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JP2014006490A - 光素子実装体および光配線モジュール - Google Patents

光素子実装体および光配線モジュール Download PDF

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JP2014006490A JP2012218912A JP2012218912A JP2014006490A JP 2014006490 A JP2014006490 A JP 2014006490A JP 2012218912 A JP2012218912 A JP 2012218912A JP 2012218912 A JP2012218912 A JP 2012218912A JP 2014006490 A JP2014006490 A JP 2014006490A
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optical
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element mounting
wiring
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Takahiro Matsubara
孝宏 松原
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Abstract

【課題】光素子を交換することが容易な光素子実装体および光配線モジュールを提供する。
【解決手段】光素子実装体は、上面および下面の間を貫通する貫通孔を有し、下面の貫通孔を含む領域に光素子7が実装される実装領域を有する基板4と、上面に配置された、貫通孔と重なる位置に光路を変換する光路変換部を有する光導波路5と、下面に形成された、一部が実装領域内に位置する配線と、実装領域8内に受発光面(受光面または発光面)が貫通孔と重なるように実装されて配線に電気的に接続された、貫通孔および光路変換部を通して光導波路5に光学的に結合される光素子7と、配線上に設けられて配線に電気的に接続された、一部が光素子7よりも下方向に位置している電極端子8とを有する。
【選択図】図2

Description

本発明は、光素子実装体および光配線モジュールに関するものである。
近年、情報処理能力の向上を図るために、集積回路素子などの電気素子の間の電気伝送を光伝送に変更することが検討されている。そこで、光素子、光導波路(光配線)、電気配線および信号処理素子が一つの基板に集約された光電気混載基板の構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−215372号公報
しかしながら、光電気混載基板の研究・開発において、光素子が故障しやすいという課題があり、特許文献1に記載された光電気混載基板の構成では光素子のみを交換することが困難であるため、光電気混載基板自体を交換する必要があった。
本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、光素子を交換することが容易な光素子実装体および光配線モジュールを提供することを目的とする。
本発明の光素子実装体は、上面および下面の間を貫通する貫通孔を有し、前記下面の前記貫通孔を含む領域に光素子が実装される実装領域を有する基板と、前記上面に配置された、前記貫通孔と重なる位置に光路を変換する光路変換部を有する光導波路と、前記下面に形成された、前記実装領域内から前記実装領域外にかけて配置された電極端子を有する配線と、前記実装領域内に受光面または発光面が前記貫通孔と重なるように実装されて前記配線に電気的に接続された、前記貫通孔を通して前記光路変換部に光学的に結合される光素子と、前記配線上に設けられて該配線パターンに電気的に接続された、一部が前記光素子よりも下方向に位置している実装端子とを有する。
また本発明の光配線モジュールは、上述の光素子実装体と、該光素子実装体が実装された回路導体とを有する配線基板とを備える。
本発明によれば、光素子を交換することが容易な光素子実装体および光配線モジュールを提供することができる。
本発明の実施形態に係る光素子実装体を含む光配線モジュールの概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る光素子実装体の概略構成を示すものであり、下(D2)方向からみた斜視図である。 図2の光素子実装体を下(D2)方向からみた平面図であり、光素子を取り外した場合の図である。 図2の光素子実装体を上下(D1、D2)方向に切断した断面図であり、図3のA−A’線で切断した断面に相当する。 図4の一部を拡大した断面図であり、光素子が実装されている場合を示している。 図4の一部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態に係る光素子実装体の概略構成を示すものであり、下(D2)方向からみた斜視図である。 図1および図2の光素子実装体の変形例を示すものであり、(a)は平面視したときに基板の一部を拡大した平面図であり、(b)は(a)のB−B’線で切断した断面に相当する。 