(57)【要約】      （修正有）【課題】光信号の損失を低減した光伝送モジュールを提供する。【解決手段】光伝送モジュールは、第１領域６Ａおよび第１領域６Ａよりも下方に位置した第２領域６Ｂを含んだ上面６１を有している配線基板６と、配線基板６の第２領域６Ｂに配された光導波路７と、配線基板６の上面６１の第１領域６Ａに配された少なくとも１つの接合部材４と、接合部材４を介して、配線基板６および光導波路７の上面６１，７１に実装された光電変換素子２と、備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１領域および前記第１領域よりも下方に位置した第２領域を含んだ上面を有している配線基板と、
前記配線基板の前記第２領域に配された光導波路と、
前記配線基板の前記上面の前記第１領域に配された少なくとも１つの第１接合部材と、
前記接合部材を介して、前記配線基板および前記光導波路の上面に実装された光電変換素子と、備える光伝送モジュール。
【請求項２】
前記光導波路の上面に配された少なくとも１つの第２接合部材を、さらに備える、請求項１に記載の光伝送モジュール。
【請求項３】
前記配線基板は、凹部を有しており、
前記凹部の底面が、前記第２領域である、請求項１または２に記載の光伝送モジュール。
【請求項４】
前記光導波路の上面は、前記第１領域と同じ、または前記第１領域よりも下方に位置している、請求項１〜３のいずれかに記載の光伝送モジュール。
【請求項５】
前記第１接合部材の高さは、前記第２接合部材の高さと異なる、請求項２〜４のいずれかに記載の光伝送モジュール。
【請求項６】
前記配線基板の前記第１領域に配された、前記光電変換素子の外側面に沿った壁面を有している凸部をさらに備え、
前記凸部の前記壁面と前記光電変換素子の前記外側面とは接触している、請求項１〜５のいずれかに記載の光伝送モジュール。
【請求項７】
前記凸部の材料は、前記光導波路と同様の構成である、請求項６に記載の光伝送モジュール。
【請求項８】
第１領域および前記第１領域よりも下方に位置した第２領域を含んだ上面を有している配線基板と、
前記配線基板の前記第２領域に配された光導波路と、
前記配線基板の前記上面の前記第１領域および前記光導波路の上面にまたがっている光電変換素子の実装領域と、を備えている光伝送基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送モジュールおよび光伝送基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理能力の向上を目的として、電子デバイス間の信号伝送を光で行なうことが検討されている。そのため、電子デバイスの電気信号を光信号に変換して、光信号を伝送する光導波路が形成された光モジュールが開発されている。
【０００３】
このような光モジュールとして、例えば特許文献１には、基板と、基板上に形成された光導波路と、一部が光導波路の上面に配されており、その他の一部がハンダバンプによって基板に接続されている面型光素子とを有している光モジュールが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１５３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光モジュールの構造では、基板の単なる上面に光導波路を配置している。そのため、光素子の一部を光導波路の上面に配置しつつ、その他の一部をハンダバンプによって基板に接続するときに、ハンダバンプの高さが光導波路の厚さ以上になることが必要である。この場合、光素子の実装時のハンダバンプの量が多くなり、例えば、複数回に分けてハンダバンプを設けることが必要になる。その結果、光素子が所定の位置からずれやすくなるため、光信号の損失が大きくなるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、光信号の損失を低減する光伝送モジュールおよび、この光伝送モジュールに使用される光伝送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】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る光伝送モジュールは、第１領域および前記第１領域よりも下方に位置した第２領域を含んだ上面を有している配線基板と、前記配線基板の前記第２領域に配された光導波路と、前記配線基板の前記上面の前記第１領域に配された少なくとも１つの接合部材と、前記接合部材を介して、前記配線基板および前記光導波路の上面に実装された光電変換素子と、備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る光伝送モジュールおよび光伝送基板によれば、光信号の損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る光伝送モジュールの上面図である。
