光素子搭載基板、光電気混載基板および電子機器
【課題】光素子実装時に位置合わせが容易にできる光素子搭載基板、かかる光素子搭載基板を備え、光伝播性能および生産性に優れた光電気混載基板、および前記光素子搭載基板又は前記光電気混載基板を備えた電子機器を提供すること。
【解決手段】光導波路が形成された光回路層に積層され、かつ、受光部又は発光部４を有する光素子３を搭載した光素子搭載基板であって、電気回路層２と絶縁基板１とが積層してなり、かつ、前記光素子搭載基板は、前記電気回路層側又は前記絶縁基板側に厚さ方向に少なくとも一つの凹部を有し、前記光素子の少なくとも一部が前記凹部内に収納されていることを特徴とする。
【解決手段】光導波路が形成された光回路層に積層され、かつ、受光部又は発光部４を有する光素子３を搭載した光素子搭載基板であって、電気回路層２と絶縁基板１とが積層してなり、かつ、前記光素子搭載基板は、前記電気回路層側又は前記絶縁基板側に厚さ方向に少なくとも一つの凹部を有し、前記光素子の少なくとも一部が前記凹部内に収納されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子搭載基板、光電気混載基板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やりとりできる広帯域回線（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。
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、特性インピーダンスの不整合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。
【０００３】
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。
このような光導波路では、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に基づいて通信を行う。
【０００４】
最近になって、信号処理基板内の電気配線を光導波路で置き換える動きが進んでいる。電気配線を光導波路で置き換えることにより、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。
そして、演算素子や記憶素子はもちろん、光信号と電気信号の相互変換を担う発光素子や受光素子のような各素子の駆動には電力を供給するための電気配線が不可欠である。このため信号処理基板には、電気配線と光導波路とが混載されることとなり、このような基板（光電気混載基板）の開発が進められている。
【０００５】
光電気混載基板において、受発光素子の受発光点と光導波路の位置合わせは、非常に高精度であることが要求され、様々な試みがなされている。
例えば、特許文献１には、上下認識カメラを介して光導波路基板と受発光点の位置合わせを行う方法について記載されている。しかしながら、複数の発光点を使用し、位置ずれの許容範囲を大きくする発明であり、より精密な導波路構造への対応は困難である。また、複数の発光点を準備することや、各発光点の光結合効率を測定し使用する発光点を決める等、多大な工数を必要とする。
一方、特許文献２には、光スルーホールを使用した光電気複合基板について記載されている。これは、一般的な光結合方法であるが、光スルーホールを形成する基板が分厚い場合、受発光点と、光導波路の距離が広くなり、光結合損失が大きくなる懸念がある。
特許文献３には、絶縁樹脂層に段差部を設け、段差部を接合位置決めガイドとし、光素子搭載基板と光導波路を接合することが記載されている。この方法によると、位置合わせが容易であり、光学素子と光導波路の光学的接続を精度良く行うことができる。しかしながら、光導波路が高分子材料で形成されたものである場合、光導波路の作製工程において加熱等により寸法変化が生じ、段差部に接合することが困難となる。また、光導波路のコアパターンを変更した場合、絶縁樹脂層と光学素子の配置も変更が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２５８８６３号公報
【特許文献２】特開２００７−１４８０８７号公報
【特許文献３】特開２００９−２８８６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、光素子実装時に位置合わせが容易にできる光素子搭載基板、かかる光素子搭載基板を備え、光伝播性能および生産性に優れた光電気混載基板、および光素子搭載基板又は光電気混載基板を備えた電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光導波路が形成された光回路層に積層され、かつ、受光部又は発光部を有する光素子を搭載した光素子搭載基板であって、
電気回路層と絶縁基板とが積層してなり、かつ、前記光素子搭載基板は、前記電気回路層側又は前記絶縁基板側に厚さ方向に少なくとも一つの凹部を有し、前記光素子の少なくとも一部が前記凹部内に収納されていることを特徴とする光素子搭載基板である。
また、本発明は、光導波路が形成された光回路層の一面に、上記光素子搭載基板を積層することを特徴とする光電気混載基板である。
また、本発明は、上記光素子搭載基板を備えたことを特徴とする電子機器である。
また、本発明は、上記光電気混載基板を備えたことを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光素子搭載基板への光素子実装時に位置合わせが容易であり、総厚が薄い光素子搭載基板が得られる。また、光素子搭載基板を備え、光導波路と受発光素子との間の結合損失が十分に抑制された光電気混載基板、および光素子搭載基板又は光電気混載基板を備えた電子機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の光電気混載基板の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の光素子搭載基板の一実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の光素子搭載基板の一実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の光素子搭載基板の一実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明の光素子搭載基板の一実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明の光電気混載基板の一実施形態を示す断面図である。
【図７】光導波路の一実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明の光素子搭載基板の一実施形態を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の光素子搭載基板、光電気混載基板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。
【００１２】
（第一実施形態）
〈光電気混載基板１００〉
図１は、本実施形態の光電気混載基板１００の一例を模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、図中の上側を「上」、下側を「下」という。また、断面図では、各基板の厚さ方向を強調して描いている。
本実施形態の光電気混載基板は、本実施形態の光素子搭載基板１０と、光導波路が形成された光回路層２０が積層されたものである。光素子搭載基板１０に搭載されている光素子３は、電極５および受光部又は発光部４を有するものであり、電極５は電気回路層２と電気接続を、受光部又は発光部４は光導波路２００と光通信をそれぞれ行うものである。光導波路２００において、光９はコア部２１０内を伝搬するが、光路変換部２１３で進行方向が変化し、光素子３の受光部又は発光部４と光の授受が行われる。尚、図１において、光９は、受光部又は発光部４が発光部として機能している際の光９の進行方向を示す。
光素子３の受光部又は発光部４と、光回路層２０の上面の距離は１μｍ〜５０μｍであることが好ましい。これにより、光素子搭載基板１０に搭載された光素子３と光回路層２０との光通信を高効率で行うことができる。
続いて、光素子搭載基板１０及び光回路層２０について説明する。
【００１３】
〈光素子搭載基板１０〉
本実施形態の光素子搭載基板１０は、電気回路層２と絶縁基板１とが積層したものである。これにより、光回路層２０に電気回路層２を直接積層し、効率的に光の伝搬を行うことができる。
光素子搭載基板１０は、電気回路層２側又は絶縁基板１側に厚さ方向に凹部を少なくとも1つ有しており、光素子３の少なくとも一部は凹部内に収納されている。図１では、絶縁基板１側に凹部を有する例を示している。
【００１４】
〈光素子３〉
図２に示す光素子３は、受光部又は発光部４及び電極５をその外表面に有するものである。
本実施形態において、光素子３は直方体状をなしており、その１つの面の中央部に受光部又は発光部４が設けられている。また、受光部又は発光部４を挟んでその左右には、それぞれ電極５が設けられている。
図２に示す光素子３は、受光部又は発光部４や電極５が設けられた面を、電気回路層２が設けられた側に向けて凹部内に収納される。これにより、自ずと電極５がスルーホール６上に位置することとなるため、光素子３の搭載位置を決めるのが容易であり、電気的接続が確立される。
また、光素子３は、光回路層２０を積層する側の面に受光部又は発光部４を有しており、光素子搭載基板１０と光回路層２０を積層した際に、光回路層２０と光の通信を行うことが出来る。また、受光部又は発光部４は、両方の機能を併せ持つ受発光部であっても良い。
【００１５】
このような光素子３としては、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子、フォトダイオード（ＰＤ、ＡＰＤ）等の受光素子が挙げられる。
また、各電極５の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、金、銀、白金等が挙げられる。
【００１６】
また、図２では、光素子３の上面が、絶縁基板１の光素子搭載部を除く領域より高い位置にあり、光素子搭載基板１０において、光素子３が上に凸となる形状であるが、絶縁基板１および電気回路層２の厚みの合計より、光素子３の厚みが小さい場合、光素子３の上面が光素子搭載基板１の上面と同じ高さであっても良い。また、光素子３の上面が絶縁基板１の上面より低い位置であっても良く、その場合、アンダーフィル７を光素子３の上面に配しても良い。
前記凹部における絶縁基板１及び電気回路層２の厚さは、１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。これにより、光素子搭載基板１０の機械的強度を維持しつつ、光電気混載基板１００における電気接続、光通信の信頼性をより向上することが出来る。
【００１７】
図８は、図２に記載の光素子搭載基板１０の上面図である。上面視において、前記凹部の面積は、光素子３の面積に対し、１．１〜３倍であることが好ましい。尚、前記凹部は、前記光素子３を収納するため、搭載する光素子３を納めることが可能な形状とする必要がある。また、前記光素子３の壁面と前記凹部の内壁面の間に、少なくとも1つの間隙があることが好ましい。これにより、光素子搭載基板１０に光素子３を搭載する際の作業性が向上し、さらに、前記間隙よりアンダーフィル材７を流し込むことが出来る。
【００１８】
特に限定されないが、上面視において、凹部の形状は、光素子３の形状と相似する形状が好ましい。これにより、省スペース化することができ、かつ、光素子３の実装位置の判別が容易となる。
【００１９】
また、光素子３は、その下面に電極５を有しており、電気回路層２と電気接続されている。電極５と電気回路層２の間に存在する絶縁基板１には、スルーホール６が形成されており、スルーホール６を介して電気接続されている。
