JP4246563B2

JP4246563B2 - 光部品支持基板及びその製造方法、光部品付き光部品支持基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP4246563B2
Application number: JP2003208331A
Authority: JP
Inventors: 大野　　猛; 俊克高田; 敏文小嶋; 正樹大野; 俊和堀尾; 彩子川村
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: JP2005070082A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光部品支持基板及びその製造方法、光部品付き光部品支持基板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットに代表される情報通信技術の発達や、情報処理装置の処理速度の飛躍的向上などに伴って、画像等の大容量データを送受信するニーズが高まりつつある。かかる大容量データを情報通信設備を通じて自由にやり取りするためには１０Ｇｂｐｓ以上の情報伝達速度が望ましく、そのような高速通信環境を実現しうる技術として光通信技術に大きな期待が寄せられている。一方、機器内の配線基板間での接続、配線基板内の半導体チップ間での接続、半導体チップ内での接続など、比較的短い距離における信号伝達経路に関しても、高速で信号を伝送することが近年望まれている。このため、従来一般的であった金属ケーブルや金属配線から、光ファイバや光導波路を用いた光伝送へと移行することが理想的である考えられている。
【０００３】
ここで、光学素子が搭載されるとともに、その光学素子と光ファイバや光導波路との間で光通信を行う配線基板が従来提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１，２には、光学素子を実装した外部基板を配線基板上にはんだバンプにて接続してリフローする際のセルフアライメント作用により、外部基板と配線基板とを所定の位置に配置できる、という技術が開示されている。また、光ファイバ同士を接続するための手段として、光ファイバコネクタと呼ばれる器具が従来提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２３６２２８号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平８−２５０５４２号公報
【０００６】
【非特許文献１】
フジクラ技報第９７号１９９９年１０月
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許文献１，２の技術では、光学素子を実装した外部基板と配線基板との位置合わせ（光軸合わせ）をはんだリフローにより行っているにすぎない。そのため、位置合わせ精度が十分ではなく、光学素子と光導波路との間で光軸ズレが生じやすく、ひいては光の伝送ロスが生じやすい。従って、この手法では今後予想される高速度化・高密度化等に十分に対応できないものと考えられる。また、配線基板が樹脂基板であるような場合には、光学素子及びその動作回路の放熱性が悪くなる結果、発光波長にズレが発生するおそれがある。ゆえに、この場合には安定した動作特性が得られなくなる。
【０００８】
なお、前記配線基板を仮にセラミック配線基板とした場合には、放熱性の問題はある程度解消される反面、加工性が悪いことから高コスト化を招くおそれがある。
【０００９】
また、非技術文献１に記載された光ファイバコネクタを配線基板と光ファイバとの接続に応用することが考えられるが、光ファイバコネクタ自体は樹脂成形品であるため放熱性に劣る。ゆえに、この場合には光学素子及びその動作回路の放熱性が悪くなる結果、やはり発光波長にズレが発生するおそれがある。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光軸ズレがなく確実な位置合わせをすることができ、光の伝送ロスが小さい光部品支持基板及びその製造方法、光部品付き光部品支持基板及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
そして上記課題を解決するための手段としては、主面を有する基板と、前記主面から少なくとも一部が突出する状態で前記基板に接合されるとともに、光伝送機能、集光機能及び光反射機能のうちの少なくとも１つを有する光部品の有する位置合わせ凹部に対して嵌合可能な位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記基板は前記主面側にて開口するキャビティを有し、前記位置合わせ用ガイド部材は、前記キャビティの内底面及び互いに直交した位置関係にある２つの内側面に対し、嵌合のための凹部構造を設けることなく接合材を用いてそれぞれ直接的に接合され、前記基板の主面側には、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有し、前記光部品と光結合されるべき光学素子が搭載されていることを特徴とする光部品支持基板がある。この課題解決手段において「光部品」という部材は、光部品支持基板とは別体で構成された部材であって、光部品支持基板と位置合わせされる対象物であり、必須構成要素ではない。
【００１２】
また、上記課題を解決する別の手段としては、主面を有する基板と、光伝送機能、集光機能及び光反射機能のうちの少なくとも１つを有し、位置合わせ凹部を有する光部品と、前記主面から少なくとも一部が突出する状態で前記基板に接合されるとともに、前記位置合わせ凹部に対して嵌合する位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記基板は前記主面側にて開口するキャビティを有し、前記位置合わせ用ガイド部材は、前記キャビティの内底面及び互いに直交した位置関係にある２つの内側面に対し、嵌合のための凹部構造を設けることなく接合材を用いてそれぞれ直接的に接合され、前記基板の主面側に、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有し、前記光部品と光結合されるべき光学素子が搭載されていることを特徴とする光部品付き光部品支持基板がある。
