JP6558192B2 - 光学装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光学装置、及びプリント回路基板に関する。
特許文献１は、プリント基板を開示する。
特開２００８−９１５２２号公報
特許文献１に開示されたプリント基板は複数の貫通孔を備え、これらの貫通孔は、電子部品を実装するためのエリアに設けられている。貫通孔は、プリント基板の裏面から挿入される放熱部品の突起を受け入れて、突起の先端部はプリント基板のおもて面から突出する。突出した先端部は電子部品に接触して、電子部品によって発生された熱の放出を可能にする。
先端部がプリント基板のおもて面から突出するので、突出した先端部とプリント基板のおもて面との境界に段差が形成される。発明者の知見によれば、電子部品が半導体光デバイスを備える技術分野では、プリント基板の段差は実装に制約を与える。
本発明の一側面は、実装された半導体光デバイスに短い放熱経路を提供可能なプリント回路基板を提供することを目的とし、また、本発明の別の側面は、このプリント回路基板及び半導体光デバイスを含む光学装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係るプリント回路基板は、配線及び接地のための第１１金属層及び第１１誘電体コア層を含み第１開口を有する第１層構造と、配線及び接地のための第２１金属層及び第２１誘電体コア層を含み第２開口を有する第２層構造と、第１面と前記第１面の反対側の第２面とを含む金属片と、を備え、前記第１層構造、前記金属片及び前記第２層構造は、第１軸の方向に配列されており、前記第１開口は、前記第１軸の方向に延在して前記第１層構造を貫通し、前記第２開口は、前記第１軸の方向に延在して前記第２層構造を貫通し、前記第１開口は前記第１軸の方向に延在する第１側面を有し、前記第２開口は、前記第１軸の方向に延在する第２側面を有し、前記プリント回路基板は、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在して前記第１側面を前記第２側面に繋ぐ支持面を有し、前記支持面は第１開口内において前記金属片の前記第２面を支持しており、前記第２開口は、前記第１軸の方向に延在して前記金属片の前記第２面に到達し、前記第１層構造は、前記第１層構造の表面における前記第１開口の縁に沿って配列された複数のパッド電極を含む。
本発明の別の側面に係る光学装置は、光学結合素子と、該光学結合素子に係る光を処理する光素子と、該光素子に係る電気信号を処理する回路素子とをモノリシックに集積する半導体光デバイスと、第１面及び該第１面の反対側の第２面を有する金属片と第１開口及び第２開口を有する本体とを有し、前記半導体光デバイスに電気的に接続されたプリント回路基板と、前記プリント回路基板上に実装された第１電子部品と、を備え、前記第１開口、前記金属片及び前記第２開口は第１軸の方向に配列されており、前記金属片は、前記プリント回路基板の前記本体に支持され、前記プリント回路基板は、おもて面及び該おもて面の反対側に位置する裏面を有し、前記第１開口は、前記おもて面から第１軸の方向に延在し、前記第２開口は、前記裏面から前記第１軸の方向に延在し、前記第１開口は前記第１軸の方向に延在する第１側面を有し、前記第２開口は、前記第１軸の方向に延在する第２側面を有し、前記プリント回路基板の前記本体は、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在して前記第１側面を前記第２側面に繋ぐ支持面を有し、前記支持面は前記第１開口において前記金属片の前記第２面を支持しており、前記第２開口は、前記第１軸の方向に延在して前記金属片の前記第２面に到達し、前記半導体光デバイスは前記第１開口における前記金属片の前記第１面上に搭載され、前記第１電子部品は、前記プリント回路基板の導電体を介して前記半導体光デバイスに電気的に接続される。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
以上説明したように、本発明の一側面によれば、実装された半導体光デバイスに短い放熱経路を提供可能なプリント回路基板が提供される。また、本発明の別の側面によれば、このプリント回路基板及び半導体光デバイスを含む光学装置が提供される。
図１は、本実施形態に係る光学装置を模式的に示す図面である。 図２は、本実施形態に係る光学装置において光学部品を接続した光学装置を模式的に示す図面である。 図３は、本実施形態に係る光学装置において支持部材を取り付けた光学装置を模式的に示す図面である。 図４は、本実施形態に係る光学装置のための半導体光デバイスの一例を模式的に示す図面である。 図５は、本実施形態に係る光学装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図６は、本実施形態に係る光学装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図７は、本実施形態に係る光学装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図８は、本実施形態に係る光学装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図９は、本実施形態に係る光学装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１０は、本実施形態に係る光学装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１１は、本実施形態に係る光学装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１２は、本実施形態に係る光学装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１３は、本実施形態に係る光学装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１４は、本実施形態に係る光学装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
引き続きいくつかの具体例を説明する。
一形態に係る光学装置は、（ａ）光学結合素子と、該光学結合素子に係る光を処理する光素子と、該光素子に係る電気信号を処理する回路素子とをモノリシックに集積する半導体光デバイスと、（ｂ）第１面及び該第１面の反対側の第２面を有する金属片と第１開口及び第２開口を有する本体とを有し、前記半導体光デバイスに電気的に接続されたプリント回路基板と、（ｃ）前記プリント回路基板上に実装された第１電子部品と、を備え、前記第１開口、前記金属片及び前記第２開口は第１軸の方向に配列されており、前記金属片は、前記プリント回路基板の前記本体に支持され、前記プリント回路基板は、おもて面及び該おもて面の反対側に位置する裏面を有し、前記第１開口は、前記おもて面から第１軸の方向に延在し、前記第２開口は、前記裏面から前記第１軸の方向に延在し、前記第１開口は前記第１軸の方向に延在する第１側面を有し、前記第２開口は、前記第１軸の方向に延在する第２側面を有し、前記プリント回路基板の前記本体は、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在して前記第１側面を前記第２側面に繋ぐ支持面を有し、前記支持面は前記第１開口において前記金属片の前記第２面を支持しており、前記第２開口は、前記第１軸の方向に延在して前記金属片の前記第２面に到達し、前記半導体光デバイスは前記第１開口における前記金属片の前記第１面上に搭載され、前記第１電子部品は、前記プリント回路基板の導電体を介して前記半導体光デバイスに電気的に接続される。
