(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査用開口を有する基板と、
コアの周囲にクラッドが形成されて前記基板の一方の面側に設けられ、前記基板の前記検査用開口に露出し、かつ、前記検査用開口側に湾曲した部分を有する光導波路と、
前記光導波路の湾曲した前記部分に前記コアが前記クラッドから露出するように形成されたコア露出面とを備えた光電子回路基板。
【請求項２】
光信号を第１の面側から第２の面側に通過させる発光側開口、前記光信号を前記第２の面側から前記第１の面側へ通過させる受光側開口、および前記発光側開口と前記受光側開口との間に位置する検査用開口が形成された基板と、
前記基板の前記第１の面側に実装され、前記発光側開口に対向する位置に設けられて前記光信号を発光する発光素子、及び前記受光側開口に対向する位置に設けられて前記光信号を受光する受光素子と、
コアの周囲にクラッドが形成されて前記基板の前記第２の面側に設けられ、前記発光側開口を前記第１の面側から前記第２の面側に通過する前記光信号の光路を変換する第１の光路変換面、前記第１の光路変換面により変換された前記光信号が前記受光側開口を前記第２の面側から前記第１の面側に通過するように前記光信号の光路を変換する第２の光路変換面、および前記基板の前記検査用開口に露出し、かつ、前記検査用開口側に湾曲した部分を有する光導波路と、
前記光導波路の湾曲した前記部分に前記コアが前記クラッドから露出するように形成されたコア露出面とを備えた光電子回路基板。
【請求項３】
さらに、前記コアの屈折率よりも小さい屈折率を有し、前記光導波路の前記コア露出面を覆う封止樹脂を備えた請求項１又は２に記載の光電子回路基板。
【請求項４】
さらに、前記基板に前記光導波路を介して配置された他の基板を備えた請求項１又は２に記載の光電子回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を情報の伝送媒体として利用した光通信技術が広く普及してきている。このような光通信技術においては、情報を示す信号により光を変調した光信号を伝送するため、従来、基板上に光導波路を配置した光集積回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この光集積回路は、実装基板と、実装基板上の一方の側に配置された４つの面発光半導体レーザ素子と、実装基板上の他方の側に配置された４つのフォトダイオードと、面発光半導体レーザ素子およびフォトダイオード上に配置され、面発光半導体レーザ素子およびフォトダイオードに対向する位置に４５度の角度で傾斜した反射面を有する光導波路とを備えて構成されている。光導波路は、４本のコアを、コアの屈折率よりも小さい屈折率のクラッドで覆った構造を有し、上面にシリコン基板が形成されている。
【０００４】
４つの面発光半導体レーザ素子から出射された光信号は、光導波路の一方の反射面で反射した後、対応するコア内を全反射しつつ伝搬し、光導波路の他方の反射面で反射して４つのフォトダイオードにそれぞれ入射する。
【特許文献１】特開２００４−３０２４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、不具合箇所の特定が容易な光電子回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため、以下の光電子回路基板を提供する。
【０００７】
［１］検査用開口を有する基板と、コアの周囲にクラッドが形成されて前記基板の一方の面側に設けられ、前記基板の前記検査用開口に露出し、かつ、前記検査用開口側に湾曲した部分を有する光導波路と、前記光導波路の湾曲した前記部分に前記コアが前記クラッドから露出するように形成されたコア露出面とを備えた光電子回路基板。
【０００８】
［２］光信号を第１の面側から第２の面側に通過させる発光側開口、前記光信号を前記第２の面側から前記第１の面側へ通過させる受光側開口、および前記発光側開口と前記受光側開口との間に位置する検査用開口が形成された基板と、前記基板の前記第１の面側に実装され、前記発光側開口に対向する位置に設けられて前記光信号を発光する発光素子、及び前記受光側開口に対向する位置に設けられて前記光信号を受光する受光素子と、コアの周囲にクラッドが形成されて前記基板の前記第２の面側に設けられ、前記発光側開口を前記第１の面側から前記第２の面側に通過する前記光信号の光路を変換する第１の光路変換面、前記第１の光路変換面により変換された前記光信号が前記受光側開口を前記第２の面側から前記第１の面側に通過するように前記光信号の光路を変換する第２の光路変換面、および前記基板の前記検査用開口に露出し、かつ、前記検査用開口側に湾曲した部分を有する光導波路と、前記光導波路の湾曲した前記部分に前記コアが前記クラッドから露出するように形成されたコア露出面とを備えた光電子回路基板。
【０００９】