スルーホール穴加工後にスルーホール内壁の導通処理を行う工法としては無電解銅めっき法、ダイレクトめっき法等数々の処理方法が実用化されているが特に限定しない。
前記スルーホールに使用される導電性材料としては、各種ハンダ、各種ろう材、各種導電性ペースト（インク）等が挙げられる。
このうち、ハンダおよびろう材としては、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。
また、導電性ペースト（インク）としては、例えば、ハンダペースト、Ａｇペースト、Ｃｕペースト、Ａｕペースト、またはこれらのインク等が挙げられる。これらの導電性ペースト（インク）は、乾燥前の状態でも導電性を有するが、乾燥または焼成により、優れた導電性を示す。
【００２０】
電気回路層２は、光素子搭載基板１０の積層方向において、光素子の受光部又は発光部４の少なくとも一部は、電気回路層２における電気配線と重ならないことが好ましい。これにより、電気回路層２の下に積層される光回路層２０との光学的接続をスムーズに行うことができる。
【００２１】
凹部と、凹部に実装する光素子３の間における空隙には、アンダーフィル剤を充填し、かつ、硬化したものであることが好ましい。これにより、光素子３を凹部内に確実に保持することができる。アンダーフィル剤の充填は、凹部にアンダーフィル剤を充填した後に、光素子を実装しても良いし、光素子実装後に、アンダーフィル剤を充填しても良い。アンダーフィル充填後に光素子を実装する場合、凹部と光素子の間における空隙を隙間なく充填することができる、また、光素子実装後にアンダーフィル剤を充填する場合も、凹部と光素子の間における空隙が非常に狭いため、毛細管現象により隙間なくアンダーフィル剤を充填することができる。
前記アンダーフィル剤は、硬化後、前記光素子の使用する光の波長において９０％以上の透過性を有する樹脂からなる群から選ばれることが好ましい。ここで、前記光素子の使用する光の波長とは、本実施形態の光素子３から発光又は受光され、光回路層２０を伝搬する光の波長を指す。前記光素子の使用する光の波長に分布が生じる場合は、前記光素子の使用する光の最も強度の強い波長において、９０％以上の透過性を有する樹脂からなる群から選ばれることが好ましい。また、前記透過性は、硬化後５０μｍの厚さに成形した樹脂を測定したものとする。
これにより、受光部または発光部と光導波路との間に空気層がなくなり、空気層と絶縁基板との界面で発生する反射を無くし、光の伝搬を効率よく行うという効果を奏する。具体的には、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、シリコン樹脂、シリケート樹脂、ＢＣＢ樹脂、ノルボルネン樹脂、有機無機ハイブリッド樹脂等が挙げられる。
【００２２】
絶縁基板１は、電気回路層２に積層されている。
絶縁基板１としては、可撓性の高いフレキシブル基板や、剛性の高いリジッド基板が用いられる。
このうち、フレキシブル基板の具体例としては、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド等のフィルムを用いたフレキシブル絶縁基板が挙げられる。
また、フレキシブル基板の平均厚さは、光素子搭載基板１０の可撓性および薄型化の観点から、５μｍ〜２００μｍ程度であるのが好ましく、１０μｍ〜１００μｍ程度であるのがより好ましい。このような厚さのフレキシブル基板であれば、十分な可撓性を有するとともに、自重や搭載する各種素子の重量によって意図せず変形してしまうことが防止される。
一方、リジッド基板の具体例としては、ガラス布・エポキシ銅張積層板等のガラス基材銅張積層板、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板等のコンポジット銅張積層板、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板等に含まれる耐熱・熱可塑性の有機系リジッド基板や、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板等に含まれるセラミックス系リジッド基板が挙げられる。
【００２３】
絶縁基板１の構成材料は、前記光素子の使用する光の波長において透明であることが好ましい。ここで、前記光素子の使用する光の波長とは、本実施形態の光素子３から発光又は受光され、光回路層２０を伝搬する光の波長を指す。前記光の波長に分布が生じる場合は、前記絶縁基板１の構成材料は、前記光素子の使用する光の最も強度の強い波長において、透明であることが好ましい。これにより、受光部又は発光部４と光回路層２０との光の伝搬を、効率よく行うことができる。ここで、特定の波長において９０％以上の透過性を有することを、その波長において透明であると定義する。また、前記透過性は、絶縁基板１の厚さ方向において測定したものとする。
このような、絶縁基材１の構成材料としては、光回路層２０を伝搬する光の波長によって異なるが、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ガラス布エポキシ基板、ガラス基板等が挙げられる。
【００２４】
一方、電気回路層２には、例えば、一旦全面に形成された導電層を直線状にパターニングする方法、あらかじめ線状にパターニングされた導電層を転写する方法等により、電気配線が形成される。この電気配線は、光素子３の受光部又は発光部４と、図示しない電源や各種ＩＣとの間を電気的に接続するものであり、光素子３に駆動電力を供給したり、制御信号を送出したりするものである。かかる電気配線により、光素子３の駆動を制御することができる。
電気回路層（電気配線）２の平均厚さは、電気回路層２の構成材料や電気配線に要求される電気抵抗値等に応じて適宜設定されるものの、一例として１μｍ〜３０μｍ程度とされる。
また、電気配線２の幅も、電気回路層２の構成材料や電気回路層２に要求される電気抵抗値等に応じて適宜設定されるものの、一例として２μｍ〜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。
電気回路層２の構成材料としては、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。
【００２５】
〈光回路層２０〉
本発明に用いられる光回路層は、従来用いられるどのような光回路層を用いても良い。以下に、その一例について説明する。
図１に示す光回路層２０は、光導波路２００を有するものである。必要に応じて、支持基板等を備えていても良い。光導波路２００は、下方からクラッド層（下部クラッド層）２２０、コア層２１０、およびクラッド層（上部クラッド層）２３０をこの順で積層してなる光導波路２００で構成されている。また、図７は、光導波路２００を、光導波路２００の延伸方向に対して垂直に切断した断面図である。コア層２１０には、図７に示すように、コア部２１１と、このコア部２１１の側面に隣接する側面クラッド部２１２とが形成されている。
【００２６】
光導波路２００では、コア部２１１の一方の端部に入射された光を、コア部２１１とクラッド部（各クラッド層２２０、２３０および各側面クラッド部２１２）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に基づいて光通信を行うことができる。
【００２７】
コア部２１１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２１１の屈折率は、クラッド部の屈折率より大きければよいが、その差は特に限定されないものの、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。
なお、前記屈折率差とは、コア部２１１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
【００２８】
また、図７に示す構成では、コア部２１１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。また、平面視では、直線状に形成されていても良いし、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。
コア部２１１の幅および高さは、特に限定されないが、それぞれ、１μｍ〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５μｍ〜１００μｍ程度であるのがより好ましく、２０μｍ〜７０μｍ程度であるのがさらに好ましい。
【００２９】
コア層２１０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を用いることができる。
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。
【００３０】
また、コア部２１１、側面クラッド部２１２の構成材料として、上述のような屈折率差が生じる材料を用いない場合は、異なる構成材料で作成されたコア部２１１および側面クラッド部２１２を組み合わせて用いても良い。なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア部２１１の構成材料と側面クラッド部２１２の構成材料との密着性（親和性）が高いことも重要である。
【００３１】
一方、各クラッド層２２０、２３０は、それぞれ、コア層２１０の下部および上部に位置するクラッド部を構成するものである。このような各クラッド層２２０、２３０は、側面クラッド部２１２とともに、コア部２１１の外周を囲むクラッド部を構成し、これにより光導波路２００は導光路として機能する。
クラッド層２２０、２３０の平均厚さは、コア層２１０の平均厚さ（各コア部２１１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２２０、２３０の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、通常、１μｍ〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５μｍ〜１００μｍ程度であるのがより好ましく、１０μｍ〜６０μｍ程度であるのがさらに好ましい。これにより、光回路層２０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。
また、各クラッド層２２０、２３０の構成材料としては、例えば、前述したコア層２１０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。
また、コア層２１０の構成材料およびクラッド層２２０、２３０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２１０とクラッド層２２０、２３０との境界において光を確実に全反射させるため、コア層２１０の構成材料の屈折率が、クラッド層２２０、２３０の屈折率に対して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、光回路層２０の厚さ方向において十分な屈折率差が得られ、コア部２１１からクラッド層２２０、２３０に光が漏れ出るのを抑制することができる。
なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア層２１０の構成材料とクラッド層２２０、２３０の構成材料との密着性（親和性）が高いことも重要である。
【００３２】
本実施形態は以下のような効果を奏する。
本実施形態の光素子搭載基板は、光導波路が形成された光回路層に積層され、かつ、受光部又は発光部を有する光素子を搭載した光素子搭載基板であって、電気回路層と絶縁基板とが積層してなり、かつ、前記光素子搭載基板は、前記電気回路層側又は前記絶縁基板側に厚さ方向に少なくとも一つの凹部を有し、受光部又は発光部を有する光素子の少なくとも1部が前記凹部内に収納されている。
