(57)【要約】【課題】光の伝送ロスやクロストークが少なくて高性能な光学素子搭載装置を提供すること。【解決手段】本発明の光学素子搭載装置３１は、光学素子５１、マイクロレンズアレイ基板４１、第１嵌合部５５、第２嵌合部４５等を備える。光学素子５１は、発光部５４が配置された主面５３を有する。マイクロレンズアレイ基板４１には、複数の光路に対応して複数のマイクロレンズ４３が配置されている。第１嵌合部５５は光学素子５１の主面５３上に設けられている。第２嵌合部４５は、マイクロレンズアレイ基板４１に設けられ、第１嵌合部５５と嵌合関係にある。従って、第１嵌合部５５及び第２嵌合部４５の嵌合関係により、光学素子５１の有する発光部５４と、マイクロレンズアレイ基板４１の有するマイクロレンズ４３との光軸が合った状態となる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部及び発光部のうちの少なくともいずれかが配置された主面を有する光学素子と、
複数の光路に対応して配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ基板と、
前記光学素子の主面上に設けられた第１嵌合部と、
前記マイクロレンズアレイ基板に設けられ、前記第１嵌合部と嵌合関係にある第２嵌合部と
を備えたことを特徴とする光学素子搭載装置。
【請求項２】
前記光学素子の主面側の前記第１嵌合部は窪みであり、前記マイクロレンズアレイ基板側の前記第２嵌合部は突起であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子搭載装置。
【請求項３】
光学素子支持体をさらに備えるとともに、その光学素子支持体上には前記光学素子が支持固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子搭載装置。
【請求項４】
前記光学素子支持体は前記光学素子を収容しうる収容凹部を有し、前記収容凹部の底面には前記光学素子が支持固定されていることを特徴とする請求項３に記載の光学素子搭載装置。
【請求項５】
受光部及び発光部のうちの少なくともいずれかが配置された主面を有する光学素子と、
複数の光路に対応して配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ基板と、
前記光学素子の主面上に設けられた第１嵌合部と、
前記マイクロレンズアレイ基板に設けられ、前記第１嵌合部と嵌合関係にある第２嵌合部と
を備えた光学素子搭載装置の製造方法において、
前記光学素子の主面上に前記第１嵌合部を形成する工程と、
前記マイクロレンズアレイ基板に前記第２嵌合部を形成する工程と、
前記第１嵌合部及び前記第２嵌合部を嵌合させることで位置合わせを行いつつ、前記光学素子と前記マイクロレンズアレイ基板とを互いに固定する工程と
を含むことを特徴とする光学素子搭載装置の製造方法。
【請求項６】
受光部及び発光部のうちの少なくともいずれかが配置された主面を有する光学素子と、
複数の光路に対応して配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ基板と、
前記光学素子の主面上に設けられた第１嵌合部と、
前記マイクロレンズアレイ基板に設けられ、前記第１嵌合部と嵌合関係にある第２嵌合部と
を備えた光学素子搭載装置の製造方法において、
前記光学素子の主面上に前記第１嵌合部である窪みをエッチングにより形成する工程と、
前記マイクロレンズアレイ基板における前記光学素子側面に、前記第２嵌合部である突起を成形型により形成する工程と、
前記窪み及び前記突起を嵌合させることで位置合わせを行いつつ、前記光学素子と前記マイクロレンズアレイ基板とを互いに固定する工程と
を含むことを特徴とする光学素子搭載装置の製造方法。
【請求項７】
前記マイクロレンズアレイ基板における前記光学素子側面に前記第２嵌合部である突起を形成する工程の際、共通の成形型を用いて同時に前記複数のマイクロレンズを形成することを特徴とする請求項６に記載の光学素子搭載装置の製造方法。
【請求項８】
導体回路及び光導波路を有する配線基板と、その配線基板上に実装された状態で前記光導波路と光学的に接続される光学素子搭載装置とを備える配線基板において、
前記光学素子搭載装置は、
受光部及び発光部のうちの少なくともいずれかが配置された主面を有する光学素子と、
複数の光路に対応して配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ基板と、
前記光学素子の主面上に設けられた第１嵌合部と、
前記マイクロレンズアレイ基板に設けられ、前記第１嵌合部と嵌合関係にある第２嵌合部と
を備えることを特徴とする光学素子搭載装置付き配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子や受光素子などの光学素子を搭載した装置及びその製造方法、光学素子搭載装置付き配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットに代表される情報通信技術の発達や、情報処理装置の処理速度の飛躍的向上などに伴って、画像等の大容量データを送受信するニーズが高まりつつある。かかる大容量データを情報通信設備を通じて自由にやり取りするためには１０Ｇｂｐｓ以上という情報伝達速度が望ましく、そのような高速通信環境を実現しうる技術として光通信技術に大きな期待が寄せられている。一方、機器内の配線基板間での接続、配線基板内の半導体チップ間での接続、半導体チップ内での接続など、比較的短い距離における信号伝達経路に関しても、高速で信号を伝送することが近年望まれている。このため、従来一般的であった金属ケーブルや金属配線から、光導波路などを用いた光伝送へと移行することが理想的であると考えられている。
