(57)【要約】【課題】実装するだけで光素子と光導波路とが夫々自動的に正確に位置決めされる光素子モジュールおよび光電気配線基板と光電子複合組立体の提供。【解決手段】実装時において、前記光導波路と交差するように前記光電気配線基板に穿設された挿入孔に挿入されるとともに、光素子が設けられてなる挿入部と、前記挿入部が突設された基板とを備え、前記基板には、前記光電気配線基板の表面に設けられた基板側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続されるモジュール側接続パッドが設けられ、前記モジュール側接続パッドは、中心が、基板側接続パッドの中心に対し、夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向とは反対の方向にずれるように設けられた光素子モジュール、光電気配線基板、光電子複合組立体。【選択図】図９
2007134446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路が形成された光電気配線基板に実装される光素子モジュールであって、
実装時において、前記光導波路と交差するように前記光電気配線基板に穿設された挿入孔に挿入されるとともに、前記光導波路に光を出射する機能、および前記光導波路を伝達してきた光を受光する機能の少なくとも一方を有する光素子が設けられてなる挿入部と、
前記挿入部が突設された基板と
を備え、
前記基板には、前記光電気配線基板の表面に設けられた基板側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続されるモジュール側接続パッドが設けられてなるとともに、
前記モジュール側接続パッドは、中心が、基板側接続パッドの中心に対して夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向とは反対の方向にずれるように設けられてなる
ことを特徴とする光素子モジュール。
【請求項２】
前記挿入部の前記光素子の近傍には、前記光電気配線基板に設けられた第２位置合せ構造と係合することにより、夫々の光素子と前記光素子に対応する光導波路の端面との位置合せをする第１位置合せ構造が形成されてなる請求項１に記載の光素子モジュール。
【請求項３】
前記第１位置合せ構造は、隣接する２つの光素子の間に設けられた凸部である請求項２に記載の光素子モジュール。
【請求項４】
前記第１位置合せ構造は、前記光素子を挟むように前記挿入部の挿入方向に沿って設けられた一対のフェンス状構造体である請求項２に記載の光素子モジュール。
【請求項５】
前記フェンス状構造体は、隣接する２つの光路を光学的に絶縁する請求項４に記載の光素子モジュール。
【請求項６】
前記第１位置合せ構造は、隣接する２つの光素子の間に設けられた凹部である請求項２に記載の光素子モジュール。
【請求項７】
前記光素子は、光ダイオードおよび面発光型半導体レーザ素子から選択されてなる請求項１〜６の何れか１項に記載の光素子モジュール。
【請求項８】
前記投入チップは、前記基板に設けられた溝に装着されてなる請求項１〜７の何れか１項に記載の光素子モジュール。
【請求項９】
前記基板は、前記光素子を駆動するドライバ回路が形成された駆動チップ、または前記光素子で受光した光を変換した電気信号を受信するレシーバ回路が形成された受信チップである請求項１〜８の何れか１項に記載の光素子モジュール。
【請求項１０】
光導波路を有するとともに、請求項１〜９の何れか１項に記載の光素子モジュールが実装される光電気配線基板であって、
前記光素子モジュールの挿入部が挿入される挿入孔が穿設されてなるとともに、
前記光素子モジュールの基板に設けられたモジュール側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続される基板側接続パッドが表面に設けられ、
前記基板側接続パッドは、中心が、前記モジュール側接続パッドの中心に対して夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向にずれるように設けられてなることを特徴とする光電気配線基板。
【請求項１１】
前記光素子モジュールの実装時において前記光素子モジュールにおける第１位置合せ構造と係合することにより、前記光素子モジュールにおける各光素子と前記各光素子に対応する光導波路の端面との位置合せが行われる第２位置合せ構造が、前記挿入孔の壁面における光導波路の前記端面の近傍に形成されてなることを特徴とする請求項１０に記載の光電気配線基板。
【請求項１２】
前記第２位置合せ構造は、隣接する２つの光導波路の端面の間に形成された凹部である請求項１１に記載の光電気配線基板。
【請求項１３】
