WO2022259518A1 - 光導波路デバイスの実装構造 - Google Patents

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WO2022259518A1
WO2022259518A1 PCT/JP2021/022295 JP2021022295W WO2022259518A1 WO 2022259518 A1 WO2022259518 A1 WO 2022259518A1 JP 2021022295 W JP2021022295 W JP 2021022295W WO 2022259518 A1 WO2022259518 A1 WO 2022259518A1
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waveguide device
optical waveguide
optical
fiber
mounting structure
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PCT/JP2021/022295
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光太 鹿間
芳行 土居
雄三 石井
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means

Definitions

  • the present invention relates to an optical waveguide device mounting structure for connecting an optical waveguide device and an optical fiber.
  • optical transmission such as an optical waveguide or an optical fiber is performed between a light emitting element such as a laser diode (LD) and a light receiving element such as a photodiode (PD) arranged on a printed circuit board.
  • a light emitting element such as a laser diode (LD)
  • a light receiving element such as a photodiode (PD) arranged on a printed circuit board.
  • Signal processing is realized by transmission using a medium.
  • the optical light emitting element is integrated with an optical modulation element or the like, or connected discretely, and further connected to a driver or the like that performs electrical-to-optical conversion.
  • a configuration including these light emitting elements, light modulating elements, drivers, etc. is mounted as an optical transmitter on an electrical mounting board such as a printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the light-receiving element is appropriately integrated with an optical processor or the like, or connected discretely, and further connected with an electric amplifier circuit for performing optical-electrical conversion.
  • a configuration including these light receiving element, optical processor, electric amplifier circuit, etc. is mounted on a printed circuit board as an optical receiver.
  • Optical interconnection is achieved by mounting an optical transceiver, which integrates an optical transmitter and an optical receiver, in a package or on a printed circuit board and optically connecting it to an optical transmission medium such as an optical fiber. It is also, depending on the topology, it is realized through a repeater such as an optical switch.
  • semiconductors such as silicon and germanium, III-V group represented by indium phosphide (InP), gallium arsenide (GaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), etc.
  • InP indium phosphide
  • GaAs gallium arsenide
  • InGaAs indium gallium arsenide
  • devices using materials such as semiconductors have been put to practical use.
  • optical waveguide type optical transceivers have been developed in which a silicon optical circuit (silicon photonics) having a light propagation mechanism, an indium phosphorous optical circuit, or the like are integrated.
  • materials such as ferroelectrics such as lithium niobate and polymers may also be used as light modulation elements.
  • optical functional elements such as planar lightwave circuits made of silica glass are sometimes integrated together with the above light emitting elements, light receiving elements, and light modulating elements.
  • Optical functional devices include splitters, wavelength multiplexers/demultiplexers, optical switches, polarization control devices, optical filters, and the like.
  • an optical waveguide device a device in which a light emitting device, a light receiving device, an optical modulation device, an optical functional device, a light amplifying device, etc. having the above light propagation and waveguiding mechanisms are integrated will be referred to as an optical waveguide device.
  • optical waveguide devices optical waveguide devices using silicon photonics excel in integration, mass production, and compatibility with electrical components, and are attracting attention as key devices in realizing next-generation optical interconnection.
  • Wire bonding, flip chip connection, ball-grid array (BGA), land-grid array (BGA), and land-grid array (BGA) are methods for connecting the optical transmitter-receiver integrated with the silicon photonics chip, driver, and electric amplifier circuit to the electrical wiring on the board.
  • LGA), Pin-grid array (PGA), copper pillars, etc. are used for connection. At the time of the connection, if necessary, it may be connected to the electrical mounting board via another package board such as an interposer component.
  • one of the representative methods for connecting the optical waveguide device and the optical fiber is a structure for connecting with an optical fiber array integrated with glass or the like in which a V-groove is formed.
  • each core of the optical fiber and each waveguide core of the optical waveguide device are required to be connected with low loss.
  • alignment it is necessary to position (hereinafter referred to as alignment) and fix the optical waveguide device and the optical fiber in submicron units.
  • Non-Patent Document 1 In a conventional optical waveguide device, alignment (optical alignment) is performed by actually inputting and outputting light and monitoring the power, and it is mounted in a package or on a board in a state integrated with an optical fiber array.
  • the thickness direction between the waveguide core and the interposer when face-down mounted on the electrical mounting substrate is arranged to be approximately the same as the thickness of the electrical contact, that is, several tens of ⁇ m to 100 several tens of ⁇ m or less.
  • the thickness of the V-groove substrate used in conventional fiber arrays is required to be approximately several 100 ⁇ m. Therefore, when directly bonding and fixing a fiber array to an optical waveguide device that is face-down mounted, such as flip-chip bonding, using conventional methods, the V-groove substrate and the interposer mechanically interfere with each other. becomes.
  • the end face of the optical waveguide device is flush with the end face of the interposer, or the optical waveguide device 61 is arranged so as to protrude from the end face of the interposer 65 as shown in FIG. 13A. It was necessary to
  • the mounting structure for an optical waveguide device includes: an optical waveguide device; a fiber fixing component to which an optical fiber is fixed; and an optical path conversion component disposed between the fiber fixing component, wherein the optical waveguide device includes a waveguide core of the optical waveguide device on the upper surface of the electrical mounting board or an interposer on the electrical mounting board.
  • the optical waveguide device and the optical fiber are optically coupled via the optical path conversion component, and the optical path conversion component has a mirror section on the optical waveguide device side. and a beam diameter adjustment section on the side of the fiber fixing component with respect to the mirror section, wherein the mirror section reflects light incident on the mirror section at a predetermined angle.
  • the optical path of the light input/output of the optical waveguide device is changed, and the interposer is mechanically connected. Interference can be avoided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional side view showing the construction of a mounting structure for an optical waveguide device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic front sectional view showing the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a schematic front sectional view showing the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the second embodiment of the invention.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the second embodiment of the invention.
  • FIG. 4C is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4D is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4E is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4F is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the third embodiment of the invention.
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the third embodiment of the invention.
  • FIG. 5C is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the third embodiment of the invention.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the third embodiment of the invention.
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the third embodiment of the invention.
  • FIG. 5C is a
  • FIG. 5D is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 5E is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the third embodiment of the invention
  • FIG. 6A is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 6C is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 6D is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 6E is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 7A is a schematic side cross-sectional view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 7C is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 8A is a schematic cross-sectional side view showing the construction of the mounting structure of the optical waveguide device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a schematic front cross-sectional view for explaining the mounting structure of the optical waveguide device according to the sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 9A is a schematic cross-sectional side view showing the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a schematic cross-sectional side view showing the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a schematic front sectional view for explaining the mounting structure of the optical waveguide device according to the sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 10A is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the seventh embodiment of the invention.
  • FIG. 10B is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the seventh embodiment of the invention.
  • FIG. 11A is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the seventh embodiment of the invention.
  • FIG. 11B is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the seventh embodiment of the invention.
  • FIG. 10A is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the seventh embodiment of the invention.
  • FIG. 11B is a schematic cross-sectional side view showing
  • FIG. 12A is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the seventh embodiment of the invention.
  • FIG. 12B is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of the mounting structure of the optical waveguide device according to the seventh embodiment of the present invention;
  • FIG. 13A is a schematic cross-sectional side view showing an example of the configuration of a conventional optical waveguide device mounting structure.
  • FIG. 13B is a schematic side cross-sectional view showing an example of the configuration of a conventional optical waveguide device mounting structure.
  • FIG. 1 A mounting structure of an optical waveguide device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 A mounting structure of an optical waveguide device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 A mounting structure of an optical waveguide device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 A mounting structure of an optical waveguide device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • an optical waveguide device mounting structure 10 includes an optical waveguide device 11, an optical path conversion component 12, and a fiber fixing component 14 to which an optical fiber 13 is fixed.
  • the direction in which light is guided in the optical waveguide device 11 (the X direction in the drawing) will be referred to as the "longitudinal direction of the optical waveguide device", and the direction perpendicular to the longitudinal direction (the Y direction in the drawing).
  • the width direction of the optical waveguide device is the “width direction of the optical waveguide device”
  • the direction perpendicular to the horizontal plane (substrate surface) is the thickness direction
  • the element substrate 112 side of the waveguide core 111 of the optical waveguide device 11. is the “up” direction (Z+ direction)
  • the electrical mounting board 18 side is the “down” direction (Z ⁇ direction).
  • the optical waveguide device 11 includes a waveguide core 111 and an element substrate 112, and is mounted on the upper surface of the interposer 15 so that the surface of the optical waveguide device 11 on the waveguide core 111 side faces (face down), and electrical contacts 16 are electrically connected.
  • a known flip-chip connection is used for Face Down mounting.
  • the electrical element 17 is similarly mounted face down on the upper surface of the interposer 15 and electrically connected via electrical contacts 16 .
  • the interposer 15 has an electric wiring layer (not shown) and pads for flip-chip connection on its upper surface, and multi-layer electric wiring is formed as necessary. Also, although not shown in the drawings, another electric element 17 such as a capacitor or a coil is mounted, or a structure having a similar effect is integrally formed.
  • the interposer 15 has electric wiring formed by through vias or inner layer wiring so as to electrically connect the upper surface and the lower surface. Similarly, electrical contacts (gold bumps, copper pillars, solder balls, etc.) 16 are formed on the lower surface opposite to the upper surface connected to the flip chip. electrically connected.
  • the electrical mounting board 18 is, for example, a known PCB or buildup board. Electrical contacts 16 on the bottom side are formed by solder terminals. For example, it consists of known BGA, LGA, or PGA. It should be noted that electrical contacts may be made by metal bumps (gold bumps, copper pillars, etc.) in the same manner as flip-chip connection.
  • the interposer 15 may be any known interposer, such as silicon, glass, ceramics (LTCC, HTCC), or a glass epoxy substrate. It may also be called a subcarrier, package, or the like.
  • the interposer and the electrical mounting board may be connected by wire bonding if necessary.
  • the electric element 17 may be any electric element such as a driver, transimpedance amplifier circuit, retimer, FPGA, ASIC, DSP, CPU/GPU, clock circuit, or the like.
