CN101393306A

CN101393306A - 光配线部件的制造方法及光配线部件

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Publication number: CN101393306A
Application number: CNA2007101534561A
Authority: CN
Inventors: 安田裕纪; 平野光树; 牛渡刚真
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2027-09-19
Also published as: CN101393306B

Abstract

本发明提供一种能够以低成本实现高精度对位的光配线部件的制造方法以及光配线部件。形成使嵌入光纤(4)的矩形槽(6)朝向基板(2)地重叠在基板(2)上的光纤夹持器(7)，在基板(2)上形成把光纤夹持器引导到光纤(4)和光元件(3)应该光耦合的位置的导向器(8)，在把光纤(4)嵌入矩形槽(6)内的状态下和光纤(4)一起切割光纤夹持器(7)形成45°镜面(5)，把光纤夹持器(7)重叠在基板(2)上，通过导向器(8)引导光纤夹持器(7)。

Description

光配线部件的制造方法及光配线部件

技术领域

本发明涉及能够以低成本实现高精度对位的光配线部件的制造方法及光配线部件。

背景技术

在光通信设备或者其中使用的光收发器中，在搭载了发光元件或受光元件(以下总称为光元件)的基板上，有时制作固定了与该光元件光耦合的光纤的部件(以下称为光配线部件)。

作为切实保证光纤和光元件的光耦合的光配线部件的制造方法，有实际在光纤中传输光，一边监视其受光信号一边进行位置调整的主动方式；和通过使用视觉标记或者机械定位单元，不实际传输光而确定位置的被动方式。省去了尝试工序的被动方式更适合于批量生产。

目前，作为被动方式的光配线部件的制造方法，已知专利文献1的方法、非专利文献1的方法。

在专利文献1的方法中，在硅基板上通过各向异性蚀刻而形成作为元件设置部位的凹部、和嵌入光纤的V形槽，在该凹部中安装光元件，在V形槽内嵌入光纤，将光纤的尖端顶着光元件设置在正确位置，通过粘接剂固定。

在非专利文献1的方法中，把预先通过切割而形成了45°镜面的光纤嵌入在上部构造体上形成的V形槽中并固定，另一方面，在下部构造体内固定光元件，使上部构造体和下部构造体重合，由此，光元件通过45°镜面和光纤进行光耦合。此时，为使上部构造体和下部构造体对位，在下部构造体上形成与上部构造体的V形槽相对的V形槽，在这些V形槽之间夹入圆棒状的定位销，使V形槽横向对位。通过在V形槽纵向上滑动调整，使光纤和光元件以半被动的方式对位。

【专利文献1】特开平11-337777号公报

【非专利文献1】“10 Gb/s×4ch光互连(interconnection)模块的新安装结构”，铃木等，2005年电子信息通信学会电子学会大会会报，265页，2005年

发明内容

在专利文献1的方法中，VCSEL(面发光激光器)和光纤的连接困难。与其他光元件相比，VCSEL成本较低，所以为使光配线部件便宜，适于采用VCSEL，但由于和光纤的连接困难，所以不能采用VCSEL。

专利文献1的方法以及非专利文献1的方法都需要V形槽。因为通过切割形成V形槽所以费时。当V形槽加长、或者V形槽的条数增多时，切割时间会很长。

非专利文献1的方法，为使V形槽纵向对位而需要进行调心。

另外，非专利文献1的方法需要定位销这样的多余的部件。

因此，本发明的目的是提供一种光配线部件的制造方法及光配线部件，其能够解决上述课题，以低成本实现高精度的对位。

为实现上述目的，本发明的光配线部件的制造方法，是在基板的背面设置光元件的发光面并加以固定，沿该基板的表面配置光纤，在该光纤上形成45°镜面，使该光纤与上述光元件光耦合的光配线的方法，其中，形成至少有一条嵌入上述光纤的矩形槽，使该矩形槽朝向上述基板重叠在上述基板的表面上的光纤夹持器；在上述基板的表面上形成把该光纤夹持器引导到上述光纤和上述光元件应该光耦合的位置的导向器；在把上述光纤嵌入上述矩形槽内的状态下和上述光纤一起切割上述光纤夹持器，在上述光纤上形成上述45°镜面；把该光纤夹持器重叠在上述基板的表面上，通过上述导向器把该光纤夹持器引导到上述光纤和上述光元件应该光耦合的位置来定位。

