WO2023038132A1 - 光回路基板およびそれを用いた光学部品実装構造体 - Google Patents

光回路基板およびそれを用いた光学部品実装構造体 Download PDF

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optical circuit
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義徳 中臣
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京セラ株式会社
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
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    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means

Definitions

  • the present invention relates to an optical circuit board and an optical component mounting structure using the same.
  • optical fibers capable of high-speed communication of large amounts of data have been used for information communication (for example, Patent Document 1).
  • Optical signals are transmitted and received between this optical fiber and an optical element (silicon photonics device).
  • An optical circuit board includes a wiring board having an upper surface and an optical waveguide.
  • a part of the upper surface of the wiring board is a mounting area for optical components.
  • the optical waveguide is positioned adjacent to the mounting area of the optical component on the wiring board and includes a core, a first clad and a second clad.
  • the core includes a first portion having a first upper surface and a first lower surface and a second portion having a second upper surface and a second lower surface.
  • the first clad is positioned to sandwich the first upper surface and the first lower surface of the first portion of the core, and the second clad is positioned to sandwich the second upper surface and the second lower surface of the second portion of the core.
  • the width of the second portion is greater than the width of the first portion, and the thickness of the second portion is greater than the thickness of the first portion.
  • the refractive index of the second clad is higher than the refractive index of the first clad.
  • An optical component mounting structure includes the above optical circuit board and an optical component mounted in the mounting area.
  • FIG. 1 is a plan view showing an optical component mounting structure in which a silicon photonics device and electronic components are mounted on an optical circuit board according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 2 is an enlarged explanatory view for explaining a cross section when cut in the longitudinal direction in a region X shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged explanatory view for explaining the cross-sectional shape of the core when cut in the extension direction of the core in the region Y shown in FIG. 2
  • FIG. 3 is an enlarged explanatory view for explaining a planar shape of a core in a region Y shown in FIG. 2
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the positional relationship between the first clad and the second clad when cut in the extension direction of the core;
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the positional relationship between the first clad and the second clad when cut in the extension direction of the core;
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the positional relationship between the first clad and the second clad when cut in the extension direction of the core;
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the positional relationship between the first clad and the second clad when cut in the extension direction of the core;
  • MFD mode field diameter
  • the width of the second portion is greater than the width of the first portion, and the thickness of the second portion is greater than the thickness of the first portion. Furthermore, the refractive index of the second clad is higher than the refractive index of the first clad.
  • FIG. 1 is a plan view showing an optical component mounting structure 10 in which a silicon photonics device (optical component) 4 is mounted on an optical circuit board 1 according to one embodiment of the present disclosure.
  • An optical circuit board 1 includes a wiring board 2 and an optical waveguide 3.
  • a wiring board generally used for an optical circuit board can be used.
  • a part of the upper surface of the wiring board 2 is a mounting area where the optical component 4 is mounted.
  • such a wiring board 2 includes, for example, a core board and buildup layers laminated on both sides of the core board.
  • the core substrate is not particularly limited as long as it is an insulating material. Examples of insulating materials include resins such as epoxy resins, bismaleimide-triazine resins, polyimide resins, and polyphenylene ether resins. These resins may be used in combination of two or more.
  • the core substrate usually has through-hole conductors for electrically connecting the upper and lower surfaces of the core substrate.
  • the core substrate may contain a reinforcing material.
  • reinforcing materials include insulating cloth materials such as glass fibers, glass nonwoven fabrics, aramid nonwoven fabrics, aramid fibers, and polyester fibers. Two or more reinforcing materials may be used in combination.
  • inorganic fillers such as silica, barium sulfate, talc, clay, glass, calcium carbonate, and titanium oxide may be dispersed in the core substrate.
  • the buildup layer has a structure in which insulating layers and conductor layers are alternately laminated.
  • a portion of the outermost conductor layer (the conductor layer positioned on the upper surface of the wiring board) includes a first conductor layer 21a on which the optical waveguide 3 is positioned.
  • the conductor layer is a metal layer made of metal such as copper.
  • the insulating layer included in the buildup layer is not particularly limited as long as it is an insulating material, like the core substrate. Examples of insulating materials include resins such as epoxy resins, bismaleimide-triazine resins, polyimide resins, and polyphenylene ether resins. These resins may be used in combination of two or more.
  • each insulating layer may be made of the same resin or different resins.
  • the insulating layer and the core substrate included in the buildup layer may be made of the same resin or different resins.
  • the buildup layers usually have via-hole conductors for electrically connecting the layers.
  • inorganic fillers such as silica, barium sulfate, talc, clay, glass, calcium carbonate, and titanium oxide may be dispersed in the insulating layer included in the buildup layer.
  • the optical waveguide 3 included in the optical circuit board 1 is located on the surface of the first conductor layer 21a on the surface of the wiring board 2 . More specifically, the optical waveguide 3 is located adjacent to the silicon photonics device (optical component) 4 on the wiring board 2 (adjacent to the mounting area of the optical component 4 on the wiring board 2).
  • FIG. 2 is an enlarged explanatory view for explaining a cross section when cut in the longitudinal direction in the region X shown in FIG.
  • the optical waveguide 3 has a structure in which a clad 32, a core 31 and a clad 32 are laminated in this order from the first conductor layer 21a side.
  • a core 31 included in the optical waveguide 3 is a portion through which an optical signal entering the optical waveguide 3 propagates.
