光導波路モジュールおよび電子機器
【課題】光素子と光導波路との光結合損失が小さく、高品質の光通信が可能な光導波路モジュール、かかる光導波路モジュールを備え、高品質の光通信が可能な電子機器を提供すること。
【解決手段】光導波路モジュールは、ミラー１６が形成された光導波路１と、その上方に設けられ、横断面積が下方に向かって徐々に拡張する貫通孔２４を備えた回路基板２と、回路基板２上に搭載された発光素子３と、を有している。光導波路１は、下方から支持フィルム１８、クラッド層１１、コア層１３、クラッド層１２およびカバーフィルム１９がこの順で積層されたものであるが、カバーフィルム１９の上面には、ミラー１６と発光素子３とを繋ぐ光路上の部位に、略球形をなすボールレンズ１００が載置されている。このボールレンズ１００の一部は、貫通孔２４内に挿入されている。
【解決手段】光導波路モジュールは、ミラー１６が形成された光導波路１と、その上方に設けられ、横断面積が下方に向かって徐々に拡張する貫通孔２４を備えた回路基板２と、回路基板２上に搭載された発光素子３と、を有している。光導波路１は、下方から支持フィルム１８、クラッド層１１、コア層１３、クラッド層１２およびカバーフィルム１９がこの順で積層されたものであるが、カバーフィルム１９の上面には、ミラー１６と発光素子３とを繋ぐ光路上の部位に、略球形をなすボールレンズ１００が載置されている。このボールレンズ１００の一部は、貫通孔２４内に挿入されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路モジュールおよび電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報化の波とともに、大容量の情報を高速で通信可能な広帯域回線（ブロードバンド）の普及が進んでいる。また、これらの広帯域回線に情報を伝送する装置として、ルーター装置、ＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing)装置等の伝送装置が用いられている。これらの伝送装置内には、ＬＳＩのような演算素子、メモリーのような記憶素子等が組み合わされた信号処理基板が多数設置されており、各回線の相互接続を担っている。
【０００３】
各信号処理基板には、演算素子や記憶素子等が電気配線で接続された回路が構築されているが、近年、処理する情報量の増大に伴って、各基板では、極めて高いスループットで情報を伝送することが要求されている。しかしながら、情報伝送の高速化に伴い、クロストークや高周波ノイズの発生、電気信号の劣化等の問題が顕在化しつつある。このため、電気配線がボトルネックとなって、信号処理基板のスループットの向上が困難になっている。また、同様の課題は、スーパーコンピューターや大規模サーバー等でも顕在化しつつある。
【０００４】
一方、光搬送波を使用してデータを移送する光通信技術が開発され、近年、この光搬送波を、一地点から他地点に導くための手段として、光導波路が普及しつつある。この光導波路は、線状のコア部と、その周囲を覆うように設けられたクラッド部とを有している。コア部は、光搬送波の光に対して実質的に透明な材料によって構成され、クラッド部は、コア部より屈折率が低い材料によって構成されている。
【０００５】
光導波路では、コア部の一端から導入された光が、クラッド部との境界で反射しながら他端に搬送される。光導波路の入射側には、半導体レーザー等の発光素子が配置され、出射側には、フォトダイオード等の受光素子が配置される。発光素子から入射された光は光導波路を伝搬し、受光素子により受光され、受光した光の明滅パターンもしくはその強弱パターンに基づいて通信を行う。
【０００６】
このような光導波路により信号処理基板内の電気配線を置き換えられると、前述したような電気配線の問題が解消され、信号処理基板のさらなる高スループット化が可能になると期待されている。
【０００７】
ところで、電気配線を光導波路に置き換える際には、電気信号と光信号との相互変換を行うべく、発光素子と受光素子とを備え、これらの間を光導波路で光学的に接続してなる光導波路モジュールが用いられる。
【０００８】
例えば、特許文献１には、プリント基板と、プリント基板上に搭載された発光素子と、プリント基板の下面側に設けられた光導波路と、を有する光インターフェースが開示されている。そして、光導波路と発光素子との間は、プリント基板に形成された、光信号を伝送するための貫通孔であるスルーホールを介して光学的に接続されている。
【０００９】
しかしながら、上述したような光インターフェースでは、発光素子と光導波路との光結合において、光結合損失が大きいことが課題となっている。具体的には、発光素子の発光部から出射した信号光がスルーホールを通過して光導波路に入射する際、信号光が放射状に発散してしまうため、全ての信号光が光導波路に入射しない。このため、信号光の一部は光通信に寄与せず、光結合損失の増加を招いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２９４４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、光素子と光導波路との光結合損失が小さく、高品質の光通信が可能な光導波路モジュール、および、かかる光導波路モジュールを備え、高品質の光通信が可能な電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的は、下記（１）〜（９）の本発明により達成される。
（１） コア部と、前記コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部と、前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記クラッド部の外部へと変換する光路変換部と、を備える光導波路と、
前記クラッド部の外部に設けられた光素子と、
前記光導波路と前記光素子との間に設けられ、前記光路変換部と前記光素子とを繋ぐ光路に沿って形成された貫通孔を備える基板と、を有し、
前記貫通孔は、前記光路に沿って横断面積が徐々に拡張または縮小するよう構成されており、
前記貫通孔内に少なくとも一部が挿入された略球形のボールレンズを有することを特徴とする光導波路モジュール。
【００１３】
（２） 前記ボールレンズは、その直径の半分以上が前記貫通孔内に挿入されている上記（１）に記載の光導波路モジュール。
【００１４】
（３） 前記貫通孔の２つの開口のうち、面積が小さい側の開口は、前記ボールレンズを通過させることができないよう構成されている上記（１）または（２）に記載の光導波路モジュール。
【００１５】
（４） 前記貫通孔は、前記光導波路側に向かって横断面積が連続的に拡張するよう構成されている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【００１６】
（５） 前記ボールレンズは、接着剤を介して前記光導波路に固定されるとともに、前記貫通孔の内面と接触している上記（４）に記載の光導波路モジュール。
【００１７】
（６） 前記貫通孔は、前記光導波路側に向かって横断面積が連続的に縮小するよう構成されている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【００１８】
（７） 前記光路変換部近傍および前記光素子の受発光部近傍の少なくとも一方に前記ボールレンズの焦点が位置するよう構成されている上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【００１９】
（８） 前記ボールレンズは、樹脂材料、ガラス材料、および結晶材料のいずれかで構成されている上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【００２０】
（９） 上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の光導波路モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ボールレンズを備えることにより、光素子と光導波路との光結合損失を小さくすることができるため、光搬送波のＳ／Ｎ比が高く、高品質の光通信が可能な光導波路モジュールが得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、このような光導波路モジュールを備えることにより、高品質の光通信が可能な信頼性の高い電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の光導波路モジュールの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図２に示す光導波路モジュールの他の構成例を示す縦断面図である。
【図５】貫通孔の他の構成例を示す縦断面図である。
【図６】本発明の光導波路モジュールの第２実施形態を示す縦断面図である。
【図７】図２に示す光導波路モジュールを製造する方法を説明するための図（縦断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の光導波路モジュールおよび電子機器について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
＜光導波路モジュール＞
≪第１実施形態≫
まず、本発明の光導波路モジュールの第１実施形態について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の光導波路モジュールの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、図２の部分拡大図である。なお、以下の説明では、図２、３の上側を「上」、下側を「下」という。また、各図では、厚さ方向を強調して描いている。
【００２７】
図１に示す光導波路モジュール１０は、光導波路１と、その上方に設けられた回路基板２（基板）と、回路基板２上に搭載された発光素子３（光素子）と、を有している。
【００２８】
光導波路１は、長尺の帯状をなしており、回路基板２および発光素子３は、光導波路１の一方の端部（図２の左側の端部）に設けられている。
【００２９】
発光素子３は、電気信号を光信号に変換し、発光部３１から光信号を出射して光導波路１に入射させる素子である。図２に示す発光素子３は、その下面に設けられた発光部３１と、発光部３１に通電する電極３２とを有している。発光部３１は、図２の下方に向けて光信号を出射する。なお、図２に示す矢印は、発光素子３から出射した信号光の光路の例である。
【００３０】
一方、光導波路１のうち、発光素子３の位置に対応してミラー（光路変換部）１６が設けられている。このミラー１６は、図２の左右方向に延伸する光導波路１の光路を、光導波路１の外部へと変換するものであり、図２では、発光素子３の発光部３１と光学的に接続されるよう、光路を９０°変換する。このようなミラー１６を介することにより、発光素子３から出射した信号光を光導波路１のコア部１４に入射させることができる。また、図示しないものの、光導波路１の他方の端部には、受光素子が設けられる。この受光素子も光導波路１と光学的に接続されており、光導波路１に入射された信号光は受光素子に到達する。その結果、光導波路モジュール１０において光通信が可能になる。
【００３１】
また、回路基板２には、ミラー１６と発光部３１とを繋ぐ光路が通過する部位に、厚さ方向に貫通する貫通孔２４が形成されている。この貫通孔２４は、光路に沿ってその横断面積が徐々に拡張または縮小するよう構成されている。そして、貫通孔２４内には、一部が挿入されるよう略球形のボールレンズ１００が載置されている。
【００３２】
このボールレンズ１００は、発光部３１から光導波路１に入射する信号光を収束光または平行光に変換することにより、信号光の発散を抑制し、ミラー１６の有効領域に対してより多くの信号光を到達させる。したがって、このようなボールレンズ１００を設けることにより、発光素子３と光導波路１との光結合効率が向上する。
【００３３】
以下、光導波路モジュール１０の各部について詳述する。
（光導波路）
図１に示す光導波路１は、下方からクラッド層（第１クラッド層）１１、コア層１３、およびクラッド層（第２クラッド層）１２をこの順で積層してなる帯状の積層体を有している。このうちコア層１３には、図１に示すように、平面視で直線状をなす１本のコア部１４と、このコア部１４の側面に隣接する側面クラッド部１５とが形成されている。コア部１４は、帯状の積層体の長手方向に沿って延伸しており、かつ、積層体の幅のほぼ中央に位置している。なお、図１において、コア部１４にはドットを付している。
【００３４】
図２に示す光導波路１では、ミラー１６を介して入射された光を、コア部１４とクラッド部（各クラッド層１１、１２および各側面クラッド部１５）との界面で全反射させ、他方の端部に伝搬させることができる。これにより、出射端で受光した光の明滅パターンおよび光の強弱パターンの少なくとも一方に基づいて光通信を行うことができる。
【００３５】
コア部１４とクラッド部との界面で全反射を生じさせるためには、界面に屈折率差が存在する必要がある。コア部１４の屈折率は、クラッド部の屈折率より大きければよく、その差は特に限定されないものの、クラッド部の屈折率の０．５％以上であるのが好ましく、０．８％以上であるのがより好ましい。一方、上限値は、特に設定されなくてもよいが、好ましくは５．５％程度とされる。屈折率の差が前記下限値未満であると光を伝達する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えても、光の伝送効率のそれ以上の増大は期待できない。
【００３６】
なお、前記屈折率差とは、コア部１４の屈折率をＡ、クラッド部の屈折率をＢとしたとき、次式で表わされる。
屈折率差（％）＝｜Ａ／Ｂ−１｜×１００
【００３７】
また、図１に示す構成では、コア部１４は平面視で直線状に形成されているが、途中で湾曲、分岐等していてもよく、その形状は任意である。
【００３８】
また、コア部１４の横断面形状は、正方形または矩形（長方形）のような四角形であるのが一般的であるが、特に限定されず、真円、楕円のような円形、菱形、三角形、五角形のような多角形であってもよい。
【００３９】
コア部１４の幅および高さは、特に限定されないが、それぞれ、１〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５〜１００μｍ程度であるのがより好ましく、２０〜７０μｍ程度であるのがさらに好ましい。
