光伝送構造体および光伝送モジュール
【課題】 信頼性の高い光導波路を有する光伝送構造体および光伝送モジュールを提供する。
【解決手段】 発光伝送構造体２０は、２つの主面で開口する第１貫通孔３０ａを有する主基板３０と、第１貫通孔３０ａの内部に位置し、且つ当該第１貫通孔３０ａの開口の一方から突出しつつ周囲に延在している第１光学部材４０と、を有する。第１光学部材４０は、突出している部位から他方の主面の側に窪んでいる窪み部４０ａを有し、該窪み部４０ａの内から他方の主面に向かって貫通している第２貫通孔４０ｂを有している。該第２貫通孔４０ｂの内部には、第１光学部材３０の屈折率に比べて大きい屈折率を有する第２光学部材５０が設けられている。
【解決手段】 発光伝送構造体２０は、２つの主面で開口する第１貫通孔３０ａを有する主基板３０と、第１貫通孔３０ａの内部に位置し、且つ当該第１貫通孔３０ａの開口の一方から突出しつつ周囲に延在している第１光学部材４０と、を有する。第１光学部材４０は、突出している部位から他方の主面の側に窪んでいる窪み部４０ａを有し、該窪み部４０ａの内から他方の主面に向かって貫通している第２貫通孔４０ｂを有している。該第２貫通孔４０ｂの内部には、第１光学部材３０の屈折率に比べて大きい屈折率を有する第２光学部材５０が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送構造体および光伝送モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理能力の向上を図るべく、集積回路素子などの電気素子の間の電気通信を光伝送に変更することが検討されている。例えば、特許文献１には、基板の厚み方向に延びる複数の光導波路を有する光伝送構造体に、複数の発光素子などの光電変換素子を実装した光伝送モジュールが開示されている。この光導波路は、基板を厚み方向に貫通する複数の貫通孔の各々に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９４８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された光伝送構造体では、周囲の温度変動によって生じる熱応力が貫通孔の開口に集中し、基板から光導波路が剥離してしまう場合があった。
【０００５】
本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、信頼性の高い光導波路を有する光伝送構造体および光伝送モジュール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】
【０００６】
本発明の実施形態に係る光伝送構造体は、２つの主面で開口する第１貫通孔を有する基板と、前記第１貫通孔の内部に位置し、且つ当該第１貫通孔の前記開口の一方から突出しつつ周囲に延在している第１光学部材と、を有する。前記第１光学部材は、前記突出している部位から他方の前記主面の側に窪んでいる窪み部を有し、該窪み部から前記他方の主面に貫通している第２貫通孔を有している。該第２貫通孔の内部には、前記第１光学部材の屈折率に比べて大きい屈折率を有する第２光学部材が設けられている。
【０００７】
本発明の実施形態に係る光伝送モジュールは、本発明に係る光伝送構造体と、前記第２光学部材に光学的に結合される光素子と、を含んで構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信頼性の高い光導波路を有する光伝送構造体および光伝送モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る光伝送モジュールの１つの実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明に係る光伝送構造体の１つの実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図３】図２に示したIII−III線に沿った要部断面図である。
【図４】本発明に係る光伝送構造体の製造工程の１つの実施形態を示す要部断面図である。
【図５】図４に示した光伝送構造体の製造工程の続きの工程を示す要部断面図である。
【図６】図５に示した光伝送構造体の製造工程の続きの工程を示す要部断面図である。
【図７】本発明に係る光伝送構造体の他の実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図８】図７に示したVIII−VIII線に沿った要部断面図である。
【図９】図３に示した光伝送構造体の他の実施形態を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜光伝送構造体および光伝送モジュールの第１の実施形態＞
以下、本発明に係る光伝送構造体および光伝送モジュールの一実施形態として光伝送構造体２０および光伝送モジュール１０を例示し、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１に示した光伝送モジュール１０は、光伝送構造体２０と、光素子としての光電変換素子１１と、回路素子１２とを備えている。
【００１２】
図２，３に示した光伝送構造体２０は、主基板３０と、第１光学部材４０と、複数の第２光学部材５０と、電気配線６０とを備えている。
【００１３】
主基板３０は、第１光学部材４０、第２光学部材５０、および電気配線６０を支持する機能を担っている。この主基板３０の厚みとしては、例えば０．１〜２〔ｍｍ〕の範囲が挙げられる。この主基板３０としては、例えばガラス基材エポキシ樹脂基板、ガラス基材銅張基板、ポリイミド樹脂基板、セラミック基板などが使用される。この主基板３０は、単層の基板、または複数の基板を積層した積層体として形成される。本実施形態では、複層のセラミック基板を採用している。本実施形態の主基板３０は、複数の副基板３１が積層されて構成されている。
【００１４】
