光電気変換装置
【課題】温度変化による装置の変形を抑えることが可能な光電気変換装置を提供する。
【解決手段】電気信号を光信号に変換する発光素子４Ａと、この発光素子４Ａに電気信号を送信するためのＩＣ回路５０Ａと、発光素子４Ａが実装されるマウント基板３と、外部コネクタ７と着脱可能な電気コネクタ６と、発光素子４Ａと光学的に結合する導波路９とを備え、電気コネクタ６は、マウント基板３の発光素子４ＡおよびＩＣ回路５０Ａが実装される一方面３ａに設けられた光電気変換装置１Ｂであって、マウント基板３と電気コネクタ６との間には、電極パターンを変更するインターポーザ基板８が設けられ、このインターポーザ基板８が、マウント基板３と同一のシリコン樹脂により形成されている。
【解決手段】電気信号を光信号に変換する発光素子４Ａと、この発光素子４Ａに電気信号を送信するためのＩＣ回路５０Ａと、発光素子４Ａが実装されるマウント基板３と、外部コネクタ７と着脱可能な電気コネクタ６と、発光素子４Ａと光学的に結合する導波路９とを備え、電気コネクタ６は、マウント基板３の発光素子４ＡおよびＩＣ回路５０Ａが実装される一方面３ａに設けられた光電気変換装置１Ｂであって、マウント基板３と電気コネクタ６との間には、電極パターンを変更するインターポーザ基板８が設けられ、このインターポーザ基板８が、マウント基板３と同一のシリコン樹脂により形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子を備えた光電気変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光電気変換装置としては、例えば特許文献１の図９に記載されているように、電気信号を光信号に変換して発光する発光素子と、この発光素子に電気信号を送信するためのＩＣ回路が形成され、発光素子が発光する側と反対側から一方面に実装される基板と、発光素子から基板の一方面と直交する方向に延びるように配設されて、発光素子が発光する光を伝送する導波路とを備えたものが知られている。なお、前記発光素子に代えて、受光した光信号を電気信号に変換する受光素子を用いることも可能である。
【０００３】
また、特許文献１の図９に記載された光電気変換装置では、基板の他方面に、配線基板に設けられた雌型の電気コネクタと着脱可能な雄型の電気コネクタが設けられており、これらの電気コネクタ同士が接続されることによって、基板と配線基板とが電気的に接続されるようになっている。
【特許文献１】特開２００１−４２１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記のような構成では、導波路が発光素子から基板の一方面と直交する方向に延びるように配設されているため、装置全体の高さはかなり高くなる。
【０００５】
ここで、特許文献１の図３に記載されているように、基板の端面に電気コネクタを設けて、発光素子の発光する方向を配線基板と平行な方向にすることも考えられるが、このようにしても少なくとも発光素子の大きさ分や制御ＩＣ素子の大きさ分の装置高さが必要になるため、装置高さをあまり抑えることはできない。
【０００６】
そこで、本出願の出願人は、装置の低背化を図ることができるようにするために、光素子を発光する側または受光する側からマウント基板の一方面に実装し、このマウント基板に光素子用のＩＣ回路を設けるとともにマウント基板の一方面またはその反対側の他方面に外部コネクタと着脱可能な電気コネクタを設け、さらに光素子と光学的に結合する導波路をマウント基板の一方面または他方面に沿うようにマウント基板に設けた光電気変換装置を提案した。
【０００７】
この光電気変換装置であれば、マウント基板の板厚方向における装置全体の高さを抑えることができ、装置の低背化を図ることができる。
【０００８】
このような光電気変換装置においては、マウント基板と電気コネクタとの間にインターポーザ基板（中間基板）を配し、該インターポーザ基板により電極パターンを変換してマウント基板と電気コネクタとを電気的に接続することが考えられるが、このようにすると構成部材数が増加することによって温度変化に伴う装置の変形が発生しやすくなるため、装置の変形を抑えることが望まれる。
【０００９】
本発明は、このような要望に鑑み、温度変化による装置の変形を抑えることが可能な光電気変換装置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】
【００１０】
請求項１の発明は、電気信号を光信号にまたは光信号を電気信号に変換する光素子と、この光素子に電気信号を送信するまたは光素子から電気信号を受信するためのＩＣ回路と、前記光素子が実装されるマウント基板と、外部コネクタと着脱可能な電気コネクタと、前記光素子と光学的に結合する導波路とを備え、前記電気コネクタは、前記マウント基板の前記光素子および前記ＩＣ回路が実装される一方面またはその反対側の他方面に設けられ、前記導波路は、前記マウント基板の一方面または他方面に沿うようにマウント基板に設けられた光電気変換装置であって、前記マウント基板と前記電気コネクタとの間には、電極パターンを変更する中間基板が設けられ、前記中間基板が、前記マウント基板と略等しい線膨張率の材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光電気変換装置において、前記中間基板が、前記マウント基板の一方面に面接触して設けられ、前記中間基板の前記マウント基板との対向面には、前記マウント基板上の前記光素子および前記ＩＣ回路を内部に収容可能な凹部が設けられており、前記中間基板の凹部の周辺には、前記マウント基板に接触して該マウント基板に電気的に接続される貫通配線が配されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光電気変換装置において、前記マウント基板は、シリコンにより形成されており、前記中間基板は、シリコン、ガラスおよびセラミックスからなるグループより選択される材料により形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、中間基板の線膨張率がマウント基板の線膨張率に略等しいことから、中間基板を設けることで当該装置の構成部材数が増加したとしても温度変化に伴う装置の変形が発生しやすくなることがない。これにより、中間基板を設けた場合にも装置の変形を抑制することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、光素子およびＩＣ回路を収容する凹部を中間基板に設け、該凹部の周辺に配した貫通配線により中間基板をマウント基板に直接電気的に接続することで、両基板を電気的に接続する役割を担う半田ボールが不要となるので、部材の削減および装置の低背化を図ることができる。また、この場合、半田ボール等を用いずにマウント基板と中間基板とを直接接続することによって両基板の接合信頼性を向上させることができる。
【００１５】
また、光素子およびＩＣ回路を凹部に収容したので、光素子およびＩＣ回路をマウント基板と中間基板とで密封して湿気や埃等から保護することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、中間基板をシリコンにより形成した場合、中間基板の線膨張率をマウント基板の線膨張率と等しくすることができるので、装置の変形をより確実に抑制することができる。また、中間基板の電気コネクタとの対向面に、電気コネクタの電極に対応する配線パターンを容易に形成することができる。また、凹部が異方性エッチング等の手法を用いて低コストで且つ高精度に形成することができる。また、当該装置の製造工程におけるシリコンプロセスで、マウント基板と中間基板とを一貫してウェハレベルで作製することができるため、製造コストを低く抑えることができる。
