TWI390264B - A photoelectric hybrid circuit mounting substrate and a transfer device using the same - Google Patents
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Description
本發明是關於一起處理傳送裝置內交換機間所收發訊的大容量光訊號之光電混載回路安裝基板的光配線構造及光連接部的安裝方式以及使用此之傳送裝置。
近年，在於資訊通訊領域，用光來高速交換大容量的資料之通訊網路快速在進行架構中，到目前為止，光纖基幹、捷運、存取系統之綿延數公里以上的較長的距離，已開始展開有光纖網路。今後，進一步裝置之間(數米~數百米)，或是裝置內(數公分~數十公分)之極短的距離，為了不要延遲處理大容量資料，也要有效將訊號配線光纖化。
關於傳送裝置的光配線化，例如路由器/交換裝置是將本地區從外部透過光纖來傳送之高頻訊號，輸入到線路卡。該線路卡是1片的交換背板(backplane)用數片來構成，輸入到各線路卡的輸入訊號進而透過交換背板收集到交換卡，經過交換卡內的LSI處理過後，再度透過交換背板輸出到各線路卡。此處，現有的裝置則是由各線路卡，現有300 Gbit/s以上的訊號透過交換背板收集到交換卡。此訊號用現有的電配線來傳送，因傳播損失的關係，必須每一配線分割為1~3 Gbit/s程度，故必須有100條以上的配線數。
再則，對於這些高頻線路，必須要有波形成形回路或反射、或者配線間串訊的對策。今後，形成為系統進一步演進為大容量化，處理Tbit/s以上的資訊之裝置，則過去的電配線對於配線條數或串訊對策，更加成為重要的課題。對於此點，將裝置內線路卡~交換背板~交換卡之交換機間的訊號傳送線路光纖化，就能低損失傳播輸10 Gbps以上的高頻訊號，故少量的配線條數即可，故期望是即使對於高頻訊號仍無需上述的對策。
為了實現這種大容量的光內部連接回路，必須有光配線的高密度化及低損失下可光連接，且製作方法容易之基板安裝技術。關於配線的高密度化則是近一步朝基板的厚度方向，多層疊層2次元排列複數條的光波導等之光配線層，與搭載在基板表面之面發(受)光型的光電變換元件陣列進行光連接，就能有效用更小的安裝面積來達到配線的高密度化。
在日本專利文獻1中記載，可低損失將多層光配線層與光電變換元件光連接之安裝形態的一個例子。該例子則是如日本專利文獻1中的第1圖所示，具備有用來使多層光配線層的各層與光電變換元件陣列結合之陣列型光結合用光波導單元，透過光結合用光波導的芯部來傳送來自光配線層的光，避免降低光束擴散所造成光結合效率。
再者，在日本專利文獻2中記載，抑制光束擴散所造成光結合效率的降下的其他例子。該例子則是如日本專利文獻2中的第1圖所示，在多層光波導及發光元件陣列分別搭載微型透鏡，而用微型透鏡來調準視線來自發光元件的射出光，進而用微型透鏡將該光聚光後導入到光波導的芯部。藉由此方式，抑制來自元件的光束擴散所造成的放射損失來避免降低光結合效率。
〔專利文獻1〕日本專利特開2003－114365號公報〔專利文獻2〕日本專利特開2001－185752號公報
但是，日本專利文獻1所記載的光電變換裝置，必須要與本體的陣列型光波導單元不同體來製作光結合用的陣列型光結合用光波導單元。再則，依照陣列型光波導單元的層疊數，分別必須要有長度不同之光結合用的光波導單元，因而零件數及製程數增大。另外，製作各陣列型光波導單元時，位置對準會有困難，會有光元件偏離各導波路層間的光軸位置所造成的光損失變大的可能性。光波導單元的層數愈大則這些的影響愈大，對於光波導的多層化有界限。
此外，日本專利文獻2所記載的方式中，由於對應於多層光波導的層疊數而發光元件陣列與光波導的芯部的距離不相同，故必須要有使每一各層的焦點距離，即是使非球面形狀分別變化的透鏡，增大零件數及製程數。另外，與日本專利文獻1同樣，製作多層光波導時層間位置對準會有困難，光元件偏離各導波路層間的光軸位置，會有光損失變大的可能性。
因此，本發明之目的是提供，對於形成在基板上之多層光波導與光電變換元件或是光波導陣列連接器的光連接，抑制光束擴散所形成的放射或光波導製作時層間對位偏離所形成光元件偏離各導波路層間的光軸位置而造成光結合效率的劣化，又達到光配線的高密度化，並且降低零件數和製程數且可實現低價格化之光電混載回路安裝基板及使用此之裝置。
