(57)【要約】【課題】本発明は、光デバイスの特性を考慮し光デバイス間の光伝送に適した構成の回路基板を提供することを目的とする。【解決手段】回路基板は、第１の方向に厚みを有し第１の方向に垂直な平面に沿って延展するとともに貫通孔又は窪みを有する基板と、貫通孔又は窪みの外周位置に一端が設けられ、一端から第１の方向に略垂直な方向に所定の距離延展する部分が基板中又は基板表面に配置された光伝送路を含むことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に厚みを有し該第１の方向に垂直な平面に沿って延展するとともに貫通孔又は窪みを有する基板と、
該貫通孔又は窪みの外周位置に一端が設けられ、該一端から該第１の方向に略垂直な方向に所定の距離延展する部分が該基板中又は基板表面に配置された光伝送路
を含むことを特徴とする回路基板。
【請求項２】
該基板の該貫通孔又は窪みにはめ込まれて該第１の方向に位置決めされ、該第１の方向に略垂直な第２の方向に光を入出力する半導体デバイスを更に含み、該半導体デバイスの該光を入出力する位置と該光伝送路の該一端の位置とが合致していることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
該半導体デバイスは該貫通孔の縁面又は該窪みの底面により該第１の方向に位置決めされることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項４】
該光伝送路は少なくとも該第１の方向に屈曲して配置されていることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項５】
該基板は更なる貫通孔を有し、該光伝送路は、該基板中又は該基板表面では該第１の方向に略垂直な方向に延展し、該更なる貫通孔内部を通過することにより該更なる貫通孔内部において該第１の方向に延展することを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項６】
該半導体デバイスは、
電気信号に基づき動作して光信号を用いない第１の半導体デバイスと、
該第１の半導体デバイスと電気接続され該１の半導体デバイスとやり取りする電気信号を光信号に変換して光入出力する第２の半導体デバイス
を含むことを特徴とする請求項２記載の回路基板。
【請求項７】
該半導体デバイスに電気接続される電子デバイスを更に含み、該電子デバイスは光信号を用いずに電気信号に基づき動作し、該半導体デバイスは該電子デバイスとやり取りする電気信号を光信号に変換して光入出力することを特徴とする請求項２記載の回路基板。
【請求項８】
該電子デバイスと該半導体デバイスとは回路面が互いに対向するように配置されることを特徴とする請求項７記載の回路基板。
【請求項９】
基板の上面から所定の高さ位置で横方向に光を入出力する少なくとも２つの半導体デバイスを基板上に実装し、
台の上面に光伝送路が形成され該台と該光伝送路が一体的に構成された部材を該基板上に配置することで該基板の上面から該所定の高さ位置に該光伝送路を位置させ、
該光伝送路により該２つの半導体デバイスの間を光接続する
各段階を含むことを特徴とする半導体デバイスの光結合方法。
【請求項１０】
第１の基板の上面から所定の高さ位置で横方向に光を入出力する少なくとも２つの半導体デバイスを該第１の基板上に実装し、
該第１の基板上に第２の基板を積層していき、
該積層された該第２の基板の上面に光伝送路を形成することにより該第１の基板の上面から該所定の高さ位置に該光伝送路を位置させ、
該光伝送路により該２つの半導体デバイスの間を光接続する
各段階を含むことを特徴とする半導体デバイスの光結合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回路基板に関し、詳しくは光デバイスを光結合する回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、集積回路等の電子デバイスはプリント回路基板上に実装され、この実装済み回路基板が所望の機能を実現するモジュール等として機器に組み込まれる。プリント回路基板は、一般に、絶縁性のある樹脂基板上に銅箔等の導電体で回路配線を形成して構成される。基板上に取り付けられた電子デバイスや他の電子部品（抵抗器やコンデンサ等）は、この回路配線を介して互いに電気的に接続される。
【０００３】
基板上に設けられた銅箔等の導電体は、所定の抵抗値を有し電圧降下が発生するとともに、寄生容量及び寄生インダクタンスの影響により高周波信号が伝搬し難いという問題がある。従って、より速い動作速度が回路基板モジュールに要求され、電子デバイス間の伝送速度が上昇していくと、銅箔等の導電体による信号伝搬では限界となり、所望の伝送速度を達成できなくなることが予想される。
【０００４】
そこで、回路基板上に電子デバイスを実装し、それらの電子デバイス間を光で接続することが考えられる。このように回路基板上で電子デバイス間の信号伝達を光伝送により実現することで、信号伝送速度に律速されることのない高速な回路基板モジュールが実現できる。しかし現在のところ、基板上での光伝送によるデバイス接続を想定した回路基板は存在しない。
【０００５】
図１は、光発光素子として一般的な端面発光型の半導体レーザを示す。図１の半導体レーザ１０は、インジウムリンＩｎＰのＰ型基板１１とインジウムリンＩｎＰのＮ型基板１２との間にインジウムガリウムヒ素リンＩｎＧａＡｓＰの基板１３を挟み込んだ３層からなる基板を劈開し、劈開面で鏡面を形成することにより構成される。このような端面発光型の半導体レーザでは、図１において矢印Ｌで示すように、基板に対して横方向に光が放射される。端面発光型の半導体レーザは、将来においても光伝送の分野において主要な役割を果たすと考えられ、光伝送によるデバイス接続する回路基板においても、このような基板横方向に光を出射する半導体レーザの特性を考慮する必要がある。
