(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明絶縁基板の両方の表面に少なくとも一対ずつの面型受発光デバイスを受発光面が前記透明絶縁基板に相対するように実装するとともに、一方の表面に実装した前記少なくとも一対の面型受発光デバイス間を前記透明絶縁基板の他方の表面に設けた光導波路を介して光接続し、また、他方の表面に実装した前記少なくとも一対の面型受発光デバイス間を前記透明絶縁基板の一方の表面に設けた光導波路を介して光接続することを特徴とする光回路モジュール。
【請求項２】
上記透明絶縁基板の層厚方向に延在するように電気配線用金属ビアを埋設するとともに、上記光導波路の端面に前記透明絶縁基板に対し順テーパ形状の４５°傾斜ミラーを設けたことを特徴とする請求項１記載の光回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光回路モジュールに関するものであり、特に、情報通信機器等に用いる信号の授受を光によって行うための発光素子及び受光素子を搭載した光回路モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、計算機の光インターコネクションや光交換機をはじめとする光システムにおいて、半導体集積回路装置やマルチチップモジュール等の半導体デバイス間を光導波路で結合し、信号伝達を半導体集積回路装置やマルチチップモジュールに組み込んだ発光デバイス及び受光デバイスによって行うことが提案されている。
【０００３】
例えば、この様な光回路モジュールにおいて、電子デバイスと光デバイスとを、光導波路及び電気配線層を積層させた基板の両面に搭載すること（必要ならば、特開平６−６９４９０号公報参照）、或いは、基板の両面に設けた光導波路を端面に設けた４５度傾斜ミラーによって光結合すること（必要ならば、特開平５−２７３４１９号公報参照）等が提案されている。
【０００４】
ここで、図７を参照して、従来の光回路モジュールの一例を説明する。
図７参照
図７は、従来の光回路モジュールの概念的構成図であり、電気配線用ビア４２を埋設した透明ガラス基板４１上に、ボンディングパッド４５を介して発光デバイス４６及び受光デバイス４７をマウントするとともに、発光デバイス４６及び受光デバイス４７の間を光結合する光導波路４３を設けたものである。
【０００５】
この様な光回路モジュールにおいては、半導体集積回路装置（図示せず）からの出力信号を発光デバイス４６において光信号に変換し、これを信号光４８として光導波路４３に導入し、端面ミラー４４によって反射させて光導波路４３内を導波させるとともに、他端の端面ミラー４４によって再び反射させて受光デバイス４７に入射させ、受光デバイスにおいて再び電気信号に変換して他の半導体集積回路装置（図示せず）に入力することによって信号の授受を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光回路モジュールにおいては、図７に示したように、光導波路４３の端面に形成した４５°傾斜の端面ミラー４４によって光結合を行うのが通常であるが、屈折率の制約から端面ミラー４４を透明ガラス基板４１に対して逆テーパ状に形成する必要があり、加工が極めて難しいという問題がある。
【０００７】
また、ｚ軸方向、即ち、透明ガラス基板４１の層厚方向に光を導波させる際に、自由導波によって実現することが多く、その場合には、ｚ軸方向においてクロストークが大きく、高密度実装の妨げになっている。
【０００８】
また、光導波路による光配線は、一般に同一面内で直交してもクロストークは発生しにくいと言われているが、光導波路断面の大きなマルチモード導波路ではかなりのクロストークが発生するという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明は、光配線を構成する光導波路の形成を容易にするとともに、クロストークを防止することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１は、光回路モジュールの概念的要部断面図である。
図１参照
（１）本発明は、光回路モジュールにおいて、透明絶縁基板１の両方の表面に少なくとも一対ずつの面型受発光デバイス２，３を受発光面が透明絶縁基板１に相対するように実装するとともに、一方の表面に実装した少なくとも一対の面型受発光デバイス２，３間を透明絶縁基板１の他方の表面に設けた光導波路４を介して光接続し、また、他方の表面に実装した少なくとも一対の面型受発光デバイス２，３間を透明絶縁基板１の一方の表面に設けた光導波路４を介して光接続することを特徴とする。
【００１３】
この様に、透明絶縁基板１の表面に少なくとも一対ずつの面型受発光デバイス２，３を実装し、互いに反対側の表面に設けた光導波路４を用いて光結合することによって、多層光配線構造とすることができるので、同一面内での光の交差がなくなり、マルチモード片面実装で懸念されるクロストークを減少することができる。
