KR100546856B1 - 수발광 소자 내장 광전기 혼재(混載) 배선 모듈과 그 제조방법 및 그 실장체 - Google Patents

수발광 소자 내장 광전기 혼재(混載) 배선 모듈과 그 제조방법 및 그 실장체 Download PDF

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Abstract

코어부(105)와 클래드부(106)를 포함하는 광 도파로층(104)과, 광 도파로층(104)의 적어도 한쪽 주면에 형성된 제1 및 제2 배선 패턴(121a, 121b, 121c)과, 광 도파로층(104)의 내부에 배치되고, 광 도파로층의 코어부(105)와 광학적으로 접속되며 또한 제1 배선 패턴 패턴에 전기적으로 접속된 수광 소자(101)와, 광 도파로층의 내부에 배치되고, 광 도파로층의 코어부(105)와 광학적으로 접속되며, 또한 상기 제2 배선 패턴에 전기적으로 접속된 발광 소자(103)를 포함하는 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈로 한다. 이것에 의해, 광 도파로와 수발광 소자 사이의 정확한 광학적 결합을 행한다.

Description

수발광 소자 내장 광전기 혼재(混載) 배선 모듈과 그 제조 방법 및 그 실장체{LIGHT RECEPTION/EMISSION DEVICE EMBEDED PHOTOELECTRICITY MIXED LOADING WIRING MODULE AND ITS MANUFACTURING METHOD AND ITS MOUNTING BODY}
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에서의 제1 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 개략을 도시하는 단면도,
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에서의 제2 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 개략을 도시하는 단면도,
도 3은 도 2의 I-I선 단면도,
도 4는 도 2의 I-I선 단면도에 상당하는 다른 예의 단면도,
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에서의 제3 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 개략을 도시하는 단면도,
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에서의 제4 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 개략을 도시하는 단면도,
도 7은 본 발명의 실시 형태 2에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 제조 방법의 개략을 도시하는 공정 단면도,
도 8은 본 발명의 실시 형태 3에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 실장체의 개략을 도시하는 단면도,
도 9는 본 발명의 실시 형태 3에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 실장체의 회로를 도시하는 모식도,
도 10은 본 발명의 실시 형태 4에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 구성의 개략을 도시하는 단면도,
도 11은 도 10의 II-II선 단면도,
도 12는 본 발명의 실시 형태 5에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 구성의 개략을 도시하는 단면도,
도 13은 본 발명의 실시 형태 5에서의 다른 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 구성의 개략을 도시하는 단면도,
도 14는 본 발명의 실시 형태 6에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 구성의 개략을 도시하는 단면도,
도 15는 본 발명의 실시 형태 6에서의 광 도파로 코어부와 수광 소자의 광학적 결합을 도시하는 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 수광 소자 103 : 발광 소자
104 : 광 도파로층 105 : 광 도파로 코어부
106 : 광 도파로 클래드층 109 : 투광성 수지
111 : 증폭 소자 113 : 구동 소자
115 : 제1 관통구멍 117 : 제2 관통구멍
119 : 이형 필름 121 : 배선 패턴
123 : 도전성 수지 조성물 125 : 비아 도체
127 : 구리박 129 : 절연성 기판
본 발명은, 광 도파로부와 전기 배선부가 설치된 광전기 혼재 배선판 내에 수발광용의 반도체 소자를 내장한 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈, 그 제조 방법 및 그 실장체에 관한 것이다.
최근, 통신의 대용량화, 신호 처리의 고속화를 실현하기 위해서, 전기 배선의 한계를 초월하는 방법으로서, 집적회로간을 광 도파로로 연결하는 광 인터커넥션 기술의 개발이 행해지고 있다. 종래의 광 인터커넥션 기술에서는, 기판 내에 광 도파로로서의 광 배선을 행하는 배선 기판으로서, 일본국 특개 2000-340907호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 배선 기판 내에 섬유 형상의 광 도파로체를 매설하여 형성한 배선 기판이 있다.
또, 수발광 소자와 광 도파로의 광 결합을 행하는 구성에 대해서, 일본국 특개평 5-67770호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 발광 소자가 실장된 광전자 IC 칩을 광 도파로와 반사 미러를 구비한 광 배선 기판에 실장하는 것이 있다.
또, 일본국 특개평 2000-332301호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 광 도파로의 단부를 면 발광 소자의 입출력 광에 대해서 45도의 각도를 이루도록 가공하고, 45도 단면에 금속막 등을 부착시킨 반사 미러로서 면 발광 소자의 입출력 광을 광 도파로의 코어층에 90도의 광로 변환을 하고 나서 광 결합시키는 구성이 도시되어 있다.
그러나, 종래의 광 소자와 광 도파로의 코어층에 반사 미러를 사용하여 90도의 광로 변환을 하여 광 결합시키는 구성에서는, 광 도파로에 반사 미러를 구성하지 않으면 안 된다. 또, 광 소자 이외의 반도체 소자나 회로 부품을 동시에 표면 실장 기술을 이용하여 광 도파로가 형성된 기판 상에 전기적 접속을 목적으로서 실장하는 경우, 통상의 공정(共晶) 땜납을 사용한 제조 프로세스의 특히 리플로우 프로세스에서 땜납 중의 플럭스 등에 의해 광 결합부가 오염되어, 광 결합 효율이 저하한다고 하는 과제도 있다. 이 때문에, 광 도파로와 광 결합하는 광 소자의 표면 실장은 플럭스 등을 사용하지 않는 특별한 프로세스를 이용하지 않으면 안 된다.
또한, 이러한 과제를 해결하는 동시에 주파수가 높은 신호를 광 소자와 그 구동용 또는 신호 증폭용의 반도체 소자와의 사이에서 전송하고자 하면 단거리에서 전기적으로 배선하지 않으면 안 된다.
