CN101441298A - 光波导路装置及其制造方法、以及光波导路连接结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够在一道工序内简单且高精度地形成插口容器结构的光波导路装置的制造方法以及由此获得的光波导路装置、以及用于该光波导路装置的光波导路连接结构。该光波导路装置包括安装在基板(20)上表面的发光元件(21)和密封该发光元件(21)的芯层(29)，在上述芯层(29)的、与发光元件(21)的发光面相对的部位，一体地形成有光波导路插入用凹部(25)和光耦合用透镜(27)，将光波导路(30)的一端插入上述凹部(25)内，用密封树脂(31)固定，进行光波导路(30)和芯层(29)内的发光元件(21)的受发光点的光耦合。

Description

光波导路装置及其制造方法、以及光波导路连接结构
技术领域
本发明涉及一种在光通信、光信息处理、其它一般光学中广泛应用的光波导路装置的制造方法以及由此获得的光波导路装置、以及用于该光波导路装置的光波导路连接结构。
背景技术
通常，光波导路装置通过光波导路传播从发光元件发出的光，相反，使受光元件接收由光波导路传播来的光，从而进行光耦合(optical coupling)，但该耦合时，重要的是将相互的光轴设定在同一光轴上，要求高的定位精度。最近，提出了一种光波导路装置(包括光组件)，广泛应用在光通信等中(参照专利文献1等)，该光波导路装置具有可简单地进行上述的定位的插口容器(receptacle)结构。
例如，如图5所示，上述专利文献1中所述的光组件包括基板2和插口容器。该基板2搭载有面型发光元件等的光学元件1；该插口容器可相对于上述光学元件1以形成同一光轴那样的配置对挠性光波导路3进行定位。
另外，上述插口容器由第1插口容器6和第2插口容器8构成，该第1插口容器6设有形成用于对挠性光波导路3进行定位的引导路径的下侧槽5；第2插口容器8设有同样形成为引导路径的上侧槽7，通过使立设于基板2的上表面的导向销9、10与分别设于上述第1插口容器6、第2插口容器8的下表面的导向孔11、12嵌合，从而可将它们组装成一体。
专利文献1：日本特开2006-154553公报
可是，为了形成插口容器结构，该插口容器需要制作第1插口容器6和第2插口容器8这样的2个部件的工序、和将这2个部件组装到基板2上的工序，从而存在需要大量的时间和劳力这样的问题。另外，还存在这样的问题：利用上述组装后的插口容器结构对光元件1和挠性光波导路3进行定位，因此各构件的加工精度以及组装精度的叠加成为影响整体精度的原因，难于调整整体精度。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供一种能够简单且高精度地形成插口容器结构的、优良的光波导路装置制造方法以及由此获得的光波导路装置、用于该光波导路装置的光波导路连接结构。
为了达到上述目的，本发明的第1技术方案在于提供一种光波导路装置的制造方法，包括：将受发光元件安装到基板上表面的工序；在上述安装的受发光元件的周围配置模具，向该模具内填充芯形成材料并使其固化，从而形成芯层，由此密封上述受发光元件，且在与上述受发光元件的受发光面相对的芯层的部位一体地形成光波导路插入用凹部和光耦合用透镜的工序；脱模后，将光波导路的一端插入上述芯层的光波导路插入用凹部内并用树脂密封固定的工序。
另外，本发明的第2技术方案特别在于提供一种光波导路装置的制造方法，其中，使用由石英玻璃以及硅中的至少一种材料形成的透明模具作为上述模具，在配置上述模具时，通过透过模具观察来进行利用模具形成的光耦合用透镜和受发光元件的受发光点的调芯；第3技术方案在于提供一种光波导路装置的制造方法，使用金属模具作为上述模具，分别在上述模具和基板上设置对位标记，通过对齐两对位标记，进行利用模具所形成的光耦合用透镜和受发光元件的受发光点的调芯。
而且，本发明的第4技术方案在于提供一种通过上述第1技术方案中的制造方法获得的光波导路装置，包括安装在基板上表面的受发光元件和密封该受发光元件的芯层，在上述芯层的、与受发光元件的受发光面相对的部位一体地形成有光波导路插入用凹部和光耦合用透镜，通过将光波导路的一端插入上述芯层的凹部内并用树脂密封固定，而将光波导路和芯层内的受发光元件的受发光点光耦合。