【図２】図１で示した光伝送モジュールを図１のＡＡ´線で切断したときの断面図である。
【図３】図１に示した実施形態の変形例に係る光伝送モジュールの上面図である。
【図４】図３で示した光伝送モジュールを図３のＢＢ´線で切断したときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の一実施形態に係る光伝送モジュールについて、図１、２を参照しつつ説明する。また、光伝送モジュールは、いずれの方向が上方とされてもよいが、本明細書では、便宜的に、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義し、Ｚ軸方向の正側を上方として上面等の言葉を用いる。
【００１１】
光伝送モジュール１は、例えば、電気機器からの電気信号を光信号に変換し、外部機器と光信号で通信することができる。光伝送モジュール１は、例えば、光トランシーバー、サーバーまたはルータ等の製品に搭載される。光伝送モジュール１は、光電変換素子２と、光電変換素子２が実装される光伝送基板３とを備えている。
【００１２】
光電変換素子２は、電気信号を光信号に変換したり、光信号を電気信号に変換したりする機能を有する。光電変換素子２は、複数の接合部材４を介して光伝送基板３に実装される。具体的には、光電変換素子２は、光伝送基板３の上面にフリップチップ実装される。
【００１３】
光電変換素子２は、種々の発光素子または受光素子を適用することができる。発光素子としては、例えば、垂直共振器面発光レーザー（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）等を使用することができる。また、受光素子としては、例えば、フォトダイオード（PD：Photo Diode）等を使用することができる。
【００１４】
接合部材４は、光電変換素子２と光伝送基板３とを導通させるとともに、光電変換素子２を光伝送基板３上に固定するものである。接合部材４は、例えば、金、銀、銅またははんだ等の金属材料で形成される。また、接合部材４は、例えば、球状または柱状の形状を有している。なお、接合部材４が球状である場合には、接合部材４は、例えば、はんだボール等である。また、接合部材４が柱状である場合には、接合部材４は、例えば、金から成るスタッドバンプ等である。接合部材４の厚みは、例えば、２０μｍ以上１００μｍ以下に設定される。
【００１５】
光伝送基板３は、光を伝送する機能を有する。光伝送基板３は、上面に配された複数の接続パッド５を有しており、複数の接続パッド５上のそれぞれには接合部材４が配置される。接続パッド５の材料は、例えば、金、銀、銅等の金属材料である。接続パッド５の厚みは、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下に設定される。
【００１６】
光伝送基板３は、配線基板６と、配線基板６の上面６１（以下、第１上面６１という）に配された光導波路７とを有している。配線基板６と光電変換素子２は、電気的に接続している。光電変換素子２と光導波路７は、光学的に接続している。光電変換素子２は、光導波路７を介して光信号を伝送するため、光導波路７と対向する位置に受光面または発光面、もしくはその両方を有している。
【００１７】
配線基板６は、光電変換素子２および光導波路７を支える機能を有する。配線基板６は、例えば複数の絶縁層（図示せず）と複数の金属層（図示せず）を交互に積層し、１層の絶縁層を貫通して設けられたビア導体（図示せず）を介して、上下方向に隣り合う金属層同士を導通させることで形成される。なお、金属層は、配線基板６の配線として機能する。配線基板６は、従来周知の方法によって作製することができる。
【００１８】
配線基板６は、複数の絶縁層および複数の金属層を有している場合に限られない。配線基板６は、例えば、１層の絶縁層と、１層の絶縁層の上下面に配された金属層とを有するものでもよい。また、配線基板６は、例えば、複数の絶縁層からなる積層体と、積層体の上下面に配された金属層とを有するものでもよい。また、配線基板６は、例えば、絶縁層
と、複数の絶縁層からなる積層体とを混合して積層したものでもよい。
【００１９】
配線基板６の絶縁層は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂材料、あるいはシリカ、アルミナまたはジルコニア等のセラミックス材料で形成される。また、配線基板６の金属層、ビア導体は、例えば、銅またはアルミニウム等の金属材料で形成される。
