JP2004170716A - 光回路部材、光電気混載基板、光伝送モジュール、および光回路部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光配線の自由度が大きく、加工性の良いレーティングカプラを、光進行方向を曲げる光路変換機能部として備えた、光電気混載基板用の光回路部材を提供する。更に、そのような回路部材で光損失が低く、広い実装裕度をもつものを提供する。同時に、このような光回路部材を用いた光電気複合実装に安価で実用レベルで対応できる光電気混載基板を提供する。
【解決手段】コア層にレリーフ型あるいは屈折率変調型の回折格子が配設されて、且つ、λを使用する波長、Ｎを実効屈折率とした場合、前記の周期Λが、０． ６λ／Ｎより大きく、３． ４λ／Ｎより小さくして、前記回折格子部をグレーティングカプラとして形成するものである。そして、グレーティングが導波路に対して、傾斜して形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】コア層にレリーフ型あるいは屈折率変調型の回折格子が配設されて、且つ、λを使用する波長、Ｎを実効屈折率とした場合、前記の周期Λが、０． ６λ／Ｎより大きく、３． ４λ／Ｎより小さくして、前記回折格子部をグレーティングカプラとして形成するものである。そして、グレーティングが導波路に対して、傾斜して形成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機光導波路のコア層にレリーフ型あるいは屈折率変調型グレーティングが配設し、グレーティングカプラを形成した光回路部材と、該光回路部材を用いた光電気混載基板と、更に、そのような光電気混載基板を用いた光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの急激な普及により、ネットワーク上の情報量は飛躍的に増大しており、高速ネットワークを支える通信情報装置や情報端末装置には、高速パフォーマンスと経済性が要求される。
高速パフォーマンスを実現するためにはＬＳＩの高速化、高機能化が重要であるが、これらを用いて実装する技術も必須となる。
【０００３】
しかし、高速ＬＳＩをボードに実装し、キャビネットレベルまでの装置構成にすると、ＬＳＩ間の伝送距離や電気信号の伝送速度限界によって、ＬＳＩの高速性を活かすのが困難となる問題が起こってくる。
このため、ＬＳＩ間の伝送距離を極力短くする３次元積層ＬＳＩ構成とする試みと、ボード内あるいはボード間のＬＳＩ間の比較的短い距離の信号伝送に光を用いる光電気複合実装技術の開発が進められている。
【０００４】
光電気複合実装技術については、主に低コスト化の目的で、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）と受光素子を有機光導波路を介して光接続する方式が検討されている。
従来、面型素子同士の接続であるため、導波路には、直角に光を曲げる光路変換機能が必要となり、導波路を４５°にダイシング加工し、ミラー面を形成する方法が用いられている。
あるいは、光ファイバを４５°に研磨した光ピンを作製し、導波路に空けたスルーホールに挿入する方法も検討されている。
また、光接続損失を低減するため、導波路と光素子の間に、マイクロレンズを形成する方法が用いられている。
【０００５】
上記の構造については、電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ． Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ． ９、ｐｐ． ７１５−７２６（２００１）、電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ． Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ． ９、ｐｐ． ７３６−７４８（２００１）、特開平１１−２４８９５３号公報などに関連する技術が開示されている。
光導波路に端面以外から光を入出力し、その光路を曲げる方法としては、上記４５°ミラーの他に、特開２０００−８９１８６号公報に記載されている、光導波路に回折格子（グレーディング）構造を作製する方法が知られている。
尚、有機光導波路に回折格子構造が形成された構造としては、特開平９−１７８９０１号公報に記載されている、フォトブリーチングを起こす有機材料を用い、導波路上に位置によって屈折率が異なる屈折率分布型光学素子や、特開平１１−２２３７３５号公報に記載の、フッ素化ポリイミド材料に透過型Ｘ線マスクを通して放射光を照射することにより屈折率を変化させ、コア中に回折格子を形成、さらに加熱手段を備えたチューナブル高分子光導波路回折格子などの例が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２４８９５３号公報
【特許文献２】
特開平９−１７８９０１号公報
【特許文献３】
特開平１１−２２３７３５号公報
【特許文献４】
特開２０００−８９１８６号公報
【非特許文献１】
電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ． Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ． ９、ｐｐ． ７１５−７２６（２００１）
【非特許文献２】
電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ． Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ． ９、ｐｐ． ７３６−７４８（２００１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ボード内あるいはボード間のＬＳＩ間の比較的短い距離の信号伝送に光を用いる光電気複合実装技術の開発が進められ、光電気複合実装に用いられる導波路において、光の進行方向を曲げる光路変換機能部の作製も種々開発されている。
しかし、光の進行方向を曲げる光路変換機能部として４５°ミラーを形成する構造の場合は、作製上は簡便な構造であるが、任意の場所に局所的に形成することが困難であり、またこの構造の場合、作製の際に近くに配置された他の配線を断線しやすいもので、光配線の自由度が小さくなるなどの課題があり、また、光ピンを用いる構造の場合は、光配線の自由度はあるものの、その加工性が良くないという問題があり、これらの対応が求められていた。
本発明は、これらに対応するもので、光配線の自由度が大きく、加工性の良いグレーティングカプラを、光進行方向を曲げる光路変換機能部として備えた、光電気混載基板用の光回路部材を提供しようとするものである。
更に、そのような回路部材で光損失が低く、広い実装裕度をもつものを提供しようとするものである。
同時に、このような光回路部材を用いた光電気複合実装に安価で実用レベルで対応できる光電気混載基板を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光回路部材は、各層が有機材料からなる、第１のクラッド層と、第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、第１のクラッド層と同じ屈折率の第２のクラッド層とを、この順に積層した有機光導波路部材であって、コア層にレリーフ型あるいは屈折率変調型の回折格子が配設されて、且つ、λを使用する波長、Ｎを実効屈折率とした場合、前記の周期Λが、０． ６λ／Ｎより大きく、３． ４λ／Ｎより小さくして、前記回折格子部をグレーティングカプラとして形成するものであることを特徴とするものである。
