(57)【要約】  【課題】  第１基板（スルーホール基板）および第２基板（光導波路基板）が嵌合されやすくすることが可能な光配線基板および光伝送モジュールを提供する。  【解決手段】  本発明の光配線基板は、上面２Ａに光素子９が実装される実装領域Ｒｈを有するとともに、下面２Ｂに第１ガイド構造７を有し、実装領域Ｒｈ内に厚み方向に貫通した貫通孔２ａを持つ第１基板２と、貫通孔２ａ内を前記厚み方向に進む光に光学的に接続される光導波路６および第１ガイド構造７に嵌め合わされた第２ガイド構造８が同じ主面側に形成された第２基板３とを有し、第１ガイド構造７および第２ガイド構造８は、凹部および凸部の組合せで設けられており、前記凹部の幅が底部に向かうにつれて小さくなるか、または前記凸部の幅が先端に向かうにつれて小さくなっている。【選択図】  図２
2014071228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に光素子が実装される実装領域を有するとともに、下面に第１ガイド構造を有し、前記実装領域内に厚み方向に貫通した貫通孔を持つ第１基板と、
前記貫通孔内を前記厚み方向に進む光に光学的に接続される光導波路および前記第１ガイド構造に嵌め合わされた第２ガイド構造が同じ主面側に形成された第２基板とを有し、
前記第１ガイド構造および前記第２ガイド構造は、凹部および凸部の組合せで設けられており、前記凹部の幅が底部に向かうにつれて小さくなるか、または前記凸部の幅が先端に向かうにつれて小さくなっている光配線基板。
【請求項２】
前記貫通孔内に設けられた、前記厚み方向に貫通する光導波孔を有する感光性樹脂からなるクラッド部と、該クラッド部の前記光導波孔内に設けられた前記クラッド部よりも屈折率の高い感光性樹脂からなるコア部とから構成された第２光導波路をさらに有するとともに、前記第１ガイド構造は感光性樹脂からなる請求項１に記載の光配線基板。
【請求項３】
前記第１ガイド構造および前記第２ガイド構造は、前記凸部を構成する材料の弾性率が、前記凹部を構成する材料の弾性率よりも低い請求項１または２に記載の光配線基板。
【請求項４】
前記凹部および前記凸部は、平面視形状が多角形状である請求項１〜３のいずれかに記載の光配線基板。
【請求項５】
前記第１基板は、前記実装領域内に形成された、前記光素子が載置される導電パッドと、前記下面に形成された、前記導電パッドに電気的に接続された第１電極とを有し、
前記第２基板は、上面にまたは前記光導波路の上面に形成された、前記第１電極に導体バンプを介して電気的に接続される第２電極を有している請求項１〜４のいずれかに記載の光配線基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光配線基板と、
前記実装領域に実装された、前記貫通孔に重なるように配置された受発光面を有する光素子とを有する光伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光配線基板および光伝送モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理能力の向上を図るために、集積回路素子などの電気素子の間の電気伝送を光伝送に変更することが検討されている。そこで、電気素子の間を光伝送する光伝送モジュールとして、光導波路が平面方向に形成された光導波路基板において、光素子は光の入出射方向と実装方向が同じであることから、スルーホール基板を用いて光導波路に光学的に接続させた構成することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2008-241956号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スルーホール基板を光導波路基板に実装する場合において、スルーホール基板および光導波路基板が互いに対向する面に凹部および凸部からなる嵌合構造を設けて両者を位置合わせしようとすると、当該嵌合構造には非常に高い精度が要求されていた。具体的には、凸部および凹部の大きさの不一致から嵌合されないことがあった。その結果、光配線基板の歩留まりを向上させることが困難だった。
【０００５】