本發明為了解決上述課題，多層光波導每一各層之高折射率的芯部，在於對應於利用該芯部將光傳送的元件的位置，設置將光路變換90°之鏡面。即是從配置在多層光波導的上面之元件，例如從發光元件所射出的光，利用設置在光波導的芯部之鏡面使光路變換90°而傳播到芯部當中。所傳波的光利用設置在光波導的芯部的其他位置之鏡面使光路變換90°而朝向多層光波導的上面，用被設置在該位置之多層光波導的上面之元件，例如用面受光二極體來受光。此時，本發明則是使光從多層光波導的上面傳播到第2層以後的光波導之路徑，通過上層之光波導的芯部，來抑制光束擴散並抑制光結合效率的劣化。此時，使第2層以後的光波導之成為光的傳播路徑之芯部的部分，從其他芯部的區域分離，就能夠更加提高光擴散的抑制效果。另外，將該分離且孤立之隔離芯部的形狀設成調節光的形狀，則能夠進一步提高光束擴散的抑制效果。
以下，詳細說明實施例。
第1圖為本發明的一個實施例的光電混載回路安裝基板100之立體圖。圖號11為用玻璃環氧樹脂或是陶瓷等的材料所製作的基板，設成在該基板11上，構成有分別具有由纖殼層所包覆之複數個高折射率的芯部13a之第1光波導層14，再在該上面，構成有分別具有由纖殼層所包覆之複數個高折射率的芯部13b之第2光波導層15之2層構成。芯部13a及芯部13b設置在上下重疊的位置。在各別的光波導層14、15的芯部13a、13b，設有2個鏡面16和18、以及17和19。光波導層14的芯部13a之鏡面16和18，如圖所示，反射面的方向為相反。因此，從安裝基板100的上面射入到鏡面16的光，改變方向90°來後傳播芯部13a內，入射到鏡面18。入射到鏡面18的光被反射，改變方向90°而朝向安裝基板100的上面來傳播。光波導層15的芯部13b之鏡面17和18也是同樣。在對應於芯部13a之鏡面16和18的位置之組裝基板100的上面，設有分別僅依照芯部13a的個數具備有發光元件26和受光元件28之元件陣列20和22。至於對應於上面的芯部13b之鏡面17和19的位置之組裝基板100的上面也是同樣。然而，在安裝基板100的上面，施予各元件陣列所必要的電配線圖案(未圖示)。該配線圖案，與芯部13a、芯部13b同樣，藉由光蝕技術，一面與芯部13a、芯部13b對準位置一面形成，而形成與被載置在預定的位置之發光元件26和受光元件28電連接。
以下，說明第1圖所示的光電混載回路安裝基板100之主要部分的尺寸之例子。與芯部13a、芯部13b的長度方向成直角的方向之剖面為50 μ m×50 μ m，光波導層14的芯部13a之間隔、光波導層15的芯部13b之間隔(中心間的距離)分別為250 μ m，光波導層14、光波導層15的纖殼之上下的厚度為25 μ m。因此，各導波路層之上下方向的厚度為200 μ m。另外，芯部13a、芯部13b之上下的間隔為100 μ m。此處，光波導層14的芯部13a之間隔、光波導層15的芯部13b之間隔(中心間的距離)分別設為250 μ m是要對應於現在標準的MT連接器等的光纖間距之故。
光波導層14、光波導層15的芯部13a、芯部13b，如同後述，藉由所謂的光蝕技術來形成，所以能夠準確規範相對的位置，又能夠在芯部13a的正上方配置芯部13b。因此，從元件陣列20的發光元件26所發出的光，經過芯部13b到達芯部13a的鏡面16。同樣地，藉由鏡面18所反射的光，經過芯部13b到達元件陣列22的受光元件28。此結果，對於與位在從組裝基板100的上面之元件20、22分離的位置之高折射率的芯部13a之鏡面16、鏡面18進行光的收授，一經通過比芯部周邊部的纖殼層還要更高折射率的芯部13b，則抑制光束的擴散並可以避免放射損失所造成光結合效率的劣化。另外，此處所使用的元件26、28，最好是適於倒裝晶片的表面組裝之面發光或是面受光二極體。這點針對元件27、29也是同樣。
再則，探討芯部13a、芯部13b之各鏡面，與安裝基板100的上面之各元件的位置對準。實施例1因可以在於將元件載置在被形成安裝基板100的上面之配線圖案的狀態下，將元件位置設定在配線圖案的預定位置，所以可以準確定位。
第2A圖~第2G圖為說明第1圖所示的實施例1之光電混載回路安裝基板的構成程序的一個例子之圖。
第2A圖為表示在基板11上形成纖殼層25，在其上面，藉由塗布或是黏貼，形成比纖殼層25還要更高折射率之用於第1芯部13a的材料之層13的狀態之圖。此處，纖殼層25及用在芯部13a的材料之層13的材料也可以是聚合物等的樹脂或是石英。然而，依照上述的尺寸，纖殼層25為30 μ m，用在芯部13a的材料之層13為50 μ m。
第2B圖為表示藉由光蝕及蝕刻等在纖殼層25的上面之用在芯部13a的材料之層13形成芯部13a的圖案之後，針對芯部13a的所要處，利用切削或是蝕刻等，形成光路變換鏡面16、18的狀態之圖。鏡面部16、18的表面，為了讓光有高效率的反射，利用蒸鍍或電鍍等來披覆Au等的金屬。