この光学装置によれば、第１開口、金属片及び第２開口が第１軸の方向に配列されるので、プリント回路基板の第２開口は第１開口に連通すると共に、プリント回路基板は、第１側面の縁を第２側面の縁に繋ぐ支持面を有する。この支持面は金属片の第２面を支持している。また、第１開口、金属片及び第２開口が第１軸に沿って配列されるので、金属片は、プリント回路基板内において第１開口及び第２開口に係る領域に限定的に位置している。半導体光デバイスが第１開口内の金属片の第１面上に搭載されて、半導体光デバイスの裏面の全体が金属片の第１面によって支持される。第２開口は金属片の第２面に到達して、金属片の第２面を用いた放熱を可能にする。
一形態に係る光学装置では、前記プリント回路基板は、第１層構造及び第２層構造を有し、前記第１層構造、前記金属片及び前記第２層構造は、第１軸の方向に順に配列されており、前記第１開口は、前記第１軸の方向に前記第１層構造を貫通し、前記第２開口は、前記第１軸の方向に前記第２層構造を貫通し、前記第１層構造は、第１１誘電体コア層と、該第１１誘電体コア層上に設けられ配線又は接地のための第１１金属層とを含み、前記第２層構造は、第２１誘電体コア層と、該第２１誘電体コア層上に設けられ配線又は接地のための第２１金属層とを含む。
この光学装置によれば、第１層構造の第１開口及び第２層構造の第２開口が連通すると共に支持面が金属片を支持するように、第１層構造、金属片及び第２層構造が第１軸の方向に配列される。プリント回路基板内の第１層構造及び第２層構造の各々における絶縁層の厚さ及び配線層の幅といった電気的特性に影響する構造を大幅に変更することなく、半導体素子の実装用の金属片をプリント回路基板に取り込むことができる。
一形態に係る光学装置は、複数の光導波路と、前記光導波路を保持する保持体とを含む光学部品を更に備え、前記光学部品は、前記光導波路が前記光学結合素子に光学的に結合されるように前記半導体光デバイスに支持される。
この光学装置によれば、光学部品は、半導体光デバイスに支持されて、前記半導体光デバイスの光学結合素子に結合される。
一形態に係る光学装置は、前記プリント回路基板の前記裏面に実装された第２電子部品を更に備え、前記第１電子部品は、前記プリント回路基板の前記おもて面に実装され、前記第２電子部品は、前記プリント回路基板上の前記半導体光デバイスに電気的に接続される。
この光学装置によれば、プリント回路基板の配線層を用いて、第１層構造の表面だけでなく第２層構造の表面にも部品の実装を可能にする。
一形態に係る光学装置は、前記本体の前記第２開口における前記金属片の前記第２面を支持する支持面を有する放熱部材を更に備える。
この光学装置によれば、放熱部材は、プリント回路基板の金属片の第２面を支持すると共に、金属片の第１面は半導体光デバイスを搭載する。
一形態に係る光学装置では、前記半導体光デバイスは、前記光素子としてフォトダイオード及びマッハツェンダ変調器の少なくとも一方と、該光素子に係る電気信号を処理する回路素子とを含む。
この光学装置によれば、これらの光素子及び回路素子は、動作中に発熱する。第２層構造の第２開口が金属片の第２面に到達するので、この熱は、プリント回路基板の金属片の第２面を用いて放熱可能である。
一形態に係るプリント回路基板は、（ａ）配線及び接地のための第１１金属層及び第１１誘電体コア層を含み第１開口を有する第１層構造と、（ｂ）配線及び接地のための第２１金属層及び第２１誘電体コア層を含み第２開口を有する第２層構造と、（ｃ）第１面と前記第１面の反対側の第２面とを含む金属片と、を備え、前記第１層構造、前記金属片及び前記第２層構造は、第１軸の方向に配列されており、前記第１開口は、前記第１軸の方向に延在して前記第１層構造を貫通し、前記第２開口は、前記第１軸の方向に延在して前記第２層構造を貫通し、前記第１開口は前記第１軸の方向に延在する第１側面を有し、前記第２開口は、前記第１軸の方向に延在する第２側面を有し、前記プリント回路基板は、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在して前記第１側面を前記第２側面に繋ぐ支持面を有し、前記支持面は第１開口内において前記金属片の前記第２面を支持しており、前記第２開口は、前記第１軸の方向に延在して前記金属片の前記第２面に到達し、前記第１層構造は、前記第１層構造の表面における前記第１開口の縁に沿って配列された複数のパッド電極を含む。
このプリント回路基板によれば、第１層構造及び第２層構造を備える構造物は、第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在する支持面を有し、この支持面は金属片の第２面を支持する。この金属片の第１面は、半導体素子を実装するために使用可能である。第１層構造は、第１層構造の表面における第１開口の縁に沿って配列された複数のパッド電極を含むので、第１開口の金属片の第１面上に搭載された半導体光デバイスに電気的に接続を行うことができる、また、第２開口が第２層構造の表面から金属片の第２面に到達するので、金属片の第１面上の半導体光デバイスからの熱が金属片の第２面を介して伝搬していく。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、光学装置、プリント回路基板、プリント回路基板を作製する方法、及び光学装置を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
