JP2004233894A - Optical wiring substrate, its manufacturing method, and manufacturing method of optical element of optical wiring substrate - Google Patents

Optical wiring substrate, its manufacturing method, and manufacturing method of optical element of optical wiring substrate Download PDF

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JP2004233894A JP2003025107A JP2003025107A JP2004233894A JP 2004233894 A JP2004233894 A JP 2004233894A JP 2003025107 A JP2003025107 A JP 2003025107A JP 2003025107 A JP2003025107 A JP 2003025107A JP 2004233894 A JP2004233894 A JP 2004233894A
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Atsushi Sakai
篤 坂井
Ikuo Kato
幾雄 加藤
Kazuhiro Fujita
和弘 藤田
Kenji Kameyama
健司 亀山
Takeshi Namie
健史 浪江
Keishin Aisaka
敬信 逢坂
Yasuyuki Takiguchi
康之 滝口
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance deflection efficiency by an optical deflection element by enhancing the accuracy of an optical deflection element for deflecting an optical signal transmitted in an optical wiring. <P>SOLUTION: The optical wiring 3 where an optical waveguide 6 for transmitting the optical signal is formed and the optical element 5 having the optical deflection element 12 for joining the optical signal transmitted through the optical waveguide 6 and an optical signal transmitted in a direction orthogonal to the direction of the optical signal transmitted through the optical waveguide 6 are constituted as individual components. Then, the miniaturization of the optical element 5 is attained, and also, in the case of forming the optical deflection element 12 on the small-sized optical element 5, the optical deflection element 12 can be manufactured with high accuracy in surface angle, surface size and surface roughness, then, the deflection efficiency by the optical deflection element 12 is enhanced, and also, the optical signal transmission efficiency is enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光配線基板、その製造方法及び光配線基板の光素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報伝達の分野では伝達すべき情報量が増大しており、GBps(ギガバイト/秒)オーダの通信を行うために伝達信号の一部を光信号に変換して伝送する様々な発明が提案されている(例えば、特許文献1参照)。伝達信号の一部を光信号に変換して伝達することにより、伝達する情報量の増大を図ることができるとともに、ノイズの発生による誤動作、電磁波の発生による周囲環境に対する悪影響を防止できる。
【0003】
図13は、特許文献1に開示された光配線101であり、この光配線101は、コア102と、コア102を囲んだクラッド103と、レンズ104と、光偏向素子であるミラー105とにより構成されている。ミラー105は、光配線101に直接設けられている。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−166167公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献1に開示された光配線101では、光配線101の長さ寸法が10cm以上になると、そのような大きなサイズの光配線101上に微細なミラー105やレンズ104等を形成する場合にはそのミラー105やレンズ104の位置精度を上げることが難しくなる。
【0006】
さらに、大きなサイズの光配線101と光信号を受発光する光電気変換素子を備えた光電気複合素子とを基板上に実装する場合に、光電気変換素子とレンズ104とのアライメントの精度を上げることが困難である。
【0007】
本発明の目的は、光配線内を伝送される光信号を偏向する光偏向素子の精度を高め、光偏向素子による偏向効率を高めることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明の光配線基板は、光信号が伝送される光導波路が形成された光配線と、前記光導波路を伝送される光信号とこの光信号に対して交差する方向に伝送される光信号とを結合する光偏向素子を有し、前記光配線とは別部品として形成された光素子と、を備える。
【0009】
したがって、光配線とは別部品の光素子に光偏向素子が設けられているので、光素子を小型化することができるとともにその小型化に伴って、光偏向素子の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製でき、それにより、光偏向素子での偏向効率が高くなるとともに光信号の伝送効率も高くなる。
【0010】
請求項2記載の発明の光配線基板は、電気配線を有する基板と、前記基板上に設けられ、光電気変換素子を有する光電気複合素子と、前記基板上に設けられ、前記基板の面と平行に光信号が伝送される光導波路が形成された光配線と、前記基板上に設けられ、前記光導波路を搬送される光信号とこの光信号に対して交差する向きに搬送されて前記光電気変換素子に入出力する光信号とを結合する光偏向素子を有する光素子と、を有する。
【0011】
したがって、光偏向素子が設けられている光素子を光配線とは別部品として形成することができ、それにより、光素子を小型化することができ、その小型化に伴って光偏向素子の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製でき、光偏向素子での偏向効率が高くなるとともに光信号の伝送効率も高くなる。
【0012】
請求項3記載の発明は、請求項2記載の光配線基板において、前記光素子と前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の同じ面側に設けられ、前記光素子が前記光電気複合素子と前記基板との間に位置付けされている。
【0013】
したがって、光素子と光電気複合素子との間の間隔が小さくなり、光素子と光電気複合素子との間での光信号の伝達が高効率に行われる。
【0014】
請求項4記載の発明は、請求項2記載の光配線基板において、前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の表裏両面に分けて配置され、前記光素子が前記光配線と同じ面側に配置され、前記光電気複合素子の前記光電気変換素子と前記光素子の前記光偏向素子とが対向する位置に前記基板を表裏方向に貫通した貫通孔が形成されている。
【0015】
したがって、光電気複合素子の光電気変換素子に対して入出する光信号は、貫通孔を通過して光偏向素子に光結合される。ここで、光素子と光電気複合素子とが基板の表裏両面に分けて配置されることにより、光電気複合素子を基板上に実装した後に光素子を実装することができるようになり、光電気複合素子を実装する加熱プロセスにおける光素子への熱負荷を防止でき、光素子がその熱負荷による熱膨張などの影響を受けないために精度を維持できるとともに光素子を耐熱性の低い材料で形成することができる。
【0016】
請求項5記載の発明は、請求項2記載の光配線基板において、前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の表裏両面に分けて配置され、前記基板に開口部が形成され、前記開口部に前記光素子が挿入されている。
【0017】
したがって、光電気複合素子を基板上に実装した後に開口部に光素子を挿入して実装することができるようになり、光電気複合素子を実装する加熱プロセスにおける光素子への熱負荷を防止でき、光素子がその熱負荷による熱膨張などの影響を受けないために精度を維持できるとともに光素子を耐熱性の低い材料で形成することができる。さらに、光電気複合素子の光電気変換素子と光素子の光偏向素子とのアライメントを基板に形成した孔などを介することなく直接行えるので、アライメントの精度が高くなり、また、アライメントの作業も容易になる。
