(57)【要約】【課題】  光源からの出射光を効果的に光結合することができる光導波路、及びこの光導波路を容易、低コストかつ高生産性にて製造する方法、並びにこの光導波路を有する光情報処理装置を提供すること。【解決手段】  クラッド層２とコア層４との接合体からなり、クラッド層２を通してコア層４へ光入射するように構成され、コア層４に対する光入射部５に相当する位置において、光集束手段７がクラッド層２と一体成形されている、光導波路１。コア層４に対する光入射部５に相当する位置において、光集束手段７をクラッド層２と一体成形する工程と、クラッド層２を光集束手段７とは反対側の面でコア層４と接合する工程とを有する、光導波路１の製造方法。本発明の光導波路１と、この光導波路１のコア層４に光を入射させる光入射手段８１と、コア層４からの出射光を受け入れる受光手段９１とを有する、光情報処理装置。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッド層とコア層との接合体からなり、前記クラッド層を通して前記コア層へ光入射するように構成され、前記コア層に対する光入射部に相当する位置において、光集束手段が前記クラッド層と一体成形されている、光導波路。
【請求項２】
前記コア層の光出射部において、前記コア層から前記クラッド層を通して出射される光のコリメーション又は集束手段が前記クラッド層と一体成形されている、請求項１に記載した光導波路。
【請求項３】
前記光集束又はコリメーション手段が前記クラッド層と同一材質からなる、請求項１又は２に記載した光導波路。
【請求項４】
前記光集束又はコリメーション手段が凸レンズである、請求項１〜３のいずれか１項に記載した光導波路。
【請求項５】
前記コア層の少なくとも前記光入射部が傾斜ミラー面に形成されている、請求項１に記載した光導波路。
【請求項６】
前記コア層が前記クラッド層とこれとは別のクラッド層とにより挟着されており、光伝搬方向において前者のクラッド層が後者のクラッド層よりも長く形成されている、請求項１に記載した光導波路。
【請求項７】
クラッド層とコア層との接合体からなり、前記クラッド層を通して前記コア層へ光入射するように構成された光導波路の製造方法であって、前記コア層に対する光入射部に相当する位置において、光集束手段を前記クラッド層と一体成形する工程と、前記クラッド層を前記光集束手段とは反対側の面で前記コア層と接合する工程とを有する、光導波路の製造方法。
【請求項８】
前記コア層の光出射部において、前記コア層から前記クラッド層を通して出射される光のコリメーション又は集束手段を前記クラッド層と一体成形する、請求項７に記載した光導波路の製造方法。
【請求項９】
前記光集束又はコリメーション手段を前記クラッド層と同一材質によって形成する、請求項７又は８に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１０】
前記光集束又はコリメーション手段として凸レンズを形成する、請求項７〜９のいずれか１項に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１１】
前記凸レンズをスタンピングにより成形する、請求項１０に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１２】
前記コア層の少なくとも前記光入射部を傾斜ミラー面に形成する、請求項７に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１３】
射出成形によって前記傾斜ミラー面付きの前記コア層を形成する、請求項１２に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１４】
前記コア層を前記クラッド層とこれとは別のクラッド層とにより挟着し、光伝搬方向において前者のクラッド層を後者のクラッド層よりも長く形成する、請求項７に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１５】
前記光集束又はコリメーション手段を前記クラッド層に一体成形し、このクラッド層と前記コア層に対応した形状の型との間にコア材を充填して固化し、前記クラッド層に接合された前記コア層を前記型から剥離する、請求項７又は９に記載した光導波路の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜６のいずれか１項に記載した光導波路と、この光導波路のコア層に光を入射させる光入射手段と、前記コア層からの出射光を受け入れる受光手段とを有する、光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源モジュール、光インターコネクション、光通信等に好適な光導波路及びその製造方法、並びに光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の半導体チップ間の信号伝播は、全て基板配線を介した電気信号によりなされている。しかし、昨今のＭＰＵ高機能化に伴い、チップ間にて必要とされるデータ授受量は著しく増大し、結果として様々な高周波問題が浮上している。それらの代表的なものとして、ＲＣ信号遅延、インピーダンスミスマッチ、ＥＭＣ／ＥＭＩ、クロストーク等が挙げられる。
【０００３】
上記の問題を解決するため、これまで実装業界などが中心となり、配線配置の最適化や新素材開発などの様々な手法を駆使し、解決に当たってきた。
【０００４】
しかし近年、上記の配線配置の最適化や新素材開発等の効果も物性的限界に阻まれつつあり、今後システムの更なる高機能化を実現するためには、単純な半導体チップの実装を前提としたプリント配線板の構造そのものを見直す必要が生じてきている。近年、これら諸問題を解決すべく様々な抜本対策が提案されているが、以下にその代表的なものを記す。
【０００５】
・マルチチップモジュール（ＭＣＭ）化による微細配線結合
高機能チップを、セラミック・シリコンなどの精密実装基板上に実装し、マザーボード（多層プリント基板）上では形成不可能である微細配線結合を実現する。これによって配線の狭ピッチ化が可能となり、バス幅を広げることでデータ授受量が飛躍的に増大する。
【０００６】
・各種半導体チップの封止、一体化による電気配線結合
各種半導体チップをポリイミド樹脂などを用いて二次元的に封止、一体化し、その一体化された基板上にて微細配線結合を行う。これによって配線の狭ピッチ化が可能となり、バス幅を広げることでデータ授受量が飛躍的に増大する。
【０００７】
・半導体チップの三次元結合
