JP6262551B2

JP6262551B2 - Optical module

Info

Publication number: JP6262551B2
Application number: JP2014014438A
Authority: JP
Inventors: 成敏小川; 光治坂井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2034-01-29
Also published as: JP2015142029A

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を備えた光モジュール等に関するものである。
The present invention is, for example, to an optical module or the like having an optical device for board used in super Konpyuta or server such as a router.

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光モジュールが用いられるようになっている。 2. Description of the Related Art In recent years, large-capacity and high-speed data transmission has been performed due to an increase in IP traffic or information processing amount accompanying technological development in the information field. Along with this, integration of wiring between electronic devices or in modules within electronic devices has been demanded, and problems such as noise countermeasures have become apparent. In recent years, reduction in power consumption in electronic devices such as servers provided in a data center has been demanded from the trend of energy saving. In view of this, an optical module having an optical wiring instead of the conventional electric wiring is used as a wiring component between a plurality of elements provided in the electronic device.

光装置用基板を含む光モジュールは、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、光素子が光信号を送受信するために、光導波構造が設けられている（例えば、特許文献１を参照）。 An optical module including an optical device substrate includes a semiconductor circuit element and a substrate on which the optical element is mounted, and the substrate is provided with an optical waveguide structure for the optical element to transmit and receive optical signals ( For example, see Patent Document 1).

特開２０１０−１１３１０２号公報JP 2010-113102 A

しかしながら、上述の光モジュールは、半導体回路素子と光素子とが近接して設けられており、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。 However, the above-mentioned optical module is provided with the semiconductor circuit element and the optical element close to each other, and the semiconductor circuit element generates a large amount of heat during operation, and the operation characteristics of the optical element are caused by the heat generated from the semiconductor circuit element. There was a problem that it was easily lowered.

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に位置する光素子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モジュールを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to make it difficult to conduct heat generated from a semiconductor circuit element to an optical element located on the lower surface side of an insulating substrate. to provide an optical module that Ru can be suppressed in heat conduction.

本発明の一態様に係る光モジュールは、上面側に光導波路を有する実装基板と、該実装基板に実装されており、上面側に搭載領域を有し、平面視において前記搭載領域に重ならないように下面側に設けられた、凹部を有する絶縁基体を備えている光装置用基板と、前記搭載領域に搭載された半導体回路素子と、前記絶縁基体との間に空隙部ができるように前記凹部の内部に配置されて前記半導体回路素子に電気的に接続され、平面視において前記光導波路に重なるように前記実装基板の上面に搭載されるとともに前記光導波路に光学的に結合された光素子とを備えていることを特徴とするものである。
An optical module according to an aspect of the present invention has a mounting substrate having an optical waveguide on the upper surface side, and is mounted on the mounting substrate, has a mounting region on the upper surface side, and does not overlap the mounting region in plan view. The concave portion is formed so that a gap is formed between the substrate for an optical device provided with an insulating base having a concave portion provided on the lower surface, the semiconductor circuit element mounted in the mounting region, and the insulating base. An optical element disposed inside and electrically connected to the semiconductor circuit element , mounted on the upper surface of the mounting substrate so as to overlap the optical waveguide in plan view, and optically coupled to the optical waveguide; It is characterized by having.

本発明の光モジュールによれば、半導体回路素子から発生した熱を絶縁基体の下面側に位置する光素子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。
According to the optical module of the present invention , heat conduction to the optical element can be suppressed by making it difficult to conduct heat generated from the semiconductor circuit element to the optical element located on the lower surface side of the insulating base.

（ａ）は、本発明の実施形態に係る光モジュールの平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す光モジュールのＡ−Ａにおける断面図である。(A) is a top view of the optical module which concerns on embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in AA of the optical module shown to (a). （ａ）は、本発明の他の実施形態を示す光モジュールの平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す光モジュールのＢ−Ｂにおける断面図である。(A) is a top view of the optical module which shows other embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in BB of the optical module shown to (a). （ａ）は、本発明の他の実施形態を示す光モジュールの平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す光モジュールのＣ−Ｃにおける断面図である。(A) is a top view of the optical module which shows other embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in CC of the optical module shown to (a). （ａ）および（ｂ）は、プレキシブルプリント基板の接続を説明するための模式的な説明図である。(A) And (b) is typical explanatory drawing for demonstrating the connection of a flexible printed circuit board.

以下、本発明の実施形態に係る光装置用基板２および光モジュール１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、光モジュール１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（上面側）もしくは下面（下面側）の語を用いるものとする。 Hereinafter, an optical device substrate 2 and an optical module 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following description are schematic, and the dimensional ratios and the like on the drawings do not necessarily match the actual ones. For convenience of explanation, the optical module 1 defines an orthogonal coordinate system XYZ, and uses the word “upper surface (upper surface side)” or “lower surface (lower surface side)” with the positive side in the Z direction as the upper side.

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。 In the description of the embodiments and the like, components that are the same as or similar to those already described may be assigned the same reference numerals and descriptions thereof may be omitted.

＜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２および光モジュール１装置について、図１を参照しながら以下に説明する。 <Embodiment 1>
An optical device substrate 2 and an optical module 1 device according to a first embodiment (referred to as Embodiment 1) of the present invention will be described below with reference to FIG.