【特許文献１】特開平１１−２７３８１６号公報
【特許文献２】特開２００３−２９０７０号公報
【特許文献３】特開２００３−３１５６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上を鑑みて本発明は、光デバイスの特性を考慮し光デバイス間の光伝送に適した構成の回路基板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】
【０００７】
本発明による回路基板は、第１の方向に厚みを有し該第１の方向に垂直な平面に沿って延展するとともに貫通孔又は窪みを有する基板と、該貫通孔又は窪みの外周位置に一端が設けられ、該一端から該第１の方向に略垂直な方向に所定の距離延展する部分が該基板中又は基板表面に配置された光伝送路を含むことを特徴とする。
【０００８】
また本発明による半導体デバイスの光結合方法は、基板の上面から所定の高さ位置で横方向に光を入出力する少なくとも２つの半導体デバイスを基板上に実装し、台の上面に光伝送路が形成され該台と該光伝送路が一体的に構成された部材を該基板上に配置することで該基板の上面から該所定の高さ位置に該光伝送路を位置させ、該光伝送路により該２つの半導体デバイスの間を光接続する各段階を含むことを特徴とする。
【０００９】
また本発明による半導体デバイスの光結合方法は、第１の基板の上面から所定の高さ位置で横方向に光を入出力する少なくとも２つの半導体デバイスを該第１の基板上に実装し、
該第１の基板上に第２の基板を積層していき、該積層された該第２の基板の上面に光伝送路を形成することにより該第１の基板の上面から該所定の高さ位置に該光伝送路を位置させ、該光伝送路により該２つの半導体デバイスの間を光接続する各段階を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の少なくとも１つの実施例によれば、基板に設けた貫通孔又は窪みの中に光デバイスをはめ込んだ状態において光デバイスの横方向に出射される光がそのまま光伝送路に入射される。即ち、貫通孔又は窪みにはめ込まれた光デバイスから光が出射する部分の高さ位置が、光伝送路の高さ位置と同一となるように光伝送路が形成されているとともに、光デバイスを上から見た場合に光デバイスから光が出射する部分の２次元的な位置が、光伝送路の一端の２次元的な位置と一致するように貫通孔又は窪みの位置が形成されている。基板に貫通孔又は窪みを設けないとすると、まず基板に光デバイスを取り付け、その後、例えば基板表面上に実装されている光ファイバの端を、取り付け後の光デバイスの光ＩＯセルに結合させる等の作業が必要になってしまう。それに対して本発明のような構成とすれば、横方向に光を出射する光デバイスを基板の窪みにはめ込むだけで、光ＩＯセルと光伝送路との光結合を確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
図２は、本発明の第１の実施例による回路基板モジュールを示す図である。なお以下の説明において、光デバイスが実装された状態の光デバイスを含めた回路基板全体を回路基板モジュールと呼び、光デバイスが実装されていない状態の回路基板は単に回路基板と呼ぶ。
【００１３】
図２の回路基板モジュール２０は、基板２１、光伝送路２２、及び光デバイス（半導体デバイス）２３を含む。基板２１は、紙にフェノール樹脂を含浸させた紙フェノール基板、紙にエポキシ樹脂を含浸させた紙エポキシ基板、ガラスクロスを重ねてエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板、テフロン樹脂（「テフロン」は登録商標）を用いたテフロン基板、アルミナを焼成して生成するアルミナ基板等でよい。基板２１は、基板材料として柔軟性のない素材を使用したリジッド基板である。
【００１４】
基板２１には、窪み２１ａ及び２１ｂが形成されている。また窪み２１ａ及び２１ｂ間を接続するように光伝送路２２が基板２１中に形成される。この光伝送路２２は、単なる空間或いは光透過性の材料を用いた光導波路であってよく、例えば光ファイバにより構成される。窪み２１ａ及び２１ｂを有する基板２１及び光伝送路２２が、回路基板を構成する。窪み２１ａ及び２１ｂには光デバイスがはめ込まれる。但し、図２においては、窪みの形成された様子を分かり易く示すために、窪み２１ａには光デバイスを配置していない。
【００１５】
図３は、光デバイス（半導体デバイス）２３の構成を示す図である。図３の光デバイス２３は、デバイス本体３０、光ＩＯセル３１、及びデバイス下面に配置された複数の半田からなるボール状電極３２を含む。デバイス本体３０は、所望の機能を実現するための回路を内蔵する回路部分であり、この回路の動作は電気信号に基づく従来の回路動作でよい。但し、回路が電気回路である必要はなく、全て光信号で動作する光回路であってもよい。
【００１６】
光ＩＯセル３１は、デバイス本体３０の回路が外部と光で信号をやり取りするために設けられるＩ／Ｏ部分であり、図１に示されるような半導体レーザ１０を含む。半導体レーザ１０から基板の横方向に光が出射されるのに対応して、光ＩＯセル３１からは、光デバイス２３の横方向（平面状の光デバイス２３の平面に平行な方向）に光が出力される。なお光ＩＯセル３１は、光を外部に送信する光発光部と、外部から光を受信する光受光部とを含む。
【００１７】
