KR102576473B1

KR102576473B1 - 광 전기 혼재 기판

Info

Publication number: KR102576473B1
Application number: KR1020197014819A
Authority: KR
Inventors: 나오토 고네가와; 유이치 츠지타
Original assignee: 닛토덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2023-09-07
Also published as: TWI766901B; TW201825939A; US20200057214A1; WO2018101098A1; KR20190088474A; JP6959731B2; CN109997062A; JP2018091890A; US10845554B2

Abstract

광의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있는 광 전기 혼재 기판을 제공한다. 본 발명의 광 전기 혼재 기판(A1, B1)은 전기 회로 기판(E)과, 상기 전기 회로 기판(E)의 제1 면에 실장된 발광 소자(11), 수광 소자(12)와, 상기 전기 회로 기판(E)의, 상기 제1 면과 반대측의 제2 면에 적층 형성되어 광로용의 코어(7)를 갖는 광 도파로(W)를 포함하고, 상기 광 도파로(W)의 코어(7)가, 광(L)을 반사하여 상기 코어(7)와 상기 발광 소자(11), 수광 소자(12) 사이의 광 전파를 가능하게 하는 광 반사면(7a, 7b)이 형성된 단부와, 상기 코어(7)의 단부측으로부터 상기 발광 소자(11), 수광 소자(12)를 향하여 연장된 연장부(7A, 7B)와, 그 연장원인 메인부(7D)를 가지고 있고, 그 코어(7)의 연장부(7A, 7B)와, 그 연장원인 코어(7)의 메인부(7D)는, 이들의 축 방향과 직각인 단면 형상이 서로 상이하다.

Description

광 전기 혼재 기판

본 발명은 전기 회로 기판과, 이 전기 회로 기판에 실장된 광 소자와, 상기 전기 회로 기판에 적층 형성된 광 도파로를 포함한 광 전기 혼재 기판에 관한 것이다.

최근의 전자 기기 등에서는, 전송 정보량의 증가에 따라, 전기 배선에 더하여, 광 배선이 채용되고 있다. 그와 같은 것으로서, 예컨대, 다음과 같은 광 전기 혼재 기판(제1 종래예)이 제안되어 있다. 이 광 전기 혼재 기판은, 절연층의 표면(제1 면)에 전기 배선이 형성되어 이루어지는 전기 회로 기판과, 이 전기 회로 기판의 상기 절연층의 이면〔제2 면: 전기 배선의 형성면(제1 면)과 반대측의 면〕에 적층된 광 도파로〔제1 클래드층, 코어(광 배선), 제2 클래드층〕와, 상기 전기 배선의 형성면 중 상기 광 도파로의 양 단부에 대응하는 부분에 실장된 발광 소자 및 수광 소자를 포함하고 있다. 이 광 전기 혼재 기판에서는, 광 도파로의 양 단부가, 상기 코어의 길이 방향(광이 전파하는 방향)에 대하여 45°경사한 경사면으로 형성되고, 그들 경사면에 위치하는 코어의 부분이 광 반사면으로 되어 있다. 또한, 상기 절연층은, 투광성을 가지고 있고, 상기 발광 소자와 제1 단부의 광 반사면 사이 및 상기 수광 소자와 제2 단부(제1 단부와 반대측의 단부)의 광 반사면 사이에서, 상기 절연층을 투과하여 광이 전파 가능하게 되어 있다.

상기 광 전기 혼재 기판에 있어서의 광의 전파는, 다음과 같이 하여 행해진다. 먼저, 발광 소자로부터 광이 제1 단부의 광 반사면을 향하여 발광된다. 그 광은, 상기 절연층을 통과한 후, 광 도파로의 제1 단부의 제1 클래드층을 빠져나가, 코어의 제1 단부의 광 반사면에서 반사하여(광로를 90°변환하여), 코어 내를, 길이 방향으로 진행한다. 그리고, 그 코어 내를 전파한 광은, 코어의 제2 단부의 광 반사면에서 반사하여(광로를 90°변환하여), 수광 소자를 향하여 진행한다. 계속해서, 그 광은, 제2 단부의 제1 클래드층을 빠져나가 출사되어, 상기 절연층을 통과한 후, 수광 소자로 수광된다.

그러나, 상기 발광 소자로부터 발광된 광 및 제2 단부의 광 반사면에서 반사한 광은, 확산한다. 그 때문에, 일반적으로, 상기 발광 소자의 발광부의 발광면은 작고, 상기 수광 소자의 수광부의 수광면은 넓게 형성되어 있지만, 결국 유효하게 전파되는 광의 양이 적어, 광의 전파 손실이 크다.

그래서, 광의 전파 손실을 작게 하기 위해, 광 도파로에 있어서, 상기 광 반사면에 대응하는 코어의 단부측으로부터 상기 발광 소자, 수광 소자를 향하여 코어를 연장하고, 그 연장부의 선단면과 상기 발광 소자의 발광부 사이의 거리 및 상기 연장부의 선단면과 상기 수광 소자의 수광부 사이의 거리를 짧게 한 광 전기 혼재 기판(제2 종래예)이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 즉, 이 광 전기 혼재 기판에서는, 상기 발광 소자의 발광부로부터 상기 연장부의 선단면까지의 거리를 짧게 하고 있기 때문에, 상기 발광 소자의 발광부의 발광면으로부터 발광된 광이 그다지 확산하지 않는 동안에, 그 광을 상기 코어의 연장부의 선단면에 입사시킬 수 있다. 또한, 마찬가지로, 상기 연장부의 선단면으로부터 상기 수광 소자의 수광부까지의 거리를 짧게 하고 있기 때문에, 상기 코어의 연장부의 선단면으로부터 출사한 광이 그다지 확산하지 않는 동안에, 그 광을 상기 수광 소자의 수광부의 수광면에서 수광할 수 있다. 그 때문에, 광의 전파 손실을 작게 할 수 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2010-140055호 공보

그러나, 최근에는, 광의 전파 손실을 더욱 작게 하는 것이 요구되고 있다. 상기 특허문헌 1의 광 전기 혼재 기판은, 그 점에서 개선의 여지가 있다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 광의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있는 광 전기 혼재 기판을 제공한다.

본 발명의 광 전기 혼재 기판은, 전기 회로 기판과, 상기 전기 회로 기판의 제1 면에 실장된 광 소자와, 상기 전기 회로 기판의, 상기 제1 면과 반대측의 제2 면에 적층 형성되어 광로용의 코어를 갖는 광 도파로를 포함한 광 전기 혼재 기판이고, 상기 광 도파로의 코어가, 광을 반사하여 상기 코어와 상기 광 소자 사이의 광 전파를 가능하게 하는 광 반사면에 형성된 단부와, 그 코어의 단부측으로부터 상기 광 소자를 향하여 연장된 연장부와, 그 연장원인 메인부를 가지고, 상기 코어의 연장부와, 상기 코어의 메인부는, 이들의 축 방향과 직각인 단면의 형상이 서로 상이하다고 하는 구성을 취한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 단면 형상이 상사형인 것은, 단면의 치수가 서로 상이해지기 때문에, 단면의 형상이 서로 상이한 것으로서 취급한다.

본 발명자들은 상기 코어의 연장부가 형성된 광 전기 혼재 기판에 있어서, 광의 전파 손실을 더욱 작게 하기 위해 연구를 거듭하였다. 그 과정에서, 상기 코어의 연장부와, 그 연장원인 코어의 메인부에 대해서, 이들의 축 방향과 직각인 단면의 형상을 서로 상이하게 하는 것을 착상하였다. 종래는, 상기 코어의 연장부의 선단면과 광 소자 사이의 거리를 짧게 하는 것에 중점을 두고 있었기 때문에, 코어의 연장부를, 그 연장원인 코어의 메인부와 동일한 치수로 형성하고 있으며, 상기한 바와 같이 서로의 단면 형상을 상이하게 하는 발상에는 이르지 않았다. 그 때문에, 상기 코어의 연장부도, 그 연장원인 코어의 메인부도, 동일한 단면 형상으로 형성하고 있었다.

그래서, 본 발명자들의 상기 착상과 같이, 코어의 연장부와, 그 연장원인 코어의 메인부에서, 서로의 단면 형상을 상이하게 하면, 상기 코어의 연장부의 형상의 자유도를 크게 할 수 있다. 그 때문에, 광 소자의 종류나 광 전기 혼재 기판의 구조 등에 따라, 광의 전파 손실이 더욱 작아지도록, 상기 코어의 연장부의 형상을 형성할 수 있는 것을 발견하였다.