前記第２位置合せ構造は、隣接する２つの光導波路の端面の間に形成された凸部である請求項１１に記載の光電気配線基板。
【請求項１４】
前記光導波路を複数層有する請求項１０〜１３の何れか１項に記載の光電気配線基板。
【請求項１５】
請求項１〜９の何れか１項に記載の光素子モジュールを請求項１０〜１４の何れか１項に記載の光電気配線基板に実装してなる光電子複合組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子モジュール、光電気配線基板、および光電子複合組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロコンピュータなどの電子装置において、ボード間やチップ内において電気配線に代えて光配線を行なうことにより、動作速度や集積度を向上させることが検討されている。また、従来の電気通信システムに代えて高速、大容量で通信を行なうことのできる光電子複合システムが使用されるようになってきている。
【０００３】
このような光電子複合システムとしては、光素子を搭載した光素子モジュールを、光導波路を表面または内部に形成した光電気基板に実装したものがある。
【０００４】
光素子モジュールを光電気基板に実装した光電子複合システムとしては、たとえば、基板上にクラッド層およびコア層を順次積層する工程と、前記コア層を所望の形状のコア部にパターン化し、次いで上部クラッド層を積層して光導波路部を設ける工程と、前記光導波路部の所望部分を断面凹型状に除去して光素子搭載部を形成する工程と、該凹形状の底部に電気配線部を設ける工程を有し、更に前記コア層を所望のコア部にパターン化する際に、前記電気配線部の少なくとも一部を含む領域に対応した部分が前記パターン化されたコア部に含まれるようにするとともに、前記光素子搭載部を形成した後、前記電気配線部の一部を含む領域に対応した部分の基板上に、光導波路の一部からなる誘電体層を形成することを特徴とするハイブリッド光電子集積用実装基板が提案された（特許文献１）。
【０００５】
前記光電子複合システムとしては、また、電子集積素子ベアチップおよびその素子への信号の入出力の少なくとも一部を光信号で行うための光素子チップが同一パッケージ内に一体化されており、該光素子を制御するための駆動回路も光素子との間の配線手段とともに該同一パッケージ内に集積化された光電子集積素子が提案された（特許文献２）。
【０００６】
更に、光半導体素子とサブ基板とを半田バンプを介して固定し、サブ基板をパッケージ内に収容した光半導体モジュールにおいて、溶融点の異なる２種類以上の半田バンプを有する光半導体モジュールが提案された（特許文献３）。
【特許文献１】特開平１０−０４８４４９号公報
【特許文献２】特開２００１−０４８４４９号公報
【特許文献３】特開平１０−３４１０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの光電子複合システムにおいては、光素子モジュールを光電気配線基板に実装したときに、前記光素子モジュールの光素子と、前記光電気配線基板の光導波路との間で光信号が減衰しないように、光素子モジュールを光電気配線基板に実装するときに、光素子と光導波路とが夫々正確に位置決めされる必要がある。
【０００８】
しかしながら、特許文献１および２には、実装時に光素子と光導波路とが自動的に位置決めされるような光素子モジュールや光電気配線基板については何も示されていない。
【０００９】
特許文献３には、溶融した半田バンプの表面張力によって光半導体素子をサブ基板上の所定の位置に自動的にセルフアラインメントすることが記載されているが、半田バンプの表面張力によって前記光半導体素子を光ファイバの端面に押圧することは示されていない。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、実装するだけで光素子と光導波路とが夫々自動的に正確に位置決めされる光素子モジュールおよび光電気配線基板と、前記光素子モジュールを前記光電気配線基板に実装した光電子複合組立体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】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、光導波路が形成された光電気配線基板に実装される光素子モジュールであって、実装時において、前記光導波路と交差するように前記光電気配線基板に穿設された挿入孔に挿入されるとともに、前記光導波路に光を出射する機能、および前記光導波路を伝達してきた光を受光する機能の少なくとも一方を有する光素子が設けられてなる挿入部と、前記挿入部が突設された基板とを備え、前記基板には、前記光電気配線基板の表面に設けられた基板側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続されるモジュール側接続パッドが設けられてなるとともに、前記モジュール側接続パッドは、中心が、基板側接続パッドの中心に対し、夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向とは反対の方向にずれるように設けられてなることを特徴とする光素子モジュールに関する。