この例において光デバイス２３は、ＢＧＡ（Ball Grid Array）形式のデバイスを想定している。ボール状電極３２は、電源電圧供給のために設けられるとともに、光ＩＯセル３１による信号入出力以外の電気的Ｉ／Ｆによる信号入出力のために設けられる。これにより例えば、特に高速性が必要ない信号については、基板２１に設けられた従来同様の電気導体（銅箔等）で構成された配線を介して信号を伝送することができる。
【００１８】
図２に戻り、光デバイス２３が窪み２１ｂにはめ込まれた状態で、光デバイス２３の光ＩＯセル３１の位置が光伝送路２２の位置に合うように、窪み２１ｂの深さ及光デバイス２３の構成が決められている。また窪み２１ａ及び２１ｂは、そこにはめ込まれる光デバイスの大きさにあった長さ及び幅を有するように形成されている。
【００１９】
図４は、回路基板モジュール２０を上方向から見た様子を示す図である。図４においては、窪み２１ｂに光デバイス（半導体デバイス）２４がはめ込まれた状態を示してある。また説明の都合上、基板２１中に存在する光伝送路２２が、あたかも基板２１を透過して見えるかのように図示してある。光伝送路２２が基板２１中に存在するので、実際には光伝送路２２は上部から見えない。
【００２０】
図４に示されるように、光デバイス２３及び光デバイス２４の間は、必要に応じて複数の光伝送路２２で接続される。また前述のように、窪み２１ａ及び２１ｂは、そこにはめ込まれる光デバイスの大きさにあった長さ及び幅を有するように形成されているので、図４のように上方向から見た場合に、光デバイス２３及び光デバイス２４と基板２１との間に隙間は全く存在しない。このように、はめ込まれる光デバイスに合った大きさの窪みを形成することで、光デバイスの位置決めが確実に行われ、光ＩＯセル３１と光伝送路２２との光結合を確実に行うことができる。
【００２１】
図５は、回路基板モジュール２０の変形例を示す図である。図５は、図４と同様に、回路基板モジュール２０を上方向から見た様子を示す図であり、基板２１中に存在する光伝送路が、あたかも基板２１を透過して見えるかのように図示してある。
【００２２】
図５においては、光ファイバなどの曲げられる光伝送路を用いることにより、空間的に直線ではなく曲がった信号伝送路を実現している。具体的には、光デバイス２３と光デバイス２４とを、並行して同一形状の曲線経路に沿った５本の光伝送路２２Ａで接続するとともに、光伝送路２２Ａに交差するような曲線経路に沿った１本の光伝送路２２Ｂで接続する。光伝送路２２Ｂは、光伝送路２２Ａの上または下を通過するように配置されればよい。光ファイバのような光伝送路は互いに接触してもクロストークを生じないので、図５のような構成としても、光伝送路２２Ｂと光伝送路２２Ａとの間のシールド等を考慮する必要がよく、自由な光伝送路の引き回しができる。
【００２３】
図６は、本発明の第１の実施例の変形例である回路基板モジュールの構成を示す図である。図６において、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００２４】
図６の回路基板モジュール２０Ａは、基板２１Ａ、光伝送路２２Ｃ、光デバイス２３、及び光デバイス２４を含む。基板２１Ａは、図２の基板２１と同様の素材であり、光デバイスを格納するための窪みを有する。但し光伝送路２２Ｃが基板中ではなく、基板表面に設けられている点において、図６の基板２１Ａは図２の基板２１と異なる。光伝送路２２Ｃは、光透過性の材料を用いた光導波路であってよく、例えば光ファイバにより構成される。このように本発明における光伝送路は、基板２１中ではなく基板２１の表面上に形成されてもよい。
【００２５】
図７は、回路基板モジュール２０Ａを上方向から見た様子を示す図である。図７においては、光伝送路２２Ｃが基板２１Ａの表面上に配置されているので、光伝送路２２Ｃは実際に上部から見えることになる。
【００２６】
図７に示されるように、光デバイス２３及び光デバイス２４と基板２１Ａとの間に隙間は全く存在しない。このように、はめ込まれる光デバイスに合った大きさの窪みを形成することで、光デバイスの位置決めが確実に行われ、光ＩＯセルと光伝送路２２Ｃとの光結合を確実に行うことができる。
【００２７】
また光ファイバなどの曲げられる光伝送路を用いることにより、空間的に直線ではなく曲がった信号伝送路を実現することができる。図７において光伝送路２２Ｃは、並行して同一形状の曲線経路に沿った５本の光伝送路と、これら５本の光伝送路に交差するような曲線経路に沿った１本の光伝送路とを含む。この１本の光伝送路は、他の５本の光伝送路の上または下を通過するように配置されればよい。光ファイバのような光伝送路は互いに接触してもクロストークを生じないので、図７のような構成としても、光伝送路間のシールド等を考慮する必要がよく、自由な光伝送路の引き回しができる。なお図４に図示した構成と同様に、光デバイス２３と光デバイス２４とを、直線経路に沿った光伝送路２２Ｃで接続できることは言うまでもない。
【００２８】
このように本発明の第１の実施例においては、第１の方向に厚みを有し該第１の方向に垂直な平面に沿って延展するとともに窪みを有する基板と、窪みの外周位置に一端が設けられ、その一端から第１の方向に略垂直な方向に所定の距離延展する部分が基板中又は基板表面に配置された光伝送路を有する。光デバイスは、基板の窪みにはめ込まれて、窪みの底面により第１の方向に位置決めされる。
【００２９】
上記構成により、基板に設けた窪みの中に光デバイスをはめ込んだ状態において光デバイスの横方向に出射される光がそのまま光伝送路に入射される。即ち、光デバイスから光が出射する部分の高さ位置が、光伝送路の高さ位置と同一となるように窪みの深さが形成されているとともに、光デバイスを上から見た場合に光デバイスから光が出射する部分の２次元的な位置が、光伝送路の一端の２次元的な位置と一致するように窪みの位置が形成されている。基板に窪みを設けないとすると、まず基板に光デバイスを取り付け、その後、例えば基板表面上に実装されている光ファイバの端を、取り付け後の光デバイスの光ＩＯセルに結合させる等の作業が必要になってしまう。それに対して本発明のような構成とすれば、横方向に光を出射する光デバイスを基板の窪みにはめ込むだけで、光ＩＯセルと光伝送路との光結合を確実に行うことができる。
