(57)【要約】  【課題】  クラッド部材の内部で発生するクラックを抑制することが可能な光伝送構造体を提供する。  【解決手段】  本発明の光伝送構造体は、厚み方向に貫通した貫通孔９ａを有する基板９と、貫通孔９ａの内に貫通孔９ａの内面９ａＡに接するように設けられた、基板９の材料よりも熱膨張係数が大きい材料からなる緩衝部材６と、貫通孔９ａの内に緩衝部材６に接するように設けられ、基板９の厚み方向に貫通した光導波孔７ａを備えた、緩衝部材６の材料よりも熱膨張係数が大きい材料からなるクラッド部材７と、クラッド部材７の光導波孔７ａ内に配置された、クラッド部材７よりも屈折率が高いコア部材８とを有する。【選択図】  図２
2013127528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に貫通した貫通孔を有する基板と、
前記貫通孔の内に該貫通孔の内面に接するように設けられた、前記基板の材料よりも熱膨張係数が大きい材料からなる緩衝部材と、
前記貫通孔の内に前記緩衝部材に接するように設けられ、前記基板の厚み方向に貫通した光導波孔を備えた、前記緩衝部材の材料よりも熱膨張係数が大きい材料からなるクラッド部材と、
該クラッド部材の前記光導波孔内に配置された、前記クラッド部材よりも屈折率が高いコア部材とを有する
光伝送構造体。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記基板の厚み方向に垂直な方向に切断したときの断面における開口が長軸と短軸とを持つ楕円形状であり、
前記緩衝部材は、前記開口における前記長軸の端部に位置している請求項１に記載の光伝送構造体。
【請求項３】
前記貫通孔は、前記基板の厚み方向に垂直な方向に切断したときの断面における開口が多角形状であり、
前記緩衝部材は、前記開口の角部に位置している請求項１に記載の光伝送構造体。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記クラッド部材および前記緩衝部材で充填されており、
前記クラッド部材は、前記緩衝部材に接する接触面が、前記基板の厚み方向に対して曲がっている請求項１〜３のいずれかに記載の光伝送構造体。
【請求項５】
前記緩衝部材は、前記貫通孔の前記内面全体を覆うように位置している請求項１〜４のいずれかに記載の光伝送構造体。
【請求項６】
前記貫通孔は、前記クラッド部材および前記緩衝部材で充填されており、
前記クラッド部材は、前記緩衝部材に接する接触面が、前記貫通孔の前記内面に接する第２接触面と滑らかに連続している請求項１〜４のいずれかに記載の光伝送構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光配線を備えた光伝送構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理能力の向上を図るべく、集積回路素子などの電気素子の間の電気伝送を光伝送に変更することが検討されている。例えば、特許文献１には、光導波路を持つ光伝送基板上に配線導体を配設して、当該配線導体上に光素子を実装した光伝送基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2004−294857号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された光伝送基板は、基板がセラミック、クラッド部材が樹脂でそれぞれ構成されている。そのため、当該光伝送基板を高温環境下で用いた場合またはクラッド部材の形成後に冷却された場合などには、基板とクラッド部材の間で熱膨張係数差が大きくなっていることから、クラッド部材の内部にクラックが発生しやすかった。
【０００５】
本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、クラッド部材の内部で発生するクラックを抑制することが可能な光伝送構造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】
【０００６】
本発明の光伝送構造体は、厚み方向に貫通した貫通孔を有する基板と、前記貫通孔の内に該貫通孔の内面に接するように設けられた、前記基板の材料よりも熱膨張係数が大きい材料からなる緩衝部材と、前記貫通孔の内に前記緩衝部材に接するように設けられ、前記基板の厚み方向に貫通した光導波孔を備えた、前記緩衝部材の材料よりも熱膨張係数が大きい材料からなるクラッド部材と、該クラッド部材の前記光導波孔内に配置された、前記クラッド部材よりも屈折率が高いコア部材とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、クラッド部材の内部にクラックが発生することを抑制することが可能な光伝送構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る光伝送構造体を含む光伝送モジュールの概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光伝送構造体の概略構成を示す平面図である。
