(57)【要約】【課題】配線基板の光結合効率、導波路と光ファイバーの接合、および光結合密度の諸特性を向上させる。【解決手段】配線基板１０は、表面実装型の光素子１，２に電気信号および光信号を接続させる配線基板であって、電気信号を接続させる電気配線部４ａ，４ｂを備えた光電気配線基板１５と、光電気配線基板１５の光素子が設けられる面の反対面に設けられ、光信号が伝えられる光配線部１３を備えた光配線基板Ｍと、光配線部１３の端部に設けられた光路変換部１２とを有している。光電気配線基板Ｌには、光素子１，２が設けられる位置と光路変換部１２とを結ぶ、光電気配線基板Ｌを貫通する光導波路が備えられ、光路変換部１２は、光導波路と光配線部１３との間の光路変換をするように形成されている。【選択図】  図１１
2007004043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面実装型の光素子に電気信号および光信号を接続させる配線基板であって、
前記電気信号を接続させる電気配線部を備えた光電気配線基板と、
前記光電気配線基板の前記光素子が設けられる面の反対面に設けられ、前記光信号が伝えられる光配線部を備えた光配線基板と、
前記光配線部の端部に設けられた光路変換部と、
を有し、
前記光電気配線基板には、前記光素子が設けられる位置と前記光路変換部とを結ぶ、該光電気配線基板を貫通する光導波路が備えられ、
前記光路変換部は、前記光導波路と前記光配線部との間の光路変換をするように形成されている配線基板。
【請求項２】
前記光導波路は前記光電気配線基板を貫通するビアホールを備えている、請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記ビアホールの内壁に金属膜が形成されている、請求項２に記載の配線基板。
【請求項４】
前記ビアホールに、前記光信号に対して透明であり、前記光配線部と略同一の屈折率を有する材料が充填されている、請求項２に記載の配線基板。
【請求項５】
前記ビアホールは、前記光電気配線基板の前記光素子が設けられる面から前記光配線基板が設けられた面に向かって断面積が拡大するように形成されている、請求項２から４のいずれか１項に記載の配線基板。
【請求項６】
前記ビアホールは、前記光電気配線基板の前記光素子が設けられる面から前記光配線基板が設けられた面に向かって断面積が縮小するように形成されている、請求項２から４のいずれか１項に記載の配線基板。
【請求項７】
前記光電気配線基板または前記光配線基板の少なくともいずれかは、複数枚の基板を積層して形成されており、
前記ビアホールは前記複数枚の基板を貫通して形成されている、請求項２から６のいずれか１項に記載の配線基板。
【請求項８】
前記光電気配線基板は前記光信号に対して透明である、請求項１に記載の配線基板。
【請求項９】
前記光導波路は、
前記光電気配線基板を貫通するビアホールと、
前記ビアホールに充填された、前記の透明な光電気配線基板よりも屈折率が高い透明な材料と、
を有している、請求項８に記載の配線基板。
【請求項１０】
前記透明な配線基板は、前記光配線基板の前記光電気配線基板と接合している部分の屈折率が接合していない部分の屈折率よりも高くなっている、請求項８または９に記載の配線基板。
【請求項１１】
前記光路変換部は半球状、半楕円状、半円柱状、もしくは、半楕円柱状の形状を有し、前記光配線部の端部と一体化して形成されている、請求項１に記載の配線基板。
【請求項１２】
前記光路変換部は前記光信号が反射される部分に金属膜を有している、請求項１１に記載の配線基板。
【請求項１３】
前記光路変換部は、前記光配線部と略同等の厚さに加工された半球状、半楕円状、半円柱状、もしくは、半楕円柱状のミラー面を有している、請求項１１に記載の配線基板。
【請求項１４】
前記光配線部の端部と前記光路変換部との間に、前記光信号に対して透明で、屈折率が前記光配線部と同程度の材料が充填されている、請求項１３に記載の配線基板。
【請求項１５】
少なくとも３つの受光部または少なくとも３つの発光部を持つ前記光素子が実装されるようにされ、該受光部または発光部に対応する前記光路変換部のすべてが一直線上に並ばないように形成されている、請求項１に記載の配線基板。
【請求項１６】
前記光路変換部は千鳥状に形成されている、請求項１５に記載の配線基板。
【請求項１７】
前記光配線部は、前記光路変換部との接続部における配線幅が、その他の部分における配線幅よりも広く形成されている、請求項１に記載の配線基板。
【請求項１８】
前記光配線部は、前記光路変換部との接続部における配線幅が、その他の部分における配線幅よりも狭く形成されている、請求項１に記載の配線基板。
【請求項１９】
前記光配線部はポリマー導波路で形成されている、請求項１に記載の配線基板。
【請求項２０】
前記ポリマー導波路は、前記光信号を伝搬させるコア部と、その周囲を囲むクラッド部とから形成されており、該クラッド部の一部は、前記電気配線部の一部を構成している、請求項１９に記載の配線基板。
【請求項２１】
前記光導波路は、前記光電気配線基板および前記ポリマー導波路の前記クラッド部を貫通するビアホールを備え、
前記ビアホールには、前記ポリマー導波路の前記コア部と同じ材料が充填されている、請求項２０に記載の配線基板。
【請求項２２】
前記光配線部は屈曲可能なフィルム状に形成されている、請求項１９に記載の配線基板。
【請求項２３】
前記光配線部は光ファイバーで形成されている、請求項１に記載の配線基板。
【請求項２４】
前記光ファイバーは、該光ファイバーを形成する材料と同程度の屈折率からなるポリマー材料で囲まれており、該ポリマー材料の前記電気配線部との接合面は平坦に加工されている、請求項２３に記載の配線基板。
【請求項２５】
前記光配線部は、屈曲可能なフィルム状に形成されている、請求項２３に記載の配線基板。
【請求項２６】
前記光配線部の両端に前記光路変換部が各々形成されており、各端部に異なる前記光電気配線基板が接続されている、請求項１に記載の配線基板。
【請求項２７】
一つの前記光電気配線基板に複数個の前記光配線基板が接続されている、請求項１に記載の配線基板。
【請求項２８】
前記光配線基板に前記電気配線部が形成されており、前記電気信号は該光配線基板を介して２つの前記光電気配線基板間を伝えられる、請求項１に記載の配線基板。
【請求項２９】
前記光配線部の前記光路変換部が形成されていない側の端部に、前記光信号を外部に接続する光コネクタが形成されている、請求項１に記載の配線基板。
【請求項３０】
前記光配線部は屈曲可能なフィルム状に形成されており、前記光コネクタには、該配線部よりも剛性の大きい支持体が接続されている、請求項２９に記載の配線基板。
【請求項３１】
前記コネクタの支持体、前記光配線部、もしくは前記光配線部を含む支持体に、前記光配線部のコア部と所定の位置関係をもった構造が形成されている、請求項３０に記載の配線基板。
【請求項３２】
請求項１に記載の配線基板と、
少なくとも３個以上の発光部または少なくとも３個以上の受光部を持つ、前記光電気配線基板上に実装された前記光素子と、
前記光電気配線基板上に実装された、前記光素子を動作させるＩＣチップと、
を有する、モジュール。
【請求項３３】
前記ＩＣチップは、前記光素子を挟んで両側に各々実装され、
前記光素子の発光部または受光部は一直線上に形成され、
前記光素子は、前記発光部または受光部毎に、前記ＩＣチップと電気接続をとるための電極を有し、該電極は、該発光部または受光部毎に、該発光部または受光部が接続されている前記ＩＣチップに隣接する位置に形成されている、請求項３２に記載のモジュール。
【請求項３４】
前記ＩＣチップは、前記光素子を挟んで両側に各々実装され、
前記光素子の発光部または受光部は２本の直線のいずれかの上に形成され、各発光部または受光部は、該発光部または受光部が形成された直線に隣接する前記ＩＣチップに電気接続されており、
前記光素子は、前記発光部または受光部毎に、前記ＩＣチップと電気接続をとるための電極を有し、該電極は、該発光部または受光部が接続されている前記ＩＣチップと隣接する位置に形成されている、請求項３２に記載のモジュール。
【請求項３５】
複数の前記光素子が２列で実装され、前記ＩＣチップは、前記複数の光素子を挟んで両側に各々実装されている、請求項３２に記載のモジュール。
【請求項３６】
一方の列に光発光素子を備えた前記光素子が、他方の列に光受光素子を備えた前記光素子が各々実装されている、請求項３５に記載のモジュール。
【請求項３７】
前記発光部または受光部は、前記各直線または各列間で千鳥状に配置されている、請求項３４から３６のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項３８】
千鳥に配置された２列の前記光素子と、
千鳥状に配置された前記光路変換部と、
