JP2008158388A - 光電気回路基板、光モジュールおよび光電気回路システム - Google Patents

Abstract

【課題】 光伝送基板間の正確な位置合わせを可能としたうえで、さらに、光伝送基板間において高効率に光信号を伝搬することが可能となる光電気回路基板を提供すること。
【解決手段】 第一電気配線層６と第一透明絶縁層１５と光伝送孔９とを具えた第一光伝送基板と、第一の主面３と第三の主面５とが対向するように第一光伝送基板が実装され、第二電気配線層７と、光導波路１０と、光路変換部１１と、を具えた第二光伝送基板と、第一電気配線層６と第二電気配線層８との間に介在し、それらと電気的に接合した実装手段１４と、を具備する光電気回路基板、それを具備する光モジュール、それを具備する光電気回路システム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の光伝送基板から構成される光電気回路基板、該光電気回路基板から構成される光モジュール、および該光モジュールから構成される光電気回路システムに関する。

近年、コンピュータの情報処理能力の向上化にともなって、マイクロプロセッサとして使用される半導体大規模集積回路素子（ＬＳＩ，ＶＬＳＩ）等の集積回路（ＩＣ）では、トランジスタの集積度が高められており、ＩＣの動作速度は、クロック周波数でＧＨｚのレベルまで達している。それに伴い、電気素子間を電気的に接続する電気配線についても高密度化および微細化されたものが要求されていた。

しかしながら、電気配線の高密度化および微細化は、電気信号のクロストークや伝搬損失が生じやすいことから、光半導体素子に入出力される電気信号を光信号に変換し、さらに、その光信号を、実装基板に形成した光導波路などの光配線によって、伝送される光伝送技術が検討されている。

例えば、特許文献１には、三次元的な光伝送技術が開示されている。これによると、一方の基板には光導波路が設けられ、また、他方の基板には、面発光型の縦キャビティ型の発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）などの光半導体素子が設けられている。そして、はんだなどの実装手段により実装され、さらに、はんだの周囲に設けられたソルダーレジスト層により位置合わせがなされることで、それらの基板は、電気的に接続される。
特開２００２−２９６４３５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているようなソルダーレジスト層を用いた位置合わせでは、基板間の電気的接合は可能であっても、一方および他方の基板における光の入射位置および光の出射位置を確認しながら位置合わせするものではないため、光結合において必要となるだけの精度を満足できるものではなく、２つの基板間の光結合は十分になされたものではなかった。

また、特許文献１に開示された光電気回路基板において、一方の光伝送基板における光の出射位置から他方の光伝送基板における光の入射位置までの距離が長く、光の伝搬損失が生じやすい点が不十分であった。

本発明は、以上のような従来の技術における課題を解決すべく案出されたものであり、その目的は、高精度な光結合を実現する光伝送基板間の正確な位置合わせを可能としたうえで、さらに、光伝送基板間において光信号を高効率に伝搬することが可能となる光電気回路基板を提供することである。

本発明は、第一の主面と第二の主面とを有する第一基板と、前記第一の主面側に設けられた第一電気配線層と、前記第一電気配線層を覆うように前記第一の主面側に設けられ、前記第一電気配線層が底部に露出した第一の凹部を有する第一透明絶縁層と、両主面間を貫通し、前記第二の主面および前記第一透明絶縁層の表面にそれぞれ開口部を有する光伝送孔と、を具えた第一光伝送基板と、前記第一の主面と対向した第三の主面を有する第二基板と、前記第三の主面側に設けられた、第二電気配線層と、光導波路と、前記第一光伝送基板の前記光伝送孔と前記光導波路との間で光伝送方向を変換させる光路変換部と、を具えた第二光伝送基板と、前記第一電気配線層と前記第二電気配線層との間に介在し、前記第二光伝送基板に前記第一光伝送基板を実装するために、これらと電気的に接続される実装手段と、を具備する光電気回路基板に関する。