【００４０】
コア層１３の構成材料は、上記の屈折率差が生じる材料であれば特に限定されないが、具体的には、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料の他、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料等である。
【００４１】
また、これらの中でも特にノルボルネン系樹脂が好ましい。これらのノルボルネン系ポリマーは、例えば、開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）、ＲＯＭＰと水素化反応との組み合わせ、ラジカルまたはカチオンによる重合、カチオン性パラジウム重合開始剤を用いた重合、これ以外の重合開始剤（例えば、ニッケルや他の遷移金属の重合開始剤）を用いた重合等、公知のすべての重合方法で得ることができる。
【００４２】
一方、各クラッド層１１、１２は、それぞれ、コア層１３の下部および上部に位置している。このような各クラッド層１１、１２は、各側面クラッド部１５とともに、コア部１４の外周を囲むクラッド部を構成し、これにより光導波路１は信号光を漏出させることなく伝搬させることができる導光路として機能する。
【００４３】
クラッド層１１、１２の平均厚さは、コア層１３の平均厚さ（各コア部１４の平均高さ）の０．１〜１．５倍程度であるのが好ましく、０．２〜１．２５倍程度であるのがより好ましく、具体的には、クラッド層１１、１２の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、通常、１〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５〜１００μｍ程度であるのがより好ましく、１０〜６０μｍ程度であるのがさらに好ましい。これにより、光導波路１が必要以上に大型化（厚膜化）するのを防止しつつ、クラッド層としての機能が好適に発揮される。
【００４４】
また、各クラッド層１１、１２の構成材料としては、例えば、前述したコア層１３の構成材料と同様の材料を用いることができるが、特にノルボルネン系ポリマーが好ましい。
【００４５】
また、コア層１３の構成材料およびクラッド層１１、１２の構成材料を選択する場合、両者の間の屈折率差を考慮して材料を選択すればよい。具体的には、コア層１３とクラッド層１１、１２との境界において光を確実に全反射させるため、コア層１３の構成材料の屈折率がクラッド層１１、１２の屈折率に比べ十分に大きくなるように材料を選択すればよい。これにより、光導波路１の厚さ方向において十分な屈折率差が得られ、コア部１４からクラッド層１１、１２に光が漏れ出るのを抑制することができる。
【００４６】
なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア層１３の構成材料とクラッド層１１、１２の構成材料との密着性（親和性）が高いことも重要である。
【００４７】
また、図２に示す光導波路１は、さらに、クラッド層１１の下面に設けられた支持フィルム１８およびクラッド層１２の上面に設けられたカバーフィルム１９を有している。これらの支持フィルム１８およびカバーフィルム１９は、必要に応じて設ければよく、省略されてもよい。
【００４８】
このような支持フィルム１８およびカバーフィルム１９の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂材料等が挙げられる。
【００４９】
また、支持フィルム１８およびカバーフィルム１９の各平均厚さは、特に限定されないが、５〜２００μｍ程度であるのが好ましく、１０〜１００μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、支持フィルム１８およびカバーフィルム１９は、適度な剛性を有するものとなるため、光導波路１の柔軟性を阻害し難くなる。また、カバーフィルム１９は、光透過を阻害し難くなる。
【００５０】
なお、支持フィルム１８とクラッド層１１との間、および、カバーフィルム１９とクラッド層１２との間は、接着または接合されているが、その方法としては、熱圧着、接着剤または粘着剤による接着等が挙げられる。
【００５１】
このうち、接着層としては、例えば、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤（ポリエステル系、変性オレフィン系）等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が好ましく用いられる。このような材料で構成された接着層は、比較的柔軟性に富んでいるため、光導波路１の形状が変化したとしても、その変化に自在に追従することができる。その結果、形状変化に伴う剥離を確実に防止し得るものとなる。
【００５２】
このような接着層の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１００μｍ程度であるのが好ましく、５〜６０μｍ程度であるのがより好ましい。
【００５３】
また、前述したように、光導波路１の途中には、ミラー１６が設けられている（図２参照）。このミラー１６は、光導波路１の途中に掘り込み加工を施し、これにより得られた空間（空洞）の内壁面で構成される。この内壁面の一部は、コア部１４を斜め４５°に横切る平面であり、この平面がミラー１６となる。ミラー１６を介して、光導波路１と発光部３１とが光学的に接続されている。
【００５４】
なお、ミラー１６には、必要に応じて反射膜を成膜するようにしてもよい。この反射膜としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜が好ましく用いられる。
【００５５】
また、ミラー１６は、例えばコア部１４の光軸を９０°曲げる屈曲導波路等の光路変換手段で代替することもできる。
【００５６】
また、クラッド層１２の上面には、ボールレンズ１００が載置されている。なお、このボールレンズ１００については後に詳述する。
【００５７】
（発光素子）
発光素子３は、前述したように、下面に発光部３１と電極３２とを有するものであるが、具体的には、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）のような半導体レーザーや、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子である。
【００５８】
一方、図１、２に示す光導波路モジュール１０の回路基板２上には、発光素子３に隣り合うように半導体素子４が搭載されている。半導体素子４は、発光素子３の動作を制御する素子であり、下面には電極４２を有している。かかる半導体素子４としては、例えば、ドライバーＩＣや、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）、リミッティングアンプ（ＬＡ）等を含むコンビネーションＩＣの他、各種ＬＳＩ、ＲＡＭ等が挙げられる。
【００５９】
なお、発光素子３と半導体素子４は、後述する回路基板２により電気的に接続されており、半導体素子４により発光素子３の発光パターンおよび発光の強弱パターンを制御し得るよう構成されている。
【００６０】
（回路基板）
光導波路１の上方には、回路基板２が設けられており、回路基板２の下面と光導波路１の上面とは接着層５を介して接着されている。
【００６１】
回路基板２は、図２に示すように、絶縁性基板２１と、その下面に設けられた導体層２２と、上面に設けられた導体層２３と、を有している。回路基板２上に搭載された発光素子３と半導体素子４とは、導体層２３を介して電気的に接続されている。
【００６２】
ここで、絶縁性基板２１には、発光素子３の発光部３１と光導波路１のミラー１６とを繋ぐ光路に沿って形成された貫通孔２４が形成されている。貫通孔２４は、前記光路に沿って絶縁性基板２１を厚さ方向に貫通するよう構成されている。
【００６３】
また、図３に示す絶縁性基板２１おいて貫通孔２４は、その両開口部の形状が平面視で円形をなしており、かつ、下方に向かうにつれて横断面積が徐々に（連続的に）拡張するテーパー状をなしている。換言すれば、貫通孔２４は、円錐台形状をなしている。
【００６４】
なお、貫通孔２４の両開口部の形状は特に限定されず、真円、楕円、長円等の円形のほか、三角形、四角形、六角形等の多角形等であってもよい。
【００６５】
また、貫通孔２４の形状は、その横断面積が連続的に変化するテーパー状であってもよいが、横断面積が段階的に（不連続的に）変化する形状であってもよい。すなわち、横断面積が徐々に拡張する形状とは、拡張の仕方が連続的である形状および不連続的である形状の双方を指す。
このような貫通孔２４には、後述する略球状のボールレンズが挿入される。
【００６６】
また、絶縁性基板２１は可撓性を有しているのが好ましい。可撓性を有する絶縁性基板２１は、回路基板２と光導波路１との密着性向上に寄与するとともに、形状変化に対する優れた追従性を有するものとなる。その結果、光導波路１が可撓性を有している場合には、光導波路モジュール１０全体も可撓性を有するものとなり、実装性に優れたものとなる。また、光導波路モジュール１０を湾曲させた際には、絶縁性基板２１と導体層２２、２３との剥離や、回路基板２と光導波路１との剥離を確実に防止することができ、剥離に伴う絶縁性の低下や伝送効率の低下を防止する。
【００６７】
絶縁性基板２１のヤング率（引張弾性率）は、一般的な室温環境下（２０〜２５℃前後）で１〜２０ＧＰａ程度であるのが好ましく、２〜１２ＧＰａ程度であるのがより好ましい。ヤング率の範囲がこの程度であれば、絶縁性基板２１は、上述したような効果を得る上で十分な可撓性を有するものとなる。
【００６８】
このような絶縁性基板２１を構成する材料としては、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、各種ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂等の各種樹脂材料が挙げられるが、中でもポリイミド系樹脂を主材料とするものが好ましく用いられる。ポリイミド系樹脂は、耐熱性が高く、優れた透光性および可撓性を有していることから、絶縁性基板２１の構成材料として特に好適である。
【００６９】
なお、絶縁性基板２１の具体例としては、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板、アラミド銅張フィルム基板等に使用されるフィルム基板が挙げられる。
【００７０】
また、絶縁性基板２１の平均厚さは、５〜５０μｍ程度であるのが好ましく、１０〜４０μｍ程度であるのがより好ましい。このような厚さの絶縁性基板２１であれば、その構成材料によらず、十分な可撓性を有するものとなる。また、絶縁性基板２１の厚さが前記範囲内であれば、光導波路モジュール１０の薄型化が図られる。
【００７１】
さらには、絶縁性基板２１の厚さが前記範囲内であれば、信号光の発散によって伝送効率が低下するのを防止することができる。例えば、発光素子３の発光部３１から出射した信号光は、一定の出射角で発散しつつ回路基板２を通過してミラー１６に入射するが、発光部３１とミラー１６との離間距離が大き過ぎる場合、信号光が発散し過ぎてしまい、ミラー１６に到達する光量が減少するおそれがある。これに対し、絶縁性基板２１の平均厚さを前記範囲内とすることにより、発光部３１とミラー１６との離間距離を確実に小さくすることができるため、信号光は広く発散してしまう前にミラー１６に到達する。その結果、ミラー１６に到達する光量の減少を防止し、発光素子３と光導波路１との光結合に伴う損失（光結合損失）を十分に低下させることができる。
【００７２】
なお、絶縁性基板２１は、１枚の基板であってもよいが、複数層の基板を積層してなる多層基板（ビルドアップ基板）であってもよい。この場合、多層基板の層間には、パターニングされた導体層を含み、この導体層には任意の電気回路が形成されていてもよい。これにより、絶縁性基板２１中に高密度の電気回路を構築することができる。
【００７３】
また、絶縁性基板２１には、厚さ方向に貫通する１つまたは複数の貫通孔が設けられていてもよく、これらの貫通孔には導電性材料が充填されているか、または、貫通孔の内壁面に沿って導電性材料の被膜が成膜されていてもよい。この導電性材料は、絶縁性基板２１の両面の間を電気的に接続する貫通ビアとなる。
【００７４】
また、絶縁性基板２１に設けられた導体層２２および導体層２３は、それぞれ導電性材料で構成されている。各導体層２２、２３には、所定のパターンが形成されており、このパターンは配線として機能する。絶縁性基板２１に貫通ビアが形成されている場合、貫通ビアと各導体層２２、２３とが接続され、これにより、導体層２２と導体層２３とが一部で導通する。
【００７５】
各導体層２２、２３に用いられる導電性材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の各種金属材料が挙げられる。
【００７６】
また、各導体層２２、２３の平均厚さは、配線に要求される導電率等に応じて適宜設定されるものの、例えば１〜３０μｍ程度とされる。
【００７７】
また、各導体層２２、２３に形成される配線パターンの幅も、配線に要求される導電率や各導体層２２、２３の厚さ等に応じて適宜設定されるものの、例えば２〜１０００μｍ程度であるのが好ましく、５〜５００μｍ程度であるのがより好ましい。
【００７８】
なお、このような配線パターンは、例えば、一旦全面に形成された導体層をパターニングする（例えば、銅張基板の銅箔を部分的にエッチングする）方法、別途用意した基板上にあらかじめパターニングされた導体層を転写する方法等により形成される。
【００７９】
また、図３に示す各導体層２２、２３は、発光素子３の発光部３１とミラー１６との間の光路に干渉しないよう設けられた開口部２２１、２３１を有している。その結果、開口部２２１には導体層２２の厚さに相当する高さの空隙２２２が、開口部２３１には導体層２３の厚さに相当する高さの空隙２３２がそれぞれ生じている。
【００８０】
また、発光素子３や半導体素子４と導体層２３との間は、各種ハンダ、各種ろう材等により電気的かつ機械的に接続される。
【００８１】