【図３】図１および２に示したＡ−Ａ’線に沿って切断した切断面の一部を拡大した要部断面図である。
【図４】図２の平面図において、一部を拡大した拡大図である。
【図５】図２に示す実施形態に係る光伝送構造体の変形例であり、一部を拡大した拡大平面図に相当する。
【図６】図２に示す実施形態に係る光伝送構造体の変形例であり、図３の要部断面図に相当する。
【図７】図２に示す実施形態に係る光伝送構造体の変形例であり、図３の要部断面図に相当する。
【図８】図２に示す実施形態に係る光伝送構造体の変形例を示す平面図である。
【図９】図２に示す実施形態に係る光伝送構造体の変形例を示す図であり、（ａ）は一部を拡大した拡大平面図に相当し、（ｂ）は（ａ）のクラッド部材のみを示す図である。
【図１０】図２に示す実施形態に係る光伝送構造体の変形例を示す図であり、（ａ）および（ｂ）は図２に示したＡ−Ａ’線に沿って切断した切断面の一部を拡大した要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜光伝送モジュール＞
以下、本発明の実施形態に係る光伝送構造体を備えた光伝送モジュール１を例示し、図面を参照しつつ説明する。図１に示した光伝送モジュール１は、光伝送構造体２、光電変換素子３および光電変換素子３を駆動する回路素子４を備えている。
【００１０】
回路素子４は、配線導体５を介して光電変換素子３に電気的に接続されている。回路素子４は、光電変換素子３の機能に対応する機能を有している。光電変換素子３が電気から光へ変換する発光素子である場合、回路素子４は、光電変換素子３に変調した電気信号（変調電圧）を入力して、光電変換素子３の発光強度（ＯＮ−ＯＦＦを含む）を制御する。光電変換素子３が光から電気へ変換する受光素子である場合、回路素子４は、光電変換素子３で受光した光信号強度に応じて出力される電流信号を電圧信号に変換して出力する。
【００１１】
さらに回路素子４は、信号の波形を制御したり、ノイズ成分を除去したりする機能を併せ持っていてもよい。光電変換素子３から出力される電気信号が小さい場合、信号を増幅する機能を担っていても良い。また信号増幅機能は、光電変換素子３自体が有していてもよい。さらに回路素子４は、論理演算および数値計算を行う機能を有していてもよい。
【００１２】
光電変換素子３は、入力された電気信号に応じて光を発する機能、または入射された光に応じて電気信号に変換する機能を有している。光電変換素子３は、後述の光導波路11に光学的に結合するように配置されている。本実施形態の光電変換素子３は、配線導体５を介して入力された電気信号に応じて光導波路11に光信号を伝送する機能、または光導波路11を介して入力された光信号に応じて配線導体５に電気信号を伝送する機能を担っている。
【００１３】
上述の光を発する光電変換素子３としては、種々の発光素子を適用できる。光電変換素子３としては、例えば垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が好ましい。光を受ける光電変換素子３としては、例えばフォトダイオード（ＰＤ；Photo Diode）など種々の受光素子を適用できる。受光素子としてＰＤを採
用する場合は、応答速度の速い素子が好ましく、例えばＰＩＮ−ＰＤなどが挙げられる。
【００１４】
＜光伝送構造体＞
図２、３に示す光伝送構造体２は、緩衝部材６、クラッド部材７およびコア部材８を備えた主基板９、配線導体５および光電変換素子３を有している。
【００１５】
主基板９は、クラッド部材７およびコア部材８を支持する機能を担っている。主基板９の厚みとしては、例えば0.1ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲が挙げられる。また、主基板９の
縦寸法（図１におけるＤ３，Ｄ４方向）は、例えば２ｍｍ以上15ｍｍ以下に設定することができる。主基板９は、例えばセラミック材料を焼成させて作製した基板などが使用される。具体的なセラミック材料としては、例えばジルコニア（熱膨張係数：10×10−６[１
／℃]）、アルミナ（熱膨張係数：８×10−６[１／℃]）、炭化珪素（熱膨張係数：４×10−６[１／℃]）または窒化珪素（熱膨張係数：５×10−６[１／℃]）などの材料を用い
ることができ、これらを混ぜて用いてもよい。複数のセラミック材料を混ぜて用いた場合、熱膨張係数を調整することができ、材料選択性を向上させることができる。