光素子３が光素子搭載基板１０の凹部内に少なくとも一部が収納されることにより、本実施形態の光素子搭載基板１０の厚みは薄くなり、省スペース化することが出来るため、本実施形態の電子機器を小型化することが出来る。また、本実施形態において、電気回路層２の上面に絶縁基板１が積層される光素子搭載基板１０は、光素子３の電極５と電気回路層２の距離が短くなるため、電気接続の信頼性が向上する。また、前記光素子搭載基板１０を光回路層２０の上面に積層した際に、光素子３の受光部又は発光部４と、光導波路２００との距離が短くなるため、光通信の信頼性も向上する。
【００３３】
本実施形態の光素子搭載基板は、凹部における絶縁基板１及び電気回路層２の厚さは、１μｍ〜１０μｍであってもよい。
これにより、光素子搭載基板１０の機械的強度を維持しつつ、光電気混載基板１００の電気接続、光通信の信頼性をより向上することが出来る。
【００３４】
本実施形態の光素子搭載基板は、前記光素子搭載基板の積層方向において、前記光素子の受光部又は発光部の少なくとも一部は、前記電気回路層における電気配線と重ならないものであることが好ましい。
これにより、光素子３の受光部又は発光部４と、光導波路２００の間における光の授受をスムーズに行うことが出来る。
【００３５】
本実施形態の光素子搭載基板は、電気回路層２上に絶縁基板１が積層されたものであることが好ましい。
これにより、光素子搭載基板１０の凹部に光素子３を収納した際に、光素子３の電極５と電気回路層２の距離、および光素子３の受光部又は発光部４と、光導波路２００との距離を同時に短縮できるため、電気接続および光通信の信頼性を向上することが出来る。
【００３６】
本実施形態の光素子搭載基板は、前記凹部と前記凹部に実装する前記光素子の間における空隙には、アンダーフィル剤を充填し、硬化したものであることが好ましい。
これにより、前記凹部内に確実に光素子３を固定することができ、物理的強度を向上することができる。さらに、前記受光部又は発光部４と光路変換部２１３との位置ずれを防止することが出来るため、光路変換部２１３における光伝搬損失を抑制することが出来る。また、アンダーフィル剤が充填されていることにより、前記凹部と前記凹部に実装する前記光素子３の間を伝搬する伝搬光が拡散、反射することを防ぐことが出来るため、光通信の信頼性を向上することが出来る。
【００３７】
本実施形態の光素子搭載基板において、前記アンダーフィル剤は、硬化後、前記光素子の使用する光の波長において９０％以上の透過性を有する樹脂からなる群から選ばれることが好ましい。
前述したアンダーフィル剤は実質的に透明であるため、光導波路２００における前記光路変換部２１３と受光部又は発光部４の間における光の伝搬を妨げない。また、絶縁基板１の構成材料の屈折率と近い材料を用いることにより、絶縁基板１とアンダーフィル７の界面における伝搬光の反射・拡散を抑制することができるため、光通信の信頼性を向上することが出来る。
【００３８】
本実施形態の光素子搭載基板において、絶縁基板１の構成材料は、前記光素子の使用する光の波長において透明であることが好ましい。ここで、透明とは、前記光素子の使用する光の波長において、９０％以上の透過率を有することを指す。
これにより、前記凹部において、光素子３の受光部又は発光部４と、光導波路２００における光路変換部２１３との間において容易に光を伝搬することができる。また、前記凹部において絶縁基板１を薄くしても、機械的強度の高い光素子搭載基板とすることができる。
また、前記絶縁基板の構成材料は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ガラス布エポキシ基板、ガラス基板からなる群から選ばれるものであることが好ましい。
これらの材料を用いることにより、さらに光の伝搬損失を抑制することが出来る。
【００３９】
本実施形態の光素子搭載基板は、上面視において、前記凹部の面積は、前記光素子の面積に対し１．１〜３倍であることが好ましい。
これにより、光素子３と光導波路２００の光通信が確実に出来る実装位置の判別が容易であり、また、前記凹部内への光素子３の収納を容易に行うことが出来るため、光素子３実装時の作業性が高いものとなる。
【００４０】
本実施形態の光素子搭載基板は、光素子３と、電気回路層２とが、絶縁基板１に形成されたスルーホール６を介して電気接続されていることが好ましい。
これにより、前記電気回路層２と光素子３の電気接続を確実なものとすることができる。また、図２に示すように、前記凹部の底面にスルーホール６を形成する場合は、絶縁基板１が他の部分より薄いため、スルーホールの形成が容易である。
【００４１】
（第２実施形態）
以下、図３に示す本実施形態における光素子搭載基板１０について説明するが、上述した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３において、上述した実施形態と同様の構成部分については、先に説明した図２と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
図３に示す光素子搭載基板１０は、絶縁基板１の凹部に貫通孔８が設けられたこと以外は、図２に示す実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態では、絶縁基板１の凹部における領域であって、光素子３の受光部又は発光部４の少なくとも一部と、光回路層２０の光路変換部２１３の少なくとも一部とをつなぐ領域に、絶縁基板１の凹部を貫通する貫通孔８を有するものである。
このような構成では、光素子３の受光部又は発光部４と、光回路層２０の光路変換部２１３の間における界面が、上述した実施形態より１つ少ないものとなる。このため、より一層、異なる材質の界面で生じる伝搬光の拡散・反射等による損失を抑制することが出来る。
【００４３】
本実施形態の光素子搭載基板において、絶縁基板１は、光素子搭載基板の積層方向において、受光部又は発光部４の少なくとも一部と重なる貫通孔を有することが好ましい。
これにより、前記光素子３の受光部又は発光部４と、光回路層２０との光通信における信頼性を向上することが出来る。
なお、上記の作用・効果以外に、本実施形態は、上述した実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００４４】
（第３実施形態）
以下、図４に示す本実施形態における光素子搭載基板１０について説明するが、上述した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４において、上述した実施形態と同様の構成部分については、先に説明した図２と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４５】
図４に示す光素子搭載基板１０は、絶縁基板１を貫通し、電気回路層２を底面とする凹部であっても良い。前記凹部が絶縁基板１を貫通するものである場合、光素子３は、電気回路層に直接実装され、電極５と電気回路層２は直接接合される。その方法としては、超音波溶接、抵抗溶接等が挙げられる。
また、電気回路層２と光素子３の電極５は、単に接触しているのみであっても十分な電気的接続が図られるが、導電性材料を介して、または直接接合により接続されているのが好ましい。これにより、長期にわたって良好な電気的接続が保持される。
導電性材料としては、各種ハンダ、各種ろう材、各種導電性ペースト（インク）等が挙げられる。
また、ハンダおよびろう材は、リフローにより溶融し流動化して、電気回路層２と電極５との接触部周辺に濡れ広がる。これにより、電気回路層２と電極５との間が、より広い面積で接続されることとなる。その結果、接触抵抗が低下するとともに、接続部に集中し易い応力を緩和して接続信頼性を高めることができる。
なお、導電性材料がハンダ（ろう材を含む。）で構成される場合、電気回路層２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、特に銅配線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、電気配線２が細くなったり、断線したりする等の不具合を招き、電気回路層２の機能を損なうおそれがある。
そこで、導電性材料と接する電気回路層２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、電気回路層２の機能を長期にわたって維持することができる。
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。
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。
なお、上記の作用・効果以外に、本実施形態は、上述した実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００４６】
（第４実施形態）
以下、図５に示す本実施形態における光素子搭載基板１０について説明するが、上述した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５において、上述した実施形態と同様の構成部分については、先に説明した図２と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４７】
図５に示す光素子搭載基板１０は、電気回路層２と絶縁基板１との積層方向を上下に反転させ、電気回路層２を貫通して光素子搭載基板１０に凹部を形成している。また、光素子３は下面に受光部又は発光部４を配し、上面に電極５を配するものである。
すなわち、図２に示した実施形態においては、光素子３の下面に電極５が配置され、スルーホールを介して電気回路層２と電気接続されていたが、本実施形態では、光素子搭載基板１０の上面に光素子３の電極５および電気回路層２が配置されており、ワイヤーボンディングにより、前記電極５および前記電気回路層２が電気接続されている。
このような構成では、光素子搭載基板１０と後に積層する光回路層２０の光路変換部２１３と、光素子３の受光部又は発光部４との間に電気回路層２が存在しないため、光回路層２０の光路変換部２１３と、光素子３の受光部又は発光部４との間における伝搬光の授受を阻害しないため、光素子搭載基板１０と光回路層２０の積層時の位置ずれに対する許容度が大きい。
【００４８】
（第５実施形態）
以下、図６に示す本実施形態における光電気混載基板１００について説明するが、上述した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、上述した実施形態と同様の構成部分については、先に説明した図１と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。尚、図６において、光９は、受光部又は発光部４が発光部として機能している際の光９の進行方向を示す。
【００４９】
図６に示す光素子搭載基板１０は、受光部又は発光部４が光素子３の上面に設けられ、光素子搭載基板１０の上に光回路層２０が積層されたこと以外は、図２に示す実施形態と同様である。
すなわち、図２に示す実施形態の光素子搭載基板１０は、図１に示すように、光素子３の下面に受光部又は発光部４が配置され、光回路層２０の上面に光素子搭載基板１０を積層して光接続することを想定した光素子搭載基板であるが、本実施形態の光素子搭載基板１０は、図６に示すように、光素子搭載基板１０の上面に光回路層２０を積層して光接続することを想定した光素子搭載基板である。
このような構成では、電気回路層２０において、光素子３が実装された面と反対側の面においても、素子を実装することが可能となる。
なお、上記の作用・効果以外に、本実施形態は、上述した実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００５０】
〈光電気混載基板の製造方法〉
次に、上述したような光電気混載基板１００を製造する方法の一例について説明する。
図１に示す光電気混載基板１００は、光素子搭載基板１０および光回路層２０をそれぞれ用意し、これらを積層した後、得られた積層体に加工を施して製造される。
【００５１】
以下、光電気混載基板１００の製造方法について順次説明する。
［１］光導波路構造体の製造