【００１７】
また、中間基板をガラスにより形成した場合、光素子やＩＣ回路で発生する熱に対する放熱性を向上させることができる。
【００１８】
また、中間基板をセラミックスにより形成した場合、高周波特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
まず、図１〜図７を参照して、本出願人が以前に提案した光電気変換装置１Ａを参考例として説明する。この光電気変換装置１Ａは、一の配線基板２に電気コネクタ６，７同士の嵌合によって装着される発光側光電気変換部（Ｅ／Ｏモジュールともいう）１Ａ１と、他の配線基板２に同じく電気コネクタ６，７同士の嵌合によって装着される受光側光電気変換部（Ｏ／Ｅモジュールともいう）１Ａ２と、これらの変換部１Ａ１，１Ａ２を光学的に連結する外部導波路９とを備えている。
【００２１】
なお、本明細書では、図１の上下方向を上下方向、図１の紙面と直交する方向を左右方向というとともに、発光側光電気変換部１Ａ１に対しては図１の右側を前方、左側を後方といい、受光側光電気変換部１Ａ２に対しては図１の左側を前方、右側を後方という。
【００２２】
発光側光電気変換部１Ａ１は、平面視で前後方向に延びる長方形状をなすマウント基板３を備えている。このマウント基板３の下面となる一方面３ａには、図２に示すように、電気信号を光信号に変換して発光する発光素子４Ａと、この発光素子４Ａに電気信号を送信するためのＩＣ回路５０Ａが形成されたＩＣ基板５Ａとが実装されているとともに、これら４Ａ，５Ａを下方から覆うようにヘッダ型電気コネクタ（以下、単に「ヘッダ」という）６が設けられている。また、マウント基板３の一方面３ａには、発光素子４Ａの駆動用電源ラインや信号ラインが配線パターン３６で形成されている（図４参照）。さらに、マウント基板３には、発光素子４Ａの真上となる位置に発光素子４Ａが発光する光の光路を略９０°変換するミラー部３３が設けられているとともに、発光素子４Ａと光学的に結合する内部導波路３１がミラー部３３からマウント基板３の前端面３ｂまで延びるように設けられている。
【００２３】
発光素子４Ａは、上下方向に扁平な正方形板状の形状を有し、上面から上方に発光するものであり、発光する側からマウント基板３の一方面３ａに実装されている。この発光素子４Ａとしては、半導体レーザーであるＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が採用されている。ＩＣ基板５Ａは、ＶＣＳＥＬを駆動させるドライバＩＣであり、上下方向に扁平な正方形板状の形状を有し、発光素子４Ａの近傍に配置されている。そして、発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａは、金または半田からなるバンプ１１（図３参照）でマウント基板３の配線パターン３６に接続されている。なお、発光素子４Ａとしては、ＬＥＤ等も採用可能であるが、ＬＥＤ等はＶＣＳＥＬ等のレーザーダイオードに比べて高速発振が難しく、数百ＭＨｚ以下の伝送帯域での使用が条件となり、その場合には低価格という点で有利である。
【００２４】
マウント基板３は、実装時の熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、剛性が必要である。また、光伝送の場合は、発光素子から受光素子までの光伝送効率が必要になるので、光素子を高精度に実装することや使用中の熱影響による位置変動を極力抑制する必要がある。このため、マウント基板３としては、シリコン基板が採用されている。また、マウント基板３は、発光素子４Ａと線膨張係数の近い材料で構成されていることが好ましく、シリコン以外には、ＶＣＳＥＬ材料と同系統のＧａＡｓ等の化合物半導体や窒化アルミ等のセラミックで構成されていてもよい。
【００２５】
ミラー部３３は、マウント基板３がエッチングされることにより形成された４５°傾斜面に金、銀、銅やアルミニウムを蒸着やスパッタ等の製法で成膜することにより形成することができる。なお、４５°傾斜面は、シリコン結晶のエッチング速度の違いを利用した異方性エッチングにより形成することができる。異方性エッチングには、例えば水酸化カリウム水溶液やＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液等の強アルカリが用いられる。
【００２６】
内部導波路３１は、マウント基板３の一方面３ａに沿って設けられており、発光素子４Ａが発光する光をマウント基板３の一方面３ａと平行な方向に伝送するものである。この内部導波路３１は、屈折率の異なる２種類の樹脂から構成されている。具体的には、内部導波路３１は、図３に示すように、屈折率の高い樹脂からなるコア３１ａと、コア３１ａを周囲から覆う屈折率の低い樹脂からなるクラッド３１ｂとで構成されており、マウント基板３に形成された導波路形成用溝３２内に配設されている。コア３１ａおよびクラッド３１ｂのサイズは、発光素子４Ａの発散角度と後述する受光素子４Ｂの受光径等による光損失計算から決定される。なお、内部導波路３１は、樹脂以外にも石英等の光透過性のある材料であれば無機材料で構成されていてもよい。
【００２７】
導波路形成用溝３２は、前記４５°傾斜面を形成するのと同様に、異方性エッチングにより形成することができる。なお、異方性エッチング以外にも、導波路形成用溝３２の形成には、反応性イオンエッチング等のドライエッチングの形成方法がある。
【００２８】
図４および図５（ａ）（ｂ）に示すように、断面略矩形状の導波路形成用溝３２と４５°傾斜面とを異方性エッチングにより形成するときには、それらのエッチング条件は異なる。すなわち、エッチング溶液の組成が異なる。従って、エッチングを２回に分けて行う必要がある。ただし、どちらを先に行ってもよい。
【００２９】
あるいは、導波路形成用溝３２を４５°傾斜面と同時に形成するときには、図５（ｃ）および（ｄ）に示すように、導波路形成用溝３２の断面形状が略台形状になって導波路形成用溝３２の溝幅が大きくなる。導波路形成用溝３２は、発光素子４Ａ用のボンディングパッドにかからなければ問題ないため、このようにすることも可能である。
【００３０】
マウント基板３の前端面３ｂには、外部導波路９が光学用接着剤によって接合されるようになっており、この接合により、内部導波路３１は外部導波路９と光学的に結合されるようになる。なお、ミラー部３３から外部導波路９までの距離が短ければ、単に空気中に光を伝搬させるようにしても損失が少ない場合があるため、この場合には、内部導波路３１を省略して、ミラー部３３から外部導波路９に直接光を入射させるようにしてもよい。
【００３１】
外部導波路９は、樹脂光導波路を薄型化したフレキシブルなフィルム状のものを用いた方が取り扱い上便利である。つまり、フィルム状の外部導波路９であれば、屈曲性に優れており、例えば携帯電話等の折り曲げ部に使用しても問題ない。折り曲げの曲率によっては光の損失が発生することもあるが、これはコアとクラッドの屈折率差を大きくすることによって低減させることが可能である。なお、外部導波路９としては、フィルム状のもの以外でも、石英系ファイバやプラスチックファイバであってもよい。
【００３２】
ヘッダ６は、配線基板２に設けられた外部コネクタであるソケット型電気コネクタ（以下、単に「ソケット」という）７と着脱可能なものである。なお、ヘッダ６とソケット７は相互に入れ替え可能であり、マウント基板３にソケット７が設けられ、配線基板２にヘッダ６が設けられていて、ヘッダ６が外部コネクタとなっていてもよい。
【００３３】