図１は、本実施形態に係る光学装置を模式的に示す図面である。図２は、光学部品を接続した光学装置を模式的に示す図面である。図３は、支持部材を取り付けた光学装置を模式的に示す図面である。図４は、本実施形態に係る光学装置のための半導体光デバイスの一例を模式的に示す図面である。光学装置１１は、プリント回路基板１３、半導体光デバイス１５、及び第１電子部品１７を備える。プリント回路基板１３は、本体１９に設けられた第１開口１３ａ及び第２開口１３ｂと、本体１９に支持された金属片２１とを備える。プリント回路基板１３は、複数の配線レイヤー（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）及び複数の絶縁レイヤー（ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３、ＣＲ４、ＡＤ１Ｈ、ＡＤ２Ｈ、ＡＤ３Ｈ）を含む。金属片２１は、第１面２１ａ及び第２面２１ｂを有し、金属片２１の第１面２１ａは第２面２１ｂの反対側にある。金属片２１は、例えば金属箔、薄い金属板といった形状を有することができる。プリント回路基板１３は、おもて面１３ｃ及び該おもて面１３ｃの反対側に位置する裏面１３ｄを有する。第１開口１３ａは、おもて面１３ｃから第１軸Ａｘ１の方向に延在し、第２開口１３ｂは、裏面１３ｄから第１軸Ａｘ１の方向に延在する。第１開口１３ａは第１軸Ａｘ１の方向に延在する第１側面１３ｅを有し、第２開口１３ｂは、第１軸Ａｘ１の方向に延在する第２側面１３ｆを有する。プリント回路基板１３の本体１９は、支持面１３ｇを有しており、この支持面１３ｇは、第１軸Ａｘ１の方向に交差する第２軸Ａｘ２及び第３軸Ａｘ３の方向に延在して第１側面１３ｅの縁を第２側面１３ｆの縁に繋ぐ。支持面１３ｇは、第１開口１３ａ内において金属片２１の第２面２１ｂを支持する。第２開口１３ｂは、第１軸Ａｘ１の方向に延在して金属片２１の第２面２１ｂに到達している。半導体光デバイス１５は、プリント回路基板１３の第１開口１３ａにおいて金属片２１の第１面２１ａ上に搭載されている。半導体光デバイス１５は、プリント回路基板１３に電気的に接続される。半導体光デバイス１５は、一又は複数の光学結合素子と、該光学結合素子に係る光を処理する光素子とをモノリシックに集積する。第１電子部品１７は、プリント回路基板１３上に実装されており、またプリント回路基板１３の導電体を介して半導体光デバイス１５に電気的に接続される。
この光学装置１１によれば、第１開口１３ａ、金属片２１及び第２開口１３ｂが第１軸Ａｘ１の方向に配列されて、金属片２１がプリント回路基板１３の本体１９によって支持される。プリント回路基板１３の第２開口１３ｂは第１開口１３ａに連通しており、プリント回路基板１３は、第１側面１３ｅの縁を第２側面１３ｆの縁に繋ぐ支持面１３ｇを有する。支持面１３ｇは金属片２１の第２面２１ｂを支持している。第１開口１３ａ、金属片２１及び第２開口１３ｂが第１軸Ａｘ１に沿って配列される。金属片２１の位置は、プリント回路基板１３内において第１開口１３ａ及び第２開口１３ｂに係る領域に限定されている。この位置の限定により、絶縁層の厚さ及び配線層の幅といった電気的特性に影響する構造をプリント回路基板１３内の本体１９内において大幅に変更することなく、半導体光デバイス１５といった半導体素子の実装用の金属片２１をプリント回路基板１３に設けることができる。半導体光デバイス１５がプリント回路基板１３の第１開口１３ａにおいて金属片２１の第１面２１ａ上に搭載されて、半導体光デバイス１５の裏面の全体が金属片２１の第１面２１ａによって支持される。プリント回路基板１３の第２開口１３ｂは、金属片２１の第２面２１ｂに到達して、金属片２１の第２面２１ｂを介した放熱を可能にする。
具体的には、プリント回路基板１３の本体１９は、一実施例では、第１１誘電体コア層ＣＲ１、第１２誘電体コア層ＣＲ２、第１１絶縁性接着層ＡＤ１Ｈ、第１１金属層Ｌ１、第１２金属層Ｌ２、第１３金属層Ｌ３、第１４金属層Ｌ４、第２１誘電体コア層ＣＲ３、第２２誘電体コア層ＣＲ４、第２１絶縁性接着層ＡＤ２Ｈ、第２２絶縁性接着層ＡＤ４Ｈ、第２１金属層Ｌ５、第２２金属層Ｌ６、第２３金属層Ｌ７、及び第２４金属層Ｌ８を含むことができる。誘電体コア層及び絶縁性接着層は、所望の電気的特性をプリント回路基板１３に提供できるような誘電率及び厚さを有しており、第１１金属層Ｌ１、第１２金属層Ｌ２、第１３金属層Ｌ３、第１４金属層Ｌ４、第２１金属層Ｌ５、第２２金属層Ｌ６、第２３金属層Ｌ７、及び第２４金属層Ｌ８は、所望の電気的特性をプリント回路基板１３に提供できるような配線幅を有する。第１１金属層Ｌ１、第１２金属層Ｌ２、第１３金属層Ｌ３、第１４金属層Ｌ４、第２１金属層Ｌ５、第２２金属層Ｌ６、第２３金属層Ｌ７、及び第２４金属層Ｌ８は、配線又は共通電位（例えば、接地）の提供のために誘電体コア層又は絶縁性接着層上に設けられる。これらの金属層の各々は、電気的接続の実現又は共通電位（例えば、接地）の提供のためにパターンを有する。この実施例では、第１１金属層Ｌ１がプリント回路基板１３のおもて面１３ｃに設けられ、第２４金属層Ｌ８がプリント回路基板１３の裏面１３ｄに設けられる。例えば、第１１金属層Ｌ１が第１１誘電体コア層上に設けられる。第２１金属層Ｌ５は、第２１誘電体コア層ＣＲ３と第２１絶縁性接着層ＡＤ２Ｈとの間に設けられて、第２１絶縁性接着層ＡＤ２Ｈは、第２１金属層Ｌ５を金属片２１から絶縁する。第１１誘電体コア層ＣＲ１は、第１１金属層Ｌ１を第１２金属層Ｌ２から絶縁する。第１４金属層Ｌ４は、第１２誘電体コア層ＣＲ２と第２１絶縁性接着層ＡＤ２Ｈとの間に設けられて、第２１絶縁性接着層ＡＤ２Ｈは、第１２誘電体コア層ＣＲ２に接着して、第１４金属層Ｌ４を金属片２１から絶縁する。金属片２１は、第１１金属層Ｌ１、第１２金属層Ｌ２、第１３金属層Ｌ３、第１４金属層Ｌ４、第２１金属層Ｌ５、第２２金属層Ｌ６、第２３金属層Ｌ７、及び第２４金属層Ｌ８から絶縁されている。
第１１誘電体コア層ＣＲ１、第１２誘電体コア層ＣＲ２、第２１誘電体コア層ＣＲ３、及び第２２誘電体コア層ＣＲ４は、例えばガラスエポキシ系樹脂を備えることができる。第１１金属層Ｌ１、第１２金属層Ｌ２、第１３金属層Ｌ３、第１４金属層Ｌ４、第２１金属層Ｌ５、第２２金属層Ｌ６、第２３金属層Ｌ７、及び第２４金属層Ｌ８は、例えば銅、銀、アルミニウム、マグネシウム等を備える。第１１絶縁性接着層ＡＤ１Ｈ、第２１絶縁性接着層ＡＤ２Ｈ、及び第２２絶縁性接着層ＡＤ４Ｈは、例えばプリプレグを備え、プリプレグは、多孔性材料支持体に含浸された絶縁性樹脂組成物を含み、このための絶縁性樹脂組成物又は絶縁性組成物は、例えばガラスエポキシ系樹脂、アルミナ等を備える。
具体例。
金属片２１の厚さＴＭの範囲：０．１〜０．６ｍｍ。
金属片２１の材料：銅、アルミニウム、マグネシウム、鉄（ステンレス含む）、アルマイト等。
第１開口１３ａの深さＤ１：７００〜８００μｍ。
第２開口１３ｂの深さＤ２：２００〜２２００μｍ。
プリント回路基板の厚さ：２〜３ｍｍ。
半導体光デバイス１５の厚さＤＶ１：７００〜１１００μｍ。
半導体光デバイス１５の側面と第１開口１３ａの第１側面１３ｅとの間隔ＤＳ：２００〜７００μｍ。
第１開口１３ａの第１側面１３ｅは絶縁体からなり、具体的には、誘電体コア層のエポキシ系樹脂及び絶縁性接着層のプリプレグを備える。また、第２開口１３ｂの第２側面１３ｆは絶縁体からなり、具体的には、誘電体コア層のエポキシ系樹脂及び絶縁性接着層のプリプレグを備える。第１１金属層Ｌ１、第１２金属層Ｌ２、第１３金属層Ｌ３、第１４金属層Ｌ４は、第１開口１３ａの第１側面１３ｅから隔置され、また、第２１金属層Ｌ５、第２２金属層Ｌ６、第２３金属層Ｌ７、及び第２４金属層Ｌ８は、第２開口１３ｂの第２側面１３ｆから隔置されている。これらの隔置により、金属片２１が、偶発的に第１１金属層Ｌ１、第１２金属層Ｌ２、第１３金属層Ｌ３、第１４金属層Ｌ４、第２１金属層Ｌ５、第２２金属層Ｌ６、第２３金属層Ｌ７、及び第２４金属層Ｌ８のいずれかと接触することを避けることができる。本体１９内の金属層は、第１側面１３ｅ及び第２側面１３ｆから１５０μｍ以上の距離で離される。
