JP4288604B2 - Optical coupling device - Google Patents
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Description
本発明は、光配線システムにおいて有用な、光導波路と他の光部品(発光素子、受光素子、光ファイバ、或いは光導波路など)とを位置合わせして支持体に位置固定し、光路を接続した光結合装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention is useful in an optical wiring system, and aligns an optical waveguide and another optical component (such as a light-emitting element, a light-receiving element, an optical fiber, or an optical waveguide), fixes the position on a support, and connects the optical path. The present invention relates to an optical coupling device and a manufacturing method thereof.
これまで、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、比較的短距離間の情報伝達は、主に電気信号により行われてきたが、集積回路の性能を更に向上されるためには、信号の高速化や信号配線の高密度化が必要となる。しかし、電気信号配線においては、配線の時定数による信号遅延や、ノイズ発生等の問題から、電気信号の高速化や電気信号配線の高密度化が困難である。 Until now, information transmission over a relatively short distance, such as between boards in electronic equipment or between chips in a board, has been performed mainly by electrical signals, but in order to further improve the performance of integrated circuits. Therefore, it is necessary to increase the signal speed and the signal wiring density. However, in the electric signal wiring, it is difficult to increase the speed of the electric signal and increase the density of the electric signal wiring due to problems such as signal delay due to the time constant of the wiring and generation of noise.
こうした問題を解決する光配線(光インターコネクション)が注目されている。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能であり、例えばチップ間のような短距離の信号の伝送には、チップが搭載されている基板上に光導波路を形成し、この光導波路を信号変調されたレーザ光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。 Optical wiring (optical interconnection) that solves these problems is drawing attention. Optical wiring can be applied to various places such as between electronic devices, between boards in electronic devices, or between chips in a board. For example, chips are mounted for short-distance signal transmission between chips. An optical waveguide can be formed on a substrate, and an optical transmission / communication system can be constructed using the optical waveguide as a transmission path for signal-modulated laser light or the like.
このような光配線システムにおいて、光導波路と他の光部品(発光素子、受光素子、光ファイバ、或いは光導波路など)との位置合わせを行い、光路を接続する光結合装置が不可欠である。この際、光導波路と他の光部品との間で入出力される光の接続損失が許容範囲に収まるように、両者の相対的な位置精度を良好に保つ必要がある。なお、以下、本明細書において、発光素子および受光素子を区別しない場合に、これらを光素子と呼ぶことがある。 In such an optical wiring system, an optical coupling device that aligns an optical waveguide and connects an optical path by aligning the optical waveguide with another optical component (such as a light emitting element, a light receiving element, an optical fiber, or an optical waveguide) is indispensable. At this time, it is necessary to maintain a good relative positional accuracy so that the connection loss of light input / output between the optical waveguide and other optical components falls within an allowable range. Hereinafter, in the present specification, when the light emitting element and the light receiving element are not distinguished, they may be referred to as optical elements.
従来、位置合わせの方法としては、信号光の強さを実際に観察しながら位置合わせを行うアクティブアライメント法や、基板などに設けた位置合わせマーカを顕微鏡で観察しながら行う方法などがあるが、これらの方法は手間がかかり、光配線システムをコスト高にする原因の1つである。従って、嵌め合わせや突き当てなどの、外形に基づくセルフアレンジメントによって、生産性よく、低コストで位置合わせする方法が望まれている。 Conventionally, as an alignment method, there are an active alignment method in which alignment is performed while actually observing the intensity of signal light, and a method in which alignment markers provided on a substrate are observed with a microscope, etc. These methods are time-consuming and are one of the causes of increasing the cost of the optical wiring system. Accordingly, there is a demand for a method of aligning with good productivity and low cost by self-arrangement based on the outer shape such as fitting and butting.