【００１３】
従って、これらの発明によると、基板に接合された位置合わせ用ガイド部材が光部品の有する位置合わせ凹部に対して嵌合することで、より積極的にかつ高い精度で光軸が合った状態となる。ゆえに、光の伝送ロスが小さく、高速度化・高密度化等に十分に対応しうる光部品支持基板を実現することができる。
【００１４】
光部品支持基板を構成する基板としては、例えば、樹脂基板、セラミック基板、ガラス基板または金属基板が使用可能であり、特にセラミック基板が好ましい。樹脂基板に比較して熱伝導性の高いセラミック基板を用いた場合には、発生した熱が効率よく放散される。そのため、放熱性の悪化に起因する発光波長のズレが回避され、動作安定性・信頼性に優れた光部品支持基板を実現することができる。かかるセラミック基板の好適例を挙げると、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ほう素、ベリリア、ムライト、低温焼成ガラスセラミック、ガラスセラミック等からなる基板がある。これらの中でもアルミナや窒化アルミニウムからなる基板を選択することが特に好ましい。
【００１５】
また、樹脂基板の好適例としては、例えば、ＥＰ樹脂（エポキシ樹脂）、ＰＩ樹脂（ポリイミド樹脂）、ＢＴ樹脂（ビスマレイミド−トリアジン樹脂）、ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル樹脂）等からなる基板を挙げることができる。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維（ガラス織布やガラス不織布）やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料からなる基板を使用してもよい。金属基板の好適例としては、例えば、銅基板、銅合金からなる基板、銅以外の金属単体からなる基板、銅以外の合金からなる基板などを挙げることができる。
【００１６】
かかる基板は、絶縁層と導体層（金属配線層）とを備えた配線基板であることがよい。前記導体層は基板表面に形成されていてもよく、基板内部に形成されていてもよい。これらの導体層の層間接続を図るために、基板内部にビアホール導体が形成されていてもよい。なお、かかる導体層やビアホール導体は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などからなる導電性金属ペーストを印刷または充填することにより形成される。そして、このような導体層には電気信号が流れるようになっている。なお、このような配線基板に加えて、例えば、樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層してなるビルドアップ層を、基板上に備えるビルドアップ配線基板を用いることも許容される。
【００１７】
前記基板の形状は、位置合わせ用ガイド部材を支持可能な形状であればよく、特に限定されることはない。しかし、基板は少なくとも１つの主面を有するものであることがよく、例えば平板状の基板を用いることが好適である。より好ましくは、主面側において開口する１つまたは２つ以上のキャビティを有する基板を使用することがよい。
【００１８】
光部品支持基板を構成する位置合わせ用ガイド部材は、ガイド部材支持体である基板に接合されている。基板の主面からは、位置合わせ用ガイド部材の一部または全部が突出するようになっている。位置合わせ用ガイド部材の接合位置は特に限定されないが、好ましくは位置合わせ用ガイド部材を主面側に接合することがよく、さらには主面側にて開口するキャビティの内面に接合することがよりよい。
【００１９】
キャビティの内面に位置合わせ用ガイド部材を接合した構造であれば、位置合わせ用ガイド部材を基板に対して安定的に支持させやすいため、基板と光部品との位置合わせ精度の向上を図ることができる。即ち、キャビティの内底面及び内側面の両方に位置合わせ用ガイド部材を接合させたり、キャビティにおいて直交した位置関係にある２つの内側面に位置合わせ用ガイド部材を接合させたりすることが好適である。
【００２０】
位置合わせ用ガイド部材の形状については特に限定されない。位置合わせ用ガイド部材の好適例としては、例えばピン状のもの（ガイドピン）があり、その材料としてはある程度硬質な金属がよい。また、位置合わせ用ガイド部材の先端部分の直径（特に基板の主面側にて突出する部分の直径）については、光部品の有する位置合わせ凹部と嵌合できるように、当該位置合わせ凹部とほぼ同径であることがよい。このようなガイドピンは接合材を用いて基板に直付けされる。ここで「接合材を用いた直付け」とは、嵌合のための凹部構造を特に設けることなく、接着剤やロウ材等を用いて基板の表面にガイドピンを直接的に接合することをいう。そして、上記のような直付けの利点は、位置合わせ用ガイド部材を支持させるための凹部を基板に形成する穴明け工程等を省略できるため、全体の工数が少なくなり、生産性の向上につながることである。
【００２１】
また、位置合わせ用ガイド部材は、基部と前記基部から突出する複数のピン部とを備えるものであってもよい。この構成によれば、複数のピン部同士の相対位置関係を正確に設定しやすいため、基板と光部品との位置合わせ精度をよりいっそう向上させることが可能となる。また、ピン部と基部とを分けた結果、基部を基板側に接合しやすい形状にすることが可能となる。そして、このような形状の位置合わせ用ガイド部材も、嵌合のための凹部構造を特に設けることなく、接着剤やロウ材等を用いて基板の表面に直付けされることがよい。
【００２２】
一方、あらかじめ基板に設けた第１凹部内に第２凹部被形成部を設け、その第２凹部被形成部に第２凹部を形成したうえで、その第２凹部に位置合わせ用ガイド部材を嵌合させて支持するようにしてもよい。つまり、基板に位置合わせ用ガイド部材を直付けするのではなく、第２凹部被形成部を介して間接的に支持するようにしてもよい。