金属片２１は、第１部分２１ｃ及び第２部分２１ｄを含む。第１部分２１ｃは第２部分２１ｄを囲み、第２部分２１ｄの周囲に帯状エリアを形成する。帯状エリアの幅は、例えば１００μｍ〜５００μｍであることができる。第２１絶縁性接着層ＡＤ２Ｈ及び／又は第１２誘電体コア層ＣＲ２が、金属片２１の縁部分、具体的には、第１部分２１ｃを支持する。この支持を可能にするために、図１〜図３に示されたプリント回路基板１３における第１開口１３ａのサイズは、第１軸Ａｘ１に直交する平面における断面のサイズに関して、第２開口１３ｂのサイズより大きい。支持面１３ｇは、第１開口１３ａの縁に沿って閉じた帯状の形状を有することがよく、また第２開口１３ｂの縁に沿って閉じた帯状の形状を有することがよい。具体的には、半導体光デバイス１５の裏面の縁は、金属片２１の第２面２１ｂにおける第２開口１３ｂの縁より外側に位置することができ、支持面１３ｇ及び金属片２１が半導体光デバイス１５を支持できる。或いは、半導体光デバイス１５の裏面の縁は、金属片２１の第２面２１ｂにおける第２開口１３ｂの縁より内側に位置することができ、放熱のために半導体光デバイス１５の裏面の全体を効果的に利用できる。
プリント回路基板１３の本体１９は、第１層構造１９ａ及び第２層構造１９ｂを含む。第１層構造１９ａは第１開口１３ａを有し、第１開口１３ａは第１層構造１９ａを貫通する。第２層構造１９ｂは第２開口１３ｂを有し、第２開口１３ｂは第２層構造１９ｂを貫通する。第１層構造１９ａの第１開口１３ａ及び第２層構造１９ｂの第２開口１３ｂが連通すると共に支持面１３ｇが金属片２１を支持するように、第１層構造１９ａ、金属片２１及び第２層構造１９ｂは、第１軸Ａｘ１の方向に配列されている。プリント回路基板１３内の第１層構造１９ａ及び第２層構造１９ｂの各々における絶縁層の厚さ及び配線層の幅といった電気的特性に影響する構造を大幅に変更することなく、半導体素子の実装用の金属片２１をプリント回路基板１３に取り込むことができる。第１層構造１９ａの第１開口１３ａが金属片２１の位置をガイドすると共に、第２開口１３ｂが、第１開口１３ａの縁から内側にシフトした位置から延在するので、第２層構造１９ｂの内表面を支持面１３ｇとして用いて第２層構造１９ｂが金属片２１の縁（第１部分２１ｃ）を支持できる。
本実施例では、第１層構造１９ａは、第１１誘電体コア層ＣＲ１、第１２誘電体コア層ＣＲ２、第１１絶縁性接着層ＡＤ１Ｈ、第１１金属層Ｌ１、第１２金属層Ｌ２、第１３金属層Ｌ３、及び第１４金属層Ｌ４を含み、また、第２層構造１９ｂは、第２１誘電体コア層ＣＲ３、第２２誘電体コア層ＣＲ４、第２１絶縁性接着層ＡＤ２Ｈ、第２２絶縁性接着層ＡＤ４Ｈ、第２１金属層Ｌ５、第２２金属層Ｌ６、第２３金属層Ｌ７、及び第２４金属層Ｌ８を含む。この光学装置１１によれば、第１層構造１９ａ及び第２層構造１９ｂが金属片２１を支持するように、第１層構造１９ａ、金属片２１及び第２層構造１９ｂが第１軸Ａｘ１の方向に配列される。これ故に、プリント回路基板１３内の第１層構造１９ａ及び第２層構造１９ｂの各々における絶縁層の厚さ及び配線層の幅といった電気的特性に影響する構造を大幅に変更することなく、半導体素子の実装用の金属片２１をプリント回路基板１３内に設けることができる。この構造は、プリント回路基板１３の作製を容易にする。
プリント回路基板１３の本体１９を均一且つ平坦に作製するためには、誘電体コア層の厚さ及び絶縁性接着層の厚さの上限がある。また、この上限は金属層の幅に関連する。発明者の検討の際に使用したガラスエポキシ系樹脂においては、誘電体コア層の厚さは６０〜１６００μｍの範囲にあり、絶縁性接着層は３０〜２００μｍの範囲にある。誘電体コア層及び絶縁性接着層の一方及び両方を重ねることも可能である。例えば表面及び裏面の最表面上の金属層とこの下の金属層との間のガラスエポキシ系樹脂の厚さは１５０μｍであり、プリント回路基板内部のガラスエポキシ系樹脂の厚さの限度は４００μｍである。第１開口１３ａの深さＤ１及び第２開口１３ｂの深さＤ２は、誘電体コア層の厚さ及び絶縁性接着層の厚さに応じて変更可能である。
（実施例１）
金属層（Ｌ１）：１００μｍ。
誘電体コア層（ＣＲ１）：１５０μｍ。
金属層（Ｌ２）：３０μｍ。
絶縁性接着層（ＡＤ１Ｈ）：４００μｍ。
金属層（Ｌ３）：２０μｍ。
誘電体コア層（ＣＲ２）：２００μｍ。
金属層（Ｌ４）：４０μｍ。
金属片２１：２００μｍ。
絶縁性接着層（ＡＤ２Ｈ）：２００μｍ。
金属層（Ｌ５）：４０μｍ。
誘電体コア層（ＣＲ３）：２００μｍ。
金属層（Ｌ６）：２０μｍ。
絶縁性接着層（ＡＤ３Ｈ）：４００μｍ。
金属層（Ｌ７）：３０μｍ。
誘電体コア層（ＣＲ４）：１５０μｍ。
金属層（Ｌ８）：１００μｍ。
第１開口１３ａの深さ：約７４０μｍ（１００＋１５０＋３０＋４００＋２０＋２００＋４０−２００）。
第２開口１３ｂの深さ：約９４０μｍ（４０＋２００＋２０＋４００＋３０＋１５０＋１００）。
（実施例２）
金属層（Ｌ１）：１００μｍ。
誘電体コア層（ＣＲ１）：１５０μｍ。
金属層（Ｌ２）：３０μｍ。
絶縁性接着層（ＡＤ１Ｈ）：４００μｍ。
金属層（Ｌ３）：２０μｍ。
誘電体コア層（ＣＲ２）：４００μｍ。
金属層（Ｌ４）：４０μｍ。
金属片２１：４００μｍ。
絶縁性接着層（ＡＤ２Ｈ）：４００μｍ。
金属層（Ｌ５）：４０μｍ。
誘電体コア層（ＣＲ３）：１００μｍ。
金属層（Ｌ６）：２０μｍ。
絶縁性接着層（ＡＤ３Ｈ）：１００μｍ。
金属層（Ｌ７）：３０μｍ。
誘電体コア層（ＣＲ４）：１５０μｍ。
金属層（Ｌ８）：１００μｍ。
第１開口１３ａの深さ：約７４０μｍ（１００＋１５０＋３０＋４００＋２０＋２００＋４０−４００）。
第２開口１３ｂの深さ：約５４０μｍ（４０＋１００＋２０＋１００＋３０＋１５０＋１００）。
（実施例３）
金属層（Ｌ１）：１００μｍ。
誘電体コア層（ＣＲ１）：１５０μｍ。
金属層（Ｌ２）：３０μｍ。
絶縁性接着層（ＡＤ３Ｈ）：２００μｍ。
金属層（Ｌ３）：２０μｍ。
誘電体コア層（ＣＲ２）：１５０μｍ。
金属層（Ｌ４）：４０μｍ。
絶縁性接着層（ＡＤ３Ｈ）：４００μｍ。
金属層（Ｌ５）：４０μｍ。
誘電体コア層（ＣＲ３）：２００μｍ。
金属層（Ｌ６）：２０μｍ。
金属片２１：６００μｍ。
絶縁性接着層（ＡＤ３Ｈ）：６００μｍ。
金属層（Ｌ７）：３０μｍ。
誘電体コア層（ＣＲ４）：１５０μｍ。
金属層（Ｌ８）：１００μｍ。
第１開口１３ａの深さ：約７５０μｍ（１００＋１５０＋３０＋２００＋２０＋１５０＋４０＋４００＋４０＋２００＋２０−６００）。
第２開口１３ｂの深さ：約２８０μｍ（３０＋１５０＋１００）。
光学装置１１は光学部品２５を更に備えることができ、光学部品２５は、光ファイバといった複数の光導波路２５ａと、光導波路２５ａを保持する保持体２５ｂとを含むことができる。光学部品２５は、例えばピグテール型の光コネクタ、又はスタブ等を備えることができる。この光学装置１１によれば、図２に示されるように、光学部品２５は半導体光デバイス１５に支持されて、半導体光デバイス１５の光学結合素子に光学的に結合される。