図8の光素子実装体の変形例であり、(a)は平面視したときの一部を拡大した平面図であり、(b)は(a)のB−B’線で切断した断面に相当する。 図1および図2の光素子実装体の変形例を示すものであり、概略構成を示す斜視図である。 図1および図2の光素子実装体の変形例を示すものであり、光素子実装体の一部を拡大した斜視図である。 図11に示す光素子実装体のC−C’線で切断した断面に相当するものであり、外部コネクタをコネクタに連結させた際の断面図である。なお、図中の太線は、外部コネクタを示すものである。 図1および図2の光素子実装体の変形例を示すものであり、下(D2)方向からみた斜視図である。 図13に示す光素子実装体であり、(a)は下方向から平面視したときの平面図であり、(b)は(a)のD−D’線で切断したときの断面図に相当する。 図1および図2の光素子実装体の変形例を示すものであり、(a)は概略構成を示す斜視図であり、(b)は、(a)のE−E’線で切断した断面の一部を拡大した断面図である。 図1および図2の光素子実装体の変形例を示すものであり、図3のA−A’線で切断したときの断面の一部を拡大した断面に相当する。 図1および図2の光素子実装体の変形例を示すものであり、図3のA−A’線で切断したときの断面の一部を拡大した断面に相当する。 図1および図2の光素子実装体の変形例を示すものであり、図4の一部を拡大した断面図に相当する。 図1の光配線モジュールを示す断面図であり、図1のF−F’線で切断したときの断面に相当する。 図1の光配線モジュールの変形例を示す断面図であり、図1のF−F’線で切断したときの断面に相当する。 図1の光配線モジュールの変形例を示す断面図であり、図1のF−F’線で切断したときの断面に相当する。 図1の光配線モジュールの変形例を示す断面図であり、図1のF−F’線で切断したときの断面に相当する。 図1の光配線モジュールの変形例を示す平面図である。
<光素子実装体>
本発明の実施形態に係る光素子実装体1を例示し、図面を参照しつつ説明する。本発明の光素子実装体1は、図1に示すように、配線基板2上に実装されて光配線モジュール3として用いられるものである。光素子実装体1は、図2に示すように、基板4、光導波路5、配線パターン6、光素子7および電極端子6aを主に備えている。
基板4は、光導波路5および光素子7を支持する機能を有している。基板4の厚み(図4におけるD1、D2方向)は、例えば0.1mm以上10cm以下の範囲が挙げられる。基
板4としては、平面視形状が、例えば四角形状などの多角形状などを用いることができる。基板4の大きさとしては、下面4Bに光素子7が実装される実装領域4Rよりも大きくなるように設定される。基板4の寸法(図4におけるD3、D4方向)は、基板4が多角形状で形成されている場合には、その一辺が例えば2mm以上10cm以下となるように設定することができる。
基板4は、例えば、セラミック材料からなるセラミック基板または有機材料からなる有機基板材料などを用いることができる。基板4をセラミック基板とする場合には、例えばセラミック材料を焼成して作製することができる。具体的なセラミック材料としては、例えばジルコニア、アルミナ、炭化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、低温焼成ガラスセラミック、ムライト、ガラスセラミックまたは窒化珪素などの材料を用いることができ、これらを混ぜて用いてもよい。
また基板4に有機基板を用いる場合には、例えばエポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、芳香族ポリアミド樹脂またはポリイミド樹脂などを用いることができる。基板4は、単層の基板、または複数の基板を積層した積層体として形成される。他には、これらの樹脂を、ガラス繊維(ガラス織布またはガラス不織布)またはポリアミド繊維などの有機繊維などの材料を複合した材料を用いてもよい。
基板4は、上面4Aおよび下面4Bの間を貫通する貫通孔4aを有している。すなわち、基板4の厚み方向に貫通するように貫通孔4aが設けられている。貫通孔4aは、平面視したときの面積が、例えば0.01mm以上20mm以下となるように設定することができる。
貫通孔4aは、基板4の厚み方向に垂直な方向に切断したときの断面における開口の形状は適宜設定することができる。開口の形状としては、例えば、多角形状、円形状または楕円形状などを用いることができる。なお「楕円形状」の中には、厳密に楕円となっていないものも含まれるものであり、例えば長方形の角部分を弧状に滑らかにした弧状部を持つような形状を含むものである。本実施形態では、開口が、長軸および短軸を持つ四角形状の角部分を弧状にした弧状部を持つ楕円形状で構成されている。
基板4は、上面4Aに、光導波路5が配置されている。光導波路5は、光導波路5が延在する方向(D3、D4方向)に、光を伝搬することができればよい。光導波路5としては、例えばコア部材およびクラッド部材を有する光導波路を用いることができる。本実施形態では、コア部材5aおよびクラッド部材5bを有する光導波路5について説明する。
光導波路5は、コア部材5aが一つからなる単心光導波路でもよいし、コア部材5aを複数有する多心光導波路でもよい。本実施形態では、光導波路5が多心光導波路の場合について説明する。光導波路5としては、基板4の上面4Aに複数の層を積層させて形成する光導波路層の構造、基板4の上面4A側にV溝を形成して光ファイバーを実装する構造、またはフィルム状になった光導波路フィルムなどを実装する構造などを用いることができる。
