(57)【要約】【課題】  光導波路に光学素子を実装し、電子回路基板を接合した光電気複合基板において、不良箇所が生じた場合に、その不良箇所を容易に修理することができるようにする。【解決手段】  光導波路１０の片面に発光素子１４、受光素子１５を実装し、その反対の面に電子回路基板３０ａ、３０ｂを積層し、発光素子１４と電子回路基板３０ａ、及び受光素子１５と電子回路基板３０ｂを、夫々、ビア配線２２ａ、２２ｂで電気的に接続した光電気複合基板において、光導波路１０と電子回路基板３０ａ、３０ｂとに、光導波路１０側のビア配線２２ａ、２２ｂと電子回路基板３０ａ、３０ｂの電気配線とを電気的に接続するための一対のコネクタ２０ａ、２０ｂを設ける。この結果、光導波路１０と電子回路基板３０ａ、３０ｂとが着脱可能となり、不良発生時には、これら各部を分離して、修理を行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を送受信するための光学素子と、
該光学素子が実装され、該光学素子から出射されるか又は該光学素子に入射すべき光信号を伝送するための光路を有する光導波路と、
前記光学素子を介して電気信号を送信又は受信するための電子回路が組み込まれ、前記光導波路が前記光学素子の実装面とは反対側の面を介して積層された電子回路基板と、
該電子回路基板と前記光学素子とを電気的に接続するために、前記光導波路に、前記電子回路基板への積層面から前記光学素子の実装面へと貫通するように設けられた複数のビア配線と、
を備えた光電気複合基板であって、
前記光導波路と前記電子回路基板とに、それぞれ、前記光導波路側の各ビア配線と前記電子回路基板側の電気配線とを電気的に接続し、且つ、互いに嵌合可能な一対のコネクタを設けたことを特徴とする光電気複合基板。
【請求項２】
前記光導波路は、可撓性を有することを特徴とする請求項１記載の光電気複合基板。
【請求項３】
光信号を送受信するための光学素子を実装可能で、該実装された光学素子から出射されるか又は該光学素子に入射すべき光信号を伝送するための光路を有する光導波路であって、
前記光学素子の実装面から裏面へと貫通するように、前記光学素子に電気信号を入出力するための複数のビア配線を形成すると共に、
前記光学素子の実装面とは反対側の面に、前記各ビア配線を外部の電子回路に着脱自在に接続するためのコネクタを設けたことを特徴とする光導波路。
【請求項４】
光信号を送受信するための光学素子が実装され、該光学素子から出射されるか又は該光学素子に入射すべき光信号を伝送する光路を有する光学素子付光導波路であって、
前記光学素子の実装面から裏面へと貫通するように、前記光学素子に電気信号を入出力するための複数のビア配線を形成すると共に、
前記光学素子の実装面とは反対側の面に、前記ビア配線を外部の電子回路に着脱自在に接続するためのコネクタを設けたことを特徴とする光学素子付光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路基板と光信号伝送用の光導波路をコネクタによって一体化してなる光電気複合基板及び、この光電気複合基板を作製するのに好適な光導波路並びに光学素子付光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
これから普及が本格化する画像を含む光通信システムでは、伝送容量の飛躍的増大とそれに伴う情報処理装置の処理速度の飛躍的な向上が求められている。このような環境の中、大容量高速通信を担う電子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あるいは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に関しても、従来一般的であった金属ケーブルや金属配線を用いた信号伝送に代わり、光導波路を用いた光伝送が用いられるようになってきている。
【０００３】
このような光伝送を支える重要な技術として、光導波路を垂直面発光ダイオード（ＶＣＳＥＬ）やフォトダイオード（ＰＤ）のような光学素子と接続する技術がある。
光導波路を光学素子と接続する方法としては、従来より、光学素子を実装した電子回路基板上に集光レンズを嵌め込んだケースを被せ、そのケースに反射ミラー付ハウジングをガイドピンで一体化し光導波路を反射ミラーの前面に固定する方法が提案されている。（例えば、非特許文献１等参照）。
【０００４】
