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

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^２以上20ｍｍ^２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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