このような例として、後述の特許文献1に開示されているように、基板上に形成された光導波路に嵌合のための凹部または凸部を設け、光素子などを搭載した他の基板に設けられた凸部または凹部との嵌め合わせによって位置合わせを行う方法がある。
As such an example, as disclosed in
図5は、特許文献1に開示されている光導波路付き基板を用いる光モジュール装置の構成例を示す説明図である。この装置では、光素子103は光導波路102が形成された基板101に実装され、光ファイバ105は光ファイバ嵌合溝108に嵌合されて他の基板104に位置固定されている。そして、光導波路102の上に設けられた低融点金属などからなる突起106を、他の基板104の上に設けられた嵌合孔107に嵌合させることで、光導波路102と光ファイバ105とが位置合わせされ、光結合が形成される。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration example of an optical module device using a substrate with an optical waveguide disclosed in
また、特許文献2には、当接(突き当て)によって光導波路材端面に半導体光素子の端面を接触させることにより、光軸方向における位置合わせを行う方法が示されている。
図6は、特許文献2に開示されている光結合構造の例を示す平面図である。この装置では、図示省略した基板の上に、石英系の材料を用いて、クラッド111とコア112からなる光導波路114が形成されている。光導波路114の端部には、コア112とその近傍のクラッドに形成された光導波路端面118と、その周囲に形成された光導波路材端面119との2つの端面が、リアクティブイオンエッチング(RIE)法によって形成されている。光導波路端面118と光導波路材端面119は、いずれも光軸に垂直に、光軸方向に所定の距離120だけずれた位置に設けられている。
FIG. 6 is a plan view showing an example of the optical coupling structure disclosed in
半導体光素子115は、その出射光の光軸が光導波路114のコア112の軸方向と一致するように方向を調整し、光導波路114との位置合わせを行って、基板上に固定される。図6は、そのうち、光軸方向における位置合わせを行う工程を示している。初め、図6(a)に示すように、光導波路114から離れた位置にある半導体光素子115を、光導波路114の方へ移動させ、図6(b)に示すように、半導体光素子の端面116を光導波路材端面119に当接させると、半導体光素子115の光出射端面117は自動的に光導波路端面118から所定の距離120だけ離れた位置に位置決めされる。
The semiconductor
なお、光軸に直交する横方向の位置合わせは、光素子側マーカ121と基板側マーカ122とを観察しながらビジュアルアライメント法によって行う。
Note that the alignment in the horizontal direction perpendicular to the optical axis is performed by visual alignment while observing the optical
特許文献1に開示されている装置では、光導波路に凹凸嵌合手段を設ける加工工程が必要であり、光導波路の作製工程が増加し、生産性が低下する。しかも、1つの凹凸嵌合手段によって三次元方向すべての位置合わせを行うので、点と点を合わせるような位置合わせが必要になり、嵌合手段の凹部と凸部との接合部は狭い領域に限定される。この接合部の誤差は、光結合の際の位置合わせ誤差に直結するので、高い加工精度が必要になり、生産性や歩留まりが悪化して、光導波路がコスト高になる原因となる。
The apparatus disclosed in
更に、実装作業においても、三次元方向すべての位置合わせを一挙に行おうとすると、何らかのガイド機構を利用するとしても、嵌合手段の凹部と凸部とを嵌合するのに先だって微細な位置合わせを行う必要が生じ、実装作業の能率が低下する。 Furthermore, even in the mounting operation, if all the alignment in the three-dimensional direction is performed at once, even if some kind of guide mechanism is used, the fine alignment is performed before the concave portion and the convex portion of the fitting means are fitted. The efficiency of the mounting work is reduced.
これに対して、特許文献2に開示されている装置によれば、当接するだけで位置合わせが達成されるので、生産性よく光導波路と半導体光素子との光結合を形成することができる。しかし、当接面が光導波路に形成されているため、主として次の(1)〜(3)のような問題点がある。
On the other hand, according to the apparatus disclosed in
(1)光導波路の構造が複雑になり、製造工程数も増加するので、光導波路の生産性や歩留まりが悪化し、コスト高になる。 (1) Since the structure of the optical waveguide becomes complicated and the number of manufacturing processes increases, the productivity and yield of the optical waveguide deteriorate and the cost increases.
(2)当接面に加わる機械的な負荷や衝撃などによって光導波路の光導波特性に悪影響が生じないようにするために、例えば、光導波路を硬い材料で強固に作る必要があるなど、光導波路の材料や形状が制限される。 (2) In order not to adversely affect the optical waveguide characteristics of the optical waveguide due to a mechanical load or impact applied to the contact surface, for example, it is necessary to make the optical waveguide firmly with a hard material, The material and shape of the optical waveguide are limited.
(3)当接面の大きさや形状、或いは当接面を設ける位置や向きや形成方法などが、光導波路の大きさや形状や材質によって制限される。 (3) The size and shape of the contact surface, or the position, orientation, and formation method of the contact surface are limited by the size, shape, and material of the optical waveguide.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、光導波路と光ファイバや光素子などとの光結合を、簡易に、低コストで、生産性や歩留まりよく、しかも高い正確度で形成することができる光結合装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and the object of the present invention is to easily perform optical coupling between an optical waveguide and an optical fiber, an optical element, etc., at low cost, with high productivity and yield. An object of the present invention is to provide an optical coupling device that can be formed with high accuracy.