また、光導波路４の端面に４５°傾斜ミラー５を設ける際に、透明絶縁基板１に対し順テーパ状とすることができるので形成が容易になる。
【００１４】
（２）また、本発明は、上記（１）において、透明絶縁基板１の層厚方向に延在するように電気配線用金属ビア６を埋設するとともに、光導波路４の端面に透明絶縁基板１に対し順テーパ形状の４５°傾斜ミラー５を設けたことを特徴とする。
【００１５】
この様に、透明絶縁基板１の層厚方向に延在するように電気配線用金属ビア６を埋設することによって、透明絶縁基板１内を導波する光のクロストークを電気配線用金属ビア６における反射・吸収によって低減することができ、それによって、高密度の基板内光配線が可能になる。
また、光導波路４の端面に透明絶縁基板１に対し順テーパ形状の４５°傾斜ミラー５を設けることによって信号光７を直角方向に偏向することができるので、簡単な構成により少なくとも一対ずつの面型受発光デバイス２，３を光導波路４によって光接続することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図４を参照して、本発明の前提となる参考例１を説明するが、まず、図２を参照して本発明の前提となる参考例１の光回路モジュールの概念的構成を説明する。
図２参照
図２は本発明の前提となる参考例１の光回路モジュールの概念的構成図であり、例えば、直径が０．２ｍｍのＷ（タングステン）細線からなる電気配線用ビア１２を所定のピッチ、例えば、１ｍｍで埋設した透明ガラス基板１１の一方の表面上に、スパッタリング法によってＴｉ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕを順次堆積させたのちパターニングすることによって所定のデバイス用の電極配線を形成する。
なお、電極配線と電気配線用ビア１２が接続する部分には、ボンディングパッド１５を設けている。
【００１７】
一方、透明ガラス基板１１の他方の表面上に、屈折率が１．５１のフッ素化ポリイミド膜からなる下部クラッド層、屈折率が１．５３のフッ素化ポリイミド膜からなるコア層、及び、屈折率が１．５１のフッ素化ポリイミド膜からなる上部クラッド層からなる光導波路１３を設け、光導波路１３の両端面を４５°傾斜した順テーパ状の端面ミラー１４とする。
【００１８】
この実装基板の一方の表面側に発光デバイス１６及び受光デバイス１７を互いに対をなすように、且つ、発光面及び受光面が透明絶縁基板に相対するようにマウントする。
なお、この場合の発光デバイス１６とは、他の位置にマウントした半導体集積回路装置（図示せず）からの電気出力信号を信号光１８に変換する単体の発光素子でも良いし、或いは、半導体集積回路装置と一体になった半導体光集積回路装置であっても良く、発光素子は半導体レーザでも良いし、或いは、発光ダイオード（ＬＥＤ）であっても良い。
また、受光デバイス１７とは、受光した信号光１８を電気信号に変換し、他の位置にマウントした半導体集積回路装置（図示せず）へ入力する単体の受光素子でも良いし、或いは、半導体集積回路装置と一体になった半導体光集積回路装置であっても良い。
【００１９】
次に、図３及び図４を参照して、端面ミラー１４を有する光導波路１３の製造工程を説明する。
なお、図３（ａ）乃至図４（ｄ）は、信号光の導波方向に沿った概略的な要部断面図であり、また、図４（ｅ）は、図４（ｄ）に対応する平面図である。
図３（ａ）参照
まず、Ｗ細線からなる電気配線用ビア１２を埋設するとともに、一方の表面に所定の電極配線１９を形成した透明ガラス基板１１の他方の表面上に、屈折率が１．５１のフッ素化ポリイミド膜を厚さ１０μｍ塗布して下部クラッド層２０としたのち、引き続いて、屈折率が１．５３のフッ素化ポリイミド膜を厚さ４０μｍ塗布してコア層２０とする。
【００２０】
図３（ｂ）参照
次いで、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を施すことによって、コア層２１を幅４０μｍにして断面形状が４０μｍ角になるようにパターニングしたのち、全面に屈折率が１．５１のフッ素化ポリイミド膜を厚さ１０μｍ塗布して上部クラッド層２２とする。
【００２１】
図３（ｃ）参照
次いで、エキシマレーザを用いて、ビームの断面形状を三角形に整形したレーザ光２３を正方形パターンの両端面に照射して定速スキャンニングする。
【００２２】
図４（ｄ）及び図４（ｅ）参照
レーザ光２３を定速スキャンニングすることによって、上部クラッド層２２及びコア層２０をエッチングして、４５°傾斜した順テーパ状の端面ミラー１４を形成する。
即ち、レーザ光２３のビームの断面形状が三角形であるので、三角形の頂点に相当する部分の光エネルギーは小さいのでエッチングレートは最低になり、一方、三角形の底辺に相当する部分の光エネルギーは大きいのでエッチングレートは最大になる。
したがって、光エネルギーが照射位置によってリニアーに変化するので、４５°傾斜した順テーパ状の端面ミラー１４が形成されることになる。