  • the electric elements are arranged on the interposer 15 and mounted by flip-chip mounting. As for the mounting form of the electrical element, it is not the main focus of the present invention, so it does not necessarily have to be face-down mounting, and may be face-up mounting using wire bonding or the like.
  • the electrical element and the optical waveguide device 11 are electrically connected to the electrical wiring of the interposer 15 via the respective electrical contacts 16 .
  • the optical waveguide device 11 is a known silicon photonics chip, an optical waveguide layer is formed on a BOX layer on a silicon substrate, and the thickness of the waveguide substrate is, for example, 625 ⁇ m, which is a standard silicon wafer thickness. is.
  • the optical waveguide layer In addition to the optical waveguide layer, it has an electric wiring layer, has a connection pad, and is electrically connected to the interposer 15 through an electric contact 16 .
  • the position (height) of input/output light from the optical waveguide device 11 is low, about several tens of ⁇ m to 100 ⁇ m from the surface of the interposer 15 .
  • the silicon photonics chip 11 has an optical input/output unit for inputting/outputting light to/from the outside on at least one end face, and a spot size converter or the like is integrated in the optical circuit as an edge coupler.
  • the mode field diameter of the light propagation mode in the optical circuit of silicon photonics is very small, 1 ⁇ m or less, but the light beam is emitted (incident) in a state where the mode field diameter is expanded from 3 ⁇ m to about 10 ⁇ m by the edge coupler. be done.
  • the light emitted from the silicon photonics chip 11 will be described as an example, but the operation when light enters the silicon photonics chip 11 is also reversible.
  • an optical path conversion component 12 is arranged near the end face of the silicon photonics chip 11, and the optical path conversion component 12 includes a mirror section 121 and a beam diameter adjustment section 122.
  • the mirror section 121 is used to bounce the emitted beam upward (Z+ direction), passes through the beam diameter adjusting section 122 and is connected to the optical fiber 13 .
  • the optical fiber 13 is actually fixed by a fiber fixing part 14 consisting of a V-groove part, a lid part, etc., like the above-mentioned fiber array.
  • the diameter of the beam emitted from the end surface of the silicon photonics chip 11 is converted by the beam diameter adjustment unit 122 into an easy and appropriate beam size that can be connected to the mode field diameter of the optical fiber 13 and low loss. It is emitted from the end of the optical path conversion component 12 .
  • the mirror section 121 and the beam diameter adjustment section 122 in the optical path conversion component 12 may be formed as an integrated product.
  • the mirror section 121 and the beam diameter adjusting section 122 may be configured by different parts and integrated as necessary.
  • the mirror section 121 can be composed of a component whose optical path changes using total reflection. or laser cut) can also be used.
  • the reflecting surface may be coated with a high-reflection film, if necessary. Or you may form the fine structure which implement
  • the beam diameter adjustment unit 122 can be configured by a component that converges, collimates, or expands a light beam, and includes, for example, a structure such as a spherical lens, an aspherical lens, a concave lens, a Fresnel lens, or a graded index (GI) lenses or GI fibers can be used. If necessary, an antireflection (AR) film or an antireflection structure having a similar function is formed on the input/output end faces of the beam diameter adjusting section 122 .
  • AR antireflection
  • a free space for the light beam is provided, and as the free space, an air layer, a resin layer made of an organic material having a refractive index difference from that of the lens structure, a glass layer, a Si layer, or the like is used. . Also, the free space has an appropriate length for adjusting the beam diameter and functions as a spacer.
  • the optical path is changed by setting the optical path changing angle by the mirror to 90°
  • the optical path is not limited to this, and the optical path may be changed at other angles.
  • the optical path change angle may be finely adjusted to 82°, 60°, 75°, etc., and may be between 45° and 90°.
  • the beam diameter adjustment unit 122 is shown as an example of a coaxial system with lenses and GI components, the arrangement of the central axis may be shifted so as to add an optical path offset instead of being coaxial.
  • the angle between the end face of the optical waveguide device 11 and the horizontal plane is a right angle (90°) is shown, but the end face angle may be a predetermined end face angle such as 80° or 100°.
  • the width direction (Y direction) of the optical waveguide device 11 may also have a predetermined angle.
  • the optical fiber 13 When a general single-mode fiber for communication wavelengths is used as the optical fiber 13, its mode field diameter is about 10 ⁇ m in the wavelength band of 1.5 ⁇ m, for example. Therefore, it is preferable to adjust the beam diameter to about 10 ⁇ m at the fiber end so as to match this.
  • the mode field diameter on the optical fiber side may be adjusted.
  • the mode field diameter can be changed to around 4 ⁇ m, which is comparable to the mode field diameter of the silicon photonics end face.
  • the beam adjusting section can be configured by a coupling system using a single lens, two lenses, or three lenses, or a collimating system.
  • one optical fiber and one silicon photonics circuit are shown as a side cross-sectional view. may be placed.
  • FIGS. 2A and 2B four waveguide cores 111 and four optical fibers are arranged to be connected.
  • the mirror section 121 and the beam diameter adjusting section 122 may use a structure that collectively functions with respect to a plurality of waveguide cores 111, or as shown in FIG. , a separate structure (mirror section 121 and beam diameter adjusting section 122) may be arranged for each waveguide core 111.
  • FIG. 1 shows four waveguide cores 111 and four optical fibers are arranged to be connected.
  • the mirror section 121 and the beam diameter adjusting section 122 may use a structure that collectively functions with respect to a plurality of waveguide cores 111, or as shown in FIG. , a separate structure (mirror section 121 and beam diameter adjusting section 122) may be arranged for each waveguide core 111.
  • a structure may be adopted in which the mirror section functions collectively on a plurality of waveguide cores, and the beam diameter adjustment section functions individually.
  • a structure may be adopted in which the mirror sections function individually, and the beam diameter adjusting section collectively functions in a plurality of waveguide cores.
  • the number of beam diameter adjustment units is not limited to one, and multiple structures may be combined.
  • a beam diameter adjusting section may be provided in the front stage of the mirror section.
  • a component that exhibits the beam diameter adjustment function and the mirror function at the same time such as a concave mirror, may be used.
  • the relative positions of the beam diameter adjustment section 122, the mirror section 121, the optical waveguide device 11, and the optical fiber 13 in the optical path conversion component 12 can be aligned and fixed by a known active alignment technique.
  • the optical path conversion component 12 and the optical waveguide device 11 may be integrated in advance by aligning them before flip-chip mounting. These can reduce the process load.
  • each member may be aligned and integrated using passive alignment based on member accuracy without using active alignment.
  • optical waveguide device 11 is connected to the optical fiber 13
  • it may be connected to another optical waveguide device, such as a polymer waveguide.
  • the interposer 15 may be mounted with a plurality of electric elements or optical waveguide devices.
  • optical waveguide device 11 may be a device in which a light emitting element, a light receiving element, an optical modulation element, and an optical functional element such as a planar lightwave circuit made of silica glass are integrated.
  • the optical functional element includes a splitter, a wavelength multiplexer/demultiplexer, an optical switch, a polarization control element, an optical filter, and the like.
  • an optical waveguide device in which a light emitting element, a light receiving element, an optical modulation element, an optical functional element, an optical amplifying element, etc. having a light propagation and waveguiding mechanism are integrated may be used.
  • resins such as adhesives are used as appropriate to integrate each part.
  • an adhesive is filled between the end surfaces of the optical waveguide device and the optical path conversion component 12 to fix them.
  • the respective components are similarly integrated with an adhesive or the like to form the optical path conversion component 12 .
  • the optical waveguide device 11 and the optical path conversion component 12 may be integrated via the support component 21 .
  • the optical path conversion component 12 may be fixed on the upper surface of the interposer 15, or may be fixed with an adhesive or the like.
  • flip-chip mounting may be performed directly on the electrical mounting board 18 without interposing an interposer.
  • a build-up board can be used as the electrical mounting board 18, and LSI elements such as a CPU/GPU/MPU for computers can be integrated on the same board to form an optical interconnection.
  • the electric time signal can be transmitted with lower loss and no latency.
  • the interposer or the electric mounting board can be used. and the optical fiber fixing parts avoid mechanical interference to achieve low-loss optical connection.
  • the optical waveguide device was arranged near the edge of the interposer or the like. This has been a constraint on high-density electrical wiring design in which the pad pitch is expanded when the electrical wiring from the electrical contact is developed on the back surface of the interposer, and the wiring is performed with the lowest possible loss. Moreover, in the mounting structure of the conventional optical waveguide device, providing a cavity such as a notch may increase the cost and degrade the characteristics.
  • the contact pad terminals for electrical connection with the optical waveguide can be arranged on any surface of the interposer surface without providing a notch or the like.
  • the degree of freedom in the development of electrical wiring is improved, and a higher speed and higher density interposer can be designed.
  • optical fibers can only be placed outside the interposer, so optical fiber fixing parts and the like consume wasted space on the PCB.
  • Optical Waveguide Device 4A to 4F show side sectional views of the mounting structure of the optical waveguide device according to the second embodiment of the present invention.
  • the basic components are the same as in the first embodiment, the optical waveguide device 11 is a silicon photonics chip, and the interposer 15 is an LTCC substrate.
  • Optical fiber 13 is a normal single mode fiber.
  • the mirror component 121 and the beam diameter adjustment component 122 are not integrated, but configured as separate components.
  • the mirror component 121 consists of a triangular prism component and is adhesively fixed to the end surface of the optical waveguide device 11 .
  • the triangular prism component is made of glass, but may be made of a resin molded product, a resin structure, or a silicon structure, if necessary.
  • the beam diameter adjusting component 122 is composed of a microlens array, and a microlens is mounted on each waveguide core 111 in the depth direction (Y direction) of the paper surface.
  • the microlens is composed of a single lens system, converts the diameter of the beam expanded after passing through the mirror section 121 and the mirror, and converges it on the fiber core section.
  • a beam diameter adjusting component (lens) 122 has a support portion 123 and is placed at an appropriate position.
  • the interposer or the electrical mounting board can be used.