そして、上記において、回折格子の周期が、導波路部から回折格子に向かって、小さくなっていることを特徴とするものである。
そしてまた、上記において、回折格子が、導波路に対して、傾斜して形成されていることを特徴とするものである。
また、上記において、第１のクラッド層ないし第２のクラッド層の外側に、前記グレーティングカプラに光学的に接続するフレネルレンズが形成されていることを特徴とするものであり、該フレネルレンズが、楕円形状をしていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の光電気混載基板は、上記本発明の光回路部材を用いていることを特徴とするものである。
そして、上記において、光回路部材が、電気配線間に配置されていることを特徴とするものである。
そしてまた、上記光電気混載基板に光ファイバーを接続するための光コネクタが配設されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の光伝送モジュールは、上記本発明の光電気混載基板に光ファイバーケーブルが接続されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の光回路部材の製造方法は、基板上に、各層が有機材料からなる、第１のクラッド層と、第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、第１のクラッド層と同じ屈折率の第２のクラッド層とを、この順に積層した有機光導波路部材で、コア層に、レリーフ型あるいは屈折率変調型グレーティングを、導波路に対して傾斜して配設してグレーティングカプラを形成し、該グレーティングカプラに光学的に接続するフレネルレンズを第２のクラッド層に形成している光回路部材の製造方法であって、少なくとも、（ａ）回路パターンを形成したフォトマスクによる露光あるいは２光束干渉法による露光を用いて、コア層に、レリーフ型あるいは屈折率変調型の回折格子を形成する回折格子形成工程と、（ｂ）光重合法（２Ｐ法）により形成されたフレネルレンズを導波路の第２のクラッド上に配設するフレネルレンズ形成工程とを行なうことを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】
本発明の光回路部材は、このような構成にすることにより、光配線の自由度が大きく、加工性の良いグレーティングカプラを、光進行方向を曲げる光路変換機能部として備えた、光電気混載基板用の光回路部材の提供を可能とするものである。
更に、そのような回路部材で光損失が低く、広い実装裕度をもつものの提供を可能とするものである。
第１の発明（請求項１の発明）は、各層が有機材料からなる、第１のクラッド層と、第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、第１のクラッド層と同じ屈折率の第２のクラッド層とを、この順に積層し、コア層に回折格子部をグレーティングカプラとして形成するもので、導波路への回折格子形成加工のみで、光路変換を可能とするものである。
導波モードと放射モードの場合に関しては、以下のようになる。
導波路の厚さ方向（ｘ方向）に薄い回折格子を形成する場合、結合する波動間は、伝搬方向（ｚ方向）の位相整合が満たされればよい。
導波光の伝搬定数をβｏ、放射光の伝搬定数をβｑとすると、
βｑ＝βｏ＋ｑＫである。
但し、Λは回折格子の周期とし、Ｋ＝２π／Λで、ｑは放射光の次数に相当する値をとる。
この場合、回折格子の法線に対し、角度θで出射する放射光と導波路との結合条件は、λを使用する波長、Ｎを実行屈折率、ｎｃを上部クラッド層の屈折率、Λを回折格子の周期とすると、
ｎｃｓｉｎθ＝Ｎ＋ｑλ／Λ
となる。
Ｎ＞ｎｃであることを考慮すると、放射は、ｑ≦−１の次数に限られ、−１次光の９０°放射、すなわち、θ＝０を考える場合、
Λ＝λ／Ｎ
となる。
したがって、回折格子の周期を概ねこの近傍に設定すれば、導波光を９０°方向への放射光として出力することができる。
入力の場合も同様である。
また、ｑ＝−１の放射を考え、ｎｃ＝Ｎと近似した場合、
Λ＝λ／ Ｎ（１−ｓｉｎ θ）
と変形できる。
９０°±４５°以内の放射光を考えた場合には、周期Λは、約０． ６λ／ Ｎから３． ４λ／ Ｎの範囲に設定される。
【００１３】
第２の発明（請求項２の発明）は、前記回折格子の周期が、導波路部から回折格子に向かって、小さくなっていることにより、その放射角を一点に集光するようにコントロールできるものである。
このような構造にすることにより、導波路の方向、すなわち光の進行方向に対して、光素子へ入出力する際の損失を低減することができる。
第３ の本発明（請求項３の発明）は、所望する方向へ強い結合を起こすために、その方向へ回折格子を傾斜させたものである。
導波光とそれぞれの伝搬ベクトルをβａ 、βｂ とした場合、２ 波が結合するためには、Ｋを格子ベクトルとして、
βｂ＝βａ＋ｑＫ、ここでｑ＝０、±１、±２
の位相整合条件を満たし、厚い屈折率変調型回折格子を形成すればよい。
本構造は、導波路材料に紫外線を照射させることができるため、所望の位置に回折格子を作製することができる。
第４の本発明（請求項４の発明）は、フレネルレンズを導波路クラッド上に形成したもので、本構造にすることにより、光の進行方向のみならず、それに垂直な方向に広がった光も集光することができ、光素子へ入出力する際の損失を低減することができる。
第５の本発明（請求項５の発明）は、フレネルレンズの形状を、回折格子の長さ、形状に合わせた形状、概ね楕円形状にしたもので、このような形状にしておけば、その集光性を高め、広い実装裕度をもたせることができる。
尚、フレネルレンズを、光重合法（２Ｐ法）で作製することにより、自由な配置に一括形成することができる。
【００１４】
本発明の光電気混載基板は、このような構成にすることにより、光電気複合実装に安価で実用レベルで対応できる光電気混載基板の提供を可能としている。
即ち、先に述べた本発明の光回路部材を用いており、基板の上下方向に光を分岐することができ、設計自由度を大きくすることができるものとしている。
【００１５】
本発明の光伝送モジュールは、このような構成にすることにより、ＩＣチップの高速化に対応でき、且つ、実用レベルの光電気モジュールの提供を可能としている。
【００１６】
本発明の光回路部材の製造方法は、このような構成にすることにより、量産性の良いものとしている。
即ち、集光レンズまたはコリメートレンズとして２Ｐ法による一括成型でフレネルレンズを形成をするため、自由な配置に一括してフレネルレンズを形成することができ、量産性に優れ、結果、低コスト化が期待できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の例を図に基づいて説明する。