【００２０】
配線基板６は、前記の通り、第１上面６１を有している。第１上面６１は、第１領域６Ａと第２領域６Ｂを有している。第１領域６Ａは、光電変換素子２の一部が実装されている領域である。配線基板６と光電変換素子２とを電気的に接続するため、第１領域６Ａには少なくとも１つの接続パッド５（以下、第１接続パッド５Ａという）が配されている。言い換えれば、配線基板６は、第１領域６Ａに配された、少なくとも１つの第１接続パッド５Ａを有している。光電変換素子２は、第１接続パッド５Ａに接続した接合部材４（以下、第１接合部材４Ａという）によって、配線基板６に固定されている。第２領域６Ｂは、光導波路７が配置される領域である。
【００２１】
光導波路７は、光信号を伝送する機能を有する。光導波路７は、層状のクラッド部８と、クラッド部８の内部に位置した、少なくとも１つのコア部９とを有している。コア部９の屈折率は、クラッド部８の屈折率よりも大きく設定されているため、コア部９内に進入した光は、コア部９とクラッド部８との界面において反射を繰り返しつつ、コア部９内を進むことになる。その結果、光導波路７は、光信号を伝送することができる。
【００２２】
コア部９は、例えば、エポキシ樹脂等を使用することができる。クラッド部８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等で形成される。なお、コア部９の屈折率は、例えば、１．５以上１．６以下に設定される。またクラッド部８の屈折率は、例えば、１．４５以上１．５５以下に設定される。コア部９の屈折率は、クラッド部８の屈折率に対して、例えば、０．１％以上０．５％以下の範囲で大きく設定される。
【００２３】
光導波路７のクラッド部８は、第１クラッド部１０と、第２クラッド部１１とを有している。第１クラッド部１０は、層状に形成されており、配線基板６の第１上面６１の第２領域６Ｂに積層されている。コア部９は、帯状に形成されており、第１クラッド部１０の上面に配されている。第２クラッド部１１は、コア部９の上面および側面を覆うように配されている。
【００２４】
光導波路７の厚みは、例えば、５０μｍ以上１１０μｍ以下に設定される。
【００２５】
なお、光導波路７は、第１クラッド部１０、コア部９または第２クラッド部１１に成る樹脂フィルムを準備し、加熱、露光および現像を適宜行なうことによって、形成することができる。
【００２６】
光導波路７は、光導波路７の端部に、光電変換素子２からの光信号をコア部９内に誘導する傾斜面１２をさらに有している。具体的には、光導波路７は、コア部９の上面に開口して、コア部９の幅方向に伸びる溝１２ａをさらに有している。そして、溝１２ａの内面が、傾斜面１２になる。
【００２７】
光導波路７は、傾斜面１２を有することによって、光電変換素子２と光学的に接続している。すなわち、光導波路７は、傾斜面１２によって例えば光電変換素子２から下方に向かって出射された光を平面方向（ＸＹ平面方向）に反射して、コア部９内に光を誘導することができる。また、光導波路７は、コア部９内を伝送してきた光を上方に反射して、光電変換素子２内に光を誘導することができる。傾斜面１２（溝１２ａ）は、光導波路７の
一部を、ダイシング、レーザー加工等を使用して切り欠くことによって形成することができる。
【００２８】
光導波路７の上面７１（以下、第２上面７１という）には、光電変換素子２の一部が実装されている。すなわち、光電変換素子２は、第１上面６１の第１領域６Ａおよび第２上面７１にわたって実装されている。また、言い換えれば、光伝送基板３は、第１上面６１の第１領域５１および第２上面７１にまたがっている光変換素子の実装領域を備えている。
【００２９】
なお、本明細書において、実装領域とは、光伝送基板３の上面における光電変換素子２の直下の領域である。すなわち、光伝送モジュール１を上面視したときに、光電変換素子２によって覆われた領域を指す。
【００３０】
ここで、配線基板６の第１上面６１の第２領域６Ｂは、第１領域６Ａよりも下方に位置している。言い換えれば、配線基板６の上面６１は段差部６Ｃを有しおり、配線基板６の下面および第１領域６Ａの距離（厚み）は、配線基板６の下面および第２領域６Ｂの距離（厚み）よりも大きくなっている。
【００３１】
その結果、光電変換素子２を光導波路７の第２上面７１に配置した状態で、光電変換素子２と配線基板６との距離を小さくすることができ、光電変換素子２と配線基板６とを接続する接合部材４の量を少なくすることができる。したがって、光電変換素子２の位置合わせの精度を向上させやすくなることから、光の信号損失を低減させることができる。
【００３２】