ハンダおよびろう材としては、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ系の鉛ハンダの他、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ系の各種鉛フリーハンダ、ＪＩＳに規定された各種低温ろう材等が挙げられる。
【００８２】
なお、発光素子３や半導体素子４としては、例えばＢＧＡ(Ball Grid Array)タイプやＬＧＡ(Land Grid Array)タイプ等のパッケージ仕様の素子が用いられる。
【００８３】
また、導体層２３とハンダ（またはろう材）とが接触することにより、導体層２３を構成する金属成分の一部がハンダ側に溶解する現象が生じるおそれがある。この現象は、特に銅製の導体層２３に対して生じる場合が多いことから「銅食われ」と呼ばれている。銅食われが発生すると、導体層２３が薄くなったり、欠損したりする等の不具合を招き、導体層２３の機能を損なうおそれがある。
【００８４】
そこで、ハンダと接する導体層２３の表面には、あらかじめ、ハンダの下地として銅食われ防止膜（下地層）を形成しておくのが好ましい。この銅食われ防止膜の形成により、銅食われが防止され、導体層２３の機能を長期にわたって維持することができる。
【００８５】
銅食われ防止膜の構成材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、スズ（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）等が挙げられ、銅食われ防止膜は、これらの金属組成１種からなる単層であってもよく、２種以上を含む複合層（例えば、Ｎｉ−Ａｕ複合層、Ｎｉ−Ｓｎ複合層等）であってもよい。
【００８６】
銅食われ防止膜の平均厚さは、特に限定されないが、０．０５〜５μｍ程度であるのが好ましく、０．１〜３μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、銅食われ防止膜そのものの電気抵抗を抑制しつつ、十分な銅食われ防止作用を発現させることができる。
【００８７】
なお、発光素子３や半導体素子４と導体層２３との電気的接続は、上述したような接続方法の他、ワイヤーボンディング、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）等を用いた製造方法で行われてもよい。
【００８８】
このうち、ワイヤーボンディングによれば、発光素子３や半導体素子４と回路基板２との間で熱膨張差が生じたとしても、柔軟性の高いボンディングワイヤーによって熱膨張差を吸収することができるので、接続部に対する応力集中が防止される。
【００８９】
また、回路基板２と光導波路１との間は接着層５により接着されているが、接着層５を構成する接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤（ポリエステル系、変性オレフィン系）等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が挙げられる。
【００９０】
以上のような光導波路モジュール１０では、発光素子３の発光部３１から出射した信号光が、空隙２３２、貫通孔２４に一部が挿入されたボールレンズ１００、空隙２２２、および接着層５を通過し、光導波路１に入射される。
【００９１】
なお、光導波路モジュール１０は、光導波路１の他方の端部にも、回路基板２を有していてもよく、他の光学部品との接続を担うコネクター等を有していてもよい。
【００９２】
図４は、図２に示す光導波路モジュールの他の構成例を示す縦断面図である。
図４（ａ）に示す光導波路モジュール１０では、光導波路１の他方の端部（図２、４の右側の端部）の上面にも回路基板２が設けられている。また、この回路基板２上には、受光素子７と半導体素子４とが搭載されている。また、光導波路１には、受光素子７の受光部７１の位置に対応してミラー１６が形成されている。
【００９３】
このような光導波路モジュール１０では、光導波路１からミラー１６を介して出射した信号光が、受光素子７の受光部７１に到達すると、光信号から電気信号への変換がなされる。このようにして光導波路１の両端部間における光通信が行われる。
【００９４】
一方、図４（ｂ）に示す光導波路モジュール１０では、光導波路１の他方の端部に、他の光学部品との接続を担うコネクター２０が設けられている。コネクター２０としては、光ファイバーとの接続に用いられるＰＭＴコネクター等が挙げられる。コネクター２０を介して光導波路モジュール１０を光ファイバーに接続することで、より長距離の光通信が可能になる。
【００９５】
なお、図４では、光導波路１の一方の端部と他方の端部とで１対１の光通信を行う場合について説明したが、光導波路１の他方の端部には、光路を複数に分岐することができる光スプリッターを接続するようにしてもよい。
【００９６】
（ボールレンズ）
ここで、光導波路１の表面（クラッド層１２の上面）上のうち、ミラー１６と発光部３１とを繋ぐ光路が通過する部位には、前述したように、ボールレンズ１００が、貫通孔２４内にその一部が挿入された状態で載置されている。
【００９７】
このようなボールレンズ１００がない場合、発光部３１から出射した信号光が光導波路１に入射するまでの間で、信号光が発散し、ミラー１６の有効領域からはみ出てしまう信号光が発生する。このとき、はみ出た信号光は損失となり、ミラー１６で反射される信号光の光量が少なくなるため、光信号のＳ／Ｎ比が低下してしまう。
【００９８】
これに対し、ボールレンズ１００を設けることにより、光導波路１の表面に信号光の収束（収斂）機能が付与される。その結果、より多くの信号光をミラー１６に入射させることにより信号光の損失の発生が抑制され、光通信のＳ／Ｎ比を高めることができる。そして、信頼性が高く高品質な光通信を提供し得る光導波路モジュール１０が得られる。
【００９９】
ボールレンズ１００は、透明な材料で構成された略球形をなすレンズである。ボールレンズ１００の形状は、真球の他、真球に類似した球形や楕円球等であってもよい。
【０１００】
また、ボールレンズ１００の表面には、必要に応じて、ボールレンズ１００に入射する信号光の反射を防止する反射防止処理が施されていてもよい。かかる反射防止処理としては、例えば、ボールレンズ１００の表面に微小な凹凸を形成する処理、ボールレンズ１００の表面に反射防止膜を成膜する処理等が挙げられる。
【０１０１】
このうち、ボールレンズ１００の表面に微小な凹凸を形成する場合、この凹凸のピッチや深さ（高さ）は、ボールレンズ１００に入射する信号光の波長以下であるのが好ましい。凹凸のピッチや深さ（高さ）を信号光の波長以下にすれば、この領域の屈折率を、空気の屈折率とボールレンズ１００の屈折率との中間の値としてみなすことができる。その結果、ボールレンズ１００に入射する信号光の反射が抑制され、信号光の入射効率が向上する。
【０１０２】
なお、発光素子３から出射される信号光の波長は、一般的に１５０〜１６００ｎｍ程度であるので、それに応じて凹凸のピッチや深さ（高さ）の上限が設定される。
【０１０３】
一方、凹凸のピッチや深さ（高さ）の下限は、特に限定されないが、凹凸の形成容易性や長期信頼性等の観点から２０ｎｍ程度とされる。
【０１０４】
また、反射防止膜は、例えば、ボールレンズ１００に入射する信号光の波長をλとしたとき、λ／４の奇数倍の光学的膜厚を有する薄膜で構成される。反射防止膜は、１層に限らず、２層以上のマルチコーティングであってもよい。
【０１０５】
透明な材料としては、例えば、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料の他、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのような各種ガラス材料、サファイア、水晶のような各種結晶材料等が挙げられる。
【０１０６】
ところで、ボールレンズ１００は、貫通孔２４の下方から、その直径の半分以上が貫通孔２４内に挿入されている。これにより、ボールレンズ１００は、貫通孔２４内に確実に固定されることとなり、光導波路モジュール１０の信頼性が向上する。
【０１０７】
具体的には、ボールレンズ１００の直径の５０〜９５％が挿入されているのが好ましく、６０〜９０％が挿入されているのがより好ましい。これにより、ボールレンズ１００は、貫通孔２４内に確実に固定されるとともに、一部が突出することによってボールレンズ１００と光導波路１との機械的および光学的な接続が確実になされる。その結果、発光素子３と光導波路１との光結合効率が向上する。
【０１０８】
また、図３に示す貫通孔２４は、前述したようにテーパー状をなしている。このため、貫通孔２４の下方からボールレンズ１００を挿入すると、ボールレンズ１００の直径と貫通孔２４の内径とが一致する箇所において、ボールレンズ１００と貫通孔２４の内面とが接触し、この箇所においてボールレンズ１００が固定されることとなる。したがって、ボールレンズ１００との接触位置を踏まえて貫通孔２４の形状を適宜設定することにより、ボールレンズ１００の固定位置を厳密に制御することができる。
【０１０９】
なお、貫通孔２４が円錐台形状、角錐台形状のようなテーパー状である場合、絶縁性基板２１の厚さ方向および面方向の双方において、ボールレンズ１００の固定位置を一義的に決定することができる。したがって、貫通孔２４の形状および形成位置を正確に設定しさえすれば、ボールレンズ１００の固定位置の再現性を確実に高めることができる。
【０１１０】
また、この場合、貫通孔２４の内面は、必然的に、ボールレンズ１００の中心方向に向かって押圧する力を付与することとなる。このため、ボールレンズ１００が変形し難く、かつ位置ズレを伴わない確実な固定が可能になる。
【０１１１】
また、貫通孔２４の平面視形状が円形である場合、ボールレンズ１００と貫通孔２４の内面との接触部は、環状をなす領域となる。これにより、ボールレンズ１００に対して貫通孔２４の内面が偏りなく接触することになるので、ボールレンズ１００がより確実に固定される。
【０１１２】
なお、図３に示す貫通孔２４の場合、ボールレンズ１００の上方において、上記環状をなす領域と貫通孔２４の内面とが接触し、ボールレンズ１００の下方においては、接着層５と接触しているため、この２点で支持されることによりボールレンズ１００が固定されている。このような固定方法であれば、ボールレンズ１００を上下から挟み込むようにしてボールレンズ１００を確実に固定することができる。さらには、ボールレンズ１００と光導波路１との間が接着層５によって機械的および光学的に接続されるため、ボールレンズ１００により収束された信号光の光導波路１に対する入射効率が特に向上する。
【０１１３】
ボールレンズ１００に対する支持点の数は、特に限定されず、３点以上であってもよい。
【０１１４】
また、貫通孔２４の全体がテーパー状をなしていなくても、一部がテーパー状であればよい。
【０１１５】
また、テーパー状をなす貫通孔２４の内面が、発光素子３の発光部３１と光導波路１のミラー１６とを繋ぐ光路に対してなす角度は、５〜８５°程度であるのが好ましく、１０〜８０°程度であるのがより好ましい。これにより、ボールレンズ１００を絶縁性基板２１の厚さ方向および面方向の双方においてより確実に固定することができる。
【０１１６】
ここで、貫通孔２４のうち、上方の開口２４２は、下方の開口２４１より面積が小さく、かつ、ボールレンズ１００を通過させることができないよう構成されている。これにより貫通孔２４では、挿入されたボールレンズ１００が貫通孔２４の途中で内面と確実に接触するため、ボールレンズ１００の位置を一義的に決定することができ、かつ、ボールレンズ１００を確実に固定することができる。また、光導波路モジュール１０の厚さは、挿入された分だけ薄くなる。したがって、ボールレンズ１００を固定しつつ、光導波路モジュール１０の薄型化を図ることができる。
【０１１７】
図３に示す貫通孔２４の場合、貫通孔２４は円錐台形状をなしているため、開口２４１および開口２４２はそれぞれ円形をなしている。したがって、下方の開口２４１の内径をＬ１とし、上方の開口２４２の内径をＬ２とし、ボールレンズ１００の直径（最大直径）をＤとし、貫通孔２４の中心軸（発光素子３の発光部３１とミラー１６とを繋ぐ光路）に対して貫通孔２４の内面がなす角度をθとしたとき、貫通孔２４では、Ｌ２＜Ｄｃｏｓθの関係と、Ｄ／ｃｏｓθ＜Ｌ１の関係の双方が成立している。貫通孔２４がこのような関係式を満たすことにより、ボールレンズ１００は貫通孔２４に対して直径Ｄの半分以上が挿入された状態で、かつ、貫通孔２４の内面に接した状態をとることができる。その結果、ボールレンズ１００の確実な固定と光導波路モジュール１０の薄型化とを高度に両立することができる。
【０１１８】
また、ボールレンズ１００の直径Ｄは、ミラー１６の有効領域の大きさや発光素子３の開口数（ＮＡ：numerical aperture）等に応じて適宜設定されるものの、好ましくは１０μｍ〜１ｍｍ程度とされ、より好ましくは３０μｍ〜５００μｍ程度とされる。
【０１１９】
さらに、ボールレンズ１００の直径Ｄは、発光素子３の発光部３１の直径（受光素子７の受光部７１の直径）の１．５〜６倍程度であるのが好ましく、２〜５倍程度であるのがより好ましい。
【０１２０】
また、ボールレンズ１００は、その焦点が、ミラー１６近傍に位置するよう構成されているのが好ましい。このような構成のボールレンズ１００は、発光素子３の発光部３１から放射状に出射した信号光を、平行光または収束光に変換し、それ以上発散しないように光路変換することができる。その結果、信号光の発散に伴う損失を確実に抑制することができる。
【０１２１】
また、ボールレンズ１００は、その焦点が、発光素子３の発光部３１近傍に位置するよう構成されているのが好ましい。このような構成のボールレンズ１００は、ミラー１６からはみ出る信号光を減らし、信号光の光結合損失を確実に抑えることができる。
【０１２２】
以上、貫通孔２４内にボールレンズ１００の一部が挿入されることで、光導波路モジュール１０の厚さが著しく厚くなるのを避けつつ（比較的嵩高いボールレンズ１００の高さを相殺しつつ）、ボールレンズ１００の位置を一義的に決定し、その位置で確実に固定することができる。これにより、ボールレンズ１００と発光素子３およびミラー１６との位置関係を設計通りに再現することができ、光結合効率を確実に高めることができる。換言すれば、発光素子３とミラー１６との間で開口数のマッチングを図ることができる。その結果、光通信のＳ／Ｎ比を高めることができ、信頼性が高く高品質な光通信を提供し得る光導波路モジュール１０が得られる。
