(57)【要約】基板上に形成した光導波路と光電変換素子又は光導波路アレイコネクタとの光接続において、部品数及び作製工程数を低減し、最も効率的に配線高密度化が可能となる光導波路配線及び光路変換ミラー構造を有する光電気混載回路実装基板と装置の提供。基板１０上に積層された、クラッド層１１に囲まれた配線コアから形成された光導波路層１２と、光導波路層１２のそれぞれの配線コア１３、１４と直交するようにテーパ面を有するコア１５、１６が配置され、テーパ面付コア１５、１６のテーパ表面１５ａ、１６ａは直交する配線部コアにてそれぞれ埋め込まれており、配線部コア内の伝播光が第一のテーパ面付コア１５にて光路変換される第一のコア１３と、第一のテーパ面付コア１５内を通過し、第二のテーパ面付コア１６で光路変換される第二のコア１４がそれぞれ交互に配置される構成。
2008035466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に積層されたクラッド層と、
前記クラッド層上に形成され、長手方向の少なくとも一面にテーパ面を有する第１のテーパ面付コアが少なくとも一対と、
前記クラッド層上に形成された配線コアとを有し、
前記テーパ面上の所定の領域に、入射光を所望の方向に光路変換する反射面を有する反射部と、前記配線コア中を伝搬して前記テーパ面に達した入射光が、さらに前記入射光の進行方向に伝搬し前記第１のテーパ面付コアを透過する光透過部とを有し、
前記配線コアは、前記反射部および前記光透過部において交叉するように配設されていることを特徴とする光導波路基板。
【請求項２】
前記第１のテーパ面付コアの各々と並行して前記クラッド層上に形成された第２のテーパ面付コアを少なくとも一対有し、
前記第２のテーパ面付コアの各々は、対を成す前記第１のテーパ面付コアを挟むように配置され、
前記光透過部から前記第２のテーパ面付コアへ向けて延設された前記配線コアが、前記第２のテーパ面付コアと交叉する領域のテーパ面上に、前記入射光を所望の方向に光路変換する第２の反射部を有することを特徴とする請求項１に記載の光導波路基板。
【請求項３】
前記クラッド層の屈折率をｎ１、前記配線コアの屈折率をｎ２、前記第１および第２のテーパ面付コアの屈折率をｎ３とした時、それぞれがｎ１＜ｎ２≦ｎ３の関係を有することを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板。
【請求項４】
前記第１および第２のテーパ面付コアは、それぞれ一体成形された連続体からなることを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板。
【請求項５】
前記第１および第２の反射部は、それぞれ金属材料からなることを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板。
【請求項６】
前記配線コア、前記クラッド層、および前記第１および第２のテーパ面付コアが、それぞれ感光性ポリマ材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板。
【請求項７】
前記テーパ面が、前記前記第１および第２のテーパ面付コアの両側面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板。
【請求項８】
前記第１および前記第２のテーパ面付コアの上方に設けられた光素子アレイを有し、
前記配線コアを伝播する光が、前記第１の反射部もしくは前記第２の反射部を介して前記光素子との間で光の授受がなされることを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板。
【請求項９】
前記光素子アレイが、面発光ダイオードあるいは面受光ダイオードで構成されている請求項８に記載の光導波路基板。
【請求項１０】
前記光素子アレイが、コネクタを有する光ファイバで構成されている請求項８に記載の光導波路基板。
【請求項１１】
基板上に形成された第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成され入射光を伝搬する第１の配線コアとを具備してなる第１の光導波路層と、
前記第１の光導波路層上に形成された第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層上に形成され入射光を伝搬する第２の配線コアとを具備してなる第２の光導波路層と、
前記第１および第２の配線コアにそれぞれ交叉するように設けられた長手方向の少なくとも一面にテーパ面を有する第１および第２のテーパ面付コアをそれぞれ少なくとも一対有し、
前記第１および第２のテーパ面付コアの各々のテーパ面上に、入射光を所望の方向に光路変換する反射面を有する第１および第２の反射部と、前記第１および第２の配線コア中を伝搬して前記各々のテーパ面に達した入射光が、さらに前記入射光の進行方向に伝搬し前記第１および第２のテーパ面付コアを透過する第１および第２の光透過部が設けられ、
前記第１および第２の配線コアは、前記第１および第２の反射部並びに前記第１および第２の光透過部のそれぞれにおいて交叉するように配設され、
前記第１のテーパ面付コアと並行して前記第１のクラッド層上に形成された第３のテーパ面付コアと、前記第２のテーパ面付コアと並行して前記第２のクラッド層上に形成された第４のテーパ面付コアとをそれぞれ少なくとも一対有し、
前記第３のテーパ面付コアは、対を成す前記第１のテーパ面付コアを挟むように配置され、
前記第４のテーパ面付コアは、対を成す前記第２のテーパ面付コアを挟むように配置され、
前記第１の光透過部から前記第３のテーパ面付コアへ向けて延設された第３の配線コアが、前記第３のテーパ面付コアと交叉する領域のテーパ面上に、前記入射光を所望の方向に光路変換する第３の反射部を有し、