まず、光電気混載基板１００の製造に用いられる光素子搭載基板１０の製造方法について説明する。
【００５２】
［１−１］電気回路層の製造
絶縁基板１を用意し、その上面の一部または全部を覆うように電気回路層２を形成する。
この電気回路層２は、前述した金属組成の被膜であり、かかる被膜は、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法等の方法により形成される。
次いで、この電気回路層２を、各種パターニング法によりパターニングする。パターニング法としては、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。
以上のようにして、絶縁基板１上に、電気回路層（電気配線）２が形成される。
また、電気回路層２の形成方法は、上記の方法に限定されず、導電性ペースト、導電性インク等を、絶縁基板１の上面の所定の領域に（電気配線２のパターンに沿って）供給した後、乾燥させる方法であってもよい。供給の方法としては、各種印刷法、各種塗布法等が挙げられる。
【００５３】
［１−２］凹部の形成
次いで、光素子搭載基板１０に凹部を形成する。
凹部の形成は、レーザー加工法、電子ビーム加工法、機械加工法等の各種加工法により行うことができるが、特にレーザー加工法により行うのが好ましい。レーザー加工法によれば、高い精度で加工することができるので、凹部の位置精度を高めることができる。その結果、コア部２１１の光軸と、凹部内に挿入される光素子３の光軸とを正確に合わせ、伝搬損失の低い光電気混載基板を得ることができる。
【００５４】
また、レーザー加工法によれば、被加工材料の組成によって、加工レートが異なるため、それを利用して特定の層のみを選択的に加工することができる。この特性を利用することにより、光素子搭載基板１０に対して選択的に加工を施す一方、電気回路層２を加工することなく残すことができる。これは、電気回路層２は金属系材料で構成されているため、レーザー加工における加工レートが他の材料に比べて小さいためである。なお、上記の特性は、各絶縁基板１が有機系材料で構成されている場合に特に顕著である。
また、特定の層のみを選択的に加工するためには、電気回路層２や絶縁基板１の構成材料に応じて、レーザー加工条件を適宜設定する。
加工条件の一例として、レーザーの出力密度が、３０〜１０００ｍＪ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、５０〜７００ｍＪ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。これにより、光素子搭載基板１０にレーザー加工を施した際に、電気回路層２を確実に残しつつ、絶縁基板１を選択的に加工することができる。
また、レーザー発振器としては、特に限定されないが、炭酸ガスレーザー、エキシマーレーザー、Ａｒレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、ＹＡＧレーザー、半導体レーザー等が挙げられる。
【００５５】
また、レーザー加工法によれば、加工面の平坦性、平滑性が高くなる。これは、レーザーの熱により、加工領域の光素子搭載基板１０がわずかに溶融し、凹凸が平均化されるためであると考えられる。加工面の平坦性、平滑性が向上すると、凹部の底面の面精度、換言すれば、伝搬光が通過する凹部の面精度も向上し、光の入射効率および出射効率を高めることができる。
さらには、加工面の平坦性、平滑性が高くなると、凹部の内面の凹凸が減少するので、その分だけ凹部と光素子３との距離を小さくすることができる。これにより、受光部又は発光部４とコア部２１１の露出面との離間距離が小さくなり、両者の結合損失を最小限にすることができるだけでなく、凹部内で光素子３の位置がずれる余地を最小限にすることができる。また、レーザーの照射領域は、気化して除去されるため、切削くずやバリの発生が防止されるという利点もある。
【００５６】
［１−３］光素子の搭載
光素子搭載基板１０は、光素子３を挿入可能な凹部を有しており、この凹部内に光素子３を挿入することにより、光素子３と電気回路層２の電気的接続を可能にし、同時に、光素子３と、後に積層する光回路層２０の間で光学的接続を可能にするものである。
光素子３と電気回路層２を前述した方法により電気接続した後、前記凹部にアンダーフィル剤を流し込み、硬化させて、光素子３の位置を固定する。
さらに、必要に応じて、光素子搭載基板１０上に電子部品（図示せず）を載置し、電気回路層２と電子部品とを電気的に接続する。
電子部品としては、例えば、ＬＳＩ(Large Scale Integration)、ＩＣ(Integrated Circuit)、メモリー、抵抗、コンデンサー等が挙げられる。これらの電子部品は、光素子３の駆動を制御する機能を有するものでもよい。
これらの工程により、光素子搭載基板１０が得られる。
【００５７】
［２］光回路層の製造
まず、クラッド層２２０、コア層２１０およびクラッド層２３０をそれぞれ製造する。これらは、基材上に、各層の形成用組成物を塗布して液状被膜を形成した後、この基材をレベルテーブルに載置して、液状被膜表面の不均一な部分を水平化するとともに、溶媒を蒸発（脱溶媒）することにより形成される。
液状被膜を形成するための塗布法としては、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。
また、同一層（コア層２１０）内に、コア部２１１と、側面クラッド部２１２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。
その後、形成したクラッド層２２０、コア層２１０およびクラッド層２３０を、互いに圧着する。これにより、クラッド層２２０、コア層２１０およびクラッド層２３０が接合、一体化され、光導波路２００が得られる。光導波路２００を光回路層２０として用いることも出来るが、カバーフィルム、絶縁基板等を備えた光回路層２０としても良い。絶縁基板を備える場合、前述の光素子搭載基板１０に用いる絶縁基板１と同等のものを用いることが出来る。
【００５８】
［３］光素子搭載基板および光回路層の積層
次いで、光素子搭載基板１０と光回路層２０とを積層する。
絶縁基板１と光回路層２０の間や、電気回路層２と光回路層２０の間は、それぞれ熱圧着や、各種接着剤（粘着剤を含む。）による接着等の方法で接着されていてもよいが、クラッド層２２０やクラッド層２３０が接着性を有している場合には、その接着性を利用して接着するようにしてもよい。
接着剤としては、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挙げられる。
以上のようにして、光素子搭載基板１０および光回路層２０が積層された図１に示す光電気混載基板１００が得られる。
【００５９】
〈電子機器〉
本発明の光素子搭載基板もしくは光電気混載基板を備える電子機器（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電気混載基板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。
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、基板内の集積度が高められるとともに、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。
【００６０】
以上、本発明の光素子搭載基板、光電気混載基板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、例えば光素子混載基板を構成する各部は、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い。
また、図７では、コア部２１１が１本である光導波路２００（シングルチャンネル）について説明したが、コア部２１１が複数本である光回路（マルチチャンネル）についても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 絶縁基板
１０ 光素子搭載基板
１００ 光電気混載基板
２ 電気回路層（電気配線）
２０ 光回路層
２００ 光導波路
２１０ コア層
２１１ コア部
２１２ 側面クラッド部
２１３ 光路変換部
２２０、２３０ クラッド層
３ 光素子
４ 受光部又は発光部
５ 電極
５１ ワイヤーボンディング
６ スルーホール
７ アンダーフィル
８ 貫通孔
９ 光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子搭載基板、光電気混載基板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やりとりできる広帯域回線（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。
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、特性インピーダンスの不整合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。
【０００３】
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。
このような光導波路では、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に基づいて通信を行う。
【０００４】
最近になって、信号処理基板内の電気配線を光導波路で置き換える動きが進んでいる。電気配線を光導波路で置き換えることにより、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。
そして、演算素子や記憶素子はもちろん、光信号と電気信号の相互変換を担う発光素子や受光素子のような各素子の駆動には電力を供給するための電気配線が不可欠である。このため信号処理基板には、電気配線と光導波路とが混載されることとなり、このような基板（光電気混載基板）の開発が進められている。
【０００５】
光電気混載基板において、受発光素子の受発光点と光導波路の位置合わせは、非常に高精度であることが要求され、様々な試みがなされている。
例えば、特許文献１には、上下認識カメラを介して光導波路基板と受発光点の位置合わせを行う方法について記載されている。しかしながら、複数の発光点を使用し、位置ずれの許容範囲を大きくする発明であり、より精密な導波路構造への対応は困難である。また、複数の発光点を準備することや、各発光点の光結合効率を測定し使用する発光点を決める等、多大な工数を必要とする。
一方、特許文献２には、光スルーホールを使用した光電気複合基板について記載されている。これは、一般的な光結合方法であるが、光スルーホールを形成する基板が分厚い場合、受発光点と、光導波路の距離が広くなり、光結合損失が大きくなる懸念がある。
特許文献３には、絶縁樹脂層に段差部を設け、段差部を接合位置決めガイドとし、光素子搭載基板と光導波路を接合することが記載されている。この方法によると、位置合わせが容易であり、光学素子と光導波路の光学的接続を精度良く行うことができる。しかしながら、光導波路が高分子材料で形成されたものである場合、光導波路の作製工程において加熱等により寸法変化が生じ、段差部に接合することが困難となる。また、光導波路のコアパターンを変更した場合、絶縁樹脂層と光学素子の配置も変更が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２５８８６３号公報
【特許文献２】特開２００７−１４８０８７号公報
【特許文献３】特開２００９−２８８６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、光素子実装時に位置合わせが容易にできる光素子搭載基板、かかる光素子搭載基板を備え、光伝播性能および生産性に優れた光電気混載基板、および光素子搭載基板又は光電気混載基板を備えた電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光導波路が形成された光回路層に積層され、かつ、受光部又は発光部を有する光素子を搭載した光素子搭載基板であって、