前記第二光伝送基板は、前記第二電気配線層を覆うように前記第三の主面側に設けられ、前記第二電気配線層が底部に露出した第二の凹部を有する第二透明絶縁層をさらに具備し、前記光路変換部が、前記第二透明絶縁層上に配設されていることが好ましい。

前記光伝送孔中に、前記第一透明絶縁層よりも高い屈折率を有し、光の伝送が可能な透明樹脂が設けられていることが好ましい。

また、本発明は、前記第一光伝送基板の前記第二の主面上に露出した第三電気配線層がさらに設けられた、前記光電気回路基板と、前記第三電気配線層に電気的に実装され、前記光伝送孔と光学的に結合した光半導体素子と、を具備する光モジュールに関する。

また、本発明は、前記光モジュールと、前記第三電気配線層に実装され、前記光半導体素子との間で信号の転送を行なう半導体集積回路素子と、を具備する光電気回路システムに関する。

本発明の光電気回路基板は、第一の主面と第二の主面とを有する第一基板と、前記第一の主面側に設けられた第一電気配線層と、前記第一電気配線層を覆うように前記第一の主面側に設けられ、前記第一電気配線層が底部に露出した第一の凹部を有する第一透明絶縁層と、両主面間を貫通し、前記第二の主面および前記第一透明絶縁層の表面にそれぞれ開口部を有する光伝送孔と、を具えた第一光伝送基板と、前記第一の主面と対向した第三の主面を有する第二基板と、前記第三の主面側に設けられた、第二電気配線層と、光導波路と、前記第一光伝送基板の前記光伝送孔と前記光導波路との間で光伝送方向を変換させる光路変換部と、を具えた第二光伝送基板と、前記第一電気配線層と前記第二電気配線層との間に介在し、前記第二光伝送基板に前記第一光伝送基板を実装するために、これらと電気的に接続される実装手段と、を具備していることにより、第一光伝送基板と第二光伝送基板とが正確に位置合わせされて高精度な光結合が実現される。さらに、第一透明絶縁層により光伝送孔が覆われているため、光伝送孔中における光の閉じ込め効果が向上する。よって、第一光伝送基板と第二光伝送基板との間にて、十分に高効率な光信号の伝搬を達成することが可能となる。また、第一透明絶縁層と光導波路とが接するように実装することにより、高さ方向を安定して作製することができるため、光結合部の損失ばらつきを小さく抑えることが可能となるとともに、光路中への異物の混入なども防ぐことができる。

前記第二光伝送基板は、前記第二電気配線層を覆うように前記第三の主面側に設けられ、前記第二電気配線層が底部に露出した第二の凹部を有する第二透明絶縁層をさらに具備し、前記光路変換部が、前記第二透明絶縁層上に配設されていることにより、光導波路と光伝送孔の開口部との距離が近づくため、第一透明絶縁層の表面における開口部から光路変換部までの光の伝送距離を短縮することができるため、高効率な光信号の伝搬を達成することができる。

前記光伝送孔中に、前記第一透明絶縁層よりも高い屈折率を有し、光の伝送が可能な透明樹脂が設けられていることにより、透明樹脂中における光の閉じ込め効果が向上する。

また、本発明の光電気回路システムは、前記第一光伝送基板の前記第二の主面上に露出した第三電気配線層がさらに設けられた、前記記載の光電気回路基板と、前記第三電気配線層に電気的に実装され、前記光伝送孔と光学的に結合した光半導体素子と、を具備する光モジュールと、前記露出部に実装され、前記光半導体素子との間で信号の転送を行なう半導体集積回路素子と、を具備しており、光伝送によって半導体集積回路素子のデータ転送をおこなうことができる。

以下、本発明の光電気回路基板について、図面を参照しつつ説明するが、それらの図面は実施形態の一例に過ぎず、本発明はそれらに限定されるものではない。

図１は本発明の光電気回路基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は第一基板、２は第二基板、３は第一の主面、４は第二の主面、５は第三の主面、６は第一電気配線層、７は第二電気配線層、８は第三電気配線層、９は光伝送孔、１０は光導波路、１１は光路変換部、１２はソルダーレジスト層、１３は透明樹脂、１４は実装手段（図中では、ボールグリッドアレイ）、１５は第一透明絶縁層、１６は第二透明絶縁層、２２は第一光伝送基板、および２３は第二光伝送基板をそれぞれ示す。