  • the material forming the core 31 is not limited, and is appropriately set in consideration of, for example, light transmittance and wavelength characteristics of propagating light. Examples of materials include epoxy resin and silicone resin.
  • the refractive index of the core 31 is higher than that of the clad 32 , and the optical signal propagates through the core 31 due to such a refractive index difference.
  • the core 31 is positioned at one end of the optical waveguide 3 so as to face a silicon waveguide (Si waveguide) 41 included in the silicon photonics device 4 . That is, the side surface of the Si waveguide 41 and the side surface of the core 31 of the optical waveguide 3 are positioned to face each other. Optical signals are transmitted and received between the core 31 and the Si waveguide 41 at this end.
  • One optical waveguide 3 has a plurality of cores 31 as shown in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged explanatory view for explaining the cross-sectional shape of the core when cut in the extension direction of the core in the region Y shown in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged explanatory view for explaining the planar shape of the core in the region Y shown in FIG.
  • the core 31 includes a first portion 31a having a first upper surface 31a1 and a first lower surface 31a2, a second portion 31b having a second upper surface 31b1 and a second lower surface 31b2, and a tapered portion 31c. .
  • the first portion 31 a is positioned closer to the optical component 4
  • the second portion 31 b is positioned farther from the optical component 4 .
  • the width and thickness of the first portion 31a in plan view and cross-section view (hereinafter sometimes simply referred to as “width and thickness”) are, for example, the width and thickness of the Si waveguide 41 included in the silicon photonics device 4. set accordingly.
  • the width and thickness of the first portion 31a are determined so that the MFD (mode field diameter) of the Si waveguide 41 and the MFD of the first portion 31a facing the Si waveguide 41 are approximated. A determination method will be described later.
  • the length of the first portion 31a is not limited.
  • the first portion 31a has a relatively small width and a small adhesion force with the clad 32 . Therefore, the thickness is preferably 20 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less from the viewpoint of reducing peeling during exposure and development, which are steps of forming the first portion 31a, for example.
  • the width and thickness of the second portion 31b are greater than the width and thickness of the first portion 31a.
  • the first portion 31a and the second portion 31b are connected via a tapered portion 31c.
  • the tapered portion 31c has a width and thickness substantially the same as the width and thickness of the first portion 31a at the end on the first portion 31a side, and the width and thickness of the second portion 31b at the end on the second portion 31b side. They have approximately the same width and thickness.
  • the presence of the tapered portion 31c makes it difficult for the optical signal passing through the core 31 to be reflected, and the loss can be further reduced.
  • the central axis of the first portion 31a and the central axis of the second portion 31b may be on the same axis.
  • the transmission efficiency of optical signals is further improved.
  • the upper surface of the first portion 31a may be flush with the upper surface of the second portion 31b, and the center of the width of the first portion 31a and the center of the width of the second portion 31b may coincide in plan view. . Even with such a configuration, the transmission efficiency of the optical signal is further improved.
  • the cross-sectional shape of the first portion 31a and the second portion 31b when cut in the transverse direction is not limited, and examples thereof include polygonal shapes such as squares and rectangles, circular shapes, and elliptical shapes. Among these, a square shape is preferable in terms of optical signal transmission efficiency.
  • Cladding 32 includes a first clad 32a and a second clad 32b, as shown in FIGS.
  • the first clad 32a is positioned to sandwich the first upper surface 31a1 and the first lower surface 31a2 of the first portion 31a of the core 31, and the second clad 32b is positioned to sandwich the second upper surface 31b1 and the second upper surface 31b1 of the second portion 31b of the core 31. 2 are positioned so as to sandwich the lower surface 31b2.
  • the material forming the first clad 32a is not limited, and examples thereof include epoxy resin and silicone resin.
  • the material forming the second clad 32b is also not limited, and examples thereof include epoxy resin and silicone resin.
  • the refractive index of the second clad 32b should be made higher than the refractive index of the first clad 32a.
  • the clad 32 sandwiching the tapered portion 31c is not particularly limited, and may be either the first clad 32a or the second clad 32b. For example, a portion of the tapered portion 31 may be sandwiched between the first clads 32a and the remaining portion may be sandwiched between the second clads 32b.
  • the first clad 32a located on the side of the first lower surface 31a2 of the first portion 31a has a groove 321 along the end of the first portion 31a on the optical component 4 side, as shown in FIG. may have. Due to the presence of such a groove 321, when the sealing resin is filled between the optical component 4 and the first clad 32a located on the first lower surface 31a2 side of the first portion 31a, excess sealing resin is generated. It collects in the groove 321 . As a result, it becomes difficult for the sealing resin to flow into the opposing surfaces of the Si waveguide 41 and the first portion 31a, and transmission and reception of optical signals are less likely to be hindered.
  • the first clads 32a are positioned so as to sandwich the first upper surface 31a1 and the first lower surface 31a2 of the first portion 31a of the core 31, and the second clads 32b are located on the core 31.
  • the first clad top surface of the first clad 32a located on the first top surface 31a1 side of the first portion 31a is the second clad 32b located on the second top surface 31b1 side of the second portion 31b. may be flush with the upper surface of the second clad.
  • the height of the optical waveguide 3 can be reduced. As a result, the optical circuit board 1 can be made more compact.
  • the first clad 32a positioned on the side of the first upper surface 31a1 of the first portion 31a is located on the side of the second upper surface 31b1 of the second portion 31b. part may be covered.
  • the first clad 32a located on the first upper surface 31a1 side of the first portion 31a presses the second clad 32b located on the second upper surface 31b1 side of the second portion 31b. It will be.