図１（ａ）および（ｂ）に示すように、光モジュール１は、上面側に光導波路８を有する実装基板７と、平面視において光導波路８に重なるように実装基板７の上面に搭載されるとともに、光導波路８に光学的に結合された光素子５と、実装基板７の上面側に設けられた、上面に半導体回路素子３が搭載される搭載領域３ａを有するとともに、平面視において下面に搭載領域３ａに重ならないように設けられた、半導回路体素子３に電気的に接続される光素子５が内部に配置される凹部４を有する絶縁基体２ａと、搭載領域３ａに搭載されるとともに、光素子５に電気的に接続された半導体回路素子３と、を備えている。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the optical module 1 is mounted on the upper surface of the mounting substrate 7 so as to overlap the optical waveguide 8 in plan view and the mounting substrate 7 having the optical waveguide 8 on the upper surface side. And an optical element 5 optically coupled to the optical waveguide 8 and a mounting region 3a provided on the upper surface side of the mounting substrate 7 on which the semiconductor circuit element 3 is mounted, and the lower surface in plan view. And an insulating substrate 2a having a recess 4 in which an optical element 5 electrically connected to the semiconductor circuit element 3 is disposed so as not to overlap the mounting area 3a, and mounted on the mounting area 3a. And a semiconductor circuit element 3 electrically connected to the optical element 5.

図１（ｂ）に示すように、電気信号の経路は実線の矢印によって模式的に示されており、また、光信号の矢印は破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３から出力された電気信号に基づいて光素子５から光信号が出力される構成について例示しているが、このような構成に限らない。本実施形態における技術的工夫は、光導波路８から光素子５に光信号が伝送される例においても適用することができる。すなわち、光素子５による受光信号に基づいて半導体回路素子３に電気信号が入力される構成であれば、電気信号および光信号の進行方向は、図１に示している進行方向の矢印の向きとは逆方向となる。なお、絶縁基体２ａは、上面を２ａ１、下面を２ａ２として図示している。また、光素子５は、光導波路８との結合面側から光信号が出力される、または、結合面側に光信号が入力されるものである。 As shown in FIG. 1B, the path of the electric signal is schematically indicated by a solid arrow, and the arrow of the optical signal is schematically indicated by a broken line. In FIG. 1, the configuration in which the optical signal is output from the optical element 5 based on the electrical signal output from the semiconductor circuit element 3 is illustrated, but the configuration is not limited thereto. The technical device in the present embodiment can also be applied to an example in which an optical signal is transmitted from the optical waveguide 8 to the optical element 5. In other words, if the electrical signal is input to the semiconductor circuit element 3 based on the light reception signal from the optical element 5, the traveling direction of the electrical signal and the optical signal is the direction of the arrow of the traveling direction shown in FIG. Is the opposite direction. The insulating base 2a is illustrated with the upper surface 2a1 and the lower surface 2a2. The optical element 5 outputs an optical signal from the coupling surface side with the optical waveguide 8 or inputs an optical signal to the coupling surface side.

実施の形態１に係る光装置用基板２は、図１に示すような構成であり、絶縁基体２ａは、上面２ａ１側に半導体回路素子３が搭載される搭載領域３ａを有しており、平面視において搭載領域３ａに重ならないように下面２ａ２側に凹部４が設けられている。凹部４の内部には、光素子５が配置され、光素子５は半導体回路素子３に電気的に接続される。また、絶縁基体２ａ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。 The optical device substrate 2 according to the first embodiment has a configuration as shown in FIG. 1, and the insulating base 2a has a mounting region 3a on which the semiconductor circuit element 3 is mounted on the upper surface 2a1 side. A concave portion 4 is provided on the lower surface 2a2 side so as not to overlap the mounting region 3a when viewed. An optical element 5 is disposed inside the recess 4, and the optical element 5 is electrically connected to the semiconductor circuit element 3. The insulating base 2a has a side length of, for example, 3 (mm) to 10 (mm), and a thickness of, for example, 0.5 (mm) to 1.0 (mm).

また、搭載領域３ａは、絶縁基体２ａの上面２ａ１に設けられており、搭載領域３ａの大きさは、半導体回路素子６の大きさに相当しており、半導体回路素子３の大きさに応じて適宜設定される。 The mounting region 3 a is provided on the upper surface 2 a 1 of the insulating base 2 a, and the size of the mounting region 3 a corresponds to the size of the semiconductor circuit element 6, and depends on the size of the semiconductor circuit element 3. Set as appropriate.

また、光装置用基板２は、絶縁基体２ａの上面に第２凹部（図示せず）を設けて、この第２凹部の底面に搭載領域３ａが設けられていてもよい。この場合には、半導体回路素子３は、凹部の底面の搭載領域３ａに搭載されることになる。光装置用基板２は、半導体回路素子３が第２凹の底面の搭載領域３ａに搭載されることになるので、半導体回路素子３に対する保護性を向上させることができる。 Further, the optical device substrate 2 may be provided with a second recess (not shown) on the upper surface of the insulating base 2a, and a mounting region 3a on the bottom surface of the second recess. In this case, the semiconductor circuit element 3 is mounted on the mounting region 3a on the bottom surface of the recess. In the optical device substrate 2, the semiconductor circuit element 3 is mounted on the mounting region 3 a on the bottom surface of the second recess, so that the protection against the semiconductor circuit element 3 can be improved.

また、実装基板７において光導波路８とは反対側の領域に切り欠き部、すなわり、段差部を設けて、絶縁基体２ａのＺ方向の厚みを大きくすることによって、絶縁基体２ａの一部を切り欠き部設けてもよい。なお、絶縁基体２ａの一部とは、図１において凹部４の左側の部分である。このような構成にすることによって、光装置用基板２は、光素子５に対する距離が長くなり、半導体回路素子３から発生する熱を光素子５に伝導しにくくすることができる。 Further, a part of the insulating substrate 2a is provided by increasing the thickness of the insulating substrate 2a in the Z direction by providing a notch, that is, a stepped portion, in the region opposite to the optical waveguide 8 in the mounting substrate 7. May be provided with a notch. The part of the insulating base 2a is the left part of the recess 4 in FIG. With this configuration, the optical device substrate 2 has a longer distance to the optical element 5, and can make it difficult for the heat generated from the semiconductor circuit element 3 to be conducted to the optical element 5.