即ち、本発明は、コアとクラッドとの接合体からなり、前記コアを導光路とする平面型の光導波路の一方の端面と、他の光部品とが光結合するように、前記光導波路とこの光導波路の上部に位置する第1支持体とが接合一体化された複合体と、前記他の光部品が実装された第2支持体とが配置され、前記第1支持体と前記第2支持体とが当接され、この当接によって前記光導波路と前記他の光部品とが位置合わせされている、光結合装置であって、
前記第2支持体上に前記光導波路が面接触して保持され、
この保持面よりも高い位置にて前記第1支持体と前記第2支持体とが当接され、
前記光導波路の長さ方向において前記光導波路の前記一方の端面から所定の距離だけ 前進した位置に、前記第2支持体に対する前記第1支持体の当接面が形成され、
前記光導波路の前記長さ方向において前記第1支持体に対する前記第2支持体の当接 面から所定の距離だけ後退した位置に、前端が位置するように前記他の光部品が実装さ れている、
光結合装置に係わるものである。
本発明の光結合装置では、後述の例に示すように、前記光導波路の前記長さ方向と直交する方向においても前記第1支持体と前記第2支持体とが当接する当接面がこれらの両支持体にそれぞれ形成されているのがよい。
That is, the present invention includes a joined body of a core and a clad, and one end face of a planar optical waveguide having the core as a light guide and the other optical component are optically coupled to the optical waveguide. A composite body in which the first support body positioned above the optical waveguide is joined and integrated, and a second support body on which the other optical component is mounted are disposed, and the first support body and the second support body are disposed. An optical coupling device in which a support is abutted and the optical waveguide and the other optical component are aligned by the abutment,
The optical waveguide is held in surface contact on the second support,
The first support and the second support are brought into contact with each other at a position higher than the holding surface,
A contact surface of the first support with respect to the second support is formed at a position advanced by a predetermined distance from the one end surface of the optical waveguide in the length direction of the optical waveguide,
The other optical component is mounted such that the front end is located at a position retracted by a predetermined distance from the contact surface of the second support with respect to the first support in the length direction of the optical waveguide. Yes,
This relates to an optical coupling device.
In the optical coupling device of the present invention, as shown in examples described later, abutment surface and said first support and said second support member abuts also in the direction perpendicular to the length direction of the optical waveguide thereof It is good to form in each of these support bodies .
また、本発明の光結合装置の製造方法は、基板上に光導波路を形成する工程と、前記光導波路を前記基板から剥離して前記第1支持体用の基材に接着する工程と、前記光導波路の前記一方の端面から所定の距離だけ離れた位置において前記基材を切断して、前記第2支持体との当接面を有する前記第1支持体に加工する工程と、前記第1支持体と当接する当接面を前記第2支持体に形成する工程と、前記光導波路を接着保持した前記第1支持体と前記第2支持体とを当接させる工程とを有する、光結合装置の製造方法であるのがよい。 The manufacturing method of the optical coupling device of the present invention includes the steps of forming an optical waveguide on a substrate, a step of bonding the optical waveguide to the substrate for the first substrate is peeled from the substrate, wherein Cutting the base material at a position away from the one end face of the optical waveguide by a predetermined distance to process the first support body having a contact surface with the second support body; An optical coupling comprising: a step of forming a contact surface in contact with the support on the second support; and a step of bringing the first support holding the optical waveguide into contact with the second support. It is good that it is a manufacturing method of an apparatus.
本発明によれば、前記光導波路と一体化された前記第1支持体と、前記他の光部品が実装された前記第2支持体とが当接され、この当接によって前記光導波路と前記他の光部品とが位置合わせされているので、当接される領域の作製の正確度と同じ正確度で前記位置合わせが行われる。そして、こうした位置合わせを行う上で、前記第2支持体上の前記光導波路の保持面よりも高い位置にて前記第1支持体と前記第2支持体とが当接され、前記光導波路の長さ方向において、前記光導波路の前記一方の端面から所定の距離だけ前進した位置に、前記第2支持体に対する前記第1支持体の当接面が形成されると共に、前記第1支持体に対する前記第2支持体の当接面から所定の距離だけ後退した位置に、前端が位置するように前記他の光部品が実装されていることが重要である。 According to the present invention, the first support body integrated with the optical waveguide and the second support body on which the other optical component is mounted are brought into contact with each other. Since the other optical components are aligned, the alignment is performed with the same accuracy as the accuracy of manufacturing the contacted area. And in performing such alignment, the first support and the second support are brought into contact with each other at a position higher than the holding surface of the optical waveguide on the second support, and the optical waveguide A contact surface of the first support with respect to the second support is formed at a position advanced by a predetermined distance from the one end surface of the optical waveguide in the length direction, and the first support is supported with respect to the first support. It is important that the other optical component is mounted such that the front end is located at a position retracted by a predetermined distance from the contact surface of the second support.