しかし、この方法では、ケースとハウジングをガイドピンで嵌合しているため、反射ミラーと光学素子間の距離が大きくなり、集光用のレンズが必要となる。また、レンズで焦点を合わせる構造であるため、光学素子−レンズ−反射面−光導波路の間の光軸のアライメントを、受光素子を作動させた状態で受光エネルギーが最大となるように光学素子から光導波路に至る構成品の位置を調整するアクティブアライメント方式で行う必要がある。さらに、このアクティブアライメント操作を行う際には、該構成品間に静電気が発生する場合があり、その静電気のために光学素子を劣化させ易いといった問題点があった。
【０００５】
一方、こうした問題を解決する方法として、光学素子を光導波路に直接実装することにより光学素子と光導波路の接続精度を向上させる方式が提案されている（例えば、非特許文献２等参照）。
【０００６】
即ち、この提案の方法では、光導波路の端面をコアの軸方向に対して４５度の角度で切断して反射面を形成し、該反射面によって光学素子からのレーザ光が９０度反射され、光導波路のコア部分に入射されるように光学素子を光導波路に直接実装するようにしている。  さらに、この方法では、光学素子に電源又は電気信号を供給するために、光学素子を実装した光導波路を電子回路基板に実装して、光導波路を貫通するビア配線を介して、該電子回路基板の電気配線部分から光導波路に実装されている光学素子に電源又は電気信号を供給するように電子回路基板と光導波路を一体化している。
【０００７】
この方法によると、光導波路と光学素子を接合するためのケースやハウジングが不要となり、反射面と光学素子間の距離が小さくなって、集光用のレンズが不要となる。また。アライメントもパッシブアライメント方式で可能となり、アクティブアライメント操作の際、該構成品間に発生する静電気のために光学素子を劣化させるといった問題点が解消される。
【非特許文献１】エレクトロニクス実装学会誌Ｖｏｌ．５  Ｎｏ．５  ＡＵＧ．２００２  光回路実装技術の現状と今後（畠山意知郎他）
【非特許文献２】Ｈ１５年、超先端電子技術開発機構主催、第４回電子ＳＩ研究報告会、報告会資料  P．１０６（熊井晃一）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記の実装方法では、光導波路と光学素子あるいは光導波路と電子回路基板を電気的に接続するためには、光導波路を貫通するビア配線の端の部分に導電性の薄膜を形成して、該薄膜上で半田リフロー又はフリップチップボンディング等によって、光導波路と光学素子あるいは光導波路と電子回路基板を接続する必要がある。
【０００９】
しかし、光導波路上へ薄膜を形成して半田リフロー又はフロップチップボンディング等で光導波路と光学素子、あるいは光導波路と電子回路基板とを接合させることは、光導波路と光学素子あるいは光導波路と電子回路基板との密着性が得られない場合があり、接合面が剥れ易い等の問題点があり、光導波路と光学素子あるいは光導波路と電子回路基板の接合面で断線の恐れがある。
【００１０】
すなわち、光導波路による光伝送中に、振動や衝撃又は機械的な曲げ力あるいは熱等によって、光導波路と光学素子あるいは光導波路と電子回路基板の接合面が剥れる、あるいは、クラックが入る等により接合面で断線し、光学素子の受発光が不能となって光伝送ができなくなる恐れがあるのである。
【００１１】
このように光伝送ができなくなって、不良部分の修理が必要となった際、従来の方法では、光導波路と電子回路基板が導電性薄膜やバンプ等で接合されているため、光導波路と電子回路基板の接合部分を加熱する等により分解する必要がある。
【００１２】
従って、従来の方法を産業用のみならず、オフィスや家庭で広く使われる装置内部に利用するには、保守性の観点で問題点が大きく、その解決が望まれていた。
すなわち、光伝送が不能となった場合に、その原因となっている不良部分の修理に要する時間とコストを低減するということが望まれていたのである。
【００１３】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、上述した、光学素子を光導波路に実装し、さらに電子回路基板上に該光導波路を積層し、光導波路を貫通するビア配線を介して電子回路基板から電気信号を送受するようにした光電気複合基板において、不良箇所が生じた場合に、その不良箇所を容易に修理することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の光電気複合基板の発明は、
光信号を送受信するための光学素子と、
該光学素子が実装され、該光学素子から出射されるか又は該光学素子に入射すべき光信号を伝送するための光路を有する光導波路と、
前記光学素子を介して電気信号を送信又は受信するための電子回路が組み込まれ、前記光導波路が前記光学素子の実装面とは反対側の面を介して積層された電子回路基板と、