【0018】
請求項6記載の発明は、請求項2ないし5のいずれか一記載の光配線基板において、前記光電気複合素子と前記光素子とを位置合わせする位置合わせ手段が設けられている。
【0019】
したがって、この位置合わせ手段を用いることにより光素子と光電気複合素子とのアライメント精度が高くなるとともにそのアライメント作業が容易になり、光素子と光電気複合素子とのアライメント精度の低下に伴う光結合効率の減少が抑制される。
【0020】
請求項7記載の発明は、請求項1ないし6のいずれか一記載の光配線基板において、前記光素子の内部にこの光素子内を伝送される光信号のアクティブ変換を可能とする電気駆動素子が設けられ、前記電気駆動素子に電力を供給する電極用貫通孔が前記光素子に形成されている。
【0021】
したがって、光素子の内部に設けられた電気駆動素子への電力供給を電極用貫通孔に電極を挿通することにより行え、このような電気駆動素子を光素子に設けることにより光素子の機能がアップする。
【0022】
請求項8記載の発明は、請求項1ないし7のいずれか一記載の光配線基板において、前記光素子が、前記光配線内の前記光導波路を伝送される光信号の伝送方向と交差する方向に積層配置されている。
【0023】
したがって、光配線内を伝送される光信号の単位面積当りの伝送容量が増大される。
【0024】
請求項9記載の発明は、請求項1ないし8のいずれか一記載の光配線基板において、前記光素子には光導波路が形成され、この光導波路の途中に前記光偏向素子が配置され、この光導波路の端部は前記光配線と前記光電気変換素子とに対向している。
【0025】
したがって、光素子内を伝送される光信号が光導波路内を伝送されるので、光素子内での光信号の伝達効率が高くなる。
【0026】
請求項10記載の発明は、請求項9記載の光配線基板において、前記光導波路の径が、前記光偏向素子への入射側部分に比べて前記光偏向素子からの出射側部分が太径に形成されている。
【0027】
したがって、光偏向素子に向けて光導波路内を伝送された光信号が光偏向素子に当たらずに光導波路外へ漏れ出すことが低減され、光偏向素子による偏向効率が高くなるとともに光信号の伝達効率も高くなる。
【0028】
請求項11記載の発明は、請求項9又は10記載の光配線基板において、前記光配線の前記光導波路と前記光素子の前記光導波路とが、低弾性材料からなる自己支持導波路型光結合素子で光結合されている。
【0029】
したがって、光配線の光軸と光素子の光軸とがずれている場合でも、自己支持導波路型光結合素子が低弾性材料により形成されているためにそのずれに応じて自己支持導波路型光結合素子が変形するので、光配線と光素子とを光結合する際に高精度のアライメントが不要となり、光結合する際のコストが低減される。また、熱膨張の影響低減が図られ、光素子全体の偏向効率が向上するとともに高い光結合効率が実現される。
【0030】
ここで、自己支持導波路型光結合素子における「自己支持」とは、基板上に設けられていなくても支持される状態をいい、両端を支持することにより導波路構造が維持できる強度を有していることを意味する。また、「導波路」とは、単なる接着剤などと異なり、その内部に光を閉じ込める作用を有するものである。
【0031】
請求項12記載の発明は、請求項1ないし11のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、全反射ミラーとこの全反射ミラーのミラー面の外側に位置する空気クラッドとが設けられている。
【0032】
したがって、光偏向効率が高くなり、また、光素子の低温形成が可能になり、部品点数の削減を図れる。
【0033】
ここで、低屈折誘電体層では、全反射角を45度程度にするには、クラッドの屈折率を1.4としても、コアの屈折率は2.0以上が必要となり、高温形成が必要な無機材料を用いる必要がある。しかし、全反射ミラーと空気クラッドとからなる光偏向素子を設けることにより、コア層に屈折率が1.5前後のポリイミド、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート等の有機材料、シロキサン等の無機材料を用いることができ、低温形成が可能となる。また、反射用の金属プレートや金属薄膜等の部品が不要となり、部品点数が削減される。
【0034】
請求項13記載の発明は、請求項1ないし11のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、金属膜を成膜した金属ミラーが設けられている。
【0035】
したがって、光偏向効率が高くなり、また、光素子の低温形成が可能になる。
【0036】
ここで、低屈折誘電体層では、全反射角を45度程度にするには、クラッドの屈折率を1.4としても、コアの屈折率は2.0以上が必要となり、高温形成が必要な無機材料を用いる必要がある。しかし、金属ミラーを光偏向素子として設けることにより、コア層に屈折率が1.5前後のポリイミド、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート等の有機材料、シロキサン等の無機材料を用いることができ、低温形成が可能となる。さらに、入射角度、つまり、光素子の光導波路のNAが大きい場合も、高い偏向効率を実現できる。
【0037】
請求項14記載の発明は、請求項1ないし11のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、ホログラムミラーが設けられている。
【0038】
したがって、光偏向効率が高くなり、また、光素子の低温形成が可能になる。
【0039】
ここで、低屈折誘電体層では、全反射角を45度程度にするには、クラッドの屈折率を1.4としても、コアの屈折率は2.0以上が必要となり、高温形成が必要な無機材料を用いる必要がある。しかし、ホログラムミラーを光偏向素子として設けることにより、コア層に屈折率が1.5前後のポリイミド、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート等の有機材料、シロキサン等の無機材料を用いることができ、低温形成が可能となる。また、このホログラムミラーはエンボス成型又は露光成型により製作でき、製作が容易になる。また、波長選択性を持たせることも可能となる。
【0040】
請求項15記載の発明は、請求項1ないし11のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、回折格子ミラーが設けられている。
【0041】
したがって、光偏向効率が高くなり、また、光素子の低温形成が可能になる。
【0042】
ここで、低屈折誘電体層では、全反射角を45度程度にするには、クラッドの屈折率を1.4としても、コアの屈折率は2.0以上が必要となり、高温形成が必要な無機材料を用いる必要がある。しかし、回折格子ミラーを光偏向素子として設けることにより、コア層に屈折率が1.5前後のポリイミド、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート等の有機材料、シロキサン等の無機材料を用いることができ、低温形成が可能となる。また、このホログラムミラーはエンボス成型又は露光成型により製作でき、製作が容易になる。また、波長選択性を持たせることも可能となる。
【0043】
請求項16記載の発明は、電気配線を有する基板上に、光電気変換素子を有する光電気複合素子と、前記基板の面と平行に光信号が伝送される光導波路が形成された光配線と、前記光導波路を搬送される光信号とこの光信号に対して交差する向きに搬送されて前記光電気変換素子に入出力する光信号とを結合する光偏向素子を有する光素子とを実装してなる光配線基板の製造方法であって、前記光電気複合素子を前記基板に実装した後に前記光素子を前記基板に実装するようにした。
【0044】
したがって、光電気複合素子を基板に実装する際の加熱プロセスにおいて発生する熱が光素子に伝わることを防止でき、光電気複合素子の実装時の熱の影響による光素子の熱膨張を防止して光素子の性能の維持を図ることができ、また、光素子を耐熱性の低い材料を使用することができる。
【0045】
請求項17記載の発明の光配線基板の光素子の製造方法は、第一ダミー基板上にこの第一ダミー基板の基板面と平行に延出した第一コアを形成する工程と、第二ダミー基板上にクラッドを形成する工程と、前記クラッド内に前記第二ダミー基板の基板面と交差する方向に延出した第二コアを形成する工程と、前記第一コアの端面と前記第二コアの端面とが接合するように前記第一ダミー基板と前記第二ダミー基板とを貼り合わせる工程と、前記第一ダミー基板を外して前記第一コアを露出させる工程と、前記第一コアと前記第二コアとの接合部に光偏向素子を形成する工程と、露出している前記第一コアをクラッドで被覆する工程と、前記第二ダミー基板を取り外す工程と、を有する。
【0046】
したがって、第一コアを形成した第一ダミー基板と、クラッドと第二コアとを形成した第二ダミー基板とを、第一コアの端面と第二コアの端面とが接合するように貼り合わせる。その後、第一ダミー基板を外して第一コアを露出させ、第一コアと第二コアとの接合部に光偏向素子を形成し、露出している第一コアをクラッドで被覆することにより光素子が製造される。この光素子の製造方法によれば、光素子を小型化することができるとともにその小型化に伴って、光偏向素子の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に製造できるようになる。
【0047】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態の光配線基板を図1及び図2に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板1は、電気配線(図示せず)を有する基板2、この基板2上に実装された光配線3、光電気複合素子4、光素子5等により構成されている。
【0048】
光配線3は光信号を基板2の基板面と平行に伝送するための部材であり、コア6とコア6よりも屈折率が低いクラッド7とから構成され、コア6の部分が光導波路とされている。
【0049】