【００１２】
前記光素子モジュールの挿入部を前記光電気配線基板の挿入孔に挿入した後、前記光素子モジュールを加熱し、前記光素子モジュールのモジュール側接続パッドの表面に付着された半田ボールを溶解させて前記光電気配線基板の基板側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続すると、溶融した半田の表面張力によってモジュール側接続パッドと基板側接続パッドとの間に吸引力が発生する。
【００１３】
ここで、前記モジュール側接続パッドの中心は、基板側接続パッドの中心に対し、夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向とは反対の方向にずれているから、前記吸引力は、挿入部における夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向に作用する。
【００１４】
このように、前記挿入部上の各光素子と前記光素子に対応する光導波路とは、溶融半田の表面張力によって自動的に位置合せされる。
【００１５】
したがって、前記光素子モジュールと前記光電気配線基板との間で光信号が大きく減衰することがない。
【００１６】
しかも、前記光素子モジュールを前記光電気配線基板に実装した状態においては、光素子から出射された光は前記光電気配線基板における光導波路に直接入射し、また、前記光導波路を透過した光は前記光素子に直接入射するから、挿入部上にも基板上にも導波路やレンズ、反射鏡を形成する必要がない。したがって前記光素子モジュールは安価に構成できる。
【００１７】
請求項２の発明は、前記挿入部の前記光素子の近傍に、前記光電気配線基板に設けられた第２位置合せ構造と係合することにより、夫々の光素子と前記光素子に対応する光導波路の端面との位置合せをする第１位置合せ構造が形成されてなる請求項１に記載の光素子モジュールに関する。
【００１８】
前記光素子モジュールの挿入部を前記光電気配線基板の挿入孔に挿入し、光素子モジュールを加熱して半田をリフローさせると、溶融半田の表面張力により、挿入部に設けられた第１位置合せ構造と前記光電気配線基板に設けられた第２位置合せ構造とがより強固に係合する。これにより、前記挿入部上の各光素子と前記光素子に対応する光導波路とが正確に位置合せされるから、前記光素子モジュールと前記光電気配線基板との間での光信号の減衰が更に効果的に防止される。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記第１位置合せ構造が隣接する２つの光素子の間に設けられた凸部である請求項２に記載の光素子モジュールに関する。
【００２０】
本発明の光素子モジュールの備える挿入部としては、たとえばシリコンやガリウム砒素、ガリウムインジウム砒素などの半導体材料の薄板またはブロックから形成したものが使用される。
【００２１】
このような挿入部においては、前記薄板またはブロックに電気配線を形成すると同時に、所定の領域にドーパントを拡散させるなどの従来の半導体プロセスを用い、前記薄板またはブロックにおいて実装時に光電気配線基板の光導波路端面と相対する側の面に、面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）素子や光ダイオード素子などの光素子を形成することができる。第１位置合せ構造となる凸部は、このようにして形成された光素子の間に薄板、ブロック、またはストリップ材を接着して形成できる。
【００２２】
前記光素子モジュールが装着される光電気配線基板としては、挿入孔の壁面における隣接する２つの光導波路に挟まれた部分に、第２位置合せ構造として機能する凹部を設けたものがある。前記光素子モジュールを前記儀仮電気配線基板に実装すると、前記光素子モジュールの凸部と前記光電気配線基板の凹部とが係合し、光素子と光導波路との位置合せが行われる。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、前記第１位置合せ構造が、前記光素子を挟むように前記挿入部の挿入方向に沿って設けられた一対のフェンス状構造体である請求項２に記載の光素子モジュールに関する。
【００２４】