各種半導体チップに貫通電極を設け、それぞれを貼り合わせることで積層構造とする。これにより、異種半導体チップ間の結線が物理的に短絡化され、結果として信号遅延などの問題が回避される。但しその一方、積層化による発熱量増加、半導体チップ間の熱応力などの問題が生じる。
【０００８】
さらに、上記のように信号授受の高速化及び大容量化を実現するために、光配線による光伝送結合技術が開発されている（例えば、後記の非特許文献１及び非特許文献２参照。）。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の個所に適用可能である。例えば図２４に示すように、チップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されているプリント配線基板５７上に光導波路５１を形成し、この光導波路５１を信号変調されたレーザー光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。また、図２５に示すように、光導波路５１はクラッド層５４及び５５と、これらのクラッド層５４、５５間に挟着されたコア層５６とからなり、コア層５６の光入射側の端面は４５°ミラー面に形成されている。
【０００９】
上記したような光配線による光伝送結合技術では、光源としてレーザー光やＬＥＤ（light-emitting diode：発光ダイオード）光が使われており、これらの光源は広がったビーム形状となる。光源から出射された信号光５３を集光して効率的に光導波路５１へ入射させるために、従来例による光導波路５１は、図２５に示すように、発光素子５０と光導波路５１との間にレンズ等の光学部品５２を別途又は後付けで設置している。このような光導波路５１は、例えば、クラッド層５４、コア層５６及びクラッド層５５からなる接合体を形成し、その入射端面をダイシングソー等を用いる機械加工によって４５°ミラー面に加工した後、クラッド層５４上に光学部品５２としてのレンズ材を滴下して固化することによって製造することができる。
【００１０】
【非特許文献１】日経エレクトロニクス、“光配線との遭遇”２００１年１２月３日の１２２頁、１２３頁、１２４頁、１２５頁、図４、図５、図６、図７
【非特許文献２】NTT R&D, vol.48, no.3, pp.271-280 (1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記した従来例のように、レンズ等の光学部品５２を別途又は後付けで設置した場合、光導波路５１と光学部品５２との光軸調整などが必要となり、光学部品５２の位置決め精度が困難である。また、製造工程が複雑になるためにコストが高くなり、部品点数が増えるために生産性を悪化させる。
【００１２】
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、光源からの出射光を効果的に光結合することができる光導波路、及びこの光導波路を容易、低コストかつ高生産性にて製造することができる方法、並びにこの光導波路を有する光情報処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
即ち、本発明は、クラッド層とコア層との接合体からなり、前記クラッド層を通して前記コア層へ光入射するように構成され、前記コア層に対する光入射部に相当する位置において、光集束手段が前記クラッド層と一体成形されている、光導波路に係るものである。
【００１４】
また、クラッド層とコア層との接合体からなり、前記クラッド層を通して前記コア層へ光入射するように構成された光導波路の製造方法であって、前記コア層に対する光入射部に相当する位置において、光集束手段を前記クラッド層と一体成形する工程と、前記クラッド層を前記光集束手段とは反対側の面で前記コア層と接合する工程とを有する、光導波路の製造方法に係るものである。
【００１５】
さらに、上記した本発明の光導波路と、この光導波路のコア層に光を入射させる光入射手段と、前記コア層からの出射光を受け入れる受光手段とを有する、光情報処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、前記コア層に対する光入射部に相当する位置において、前記光集束手段を前記クラッド層と一体成形しているので、上記した従来例のように、レンズ等の光学部品を別途又は後付けで設置した場合に比べて、前記光集束手段の位置決め精度が容易であり、また製造も容易であってコストを低減することができる。また、前記光集束手段が前記クラッド層と一体成形されているので、部品点数が増えることがなく、生産性が高い。さらに、前記クラッド層と一体成形された前記光集束手段によって、光源から出射された光を効果的に前記コア層に入射させることができ、光結合効率を向上させることができる。
【００１７】
本発明の光導波路は上述したような優れた効果を奏するので、光配線等の光情報処理装置として好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の光導波路において、前記コア層は入射した信号光を導波する役割を果たし、前記クラッド層は前記コア層内に信号光を閉じ込める役割を果たす。前記コア層は高い屈折率を持つ材料からなり、前記クラッド層は前記コア層より低い屈折率の材料で構成されている。
【００１９】
また、前記コア層の光出射部において、前記コア層から前記クラッド層を通して出射される光のコリメーション又は集束手段が前記クラッド層と一体成形されていることが好ましい。これにより、本発明に基づく光導波路から出射される出射光を効果的にコリメーション又は集束することができ、前記出射光を前記受光手段が効率良く受光することができる。
【００２０】
また、前記光集束又はコリメーション手段が前記クラッド層と同一材質からなることが望ましく、具体的には、前記クラッド層及び前記光集束手段の材質としては光学素子用の射出成形用樹脂（例えば、日本ゼオン社製の製品名ＺＥＯＮＥＸ）等が挙げられる。
【００２１】
また、前記光集束又はコリメーション手段が凸レンズであることが望ましく、前記凸レンズは例えばスタンピングにより成形することができる。
【００２２】
また、前記コア層の少なくとも前記光入射部を傾斜ミラー面、例えば４５°ミラー面に形成することが望ましい。前記傾斜ミラー面付きの前記コア層は射出成形によって形成することができる。前記射出成形により、前記コア層に直接加工を行うことなしに前記傾斜ミラー面を形成することができるので、作製時のダメージがなく、表面状態を平滑にすることができ、容易かつ精度良く良質な光導波路を作製することができる。また、前記コア層の前記光入射部を前記傾斜ミラー面に形成することにより、レーザー、ＬＥＤ等の光源から放射された信号光を更に効率良く前記コア層に入射させることができる。なお、前記コア層の材質としては従来公知のものが使用可能であり、ＵＶ（紫外線）硬化性樹脂、例えばフッ素系ポリイミド等が挙げられる。