このため、前記第1支持体および前記第2支持体の当接される領域を、それぞれ必要な正確さで作製するだけで、常に正確な位置で前記当接を行うことが可能となり、位置合わせ用の嵌合手段などを新たに設ける必要がない。また、当接するだけで位置合わせが達成されるので、手間のかかる微細な位置合わせ操作などは不要である。したがって、前記光導波路と前記他の光部品との光結合を、簡易に、低コストで、生産性や歩留まりよく、しかも高い正確度で行うことができる。 For this reason, it is possible to always perform the contact at an accurate position only by producing the regions where the first support and the second support are in contact with each other with the required accuracy. There is no need to newly provide a fitting means. Further, since alignment is achieved only by abutting, a fine alignment operation and the like that are troublesome are unnecessary. Therefore, the optical coupling between the optical waveguide and the other optical components can be performed easily, at low cost, with good productivity and yield, and with high accuracy.
また、前記当接が、前記光導波路に対して行われるのではなく、前記第1支持体に対して行われるので、前述した特許文献2の方法の問題点(1)〜(3)が生じることがない。すなわち、本発明は、光導波路に当接部を設ける構造に比べ、下記の(1)〜(3)の優位性を有する。
In addition, since the contact is not performed on the optical waveguide but on the first support, problems (1) to (3) of the method of
(1)前記光導波路自体の構造は変化しないので、従来の光導波路と同様の生産性や歩留まりやコストで、前記光導波路を製造できる。 (1) Since the structure of the optical waveguide itself does not change, the optical waveguide can be manufactured with the same productivity, yield, and cost as the conventional optical waveguide.
(2)前記当接部に加わる機械的な負荷や衝撃が前記第1支持体で吸収され、前記光導波路に及ばないから、前記光導波路の材料や形状が制限されることがなく、長期的な信頼性にも優れている。 (2) Since the mechanical load and impact applied to the contact portion are absorbed by the first support and do not reach the optical waveguide, the material and shape of the optical waveguide are not limited, and the long-term Excellent reliability.
(3)前記第1支持体に設ける当接部の大きさや形状、或いは当接部を設ける位置や向きや形成方法は、前記光導波路の大きさや形状や材質に無関係に選択できる。従って、光結合装置を設計する際の自由度が大きくなる。また、前記光導波路の構造や材質が変化した場合でも、全く同じ構造で対応することができる。 (3) The size and shape of the contact portion provided on the first support, or the position, orientation, and formation method of the contact portion can be selected regardless of the size, shape, and material of the optical waveguide. Accordingly, the degree of freedom in designing the optical coupling device is increased. Even when the structure or material of the optical waveguide is changed, the same structure can be used.
本発明の光結合装置は、基板上に光導波路を形成する工程と、前記光導波路を前記基板から剥離して前記第1支持体用の基材に接着する工程と、前記光導波路の前記一方の端面から所定の距離だけ離れた位置において前記基材を切断して、前記第2支持体との当接面を有する前記第1支持体に加工する工程と、前記第1支持体と当接する当接面を前記第2支持体に形成する工程と、前記光導波路を接着保持した前記第1支持体と前記第2支持体とを当接させる工程とを有する製造方法により、熟成された半導体製造技術を応用して製造できるので、正確に、効率や歩留まり良く、低コストで製造することができる。 The optical coupling device of the present invention includes a step of forming an optical waveguide on a substrate, a step of peeling the optical waveguide from the substrate and bonding the optical waveguide to a base material for the first support, and the one of the optical waveguides Cutting the base material at a position away from the end face by a predetermined distance to process the first support body having a contact surface with the second support body, and contacting the first support body A semiconductor ripened by a manufacturing method comprising a step of forming a contact surface on the second support, and a step of bringing the first support and the second support into contact with the optical waveguide. Since it can be manufactured by applying the manufacturing technique, it can be manufactured accurately, with good efficiency and yield, and at low cost.