【０１２３】
また、ボールレンズ１００は、その他の球面を利用したレンズの中でも最も焦点距離が短い。このため、貫通孔２４内にボールレンズ１００を挿入することによってボールレンズ１００と発光素子３およびミラー１６との離間距離が短くなったとしても、ボールレンズ１００の焦点を目的とする位置に合わせ易くなり、信号光を確実に収束することができる。
【０１２４】
加えて、ボールレンズ１００は、製造が容易であり、かつ安価であるとともに、その形状に基づく流動性の高さゆえ、実装作業も比較的容易である。このため、製造バラツキに伴う歩留まりの低下が抑えられ、個体差の少ない光導波路モジュール１０の製造が可能になる。
【０１２５】
なお、必要に応じて、発光素子３と回路基板２との隙間、空隙２３２、貫通孔２４のボールレンズ１００より上方の領域、貫通孔２４のボールレンズ１００より下方の領域、および空隙２２２の少なくとも１つには、封止材を充填するようにしてもよい。また、半導体素子４と回路基板２との隙間にも封止材を充填するようにしてもよい。
【０１２６】
これらの充填材は、発光素子３や半導体素子４の耐候性（耐熱性、耐湿性、気圧変化等）を高めるとともに、振動、外力、異物付着等から発光素子３および半導体素子４を確実に保護することができる。
【０１２７】
封止材としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。
【０１２８】
また、上述したようなボールレンズ１００は、受光素子側に設けるようにしてもよい。図４（ａ）には、受光素子７側にボールレンズ１００を設けた場合を示している。図４（ａ）の受光素子７側に設けられたボールレンズ１００は、回路基板２に形成された貫通孔２４内にその一部が挿入された状態で載置されている。
【０１２９】
このような光導波路モジュール１０において、光導波路１を伝搬し、ミラー１６で反射された信号光が受光素子７の受光部７１に入射する際、信号光が発散してしまい、受光部７１からはみ出る信号光を減らすことができる。その結果、光導波路モジュール１０の受光素子側における光結合損失を確実に抑えることができる。
また、貫通孔２４は、図５に示すような縦断面形状をなすものであってもよい。
【０１３０】
図５は、貫通孔の他の構成例を示す縦断面図である。
このうち、図５（ａ）、（ｂ）に示す貫通孔２４は、一部のみがテーパー状になっているもの、図５（ｃ）、（ｄ）に示す貫通孔２４は、内面の傾斜角度が一部で異なっているもの、図５（ｅ）、（ｆ）に示す貫通孔２４は、内面が湾曲しているものである。
【０１３１】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の光導波路モジュールの第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の光導波路モジュールの第２実施形態を示す縦断面図である。
【０１３２】
以下、第２実施形態について説明するが、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図６において、第１実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１３３】
図６に示す光導波路モジュール１０は、貫通孔２４の形状が図３に示すものと上下反対であって、貫通孔２４の上方の開口から、貫通孔２４内に一部が挿入されるようにボールレンズ１００が載置されている以外は、第１実施形態と同様である。
【０１３４】
すなわち、図６に示す光導波路モジュール１０では、貫通孔２４の形状が光導波路１側に向かって横断面積が連続的に縮小するよう構成されている。そして、図３の場合と同様、貫通孔２４内にボールレンズ１００の一部が挿入されることで、光導波路モジュール１０の厚さが著しく厚くなるのを避けつつ、ボールレンズ１００の位置を一義的に決定し、その位置で確実に固定することができる。
【０１３５】
また、図６の場合、ボールレンズ１００は、その上部が突出することによって発光素子３とボールレンズ１００との光学的な接続が確実になされる。特に、発光素子３の発光部３１近傍にボールレンズ１００を配置することにより、発光部３１から出射した信号光は、それが広く発散してしまう前にボールレンズ１００に入射し、収束されることになるため、例えば高開口数の発光素子３を用いる場合に本実施形態は好適である。
【０１３６】
＜光導波路モジュールの製造方法＞
次に、上述したような光導波路モジュールを製造する方法の一例について説明する。
【０１３７】
図１に示す光導波路モジュール１０は、光導波路１、回路基板２、ボールレンズ１００、発光素子３および半導体素子４を用意し、これらを実装することで製造される。
【０１３８】
このうち、回路基板２は、絶縁性基板２１の両面を覆うように導体層を形成した後、不要部分を除去（パターニング）し、配線パターンを含む導体層２２、２３を残存させることで形成される。
【０１３９】
導体層の製造方法としては、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の物理蒸着法、電解めっき、無電解めっき等のめっき法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等が挙げられる。
【０１４０】
また、導体層のパターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィー法とエッチング法とを組み合わせた方法が挙げられる。
【０１４１】
次に、光導波路の製造方法の一例について説明する。
光導波路１は、下方から支持フィルム１８、クラッド層１１、コア層１３、クラッド層１２およびカバーフィルム１９をこの順で積層してなる積層体（母材）と、この積層体の一部を除去することで形成されたミラー１６と、を有している。
【０１４２】
以下、光導波路の製造方法を、［１］積層体を形成する工程、［２］ミラー１６を形成する工程、に分けて説明する。
【０１４３】
［１］積層体（母材）のうち、クラッド層１１、コア層１３およびクラッド層１２の３層は、クラッド層１１、コア層１３およびクラッド層１２を順次成膜して形成する方法、あるいは、クラッド層１１、コア層１３およびクラッド層１２をあらかじめ基材上に成膜した後、それぞれを基板から剥離して貼り合わせる方法等により製造される。
【０１４４】
一方、支持フィルム１８およびカバーフィルム１９は、上述したようにして製造された３層に対して貼り合わせる方法により製造される。
【０１４５】
クラッド層１１、コア層１３およびクラッド層１２の各層は、それぞれ形成用の組成物を基材上に塗布して液状被膜を形成した後、液状被膜を均一化するとともに揮発成分を除去することにより形成される。
【０１４６】
塗布方法としては、例えば、ドクターブレード法、スピンコート法、ディッピング法、テーブルコート法、スプレー法、アプリケーター法、カーテンコート法、ダイコート法等の方法が挙げられる。
【０１４７】
また、液状被膜中の揮発成分を除去するには、液状被膜を加熱したり、減圧下に置いたり、あるいは乾燥ガスを吹き付けたりする方法が用いられる。
【０１４８】
なお、各層の形成用組成物としては、例えば、クラッド層１１、コア層１３またはクラッド層１２の構成材料を各種溶媒に溶解または分散してなる溶液（分散液）が挙げられる。
【０１４９】
ここで、コア層１３中にコア部１４と側面クラッド部１５とを形成する方法としては、例えば、フォトブリーチング法、フォトリソグラフィー法、直接露光法、ナノインプリンティング法、モノマーディフュージョン法等が挙げられる。これらの方法はいずれも、コア層１３の一部領域の屈折率を変化させる、あるいは、一部領域の組成を異ならせることにより、相対的に屈折率の高いコア部１４と相対的に屈折率の低い側面クラッド部１５とを作り込むことができる。
【０１５０】
［２］次いで、積層体に対して支持フィルム１８の下面側から一部を除去する掘り込み加工を施す。これにより得られた空間（空洞）の内壁面がミラー１６となる。
【０１５１】
積層体に対する掘り込み加工は、例えば、レーザー加工法、ダイシングソーによるダイシング加工法等により行うことができる。
以上のようにして、光導波路１が得られる。
【０１５２】
図７は、図２に示す光導波路モジュールを製造する方法を説明するための図（縦断面図）である。
【０１５３】
以下、光導波路モジュールの製造方法を、［１］光導波路１と回路基板２との間にボールレンズ１００を載置する工程、［２］発光素子３および半導体素子４を実装する工程、に分けて説明する。
【０１５４】
［１］まず、回路基板２を用意し、開口２４１内にボールレンズ１００を配置する（図７（ａ）参照）。
【０１５５】
この配置方法は、特に限定されないが、例えば、開口２４１が鉛直上方に向くよう回路基板２を配置し、その上に多数のボールレンズ１００を供給し、開口２４１に落下させる方法や、回路基板２の開口２４２側を減圧し、開口２４１側との圧力差に応じてボールレンズ１００を貫通孔２４内に吸引する方法等が用いられる。
【０１５６】
このうち、前者の方法では、回路基板２上にボールレンズ１００を供給すると、ボールレンズ１００は、回路基板２上を転がりながら移動する。その後、必要に応じて回路基板２を揺動させ、ボールレンズ１００を転動させる。その結果、一定時間経過後には、開口２４１に１つのボールレンズ１００が落下する。
【０１５７】
一方、後者の方法では、圧力差に伴う吸引力によってボールレンズ１００を配置するため、回路基板２の配置の向きが限定されないという利点がある。また、吸引力によりボールレンズ１００が貫通孔２４の内面に圧着されるため、貫通孔２４内におけるボールレンズ１００の位置を正確に誘導することができる。
【０１５８】
その後、必要に応じてボールレンズ１００を貫通孔２４内に固定する。固定方法としては、接着剤または粘着剤による接着、熱圧着、融着等の方法が挙げられる。
【０１５９】
［２］次に、接着剤を用いて光導波路１上に回路基板２を積層する（図７（ｂ）参照）。そして、回路基板２上に発光素子３および半導体素子４を実装する（図７（ｃ）参照）。以上のようにして光導波路モジュール１０が効率よく製造される。
【０１６０】
＜電子機器＞
本発明の光導波路モジュールを備える電子機器（本発明の電子機器）は、光信号と電気信号の双方の信号処理を行ういかなる電子機器にも適用可能であるが、例えば、ルーター装置、ＷＤＭ装置、携帯電話、ゲーム機、パソコン、テレビ、ホーム・サーバー等の電子機器類への適用が好適である。これらの電子機器では、いずれも、例えばＬＳＩ等の演算装置とＲＡＭ等の記憶装置との間で、大容量のデータを高速に伝送する必要がある。したがって、このような電子機器が本発明の光導波路モジュールを備えることにより、電気配線に特有なノイズ、信号劣化等の不具合が解消されるため、その性能の飛躍的な向上が期待できる。
【０１６１】
さらに、光導波路部分では、電気配線に比べて発熱量が大幅に削減される。このため、基板内の集積度を高めて小型化が図られるとともに、冷却に要する電力を削減することができ、電子機器全体の消費電力を削減することができる。
【０１６２】
以上、本発明の光導波路モジュールおよび電子機器の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば光導波路モジュールを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよく、複数の実施形態同士を組み合わせるようにしてもよい。
【０１６３】
また、前記各実施形態では、光導波路１が有するチャンネル（コア部）数は、１つであるが、本発明の光導波路モジュールでは、チャンネル数が２つ以上であってもよい。この場合、チャンネル数に応じてミラー、ボールレンズ、発光素子、受光素子等の数を設定すればよい。また、発光素子および受光素子については、１つの素子に複数の発光部または複数の受光部を備えたものを用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１６４】
１ 光導波路
１０ 光導波路モジュール
１１ クラッド層（第１クラッド層）
１２ クラッド層（第２クラッド層）
１３ コア層
１４ コア部
１５ 側面クラッド部
１６ ミラー
１８ 支持フィルム
１９ カバーフィルム
２ 回路基板
２０ コネクター
２１ 絶縁性基板
２２、２３ 導体層
２２１、２３１ 開口部
２２２、２３２ 空隙
２４ 貫通孔
２４１、２４２ 開口
３ 発光素子
３１ 発光部
３２ 電極
４ 半導体素子
４２ 電極
５ 接着層
７ 受光素子
７１ 受光部
１００ ボールレンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路モジュールおよび電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報化の波とともに、大容量の情報を高速で通信可能な広帯域回線（ブロードバンド）の普及が進んでいる。また、これらの広帯域回線に情報を伝送する装置として、ルーター装置、ＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing)装置等の伝送装置が用いられている。これらの伝送装置内には、ＬＳＩのような演算素子、メモリーのような記憶素子等が組み合わされた信号処理基板が多数設置されており、各回線の相互接続を担っている。
【０００３】
各信号処理基板には、演算素子や記憶素子等が電気配線で接続された回路が構築されているが、近年、処理する情報量の増大に伴って、各基板では、極めて高いスループットで情報を伝送することが要求されている。しかしながら、情報伝送の高速化に伴い、クロストークや高周波ノイズの発生、電気信号の劣化等の問題が顕在化しつつある。このため、電気配線がボトルネックとなって、信号処理基板のスループットの向上が困難になっている。また、同様の課題は、スーパーコンピューターや大規模サーバー等でも顕在化しつつある。
【０００４】
一方、光搬送波を使用してデータを移送する光通信技術が開発され、近年、この光搬送波を、一地点から他地点に導くための手段として、光導波路が普及しつつある。この光導波路は、線状のコア部と、その周囲を覆うように設けられたクラッド部とを有している。コア部は、光搬送波の光に対して実質的に透明な材料によって構成され、クラッド部は、コア部より屈折率が低い材料によって構成されている。
【０００５】
