JP6387729B2

JP6387729B2 - 光電気混載基板、情報処理装置及び光電気混載基板の製造方法

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Publication number: JP6387729B2
Application number: JP2014156285A
Authority: JP
Inventors: 誉裕大井; 道博 ▲高▼松; 義憲目崎; 光男末廣
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: US20160033727A1; US9411112B2; JP2016033587A

Description

本願の開示する技術は光電気混載基板、情報処理装置及び光電気混載基板の製造方法に関する。

配線基板の光導波構造部用孔に光導波構造部を形成し、配線基板の裏面には、光路変換部を有する光コネクタを配置した光電気混載パッケージがある。

また、第１クラッド層にコア層及び第２クラッド層を形成し、コア層の所定位置を、第２クラッド層の側から、光軸に対し傾斜した光路変換ミラーを形成した光電気混載基板がある。

特開２００８−２４１９５６号公報特開２００７−１０８２２８号公報

光電気混載基板では、光導波路層と光導波路部との間で光を反射する反射面が形成される。この反射面を先に形成し、その後に光導波路層とプリント基板とを貼り合せると、反射面と、プリント基板の光導波路部との高精度の位置合わせが困難になることがある。

本願の開示技術は、１つの側面として、光導波路層と光導波路部とで光を反射する反射面と、光導波路部とを正確に位置合わせすることが目的である。

本願の開示する技術では、第一プリント基板と光導波路層とが積層され、光導波路部が第一プリント基板及び光導波路層を厚み方向に貫く。光導波路層と光導波路部の交差部には、第一プリント基板の反対側から凹部が形成され、凹部の先端部の傾斜面は、光導波路層と光導波路部との光の反射面である。

光導波路層と光導波路部とで光を反射する反射面と、光導波路部と、を正確に位置合わせできる。

図１は第一実施形態の光電気混載基板を示す断面図である。図２は第一実施形態の光電気混載基板を部分的に拡大して示す断面図である。図３は情報処理装置を示す斜視図である。図４は第一実施形態の光電気混載基板の製造方法を示す断面図である。図５は第一実施形態の光電気混載基板の製造方法を示す断面図である。図６は第一実施形態の光電気混載基板の製造方法を示す断面図である。図７は第一実施形態の光電気混載基板の製造方法を示す断面図である。図８は第一実施形態の光電気混載基板の製造方法を示す断面図である。図９は第一実施形態の光電気混載基板の製造方法を示す断面図である。図１０は第一実施形態の光電気混載基板の製造方法を示す断面図である。図１１は第二実施形態の光電気混載基板を示す断面図である。

第一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、第一実施形態の光電気混載基板１２は、第一プリント基板１４、第二プリント基板１６および光導波路層１８を有する。光導波路層１８は、第一プリント基板１４と第二プリント基板１６の間に位置する。すなわち、光導波路層１８を、第一プリント基板１４と第二プリント基板１６とが挟む構造である。以下において、「厚み方向」とは、光電気混載基板１２の厚み方向をいい、矢印Ｔ１で示す。この厚み方向Ｔ１は、第一プリント基板１４、第二プリント基板１６および光導波路層１８の厚み方向と一致する。

第一プリント基板１４及び第二プリント基板１６は、いずれも、絶縁性及び剛性を有する材料（たとえばガラスエポキシ）により、板状に形成される。

光導波路層１８は、厚み方向の中央のコア２０と、コア２０の外側（図１では厚み方向両側に現れる）のクラッド２２とを有する。クラッド２２よりもコア２０のほうが光の屈折率が高い。このため、光導波路層１８において、コア２０内の光は、クラッド２２との境界で反射され、コア２０内を伝播する。

第一実施形態では、第一プリント基板１４に、２つの光導波路部２４Ａ、２４Ｂが形成される。以下、特に２つの光導波路部２４Ａ、２４Ｂを区別しない場合は、光導波路部２４として説明する。

図２に詳細に示すように、光導波路部２４は、第一プリント基板１４を厚み方向に貫く。光導波路部２４の一端は、第一プリント基板１４の外面（図１および図２では光電気混載基板１２の上面１２Ａ）に露出しており、他端は光導波路層１８内に入り込んで、光導波路層１８と交差している。以下、光導波路層１８と光導波路部２４との交差部分を交差部２６とする。

