JP6204177B2

JP6204177B2 - 光装置用基板およびそれを備えた光装置

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Publication number: JP6204177B2
Application number: JP2013256172A
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: 2013-06-20
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: JP2015026046A

Description

本発明は、例えば、スーパーコンピュターまたはサーバー・ルータ等に用いられる光装置用基板およびそれを備えた光装置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おり、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）を含む光装置は、半導体回路素子および光素子が実装される基板を含んでおり、基板には半導体回路素子と光素子とを電気的に接続する電気信号用の配線が設けられている。このような装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。

国際公開ＷＯ００／０８５０５号公報

しかしながら、半導体回路素子は動作時における発熱量が多く、半導体回路素子から発生した熱によって光素子の動作特性が低下しやすいという問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体回路素子から発生した熱を絶縁基体の下面側の光素子の実装領域に伝導しにくくすることによって、光素子への熱の伝導を抑制することができる光装置用基板および光装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る光装置用基板は、上面側に半導体回路素子用の第１の実装領域を有し、下面側に第１の凹部が形成され、平面視において、前記第１の実装領域に重ならないように設けられた、前記第１の凹部内に前記半導体回路素子に電気的に接続される光素子用の第２の実装領域を有する絶縁基体を備えており、該絶縁基体は、前記第１の凹部内の前記第２の実装領域に前記絶縁基体を上下方向に貫通して設けられた、光の通路となる光通路部を有するとともに、上面側に、前記光素子に光学的に結合される光ファイバを配置するための溝を前記光通路部の側面から前記半導体回路素子の前記実装領域とは反対側の方向に位置する端面にかけて有しており、前記第１の実装領域と前記光通路部との間の上面に前記第１の実装領域に沿って第２の凹部が形成されていることを特徴とするものである。
本発明の一態様に係る光装置用基板は、上面側に半導体回路素子用の第１の実装領域を有し、下面側に第１の凹部が形成され、平面視において、前記第１の実装領域に重ならないように設けられた、前記第１の凹部内に前記半導体回路素子に電気的に接続される光素子用の第２の実装領域を有する絶縁基体を備えており、該絶縁基体は、前記第１の凹部内の前記第２の実装領域に前記絶縁基体を上下方向に貫通して設けられた、光の通路となる光通路部を有するとともに、上面側に、前記光素子に光学的に結合される光ファイバを配置するための溝を前記光通路部の側面から前記半導体回路素子の前記実装領域とは反対側の方向に位置する端面にかけて有しており、前記第１の実装領域と前記光通路部との間の内部に中空部を有するとともに前記絶縁基体の外部と前記中空部とを連通する貫通穴を有していることを特徴とするものである。

また、本発明の他の態様に係る光装置は、本発明に係る光装置用基板と、該光装置用基板の前記第１の実装領域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の実装領域に設けられており、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溝に設けられており、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ものである。

本発明の光装置用基板および光装置によれば、半導体回路素子から発生した熱を絶縁基体の下面側の光素子の実装領域に伝導しにくくすることによって、光素子への熱の伝導を抑制することができる。

（ａ）は、本発明の実施形態に係る光装置の平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す光装置のＡ−Ａにおける断面図である。（ａ）は、本発明の他の実施形態を示す光装置の平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す光装置のＢ−Ｂにおける断面図である。（ａ）は、本発明の他の実施形態を示す光装置の平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す光装置のＣ−Ｃにおける断面図である。（ａ）は、本発明の他の実施形態を示す光装置の平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す光装置のＤ−Ｄにおける断面図である。（ａ）は、絶縁基体に設けられた溝を模式的に示す斜視図、（ｂ）は，溝が設けられた絶縁基体を光通路部の側面側から見た状態を模式的に示す側面図、（ｃ）は、溝が設けられた絶縁基体を光通路部の側面側から見た他の状態を模式的に示す側面図である。

以下、本発明の実施形態に係る光装置用基板および光装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。また、光装置２は、説明の便宜上、直交座標系ＸＹＺを定義するとともに、Ｚ方向の正側を上方として、上面もしくは下面の語を用いるものとする。半導体回路素子６および光素子７が、光装置用基板３、３０〜３２に搭載された光装置を、説明の便宜上、光装置２〜２Ｃとする。