光電気複合素子4は、半導体レーザやフォトダイオードで構成される光電気変換素子8やそれを駆動する電子集積回路(図示せず)が搭載されている素子である。光電気変換素子8の一つである発光素子としては、面発光レーザが集積光源として有望であるが、通常の半導体レーザや発光ダイオードでもよい。光電気複合素子4は、バンプ9によって基板2上の電気配線と電気的に接続されている。光電気変換素子8から出射され、又は、光電気変換素子8に入射される光信号は基板2に対して垂直方向に伝送される。基板2上に実装された光配線3のコア(光導波路)6を伝送される光信号は、基板2に対して平行方向に進行する。
【0050】
光素子5は、コア(光導波路)10とコア10を囲んだクラッド11とから形成され、光導波路10が途中で90度屈曲して形成され、その屈曲部分に光偏向素子12が設けられている。光導波路10の端部は光配線3と光電気変換素子8とに対向し、この光導波路10の端部が光電気複合素子4と光配線3とに対してセルフアライメント結合素子13により接続されている。
【0051】
光偏向素子12は、図2に拡大して示すように、光導波路10の90度屈曲部分を45度の角度にカットした全反射ミラー14と、この全反射ミラー14のミラー面の外側に設けられた空気クラッド15とにより形成されている。空気クラッド15とは、コア(光導波路)10とクラッド11との間に位置して空気が封入された部分である。
【0052】
光配線3と光電気複合素子4と光素子5とは基板2の同じ面側に配置されている。光素子5は、光電気複合素子4と基板2との間であって、光配線3と同一面となるように位置付けされている。また、光素子5と光電気複合素子4とは、光電気変換素子8と光偏向素子12とが基板2の基板面と垂直方向で対向するように位置付けされ、光素子5と光配線3とは光導波路10と光導波路6とが基板2の基板面と平行方向で対向するように位置付けされている。
【0053】
なお、本実施の形態では、光配線3が光素子5の一つの側面に対向して設けられている場合を示しているが、光素子5の他の面にも対向させて2以上の光配線を設けてもよい。
【0054】
また、本実施の形態では、光素子5に対して光電気複合素子4と光配線3とをセルフアライメント結合素子13により接続した場合を示しているが、このようなセルフアライメント結合素子13の一例として、低弾性材料からなる自己支持導波路型光結合素子を用いることが有効である。この自己支持導波路型光結合素子とは、シリコーンやフッ素ゴム等を架橋構造に設け、紫外線を照射すること等により低弾性化や伸縮化等を持たせた素子であり、その内部に光を閉じ込める作用を有し、高い光結合効率が得られる。
【0055】
このような構成の光配線基板1によれば、光電気変換素子8から出射され、又は、光電気変換素子8に入射される光信号と、光配線3の光導波路6を伝送される光信号とが、光偏向素子12によって進行方向を90度変換して結合される。
【0056】
また、光偏向素子12が設けられている光素子5が光配線3とは別部品として形成されているので、光素子5を小型化することができるとともにその小型化に伴って、光偏向素子12の一部である全反射ミラー14の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製できるようになる。それにより、光偏向素子12での偏向効率を高くできるとともに光素子5を介して行う光信号の伝送効率も高くできる。
【0057】
さらに、本実施の形態の光偏向素子12は、図13に示した従来例におけるミラー(光偏向素子)105のように外部に露出されていないので、汚れや温度湿度による環境からの悪影響を受けにくく、光信号の伝送の安定性と信頼性とが向上する。
【0058】
本発明の第二の実施の形態の光配線基板を図3に基づいて説明する。なお、図1及び図2において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する(以下の実施の形態でも同じ)。
【0059】
本実施の形態の光配線基板は光素子21の構造に特徴があり、他の部分(基板、光配線、光電気複合素子)については第一の実施の形態と同じである。
【0060】
この光素子21は、コア(光導波路)22とコア22の周囲の狭い範囲を囲むクラッド23と、これらのコア22とクラッド23とを保持する保持部材24とを有し、コア22の途中にこのコア22を90度屈曲させた形状の光偏向素子25が形成されている。
【0061】
光素子21内を伝送される光信号は、光偏向素子25により進行方向を90度変換して光結合される。
【0062】
本発明の第三の実施の形態の光配線基板を図4に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板は光素子31の構造に特徴があり、他の部分(基板、光配線、光電気複合素子)については第一の実施の形態と同じである。
【0063】
この光素子31は、コア(光導波路)32とコア32を囲んだクラッド33とから形成され、光導波路32が途中で90度屈曲して形成され、その屈曲部分に光偏向素子である金属ミラー34が設けられている。
【0064】
金属ミラー34は、光導波路32の90度屈曲部分を45度の角度にカットし、そのカット面の外側にアルミニウム等の金属膜を蒸着等で成膜することにより形成されている。
【0065】
光素子31内を伝送される光信号は、金属ミラー34により進行方向を90度変換して光結合される。金属ミラー34は臨界角にならなくとも光を反射できるので、偏向効率が高くなる。
【0066】
本発明の第四の実施の形態の光配線基板を図5に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板は光素子41の構造に特徴があり、他の部分(基板、光配線、光電気複合素子)については第一の実施の形態と同じである。
【0067】
この光素子41は、コア(光導波路)42とコア42を囲んだクラッド43とから形成され、光導波路42が途中で90度屈曲して形成され、その屈曲部分に光偏向素子であるホログラムミラー44が設けられている。
【0068】
ホログラムミラー44は、光導波路42の90度屈曲部分を45度の角度にカットし、そのカット面にエンボス成型、露光成型することにより形成されている。
【0069】
光素子41内を伝送される光信号は、ホログラムミラー44により進行方向を90度変換して光結合される。
【0070】
なお、ホログラムミラー44に代えて回折格子ミラーを設けてもよい。この回折格子ミラーもホログラムミラーと同じ方法で形成することができる。この回折格子ミラーを用いることにより、光素子41内を伝送される光信号は、回折格子ミラーにより進行方向を90度変換して光結合される。
【0071】
本発明の第五の実施の形態の光配線基板を図6に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板は光素子51の構造に特徴があり、他の部分(基板、光配線、光電気複合素子)の基本的構造については第一の実施の形態と同じである。但し、光電気複合素子の光電気変換素子が、光信号の出射専用とされている点が異なる。
【0072】
この光素子51は、コア(光導波路)52とコア52を囲んだクラッド53とから形成され、光導波路52が途中で90度屈曲して形成され、その屈曲部分に光偏向素子であるホログラムミラー44が設けられている。なお、このホログラムミラー44に代えて、他の構成の光偏向素子を用いることは任意である。
【0073】
さらに、この光素子51では、図6(a)に示すように、光導波路52のうち、ホログラムミラー44への入射側部分52aの径に比べ、ホログラムミラー44で反射された光信号が出射される出射側部分52bの径が太径に形成されている。
【0074】
図6(b)は、比較例を示したものであり、光導波路52の径がホログラムミラー44の両側で同じ場合である。図6(b)のように光導波路52の径が同じであると、破線の矢印で示すように伝送された光信号がホログラムミラー44に当たらずに光導波路52外への漏れ出しが発生し、光信号の伝達効率が低くなる場合がある。
【0075】
これに対し、図6(a)に示すように、光導波路52の径を入射側部分52aに比べて出射側部分52bを太径に形成することにより、ホログラムミラー44に向けて光導波路52内を伝送された光信号がホログラムミラー44に当たらずに光導波路52外へ漏れ出すことが低減され、ホログラムミラー44による偏向効率が高くなるとともに光信号の伝達効率も高くなる。
【0076】
本発明の第六の実施の形態の光配線基板を図7に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板61の基本的構成は第一の実施の形態の光配線基板1と同じであり、電気配線(図示せず)を有する基板2、この基板2上に実装された光配線3、光電気複合素子4、光素子5等により構成されている。
【0077】
しかし、光配線3と光素子5とが基板2の一方の基板面上に配置され、光電気複合素子4が基板2の他方の基板面上に配置されている。
【0078】
光電気複合素子4の光電気変換素子8と光素子5の光偏向素子12とは、基板2を挟んで基板2の基板面と直交する向きに対向配置され、基板2には、光電気変換素子8と光偏向素子12とが対向するように貫通孔62が形成されている。この貫通孔62はドリルなどを用いて孔加工されており、光電気変換素子8から出射され又は光電気変換素子8に入射される光信号がこの貫通孔62を通り、光素子5に形成されている光導波路10に出入りする。
【0079】
本実施の形態の基本的な作用は第一の実施の形態と同じであり、光電気変換素子8に出入りする光信号と、光配線3の光導波路6を進行する光信号とが、光偏向素子12によって進行方向を90度変換して結合される。
【0080】
また、光偏向素子12が設けられている光素子5が光配線3とは別部品として形成されているので、光素子5を小型化することができるとともにその小型化に伴って、光偏向素子12の一部である全反射ミラー14(図2参照)の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製でき、それにより、光偏向素子12での偏向効率を高くできるとともに光信号の伝送効率も高くできる。