光導波路部２４は、光導波路層１８と同様に、コア２０及びクラッド２２を有する。そして、クラッド２２よりもコア２０のほうが光の屈折率が高い。このため、光導波路部２４において、コア２０内の光は、クラッド２２との境界で反射され、コア２０内を伝播する。

本実施形態では、図１から分かるように、光導波路部２４と光導波路層１８とは、９０度の角度で交差する。そして、交差部２６には、反射面２８Ａ、２８Ｂが形成される。反射面２８Ａ、２８Ｂはいずれも、光導波路層１８及び光導波路部２４に対し４５度の角度で傾斜している。そして、反射面２８Ａは、光導波路部２４Ａに入射した光を、光導波路層１８へと反射させる。反射面２８Ｂは、光導波路層１８を伝搬した光を、光導波路部２４Ｂへと反射させる。以下において、反射面２８Ａ、２８Ｂを区別しない場合は、反射面２８として説明する。

本実施形態では、第二プリント基板１６の外面（図１では光電気混載基板１２の下面１２Ｂ）からは、２つの凹部３４Ａ、３４Ｂが形成される。本実施形態では、２つの凹部３４Ａ、３４Ｂはそれぞれ、光導波路部２４Ａ、２４Ｂに対応している。以下において、凹部３４Ａ、３４Ｂを区別しない場合は、凹部３４として説明する。

図２にも詳細に示すように、凹部３４はいずれも、先端側（図１および図２では上側）の円錐面３６と、後端側（図１および図２では下側）の円筒面３８とを有する。円錐面３６は、凹部３４の中心線３４Ｃに対し４５度の角度で傾斜している。円錐面３６は傾斜面の一例である。

円錐面３６の一部は、光導波路層１８と光導波路部２４の交差部２６に位置しており、この交差部２６に位置する部分が、上記した反射面２８になっている。特に本実施形態では、凹部３４の中心線３４Ｃは、光導波路部２４の中心線２４Ｃから横方向にずれている。

これに対し、円筒面３８は、図２に示す断面において、光導波路部２４の中心線２４Ｃと平行に現われる。そして、凹部３４（円筒面３８の部分）の内径Ｄ１は、円錐面３６の最外周部分の内径と一致しており、光導波路部２４の幅Ｗ１よりも大きい。

第一プリント基板１４の外面（光電気混載基板１２の上面１２Ａ）には、回路パターン４０が形成される。この回路パターン４０には、発光部材４４及び受光部材４６が搭載される。第二プリント基板１６の外面（光電気混載基板１２の下面１２Ｂ）にも、回路パターン５２が形成される。

発光部材４４及び受光部材４６は、ハンダ３２等の導電性材料により、光電気混載基板１２の上面１２Ａの回路パターン４０と電気的に接続される。

発光部材４４は、発光部４８を有する。そして、回路パターン４０から入力した電気信号を光信号に変換し、発光部４８から光信号を発する。発光部材４４は、発光部４８からの光信号が光導波路部２４に入る位置で、光電気混載基板１２の上面１２Ａに搭載される。

受光部材４６は、受光部５０を有する、そして、光導波路部２４Ｂから射出された光信号を受ける位置で、光電気混載基板１２の上面１２Ａに搭載される。受光部材４６は、受光部５０で受けた光信号を電気信号に変換し、回路パターン４０に出力する。

図３に示すように、第一実施形態では、サーバ９２が、光電気混載基板１２を有する。サーバ９２は、情報処理装置の一例である。複数のサーバ９２は、たとえば、上下に重ねた状態でラック９４等に搭載される。

次に、光電気混載基板１２の製造方法および作用を説明する。

光電気混載基板１２を製造するには、図４に示すように、コア２０及びクラッド２２を備えた光導波路層１８と、第一プリント基板１４および第二プリント基板１６とを積層する。

なお、後述するように、第二プリント基板１６がない構造であってもよいが、本実施形態では、第二プリント基板１６を有している。したがって、光導波路層１８を挟み込むように、第一プリント基板１４および第二プリント基板１６を積層する。