［３］さらに、前記コアの屈折率よりも小さい屈折率を有し、前記光導波路の前記コア露出面を覆う封止樹脂を備えた前記［１］又は［２］に記載の光電子回路基板。
【００１０】
［４］さらに、前記基板に前記光導波路を介して配置された他の基板を備えた前記［１］又は［２］に記載の光電子回路基板。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る光電子回路基板によると、不具合箇所の特定が容易となる。
【００１２】
請求項２に係る光電子回路基板によると、発光素子および受光素子を実装したままの状態で、不具合箇所が発光素子か、受光素子か、または光導波路かの特定が容易となる。
【００１３】
請求項３に係る光電子回路基板によると、コア露出面からの光信号の漏れが少なくなり、伝送損失を減らすことができる。
【００１４】
請求項４の光電子回路基板によると、基板に実装される電子部品等の実装密度を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光電子回路基板の概略の構成を示し、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ―Ａ線断面図である。
【００１６】
この光電子回路基板１は、光回路と電子回路を融合させたものであり、プリント基板１００に光導波路１３（図１（ｂ）参照）を埋め込んで構成されている。
【００１７】
プリント基板１００は、光導波路１３を介して配置された第１および第２の基板１０，１１から構成され、第１の基板１０の上面（第１の面）に第１および第２の光モジュール１２Ａ，１２Ｂが実装され、これらの光モジュール１２Ａ，１２Ｂは、光導波路１３に光学的に接続されている。なお、プリント基板１００における配線を有する基板数（層数）は、２つに限られず、３つ以上でもよい。
【００１８】
第１の光モジュール１２Ａは、複数の発光素子１２０ａが一例に配列された発光素子アレイ１２０と、発光素子１２０ａを駆動する駆動回路等を有する。第２の光モジュール１２Ｂは、複数の受光素子１２１ａが一列に配列された発光素子アレイ１２１と、受光素子１２１ａからの出力信号を増幅する増幅回路等を有する。第１及び第２の光モジュール１２Ａ、１２Ｂは、それぞれパッケージ化されており、それらの詳細な構成は後述する。
【００１９】
（第１の基板）
第１の基板１０は、例えば、厚みが０．５ｍｍのガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料から形成された基材と、この基材の上面に形成され、各種の電子部品や電源回路部品等が電気的に接続される導電性パターンとを有する。
【００２０】
また、第１の基板１０は、図１（ａ）に示すように、光導波路に対して検査光を入出力するための貫通孔による検査用開口１４を有する。この検査用開口１４は、検査終了後は、クラッド材充填部１５で埋められる。検査用開口１４の開口径は、光導波路１３の後述する湾曲部が露出できるサイズ、例えば、５×５ｍｍを有する。
【００２１】
クラッド充填部１５は、光導波路１３のクラッド１３２と同様の屈折率を有する樹脂からなる。
【００２２】
（第２の基板）
第２の基板１１は、例えば、厚みが１ｍｍのガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料から形成された基材と、この基材の下面に形成され、各種の電子部品や電源回路部品等が電気的に接続される導電性パターンとを有し、基材の上面の検査用開口１４に対向する位置に合成樹脂等からなる突部１７を有する。突部１７は、断面台形を有するが、半円形等の他の形状でもよい。
【００２３】
（光導波路）
光導波路１３は、図１（ｂ）に示すように、例えば、全体の厚みが０．２ｍｍであり、５０×５０μｍの断面矩形状を有する４本のコア１３１と、これらのコア１３１の周囲に形成されてコア１３１より屈折率が小さいクラッド１３２とで構成される。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光電子回路基板の概略を示し、図２（ａ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ部詳細図である。
【００２５】
（第１の光モジュール）
第１の光モジュール１２Ａは、中継基板１２９と、中継基板１２９の下面に実装された上述の発光素子アレイ１２０と、中継基板１２９の上面に実装された制御部１２７Ａとを備える。
【００２６】
中継基板１２９は、絶縁性材料からなる基材を有し、基材にパッド１２３および端子１２４が形成されている。端子１２４は、ＢＧＡ（Ball Grid Array）等の半田ボール（導電性ボール）１２５によって第１の基板１０の端子１１０に電気的に接続される。
【００２７】
制御部１２７Ａは、４つの発光素子１２０ａを駆動する駆動回路を内蔵し、接着剤によって中継基板１２９に接合され、ワイヤ１２６によって端子１２４に接続され、全体がエポキシ樹脂等の封止樹脂１２８により封止されている。
【００２８】