前記光素子モジュールに設けられたフェンス状構造体はストリップ状の構造体であって容易に弾性変形するから、前記光素子モジュールを光電気配線基板に実装したときに、前記フェンス状構造体と第２位置合せ構造との間に作用する機械的ストレスは、前記フェンス状構造体によって吸収される。したがって、前記機械的ストレスによってフェンス状構造体や第２位置合せ構造が破損することが防止される。
【００２５】
このようなフェンス状構造体はポリイミド樹脂などにより形成される。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、前記フェンス状構造体が、隣接する２つの光路を光学的に絶縁する請求項４に記載の光素子モジュールに関する。
【００２７】
前記光素子モジュールにおいては、隣接する２つの光素子は、前記フェンス状構造体によって光学的に絶縁されているから、これらの光素子によって形成される光路も互いに光学的に絶縁される。したがって、隣接する２つの光素子の間で光信号が漏洩して混信が生じることが効果的に防止される。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、前記第１位置合せ構造は、隣接する２つの光素子の間に設けられた凹部である請求項２に記載の光素子モジュールに関する。
【００２９】
前記光素子モジュールにおいては、前記半導体材料の薄板またはブロックに半導体プロセスで光素子を形成した後、前記光素子の間にレーザエッチングなどの手法で凹部を形成できる。
【００３０】
また、前記光素子モジュールが装着される光電気配線基板としては、挿入孔の壁面における隣接する２つの光導波路に挟まれた部分に、第２位置合せ構造として機能する凸部を設けたものがある。前記光素子モジュールを前記儀仮電気配線基板に実装すると、前記光素子モジュールの凹部と前記光電気配線基板の凸部とが係合し、光素子と光導波路との位置合せが行われる。
【００３１】
請求項７に記載の発明は、前記光素子は、光ダイオードおよび面発光型半導体レーザ素子から選択されてなる請求項１〜６の何れか１項に記載の光素子モジュールに関する。
【００３２】
光ダイオードおよび面発光型半導体レーザは、何れも通常の半導体プロセスで挿入部上に形成できる。また、面発光型半導体レーザは、１枚のウェハー上に多数形成できる上、均一性の高いレーザビームが得られる点でも好ましい。
【００３３】
請求項８に記載の発明は、前記投入チップが、前記基板に設けられた溝に装着されてなる請求項１〜７の何れか１項に記載の光素子モジュールに関する。
【００３４】
前記挿入部を前記溝に挿入した後、前記挿入部に設けられた電気接続用パッドと、基板上の電気接続用パッドとを導電性エポキシ樹脂で接続することにより、基板上の電子回路と挿入部上の光素子とが電気的に接続されると同時に、前記挿入部は基板上に強固に固定される。
【００３５】
前記マイクロチップモジュールにおいては、挿入部を立設するための溝は、前記基板にダイシングソーによって容易に形成できる。したがって、挿入部を基板に立設するための加工が容易である。
【００３６】
請求項９に記載の発明は、前記光素子モジュールが備える基板が、前記光素子を駆動するドライバ回路が形成された駆動チップ、または前記光素子で受光した光を変換した電気信号を受信する受信チップである請求項１〜８の何れか１項に記載の光素子モジュールに関する。
【００３７】
前記光素子モジュールにおいては、前記光素子を駆動するためのドライバ回路、および前記光素子で受光した光を変換した電気信号を受信するレシーバ回路は、基板の側に形成されているから、挿入部には何ら電子回路を形成する必要はなく、ただ、光素子と、前記光素子を基板上のドライバ回路またはレシーバ回路と接続する電気配線を形成すればよい。したがって、挿入部の構成を大幅に簡略化できる上、挿入部のサイズを大幅に小型化できる。
【００３８】
請求項１０に記載の発明は、光導波路を有するとともに、請求項１〜９の何れか１項に記載の光素子モジュールが実装される光電気配線基板であって、前記光素子モジュールの挿入部が挿入される挿入孔が穿設されてなるとともに、前記光素子モジュールの基板に設けられたモジュール側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続される基板側接続パッドが表面に設けられ、前記基板側接続パッドは、中心が、前記モジュール側接続パッドの中心に対して夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向にずれるように設けられてなることを特徴とする光電気配線基板に関する。
【００３９】