【００１６】
主基板９は、単層の基板、または複数の基板を積層した積層体として形成される。本実施形態では、図３に示す通り、複層のセラミック材料からなる基板を採用している。本実施形態の主基板９は、複数の副基板10が積層されて構成されている。
【００１７】
主基板９は、厚み方向に貫通している貫通孔９ａを有している。貫通孔９ａは、平面視したときの面積が、例えば0.01ｍｍ２以上５ｍｍ２以下となるように設定することができる。貫通孔９ａは、副基板10に設けられている副貫通孔10ａが連続して構成されている。副貫通孔10ａは、副基板10の各々に設けられており、副基板10を厚み方向に貫通している。この厚み方向を図３ではＤ１，Ｄ２方向として示している。
【００１８】
貫通孔９ａは、主基板９の厚み方向に垂直な方向に切断したときの断面における開口９ａの形状は適宜設定することができる。開口９ａの形状としては、例えば、多角形状、円形状または楕円形状などを用いることができる。なお「楕円形状」の中には、厳密に楕円となっていなくてもよく、例えば長方形の角部分を弧状に滑らかにした弧状部を持つような形状も含むものである。本実施形態では、開口９ａが、長軸および短軸を持つ四角形状の角部分を弧状にした弧状部を持つ楕円形状で構成されている。
【００１９】
貫通孔９ａの内には、貫通孔９ａの内面９ａＡに接するように、緩衝部材６が設けられている。緩衝部材６は、貫通孔９ａの内面９ａＡと少なくとも一部が接していればよく、例えば内面９ａＡ全体に対して５％以上100％以下の領域を被覆するように設けられてい
る。緩衝部材６は、貫通孔９ａの内面９ａＡの上下方向（Ｄ１,Ｄ２方向）に、貫通穴９
ａの上端部から下端部にかけて上下方向全体に延在するように配置されていてもよいし、上下方向の一部にのみ位置していてもよい。本実施形態は、図３に示すように、緩衝部材６が内面９ａＡの上下方向全体に延在している場合について説明するが、上下方向の一部に位置している場合を排除するものではない。
【００２０】
緩衝部材６は、主基板９の材料よりも熱膨張係数が大きい材料によって構成されている。具体的には、主基板９としてセラミック材料を用いた場合、セラミック材料の熱膨張係数が、例えば１×10−６[１／℃]以上10×10−６[１／℃]以下であることから、緩衝部材６の材料として、熱膨張係数が１×10−６[１／℃]よりも大きい材料を選択することができる。具体的に、緩衝材料６の材料としては、主基板９の熱膨張係数が大きくなるように設定された、例えばエポキシ樹脂（熱膨張係数：40×10−６[１／℃]以上80×10−６[１
／℃]）、ポリイミド樹脂（熱膨張係数：10×10−６[１／℃]以上40×10−６[１／℃]）
、フェノール樹脂（熱膨張係数：30×10−６[１／℃]以上70×10−６[１／℃]）などを用いることができる。
【００２１】
また緩衝部材６は、熱膨張係数の異なる材料を複数混ぜた混合物を用いてもよいし、熱膨張係数の異なる材料を複数層塗ることによって形成してもよい。緩衝部材６として、材料を複数混ぜた混合物を用いた場合には、熱膨張係数の値を、主基板９およびクラッド部材７の材料との関係で微調整することができるため、材料選択の余地を広げることができる。さらに、緩衝部材６を複数層塗った場合には、例えば主基板９側からクラッド部材７側の層に向かうにつれて、熱膨張係数を徐々にクラッド部材７の熱膨張係数に近付けていくことにより、主基板９とクラッド部材７との間で、熱膨張係数の差による熱応力を徐々に緩和することができる。
【００２２】
貫通孔９ａの内には、緩衝部材６と接するようにクラッド部材７が設けられている。クラッド部材７は、緩衝部材６の材料よりも熱膨張係数が大きい材料によって構成されている。クラッド部材７としては、例えばエポキシ樹脂（熱膨張係数：、ポリイミド樹脂などを用いることができる。具体的に、クラッド部材７は、緩衝部材６としてポリイミド樹脂（熱膨張係数：20×10−６[１／℃]）を用いた場合には、エポキシ樹脂（熱膨張係数：60×10−６[１／℃]）などを用いることができる。なお、緩衝部材６およびクラッド部材７で、同じ材料（例えば、エポキシ樹脂）を用いる場合には、熱膨張係数を調整して用いればよい。
【００２３】
クラッド部材７には、厚み方向に貫通している光導波孔７ａが設けられている。本実施形態では、光導波孔７ａをクラッド部材７に複数有する場合について説明するが、光導波孔７ａは１つであってもよい。複数の光導波孔７ａは、厚み方向と直交する１つの方向に沿って並んでいる。ここで、「１つの方向」とは、図１〜３において、Ｄ５，Ｄ６方向（配列方向）を示している。
【００２４】
光導波孔７ａの各々の内には、コア部材８が設けられている。コア部材８は、クラッド部材７よりも屈折率が高い材料によって構成されている。具体的に、コア部材８の屈折率としては、クラッド部材７の屈折率に対しての比屈折率差が0.8％以上４％以下の範囲内
