JP6001415B2

JP6001415B2 - 光装置用基板および光装置

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Publication number: JP6001415B2
Application number: JP2012240228A
Authority: JP
Inventors: 武井　裕介; 裕介武井; 光治坂井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: JP2014089395A

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（例えば、光ファイバ）を有する配線部品（すなわち、光装置用基板）を含む光装置の例として、半導体回路素子と光素子が搭載された光装置用基板とをボンディングワイヤによって電気的に接続されたものがある。

特開2012−137532号公報

背景技術のボンディングワイヤを有する構造に関しては、空間中に設けられたボンディングワイヤの接続部分において電気的な不連続による電気的特性の低下が生じやすいものであった。そして、電気的特性が低下することによって、信号の伝送特性が低下する可能性があった。

本発明の一つの態様による光装置用基板は、セラミックスからなり、半導体回路素子用の第１の実装面と第１の実装面に交わるような位置関係に設けられた光素子用の第２の実装面とを有している絶縁基体と、第１の実装面から第２の実装面にかけて設けられた配線導体とを含んでいる。絶縁基体は、第２の実装面から第２の実装面に対向する端面にかけて設けられた貫通孔を有するフェルールを含んでおり、貫通孔は、光素子に光学的に結合される光ファイバの挿入部分である。

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と、光装置用基板の第１の実装面に設けられた半導体回路素子と、光装置用基板の第２の実装面に設けられており半導体回路素子に電気的に接続された光素子と、光装置用基板の貫通孔内に設けられており光素子に光学的に結合された光ファイバとを含んでいる。

本発明の一つの態様による光装置用基板は、セラミックスからなり、半導体回路素子用の第１の実装面と第１の実装面に交わるような位置関係に設けられた光素子用の第２の実装面とを有している絶縁基体と、第１の実装面から第２の実装面までにかけて設けられた配線導体とを含んでいる。絶縁基体は、第２の実装面から第２の実装面に対向する端面にかけて設けられた貫通孔を有するフェルールを含んでおり、貫通孔は、光素子に光学的に結合される光ファイバの挿入部分である。本発明の一つの態様による光装置用基板は、このような構成を有していることによって、背景技術に記載されたようなボンディングワイヤを有する構造に比べて、電気的な不連続が生じにくく、電気的特性が向上された光装置を実現することができる。そして、電気的特性を向上させることによって、信号の伝送特性が向上され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と、光装置用基板の第１の実装面に設けられた半導体回路素子と、光装置用基板の第２の実装面に設けられており半導体回路素子に電気的に接続された光素子と、光装置用基板の貫通孔内に設けられており光素子に光学的に結合された光ファイバとを含んでいることによって、電気的な不連続が生じにくく、電気的特性が向上されている。そして、電気的特性が向上されていることによって、信号の伝送特性が向上されている。

（ａ）は本発明の実施形態における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１（ａ）および（ｂ）に示された光モジュールにおいて半導体回路素子および光素子を省略した状態を示す斜視図である。図２に示された光モジュールの他の構造例において半導体回路素子および光素子を省略した状態を示す斜視図である。図２に示された光モジュールの他の構造例において半導体回路素子および光素子を省略した状態を示す斜視図である。

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（ａ）、（ｂ）および図２に示されているように、本実施形態の光モジュールは、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。なお、図２においては、半導体回路素子22および光素子23の図示を省略している。

図１（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１（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に実装された半導体回路素子22および光素子23と、光装置用基板21内に設けられた光ファイバ24とを含んでいる。

光装置用基板21は、絶縁基体25と、絶縁基体25の表面に形成された配線導体26および27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り、半導体回路素子22用の第１の実装面25ａと第１の実装面25ａに交わるような位置関係に設けられた光素子23用の第２の実装面25ｂとを有している。図１および図２に示された例において、第２の実装面25ｂは、第１の実装面25ａに垂直に交わる位置関係に設けられている。

絶縁基体25は、例えば、光通信等に用いられる円筒状のフェルールを加工することによって形成され得る。円筒状のフェルールの側面の一部を加工して平坦面を形成することによって、実装基板１に対向する下面を形成し得る。また、第１の実装面25ａおよび第２の実装面25ｂを形成するように、円筒状のフェルールの端部の一部を取り除くことによって、図１および図２に示されたような構造の絶縁基体25を準備することができる。

図２に示されているように、絶縁基体25は、第２の実装面25ｂから第２の実装面25ｂに対向する端面25ｃにかけて設けられた貫通孔25ｄをさらに有しており、貫通孔25ｄは、光素子23に光学的に結合される光ファイバ24の挿入部分である。

例えば、絶縁基体25が光通信等に用いられるフェルールを加工することによって形成されている場合には、もとになるフェルールにおいて位置精度よく光ファイバ用の貫通孔を形成する技術は確立されているため、絶縁基体25における貫通孔25ｄの位置精度が向上されている。