請求項１のところで述べたように、前記光素子モジュールの挿入部を前記光電気配線基板の挿入孔に挿入した後、前記光素子モジュールを加熱し、前記光素子モジュールのモジュール側接続パッドの表面に付着された半田ボールを溶解させて前記光電気配線基板の基板側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続すると、溶融した半田の表面張力によってモジュール側接続パッドと基板側接続パッドとの間に吸引力が発生する。
【００４０】
ここで、基板側接続パッドの中心は、前記モジュール側接続パッドの中心に対し、夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向にずれているから、前記吸引力は、挿入部における夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向に作用する。
【００４１】
これにより、前記挿入部上の各光素子と前記光素子に対応する光導波路とは正確に位置合せされる。
【００４２】
請求項１１に記載の発明は、前記光素子モジュールの実装時において前記光素子モジュールにおける第１位置合せ構造と係合することにより、前記光素子モジュールにおける各光素子と前記各光素子に対応する光導波路の端面との位置合せが行われる第２位置合せ構造が、前記挿入孔の壁面における光導波路の前記端面の近傍に形成されてなることを特徴とする請求項１０に記載の光電気配線基板に関する。
【００４３】
請求項１２に記載の発明は、前記第２位置合せ構造が、隣接する２つの光導波路の端面の間に形成された凹部である請求項１１に記載の光電気配線基板に関する。
【００４４】
請求項１３に記載の発明は、前記第２位置合せ構造が、隣接する２つの光導波路の端面の間に形成された凸部である請求項１１に記載の光電気配線基板に関する。
【００４５】
これらの光電気配線基板においては、挿入モジュール側に形成された凸部または凹部が、光電気配線基板に形成された凹部または凸部と係合することにより、光素子と光導波路との位置合せが行われる。
【００４６】
したがって、各光素子と前記光素子に対応する光導波路とは機械的に位置合せされるから、位置合せが確実に行われる。
【００４７】
請求項１４に記載の発明は、前記光導波路を複数層有する請求項１０〜１３の何れか１項に記載の光電気配線基板に関する。
【００４８】
前記光電子配線基板によれば、複雑な光電気回路が容易に構成できる。
【００４９】
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜９の何れか１項に記載の光素子モジュールを請求項１０〜１４の何れか１項に記載の光電気配線基板に実装してなる光電子複合組立体に関する。
【００５０】
前記光電子複合組立体は、前記光電気配線基板の挿入孔に前記光素子モジュールの挿入部を挿入するだけで形成されるから、安価に、しかも歩留まりがよい。
【発明の効果】
【００５１】
以上説明したように本発明によれば、半田の加熱溶融時における溶融半田の表面張力によって光素子と光導波路とが夫々自動的に位置決めされる光素子モジュールおよび光電気配線基板と、前記光素子モジュールを前記光電気配線基板に実装した光電子複合組立体が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
１．実施形態１
以下、本発明に係る光素子モジュール、光電気配線基板、および光電子複合組立体について説明する。
【００５３】
１−１  光素子モジュール
実施形態１に係る光素子モジュール１０は、図１に示すように、基板４と、基板４に立設された挿入部２とを備える。
【００５４】
挿入部２は、図１〜図４に示すように、基板２０と、基板２０に形成された４個の面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）素子２２と、夫々の面発光型半導体レーザ素子２２の両側に形成された８個のフェンス状構造体２４と、基板２０上に形成され、夫々の面発光型半導体レーザ素子２２に電気的に接続された４個の接続パッド２６とを有している。フェンス状構造体２４は、本発明における第１位置合せ構造の一例である。
【００５５】
基板２０は、シリコンやガリウム砒素、ガリウムインジウム砒素などの半導体材料を長方形乃至正方形の板状に形成したものが使用できる。
【００５６】
面発光型半導体レーザ素子２２は、基板２０が半導体材料から形成されている場合は、基板２０の所定の領域に分子ビームエピタキシャルなどの通常の半導体プロセスによって形成できる。
【００５７】
フェンス状構造体２４は、黒色に着色されたポリイミド樹脂などから形成されたストリップ材を基板２０における各面発光型半導体レーザ素子２２の両側に接着して形成できる。なお、第１位置合せ構造としては、フェンス状構造体２４の他、図５に示すような二等辺直角三角形状の断面を有するフェンス状構造体２５が挙げられる。また、第１位置合せ構造は、図６および図７に示すように、隣接する２つの面発光型半導体レーザ素子２２の間に形成された凹部２７または凸部２９であってもよい。