第一プリント基板１４および第二プリント基板１６には、あらかじめ回路パターン４０、５２（図４では図示省略、図１参照）が形成されている。

次に、図５に示すように、第一プリント基板１４、光導波路層１８及び第二プリント基板１６を厚み方向（矢印Ｔ１方向）に貫通する貫通孔５４を形成する。貫通孔５４は、たとえば、ドリル５６により形成できる。

なお、図５では、貫通孔５４を第一プリント基板１４側から形成しているが、第二プリント基板１６側から形成してもよい。

次に、図６に示すように、貫通孔５４に、クラッド材２２Ｐを充填する。クラッド材２２Ｐは、光導波路構造材の一例であり、光導波路部２４のクラッド２２（図１参照）となる部材である。ただし、この段階では、内部にコア２０は存在しておらず、貫通孔５４内はクラッド材２２Ｐが充填されている。

次に、図７に示すように、クラッド材２２Ｐの中央に、厚み方向（矢印Ｔ１方向）の貫通孔５８を形成する。この貫通孔５８の内径は、貫通孔５４（図１参照）の内径よりも小さい。貫通孔５８の中心線は、貫通孔５４の中心線と一致している。貫通孔５８も、貫通孔５４と同様に、たとえば、ドリル６０により形成できる。

次に、図８に示すように、貫通孔５８に、コア材２０Ｐを充填する。コア材２０Ｐは、光導波路構造材の一例であり、光導波路部２４のコア２０（図１参照）となる部材である。

これにより、コア２０の外周側にクラッド２２が位置する光導波路部２４が形成される。この段階では、光導波路部２４は、第一プリント基板１４の外面（図１において光電気混載基板１２の上面１２Ａ）から、第二プリント基板１６の外面（図１において光電気混載基板１２の下面１２Ｂ）まで連続している。

次に、図９に示すように、第二プリント基板１６側から、凹部３４を形成する。凹部３４は、たとえば、ドリル６２を用い、ドリル穴として形成できる。

凹部３４は、先端側（図９では上側）において、凹部３４の中心線３４Ｃから円錐状に広がる円錐面３６を有する。さらに凹部３４は、円錐面３６の最外周部から円筒状に伸びる円筒面３８を有する。円錐面３６が、光導波路層１８と光導波路部２４との交差部２６に位置するように、凹部３４の深さ（ドリル６２の進入長さ）が調整される。これにより、円錐面３６は、交差部２６（図２参照）に位置し、光導波路層１８と光導波路部２４との間で光を反射する反射面２８となる。

凹部３４の径は、光導波路部２４の径よりも大きい。また、凹部３４の中心線３４Ｃは、光導波路部２４の中心線である光導波路部２４の中心線２４Ｃからずれている。そして、図１および図２に示す断面において、光導波路部２４の中心線２４Ｃの片側では円錐面３６の全体が交差部２６に位置している。すなわち、光導波路部２４の中心線２４Ｃの片側では円錐面３６が光導波路部２４からはみ出さないので、円錐面３６を有効に用いて反射面２８を形成できる。

また、凹部３４の径は、光導波路部２４の径の２倍以上である。そして、凹部３４の中心線３４Ｃは、光導波路部２４の側壁に位置している。したがって、光導波路部２４の幅方向の全域にわたって反射面２８が位置している。

そして、貫通孔５４内のクラッド材２２Ｐおよびコア材２０Ｐが第二プリント基板１６側から部分的に削られることで、削り残りの部分が光導波路部２４となる。

図１０に示すように、凹部３４が形成された状態（発光部材４４や受光部材４６は搭載されていない）であっても、光電気混載基板と言える。すなわち、発光部材４４や受光部材４６は搭載されていなくても、電気信号が流れる部分（回路パターン４０）と、光信号が流れる部分（光導波路層１８、光導波路部２４）が混載された基板である。これに対し、本実施形態はさらに、第一プリント基板１４に、発光部材４４および受光部材４６を搭載する構造の光電気混載基板である。