예컨대, 광 소자가 발광 소자이면, 발광 소자의 발광부로부터 발광된 광은 확산하기 때문에, 그 광을 입사시키는 연장부의 선단면을 넓게 형성함으로써, 그 선단면에, 보다 많은 광을 입사시킬 수 있게 되기 때문에, 광의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다. 또한, 광 소자가 수광 소자이면, 그 수광 소자측의 연장부의 선단면으로부터 출사하는 광은 확산하기 때문에, 그 광을 출사하는 연장부의 선단면을 작게 형성함으로써, 수광 소자의 수광부의 수광면에 있어서, 광의 확장을 보다 작게 한 상태로 수광할 수 있게 되기 때문에, 광의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다.

본 발명의 광 전기 혼재 기판은, 코어의 단부측으로부터 광 소자를 향하여 연장된 연장부가 형성되어 있기 때문에, 코어의 연장부의 선단면과 광 소자 사이의 거리를 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 코어의 연장부의 선단면과 광 소자 사이에서, 광이 그다지 확산하지 않는 동안에, 광의 전파가 가능해지기 때문에, 유효하게 전파되는 광의 양이 많아, 광의 전파 손실을 작게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 광 전기 혼재 기판은, 코어의 연장부와, 그 연장원인 코어의 메인부는, 이들의 축 방향과 직각인 단면의 형상이 서로 상이하기 때문에, 상기 코어의 연장부의 형상의 자유도를 크게 할 수 있다. 그 때문에, 광 소자의 종류나 광 전기 혼재 기판의 구조 등에 따라, 광의 전파 손실이 더욱 작아지도록, 상기 코어의 연장부의 형상을 형성할 수 있다.

예컨대, 상기 연장부가 발광 소자측의 연장부이면, 그 연장부의 선단면을 넓게 형성함으로써, 그 선단면에, 보다 많은 광을 입사시킬 수 있어, 광의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다. 또한, 상기 연장부가 수광 소자측의 연장부이면, 그 연장부의 선단면을 작게 형성함으로써, 수광 소자의 수광부의 수광면에 있어서, 광의 확장을 보다 작게 한 상태로 수광할 수 있게 되기 때문에, 광의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다.

특히, 상기 전기 회로 기판이, 투광성을 갖는 절연층과, 이 절연층의 제1 면에 형성된 전기 배선을 포함하고, 상기 절연층의 상기 제1 면과 반대측의 제2 면이, 상기 광 도파로가 적층 형성된 상기 전기 회로 기판의 제2 면이고, 상기 코어의 연장부의 선단면이, 상기 절연층의 상기 제2 면에 접촉하고 있는 경우에는, 상기 연장부의 선단면을, 상기 절연층에 의해, 물리적으로도 화학적으로도 보호할 수 있다. 그 때문에, 상기 연장부의 선단면의 상태를 적정하게 유지할 수 있어, 광의 전파 손실을 더욱 작게 한 상태를 유지할 수 있다.

그리고, 상기 광 소자가 발광 소자이고, 상기 코어의 연장부의 선단면의 면적이, 그 발광 소자의 발광부의 발광면의 면적보다 크게 되어 있는 경우에는, 발광 소자의 발광부의 발광면으로부터 발광된 광이 확산하여도, 상기 연장부의 선단면(광 입사면)이 넓기 때문에, 그 연장부의 선단면에, 보다 많은 광을 입사시킬 수 있게 된다. 그 때문에, 광의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다.

또한, 상기 광 소자가 수광 소자이고, 상기 코어의 연장부의 선단면의 면적이, 그 수광 소자의 수광부의 수광면의 면적보다 작게 되어 있는 경우에는, 상기 연장부의 선단면으로부터 출사된 광이 확산하여도, 그 연장부의 선단면(광 출사면)이 작기 때문에, 수광 소자의 수광부의 수광면에 있어서, 광의 확장을 보다 작게 한 상태로 수광할 수 있게 된다. 그 때문에, 광의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다.

또한, 상기 코어의 연장부의 측둘레면이, 상기 광 도파로의 클래드층에 접촉한 상태로 되어 있고, 상기 코어의 연장부에 있어서의 상기 클래드층과의 계면 부분이, 상기 코어의 형성 재료에 상기 클래드층의 형성 재료가 혼합된 혼합층으로 형성되어 있는 경우에는, 그 혼합층의 형성이 없으면 상기 코어의 연장부와 상기 클래드층의 계면이 조면으로 형성되는 경우가 있지만, 상기 혼합층이 형성되면, 그 혼합층의 양면은 조면으로 형성되지 않는다. 그리고, 상기 연장부 안을 진행하는 광은, 그 계면(조면)에서 반사하는 것이 아니며, 상기 혼합층의 양면 중 코어의 내측을 향하는 면에서 반사하기 때문에, 그 반사가 적정하게 된다. 그 결과, 광의 전파 효율을 유지할 수 있어, 광의 전파 손실을 더욱 작게 한 상태를 유지할 수 있다.

그리고, 상기 코어의 연장부가, 그 연장부의 선단면을 향하여 서서히 가늘어지고 있는 경우에는, 상기 연장부의 측둘레면이, 경사면이 되기 때문에, 그 경사면에서의 광의 반사에 의해, 광을 적정하게 유도할 수 있다. 예컨대, 상기 연장부가 발광 소자측의 연장부이면, 그 연장부의 선단면으로부터 입사한 광을, 상기 경사면에서의 반사에 의해, 효율적으로 코어 단부의 광 반사면에 유도할 수 있다. 그 때문에, 광의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다. 또한, 상기 연장부가 수광 소자측의 연장부이면, 코어 단부의 광 반사면에서 반사한 광을, 상기 경사면에서의 반사에 의해, 효율적으로 상기 연장부의 선단면에 유도할 수 있다. 그 때문에, 광의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다.

또한, 상기 광 반사면에 있어서의 상기 광 소자측의 단부가, 상기 코어의 연장부의 영역에 위치하고 있는 경우에는, 발광 소자측의 연장부에 있어서, 상기 광 반사면에서 반사한 광을, 효율적으로 상기 연장부의 선단면에 유도할 수 있기 때문에, 광의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 광 전기 혼재 기판의 제1 실시형태를 이용한 광 전기 혼재 모듈을 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 2의 (a)∼(c)는 상기 광 전기 혼재 기판의 전기 회로 기판의 형성 공정을 모식적으로 나타내는 설명도이고, (d)는 상기 광 전기 혼재 기판의 금속층의 형성 공정을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 3의 (a)∼(d)는 상기 광 전기 혼재 기판의 광 도파로의 형성 공정을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 4의 (a)는 상기 광 도파로의 형성 공정을 모식적으로 나타내는 설명도이고, (b)는 상기 광 전기 혼재 기판의 광 소자의 실장 공정을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 광 전기 혼재 기판의 제2 실시형태를 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 6의 (a), (b)는 상기 광 전기 혼재 기판의 광 도파로의 형성 공정의 일부를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 광 전기 혼재 기판의 제3 실시형태를 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 광 전기 혼재 기판의 제4 실시형태를 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 9는 상기 광 전기 혼재 기판의 광 도파로의 형성 공정의 일부를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 10은 본 발명의 광 전기 혼재 기판의 제5 실시형태를 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 11의 (a)는 종래의 광 전기 혼재 기판의 광 도파로에 있어서의, 레이저 가공한 광 반사면을 모식적으로 나타내는 확대 단면도이고, (b)는 본 발명의 상기 제5 실시형태의 광 도파로에 있어서의, 레이저 가공한 광 반사면을 모식적으로 나타내는 확대 단면도이다.

다음에, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 자세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 광 전기 혼재 기판의 제1 실시형태를 이용한 광 전기 혼재 모듈을 나타내는 종단면도이다. 이 실시형태의 광 전기 혼재 기판(A1, B1)은 도 1에 나타내는 바와 같이, 광 파이버(F)의 양단부에 접속되어 사용되는 것이며, 이들 광 전기 혼재 기판(A1, B1)과 광 파이버(F)로 광 전기 혼재 모듈을 형성하고 있다. 각 단부의 광 전기 혼재 기판(A1, B1)은, 전기 회로 기판(E)과, 이 전기 회로 기판(E)의 제1 면(도 1에서는 상면)에 실장된 광 소자(11, 12)와, 상기 전기 회로 기판(E)의, 상기 제1 면과 반대측의 제2 면(도 1에서는 하면)에 적층 형성된 광 도파로(W)를 포함하고 있다. 상기 광 소자(11, 12)는, 제1 단부(도 1에서는, 좌단부)의 광 전기 혼재 기판(A1)에 포함되어 있는 것이 발광 소자(11)이며, 제2 단부(도 1에서는, 우단부)의 광 전기 혼재 기판(B1)에 포함되어 있는 것이 수광 소자(12)이다. 또한, 이 실시형태서는, 상기 전기 회로 기판(E)과 상기 광 도파로(W) 사이 중, 상기 발광 소자(11) 및 상기 수광 소자(12)가 실장되는 실장용 패드(2a)에 대응하는 부분에, 보강용의 금속층(M)이 마련되어 있다.