【００２３】
さらに、前記コア層が前記クラッド層とこれとは別のクラッド層とにより挟着されており、光伝搬方向において前者のクラッド層が後者のクラッド層よりも長く形成されていることが好ましい。ここで、後者のクラッド層の材質は例えばポリカーボネート等が挙げられる。
【００２４】
本発明の光導波路の製造方法は、具体的には、前記光集束手段を前記クラッド層に一体成形し、このクラッド層と前記コア層に対応した形状の型との間にコア材を充填して固化し、前記クラッド層に接合された前記コア層を前記型から剥離することが好ましい。
【００２５】
そして、本発明は、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）に入射させるように構成した光配線等の光情報処理装置として好適に用いることができる。
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２７】
第１の実施の形態
図１は、本発明に基づく光導波路の概略断面図である。図１に示すように、この光導波路１は、コア層４がクラッド層２とこれとは別のクラッド層３とにより挟着されている。コア層４は入射した信号光を導波する役割を果たし、クラッド層２、３はコア層４内に信号光を閉じ込める役割を果たす。コア層４は高い屈折率を持つ材料からなり、クラッド層２、３はコア層４より低い屈折率の材料で構成されている。
【００２８】
なお、コア層４に対する光入射部５に相当する位置において、前記光集束手段としての凸レンズ７がクラッド層２と一体成形されている。
【００２９】
図１及び図２に示すように、レーザー等の発光素子８１に光学部品１２が設置されていてもよく、この光学部品１２によって発光素子８１から出射される信号光（例えばレーザー光）３０が平行光へとコリメーションされる。そして、この平行光が前記光集束手段としての凸レンズ７によって集束され、コア層４に効果的に入射される。この場合、図２に示すように、本発明に基づく光導波路１は、前記光集束手段としての凸レンズ７を有するので、発光素子８１及び光学部品１２の位置が多少ずれた場合においても、発光素子８１からの信号光３０を効果的に集束してコア層４に入射させ、効率良く光結合を行うことができる。
【００３０】
また、コア層４の光出射部６において、コア層４からクラッド層２を通して出射される光のコリメーション又は集束手段としての凸レンズ７がクラッド層２と一体成形されていることが好ましい。これにより、本発明に基づく光導波路１から出射される光を効果的にコリメーション又は集束することができ、前記受光手段としての受光素子（光配線やフォトディテクタ等）９１に効率良く信号光を受光させることができる。
【００３１】
ここで、例えば、凸レンズ７の厚さは５０μｍとすることができ、レンズ径は約Φ１００μｍとすることができる。また、クラッド層２の厚さ（凸レンズ７の厚みを除く）は５００μｍとすることができ、コア層４の厚さは１５μｍ、幅５μｍとすることができる。さらに、クラッド層３の厚さは１００μｍとすることができる。
【００３２】
また、凸レンズ７がクラッド層２と同一材質からなることが望ましく、具体的には、クラッド層２及び凸レンズ７の材質としては光学素子用の射出成形用樹脂（例えば、日本ゼオン社製の製品名ＺＥＯＮＥＸ）等が挙げられる。一方、クラッド層３の材質としては、例えばポリカーボネート等が挙げられる。
【００３３】
また、コア層４の光入出射部５、６が傾斜ミラー面、例えば４５°ミラー面に形成されていることが望ましい。前記傾斜ミラー面付きのコア層４は射出成形によって形成することができる。前記射出成形により、コア層４に直接加工を行うことなしに前記傾斜ミラー面を形成することができるので、作製時のダメージがなく、表面状態を平滑にすることができ、容易かつ精度良く良質な光導波路１を作製することができる。また、コア層４の光入出射部５、６を前記傾斜ミラー面に形成することにより、レーザー等の発光素子８１から放射された信号光３０を更に効率良くコア層４に入射させることができ、またこの入射した信号光３０を導波し、効果的に受光素子９１に対して出射させることができる。なお、コア層４の材質としては従来公知のものが使用可能であり、ＵＶ（紫外線）硬化性樹脂、例えばフッ素系ポリイミド等が挙げられる。
【００３４】
このような、本発明に基づく光導波路１は、光導波路１で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路１に効率良く入射した後に出射した信号光３０を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）９１に入射させるように構成した光配線等の光情報処理装置として好適に用いることができる。
【００３５】
次に、本発明に基づく光導波路１の製造方法の一例について、図３及び図４を参照して説明する。
【００３６】
まず、図３（ａ）に示すように、クラッド層２の基となるクラッド材２ａを形成する。クラッド材２ａとしては光学素子用の射出成形用樹脂（例えば、日本ゼオン社製の製品名ＺＥＯＮＥＸ）等が挙げられる。次に、図３（ｂ）に示すように、凸レンズ７に対応する形状を有するＮｉ金型１０を用い、スタンピングを行う。これにより、図３（ｃ）に示すように、凸レンズ７をクラッド層２と一体成形することができる。
【００３７】
一方、図３（ｄ）に示すように、コア層４の光入射部５及び光出射部６に対応する形状を有する石英型１１にコア材４ａを充填する。コア材４ａとしては従来公知のものが使用可能であり、ＵＶ（紫外線）硬化性樹脂、例えばフッ素系ポリイミド等が挙げられる。石英型１１は、例えばバイナリマスク露光及びドライエッチングによって容易に作製することができる。
【００３８】
次に、図４（ｅ）に示すように、上記に作製したクラッド層２を凸レンズ７を有する面を上向きにした状態で、コア材４ａが充填された石英型１１上に配置し、紫外線を照射するなどしてコア材４ａを固化する。そして、図４（ｆ）に示すように、クラッド層２に接合されたコア層４を石英型１１から剥離する。このように、射出成形によってコア層４の光入出射部５、６を傾斜ミラー面、例えば４５°ミラー面に形成することにより、コア層４に直接加工を行うことなしに前記傾斜ミラー面を形成することができるので、作製時のダメージがなく、表面状態を平滑にすることができ、容易かつ精度良く良質な光導波路１を作製することができる。