  • a low-loss optical connection can be achieved by avoiding mechanical interference between the substrate and the optical fiber fixing component.
  • a one-lens system is described as an example, but a two-lens system or a three-lens system may also be used. Also, a common lens corresponding to a plurality of optical waveguide cores 111 may be used instead of the microlens array.
  • a GRIN lens component is used as the beam diameter adjusting component 122 on the rear stage (on the optical fiber side) of the mirror component 121 .
  • the optical waveguide device 11 and the beam diameter adjusting component 122 are arranged via the supporting portion 21, and the microlens array (second beam diameter adjusting portion) 122_2 is mounted on the input/output end surface of the optical waveguide device 11. , which is transformed into collimated light.
  • a microlens array 122_2 is mounted on the input/output end surface of the optical waveguide device 11, and a two-lens system is configured as the beam diameter adjusting section 122 behind the mirror component 121 (on the optical fiber side).
  • the beam diameter adjusting section 12 may include a GRIN lens component 122 and a two-lens system 122_2 between the mirror section 121 and the optical waveguide device 11 .
  • beam diameter adjusters 122_2 and 122 may be configured using a GRIN lens or a GI fiber between the mirror section 121 and the optical waveguide device 11 and between the mirror section 121 and the optical fiber 13.
  • the optical path conversion angle by the mirror may be changed from 90 degrees as shown in FIG. 4F.
  • the beam diameter adjusting unit 122 is a coaxial system with lenses and GI components, the arrangement of the central axis may be shifted so as to add an offset to the optical path instead of being coaxial.
  • the mounting accuracy tolerance of the relative positions of the mirror section 121, the beam diameter adjusting component 122, the optical waveguide device 11, and the optical fiber 13 can be widened, and the process load can be reduced. can be done.
  • FIGS. 5A to 5E A mounting structure of an optical waveguide device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A to 5E.
  • 5A to 5E show side sectional views of the mounting structure of the optical waveguide device according to the third embodiment of the present invention.
  • Basic components are the same as in the first embodiment.
  • the difference from the first and second embodiments is that the direction of the optical fiber 13 is rotated by 90 degrees and arranged parallel to the longitudinal direction (X direction) of the optical waveguide device 11 .
  • the mirror component 121 is arranged near the end face of the optical waveguide device 11, and after passing through the beam diameter adjusting section 122, the optical path is converted by the second mirror section 121_2 and connected to the optical fiber 13. be.
  • a two-lens system 122_3 is provided between the optical fiber 13 and the mirror.
  • a beam diameter adjustment section 122_4 using a lens is provided in front of the second mirror section 121_2 (on the side of the first mirror section).
  • a fiber supporting portion 31 for supporting the optical fiber 13 is provided, and the optical fiber 13 is supported on the interposer 15 substrate.
  • the orientation of the second mirror section 121_2 is rotated by 180 degrees, and the fiber fixing component 14 is provided directly above the optical waveguide device 11.
  • the fiber fixing component 14 is provided directly above the optical waveguide device 11.
  • the interposer or the electric mounting board can be used. and the optical fiber fixing parts avoid mechanical interference to achieve low-loss optical connection.
  • the height in the substrate thickness direction (Z direction) can be reduced compared to the configurations in the first and second embodiments.
  • the fibers in order to align the fibers in the in-plane direction of the electrical mounting board, the fibers must be bent 90 degrees, requiring a constant bending radius.
  • FIGS. 6A to 6E A mounting structure of an optical waveguide device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A to 6E.
  • 6A to 6E show side sectional views of the mounting structure of the optical waveguide device according to the third embodiment of the present invention.
  • Basic components are the same as in the first embodiment.
  • FIGS. 6A to 6E show an example of the mounting structure of the optical waveguide device according to this embodiment, but similar configurations can be similarly applied.
  • the mirror section 121 uses, for example, a prism on a cube combined with a triangular prism.
  • a microlens 122_2 is arranged on the end surface side of the optical waveguide device 11 in the mirror section 121 .
  • a normal mirror may be used for the mirror section 11.
  • a stepped structure for mounting the mirror section 121 may be provided on the interposer 15 side depending on the expansion of the beam diameter.
  • a concave mirror may be used in the mirror section 11 to integrate the function of the beam diameter adjustment section 122 .
  • the interposer or the electric mounting board can be used. and the optical fiber fixing parts avoid mechanical interference to achieve low-loss optical connection.
  • the optical path conversion component can be mounted on the interposer only with the accuracy of the parts. It is possible to reduce the process load.
  • ⁇ Configuration of mounting structure of optical waveguide device> 7A to 7C show side sectional views of the mounting structure of the optical waveguide device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • Basic components are the same as those of the first embodiment.
  • a GI fiber is used as an optical path conversion component.
  • a plurality of GI fibers are arranged in the depth direction (Y direction) of the paper for the number of cores of the optical waveguide device.
  • the GI fiber By setting the length of the GI fiber to a predetermined length, it functions as a beam diameter adjustment section, and can collimate, expand, and focus the beam. Also, the tip of the GI fiber is cut or polished so as to have an angle of, for example, 45 degrees, so that it also functions as a mirror section. If necessary, the reflection efficiency can be increased by applying a high reflection coating.
  • the GI fiber has a mirror section 121 and a beam diameter adjusting section 122.
  • the GI fibers are fixed and aligned as shown in Figures 7A-C.
  • a second fiber fixing component 14_2 or the like may be used to fix the GI fiber.
  • a GI fiber having a predetermined end face angle as the mirror part 121 is arranged near the end face of the optical waveguide device 11, and the beam diameter is adjusted by the beam diameter adjusting part 122. is connected to the fiber fixing part 14 while
  • FIGS. 7B and 7C other lens components or lens structures, GRIN lenses, etc. may be combined without configuring the beam diameter adjustment unit only with the GI fiber (122_2 in the drawings).
  • the interposer or the electric mounting board can be used. and the optical fiber fixing parts avoid mechanical interference to achieve low-loss optical connection.
  • the optical path conversion component is connected to the ferrule to which the optical fiber is fixed.
  • Other basic components are the same as those of the first to fifth embodiments.
  • the mounting structure of the optical waveguide device is similar to the configuration of the fifth embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B.
  • the optical path conversion component 12 includes a GI fiber having a mirror section 121 and a beam diameter adjustment section 122, and a GI fiber fixing component 14_2 for fixing the GI fiber.
  • the end face of the GI fiber fixed to the GI fiber fixing component 14_2 is connected to face the end face of the optical fiber 13 of the ferrule 41 for optical coupling.
  • the oblique end face as the mirror section and the micromirror as the beam diameter adjusting section are integrated.
  • the mounting structure of the optical waveguide device may be similar to the configuration of the fourth embodiment, as shown in FIGS. 9A and 9B.
  • the beam diameter adjusting section 122 and the mirror section 121 are integrated and mounted on the interposer 15 .
  • a known MT ferrule can be used for the multi-core ferrule 41 .
  • the MT ferrule has two guide pins 42 for alignment, and is positioned by inserting the guide pins into pin holes 43 .
  • the optical path conversion component 12 has guide pin holes 43 corresponding to the guide pins 42 of the ferrule 41 .
  • the filler-containing resin used in the MT ferrule may be used, or other resin materials, glass members, ceramic members, metal members, Si, etc. may be used.
  • the interposer or the electric mounting board can be used. and the optical fiber fixing parts avoid mechanical interference to achieve low-loss optical connection.
  • the interposer when the interposer is mounted on the electrical mounting board, it can be mounted without the optical fiber and the fiber fixing parts, and the fiber can be connected after mounting on the electrical mounting board. This has the effect of increasing the degree of freedom in the process and eliminating restrictions on mounting.
  • 10A and 10B show a package structure (before mounting on an electric mounting board) and a mounting structure of a side sectional view of the mounting structure of the optical waveguide device according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the basic constituent elements are the same as those of the first to sixth embodiments, and any form can be used.
  • the difference from the first to sixth embodiments is that the interposer is replaced with a thin film electrical wiring layer called a rewiring layer.
  • the thin-film electrical wiring layer 51 is a multi-layer wiring layer in which, for example, copper foil layers and insulating resin layers are alternately laminated, and is manufactured by fan-out wafer level package (FOWLP) technology or fan-out panel level package (FOPLP) technology. In that case, it is generally called a redistribution layer (RDL: Re-Distribution Layer).
  • FOWLP fan-out wafer level package
  • FOPLP fan-out panel level package
  • RDL redistribution layer
  • FIGS. 10A and 10B There are several methods for making fan-out packages. First, an electrical wiring layer (RDL) is formed on a support substrate (wafer or panel), then chip mounting and resin molding are performed, and finally the support substrate is peeled off (“RDL”).
  • RDL electrical wiring layer
  • FIGS. 10A and 10B can be produced by adopting the "first construction method".
  • the thin-film electrical wiring layer 51 is not limited to RDL, and may be a more general wiring substrate (organic build-up substrate or ceramic substrate). Furthermore, in such a wiring board, it is possible to partially reduce the thickness of the board or provide a notch.
  • the thin-film electric wiring layers 51 are all very thin, when they are mounted on the electric mounting board, the distance in the thickness direction between the optical waveguide layer and the electric mounting board becomes very small.
  • the interposer or the electric mounting board can be used. and the optical fiber fixing parts avoid mechanical interference to achieve low-loss optical connection.
  • the mold resin 52 it is possible to integrate including the optical path conversion component 12, and it can be handled as a package in the state of FIG. 10A.
  • the structure shown in FIG. 10A can be manufactured at the wafer level and the panel level by the above-described fan-out package manufacturing method, and therefore has an effect of being excellent in manufacturability.
  • the configuration of the fifth embodiment may be configured by using a thin film electric wiring layer 51 and a mold resin 52 by fan-out package technology.
  • FIG. 11A is an example of a configuration using adhesive fixing by active alignment as a fiber fixing component.
  • the optical path conversion component 12 includes a GI fiber having a mirror section 121 and a beam diameter adjustment section 122, and a pair of microlenses 122_2 between the optical waveguide device 11 and the GI fiber. Also, the GI fiber is fixed by a second fiber fixing component 14_2.