보다 자세하게 설명하면, 상기 전기 회로 기판(E)은, 투광성을 갖는 절연층(1)의 제1 면(도 1에서는 상면)에, 전기 배선(2)과 상기 실장용 패드(2a)가 형성되고, 그 전기 배선(2)이 커버레이(3)로 피복된 것으로 되어 있다.

상기 광 도파로(W)는, 광로용의 코어(7)를 가지고 있고, 그 코어(7)는, 제1 클래드층(6)과 제2 클래드층(8)으로 협지되어 있는 메인부(7D)와, 그 코어(7)의 메인부(7D)의 제1 단부측으로부터 상기 발광 소자(11), 상기 수광 소자(12)를 향하여 연장된 사각 기둥형의 연장부(7A, 7B)를 포함하고 있다. 그리고, 상기 발광 소자(11) 및 상기 수광 소자(12)에 대응하는, 광 도파로(W)의 제1 단부는, 코어(7)의 메인부(7D)의 길이 방향에 대하여 45°경사한 경사면으로 형성되어 있고, 그 경사면에 위치하는 코어(7)의 메인부(7D)의 부분은, 광 반사면(7a, 7b)으로 되어 있다. 또한, 상기 광 도파로(W)의 제2 단부〔광 반사면(7a, 7b)(제1 단부)과 반대측의 단부〕는, 코어(7)의 길이 방향에 대하여 직각인 직각면으로 형성되어 있고, 그 직각면에 위치하는 코어(7)의 부분은, 상기 광 파이버(F)의 코어(10)의 단부면에 접속되는 접속면(7c)으로 되어 있다.

그리고, 상기 코어(7)의, 광 반사면(7a, 7b)의 형성 부분(단부)을 제외한 메인부(7D)도 연장부(7A, 7B)도, 이들의 축 방향과 직각인 단면은, 이 실시형태에서는, 정방형으로 형성되어 있지만, 메인부(7D)와 연장부(7A, 7B)에서는, 상기 단면(정방형)의 치수(1변의 길이)가 서로 상이하다(단면 형상이 서로 상이함). 또한, 이 실시형태에서는, 발광 소자(11)측[광 전기 혼재 기판(A1)]의 연장부(7A)의 단면적은, 수광 소자(12)측[광 전기 혼재 기판(B1)]의 연장부(7B)의 단면적보다, 크게 되어 있다. 그리고, 발광 소자(11)측[광 전기 혼재 기판(A1)]의 연장부(7A)의 선단면의 면적은, 발광 소자(11)의 발광부(11a)의 발광면의 면적보다 크게 되어 있고, 수광 소자(12)측[광 전기 혼재 기판(B1)]의 연장부(7B)의 선단면의 면적은, 수광 소자(12)의 수광부(12a)의 수광면의 면적보다 작게 되어 있다. 이 경우, 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 하는 관점에서, 발광 소자(11)측의 광 전기 혼재 기판(A1)에서는, 평면에서 보아, 발광 소자(11)측의 연장부(7A)의 선단면의 영역 내에, 발광 소자(11)의 발광부(11a)의 발광면 전체가 위치하고 있는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 수광 소자(12)측의 광 전기 혼재 기판(B1)에서는, 평면에서 보아, 수광 소자(12)의 수광부(12a)의 수광면의 영역 내에, 수광 소자(12)측의 연장부(7B)의 선단면 전체가 위치하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 발광 소자(11)의 발광부(11a)의 발광면은, 통상, 직경 15 ㎛ 정도의 원형이고, 수광 소자(12)의 수광부(12a)의 수광면은, 통상, 직경 35∼45 ㎛ 정도의 원형이다.

또한, 코어(7)의 연장부(7A, 7B)의 선단면은, 이 실시형태에서는, 상기 전기 회로 기판(E)의 절연층(1)의 제2 면(도 1에서는 하면)에 접촉하고 있다. 또한, 이 실시형태에서는, 상기 연장부(7A, 7B)의 측둘레면의 주위에, 공기로 채워진 공동부(20)가 형성되어 있고, 상기 연장부(7A, 7B) 및 공동부(20)는, 상기 절연층(1), 금속층(M), 제1 클래드층(6) 및 코어(7)의 메인부(7D)에 의해 밀폐된 상태로 되어 있다.

상기 금속층(M)은, 상기 전기 회로 기판(E)의 절연층(1)과 상기 광 도파로(W)의 제1 클래드층(6) 사이에 배치되어 있다. 그리고, 상기 발광 소자(11)와 상기 광 반사면(7a) 사이에 대응하는 상기 금속층(M)의 부분 및 상기 수광 소자(12)와 상기 광 반사면(7b) 사이에 대응하는 상기 금속층(M)의 부분에, 관통 구멍(5)이 형성되어 있다.

상기 광 전기 혼재 모듈에 있어서의 광 전파는, 다음과 같이 하여 행해진다. 즉, 먼저, 제1 단부(도 1에서는, 좌단부)의 광 전기 혼재 기판(A1)에 있어서, 상기발광 소자(11)의 발광부(11a)의 발광면으로부터 코어(7)의 연장부(7A)의 선단면을 향하여, 광(L)이 발광된다. 그 광(L)은, 상기 절연층(1)을 투과하여, 상기 연장부(7A)의 선단면으로부터, 그 연장부(7A) 내에 입사한다. 계속해서, 그 광(L)은, 상기 코어(7)의 메인부(7D)의 제1 단부의 광 반사면(7a)에서 반사하여, 광로를 90°변환하고, 그 코어(7)의 메인부(7D) 내를 제2 단부의 접속면(7c)까지 전파한 후, 그 접속면(7c)으로부터 출사한다. 계속해서, 그 광(L)은, 상기 광 파이버(F)의 코어(10)의 제1 단부(도 1에서는, 좌단부)로부터 그 광 파이버(F)의 코어(10) 내에 입사하여, 그 광 파이버(F)의 코어(10) 내를 제2 단부(도 1에서는, 우단부)까지 전파한 후, 그 제2 단부로부터 출사한다. 계속해서, 그 광(L)은, 제2 단부(도 1에서는, 우단부)의 광 전기 혼재 기판(B1)에 있어서, 코어(7)의 제2 단부의 접속면(7c)으로부터 그 코어(7)의 메인부(7D)에 입사한다. 계속해서, 그 광(L)은, 상기 코어(7)의 메인부(7D)의 제1 단부의 광 반사면(7b)까지 전파하고, 그 광 반사면(7b)에서 반사하여, 광로를 90°변환하고, 코어(7)의 연장부(7B)에 전파한다. 계속해서, 그 광(L)은, 상기 연장부(7B)의 선단면으로부터 출사하여, 상기 절연층(1)을 투과한 후, 수광 소자(12)의 수광부(12a)의 수광면에서 수광된다.

상기 광 전파에 있어서, 제1 단부(도 1에서는, 좌단부)의 광 전기 혼재 기판(A1)에서는, 코어(7)의 제1 단부측으로부터 발광 소자(11)를 향하여 연장된 연장부(7A)가 형성되어 있기 때문에, 그 연장부(7A)의 선단면과 발광 소자(11)의 발광부(11a) 사이의 거리를 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 발광 소자(11)의 발광부(11a)의 발광면으로부터 발광된 광(L)을, 그 광(L)이 그다지 확산하지 않는 동안에, 상기 연장부(7A)의 선단면으로부터 입사시킬 수 있다. 그 결과, 유효하게 입사되는 광(L)의 양이 많아져, 광(L)의 전파 손실을 작게 할 수 있다. 또한, 발광 소자(11)측[광 전기 혼재 기판(A1)]의 연장부(7A)의 선단면(광 입사면)의 면적이, 발광 소자(11)의 발광부(11a)의 발광면의 면적보다 크게 되어 있다. 그 때문에, 발광 소자(11)의 발광부(11a)로부터 발광된 광(L)이 확산하여도, 상기 연장부(7A)의 선단면(광 입사면)에, 보다 많은 광(L)을 입사시킬 수 있다. 그 결과, 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다.