この主基板３０は、厚み方向に貫通している貫通孔を有している。ここでは、この貫通孔を第１貫通孔３０ａとしている。この第１貫通孔３０ａは、主基板３０の２つの主面で開口している。この第１貫通孔３０ａは、副基板３１に設けられている副貫通孔３１ａが連通して構成されている。この副貫通孔３１ａは、副基板３１の各々に設けられており、副基板３１を厚み方向に貫通している。この厚み方向を図３ではＤ１，Ｄ２方向として示している。この第１貫通孔３０ａの内には、第１光学部材４０が設けられている。
【００１５】
第１光学部材４０は、一部が第１貫通孔３０ａの内部に設けられている。この第１光学部材４０は、第１貫通孔３０ａの開口の一方から突出し、当該突出した部位が第１貫通孔３０ａの開口の周囲に延在している。この第１光学部材４０の突出した部位には、窪み部４０ａが設けられている。この窪み部４０ａは、主基板３０の主面よりも突出した位置で開口し、他の主面側に窪んでいる。この光伝送構造体２０では、窪み部４０ａを設けることによって、主基板３０の第１貫通孔３０ａの開口との接触部に集中していた応力の一部を当該窪み部４０ａに分散することができる。この窪み部４０ａは、第１貫通孔３０ａの内に窪んでおり、底面が主基板３０の一方の主面よりも窪んでいる。この光伝送構造体２０では、第１貫通孔３０ａの開口よりも窪んだ位置に応力を分散することができる。
【００１６】
この第１光学部材４０には、窪み部４０ａの内から他方の主面に向かって貫通している貫通孔が設けられている。ここでは、この複数の貫通孔を第２貫通孔４０ｂとしている。この第２貫通孔４０ｂは、第１貫通孔３０ａの内側に位置している。この第２貫通孔４０ｂは、主基板３０の主面よりも窪んだ位置で開口している。この第２貫通孔４０ｂは、複数設けられており、厚み方向と直交する１つの方向に沿って並んでいる。この１つの方向を本実施形態では配列方向としている。この配列方向を図１〜３ではＤ３，Ｄ４方向として示している。この配列方向は、主基板３０の面方向のうち１方向に延びている。
【００１７】
この第２貫通孔４０ｂの各々の内には、第２光学部材５０が設けられている。この第２光学部材５０は、複数が配列方向に沿って配列され、各々が厚み方向に沿って延びている。この第２光学部材５０の配列方向における間隔としては、例えば６２．５〜２５０〔μｍ〕の範囲が挙げられる。また、配列方向に沿った第２光学部材５０の径としては、例えば１０〜１００〔μｍ〕の範囲が挙げられる。
【００１８】
第２光学部材５０は、光伝送構造体２０の光導波路２０ａとしての機能を有している。この第２光学部材５０の屈折率は、第１光学部材４０の屈折率に比べて大きくなっている。このように、第１光学部材４０の屈折率に比べて第２光学部材５０の屈折率を大きくすることで、第２光学部材５０が光導波路２０ａとして機能することができるようになる。つまり、この第１光学部材４０は光導波路２０ａのいわゆるクラッドとして機能し、第２光学部材５０は光導波路２０ａのいわゆるコアとして機能している。この第２光学部材５０の屈折率としては、第１光学部材４０の屈折率に対しての比屈折率差としては、例えば０．８〜４〔％〕の範囲が挙げられる。
【００１９】
この第２光学部材５０は、１つの第１貫通孔３０ａの内に複数設けられている。この第２光学部材５０は、１つの第１貫通孔の内に１つの第２光学部材を設ける場合に比べて、中心間の間隔を狭くすることができる。つまり、本実施形態の光伝送構造体２０では、２つの第２貫通孔４０ｂの間に第１光学部材４０が介在するだけでよいので、中心間の間隔を狭くすることができる。さらに、本実施形態のように、主基板３０として積層型セラミック基板を採用する際には、複数の副基板３１を積層する際の積層ズレに対する許容誤差を大きくすることができる。
【００２０】
この第１光学部材４０を形成する材料としては、種々の樹脂が挙げられ、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが含まれる。本実施形態では、第１光学部材４０を形成する材料として、感光性を有する樹脂を採用している。このように感光性を有する樹脂を採用することで、フォトリソグラフィ技術を採用して第２貫通孔４０ｂを形成することができる。
【００２１】
フォトリソグラフィ技術を採用して第２貫通孔４０ｂを形成する場合、次の利点がある。第１に、複数の第２貫通孔４０ｂの間での相対的な位置ズレを極めて小さくすることができる点が挙げられる。複数の第２貫通孔４０ｂを一度の露光によって一括形成することができるからである。第２貫通孔４０ｂの位置ズレを小さくすると、他の光導波路に光学的に接続する際に、当該他の光導波路に対して第２貫通孔４０ｂの内部を伝わる光を良好に伝送することができる。当業者の間では、複数の光導波路の間の相対的なズレが５〔μｍ〕以下であることが好ましいとされている。フォトリソグラフィ技術を採用する場合のズレは、第２貫通孔４０ｂに相当するフォトマスクにおけるマスク部分の位置ズレに依存することになる。このフォトマスクの製造誤差は、一般的に１〔μｍ〕未満とされているので、第２貫通孔４０ｂの位置ズレを５〔μｍ〕以下に抑えることが容易に可能である。
【００２２】
第２に、第２貫通孔４０ｂの内壁を滑らかにすることができる点が挙げられる。直進性の高い光を利用して第２貫通孔４０ｂを形成するからである。内壁面を滑らかにすることで、第２貫通孔４０ｂの内部を伝わる光の損失を小さくすることができる。当業者の間では、内部を伝わる光の波長に対して、内壁面の粗さが十分に小さいことが好ましいとされている。
【００２３】
電気配線６０は、第２光学部材５０に光学的に結合している光電変換素子１１に電気的に接続されている。この電気配線６０は、主基板３０のＤ１方向側の表面に設けられている表面配線層６１を含んでいる。この電気配線６０は、副基板３１を貫通して形成されている貫通導体、および２つの副基板３１の間に形成される中間配線層が含まれていてもよ
い。この貫通導体としては、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。この貫通導体は、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を用いて形成できる。