作为上述导向器，也可以形成与切割上述光纤夹持器而得的尖端抵接，进行矩形槽纵向的定位的尖端止动部、以及与上述光纤夹持器的矩形槽横向的端面抵接，进行矩形槽横向的定位的横向止动部。

也可以在上述光纤夹持器上平行地形成多于上述光元件个数的多条上述矩形槽，在光纤不与光元件耦合的位置的矩形槽内嵌入假光纤(dummy fiber)。

也可以在上述光纤夹持器上平行地形成多于上述光元件个数的多条上述矩形槽，在光纤不与光元件耦合的位置的矩形槽内嵌入电线。

另外，本发明的光配线部件具有：基板、将发光面设置在该基板的背面上的光元件、沿该基板的表面配置的光纤、和在该光纤上形成的使该光纤与上述光元件光耦合的45°镜面，其中，具备：至少有一条嵌入上述光纤的矩形槽，使该矩形槽朝向上述基板重叠在上述基板的表面上的光纤夹持器；在上述基板的表面上形成的，把上述光纤夹持器引导到上述光纤和上述光元件应该光耦合的位置的导向器；以及在把上述光纤嵌入上述矩形槽内的状态下和上述光纤一起切割上述光纤夹持器，在上述光纤上形成的上述45°镜面。

本发明发挥如下优良的效果。

(1)成本低。

(2)能够实现高精度对位。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的光配线部件的立体图。

图2(a)～(f)是表示制作本发明的光纤夹持器的步骤的光纤夹持器及其材料的纵截面图。

图3(a)是本发明的基板以及导向器沿AA线的侧截面图，(b)是其平面图。

图4(a)～(d)是表示组装本发明的光配线部件的步骤的光纤夹持器、基板以及夹持器的侧截面图。

图5(a)是图1的光配线部件的纵截面图，(b)是其平面图。

图6是表示本发明的另一实施方式的光配线部件的平面图。

图7是表示本发明的另一实施方式的光配线部件的侧截面图。

图8是表示本发明的另一实施方式的光配线部件的平面图。

图9是表示本发明的另一实施方式的光配线部件的侧截面图。

图10是表示本发明的另一实施方式的光配线部件的侧截面图。

图11(a)～(e)是表示制作本发明的光纤夹持器的步骤的光纤夹持器及其材料的纵截面图。

图12(a)～(e)是表示制作本发明的光纤夹持器的步骤的光纤夹持器及其材料的纵截面图。

图13是表示折射率、光纤光元件间距离和损失的关系的图。

符号说明

1 光配线部件、2 基板、3 光元件、4 光纤、5 45°镜面、6 矩形槽、7 光纤夹持器、8 导向器

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明的一个实施方式。

如图1所示，本发明的光配线部件1具有：基板2、将发光面设置在该基板2的背面(图示下面)上的光元件3、沿该基板2的表面配置的光纤4、和在该光纤4上形成的使该光纤4与光元件3光耦合的45°镜面5，其中，具备：至少有一条嵌入光纤4的矩形槽6，使该矩形槽6朝向基板2，通过嵌入矩形槽6的光纤4重叠在基板2的表面上的光纤夹持器7；在基板2的表面上形成的，把光纤夹持器7引导到光纤4和光元件3应该光耦合的位置的导向器8；以及在把光纤4嵌入矩形槽6内的状态下和光纤4一起切割光纤夹持器7，在光纤4上形成的上述45°镜面5。

在光纤夹持器7上平行地形成多条矩形槽6，可以在各条矩形槽6内嵌入光纤4，这里形成4条矩形槽6，嵌入了4条光纤4。光纤4在图中仅描绘到基板2的末端，但是不用说实际上延长到必要的长度。