ソケット７は、図６（ａ）に示すように、平面視で前後方向に延びる略長方形状をなしている。このソケット７は、ソケット本体７２と、このソケット本体７２に保持される端子７１とを有しており、ソケット本体７２には、平面視で長方形枠状の嵌合凹部７２ａが設けられていて、この嵌合凹部７２ａ内に端子７１が露出している。また、端子７１の端部は、ソケット本体７２から左右方向に張り出しており、この端部が図略の半田等によって配線基板２の上面に形成された図略の配線パターンに接続されている。ソケット７は、通常はリフローによって配線基板２に実装される。
【００３４】
一方、ヘッダ６は、図６（ｂ）に示すように、下面視でソケット７よりも一回り小さな前後方向に延びる略長方形状をなしている。このヘッダ６は、ヘッダ本体６２と、このヘッダ本体６２に保持される端子６１とを有しており、ヘッダ本体６２には、ソケット７の嵌合凹部７２ａに嵌合可能な下面視で長方形枠状の嵌合凸部６２ａが設けられていて、この嵌合凸部６２ａの表面に端子６１が露出している。また、端子６１の端部は、ヘッダ本体６２から左右方向に張り出しており、この端部が半田ボール１０によってマウント基板３の配線パターン３６に接続されている。また、ヘッダ６のマウント基板３への実装には、半田ボール以外にも端子用ポストやピン等を用いることが可能である。なお、マウント基板３と半田ボール１０を含めた高さは、１ｍｍ程度である。
【００３５】
そして、ヘッダ６の嵌合凸部６２ａがソケット７の嵌合凹部７２ａに差し込まれてそれらが嵌合すると、端子６１，７１同士が接触して配線基板２の配線パターンとマウント基板３の配線パターン３６とが電気的に接続されるようになる。このときのソケット７の下面からヘッダ６の上面までの高さは１ｍｍ程度である。このため、発光側光電気変換部１Ａ１を配線基板２に装着したときの配線基板２の上面からマウント基板３の上面となる他方面３ｃまでの高さは２ｍｍ程度となる。
【００３６】
受光側光電気変換部１Ａ２の基本的な構成は、発光側光電気変換部１Ａ１と同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、発光側光電気変換部１Ａ１と異なる点としては、図７に示すように、マウント基板３の一方面３ａに、受光して光信号を電気信号に変換する受光素子４Ｂと、この受光素子４Ｂから電気信号を受信するためのＩＣ回路５０Ｂが形成されたＩＣ基板５Ｂとが実装されている点である。受光素子４Ｂとしては、ＰＤが採用されており、ＩＣ基板５Ｂは、電流・電圧の変換を行うＴＩＡ（Trans-impedance Amplifier）素子である。また、マウント基板３には、アンプ素子が実装されることもある。
【００３７】
以上説明したような参考例の光電気変換装置１Ａでは、発光素子４Ａまたは受光素子４Ｂが実装されるマウント基板３の一方面３ａにヘッダ６を設けるとともに、内部導波路３１をマウント基板３の一方面３ａと平行な方向に延びるように設けたから、マウント基板３の板厚方向における装置全体の高さを抑えることができ、装置の低背化を図ることができる。
【００３８】
次に、図８および図９を参照して、本発明の第１実施形態に係る光電気変換装置１Ｂを説明する。この光電気変換装置１Ｂは、参考例の光電気変換装置１Ａを改良したものであるため、参考例と同一構成部分には同一符号を付して、その説明は省略する。また、この光電気変換装置１Ｂにおいても、受光側光電気変換部は発光側光電気変換部と同様であるため、発光側光電気変換部１Ｂ１のみを図示して説明する。
【００３９】
第１実施形態の発光側光電気変換部１Ｂ１では、図８に示すように、シリコン樹脂製のマウント基板３とヘッダ６との間に、上記マウント基板３と同一のシリコン樹脂からなるインターポーザ基板（中間基板）８が設けられている。すなわち、マウント基板３の線膨張率とインターポーザ基板８の線膨張率とが略等しくなっている。そして、マウント基板３の一方面３ａに半田ボール１５でインターポーザ基板８の上面が接続され、インターポーザ基板８の下面に半田１１０でヘッダ６が接続されている。これにより、マウント基板３とヘッダ６とが、インターポーザ基板８、半田１１０および半田ボール１５により電気的に接続されるようになっている。
【００４０】
以下、詳細に説明する。
【００４１】
マウント基板３の一方面３ａには、図９（ａ）に示すように、外部電気接続用端子部３６ａと、配線部３６ｂと、発光素子４Ａ用およびＩＣ基板５Ａ用の端子部３６ｃとにより構成される配線パターン３６が形成されている。
【００４２】
インターポーザ基板８には、図８に示すように、当該インターポーザ基板８を上下に貫通する貫通配線８０が設けられている。この貫通配線８０は、マウント基板３上の外部電気接続用端子部３６ａに対応する位置に設けられており、半田ボール１５を介して外部電気接続用端子部３６ａに電気的に接続されるようになっている。
【００４３】
また、インターポーザ基板８のヘッダ６側の面（下面）には、図９（ｂ）に示すように、上記貫通配線８０に電気的に接続された配線パターン８１が形成されている。この配線パターン８１は、ヘッダ６の端子６１に対応する電極８１ａを有している。これにより、インターポーザ基板８で電極ピッチを変換して電極パターンを変更しつつ、該インターポーザ基板８を介してマウント基板３とヘッダ６とが電気的に接続されるようになっている。
【００４４】
このように、インターポーザ基板８を用いることによって、マウント基板３の配線パターンの自由度を向上させることができる。すなわち、マウント基板３には、発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａが実装されているために、マウント基板３の配線パターン３６の外部電気接続用端子部３６ａをヘッダ６の端子６１に一致させることが困難な場合があるので、このような場合には、インターポーザ基板８が特に有効である。
【００４５】
この第１実施形態であれば、インターポーザ基板８の線膨張率がマウント基板３の線膨張率に略等しいことから、インターポーザ基板８を設けることで当該装置の構成部材数が増加したとしても温度変化に伴う装置の変形が発生しやすくなることがない。これにより、インターポーザ基板８を設けた場合にも装置の変形を抑制することができる。
【００４６】
また、インターポーザ基板８をシリコン樹脂により形成することによって、インターポーザ基板８のヘッダ６との対向面に、ヘッダ６の端子６１に対応する配線パターン８１を容易に形成することができる。また、当該装置の製造工程におけるシリコンプロセスで、マウント基板３とインターポーザ基板８とを一貫してウェハレベルで作製することができるため、製造コストを低く抑えることができる。
【００４７】
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係る光電気変換装置１Ｃを説明する。この光電気変換装置１Ｃも、参考例の光電気変換装置１Ａを改良したものであるため、参考例と同一構成部分には同一符号を付して、その説明は省略する。また、この光電気変換装置１Ｃにおいても、受光側光電気変換部は発光側光電気変換部と同様であるため、発光側光電気変換部１Ｃ１のみを図示して説明する。
【００４８】
第２実施形態の発光側光電気変換部１Ｃ１では、マウント基板３とヘッダ６との間に、上記第１実施形態のインターポーザ基板８とは異なる構成のシリコン樹脂製のインターポーザ基板１０８が設けられている。
【００４９】
このインターポーザ基板１０８は、図１０に示すように、マウント基板３の一方面３ａに面接触するように配されている。すなわち、第２実施形態のインターポーザ基板１０８は、当該インターポーザ基板１０８のマウント基板３との対向面にマウント基板３上の発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａを内部に収容可能な凹部１０８ａを有しており、その凹部１０８ａの周囲がマウント基板３と接触する接触部１０８ｂとなっている。