또한, 제2 단부(도 1에서는, 우단부)의 광 전기 혼재 기판(B1)에서는, 코어(7)의 제1 단부측으로부터 수광 소자(12)를 향하여 연장된 연장부(7B)가 형성되어 있기 때문에, 그 연장부(7B)의 선단면과 수광 소자(12)의 수광부(12a) 사이의 거리를 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 상기 연장부(7B)의 선단면으로부터 출사한 광(L)을, 그 광(L)이 그다지 확산하지 않는 동안에, 상기 수광 소자(12)의 수광부(12a)의 수광면에서 수광할 수 있다. 그 때문에, 유효하에 수광되는 광(L)의 양이 많아져, 광(L)의 전파 손실을 작게 할 수 있다. 또한, 수광 소자(12)측[광 전기 혼재 기판(B1)]의 연장부(7B)의 선단면(광 출사면)의 면적이, 수광 소자(12)의 수광부(12a)의 수광면의 면적보다 작게 되어 있다. 그 때문에, 그 연장부(7B)의 선단면(광 출사면)으로부터 출사된 광(L)이 확산하여도, 수광 소자(12)의 수광부(12a)의 수광면에 있어서, 광(L)의 확장을 보다 작게 한 상태로 수광할 수 있게 된다. 그 결과, 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다.

여기서, 상기 코어(7)의 연장부(7A, 7B)의 측둘레면은, 공기[공동부(20)]에 접촉하고 있다. 상기 연장부(7A, 7B)의 굴절률은 1을 넘는 값이고, 상기 공기의 굴절률은 1이다. 이 굴절률차에 의해, 상기 연장부(7A, 7B)를 전파하는 광(L)은, 연장부(7A, 7B)의 측둘레면을 투과하지 않고, 그 측둘레면에서 반사하여, 연장부(7A, 7B)로부터 새지 않는 것이다.

또한, 상기 광 반사면(7a, 7b)의 외측도, 공기이기 때문에, 코어(7)의 메인부(7D)와 공기의 굴절률차에 의해, 광(L)은, 상기 광 반사면(7a, 7b)을 투과하지 않고, 그 광 반사면(7a, 7b)에서 반사하는 것이다.

그리고, 상기 광 전기 혼재 기판(A1, B1)에서는, 상기 연장부(7A, 7B) 및 공동부(20)가, 상기 절연층(1), 금속층(M), 제1 클래드층(6) 및 코어(7)의 메인부(7D)에 의해 밀폐된 상태로 되어 있기 때문에, 상기 연장부(7A, 7B)를 물리적으로도 화학적으로도 보호할 수 있다. 특히, 상기 연장부(7A, 7B)의 선단면이, 상기 절연층(1)의 제2 면(도 1에서는 하면)에 접촉하고 있기 때문에, 그 연장부(7A, 7B)의 선단면도, 상기 절연층(1)에 의해, 물리적으로도 화학적으로도 보호할 수 있다. 그 때문에, 상기 연장부(7A, 7B)의 선단면의 상태를 적정하게 유지할 수 있어, 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 한 상태를 유지할 수 있다.

다음에, 상기 광 전기 혼재 기판(A1, B1)의 제조법에 대해서 설명한다. 또한, 상기 광 전기 혼재 기판(A1, B1)의 제조법은, 어느 광 전기 혼재 기판(A1, B1)이나 동일하기 때문에, 그 제조법을 설명하는 도 2∼도 4에서는, 수광 소자(12)가 실장되어 있는 광 전기 혼재 기판(B1)에 대해서 도시한다.

〔광 전기 혼재 기판(A1, B1)의 전기 회로 기판(E)의 형성〕

먼저, 상기 금속층(M)을 형성하기 위한 금속 시트재(Ma)〔도 2의 (a) 참조〕를 준비한다. 이 금속 시트재(Ma)의 형성 재료로서는, 예컨대, 스테인레스, 42 얼로이(철과 니켈의 합금, 니켈 함유율 42％) 등을 들 수 있고, 그 중에서도, 치수 정밀도 등의 관점에서, 스테인레스가 바람직하다. 상기 금속 시트재(Ma)[금속층(M)]의 두께는, 예컨대, 10∼100 ㎛의 범위 내로 설정된다.

이어서, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 상기 금속 시트재(Ma)의 제1 면〔도 2의 (a)에서는 상면〕에, 감광성 절연 수지를 도포하여, 포토리소그래피법에 따라, 정해진 패턴의 절연층(1)을 형성한다. 이 절연층(1)의 형성 재료로서는, 예컨대, 폴리이미드, 폴리에테르니트릴, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리염화비닐 등의 합성 수지, 실리콘계 졸겔 재료 등을 들 수 있다. 상기 절연층(1)의 두께는, 예컨대, 10∼100 ㎛의 범위 내로 설정된다.

다음에, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 상기 전기 배선(2)과 실장용 패드(2a)를, 예컨대, 세미 애디티브법, 서브트랙티브법 등에 의해 형성한다.

이어서, 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이, 상기 전기 배선(2)의 부분에, 폴리이미드 수지 등으로 이루어지는 감광성 절연 수지를 도포하고, 포토리소그래피법에 따라, 커버레이(3)를 형성한다. 이와 같이 하여, 상기 금속 시트재(Ma)의 제1 면에, 전기 회로 기판(E)을 형성한다.

〔광 전기 혼재 기판(A1, B1)의 금속층(M)의 형성〕

그 후, 도 2의 (d)에 나타내는 바와 같이, 상기 금속 시트재(Ma)에 에칭 등을 실시함으로써, 그 금속 시트재(Ma)의 길이 방향의 선단부측 부분〔광 도파로(W)(도 1 참조)의 제2 단부에 대응하는 부분〕(S)을 제거하며, 그 금속 시트재(Ma)에 관통 구멍(5)을 형성한다. 이와 같이 하여, 상기 금속 시트재(Ma)를 금속층(M)에 형성한다.

〔광 전기 혼재 기판(A1, B1)의 광 도파로(W)의 형성〕

그리고, 상기 전기 회로 기판(E)과 상기 금속층(M)의 적층체의 이면[전기 회로 기판(E)의 제2 면에 상당하는 면]에 광 도파로(W)(도 1 참조)를 형성하기 위해, 먼저, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 상기 적층체의 이면(도면에서는 하면)에, 제1 클래드층(6)의 형성 재료인 감광성 수지를 도포하여, 포토리소그래피법에 따라, 제1 클래드층(6)으로 형성한다. 이 제1 클래드층(6)은, 상기 금속층(M)의 길이 방향의 선단부측 부분(S)의 제거 부분을 매립한 상태로 형성되고, 상기 금속층(M)의 관통 구멍(5)을 매립하지 않는 상태로 형성된다. 이에 의해, 그 관통 구멍(5)과, 그 관통 구멍(5)에 대응하는 상기 제1 클래드층(6)의 부분[관통 구멍(6a)]과, 상기 관통 구멍(5)에 대응하는 상기 절연층(1)의 부분에서, 오목부(21)가 형성된다. 상기 제1 클래드층(6)의 두께〔금속층(M)의 이면(도면에서는 하면)으로부터의 두께〕는, 예컨대, 5∼80 ㎛의 범위 내로 설정된다. 또한, 광 도파로(W)의 형성 시[상기 제1 클래드층(6), 하기 코어(7), 하기 제2 클래드층(8)의 형성 시]는, 상기 적층체의 이면은 위를 향한다.

이어서, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 상기 오목부(21)에, 코어(7)의 연장부(7A, 7B)의 형성 재료인 감광성 수지를 충전하고, 포토리소그래피법에 따라, 코어(7)의 연장부(7A, 7B)를 형성한다. 이때, 그 연장부(7A, 7B)의 측둘레면과 상기 오목부(21)의 둘레벽 사이에, 환형의 홈(22)이 형성된다. 상기 연장부(7A, 7B)의 길이는, 예컨대, 20∼300 ㎛의 범위 내로 설정된다.

다음에, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 제1 클래드층(6)의 표면(도면에서는 하면)에, 코어(7)의 메인부(7D)의 형성 재료인 감광성 드라이 필름을 적층하거나, 또는 감광성 수지를 도포하여, 포토리소그래피법에 따라, 코어(7)의 메인부(7D)를 형성한다. 이에 의해, 상기 환형의 홈(22)의 개구면이 막혀, 그 홈(22)이 상기 공동부(20)가 된다. 또한, 상기 코어(7)의 메인부(7D)의 선단부(제2 단부)는, 그 코어(7)의 길이 방향과 직각인 면으로 형성되고, 상기 광 파이버(F)의 코어(10)(도 1 참조)의 단부면에 접속되는 접속면(7c)으로 되어 있다. 또한, 상기 코어(7)의 메인부(7D)의 치수는, 예컨대, 폭이 20∼100 ㎛의 범위 내로 설정되고, 두께가 20∼100 ㎛의 범위 내로 설정되고, 길이가 0.5∼100 ㎝의 범위 내로 설정된다. 상기 코어(7)의 연장부(7A, 7B)의 굴절률과 메인부(7D)의 굴절률은, 동일하며, 이들 굴절률은, 상기 제1 클래드층(6) 및 하기 제2 클래드층(8)〔도 3의 (d) 참조〕의 굴절률보다 크게 되어 있다.

