(57)【要約】【課題】ワイヤボンディングを用いることなく、平面光波回路基板が実装できるようにする。【解決手段】平面光波回路が形成された平面光波回路基板１０１と、平面光波回路基板１０１の表面側に形成された表面電気配線１０２と、表面電気配線１０２に接続された部品１１１と、平面光波回路基板１０１の裏面側に形成されて電子回路基板１１４が接続される裏面電気配線１０３と、平面光波回路基板１０１の表面側より裏面側に貫通して表面電気配線１０２および裏面電気配線１０３に接続する貫通電気配線１０４とを少なくとも備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面光波回路が形成された平面光波回路基板と、
前記平面光波回路基板の表面側に形成された表面電気配線と、
電子回路素子および光半導体素子の少なくとも１つからなる前記表面電気配線に接続された部品と、
前記平面光波回路基板の裏面側に形成されて電子回路基板が接続される裏面電気配線と、
前記平面光波回路基板の表面側より裏面側に貫通して前記表面電気配線および前記裏面電気配線に接続する貫通電気配線と
を少なくとも備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の光モジュールにおいて、
前記裏面電気配線と前記電子回路基板との間に配置されて前記裏面電気配線と前記電子回路基板とを接続する導体を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項１記載の光モジュールにおいて、
前記裏面電気配線と前記電子回路基板とは、各々の接続部が直接接合により接続されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光モジュールにおいて、
前記表面電気配線と前記部品とは、各々の接続部が直接接合により接続されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光モジュールにおいて、
前記平面光波回路基板に形成された受動素子を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
請求項５記載の光モジュールにおいて、
前記受動素子により構成された機能回路を備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項７】
請求項６記載の光モジュールにおいて、
前記表面電気配線および前記裏面電気配線の少なくとも一方は、多層配線構造とされていることを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光モジュールにおいて、
前記平面光波回路基板は、石英系のガラス，シリコン，および化合物半導体より選択された材料から構成されていることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路素子および光半導体素子などが搭載されるＰＬＣ基板を備える光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野では、光信号と電気信号との両方を取り扱う必要性があり、トランシーバやトランスポンダと呼ばれる光信号の送受信用モジュールは、複数の電子部品、電子回路、光デバイス、および光回路などで構成されている。一般的に、これらの部品はプリント基板（ＰＣＢ）等の電子回路基板上に搭載されて用いられる。また、この電子回路基板は、図９の斜視図に示すように、筐体９０１に収容され、光コネクタ９０２を光信号の外部インタフェースとして備え、電気コネクタ９０３を、電子信号の外部インタフェースとして備えている。光信号の外部インタフェースとしては、光ファイバが用いられる場合もある。また、電子信号の外部インタフェースとしては、複数のピンが用いられる場合もある。通常の光通信機器では、このような送受信用モジュールを複数台利用して、伝送容量を増やすようにしている。
【０００３】
上述した光送受信用モジュールでは、より多くの機能を集積して用いることを可能とするために、小型化および低消費電力化が重要な技術となっている。光送受信用モジュールの小型・低消費電力化には、個々の構成部品について小型・低消費電力化の研究開発が進められているが、これに並行し、複数の構成部品を一体化してモジュール内のＰＣＢ上での専有面積を縮小する試みも進んでいる。
【０００４】
回路基板上での専有面積に縮小化のアプローチとして、光導波路を有する平面光波回路（Planar lightwave circuit：ＰＬＣ）が形成された平面光波回路基板（ＰＬＣ基板）上に、電子回路や光半導体素子をハイブリッド集積させる技術の開発が活発に行われている（特許文献１参照）。これは、同一のＰＬＣ基板上に電子回路や光半導体素子をハイブリッド集積することによって、高速で高機能な信号処理を可能とするばかりでなく、モジュールの小型化、低コスト化を図ることができるためである。ＰＬＣ基板を有するプラットフォーム上に電子回路素子および光半導体素子を実装する技術は、優れた量産性や、多様な光回路と受発光素子や電子回路素子との集積化が可能である点などで注目されている。
【０００５】
例えば、図１０の斜視図に示すように、従来の個別部品を並べて光送受信モジュールを構成した例では、プリント基板（ＰＣＢ）１００１の上に、集積回路（ＬＳＩ）モジュール１００２，光送信モジュール１００３、光復調器１００４，および光受信モジュール１００５が実装されて用いられている。光送信モジュール１００３から光ファイバ１００６に光信号が出力され、光ファイバ１００７を伝播してきた光信号が光復調器１００４で復調されて光受信モジュール１００５で受信される。光受信モジュール１００５では、光ファイバ１０５１を伝播してきた光信号が、レンズ１０５２，空間光学部品１０５３，レンズ１０５２を通過してフォトダイオード１０５４に光結合して光電変換され、増幅回路１０５５で増幅され、金ワイヤ１０５６で接続する端子１０５７に出力される。