【００５０】
また、インターポーザ基板１０８には、当該インターポーザ基板１０８の接触部１０８ｂを上下に貫通する貫通配線１８０が設けられている。この貫通配線１８０は、マウント基板３上の外部電気接続用端子部３６ａ（図１１（ａ）参照）に対応する位置に設けられており、該外部電気接続用端子部３６ａに直接電気的に接続されるようになっている。
【００５１】
また、インターポーザ基板１０８のヘッダ６側の面には、図１１（ｂ）に示すように、上記貫通配線１８０に電気的に接続された配線パターン１８１が形成されている。この配線パターン１８１は、ヘッダ６の端子６１に対応する電極１８１ａを有している。これにより、インターポーザ基板１０８で電極ピッチを変換して電極パターンを変更しつつ、該インターポーザ基板１０８を介してマウント基板３とヘッダ６とが電気的に接続されるようになっている。従って、第２実施形態では、マウント基板３とインターポーザ基板８との電気的な接続手段として半田ボールを使用していない。
【００５２】
この第２実施形態のインターポーザ基板１０８では、第１実施形態のインターポーザ基板８と異なり、凹部１０８ａ内に発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａを収容することで、当該インターポーザ基板１０８をマウント基板３により近接配置することができるようになっており、これによってインターポーザ基板１０８をマウント基板３に直接接続可能になるとともに、装置の低背化も図っている。
【００５３】
また、第２実施形態では、インターポーザ基板１０８がマウント基板３とともに略密封な空間Ｈを形成しており、当該空間Ｈ内に発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａを封止するようになっている。なお、空間Ｈに封止樹脂やガス等を充填してもよい。
【００５４】
前記第２実施形態であれば、発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａを収容する凹部１０８ａをインターポーザ基板１０８に設け、該凹部１０８ａの周辺の接触部１０８ｂに設けた貫通配線１８０によりインターポーザ基板１０８をマウント基板３に直接電気的に接続することで、両基板３，１０８を電気的に接続する役割を担う半田ボールが不要となるので、部材の削減および装置の低背化を図ることができる。また、この場合、半田ボール等を用いずにマウント基板３とインターポーザ基板１０８とを直接接続によって両基板３，１０８の接合信頼性を向上させることができる。
【００５５】
また、発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａを凹部１０８ａに収容したので、発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａをマウント基板３とインターポーザ基板１０８とで密封して湿気や埃等から保護することができる。
【００５６】
また、インターポーザ基板１０８をシリコン樹脂により形成することによって、凹部１０８ａが異方性エッチング等の手法を用いて低コストで且つ高精度に形成することができる。
【００５７】
本実施形態では、光電気変換装置１Ｂとして、発光側光電気変換部１Ｂ１から受光側光電気変換部に光信号が送られる一方向通信型のものを示したが、光電気変換装置１Ｂは、発光側光電気変換部１Ｂ１に受光素子４Ｂを実装するとともに受光側光電気変換部に発光素子４Ａを実装し、かつ、マウント基板３に複数の導波路３１を形成した双方向通信型のものであってもよい。また、光電気変換装置１Ｂは、少なくとも発光側光電気変換部１Ｂ１または受光側光電気変換部の一方を備えていればよい。また、一方向通信型、双方向通信型の両方において、１チャンネルの通信について説明しているが、アレイ形状の受発光素子を実装して、多チャンネル通信であってもよく、外部導波路９も複数の導波路が形成されたものを使用すればよい。
【００５８】
なお、上記実施形態では、インターポーザ基板８，１０８をシリコン樹脂により形成する例について示したが、これに限らず、上記インターポーザ基板８，１０８をガラスやセラミックスにより形成してもよい。そして、インターポーザ基板８，１０８をガラスにより形成した場合には、発光素子４ＡやＩＣ基板５Ａで発生する熱に対する放熱性を向上させることができる。また、インターポーザ基板８，１０８をセラミックスにより形成した場合には、高周波特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】参考例の光電気変換装置およびこの光電気変換装置が接続される配線基板の概略構成図である。
【図２】参考例の光電気変換装置の発光側光電気変換部を分解した図である。
【図３】（ａ）は光素子が実装されたマウント基板の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】導波路が設けられる前の状態のマウント基板を下方から見た斜視図である。
【図５】（ａ）はマウント基板の下面図、（ｂ）は（ａ）の断面図であり、（ｃ）は変形例のマウント基板の下面図、（ｄ）は（ｃ）の断面図である。
【図６】（ａ）はソケット型電気コネクタの斜視図、（ｂ）はヘッダ型電気コネクタの斜視図である。
【図７】参考例の光電気変換装置の受光側光電気変換部を分解した図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る光電気変換装置の概略断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る光電気変換装置であり、（ａ）はマウント基板の下面図、（ｂ）はインターポーザ基板の下面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る光電気変換装置の概略断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る光電気変換装置であり、（ａ）はマウント基板の下面図、（ｂ）はインターポーザ基板の下面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１Ｂ，１Ｃ 光電気変換装置
２ 配線基板
３ マウント基板
３ａ 一方面
３ｃ 他方面
３１ 内部導波路
４Ａ 発光素子
４Ｂ 受光素子
５Ａ，５Ｂ ＩＣ基板
５０Ａ，５０Ｂ ＩＣ回路
６ ヘッダ型電気コネクタ
７ ソケット型電気コネクタ
８，１０８ インターポーザ基板
８０，１８０ 貫通配線
９ 外部導波路
１０８ａ 凹部
１０８ｂ 接触部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子を備えた光電気変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光電気変換装置としては、例えば特許文献１の図９に記載されているように、電気信号を光信号に変換して発光する発光素子と、この発光素子に電気信号を送信するためのＩＣ回路が形成され、発光素子が発光する側と反対側から一方面に実装される基板と、発光素子から基板の一方面と直交する方向に延びるように配設されて、発光素子が発光する光を伝送する導波路とを備えたものが知られている。なお、前記発光素子に代えて、受光した光信号を電気信号に変換する受光素子を用いることも可能である。
【０００３】
また、特許文献１の図９に記載された光電気変換装置では、基板の他方面に、配線基板に設けられた雌型の電気コネクタと着脱可能な雄型の電気コネクタが設けられており、これらの電気コネクタ同士が接続されることによって、基板と配線基板とが電気的に接続されるようになっている。