第2C圖為表示與第2A圖同樣，在圖案所形成的芯部13a上，載置用與纖殼層25相同的材料所形成之纖殼層材料12的狀態。此處，纖殼層材料12為80 μ m的厚度，基板11也包括將全體些許加溫來使纖殼層25及纖殼層材料12軟化，並且從上面用平坦面的壓制板進行加壓，因而纖殼層材料12埋填芯部13a間的空間部分，並且與載置在基板1上之纖殼層25成一體化，而形成用纖殼層25包覆芯部13a之光波導層14。
第2D圖為表示形成了用纖殼層25包覆芯部13a之第1導波路層14的狀態之圖。圖中則是表示為了避免圖變複雜，只有針對最前面的芯部13a形成有鏡面16、18的狀態。
第2E圖為表示依照與第2A圖、第2B圖所說明過相同的程序，將用在第2芯部13b的材料之層13，層疊在第2D圖中導波路層14之纖殼層25的上面，再在該層上，藉由光蝕及蝕刻等，進行芯部13b的圖案處理之後，在所要的位置形成光路變換鏡面17、19的狀態之圖。此處，探討芯部13a之各鏡面16、18的位置，與芯部13b之鏡面17、19的位置對準。最好是設成長度方向，分離250 μ m。這點是要對應於現在標準的MT連接器等的光纖間距之故。光路變換鏡面17、19也是為了要讓光有良好的反射而藉由蒸鍍、電鍍，將Au等的金屬被覆在反射面。
第2F圖為表示依照與第2C圖、第2D圖所說明過相同的程序，形成用纖殼層25包覆第2芯部13b之第2導波路層15的狀態之圖。藉由此方式，構成具有在第1導波路層14形成有第1芯部13a，在第2導波路層15形成有芯部13b之2層芯部層之安裝基板100。依據第2A圖~第2F圖所說明果的處理，上述過芯部剖面為50 μ m，第1光波導層14之第1芯部13a的間距、第2光波導層15之第2芯部13b的間距分別為250 μ m，光波導層14、光波導層15的纖殼之上下的厚度分別為25 μ m。因此，構成各導波路層之上下方向的厚度為100 μ m的安裝基板100。
第2G圖為表示第1圖所示之光電混載回路安裝基板100完成的最終階段之圖。與芯部13a、芯部13b同樣，藉由光蝕技術，在纖殼層25的上面，一面與芯部13a、芯部13b進行位置對準，一面形成各元件陣列20、21、22以及23所必要的電配線圖案。在該配線圖案的預定位置，載置焊接突起31及各元件，來與各元件陣列20、21、22以及23所具備之發光元件26和受光元件取得電連接。藉由此方式，完成第1圖所示的光電混載回路安裝基板100。
第3圖為表示設置光連接器35來取代光電混載回路安裝基板100的上面之元件陣列22、23的例子之立體圖。圖號36為設置在設有各受光元件28、29的位置之光纖。實施例1中，芯部13a、13b的長度方向之鏡面18、19間為250 μ m，芯部13a、13b的間距為250 μ m，所以光纖36的間距也是芯部的長度方向和芯部的間距方向之各別的方向都形成為250 μ m，可以適用標準的MT連接器。將光連接器35載置在纖殼層25的上面時，配合與芯部13a、芯部13b同樣地藉由光蝕技術，將電配線圖案形成在纖殼層25的上面，一面與芯部13a、芯部13b進行位置對準，一面顯示光連接器35的位置，就能夠形成沒有偏離的載置。此時，也可以是在纖殼層25的上面側與與此接核之光連接器35的面之間，形成凹凸的對應關係來固定。以此方式，光連接器35與光波導層的鏡面就能既簡便又高精度進行位置對準。
第4圖為本發明的第2實施例的光電混載回路安裝基板200之立體圖。本光電混載回路安裝基板200則是與第1實施例的光電混載回路安裝基板100不相同，將更遠離的芯部13a之鏡面16、18與配置在安裝基板200的上面之元件，從安裝基板200的上面，進行光的收授時所通過之芯部13b，設成各光的每一通路都是分離且孤立。藉由此方式，在比單是透過芯部13b來傳播還要更遠離且孤立的隔離芯部13b1、13b2，更加牢固將垂直方向的傳播光封閉在芯部區域，實現高效率光結合特性。此處也是與第1圖同樣，通過芯部13a、芯部13b所傳播的光之路徑，用虛線來表示。
將第4圖與第1圖作比對就會明白，光電混載回路安裝基板200是將下層的芯部13a之鏡面16、18與配置在安裝基板200的上面之元件，進行光的收授時所通過的芯部13b1、13b2，設成各光的每一通路都是分離且孤立的隔離芯部。因而，芯部13b的鏡面，以不會妨礙鏡面17、18之間的芯部13b之光的傳播方式，配置在比芯部13a的鏡面16還要更內側。與此相對應，元件陣列20、21也改配置成相反的關係。再則，切斷芯部13b之鏡面17和19的外側，來形成周圍包覆在纖殼層之分離且孤立的隔離芯部13b1、13b2。這些的處置用第2B圖、第2E圖已說明過之芯部13a的圖案處理、芯部13b的圖案處理來進行即可。分離且孤立的隔離芯部13b1、13b2，當然是配置在抵觸到芯部13a之鏡面16、18與配置在安裝基板200的上面之元件之光的通路之位置。