본 발명은, 상기 종래의 문제를 해결하기 위해서, 광 소자와 광 도파로의 사이에 반사 미러 등의 광학 소자를 사용하지 않고 광 결합을 할 수 있는 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈 및 그 제조 방법 및 그 실장체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈은, 코어부와 클래드부를 포함하는 광 도파로층과,
상기 광 도파로층의 적어도 한쪽 주면에 형성된 제1 및 제2 배선 패턴과,
상기 광 도파로층의 내부에 배치되고, 상기 광 도파로층의 코어부와 광학적에 접속되며 또한 상기 제1 배선 패턴에 전기적으로 접속된 수광 소자와,
상기 광 도파로층의 내부에 배치되고, 상기 광 도파로층의 코어부와 광학적으로 접속되며, 또한 상기 제2 배선 패턴에 전기적으로 접속된 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 제조 방법은 코어부와 클래드부를 포함하는 광 도파로층에 관통구멍을 형성하고,
이형 필름의 한 주면에 다수의 배선 패턴을 형성하고, 상기 배선 패턴에 수광 소자 및 발광 소자를 실장하고,
상기 이형 필름을 상기 배선 패턴이 상기 광 도파로층측을 향하도록 위치 맞춤하여 상기 광 도파로층에 거듭 가압함으로써, 상기 수광 소자 또는 발광 소자를 상기 광 도파로층의 관통구멍 내에 배치하고,
상기 관통구멍 내에 상기 코어부를 전파하는 광에 대해서 투명한 수지를 충전하며,
상기 수지를 경화시키는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 실장체는, 코어부와 클래드부를 포함하는 광 도파로층과,
상기 광 도파로층의 적어도 한쪽 주면에 형성된 제1 및 제2 배선 패턴과, 상기 광 도파로층의 내부에 배치되고, 상기 광 도파로층의 코어부와 광학적으로 접속 되며 또한 상기 제1 배선 패턴에 전기적으로 접속된 수광 소자와,
상기 광 도파로층의 내부에 배치되고, 상기 광 도파로층의 코어부와 광학적에 접속되며 또한 상기 제2 배선 패턴에 전기적으로 접속된 발광 소자와,
상기 광 도파로층에 실장된 구동 소자 및 증폭 소자를 구비하고,
상기 발광 소자는 상기 제2 배선 패턴을 통해서 구동 소자에 전기적으로 접속되며, 상기 수광 소자는 상기 제1 배선 패턴을 통해서 증폭 소자에 전기적으로 접속한 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 코어부를 클래드부에 매설하여 광 도파로층을 형성하고, 광 도파로층의 적어도 한쪽 주면에 배선 패턴을 형성하고, 수광 소자와 발광 소자도 클래드부인 수지에 매설하여, 각각 배선 패턴과 전기적으로 접속한다. 이것에 의해, 광 도파로 단면에 반사 미러를 사용한 90도의 광로 변환부를 설치하지 않고 광 도파로와 수발광 소자 사이의 광학적인 결합을 행할 수 있다. 또 회로 부품을 플럭스 등을 포함하는 땜납을 사용한 표면 실장 기술을 이용하여 광 도파로가 형성된 기판 상에 전기적으로 접속하는 실장을 할 수 있다.
또, 상기 모듈은, 수광 소자 및 발광 소자는 광 도파로층의 코어부가 형성된 면에 평행한 방향으로 광 입출력을 행하는 위치에서 광 도파로층 내에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 광 도파로층의 코어부가 형성된 면에 평행한 방향에서 수발광 소자와 광 입출력을 행함으로써, 광 도파로와 수발광 소자간에 광의 진행 방향을 변환하는 광로 변환부를 설치하지 않고 광학적으로 결합할 수 있 다.
또, 상기 모듈은 발광 소자는 면 발광형 레이저에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 면 발광형 레이저로 함으로써, 발광 소자로부터 방사되는 광 강도 분포가 단면 출사형에 비교하여 좁은 각도에 집중하기 때문에, 광 도파로의 코어부와 발광 소자간의 광 결합 효율이 향상한다.
또, 상기 모듈은, 광 도파로층의 코어부 단면은 투광성 수지 재료를 통해서 수광 소자 또는 상기 발광 소자와 광학적으로 접속하는 것이 바람직하다. 광 도파로의 코어부 단면을 투광성 수지 재료를 통해서 수발광 소자와 광 결합함으로써, 광 도파로 코어부 단면 또는 수광 소자 또는 발광 소자의 광학적으로 접속하는 면에서의 광 신호의 반사를 저감하는 동시에, 광 도파로 코어부와 수광 소자 또는 발광 소자간의 광학적인 결합 효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 수광 소자 또는 발광 소자의 환경에 대해서 보호할 수도 있다.
또, 상기 모듈은 광 도파로층의 다른쪽 주면에 제3 배선 패턴이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또, 제3 배선 패턴 상에 회로 부품이 실장되어 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 모듈은 상기 광 도파로층의 적어도 한쪽에 무기 필러와 열경화성 수지를 포함하는 혼합물로 이루어지는 절연성 기판을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 코어부는 다수 존재하고 있어도 좋다. 고밀도화를 위해서이다. 상기 다수의 코어부 중, 적어도 2개는 동일 평면에 배치되어 있어도 좋 다. 또, 상기 다수의 코어부 단면 중, 적어도 3개는 동일 평면에 배치되어 있어도 좋다. 또, 상기 다수의 코어부 단면 중, 적어도 3개는 대략 동일 직선 상에 배치되어 있어도 좋다.
상기 광 도파로층이 다수 존재해도 좋다. 고밀도화를 위해서이다. 상기 광 도파로층의 코어부 단면은 오목형 또는 볼록형 형상인 것이 바람직하다. 광학적 접합을 용이하게 하기 위해서이다.
본 발명의 모듈에서는, 수광 소자와, 발광 소자 및 광 도파로층은, 어느 것이나 전기적 절연층에 매설되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 전기적 절연층에 매설할 때에 수광 소자, 발광 소자 및 광 도파로층의 위치 맞춤을 정확히 행할 수 있으며, 또한 취급성이 좋은 모듈로 할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈을 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 실장체에 의하면, 수광 소자 또는 발광 소자와 구동 소자 또는 증폭 소자간의 배선 길이를 짧게 할 수 있어, 전송 특성의 주파수 특성의 차단 주파수를 높게 할 수 있다.
또, 상기 실장체에서는, 상기 발광 소자의 애노드 단자와 캐소드 단자의 양쪽이 상기 제2 배선 패턴을 통해서 구동 소자에 전기적으로 접속되고, 상기 수광 소자의 애노드 단자와 캐소드 단자의 양쪽이 상기 제1 배선 패턴을 통해서 증폭 소자에 전기적으로 접속하는 것이 바람직하다. 수광 소자 또는 발광 소자와 구동 소자 또는 증폭 소자간의 배선 길이를 더욱 짧게 할 수 있어, 전송 특성의 주파수 특 성의 차단 주파수를 더욱 높게 할 수 있다.
본 발명의 모듈은, 광 도파로 단면에 반사 미러를 사용한 90도의 광로 변환부를 설치하지 않고 광 도파로와 수발광 소자간의 광학적인 결합을 행할 수 있다. 또, 회로 부품을 플럭스 등을 포함하는 땜납을 사용한 표면 실장 기술을 이용하여 광 도파로가 형성된 기판 상에 전기적으로 접속하는 실장을 할 수 있다.
또, 광 도파로층의 코어부가 형성된 면에 평행한 방향에서 수발광 소자와 광 입출력을 행함으로써, 광 도파로와 수발광 소자간에 광의 진행 방향을 변환하는 광로 변환부를 설치하지 않고 광학적으로 결합할 수 있다. 또, 면 발광형 레이저로 함으로써, 발광 소자로부터 방사되는 광 강도 분포가 단면 출사형에 비교하여 좁은 각도에 집중하기 때문에, 광 도파로의 코어부와 발광 소자간의 광 결합 효율이 향상한다.