光導波路5には、無機材料または有機材料からなる光学材料を用いることができる。無機材料としては、例えば石英またはガラスなどを用いることができる。有機材料としては、ポリメチルメタアクリレート、ポリカーボネート、アクリレート、フッ素化アクリレート、ポリエーテルイミド、ベンゾシクロブテン、フッ素化ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、シロキサンポリマ、ポリスチレンまたはポリシランなどを用いることができる。なお、光導波路5の材料は、送受信する光の波長によ
って適宜決めればよい。
光導波路5は、コア部材5aが、クラッド部材5bよりも屈折率が高くなるように構成されている。具体的に、コア部材5aの屈折率としては、クラッド部材5bの屈折率に対しての比屈折率差が0.1%以上4%以下の範囲内に設定することができる。コア部材5a
の材料としては、クラッド部材5bよりも屈折率を大きくしたエポキシ樹脂などを用いることができる。
光導波路5は、貫通孔4aと重なる位置に、光の進む方向(光路)を変える光路変換部5’を有している。光路変換部5’は、光の進行方向を変える働きを有している。具体的に、貫通孔4aから進んできた場合だと光導波路5の延びる方向(延在方向)へ、光導波路5の延在方向から進んできた場合だと貫通孔4aの方向へ、それぞれ光の進行方向を変えることができる。
光路変換部5’は、例えば光導波路5の端部を切欠くことによって設けることができる。このように光導波路5の端部を切欠くことによって、切欠いた端部が光導波路5の外部との界面となる。そのため、光導波路5に入った光は、当該端部においてコア部材5aと外部との屈折率差の関係から反射されることとなり、光の進行方向を変えることができる。
光路変換部5’は、傾斜角として、光導波路5の光軸方向と、光路変更する方向との二等分角を用いることができる。傾斜角は、例えばこの二等分角から±3度の範囲内となるように形成される。光路変換部5’は、例えば、光導波路5の延在(D3、D4)方向および厚み(D1、D2)方向に対して略45°、具体的には42°以上48°以下となるように傾斜させればよい。光路変換部5’の表面に、反射率を高めるために、金属材料からなる反射膜を成膜してもよい。金属材料は、光の波長によって決めればよく、例えば、金、銀、白金、銅またはアルミニウムなどを用いることができる。
基板4の下面4Bには、図3に示すように、実装領域4Rの内から外にかけて配置された配線6が形成されている。配線6は、実装領域4Rの外に電極端子6aを有している。電極端子6aは、配線6と電気的に接続されるように配置されている。電極端子6aは、配線6と電気的に接続されていればよく、例えば配線6に対して平面方向に連続して設けられている。電極端子6aは、光素子実装体1が外部の配線基板2に形成された回路導体16に電気的に接続される。
配線6および電極端子6aは、例えば導電性材料によって構成されており、所望のパターン形状をなしている。配線6の一部が実装領域4Rの内外に渡って配置されることによって、光素子7に対して駆動電圧を実装領域4Rの外から印加することができる。なお、以下の説明において、電極端子6aと配線6を、単に配線6として説明することがある。
配線6は、図3に示すように、平面透視して、光導波路5と重ならないように配置されていてもよい。このように配置されていることによって、光素子7で発生した熱が配線6に伝わった場合でも、光導波路5に伝わりにくくすることができる。この場合、光導波路5が配線6からの熱で変形または変質されにくくすることができる。
光素子7は、図4に示すように、実装領域4R内において、配線6上にバンプ導体9を介して実装されている。バンプ導体9としては、周知の導体材料を用いることができる。光素子7は、受発光面(受光面または発光面)7aが、貫通孔4aと重なるように配置されている。また、光素子7は、受発光面7aが、光路変換部5’と重なるように配置されている。
具体的には、光素子7が発光素子の場合、図5に示すとおり、光素子7を出射した光線Lhは、貫通孔4aを通り、光導波路5内に入射することとなる。その後、光導波路5(コア部材5a)内の光路変換部5’で反射されて、光導波路5の延在方向に進むこととなる。このように光素子7の受発光面7aが、貫通孔4aおよび光路変換部5’と重なるよ
うに配置されていることによって、光素子7は貫通孔4aおよび光路変換部5’を通して光導波路5と、光導波路5の延在方向に光学的に結合することができる。
本実施形態の光素子7は、光導波路5が多心光導波路であることから、コア部材5aに光学的に結合される受発光面7aを複数有している。この場合、発光面7aのみを複数有してもよいし、受光面7aのみを複数有してもよいし、発光面7aおよび受光面7aを複数有してもよい。光素子7が、発光面7aおよび受光面7aを有することによって、光配線モジュール3において、信号を送受信することが出来る。また、光素子7は、発光面7aおよび受光面7aを複数有する場合に限定されず、発光素子または受光素子を複数用いてもよい。
光素子7としては、種々の発光素子または受光素子を適用できる。光素子7としての発光素子は、例えば垂直共振器面発光レーザー(VCSEL;Vertical Cavity Surface Emitting Laser)などを用いることができる。光素子7としての受光素子は、例えばフォトダイオード(PD;Photo Diode)などを用いることができる。受光素子としてPDを採
