D2におけるD2方向側に位置する部位が光導波路32aとして機能していない。
本実施形態では、光路変更部32bとして光反射面が形成されている。この光反射面は、光導波路32aの光軸に対して傾斜しており、光の反射によって光路変更が可能となっている。この光反射面の傾斜角は、光導波路32aの光軸方向と、光路変更する方向との二等分角であることがこのましく、この二等分角から±3度の範囲に形成される。
本実施形態の光学層30は、上面から窪んでいる窪み部30aが形成されている。この窪み部30aは、クラッド部31およびコア部32が内周面に現れている。本実施形態では、窪み部30aによって、1つのコア部32が2つに分かれている。本実施形態では、この窪み部30aの内面に現れているコア部32の一部が光反射面として機能している。本実施形態では、この光反射面を光路変更部32bとしている。
また、この窪み部30aは、光反射面を介して光導波路32aに光を入射する入射口、または光反射面を介して光導波路32aを伝送する光を取り出す出射口として機能している。この窪み部30aは、第3方向D5,D6に沿って広がっている。そのため、光反射面は、第1方向D1,D2および第3方向D5,D6に対して、略45°、具体的には42°〜48°の範囲で傾いている。なお、窪み部30aは、入射口、出射口として機能する範囲において、中空であっても充填物があっても構わない。
また、本実施形態では、光路変更部32bが第2方向D3,D4に沿って2列に配列されている。この複数の光路変更部32bからなる列は、第1方向D1,D2において、2列に配列されている。複数の光路変更部32bは、第1方向D1,D2におけるD2方向側に配置されている第1光路変更部32bと、第1方向D1,D2におけるD1方向側に配置されている第2光路変更部32bとが、第2方向D3,D4において交互に配列されている。そのため、本実施形態の光導波路32aは、相対的に長い第1光導波路32aと、短い第2光導波路32aとが交互に配列されている。
このクラッド部31と、コア部32とを形成する材料としては、例えば直接露光法が使用可能な樹脂、または屈折率変化法が使用可能な樹脂などが挙げられる。直接露光法が使用可能な樹脂としては、例えば感光性を有する樹脂が挙げられ、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが含まれる。また、屈折率変化法が使用可能な樹脂としては、紫外線(Ultra-Violet radiation、UV線)の照射により屈折率が低下する特性を有する樹脂が挙げられ、例えばポリシランなどの樹脂が含まれる。
なお、直接露光法とは、クラッド部31の下部を形成後、コア部32の材料を塗工して
マスク露光によりコア部32を形成し、その上面および側面にさらにクラッド部31の材料を塗工形成して光学層30を作製する方法である。また、屈折率変化法とは、コア部32となる部位以外にUV線の照射を行ない、コア部32となる部位以外の屈折率を低下させることによって光導波路を作製する方法である。
電気配線40は、第1電気配線41、第1貫通導体42、第2電気配線43、第2貫通導体44を有している。この電気配線40は、光伝送基板11において、光電変換素子50と、回路素子60とを電気的に接続する機能を担っている。
第1電気配線41は、基体20の上面に形成されている。この第1電気配線41は、第1端部が第1貫通導体42に接続され、第2端部が第2貫通導体44に接続されている。第1貫通導体42は、光学層30を第3方向D5,D6に貫通して形成されている。本実施形態の第1貫通導体42は、クラッド部31およびコア部32を貫通して形成されている。第1貫通導体42は、D5方向側の端部が第1電気配線41の第1端部に接続され、D6方向側の端部が第2電気配線43に接続されている。この第2電気配線43は、光学層30の上面に形成されている。この第2電気配線43は、D1方向側の端部(432)が光電変換素子50に接続され、D2方向側の端部(431)が第1貫通導体42に接続されている。また、第2貫通導体44は、光学層30を第3方向D5,D6に貫通して形成されている。第2貫通導体44は、D5方向側の端部が第1電気配線41の第2端部に接続され、D6方向側の端部が回路素子60に電気的に接続されている。
この第2電気配線43は、第1接続部43aと、第2接続部43bと、主配線43cとを含んで構成されている。この第1接続部43aは、第1貫通導体42に接続される部位である。この第2接続部43bは、光電変換素子50に電気的に接続される部位である。主配線43cは、第1接続部43aと第2接続部43bとの間に位置している部位である。この主配線43cの幅は、第1接続部43aおよび第2接続部43bの幅に比べて狭くなっている。この光伝送基板11では、主配線43cの幅を狭くすることで、電気特性を所望の値に調整できると同時に、第1貫通導体42を介して光電変換素子50に伝わる熱量を小さくすることができる。