本体１９（第１層構造１９ａ）は、本体１９のおもて面（１３ｃ）における第１開口１３ａの縁に沿って配列されたパッド電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊを含み、これらのパッド電極（２３ａ〜２３ｊ）は、例えばボンディングワイヤといった接続部材を介して半導体光デバイス１５に接続される。このプリント回路基板１３によれば、本体１９（第１層構造１９ａ）は、その表面（１３ｃ）における第１開口１３ａの縁に沿って配列された複数のパッド電極（２３ａ〜２３ｊ）を備えるので、第１開口１３ａにおいて金属片２１の第１面２１ａ上に搭載された半導体光デバイス１５に電気的に接続を行うことができる。また、第２開口１３ｂが本体１９（第２層構造１９ｂ）の裏面（１３ｄ）から金属片２１の第２面２１ｂに到達するので、金属片２１の第１面２１ａ上の半導体光デバイス１５からの熱が金属片２１の第２面２１ｂを介して伝搬していく。
例えば、第１開口１３ａの深さＤ１は、半導体光デバイス１５の厚さＤＶ１より小さいことが良い。この光学装置１１によれば、半導体光デバイス１５は、第１開口１３ａ内における金属片２１の第１面２１ａ上に設けられるので、半導体光デバイス１５の上面は、本体１９（第１層構造１９ａ）の表面（１３ｃ）を基準にして出ている。この構造により、プリント回路基板１３を半導体光デバイス１５に電気的に接続することが容易になる。また、この構造により、光学部品２５を半導体光デバイス１５に接続することが容易になる。さらに、半導体光デバイス１５をプリント回路基板１３の第１開口１３ａにダイボンドする際に、ダイボンド用の接着部材が、プリント回路基板１３の第１開口１３ａの側面と半導体光デバイス１５の側面との間の隙間から半導体光デバイス１５の上面へ偶発的に溢れ出てくることを避けることができる。
具体的には、光学装置１１は、プリント回路基板１３のおもて面１３ｃ（第１層構造１９ａの表面）に実装された一又は複数の第１電子部品１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ）を備えることができる。また、光学装置１１は、プリント回路基板１３の裏面１３ｄ（第２層構造１９ｂの表面）に実装された第２電子部品２７（２７ａ、２７ｂ）を更に備えることができる。第１電子部品１７及び第２電子部品２７は、直接に又は電子素子を介してプリント回路基板１３上の半導体光デバイス１５に電気的に接続される。プリント回路基板１３は多層の配線層を備えるので、プリント回路基板１３のおもて面１３ｃ（第１層構造１９ａの表面）だけでなくプリント回路基板１３の裏面１３ｄ（第２層構造１９ｂの表面）にも部品の実装を可能にする。
光学装置１１は放熱部品２９を更に備えることができ、放熱部品２９は、本体１９の第２開口１３ｂにおける金属片２１の第２面２１ｂを支持する支持面２９ａを有する。放熱部品２９は、プリント回路基板１３の金属片２１の第２面２１ｂを支持すると共に、金属片２１の第１面２１ａは半導体光デバイス１５を搭載する。
半導体光デバイス１５は、光素子としてフォトダイオード及びマッハツェンダ変調器の少なくとも一方と、該光素子に係る電気信号を処理する回路素子とを含むことができる。これらの光素子及び回路素子は、動作中に発熱する。この熱は、本体１９の第２開口１３ｂが金属片２１の第２面２１ｂに到達するので、プリント回路基板１３の金属片２１の第２面２１ｂを用いて放熱可能である。具体的には、半導体光デバイス１５は、シリコンフォトニクス半導体素子を備えることができ、シリコンフォトニクス半導体素子は、光信号の処理及び電気信号の処理を行うことができる。
図４は、本実施形態に係る光学装置に適用可能なシリコンフォトニクス半導体素子の一例を示す図面である。図４の（ａ）部は、シリコンフォトニクス半導体素子を示す平面図を示す。図４の（ｂ）部は、図４の（ａ）部に示されたＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿ってとられたシリコンフォトニクス半導体素子を示す断面図を示す。図４の（ａ）部を参照すると、シリコンフォトニクス半導体素子ＳｉＰｈＤでは、光学結合素子として、光カプラ、例えばグレーティングカプラＧＣ１、ＧＣ２、ＧＣ３、ＧＣ４、ＧＣ５、ＧＣ６、ＧＣ７、ＧＣ８、ＣＧ９、ＣＧ１０（例えば１０個）が示される。
グレーティングカプラＧＣ１〜ＣＧ４は、光受信器のために用いられる。グレーティングカプラＧＣ１〜ＣＧ４からの信号光は光回路ＷＣを介して受光素子ＰＤに提供される。本実施例では、光回路ＷＣは光導波路ＷＧ１〜ＷＧ４を含む。グレーティングカプラＧＣ１〜ＣＧ４は、それぞれ、光導波路ＷＧ１〜ＷＧ４を介してフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に光学的に結合される。フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４は、導電線ＥＬ１〜ＥＬ４を介して電気回路ＴＩＡ（例えばトランスインピーダンスアンプ）に接続される。電気回路ＴＩＡは、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４からの電気信号（例えば光電流）の処理（例えば電流−電圧変換、増幅）を行って、受信した信号光に対応した電気信号を生成する。
また、グレーティングカプラＧＣ６〜ＣＧ１０は、光送信器のために用いられる。本実施例では、グレーティングカプラＧＣ６からのレーザ光は、複数の光変調器ＭＤに供給される。光変調器ＭＤは、例えばマッハツェンダ変調器ＭＺＩＡ、ＭＺＩＢ、ＭＺＩＣ、ＭＺＩＤを含む。マッハツェンダ変調器ＭＺＩＡ、ＭＺＩＢ、ＭＺＩＣ、ＭＺＩＤは、それぞれ、駆動回路Ｄｒｉｖｅｒから電気信号ＥＭ１〜ＥＭ４を受けて、電気信号ＥＭ１〜ＥＭ４に応じて複数の変調光を生成する。これらの変調光は、それぞれ、光導波路ＷＧ７〜ＷＧ１０を伝搬してグレーティングカプラＧＣ７〜ＣＧ１０に到達する。
シリコンフォトニクス半導体素子ＳｉＰｈＤは、一列に配列された第１部分１５ａ、第２部分１５ｂ及び第３部分１５ｃを備える。第１部分１５ａは、グレーティングカプラＧＣ１〜ＣＧ１０の配列を備える。グレーティングカプラＧＣ１〜ＣＧ１０は、第１部分１５ａに含まれる一縁１５ｄに沿って配列されている。一縁１５ｄの反対側に位置する他縁１５ｅは、第３部分１５ｃに含まれる。一縁１５ｄ及び他縁１５ｅの一端及び他端は、それぞれ、第１側縁１５ｆ及び第２側縁１５ｇにより接続され、第１側縁１５ｆ及び第２側縁１５ｇは第２軸Ａｘ２の方向に延在し、一縁１５ｄ及び他縁１５ｅは、第２軸Ａｘ２に交差する方向に延在する。第２部分１５ｂは、半導体受光素子及び／光変調器といった光素子を備える。第３部分１５ｃは、電気回路ＴＩＡ及び駆動回路Ｄｒｉｖｅｒといった電気回路、及び電気回路のためのパッド電極ＥＰＤを備える。パッド電極ＥＰＤは、シリコンフォトニクス半導体素子ＳｉＰｈＤの第３部分１５ｃに含まれる他縁１５ｅに配列されており、必要な場合には、第１側縁１５ｆ又は／及び第２側縁１５ｇに配列される。或いは、パッド電極ＥＰＤは、シリコンフォトニクス半導体素子ＳｉＰｈＤの第３部分１５ｃに含まれる第１側縁１５ｆ又は／及び第２側縁１５ｇに沿って配列されており、必要な場合には、他縁１５ｅに配列されることができる。