発光素子アレイ１２０と光導波路１３との間は、クラッド１３２と同様の屈折率を有する光学樹脂１６で封止されている。
【００２９】
発光素子アレイ１２０の発光素子１２０ａは、光信号を出力する光出力面（光学面）と反対側に実装面を有する面型発光素子を用いる。面型発光素子として、例えば、面型発光ダイオードや面発光レーザ等を用いることができるが、本実施の形態では、面発光レーザを用いる。この面発光レーザを用いた面発光レーザアレイは、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型下部反射鏡層、活性層、電流狭窄層、ｐ型上部反射鏡層、ｐ型コンタクト層、ｐ側電極を形成し、ｎ型ＧａＡｓ基板の裏面にｎ側電極を形成したものであり、活性層、電流狭窄層、ｐ型上部反射鏡層、ｐ型コンタクト層、およびｐ側電極は、発光素子１２０ａ毎に形成され、中継基板１２９のパッド１２３にワイヤ１２２によって電気的に接続されている。
【００３０】
（第２の光モジュール）
第２の光モジュール１２Ｂは、第１の光モジュール１２Ａと同様の中継基板１２９と、中継基板１２９の下面に実装された上述の受光素子アレイ１２１と、中継基板１２９の上面に実装された制御部１２７Ｂとを備える。
【００３１】
制御部１２７Ｂは、４つの受光素子１２１ａが出力する電気信号を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力信号を画像信号等に変換する信号処理回路とを内蔵し、接着剤によって中継基板１２９に接合され、ワイヤ１２６によって端子１２４に接続され、全体がエポキシ樹脂等の封止樹脂１２８により封止されている。
【００３２】
受光素子アレイ１２１の受光素子１２１ａは、光信号を入力する光入力面（光学面）と反対側に実装面を有する面型受光素子を用いる。面型受光素子として、例えば、面型のフォトダイオード等を用いることができる。本実施の形態では、高速応答性に優れたＧａＡｓ系のＰＩＮフォトダイオードを用いる。このＰＩＮフォトダイオードを用いた受光素子アレイ１２１は、例えば、ＧａＡｓ基板上に、ＰＩＮ接合されたＰ層、Ｉ層およびＮ層と、Ｐ層に接続されたｐ側電極と、Ｎ層に形成されたｎ側電極とを備え、Ｐ層、Ｉ層、Ｎ層、ｐ側電極およびｎ側電極は、受光素子１２１ａ毎に形成され、中継基板１２９のパッド１２３にワイヤ１２２によって電気的に接続されている。
【００３３】
受光素子アレイ１２１と光導波路１３との間は、クラッド１３２と同様の屈折率を有する光学樹脂１６で封止されている。
【００３４】
（第１の基板）
第１の基板１０は、４つの発光素子１２０ａにそれぞれ対向した位置に４つの発光側開口１０ａが形成され、４つの受光素子１２１ａにそれぞれ対向した位置に４つの受光側開口１０ｂが形成されている。なお、４つの発光側開口１０ａと４つの受光側開口１０ｂは、それぞれ共通する１つの開口であっても良い。
【００３５】
（光導波路）
光導波路１３は、突部１７に沿って検査用開口１４側に露出し、かつ、検査用開口１４側に湾曲した湾曲部１３ａを有し、この湾曲部１３ａにコア１３１がクラッド１３２から露出するようにコア露出面１３４が形成されている。
【００３６】
（光電子回路基板の製造方法および検査方法）
次に、光電子回路基板の製造方法および検査方法の一例について説明する。光電子回路基板の検査は、光電子回路基板の製造の過程で行われる。
【００３７】
（１）光導波路の作製
まず、光導波路１３の作製例について説明する。光導波路１３は、例えば、一般によく用いられるフォトリソグラフィ法やＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を利用した方法で作製可能である。特に、本出願人が既に提案した特開２００４−２９５０７号公報等に記載されている鋳型を用いた作製工程により効率的に製造することができる。以下に、その作製工程を説明する。
【００３８】
まず、４本のコア１３１に対応する凸部が形成された原盤を、例えば、フォトリソグラフィ法を用いて作製する。次に、原盤の凸部が形成された面に、例えば、５００〜７０００ｍＰａ・ｓ程度の粘度で、紫外領域や可視領域において光透過性を有する硬化性樹脂、例えば、分子中にメチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含む硬化性オルガノポリシロキサンの層を塗布等により設け、その後、硬化させて硬化層を構成する。次に、硬化層を原盤から剥離し、凸部に対応する凹部を有した鋳型を作製する。
【００３９】
次に、鋳型に、この鋳型との密着性に優れる樹脂、例えば、脂環式アクリル樹脂フィルム、脂環式オレフィン樹脂フィルム、三酢酸セルロースフィルム、フッ素樹脂フィルム等からなるクラッド用フィルム基材を密着させる。次に、鋳型の凹部に、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物、エポキシ系、ポリイミド系、アクリル系の紫外線硬化性樹脂等からなる硬化性樹脂を充填する。次に、凹部内の硬化性樹脂を硬化させてコア１３１とした後、鋳型を剥離する。これにより、クラッド用フィルム基材上に４本のコア１３１が残される。