この主配線43cの幅とは、電気伝送方向に対して直交する直交方向における幅である。また、電気伝送方向とは、主配線43cを伝わって電気信号が伝送される方向である。また第1接続部43aおよび第2接続部43bの幅とは、当該接続部の中心を通り、前述の主配線43cの直交方向における幅である。本実施形態では、主配線43cが第1方向D1,D2に沿って延びて形成されている。本実施形態における主配線43cの幅とは、第2方向D3,D4に沿った幅をいう。
この第2電気配線43は、2つが対となって1つの光電変換素子50に接続されている。この第2電気配線43の対の一方と他方との間の領域のD5方向側、すなわち、基体20側の方向には、コア部32が位置している。つまり、本実施形態では、平面視した際に、コア部32の第2方向D3,D4の両側に第2電気配線43の対のそれぞれが位置している。ここで、「平面視」とは、第3方向D5,D6におけるD5方向視をいう。また、本実施形態では、第2電気配線43の対から観て、当該対の間に位置するコア部32を、第1コア部としている。
また、複数の第2電気配線43の対のうち隣り合って配置されている第1の対と第2の対との間の領域のD5方向側には、コア部32が位置している。本実施形態では、第1光導波路32aから観て、D3方向側に位置する第2電気配線43の第1の対を第1配線対43Lとし、D4方向側に位置する第2電気配線43の第2の対を第2配線対43Rとしている。本実施形態では、第1配線対43Lおよび第2配線対43Rから観て、当該2
つの対の間に位置するコア部32を、第2コア部としている。結果、本実施形態では、平面視した際に、第1光導波路32aの第2方向D3,D4の両側に、D1方向側に位置する第2電気配線43の対がそれぞれ位置している。
第1配線対43Lおよび第2配線対43Rは、第2電気配線43の各部位の中心と、第1光導波路32aとの距離が異なっている。この第2電気配線43は、第1光導波路32aと主配線43cとの間隔に比べて、第1光導波路32aと第1接続部43aの中心との間隔が大きくなっている。また、当該第1接続部43aに接続される第1貫通導体42の中心と、第1光導波路32aとの間隔は、主配線43cと第1光導波路32aとの間隔に比べて大きくなっている。このようにして、第1貫通導体42と、第1光導波路32aとの間隔を大きくすることによって、光伝送基板11は、第1貫通導体42を介して伝わる熱によって第1光導波路32aの光学特性が変化するのを抑えることができる。このような伝熱による光学特性の変化は、D1方向側に位置する第2電気配線43の対のうち、第1光導波路32aに近い一方の形状を上述のようにすることで可能となる。つまり、光伝送基板11では、コア部32のうち光導波路32aとして機能する部位と、第1貫通導体42との間隔を大きくすることで、熱による光学特性の変化に対する対策としている。
この第1接続部43aおよび第1貫通導体42の中心とは、平面視した際の中心をいう。また、この第1光導波路32aと主配線43cとの間隔とは、光伝送方向に沿って延びる部位の、配列方向における中心間の間隔をいう。また、第1接続部43aおよび第1貫通導体42の中心と、第1光導波路32aとの間隔とは、第1接続部43aおよび第1貫通導体42を平面視した際の中心と、第1光導波路32aの光伝送方向に沿って延びる部位の、配列方向における中心との間隔をいう。
また、第2電気配線43の対は、各部位の中心と、第1コア部との距離が異なっている。この第2電気配線43では、主配線43cと第1コア部との間隔に比べて、第1接続部43aの中心と第1コア部との間隔が小さくなっている。また、当該第1接続部43aに接続される第1貫通導体42の中心と、第1コア部との間隔は、主配線43cと第1コア部との間隔に比べて小さくなっている。このようにして、第1貫通導体42と、第1コア部との間隔を小さくすることによって、光伝送基板11は、第2方向D3,D4におけるコア部材32aの間隔を狭くすることができ、光導波路32aの線密度を高くして配列することができる。つまり、光伝送基板11では、コア部32のうち光導波路32aとして機能しない部位と、第1貫通導体42との間隔を小さくすることで、小型化を図っている。