【０００３】
そして従来、例えば、発光素子（ＶＣＳＥＬ等）を搭載した送信側光パッケージ及び受光素子（ＰＤ等）を搭載した受信側光パッケージが表面に実装され、それらパッケージ間を光導波路で光学的に接続することにより、高速信号線の光化を図った光プリント配線板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。その具体例を図１５に示す。
【０００４】
基板１１１の第１主面１１２にはキャビティ１１３が形成され、そのキャビティ１１３の底面にはＶＣＳＥＬ１１４が搭載されている。ＶＣＳＥＬ１１４は発光面１１５を有しており、その発光面１１５内には複数の発光部１１６がアレイ状に配置されている。一方、基板１１１の第２主面１１７にはＶＣＳＥＬ１１４を動作させるためのドライバＩＣ１１８が搭載されている。ＶＣＳＥＬ１１４及びドライバＩＣ１１８は、基板１１１の有する図示しない導体回路を介して電気的に接続されている。キャビティ１１３内には透明な樹脂からなる封止樹脂層１１９が充填形成されており、その封止樹脂層１１９の表面には複数のマイクロレンズ１２０が形成されている。これらのマイクロレンズ１２０は各発光部１１６に対応した位置にあるため、発光部１１６が光を発すると、それらの光がマイクロレンズ１２０を通過する際に集光されてコリメート光（平行光）に変換される。かかるコリメート光は、光プリント配線板１２１−光パッケージ１２２間の空隙を空気伝搬した後、光プリント配線板１２１上の光導波路１２３の一方側の端部（光路変換部）に達する。そして、光は光導波路１２３を伝搬して他方側の端部（光路変換部）に達した後、逆の経路を辿ってＰＤの受光部に入射するようになっている。
【０００５】
このような光パッケージ１２２を製造する手順について述べる。まず、基板１１１の第１主面１１２側にあるキャビティ１１３の底面に、ＶＣＳＥＬ１１４を搭載する。次に、キャビティ１１３に透明な樹脂を充填して封止した後、第２主面１１７側にドライバＩＣ１１８を搭載する。次に、封止樹脂層１１９の表面にディスペンサで液状の感光性樹脂を微小量滴下する。滴下された感光性樹脂は表面張力の作用により半球状になるため、前記感光性樹脂を光硬化させることにより、マイクロレンズ１２０を形成することができる。
【０００６】
【特許文献１】
エレクトロニクス実装学会誌  Ｖｏｌ．５  Ｎｏ．５（２００２）、「マイクロレンズを用いた光Ｉ／Ｏパッケージ技術」（４７８頁〜４８１頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光パッケージ１２２の製造方法では、ディスペンス法を採用していることから、発光部１１６（または受光部）に対応した位置に精度よくマイクロレンズ１２０を形成することが基本的に難しい。このため、マイクロレンズ１２０が光路から外れやすく（即ち光軸ズレが起こりやすく）なり、光の伝送ロスが拡大する。しかもこの製造方法では、マイクロレンズ１２０の球面を精度よく形成することが困難であるため、集光性能の高いマイクロレンズ１２０を得ることができない。ゆえに、光の伝送ロスが拡大するとともに、隣接する光路との光結合によってクロストークが増加する。そして、今後マイクロレンズ１２０がいっそう微小化、多数化、狭ピッチ化した場合、上記の問題もいっそう顕著になると予想される。従って、光の伝送ロスやクロストークが少なくて高性能な光パッケージ１２２を得るためには、集光性能の高いマイクロレンズ１２０を形成してそれを発光部１１６（または受光部）と確実に光軸合わせする技術が必須となる。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光の伝送ロスやクロストークが少なくて高性能な光学素子搭載装置及びその製造方法、光学素子搭載装置付き配線基板を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
そして、上記課題を解決する手段としては、受光部及び発光部のうちの少なくともいずれかが配置された主面を有する光学素子と、複数の光路に対応して配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ基板と、前記光学素子の主面上に設けられた第１嵌合部と、前記マイクロレンズアレイ基板に設けられ、前記第１嵌合部と嵌合関係にある第２嵌合部とを備えたことを特徴とする光学素子搭載装置がある。
【００１０】
また、上記課題を解決する別の手段としては、導体回路及び光導波路を有する配線基板と、その配線基板上に実装された状態で前記光導波路と光学的に接続される光学素子搭載装置とを備える配線基板において、前記光学素子搭載装置は、受光部及び発光部のうちの少なくともいずれかが配置された主面を有する光学素子と、複数の光路に対応して配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ基板と、前記光学素子の主面上に設けられた第１嵌合部と、前記マイクロレンズアレイ基板に設けられ、前記第１嵌合部と嵌合関係にある第２嵌合部とを備えることを特徴とする光学素子搭載装置付き配線基板がある。
【００１１】