前記第２の光透過部から前記第４のテーパ面付コアへ向けて延設された第４の配線コアが、前記第４のテーパ面付コアと交叉する領域のテーパ面上に、前記入射光を所望の方向に光路変換する第４の反射部を有することを特徴とする光導波路基板。
【請求項１２】
前記第１および第２のクラッド層の屈折率をｎ１、前記第１および第２の配線コアの屈折率をｎ２、前記第１乃至第４のテーパ面付コアの屈折率をｎ３とした時、それぞれがｎ１＜ｎ２≦ｎ３の関係を有することを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項１３】
前記第１乃至第４のテーパ面付コアは、それぞれ一体成形された連続体からなることを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項１４】
前記第１乃至第４の反射部は、それぞれ金属材料からなることを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項１５】
前記第１および第２の配線コア、第１および第２のクラッド層、および第１乃至第４のテーパ面付コアが、それぞれ感光性ポリマ材料で形成されることを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項１６】
前記テーパ面が、前記前記第１乃至第４のテーパ面付コアのぞれぞれの両側面に形成されていることを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項１７】
前記第１乃至第４の反射部の上方にあって前記第２の光導波路層上に形成された第３のクラッド層上に設けられた光素子アレイを有し、
前記第１のテーパ面付コアを伝搬する光が、前記第１の反射部もしくは前記第１の光透過部を通過して前記第３の反射部を介して光路変換されて前記光素子アレイとの間で光の授受がなされ、または、前記第１の反射部および前記第２の反射部を介して前記第２のテーパ面付コアを伝搬する光が、前記光素子アレイとの間で光の授受がなされることを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項１８】
前記光素子アレイが、面発光ダイオードあるいは面受光ダイオードで構成されている請求項１７記載の光導波路基板。
【請求項１９】
前記光素子アレイが、コネクタを有する光ファイバで構成されている請求項１７記載の光導波路基板。
【請求項２０】
前記第２の光導波路層上にさらに光導波路層が、クラッド層を介して基板の厚さ方向に複数層積層され、
前記複数層積層された光導波路層の最上層の上面に、前記光導波路層の各々に設けられたテーパ面付コアのテーパ面に対応する位置に光素子アレイがそれぞれ載置され、
前記配線コアと前記光素子アレイとの光の授受が、前記テーパ面付コアを介して行われることを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項２１】
基板上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層上に形成され長手方向の少なくとも一面にテーパ面を有するテーパ面付コアとを具備してなる光導波路層が複数と、
前記テーパ面上の所定の領域に、入射光を所望の方向に光路変換する反射面を有する反射部と、前記配線コア中を伝搬して前記テーパ面に達した入射光が、さらに前記入射光の進行方向に伝搬し前記テーパ面付コアを透過する光透過部とを備え、前記反射部および前記光透過部において交叉するように前記クラッド層上に配設された入射光を伝搬する配線コアとを有し、
前記光導波路層上に設けられた受光素子、発光素子、および集積回路素子と、
前記集積回路素子に電力を供給すべく前記基板に設けられた電気配線と、
前記複数の光導波路層の一つに入射光を導入する光ファイバを有する入力側光コネクタと、
前記光導波路層上にさらに形成され前記複数の光導波路層の他の一つから光を出力する前記テーパ面付コアを含む出力側光コネクタとを有し、
前記受光素子は、前記複数の光導波路層の一つから前記入射光を受光し、前記入射光に応じた電気信号を前記集積回路素子へ送信し、
前記発光素子は、前記集積回路素子から送信される電気信号に応じて前記複数の光導波路層の他の一つに対して光信号を供給し、前記出力側光コネクタを介して、前記光信号を外部へ送信することを特徴とする光電気混載回路実装基板。
【請求項２２】
前記基板上に前記光導波路層と前記クラッド層とを交互に積層して形成された少なくとも２層の光導波路層を有し、
前記積層された光導波路層の最上層上面に受光素子、発光素子および集積回路素子を設けたことを特徴とする請求項２１に記載の光電気混載回路実装基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路基板および光電気混載回路実装基板に係り、特に、伝送装置内においてボード間で送受信される大容量光信号を一括処理する光電気混載回路実装基板の光配線構造と光接続部の実装方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年情報通信分野において、光を用いて大容量のデータを高速でやりとりする通信トラフィックの整備が急速に行われつつあり、これまで基幹、メトロ、アクセス系といった数ｋｍ以上の比較的長い距離について光ファイバ網が展開されてきた。今後はさらに、伝送装置間（数ｍ〜数百ｍ）、或いは装置内（数ｃｍ〜数十ｃｍ）といった極めて近距離についても、大容量データを遅延なく処理するため、信号配線を光化することが有効である。【０００３】
伝送装置内の光配線化に関して、例えばルータ／スイッチ装置では、イーサなど外部から光ファイバを通して伝送された高周波信号をラインカードに入力する。このラインカードは１枚のバックプレーンに対して数枚で構成されており、各ラインカードへの入力信号はさらにバックプレーンを介してスイッチカードに集められ、スイッチカード内のＬＳＩにて処理した後、再度バックプレーンを介して各ラインカードに出力している。ここで、現状の装置では各ラインカードから現状３００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の信号がバックプレーンを介してスイッチカードに集まる。これを現状の電気配線で伝送するには、伝播損失の関係で配線１本あたり１〜３Ｇｂｉｔ／ｓ程度に分割する必要があるため、１００本以上の配線数が必要となる。【０００４】