  • peeling and lifting of the second clad 32b can be prevented.
  • the transmission characteristics of the optical signal can be improved.
  • the first clad 32a covers the entire second clad upper surface of the second clad 32b, the above effects are likely to be obtained.
  • the second clad 32b located on the side of the second upper surface 31b1 of the second portion 31b is located on the side of the first upper surface 31a1 of the first portion 31a. part may be covered.
  • the second clad 32b located on the second upper surface 31b1 side of the second portion 31b presses the first clad 32a located on the first upper surface 31a1 side of the first portion 31a. It will be.
  • peeling and lifting of the first clad 32a can be prevented.
  • the transmission characteristics of the optical signal can be improved.
  • the second clad 32b covers the entire first clad upper surface of the first clad 32a, the above effects are likely to be obtained.
  • the second clad 32b positioned on the second lower surface 31b2 side of the second portion 31b is positioned between the wiring board 2 and the first clad 32a positioned on the first lower surface 31a2 side of the first portion 31a.
  • the optical waveguide 3 is obtained, for example, by the following method. First, on the surface of the first conductor layer 21a located on the surface of the wiring board 2, a resin, which is the material of the second clad 32b, is placed. The resin may be arranged by coating, or may be arranged by laminating plate-like bodies such as resin films. Next, the resin, which is the material of the second clad 32b, is exposed, developed, and cured so that the second clad 32b positioned on the second lower surface 31b2 side of the second portion 31b is formed.
  • a resin which is the material of the first clad 32a, is applied so as to cover the surface of the first conductor layer 21a exposed by exposure and development and the second clad 32b located on the second lower surface 31b2 side of the second portion 31b.
  • the resin may be arranged by coating, or may be arranged by laminating plate-like bodies such as resin films.
  • the resin used as the material of the first clad 32a has a lower refractive index than the resin used as the material of the second clad 32b.
  • the resin that is the material of the first clad 32a is exposed, developed, and cured so that the first clad 32a positioned on the first lower surface 31a2 side of the first portion 31a is formed.
  • the first clad 32a By forming the first clad 32a to partially cover the second clad 32b, the thickness of the second portion 31b of the core 31 in cross section is made larger than the thickness of the first portion 31a of the core 31. can be done.
  • the end surface of the first clad 32a located on the surface of the second clad 32b may be vertical or inclined. By inclining this end face, the tapered portion 31c can be formed.
  • a resin as a material of the core 31 is arranged so as to cover the first clad 32a and the second clad 32b.
  • the resin may be arranged by coating, or may be arranged by laminating plate-like bodies such as resin films.
  • the core 31 is formed by exposing, developing, and hardening the resin that is the material of the core 31 .
  • the core 31 positioned in the first clad 32a corresponds to the first portion 31a
  • the core 31 positioned in the second clad 32b corresponds to the second portion 31b.
  • a resin which is the material of the second clad 32b, is arranged so as to cover the core 31.
  • the resin may be arranged by coating, or may be arranged by laminating plate-like bodies such as resin films.
  • the resin, which is the material of the second clad 32b is exposed, developed, and cured so that the second clad 32b located on the second upper surface 31b1 side of the second portion 31b is formed.
  • a resin which is the material of the first clad 32a, is arranged so as to cover the core 31 and the second clad 32b located on the second upper surface 31b1 side of the second portion 31b.
  • the resin may be arranged by coating, or may be arranged by laminating plate-like bodies such as resin films.
  • the resin, which is the material of the first clad 32a is exposed, developed, and cured so that the first clad 32a located on the first upper surface 31a1 side of the first portion 31a is formed.
  • the end face of the first portion 31a that is, the end face on the optical component 4 side is formed by, for example, laser processing. Furthermore, a groove 321 may be formed along the end of the first portion 31a on the optical component 4 side. Thus, the optical waveguide 3 is formed.
  • a method of adjusting the core 31 and the numerical aperture (NA) of the optical waveguide 3 is as follows.
  • the numerical aperture (NA) is a value calculated from the refractive index difference between the core and the clad, and is a parameter that determines the MFD.
  • the MFD is specified from the size of the Si waveguide 41 included in the silicon photonics device 4 .
  • the MFD of the optical waveguide 3 is determined from the MFD of the Si waveguide 41 .
  • the NA range is determined (for example, 0.1 or more).
  • a realizable diameter of core 31 (diameter of first portion 31a and diameter of second portion 31b) and NA are determined from the range of NA.
  • the necessary refractive index difference (the difference between the refractive index of the first portion 31a of the core 31 and the refractive index of the first clad 32a, the refractive index of the second portion 31b of the core 31 and the refractive index of the second clad 32b ) is determined. Based on this refractive index difference, the diameter of the first portion 31a, the diameter of the second portion 31b, the material of the first clad 32a, and the material of the second clad 32b are determined.
  • An optical component mounting structure 10 has a structure in which a silicon photonics device 4 and an electronic component 6 are mounted on an optical circuit board 1 according to an embodiment.
  • Examples of the electronic component 6 include an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and a driver IC.
  • the silicon photonics device 4 is electrically connected to the electrode 21b located in the optical component mounting area of the wiring board 2 via the solder 7.
  • the electrode 21 b is a part of the conductor layer located on the upper surface of the wiring board 2 and is located so as to be exposed through the opening of the solder resist 8 .
  • the silicon photonics device 4 is, for example, a type of optical waveguide having a core made of silicon (Si) and a clad made of silicon dioxide (SiO 2 ).