また、前記第2支持体に凹部が形成され、この凹部内の所定位置に前記他の光部品である発光又は受光素子が固定されているのがよい。この際、前記光導波路の前記一方の端面が傾斜した反射端面に形成されており、この傾斜反射面による反射を介して、光を前記光導波路の内部又は外部へ導くように構成され、前記他の光部品との光結合が行われるのがよい。このようにすると、面発光型の発光素子や面受光型の受光素子を用いることができる利点がある。例えば、VCSEL(Vertical Cavity Surface-Emitting Laser;垂直共振器型面発光レーザ)や面発光型のLEDは、製造が容易で、安価で、市販されている品種も豊富であり、高周波特性に優れ変調しやすく、実装も容易である。また、フォトダイオードなどの受光素子も、面受光型の素子が主であり、実装も容易である。 Further, it is preferable that a recess is formed in the second support, and the light emitting or light receiving element which is the other optical component is fixed at a predetermined position in the recess. At this time, the one end surface of the optical waveguide is formed as an inclined reflection end surface, and is configured to guide light to the inside or outside of the optical waveguide through reflection by the inclined reflection surface. It is preferable that optical coupling with the optical component is performed. Thus, there is an advantage that a surface light emitting element or a surface light receiving element can be used. For example, VCSELs (Vertical Cavity Surface-Emitting Lasers) and surface-emitting LEDs are easy to manufacture, inexpensive, abundant on the market, and have excellent high-frequency characteristics. Easy to implement and easy to implement. In addition, light receiving elements such as photodiodes are mainly surface light receiving elements, and are easy to mount.
また、前記光導波路の他方の端面が傾斜した反射面に形成されており、この傾斜反射面による反射を介して、光を前記光導波路の外部又は内部へ導くように構成され、前記更に他の光部品との光結合が形成されるのがよい。傾斜端面による反射を利用すれば、光路を方向変換しながら他の光部品との光結合を形成することができる。 Further, the other end face of the optical waveguide is formed on an inclined reflecting surface, and is configured to guide light to the outside or the inside of the optical waveguide through reflection by the inclined reflecting surface. An optical coupling with the optical component is preferably formed. If reflection by the inclined end face is utilized, optical coupling with other optical components can be formed while changing the direction of the optical path.
また、前記複合体が前記第2支持体に対し着脱可能に構成されているのがよい。このようにすると、前記複合体の部分と前記第2支持体に保持される部分とを、必要に応じて分離したり結合したりすることのできる、いわゆるコネクタ形状の光結合装置を実現することができる。 The composite may be configured to be detachable from the second support. In this way, a so-called connector-shaped optical coupling device that can separate and combine the part of the complex and the part held by the second support as necessary is realized. Can do.
また、前記光導波路は、コアとクラッドとの接合体からなり、コアを導光路とするが、この際、前記接合体の少なくとも一部が高分子材料からなるのがよい。光導波路の材料として有機材料系の高分子材料を用いることで、光導波路の作製工程を簡易化できる。例えば、UV(紫外線)硬化型有機材料を用いると、スピンコート等による成膜や、フォトリソグラフィによるコア加工が可能であり、安価な製造設備と低い製造コストで光導波路を作製することができる。 The optical waveguide is composed of a joined body of a core and a clad, and the core serves as a light guide . At this time, at least a part of the joined body is preferably made of a polymer material. By using an organic polymer material as the material of the optical waveguide, the manufacturing process of the optical waveguide can be simplified. For example, when a UV (ultraviolet) curable organic material is used, film formation by spin coating or the like and core processing by photolithography are possible, and an optical waveguide can be manufactured with inexpensive manufacturing equipment and low manufacturing cost.
また、前記他の光部品が、発光素子、受光素子、光ファイバ、又は平面光導波路であるのがよい。 The other optical component may be a light emitting element, a light receiving element, an optical fiber, or a planar optical waveguide.
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings.
本実施の形態では、光導波路と前記第1支持体とが接合されて前記複合体が形成され、光導波路と前記第2支持体とが面接触し、第2支持体に対する前記第1支持体の当接面が、光導波路の一方の端面から所定の距離だけ離れた位置に形成されている光結合装置の例およびその作製工程を、図1〜4を用いて説明する。 In the present embodiment, the optical waveguide and the first support are joined to form the composite, the optical waveguide and the second support are in surface contact, and the first support relative to the second support is formed. An example of an optical coupling device in which the contact surface is formed at a position away from one end face of the optical waveguide by a predetermined distance and the manufacturing process thereof will be described with reference to FIGS.
