(57)【要約】      （修正有）【課題】他の光学手段と効率よく光接続することが可能な光配線基板および光伝送モジュールを提供する。【解決手段】光配線基板１は、基板２と、基板２上に配置された、基板２の外周から外周よりも内側まで延びる溝部を有する下部クラッド部３と、下部クラッド部３上に配置された、溝部まで延びるコア部４と、下部クラッド部３上に配置された、コア部４を覆う上部クラッド部５と、一部が溝部内に配置された、コア部４と光学的に接続されたコアを有する光ファイバと、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に配置された、前記基板の外周から該外周よりも内側まで延びる溝部を有する下部クラッド部と、
該下部クラッド部上に配置された、前記溝部まで延びるコア部と、
前記下部クラッド部上に配置された、前記コア部を覆う上部クラッド部と、
一部が前記溝部内に配置された、前記コア部と光学的に接続されたコアを有する光ファイバと、を有する光配線基板。
【請求項２】
前記光ファイバは前記コアを覆うクラッドを有しており、
該クラッドは、前記下部クラッド部と同じ厚みである請求項１に記載の光配線基板。
【請求項３】
前記下部クラッド部上に配置された、前記溝部と重なる位置に第２溝部を有するコア部材を有している請求項１または２に記載の光配線基板。
【請求項４】
前記コア部材上に配置された、前記溝部および前記第２溝部と重なる位置に第３溝部を有するクラッド部材を有している請求項３に記載の光配線基板。
【請求項５】
前記コア部は、前記光ファイバ側の端面が、前記上部クラッド部の前記光ファイバ側の端面から突出している請求項１〜４のいずれかに記載の光配線基板。
【請求項６】
前記コア部は、中心に向かうにつれて前記光ファイバ側に突出している請求項１〜５のいずれかに記載の光配線基板。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の光配線基板と、
前記基板上に実装されるとともに、前記コア部と光学的に接続された光素子とを有する光伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路を有する光配線基板および光伝送モジュール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ために、電子デバイス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。そこで、電子デバイスの間を光伝送する光導波路が形成された光配線基板が知られている。光配線基板は、例えば、発光素子、受光素子または光ファイバ等の光学手段と光学的に接続されることにより、高速の光伝送回路が構築される（例えば、特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2008-241956号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような光配線基板の研究開発において、他の光学手段と効率よく光接続することが可能な光配線基板の構造が求められている。
【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、他の光学手段と効率よく光接続することが可能な光配線基板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】
本発明の光配線基板は、基板２と、基板２上に配置された、基板２の外周から該外周よりも内側まで延びる溝部３ａを有する下部クラッド部３と、下部クラッド部３上に配置された、溝部３ａまで延びるコア部４と、下部クラッド部３上に配置された、コア部４を覆う上部クラッド部５と、一部が溝部３ａ内に配置された、コア部４と光学的に接続されたコアを有する光ファイバ６と、を有する。
【０００７】
本発明の光伝送モジュールは、上述の光配線基板と、前記基板上に実装されるとともに、前記コア部と光学的に接続された光素子とを有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光配線基板および光伝送モジュールによれば、他の光学手段と効率よく光接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る光配線基板を含む光伝送モジュールの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の光伝送モジュールの断面図であり、図１のＡ−Ａ’線に沿って切断したときの断面に相当する。