按照步骤说明制造图1的光配线部件的方法、即本发明的光配线部件的制造方法。

在图2(a)～(f)中表示使用直接曝光法制作光纤夹持器7的步骤。首先，如图2(a)所示，准备青板玻璃(一般的钠玻璃)21来作为成为光纤夹持器7的基础的固体材料。如图2(b)所示，在青板玻璃21的单面上形成由光硬化性材料构成的层(光硬化性材料层)22。这里，作为光硬化性材料使用了通过紫外线硬化的UV硬化性丙烯树脂。如图2(c)所示，在光硬化性材料层22上重叠图形掩膜25，该图形掩膜以相当于矩形槽的部分作为遮光膜23、以相当于矩形槽的宽度方向两侧的凸部的部分作为透光窗24，从图形掩膜25的相反侧照射紫外线。如图2(d)所示，当仅残留硬化部分地除去未硬化部分时，硬化部分作为凸部26而残留，除去了凸部26与凸部26之间的非硬化部分形成矩形槽6。如图2(e)所示，当除去外侧多余的青板玻璃21时，制成光纤夹持器7。如图2(f)所示，为使光纤4不摇动地嵌入槽6中，光纤夹持器7的槽的宽度和光纤直径大体相同，槽的深度比光纤半径大，比光纤直径小。

如图3(a)以及图3(b)所示，在用于固定光元件3的基板2的表面上设置导向器8。导向器8用于把光纤夹持器7引导到光纤4和光元件3应该光耦合的位置。在该实施方式中，导向器8具有与切割光纤夹持器7而得的尖端(详情后述)抵接，来进行矩形槽纵向的定位的尖端止动部31；以及与光纤夹持器7的矩形槽横向的端面抵接，来进行矩形槽横向的定位的横向止动部32。此外，在该实施方式中，因为推迟进行安装光元件的工序，所以在图3(a)以及图3(b)的基板2上尚未安装光元件3。

在该实施方式中，基板2是FPC(柔性基板)。另外，在基板2上在背面设置铜配线33。铜配线33成为用于光元件3的电源、地线、信号线。

在该实施方式中，基板2形成长方形。尖端止动部31是与基板2的一个短边平行地直线式设置的、侧截面为矩形的部件。横向止动部32是与基板2的一个长边平行地直线式设置的、纵截面(未图示)为矩形的部件。这里，将横向止动部32设置在与尖端止动部31的两端相接的两个位置，导向器8整体在平面视图中呈コ字形状。在两个横向止动部32之间形成和光纤夹持器7的宽度大体相同的间隔。因此，该导向器8从横向两侧限制光纤夹持器7来定位。

导向器8可以和光纤夹持器7同样地通过直接曝光法或者使用金属模的方法制作。

如图4(a)所示，把光纤4嵌入光纤夹持器7的矩形槽6内。此时的光纤夹持器7的纵截面成为图2(f)那样。在该状态下，如图4(b)所示，把光纤夹持器7和光纤4一起切割而形成共同斜面41。该共同斜面41在光纤4上成为45°镜面5。

如图4(c)所示，把该光纤夹持器7重叠在基板2的表面上。此时，通过导向器8将光纤夹持器7引导到光纤4和光元件3应该光耦合的位置并定位。如圆B包围的部分所示，通过使切割光纤夹持器7而得的尖端顶住导向器8的尖端止动部31来定位。此外，虽然未安装光元件3，但是由于预先在基板2中精密制作了应安装光元件3的位置和导向器8的位置的关系，所以将光纤夹持器7相对于导向器8定位，等同于相对于光元件3定位。

其后，如图4(d)所示，使用覆盖部件用粘接剂层42埋入光纤夹持器7、导向器8以及光纤4，在该覆盖部件用粘接剂层42上覆盖由薄膜或刚性基板形成的覆盖部件43来粘接。在基板2的背面，对于铜配线33通过焊料凸块44焊接光元件3。由此，完成光配线部件1。