電気回路層と絶縁基板とが積層してなり、かつ、前記光素子搭載基板は、前記電気回路層側又は前記絶縁基板側に厚さ方向に少なくとも一つの凹部を有し、前記光素子の少なくとも一部が前記凹部内に収納されていることを特徴とする光素子搭載基板である。
また、本発明は、光導波路が形成された光回路層の一面に、上記光素子搭載基板を積層することを特徴とする光電気混載基板である。
また、本発明は、上記光素子搭載基板を備えたことを特徴とする電子機器である。
また、本発明は、上記光電気混載基板を備えたことを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光素子搭載基板への光素子実装時に位置合わせが容易であり、総厚が薄い光素子搭載基板が得られる。また、光素子搭載基板を備え、光導波路と受発光素子との間の結合損失が十分に抑制された光電気混載基板、および光素子搭載基板又は光電気混載基板を備えた電子機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の光電気混載基板の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の光素子搭載基板の一実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の光素子搭載基板の一実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の光素子搭載基板の一実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明の光素子搭載基板の一実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明の光電気混載基板の一実施形態を示す断面図である。
【図７】光導波路の一実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明の光素子搭載基板の一実施形態を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の光素子搭載基板、光電気混載基板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。
【００１２】
（第一実施形態）
〈光電気混載基板１００〉
図１は、本実施形態の光電気混載基板１００の一例を模式的に示す断面図である。なお、以下の説明では、図中の上側を「上」、下側を「下」という。また、断面図では、各基板の厚さ方向を強調して描いている。
本実施形態の光電気混載基板は、本実施形態の光素子搭載基板１０と、光導波路が形成された光回路層２０が積層されたものである。光素子搭載基板１０に搭載されている光素子３は、電極５および受光部又は発光部４を有するものであり、電極５は電気回路層２と電気接続を、受光部又は発光部４は光導波路２００と光通信をそれぞれ行うものである。光導波路２００において、光９はコア部２１０内を伝搬するが、光路変換部２１３で進行方向が変化し、光素子３の受光部又は発光部４と光の授受が行われる。尚、図１において、光９は、受光部又は発光部４が発光部として機能している際の光９の進行方向を示す。
光素子３の受光部又は発光部４と、光回路層２０の上面の距離は１μｍ〜５０μｍであることが好ましい。これにより、光素子搭載基板１０に搭載された光素子３と光回路層２０との光通信を高効率で行うことができる。
続いて、光素子搭載基板１０及び光回路層２０について説明する。
【００１３】
〈光素子搭載基板１０〉
本実施形態の光素子搭載基板１０は、電気回路層２と絶縁基板１とが積層したものである。これにより、光回路層２０に電気回路層２を直接積層し、効率的に光の伝搬を行うことができる。
光素子搭載基板１０は、電気回路層２側又は絶縁基板１側に厚さ方向に凹部を少なくとも1つ有しており、光素子３の少なくとも一部は凹部内に収納されている。図１では、絶縁基板１側に凹部を有する例を示している。
【００１４】
〈光素子３〉
図２に示す光素子３は、受光部又は発光部４及び電極５をその外表面に有するものである。
本実施形態において、光素子３は直方体状をなしており、その１つの面の中央部に受光部又は発光部４が設けられている。また、受光部又は発光部４を挟んでその左右には、それぞれ電極５が設けられている。
図２に示す光素子３は、受光部又は発光部４や電極５が設けられた面を、電気回路層２が設けられた側に向けて凹部内に収納される。これにより、自ずと電極５がスルーホール６上に位置することとなるため、光素子３の搭載位置を決めるのが容易であり、電気的接続が確立される。
また、光素子３は、光回路層２０を積層する側の面に受光部又は発光部４を有しており、光素子搭載基板１０と光回路層２０を積層した際に、光回路層２０と光の通信を行うことが出来る。また、受光部又は発光部４は、両方の機能を併せ持つ受発光部であっても良い。
【００１５】
このような光素子３としては、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子、フォトダイオード（ＰＤ、ＡＰＤ）等の受光素子が挙げられる。
また、各電極５の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、金、銀、白金等が挙げられる。
【００１６】
また、図２では、光素子３の上面が、絶縁基板１の光素子搭載部を除く領域より高い位置にあり、光素子搭載基板１０において、光素子３が上に凸となる形状であるが、絶縁基板１および電気回路層２の厚みの合計より、光素子３の厚みが小さい場合、光素子３の上面が光素子搭載基板１の上面と同じ高さであっても良い。また、光素子３の上面が絶縁基板１の上面より低い位置であっても良く、その場合、アンダーフィル７を光素子３の上面に配しても良い。
前記凹部における絶縁基板１及び電気回路層２の厚さは、１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。これにより、光素子搭載基板１０の機械的強度を維持しつつ、光電気混載基板１００における電気接続、光通信の信頼性をより向上することが出来る。
【００１７】
図８は、図２に記載の光素子搭載基板１０の上面図である。上面視において、前記凹部の面積は、光素子３の面積に対し、１．１〜３倍であることが好ましい。尚、前記凹部は、前記光素子３を収納するため、搭載する光素子３を納めることが可能な形状とする必要がある。また、前記光素子３の壁面と前記凹部の内壁面の間に、少なくとも1つの間隙があることが好ましい。これにより、光素子搭載基板１０に光素子３を搭載する際の作業性が向上し、さらに、前記間隙よりアンダーフィル材７を流し込むことが出来る。
【００１８】
特に限定されないが、上面視において、凹部の形状は、光素子３の形状と相似する形状が好ましい。これにより、省スペース化することができ、かつ、光素子３の実装位置の判別が容易となる。
【００１９】
また、光素子３は、その下面に電極５を有しており、電気回路層２と電気接続されている。電極５と電気回路層２の間に存在する絶縁基板１には、スルーホール６が形成されており、スルーホール６を介して電気接続されている。
スルーホール穴加工後にスルーホール内壁の導通処理を行う工法としては無電解銅めっき法、ダイレクトめっき法等数々の処理方法が実用化されているが特に限定しない。
前記スルーホールに使用される導電性材料としては、各種ハンダ、各種ろう材、各種導電性ペースト（インク）等が挙げられる。
このうち、ハンダおよびろう材としては、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。
また、導電性ペースト（インク）としては、例えば、ハンダペースト、Ａｇペースト、Ｃｕペースト、Ａｕペースト、またはこれらのインク等が挙げられる。これらの導電性ペースト（インク）は、乾燥前の状態でも導電性を有するが、乾燥または焼成により、優れた導電性を示す。
【００２０】
電気回路層２は、光素子搭載基板１０の積層方向において、光素子の受光部又は発光部４の少なくとも一部は、電気回路層２における電気配線と重ならないことが好ましい。これにより、電気回路層２の下に積層される光回路層２０との光学的接続をスムーズに行うことができる。
【００２１】
凹部と、凹部に実装する光素子３の間における空隙には、アンダーフィル剤を充填し、かつ、硬化したものであることが好ましい。これにより、光素子３を凹部内に確実に保持することができる。アンダーフィル剤の充填は、凹部にアンダーフィル剤を充填した後に、光素子を実装しても良いし、光素子実装後に、アンダーフィル剤を充填しても良い。アンダーフィル充填後に光素子を実装する場合、凹部と光素子の間における空隙を隙間なく充填することができる、また、光素子実装後にアンダーフィル剤を充填する場合も、凹部と光素子の間における空隙が非常に狭いため、毛細管現象により隙間なくアンダーフィル剤を充填することができる。
前記アンダーフィル剤は、硬化後、前記光素子の使用する光の波長において９０％以上の透過性を有する樹脂からなる群から選ばれることが好ましい。ここで、前記光素子の使用する光の波長とは、本実施形態の光素子３から発光又は受光され、光回路層２０を伝搬する光の波長を指す。前記光素子の使用する光の波長に分布が生じる場合は、前記光素子の使用する光の最も強度の強い波長において、９０％以上の透過性を有する樹脂からなる群から選ばれることが好ましい。また、前記透過性は、硬化後５０μｍの厚さに成形した樹脂を測定したものとする。
これにより、受光部または発光部と光導波路との間に空気層がなくなり、空気層と絶縁基板との界面で発生する反射を無くし、光の伝搬を効率よく行うという効果を奏する。具体的には、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、シリコン樹脂、シリケート樹脂、ＢＣＢ樹脂、ノルボルネン樹脂、有機無機ハイブリッド樹脂等が挙げられる。
【００２２】
絶縁基板１は、電気回路層２に積層されている。
絶縁基板１としては、可撓性の高いフレキシブル基板や、剛性の高いリジッド基板が用いられる。
このうち、フレキシブル基板の具体例としては、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド等のフィルムを用いたフレキシブル絶縁基板が挙げられる。
また、フレキシブル基板の平均厚さは、光素子搭載基板１０の可撓性および薄型化の観点から、５μｍ〜２００μｍ程度であるのが好ましく、１０μｍ〜１００μｍ程度であるのがより好ましい。このような厚さのフレキシブル基板であれば、十分な可撓性を有するとともに、自重や搭載する各種素子の重量によって意図せず変形してしまうことが防止される。
一方、リジッド基板の具体例としては、ガラス布・エポキシ銅張積層板等のガラス基材銅張積層板、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板等のコンポジット銅張積層板、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板等に含まれる耐熱・熱可塑性の有機系リジッド基板や、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板等に含まれるセラミックス系リジッド基板が挙げられる。
【００２３】
絶縁基板１の構成材料は、前記光素子の使用する光の波長において透明であることが好ましい。ここで、前記光素子の使用する光の波長とは、本実施形態の光素子３から発光又は受光され、光回路層２０を伝搬する光の波長を指す。前記光の波長に分布が生じる場合は、前記絶縁基板１の構成材料は、前記光素子の使用する光の最も強度の強い波長において、透明であることが好ましい。これにより、受光部又は発光部４と光回路層２０との光の伝搬を、効率よく行うことができる。ここで、特定の波長において９０％以上の透過性を有することを、その波長において透明であると定義する。また、前記透過性は、絶縁基板１の厚さ方向において測定したものとする。