【００２３】
ガイドピンの端部や複数のピン部の端部は、軸線方向に対して垂直な平坦面を有していることがよい。このような平坦面があると、例えば、ガイドピンの端部やピン部の端部を画像認識してそこを位置合わせの基準とするような場合に、画像認識を行いやすくなるというメリットがある。ただし、ガイドピンの端部や複数のピン部の端部の外縁を面取りしておくことが好ましい。そして、この構成であると、光部品の位置合わせ凹部に対して位置合わせ用ガイド部材を嵌合させやすくすることができる。
【００２４】
本発明の光部品支持基板は光学素子を備えていてもよい。ただし、本発明において光学素子は任意の構成要素である。前記光学素子は例えば基板の主面上に１つまたは２つ以上搭載される。その搭載方法としては、例えば、ワイヤボンディングやフリップチップボンディング等の手法、異方導電性材料を用いた手法などを採用することができる。発光部を有する光学素子（即ち発光素子）としては、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）、半導体レーザダイオード（Laser Diode ；ＬＤ）、面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；ＶＣＳＥＬ）等を挙げることができる。これらの発光素子は、入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を所定部位に向けて発光部から出射する機能を備えている。一方、受光部を有する光学素子（即ち受光素子）としては、例えば、ｐｉｎフォトダイオード（pin Photo Diode；pin ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等を挙げることができる。これらの受光素子は、光信号を受光部にて入射し、その入射した光信号を電気信号に変換して出力する機能を有している。なお、前記光学素子は発光部及び受光部の両方を有するものであってもよい。前記光学素子に使用する好適な材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓなどを挙げることができる。このような光学素子（特に発光素子）は、動作回路によって動作される。光学素子及び動作回路は、例えば、基板に形成された導体層（金属配線層）を介して電気的に接続される。
【００２５】
前記光学素子は、基板に対して直接的に搭載されていてもよいほか、基板とは別体の支持体を介して間接的に搭載されていてもよい。光学素子を直接的に搭載した構造の好適例としては、例えば、基板に設けたキャビティの内底面に光学素子を直接的に搭載した構造などを挙げることができる。ただし間接的に搭載した場合においては、支持体に前記位置合わせ用ガイド部材が嵌合可能な位置合わせ用穴を設け、その位置合わせ用穴を利用して位置合わせをしつつ基板との固定を図ることが好ましい。
【００２６】
本発明の光部品支持基板と位置合わせされる光部品は、光伝送機能、集光機能及び光反射機能のうちの少なくとも１つを有している。具体例を挙げると、光伝送機能を有する光部品としては、例えば光導波路や光ファイバなどがある。なお、光導波路を支持する基材も、光伝送機能を有する光部品に該当する。光ファイバと光ファイバを支持する光ファイバコネクタとからなる光部品も、光伝送機能を有する光部品に該当する。集光機能を有する光部品としては、例えばマイクロレンズアレイ等に代表されるレンズ部品などがある。光反射機能を有する光部品としては、例えば光路変換部品などがある。なお、光路変換部が形成された光ファイバコネクタは、光反射機能を有する光部品であるということができる。光路変換部が形成された光導波路は、光伝送機能及び光反射機能を有する光部品であるということができる。なお、本発明の光部品支持基板には、光部品が１つのみ支持されていてもよく、２つ以上の光部品が支持されていてもよい。
【００２７】
前記光導波路とは、光信号が伝搬する光路となるコア及びそのコアを取り囲むクラッドを有した板状またはフィルム状の部材を指し、例えば、ポリマ材料等からなる有機系の光導波路、石英ガラスや化合物半導体等からなる無機系の光導波路等がある。前記ポリマ材料としては、感光性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを選択することができ、具体的には、フッ素化ポリイミド等のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ＵＶ硬化性エポキシ樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、重水素化ＰＭＭＡ、重水素フッ素化ＰＭＭＡ等のアクリル樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが好適である。
【００２８】
前記光ファイバコネクタとは、本来的には光ファイバ部同士を接続するための手段であるが、ここでは光ファイバ側と基板側とを接続するための手段として用いられる。なお、かかる光ファイバコネクタは、単心光ファイバコネクタであっても、多心光ファイバコネクタであってもよい。また、光ファイバコネクタは、基板側との接続を図るという本来的な機能に加えて、例えば光を反射して光路を変換する等といった付加的な機能を有していてもよい。
【００２９】