孤立的隔離芯部13b1、13b2，用與配置在安裝基板200的上面之元件的光之通路的周面比導波路層還要更低折射率的材料之纖殼層來包覆著，所以能夠將比透過導波路層13b的情況還要更牢固將基板垂直方向的傳波光全封閉在芯部區域，達到高效率光結合特性。另外，關於該長方體形狀的芯部構造，由於只要第2B圖、第2E圖已說明過之芯部13a的圖案處理、芯部13b的圖案處理之變更佈局就能夠實現，故不必追加零件或製程。
第5(A)圖為表示相對於第4圖所示的實施例為將孤立的芯部13b1、13b2設成長方體形狀且是孤立，而設成附有去除了四角錐體或是圓錐體的前端部分之錐體的孤立的芯部的例子之圖。至於其他的構成要件則予第4圖所示的實施例相同。然而，為了將圖簡單化，此處用剖面的形狀來表現，只在基板11和芯部13a、13b和孤立的隔離芯部13b1、13b2，施加斜線。第5(B)、5(C)圖為用擴大的立體圖來表示孤立的隔離芯部13b1之圖。孤立的隔離芯部13b2則是將該孤立的隔離芯部13b1的上下反轉。如此，將孤立的隔離芯部13b1、13b2設成孤立的錐體構造，就能夠以用附有錐形的孤立的芯部之側面，將由端面所射入的光反射來調節的形式，從相反的端面射出。因而。即使比設成孤立的長方體，傳播孤立的隔離芯部13b1、13b2的光更被封閉，或是更漏出到孤立的隔離芯部13b1、13b2外的情況，仍會折射，因而抑制光束擴散，達到高效率光結合特性。加上此因素，芯部射出時的光束直徑比入射時來要更能收縮，對於鏡面部17的表面，則更能有良好效率導入光，並能大幅改善芯部41與鏡面17間的光軸中心偏離所造成的光結合損失。然而，芯部41的構造可藉由經常用於製作光路變換鏡面之切削或是蝕刻等來形成，不過當中以針對所期望的位置可比較簡單製作任意的傾斜角度形狀之雷射光束照射方式進行製作會更加有效。
第6(A)、6(B)、6(C)為以模式說明將孤立的隔離芯部13b1、13b2設成附有錐體的孤立的芯部所得到的效果之概念圖。此處則是針對元件陣列20、孤立的隔離芯部13b1以及鏡面16來表示。相對於第6(A)圖為一致於這些的軸位置用一點連鎖線來表示，第6(B)圖則為表示元件陣列20僅偏離有△的情況。第6(C)圖為說明將孤立的隔離芯部13b1、13b2，設成附有錐體的孤立的芯部時的側面與軸的角度θ之圖。
第6(A)圖中，從元件陣列20朝向孤立的隔離芯部13b1延伸的線為表示從位在元件陣列20的發光元件所發出的光之外緣。該光射入到孤立的隔離芯部13b1的側面時折射而朝向孤立的隔離芯部13b1的內面前進，並且從孤立的隔離芯部13b1的端面向外部射出後，用鏡面16反射而前進到芯部。即是利用孤立的隔離芯部13b1，可以比入射時還要更縮小光束直徑，又可以抑制光束的擴散。第6(B)圖中，因元件陣列20的光軸僅偏離孤立的隔離芯部13b1及鏡面16的光軸△量，所以從發光元件所發出的光之偏離光軸之側的一部分未入射到孤立的隔離芯部13b1、13b2。因而導致增加光結合損失。如第6(C)圖所示，孤立的隔離芯部13b1、13b2之側面與軸持有角度θ，該角度θ為5~10°程度則能達到良好的結果。加大該角度θ，縮小範圍的效果就會變大，也可以設成30°程度。此情況，也會導致從發光元件所發出的光從孤立的隔離芯部13b1的側面放射。不過，從側面所放出的光在於側面折射，朝光軸方向彎曲，所以放射光不致於全部損失。
第7圖為本發明的第3實施例的光電混載回路安裝基板300之剖面圖。此處則是表示與第1、第2實施例已說明過的同樣，先在基板11上，層疊2層的第1光波導14和第2光波導層15的2層光波導層，再利用第2E圖、第2F圖所說明過的手法，層疊第3光波導層40的例子。第3光波導層40形成有芯部13c、鏡面41和42，離芯部13c有間距的附有錐體的孤立的芯部13c1，13c2、13c3以及13c4。這些的形成可以利用與跟第2光波導層的芯部13b有所分離之附有錐體的孤立的芯部13b1、13b2相同的手法。光波導層14的鏡面16、光波導層15所分離之附有錐體的孤立的芯部13b1以及光波導層40所分離之附有錐體的孤立的芯部13c2，配置在同一光軸上來加以形成。關於光波導層14的鏡面18、光波導層15所分離之附有錐體的孤立的芯部13b2以及光波導層40所分離之附有錐體的孤立的芯部13c4也是同樣。這方面有關光波導層15的鏡面17和光波導層40所分離之附有錐體的孤立的芯部13c1、光波導層15的鏡面19和光波導層40所分離之附有錐體的孤立的芯部13c3也是同樣。在安裝基板300的上面，設置將發光元件2次元排列在與各光軸一致的位置之元件陣列，並設置將光纖362次元排列在與各光軸一致的位置之光連接器35。