光導波路では、コア部の一端から導入された光が、クラッド部との境界で反射しながら他端に搬送される。光導波路の入射側には、半導体レーザー等の発光素子が配置され、出射側には、フォトダイオード等の受光素子が配置される。発光素子から入射された光は光導波路を伝搬し、受光素子により受光され、受光した光の明滅パターンもしくはその強弱パターンに基づいて通信を行う。
【０００６】
このような光導波路により信号処理基板内の電気配線を置き換えられると、前述したような電気配線の問題が解消され、信号処理基板のさらなる高スループット化が可能になると期待されている。
【０００７】
ところで、電気配線を光導波路に置き換える際には、電気信号と光信号との相互変換を行うべく、発光素子と受光素子とを備え、これらの間を光導波路で光学的に接続してなる光導波路モジュールが用いられる。
【０００８】
例えば、特許文献１には、プリント基板と、プリント基板上に搭載された発光素子と、プリント基板の下面側に設けられた光導波路と、を有する光インターフェースが開示されている。そして、光導波路と発光素子との間は、プリント基板に形成された、光信号を伝送するための貫通孔であるスルーホールを介して光学的に接続されている。
【０００９】
しかしながら、上述したような光インターフェースでは、発光素子と光導波路との光結合において、光結合損失が大きいことが課題となっている。具体的には、発光素子の発光部から出射した信号光がスルーホールを通過して光導波路に入射する際、信号光が放射状に発散してしまうため、全ての信号光が光導波路に入射しない。このため、信号光の一部は光通信に寄与せず、光結合損失の増加を招いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２９４４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、光素子と光導波路との光結合損失が小さく、高品質の光通信が可能な光導波路モジュール、および、かかる光導波路モジュールを備え、高品質の光通信が可能な電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的は、下記（１）〜（９）の本発明により達成される。
（１） コア部と、前記コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部と、前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記クラッド部の外部へと変換する光路変換部と、を備える光導波路と、
前記クラッド部の外部に設けられた光素子と、
前記光導波路と前記光素子との間に設けられ、前記光路変換部と前記光素子とを繋ぐ光路に沿って形成された貫通孔を備える基板と、を有し、
前記貫通孔は、前記光路に沿って横断面積が徐々に拡張または縮小するよう構成されており、
前記貫通孔内に少なくとも一部が挿入された略球形のボールレンズを有することを特徴とする光導波路モジュール。
【００１３】
（２） 前記ボールレンズは、その直径の半分以上が前記貫通孔内に挿入されている上記（１）に記載の光導波路モジュール。
【００１４】
（３） 前記貫通孔の２つの開口のうち、面積が小さい側の開口は、前記ボールレンズを通過させることができないよう構成されている上記（１）または（２）に記載の光導波路モジュール。
【００１５】
（４） 前記貫通孔は、前記光導波路側に向かって横断面積が連続的に拡張するよう構成されている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【００１６】
（５） 前記ボールレンズは、接着剤を介して前記光導波路に固定されるとともに、前記貫通孔の内面と接触している上記（４）に記載の光導波路モジュール。
【００１７】
（６） 前記貫通孔は、前記光導波路側に向かって横断面積が連続的に縮小するよう構成されている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【００１８】
（７） 前記光路変換部近傍および前記光素子の受発光部近傍の少なくとも一方に前記ボールレンズの焦点が位置するよう構成されている上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【００１９】
（８） 前記ボールレンズは、樹脂材料、ガラス材料、および結晶材料のいずれかで構成されている上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【００２０】
（９） 上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の光導波路モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ボールレンズを備えることにより、光素子と光導波路との光結合損失を小さくすることができるため、光搬送波のＳ／Ｎ比が高く、高品質の光通信が可能な光導波路モジュールが得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、このような光導波路モジュールを備えることにより、高品質の光通信が可能な信頼性の高い電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の光導波路モジュールの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図２に示す光導波路モジュールの他の構成例を示す縦断面図である。
【図５】貫通孔の他の構成例を示す縦断面図である。
【図６】本発明の光導波路モジュールの第２実施形態を示す縦断面図である。
【図７】図２に示す光導波路モジュールを製造する方法を説明するための図（縦断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の光導波路モジュールおよび電子機器について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
＜光導波路モジュール＞
≪第１実施形態≫
まず、本発明の光導波路モジュールの第１実施形態について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の光導波路モジュールの第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、図２の部分拡大図である。なお、以下の説明では、図２、３の上側を「上」、下側を「下」という。また、各図では、厚さ方向を強調して描いている。
【００２７】
図１に示す光導波路モジュール１０は、光導波路１と、その上方に設けられた回路基板２（基板）と、回路基板２上に搭載された発光素子３（光素子）と、を有している。
【００２８】
光導波路１は、長尺の帯状をなしており、回路基板２および発光素子３は、光導波路１の一方の端部（図２の左側の端部）に設けられている。
【００２９】
発光素子３は、電気信号を光信号に変換し、発光部３１から光信号を出射して光導波路１に入射させる素子である。図２に示す発光素子３は、その下面に設けられた発光部３１と、発光部３１に通電する電極３２とを有している。発光部３１は、図２の下方に向けて光信号を出射する。なお、図２に示す矢印は、発光素子３から出射した信号光の光路の例である。
【００３０】
一方、光導波路１のうち、発光素子３の位置に対応してミラー（光路変換部）１６が設けられている。このミラー１６は、図２の左右方向に延伸する光導波路１の光路を、光導波路１の外部へと変換するものであり、図２では、発光素子３の発光部３１と光学的に接続されるよう、光路を９０°変換する。このようなミラー１６を介することにより、発光素子３から出射した信号光を光導波路１のコア部１４に入射させることができる。また、図示しないものの、光導波路１の他方の端部には、受光素子が設けられる。この受光素子も光導波路１と光学的に接続されており、光導波路１に入射された信号光は受光素子に到達する。その結果、光導波路モジュール１０において光通信が可能になる。
【００３１】
また、回路基板２には、ミラー１６と発光部３１とを繋ぐ光路が通過する部位に、厚さ方向に貫通する貫通孔２４が形成されている。この貫通孔２４は、光路に沿ってその横断面積が徐々に拡張または縮小するよう構成されている。そして、貫通孔２４内には、一部が挿入されるよう略球形のボールレンズ１００が載置されている。
【００３２】
このボールレンズ１００は、発光部３１から光導波路１に入射する信号光を収束光または平行光に変換することにより、信号光の発散を抑制し、ミラー１６の有効領域に対してより多くの信号光を到達させる。したがって、このようなボールレンズ１００を設けることにより、発光素子３と光導波路１との光結合効率が向上する。
【００３３】
以下、光導波路モジュール１０の各部について詳述する。
（光導波路）
図１に示す光導波路１は、下方からクラッド層（第１クラッド層）１１、コア層１３、およびクラッド層（第２クラッド層）１２をこの順で積層してなる帯状の積層体を有している。このうちコア層１３には、図１に示すように、平面視で直線状をなす１本のコア部１４と、このコア部１４の側面に隣接する側面クラッド部１５とが形成されている。コア部１４は、帯状の積層体の長手方向に沿って延伸しており、かつ、積層体の幅のほぼ中央に位置している。なお、図１において、コア部１４にはドットを付している。
【００３４】
図２に示す光導波路１では、ミラー１６を介して入射された光を、コア部１４とクラッド部（各クラッド層１１、１２および各側面クラッド部１５）との界面で全反射させ、他方の端部に伝搬させることができる。これにより、出射端で受光した光の明滅パターンおよび光の強弱パターンの少なくとも一方に基づいて光通信を行うことができる。
【００３５】
コア部１４とクラッド部との界面で全反射を生じさせるためには、界面に屈折率差が存在する必要がある。コア部１４の屈折率は、クラッド部の屈折率より大きければよく、その差は特に限定されないものの、クラッド部の屈折率の０．５％以上であるのが好ましく、０．８％以上であるのがより好ましい。一方、上限値は、特に設定されなくてもよいが、好ましくは５．５％程度とされる。屈折率の差が前記下限値未満であると光を伝達する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えても、光の伝送効率のそれ以上の増大は期待できない。
【００３６】
なお、前記屈折率差とは、コア部１４の屈折率をＡ、クラッド部の屈折率をＢとしたとき、次式で表わされる。
屈折率差（％）＝｜Ａ／Ｂ−１｜×１００
【００３７】
また、図１に示す構成では、コア部１４は平面視で直線状に形成されているが、途中で湾曲、分岐等していてもよく、その形状は任意である。
【００３８】
また、コア部１４の横断面形状は、正方形または矩形（長方形）のような四角形であるのが一般的であるが、特に限定されず、真円、楕円のような円形、菱形、三角形、五角形のような多角形であってもよい。
【００３９】
コア部１４の幅および高さは、特に限定されないが、それぞれ、１〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５〜１００μｍ程度であるのがより好ましく、２０〜７０μｍ程度であるのがさらに好ましい。
【００４０】
コア層１３の構成材料は、上記の屈折率差が生じる材料であれば特に限定されないが、具体的には、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料の他、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料等である。
【００４１】
また、これらの中でも特にノルボルネン系樹脂が好ましい。これらのノルボルネン系ポリマーは、例えば、開環メタセシス重合（ＲＯＭＰ）、ＲＯＭＰと水素化反応との組み合わせ、ラジカルまたはカチオンによる重合、カチオン性パラジウム重合開始剤を用いた重合、これ以外の重合開始剤（例えば、ニッケルや他の遷移金属の重合開始剤）を用いた重合等、公知のすべての重合方法で得ることができる。
【００４２】
一方、各クラッド層１１、１２は、それぞれ、コア層１３の下部および上部に位置している。このような各クラッド層１１、１２は、各側面クラッド部１５とともに、コア部１４の外周を囲むクラッド部を構成し、これにより光導波路１は信号光を漏出させることなく伝搬させることができる導光路として機能する。
【００４３】
クラッド層１１、１２の平均厚さは、コア層１３の平均厚さ（各コア部１４の平均高さ）の０．１〜１．５倍程度であるのが好ましく、０．２〜１．２５倍程度であるのがより好ましく、具体的には、クラッド層１１、１２の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、通常、１〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５〜１００μｍ程度であるのがより好ましく、１０〜６０μｍ程度であるのがさらに好ましい。これにより、光導波路１が必要以上に大型化（厚膜化）するのを防止しつつ、クラッド層としての機能が好適に発揮される。
【００４４】
また、各クラッド層１１、１２の構成材料としては、例えば、前述したコア層１３の構成材料と同様の材料を用いることができるが、特にノルボルネン系ポリマーが好ましい。
【００４５】
また、コア層１３の構成材料およびクラッド層１１、１２の構成材料を選択する場合、両者の間の屈折率差を考慮して材料を選択すればよい。具体的には、コア層１３とクラッド層１１、１２との境界において光を確実に全反射させるため、コア層１３の構成材料の屈折率がクラッド層１１、１２の屈折率に比べ十分に大きくなるように材料を選択すればよい。これにより、光導波路１の厚さ方向において十分な屈折率差が得られ、コア部１４からクラッド層１１、１２に光が漏れ出るのを抑制することができる。
【００４６】
なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア層１３の構成材料とクラッド層１１、１２の構成材料との密着性（親和性）が高いことも重要である。
【００４７】
また、図２に示す光導波路１は、さらに、クラッド層１１の下面に設けられた支持フィルム１８およびクラッド層１２の上面に設けられたカバーフィルム１９を有している。これらの支持フィルム１８およびカバーフィルム１９は、必要に応じて設ければよく、省略されてもよい。
【００４８】