１つの前記光配線基板と、
を有し、
前記２列の前記光素子は前記光路変換部の対応する各列と接続され、
前記光路変換部は前記１つの光配線基板と接続されている、
請求項３７に記載のモジュール。
【請求項３９】
請求項３２に記載の複数のモジュールと、
前記複数のモジュールを互いに接続する光コネクタと、
を有し、
前記光コネクタの一端には１個の接続部が、他端には少なくても２個以上に分岐した接続部が設けられ、
前記分岐の数は、前記１個の接続部が設けられた端部に接続する前記モジュールに実装された前記ＩＣチップの数に等しい、モジュール集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はネットワークやコンピュータ分野で使われる配線基板等に関し、特に、表面実装型の光発光素子、光受光素子の光素子を実装可能な配線基板の構造に属する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの高速化はますます進展しているが、それらＬＳＩ間等を結ぶ電気配線には伝送能力の限界があると考えられている。その限界を打破する技術として光配線部が期待されている。光信号は高速・長距離伝送能力、低電磁放射という性能を有するといった優位性があるために、例えば、第１のＬＳＩから出た電気信号を光信号に変換し、その信号が光配線部を伝送した後、第２のＬＳＩの手前で光信号を電気信号に変換してから第２のＬＳＩに入力され、また逆方向の伝送も同様に、第２のＬＳＩから出た電気信号を光信号に変えて伝送し、光信号を電気信号に変えて第１のＬＳＩに入力する構成をとれば、電気信号だけを用いる場合に比べて、より高速の伝送ができると考えられている。
【０００３】
ＬＳＩから入出力される信号数も年々増加しており、１０００以上の信号数を持つＬＳＩも製造されている。従来の電気信号の伝送では、信号間のクロストークの問題で高密度の電気配線を引き回す距離に限界が生じているため、配線の高速化だけでなく高密度化の観点からも、クロストークの影響がほとんど無い光配線部の導入には大きな期待が寄せられている。
【０００４】
近年、実装および部品コストの観点から、光電気の変換を行う素子としては、表面実装型の受光発光素子が注目されている。これらの素子は実装面に対して垂直方向に光を入出力するため、基板と平行方向に光配線部を形成する場合は、光路を変換する必要がある。光素子から入出力する光と光配線部を、光路変換部分も含めて効率よく高密度に結合させるためには、光素子の入出力部分と、光配線部の入出力部分をできるだけ近接させて実装する必要がある。
【０００５】
光配線部関連の従来技術は多く見られ、例えば特許文献１にはポリマー光配線部、特許文献２には導波路の端部を４５度に加工した光変換機能を保持したもの、特許文献３にはプリント基板中に光配線部を形成しているものが報告されている。さらに詳細には、光と電気の配線を混載している基板において、特許文献３の光電融合ビアホールをもつ光電融合配線基板では、電気配線と光配線部が融合された基板が開示されている。この発明のビアホールには電気ビアホールと光ビアホールを共存させた構造が示され、低速の信号伝送は電気ビアホールで、高速の信号伝送は光ビアホールを用いる方法が示されている。また、特許文献１（光配線部、光配線部の製造方法及び多層光配線部）では、多層光配線部間に４５度ミラーとレンズを備えた構造により、層の異なる光配線部間で効果的に光を伝播させる技術が開示されている。特許文献２（マイクロレンズ付き光導波路およびその製造方法）においても、１層の光導波路に４５度ミラーとレンズを備えた構造が開示されている。
【０００６】
光通信の分野では、ほとんどがシングルモードの光配線部が用いられている。これは長距離を伝送する際に、信号が劣化してしまうことを避けるためである。しかし、ＬＳＩ間等の装置内の数ｍ以下の距離を光配線部で結合する場合には、２０Ｇｂｐｓ程度の信号速度であれば、マルチモードでも信号劣化の点では問題とならない。そこで、光素子と光素子の実装トレランスが大きなマルチモードの光配線部が主として用いられている。
【特許文献１】特開２００２-２５８０８１号公報
【特許文献２】特開平１１-２４８９５３号公報
【特許文献３】特開２００４-６９７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記に述べたように、ＬＳＩ間の伝送信号の高速、かつ、高密度化の課題を解決する手段として、マルチモードの光配線部を導入した、光電気の混載配線基板が検討されているが、下記の課題がある。
【０００８】
（１）光結合効率：これまで提案されている方法では、光素子の受発光面と光配線部の入出力面の間の距離が長くなってしまい、結合効率が悪くなってしまうため、レンズ等の集光機能を必要としている。
【０００９】
（２）光導波路と光ファイバーの接合：ポリマー光導波路は高密度、かつ、任意のパターン形成が容易であり、フィルムタイプであれば屈曲性もよく、熱膨張率も電気配線部に近い値をもつ。そのため、光ファイバーと比較して、高密度、低コストで電気配線部と一体化させるのに適している。しかし、光ファイバーと比較すると伝搬ロスが１桁以上大きいため、長い配線には光ファイバーが適している。そこで、超高密度でプリント基板上に実装した光素子との光結合には光導波路を用い、配線長が長い引き回しの部分には光ファイバーを用いることが考えられる。その場合、光導波路と光ファイバーを高密度で結合することが必要になる。光ファイバーを用いた光コネクタと、光導波路のコネクタを効率よく結合するためには、コネクタのピンと光導波路の位置精度の制御が必要である。フィルム上の導波路は、熱膨張や加工精度の限界があるため、位置精度の制御が非常に困難であり、光ファイバーコネクタと結合することは困難である。
【００１０】
（３）光結合密度：表面実装型の受光および光発光素子はアレイ状のものが製品化されており、発光点のピッチは２５０μｍのものが最小である。２５０μｍピッチ以下で結合するためには、これらの光素子の狭ピッチ化が必要であるが、光素子を駆動するための電気接続用のパッドの大きさの制約があり、２５０μｍ以下のピッチにすることが困難である。
【００１１】
本発明はかかる課題に対処するためになされ、光結合効率、導波路と光ファイバーの接合、および光結合密度の諸特性の向上が可能な配線基板、およびかかる配線基板を用いたモジュール等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】
【００１２】
本発明の配線基板は、表面実装型の光素子に電気信号および光信号を接続させる配線基板であって、電気信号を接続させる電気配線部を備えた光電気配線基板と、光電気配線基板の光素子が設けられる面の反対面に設けられ、光信号が伝えられる光配線部を備えた光配線基板と、光配線部の端部に設けられた光路変換部とを有している。光電気配線基板には、光素子が設けられる位置と光路変換部とを結ぶ、光電気配線基板を貫通する光導波路が備えられ、光路変換部は、光導波路と光配線部との間の光路変換をするように形成されている。
【００１３】
このため、光信号は、光素子が設けられる面から、光電気配線基板を貫通する光導波路を通って、光電気配線基板の厚さ方向に伝播して光電気配線基板の反対面に到達し、そこで光路変換されて、光配線部によって所定の接続位置まで伝えられる。このように、光信号は光電気配線基板の厚さ分を多少上回る程度の伝播距離で光結合が可能となるため、光結合効率が向上する。
【００１４】
光導波路は光電気配線基板を貫通するビアホールを備えていてもよい。
【００１５】
ビアホールの内壁に金属膜が形成されていてもよい。
【００１６】
ビアホールに、光信号に対して透明であり、光配線部と略同一の屈折率を有する材料が充填されていてもよい。
【００１７】
ビアホールは、光電気配線基板の光素子が設けられる面から光配線基板が設けられた面に向かって断面積が拡大するように形成されていてもよい。
【００１８】
ビアホールは、光電気配線基板の光素子が設けられる面から光配線基板が設けられた面に向かって断面積が縮小するように形成されていてもよい。
【００１９】
光電気配線基板または光配線基板の少なくともいずれかは、複数枚の基板を積層して形成され、ビアホールは複数枚の基板を貫通して形成されていてもよい。
【００２０】
光電気配線基板は光信号に対して透明であってもよい。
【００２１】
光導波路は、光電気配線基板を貫通するビアホールと、ビアホールに充填された、透明な光電気配線基板よりも屈折率が高い透明な材料とを有していてもよい。
【００２２】
透明な配線基板は、光配線基板の光電気配線基板と接合している部分の屈折率が接合していない部分の屈折率よりも高くなっていてもよい。
【００２３】
光路変換部は半球状、半楕円状、半円柱状、もしくは、半楕円柱状の形状を有し、光配線部の端部と一体化して形成されていてもよい。