依據實施例3，光波導層14的芯部13a是用來傳播透過2個光波導層15和40所傳播的光訊號。但是，從元件發出的光是透過所分離之附有錐體的孤立的芯部13c2、13b1傳播，所以能夠低損失進行光訊號的收授。因此，能夠達到光電混載回路安裝基板的更加高密度化。
第8圖為本發明的第3實施例的光電混載回路安裝基板400的剖面圖。實施例4中，基板是由所謂的多層印刷板所構成。在表面的中央部施予電配線51、52之基板11a與在表面的中央部施予電配線53、54之基板11b層疊在一起，電配線51、52及電配線53、54為利用被設置在穿孔之電配線55、56，依照需求來連接之構造。在基板11b的上面，形成有有關構成第5圖已說明過的實施例2之光波導層14、15。在該基板上，形成上述過實施例的光波導層。此時，實施例4是將芯部13a、13b及鏡面16~19和所分離之附有錐體的孤立的芯部13b1、13b2，形成在光波導層14、15的各別左半部分，在右半部分則形成對應於此的芯部13d、13e及鏡面43~46和所分離之附有錐體的孤立的隔離芯部13e1、13e2。
在光波導層15的上面之左端部設置光連接器35，光纖陣列38的光纖36，對向於所分離之附有錐體的孤立的芯部13b1和鏡面17來設置。此外，具有對向於所分離之附有錐體的孤立的芯部13b2和鏡面18的受光元件之元件陣列23，由光波導層15的上面的中央部來設置。在光波導層15的上面的中央部則設有積體電路(LSI)50。在光波導層15的上面之元件陣列23的相反側，設置具有發光元件的元件陣列21。元件陣列23、積體電路(LSI)50以及元件陣列21，如同第2G圖所說明過，利用設置在光波導層15的上面之電配線圖案來電連接，並且透過利用沒有光波導層14、15的芯部13a、13b、13d和13e的區域所形成之穿孔所形成的電配線57、58，也與電配線53、54相連接。設置在元件陣列21之發光元件的發光面，對向於芯部13e的所分離之附有錐體的孤立的芯部13e1和鏡面45。
此外，在光波導層15的上面右側，設置光波導陣列連接器500。光波導陣列連接器500具備芯部13f、芯部13g各別都有的光波導層。芯部13f在一端具有鏡面47，芯部13g具有鏡面49和所分離之附有錐體的孤立的芯部13g1。安裝基板400的芯部13e的他端之鏡面46和所分離之附有錐體的孤立的芯部13e2，對向於光波導陣列連接器500之芯部13g的所分離之附有錐體的孤立的芯部13g1和鏡面49。光波導陣列連接器500，用外殼層501覆蓋光波導層的外面來保護。另外，與光電混載回路安裝基400的芯部進行光的收授之部分，外殼層501開口來防止造成光通過的障礙。
依據實施例4的構成，從光纖36導入到安裝基板400之光訊號，透過芯部13a、13b，利用元件陣列23的受光元件，變換成電的訊號，導入到積體電路(LSI)50，進行必要的訊號處理。用積體電路(LSI)50進行訊號處理的結果之電的訊號，利用元件陣列21的發光元件變換成光訊號，透過芯部13d、13e來傳送，並透過安裝基板500的芯部13g、13f，進一步傳送到其他的光電混載回路安裝基板。如此，安裝基板上的元件之間進行訊號收授時，在於安裝基板上的元件與芯部之間，進行至少2次光訊號的傳送，不過因中間透過所分離之附有錐體的孤立的芯部，所以能在於傳送特性沒有障礙程度的低損失下進行光結合。
第9圖為表示針對件到芯部間，藉由光線追蹤法，計算配置在光電混載回路安裝基板上的元件與光訊號跟該元件進行收授之光波導層的芯部之間的光結合損失的結果之圖。此處則是將元件設成光束擴散角23度的發光元件，光波導為芯部/纖殼層的比折射率1%，芯部如前述過持有50 μ m×50 μ m的剖面，包覆芯部的纖殼層厚度為25 μ m。因此，各光波導層間之芯部中心間距成為100 μ m，從最上層之光波導的上端到配置在安裝基板上之元件的發光面之距離成為50 μ m。