従って、これらの発明によると、第１嵌合部と第２嵌合部との間に嵌合関係があることから、光学素子の有する発光部や受光部と、マイクロレンズアレイ基板の有するマイクロレンズとの光軸が合った状態となる。ゆえに、複数のマイクロレンズについて光軸ズレが解消され、光の伝送ロスが低減される結果、光の伝送効率が向上する。よって、高性能な光学素子搭載装置、光学素子搭載装置付き配線基板を実現することができる。
【００１２】
前記光学素子搭載装置が実装される配線基板は、樹脂、セラミック、金属等の基材に、導体回路及び光導波路を形成してなるものである。前記光導波路は、光信号が伝搬する光路となるコアとそのコアを取り囲むクラッドとを有しており、前記基材の主面上または内部に配置される。光導波路には、大別して有機系のものと無機系のものとがあるが、いずれも使用可能である。
【００１３】
前記光学素子搭載装置を構成する光学素子としては、発光部が主面に配置された光学素子（即ち発光素子）や、受光部が主面に配置された光学素子（即ち受光素子）がある。発光素子としては、例えば、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）、半導体レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ  ；ＬＤ）、面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ；ＶＣＳＥＬ）等を挙げることができる。これらの発光素子は、入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を光導波路の所定部位に向けて発光部から出射する機能を備えている。一方、受光素子としては、例えば、ｐｉｎフォトダイオード（ｐｉｎ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ；ｐｉｎＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等を挙げることができる。これらの受光素子は、光導波路の所定部位から出射された光信号を受光部にて入射し、その入射した光信号を電気信号に変換して出力する機能を有している。従って、発光素子の発光部や受光素子の受光部は、光導波路に対して光学的に接続（即ち、光導波路と互いの光軸を合わせた状態で接続）される。なお、前記光学素子は発光部及び受光部の両方を有するものでもよい。前記光学素子に使用する好適な材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓなどがある。
【００１４】
光学素子において主面に存在する発光部の数、または主面に存在する受光部の数は、１つであっても２つ以上であってもよい。本発明の構成を採る場合には２つ以上であることが好適であり、特にはｎ×ｍ個格子状に配置されていることが好適である。
【００１５】
また、前記光学素子搭載装置を構成するマイクロレンズアレイ基板は、複数の光路に対応して配置された複数のマイクロレンズを有している。マイクロレンズアレイ基板は、無機系または有機系の光透過性材料を用いて板状に形成されている。前記複数のマイクロレンズは、１００μｍ以下の直径を有し、マイクロレンズアレイ基板の表面上または内部に形成されている。複数のマイクロレンズは、発光部及び受光部と同数かつ同位置に配置される。例えば、発光部をｎ×ｍ個格子状に配置したＶＣＳＥＬを光学素子として用いた場合には、発光部と同数のマイクロレンズをｎ×ｍ個格子状に配置したマイクロレンズアレイ基板が用いられる。
【００１６】
前記光学素子と前記マイクロレンズアレイ基板とは、第１嵌合部及び第２嵌合部の嵌合により、面方向に位置ズレ不能な状態で相互に固定されている。前記第１嵌合部は、発光部または受光部がある位置を避けて光学素子の主面上に１つ以上設けられる。第２嵌合部は、マイクロレンズのある位置を避けてマイクロレンズアレイ基板に１つ以上設けられる。第１嵌合部及び第２嵌合部は、互いに嵌合関係となりうるものであれば、その形状は問わない。例えば、第１嵌合部を凹部としかつ第２嵌合部を凸部とした構成にしてもよく、逆に第２嵌合部を凹部としかつ第１嵌合部を凸部とした構成にしてもよい。なお、光学素子がＳｉ等のような半導体材料からなる場合には、エッチング等の従来公知の半導体製造プロセスにより、第１嵌合部である窪み（凹部）を比較的簡単に形成することができる。
【００１７】
前記マイクロレンズアレイ基板と前記光学素子の主面との間の距離は１００μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がさらに好ましく、ほぼ０μｍ（即ちマイクロレンズアレイ基板と光学素子の主面とがほぼ接触していること）が最も好ましい。また、マイクロレンズアレイ基板と光学素子の主面とは直接接合されていてもよい。マイクロレンズアレイ基板と光学素子の主面との間の距離が小さくなると、発光部−マイクロレンズ間または受光部−マイクロレンズ間での光の広がり度合いが小さくなる。それゆえ、マイクロレンズ自体を小径化することが可能となり、マイクロレンズの多数化や狭ピッチ化に対応しやすくなる。また、前記距離が小さくなると集光効率がよくなるため、光の伝送ロスも低減される。これに加えて、前記距離が小さければ、第１嵌合部及び第２嵌合部のいずれかを凸部とした場合にその凸部を低背化することができ、凸部の形成が容易になる。
【００１８】