【００２４】
光路変換部は光信号が反射される部分に金属膜を有していてもよい。
【００２５】
光路変換部は、光配線部と略同等の厚さに加工された半球状、半楕円状、半円柱状、もしくは、半楕円柱状のミラー面を有していてもよい。
【００２６】
光配線部の端部と光路変換部との間に、光信号に対して透明で、屈折率が光配線部と同程度の材料が充填されていてもよい。
【００２７】
少なくとも３つの受光部または少なくとも３つの発光部を持つ光素子が実装されるようにされ、受光部または発光部に対応する光路変換部のすべてが一直線上に並ばないように形成されていてもよい。
【００２８】
光路変換部は千鳥状に形成されていてもよい。
【００２９】
光配線部は、光路変換部との接続部における配線幅が、その他の部分における配線幅よりも広く形成されていてもよい。
【００３０】
光配線部は、光路変換部との接続部における配線幅が、その他の部分における配線幅よりも狭く形成されていてもよい。
【００３１】
光配線部はポリマー導波路で形成されていてもよい。
【００３２】
ポリマー導波路は、光信号を伝搬させるコア部と、その周囲を囲むクラッド部とから形成されており、クラッド部の一部は、電気配線部の一部を構成していてもよい。
【００３３】
光導波路は、光電気配線基板およびポリマー導波路のクラッド部を貫通するビアホールを備え、ビアホールには、ポリマー導波路のコア部と同じ材料が充填されていてもよい。
【００３４】
光配線部は屈曲可能なフィルム状に形成されていてもよい。
【００３５】
光配線部は光ファイバーで形成されていてもよい。
【００３６】
光ファイバーは、光ファイバーを形成する材料と同程度の屈折率からなるポリマー材料で囲まれており、ポリマー材料の電気配線部との接合面は平坦に加工されていてもよい。
【００３７】
光配線部は、屈曲可能なフィルム状に形成されていてもよい。
【００３８】
光配線部の両端に光路変換部が各々形成されており、各端部に異なる光電気配線基板が接続されていてもよい。
【００３９】
一つの光電気配線基板に複数個の光配線基板が接続されていてもよい。
【００４０】
光配線基板に電気配線部が形成されており、電気信号は光配線基板を介して２つの光電気配線基板間を伝えられるにされていてもよい。
【００４１】
光配線部の光路変換部が形成されていない側の端部に、光信号を外部に接続する光コネクタが形成されていてもよい。
【００４２】
光配線部は屈曲可能なフィルム状に形成されており、光コネクタには、配線部よりも剛性の大きい支持体が接続されていてもよい。
【００４３】
コネクタの支持体、光配線部、もしくは光配線部を含む支持体に、光配線部のコア部と所定の位置関係をもった構造が形成されていてもよい。
【００４４】
本発明のモジュールは、上記の配線基板と、少なくとも３個以上の発光部または少なくとも３個以上の受光部を持つ、光電気配線基板上に実装された光素子と、光電気配線基板上に実装された、光素子を動作させるＩＣチップとを有している。
【００４５】
ＩＣチップは、光素子を挟んで両側に各々実装され、光素子の発光部または受光部は一直線上に形成され、光素子は、発光部または受光部毎に、ＩＣチップと電気接続をとるための電極を有し、電極は、発光部または受光部毎に、発光部または受光部が接続されているＩＣチップに隣接する位置に形成されていてもよい。
【００４６】
ＩＣチップは、光素子を挟んで両側に各々実装され、光素子の発光部または受光部は２本の直線のいずれかの上に形成され、各発光部または受光部は、発光部または受光部が形成された直線に隣接するＩＣチップに電気接続されており、光素子は、発光部または受光部毎に、ＩＣチップと電気接続をとるための電極を有し、電極は、発光部または受光部が接続されているＩＣチップと隣接する位置に形成されていてもよい。
【００４７】
複数の光素子が２列で実装され、ＩＣチップは、複数の光素子を挟んで両側に各々実装されていてもよい。
【００４８】
一方の列に光発光素子を備えた光素子が、他方の列に光受光素子を備えた光素子が各々実装されていてもよい。
【００４９】
発光部または受光部は、各直線または各列間で千鳥状に配置されていてもよい。
【００５０】
千鳥に配置された２列の光素子と、千鳥状に配置された光路変換部と、１つの光配線基板とを有し、２列の光素子は光路変換部の対応する各列と接続され、光路変換部は１つの光配線基板と接続されていてもよい。
【００５１】
本発明のモジュール集合体は、上記の複数のモジュールと、複数のモジュールを互いに接続する光コネクタとを有し、光コネクタの一端には１個の接続部が、他端には少なくても２個以上に分岐した接続部が設けられ、分岐の数は、１個の接続部が設けられた端部に接続するモジュールに実装されたＩＣチップの数に等しい。
【発明の効果】
【００５２】
本発明の配線基板を用いることにより、多チャンネルの光素子からの光信号を、高密度、低損失で光配線部と接続することができる。また、本発明による配線基板を用いた光モジュールは、モジュールを作製する際に、非常に高精度な位置あわせが必要となる工程を低減することが可能となる。このように、本発明によれば、光結合効率、導波路と光ファイバーの接合、および光結合密度の諸特性の向上が可能な配線基板、およびかかる配線基板を用いたモジュール等を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
まず、本発明の特徴とその作用について詳細に説明する。表面実装型の光発光素子、光受光素子の光素子を実装する電気配線部において、この電気配線部上には光素子を駆動するための電気配線を設けるとともに、光素子の受発光点の直下にビアホールを設け、このビアホール中に光を透過させることにより光の広がりを抑えることが可能になる。また、ビアホールを設けた電気配線部に、入出力端部に光路変換部を設けた光配線部を直接接続することにより、光素子と光配線部の入出力部の距離を短くすることが可能となり、光結合効率が向上する。
【００５４】
このビアホールの内壁に金属、例えば金のめっきを施すことにより内部を透過する光を反射させることが可能となり、光のロスを低減させることが可能となる。また、ビアホール中に光配線部と同程度の屈折率をもつ透明な材料を充填することにより、光素子と光配線部間の損失を低減することが可能となる。さらに、光発光素子の発光部分の直下にある光ビアホールの形状を、上部は広く、下部は狭いテーパ状にすることにより光の広がりを抑制することが可能となり、光配線部との結合を効率よく行うことが可能となる。また、光受光素子の受光部分の直下に設けた光ビアホールの形状を上部は狭く、下部は広く形成することにより、光配線部から出射された光の広がりを抑制することが可能となり、光配線部と光受光素子を効率よく結合することが可能となる。光配線部が何層か形成されていて、所定の層まで光を垂直方向に伝搬させるため、所定の層までの間の層にスタックしたビアホールを形成することにより、光をロス無く下部の層まで導くことが可能となる。
【００５５】
電気配線部に受光発光素子の光に対して透明な基板を用いることで、ビアホールを設けなくても、光配線部と結合させることが可能となるが、ビアホールを設けて、ビアホール中には透明基板よりも屈折率の高い透明材料を重点させることで縦方向の導波路を形成することが可能となり、光結合効率をさらに向上させることが可能となる。また、光配線部よりも、低い透明な基板を電気配線部に用いることで、光配線部からもれてクロストークの原因となる光を、接合している透明な電気配線部側に導くことが可能となり、信頼性の高い信号伝送が可能となる。
【００５６】
光路変換部には、集光機能をもつ形状、たとえば、半球状、半楕円状、半円柱状、もしくは、半楕円状のミラーが形成してあることにより、光を効率的に結合することが可能となる。この集光機能は、光配線部の端部を直接変形させて形成する方法、垂直に切断した光配線部の端部に型等を用いて集光ミラーを形成する方法等が考えられる。また、集光機能をもった、光配線部と同程度の厚さのミラーを別途作成し、光配線部の端部に接合しても良い。この場合、光配線部の端部とミラーの間のスペースには、光配線部と同程度の屈折率をもった透明な材料を充填することで、界面での反射を抑制することが可能となる。
【００５７】
光路変換部は、一直線上にある必然性はなく、光素子の実装位置に対応した位置に形成することが可能となり、たとえば、光素子の受発光部が千鳥の位置に配置している場合は、光路変換部もそれに対応した千鳥状の位置に配置して形成することができ、高密度な光接続にも対応可能である。
【００５８】
結合効率は、光配線部をテーパ状に形成することでも向上させることが可能である。光発光素子から出射されてビアホールを経由した光の光路をミラーで変換した後の光配線部端部の幅を他の部分よりも広げて形成することにより、コア部への光の結合効率を向上させることが可能となる。また、導波路端部のコアの幅を他の部分の光配線部分の幅よりも細くして形成した部分を設け、端部のミラーにて光路を変換することにより、光の広がりを抑制することが可能となって、効率よく光受光素子と結合することが可能となる。