本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、第１基板（スルーホール基板）および第２基板（光導波路基板）が嵌合されやすくすることが可能な光配線基板および光伝送モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光配線基板は、上面に光素子が実装される実装領域を有するとともに、下面に第１ガイド構造を有し、前記実装領域内に厚み方向に貫通した貫通孔を持つ第１基板と、前記貫通孔内を前記厚み方向に進む光に光学的に接続される光導波路および前記第１ガイド構造に嵌め合わされた第２ガイド構造が同じ主面側に形成された第２基板とを有し、前記第１ガイド構造および前記第２ガイド構造は、凹部および凸部の組合せで設けられており、前記凹部の幅が底部に向かうにつれて小さくなるか、または前記凸部の幅が先端に向かうにつれて小さくなっている。
【０００７】
また本発明の光伝送モジュールは、上述の光配線基板と、前記実装領域に実装された、前記貫通孔に重なるように配置された受発光面を有する光素子とを有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１ガイド構造および第２ガイド構造が嵌合されやすいことから、第１基板および第２基板を容易に位置あわせすることができる光配線基板および光伝送モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る光配線基板を含む光伝送モジュールの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の光配線基板の断面図であり、図１のＡ−Ａ’線に沿って切断したときの断面に相当する。
【図３】図２の光伝送基板の一部を拡大する断面図である。
【図４】図１に示す光配線基板の実施形態の変形例であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面の一部を拡大するものであり、（ｂ）は（ａ）の一部をさらに拡大する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜光配線基板＞
本発明の一実施形態に係る光配線基板について、以下説明する。本実施形態に係る光配線基板１は、図１および図２に示すように、第１基板２および第２基板３を有している。
【００１１】
第１基板２および第２基板３は、厚みが、例えば0.01ｍｍ以上１ｃｍ以下の範囲となるように設けられている。基板２の一辺（図１におけるＤ３、Ｄ４方向またはＤ５、Ｄ６方向）は、例えば１ｍｍ以上10ｃｍ以下に設定することができる。
【００１２】
基板２は、セラミック材料または有機材料などから形成されている。具体的なセラミック材料としては、例えばジルコニア、アルミナ、炭化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、低温焼成ガラスセラミック、ムライト、ガラスセラミックまたは窒化珪素などの材料を用いることができ、これらを混ぜて用いてもよい。一方、基板２の材料として、有機材料を用いる場合には、例えばエポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、芳香族ポリアミド樹脂またはポリイミド樹脂などを用いることができる。
【００１３】
第１基板２および第２基板３は、単層の基板を用いてもよいし、複数の副基板を積層した積層体を用いてもよい。本実施形態では、図３に示す通り、単層のセラミック材料からなる基板を採用している。
【００１４】
第１基板２は、上面２Ａに、光素子４が実装される実装領域Ｒｈを有している。実装領域Ｒｈは、平面視したときに、光素子４が含まれるような領域が設定される。また、第１基板２は、下面２Ｂに第１ガイド構造７を有している。
【００１５】
実装領域Ｒｈに重なる位置に上下方向に貫通する貫通孔２ａを有している。貫通孔２ａは、平面視したときの面積が、例えば0.01ｍｍ２以上５ｍｍ２以下となるように設定することができる。基板２が複数の副基板を積層した積層体である場合には、貫通孔２ａは、副基板に設けられる副貫通孔が連続して構成されている。副貫通孔は、副基板の各々に設ければよく、副基板を厚み方向に貫通している。この厚み方向を図３ではＤ１，Ｄ２方向として示している。
【００１６】