【図３】本発明の光配線基板の一実施形態を示すものであり、（ａ）は上方向からみた平面図に相当し、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線で切断したときの断面図に相当し、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線で切断したときの断面図に相当する。
【図４】本発明の光配線基板の一実施形態を示すものであり、（ａ）は上方向からみた平面図に相当し、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’線で切断したときの断面図に相当し、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ’線で切断したときの断面図に相当する。
【図５】本発明の光配線基板の一実施形態を示すものであり、（ａ）は上方向からみた平面図に相当し、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’線で切断したときの断面図に相当し、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ’線で切断したときの断面図に相当する。
【図６】本発明の光配線基板の一実施形態を示すものであり、（ａ）は上方向からみた平面図に相当し、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ’線で切断したときの断面図に相当する。
【図７】本発明の光配線基板の一実施形態を示すものであり、図６（ａ）の一部を拡大した拡大平面図に相当し、（ｂ）は図６（ａ）のＨ−Ｈ’線に相当するＩ−Ｉ’線で切断したときの断面図に相当する。
【図８】本発明の光配線基板の一実施形態を示すものであり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る光配線基板および光伝送モジュールについて以下説明する。本実施形態に係る光配線基板１は、図１〜８に示すように、基板２、下部クラッド部３、コア部４、上部クラッド部５および光ファイバ６で構成されている。このような光配線基板１は、コア部４と光学的に接続された光素子８を有する光伝送モジュール２００として用いられる。
【００１１】
＜光伝送モジュール＞
本実施形態の光配線基板１を含む光伝送モジュール２００を図１、２に示す。光伝送モジュール２００は、光配線基板１と、光配線基板１に実装された、コア部４と光学的に接続された光素子８とを有するものである。光素子８としては、例えば面発光レーザなどの発光デバイスまたはフォトダイオードなどの受光デバイスなどを用いることができる。
【００１２】
光素子８は、基板２上に形成された配線導体１０６に直接実装してもよいし、スルーホール基板１００を介して基板２の配線導体１０６に実装してもよい。本実施形態は、スルーホール基板１００を介して光素子８を実装する場合である。
【００１３】
スルーホール基板１００は、上下方向（Ｄ１、Ｄ２方向）に貫通するスルーホール１０１を有している。スルーホール１０１の内部は、空洞でもよいし、コア体１２０およびクラッド体１２１からなる光伝送構造が配置されていてもよい。スルーホール基板１００上には光素子８が実装されている。この光素子８とコア部４が、スルーホール１０１によって光学的に接続される。本実施形態では、スルーホール１０１内に光伝送構造が配置されている場合について説明する。
【００１４】
クラッド体１２１としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂またはアクリル樹脂などを用いることができる。クラッド体１２１の内部には、厚み方向（Ｄ１、Ｄ２方向）に貫通している光導波孔１２１ａが設けられている。クラッド体１２１の内部に光導波孔１２１ａが複数形成されていてもよい。
【００１５】