【0081】
さらに、本実施の形態では、光素子5と光電気複合素子4とが基板2の表裏両面に分けて配置されることにより、光電気複合素子4を基板2上に実装した後に光素子5を基板2上に実装することができる。このため、光電気複合素子4を実装する加熱プロセスにおける光素子5への熱負荷を防止でき、光素子5が熱膨張などの影響を受けないために光素子5の精度を維持できるとともに光素子5を耐熱性の低い材料で形成することができる。このため、光素子5を製造するための材料の選択範囲が広くなり、より性能のよい光素子5を製造することが可能となる。
【0082】
本発明の第7の実施の形態の光配線基板を図8に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板71の基本的構成は第二の実施の形態の光配線基板61と同じであり、電気配線(図示せず)を有する基板2、この基板2上に実装された光配線3、光電気複合素子4、光素子72等により構成されている。光配線3が基板2の一方の基板面上に配置され、光電気複合素子4が基板2の他方の基板面上に配置されている。
【0083】
しかし、光素子72は、基板2に形成された開口部73に挿入され、この光素子72により光電気複合素子4と光配線3とが接続されている。また、光電気変換素子8から出射され又は光電気変換素子8に入射される光信号と、光配線3の光導波路6を伝送される光信号とは、光素子72内に設けられた光偏向素子12の作用で伝送方向が90度変換されて結合する。
【0084】
ここで、光電気変換素子8の一形態としての面発光レーザの遠視野像の広がり角Δθは、
Δθ=0.31×(λ/2s)
で表される(参考文献:伊賀,小山,“面発光レーザの基礎と応用”,共立出版,p33,1999)。
【0085】
λは発振波長、sはビームのスポットサイズである。例えば、光配線に用いられる面発光レーザの発振波長がλ=850nm、スポットサイズがs=5μmであるとすれば、Δθ=0.027radになる。
【0086】
光導波路10のコアサイズを50μmと仮定すると、面発光レーザの中心と光導波路10の中心とが一致しているとき、光素子72と光電気変換素子8との距離は、50μm/2tan(Δθ)=926μmとなるので、光素子72と光電気変換素子8との距離は好ましくは1μm〜1mmであり、より好ましくは、50μm〜500μmである。
【0087】
本実施の形態のように、光素子72を開口部73に挿入することにより、基板2の反対側の面に光配線3と光電気複合素子4とを配置した場合でも、光素子72と光電気変換素子8との距離を、50〜500μmに設定することが可能となる。
【0088】
本発明の第八の実施の形態の光配線基板を図9に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板は光素子5と光電気複合素子4との連結構造に特徴があり、光素子5や光電気複合素子4の基本的な構造については第一の実施の形態と同じである。
【0089】
本実施の形態の光配線基板では、光素子5と光電気複合素子4とを位置合わせする位置合わせ手段75が設けられている。この位置合わせ手段75は、光素子5と光電気複合素子4とのそれぞれ対向する面に形成された穴76と、両端をこれらの対向する穴76に挿入されるガイドピン77とにより構成されている。
【0090】
このような位置合わせ手段75を設けることにより、光素子5と光電気複合素子4との位置ずれが防止され、光電気複合素子4の光電気変換素子8と光素子5の光偏向素子12とのアライメントの精度が高くなり、しかも、そのアライメントの作業が容易になる。
【0091】
本発明の第九の実施の形態の光配線基板を図10に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板は光素子81の構造に特徴があり、他の部分(基板、光配線、光電気複合素子)については第一の実施の形態と同じである。
【0092】
この光素子81は、光導波路(コア)10の途中に光信号のアクティブ変換を可能とする電気駆動素子82が設けられ、この電気駆動素子82に電力を供給する電極用貫通孔83がクラッド11の部分に形成されている。電気駆動素子82の作用としては、例えば、光導波路10内を伝送される光信号の増幅、伝送される光信号の遮断等が挙げられる。
【0093】
この実施の形態によれば、電極用貫通孔83に差し込んだ電極から電気駆動素子82に電力を供給することにより、電気駆動素子82による光信号のアクティブな変換が可能となる。
【0094】
本発明の第十の実施の形態の光配線基板を図11に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板は、複数の光素子85a、85b、85cが積層されている点に特徴がある。光素子85a、85b、85cの積層方向は、基板2(図1参照)の基板面と直交する方向である。
【0095】
一層目の光素子85aには、光導波路10以外に、二層目の光素子85bの光導波路10に接続される光導波路86aと、三層目の光素子85cの光導波路10に接続される光導波路86bとが形成されている。二層目の光素子85bには、光導波路10以外に、三層目の光素子85cの光導波路10に接続される光導波路86cが形成されている。
【0096】
このように積層された複数の光素子85a、85b、85cを有することにより、単位面積当りの光信号の伝送容量の増大を図ることができる。
【0097】
本発明の第十一の実施の形態を図12に基づいて説明する。本実施の形態は、光素子5の製造方法であり、本実施の形態では、2つの光素子5を同時に形成する場合を示している。
【0098】
図12(a)は、第一ダミー基板91上にその基板面と平行に溝92を形成し、この溝92内にエポキシ材料などを埋め込んで第一コア93を形成した状態である。なお、この第一コア93には、光偏向素子を形成するための45度傾斜部94が形成されている。
【0099】
図12(b)は、第二ダミー基板95上にクラッド96を形成し、そのクラッド96内に第二ダミー基板95の基板面と直交する方向に延出した第二コア97を形成した状態である。
【0100】
図12(c)は、第一ダミー基板91と第二ダミー基板95とを貼り合わせ、第二コア97の端面と第一コア93の端面とを接合させた状態である。第二コア97と第一コア93とは連続した構造となる。
【0101】
図12(d)は、図12(c)に示した貼り合わせの後、第一ダミー基板91を外して第一コア93を露出させ、露出した第一コア93における45度傾斜部94の部分に光偏向素子98を形成した状態である。光偏向素子98の形成としては、エンボス成型によるホログラムミラーの形成、金属膜の蒸着による金属ミラーの形成等が挙げられる。
【0102】
図12(e)は、光偏向素子98の形成後に、露出している第一コア93をクラッド99で被覆した状態である。
【0103】
図12(f)は、第二ダミー基板95を取り外し、中央部分で切断することにより同時に形成した2つの光素子5を個々に分離した状態であり、光素子5が完成する。
【0104】
この光素子5の製造方法によれば、光素子5を小型化することができるとともにその小型化に伴って光偏向素子98の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に製造できるようになる。
【0105】
なお、本実施の形態では、2つの光素子5を同時に形成し、その最終段階で2つに分離する場合を例に挙げて説明したが、3つ以上の光素子5を同時に形成して最終段階で分離するようにしてもよい。同時に形成する光素子5の数を多くすることにより、製造コストが低下する。
【0106】
【発明の効果】
請求項1記載の発明の光配線基板によれば、光配線とは別部品の光素子に光偏向素子が設けられているので、光素子を小型化することができるとともにその小型化に伴って、光偏向素子の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製でき、それにより、光偏向素子での偏向効率を高くできるとともに光信号の伝送効率を高くできる。
【0107】
請求項2記載の発明の光配線基板によれば、光偏向素子が設けられている光素子を光配線とは別部品として形成することができ、それにより、光素子を小型化することができ、その小型化に伴って光偏向素子の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製でき、光偏向素子での偏向効率を高くできるとともに光信号の伝送効率を高くできる。
【0108】
請求項3記載の発明によれば、請求項2記載の光配線基板において、前記光素子と前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の同じ面側に設けられ、前記光素子が前記光電気複合素子と前記基板との間に位置付けされているので、光素子と光電気複合素子との間の間隔が小さくなり、光素子と光電気複合素子との間での光信号の伝達を高効率に行うことができる。
【0109】
請求項4記載の発明によれば、請求項2記載の光配線基板において、前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の表裏両面に分けて配置され、前記光素子が前記光配線と同じ面側に配置され、前記光電気複合素子の前記光電気変換素子と前記光素子の前記光偏向素子とが対向する位置に前記基板を表裏方向に貫通した貫通孔が形成されているので、光電気複合素子を基板上に実装した後に光素子を実装することができるようになり、光電気複合素子を実装する際の加熱プロセスにおける光素子への熱負荷を防止でき、光素子がその熱負荷による熱膨張などの影響を受けないために精度を維持できるとともに光素子を耐熱性の低い材料で形成することができる。
【0110】