  • the optical fiber 13 is fixed to the fiber fixing component 14 and coupled to the optical path changing component 12 by the second mirror portion 121_2.
  • FIG. 11B is an example of a configuration using a ferrule instead of a fiber fixing component for fixing an optical fiber. Others are the same as the configuration shown in FIG. 11A.
  • the optical fiber 13 is fixed to the ferrule 41 and coupled to the optical path conversion component 12 by the second mirror portion 121_2.
  • the ferrule 41 has a guide pin 42
  • the fiber fixing part 14_2 has a guide hole 43
  • the guide pin 42 and the guide hole 43 are fitted to fix the ferrule 41 and the fiber fixing part 14_2.
  • a second mirror is provided on the optical fiber side in the same manner as in the third embodiment to convert the optical path.
  • the longitudinal direction of the guide pin 42 (the Z direction in the drawing) is perpendicular to the direction of the optical fiber 13 (the X direction in the drawing).
  • the position is adjusted with high precision. Therefore, in the configuration of FIG. 11B, connector connection can be realized as in the sixth embodiment.
  • the configurations of the first to sixth embodiments may be used as the beam diameter adjusting section 122, but in the example of FIGS. 11A and 11B, light propagates through the mold resin. Therefore, the mold resin has a certain or more transmittance with respect to the wavelength of the signal light.
  • the beam diameter adjusting section 122 functions as a lens, it is necessary to provide a refractive index difference between the beam diameter adjusting section (lens) and the mold resin, so the resin has a low refractive index.
  • the beam diameter adjusting section (lens) is appropriately set, for example, by fabricating a high refractive index medium such as silicon.
  • the reflected return light does not return to the optical waveguide device 11 by providing a known anti-reflection film on the end face of any component or by shifting the angle of the end face from a right angle.
  • the configuration of the second embodiment may be configured using a thin film electric wiring layer 51 and a mold resin 52 by fan-out package technology.
  • FIG. 12A is an example of a configuration using adhesive fixation by active alignment as the fiber fixing component 14 .
  • FIG. 12B is an example of a configuration in which a ferrule 41, guide pins, and corresponding guide holes are provided in the optical path conversion component 12 as fiber fixing components.
  • connector connection can be realized as in the sixth embodiment.
  • the GRIN lenses 122 and 122_2 constitute a beam diameter adjusting section, and the beam diameter is converted without propagating through the mold resin.
  • optical waveguide device since it can be manufactured at the wafer level and the panel level by the manufacturing method of the fan-out package, it has the effect of being excellent in manufacturability.
  • the embodiment of the present invention shows an example in which guided light propagates from an optical waveguide device to an optical fiber, it can also be applied when guided light propagates from an optical fiber to an optical waveguide device.
  • the present invention relates to a mounting structure for an optical waveguide device, and can be applied to equipment and systems such as optical communication.
  • Optical Waveguide Device Mounting Structure 11 Optical Waveguide Device 111 Waveguide Core 12 Optical Path Conversion Part 121 Mirror Part 122 Beam Diameter Adjustment Part 13 Optical Fiber 14 Fiber Fixing Part 15 Interposer 18 Electrical Mounting Board

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Abstract

本発明の光導波路デバイスの実装構造（１０）は、電気実装基板（１８）の上方に、光導波路デバイス（１１）と、光ファイバ（１３）が固定されるファイバ固定部品（１４）と、光導波路デバイス（１１）と、ファイバ固定部品（１４）との間に配置される光路変換部品（１２）とを備え、光導波路デバイス（１１）が、電気実装基板（１８）または電気実装基板（１８）上のインタポーザ（１５）の上面に、光導波路デバイス（１１）の導波路コア（１１１）側の面を対向させて実装され、光導波路デバイス（１１）と、光ファイバ（１３）とが、光路変換部品（１２）を介して光結合し、光路変換部品（１２）が、光導波路デバイス（１１）側にミラー部（１２１）を有し、ミラー部（１２１）に対してファイバ固定部品（１４）側にビーム径調節部（１２２）を有し、ミラー部（１２１）が、ミラー部（１２１）に入射する光を、所定の角度で反射させる。　これにより、本発明は、信号高速化に対応し、設計自由度が高い光導波路デバイスの実装構造を提供できる。

Description

光導波路デバイスの実装構造
　本発明は、光導波路デバイスと光ファイバを接続する光導波路デバイスの実装構造に関する。
　近年のインターネットトラフィックの急増に対応すべく、データセンタネットワークの通信容量の拡大が求められる。伝送容量のさらなる拡大および低消費電力化に対応すべく短中距離用途においても光で伝送する光インタコネクションの導入が進んでいる。
　光インタコネクションの代表的な方式においては、プリント基板上に配置されたレーザダイオード（ＬＤ）などの光発光素子とフォトダイオード（ＰＤ）などの光受光素子間を光導波路や光ファイバなどの光伝送媒体を用いて伝送することで信号処理が実現されている。
　伝送方式によっては、光発光素子には、光変調素子などが集積されるか、あるいはディスクリートに接続され、さらに電気－光変換を行うドライバなどが接続される。これら光発光素子、光変調素子、ドライバなどを含む構成が光送信機としてプリント基板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｏａｒｄ）などの電気実装基板上に搭載されている。
　同様に、光受光素子には、光処理機などが適宜集積されるか、あるいはディスクリートに接続され、さらに光－電気変換を行う電気増幅回路などが接続される。これら光受光素子、光処理機、電気増幅回路などを含む構成が光受信機としてプリント基板上に実装されている。これら光送信機と光受信機とを一体化した光送受信機などがパッケージ内やプリント基板上に搭載され、光ファイバなどの光伝送媒体と光学的に接続されることで、光インタコネクションが実現されている。また、トポロジーによっては、光スイッチなどの中継器などを介して実現されている。
　前記光発光素子や光受光素子、光変調素子としては、シリコンやゲルマニウムなどの半導体や、インジウムリン（ＩｎＰ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）等に代表されるＩＩＩ－Ｖ族半導体などの材料を用いる素子が実用化されている。近年では、これらの素子と共に、光の伝播機構を有するシリコン光回路（シリコンフォトニクス）やインジウムリン光回路などを集積した光導波路型の光送受信機が発展している。また光変調素子としては、半導体の他に、ニオブ酸リチウムなどの強誘電体系やポリマーなどの材料を用いる場合もある。
　更に、上記の光発光素子や光受光素子、光変調素子と共に、石英ガラスなどからなる平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）などからなる光機能素子が集積されることがある。光機能素子としてはスプリッタ、波長合分波器、光スイッチ、偏波制御素子、光フィルタなどがある。以降、上記の光の伝播、導波機構を有する光発光素子、光受光素子、光変調素子、光機能素子、光増幅素子などを集積したデバイスを光導波路デバイスと呼ぶこととする。光導波路デバイスの中でもシリコンフォトニクスを用いた光導波路デバイスは集積性、量産性、電気部品との親和性に優れ、次世代の光インタコネクションを実現する上でのキーデバイスとして着目されている。
　前記シリコンフォトニクスチップやドライバ、電気増幅回路などが集積された光送受信機をボード上の電気配線に接続する方法としてワイヤボンディング、フリップチップ接続や、Ｂａｌｌ－ｇｒｉｄ　ａｒｒａｙ（ＢＧＡ）、Ｌａｎｄ－ｇｒｉｄ　ａｒｒａｙ（ＬＧＡ）、　Ｐｉｎ－ｇｒｉｄ　ａｒｒａｙ（ＰＧＡ）や銅ピラーなどを用いて接続する方法が用いられる。前記接続の際は必要に応じて、インタポーザ部品などの別のパッケージ基板を介して電気実装基板に接続されることもある。
　また、前記光導波路デバイスと光ファイバを接続する代表的な方法の一つは、Ｖ溝を形成したガラスなどと一体化された光ファイバアレイと接続する構造である。この構造においては、光ファイバの各コアと、光導波路デバイスの各導波路のコアとが低損失で接続することが求められる。この低損失の接続のためには、サブミクロン単位で光導波路デバイスと光ファイバとを位置決め（以下、調心と呼ぶ）・固定することが必要である。
　従来の光導波路デバイスでは、光を実際に入出力させてパワーをモニタしながらの調芯（光学調心）が行われ、光ファイバアレイと一体化された状態でパッケージ内やボード上に搭載されることとなる（例えば、非特許文献１）。
K. Shikama , Y. Abe, T Kishi, K Takeda, T Fujii, H Nishi, T Matsui, A Aratake , K. Nakajima, and S. Matsuo, "Multicore fiber receptacle with compact fan in/fan out device for SDM transceiver applications," IEEE Journal of Lightwave Technology , vol. 36, no. 24, pp. 5815-5822, 2018.