【００３９】
次に、図４（ｇ）に示すように、コア層２のクラッド層２とは逆の面側に更にクラッド層３を配置することにより、本発明に基づく光導波路１を作製することができる。なお、クラッド層３は射出成形などによって作製することができ、その材質は例えばポリカーボネート等が挙げられる。
【００４０】
本実施の形態によれば、コア層４に対する光入出射部５、６に相当する位置において、前記光集束手段としての凸レンズ７をクラッド層２と一体成形するので、凸レンズ７の位置決めは容易であり、また製造も容易であってコストを低減することができる。また、凸レンズ７がクラッド層２と一体成形されているので、部品点数が増えることがなく、生産性が高い。
【００４１】
第２の実施の形態
図１０（ａ）は、図１におけるクラッド層３（図示省略）側から見た発光素子８１、受光素子９１及び光導波路１の配置を示す図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）においてＸ方向から見た側面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）においてＹ方向から見た側面図である。なお、図１０（ｂ）及び（ｃ）では、上下を反転させて示している。
【００４２】
図１０に示す光導波路１は、４５°ミラー面である光入射部５及び光出射部６を有する複数のコア層４が並列に配置されており、各コア層４の光入出射部５、６の位置が長さ方向において揃っている。
【００４３】
発光素子アレイ８は、各コア層４の光入射部５に対応する位置に配置された複数の発光素子８１を備える。各発光素子８１の間隙には、発光素子８１と半導体集積回路チップ（図示省略）との間の電気的な接続を行う貫通電極（図示省略）が配置されている。なお、受光素子アレイ９においても、上記の発光素子アレイ８と同様である。
【００４４】
図１０に示す光導波路１では、コア層４の並ぶ配列ピッチと同じピッチで、発光素子アレイ８の発光素子８１や受光素子アレイ９の受光素子９１が配列することとなる。
【００４５】
この場合、クラッド層２における前記光集束手段としての凸レンズ７は、コア層４の光入出射部５、６の位置にそれぞれ対応させて形成する。具体的には、図５に示すような配列となるように構成し、クラッド層２と一体成形すればよい。
【００４６】
この動作メカニズムは、一方の半導体集積回路チップ（図示省略）から発信される電気信号が光信号に変換されて、発光素子アレイ８の各発光素子８１から光信号として出射される。出射された光信号は、光導波路１の対応する一つの凸レンズ７によって集束され、コア層４の光入射部５に入射し、４５°ミラー面から構成される光入射部５において反射し、コア層４が延伸する導波方向に導波され、他方の４５°ミラー面からなる光出射部６において再び反射してコア層４の光出射部６から出射する。光導波路１から出射された光信号は、凸レンズ７を介して受光素子アレイ９の対応する受光素子９１に受光されて電気信号に変換され、他方の半導体集積回路チップ（図示省略）に電気信号として伝送される（以下、他の実施の形態も同様。）。
【００４７】
本実施の形態によれば、クラッド層２における凸レンズ７が、図５に示すような配列となるようにしてクラッド層２と一体成形されているので、発光素子８１からの光信号を効果的に集束してコア層４に入射させ、効率良く光結合を行うことができる。また、受光素子９１が光導波路１からの出射光を効果的に受光することができる。
【００４８】
第３の実施の形態
図１１（ａ）は、図１におけるクラッド層３（図示省略）側から見た発光素子８１、受光素子９１及び光導波路１の概略構成を示す図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）においてＸ方向から見た側面図であり、図１１（ｃ）は図１１（ａ）においてＹ方向から見た側面図である。なお、図１１（ｂ）及び（ｃ）では、上下を反転させて示している。
【００４９】
図１１（ａ）に示すように、光導波路１は、コア層４が並列に複数配置されている。各コア層４の端部は、４５°ミラー面からなる光入射部５及び光出射部６となる。本実施の形態に係る光導波路１では、各コア層４の光入出射部５、６が、隣接する他のコア層４の光入出射部５、６に対して長さ方向にずれて形成されている。
【００５０】
発光素子アレイ８は、各コア層４の光入出射部５、６に対応する位置に配置された複数の発光素子８１を備える。各発光素子８１の間隙には、発光素子８１と半導体集積回路チップ（図示省略）との間の電気的接続を行う貫通電極（図示省略）が配置されている（これは、受光素子アレイ９の受光素子９１についても同様である。）。
【００５１】
この場合、クラッド層２における前記光集束手段としての凸レンズ７は、コア層４の光入出射部５、６の位置にそれぞれ対応させて形成する。具体的には、図６に示すような配列となるように構成し、クラッド層２と一体成形すればよい。
【００５２】
本実施の形態によれば、クラッド層２における凸レンズ７が、図６に示すような配列となるようにしてクラッド層２と一体成形されているので、発光素子８１からの光信号を効果的に集束してコア層４に入射させ、効率良く光結合を行うことができる。また、受光素子９１が光導波路１からの出射光を効果的に受光することができる。
【００５３】
また、各コア層４の光入出射部５、６が、隣接する他のコア層４の光入出射部５、６に対して長さ方向にずれて形成されているので、コア層４の長さ方向において配列する発光素子８１同士のピッチは、上記の長さ方向のずれ量だけの大きさとなる。例えば、隣接するコア層４の光入出射部５、６を延伸方向において１００μｍだけずらした場合には、コア層４の長さ方向において配列する発光素子８１同士のピッチは１００μｍとなる。これは、受光素子９１においても同様である。
【００５４】
また、コア層４の配列方向に並ぶ発光素子８１のピッチは、５本のコア層４の配列ピッチの合計分だけの大きさとなる。例えば、各コア層４が２０μｍの配列ピッチで配列している場合には、コア層４の配列方向に並ぶ発光素子８１のピッチは、１００μｍとなる。
【００５５】
このように、各コア層４の光入出射部５、６が、隣接する他のコア層４の光入出射部５、６に対して長さ方向にずれて形成されていることにより、コア層４に対応して配置される光素子（発光素子、受光素子を併せて称する。以下、同様。）８１、９１を二次的に配置することができ、光素子８１、９１を１００μｍピッチ程度で配置しながら、コア層４を２０μｍピッチにまで集積することが可能となっている。
【００５６】