図１（ａ）は本発明の光回路部材の実施の形態の１例の特徴部である光回路部を示した概略図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ１−Ａ２方向における光回路部材の全体の断面図で、図２（ａ）は本発明の光電気混載基板の第１の例の概略断面図で、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す光電気混載基板におけるＶＣＳＥＬ（面型レーザ）からの光路とＰＤ（フォトダイオード）への光路等を説明するための断面図で、図３は本発明の光電気混載基板の第２の例の概略平面図で、図４（ａ）は１． ３μｍ近傍の波長における回折格子の周期と回折角の関係を示した図で、図４（ｂ）は０． ８５μｍ近傍の波長における回折格子の周期と回折角の関係を示した図で、図５は図１に示す光回路部材の製造工程を示す該略図で、図６は光重合法によるフレネルレンズの形成方法を説明するための工程図である。
尚、図１（ａ）は一部を除去し、透視した状態で、導波路部１１０、フレネルレンズ１２１を分かり易く簡略化して示したものである。
また、図１（ｂ）のコア層１１２における点線は屈折率が変調された部分を簡略化して示し、フレネルレンズ層１２０の点線部はフレネルレンズ部１２１を示している。
また、図３中、Ｃ２はＣ１の光導波路部を拡大して示した図である。
図１〜図６中、１００は光回路部材、１１０は光導波路、１１は第１のクラッド層、１１２はコア層、１１３は第２のクラッド層、１１５、１１６は回折格子（グレーティングとも言う）、１２０はフレネルレンズ層（フレネルレンズ形成層とも言う）、１２１、１２２はフレネルレンズ、１４０は基板、１５０は配線基板、１６０はＩＣチップ、１６１はＰＤ、１６５はＩＣチップ、１６６はＶＣＳＥＬ、１６７は半田バンプ、２１０は光導波路（単に導波路とも言う）、２２０はフレネルレンズ、２６０は（光電変換機能付きの）ＩＣチップ、２７０は光コネクタ、２８０は光ファイバー、５１０は基板、５２１は第１のクラッド層形成用素材、５２２はコア層形成用素材、５２２Ａは紫外線露光後のコア層形成用素材、５２３は第２のクラッド層形成用素材、５３０、５３５はフォトマスク、５４０、５４５、５４７は紫外線、５５０は回折格子、５６０は賦型基材、５７０はフレネルレンズ形成用素材、５７５はフレネルレンズ、６１０は型基板、６１５は凹部（型部）、６２０はフォトポリマー、６２０Ａは硬化した樹脂部（型部材とも言う）、６３０は基板（押さえ基板）、６４０は紫外線である。
【００１８】
先ず、本発明の光回路部材の実施の形態の１例を、図１に基づいて説明する。
本例の光回路部材は、基板１４０上に、各層が有機材料からなる、第１のクラッド層１１１と、第１のクラッド層１１１より屈折率の高いコア層１１２と、コア層１１２より屈折率の低い第２のクラッド層１１３とを、この順に積層した有機光導波路部材１００で、コア層１１２のサイズは５０μｍ角であり、屈折率変調型の回折格子１１５がグレーティングカプラとして形成されている。
１． ３μｍ帯の光源を使用した場合を想定し、回折格子の傾斜角は３４度、回折格子の周期は０． ５０μｍに設定されている。
導波路の実効屈折率は１． ５８である。
これにより、ブラッグ条件がみたされ、約１２度の角度で空気中へ放射される。
一例としての値であるが、使用する波長、導波路の屈折率、傾斜角に応じて、回折格子の周期を設定すればよいことは言うまでもない。
第２のクラッド層１１３の上部に、前記グレーティングカプラ（回折格子１１５）に光学的に接続するフレネルレンズ１２１が配設されており、導波路１１０に沿う方向に長軸を持つ楕円形状をしている。
前記、フレネルレンズ１２１、１２２により、光回路部材１００に入射する光は、回折格子１１５を介して効率よく導波路１１０に入射し、導波路１１０から出射する光は、回折格子１１６を介してフォトダイオードなどの光素子に効率よく入射させることができる。
【００１９】
本例では、１ 方向に強い結合をおこさせるため、回折格子を傾斜させブラッグ条件を満たす設定にしたが、損失が許容される系では、傾斜を設けず光の伝搬方向のみの位相整合を満たす形態にしてもよい。
傾斜を設けない形態の場合、回折格子が導波路１１０方向に沿い形成された場合の、１． ３μｍ帯の波長に対応する周期と回折角の関係を図４（ａ）に示し、０． ８５μｍ帯の波長に対応する周期と回折角の関係を図４（ｂ）に示す。
尚、図４において、回折角０度は、導波路の方向に９０度の方向に相当する。
この場合、図１に示す例に比べると、周期を長くする必要があることがわかる。
本知見に基づき、回折格子の周期を導波光の進行方向に対して、連続的に小さくすることにより、その放射角を一点に集光するようにコントロールすることもできる。
このような構造にすることにより、導波路の方向、すなわち光の進行方向に対して、光素子へ入出力する際の損失を低減することができる。
【００２０】
屈折率変調型回折格子を形成したコア層１１２の材料としては、紫外線などの光照射により屈折率変化を起こす（フォトブリーチング）フォトポリマーが用いられ、例えば、ポリシラン、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等を用いることができる。
また、第１のクラッド層１１１、第２のクラッド層１１３としては、コア層より数％屈折率の小さいポリシラン系、アクリル系、ポリイミド系、ポリウレタン系、エポキシ系樹脂などが用いられる。
また、基材としては、特に限定されないが、配線基板用のガラスエポキシ材、シリコン等が用いられる。
フレネルレンズ１２１、１２２を含むフレネルレンズ層１２０は、光重合法により作製され、それに適用できる紫外硬化型のフォトポリマーが用いられる。
材料としては、アクリレート系樹脂、シロキサン系樹脂、ポリイミド系樹脂、シクロブテン系樹脂等があげられる。
【００２１】
次に、図１に示す例の光回路部材の製造方法について、図５を参照にして、簡単に説明しておく。
尚、図５（ａ）〜図５（ｃ）は図１（ａ）のＡ１−Ａ２に沿った方向から見た図で、図５（ｄ）〜図５（ｇ）は図１（ａ）のＡ３に沿った方向から見た図である。
先ず、基板５１０上に、第１のクラッド層形成用素材５２１、コア層形成用素材５２２をスピンコートにより塗布、ベーキングにより形成する。（図５（ａ））
次いで、パターニングされたフォトマスク５３０により導波路を形成する部分以外の部分に紫外線５４０を照射し（図５（ｂ））、導波路を形成する。
フォトブリーチング材は、紫外線照射により、屈折率が低下するため、導波路を形成する部分以外の部分に紫外線を照射すれば、周囲より屈折率の高いコア層５２２が形成される。
次いで、パターニングされたフォトマスク５３５に紫外光５４５を約６０度傾斜させた方向から入射し（図５（ｄ））、屈折率変調型の回折格子５５０を形成する。（図５（ｅ））
尚、一般的に用いられている二光束干渉法でも形成することができる。
回折格子５５０が形成された後、第２のクラッド層５２３をスピンコートで形成し、導波路構造が完成する。
尚、回折格子を傾斜させないのであれば、位相マスク法などの方法も使用できる。
この後、光重合法（２Ｐ法）により支持基材５６０の一面に形成されたフレネルレンズ５７０を光導波路の第２のクラッド５２３上に配設して、図１に示す光回路部材が得られる。（図５（ｆ）〜図５（ｇ））
【００２２】