用する場合は、応答速度の速い素子が好ましく、例えばPIN−PDなどを用いることができる。
光素子7には、光素子7を駆動するためのドライバ素子10が電気的に接続されている。ドライバ素子10としては、例えば半導体集積回路によって構成されている。ドライバ素子10は、例えば光素子7に送る電気信号(電圧)を増幅する機能、光素子7からの電気信号(電圧)を増幅して電極端子6a側に出力する機能、電気信号の波形を制御する機能、ノイズ成分を除去する機能、または論理演算および数値計算を行なう機能を有していてもよい。なお、ドライバ素子10は、光素子実装体1における必須の構成ではない。
光素子7およびドライバ素子10を、基板4の同一主面(下面4B)上に配置した場合には、光素子7とドライバ素子10との配線6の距離を短くすることができる。その結果、光素子7、配線6およびドライバ素子10における高周波特性を向上させることができる。そのため、光素子7から発光させる場合には発光信号を安定させることができ、光素子7で受光する場合には受光信号にノイズが入ることを抑制することができる。
また光素子7は、ドライバ素子10よりも基板4の外周近くに配置されていてもよい。このように光素子7を基板4の外周近くに配置することによって、光導波路5の距離を短くすることができ、伝送距離に比例して光導波路5内で吸収される光の量を小さくすることができる。
またドライバ素子10は、図3に示すとおり、平面透視して、光導波路5と重ならないように配置してもよい。このように配置することによって、ドライバ素子10の熱が基板4に伝わった場合でも、光導波路5に熱が伝わりにくくすることができる。これによって、光導波路5が基板4から剥離されたり、変形したりすることを抑制することができる。
また本実施形態の光素子実装体1は、壁部材11を有している。壁部材11は、図2〜4等に示すように、光素子7およびドライバ素子10を囲むように基板4の下面4B側に設けられている。壁部材11の材料は、例えば、セラミック材料または有機材料などを用いることができる。壁部材11は、基板4の下面4Bに接着材を介して固定されていてもよいし、基
板4と一体的に形成されていてもよい。本実施形態の壁部材11は、セラミック材料で構成されている場合について説明する。なお、壁部材11は、光素子実装体1に必須の構成ではないので、光素子実装体1に壁部材11が設けられていなくてもよい。
壁部材11が、光素子7およびドライバ素子10を囲むように設けられていることによって、壁部材11によって囲まれた領域に、光素子実装体1の外部から異物が侵入することを抑制することができる。その結果、壁部材11に囲まれた領域内に異物が侵入し、当該異物によって壁部材11よりも内側に位置する配線6が短絡されることなどを抑制することができる。
さらに本実施形態の光素子実装体1は、電極端子6aに電気的に接続された実装端子8を有している。実装端子8は、配線基板2に実装しやすいように、一部が光素子7よりも下に位置するように設定される。なお、実装端子8は、光素子実装体1に必須の構成ではないので、光素子実装体1に実装端子8が設けられていなくてもよい。
実装端子8としては、例えば、ピングリッドアレイ(PGA;Pin grid array)を構成
するようなピン状端子、ランドグリッドアレイ(登録商標)(LGA;Land grid array)
を構成するようなランド端子、またはボールグリッドアレイ(BGA;Ball grid array
)を構成するようなボール状端子を用いることができる。また壁部材11を利用した、配線導体のパターンを用いてもよい。
本実施形態では、実装端子8が、ランド端子で構成されている場合について説明する。ランド端子である実装端子8は、図6に示すように、壁部材11内に設けられた多層配線パターン8’によって、電極端子6aに電気的に接続されている。本実施形態の壁部材11は壁部材11が複数の副壁部材11aを積層したものであり、多層配線パターン8’は副壁部材11a内に設けられたビア導体8’a、および副壁部材11a同士の間に設けられた電気配線8’bから構成されている。
多層配線パターン8’は、次のようにして形成される。まず、貫通孔が設けられたグリーンシートを準備して、この貫通孔に例えば金属などの導体材料のペーストを充填する。そして、グリーンシートおよびペーストを焼成した後、ビア導体8’aに電気的に接続する電気配線8’bを副基板11b上に形成する。電気配線8’bは、例えば金属などの導体材料をスクリーン印刷等の手法で形成することができる。これを繰り返すことによって、ビア導体8’aおよび電気配線8’bで構成される多層配線パターン8’を形成することができる。本実施形態では、副壁部材11aを複数積層する場合について説明したが、副基板11aを1段だけで壁部材11としてもよい。
このように壁部材11内に実装端子8を設けることによって、壁部材11とは別の位置に実装端子8を設ける必要がないため、基板4の下面4Bの面積を小さくすることができ、光素子実装体1を平面方向に小型化することができる。