さらに、これら高周波線路に対して波形成形回路や、反射、或いは配線間クロストークの対策が必要である。今後、さらにシステムの大容量化が進み、Ｔｂｉｔ／ｓ以上の情報を処理する装置になると、従来の電気配線では配線本数やクロストーク対策等の課題がますます深刻となってくる。これに対し、装置内ラインカード〜バックプレーン〜スイッチカードのボード間の信号伝送線路を光化することによって、１０Ｇｂｐｓ以上の高周波信号を低損失で伝播可能となるため、配線本数が少なくすむことと、高周波信号に対しても上記の対策が必要無くなるため有望である。【０００５】
このような大容量の光インターコネクション回路を実現するためには光配線の高密度化と作製方法が容易な基板実装技術が必要となる。配線の高密度化に関して、多層光導波路アレイと光電変換素子アレイとを高密度で光接続した実装形態の一例が特許文献１に開示されている。これを図１０に示す。この例では、２次元的に複数本配列した光導波路アレイなどの光配線層１０１Ａ、１０１Ｂをさらに基板の厚み方向に多層積層し、基板表面に搭載した面発（受）光型の光電変換素子アレイ１００と光接続することで、より小さい実装面積で配線の高密度化が図れるため有効である。また、前記光導波路アレイ内伝播光を基板垂直方向に光路変換する為のミラー部１０６は、光導波路アレイ１０１Ａ、１０１Ｂの末端部を同列に配置する事で、切削等により複数本のコアをまとめて形成可能なため、この部分の作製工程が簡便である。【０００６】
さらに、同層内にて光配線層と光電変換素子アレイとを高密度で光接続した実装形態の他の例が特許文献２に開示されている。これを図１１に示す。この例では、複数個並べられた光導波路コア１１０において、隣接するコア間の光入出射部の位置を光の導波方向にずれて配置している。同様に、コアの光入出射部に対応して配される光電変換素子アレイ１１２もまた、前記導波方向にずれて配置し双方を光接続している。それぞれ隣接するコア間或いは光電変換素子間におけるクロストークなどの影響を低減しつつ、光配線と光電変換素子の集積密度をより向上させることができる。【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１１４３６５号公報
【特許文献２】特開２００５−３４０５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示される多層光導波路アレイと光電変換素子アレイとの光接続では、同一エリア内にて更なる高密度化を考慮した場合、光電変換素子アレイ及び光導波路アレイのチャンネル間ピッチを狭くすれば良い。しかしながら、ピッチを狭くしすぎるとそれぞれ隣接するコア間或いは光電変換素子間における光のクロストークなどの影響が生じるため、同構造における狭ピッチ化には限界がある。また、他の手段として光導波路アレイの層数を大きくする事でも高密度化が可能となるが、この場合層数を大きくする事で光導波路と光電変換素子との物理的距離が離れるため、同特許文献１に開示されているようなビーム拡がりによる光接続損失の抑制構造を施す必要がある。これにより部品数や作製工程の増大及び歩留まりの悪化の要因となるため、多層化にも限界がある。【０００９】
一方、特許文献２に開示される方式において、同層内で光配線と光電変換素子をそれぞれ千鳥状に配置する事で配線の高密度化を図っているが、光導波路コアの光路変換ミラーを作製する際には前述した切削等で複数本のコアをまとめて形成する事は出来ない。このため、それぞれ導波方向にずれて配置されたコアの末端部一つ一つに対してミラー部を作製する必要があり、これによって部品数や作製工程の増大及び歩留まりの悪化の要因となる。なお、上記切削以外ではあらかじめ別で作製したマイクロプリズムミラーを光導波路上に実装する方式においても、千鳥配置の光導波路に対しては上記と同じ課題が生じる。【００１０】
さらに別方式として、マスクを用いたリソグラフィによって、面内に千鳥配置された各光導波路のミラー部を一括形成する事も可能性の一つとして挙げられる。しかし上記方式では、コアに対して斜めにビームを照射して精度良く且つ面内均一に４５°ミラーを形成する事が困難である。また、構造的な課題も生じる。これを図９を用いて説明する。図9のようにテーパ面付コア１５と配線コア１４のパターン形成工程をそれぞれ分けて作製する場合、図９のＡ´で示すテーパ面付コア１５の幅は位置合せずれを考慮してコア幅Ａよりも充分に大きくする必要がある為、これによって狭ピッチ化に不利となる。また、配線コアとテーパ面付コア間の隙間Ｂが接近する事によりコア１４とテーパ面付コア１５をクラッド１１で埋め込む際に空洞等が生じる懸念性があり、歩留まり悪化の原因となる。【００１１】