而且，本发明的第5技术方案在于提供一种光波导路连接结构，用于上述第4技术方案的光波导路装置中，其中，在对安装于基板上表面的受发光元件进行密封的芯层的、与受发光元件的受发光面相对的部位一体地形成有光波导路插入用凹部和光耦合用透镜，通过将光波导路的一端插入上述芯层的凹部内并用树脂密封固定，而将光波导路和芯层内的受发光元件光耦合。
即，本发明人对于获得可在简单且高精度地对受发光元件与光波导路进行定位的状态下进行光耦合的插口容器结构的方法，重复进行了深入研究。其结果是，为了保护受发光元件不受外力影响而进行树脂密封时，与该树脂密封的同时，同时制作插口容器结构中所需的透镜和光波导路插入用凹部，达到所期望的目的，完成了本发明。
根据本发明的光波导路装置的制造方法，则如上所述，为了保护受发光元件不受外力影响而进行树脂密封时，与该树脂密封的同时，同时制作插口容器结构中所需的透镜和光波导路插入用凹部，因此，可在一道工序中简单且高精度地形成插口容器结构。因而，不需要象以往那样大量的时间和劳力，具有能够大幅降低制造成本和作业时间的优点。
而且，上述制造方法中，特别是使用由石英玻璃以及硅中的至少一种材料形成的透明模具作为上述模具，在配置上述模具时，通过透过模具观察来进行利用模具所形成的光耦合用透镜和受发光元件的受发光点的调芯，具有可简单地进行配置模具时的调芯作业这样的优点。
另外，上述制造方法中，特别是使用金属模具作为上述模具，分别在上述模具和基板上设置对位标记，通过对齐两对位标记，进行利用模具所形成的光耦合用透镜和受发光元件的受发光点的调芯，具有可简单地进行配置模具时的调芯作业这样的优点。
而且，在上述光波导路装置中，受发光元件和光波导路是由芯层密封的简单的结构，并且在准确定位两者的光轴的状态下进行光耦合，能够传播高强度的光。
而且，采用用于上述光波导路装置的光波导路连接结构，具有可简单且低成本地进行光耦合损失小且效率高的光的传播这样的优点。
附图说明
图1的(a)、(b)均为示意性地表示本发明一个实施例的光波导路装置的制造工序的说明图。
图2的为示意性地表示上述光波导路装置的制造工序的说明图。
图3的(a)、(b)均为示意性地表示上述光波导路装置的安装方式的说明图。
图4为示意性地表示通过本发明所获得的光波导路装置的另一方式的说明图。
图5为表示以往的具有插口容器结构的光波导路装置的一例的说明图。
具体实施方式
接着，为了实施本发明的最佳方式，以制造将发光元件和光波导路光耦合而成的光波导路装置为例进行详细说明。
根据该例子，首先如图1的(a)所示，准备平板状基板20，在其上表面的规定位置安装发光元件21。
作为形成上述基板20的材料，例如可举出：玻璃、石英玻璃、硅、树脂、金属等。另外，根据基板20的材质或需求特性适当设定基板20的厚度，例如，当材料为以聚酯树脂(PET)、聚碳酸酯树脂(PC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等为基础的挠性印刷基板(FPC)时，通常优选厚度为30～300μm；当材料为以玻璃板、石英板为基础的刚性基板时，通常优选厚度为1～5mm。
另外，作为上述发光元件21，可列举出发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等，通过引线接合法等向上述基板20安装上述发光元件21。
接着，在上述所安装的发光元件21的周围配置形成芯层用的模具(俯视呈四边形状)22。该模具22具有顶面23和侧面24，在上述顶面23的、与发光元件21的发光面相对的部位，形成有如图1的(b)所示的用于对光波导路插入用凹部25赋予形状的凸部26，并且在该凸部26的顶端面26a，形成有如图1的(b)所示的同样用于对光耦合用透镜27赋予形状的半球状凹部28。
作为上述模具22的材质，例如可列举出金属、树脂、硅、石英玻璃等，其中最好为石英玻璃、硅等透明模具。即，为了使上述模具22的、由半球状凹部28所赋予形状的透镜的光轴和发光元件21的光轴准确地进行位置对准而进行对位时，若模具22是透明的，则可以透过模具22地从其上方进行主动对位。
另外，使用不透明的金属模具作为上述模具22时，例如，分别在上述模具22和基板20上预先设置对位标记，从基板20的后侧对两对位标记进行摄像，进行主动对位。此时，最好在模具22上直接刻设对位标记，在基板20上形成由印刷乃至镀铜而成的对位标记。