なお、下部クラッド層２０の一部もエッチングされてもかまわないものである。
【００２３】
再び、図２参照
この様な本発明の前提となる参考例１の光回路モジュールにおいて、発光デバイス１６から出力された、例えば、波長が８５０ｎｍのレーザ光からなる信号光１８は、透明ガラス基板１１の厚さ方向に放出され、透明ガラス基板１１を介して光導波路１３へ入射され、端面ミラー１４で反射されて光導波路１３内を導波し、他方の端面ミラー１４において再び反射されることによって、透明ガラス基板１１を介して受光デバイス１５へ入射されることになる。
【００２４】
この光回路モジュールにおける導波損失を測定したところ、透明ガラス基板１１で１ｄＢ／１回、端面ミラー１４で１ｄＢ／１回、光導波路１３内で１ｄＢ／５ｃｍの挿入損失となり、電気配線用ビア１２を跨いで１ｍｍピッチで隣接する光導波路１３でのクロストークは−４０ｄＢ以下となり、電気配線用ビア１２を設けなかった場合の−２０ｄＢと比較して大幅な改善が見られた。
【００２５】
これは、透明ガラス基板１１に所定ピッチで電気配線用ビア１２を埋設しているので、透明ガラス基板１１内を厚さ方向に自由導波する信号光１８の内、散乱・拡散する成分は、電気配線用ビア１２によって反射・吸収されてクロストークが低減することになる。
【００２６】
また、本発明の前提となる参考例１においては、光導波路１３を透明ガラス基板１１の発光デバイス１６等を実装する側と反対側の表面に設けているので、端面ミラー１４を順テーパ状に形成することができ、三角形に整形したレーザ光２３を定速スキャンニングするだけであるので製造工程が非常に簡単になる。
【００２７】
次に、図５を参照して、本発明の前提となる参考例２の光回路モジュールにおける光導波路の製造工程を説明する。
なお、各図は、信号光の導波方向に沿った概略的な要部断面図である。
図５（ａ）参照
まず、Ｗ細線からなる電気配線用ビア１２を埋設するとともに、一方の表面に所定の電極配線１９を形成した透明ガラス基板１１の他方の表面上に、屈折率が１．５１のフッ素化ポリイミド膜を厚さ１０μｍ塗布して下部クラッド層２０としたのち、引き続いて、屈折率が１．５３のフッ素化ポリイミド膜を厚さ４０μｍ塗布してコア層２０とする。
【００２８】
図５（ｂ）参照
次いで、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を施すことによって、コア層２１及び下部クラッド層２０を幅４０μｍにパターニングしたのち、全面に屈折率が１．５１のフッ素化ポリイミド膜を厚さ１０μｍ塗布して上部クラッド層２２とし、次いで、エキシマレーザを用いて、ビームの断面形状を三角形に整形したレーザ光２３を正方形パターンの両端面に照射して定速スキャンニングする。
【００２９】
図５（ｃ）参照
レーザ光２３を定速スキャンニングすることによって、上部クラッド層２２乃至下部クラッド層２０をエッチングして、４５°傾斜した順テーパ状の端面ミラー１４が形成されることになる。
なお、下部クラッド層２０は必ずしもエッチングする必要はない。
【００３０】
この参考例２においては、パターニング工程において下部クラッド層２０まで除去しているので、パターニング工程の終了点を制御に精度を要することがないので製造工程が簡素化されるが、レーザ光２３を照射して端面ミラー１４を形成することにおいて、透明ガラス基板１１の表面がダメージを受ける危険がある。
なお、その他の光学特性等は、上記の参考例１と同様である。
【００３１】
次に、図６を参照して、両面実装に関する本発明の第１の実施の形態の光回路モジュールを説明する。
図６参照
図６は、本発明の第１の実施の形態の光回路モジュールの概念的構成図であり、両面に電極配線を形成するとともに、両面に互いの光導波方向が略直交する様に光導波路を形成し、透明ガラス基板の両面にそれぞれ少なくとも一対ずつ（図においては、一対ずつ）の発光デバイス及び受光デバイスを設けたものであり、その製造工程は上記の参考例１又は参考例２と基本的に同様である。
【００３２】
即ち、上記の参考例１又は参考例２と同様に、Ｗ細線からなる電気配線用ビア（図示せず）を埋設するとともに、一方の表面に所定の電極配線（図示せず）を形成した透明ガラス基板からなる両面実装基板３１の基板表面３２に表面光導波路３４を設けるとともに、基板裏面３３に表面光導波路３４と略直交するように裏面光導波路３５を形成する。
マウントしたものである。
【００３３】
次いで、基板表面３２の裏面光導波路３５の両方の端面ミラー（図示せず）に対向する位置に表面実装発光デバイス３６と表面実装受光デバイス３７とが対になるようにマウントするとともに、基板裏面３３の表面光導波路３４の両方の端面ミラー（図示せず）に対向する位置に裏面実装発光デバイス３８と裏面実装受光デバイス３９とが対になるようにマウントしたものである。
【００３４】
この本発明の第１の実施の形態においては、両面実装基板３１の厚さ方向をｚ軸方向とした場合、ｘ軸方向光配線とｙ軸方向光配線とを、両面実装基板３１の互いに反対側の表面に設けているので、ｘ軸方向光配線とｙ軸方向光配線との間でクロストークが発生することが全くなくなる。