前記光学素子搭載装置は、光学素子のほかに、光学素子を動作させる電子部品をさらに備えていてもよい。このような電子部品の具体例としては、発光素子の動作回路の機能を有する半導体集積回路（いわゆるドライバＩＣ）や、受光素子に接続される半導体集積回路（いわゆるレシーバＩＣ）などがある。そのほか前記電子部品は、各種のチップ部品（例えばチップトランジスタ、チップダイオード、チップ抵抗、チップキャパシタ、チップコイルなど）などであってもよい。
【００１９】
前記光学素子搭載装置は、光学素子が支持固定される光学素子支持体をさらに備えていてもよい。かかる光学素子支持体の形成や材料は特に限定されないが、例えば板状であることがよく、主として樹脂やセラミックのような絶縁材料を用いて形成されていることがよい。
【００２０】
前記光学素子支持体は１つまたは２つ以上の光学素子を収容しうる収容凹部を有し、前記収容凹部の底面には前記光学素子が支持固定されていることがよい。この構成であると、マイクロレンズアレイ基板を収容凹部の開口部を塞ぐように配置することにより、光学素子を全体的に覆う（つまりパッケージングする）ことが可能である。よって、封止部材などを別途設けなくても、光学素子を保護することができるからである。また、この構成であると、光学素子を気密的に塞ぐことも比較的簡単なため、湿気等に強く信頼性に優れた光学素子搭載装置を実現しやすくなる。
【００２１】
ここで、前記光学素子支持体は、前記光学素子が電気的に接続される導体回路を有する配線構造体であることがよい。なお、光学素子のほかに電子部品があるような場合には、その電子部品についても前記導体回路に電気的に接続されることがよい。なお、光学素子及び電子部品は、配線構造体における同じ面に設けられていてもよく、異なる面に設けられていてもよい。なお、配線構造体の好適例としては、導体回路を複数層に有する多層配線基板などを挙げることができる。
【００２２】
また、上記課題を解決するさらに別の手段としては、受光部及び発光部のうちの少なくともいずれかが配置された主面を有する光学素子と、複数の光路に対応して配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ基板と、前記光学素子の主面上に設けられた第１嵌合部と、前記マイクロレンズアレイ基板に設けられ、前記第１嵌合部と嵌合関係にある第２嵌合部とを備えた光学素子搭載装置の製造方法において、前記光学素子の主面上に前記第１嵌合部を形成する工程と、前記マイクロレンズアレイ基板に前記第２嵌合部を形成する工程と、前記第１嵌合部及び前記第２嵌合部を嵌合させることで位置合わせを行いつつ、前記光学素子と前記マイクロレンズアレイ基板とを互いに固定する工程とを含むことを特徴とする光学素子搭載装置の製造方法がある。
【００２３】
従って、この製造方法によれば、ディスペンス法によりマイクロレンズを形成する従来方法とは異なり、比較的簡単に発光部や受光部とマイクロレンズとの光軸合わせを行うことができ、よって比較的簡単に高性能の光学素子搭載装置を製造することができる。以下、この製造方法についてより詳細に説明する。
【００２４】
前記光学素子の主面上には、周知の手法によってあらかじめ第１嵌合部が形成される。第１嵌合部が突起（凸部）である場合、光学素子の主面上にさらに別の材料を付着させて突起を形成する方法や、光学素子の主面を部分的に除去して突起を形成する方法などがある。前者の具体例としては、ペースト印刷やめっきなどを挙げることができる。後者の具体例としては、エッチングや研削加工などを挙げることができる。第１嵌合部が窪み（凹部）である場合には、その形成に際して、ドリリング、パンチング、ダイシング等の機械的加工、レーザ加工等の光学的加工、エッチング等の化学的加工などを採用することが可能である。特に、光学素子がＳｉ等のような半導体材料からなる場合には、エッチングにより前記窪みを形成することが好適である。エッチングであると、所望形状の窪みを比較的簡単にかつ低コストで形成できるからである。
【００２５】
ここで、配線構造体等のような光学素子支持体を用いる場合には、その表面上（収容凹部があるような場合にはその底面）に光学素子を支持固定する工程を実施することがよい。具体的には、例えば、配線構造体の有する導体回路上に光学素子をはんだ付けすることにより光学素子を固定する。光学素子を動作させる電子部品についても同様である。なお、第１嵌合部の形成は、光学素子を支持固定する工程の前に実施されてもよく、後で実施されてもよい。
【００２６】
また、マイクロレンズアレイ基板には、周知の手法によって第２嵌合部やマイクロレンズがあらかじめ形成される。第２嵌合部が突起（凸部）である場合、マイクロレンズアレイ基板における光学素子側面上にさらに別の材料を付着させて突起を形成する方法（ペースト印刷やめっき）や、当該光学素子側面を部分的に除去して突起を形成する方法（エッチングや研削加工）などがある。これ以外に、例えば、光学素子側面を成形型で型押しして突起を形成する方法もある。第１嵌合部が窪みや貫通孔（凹部）である場合には、その形成に際して、ドリリング、パンチング、ダイシング等の機械的加工、レーザ加工等の光学的加工、エッチング等の化学的加工などを採用することが可能である。これ以外に、例えば、光学素子側面を成形型で型押しして窪みや貫通孔を形成する方法もある。
【００２７】