而且，上述模具22的、用于对光波导路插入用凹部25赋予形状的凸部26被设计成使得被赋予形状的凹部25形成锥状的狭缝，如图2所示，在插入薄膜状的光波导路30时，可保持有余量的插入，且即使光波导路30的厚度有一些变动，利用下述的透镜27的聚光作用也可以覆盖。
另外，上述凸部26的顶端面26a的高度H需要设定成与发光元件21的接合引线21a不发生接触的高度。原因在于凸部26的顶端面26a按压接合引线21a而有可能造成断线等。
另外，发光元件21的主体的大小为高约200μm×宽约300μm×进深约300μm时，优选设定模具22的高度(内部尺寸)为10mm以下，宽及进深分别约20mm以下。并且，上述凸部26的顶端面26a的高度(H)为400μm以上，但优选避免与接合引线接触。
接着，通过向上述模具22内填充芯形成材料并使其固化，从而形成芯层29，并进行脱模。由此，如图1的(b)所示，发光元件21被芯层29密封，且在芯层29的上表面可获得形成有由锥状的狭缝构成的光波导路插入用凹部25和具有聚光作用的光耦合用透镜27的成形件。
作为形成芯的材料，通常用于作为光波导路的形成芯层的材料而被广泛应用，例如，使用将感光性环氧树脂、感光性聚酰亚胺树脂、感光性聚酰胺树脂、感光性硅有机树脂等感光性树脂、非感光性环氧树脂、聚酰亚胺树脂等热固化性树脂溶解到溶剂中形成的清漆(varnish)。其中，优选使用感光性环氧树脂。
并且，上述芯形成材料的固化使用感光性树脂时，通常采用紫外线点照射。紫外线的照射量通常为100～5000mJ/cm2，优选为2000～3000mJ/cm2。另外，照射时间为1～3秒。另外，使用聚酰亚胺树脂等热固化树脂时，通常通过300～400℃×60～180分钟的加热处理使其固化。
接着，将密封用树脂材料注入上述光波导路插入用凹部25内，一边插入光波导路30，一边使上述密封用树脂材料固化，固定光波导路30。该状态如图2所示。图中，31为固化的密封树脂。
作为上述密封用树脂材料，以往用于作为光波导路的敷层形成材料而被广泛应用，例如，使用将感光性环氧树脂、感光性聚酰亚胺树脂、感光性聚酰胺树脂、感光性硅有机树脂等感光性树脂、非感光性环氧树脂、聚酰亚胺树脂等热固化性树脂溶解到溶剂中形成的清漆。其中，优选使用感光性环氧树脂。但是，为了抑制自芯层29射出的光的损失，优选设定密封树脂31的折射率小于上述芯层29的折射率。
并且，使用感光性树脂时，上述密封用树脂材料的固化通常采用紫外线点照射。紫外线的照射量通常为100～5000mJ/cm2，优选的是为2000～3000mJ/cm2。另外，照射时间为1～5秒。另外，使用聚酰亚胺树脂等热固化树脂时，通常通过300～400℃×60～180分钟的加热处理使其固化。
另外，插入上述光波导路插入用凹部25内光波导路30是用作为敷层的带状薄膜33、34从两面夹着沿长度方向延伸的挠性芯层32从而层叠为一体形成的，因此，通常使用调整了相互的折射率的聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂等构成的层叠薄膜。而且，优选使用其整体厚度为0.1～2mm左右。
这样得到的光波导路装置可使发光元件21和光波导路30在高精度地对两者相互的光轴进行位置对准的状态下进行光耦合，从而传播高强度的光。
然后，采用上述光波导路装置的制造方法，可简单且短时间地制造出上述质量高的光波导路装置，实用效果好。
另外，如图3的(a)所示，上述例子因为使用了柔软的薄膜状的光波导路30，所以可使连接于基板20的薄膜状的光波导路30自基板20的安装面向自由方向延伸。但是，即使使用无挠性的构件作为光波导路30时，通过使用柔软的FPC作为基板20，如图3的(b)所示，也可将光波导路30沿自由方向安装(图中垂直方向)。这样一来，通过用柔软的材料构成基板20和光波导路30中的至少一方，可根据应用所要求的方式采取适当的安装方式。
另外，上述例子是将单一的光波导路30与单一的发光元件21相连接，例如，如图4所示，可用于将光波导路群40与具有以规定的间距排列的多个发光元件21的基板20相连接，该光波导路群40是使与上述发光元件21相同数量的光波导路30并列地集束而成的。另外，该图为与图2的截面方向成90度角的不同方向的剖视图。并且，省略光波导路插入用凹部25内的密封树脂31(参照图2)的图示。