図１において、第一光伝送基板２２はドーターボードとして用いられ、また、第二光伝送基板２３は、第一光伝送基板２２が実装されたマザーボードとして用いられている。ここでいうドーターボードとは、マザーボードに実装されることでマザーボードに対して機能を持たせる基板をいう。ドーターボードは、マザーボードと比較して、高速な電気配線設計が必要となるため、材料の誘電率や電気配線パターンのライン幅やスペース幅などの詳細な設計が必要となる。

以下に各構成についてそれぞれ説明する。

＜第一光伝送基板＞
第一基板１は、第一の主面３と第二の主面４とを有する。第一基板１としては、例えば、一般的に使用されているエポキシ樹脂やセラミックなどからなるプリント配線基板が用いられる。なかでも、機械的強度が大きく、熱による基板の反りに対して効果的に防止することが可能となるため、両面に同じ厚さの樹脂絶縁層を形成した対称層構造を有するプリント配線基板が好ましく、両面の樹脂絶縁層の厚さがほぼ同じであることがより好ましい。基板の厚みとしては、０．４〜１．５ｍｍとすることができる。

また、複雑な電気配線を設けることができることから、第一基板１としては、多層配線基板が好適に用いられる。ここで、多層配線基板とは、電気配線層と絶縁層とが交互に複数積層されたものであればよく、例えば、コア基板と配線基板表面側に形成されたビルドアップ層とからなる基板も含まれる。ここで、ビルドアップ層とは、電気配線層と絶縁層が交互に積層された多層基板であり、また、コア基板とは、ビルドアップ層が表面に設けられ、ビルドアップ層を支持する単層をいう。

第一電気配線層６は、第一基板１の第一の主面３側上に設けられている。さらに、第一基板２には、第二の主面４側にも第三電気配線層８が設けられており、第三電気配線層８は第一電気配線層６と、電気配線を介して電気的に接続されている。このように第二の主面４側にも第三電気配線層８が形成されていることにより、第三電気配線層８に光半導体素子等を搭載し、電気的に接続したうえで、ドーターボードとして他のプリント基板（マザーボード）に実装することができる。なお、第一の主面３とは、第一基板１における主面のうち、第二光伝送基板２３側に対向する主面をいう。また、第二の主面４とは、第一の主面３に対して裏面側の主面をいう。

第一電気配線層６としては、導電性材料であればよく、例えば、Ｃｕなどの金属が用いられる。

第一電気配線層６は、第一基板１の最表面に、例えば、銅箔を積層したのち、フォトリソグラフィを行い、エッチングすることにより作製される。

本発明において第一透明絶縁層１５は、一般的なソルダーレジストの代替材料として用いられるものである。第一透明絶縁層１５は、第一電気配線層６を覆うように第一基板１の第一の主面３上に設けられる。

第一透明絶縁層１５は、一般的に有色であるソルダーレジストとは異なり、透明である。そのため、第一電気配線層６に第一透明絶縁層１５を被覆した後の第一の凹部１７の形成工程において、第一透明絶縁層１５上からでも第一電気配線層６の位置を確認できるため、所望とする正確な位置に第一の凹部１７を作製することができる。

第一透明絶縁層１５は、第一の凹部１７を有する。ここで、第一の凹部１７は、その凹部の底面に第一電気配線層６が露出した形状を有するものである。この構成によれば、はんだなどの実装手段１４を第一の凹部１７に充填させることで、実装手段１４の一部が第一の凹部内と隙間無く嵌合することになる。そのため、第一透明絶縁層１５と実装手段１４との接続を強固なものとすることができるとともに、第二電気配線層７と実装手段１４との電気的接合を可能とする。なお、第一の凹部１７は、後述する光伝送孔９をマーカ（基準）としてマスク露光し、ベーク後に未露光部を現像することにより作製される。このようにすることで、実装手段位置を光伝送孔９を基準に精度よく設けることができ、実装の精度が向上する。