【０００６】
また、ＰＬＣ基板上へ電子回路素子および光半導体素子などが実装された従来構成では、図１１に示すようになされる。まず、素子１１０１は、バンプ１１０２などによりＰＬＣ基板１１０７の上に形成された電気配線１１０３に接続される。また、電気配線１１０３は、ＰＬＣ基板１１０７の端部近傍に形成されている電極パッド１１０９に接続している。このように構成されたＰＬＣ基板１１０７を、ＰＣＢ１１０８の上に配置し、電極パッド１１０９に接続するワイヤ１１１０により、ボンディング（接続）する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１５７３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した光モジュールの構成では、次に示すような問題がある。
【０００９】
まず、ＰＬＣ基板の上に実装した素子とＰＣＢとを接続するためには、ＰＬＣ基板の上において、実装箇所からＰＬＣ基板の端部にまで電気配線を配置することになる。ところが、ＰＬＣ基板表面に光導波路が存在するため、ＰＬＣ基板の表面に配置できる電気配線の領域には制約がある。また、電気配線は、電極パッドが形成されているＰＬＣ基板端面近傍まで長い距離を配線するため、伝送のロスも無視できない。
【００１０】
また、電気パッドから外部のＰＣＢへの接続にはワイヤボンディングが用いられるため、適応可能な周波数には限界がある。光通信分野では、通信容量の大容量化にともない必要とされる動作周波数が高周波化しているため、ワイヤボンディングによる接続では、要求特性に対応できない状況となっており、ワイヤボンディングを用いない実装方法が要求されている。また、ワイヤボンディングのために専用パッドを設ける必要があるが、小型・高集積化のためにはこれら領域が無駄となる。
【００１１】
更に、実装工程においては、ＰＬＣ基板をサブキャリアやＰＣＢなどに固定した後で、ワイヤボンディングの工程をすることになるため、実装コストが削減し難いという問題がある。
【００１２】
また、これらに加えて昨今の光通信では、伝送容量の拡大のため、複雑な変調方式が採用されるようになっており、部品点数が増大する傾向にある。また、個々のデバイスの集積度が上がるに連れて電気信号の入出力数が増大する傾向にある。このため、ワイヤボンディングでは空間的に接続が厳しいという事例も発生し始めている。
【００１３】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ワイヤボンディングを用いることなく、平面光波回路基板が実装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】
本発明に係る光モジュールは、平面光波回路が形成された平面光波回路基板と、平面光波回路基板の表面側に形成された表面電気配線と、電子回路素子および光半導体素子の少なくとも１つからなる表面電気配線に接続された部品と、平面光波回路基板の裏面側に形成されて電子回路基板が接続される裏面電気配線と、平面光波回路基板の表面側より裏面側に貫通して表面電気配線および裏面電気配線に接続する貫通電気配線とを少なくとも備える。
【００１５】
上記光モジュールにおいて、裏面電気配線と電子回路基板との間に配置されて裏面電気配線と電子回路基板とを接続する導体を備えるようにしてもよい。また、裏面電気配線と電子回路基板とは、各々の接続部が直接接合により接続されていてもよい。また、表面電気配線と部品とは、各々の接続部が直接接合により接続されていてもよい。
【００１６】
上記光モジュールにおいて、平面光波回路基板に形成された受動素子を備えるようにしてもよい。また、受動素子により構成された機能回路を備えるようにしてもよい。また、表面電気配線および裏面電気配線は、部品との電気信号授受のためのＤＣ配線構造を備えるようにしてもよい。また、表面電気配線および裏面電気配線の少なくとも一方は、多層配線構造とされていてもよい。なお、光波回路基板は、石英系のガラス，シリコン，および化合物半導体より選択された材料から構成されていればよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、光波回路基板の表面側より裏面側に貫通して表面電気配線および裏面電気配線に接続する貫通電気配線を設けるようにしたので、ワイヤボンディングを用いることなく、光波回路基板が実装できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における光モジュールの構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１における他の光モジュールの構成を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における他の光モジュールの構成を示す構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２における光モジュールの構成を示す構成図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３における光モジュールの構成を示す構成図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３における他の光モジュールの構成を示す構成図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３における他の光モジュールの構成を示す構成図である。
