(57)【要約】【課題】発光素子、受光素子などの光部品を実装する際の結合損失が小さいため、位置合わせ時のトレランスを大きくすることができ、高精度な位置合わせが不要で、部品の集積化や小型化・低コスト化が容易なパターンが電気配線基板と導波路を有する回路基板を提供する。【解決手段】  電気配線基板１´と導波路３を有する回路基板１において、前記回路基板１に形成された空洞部１０、前記導波路３を伝播する光の方向を前記空洞部１０の方向に変更するミラー８、及び前記空洞部１０に格納された光部品９からなることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気配線基板と導波路を有する回路基板において、前記回路基板に形成された空洞部、前記導波路を伝播する光の方向を前記空洞部の方向に変更するミラー、及び前記空洞部に格納された光部品からなることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記光部品はレンズであることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
前記光部品は発光素子又は受光素子であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回路基板。
【請求項４】
電気配線基板と導波路を有する回路基板において、前記回路基板に形成された空洞部、及び前記導波路を伝播する光の方向を前記空洞部の方向に変更するミラーからなることを特徴とする回路基板。
【請求項５】
前記電気配線基板に、可撓性を有する部分があることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光部品が実装可能な電気配線基板と導波路を有する回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体からなる集積素子は高速・高密度化への進展が著しく、従来の電気的な配線による相互結合では信号の遅延、減衰、干渉等により充分な特性が今後発揮できなくなることが問題にされている。
【０００３】
この問題はいわゆるＩＯボトルネックといわれ、この問題を解決するため光インターコネクション技術が注目されている。図４に集積素子１３のチップ間の光インターコネクションを実現するための装置を示した。
【０００４】
図４では、パッケージ化された集積素子１３、そのインタポーザのキャビティ中には、発光素子１４、受光素子１５、ドライバＩＣ１６、レシーバＩＣ１７が搭載される。パッケージは光プリント配線板１８に表面実装される。光プリント配線板１８としては、従来のプリント配線板の内層にポリマー光導波路２０をサンドイッチした構造となっている。
【０００５】
集積素子１３の入出力信号は、パッケージ内で光信号に変換され、光プリント配線板１８に垂直に入出力される。ここで、光信号はポリマー光導波路２０を伝播するが、ポリマー光導波路２０の両端部は４５度面からなるミラー２１になっており、伝播した光信号を発光素子１４、受光素子１５が位置する方向に光路変更する。ここで、パッケージの表面実装精度を許容するため、マイクロレンズ１９がプリント配線板に形成さる。すなわち、マイクロレンズ１９により光路変換された光信号を集光し、発光素子１４、受光素子１５へ光結合させる。
【０００６】
【非特許文献１】エレクトロニクス実装学会誌  Ｖｏｌ.５  Ｎｏ.５（２００２）ｐ４７８〜
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図４に示した従来技術にかかる光インターコネクション装置は、マイクロレンズ１９が光プリント配線板１８に形成されているにもかかわらず、発光素子１４、受光素子１５とミラー２１面との距離が長い。そのため、光信号の結合損失を小さくするためには、パッケージの高精度な位置合せが必要となる。また、高精度な位置合せをするためには、高精度の搭載装置や機構、部材が必要となり、集積化や小型化・低コスト化が困難である。
【０００８】
そこで本発明が解決しようとする課題は、光部品が実装可能な電気配線基板と導波路を有する回路基板において、光信号の発光素子、受光素子などの光部品を回路基板に実装する際に、上記のような高精度な位置合せが不要であり、位置合わせ時のトレランスが大きいものを提供することを目的とする。そして、高精度な位置合せを行なわなくても、光信号の発光素子、受光素子などの光部品への結合損失が小さい回路基板の提供をも目的とする。また、このように高精度な位置合わせのための搭載装置や機構、部材が不要となることで、回路基板の集積化や小型化・低コスト化が容易な回路基板の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、電気配線基板と導波路を有する回路基板において、前記回路基板に形成された空洞部、前記導波路を伝播する光の方向を前記空洞部の方向に変更するミラー、及び前記空洞部に格納された光部品からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、回路基板に形成された空洞部に光部品が格納されているので、光部品と導波路との間隔を短くすることができる。そのため、光部品の位置合わせの精度を緩和することができる。