図５から図１４は、光学装置１１を作製する方法及びプリント回路基板１３を作製する方法における主要な工程を示す図面である。図５から図１４を参照しながら、作製方法における主要な工程を説明する。可能な場合には、図１から図３における参照符合を引き続く説明においても使用する。
準備工程では、プリント回路基板１３を準備する。本実施例では、プリント回路基板１３の準備として、プリント回路基板１３を作製する。プリント回路基板１３を作製する方法においては、説明の煩雑さを避けるために、単一区画のプリント回路基板を描いた図面を参照しながら説明を行う。
プリント回路基板１３を作製する方法では、金属片２１、及び所望の数の積層構造体といった部品を準備する。図５に示されるように、本実施例では、第１１積層構造体３１、第１２積層構造体３３、第２１積層構造体３５、及び第２２積層構造体３７を準備する。第１１積層構造体３１は、配線又は接地のための第１１金属層３１ａ、第１１誘電体コア層３１ｂ、及び配線又は接地のための第１２金属層３１ｃを含む。第１１誘電体コア層３１ｂの一方の面には第１１金属層３１ａが設けられ、第１１誘電体コア層３１ｂの他方の面には第１２金属層３１ｃが設けられる。第１２積層構造体３３は、配線又は接地のための第１３金属層３３ａ、第１２誘電体コア層３３ｂ及び配線又は接地のための第１４金属層３３ｃを含む。第１２誘電体コア層３３ｂの一方の面には第１３金属層３３ａが設けられ、第１２誘電体コア層３３ｂの他方の面には第１４金属層３３ｃが設けられる。第２１積層構造体３５は、配線又は接地のための第２１金属層３５ａ、第２１誘電体コア層３５ｂ、及び配線又は接地のための第２２金属層３５ｃを含む。第２１誘電体コア層３５ｂの一方の面には第２１金属層３５ａが設けられ、第２１誘電体コア層３５ｂの他方の面には第２２金属層３５ｃが設けられる。第２２積層構造体３７は、配線又は接地のための第２３金属層３７ａ、第２２誘電体コア層３７ｂ、及び配線又は接地のための第２４金属層３７ｃを含む。第２２誘電体コア層３７ｂの一方の面には第２３金属層３７ａが設けられ、第２２誘電体コア層３７ｂの他方の面には第２４金属層３７ｃが設けられる。
第１１積層構造体３１、第１２積層構造体３３、第２１積層構造体３５、及び第２２積層構造体３７は、それぞれ、第１１開口部３１ｄ、第１２開口部３３ｄ、第２１開口部３５ｄ、及び第２２開口部３７ｄを有する。第１１開口部３１ｄのサイズは第１２開口部３３ｄのサイズと同じであり、第２１開口部３５ｄのサイズは第２２開口部３７ｄのサイズと同じである。本実施例では、第１１開口部３１ｄ及び第１２開口部３３ｄは、同じサイズを有しており、第１１開口部３１ｄ及び第１２開口部３３ｄの形状は、例えば正方形又は長方形であることができる。これらの開口部のサイズの第１方向（例えば縦方向）の長さを「Ｓ１」として参照し、第１方向に直交する第２方向（例えば横方向）の長さを「Ｓ２」として参照する。また、第２１開口部３５ｄ及び第２２開口部３７ｄは、同じサイズを有しており、第２１開口部３５ｄ及び第２２開口部３７ｄの形状は、例えば正方形又は長方形であることができる。これらの開口部のサイズの第１方向（例えば縦方向）の長さを「Ｓ３」として参照し、第１方向に直交する第２方向（例えば横方向）の長さを「Ｓ４」として参照する。
本実施例では、金属片２１の形状は、例えば正方形又は長方形であることができる。この工程では金属片２１をまだ使用しないけれども、第１１開口部３１ｄ、第１２開口部３３ｄ、第２１開口部３５ｄ及び第２２開口部３７ｄの形状及びサイズを金属片２１と比較するために、図５において金属片２１を破線で描いている。金属片２１のサイズの第１方向（例えば縦方向）の長さを「Ｍ１」として参照し、第１方向に直交する第２方向（例えば横方向）の長さを「Ｍ２」として参照する。大きさの関係は、Ｓ１＞Ｍ１＞Ｓ３且つＳ２＞Ｍ２＞Ｓ４を満たす。また、個々の積層構造体内における金属層は、開口部の縁から離れており、この離間距離は、例えば２００μｍ以上であることが良い。この離間により、引き続く押圧工程において、個々の積層構造体の金属層が、偶発的に金属片２１に接触すること、或いは移動して偶発的に金属片２１の非常に近くに変位することを避けることができる。
第１１積層構造体３１の第１１金属層３１ａ及び第１２金属層３１ｃは、当該プリント回路基板に求められる電気接続の要求を達成するそれぞれのパターンを有する。また、第１１誘電体コア層３１ｂは、第１１誘電体コア層３１ｂを貫通する第１１開口部３１ｄに加えて、当該プリント回路基板に求められる電気接続の要求を達成するように配置され第１１金属層３１ａ及び第１２金属層３１ｃを互いに接続する第１スルーホールを有する。第１２積層構造体３３も、具体的なパターン及び配置を除いて、第１１積層構造体３１と同様の構造を有する。
第２１積層構造体３５の第２１金属層３５ａ及び第２２金属層３５ｃは、当該プリント回路基板に求められる電気接続の要求を達成するそれぞれのパターンを有する。また、第２１誘電体コア層３５ｂは、第２１誘電体コア層３５ｂを貫通する第２１開口部３５ｄに加えて、当該プリント回路基板に求められる電気接続の要求を達成するように配置され第２１金属層３５ａ及び第２２金属層３５ｃを互いに接続する第２スルーホールを有する。第２２積層構造体３７も、具体的なパターン及び配置を除いて、第２１積層構造体３５と同様の構造を有する。
配置工程は、図６に示される。第１１積層構造体３１及び第１２積層構造体３３と第２１積層構造体３５及び第２２積層構造体３７との間に金属片２１が位置するように、第１１積層構造体３１、第１２積層構造体３３、第２１積層構造体３５及び第２２積層構造体３７を第１軸の方向に沿って順に配置して、第１１積層構造体３１、第１２積層構造体３３、金属片２１、第２１積層構造体３５及び第２２積層構造体３７を含む生産物ＳＰを形成する。個々の積層構造体の間には、第１樹脂接着層ＰＰ１Ｇ、第２樹脂接着層ＰＰ２Ｇ、第３樹脂接着層ＰＰ３Ｇが設けられる。これらの樹脂接着層は、例えばプリプレグを備え、プリプレグは、多孔性材料支持体に含浸された絶縁性樹脂組成物を含む。樹脂接着層は、第１１積層構造体３１、第１２積層構造体３３、第２１積層構造体３５及び第２２積層構造体３７の開口部には設けられない。また、固化前の樹脂接着層の縁は、第１１積層構造体３１、第１２積層構造体３３、第２１積層構造体３５及び第２２積層構造体３７の開口部の縁から離れている。この離間により、引き続く押圧工程において、絶縁性樹脂組成物が開口部にしみ出すことを避けることができる。この離間距離は、例えば２００μｍ以上であることが良い。生産物ＳＰにおいて、第１１積層構造体３１の第１１開口部３１ｄ及び第１２積層構造体３３の第１２開口部３３ｄは連通して第１軸Ａｘ１の方向に延在し、第１開口１３ａを構成する。第２１積層構造体３５の第２１開口部３５ｄ及び第２２積層構造体３７の第２２開口部３７ｄは連通して第１軸Ａｘ１の方向に延在し、第２開口１３ｂを構成する。連通した第１１積層構造体３１の第１１開口部３１ｄ、第１２積層構造体３３の第１２開口部３３ｄ、第２１積層構造体３５の第２１開口部３５ｄ及び第２２積層構造体３７の第２２開口部３７ｄは、第１軸Ａｘ１の方向に延在する単一の開口１３ｈを構成する。この開口１３ｈは、その途中に位置する段差を有する。この段差は、支持面１３ｇを提供する。第１開口１３ａは、第１軸Ａｘ１の方向に延在する第１開口部分１３ｉ及び第２開口部分１３ｊからなり、第１開口部分１３ｉは、支持面１３ｇに到達して終端する。第２開口部分１３ｊは、そのまま第２開口１３ｂに連なる。