【００２４】
上述のように、電気配線６０の表面配線層６１には、光電変換素子１１が電気的に接続されている。本実施形態の光電変換素子１１は、電気配線６０の表面配線層６１に金属バンプ、導電性接着剤などによって実装される。この光電変換素子１１と表面配線層６１との接続部を除く他の部位は、保護層で覆われていてもよい。
【００２５】
この光電変換素子１１は、入力された電気信号に応じて光を発する機能、または入射された光に応じて電気信号に変換する機能を有している。この光電変換素子１１は、光導波路２０ａに光学的に結合している。本実施形態の光電変換素子１１は、電気配線６０を介して入力された電気信号に応じて光導波路２０ａに光信号を伝送する機能、または光導波路２０ａを介して入力された光信号に応じて電気配線６０に電気信号を伝送する機能を担っている。
【００２６】
上述の光を発する光電変換素子１１としては、種々の発光素子が適用できる。この光電変換素子１１としては、例えば垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が好ましい。光を受ける光電変換素子１１としては、例えばフォトダイオード（ＰＤ；Photo Diode）など種々の受光素子が適用できる。この受光素子
としてＰＤを採用する場合は、応答速度の速い素子が好ましく、例えばＰＩＮ−ＰＤなどが挙げられる。
【００２７】
光電変換素子１１は、１つの素子に１つの光電変換部を有していても、１つの素子に複数の光電変換部を有していてもよい。本実施形態の光電変換素子１１は、１つの素子に１つの光電変換部を有している。１つの光電変換部は、１つの第２光学部材５０に対応して配置されている。この１つの光電変換部は、１つの光導波路２０ａに対応して配置されている。
【００２８】
回路素子１２は、電気配線６０を介して光電変換素子１１と電気的に接続されている。この回路素子１２は、光電変換素子１１の担う機能によって、担う機能が異なっている。光電変換素子１１が光を発する場合、回路素子１２は、光電変換素子１１に変調された電気信号（変調電圧）を入力して、光電変換素子１１の発光強度を制御している。また、光電変換素子１１が光を受ける場合、回路素子１２は、光電変換素子１１で受光する光信号強度に応じて出力される電流信号を電圧信号に変換して出力している。また、この回路素子１２は、信号の波形を制御したり、ノイズ成分を除去したりする機能を併せ持っていてもよい。なお、光電変換素子１１で発する電気信号の出力が小さい場合、信号を増幅する機能を担っていても良い。この信号増幅機能は、光電変換素子１１自体が有していてもよい。また、この回路素子１２は、論理演算および数値計算を行う機能を有していてもよい。
【００２９】
＜光伝送構造体の製造方法の実施形態＞
以下、本発明に係る光伝送構造体の製造方法の一実施形態として光伝送構造体２０の製造方法を例示し、図面を参照しつつ説明する。
【００３０】
まず、主基板３０を準備する。本実施形態の主基板３０は、次の工程を経て製造される。まず、図４（ａ）に示したように、焼成することで副基板３１となる複数のグリーンシート３１Ｘを準備する。次に、図４（ｂ）に示したように、このグリーンシート３１Ｘに副貫通孔３１ａとなるシート孔３１Ｘａを空ける。このシート孔３１Ｘａの形成と併せて、電気配線６０の貫通導体に用いられる貫通孔が必要に応じて形成される。これらの孔空
けは、種々の方法で形成でき、例えば、ピンおよび金型でシートを打ち抜いたり、レーザ光で削ったりして形成できる。次に、このグリーンシート３１Ｘに電気配線６０となる金属ペーストを配置する。この金属ペーストは、例えばスクリーン印刷技術を利用したり、インクジェット印刷技術を採用したりして形成することができる。この電気配線６０となる金属ペーストとしては、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、銀（Ａｇ）、および銅（Ｃｕ）などの金属を含有させたものが挙げられる。次に、図４（ｃ）に示したように、シート孔３１Ｘａが連通するようにグリーンシート３１Ｘを積層する。次に、積層したグリーンシート３１Ｘを焼成して、図５（ａ）に示したように、第１貫通孔３０ａを有する主基板３０を形成する。このグリーンシート３１Ｘの焼成と併せて金属ペーストを焼成し、電気配線６０を形成する。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に示したように、主基板３０の第１貫通孔３０ａに、硬化することによって第１光学部材４０となる感光性材料４０Ｘを充填する。この感光性材料としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、およびポリイミド樹脂などを基材としたものが挙げられる。本実施形態では、露光することで現像液に対しての溶解性が低下するネガ型のフォトレジストを採用する。次に、図５（ｃ）に示したように感光性材料４０Ｘに窪み部４０ａとなる凹部４０Ｘａを型押し形成しながら、プリベークをする。このプリベーク後に感光性材料４０Ｘを露光する。この露光の際には、第２貫通孔４０ｂとなる領域に光が照射されないようにしたフォトマスクを採用する。このようなフォトマスクを採用することによって、第２貫通孔４０ｂとなる領域を一括して形成することができる。この露光の際の光源としては、例えば、各種ランプ、レーザ、および電子線などの種々のものが採用できる。次に、露光した感光性材料４０Ｘをポストベークする。次に、ポストベークした感光性材料４０Ｘを現像液で現像して、図６（ａ）に示したように、第２貫通孔４０ｂを有する第１光学部材４０を形成する。
【００３２】
次に、第１光学部材４０の第２貫通孔４０ｂに第２光学部材５０となる透光性材料を充填する。次にこの透光性材料を硬化して、図６（ｂ）に示したように、第２光学部材５０を形成する。
【００３３】