第9圖為橫軸表示元件到芯部間的距離，縱軸表示光結合損失。圖中，施加白點的點線為元件到芯部間的傳播光只有通過纖殼層的情況，施加三角形的實線為元件到芯部間的傳播光通過上層的芯部的情況，施加塗黑四角形的實線為元件到芯部間的傳播光通過上層的分離且孤立的隔離芯部的情況，施加塗黑圓形的線為元件到芯部間的傳播光通過上層的分離且孤立之附有錐體的芯部時的情況，針對各別的情況來表示最下層的光波導層之芯部與元件間的光結合損失。因此，此處單層是指光波導層只有1層的情況，2層則是指光波導層有2層的情況。然而，分離且孤立的隔離芯部的形狀設成長方體或是第5(B)圖所示的形狀。因此，例如4層是指透過3層的光波導層，第4層的光波導層接收來自元件的光訊號時的光結合損失。從圖中能明白，光波導層為單層或者層疊2層的情況，光波導層的芯部與元件間的距離，由於比較接近150 μ m，故幾乎不會有光束擴散所造成的損失，並不是本發明有明顯的效果。
不過，隨著進一步層疊光波導層而與元件的距離變大，改用虛線所示的傳播光只有通過纖殼層的情況，前述的光束擴散所造成的損失變大。對於此點，使送往用虛線所示的本發明構造之下層光波導的傳播光通過上層的芯部的情況，例如為層疊5層時，相對於只有通過纖殼有≧－6 dB(約80%)的很大損失，本發明的通過芯部時，任何一個實施例，損失都是≦－1.6 dB(約30%)以內及光束擴散有效受到抑制，而得知本發明有很大的效果。
然而，第1圖中的例子中，傳播芯部的光與從元件26送到芯部13a的光為相交叉，不過各別光的行進方向約有90度的不同，故不會有因相互間光的干涉所造成特性劣化的可能性。另外，第9圖為表示有關發光元件和受光元件與芯部間之光的傳達的特性，不過發光元件和受光元件光連接器的情況，也會得到相同結果。
第10圖為表示用第9圖已說明過的參數，針對分離且孤立的隔離芯部朝向基板平行方向(與紙面坪明的方向)時的光軸位置偏離容許度(第6(B)圖所示的△)與芯部到元件間距離的關係所計算的結果之圖。然而，朝向基板垂直方向移動時的光軸位置偏移容許度，也得到同樣的結果，但因會造成圖的複雜化，所以省略顯示。此處則是將第6(C)圖所示的分離且孤立的隔離芯部之錐體角θ設為7°。另外，位置偏離容許度是依據直到對於最大光結合效率形成－2 dB的損失的點為止的移動距離來定義。此處則是表示朝基板垂直方向移動的位置偏離容許度。再則，只有通過纖殼層的情況，則是表示鏡面的位置偏離容許度來取代孤立的隔離芯部1的位置偏離。
第10圖中，施加白點的點線為元件到芯部間的傳播光只有通過纖殼層的情況，施加三角形的實線為元件到芯部間的傳播光通過上層的芯部的情況，施加塗黑四角形的實線為元件到芯部間的傳播光通過上層的分離且孤立的隔離芯部的情況，施加塗黑圓形的線為元件到芯部間的傳播光通過上層的分離且孤立之附有錐體的芯部時的情況，針對各別的情況來表示最下層的光波導層之芯部與元件間的之分離且孤立的隔離芯部之最大位置偏離容許度。光波導層只有1層的情況，因分離且孤立的隔離芯部的光沒有通過，所以有關第9圖所示的單層則省略，由光波導層有2層的情況來表示資料。因此，例如4層是指透過3層的光波導層，第4層的光波導層接收來自元件的光訊號時的分離且孤立的隔離芯部之最大位置偏離容許度。從圖中能明白，分離且孤立的附有錐體的芯部，無關光波導層的層數，達到很大的效果。通過分離且孤立的隔離芯部上層和芯部，2層或者3層的情況，與通過纖殼層沒有太大的差，不過層疊4層以上的光波導層，利用光束擴散受到抑制，即使層疊4層的情況，仍達到≧±10 μ m的光軸位置偏離容許度，得知本發明有很大的效果。
從第10圖的結果，用點線所示的傳波光只有通過纖殼層的情況，隨著層疊光波導層而與建的距離變大，而會增大前述的光束擴散所造成的損失，層疊3層以上的情況則無法確保元件到芯部到鏡面間的光軸位置偏離容許度。對於此點，用虛線所表示的實施例1中已說明過的構造為藉由抑制光束擴散所造成的光結損失，進一步藉由設置實線所示的錐體角且成為沿著通過芯部的表面積之光的傳播方向縮小的構造，得知依照前述過的光束直徑狹窄效果，即使從疊3層仍達到提高≧±20 μ m更大的位置偏離容許度。
然而，與本發明的光電混載回路安裝基板上的其他光元件進行光結合，是一經從基板表面射入光，該光用鏡面變更光路後導入到芯部，或者傳送芯部的光用鏡面變更光路後射出到基板表面。另外，配置在基板表面的光元件，例如光纖間形成為與MT連接器的標準相同間距，所以即使縮短光波導層的層疊方向之芯部間的距離，仍不會引起串訊的問題，所以可以如第9圖、第10圖所示，將芯部與配置在光電混載回路安裝基板上面的光元件之距離縮小。
