(57)【要約】  【課題】  第１基板と第２基板との高効率な光結合を可能にする光伝送体とそれを含む光伝送基板を提供する。  【解決手段】  光を伝送させる第１基板９と、光を伝送させ、主面の少なくとも一部が前記第１基板９の主面と対向するように配置される第２基板１０と、前記第１基板９および前記第２基板１０の前記対向領域内で光学的に結合する光伝送部３と、前記光伝送部を結合方向に沿って側方より支持する支持体２と、を含む光伝送体１と、を具備する。【選択図】  図１
2009133967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝送させる第１基板と、
光を伝送させ、主面の少なくとも一部が前記第１基板の主面と対向するように配置される第２基板と、
前記第１基板および前記第２基板の前記対向領域内で光学的に結合する光伝送部と、前記光伝送部を結合方向に沿って側方より支持する支持体と、を含む光伝送体と、
を具備する光伝送基板。
【請求項２】
前記光伝送部が、
コア部と、
前記コア部の周囲に設けられ、前記コア部よりも低い屈折率を有するクラッド部と、
を含む請求項１記載の光伝送基板。
【請求項３】
前記光伝送部の端部が、前記支持体から突出した突出部である請求項１または２記載の光伝送基板。
【請求項４】
前記突出部が、
前記コア部と、
前記クラッド部と、
前記突出部中の前記コア部における光伝搬方向に対して、略４５度傾斜した第１の斜面と、
を含む請求項３記載の光伝送基板。
【請求項５】
前記斜面が、金属により被覆された請求項４記載の光伝送基板。
【請求項６】
前記突出部が、
前記コア部と光学的に結合し、前記突出部中の前記コア部における光伝搬方向に対して、略直角に設けられたコア延長部をさらに含む請求項４または５記載の光伝送基板。
【請求項７】
前記第１基板が、一方の主面と他方の主面と光学的に結合する光路を含み、
前記第２基板が、前記第１基板と対向する主面上に、前記光路と光学的に結合する光導波路を含む請求項１乃至６のいずれかに記載の光伝送基板。
【請求項８】
前記光導波路が、前記第２基板の前記主面に対して略４５度傾斜し、前記第１の斜面と当接する第２の斜面を内部に有する凹部を含む請求項４に係る請求項７記載の光伝送基板。
【請求項９】
前記支持体が、前記第１基板および前記光導波路に当接する請求項７または８記載の光伝送基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を伝送する光伝送基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータの情報処理能力の向上化にともなって、マイクロプロセッサとして使用される半導体大規模集積回路素子（ＬＳＩ，ＶＬＳＩ）等の集積回路（ＩＣ）では、トランジスタの集積度が高められており、ＩＣの動作速度は、クロック周波数でＧＨｚのレベルまで達している。それに伴い、電気素子間を電気的に接続する電気配線についても高密度化および微細化されたものが要求されていた。
【０００３】
しかしながら、電気配線の高密度化および微細化は、電気信号のクロストークや伝搬損失が生じやすいことから、半導体素子に入出力される電気信号を光信号に変換し、さらに、その光信号を実装基板に形成した光導波路などの光配線によって伝送される光伝送技術が検討されている。
【０００４】
このような光伝送技術としては、回路基板の表面および裏面に形成された光導波路により光を伝送させることや、回路基板の表面と裏面との間に設けられた貫通孔（光伝送孔）により、光を伝送させることが知られている。このような光伝送孔は、光導波路に対して垂直に回路基板を貫通することにより得られ、光導波路と組み合わせて用いることにより、三次元的な光の伝送を可能とする。
【０００５】
例えば、特許文献１には、光伝送孔と光導波路とを有する三次元的な光伝送技術が開示されている。これによると、マザーボードとなる第２基板に光導波路が設けられ、また、マザーボードに実装するためのドーターボードとなる第１基板に光伝送孔が設けられており、光導波路と光伝送孔とが光結合されている。
