JP5693032B2 - 光伝送基板および光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光伝送基板および光モジュールに関する。

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る。

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および伝搬損失が生じやすい。このことから、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。

例えば、特許文献１には、光導波路と、発光素子などの光電変換素子と、ＬＳＩなどの集積回路素子と、を具備する光伝送基板が開示されている。集積回路素子は、駆動素子などを介して光電変換素子に電気信号を伝送させるはたらきを有する。

特開２００６−１２０９５６公報

集積回路素子は発熱量が大きいため、光導波路と集積回路素子とを近接させた場合、光導波路が大きく熱膨張して光の伝送損失が大きくなる傾向があった。そのため、従来の光伝送基板では、光導波路と集積回路素子とをできるだけ離して設計していた。例えば、特許文献１の場合は、基板の一方の主面に光導波路を設け、他方の主面に集積回路素子を設けていた。

しかし、そうすると、光伝送基板の厚みが大きくなるため好ましくなかった。

本発明の目的は、光伝送部の熱膨張を抑制し、低背化させた光伝送基板および光モジュールを提供することにある。

本発明の一実施形態にかかる光伝送基板は、基板および前記基板上に位置する誘電体層を具備し、前記誘電体層は、集積回路素子を設けるための設置面と、光を反射させて光路を変換させる光路変換面と、を有する第一領域と、前記第一領域の全周を囲むように配置された溝を介して前記第一領域の周囲に位置し、光を伝送させる光伝送部を内部に有し、前記光伝送部の端部が露出して前記光路変換面と対向する光導出面を有する第二領域と、から構成される。

前記溝は、前記第一領域の全周を囲むように配置されていることが好ましい。
また、前記溝の内壁面は、前記光路変換面と前記光導出面と含むことが好ましい。

前記第一領域は、角錐台形状を示し、前記設置面が上面であり、前記光路変換面が側面であることが好ましい。

前記第一領域には、四角錐台形状を示し、いずれの側面にも前記光路変換面が設けられ、前記第二領域には、前記光路変換面のそれぞれに対応する位置に光導出面を有するように光伝送部が設けられることが好ましい。
また、前記溝の内壁面によって形成された前記第１領域の全ての側面は、金属で覆われている
また、前記溝は、平面視して、前記第一領域の外周の直線部分から外側に延出していることが好ましい。

前記誘電体層は、樹脂から構成され、前記光路変換面は、前記樹脂よりも熱膨張率の低い金属から構成されることが好ましい。

前記光路変換面は、前記光伝送部の光軸に対して略４５度傾斜することが好ましい。

本発明の一実施形態にかかる光モジュールは、前記光伝送基板と、前記溝の上方に設けられた光電変換素子と、前記第一領域上に設けられ、前記光電変換素子と電気的に接続する集積回路素子と、を具備する。

本実施形態によれば、誘電体層のうち、集積回路素子が設けられる第一領域と、光導波路として機能する第二領域とが、溝によって分断されているため、集積回路素子から発生した熱が第二領域まで伝達することを抑制できる。そのため、第二領域における熱膨張が抑制されて光の伝送特性の低下を抑制できる。また、光伝送基板の低背化が可能となる。

本発明の一実施形態における光伝送基板の透過平面図である。 Ａ−Ａ’にそって切断した図１の光伝送基板の断面図である。 （ａ）は、図２中の溝５付近を拡大した断面図であり、（ｂ）は、光電変換素子７を実装させた光伝送基板の断面図である。 本発明の第１の実施形態の光モジュールの透過平面図である。 本発明の一実施形態における光伝送基板の透過平面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施態様の光伝送基板を詳細に説明するが、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。

図１に示すように光伝送基板は、基板１および誘電体層２を具備し、誘電体層２は、第一領域３と第二領域４とから構成される。

第一領域３は、図４に示すように、集積回路素子６を設けるための設置面３ａと、光を反射させて光路を変換する光路変換面３ｂと、を有する。

第二領域４は、第一領域３の周囲に位置しており、第一領域３とは溝５により分離されている。溝５は第一領域３の周囲に設けられる。

このように、第一領域３と第二領域４とが溝５により分断されていることにより、集積回路素子を第一領域３に設けた場合、集積回路素子からの熱が、光伝送部４ａが設けられた第二領域４へ伝達することを抑制することができる。

また、通常、基板に誘電体層を設けた場合、集積回路素子などの熱を受けた光伝送基板は、基板と誘電体層との熱膨張率差によって、冷却時に光伝送基板に反りが発生する場合があった。そのため、反りを抑制するために、基板の両面に同様の誘電体層を設ける必要があった。

しかし、本実施態様に示すように、誘電体層２が第一領域３と第二領域４とに分断されていることにより、反りの発生を抑制することができる。これにより、従来であれば基板の反りを抑えるために、基板１の両面に同様の誘電体層を設ける必要がなくなり、結果として光伝送基板の低背化が可能となる。この反りの発生抑制効果は、第一領域３が溝５により全周を囲まれていることで得られる。