また、部品の集積化や小型化が容易となる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の回路基板において、前記光部品はレンズであることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明によれば、回路基板に形成された空洞部にレンズが格納されているので、レンズと導波路との間隔を短くすることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の回路基板において、前記光部品は発光素子又は受光素子であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、回路基板に形成された空洞部に発光素子又は受光素子が格納されているので、発光素子又は受光素子と導波路との間隔を短くすることができる。そのため、発光素子又は受光素子の位置合わせの精度を緩和することができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、電気配線基板と導波路を有する回路基板において、前記回路基板に形成された空洞部、及び前記導波路を伝播する光の方向を前記空洞部の方向に変更するミラーからなることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、回路基板に形成された空洞部に、光部品を格納することが可能であり、上記請求項１〜３に係る発明のメリットを生かすことができる。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の回路基板において、前記電気配線基板に、可撓性を有する部分があることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、電気配線基板は可撓性を有する部分があるため、製品の設計の自由度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、回路基板に光信号の発光素子、受光素子などの光部品を実装する際の結合損失が小さいため、位置合わせ時のトレランスを大きくすることができ、高精度な位置合わせが不要となる。また、高精度な位置合わせのための搭載装置や機構、部材が不要となることで、部品の集積化や小型化・低コスト化が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る回路基板１の断面図を示すものである。すなわち、本回路基板１は、導体層からなるパターン２が絶縁層１´´に形成された電気配線基板１´と導波路３を有する回路基板１と、回路基板１に形成された空洞部１０、導波路３を伝播する光の方向を空洞部１０の方向に変更するミラー８を基本とするものである。そして、空洞部１０には、レンズ、受光素子、発光素子などの光部品９を格納する。また、必要に応じ、半導体集積回路７を回路基板１に実装する。
【００２１】
ここで、具体的なパターン２は通常使用される回路パターンや、高周波用としてインピーダンス整合がとられたパターンを挙げることができるが、これに限られることはない。またパターン２は、一枚の絶縁層１´´の一方の面に一層のみを形成するだけでなく、その面の両面に形成しても良い。さらに、電気配線基板１´は複数枚の絶縁層１´´と複数層のパターン２を組み合わせた多層構造であっても良い。
【００２２】
また、パターン２が絶縁層１´´に形成された電気配線基板１´には、可撓部を有する部分があってもよい。可撓部を有する部分として例えばフレキシブル基板を用いることができる。なお、導波路３は、光が伝播するコア層５をクラッド層６で挟んだものである。そして導波路３を構成するコア層５とクラッド層６は、電気配線基板１´と共に折り曲げられるように、高分子材料からなっていても良い。
【００２３】
ところで、導波路３中を伝播する光の方向は、電気配線基板１´の面と平行である。そのため、その光を電気配線基板１´の他方の面に配置された光部品９に光学的に結合させるためには、その光の伝播方向を途中で電気配線基板１´の面と垂直方向、すなわち、空洞部１０の方向に変更させることが必要である。
【００２４】
そのため、本実施の形態に係る回路基板１では、光部品９が位置する導波路３の位置にミラー８を形成している。ミラー８を形成することにより、電気配線基板１´の面と平行に伝播する導波路３中の光は反射し、その光の伝播方向が電気配線基板１´の面と垂直方向に変更する。
【００２５】
なお、ミラー８を形成する代わりに、導波路３を光部品９が位置する手前で電気配線基板１´に対して垂直に切断し、透明な樹脂等からなるプリズム（一種のミラーとなる）により構成された直角変換導波路を設けても良い。このようにしても、電気配線基板１´の面と平行に伝播する導波路３中の光の伝播方向を電気配線基板１´の面と垂直方向に変更させることができる。
【００２６】
特に、電気配線基板１´が多層構造であり、全体の厚さが厚い場合には、光部品９として空洞部１０にレンズを格納すればよい。これにより、レンズの焦点距離を適切なものに選択することにより、導波路３を伝播する光を光部品９へ確実にアライメントさせることができる。
【００２７】
なお、光部品９として受光素子や発光素子を用いる場合は、受光素子はＰＤ、そして、発光素子はＬＤ又はＬＥＤといったものが挙げられる。ＬＤを用いる場合は、特に面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ））を用いるのが好適である。面発光レーザは、その出射点より素子の面と垂直方向に光を出射する。そのため、面発光レーザは出射点を導波路３方向に向け、電気配線基板１´の他方の面に配置するだけで済む。
【００２８】
（実施例１）
