WO2008035466A1 - Substrat de guide d'ondes optique et substrat supportant un circuit hybride photoélectrique - Google Patents

Substrat de guide d'ondes optique et substrat supportant un circuit hybride photoélectrique Download PDF

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Yasunobu Matsuoka
Masato Shishikura
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Hitachi Chemical Co., Ltd.
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    • G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections

Definitions

  • the object of the present invention is to reduce the number of components and the number of manufacturing steps and realize low cost by using optical connection between an optical waveguide formed on a substrate and a photoelectric conversion element or an optical waveguide array connector.
  • Another object of the present invention is to provide an opto-electric hybrid circuit mounting board having an optical waveguide wiring and an optical path conversion mirror structure, and a device using the same, which can efficiently increase the wiring density.
  • the present invention in the optical connection between the optical waveguide formed on the substrate and the optical element array or the optical connector, the number of parts and the number of manufacturing processes can be reduced to realize low cost, and the most efficient.
  • the pitch of the wiring cores 13 and 14 and the light reflecting films 22 and 23 is set to The reason why the distance is 125 m is that when the optical element array 17 placed on the upper surface of the substrate is a fiber array, the pitch depends on the cladding diameter 125 / zm.
  • the force can be arranged with a pitch of less than 125 m. In this case, it is necessary to determine the pitch in consideration of the effect of optical crosstalk between channels.
  • the core layer 20 on the upper surface of the clad layer 11 is patterned into a rectangular parallelepiped shape by photolithography, and then the tapered surfaces 15a and 16a are provided by cutting to provide a tapered core. 15 and 16 are formed.
  • the tapered surface cores 15 and 16 are connected to each of the wiring cores 13 and 14 so as to be orthogonal to each other, when the tapered surfaces 15a and 16a are manufactured, in addition to the above-described cutting, etching or inclined lithography is performed. It can also be formed in a lump by the above-mentioned method. As a result, the number of processes can be greatly reduced.
