JP7027091B2 - 光導波路および光回路基板 - Google Patents

Description

本開示は、光導波路および光導波路を含む光回路基板に関するものである。

サーバーやスーパーコンピューター等に代表される電子機器の高機能化が進むに伴い、多くの情報を高速で伝送することが可能で、光素子が搭載される光導波路、およびこのような光導波路を備えた光回路基板の開発が進められている。なお、光導波路は、下部クラッド、反射面を備えるコア、および上部クラッドを有する積層体を含んでいる。

特開２００４－２９４７１１号公報

光回路基板では、光信号が光素子と光導波路との間で伝送される。そのため、光素子が光導波路に対して傾いて搭載されてしまうと、光損失が大きくなり光信号が正確に伝送されない場合がある。これにより、電子機器が正常に作動しない虞がある。

本開示における光導波路は、下部クラッド、下部クラッド上に位置して一方側から他方側へ向かう第１方向に延びるコア、および下部クラッド上にコアを被覆するように位置する上部クラッドを含む積層体と、積層体における他方側に位置しており、平面視で第１方向と垂直な第２方向にコアを挟んで位置している一対のビアホールと、上部クラッドの上面における他方側に開口を有しているとともに、上部クラッドの上面から下部クラッドにかけて位置しており、上部クラッドの上面に対して一方側へと向かう斜め方向にコアを分断する分断面を有するキャビティと、コアに位置しており分断面の一部により構成される反射面と、上部クラッドの上面における開口の少なくとも一部と重なっている蓋体と、を備えており、平面視において、前記開口の前記第２方向における長さは、前記開口の前記他方側に位置する第１端部の第１長さが、前記開口の前記一方側に位置する第２端部の第２長さよりも小さくなっており、平面視において、一対のビアホールは、開口における第１端部を挟んで位置していることを特徴とするものである。

本開示における光回路基板は、上記構成の光導波路と、表面に間隔をあけて並ぶパッドを有する配線基板と、を含んでおり、パッドがビアホールの下側の開口直下に位置する状態で、光導波路が配線基板上に位置していることを特徴とするものである。

本開示の光導波路によれば、光素子と光導波路との間で光信号を正確に伝送することが可能であるため、伝送特性に優れた光導波路を提供することができる。

本開示の光回路基板によれば、上記構成の光導波路を含んでいるため、伝送特性に優れた光回路基板を提供することができる。

図１は、本開示の光導波路の実施形態例を示す概略上面図である。 図２は、本開示の光導波路の実施形態例を示す概略断面図である。 図３は、本開示の光回路基板の実施形態例を示す概略断面図である。 図４は、本開示の光導波路の別の実施形態例を示す概略上面図である。 図５は、本開示の光導波路のさらに別の実施形態例を示す概略上面図である。 図６は、本開示の光導波路のさらに別の実施形態例を示す概略上面図である。

図１および図２を基にして、本開示の光導波路２０の実施形態例を説明する。図２は、図１に示すＸ－Ｘ間を通る断面図である。光導波路２０は、下部クラッド１、コア２、および上部クラッド３を含む積層体４と、ビアホール５と、キャビティ６と、反射面７と、蓋体８と、を含んでいる。

下部クラッド１は、例えば１０～２０μｍの厚みを有する平坦な形状である。下部クラッド１は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂を含む感光性シートあるいは感光性ペーストを、例えば基板等の上に被着あるいは塗布した後、露光および現像により所定の形状に整形して熱硬化することにより形成される。

コア２は、四角形状の断面を有しており、例えば２０～４０μｍの厚みを有している。コア２は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂を含む感光性シートを、真空状態で下部クラッド１上に被着して露光および現像により整形した後、熱硬化することで形成される。コア２用の感光性シートを構成する樹脂の屈折率は、下部クラッド１および上部クラッド３用の感光性シートやペーストを構成する樹脂の屈折率よりも大きいものを用いる。