【００４０】
次に、クラッド用フィルム基材のコア１３１が形成された面側にコア１３１を覆うようにクラッド１３２を設ける。クラッド１３２として、例えば、フィルム、クラッド用硬化性樹脂を塗布して硬化させた層、高分子材料の溶剤溶液を塗布し乾燥してなる高分子膜等が挙げられる。
【００４１】
最後に、光導波路のコア１３１が露出する面をダイサーによって所定の角度に切削して光路変換面を形成する。更にコア１３１に平行にダイサーで切り出すことにより、クラッド用フィルム基材及びクラッド層をクラッド１３２とした光導波路１３が完成する。
【００４２】
次に、光導波路１３を第２の基板１１上に配置する。このとき、光導波路１３は、第２の基板１１上の突部１７に沿って湾曲した湾曲部１３ａが形成される。湾曲部１３ａのクラッド１３２の部分を、図２（ｂ）に示すように、切削、研磨等により除去し、コア１３１を露出させたコア露出部１３４を形成する。
【００４３】
次に、第２の基板１１上に配置された光導波路１３上に第１の基板１０を配置し、第１の基板１０上に第１および第２の光モジュール１２Ａ，１２Ｂやその他必要な電子部品、電源部品等を実装する。
【００４４】
（２）光電子回路基板の検査
図３は、第１の光モジュール１２Ａ側の検査の様子を示す、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面に相当する断面図である。
【００４５】
まず、第１の光モジュール１２Ａの発光素子アレイ１２０の４つの発光素子１２０ａから光信号２をそれぞれ出力する。出力された光信号２は、発光側開口１０ａを通過した後、光路変換面１３３Ａによって光路を変換され、光導波路１３のコア１３１を伝播する。
【００４６】
４本のコア１３１をそれぞれ伝播した光信号２は、一部がコア露出面１３４から検査光２ａとして外部に出力される。その検査光２ａを、例えば、４つのフォトダイオードからなる受光検査部１８Ａによりそれぞれ受光する。このとき、受光検査部１８Ａを湾曲部１３ａを中心に回転させ、受光検査部１８Ａの４つのフォトダイオードからそれぞれ最大出力値を検出する。
【００４７】
受光検査部１８Ａにより４つの検査光２ａを適正な光量で検出できたときは、第１の光モジュール１２Ａ側は正常に動作していることが分かる。検査終了後は、検査用開口１４をクラッド材充填部１５で封止する。
【００４８】
受光検査部１８Ａにより適正な光量で検出できた検査光２ａが３つ以下のときは、第１の光モジュール１２Ａの対応する発光素子１２０ａが動作不良か、または光導波路１３の発光素子アレイ１２０側の光路変換面１３３Ａ側にごみ等が付着して光路不良であることが分かる。
【００４９】
図４は、第２の光モジュール１２Ｂ側の検査の様子を示す、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面に相当する断面図である。
【００５０】
まず、４つの発光素子からなる発光検査部１８Ｂから４つの検査光２ｂをコア露出面１３４に入射する。このとき、発光検査部１８Ｂを湾曲部１３ａを中心に回転させ、発光検査部１８Ｂの４つの発光素子から最大の光強度の検出光２ｂがコア露出面１３４内に入射するようにする。検査光２ｂは、コア露出面１３４から４本のコア１３１内に入射し、コア１３１を第２の光モジュール１２Ｂ側に伝播する。コア１３１を伝播した検査光２ｂは、光路変換面１３３Ｂによって光路を変換され、第２の光モジュール１２Ｂの受光素子アレイ１２１の４つの受光素子１２１ａに受光される。受光素子１２１ａは、受光した検査光２ｂを電気信号に変換して出力する。
【００５１】
受光素子アレイ１２１により４つの検出光２ｂを適正な光量で検出できたときは、第２の光モジュール１２Ｂ側は正常に動作していることが分かる。検査終了後は、検査用開口１４をクラッド材充填部１５で封止する。
【００５２】
受光素子アレイ１２１により適正な光量で検出できた検査光２ｂが３つ以下のときは、第２の光モジュール１２Ｂの対応する受光素子１２１ａが動作不良か、または光導波路１３の受光素子アレイ１２１側の光路変換面１３３Ｂ側にごみ等が付着して光路不良であることが分かる。
【００５３】
（光電子回路基板の動作）
以下に、光電子回路基板１の動作について図１および図２を参照して説明する。
【００５４】
（１）光信号の送受信
ここでは、一例として、画像信号を第１の光モジュール１２Ａから第２の光モジュール１２Ｂに送信する場合について説明する。第１の光モジュール１２Ａの制御部１２７Ａの駆動回路は、画像信号に基づいて駆動信号を発光素子アレイ１２０の発光素子１２０ａに送信する。発光素子１２０ａは、駆動信号に基づいて光信号２を発光側開口１０ａを介して光導波路３の光路変換面１３３Ａに向けて送信する。このとき、発光素子１２０ａのｐ型電極とｎ型電極間に駆動信号の電圧が印加され、発光層の発光領域から例えば、波長８５０ｎｍのレーザ光を光信号２として出力する。