그리고, 도 3의 (d)에 나타내는 바와 같이, 상기 코어(7)의 메인부(7D)를 피복하도록, 상기 제1 클래드층(6)의 표면(도면에서는 하면)에, 제2 클래드층(8)의 형성 재료를 도포하여, 포토리소그래피법에 따라, 제2 클래드층(8)을 형성한다. 이 제2 클래드층(8)의 두께〔코어(7)의 정상면(도면에서는 하면)으로부터의 두께〕는, 예컨대, 3∼50 ㎛의 범위 내로 설정된다. 상기 제2 클래드층(8)의 형성 재료로서는, 예컨대, 상기 제1 클래드층(6)과 같은 감광성 수지를 들 수 있다.

그 후, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 상기 코어(7)의 연장부(7A, 7B)에 대응하는(도면에서는 하방에 위치함) 코어(7)의 메인부(7D)의 부분(제1 단부)을, 상기 제1 클래드층(6) 및 상기 제2 클래드층(8)과 함께, 예컨대, 레이저 가공 등에 의해, 코어(7)의 메인부(7D)의 길이 방향에 대하여 45°경사한 경사면으로 형성한다. 이들 경사면에 위치하는 상기 코어(7)의 메인부(7D)의 부분이 광 반사면(7a, 7b)이 된다. 이와 같이 하여, 상기 전기 회로 기판(E)과 상기 금속층(M)의 적층체의 이면(도면에서는 하면)에, 광 도파로(W)를 형성한다.

〔광 전기 혼재 기판(A1, B1)의 발광 소자(11) 및 수광 소자(12)의 실장〕

그리고, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전기 회로 기판(E)의 실장용 패드(2a)에, 발광 소자(11) 및 수광 소자(12)를 실장한다. 이와 같이 하여, 발광 소자(11)를 갖는 광 전기 혼재 기판(A1)과, 수광 소자(12)를 갖는 광 전기 혼재 기판(B1)을 얻는다.

그 후, 광 파이버(F)의 코어(10)(도 1 참조)의 제1 단부에, 발광 소자(11)를 갖는 광 전기 혼재 기판(A1)의 코어(7)의 접속면(7c)을, 커넥터(도시하지 않음) 등을 통해 접속하고, 그 광 파이버(F)의 코어(10)의 제2 단부(제1 단부와 반대측의 단부)에, 수광 소자(12)를 갖는 광 전기 혼재 기판(B1)의 코어(7)의 접속면(7c)을, 커넥터(도시하지 않음) 등을 통해 접속한다. 이와 같이 하여, 도 1에 나타내는 광 전기 혼재 모듈을 얻는다.

도 5는 본 발명의 광 전기 혼재 기판의 제2 실시형태를 나타내는 종단면도이다. 이 실시형태의 광 전기 혼재 기판(A2, B2)은, 도 1에 나타내는 제1 실시형태에 있어서, 코어(7)의 연장부(7A, 7B)의 측둘레면의 주위의 공동부(20)(도 1 참조)에, 제1 클래드층(6)이 형성된 것으로 되어 있다. 즉, 코어(7)의 연장부(7A, 7B)의 측둘레면은, 제1 클래드층(6)과 접촉하고 있다. 그 이외의 부분은 상기 제1 실시형태와 동일하며, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

이 제2 실시형태의 광 전기 혼재 기판(A2, B2)의 제작은, 전기 회로 기판(E)의 형성 공정 및 금속층(M)의 형성 공정까지는, 상기 제1 실시형태와 동일하게 행해진다〔도 2의 (a)∼(d) 참조〕. 그리고, 그에 이어지는 제1 클래드층(6)의 형성 공정에서는, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 금속 시트재(Ma)에 형성된 관통 구멍(5)을, 코어(7)의 연장부(7A, 7B)(도 5 참조)에 대응하는 부분[관통 구멍(6a)]을 남기고 제1 클래드층(6)으로 매립한 상태가 되도록, 제1 클래드층(6)을 형성한다. 이에 의해, 상기 관통 구멍(6a)과, 이 관통 구멍(6a)에 대응하는 상기 절연층(1)의 부분에서, 오목부(25)가 형성된다. 이어서, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)의 형성 재료인 감광성 수지를, 상기 제1 클래드층(6)의 표면(도면에서는 하면)에 도포하며, 상기 오목부(25)에 충전하여, 포토리소그래피법에 따라, 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)를 동시에 형성한다. 그 후의 제2 클래드층(8)의 형성 공정 이후는, 상기 제1 실시형태와 동일하게 행해진다〔도 3의 (d), 도 4의 (a), (b) 참조〕.

그리고, 이 제2 실시형태도, 상기 제1 실시형태와 동일한 작용·효과를 발휘한다. 또한, 이 제2 실시형태는, 코어(7)의 연장부(7A, 7B)의 측둘레면이, 공동부(20)(도 1 참조)가 아니라, 제1 클래드층(6)과 접촉하고 있기 때문에, 상기 연장부(7A, 7B)가 제1 클래드층(6)에 의해 보강된 상태로 되어 있다.

도 7은 본 발명의 광 전기 혼재 기판의 제3 실시형태를 나타내는 종단면도이다. 이 실시형태의 광 전기 혼재 기판(A3, B3)은, 도 5에 나타내는 제2 실시형태에 있어서, 상기 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)에 있어서의 상기 제1 클래드층(6)과의 계면 부분이, 상기 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)의 형성 재료에 상기 제1 클래드층(6)의 형성 재료가 혼합된 혼합층(9)으로 형성된 것으로 되어 있다. 또한, 상기 코어(7)의 메인부(7D)에 있어서의 상기 제2 클래드층(8)과의 계면 부분도, 상기 코어(7)의 형성 재료에 상기 제2 클래드층(8)의 형성 재료가 혼합된 혼합층(9)으로 형성되어 있다. 그 혼합층(9)의 굴절률은, 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)의 굴절률보다 작고, 제1 클래드층(6) 및 제2 클래드층(8)의 굴절률보다 크게 되어 있다. 그 이외의 부분은 상기 제2 실시형태와 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

이 제3 실시형태의 광 전기 혼재 기판(A3, B3)의 제작은, 전기 회로 기판(E)의 형성 공정 및 금속층(M)의 형성 공정까지는, 상기 제1 실시형태와 동일하게 행해진다〔도 2의 (a)∼(d) 참조〕. 그리고, 그에 이어지는 제1 클래드층(6)의 형성 공정〔도 6의 (a) 참조〕, 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)의 형성 공정〔도 6의 (b) 참조〕 및 제2 클래드층(8)의 형성 공정〔도 3의 (d) 참조〕에서는, 제1 클래드층(6), 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D) 및 제2 클래드층(8)을 완전히 경화시키지 않고, 연화 상태로 한다. 그 후, 가열함으로써, 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)에, 제1 클래드층(6) 및 제2 클래드층(8)의 형성 재료가 스며들어, 상기 혼합층(9)이 형성된다. 이 혼합층(9)의 두께는, 상기 코어(7) 등의 상태가 연화되어 있을수록 두꺼워지는 경향이 있고, 또한, 상기 가열 온도가 높을수록 얇아지는 경향이 있다. 그 후의 광 반사면(7a, 7b)의 형성 공정 이후는, 상기 제1 실시형태와 동일하게 행해진다〔도 4의 (a), (b) 참조〕.

그리고, 이 제3 실시형태도, 상기 제2 실시형태와 동일한 작용·효과를 발휘한다. 또한, 이 제3 실시형태는, 상기 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)에 있어서의 상기 제1 클래드층(6) 및 제2 클래드층(8)과의 계면 부분이 상기 혼합층(9)으로 형성되어 있다. 그 혼합층(9)의 형성이 없으면 상기 계면이 조면으로 형성되는 경우가 있지만, 상기 혼합층(9)이 형성되면, 그 혼합층(9)의 양면은 조면으로 형성되지 않는다. 그 때문에, 상기 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D) 안을 진행하는 광(L)은, 그 계면(조면)에서 반사하는 것은 아니며, 상기 혼합층(9)의 양면 중 코어(7)의 내측을 향하는 면에서 반사하기 때문에, 그 반사가 적정하게 된다. 그 결과, 광(L)의 전파 효율을 유지할 수 있어, 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 한 상태를 유지할 수 있다.