完成的光配线部件1如图5(a)所示，在基板2的背面上安装了光元件(未图示)，同时光元件的受光/发光区域面对基板2固定。但是，在图5(a)的实施方式中，不是个别地安装4个光元件3，而是在基板2上安装了把4个光元件3以规定间距配置成一列的光元件阵列51。在基板2的表面上，沿该基板2的表面，以和光元件3相同的间距配置光纤4，在该光纤4上形成45°镜面5。另外如图5(b)所示，包含45°镜面5的光纤夹持器7的共同斜面41的尖端与导向器8的尖端止动部31抵接。

如上所述，本发明的光配线部件的制造方法，通过在基板2上设置好导向器8，另一方面，在把光纤4嵌入光纤夹持器7的矩形槽6内的状态下一起切割来制成45°镜面5，使该光纤夹持器7与导向器8接合，由此实现了被动方式的光耦合。

根据该方法，因为在光纤夹持器7上形成的槽是矩形槽6，所以可以通过曝光法或者使用金属模的方法制作光纤夹持器7以及导向器8，与现有的V形槽相比，尺寸精度更高。从而提高了对位精度。另外，可以省去通过切割来形成V形槽的麻烦，降低制造成本。

另外，本发明的光配线部件的制造方法，因为对于导向器8的尖端止动部31抵接光纤夹持器7的切割而得的尖端，来进行矩形槽纵向的定位，所以实质上直接定位45°镜面5，与现有技术的通过上部构造体的向下突起而进行的定位相比，提高了对位精度。

另外，本发明的光配线部件的制造方法，可以采用廉价的VCSEL作为光元件3。因此，能够降低光配线部件1的成本。

下面说明在基板2的表面上重叠光纤夹持器7时，接合光纤夹持器7和基板2的方法。

如图5(a)所示，在基板2的表面上用导向器8围起来的范围内，设置用于粘接基板2和光纤4以及光纤夹持器7的光纤用粘接剂层52。由于光纤夹持器7的矩形槽6(参照图2(f))比光纤4的直径浅，在光纤4接触基板2的表面时，光纤夹持器7的凸部26(参照图2(d))与基板2之间产生间隙，因此光纤用粘接剂层52填充该间隙来粘接基板2和光纤4以及光纤夹持器7。

在光纤用粘接剂层52中，使用折射率小于光纤4的包层的粘接剂。这具有被导入光纤4由45°镜面5反射的光聚集在通过光纤4的中心的下垂线上的效果。因此，光元件阵列51的光元件和光纤4可靠地光耦合。

这里说明图13，该图表示折射率、光纤光元件间距离、和损失的关系。以横轴表示折射率，以纵轴表示损失，描绘了光纤光元件间距离为87.5μm、107.5μm、127.5μm的情况。由图可知，光纤光元件间距离短时，相对于折射率的增大，损失不怎么增大，但是光纤光元件间距离长时，相对于折射率的增大，损失显著增大。

下面说明其他实施方式。

在上述实施方式中，相对于安装4个光元件3的基板2，在光纤夹持器7上形成4条矩形槽6，在各个矩形槽6内嵌入光纤4。不限于此，也可以根据光元件3的个数形成1条～3条或5条以上矩形槽6，在各个矩形槽6内嵌入光纤4。另外，矩形槽6和光元件3的个数也可以不同。

图6所示的光配线部件61，形成多于光元件(未图示)个数的矩形槽(未图示)，在光纤4不与光元件耦合的位置的矩形槽内嵌入假光纤62。光纤4实际上延长得比图示长，与之相对，虚拟光纤62在基板2的末端被切断。

在该光配线部件61上安装的光元件是一个。尽管如此，在光纤夹持器63上形成两条矩形槽。与图5(b)的光配线部件1的光纤夹持器7相比，图6的光纤夹持器63宽度窄，与此相对应，导向器64宽度也形成得较窄。