このとき、発光部４８で発光された光が光導波路部２４Ｂに達する位置で、発光部材４４は第一プリント基板１４上の回路パターン４０に対し、ハンダ３２により電気的に接続される。また、光導波路部２４Ｂから射出される光を受光部５０で受光する位置で、受光部材４６は第一プリント基板１４上の回路パターン４０に対し、ハンダ３２により電気的に接続される。以上により、本実施形態の光電気混載基板１２が製造される。

上記説明から分かるように、光導波路層１８と第一プリント基板１４および第二プリント基板１６とを積層した状態で、第一プリント基板１４に光導波路部２４が形成される。その後、第二プリント基板１６側から凹部３４が形成されることで、光導波路層１８と光導波路部２４との交差部２６に反射面２８が形成される。

ここで、比較例として、反射面２８が光導波路層１８に形成され、光導波路部２４が第一プリント基板１４に形成された後、光導波路層１８と第一プリント基板１４とが貼り合せされる場合を考える。比較例では、光導波路部２４と反射面２８とを正確に位置合わせすることが難しい。また、たとえば、光導波路層１８に反射面２８を形成したのち、この反射面２８に対応した位置で、第一プリント基板１４に光導波路部２４を形成することも難しい。

これに対し、本実施形態では、光導波路部２４が形成された第一プリント基板１４と光導波路層１８とが貼り合わせされた後、凹部３４が形成されることで、光導波路層１８と光導波路部２４との交差部２６に反射面２８が形成される。凹部３４を形成する作業は、上記比較例のように光導波路部２４と反射面２８とを位置合わせする作業と比較して、位置の精度を高く維持しやすい。したがって、本実施形態では、光導波路部２４と反射面２８との、より正確な位置合わせが可能である。

特に本実施形態では、凹部３４の中心線３４Ｃは、光導波路部２４の中心線２４Ｃから横方向にずれている。したがって、凹部３４の中心線３４Ｃが光導波路部２４の中心線２４Ｃと一致する構造と比較して、光導波路部２４の幅方向（横方向）の広い範囲に、反射面２８が形成される。

しかも、本実施形態では、凹部３４の内径Ｄ１は、光導波路部２４の幅Ｗ１よりも大きい。したがって、凹部３４の内径Ｄ１が、光導波路部２４の幅Ｗ１以下である構造と比較して、図１および図２に示す断面において、光導波路部２４の幅方向の広い範囲に反射面２８を形成できる。

第一実施形態では、発光部材４４が光電気混載基板１２に搭載されている。発光部材４４が光電気混載基板１２に一体化されているので、発光部材４４と光導波路部２４Ａとの位置関係を一定に維持できる。

そして、光電気混載基板１２に一体化された発光部材４４によって、コンパクトな構造で、回路パターン４０を流れる電気信号を光信号に変換できる。

同様に、第一実施形態では、受光部材４６が光電気混載基板１２に搭載されている。受光部材４６が光電気混載基板１２と一体化されているので、受光部材４６と光導波路部２４Ｂとの位置関係を一定に維持できる。

そして、光電気混載基板１２に一体化された受光部材４６によって、コンパクトな構造で、光導波路部２４Ｂから射出された光信号を電気信号に変換できる。

しかも、第一実施形態では、発光部材４４の発光部４８から出た光を、光導波路部２４Ａ、光導波路層１８、光導波路部２４Ｂを経て、受光部材４６の受光部５０で受ける構造である。すなわち、１つの光電気混載基板１２において、電気信号を光信号に変換して伝搬させ、さらに伝搬された光信号を電気信号に戻すことが可能である。

そして、第一実施形態では、反射面２８Ａが、光導波路部２４Ａに対し高い位置精度で形成されるので、光導波路部２４Ａから光導波路層１８へ、確実に光を反射させることができる。また、反射面２８Ｂが、光導波路部２４Ｂに対し高い位置精度で形成されるので、光導波路層１８から光導波路部２４Ｂへ、確実に光を反射させることができる。

次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同一の要素、部材等については図面に同一符号を付し、詳細な説明を省略することがある。