また、実施形態等の説明において、既に説明した構成と同一若しくは類似する構成については、同一の符号を付して説明を省略することがある。

＜実施の形態１＞
本発明の第１の実施の形態（実施の形態１という）に係る光装置用基板３および光装置２について、図１および図３を参照しながら以下に説明する。

図１（ａ）および（ｂ）に示すように、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１（ｂ）に示すように、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、また、光信号は実線によって模式的に示されている。図１では、半導体回路素子６から出力された電気信号に基づいて光素子７から光信号が出力される構成について例示しているが、これに限らない。光素子７による受光信号に基づいて半導体回路素子６に電気信号が入力される構成であれば、電気信号の方向および光信号の方向を示す矢印は逆向きとなる。なお、絶縁基体３ａは、上面を３Ａ、下面を３Ｂとして図示している。

実施の形態１に係る光装置用基板３は、図１に示すような構成であり、上面３Ａ側に半導体回路素子６用の第１の実装領域６ａを有し、下面３Ｂ側に第１の凹部３ｂが形成され、第１の凹部３ｂ内に半導体回路素子６に電気的に接続される光素子７用の第２の実装領域７ａを有する絶縁基体３を備えている。第１の実装領域６ａと第２の実装領域７ａとは、平面視において重ならないように設けられている。この絶縁基体３ａは、光素子７の光
の通路となる光通路部３ｇを有しており、この光通路部３ｇは、第１の凹部３ｂ内の第２の実装領域７ａに絶縁基体３を上下方向に貫通して設けられている。さらに、絶縁体３ａは、上面３Ａ側に、溝３ｉを有しており、この溝３ｉは、光通路部３ｇの側面から半導体回路素子６の実装領域６ａとは反対側の方向に位置する端面３ａｂにかけて形成されている。この溝３ｉは、光素子７に光学的に結合される光ファイバ４を配置するためのものである。このように、光装置用基板３は、半導体回路素子６と光素子７と光ファイバ４とを一体的に設けることができるものである。

また、実施の形態１に係る光装置２は、図１に示すように、光装置用基板３と、光装置用基板３に実装された半導体回路素子６および光素子７と、光装置用基板３の上面３Ａ側に設けられた光ファイバ４とで構成されている。より具体的には、光装置２は、半導体回路素子６が光装置用基板３の半導体回路素子６用の第１の実装領域６ａに設けられ、光素子７が光素子７用の第２の実装領域７ａに設けられている。さらに、光装置２は、光素子７が半導体回路素子６に電気的に接続され、光ファイバ４が光装置用基板３の溝３ｉに設けられて、光素子７に光学的に結合されている。

実装基板１は、絶縁体と絶縁体の表面部に設けられた接続パッド（図示せず）と接続パッドに電気的に接続される配線導体（図示せず）等とを含んで構成されており、光装置２は、接続パッドを介して実装基板１に実装される。配線導体は、例えば、絶縁体の表面部に設けられているが、絶縁体が多層構造であれば、絶縁体の表面部または絶縁体の内部に設けられる。

実装基板１は、絶縁体が、例えば、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂等の樹脂材料からなる絶縁材料である。配線導体は、半導体回路素子６へ入力される電気信号または半導体回路素子６から出力される電気信号等が伝送されるものである。あるいは、配線導体は、半導体回路素子６に印加される電源電圧または接地電圧等が供給されるものである。また、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。

光装置用基板３は、絶縁基体３ａと、絶縁基体３ａの内部に設けられた内部配線導体３ｈとを含んでいる。内部配線導体３ｈは、絶縁基体３ａに対して垂直方向（Ｚ方向）に形成されるビア導体と水平方向（ＸＹ面内）に形成される配線導体とから構成されている。内部配線導体３ｈは、絶縁基体３ａの内部に接地電極層（グランド電極層）を設けることで、接地電極層（グランド電極層）に挟まれるストリップ配線構造にすることができる。

したがって、光装置用基板３は、このような構造にすることによって、絶縁基体３ａ内に電磁界を閉じ込めることができるので、高速電気信号の伝送損失を抑制することができる。

例えば、絶縁基体３ａの表面に表層配線導体を設ける構造の場合には、外部からの電磁界の影響を受けやすくなるので、光装置用基板３は、上述したように、接地電極で遮蔽されたストリップ配線構造にすることが好ましい。また、絶縁基体３ａは、例えば、アルミナまたはアルミナにガラスを混ぜて焼成温度を低温化した低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）等のセラミックスの絶縁材料からなる。また、光装置用基板３は、多層構造の基板であってもよい。