또, 본 발명의 실장체는, 수광 소자 또는 발광 소자와 구동 소자 또는 증폭 소자간의 배선 길이를 짧게 할 수 있어, 전송 특성의 주파수 특성의 차단 주파수를 높게 할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도 1 내지 도 15를 이용하여 상세히 설명한다. 각 도면에서 동일 부호는 동일 부품을 도시하고 있다. 또, 본 발명은 하기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
(실시 형태 1)
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 구성의 개략을 도시하는 단면도이다.
도 1에서, 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)는 각각 광 도파로층(104)에 설치된 배선 패턴(121a)의 일단에 전기적으로 접속하여 실장되어 있고, 배선 패턴(121a)의 타단은 광 도파로층(104)의 외부에 노출되어 있다. 광 도파로 코어부(105)와 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)는 각각 광학적으로 결합되어 있다. 또, 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)는 광 도파로층(104) 내에 매설되어 있다. 광 도파로층(104)의 다른 표면에는 배선 패턴(121b, 121c)이 형성되어 있다.
광 도파로 코어부(105)는, 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)의 수발광 파장에서 각 파장에 대해서 투명한 폴리머로 이루어진다. 특히, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리이미드, 폴리실란, 벤조시클로부텐 수지, 엑폭시 수지, 실록산 수지, 폴리카보네이트 등을 사용할 수 있다. 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)는, GaAs계, InP계 등의 화합물 반도체 소자를 사용할 수 있고, 수발광 파장은, 예를 들면 780㎚, 850㎚, 1.3㎛, 1.5㎛의 것을 이용할 수 있다.
광 도파로의 제작은, 포토리소그래피와 에칭에 의한 방법이나, 자외선 경화에 의한 방법 외에, 전자나 레이저 등의 빔에 의한 직접 묘화나, 사출 성형 또는 프레스 성형 등을 이용하여 제작할 수 있다. 광 도파로 코어층은 상기의 방법을 이용하여, 직사각형 형상의 광 도파로 코어층을 형성할 수 있고, 코어 사이즈가 8∼10㎛ 정도의 싱글 모드 사이즈 또는 40㎛ 내지 수 100㎛ 정도의 멀티 모드 사이즈의 것을 이용할 수 있다. 특히, 상기의 광 도파로의 제작 공정에서, 수광 소자 및 발광 소자와 광학적으로 결합을 행하는 광 도파로 코어층의 단면은, 비(非)구면 형상의 단면 처리를 행한 경우, 이것에 의해 수발광 소자와 광 도파로 코어층의 광 학적인 결합 효율을 향상시킬 수 있다.
광 도파로층(104) 내에 설치된 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)는, 광 도파로 코어부(105)가 형성된 면에 평행한 방향에서 광 입출력을 행하는 형태로 광 도파로층(104) 내에 배치되어 있다.
특히, 광 도파로 코어부(105)와 광학적으로 결합을 행하는 발광 소자(103)의 광 출사면은, 광 도파로 코어부(105)의 광축과 수직으로부터 10도 이하의 각도를 이루는 배치로 실장되어 있다. 10도 이하의 각도를 이루는 경우, 발광 소자(103)로부터 출사된 광이 광 도파로 코어부(105)의 단면에서 반사하여 발광 소자(103)로 되돌아가는, 말하자면 복귀 광의 영향을 저감하는 것이 가능하다. 10도 이상의 경우에서도 복귀 광의 영향을 저감하는 것은 가능하지만, 광 도파로 코어층과 발광 소자간의 광학적인 결합 효율이 저하하기 때문에, 각도는 10°미만이 바람직하고, 1∼3°가 가장 바람직하다.
발광 소자는, 단면 출사형 또는 표면 출사형의 반도체 레이저를 사용할 수 있고, 표면 출사형의 경우, 발광 소자는 GaAs, InP, InGaAs, InGaAsP 등으로 이루어지는 반도체에 의해 제작된 활성층이 설치된 발광부와 발광부의 열팽창 계수와 거의 동일한 열팽창 계수의 Si, AlN, SiC 등으로부터 선택되는 서브캐리어부로 구성되며, 서브캐리어부의 측면에 표면 출사형의 발광부가 설치되어 있다.
발광부의 전극은 서브캐리어부에 설치된 전극을 통해서 배선 패턴과 접속된다. 표면 출사형의 발광 소자로 구성한 경우, 발광 소자로부터 방사되는 광 강도 분포가 단면 출사형에 비교하여 좁은 각도에 집중하기 때문에, 광 도파로의 코어부 와 발광 소자간의 광 결합 효율이 향상한다. 또, 단면 출사형의 반도체 레이저에서, 반도체 레이저의 출사단에 스폿 사이즈 변환 기능이 내장되어 있는 경우, 광 강도 분포가 좁은 각도에 집중하기 때문에 광 도파로의 코어부와 발광 소자간의 광 결합 효율을 향상시킬 수 있다.
광 도파로층(104)은 광 도파로 코어부(105)와 광 도파로 클래드층(106)을 포함하고 있고, 광 도파로 코어부(105)는 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)의 수발 광 파장에서 각 파장에 대해서 투명한 폴리머로 이루어진다. 특히, 폴리메틸메타크릴레이트, 불소화폴리이미드, 벤조시클로부텐 수지, 엑폭시 수지, 실록산 수지, 폴리카보네이트 등을 사용할 수 있다. 광 도파로 클래드층(106)에도 광 도파로 코어층과 동일하게 폴리메틸메타크릴레이트, 불소화폴리이미드, 벤조시클로부텐 수지, 에폭시 수지, 실록산 수지, 폴리카보네이트 등을 사용할 수 있지만, 광 도파로 클래드층의 굴절률보다도 높은 굴절률이 되도록 광 도파로 클래드층과 광 도파로 코어층의 재료의 굴절률 차가 조정되어 있다.
광 도파로 클래드층(106)에, 불소화 폴리이미드를 사용한 경우, 광 도파로 코어층은 광 도파로 클래드층의 굴절률보다도 높게 굴절률을 조정한 굴절률 차 조정 불소화폴리이미드를 사용할 수 있다. 또, 광 도파로 클래드층에 폴리실란을 사용하는 경우, 광 조사에 의해 굴절률이 변화하는 재료를 사용하여, 예를 들면, 자외선 조사에 의해 굴절률이 높아지는 재료를 사용하여, 마스크와 노광에 의해 광 도파로 클래드층의 굴절률보다도 높은 굴절률의 광 도파로 코어층을 형성한다.