図2は、前記第1支持体である支持体1と光導波路2との複合体10の平面図(a)と断面図(b)とである。支持体1は、例えばシリコンからなる基板であり、光導波路2は、クラッド3とコア4との接合体からなり、導光路であるコア4が、下部クラッドと上部クラッドとの間に挟持されている。図2には、コア4が4本並置されている例を示したが、これに限るものではなく、光導波路2に含まれるコア4の本数は単一でも複数でもよい。
FIG. 2 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) of a composite 10 of the
支持体1の材料としては、シリコン基板以外のガラス基板やセラミック基板でもよいが、半導体加工技術で加工できることから、半導体基板とりわけシリコン基板が好ましい。
The material of the
光導波路2の下部クラッド、コアおよび上部クラッドの各層は、例えば、屈折率の異なる公知の高分子材料を順次積層し、コア材料をパターニングすることによって形成される。コア4の屈折率はクラッド3の屈折率よりも大きく、比屈折率差Δnは、例えば0.8%である。また、コア4の断面は、例えば40μm×40μmの正方形である。
Each layer of the lower clad, the core and the upper clad of the
光導波路2の一方の端面5は、光導波路2の主面に対しておおよそ45度に傾斜した反射面に形成されており、この傾斜反射面5による反射を介して、光を光導波路2の内部又は外部へ導き、次に述べるようにして対向配置された光素子14との光結合が形成される。
One end face 5 of the
図1は、支持体1と、前記第2支持体である実装基板11との当接によって、光導波路2と実装基板11との位置合わせを行い、光素子14の発光または受光部分と光導波路コア4との正確な光結合を実現する仕組みを説明するものである。図1(a)は当接前の光結合装置の状態を示す断面図であり、図1(b)と(c)は、当接により光結合が形成された状態を示す断面図(b)と平面図(c)である。なお、断面図は、平面図(c)の1A−1A線の位置における断面図である。
FIG. 1 shows the alignment of the
図1(a)に示すように、実装基板11には、光導波路2を保持する光導波路支持面12、光素子14を固定するための凹部13、および支持体1との当接面15が設けられている。図1(b)に示すように、光結合が形成された状態では、光導波路2はその実装基板11の側の主面が光導波路支持面12に接触して保持され、光素子14は凹部13内に固定され、凹部13の深さによって、図1(b)の高さ方向における光導波路2と光素子14との間隔が制御される。
As shown in FIG. 1A, the mounting
このとき、光素子14が発光素子であれば、発光素子の発光部から傾斜反射面5に入射した光が、傾斜反射面5で反射され、コア4の内部へ導かれる。また、光素子14が受光素子である場合には、コア4の内部を伝播してきた光が、傾斜反射面5で反射され、受光素子14の受光部へと導かれる。このようにすると、上面に発光部をもつ面発光型の発光素子や、上面に受光部をもつ面受光型の受光素子を用いることができる利点がある。例えば、VCSEL(発光領域の大きさは、例えば10μm)や面発光型のLEDは、製造が容易で、安価で、市販されている品種も豊富であり、高周波特性に優れ変調しやすく、実装も容易である。また、フォトダイオードなどの受光素子も、面受光型の素子が主であり、実装も容易である。
At this time, if the
また、図1(b)に示すように、支持体1の当接面6は、光導波路2の一方の端面5から所定の距離21だけ離れた位置に形成されている。そして、光素子14は、実装基板11の当接面15から所定の距離22だけ離れた位置に固定されている。このため、支持体1の当接面6と、実装基板11の当接面15との当接(突き当て)によって、図1の左右方向における光導波路2と光素子14との正確な位置合わせが行われる。
Further, as shown in FIG. 1B, the contact surface 6 of the
さらに、当接面6と当接面15との当接部23に十分な広がりがあれば、当接によって支持体1と実装基板11との角度ずれの修正も行われる。
Further, if the
図3は、支持体1と光導波路2との複合体10を作製する工程を示すフロー図である。なお、この図は、図1の断面図と同じ位置における断面図である。
FIG. 3 is a flowchart showing a process of manufacturing the composite 10 of the
まず、図3(a)に示すように、基板31の上に光導波路2の下部クラッド、コア4および上部クラッドの各層を、例えば、屈折率の異なる公知の高分子材料をスピンコートなどにより塗布し、紫外線照射や加熱により硬化させて順次積層し、コア材料をパターニングすることによって形成する。
First, as shown in FIG. 3A, the lower clad, the
次に、図3(b)に示すように、V字型ブレードでダイサー加工することにより斜め45度加工を施し、光導波路2の一方の端面5を傾斜反射面に形成する。さらに通常のブレードでもう一方の端面を切断する。
Next, as shown in FIG. 3 (b), a 45 ° oblique process is performed by dicing with a V-shaped blade, and one end face 5 of the
次に、図3(c)に示すように、光導波路2を基板31から剥離して支持体1の基材32に接着する。このとき用いる接着剤は、熱硬化性のものでも、紫外線硬化性のものでもよい。
Next, as shown in FIG. 3C, the