上部クラッド３は、下部クラッド１の上に位置しており、コア２を被覆している。上部クラッド３は、コア２の上方において、例えば１０～２０μｍの厚みを有しており、平坦な上面を有している。上部クラッド３の上面において、後述する光素子Ｄの発光部Ｄ１もしくは受光部Ｄ２と対向する領域の表面の粗さは、算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下であれば、光信号が乱反射して拡散することを低減するのに有利である。また、これ以外の領域の表面の粗さは、算術平均粗さＲａが３０～１００ｎｍであれば、例えば光素子Ｄから上部クラッド３の上面にかけて樹脂で一体的に封止する場合に、樹脂と上部クラッド３の上面との接触面積を増やすことで密着強度を向上させることに有利である。

コア２は光信号が伝送される伝送路を主に構成している。下部クラッド１および上部クラッド３は、コア２を保持する機能を有する。また、下部クラッド１および上部クラッド３は、光信号を反射させてコア２での光信号の伝送を容易にする機能も有する。コア２を伝送する光信号は、例えば、後述する光素子ＤとコネクタＣとの間で送受される。光信号は、コネクタＣを介して、光導波路２０と外部との間で送受もされる。光素子ＤとコネクタＣとの間で送受される光信号は、光素子Ｄにおいて光電変換も可能である。

上部クラッド３は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂から成る感光性シートあるいは感光性ペーストを、コア２を被覆するように下部クラッド１の上に被着あるいは塗布して露光および現像した後、熱硬化することで形成される。

ビアホール５は、平面視においてコア２の長手方向と垂直な方向に、互いに隣り合う状態で積層体４に位置している。また、コア２には、後述する反射面７ａが位置している。ビアホール５の配置は、光素子Ｄの二つの電極Ｄ３の配置と対応している。また、反射面７ａの配置は、光素子Ｄの発光部Ｄ１もしくは受光部Ｄ２の配置と対応している。すなわち、光素子Ｄは、平面視において各電極Ｄ３と各ビアホール５とが重なり、発光部Ｄ１もしくは受光部Ｄ２と反射面７ａとが重なるように搭載される。コア２からそれぞれのビアホール５までの距離は、互いに同じ程度である。ビアホール５は、積層体４の上面と下面とを貫通している。言い換えれば、ビアホール５は、上部クラッド３の上面から下部クラッド１の下面にかけて位置している。ビアホール５は、上記のように光電変換された電気信号を外部に伝送する機能を有する。また、ビアホール５は、光信号に変換される電気信号を光素子Ｄに伝送する機能も有する。

ビアホール５は、例えばレーザー加工やブラスト加工等により形成される。また、ビアホール５は、下部クラッド１および上部クラッド３を形成するときに、露光および現像により形成しても構わない。ビアホール５の開口径は、例えば５０～８０μｍに設定されている。隣り合うビアホール５の開口中心の間隔は、例えば８０～１１０μｍに設定されている。

キャビティ６は、断面視において、上部クラッド３の上面から下部クラッド１にかけて位置している。キャビティ６は、コア２を上部クラッド３の上面に対して斜め方向に分断する分断面９を有している。キャビティ６は、上部クラッド３の上面に位置する開口１０を有している。開口１０の径は、例えば７０～１１０μｍに設定されている。キャビティ６は、例えばレーザー加工等により形成される。なお、分断面９に、例えばプラズマ処理やブラスト処理等により表面処理を行っても構わない。キャビティ６は、後述する反射面７ａを光導波路２０に配置させる機能を有する。

反射面７は、コア２に位置している。反射面７は、例えば光導波路２０に接続される光素子Ｄの直下に位置する第１反射面７ａ、および光導波路２０に接続されるコネクタＣの直下に位置する第２反射面７ｂを含んでいる。第１反射面７ａは、キャビティ６の分断面９の一部により構成されている。反射面７は、光素子Ｄから発光された光信号の向きを変更してコネクタＣに光信号を伝送させる機能を有している。あるいは、コネクタＣから送信された光信号の向きを変更して光素子Ｄに光信号を受光させる機能を有している。