溝５の好適な例を図５に示す。図５の溝５は、第一領域３を囲み、上面視形状が四角形状を示す。そして、四角形状の角の外側にまで、溝５の直線部が延出している（溝５の延出部５ａ）。図５において、溝５の直線部は、四角形状の角の外側に延出部５ａを有している。このように、溝５が延出部５ａを有することにより、前述の反り発生の抑制効果をさらに向上させることができる。

以下に各構成について説明する。

＜基板１＞
基板１は、厚みが０．２〜２ｍｍであり、ガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、ポリイミド基板などが使用される。基板１は、単層でも積層でもよい。

基板１としては、ベース基体とビルドアップ層とから構成され、貫通導体を有するビルドアップ基板が好適に用いられる。貫通導体としては、中央が中空となった形状でも、また中央が導電ペーストなどにより埋められた構成でもかまわない。貫通導体の形成は、めっき法、金属膜の蒸着法、導電性樹脂の注入法などの方法が用いられる。貫通導体が設けられていることにより、熱を貫通導体から外部へ放出することが可能となる。

ビルドアップ層は、樹脂絶縁層と導電層とから構成される。樹脂絶縁層は、熱硬化性エポキシ樹脂などから構成され、厚みは１０〜５０μｍである。厚みが薄いためレーザーで微細な穴あけも可能であり、積層して複雑な電気配線パターンを引き回したり、狭い範囲に集約したりすることができる。ビルドアップ層中の導電層は、基体に形成された貫通電極などと電気的に接続されている。

＜誘電体層２＞
誘電体層２を構成する第一領域３および第二領域４は、一般的に光導波路の作製に用いられる材料が使用される。例えば、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直接露光法が使用可能な樹脂、または、ポリシランなどの屈折率変化法が使用可能な樹脂などが挙げられる。直接露光法あるいは屈折率変化法は、光伝送部４ａ、いわゆる光導波路におけるコアの作製に用いられる。

（第一領域３）
第一領域３は、集積回路素子の設置面３ａと光路変換面３ｂとを有する。図１および図２に示すように、設置面３ａは、第一領域３の上面であり、光路変換面３ｂは第一領域３の側面である。なお、図には、具体的な電気配線は記載していないが、実際は、第一領域３中に、貫通導体および導電層が設けられ、集積回路素子または光電変換素子７の電気信号の授受に用いられる。

第一領域３としては、上面と下面とが平行で、かつ、側面に斜面を有する形状が好ましく、角錐台形状が好ましい。角錐台形状としては、図１および２に示すような四角錐台形状が挙げられる。角錐台形状の場合、側面が全て斜面であるため、第一領域３の側面全てを光路変換面３ｂとし、それに併せて、第二領域４中に光伝送部４ａを複数設けることが可能となる。また、集積回路素子を設置面３ａである上面に設けることで、第一領域３の熱膨張を抑制する効果も奏する。

光路変換面３ｂは、光伝送部４ｂの光軸に対して略４５度傾斜していることが好ましい。これにより、略９０度の光路変換をすることが可能となる。なお、略４５度とは、前述の光路変換が可能であればよく、４３〜４７度は許容とする。

光路変換面３ｂは、金属から構成されることが好ましく、これによって光を十分に反射させることができる。また、第一領域３が樹脂である場合、光路変換面３ｂは、樹脂よりも熱膨張係数の低い金属であることが好ましい（例えば、第一領域３を形成する樹脂がエポキシ樹脂の場合、光路変換面３ｂには銅を用いる）。これにより、集積回路素子を設置面３ａである上面に設けた場合、第一領域３の熱膨張を、側面に設けられた金属が抑制する。

光路変換面３ｂに用いられる金属としては、銅の他に、例えば、金、銀、アルミニウム、ニッケルなどの金属から構成される。

金属からなる光路変換面３ｂの作製法としては、スパッタリング法、塗布法、メッキ法などが挙げられる。金属からなる光路変換面３ｂの膜厚は５０〜５００ｎｍが好ましい。

なお、図１の場合、角錐台形状の第一領域３の傾斜面に連続して金属からなる光路変換面３ｂが設けられているが、図３（ｂ）のように光電変換素子５を溝５の上方に設けた場合、光伝送部４ａと光電変換素子５との間の光路変換を可能にする領域にだけ設けられていてもよいが、第一領域３の傾斜面に連続して金属からなる光路変換面３ｂが設けられている構成が好ましく、このような構成をとることにより、光路変換面３ｂが第一領域３の熱膨張を、側面から押さえ込み、十分に熱膨張を抑えることができる。

（第二領域４）
第二領域４は、その内部に光伝送部４ａを有する。ここで、光伝送部４ａとは、光導波路におけるコアと同じものを示す。また、光伝送部４ａの周囲には、クラッド部４ｂが設けられる。光伝送部４ａは、その周囲のクラッド部４ｂよりも屈折率が大きいため（好ましくは周囲の屈折率に対して比屈折率差が１〜３％）、光信号を閉じ込めることができる。

光伝送部４ａは、端部が外部に露出しており、その露出した端部は、外部との光学的結合を行う。図３に示すように、光伝送部４ａの端部を光導出面４ｃとする。図３（ａ）に示すように、光導出面４ｃは、第一領域３の光路変換面３ｂとともに、溝５の内壁面を形成している。