絶縁基体３ａは、図１に示すように、上面３Ａ側に半導体回路素子６が実装される第１の実装領域６ａを有している。また、絶縁基体３ａは、下面３Ｂ側に第１の凹部３ｂが形成されており、この第１の凹部３ｂに光素子７が実装される第２の実装領域７ａを有している。絶縁基体３ａは、一辺の長さが、例えば、３（ｍｍ）〜１０（ｍｍ）であり、厚みが、例えば、０．５（ｍｍ）〜１．０（ｍｍ）である。また、第１の凹部３ｂは、例えば
、Ｘ方向の幅が、例えば、１（ｍｍ）〜２（ｍｍ）であり、Ｙ方向の長さが、例えば、１（ｍｍ）〜５（ｍｍ）であり、Ｚ方向の深さが、０．２（ｍｍ）〜０．４（ｍｍ）である。

また、光素子７は、絶縁基体３ａとの実装面側から光信号が出力される、または、実装面側から光信号が入力される。すなわち、光素子７はＺ方向に光信号を出力またはＺ方向から光信号が入力される。なお、第１の実装領域６ａは半導体回路素子６の大きさに相当するものであり、第２の実装領域７ａは光素子７の大きさに相当するものである。

また、絶縁基体３ａは、光通路部３ｇが第１の凹部３ｂに絶縁基体３ａを上下方向に貫通して設けられている。この光通路部３ｇは、光素子７の第２の実装領域７ａの絶縁基体３ａを貫通するように設けられており、光装置２の光ファイバ４と光素子７との間の光の通路となる。また、光通路部３ｇは、例えば、Ｘ方向の幅が、例えば、０．２（ｍｍ）〜０．５（ｍｍ）であり、Ｙ方向の長さが、例えば、１（ｍｍ）〜５（ｍｍ）であり、Ｚ方向の長さが、０．３（ｍｍ）〜０．６（ｍｍ）である。

光通路部３ｇは、平面視において、第２の実装領域７ａと重なるように、光素子７と絶縁基体３ａとが接合される部分を除いて、絶縁基体３ａを上下方向に貫通して形成される。このように、平面視において、光通路部３ｇの大きさは、光素子７の発光部の領域または受光部の領域の大きさに応じて適宜設定される。平面視における光通路部３ｇの形状は、円形状であっても四角形状であってもよく、形状には限定されない。平面視における光通路部３ｇの形状は、光素子７の発光部の領域または受光部の領域の形状に応じて適宜設定される。

絶縁基体３ａは、上面側に、光通路部３ｇを間に挟んで半導体回路素子６の第１の実装領域６ａとは反対側の領域に複数の溝３ｉが形成されている。この溝３ｉは、図５に示すように、光素子７に光学的に結合される光ファイバ４を配置するためのものであり、光通路部３ｇの側面３ｇａから半導体回路素子６の第１の実装領域６ａとは反対側の方向に位置する端面３ａｂにかけて形成されている。すなわち、溝３ｉは、図５（ａ）に示すように、光通路部３ｇの側面３ｇａから側面３ａｂに向かって延びるように、側面３ｇａまたは側面３ａｂに垂直に設けられており、絶縁基体３ａの端面３ａｂに至るまで形成されている。なお、図３は、絶縁基体３ａの光ファイバ４が配置される部分を模式的に示したものである。

また、溝３ｉは、図５（ｂ）に示すように、絶縁基体３ａの下面３Ｂ側に向かうに連れて開口部の幅が漸次減少している。図５（ｂ）では、溝３ｉがＶ溝形状の場合を例示しており、絶縁基体３ａに設けられた溝３ｉを光通路部３ｇの側面３ｇａ側からみた形状である。この場合には、光ファイバ４は、Ｖ溝形状の構造で位置合わせを行ない、接着剤を介して固定される。また、溝３ｉは光通路部３ｇの側面３ｇａ側からみた形状が逆台形状であってもよい。