  • a metal such as Au is deposited on the arbitrary portions of the taper surfaces 15a and 16a of the cores 15 and 16 with metal plating or the like in order to reflect light with high efficiency.
  • the thickness of the clad layer 11 is 80 m, and the entire substrate including the substrate 10 is heated slightly to soften the material of the clad layer 11, and the upper surface of the clad layer 11 is formed by a flat surface push plate.
  • the cladding layer 11 fills the space between the cores 13 and 14 and forms the optical waveguide layer 12 surrounding the cores 13 and 14.
  • FIG. 2B is a diagram showing a state in which a core with a tapered surface is formed after the core layer on the upper surface of the cladding layer is patterned.
  • FIG. 2C is a view showing a state where an arbitrary portion of the tapered surface of the core is coated with a metal for reflecting light with high efficiency.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an opto-electric hybrid circuit mounting board according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing an outline of a sixth embodiment applying the opto-electric hybrid circuit mounting board of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the problems related to the structure of the staggered wiring cores and the optical path conversion mirrors provided in each.
  • FIG. 10 is a diagram showing a conventional example of a mounting form in which a multilayer optical waveguide array and a photoelectric conversion element array are optically connected at high density.
  • FIG. 11 is a view showing a conventional example of a mounting form in which an optical wiring layer and a photoelectric conversion element array are optically connected at high density in the same layer.

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Description

明 細 書
光導波路基板およびそれを用いた光電気混載回路実装基板
技術分野
[0001] 本発明は、光導波路基板および光電気混載回路実装基板に係り、特に、伝送装置 内においてボード間で送受信される大容量光信号を一括処理する光電気混載回路 実装基板の光配線構造と光接続部の実装方式に関する。
背景技術
[0002] 近年情報通信分野において、光を用いて大容量のデータを高速でやりとりする通 信トラフィックの整備が急速に行われつつあり、これまで基幹、メトロ、アクセス系とい つた数 km以上の比較的長い距離について光ファイバ網が展開されてきた。今後はさ らに、伝送装置間（数 m〜数百 m)、或いは装置内（数 cm〜数十 cm)といった極めて 近距離についても、大容量データを遅延なく処理するため、信号配線を光化すること が有効である。
[0003] 伝送装置内の光配線ィ匕に関して、例えばルータ Zスィッチ装置では、イーサなど外 部から光ファイバを通して伝送された高周波信号をラインカードに入力する。このライ ンカードは 1枚のバックプレーンに対して数枚で構成されており、各ラインカードへの 入力信号はさらにバックプレーンを介してスィッチカードに集められ、スィッチカード 内の LSIにて処理した後、再度バックプレーンを介して各ラインカードに出力している 。ここで、現状の装置では各ラインカード力 現状 300GbitZs以上の信号がバック プレーンを介してスィッチカードに集まる。これを現状の電気配線で伝送するには、 伝播損失の関係で配線 1本あたり l〜3GbitZs程度に分割する必要があるため、 10 0本以上の配線数が必要となる。