尚、光重合法（２Ｐ法）は、図６に基づいて簡単に説明すると、型基板６１０の一面に所定形状の凹部６１５が形成されているとし、この凹部形成側に紫外線硬化型のフォトポリマー６２０を堆積させた（図６（ａ））後、平坦で透明な押さえ基板６３０でフォトポリマー６２０を凹部６１５に充填させるようにして押さえ（図６（ｂ））、次いで、押さえ基板６３０側から紫外線を全面照射してフォトポリマーを硬化させ、凹部６１５の形状に対応する凸部を有する型部材６２０Ａを得る（図６（ｃ）〜（図６（ｄ））方法であるが、ここで、凹部６１５をフレネルレンズ１２１、１２２と雄雌の関係にある型とすれば、第１の例のフレネルレンズ層が得られる。
即ち、ここでの光重合法によるフレネルレンズ形成工程は、型内で光重合硬化し、形成されたフレネルレンズ１２１を含むフレネルレンズ層１２０を、第２のクラッド層１１３の外側に配設するものである。
【００２３】
本例の光回路部材の変形例としては、基材（図１の１４０に相当）を設けていないものや、光導波路（図１の１１０の相当）するものを、同じないし異なる方向に複数設けたものも挙げられる。
尚、これらについても、基本的には、本例の光回路部材と同様な方法で作製することができる。
【００２４】
次に、本発明の光電気混載基板の実施の形態の第１の例を、図２に基づいて説明する。
本例は、図１に示す実施の形態例の光回路部材１００を用い、そのフレネルレンズ１２１、１２２形成側に配線基板１５０を積層したもので、配線基板１５０のフレネルレンズ１２１、１２２領域は貫通孔１５１、１５２が設けられている。
そして、配線基板１５０上には、貫通孔１５１を通りフレネルレンズ１２１に向けＶＣＳＥＬ１６６からレーザ光が照射されるようにＩＣチップ１６５が接続され、ＰＤ１５１がフレネルレンズ１２２からの光を貫通孔１５２を通し受光するようにＩＣチップ１６０が接続されている。
ＶＣＳＥＬ１６６から放射されたレーザ光は、図２（ａ）の太点線矢印に示すように、ＰＤ１６１に至るものである。
実際には、ＶＣＳＥＬ１６６から放射されるレーザ光には広がりがあり、ＰＤ１６１が受光する領域にも制限があるため、ＶＣＳＥＬ１６６から放射されたレーザ光が効率良くフレネルレンズ１２１によりコリメートされあるいは集光されグレーティング１１５に入射されるように、そして、グレーティング１１６からフレネルレンズ１２２に入射された光が効率良くＰＤ１６１に受光されるように、各部は設計、配置されている。
尚、図２（ｂ）において、光線Ｌ１１、Ｌ１２はＶＣＳＥＬ１６６から放射されたレーザ光の外側光線を示し、光線Ｌ２１、Ｌ２２はフレネルレンズ１２２からＰＤ１６１に入射される光の外側光線を示している。
【００２５】
次に、本発明の光電気混載基板の実施の形態の第２の例を、図３に基づいて説明する。
第２の例は、光電変換機能付きＩＣチップ２６０間を光、電気結合する多数の、それぞれ、図１に示す光回路部材の構成の、光導波路２１０とその内部に設けられたグレーティングからなるカプラ（図示していない）とフレネルレンズ２２１、２２２からなる光回路部を備えた光電気混載基板で、その光回路部の断面層構成は、図２に示す第１の例と同じであり、他の基板あるいは機器と光接続するための、所定の光回路部に接続する光ファイバー用の光コネクタ２７０を配設している。
各、光電変換機能付きＩＣチップ２６０には、ＶＣＳＥＬやＰＤが組み込まれており、これらを第１の例のように、光回路部に配して全体の回路を構成している。
第２の例においては、このように、コネクタ２７０を設けていることにより、他の基板あるいは機器等と光接続してより大きな回路構成のモジュールを形成することもできる。
【００２６】
第１の例の光電気混載基板、第２の例の光電気混載基板の変形例としては、それぞれ第１の例、第２の例においてＩＣチップ１６０、１６５や光電変換機能付きＩＣチップ２６０等の半導体素子を搭載していないものも挙げられる。
勿論、配線層を１層以上、光回路部材の一面側ないし両面に形成したものも挙げられる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、光配線の自由度が大きく、工性の良いグレーティングカプラを、光進行方向を曲げる光路変換機能部として備えた、光電気混載基板用の光回路部材の提供を可能とした。
更に、そのような回路部材で光損失が低く、広い実装裕度をもつものの提供を可能とした。
同時に、このような回路部材を用いた光電気複合実装に安価で実用レベルで対応できる光電気混載基板、光伝送モジュールの提供を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の光回路部材の実施の形態の第１の例の特徴部である光回路部を示した概略図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ１−Ａ２方向における光回路部材の全体の断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の光電気混載基板の第１の例の概略断面図で、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す光電気混載基板におけるＶＣＳＥＬ（面型レーザ）からの光路とＰＤ（フォトダイオード）への光路等を説明するための断面図である。
【図３】本発明の光電気混載基板の第２の例の概略平面図である。
【図４】図４（ａ）は１． ３μｍ近傍の波長における回折格子の周期と回折角の関係を示した図で、図４（ｂ）は０． ８５μｍ近傍の波長における回折格子の周期と回折角の関係を示した図である。
【図５】図１に示す光回路部材の製造工程を示す該略図である。
【図６】光重合法によるフレネルレンズの形成方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１００ 光回路部材
１１０ 光導波路
１１ 第１のクラッド層
１１２ コア層
１１３ 第２のクラッド層
１１５、１１６ グレーティング
１２０ フレネルレンズ層（フレネルレンズ形成層とも言う）
１２１、１２２ フレネルレンズ
１４０ 基板
１５０ 配線基板
１６０ ＩＣチップ
１６１ ＰＤ
１６５ ＩＣチップ
１６６ ＶＣＳＥＬ
１６７ 半田バンプ
２１０ 光導波路（単に導波路とも言う）、
２２０ フレネルレンズ
２６０ （光電変換機能付きの）ＩＣチップ
２７０ 光コネクタ
２８０ 光ファイバー
５１０ 基板
５２１ 第１のクラッド層形成用素材
５２２ コア層形成用素材
５２２Ａ 紫外線露光後のコア層形成用素材
５２３ 第２のクラッド層形成用素材
５３０、５３５ フォトマスク
５４０、５４５、５４７ 紫外線
５５０ 回折格子
５６０ 賦型基材
５７０ フレネルレンズ形成用素材
５７５ フレネルレンズ、
６１０ 型基板
６１５ 凹部（型部）
６２０ フォトポリマー
６２０Ａ （硬化した樹脂部（型部材とも言う）
６３０ 基板（押さえ基板）
６４０ 紫外線
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機光導波路のコア層にレリーフ型あるいは屈折率変調型グレーティングが配設し、グレーティングカプラを形成した光回路部材と、該光回路部材を用いた光電気混載基板と、更に、そのような光電気混載基板を用いた光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの急激な普及により、ネットワーク上の情報量は飛躍的に増大しており、高速ネットワークを支える通信情報装置や情報端末装置には、高速パフォーマンスと経済性が要求される。