溝３ｉは、ガイド機能を有しており、このガイド機能は光ファイバ４を光素子７の光軸と一致するように配置（位置決め）するためのものである。この溝３ｉに沿って光ファイバ４を実装することで、光ファイバ４と光素子７の反射光軸とを容易に一致させることができる。なお、光ファイバ４は、コア部とクラッド部とを有する周知の光ファイバを用いることができる。

光装置２が複数の光ファイバ４で構成される場合においては、各々の光ファイバ４の位置精度が重要であり、絶縁基体３ａにガイド機能を有する溝３ｉを設けることによって、光装置用基板３は、光ファイバ４の位置合わせ精度を向上させることができる。

光ファイバ４は、図１に示すように、先端部に光の進行方向を９０度屈折させる反射ミラー５を有している。反射ミラー５は、例えば、ホウケイ酸ガラス等のガラスに鏡面研磨加工を用いて、反射面を４５度に傾斜させたものである。この反射面には、金またはアルミニウム等の金属材料が、あるいは、ＳｉＯ_２やＴａ_２Ｏ_５等からなる誘電体多層膜がスパッタリング法または蒸着法等を用いて形成されている。

光ファイバ４と反射ミラー５との接続面は、光ファイバ４と反射ミラー５のガラスとの屈折率差によって生じる反射を抑制するために、反射ミラー５で反射される光の光軸に対して、数度傾斜していることが好ましい。また、光ファイバ４と反射ミラー５との接続面は、誘電体多層膜からなる反射防止膜が形成されていてもよい。反射ミラー５は、光素子７に対向する面が光素子７からの光の光軸に対して垂直に設けられており、この面には誘電体多層膜からなる反射防止膜が形成されていることが好ましい。

また、光装置用基板３は、光通路部３ｇにシリコーン樹脂等の柔軟性のある透光性樹脂材料を充填して、屈折率差を低減してもよい。反射ミラー５と光ファイバ４とはエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂等からなる透光性の接着剤を用いて接合される。反射ミラー５は、光ファイバ４に保持されていても、絶縁基体３ａに保持されていてもよい。

また、反射ミラー５は、光ファイバ４を４５度に劈開することによって、あるいは、研磨加工することによって作製することができる。なお、反射ミラー５は、劈開面あるいは研磨加工面には反射膜が形成される。

光素子７が、例えば、後述する外部共振器型垂直面発光レーザである場合には、反射ミラー５は、光素子７からの出射光軸に対して４５度の角度で設けられており、光の通路は反射ミラー５によって進行方向が９０度曲げられる。光素子７からの光は、光通路部３ｇを通過して反射ミラー５で進行方向が９０度曲げられ、光ファイバ４ａと接する面から光ファイバ４ａのコア部（図示せず）に入射される。また、光素子７が、後述するフォトダイオードである場合には、光ファイバ４からの光は、反射ミラー５で進行方向が９０度曲げられ、光通路部３ｇを通過して光素子７に入射される。

複数の内部配線導体３ｈが、半導体回路素子６の第１の実装領域６ａから光素子７の第２の実装領域７ａにかけて設けられており、また、半導体回路素子６の第１の実装領域６ａから実装基板１にかけて設けられている。複数の内部配線導体３ｈは、例えば、絶縁基体３ａがセラミックス材料からなる場合には、絶縁基体３ａとともに焼成されたメタライズ層である。

絶縁基体３ａの内部に設けられた内部配線導体３ｈは、絶縁基体３ａの下面に設けられた外部端子（図示せず）に印加された電気信号を半導体回路素子６へ伝送するものであり、また、半導体回路素子６から出力された電気信号を外部端子へ伝送するものである。さらに、内部配線導体３ｈは、電源電圧用の配線導体および接地電圧用の配線導体を含んでいる。なお、電源電圧用の配線導体および接地電圧用の配線導体は、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６にそれぞれ印加するものである。

半導体回路素子６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、また、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６は、図１に示すように、絶縁基体３ａにおける第１
の実装領域６ａに実装されており、複数の内部配線導体３ｈに電気的に接続されている。また、半導体回路素子６は、絶縁基体３ａの第１の実装領域６ａにフリップチップ方式を用いて実装されている。

光素子７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、また、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７は、図１に示すように、光通路部３ｇに位置合わせをして、絶縁基体３ａの第１の凹部３ｂにおける第２の実装領域７ａに実装されており、内部配線導体３ｈに電気的に接続されている。光素子７は、光ファイバ４に光学的に結合されている。また、光素子７は、絶縁基体３ａの第１の凹部３ｂの第２の実装領域７ａにフリップチップ方式で実装されている。