なお、コア２の中心軸と反射面７の中心位置とは一致しており、この中心軸および中心位置を基準にして光信号が伝送される。ここで、中心軸とは、四角形状のコア２の断面の１対の対角線が交わる位置を指す。また、中心位置とは、四角形状の反射面７の１対の対角線が交わる位置を指す。

蓋体８は、図１において、上部クラッド３の上面に、開口１０全体を覆う状態で位置している。蓋体８は、平坦な上面を有しており、光素子Ｄが光導波路２０に搭載されるときに、光素子Ｄの下面と当接される。これにより、光素子Ｄは、二つの電極Ｄ３に加えて電極Ｄ３以外の下面とで光導波路２０に搭載されるため、光導波路２０との搭載角度を維持することに有利である。

なお、上記の「平坦」とは、蓋体８の上面全体の高低差が約３μｍ以下である状態であり、高低差が０である場合を含む。言い換えれば、蓋体８の平坦な上面とは、この上面が完全に１つの平面である場合に限らず、多少、反り等を含むものでもよい。この場合、蓋体８の上面のうち最も上側に位置する部分が、平面視における蓋体８の中央側に位置していてもよく、外周側に位置していてもよい。また、蓋体８の上面は、上記の数値（高低差）の範囲内であれば、部分的な凹凸を含むものでもよい。蓋体８の上面で光素子Ｄの下面を支えるには、蓋体８の高さ（断面視における上部クラッド３の上面から蓋体８の上面までの距離）が、例えば約３～１５μｍ程度であればよい。

また、蓋体８は、キャビティ６の開口１０全体を覆う状態で位置しているため、キャビティ６内に、水分や粉塵等が入り込むことを抑制することが可能になる。これにより、反射面７ａの汚れが抑制されて、光信号の伝送特性を維持することに有利である。

このような蓋体８は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂から成る感光性シートを、キャビティ６を被覆するように上部クラッド３の上に被着して露光および現像した後、熱硬化することで形成される。この効果にともない、蓋体８が上部クラッド３の上に接合される。この場合に、例えばキャビティ６内の空気の急激な膨張を抑制して平坦な上面を形成するために、熱硬化の速度を適宜調整すればよい。

平面視における蓋体８の外縁とキャビティ６の開口の外縁との間の距離（「接着しろ」の意味）は、例えば、約５μｍ以上あればよい。５μｍよりも小さいと、蓋体８と上部クラッド３との接着強度が小さくなり、蓋体８の接合が不十分になってしまうおそれがある。

平面視における蓋体８は、キャビティ６の開口１０と同じ形状（例えば長方形状）に限らず、キャビティ６の開口１０と異なる形状（例えば円形状、楕円形状）等でもよい。蓋体８の厚さは、上記の例では約３～１５μｍ程度であるが、光素子Ｄの下面に当接するために適宜厚みを厚くしても薄くしても構わない。

このように、本開示の光導波路２０は、光導波路２０に搭載される光素子Ｄの下面に当接する蓋体８を有している。このため、光導波路２０に搭載された光素子Ｄが、例えば外力を受けて傾いてしまうことを抑制できる。これにより、発光部Ｄ１もしくは受光部Ｄ２と第１反射面７ａとの位置精度を保持して光素子Ｄと光導波路２０との間で光信号を正確に伝送することが可能になり、伝送特性に優れた光導波路２０を提供することができる。さらに、キャビティ６の開口１０を蓋体８で覆うことで、キャビティ６内に、水分や粉塵等が入り込むことを抑制することが可能になる。これにより、反射面７ａの汚れが抑制されて、光信号の伝送特性を維持することが可能な光導波路２０を提供することができる。