また、上記課題を解決するための別の手段としては、主面を有する基板と、前記主面から少なくとも一部が突出する状態で前記基板に接合されるとともに、光伝送機能、集光機能及び光反射機能のうちの少なくとも１つを有する光部品の有する位置合わせ凹部に対して嵌合可能な位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記基板の主面側に、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有し、前記光部品と光結合されるべき光学素子が搭載されている光部品支持基板の製造方法において、前記基板の前記主面側にて開口するキャビティの内底面及び互いに直交した位置関係にある２つの内側面に対し、前記位置合わせ用ガイド部材を、嵌合のための凹部構造を設けることなく接合材を用いてそれぞれ直接的に接合する接合工程と、接合された前記位置合わせ用ガイド部材を基準として位置合わせを行いながら、前記基板の主面側に前記光学素子を搭載する搭載工程とを含むことを特徴とする光部品支持基板の製造方法、がある。なお、この課題解決手段において「光部品」という部材は、光部品支持基板とは別体で構成された部材であって、光部品支持基板と位置合わせされる対象物であるため、必須構成要素ではない。
【００３０】
そして本発明によれば、上記構成を有する光部品支持基板を簡単かつ確実に、しかも低コストで製造することができる。
【００３１】
また、上記課題を解決するためのさらに別の手段としては、主面を有する基板と、光伝送機能、集光機能及び光反射機能のうちの少なくとも１つを有し、位置合わせ凹部を有する光部品と、前記主面から少なくとも一部が突出する状態で前記基板に接合されるとともに、前記位置合わせ凹部に対して嵌合する位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記基板の主面側に、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有し、前記光部品と光結合されるべき光学素子が搭載されていることを特徴とする光部品付き光部品支持基板の製造方法において、前記基板の前記主面側にて開口するキャビティの内底面及び互いに直交した位置関係にある２つの内側面に対し、前記位置合わせ用ガイド部材を、嵌合のための凹部構造を設けることなく接合材を用いてそれぞれ直接的に接合する接合工程と、接合された前記位置合わせ用ガイド部材を基準として位置合わせを行いながら、前記基板の主面側に前記光学素子を搭載する搭載工程と、前記搭載工程後において前記位置合わせ用ガイド部材を前記位置合わせ凹部に対して嵌合させることにより、前記光部品及び前記光学素子の光軸合わせを行いつつ前記光部品を前記基板に支持固定させる支持固定工程とを含むことを特徴とする光部品付き光部品支持基板の製造方法、がある。
【００３２】
そして本発明によれば、上記構成を有する光部品付き光部品支持基板を簡単かつ確実に、しかも低コストで製造することができる。
【００３３】
以下、上記構成の光部品支持基板の製造方法を工程に沿って説明する。
【００３４】
光部品に対しては、位置合わせ凹部形成工程を行うことで、前記位置合わせ凹部をあらかじめ形成しておくことが好ましい。ここで、位置合わせ凹部形成工程における穴加工の方法としては周知の技術を採用することができ、具体例としては、ドリル加工、パンチ加工、エッチング加工、レーザ加工などがある。ただし、低コストという観点からすると、ドリル加工やパンチ加工といった機械的加工が好ましい。また、ここで行われる穴加工は、例えば精密ドリルなどを用いた精密穴加工であることがより好ましい。このような加工法によって位置合わせ凹部を形成しておけば、高い精度で光軸合わせを行うことができるからである。なお、位置合わせ凹部は、光部品の表裏両面に開口する貫通穴であってもよいほか、裏面側のみにて開口する非貫通穴であってもよい。また、位置合わせ凹部形成工程後に、必要に応じて仕上げ加工を行うことにより位置合わせ凹部の穴径を微調整してもよい。
【００３５】
続く接合工程では、前記基板に前記位置合わせ用ガイド部材を接合する。例えば、直付けを行うような場合には、接着剤やロウ材などの接合材を用いて位置合わせ用ガイド部材を接合する。なお、接合材の種類は、基板の材質や位置合わせ用ガイド部材の材質等を考慮して適宜選択される。例えば、耐熱性に劣る樹脂基板を用いた場合には、比較的低温にて接合が可能な有機系接着剤を使用することが好ましい。一方、耐熱性に優れるセラミック基板を用いた場合には、ロウ材を使用することが固定強度向上の観点から好ましい。
【００３６】
続く搭載工程では、接合された前記位置合わせ用ガイド部材を基準として位置合わせを行いながら、前記基板の主面側に前記光学素子を搭載する。この場合において具体的には、接合された前記位置合わせ用ガイド部材の先端部における平坦面を画像認識し、そこを基準として位置合わせを行いながら、前記基板の主面側に前記光学素子を搭載することが好ましい。この方法の利点は、位置合わせ用ガイド部材自身を高精度に位置合わせして基板に接合する必要がないことである。これに対して、基板に光学素子を先に搭載してから位置合わせ用ガイド部材を接合する手法の場合、位置合わせ用ガイド部材自身を高精度に位置合わせして基板に接合する必要があり、製造が困難になりやすい。
【００３７】
続く支持固定工程では、前記搭載工程後において前記位置合わせ用ガイド部材を前記位置合わせ凹部に対して嵌合させる。その結果、前記光部品及び前記光学素子の光軸合わせを行いつつ、併せて前記光部品を前記基板に支持固定させることができる。そして、以上の工程を実施する本発明の製造方法によれば、所望の光部品付き光部品支持基板を簡単かつ確実に、しかも低コストで製造することができる。また、上記製造方法によれば、硬質な材料に穴を加工形成するプロセスや、穴を高精度に加工形成するプロセスなどを省略することも可能である。よって、このようなプロセスを省略した場合には、所望の光部品支持基板及び光部品付き光部品支持基板をより低コストで製造することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
【００３９】
図１〜図６には、本発明を具体化した第１の実施形態の光導波路付き光部品支持基板１０（光部品付き光部品支持基板）が示されている。
【００４０】
図１に示されるように、本実施形態の光導波路付き光部品支持基板１０は、ＶＣＳＥＬ１４（光学素子）、セラミック基板１１（基板）、ガイドピン４４（位置合わせ用ガイド部材）等によって構成されている。