したがって、本発明の目的は基板上に形成した光導波路と光電変換素子又は光導波路アレイコネクタとの光接続において、部品数及び作製工程数を低減し低価格化を実現できると共に、最も効率的に配線高密度化が可能となる光導波路配線及び光路変換ミラー構造を有する光電気混載回路実装基板およびそれを用いた装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では上記課題を解決するために、基板平面上で複数の配線部コアと直交し、基板垂直軸に対して光素子に対応する位置で光路を９０°変換する機能を有するテーパ面付コアを設ける。すなわち、光導波路の上面に配置された素子、例えば、発光素子からの出射光は前記テーパ面付コアで光路が９０°変換されて配線部コアの中を伝播する。伝播した光は、他の位置に設けられたテーパ面付コアにて光路が９０°変換されて光導波路の上面に向かい、この位置の光導波路の上面に設けられた素子、例えば、面受光ダイオードで受光される。この際、本発明では、テーパ面付コアのテーパ表面は直交する配線部コアにてそれぞれ埋め込まれており、配線部コア内の伝播光が第一のテーパ面付コアにて光路変換される第一のコアと、第一のテーパ面付コア内を通過し、第二のテーパ面付コア部で光路変換される第二のコアがそれぞれ交互に配置されている事によって、高密度に配置された複数の配線部コア及び光素子アレイとの光の授受が共通のミラー機能を有する部分を介して行われるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板上に形成した光導波路と光素子アレイ又は光コネクタとの光接続において、部品数及び作製工程数を低減し低価格化を実現できると共に、最も効率的に配線高密度化が可能となる光導波路配線及び光路変換構造を有する光電気混載回路実装基板およびそれを用いた装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に詳細に実施例を説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の第一の実施例である光電気混載回路実装基板１の斜視図及び上面図である。１０はガラスエポキシ、セラミック或いは半導体などの材料で作製された基板であり、この基板１０上に、それぞれがクラッド１１で囲われた高屈折率の材料からなる複数の配線コア１３、１４から形成された光導波路層１２と、それぞれの配線コア１３、１４と基板上で直交するようにテーパ面１５ａ、１６ａを有するコア１５、１６が構成されている。【００１６】
また、各コア１５、１６のテーパ面１５ａ、１６ａの任意の場所に光反射膜２２、２３が形成されており、さらに同テーパ面１５ａ、１６ａは直交する配線コア１３、１４にてそれぞれ埋め込まれている。すなわち図１のように第一のテーパ面付きコア１５のテーパ面１５ａを介して光路変換される第一の配線コア１３と、第一のテーパ面付きコア１５を通過し、第二のテーパ面付きコア１６のテーパ面１６ａで光路変換される第二の配線コア１４がそれぞれ基板上に千鳥状に交互に設けられた配線構成としている。また、光導波路層１２の上面の各テーパ面付きコア１５、１６のテーパ面１５ａ、１６ａに対応する位置に光素子アレイ１７がそれぞれ載置されることによって、第一及び第二の配線コア１３、１４と光素子アレイ１７との光の授受が、第一及び第二のテーパ面付きコア１５、１６を介して行われるように構成されている。これによって、図１では千鳥配置の例を示すが配線コア１３、１４と光素子アレイ１７とが共通のミラー機能を有する各テーパ面付きコア１５、１６を介して同一面積内で高密度に光接続可能となる。なお、実装基板1の上面には、図示しないが、光素子アレイ１７に必要な電気配線パターンが施されている。この配線パターンは配線コア１３、１４やテーパ面付きコア１５、１６或いは光反射膜２２、２３と同様にリソグラフィ技術によって、それぞれと位置合わせをしながら形成され、所定の位置に載置される光素子アレイ１７および受光素子２８と電気的な接続がとられる。また、ここで使用する光素子アレイ１７は、フリップチップによる表面実装に好適な面発光又は面受光ダイオードが良い。また、図示しないが基板上面に載置された光素子アレイ１７と対抗する位置のテーパ面付コア７０、７１の上面に同様の光素子アレイを載置することで、光素子アレイ間の信号のやりとりが配線コア１３、１４及びテーパ面付コア７０、７１を介して可能となる。【００１７】
ここで、図１に示す光電気混載回路実装基板１の主要部のサイズの例について述べると以下のようである。コア１３、１４の長さ方向と直角な方向での断面は５０μｍ×５０μｍ、コア１３とコア１４の間隔（中心間の距離）は、それぞれ１２５μｍ、光導波路層１２のクラッドの上下厚みは２５μｍである。また、テーパ面付コアの間隔は２５０μｍであり、各テーパ表面に形成された光反射膜２２、２３はそれぞれ１２５μｍピッチで交互に配列されている。ここで、上記配線コア１３、１４及び光反射膜２２、２３のピッチを１２５μｍとしたのは、基板上面に載置する光素子アレイ１７をファイバアレイとした場合、ピッチがクラッド径１２５μｍに依存されるからである。また、光素子アレイ同士のみの組み合わせの場合は更にピッチを１２５μｍ未満で配列可能であるが、この場合はチャンネル間の光クロストークの影響を考慮してピッチを決める必要がある。【００１８】
図２Ａ−図２Ｇは、図１に示した実施例１の光電気混載回路実装基板の構成手順の一例を説明する図である。
図２Ａは基板１０上にクラッド層１１を形成し、その上にクラッド層２５よりも高屈折率のコア層２０を塗布または貼付けによって形成した状態を示す図である。ここでは、クラッド層１１及びコア層２０の材料として、紫外線で硬化しフォトリソグラフィにてパタニング可能なポリマなどの樹脂を用いているが、エッチングなどの別のプロセス方法を行う場合は誘電膜や石英といった材料を用いても良い。
なお、上述のサイズに対応して、クラッド層１１は３０μｍ、コア層２０は５０μｍとする。【００１９】
次に図２Ｂのように、クラッド層１１の上面のコア層２０をフォトリソグラフィによって、直方体形状にパターン形成した後、切削によりテーパ面１５ａ、１６ａを設ける事でテーパ面付コア１５、１６を形成する。ここで、テーパ面付コア１５、１６は配線コア１３、１４のそれぞれに直交する形で繋がっているため、テーパ面１５ａ、１６ａを作製する際は上記切削以外にもエッチングまたは傾斜リソグラフィと言った手法によっても一括で形成できる。これによって工程数の大幅な削減が可能となる。また、図２Ｃのように、前記コア１５、１６のテーパ面１５ａ、１６ａの任意の部分に光を高効率で反射させるためにＡｕなどの金属を蒸着やメッキなどで被覆する。【００２０】