　しかしながら、従来の光導波路デバイスの実装構造には、以下の問題があった。
　近年の光導波路デバイスの電気実装において、取り扱う信号の高速化に伴い、電気配線長さを極力短くする目的で従来のワイヤボンディングに代わり、フリップチップ接続が使われる。このとき、光導波路デバイスの導波路層側の面は、電気実装基板／パッケージ／インタポーザ（以下、単に「インタポーザ」とよぶ）側の面に対向させるＦａｃｅ－ｄｏｗｎの実装形態となる。
　通常、光導波路デバイスの電気接点は導波路基板上に形成された導波路層近傍に設けられるため、電気実装基板上にＦａｃｅ－ｄｏｗｎ実装された際の導波路コアとインタポーザの間の厚さ方向の間隙は、電気接点の厚さ同程度、すなわち、数十μｍ～１００数十μｍ以下に配置されることになる。
　一方、従来のファイバアレイに用いられるＶ溝基板の厚さとして、数１００μｍ程度が必要となる。そのため、フリップチップ接続などのようにＦａｃｅ－ｄｏｗｎ実装された光導波路デバイスに対して、従来の方法で直接ファイバアレイを接着・固定する場合は、Ｖ溝基板とインタポーザが機械的に干渉するので問題となる。
　そこで、この機械干渉を避けるために、光導波路デバイスの端面をインタポーザの端面と面一にする構成、または図１３Ａに示すように光導波路デバイス６１をインタポーザ６５の端面よりも突出させて配置する構成にする必要があった。
　または、図１３Ｂに示すように、インタポーザ６５の厚さをファイバアレイの厚さ分増加し、インタポーザ６５にファイバアレイ６４を収容するための切欠６５＿２を設けるなどする必要があった。これは、インタポーザ設計や光導波路デバイスの実装位置を制約するので問題となる。
　上述したような課題を解決するために、本発明に係る光導波路デバイスの実装構造は、電気実装基板の上方に、光導波路デバイスと、光ファイバが固定されるファイバ固定部品と、前記光導波路デバイスと、前記ファイバ固定部品との間に配置される光路変換部品とを備え、前記光導波路デバイスが、前記電気実装基板または前記電気実装基板上のインタポーザの上面に、前記光導波路デバイスの導波路コア側の面を対向させて実装され、前記光導波路デバイスと、前記光ファイバとが、前記光路変換部品を介して光結合し、前記光路変換部品が、前記光導波路デバイス側にミラー部を有し、前記ミラー部に対して前記ファイバ固定部品側にビーム径調節部を有し、前記ミラー部が、前記ミラー部に入射する光を、所定の角度で反射させることを特徴とする。
　光導波路デバイスの光入手力端面に近接して跳ね上げ構造およびビーム径調節構造を配置して一体化することによって、光導波路デバイスの光入出力される光の光路を変換し、インタポーザとの機械干渉を避けることができる。
　これにより、前述のインタポーザ設計の制約や光導波路デバイスの実装位置制約を排除することができ、信号高速化に対応したフリップチップ接続を用いながら、自由度の高い光導波路デバイスの実装形態を実現することができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成を示す概略側面断面図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成を示す概略正面断面図である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成を示す概略正面断面図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図４Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図４Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図４Ｃは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図４Ｄは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図４Ｅは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図４Ｆは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図５Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図５Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図５Ｃは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図５Ｄは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図５Ｅは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図６Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図６Ｂは、本発明の第４の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図６Ｃは、本発明の第４の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図６Ｄは、本発明の第４の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図６Ｅは、本発明の第４の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図７Ａは、本発明の第５の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図７Ｂは、本発明の第５の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図７Ｃは、本発明の第５の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図８Ａは、本発明の第６の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成を示す概略側面断面図である。 図８Ｂは、本発明の第６の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造を説明するための概略正面断面図である。 図９Ａは、本発明の第６の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成を示す概略側面断面図である。 図９Ｂは、本発明の第６の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造を説明するための概略正面断面図である。 図１０Ａは、本発明の第７の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図１０Ｂは、本発明の第７の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図１１Ａは、本発明の第７の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図１１Ｂは、本発明の第７の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図１２Ａは、本発明の第７の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図１２Ｂは、本発明の第７の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図１３Ａは、従来の光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。 図１３Ｂは、従来の光導波路デバイスの実装構造の構成の一例を示す概略側面断面図である。
＜第１の実施の形態＞
　本発明の第１の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造について、図１～図３を参照して説明する。
＜光導波路デバイスの実装構造の構成＞
　本実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造１０は、図１に示すように、光導波路デバイス１１と、光路変換部品１２と、光ファイバ１３が固定されるファイバ固定部品１４とを備える。
　以下、水平面（基板表面）において、光導波路デバイス１１で光が導波する方向（図中、Ｘ方向）を「光導波路デバイスの長手方向」とし、長手方向に垂直な方向（図中、Ｙ方向）を「光導波路デバイスの幅方向」、水平面（基板表面）に垂直な方向（図中、Ｚ方向）を厚さ方向とし、光導波路デバイス１１の導波路コア１１１に対して、素子基板１１２側を「上」方向（Ｚ＋方向）とし、電気実装基板１８側を「下」方向（Ｚ－方向）とする。
　光導波路デバイス１１は、導波路コア１１１と素子基板１１２とを備え、インタポーザ１５の上面に、光導波路デバイス１１の導波路コア１１１側の面を対向させて（Ｆａｃｅ　Ｄｏｗｎで）実装され、電気接点１６を介して電気的に接続されている。Ｆａｃｅ　Ｄｏｗｎ実装としては公知のフリップチップ接続が用いられている。
　電気素子１７も、同様に、インタポーザ１５の上面にＦａｃｅ　Ｄｏｗｎで実装され、電気接点１６を介して電気的に接続されている。
　インタポーザ１５は、電気配線層（図示せず）およびフリップチップ接続用のパッドを上面に有しており、必要に応じて電気の多層配線が形成されている。また、図面上では省略するが、キャパシタやコイルなど別の電気素子１７が搭載、または、同様の効果を有する構造が一体で形成されている。
　インタポーザ１５は、上面と下面を電気接続するように、貫通ビアあるいは内層配線による電気配線が形成されている。また、フリップチップと接続する上面と対向する下面においても同様に、電気接点（金バンプ、銅ピラー、はんだボールなど）１６が形成され、その下面の電気接点１６を介して、電気実装基板１８と電気的に接続されている。
　電気実装基板１８は、例えば公知のＰＣＢやビルドアップ基板である。下面側の電気接点１６ははんだ端子により形成される。例えば、公知のＢＧＡまたはＬＧＡ、ＰＧＡからなる。なお、フリップチップ接続と同様に金属バンプ（金バンプ、銅ピラーなど）による電気接点としてもよい。
　インタポーザ１５は、公知のインタポーザであれば任意であり、例えばシリコン、ガラス、セラミック（ＬＴＣＣ、ＨＴＣＣ）やガラエポ基板などいずれでもよい。また、サブキャリア、パッケージなどと呼んでもよい。インタポーザと電気実装基板に関しては必要に応じてワイヤボンディングにより接続してもよい。
　電気素子１７は、例えばドライバやトランスインピーダンス増幅回路、リタイマ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＤＳＰ、ＣＰＵ／ＧＰＵ、クロック回路など任意の電気素子でよい。電気素子はインタポーザ１５上に配置されフリップチップ実装により実装されている。なお、電気素子の実装形態に関しては、本発明の主眼でないため必ずしもＦａｃｅ　Ｄｏｗｎ実装でなくてもよく、例えばワイヤボンディングなどを用いてＦａｃｅ　Ｕｐの実装としてもよい。電気素子と光導波路デバイス１１とはインタポーザ１５の電気配線とそれぞれの電気接点１６を介して電気的に接続されている。