【００４１】
セラミック基板１１は、上面１２（主面）及び下面１３を有する略矩形状の板部材である。かかるセラミック基板１１はいわゆる多層配線基板であって、金属配線層２６を備えている。例えば、上面１２（主面）に位置する金属配線層２６の一部には、各種電子部品を実装するための複数の接続パッド２９が形成されている。金属配線層２６はセラミック基板１１の内層にも形成されている。このセラミック基板１１はビアホール導体２７も備えており、層の異なる金属配線層２６同士はビアホール導体２７を介して層間接続されている。また、セラミック基板１１の下面１３には複数の接続端子２８が設けられている。
【００４２】
図１，図２に示されるように、セラミック基板１１の上面１２における略中央部には、矩形状のキャビティ４１が形成されている。同キャビティ４１の内底面４２には、光学素子（発光素子）の一種であるＶＣＳＥＬ１４が、発光面を上方に向けた状態で搭載されている。このＶＣＳＥＬ１４は、一列に並べられた複数（ここでは４つ）の発光部１５を発光面内に有している。従って、これらの発光部１５は、セラミック基板１１の上面１２に対して直交する方向（即ち図１の上方向）に、所定波長のレーザ光を出射するようになっている。ＶＣＳＥＬ１４の有する複数の端子（図示略）は、同じく同キャビティ４１の内底面４２に設けられた接続パッド２９上にそれぞれ接合されている。なお、ＶＣＳＥＬ１４のような発光素子に代えて、フォトダイオードのような受光素子を搭載した構成としてもよい。
【００４３】
また、キャビティ４１の内底面４２においてＶＣＳＥＬ１４の近傍には、ＶＣＳＥＬ１４を駆動するための動作回路用ＩＣ１６（いわゆるドライバＩＣ）が配置されている。動作回路用ＩＣ１６の有する複数の端子（図示略）は、同キャビティ４１の内底面４２に設けられた接続パッド２９上にそれぞれ接合されている。従って、ＶＣＳＥＬ１４と動作回路用ＩＣ１６とが、金属配線層２６などを介して電気的に接続されている。
【００４４】
図２等に示されるように、この光導波路付き光部品支持基板１０は、ステンレス鋼からなる断面円形状のガイドピン４４（位置合わせ用ガイド部材）を４本備えている。これらのガイドピン４４は、軸線方向に対して垂直な平坦面を両端部に備えている。ガイドピン４４の端部の外縁は面取りされている。各ガイドピン４４はキャビティ４１のコーナー部に配置されるとともに、ロウ材を用いてキャビティ４１の内面（具体的には内底面４２及び２つの内側面４３）に対して接合されている。なお、本実施形態において具体的には、ＪＩＳＣ５９８１に規定するガイドピン「ＣＮＦ１２５Ａ−２１」（直径０．６９９ｍｍ）を使用している。
【００４５】
図１に示されるように、セラミック基板１１の上面１２（主面）側には、フィルム状の光導波路３１（光部品）が配置されている。この光導波路３１を構成する基材３２は、コア３３及びそれを上下から取り囲むクラッド３４を有している。実質的にコア３３は光信号が伝搬する光路となる。本実施形態の場合、コア３３及びクラッド３４は、屈折率等の異なる透明なポリマ材料、具体的には屈折率等の異なるＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）により形成されている。光路となるコア３３の本数は発光部１５の数と同じく４つであって、それらは直線的にかつ平行に延びるように形成されている。
【００４６】
光導波路３１における所定の箇所には、光導波路３１の上面にて開口するＶ字溝３５が形成されている。このＶ字溝３５の先端はコア３３のある深さにまで及んでいる。Ｖ字溝３５の内面はセラミック基板１１の上面１２に対して約４５°の角度を持つ傾斜面となっていて、その傾斜面には光を全反射可能な金属からなる薄膜３７が蒸着されている。その結果、光を９０°の角度で反射する光路変換用ミラーが構成されている。光導波路３１の四隅には円形状の位置合わせ穴３６が貫通形成されている。これらの位置合わせ穴３６は、ガイドピン４４の大きさに対応して直径約０．７ｍｍに設定されている。そして、光導波路３１の有する各位置合わせ穴３６には、セラミック基板１１側にて突出する各ガイドピン４４が嵌合されている。その結果、セラミック基板１１の上面１２（主面）上にて、光導波路３１が位置合わせされた状態で固定されている。ここで「位置合わせされた状態で固定」とは、具体的には、ＶＣＳＥＬ１４の各発光部１５の光軸と光導波路３１の各コア３３の光軸とが合い、ＶＣＳＥＬ１４と光導波路３１とが光結合された状態で、光導波路３１が支持固定されていることをいう。
【００４７】
このように構成された光導波路付き光部品支持基板１０の一般的な動作について簡単に述べておく。
【００４８】
ＶＣＳＥＬ１４は、セラミック基板１１側からの電力供給により、動作可能な状態となる。セラミック基板１１上の動作回路用ＩＣ１６からＶＣＳＥＬ１４に電気信号が出力されると、ＶＣＳＥＬ１４は入力した電気信号を光信号（レーザ光）に変換した後、その光信号を上方に向けて、発光部１５から出射する。光導波路３１の下面から入射した光信号は、光路変換ミラーにおいて進行方向を９０°変更し、図示しない受光側に向かってコア３３内を進行する。
【００４９】
次に、上記構成の光導波路付き光部品支持基板１０の製造方法を説明する。
【００５０】
まず、以下の手順によりセラミック基板１１を作製する。アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤などを均一に混合・混練してなる原料スラリーを作製し、この原料スラリーを用いてドクターブレード装置によるシート成形を行って、所定厚みのグリーンシートを形成する。グリーンシートにおける所定部分にパンチ加工を施してビアホール用孔及びキャビティ用孔を形成し、そのうちビアホール用孔の中にビアホール導体用の金属ペーストを充填する。また、グリーンシートの表面に金属ペーストを印刷することにより、後に金属配線層２６等となる印刷層を形成する。そして、これら複数枚のグリーンシートを積層してプレスすることにより一体化し、グリーンシート積層体とする。次に、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、さらにアルミナが焼結しうる加熱温度にて焼成工程を行う。これにより、グリーンシート積層体（セラミック未焼結体）を焼結させ、図３に示すようなキャビティ４１を有するセラミック基板１１とする。この時点でセラミックは硬質化しかつ収縮する。なお、この時点で接続端子２８を形成してもよい。