또한, 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)의 폭에 대한 상기 혼합층(9)이 차지하는 비율과, 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)의 두께에 대한 상기 혼합층(9)이 차지하는 비율은, 5∼20％의 범위 내인 것이 바람직하다. 그 비율이 지나치게 낮으면, 상기 혼합층(9)에 의한 광(L)의 적정 반사의 효과가 충분히 발휘되지 않는 경향이 있고, 상기 비율이 지나치게 높으면, 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)에 있어서의 광로 면적이 작아져, 광(L)의 전파 손실이 높아지는 경향이 있기 때문이다.

도 8은 본 발명의 광 전기 혼재 기판의 제4 실시형태를 나타내는 종단면도이다. 이 실시형태의 광 전기 혼재 기판(A4, B4)은, 도 7에 나타내는 제3 실시형태에 있어서, 상기 코어(7)의 연장부(7A, 7B)가, 그 연장부(7A, 7B)의 선단면을 향하여 서서히 가늘어지는 사각뿔대형으로 형성되어 있다. 그 이외의 부분은 상기 제3 실시형태와 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

이 제4 실시형태의 광 전기 혼재 기판(A4, B4)의 제작은, 전기 회로 기판(E)의 형성 공정 및 금속층(M)의 형성 공정까지는, 상기 제1 실시형태와 동일하게 행해진다〔도 2의 (a)∼(d) 참조〕. 그리고, 그에 이어지는 제1 클래드층(6)의 형성 공정에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 코어(7)의 연장부(7A, 7B)(도 8 참조)에 대응하는 부분[관통 구멍(6a)]이, 상기한 바와 같이 선단면을 향하여 서서히 가늘어지도록, 계조 노광에 의해, 제1 클래드층(6)을 형성한다. 그때, 제1 클래드층(6)을 완전히 경화시키지 않고, 연화 상태로 한다. 그 후의 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)의 형성 공정 이후는, 상기 제3 실시형태와 동일하게 행해진다〔도 6의 (b), 도 3의 (d), 도 4의 (a), (b) 참조〕.

그리고, 이 제4 실시형태도, 상기 제3 실시형태와 동일한 작용·효과를 발휘한다. 특히, 수광 소자(12)측의 연장부(7B)에서는, 선단면(광 출사면)을 보다 작게 할 수 있기 때문에, 수광 소자(12)의 수광부(12a)의 수광면에 있어서, 광(L)의 확장을 보다 작게 한 상태로 수광할 수 있게 된다. 그 때문에, 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다.

또한, 이 제4 실시형태는, 상기 연장부(7A, 7B)의 측둘레면이, 경사면으로 되어 있고, 그 경사면에서의 광의 반사에 의해, 광(L)을 적정하게 유도할 수 있다. 예컨대, 발광 소자(11)측의 연장부(7A)에서는, 그 연장부(7A)의 선단면으로부터 입사한 광(L)을, 상기 경사면에서의 반사에 의해, 효율적으로, 광 반사면(7a)에 유도할 수 있다. 그 때문에, 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다. 또한, 수광 소자(12)측의 연장부(7B)에서는, 광 반사면(7b)에서 반사한 광(L)을, 상기 경사면에서의 반사에 의해, 효율적으로, 상기 연장부(7B)의 선단면에 유도할 수 있다. 그 때문에, 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다.

또한, 이 도 8에 나타내는 제4 실시형태에서는, 코어(7)의 연장부(7A, 7B) 및 메인부(7D)에 있어서의 상기 제1 클래드층(6) 및 제2 클래드층(8)의 계면 부분이 혼합층(9)으로 형성되어 있지만, 그 혼합층(9)을 형성하지 않는 광 전기 혼재 기판(도시하지 않음)을, 다른 실시형태로 하여도 좋다.

도 10은 본 발명의 광 전기 혼재 기판의 제5 실시형태를 나타내는 종단면도이다. 이 실시형태는, 수광 소자(12)가 실장되어 있는 측의 광 전기 혼재 기판(B5)이다. 이 광 전기 혼재 기판(B5)은, 도 8에 나타내는 제4 실시형태에 있어서, 광 반사면(7b)에 있어서의 상기 수광 소자(12)측의 단부[도 10에서는 광 반사면(7b)의 상단부]가, 상기 코어(7)의 연장부(7B)의 영역에 위치한 것으로 되어 있다. 그 이외의 부분은 상기 제4 실시형태와 동일하고, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.

즉, 상기 제2 종래예의 광 전기 혼재 기판에서는, 도 11의 (a)에 요부를 확대하여 나타내는 바와 같이, 광 반사면(57b)의 상단부가 코어(57)[제5 실시형태의 코어(7)의 메인부(7D)에 상당]에 위치하고, 연장부(57B)에 위치하지 않는다. 그 이유는, 상기 제2 종래예의 광 전기 혼재 기판에서는, 광 반사면(57b)의 중심과 수광 소자(12)의 수광부(12a)의 수광면의 중심을 연결하는 직선(P)〔도 11의 (a)에서는 일점 쇄선으로 나타냄〕에, 상기 연장부(57B)의 중심축(Q)〔도 11의 (a)에서는 일점 쇄선으로 나타냄〕을 맞추고, 더구나, 코어(57)와 연장부(57B)를 동일한 치수로 형성하고 있었기 때문이다. 이러한 제2 종래예의 광 전기 혼재 기판에 있어서, 레이저 가공에 의해 형성된 상기 광 반사면(57b)은, 보다 자세하게 설명하면, 제1 클래드층(56) 및 제2 클래드층(58)과의 계면 부분에서 단차부(G)가 형성된다. 그 이유는, 상기 광 반사면(57b)을 레이저 가공으로 형성하는 경우, 상기 계면 부분에서는, 재료(굴절률)가 변화하기 때문에, 레이저 광의 진로도 변화하기 때문이다. 그리고, 상기 광 반사면(57b)의 상부[제1 클래드층(56)과의 계면 부분]의 단차부(G)에서는, 광(L)의 반사가 적정하게 되지 않아, 그 반사한 광(L)은, 상기 연장부(57B)에 유도되지 않는다. 그 때문에, 코어(57)에 위치하는 상기 단차부(G)가, 광(L)의 전파 손실을 크게 하는 원인이 된다. 또한, 도 11의 (a)는 단면도이지만, 광(L)의 진로 및 광 반사면(57b)을 명확하게 하기 위해, 해칭을 실시하지 않았다.

그래서, 이 제5 실시형태에서는, 도 11의 (b)에 요부를 확대하여 나타내는 바와 같이, 코어(7)의 연장부(7B)의 두께〔도 11의 (b)에서는 가로 방향의 치수〕를 두껍게 하고, 그 연장부(7B)의 중심축(R)을, 광 반사면(7b)의 중심과 수광 소자(12)의 수광부(12a)의 수광면의 중심을 연결하는 직선(P)보다, 광 전기 혼재 기판(B5)의 제1 단측〔도 10, 도 11의 (b)에서는 우측〕으로 어긋나게 한 것으로 하고 있다. 그에 의해, 상기한 바와 같이, 광 반사면(7b)의 상단부가, 상기 코어(7)의 연장부(7B)의 영역에 위치하고 있다. 이러한 광 반사면(7b)을 레이저 가공으로 형성하는 경우, 그 광 반사면(7b)의 상단부[제1 클래드층(6)과의 계면 부분]에서는 단차부(G)가 형성되지만, 그 단차부(G)는, 광(L)의 반사에 거의 영향을 끼치지 않는 코어(7)의 연장부(7B)에 위치하고, 광(L)의 반사에 영향을 끼치는 코어(7)의 메인부(7D)에 위치하지 않는다. 즉, 이 제5 실시형태에서는, 상기 광 반사면(7b)에서 반사한 광(L)을, 효율적으로 상기 연장부(7B)의 선단면에 유도할 수 있기 때문에, 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있다. 또한, 도 11의 (b)도 단면도이지만, 광(L)의 진로 및 광 반사면(7b)을 명확하게 하기 위해, 해칭을 실시하지 않았다.

그리고, 상기와 같은 작용·효과 이외에도, 이 제5 실시형태에서는, 상기 제4 실시형태와 동일한 작용·효과를 발휘한다.