上述の工程を経て、図６（ｂ）に示した光伝送構造体２０を製造することができる。本実施形態では、感光性材料４０Ｘに凹部４０Ｘａを形成することによって、硬化する際に感光性材料４０Ｘが収縮しても第１貫通孔３０ａの開口に集中する応力を低減することができる。
【００３４】
＜光伝送構造体の第２の実施形態＞
以下、本発明に係る光伝送構造体および光伝送モジュールの他の実施形態として光伝送構造体２０Ａを例示し、図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
図７，８に示した光伝送構造体２０Ａは、主基板３０Ａと、第１光学部材４０Ａと、複数の第２光学部材５０と、電気配線６０とを備えている。この光伝送構造体２０Ａは、主基板３０Ａおよび第１光学部材４０Ａを備える点において光伝送構造体２０の構成と異なっている。この光伝送構造体２０は、光電変換素子１１を例示した光素子、および回路素子１２を実装して光伝送モジュールとすることが可能である。
【００３６】
主基板３０Ａは、複数の第１貫通孔３０Ａａを有している点において主基板３０の構成と異なっている。この第１貫通孔３０Ａａは、主基板３０Ａの２つの主面で開口している。この第１貫通孔３０Ａａは、各光導波路２０Ａａに応じて設けられている。この第１貫通孔３０Ａａは、上述の配列方向に沿って配列されている。この第１貫通孔３０Ａａは、副基板３１Ａに設けられている副貫通孔３１Ａａが連通して構成されている。この副貫通孔３１Ａａは、副基板３１Ａの各々に設けられており、副基板３１Ａを厚み方向に貫通し
ている。この第１貫通孔３０Ａａの内には、第１光学部材４０Ａが設けられている。
【００３７】
第１光学部材４０Ａは、一部が複数の第１貫通孔３０Ａａの内部に設けられている。この第１光学部材４０Ａは、第１貫通孔３０Ａａの開口の一方から突出し、当該突出した部位が第１貫通孔３０Ａａの開口の周囲に延在している。本実施形態では、第１光学部材４０Ａが一体的に構成されているが、第１貫通孔３０Ａａごとに分かれている構成も採用可能である。
【００３８】
各第１光学部材４０Ａの突出した部位には、窪み部４０Ａａが設けられている。この窪み部４０Ａａは、主基板３０Ａの主面よりも突出した位置で開口し、他の主面側に窪んでいる。この光伝送構造体２０Ａでは、窪み部４０ａを設けることによって、主基板３０Ａの第１貫通孔３０Ａａの開口との接触部に集中していた応力の一部を当該窪み部４０Ａａに分散することができる。この窪み部４０Ａａは、第１貫通孔３０Ａａの内に窪んでおり、底面が主基板３０Ａの一方の主面よりも窪んでいる。この光伝送構造体２０Ａでは、第１貫通孔３０Ａａの開口よりも窪んだ位置に応力を分散することができる。
【００３９】
光伝送構造体２０Ａの他の構成は、光伝送構造体２０と共通の構成を採用している。また、主基板３０Ａおよび第１光学部材４０Ａは、上述した構成を除き、光伝送構造体２０と共通の構成を採用している。
【００４０】
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。
【００４１】
上述の光伝送構造体２０の製造方法では、ネガ型のフォトレジストを採用しているが、露光することで現像液に対しての溶解性が増加するポジ型のフォトレジストを採用してもよい。ポジ型を採用する場合には、露光する領域も併せて変更する。
【００４２】
上述の光伝送構造体２０の製造方法では、主基板３０としてセラミック基板を採用した製造方法を記載しているが、有機基板を採用して光伝送構造体を製造してもよい。有機基板を採用して光伝送構造体を製造する場合は、副基板の積層後に、基体を打ち抜き加工して、第１貫通孔を形成してもよい。このようにして、副基板を一括で打ち抜く場合は副貫通孔の位置ズレを低減することができる。
【００４３】
上述の光伝送構造体２０では、第１光学部材４０の第２貫通孔４０ｂの内側に第２光学部材５０が位置している。この第２光学部材５０は、第２貫通孔４０ｂから窪み部４０ａの内側に延出していてもよい。さらに、延出した第２光学部材５０Ｂが窪み部４０ａの底面に広がり、一体的に構成されていてもよい。図９に示したように第２光学部材５０Ｂが一体的に構成されている場合、第２貫通孔４０ｂの内部に設けられる第２光学部材５０Ｂの形状バラツキを低減することができる。第２光学部材５０Ｂの形状バラツキを低減することで、伝送する光信号にズレが生じるのを低減することができる。
【００４４】
上述の光伝送構造体２０の製造方法では、感光性材料４０Ｘを硬化する前に凹部４０Ｘａを形成しているが、他の製造方法で窪み部４０ａを形成してもよい。例えば、感光性材料４０Ｘを露光して第２貫通孔４０ｂとなる貫通孔を形成し、硬化後に窪み部４０ａを形成してもよい。また、感光性材料４０Ｘが硬化する際の重合収縮を利用して窪み部４０ａを形成してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０・・・光伝送モジュール
１１・・・光電変換素子
１２・・・回路素子
２０・・・光伝送構造体
２０ａ・・・光導波路
２１・・・光配線基板
３０・・・主基板（基板）
３０ａ・・・第１貫通孔
３１・・・副基板
３１Ｘ・・・グリーンシート
３１ａ・・・副貫通孔
３１Ｘａ・・・シート孔
４０・・・第１光学部材
４０Ｘ・・・感光性材料
４０ａ・・・窪み部
４０ｂ・・・第２貫通孔
５０・・・第２光学部材
６０・・・電気配線
６１・・・表面配線層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送構造体および光伝送モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理能力の向上を図るべく、集積回路素子などの電気素子の間の電気通信を光伝送に変更することが検討されている。例えば、特許文献１には、基板の厚み方向に延びる複数の光導波路を有する光伝送構造体に、複数の発光素子などの光電変換素子を実装した光伝送モジュールが開示されている。この光導波路は、基板を厚み方向に貫通する複数の貫通孔の各々に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９４８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された光伝送構造体では、周囲の温度変動によって生じる熱応力が貫通孔の開口に集中し、基板から光導波路が剥離してしまう場合があった。