壁部材11の厚みは、図6に示すように、実装端子8の厚み(D1、D2)方向の寸法よりも薄くなるように設定されていればよい。また、壁部材11の厚みは、光素子7の高さ(基板4の下面4Bから光素子7の下端面までの高さ)およびドライバ素子10の高さ(基板4の下面4Bからドライバ素子10の下端面までの高さ)によって適宜設定すればよい。すなわち、壁部材11は、光素子7およびドライバ素子10の高さよりも、厚みが、厚くなるように設定してもよいし、薄くなるように設定してもよい。本実施形態において、壁部材11は、副壁部材11aを複数積層させたものであり、厚みが、光素子7およびドライバ素子10の高さよりも厚くなるように設定されている場合について説明する。
実装端子8は、図6に示すとおり、一部が、壁部材11よりも下方向に位置するように配置されている。すなわち、実装端子8は、一部(下端8a)が、基板4の下面4Bを基準として、壁部材11の下面11Bよりも下方に位置するように構成されている。このように実装端子8は、壁部材11の厚みよりも、高さ寸法が長くなるように設定することによって、壁部材11の下面11Bよりも下端8aがThだけ下方に位置するようにすることができる。
本実施形態では、壁部材11の下面11Bが、基板4の下面4Bを基準として、光素子7またはドライバ素子10よりも下方向に位置する場合について説明したが、光素子7またはドライバ素子10が壁部材11よりも下方に位置する場合は、それに対して下端8aが下方に位置するように配置すればよい。
本実施形態では、図6に示すように、壁部材11が光素子7およびドライバ素子10よりも下方向に位置しているとともに、実装端子8よりも上方向に位置するように、厚みが設定されている。壁部材11をこのような厚みに設定することによって、光素子実装体1を配線基板2に実装する際に、壁部材11の下面11Bが光素子7およびドライバ素子10よりも先に配線基板2に当接させて、実装することができる。そのため、光素子実装体1を実装する際に、光素子7およびドライバ素子10が配線基板2に衝突して故障することを防止することができる。また、壁部材11の厚みを変化させることによって、光素子7およびドライバ素子10が収容される収容空間の広さを調整することができる。
本実施形態の光素子実装体1は、基板4において、電極端子6aおよび光素子7が、光導波路5とは反対側の面に配置されている。このような配置を採る光素子実装体1は、配線基板2に実装する際に、電極端子6aおよび光素子7側を実装することとなる。その結果、光素子実装体1を配線基板2に実装する際に、配線基板2と光学的な接続を不要とすることができる。
そのため、光素子7が故障した場合などは、故障した光素子7を含む光素子実装体1を配線基板2から取り外すとともに、新しい光素子実装体1を配線基板2に電気的に実装することによって、光素子実装体1を交換しやすくすることができるため、光素子7を容易に交換することができる。
一方、従来の光配線モジュールでは、光素子が故障した際に、光素子を交換しようとしても、光電気混載基板自体を交換する必要があり、容易に交換することができなかった。さらに、光素子のみを交換しようとしても、光導波路に対して光学的な位置合わせを行なう必要があるため困難だった。
また、本実施形態の光素子実装体1は、光素子実装体1に形成する光導波路5は、基板4の上面4Aに配置されているため、光配線モジュールに光導波路を配置される場合と比較して、光導波路5の距離を短くすることができる。その結果、光導波路5内で光が伝搬する際の伝搬損失を低減することができる。
光素子実装体1は、図7に示すように、壁部材11および実装端子8を有さないように構成してもよい。このように構成した場合には基板4の大きさを小さくすることができる。その結果、光素子実装体1全体を小型化することができるため、光配線モジュール3を小型化することができる。
(光素子実装体の変形例1)
貫通孔4a内に、図8および図9に示すように、第2光導波路12を設けてもよい。上述のように、貫通孔4aが、平面透視して、複数の受発光面7aを囲むように設けられている場合には、図8に示すように、クラッド部材12bに複数のコア部材12aが形成されるよ
うにすればよい。
第2コア部材12aは、光素子7の受発光面7a、および光導波路5のコア部材5aの光路変換面5’のそれぞれに対応した位置に配置されている。すなわち、第2コア部材12aは、受発光面7aおよびコア部材5aと光学的に接続されるように配置されている。
貫通孔4a内に第2光導波路12を有していることによって、光素子7および光導波路5の間において、光の伝搬効率を向上させることができる。例えば、光素子7から出射した光が、光の進行方向に対して直角な方向に広がりを持っていた場合でも、光の広がりを抑制して光導波路5に入射させることができる。
(光素子実装体の変形例2)
光素子実装体1は、図10に示すように、外部の光導波路13を収容した外部コネクタ14と連結されるコネクタ15をさらに有していてもよい。外部光導波路13は、例えば、フィルム状の光導波路または光ファイバーなどを用いることができる。本実施形態では、外部光導波路13は、コア部材を複数有する多心光導波路で構成されている。
コネクタ15は、光路変換部5’とは反対側の光導波路5の端部5”を収容するように設けられている。コネクタ15は、外部コネクタ14と連結された際に、外部光導波路13のコア部材13aと、光導波路5のコア部材5aとを光学的に接続させるものである。コネクタ15および外部コネクタ14は、コア部材5aと外部光導波路13のコア部材13aとが光学的に接続されるために必要な力が接触界面に向かうように連結されるようになっている。