マイクロレンズアレイ基板における複数のマイクロレンズは、第２嵌合部の形成前に既に形成されていてもよく、第２嵌合部の形成後に形成されてもよく、あるいは第２嵌合部の形成時に同時に形成されてもよい。マイクロレンズの形成方法としては特に限定されず、周知の手法を採用することが可能であるが、好ましくは成形型を用いた方法を採用することがよい。微小量の樹脂をディスペンサで滴下する方法（ディスペンス法）に比べて、成形型を用いた方法によれば、所望形状のマイクロレンズを高精度に形成することが可能である。従って、集光性能の高いマイクロレンズが得やすくなるからである。
【００２８】
なお、マイクロレンズアレイ基板における前記光学素子側面に前記第２嵌合部である突起を形成する工程の際、共通の成形型を用いて同時に前記複数のマイクロレンズを形成することが特に好適である。このようにすれば、マイクロレンズに対する突起の位置精度が極めて高くなるため、マイクロレンズの光軸合わせの精度がいっそう向上する。また、工数の削減にもつながるため、生産性が向上する。
【００２９】
続いて、前記第１嵌合部及び前記第２嵌合部を嵌合させることで位置合わせを行いつつ、前記光学素子と前記マイクロレンズアレイ基板とを互いに固定する工程を実施する。このとき、光学素子とマイクロレンズアレイ基板とは、互いに直接的に固定されてもよく、別の部材（例えば配線構造体等のような光学素子支持体）を介して間接的に固定されてもよい。固定の方法としては特に限定されないが、例えば、接着剤やロウ材などを用いる方法などがある。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態の光学素子搭載装置付き配線基板を図１〜図１１に基づき詳細に説明する。
【００３１】
図１に示されるように、本実施形態の光学素子搭載装置付き配線基板１０を構成する主配線基板１１（配線基板）は、第１主面１２及び第２主面１３を有する略矩形状の板部材である。主配線基板１１はいわゆるセラミック多層配線基板であって、第２主面１３及び内層に金属配線層からなる導体回路１６を備えている。この主配線基板１１はビアホール導体（図示略）も備えており、層の異なる導体回路１６同士はビアホール導体を介して層間接続されている。主配線基板１１の第２主面１３には複数のパッド１４が設けられている。それらのパッド１４上には、送信側光パッケージ３１、受信側光パッケージ３２、ＩＣパッケージ１５等の能動部品や、図示しない各種の受動部品が表面実装されている。これらの部品に対しては、主配線基板１１の導体回路１６等を介して電流（電気信号）が流れるようになっている。
【００３２】
図１〜図３に示されるように、主配線基板１１の第２主面１３には、略矩形状のポリマ光導波路フィルム２１が図示しない接着剤層を介して接合されている。このフィルム２１は、コア２３及びそれを上下から取り囲むクラッド２４を有している。実質的にコア２３は光信号が伝搬する光路となる。本実施形態の場合、コア２３及びクラッド２４は、屈折率等の異なる透明なポリマ材料、具体的には屈折率等の異なるＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）により形成されている。コア２３を形成する材料は、クラッド２４を形成する材料よりも数％ほど屈折率が高くなるように設定される。コア２３及びクラッド２４の厚さは、それぞれ数十μｍ程度に設定されている。フィルム２１の左端は受信側光パッケージ３２と主配線基板１１との空隙に位置する一方、フィルム２１の右端は送信側光パッケージ３１と主配線基板１１との空隙に位置している。フィルム２１の両端部には４５°の傾斜面がそれぞれ設けられ、それらの傾斜面には光沢のある金属薄膜からなる光路変換部２２が形成されている。
【００３３】
図１，図２に示されるように、送信側光パッケージ３１（光学素子搭載装置）を構成する多層配線基板３３（光学素子支持体）は、導体回路３４を複数層に有している。これらの導体回路３４はビアホール導体３５を介して層間接続されている。多層配線基板３３の主面３６側には収容凹部であるキャビティ３７が設けられており、そのキャビティ３７の周囲には端子形成用パッド３８が形成されている。そして、これらの端子形成用パッド３８上には、外部接続端子としてのはんだボール３９が設けられている。キャビティ３７の底面に配置された導体回路３４の一部には部品接続用パッド４０が形成されている。それらの部品接続用パッド４０上には、ＶＣＳＥＬ５１（光学素子）及びその駆動回路であるドライバＩＣ５２がはんだ付けされている。
【００３４】
なお、図１，図３に示されるように、受信側光パッケージ３２（光学素子搭載装置）についても、基本的には送信側光パッケージ３１（光学素子搭載装置）と同様の構造を備えている。ただし、ＶＣＳＥＬ５１（光学素子）及びドライバＩＣ５２の代わりに、フォトダイオード６１及びレシーバＩＣ６２がキャビティ３７内に収容されている。
【００３５】
図７等に示されるように、ＶＣＳＥＬ５１は略矩形状であって、１つの面が発光面５３（主面）となっている。発光面５３（主面）の略中央部には、発光部５４が３×４個格子状に配置されている。従って、これらの発光部５４は、主配線基板１１の第２主面１３に対して直交する方向（即ち図１，図２の上方向）に、所定波長のレーザ光を出射するようになっている。また、発光面５３（主面）の四隅部には、第１嵌合部としての窪み５５がそれぞれ形成されている。即ち、このＶＣＳＥＬ５１は４つの窪み５５を備えている。これらの窪み５５は略四角錐状のエッチング穴である。
【００３６】