[0004] さらに、これら高周波線路に対して波形成形回路や、反射、或いは配線間クロスト ークの対策が必要である。今後、さらにシステムの大容量ィ匕が進み、 TbitZs以上の 情報を処理する装置になると、従来の電気配線では配線本数やクロストーク対策等 の課題がますます深刻となってくる。これに対し、装置内ラインカード〜バックプレー ン〜スィッチカードのボード間の信号伝送線路を光化することによって、 lOGbps以 上の高周波信号を低損失で伝播可能となるため、配線本数が少なくすむことと、高 周波信号に対しても上記の対策が必要無くなるため有望である。
[0005] このような大容量の光インターコネクション回路を実現するためには光配線の高密 度化と作製方法が容易な基板実装技術が必要となる。配線の高密度化に関して、多 層光導波路アレイと光電変換素子アレイとを高密度で光接続した実装形態の一例が 特許文献 1に開示されている。これを図 10に示す。この例では、 2次元的に複数本配 列した光導波路アレイなどの光配線層 101 A、 101Bをさらに基板の厚み方向に多 層積層し、基板表面に搭載した面発 (受)光型の光電変換素子アレイ 100と光接続 することで、より小さい実装面積で配線の高密度化が図れるため有効である。また、 前記光導波路アレイ内伝播光を基板垂直方向に光路変換する為のミラー部 106は、 光導波路アレイ 101A、 101Bの末端部を同列に配置する事で、切削等により複数本 のコアをまとめて形成可能なため、この部分の作製工程が簡便である。
[0006] さらに、同層内にて光配線層と光電変換素子アレイとを高密度で光接続した実装 形態の他の例が特許文献 2に開示されている。これを図 11に示す。この例では、複 数個並べられた光導波路コア 110において、隣接するコア間の光入出射部の位置を 光の導波方向にずれて配置している。同様に、コアの光入出射部に対応して配され る光電変換素子アレイ 112もまた、前記導波方向にずれて配置し双方を光接続して いる。それぞれ隣接するコア間或いは光電変換素子間におけるクロストークなどの影 響を低減しつつ、光配線と光電変換素子の集積密度をより向上させることができる。
[0007] 特許文献 1：特開 2003— 114365号公報
特許文献 2：特開 2005 - 340545号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 特許文献 1に開示される多層光導波路アレイと光電変換素子アレイとの光接続で は、同一エリア内にて更なる高密度化を考慮した場合、光電変換素子アレイ及び光 導波路アレイのチャンネル間ピッチを狭くすれば良い。し力しながら、ピッチを狭くし すぎるとそれぞれ隣接するコア間或いは光電変換素子間における光のクロストークな どの影響が生じるため、同構造における狭ピッチ化には限界がある。また、他の手段 として光導波路アレイの層数を大きくする事でも高密度化が可能となるが、この場合 層数を大きくする事で光導波路と光電変換素子との物理的距離が離れるため、同特 許文献 1に開示されているようなビーム拡がりによる光接続損失の抑制構造を施す必 要がある。これにより部品数や作製工程の増大及び歩留まりの悪ィ匕の要因となるた め、多層化にも限界がある。
[0009] 一方、特許文献 2に開示される方式において、同層内で光配線と光電変換素子を それぞれ千鳥状に配置する事で配線の高密度化を図って 、るが、光導波路コアの 光路変換ミラーを作製する際には前述した切削等で複数本のコアをまとめて形成す る事は出来ない。このため、それぞれ導波方向にずれて配置されたコアの末端部一 つ一つに対してミラー部を作製する必要があり、これによつて部品数や作製工程の 増大及び歩留まりの悪ィ匕の要因となる。なお、上記切削以外ではあらかじめ別で作 製したマイクロプリズムミラーを光導波路上に実装する方式においても、千鳥配置の 光導波路に対しては上記と同じ課題が生じる。
[0010] さらに別方式として、マスクを用いたリソグラフィによって、面内に千鳥配置された各 光導波路のミラー部を一括形成する事も可能性の一つとして挙げられる。しかし上記 方式では、コアに対して斜めにビームを照射して精度良く且つ面内均一に 45° ミラ 一を形成する事が困難である。また、構造的な課題も生じる。これを図 9を用いて説 明する。図 9のようにテーパ面付コア 15と配線コア 14のパターン形成工程をそれぞ れ分けて作製する場合、図 9の A'で示すテーパ面付コア 15の幅は位置合せずれを 考慮してコア幅 Aよりも充分に大きくする必要がある為、これによつて狭ピッチ化に不 利となる。また、配線コアとテーパ面付コア間の隙間 Bが接近する事によりコア 14とテ 一パ面付コア 15をクラッド 11で埋め込む際に空洞等が生じる懸念性があり、歩留まり 悪化の原因となる。
[0011] したがって、本発明の目的は基板上に形成した光導波路と光電変換素子又は光導 波路アレイコネクタとの光接続にぉ 、て、部品数及び作製工程数を低減し低価格ィ匕 を実現できると共に、最も効率的に配線高密度化が可能となる光導波路配線及び光 路変換ミラー構造を有する光電気混載回路実装基板およびそれを用いた装置を提 供することにある。 課題を解決するための手段