図１において、絶縁基体２ａの凹部４は、６個の光素子５が配置可能な大きさで絶縁基体２ａに設けられている。図１では、光素子４は、凹部４の内部に６個配置されているが、このような構成に限らない。光素子５は、例えば、凹部４の内部に９個、あるいは、１２個配置されていてもよい。すなわち、光素子５は、光モジュールの用途等に応じて配置される個数は適宜設定される。このように、凹部４は、大きさが内部に配置される光素子５の大きさまたは個数等に応じて適宜設定されるが、例えば、Ｘ方向の長さが、３００（μｍ）〜４００（μｍ）、Ｙ方向の長さが、２８００（μｍ）〜３０００（μｍ）である。また、凹部４は、深さが、例えば、５０（μｍ）〜１００（μｍ）である。 In FIG. 1, the concave portion 4 of the insulating base 2a is provided in the insulating base 2a in such a size that six optical elements 5 can be arranged. In FIG. 1, six optical elements 4 are arranged inside the recess 4, but the configuration is not limited to this. For example, nine or twelve optical elements 5 may be arranged inside the recess 4. That is, the number of the optical elements 5 to be arranged is appropriately set according to the use of the optical module. As described above, the size of the recess 4 is appropriately set according to the size or the number of the optical elements 5 disposed therein. For example, the length in the X direction is 300 (μm) to 400 ( μm) and the length in the Y direction is 2800 (μm) to 3000 (μm). The depth of the recess 4 is, for example, 50 (μm) to 100 (μm).

また、光装置用基板２は、絶縁基体２ａと、配線導体層６とを含んでいる。配線導体層６は絶縁基体２ａの内部または表面に設けられている。配線導体層６は、ビア導体と配線導体とを含んで構成されており、図１（ｂ）に示すように、ビア導体は絶縁基体２ａに対して垂直方向（Ｚ方向）に形成されており、配線導体は絶縁基体２ａに対して水平方向（ＸＹ面内）に形成されている。また、配線導体層６が絶縁基体２ａの表面（下面２ａ２）には形成されており、この配線導体層６は実装基板７と電気的に接続される。また、配線導体層６が絶縁基体２ａの表面（上面２ａ１）には形成されており、この配線導体層６は半導体回路素子３に電気的に接続される。 The optical device substrate 2 includes an insulating base 2 a and a wiring conductor layer 6. The wiring conductor layer 6 is provided inside or on the surface of the insulating base 2a. The wiring conductor layer 6 includes a via conductor and a wiring conductor. As shown in FIG. 1B, the via conductor is formed in a direction perpendicular to the insulating base 2a (Z direction). The wiring conductor is formed in the horizontal direction (in the XY plane) with respect to the insulating base 2a. A wiring conductor layer 6 is formed on the surface (lower surface 2a2) of the insulating base 2a, and the wiring conductor layer 6 is electrically connected to the mounting substrate 7. A wiring conductor layer 6 is formed on the surface (upper surface 2 a 1) of the insulating base 2 a, and the wiring conductor layer 6 is electrically connected to the semiconductor circuit element 3.

また、複数の配線導体層６は、図１に示すように、半導体回路素子３の搭載領域３ａから絶縁基体２ａの下面２ａ２側にかけて、ビア導体と配線導体との組み合わせでもって設けられている。また、複数の配線導体層６は、例えば、絶縁基体２ａがセラミックス材料からなる場合には、絶縁基体２ａとともに焼成されたメタライズ層で形成される。 Further, as shown in FIG. 1, the plurality of wiring conductor layers 6 are provided by a combination of via conductors and wiring conductors from the mounting region 3a of the semiconductor circuit element 3 to the lower surface 2a2 side of the insulating base 2a. The plurality of wiring conductor layers 6 are formed of a metallized layer fired together with the insulating base 2a, for example, when the insulating base 2a is made of a ceramic material.

また、配線導体層６は、絶縁基体２ａ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、このような構造にすることによって、絶縁基体２ａ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。 Further, the wiring conductor layer 6 can have a strip wiring structure sandwiched between ground electrode layers (ground electrode layers) by providing a ground electrode layer (ground electrode layer) inside the insulating base 2a. Therefore, with such a structure, an electromagnetic field can be confined in the insulating base 2a, so that transmission loss of high-speed electrical signals can be suppressed.

例えば、絶縁基体２ａの表面に表層配線導体層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２は、上述したように、接地電極層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２ａ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させ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２は、多層構造の基板であってもよい。 For example, in the case of a structure in which a surface wiring conductor layer is provided on the surface of the insulating base 2a, the substrate 2 for an optical device is shielded by the ground electrode layer as described above because it is easily affected by an external electromagnetic field. It is preferable to have a strip wiring structure. The insulating base 2a is made of, for example, ceramic or a ceramic insulating material such as low-temperature co-fired ceramic (LTCC) in which glass is mixed with alumina to lower the firing temperature. The optical device substrate 2 may be a multilayer substrate.