図２等に示されるように、多層配線基板３３の主面３６側には、キャビティ３７の開口部を塞ぐようなかたちでマイクロレンズアレイ基板４１が配設されている。マイクロレンズアレイ基板４１の外周部は、接着剤を用いてキャビティ３７の開口部の周囲に接合されている。その結果、ＶＣＳＥＬ５１及びドライバＩＣ５２が気密封止されている。マイクロレンズアレイ基板４１の外面４２（主配線基板側面）には、半球状のマイクロレンズ４３が３×４個格子状に配置されている。これら複数のマイクロレンズ４３は、前記複数の発光部５４に対応した位置にある。一方、マイクロレンズアレイ基板４１の内面４４（光学素子側面）における４箇所には、第２嵌合部である半球状の突起４５が形成されている。そして、これらの突起４５はＶＣＳＥＬ５１の有する窪み５５と嵌合関係にある。ゆえに、各発光部５４と各マイクロレンズ４３との光軸が合った状態でＶＣＳＥＬ５１とマイクロレンズアレイ基板４１とが位置ズレ不能に固定されている。なお、マイクロレンズアレイ基板４１の内面４４（光学素子側面）とＶＣＳＥＬ５１の発光面５３（主面）とは直接接合しておらず、両者の間には２０μｍ程度の隙間が空いている。
【００３７】
図３等に示されるフォトダイオード６１は略矩形状であって、１つの面が受光面６３（主面）となっている。受光面６３（主面）の略中央部には、受光６４が３×４個格子状に配置されている。従って、これらの受光部６４には、主配線基板１１の第２主面１３に対して直交する方向（即ち図１，図３の下方向）に発せられるレーザ光を受けやすいようになっている。また、受光面６３（主面）の四隅部には、第１嵌合部である略四角錐状の窪み５５がそれぞれ形成されている。そして、これらの窪み５５には、マイクロレンズアレイ基板４１の有する各突起４５が嵌合している。その結果、各受光部６４と各マイクロレンズ４３との光軸が合った状態で、フォトダイオード６１とマイクロレンズアレイ基板４１とが位置ズレ不能に固定されている。
【００３８】
このように構成された光学素子搭載装置付き配線基板１０の一般的な動作について簡単に述べておく。
【００３９】
ＶＣＳＥＬ５１、ドライバＩＣ５２、フォトダイオード６１及びレシーバＩＣ６２は、主配線基板１１の導体回路１６、はんだボール３９、ビアホール導体３５、導体回路３４等を介した電力供給により、動作可能な状態となる。ドライバＩＣ５２では主配線基板１１側から送られてきた電気信号を処理してＶＣＳＥＬ５１に出力する。ＶＣＳＥＬ５１は入力した電気信号を光信号（レーザ光）に変換した後、そのレーザ光をポリマ光導波路フィルム２１の光路変換部２２に向けて発光部５４から出射する。ここで、マイクロレンズアレイ基板４１の有する各マイクロレンズ４３は各発光部５４に対応した位置にある。それゆえ、出射されたレーザ光は、外面４２側にあるマイクロレンズ４３を通過する際に集光されてコリメート光に変換される。そして、レーザ光は送信側光パッケージ３１と主配線基板１１との空隙を空気伝搬した後、主配線基板１１上のポリマ光導波路フィルム２１の一方の端部にある光路変換部２２に達し、そこで進行方向を９０°変更する。そして、レーザ光はコア２３の内部をその長手方向に沿って伝搬した後、ポリマ光導波路フィルム２１の他方の端部にある光路変換部２２において、再び進行方向を９０°変更する。そして、レーザ光は受信側光パッケージ３２と主配線基板１１との空隙を空気伝搬した後、マイクロレンズアレイ基板４１の外面４２側にあるマイクロレンズ４３に達し、そこを通過する際に集光される。そして、当該レーザ光がフォトダイオード６１の受光部６４に入射すると、フォトダイオード６１は受光した光信号を電気信号に変換してレシーバＩＣ６２に出力する。レシーバＩＣ６２は、それを元の電気信号の状態に戻して主配線基板１１側に出力するようになっている。
【００４０】
次に、上記構成の送信側光パッケージ３１（光学素子搭載装置）の製造方法を図４〜図１１に基づいて説明する。受信側光パッケージ３２の製造方法については、送信側光パッケージ３１の製造方法と基本的に同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００４１】
まず、以下のような手順でマイクロレンズアレイ基板４１を作製しておく。即ち、図４に示されるような一対の成形型７１，７２を用意する。成形型７１の成形面及び成形型７２の成形面には、それぞれ複数の略半球状の凹部が設けられている。そして、光透過性材料からなる樹脂板４６（例えばアクリル板）を用意し、この樹脂板４６を前記一対の成形型７１，７２間に配置する。この状態で加熱しながら樹脂板４６の厚さ方向にプレス圧を加えることにより、一方の面に複数のマイクロレンズ４３を形成し、他方の面に複数の突起４５を形成する。つまり、マイクロレンズアレイ基板４１に突起４５を形成する工程の際、共通の成形型７１，７２を用いて型押しを行うことにより、同時に複数のマイクロレンズ４３を形成する（図５参照）。このような成形型７１，７２を用いた方法によれば、所望形状のマイクロレンズ４３を高精度に形成することができる。しかも、マイクロレンズ４３に対する突起４５の位置精度が極めて高くなるため、マイクロレンズ４３の光軸合わせ精度の向上、及び工数削減による生産性の向上を達成することができる。
【００４２】