このような、絶縁基材１の構成材料としては、光回路層２０を伝搬する光の波長によって異なるが、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ガラス布エポキシ基板、ガラス基板等が挙げられる。
【００２４】
一方、電気回路層２には、例えば、一旦全面に形成された導電層を直線状にパターニングする方法、あらかじめ線状にパターニングされた導電層を転写する方法等により、電気配線が形成される。この電気配線は、光素子３の受光部又は発光部４と、図示しない電源や各種ＩＣとの間を電気的に接続するものであり、光素子３に駆動電力を供給したり、制御信号を送出したりするものである。かかる電気配線により、光素子３の駆動を制御することができる。
電気回路層（電気配線）２の平均厚さは、電気回路層２の構成材料や電気配線に要求される電気抵抗値等に応じて適宜設定されるものの、一例として１μｍ〜３０μｍ程度とされる。
また、電気配線２の幅も、電気回路層２の構成材料や電気回路層２に要求される電気抵抗値等に応じて適宜設定されるものの、一例として２μｍ〜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。
電気回路層２の構成材料としては、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。
【００２５】
〈光回路層２０〉
本発明に用いられる光回路層は、従来用いられるどのような光回路層を用いても良い。以下に、その一例について説明する。
図１に示す光回路層２０は、光導波路２００を有するものである。必要に応じて、支持基板等を備えていても良い。光導波路２００は、下方からクラッド層（下部クラッド層）２２０、コア層２１０、およびクラッド層（上部クラッド層）２３０をこの順で積層してなる光導波路２００で構成されている。また、図７は、光導波路２００を、光導波路２００の延伸方向に対して垂直に切断した断面図である。コア層２１０には、図７に示すように、コア部２１１と、このコア部２１１の側面に隣接する側面クラッド部２１２とが形成されている。
【００２６】
光導波路２００では、コア部２１１の一方の端部に入射された光を、コア部２１１とクラッド部（各クラッド層２２０、２３０および各側面クラッド部２１２）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に基づいて光通信を行うことができる。
【００２７】
コア部２１１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２１１の屈折率は、クラッド部の屈折率より大きければよいが、その差は特に限定されないものの、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。
なお、前記屈折率差とは、コア部２１１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
【００２８】
また、図７に示す構成では、コア部２１１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。また、平面視では、直線状に形成されていても良いし、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。
コア部２１１の幅および高さは、特に限定されないが、それぞれ、１μｍ〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５μｍ〜１００μｍ程度であるのがより好ましく、２０μｍ〜７０μｍ程度であるのがさらに好ましい。
【００２９】
コア層２１０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を用いることができる。
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。
【００３０】
また、コア部２１１、側面クラッド部２１２の構成材料として、上述のような屈折率差が生じる材料を用いない場合は、異なる構成材料で作成されたコア部２１１および側面クラッド部２１２を組み合わせて用いても良い。なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア部２１１の構成材料と側面クラッド部２１２の構成材料との密着性（親和性）が高いことも重要である。
【００３１】
一方、各クラッド層２２０、２３０は、それぞれ、コア層２１０の下部および上部に位置するクラッド部を構成するものである。このような各クラッド層２２０、２３０は、側面クラッド部２１２とともに、コア部２１１の外周を囲むクラッド部を構成し、これにより光導波路２００は導光路として機能する。
クラッド層２２０、２３０の平均厚さは、コア層２１０の平均厚さ（各コア部２１１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２２０、２３０の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、通常、１μｍ〜２００μｍ程度であるのが好ましく、５μｍ〜１００μｍ程度であるのがより好ましく、１０μｍ〜６０μｍ程度であるのがさらに好ましい。これにより、光回路層２０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。
また、各クラッド層２２０、２３０の構成材料としては、例えば、前述したコア層２１０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。
また、コア層２１０の構成材料およびクラッド層２２０、２３０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２１０とクラッド層２２０、２３０との境界において光を確実に全反射させるため、コア層２１０の構成材料の屈折率が、クラッド層２２０、２３０の屈折率に対して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、光回路層２０の厚さ方向において十分な屈折率差が得られ、コア部２１１からクラッド層２２０、２３０に光が漏れ出るのを抑制することができる。
なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア層２１０の構成材料とクラッド層２２０、２３０の構成材料との密着性（親和性）が高いことも重要である。
【００３２】
本実施形態は以下のような効果を奏する。
本実施形態の光素子搭載基板は、光導波路が形成された光回路層に積層され、かつ、受光部又は発光部を有する光素子を搭載した光素子搭載基板であって、電気回路層と絶縁基板とが積層してなり、かつ、前記光素子搭載基板は、前記電気回路層側又は前記絶縁基板側に厚さ方向に少なくとも一つの凹部を有し、受光部又は発光部を有する光素子の少なくとも1部が前記凹部内に収納されている。
光素子３が光素子搭載基板１０の凹部内に少なくとも一部が収納されることにより、本実施形態の光素子搭載基板１０の厚みは薄くなり、省スペース化することが出来るため、本実施形態の電子機器を小型化することが出来る。また、本実施形態において、電気回路層２の上面に絶縁基板１が積層される光素子搭載基板１０は、光素子３の電極５と電気回路層２の距離が短くなるため、電気接続の信頼性が向上する。また、前記光素子搭載基板１０を光回路層２０の上面に積層した際に、光素子３の受光部又は発光部４と、光導波路２００との距離が短くなるため、光通信の信頼性も向上する。
【００３３】
本実施形態の光素子搭載基板は、凹部における絶縁基板１及び電気回路層２の厚さは、１μｍ〜１０μｍであってもよい。
これにより、光素子搭載基板１０の機械的強度を維持しつつ、光電気混載基板１００の電気接続、光通信の信頼性をより向上することが出来る。
【００３４】
本実施形態の光素子搭載基板は、前記光素子搭載基板の積層方向において、前記光素子の受光部又は発光部の少なくとも一部は、前記電気回路層における電気配線と重ならないものであることが好ましい。
これにより、光素子３の受光部又は発光部４と、光導波路２００の間における光の授受をスムーズに行うことが出来る。
【００３５】
本実施形態の光素子搭載基板は、電気回路層２上に絶縁基板１が積層されたものであることが好ましい。
これにより、光素子搭載基板１０の凹部に光素子３を収納した際に、光素子３の電極５と電気回路層２の距離、および光素子３の受光部又は発光部４と、光導波路２００との距離を同時に短縮できるため、電気接続および光通信の信頼性を向上することが出来る。
【００３６】
本実施形態の光素子搭載基板は、前記凹部と前記凹部に実装する前記光素子の間における空隙には、アンダーフィル剤を充填し、硬化したものであることが好ましい。
これにより、前記凹部内に確実に光素子３を固定することができ、物理的強度を向上することができる。さらに、前記受光部又は発光部４と光路変換部２１３との位置ずれを防止することが出来るため、光路変換部２１３における光伝搬損失を抑制することが出来る。また、アンダーフィル剤が充填されていることにより、前記凹部と前記凹部に実装する前記光素子３の間を伝搬する伝搬光が拡散、反射することを防ぐことが出来るため、光通信の信頼性を向上することが出来る。
【００３７】
本実施形態の光素子搭載基板において、前記アンダーフィル剤は、硬化後、前記光素子の使用する光の波長において９０％以上の透過性を有する樹脂からなる群から選ばれることが好ましい。
前述したアンダーフィル剤は実質的に透明であるため、光導波路２００における前記光路変換部２１３と受光部又は発光部４の間における光の伝搬を妨げない。また、絶縁基板１の構成材料の屈折率と近い材料を用いることにより、絶縁基板１とアンダーフィル７の界面における伝搬光の反射・拡散を抑制することができるため、光通信の信頼性を向上することが出来る。
【００３８】
本実施形態の光素子搭載基板において、絶縁基板１の構成材料は、前記光素子の使用する光の波長において透明であることが好ましい。ここで、透明とは、前記光素子の使用する光の波長において、９０％以上の透過率を有することを指す。
これにより、前記凹部において、光素子３の受光部又は発光部４と、光導波路２００における光路変換部２１３との間において容易に光を伝搬することができる。また、前記凹部において絶縁基板１を薄くしても、機械的強度の高い光素子搭載基板とすることができる。
また、前記絶縁基板の構成材料は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ガラス布エポキシ基板、ガラス基板からなる群から選ばれるものであることが好ましい。
これらの材料を用いることにより、さらに光の伝搬損失を抑制することが出来る。
【００３９】
本実施形態の光素子搭載基板は、上面視において、前記凹部の面積は、前記光素子の面積に対し１．１〜３倍であることが好ましい。
これにより、光素子３と光導波路２００の光通信が確実に出来る実装位置の判別が容易であり、また、前記凹部内への光素子３の収納を容易に行うことが出来るため、光素子３実装時の作業性が高いものとなる。
【００４０】
本実施形態の光素子搭載基板は、光素子３と、電気回路層２とが、絶縁基板１に形成されたスルーホール６を介して電気接続されていることが好ましい。
これにより、前記電気回路層２と光素子３の電気接続を確実なものとすることができる。また、図２に示すように、前記凹部の底面にスルーホール６を形成する場合は、絶縁基板１が他の部分より薄いため、スルーホールの形成が容易である。
【００４１】
（第２実施形態）
以下、図３に示す本実施形態における光素子搭載基板１０について説明するが、上述した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３において、上述した実施形態と同様の構成部分については、先に説明した図２と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