[0012] 本発明では上記課題を解決するために、基板平面上で複数の配線部コアと直交し 、基板垂直軸に対して光素子に対応する位置で光路を 90° 変換する機能を有する テーパ面付コアを設ける。すなわち、光導波路の上面に配置された素子、例えば、 発光素子からの出射光は前記テーパ面付コアで光路が 90° 変換されて配線部コア の中を伝播する。伝播した光は、他の位置に設けられたテーパ面付コアにて光路が 90° 変換されて光導波路の上面に向力ぃ、この位置の光導波路の上面に設けられ た素子、例えば、面受光ダイオードで受光される。この際、本発明では、テーパ面付 コアのテーパ表面は直交する配線部コアにてそれぞれ埋め込まれており、配線部コ ァ内の伝播光が第一のテーパ面付コアにて光路変換される第一のコアと、第一のテ 一パ面付コア内を通過し、第二のテーパ面付コア部で光路変換される第二のコアが それぞれ交互に配置されている事によって、高密度に配置された複数の配線部コア 及び光素子アレイとの光の授受が共通のミラー機能を有する部分を介して行われる ようにしたものである。
発明の効果
[0013] 本発明によれば、基板上に形成した光導波路と光素子アレイ又は光コネクタとの光 接続において、部品数及び作製工程数を低減し低価格ィ匕を実現できると共に、最も 効率的に配線高密度化が可能となる光導波路配線及び光路変換構造を有する光電 気混載回路実装基板およびそれを用いた装置を提供できる。
発明を実施するための最良の形態
[0014] 以下に詳細に実施例を説明する。
実施例 1
[0015] 図 1は、本発明の第一の実施例である光電気混載回路実装基板 1の斜視図及び 上面図である。 10はガラスエポキシ、セラミック或いは半導体などの材料で作製され た基板であり、この基板 10上に、それぞれ力^ラッド 11で囲われた高屈折率の材料 からなる複数の配線コア 13、 14から形成された光導波路層 12と、それぞれの配線コ ァ 13、 14と基板上で直交するようにテーパ面 15a、 16aを有するコア 15、 16が構成 されている。
[0016] また、各コア 15、 16のテーパ面 15a、 16aの任意の場所に光反射膜 22、 23が形成 されており、さらに同テーパ面 15a、 16aは直交する配線コア 13、 14にてそれぞれ埋 め込まれている。すなわち図 1のように第一のテーパ面付きコア 15のテーパ面 15aを 介して光路変換される第一の配線コア 13と、第一のテーパ面付きコア 15を通過し、 第二のテーパ面付きコア 16のテーパ面 16aで光路変換される第二の配線コア 14が それぞれ基板上に千鳥状に交互に設けられた配線構成としている。また、光導波路 層 12の上面の各テーパ面付きコア 15、 16のテーパ面 15a、 16aに対応する位置に 光素子アレイ 17がそれぞれ載置されることによって、第一及び第二の配線コア 13、 1 4と光素子アレイ 17との光の授受力 第一及び第二のテーパ面付きコア 15、 16を介 して行われるように構成されている。これによつて、図 1では千鳥配置の例を示すが 配線コア 13、 14と光素子アレイ 17とが共通のミラー機能を有する各テーパ面付きコ ァ 15、 16を介して同一面積内で高密度に光接続可能となる。なお、実装基板 1の上 面には、図示しないが、光素子アレイ 17に必要な電気配線パターンが施されている 。この配線パターンは配線コア 13、 14やテーパ面付きコア 15、 16或いは光反射膜 2 2、 23と同様にリソグラフィ技術によって、それぞれと位置合わせをしながら形成され 、所定の位置に載置される光素子アレイ 17および受光素子 28と電気的な接続がとら れる。また、ここで使用する光素子アレイ 17は、フリップチップによる表面実装に好適 な面発光又は面受光ダイオードが良い。また、図示しないが基板上面に載置された 光素子アレイ 17と対抗する位置のテーパ面付コア 70、 71の上面に同様の光素子ァ レイを載置することで、光素子アレイ間の信号のやりとりが配線コア 13、 14及びテー パ面付コア 70、 71を介して可能となる。
[0017] ここで、図 1に示す光電気混載回路実装基板 1の主要部のサイズの例について述 ベると以下のようである。コア 13、 14の長さ方向と直角な方向での断面は 50 /z m X 5 O ^ m,コア 13とコア 14の間隔（中心間の距離）は、それぞれ 125 m、光導波路層 12のクラッドの上下厚みは 25 μ mである。また、テーパ面付コアの間隔は 250 μ m であり、各テーパ表面に形成された光反射膜 22、 23はそれぞれ 125 mピッチで交 互に配列されている。ここで、上記配線コア 13、 14及び光反射膜 22、 23のピッチを 125 mとしたのは、基板上面に載置する光素子アレイ 17をファイバアレイとした場 合、ピッチがクラッド径 125 /z mに依存されるからである。また、光素子アレイ同士の みの組み合わせの場合は更にピッチを 125 m未満で配列可能である力 この場合 はチャンネル間の光クロストークの影響を考慮してピッチを決める必要がある。
[0018] 図 2A—図 2Gは、図 1に示した実施例 1の光電気混載回路実装基板の構成手順の 一例を説明する図である。
図 2Aは基板 10上にクラッド層 11を形成し、その上にクラッド層 25よりも高屈折率の コア層 20を塗布または貼付けによって形成した状態を示す図である。ここでは、クラ ッド層 11及びコア層 20の材料として、紫外線で硬化しフォトリソグラフィにてバタニン グ可能なポリマなどの榭脂を用いて 、るが、エッチングなどの別のプロセス方法を行 う場合は誘電膜や石英と 、つた材料を用いても良 、。
なお、上述のサイズに対応して、クラッド層 11は 30 μ m、コア層 20は 50 μ mとする。
[0019] 次に図 2Bのように、クラッド層 11の上面のコア層 20をフォトリソグラフィによって、直 方体形状にパターン形成した後、切削によりテーパ面 15a、 16aを設ける事でテーパ 面付コア 15、 16を形成する。ここで、テーパ面付コア 15、 16は配線コア 13、 14のそ れぞれに直交する形で繋がっているため、テーパ面 15a、 16aを作製する際は上記 切削以外にもエッチングまたは傾斜リソグラフィと言った手法によっても一括で形成で きる。これによつて工程数の大幅な削減が可能となる。また、図 2Cのように、前記コア 15、 16のテーパ面 15a、 16aの任意の部分に光を高効率で反射させるために Auな どの金属を蒸着ゃメツキなどで被覆する。