また、光学素子支持体である多層配線基板３３を周知の手法に従って作製しておく（図８参照）。例えば、セラミック原料を主成分とするグリーンシートを形成し、グリーンシートにおける所定部分に穴加工を施した後、その中にビアホール導体形成用の金属ペーストを充填する。また、グリーンシートの表面に金属ペーストを印刷することにより、後に導体回路３４やパッド３８，４０となる印刷層を形成する。そして、これら複数枚のグリーンシートを積層プレスして一体化し、グリーンシート積層体とする。このグリーンシート積層体を、周知の手法に従って乾燥、脱脂、焼成することにより、多層配線基板３３とする。なお、キャビティ３７は焼成前の段階で形成されていることがよい。そして、キャビティ３７の底面にある部品接続用パッド４０上にＶＣＳＥＬ５１及びドライバＩＣ５２を載置した後、リフローを行ってそれらをはんだ付けする（図９参照）。なお、ＶＣＳＥＬ５１の実装を行う前の段階で、湿式エッチングを行うことにより、発光面５３にあらかじめ窪み５５を形成しておく。本実施形態のＶＣＳＥＬ５１は、Ｓｉ等のような半導体材料からなるため、第１嵌合部として好適な形状の窪み５５をエッチングによって比較的簡単に形成することができる。
【００４３】
続いて、キャビティ３７の開口部の周囲にあらかじめ接着剤を塗布した後、多層配線基板３３の主面３６側の上方にマイクロレンズアレイ基板４１を配置する。このとき、マイクロレンズアレイ基板４１において突起４５が設けられている面を、多層配線基板３３側に向けるようにする（図１０参照）。そして、マイクロレンズアレイ基板４１を多層配線基板３３に近づけていき、各突起４５と各窪み５５とを嵌合させる（図１１参照）。その結果、各発光部５４と各マイクロレンズ４３との確実な光軸合わせを行いつつ、ＶＣＳＥＬ５１とマイクロレンズアレイ基板４１とを互いに位置ズレ不能に固定する。このとき、マイクロレンズアレイ基板４１が主面３６に接着されてキャビティ３７の開口部が完全に塞がれる結果、ＶＣＳＥＬ５１及びドライバＩＣ５２が気密封止される。
【００４４】
この後、端子形成用パッド３８上にはんだボール３９を設ければ、所望の送信側光パッケージ３１が完成する。さらに、このようにして製造された送信側光パッケージ３１や受信側光パッケージ３２を、ポリマ光導波路フィルム２１を備える主配線基板１１の第２主面１３上に表面実装すれば、所望の光学素子搭載装置付き配線基板１０を得ることができる。
【００４５】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４６】
（１）本実施形態によると、第１嵌合部である窪み５５と、第２嵌合部である突起４５とが嵌合関係にある。従って、送信側光パッケージ３１においては、ＶＣＳＥＬ５１の各発光部５４と各マイクロレンズ４３との光軸が確実に合った状態となる。また、受信側光パッケージ３２においては、フォトダイオード６１の各受光部６４と各マイクロレンズ４３との光軸が確実に合った状態となる。ゆえに、複数のマイクロレンズ４３について光軸ズレが解消され、光の伝送ロスやクロストークが低減される結果、光の伝送効率が向上する。よって、高性能な送信側光パッケージ３１及び受信側光パッケージ３２を実現することができ、ひいては高性能な光学素子搭載装置付き配線基板１１を実現することができる。
【００４７】
（２）本実施形態では、第１嵌合部である窪み５５及び第２嵌合部である突起４５を嵌合させることで位置合わせを行いつつ、ＶＣＳＥＬ５１とマイクロレンズアレイ基板４１とを互いに固定する工程を経て、送信側光パッケージ３１を製造している。同様に、窪み５５及び突起４５を嵌合させることで位置合わせを行いつつ、フォトダイオード６１とマイクロレンズアレイ基板４１とを互いに固定する工程を経て、受信側光パッケージ３２を製造している。従って、この製造方法によれば、ディスペンス法によりマイクロレンズ４３を形成する従来方法とは異なり、比較的簡単に発光部５４や受光部６４とマイクロレンズ４３との光軸合わせを行うことができる。よって、高性能な送信側光パッケージ３１及び高性能な受信側光パッケージ３２を比較的簡単に製造することができる。
【００４８】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００４９】
・例えば、図１２に示す別例の送信側光パッケージ８１（光学素子搭載装置）のように、第１嵌合部として円柱状の突起８２を設ける一方、第１嵌合部と嵌合関係にある第２嵌合部として貫通孔８３を設けてもよい。
【００５０】
・光学素子支持体である多層配線基板３３は、前記実施形態のようなセラミック多層配線基板に限定されず、樹脂多層配線基板などであってもよい。また、３層以上の導体回路３４を有する多層板のみならず、両面板や片面板などを光学素子支持体として用いることもできる。
【００５１】
・光学素子支持体である多層配線基板３３を省略することも可能である。例えば、図１３に示す別例の送信側光パッケージ９１（光学素子搭載装置）では、多層配線基板３３を省略する代わりに、マイクロレンズアレイ基板４１にＶＣＳＥＬ５１及びドライバＩＣ５２を支持させている。なお、図１３ではマイクロレンズアレイ基板４１に支持されたＶＣＳＥＬ５１及びドライバＩＣ５２が、封止樹脂９２によって封止されている。
【００５２】
・例えば、図１４に示す別例の送信側光パッケージ１０１（光学素子搭載装置）のような構成であってもよい。即ち、主配線基板１１の第２主面１３側に凹部１０３（第３嵌合部）を設ける。そして、これらの凹部１０３（第３嵌合部）と嵌合関係にある突起１０２（第４嵌合部）を、マイクロレンズアレイ基板４１の外面４２に突設する。このような構成であると、第３嵌合部及び第４嵌合部の嵌合によって、送信側光パッケージ１０１（光学素子搭載装置）と主配線基板１１との位置合わせを精度よくかつ比較的簡単に行うことができる。
【００５３】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００５４】