次に図２Ｄのようにテーパ面付コア１５、１６の上から図２Ａで説明した手順と同様にコア層を塗布または貼付けによって形成し、フォトリソグラフィなどによって、コアパターン１３、１４を形成する。ここで、テーパ面付コア１５、１６のテーパ面１５ａ、１６ａは、コアパターン１３、１４と交わる部分の片面のみに形成しても良いが、コア１３、１４の埋め込み性を考慮した場合、同テーパ面をコアの両面に形成した方が望ましい。また図２Ｅのように、パターン形成されたコア１３、１４上にクラッド層材料１１を載置した状態を示す。ここで、クラッド層１１は８０μｍの厚さとし、基板１０も含めて全体を少し加温してクラッド層１１の材料を軟化させるとともに、上面から平坦な面の押し板によって加圧することにより、クラッド層１１はコア１３、１４間のスペース部分を埋めるとともに、コア１３、１４を囲った光導波路層１２を形成する。【００２１】
図２Ｆは、図１に示す光電気混載回路実装基板１が完成される最終段階を示す図である。光導波路層１２の上面に、光素子アレイ１７に必要な電気配線パターンをテーパ面付コア１５、１６と同様にリソグラフィ技術によって、テーパ面付コア１５、１６と位置合わせをしながら形成する。この配線パターンの所定の位置に半田バンプ２１と光素子アレイ１７を載置して電気的な接続をとる。これによって、図１に示す光電気混載回路実装基板１が完成される。
（本発明の効果の定量的評価例）
図３Ａはクラッド１１上に配置されたコア１３内に端面から入射光３０を伝播させテーパ面付コア１５を介してもう一方の端面から出射させた場合の模式図を示す。また、図３Ｂに図３Ａに示すモデルを用いて、コア伝播光の過剰損失（入射光３０強度−出射光３１強度）と、テーパ面付コア１５とクラッド１１との比屈折率差ΔＡとの関係について光線追跡法によって計算した結果を示す図である。ここでは、コア１３は前述したように、５０μｍ×５０μｍの断面を持ち、コアを包むクラッドの厚さが２５μｍとし、コア１３内を伝播する際の材料損失は考慮していない。また、コア１３とクラッド１１の比屈折率差ΔＢを１．０〜２．５に可変した時の依存性についても計算した。図３Ｂの結果からΔＡが０％、すなわちテーパ面付コア１５とクラッド１１の屈折率が等しい場合は、コア１３の伝播光がテーパ面付コア１５を通過する際に光が放射し、漏れ光による過剰損失が大きくなる。これに対し、テーパ面付コア１５の屈折率をクラッド１１よりも大きくする、すなわちΔＡを大きくすることによって、上記コア１３の伝播光がテーパ面付コア１５を通過する際に、テーパ面付コア１５とクラッド１１との屈折率差によって光が閉じ込められ、漏れ光による過剰損失を抑制する事が可能である。特に図３Ｂの結果ではテーパ面付コア１５の屈折率がコア１３と等しい又はそれ以上の場合において、過剰損失抑制効果として充分である。以上より本発明構造を形成する場合においてはクラッド１１の屈折率をｎ１、配線コア１３の屈折率をｎ２、テーパ面付コア１５の屈折率をｎ３とした時、それぞれがｎ１＜ｎ２≦ｎ３の関係で構成する事が過剰損失抑制の観点から有効である。
【実施例２】
【００２２】
図４は、本発明の第二の実施例の光電気混載回路実装基板２の斜視図及び上面図である。ここでは第一の実施例の光電気混載回路実装基板１で示した構造を２層に積層した例を示す。図４のように、光電気混載回路実装基板１で示した構造と同様にテーパ面付コア４３のテーパ面４３ａを介して光路変換されるコア４１と、テーパ面付コア４３を通過し、テーパ面付コア４４のテーパ面４４ａで光路変換されるコア４２がそれぞれ交互に設けられた光導波路層４０とその下層の光導波路層１２を基板の厚さ方向に積層しており、光導波路層４０の上面に、各々の光導波路層４０、１２に設けられたテーパ面付コアのテーパ面に対応する位置に光素子アレイ１７を載置している。なお、本構造は図２Ａ〜Ｆで説明した作製手順を繰り返す事によって形成している。また、図４では２層に積層した例を示すが、３層以上の更に積層する場合においても同様の作製手順と配線構成を積み上げる事によって形成できる。本構造のように同光導波路層内交互に配置したコア配線を多層積層した構成とすることによってより小さい面積内で最も効率的に配線高密度化が可能となる。
【実施例３】
【００２３】
図５は、本発明の第三の実施例の光電気混載回路実装基板３の斜視図である。ここでは第二の実施例の光電気混載回路実装基板２で示した２層積層構造において、光導波路層４０内に設けられたテーパ面付コア４３、４４の直下の光導波路層１２内にテーパ面付コア１５、１６を形成した例を示す。図５のように、図中点線で示す光導波路層１２内のコア１４を伝播した光がテーパ面付コア１５のテーパ面１５aにて基板上方に光路変換され、光導波路層４０に設けられたテーパ面付コア４３内を通過した後、テーパ面４３aの内部で基板平行方向に光路変換される。さらに光路変換された光はコア４１を伝播した後テーパ面付コア４４のテーパ面４４aで基板上部へ光路変換され、図示していないが基板上部に載置された光素子アレイと光接続される。本構成とすることによって、テーパ面付コアにより多層間においても光の伝播方向を自由に変えることが出来るため、配線レイアウトのフレキシビリティが高くなる。
【実施例４】
【００２４】