なお、フォトリソグラフィー技術を用いて、配線基板６の第１上面６１を現像露光することによって、配線基板６の第１上面６１に段差部６Ｃを設けることができる。その結果、第１領域６Ａと第２領域６Ｂを形成することができる。
【００３３】
光導波路７の第２上面７１には、少なくとも１つの接続パッド５（以下、第２接続パッド５Ｂという）が配されていてもよい。そして、光電変換素子２は、第２接続パッド５Ｂに接続した接合部材４（以下、第２接合部材４Ｂという）によって、光導波路７に固定されていてもよい。その結果、例えば、光電変換素子２と光導波路７との間にアンダーフィルが配されている場合には、接合部材４がくさびのような役割をして、アンダーフィルの熱膨張を低減させることができる。また、光電変換素子２を樹脂材料等で光導波路７の上面に固定されている場合と比較して、金属材料（接合部材４）があるため、光伝送基板３の放熱性を向上させることができる。
【００３４】
複数の接合部材４において、第１接合部材４Ａと、第２接合部材４Ｂとの大きさは、異なっていてもよい。その結果、配線基板６の第１上面６１と光導波路７の第２上面７１とが同じ高さでなくても、光電変換素子２を実装することができる。
【００３５】
光導波路７の端面７２と、配線基板６の段差部６Ｃにおける端面７２に対向した第１内側面６２との間には、隙間があってもよい。その結果、光導波路７の熱膨張による伸びを許容することができる。なお、端面７２とは、光導波路７の外側面のうち、コア部９の長手方向に直交する方向に沿った面を指す。
【００３６】
光導波路７の第２上面７１の高さは、配線基板６の第１上面６１の第１領域６Ａと同じか、第１領域６Ａよりも下方に位置していてもよい。言い換えれば、光導波路７の厚さが、第１上面６１の段差以下であってもよい。その結果、光導波路７と光電変換素子２との隙間が大きくなって、放熱性を向上させることができる。
【００３７】
なお、第１上面６１の段差は、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。
【００３８】
第１上面６１の第２領域６Ｂの表面粗さは、第１上面６１の第１領域６Ａの表面粗さよりも、大きくてもよい。その結果、光導波路７との摩擦が大きくなり、固定しやすくすることができる。その結果、光伝送基板３の放熱性を向上させることができる。なお、例えば、洗浄処理することによって、第２領域６Ｂの表面粗さを第１領域６Ａの表面粗さよりも大きくすることができる。なお、第２領域６Ｂの表面粗さは、例えば、第１領域６Ａの粗さの１．２倍以上３倍以下である。第２領域６Ｂの表面粗さは、例えば０．１μｍ以上２μｍ以下である。
【００３９】
配線基板６の第１上面６１の表面粗さは、光導波路７の第２上面７１の表面粗さよりも、大きくてもよい。その結果、光電変換素子２と配線基板６との接続をより強固にすることができ、配線基板６と光電変換素子２との電気的な接続の信頼性を向上させることができる。なお、例えば、洗浄処理することによって、第１上面６１の表面粗さを第２上面７１の表面粗さよりも大きくすることができる。なお、第１上面６１の表面粗さは、例えば、第２上面７１の粗さの１．２倍以上３倍以下である。第１上面６１の表面粗さは、例えば０．１μｍ以上２μｍ以下である。
【００４０】
光伝送モジュール１を上面透視したときに、光電変換素子２と第１領域６Ａとの重複面積は、光電変換素子２と第２領域６Ｂとの重複面積よりも小さくてもよい。その結果、接続パッド５が干渉することなく傾斜面１２と光電変換素子２の光入出力面が向かい合うため、光電変換素子２からの光信号を確実に誘導できる。
【００４１】
配線基板６は、凹部６Ｄを有しており、凹部６Ｄの底面が、配線基板６の上面６１の第２領域６Ｂであってもよい。その結果、凹部６Ｄの底面で位置規正されており、光電変換素子２の実装ずれを低減することができる。
【００４２】
光導波路７の側面７３と、配線基板６の内壁面のうち光導波路７の側面７３に対向する第２内側面６３とは隙間があってもよい。その結果、光導波路７の熱膨張による伸びを許容することができる。なお、側面７３とは、光導波路７の外側面のうち、コア部９の長手方向に沿った面を指す。
【００４３】
配線基板６の内側面６２，６３の表面粗さは、配線基板６の凹部６Ｄの底面（第２領域６Ｂ）の表面粗さよりも小さくてもよい。その結果、光導波路７との摩擦が大きくなり、固定しやすくすることができる。その結果、光伝送基板３の放熱性を向上させることができる。なお、例えば、洗浄処理することによって、内側面６２，６３の表面粗さを第２領域６Ｂの表面粗さよりも大きくすることができる。なお、内側面６２，６３の表面粗さは、例えば、第２領域６Ｂの粗さの１．２倍以上３倍以下である。内側面６２，６３の表面粗さは、例えば０．１μｍ以上２μｍ以下である。
【００４４】