또, 도 2에 도시하는 바와 같이, 광 도파로의 코어부 단면은 투광성 수지(109)를 통해서 수광 소자 또는 발광 소자와 광학적으로 접속할 수도 있다. 이 경우, 투광성 수지(109)는 송신 또는 수신하는 광 신호에 대해서 투명한 재료를 사용하여, 실리콘계 또는 아크릴레이트계의 수지 재료 등을 사용할 수 있지만, 광 도파로의 코어층의 굴절률과 근사한 굴절률을 갖는 투광성 수지 재료가 바람직하다. 특히, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리이미드, 벤조시클로부텐 수지, 에폭시 수지, 실록산 수지, 폴리카보네이트 등의 광 도파로 코어부와 동일한 굴절률의 재료를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이러한 구성으로 한 경우, 광 도파로 코어부 단면 또는 수광 소자 또는 발광 소자가 광학적으로 접속하는 면에서의 광 신호의 반사를 저감하는 동시에, 광 도파로 코어부와 수광 소자 또는 발광 소자간의 광학적인 결합 효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 수광 소자 또는 발광 소자를 환경에 대해서 보호할 수도 있다. 투광성 수지 재료는 적어도 광 도파로의 코어부 단면과 수광 소자 또는 발광 소자와 광학적으로 접속하는 면의 사이에 형성한 경우에 효과가 있고, 수광 소자 또는 발광 소자의 주위에 충전되어 있어도 좋다. 이 경우, 수발광 소자를 외기(外氣)로부터 차단할 수 있기 때문에, 습도 등에 의한 수발광 소자의 신뢰성의 저하를 방지할 수 있다.
도 3은 도 2의 I-I선 단면도이다. 이 예에서는, 광 도파로 코어부(105)와 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)가 각각 3개 동일 평면에 병렬하여 배열되어 있다. 이와 같이 하면, 고밀도화, 고집적화할 수 있다. 마커(131)는 광 도파로 코어부(105)와 동일 프로세스로 형성된 마커로, 광 도파로 코어부(105)와 동일 재료이고 동일 굴절률이다. 또 그 크기는 광 도파로 코어부(105) 폭의 1∼5배의 직경 의 원형으로 형성되어 있다. 이 마커(131)를 위치 기준으로 하여 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)와 광 도파로 코어부(105)를 광학적으로 결합하도록 위치 맞춤하여 실장한다.
도 4는 도 2의 I-I선 단면도에 상당하는 다른 예의 단면도이다. 이 예에서는, 광 도파로 코어부(105)가 동일 평면에 4개 병렬하여 배열되고, 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)가 1개 배치되어 있다. 이 예에서는, 4개의 코어부 단면이 동일 직선 상에 배치되어 있다. 이와 같이 하면, 보다 고밀도화, 고집적화할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 광 도파로층의 적어도 한쪽에 무기 필러와 열경화성 수지를 포함하는 혼합물로 이루어지는 절연성 기판(129)을 구비한 구성도 가능하다.
이 경우, 일체로 된 광 도파로층(104)과 절연성 기판(129)의 강성이 향상하기 때문에, 광 도파로층(104)의 내부에 매설하여 설치된 수발광 소자(101, 103)의 외부 응력으로부터의 영향에 의한 수발광 소자의 크랙이나 파괴 등을 저감할 수 있다. 140은 절연성 기판(129)에 형성된 이너 비아홀, 141는 절연성 기판(129)의 표면에 설치된 배선 패턴이다. 절연성 기판(129)의 두께는, 50㎛∼400㎛의 범위가 바람직하다.
무기 필러로서는, Al2O3, MgO, BN, SiC, AlN 및 SiO2로부터 선택할 수 있고, 이들 무기 필러를 사용함으로써 방열성이 우수한 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈을 얻을 수 있다. 또한, 무기 필러의 함유량은 70∼95 중량% 배합하는 것이 바람직하다. 열경화성 수지로서는, 예를 들면 엑폭시 수지를 5∼30 중량% 배합 하는 것이 바람직하다.
무기 필러를 선택함으로써 전기 절연성 기판의 열팽창 계수를 조절하여, 수발광 소자의 열팽창 계수에 정합시킬 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈을 얻을 수 있다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 광 도파로층(104)의 양 측에 무기 필러와 열경화성 수지를 포함하는 혼합물로 이루어지는 절연성 기판(129a, 129b)을 설치한 경우, 광 도파로층과 절연성 기판간의 열팽창 계수 차에 기인하는 휘어짐의 발생을 억제할 수 있다. 절연성 기판(129a, 129b)의 두께는 각각 50㎛∼400㎛의 범위가 바람직하다. 절연성 기판(129a, 129b)의 재료는 상기 도 5에서 설명한 것과 동일한 물질을 사용할 수 있다.
절연성 기판에는, 다층으로 전기적인 배선 패턴을 형성한 것을 사용함으로써, 일체로 된 광 도파로층과 절연성 기판의 위에 회로 부품을 탑재할 수 있고, 휘어짐의 발생이 억제되어 있기 때문에, 안정하게 회로 부품을 탑재할 수 있다.
또, 광 도파로층의 적어도 한쪽 편에 Al2O3, MgO, BN, SiC, AlN으로 이루어지는 무기 재료를 사용한 세라믹 기판을 사용함으로써, 광 도파로층과 세라믹 기판의 적층체의 강성을 더욱 향상시킬 수 있는 동시에, 무기 재료를 선택함으로써, 수발광 소자의 열팽창 계수와 정합시켜서, 열팽창 계수의 차에 의한 수발광 소자에의 응력 발생을 방지할 수 있어, 신뢰성이 높은 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈을 얻을 수 있다.
절연성 기판에는 송신 또는 수신하는 광 신호에 대해서 비투광성 재료를 사 용함으로써, 외부에서 광 도파로층으로 입사하는 노이즈의 영향을 방지할 수 있다. 이 때문에, 광 도파로층의 양 측에 비투광성 재료로 이루어지는 절연성 기판을 설치한 경우에는, 광 도파로층의 한쪽 편에 비투광성 재료로 이루어지는 절연성 기판을 설치한 경우에 비하여 광에 의한 주위로부터의 노이즈의 영향을 저감할 수 있다. 또, 발광 소자로부터의 미광(迷光)에 의한 노이즈에 대해서도 방지할 수 있다.
상기에 설명한 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈에 회로 부품을 전기적으로 접속하는 것을 목적으로 하여 실장하는 경우, 광 도파로와 수발광 소자간의 광 결합부는 모듈 내에 배치되어 있기 때문에, 플럭스 등을 포함하는 땜납을 사용한 표면 실장 기술을 이용해도 광 도파로와 수발광 소자간의 광 결합부에 영향을 주지 않는다. 또, 광 도파로와 수발광 소자간의 광학적인 결합은 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈 내에서만 행하기 때문에, 회로 부품을 실장할 때에 광학적인 결합을 할 필요없이 전기적인 접속을 할 수 있고, 기존의 표면 실장 기술, 설비를 이용하여 다른 회로 부품을 모듈 상에 탑재하는 것이 가능하다. 또한, 회로 부품으로서는 예를 들면, 콘덴서, 인턱터, 저항, 반도체 칩, CSP(칩 사이즈 패키지) 등이 사용된다.
(실시 형태 2)
도 7a-i는, 본 발명의 실시 형태 2에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 제조 방법의 개략을 도시하는 단면도이다. 이하에 본 실시 형태에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 제조 방법에 대해서, 도 7a-i를 참조하 면서 설명한다.