配線導体26は、第１の実装面25ａから第２の実装面25ｂにかけて設けられており、半導体回路素子22と光素子23とを電気的に接続するために用いられる。配線導体26は、例えば、スパッタ等の薄膜形成によって絶縁基体25の表面に設けられている。

配線導体27は、絶縁基体25の第１の実装面25ａから絶縁基体25の下面にかけて設けられており、半導体回路素子22と絶縁基体25の下面に設けられた外部端子とを電気的に接続するものである。配線導体27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とを含んでいる。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、絶縁基体25における第１の実装面25ａ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、絶縁基体25における第２の実装面25ｂに実装されており、表面配線導体26に電気的に接続されている。光素子23は、光ファイバ24に光学的に結合されている。

本実施形態における光装置用基板21は、半導体回路素子22用の第１の実装面25ａと第１の実装面25ａに交わるような位置関係に設けられた光素子23用の第２の実装面25ｂとを有している絶縁基体25と、第１の実装面25ａから第２の実装面25ｂにかけて設けられた配線導体26とを含んでいる。絶縁基体25は、第２の実装面25ａから第２の実装面25ｂに対向する端面25ｃにかけて設けられた貫通孔25ｄをさらに有しており、貫通孔25ｄは、光素子23に光学的に結合される光ファイバ24の挿入部分である。本発明の一つの態様による光装置
用基板21は、このような構成を有していることによって、背景技術に記載されたようなボンディングワイヤを有する構造に比べて、電気的な不連続が生じにくく、電気的特性が向上された光装置を実現することができる。そして、電気的特性を向上させることによって、信号の伝送特性が向上された光装置を実現することができる。

また、図３に示されているように、本実施形態の光装置２において光装置用基板21は多層構造基板であってもよい。光装置用基板21が多層構造基板であることによって、第１の実装面25ａの配線導体26の直下の層に接地層を設けることで、マイクロストリップライン構造にでき、インピーダンス整合が可能となる。したがって、配線導体26に関して優れた高速伝送特性を有する光モジュールとすることができる。なお、図１および図２においては、コプレーナ線路にすることが可能である。

光ファイバ24が挿入される貫通孔25ｄは、下方へ向かうに伴って幅が狭くなっており、光ファイバの位置合わせ精度が向上されている。特に、図３に示されているように、光装置２が複数の光ファイバ24を有する構造においては、各々の光ファイバ24の位置精度が重要である。

また、図４に示されているように、本実施形態の光装置２において光装置用基板21は、多層構造基板21ａ上に、例えばフェルール等の円筒状の部品が長手方向に一部切り欠いて得られた半円柱状部品21ｂが接合された構造のものであってもよい。

図４に示された構造においては、多層構造基板21ａを有していることによって、図３に示された構造と同様に、第１の実装面25ａの配線導体26の直下の層に接地層を設けることで、マイクロストリップライン構造にでき、インピーダンス整合が可能となる。

また、多層構造基板21ａ上に設けられた半円柱状部品21ｂを有していることによって、図２等に示された構造と同様に、例えばフェルールを加工することによって形成されている場合には、もとになるフェルールにおいて位置精度よく光ファイバ用の貫通孔を形成する技術が確立されているため、半円柱状部品21ｂにおける貫通孔の位置精度が向上されている。なお、図４に示された構造において、光装置用基板21は、複数の半円柱状部品21ｂを有している。

図４に示された構造の製造方法としては、例えば、焼成される前のセラミック成形体の多層構造基板21ａと半円柱状部品21ｂとを熱可塑性樹脂等によって接合して、焼成して一体化させる方法などがある。

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 光ファイバ
25 絶縁基体

Claims

セラミックスからなり、半導体回路素子用の第１の実装面と該第１の実装面に交わるような位置関係に設けられた光素子用の第２の実装面とを有している絶縁基体と、
前記第１の実装面から前記第２の実装面にかけて設けられた配線導体とを備えており、
該絶縁基体が、前記第２の実装面から該第２の実装面に対向する端面にかけて設けられた貫通孔を有するフェルールを含んでおり、該貫通孔が、前記光素子に光学的に結合される光ファイバの挿入部分であることを特徴とする光装置用基板。
前記絶縁基体が多層構造を有しており、前記配線導体のうち前記第１の実装面に設けられた部分の直下に接地層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光装置用基板。
前記貫通孔が、下方に向かうに伴って幅が狭まっていることを特徴とする請求項２に記載の光装置用基板。
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第１の実装面に設けられた半導体回路素子と、
前記光装置用基板の前記第２の実装面に設けられており、前記半導体回路素子に電気的に接続された光素子と、
前記光装置用基板の前記貫通孔内に設けられており、前記光素子に光学的に結合された光ファイバとを備えていることを特徴とする光装置。