【０００５】
本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、信頼性の高い光導波路を有する光伝送構造体および光伝送モジュール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】
【０００６】
本発明の実施形態に係る光伝送構造体は、２つの主面で開口する第１貫通孔を有する基板と、前記第１貫通孔の内部に位置し、且つ当該第１貫通孔の前記開口の一方から突出しつつ周囲に延在している第１光学部材と、を有する。前記第１光学部材は、前記突出している部位から他方の前記主面の側に窪んでいる窪み部を有し、該窪み部から前記他方の主面に貫通している第２貫通孔を有している。該第２貫通孔の内部には、前記第１光学部材の屈折率に比べて大きい屈折率を有する第２光学部材が設けられている。
【０００７】
本発明の実施形態に係る光伝送モジュールは、本発明に係る光伝送構造体と、前記第２光学部材に光学的に結合される光素子と、を含んで構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信頼性の高い光導波路を有する光伝送構造体および光伝送モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る光伝送モジュールの１つの実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明に係る光伝送構造体の１つの実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図３】図２に示したIII−III線に沿った要部断面図である。
【図４】本発明に係る光伝送構造体の製造工程の１つの実施形態を示す要部断面図である。
【図５】図４に示した光伝送構造体の製造工程の続きの工程を示す要部断面図である。
【図６】図５に示した光伝送構造体の製造工程の続きの工程を示す要部断面図である。
【図７】本発明に係る光伝送構造体の他の実施形態の概略構成を示す平面図である。
【図８】図７に示したVIII−VIII線に沿った要部断面図である。
【図９】図３に示した光伝送構造体の他の実施形態を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜光伝送構造体および光伝送モジュールの第１の実施形態＞
以下、本発明に係る光伝送構造体および光伝送モジュールの一実施形態として光伝送構造体２０および光伝送モジュール１０を例示し、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１に示した光伝送モジュール１０は、光伝送構造体２０と、光素子としての光電変換素子１１と、回路素子１２とを備えている。
【００１２】
図２，３に示した光伝送構造体２０は、主基板３０と、第１光学部材４０と、複数の第２光学部材５０と、電気配線６０とを備えている。
【００１３】
主基板３０は、第１光学部材４０、第２光学部材５０、および電気配線６０を支持する機能を担っている。この主基板３０の厚みとしては、例えば０．１〜２〔ｍｍ〕の範囲が挙げられる。この主基板３０としては、例えばガラス基材エポキシ樹脂基板、ガラス基材銅張基板、ポリイミド樹脂基板、セラミック基板などが使用される。この主基板３０は、単層の基板、または複数の基板を積層した積層体として形成される。本実施形態では、複層のセラミック基板を採用している。本実施形態の主基板３０は、複数の副基板３１が積層されて構成されている。
【００１４】
この主基板３０は、厚み方向に貫通している貫通孔を有している。ここでは、この貫通孔を第１貫通孔３０ａとしている。この第１貫通孔３０ａは、主基板３０の２つの主面で開口している。この第１貫通孔３０ａは、副基板３１に設けられている副貫通孔３１ａが連通して構成されている。この副貫通孔３１ａは、副基板３１の各々に設けられており、副基板３１を厚み方向に貫通している。この厚み方向を図３ではＤ１，Ｄ２方向として示している。この第１貫通孔３０ａの内には、第１光学部材４０が設けられている。
【００１５】
第１光学部材４０は、一部が第１貫通孔３０ａの内部に設けられている。この第１光学部材４０は、第１貫通孔３０ａの開口の一方から突出し、当該突出した部位が第１貫通孔３０ａの開口の周囲に延在している。この第１光学部材４０の突出した部位には、窪み部４０ａが設けられている。この窪み部４０ａは、主基板３０の主面よりも突出した位置で開口し、他の主面側に窪んでいる。この光伝送構造体２０では、窪み部４０ａを設けることによって、主基板３０の第１貫通孔３０ａの開口との接触部に集中していた応力の一部を当該窪み部４０ａに分散することができる。この窪み部４０ａは、第１貫通孔３０ａの内に窪んでおり、底面が主基板３０の一方の主面よりも窪んでいる。この光伝送構造体２０では、第１貫通孔３０ａの開口よりも窪んだ位置に応力を分散することができる。
【００１６】
この第１光学部材４０には、窪み部４０ａの内から他方の主面に向かって貫通している貫通孔が設けられている。ここでは、この複数の貫通孔を第２貫通孔４０ｂとしている。この第２貫通孔４０ｂは、第１貫通孔３０ａの内側に位置している。この第２貫通孔４０ｂは、主基板３０の主面よりも窪んだ位置で開口している。この第２貫通孔４０ｂは、複数設けられており、厚み方向と直交する１つの方向に沿って並んでいる。この１つの方向を本実施形態では配列方向としている。この配列方向を図１〜３ではＤ３，Ｄ４方向として示している。この配列方向は、主基板３０の面方向のうち１方向に延びている。
【００１７】