【図８】図８は、本発明における光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図９】図９は、送受信用モジュールなどの部品が搭載されたＰＣＢ等の電子回路基板を収容する筐体９０１の構成を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、ハイブリッド集積の状態を説明するための斜視図である。
【図１１】図１１は、ＰＬＣ基板への電子回路素子および光半導体素子などの実装を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００２０】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における光モジュールの構成を示す構成図である。図１では、光モジュールの断面を模式的に示している。この光モジュールは、まず、平面光波回路が形成された平面光波回路基板１０１と、平面光波回路基板１０１の表面側に形成された表面電気配線１０２と、表面電気配線１０２に接続された部品１１１とを備える。部品１１１は、バンプ１１２により表面電気配線１０２に接続（電気接続）されている。バンプ１１２は、表面電気配線１０２と部品１１１の接続部との間に配置された導体である。
【００２１】
なお、部品１１１は、電子回路素子または光半導体素子である。また、部品１１１は、１個に限るものではなく、複数個の部品１１１が配置されていてもよい。電子回路素子からなる部品１１１および光半導体素子からなる部品１１１が配置されていてもよい。
【００２２】
また、光モジュールは、平面光波回路基板１０１の裏面側に形成されて電子回路基板１１４が接続される裏面電気配線１０３と、平面光波回路基板１０１の表面側より裏面側に貫通して表面電気配線１０２および裏面電気配線１０３に接続する貫通電気配線１０４とを少なくとも備える。貫通電気配線１０４は、平面光波回路基板１０１の所望とする箇所に形成した貫通孔に、金属などの導電性材料を配置（充填）することで形成できる。この形成において、貫通孔内は導電性材料で完全に充填しても良いが、表面電気配線１０２と裏面電気配線１０３の接続が確保できれば貫通孔の中心部等は充填されていなくても良い。また、電子回路基板１１４は、バンプ１１３により裏面電気配線１０３に接続されている。バンプ１１３は、裏面電気配線１０３と電子回路基板１１４との間に配置されて裏面電気配線１０３と電子回路基板１１４とを接続する導体である。また、電子回路基板１１４は、通常ＰＣＢが用いられるが、他のものでもよい。
【００２３】
なお、複数の部品１１１を備える場合、表面電気配線１０２および裏面電気配線１０２は、各々異なる電気信号が交わらないように、多層配線構造などを用いて空間的に配置されていても構わないことは言うまでもない。例えば、図２に示すように、平面光波回路基板１０１の裏面に、第１裏面電気配線層１３１と、層間絶縁層１３２と、第２裏面電気配線層１３３とからなる多層配線構造を設けるようにしてもよい。
【００２４】
また、上述では、バンプ１１２，バンプ１１３を用いて接続する場合を例示したが、これに限るものではなく、ハンダボール、ピン、ボールグリドアレイ（BallGridArray：ＢＧＡ）、ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）、導体ペーストなどにより接続してもよい。
【００２５】
また、図３に示すように、表面電気配線１０２に、部品３０１の接続部を直接接合してもよい。この場合、よく知られているように、各々の接続部の表面を、プラズマ照射により活性化することで、両者を直接接合することができる（表面活性化接合法）。
【００２６】
また、例えば表面電気配線１０２の接続部に、複数のバンプ１１２を配置して接続を行うようにしてもよい。なお、平面光波回路基板１０１は、例えば、石英系のガラス，シリコン，および化合物半導体より選択された材料から構成されていればよい。
【００２７】
上述した本実施の形態では、貫通電気配線１０４を用いて表面電気配線１０２に裏面電気配線１０３を接続したので、裏面電気配線１０３により電子回路基板１１４に平面光波回路基板１０１を実装できるようになる。このように、本実施の形態によれば、ワイヤボンディングを用いることなく、平面光波回路基板１０１が実装できるようになる。この結果、小型・高集積化が容易となる。
【００２８】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図４は、本発明の実施の形態２における光モジュールの構成を示す構成図である。図４では、光モジュールの断面を模式的に示している。
【００２９】
この光モジュールは、まず、平面光波回路が形成された平面光波回路基板１０１を備える。平面光波回路基板１０１の表面側には、平面光波回路を構成する光導波路１０１ａが形成されている。また、この光モジュールは、平面光波回路基板１０１の表面側に形成された表面電気配線１０２と、表面電気配線１０２に接続された半導体光素子４０１と電子回路素子４０２とを備える。半導体光素子４０１および電子回路素子４０２は、各々の接続部が表面電気配線１０２に直接接合されている。
【００３０】
なお、半導体光素子４０１は、例えばレーザダイオードである。半導体光素子４０１より出射される光信号は、平面光波回路基板１０１の表面側に形成された光導波路１０１ａに光結合して導波する。また、電子回路素子４０２は、例えば、半導体光素子４０１のドライバ回路を内蔵している。
【００３１】