【特許文献１】特開２００３−２１５３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、光導波路と光伝送孔とを光結合させるために、半田接続部のみを介して第１基板と第２基板とを接続したものが示されているにすぎず、光導波路と光伝送孔との光軸のずれが生じる傾向があった。
【０００７】
本発明は以上のような従来の技術における課題を解決すべく案出されたものであり、その目的は、第１基板と第２基板との高効率な光結合を可能にする光伝送基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施態様の光伝送基板は、光を伝送させる第１基板と、光を伝送させ、主面の少なくとも一部が前記第１基板の主面と対向するように配置される第２基板と、前記第１基板および前記第２基板の前記対向領域内で光学的に結合する光伝送部と、前記光伝送部を結合方向に沿って側方より支持する支持体と、を含む光伝送体と、を具備する。
【０００９】
前記光伝送部は、コア部と、前記コア部の周囲に設けられ、前記コア部よりも低い屈折率を有するクラッド部と、を含むことが好ましい。
【００１０】
前記光伝送部の端部が、前記支持体から突出した突出部であることが好ましい。
【００１１】
前記突出部が、前記コア部と、前記クラッド部と、前記突出部中の前記コア部における光伝搬方向に対して、略４５度傾斜した第１の斜面と、を含むことが好ましい。
【００１２】
前記斜面が、金属により被覆されたことが好ましい。
【００１３】
前記突出部が、前記コア部と光学的に結合し、前記突出部中の前記コア部における光伝搬方向に対して、略直角に設けられたコア延長部をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
前記第１基板が、一方の主面と他方の主面と光学的に結合する光路を含み、前記第２基板が、前記第１基板と対向する主面上に、前記光路と光学的に結合する光導波路を含むことが好ましい。
【００１５】
前記光導波路が、前記第２基板の前記主面に対して略４５度傾斜し、前記第１の斜面と当接する第２の斜面を内部に有する凹部を含むことが好ましい。
【００１６】
前記支持体が、前記第１基板および前記光導波路に当接することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の実施態様の1つである光伝送基板は、光を伝送させる第１基板と、光を伝送させ、主面の少なくとも一部が前記第１基板の主面と対向するように配置される第２基板と、光伝送部および支持体を含む光伝送体と、を具備するものである。そして、光伝送部とともに支持体を有することにより、前記第１基板および前記第２基板と光伝送部との光軸のずれを抑制し、高効率な光の伝送が可能となる。
【００１８】
前記光伝送体において、前記光伝送部は、コア部と、前記コア部の周囲に設けられ、前記コア部よりも低い屈折率を有するクラッド部と、を含むことが好ましい。これらを含むことにより、光信号はコア部にて閉じ込められて伝搬するため、前記光伝送体により、前記第１基板と前記第２基板との間で高効率な光の伝送が可能となる。
【００１９】
前記光伝送体において、前記光伝送部の端部が、前記支持体から突出した突出部であることが好ましい。これにより、例えば、前記第１基板と前記第２基板とのいずれかの光伝送部において、前記突出部との接続部として凹部を有している場合、前記光伝送体によって、前記第１基板と前記第２基板との位置合わせが容易に制御される。
【００２０】
前記光伝送体において、前記突出部は、前記突出部中の前記コア部における光伝搬方向に対して、略４５度傾斜した第１の斜面を有することが好ましい。この斜面を有することにより、前記第１基板と前記第２基板との位置合わせがさらに容易に制御される。
【００２１】
前記光伝送体において、前記第１の斜面が金属に被覆されることにより、前記第１の斜面が光反射面としての役割を果たすため、光路を変換させることができる。
【００２２】
前記突出部が、前記コア部と光学的に結合し、前記突出部中の前記コア部における光伝搬方向に対して、略直角に設けられたコア延長部をさらに含むことが好ましい。前記光路変換部をさらに含むことにより、光路を略直角方向に変換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図面にもとづいて、本発明の実施態様の光伝送基板について説明するが、それらの図面は実施形態の一例に過ぎず、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２４】