このような支持フィルム１８およびカバーフィルム１９の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂材料等が挙げられる。
【００４９】
また、支持フィルム１８およびカバーフィルム１９の各平均厚さは、特に限定されないが、５〜２００μｍ程度であるのが好ましく、１０〜１００μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、支持フィルム１８およびカバーフィルム１９は、適度な剛性を有するものとなるため、光導波路１の柔軟性を阻害し難くなる。また、カバーフィルム１９は、光透過を阻害し難くなる。
【００５０】
なお、支持フィルム１８とクラッド層１１との間、および、カバーフィルム１９とクラッド層１２との間は、接着または接合されているが、その方法としては、熱圧着、接着剤または粘着剤による接着等が挙げられる。
【００５１】
このうち、接着層としては、例えば、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤（ポリエステル系、変性オレフィン系）等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が好ましく用いられる。このような材料で構成された接着層は、比較的柔軟性に富んでいるため、光導波路１の形状が変化したとしても、その変化に自在に追従することができる。その結果、形状変化に伴う剥離を確実に防止し得るものとなる。
【００５２】
このような接着層の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１００μｍ程度であるのが好ましく、５〜６０μｍ程度であるのがより好ましい。
【００５３】
また、前述したように、光導波路１の途中には、ミラー１６が設けられている（図２参照）。このミラー１６は、光導波路１の途中に掘り込み加工を施し、これにより得られた空間（空洞）の内壁面で構成される。この内壁面の一部は、コア部１４を斜め４５°に横切る平面であり、この平面がミラー１６となる。ミラー１６を介して、光導波路１と発光部３１とが光学的に接続されている。
【００５４】
なお、ミラー１６には、必要に応じて反射膜を成膜するようにしてもよい。この反射膜としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属膜が好ましく用いられる。
【００５５】
また、ミラー１６は、例えばコア部１４の光軸を９０°曲げる屈曲導波路等の光路変換手段で代替することもできる。
【００５６】
また、クラッド層１２の上面には、ボールレンズ１００が載置されている。なお、このボールレンズ１００については後に詳述する。
【００５７】
（発光素子）
発光素子３は、前述したように、下面に発光部３１と電極３２とを有するものであるが、具体的には、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）のような半導体レーザーや、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子である。
【００５８】
一方、図１、２に示す光導波路モジュール１０の回路基板２上には、発光素子３に隣り合うように半導体素子４が搭載されている。半導体素子４は、発光素子３の動作を制御する素子であり、下面には電極４２を有している。かかる半導体素子４としては、例えば、ドライバーＩＣや、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）、リミッティングアンプ（ＬＡ）等を含むコンビネーションＩＣの他、各種ＬＳＩ、ＲＡＭ等が挙げられる。
【００５９】
なお、発光素子３と半導体素子４は、後述する回路基板２により電気的に接続されており、半導体素子４により発光素子３の発光パターンおよび発光の強弱パターンを制御し得るよう構成されている。
【００６０】
（回路基板）
光導波路１の上方には、回路基板２が設けられており、回路基板２の下面と光導波路１の上面とは接着層５を介して接着されている。
【００６１】
回路基板２は、図２に示すように、絶縁性基板２１と、その下面に設けられた導体層２２と、上面に設けられた導体層２３と、を有している。回路基板２上に搭載された発光素子３と半導体素子４とは、導体層２３を介して電気的に接続されている。
【００６２】
ここで、絶縁性基板２１には、発光素子３の発光部３１と光導波路１のミラー１６とを繋ぐ光路に沿って形成された貫通孔２４が形成されている。貫通孔２４は、前記光路に沿って絶縁性基板２１を厚さ方向に貫通するよう構成されている。
【００６３】
また、図３に示す絶縁性基板２１おいて貫通孔２４は、その両開口部の形状が平面視で円形をなしており、かつ、下方に向かうにつれて横断面積が徐々に（連続的に）拡張するテーパー状をなしている。換言すれば、貫通孔２４は、円錐台形状をなしている。
【００６４】
なお、貫通孔２４の両開口部の形状は特に限定されず、真円、楕円、長円等の円形のほか、三角形、四角形、六角形等の多角形等であってもよい。
【００６５】
また、貫通孔２４の形状は、その横断面積が連続的に変化するテーパー状であってもよいが、横断面積が段階的に（不連続的に）変化する形状であってもよい。すなわち、横断面積が徐々に拡張する形状とは、拡張の仕方が連続的である形状および不連続的である形状の双方を指す。
このような貫通孔２４には、後述する略球状のボールレンズが挿入される。
【００６６】
また、絶縁性基板２１は可撓性を有しているのが好ましい。可撓性を有する絶縁性基板２１は、回路基板２と光導波路１との密着性向上に寄与するとともに、形状変化に対する優れた追従性を有するものとなる。その結果、光導波路１が可撓性を有している場合には、光導波路モジュール１０全体も可撓性を有するものとなり、実装性に優れたものとなる。また、光導波路モジュール１０を湾曲させた際には、絶縁性基板２１と導体層２２、２３との剥離や、回路基板２と光導波路１との剥離を確実に防止することができ、剥離に伴う絶縁性の低下や伝送効率の低下を防止する。
【００６７】
絶縁性基板２１のヤング率（引張弾性率）は、一般的な室温環境下（２０〜２５℃前後）で１〜２０ＧＰａ程度であるのが好ましく、２〜１２ＧＰａ程度であるのがより好ましい。ヤング率の範囲がこの程度であれば、絶縁性基板２１は、上述したような効果を得る上で十分な可撓性を有するものとなる。
【００６８】
このような絶縁性基板２１を構成する材料としては、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、各種ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂等の各種樹脂材料が挙げられるが、中でもポリイミド系樹脂を主材料とするものが好ましく用いられる。ポリイミド系樹脂は、耐熱性が高く、優れた透光性および可撓性を有していることから、絶縁性基板２１の構成材料として特に好適である。
【００６９】
なお、絶縁性基板２１の具体例としては、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板、アラミド銅張フィルム基板等に使用されるフィルム基板が挙げられる。
【００７０】
また、絶縁性基板２１の平均厚さは、５〜５０μｍ程度であるのが好ましく、１０〜４０μｍ程度であるのがより好ましい。このような厚さの絶縁性基板２１であれば、その構成材料によらず、十分な可撓性を有するものとなる。また、絶縁性基板２１の厚さが前記範囲内であれば、光導波路モジュール１０の薄型化が図られる。
【００７１】
さらには、絶縁性基板２１の厚さが前記範囲内であれば、信号光の発散によって伝送効率が低下するのを防止することができる。例えば、発光素子３の発光部３１から出射した信号光は、一定の出射角で発散しつつ回路基板２を通過してミラー１６に入射するが、発光部３１とミラー１６との離間距離が大き過ぎる場合、信号光が発散し過ぎてしまい、ミラー１６に到達する光量が減少するおそれがある。これに対し、絶縁性基板２１の平均厚さを前記範囲内とすることにより、発光部３１とミラー１６との離間距離を確実に小さくすることができるため、信号光は広く発散してしまう前にミラー１６に到達する。その結果、ミラー１６に到達する光量の減少を防止し、発光素子３と光導波路１との光結合に伴う損失（光結合損失）を十分に低下させることができる。
【００７２】
なお、絶縁性基板２１は、１枚の基板であってもよいが、複数層の基板を積層してなる多層基板（ビルドアップ基板）であってもよい。この場合、多層基板の層間には、パターニングされた導体層を含み、この導体層には任意の電気回路が形成されていてもよい。これにより、絶縁性基板２１中に高密度の電気回路を構築することができる。
【００７３】
また、絶縁性基板２１には、厚さ方向に貫通する１つまたは複数の貫通孔が設けられていてもよく、これらの貫通孔には導電性材料が充填されているか、または、貫通孔の内壁面に沿って導電性材料の被膜が成膜されていてもよい。この導電性材料は、絶縁性基板２１の両面の間を電気的に接続する貫通ビアとなる。
【００７４】
また、絶縁性基板２１に設けられた導体層２２および導体層２３は、それぞれ導電性材料で構成されている。各導体層２２、２３には、所定のパターンが形成されており、このパターンは配線として機能する。絶縁性基板２１に貫通ビアが形成されている場合、貫通ビアと各導体層２２、２３とが接続され、これにより、導体層２２と導体層２３とが一部で導通する。
【００７５】
各導体層２２、２３に用いられる導電性材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の各種金属材料が挙げられる。
【００７６】
また、各導体層２２、２３の平均厚さは、配線に要求される導電率等に応じて適宜設定されるものの、例えば１〜３０μｍ程度とされる。
【００７７】
また、各導体層２２、２３に形成される配線パターンの幅も、配線に要求される導電率や各導体層２２、２３の厚さ等に応じて適宜設定されるものの、例えば２〜１０００μｍ程度であるのが好ましく、５〜５００μｍ程度であるのがより好ましい。
【００７８】
なお、このような配線パターンは、例えば、一旦全面に形成された導体層をパターニングする（例えば、銅張基板の銅箔を部分的にエッチングする）方法、別途用意した基板上にあらかじめパターニングされた導体層を転写する方法等により形成される。
【００７９】
また、図３に示す各導体層２２、２３は、発光素子３の発光部３１とミラー１６との間の光路に干渉しないよう設けられた開口部２２１、２３１を有している。その結果、開口部２２１には導体層２２の厚さに相当する高さの空隙２２２が、開口部２３１には導体層２３の厚さに相当する高さの空隙２３２がそれぞれ生じている。
【００８０】
また、発光素子３や半導体素子４と導体層２３との間は、各種ハンダ、各種ろう材等により電気的かつ機械的に接続される。
【００８１】
ハンダおよびろう材としては、例えば、Ｓｎ−Ｐｂ系の鉛ハンダの他、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ系の各種鉛フリーハンダ、ＪＩＳに規定された各種低温ろう材等が挙げられる。
【００８２】
なお、発光素子３や半導体素子４としては、例えばＢＧＡ(Ball Grid Array)タイプやＬＧＡ(Land Grid Array)タイプ等のパッケージ仕様の素子が用いられる。
【００８３】
また、導体層２３とハンダ（またはろう材）とが接触することにより、導体層２３を構成する金属成分の一部がハンダ側に溶解する現象が生じるおそれがある。この現象は、特に銅製の導体層２３に対して生じる場合が多いことから「銅食われ」と呼ばれている。銅食われが発生すると、導体層２３が薄くなったり、欠損したりする等の不具合を招き、導体層２３の機能を損なうおそれがある。
【００８４】
そこで、ハンダと接する導体層２３の表面には、あらかじめ、ハンダの下地として銅食われ防止膜（下地層）を形成しておくのが好ましい。この銅食われ防止膜の形成により、銅食われが防止され、導体層２３の機能を長期にわたって維持することができる。
【００８５】
銅食われ防止膜の構成材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、スズ（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）等が挙げられ、銅食われ防止膜は、これらの金属組成１種からなる単層であってもよく、２種以上を含む複合層（例えば、Ｎｉ−Ａｕ複合層、Ｎｉ−Ｓｎ複合層等）であってもよい。
【００８６】
銅食われ防止膜の平均厚さは、特に限定されないが、０．０５〜５μｍ程度であるのが好ましく、０．１〜３μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、銅食われ防止膜そのものの電気抵抗を抑制しつつ、十分な銅食われ防止作用を発現させることができる。
【００８７】
なお、発光素子３や半導体素子４と導体層２３との電気的接続は、上述したような接続方法の他、ワイヤーボンディング、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ）等を用いた製造方法で行われてもよい。
【００８８】
このうち、ワイヤーボンディングによれば、発光素子３や半導体素子４と回路基板２との間で熱膨張差が生じたとしても、柔軟性の高いボンディングワイヤーによって熱膨張差を吸収することができるので、接続部に対する応力集中が防止される。
【００８９】
また、回路基板２と光導波路１との間は接着層５により接着されているが、接着層５を構成する接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤（ポリエステル系、変性オレフィン系）等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が挙げられる。
【００９０】
以上のような光導波路モジュール１０では、発光素子３の発光部３１から出射した信号光が、空隙２３２、貫通孔２４に一部が挿入されたボールレンズ１００、空隙２２２、および接着層５を通過し、光導波路１に入射される。
【００９１】
なお、光導波路モジュール１０は、光導波路１の他方の端部にも、回路基板２を有していてもよく、他の光学部品との接続を担うコネクター等を有していてもよい。
【００９２】
図４は、図２に示す光導波路モジュールの他の構成例を示す縦断面図である。