【００５８】
基板４は、面発光型半導体レーザ素子２２を駆動するドライバ回路が形成された駆動チップであって、図１〜図３に示すように、基板４において実装時に光電気配線基板５に相対する側の面に、挿入部２を挿入するための溝４２が形成されている。
【００５９】
溝４２の近傍には、基板４のドライバ回路を挿入部２の面発光型半導体レーザ素子２２に電気的に接続するための接続パッド４４が４個形成されている。
【００６０】
基板４における溝４２が形成された側の面には、更に前記ドライバ回路を光電気配線基板５の電気配線に接続するための接続パッド４６が１０個形成されている。接続パッド４６には半田ボール４８が載置されている。接続パッド４６は、本発明におけるモジュール側接続パッドに相当する。
【００６１】
接続パッド４６は、図８および図９に示すように、中心が、後述する光電気配線基板５の接続パッド５３の中心に対し、後述する挿入孔６０において挿入部２を押圧すべき方向ａとは反対の方向にずれているように位置決めされている。なお、図８において破線は、光電気配線基板５の接続パッド５３の位置を示す。
【００６２】
挿入部２には、面発光型半導体レーザ素子２２に代えて光ダイオード（ＰＤ）素子２３を設けてもよい。この場合、基板４としては、ドライバ回路に代えて前記光ダイオード素子で受光した光信号を変換した電気信号を受信するレシーバ回路が形成された受信チップが使用される。以下、光素子モジュール１０のうち、面発光型半導体レーザ素子２２を形成した挿入部２を使用したものを「ＶＣＳＥＬモジュール１１」と称し、光ダイオード素子２３を形成した挿入部２を使用したものを「ＰＤモジュール１２」と称することがある。
【００６３】
光素子モジュール１０は、また、図１７に示すように、基板４に面発光型半導体レーザ素子２２または光ダイオード素子２３を埋設し、面発光型半導体レーザ素子２２からの光を導出し、または光ダイオード素子２３に光を導入する光導波路２１Ａを挿入部２に設け、光導波路２１Ａの末端に反射鏡２１Ｂを形成し、光導波路２１Ａおよび反射鏡２１Ｂを通して面発光型半導体レーザ素子２２または光ダイオード素子２３と光電気配線基板５のシート状光導波路層５６のコア５８との間で光の授受を行うものも包含する。
【００６４】
以下、光素子モジュール１０の作製手順について説明する。
【００６５】
先ず、図２および図３に示すように、基板４の溝４２に挿入部２を挿入する。次いで、図１に示すように、挿入部２の接続パッド２６と基板４の接続パッド４４とを導電性エポキシ樹脂３０で接続する。これにより、挿入部２の面発光型半導体レーザ素子２２または光ダイオード２３と基板４のドライバ回路またはレシーバ回路とが電気的に接続される。
【００６６】
１−２  光電気配線基板
光素子モジュール１０が実装される光電気配線基板５は、たとえば大規模中央演算処理装置（ＭＰＵ）、一次キャッシュメモリ、ＤＲＡＭなどが搭載された基板であり、図９および図１０に示すように、２層の電気配線層５２と、電気配線層５２の間に位置する１層の光配線層５４とから構成されている。
【００６７】
電気配線層５２には、電源ラインを形成したり、低速の信号を授受したりするための低速側電気配線、および前記ＭＰＵや一次キャッシュメモリ、ＲＡＭとＶＣＳＥＬモジュール１１やＰＤモジュール１２との間でクロック信号や高速ロジック信号を授受するための高速側電気配線などが形成されている。
【００６８】
光電気配線基板５には、更に、図９および図１０に示すように、光素子モジュール１０の挿入部２を挿入するための挿入孔６０が２個、光電気配線基板５の表面に対して直交する方向に穿設されている。
【００６９】
表側、即ち挿入孔６０が穿設された側の電気配線層５２の表面における挿入孔６０の周囲には、半田ボール４８をリフローさせることによって光素子モジュール１０の各接続パッド４６に電気的に接続される接続パッド５３が夫々１０個ずつ設けられている。接続パッドは、本発明における基板側接続パッドに相当する。
【００７０】
図８〜図１０に示すように、接続パッド５３は、光素子モジュール１０の接続パッド４６の中心に対し、挿入孔６０において挿入部２を押圧すべき方向ａにずれているように位置決めされている。
【００７１】
光配線層５４には、シート状光導波路層５６が埋包されている。シート状光導波路層５６は、図１１〜図１４および図１６に示すように、光導波路として機能する４列のコア５８と、コア５８を囲繞するクラッド５７とを備える。コア５８とクラッド５７とは光学的には透明であるが屈折率の異なる材料から形成されている。このような材料としてはたとえばポリシランなどがある。ポリシランを紫外線でパターン露光して屈折率を低下させることにより、コア５８を形成できる。