【００３０】
図８は、本発明の第２の実施例による回路基板モジュールを示す図である。
【００３１】
図８の回路基板モジュール４０は、基板４１、光伝送路４２、及び光デバイス４３を含む。基板４１は、図２の基板２１と同様の素材である。但し光デバイスを格納するために、窪み２１ａ及び２１ｂではなく貫通孔４１ａ及び４１ｂを有する点において、図７の基板４１は図２の基板２１と異なる。
【００３２】
貫通孔４１ａ及び４１ｂ間を接続するように光伝送路４２が基板２１中に形成される。この光伝送路４２は、単なる空間或いは光透過性の材料を用いた光導波路であってよく、例えば光ファイバにより構成される。貫通孔４１ａ及び４１ｂを有する基板４１及び光伝送路４２が、回路基板を構成する。貫通孔４１ａ及び４１ｂには光デバイスがはめ込まれる。但し、図８においては、貫通孔の形成された様子を分かり易く示すために、貫通孔２１ａには光デバイスを配置していない。
【００３３】
光デバイス４３には、光デバイス４３の本体部分から４方に突き出たリード端子４３ａと、光ＩＯセル４３ｂとが設けられている。光デバイス４３は、所望の機能を実現するための回路を内蔵し、この回路の動作は電気信号に基づく従来の回路動作でよい。但し、回路が電気回路である必要はなく、全て光信号で動作する光回路であってもよい。
【００３４】
光ＩＯセル４３ｂは、光デバイス４３の回路が外部と光で信号をやり取りするために設けられるＩ／Ｏ部分であり、図１に示されるような半導体レーザ１０を含む。半導体レーザ１０から基板の横方向に光が出射されるのに対応して、光ＩＯセル４３ｂからは、光デバイス４３の横方向（平面状の光デバイス４３の平面に平行な方向）に光が出力される。なお光ＩＯセル４３ｂは、光を外部に送信する光発光部と、外部から光を受信する光受光部とを含む。
【００３５】
この例において光デバイス４３は、ＱＦＰ（Quad Flat Package）形式のデバイスを想定している。ＱＦＰ形式のデバイスを従来の基板に実装する姿勢とは上下反転させた状態で、光デバイス４３を基板４１の貫通孔４１ｂの中にはめ込み、リード端子４３ａを貫通孔４１ｂの縁面に突き当てて位置決めするとともに、基板４１の表面上の電気配線に接続させている。リード端子４３ａは、電源電圧供給のために設けられるとともに、光ＩＯセル４３ｂによる信号入出力以外の電気的Ｉ／Ｆによる信号入出力のために設けられる。これにより例えば、特に高速性が必要ない信号については、基板４１に設けられた従来同様の電気導体（銅箔等）で構成された配線を介して信号を伝送することができる。
【００３６】
図９は、回路基板モジュール４０を上方向から見た様子を示す図である。説明の都合上、基板４１中に存在する光伝送路４２が、あたかも基板４１を透過して見えるかのように図示してある。光伝送路４２が基板４１中に存在するので、実際には光伝送路４２は上部から見えない。
【００３７】
図９に示されるように、貫通孔４１ａ及び４１ｂは、そこにはめ込まれる光デバイスの大きさにあった長さ及び幅を有するように形成されているので、図９のように上方向から見た場合に、光デバイス４３と基板４１との間に隙間は全く存在しない。このように、はめ込まれる光デバイスに合った大きさの貫通孔を形成することで、光デバイスの位置決めが確実に行われ、光ＩＯセル４３ｂと光伝送路４２との光結合を確実に行うことができる。
【００３８】
なお図８及び図９に示す第２の実施例の場合においても、第１の実施例の場合と同様に、光デバイス間を複数の光伝送路で接続したり、光伝送路を曲げたり、更には光伝送路同士を上下で重なるように交差させてもよい。
【００３９】
このように本発明の第２の実施例は、第１の方向に厚みを有し該第１の方向に垂直な平面に沿って延展するとともに貫通孔を有する基板と、貫通孔の外周位置に一端が設けられ、その一端から第１の方向に略垂直な方向に所定の距離延展する部分が基板中又は基板表面に配置された光伝送路とを有する。光デバイスは、基板の貫通孔にはめ込まれて、貫通孔の縁面により第１の方向に位置決めされる。
【００４０】
このような構成により、基板に設けた貫通孔の中に光デバイスをはめ込んだ状態において光デバイスの横方向に出射される光がそのまま光伝送路に入射される。即ち、光デバイスから光が出射する部分の高さ位置が、光伝送路の高さ位置と同一となるように光伝送路の深さが決められているとともに、光デバイスを上から見た場合に光デバイスから光が出射する部分の２次元的な位置が、光伝送路の一端の２次元的な位置と一致するように貫通孔の位置が形成されている。基板に貫通孔を設けないとすると、まず基板に光デバイスを取り付け、その後、例えば基板表面上に実装されている光ファイバの端を、取り付け後の光デバイスの光ＩＯセルに結合させる等の作業が必要になってしまう。それに対して本発明のような構成とすれば、横方向に光を出射する光デバイスを基板の貫通孔にはめ込むだけで、光ＩＯセルと光伝送路との光結合を確実に行うことができる。
【００４１】
図１０は、本発明の第３の実施例による回路基板モジュールを示す図である。図１０において、図２及び図６に示される構成要素と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００４２】