図４（ａ）に示す光導波路モジュール１０では、光導波路１の他方の端部（図２、４の右側の端部）の上面にも回路基板２が設けられている。また、この回路基板２上には、受光素子７と半導体素子４とが搭載されている。また、光導波路１には、受光素子７の受光部７１の位置に対応してミラー１６が形成されている。
【００９３】
このような光導波路モジュール１０では、光導波路１からミラー１６を介して出射した信号光が、受光素子７の受光部７１に到達すると、光信号から電気信号への変換がなされる。このようにして光導波路１の両端部間における光通信が行われる。
【００９４】
一方、図４（ｂ）に示す光導波路モジュール１０では、光導波路１の他方の端部に、他の光学部品との接続を担うコネクター２０が設けられている。コネクター２０としては、光ファイバーとの接続に用いられるＰＭＴコネクター等が挙げられる。コネクター２０を介して光導波路モジュール１０を光ファイバーに接続することで、より長距離の光通信が可能になる。
【００９５】
なお、図４では、光導波路１の一方の端部と他方の端部とで１対１の光通信を行う場合について説明したが、光導波路１の他方の端部には、光路を複数に分岐することができる光スプリッターを接続するようにしてもよい。
【００９６】
（ボールレンズ）
ここで、光導波路１の表面（クラッド層１２の上面）上のうち、ミラー１６と発光部３１とを繋ぐ光路が通過する部位には、前述したように、ボールレンズ１００が、貫通孔２４内にその一部が挿入された状態で載置されている。
【００９７】
このようなボールレンズ１００がない場合、発光部３１から出射した信号光が光導波路１に入射するまでの間で、信号光が発散し、ミラー１６の有効領域からはみ出てしまう信号光が発生する。このとき、はみ出た信号光は損失となり、ミラー１６で反射される信号光の光量が少なくなるため、光信号のＳ／Ｎ比が低下してしまう。
【００９８】
これに対し、ボールレンズ１００を設けることにより、光導波路１の表面に信号光の収束（収斂）機能が付与される。その結果、より多くの信号光をミラー１６に入射させることにより信号光の損失の発生が抑制され、光通信のＳ／Ｎ比を高めることができる。そして、信頼性が高く高品質な光通信を提供し得る光導波路モジュール１０が得られる。
【００９９】
ボールレンズ１００は、透明な材料で構成された略球形をなすレンズである。ボールレンズ１００の形状は、真球の他、真球に類似した球形や楕円球等であってもよい。
【０１００】
また、ボールレンズ１００の表面には、必要に応じて、ボールレンズ１００に入射する信号光の反射を防止する反射防止処理が施されていてもよい。かかる反射防止処理としては、例えば、ボールレンズ１００の表面に微小な凹凸を形成する処理、ボールレンズ１００の表面に反射防止膜を成膜する処理等が挙げられる。
【０１０１】
このうち、ボールレンズ１００の表面に微小な凹凸を形成する場合、この凹凸のピッチや深さ（高さ）は、ボールレンズ１００に入射する信号光の波長以下であるのが好ましい。凹凸のピッチや深さ（高さ）を信号光の波長以下にすれば、この領域の屈折率を、空気の屈折率とボールレンズ１００の屈折率との中間の値としてみなすことができる。その結果、ボールレンズ１００に入射する信号光の反射が抑制され、信号光の入射効率が向上する。
【０１０２】
なお、発光素子３から出射される信号光の波長は、一般的に１５０〜１６００ｎｍ程度であるので、それに応じて凹凸のピッチや深さ（高さ）の上限が設定される。
【０１０３】
一方、凹凸のピッチや深さ（高さ）の下限は、特に限定されないが、凹凸の形成容易性や長期信頼性等の観点から２０ｎｍ程度とされる。
【０１０４】
また、反射防止膜は、例えば、ボールレンズ１００に入射する信号光の波長をλとしたとき、λ／４の奇数倍の光学的膜厚を有する薄膜で構成される。反射防止膜は、１層に限らず、２層以上のマルチコーティングであってもよい。
【０１０５】
透明な材料としては、例えば、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料の他、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのような各種ガラス材料、サファイア、水晶のような各種結晶材料等が挙げられる。
【０１０６】
ところで、ボールレンズ１００は、貫通孔２４の下方から、その直径の半分以上が貫通孔２４内に挿入されている。これにより、ボールレンズ１００は、貫通孔２４内に確実に固定されることとなり、光導波路モジュール１０の信頼性が向上する。
【０１０７】
具体的には、ボールレンズ１００の直径の５０〜９５％が挿入されているのが好ましく、６０〜９０％が挿入されているのがより好ましい。これにより、ボールレンズ１００は、貫通孔２４内に確実に固定されるとともに、一部が突出することによってボールレンズ１００と光導波路１との機械的および光学的な接続が確実になされる。その結果、発光素子３と光導波路１との光結合効率が向上する。
【０１０８】
また、図３に示す貫通孔２４は、前述したようにテーパー状をなしている。このため、貫通孔２４の下方からボールレンズ１００を挿入すると、ボールレンズ１００の直径と貫通孔２４の内径とが一致する箇所において、ボールレンズ１００と貫通孔２４の内面とが接触し、この箇所においてボールレンズ１００が固定されることとなる。したがって、ボールレンズ１００との接触位置を踏まえて貫通孔２４の形状を適宜設定することにより、ボールレンズ１００の固定位置を厳密に制御することができる。
【０１０９】
なお、貫通孔２４が円錐台形状、角錐台形状のようなテーパー状である場合、絶縁性基板２１の厚さ方向および面方向の双方において、ボールレンズ１００の固定位置を一義的に決定することができる。したがって、貫通孔２４の形状および形成位置を正確に設定しさえすれば、ボールレンズ１００の固定位置の再現性を確実に高めることができる。
【０１１０】
また、この場合、貫通孔２４の内面は、必然的に、ボールレンズ１００の中心方向に向かって押圧する力を付与することとなる。このため、ボールレンズ１００が変形し難く、かつ位置ズレを伴わない確実な固定が可能になる。
【０１１１】
また、貫通孔２４の平面視形状が円形である場合、ボールレンズ１００と貫通孔２４の内面との接触部は、環状をなす領域となる。これにより、ボールレンズ１００に対して貫通孔２４の内面が偏りなく接触することになるので、ボールレンズ１００がより確実に固定される。
【０１１２】
なお、図３に示す貫通孔２４の場合、ボールレンズ１００の上方において、上記環状をなす領域と貫通孔２４の内面とが接触し、ボールレンズ１００の下方においては、接着層５と接触しているため、この２点で支持されることによりボールレンズ１００が固定されている。このような固定方法であれば、ボールレンズ１００を上下から挟み込むようにしてボールレンズ１００を確実に固定することができる。さらには、ボールレンズ１００と光導波路１との間が接着層５によって機械的および光学的に接続されるため、ボールレンズ１００により収束された信号光の光導波路１に対する入射効率が特に向上する。
【０１１３】
ボールレンズ１００に対する支持点の数は、特に限定されず、３点以上であってもよい。
【０１１４】
また、貫通孔２４の全体がテーパー状をなしていなくても、一部がテーパー状であればよい。
【０１１５】
また、テーパー状をなす貫通孔２４の内面が、発光素子３の発光部３１と光導波路１のミラー１６とを繋ぐ光路に対してなす角度は、５〜８５°程度であるのが好ましく、１０〜８０°程度であるのがより好ましい。これにより、ボールレンズ１００を絶縁性基板２１の厚さ方向および面方向の双方においてより確実に固定することができる。
【０１１６】
ここで、貫通孔２４のうち、上方の開口２４２は、下方の開口２４１より面積が小さく、かつ、ボールレンズ１００を通過させることができないよう構成されている。これにより貫通孔２４では、挿入されたボールレンズ１００が貫通孔２４の途中で内面と確実に接触するため、ボールレンズ１００の位置を一義的に決定することができ、かつ、ボールレンズ１００を確実に固定することができる。また、光導波路モジュール１０の厚さは、挿入された分だけ薄くなる。したがって、ボールレンズ１００を固定しつつ、光導波路モジュール１０の薄型化を図ることができる。
【０１１７】
図３に示す貫通孔２４の場合、貫通孔２４は円錐台形状をなしているため、開口２４１および開口２４２はそれぞれ円形をなしている。したがって、下方の開口２４１の内径をＬ１とし、上方の開口２４２の内径をＬ２とし、ボールレンズ１００の直径（最大直径）をＤとし、貫通孔２４の中心軸（発光素子３の発光部３１とミラー１６とを繋ぐ光路）に対して貫通孔２４の内面がなす角度をθとしたとき、貫通孔２４では、Ｌ２＜Ｄｃｏｓθの関係と、Ｄ／ｃｏｓθ＜Ｌ１の関係の双方が成立している。貫通孔２４がこのような関係式を満たすことにより、ボールレンズ１００は貫通孔２４に対して直径Ｄの半分以上が挿入された状態で、かつ、貫通孔２４の内面に接した状態をとることができる。その結果、ボールレンズ１００の確実な固定と光導波路モジュール１０の薄型化とを高度に両立することができる。
【０１１８】
また、ボールレンズ１００の直径Ｄは、ミラー１６の有効領域の大きさや発光素子３の開口数（ＮＡ：numerical aperture）等に応じて適宜設定されるものの、好ましくは１０μｍ〜１ｍｍ程度とされ、より好ましくは３０μｍ〜５００μｍ程度とされる。
【０１１９】
さらに、ボールレンズ１００の直径Ｄは、発光素子３の発光部３１の直径（受光素子７の受光部７１の直径）の１．５〜６倍程度であるのが好ましく、２〜５倍程度であるのがより好ましい。
【０１２０】
また、ボールレンズ１００は、その焦点が、ミラー１６近傍に位置するよう構成されているのが好ましい。このような構成のボールレンズ１００は、発光素子３の発光部３１から放射状に出射した信号光を、平行光または収束光に変換し、それ以上発散しないように光路変換することができる。その結果、信号光の発散に伴う損失を確実に抑制することができる。
【０１２１】
また、ボールレンズ１００は、その焦点が、発光素子３の発光部３１近傍に位置するよう構成されているのが好ましい。このような構成のボールレンズ１００は、ミラー１６からはみ出る信号光を減らし、信号光の光結合損失を確実に抑えることができる。
【０１２２】
以上、貫通孔２４内にボールレンズ１００の一部が挿入されることで、光導波路モジュール１０の厚さが著しく厚くなるのを避けつつ（比較的嵩高いボールレンズ１００の高さを相殺しつつ）、ボールレンズ１００の位置を一義的に決定し、その位置で確実に固定することができる。これにより、ボールレンズ１００と発光素子３およびミラー１６との位置関係を設計通りに再現することができ、光結合効率を確実に高めることができる。換言すれば、発光素子３とミラー１６との間で開口数のマッチングを図ることができる。その結果、光通信のＳ／Ｎ比を高めることができ、信頼性が高く高品質な光通信を提供し得る光導波路モジュール１０が得られる。
【０１２３】
また、ボールレンズ１００は、その他の球面を利用したレンズの中でも最も焦点距離が短い。このため、貫通孔２４内にボールレンズ１００を挿入することによってボールレンズ１００と発光素子３およびミラー１６との離間距離が短くなったとしても、ボールレンズ１００の焦点を目的とする位置に合わせ易くなり、信号光を確実に収束することができる。
【０１２４】
加えて、ボールレンズ１００は、製造が容易であり、かつ安価であるとともに、その形状に基づく流動性の高さゆえ、実装作業も比較的容易である。このため、製造バラツキに伴う歩留まりの低下が抑えられ、個体差の少ない光導波路モジュール１０の製造が可能になる。
【０１２５】
なお、必要に応じて、発光素子３と回路基板２との隙間、空隙２３２、貫通孔２４のボールレンズ１００より上方の領域、貫通孔２４のボールレンズ１００より下方の領域、および空隙２２２の少なくとも１つには、封止材を充填するようにしてもよい。また、半導体素子４と回路基板２との隙間にも封止材を充填するようにしてもよい。
【０１２６】
これらの充填材は、発光素子３や半導体素子４の耐候性（耐熱性、耐湿性、気圧変化等）を高めるとともに、振動、外力、異物付着等から発光素子３および半導体素子４を確実に保護することができる。
【０１２７】
封止材としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。
【０１２８】
また、上述したようなボールレンズ１００は、受光素子側に設けるようにしてもよい。図４（ａ）には、受光素子７側にボールレンズ１００を設けた場合を示している。図４（ａ）の受光素子７側に設けられたボールレンズ１００は、回路基板２に形成された貫通孔２４内にその一部が挿入された状態で載置されている。
【０１２９】
このような光導波路モジュール１０において、光導波路１を伝搬し、ミラー１６で反射された信号光が受光素子７の受光部７１に入射する際、信号光が発散してしまい、受光部７１からはみ出る信号光を減らすことができる。その結果、光導波路モジュール１０の受光素子側における光結合損失を確実に抑えることができる。
また、貫通孔２４は、図５に示すような縦断面形状をなすものであってもよい。
【０１３０】
図５は、貫通孔の他の構成例を示す縦断面図である。
このうち、図５（ａ）、（ｂ）に示す貫通孔２４は、一部のみがテーパー状になっているもの、図５（ｃ）、（ｄ）に示す貫通孔２４は、内面の傾斜角度が一部で異なっているもの、図５（ｅ）、（ｆ）に示す貫通孔２４は、内面が湾曲しているものである。
【０１３１】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の光導波路モジュールの第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の光導波路モジュールの第２実施形態を示す縦断面図である。
【０１３２】
以下、第２実施形態について説明するが、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図６において、第１実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１３３】
図６に示す光導波路モジュール１０は、貫通孔２４の形状が図３に示すものと上下反対であって、貫通孔２４の上方の開口から、貫通孔２４内に一部が挿入されるようにボールレンズ１００が載置されている以外は、第１実施形態と同様である。