請求項5記載の発明によれば、請求項2記載の光配線基板において、前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の表裏両面に分けて配置され、前記基板に開口部が形成され、前記開口部に前記光素子が挿入されているので、光電気複合素子を基板上に実装した後に開口部に光素子を挿入して実装することができるので、光電気複合素子を実装する際の加熱プロセスにおける光素子への熱負荷を防止でき、光素子がその熱負荷による熱膨張などの影響を受けないために精度を維持できるとともに光素子を耐熱性の低い材料で形成することができ、さらに、光電気複合素子の光電気変換素子と光素子の光偏向素子とのアライメントを基板に形成した孔などを介することなく直接行えるので、そのアライメントの精度を高くできるとともにそのアライメント作業を容易にできる。
【0111】
請求項6記載の発明によれば、請求項2ないし5のいずれか一記載の光配線基板において、前記光電気複合素子と前記光素子とを位置合わせする位置合わせ手段が設けられているので、この位置合わせ手段を用いることにより光素子と光電気複合素子とのアライメント精度を高くできるとともにそのアライメント作業を容易にできる。
【0112】
請求項7記載の発明によれば、請求項1ないし6のいずれか一記載の光配線基板において、前記光素子の内部にこの光素子内を伝送される光信号のアクティブ変換を可能とする電気駆動素子が設けられ、前記電気駆動素子に電力を供給する電極用貫通孔が前記光素子に形成されているので、光素子の内部に設けられた電気駆動素子への電力供給を電極用貫通孔に電極を挿通することにより行え、このような電気駆動素子を光素子に設けることにより光素子の機能アップを図ることができ、光素子の小型化によりこれらの電気駆動素子や電極用貫通孔の形成も高精度に行える。
【0113】
請求項8記載の発明によれば、請求項1ないし7のいずれか一記載の光配線基板において、前記光素子が、前記光配線内の前記光導波路を伝送される光信号の伝送方向と交差する方向に積層配置されているので、光配線内を伝送される光信号の単位面積当りの伝送容量を増大させることができ、光素子の小型化に伴う精度向上により光素子の積層を高精度に行うことができる。
【0114】
請求項9記載の発明によれば、請求項1ないし8のいずれか一記載の光配線基板において、前記光素子には光導波路が形成され、この光導波路の途中に前記光偏向素子が配置され、この光導波路の端部は前記光配線と前記光電気変換素子とに対向しているので、光素子内を伝送される光信号が光導波路内を伝送されるので、光素子内での光信号の伝達効率を高めることができる。
【0115】
請求項10記載の発明によれば、請求項9記載の光配線基板において、前記光導波路の径が、前記光偏向素子への入射側部分に比べて前記光偏向素子からの出射側部分が太径に形成されているので、光偏向素子に向けて光導波路内を伝送された光信号が光偏向素子に当たらずに光導波路外へ漏れ出すことを低減でき、光偏向素子による偏向効率を高めることができるとともに光信号の伝達効率を高めることができる。
【0116】
請求項11記載の発明によれば、請求項9又は10記載の光配線基板において、前記光配線の前記光導波路と前記光素子の前記光導波路とが、低弾性材料からなる自己支持導波路型光結合素子で光結合されているので、光配線の光軸と光素子の光軸とがずれている場合でも、自己支持導波路型光結合素子が低弾性材料により形成されているためにそのずれに応じて自己支持導波路型光結合素子が変形するので、光配線と光素子とを光結合する際に高精度のアライメントが不要となり、光結合する際のコストを低減できる。
【0117】
請求項12記載の発明によれば、請求項1ないし11のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、全反射ミラーとこの全反射ミラーのミラー面の外側に位置する空気クラッドとが設けられているので、光偏向効率を高めることができるとともに光素子の低温形成を行うことができ、さらに、部品点数の削減を図ることができる。
【0118】
請求項13記載の発明によれば、請求項1ないし11のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、金属膜を成膜した金属ミラーが設けられているので、光偏向効率を高めることができるとともに光素子の低温形成を行うことができる。
【0119】
請求項14記載の発明によれば、請求項1ないし11のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、ホログラムミラーが設けられているので、光偏向効率を高めることができるとともに光素子の低温形成を行うことができる。
【0120】
請求項15記載の発明によれば、請求項1ないし11のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、回折格子ミラーが設けられているので、光偏向効率を高めることができるとともに光素子の低温形成を行うことができる。
【0121】
請求項16記載の発明の光配線基板の製造方法によれば、光電気複合素子を基板に実装した後に光素子を基板に実装するようにしたので、光電気複合素子を基板に実装する際の加熱プロセスにおいて発生する熱が光素子に伝わることを防止でき、光電気複合素子の実装時の熱の影響による光素子の熱膨張を防止して光素子の性能の維持を図ることができる。
【0122】
請求項17記載の発明の光配線基板の光素子の製造方法によれば、第一コアを形成した第一ダミー基板と、クラッドと第二コアとを形成した第二ダミー基板とを、第一コアの端面と第二コアの端面とが接合するように貼り合わせ、その後、第一ダミー基板を外して第一コアを露出させ、第一コアと第二コアとの接合部に光偏向素子を形成し、露出している第一コアをクラッドで被覆することにより光素子を製造できるので、光素子を小型化することができるとともにその小型化に伴って、光偏向素子の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態の光配線基板の概略構造を示す断面図である。
【図2】光素子の構造を拡大して示す断面図である。
【図3】本発明の第二の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子の構造を示す断面図である。
【図4】本発明の第三の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子の構造を示す断面図である。
【図5】本発明の第四の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子の構造を示す断面図である。
【図6】本発明の第五の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子の構造を示す断面図である。
【図7】本発明の第六の実施の形態の光配線基板の概略構造を示す断面図である。
【図8】本発明の第七の実施の形態の光配線基板の概略構造を示す断面図である。
【図9】本発明の第八の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子と光電気変換素子との位置合わせ構造を示す断面図である。
【図10】本発明の第九の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子の構造を示す断面図である。
【図11】本発明の第十の実施の形態の光配線基板の構成部品である複数の光素子の積層構造を示す断面図である。
【図12】本発明の第十一の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子の製造方法を説明する工程図である。
【図13】従来例の光配線を示す断面図である。
【符号の説明】
2 基板
3 光配線
4 光電気複合素子
5 光素子
6 光導波路
8 光電気変換素子
10 光導波路
12 光偏向素子
14 全反射ミラー
15 空気クラッド
21 光素子
22 光導波路
31 光素子
32 光導波路
34 光偏向素子、金属ミラー
41 光素子
42 光導波路
44 光偏向素子、ホログラムミラー
51 光素子
52 光導波路
52a 入射側部分
52b 出射側部分
62 貫通孔
73 開口部
75 位置合わせ手段
82 電気駆動素子
83 電極用貫通孔
85a、85b、85c 光素子
91 第一ダミー基板
93 第一コア
95 第二ダミー基板
96 クラッド
97 第二コア
98 光偏向子
99 クラッド
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical wiring board, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing an optical element of the optical wiring board.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, the amount of information to be transmitted has been increasing in the field of information transmission, and various inventions have been proposed in which a part of a transmission signal is converted into an optical signal and transmitted in order to perform communication on the order of GBps (gigabytes / second). (For example, see Patent Document 1). By converting a part of the transmission signal to an optical signal and transmitting the signal, the amount of information to be transmitted can be increased, and malfunction due to generation of noise and adverse effects on the surrounding environment due to generation of electromagnetic waves can be prevented.