【００５１】
一方、光導波路３１については、従来公知の手法に従ってクラッド３４及びコア３３を順次積層形成した後、精密ドリルを用いた精密穴加工を行って、所定の４箇所に位置合わせ穴３６を形成しておく（位置合わせ凹部形成工程）。そして、さらにＶ溝加工及びその部分へのスパッタ等を行うことにより、金属薄膜３７からなる光路変換ミラーを形成する。光路変換ミラーの形成時には位置合わせ穴３６の位置を基準とすることがよく、これにより位置合わせ精度をいっそう向上させることができる。従って、光路変換部形成工程は位置合わせ凹部形成工程の後に実施されることがよい。
【００５２】
続く接合工程では、セラミック基板１１のキャビティ４１における各コーナー部にロウ材をあらかじめ塗布しておき、そのロウ材を介して各ガイドピン４４をセラミック基板１１に仮固定する。このとき、各ガイドピン４４の他端側はセラミック基板１１の上面１２から垂直に突出する。そして、この状態でセラミック基板１１をロウ材が溶融する数百℃の温度に加熱し、各ガイドピン４４をキャビティ４１の内底面４２及び２つの内側面４３に対してロウ付けする。その結果、各ガイドピン４４がロウ付けによりセラミック基板１１に強固に支持固定される(図４参照)。なお、ガイドピン４４の一端側が互いに直交する３つの面に接合されることにより、各ガイドピン４４がセラミック基板１１に対して安定的に支持固定される。
【００５３】
続く搭載工程では、あらかじめキャビティ４１の内底面４２上にある接続パッド２９にはんだを供給しておく。そして、キャビティ４１の内底面４２の上方においてＶＣＳＥＬ１４及び動作回路用ＩＣ１６を接続パッド２９に対して位置合わせする。その際、既に接合状態にある１つまたは複数のガイドピン４４の上端平坦面をＣＣＤカメラ等の撮像手段で撮像し、その撮像データに基づき画像処理を行って、平坦面を円形領域として画像認識する。そして、この画像認識された円形領域を基準（より具体的には例えば前記円形領域の中心を原点）として設定し、ＶＣＳＥＬ１４及び動作回路用ＩＣ１６のＸ−Ｙ方向の位置を微調整する（図５参照）。ＶＣＳＥＬ１４及び動作回路用ＩＣ１６の位置が決定したら、これらを下降させてキャビティ４１の内底面４２に押し付け、仮固定する。この状態ではんだリフローを行い、ＶＣＳＥＬ１４及び動作回路用ＩＣ１６の端子を接続パッド２９にはんだ付けする。なお、この手法の利点は、必ずしもガイドピン４４自身を高精度に位置合わせしてセラミック基板１１に接合する必要がないことである。
【００５４】
続く支持固定工程では、セラミック基板１１の上面１２から突出する各ガイドピン４４を、光導波路３１における各位置合わせ穴３６に対して嵌合させる（図６参照）。その結果、光導波路３１及びＶＣＳＥＬ１４の光軸合わせを行いつつ、併せて光導波路３１をセラミック基板１１に支持固定させることができる。そして、以上のようにして本実施形態の光導波路付き光部品支持基板１０が完成する。
【００５５】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００５６】
（１）本実施形態では、ガイドピン４４と位置合わせ穴３６との嵌合関係をもって光軸合わせを達成しつつ、セラミック基板１１に光導波路３１を支持固定した構成となっている。よって、リフロー時のセルフアライメント作用のみに頼る従来の消極的な光軸合わせに比べて、より積極的にかつ高い精度で光軸が合った状態となる。ゆえに、光の伝送ロスが小さく、高速度化・高密度化等に十分に対応しうる光導波路付き光部品支持基板１０を実現することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、樹脂基板に比較して熱伝導性の高いセラミック基板１１を用いている。それゆえ、ＶＣＳＥＬ１４及び動作回路用ＩＣ１６の発する熱が効率よく放散される。よって、放熱性の悪化に起因する発光波長のズレも回避され、動作安定性・信頼性に優れた光導波路付き光部品支持基板１０を実現することができる。
【００５８】
（２）また、本実施形態の製造方法によれば、所望の光導波路付き光部品支持基板１０を簡単かつ確実に、しかも低コストで製造することができる。特に上記製造方法では、硬質な材料に穴を加工形成するプロセスや、穴を高精度に加工形成するプロセスなどを省略していることが、低コスト化に寄与している。
［第２の実施の形態］
【００５９】
次に、図７，図８に基づいて、第２の実施形態における光導波路付き光部品支持基板１０（光部品付き光部品支持基板）について説明する。
【００６０】
本実施形態では、第１の実施形態のガイドピン４４とは異なる形状の位置合わせ用ガイド部材５１が２つ用いられている。これらの位置合わせ用ガイド部材５１は、四角柱状の基部５２と、その基部５２の上面から突出する２つのピン部５４とを備えた構造となっている。基部５２及びピン部５４を備えるこの位置合わせ用ガイド部材５１は、ステンレス鋼を用いて金型成形されたものである。なお、金型成形以外の手法、例えば切削加工などにより位置合わせ用ガイド部材５１を作製することも勿論可能である。金属材料以外の材料、例えば樹脂材料などを用いて同様の形状の位置合わせ用ガイド部材５１を作製することも可能である。
【００６１】
基部５２の長さは、ちょうどキャビティ４１の一辺の長さと等しくなるように設計されている。従って、図８に示されるように、キャビティ４１内に位置合わせ用ガイド部材５１を配置したときの収まりがよい。また、基部５２の高さはキャビティ４１の深さとほぼ等しくなっている。なお、四角柱状の基部５２を採用した理由は、キャビティ４１の内底面４２と２つの内側面４３との接触面積を大きくでき、位置合わせ用ガイド部材５１の接合強度の向上につながるからである。