貫通孔２ａは、基板の上下方向に垂直な方向に切断したときの断面における開口形状は適宜設定することができる。開口形状としては、例えば、多角形状、円形状または楕円形状などを用いることができる。なお「楕円形状」の中には、厳密に楕円となっていなくてもよく、例えば長方形の角部分を弧状に滑らかにした弧状部を持つような形状も含むものである。本実施形態では、開口形状が、長軸および短軸を持つ四角形状の角部分を弧状にした弧状部を持つ楕円形状で構成されている。
【００１７】
このような貫通孔２ａ内には、クラッド部材５ａおよびコア部材５ｂからなる光導波路５が配置されている。なお、このような光導波路５は、必須の構成ではないため、貫通孔２ａ内が空洞であってもよい。
【００１８】
クラッド部材５ａは、貫通孔２ａ内に位置している。クラッド部材５ａとしては、例え
ばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂またはアクリル樹脂などを用いることができる。クラッド部材５ａには、厚み方向に貫通している光導波孔５ａ’が設けられている。本実施形態では、光導波孔５ａ’をクラッド部材３に１つだけ有する場合について説明するが、クラッド部材３の内に光導波孔５ａが複数形成されていてもよい。
【００１９】
光導波孔５ａ’の内には、コア部材５ｂが設けられている。コア部材５ｂは、クラッド部材５ａよりも屈折率が高い材料によって構成されている。具体的に、コア部材５ｂの屈折率としては、クラッド部材５ａの屈折率に対しての比屈折率差が0.8％以上４％以下の
範囲内に設定することができる。コア部材５ｂの材料としては、クラッド部材５ａよりも屈折率を高くした、例えばエポキシ樹脂などを用いることができる。
【００２０】
コア部材５ｂの径としては、例えば１μｍ以上100μｍ以下の範囲が挙げられる。なお
、このコア部材５ｂは、光導波孔５ａ’内に充填されていることから、光導波孔５ａ’の径とほぼ同じ径であり、光導波孔５ａ’の形状、径の大きさによって設定される。
【００２１】
光導波孔５ａ’がクラッド部材５ａに複数形成されている場合には、コア部材５ｂは複数の光導波孔５ａ’内にそれぞれ位置するように設けられる。このようにクラッド部材５ａにコア部材５ｂを複数設けることによって、複数の信号を伝送することができるため、光配線基板１を小型化することができる。
【００２２】
第２基板３は、光導波路層６および第２ガイド構造８が、同じ主面側である上面３Ａ側に形成されている。光導波路層６は、クラッド部材層６ａおよびコア部材層６ｂを有している。光導波路層６の構成は、光導波路５の構成と同様に形成すればよい。光導波路層６は、第２基板３の上面３Ａに形成することから、例えばビルドアップ法によって層状に形成することができる。
【００２３】
光導波路層６は、貫通孔２ａ内の光導波路５を厚み方向に進んできた光に光学的に接続されている。光導波路層６は、平面方向に光の進行方向が設定されることから、貫通孔２ａから進んできた光の進行方向を変えるために、光導波路層６の貫通孔２ａ（またはコア部材５ｂ）と重なる位置に光路変換面６ｃが配置されている。光路変換面６ｃは、例えば、外部との屈折率差を利用した、光導波路層６の一部を切り欠いた構造などを用いることができる。
【００２４】
第１基板２および第２基板３は、第１基板２の下面２Ｂに形成された第１ガイド構造７と、および第２基板３の上面３Ａに形成された第２ガイド構造８とが嵌め合わされることによって位置合わせされている。
【００２５】
第１ガイド構造７および第２ガイド構造８は、例えばエポキシ樹脂などの感光性材料によって形成されている。感光性材料としては、ネガ型またはポジ型の材料を用いることができる。感光性材料以外には、例えば非感光性を持つ有機材料を用いることができ、この場合、マスクパターンなどを用いて所望の形状にパターニングされる。
【００２６】
第１ガイド構造７および第２ガイド構造８は、凹部および凸部の組合せで設けられている。本実施形態では、第１ガイド構造７が凸部であり、第２ガイド構造８が凹部である場合について説明するが、第１ガイド構造７が凹部であり、第２ガイド構造８が凸部であってもよい。
【００２７】
本実施形態では、第１ガイド構造７の凸部の幅が先端に向かうにつれて小さくなっている場合について説明するが、凹部および凸部は、その凹部の幅が底部に向かうにつれて小さくなるか、または凸部の幅が先端に向かうにつれて小さくなっていればよい。