図１０の回路基板モジュール５０は、基板５１、光伝送路５２、光デバイス２３、及び光デバイス２４を含む。基板５１は、図２の基板２１と同様の構成であり、但し光デバイスを格納するために形成される窪み５１ａ及び５１ｂが、基板５１の上面と下面とにそれぞれ設けられる点のみが異なる。
【００４３】
窪み５１ａ及び５１ｂ間を接続するように光伝送路５２が基板５１中に形成される。この光伝送路５２は、光透過性の材料を用いた光導波路であってよく、例えば光ファイバにより構成される。窪み５１ａ及び５１ｂを有する基板５１及び光伝送路５２が、回路基板を構成する。窪み５１ａ及び５１ｂにはそれぞれ光デバイス２３及び光デバイス２４がはめ込まれる。図１０に示される例では、光伝送路５２を基板５１内で屈曲するように形成することにより、基板５１の厚さ方向に横切るように基板５１の一方の面近くから他方の面近くまで光伝送路５２が延展している。
【００４４】
図１１は、回路基板モジュール５０の別の例を示す図である。図１１において、図１０と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００４５】
図１１の例では、基板５１の厚さが比較的薄いので、基板５１の上面と下面とにそれぞれ設けられた窪み５１ａ及び５１ｂに光デバイス２３及び２４をそれぞれはめ込んだときに、それぞれの光デバイスの光ＩＯセルが互いに対向するように位置される。従ってこの例では、光伝送路５２を基板５１内で直線経路に沿って形成してある。
【００４６】
図１２は、回路基板モジュール５０の変形例の構成を示す図である。図１２において、図１０と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００４７】
図１２の回路基板モジュール５０Ａは、基板５１Ａ、光伝送路５２、光デバイス２３、及び光デバイス２４を含む。基板５１Ａは、図１０の基板５１と同様の構成であるが、但し光デバイス２３をはめ込む貫通孔５１ａと光デバイス２４をはめ込む貫通孔５１ｂとの間に、更なる貫通孔５１ｃを設けた点が異なる。
【００４８】
光伝送路５２は、貫通孔５１ｃ内部で屈曲することで、基板５１Ａの厚さ方向に横切るように基板５１Ａの一方の面近くから他方の面近くまで延展する。光伝送路５２のうち貫通孔５１ａに近い側の基板５１Ａ内部に存在する部分５２ａは、直線経路に沿っており基板５１Ａの一定の深さ位置に配置されている。また光伝送路５２のうち貫通孔５１ｂに近い側の基板５１Ａ内部に存在する部分５２ｂも、直線経路に沿っており基板５１Ａの一定の深さ位置に配置されている。
【００４９】
このように基板５１Ａ中の光伝送路５２ａ及び５２ｂについては一定の深さ位置に直線経路として配置することで、図１０の場合のように基板中で深さが変化する曲線経路を形成する場合と比較して、基板５１Ａの製造が容易となる。
【００５０】
図１３は、回路基板モジュール５０の更なる変形例の構成を示す図である。図１３において、図１２と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００５１】
図１３の回路基板モジュール５０Ｂは、基板５１Ｂ、光伝送路５２ｃ、光デバイス２３、及び光デバイス２４を含む。基板５１Ｂは、図１２の基板５１Ａと同様の構成であるが、但し光伝送路５２ｃが基板中ではなく基板表面に設けられている点において、図１２の基板５１Ａと異なる。光伝送路５２ｃは、光透過性の材料を用いた光導波路であってよく、例えば光ファイバにより構成される。光伝送路５２ｃは、貫通孔５１ｃを通り抜けることで、基板５１Ｂの厚さ方向に横切るように基板５１Ｂの一方の表面から他方の表面まで延展する。
【００５２】
図１４は、本発明の第４の実施例による回路基板モジュールを示す図である。図１４の回路基板モジュール６０は、それ自体を別の回路基板に実装可能なマルチチップパッケージである。
【００５３】
図１４の回路基板モジュール６０は、基板６１、光伝送路６２、光デバイス６３、光デバイス６４、モールド６５、及びボール状電極６６を含む。基板６１、光伝送路６２、光デバイス６３、及び光デバイス６４は、それぞれ前述した基板２１Ａ、光伝送路２２Ｃ、光デバイス２３、及び光デバイス２４と同様であり、第１の実施例及びその変形例についての記載がそのまま当てはまる。
【００５４】
図１４に示す第４の実施例では、基板６１の窪みに光デバイス６３及び６４をはめ込み、光デバイス間を光伝送路６２により結合してある。また基板６１の上に、樹脂などのモールド６５を設け、モールド６５により光伝送路６２、光デバイス６３、及び光デバイス６４を封止する。こうして構成されたマルチチップパッケージである回路基板モジュール６０には、外部との電気信号入出力のためのボール状電極６６が設けられており、他の回路基板上に実装して動作させることができる。
【００５５】
なおモールド６５により光伝送路６２、光デバイス６３、及び光デバイス６４を完全に覆うので、光伝送路６２が基板６１中ではなく基板６１の表面に設けられていても、光伝送路６２が損傷する恐れがない。従って、基板６１中に光伝送路６２を形成した構成ではなく、より簡単に製造できる基板６１上に光伝送路６２を配置した構成を使用して、コスト削減することができる。勿論、光伝送路６２を基板６１中に形成する構成としても何ら問題はない。
【００５６】
図１５は、回路基板モジュール６０を上方向から見た様子を示す図である。説明の都合上、基板６１上に存在する光伝送路６２が、あたかもモールド６５を透過して見えるかのように図示してある。モールド６５が不透明であれば、実際には光伝送路６２は上部から見えない。
【００５７】
図１５に示されるように、光デバイス６３及び光デバイス６４の間は、必要に応じて複数の光伝送路６２で接続される。また前述のように、窪みは、そこにはめ込まれる光デバイスの大きさにあった長さ及び幅を有するように形成されているので、図１５のように上方向から見た場合に、光デバイス６３及び光デバイス６４と基板６１との間に隙間は全く存在しない。