【特許文献１】特開２００１−４２１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記のような構成では、導波路が発光素子から基板の一方面と直交する方向に延びるように配設されているため、装置全体の高さはかなり高くなる。
【０００５】
ここで、特許文献１の図３に記載されているように、基板の端面に電気コネクタを設けて、発光素子の発光する方向を配線基板と平行な方向にすることも考えられるが、このようにしても少なくとも発光素子の大きさ分や制御ＩＣ素子の大きさ分の装置高さが必要になるため、装置高さをあまり抑えることはできない。
【０００６】
そこで、本出願の出願人は、装置の低背化を図ることができるようにするために、光素子を発光する側または受光する側からマウント基板の一方面に実装し、このマウント基板に光素子用のＩＣ回路を設けるとともにマウント基板の一方面またはその反対側の他方面に外部コネクタと着脱可能な電気コネクタを設け、さらに光素子と光学的に結合する導波路をマウント基板の一方面または他方面に沿うようにマウント基板に設けた光電気変換装置を提案した。
【０００７】
この光電気変換装置であれば、マウント基板の板厚方向における装置全体の高さを抑えることができ、装置の低背化を図ることができる。
【０００８】
このような光電気変換装置においては、マウント基板と電気コネクタとの間にインターポーザ基板（中間基板）を配し、該インターポーザ基板により電極パターンを変換してマウント基板と電気コネクタとを電気的に接続することが考えられるが、このようにすると構成部材数が増加することによって温度変化に伴う装置の変形が発生しやすくなるため、装置の変形を抑えることが望まれる。
【０００９】
本発明は、このような要望に鑑み、温度変化による装置の変形を抑えることが可能な光電気変換装置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】
【００１０】
請求項１の発明は、電気信号を光信号にまたは光信号を電気信号に変換する光素子と、この光素子に電気信号を送信するまたは光素子から電気信号を受信するためのＩＣ回路と、前記光素子が実装されるマウント基板と、外部コネクタと着脱可能な電気コネクタと、前記光素子と光学的に結合する導波路とを備え、前記電気コネクタは、前記マウント基板の前記光素子および前記ＩＣ回路が実装される一方面またはその反対側の他方面に設けられ、前記導波路は、前記マウント基板の一方面または他方面に沿うようにマウント基板に設けられた光電気変換装置であって、前記マウント基板と前記電気コネクタとの間には、電極パターンを変更する中間基板が設けられ、前記中間基板が、前記マウント基板と略等しい線膨張率の材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光電気変換装置において、前記中間基板が、前記マウント基板の一方面に面接触して設けられ、前記中間基板の前記マウント基板との対向面には、前記マウント基板上の前記光素子および前記ＩＣ回路を内部に収容可能な凹部が設けられており、前記中間基板の凹部の周辺には、前記マウント基板に接触して該マウント基板に電気的に接続される貫通配線が配されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光電気変換装置において、前記マウント基板は、シリコンにより形成されており、前記中間基板は、シリコン、ガラスおよびセラミックスからなるグループより選択される材料により形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、中間基板の線膨張率がマウント基板の線膨張率に略等しいことから、中間基板を設けることで当該装置の構成部材数が増加したとしても温度変化に伴う装置の変形が発生しやすくなることがない。これにより、中間基板を設けた場合にも装置の変形を抑制することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、光素子およびＩＣ回路を収容する凹部を中間基板に設け、該凹部の周辺に配した貫通配線により中間基板をマウント基板に直接電気的に接続することで、両基板を電気的に接続する役割を担う半田ボールが不要となるので、部材の削減および装置の低背化を図ることができる。また、この場合、半田ボール等を用いずにマウント基板と中間基板とを直接接続することによって両基板の接合信頼性を向上させることができる。
【００１５】
また、光素子およびＩＣ回路を凹部に収容したので、光素子およびＩＣ回路をマウント基板と中間基板とで密封して湿気や埃等から保護することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、中間基板をシリコンにより形成した場合、中間基板の線膨張率をマウント基板の線膨張率と等しくすることができるので、装置の変形をより確実に抑制することができる。また、中間基板の電気コネクタとの対向面に、電気コネクタの電極に対応する配線パターンを容易に形成することができる。また、凹部が異方性エッチング等の手法を用いて低コストで且つ高精度に形成することができる。また、当該装置の製造工程におけるシリコンプロセスで、マウント基板と中間基板とを一貫してウェハレベルで作製することができるため、製造コストを低く抑えることができる。
【００１７】
また、中間基板をガラスにより形成した場合、光素子やＩＣ回路で発生する熱に対する放熱性を向上させることができる。
【００１８】
また、中間基板をセラミックスにより形成した場合、高周波特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
まず、図１〜図７を参照して、本出願人が以前に提案した光電気変換装置１Ａを参考例として説明する。この光電気変換装置１Ａは、一の配線基板２に電気コネクタ６，７同士の嵌合によって装着される発光側光電気変換部（Ｅ／Ｏモジュールともいう）１Ａ１と、他の配線基板２に同じく電気コネクタ６，７同士の嵌合によって装着される受光側光電気変換部（Ｏ／Ｅモジュールともいう）１Ａ２と、これらの変換部１Ａ１，１Ａ２を光学的に連結する外部導波路９とを備えている。
【００２１】
なお、本明細書では、図１の上下方向を上下方向、図１の紙面と直交する方向を左右方向というとともに、発光側光電気変換部１Ａ１に対しては図１の右側を前方、左側を後方といい、受光側光電気変換部１Ａ２に対しては図１の左側を前方、右側を後方という。
【００２２】
発光側光電気変換部１Ａ１は、平面視で前後方向に延びる長方形状をなすマウント基板３を備えている。このマウント基板３の下面となる一方面３ａには、図２に示すように、電気信号を光信号に変換して発光する発光素子４Ａと、この発光素子４Ａに電気信号を送信するためのＩＣ回路５０Ａが形成されたＩＣ基板５Ａとが実装されているとともに、これら４Ａ，５Ａを下方から覆うようにヘッダ型電気コネクタ（以下、単に「ヘッダ」という）６が設けられている。また、マウント基板３の一方面３ａには、発光素子４Ａの駆動用電源ラインや信号ラインが配線パターン３６で形成されている（図４参照）。さらに、マウント基板３には、発光素子４Ａの真上となる位置に発光素子４Ａが発光する光の光路を略９０°変換するミラー部３３が設けられているとともに、発光素子４Ａと光学的に結合する内部導波路３１がミラー部３３からマウント基板３の前端面３ｂまで延びるように設けられている。
【００２３】