  • the silicon photonics device 4 includes the Si waveguide 41 as described above, and further includes a passivation film, a light source section, a photodetector section, and the like (not shown).
  • the Si waveguide 41 is positioned at one end of the optical waveguide 3 so as to face the first portion 31 a of the core 31 included in the optical waveguide 3 .
  • an electrical signal from the wiring board 2 is propagated through the solder 7 to the light source included in the silicon photonics device 4 .
  • the light source unit that receives the propagated electrical signal emits light.
  • the emitted optical signal is propagated through the Si waveguide 41 for signal propagation and the core 31 of the optical waveguide 3 to the optical fiber 5 connected via the optical connector 5a.
  • the optical circuit board according to the present disclosure is not limited to the optical circuit board 1 according to the embodiment described above.
  • the groove 321 is provided in the first clad 32a located on the lower surface side of the first portion 31a of the core 31 .
  • the groove is not an essential component and may be provided as necessary.
  • a tapered portion 31c exists between the first portion 31a of the core 31 and the second portion 31b of the core 31 .
  • the tapered portion 31c may not exist, and the first portion 31a and the second portion 31b may be directly connected.

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Abstract

本開示に係る光回路基板（１）は、配線基板（２）と光導波路（３）とを含む。配線基板（２）は、上面の一部が光学部品（４）の実装領域である。光導波路（３）は、配線基板（２）上における光学部品（４）の実装領域に隣接して位置し、コア（３１）、第１クラッド（３２ａ）および第２クラッド（３２ｂ）を含む。コア（３１）は、第１部分（３１ａ）と第２部分（３１ｂ）とを含む。第１クラッド（３２ａ）は、コア（３１）の第１部分（３１ａ）の上下面を挟むように位置し、第２クラッド（３２ｂ）は、コア（３１）の第２部分（３１ｂ）の上下面を挟むように位置する。第２部分（３１ｂ）の幅が第１部分（３１ａ）の幅よりも大きく、第２部分（３１ｂ）の厚みが第１部分（３１ａ）の厚みよりも大きい。第２クラッド（３２ｂ）の屈折率が、第１クラッド（３２ａ）の屈折率よりも大きい。

Description

光回路基板およびそれを用いた光学部品実装構造体
　本発明は、光回路基板およびそれを用いた光学部品実装構造体に関する。
　近年、大容量のデータを高速で通信可能な光ファイバーが情報通信に使用されている（例えば、特許文献１）。光信号の送受信は、この光ファイバーと光学素子（シリコンフォトニクスデバイス）との間で行われる。
特開２００９－２８８６１４号公報
　本開示に係る光回路基板は、上面を有する配線基板と、光導波路とを含む。配線基板の上面の一部が光学部品の実装領域である。光導波路は、配線基板上における光学部品の実装領域に隣接して位置し、コア、第１クラッドおよび第２クラッドを含む。コアは、第１上面および第１下面を有する第１部分と、第２上面および第２下面を有する第２部分とを含む。第１クラッドは、コアの第１部分の第１上面および第１下面を挟むように位置し、第２クラッドは、コアの第２部分の第２上面および第２下面を挟むように位置する。第２部分の幅が第１部分の幅よりも大きく、第２部分の厚みが第１部分の厚みよりも大きい。第２クラッドの屈折率が、第１クラッドの屈折率よりも大きい。
　本開示に係る光学部品実装構造体は、上記の光回路基板と実装領域に実装された光学部品とを含む。