この第２貫通孔４０ｂの各々の内には、第２光学部材５０が設けられている。この第２光学部材５０は、複数が配列方向に沿って配列され、各々が厚み方向に沿って延びている。この第２光学部材５０の配列方向における間隔としては、例えば６２．５〜２５０〔μｍ〕の範囲が挙げられる。また、配列方向に沿った第２光学部材５０の径としては、例えば１０〜１００〔μｍ〕の範囲が挙げられる。
【００１８】
第２光学部材５０は、光伝送構造体２０の光導波路２０ａとしての機能を有している。この第２光学部材５０の屈折率は、第１光学部材４０の屈折率に比べて大きくなっている。このように、第１光学部材４０の屈折率に比べて第２光学部材５０の屈折率を大きくすることで、第２光学部材５０が光導波路２０ａとして機能することができるようになる。つまり、この第１光学部材４０は光導波路２０ａのいわゆるクラッドとして機能し、第２光学部材５０は光導波路２０ａのいわゆるコアとして機能している。この第２光学部材５０の屈折率としては、第１光学部材４０の屈折率に対しての比屈折率差としては、例えば０．８〜４〔％〕の範囲が挙げられる。
【００１９】
この第２光学部材５０は、１つの第１貫通孔３０ａの内に複数設けられている。この第２光学部材５０は、１つの第１貫通孔の内に１つの第２光学部材を設ける場合に比べて、中心間の間隔を狭くすることができる。つまり、本実施形態の光伝送構造体２０では、２つの第２貫通孔４０ｂの間に第１光学部材４０が介在するだけでよいので、中心間の間隔を狭くすることができる。さらに、本実施形態のように、主基板３０として積層型セラミック基板を採用する際には、複数の副基板３１を積層する際の積層ズレに対する許容誤差を大きくすることができる。
【００２０】
この第１光学部材４０を形成する材料としては、種々の樹脂が挙げられ、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが含まれる。本実施形態では、第１光学部材４０を形成する材料として、感光性を有する樹脂を採用している。このように感光性を有する樹脂を採用することで、フォトリソグラフィ技術を採用して第２貫通孔４０ｂを形成することができる。
【００２１】
フォトリソグラフィ技術を採用して第２貫通孔４０ｂを形成する場合、次の利点がある。第１に、複数の第２貫通孔４０ｂの間での相対的な位置ズレを極めて小さくすることができる点が挙げられる。複数の第２貫通孔４０ｂを一度の露光によって一括形成することができるからである。第２貫通孔４０ｂの位置ズレを小さくすると、他の光導波路に光学的に接続する際に、当該他の光導波路に対して第２貫通孔４０ｂの内部を伝わる光を良好に伝送することができる。当業者の間では、複数の光導波路の間の相対的なズレが５〔μｍ〕以下であることが好ましいとされている。フォトリソグラフィ技術を採用する場合のズレは、第２貫通孔４０ｂに相当するフォトマスクにおけるマスク部分の位置ズレに依存することになる。このフォトマスクの製造誤差は、一般的に１〔μｍ〕未満とされているので、第２貫通孔４０ｂの位置ズレを５〔μｍ〕以下に抑えることが容易に可能である。
【００２２】
第２に、第２貫通孔４０ｂの内壁を滑らかにすることができる点が挙げられる。直進性の高い光を利用して第２貫通孔４０ｂを形成するからである。内壁面を滑らかにすることで、第２貫通孔４０ｂの内部を伝わる光の損失を小さくすることができる。当業者の間では、内部を伝わる光の波長に対して、内壁面の粗さが十分に小さいことが好ましいとされている。
【００２３】
電気配線６０は、第２光学部材５０に光学的に結合している光電変換素子１１に電気的に接続されている。この電気配線６０は、主基板３０のＤ１方向側の表面に設けられている表面配線層６１を含んでいる。この電気配線６０は、副基板３１を貫通して形成されている貫通導体、および２つの副基板３１の間に形成される中間配線層が含まれていてもよ
い。この貫通導体としては、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。この貫通導体は、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を用いて形成できる。
【００２４】
上述のように、電気配線６０の表面配線層６１には、光電変換素子１１が電気的に接続されている。本実施形態の光電変換素子１１は、電気配線６０の表面配線層６１に金属バンプ、導電性接着剤などによって実装される。この光電変換素子１１と表面配線層６１との接続部を除く他の部位は、保護層で覆われていてもよい。
【００２５】
この光電変換素子１１は、入力された電気信号に応じて光を発する機能、または入射された光に応じて電気信号に変換する機能を有している。この光電変換素子１１は、光導波路２０ａに光学的に結合している。本実施形態の光電変換素子１１は、電気配線６０を介して入力された電気信号に応じて光導波路２０ａに光信号を伝送する機能、または光導波路２０ａを介して入力された光信号に応じて電気配線６０に電気信号を伝送する機能を担っている。
【００２６】
上述の光を発する光電変換素子１１としては、種々の発光素子が適用できる。この光電変換素子１１としては、例えば垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が好ましい。光を受ける光電変換素子１１としては、例えばフォトダイオード（ＰＤ；Photo Diode）など種々の受光素子が適用できる。この受光素子
としてＰＤを採用する場合は、応答速度の速い素子が好ましく、例えばＰＩＮ−ＰＤなどが挙げられる。
【００２７】
光電変換素子１１は、１つの素子に１つの光電変換部を有していても、１つの素子に複数の光電変換部を有していてもよい。本実施形態の光電変換素子１１は、１つの素子に１つの光電変換部を有している。１つの光電変換部は、１つの第２光学部材５０に対応して配置されている。この１つの光電変換部は、１つの光導波路２０ａに対応して配置されている。
【００２８】