　光導波路デバイス１１は、公知のシリコンフォトニクスチップであり、光導波路層はシリコン基板上のＢＯＸ層上に形成されており、導波路基板の厚さは、例えば標準的なシリコンウェハ厚さである６２５μｍである。また、光導波路層以外にも電気配線層を有しており、接続用のパッドを有し、電気接点１６を介してインタポーザ１５と電気的に接続している。前述のようにＦａｃｅ　Ｄｏｗｎ実装であることから、光導波路デバイス１１からの入出力光の位置（高さ）は低く、インタポーザ１５の面から数十μｍ～１００数十μｍ程度である。
　シリコンフォトニクスチップ１１は、少なくとも１端面において外部へ光を入出力する光入出力部を備えており、エッジカップラーとしてスポットサイズ変換器などが光回路に集積されている。一般にシリコンフォトニクスの光回路内での光伝搬モードのモードフィールド径は１μｍ以下と非常に小さいが、エッジカップラーにより３μｍから１０μｍ程度までそのモードフィールド径が拡大された状態で光ビームは出射（入射）される。以下、シリコンフォトニクスチップ１１からの光出射を例に説明するが、シリコンフォトニクスチップ１１に入射する場合の動作についても可逆的に動作する。
　図１に示すように、シリコンフォトニクスチップ１１の端面近傍には光路変換部品１２が配置されており、光路変換部品１２はミラー部１２１およびビーム径調節部１２２を備えている。ミラー部１２１は、出射ビームを上方向（Ｚ＋方向）に光を跳ね上げるために用いられており、ビーム径調節部１２２を通過して光ファイバ１３と接続される。
　光ファイバ１３は、実際には前述のファイバアレイのようにＶ溝部品とリッド部品などからなるファイバ固定部品１４により固定されている。
　ビーム径調節部１２２により、シリコンフォトニクスチップ１１端面から出射されたビーム径は、光ファイバ１３のモードフィールド径と低損失に接続することが可能な容易、適切なビームサイズに変換された状態で、光路変換部品１２の端部から出射されている。
　これにより、光ファイバ１３のコアとシリコンフォトニクスチップ１１のコア１１１とを伝搬する光とが低損失に光結合することが可能である。
　光路変換部品１２におけるミラー部１２１とビーム径調節部１２２は一体品で形成してもよい。または、ミラー部１２１とビーム径調節部１２２を異なる部品で構成して、必要に応じて一体化してもよい。
　ミラー部１２１は、全反射を用いて光路が変化する部品により構成でき、例えばバルクのプリズム部品や、光ファイバ１３や光導波路などの端面を厚さ方向（Ｚ方向）に斜めに研磨（あるいはダイシングやレーザカット）した部品を用いることもできる。全反射を効率的かつ光の入出力に対して可逆的に行うために、必要に応じて反射面に高反射膜をコートしてもよい。または同様の機能を有する高反射を実現する微細構造を形成してもよい。
　ビーム径調節部１２２は、光ビームを集光あるいはコリメートあるいは拡大する部品により構成することができ、例えば球面レンズ、非球面レンズ、凹レンズ、フレネルレンズなどの構造体や屈折率分布を有するＧｒａｄｅｄ　ｉｎｄｅｘ（ＧＩ）レンズまたはＧＩファイバなどを用いることができる。必要に応じて、ビーム径調節部１２２の入出力端面には反射防止（ＡＲ）膜あるいは同様の機能を発現する反射防止構造が形成されている。
　また、レンズ構造を用いる場合は、光ビームの自由空間部を備えており、自由空間部としては空気層あるいはレンズ構造と屈折率差を有する有機物による樹脂層あるいはガラス層、Ｓｉ層などが用いられる。また、自由空間部はビーム径を調節するための適切な長さを有しておりスペーサとして機能する。
　本実施の形態では、ミラーによる光路変換角度を９０°として光路変換する例を示すが、これに限らず、他の角度で光路変換してもよい。例えば、必要に応じて、８２°、６０°、７５°など光路変換角度は微調節してもよく、４５°～９０°でよい。
　また、ビーム径調節部１２２は、レンズやＧＩ部品で同軸系を例に図に示すが、同軸でなく光路のオフセットを加えるように中心軸の配置をずらしてもよい。
　また、光導波路デバイス１１の端面と水平面との角度が直角（９０°）である例を示すが、８０°、１００°など所定の端面角度としてもよい。また、光導波路デバイス１１の幅方向（Ｙ方向）の角度（紙面奥行方向）についても所定の角度を有していてもよい。
　光ファイバ１３として通信波長用として一般的なシングルモードファイバを用いたとき、例えば波長１．５μｍ帯では、そのモードフィールド径が１０μｍ程度である。そのため、これに適合するようにビーム径はファイバ端で１０μｍ程度になるように調節することが好ましい。
　また、必要に応じて、光ファイバ側のモードフィールド径を調節してもよい。例えば、高ＮＡファイバとして知られる光ファイバであれば、モードフィールド径は４μｍ程度に変更することができ、前記シリコンフォトニクス端面のモードフィールド径と同程度にすることができる。その場合、ファイバ端とシリコンフォトニクス端でのビーム径拡大は必要なく、１枚レンズあるいは２枚レンズ、３枚レンズなどによる結合系、あるいはコリメート系によりビーム調節部を構成することができる。
　なお、図１においては側面断面図として、１つの光ファイバと１つのシリコンフォトニクス回路が示されているが、紙面奥行方向（Ｙ方向）に複数（複数チャンネル）の光ファイバと複数のシリコンフォトニクス回路が配置されてもよい。
　例えば、図２Ａ、Ｂに示すように、４本の導波路コア１１１と４本の光ファイバが接続するよう配置されている。このとき、図２Ａに示すように、ミラー部１２１とビーム径調節部１２２は複数の導波路コア１１１に対して一括で機能するような構造体を用いてもよいし、図２Ｂに示すように、それぞれの導波路コア１１１に対して個別の構造体（ミラー部１２１とビーム径調節部１２２）を配置してもよい。
　また、図面では省略するが、ミラー部が複数本の導波路コアに一括で機能し、ビーム径調節部が個別に機能する構造でもよい。または、ミラー部が個別に機能し、ビーム径調節部が複数本の導波路コアに一括で機能する構造としてもよい。
　なお、後述の通り、ビーム径調節部は１つとは限らず複数の構造の組み合わせでもよい。その場合、ミラー部の前段にもビーム径調節部を設けてもよい。また、凹面ミラーのようにビーム径調節機能とミラー機能を同時に発現する部品を用いてもよい。
　光路変換部品１２におけるビーム径調節部１２２と、ミラー部１２１と、光導波路デバイス１１と、光ファイバ１３の相対位置は、公知のアクティブアライメント技術により調心したのち固定することができる。
　本実施の形態に係る光導波路デバイス１１の実装構造の製造工程において、すべて調心する必要はなく、前述のようにあらかじめビーム径調節部１２２およびミラー部１２１のみを分割して調心後に一括して一部材としてもよい。また、あらかじめ光路変換部品１２と光導波路デバイス１１をフリップチップ実装前にあらかじめ調心して一体化した連結部材としてもよい。これらにより工程負荷を削減することができる。
　また、アクティブアライメントを用いることなく、部材精度を基準にパッシブアライメントを用いて各部材を調心、一体化してもよい。
　また、本実施の形態では、光導波路デバイス１１を光ファイバ１３と接続する例を示したが、他の光導波路デバイスと接続してもよく、例えばポリマー導波路と接続してもよい。
　また、インタポーザ１５には、複数の電気素子や光導波路デバイスを搭載してもよい。
　また、光導波路デバイス１１としてシリコンフォトニクスチップを用いる例を示したが、他の光導波路デバイスを用いてもよい。例えば、光発光素子や光受光素子、光変調素子と、石英ガラスなどからなる平面光波回路などの光機能素子が集積されるデバイスでもよい。ここで、光機能素子として、スプリッタ、波長合分波器、光スイッチ、偏波制御素子、光フィルタなどがある。このように、光の伝播、導波機構を有する光発光素子、光受光素子、光変調素子、光機能素子、光増幅素子などを集積した光導波路デバイスでもよい。
　また、各部品の一体化には、接着剤などの樹脂が適宜用いられる。例えば、光導波路デバイスと光路変換部品１２との端面間に、接着剤を充填させて固定させている。
　また、ミラー部１２１とビーム径調節部１２２を、別の構成部品と組み合わせる場合は、同様に接着剤などによりそれぞれの構成部品が一体化されて光路変換部品１２となる。このとき、例えば、後述の図４Ｂに示すように、支持部品２１を介して、光導波路デバイス１１と光路変換部品１２とを一体化してもよい。また、光路変換部品１２をインタポーザ１５の上面上に固定してもよく、接着剤などにより固定してもよい。
　また、図３に示すように、本形態においてはインタポーザを介さずに直接電気実装基板１８にフリップチップ実装してもよい。例えば、電気実装基板１８としてビルドアップ基板を用い、同一基板にコンピュータ用のＣＰＵ／ＧＰＵ／ＭＰＵなどのＬＳＩ素子を集積して光インタコネクションを構成することができる。この場合、インタポーザ分の電気配線部がないため、より低損失かつレイテンシなくに電気時信号を伝えることができる。
　以上のように、光導波路デバイスの光入出力される光路を変換し、フリップチップ接続など導波路層とインタポーザまたは電気実装基板の上面とが近接して配置される場合に、インタポーザまたは電気実装基板と光ファイバ固定部品との機械干渉を避けて低損失に光接続することができる。
　従来の光導波路デバイスの実装構造では、光導波路デバイスがインタポーザ等のエッジ近傍に配置されていた。このことが、電気接点からの電気配線をインタポーザ裏面に展開するときにパッドピッチを拡大し、極力低損失に配線する、高密度な電気配線設計の制約となっていた。また、従来の光導波路デバイスの実装構造で、切欠などのキャビティを設けることはコストを増加させ特性を劣化させる可能性があった。
　一方、本実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造では、切欠などを設けることなく、光導波路との電気接続用の接点用パッド端子をインタポーザ面の任意の面に配置することができるため、電気配線の展開における自由度が向上し、より高速・高密度なインタポーザを設計することができる。
　さらに、光導波路デバイスの実装位置制約を排除することができ、自由度の高い光導波路デバイスの実装構造を実現できる。
　例えば、従来の光導波路デバイスの実装構造では、光ファイバはインタポーザより外側にしか配置することができないため、光ファイバ固定部品などがＰＣＢ上で無駄なスペースを消費することになっていた。
　一方、本実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造では、光導波路デバイスの実装上の制約を排除することができるため、例えば、光ファイバ固定部品をインタポーザ面の上部に配置することで面内での実質的な面積を節約することができ、より高密度な光導波路デバイスの実装構造を実現できる。
＜第２の実施の形態＞
　本発明の第２の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造について、図４Ａ－Ｆを参照して説明する。
＜光導波路デバイスの実装構造の構成＞
　図４Ａ－Ｆは、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の側面断面図を示している。基本的な構成要素としては、第１の実施の形態と同様であり、光導波路デバイス１１はシリコンフォトニクスチップであり、インタポーザ１５はＬＴＣＣ基板である。光ファイバ１３は通常のシングルモードファイバである。
　図４Ａでは、光路変換部品１２において、ミラー部品１２１とビーム径調節部品１２２とが一体化されず、別個の部品から構成されている。
　ミラー部品１２１は、三角プリズム部品からなり、光導波路デバイス１１の端面に接着固定されている。ここで、三角プリズム部品はガラスにより構成しているが、必要に応じて樹脂成型品や樹脂構造体、シリコン構造体としてもよい。