第１の凹部３ｂは、実装される光素子７の下面と実装基板１の上面との間に空隙部ができるような深さを有していることが好ましい。これによって、光素子７は、実装基板１または絶縁基体３ａからの伝熱が抑制される。また、この空隙部に耐湿性の樹脂材料を充填させるとともに、光素子７を埋めるように樹脂材料を第１の凹部３ｂの全体に充填させ、さらに、光通路部３ｇにも樹脂材料を充填することによって、光素子７は信頼性を向上させることができる。

光装置用基板３は、半導体回路素子６および光素子７がボンディングワイヤを用いて絶縁基体３ａに実装される構成に比べて、半導体回路素子６および光素子７がフィリップチップ方式で実装される構成であるため、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２を実現することができる。そして、光装置用基板３は、電気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２を実現することができる。

また、光装置用基板３は、熱伝導性が劣る光ファイバ４が絶縁基体３ａの上面３Ａ側に設けられるので、半導体回路素子６から発生した熱を絶縁基体３ａの下面３Ｂ側へ伝導しやすくなる。また、光装置用基板３は、第１の凹部３ｂの空間および光通路部３ｇの空間が低熱伝導となるので、半導体回路素子６から発生した熱を光素子７の第２の実装領域７ａに伝導しにくく、絶縁基体３ａの下面３Ｂ側へ伝導しやすくなる。これによって、光装置用基板３は、半導体回路素子６から発生した熱を絶縁基体３ａの下面３Ｂ方向から実装基板１を介して効果的に放熱することができる。したがって、実施の形態１に係る光装置用基板２を用いることによって、光装置２は光素子７の動作特性を向上させることができる。

また、光装置用基板３は、第１の凹部３ｂに光素子７を実装することで絶縁基体３ａの強度を保持しつつ、光通路部３ｇを短くすることができるので、光装置２は、光素子７から送信する場合には、出射した光の発散が小さい状態で光ファイバ４に入射でき、また、光素子７が受信する場合には、光ファイバ４から放射した光の発散が小さい状態で光素子７に入射でき、光の結合効率を高めることができる。

本発明は、上述の実施の形態１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において種々の変更、改良等が可能である。以下、他の実施の形態について説明する。なお、他の実施の形態に係る光装置用基板および光装置のうち、実施の形態１に係る光装置用基板３および光装置２と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。

＜実施の形態２＞
以下、本発明の第２の実施の形態（実施の形態２という）に係る光装置２Ａについて、図２を参照しながら説明する。

実施の形態２に係る光装置２Ａは、図２に示すような構成であり、絶縁基体３ａは、第１の実装領域６ａと光通路部３ｇとの間の上面に第１の実装領域６ａに沿って第２の凹部
３ｃが形成されている。なお、本実施形態における技術内容は、後述の実施形態４においても適用可能である。

第２の凹部３ｃのＹ方向の長さは、例えば、１（ｍｍ）〜５（ｍｍ）であり、幅は、例えば、０．１（ｍｍ）〜０．５（ｍｍ）であり、深さは、例えば、０．１（ｍｍ）〜０．５（ｍｍ）である。

第１の実装領域６ａと光通路部３ｇとの間の上面に第１の実装領域６ａに沿って第２の凹部３ｃが形成されており、光装置用基板３０は、第２の凹部３ｃを絶縁基体３ａに形成することによって、絶縁基体３ａの上面の放熱面積が凹部によって大きくなり、半導体回路素子６から発生した熱を絶縁基体３ａの上面から効果的に外部に放熱することができる。

このように、光装置用基板３０は、絶縁基体３ａの第１の実装領域６ａと光通路部３ｇとの間に第１の実装領域６ａに沿って第２の凹部３ｃが設けられているので、第２の凹部３ｃ内部の空気は絶縁基体３ａの外部の空気と熱交換が可能となり、第２の凹部３ｃの周辺部の絶縁基体３ａは温度が上昇しにくくなる。