【００７２】
シート状光導波路層５６の光が入射され、または出射する側の端面には、図１２および図１３に示すように４本のコア５８の端面が露出している。そして、前記端面における互いに隣接する２つのコア５８の間には凸部５９が形成されている。凸部５９は、本発明における第２位置合せ構造の一例であり、図１１〜図１５に示すように、ＶＣＳＥＬモジュール１１およびＰＤモジュール１２におけるフェンス状構造体２４、フェンス状構造体２５、または凹部２７と係合して面発光型半導体レーザ素子２２および光ダイオード２３とコア５８の端面との位置合せをする機能を有する。
【００７３】
なお、シート状光導波路層５６においては、凸部５９の代わりに図１６に示すように凹部５９Ａを形成してもよい。凹部５９Ａは、挿入部２に形成された凸部２９と係合して面発光型半導体レーザ素子２２および光ダイオード２３とコア５８の端面との位置合せをする。
【００７４】
図９および図１０に示すように、挿入孔６０におけるシート状光導波路層５６に相対する壁面は、何れもフェンス状構造体２４、フェンス状構造体２５、凹部２７、または凸部２９が形成された挿入部２を挿入できるように、フェンス状構造体２４などの位置に合わせて凹陥または突出した波状の形状に形成されている。
【００７５】
１−３  実装手順
以下、ＶＣＳＥＬモジュール１１およびＰＤモジュール１２を光電気配線基板５に実装して光電子複合組立体１００を構成する手順について説明する。
【００７６】
先ず、光電気配線基板５の挿入孔６０の一方にＶＣＳＥＬモジュール１１の挿入部２を、他方にＰＤモジュール１２の挿入部を挿入する。挿入孔６０にＶＣＳＥＬモジュール１１およびＰＤモジュール１２を一杯に挿入すると、面発光型半導体レーザ素子２２および光ダイオード素子２３の高さ方向の位置は、挿入孔６０によって規制される。そして、左右方向の位置は、フェンス状構造体２４、フェンス状構造体２５、または凹部２７が凸部５９と係合し、または凸部２９が凹部５９Ａと係合することにより規制される。これにより、コア５８の端面と面発光型半導体レーザ素子２２および光ダイオード素子２３とが位置合せされる。
【００７７】
ＶＣＳＥＬモジュール１１およびＰＤモジュール１２が挿入されたら、夫々のＶＣＳＥＬモジュール１１およびＰＤモジュール１２を加熱して半田ボール４８を溶融させる。これにより、ＶＣＳＥＬモジュール１１およびＰＤモジュール１２の接続パッド４６と、光電気配線基板５の接続パッド５３との間に、図９において矢印ａに示すように、ＶＣＳＥＬモジュール１１およびＰＤモジュール１２の挿入部２に設けられた面発光型半導体レーザ素子２２および光ダイオード素子２３が光電気配線基板５におけるコア５８の端面に押圧される方向の表面張力が生じる。そして、半田が固まることにより、ＶＣＳＥＬモジュール１１およびＰＤモジュール１２の基板４と光電気配線基板５の電気配線とが電気的に接続する。これにより、ＶＣＳＥＬモジュール１１およびＰＤモジュール１２が光電気配線基板５に固定されるとともに、ＶＣＳＥＬモジュール１１におけるドライバ回路およびＰＤモジュール１２におけるレシーバ回路が光電気配線基板５における高速側電気配線と電気的に接続される。
【００７８】
１−４  特長
光電子複合組立体１００においては、ＶＣＳＥＬモジュール１１およびＰＤモジュール１２の挿入部２におけるフェンス状構造体２４、フェンス状構造体２５、凹部２７、または凸部２９が、光電気配線基板５のシート状光導波路層５６に形成された凸部５９または凹部５９Ａと係合する。同時に、溶融した半田ボール４８の表面張力により、面発光型半導体レーザ素子２２および光ダイオード素子２３が光電気配線基板５におけるコア５８の端面に押圧される方向の力が、ＶＣＳＥＬモジュール１１におけるドライバ回路およびＰＤモジュール１２と光電気配線基板５との間に作用する。
【００７９】
これにより、個々の面発光型半導体レーザ素子２２および光ダイオード素子２３が、相対するコア５８の端面と確実に位置決めされ、固定される。したがって、ＶＣＳＥＬモジュール１１における面発光型半導体レーザ素子２２からコア５８に直接にレーザ光を入射でき、また、コア５８を透過したレーザ光をＰＤモジュール１２における光ダイオード素子２３で直接受光できる。故に、ＶＣＳＥＬモジュール１１、ＰＤモジュール１２、光電気配線基板５の何れにも光路を変換するための鏡やレンズを設ける必要はないから、光電子複合組立体１００は安価に構成できる。
【００８０】
また、フェンス状構造体２４またはフェンス状構造体２５は黒色ポリイミド樹脂で形成されているから、凸部５９と係合させるときに生じる力学的ストレスはフェンス状構造体２４またはフェンス状構造体２５で無理なく吸収できるうえ、隣接する面発光型半導体レーザ素子２２や光ダイオード２３の間で信号光が漏れることが防止される。