【００５９】
光配線部にポリマー光導波路を用い、このポリマー導波路のクラッド層が電気配線部と同じ機能を有することにより、光素子と光配線部の距離が短くなり結合効率が向上する。また、このクラッド部分にビアホールを設けてコア層と同じ材料を充填することで、たて方向にも導波路が形成され、光路変換部を介して、さらに効率の良い光結合が達成される。ポリマー導波路はフィルム状に形成することも可能となり、光配線部をフレキシブルに行うことができる。
【００６０】
光配線部には光ファイバーを用いることも可能である。光ファイバーをアレイ状に並べてから光ファイバーと同程度の屈折率をもつ材料で一体化し、電気配線部に実装する側の面をフラットに加工し、また、ファイバーの端部に直接光路変換部を形成することが可能となる。光ファイバーも直径が８０μｍ程度になると屈曲が可能となる。光ファイバーはポリマー導波路と比較して伝搬ロスが一桁以上小さいため、電気配線部に接合した光配線部の光配線部距離が長い場合には有効となる。
【００６１】
複数の光素子を実装した１枚の電気配線部には、複数の光路変換素子および複数の光配線部を接合することが可能であり、また、１枚の光配線部に複数の光路変換素子および、電気配線部を接合することも可能であり、大規模な光電気の変換を行うことが可能となる。
【００６２】
光配線部に電気配線が形成できる場合は、電気配線部の電気配線は、光配線部を介して別の電気配線部と接続することも可能となるので、光配線部の電気配線部への実装面積の制約がなくなる。
【００６３】
光路変換部とは反対側の光配線部の端部に光コネクタが形成されていることにより、電気配線部に実装された光素子の光を外部と入出力することが可能となる。この場合、光配線部にフィルム状のポリマー導波路を用いることで、光コネクタをフレキシブルに扱うことが可能となり、接続の際の位置の自由度が向上する。また、コネクタを形成する部分には、フィルム状のポリマー導波路に支持体をもうけ、この支持体には導波路のコア部と所定の位置関係にある構造をもうけることで、コネクタのピンの位置との位置あわせを行うことが可能となる。
【００６４】
高密度で光接続を行うためには、光素子の受発光部を高密度に設けて、光配線部と高密度に接合することが必要になる。光素子のピッチの限界を決めているのは光の受発光部分の大きさではなく、光素子を動作させるための電極パッド部分の大きさである。現状、パッドは８０μｍ径が最小であり、そのため、光素子のピッチは２５０μｍ程度に制約されている。そこで、アレイ状の受発光部分の両側にパッドを設けることで、光の受発光部分のピッチを２５０μｍ以下、たとえば、１２５μｍにすることが可能となる。この素子を実装した電気配線部と光配線部を結合する際には、光路変換部は平面ミラー、もしくは集光ミラーをアレイ状に設け、光配線部を１２５μｍピッチで設けることにより、高密度での光接続が実現される。この場合、光素子を動作させるためのドライバ、レシーバーのＩＣチップは光素子の両側に実装することで、ＩＣチップと光素子のパッド間の電極の長さを短くすることが可能となり、信頼性のある光電気変換が実現される。
【００６５】
２５０μｍピッチの受発光部を２列に並べてレイアウトし、列のピッチを半分ずらしたアレイ状の光素子を用いたり、２５０μｍピッチの受発光部を１列に持つアレイ状の光素子を２列に並べてピッチを半分ずらして実装することでも、１２５μｍピッチの光接続が可能となる。しかし、この場合、受発光部分は千鳥の位置に存在するため、光路変換部、および、導波路端部は受発光部分に対応した千鳥状の構造の形成する必要がある。２列の光素子はそれぞれ別の光素子を駆動するドライバ、レシーバのＩＣチップで動作させることが可能である。両側からそれぞれ動作させることで、ＩＣチップと光素子間の電気配線距離が短くてすむので、信号劣化がすくなく、高信頼で光電気変換が実現される。
【００６６】
１枚の電気配線部上に、光発光素子と光受光素子の両方を実装することも可能であり、アレイ状の素子をそれぞれ１列に並べて、受発光部を千鳥位置に配置し、千鳥状の光路変換部、および光配線部により光配線部と結合することで、受光信号と発光信号が交互に伝搬する光配線部が可能となる。送受信が交互になることで、チャネル間のクロストークを抑制することが可能となり、信頼性の高い光伝送が可能となる。
【００６７】
１枚の電気配線部上に実装された複数のＩＣチップで動作する光素子からの信号を１個のコネクタで入出力し、このコネクタと接続した光配線部を、ＩＣチップ毎に動作した光に分岐することが可能である。ＩＣチップ毎に分配したいシステムの場合に、この分岐コネクタは有用に活用される。
【００６８】
（第１の実施形態）
図面を用いて、本発明の配線基板の実施形態について説明する。最初に配線基板の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る配線基板の断面構成図である。配線基板１０は、光電気配線基板Ｌと光配線基板Ｍ（図１１参照）とを備えている。光電気配線基板Ｌは金属配線４ａ，４ｂ（電気配線部）に対する絶縁層と、光導波路コア５ａ〜５ｄのクラッドとしての機能を兼ねており、屈折率は光導波路コア５ａ〜５ｄの屈折率よりも少し小さく、更に光透明性を有している。光導波路コア５ａ〜５ｄとクラッド（光電気配線基板Ｌ）の屈折率差は０.３〜２％程度である。光電気配線基板Ｌは後述する製造方法に応じて多層構造となっており、本実施形態では層Ｌ１〜Ｌ５からなっている。
【００６９】
光導波路コア５ａ〜５ｄは１０〜５０μｍ程度の大きさである。光電気配線基板Ｌを貫通して延びる光導波路コア５ａ〜５ｃの側面をクラッド（光電気配線基板Ｌ）で囲むことで、光ビアホールが形成される。光電気配線基板Ｌには、多チャンネル光素子１，２およびＬＳＩ３と、それらを駆動するために必要なコンデンサ等の部品（不図示）が搭載され、さまざまな目的の機能を実現するモジュールとなる。
【００７０】
次に動作について説明する。ＬＳＩ３から出力された電気信号は、光電気配線基板Ｌの金属配線４ａ，４ｂを伝播し、多チャンネル光素子１に到達し、電気信号は光信号へと変換される。多チャンネル光信号は全て光電気配線基板Ｌの光導波路コア５ａ〜５ｄと光結合し、それぞれ目的の光素子に向けて伝播される。多チャンネル光素子１の右端から出る光信号出力は、光配線部５ｄをミラー部２１等の屈曲部を経由しながら伝播して、多チャンネル光素子２の左端の入力チャンネルに入る。多チャンネル光素子１の左側から出る３つの光信号出力は、光電気配線基板Ｌを貫通して伝播され、基板裏面まで到達する。この信号は光コネクタや光ファイバー（不図示）を用いて、別の基板へと伝達される。
【００７１】
光配線基板Ｍに設けられた光配線部はポリマー光導波路または光ファイバーを用いて構成できるため、屈曲が可能である。光ファイバーを複数本用いる場合は、それぞれの光ファイバー１０１〜１０４を、光ファイバー１０１〜１０４と同程度の屈折率からなるポリマー材料１０５で囲むようにして並列に固定し、電気配線部に接合する面１０６，１０７が平坦になるように加工して用いる（図１０）。
【００７２】
図６のように、光導波路は、光電気配線基板Ｌにビアホール６１を開け、ビアホール６１に金膜６２を成膜した構成としてもよい。ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）６３から出射した光が広がりながら進むときに、金膜６２に当たって全反射して、下部の光配線部６４まで伝播するので、光結合効率が向上する。別の構造として、ビアホール６１の中に光素子と入出力する光に対して透明であり、屈折率が光配線部６４と同程度の材料６５を充填する構造をとってもよい。ビアホール６１の空気部分に光配線部６４と同程度の屈折率の材料６５を充填することにより、光の広がりを抑えることができ、光結合効率を高くできる。
【００７３】
ミラー部２１は、図５のように、反射部が金などの高反射率膜で形成されたミラー部品５１を層内に埋め込んで形成することもできる。ミラーの厚さは光電気配線基板Ｌの一層と同等で、反射部の形状は、平坦面に加え、半球状、半楕円状、半円柱状、半楕円柱状の構造をとることができ、球状等にすることにより、平坦面より光結合効率をあげることができる。
【００７４】
実装する光素子が光発光素子の場合、図７（ａ）に示すように、光発光素子７２の下部にあるビアホール７１の形状は、光発光素子７２の実装面側が広く、光配線部７３の接合面側が狭いテーパ状構造とすることができ、光結合効率を高めることができる。また、実装する光素子が光受光素子の場合、図７（ｂ）に示すように、光受光素子７５の下部にあるビアホール７４の形状は、光受光素子７５の実装面側が狭く、光配線部７６の接合面側が広いテーパ状構造とすることができ、光結合効率を高めることができる。