[0003]
FIG. 13 shows an optical wiring 101 disclosed in Patent Document 1. This optical wiring 101 includes a core 102, a clad 103 surrounding the core 102, a lens 104, and a mirror 105 as an optical deflection element. Have been. The mirror 105 is provided directly on the optical wiring 101.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-166167 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the optical wiring 101 disclosed in Patent Literature 1, when the length of the optical wiring 101 becomes 10 cm or more, when a fine mirror 105, a lens 104, and the like are formed on the optical wiring 101 having such a large size. Therefore, it becomes difficult to improve the positional accuracy of the mirror 105 and the lens 104.
[0006]
Further, when mounting a large-sized optical wiring 101 and a photoelectric composite device having a photoelectric conversion device that receives and emits an optical signal on a substrate, the alignment accuracy between the photoelectric conversion device and the lens 104 is improved. It is difficult.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve the accuracy of an optical deflecting element that deflects an optical signal transmitted through an optical wiring, and to increase the deflection efficiency of the optical deflecting element.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided an optical wiring board on which an optical waveguide for transmitting an optical signal is formed, and an optical signal transmitted through the optical waveguide is transmitted in a direction crossing the optical signal. And an optical element formed as a separate component from the optical wiring.
[0009]
Therefore, since the optical deflecting element is provided on the optical element which is a separate component from the optical wiring, the optical element can be reduced in size, and the surface angle and the surface size of the optical deflecting element can be reduced with the miniaturization. , Surface roughness and the like can be manufactured with high precision, thereby increasing the deflection efficiency of the optical deflection element and the transmission efficiency of the optical signal.
[0010]
The optical wiring board of the invention according to claim 2, wherein a substrate having electrical wiring, a photoelectric composite element having a photoelectric conversion element provided on the substrate, and a surface of the substrate provided on the substrate, An optical wiring on which an optical waveguide for transmitting an optical signal is formed in parallel, and an optical signal provided on the substrate, which is conveyed in a direction crossing the optical signal conveyed through the optical waveguide and the optical signal; An optical element having an optical deflecting element for coupling an optical signal input to and output from the electric conversion element.
[0011]
Therefore, the optical element provided with the optical deflecting element can be formed as a separate component from the optical wiring, whereby the optical element can be downsized. The angle, the size of the surface, the surface roughness, and the like can be manufactured with high accuracy, and the deflection efficiency of the optical deflecting element increases and the transmission efficiency of the optical signal also increases.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the optical wiring substrate according to the second aspect, the optical element, the optical wiring, and the photoelectric composite element are provided on the same surface side of the substrate, and the optical element is the photoelectric element. It is located between the composite element and the substrate.
[0013]
Therefore, the distance between the optical element and the photoelectric composite element is reduced, and the transmission of the optical signal between the optical element and the photoelectric composite element is performed with high efficiency.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to the second aspect, the optical wiring and the photoelectric composite element are separately arranged on both front and back surfaces of the substrate, and the optical element is on the same surface as the optical wiring. And a through-hole penetrating through the substrate in a front-to-back direction at a position where the photoelectric conversion element of the photoelectric composite element and the optical deflection element of the optical element face each other.
[0015]
Therefore, an optical signal entering and exiting the photoelectric conversion element of the photoelectric composite element is optically coupled to the optical deflection element through the through hole. Here, by arranging the optical element and the photoelectric composite element separately on the front and back surfaces of the substrate, the optical element can be mounted after the photoelectric composite element is mounted on the substrate. Prevents the thermal load on the optical element during the heating process of mounting the composite element, maintains the precision because the optical element is not affected by thermal expansion, etc. due to the thermal load, and forms the optical element from a material with low heat resistance can do.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to the second aspect, the optical wiring and the photoelectric composite element are separately arranged on both front and back surfaces of the substrate, and an opening is formed in the substrate. The optical element is inserted into the opening.
[0017]
Therefore, the optical element can be inserted into the opening and mounted after the optoelectronic composite element is mounted on the substrate, and the thermal load on the optical element in the heating process of mounting the optoelectric composite element can be prevented. Since the optical element is not affected by thermal expansion or the like due to its thermal load, accuracy can be maintained, and the optical element can be formed of a material having low heat resistance. Furthermore, since the alignment between the photoelectric conversion element of the photoelectric composite element and the optical deflection element of the optical element can be performed directly without passing through a hole or the like formed in the substrate, the accuracy of the alignment is increased, and the alignment work is also easy. become.
[0018]
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to any one of the second to fifth aspects, a positioning means for positioning the photoelectric composite element and the optical element is provided.
[0019]
Therefore, by using this alignment means, the alignment accuracy between the optical element and the photoelectric composite element is increased and the alignment work is facilitated, and the optical coupling caused by the decrease in the alignment precision between the optical element and the photoelectric composite element is reduced. A decrease in efficiency is suppressed.
[0020]
According to a seventh aspect of the present invention, in the optical wiring board according to any one of the first to sixth aspects, an electric drive element that enables active conversion of an optical signal transmitted through the optical element inside the optical element. Is provided, and a through hole for an electrode for supplying electric power to the electric drive element is formed in the optical element.
[0021]
Therefore, power can be supplied to the electric drive element provided inside the optical element by inserting the electrode into the electrode through hole, and the function of the optical element is improved by providing such an electric drive element in the optical element. I do.
[0022]
According to an eighth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to any one of the first to seventh aspects, the optical element crosses a transmission direction of an optical signal transmitted through the optical waveguide in the optical wiring. Are arranged in layers.
[0023]
Therefore, the transmission capacity per unit area of the optical signal transmitted in the optical wiring is increased.
[0024]
According to a ninth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to any one of the first to eighth aspects, an optical waveguide is formed in the optical element, and the optical deflecting element is arranged in the middle of the optical waveguide. An end of the optical waveguide faces the optical wiring and the photoelectric conversion element.
[0025]
Therefore, since the optical signal transmitted in the optical element is transmitted in the optical waveguide, the transmission efficiency of the optical signal in the optical element is increased.
[0026]
According to a tenth aspect of the present invention, in the optical wiring substrate according to the ninth aspect, the diameter of the optical waveguide is such that the emission side portion from the optical deflection element has a larger diameter than the incidence side portion to the optical deflection element. Is formed.
[0027]
Therefore, the leakage of the optical signal transmitted through the optical waveguide toward the optical deflecting element to the outside of the optical waveguide without hitting the optical deflecting element is reduced, the deflection efficiency by the optical deflecting element is increased, and the transmission of the optical signal is performed. Efficiency also increases.
[0028]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the optical wiring board according to the ninth or tenth aspect, the optical waveguide of the optical wiring and the optical waveguide of the optical element are a self-supporting waveguide type optical coupling made of a low elastic material. Optically coupled by the element.
[0029]
Therefore, even when the optical axis of the optical wiring and the optical axis of the optical element are misaligned, the self-supporting waveguide type optical coupling element is formed of a low elastic material, and the self-supporting waveguide type optical coupling element is formed in accordance with the misalignment. Since the optical coupling element is deformed, high-precision alignment is not required when optically coupling the optical wiring and the optical element, and the cost for optical coupling is reduced. In addition, the effect of thermal expansion is reduced, the deflection efficiency of the entire optical element is improved, and high optical coupling efficiency is realized.
[0030]
Here, “self-supporting” in the self-supporting waveguide type optical coupling device means a state where the waveguide structure is supported even if it is not provided on the substrate, and has a strength capable of maintaining the waveguide structure by supporting both ends. Means you are. Further, the “waveguide” is different from a mere adhesive or the like, and has a function of confining light therein.
[0031]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to any one of the first to eleventh aspects, a total reflection mirror and an air clad located outside a mirror surface of the total reflection mirror are used as the light deflecting element. Is provided.
[0032]
Therefore, the light deflection efficiency is increased, the optical element can be formed at a low temperature, and the number of parts can be reduced.