本変形例に係る光素子実装体1は、このように光導波路5の端部5”側にコネクタ15を有する構造であることから、光素子7を交換する際に、外部の光導波路13からコネクタ15を取り外して光素子実装体1のみを交換することができ、光導波路ごと交換する必要がない。
また、光導波路5が基板4の上面4A側に配置されていることから、光素子実装体1の上(D1)方向にコネクタ15を配置することができるため、コネクタ15および外部コネクタ14の挿抜動作を行ない易くすることができ、操作性を向上させることができる。
また、コネクタ15が、基板4において、光素子7が実装されている方向とは反対側に配置されていることから、コネクタ15および外部コネクタ14を挿抜する際に、光素子7が邪魔になりにくくすることができる。その結果、光素子実装体1を交換しやすくすることができる。
さらに、光素子実装体1は、図11および図12に示すように、基板4にコネクタ15の一部が載置される凹部4Gを有していてもよい。図11および図12に示す変形例の光素子実装体1は、外部コネクタ14がオス型であり、コネクタ15がメス型である構造であるが、逆であってもよい。この変形例の光素子実装体1は、外部コネクタ14を収容して連結されるコネクタ15の一部が基板4の凹部4Gに載置されているものである。このような凹部4Gは、基板4の端部を切欠くように設けられている。凹部4Gの大きさ(容積)は、載置されるコネクタ15によって適宜設定すればよい。
基板4に凹部4Gが形成されていることによって、外部コネクタ14の外部光導波路13のコア部材13aと光導波路5のコア部材5aとの高さを調整することができるため、両者を光結合しやすくすることができる。また、コネクタ15の一部が凹部4Gに載置されることから、光素子実装体1を低背化することができる。なお、本変形例では、凹部4Gにコネクタ15の一部が載置される場合について説明したが、凹部4Gに外部コネクタ14の一部が
載置されて、挿入されるような構造であってもよい。
(光素子実装体の変形例2)
実装端子8は、図13、図14および図15に示すように、ピン状端子を用いてもよい。この場合、実装端子8は、図13および図14に示すように壁部材11よりも内側に設けてもよいし、図15に示すように壁部材11の外側に設けてもよい。
実装端子8を、図13および図14に示すように、壁部材11よりも内側に設けた場合には、実装端子8が外部からの電気的接触されることなどを、壁部材11によって抑制することができる。
一方、実装端子8および電極端子6aは、図15に示すように、壁部材11よりも外側に配置されていてもよい。すなわち、実装端子8および電極端子6aが、光素子7およびドライバ素子10に対して、壁部材11を隔てて配置されている。このように壁部材11よりも外側に配置されていた場合には、実装端子8および電極端子6aを光素子7およびドライバ素子10と壁部材11で隔てた位置に配置することができ、実装端子8および電極端子6aで発生した電磁界の影響を光素子7が受けにくくすることができる。
(光素子実装体の変形例3)
上述では、実装端子8として、ランド端子またはピン状端子を用いた場合について説明したが、図16に示すように、ボール状端子を用いてもよい。この変形例では、壁部材11が有機材料で構成されている場合である。この壁部材11は、貫通孔を壁部材11にレーザーまたはマイクロドリルで形成した後、導電性ペーストをスクリーン印刷等の方法によって貫通孔に充填する。このようにして壁部材11内に、ビア導体8’aを形成することができる。
実装端子8としてのボール状端子は、例えば半田等によって構成されている。このような光素子実装体1は、配線基板2の回路導体16に、例えば、電極端子6aのボール状端子のリフローを行なって実装されたり、配線基板2上に固定されたソケットに収容されたりすることによって実装される。
また、実装端子8として、図17に示すように、壁部材11の壁面を沿う導体配線パターン8”の構造を用いてもよい。導体配線パターン8”は、壁部材11の内壁面11C、下面11Bおよび外壁面11Dの一部まで導体が延びるように設けられている。このように実装端子8として、このような導体配線パターン8”の構造を用いた場合、配線基板2に導体配線パターン8”の下端8”aが実装された後でも、壁部材11D上に位置する導体配線パターン8”を露出させることができる。そのため、光素子7が故障した場合などに、壁部材11D上に位置する導体に電気信号を与えることによって、光素子実装体1が実装された状態で光素子7の検査をすることができる。
上述の説明では、光路変換部5a’が光導波路5の一部に設けられている場合について説明したが、光導波路5の一部に設けられていなくてもよい。具体的には、光路変換部5a’が、図18に示すように、光導波路5とは別の位置に設けられていてもよい。図18では、光路変換部5’が設けられている部材は、例えば、光導波路5と同じ構成を有しているが、特にこれに限定されるものではなく、周囲に対して屈折率差の高い材料を用いてもよい。
<光配線モジュール>
本発明に係る実施形態の光配線モジュール3は、図1および図19に示すように、光素子実装体1と、光素子実装体1が実装され、電極端子6aが電気的に接続された回路導体16