図１は、光伝送体の実施の形態の一例を模式的に示す断面図である。図１において、１は光伝送体、２は支持体、３は光伝送部、４はクラッド部、５はコア部、６は光伝送部の突出部、７はコア延長部、８は第１の斜面を示す。
【００２５】
また、図２は、本発明の実施態様の光伝送基板の実施の形態の一例を模式的に示す断面図である。図２において、９は第１基板、１０は第２基板、１１は実装手段、１２は柱状の透明樹脂、１３はコア部（光路１２のコア部）、１４はクラッド部（光路１２のクラッド部）、１５は光導波路、１６はクラッド部（光導波路１５のクラッド部）、１７はコア部（光導波路のコア部）を示す。
【００２６】
光伝送体１は、図２に示すように、２つの対向した基板の対向領域内を光学的に結合するとともに、光伝送部３を結合方向に沿って側方より支持する支持体２の存在により、光伝送部３における光軸の傾斜を抑制することができる。光伝送部３のみの場合、安定性が十分ではない傾向があるが、光伝送部３を支持する支持体２によって光伝送部３の安定性を保持することができる。
【００２７】
図１に示すように、光伝送部３は、コア部５と、その周囲に設けられたクラッド部４とを含む。ここで、コア部５とクラッド部４との屈折率を比較すると、コア部５の屈折率がクラッド部４の屈折率よりも高い。このようなクラッド部４の存在により、コア部５から外部への光の漏れは大きく低減される。
【００２８】
支持体２は、光伝送部３を結合方向に沿って側方より支持する役割をはたす。支持体２としては、ガラスエポキシ基板など、通常用いられる基板を使用することができる。
【００２９】
また、光伝送部の光伝搬方向に対して垂直方向の支持体２の厚みは、例えば、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである。
【００３０】
光伝送体１は、光導波路を基板上に設ける場合に通常用いられる方法と同様の方法により作製することができる。
【００３１】
光伝送体１の作製方法には、具体的に、直接露光法、屈折率変化法（フォトブリーチング法）等が挙げられる。
【００３２】
直接露光法で作製できる材料には、感光性を有するエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。直接露光法では、コア部およびクラッド部に相当する材料を支持体２上に塗布・マスク露光・現像することにより必要なパターンを得ることができる。例えば、ネガ型の感光性エポキシ樹脂を用いた材料として場合、支持体２上に材料を塗布し、必要な箇所を露光する形のフォトマスクを用意して露光することにより、露光された部分の樹脂は硬化され、露光されていない部分の樹脂は現像により除去されることによって所望のパターンが得られる。この方法をクラッド部４とコア部５の両方に適用することにより、支持体２上（支持体２の側面上に）に光伝送部３を形成することができる。
【００３３】
また、屈折率変化法で作製できる材料には、ポリシランなどが挙げられる。屈折率変化法では、ポリシラン等の材料を支持体２上に塗布し、約５０〜２００℃にて加熱硬化させる。そして、フォトマスクを介して紫外光を照射して紫外光照射部の屈折率を低下させたのち、約５０〜２００℃にてポストベークを行なうことによりコア部５とクラッド部４とを形成することができる。
【００３４】
図１に示すように、光伝送部の端部は、支持体２から突出した突出部６を形成していることが好ましい。この構造は、図３（ａ）および（ｂ）、ならびに図４（ａ）および（ｂ）に示すように、例えば、突出部５が嵌合できるように設けられた凹部１８に挿入することができる。ここで、図３は、図１の光伝送体を第２基板に装着した光伝送基板の斜視図であり、（ａ）は嵌合前、（ｂ）は嵌合後を示し、図４は、図３の縦方向の断面図である。そして、図２に示すように、実装手段として、第２基板２に対して格子状に配置した球状の導電性部材（以下、ボールグリッドアレイ（登録商標）またはＢＧＡとする）を用いることにより、リフロー時のセルフアライメントによって、突出部６が基準となり、第１基板９と第２基板１０との実装位置を容易に合わせることが可能となる。
【００３５】