発光素子４Ａは、上下方向に扁平な正方形板状の形状を有し、上面から上方に発光するものであり、発光する側からマウント基板３の一方面３ａに実装されている。この発光素子４Ａとしては、半導体レーザーであるＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が採用されている。ＩＣ基板５Ａは、ＶＣＳＥＬを駆動させるドライバＩＣであり、上下方向に扁平な正方形板状の形状を有し、発光素子４Ａの近傍に配置されている。そして、発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａは、金または半田からなるバンプ１１（図３参照）でマウント基板３の配線パターン３６に接続されている。なお、発光素子４Ａとしては、ＬＥＤ等も採用可能であるが、ＬＥＤ等はＶＣＳＥＬ等のレーザーダイオードに比べて高速発振が難しく、数百ＭＨｚ以下の伝送帯域での使用が条件となり、その場合には低価格という点で有利である。
【００２４】
マウント基板３は、実装時の熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、剛性が必要である。また、光伝送の場合は、発光素子から受光素子までの光伝送効率が必要になるので、光素子を高精度に実装することや使用中の熱影響による位置変動を極力抑制する必要がある。このため、マウント基板３としては、シリコン基板が採用されている。また、マウント基板３は、発光素子４Ａと線膨張係数の近い材料で構成されていることが好ましく、シリコン以外には、ＶＣＳＥＬ材料と同系統のＧａＡｓ等の化合物半導体や窒化アルミ等のセラミックで構成されていてもよい。
【００２５】
ミラー部３３は、マウント基板３がエッチングされることにより形成された４５°傾斜面に金、銀、銅やアルミニウムを蒸着やスパッタ等の製法で成膜することにより形成することができる。なお、４５°傾斜面は、シリコン結晶のエッチング速度の違いを利用した異方性エッチングにより形成することができる。異方性エッチングには、例えば水酸化カリウム水溶液やＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液等の強アルカリが用いられる。
【００２６】
内部導波路３１は、マウント基板３の一方面３ａに沿って設けられており、発光素子４Ａが発光する光をマウント基板３の一方面３ａと平行な方向に伝送するものである。この内部導波路３１は、屈折率の異なる２種類の樹脂から構成されている。具体的には、内部導波路３１は、図３に示すように、屈折率の高い樹脂からなるコア３１ａと、コア３１ａを周囲から覆う屈折率の低い樹脂からなるクラッド３１ｂとで構成されており、マウント基板３に形成された導波路形成用溝３２内に配設されている。コア３１ａおよびクラッド３１ｂのサイズは、発光素子４Ａの発散角度と後述する受光素子４Ｂの受光径等による光損失計算から決定される。なお、内部導波路３１は、樹脂以外にも石英等の光透過性のある材料であれば無機材料で構成されていてもよい。
【００２７】
導波路形成用溝３２は、前記４５°傾斜面を形成するのと同様に、異方性エッチングにより形成することができる。なお、異方性エッチング以外にも、導波路形成用溝３２の形成には、反応性イオンエッチング等のドライエッチングの形成方法がある。
【００２８】
図４および図５（ａ）（ｂ）に示すように、断面略矩形状の導波路形成用溝３２と４５°傾斜面とを異方性エッチングにより形成するときには、それらのエッチング条件は異なる。すなわち、エッチング溶液の組成が異なる。従って、エッチングを２回に分けて行う必要がある。ただし、どちらを先に行ってもよい。
【００２９】
あるいは、導波路形成用溝３２を４５°傾斜面と同時に形成するときには、図５（ｃ）および（ｄ）に示すように、導波路形成用溝３２の断面形状が略台形状になって導波路形成用溝３２の溝幅が大きくなる。導波路形成用溝３２は、発光素子４Ａ用のボンディングパッドにかからなければ問題ないため、このようにすることも可能である。
【００３０】
マウント基板３の前端面３ｂには、外部導波路９が光学用接着剤によって接合されるようになっており、この接合により、内部導波路３１は外部導波路９と光学的に結合されるようになる。なお、ミラー部３３から外部導波路９までの距離が短ければ、単に空気中に光を伝搬させるようにしても損失が少ない場合があるため、この場合には、内部導波路３１を省略して、ミラー部３３から外部導波路９に直接光を入射させるようにしてもよい。
【００３１】
外部導波路９は、樹脂光導波路を薄型化したフレキシブルなフィルム状のものを用いた方が取り扱い上便利である。つまり、フィルム状の外部導波路９であれば、屈曲性に優れており、例えば携帯電話等の折り曲げ部に使用しても問題ない。折り曲げの曲率によっては光の損失が発生することもあるが、これはコアとクラッドの屈折率差を大きくすることによって低減させることが可能である。なお、外部導波路９としては、フィルム状のもの以外でも、石英系ファイバやプラスチックファイバであってもよい。
【００３２】
ヘッダ６は、配線基板２に設けられた外部コネクタであるソケット型電気コネクタ（以下、単に「ソケット」という）７と着脱可能なものである。なお、ヘッダ６とソケット７は相互に入れ替え可能であり、マウント基板３にソケット７が設けられ、配線基板２にヘッダ６が設けられていて、ヘッダ６が外部コネクタとなっていてもよい。
【００３３】
ソケット７は、図６（ａ）に示すように、平面視で前後方向に延びる略長方形状をなしている。このソケット７は、ソケット本体７２と、このソケット本体７２に保持される端子７１とを有しており、ソケット本体７２には、平面視で長方形枠状の嵌合凹部７２ａが設けられていて、この嵌合凹部７２ａ内に端子７１が露出している。また、端子７１の端部は、ソケット本体７２から左右方向に張り出しており、この端部が図略の半田等によって配線基板２の上面に形成された図略の配線パターンに接続されている。ソケット７は、通常はリフローによって配線基板２に実装される。
【００３４】
一方、ヘッダ６は、図６（ｂ）に示すように、下面視でソケット７よりも一回り小さな前後方向に延びる略長方形状をなしている。このヘッダ６は、ヘッダ本体６２と、このヘッダ本体６２に保持される端子６１とを有しており、ヘッダ本体６２には、ソケット７の嵌合凹部７２ａに嵌合可能な下面視で長方形枠状の嵌合凸部６２ａが設けられていて、この嵌合凸部６２ａの表面に端子６１が露出している。また、端子６１の端部は、ヘッダ本体６２から左右方向に張り出しており、この端部が半田ボール１０によってマウント基板３の配線パターン３６に接続されている。また、ヘッダ６のマウント基板３への実装には、半田ボール以外にも端子用ポストやピン等を用いることが可能である。なお、マウント基板３と半田ボール１０を含めた高さは、１ｍｍ程度である。
【００３５】
そして、ヘッダ６の嵌合凸部６２ａがソケット７の嵌合凹部７２ａに差し込まれてそれらが嵌合すると、端子６１，７１同士が接触して配線基板２の配線パターンとマウント基板３の配線パターン３６とが電気的に接続されるようになる。このときのソケット７の下面からヘッダ６の上面までの高さは１ｍｍ程度である。このため、発光側光電気変換部１Ａ１を配線基板２に装着したときの配線基板２の上面からマウント基板３の上面となる他方面３ｃまでの高さは２ｍｍ程度となる。
【００３６】
受光側光電気変換部１Ａ２の基本的な構成は、発光側光電気変換部１Ａ１と同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、発光側光電気変換部１Ａ１と異なる点としては、図７に示すように、マウント基板３の一方面３ａに、受光して光信号を電気信号に変換する受光素子４Ｂと、この受光素子４Ｂから電気信号を受信するためのＩＣ回路５０Ｂが形成されたＩＣ基板５Ｂとが実装されている点である。受光素子４Ｂとしては、ＰＤが採用されており、ＩＣ基板５Ｂは、電流・電圧の変換を行うＴＩＡ（Trans-impedance Amplifier）素子である。また、マウント基板３には、アンプ素子が実装されることもある。