【０１３４】
すなわち、図６に示す光導波路モジュール１０では、貫通孔２４の形状が光導波路１側に向かって横断面積が連続的に縮小するよう構成されている。そして、図３の場合と同様、貫通孔２４内にボールレンズ１００の一部が挿入されることで、光導波路モジュール１０の厚さが著しく厚くなるのを避けつつ、ボールレンズ１００の位置を一義的に決定し、その位置で確実に固定することができる。
【０１３５】
また、図６の場合、ボールレンズ１００は、その上部が突出することによって発光素子３とボールレンズ１００との光学的な接続が確実になされる。特に、発光素子３の発光部３１近傍にボールレンズ１００を配置することにより、発光部３１から出射した信号光は、それが広く発散してしまう前にボールレンズ１００に入射し、収束されることになるため、例えば高開口数の発光素子３を用いる場合に本実施形態は好適である。
【０１３６】
＜光導波路モジュールの製造方法＞
次に、上述したような光導波路モジュールを製造する方法の一例について説明する。
【０１３７】
図１に示す光導波路モジュール１０は、光導波路１、回路基板２、ボールレンズ１００、発光素子３および半導体素子４を用意し、これらを実装することで製造される。
【０１３８】
このうち、回路基板２は、絶縁性基板２１の両面を覆うように導体層を形成した後、不要部分を除去（パターニング）し、配線パターンを含む導体層２２、２３を残存させることで形成される。
【０１３９】
導体層の製造方法としては、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の物理蒸着法、電解めっき、無電解めっき等のめっき法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等が挙げられる。
【０１４０】
また、導体層のパターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィー法とエッチング法とを組み合わせた方法が挙げられる。
【０１４１】
次に、光導波路の製造方法の一例について説明する。
光導波路１は、下方から支持フィルム１８、クラッド層１１、コア層１３、クラッド層１２およびカバーフィルム１９をこの順で積層してなる積層体（母材）と、この積層体の一部を除去することで形成されたミラー１６と、を有している。
【０１４２】
以下、光導波路の製造方法を、［１］積層体を形成する工程、［２］ミラー１６を形成する工程、に分けて説明する。
【０１４３】
［１］積層体（母材）のうち、クラッド層１１、コア層１３およびクラッド層１２の３層は、クラッド層１１、コア層１３およびクラッド層１２を順次成膜して形成する方法、あるいは、クラッド層１１、コア層１３およびクラッド層１２をあらかじめ基材上に成膜した後、それぞれを基板から剥離して貼り合わせる方法等により製造される。
【０１４４】
一方、支持フィルム１８およびカバーフィルム１９は、上述したようにして製造された３層に対して貼り合わせる方法により製造される。
【０１４５】
クラッド層１１、コア層１３およびクラッド層１２の各層は、それぞれ形成用の組成物を基材上に塗布して液状被膜を形成した後、液状被膜を均一化するとともに揮発成分を除去することにより形成される。
【０１４６】
塗布方法としては、例えば、ドクターブレード法、スピンコート法、ディッピング法、テーブルコート法、スプレー法、アプリケーター法、カーテンコート法、ダイコート法等の方法が挙げられる。
【０１４７】
また、液状被膜中の揮発成分を除去するには、液状被膜を加熱したり、減圧下に置いたり、あるいは乾燥ガスを吹き付けたりする方法が用いられる。
【０１４８】
なお、各層の形成用組成物としては、例えば、クラッド層１１、コア層１３またはクラッド層１２の構成材料を各種溶媒に溶解または分散してなる溶液（分散液）が挙げられる。
【０１４９】
ここで、コア層１３中にコア部１４と側面クラッド部１５とを形成する方法としては、例えば、フォトブリーチング法、フォトリソグラフィー法、直接露光法、ナノインプリンティング法、モノマーディフュージョン法等が挙げられる。これらの方法はいずれも、コア層１３の一部領域の屈折率を変化させる、あるいは、一部領域の組成を異ならせることにより、相対的に屈折率の高いコア部１４と相対的に屈折率の低い側面クラッド部１５とを作り込むことができる。
【０１５０】
［２］次いで、積層体に対して支持フィルム１８の下面側から一部を除去する掘り込み加工を施す。これにより得られた空間（空洞）の内壁面がミラー１６となる。
【０１５１】
積層体に対する掘り込み加工は、例えば、レーザー加工法、ダイシングソーによるダイシング加工法等により行うことができる。
以上のようにして、光導波路１が得られる。
【０１５２】
図７は、図２に示す光導波路モジュールを製造する方法を説明するための図（縦断面図）である。
【０１５３】
以下、光導波路モジュールの製造方法を、［１］光導波路１と回路基板２との間にボールレンズ１００を載置する工程、［２］発光素子３および半導体素子４を実装する工程、に分けて説明する。
【０１５４】
［１］まず、回路基板２を用意し、開口２４１内にボールレンズ１００を配置する（図７（ａ）参照）。
【０１５５】
この配置方法は、特に限定されないが、例えば、開口２４１が鉛直上方に向くよう回路基板２を配置し、その上に多数のボールレンズ１００を供給し、開口２４１に落下させる方法や、回路基板２の開口２４２側を減圧し、開口２４１側との圧力差に応じてボールレンズ１００を貫通孔２４内に吸引する方法等が用いられる。
【０１５６】
このうち、前者の方法では、回路基板２上にボールレンズ１００を供給すると、ボールレンズ１００は、回路基板２上を転がりながら移動する。その後、必要に応じて回路基板２を揺動させ、ボールレンズ１００を転動させる。その結果、一定時間経過後には、開口２４１に１つのボールレンズ１００が落下する。
【０１５７】
一方、後者の方法では、圧力差に伴う吸引力によってボールレンズ１００を配置するため、回路基板２の配置の向きが限定されないという利点がある。また、吸引力によりボールレンズ１００が貫通孔２４の内面に圧着されるため、貫通孔２４内におけるボールレンズ１００の位置を正確に誘導することができる。
【０１５８】
その後、必要に応じてボールレンズ１００を貫通孔２４内に固定する。固定方法としては、接着剤または粘着剤による接着、熱圧着、融着等の方法が挙げられる。
【０１５９】
［２］次に、接着剤を用いて光導波路１上に回路基板２を積層する（図７（ｂ）参照）。そして、回路基板２上に発光素子３および半導体素子４を実装する（図７（ｃ）参照）。以上のようにして光導波路モジュール１０が効率よく製造される。
【０１６０】
＜電子機器＞
本発明の光導波路モジュールを備える電子機器（本発明の電子機器）は、光信号と電気信号の双方の信号処理を行ういかなる電子機器にも適用可能であるが、例えば、ルーター装置、ＷＤＭ装置、携帯電話、ゲーム機、パソコン、テレビ、ホーム・サーバー等の電子機器類への適用が好適である。これらの電子機器では、いずれも、例えばＬＳＩ等の演算装置とＲＡＭ等の記憶装置との間で、大容量のデータを高速に伝送する必要がある。したがって、このような電子機器が本発明の光導波路モジュールを備えることにより、電気配線に特有なノイズ、信号劣化等の不具合が解消されるため、その性能の飛躍的な向上が期待できる。
【０１６１】
さらに、光導波路部分では、電気配線に比べて発熱量が大幅に削減される。このため、基板内の集積度を高めて小型化が図られるとともに、冷却に要する電力を削減することができ、電子機器全体の消費電力を削減することができる。
【０１６２】
以上、本発明の光導波路モジュールおよび電子機器の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば光導波路モジュールを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよく、複数の実施形態同士を組み合わせるようにしてもよい。
【０１６３】
また、前記各実施形態では、光導波路１が有するチャンネル（コア部）数は、１つであるが、本発明の光導波路モジュールでは、チャンネル数が２つ以上であってもよい。この場合、チャンネル数に応じてミラー、ボールレンズ、発光素子、受光素子等の数を設定すればよい。また、発光素子および受光素子については、１つの素子に複数の発光部または複数の受光部を備えたものを用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１６４】
１ 光導波路
１０ 光導波路モジュール
１１ クラッド層（第１クラッド層）
１２ クラッド層（第２クラッド層）
１３ コア層
１４ コア部
１５ 側面クラッド部
１６ ミラー
１８ 支持フィルム
１９ カバーフィルム
２ 回路基板
２０ コネクター
２１ 絶縁性基板
２２、２３ 導体層
２２１、２３１ 開口部
２２２、２３２ 空隙
２４ 貫通孔
２４１、２４２ 開口
３ 発光素子
３１ 発光部
３２ 電極
４ 半導体素子
４２ 電極
５ 接着層
７ 受光素子
７１ 受光部
１００ ボールレンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部と、前記コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部と、前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記クラッド部の外部へと変換する光路変換部と、を備える光導波路と、
前記クラッド部の外部に設けられた光素子と、
前記光導波路と前記光素子との間に設けられ、前記光路変換部と前記光素子とを繋ぐ光路に沿って形成された貫通孔を備える基板と、を有し、
前記貫通孔は、前記光路に沿って横断面積が徐々に拡張または縮小するよう構成されており、
前記貫通孔内に少なくとも一部が挿入された略球形のボールレンズを有することを特徴とする光導波路モジュール。
【請求項２】
前記ボールレンズは、その直径の半分以上が前記貫通孔内に挿入されている請求項１に記載の光導波路モジュール。
【請求項３】
前記貫通孔の２つの開口のうち、面積が小さい側の開口は、前記ボールレンズを通過させることができないよう構成されている請求項１または２に記載の光導波路モジュール。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記光導波路側に向かって横断面積が連続的に拡張するよう構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【請求項５】
前記ボールレンズは、接着剤を介して前記光導波路に固定されるとともに、前記貫通孔の内面と接触している請求項４に記載の光導波路モジュール。
【請求項６】
前記貫通孔は、前記光導波路側に向かって横断面積が連続的に縮小するよう構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【請求項７】
前記光路変換部近傍および前記光素子の受発光部近傍の少なくとも一方に前記ボールレンズの焦点が位置するよう構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【請求項８】
前記ボールレンズは、樹脂材料、ガラス材料、および結晶材料のいずれかで構成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の光導波路モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
コア部と、前記コア部の側面を覆うように設けられたクラッド部と、前記コア部の途中または延長線上に設けられ、前記コア部の光路を前記クラッド部の外部へと変換する光路変換部と、を備える光導波路と、
前記クラッド部の外部に設けられた光素子と、
前記光導波路と前記光素子との間に設けられ、前記光路変換部と前記光素子とを繋ぐ光路に沿って形成された貫通孔を備える基板と、を有し、
前記貫通孔は、前記光路に沿って横断面積が徐々に拡張または縮小するよう構成されており、
前記貫通孔内に少なくとも一部が挿入された略球形のボールレンズを有することを特徴とする光導波路モジュール。
【請求項２】
前記ボールレンズは、その直径の半分以上が前記貫通孔内に挿入されている請求項１に記載の光導波路モジュール。
【請求項３】
前記貫通孔の２つの開口のうち、面積が小さい側の開口は、前記ボールレンズを通過させることができないよう構成されている請求項１または２に記載の光導波路モジュール。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記光導波路側に向かって横断面積が連続的に拡張するよう構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【請求項５】
前記ボールレンズは、接着剤を介して前記光導波路に固定されるとともに、前記貫通孔の内面と接触している請求項４に記載の光導波路モジュール。
【請求項６】
前記貫通孔は、前記光導波路側に向かって横断面積が連続的に縮小するよう構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【請求項７】
前記光路変換部近傍および前記光素子の受発光部近傍の少なくとも一方に前記ボールレンズの焦点が位置するよう構成されている請求項１ないし６のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【請求項８】
前記ボールレンズは、樹脂材料、ガラス材料、および結晶材料のいずれかで構成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の光導波路モジュール。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の光導波路モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−７８５２７（Ｐ２０１２−７８５２７Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２２９９０（Ｐ２０１０−２２２９９０）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
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