【００２８】
第１ガイド構造７の凸部は、図３に示すように、側面が傾斜するように、先端に向かうにつれて厚み方向に対する横断面積が小さくなっている。具体的に、第１ガイド構造７の凸部は、例えば四角錘形状などの多角錘形状、四角錘台形状などの多角錘台形状、円錐形状または円錐台形状などを用いることができる。凸部の厚み（高さ）は、凹部の深さとの関係によって適宜設定すればよいが、例えば0.1ｍｍ以上１ｃｍ以下となるように設定す
ることができる。
【００２９】
凸部を多角錘形状または多角錘台形状で形成するとともに、凹部の平面視形状が多角形状となるように形成した場合、両者を嵌合したときに、平面方向に回転することを抑制することができる。特に、第１ガイド構造７および第２ガイド構造８を１つずつ設ける場合には、１つの凸部で平面方向の回転を抑制することができるため、少ないスペースで効率よく第１基板２および第２基板３を位置合わせすることができる。なお、第１ガイド構造７および第２ガイド構造８を複数設けた場合には、平面方向の回転をより抑制することができる。
【００３０】
第１ガイド構造７は、第１基板２の下面２Ｂのうち貫通孔２ａよりも外側に配置されていてもよいし、貫通孔２ａに光導波路５が形成されている場合には、光導波路５のクラッド部材５ａの下端面に配置されていてもよい。クラッド部材５ａの下端面に第１ガイド構造７を形成することによって、コア部材５ｂと第１ガイド構造７との距離を短くすることができるため、コア部材５ｂと第１ガイド構造７との位置精度を高めることができる。その結果、光導波路５を光導波路層６に光学的に接続する際に、結合損失を少なくすることができる。
【００３１】
第２ガイド構造８の凹部は、厚み方向に切断した断面の内壁が、四角形状となるように形成されている。凹部の開口部から底部までの深さは、凸部の厚みによって適宜設定すればよい。具体的に、凹部の深さは、凸部の高さよりも小さくてもよいし、凸部の高さと同じでもよいし、凸部の高さよりも小さくてもよい。
【００３２】
本実施形態の光配線基板は、第１基板２および第２基板３を位置合わせして際に、第１ガイド構造７および第２ガイド構造８を嵌合させる。このとき、第１ガイド構造７および第２ガイド構造８は、凹部および凸部の組合せで設けられており、凸部の幅が先端に向かうにつれて小さくなっている。これにより、第１ガイド構造７の凸部の側面が傾斜することとなり、凸部が凹部内に挿入された際に、凸部の側面が凹部の内壁面（開口部付近）で接触されて第１基板２が載置されることとなる。
【００３３】
そのため、第１ガイド構造７および第２ガイド構造８の径に多少のばらつきがあったとしても、第１ガイド構造７および第２ガイド構造８を嵌合させることができる。その結果、第１基板２および第２基板３を位置合わせする際の不良数を減らすことができ、光配線基板１の歩留まりを向上させることができる。
【００３４】
（光配線基板の変形例１）
第１ガイド構造７および第２ガイド構造８は、凸部を構成する材料の弾性率が、凹部を構成する材料の弾性率よりも低くなっていてもよい。凸部の弾性率を凹部の弾性率よりも低くなるようにすることによって、凸部の径にばらつきがあったとしても、第１ガイド構造７を第２ガイド構造８により嵌合させやすくすることができる。その結果、光配線基板１の歩留まりをさらに向上させることができる。
【００３５】
本変形例では、図４に示すように、凸部が四角柱形状で構成されおり、且つ凹部は幅が底部に向かうにつれて小さくなる四角錘台形状で構成されている場合である。このような
凸部および凹部の場合、凹部の内壁面が傾斜していることから、凸部が凹部に挿入された際に、凸部の先端が凹部の内壁面に接触することとなる。
【００３６】
このとき凸部の弾性率が凹部よりも低くなっていることから、図４に示すように、嵌合させた際に、凹部の内壁面に当接される凸部の先端が曲がって（弾性して）凹部の深さ方向に入り込みやすくすることができる。これによって、第１ガイド構造７および第２ガイド構造８が嵌合された後、抜けにくくすることができる。
【００３７】
凸部の材料および凹部の材料としては、ポリウレタン（弾性率：0.7〜70［ＧＰａ］）