【００３７】
以上説明したような参考例の光電気変換装置１Ａでは、発光素子４Ａまたは受光素子４Ｂが実装されるマウント基板３の一方面３ａにヘッダ６を設けるとともに、内部導波路３１をマウント基板３の一方面３ａと平行な方向に延びるように設けたから、マウント基板３の板厚方向における装置全体の高さを抑えることができ、装置の低背化を図ることができる。
【００３８】
次に、図８および図９を参照して、本発明の第１実施形態に係る光電気変換装置１Ｂを説明する。この光電気変換装置１Ｂは、参考例の光電気変換装置１Ａを改良したものであるため、参考例と同一構成部分には同一符号を付して、その説明は省略する。また、この光電気変換装置１Ｂにおいても、受光側光電気変換部は発光側光電気変換部と同様であるため、発光側光電気変換部１Ｂ１のみを図示して説明する。
【００３９】
第１実施形態の発光側光電気変換部１Ｂ１では、図８に示すように、シリコン樹脂製のマウント基板３とヘッダ６との間に、上記マウント基板３と同一のシリコン樹脂からなるインターポーザ基板（中間基板）８が設けられている。すなわち、マウント基板３の線膨張率とインターポーザ基板８の線膨張率とが略等しくなっている。そして、マウント基板３の一方面３ａに半田ボール１５でインターポーザ基板８の上面が接続され、インターポーザ基板８の下面に半田１１０でヘッダ６が接続されている。これにより、マウント基板３とヘッダ６とが、インターポーザ基板８、半田１１０および半田ボール１５により電気的に接続されるようになっている。
【００４０】
以下、詳細に説明する。
【００４１】
マウント基板３の一方面３ａには、図９（ａ）に示すように、外部電気接続用端子部３６ａと、配線部３６ｂと、発光素子４Ａ用およびＩＣ基板５Ａ用の端子部３６ｃとにより構成される配線パターン３６が形成されている。
【００４２】
インターポーザ基板８には、図８に示すように、当該インターポーザ基板８を上下に貫通する貫通配線８０が設けられている。この貫通配線８０は、マウント基板３上の外部電気接続用端子部３６ａに対応する位置に設けられており、半田ボール１５を介して外部電気接続用端子部３６ａに電気的に接続されるようになっている。
【００４３】
また、インターポーザ基板８のヘッダ６側の面（下面）には、図９（ｂ）に示すように、上記貫通配線８０に電気的に接続された配線パターン８１が形成されている。この配線パターン８１は、ヘッダ６の端子６１に対応する電極８１ａを有している。これにより、インターポーザ基板８で電極ピッチを変換して電極パターンを変更しつつ、該インターポーザ基板８を介してマウント基板３とヘッダ６とが電気的に接続されるようになっている。
【００４４】
このように、インターポーザ基板８を用いることによって、マウント基板３の配線パターンの自由度を向上させることができる。すなわち、マウント基板３には、発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａが実装されているために、マウント基板３の配線パターン３６の外部電気接続用端子部３６ａをヘッダ６の端子６１に一致させることが困難な場合があるので、このような場合には、インターポーザ基板８が特に有効である。
【００４５】
この第１実施形態であれば、インターポーザ基板８の線膨張率がマウント基板３の線膨張率に略等しいことから、インターポーザ基板８を設けることで当該装置の構成部材数が増加したとしても温度変化に伴う装置の変形が発生しやすくなることがない。これにより、インターポーザ基板８を設けた場合にも装置の変形を抑制することができる。
【００４６】
また、インターポーザ基板８をシリコン樹脂により形成することによって、インターポーザ基板８のヘッダ６との対向面に、ヘッダ６の端子６１に対応する配線パターン８１を容易に形成することができる。また、当該装置の製造工程におけるシリコンプロセスで、マウント基板３とインターポーザ基板８とを一貫してウェハレベルで作製することができるため、製造コストを低く抑えることができる。
【００４７】
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係る光電気変換装置１Ｃを説明する。この光電気変換装置１Ｃも、参考例の光電気変換装置１Ａを改良したものであるため、参考例と同一構成部分には同一符号を付して、その説明は省略する。また、この光電気変換装置１Ｃにおいても、受光側光電気変換部は発光側光電気変換部と同様であるため、発光側光電気変換部１Ｃ１のみを図示して説明する。
【００４８】
第２実施形態の発光側光電気変換部１Ｃ１では、マウント基板３とヘッダ６との間に、上記第１実施形態のインターポーザ基板８とは異なる構成のシリコン樹脂製のインターポーザ基板１０８が設けられている。
【００４９】
このインターポーザ基板１０８は、図１０に示すように、マウント基板３の一方面３ａに面接触するように配されている。すなわち、第２実施形態のインターポーザ基板１０８は、当該インターポーザ基板１０８のマウント基板３との対向面にマウント基板３上の発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａを内部に収容可能な凹部１０８ａを有しており、その凹部１０８ａの周囲がマウント基板３と接触する接触部１０８ｂとなっている。
【００５０】
また、インターポーザ基板１０８には、当該インターポーザ基板１０８の接触部１０８ｂを上下に貫通する貫通配線１８０が設けられている。この貫通配線１８０は、マウント基板３上の外部電気接続用端子部３６ａ（図１１（ａ）参照）に対応する位置に設けられており、該外部電気接続用端子部３６ａに直接電気的に接続されるようになっている。
【００５１】
また、インターポーザ基板１０８のヘッダ６側の面には、図１１（ｂ）に示すように、上記貫通配線１８０に電気的に接続された配線パターン１８１が形成されている。この配線パターン１８１は、ヘッダ６の端子６１に対応する電極１８１ａを有している。これにより、インターポーザ基板１０８で電極ピッチを変換して電極パターンを変更しつつ、該インターポーザ基板１０８を介してマウント基板３とヘッダ６とが電気的に接続されるようになっている。従って、第２実施形態では、マウント基板３とインターポーザ基板８との電気的な接続手段として半田ボールを使用していない。
【００５２】
この第２実施形態のインターポーザ基板１０８では、第１実施形態のインターポーザ基板８と異なり、凹部１０８ａ内に発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａを収容することで、当該インターポーザ基板１０８をマウント基板３により近接配置することができるようになっており、これによってインターポーザ基板１０８をマウント基板３に直接接続可能になるとともに、装置の低背化も図っている。
【００５３】
また、第２実施形態では、インターポーザ基板１０８がマウント基板３とともに略密封な空間Ｈを形成しており、当該空間Ｈ内に発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａを封止するようになっている。なお、空間Ｈに封止樹脂やガス等を充填してもよい。
【００５４】
前記第２実施形態であれば、発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａを収容する凹部１０８ａをインターポーザ基板１０８に設け、該凹部１０８ａの周辺の接触部１０８ｂに設けた貫通配線１８０によりインターポーザ基板１０８をマウント基板３に直接電気的に接続することで、両基板３，１０８を電気的に接続する役割を担う半田ボールが不要となるので、部材の削減および装置の低背化を図ることができる。また、この場合、半田ボール等を用いずにマウント基板３とインターポーザ基板１０８とを直接接続によって両基板３，１０８の接合信頼性を向上させることができる。