該電子回路基板と前記光学素子とを電気的に接続するために、前記光導波路に、前記電子回路基板への積層面（換言すれば、光学素子の実装面とは反対の面）から前記光学素子の実装面へと貫通するように設けられた複数のビア配線と、
を備えた光電気複合基板であって、
前記光導波路と前記電子回路基板とに、それぞれ、前記光導波路側の各ビア配線と前記電子回路基板側の電気配線とを電気的に接続し、且つ、互いに嵌合可能な一対のコネクタを設けたことを特徴とする。
【００１５】
このように構成された光電気複合基板では、光導波路と電子回路基板とが互いに嵌合する一対のコネクタを介して着脱可能となるため、光電気複合基板の製造時に、従来の方法のように、光学素子を搭載した光導波路と電子回路基板とをバンブ等によって直接接合して一体化する必要がなくなる。
【００１６】
従って、光学素子を実装した光導波路と電子回路基板とを各々に最も適した製造工程で製造することが可能となり、製造工程が容易化され、コストの低減が図られる。
さらに、光学素子の不良、あるいは、光導波路と光学素子の接合面の剥れ等による不良等が発生し、光伝送ができなくなって、その不良部分の修理が必要となった際にも、光導波路と電子回路基板をコネクタの部分で外して修理することができるので、従来の方法のように、修理の際に光導波路と電子回路基板の接合部分を加熱する等により分解する必要がなくなり、修理が容易となって、修理コストの低減が可能となるのである。
【００１７】
なお、ビア配線及びコネクタの接続端子は、電子回路基板の電気配線と接続できればよく、１本の導体にて構成してもよいが、特に、高速パルス信号などの高周波成分を有する信号を送受信する場合には、コネクタの接続端子、及びビア配線を同軸形状にしてもよい。つまり、このようにすれば、ノイズ等の影響を受けることなく、高速パルス信号等の送受信が可能となる。
【００１８】
また、このように、光導波路と電子回路基板とを互いに嵌合する一対のコネクタで着脱可能となるようにすると、着脱の際等に、光導波路に、振動や衝撃又は機械的な曲げ等の力が加わり易くなる。そして、この場合、光導波路がガラス等の無機系の材料で製造されていると、光導波路は、比較的硬くなるため、光導波路に加わった振動や衝撃又は機械的な曲げ等の力が光導波路とコネクタの接合部分あるいは電子回路基板とコネクタの接合部分に応力として直接加わることになり、その接合部分が剥れ易くなるという問題が生じる。
【００１９】
そこで、こうした問題を防止するためには、請求項２に記載のように、光導波路を可撓性を有するものとして光電気複合基板を構成するとよい。
つまり、光導波路を、例えば、高分子材料系の可撓性を有するものとすることで、光導波路に加わる振動や衝撃又は機械的な曲げ等の力が光導波路とコネクタの接合部分あるいは電子回路基板とコネクタの接合部分に応力として直接に加わることを緩和することができ、その接合部分の剥れを防止することができるようになる。
【００２０】
一方、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光電気複合基板を作製するのに好適な光導波路に関するものであり、光信号を送受信するための光学素子を実装可能で、しかも、その実装された光学素子に電気信号を入出力するための複数のビア配線が、光学素子の実装面から裏面へと貫通するように形成され、更に、裏面には、ビア配線と電気的接続をなすようにコネクタを取付けたことを特徴としている。
【００２１】
また、同様に請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光電気複合基板を作製するのに好適な光学素子付光導波路に関するものであり、光信号を送受信するための複数の光学素子が実装され、その実装された光学素子に電気信号を入出力するための複数のビア配線が、光学素子の実装面から裏面へと貫通するように形成され、しかも、裏面には、ビア配線と電気的接続をなすようにコネクタを取付けたことを特徴としている。
【００２２】
従って、請求項３に記載の光導波路、若しくは、請求項４に記載の光学素子付光導波路を使用すれば、当該光導波路に設けられたコネクタと互いに嵌合可能なコネクタを装着した電子回路基板を直接接続して、本発明（請求項１、２）の光電気複合基板を簡単に実現できることになる。
【００２３】