また、配線導体層６は、絶縁基体２ａの内部および表面部に設けられており、絶縁基体２ａの内部に設けられた配線導体層６は、絶縁基体２ａの表面部（下面２ａ２）に設けられた配線導体層６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絶縁基体２ａの表面部に設けられた配線導体層６へ伝送するものである。さらに、配線導体層６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はおよび接地電圧用の配線導体は、絶縁基体２ａの下面２ａ２の複数の配線導体層６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に印加するものである。 Further, the wiring conductor layer 6 is provided inside and on the surface portion of the insulating base 2a, and the wiring conductor layer 6 provided inside the insulating base 2a is provided on the surface portion (lower surface 2a2) of the insulating base 2a. The electric signal applied to the wiring conductor layer 6 is transmitted to the semiconductor circuit element 6, and the electric signal output from the semiconductor circuit element 6 is provided on the surface portion of the insulating base 2a. To be transmitted. Further, the wiring conductor layer 6 includes a wiring conductor for power supply voltage and a wiring conductor for ground voltage. The power supply voltage wiring conductor and the ground voltage wiring conductor apply the power supply voltage and the ground voltage applied to the plurality of wiring conductor layers 6 on the lower surface 2a2 of the insulating base 2a to the semiconductor circuit element 6. is there.

実装基板７は、図１に示すように、光導波路８を有しており、光導波路８は、例えば、コア部（図示せず）およびクラッド部（図示せず）を含む構造を有している。コア部およびクラッド部は、例えば、ガラスまたはポリマー樹脂等からなり、互いに異なる光屈折率を有している。また、コア部は、クラッド部によって覆われており、クラッド部よりも大きな光屈折率を有している。 As shown in FIG. 1, the mounting substrate 7 has an optical waveguide 8, and the optical waveguide 8 has a structure including a core portion (not shown) and a cladding portion (not shown), for example. Yes. The core part and the clad part are made of, for example, glass or polymer resin, and have different optical refractive indexes. Moreover, the core part is covered with the clad part, and has a larger optical refractive index than the clad part.

また、光導波路８は、図１（ｂ）に示すように、伝送される光信号の進路方向を変換する光路変換部８ａをさらに有している。光路変換部８ａは、例えば、コア部およびクラッド部の延在方向に対して約４５°の角度を持つ傾斜面となっており、光の進行方向を変えるものである。光路変換部８ａは、傾斜面に、例えば、光を反射し得る金属層が形成されている場合がある。 Further, as shown in FIG. 1B, the optical waveguide 8 further includes an optical path conversion unit 8a that converts the path direction of the transmitted optical signal. The optical path conversion unit 8a is, for example, an inclined surface having an angle of about 45 ° with respect to the extending direction of the core unit and the clad unit, and changes the traveling direction of light. In the optical path conversion unit 8a, for example, a metal layer that can reflect light may be formed on an inclined surface.

また、光路変換部８ａ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または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。 In addition, the optical path conversion unit 8a is obtained by inclining the reflection surface at 45 degrees using a mirror polishing process on glass such as borosilicate glass. On this reflecting surface, a metal material such as gold or aluminum, or a dielectric multilayer film made of SiO ₂ or Ta ₂ O ₅ or the like is formed by sputtering or vapor deposition.

また、実装基板７は、絶縁体と、配線層９と、配線導体（図示せず）とを含んで構成されている。配線層９は絶縁体の表面部に設けられており、光装置用基板２との実装に用いられるものである。また、配線導体は絶縁体の内部に設けられており、配線層９に電気的に接続されるものである。また、配線層９は、図１に示すように、一例として、絶縁体の表面部に設けられており、半導体回路素子３と光素子５とを電気的に接続している。 Further, the mounting substrate 7 includes an insulator, a wiring layer 9, and a wiring conductor (not shown). The wiring layer 9 is provided on the surface portion of the insulator, and is used for mounting with the optical device substrate 2. The wiring conductor is provided inside the insulator and is electrically connected to the wiring layer 9. Further, as shown in FIG. 1, the wiring layer 9 is provided on the surface portion of the insulator as an example, and electrically connects the semiconductor circuit element 3 and the optical element 5.

また、配線層９は、絶縁体の内部または表面部に複数設けられており、半導体回路素子３へ入力される電気信号または半導体回路素子３から出力された電気信号が伝送されるものであり、また、半導体回路素子３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。実装基板１の絶縁体は、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。 In addition, the wiring layer 9 is provided in plural in or on the surface of the insulator, and transmits an electric signal input to the semiconductor circuit element 3 or an electric signal output from the semiconductor circuit element 3. Further, a power supply voltage and a ground voltage applied to the semiconductor circuit element 3 are supplied. The insulator of the mounting substrate 1 is an insulating material made of a resin material such as an epoxy resin or a polyimide resin.

光素子５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、光路変換部８ａは、光素子５からの出射光軸と４５度をなしており、光路変換部８ａによって光の通路が９０度曲げられる。光素５からの光は、光導波路８に入射され、光路変換部８ａで方向を９０度曲げられ、光導波路８のコア部に入射される。また、光素子５が、後述するフォトダイオードである場合には、光導波路８からの光は、光路変換部８ａで方向を９０度曲げられ、光素子５に入射される。 When the optical element 5 is, for example, an external cavity type vertical surface emitting laser, which will be described later, the optical path conversion unit 8a forms 45 degrees with the optical axis emitted from the optical element 5, and the optical path conversion unit 8a The light path is bent 90 degrees. The light from the photoelement 5 enters the optical waveguide 8, the direction is bent by 90 degrees by the optical path conversion unit 8 a, and enters the core portion of the optical waveguide 8. When the optical element 5 is a photodiode to be described later, the light from the optical waveguide 8 is bent by 90 degrees in the optical path conversion unit 8 a and is incident on the optical element 5.