먼저 도 7a에 도시하는 바와 같이, 광 도파로 코어부(105)의 주위에 광 도파로 클래드층(106)이 형성된 광 도파로층(104)을 준비한다. 광 도파로층(104)은 필름 형상의 광 도파로 필름을 사용할 수 있다. 폴리카보네이트 등의 광 도파로 하부 클래드층이 되는 필름에, 금형을 이용한 프레스에 의해 광 도파로 코어층을 형성하기 위한 오목부를 설치하고, 오목부에 광 도파로 코어층이 되는, 도파로 클래드층의 굴절률보다도 높은 굴절률의 폴리머를 충전하여, 광 도파로 상부 클래드층을 광 도파로 하부 클래드층과 동일 재료로 형성한 프레스 성형에 의한 광 도파로 필름이나, 자외선 조사에 의해 굴절률이 높아지는 수지 재료를 사용한 자외선 조사 경화형 광 도파로 필름을 사용할 수 있다.
다음에 도 7b에 도시하는 바와 같이, 광 도파로층(104)의 소망의 위치에 제1 관통구멍(115)을 형성한다. 제1 관통구멍은, 예를 들면, 레이저 가공 또는 금형에 의한 가공으로 형성할 수 있다. 레이저 가공은, 미세한 피치로 제1 관통구멍 (115)를 형성할 수 있고, 절삭 찌꺼기가 발생하지 않기 때문에 바람직하다. 레이저 가공에서는, 탄산 가스 레이저나 엑시머 레이저를 사용하면 가공이 용이하다.
제1 관통구멍(115)의 측면에는 광 도파로 코어부(105)의 단면이 노출되어 있다. 제1 관통구멍(115)은 후술하는 수광 소자 또는 발광 소자를 실장하여, 광 도파로 코어부(105)와 수광 소자 또는 발광 소자를 광학적으로 결합시키는 영역에 형성하는 것이 바람직하다. 또, 동시에, 이형 필름(119) 상에 배선 패턴(121a, 121c)을 형성한 것을 제1 관통구멍(115)이 형성된 광 도파로층(104)과 위치 맞춤하 여 포갠다.
이형 필름(119)에는, 예를 들면, 폴리에틸렌 텔레프탈레이트나 폴리페닐렌 설파이드의 필름을 사용할 수 있다. 배선 패턴(121a, 121c)은, 예를 들면, 이형 필름(119)에 구리박을 접착한 후, 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정을 행함으로써 형성할 수 있다. 구리박 이외에 금속 박막을 사용해도 가능하다. 이 때, 관통구멍(115)에 대응하여 수광 소자 또는 발광 소자를 탑재하는 영역에는 수광 소자 또는 발광 소자의 전극 배치에 대응한 배선 패턴(121a, 121c)을 전사(轉寫)한다.
그 후, 도 7c에 도시하는 바와 같이, 각각을 위치 맞춤하여 포갠 것을 가압 가열함으로써 광 도파로(104)와 배선 패턴(121a, 121c)의 적층체를 얻는다.
그 후, 도 7d에 도시하는 바와 같이, 배선 패턴(121a, 121c) 상에 수광 소자 및 발광 소자를 광 도파로 코어부(105)와 광학적으로 결합하도록 탑재한다. 이 때, 배선 패턴(121a, 121c) 또는 광 도파로층(104)에 위치 맞춤용 얼라인먼트 마커를 형성해 둠으로써, 수광 소자 및 발광 소자의 탑재를 용이하게 할 수 있다. 그리고, 수광 소자 및 발광 소자를 탑재한 후 이형 필름(119)을 박리한다. 또한, 이 이형 필름(119)은 최종적으로 모듈이 완성된 뒤에 박리해도 상관없다.
그 후, 도 7e에 도시하는 바와 같이, 제1 관통구멍(115)에 투광성 수지(109)를 인쇄법 등에 의해 충전한다. 투광성 수지(109)는 광 경화형 또는 광과 가열 병용 경화형의 경우, 제1 관통구멍(115)에의 투광성 수지(109)의 충전 후, 광 조사에 의해 경화한다. 또, 열 경화형의 경우에는, 후술하는 가열 공정에서 경화를 행한 다.
투광성 수지로서는, 광 도파로 코어층과 굴절률 정합하는 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 투광성 수지의 굴절률은 광 도파로 코어층의 굴절률 ±0.05의 범위에서 선택할 수 있다. 바람직하게는 ±0.01이다. 예를 들면, 불소화에폭시계나 아크릴계, 브롬화에폭시계나 유황 함유 비닐계 등을 사용하면, 굴절률을 1.40 내지 1.71의 범위에서 ±0.005의 정밀도로 굴절률을 자유롭게 컨트롤할 수 있다. 자외선이나 가열 등에 의해 경화하는 것 외에, 겔 형상으로 경화하지 않은 것도 사용할 수 있다.
그 후, 도 7f에 도시하는 바와 같이, 제2 관통구멍(117)을 레이저 가공 등에 의해 형성하고, 도 7g에 도시하는 바와 같이 제2 관통구멍(117)에 도전성 수지 조성물(123)을 충전한다. 그 후, 도 7h에 도시하는 바와 같이, 구리박(127)을 위치 맞춤하여 포개고, 가압과 가열을 행함으로써, 도전성 수지 조성물(123) 중의 열경화성 수지를 경화시켜, 비아 도체(125)를 형성한다. 가열은 도전성 수지 조성물(123) 중의 열경화성 수지가 경화하는 온도 이상의 온도(예를 들면 150℃∼260℃)에서 행한다. 이 공정에 의해서, 구리박(127)과 광 도파로층(104)이 기계적으로 접착한다.
또, 비아 도체(125)에 의해서, 구리박(127)이 전기적으로 접속된다. 그 후, 도 7i에 도시하는 바와 같이, 구리박(127)을 가공함으로써 배선 패턴을 형성한다. 이와 같이 하여 제1 실시 형태에서 설명한 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈이 형성된다.
상기의 제조 방법에 의하면, 제1 실시 형태에서 설명한 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈을 용이하게 제조할 수 있다. 또, 상기의 제조 공정에서 투광성 수지가 경화 후, 겔 형상이 되는 재료를 사용한 경우, 온도 변화에 의한 수발광 소자에의 응력을 완화시킬 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈을 얻을 수 있다.
(실시 형태 3)
도 8은, 본 발명의 실시 형태 3에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 실장체의 구성의 개략을 도시하는 단면도이다. 이하에 본 실시 형태에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 실장체의 구성에 대해서 도 8을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 수광 소자(101)는 배선 패턴(121)을 통해서 증폭 소자(111)와 전기적으로 접속되어 있고, 발광 소자(103)는 배선 패턴(121)을 통해서 구동 소자(113)와 전기적으로 접속되어 있다.
특히, 발광 소자(103) 및 수광 소자(101)와 증폭 소자(111), 구동 소자(113)는 도 9에 도시한 바와 같이, 수광 소자(101)의 애노드(101a) 및 캐소드(101b) 단자의 2개의 단자는 모두 증폭 소자에 전기적으로 접속되어 있고, 발광 소자(103)의 애노드(103a) 및 캐소드(103b) 단자의 2개의 단자는 모두 구동 소자에 전기적으로 접속되어 있다. 수광 소자(101)와 발광 소자(103)는 광학적으로 광 도파로(105)을 통해서 접속되어 있는 것이 바람직하다.