또한, 이 도 10에 나타내는 제5 실시형태에서는, 코어(7)의 연장부(7B) 및 메인부(7D)에 있어서의 상기 제1 클래드층(6) 및 제2 클래드층(8)과의 계면 부분이 혼합층(9)으로 형성되어 있지만, 그 혼합층(9)을 형성하지 않는 광 전기 혼재 기판(도시하지 않음)을, 다른 실시형태로 하여도 좋다. 또한, 이 도 10에 나타내는 제5 실시형태에서는, 상기 코어(7)의 연장부(7B)가, 연장 방향(선단면측)으로 감에 따라 서서히 가늘어지는 사각뿔대형으로 형성되어 있지만, 도 1, 5, 7에 나타내는 바와 같이, 연장 방향(선단면측)으로 일정 치수의 사각 기둥형으로 형성한 광 전기 혼재 기판(도시하지 않음)을, 다른 실시형태로 하여도 좋다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 발광 소자(11)측의 연장부(7A)의 치수를, 수광 소자(12)측의 연장부(7B)의 치수보다 크게 하였지만, 광 전기 혼재 기판의 구조 등에 의해 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있는 경우는, 양자의 치수를 동일하게 하여도 좋고, 발광 소자(11)측의 연장부(7A)의 치수를, 수광 소자(12)측의 연장부(7B)의 치수보다 작게 하여도 좋다.

그리고, 상기 각 실시형태에서는, 발광 소자(11)측의 연장부(7A)의 선단면(광 입사면)의 면적을, 발광 소자(11)의 발광부(11a)의 발광면의 면적보다 크게 하였지만, 광 전기 혼재 기판의 구조 등에 의해 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있는 경우는, 양자의 치수를 동일하게 하여도 좋고, 발광 소자(11)측의 연장부(7A)의 선단면(광 입사면)의 면적을, 발광 소자(11)의 발광부(11a)의 발광면의 면적보다 작게 하여도 좋다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 수광 소자(12)측의 연장부(7B)의 선단면(광 출사면)의 면적을, 수광 소자(12)의 수광부(12a)의 수광면의 면적보다 작게 하였지만, 광 전기 혼재 기판의 구조 등에 의해 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있는 경우는, 양자의 치수를 동일하게 하여도 좋고, 수광 소자(12)측의 연장부(7B)의 선단면(광 출사면)의 면적을, 수광 소자(12)의 수광부(12a)의 수광면의 면적보다 크게 하여도 좋다.

또한, 코어(7)의 연장부(7A, 7B)를, 상기 제1, 제2 및 제3 실시형태(도 1, 5, 7 참조)에서는, 사각 기둥형으로 형성하고, 상기 제4 및 제5 실시형태(도 8, 10 참조)에서는, 사각뿔대형으로 형성하였지만, 광 전기 혼재 기판의 구조 등에 의해 광(L)의 전파 손실을 더욱 작게 할 수 있는 것이면, 다른 형상이어도 좋고, 예컨대, 원기둥형, 원뿔대형 등이어도 좋다. 또한, 발광 소자(11)측의 연장부(7A)의 형상과, 수광 소자(12)측의 연장부(7B)의 형상이 서로 상이하게 하여도 좋다.

그리고, 상기 각 실시형태에서는, 코어(7)의 연장부(7A, 7B)의 선단면을 절연층(1)의 제2 면(도면에서는 하면)에 접촉시키고 있지만, 상기 연장부(7A, 7B)의 선단면과 절연층(1)의 제2 면 사이에 간극을 마련하여도 좋다. 또한, 상기 연장부(7A, 7B)에 대응하는 상기 절연층(1)의 부분에, 광로용의 관통 구멍을 형성하여도 좋다. 이 경우는, 상기 절연층(1)은 투광성을 갖는 것이어도 좋고, 투광성을 갖지 않는 것이어도 좋다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 제1 클래드층(6)을 형성하는 공정에 있어서, 코어(7)의 연장부(7A, 7B)를 형성하기 위한 관통 구멍(6a)을, 포토리소그래피법에 따라 형성하였지만, 다른 방법이어도 좋고, 예컨대, 상기 관통 구멍(6a)을 형성하지 않는 상태로 제1 클래드층(6)을 형성한 후, 레이저 가공에 의해, 상기 관통 구멍(6a)을 형성하여도 좋다.

또한, 상기 각 실시형태에서는, 광 파이버(F)의 양단부에 접속되는 광 전기 혼재 기판(A1∼A4, B1∼B5)으로 하였지만, 광 파이버(F)를 개재하지 않는 것이어도 좋다. 즉, 1개의 전기 회로 기판에, 발광 소자와 수광 소자의 양방을 실장하고, 그 전기 회로 기판에 적층되는 광 도파로의 코어의 양 단부에 광 반사면을 형성한 광 전기 혼재 기판으로 하여도 좋다.

다음에, 실시예에 대해서 비교예와 더불어 설명한다. 단, 본 발명은 실시예에 한정되는 것이 아니다.

실시예

〔제1 클래드층 및 제2 클래드층의 형성 재료〕

성분 a: 에폭시 수지(미츠비시가가쿠사 제조, jER1001) 60 중량부.

성분 b: 에폭시 수지(다이셀사 제조, EHPE3150) 30 중량부.

성분 c: 에폭시 수지(DIC사 제조, EXA-4816) 10 중량부.

성분 d: 광산 발생제(산아프로사 제조, CPI-101A) 0.5 중량부.

성분 e: 산화 방지제(쿄도야쿠힝사 제조, Songnox1010) 0.5 중량부.

성분 f: 산화 방지제(산코사 제조, HCA) 0.5 중량부.

성분 g: 젖산에틸(용제) 50 중량부.

이들 성분 a∼g를 혼합함으로써, 제1 클래드층 및 제2 클래드층의 형성 재료를 조제하였다.

〔코어의 형성 재료〕

성분 h: 에폭시 수지(신닛테츠스미킨가가쿠사 제조, YDCN-700-3) 50 중량부.

성분 i: 에폭시 수지(미츠비시가가쿠사 제조, jER1002) 30 중량부.

성분 j: 에폭시 수지(오사카가스케미컬사 제조, 오그솔 PG-100) 20 중량부.

성분 k: 광산 발생제(산아프로사 제조, CPI-101 A) 0.5 중량부.

성분 l: 산화 방지제(쿄도야쿠힝사 제조, Songnox1010) 0.5 중량부.

성분 m: 산화 방지제(산코사 제조, HCA) 0.125 중량부.

성분 n: 젖산에틸(용제) 50 중량부.

이들 성분 h∼n을 혼합함으로써, 코어의 형성 재료를 조제하였다.

〔실시예 1〕

상기 형성 재료를 이용하여, 광 소자를 미실장의 광 전기 혼재 기판을 제작하였다. 이 광 전기 혼재 기판은, 도 1에 나타내는 바과 같이, 코어의 연장부의 측둘레면이 공기(공동부)에 접촉하고 있는 구조로 하였다. 그리고, 발광 소자측의 광 전기 혼재 기판과 수광 소자측의 광 전기 혼재 기판을, 길이 100 ㎝의 광 파이버(산키사 제조, FFP-GI20-0500)를 통해, 광 전파 가능하게 접속하였다(도 1 참조). 또한, 발광 소자측의 연장부의 단면(두께 30 ㎛×폭 30 ㎛)을, 수광 소자측의 연장부의 단면(두께 32 ㎛×폭 32 ㎛)보다, 약간 작게 형성하였다. 상기 연장부의 길이는 150 ㎛로 하였다. 코어의 메인부의 치수는, 두께 50 ㎛×폭 50 ㎛, 길이 10 ㎝로 하였다. 그리고, 스테인레스층(금속층)의 두께를 20 ㎛, 전기 회로 기판의 절연층의 두께를 20 ㎛로 하였다. 또한, 제1 클래드층의 두께〔금속층의 이면(도 1에서는 하면)으로부터의 두께〕를 20 ㎛, 제2 클래드층의 두께〔코어의 정상면(도 1에서는 하면)으로부터의 두께〕를 30 ㎛로 하였다.

〔실시예 2〕

상기 실시예 1에 있어서, 발광 소자측의 연장부의 단면(두께 40 ㎛×폭 40 ㎛)을, 수광 소자측의 연장부의 단면(두께 25 ㎛×폭 25 ㎛)보다, 크게 형성하였다(도 1 참조). 그 이외의 부분은, 상기 실시예 1과 동일하게 하였다.

〔실시예 3〕

상기 실시예 2에 있어서, 코어의 연장부의 측둘레면이 제1 클래드층에 접촉하고 있는 구조로 하였다(도 5 참조). 그 이외의 부분은, 상기 실시예 2와 동일하게 하였다.

〔실시예 4∼6〕

상기 실시예 3에 있어서, 코어의 연장부 및 메인부에 있어서의 상기 제1 클래드층 및 제2 클래드층과의 계면 부분이 혼합층으로 형성되어 있는 구조로 하였다(도 7 참조). 코어의 연장부 및 메인부의 폭 또는 두께에 대한 상기 혼합층이 차지하는 비율은, 후기하는 표 1과 같이 하였다. 그 이외의 부분은, 상기 실시예 3과 동일하게 하였다. 또한, 상기 혼합층이 차지하는 비율은, 코어의 연장부 및 메인부를 절단하고, 그 단면에 있어서의 비율에 대해서, 측장 현미경(미츠토요사 제조, BF-3017D)을 이용하여 산출하였다.