を有する配線基板2とを有している。光配線モジュール3は、配線基板2の下面2Bに設けられた端子導体18を介して、電気回路などが形成された電気回路基板に実装されるものである。なお、本実施形態の光素子実装体1は、実装端子8としてボール状端子を用いた場合である。
配線基板2は、図19に示すように、上面2Aに回路導体16が形成されている。回路導体16は、上面2Aに導体材料を所定の形状にパターニングすることによって形成されている。また回路導体16は、配線基板2の下面2Bに形成された端子導体18に電気的に接続されるビア導体16aおよび電気配線16bを含むものである。このようなビア導体16aおよび電気配線16bによって、配線基板2の上面2Aから下面2Bに電気的に接続することとなる。
本実施形態では、光素子実装体1が実装端子8を有し、実装端子8として壁部材11に設けられた貫通導体8’aを用いる場合である。貫通導体8’aは、例えば感光性の樹脂からなる壁部材11内に設けられている。貫通導体8’aは、例えば、露光などの手法によって壁部材11に貫通孔を形成した後、当該貫通孔に導体材料を充填することにより形成することができる。
また、配線基板2の上面2Aには、図19に示すように、回路導体16と電気的に接続された信号処理素子17が実装されている。信号処理素子17は、例えば光素子実装体1に送受信される電気信号を演算する機能を有している。信号処理素子17は、例えば半導体集積回路によって構成することができる。
信号処理素子17にドライバ素子10の機能を持たせてもよく、この場合、光素子実装体1にドライバ素子10を配置する必要がなくなることから光素子実装体1を小型化することができる。なお、信号処理素子17は、光配線モジュール3に必須の構成ではないので、信号処理素子17を有していなくてもよい。
このように光素子実装体1を、配線基板2に実装させて光配線モジュール3を構成することから、光学的な設計要素を光素子実装体1に集約することができる。その結果、光配線モジュール3において、光素子7が故障した場合に光素子実装体1を交換する際に光学的な位置合わせを必要とせずに、容易に交換することができる。そのため、光素子7を容易に交換することができ、光配線モジュール3を交換する必要がないから、光配線モジュール3の使用寿命を延ばすことができる。
また光配線モジュール3は、光素子実装体1の実装端子8としてピン状端子を用いた場合には、図20に示すように、例えば、ソケット基板19を介して配線基板2の回路導体16と電気的に接続される。ソケット基板19には、ピン状端子の実装端子8が挿入されるソケット端子19aを有している。このように挿抜が可能なソケット基板19を用いることによって、光素子実装体1の交換をさらに容易にすることができる。
また光配線モジュール3は、図21に示すように、実装端子8としてランド端子を用いた場合には、光素子実装体1がソケット端子21aと接触することによって電気的に接続される。具体的に、光素子実装体1は、例えば、ソケット21に収容されて、ソケット21の蓋部材19bが基板4の上面4Aを下方向に押して固定することによって、実装端子8およびソケット端子21aが電気的に接触されることとなる。ソケット21は、可動部21cが蓋部材21bに接続されていることによって可動するようになっている。
このようにランド端子を実装端子8として用いることによって、高周波特性を向上させることができる。また、ソケット21の蓋部材21bで、光素子実装体1を固定することから
、光素子実装体1を実装する際または取り外す際に接着材を必要とせず、さらに容易に光素子実装体1を交換することができる。
さらに光配線モジュール3は、図22に示すように、図7に示す光素子実装体1の電極端子6aがソケット21に直接実装されていてもよい。ソケット21は、光素子実装体1を収容可能となるように配線基板2に実装されている。光素子実装体1は、電極端子6aが配線基板2側に向くようにソケット21に収容される。ソケット21は、基板4の下面4を基準として、電極端子6aと、光素子7(およびドライバ素子10)との高さの差を調整する台部21を有している。
台部21d内には、コンタクトとなるソケット端子21aが配置されている。このコンタクトによって、光素子実装体1の電極端子6aと、配線基板2の回路導体16とが電気的に接続されることとなる。ソケット端子21aは、一部が台部21の上面から突出するように設けられている。そのため、台部21に光素子実装体1が載置されると、電極端子6dがソケット端子21aと電気的に接続されることとなる。
台部21は、光素子実装体1の電極端子6aと重なる部分に配置されている。本実施形態では、光素子7およびドライバ素子10と重なる部分には台部21は配置されておらず、光素子7およびドライバ素子10を収容可能となっている。このような台部21を有していることによって、光素子実装体1を収容したソケット21を低背化することができる。なお、図22では台部21dを有する場合について説明したが、ソケット21は、光素子7(およびドライバ素子10)を収容する凹部を有することによって、電極端子6aと、光素子7(およびドライバ素子10)との高さの差を調整してもよい。
(光配線モジュールの変形例)
光素子実装体1は、図23に示すとおり、光導波路5が、基板4から信号処理素子17に向かう方向とは異なる方向に延在していてもよい。具体的には、光素子実装体1を基準として、信号処理素子17がD3方向に配置されていることから、光導波路5を、D5、D6、D4方向に延在するように形成してもよい。