次に、図３を基にして、本開示の光導波路２０を有する光回路基板４０の実施形態例を説明する。なお、上述の光導波路２０に関しては詳細な説明を省略する。

光回路基板４０は、配線基板３０と、光導波路２０と、を備えている。配線基板３０は、光導波路２０、光素子ＤおよびコネクタＣを位置決めして固定し、光素子Ｄと外部（マザーボード等）とを電気的に接続する機能を有する。また、光信号が、光導波路２０を介して光素子Ｄと外部（光学装置等）との間で伝送される。光素子Ｄは、例えば垂直共振器面発光レーザーやフォトダイオード等が挙げられ、光信号と電気信号との変換を行う。

配線基板３０は、絶縁基板３１と配線導体３２とを備えている。絶縁基板３１は、コア用の絶縁層３１ａとビルドアップ用の絶縁層３１ｂとを有している。コア用の絶縁層３１ａは、複数のスルーホール３３を有している。

コア用の絶縁層３１ａは、例えば、絶縁基板３１の剛性を確保して平坦性を保持する等の機能を有する。コア用の絶縁層３１ａは、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等を含浸した半硬化状態のプリプレグを、加熱しながら平坦にプレス加工することで形成される。

ビルドアップ用の絶縁層３１ｂは、複数のビアホール３４を備えている。ビルドアップ用の絶縁層３１ｂは、例えば、後で詳しく説明する配線導体３２等の引き回し用スペースを確保する等の機能を有する。ビルドアップ用の絶縁層３１ｂは、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等を含む樹脂フィルムを、真空下でコア用の絶縁層３１ａに貼着して熱硬化することで形成される。

配線導体３２は、コア用の絶縁層３１ａの表面、ビルドアップ用の絶縁層３１ｂの表面、スルーホール３３の内部およびビアホール３４の内部に位置している。スルーホール３３の内部に位置する配線導体３２は、コア用の絶縁層３１ａの上下表面に位置する配線導体３２間を導通している。ビアホール３４の内部に位置する配線導体３２は、ビルドアップ用の絶縁層３１ｂの表面に位置する配線導体３２と、コア用の絶縁層３１ａの表面に位置する配線導体３２との間を導通している。配線導体３２は、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法により、銅めっき等の良導電性金属により形成されている。

配線基板３０は、上面に複数の第１パッド３５を有している。第１パッド３５は、光素子ＤのパッドＤ３と、半田等の導電材料を介して接続される。また、配線基板３０は、上面に複数の第２パッド３６および下面に複数の第３パッド３７を有している。第２パッド３６は、例えば半導体素子等の電子部品Ｓと接続される。第３パッド３７は、例えばマザーボードと接続される。第１パッド３５、第２パッド３６、および第３パッド３７は、配線導体３２の一部から成り、配線導体３２の形成時に同時に形成される。

光導波路２０は、第１パッド３５が位置する領域を含む配線基板３０の上面に位置している。光導波路２０に位置するビアホール５は、第１パッド３５を底面としている。光導波路２０は、光導波路２０に搭載される光素子Ｄの下面に当接する蓋体８を有している。このため、光素子Ｄが、例えば外力を受けて光導波路２０に対して傾いてしまうことを抑制できる。これにより、発光部Ｄ１もしくは受光部Ｄ２と第１反射面７ａとの位置精度を保持して光素子Ｄと光導波路２０との間で光信号を正確に伝送することが可能になり、伝送特性に優れた光導波路２０を提供することができる。

このように、本開示の光回路基板４０は、配線基板３０の上面に高機能な光導波路２０を位置させることから光回路基板４０の高機能化も可能になる。

なお、本開示は、上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、図１においては、キャビティ６の開口１０が四角形状である場合を示したが、図４に示すように、三角形状であっても構わない。例えば、キャビティ６が、平面視において、互いに隣り合うビアホール５同士の間の領域内から領域外にかけて位置している場合に、隣り合うビアホール５同士の間に三角形の頂点の一つが位置するように配置することで、ビアホール５とキャビティ６とを近付けることができ、光導波路２０の小型化に有利である。