図１において突出部６は、コア部５と、クラッド部４と、突出部６中のコア部５における光伝搬方向に対して略４５度傾斜した第１の斜面８と、を有する。この斜面８を光反射面として、第２基板１０上の光導波路１５に対して斜め４５度の切れ込みを形成された凹部に挿入する場合、凹部の第２の斜面１９と第１の斜面８とが互いに接するため、第１基板９と第２基板１０との実装位置をさらに容易に合わせることが可能となる。
【００３６】
光反射面は、光を高効率にて反射することができることから、その表面が金属により被覆されていることが好ましい。例えば、６００から１５００ｎｍの波長では金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜が好ましい。
【００３７】
なお、通常、光反射面とされている凹部の内部の第２の斜面１９よりも、前述したように、第１の斜面８を光反射面とすることが好ましい。第２の斜面を光反射面とする場合、金属を凹部の上から第２の斜面１９に向けて塗布するが、そのとき、光導波路１５におけるコア部１７の光入射面にも金属が塗布され、十分な光結合が得られない傾向がある。それに対して、第１の斜面８を光反射面とする場合、光反射面は光導波路とは別に形成されるため、金属塗布時において光導波路に対しての影響がない。
【００３８】
光伝送体１のコア部５およびクラッド部４の形状や寸法は、例えば、光伝送部の光伝搬方向に対して垂直方向のコア部５の厚みが約１０〜５０μｍである。また、光伝送部の光伝搬方向に対して垂直方向の光伝送体３の厚みは約５０〜１００μｍである。
【００３９】
突出部６中には、コア部５と光学的に結合するとともに、突出部６中のコア部５における光伝搬方向に対して、対して略直角に設けられたコア延長部７をさらに有することが好ましい。コア延長部７は、例えば、コア部５から伝搬されてきた光信号が光反射面にて略直角に光路変換された光を、光伝送体１と接続する光導波路等に高効率に伝搬させるはたらきをするものである。
【００４０】
ここで、第１の斜面８およびコア延長部７を有する突出部の形成方法を、図５をもとに以下に示すが、形成方法は、以下の方法に限定されるものではない。なお、図５（ａ）〜（ｅ）は、光伝送体１の製造方法を示す断面図である。
【００４１】
まず、支持体２上に対して、クラッド部とするためのネガ型の感光性樹脂を塗布する。次に、コア延長部としたい箇所のみフォトマスクを露光し、現像することにより、その部分のネガ型の感光性樹脂が除去されたクラッド部４が形成される（図５（ａ））。
【００４２】
次に、クラッド部４の上から、コア部とするための感光性樹脂を塗布し、露光して硬化させることによりコア部５およびコア延長部７が形成される（図５（ｂ））。
【００４３】
次に、コア部５の上からクラッド部とするための感光性樹脂を塗布し、露光して硬化させることによりコア部５上にクラッド部４が形成される（図５（ｃ））。
【００４４】
次に、４５度の角度を有するダイシングブレードを用いてコア部５上のクラッド部４をダイシングすることにより、第１の斜面８が形成される（図５（ｄ））
最後に、第１の斜面８が支持体２から突出するように、支持体２を平板のダイシングブレードによりダイシングすることにより、突出部６が形成された光伝送体が形成される（図５（ｅ））。
【００４５】
本発明の実施態様の光伝送基板の一例は、図２に示すように、本発明の光伝送体１と第１基板９と第２基板１０とを含む。
【００４６】
第１基板９としては、例えば、一般的に使用されているガラスエポキシ樹脂やセラミックなどからなるプリント配線基板が用いられる。なかでも、機械的強度が大きく、熱による基板の反りに対して効果的な防止が可能となるため、両面に同じ厚さの樹脂絶縁層を形成した対称層構造を有するプリント配線基板が好ましく、両面の樹脂絶縁層の厚さが同じであることがより好ましい。基板の厚みとしては、０．５〜１．５ｍｍとすることができる。
【００４７】
また、第１基板９として、多層配線基板を用いても良い。ここで、多層配線基板とは、電気配線層と絶縁層とが交互に複数積層されたものであればよく、例えば、コア基板と、配線基板表面側に形成されたビルドアップ層とからなる基板も含まれる。ここで、ビルドアップ層とは、電気配線層と絶縁層が交互に積層された多層基板であり、また、コア基板とは、ビルドアップ層が表面に設けられ、ビルドアップ層を支持する単層をいう。