図６は、本発明の第四の実施例の光電気混載回路実装基板４の斜視図である。ここでは第一の実施例の光電気混載回路実装基板１で示した光導波路層１２上に光素子アレイ１７とコア１３、1４を介して対向する位置にファイバ６０を有する光コネクタ６１を載置した例を示す。図６のように光導波路層１２設けたテーパ面付コア４３、４４の直上のクラッド層１１上部に、配線コア１３、１４と同様の交互に配置したファイバ６０を集積した光コネクタ６１を載置することにより、ファイバ６０からテーパ面付コア４３のテーパ面４３ａ或いはテーパ面付コア４４のテーパ面４４ａに向かって出射された光が各テーパ面４３ａ、４４ａにて基板水平方向に光路変換されコア１３、１４内を伝播する。さらにコア１３、１４の伝播光はテーパ面付コア１５のテーパ面１５ａ或いはテーパ面付コア１６のテーパ面１６ａにて基板上部方向に光路変換されるとともに光素子アレイ１７と光接続される。なお、ここではファイバ６０からの出射光が光導波路層１２を介して光素子アレイ１７に入射される例を説明したが、それと反対の光素子アレイ１７からの出射光が光導波路層１２を介してファイバ６０に入射される場合も本構造によって同様に可能である。この場合光素子アレイ１７は、面発光ダイオードあるいは面受光ダイオードによって構成されている。また、前記説明したファイバ６０の交互配置は光コネクタ６１内にファイバを設置するためのＶ溝を層間で交互に形成する事により可能となる。本構造によって例えば光電気混載回路実装基板４の外部からファイバ６０を介して入出力される光信号を光素子アレイ１７に伝達することができる。また、図示していないが光導波路層１２上に光素子アレイ１７とコア１３、1４を介して対向する位置に同様の光素子アレイを載置した組合せとすることによって、本構造により素子間の光信号伝送が可能となる。
【実施例５】
【００２５】
図７は、本発明の第五の実施例である光電気混載回路実装基板の断面図である。構成は図のように、基板１０上に本発明構造の光導波路層１２が形成され、光導波路層１２上に、光コネクタ６１に集積されたファイバ６０から出射された光がテーパ面付コア７０、７１及びコア１４、テーパ面付コア１５、１６を介して入射される受光素子アレイ７３を載置している。また、同様にテーパ面付コア４３、１４及びコア１４、テーパ面付コア７６、７７を介して光信号を伝達する発光素子アレイ７３とテーパ面付コア７８、７９とコア１４を内装した光コネクタ７００を載置した構成としている。また、受光素子アレイ７３及び発光素子アレイ７３と隣接して各光素子アレイを駆動するための回路とクロスバースイッチや論理回路などが組み込まれた集積回路７４を搭載している。また、図示していないが各光素子アレイと集積回路７４とは光導波路層上に形成した高周波電気配線により接続されている。さらに集積回路７４の電源、グランド等の電気配線７２は光導波路層１２を介して基板１０と接続されるよう内装している。本構成によって、基板外部よりファイバ６０を介して光導波路層１２を伝送した光が受光素子アレイ７３で電気信号に変換され、集積回路７４にて処理した電気信号をさらに発光素子アレイ７４にて光信号に変換し、光導波路層１２及び光コネクタ７００に内装されたテーパ面付コア７８、７９とコア１４を介して基板外部に伝送される機能を有する。また、本発明構造によって、より小さい実装面積で高密度の光電気混載回路が得られる。
【実施例６】
【００２６】
図８は本発明の光電気混載回路実装基板を応用した第六実施例の概要を示す図である。ここでは、バックプレーン９０にそれぞれ接続されたドータボード８３に実施例５で説明した本発明の光電気混載回路実装基板を適用した例を示す。図８のように基板外部に伝送される機能イーサなどボードのフロント部からファイバ６０を介して光導波路層１２を伝送した光素子アレイ１７で電気信号に変換され、集積回路７４にて処理した電気信号をさらに光素子アレイ１７にて光信号に変換し、光導波路層１２を介してバックプレーン側の光コネクタ８４と光接続している。さらに、各ドータボード８３からの光信号はバックプレーンの光配線１２を介してスイッチカード８６に集められる。さらにスイッチカード上に設けた光導波路配線層１２を介して光素子アレイ１７と光接続され、集積回路７４で処理した信号を光素子アレイ１７を介して再度各ドータボード８３に入出力する機能をもつ。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
基板上に形成した光導波路と光電変換素子又は光導波路アレイコネクタとの光接続において、部品数及び作製工程数を低減し低価格化を実現できると共に、最も効率的に配線高密度化が可能となる光導波路配線及び光路変換ミラー構造を有する光電気混載回路実装基板およびそれを用いた装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第一の実施例である光電気混載回路実装基板の斜視図及び上面図である。
【図２Ａ】基板上にクラッド層を形成し、その上にクラッド層よりも高屈折率のコア層を形成した状態を示す図である。
【図２Ｂ】クラッド層の上面のコア層をパターン形成をした後、テーパ面付コアを形成した状態を示す図である。
【図２Ｃ】コアのテーパ面の任意の部分に光を高効率で反射させるための金属を被覆した状態を示す図である。
【図２Ｄ】テーパ面付コアの上からコア層を形成し、コアパターンを形成した状態を示す図である。
【図２Ｅ】パターン形成されたコア上にクラッド層材料を載置した状態を示す図である。
【図２Ｆ】図１に示す光電気混載回路実装基板が完成される最終段階を示す図である。
【図３Ａ】クラッド上に配置されたコア内に端面から入射光を伝播させテーパ面付コアを介してもう一方の端面から出射させた場合の模式図を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すモデルを用いて、コア伝播光の過剰損失と、テーパ面付コアとクラッドとの比屈折率差ΔＡとの関係について光線追跡法によって計算した結果を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施例の光電気混載回路実装基板２の斜視図及び上面図である。
【図５】本発明の第三の実施例の光電気混載回路実装基板３の斜視図である。
【図６】本発明の第四の実施例の光電気混載回路実装基板４の斜視図である。
【図７】本発明の第五の実施例である光電気混載回路実装基板の断面図である。
【図８】本発明の光電気混載回路実装基板を応用した第六実施例の概要を示す図である。
【図９】千鳥配置された配線コアとそれぞれに設けた光路変換ミラーの構造に関する課題を説明するための図である。
【図１０】多層光導波路アレイと光電変換素子アレイとを高密度で光接続した実装形態の従来例を示す図である。