また、第一透明絶縁層１５の厚みは、一般的なソルダーレジストの厚みよりも大きく、具体的には５０μｍ以上である。５０μｍ以上の厚みであることにより、光路変換部１１と、第一透明絶縁層１５の表面の光伝送孔９の開口部と、の距離を短縮し、光の伝搬損失を減少させるような効果を得ることができる。

第一透明絶縁層１５としては、具体的には、いわゆる永久レジストがあげられる。ここで、永久レジストとは、高解像度で現像が容易であるにもかかわらず、イソプロピルアルコール、トリクロロエチレン、塩化メチレン、アセトンなどに対する耐溶剤性、高温、高アルカリ性条件下で長時間行われる無電解メッキに対する耐メッキ液性に優れ、更にははんだ付け工程の２６０℃前後の温度にも耐える耐熱性をもそなえるレジストをいう。永久レジストは、例えば、エポキシアクリレート樹脂に対して紫外光を照射等することにより作製される。なお、本発明における永久レジストは、５０〜４００μｍの厚みを有する第一透明絶縁層１５を形成するために、動粘度が２０００ｃｓｔの永久レジスト用樹脂を用いることが好ましい。そして、これを第一基板１上に塗布し、スピンコーティングしたのち、露光および現像をおこなうことにより、第一基板１上に第一透明絶縁層を設けることができる。なお、第一透明絶縁層１５の厚みを厚くするための方法としては、動粘度を高くする方法、厚膜用の塗布装置（例えば、ドクターブレードなど）を使用する、あるいは、スピンコーターの回転数を小さくするなどが挙げられる。

第一基板１および第一透明絶縁層１５には、第二の主面４から第一透明絶縁層１５まで光伝送孔９が設けられている。図１において、光伝送孔９として、第一基板１の第二の主面４に対して垂直とされ、第一基板１における第二の主面４から第一透明絶縁層１５までの間を貫通して、第二の主面４および第一透明絶縁層１５の表面にそれぞれ開口部を作製することで光を伝送させる貫通孔を示している。ここで、第一透明絶縁層１５の表面とは、第二光伝送基板２３に対向した面をいう。

例えば、第二の主面４における光伝送孔９の開口部に発光素子などの光半導体素子を設置した場合、発光素子から出射された光は光伝送孔９の内部を伝搬することによって、他方の主面まで光が伝送される。

光伝送孔９は、第一基板１中に設けられた第一光伝送孔９ａと、第一透明絶縁層１５中に設けられた第二光伝送孔９ｂと、から構成される。

第一光伝送孔９ａの形成には、通常のプリント基板の穿孔工程に使用されるドリルやレーザーが好適に使用される。そして、一方の主面から他方の主面まで第一基板１を貫通させることにより第一光伝送孔９ａは形成される。

また、第二光伝送孔９ｂは、第一光伝送孔９ａと同じ孔径を有するようにして作製される。第二光伝送孔９ｂの作製法としては、第一光伝送孔９ａの作製後に、ドリルやレーザーにより穿孔する方法、または、光伝送孔９をマーカ（基準）としてマスク露光し、ベーク後に未露光部を現像する方法などが挙げられる。とくに、第二光伝送孔９ｂの作製法としては、第一の凹部１７の作製工程と一つの工程でまとめて作製できることから、光伝送孔９をマーカ（基準）としてマスク露光し、ベーク後に未露光部を現像する方法が好ましい。

光伝送孔９内には、光の伝送が可能な透明樹脂１３が設けられていることが好ましい。そうすることにより、光伝送孔９の開口部における光反射を少なくしたうえで、さらに、光路変換部１１での光の散乱を少なくすることができる。

光伝送孔９内に透明樹脂１３を設ける場合、透明樹脂１３の屈折率は、第一透明絶縁層１５の屈折率よりも高いことが好ましい。それにより、第一透明絶縁層１５がクラッド部として、また、光伝送孔９内の透明樹脂１３がコア部として機能し、透明樹脂１３中に光信号を十分に閉じ込めることできる。