本開示の一実施形態に係る光回路基板に、シリコンフォトニクスデバイスおよび電子部品が実装された光学部品実装構造体を示す平面図である。 図１に示す領域Ｘにおいて、長手方向に切断した場合の断面を説明するための拡大説明図である。 図２に示す領域Ｙにおいて、コアの延伸方向で切断した場合のコアの断面形状を説明するための拡大説明図である。 図２に示す領域Ｙにおいて、コアの平面形状を説明するための拡大説明図である。 コアの延伸方向で切断した場合の第１クラッドおよび第２クラッドの位置関係を説明するための説明図である。 コアの延伸方向で切断した場合の第１クラッドおよび第２クラッドの位置関係を説明するための説明図である。 コアの延伸方向で切断した場合の第１クラッドおよび第２クラッドの位置関係を説明するための説明図である。 コアの延伸方向で切断した場合の第１クラッドおよび第２クラッドの位置関係を説明するための説明図である。
　シリコンフォトニクスデバイスなどの光学素子と光ファイバーとの接続性を評価する際に、ＭＦＤ（モードフィールド径）と称する指標が使用される。ＭＦＤとは、光学素子や光ファイバーの中を通る光信号のうち、所定以上の強さを有する部分の光の径を意味する。一般的に、光学素子のＭＦＤと光ファイバーＭＦＤとは異なっており、その差が大きくなるほど、接続損失が大きくなる。その結果、信号品質が低下する。したがって、光学素子と光ファイバーとの接続損失を低減することが可能な光回路基板が求められている。
　本開示に係る光回路基板は、上記のように、第２部分の幅が第１部分の幅よりも大きく、第２部分の厚みが第１部分の厚みよりも大きい。さらに、第２クラッドの屈折率が、第１クラッドの屈折率よりも大きい。このような構成を有することによって、本開示に係る光回路基板によれば、光学素子と光ファイバーとの接続損失を低減することが可能となる。
　本開示に係る光回路基板を、図１～４に基づいて説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る光回路基板１に、シリコンフォトニクスデバイス（光学部品）４が実装された光学部品実装構造体１０を示す平面図である。
　本開示の一実施形態に係る光回路基板１は、配線基板２と光導波路３とを含む。一実施形態に係る光回路基板１に含まれる配線基板２としては、一般的に光回路基板に使用される配線基板が挙げられる。配線基板２の上面の一部は、光学部品４が実装される実装領域である。
　このような配線基板２は、具体的に図示していないが、例えば、コア基板と、コア基板の両面に積層されたビルドアップ層とを含む。コア基板は、絶縁性を有する素材であれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。コア基板は、通常、コア基板の上下面を電気的に接続するために、スルーホール導体を有している。
　コア基板は、補強材を含んでいてもよい。補強材としては、例えば、ガラス繊維、ガラス不織布、アラミド不織布、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの絶縁性布材が挙げられる。補強材は２種以上を併用してもよい。さらに、コア基板には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機フィラーが、分散されていてもよい。
　ビルドアップ層は、絶縁層と導体層とが交互に積層された構造を有している。最表面の導体層（配線基板の上面に位置する導体層）の一部は、光導波路３が位置する第１導体層２１ａを含んでいる。導体層は、例えば銅などの金属で形成された金属層である。ビルドアップ層に含まれる絶縁層は、コア基板と同様、絶縁性を有する素材であれば特に限定されない。絶縁性を有する素材としては、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド－トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの樹脂が挙げられる。これらの樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。
　ビルドアップ層に絶縁層が２層以上存在する場合、それぞれの絶縁層は、同じ樹脂でもよく、異なる樹脂でもよい。ビルドアップ層に含まれる絶縁層とコア基板とは、同じ樹脂でもよく、異なる樹脂でもよい。ビルドアップ層は、通常、層間を電気的に接続するためのビアホール導体を有している。
　さらに、ビルドアップ層に含まれる絶縁層には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機フィラーが、分散されていてもよい。
　図２に示すように、一実施形態に係る光回路基板１に含まれる光導波路３は、配線基板２の表面の第１導体層２１ａの表面に位置している。より詳細には、光導波路３は、配線基板２上において、シリコンフォトニクスデバイス（光学部品）４に隣接して（配線基板２上における光学部品４の実装領域に隣接して）位置している。図２は、図１に示す領域Ｘにおいて、長手方向に切断した場合の断面を説明するための拡大説明図である。光導波路３は、第１導体層２１ａ側からクラッド３２、コア３１およびクラッド３２の順に積層された構造を有している。
　光導波路３に含まれるコア３１は、光導波路３に侵入した光信号が伝搬する部分である。コア３１を形成している材料は限定されず、例えば、光の透過性や伝搬する光の波長特性などを考慮して、適宜設定される。材料としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。コア３１の屈折率は、クラッド３２の屈折率よりも大きく、このような屈折率差により光信号がコア３１を伝搬していく。
　図３および４に示すように、コア３１は、光導波路３の一方の端部において、シリコンフォトニクスデバイス４に含まれるシリコン導波路（Ｓｉ導波路）４１と対向するように位置している。すなわち、Ｓｉ導波路４１の側面と、光導波路３のコア３１の側面とが対向するように位置している。この端部において、コア３１とＳｉ導波路４１との間で光信号の送受信が行われる。１つの光導波路３は、図４に示すように複数のコア３１を有している。図３は、図２に示す領域Ｙにおいて、コアの延伸方向で切断した場合のコアの断面形状を説明するための拡大説明図である。図４は、図２に示す領域Ｙにおいて、コアの平面形状を説明するための拡大説明図である。