　ビーム径調節部品１２２は、マイクロレンズアレイから構成され、紙面奥行方向（Ｙ方向）に各導波路コア１１１それぞれにマイクロレンズが搭載されている。マイクロレンズは、１枚レンズ系で構成されており、ミラー部１２１およびミラー通過後に拡大したビーム径を変換し、ファイバコア部に集光させている。ビーム径調節部品（レンズ）１２２はサポート部１２３を備えており、適切な位置に配置されている。
　以上のように、光導波路デバイス１１の光入出力される光路を変換し、フリップチップ接続など導波路層とインタポーザまたは電気実装基板の上面とが近接して配置される場合に、インタポーザまたは電気実装基板と光ファイバ固定部品との機械干渉を避けて低損失に光接続することができる。
　これにより、第１の実施の形態と同様に、インタポーザ設計の制約や光導波路デバイス１１の実装位置の制約を排除し、自由度の高い高密度な実装構造を実現できる。
　図４Ａでは、１枚レンズ系を例に述べたが、２枚レンズ系、３枚レンズ系としてもよい。また、マイクロレンズアレイでなく、複数の光導波路コア１１１に対応した共通のレンズを用いてもよい。
　本実施の形態では、図４Ａに示すビーム径調節部品を用いる例を示したが、他の形態のビーム径調節部品を用いてもよい。
　また、図４Ｂでは、ビーム径調節部品１２２として、ミラー部品１２１の後段（光ファイバー側）にＧＲＩＮレンズ部品を用いている。ここで、光導波路デバイス１１とビーム径調節部品１２２とは支持部２１を介して配置され、光導波路デバイス１１の入出力端面にマイクロレンズアレイ（第２のビーム径調節部）１２２＿２が実装されて、コリメート光に変換している。
　図４Ｃは、光導波路デバイス１１の入出力端面にマイクロレンズアレイ１２２＿２が実装され、ミラー部品１２１の後段（光ファイバー側）にビーム径調節部１２２として２枚レンズ系が構成されている。
　また、図４Ｄのように、ビーム径調節部１２として、ＧＲＩＮレンズ部品１２２と、ミラー部１２１と光導波路デバイス１１の間に２枚レンズ系１２２＿２を備えてもよい。
　また、図４Ｅのように、ミラー部１２１と光導波路デバイス１１間およびミラー部１２１と光ファイバ１３間に、ビーム径調節部１２２＿２、１２２をＧＲＩＮレンズまたはＧＩファイバを用いて構成してもよい。
　第１の実施の形態で述べたように、図４Ｆのように、ミラーによる光路変換角度を９０度から変更してもよい。また同様に、ビーム径調節部１２２はレンズやＧＩ部品で同軸系を例として示すが、同軸でなく光路のオフセットを加えるように中心軸の配置をずらしてもよい。
　これらにより、前述の効果に加えて、ミラー部１２１、ビーム径調節部品１２２、光導波路デバイス１１、光ファイバ１３間の各々の相対位置の実装精度トレランスを広げることができ、工程負荷を低減することができる。
＜第３の実施の形態＞
　本発明の第３の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造について、図５Ａ－Ｅを参照して説明する。
＜光導波路デバイスの実装構造の構成＞
　図５Ａ－Ｅは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の側面断面図を示している。基本的な構成要素としては、第１の実施の形態と同様である。
　第１、第２の実施の形態との差異は、光ファイバ１３の方向が９０度回転し、光導波路デバイス１１の長手方向（Ｘ方向）と平行に配置されていることにある。これらと第１、２の実施の形態で述べたような各種の変形例を組み合わせることができる。
　例えば、図５Ａは、光導波路デバイス１１端面の近傍にミラー部品１２１が配置されており、ビーム径調節部１２２を通過した後に、第２のミラー部１２１＿２により光路が変換され光ファイバ１３と接続される。
　図５Ｂでは、図５Ａに示すビーム径調節部の構成に加えて、光ファイバ１３とミラーとの間に２枚レンズ系１２２＿３を備える。
　図５Ｃでは、図５Ａに示すビーム径調節部の構成に加えて、第２のミラー部１２１＿２の前段（第１のミラー部側）にレンズによるビーム径調節部１２２＿４を備える。
　図５Ｄでは、光ファイバ１３を支持するファイバ支持部３１を備えており、インタポーザ１５基板上で光ファイバ１３がサポートされている。
　図５Ｅでは、第２のミラー部１２１＿２の向きを１８０度回転し、ファイバ固定部品１４を光導波路デバイス１１の直上に備える。
　以上のように、光導波路デバイスの光入出力される光路を変換し、フリップチップ接続など導波路層とインタポーザまたは電気実装基板の上面とが近接して配置される場合に、インタポーザまたは電気実装基板と光ファイバ固定部品との機械干渉を避けて低損失に光接続することができる。
　これにより、同様にインタポーザ設計の制約や光導波路デバイスの実装位置の制約を排除し、自由度の高い高密度な実装構造を実現できる。
　以上の効果に加えて、光ファイバの方向を９０度変更し、インタポーザや電気実装基板の面内方向と平行の方向とすることで、電気実装基板上でのファイバの取り回しを容易にすることができる。
　例えば、第１および第２の実施の形態における構成に比べて、基板厚さ方向（Ｚ方向）の高さを低くすることができる。
　また、第１および第２の実施の形態における構成で、電気実装基板の面内方向にファイバの方向にそろえるためには、ファイバを９０度曲げる必要があり、一定の曲げ半径を必要とする。
　一方、本実施の形態における構成では、あらかじめ電気実装基板の面内方向にファイバの方向がそろっているため、ファイバ取り回しにかかわる工程負荷や厚さ方向のスペースを低減することができる。
　本実施の形態における第２のミラーを設ける構成は、当然、第１および第２の実施の形態や後述の実施の形態においても、同様に組み合わせることが可能である。
＜第４の実施の形態＞
　本発明の第４の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造について、図６Ａ－Ｅを参照して説明する。
＜光導波路デバイスの実装構造の構成＞
　図６Ａ－Ｅは、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の側面断面図を示している。基本的な構成要素としては、第１の実施の形態と同様である。
　第１～第３の実施の形態との差異は、ミラー部が光導波路デバイスと一体化しておらず、インタポーザの上面に配置されて固定されている点である。ここで、図６Ａ－Ｅに、本実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の一例を示すが、類似の構成であれば同様に適用できる。
　図６Ａ－Ｃでは、インタポーザ１５上への搭載性を高めるために、ミラー部１２１に、例えば三角プリズムを組み合わせたキューブ上プリズムを用いる。また、ミラー部１２１において光導波路デバイス１１の端面側に、マイクロレンズ１２２＿２が配置される。
　また、図６Ｄ、Ｅに示すように、ミラー部１１に通常のミラーを用いてもよい。このとき、ビーム径の拡大具合などに応じて、インタポーザ１５側にミラー部１２１搭載用の段差構造を設けてもよい。
　また、図６Ｅに示すように、ミラー部１１に凹面ミラーを用いてビーム径調節部１２２の機能を集積してもよい。
　以上のように、光導波路デバイスの光入出力される光路を変換し、フリップチップ接続など導波路層とインタポーザまたは電気実装基板の上面とが近接して配置される場合に、インタポーザまたは電気実装基板と光ファイバ固定部品との機械干渉を避けて低損失に光接続することができる。
　これにより、同様にインタポーザ設計の制約や光導波路デバイスの実装位置の制約を排除し、自由度の高い高密度な実装構造を実現できる。
　以上の効果に加えて、ミラー部の搭載をインタポーザ面とすることで接着強度を増やす、アライメントの工程を簡易化する、など実装上の信頼性や工程負荷を低減することができる。
　とくに、インタポーザ上の電気接点用のパッド位置に対して所定の位置になるように、あらかじめミラー部の搭載マークや搭載構造を設けておくことで、部材精度のみで光路変換部品をインタポーザ上に実装することが可能であり、工程負荷を低減することができる。
＜第５の実施の形態＞
　次に、本発明の第５の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造について、図７Ａ－Ｃを参照して説明する。
＜光導波路デバイスの実装構造の構成＞
　図７Ａ－Ｃは、本発明の第５の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の側面断面図を示している。基本的な構成要素としては、第１の実施の形態と同様である。
　第１～第４の実施の形態との差異は、光路変換部品としてＧＩファイバを用いている。なお、ＧＩファイバは、光導波路デバイスのコア数分、紙面奥行方向（Ｙ方向）に複数本配置されている。
　ＧＩファイバは、所定の長さとすることで、ビーム径調節部として機能し、ビームのコリメート、拡大、集光などすることができる。また、ＧＩファイバの先端を、例えば４５度などの角度になるようにカット又は研磨することでミラー部としても機能する。必要に応じて、高反射コートを施すことで反射効率を上げることができる。
　このように、ＧＩファイバは、ミラー部１２１とビーム径調節部１２２とを有する。、
　図７Ａ－Ｃに示すように、ＧＩファイバは固定、整列される。ＧＩファイバを固定するために第２のファイバ固定部品１４＿２などを用いてもよい。
　光導波路デバイスの実装構造では、図７Ａに示すように、ミラー部１２１として所定の端面角度を有するＧＩファイバが、光導波路デバイス１１端面近傍に配置され、ビーム径調節部１２２によりビーム径を調節しながらファイバ固定部品１４と接続される。
　また、図７Ｂ、Ｃに示すように、ＧＩファイバのみでビーム径調節部を構成せずに、他のレンズ部品あるいはレンズ構造体、ＧＲＩＮレンズなどを組み合わせてもよい（図中、１２２＿２）。
　以上のように、光導波路デバイスの光入出力される光路を変換し、フリップチップ接続など導波路層とインタポーザまたは電気実装基板の上面とが近接して配置される場合に、インタポーザまたは電気実装基板と光ファイバ固定部品との機械干渉を避けて低損失に光接続することができる。
　これにより、同様にインタポーザ設計の制約や光導波路デバイスの実装位置の制約を排除し、自由度の高い高密度な実装構造を実現できる。
　以上の効果に加えて、ビーム径調節部とミラー部をＧＩファイバに集約することで部材点数を削減することができるほか、多本の導波路コアに対応するアレイ化が容易であるという効果を奏する。
＜第６の実施の形態＞
　次に、本発明の第６の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造について、図８Ａ－図９Ｂを参照して説明する。
　＜光導波路デバイスの実装構造の構成＞
　本実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造では、光路変換部品が、光ファイバが固定されるフェルールと接続される。その他の基本的な構成要素は、第１～５の実施の形態と同様である。
　光導波路デバイスの実装構造は、図８Ａ、Ｂに示すように、第５の実施の形態の構成と類似である。
　光路変換部品１２が、ミラー部１２１とビーム径調節部１２２とを有するＧＩファイバと、ＧＩファイバを固定するＧＩファイバ固定部品１４＿２とを備える。ここで、ＧＩファイバ固定部品１４＿２に固定されるＧＩファイバの端面が、フェルール４１の光ファイバ１３の端面と対向して接続して、光結合する。
　ＧＩファイバにおいて、ミラー部としての斜め端面と、ビーム径調節部としての微小ミラーとが一体化される。
　光導波路デバイスの実装構造は、図９Ａ、Ｂに示すように、第４の実施の形態の構成と類似であってもよい。この構成では、ビーム径調節部１２２とミラー部１２１が一体化されて、インタポーザ１５上に搭載されている。