【００４８】
第１基板９内には、一方の主面と他方の主面と光学的に結合する光路１２が設けられている。図２においては、光路１２は、第１基板９の両主面間に設けられた貫通孔中に充填された透明樹脂を指している。
【００４９】
光路１２は、中心部に屈折率の高いコア部１３と、コア部１３の周囲に設けられ、コア部１３よりも屈折率の低いクラッド部１４と、を有する。このような構造をとることにより、第１基板９において基板間の光信号の伝送を高効率に行なうことが可能となる。
【００５０】
光路１２としては、光を照射すると屈折率が低下するフォトブリーチング現象を生じるポリシラン、あるいは光を照射した部分が現像により除去できる感光性のアクリル系樹脂やエポキシ樹脂等を用いて形成することができる。例えば、フォトブリーチング現象を利用する場合は、第１基板９の貫通孔にポリシランを充填し、加熱硬化させた後、フォトマスク（光伝送孔より小さい径の円形パターンの遮光部を具備する）を介して紫外光を照射して紫外光照射部の屈折率を低下させ、最後にポストベークを行うことにより光伝送孔３内の透明樹脂に屈折率の分布を形成する。
【００５１】
また、紫外線硬化型のアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂を用いる場合は、第１基板９の貫通孔にこれらの感光性ポリマー材料を充填し、加熱硬化させた後、ドリルなどにより穿孔した部分（光伝送孔中心部）に、最初に充填した材料より屈折率の高い材料を充填し、フォトマスクを使用しないで紫外光を照射して硬化後、最後にポストベークを行うことにより、貫通孔内の光路１２に屈折率分布を形成する。
【００５２】
なお、前述の貫通孔の形成には、通常のプリント基板の穿孔工程に使用されるドリルやレーザーが好適に使用される。そして、一方の主面から他方の主面まで第１基板９を貫通させることにより貫通孔は形成される。なお、貫通孔は断面を円形とすることが望ましく、直径は５０〜２００μｍとすることが望ましい。
【００５３】
第２基板１０は第１基板９に実装され、主面の少なくとも一部が第１基板９の主面と対向するように配置されている。第２基板１０の材質、基板の厚み、実装構造などについては、上述した第１基板９と同様である。
【００５４】
第２基板１０の主面のうち、第１基板９と対向する主面上に、光路１２と光学的に結合する光導波路１５が設けられている。
【００５５】
第１の斜面８または第２の斜面１９は、第１基板９の光路１２と、光導波路１５の双方に対して光学的に結合し、光路１２と光導波路１５との間で光の伝送方向を変換させるはたらきを有する。具体的には、第１の斜面８または第２の斜面１９が一定の傾斜角を有することにより、光の入射方向を反射方向へ変換させることができ、それぞれ光路方向の異なる光路１２と光導波路１５に対して光学的に結合させることを可能としたものである。
【００５６】
第２の斜面１９の形成方法としては、一般的には先端が４５度又は９０度に加工されたダイヤモンドブレードを用いてダイシングソーで溝入れ加工することにより、光導波路１５の一部を斜めに切り取って形成される。それ以外にも、光導波路１５のパターニング時にグレイマスクや斜め露光等により斜面を形成する方法や、プリント基板切り分け時に使用するケガキ機などを用いる方法もある。
【００５７】
本発明の実施態様の光伝送基板において、光導波路１５とは、第２基板２の一方の主面上の面に配設され、光を伝送する役割を果たすものである。
【００５８】
光導波路１５は、図２に示すように、コア部１７と、これを取り囲み、コア部１７よりも屈折率の小さいクラッド部１６とから構成されることが好ましい。コア部およびクラッド部のそれぞれの屈折率を調整することで良好な光伝搬が可能となる。 
コア部を有する光導波路５の作製方法には、直接露光法、屈折率変化法（フォトブリーチング法）、反応性イオンエッチング法等がある。なお、作製法に関しては、上述の光伝送部３の作製法と同様であるため、説明は省略する。作製された光導波路１５のコア部１７およびクラッド部１６の寸法は、例えば、コア部１７の厚みを約５０μｍとすると、下部クラッド部および上部クラッド部の厚みを、それぞれコア部の半分の約２５μｍとして、約１００μｍの厚みの光導波路５とすることができる。