　図３および４に示すように、コア３１は、第１上面３１ａ１および第１下面３１ａ２を有する第１部分３１ａ、第２上面３１ｂ１および第２下面３１ｂ２を有する第２部分３１ｂおよびテーパー部分３１ｃを含む。コア３１の中でも、第１部分３１ａは、光学部品４に近い側に位置しており、第２部分３１ｂは、光学部品４から遠い側に位置している。第１部分３１ａの平面視における幅および断面視における厚み（以下、単に「幅および厚み」と記載する場合がある）は、例えば、シリコンフォトニクスデバイス４に含まれるＳｉ導波路４１の幅および厚みに応じて、設定される。具体的には、Ｓｉ導波路４１のＭＦＤ（モードフィールド径）と、Ｓｉ導波路４１に対向する第１部分３１ａのＭＦＤとを近似させるように、第１部分３１ａの幅および厚みを決定する。決定方法については、後述する。第１部分３１ａの長さは限定されない。第１部分３１ａは比較的幅が小さくクラッド３２との密着力が小さい。そのため、例えば第１部分３１ａの形成工程である露光および現像時に剥離を低減して製造できる観点で、２０μｍ以上５００μｍ以下であるのがよい。
　第２部分３１ｂの幅および厚みは、第１部分３１ａの幅および厚みよりも大きい。第１部分３１ａと第２部分３１ｂとは、テーパー部分３１ｃを介して接続されている。テーパー部分３１ｃは、第１部分３１ａ側の端部が第１部分３１ａの幅および厚みと略同じ幅および厚みを有し、第２部分３１ｂ側の端部が第２部分３１ｂの幅および厚みと略同じ幅および厚みを有している。テーパー部分３１ｃが存在していることによって、コア３１を通る光信号が反射しにくく、損失をより低減することができる。
　第１部分３１ａの中心軸と第２部分３１ｂの中心軸とが同一軸上にあってもよい。第１部分３１ａの中心軸と第２部分３１ｂの中心軸とが同一軸上にあると、光信号の伝送効率がより向上する。
　あるいは、第１部分３１ａの上面が、第２部分３１ｂの上面と面一であり、平面視で第１部分３１ａの幅の中心と第２部分３１ｂの幅の中心とが一致していてもよい。このような構成であっても、光信号の伝送効率がより向上する。
　第１部分３１ａおよび第２部分３１ｂの短手方向で切断した際の断面形状は限定されず、例えば、正方形、長方形などの多角形状、円形状、楕円形状などが挙げられる。これらの中でも、光信号の伝送効率の点で、正方形状であるのがよい。
　図２に示すように、コア３１の上下面にはクラッド３２が位置している。クラッド３２は、図３および４に示すように、第１クラッド３２ａおよび第２クラッド３２ｂを含む。第１クラッド３２ａは、コア３１の第１部分３１ａの第１上面３１ａ１および第１下面３１ａ２を挟むように位置し、第２クラッド３２ｂは、コア３１の第２部分３１ｂの第２上面３１ｂ１および第２下面３１ｂ２をを挟むように位置している。
　第１クラッド３２ａを形成している材料は限定されず、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。第２クラッド３２ｂを形成している材料も限定されず、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。一実施形態に係る光回路基板１において、第２クラッド３２ｂの屈折率は、第１クラッド３２ａの屈折率よりも大きくなるようにすればよい。テーパー部分３１ｃを挟むクラッド３２は、特に限定されず、第１クラッド３２ａまたは第２クラッド３２ｂのいずれであっても構わない。例えば、テーパー部分３１の一部が第１クラッド３２ａにより挟まれ、残りの一部が第２クラッド３２ｂにより挟まれていても構わない。
　第１クラッド３２ａにおいて、第１部分３１ａの第１下面３１ａ２側に位置する第１クラッド３２ａは、図３に示すように、第１部分３１ａの光学部品４側の端部に沿った溝３２１を有していてもよい。このような溝３２１が存在することによって、光学部品４と第１部分３１ａの第１下面３１ａ２側に位置する第１クラッド３２ａとの間に封止樹脂を充填する場合、過剰な封止樹脂が溝３２１に溜まる。その結果、Ｓｉ導波路４１と第１部分３１ａとの対向面に封止樹脂が流れ込みにくくなり、光信号の送受信が阻害されにくくなる。
　クラッド３２の配置について、上記のように、第１クラッド３２ａは、コア３１の第１部分３１ａの第１上面３１ａ１および第１下面３１ａ２を挟むように位置し、第２クラッド３２ｂは、コア３１の第２部分３１ｂの第２上面３１ｂ１および第２下面３１ｂ２を挟むように位置していれば、限定されない。例えば、図５に示すように、第１部分３１ａの第１上面３１ａ１側に位置する第１クラッド３２ａの第１クラッド上面が、第２部分３１ｂの第２上面３１ｂ１側に位置する第２クラッド３２ｂの第２クラッド上面と面一であってもよい。図５に示すような位置関係であれば、光導波路３の高さを低くすることができる。その結果、光回路基板１をより小型化することができる。
　図６に示すように、第１部分３１ａの第１上面３１ａ１側に位置する第１クラッド３２ａが、第２部分３１ｂの第２上面３１ｂ１側に位置する第２クラッド３２ｂの第２クラッド上面の一部を被覆していてもよい。図６に示すような位置関係であれば、第１部分３１ａの第１上面３１ａ１側に位置する第１クラッド３２ａが、第２部分３１ｂの第２上面３１ｂ１側に位置する第２クラッド３２ｂを押さえることになる。その結果、第２クラッド３２ｂの剥離および浮き上がりを防止することができる。さらに、第１クラッド３２ａと第２クラッド３２ｂとの隙間に異物が入り込むことを低減することで光信号の伝送特性を向上できる。第１クラッド３２ａが第２クラッド３２ｂの第２クラッド上面を全て被覆している場合に上記効果を得やすい。