【００５５】
光路変換面１３３Ａは、発光素子１２０ａから送信された光信号２の光路を変換し、光導波路１３のコア１３１に光信号２を伝播させる。コア１３１に伝播した光信号２は、光路変換面１３３Ｂによって光路を変換され、受光側開口１０ｂを通過して第２の光モジュール１２Ｂの受光素子アレイ１２１によって受光される。受光素子１２１ａは、受光した光信号２を電気信号に変換して制御部１２７Ｂに出力する。
【００５６】
制御部１２７Ｂの増幅回路は、変換された電気信号を増幅し、信号処理回路は、増幅回路からの信号を処理して画像信号を生成し、第１又は第２の基板１０、１１上の所定の電子部品に出力する。
【００５７】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光電子回路基板の概略の構成を示し、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面に相当する断面図である。
【００５８】
第１の実施の形態では、第１の基板１０側で検査を行ったが、本実施の形態は、第２の基板１１側で検査を行うようにしたものである。
【００５９】
第１の基板１０は、発光素子１２０ａ及び受光素子１２１ａにそれぞれ対向した位置に発光側開口１０ａ及び受光側開口１０ｂが形成されているが、検査用開口が形成されていない。第２の基板１１は、検査用開口１４が形成されている。第１の基板１０の下面に検査用開口１４に対応する位置に突部１７を設けている。
【００６０】
光導波路１３は、第１の基板１０側に設けた突部１７に沿って第２の基板１１に形成された検査用開口１４側に露出し、かつ、検査用開口１４に湾曲した湾曲部１３ａを有し、この湾曲部１３ａにコア１３１がクラッド１３２から露出するようにコア露出面１３４が形成されている。
【００６１】
この第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、コア露出面１３４に対して検査光２ａ，２ｂを入出力することにより、第１の光モジュール１２Ａ、第２の光モジュール１２Ｂ、光導波路１３の光路変換面１３３Ａ，１３３Ｂ等の異常の有無を検査することができる。光電子回路基板１の検査方法は、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６２】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光電子回路基板の概略の構成を示し、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ―Ａ線断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ部詳細図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る第１の光モジュール側の検査の様子を示す、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面に相当する断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る第２の光モジュール側の検査の様子を示す、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面に相当する断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光電子回路基板の概略の構成を示し、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面に相当する断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…光電子回路基板、２…光信号、２ａ，２ｂ…検査光、１０…第１の基板、１０ａ…発光側開口、１０ｂ…受光側開口、１１…第２の基板、１２Ａ…第１の光モジュール、１２Ｂ…第２の光モジュール、１３…光導波路、１３ａ…湾曲部、１４…検査用開口、１５…クラッド材充填部、１６…光学樹脂、１７…突部、１８Ａ…受光検査部、１８Ｂ…発光検査部、１０ａ…発光側開口、１０ｂ…受光側開口、、１００…プリント基板、１１０…端子、１２０…発光素子アレイ、１２０ａ…発光素子、１２１…受光素子アレイ、１２１ａ…受光素子、１２２…ワイヤ、１２３…パッド、１２４…端子、１２５…ハンダボール、１２６…ワイヤ、１２７Ａ…制御部、１２７Ｂ…制御部、１２８…封止樹脂、１２９…中継基板、１３１…コア、１３２…クラッド、１３３Ａ…光路変換面、１３３Ｂ…光路変換面、１３４…コア露出面
【図１】
0004337918.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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