、エポキシ樹脂（弾性率：2.45〜21［ＧＰａ］）などを用いることができる。エポキシ樹脂であれば、弾性率は、ガラス繊維を含ませることによって調整することができる。なお、凸部および凹部として、異なる材料を用いることによって、両者の弾性率を変えてもよい。
【００３８】
（光配線基板の変形例２）
第１基板２は、図２に示すように、実装領域Ｒｈ内に形成された光素子９載置される電極パッド10と、下面２Ｂに形成された、電極パッド10に電気的に接続された第１電極11とを有している。また第２基板３は、上面３Ａまたは光導波路層６の上面６Ａに形成された第１電極11に導体バンプ12を介して電気的に接続される第２電極13を有している。
【００３９】
第１基板２は、図２に示すように、電極パッド10が、上面２Ａおよび内部に設けられた配線14によって、下面２Ｂに形成された第１電極11と電気的に接続されている。第１電極11は、導体バンプ12を介して第２基板３の第２電極13と電気的に接続されているとともに、第１基板２および第２基板３が固定されている。なお、導体バンプ12は、例えばペースト状の半田などを用いることができる。
【００４０】
本発明の光配線基板は、上述の実施形態に捉われないものである。例えば、上述の説明において、特に記載していないが、凸部および凹部の平面視形状が異なるように構成されていてもよい。具体的には、凸部および凹部は、凹部の幅が底部に向かうにつれて小さくなるか、または凸部の幅が先端に向かうにつれて小さくなっているため、両者の平面視形状が異なっていても、第１ガイド構造７および第２ガイド構造８を嵌合させることができる。例えば、凸部として円錘台形状で構成し、凹部を略四角錘台形状で構成することができる。
【００４１】
＜光伝送モジュール＞
本発明の一実施形態に係る光伝送モジュールについて、以下説明する。光伝送モジュール15は、図１および図２に示すように、光配線基板１と、光素子９を有するものである。このような光素子９は、第１基板２の上面２Ａに形成された電極パッド10にバンプ16を介して電気的に実装される。
【００４２】
光素子９は、第１基板２の実装領域Ｒｈに実装され、コア部材５ｂに光学的に接続された受発光面（受光面または発光面）９ａを有している。光素子９は、入力された電気信号に応じて光を発する機能、または入射された光に応じて電気信号に変換する機能を有している。光素子９は、コア部材５ｂに光学的に結合するように配置されている。なお、貫通孔２ａ内に光導波路５が形成されていない場合には、光素子９の受発光面９ａが貫通孔２ａと重なるように配置すればよい。
【００４３】
本実施形態の光素子９は、入力された電気信号に応じてコア部材５ｂに光信号を伝送する機能、またはコア部材５ｂを介して入力された光信号に応じて電気信号を伝送する機能を担っている。
【００４４】
上述の光を発する光素子９としては、種々の発光素子または受光素子を適用できる。発光素子としては、例えば垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を用いることができる。受光素子としては、例えばフォトダイオード（ＰＤ；Photo Diode）などを用いることができる。
【００４５】
バンプ16としては、例えばペースト状の半田などを用いることができる。光素子９は、電極パッド10上に塗布した、バンプ16となる導電性材料の上に搭載される。その後、光素子９、バンプ16となる導電性材料および電極パッド10をリフローすることによって、光素子９が電極パッド10にバンプ16を介して固定される。
【符号の説明】
【００４６】
１  光配線基板
２  第１基板
２ａ  貫通孔
２Ａ  上面
２Ｂ  下面
３  第２基板
４  光素子
Ｒｈ  実装領域
５  光導波路
５ａ  クラッド部材
５ａ’  光導波孔
５ｂ  コア部材
６  光導波路層
６ａ  クラッド部材層
６ｂ  コア部材層
６ｃ  光路変換面
７  第１ガイド構造
８  第２ガイド構造
９  光素子
９ａ  受発光面
１０  電極パッド
１１  第１電極
１２  導体バンプ
１３  第２電極
１４  配線
１５  光伝送モジュール
１６  バンプ
【図１】
2014071228.tif 000003
【図２】
2014071228.tif 000004
【図３】
2014071228.tif 000005
【図４】
2014071228.tif 000006