半導体回路素子３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３は、図１に示すように、絶縁基体２ａにおける搭載
領域３ａに実装されており、複数の配線導体層６に電気的に接続されている。また、半導体回路素子３は、絶縁基体２ａの搭載領域３ａにフリップチップ方式を用いて実装されている。 The semiconductor circuit element 3 is, for example, a driver circuit element when having a transmission function, and is a receiver circuit element (TIA: Trans Impedance Amplifier), for example, when having a reception function. As shown in FIG. 1, the semiconductor circuit element 3 is mounted on the mounting region 3 a in the insulating base 2 a and is electrically connected to the plurality of wiring conductor layers 6. The semiconductor circuit element 3 is mounted on the mounting region 3a of the insulating base 2a using a flip chip method.

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５は、平面視において光導波路８に重なるように実装基板７の上面に搭載され、光導波路８に光学的に結合されている。すなわち、光素子５は、図１に示すように、実装基板７の上面に搭載され、例えば、接着性を有する樹脂材料を介して実装基板７の光導波路８に光学的に結合するように実装されている。このように、光素子５は、接着性を有する樹脂材料を介して光導波路８に実装されるので、光導波路８との距離が短くなり、さらに、光路を直線的にすることができる。これによって、光モジュール１は伝送損失を抑制することができる。 When the optical element 7 has a transmission function, for example, it is an external cavity type vertical surface emitting laser (VCSEL), and when it has a reception function, for example, a photodiode (PD) It is. The optical element 5 is mounted on the upper surface of the mounting substrate 7 so as to overlap the optical waveguide 8 in plan view, and is optically coupled to the optical waveguide 8. That is, as shown in FIG. 1, the optical element 5 is mounted on the upper surface of the mounting substrate 7, for example, mounted so as to be optically coupled to the optical waveguide 8 of the mounting substrate 7 through an adhesive resin material. Has been. Thus, since the optical element 5 is mounted on the optical waveguide 8 via the resin material having adhesiveness, the distance from the optical waveguide 8 is shortened, and the optical path can be made linear. Thereby, the optical module 1 can suppress transmission loss.

光装置用基板２は、実装基板７上の光素子５に対して絶縁基体２ａの凹部４を位置合わせして、凹部４の内部に光素子５が配置されるように実装基板７に実装される。光装置用基板２と実装基板７とは、例えば、絶縁基体２ａの下面２ａ２の配線導体層６に付着された半田ボール（半田バンプ）を介して実装されており、これによって光装置用基板２と実装基板７とが電気的に接続される。 The optical device substrate 2 is mounted on the mounting substrate 7 so that the concave portion 4 of the insulating base 2 a is aligned with the optical element 5 on the mounting substrate 7, and the optical element 5 is disposed inside the concave portion 4. The The optical device substrate 2 and the mounting substrate 7 are mounted via, for example, solder balls (solder bumps) attached to the wiring conductor layer 6 on the lower surface 2a2 of the insulating base 2a. And the mounting substrate 7 are electrically connected.

また、光素子５は、配線層９に電気的に接続されるとともに、実装基板７の光導波路８に光学的に結合される。また、光素子５はフリップチップ方式を用いて実装基板７に実装されていてもよい。 The optical element 5 is electrically connected to the wiring layer 9 and optically coupled to the optical waveguide 8 of the mounting substrate 7. The optical element 5 may be mounted on the mounting substrate 7 using a flip chip method.

光装置用基板２は、平面視において半導体回路素子３と光素子５とが重ならないように配置されるので、絶縁基体２ａの上面側に設けられた半導体回路素子３から発生する熱が、絶縁基体２ａの下面側に設けられた光素子５に対して伝導しにくくなる。これによって、光装置用基板２は、光モジュール１における光素子５の動作特性の低下を抑制することができる。 Since the optical device substrate 2 is arranged so that the semiconductor circuit element 3 and the optical element 5 do not overlap in plan view, the heat generated from the semiconductor circuit element 3 provided on the upper surface side of the insulating base 2a is insulated. It becomes difficult to conduct to the optical element 5 provided on the lower surface side of the base 2a. As a result, the optical device substrate 2 can suppress a decrease in operating characteristics of the optical element 5 in the optical module 1.

また、光装置用基板２は、絶縁基体２ａの凹部４の空間が低熱伝導となるので、半導体回路素子３から発生する熱を光素子５に伝導しにくくすることができる。これによって、光装置用基板２は、半導体回路素子３から発生する熱を絶縁基体２ａの下面２ａ２方向から実装基板７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を備えた光モジュール１は、光素子５の動作特性を向上させることができる。 In addition, since the space of the recess 4 of the insulating base 2a has low thermal conductivity, the optical device substrate 2 can make it difficult to conduct heat generated from the semiconductor circuit element 3 to the optical element 5. Thus, the optical device substrate 2 can effectively dissipate the heat generated from the semiconductor circuit element 3 through the mounting substrate 7 from the direction of the lower surface 2a2 of the insulating base 2a. Therefore, the optical module 1 including the optical device substrate 2 according to Embodiment 1 can improve the operating characteristics of the optical element 5.