（１）前記マイクロレンズアレイ基板と前記光学素子の主面との間の距離は１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子搭載装置。
【００５５】
（２）前記マイクロレンズアレイ基板と前記光学素子の主面とは直接接合されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子搭載装置。
【００５６】
（３）前記マイクロレンズアレイ基板は、前記収容凹部の開口部を塞ぐように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光学素子搭載装置。
【００５７】
（４）前記マイクロレンズアレイ基板は、前記収容凹部の開口部を気密的に塞ぐように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光学素子搭載装置。
【００５８】
（５）前記光学素子支持体は、前記光学素子が電気的に接続される導体回路を有する配線構造体であることを特徴とする請求項３または４に記載の光学素子搭載装置。
【００５９】
（６）前記光学素子を動作させる電子部品をさらに備えるとともに、前記光学素子支持体は、前記光学素子及び前記電子部品が電気的に接続される導体回路を有する配線構造体であることを特徴とする請求項３または４に記載の光学素子搭載装置。
【００６０】
（７）導体回路を有する配線構造体と、前記配線構造体の表面上に支持固定されるとともに、前記導体回路に電気的に接続され、複数の受光部及び複数の発光部のうちの少なくともいずれかが配置された主面を有する光学素子と、前記配線構造体の表面上に支持固定されるとともに、前記導体回路に電気的に接続され、前記光学素子を動作させる電子部品と、複数の光路に対応して配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ基板と、前記光学素子の主面上に設けられた第１嵌合部と、前記マイクロレンズアレイ基板に設けられ、前記第１嵌合部と嵌合関係にある第２嵌合部と、を備えた光学素子搭載装置。
【００６１】
（８）導体回路及び光導波路を有する配線基板と、その配線基板上に実装された状態で前記光導波路と光学的に接続される光学素子搭載装置とを備える配線基板において、前記配線基板は、第３嵌合部を備えるとともに、前記光学素子搭載装置は、受光部及び発光部のうちの少なくともいずれかが配置された主面を有する光学素子と、複数の光路に対応して配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ基板と、前記光学素子の主面上に設けられた第１嵌合部と、前記マイクロレンズアレイ基板に設けられ、前記第１嵌合部と嵌合関係にある第２嵌合部と、前記配線基板側に設けられた前記第３嵌合部と嵌合関係にある第４嵌合部と、を備えることを特徴とする光学素子搭載装置付き配線基板。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した実施形態の光学素子搭載装置付き配線基板を示す全体概略断面図。
【図２】実施形態の送信側光パッケージ（光学素子搭載装置）を示す断面図。
【図３】実施形態の受信側光パッケージ（光学素子搭載装置）を示す断面図。
【図４】実施形態の製造プロセスにおいて、樹脂板及び成形型を示す概略断面図。
【図５】同製造プロセスにおいて、成形型によってマイクロレンズアレイ基板を作製している状態を示す概略断面図。
【図６】同製造プロセスにおいて、突起（第２嵌合部）が形成されたマイクロレンズアレイ基板を示す概略平面図。
【図７】同製造プロセスにおいて、窪み（第１嵌合部）が形成されたＶＣＳＥＬ（光学素子）を示す概略平面図。
【図８】同製造プロセスにおいて、キャビティが設けられた多層配線基板を示す概略断面図。
【図９】同製造プロセスにおいて、多層配線基板にＶＣＳＥＬ（光学素子）及びドライバＩＣを実装した状態を示す概略断面図。
【図１０】同製造プロセスにおいて、マイクロレンズアレイ基板とＶＣＳＥＬ（光学素子）とを位置合わせしつつ接合する直前の状態を示す概略断面図。
【図１１】同製造プロセスにおいて、マイクロレンズアレイ基板とＶＣＳＥＬ（光学素子）とを位置合わせしつつ接合した状態を示す概略断面図。
【図１２】別例の送信側光パッケージ（光学素子搭載装置）を示す断面図。
【図１３】別例の送信側光パッケージ（光学素子搭載装置）を示す断面図。
【図１４】別例の送信側光パッケージ（光学素子搭載装置）を示す断面図。
【図１５】従来技術の送信側光パッケージ（光学素子搭載装置）を示す断面図。
【符号の説明】
１１…光学素子搭載装置付き配線基板
１６…導体回路
２１…光導波路
３１…光学素子搭載装置としての送信側光パッケージ
３２…光学素子搭載装置としての受信側光パッケージ
３３…光学素子支持体としての多層配線基板
３７…収容凹部としてのキャビティ
４１…マイクロレンズアレイ基板
４３…マイクロレンズ
４５…第２嵌合部としての突起
５１…光学素子であるＶＣＳＥＬ
５３…（光学素子であるＶＣＳＥＬの）主面
５４…発光部
５５…第１嵌合部としての窪み
６１…光学素子であるフォトダイオード
６３…（光学素子であるフォトダイオードの）主面
６４…受光部
７１，７２…成形型
８２…第１嵌合部としての突起
８３…第２嵌合部としての貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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