第11圖為表示應用本發明的光電混載回路安裝基板之第5實施例的概要之圖，也是以適用第8圖所示之實施例4的光電混載回路安裝基板400的形式所構成的傳送裝置之立體圖。圖號60為積體電路基板，以第8圖已說明過的光電混載回路安裝基板400為基礎所構成。用虛線所示的圖號61、62為所埋入的光波導層，該光波導層對應於包含有對應於芯部13a、13b、13d以及13e的芯部之光波導層14、15。圖號63、64以及65為對應於元件陣列23、21以及積體電路(LSI)50。圖號66以及67、68為對應於光連接器35以及光纖陣列38。圖號69、70以及71為電子電路。位在積體電路(LSI)50正好之前側的電子電路，因不要造成圖的複雜化，所以省略參考圖號。圖號72、73為表示連接各電子電路間之電配線的代表，並且也與其他積體電路基板60的各電子電路間以及後述交換卡80的各電子電路間相連接。圖號74為對應於第8圖所示的光電混載回路安裝基板500之光連接器，不過此處則是設成接收光波導層14、15之芯部的光，用光纖來傳送該光。然而，積體電路基板60不僅是接收光訊號來進行處理，還必須有再度發送處理結果的光訊號，所以對應於第8圖已說明過的光波導層14、15之光波導層61、62以及元件陣列63、64，由於收發訊功能，因而必要有另外一組，不過此處是省略。
圖號80為交換卡，具備有光連接器74、光波導層62、元件陣列64、電配線72和73，並且具備有省略了參考圖號的電子電路。
圖號90為交換背板，機械式保持各積體電路基板60，並且具備有傳送光連接器74的光訊號之光纖75以及連接各積體電路基板60的電配線72、73間之未圖示的配線。
從光纖陣列67、68的光纖所導入的光訊號，經過各積體電路基板60進行處理過後，透過交換背板90收集到交換卡80，進行必要的處理之後，再度透過各積體電路基板60，來透過光纖陣列67、68的光纖而被送出。
依據本發明，利用設置在光波導之高折射率的芯部之鏡面的位置，可與被設置在多層光波導的面之元件高精度定位。再者，第2層以後的光波導是透過上層的光波導之高折射率的芯部將光傳播，抑制光束擴散並抑制光結合效率的劣化，並且將傳播芯部的光變換光路而能夠在於基板上面與光元件結合，所以能夠取得必要的元件間隔，達到光配線的高密度化及防止串訊。再則，具有可以提供降低零件數和製程數且可實現低價格化之光電混載回路安裝基板及使用此之裝置的效果。
可以提供達到光配線的高密度化，並且減少零件數和製程數又可實現低價格化之光電混載回路安裝基板及使用此之傳送裝置。
100、200、300、400．．．光電混載回路安裝基板
500．．．光波導陣列連接器
11a、11b．．．多層印刷板
13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g．．．芯部
13b1、13b2、13c1、13c2、13c3、13c4、13e1、13e2、13g1．．．孤立的隔離芯部
14、15、40、61、62．．．光波導層
16、17、18、19、41、42、43、44、45、46、47、49．．．光路變換鏡面
20、21、22、23、63、64．．．元件陣列
31．．．焊接突起
35、66、74．．．光連接器
36、75．．．光纖
38．．．光纖陣列
50、65．．．積體電路(LSI)
51、52、53、54、55、56．．．電配線
60．．．積體電路基板
69、70、71．．．電子電路
72、73．．．電配線
80．．．交換卡
90．．．交換背板
第1圖為本發明的第1實施例的光電混載回路安裝基板之立體圖。
第2A圖為表示在基板11上形成纖殼層，再在該纖殼層上塗布或黏貼用在第1芯部的材料之層所形成的狀態之圖。
第2B圖為表示藉由光蝕和蝕刻等，使纖殼層的上面之用在第1芯部的材料之層，形成芯部的圖案過後，針對芯部所期望處，利用切削或是蝕刻等，形成光路變換鏡面的狀態之圖。
第2C圖為表示與第2A圖同樣，在形成圖案的芯部上，載置與纖殼層相同材料的纖殼層材料的狀態。
第2D圖為表示形成有用纖殼層包覆第1芯部之第1導波路層的狀態之圖。
第2E圖為表示依照第2A圖、第2B圖已說明過的相同程序，在第2D圖中第1導波路層之纖殼層的上面，層疊用在第2芯部的材料之層，再藉由光蝕和蝕刻，在該層上，形成第2芯部的圖案過後，在所期望位置，形成光路變換鏡面的狀態之圖。
第2F圖為表示依照第2C圖、第2D圖已說明過的相同程序，形成用纖殼層包覆第2芯部之第2導波路層15的狀態之圖。
第2G圖為表示完成第1圖所示的光電混載回路安裝基板的最後階段之圖。
第3圖為表示設置光連接器來取代光電混載回路安裝基板的上面之元件陣列之立體圖。
第4圖為本發明的第2實施例的光電混載回路安裝基板之立體圖。
第5(A)圖為表示相對於第4圖所示的實施例為將孤立的隔離芯部13b1、13b2設成長方體形狀且是孤立的芯部，而設成去除了四角錐體或是圓錐體的前端部分之附有錐體的孤立的芯部的例子之圖：第5(B)、(C)圖為以擴大的立體圖來表示孤立的隔離芯部之圖。
第6(A)、(B)、(C)圖為以模式說明將孤立的隔離芯部設成附有錐體的孤立的芯部所達到的效果之概念圖。