【００７５】
図８、９のように、上面から光配線部を見た場合に、光配線部コアにテーパをつけることにより光結合効率をあげることができる。光受光素子と光結合する場合、光受光素子との光結合部８１の光配線部コア８２の幅が小さくなるようにテーパをつける（図８）。光受光素子の受光部の大きさは、高速化とともに小さくなっているため、光配線部コア８２を狭めてから光結合することにより、高効率の光結合ができる。光発光素子と光結合する場合、光発光素子との光結合部８３の光配線部コア８４の幅が大きくなるようにテーパをつける（図９）。通常、光発光素子から出た光は広がりながら進むため、光配線部コア８４の幅が広いと結合しやすい。
【００７６】
次に配線基板の製造方法について、図２〜４を用いて説明する。光電気配線基板は図２に示すように、層Ｌ５からＬ１に順次積層して形成する。電気配線部は、めっき、ビアホール穴あけ等の繰り返しにより製造する。光ビアホールの製造方法を層Ｌ５を例に、図３を用いて説明する。最初に同図（ａ）のように、光電気配線基板に穴３１ａ〜３１ｃ、３２ａを開ける。加工はレーザや、リソグラフィーで行う。次に、同図（ｂ）のように、光ビアホールが形成される穴３１ａ〜３１ｃの位置に穴３３ａ〜３３ｃの開いたマスク３４を用意し、その穴３３ａ〜３３ｃを介して光導波路コア材料３６を流し込み、同図（ｃ）のように、穴３３ａ〜３３ｃを充填する。電気ビアホールが形成される穴３２ａは、同図（ｄ）に示すように、めっき法により充填する。
【００７７】
光路変換部の製造方法を、層Ｌ４を例にとって図４で説明する。同図（ａ）は、層Ｌ４の初めの状態である。次に同図（ｂ）のように、電気ビアホール、光ビアホール、光導波路コアとなる部分を加工する。さらに、同図（ｃ）のように光導波路コア材料４４を流し込む。光導波路コアとなる部分４１の加工方法は以下の通りである。単純な直線部分４２は、レーザ加工やリソグラフィーを用いて加工することができる。斜め部分４３は、主に４５度を中心とした加工になる。レーザを用いる加工では、レーザビームの位置と照射量を変えながら加工することにより４５度面を得ることができる。具体的には、深く加工する位置ではレーザビームの照射量を多くする。逆に浅く下降する位置ではレーザビームの照射量を少なくする。
【００７８】
光電気配線基板が感光性を備えている場合には、リソグラフィーを用いることができる。光電気配線基板がポジの場合、深く穴を開けたい部分は、マスクを透明にし、光を十分に照射する。層を貫通する穴ではなく、浅い凹みを作りたい部分は、マスクの透過性を落とし、光照射量をしぼる。これはガラスマスクのクロム膜厚を厚くしたり、薄くしたりすることにより実現する。光電気配線基板の斜め面には金などの高反射率材料を成膜して、光伝播が良好に進むようにする。
【００７９】
以上の製造方法を、層Ｌ５，Ｌ４，Ｌ３，Ｌ２，Ｌ１の順番で行うことにより、配線基板を製造することができる。すなわち、層Ｌ５を支持体として、残りの各層を積み上げていく。
【００８０】
（第２の実施形態）
本発明の別の実施形態は光導波路モジュールを用いた構造にある。たとえば端部に光路変換部を有する導波路の光路変換部とは逆側の端部に、他の導波路との位置あわせを行うための柱状あるいはＶ溝形状等の加工を有する構造を特徴とする。このような構造を有することで、ピン等を用いた他の光線路との高精度結合が容易に可能となる。なお、本実施形態において、光導波路は屈曲性を有している。屈曲性を有する構成とすることで、コネクタ挿抜の際の実装性、作業性を飛躍的に向上させることが可能となり、また柔軟性を利用することで他の部品との干渉を避け、より高密度な実装構造をとることが可能となる。光導波路の屈曲性を利用した際の効果の一例として、光導波路の出射方向の自由度が増大することがあげられる。光導波路の出射方向に自由度を持たせることは、光導波路直近に実装されるＬＳＩの冷却を想定した場合等に、限られたスペースから光配線部を引き出すために非常に重要であり、効果的である。
【００８１】
以下、本発明の光導波路モジュールの実施形態について模式図を用いて説明する。図１１は、本発明の光導波路モジュールを光発光素子側に用いた場合の概略構成を示す断面図である。図１２は、光導波路モジュールを光発光素子側に用いた場合の概略構成を示す平面図である。図１３は、本発明の光導波路モジュールを光受光素子側に用いた場合の概略構成を示す断面図である。図１４は、本発明の光導波路モジュールを光受光素子側に用いた場合の概略構成を示す平面図である。本実施形態のインタポーザ基板は第１の実施形態の光電気配線基板Ｌに対応する。以下、光導波路モジュールを光発光素子側に用いた場合を中心に説明する。
【００８２】
図１１，１２に示す光導波路モジュールは、光を導波しかつ導波する光の光路を変換する光路変換部１２と、光路変換部１２により光路変換された光を導波する光配線部１３とを有している。光路変換部１２は光配線部１３と接している。光発光素子１１の発光面（または図１３に示す光受光素子２１の受光面）と同一側の面には光発光素子１１を駆動する電源を供給する電気接続部が設けられている。電気接続部はインタポーザ基板１５となる光電気配線基板上にはんだ接続されている（図中１６，１７）。また、インタポーザ基板１５上には、光発光素子１１を駆動するためのドライバＩＣ６がはんだ接続されている。インタポーザ基板１５の光発光素子１１が搭載されている面と逆側の面には、光路変換部１２が、光発光素子１１より発光した光がインタポーザ基板１５を透過する位置に位置あわせされて配置されている。光路変換された光は、インタポーザ基板１５に位置合わせ固定された光路変換部１２に入射し、光路変換後に光配線部１３を伝播する。光配線部１３の逆側の端部には、図１３，１４に示すように、光配線部１３（３３）を伝送された光信号が光配線部３３より出射する位置に光路変換部３２が形成されており、出射光が光路変換され、インタポーザ基板３５を透過し光受光素子３１に入射される構成となっている。光受光素子３１の近くには光受光素子３１を駆動するレシーバＩＣ２６がインタポーザ基板３５上に半田接続されている。
【００８３】
インタポーザ基板１５，３５に要求される光学特性としては、光発光素子１１より発信されるレーザ光を透過し低損失で結合させるために、光発光素子１１の発信波長に対し９０％以上の透過率を有することが望ましい。たとえば８５０ｎｍの発信波長に対して高い透過率を有する材料の具体例としては、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、パイレックスガラス等が考えられるが、無基材料、有基材料のいずれにも限定されるものではなく、以上述べた数種に限定されるものではない。また、高効率光結合を実現するためには、光受発光素子の受発光部位と光路変換用のミラー面との距離は可能な限り小さいことが望ましく、より具体的には１ｍｍ以下であることが望ましい。光発光素子１１から発信される光信号は正の広がり角を有している。したがって高効率で光結合を実現するためには光が広がる前に光路変換部１２に光を導くことが必要とされるからである。インタポーザ基板１５の光信号が透過する位置にミラー等を成型し光信号をコリメート光として伝播する方法も考えられるが、これは実装コストの増加を招く場合がある。したがって、いずれの方法をとるにせよ、インタポーザ基板１５を透過した光を光路変換部１２にて集光し、光結合させる構成においては、インタポーザ基板１５の厚さは薄いほうが望ましい。
【００８４】
光受発光素子上に形成されるコア層とその周辺部位であるクラッド層の屈折率差は、０.５％以上、より好ましくは１％より大きいことが望ましい。これ以下の屈折率差の場合には光の閉じ込めが不完全となり、導波路コア間を狭ピッチにした際にクロストークノイズが問題となる場合が多くなる。
【００８５】
本実施形態においては、ポリマー導波路母材層は感光性を有し、ＵＶ光照射により屈折率が変化するものを用いたが、導波路母材層が感光性を有することは必須ではない。たとえば光発光素子上に形成する柱状の導波路コアに相当する凹凸を有する型等を用いて熱成型する方法等、別の方法でも良い。また、導波路形成に用いる材料は、そのプロセス温度が３５０℃以下であることが望ましい。これ以上の温度を必要とする場合、ポリマー導波路と半導体素子の熱膨張係数のギャップのため、常温付近において導波路界面と光発光素子界面に大きな内部応力が発生し、光素子の実装信頼性を損なう可能性がある。
【００８６】
図１１において光発光素子から発信される光信号が入射し光路変換する機能を有する部位の形状については、光路変換時の結合効率を向上させるため集光機能を有することが望ましい。具体的な形状の例としては半球状の端面形状を有し、かつその曲率半径が２５０μｍ以下であることが望ましい。これより大きい曲率半径を有する場合には隣接チャンネル間のクロストークノイズが問題となるためである。また、ほかに取りうる形状として、半楕円状、半円柱状、もしくは、半楕円柱状の形状が適している。