次に、図3(c)および(d)に示すように、光導波路2一方の端面5から所定の距離21だけ離れた位置において基材を切断して、実装基板11との当接面6を有する支持体1に加工し、複合体10を形成する。この際、CCD(Charge Coupled Device)カメラと顕微鏡を用いた画像観察で、一方の端面5のエッジ5aを検出しながら切断することで、±数μmの精度で当接面6を形成することができる。
Next, as shown in FIGS. 3C and 3D, the base material is cut at a predetermined distance 21 from one end surface 5 of the
当接面6は、切断によって形成した後、エッチング処理を行うことにより、寸法精度を向上させたり、段付き形状に加工したりすることができる。 The contact surface 6 can be formed by cutting and then subjected to an etching process to improve dimensional accuracy or to be processed into a stepped shape.
一方、図示省略したが、シリコン基板などの半導体基板に、光導波路支持面12、凹部13、そして支持体1と当接する当接面15をエッチングにより形成し、実装基板11を作製する。
On the other hand, although not shown in the figure, the mounting
次に、図1(b)に示すように、実装基板11の凹部13の、当接面15から所定の距離22だけ離れた位置に光素子14を固定する。その後、支持体1と実装基板11とを当接面6と15において当接させ、光結合装置の作製を終了する。
Next, as shown in FIG. 1B, the
図4は、本実施の形態に基づく光結合装置の他の例を示す断面図(a)と平面図(b)である。この光結合装置では、支持体1および実装基板16のそれぞれに、互いに交差する2つの当接面6と7、および、当接面15と17を設けることにより、当接部23と当接部24の2つの領域における当接によって、左右方向に加え、図4の奥行き方向における位置合わせも行えるようにした例である。
FIG. 4 is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing another example of the optical coupling device based on the present embodiment. In this optical coupling device, the
実際の位置合わせは、例えば、まず支持体1を左右方向に移動させて、当接面6を当接面15に当接させ、図4の左右方向における位置合わせを行い、次に支持体1を当接面15に沿って奥行き方向に移動させて、当接面7を当接面17に当接させ、奥行き方向における位置合わせを行う。このように2度当接を繰り返すだけで二次元方向における位置合わせが行われ、先述した凹部13の深さ調節による高さ方向の位置合わせと合わせると、三次元方向における完全な位置合わせが行われ、光導波路コア4と、光素子14の発光または受光部分との光結合が実現する。
In actual alignment, for example, first, the
同様にして、高さ方向においても当接面を設け、高さ方向の位置合わせも当接によって行うようにすることもできる。 Similarly, a contact surface can be provided also in the height direction, and alignment in the height direction can also be performed by contact.
以上に説明してきたように、本実施の形態によれば、支持体1と実装基板との当接によって、実装基板面に平行な面方向のずれ、実装基板面に垂直な高さ方向のずれ、或いは角度のずれの少なくとも1つの位置合わせを行うことができる。また、その位置合わせを繰り返すことで容易に三次元方向における完全な位置合わせを行うこともできる。
As described above, according to the present embodiment, due to the contact between the
この方法によれば、位置合わせの作業は、当接部同士を当接させるだけであり、簡易である。しかも、当接が十分広い領域にわたって行われるようにすれば、当接部全体としての位置の正確性が保たれていれば、細部の作製精度に関係なく、正確度の高い位置合わせを実現できる。従って、光導波路と光素子との光結合を、簡易に、生産性や歩留まりよく、低コストで、しかも高い正確度で形成することができる。 According to this method, the alignment operation is simple because only the contact portions are brought into contact with each other. In addition, if the contact is performed over a sufficiently wide area, high-accuracy alignment can be realized regardless of the precision of manufacturing the details as long as the position accuracy of the entire contact portion is maintained. . Therefore, the optical coupling between the optical waveguide and the optical element can be easily formed with good productivity and yield, at low cost, and with high accuracy.