即ち、光素子８１、９１の距離を光干渉や素子発熱によるクロストークの影響を避けるためのピッチで配列させつつ、コア層４の集積度を向上させることが可能となる。
【００５７】
また、コア層４を高集積化させつつ、光素子８１、９１を二次元的に配列することにより、無駄なスペースが無くなり、一素子当たりの基板専有面積を削減することができる。このため、一層のコストダウンを図ることができる。
【００５８】
第４の実施の形態
図１２（ａ）は、前記コア層において、前記光集束手段が一体成形された前記クラッド層が接合された面とは反対側から見た発光素子アレイ、受光素子アレイ及び光導波路の概略構成を示す図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）においてＸ方向から見た側面図であり、図１２（ｃ）は図１２（ａ）においてＹ方向から見た側面図である。なお、図１２（ｂ）及び（ｃ）では、上下を反転させて示している。
【００５９】
光導波路１は、図１２に示すように、各コア層４−１、４−２の光入出射部５、６が、隣接する他のコア層４−２、４−１の光入出射部５、６に対して長さ方向にずれて形成されている。本実施の形態では、光入出射部５、６の位置がずれた２つの第１のコア層４−１及び第２のコア層４−２を一単位として、繰り返し配列されている。
【００６０】
各コア層４の長さ方向の一方側において、第１のコア層４−１の光入射部５に対応して配置された発光素子８１を複数有する発光素子アレイ８−１と、第２のコア層４−２の光出射部６に対応して配置された受光素子９１を複数有する受光素子アレイ９−２が配置されている。
【００６１】
各コア層４の長さ方向の他方側において、第１のコア層４−１の光出射部６に対応して配置された受光素子９１を複数有する受光素子アレイ９−１と、第２のコア層４−２の光入射部５に対応して配置された発光素子８１を複数有する発光素子アレイ８−２が配置されている。
【００６２】
即ち、この光導波路１では、並列に配置された各コア層４−１、４−２に対し、発光素子８１及び受光素子９１が交互に配置されている。そのため、各コア層４−１、４−２は、互いに隣接する他のコア層４−２、４−１に対し逆方向に光を導波する。
【００６３】
この場合、クラッド層２における前記光集束手段としての凸レンズ７は、コア層４の光入出射部５、６の位置にそれぞれ対応させて形成する。具体的には、図７に示すような配列となるように構成し、クラッド層２と一体成形すればよい。これにより、発光素子８１からの光信号を効果的に集束してコア層４に入射させ、効率良く光結合を行うことができる。また、受光素子９１が光導波路１からの出射光を効果的に受光することができる。
【００６４】
また、並列に配置された各コア層４−１、４−２に対し、発光素子８１及び受光素子９１が交互に配置されていることから、例えば、半導体集積回路チップの特定の回路に接続する入出力パッドに対応する発光素子８１及び受光素子９１の位置は、図１２のＢ部に示すように近接配置されていることから、電気配線の長さを短くすることができ、高周波対策が容易になるという効果がある。その他、第３の実施の形態と同様の効果も有する。
【００６５】
第５の実施の形態
図１３（ａ）は、前記コア層において、前記光集束手段が一体成形された前記クラッド層が接合された面とは反対側から見た発光素子アレイ、受光素子アレイ及び光導波路の概略構成を示す図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）においてＸ方向から見た側面図であり、図１３（ｃ）は図１３（ａ）においてＹ方向から見た側面図であり、図１３（ｄ）は受光素子アレイにおける受光素子の配置及び発光素子アレイにおける発光素子の配置を示す図である。なお、図１３（ｂ）及び（ｃ）では、上下を反転させて示している。
【００６６】
本実施の形態では、第３の実施の形態と第４の実施の形態との構成を複合した構成となっている。即ち、第４の実施の形態と同様にして、光導波路１では、並列に配置された各コア層４に対し、発光素子８１及び受光素子９１が交互に配置されている。そのため、各コア層４は、互いに隣接する他のコア層に対し逆方向に光を導波する。
【００６７】
また、第３の実施の形態と同様に、各光素子アレイ８−１、８−２、９−１、９−２における光素子８１、９１は、図１３（ｄ）に示すように、隣り合う他の光素子８１、９１に対し、コア層４の長さ方向にずれて配置されている。
【００６８】
この場合、クラッド層２における前記光集束手段としての凸レンズ７は、コア層４の光入出射部５、６の位置にそれぞれ対応させて形成する。具体的には、図８に示すような配列となるように構成し、クラッド層２と一体成形すればよい。これにより、発光素子８１からの光信号を効果的に集束してコア層４に入射させ、効率良く光結合を行うことができる。また、受光素子９１が光導波路１からの出射光を効果的に受光することができる。
【００６９】
また、図１０に示すように各光素子アレイにおいて光素子が直線的に配列している場合に比べて、光素子間のピッチを大きくとることができることから、上述した第４の実施の形態の効果を維持しつつ、光素子間の距離を光干渉や素子発熱によるクロストークの影響を避けるためのピッチで配列させることができることから、コア層４の集積度を向上させることが可能となる。その他、第３の実施の形態の効果を奏することができる。
【００７０】
第６の実施の形態
本発明に基づく光導波路は、プリント配線板上に直接実装することができるが、この他に、
ソケットと、このソケットに設置された光導波路とを有し、前記光導波路に光入射を  行うための発光素子と、前記光導波路からの出射光を受けるための受光素子との少なく  とも一方が、前記光導波路に対向して配置されている、光電複合装置
に好適に用いることができる。
【００７１】
図１４は、前記ソケットの概略斜視図である。図１４（ａ）は、前記ソケットの光導波路が設置される面側から見た概略斜視図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の反対の面側から見た概略斜視図である。
【００７２】
図１４に示すように、ソケット１３には、本発明に基づく光導波路を位置決めして固定するための、凹凸構造からなる位置決め手段が設けられている。具体的には、前記凹凸構造が、前記光導波路を嵌め込んでその幅方向を位置決めするための凹部１４と、前記光導波路の長さ方向を位置決めするための突起部１５とを有している。また、凹部１４の深さは、前記光導波路の厚さよりも大きい。
【００７３】