光導波孔１２１ａの内には、コア体１２０が設けられている。コア体１２０は、クラッド体１２１よりも屈折率が高い材料によって構成されている。コア体１２０の径としては、例えば１μｍ以上３００μｍ以下の範囲が挙げられる。なおコア体１２０は、光導波孔１２１ａ内に充填されていることから、光導波孔１２１ａの径とほぼ同じ径であり、光導波孔１２１ａの形状、径の大きさによって設定される。
【００１６】
光素子８は、制御素子１０２によって駆動が制御される。光素子８と制御素子１０２は、スルーホール基板１００上に形成された電気配線１０３により電気的に接続されている。なお、光素子８と制御素子１０２は、電気配線１０３に実装されている。また、スルーホール基板１００は、内部に貫通導体１０４が設けられている。貫通導体１０４は電気的
な導通が取れる材料であればよい。
【００１７】
スルーホール基板１００は、図２に示すように配線導体１０６にバンプ導体１０５を介して実装される。光導波路層７には貫通孔７ａが設けられており、基板２上の配線導体１０６が露出している。また、バンプ導体１０５は、電気的な導通が取れ、且つスルーホール基板１００と基板２を固定できる材料を用いることができ、例えば半田からなる導体材料を用いることができる。
【００１８】
スルーホール基板１００の下面および光導波路層７の上面には嵌合構造が設けられていることにより、スルーホール基板１００を光配線基板１に実装する際に位置合わせされる。嵌合構造としては、例えば凹部または凸部で構成されている。
【００１９】
＜光配線基板＞
基板２の厚みは、例えば０．０１ｍｍ以上１ｃｍ以下の範囲となるように設けられている。基板２の一辺（図１におけるＤ３、Ｄ４方向またはＤ５、Ｄ６方向）は、例えば１ｃｍ以上１０ｃｍ以下に設定することができる。
【００２０】
基板２は、例えばセラミック材料または有機材料などから形成されている。具体的なセラミック材料としては、例えばジルコニア、アルミナ、炭化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、低温焼成ガラスセラミック、ムライト、ガラスセラミックまたは窒化珪素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。一方、基板２の材料として、有機材料を用いる場合には、例えばエポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、芳香族ポリアミド樹脂またはポリイミド樹脂などを用いることができる。
【００２１】
基板２は、単層の基板を用いてもよいし、複数の副基板を積層した積層体を用いてもよい。基板２の材料としては、例えば、セラミック材料、またはエポキシ樹脂などの有機材料などを用いることができる。本実施形態では、単層のセラミック材料からなる基板を採用している。基板２上には、電気回路等に接続される配線導体等が形成されている。配線導体は、例えばメタライズ金属等によって形成されている。
【００２２】
基板２上には、光導波路層７が形成されている。光導波路層７は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂およびポリイミド樹脂を基材とする材料を用いることができる。光導波路層７の厚みは、例えば５０μｍ以上１ｍｍ以下となるように設定することができる。
【００２３】
光導波路層７は、下部クラッド部３、コア部４および上部クラッド部５で概ね構成されている。コア部４の屈折率は、下部クラッド部３および上部クラッド部５の屈折率よりも０．８％以上４％以下の範囲で大きくなるように設定されている。下部クラッド部３および上部クラッド部５が、コア部４の周囲に配置されていることにより、コア部４内に光を閉じ込めて光を伝送することができる。以下、下部クラッド部３、コア部４および上部クラッド部５の各構成について説明する。
【００２４】
下部クラッド部３は基板２上に配置されている。下部クラッド部３の厚みは、例えば２０μｍ以上５００μｍ以下となるように設定することができる。下部クラッド部３の厚みは、後述する光ファイバ６を基板２上に配置するときに光ファイバ６のコア６ａおよびコア部４の中心軸が合うようにクラッド６ｂの厚みに応じて設定すればよい。本実施形態では、直径が１２５μｍの光ファイバ６を用いることから、下部クラッド部３の厚みは４５μｍ程度に設定される。
【００２５】