【００６２】
前記２つのピン部５４は基部５２の両端部、つまり離間した２箇所に配置されている。ピン部５４の断面は円形状であり、その直径は０．６９９ｍｍに設定されている。このような位置合わせ用ガイド部材５１をキャビティ４１内に配置した場合には、ピン部５４のみがセラミック基板１１の上面１２から突出するようになっている。
【００６３】
上記構造の光導波路付き光部品支持基板１０は、基本的には第１の実施形態と同様の手順（接合工程、搭載工程、支持固定工程など）を経て製造することが可能である。ただし、接合工程では、より広い面積にロウ材をあらかじめ塗布しておき、そのロウ材を介して各位置合わせ用ガイド部材５１をセラミック基板１１に仮固定し、ロウ付けを行う。その結果、第１実施形態に比べて確実に接合面積が増える結果、セラミック基板１１に対していっそう強固に位置合わせ用ガイド部材５１を支持固定することができる。
【００６４】
そして、上記構造の光導波路付き光部品支持基板１０によれば、ピン部５４と光導波路３１の位置合わせ穴３６との嵌合関係をもって光軸合わせを達成しつつ、セラミック基板１１に光導波路３１を支持固定することができる。よって、従来に比べて高い精度で光軸が合った状態となる。ゆえに、光の伝送ロスが小さく、高速度化・高密度化等に十分に対応しうる光導波路付き光部品支持基板１０を実現することができる。
【００６５】
しかも、本実施形態の構成によれば、複数のピン部５４同士の相対位置関係を正確に設定しやすいため、セラミック基板１１と光導波路３１との位置合わせ精度をよりいっそう向上させることが可能となる。また、ピン部５４と基部５２とを分けた本実施形態の場合、基部５２をセラミック基板１１側に接合しやすい形状（即ち平面を複数箇所に有する形状）にすることが可能となる。
［第３の実施の形態］
【００６６】
次に、図９に基づいて、第３の実施形態における光導波路付き光部品支持基板１０（光部品付き光部品支持基板）について説明する。
【００６７】
本実施形態では、四角枠状の基部６２と、その基部６２の上面から突出する４つのピン部５４とを備えた位置合わせ用ガイド部材６１が、キャビティ４１内に１つのみ設けられている。位置合わせ用ガイド部材６１におけるその他の事項については第２実施形態と同じである。
【００６８】
そして、このような構成であったとしても、ピン部５４と光導波路３１の位置合わせ穴３６との嵌合関係をもって光軸合わせを達成しつつ、セラミック基板１１に光導波路３１を支持固定することができる。よって、従来に比べて高い精度で光軸が合った状態となる。ゆえに、光の伝送ロスが小さく、高速度化・高密度化等に十分に対応しうる光導波路付き光部品支持基板１０を実現することができる。また、複数のピン部５４同士の相対位置関係を正確に設定しやすいため、セラミック基板１１と光導波路３１との位置合わせ精度をよりいっそう向上させることが可能となる。特にこの構成によれば、１つのキャビティ４１につき１つの位置合わせ用ガイド部材６１を用いればよいので、部品点数が少なくて済む。
［第４の実施の形態］
【００６９】
次に、図１０，図１１に基づいて、第４の実施形態における光導波路付き光学素子搭載基板１０（光部品付き光部品支持基板）について説明するが、本実施形態は参考例として挙げたにすぎず、補正後の各請求項に係る発明の技術的範囲には含まれない。
【００７０】
本実施形態では、ガイドピン４４をキャビティ４１の外に配置する構成を採用している。具体的には、セラミック基板１１の各コーナー部に基板厚さ方向に延びる切欠溝７２をそれぞれ設け、それらの切欠溝７２に各ガイドピン４４をロウ付けしている。
【００７１】
そして、このような構成であったとしても、ガイドピン４４と光導波路３１の位置合わせ穴３６との嵌合関係をもって光軸合わせを達成しつつ、セラミック基板１１に光導波路３１を支持固定することができる。よって、従来に比べて高い精度で光軸が合った状態となる。ゆえに、光の伝送ロスが小さく、高速度化・高密度化等に十分に対応しうる光導波路付き光部品支持基板１０を実現することができる。
【００７２】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００７３】
・ガイドピン４４の本数や形状等、ピン部５４の本数や形状は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて任意に変更することが可能である。
【００７４】
・上記実施形態では、光伝送機能及び光反射機能を有する光部品として光導波路３１を用いていたが、その代わりに光ファイバコネクタ等の光伝送機能を有する光部品を用いて構成してもよい。さらには、光導波路３１に代えて、マイクロレンズアレイ等の集光機能を有する光部品を用いるようにしてもよい。
【００７５】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００７６】
（１）主面を有するセラミック基板と、コア及びそのコアを包囲するクラッドを有する光導波路と、前記主面から少なくとも一部が突出する状態で前記セラミック基板に接合材を介して直付けで接合されるとともに、前記位置合わせ凹部に対して嵌合する位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記セラミック基板の主面側に、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有し、前記光導波路と光結合されるべき光学素子が搭載されていることを特徴とする光導波路付き光部品支持基板。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第１の実施形態の光導波路付き光部品支持基板を示す概略断面図。
【図２】前記光部品支持基板を示す概略平面図。
【図３】前記光導波路付き光部品支持基板の製造過程において、ガイドピン接合前のセラミック基板を示す概略断面図。
【図４】前記製造過程において、ガイドピン接続後のセラミック基板を示す概略断面図。