図２に本実施例に係る回路基板１の断面図を示した。本実施例に係る回路基板１は、厚さ１８μｍの銅の箔からなるパターン２を厚さ２５μｍのポリイミドからなる絶縁層１´´の両面に形成した電気配線基板１´と、その電気配線基板１´の一方の面に形成された導波路３、電気配線基板１´に形成された空洞部１０に格納された発光素子４からなっている。ここで、発光素子４はガラスエポキシ基板からなるベース４´の上に載置されている。なお、パターン２が絶縁層に形成された電気配線基板１´は可撓性があり、折り曲げ可能なフレキシブル基板となっている。
【００２９】
なお、本実施例では発光素子４は面発光レーザを用いており、面発光レーザの出射点が導波路３から５０μｍの距離となっている。さらに、面発光レーザを駆動する半導体集積回路７、及びその他の演算、記憶、増幅をつかさどる半導体集積回路７が電気配線基板１´の他方の面に配置されている。
【００３０】
導波路３は、光が伝播するコア層５をクラッド層６で挟んだものであり、クラッド層６は厚さ４０μｍの高分子材料からなり、コア層５は厚さ４０μｍの高分子材料からなっている。
ここで、面発光レーザはＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系面発光レーザ（発振波長約０．８５μｍ）である。
【００３１】
そして、ダイシング手法を用いて導波路３の面発光レーザの出射点が位置する箇所に相当する導波路３を電気配線基板１´に対して斜め４５°方向のミラー８を形成する。このようにすることで、出射点から電気配線基板１´の面に対して垂直に放射された光は、ミラー８の面で反射され、その光は導波路３で電気配線基板１´の面と平行に伝播する。こうして、導波路３を伝播する光と面発光レーザから照射された光が光学的に結合する。
【００３２】
ここで、面発光レーザの出射点とコア層５までの距離は９０μｍとなっている。そのため、面発光レーザの光をミラー８の中心にアライメントしやすい。すなわち、面発光レーザは空洞部１０に納められているが、納める際に面発光レーザの出射点を厳密に上記ミラー面の中心に一致させる必要は無い。そのため、面発光レーザを空洞部１０に納める際のトレランスの幅を大きくすることができる。
【００３３】
（実施例２）
図３に本実施例に係る回路基板１の断面図を示した。本実施例に係る回路基板１は、厚さ１８μｍの銅の箔からなるパターン２を厚さ２５μｍのポリイミドからなる絶縁層１´´の両面に形成した電気配線基板１´と、その電気配線基板１´の一方の面に形成された導波路３、電気配線基板１´に形成された空洞部１０に格納されたマイクロレンズ１１からなっている。なお、パターン２が形成された電気配線基板１´は可撓性があり、折り曲げ可能なフレキシブル基板となっている。
【００３４】
そして、マイクロレンズ１１を介し、導波路３とは反対側の電気配線基板１´に発光素子４を配置する。なお、発光素子４として面発光レーザを用いている。さらに、面発光レーザを駆動する半導体集積回路７、及びその他の演算、記憶、増幅をつかさどる半導体集積回路７が電気配線基板１´の他方の面に配置されている。
【００３５】
導波路３は、光が伝播するコア層５をクラッド層６で挟んだものであり、クラッド層６は厚さ４０μｍの高分子材料からなり、コア層５は厚さ４０μｍの高分子材料からなっている。
そして、面発光レーザはＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系面発光レーザ（発振波長約０．８５μｍ）である。
【００３６】
ここで、空洞部１０にはマイクロレンズ１１が納められるが、マイクロレンズ１１の焦点が以下説明する直角変換導波路１２のミラー面に一致する位置にマイクロレンズ１１が納まるようにする。
【００３７】
ここで、図３に示したように導波路３を面発光レーザが位置する手前で電気配線基板１´に対して垂直に切断し、透明な樹脂からなるプリズムにより構成された直角変換導波路１２を設ける。このようにすることで、出射点から電気配線基板１´の面に対して垂直に放射された光は、プリズムのミラー面で反射され、その光は導波路３で電気配線基板１´の面と平行に伝播する。
【００３８】
ここで、面発光レーザの出射光はマイクロレンズ１１を介して導波路３へ入射する。そのため、パターン２が多層になっているため厚く、面発光レーザの出射点がマイクロレンズ１１から離れていても面発光レーザの出射光の導波路３への結合効率を高くすることができる。また、面発光レーザの出射点を完全に厳密にプリズムの反射面の中心に一致させる必要は無い。そのため、面発光レーザを空洞部１０に納める際のトレランスの幅を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る回路基板の実施の形態の断面図である。
【図２】本発明に係る回路基板の実施例１の断面図である。
【図３】本発明に係る回路基板の実施例２の断面図である。
【図４】従来技術に係る光インターコネクションを実現する装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  回路基板
１´  電気配線基板
１´´  絶縁層
２  パターン
３  導波路
４  発光素子
４´  ベース
５  コア層
６  クラッド層
７  半導体集積回路
８  ミラー
９  光部品
１０  空洞部
１１  レンズ
１２  直角変換導波路
１３  集積素子
１４  発光素子
１５  受光素子
１６  ドライバＩＣ
１７  レシーバＩＣ
１８  光プリント配線板
１９  マイクロレンズ
２０  ポリマー光導波路
２１  ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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