下部クラッド部３は、その一部に溝部３ａを有している。溝部３ａは、図３（ａ）に示
すように、平面視したときに、基板２の外周からこの外周よりも内側まで延びるように配置されている。外周よりも内側とは、平面視したときに、基板２の外周によって囲まれる領域を指すものである。溝部３ａは、基板２の上面が露出するように貫通していてもよいし、基板２の上面が露出しないように配置されていてもよい。
【００２６】
溝部３ａが基板２の上面を露出するように貫通している場合は光配線基板１を低背化することができる。一方、基板２の上面が露出していない場合は、例えば下部クラッド部３を２層で形成することができる。この場合は、基板２上に配線導体１０６が設けられているために平坦性が悪いときなどには、光ファイバ６を載置する箇所に下部クラッド部３が配置されることになり、光ファイバ６を載置する箇所の平坦性を向上させることができる。
【００２７】
溝部３ａは、平面視において、横幅が、例えば、光ファイバ６の幅と一致するように設定されている。ここで光ファイバ６の幅は、必ずしも直径である必要はなく、図３（ｃ）に示すように、直径よりも溝部３ａの横幅が短い場合でも光ファイバ６を精度よく載置することができる。本実施形態では、光ファイバ６が基板２上に接触するように載置しているが、これに限定されず、溝部３ａの横幅を光ファイバ６の幅よりも小さくすることにより、光ファイバ６を基板２から離して配置してもよい。
【００２８】
コア部４は、下部クラッド部３上に配置されている。本実施形態では、コア部４は、光の進行方向に対して垂直な断面の断面形状を、光ファイバ６のコア６ａの断面形状である円形状の外周に内接するように設定している。コア部４の断面形状は、例えば、矩形状となるように形成される。コア部４は、光の進行方向に対して垂直な断面の断面積が、光ファイバ６のコア６ａと同程度になるように形成される。コア部４の幅は、例えば１０μｍ以上３００μｍ以下となるように設定される。
【００２９】
本実施形態では、コア部４の断面形状と、光ファイバ６のコア６ａの断面形状が異なっているが、このようにコア部４の大きさをコア６ａよりも小さくなるように設定することで、光の進行方向によらず（送信および受信の両方に用いた場合において）光の接続損失を小さくすることができる。その結果、光伝送モジュール２００を送受信に用いることができるため、汎用性の高いものとすることができる。
【００３０】
一方、光の進行方向を考慮してコア部４の大きさを設定することで、光接続損失をさらに低減することができる。すなわち、コア部４から光ファイバ６へ光が進むときはコア部４をコア６ａよりも小さくし、光ファイバ６からコア部４へ光が進むときはコア部４をコア６ａよりも大きくすることで効率よく光接続することができる。
【００３１】
コア部４は、光ファイバ６と接続される端面４ａが溝部３ａまで延びるように配置されている。コア部４の端面４ａは、概ね溝部３ａの縁と面一になっている。コア部４の端面４ａは、光ファイバ６のコア６ａと光学的に接続されていれば良く、溝部３ａの縁よりも内側に配置されていてもよいし、溝部３ａ側に張り出していてもよい。なお、本実施形態では、コア部４が１つ形成されている場合について説明するが、コア部４が複数形成されていてもよい。
【００３２】
コア部４は、端面４ａとは反対側に光入出射面４ｂを有している。光入出射面４ｂは、発光素子または受光素子等の光素子８の受発光面と光学的に接続されている。光入出射面４ｂ側には光路変換面４ｃが形成されており、受発光面と光入出射面４ｂが一直線上ではない場合に光の進行方向を変えて、両者を接続する。
【００３３】
光路変換面４ｃは、コア部４の一部が露出していてもよいし、上面に反射膜を形成して
もよい。反射膜の材料は、伝送する光の波長によって反射率を考慮して選択すればよく、例えば、アルミニウム、銀または金などを主成分とする材料を用いることができる。反射膜を形成することによって、光路変換される光を全反射されやすくできる。光路変換面４ｃの傾斜角度は、コア部４の光軸に対して、例えば４０°以上５２°以下に設定することができる。
【００３４】
上部クラッド部５は、下部クラッド部３上に配置されている。上部クラッド部５は、コア部４の端面４ａ以外のコア部４を覆うように配置されている。上部クラッド部５は、コア部４よりも厚く形成されており、例えば２０μｍ以上５００μｍ以下の厚みで形成されている。