回路素子１２は、電気配線６０を介して光電変換素子１１と電気的に接続されている。この回路素子１２は、光電変換素子１１の担う機能によって、担う機能が異なっている。光電変換素子１１が光を発する場合、回路素子１２は、光電変換素子１１に変調された電気信号（変調電圧）を入力して、光電変換素子１１の発光強度を制御している。また、光電変換素子１１が光を受ける場合、回路素子１２は、光電変換素子１１で受光する光信号強度に応じて出力される電流信号を電圧信号に変換して出力している。また、この回路素子１２は、信号の波形を制御したり、ノイズ成分を除去したりする機能を併せ持っていてもよい。なお、光電変換素子１１で発する電気信号の出力が小さい場合、信号を増幅する機能を担っていても良い。この信号増幅機能は、光電変換素子１１自体が有していてもよい。また、この回路素子１２は、論理演算および数値計算を行う機能を有していてもよい。
【００２９】
＜光伝送構造体の製造方法の実施形態＞
以下、本発明に係る光伝送構造体の製造方法の一実施形態として光伝送構造体２０の製造方法を例示し、図面を参照しつつ説明する。
【００３０】
まず、主基板３０を準備する。本実施形態の主基板３０は、次の工程を経て製造される。まず、図４（ａ）に示したように、焼成することで副基板３１となる複数のグリーンシート３１Ｘを準備する。次に、図４（ｂ）に示したように、このグリーンシート３１Ｘに副貫通孔３１ａとなるシート孔３１Ｘａを空ける。このシート孔３１Ｘａの形成と併せて、電気配線６０の貫通導体に用いられる貫通孔が必要に応じて形成される。これらの孔空
けは、種々の方法で形成でき、例えば、ピンおよび金型でシートを打ち抜いたり、レーザ光で削ったりして形成できる。次に、このグリーンシート３１Ｘに電気配線６０となる金属ペーストを配置する。この金属ペーストは、例えばスクリーン印刷技術を利用したり、インクジェット印刷技術を採用したりして形成することができる。この電気配線６０となる金属ペーストとしては、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、銀（Ａｇ）、および銅（Ｃｕ）などの金属を含有させたものが挙げられる。次に、図４（ｃ）に示したように、シート孔３１Ｘａが連通するようにグリーンシート３１Ｘを積層する。次に、積層したグリーンシート３１Ｘを焼成して、図５（ａ）に示したように、第１貫通孔３０ａを有する主基板３０を形成する。このグリーンシート３１Ｘの焼成と併せて金属ペーストを焼成し、電気配線６０を形成する。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に示したように、主基板３０の第１貫通孔３０ａに、硬化することによって第１光学部材４０となる感光性材料４０Ｘを充填する。この感光性材料としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、およびポリイミド樹脂などを基材としたものが挙げられる。本実施形態では、露光することで現像液に対しての溶解性が低下するネガ型のフォトレジストを採用する。次に、図５（ｃ）に示したように感光性材料４０Ｘに窪み部４０ａとなる凹部４０Ｘａを型押し形成しながら、プリベークをする。このプリベーク後に感光性材料４０Ｘを露光する。この露光の際には、第２貫通孔４０ｂとなる領域に光が照射されないようにしたフォトマスクを採用する。このようなフォトマスクを採用することによって、第２貫通孔４０ｂとなる領域を一括して形成することができる。この露光の際の光源としては、例えば、各種ランプ、レーザ、および電子線などの種々のものが採用できる。次に、露光した感光性材料４０Ｘをポストベークする。次に、ポストベークした感光性材料４０Ｘを現像液で現像して、図６（ａ）に示したように、第２貫通孔４０ｂを有する第１光学部材４０を形成する。
【００３２】
次に、第１光学部材４０の第２貫通孔４０ｂに第２光学部材５０となる透光性材料を充填する。次にこの透光性材料を硬化して、図６（ｂ）に示したように、第２光学部材５０を形成する。
【００３３】
上述の工程を経て、図６（ｂ）に示した光伝送構造体２０を製造することができる。本実施形態では、感光性材料４０Ｘに凹部４０Ｘａを形成することによって、硬化する際に感光性材料４０Ｘが収縮しても第１貫通孔３０ａの開口に集中する応力を低減することができる。
【００３４】
＜光伝送構造体の第２の実施形態＞
以下、本発明に係る光伝送構造体および光伝送モジュールの他の実施形態として光伝送構造体２０Ａを例示し、図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
図７，８に示した光伝送構造体２０Ａは、主基板３０Ａと、第１光学部材４０Ａと、複数の第２光学部材５０と、電気配線６０とを備えている。この光伝送構造体２０Ａは、主基板３０Ａおよび第１光学部材４０Ａを備える点において光伝送構造体２０の構成と異なっている。この光伝送構造体２０は、光電変換素子１１を例示した光素子、および回路素子１２を実装して光伝送モジュールとすることが可能である。
【００３６】
主基板３０Ａは、複数の第１貫通孔３０Ａａを有している点において主基板３０の構成と異なっている。この第１貫通孔３０Ａａは、主基板３０Ａの２つの主面で開口している。この第１貫通孔３０Ａａは、各光導波路２０Ａａに応じて設けられている。この第１貫通孔３０Ａａは、上述の配列方向に沿って配列されている。この第１貫通孔３０Ａａは、副基板３１Ａに設けられている副貫通孔３１Ａａが連通して構成されている。この副貫通孔３１Ａａは、副基板３１Ａの各々に設けられており、副基板３１Ａを厚み方向に貫通し
ている。この第１貫通孔３０Ａａの内には、第１光学部材４０Ａが設けられている。
【００３７】
第１光学部材４０Ａは、一部が複数の第１貫通孔３０Ａａの内部に設けられている。この第１光学部材４０Ａは、第１貫通孔３０Ａａの開口の一方から突出し、当該突出した部位が第１貫通孔３０Ａａの開口の周囲に延在している。本実施形態では、第１光学部材４０Ａが一体的に構成されているが、第１貫通孔３０Ａａごとに分かれている構成も採用可能である。
【００３８】