また、光装置用基板２は、絶縁基体２ａを間に挟んで半導体回路素子３と光素子５とが上下方向にそれぞれ搭載されるような構成を有しており、さらに、半導体回路素子３と光素子５とが平面視において近接するとともに、互いに重ならないような構成を有している。したがって、光装置用基板２は、半導体回路素子３と光素子５との間の電気的な配線の配線長が長くなるのを抑制することができる。すなわち、半導体回路素子３と光素子５との間の電気的な配線の配線長を短くすることができるので、光装置用基板２は、光モジュール１の電気特性の低下を抑制することができる。 The optical device substrate 2 has a configuration in which the semiconductor circuit element 3 and the optical element 5 are mounted in the vertical direction with the insulating base 2a interposed therebetween. The optical element 5 is close to each other in plan view and has a configuration that does not overlap each other. Therefore, the optical device substrate 2 can suppress an increase in the length of the electrical wiring between the semiconductor circuit element 3 and the optical element 5. That is, since the wiring length of the electrical wiring between the semiconductor circuit element 3 and the optical element 5 can be shortened, the optical device substrate 2 can suppress the deterioration of the electrical characteristics of the optical module 1. .

また、絶縁基体２ａは内部には配線導体層６が設けられており、この配線導体層６は半導体回路素子３と光素子５とを電気的に接続しており、特に、光素子５側に設けられる配線導体層６が半導体回路素子３から発生する熱の放熱経路となり、この配線導体層６を介
して半導体回路素子３から発生する熱を効果的に実装基板７に伝導させることができるので、光装置用基板２は、光素子５の動作特性の低下を抑制することができる。 Further, the insulating base 2a is provided with a wiring conductor layer 6 inside, and this wiring conductor layer 6 electrically connects the semiconductor circuit element 3 and the optical element 5, particularly on the optical element 5 side. Since the provided wiring conductor layer 6 serves as a heat dissipation path for heat generated from the semiconductor circuit element 3, the heat generated from the semiconductor circuit element 3 can be effectively conducted to the mounting substrate 7 through the wiring conductor layer 6. The optical device substrate 2 can suppress a decrease in the operating characteristics of the optical element 5.

光素子５は、実装基板７に接着性を有する樹脂材料を介して実装されるので、光素子５と光導波路８との距離を限りなく小さくすることができる。これによって、光素子５は光信号を光導波路に直接入射させることができる。また、光素子５は光導波路８から光信号が直接入射される。したがって、光モジュール１は光学的な損失を抑制することができる。このように、光素子５と光導波路８との距離を限りなく小さくすることによって、光素子５と光導波路８との間に、いわゆる、光スルーホール部が存在しなくなくなり、光モジュール１は、光学的な損失が抑制される。 Since the optical element 5 is mounted on the mounting substrate 7 through an adhesive resin material, the distance between the optical element 5 and the optical waveguide 8 can be reduced as much as possible. As a result, the optical element 5 can directly input an optical signal to the optical waveguide. An optical signal is directly incident on the optical element 5 from the optical waveguide 8. Therefore, the optical module 1 can suppress optical loss. Thus, by reducing the distance between the optical element 5 and the optical waveguide 8 as much as possible, a so-called optical through-hole portion does not exist between the optical element 5 and the optical waveguide 8, and the optical module 1 is , Optical loss is suppressed.

また、絶縁基体２ａの凹部４は、実装基板７に設けられた光素子５の上面と絶縁基体２ａとの間に空隙部ができるような深さを有している。絶縁基体２ａと光素子５の上面との間に、このような空隙部を有することによって、空隙部が低熱伝導となるので、光素子５は絶縁基体２ａからの伝熱が抑制される。 The recess 4 of the insulating substrate 2a is that have a depth such that it is air gap between the top surface and the insulating substrate 2a of the optical element 5 provided on the mount board 7. By providing such a gap between the insulating base 2a and the upper surface of the optical element 5, the gap becomes a low thermal conduction, and thus the heat transfer from the insulating base 2a is suppressed in the optical element 5 .

また、絶縁基体２ａの凹部４は、凹部の深さが光素子５の高さ（光素子５の厚み）よりも深くなるように設けることが好ましい。このように、絶縁基体２ａは、凹部４の深さを光素子５の高さよりも深くすることによって、光素子５を凹部４の内部に収めることができる。これによって、光モジュール１は、全体の厚み（Ｚ方向の厚み）が薄くなり、小型化、薄型化することができる。 Moreover, it is preferable to provide the recessed part 4 of the insulating base 2a so that the depth of the recessed part is deeper than the height of the optical element 5 (the thickness of the optical element 5). As described above, the insulating base 2 a can accommodate the optical element 5 in the recess 4 by making the depth of the recess 4 deeper than the height of the optical element 5. As a result, the optical module 1 has a reduced overall thickness (thickness in the Z direction), and can be reduced in size and thickness.

また、光モジュール１は、半導体回路素子３および光素子５がボンディングワイヤを用いて絶縁基体２ａに実装される構成に比べて、半導体回路素子３および光素子５が接着性を有する樹脂材料を介して実装されており、また、フィリップチップ方式で実装されているため、電気的な不連続が生じにくくなり、電気的特性を向上させることができる。すなわち、光モジュール１は、電気特性を向上させることによって、信号の伝送特性を向上させることができる。 Further, the optical module 1 has a semiconductor circuit element 3 and an optical element 5 that are bonded to each other through a resin material having adhesiveness as compared with a configuration in which the semiconductor circuit element 3 and the optical element 5 are mounted on the insulating base 2a using bonding wires. In addition, since it is mounted by the Philip chip method, electrical discontinuity is less likely to occur, and electrical characteristics can be improved. That is, the optical module 1 can improve the signal transmission characteristics by improving the electrical characteristics.

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のうち、実施の形態１に係る光装置用基板２と光モジュール１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。 The present invention is not limited to the first embodiment described above, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. Hereinafter, other embodiments will be described. Of the optical devices according to the other embodiments, the same parts as those of the optical device substrate 2 and the optical module 1 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.