また、ソケット１３の前記凹凸構造の凸面１６には、ソケット１３の表及び裏面とを導通するための導通手段、例えばターミナルピン１７が設けられている。そして、この凹凸構造の凸面１６上に、後述するように、前記発光素子及び／又は前記受光素子が実装されたインターポーザーが固定される。
【００７４】
ソケット１３の材質としては絶縁性樹脂であれば、従来公知の材料を用いることができ、例えばガラス入りＰＥＳ（ポリエチレンスルフィド）樹脂、ガラス入りＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂等が挙げられる。このようなソケット１３の材料は、その種類、絶縁性、信頼性等のデータが既に多く存在し、また扱っているメーカーも多岐に渡る。従って、機能、コスト、信頼性等の全てにおいて受け入れ易い構造物であり、既存のプリント配線板実装プロセスとの融合も図り易い。
【００７５】
ソケット１３の製造方法は特に限定されないが、例えば、前記凹凸構造を有する金型を用いて成形により容易に作製することができる。
【００７６】
図１５は、ソケット１３を用いた光電複合装置の概略斜視図である。図１５（ａ）は、光電複合装置の概略斜視図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の分解図である。
【００７７】
図１５に示すように、光電複合装置１８は、一対のソケット１３と、このソケット１３に設置された本発明に基づく光導波路１とを有し、この一対のソケット１３間に光導波路１が架け渡されている。なお、光導波路１は、上記した各実施の形態のいずれの構造であってもよく、更に、図９に示すように、光伝搬方向においてクラッド層２がクラッド層３よりも長く形成されていることが好ましい。このとき、光導波路１は、後述するプリント配線板とは非接触となっているので、半導体集積回路チップの放熱により、光導波路１が破壊されるのを効果的に防止することができる。
【００７８】
また、ソケット１３の前記凹凸構造の凸面１６上に、半導体集積回路チップ２１ａ、２１ｂと、前記発光素子（図示省略）（例えばレーザー）及び／又は前記受光素子（図示省略）とが実装されたインターポーザー２０が固定されている。
【００７９】
インターポーザー２０は、例えば図１６に示すように、一方の面側には半導体集積回路チップ２１が実装されており（図１６（ａ））、他方の面側には光導波路１に光入射を行うための発光素子アレイ８と、光導波路１からの出射光を受けるための受光素子アレイ９とが実装され、周辺部には再配線電極２２が設けられている（図１６（ｂ））。なお、発光素子アレイ８及び受光素子アレイ９は、上記した各光導波路の光入出射部に対応する位置に配置された複数の発光素子及び受光素子を備える（図示省略）。各発光素子及び受光素子の間隙には、発光素子及び受光素子と半導体集積回路チップとの間の電気的接続を行う貫通電極が配置されている（図示省略）。
【００８０】
そして、凹部１４に光導波路１が設置されてなる一対のソケット１３と、インターポーザー２０とを固定するに際し、インターポーザー２０の発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９が実装された面側をソケット１３の凸面１６と接するように構成し、またソケット１３のターミナルピン１７とインターポーザー２０の再配線電極２２とを電気的に接続するように固定する。
【００８１】
また、上述したように、ソケット１３の凹部１４の深さを、光導波路１の厚さ（例えば１ｍｍ）よりも大きく形成する（例えば前記深さを２ｍｍとする。）ことにより、図１５（ａ）に示すように、光導波路１の一方の面２３側と、インターポーザー２０の発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９が実装されている面側との間に空間（例えば５００μｍ）２５を形成することができる（これは、発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９の厚さを５００μｍとした場合。）。
【００８２】
上記したように、ソケット１３上に、インターポーザー２０を介して半導体集積回路チップ２１を実装し、及び光導波路１の一方の面２３側と、インターポーザー２０の発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９が実装されている面側との間に空間２５を形成することにより、光電複合装置１８の使用時に半導体集積回路チップ２１が発熱しても、この熱によって光導波路１が破壊されるのを効果的に防ぐことができる。
【００８３】
この動作メカニズムは、一方の半導体チップ２１ａから発信される電気信号が光信号に変換されて、発光素子アレイ８の各発光素子（図示省略）からレーザー光による光信号として出射される。出射された光信号は、光導波路１の対応する一つの前記光集束手段によって集束され、前記コア層の光入射部に入射し、前記コア層が延伸する導波方向に導波され、他方の前記コア層の光出射部から出射する。そして、光導波路１から出射された光信号は、受光素子アレイ９の対応する受光素子（図示省略）に受光されて電気信号に変換され、他方の半導体チップ２１ｂに電気信号として伝送される。
【００８４】
この光電複合装置１８は、本発明に基づく光導波路１が光配線として用いられる光配線システムを構成することができる。即ち、この光電複合装置１８を前記プリント配線板に電気的に接続された状態で固定する。
【００８５】
光電複合装置１８によれば、本発明に基づく光導波路１がソケット１３の凹部１４に設置された状態で前記プリント配線板に電気的に接続することができるので、既存の前記プリント配線板の実装構造をそのまま利用できる構造である。従って、前記プリント配線板上にソケット１３が設置できる領域を設ければ、その他の一般の電気配線は従来通りのプロセスで形成することが可能である。
【００８６】
また、前記光導波路が高温プロセスに弱くても、例えば、前記プリント配線板にソケット１３を固定し、更にはんだリフロー、アンダーフィル樹脂封止などの高温プロセスを含む、全ての実装プロセスを完了した後、ソケット１３の凹部１４に本発明に基づく光導波路１を設置することができるので、前記光導波路が高温によるダメージをこうむることなしにその実装を行うことが可能である。
【００８７】
また、前記プリント配線板と比較して剛性の高い樹脂によってソケット１３を作製でき、このソケット１３上で、前記発光素子及び／又は前記受光素子及び前記光導波路間の光結合を行うことがでるため、光結合に必要とされる実装精度を容易に確保できる。例えば、現状のモールド技術により、数μｍオーダーの組立て精度は確保可能である。従って、光バスの高密度化も可能となる。
【００８８】