高速パフォーマンスを実現するためにはＬＳＩの高速化、高機能化が重要であるが、これらを用いて実装する技術も必須となる。
【０００３】
しかし、高速ＬＳＩをボードに実装し、キャビネットレベルまでの装置構成にすると、ＬＳＩ間の伝送距離や電気信号の伝送速度限界によって、ＬＳＩの高速性を活かすのが困難となる問題が起こってくる。
このため、ＬＳＩ間の伝送距離を極力短くする３次元積層ＬＳＩ構成とする試みと、ボード内あるいはボード間のＬＳＩ間の比較的短い距離の信号伝送に光を用いる光電気複合実装技術の開発が進められている。
【０００４】
光電気複合実装技術については、主に低コスト化の目的で、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）と受光素子を有機光導波路を介して光接続する方式が検討されている。
従来、面型素子同士の接続であるため、導波路には、直角に光を曲げる光路変換機能が必要となり、導波路を４５°にダイシング加工し、ミラー面を形成する方法が用いられている。
あるいは、光ファイバを４５°に研磨した光ピンを作製し、導波路に空けたスルーホールに挿入する方法も検討されている。
また、光接続損失を低減するため、導波路と光素子の間に、マイクロレンズを形成する方法が用いられている。
【０００５】
上記の構造については、電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ． Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ． ９、ｐｐ． ７１５−７２６（２００１）、電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ． Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ． ９、ｐｐ． ７３６−７４８（２００１）、特開平１１−２４８９５３号公報などに関連する技術が開示されている。
光導波路に端面以外から光を入出力し、その光路を曲げる方法としては、上記４５°ミラーの他に、特開２０００−８９１８６号公報に記載されている、光導波路に回折格子（グレーディング）構造を作製する方法が知られている。
尚、有機光導波路に回折格子構造が形成された構造としては、特開平９−１７８９０１号公報に記載されている、フォトブリーチングを起こす有機材料を用い、導波路上に位置によって屈折率が異なる屈折率分布型光学素子や、特開平１１−２２３７３５号公報に記載の、フッ素化ポリイミド材料に透過型Ｘ線マスクを通して放射光を照射することにより屈折率を変化させ、コア中に回折格子を形成、さらに加熱手段を備えたチューナブル高分子光導波路回折格子などの例が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２４８９５３号公報
【特許文献２】
特開平９−１７８９０１号公報
【特許文献３】
特開平１１−２２３７３５号公報
【特許文献４】
特開２０００−８９１８６号公報
【非特許文献１】
電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ． Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ． ９、ｐｐ． ７１５−７２６（２００１）
【非特許文献２】
電子情報通信学会論文誌Ｖｏｌ． Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ． ９、ｐｐ． ７３６−７４８（２００１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ボード内あるいはボード間のＬＳＩ間の比較的短い距離の信号伝送に光を用いる光電気複合実装技術の開発が進められ、光電気複合実装に用いられる導波路において、光の進行方向を曲げる光路変換機能部の作製も種々開発されている。
しかし、光の進行方向を曲げる光路変換機能部として４５°ミラーを形成する構造の場合は、作製上は簡便な構造であるが、任意の場所に局所的に形成することが困難であり、またこの構造の場合、作製の際に近くに配置された他の配線を断線しやすいもので、光配線の自由度が小さくなるなどの課題があり、また、光ピンを用いる構造の場合は、光配線の自由度はあるものの、その加工性が良くないという問題があり、これらの対応が求められていた。
本発明は、これらに対応するもので、光配線の自由度が大きく、加工性の良いグレーティングカプラを、光進行方向を曲げる光路変換機能部として備えた、光電気混載基板用の光回路部材を提供しようとするものである。
更に、そのような回路部材で光損失が低く、広い実装裕度をもつものを提供しようとするものである。
同時に、このような光回路部材を用いた光電気複合実装に安価で実用レベルで対応できる光電気混載基板を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光回路部材は、各層が有機材料からなる、第１のクラッド層と、第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、第１のクラッド層と同じ屈折率の第２のクラッド層とを、この順に積層した有機光導波路部材であって、コア層にレリーフ型あるいは屈折率変調型の回折格子が配設されて、且つ、λを使用する波長、Ｎを実効屈折率とした場合、前記の周期Λが、０． ６λ／Ｎより大きく、３． ４λ／Ｎより小さくして、前記回折格子部をグレーティングカプラとして形成するものであることを特徴とするものである。
そして、上記において、回折格子の周期が、導波路部から回折格子に向かって、小さくなっていることを特徴とするものである。
そしてまた、上記において、回折格子が、導波路に対して、傾斜して形成されていることを特徴とするものである。
また、上記において、第１のクラッド層ないし第２のクラッド層の外側に、前記グレーティングカプラに光学的に接続するフレネルレンズが形成されていることを特徴とするものであり、該フレネルレンズが、楕円形状をしていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の光電気混載基板は、上記本発明の光回路部材を用いていることを特徴とするものである。
そして、上記において、光回路部材が、電気配線間に配置されていることを特徴とするものである。
そしてまた、上記光電気混載基板に光ファイバーを接続するための光コネクタが配設されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の光伝送モジュールは、上記本発明の光電気混載基板に光ファイバーケーブルが接続されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の光回路部材の製造方法は、基板上に、各層が有機材料からなる、第１のクラッド層と、第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、第１のクラッド層と同じ屈折率の第２のクラッド層とを、この順に積層した有機光導波路部材で、コア層に、レリーフ型あるいは屈折率変調型グレーティングを、導波路に対して傾斜して配設してグレーティングカプラを形成し、該グレーティングカプラに光学的に接続するフレネルレンズを第２のクラッド層に形成している光回路部材の製造方法であって、少なくとも、（ａ）回路パターンを形成したフォトマスクによる露光あるいは２光束干渉法による露光を用いて、コア層に、レリーフ型あるいは屈折率変調型の回折格子を形成する回折格子形成工程と、（ｂ）光重合法（２Ｐ法）により形成されたフレネルレンズを導波路の第２のクラッド上に配設するフレネルレンズ形成工程とを行なうことを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】