また、前記光導波路及び前記光学素子付導波路は、コネクタを有しているため、例えば、一端に、そのコネクタと互いに嵌合可能なコネクタを有するハーネス等を介して外部の電子回路基板と接続することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明が適用された実施例の光電気複合基板を光導波路の光軸に沿って切断した断面図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施例の光電気複合基板１は、例えば、ＶＣＳＥＬ等の発光素子１４、例えば、ＰＤ等の受光素子１５、それらの光学素子を搭載した光導波路１０、ＩＣ３１ａを搭載した電子回路基板３０ａ及びＩＣ３１ｂを搭載した電子回路基板３０ｂから構成されている。
【００２６】
ここで、光導波路１０は、長尺状で、光路となる屈折率の高いコア１１を屈折率の低いクラッドで覆って形成されている。
そして、光導波路１０の長手方向の一端に発光素子１４、又、反対端に受光素子１５が搭載されている。そして、発光素子１４の搭載面と反対の面には、電子回路基板３０ａが接続され、同様に受光素子１５搭載面の反対面に電子回路基板３０ｂが接続されている。
【００２７】
そして、光導波路１０には、発光素子１４の搭載面から電子回路基板３０ａの搭載面へと貫通する複数のビア配線２２ａ（理解が容易となるように切断面の手前にあるビア配線は、図１中に記入してある）が設けられているおり、このビア配線２２ａによって発光素子１４と電子回路基板３０ａは電気的に接続されている。
【００２８】
同様に、受光素子１５も光導波路１０を受光素子１５の搭載面から電子回路基板３０ｂの搭載面へ貫通する複数のビア配線２２ｂによって、電子回路基板３０ｂと電気的に接続されている。
【００２９】
また、光導波路１０には、搭載されている発光素子１４の光軸上に、光路変換部１６ａが形成されている。この光路変換部１６ａは非特許文献２に記載のように、光導波路１０をコアの光軸方向に対して４５度の角度でブレード加工等によって切り欠くことで形成され、コアの光軸と垂直方向から入射されるレーザ光を反射してコアに入射する機能と、コアを伝搬してきたレーザ光をコアの光軸に垂直方向に反射する機能とを有するものである。
【００３０】
そして、発光素子１４は非特許文献２に記載のように発光素子１４と光路変換部１６ａの各々の光軸が合致するようにアライメント調整されて、光導波路１０にバンプ２３によって半田リフロー又はフリップチップボンディング等により接合される。
【００３１】
そして、電子回路基板３０ａにはＩＣ３１ａが搭載され、さらにＩＣ３１ａを作動させるために必要となる電源その他の電子回路（図示省略）が実装されている。
また、同様に、受光素子１５も光導波路１０に形成された光路変換部１６ｂとの光軸が合致するようにアライメント調整されて、光導波路１０に接合される。
【００３２】
そして、電子回路基板３０ｂにはＩＣ３１ｂが搭載され、さらにＩＣ３１ｂを作動させるために必要となる電源その他の電子回路（図示省略）が実装されている。
そして、電子回路基板３０ａ側では、ＩＣ３１ａからの送信信号が電子回路基板３０ａの電気配線を通じてビア配線２２ａを介し、発光素子１４に入力される。発光素子１４は、入力された送信信号を電−光変換してレーザ光を出射する。出射されたレーザ光は、光路変換部１６ａで反射されて、光導波路１０のコア１１に入射され、電子回路基板３０ｂ側へと伝送される。
【００３３】
電子回路基板３０ｂ側では、伝送されてきたレーザ光が光路変換部１６ｂで反射されて、受光素子１５に入射される。受光素子１５は入射されたレーザ光を光−電変換して受信信号を出力する。受信信号は、ビア配線２２ｂを介して、電子回路基板３０ｂの電気配線を通じＩＣ３１ｂに入力される。
【００３４】
このようにして、ＩＣ３１ａとＩＣ３１ｂ間で信号の入出力が行われることとなる。
ここで、光導波路１０と電子回路基板３０ａ、及び、光導波路１０と電子回路基板３０ｂは、夫々一対のコネクタ２０ａ、２０ｂを介して接続されている。以下、これら各コネクタ２０ａ、２０ｂの構成を、コネクタ２０ａを例にとり詳しく説明する。
【００３５】
図２は、図１の発光素子１４の実装部分の拡大図である。
図２に示すように、発光素子１４と電子回路基板３０ａとを接続する一対のコネクタ２０ａは、アダプタ４０ａとソケット４１ａとから構成される。そして、光導波路１０の発光素子１４が実装されている面と反対の面には、アダプタ４０ａがバンプ２３によって接合される。このアダプタ４０ａのピンはバンプ２３によってビア配線２２ａに電気的に接続される。
【００３６】
また、電子回路基板３０ａの面上には、アダプタ４０ａと嵌合するソケット４１ａが装着される。このソケット４１ａのプラグは、電子回路基板３０ａの電気配線（図示省略）とバンプ２３によって電気的に接合される。