[0033]
Here, in the low-refractive-index dielectric layer, in order to make the total reflection angle about 45 degrees, the refractive index of the core is required to be 2.0 or more even if the refractive index of the clad is set to 1.4. It is necessary to use a suitable inorganic material. However, by providing an optical deflecting element comprising a total reflection mirror and an air cladding, an organic material such as polyimide, polymethyl methacrylate (PMMA), or polycarbonate having a refractive index of about 1.5, or an inorganic material such as siloxane having a refractive index of about 1.5 is provided in the core layer. Can be used, and low-temperature formation is possible. In addition, components such as a metal plate for reflection and a metal thin film are not required, and the number of components is reduced.
[0034]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the optical wiring substrate according to any one of the first to eleventh aspects, a metal mirror on which a metal film is formed is provided as the light deflecting element.
[0035]
Therefore, the light deflection efficiency increases, and the optical element can be formed at a low temperature.
[0036]
Here, in the low-refractive-index dielectric layer, in order to make the total reflection angle about 45 degrees, the refractive index of the core is required to be 2.0 or more even if the refractive index of the clad is set to 1.4. It is necessary to use a suitable inorganic material. However, by providing a metal mirror as an optical deflecting element, an organic material such as polyimide, polymethyl methacrylate (PMMA), and polycarbonate having an index of refraction of about 1.5 and an inorganic material such as siloxane can be used for the core layer. Low temperature formation becomes possible. Furthermore, even when the incident angle, that is, the NA of the optical waveguide of the optical element is large, high deflection efficiency can be realized.
[0037]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the optical wiring substrate according to any one of the first to eleventh aspects, a hologram mirror is provided as the light deflection element.
[0038]
Therefore, the light deflection efficiency increases, and the optical element can be formed at a low temperature.
[0039]
Here, in the low-refractive-index dielectric layer, in order to make the total reflection angle about 45 degrees, the refractive index of the core is required to be 2.0 or more even if the refractive index of the clad is set to 1.4. It is necessary to use a suitable inorganic material. However, by providing the hologram mirror as a light deflecting element, an organic material such as polyimide, polymethyl methacrylate (PMMA), or polycarbonate having an index of refraction of about 1.5, or an inorganic material such as siloxane can be used for the core layer. Low temperature formation becomes possible. Further, this hologram mirror can be manufactured by emboss molding or exposure molding, which facilitates the production. In addition, it is possible to provide wavelength selectivity.
[0040]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the optical wiring substrate according to any one of the first to eleventh aspects, a diffraction grating mirror is provided as the light deflection element.
[0041]
Therefore, the light deflection efficiency increases, and the optical element can be formed at a low temperature.
[0042]
Here, in the low-refractive-index dielectric layer, in order to make the total reflection angle about 45 degrees, the refractive index of the core is required to be 2.0 or more even if the refractive index of the clad is set to 1.4. It is necessary to use a suitable inorganic material. However, by providing the diffraction grating mirror as an optical deflecting element, an organic material having a refractive index of about 1.5, such as polyimide, polymethyl methacrylate (PMMA), or polycarbonate, or an inorganic material such as siloxane can be used for the core layer. , Low-temperature formation becomes possible. Further, this hologram mirror can be manufactured by emboss molding or exposure molding, which facilitates the production. In addition, it is possible to provide wavelength selectivity.
[0043]
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided an optical / electrical composite element having a photoelectric conversion element on a substrate having an electrical wiring, and an optical wiring having an optical waveguide through which an optical signal is transmitted parallel to a surface of the substrate. Mounting an optical signal having an optical deflecting element that couples an optical signal conveyed through the optical waveguide and an optical signal that is conveyed in a direction crossing the optical signal and that is input to and output from the photoelectric conversion element. A method for manufacturing an optical wiring board, comprising: mounting the optoelectronic composite device on the substrate, and then mounting the optical device on the substrate.
[0044]
Therefore, it is possible to prevent the heat generated in the heating process when mounting the photoelectric composite device on the substrate from being transmitted to the optical device, and to prevent the thermal expansion of the optical device due to the influence of the heat during the mounting of the photoelectric composite device. The performance of the optical element can be maintained, and a material having low heat resistance can be used for the optical element.
[0045]
The method of manufacturing an optical element of an optical wiring board according to the invention of claim 17, further comprising: forming a first core extending on the first dummy substrate in parallel with the substrate surface of the first dummy substrate; Forming a clad on the substrate, forming a second core extending in a direction intersecting the substrate surface of the second dummy substrate in the clad, and an end face of the first core and the second core. Bonding the first dummy substrate and the second dummy substrate so that the end faces thereof are joined, removing the first dummy substrate and exposing the first core, the first core and the Forming a light deflecting element at a junction with the second core; covering the exposed first core with a clad; and removing the second dummy substrate.
[0046]
Therefore, the first dummy substrate on which the first core is formed and the second dummy substrate on which the clad and the second core are formed are bonded so that the end face of the first core and the end face of the second core are joined. Thereafter, the first dummy substrate is removed to expose the first core, an optical deflecting element is formed at a joint between the first core and the second core, and the exposed first core is covered with a clad to form a light deflecting element. The device is manufactured. According to this method for manufacturing an optical element, the optical element can be miniaturized, and with the miniaturization, the surface angle, surface size, surface roughness, and the like of the optical deflection element can be manufactured with high accuracy. become.
[0047]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An optical wiring board according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The optical wiring board 1 of the present embodiment includes a substrate 2 having electric wiring (not shown), an optical wiring 3 mounted on the substrate 2, an optical-electrical composite device 4, an optical device 5, and the like. .
[0048]
The optical wiring 3 is a member for transmitting an optical signal in parallel with the substrate surface of the substrate 2, and includes a core 6 and a clad 7 having a lower refractive index than the core 6, and a portion of the core 6 serves as an optical waveguide. ing.
[0049]
The photoelectric composite element 4 is an element on which a photoelectric conversion element 8 composed of a semiconductor laser or a photodiode and an electronic integrated circuit (not shown) for driving the photoelectric conversion element 8 are mounted. As a light emitting element which is one of the photoelectric conversion elements 8, a surface emitting laser is promising as an integrated light source, but a normal semiconductor laser or a light emitting diode may be used. The photoelectric composite element 4 is electrically connected to electric wiring on the substrate 2 by bumps 9. An optical signal emitted from the photoelectric conversion element 8 or incident on the photoelectric conversion element 8 is transmitted in a direction perpendicular to the substrate 2. An optical signal transmitted through the core (optical waveguide) 6 of the optical wiring 3 mounted on the substrate 2 travels in a direction parallel to the substrate 2.
[0050]
The optical element 5 is formed by a core (optical waveguide) 10 and a clad 11 surrounding the core 10. The optical waveguide 10 is formed by bending 90 degrees in the middle, and an optical deflection element 12 is provided at the bent portion. I have. An end of the optical waveguide 10 faces the optical wiring 3 and the photoelectric conversion element 8, and an end of the optical waveguide 10 is connected to the photoelectric composite element 4 and the optical wiring 3 by a self-alignment coupling element 13. ing.
[0051]
As shown in an enlarged manner in FIG. 2, the light deflecting element 12 has a total reflection mirror 14 in which a 90-degree bent portion of the optical waveguide 10 is cut at an angle of 45 degrees, and is provided outside the mirror surface of the total reflection mirror 14. The air clad 15 is formed. The air clad 15 is a portion between the core (optical waveguide) 10 and the clad 11 where air is sealed.
[0052]
The optical wiring 3, the photoelectric composite device 4, and the optical device 5 are arranged on the same surface side of the substrate 2. The optical element 5 is positioned between the photoelectric composite element 4 and the substrate 2 so as to be flush with the optical wiring 3. The optical element 5 and the photoelectric composite element 4 are positioned so that the photoelectric conversion element 8 and the optical deflection element 12 are opposed to the substrate surface of the substrate 2 in the vertical direction. Are positioned such that the optical waveguide 10 and the optical waveguide 6 face in a direction parallel to the substrate surface of the substrate 2.
[0053]
In this embodiment, the case where the optical wiring 3 is provided so as to face one side surface of the optical element 5 is shown. Wiring may be provided.