【図１１】同層内にて光配線層と光電変換素子アレイとを高密度で光接続した実装形態の従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１,２,３,４,５…光電気混載回路実装基板、
１０…基板、
１１…クラッド、
１２,４０…光導波路層、
１３,１４,２０,４１,４２…コア、
１５,１６,４３,４４,７０,７１,７６,７７,７８,７９…テーパ面付コア、
１５ａ,１６ａ…テーパ面、
１７…光素子アレイ、
２１…半田バンプ、
２２,２３…光反射膜、
３０,５０,５１…入射光、
３１…出射光、
６０…ファイバ、
６１,８４,７００…光コネクタ、
７２…電気配線、
７３…受光素子アレイ、
７４…集積回路、
７５…発光素子アレイ、
８０,８１,８２…電子回路、
８３…ドータボード、
８５…バックプレーン、
８６…スイッチカード、
１００…アレイ型光電変換素子ユニット、
１０１Ａ,１０１Ｂ…アレイ型光導波路ユニット、
１０４Ａ,１０４Ｂ…アレイ型光結合用光導波路ユニット、
１０５…コア（光結合用光導波路）、
１０７…光導波路端面、
１１１…クラッド、
１１２…光電変換素子アレイ。
【図１】
2008035466.tif 000003
【図２Ａ】
2008035466.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
2008035466.tif 000006
【図２Ｄ】
2008035466.tif 000007
【図２Ｅ】
2008035466.tif 000008
【図２Ｆ】
2008035466.tif 000009
【図３Ａ】
2008035466.tif 000010
【図３Ｂ】
2008035466.tif 000011
【図４】
2008035466.tif 000012
【図５】
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【図６】
2008035466.tif 000014
【図７】
2008035466.tif 000015
【図８】
2008035466.tif 000016
【図９】
2008035466.tif 000017
【図１０】
2008035466.tif 000018
【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年10月19日(2009.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に積層されたクラッド層と、
前記クラッド層上に形成され、長手方向の少なくとも一面にテーパ面を有する第１のテーパ面付コアが少なくとも一対と、
前記クラッド層上に形成された配線コアとを有し、
前記テーパ面上の所定の領域に、入射光を所望の方向に光路変換する反射面を有する反射部と、前記配線コア中を伝搬して前記テーパ面に達した入射光が、さらに前記入射光の進行方向に伝搬し前記第１のテーパ面付コアを透過する光透過部とを有し、
前記配線コアは、前記反射部および前記光透過部において交叉するように配設されていることを特徴とする光導波路基板。
【請求項２】
前記第１のテーパ面付コアの各々と並行して前記クラッド層上に形成された第２のテーパ面付コアを少なくとも一対有し、
前記第２のテーパ面付コアの各々は、対を成す前記第１のテーパ面付コアを挟むように配置され、
前記光透過部から前記第２のテーパ面付コアへ向けて延設された前記配線コアが、前記第２のテーパ面付コアと交叉する領域のテーパ面上に、前記入射光を所望の方向に光路変換する第２の反射部を有することを特徴とする請求項１に記載の光導波路基板。
【請求項３】
前記クラッド層の屈折率をｎ１、前記配線コアの屈折率をｎ２、前記第１および第２のテーパ面付コアの屈折率をｎ３とした時、それぞれがｎ１＜ｎ２≦ｎ３の関係を有することを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板。
【請求項４】
前記第１および第２のテーパ面付コアは、それぞれ一体成形された連続体からなることを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板。
【請求項５】
前記第１および第２の反射部は、それぞれ金属材料からなることを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板。
【請求項６】
前記配線コア、前記クラッド層、および前記第１および第２のテーパ面付コアが、それぞれ感光性ポリマ材料で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板。
【請求項７】
前記テーパ面が、前記前記第１および第２のテーパ面付コアの両側面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板。
【請求項８】
前記第１および前記第２のテーパ面付コアの上方に設けられた光素子アレイを有し、
前記配線コアを伝播する光が、前記第１の反射部もしくは前記第２の反射部を介して前記光素子との間で光の授受がなされることを特徴とする請求項２に記載の光導波路基板。
【請求項９】
前記光素子アレイが、面発光ダイオードあるいは面受光ダイオードで構成されている請求項８に記載の光導波路基板。
【請求項１０】
前記光素子アレイが、コネクタを有する光ファイバで構成されている請求項８に記載の光導波路基板。
【請求項１１】
基板上に形成された第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成され入射光を伝搬する第１の配線コアとを具備してなる第１の光導波路層と、
前記第１の光導波路層上に形成された第２のクラッド層と、前記第２のクラッド層上に形成され入射光を伝搬する第２の配線コアとを具備してなる第２の光導波路層と、
前記第１および第２の配線コアにそれぞれ交叉するように設けられた長手方向の少なくとも一面にテーパ面を有する第１および第２のテーパ面付コアをそれぞれ少なくとも一対有し、