【００３５】
下部クラッド部３、コア部４および上部クラッド部５は、例えばフォトリソグラフィ法により形成される。フォトリソグラフィ法を用いることにより、下部クラッド部３、コア部４および上部クラッド部５となる材料を成膜した後、露光および現像を行なうことにより、任意の形状にパターニングすることができる。
【００３６】
下部クラッド部３、コア部４および上部クラッド部５を成膜する方法としては、例えば、ラミネート法を用いることができる。フィルムをラミネートする方法としては、例えば真空ラミネート法、ロールラミネート法等を用いることができる。膜厚は、フィルムの膜厚を調整することにより制御することができる。光導波路層７はスピンコート法により形成してもよい。光導波路層７となる樹脂材料を基板２上にスピンコートすることにより光導波路層７を成膜する。スピンコート法の場合は、回転数または樹脂材料の粘度等を調整することによって膜厚を制御することができる。
【００３７】
具体的には、下部クラッド部３となる樹脂材料を基板２に成膜した後、溝部３ａが形成されるように露光・現像することにより、下部クラッド部３が形成される。その後、下部クラッド部３上にコア部４となる樹脂材料を成膜した後、溝部３ａまで延びるように任意の形状に露光・現像することによりコア部４が形成される。そして、下部クラッド部３上に、コア部４を覆うように上部クラッド部５となる樹脂材料を成膜した後、露光・現像を行なうことにより上部クラッド部５を形成することができる。
【００３８】
下部クラッド部３、コア部４および上部クラッド部５は、高精度に位置情報が記録されているフォトマスク（レチクル）を利用して樹脂材料の露光を行なうため、高精度でパターニングされる。そのため、溝部３ａは、下部クラッド部３において高い絶対的位置精度で形成することができ、コア部４も高い絶対的位置精度で形成することができるため、結果的に溝部３ａとコア部４を高い相対位置精度で形成することができる。
【００３９】
光ファイバ６は、コア６ａと、コア６ａを覆うクラッド６ｂとで構成されている。コア６ａは、例えばクラッド６ｂに対して０．２％以上３％以下だけ高い屈折率となるように構成されている。光ファイバ６は、シングルモード光ファイバで構成されていてもよいし、マルチモード光ファイバで構成されていてもよい。マルチモード光ファイバは、光の進行方向に垂直な断面において、コアの光軸からクラッドに向かうにつれて屈折率が徐々に（段階的に）小さくなったグレーデッドインデックス光ファイバを用いることができる。コア６ａの直径は例えば５０μｍで構成され、光ファイバ６の直径は例えば１２５μｍで構成されている。コア６ａは光の進行方向に対して垂直な断面が円形状で構成されており、光ファイバ６も断面が略円形状となるように構成されている。
【００４０】
光ファイバ６は、溝部３ａに載置されることにより、光ファイバ６の一部が溝部３ａ内に配置される。光ファイバ６のコア６ａは、コア部４と光学的に接続されていればよく、コア部４の端面４ａと離れていてもよい。本実施形態では、光ファイバ６のコア６ａは、
コア部４の端面４ａと接触するように配置される。
【００４１】
本実施形態の光配線基板は、下部クラッド部３の一部に形成された溝部３ａに光ファイバ６が載置されることにより、光導波路層７のコア部４と光ファイバ６のコア６ａとが光学的に接続される。溝部３ａおよびコア部４は高い位置精度で形成されているため、光ファイバ６を溝部３ａに載置することで、高精度、且つ容易に光導波路層７および光ファイバ６を光結合させることができる。
【００４２】
（光配線基板の変形例１）
下部クラッド部３上には、図４（ｃ）に示すように、コア部材４ｄを有していてもよい。コア部材４ｄは、溝部３ａと重なる位置に第２溝部４ｅを有している。コア部材４ｄは第２溝部４ｅを構成するように、溝部３ａを構成する下部クラッド部３上に形成されている。第２溝部４ｅの横幅は、溝部３ａと同じ横幅で形成されていてもよいし、溝部３ａの横幅よりも大きく形成されていてもよい。コア部材４ｄは、コア部４と同じ厚みに設定される。コア部材４ｄは、コア部４を形成する際に同時にパターニングされることにより形成される。
【００４３】