図１１に示すように、第二実施形態では、光電気混載基板７２と、光電気混載基板７４とが対で用いられる。

光電気混載基板７２の幅方向の端部及び、光電気混載基板７４の端部には、光コネクタ７６が取り付けられる。光コネクタ７６は、光ケーブル７８により接続される。光電気混載基板７２の発光部材４４の発光部４８から出た光は、光導波路部２４Ｂから光導波路層１８を伝わり、光ケーブル７８に入射する。この光はさらに、光電気混載基板７４の光導波路層１８から光導波路部２４を伝わり、受光部材４６の受光部５０に入射する。

したがって、第二実施形態の光電気混載基板７２は、受光部材４６が搭載されていなくてもよい。同様に、第二実施形態に光電気混載基板７４では、発光部材４４が搭載されていなくてもよい。

上記した光電気混載基板１２、７２、７４は、第二プリント基板１６を有している。第二プリント基板１６がなく、光導波路層１８が第一プリント基板１４の反対側で露出している構造であっても、光導波路層１８に対し第一プリント基板１４の反対側から凹部３４を形成することで、反射面２８を形成できる。

上記のように、第二プリント基板１６を有する構造の光電気混載基板１２、７２、７４では、光導波路層１８が光電気混載基板の内層に位置し、第一プリント基板１４および第二プリント基板１６の１つの面が外側に露出する（上面１２Ａ、下面１２Ｂ）。このため、第一プリント基板１４の外面および第二プリント基板１６の外面に電子部品を搭載でき、電子部品の高密度実装に寄与できる。

上記した光電気混載基板１２、７２、７４は、光導波路部２４を有しているので、光導波路部２４がない構造と比較して、発光部４８から出た光の減衰を抑制し光導波路層１８に伝えることができる。また、光電気混載基板１２、７２、７４は、光導波路部２４Ｂを有しているので、光導波路部２４Ｂがない構造と比較して、光導波路層１８を伝搬した光の減衰を抑制して受光部５０に受光させることができる。

以上、本願の開示する技術の実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

本明細書は、以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
電気信号が流れる回路を備える第一プリント基板と、
前記第一プリント基板と積層される光導波路層と、
前記第一プリント基板及び前記光導波路層を厚み方向に貫く光導波路部と、
前記光導波路層と前記光導波路部の交差部に前記第一プリント基板の反対側から形成され、先端部の傾斜面が前記光導波路層と前記光導波路部との光の反射面である凹部と、
を有する光電気混載基板。
（付記２）
前記光導波路層に対し第一プリント基板と反対側に位置する第二プリント基板を備え、
前記光導波路部が前記第一プリント基板に形成され、
前記凹部が前記第二プリント基板から前記光導波路層へ形成される付記１に記載の光電気混載基板。
（付記３）
前記凹部の中心線が、前記光導波路部の中心線からずれている付記１又は付記２に記載の光電気混載基板。
（付記４）
前記凹部の内径が、前記光導波路部の幅よりも大きい付記３に記載の光電気混載基板。
（付記５）
前記光導波路部へ光を発する発光部を備え前記第一プリント基板に搭載されて前記回路と電気的に接続される発光部材、を有する付記１〜付記４のいずれか１つに記載の光電気混載基板。
（付記６）
前記発光部材が、前記回路からの電気信号を前記発光部で発する光信号に変換する付記５に記載の光電気混載基板。
（付記７）
前記光導波路部から射出される光を受ける受光部を備え前記第一プリント基板に搭載されて前記回路と電気的に接続される受光部材、を有する付記１〜付記６のいずれか１つに記載の光電気混載基板。
（付記８）
前記受光部材が、前記受光部で受けた光信号を前記回路への電気信号に変換する付記７に記載の光電気混載基板。
（付記９）
前記光導波路層に前記反射面で光接続される複数の前記光導波路部と、
前記光導波路部の１つへ光を発する発光部を備え前記プリント基板に搭載されて前記回路と電気的に接続される発光部材と、
前記反射面で反射され前記光導波路部の他の１つから射出される前記光を受ける受光部を備え前記プリント基板に搭載されて前記回路と電気的に接続される受光部材と、
を有する付記１〜付記５のいずれか１つに記載に光電気混載基板。
（付記１０）
電気信号が流れる回路を備える第一プリント基板と、
前記第一プリント基板と積層される光導波路層と、
前記第一プリント基板及び前記光導波路層を厚み方向に貫く光導波路部と、
前記光導波路層と前記光導波路部の交差部に前記第一プリント基板の反対側から形成され、先端部の傾斜面が前記光導波路層と前記光導波路部との光の反射面である凹部と、
を備える光電気混載基板を有する情報処理装置。
（付記１１）
第一プリント基板と光導波路層とを積層し、
前記第一プリント基板および前記光導波路層に厚み方向の貫通孔を形成し、
前記貫通孔に光導波路構造材を充填して光導波路部を形成し、
先端部の傾斜面が前記光導波路層と前記光導波路部との交差部に達する凹部を形成し、前記傾斜面を前記光導波路層と前記光導波路部との反射面とする、光電気混載基板の製造方法。
（付記１２）
前記凹部の中心線を、前記光導波路部の中心線からずらして前記凹部を形成する付記１１に記載の光電気混載基板の製造方法。