に設定することができる。コア部材８の材料としては、クラッド部材７よりも屈折率を大きくした、例えばエポキシ樹脂などを用いることができる。
【００２５】
コア部材８は、複数が配列方向に沿って配列され、各々が厚み方向に沿って延びている。コア部材８の配列方向における間隔としては、例えば62.5μｍ以上250μｍ以下の範囲
に設定することができる。また、配列方向に沿ったコア部材８の径としては、例えば10μｍ以上100μｍ以下の範囲が挙げられる。なお、このコア部材８は、光導波孔７ａ内に充
填されていることから、光導波孔７ａの径とほぼ同じ径であり、光導波孔７ａの形状、径の大きさによって設定される。このようにして、クラッド部材７とコア部材８は、光導波路11として機能することとなる。
【００２６】
本実施形態では、主基板９とクラッド部材８との間に、主基板９の熱膨張係数よりも大きくクラッド部材８の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を持つ緩衝部材６を有している。すなわち、主基板９とクラッド部材８の間には、主基板９の熱膨張係数とクラッド部材７の熱膨張係数の間の熱膨張係数を持つ材料からなる緩衝部材６が配置されている。そのため、主基板９とクラッド部材８の熱膨張係数差に対して、主基板９と緩衝部材６の熱膨張係数差およびクラッド部材８と緩衝部材６の熱膨張係数差が小さくなっていることから、発生する熱応力を緩和することができる。その結果、クラッド部材８内部に発生するクラックを抑制することができる。このような効果は、光伝送構造体２を平面視した状態で、緩衝部材６が貫通孔９ａの内面９ａＡに接するとともにクラッド部材７に接していれば、貫通孔９ａのどこにあっても奏するものである。
【００２７】
また、図４に示すように本実施形態では、緩衝部材６が貫通孔９ａを平面視したときの長軸の端部に設けられている。通常、熱応力は角部分または弧状部分に集中しやすいため、緩衝部材６を貫通孔９ａの弧状部周辺に配置することによって、貫通孔９ａの弧状部周辺で発生する熱応力をさらに抑制することができる。その結果、弧状部周辺で熱応力が集中してクラックが発生することを抑制することができる。これに対して、従来の光伝送構造体では、特に貫通孔の角周辺に熱応力が集中しやすくなっていたため、弧状部周辺にクラックが発生しやすかった。
【００２８】
さらに、図２に示すように、クラッド部材７の内部にコア部材８（光導波孔７ａ）を複数設ける構成を採用した場合、クラッド部材７の体積が大きくなってしまうため、クラッ
ド部材７の内部にクラックが発生しやすいという課題が顕著になっていた。そのため、クラッド部材７内にコア部材８（光導波孔７ａ）を複数有する構成を採用した場合には、緩衝部材６を設ける効果は顕著となる。これに対して従来の光伝送構造体では、貫通孔内のクラッド部材にコア部材（光導波孔）を一つ設ける構成であったため、クラッド部材の体積は小さく、緩衝部材を設ける必要性は低かったし、緩衝部材を設けるスペースを確保するのも困難だった。
【００２９】
（光伝送構造体の変形例１）
上述では、貫通孔９ａが楕円形状である場合について説明したが、貫通孔９ａは、図５に示すように、主基板９の厚み方向に垂直な方向に切断したときの断面における開口９ａ’が多角形状であり、緩衝部材６は、開口９ａ’の角部９ｂを覆うように位置していてもよい。
【００３０】
このように緩衝部材６が開口９ａ’の角部９ｂに位置していることから、主基板９とクラッド部材７との間で熱応力が発生した場合でも、貫通孔９ａの角部９ｂに集中しにくくすることができる。これによって、クラッド部材７内にクラックが発生することをさらに抑制することができる。
【００３１】
（光伝送構造体の変形例２）
貫通孔９ａは、図６に示すように、クラッド部材７および緩衝部材６で充填されており、クラッド部材７は、緩衝部材６に接する接触面６Ａが、主基板９の厚み方向に対して曲がっていてもよい。すなわち、接触面６Ａが、主基板９の厚み方向（Ｄ１、Ｄ２方向）に対して垂直方向に曲がっている。本実施形態では、接触面６Ａが厚み方向に対してＤ４方向に曲がっている場合について説明するが、Ｄ３方向に曲がっていてもよい。
【００３２】
このように接触面６Ａが、厚み方向に対して曲がっていることによって、厚み方向に発生する熱応力を、クラッド部材７と緩衝部材６との間で徐々に緩和することができるため、クラッド部材７の厚み方向にクラックが発生することを抑制することができる。また、このようにＤ３方向へ緩やかに曲がっていることによって、緩衝部材６との接触面６Ａ付近で発生した熱応力を表面に沿って徐々に緩和させることができる。一方、Ｄ４方向へ緩やかに曲がっていた場合には、クラッド部材７のＤ３、Ｄ４方向の収縮を抑制しやすくすることができ、クラッド部材７の形状の変化を抑制することができる。