光導波路の傾斜端面の機械的強度は一般に弱いため、傾斜端面部を直接突き当てて光導波路の位置合わせを行うことは困難である。本実施の形態は、光導波路に機械的な負荷を加えることなく位置決めできるので、傾斜端面を有する光導波路にも適用でき、長期的な信頼性にも優れている。また、例えば、前記光導波路を構成するチャンネル数が増えるなど、前記光導波路の構成が変化した場合でも、同じ構造で対応することができる。 Since the mechanical strength of the inclined end face of the optical waveguide is generally weak, it is difficult to align the optical waveguide by directly contacting the inclined end face portion. Since this embodiment can be positioned without applying a mechanical load to the optical waveguide, it can also be applied to an optical waveguide having an inclined end face, and is excellent in long-term reliability. Further, for example, even when the configuration of the optical waveguide is changed, for example, the number of channels configuring the optical waveguide is increased, the same structure can be used.
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to these examples at all, and can be suitably changed in the range which does not deviate from the main point of invention.
本発明の光結合装置は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能な光配線において好適に用いられ、小型で、低コストで、しかも高性能の光伝送・通信システムの構築に寄与することができる。 The optical coupling device of the present invention is suitably used in optical wiring applicable to various places such as between electronic devices, between boards in electronic devices or between chips in a board, and is small, low cost, and high in cost. It can contribute to the construction of high performance optical transmission / communication systems.
1…支持体、2…光導波路、3…クラッド、4…コア、5…一方の端面、
5a…一方の端面のエッジ、6、7…当接面、10…複合体、11…実装基板、
12…光導波路支持面、13…凹部、14…光素子、15、17…当接面、
16…実装基板、21、22…所定の距離、23、24…当接部、31…基板、
32…支持体1の基材、101…基板、102…光導波路、103…光素子、
104…他の基板、105…光ファイバ、106…突起、107…嵌合孔、
108…光ファイバ嵌合溝、111…クラッド、112…コア、114…光導波路、
115…半導体光素子、116…半導体光素子の端面、
117…半導体光素子の光入射または出射端面、118……光導波路端面、
119…光導波路材端面、120…所定の距離、121…光素子側マーカ、
122…基板側マーカ
DESCRIPTION OF
5a ... edge of one end face, 6, 7 ... abutting surface, 10 ... composite, 11 ... mounting substrate,
12 ... Optical waveguide support surface, 13 ... Recess, 14 ... Optical element, 15, 17 ... Contact surface,
16 ... Mounting board, 21, 22 ... Predetermined distance, 23, 24 ... Contact part, 31 ... Board,
32 ... Base material of
104 ... Other substrate, 105 ... Optical fiber, 106 ... Projection, 107 ... Fitting hole,
108: optical fiber fitting groove, 111: clad, 112: core, 114: optical waveguide,
115: Semiconductor optical device, 116: End face of semiconductor optical device,
117: Light incident or exit end face of semiconductor optical device, 118 ... Optical waveguide end face,
119 ... Optical waveguide material end face, 120 ... Predetermined distance, 121 ... Optical element side marker,
122 ... Substrate side marker
Claims (8)
前記第2支持体上に前記光導波路が面接触して保持され、
この保持面よりも高い位置にて前記第1支持体と前記第2支持体とが当接され、
前記光導波路の長さ方向において前記光導波路の前記一方の端面から所定の距離だけ 前進した位置に、前記第2支持体に対する前記第1支持体の当接面が形成され、
前記光導波路の前記長さ方向において前記第1支持体に対する前記第2支持体の当接 面から所定の距離だけ後退した位置に、前端が位置するように前記他の光部品が実装さ れている、
光結合装置。 The optical waveguide and the upper part of the optical waveguide are coupled to each other so that one end surface of the planar optical waveguide having the core as a light guide and the other optical component is optically coupled. A composite body in which the first support body positioned is integrated and a second support body on which the other optical component is mounted are disposed, and the first support body and the second support body are brought into contact with each other. The optical waveguide and the other optical component are aligned by this contact, an optical coupling device,
The optical waveguide is held in surface contact on the second support,
The first support and the second support are brought into contact with each other at a position higher than the holding surface,
A contact surface of the first support with respect to the second support is formed at a position advanced by a predetermined distance from the one end surface of the optical waveguide in the length direction of the optical waveguide,
The other optical component is mounted such that the front end is located at a position retracted by a predetermined distance from the contact surface of the second support with respect to the first support in the length direction of the optical waveguide. Yes,
Optical coupling device.
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