[0020] 次に図 2Dのようにテーパ面付コア 15、 16の上から図 2Aで説明した手順と同様に コア層を塗布または貼付けによって形成し、フォトリソグラフィなどによって、コアパタ ーン 13、 14を形成する。ここで、テーパ面付コア 15、 16のテーパ面 15a、 16aは、コ ァパターン 13、 14と交わる部分の片面のみに形成しても良いが、コア 13、 14の埋め 込み性を考慮した場合、同テーパ面をコアの両面に形成した方が望ましい。また図 2 Eのように、ノターン形成されたコア 13、 14上にクラッド層材料 11を載置した状態を 示す。ここで、クラッド層 11は 80 mの厚さとし、基板 10も含めて全体を少し加温し てクラッド層 11の材料を軟ィ匕させるとともに、上面カゝら平坦な面の押し板によってカロ 圧することにより、クラッド層 11はコア 13、 14間のスペース部分を埋めるとともに、コア 13、 14を囲った光導波路層 12を形成する。
図 2Fは、図 1に示す光電気混載回路実装基板 1が完成される最終段階を示す図 である。光導波路層 12の上面に、光素子アレイ 17に必要な電気配線パターンをテ 一パ面付コア 15、 16と同様にリソグラフィ技術によって、テーパ面付コア 15、 16と位 置合わせをしながら形成する。この配線パターンの所定の位置に半田バンプ 21と光 素子アレイ 17を載置して電気的な接続をとる。これによつて、図 1に示す光電気混載 回路実装基板 1が完成される。
(本発明の効果の定量的評価例）
図 3Aはクラッド 11上に配置されたコア 13内に端面力も入射光 30を伝播させテー パ面付コア 15を介してもう一方の端面力も出射させた場合の模式図を示す。また、 図 3Bに図 3 Aに示すモデルを用いて、コァ伝播光の過剰損失 (入射光 30強度 出 射光 31強度）と、テーパ面付コア 15とクラッド 11との比屈折率差 Δ Aとの関係につ 、 て光線追跡法によって計算した結果を示す図である。ここでは、コア 13は前述したよ うに、 50 /ζ πι Χ 50 /ζ πιの断面を持ち、コアを包むクラッドの厚さが 25 mとし、コア 1 3内を伝播する際の材料損失は考慮していない。また、コア 13とクラッド 11の比屈折 率差 Δ Βを 1. 0〜2. 5に可変した時の依存性についても計算した。図 3Bの結果から ΔΑが 0%、すなわちテーパ面付コア 15とクラッド 11の屈折率が等しい場合は、コア 13の伝播光がテーパ面付コア 15を通過する際に光が放射し、漏れ光による過剰損 失が大きくなる。これに対し、テーパ面付コア 15の屈折率をクラッド 11よりも大きくす る、すなわち Δ Aを大きくすることによって、上記コア 13の伝播光がテーパ面付コア 1 5を通過する際に、テーパ面付コア 15とクラッド 11との屈折率差によって光が閉じ込 められ、漏れ光による過剰損失を抑制する事が可能である。特に図 3Bの結果ではテ 一パ面付コア 15の屈折率がコア 13と等しい又はそれ以上の場合において、過剰損 失抑制効果として充分である。以上より本発明構造を形成する場合においてはクラッ ド 11の屈折率を nl、配線コア 13の屈折率を n2、テーパ面付コア 15の屈折率を n3と した時、それぞれが nl <n2≤n3の関係で構成する事が過剰損失抑制の観点から 有効である。 実施例 2
[0022] 図 4は、本発明の第二の実施例の光電気混載回路実装基板 2の斜視図及び上面 図である。ここでは第一の実施例の光電気混載回路実装基板 1で示した構造を 2層 に積層した例を示す。図 4のように、光電気混載回路実装基板 1で示した構造と同様 にテーパ面付コア 43のテーパ面 43aを介して光路変換されるコア 41と、テーパ面付 コア 43を通過し、テーパ面付コア 44のテーパ面 44aで光路変換されるコア 42がそれ ぞれ交互に設けられた光導波路層 40とその下層の光導波路層 12を基板の厚さ方 向に積層しており、光導波路層 40の上面に、各々の光導波路層 40、 12に設けられ たテーパ面付コアのテーパ面に対応する位置に光素子アレイ 17を載置している。な お、本構造は図 2A〜Fで説明した作製手順を繰り返す事によって形成している。ま た、図 4では 2層に積層した例を示すが、 3層以上の更に積層する場合においても同 様の作製手順と配線構成を積み上げる事によって形成できる。本構造のように同光 導波路層内交互に配置したコア配線を多層積層した構成とすることによってより小さ い面積内で最も効率的に配線高密度化が可能となる。
実施例 3
[0023] 図 5は、本発明の第三の実施例の光電気混載回路実装基板 3の斜視図である。こ こでは第二の実施例の光電気混載回路実装基板 2で示した 2層積層構造において、 光導波路層 40内に設けられたテーパ面付コア 43、 44の直下の光導波路層 12内に テーパ面付コア 15、 16を形成した例を示す。図 5のように、図中点線で示す光導波 路層 12内のコア 14を伝播した光がテーパ面付コア 15のテーパ面 15aにて基板上方 に光路変換され、光導波路層 40に設けられたテーパ面付コア 43内を通過した後、 テーパ面 43aの内部で基板平行方向に光路変換される。さらに光路変換された光は コア 41を伝播した後テーパ面付コア 44のテーパ面 44aで基板上部へ光路変換され 、図示していないが基板上部に載置された光素子アレイと光接続される。本構成とす ることによって、テーパ面付コアにより多層間においても光の伝播方向を自由に変え ることが出来るため、配線レイアウトのフレキシビリティが高くなる。