図３に示す光素子搭載基板１０は、絶縁基板１の凹部に貫通孔８が設けられたこと以外は、図２に示す実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態では、絶縁基板１の凹部における領域であって、光素子３の受光部又は発光部４の少なくとも一部と、光回路層２０の光路変換部２１３の少なくとも一部とをつなぐ領域に、絶縁基板１の凹部を貫通する貫通孔８を有するものである。
このような構成では、光素子３の受光部又は発光部４と、光回路層２０の光路変換部２１３の間における界面が、上述した実施形態より１つ少ないものとなる。このため、より一層、異なる材質の界面で生じる伝搬光の拡散・反射等による損失を抑制することが出来る。
【００４３】
本実施形態の光素子搭載基板において、絶縁基板１は、光素子搭載基板の積層方向において、受光部又は発光部４の少なくとも一部と重なる貫通孔を有することが好ましい。
これにより、前記光素子３の受光部又は発光部４と、光回路層２０との光通信における信頼性を向上することが出来る。
なお、上記の作用・効果以外に、本実施形態は、上述した実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００４４】
（第３実施形態）
以下、図４に示す本実施形態における光素子搭載基板１０について説明するが、上述した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４において、上述した実施形態と同様の構成部分については、先に説明した図２と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４５】
図４に示す光素子搭載基板１０は、絶縁基板１を貫通し、電気回路層２を底面とする凹部であっても良い。前記凹部が絶縁基板１を貫通するものである場合、光素子３は、電気回路層に直接実装され、電極５と電気回路層２は直接接合される。その方法としては、超音波溶接、抵抗溶接等が挙げられる。
また、電気回路層２と光素子３の電極５は、単に接触しているのみであっても十分な電気的接続が図られるが、導電性材料を介して、または直接接合により接続されているのが好ましい。これにより、長期にわたって良好な電気的接続が保持される。
導電性材料としては、各種ハンダ、各種ろう材、各種導電性ペースト（インク）等が挙げられる。
また、ハンダおよびろう材は、リフローにより溶融し流動化して、電気回路層２と電極５との接触部周辺に濡れ広がる。これにより、電気回路層２と電極５との間が、より広い面積で接続されることとなる。その結果、接触抵抗が低下するとともに、接続部に集中し易い応力を緩和して接続信頼性を高めることができる。
なお、導電性材料がハンダ（ろう材を含む。）で構成される場合、電気回路層２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、特に銅配線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、電気配線２が細くなったり、断線したりする等の不具合を招き、電気回路層２の機能を損なうおそれがある。
そこで、導電性材料と接する電気回路層２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、電気回路層２の機能を長期にわたって維持することができる。
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。
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。
なお、上記の作用・効果以外に、本実施形態は、上述した実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００４６】
（第４実施形態）
以下、図５に示す本実施形態における光素子搭載基板１０について説明するが、上述した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５において、上述した実施形態と同様の構成部分については、先に説明した図２と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４７】
図５に示す光素子搭載基板１０は、電気回路層２と絶縁基板１との積層方向を上下に反転させ、電気回路層２を貫通して光素子搭載基板１０に凹部を形成している。また、光素子３は下面に受光部又は発光部４を配し、上面に電極５を配するものである。
すなわち、図２に示した実施形態においては、光素子３の下面に電極５が配置され、スルーホールを介して電気回路層２と電気接続されていたが、本実施形態では、光素子搭載基板１０の上面に光素子３の電極５および電気回路層２が配置されており、ワイヤーボンディングにより、前記電極５および前記電気回路層２が電気接続されている。
このような構成では、光素子搭載基板１０と後に積層する光回路層２０の光路変換部２１３と、光素子３の受光部又は発光部４との間に電気回路層２が存在しないため、光回路層２０の光路変換部２１３と、光素子３の受光部又は発光部４との間における伝搬光の授受を阻害しないため、光素子搭載基板１０と光回路層２０の積層時の位置ずれに対する許容度が大きい。
【００４８】
（第５実施形態）
以下、図６に示す本実施形態における光電気混載基板１００について説明するが、上述した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、上述した実施形態と同様の構成部分については、先に説明した図１と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。尚、図６において、光９は、受光部又は発光部４が発光部として機能している際の光９の進行方向を示す。
【００４９】
図６に示す光素子搭載基板１０は、受光部又は発光部４が光素子３の上面に設けられ、光素子搭載基板１０の上に光回路層２０が積層されたこと以外は、図２に示す実施形態と同様である。
すなわち、図２に示す実施形態の光素子搭載基板１０は、図１に示すように、光素子３の下面に受光部又は発光部４が配置され、光回路層２０の上面に光素子搭載基板１０を積層して光接続することを想定した光素子搭載基板であるが、本実施形態の光素子搭載基板１０は、図６に示すように、光素子搭載基板１０の上面に光回路層２０を積層して光接続することを想定した光素子搭載基板である。
このような構成では、電気回路層２０において、光素子３が実装された面と反対側の面においても、素子を実装することが可能となる。
なお、上記の作用・効果以外に、本実施形態は、上述した実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００５０】
〈光電気混載基板の製造方法〉
次に、上述したような光電気混載基板１００を製造する方法の一例について説明する。
図１に示す光電気混載基板１００は、光素子搭載基板１０および光回路層２０をそれぞれ用意し、これらを積層した後、得られた積層体に加工を施して製造される。
【００５１】
以下、光電気混載基板１００の製造方法について順次説明する。
［１］光導波路構造体の製造
まず、光電気混載基板１００の製造に用いられる光素子搭載基板１０の製造方法について説明する。
【００５２】
［１−１］電気回路層の製造
絶縁基板１を用意し、その上面の一部または全部を覆うように電気回路層２を形成する。
この電気回路層２は、前述した金属組成の被膜であり、かかる被膜は、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法等の方法により形成される。
次いで、この電気回路層２を、各種パターニング法によりパターニングする。パターニング法としては、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。
以上のようにして、絶縁基板１上に、電気回路層（電気配線）２が形成される。
また、電気回路層２の形成方法は、上記の方法に限定されず、導電性ペースト、導電性インク等を、絶縁基板１の上面の所定の領域に（電気配線２のパターンに沿って）供給した後、乾燥させる方法であってもよい。供給の方法としては、各種印刷法、各種塗布法等が挙げられる。
【００５３】
［１−２］凹部の形成
次いで、光素子搭載基板１０に凹部を形成する。
凹部の形成は、レーザー加工法、電子ビーム加工法、機械加工法等の各種加工法により行うことができるが、特にレーザー加工法により行うのが好ましい。レーザー加工法によれば、高い精度で加工することができるので、凹部の位置精度を高めることができる。その結果、コア部２１１の光軸と、凹部内に挿入される光素子３の光軸とを正確に合わせ、伝搬損失の低い光電気混載基板を得ることができる。
【００５４】
また、レーザー加工法によれば、被加工材料の組成によって、加工レートが異なるため、それを利用して特定の層のみを選択的に加工することができる。この特性を利用することにより、光素子搭載基板１０に対して選択的に加工を施す一方、電気回路層２を加工することなく残すことができる。これは、電気回路層２は金属系材料で構成されているため、レーザー加工における加工レートが他の材料に比べて小さいためである。なお、上記の特性は、各絶縁基板１が有機系材料で構成されている場合に特に顕著である。
また、特定の層のみを選択的に加工するためには、電気回路層２や絶縁基板１の構成材料に応じて、レーザー加工条件を適宜設定する。
加工条件の一例として、レーザーの出力密度が、３０〜１０００ｍＪ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、５０〜７００ｍＪ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。これにより、光素子搭載基板１０にレーザー加工を施した際に、電気回路層２を確実に残しつつ、絶縁基板１を選択的に加工することができる。
また、レーザー発振器としては、特に限定されないが、炭酸ガスレーザー、エキシマーレーザー、Ａｒレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、ＹＡＧレーザー、半導体レーザー等が挙げられる。
【００５５】
また、レーザー加工法によれば、加工面の平坦性、平滑性が高くなる。これは、レーザーの熱により、加工領域の光素子搭載基板１０がわずかに溶融し、凹凸が平均化されるためであると考えられる。加工面の平坦性、平滑性が向上すると、凹部の底面の面精度、換言すれば、伝搬光が通過する凹部の面精度も向上し、光の入射効率および出射効率を高めることができる。
さらには、加工面の平坦性、平滑性が高くなると、凹部の内面の凹凸が減少するので、その分だけ凹部と光素子３との距離を小さくすることができる。これにより、受光部又は発光部４とコア部２１１の露出面との離間距離が小さくなり、両者の結合損失を最小限にすることができるだけでなく、凹部内で光素子３の位置がずれる余地を最小限にすることができる。また、レーザーの照射領域は、気化して除去されるため、切削くずやバリの発生が防止されるという利点もある。
【００５６】
［１−３］光素子の搭載
光素子搭載基板１０は、光素子３を挿入可能な凹部を有しており、この凹部内に光素子３を挿入することにより、光素子３と電気回路層２の電気的接続を可能にし、同時に、光素子３と、後に積層する光回路層２０の間で光学的接続を可能にするものである。
光素子３と電気回路層２を前述した方法により電気接続した後、前記凹部にアンダーフィル剤を流し込み、硬化させて、光素子３の位置を固定する。
さらに、必要に応じて、光素子搭載基板１０上に電子部品（図示せず）を載置し、電気回路層２と電子部品とを電気的に接続する。
電子部品としては、例えば、ＬＳＩ(Large Scale Integration)、ＩＣ(Integrated Circuit)、メモリー、抵抗、コンデンサー等が挙げられる。これらの電子部品は、光素子３の駆動を制御する機能を有するものでもよい。