【００８７】
ＬＳＩ３より発信された電気信号はＬＳＩ３の出力ポートよりドライバＩＣ６に伝送され、光発光素子１１を駆動する。光発光素子１１は電気信号をレーザ光の光信号に変換し、光発光素子発光部位よりレーザ発信する。レーザ発信された光はインタポーザ基板１５を透過し、光配線部１３の端部に設けられた光路変換部１２により光路変換される。光路変換された光は光路変換部１２の媒質内を伝播し、光路変換部１２と接して形成されている光配線部１３のコア部に入射する。導波路コアの内部を伝播した光信号は、光配線部１３の他端に設けられた集光ミラーにより再度光路変換され、光受光素子３１に入射される（図１３）。光受光素子３１内でレーザの光信号を電気信号に光電気変換し、レシーバＩＣ２６を駆動し、他のＬＳＩ２３の入力ポートに電気信号が到達することで、他のＬＳＩ２３との信号の授受を行うことができる。
【００８８】
次に光導波路モジュールの製造方法について、図１５から図２５を用いて説明する。本実施形態においては光発光素子側のポリマー導波路の端部にポリマー導波路のコア部と同じ材料を用いて光路変換部を形成し、光導波路モジュールを作製する例について説明するが、光受光素子においても同様のプロセスにより作製することが可能である。また、その他のプロセスで作製したものであっても、光路変換後に隣接する導波路コアに入射する構造を有し、かつ光路変換部の光伝播部の材料と導波路コアの屈折率差が小さければ、本発明の光モジュールに用いることが可能である。
【００８９】
まず、はじめにＳｉ基板（硬質基板４１）上にポリマー導波路４２を作製する。具体的には、Ｓｉウェハー上にポリマー導波路４２の母材となる感光性を有する層をスピンコート法により塗布する（図１５）。次に、ポリマー導波路層４２にガラスマスク４３を用いて、コア層４７となる箇所を紫外線４４でＵＶ露光し（図１６）、その後熱硬化させることで露光箇所と未露光箇所の間に屈折率差を生じさせる。その後再度ポリマー導波路母材４５を塗布し熱硬化させることにより、クラッド層４６、コア層４７、クラッド層４６の３層構造のポリマー導波路４８を得ることができる（図１７）。得られたポリマー導波路４８の端面をダイシングにより切断し、光路変換部を形成するため端面を平滑化する。
【００９０】
続いて、光路変換部を作製するための反転型を作製する。まず、反転型の基材とするため、図１８，１９のように、シリコン基板等の硬質基材をエッチング加工し、平滑な金めっき面５４を有する反転型の基材５１を作製する。めっき層の厚みは集光に必要な曲率半径に依存して変更することが可能であり、曲率の大きな集光面を作成するためにはめっき層の厚みを厚く形成しておく。続いて、先端に球面５３を有するピン５２で金めっき面５４を押圧して、光路変換部の集光ミラー反転型５５を形成する（図２０）。
【００９１】
次に、得られた反転型５５を、光路変換部の半球形状部の曲率中心５８と光導波路コア中心５７の位置があうように固定する（図２１）。その後、光路変換部母材となる感光性を有する樹脂５６を反転型５５の半球状部と導波路５９との間に流し込み（図２２）、感光性を有する樹脂５６を紫外線６０で光硬化させる（図２３）。硬化した光路変換部６１を反転型５５より剥離することにより（図２４）、導波路端に光路変換部６１が密接した導波路モジュール６２が形成できる。得られた光路変換部６１の集光ミラー面には金属めっき６３を形成し、光のもれを防ぎ、結合効率を高めることができる（図２５）。以上によって、光路変換部１２を有する光配線部１３が完成する。
【００９２】
光路変換部の母材層の材料例としては、感光性を有し、光照射により屈折率を変化させることができる材料の他、熱硬化によるものであってもよい。ただし硬化による収縮が小さく、光路変換部を形成した後の熱変形が小さいことが望ましい。また、光路変換部に用いられる材料については光路変換部により光路変換された後に入射する光導波路のコア部の屈折率と近い物性を持つものを用いることが望ましい。なお、光路変換部の反転型については上記に示した作製方法に限るものではなく、機械加工等、各種の方法が考えられる。また、上記の光路変換用に形成される光路変換部は単列の直線に限るものではなく、複数列であっても同様に形成することが可能である。
【００９３】
続いて、ポリマー導波路の吸収が少ないレーザ発信波長を有するガリウム砒素系半導体素子によって形成された、発信波長１０００ｎｍ以下の表面発光タイプの光発光素子１１を用意する。ここで表面発光タイプの光発光素子とは、光発光素子の電極が形成された面が光発光面と同一である素子を示す。
【００９４】
続いて、光発光素子１１、光受光素子３１の電気接続部をマザーボード上の電極パッドに半田接続する。また、マザーボード裏面には、光発光素子より出射される位置に光路変換部１２を有する光配線部１３を貼り付ける。光配線部１３の逆側端面にも同様にＬＳＩ実装、導波路貼り付けを行い、光モジュールとした（図１１、図１３）。
【００９５】
（第３の実施形態）
本実施形態では、光路変換の手段として、集光ミラーのかわりに導波路端に楔形形状の加工を施し、光路変換部内部についても光路を直角に変換するための導波路層を形成することで、より高い効率で光結合を実現している。
【００９６】
図２６，２７を参照すると、第２の実施形態と同様の構成で、光発光素子１１ａ、光受光素子３１ａ、ドライバＩＣ６ａ，レシーバＩＣ２６ａが、インタポーザ基板１５ａ，３５ａ上に位置あわせし搭載されている。光発光素子１１ａ、光受光素子１３ａを搭載するインタポーザ基板１５ａ，３５ａの、光発光素子１１ａ、光受光素子３１ａの光軸が通過する箇所には、レーザ加工、ドリル、エッチング等の方法で光信号が透過する空孔１９ａが設けられ、その壁面に金属めっきによる表面加工がされており、光信号のロスを低減している。空孔部位に、光発光素子１１ａ、光受光素子３１ａの光受発光部位と、端面を楔形に加工した光配線部１３ａ，３３ａのコア層の光軸を合わせた状態で固定する。導波路層の端面に設けた光路変換部１２ａ，３２ａの内部には、楔形加工面で９０°光路変換する導波路コア層が作成されている。この構造をとることで、光発光素子１１ａ、光受光素子３１ａより発信された光信号の光の広がりを抑えることが可能となり、仮にインタポーザ基板１５ａ，３５ａが厚く、インタポーザ基板１５ａ，３５ａと光配線部１３ａ，３３ａとの結合距離が遠くても、高効率な光結合が可能となる。光発光素子１１ａは正の広がり角を持っており、基板の厚みに相当する距離で光の広がりを抑えられることは、高効率な光結合を得るうえで非常に効果的である。
【００９７】
次に、本実施形態の光導波路モジュールの動作を示す。まず、図２６を参照すると、ＬＳＩ３ａより発信された電気信号はＬＳＩ３ａの出力ポートよりドライバＩＣ６ａに伝送され、光発光素子１１ａを駆動する。光発光素子１１ａは電気信号をレーザ光の光信号に電気光変換し、光発光素子発光部位よりレーザ発信する。レーザ発信された光はインタポーザ基板１４ａの空孔１９ａのめっき面を反射しながら通過し、インタポーザ基板１４ａの裏面に設けられた光路変換部１２ａのコア層に入射する。入射した光は楔型に加工されたコア端面で９０°光路を変換し、コア層内部を伝播して低損失で伝送される。柱状の導波路層１８ａは、光発光素子１１ａが搭載されるインタポーザ基板１４ａに設けられた空孔１９ａに密接する構成としているため、光発光素子１１ａより出射した光はほとんど広がることなく、インタポーザ基板１４ａ裏面の楔形加工面によって反射され、光軸変換される。図２７を参照すると、反射された光は、導波路コアの内部を伝送し、光配線部３３ａの他端に設けられた楔形の光路変換面により再度光軸変換され、光受光素子３１ａ上に入射される。光受光素子３１ａ内でレーザの光信号を電気信号に光電気変換し、レシーバＩＣ２６ａを駆動し、他のＬＳＩ２３ａの入力ポートに入射し、ＬＳＩ３ａ，３３ａ間の送受信を行うことができる。
【００９８】
次に、本実施形態の光導波路モジュールの製造方法について説明する。ここでは光発光素子を用いたモジュールの製造方法について説明するが、光受光素子においても同様のプロセスにより作製することが可能である。
【００９９】
まず、第２の実施形態２と同様の方法により、Ｓｉ基板上にポリマー導波路を作製する。Ｓｉウェハー上にポリマー導波路の母材となる感光性を有する層をスピンコート法により塗布する（図１５）。ポリマー導波路層にガラスマスクを用いてコアとなる箇所をＵＶ露光し（図１６）、その後熱硬化させることで露光箇所と未露光箇所の間に屈折率差を生じさせる。その後、図２８の平面図、図２９の断面図に示すように、再度ポリマー導波路母材２８１を塗布し、図３０の平面図、図３１の断面図に示すように、光路変換部の光軸中心がマスク４３ａの開口１４３ａの中心となるように位置あわせし、コアとなる箇所を紫外線４４ａでＵＶ露光する。その後、図３２に示すように、得られたポリマー導波路の端面をダイシングブレード３２１により４５°に切断し、楔形加工にすることで、図３３に示す楔形加工面３３１が形成される。