さらに、半導体集積回路チップ２１と、発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９とを、インターポーザー２０を介してその上下面に近接させて設置することができるので、半導体集積回路チップ２１と、前記発光素子及び／又は前記受光素子との間の配線長を短くすることができる。従って、電気信号のノイズ対策、クロストーク対策も容易となり、光変調速度も向上させることが可能となる。
【００８９】
また、本発明に基づく光導波路１がソケット１３の凹部１４に設置された状態で前記プリント配線板に電気的に接続することができるので、前記プリント配線板の高密度配線とその設計の自由度を確保しながら光配線システムを安価かつ高い自由度で前記プリント配線板上に展開することが可能となり、前記プリント配線板上での高速分散処理、電子機器トータルでの高機能化、及び開発の短ＴＡＴ（turn around time）化等が期待できる。
【００９０】
次に、光電複合装置１８の製造方法の一例について、図１７〜図１９を参照して説明する。なお、図１７及び図１８は、図１５（ａ）の光電複合装置１８のＡ−Ａ’線断面図である。
【００９１】
まず、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、プリント配線板１９上に、一対のソケット１３を実装する。このとき、プリント配線板１９上の電極（図示省略）と、ソケット１３のターミナルピン１７とを位置合わせして、前記電極とソケット１３が電気的に接続されるように実装する。
【００９２】
なお、図示省略したが、プリント配線板１９上には予めその他の電子部品等の実装及び電気配線を形成しておく。
【００９３】
次に、図１７（ｃ）に示すように、ソケット１３の凹部１４に本発明に基づく光導波路１を設置し、この一対のソケット１３間に光導波路１を架け渡しさせる。このとき、ソケット１３に設けられた前記凹凸構造としての突起１５により、光導波路１の長さ方向における位置決めは容易に行うことができ、また凹部１４によって光導波路１の幅方向における位置決めは容易に行うことができる。なお、ソケット１３の凹部１４に光導波路１を設置するので、光導波路１とプリント配線板１９とは非接触の状態になっている。
【００９４】
このとき、図２０に幾分誇張して示すように、本発明に基づく光導波路１の実装時に、その光伝搬方向において、ソケット１３に固定される光導波路１の長さが、プリント配線板１９に固定された一対のソケット１３間距離より大きいことが望ましい。図示するように、本発明に基づく光導波路１をたわませた状態で固定することにより、ソケット１３のプリント配線板１９上における位置決め誤差を吸収することができ、常に安定したかつ効率的な光導波を行うことができる。
【００９５】
光導波路１のソケット１３への接着固定手段としては、特に限定されるものではないが、例えば接着性樹脂を用いて行うことできる。具体的には、まず図１９（ａ）に示すように、ソケット１３の凹部１４の底面に溝２７を任意の形状で形成する。このとき、溝２７の端部がソケット１３の突起１５の周辺部まで位置するように形成する。次に、図１９（ｂ）に示すように、ソケット１３の凹部１４に、本発明に基づく光導波路１を設置する。上述したように、光導波路１の長さ方向及び幅方向における位置決めは、ソケット１３に設けられた突起１５及び凹部１４によって容易に行うことができる。ここで、溝２７は突起１５の周辺部まで位置するように形成されているので、溝２７の一部は光導波路１に覆われない状態となる。次に、図１９（ｃ）に示すように、光導波路１に覆われていない溝２７の一部からディスペンサー２８等を用いて接着性の樹脂を注入し、固めることによって、ソケット１３の凹部１４に光導波路１を接着固定することができる。
【００９６】
上記のようにしてソケット１３に本発明に基づく光導波路１を設置した後、図１８（ｄ）に示すように、ソケット１３の凸面１６上に、前記半導体集積回路チップとしての例えばＭＰＵ（micro processor unit）２１ａ又はＤＲＡＭ（dynamic random access memory）２１ｂと、発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９とが実装されたインターポーザー２０を固定する。このとき、インターポーザー２０の発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９が実装された面側をソケット１３の凸面１６と接するように構成し、またソケット１３の凸面１６に露出したターミナルピン（図示省略）とインターポーザー２０の再配線電極２２とを電気的に接続するように固定する。
【００９７】
次に、図１８（ｅ）に示すように、ＭＰＵ２１ａ、ＤＲＡＭ２１ｂ上にそれぞれ、アルミのフィン２６を設置する。
【００９８】
以上のようにして、光電複合装置１８を用いて、本発明に基づく光導波路１が光配線として用いられる光配線システムを構成することができる。
【００９９】
ここで、図２１は、光電複合装置１８をプリント配線板１９上に展開した例を示す模式図である。例えば、光導波路モジュールを規格化することで、４方向に自在に展開することが可能となる。
【０１００】
本実施の形態によれば、本発明に基づく光導波路１がソケット１３の凹部１４に設置された状態でプリント配線板１９に電気的に接続することができるので、既存のプリント配線板１９の実装構造をそのまま利用することができる。従って、プリント配線板１９上にソケット１３が設置できる領域を設ければ、その他の一般の電気配線は従来通りのプロセスで形成することが可能である。
【０１０１】
また、本発明に基づく光導波路１が高温プロセスに弱くても、上述したように、プリント配線板１９にソケット１３を固定し、更にはんだリフロー、アンダーフィル樹脂封止などの高温プロセスを含む、全ての実装プロセスを完了した後、ソケット１３の凹部１４に本発明に基づく光導波路１を設置するので、光導波路１が高温によるダメージをこうむることなくその実装を行うことが可能である。
【０１０２】
また、プリント配線板１９と比較して剛性の高い樹脂によってソケット１３を作製でき、このソケット１３上で、前記発光素子及び／又は前記受光素子及び光導波路１間の光結合を行うことがでるため、光結合に必要とされる実装精度を容易に確保できる。例えば、現状のモールド技術により、数μｍオーダーの組立て精度は確保可能である。従って、光バスの高密度化も可能となる。
【０１０３】