　図７に示すように、第２部分３１ｂの第２上面３１ｂ１側に位置する第２クラッド３２ｂが、第１部分３１ａの第１上面３１ａ１側に位置する第１クラッド３２ａの第１クラッド上面の一部を被覆していてもよい。図７に示すような位置関係であれば、第２部分３１ｂの第２上面３１ｂ１側に位置する第２クラッド３２ｂが、第１部分３１ａの第１上面３１ａ１側に位置する第１クラッド３２ａを押さえることになる。その結果、第１クラッド３２ａの剥離および浮き上がりを防止することができる。さらに、第１クラッド３２ａと第２クラッド３２ｂとの隙間に異物が入り込むことを低減することで光信号の伝送特性を向上できる。第２クラッド３２ｂが第１クラッド３２ａの第１クラッド上面を全て被覆している場合に上記効果を得やすい。
　図８に示すように、第２部分３１ｂの第２下面３１ｂ２側に位置する第２クラッド３２ｂが、第１部分３１ａの第１下面３１ａ２側に位置する第１クラッド３２ａと配線基板２との間に延在していてもよい。図８に示すような位置関係であれば、コア３１の下面側に位置するクラッド３２（下部クラッド）において、コア３１の延伸方向と垂直な方向に境目が存在しない。すなわち、コア３１の下面側において、第１クラッド３２ａと第２クラッド３２ｂとの境目が存在しない。その結果、光導波路３の平坦性がより向上する。
　一実施形態に係る光回路基板１において、光導波路３は、例えば下記の方法によって得られる。まず、配線基板２の表面に位置している第１導体層２１ａの表面に、第２クラッド３２ｂの材料となる樹脂を配置する。この樹脂は、塗工によって配置してもよく、樹脂フィルムのような板状体を積層させて配置してもよい。次いで、第２部分３１ｂの第２下面３１ｂ２側に位置する第２クラッド３２ｂが形成されるように、第２クラッド３２ｂの材料となる樹脂を露光および現像したのち硬化させる。
　次いで、露光および現像によって露出した第１導体層２１ａの表面、ならびに第２部分３１ｂの第２下面３１ｂ２側に位置する第２クラッド３２ｂを被覆するように、第１クラッド３２ａの材料となる樹脂を配置する。この樹脂は、塗工によって配置してもよく、樹脂フィルムのような板状体を積層させて配置してもよい。第１クラッド３２ａの材料となる樹脂は、第２クラッド３２ｂの材料となる樹脂よりも、屈折率が小さい樹脂を使用する。
　次いで、第１部分３１ａの第１下面３１ａ２側に位置する第１クラッド３２ａが形成されるように、第１クラッド３２ａの材料となる樹脂を露光および現像したのち硬化させる。第１クラッド３２ａが第２クラッド３２ｂの一部を被覆するように形成することによって、コア３１の第２部分３１ｂの断面視における厚みを、コア３１の第１部分３１ａの厚みよりも大きくすることができる。第２クラッド３２ｂの表面に位置している第１クラッド３２ａの端面は、垂直でもよく、傾斜していてもよい。この端面を傾斜させることによって、テーパー部分３１ｃを形成することができる。
　第１クラッド３２ａおよび第２クラッド３２ｂを被覆するように、コア３１の材料となる樹脂を配置する。この樹脂は、塗工によって配置してもよく、樹脂フィルムのような板状体を積層させて配置してもよい。コア３１の材料となる樹脂を露光および現像したのち硬化させ、コア３１を形成する。第１クラッド３２ａに位置しているコア３１が第１部分３１ａに相当し、第２クラッド３２ｂに位置しているコア３１が第２部分３１ｂに相当する。
　次いで、コア３１を被覆するように、第２クラッド３２ｂの材料となる樹脂を配置する。この樹脂は、塗工によって配置してもよく、樹脂フィルムのような板状体を積層させて配置してもよい。次いで、第２部分３１ｂの第２上面３１ｂ１側に位置する第２クラッド３２ｂが形成されるように、第２クラッド３２ｂの材料となる樹脂を露光および現像したのち硬化させる。
　次いで、コア３１および第２部分３１ｂの第２上面３１ｂ１側に位置する第２クラッド３２ｂを被覆するように、第１クラッド３２ａの材料となる樹脂を配置する。この樹脂は、塗工によって配置してもよく、樹脂フィルムのような板状体を積層させて配置してもよい。次いで、第１部分３１ａの第１上面３１ａ１側に位置する第１クラッド３２ａが形成されるように、第１クラッド３２ａの材料となる樹脂を露光および現像したのち硬化させる。
　次いで、第１部分３１ａの端面、すなわち光学部品４側の端面を、例えばレーザ加工などによって形成する。さらに、第１部分３１ａの光学部品４側の端部に沿うように、溝３２１を形成してもよい。このようにして、光導波路３が形成される。
　光導波路３のコア３１と開口数（ＮＡ）を調整する方法は、次の通りである。開口数（ＮＡ）とは、コアとクラッドとの屈折率差から算出される値であり、ＭＦＤを決定するパラメータである。
　まず、シリコンフォトニクスデバイス４に含まれるＳｉ導波路４１の大きさからＭＦＤを特定する。Ｓｉ導波路４１のＭＦＤから、光導波路３のＭＦＤが決定される。次いで、光導波路３のＭＦＤに基づいて、ＮＡの範囲が決定される（例えば、０．１以上）。ＮＡの範囲から実現可能なコア３１の径（第１部分３１ａの径および第２部分３１ｂの径）およびＮＡが決定される。このＮＡから、必要な屈折率差（コア３１の第１部分３１ａの屈折率と第１クラッド３２ａの屈折率との差、コア３１の第２部分３１ｂの屈折率と第２クラッド３２ｂの屈折率との差）が決定される。この屈折率差に基づいて、第１部分３１ａの径、第２部分３１ｂの径、第１クラッド３２ａの材料、および第２クラッド３２ｂの材料を決定する。
　次に、本開示の光学部品実装構造体について説明する。本開示の一実施形態に係る光学部品実装構造体１０は、一実施形態に係る光回路基板１にシリコンフォトニクスデバイス４および電子部品６が実装された構造を有している。電子部品６としては、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ドライバＩＣなどが挙げられる。
　シリコンフォトニクスデバイス４は、図２に示すように、配線基板２の光学部品の実装領域に位置する電極２１ｂとはんだ７を介して電気的に接続されている。電極２１ｂは、配線基板２の上面に位置する導体層の一部であり、ソルダーレジスト８の開口部から露出するように位置している。