実施例 4
[0024] 図 6は、本発明の第四の実施例の光電気混載回路実装基板 4の斜視図である。こ こでは第一の実施例の光電気混載回路実装基板 1で示した光導波路層 12上に光 素子アレイ 17とコア 13、 14を介して対向する位置にファイバ 60を有する光コネクタ 6 1を載置した例を示す。図 6のように光導波路層 12設けたテーパ面付コア 43、 44の 直上のクラッド層 11上部に、配線コア 13、 14と同様の交互に配置したファイバ 60を 集積した光コネクタ 61を載置することにより、ファイバ 60からテーパ面付コア 43のテ ーパ面 43a或いはテーパ面付コア 44のテーパ面 44aに向かって出射された光が各 テーパ面 43a、 44aにて基板水平方向に光路変換されコア 13、 14内を伝播する。さ らにコア 13、 14の伝播光はテーパ面付コア 15のテーパ面 15a或!、はテーパ面付コ ァ 16のテーパ面 16aにて基板上部方向に光路変換されるとともに光素子アレイ 17と 光接続される。なお、ここではファイバ 60からの出射光が光導波路層 12を介して光 素子アレイ 17に入射される例を説明したが、それと反対の光素子アレイ 17からの出 射光が光導波路層 12を介してファイバ 60に入射される場合も本構造によって同様 に可能である。この場合光素子アレイ 17は、面発光ダイオードあるいは面受光ダイォ ードによって構成されている。また、前記説明したファイバ 60の交互配置は光コネク タ 61内にファイバを設置するための V溝を層間で交互に形成する事により可能となる 。本構造によって例えば光電気混載回路実装基板 4の外部カゝらファイバ 60を介して 入出力される光信号を光素子アレイ 17に伝達することができる。また、図示していな いが光導波路層 12上に光素子アレイ 17とコア 13、 14を介して対向する位置に同様 の光素子アレイを載置した組合せとすることによって、本構造により素子間の光信号 伝送が可能となる。
実施例 5
図 7は、本発明の第五の実施例である光電気混載回路実装基板の断面図である。 構成は図のように、基板 10上に本発明構造の光導波路層 12が形成され、光導波路 層 12上に、光コネクタ 61に集積されたファイバ 60から出射された光がテーパ面付コ ァ 70、 71及びコア 14、テーパ面付コア 15、 16を介して入射される受光素子アレイ 7 3を載置している。また、同様にテーパ面付コア 43、 14及びコア 14、テーパ面付コア 76、 77を介して光信号を伝達する発光素子アレイ 73とテーパ面付コア 78、 79とコア 14を内装した光コネクタ 700を載置した構成としている。また、受光素子アレイ 73及 び発光素子アレイ 73と隣接して各光素子アレイを駆動するための回路とクロスバース イッチや論理回路などが組み込まれた集積回路 74を搭載している。また、図示して いないが各光素子アレイと集積回路 74とは光導波路層上に形成した高周波電気配 線により接続されている。さらに集積回路 74の電源、グランド等の電気配線 72は光 導波路層 12を介して基板 10と接続されるよう内装している。本構成によって、基板外 部よりファイバ 60を介して光導波路層 12を伝送した光が受光素子アレイ 73で電気信 号に変換され、集積回路 74にて処理した電気信号をさらに発光素子アレイ 74にて 光信号に変換し、光導波路層 12及び光コネクタ 700に内装されたテーパ面付コア 7 8、 79とコア 14を介して基板外部に伝送される機能を有する。また、本発明構造によ つて、より小さ!、実装面積で高密度の光電気混載回路が得られる。
実施例 6
[0026] 図 8は本発明の光電気混載回路実装基板を応用した第六実施例の概要を示す図 である。ここでは、ノ ックプレーン 90にそれぞれ接続されたドータボード 83に実施例 5で説明した本発明の光電気混載回路実装基板を適用した例を示す。図 8のよう〖こ 基板外部に伝送される機能イーサなどボードのフロント部からファイバ 60を介して光 導波路層 12を伝送した光素子アレイ 17で電気信号に変換され、集積回路 74にて処 理した電気信号をさらに光素子アレイ 17にて光信号に変換し、光導波路層 12を介し てバックプレーン側の光コネクタ 84と光接続している。さらに、各ドータボード 83から の光信号はバックプレーンの光配線 12を介してスィッチカード 86に集められる。さら にスィッチカード上に設けた光導波路配線層 12を介して光素子アレイ 17と光接続さ れ、集積回路 74で処理した信号を光素子アレイ 17を介して再度各ドータボード 83に 入出力する機能をもつ。
産業上の利用可能性
[0027] 基板上に形成した光導波路と光電変換素子又は光導波路アレイコネクタとの光接 続において、部品数及び作製工程数を低減し低価格ィ匕を実現できると共に、最も効 率的に配線高密度化が可能となる光導波路配線及び光路変換ミラー構造を有する 光電気混載回路実装基板およびそれを用いた装置を提供できる。
図面の簡単な説明 [図 1]本発明の第一の実施例である光電気混載回路実装基板の斜視図及び上面図 である。
[図 2A]基板上にクラッド層を形成し、その上にクラッド層よりも高屈折率のコア層を形 成した状態を示す図である。
[図 2B]クラッド層の上面のコア層をパターン形成をした後、テーパ面付コアを形成し た状態を示す図である。
[図 2C]コアのテーパ面の任意の部分に光を高効率で反射させるための金属を被覆 した状態を示す図である。
[図 2D]テーパ面付コアの上力もコア層を形成し、コアパターンを形成した状態を示す 図である。