【００５８】
このように第４の実施例においては、本発明による回路基板モジュールにボール状電極を設けることにより、内部の電子デバイス同士が光で通信するマルチチップモジュールを形成することができる。またこのようにして構成されたマルチチップモジュールを他の実装基板に実装して動作させることができる。
【００５９】
図１６は、本発明で使用する光デバイスの構成の一例を示す図である。図１６（ａ）は、光デバイス２３の平面図を示し、（ｂ）は光デバイス２３の断面側面図を示す。光デバイス２３は、例えば図２に示す回路基板モジュール２０において実装される光デバイスである。
【００６０】
光デバイス２３は、パッケージ基板７１、ＣＭＯＳＬＳＩ７２、電気・光変換素子７３、回路配線７４、透明モールド７５、及びボール状電極３２を含む。
【００６１】
ＣＭＯＳＬＳＩ７２及び電気・光変換素子７３はパッケージ基板７１上に配置される。パッケージ基板７１との電気接続は例えばボンディングワイヤ７６により提供される。それ以外にも例えばＢＧＡやＱＦＰ構造のＣＭＯＳＬＳＩ７２及び電気・光変換素子７３を用いてもよい。回路配線７４はパッケージ基板７１上に形成され、ＣＭＯＳＬＳＩ７２と電気・光変換素子７３とを電気的に接続する。透明モールド７５は、パッケージ基板７１の上面に設けられる透明な樹脂等であり、ＣＭＯＳＬＳＩ７２、電気・光変換素子７３、回路配線７４、ボンディングワイヤ７６等を全て封止する。
【００６２】
電気・光変換素子７３は、ＣＭＯＳＬＳＩ７２とやり取りする電気信号と、外部とやり取りする光信号との間で、電気・光信号変換を実行する。ＣＭＯＳＬＳＩ７２は、内部が全て電気信号により動作するＣＭＯＳ回路デバイスである。例えば電気・光変換素子７３は、シリアライズ・デシリアライズ機能を有した電気・光信号変換を行う素子であり、回路配線７４を介してＣＭＯＳＬＳＩ７２とやり取りするパラレルデータ（電気信号）と、外部とやり取りするシリアルデータ（光信号）との間のシリアル・パラレル変換を実行する。なおシリアル・パラレル変換機能は必ずしも必要ではなく、単に電気・光信号変換を行うだけであっても構わない。透明モールド７５は透明な材質であるので、電気・光変換素子７３は透明モールド７５により封止されていても、外部の素子と光を介して信号のやり取りを行うことができる。
【００６３】
図１７は、光デバイス２３の変形例を示す図である。図１７において、図１６と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００６４】
図１７の光デバイス２３は、図１６（ｂ）の透明モールド７５が非透明モールド７５Ａで置換えられている。それ以外の構成は、図１７と図１６（ｂ）とで同一である。図１７の例では、透明な樹脂等ではなく不透明な樹脂等を非透明モールド７５Ａに使用しているので、電気・光変換素子７３を完全に封止してしまったのでは、光入出力を行うことができない。そこで図に示されるように、光入出力部分は、非透明モールド７５Ａで封止することなく露出した状態とされる。このような構成によっても本発明で使用する光デバイス２３を提供することができる。
【００６５】
図１８は、光デバイス２３の更なる変形例を示す図である。図１８において、図１６と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００６６】
図１８（ａ）は、光デバイス２３の平面図を示し、（ｂ）は光デバイス２３の断面側面図を示す。光デバイス２３は、例えば図２に示す回路基板モジュール２０において実装される光デバイスである。
【００６７】
光デバイス２３は、パッケージ基板７１、ＣＭＯＳＬＳＩ７２Ａ、電気・光変換素子７３Ａ、回路配線７４Ａ、透明モールド７５、及びボール状電極３２を含む。
【００６８】
ＣＭＯＳＬＳＩ７２Ａ及び電気・光変換素子７３Ａはパッケージ基板７１上に配置される。この例では、ＣＭＯＳＬＳＩ７２Ａ及び電気・光変換素子７３ＡはＢＧＡ構造等を有し、パッケージ基板７１上にフリップチップ実装により電気接続される。回路配線７４Ａはパッケージ基板７１上に形成され、ＣＭＯＳＬＳＩ７２Ａと電気・光変換素子７３Ａとを電気的に接続する。透明モールド７５は、パッケージ基板７１の上面に設けられる透明な樹脂等であり、ＣＭＯＳＬＳＩ７２Ａ、電気・光変換素子７３Ａ、回路配線７４Ａ等を全て封止する。
【００６９】
電気・光変換素子７３Ａは、ＣＭＯＳＬＳＩ７２Ａとやり取りする電気信号と、外部とやり取りする光信号との間で、電気・光信号変換を実行する。ＣＭＯＳＬＳＩ７２Ａとの間の信号伝送は、高速短距離電気信号を介して行われる。透明モールド７５は透明な材質であるので、電気・光変換素子７３Ａは透明モールド７５により封止されていても、外部の素子と光を介して信号のやり取りを行うことができる。
【００７０】
図１９は、光デバイス２３の更なる変形例を示す図である。図１９において、図１８と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００７１】
図１９の光デバイス２３は、図１８（ｂ）の透明モールド７５が削除されている。それ以外の構成は、図１９と図１８（ｂ）とで同一である。このようなベアチップ実装を用いた構成によっても、本発明で使用する光デバイス２３を提供することができる。
【００７２】
図２０は、本発明の第５の実施例による回路基板モジュールを示す図である。図２０において、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００７３】