光導波路5が、信号処理素子17に向かう方向とは異なる方向に延在していることによって、信号処理素子17が熱によって高温になった場合であっても、光導波路5が熱の影響を受けにくくすることができる。その結果、光導波路5が熱応力によって基板4から剥離されることを抑制したり、光導波路5が熱によって変形されることを抑制したりすることができる。
本発明は、以上の実施形態に限定されず、様々な態様を用いることができる。
例えば、光配線モジュール3の変形例において説明した構成、すなわち信号処理素子17に向かう方向とは異なる方向に光導波路5が延在する構成に、光素子実装体1の変形例2の構成を適用してもよい。具体的には、信号処理素子17に向かう方向とは異なる方向に延在した光導波路5にコネクタ15を配置することによって、光素子実装体1を交換する際に、コネクタ15および外部コネクタ14の挿抜動作をさらにしやすくすることができる。
さらに、光素子実装体1の基板4に凹部4Gを設けて当該凹部4Gにコネクタ15の一部を載置する場合には、信号処理素子17が遠ざかる構成とすることができるため、コネクタ15が信号処理素子17の熱によって変形することを抑制することができる。
<光電気混載基板>
上述した光配線モジュール3は、電気回路基板に実装されることによって、光電気混載
基板が構成される。
電気回路基板としては、基板4に挙げた材料などを用いることができる。このような電気回路基板には、電気配線、電気抵抗、コンデンサおよびCPUなどを有していて、主に電気信号を処理するものである。電気回路基板に、光素子7のドライバ素子10、または信号処理素子17等を実装してもよい。
1 光素子実装体
2 配線基板
2A 上面
2B 下面
2a 基材
3 光配線モジュール
4 基板
4A 上面
4B 下面
4a 貫通孔
4R 光素子が実装される実装領域
4G 凹部
5 光導波路
5’ 光路変換部
5” 端部(光路変換部と反対側)
5a コア部
5b クラッド部
6 配線
6a 電極端子
7 光素子(発光素子または受光素子)
7a 受発光面(発光面または受光面)
8 実装端子
8a 下端
8’ 多層配線パターン
8’a ビア導体
8’b 電気配線
8” 導体配線パターン
9 バンプ導体
10 ドライバ素子
11 壁部材
11B 下面
11C 内壁面
11D 外壁面
12 第2光導波路
12a 第2コア部材
12b 第2クラッド部材
13 外部光導波路
13a コア部材(外部光導波路)
13b クラッド部材(外部光導波路)
14 外部コネクタ
15 コネクタ
16 回路導体
16a ビア導体
16b 電気配線
17 信号処理素子
18 端子導体
19 ソケット基板
19a ソケット端子
20 接着材
21 ソケット
21a ソケット端子
21b 蓋部材
21c 可動部
21d 台部

Claims (12)

  1. 上面および下面の間を貫通する貫通孔を有し、前記下面の前記貫通孔を含む領域に光素子が実装される実装領域を有する基板と、
    前記上面に配置された、前記貫通孔と重なる位置に光路を変換する光路変換部を有する光導波路と、
    前記下面に形成された、前記実装領域内から前記実装領域外にかけて配置された電極端子を有する位置する配線と、
    前記実装領域内に受光面または発光面が前記貫通孔と重なるように実装されて前記配線に電気的に接続された、前記貫通孔を通して前記光路変換部に光学的に結合される光素子とを有する
    光素子実装体。
  2. 前記光導波路に光学的に接続される外部光導波路を収容した外部コネクタと連結されるコネクタをさらに有し、
    該コネクタは、前記光路変換部とは反対側の前記光導波路の端部を収容している請求項1に記載の光素子実装体。
  3. 前記基板の前記下面に実装されて前記配線に電気的に接続された、前記光素子を制御するドライバ素子をさらに有する請求項1または2に記載の光素子実装体。
  4. 前記光素子は、前記ドライバ素子よりも前記基板の外周近くに配置されている請求項3に記載の光素子実装体。
  5. 前記基板の前記下面に前記光素子を囲むように配置された壁部材を有している請求項1〜4のいずれかに記載の光素子実装体。
  6. 前記電極端子に電気的に接続された、一部が前記光素子よりも下に位置している実装端子をさらに有する請求項1〜5のいずれかに記載の光素子実装体。
  7. 前記壁部材の下端は、前記光素子よりも下に位置しているとともに前記実装端子の下端よりも上に位置している請求項6に記載の光素子実装体。
  8. 前記電極端子は、前記壁部材よりも外側に配置されている請求項5〜7のいずれかに記載の光素子実装体。
  9. 請求項1〜8のいずれかに記載の光素子実装体と、
    該光素子実装体が実装された配線基板とを備えた光配線モジュール。
  10. 前記光素子実装体は、該光素子実装体を収容可能なソケットを介して前記配線基板に実装されている請求項9に記載の光配線モジュール。
  11. 前記配線基板に実装されて前記光素子実装体に電気的に接続された信号処理素子をさらに有する請求項9または10に記載の光配線モジュール。
  12. 前記光素子実装体において、前記光導波路が、前記光素子実装体から前記信号処理素子に向かう方向とは異なる方向に延在している請求項11に記載の光配線モジュール。
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