이들 구성에서, 증폭 소자(111) 및 구동 소자(113)를 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)와 대향하여 배치한 경우, 배선 길이를 짧게 할 수 있어, 전송 특성의 주파수 특성의 차단 주파수를 높게 할 수 있다. 또, 증폭 소자(111) 및 구동 소자(113)를 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)가 대향하지 않는 위치에 배치한 경우에도 구동 소자(113)와 발광 소자(103) 또는 증폭 소자(111)와 수광 소자(101)간에 전송되는 전기 신호의 파장보다도 짧은 배선의 경우에는, 고주파 영역에서의 전송 특성을 열화시키지 않고 동작할 수 있다. 증폭 소자(111) 및 구동 소자(113)와 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)와의 사이에 다층 기판이 설치된 경우에도 동일하다.
결국, 도 9에 도시하는 회로도의 구성을 갖는 각 디바이스의 배치 관계를 갖는 것이면, 본 발명은 도 8에 도시한 모듈 구조에 한정되지 않는다. 예를 들면 증폭 소자(111)와 수광 소자(101)를 전기적으로 접속하기 때문에, 다른 배선 패턴 및 비아 도체를 사용해도 상관없다. 단지, 전송 특성을 고려하는 경우에는 배선 길이를 가능한 한 짧게 하고 싶기 때문에, 도 8에 도시하는 바와 같은 모듈의 구조가 바람직하다.
또, 광 도파로층(104)의 한쪽 측 또는 양 측에 무기 필러와 열경화성 수지를 포함하는 혼합물로 이루어지는 절연성 다층 기판을 설치한 경우, 증폭 소자(111) 및 구동 소자(113)를 절연성 다층 기판의 내부에 배치하여 증폭 소자(111) 및 구동 소자(113)와 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)와의 사이를 단거리로 접속하는 구성에서도 배선 길이를 짧게 할 수 있기 때문에, 전송되는 전기 신호의 파장보다도 짧은 배선의 경우에는, 고주파 영역에서의 전송 특성을 열화시키지 않고 동작할 수 있다.
특히 증폭 소자(111), 구동 소자(113), 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)가 광 도파로층 내나 절연성 다층 기판 내에 베어 칩 상태로 매설하여 탑재되는 경우에는 외기로부터 차단됨으로써 습도 등에 의한 신뢰성의 저하를 방지할 수 있다.
또, 증폭 소자(111) 및 구동 소자(113)와, 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)의 열팽창 계수를 정합시키도록, 무기 필러로서 Al2O3, MgO, BN, SiC, AlN 등의 재료와, 수지 성분을 배합하여 절연성 다층 기판을 형성한다. 이것에 의해, 온도 변화에 의한 응력을 저감시킬 수 있다. 또, 온도의 변화에서도 특성의 변화를 방지할 수 있다.
또, 발광 소자와 구동 소자간에는 저항 소자를 설치한 구성으로 한 경우, 발광 소자와 구동 소자간의 전기적인 배선 길이를 전송하는 신호의 파장보다도길게 한 경우에도 고주파 영역에서의 전송 특성을 열화시키지 않고 동작할 수 있다.
수광 소자와 증폭 소자간에는 수광 소자로부터 출력되는 전기 신호에 포함되는 주파수 대역에서, 수광 소자의 출력 임피던스보다도 낮은 임피던스 특성의 바이패스용 콘덴서를 배치한 구성의 경우, 수광 소자와 증폭 소자간의 전기적인 배선 길이를 전송하는 신호의 파장보다도 길게 한 경우에도 고주파 영역에서의 전송 특성을 열화시키지 않고 동작할 수 있다.
콘덴서를 배치하는 구성으로서는 칩 형상의 콘덴서를 사용하여 절연성 다층 기판에 매설되도록 구성할 수도 있고, 또, 대향 전극을 절연성 다층 기판 내부에 설치함으로써 용량 소자를 설치하는 것도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 대향 전극을 절연성 다층 기판 내부에 설치함으로써 용량 소자를 형성한 경우, 대향 전극의 사이에 절연성 다층 기판보다도 고 유전율의 재료를 설치한 구성을 이용하거나, 대향 전극의 사이를 수 10㎛ 정도로 구성하여 대향 전극의 치수를 전송하는 신호 파장의 1/4보다도 작게 설치한 경우에는, 더욱 높은 주파수 영역에서도 전송 특성을 열화시키지 않고 동작할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예의 실장체는, 광 소자와 광 도파로 사이에 반사 미러 등의 광학 소자를 사용하지 않고 광 결합을 행하여, 광 배선과 전기적인 배선이 혼재하여 형성된 배선 기판에 회로 부품을 통상의 표면 실장 기술을 이용하여 실장할 수 있고, 광 소자와 그 구동용 또는 신호 증폭용의 반도체 소자간의 전송 신호용의 신호가 수 ㎓ 이상의 주파수에서도 동작 가능한 실장체로 할 수 있다.
(실시 형태 4)
도 10은, 본 발명의 실시 형태 4에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 구성의 개략을 도시하는 단면도, 도 11은 도 10의 II-II 단면도이다. 이하에 본 실시 형태에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 구성에 대해서 도 10과 도 11을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 수광 소자(101)는 서브캐리어(133a) 상에 범프를 통한 플립칩 실장 또는 페이스업 실장되고, 서브캐리어(133a) 상에 형성된 배선 패턴에 전기적으로 접속되어 있다. 서브캐리어는 질화알루미늄이나 탄화규소나 알루미나 등의 세라믹 재료로 형성되어 있고, 서브캐리어(133a)는 광 도파로층(104)의 표면에 설치된 배선 패턴(121)에 전기적으로 접속되어 있다. 수광 소자(101)는 소자 표면의 동일 면 내에 다수의 수광부가 설치되고 있고, 광 도파로층(104) 내의 두께 방향으로 다수 설치된 광 도파로 코어 부(105)와 광학적으로 결합하고 있다. 한편, 발광 소자(103)는 서브캐리어(133b) 상에 플립칩 실장되어 있다. 또, 발광 소자(103)는 서브캐리어(133b) 상에 땜납이나 도전성 접착제로 다이 본드되고, 발광 소자(103) 상의 전극과 서브캐리어 상에 설치된 전극을 와이어 본드를 이용하여 실장되어 있어도 좋다. 서브캐리어(133b)는 발광 소자(103)가 실장된 면과는 수직의 관계가 되는 측면에 전극이 형성되어 있고, 측면 전극은 광 도파로층(104)의 표면에 설치된 배선 패턴(121)에 전기적으로 접속되어 있다. 발광 소자(103)는 예를 들면 표면 출사형의 레이저 소자 등을 사용할 수 있고, 표면에 다수의 출사광부가 설치되어 있다. 다수의 출사광부는 각각 광 도파로층(104) 내의 두께 방향으로 다수 설치된 광 도파로 코어부(105)와 광학적으로 결합하고 있다. 광 도파로층(104)의 표면에 설치된 배선 패턴(121)은 비아 도체(125)를 통해서 광 도파로층(104)의 다른 면에도 전기적으로 접속되어 있다. 도 11에서, 광 도파로 클래드부(106) 내에 다수의 광 도파로 코어부(105)가 설치되어 있고, 두께 방향으로 2단 설치된 경우를 도시하였다. 격자점 형상의 위치에 광 도파로 코어부(105)는 설치되어 있다. 이 구성에서는 도 11에서 도시하는 격자점 형상으로 설치된 광 도파로 코어부(105)와 대향하도록 발광 소자의 출사광부 또는 수광 소자의 수광부가 동일하게 설치되어 있다. 또, 광 도파로 코어부(105)가 설치된 광 도파로층 표면에는 배선 패턴(121)이 설치되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 다수의 광 도파로 코어부를 사용하여 각각 다른 신호를 수광 소자와 발광 소자 사이에서 전송할 수 있고, 고밀도로 광 도파로 코어부를 배치할 수 있기 때문에, 대용량의 신호를 전송할 수 있다.