　本実施の形態の構成は、第１～第５の実施の形態の構造と組み合わせて用いることができる。
　多心フェルール４１は、公知のＭＴフェルールを用いることができる。ＭＴフェルールはアライメント用のガイドピン４２を２つ備え、ガイドピンをピン穴４３に挿入することで位置決めがなされている。
　図８Ｂあるいは図９Ｂに示すように、光路変換部品１２は、フェルール４１のガイドピン４２に対応するガイドピン穴４３を備えている。図面上は省略するが、コネクタ接続後はＭＴフェルールを押し付けるようなクリップや板バネ部品を用いて機械的に篏合、押圧した形状とすることで接続状態の保持が可能になる。
　フェルールの材料としてはＭＴフェルールで用いられるフィラー入り樹脂を用いてもよいし、ほかの樹脂材料やガラス部材、セラミック部材、金属部材、Ｓｉなどを用いてもよい。
　以上のように、光導波路デバイスの光入出力される光路を変換し、フリップチップ接続など導波路層とインタポーザまたは電気実装基板の上面とが近接して配置される場合に、インタポーザまたは電気実装基板と光ファイバ固定部品との機械干渉を避けて低損失に光接続することができる。
　これにより、同様にインタポーザ設計の制約や光導波路デバイスの実装位置の制約を排除し、自由度の高い高密度な実装構造を実現できる。
　以上の効果に加えて、ファイバ固定部品にフェルールを用いることで、光導波路デバイスと光ファイバとの着脱可能な多心コネクタ接続を実現できる。
　これにより、インタポーザの電気実装基板への実装時には光ファイバおよびファイバ固定部品がない状態で実装することが可能であり、電気実装基板実装後にファイバ接続することができる。これにより工程自由度が増加し、実装上の制約を排除するという効果を奏する。
＜第７の実施の形態＞
　次に、本発明の第７の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造について、図１０Ａ－図１２Ｂを参照して説明する。
＜光導波路デバイスの実装構造の構成＞
　図１０Ａ、Ｂは本発明の第７の実施の形態に係る光導波路デバイスの実装構造の側面断面図のパッケージ構造（電気実装基板実装前）および実装構造を示している。基本的な構成要素としては、第１～第６の実施の形態と同様でありいずれの形態でも用いることができる。第１～第６の実施の形態との差異は、インタポーザの代わりに再配線層とよばれる薄膜電気配線層から構成されている。
　薄膜電気配線層５１は、例えば銅箔層と絶縁樹脂層が交互に積層された多層配線層であり、ファンアウトウェハレベルパッケージ（ＦＯＷＬＰ）技術、もしくはファンアウトパネルレベルパッケージ（ＦＯＰＬＰ）技術によって製造される場合には一般的に再配線層（ＲＤＬ：Ｒｅ－Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｌａｙｅｒ）と呼ばれている。
　ファンアウトパッケージにはいくつか工法があるが、支持基板（ウェハやパネル）上にまず電気配線層（ＲＤＬ）を形成したのち、チップ実装と樹脂モールドを行い、最後に支持基板を剥離する「ＲＤＬファースト工法」を採用することで、図１０Ａ、Ｂに示す構造を作製することができる。
　ただし、薄膜電気配線層５１は、ＲＤＬに限定するものではなく、より一般的な配線基板（有機ビルドアップ基板やセラミック基板）とすることもできる。さらに、そのような配線基板では、部分的に基板厚さを薄くするあるいは切欠を設けることが可能である。
　薄膜電気配線層５１は、いずれも非常に薄いため、これを電気実装基板に実装すると同様に光導波路層と電気実装基板上との厚さ方向の距離が非常に小さくなる。
　以上のように、光導波路デバイスの光入出力される光路を変換し、フリップチップ接続など導波路層とインタポーザまたは電気実装基板の上面とが近接して配置される場合に、インタポーザまたは電気実装基板と光ファイバ固定部品との機械干渉を避けて低損失に光接続することができる。
　これにより、同様にインタポーザ設計の制約や光導波路デバイスの実装位置の制約を排除し、自由度の高い高密度な実装構造を実現できる。
　以上の効果に加えて、モールド樹脂５２を用いることで光路変換部品１２を含めて一体化することができ、図１０Ａの状態でパッケージとして取り扱うことができる。また、図１０Ａに示す構造は、前述のファンアウトパッケージの製造方法によりウェハレベル、パネルレベルで製造できるため、製造性に優れるという効果を奏する。
　また、図１１Ａ、Ｂに示すように、第５の実施の形態の構成に、ファンアウトパッケージ技術により薄膜電気配線層５１とモールド樹脂５２を用いた構成としてもよい。
　図１１Ａは、ファイバ固定部品としてアクティブアライメントによる接着固定を用いた構成の一例である。
　光路変換部品１２は、ミラー部１２１と、ビーム径調節部１２２とを有するＧＩファイバと、光導波路デバイス１１との間に1対のマイクロレンズ１２２＿２とを備える。また、ＧＩファイバは、第２のファイバ固定部品１４＿２で固定される。
　光ファイバ１３はファイバ固定部品１４に固定され、第２のミラー部１２１＿２により、光路変換部品１２に結合する。
　また、図１１Ｂは、光ファイバを固定するファイバ固定部品の代わりにフェルールを用いる構成の一例である。他は、図１１Ａに示す構成と同様である。
　光ファイバ１３はフェルール４１に固定され、第２のミラー部１２１＿２により、光路変換部品１２に結合する。
　また、フェルール４１がガイドピン４２を有し、ファイバ固定部品１４＿２がガイド穴４３を有し、ガイドピン４２とガイド穴４３が嵌合して、フェルール４１とファイバ固定部品１４＿２とが固定される。
　なお、図１１では、光ファイバ側に第３の実施の形態と同様に第２のミラーを設けて、光路を変換している。
　図１１Ｂに示すように、ガイドピン４２の長手方向（図中、Ｚ方向）は光ファイバ１３の方向（図中、Ｘ方向）と直交するように配置され、光ファイバ１３とガイドピン４２の相対位置は高精度に調整されている。そのため、図１１Ｂの構成では、第６の実施の形態と同様にコネクタ接続を実現することができる。
　ビーム径調節部１２２としては、第１～第６の実施の形態の構成を用いてもよいが、例えば図１１Ａ、Ｂの例では、モールド樹脂の間を光が伝搬することになる。そのため、モールド樹脂は信号光の波長に対して一定以上の透過率を有している。
　また、ビーム径調節部１２２をレンズとして機能させる場合は、ビーム径調節部（レンズ）とモールド樹脂との屈折率差を設ける必要があるため、樹脂を低屈折率にする。または、ビーム径調節部（レンズ）をシリコンなどの高屈折率媒体で作製するなど適宜設定される。
　また、いずれの部品端面においても、公知の反射防止膜を設ける、または端面角度を直角からずらすなどして、反射戻り光が光導波路デバイス１１に戻らないように設計される。
　また、図１２Ａ、Ｂに示すように、第２の実施の形態の構成にファンアウトパッケージ技術により薄膜電気配線層５１とモールド樹脂５２を用いた構成としてもよい。
　図１２Ａは、ファイバ固定部品１４としてアクティブアライメントによる接着固定を用いた構成の一例である。また、図１２Ｂは、ファイバ固定部品としてフェルール４１とガイドピンおよびそれに対応するガイド穴を光路変換部品１２に設けた構成の一例である。
　そのため、図１２Ｂの構成では、第６の実施の形態と同様にコネクタ接続を実現することができる。
　本実施の形態では、ＧＲＩＮレンズ１２２、１２２＿２でビーム径調節部を構成し、モールド樹脂を伝搬することなくビーム径を変換している。これにより、前述のようなモールド樹脂部の透過率や屈折率を考慮することないというメリットを有する。
　本実施の形態に係る光導波路デバイスによれば、ファンアウトパッケージの製造方法によりウェハレベル、パネルレベルで製造できるため、製造性に優れるという効果を奏する。
　本発明の実施の形態では、導波光が光導波路デバイスから光ファイバに伝搬する例を示したが、導波光が光ファイバから光導波路デバイスに伝搬する場合にも適用できる。
　本発明の実施の形態では、光導波路デバイスの実装構造の構成などにおいて、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。光導波路デバイスの実装構造の機能を発揮し効果を奏するものであればよい。
　本発明は、光導波路デバイスの実装構造に関するものであり、光通信等の機器・システムに適用することができる。
１０　光導波路デバイスの実装構造
１１　光導波路デバイス
１１１　導波路コア
１２　光路変換部品
１２１　ミラー部
１２２　ビーム径調節部
１３　光ファイバ
１４　ファイバ固定部品
１５　インタポーザ
１８　電気実装基板

Claims (8)

  1. 　電気実装基板の上方に、
    　光導波路デバイスと、
    　光ファイバが固定されるファイバ固定部品と、
    　前記光導波路デバイスと、前記ファイバ固定部品との間に配置される光路変換部品と
    　を備え、
    　前記光導波路デバイスが、前記電気実装基板または前記電気実装基板上のインタポーザの上面に、前記光導波路デバイスの導波路コア側の面を対向させて実装され、
    　前記光導波路デバイスと、前記光ファイバとが、前記光路変換部品を介して光結合し、
    　前記光路変換部品が、前記光導波路デバイス側にミラー部を有し、前記ミラー部に対して前記ファイバ固定部品側にビーム径調節部を有し、
    　前記ミラー部が、前記ミラー部に入射する光を、所定の角度で反射させる
    　ことを特徴とする光導波路デバイスの実装構造。
  2. 　前記光導波路デバイスが、前記光路変換部品と離間して配置され、
    　前記光路変換部品が、前記ミラー部と前記光導波路デバイスとの間に、第２のビーム径調節部を有する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイスの実装構造。
  3. 　前記第２のビーム径調節部が、マイクロレンズである
    　ことを特徴とする請求項２に記載の光導波路デバイスの実装構造。
  4. 　前記光路変換部品が、前記ファイバ固定部品側に、他のミラー部を備え、
    　前記他のミラー部が、前記ミラー部に入射する光を、所定の角度で反射させ、
    　前記光導波路デバイスを導波する光の進行方向と、前記光ファイバを導波する光の進行方向とが平行である
    　ことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の光導波路デバイスの実装構造。
  5. 　前記インタポーザに、前記ミラー部が固定される
    　ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光導波路デバイスの実装構造。
  6. 　前記光路変換部品が、ＧＩファイバを備える
    　ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光導波路デバイスの実装構造。
  7. 　前記ファイバ固定部品がフェルールであり、
    　前記フェルールがガイドピンを有し、
    　前記光路変換部品が、前記ガイドピンが嵌合するガイドピン穴を有する
    　ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光導波路デバイスの実装構造。
  8. 　前記光導波路デバイスと、前記ミラー部と、前記光路変換部品とが、モールド樹脂に覆われている
    　ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光導波路デバイスの実装構造。
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