前記第１および第２のテーパ面付コアの各々のテーパ面上に、入射光を所望の方向に光路変換する反射面を有する第１および第２の反射部と、前記第１および第２の配線コア中を伝搬して前記各々のテーパ面に達した入射光が、さらに前記入射光の進行方向に伝搬し前記第１および第２のテーパ面付コアを透過する第１および第２の光透過部が設けられ、
前記第１および第２の配線コアは、前記第１および第２の反射部並びに前記第１および第２の光透過部のそれぞれにおいて交叉するように配設され、
前記第１のテーパ面付コアと並行して前記第１のクラッド層上に形成された第３のテーパ面付コアと、前記第２のテーパ面付コアと並行して前記第２のクラッド層上に形成された第４のテーパ面付コアとをそれぞれ少なくとも一対有し、
前記第３のテーパ面付コアは、対を成す前記第１のテーパ面付コアを挟むように配置され、
前記第４のテーパ面付コアは、対を成す前記第２のテーパ面付コアを挟むように配置され、
前記第１の光透過部から前記第３のテーパ面付コアへ向けて延設された第３の配線コアが、前記第３のテーパ面付コアと交叉する領域のテーパ面上に、前記入射光を所望の方向に光路変換する第３の反射部を有し、
前記第２の光透過部から前記第４のテーパ面付コアへ向けて延設された第４の配線コアが、前記第４のテーパ面付コアと交叉する領域のテーパ面上に、前記入射光を所望の方向に光路変換する第４の反射部を有することを特徴とする光導波路基板。
【請求項１２】
前記第１および第２のクラッド層の屈折率をｎ１、前記第１および第２の配線コアの屈折率をｎ２、前記第１乃至第４のテーパ面付コアの屈折率をｎ３とした時、それぞれがｎ１＜ｎ２≦ｎ３の関係を有することを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項１３】
前記第１乃至第４のテーパ面付コアは、それぞれ一体成形された連続体からなることを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項１４】
前記第１乃至第４の反射部は、それぞれ金属材料からなることを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項１５】
前記第１および第２の配線コア、第１および第２のクラッド層、および第１乃至第４のテーパ面付コアが、それぞれ感光性ポリマ材料で形成されることを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項１６】
前記テーパ面が、前記前記第１乃至第４のテーパ面付コアのぞれぞれの両側面に形成されていることを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項１７】
前記第１乃至第４の反射部の上方にあって前記第２の光導波路層上に形成された第３のクラッド層上に設けられた光素子アレイを有し、
前記第１のテーパ面付コア内を通る光が、前記第１の反射部もしくは前記第１の光透過部を通過して前記第３の反射部を介して光路変換されて前記光素子アレイとの間で光の授受がなされ、または、前記第１の反射部および前記第２の反射部を介して前記第２のテーパ面付コア内を通る光が、前記光素子アレイとの間で光の授受がなされることを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項１８】
前記光素子アレイが、面発光ダイオードあるいは面受光ダイオードで構成されている請求項１７記載の光導波路基板。
【請求項１９】
前記光素子アレイが、コネクタを有する光ファイバで構成されている請求項１７記載の光導波路基板。
【請求項２０】
前記第２の光導波路層上にさらに光導波路層が、クラッド層を介して基板の厚さ方向に複数層積層され、
前記複数層積層された光導波路層の最上層の上面に、前記光導波路層の各々に設けられたテーパ面付コアのテーパ面に対応する位置に光素子アレイがそれぞれ載置され、
前記配線コアと前記光素子アレイとの光の授受が、前記テーパ面付コアを介して行われることを特徴とする請求項１１記載の光導波路基板。
【請求項２１】
基板上に形成されたクラッド層と、前記クラッド層上に形成され長手方向の少なくとも一面にテーパ面を有するテーパ面付コアとを具備してなる光導波路層が複数と、
前記テーパ面上の所定の領域に、入射光を所望の方向に光路変換する反射面を有する反射部と、前記配線コア中を伝搬して前記テーパ面に達した入射光が、さらに前記入射光の進行方向に伝搬し前記テーパ面付コアを透過する光透過部とを備え、前記反射部および前記光透過部において交叉するように前記クラッド層上に配設された入射光を伝搬する配線コアとを有し、
前記光導波路層上に設けられた受光素子、発光素子、および集積回路素子と、
前記集積回路素子に電力を供給すべく前記基板に設けられた電気配線と、
前記複数の光導波路層の一つに入射光を導入する光ファイバを有する入力側光コネクタと、
前記光導波路層上にさらに形成され前記複数の光導波路層の他の一つから光を出力する前記テーパ面付コアを含む出力側光コネクタとを有し、
前記受光素子は、前記複数の光導波路層の一つから前記入射光を受光し、前記入射光に応じた電気信号を前記集積回路素子へ送信し、
前記発光素子は、前記集積回路素子から送信される電気信号に応じて前記複数の光導波路層の他の一つに対して光信号を供給し、前記出力側光コネクタを介して、前記光信号を外部へ送信することを特徴とする光電気混載回路実装基板。
【請求項２２】
前記基板上に前記光導波路層と前記クラッド層とを交互に積層して形成された少なくとも２層の光導波路層を有し、
前記積層された光導波路層の最上層上面に受光素子、発光素子および集積回路素子を設けたことを特徴とする請求項２１に記載の光電気混載回路実装基板。
【国際調査報告】
2008035466.tif 000020
2008035466.tif 000021