[図 2E]ノターン形成されたコア上にクラッド層材料を載置した状態を示す図である。
[図 2F]図 1に示す光電気混載回路実装基板が完成される最終段階を示す図である。
[図 3A]クラッド上に配置されたコア内に端面力 入射光を伝播させテーパ面付コアを 介してもう一方の端面力 出射させた場合の模式図を示す図である。
[図 3B]図 3Aに示すモデルを用いて、コア伝播光の過剰損失と、テーパ面付コアとク ラッドとの比屈折率差 Δ Aとの関係について光線追跡法によって計算した結果を示 す図である。
[図 4]本発明の第二の実施例の光電気混載回路実装基板 2の斜視図及び上面図で ある。
[図 5]本発明の第三の実施例の光電気混載回路実装基板 3の斜視図である。
[図 6]本発明の第四の実施例の光電気混載回路実装基板 4の斜視図である。
[図 7]本発明の第五の実施例である光電気混載回路実装基板の断面図である。
[図 8]本発明の光電気混載回路実装基板を応用した第六実施例の概要を示す図で ある。
[図 9]千鳥配置された配線コアとそれぞれに設けた光路変換ミラーの構造に関する課 題を説明するための図である。
[図 10]多層光導波路アレイと光電変換素子アレイとを高密度で光接続した実装形態 の従来例を示す図である。 [図 11]同層内にて光配線層と光電変換素子アレイとを高密度で光接続した実装形態 の従来例を示す図である。
符号の説明
1,2,3,4,5…光電気混載回路実装基板、
10···基板、
11···クラッド、
12,40…光導波路層、
13, 14,20,41,42···コア、
15,16,43,44，70，71，76，77,78,79'"テーパ面付コァ、
15a,lba--- Τ7" ~~ハ曲、
17…光素子アレイ、
21···半田バンプ、
22,23···光反射膜、
30,50,51…入射光、
31···出射光、
60···ファイバ、
61, 84,700···光コネクタ、
72…電気配線、
73···受光素子アレイ、
74…集積回路、
75···発光素子アレイ、
80, 81, 82···電子回路、
83···ドータボード、
85…バックプレーン、
86···スィッチカード、
100···アレイ型光電変換素子ユニット、
ΙΟΙΑ,ΙΟΙΒ…アレイ型光導波路ユニット、
104A, 104Β· ··アレイ型光結合用光導波路ユニット、 105···コア (光結合用光導波路)、
107…光導波路端面、
111···クラッド、
112···光電変換素子アレイ。

Claims

請求の範囲
[1] 基板と、
前記基板上に積層されたクラッド層と、
前記クラッド層上に形成され、長手方向の少なくとも一面にテーパ面を有する第 1 のテーパ面付コアが少なくとも一対と、
前記クラッド層上に形成された配線コアとを有し、
前記テーパ面上の所定の領域に、入射光を所望の方向に光路変換する反射面を 有する反射部と、前記配線コア中を伝搬して前記テーパ面に達した入射光が、さら に前記入射光の進行方向に伝搬し前記第 1のテーパ面付コアを透過する光透過部 とを有し、
前記配線コアは、前記反射部および前記光透過部にぉ ヽて交叉するように配設さ れて!ヽることを特徴とする光導波路基板。
[2] 前記第 1のテーパ面付コアの各々と並行して前記クラッド層上に形成された第 2の テーパ面付コアを少なくとも一対有し、
前記第 2のテーパ面付コアの各々は、対を成す前記第 1のテーパ面付コアを挟む ように配置され、
前記光透過部から前記第 2のテーパ面付コアへ向けて延設された前記配線コアが 、前記第 2のテーパ面付コアと交叉する領域のテーパ面上に、前記入射光を所望の 方向に光路変換する第 2の反射部を有することを特徴とする請求項 1に記載の光導 波路基板。
[3] 前記クラッド層の屈折率を nl、前記配線コアの屈折率を n2、前記第 1および第 2の テーパ面付コアの屈折率を n3とした時、それぞれが nl <n2≤n3の関係を有するこ とを特徴とする請求項 2に記載の光導波路基板。
[4] 前記第 1および第 2のテーパ面付コアは、それぞれ一体成形された連続体力もなる ことを特徴とする請求項 2に記載の光導波路基板。
[5] 前記第 1および第 2の反射部は、それぞれ金属材料力 なることを特徴とする請求 項 2に記載の光導波路基板。
[6] 前記配線コア、前記クラッド層、および前記第 1および第 2のテーパ面付コアが、そ れぞれ感光性ポリマ材料で形成されていることを特徴とする請求項 2に記載の光導 波路基板。
[7] 前記テーパ面が、前記前記第 1および第 2のテーパ面付コアの両側面に形成され ていることを特徴とする請求項 2に記載の光導波路基板。
[8] 前記第 1および前記第 2のテーパ面付コアの上方に設けられた光素子アレイを有し 前記配線コアを伝播する光が、前記第 1の反射部もしくは前記第 2の反射部を介し て前記光素子との間で光の授受がなされることを特徴とする請求項 2に記載の光導 波路基板。
[9] 前記光素子アレイが、面発光ダイオードあるいは面受光ダイオードで構成されてい る請求項 8に記載の光導波路基板。
[10] 前記光素子アレイが、コネクタを有する光ファイバで構成されている請求項 8に記載 の光導波路基板。
[11] 基板上に形成された第 1のクラッド層と、前記第 1のクラッド層上に形成され入射光 を伝搬する第 1の配線コアとを具備してなる第 1の光導波路層と、
前記第 1の光導波路層上に形成された第 2のクラッド層と、前記第 2のクラッド層上 に形成され入射光を伝搬する第 2の配線コアとを具備してなる第 2の光導波路層と、 前記第 1および第 2の配線コアにそれぞれ交叉するように設けられた長手方向の少 なくとも一面にテーパ面を有する第 1および第 2のテーパ面付コアをそれぞれ少なく とも一対有し、