【００３３】
さらに別の例としては、図７に示すように、接触面６Ａはクラッド部材７の厚み方向の途中でＤ５方向に湾曲していて凸部を有していてもよい。このように接触面６Ａが厚み方向の途中で湾曲していることによって、クラッド部材７と緩衝部材６の接触面積を広くすることができるため、熱応力を緩和することができるとともに、クラッド部材７から緩衝部材６へ熱を逃がしやすくすることができるため、熱応力の発生を抑制することができる。
【００３４】
（光伝送構造体の変形例３）
緩衝部材６は、図８に示すように、貫通孔９ａの内面９ａＡ全体を覆うように位置していてもよい。このように貫通孔９ａの内面９ａＡ全体を覆うように緩衝部材６が位置していることによって、クラッド部材７内にクラックが発生することをさらに抑制することができる。また、緩衝部材６としてクラッド部材７に対して濡れ性の良い材料を用いることによって、緩衝部材６とクラッド部材７との間に気泡が介在することを抑制することができる。その結果、クラッド部材７の耐久性を向上させることができる。
【００３５】
（光伝送構造体の変形例４）
貫通孔９ａは、図９に示すように、クラッド部材７および緩衝部材６で充填されており
、クラッド部材７は、緩衝部材６に接する接触面７Ａが、貫通孔９ａの内面９ａＡに接する第２接触面７Ａ’と滑らかに連続していてもよい。ここで、接触面７Ａと第２接触面７Ａ’が滑らかに連続しているとは、両者の接続界面で段差や凹凸がほとんどないように形成されていることを指す。接触面７Ａと第２接触面７Ａ’の内角は、例えば１°以上15°以下となるように設定することができる。
【００３６】
このように接触面７Ａと第２接触面７Ａ’が滑らかに連続していることによって、接触面７Ａおよび第２接触面７Ａ’の接合付近で熱応力が発生した場合でも、当該熱応力を集中しにくくすることができる。また、このように滑らかに連続していることによって、熱応力を徐々に緩和させることができる。その結果、クラッド部材７の内部にクラックが発生することを抑制することができる。
【００３７】
（光伝送構造体の変形例５）
図10（ａ）に示すように、緩衝部材６は、厚み方向の貫通孔９ａの端部を部分的に覆うように位置していてもよい。すなわち、緩衝部材６は、厚み方向の貫通孔９ａの端部を覆うように位置しているとともに、厚み方向の途中には緩衝部材６が位置していない構成である。
【００３８】
このように緩衝部材６が端部を部分的に覆うように位置していることから、クラッド部材７にクラックが発生することを抑制するとともに、平面視して緩衝部材６と重なるクラッド部材７において、厚み方向に熱による収縮・膨張などによる形状変化を起こりにくくすることができる。このようにクラッド部材７の形状変化を抑制することができることから、光電変換素子３の受発光面に対するコア部材８の端面の平行度を維持することができる。その結果、光電変換素子３とコア部材８の間の光結合損失が増加することを抑制することができる。
【００３９】
また、図10（ｂ）に示すように、緩衝部材６は、厚み方向の途中でＤ６方向に湾曲した凹部を有していてもよい。このように緩衝部材６が凹部を有していることによって、当該凹部内に位置するクラッド部材７が厚み方向に収縮・膨張することによる形状変化を起こりにくくすることができるとともに、クラッド部材７と緩衝部材６の接触面積を大きくすることができる。その結果、クラッド部材７の形状変化を抑制することができるとともに、クラッド部材７の内部に熱応力が発生することを抑制することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  光伝送モジュール
２  光伝送構造体
３  光電変換素子
４  回路素子
５  配線導体
６  緩衝部材
７  クラッド部材
７ａ  光導波孔
７Ａ  接触面
７Ａ’  第２接触面
７α  内角
８  コア部材
９  主基板
９Ａ  主面
９ａ  貫通孔
９ａＡ  内面
９ａ’  開口
10  副基板
10ａ  副貫通孔
11  光導波路
【図１】
2013127528.tif 000003
【図２】
2013127528.tif 000004
【図３】
2013127528.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013127528.tif 000007
【図６】
2013127528.tif 000008
【図７】
2013127528.tif 000009
【図８】
2013127528.tif 000010
【図９】
2013127528.tif 000011
【図１０】
2013127528.tif 000012