透明樹脂１３をとしては、光を照射すると屈折率が低下するフォトブリーチング現象を生じるポリシラン、あるいは光を照射した部分が現像により除去できる感光性のアクリル系樹脂やエポキシ樹脂等が挙げられる。

また、紫外線硬化型のアクリル系樹脂やエポキシ系樹脂を用いる場合は、光伝送孔９にこれらの感光性ポリマー材料を充填し、加熱硬化させた後、フォトマスク（光伝送孔９より小さい径の円形パターンの透光部を具備する）を介して紫外光を照射して現像を行うことにより紫外光照射部の樹脂を除去し、その後に光伝送孔９内の現像により除去された部分（光伝送孔中心部）に最初に充填した材料より屈折率の高い材料を充填し、フォトマスクを使用しないで紫外光を照射して硬化後、最後にポストベークを行うことにより、光伝送孔９内の透明樹脂１３に屈折率分布を形成する。また、一旦透明樹脂を充填した光伝送孔にドリルやレーザーで中心部に貫通穴を開けて、その内部にさらに屈折率の高い透明樹脂を充填して光伝送孔９内部に屈折率分布を形成することもできる。その際、第一透明絶縁層１５内の第二光伝送孔９ｂの大きさは、第一光伝送孔９ａの中心部孔径に合わせた大きさとするとよい。

光伝送孔９の孔径は、発光素子および受光素子のそれぞれの受発光径と後述する光路変換部１１の大きさとをもとにし、さらに、光の広がりを考慮することにより決定される。受光素子と光学的に結合した光伝送孔９の孔径は、受光素子の受光径よりも小さく、また、発光素子と光学的に結合した光伝送孔９の孔径は、発光素子の発光径よりも大きいことが好適である。例えば、直径１５μｍで２５０μｍピッチの４チャンネルアレイのＶＣＳＥＬを使用する場合は、光伝送孔９も発光部に合わせて直径１５μｍ以上およびピッチ２５０μｍとして各々の発光部に対して光伝送孔９を形成し、また、受光部が直径６５μｍで２５０μｍピッチの４チャンネルアレイのＰＤを使用する場合は光伝送孔９を直径６５μｍ以下およびピッチ２５０μｍとして各々の受光部に対して光伝送孔９を形成することが好ましい。

＜第二光伝送基板＞
第二光伝送基板２３は、第二基板２の第三の主面５を有し、第一基板１における第一の主面３と第三の主面５とが対向するように第一光伝送基板２２が実装されるものをいう。

第二基板２の材質、基板の厚み、実装構造などについては、特に限定されるものではなく、例えば、上述した第一基板１と同様であってもよい。

第二電気配線層７は、第二基板２の第三の主面５側に設けられている。そして、それにより、第二電気配線層７に対して実装手段を用いて、第一光伝送基板２２を実装させることができる。

なお、第三の主面５とは、第二基板２における主面のうち、第一光伝送基板２２側に対向する主面をいう。

光導波路１０は、第二基板２の第三の主面５側に設けられている。ここで、光導波路１０とは、第二基板２の厚さ方向とは垂直な方向に光を伝送する役割を果たすものである。

光導波路１０は、図１に示すように、コア部（図１の光導波路１０における斜線部）と、これを取り囲み、コア部よりも屈折率の小さいクラッド部とから構成されることが好ましい。コア部およびクラッド部のそれぞれの屈折率を調整することで良好な光伝搬が可能となる。