また、本実施形態では、第1貫通導体42によってコア部32が第1方向D1,D2において分断されている。つまり、本実施形態の光伝送基板11では、コア部32のうち、光導波路32aとして機能する部位と、光導波路32aとして機能しない部位との間に第1貫通導体42が形成されている。そのため、本実施形態の光伝送基板11では、第1貫通導体42よりもD2方向側のコア部32を伝送する光が光導波路32aに入射されるのを抑えることができ、光通信を良好に行うことができる。
光電変換素子50は、電気配線40を介して入力される電気信号に応じて光導波路32aに光を入射する機能、または光導波路32aから照射される光を受けて電気信号に変換する機能を担っている。この光を発する光電変換素子50としては、種々の発光素子が適用できる。この光電変換素子50としては、面方向D1,D2−D3,D4に実装することができ且つD5方向に沿って光を発する発光素子が窪み部30aに光を入射するうえで好ましい。D5方向に沿って光を発する発光素子としては、例えば垂直共振器面発光レーザ(VCSEL;Vertical Cavity Surface Emitting Laser)が好ましい。光を受ける光
電変換素子50としては、例えばフォトダイオード(PD;Photo Diode)など種々の受光素子が適用できる。この受光素子としてPDを採用する場合は、応答速度の速い素子が好ましく、例えばPIN−PDなどが挙げられる。この光電変換素子50としては、面方向D1,D2−D3,D4に実装することができ、D5方向に沿って光を受ける受光素子が窪み部30aに光を入射するうえで好ましい。
光電変換素子50は、1つの素子に1つの光電変換部を有していても、1つの素子に複数の光電変換部を有していてもよい。本実施形態の光電変換素子50は、1つの素子に1つの光電変換部を有している。1つの光電変換部は、1つの窪み部30aに対応して配置される。つまり、この1つの光電変換部は、1つの光導波路32aに対応して配置される。なお、この1つの光電変換部は、1つの光導波路32aの両端側に対応して配置されていてもよい。
回路素子60は、光電変換素子50と電気的に接続されている。この回路素子60は、光電変換素子50の担う機能によって、担う機能が異なっている。光電変換素子50が光を発する場合、回路素子60は、光電変換素子50に変調された電気信号(変調電流)を入力して、光電変換素子50の発光強度を制御している。また、光電変換素子50が光を受ける場合、回路素子60は、光電変換素子50で受光する光信号強度に応じて出力される電流信号を電圧信号に変換して出力している。また、この回路素子60は、信号の波形を制御したり、ノイズ成分を除去したりする機能を併せ持っていてもよい。なお、光電変換素子50で発する電気信号の出力が小さい場合、信号を増幅する機能を担っていても良い。この信号増幅機能は、光電変換素子50自体が有していてもよい。また、この回路素子60は、論理演算および数値計算を行う機能を有していてもよい。
本実施形態の光電変換素子50および回路素子60は、第1接続部43aおよび第2貫通導体44に金属バンプ、導電性接着剤などによって実装される。光電変換素子50と回路素子60とは、電気配線40が第2貫通導体44を介して基体20の上に引き回されている。そのため、この光伝送基板11では、第2貫通導体を放熱経路として用いることで、回路素子60の発する熱を基体20に放熱することができる。したがって、この光伝送基板11では、回路素子60で生じる熱によって光導波路32aの光学特性が局所的に変化するのを防ぐことができる。
なお、光学層30の上には、樹脂絶縁層としてソルダレジスト層が設けられていてもよい。ソルダレジスト層は、クラッド部31の上面に、ラミネート法、またはスピンコートおよびドクターブレードに代表される塗布法を用いることで作製することができる。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
本実施形態の光伝送基板11は、第2電気配線43の対のうち、D3方向側の一方の長さに比べて、D4方向側の他方の長さが相対的に長くなっている。しかしながら、第2電気配線43の長さは、このような実施形態に限るものではない。この第2電気配線43の対は、同じ長さであってもよいし、いずれか一方が長くなっていてもよい。さらに、この第2電気配線43の長さは、各対で長さが異なっていてもよい。例えば、図6に示したように、第2電気配線43の対の長さは、配列方向において隣接する他の第2電気配線43の対とで異なっていてもよい。
この図6に示した光伝送基板11Aは、第1配線対43Lおよび第2配線対43Rが、第1光導波路32aに対して線対称に配置されている。また、当該第1配線対43Lおよび第2配線対43Rの第2電気配線43に接続されている第1貫通導体42は、第1光