したがって、光装置用基板３０は、第２の凹部３ｃを設けることによって、絶縁基体３ａの外部の空気と熱交換されるので、絶縁基体３ａの第２の凹部３ｃの周辺部の温度上昇が抑制される。したがって、光装置用基板３０は、光素子７用の第２の実装領域７ａの近傍に第２の凹部３ｃが設けられているので、光素子７への熱の伝導を効果的に抑制することができる。

また、光装置用基板３０は、例えば、０．２（ｍｍ）〜０．５（ｍｍ）の深さで第２の凹部３ｃを絶縁基体３ａに形成することによって、第１の実装領域６ａと第２の実装領域７ａとの間の伝熱経路を遮り、半導体回路素子６から発生した熱を光素子７の第２の実装領域７ａに伝導しにくくなり、絶縁基体３ａの下面３Ｂ側に伝導しやすくなる。

なお、伝熱経路を遮るような第２の凹部３ｃの深さは、図２で断面視において光通路部３ｇ側の第１の実装領域６ａ端部と第１の実装領域６ａ側の第１の凹部３ｂの角部とを結ぶ線よりも左側（第１の実装領域６ａ側）に第１の実装領域６ａ側の第２の凹部３ｃの角部が位置するような深さである。

このように、光装置用基板３０は、絶縁基体３ａの第１の実装領域６ａと光通路部３ｇとの間の第２の凹部３ｃの空間が低熱伝導となるので、半導体回路素子６から発生した熱を光素子７の第２の実装領域７ａに伝導しにくく、絶縁基体３ａの下面３Ｂ側へ伝導しやすくなる。これによって、光装置用基板３は、半導体回路素子６から発生した熱を絶縁基体３ａの下面３Ｂ方向から実装基板１を介して効果的に放熱することができる。したがって、実施の形態２に係る光装置用基板３０を用いることによって、光装置２Ａは光素子７の動作特性を向上させることができる。

また、光装置用基板３０は、第２の凹部３ｃによって、光ファイバ４への熱伝導が抑制され、光ファイバ４を接合する接着剤の熱変形による接合ズレ等を発生しにくくすることができる。

また、第２の凹部３ｃは、Ｙ方向の長さを平面視において第１の実装領域６ａのＹ方向の長さよりも長くすることによって、半導体回路素子６から発生した熱を光素子７の第２の実装領域７ａに伝導しにくくすることができる。また、第２の凹部３ｃは、光ファイバ４への熱伝導を抑制することができる。

＜実施の形態３＞
以下、本発明の第３の実施の形態（実施の形態３という）に係る光装置２Ｂについて、図３を参照しながら説明する。

実施の形態３に係る光装置２Ｂは、図３に示すような構成であり、絶縁基体３ａは、第１の実装領域６ａと光通路部３ｇとの間の内部に中空部３ｅを有するとともに絶縁基体３ａの外部と中空部３ｅとを連通する貫通穴３ｆを有している。なお、本実施形態における技術内容は、後述の実施形態４においても適用可能である。

中空部３ｅは、Ｘ方向の長さが、例えば、０．１（ｍｍ）〜０．５（ｍｍ）であり、Ｙ方向の長さが、例えば、１（ｍｍ）〜５（ｍｍ）であり、Ｚ方向の長さが、例えば、０．０５（ｍｍ）〜０．４（ｍｍ）である。

また、貫通穴３ｆは、中空部３ｅと絶縁基体３ａの外部とが連通して熱交換しやすい大きさに設けられており、例えば、平面視において直径が、例えば、５０（μｍ）〜３００（μｍ）の円形状に設けられている。また、貫通穴３ｆは、中空部３ｅに連通する形状であればよく、平面視における形状が楕円形状または四角形状等であってもよい。また、貫通穴３ｆのＺ方向の長さは、例えば、０．０５（ｍｍ）〜０．１（ｍｍ）である。

光装置用基板３１は、中空部３ｅの空間が低熱伝導となるので、半導体回路素子６から発生した熱を光素子７の第２の実装領域７ａに伝導しにくく、絶縁基体３ａの下面３Ｂ側へ伝導しやすくなる。これによって、光装置用基板３１は、半導体回路素子６から発生した熱を絶縁基体３ａの下面３Ｂ方向から実装基板１を介して効果的に放熱することができる。したがって、実施の形態３に係る光装置用基板３１を用いることによって、光装置２Ｂは光素子７の動作特性を向上させることができる。