【００５９】
第１基板９の他方の主面側、すなわち第２基板１０に対して実装する主面の側には、第１基板９を第２基板１０に対して、実装するための実装手段が設けられている。この実装手段としては、例えば、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｌ，Ａｕなどの金属で形成した電極として形成されている。第２基板１０の一方の主面にも対応する位置に実装手段として同様の電極が設けられており、半田などを介して第１基板９が第２基板１０に実装される。なお、これらの実装手段の電極は、上述した多層配線基板の電気配線層の露出部として、第２基板１０との間で電気的な回路を形成するようにしても良いし、どこにも接続されていない浮き電極として形成しても良い。
【００６０】
具体的には、図２に示すように、実装手段として、第２基板１０に対して格子状に配置した球状の導電性部材（以下、ボールグリッドアレイ（登録商標）またはＢＧＡとする）を用いることにより、リフロー時のセルフアライメントによって、光伝送体１が基準となり第１基板９と第２基板１０とが自ずと位置合わせされることになる。
【００６１】
実装手段としては、他にピングリッドアレイなどがあげられるが、とくに、機械的に位置合わせをおこなう必要がないことから、ＢＧＡが好ましい。
【００６２】
本発明の光伝送基板に対して、光半導体素子２０を搭載して用いられる。光半導体素子２０としては、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などの発光素子や、面受光型の半導体受光素子（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）等が挙げられる。
【００６３】
図２において、光伝送基板における光の伝送は、以下のようにおこなわれる。
【００６４】
光半導体素子２０が面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などの発光素子の場合、その発光点から出射した光信号は光路１２のコア部１３中に伝搬したのち、光伝送部３のコア部５を伝搬する。そして、光反射面１９にて略直角に光路変換して突出部６のコア延長部を伝搬し、光導波路１５のコア部１７に到達する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、光伝送体の実施の形態の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の光伝送基板の実施の形態の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、図１の光伝送体を第２基板に装着した光伝送基板の斜視図であり、（ａ）は嵌合前、（ｂ）は嵌合後を示す。
【図４】図４は、図３の断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、図１の光伝送体の作製工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１        光伝送体
２        支持体
３        光伝送部
４        光伝送部３のクラッド部
５        光伝送部３のコア部
６        光伝送部の突出部
７        コア延長部
８        第１の斜面
９        第１基板
１０      第２基板
１１      実装手段
１２      光路
１３      光路１２のコア部
１４      光路１２のクラッド部
１５      光導波路
１６      光導波路１５のクラッド部
１７      光導波路１５のコア部
１８      光導波路１５の凹部
１９      第２の斜面
２０      光半導体素子
【図１】
2009133967.tif 000003
【図２】
2009133967.tif 000004
【図３】
2009133967.tif 000005
【図４】
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【図５】
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