図２０の回路基板モジュール２０は、基板２１、光伝送路２２、ＣＭＯＳデバイス８１、ＣＭＯＳデバイス８２、電気光変換デバイス８３、及び電気光変換デバイス８４を含む。基板２１に設けられた窪みには、電気光変換デバイス８３及び８４がその回路面が上を向くようにはめ込まれ、その上にＣＭＯＳデバイス８１及び８２がそれぞれ電気光変換デバイス８３及び８４に回路面が対向するように配置される。ＣＭＯＳデバイス８１はＢＧＡタイプであり、そのボール電極の幾つかは基板２１の表面上に設けられた電極に接続される。残りのボール電極は電気光変換デバイス８３と共有される。同様に、ＣＭＯＳデバイス８２はＢＧＡタイプであり、そのボール電極の幾つかは基板２１の表面上に設けられた電極に接続される。残りのボール電極は電気光変換デバイス８４と共有される。
【００７４】
図２１は、電気光変換デバイス８３の構成を示す図である。電気光変換デバイス８４も同様の構成である。図２１の電気光変換デバイス８３は、デバイス本体９０、光ＩＯセル９１、及びデバイス回路面に配置された複数の半田からなるボール状電極９２を含む。これらボール状電極９２はＣＭＯＳデバイス８１に電気的に接続され、電気光変換デバイス８３とＣＭＯＳデバイス８１とでボール状電極９２を共有して電気信号のやり取りが行われる。デバイス本体９０は、電気光変換の機能を実現するための回路を内蔵する回路部分である。
【００７５】
光ＩＯセル９１は、デバイス本体９０に駆動されて外部と光で信号をやり取りするために設けられるＩ／Ｏ部分であり、図１に示されるような半導体レーザ１０を含む。半導体レーザ１０から基板の横方向に光が出射されるのに対応して、光ＩＯセル９１からは、電気光変換デバイス８３の横方向（平面状の電気光変換デバイス８３の平面に平行な方向）に光が出力される。なお光ＩＯセル９１は、光を外部に送信する光発光部と、外部から光を受信する光受光部とを含む。
【００７６】
このように本発明による第５の実施例では、基板に設けた窪みの中に電気光変換デバイスをはめ込み、更に電気光変換デバイスと回路面が対向するようにＣＭＯＳデバイスを配置して、電気光変換デバイスとＣＭＯＳデバイスとの信号伝送を行う。また電気光変換デバイスを窪みにはめ込んだ状態において電気光変換デバイスの横方向に出射される光がそのまま光伝送路に入射されるように、回路基板及び電気光変換デバイスが構成される。即ち、電気光変換デバイスから光が出射する部分の高さ位置が、光伝送路の高さ位置と同一となるように窪みの深さが形成されているとともに、電気光変換デバイスを上から見た場合に電気光変換デバイスから光が出射する部分の２次元的な位置が、光伝送路の一端の２次元的な位置と一致するように窪みの位置が形成されている。このような構成とすれば、横方向に光を出射する電気光変換デバイスを基板の窪みにはめ込むだけで、光ＩＯセルと光伝送路との光結合を確実に行うことができるとともに、専用の光デバイスを用いることなく、通常のＣＭＯＳデバイスに電気光変換デバイスを接続することで、ＣＭＯＳデバイス間の光伝送が可能になる。
【００７７】
図２２は、本発明による第６の実施例による回路基板モジュールを示す図である。図２２において、図２と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００７８】
図２２（ａ）は、基板１０１の上に光デバイス２３及び光デバイス２４を実装した状態を示す。光デバイス２３及び２４は、例えばＢＧＡ等の通常の電気接続構造により基板１０１と電気接続される。
【００７９】
図２２（ｂ）は、光デバイス２３と光デバイス２４との間の基板１０１上に、光伝送路１０２が基板台１０３の上面に配置され一体的に構成された部品を配置して構成した回路基板モジュール１００を示す。基板台１０３の上面の位置から見れば、光デバイス２３及び光デバイス２４は恰も窪みにはめ込まれたかのように垂直方向位置が下がっており、基板台１０３の上面に配置された光伝送路１０２と光デバイス２３及び２４の光ＩＯセルとの高さ位置が合致することになる。
【００８０】
図２３は、回路基板モジュール１００を上方向から見た場合の様子を示す図である。図２３に示されるように、光デバイス２３及び光デバイス２４の間は、必要に応じて複数の光伝送路１０２で接続される。また光伝送路１０２が配置される基板台１０３は、この例では矩形形状となっており、光デバイス２３と光デバイス２４との間に位置される。
【００８１】
上述したような第６の実施例の構成によっても、光伝送路１０２の高さ方向の位置と光デバイス２３の光出射の高さ方向の位置とを合わせて、光デバイス２３及び光デバイス２４間の光伝送を容易に実現することが可能となる。この際、光伝送路が基板台の上面に配置され一体的に構成された部品を光デバイス間に配置するだけであるので、比較的簡単に光デバイス同士の光結合を実現することができる。
【００８２】
図２４は、本発明による光デバイスの光結合方法の一例を説明するための図である。図２４において、図１と同一の構成要素は同一の番号で参照し、その説明は省略する。
【００８３】
図２４（ａ）に示すように、まず基板１１１に光デバイス２３と光デバイス２４とを実装する。光デバイス２３及び２４は、例えばＢＧＡ等の通常の電気接続構造により基板１１１と電気接続される。
【００８４】
次に図２４（ｂ）に示すように、基板１１１の上に基板１１２を積層する。基板１１２は、光デバイス２３及び光デバイス２４の位置に、光デバイス２３及び２４の長さ・幅に一致する貫通孔が形成されており、これらの貫通孔に光デバイス２３及び光デバイス２４がはめ込まれる。なお基板１１２は、一枚の基板ではなく、複数枚の薄い基板を基板１１１の上に次々に積層させていくことで形成される積層基板であってよい。
【００８５】