また、半導体集積回路チップ２１ａ、２１ｂと、発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９とを、インターポーザー２０を介してその上下面に近接させて設置することができるので、半導体集積回路チップ２１ａ、２１ｂと、前記発光素子及び／又は前記受光素子との間の配線長を短くすることができる。従って、電気信号のノイズ対策、クロストーク対策も容易となり、光変調速度も向上させることが可能となる。
【０１０４】
また、本発明に基づく光導波路１がソケット１３の凹部１４に設置された状態でプリント配線板１９に電気的に接続することができるので、プリント配線板１９の高密度配線とその設計の自由度を確保しながら光配線システムを安価かつ高い自由度で前記プリント配線板上に展開することが可能となり、前記プリント配線板上での高速分散処理、電子機器トータルでの高機能化、及び開発の短ＴＡＴ（turn around time）化等が期待できる。
【０１０５】
さらに、ソケット１３上に、インターポーザー２０を介して半導体集積回路チップ２１ａ、２１ｂを実装し、及び本発明に基づく光導波路１の一方の面２３側と、インターポーザー２０の発光素子アレイ８及び／又は受光素子アレイ９が実装されている面側との間に空間２５を形成することにより、光電複合装置１８の使用時に半導体集積回路チップ２１が発熱しても、この熱によって本発明に基づく光導波路１が破壊されるのを効果的に防ぐことができる。
【０１０６】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、上述の例は、本発明の技術的思想に基づき種々に変形が可能である。
【０１０７】
例えば、前記光集束手段としての凸レンズ７の形状は特に限定されず、例えば球面レンズの他にもシリンドリカルレンズ等も勿論適用可能である。
【０１０８】
また、凸レンズ７をクラッド層２と一体成形する方法としてスタンピングの例を説明したが、例えば注型等によって成形してもよい。
【０１０９】
また、図３及び図４において、コア材４ａが充填された石英型１１上にクラッド層２を配置してコア材４ａを固化する例を説明したが、この他に、ゲートを有する石英型をクラッド層２に配置して、前記ゲートからキャビティにコア材を導入してもよい。
【０１１０】
また、ソケット１３の表裏面を導通するための導通手段として、例えばターミナルピン１７が設けられている例を説明したが、この他にもソケット１３に貫通電極を設け、ソケット１３と、前記プリント配線板及び前記インターポーザーとをはんだによって電気的に接続してもよい。
【０１１１】
また、ソケット１３は、図２２に示すように、凸面１６上に、前記インターポーザーの位置決め機構２４（例えばはめあいボス等）を有していてもよく、その形状、大きさ等は特に限定されない。
【０１１２】
さらに、ソケット１３の凹部１４に形成された突起部１５の形状、大きさ等は特に限定されない。
【０１１３】
なお、本発明は、レーザー光に信号を乗せた上述した光配線システムに好適であるが、これ以外にも、光源等の選択によりディスプレイ用などにも適用可能である。また、本発明に基づく光導波路は、図２３に示すように、凸レンズ７が一体成形されたクラッド層２とコア層４との接合体からなっていてもよく、図１に示すクラッド層３を特に設けなくてもよい。さらに、コア層４の光出射部６の形状は傾斜ミラー面でなくてもよく、また光出射部６において凸レンズ７の有無は問わない。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）に入射させるように構成した光配線等の光情報処理装置として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】第１の実施の形態による光導波路の概略断面図である。
【図２】同、光導波路の概略断面図である。
【図３】同、本発明に基づく光導波路の製造工程の一例を工程順に示す概略断面図である。
【図４】同、本発明に基づく光導波路の製造工程の一例を工程順に示す概略断面図である。
【図５】第２の実施の形態によるクラッド層の平面図である。
【図６】第３の実施の形態によるクラッド層の平面図である。
【図７】第４の実施の形態によるクラッド層の平面図である。
【図８】第５の実施の形態によるクラッド層の平面図である。
【図９】第６の実施の形態による本発明に基づく光導波路の概略断面図である。
【図１０】第２の実施の形態による発光素子アレイ、受光素子アレイ及び光導波路の    概略構成図である。
【図１１】第３の実施の形態による発光素子アレイ、受光素子アレイ及び光導波路の概略構成図である。
【図１２】第４の実施の形態による発光素子アレイ、受光素子アレイ及び光導波路の概略構成図である。
【図１３】第５の実施の形態による発光素子アレイ、受光素子アレイ及び光導波路の概略構成図である。
【図１４】第６の実施の形態によるソケットの概略斜視図である。
【図１５】同、光電複合装置の概略斜視図である。
【図１６】同、インターポーザーの概略斜視図である。
【図１７】同、光電複合装置の製造方法の一例を工程順に示す概略断面図である。
【図１８】同、光電複合装置の製造方法の一例を工程順に示す概略断面図である。
【図１９】同、光電複合装置の製造方法の一部工程の概略平面図である。
【図２０】同、光電複合装置の実装時の概略断面図である。
【図２１】同、光電複合装置の実装構造の一例の概略平面図である。
【図２２】同、ソケットの他の例の概略斜視図である。
【図２３】本発明に基づく光導波路の他の例の概略断面図である。
【図２４】従来例による光導波路の実装構造を示す概略図である。
【図２５】同、光導波路の概略断面図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１…光導波路、２、３…クラッド層、２ａ…クラッド材、
４、４−１、４−２…コア層、４ａ…コア材、５…光入射部、６…光出射部、
７…凸レンズ、８、８−１、８−２…発光素子アレイ、
９、９−１、９−２…受光素子アレイ、１０…金型、１１…石英型、１２…光学部品、
１３…ソケット、１４…凹部、１５…突起、１６…凸面、１７…ターミナルピン、
１８…光電複合装置、１９…プリント配線板、２０…インターポーザー、
２１、２１ａ、２１ｂ…半導体集積回路チップ、２２…再配線電極、
２４…インターポーザーの位置決め機構、２５…空間、３０…信号光、８１…発光素子、８２…貫通電極、９１…受光素子
【図１】
2005181645.tif 000003
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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