コア部を有する光導波路１０の作製方法には、直接露光法、屈折率変化法（フォトブリーチング法）、反応性イオンエッチング法等がある。

直接露光法で作製できる材料には、感光性を有するエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが上げられる。直接露光法では、コア部およびクラッド部に相当する材料を塗布・露光・現像することにより必要なパターンを得ることができる。例えば、ネガ型の感光性エポキシ樹脂を用いた場合、材料を塗布し、必要な箇所を露光する形のフォトマスクを用意して露光およびベークすることにより、露光された部分の樹脂は硬化され、露光されていない部分の樹脂は現像により除去されることによって所望のパターンが得られる。この方法を下部クラッド部および上部クラッド部とコア部の両方に適用することにより、基板全体で必要な箇所にのみ光導波路１０を形成することができる。光導波路のコア部およびクラッド部の形状や寸法は、例えば、マルチモードの光導波路の場合であれば、コア部の厚みを約５０μｍとすると、下部クラッド部および上部クラッド部の厚みを、それぞれコア部の半分の約２５μｍとして、約１００μｍの厚みの光導波路１０とすることができる。

光路変換部１１は、第一光伝送基板２２を第二光伝送基板２３に対して実装したときに、第一光伝送基板２２の光伝送孔９と、光導波路１０の双方に対して光学的に結合し、光伝送孔９と光導波路１０との間で光の伝送方向を変換させるはたらきを有する。具体的には、光路変換部１１が一定の傾斜角（例えば、第三の主面５に対して４５°）を有する光反射面であることにより、光の入射方向を略直角に変換させることができ、それぞれ光路方向の異なる光伝送孔９と光導波路１０に対して光学的に結合させることを可能としたものである。

図１において、光路変換部１１は、第一透明絶縁層１５の表面が有する光伝送孔９の開口の位置に対応した箇所に形成され、光路変換部１１は光導波路１０を形成した後に設けられる。ここで、「光伝送孔９の開口位置に対応した箇所」とは、第一光伝送基板２２を第二光伝送基板２３に実装したときに、光伝送孔９と光導波路１０の間でもっとも高効率な光結合を可能とできるような光路変換部１１の設置箇所をいう。

光路変換部１１の形成方法としては、一般的には先端が４５度又は９０度に加工されたダイヤモンドブレードを用いてダイシングソーで溝入れ加工することにより、光導波路の一部を斜めに切り取って形成される。それ以外にも、光導波路１０のパターニング時にグレイマスクや斜め露光等により斜面を形成する方法や、プリント基板切り分け時に使用するケガキ機などを用いる方法もある。

なお、図１では、光導波路１０に光路変換部１１を形成したものを具体例として挙げているが、本発明における光路変換部１１はそれに限定されず、例えば、光導波路１０とは別の構成であってもよい。

光路変換部１１は、光導波路１０の中途の表面に形成されたものでもよく、または、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ）等の様に光導波路１０を導波する光に対して反射率の高い膜を、蒸着法などの薄膜プロセス技術により表面に形成させたものでもよい。

第二光伝送基板２３は、第二電気配線層７を覆うように第二透明絶縁層１６をさらに具備することが好ましい。

本発明において第二透明絶縁層１６も第一透明絶縁層１５と同様に、一般的なソルダーレジストの代替材料として用いられるものである。

第二透明絶縁層１６は、第二の凹部１８を有する。ここで、第二の凹部１８は、その凹部の底面に第二電気配線層７が露出した形状を有するものである。この構成によれば、はんだなどの実装手段を第二の凹部１８に充填させることで、第二電気配線層７と実装手段との電気的接合を可能とする。

また、第二透明絶縁層１６の厚みおよび素材は、前述した第一透明絶縁層と同様であるため、それらの説明は省略する。

第二透明絶縁層１６を第二光伝送基板２３が具備する場合、光路変換部１１は第二透明絶縁層１６上に配設されていることが好ましい。これにより、光導波路１０と光伝送孔９の開口部との距離が近づき、第一透明絶縁層１５の表面における開口部から光路変換部１１までの光の伝送距離を短縮することができるため、高効率な光信号の伝搬を達成することができる。

＜実装手段＞
第一光伝送基板２２における主面３側、すなわち第二光伝送基板２３に対して実装する主面の側には、第一光伝送基板２２を第二光伝送基板２３に対して、実装するための実装手段１４が設けられている。この実装手段１４としては、例えば、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｗ，Ｍｏ，Ａｌ，Ａｕなどの金属で形成したものが用いられている。第二光伝送基板２３の第三の主面５にも対応する位置に実装手段として同様の電極が設けられており、半田などを介して第一光伝送基板２２が第二光伝送基板２３に実装される。