【０１００】
次に、図３４に示すように、得られた光配線部１３ａを、光路変換部１２ａに形成したコア層の光軸中心がインタポーザ基板１４ａの光発光素子１１ａの光軸が通過する空孔１９ａの中心と一致するように位置あわせをする。さらに、導波路層を形成した光発光素子１１ａの電極パッド１１１とインタポーザ基板１４ａに形成された電極パッド１４１とを半田３４１で接続する。導波路の逆側端面にも同様に光受光素子３１ａを半田接続し、光モジュールが完成する。
【０１０１】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態として、屈曲性を有する導波路層の片端に、石英ファイバーとの光結合を行うコネクタが形成された例を示す。図３５は、本実施形態のモジュールを示す断面図である。図３６は、本実施形態のコネクタ側から見た側面図である。光配線部１３ｂは屈曲性を有しており、図３６に示すように、光配線部１３ｂの片側端部には光配線部１３ｂに直接形成されたＶ溝形状の凹部３６１が備えられている。凹部３５２はコネクタ３５１を形成する際に石英ファイバー導波路との位置あわせ加工を行う際の位置決めに用いられる。導波路端部は封止樹脂３６３によって成型封止されている。成型封止された部品の両端には円柱状の穴３６２が形成されており、穴３６２にピンを差し込むことでその他部品との位置決めが可能になっている。穴３６２の位置は、両端の穴３６２の中心間を結ぶ線上に光配線部１３ｂのコア中心が一致するように形成されている。
【０１０２】
図示を省略するが、円柱状の穴が２ヶ所形成され、穴間を結ぶ線上に石英ファイバー導波路のコアが並ぶように形成された部品を準備する。この円柱状の穴は穴３６２とサイズ、穴間距離等、ディメンジョンが一致しており、円柱穴にピンを挿入することで光発光素子より出射される光信号が高効率で光結合し、伝送できる構造となっている。なお、本実施形態においてはインタポーザ基板、導波路が屈曲性を有するため、光配線部の引き出しを自由な角度で基板外に取り出すことが可能となる。多チャンネルの高密度モジュールを生産する際には光受発光素子やそのドライバ、レシーバ、またＣＰＵの発する熱密度が大きく、それを冷却するために非常に大型のヒートシンクを搭載する必要がある。このため、実装自由度が高いことが非常に重要となるが、本実施形態のモジュールを用いれば、実装自由度の問題を解決することが可能である。
【０１０３】
続いて本実施形態の動作を示す。ＬＳＩ（図示せず）より発信された電気信号はＬＳＩの出力ポートよりドライバＩＣ６ｂに伝送され、光発光素子１１ｂを駆動する。光発光素子１１ｂは電気信号をレーザ光の光信号に電気光変換し、光発光素子発光部位よりレーザ発信する。光発光素子１１ｂより発信された光信号は、屈曲性を有するインタポーザ基板１４ｂを透過し、光路変換部１２ｂに入射し、光路変換される。光路変換された光信号は光路変換部１２ｂに隣接した光配線部１３ｂのクラッド１３２内のコア１３１に入射する。コア１３１に入射された光信号は光配線部１３ｂのコア内を伝播し光配線部１３ｂの端部に到達する。端部に到達した光信号は、成型封止部品の両端に形成された位置決め加工穴によって位置あわせされたコネクタ３５１を通過し石英ファイバーの導波路コアに入射する。石英ファイバーの導波路コアに入射した光信号は導波路の他端に設けられたコネクタ（図示せず）を通過し、導波路端部に設けられた光路変換部により９０°の光路変換をされた後、光受光素子（図示せず）上に入射される。光受光素子内でレーザの光信号を電気信号に光電気変換し、レシーバＩＣ（図示せず）を駆動し、他のＬＳＩの入力ポートに入射することで、他のＬＳＩとの送受信を行うことができる。
【０１０４】
次に、本モジュールの製造方法について説明する。ここでは、光発光素子上にポリマーの導波路が形成された例について説明するが、光受光素子においても同様のプロセスにより作製することが可能である。
【０１０５】
第２の実施形態と同様の構成で、光発光素子およびドライバＩＣを、屈曲性を有するインタポーザ基板上に位置あわせし搭載する。続いて、ポリマー導波路端に導波路作製時の支持基材を残し、その支持基材に他の導波路、他光素子との結合を可能にする加工を施しフィルム導波路を形成する場合の例について説明する。
【０１０６】
はじめに、平坦性がありかつＵＶ透過可能な基材を準備し、その上にＵＶ照射により基材との密着強度の低下する接着層を形成する。続いてその接着層の上にＵＶ透過しない保護層を形成し、その保護層の上にポリマー導波路のクラッド層、コア層、クラッド層の３層の塗布、露光、キュアを繰り返し、光導波路を形成する。得られた光導波路層の逆側よりＵＶ光を照射し、ＵＶ接着剤層をキュアすると接着剤層の硬化収縮が起こり、基材と導波路間の密着強度が低下する。密着強度が低下したところで硬質基材を取り外しポリマーフィルム導波路とする。
【０１０７】
保護層は、導波路作製の露光時に照射するＵＶ光により、接着層の密着強度が低下し、剥離してしまうことを防ぐ役割をしている。ＵＶ接着剤層にはＵＶ光により接着剤層中に含まれる発泡剤が発泡し、ガスを発生させることにより密着を低下させる機構を有するものを使用してもよい。このような機構を有する接着剤層を用いることにより、ＵＶ照射することで局所的な支持基材の剥離が可能となり、また低応力で導波路を剥離することが可能となる。以上のような方法を取ることにより、ポリマー導波路剥離時に不具合なくポリマー導波路の支持体を取り外すことができる。また、ＵＶ透過しない基材上に導波路形成し、熱、あるいは溶剤によりポリマー導波路を剥離し、フィルム化する方法も考えられるが、局所的に硬質基材を残したい場合等には不向きである。
【０１０８】
この接着層と導波路露光時の光が透過しない保護層は、両者の性質を持つものであればより望ましく、また上記保護層の例としてはポリイミド等、屈曲性、耐熱性を有し、電気配線を形成することのできる材料であることが望ましい。
【０１０９】
硬質基材上に形成するポリマー導波路はポリイミド系、ベンゾシクロブテン系、エポキシ系、シリコン系、アクリル系等各種の材料があるが、他ボードとの送受信を行う際などに導波路端に形成するコネクタを抜挿する際の実装性、マザーボードに対して信号を送受信する方向の自由度を考慮し、曲率半径３０ｍｍ以下の屈曲性を有するものであることが望ましい。
【０１１０】
次に、得られた支持基材上に導波路形成したサンプルに対して、導波路形成面側にダイシングソーにより溝３６１を形成する。先端形状がＶ型のブレードを使用し、硬質基材３６４上に到達するように形成した。Ｖ溝形成後、ガラス面側より導波路パターンの両端を残し、切り溝を形成した。続いてガラス面側よりフィルム化したい部分のみにＵＶ光を照射した。接着剤層に含まれる発泡剤より窒素が発生することによりガラスと接着剤層の界面に空気層ができ、ガラスを容易に剥離することができた。得られたフィルム導波路の端に形成されたＶ溝加工を用いてコネクタ勘合部分の突起に位置あわせし、石英ファイバーとの光結合をすることができる。
【０１１１】
上記に示す支持基材である透明基材の材質については、平坦性がありＵＶ光が透過することが可能であれば、特にガラス等の無基材料に限定されるものではない。ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の有機フィルム材料でも同様にして加工することが可能であり、要求される耐熱条件、重量、光透過性等、用途に応じて使い分けることができる。
【０１１２】
なお、上記と同様のフィルム化プロセスをポリマー導波路の両面で行うことで、導波路をはさむ構造で支持基材を残すこともできる。石英ファイバーとの結合を行う際には、支持基材層として線膨張係数が低いものを用いてはさむことで、熱サイクル印加時の光軸ずれを低減させることが可能である。多層の導波路を形成する場合等には光軸ずれの影響はよりシビアホールに現れるため、前記の方法を取ることが効果的である。
【０１１３】
上記に示した導波路端の支持基材の加工については、上記に示すＶ溝加工のみに限定されるものではない。その他の形状の例として、ピンを用いて位置あわせ結合する方法や、導波路露光により形成した凹凸を用いて位置あわせすることも可能である。
【０１１４】
また、支持基材はポリマー導波路の片側のみに形成される場合のみに限定されるものではなくポリマー導波路の両面に支持基材を残し光モジュール化することもできる。
【０１１５】