第7圖為本發明的第3實施例的光電混載回路安裝基板之剖面圖。
第8圖為本發明的第4實施例的光電混載回路安裝基板之剖面圖。
第9圖表示針對元件到芯部間，藉由光線追蹤法，計算配置在光電混載回路安裝基板上的元件，跟與該元件進行光訊號的收授之光波導層的芯部之間的光結合損失的結果之圖。
第10圖表示用第9圖已說明過的參數，針對分離且孤立的隔離芯部朝向基板平行方向(與紙面坪明的方向)時的光軸位置偏離容許度(第6(B)圖所示的△)與芯部到元件間距離的關係所計算的結果之圖。
第11圖為表示本發明的光電混載回路安裝基板的應用例的概要之圖，也是以適用第8圖所示之實施例4的光電混載回路安裝基板的形式所構成的傳送裝置之立體圖。
11．．．基板
13a．．．芯部
13b．．．芯部
14．．．光波導層
15．．．光波導層
16．．．光路變換鏡面
17．．．光路變換鏡面
18．．．光路變換鏡面
19．．．光路變換鏡面
20．．．元件陣列
21．．．元件陣列
22．．．元件陣列
23．．．元件陣列
26．．．發光元件
27．．．發光元件
28．．．受光元件
29．．．受光元件
100．．．光電混載回路安裝基板
Claims (11)
- 一種光電混載回路安裝基板，其特徵為：由基板、及被複數層層積在該基板上，且圍繞在纖殼層，由折射率比該纖殼層還要高的材料來組成芯部，而以該芯部所形成之光波導層、及設置在前述各別光波導層的各別芯部，朝對於芯部的光導波方向成垂直的方向進行光路變換，並且芯部內之光的行進方向相互間方向一致之2個鏡面、及載置在與前述複數層層積之光波導層的最上層的上面之前述鏡面相對應的位置上之光元件、及形成在前述複數層層積之光波導層的最上層的上面之電配線圖案所構成；前述電配線圖案的一部分與前述光元件的一部分電連接，並且比前述最上層的光波導層還要更下層的光波導層之前述鏡面與前述光元件，透過比前述下層的光波導層還要更上層之芯部的一部分進行光的收授。
- 如申請專利範圍第1項之光電混載回路安裝基板，其中：前述下層的光波導層與前述光元件進行光的交換之成為光路之芯部，在比前述方向一致的2個鏡面還要外側，形成自前述芯部分隔且孤立的隔離芯部，下層的光波導層之前述鏡面與前述光元件，透過該孤立的隔離芯部進 行光的收授。
- 如申請專利範圍第2項之光電混載回路安裝基板，其中：前述孤立隔離芯部為長方體。
- 如申請專利範圍第2項之光電混載回路安裝基板，其中：前述孤立隔離芯部，具有光的入射面大於光的出射面的面積。
- 如申請專利範圍第1項之光電混載回路安裝基板，其中：前述光元件為面發光二極體或者面受光二極體。
- 如申請專利範圍第5項之光電混載回路安裝基板，其中：前述光元件為2次元配置面發光二極體或者面受光二極體。
- 如申請專利範圍第1項之光電混載回路安裝基板，其中：前述光元件的一種為具有連接器的光纖。
- 如申請專利範圍第7項之光電混載回路安裝基板，其中：前述光元件的一種為2次元配置面發光二極體或者面受光二極體，另外一種則為2次元排列光纖。
- 如申請專利範圍第1項之光電混載回路安裝基板，其中：前述複數個光波導層之芯部中心間的間隔，小於對應於前鏡面所配置之光元件間的間隔。
- 如申請專利範圍第1項之光電混載回路安裝基板，其中：前述基板為多層印刷配線基板，該多層印刷配線與前述電配線圖案透過穿洞來電連接。
- 一種傳送裝置，是具有：搭載有處理外部所輸入的光訊號之第1光訊號處理部 之線路卡；及具有處理由前述線路卡透過光配線傳送的光訊號之第2訊號處理部之交換卡；及形成有以光學方式將前述線路卡與前述交換卡連接之光配線之交換背板；其特徵為：前述第1線路卡，由基板、及被複數層層積在該積板上，且圍繞在纖殼層，由折射率比該纖殼層還要高的材料來組成芯部，而以該芯部所形成之光波導層、及設置在前述各別光波導層的各別芯部，朝對於芯部的光導波方向成垂直的方向進行光路變換，並且芯部內之光的行進方向相互間方向一致之2個鏡面、及載置在與前述複數層層積之光波導層的最上層的上面之前述鏡面相對應的位置上之光元件、及形成在前述複數層層積之光波導層的最上層的上面之電配線圖案所構成；基礎上構成：前述電配線圖案的一部分與前述光元件的一部分電連接，並且比前述最上層的光波導層還要更下層的光波導層之前述鏡面與前述光元件，透過比前述下層的光波導層還要更上層之芯部的一部分進行光的收授之光電混載回路安裝基板。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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