具体的な実装手段１４としては、例えば、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ），ＰＧＡ（Ｐｉｎ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ），ＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等が挙げられる。

実装手段１４は、第一の凹部１７内に充填されて第一電気配線層６と電気的に接続され、さらに、第二の凹部１８内に充填されて第二電気配線層７と電気的に接続される。

以下に、図２および図３をもとにして、本発明の光電気回路基板（図１）の作製手順を示す。

まず、第一電気配線層６と第三電気配線層８と第一光伝送孔９ａとを既に設けた第一基板１（図２（ａ））の第一の主面３上に、エポキシ樹脂などの第一透明絶縁層１５を作製する。その後に、光伝送孔９をマーカ（基準）としてマスク露光し、ベーク後に未露光部を現像することにより、第一透明絶縁層１５に対して所望の位置に第二光伝送孔９ｂと第一の凹部１７を形成する（図２（ｂ））。

そして、光伝送孔９に対して、エポキシ樹脂などの透明樹脂１３を充填し（図２（ｃ））、さらに、実装手段としてはんだボールを第一の凹部１７に設ける（図２（ｄ））。

また、第二電気配線層７を既に設けた第二基板２（図３（ａ））の第三の主面５上に、エポキシ樹脂などの第二透明絶縁層１６を形成し（図３（ｂ））、その後に、露光および現像することにより、第二の凹部１８を形成する（図３（ｃ））。

そして、第二の凹部１８をマーカ（基準）にして、光導波路１０および光路変換部１１所望とする位置に設ける（図３（ｄ））。

最後に、図２（ｄ）に示す第一光伝送基板２２の第一の凹部１７に設けたはんだボールを、第二光伝送基板２３の第二の凹部１８に嵌るように仮に設置したのち、リフロー炉中において、はんだボールを溶融させ、セルフアライメントさせながら、はんだボールにより第一光伝送基板２２を第二光伝送基板２３に実装させることで、図１の光電気回路基板を作製することができる。

なお、第一透明絶縁層１５の表面と光導波路１１との間の距離が近づくように、第一光伝送基板２２を第二光伝送基板２３に押圧しながら実装することにより、得られた光回路基板における光結合部の損失ばらつきを抑制することができ、また、第一透明絶縁層１５と光導波路１１との間への異物の混入などを防ぐことができる。

このように、（１）光伝送孔９を基準として、第一電気配線層６の位置に第一の凹部１７を形成する工程と、（２）第二の凹部１８を基準として、光伝送孔９と光学的に結合できる位置に光路変換体１１を位置合わせする工程と、（３）第一光伝送基板２２と第二光伝送基板２３とをセルフアライメントして実装する工程と、をおこなうことにより、本発明の光電気回路基板は作製される。

＜本発明の光モジュールおよび光電気回路システム＞
本発明の光モジュールは、第二の主面４上に露出した第三電気配線層８上が設けられ、さらに、第三電気配線層８に電気的に実装された光半導体素子１９を搭載したものをいう。光半導体素子１９は光伝送孔９と光学的に結合されており、さらに、光路変換体１１を介して光導波路１０との間で光信号の伝搬をおこなうことが可能となる。ここで、光半導体素子１９としては、発光素子や受光素子が挙げられる。

例えば、図４において、光半導体素子１９として発光素子が搭載される場合、その発光点から出射した光信号は光伝送孔９を伝搬したのち、光路変換部１１において反射されて光路が略９０度変換され、光導波路１０の端部に到達する。

本発明の光モジュールは、図４の実施態様の他に、第三電気配線層に電気的に実装された光半導体素子１９を具備する第一光伝送基板２２を２つ、１つの第二光伝送基板２３に実装し、さらに、光半導体素子の１つが発光素子および光半導体素子の１つが受光素子であって、それらの発光素子と受光素子とが光学的に結合したものでもよい。その場合、構成としては、光導波路と発光素子と受光素子とが全て光学的に結合するように、光導波路の両端にそれぞれ光路変換体を設け、光路を略９０度変換させる。