(실시 형태 5)
도 12 및 도 13은, 본 발명의 실시 형태 5에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 구성의 개략을 도시하는 단면도이다. 이하에 본 실시 형태에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 구성에 대해서 도 12와 도 13을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 수광 소자(101)의 수광부와 광 도파로 코어부(105)와 발광 소자(103)의 출사광부가 동일 평면 내에 배치되고, 수광 소자(101)와 광 도파로 코어부(105) 및 발광 소자(103)와 광 도파로 코어부(105)는 각각 광학적으로 결합되어 있다. 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)는 광 도파로층(104)의 표면에 설치된 배선 패턴(121)에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)는 광 도파로층(104)과 절연성 기판(129)이 일체로 되어 관통하여 형성한 관통구멍 내에 설치되어 있고, 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)의 주위는 광 도파로 코어부(105)와 굴절률이 정합하여, 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)에 입출력하는 광의 파장에 대해서 투명한 수지로 충전되어 있다. 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)는 광 도파로층(104)의 두께보다도 두꺼운 높이로, 광 도파로층(104)과 절연성 기판(129)을 일체화하였을 때의 두께보다도 낮은 높이를 갖고 있다. 특히, 도 13에서는, 광 도파로층(104)의 양 측에 절연성 기판(129a 및 129b)이 설치되어 있고, 관통구멍은 이것들을 일체로 하여 관통하여 형성하고, 이 구멍 내에 수광 소자 및 발광 소자가 설치되어 있다. 수광 소자(101)는 서브캐리어(133a) 상에 실장되어 있고, 예를 들면 플립칩 실장되어 있다. 수광 소자(101)는 표면 입사형의 포토다이오드 등을 사용한다. 수광 소자가 실장된 서 브캐리어(133a)는 측면에 전극이 설치되어 있고, 측면의 전극은 광 도파로층(104)의 표면에 설치된 배선 패턴(121)에 전기적으로 접속되어 있다. 서브캐리어(133a)는 광 도파로층(104)의 두께보다도 두꺼운 치수로, 광 도파로층(104)과 절연성 기판(129)을 일체화하였을 때의 두께보다도 낮은 높이를 갖고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 수광 소자 및 발광 소자를 광 도파로층보다도 두꺼운 치수의 것을 사용할 수 있고, 또한 수발광 소자의 출사광부 및 수광부가 단면과 표면의 어느 쪽의 경우에서도 제약을 받지 않고 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈을 구성할 수 있기 때문에, 설계의 자유도가 향상한다.
(실시 형태 6)
도 14는, 본 발명의 실시 형태 6에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 구성의 개략을 도시하는 단면도이다. 이하에 본 실시 형태에서의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 구성에 대해서 도 14를 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 광 도파로층(104)은 절연성 기판(129)의 내부에 설치되어 있고, 광 도파로층(104) 내의 광 도파로 코어부(105)와 수광 소자(101) 및 발광 소자(103)는 광학적으로 결합되어 있다. 광 도파로층(104)은 상기 도 1에서 설명한 것과 동일한 물질 외에 글라스를 사용할 수 있다. 도면 중에서는 광 도파로층(104)은 표리 2층에 설치된 배선 패턴(121)이 형성되어 있는 절연성 기판(129)의 두께보다도 얇은 형태에 대해서 설명하였지만, 두꺼운 형태에 대해서도 가능하다. 이 경우, 내부에 배선 패턴이 설치된 3층 이상의 배선층을 갖는 기판 내에 광 도파로층이 설치된 형태로 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 광 도 파로층을 치수의 제약을 받지 않고 임의로 선택할 수 있다.
다음에, 광 도파로 코어부와 수광 소자(101)의 광학적 결합부에 대해서 도 15를 참조하면서 설명한다. 수광 소자(101)는 광 도파로 클래드부(106)에 원형의 관통구멍이 형성된 내부에 설치되고, 수광 소자(101)의 주위는 수광 소자가 수광하는 광의 파장에 대해서 투명한 투광성 수지(109)로 충전되어 있으며, 광 도파로 클래드부보다도 높은 굴절률의 수지를 사용할 수 있다. 투광성 수지(109)의 굴절률은 관통구멍과 광 도파로 코어부(105)가 접하는 면의 곡률에 의해 임의로 선택할 수 있다. 이 구성으로 함으로써 원형의 관통구멍과 광 도파로 클래드부(106)가 접하는 형상에 의한 렌즈 효과에 의해 광 도파로 클래드부(106)와 수광 소자(101)의 광학적인 결합 효율을 향상시킬 수 있다. 본 구성에서, 수광 소자가 발광 소자인 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 코어부를 클래드부에 매설하여 광 도파로층을 형성하고, 광 도파로층의 적어도 한쪽 주면에 배선 패턴을 형성하고, 수광 소자와 발광 소자도 클래드부인 수지에 매설하여, 각각 배선 패턴과 전기적으로 접속한다. 이것에 의해, 광 도파로 단면에 반사 미러를 사용한 90도의 광로 변환부를 설치하지 않고 광 도파로와 수발광 소자 사이의 광학적인 결합을 행할 수 있다. 또 회로 부품을 플럭스 등을 포함하는 땜납을 사용한 표면 실장 기술을 이용하여 광 도파로가 형성된 기판 상에 전기적으로 접속하는 실장을 할 수 있다.
또, 상기 모듈은, 수광 소자 및 발광 소자는 광 도파로층의 코어부가 형성된 면에 평행한 방향으로 광 입출력을 행하는 위치에서 광 도파로층 내에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 광 도파로층의 코어부가 형성된 면에 평행한 방향에서 수발광 소자와 광 입출력을 행함으로써, 광 도파로와 수발광 소자간에 광의 진행 방향을 변환하는 광로 변환부를 설치하지 않고 광학적으로 결합할 수 있다.