押圧工程は、図７に示される。支持面１３ｇを形成するように第１１積層構造体３１及び第１２積層構造体３３と第２１積層構造体３５及び第２２積層構造体３７とを重ね合わせた後に、生産物ＳＰを押圧する。押圧により、第１１積層構造体３１、第１樹脂接着層ＰＰ１Ｇ、第１２積層構造体３３、第２樹脂接着層ＰＰ２Ｇ、第２１積層構造体３５、第３樹脂接着層ＰＰ３Ｇ及び第２２積層構造体３７は一体物になって、プリント回路基板１３のための積層体ＳＴＫが形成される。必要な場合には、単一のプリント回路基板のための積層本体３９が積層体ＳＴＫから作製される。積層本体３９において、第１１積層構造体３１及び第１２積層構造体３３の開口部は、第１開口１３ａを構成すると共に、第２１積層構造体３５及び第２２積層構造体３７の開口部は、第２開口１３ｂを構成する。
この押圧工程の後における配置工程では、図８に示されるように、準備された金属片２１を積層本体３９（積層体ＳＴＫ）の第１開口１３ａに位置合わせする。位置合わせの後に、図９に示されるように、積層本体３９の第１開口１３ａ内に金属片２１を置く。支持面１３ｇは金属片２１の第２面２１ｂを支持しており、詳細には、金属片２１の第１部分２１ｃの全体が支持面１３ｇによって支持される。金属片２１を積層本体３９に固定するために、銀ペースト、シリコーングリースといった接着材４７を用いることができる。放熱特性の観点から、シリコングリースといった高い熱伝導性の接着剤を使うことが良い。余剰の接着材が金属片２１の第１面２１ａに回り込んで第１面２１ａの大部分又は全部を覆わないような量の接着材４７を供給する。この回り込みの回避及び十分な接着強度の両方を得るために、金属片２１は、固化された接着材４７のフィレットが第１開口１３ａに係る支持面１３ｇと金属片２１の第１面２１ａの縁（エッジ）との間に形成されるように接着されることが好ましい。フィレットの形成により、金属片２１の第１面２１ａの縁から支持面１３ｇに向かって山裾のように接着部材が裾を引く。フィレットを形成するための例示的な手法は、以下に示す。金属片２１を第１開口１３ａに置いた後に、注射針のような組立部材を用いて接着剤を金属片２１の周囲に塗布する。接着剤の粘度の調整により、金属片２１の第２面２１ｂと支持面１３ｇとの間に接着材が浸透すると共に、金属片２１に覆われていないエリア（支持面１３ｇの一部）にフィレットが形成される。支持面１３ｇの近傍において、金属片２１と第１側面１３ｅとの間隔は、例えば１００〜５００μｍ程度であることが良い。可能な場合には、接着材として金属を用いることができる。第２開口１３ｂは、第１軸Ａｘ１の方向に延在して金属片２１の第２面２１ｂに到達する。第１開口１３ａから接着を行うことにより、第２開口１３ｂ内の金属片２１の第２面２１ｂを接着材が覆うことを避けることができる。この工程において、プリント回路基板１３が準備された。
この作製方法によれば、積層構造体の積層を備える生産物ＳＰが作製される。生産物ＳＰは、第１１積層構造体３１、第１２積層構造体３３、金属片２１、第２１積層構造体３６及び第２２積層構造体３７が第１軸Ａｘ１に沿って配置される。この生産物ＳＰにおいて、第１１積層構造体３１の第１１開口部３１ｄ及び第１２積層構造体３３の第１２開口部３３ｄの位置に合わせて、第２１積層構造体３５の第２１開口部３５ｄ及び第２２積層構造体３７の第２２開口部３７ｄが設けられる。第１開口１３ａを半導体素子の実装のために利用でき、また第２開口１３ｂを放熱部品２９を介する放熱のために利用できる。このプリント回路基板１３において、第２層構造１９ｂが、第１層構造１９ａの開口内に位置する金属片２１を支持する。金属片２１は、半導体素子を支持すると共に半導体素子の熱の放熱経路として役立つ。この放熱経路は、プリント回路基板１３内の絶縁体を経由しない。
これらの工程によって、プリント回路基板１３の準備が行われた。プリント回路基板１３は、図１に示されるように、第１層構造１９ａ及び第２層構造１９ｂの重ね合わせと、第１層構造１９ａによって案内されると共に第２層構造１９ｂによって支持された金属片２１とを含む。第１開口１３ａ及び第２開口１３ｂの開口形状は、実質的に４辺からなる長方形又は正方形といった四辺形であることができる。四辺形は、第１軸Ａｘ１の方向に交差する第２軸Ａｘ２の方向に延在する第１辺１３ａａ及び第２辺１３ａｂを備え、第１軸Ａｘ１及び第２軸Ａｘ２の方向に交差する第３軸Ａｘ３の方向に延在する第３辺１３ａｃ及び第４辺１３ａｄを備える。
実装工程では、図１０に示されるように、半導体光デバイス１５の向き（図４のデバイス軸Ｄｘの向き）を第２軸Ａｘ２の方向に合わせて半導体光デバイス１５をプリント回路基板１３に位置合わせする。位置合わせの後に、半導体光デバイス１５をプリント回路基板１３の第１開口１３ａ内の金属片２１上にダイボンドする。ダイボンドの際の押圧力に対抗するために、このダイボンドに際してプリント回路基板１３の第２開口１３ｂ内の金属片２１を支持治具４１により支持して、金属片２１の損傷を避ける。半導体光デバイス１５は、銀ペースト、シリコーングリースといった接着材（図１２に示される接着材４５）により金属片２１上に固定される。
また、図１１に示されるように、プリント回路基板１３のおもて面１３ｃ上に第１電子部品１７を実装すると共に、プリント回路基板１３の裏面１３ｄ上に第２電子部品２７を実装する。
電気接続工程では、図１２に示されるように、接着材４５を用いて金属片２１上に実装された半導体光デバイス１５のパッド電極ＥＰＤをプリント回路基板１３の表面上の導体部材、例えばパッド電極２３ａ〜２３ｊに導電線を介して電気的接続を行う。また、図１２には、固化された接着材４７は、金属片２１の第１面２１ａの縁から支持面１３ｇに向かって山裾のように裾を引いており、支持面１３ｇにおいて金属片２１と第１開口１３ａの側面との間にフィレットを形成している。