这里，如果仅形成1条矩形槽，把光纤夹持器63形成为仅嵌入1条光纤4的程度的宽度，则光纤夹持器的宽度比图6的情况下更窄。于是，光纤夹持器63相对于基板2容易产生向侧滚(roll)角(以光纤4为轴的旋转角)方向、俯仰(pitch)角方向、偏转(yaw)角方向的倾斜。另外，当仅在1条光纤4中产生扭转应力时，光纤夹持器63也容易向侧滚角方向扭转。

因此，当如图6那样形成多余的矩形槽，增加光纤夹持器63的宽度时，减小向侧滚角方向、俯仰角方向、偏转角方向的倾斜，容易平行于基板2或者导向器64。另外，因为光纤夹持器63的宽度宽，因此减小了侧滚角等，但是通过装入假光纤62，具有进一步消除侧滚角的效果。而且，在把光纤夹持器63嵌入导向器64时，将光纤夹持器63放置在基板2上，滑动该光纤夹持器63嵌入导向器64内。此时，因为从嵌入导向器64以前光纤夹持器63由光纤4和假光纤62两条支撑而没有倾斜，所以能够更平滑地嵌入。

在上述实施方式中，在导向器8上形成两个横向止动部32，使导向器8呈コ字形，但是即使形成一个横向止动部32，使导向器8成L字形也可以在纵向和横向上定位。

图7所示的光配线部件71，在图4(d)的光配线部件1上设置有光纤保护材料72。在从光配线部件1的基板2的末端延长的光纤4上设置覆盖该光纤4的周围的光纤被覆层73。但是，在基板2上设置的光纤4，除去了光线被覆层73。因此与基板2、光纤夹持器7等一体化，而且在覆盖了覆盖部件43的光纤4的末端部分和光纤被覆层73之间，形成了没有任何补充机械强度的材料的光纤4的单体部分。

因此，为避免应力集中在该单体部分上，设置了光纤保护材料72。从基板2以及覆盖部件43的端部的位置到光纤被覆层73的端部的位置，覆盖光配线部件1的周围而形成光纤保护材料72。由此，保护光纤4的单体部分。

图8所示的光配线部件81，在光纤夹持器82上形成比光元件(未图示)的个数3多的4条矩形槽(未图示)，在光纤4不与光元件耦合的位置的矩形槽内嵌入电线83。在图中做了省略，不过电线83从基板2的两端向前方延长。在导向器84中形成通过电线83的孔或槽。

在该光配线部件81中，能够实现通过光纤4传输高速信号、通过电线83传输低速信号的传输方法。

图9所示的光配线部件91，通过电耦合器92连接其他的电气配线等，交换通过PD进行光电变换而得的电信号、向VCSEL进行光电变换前的电信号数据。通过使用电耦合器92，使处理容易。

图10所示的光配线部件101，使用具有柔性部分102和刚性部分103的刚/柔性基板作为基板。在其柔性部分102上通过本发明的光配线部件的制造方法安装光元件3和光纤4。在刚性部分103上安装承受弯曲应力的、不能放置在柔性部分102上的电气部件。

图1的光配线部件1的制造步骤中，光纤夹持器如图2(a)～(f)那样，使用直接曝光法形成，但也可以使用具有矩形槽的凹模的金属模形成。

即在青板玻璃、柔性基板上涂布紫外线硬化性树脂，把用石英等透明材料形成的、具有成为矩形槽的凹凸形状的模具按压到涂布了紫外线硬化性树脂的青板玻璃、柔性基板上。然后，照射紫外线使紫外线硬化性树脂硬化，取下模具完成光纤夹持器。

另外，在青板玻璃、柔性基板上涂布热可塑性树脂，把加热到热可塑性树脂熔化程度的温度的、具有成为矩形槽的凹凸形状的模具按压到涂布了热可塑性树脂的青板玻璃、柔性基板上。将其冷却使热可塑性树脂固化后，取下模具完成光纤夹持器。