本発明の光電気回路システムは、図４に示すように、光モジュールに対して、さらに半導体集積回路２１を搭載したものをいう。ここで、半導体集積回路２１としては、ＣＰＵ（セントラルプロセシングユニット）、ＧＰＵ（グラフィックスプロセッシングユニット）などがあげられる。

本発明の光電気回路システムは、光伝送によって半導体集積回路素子からの電気信号を光半導体素子において光に変換のデータ転送をおこなうことができる。

また、本発明の光電気回路システムは、半導体集積回路素子２１が光半導体素子１９と同じ第二の主面４側に設けられて、それらの距離が短いため、電気信号および光信号からなる情報伝達経路をより短縮化することができる。

図１は、本発明の光電気回路基板の実施の形態の一例を模式的に示す断面図である。 図２（ａ）〜（ｄ）は、第二光伝送基板に実装前の第一光伝送基板の製法の一例を模式的に示す断面図である。 図３（ａ）〜（ｄ）は、第一光伝送基板を実装前の第二光伝送基板の製法の一例を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明の光電気回路システムの実施の形態の一例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 第一基板
２ 第二基板
３ 第一の主面
４ 第二の主面、
５ 第三の主面、
６ 第一電気配線層
７ 第二電気配線層
８ 第三電気配線層
９ 光伝送孔
９ａ 第一光伝送孔
９ｂ 第二光伝送孔
１０ 光導波路
１１ 光路変換部
１２ ソルダーレジスト層
１３ 透明樹脂
１４ 実装手段
１５ 第一透明絶縁層
１６ 第二透明絶縁層
１７ 第一の凹部
１８ 第二の凹部
１９ 光半導体素子（発光素子）
２０ ＶＣＳＥＬドライバ
２１ 半導体集積回路素子（ＣＰＵ）
２２ 第一光伝送基板
２３ 第二光伝送基板

Claims (5)

1. 第一の主面と第二の主面とを有する第一基板と、前記第一の主面側に設けられた第一電気配線層と、前記第一電気配線層を覆うように前記第一の主面側に設けられ、前記第一電気配線層が底部に露出した第一の凹部を有する第一透明絶縁層と、両主面間を貫通し、前記第二の主面および前記第一透明絶縁層の表面にそれぞれ開口部を有する光伝送孔と、を具えた第一光伝送基板と、
   前記第一の主面と対向した第三の主面を有する第二基板と、前記第三の主面側に設けられた、第二電気配線層と、光導波路と、前記第一光伝送基板の前記光伝送孔と前記光導波路との間で光伝送方向を変換させる光路変換部と、を具えた第二光伝送基板と、
   前記第一電気配線層と前記第二電気配線層との間に介在し、前記第二光伝送基板に前記第一光伝送基板を実装するために、これらと電気的に接続される実装手段と、
   を具備する光電気回路基板。
2. 前記第二光伝送基板は、
   前記第二電気配線層を覆うように前記第三の主面側に設けられ、前記第二電気配線層が底部に露出した第二の凹部を有する第二透明絶縁層をさらに具備し、前記光路変換部が、前記第二透明絶縁層上に配設されている請求項１記載の光電気回路基板。
3. 前記光伝送孔中に、前記第一透明絶縁層よりも高い屈折率を有し、光の伝送が可能な透明樹脂が設けられている請求項１または２記載の光電気回路基板。
4. 前記第一光伝送基板の前記第二の主面上に露出した第三電気配線層がさらに設けられた、請求項１乃至３のいずれかに記載の光電気回路基板と、
   前記第三電気配線層に電気的に実装され、前記光伝送孔と光学的に結合した光半導体素子と、を具備する光モジュール。
5. 請求項４に記載の光モジュールと、
   前記第三電気配線層に実装され、前記光半導体素子との間で信号の転送を行なう半導体集積回路素子と、を具備する光電気回路システム。

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