以上のようにして得られた片端にコネクタが形成された屈曲性を有するポリマー導波路の他端部に、第２の実施形態に示す集光機能を有する光路変換部を形成した。得られた光導波路モジュールを屈曲性を有するインタポーザ基板と位置あわせし、接着剤で貼り付け、実施形態の光モジュールが完成する。
【０１１６】
（第５の実施形態）
本実施形態のモジュールは、光導波路先端が千鳥配置状に形成されている。図３７に、第５の実施形態のモジュールの平面図を示す。同図（ａ）は、光素子搭載面から見た図で、同図（ｂ）は光導波路面から見た図である。光素子搭載面には、各々１×１２ｃｈ構成の光素子３７１ａ，３７１ｂと、それに対応し各々１×１２ｃｈ構成の駆動用ＩＣ３７２ａ，３７２ｂが搭載されている。光素子が２個設けられる場合には、両方が光発光素子、両方が光受光素子、光発光素子と光受光素子が１個ずつの３通りの構成がある。光素子搭載面の反対面である光導波路面には、光配線部である光導波路３７３が、１２列で２組の合計２４本設けられている。光導波路３７３の先端は各列で互いに食い違い、千鳥配置になっている。光素子の配置をこのように千鳥配置することにより、光配線部のピッチを光素子のピッチの半分にすることができ、光配線部の密度が２倍になる。
【０１１７】
ここでは、１２ｃｈの光素子を１２ｃｈのＩＣで駆動する場合の構成を示したが、別の構成もとることができる。例えば、図３８（ａ）に示すように、光素子３８１が１×１２ｃｈで１個搭載され、６ｃｈのＩＣ３８２ａ，３８２ｂが光素子の両側に搭載される場合もある。光素子のパッド３８４は、図３８（ａ）のＡ部拡大図である図３８（ｂ１）、（ｂ２）に示すように、いずれかのＩＣ３８２ａ，３８２ｂに近接した位置に配置することができ、各光素子はパッド３８４が近いほうのＩＣと配線基板を通じ電気接続される。また、図３８（ｃ）に示すように、２×６ｃｈの光素子３８３が１個搭載され、その両側にＩＣ３８２ａ，３８２ｂが搭載される場合もある。この場合は、光素子のパッド３８４は、図３８（ｃ）のＢ部拡大図である図３８（ｄ）に示すように、電気配線距離が短くなるようにＩＣと近い側に設けられ、光素子とＩＣ間の電気配線が行われる。
【０１１８】
図３９のようにモジュール３９１〜３９３の端にコネクタ３９４を設けて、モジュール間をつなぐことができる。ＩＣの数に応じて光配線部３９５を分岐して、それぞれのモジュールを接続する。モジュール３９１はＩＣ３９６が２つあるため、分岐３９５で分岐して、ＩＣ３９６をひとつずつ持つモジュール３９２，３９３と接続する。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る配線基板の断面構成図である。
【図２】配線基板の製造方法を示す説明図である。
【図３】配線基板の製造方法を示す説明図である。
【図４】配線基板の製造方法を示す説明図である。
【図５】ミラー部の構成例を示す説明図である。
【図６】配線基板の変形例を示す説明図である。
【図７】ビアホールの変形例を示す説明図である。
【図８】光配線部コアの変形例を示す説明図である。
【図９】光配線部コアの変形例を示す説明図である。
【図１０】光ファイバーを複数本用いる場合の端部処理を示す概念図である。
【図１１】本発明の光導波路モジュールを光発光素子側に用いた場合の概略構成を示す断面図である。
【図１２】光導波路モジュールを光発光素子側に用いた場合の概略構成を示す平面図である。
【図１３】本発明の光導波路モジュールを光受光素子側に用いた場合の概略構成を示す断面図である。
【図１４】本発明の光導波路モジュールを光受光素子側に用いた場合の概略構成を示す平面図である。
【図１５】光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図１６】光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図１７】光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図１８】光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図１９】光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図２０】光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図２１】光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図２２】光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図２３】光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図２４】光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図２５】光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図２６】光導波路モジュールの他の実施形態を示す説明図である。
【図２７】光導波路モジュールの他の実施形態を示す説明図である。
【図２８】図２６に示す光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図２９】図２６に示す光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図３０】図２６に示す光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図３１】図２６に示す光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図３２】図２６に示す光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図３３】図２６に示す光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図３４】図２６に示す光導波路モジュールの製造方法を示す説明図である。
【図３５】光導波路モジュールの他の実施形態を示す説明図である。
【図３６】図３５に示す光導波路モジュールのコネクタ側から見た側面図である。
【図３７】光導波路モジュールの他の実施形態（第５の実施形態）を示す説明図である。
【図３８】光素子とＩＣの関係を示す説明図である。
【図３９】複数のモジュールを接続する方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１２０】
３，２３  ＬＳＩ
４ａ，４ｂ  金属配線
５ａ〜５ｄ  光導波路コア
６  ドライバＩＣ
１０  配線基板
１１  光発光素子
１２  光路変換部
１３  導波路
１５，３５  インタポーザ基板
２６  レシーバＩＣ
３１  光受光素子
６１  ビアホール
Ｌ  光電気配線基板
【図１】
2007004043.tif 000003
【図２】
2007004043.tif 000004
【図３】
2007004043.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007004043.tif 000007
【図６】
2007004043.tif 000008
【図７】
2007004043.tif 000009
【図８】
2007004043.tif 000010
【図９】
2007004043.tif 000011
【図１０】
2007004043.tif 000012
【図１１】
2007004043.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2007004043.tif 000015
【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】
2007004043.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2007004043.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2007004043.tif 000028
【図２７】
2007004043.tif 000029
【図２８】
2007004043.tif 000030
【図２９】
2007004043.tif 000031
【図３０】
2007004043.tif 000032
【図３１】
2007004043.tif 000033
【図３２】
2007004043.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
2007004043.tif 000040
【図３９】
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