【図５】前記製造過程において、ＶＣＳＥＬ等を搭載するときの様子を示す概略断面図。
【図６】前記製造過程において、セラミック基板と光導波路との位置合わせを行いつつ光導波路を支持固定する状態を示す概略断面図。
【図７】第２の実施形態の光導波路付き光部品支持基板において、光部品支持基板を示す概略平面図。
【図８】前記光導波路付き光部品支持基板の製造過程において、光部品支持基板に位置合わせ用ガイド部材を接合する工程を示す概略側面図。
【図９】第３の実施形態の光導波路付き光部品支持基板において、光部品支持基板を示す概略平面図。
【図１０】第４の実施形態の光導波路付き光部品支持基板において、光部品支持基板を示す概略平面図。
【図１１】前記光導波路付き光部品支持基板の製造過程において、光部品支持基板にガイドピンを接合する工程を示す概略側面図。
【符号の説明】
１０…光部品付き光部品支持基板としての光導波路付き光部品支持基板
１１…基板としてのセラミック基板
１２…主面としての基板の上面
１４…光学素子としてのＶＣＳＥＬ
１５…発光部
３１…光部品としての光導波路
３６…位置合わせ凹部としての位置合わせ穴
４１…キャビティ
４２…キャビティの内面としての内底面
４３…キャビティの内面としての内側面
４４…位置合わせ用ガイド部材としてのガイドピン
５１，６１…位置合わせ用ガイド部材
５２，６２…基部
５４…ピン部

Claims

主面を有する基板と、
前記主面から少なくとも一部が突出する状態で前記基板に接合されるとともに、光伝送機能、集光機能及び光反射機能のうちの少なくとも１つを有する光部品の有する位置合わせ凹部に対して嵌合可能な位置合わせ用ガイド部材と
を備え、
前記基板は前記主面側にて開口するキャビティを有し、前記位置合わせ用ガイド部材は、前記キャビティの内底面及び互いに直交した位置関係にある２つの内側面に対し、嵌合のための凹部構造を設けることなく接合材を用いてそれぞれ直接的に接合され、
前記基板の主面側には、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有し、前記光部品と光結合されるべき光学素子が搭載されている
ことを特徴とする光部品支持基板。
前記位置合わせ用ガイド部材は、ガイドピンであることを特徴とする請求項１に記載の光部品支持基板。
前記位置合わせ用ガイド部材は、平面視矩形状のキャビティの各コーナー部に配置された複数のガイドピンであることを特徴とする請求項１または２に記載の光部品支持基板。
前記位置合わせガイド部材は、基部と前記基部から突出する複数のピン部とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光部品支持基板。
前記光部品は、光路変換部が形成され、ポリマ材料からなるフィルム状の光導波路であり、前記基板は、絶縁層と導体層とビアホール導体とを備えたセラミック配線基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光部品支持基板。
主面を有する基板と、前記主面から少なくとも一部が突出する状態で前記基板に接合されるとともに、光伝送機能、集光機能及び光反射機能のうちの少なくとも１つを有する光部品の有する位置合わせ凹部に対して嵌合可能な位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記基板の主面側に、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有し、前記光部品と光結合されるべき光学素子が搭載されている光部品支持基板の製造方法において、
前記基板の前記主面側にて開口するキャビティの内底面及び互いに直交した位置関係にある２つの内側面に対し、前記位置合わせ用ガイド部材を、嵌合のための凹部構造を設けることなく接合材を用いてそれぞれ直接的に接合する接合工程と、
接合された前記位置合わせ用ガイド部材を基準として位置合わせを行いながら、前記基板の主面側に前記光学素子を搭載する搭載工程と
を含むことを特徴とする光部品支持基板の製造方法。
主面を有する基板と、
光伝送機能、集光機能及び光反射機能のうちの少なくとも１つを有し、位置合わせ凹部を有する光部品と、
前記主面から少なくとも一部が突出する状態で前記基板に接合されるとともに、前記位置合わせ凹部に対して嵌合する位置合わせ用ガイド部材とを備え、
前記基板は前記主面側にて開口するキャビティを有し、前記位置合わせ用ガイド部材は、前記キャビティの内底面及び互いに直交した位置関係にある２つの内側面に対し、嵌合のための凹部構造を設けることなく接合材を用いてそれぞれ直接的に接合され、
前記基板の主面側に、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有し、前記光部品と光結合されるべき光学素子が搭載されていることを特徴とする光部品付き光部品支持基板。
主面を有する基板と、光伝送機能、集光機能及び光反射機能のうちの少なくとも１つを有し、位置合わせ凹部を有する光部品と、前記主面から少なくとも一部が突出する状態で前記基板に接合されるとともに、前記位置合わせ凹部に対して嵌合する位置合わせ用ガイド部材とを備え、前記基板の主面側に、発光部及び受光部のうちの少なくとも一方を有し、前記光部品と光結合されるべき光学素子が搭載されていることを特徴とする光部品付き光部品支持基板の製造方法において、
前記基板の前記主面側にて開口するキャビティの内底面及び互いに直交した位置関係にある２つの内側面に対し、前記位置合わせ用ガイド部材を、嵌合のための凹部構造を設けることなく接合材を用いてそれぞれ直接的に接合する接合工程と、
接合された前記位置合わせ用ガイド部材を基準として位置合わせを行いながら、前記基板の主面側に前記光学素子を搭載する搭載工程と、
前記搭載工程後において前記位置合わせ用ガイド部材を前記位置合わせ凹部に対して嵌合させることにより、前記光部品及び前記光学素子の光軸合わせを行いつつ前記光部品を前記基板に支持固定させる支持固定工程と
を含むことを特徴とする光部品付き光部品支持基板の製造方法。