【００５５】
また、発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａを凹部１０８ａに収容したので、発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａをマウント基板３とインターポーザ基板１０８とで密封して湿気や埃等から保護することができる。
【００５６】
また、インターポーザ基板１０８をシリコン樹脂により形成することによって、凹部１０８ａが異方性エッチング等の手法を用いて低コストで且つ高精度に形成することができる。
【００５７】
本実施形態では、光電気変換装置１Ｂとして、発光側光電気変換部１Ｂ１から受光側光電気変換部に光信号が送られる一方向通信型のものを示したが、光電気変換装置１Ｂは、発光側光電気変換部１Ｂ１に受光素子４Ｂを実装するとともに受光側光電気変換部に発光素子４Ａを実装し、かつ、マウント基板３に複数の導波路３１を形成した双方向通信型のものであってもよい。また、光電気変換装置１Ｂは、少なくとも発光側光電気変換部１Ｂ１または受光側光電気変換部の一方を備えていればよい。また、一方向通信型、双方向通信型の両方において、１チャンネルの通信について説明しているが、アレイ形状の受発光素子を実装して、多チャンネル通信であってもよく、外部導波路９も複数の導波路が形成されたものを使用すればよい。
【００５８】
なお、上記実施形態では、インターポーザ基板８，１０８をシリコン樹脂により形成する例について示したが、これに限らず、上記インターポーザ基板８，１０８をガラスやセラミックスにより形成してもよい。そして、インターポーザ基板８，１０８をガラスにより形成した場合には、発光素子４ＡやＩＣ基板５Ａで発生する熱に対する放熱性を向上させることができる。また、インターポーザ基板８，１０８をセラミックスにより形成した場合には、高周波特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】参考例の光電気変換装置およびこの光電気変換装置が接続される配線基板の概略構成図である。
【図２】参考例の光電気変換装置の発光側光電気変換部を分解した図である。
【図３】（ａ）は光素子が実装されたマウント基板の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】導波路が設けられる前の状態のマウント基板を下方から見た斜視図である。
【図５】（ａ）はマウント基板の下面図、（ｂ）は（ａ）の断面図であり、（ｃ）は変形例のマウント基板の下面図、（ｄ）は（ｃ）の断面図である。
【図６】（ａ）はソケット型電気コネクタの斜視図、（ｂ）はヘッダ型電気コネクタの斜視図である。
【図７】参考例の光電気変換装置の受光側光電気変換部を分解した図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る光電気変換装置の概略断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る光電気変換装置であり、（ａ）はマウント基板の下面図、（ｂ）はインターポーザ基板の下面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る光電気変換装置の概略断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る光電気変換装置であり、（ａ）はマウント基板の下面図、（ｂ）はインターポーザ基板の下面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１Ｂ，１Ｃ 光電気変換装置
２ 配線基板
３ マウント基板
３ａ 一方面
３ｃ 他方面
３１ 内部導波路
４Ａ 発光素子
４Ｂ 受光素子
５Ａ，５Ｂ ＩＣ基板
５０Ａ，５０Ｂ ＩＣ回路
６ ヘッダ型電気コネクタ
７ ソケット型電気コネクタ
８，１０８ インターポーザ基板
８０，１８０ 貫通配線
９ 外部導波路
１０８ａ 凹部
１０８ｂ 接触部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を光信号にまたは光信号を電気信号に変換する光素子と、この光素子に電気信号を送信するまたは光素子から電気信号を受信するためのＩＣ回路と、前記光素子が実装されるマウント基板と、外部コネクタと着脱可能な電気コネクタと、前記光素子と光学的に結合する導波路とを備え、前記電気コネクタは、前記マウント基板の前記光素子および前記ＩＣ回路が実装される一方面またはその反対側の他方面に設けられ、前記導波路は、前記マウント基板の一方面または他方面に沿うようにマウント基板に設けられた光電気変換装置であって、
前記マウント基板と前記電気コネクタとの間には、電極パターンを変更する中間基板が設けられ、
前記中間基板が、前記マウント基板と略等しい線膨張率の材料で形成されていることを特徴とする光電気変換装置。
【請求項２】
前記中間基板が、前記マウント基板の一方面に面接触して設けられ、
前記中間基板の前記マウント基板との対向面には、前記マウント基板上の前記光素子および前記ＩＣ回路を内部に収容可能な凹部が設けられており、
前記中間基板の凹部の周辺には、前記マウント基板に接触して該マウント基板に電気的に接続される貫通配線が配されていることを特徴とする請求項１に記載の光電気変換装置。
【請求項３】
前記マウント基板は、シリコンにより形成されており、
前記中間基板は、シリコン、ガラスおよびセラミックスからなるグループより選択される材料により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光電気変換装置。
【請求項１】
電気信号を光信号にまたは光信号を電気信号に変換する光素子と、この光素子に電気信号を送信するまたは光素子から電気信号を受信するためのＩＣ回路と、前記光素子が実装されるマウント基板と、外部コネクタと着脱可能な電気コネクタと、前記光素子と光学的に結合する導波路とを備え、前記電気コネクタは、前記マウント基板の前記光素子および前記ＩＣ回路が実装される一方面またはその反対側の他方面に設けられ、前記導波路は、前記マウント基板の一方面または他方面に沿うようにマウント基板に設けられた光電気変換装置であって、
前記マウント基板と前記電気コネクタとの間には、電極パターンを変更する中間基板が設けられ、
前記中間基板が、前記マウント基板と略等しい線膨張率の材料で形成されていることを特徴とする光電気変換装置。
【請求項２】
前記中間基板が、前記マウント基板の一方面に面接触して設けられ、
前記中間基板の前記マウント基板との対向面には、前記マウント基板上の前記光素子および前記ＩＣ回路を内部に収容可能な凹部が設けられており、
前記中間基板の凹部の周辺には、前記マウント基板に接触して該マウント基板に電気的に接続される貫通配線が配されていることを特徴とする請求項１に記載の光電気変換装置。
【請求項３】
前記マウント基板は、シリコンにより形成されており、
前記中間基板は、シリコン、ガラスおよびセラミックスからなるグループより選択される材料により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光電気変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−９１５０３（Ｐ２００８−９１５０３Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６８９７８（Ｐ２００６−２６８９７８）
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]