その他の光学特性は上記の参考例１又は参考例２と同様である。
【００３５】
以上、本発明の第１の実施の形態を説明してきたが、本発明は第１の実施の形態に記載した構成及び条件に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、光導波路の形成工程は、上記の参考例１又は参考例２に記載した方法に限られるものではなく、例えば、下部クラッド層乃至上部クラッド層を形成したのち、下部クラッド層までパターニングし、次いで、三角形状のレーザ光を照射して端面ミラーを形成しても良いものであり、塗布工程が連続した一度の工程になるので、製造工程を簡素化することができる。
但し、コア層の側面が上部クラッド層に覆われないことになる。
【００３６】
また、上記の第１の実施の形態においては、光導波路をフッ素化ポリイミド膜で構成しているが、他の樹脂膜によって形成しても良いものであり、さらには、シリカ系等の無機材料を用いた光導波路でも良い。
但し、シリカ系等の無機材料を用いる場合には、レーザ光による加工が困難であるので、Ａｒイオン等を４５°斜め方向から照射することによって端面ミラーを形成することになり、その際の透明ガラス基板のダメージを防止するために、光導波路の周囲を所定パターンのレジストで覆う必要がある。
【００３７】
また、上記の第１の実施の形態においては、実装基板として、研磨により平坦な表面が得られる透明ガラス基板を用いているが、必ずしも、ガラス基板である必要はなく、透明絶縁性樹脂基板を用いても良いものである。
【００３８】
また、上記の第１の実施の形態においては、同一表面に形成する光導波路を同じ方向に整列させて形成しているが、必ずしも同じ方向である必要はなく、同一表面においてクロスオーバーが生じなければ、製造工程においてもクロストーク特性においても問題はない。
【００３９】
また、上記の第１の実施の形態においては、実装基板に埋設する電気配線用金属ビアとしてＷ細線を用いているが、必ずしもＷ細線に限られるものではなく、Ｃｕ（銅）細線やＰｔ（プラチナ）細線等の他の良導電体からなる細線を用いても良いものである。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、受発光デバイス間を光接続する光導波路を透明実装基板の受発光デバイスを実装した面と反対の表面に設けているので、光導波路に設ける端面ミラーを簡単な工程により形成することが可能になり、また、透明実装基板に光を反射・吸収する電気配線用金属ビアを所定ピッチで埋設しているので、透明実装基板内での自由導波に伴うクロストークを大幅に低減することができ、それによって、光回路モジュールの実用化、高性能化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】  本発明の前提となる参考例１の光回路モジュールの概念的構成図である。
【図３】  本発明の前提となる参考例１の光回路モジュールにおける光導波路の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】  本発明の前提となる参考例１の光回路モジュールにおける光導波路の図３以降の製造工程の説明図である。
【図５】  本発明の前提となる参考例２の光回路モジュールにおける光導波路の製造工程の説明図である。
【図６】  本発明の第１の実施の形態の光回路モジュールの概念的構成図である。
【図７】  従来の光回路モジュールの概念的構成図である。
【符号の説明】
１  透明絶縁基板
２  面型受発光デバイス
３  面型受発光デバイス
４  光導波路
５  ４５°傾斜ミラー
６  電気配線用金属ビア
７  信号光
１１  透明ガラス基板
１２  電気配線用ビア
１３  光導波路
１４  端面ミラー
１５  ボンディングパッド
１６  発光デバイス
１７  受光デバイス
１８  信号光
１９  電極配線
２０  下部クラッド層
２１  コア層
２２  上部クラッド層
２３  レーザ光
３１  両面実装基板
３２  基板表面
３３  基板裏面
３４  表面光導波路
３５  裏面光導波路
３６  表面実装発光デバイス
３７  表面実装受光デバイス
３８  裏面実装発光デバイス
３９  裏面実装受光デバイス
４１  透明ガラス基板
４２  電気配線用ビア
４３  光導波路
４４  端面ミラー
４５  ボンディングパッド
４６  発光デバイス
４７  受光デバイス
４８  信号光
【図１】
0004211018.tif 000002
【図２】
0004211018.tif 000003
【図３】
0004211018.tif 000004
【図４】
0004211018.tif 000005
【図５】
0004211018.tif 000006
【図６】
0004211018.tif 000007
【図７】
0004211018.tif 000008