光伝送部４ａは、一般的な光導波路のコアの製造方法と同様に、直接露光法、屈折率変化法によって作製される。

光伝送部４ａの断面サイズとしては、例えば、３５〜１００μｍ角である。

光伝送部４ａは、図１に示すように、同一方向に複数設けられる。その際、光伝送部４ａ同士の間隔は、１０〜２５μｍである。

第一領域３および第二領域４は、基板上に誘電体層を設けた後、ダイシングブレードなどにより分断することにより作製される。

図５において、図１に示す光伝送基板に対して、集積回路素子６と光電変換素子７と駆動回路素子８とを実装させた光モジュールを示す。

（光電変換素子７）
光電変換素子７としては、面型発光素子（ＶＣＳＥＬ）または面型受光素子（ＰＩＮ−ＰＤ）などが挙げられる。

光電変換素子７は、ＶＣＳＥＬの場合、複数の発光点を有していてもよく、また、ＰＩＮ−ＰＤの場合、複数の受光点を有していてもよい。複数の発光点または受光点はそれぞれ、光路変換面３ｂを介して光伝送部４ａと光学的に結合している。

（集積回路素子６）
集積回路素子６としては、例えば、ＬＳＩなどがあげられる。集積回路素子６は光電変換素子７と電気的に接続される。具体的には、図５に示すように、ＶＣＳＥＬとＬＳＩとの間に駆動回路素子８であるドライバＩＣを設けた場合、ドライバＩＣにＬＳＩから電気信号が出されてドライバＩＣが駆動し、ドライバＩＣによって駆動したＶＣＳＥＬが発光する。また、ＰＩＮ−ＰＤとＬＳＩとの間に駆動回路素子８であるレシーバＩＣを設けた場合、ＰＩＮ−ＰＤで受光した光信号に基づく電気信号がレシーバＩＣに出力され、レシーバＩＣの出力がＬＳＩに入力される。

駆動回路素子を設ける場合、図５に示すように、駆動回路素子８は、集積回路素子６と光電変換素子７との間に設けられる。

上述の光電変換素子７または集積回路素子６は、実装部９として金属バンプ、半田などによって実装される。

なお、第一領域３および第二領域４上には樹脂絶縁層としてソルダレジスト層が設けられていてもよい。ソルダレジスト層は、ラミネート法またはスピンコート、ドクターブレードに代表される塗布法を用いることで作製する。

また、第一領域３および第二領域４と、ソルダレジスト層と、の間には、導体層が設けられていてもよい（不図示）。導体層が設けられていることで、光電変換素子５を光導波路３上に直接実装することが可能となる。なお、導体層の厚みは０．３〜３μｍが好ましい。

導体層は金属からなる光路変換面３ｂと接していることが好ましい。これにより、導体層上に光電変換素子７を設けた場合、より熱を放出しやすくなる。

なお、本発明は上記の実施の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内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。

１：基板
２：誘電体層
３：第一領域
３ａ：設置面
３ｂ：光路変換面
４ａ：光伝送部（コア部）
４ｂ：クラッド部
４ｃ：光導出面
５：溝
５ａ：溝５の延出部
６：集積回路素子
７：光電変換素子
８：駆動回路素子
９：実装部
１０：ソルダレジスト層

Claims (8)

1. 基板および前記基板上に位置する誘電体層を具備する光伝送基板であって、
   前記誘電体層は、
   集積回路素子を設けるための設置面と、光を反射させて光路を変換させる光路変換面と、を有する第一領域と、
   前記第一領域の全周を囲むように配置された溝を介して前記第一領域の周囲に位置し、光を伝送させる光伝送部を内部に有し、前記光伝送部の端部が露出して前記光路変換面と対向する光導出面を有する第二領域と、
   から構成される、光伝送基板。
2. 前記溝の内壁面は、前記光路変換面と前記光導出面とを含む請求項１に記載の光伝送基板。
3. 前記第一領域は、角錐台形状を示し、
   前記設置面が上面であり、前記光路変換面が側面である請求項１または２に記載の光伝送基板。
4. 前記第一領域は、四角錐台形状を示し、いずれの側面にも前記光路変換面が設けられ、
   前記第二領域には、前記光路変換面のそれぞれに対応する位置に光導出面を有するように光伝送部が設けられる請求項３に記載の光伝送基板。
5. 前記溝の内壁面によって形成された前記第１領域の全ての側面は、金属で覆われている請求項１乃至４のいずれかに記載の光伝送基板。
6. 前記溝は、平面視して、前記第一領域の外周の直線部分から外側に延出している請求項１乃至５のいずれかに記載の光伝送基板。
7. 前記誘電体層は、樹脂から構成され、
   前記光路変換面は、前記樹脂よりも熱膨張率の低い金属から構成される請求項１乃至６のいずれかに記載の光伝送基板。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の光伝送基板と、
   前記溝の上方に設けられた光電変換素子と、
   前記第一領域上に設けられ、前記光電変換素子と電気的に接続する集積回路素子と、
   を具備する光モジュール。

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