導波路32aに対して線対称に配置されている。このように、第1貫通導体42を第1光導波路32aに対して線対称に配置することで、第1光導波路32aに加わる応力を相殺し、第1光導波路32aに歪みが生じるのを低減することができる。
この応力の相殺の効果は、第1配線対43Lおよび第2配線対43Rの第2電気配線43に接続される第1貫通導体42のうち、第1光導波路32aに近い一方を線対称に配置することで十分に得ることができる。また、この線対称も厳密な線対称でなくともよい。例えば、2つの第1貫通導体42を配列方向に沿って並べて形成し、この2つの第1貫通導体42の間に第1光導波路32aを形成することで十分に得ることができる。
10・・・光モジュール
11・・・光伝送基板
20・・・基体
30・・・光学層
30a・・・窪み部
31・・・クラッド部
32・・・コア部
32a・・・光導波路
32a・・・第1光導波路
32a・・・第2光導波路
32b・・・光路変更部
32b・・・第1光路変更部
32b・・・第2光路変更部
40・・・電気配線
41・・・第1電気配線
42・・・第1貫通導体(貫通導体)
43・・・第2電気配線
43a・・・第1接続部
43b・・・第2接続部
43c・・・主配線
43L・・・第1配線対
43R・・・第2配線対
44・・・第2貫通導体(第2の貫通導体)
50・・・光電変換素子
60・・・駆動素子

Claims (9)

  1. 第1電気配線を有している基体と、
    該基体の上に形成された、伝送方向に沿って光を伝送する光導波路を有し、該光導波路は光を伝送する伝送部、光の光路を変更する光路変更部、および光が伝送しない非伝送部を有している光学層と、
    該光学層を厚み方向に貫通して形成された、前記第1電気配線に接続されている貫通導体と、
    前記光学層の上に形成され且つ前記貫通導体に接続された、光電変換を行う光素子に接続される第2電気配線とを有しており、
    該第2電気配線は、前記貫通導体に接続されている第1接続部と、前記光素子に接続される第2接続部と、前記第1接続部および前記第2接続部の間を接続している主配線とを有しており、
    前記第1接続部および前記第2接続部の幅に比べて前記主配線の幅が狭くなっているとともに、前記第1接続部が平面視において前記光導波路の前記非伝送部と重なるように配置されている、光伝送基板。
  2. 前記第2電気配線は、複数設けられており、
    複数の前記第2電気配線のうち2つの前記第2電気配線は、前記第1接続部、平面視において、2つの前記第2電気配線の前記第2接続部の間を通る1つの前記光導波路と重なるように配置されている請求項1に記載の光伝送基板。
  3. 前記光導波路と前記第2電気配線とは、各々が複数設けられており、
    前記第2電気配線は、2つが対となって1つの前記光素子に接続され、
    前記第2電気配線の対のうち隣り合って配置されている第1の対と第2の対との間には、前記光導波路が設けられている、請求項1に記載の光伝送基板。
  4. 前記第1の対における2つの前記第2接続部と、前記第2の対における2つの前記第2接続部とは、平面視において、一列に配置されている請求項3に記載の光伝送基板。
  5. 前記第1の対と前記第2の対との間に設けられている前記光導波路に対して、前記第2電気配線の前記主配線との間隔に比べて、当該第2電気配線の前記第1接続部に接続された前記貫通導体の中心との間隔が大きくなっている、請求項3または4に記載の光伝送基板。
  6. 前記第1の対と前記第2の対とに接続されている前記貫通導体の対は、当該前記第1の対と前記第2の対との間に設けられている前記光導波路に対して線対称に配置されている、請求項3から請求項5のいずれかに記載の光伝送基板。
  7. 前記光学層は、前記光導波路を伝送する光の光路を変更する光路変更部をさらに有しており、該光路変更部として、前記光導波路の光軸に対して傾斜した、前記光素子の発する光を反射する光反射面が形成されている、請求項1から請求項6のいずれかに記載の光伝送基板。
  8. 前記光学層を厚み方向に貫通して形成された、前記第1電気配線に接続されている第2の貫通導体と、
    前記光学層の上に形成され且つ前記第2の貫通導体に電気的に接続された、前記光素子を駆動する駆動素子とをさらに有している、請求項1から請求項7のいずれかに記載の光伝送基板。
  9. 請求項1から請求項8のいずれかに記載の光伝送基板と、
    該光伝送基板の上に実装されている光素子とを有する、光モジュール。
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