各第１光学部材４０Ａの突出した部位には、窪み部４０Ａａが設けられている。この窪み部４０Ａａは、主基板３０Ａの主面よりも突出した位置で開口し、他の主面側に窪んでいる。この光伝送構造体２０Ａでは、窪み部４０ａを設けることによって、主基板３０Ａの第１貫通孔３０Ａａの開口との接触部に集中していた応力の一部を当該窪み部４０Ａａに分散することができる。この窪み部４０Ａａは、第１貫通孔３０Ａａの内に窪んでおり、底面が主基板３０Ａの一方の主面よりも窪んでいる。この光伝送構造体２０Ａでは、第１貫通孔３０Ａａの開口よりも窪んだ位置に応力を分散することができる。
【００３９】
光伝送構造体２０Ａの他の構成は、光伝送構造体２０と共通の構成を採用している。また、主基板３０Ａおよび第１光学部材４０Ａは、上述した構成を除き、光伝送構造体２０と共通の構成を採用している。
【００４０】
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。
【００４１】
上述の光伝送構造体２０の製造方法では、ネガ型のフォトレジストを採用しているが、露光することで現像液に対しての溶解性が増加するポジ型のフォトレジストを採用してもよい。ポジ型を採用する場合には、露光する領域も併せて変更する。
【００４２】
上述の光伝送構造体２０の製造方法では、主基板３０としてセラミック基板を採用した製造方法を記載しているが、有機基板を採用して光伝送構造体を製造してもよい。有機基板を採用して光伝送構造体を製造する場合は、副基板の積層後に、基体を打ち抜き加工して、第１貫通孔を形成してもよい。このようにして、副基板を一括で打ち抜く場合は副貫通孔の位置ズレを低減することができる。
【００４３】
上述の光伝送構造体２０では、第１光学部材４０の第２貫通孔４０ｂの内側に第２光学部材５０が位置している。この第２光学部材５０は、第２貫通孔４０ｂから窪み部４０ａの内側に延出していてもよい。さらに、延出した第２光学部材５０Ｂが窪み部４０ａの底面に広がり、一体的に構成されていてもよい。図９に示したように第２光学部材５０Ｂが一体的に構成されている場合、第２貫通孔４０ｂの内部に設けられる第２光学部材５０Ｂの形状バラツキを低減することができる。第２光学部材５０Ｂの形状バラツキを低減することで、伝送する光信号にズレが生じるのを低減することができる。
【００４４】
上述の光伝送構造体２０の製造方法では、感光性材料４０Ｘを硬化する前に凹部４０Ｘａを形成しているが、他の製造方法で窪み部４０ａを形成してもよい。例えば、感光性材料４０Ｘを露光して第２貫通孔４０ｂとなる貫通孔を形成し、硬化後に窪み部４０ａを形成してもよい。また、感光性材料４０Ｘが硬化する際の重合収縮を利用して窪み部４０ａを形成してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０・・・光伝送モジュール
１１・・・光電変換素子
１２・・・回路素子
２０・・・光伝送構造体
２０ａ・・・光導波路
２１・・・光配線基板
３０・・・主基板（基板）
３０ａ・・・第１貫通孔
３１・・・副基板
３１Ｘ・・・グリーンシート
３１ａ・・・副貫通孔
３１Ｘａ・・・シート孔
４０・・・第１光学部材
４０Ｘ・・・感光性材料
４０ａ・・・窪み部
４０ｂ・・・第２貫通孔
５０・・・第２光学部材
６０・・・電気配線
６１・・・表面配線層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの主面で開口する第１貫通孔を有する基板と、
前記第１貫通孔の内部に位置し、且つ当該第１貫通孔の前記開口の一方から突出しつつ周囲に延在している第１光学部材と、を有し、
前記第１光学部材は、前記突出している部位から他方の前記主面の側に窪んでいる窪み部を有し、該窪み部の内から前記他方の主面に向かって貫通している第２貫通孔を有しており、
該第２貫通孔の内部には、前記第１光学部材の屈折率に比べて大きい屈折率を有する第２光学部材が設けられている、光伝送構造体。
【請求項２】
前記窪み部の底面は、前記基板の一方の主面に比べて前記他方の主面側に窪んでいる、請求項１に記載の光伝送構造体。
【請求項３】
前記第２光学部材は、前記第１貫通孔から前記窪み部の内部に延出している、請求項１に記載の光伝送構造体。
【請求項４】
前記第１貫通孔は、前記主面の面方向に伸びる１つの方向に沿って配列している、請求項１に記載の光伝送構造体。
【請求項５】
請求項１に記載の光伝送構造体と、
前記第２光学部材に光学的に結合されている光素子と、を有する、光伝送モジュール。
【請求項１】
２つの主面で開口する第１貫通孔を有する基板と、
前記第１貫通孔の内部に位置し、且つ当該第１貫通孔の前記開口の一方から突出しつつ周囲に延在している第１光学部材と、を有し、
前記第１光学部材は、前記突出している部位から他方の前記主面の側に窪んでいる窪み部を有し、該窪み部の内から前記他方の主面に向かって貫通している第２貫通孔を有しており、
該第２貫通孔の内部には、前記第１光学部材の屈折率に比べて大きい屈折率を有する第２光学部材が設けられている、光伝送構造体。
【請求項２】
前記窪み部の底面は、前記基板の一方の主面に比べて前記他方の主面側に窪んでいる、請求項１に記載の光伝送構造体。
【請求項３】
前記第２光学部材は、前記第１貫通孔から前記窪み部の内部に延出している、請求項１に記載の光伝送構造体。
【請求項４】
前記第１貫通孔は、前記主面の面方向に伸びる１つの方向に沿って配列している、請求項１に記載の光伝送構造体。
【請求項５】
請求項１に記載の光伝送構造体と、
前記第２光学部材に光学的に結合されている光素子と、を有する、光伝送モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１８５３５３（Ｐ２０１２−１８５３５３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８７４８（Ｐ２０１１−４８７４８）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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