또, 상기 모듈은 발광 소자는 면 발광형 레이저에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 면 발광형 레이저로 함으로써, 발광 소자로부터 방사되는 광 강도 분포가 단면 출사형에 비교하여 좁은 각도에 집중하기 때문에, 광 도파로의 코어부와 발광 소자간의 광 결합 효율이 향상한다.
본 발명의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈을 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 실장체에 의하면, 수광 소자 또는 발광 소자와 구동 소자 또는 증폭 소자간의 배선 길이를 짧게 할 수 있어, 전송 특성의 주파수 특성의 차단 주파수를 높게 할 수 있다.

Claims (21)

  1. 수발광 소자 내장 광전기 혼재(混載) 배선 모듈에 있어서,
    코어부와 클래드부를 포함하는 광 도파로층과,
    상기 광 도파로층을 구성하는 클래드부의 적어도 한쪽 주면에 형성된 제1 및 제2 배선 패턴과,
    상기 클래드부의 내부에 배치되고, 상기 광 도파로층의 코어부와 광학적으로 접속되며 또한 상기 제1 배선 패턴에 전기적으로 접속된 수광 소자와,
    상기 클래드부의 내부에 배치되고, 상기 광 도파로층의 코어부와 광학적으로 접속되며, 또한 상기 제2 배선 패턴에 전기적으로 접속된 발광 소자를 포함하는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수광 소자 및 상기 발광 소자는 상기 광 도파로층의 코어부가 형성된 면에 평행한 방향에서 광 입출력을 행하도록 광 도파로층 내에 배치되어 있는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발광 소자는 면 발광형 레이저에 의해 구성되어 있는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광 도파로층의 코어부 단면은, 투광성 수지 재료를 통해서 상기 수광 소자 및 상기 발광 소자와 광학적으로 접속되어 있는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광 도파로층의 다른쪽 주면에 제3 배선 패턴이 형성되어 있는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제3 배선 패턴 상에, 회로 부품이 실장되어 있는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광 도파로층의 적어도 한쪽에 무기 필러와 열경화성 수지를 포함하는 혼합물로 이루어지는 절연성 기판을 구비한, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 코어부가 다수 존재하는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 다수의 코어부 중, 적어도 2개는 동일 평면에 배치되어 있는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  10. 제8항에 있어서, 상기 다수의 코어부 단면 중, 적어도 3개는 동일 평면에 배치되어 있는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  11. 제8항에 있어서, 상기 다수의 코어부 단면 중, 적어도 3개는 대략 동일 직선 상에 배치되어 있는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  12. 제1항에 있어서, 상기 광 도파로층이 다수 존재하는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 광 도파로층의 코어부 단면은 오목형 또는 볼록형 형상인, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  14. 제1항에 있어서, 상기 수광 소자와, 발광 소자 및 광 도파로층은, 어느 것이나 전기적 절연층에 매설되어 있는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  15. 코어부와 클래드부를 포함하는 광 도파로층에 코어부의 단면이 노출하도록 관통구멍을 형성하고,
    이형 필름의 한 주면에 다수의 배선 패턴을 형성하고, 상기 배선 패턴에 수광 소자 및 발광 소자를 실장하고,
    상기 이형 필름을 상기 배선 패턴이 상기 광 도파로층을 구성하는 클래드부측을 향하도록 위치 맞춤하여 상기 클래드부에 겹쳐 가압함으로써, 상기 수광 소자 또는 발광 소자를 상기 클래드부의 관통구멍 내에 배치하는 동시에 상기 클래드부 상에 상기 배선 패턴을 형성하고,
    상기 관통구멍 내에 상기 코어부를 전파하는 광에 대해서 투명한 수지를 충전하며,
    상기 수지를 경화시키는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 제조 방법.
  16. 코어부와 클래드부를 포함하는 광 도파로층과,
    상기 광 도파로층을 구성하는 클래드부의 적어도 한쪽 주면에 형성된 제1 및 제2 배선 패턴과, 상기 클래드부의 내부에 배치되고, 상기 광 도파로층의 코어부와 광학적으로 접속되며 또한 상기 제1 배선 패턴에 전기적으로 접속된 수광 소자와,
    상기 클래드부의 내부에 배치되고, 상기 광 도파로층의 코어부와 광학적으로 접속되며 또한 상기 제2 배선 패턴에 전기적으로 접속된 발광 소자와,
    상기 광 도파로층을 구성하는 상기 클래드부의 또 한쪽 주면에 제3 및 제4 배선 패턴이 형성되고, 제3 패턴 상에 실장된 구동 소자 및 제4 배선 패턴 상에 실장된 증폭 소자를 구비하고,
    상기 발광 소자는 상기 제2 배선 패턴 및 제3 배선 패턴을 통해서 구동 소자에 전기적으로 접속되며, 상기 수광 소자는 상기 제1 배선 패턴 및 제4 배선 패턴을 통해서 증폭 소자에 전기적으로 접속한, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 실장체.
  17. 제16항에 있어서, 상기 발광 소자의 애노드 단자와 캐소드 단자의 양쪽이 상기 제2 배선 패턴을 통해서 구동 소자에 전기적으로 접속되고, 상기 수광 소자의 애노드 단자와 캐소드 단자의 양쪽이 상기 제1 배선 패턴을 통해서 증폭 소자에 전기적으로 접속한, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 실장체.
  18. 코어부와 클래드부를 포함하는 광 도파로층에 관통구멍을 형성하고,
    이형 필름의 한 주면에 다수의 배선 패턴을 형성하고, 상기 배선 패턴에 수광 소자 및 발광 소자를 실장하고,
    상기 이형 필름을 상기 배선 패턴이 상기 광 도파로층을 구성하는 클래드부측을 향하도록 위치 맞춤하여 상기 클래드부에 겹쳐 가압함으로써, 상기 수광 소자 또는 발광 소자를 상기 클래드부의 관통구멍 내에 배치하는 동시에 상기 클래드부의 한쪽 주면 상에 상기 복수의 배선 패턴을 형성하고,
    상기 관통구멍 내에 상기 코어부를 전파하는 광에 대해서 투명한 수지를 충전하며,
    상기 수지를 경화시키고,
    또한, 상기 클래드부의 다른쪽 주면 상에, 다른 배선 패턴을 형성하고, 상기 다른 배선 패턴 상에 구동 소자 또는 증폭 소자 중 적어도 하나를 실장하는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈의 제조 방법.
  19. 제1항에 있어서, 코어부의 굴절률이 클래드부의 굴절률보다도 높은, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  20. 제19항에 있어서, 코어부의 굴절률이 1.40 ~ 1.71의 범위에 있는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
  21. 제20항에 있어서, 코어부의 재료가, 불소화에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 브롬화에폭시계 수지, 유황 함유 비닐계 수지 중 어느 하나를 포함하는, 수발광 소자 내장 광전기 혼재 배선 모듈.
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