１２光電気混載基板
１２Ａ上面
１２Ｂ下面
１４第一プリント基板
１６第二プリント基板
１８光導波路層
２０コア
２０Ｐコア材
２２クラッド
２２Ｐクラッド材
２４、２４Ａ、２４Ｂ光導波路部
２４Ｃ中心線（導波路部の中心線）
２６交差部
２８、２８Ａ、２８Ｂ反射面
３２ハンダ
３４凹部
３４Ｃ中心線（凹部の中心線）
３６円錐面
３８円筒面
４０回路パターン（回路の一例）
４４発光部材
４６受光部材
４８発光部
５０受光部
５２回路パターン
５４貫通孔
５６ドリル
５８貫通孔
６０ドリル
６２ドリル
７２光電気混載基板
７４光電気混載基板
７６光コネクタ
７８光ケーブル
９２サーバ（情報処理装置の一例）
９４ラック

Claims

電気信号が流れる回路を備える第一プリント基板と、
前記第一プリント基板と積層される光導波路層と、
前記第一プリント基板及び前記光導波路層を厚み方向に貫く貫通孔に設けられ中央のコアと前記コアの周囲に位置し一部が前記光導波路層を貫くクラッドとを備える光導波路部と、
前記光導波路層と前記光導波路部の交差部に前記第一プリント基板の反対側から形成され、先端部の傾斜面が前記光導波路層と前記光導波路部との光の反射面である凹部と、
を有する光電気混載基板。
前記光導波路層に対し第一プリント基板と反対側に位置する第二プリント基板を備え、
前記光導波路部が前記第一プリント基板に形成され、
前記凹部が前記第二プリント基板から前記光導波路層へ形成される請求項１に記載の光電気混載基板。
前記凹部の中心線が、前記光導波路部の中心線からずれている請求項１又は請求項２に記載の光電気混載基板。
前記凹部の内径が、前記光導波路部の幅よりも大きい請求項３に記載の光電気混載基板。
電気信号が流れる回路を備える第一プリント基板と、
前記第一プリント基板と積層される光導波路層と、
前記第一プリント基板及び前記光導波路層を厚み方向に貫く貫通孔に設けられ中央のコアと前記コアの周囲に位置し一部が前記光導波路層を貫くクラッドとを備える光導波路部と、
前記光導波路層と前記光導波路部の交差部に前記第一プリント基板の反対側から形成され、先端部の傾斜面が前記光導波路層と前記光導波路部との光の反射面である凹部と、
を備える光電気混載基板を有する情報処理装置。
貫通孔が未形成の第一プリント基板と光導波路層とを積層し、
前記第一プリント基板および前記光導波路層に厚み方向の前記貫通孔を形成し、
前記貫通孔に光導波路部の外周のクラッドを成すクラッド材を充填し前記クラッド材の中央に第二貫通孔を形成し、
前記第二貫通孔に、前記光導波路部の中央のコアを成すコア材を充填し、
先端部の傾斜面が前記光導波路層と前記光導波路部との交差部に達する凹部を形成し、前記傾斜面を前記光導波路層と前記光導波路部との反射面とする、光電気混載基板の製造方法。