本発明の光回路部材は、このような構成にすることにより、光配線の自由度が大きく、加工性の良いグレーティングカプラを、光進行方向を曲げる光路変換機能部として備えた、光電気混載基板用の光回路部材の提供を可能とするものである。
更に、そのような回路部材で光損失が低く、広い実装裕度をもつものの提供を可能とするものである。
第１の発明（請求項１の発明）は、各層が有機材料からなる、第１のクラッド層と、第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、第１のクラッド層と同じ屈折率の第２のクラッド層とを、この順に積層し、コア層に回折格子部をグレーティングカプラとして形成するもので、導波路への回折格子形成加工のみで、光路変換を可能とするものである。
導波モードと放射モードの場合に関しては、以下のようになる。
導波路の厚さ方向（ｘ方向）に薄い回折格子を形成する場合、結合する波動間は、伝搬方向（ｚ方向）の位相整合が満たされればよい。
導波光の伝搬定数をβｏ、放射光の伝搬定数をβｑとすると、
βｑ＝βｏ＋ｑＫである。
但し、Λは回折格子の周期とし、Ｋ＝２π／Λで、ｑは放射光の次数に相当する値をとる。
この場合、回折格子の法線に対し、角度θで出射する放射光と導波路との結合条件は、λを使用する波長、Ｎを実行屈折率、ｎｃを上部クラッド層の屈折率、Λを回折格子の周期とすると、
ｎｃｓｉｎθ＝Ｎ＋ｑλ／Λ
となる。
Ｎ＞ｎｃであることを考慮すると、放射は、ｑ≦−１の次数に限られ、−１次光の９０°放射、すなわち、θ＝０を考える場合、
Λ＝λ／Ｎ
となる。
したがって、回折格子の周期を概ねこの近傍に設定すれば、導波光を９０°方向への放射光として出力することができる。
入力の場合も同様である。
また、ｑ＝−１の放射を考え、ｎｃ＝Ｎと近似した場合、
Λ＝λ／ Ｎ（１−ｓｉｎ θ）
と変形できる。
９０°±４５°以内の放射光を考えた場合には、周期Λは、約０． ６λ／ Ｎから３． ４λ／ Ｎの範囲に設定される。
【００１３】
第２の発明（請求項２の発明）は、前記回折格子の周期が、導波路部から回折格子に向かって、小さくなっていることにより、その放射角を一点に集光するようにコントロールできるものである。
このような構造にすることにより、導波路の方向、すなわち光の進行方向に対して、光素子へ入出力する際の損失を低減することができる。
第３ の本発明（請求項３の発明）は、所望する方向へ強い結合を起こすために、その方向へ回折格子を傾斜させたものである。
導波光とそれぞれの伝搬ベクトルをβａ 、βｂ とした場合、２ 波が結合するためには、Ｋを格子ベクトルとして、
βｂ＝βａ＋ｑＫ、ここでｑ＝０、±１、±２
の位相整合条件を満たし、厚い屈折率変調型回折格子を形成すればよい。
本構造は、導波路材料に紫外線を照射させることができるため、所望の位置に回折格子を作製することができる。
第４の本発明（請求項４の発明）は、フレネルレンズを導波路クラッド上に形成したもので、本構造にすることにより、光の進行方向のみならず、それに垂直な方向に広がった光も集光することができ、光素子へ入出力する際の損失を低減することができる。
第５の本発明（請求項５の発明）は、フレネルレンズの形状を、回折格子の長さ、形状に合わせた形状、概ね楕円形状にしたもので、このような形状にしておけば、その集光性を高め、広い実装裕度をもたせることができる。
尚、フレネルレンズを、光重合法（２Ｐ法）で作製することにより、自由な配置に一括形成することができる。
【００１４】
本発明の光電気混載基板は、このような構成にすることにより、光電気複合実装に安価で実用レベルで対応できる光電気混載基板の提供を可能としている。
即ち、先に述べた本発明の光回路部材を用いており、基板の上下方向に光を分岐することができ、設計自由度を大きくすることができるものとしている。
【００１５】
本発明の光伝送モジュールは、このような構成にすることにより、ＩＣチップの高速化に対応でき、且つ、実用レベルの光電気モジュールの提供を可能としている。
【００１６】
本発明の光回路部材の製造方法は、このような構成にすることにより、量産性の良いものとしている。
即ち、集光レンズまたはコリメートレンズとして２Ｐ法による一括成型でフレネルレンズを形成をするため、自由な配置に一括してフレネルレンズを形成することができ、量産性に優れ、結果、低コスト化が期待できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の例を図に基づいて説明する。
図１（ａ）は本発明の光回路部材の実施の形態の１例の特徴部である光回路部を示した概略図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ１−Ａ２方向における光回路部材の全体の断面図で、図２（ａ）は本発明の光電気混載基板の第１の例の概略断面図で、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す光電気混載基板におけるＶＣＳＥＬ（面型レーザ）からの光路とＰＤ（フォトダイオード）への光路等を説明するための断面図で、図３は本発明の光電気混載基板の第２の例の概略平面図で、図４（ａ）は１． ３μｍ近傍の波長における回折格子の周期と回折角の関係を示した図で、図４（ｂ）は０． ８５μｍ近傍の波長における回折格子の周期と回折角の関係を示した図で、図５は図１に示す光回路部材の製造工程を示す該略図で、図６は光重合法によるフレネルレンズの形成方法を説明するための工程図である。
尚、図１（ａ）は一部を除去し、透視した状態で、導波路部１１０、フレネルレンズ１２１を分かり易く簡略化して示したものである。
また、図１（ｂ）のコア層１１２における点線は屈折率が変調された部分を簡略化して示し、フレネルレンズ層１２０の点線部はフレネルレンズ部１２１を示している。
また、図３中、Ｃ２はＣ１の光導波路部を拡大して示した図である。
図１〜図６中、１００は光回路部材、１１０は光導波路、１１は第１のクラッド層、１１２はコア層、１１３は第２のクラッド層、１１５、１１６は回折格子（グレーティングとも言う）、１２０はフレネルレンズ層（フレネルレンズ形成層とも言う）、１２１、１２２はフレネルレンズ、１４０は基板、１５０は配線基板、１６０はＩＣチップ、１６１はＰＤ、１６５はＩＣチップ、１６６はＶＣＳＥＬ、１６７は半田バンプ、２１０は光導波路（単に導波路とも言う）、２２０はフレネルレンズ、２６０は（光電変換機能付きの）ＩＣチップ、２７０は光コネクタ、２８０は光ファイバー、５１０は基板、５２１は第１のクラッド層形成用素材、５２２はコア層形成用素材、５２２Ａは紫外線露光後のコア層形成用素材、５２３は第２のクラッド層形成用素材、５３０、５３５はフォトマスク、５４０、５４５、５４７は紫外線、５５０は回折格子、５６０は賦型基材、５７０はフレネルレンズ形成用素材、５７５はフレネルレンズ、６１０は型基板、６１５は凹部（型部）、６２０はフォトポリマー、６２０Ａは硬化した樹脂部（型部材とも言う）、６３０は基板（押さえ基板）、６４０は紫外線である。