また、光モジュールは、平面光波回路基板１０１の裏面側に形成されて電子回路基板１１４が接続される裏面電気配線１０３と、平面光波回路基板１０１の表面側より裏面側に貫通して表面電気配線１０２および裏面電気配線１０３に接続する貫通電気配線１０４とを少なくとも備える。電子回路基板１１４は、バンプ１１３により裏面電気配線１０３に接続されている。バンプ１１３は、裏面電気配線１０３と電子回路基板１１４との間に配置されて裏面電気配線１０３と電子回路基板１１４とを接続する導体である。
【００３２】
上述した本実施の形態における光モジュールは、電気信号のインタポーザとして機能することが可能である。なお、ここではレーザダイオードとこのドライバ回路と部品の例として示したがこれに限るものではない。例えば、電界吸収型の外部変調器（ＥＡ変調器）およびマッハツェンダー型の半導体光変調器などであってもよいことは言うまでもない。また、フォトダイオードおよびアンプ回路であってもよい。なお、本実施の形態においても、ＰＬＣ基板は、石英系のガラス材料に限らず、シリコンあるいは化合物の半導体材料によって構成されてもよい。
【００３３】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図５は、本発明の実施の形態３における光モジュールの構成を示す構成図である。図５では、光モジュールの断面を模式的に示している。この光モジュールは、まず、平面光波回路が形成された平面光波回路基板１０１と、平面光波回路基板１０１の表面側に形成された表面電気配線１０２と、表面電気配線１０２に接続された部品１１１とを備える。部品１１１は、バンプ１１２により表面電気配線１０２に接続（電気接続）されている。バンプ１１２は、表面電気配線１０２と部品１１１の接続部との間に配置された導体である。
【００３４】
また、光モジュールは、平面光波回路基板１０１の裏面側に形成されて電子回路基板１１４が接続される裏面電気配線１０３と、平面光波回路基板１０１の表面側より裏面側に貫通して表面電気配線１０２および裏面電気配線１０３に接続する貫通電気配線１０４とを少なくとも備える。電子回路基板１１４は、複数のバンプ１１３により裏面電気配線１０３に接続されている。上述した構成は、前述した実施の形態１と同様である。
【００３５】
上述した構成に加え、本実施の形態では、平面光波回路基板１０１に受動素子５０１を備える。受動素子１０１は、平面光波回路基板１０１の内部ではなく表面および裏面に形成されている。受動素子５０１は、例えば、容量，抵抗，およびインダクタなどの素子である。また、複数の受動素子５０１が設けられていてもよく。また、容量からなる受動素子、抵抗からなる受動素子、インダクタからなる受動素子が設けられていてもよい。
【００３６】
例えば、部品１１１が高速電子回路の場合、ＤＣバイアス端子に高周波信号の漏れ電界が重畳されることを避けるため、個々のバイアス信号端子に個別に容量が接続されている構成が可能である。従来では、実装時に電子回路上では形成できないようなチップ容量を介した実装が必要であったが、このようなチップ容量を平面光波回路基板１０１の上に複数形成できるため、高周波実装を簡便化することが可能となる。部品１１１がフォトダイオードなどの場合には、一般に実装時にチップ上では形成できないような大きな保護抵抗が必要とされるが、受動素子５０１を抵抗体とすることで対応可能である。
【００３７】
更に、コイルに代表されるようなインダクタと容量を用いることによって、高周波信号にＤＣバイアスを重畳するバイアス・ティーと呼ばれる機能回路を、平面光波回路基板１０１上で実現することもできる。なお、受動素子５０１は、表面電気配線１０２の一部に設けてもよいが、図６に示すように、部品１１１と表面電気配線１０２との間に受動素子６０１を設けるようにしてもよい。また、図７に示すように、裏面電気配線１０３の一部に受動素子７０１を設けるようにしてもよい。本実施の形態によれば、平面光波回路基板１０１の裏面側に裏面電気配線１０３を設けているので、電子回路基板１１４へ実装する側の平面光波回路基板１０１の面（裏面）にも、受動素子７０１が配置できる。このため、より多くの受動素子７０１を設けることができるようになる。
【００３８】
上述した本発明によれば、例えば、図８の斜視図に示すように、ＬＳＩ１１５が実装されている電子回路基板１１４に、光導波路１０１ａが形成され、また部品１１１が接続された平面光波回路基板１０１を、バンプ１１３に接続して実装することができる。
【００３９】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの組み合わせおよび変形が実施可能であることは明白である。例えば、裏面電気配線と電子回路基板とが、直接接合により各々の接続部が接続されていてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０１…光波回路基板、１０２…表面電気配線、１０３…裏面電気配線、１０４…貫通電気配線、１１１…部品、１１２，１１３…バンプ、１１４…電子回路基板。
【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９】
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【図１１】
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【図８】
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【図１０】
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