また、中空部３ｅは、例えば、Ｚ方向の長さを０．１（ｍｍ）〜０．４（ｍｍ）にすることによって、第２の凹部３ｃと同様に、第１の実装領域６ａと第２の実装領域７ａとの間の伝熱経路を遮り、半導体回路素子６から発生した熱を光素子７の第２の実装領域７ａに伝導しにくくすることができる。なお、これは、貫通穴３ｆのＺ方向の長さを０．１（ｍｍ）にした場合である。

また、光装置用基板３１は、絶縁基体３ａの外部と中空部３ｅとが連通して、絶縁基体３ａの外部の空気と熱交換ができるように貫通穴３ｆを有しており、中空部３ｅの周辺部の絶縁基体３ａは温度が上昇しにくくなる。仮に、中空部３ｅが閉空間であった場合（貫通穴３ｆがない場合）には、中空部３ｅの周辺部の絶縁基体３ａは半導体素子６から発生した熱に応じて温度が上昇しやすくなる。

このように、中空部３ｅは、貫通穴３ｆを有することによって、貫通穴３ｆを介して絶縁基体３ａの外部の空気と熱交換されるので、絶縁基体３ａは中空部３ｅの周辺部の温度上昇が抑制される。したがって、光装置用基板３１は、光素子７用の第２の実装領域７ａの近傍に貫通穴３ｆを有する中空部３ｅが設けられているので、光素子７への熱の伝導を効果的に抑制することができる。

また、実施の形態２の第２の凹部３ｃにおいて、第２の凹部３ｃの大きさによって、例えば、第２の凹部３ｃと光通路部７ａとの間の絶縁基体３ａの厚みが薄くなると、絶縁基体３ａに欠け等が発生しやすくなる可能性がある。このような場合に、例えば、第２の凹部３ｃと光通路部７ａとの間の絶縁基体３ａの厚みを厚くすると、絶縁基体３ａのＸ方向の長さが長くなり、それに伴って半導体回路素子６と光素子７とを繋ぐ配線長も長くなり
やすい。

しかしながら、光装置用基板３１は、中空部３ｅに連通する貫通穴３ｆを有しており、絶縁基体３ａの上面の貫通穴３ｆの開口部の面積が小さく、絶縁基体３ａの強度の低下を抑制することができるので、たとえ、中空部３ｅと光通路部７ａとの間の絶縁基体３ａの厚みが薄くなったとしても、絶縁基体３ａに欠け等が発生しにくくなり、絶縁基体３ａのＸ方向の長さを長くしなくてもよい。これによって、光装置用基板３１は、絶縁基体３ａを小さくすることができるとともに、配線の長さが長くなるのを抑制することができる。

＜実施の形態４＞
以下、本発明の第４の実施の形態（実施の形態４という）に係る光装置２Ｃについて、図４を参照しながら説明する。

実施の形態４に係る光装置２Ｃは、図４に示すような構成であり、絶縁基体３ａは、上面３Ａ側に第３の凹部３ｄが形成されており、第３の凹部３ｄ内に半導体回路素子６用の第１の実装領域６ａが設けられている。光装置２Ｃでは、半導体回路素子６が第３の凹部３ｄ内の第１の実装領域６ａにフリップチップ方式で実装される。

半導体回路素子６が第３の凹部３ｄに設けられているので、放熱部位である実装基板１への伝熱経路が短くなり、半導体回路素子６から発生した熱が光素子７に対して伝わりにくくなり、絶縁基体の下面３Ｂ側へ伝導しやすくなる。これによって、半導体回路素子６から発生した熱を絶縁基体３ａの下面３Ｂ方向から実装基板１を介して効果的に放熱することができる。したがって、実施の形態４に係る光装置用基板３２を用いることによって、光装置２Ｃは光素子７の動作特性をさらに向上させることができる。

また、光装置２Ｃは、第１の凹３ｂに光素子７が設けられ、また、第３の凹部３ｄに半導体回路素子６が設けられており、半導体回路素子６と光素子７とが内部配線導体３ｈで電気的に接続されているので、半導体回路素子６の直下に位置する内部配線導体３ｈのビア導体の長さを短くすることができ、ビア導体によって生じる不用なインダクタンス成分を低減することができる。