また、図５に示すように、分断面９の一辺である開口辺１０ａ以外の辺については、曲線状であっても構わない。これによれば、例えば開口１０の角部付近に狭小な領域が生じることを抑制できるため加工性向上等の点で有利である。

また、本開示の光導波路２０については、蓋体８が開口１０の全体を覆う状態で位置している例を示したが、蓋体８が開口１０の一部を露出する露出部８ａを有していても構わない。この場合、キャビティ６内に水分や粉塵の浸入を防止する機能はやや低下するが、例えば、光素子を搭載する際の熱処理によりキャビティ６内部が膨張して光導波路２０が変形してしまうことを抑制する点で有利である。このような露出部８ａは、例えばレーザー加工により形成される。あるいは、蓋体８を形成時に、露光および現像により形成しても構わない。

また、本例においては一つの光導波路２０に一つのコア２が位置している場合を示したが、複数のコア２が並列していても構わない。この場合は、より多くの光信号を同時に伝送することが可能になり光導波路２０および光回路基板４０のさらなる高機能化に有利である。

また、本例では配線基板３０が、ソルダーレジスト層を有していない一例を示したが、配線基板３０が、絶縁基板３１の上面および下面の両方またはいずれか片方の面に、第２パッド３６や第３パッド３７を露出する開口を備えるソルダーレジスト層を有していても構わない。これにより、例えば電子部品Ｓを実装する際の熱処理により、配線導体３２が受けるダメージを軽減できる。複数の開口は、互いに異なる形状でも構わない。異なる形状の開口は、例えば電子部品Ｓを実装する際のアライメントマークとして兼用することが可能である。

１ 下部クラッド
２ コア
３ 上部クラッド
４ 積層体
５ ビアホール
６ キャビティ
７ 反射面
８ 蓋体
９ 分断面
１０ 開口
２０ 光導波路

Claims (6)

1. 下部クラッド、該下部クラッド上に位置して一方側から他方側へ向かう第１方向に延びるコア、および前記下部クラッド上に前記コアを被覆するように位置する上部クラッドを含む積層体と、
   該積層体における前記他方側に位置しており、平面視で前記第１方向と垂直な第２方向に前記コアを挟んで位置している一対のビアホールと、
   前記上部クラッドの上面における前記他方側に開口を有しているとともに、前記上部クラッドの上面から前記下部クラッドにかけて位置しており、前記上部クラッドの上面に対して前記一方側へと向かう斜め方向に前記コアを分断する分断面を有するキャビティと、
   前記コアに位置しており前記分断面の一部により構成される反射面と、
   前記上部クラッドの上面における前記開口の少なくとも一部と重なっている蓋体と、を備えており、
   平面視において、前記開口の前記第２方向における長さは、前記開口の前記他方側に位置する第１端部の第１長さが、前記開口の前記一方側に位置する第２端部の第２長さよりも小さくなっており、
   平面視において、前記一対のビアホールは、前記開口における前記第１端部を挟んで位置していることを特徴とする光導波路。
2. 平面視において、前記開口の前記第２方向における長さは、前記第２端部から前記第１端部に向かって小さくなっている、請求項１に記載の光導波路。
3. 平面視において、前記開口は、前記第２端部に底辺が位置するとともに前記第１端部に頂部が位置する三角形状である、請求項２に記載の光導波路。
4. 前記蓋体の上面が平坦である、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光導波路。
5. 前記蓋体が、前記開口の一部を露出する露出部を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の光導波路。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の光導波路と、
   表面に間隔をあけて並ぶパッドを有する配線基板と、を含んでおり、
   前記パッドが前記ビアホールの下側の開口直下に位置する状態で、前記光導波路が前記配線基板上に位置していることを特徴とする光回路基板。

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