これらの工程により、光素子搭載基板１０が得られる。
【００５７】
［２］光回路層の製造
まず、クラッド層２２０、コア層２１０およびクラッド層２３０をそれぞれ製造する。これらは、基材上に、各層の形成用組成物を塗布して液状被膜を形成した後、この基材をレベルテーブルに載置して、液状被膜表面の不均一な部分を水平化するとともに、溶媒を蒸発（脱溶媒）することにより形成される。
液状被膜を形成するための塗布法としては、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。
また、同一層（コア層２１０）内に、コア部２１１と、側面クラッド部２１２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。
その後、形成したクラッド層２２０、コア層２１０およびクラッド層２３０を、互いに圧着する。これにより、クラッド層２２０、コア層２１０およびクラッド層２３０が接合、一体化され、光導波路２００が得られる。光導波路２００を光回路層２０として用いることも出来るが、カバーフィルム、絶縁基板等を備えた光回路層２０としても良い。絶縁基板を備える場合、前述の光素子搭載基板１０に用いる絶縁基板１と同等のものを用いることが出来る。
【００５８】
［３］光素子搭載基板および光回路層の積層
次いで、光素子搭載基板１０と光回路層２０とを積層する。
絶縁基板１と光回路層２０の間や、電気回路層２と光回路層２０の間は、それぞれ熱圧着や、各種接着剤（粘着剤を含む。）による接着等の方法で接着されていてもよいが、クラッド層２２０やクラッド層２３０が接着性を有している場合には、その接着性を利用して接着するようにしてもよい。
接着剤としては、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挙げられる。
以上のようにして、光素子搭載基板１０および光回路層２０が積層された図１に示す光電気混載基板１００が得られる。
【００５９】
〈電子機器〉
本発明の光素子搭載基板もしくは光電気混載基板を備える電子機器（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電気混載基板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。
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、基板内の集積度が高められるとともに、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。
【００６０】
以上、本発明の光素子搭載基板、光電気混載基板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、例えば光素子混載基板を構成する各部は、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い。
また、図７では、コア部２１１が１本である光導波路２００（シングルチャンネル）について説明したが、コア部２１１が複数本である光回路（マルチチャンネル）についても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 絶縁基板
１０ 光素子搭載基板
１００ 光電気混載基板
２ 電気回路層（電気配線）
２０ 光回路層
２００ 光導波路
２１０ コア層
２１１ コア部
２１２ 側面クラッド部
２１３ 光路変換部
２２０、２３０ クラッド層
３ 光素子
４ 受光部又は発光部
５ 電極
５１ ワイヤーボンディング
６ スルーホール
７ アンダーフィル
８ 貫通孔
９ 光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路が形成された光回路層に積層され、かつ、受光部又は発光部を有する光素子を搭載した光素子搭載基板であって、
電気回路層と絶縁基板とが積層してなり、かつ、前記光素子搭載基板は、前記電気回路層側又は前記絶縁基板側に厚さ方向に少なくとも一つの凹部を有し、前記光素子の少なくとも一部が前記凹部内に収納されていることを特徴とする光素子搭載基板。
【請求項２】
前記凹部における前記絶縁基板及び前記電気回路層の厚さは、１μｍ〜１０μｍである請求項１に記載の光素子搭載基板。
【請求項３】
前記光素子搭載基板の積層方向において、前記光素子の受光部又は発光部の少なくとも一部は、前記電気回路層における電気配線と重ならないものである請求項１又は２に記載の光素子搭載基板。
【請求項４】
前記電気回路層上に前記絶縁基板が積層されたものである請求項１ないし３のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項５】
前記凹部と前記凹部に実装する前記光素子の間における空隙には、アンダーフィル剤を充填し、硬化したものである請求項１ないし４のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項６】
前記アンダーフィル剤は、硬化後、前記光素子の使用する光の波長において９０％以上の透過性を有する樹脂からなる群から選ばれる請求項５に記載の光素子搭載基板。
【請求項７】
前記絶縁基板の構成材料は、前記光素子の使用する光の波長において透明である請求項１ないし６のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項８】
前記絶縁基板の構成材料は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ガラス布エポキシ基板、ガラス基板からなる群から選ばれる請求項１ないし７のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項９】
上面視において、前記凹部の面積は、前記光素子の面積に対し１．１〜３倍である請求項１ないし８のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項１０】
前記光素子と、前記電気回路層とが、前記絶縁基板に形成されたスルーホールを介して電気接続されている請求項１ないし９のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項１１】
前記絶縁基板は、前記光素子搭載基板の積層方向において、受光部又は発光部の少なくとも一部と重なる貫通孔を有するものである請求項１ないし１０のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項１２】
光導波路が形成された光回路層の一面に、請求項１ないし１１のいずれかに記載の光素子搭載基板を積層することを特徴とする光電気混載基板。
【請求項１３】
前記受光部又は発光部と、前記光回路層の上面の距離は１μｍ〜５０μｍである請求項１２に記載の光電気混載基板。
【請求項１４】
前記光導波路は、環状オレフィン樹脂を含む材料で形成されるものである請求項１２又は１３に記載の光電気混載基板。
【請求項１５】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の光素子搭載基板を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１６】
請求項１２ないし１４のいずれかに記載の光電気混載基板を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
光導波路が形成された光回路層に積層され、かつ、受光部又は発光部を有する光素子を搭載した光素子搭載基板であって、
電気回路層と絶縁基板とが積層してなり、かつ、前記光素子搭載基板は、前記電気回路層側又は前記絶縁基板側に厚さ方向に少なくとも一つの凹部を有し、前記光素子の少なくとも一部が前記凹部内に収納されていることを特徴とする光素子搭載基板。
【請求項２】
前記凹部における前記絶縁基板及び前記電気回路層の厚さは、１μｍ〜１０μｍである請求項１に記載の光素子搭載基板。
【請求項３】
前記光素子搭載基板の積層方向において、前記光素子の受光部又は発光部の少なくとも一部は、前記電気回路層における電気配線と重ならないものである請求項１又は２に記載の光素子搭載基板。
【請求項４】
前記電気回路層上に前記絶縁基板が積層されたものである請求項１ないし３のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項５】
前記凹部と前記凹部に実装する前記光素子の間における空隙には、アンダーフィル剤を充填し、硬化したものである請求項１ないし４のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項６】
前記アンダーフィル剤は、硬化後、前記光素子の使用する光の波長において９０％以上の透過性を有する樹脂からなる群から選ばれる請求項５に記載の光素子搭載基板。
【請求項７】
前記絶縁基板の構成材料は、前記光素子の使用する光の波長において透明である請求項１ないし６のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項８】
前記絶縁基板の構成材料は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ガラス布エポキシ基板、ガラス基板からなる群から選ばれる請求項１ないし７のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項９】
上面視において、前記凹部の面積は、前記光素子の面積に対し１．１〜３倍である請求項１ないし８のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項１０】
前記光素子と、前記電気回路層とが、前記絶縁基板に形成されたスルーホールを介して電気接続されている請求項１ないし９のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項１１】
前記絶縁基板は、前記光素子搭載基板の積層方向において、受光部又は発光部の少なくとも一部と重なる貫通孔を有するものである請求項１ないし１０のいずれかに記載の光素子搭載基板。
【請求項１２】
光導波路が形成された光回路層の一面に、請求項１ないし１１のいずれかに記載の光素子搭載基板を積層することを特徴とする光電気混載基板。
【請求項１３】
前記受光部又は発光部と、前記光回路層の上面の距離は１μｍ〜５０μｍである請求項１２に記載の光電気混載基板。
【請求項１４】
前記光導波路は、環状オレフィン樹脂を含む材料で形成されるものである請求項１２又は１３に記載の光電気混載基板。
【請求項１５】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の光素子搭載基板を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１６】
請求項１２ないし１４のいずれかに記載の光電気混載基板を備えた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８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−８４８８（Ｐ２０１２−８４８８Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４６７０７（Ｐ２０１０−１４６７０７）
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【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１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【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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