＜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）に係る光装置用基板２Ａおよび光モジュール１Ａについて、図２および図４を参照しながら以下に説明する。また、図４は、フレキシブルプリント基板１０と電子部品等との接続を説明するための模式的な説明図である。 <Embodiment 2>
Hereinafter, an optical device substrate 2A and an optical module 1A according to a second embodiment (referred to as a second embodiment) of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a schematic explanatory diagram for explaining the connection between the flexible printed circuit board 10 and an electronic component or the like.

実施の形態２に係る光装置用基板２Ａおよび光モジュール１Ａは、図２に示すような構成であり、実装基板７は上面側にフレキシブルプリント基板１０を有しており、光導波路８Ａがフレキシブルプリント基板１０に設けられている。フレキシブルプリント基板１０は、図２（ａ）に示すように、Ｙ方向の幅が絶縁基体２ａを実装できるような幅を有しており、実装基板７上に設けられている。また、フレキシブルプリント基板１０は、Ｙ方向の幅が絶縁基体２ａを実装できるような幅を有していればよく、例えば、実装基板７上の全面に設けられていてもよい。 The optical device substrate 2A and the optical module 1A according to the second embodiment are configured as shown in FIG. 2, the mounting substrate 7 has a flexible printed circuit board 10 on the upper surface side, and the optical waveguide 8A is a flexible printed circuit. It is provided on the substrate 10. As shown in FIG. 2A, the flexible printed board 10 has a width that allows the insulating base 2 a to be mounted in the Y direction, and is provided on the mounting board 7. Moreover, the flexible printed circuit board 10 should just have the width | variety which can mount the insulation base | substrate 2a in the width | variety of the Y direction, for example, may be provided in the whole surface on the mounting board | substrate 7. FIG.

また、光素子５は、平面視において光導波路８Ａに重なるように設けられており、光導
波路８Ａに光学的に結合されている。また、フレキシブルプリント基板１０は、図４に示すように、絶縁基体２ａの外周から外側に位置する部分がＺ方向に持ち上がるように設けられていることが好ましい。 The optical element 5 is provided so as to overlap the optical waveguide 8A in plan view and is optically coupled to the optical waveguide 8A. Further, as shown in FIG. 4, the flexible printed board 10 is preferably provided so that a portion located outside the outer periphery of the insulating base 2 a is lifted in the Z direction.

このように、フレキシブルプリント基板１０は、光導波路８Ａに設けられており、フレキシブル性を有しているので、図４（ａ）に示すように、電子部品１１等（例えば、光電変換部品またはコネクタ等の電子部品）に対して接続しやすくなる。すなわち、光導波路８Ａを有するフレキシブルプリント基板１０は、フレキシブル性を有しているので、実装基板７上の電子部品１０に対する接続の制約を低減することができる。 Thus, since the flexible printed circuit board 10 is provided in the optical waveguide 8A and has flexibility, as shown in FIG. 4A, the electronic component 11 or the like (for example, a photoelectric conversion component or a connector). It becomes easy to connect to an electronic component). That is, since the flexible printed board 10 having the optical waveguide 8A has flexibility, it is possible to reduce restrictions on connection to the electronic component 10 on the mounting board 7.

また、例えば、フレキシブルプリント基板１０は、絶縁基体２ａの外周から外側に位置する部分がＺ方向に対してフレキシブル性を有しているので、Ｚ方向に持ち上げることが可能となり、電子部品等が搭載可能な電子部品搭載領域１２を設けることができるので、フレキシブルプリント基板１０の下方の電子部品搭載領域１２に電子部品等を効率よく高密度に配置することができる。したがって、光モジュール１Ａは、実装基板７上に電子部品等を高密度実装することができる。 In addition, for example, the flexible printed circuit board 10 is flexible in the Z direction because the portion located outside the outer periphery of the insulating base 2a is flexible in the Z direction, and can be mounted with electronic components and the like. Since the possible electronic component mounting region 12 can be provided, electronic components and the like can be efficiently and densely arranged in the electronic component mounting region 12 below the flexible printed circuit board 10. Therefore, the optical module 1A can mount electronic components and the like on the mounting substrate 7 with high density.

また、図４（ｂ）に示すように、例えば、実装基板７上に、送信側となる光装置用基板２Ａと受信側となる光装置用基板２Ａと同様な構造を有する光装置用基板２ＡＡとを搭載して、光装置用基板２Ａと光装置用基板２ＡＡとは、光導波路８Ａを有するフレキシブルプリント基板１０で接続することができる。この場合にも、フレキシブルプリント基板１０の下側の電子部品搭載領域１２に電子部品等を効率よく高密度に配置することができる。なお、光装置用基板２Ａには半導体回路素子３が搭載され、光装置用基板２ＡＡには半導体回路素子３Ａが搭載されている。 Further, as shown in FIG. 4B, for example, an optical device substrate 2AA having the same structure as the optical device substrate 2A on the transmission side and the optical device substrate 2A on the reception side on the mounting substrate 7. The optical device substrate 2A and the optical device substrate 2AA can be connected by the flexible printed circuit board 10 having the optical waveguide 8A. Also in this case, electronic components and the like can be efficiently and densely arranged in the electronic component mounting region 12 below the flexible printed board 10. The semiconductor circuit element 3 is mounted on the optical device substrate 2A, and the semiconductor circuit element 3A is mounted on the optical device substrate 2AA.