前記第 1および第 2のテーパ面付コアの各々のテーパ面上に、入射光を所望の方 向に光路変換する反射面を有する第 1および第 2の反射部と、前記第 1および第 2の 配線コア中を伝搬して前記各々のテーパ面に達した入射光力 さらに前記入射光の 進行方向に伝搬し前記第 1および第 2のテーパ面付コアを透過する第 1および第 2の 光透過部が設けられ、
前記第 1および第 2の配線コアは、前記第 1および第 2の反射部並びに前記第 1お よび第 2の光透過部のそれぞれにお 、て交叉するように配設され、
前記第 1のテーパ面付コアと並行して前記第 1のクラッド層上に形成された第 3のテ 一パ面付コアと、前記第 2のテーパ面付コアと並行して前記第 2のクラッド層上に形 成された第 4のテーパ面付コアとをそれぞれ少なくとも一対有し、
前記第 3のテーパ面付コアは、対を成す前記第 1のテーパ面付コアを挟むように配 置され、
前記第 4のテーパ面付コアは、対を成す前記第 2のテーパ面付コアを挟むように配 置され、
前記第 1の光透過部から前記第 3のテーパ面付コアへ向けて延設された第 3の配 線コアが、前記第 3のテーパ面付コアと交叉する領域のテーパ面上に、前記入射光 を所望の方向に光路変換する第 3の反射部を有し、
前記第 2の光透過部から前記第 4のテーパ面付コアへ向けて延設された第 4の配 線コアが、前記第 4のテーパ面付コアと交叉する領域のテーパ面上に、前記入射光 を所望の方向に光路変換する第 4の反射部を有することを特徴とする光導波路基板
[12] 前記第 1および第 2のクラッド層の屈折率を nl、前記第 1および第 2の配線コアの屈 折率を n2、前記第 1乃至第 4のテーパ面付コアの屈折率を n3とした時、それぞれが nl <n2≤n3の関係を有することを特徴とする請求項 11記載の光導波路基板。
[13] 前記第 1乃至第 4のテーパ面付コアは、それぞれ一体成形された連続体力 なるこ とを特徴とする請求項 11記載の光導波路基板。
[14] 前記第 1乃至第 4の反射部は、それぞれ金属材料力 なることを特徴とする請求項
11記載の光導波路基板。
[15] 前記第 1および第 2の配線コア、第 1および第 2のクラッド層、および第 1乃至第 4の テーパ面付コアが、それぞれ感光性ポリマ材料で形成されることを特徴とする請求項
11記載の光導波路基板。
[16] 前記テーパ面が、前記前記第 1乃至第 4のテーパ面付コアのぞれぞれの両側面に 形成されて!ヽることを特徴とする請求項 11記載の光導波路基板。
[17] 前記第 1乃至第 4の反射部の上方にあって前記第 2の光導波路層上に形成された 第 3のクラッド層上に設けられた光素子アレイを有し、
前記第 1のテーパ面付コアを伝搬する光が、前記第 1の反射部もしくは前記第 1の 光透過部を通過して前記第 3の反射部を介して光路変換されて前記光素子アレイと の間で光の授受がなされ、または、前記第 1の反射部および前記第 2の反射部を介 して前記第 2のテーパ面付コアを伝搬する光力 前記光素子アレイとの間で光の授 受がなされることを特徴とする請求項 11記載の光導波路基板。
[18] 前記光素子アレイが、面発光ダイオードあるいは面受光ダイオードで構成されてい る請求項 17記載の光導波路基板。
[19] 前記光素子アレイが、コネクタを有する光ファイバで構成されている請求項 17記載 の光導波路基板。
[20] 前記第 2の光導波路層上にさらに光導波路層が、クラッド層を介して基板の厚さ方 向に複数層積層され、
前記複数層積層された光導波路層の最上層の上面に、前記光導波路層の各々に 設けられたテーパ面付コアのテーパ面に対応する位置に光素子アレイがそれぞれ載 置され、
前記配線コアと前記光素子アレイとの光の授受力 前記テーパ面付コアを介して行 われることを特徴とする請求項 11記載の光導波路基板。
[21] 基板上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層上に形成され長手方向の少なくと も一面にテーパ面を有するテーパ面付コアとを具備してなる光導波路層が複数と、 前記テーパ面上の所定の領域に、入射光を所望の方向に光路変換する反射面を 有する反射部と、前記配線コア中を伝搬して前記テーパ面に達した入射光が、さら に前記入射光の進行方向に伝搬し前記テーパ面付コアを透過する光透過部とを備 え、前記反射部および前記光透過部において交叉するように前記クラッド層上に配 設された入射光を伝搬する配線コアとを有し、
前記光導波路層上に設けられた受光素子、発光素子、および集積回路素子と、 前記集積回路素子に電力を供給すべく前記基板に設けられた電気配線と、 前記複数の光導波路層の一つに入射光を導入する光ファイバを有する入力側光コ ネクタと、
前記光導波路層上にさらに形成され前記複数の光導波路層の他の一つから光を 出力する前記テーパ面付コアを含む出力側光コネクタとを有し、 前記受光素子は、前記複数の光導波路層の一つから前記入射光を受光し、前記 入射光に応じた電気信号を前記集積回路素子へ送信し、
前記発光素子は、前記集積回路素子から送信される電気信号に応じて前記複数 の光導波路層の他の一つに対して光信号を供給し、前記出力側光コネクタを介して 、前記光信号を外部へ送信することを特徴とする光電気混載回路実装基板。
前記基板上に前記光導波路層と前記クラッド層とを交互に積層して形成された少 なくとも 2層の光導波路層を有し、
前記積層された光導波路層の最上層上面に受光素子、発光素子および集積回路 素子を設けたことを特徴とする請求項 21に記載の光電気混載回路実装基板。
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