【００３７】
ここで、アダプタ４０ａとソケット４１ａのピン配列は、電気的に対応付けられ（換言すると、アダプタ４０ａを通じて送受される電気信号とソケット４１ａを通じて送受される電気信号の対応がとれるようにされ）て、夫々、ビア配線２２ａと、電子回路基板３０ａの電気配線とに電気的に接合される。
【００３８】
尚、受光素子１５と電子回路基板３０ｂとを接続する一対のコネクタ２０ｂも、コネクタ２０ａと同様に、アダプタとソケットから構成されている。
このように構成された光電気複合基板１では、ＩＣ３１ａから出力された電気信号が電子回路基板３０ａの電気配線を通り、ソケット４１ａ、アダプタ４０ａを通って、ビア配線２２ａを介して発光素子１４に入力される。そして、発光素子１４によって電−光変換されて、レーザ光として出射され、光路変換部１６ａで反射されて、コア１１に入射され、伝送されることになる。
【００３９】
また、光導波路１０の反対端では、伝送されたレーザ光が光路変換部１６ｂで反射されて、受光素子１５に入射される。そして、受光素子１５によって、光−電変換されて、電気信号として出力され、ビア配線２２ｂ、コネクタ２０ｂを構成するアダプタ及びソケット、電子回路基板３０ｂの電気配線、を介して、ＩＣ３１ｂに入力される。
【００４０】
ここで、この光伝送が行われている際に、例えば、発光素子１４、又は受光素子１５の不良、あるいは、光導波路１０と発光素子１４の接合面での断線、もしくは、光導波路１０と受光素子１５の接合面での断線、が発生して、光伝送が不能となった場合には修理が必要となる。
【００４１】
この際、従来の光電気複合基板では、光導波路１０と電子回路基板３０ａ及び光導波路１０と電子回路基板３０ｂがバンプ等で直接接合されているため、光導波路１０と電子回路基板３０ａ及び光導波路１０と電子回路基板３０ｂの接合部分を加熱する等により分解する必要があるが、本実施形態の光電気複合基板１によれば、一対のコネクタ２０ａを構成するアダプタ４０ａとソケット４１ａ、又は、一対のコネクタ２０ｂを構成するアダプタとソケットを介して、電子回路基板３０ａと光導波路１０、又は電子回路基板３０ｂと光導波路１０を分離できるため、修理を極めて簡単に行うことができ、修理コストを低減することができる。
【００４２】
また、製造時には、発光素子１４や受光素子１５を実装した光導波路と電子回路基板３０ａと電子回路基板３０ｂとを一体化して製造する必要がなくなるため、各々に最も適した製造工程で製造することが可能となり、製造工程を容易化することができ、製造コストを低減することができることとなる。
【００４３】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施例では、光導波路１０側にアダプタ４０ａを装着し、電子回路基板３０ａ側にソケット４１ａを装着するとして説明したが、光導波路１０側にソケット４１ａを装着し、電子回路基板３０ａ側にアダプタ４０ａを装着するようにしてもよい。
【００４４】
また、上記実施例では、ビア配線２２ａとアダプタ４０ａのピンとソケット４１ａのプラグは、一つの導体として説明したが、それらを同軸形状としてもよい。これにより、特に、高速パルス信号などの高周波成分を有する信号を送受信する場合に、ノイズ等の影響を受けることなく、高速パルス信号等の送受信が可能となる。
【００４５】
さらに、上記実施例では、電子回路基板３０ａと光導波路１０を一対のコネクタ２０ａで、直接接合するとして説明したが、一端に光導波路１０側のアダプタ４０ａと嵌合するソケット４１ａを有し、他端に電子回路基板３０ａ側のソケット４１ａと嵌合するアダプタ４０ａを有するハーネス等を用いて電子回路基板３０ａとを光導波路１０とを接続するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例の光電気複合基板の全体構成を表す説明図である。
【図２】実施例の光電気複合基板の光学素子実装部分の構成を表す図１の部分的拡大図である。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・光電気複合基板、１０・・・光導波路、１１・・・コア、１２・・・クラッド、１４・・・発光素子、１５・・・受光素子、１６ａ、１６ｂ・・・光路変換部、２０ａ、２０ｂ・・・コネクタ、２２ａ、２２ｂ・・・ビア配線、２３・・・バンプ、３０ａ、３０ｂ・・・電子回路基板、３１ａ、３１ｂ・・・ＩＣ、４０ａ、４０ｂ・・・アダプタ、４１ａ、４１ｂ・・・ソケット。
【図１】
2005085819.tif 000003
【図２】
2005085819.tif 000004