光伝送モジュール１を上面透視したときに、コア部９の傾斜面１２は、複数の接続パッド５で囲まれた領域の内側に位置していてもよい。その結果、接続パッド５が干渉することなく傾斜面１２と光電変換素子２の光入出力面が向かい合うため、光電変換素子２からの光信号を確実に誘導できるという効果がある。
【００４５】
光伝送基板３は、配線基板６の第１領域６Ａに配され、光電変換素子２の外側面に沿った壁面を有している凸部１３をさらに有していてもよい。そして、凸部１３の壁面と光電変換素子２の外側面とは接触してもよい。その結果、凸部１３によって光電変換素子２の位置を確定させることができるため、光電変換素子２の位置決め精度を向上させることができる。
【００４６】
凸部１３は、光導波路７と同様の構成部材からなってもよい。その結果、凸部１３および光導波路７を同一の製造プロセスで同時に形成することができ、光導波路７に対する凸部１３の位置決めの精度を向上させることができる。
【００４７】
凸部１３は、光電変換素子２の外側面のうち２つ以上の側面に接触していてもよい。その結果、光電変換素子２が直線状にスライドすることを防止することができ、光電変換素子２の位置決め精度を向上させることができる。
【００４８】
凸部１３は、光電変換素子２の外側面のうち３つ以上の側面に接触していてもよい。その結果、光電変換素子２が回転方向にスライドすることを防止することができ、光電変換素子２の位置決め精度を向上させることができる。
【００４９】
凸部１３は、光電変換素子２の一辺の両端に位置する２つの角に接触していてもよい。その結果、光電変換素子２が直線状にスライドすることを防止することができ、光電変換素子２の位置決め精度を向上させることができる。
【００５０】
凸部１３は、上面を有しており、凸部１３の上面には、光電変換素子２の位置合わせ用のマークが配されていてもよい。凸部１３および光導波路７は、例えば、同一の製造プロセスで同時に形成しているため、相対的な位置精度が高く、凸部１３の上面に位置合わせ用のマークがあるため、光電変換素子２の位置ずれの発生を低減することができる。
【００５１】
光導波路７の第２上面７１には、光電変換素子２の位置合わせ用のマークが配されていてもよい。凸部１３の上面の位置合わせ用のマークと同時に形成しているため、光電変換素子２の位置ずれの発生を低減することができる。
【００５２】
光電変換素子２と光伝送基板３との間には、透光性のアンダーフィルが配されている。その結果、光電変換素子２の光伝送基板３に対する接続強度を向上させることができる。アンダーフィルは、例えば、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂等の樹脂材料で形成される。
【００５３】
アンダーフィル１４の屈折率は、コア部７の屈折率よりも小さくてもよい。その結果、光導波路７の端部において、アンダーフィル１４がクラッド部８の役割を担い、光導波路７の端部においても、良好に光信号を伝送させることができる。なお、アンダーフィル１４の屈折率は、例えば１．４５以上１．５５以下に設定される。
【００５４】
＜変形例１＞
図３、４に、図１、２とは異なる実施形態にかかる光伝送モジュール１の上面図および断面図を示す。
【００５５】
発光素子１は、光導波路７の第２上面７１が、配線基板６の第１上面６１よりも上方に位置しているとともに、光導波路７が配線基板６の第１上面６１に配された延在部７４を有している。そして、複数の接続パッド５が露出するように、延在部７４には窪み部７５が形成されている。その結果、光電変換素子２の位置合わせ精度を向上させることができる。
【００５６】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１      光伝送モジュール
２      光電変換素子
３      光伝送基板
４      接合部材
４Ａ    第１接合部材
４Ｂ    第２接合部材
５      接続パッド
５Ａ    第１接続パッド
５Ｂ    第２接続パッド
６      配線基板
６１    第１上面
６２    第１内側面
６３    第２内側面
６Ａ    第１領域
６Ｂ    第２領域
６Ｃ    段差部
６Ｄ    凹部
７      光導波路
７１    第２上面
７２    端面
７３    側面
７４    延在部
７５    窪み部
８      クラッド部
９      コア部
１０    第１クラッド部
１１    第２クラッド部
１２    傾斜面
１２ａ  溝
１３    凸部
【図１】
2017116694.tif 000003
【図２】
2017116694.tif 000004
【図３】
2017116694.tif 000005
【図４】
2017116694.tif 000006