　シリコンフォトニクスデバイス４は、例えばケイ素（Ｓｉ）をコアとし、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）をクラッドとする光導波路の１種である。シリコンフォトニクスデバイス４は、上述のようにＳｉ導波路４１を含み、図示していないが、パッシベーション膜、光源部、光検出部などをさらに含んでいる。図３および４に示すように、Ｓｉ導波路４１は、光導波路３の一方の端部において、光導波路３に含まれるコア３１の第１部分３１ａと対向するように位置している。
　例えば、配線基板２からの電気信号が、はんだ７を介してシリコンフォトニクスデバイス４に含まれる光源部に伝搬される。伝搬された電気信号を受信した光源部は発光する。発光した光信号が信号伝播用のＳｉ導波路４１および光導波路３のコア３１を経由して、光コネクター５ａを介して接続されている光ファイバー５に伝播される。
　本開示に係る光回路基板は、上述の一実施形態に係る光回路基板１に限定されない。上述の一実施形態に係る光回路基板１には、コア３１の第１部分３１ａの下面側に位置する第１クラッド３２ａに溝３２１が設けられている。しかし、本開示に係る光回路基板において、溝は必須の構成要件ではなく必要に応じて設ければよい。
　さらに、上述の一実施形態に係る光回路基板１には、コア３１の第１部分３１ａとコア３１の第２部分３１ｂとの間にテーパー部分３１ｃが存在している。しかし、本開示に係る光回路基板において、テーパー部分３１ｃは存在していなくてもよく、第１部分３１ａと第２部分３１ｂとが直接繋がっていてもよい。
　１　　光回路基板
　２　　配線基板
　２１ａ　第１導体層
　２１ｂ　電極
　２３　絶縁層
　３　　光導波路
　３１　コア
　３１ａ　第１部分
　３１ａ１　第１上面
　３１ａ２　第１下面
　３１ｂ　第２部分
　３１ｂ１　第２上面
　３１ｂ２　第２下面
　３１ｃ　テーパー部分
　３２　クラッド
　３２ａ　第１クラッド
　３２ｂ　第２クラッド
　３２１　溝
　４　　シリコンフォトニクスデバイス（光学部品）
　４１　シリコン導波路（Ｓｉ導波路）
　５　　光ファイバー
　５ａ　光コネクター
　６　　電子部品
　７　　はんだ
　８　　ソルダーレジスト
　１０　光学部品実装構造体

Claims (13)

  1. 　上面を有する配線基板と、光導波路とを含み、
    　前記配線基板の前記上面の一部が光学部品の実装領域であり、
    　前記光導波路は、前記配線基板上における前記光学部品の実装領域に隣接して位置し、コア、第１クラッドおよび第２クラッドを含み、
    　前記コアは、第１上面および第１下面を有する第１部分と、第２上面および第２下面を有する第２部分とを含み、
    　前記第１クラッドは、前記コアの前記第１部分の前記第１上面および前記第１下面を挟むように位置し、
    　前記第２クラッドは、前記コアの前記第２部分の前記第２上面および前記第２下面を挟むように位置し、
    　前記第２部分の幅が、前記第１部分の幅よりも大きく、
    　前記第２部分の厚みが、前記第１部分の厚みよりも大きく、
    　前記第２クラッドの屈折率が、前記第１クラッドの屈折率よりも大きい、
    光回路基板。
  2. 　前記コアは、前記第１部分と前記第２部分との間において、前記第２部分の端部から、前記第１部分の端部にかけて幅および厚みが小さくなるテーパー部分を有する、請求項１に記載の光回路基板。
  3. 　前記第１部分の前記第１下面側に位置する前記第１クラッドが、前記第１部分の前記光学部品側の端部に沿った溝を有する、請求項１または２に記載の光回路基板。
  4. 　前記第１部分の前記第１上面側に位置する前記第１クラッドの第１クラッド上面が、前記第２部分の前記第２上面側に位置する前記第２クラッドの第２クラッド上面と面一である、請求項１～３のいずれかに記載の光回路基板。
  5. 　前記第１部分の前記第１上面側に位置する前記第１クラッドが、前記第２部分の前記第２上面側に位置する前記第２クラッドの第２クラッド上面の一部を被覆している、請求項１～３のいずれかに記載の光回路基板。
  6. 　前記第２部分の前記第２上面側に位置する前記第２クラッドが、前記第１部分の前記第１上面側に位置する前記第１クラッドの第１クラッド上面の一部を被覆している、請求項１～３のいずれかに記載の光回路基板。
  7. 　前記第２部分の前記第２下面側に位置する前記第２クラッドが、前記第１部分の前記第１下面側に位置する前記第１クラッドと前記配線基板との間に延在している、請求項１～６のいずれかに記載の光回路基板。
  8. 　前記第１部分の前記第１上面が、前記第２部分の前記第２上面と面一であり、
    　平面視で前記第１部分の幅の中心と前記第２部分の幅の中心とが一致している請求項１～７のいずれかに記載の光回路基板。
  9. 　前記第１部分の中心軸と前記第２部分の中心軸とが同一軸上にある、請求項１～７のいずれかに記載の光回路基板。
  10. 　前記第１部分の断面および前記第２部分の断面が正方形状を有している、請求項１～９のいずれかに記載の光回路基板。
  11. 　前記配線基板と前記光導波路との間に、導体が位置している、請求項１～１０のいずれかに記載の光回路基板。
  12. 　請求項１～１１のいずれかに記載の光回路基板と、前記実装領域に実装された光学部品とを含む、光学部品実装構造体。
  13. 　前記光学部品がシリコンフォトニクスデバイスであり、該シリコンフォトニクスデバイスがシリコン導波路を有し、
    　該シリコン導波路が、前記コアの前記第１部分と対向するように位置している、請求項１２に記載の光学部品実装構造体。
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