【００１８】
先ず、本発明の光回路部材の実施の形態の１例を、図１に基づいて説明する。
本例の光回路部材は、基板１４０上に、各層が有機材料からなる、第１のクラッド層１１１と、第１のクラッド層１１１より屈折率の高いコア層１１２と、コア層１１２より屈折率の低い第２のクラッド層１１３とを、この順に積層した有機光導波路部材１００で、コア層１１２のサイズは５０μｍ角であり、屈折率変調型の回折格子１１５がグレーティングカプラとして形成されている。
１． ３μｍ帯の光源を使用した場合を想定し、回折格子の傾斜角は３４度、回折格子の周期は０． ５０μｍに設定されている。
導波路の実効屈折率は１． ５８である。
これにより、ブラッグ条件がみたされ、約１２度の角度で空気中へ放射される。
一例としての値であるが、使用する波長、導波路の屈折率、傾斜角に応じて、回折格子の周期を設定すればよいことは言うまでもない。
第２のクラッド層１１３の上部に、前記グレーティングカプラ（回折格子１１５）に光学的に接続するフレネルレンズ１２１が配設されており、導波路１１０に沿う方向に長軸を持つ楕円形状をしている。
前記、フレネルレンズ１２１、１２２により、光回路部材１００に入射する光は、回折格子１１５を介して効率よく導波路１１０に入射し、導波路１１０から出射する光は、回折格子１１６を介してフォトダイオードなどの光素子に効率よく入射させることができる。
【００１９】
本例では、１ 方向に強い結合をおこさせるため、回折格子を傾斜させブラッグ条件を満たす設定にしたが、損失が許容される系では、傾斜を設けず光の伝搬方向のみの位相整合を満たす形態にしてもよい。
傾斜を設けない形態の場合、回折格子が導波路１１０方向に沿い形成された場合の、１． ３μｍ帯の波長に対応する周期と回折角の関係を図４（ａ）に示し、０． ８５μｍ帯の波長に対応する周期と回折角の関係を図４（ｂ）に示す。
尚、図４において、回折角０度は、導波路の方向に９０度の方向に相当する。
この場合、図１に示す例に比べると、周期を長くする必要があることがわかる。
本知見に基づき、回折格子の周期を導波光の進行方向に対して、連続的に小さくすることにより、その放射角を一点に集光するようにコントロールすることもできる。
このような構造にすることにより、導波路の方向、すなわち光の進行方向に対して、光素子へ入出力する際の損失を低減することができる。
【００２０】
屈折率変調型回折格子を形成したコア層１１２の材料としては、紫外線などの光照射により屈折率変化を起こす（フォトブリーチング）フォトポリマーが用いられ、例えば、ポリシラン、ＤＭＡＰＮ｛（４−Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルニトロン｝を含有するＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等を用いることができる。
また、第１のクラッド層１１１、第２のクラッド層１１３としては、コア層より数％屈折率の小さいポリシラン系、アクリル系、ポリイミド系、ポリウレタン系、エポキシ系樹脂などが用いられる。
また、基材としては、特に限定されないが、配線基板用のガラスエポキシ材、シリコン等が用いられる。
フレネルレンズ１２１、１２２を含むフレネルレンズ層１２０は、光重合法により作製され、それに適用できる紫外硬化型のフォトポリマーが用いられる。
材料としては、アクリレート系樹脂、シロキサン系樹脂、ポリイミド系樹脂、シクロブテン系樹脂等があげられる。
【００２１】
次に、図１に示す例の光回路部材の製造方法について、図５を参照にして、簡単に説明しておく。
尚、図５（ａ）〜図５（ｃ）は図１（ａ）のＡ１−Ａ２に沿った方向から見た図で、図５（ｄ）〜図５（ｇ）は図１（ａ）のＡ３に沿った方向から見た図である。
先ず、基板５１０上に、第１のクラッド層形成用素材５２１、コア層形成用素材５２２をスピンコートにより塗布、ベーキングにより形成する。（図５（ａ））
次いで、パターニングされたフォトマスク５３０により導波路を形成する部分以外の部分に紫外線５４０を照射し（図５（ｂ））、導波路を形成する。
フォトブリーチング材は、紫外線照射により、屈折率が低下するため、導波路を形成する部分以外の部分に紫外線を照射すれば、周囲より屈折率の高いコア層５２２が形成される。
次いで、パターニングされたフォトマスク５３５に紫外光５４５を約６０度傾斜させた方向から入射し（図５（ｄ））、屈折率変調型の回折格子５５０を形成する。（図５（ｅ））
尚、一般的に用いられている二光束干渉法でも形成することができる。
回折格子５５０が形成された後、第２のクラッド層５２３をスピンコートで形成し、導波路構造が完成する。
尚、回折格子を傾斜させないのであれば、位相マスク法などの方法も使用できる。
この後、光重合法（２Ｐ法）により支持基材５６０の一面に形成されたフレネルレンズ５７０を光導波路の第２のクラッド５２３上に配設して、図１に示す光回路部材が得られる。（図５（ｆ）〜図５（ｇ））
【００２２】
尚、光重合法（２Ｐ法）は、図６に基づいて簡単に説明すると、型基板６１０の一面に所定形状の凹部６１５が形成されているとし、この凹部形成側に紫外線硬化型のフォトポリマー６２０を堆積させた（図６（ａ））後、平坦で透明な押さえ基板６３０でフォトポリマー６２０を凹部６１５に充填させるようにして押さえ（図６（ｂ））、次いで、押さえ基板６３０側から紫外線を全面照射してフォトポリマーを硬化させ、凹部６１５の形状に対応する凸部を有する型部材６２０Ａを得る（図６（ｃ）〜（図６（ｄ））方法であるが、ここで、凹部６１５をフレネルレンズ１２１、１２２と雄雌の関係にある型とすれば、第１の例のフレネルレンズ層が得られる。
即ち、ここでの光重合法によるフレネルレンズ形成工程は、型内で光重合硬化し、形成されたフレネルレンズ１２１を含むフレネルレンズ層１２０を、第２のクラッド層１１３の外側に配設するものである。
【００２３】
本例の光回路部材の変形例としては、基材（図１の１４０に相当）を設けていないものや、光導波路（図１の１１０の相当）するものを、同じないし異なる方向に複数設けたものも挙げられる。
尚、これらについても、基本的には、本例の光回路部材と同様な方法で作製することができる。
【００２４】
次に、本発明の光電気混載基板の実施の形態の第１の例を、図２に基づいて説明する。
本例は、図１に示す実施の形態例の光回路部材１００を用い、そのフレネルレンズ１２１、１２２形成側に配線基板１５０を積層したもので、配線基板１５０のフレネルレンズ１２１、１２２領域は貫通孔１５１、１５２が設けられている。
そして、配線基板１５０上には、貫通孔１５１を通りフレネルレンズ１２１に向けＶＣＳＥＬ１６６からレーザ光が照射されるようにＩＣチップ１６５が接続され、ＰＤ１５１がフレネルレンズ１２２からの光を貫通孔１５２を通し受光するようにＩＣチップ１６０が接続されている。
ＶＣＳＥＬ１６６から放射されたレーザ光は、図２（ａ）の太点線矢印に示すように、ＰＤ１６１に至るものである。
実際には、ＶＣＳＥＬ１６６から放射されるレーザ光には広がりがあり、ＰＤ１６１が受光する領域にも制限があるため、ＶＣＳＥＬ１６６から放射されたレーザ光が効率良くフレネルレンズ１２１によりコリメートされあるいは集光されグレーティング１１５に入射されるように、そして、グレーティング１１６からフレネルレンズ１２２に入射された光が効率良くＰＤ１６１に受光されるように、各部は設計、配置されている。