プリント回路基板１３の第１開口１３ａ及び第２開口１３ｂは、それぞれ、金属片２１の第１面２１ａ及び第２面２１ｂに到達する。半導体素子の実装のために第１開口１３ａ内の金属片２１の第１面２１ａを利用でき、また、後の工程において第２開口１３ｂ内に取り付けられる放熱部品２９を介する放熱のために第１面２１ａの反対側の第２面２１ｂを利用でき、主要な放熱経路を半導体光デバイス１５に提供する。この放熱経路は、プリント回路基板１３内の絶縁体を経由しない。このプリント回路基板１３においては、第１開口１３ａ内において第２層構造１９ｂによって支持される金属片２１が、第１層構造１９ａによって提供される凹みにおいて半導体光デバイス１５を支持する。凹みにおける実装により、半導体光デバイス１５とプリント回路基板１３の導電層とを接続するボンディングワイヤＷＲの高さの最高位の増大を避けることができる。また、ボンディングワイヤＷＲの長さの増大を避けるために、半導体光デバイス１５の側面と第１開口１３ａの側面との間隔ＤＳが１００μｍ以下であることが良い。
光学部品の接続工程では、図１３に示されるように、光学部品２５を準備する。この光学部品２５をプリント回路基板１３上の半導体光デバイス１５の光学結合素子に光学的に接続する。光学部品２５は、スタブ、光コネクタ又はこれら両方であることができる。光学部品２５をプリント回路基板１３の上面に確実に固定するために、接着部材４３を用いることができる。凹みに実装される半導体光デバイス１５に光学部品２５を接続するに際して、光学部品２５が、半導体光デバイス１５とプリント回路基板１３の導電層とを接続するボンディングワイヤＷＲを偶発的に触れる可能性を低減できる。また、半導体光デバイス１５の上面の位置が、プリント回路基板１３のおもて面１３ｃを基準にして僅かに高いので、光学部品２５が容易に半導体光デバイス１５の上面に取り付けされることができる。
ヒートシンクの取付工程では、図１４に示されるように、放熱のための放熱部品２９をプリント回路基板１３の裏面１３ｄに実装する。放熱部品２９は、プリント回路基板１３の第２開口１３ｂ内の底に位置する金属片２１の第２面２１ｂに到達するサイズと、金属片２１の第２面２１ｂに接触する支持面（図３における支持面２９ａ）を有する。放熱部品２９は、例えば銅、アルミニウム、アルミナ、マグネシウム、セラミックを備えることができる。半導体光デバイス１５からの熱は、プリント回路基板１３の絶縁部分と異なる経路として提供される第２開口１３ｂ内の金属片２１の厚さ方向の伝搬により放熱部品２９に伝わる。必要な場合には、接着部材を用いて、放熱部品２９を金属片２１の第２面２１ｂに取り付けることが良い。
本実施形態では、プリント回路基板１３は、第１開口１３ａ及び第２開口１３ｂからなる単一の開口を備えるけれども、さらに、実質的に同等の開口を更に備えることができる。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
以上説明したように、本実施形態によれば、実装された半導体光デバイスに短い放熱経路を提供可能なプリント回路基板が提供される。また、本実施形態によれば、このプリント回路基板及び半導体光デバイスを含む光学装置が提供される。
１１…光学装置、１３…プリント回路基板、１３ａ…第１開口、１３ｂ…第２開口、１３ｅ…第１側面、１３ｆ…第２側面、１３ｇ…支持面、１５…半導体光デバイス、１７…第１電子部品、１９…本体、２１…金属片、ＣＲ１…第１１誘電体コア層、ＣＲ２…第１２誘電体コア層、ＡＤ１Ｈ…第１１絶縁性接着層、Ｌ１…第１１金属層、Ｌ２…第１２金属層、Ｌ３…第１３金属層、Ｌ４…第１４金属層、ＣＲ３…第２１誘電体コア層、ＣＲ４…第２２誘電体コア層、ＡＤ２Ｈ…第２１絶縁性接着層、ＡＤ４Ｈ…第２２絶縁性接着層、Ｌ５…第２１金属層、Ｌ６…第２２金属層、Ｌ７…第２３金属層、Ｌ８…第２４金属層、２５…光学部品、２７…第２電子部品、２９…放熱部品。

Claims (6)

  1. 光学装置であって、
    光学結合素子と、該光学結合素子に係る光を処理する光素子と、該光素子に係る電気信号を処理する回路素子とをモノリシックに集積する半導体光デバイスと、
    第１面及び該第１面の反対側の第２面を有する金属片と第１開口及び第２開口を有する本体とを有し、前記半導体光デバイスに電気的に接続されたプリント回路基板と、
    前記プリント回路基板上に実装された第１電子部品と、
    を備え、
    前記光学結合素子はグレーティングカプラを含み、
    前記第１開口、前記金属片及び前記第２開口は第１軸の方向に配列されており、
    前記金属片は、前記プリント回路基板の前記本体に支持され、
    前記プリント回路基板は、おもて面及び該おもて面の反対側に位置する裏面を有し、前記第１開口は、前記おもて面から前記第１軸の方向に延在し、前記第２開口は、前記裏面から前記第１軸の方向に延在し、前記第１開口は前記第１軸の方向に延在する第１側面を有し、前記第２開口は、前記第１軸の方向に延在する第２側面を有し、前記プリント回路基板の前記本体は、前記第１軸の方向に交差する第２軸の方向に延在して前記第１側面を前記第２側面に繋ぐ支持面を有し、前記支持面は前記第１開口において前記金属片の前記第２面を支持しており、前記第２開口は、前記第１軸の方向に延在して前記金属片の前記第２面に到達し、
    前記半導体光デバイスは前記第１開口における前記金属片の前記第１面上に搭載され、
    前記第１電子部品は、前記プリント回路基板の導電体を介して前記半導体光デバイスに電気的に接続される、光学装置。
  2. 前記プリント回路基板は、第１層構造及び第２層構造を有し、
    前記第１層構造、前記金属片及び前記第２層構造は、前記第１軸の方向に順に配列されており、前記第１開口は、前記第１軸の方向に前記第１層構造を貫通し、前記第２開口は、前記第１軸の方向に前記第２層構造を貫通し、
    前記第１層構造は、第１１誘電体コア層と、該第１１誘電体コア層上に設けられ配線又は接地のための第１１金属層とを含み、前記第２層構造は、第２１誘電体コア層と、該第２１誘電体コア層上に設けられ配線又は接地のための第２１金属層とを含む、請求項１に記載された光学装置。
  3. 複数の光導波路と、前記光導波路を保持する保持体とを含む光学部品を更に備え、
    前記光学部品は、前記光導波路が前記光学結合素子に光学的に結合されるように前記半導体光デバイスに支持される、請求項１又は請求項２に記載された光学装置。
  4. 前記プリント回路基板の前記裏面に実装された第２電子部品を更に備え、
    前記第１電子部品は、前記プリント回路基板の前記おもて面に実装され、
    前記第２電子部品は、前記プリント回路基板上の前記半導体光デバイスに電気的に接続される、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された光学装置。
  5. 前記本体の前記第２開口における前記金属片の前記第２面を支持する支持面を有する放熱部材を更に備える、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された光学装置。
  6. 前記半導体光デバイスは、前記光素子としてフォトダイオード及びマッハツェンダ変調器の少なくとも一方を含む、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された光学装置。
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