このように第２溝部４ｅが溝部３ａ上に配置されていることにより、光ファイバ６を載置したときにより強固に固定することができる。また、コア部４と同時にパターニングされることから、コア部４の端面４ａと第２溝部４ｅの相対的な位置精度はフォトマスクの精度で形成される。そのため、光ファイバ６を第２溝部４ｅ内に載置することで、より高い位置精度で実装することができる。
【００４４】
さらに、図５に示すように、コア部材４ｄ上に溝部３ａおよび第２溝部４ｅと重なる位置に第３溝部５ａを有するクラッド部材５ｂを有していてもよい。第３溝部５ａの横幅は、第２溝部４ｅと同じ横幅でもよいし、第２溝部４ｅよりも広い横幅でもよい。クラッド部材５ｂは、上部クラッド部５と同じ厚みに設定される。クラッド部材５ｂは、上部クラッド部５を形成する際に同時にパターニングされることにより形成される。
【００４５】
このように第３溝部５ａを形成することにより、第２溝部４ｅを形成する場合と同様の効果を得ることができる。本変形例では、第２溝部４ｅが形成されている場合について説明したが、第２溝部４ｅを設けずに第３溝部５ａを設ける場合には、溝部３ａと重なるように第３溝部５ａを形成すればよい。この場合、クラッド部材５ｂは溝部３ａを構成する下部クラッド部３上に形成される。
【００４６】
（光配線基板の変形例２）
コア部４は、図６に示すように、光ファイバ６側の端面４ａが、上部クラッド部５の光ファイバ６側の端面５ｃから突出していてもよい。コア部４は、平面視において、上部クラッド部５の端面５ｃから例えば１μｍ以上５０μｍ以下突出するように配置される。コア部４の突出した部分は、下部クラッド部３上に配置されているとともに、上部クラッド部５から露出している。コア部４の突出した部分は、上部クラッド部５をパターニングする際に露出するように形成すればよい。
【００４７】
このようにコア部４の端面４ａが、上部クラッド部５の端面５ｃから突出していることにより、光ファイバ６を載置したときに、コア部４の端面４ａに対する光ファイバ６のコア６ａの位置を確認しやすくできる。
【００４８】
また、図７（ｂ）に示すように、コア部４の突出した部分は、下部クラッド部３の光ファイバ６（溝部３ａ）側の端面からも突出していてもよい。すなわち、コア部４が、上部クラッド部５および下部クラッド部３から突出していてもよい。さらに、コア部４の突出した部分は、図７（ａ）に示すように、平面視において、端面４ａの中心に向かうにつれて光ファイバ６側に突出した凸形状になっていてもよい。
【００４９】
このように凸形状にすることで、光ファイバ６がコア部４の端面４ａに当接される角度によらず、接触性を向上させることができる。すなわち、光ファイバ６が当接される際にコア部４の端面４ａから角度がずれても光学的に接続させることができる。このようなコア部４の凸形状は、フォトマスクによってコア部４を形成する際にパターニングすることができる。
【００５０】
（光配線基板の変形例３）
光配線基板１は、図８に示すように、コア部４の光入出射面４ｂ側に設けられた光路変換面４ｃを上部クラッド部５によって埋めていてもよい。このように上部クラッド部５によって光路変換面４ｃを埋めることにより、光路変換面４ｃが空気に露出しなくなるため、光素子８の受発光面と光入出射面４ｂと効率よく光学的に結合しやすくできる。また、図８に示すように、光導波路層７に貫通孔７ａが形成され、貫通孔７ａ内に光素子８に電気的に接続されるバンプ導体１０５が配置されていることにより、光素子８を含む光伝送モジュール２００を低背化することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  光配線基板
２  基板
３  下部クラッド部
３ａ  溝部
４  コア部
４ａ  端面
４ｂ  光入出射面
４ｃ  光路変換面
４ｄ  コア部材
５  上部クラッド部
５ａ  第３溝部
５ｂ  クラッド部材
５ｃ  端面
６  光ファイバ
６ａ  コア
６ｂ  クラッド
７  光導波路層
８  光素子
１００  スルーホール基板
１０１  スルーホール
１０２  制御素子
１０３  電気配線
１０４  貫通導体
１０５  バンプ
１０６  配線導体
１２０  コア体
１２１  クラッド体
１２１ａ  光導波孔
２００  光伝送モジュール
【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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