图11(a)～(e)表示使用金属模法制作光纤夹持器7的步骤。首先，如图11(a)所示，在青板玻璃111的单面上形成光硬化性材料层112。另一方面，金属模113具有成形凸部115的槽状凹部114。如图11(b)所示，通过使金属模113重叠在光硬化性材料层112上，在金属模113内形成由光硬化性材料构成的凸部115。在该状态下，从金属模113的相反侧照射紫外线(在光硬化性材料是UV硬化性丙烯树脂的情况下。另外，金属模113用透过紫外线的材料形成)。由此使凸部115硬化。如图11(c)所示，当除去金属模113时，留下硬化的凸部115，在凸部115和凸部115之间形成矩形槽116。如图11(d)所示，当除去外侧多余的青板玻璃111时，制成光纤夹持器7。如图11(e)所示，为使光纤4不摇动地嵌入矩形槽116内，光纤夹持器7的槽的宽度和光纤直径大体相同，槽的深度比光纤半径大、比光纤直径小。

图12(a)～(e)表示使用金属模法制作光纤夹持器7的另外的步骤。首先，如图12(a)所示，在青板玻璃121的单面上形成热可塑性材料层122。另一方面，金属模123具有成形凸部125的槽状凹部124。如图12(b)所示，通过使加热到热可塑性材料层122熔化程度的温度的金属模123按压到形成了热可塑性材料层122的青板玻璃121上，在金属模123内形成由热可塑性材料构成的凸部125。在该状态下冷却整体。由此使凸部125硬化。如图12(c)所示，当除去金属模123时，留下硬化的凸部125，在凸部125和凸部125之间形成矩形槽126。如图12(d)所示，当除去外侧多余的青板玻璃121时，制成光纤夹持器7。如图12(e)所示，为使光纤4不摇动地嵌入矩形槽126内，光纤夹持器7的槽的宽度和光纤直径大体相同，槽的深度比光纤半径大、比光纤直径小。

Claims

1.一种光配线部件的制造方法，是在基板的背面设置光元件的发光面并加以固定，沿该基板的表面配置光纤，在该光纤上形成45°镜面，使该光纤与上述光元件光耦合的光配线的方法，其特征在于，

形成至少有一条嵌入上述光纤的矩形槽，使该矩形槽朝向上述基板重叠在上述基板的表面上的光纤夹持器；

在上述基板的表面上形成把该光纤夹持器引导到上述光纤和上述光元件应该光耦合的位置的导向器；

在把上述光纤嵌入上述矩形槽内的状态下和上述光纤一起切割上述光纤夹持器，在上述光纤上形成上述45°镜面；

把该光纤夹持器重叠在上述基板的表面上，通过上述导向器把该光纤夹持器引导到上述光纤和上述光元件应该光耦合的位置并定位。

2.根据权利要求1所述的光配线部件的制造方法，其特征在于，

作为上述导向器，形成与切割上述光纤夹持器而得的尖端抵接，来进行矩形槽纵向的定位的尖端止动部；以及与上述光纤夹持器的矩形槽横向的端面抵接，来进行矩形槽横向的定位的横向止动部。

3.根据权利要求1或2所述的光配线部件的制造方法，其特征在于，

在上述光纤夹持器上平行地形成多于上述光元件个数的多条上述矩形槽，在光纤不与光元件耦合的位置的矩形槽内嵌入假光纤。

4.根据权利要求1～3中任何一项所述的光配线部件的制造方法，其特征在于，

在上述光纤夹持器上平行地形成多于上述光元件个数的多条上述矩形槽，在光纤不与光元件耦合的位置的矩形槽内嵌入电线。

5.一种光配线部件，具有基板、将发光面设置在该基板的背面上的光元件、沿该基板的表面配置的光纤、以及在该光纤上形成的使该光纤与上述光元件光耦合的45°镜面，其特征在于，具备：

至少有一条嵌入上述光纤的矩形槽，使该矩形槽朝向上述基板重叠在上述基板的表面上的光纤夹持器；

在上述基板的表面上形成的、把上述光纤夹持器引导到上述光纤和上述光元件应该光耦合的位置的导向器；

和在把上述光纤嵌入上述矩形槽内的状态下和上述光纤一起切割上述光纤夹持器，在上述光纤上形成的上述45°镜面。