而且，上述例子是适用于使自发光元件21发出的光射入到薄膜状的光波导路30的芯层32而进行光耦合的光波导路装置的例子，但本发明也可适用于使自光波导路的芯层射出的光射入到受光元件而进行光耦合的光波导路装置。
接着，对实施例进行说明。但是，本发明不限于下述实施例。
模具的准备
用玻璃制作出模具，该模具可赋予以下的形状：光波导路插入用凹部25的开口宽度为1mm、凹部的底部宽度为0.15mm、光耦合用透镜尺寸为直径0.1mm。另外，在模具上刻设对位标记。
芯形成材料的调制
将双苯氧乙醇芴基缩水甘油醚(成分A)：70重量份、1，3，3-三{4-[2-(3-氧杂环丁烷)]丁氧基苯基}丁烷：30重量份、4，4′-双[二(β羟基乙氧基)苯基亚硫酸基]苯基硫酸-双-六氟锑酸盐的50％碳酸丙二酯溶液(光酸发生剂：成分B)：0.5重量份溶解到28重量份的乳酸乙烷中，调制成芯形成材料。
用于光波导路插入用凹部的密封树脂材料的调制
通过将上述成分A：35重量份、脂环式环氧树脂，即3′，4′-环氧环己基甲基3，4-环氧己烯羧酸酯(大赛璐化学工业公司制造，CELLOXIDE2021P)：40重量份、(3′，4′-环氧环己烷)甲基3′，4′-环氧环己基羧酸酯(大赛璐化学工业公司制造，CELLOXIDE2081)(成分C)：25重量份、和成分B：1重量份混合，调制成密封树脂材料。
制作光波导路装置
首先，通过将作为发光元件的面发光激光(Optowell公司制造、SM85-2N001)搭载在基材厚度为38μm的FPC上，在110℃下用银的糊状物(paste)向元件里侧的端子进行引线接合，用直径为25μm的Au(金属)线向元件外侧的端子进行引线接合，安装到FPC上。
接着，在安装有上述FPC的发光元件的周围配置上述模具，将上述芯形成材料填充到模具内。然后，通过进行3000mJ/cm2的紫外线点照射，使其固化，密封发光元件的同时制作插口容器结构的芯层。
然后，脱模后，将上述密封用树脂材料注入上述芯层的光波导路插入用凹部内之后，一边插入薄膜状光波导路(整体厚度0.2mm、芯层厚度50μm、芯层宽度400μm)的一端，一边进行3000mJ/cm2的紫外线点照射，并使上述密封用树脂材料固化，固定薄膜状光波导路。
这样一来，可制造通过插口容器结构对光波导路和发光元件进行光耦合的光波导路装置。
可以看出，经由光波导路后的光量为通过主动对位完全调芯后光量的90％，光的耦合损失减少，品质变高。

Claims (5)

1.一种光波导路装置的制造方法，其特征在于，包括：将受发光元件安装到基板上表面的工序；在上述安装的受发光元件的周围配置模具，向该模具内填充芯形成材料并使其固化，从而形成芯层，由此密封上述受发光元件，且在与上述受发光元件的受发光面相对的芯层的部位一体地形成光波导路插入用凹部和光耦合用透镜的工序；脱模后，将光波导路的一端插入上述芯层的光波导路插入用凹部内并用树脂密封固定的工序。
2.根据权利要求1所述的光波导路装置的制造方法，使用由石英玻璃以及硅中的至少一种材料形成的透明模具作为上述模具，在配置上述模具时，通过透过模具观察来进行利用模具所形成的光耦合用透镜和受发光元件的受发光点的调芯。
3.根据权利要求1所述的光波导路装置的制造方法，使用金属模具作为上述模具，分别在上述模具和基板上设置对位标记，通过对齐两对位标记，进行利用模具所形成的光耦合用透镜和受发光元件的受发光点的调芯。
4.一种光波导路装置，通过权利要求1所述的制造方法获得，其特征在于，包括安装在基板上表面的受发光元件和密封该受发光元件的芯层，在上述芯层的、与受发光元件的受发光面相对的部位，一体地形成有光波导路插入用凹部和光耦合用透镜，通过将光波导路的一端插入上述芯层的凹部内并用树脂密封固定，而将光波导路和芯层内的受发光元件的受发光点光耦合。
5.一种光波导路连接结构，用于权利要求4所述的光波导路装置，其特征在于，在对安装于基板上表面上的受发光元件进行密封的芯层的、与受发光元件的受发光面相对的部位一体地形成有光波导路插入用凹部和光耦合用透镜，通过将光波导路的一端插入上述芯层的凹部内并用树脂密封固定，而将光波导路和芯层内的受发光元件光耦合。
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