また、第３の凹部３ｄは、凹部の深さが半導体回路素子６の高さ（半導体回路素子６の厚み）よりも深くなるように設けることが好ましい。第３の凹部３ｄの深さを半導体回路素子６の高さよりも深くすることによって、半導体回路素子６は、上面が絶縁基体３ａの上面３Ａよりも低くなり、第３の凹部３ｄ内部に収まることになる。これによって、光装置２Ｃは、半導体回路素子６の実装部の厚みが薄くなり小型化することができる。したがって、このような構成にすることによって、光モジュールは薄型化を実現することができる。

また、光装置２Ｃは、図５（ｃ）に示すように、光ファイバ４を絶縁基体３ａの上面３Ａよりも低くなるように設けることによって、全体として厚みが薄くなりさらに小型化することができる。この場合には、絶縁基体３ａは、図５（ｃ）に示すように、溝３ｉが絶縁基体３ａの上面３Ａよりも光ファイバ４の上部が低くなるように設けられる。

このように、光ファイバ４を絶縁基体３ａの上面３Ａよりも低くすることによって、光素子７と光ファイバ４および反射ミラー５との距離が短くなるので、光装置２Ｃは、光素子７と光ファイバ４との光の結合効率がさらによくなる。さらに、光装置２Ｃは、光素子７と反射ミラー５との距離が短くなるので、レンズレスとすることができ、構造を簡素化することができる。

また、光装置２Ｃは、第３の凹部３ｄの底面が第１の凹部３ｂの底面よりも下側に位置するように設けてもよい。これによって、半導体回路素子６から発生した熱は、光素子７に伝導しにくくなるとともに、絶縁基体３ａの下面３Ｂ側から効果的に放熱される。

本発明は、上述した実施の形態１乃至実施の形態４に特に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更および改良が可能である。

例えば、光ファイバ４は、有機材料で作製された導波路を用いてもよい。

１実装基板
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ光装置
３、３０、３１、３２光装置用基板
３ａ絶縁基体
３ｂ第１の凹部
３ｃ第２の凹部
３ｄ第３の凹部
３ｅ中空部
３ｆ貫通穴
３ｇ光通路部
３ｈ内部配線導体
３ｉ溝
４光ファイバ
５反射ミラー
６半導体回路素子
６ａ第１の実装領域
７光素子
７ａ第２の実装領域

Claims

上面側に半導体回路素子用の第１の実装領域を有し、下面側に第１の凹部が形成され、平面視において、前記第１の実装領域に重ならないように設けられた、前記第１の凹部内に前記半導体回路素子に電気的に接続される光素子用の第２の実装領域を有する絶縁基体を備えており、
該絶縁基体は、前記第１の凹部内の前記第２の実装領域に前記絶縁基体を上下方向に貫通して設けられた光通路部を有するとともに、上面側に、前記光素子に光学的に結合される光ファイバを配置するための溝を前記光通路部の側面から前記半導体回路素子の前記実装領域とは反対側の方向に位置する端面にかけて有しており、前記第１の実装領域と前記光通路部との間の上面に前記第１の実装領域に沿って第２の凹部が形成されていることを特徴とする光装置用基板。
上面側に半導体回路素子用の第１の実装領域を有し、下面側に第１の凹部が形成され、平面視において、前記第１の実装領域に重ならないように設けられた、前記第１の凹部内に前記半導体回路素子に電気的に接続される光素子用の第２の実装領域を有する絶縁基体を備えており、
該絶縁基体は、前記第１の凹部内の前記第２の実装領域に前記絶縁基体を上下方向に貫通して設けられた光通路部を有するとともに、上面側に、前記光素子に光学的に結合される光ファイバを配置するための溝を前記光通路部の側面から前記半導体回路素子の前記実装領域とは反対側の方向に位置する端面にかけて有しており、前記第１の実装領域と前記光通路部との間の内部に中空部を有するとともに前記絶縁基体の外部と前記中空部とを連通する貫通穴を有していることを特徴とする光装置用基板。
前記絶縁基体は、上面側に第３の凹部が形成され、該第３の凹部内に前記第１の実装領域が設けられていることを特徴とする請求項１または至請求項２に記載の光装置用基板。
前記溝は、下面側に向かうに連れて幅が漸次減少していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光装置用基板。
請求項１乃至請求項４のいずれか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の実装領域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の実装領域に設けられており、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溝に設けられており、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。