〔실시예 7∼9〕

상기 실시예 6에 있어서, 코어의 연장부가, 그 연장부의 선단면을 향하여 서서히 가늘게 형성되어 있는 구조로 하였다(도 8 참조). 상기 연장부의 선단면의 치수 및 측둘레면의 경사 각도(연장부의 축 방향에 대한 경사 각도)는, 후기하는 표 1과 같이 하였다. 또한, 상기 경사 각도는, 레이저 현미경(기엔스사 제조, VK-X250)을 이용하여 측정하였다. 그 이외의 부분은, 상기 실시예 6과 동일하게 하였다.

〔실시예 10, 11〕

상기 실시예 9에 있어서, 수광 소자가 실장되어 있는 측의 광 전기 혼재 기판에 대해서, 코어의 연장부의 두께를 두껍게 하고, 그 연장부의 중심축을, 광 반사면의 중심과 수광 소자의 수광부의 수광면의 중심을 연결하는 직선보다, 광 전기 혼재 기판의 제1 단측〔도 10, 도 11의 (b)에서는 우측〕으로 어긋나게 하였다(오프셋함). 그에 의해, 광 반사면의 상단부가 상기 코어의 연장부의 영역에 위치하고 있는 구조로 하였다〔도 10, 도 11의 (b) 참조〕. 그 오프셋량(㎛)은, 후기하는 표 1과 동일하게 하였다. 또한, 상기 오프셋량은, 상기 레이저 현미경을 이용하여 측정하였다. 그 이외의 부분은, 상기 실시예 9와 동일하게 하였다.

〔비교예 1〕

상기 실시예 3에 있어서, 상기 코어의 연장부가 형성되어 있지 않은 구조로 하였다. 그리고, 상기 실시예 3에 있어서의 연장부에 대응하는 부분을 제1 클래드층으로 매립한 구조로 하였다(제1 종래예). 그 이외의 부분은, 상기 실시예 3과 동일하게 하였다.

〔비교예 2〕

상기 실시예 3에 있어서, 코어의 연장부의 치수(두께 50 ㎛×폭 50 ㎛)를, 그 연장원인 코어의 메인부와 동일한 치수(두께 50 ㎛×폭 50 ㎛)로 하였다(제2 종래예). 그 이외의 부분은, 상기 실시예 3과 동일하게 하였다.

〔광 전파 손실의 측정〕

발광 소자(ULM Photonics Gmbh 제조, ULM850-10-TT-C0104U) 및 수광 소자(Albis Optoelectronics AG 제조, PDCA04-70-GS)를 준비하여, 상기 발광 소자에서 발광된 광을 직접, 상기 수광 소자로 수광하였을 때의 광량(M)을 측정하였다. 이어서, 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자를 상기 실시예 1∼11 및 비교예 1, 2에 실장하고, 그 상태로, 상기 발광 소자에서 발광된 광을, 상기 수광 소자로 수광하였을 때의 광량(N)을 측정하였다. 그리고, 측정한 상기 광량으로부터 하기의 식 (1)에 따라 광 전파 손실(α)을 산출하여, 하기의 표 1에 나타내었다.

상기 표 1의 결과로부터, 실시예 1∼11은, 비교예 1, 2보다 광 전파 손실이 작은 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 1∼11에 있어서, 발광 소자측의 연장부의 치수가 수광 소자측의 연장부의 치수보다 큰 실시예 2∼11은, 보다 광 전파 손실이 작게 되어 있는 것을 알 수 있다. 그 중에서도, 코어의 연장부 및 메인부에 혼합층이 형성되어 있는 실시예 4∼11은, 한층 더 광 전파 손실이 작고, 또한, 코어의 연장부가, 그 연장부의 선단면을 향하여 서서히 가늘게 형성되어 있는 실시예 7∼11은, 꽤 광 전파 손실이 작고, 그리고, 광 반사면의 상단부가 코어의 연장부의 영역에 위치하고 있는 실시예 10, 11은, 특히 광 전파 손실이 작게 되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 실시예 7∼11에 있어서, 코어의 연장부 및 메인부에 혼합층이 형성되어 있지 않은 것에 대해서도, 상기 실시예 7∼11과 동일한 경향을 나타내는 결과가 얻어졌다. 또한, 상기 실시예 10, 11에 있어서, 코어의 연장부가, 그 연장부의 선단면을 향하여 일정한 치수로 형성된 것에 대해서도, 상기 실시예 10, 11과 동일한 경향을 나타내는 결과가 얻어졌다.

또한, 1개의 전기 회로 기판에, 발광 소자와 수광 소자의 양방을 실장하여, 그 전기 회로 기판에 적층되는 광 도파로의 코어의 양 단부에 광 반사면을 형성한, 광 파이버를 개재하지 않는 광 전기 혼재 기판에 대해서도, 상기 실시예 1∼11과 동일한 경향을 나타내는 결과가 얻어졌다.

또한, 상기 실시예 1∼11에서는, 코어의 메인부의 치수를 두께 50 ㎛×폭 50 ㎛으로 하였지만, 그 메인부의 단면 형상을, 두께도 폭도 20∼100 ㎛의 범위 내로 바꾼 정방형 또는 직사각형으로 하여도, 상기 실시예 1∼11과 동일한 경향을 나타내는 결과가 얻어졌다.

상기 실시예에 있어서는, 본 발명에 있어서의 구채적 형태에 대해서 나타내었지만, 상기 실시예는 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석되는 것이 아니다. 당업자에게 분명한 여러 가지 변형은 본 발명의 범위 내인 것이 기도되어 있다.

본 발명의 광 전기 혼재 기판은 광의 전파 손실을 더욱 작게 하는 경우에 이용 가능하다.

A1 광 전기 혼재 기판
B1 광 전기 혼재 기판
E 전기 회로 기판
L 광
W 광 도파로
7 코어
7A 연장부
7B 연장부
7D 메인부
7a 광 반사면
7b 광 반사면
11 발광 소자
12 수광 소자

Claims

전기 회로 기판과, 상기 전기 회로 기판의 제1 면에 실장된 광 소자와, 상기 전기 회로 기판의, 상기 제1 면과 반대측의 제2 면에 적층 형성되어 광로용의 코어를 갖는 광 도파로를 포함한 광 전기 혼재 기판으로서, 상기 광 도파로의 코어가, 광을 반사하여 상기 코어와 상기 광 소자 사이의 광 전파를 가능하게 하는 광 반사면에 형성된 단부와, 그 코어의 단부측으로부터 상기 광 소자를 향하여 연장된 연장부와, 그 연장원인 메인부를 가지고, 상기 코어의 연장부와, 상기 코어의 메인부는, 이들의 축 방향과 직각인 단면의 형상이 서로 상이하고, 상기 코어의 연장부가, 상기 광 소자의 종류에 따라, 아래의 조건 (1) 및 (2)를 만족시키는 것을 특징으로 한 것인 광 전기 혼재 기판.
(1) 상기 광 소자는 발광 소자이고, 상기 코어의 연장부의 선단면의 면적은 그 발광 소자의 발광부의 발광면의 면적보다 크다.
(2) 상기 광 소자는 수광 소자이고, 상기 코어의 연장부의 선단면의 면적은 그 수광 소자의 수광부의 수광면의 면적보다 작다.
제1항에 있어서, 상기 전기 회로 기판은, 투광성을 갖는 절연층과, 이 절연층의 제1 면에 형성된 전기 배선을 포함하고, 상기 절연층의 상기 제1 면과 반대측의 제2 면은 상기 광 도파로가 적층 형성된 상기 전기 회로 기판의 제2 면이고, 상기 코어의 연장부의 선단면은 상기 절연층의 상기 제2 면에 접촉하고 있는 것인 광 전기 혼재 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코어의 연장부의 측둘레면은 상기 광 도파로의 클래드층에 접촉한 상태로 되어 있고, 상기 코어의 연장부에 있어서의 상기 클래드층과의 계면 부분은 상기 코어의 형성 재료에 상기 클래드층의 형성 재료가 혼합된 혼합층으로 형성되어 있는 것인 광 전기 혼재 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코어의 연장부는 그 연장부의 선단면을 향하여 서서히 가늘어지고 있는 것인 광 전기 혼재 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광 반사면에 있어서의 상기 광 소자측의 단부는 상기 코어의 연장부의 영역에 위치하고 있는 것인 광 전기 혼재 기판.
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