【００８１】
なお、光電子複合組立体１００において使用される光電気配線基板５は、図８〜図１０に示す態様のものには限定されず、コア５８が碁盤目状に形成された二次元光導波路型の光電気配線基板や、光配線層５４を２層以上有する光電気配線基板も使用される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、光回路と電気回路とを有する装置であれば、各種の電子装置に使用できる。このような電子装置としては、電子写真式複写機、電子写真式プリンタ、サーバー、および各種コンピュータなどがある。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、実施形態１に係る光素子モジュールの構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る光素子モジュールにおいて、挿入部を基板に装着するところを示す斜視図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る光素子モジュールにおいて、挿入部を基板に装着したところを示す斜視図である。
【図４】図４は、前記挿入部において面発光型半導体レーザ素子とフェンス状構造体との位置関係を示す端面図である。
【図５】図５は、実施形態１の光素子モジュールにおけるフェンス状構造体の別の例を示す端面図である。
【図６】図６は、実施形態１の光素子モジュールの挿入部において、フェンス状構造体に代えて光素子の間に凹陥部を設けた例を示す端面図である。
【図７】図７は、実施形態１の光素子モジュールの挿入部において、光素子の間に凹陥部に代えて突部を設けた例を示す端面図である。
【図８】図８は、実施形態１の光素子モジュールの接続パッドと、実施形態１の光電気配線基板の接続パッドとの相対的な位置関係を示す概略図である。
【図９】図９は、実施形態１の光素子モジュールの挿入部を実施形態１の光電気配線基板の挿入孔に挿入し、半田ボールを溶融させたところを示す概略断面図である。
【図１０】図１０は、実施形態１に係る光電気配線基板の構成、および前記光電気配線基板に図１に示す光素子モジュールを実装したところを示す斜視図である。
【図１１】図１１は、実施形態１に係る光電気配線基板が備えるシート状光導波路層の平面図である。
【図１２】図１２は、図１１に示すシート状光導波路層の端面図である。
【図１３】図１３は、図１１に示すシート状光導波路層の部分斜視図である。
【図１４】図１４は、図１１に示すシート状光導波路層の端面に形成された第２位置合せ構造と、光素子モジュールの挿入部に設けられたフェンス状構造体との係合関係を示す平面図である。
【図１５】図１５は、光素子モジュールの挿入部に設けられたフェンス状構造体の別の例、および前記フェンス状構造体と、図１１に示すシート状光導波路に設けられた第２位置合せ構造との係合関係を示す平面図である。
【図１６】図１６は、光素子モジュールに設けられた第１位置合せ構造、光電気配線基板に設けられた第２位置合せ構造、およびこれらの係合関係の別の例を示す平面図である。
【図１７】図１７は、本発明の光素子モジュールの別の例、および前記光素子モジュールの挿入部と図１１に示す光電気配線基板のシート状光導波路層との相対的な位置関係を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
２    挿入部
４    基板
５    光電気配線基板
１０    光素子モジュール
１１    ＶＣＳＥＬモジュール
１２    ＰＤモジュール
２０    基板
２２    面発光型半導体レーザ素子
２３    光ダイオード素子
２４    フェンス状構造体
２５    フェンス状構造体
２６    接続パッド
２７    凹部
２９    凸部
３０    導電性エポキシ樹脂
４２    溝
４４    接続パッド
４６    接続パッド
４８    半田ボール
５２    電気配線層
５４    光配線層
５６    シート状光導波路層
５７    クラッド
５８    コア
５９    凸部
５９Ａ  凹部
６０    挿入孔
１００    光電子複合組立体
【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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【図１６】
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【図１７】
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