次に図２４（ｃ）に示すように、基板１１２の上面の高さが光デバイス２３の光入出力点の高さ位置と一致する高さになると、基板１１２の上面に光伝送路２２を形成する。これは例えば光ファイバを基板１１２の上面に配置することにより行われる。
【００８６】
次に図２４（ｄ）に示すように、基板１１２の上に基板１１３を積層する。基板１１３は、光デバイス２３及び光デバイス２４の位置に、光デバイス２３及び２４の長さ・幅に一致する貫通孔が形成されており、これらの貫通孔に光デバイス２３及び光デバイス２４がはめ込まれる。なお基板１１３は、一枚の基板ではなく、複数枚の薄い基板を基板１１２の上に次々に積層させていくことで形成される積層基板であってよい。また光デバイス２３及び光デバイス２４の高さを超えた層においては、貫通孔のない一枚板の基板を順次積層していけばよい。
【００８７】
図２４（ｄ）に示した工程はオプションであり、実行する必要はない。この場合は、図６に示されるのと同様の構成の回路基板モジュールが得られる。また基板１１２の上に基板１１３を積層して光伝送路２２を積層基板中に埋めた後は、適当な位置で基板１１３の積層を終了してよい。光デバイス２３及び光デバイス２４を埋めてしまう前に基板１１３の積層を終了すれば、例えば図２に示されるのと同様の構成の回路基板モジュールが得られる。
【００８８】
このように、光デバイス２３及び光デバイス２４を実装した後に、基板を積層していくことにより、本発明の回路基板モジュールを製造するようにしてもよい。また例えば図２や図６を参照して既に説明したように、予め窪みが設けられた基板を用意しておいて、その窪みの中に光デバイスをはめ込むことにより、回路基板モジュールを製造するようにしてもよい。
【００８９】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】光発光素子として一般的な端面発光型の半導体レーザを示す図である
【図２】本発明の第１の実施例による回路基板モジュールを示す図である。
【図３】図２の光デバイスの構成を示す図である。
【図４】図２の回路基板モジュールを上方向から見た様子を示す図である。
【図５】回路基板モジュールの変形例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例の変形例である回路基板モジュールの構成を示す図である。
【図７】図６の回路基板モジュールを上方向から見た様子を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施例による回路基板モジュールを示す図である。
【図９】図８の回路基板モジュールを上方向から見た様子を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施例による回路基板モジュールを示す図である。
【図１１】回路基板モジュールの別の例を示す図である。
【図１２】回路基板モジュールの変形例の構成を示す図である。
【図１３】回路基板モジュールの更なる変形例の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施例による回路基板モジュールを示す図である。
【図１５】図１４の回路基板モジュールを上方向から見た様子を示す図である。
【図１６】本発明で使用する光デバイスの構成の一例を示す図である。
【図１７】光デバイスの変形例を示す図である。
【図１８】光デバイスの更なる変形例を示す図である。
【図１９】光デバイスの更なる変形例を示す図である。
【図２０】本発明の第５の実施例による回路基板モジュールを示す図である。
【図２１】電気光変換デバイスの構成を示す図である。
【図２２】本発明による第６の実施例による回路基板モジュールを示す図である。
【図２３】図２２の回路基板モジュールを上方向から見た場合の様子を示す図である。
【図２４】本発明による光デバイスの光結合方法の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９１】
２０  回路基板モジュール
２１  基板
２１ａ及び２１ｂ  窪み
２２  光伝送路
２３  光デバイス
２４  光デバイス
３０  デバイス本体
３１  光ＩＯセル
３２  ボール状電極
４０  回路基板モジュール
４１  基板
４１ａ及び４１ｂ  貫通孔
４２  光伝送路
４３  光デバイス
【図１】
2008015336.tif 000003
【図２】
2008015336.tif 000004
【図３】
2008015336.tif 000005
【図４】
2008015336.tif 000006
【図５】
2008015336.tif 000007
【図６】
2008015336.tif 000008
【図７】
2008015336.tif 000009
【図８】
2008015336.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008015336.tif 000012
【図１１】
2008015336.tif 000013
【図１２】
2008015336.tif 000014
【図１３】
2008015336.tif 000015
【図１４】
2008015336.tif 000016
【図１５】
2008015336.tif 000017
【図１６】
2008015336.tif 000018
【図１７】
2008015336.tif 000019
【図１８】
2008015336.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2008015336.tif 000024
【図２３】
2008015336.tif 000025
【図２４】
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