＜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）に係る光装置用基板２Ｂおよび光モジュール１Ｂについて、図３を参照しながら以下に説明する。 <Embodiment 3>
Hereinafter, an optical device substrate 2B and an optical module 1B according to a third embodiment (referred to as Embodiment 3) of the present invention will be described with reference to FIG.

実施の形態３に係る光装置用基板２Ｂおよび光モジュール１Ｂは、図３に示すような構成であり、実装基板７は上面側にフレキシブルプリント基板１０Ａを有しており、導波路８Ｂがフレキシブルプリント基板１０Ａに設けられている。フレキシブルプリント基板１０Ａは、図３（ａ）に示すように、Ｙ方向の幅が絶縁基体２ａを実装できるような幅を有しており、実装基板７上に設けられている。また、プレキシブルプリント基板１０Ａは、Ｙ方向の幅が少なくとも光導波路８Ｂが含まれるような幅を有していればよい。 The optical device substrate 2B and the optical module 1B according to Embodiment 3 are configured as shown in FIG. 3, the mounting substrate 7 has a flexible printed circuit board 10A on the upper surface side, and the waveguide 8B is a flexible printed circuit. It is provided on the substrate 10A. As shown in FIG. 3A, the flexible printed circuit board 10 </ b> A has a width that allows the insulating base 2 a to be mounted, and is provided on the mounting substrate 7. Further, the flexible printed circuit board 10A only needs to have such a width that the width in the Y direction includes at least the optical waveguide 8B.

また、光素子５は、平面視において光導波路８Ｂに重なるように設けられており、光導波路８Ｂに光学的に結合されている。また、絶縁基体２ａは、側面から下面２ａ２にかけて切り欠きき部２ｂを有しており、フレキシブルプリント基板１０Ａが切り欠き部２ｂに設けられている。すなわち、光モジュール１Ｂは、フレキシブルプリント基板１０Ａが切り欠き部２ｂの下側に配置されるような構成となっている。 The optical element 5 is provided so as to overlap the optical waveguide 8B in a plan view and is optically coupled to the optical waveguide 8B. The insulating base 2a has a notch 2b from the side surface to the lower surface 2a2, and the flexible printed board 10A is provided in the notch 2b. That is, the optical module 1B is configured such that the flexible printed circuit board 10A is disposed below the notch 2b.

したがって、絶縁基体２ａの上面２ａ１と切り欠き部２ｂとの間の絶縁基体２ａの内部に配線導体層６が垂直方向（Ｚ方向）に設けられており、この配線導体層６は、半導体回路素子３と光素子５とを電気的に接続している。したがって、光装置用基板２Ｂは、絶縁基体２ａの切り欠き部２ｂに相当する長さの分だけ配線導体層６の長さを短くすることができる。 Therefore, the wiring conductor layer 6 is provided in the vertical direction (Z direction) inside the insulating base 2a between the upper surface 2a1 of the insulating base 2a and the notch 2b. 3 and the optical element 5 are electrically connected. Therefore, in the optical device substrate 2B, the length of the wiring conductor layer 6 can be shortened by the length corresponding to the notch 2b of the insulating base 2a.

このような構成にすることによって、半導体回路素子３と光素子５との間の電気的な配線の配線長を短くすることができるので、光装置用基板２Ｂは、光モジュール１Ｂの電気
特性の低下を抑制することができる。 With this configuration, the wiring length of the electrical wiring between the semiconductor circuit element 3 and the optical element 5 can be shortened, so that the optical device substrate 2B has the electrical characteristics of the optical module 1B. The decrease can be suppressed.

また、図３において、光モジュール１Ｂは、半導体回路素子３から発生し、切り欠き部２ｂの左側に伝導した熱の実装基板７の上面の光素子５への伝熱経路が長くなり、半導体回路素子３から発生した熱が光素子５に対して伝導しにくくなる。 Also, in FIG. 3, the optical module 1B has a longer heat transfer path to the optical element 5 on the upper surface of the mounting substrate 7 generated from the semiconductor circuit element 3 and conducted to the left side of the notch 2b. Heat generated from the element 3 becomes difficult to conduct to the optical element 5.

本発明は、上述した実施の形態１乃至実施の形態３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。 The present invention is not particularly limited to Embodiments 1 to 3 described above, and various modifications and improvements can be made within the scope of the present invention.

１光モジュール
２、２Ａ、２Ｂ光装置用基板
２ａ絶縁基体
２ｂ切りかき部
３半導体回路素子
３ａ搭載領域
４凹部
５光素子
６配線導体層
７実装基板
８、８Ａ、８Ｂ光導波路
８ａ光路変換部
９配線層
１０、１０Ａフレキシブルプリント基板

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical module 2, 2A, 2B Optical apparatus board | substrate 2a Insulation base | substrate 2b Cutting part 3 Semiconductor circuit element 3a Mounting area | region 4 Recessed part 5 Optical element 6 Wiring conductor layer 7 Mounting board | substrate 8, 8A, 8B Optical waveguide 8a Optical path conversion part 9 Wiring layer 10, 10A Flexible printed circuit board

Claims

A mounting substrate having an optical waveguide on the upper surface side;
A substrate for an optical device, which is mounted on the mounting substrate, has a mounting region on the upper surface side, and is provided on the lower surface side so as not to overlap the mounting region in a plan view ; ,
A semiconductor circuit element mounted in the mounting region;
Arranged inside the recess so as to form a gap between the insulating substrate and electrically connected to the semiconductor circuit element, and mounted on the upper surface of the mounting substrate so as to overlap the optical waveguide in plan view. And an optical element optically coupled to the optical waveguide.