尚、図２（ｂ）において、光線Ｌ１１、Ｌ１２はＶＣＳＥＬ１６６から放射されたレーザ光の外側光線を示し、光線Ｌ２１、Ｌ２２はフレネルレンズ１２２からＰＤ１６１に入射される光の外側光線を示している。
【００２５】
次に、本発明の光電気混載基板の実施の形態の第２の例を、図３に基づいて説明する。
第２の例は、光電変換機能付きＩＣチップ２６０間を光、電気結合する多数の、それぞれ、図１に示す光回路部材の構成の、光導波路２１０とその内部に設けられたグレーティングからなるカプラ（図示していない）とフレネルレンズ２２１、２２２からなる光回路部を備えた光電気混載基板で、その光回路部の断面層構成は、図２に示す第１の例と同じであり、他の基板あるいは機器と光接続するための、所定の光回路部に接続する光ファイバー用の光コネクタ２７０を配設している。
各、光電変換機能付きＩＣチップ２６０には、ＶＣＳＥＬやＰＤが組み込まれており、これらを第１の例のように、光回路部に配して全体の回路を構成している。
第２の例においては、このように、コネクタ２７０を設けていることにより、他の基板あるいは機器等と光接続してより大きな回路構成のモジュールを形成することもできる。
【００２６】
第１の例の光電気混載基板、第２の例の光電気混載基板の変形例としては、それぞれ第１の例、第２の例においてＩＣチップ１６０、１６５や光電変換機能付きＩＣチップ２６０等の半導体素子を搭載していないものも挙げられる。
勿論、配線層を１層以上、光回路部材の一面側ないし両面に形成したものも挙げられる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、光配線の自由度が大きく、工性の良いグレーティングカプラを、光進行方向を曲げる光路変換機能部として備えた、光電気混載基板用の光回路部材の提供を可能とした。
更に、そのような回路部材で光損失が低く、広い実装裕度をもつものの提供を可能とした。
同時に、このような回路部材を用いた光電気複合実装に安価で実用レベルで対応できる光電気混載基板、光伝送モジュールの提供を可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の光回路部材の実施の形態の第１の例の特徴部である光回路部を示した概略図で、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ１−Ａ２方向における光回路部材の全体の断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の光電気混載基板の第１の例の概略断面図で、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す光電気混載基板におけるＶＣＳＥＬ（面型レーザ）からの光路とＰＤ（フォトダイオード）への光路等を説明するための断面図である。
【図３】本発明の光電気混載基板の第２の例の概略平面図である。
【図４】図４（ａ）は１． ３μｍ近傍の波長における回折格子の周期と回折角の関係を示した図で、図４（ｂ）は０． ８５μｍ近傍の波長における回折格子の周期と回折角の関係を示した図である。
【図５】図１に示す光回路部材の製造工程を示す該略図である。
【図６】光重合法によるフレネルレンズの形成方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１００ 光回路部材
１１０ 光導波路
１１ 第１のクラッド層
１１２ コア層
１１３ 第２のクラッド層
１１５、１１６ グレーティング
１２０ フレネルレンズ層（フレネルレンズ形成層とも言う）
１２１、１２２ フレネルレンズ
１４０ 基板
１５０ 配線基板
１６０ ＩＣチップ
１６１ ＰＤ
１６５ ＩＣチップ
１６６ ＶＣＳＥＬ
１６７ 半田バンプ
２１０ 光導波路（単に導波路とも言う）、
２２０ フレネルレンズ
２６０ （光電変換機能付きの）ＩＣチップ
２７０ 光コネクタ
２８０ 光ファイバー
５１０ 基板
５２１ 第１のクラッド層形成用素材
５２２ コア層形成用素材
５２２Ａ 紫外線露光後のコア層形成用素材
５２３ 第２のクラッド層形成用素材
５３０、５３５ フォトマスク
５４０、５４５、５４７ 紫外線
５５０ 回折格子
５６０ 賦型基材
５７０ フレネルレンズ形成用素材
５７５ フレネルレンズ、
６１０ 型基板
６１５ 凹部（型部）
６２０ フォトポリマー
６２０Ａ （硬化した樹脂部（型部材とも言う）
６３０ 基板（押さえ基板）
６４０ 紫外線
Claims (10)
- 各層が有機材料からなる、第１のクラッド層と、第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、第１のクラッド層と同じ屈折率の第２のクラッド層とを、この順に積層した有機光導波路部材であって、コア層にレリーフ型あるいは屈折率変調型の回折格子が配設されて、且つ、λを使用する波長、Ｎを実効屈折率とした場合、前記の周期Λが、０． ６λ／Ｎより大きく、３． ４λ／Ｎより小さくして、前記回折格子部をグレーティングカプラとして形成するものであることを特徴とする光回路部材。
- 請求項１において、回折格子の周期が、導波路部から回折格子に向かって、小さくなっていることを特徴とする光回路部材。
- 請求項１ないし２において、回折格子が、導波路に対して、傾斜して形成されていることを特徴とする光回路部材。
- 請求項１ないし３において、第１のクラッド層ないし第２のクラッド層の外側に、前記グレーティングカプラに光学的に接続するフレネルレンズが形成されていることを特徴とする光回路部材。
- 請求項４において、フレネルレンズが、楕円形状をしていることを特徴とする光回路部材。
- 請求項１ないし５に記載の光回路部材を用いていることを特徴とする光電気混載基板。
- 請求項６において、光回路部材が、電気配線間に配置されていることを特徴とする光電気混載基板。
- 請求項６ないし７に記載の光電気混載基板を光ファイバーを接続するための光コネクタが配設されていることを特徴とする光電気混載基板。
- 請求項６ないし８に記載の光電気混載基板に光ファイバーケーブルが接続されていることを特徴とする光伝送モジュール。
- 基板上に、各層が有機材料からなる、第１のクラッド層と、第１のクラッド層より屈折率の高いコア層と、第１のクラッド層と同じ屈折率の第２のクラッド層とを、この順に積層した有機光導波路部材で、コア層に、レリーフ型あるいは屈折率変調型グレーティングを、導波路に対して傾斜して配設してグレーティングカプラを形成し、該グレーティングカプラに光学的に接続するフレネルレンズを第２のクラッド層に形成している光回路部材の製造方法であって、少なくとも、（ａ）回路パターンを形成したフォトマスクによる露光あるいは２光束干渉法による露光を用いて、コア層に、レリーフ型あるいは屈折率変調型の回折格子を形成する回折格子形成工程と、（ｂ）光重合法（２Ｐ法）により形成されたフレネルレンズを導波路の第２のクラッド上に配設するフレネルレンズ形成工程とを行なうことを特徴とする光回路部材の製造方法。
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