[0054]
Further, in the present embodiment, the case where the photoelectric composite element 4 and the optical wiring 3 are connected to the optical element 5 by the self-alignment coupling element 13 is shown. It is effective to use a self-supporting waveguide type optical coupling element made of a low elastic material. The self-supporting waveguide-type optical coupling element is an element in which silicone, fluoro rubber, or the like is provided in a cross-linked structure and has low elasticity or expansion and contraction by irradiating ultraviolet rays or the like. It has the function of confining and provides high optical coupling efficiency.
[0055]
According to the optical wiring board 1 having such a configuration, an optical signal emitted from the photoelectric conversion element 8 or incident on the photoelectric conversion element 8 and an optical signal transmitted through the optical waveguide 6 of the optical wiring 3. Are coupled by the light deflecting element 12 by changing the traveling direction by 90 degrees.
[0056]
Further, since the optical element 5 provided with the optical deflecting element 12 is formed as a separate component from the optical wiring 3, the optical element 5 can be reduced in size, and the optical deflecting element can be reduced with the size reduction. The surface angle, surface size, surface roughness, and the like of the total reflection mirror 14, which is a part of the mirror 12, can be manufactured with high accuracy. Thereby, the deflection efficiency of the optical deflecting element 12 can be increased, and the transmission efficiency of the optical signal via the optical element 5 can be increased.
[0057]
Furthermore, since the light deflecting element 12 of the present embodiment is not exposed to the outside like the mirror (light deflecting element) 105 in the conventional example shown in FIG. And the stability and reliability of optical signal transmission are improved.
[0058]
An optical wiring board according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted (the same applies to the following embodiments).
[0059]
The optical wiring board of the present embodiment is characterized by the structure of the optical element 21, and the other parts (substrate, optical wiring, photoelectric composite element) are the same as in the first embodiment.
[0060]
The optical element 21 has a core (optical waveguide) 22, a clad 23 surrounding a narrow area around the core 22, and a holding member 24 for holding the core 22 and the clad 23. An optical deflecting element 25 having a shape obtained by bending the core 22 by 90 degrees is formed.
[0061]
The optical signal transmitted in the optical element 21 is optically coupled by the optical deflecting element 25 by changing the traveling direction by 90 degrees.
[0062]
An optical wiring board according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical wiring board of the present embodiment is characterized by the structure of the optical element 31, and the other parts (substrate, optical wiring, photoelectric composite element) are the same as those of the first embodiment.
[0063]
This optical element 31 is formed of a core (optical waveguide) 32 and a clad 33 surrounding the core 32, and the optical waveguide 32 is formed by bending 90 degrees in the middle, and a metal mirror as an optical deflection element is formed at the bent portion. 34 are provided.
[0064]
The metal mirror 34 is formed by cutting a 90-degree bent portion of the optical waveguide 32 at an angle of 45 degrees, and forming a metal film such as aluminum on the outside of the cut surface by vapor deposition or the like.
[0065]
The optical signal transmitted through the optical element 31 is optically coupled by changing the traveling direction by 90 degrees by the metal mirror 34. Since the metal mirror 34 can reflect light without reaching the critical angle, the deflection efficiency is increased.
[0066]
An optical wiring board according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical wiring board of this embodiment is characterized by the structure of the optical element 41, and the other parts (substrate, optical wiring, photoelectric composite element) are the same as those of the first embodiment.
[0067]
The optical element 41 is formed of a core (optical waveguide) 42 and a clad 43 surrounding the core 42, and the optical waveguide 42 is formed by bending 90 degrees in the middle, and a hologram mirror as an optical deflection element is formed at the bent portion. 44 are provided.
[0068]
The hologram mirror 44 is formed by cutting a 90-degree bent portion of the optical waveguide 42 at an angle of 45 degrees, and embossing and exposing the cut surface.
[0069]
The optical signal transmitted through the optical element 41 is changed in direction by 90 degrees by the hologram mirror 44 and optically coupled.
[0070]
Note that a diffraction grating mirror may be provided instead of the hologram mirror 44. This diffraction grating mirror can be formed in the same manner as the hologram mirror. By using this diffraction grating mirror, the optical signal transmitted through the optical element 41 is converted in direction by 90 degrees by the diffraction grating mirror and optically coupled.
[0071]
An optical wiring board according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical wiring board of the present embodiment is characterized by the structure of the optical element 51, and the basic structure of other parts (substrate, optical wiring, photoelectric composite element) is the same as that of the first embodiment. However, the difference is that the photoelectric conversion element of the photoelectric composite element is exclusively used for emitting an optical signal.
[0072]
This optical element 51 is formed of a core (optical waveguide) 52 and a clad 53 surrounding the core 52, and the optical waveguide 52 is formed by bending 90 degrees in the middle, and a hologram mirror as an optical deflection element is formed at the bent portion. 44 are provided. Note that it is optional to use a light deflecting element having another configuration instead of the hologram mirror 44.
[0073]
Further, in the optical element 51, as shown in FIG. 6A, the optical signal reflected by the hologram mirror 44 is emitted as compared with the diameter of the portion 52a of the optical waveguide 52 on the incident side to the hologram mirror 44. The emission side portion 52b is formed to have a large diameter.
[0074]
FIG. 6B shows a comparative example, in which the diameter of the optical waveguide 52 is the same on both sides of the hologram mirror 44. If the diameters of the optical waveguides 52 are the same as shown in FIG. 6B, the transmitted optical signal does not hit the hologram mirror 44 and leaks out of the optical waveguide 52 as shown by the broken arrow. In some cases, the transmission efficiency of the optical signal is reduced.
[0075]
On the other hand, as shown in FIG. 6 (a), the diameter of the optical waveguide 52 is made larger on the emission side 52b than on the incidence side 52a, so that the inside of the optical waveguide 52 is directed toward the hologram mirror 44. The optical signal transmitted through the hologram mirror 44 is prevented from leaking out of the optical waveguide 52 without hitting the hologram mirror 44, so that the deflection efficiency by the hologram mirror 44 is increased and the transmission efficiency of the optical signal is also increased.
[0076]
An optical wiring board according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic configuration of an optical wiring board 61 of the present embodiment is the same as that of the optical wiring board 1 of the first embodiment, and a board 2 having electric wiring (not shown), and mounted on the board 2 It is composed of an optical wiring 3, a photoelectric composite device 4, an optical device 5, and the like.
[0077]
However, the optical wiring 3 and the optical element 5 are arranged on one substrate surface of the substrate 2, and the photoelectric composite device 4 is arranged on the other substrate surface of the substrate 2.
[0078]
The photoelectric conversion element 8 of the photoelectric composite element 4 and the light deflecting element 12 of the optical element 5 are opposed to each other in a direction orthogonal to the substrate surface of the substrate 2 with the substrate 2 interposed therebetween. A through hole 62 is formed so that the element 8 and the light deflecting element 12 face each other. The through-hole 62 is formed by using a drill or the like, and an optical signal emitted from the photoelectric conversion element 8 or incident on the photoelectric conversion element 8 passes through the through-hole 62 and is formed in the optical element 5. In and out of the optical waveguide 10.
[0079]
The basic operation of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and the optical signal that enters and exits the photoelectric conversion element 8 and the optical signal that travels through the optical waveguide 6 of the optical wiring 3 are optically deflected. The traveling direction is changed by 90 degrees by the element 12 to be coupled.
[0080]
Further, since the optical element 5 provided with the optical deflecting element 12 is formed as a separate component from the optical wiring 3, the optical element 5 can be reduced in size, and the optical deflecting element can be reduced with the size reduction. The surface angle, the surface size, the surface roughness, and the like of the total reflection mirror 14 (see FIG. 2) that is a part of the mirror 12 can be manufactured with high accuracy, thereby increasing the deflection efficiency of the optical deflecting element 12. The transmission efficiency of the optical signal can be increased.
[0081]
Further, in the present embodiment, the optical element 5 and the photoelectric composite element 4 are arranged separately on the front and back surfaces of the substrate 2, so that the optical element 5 is mounted on the substrate 2 and then mounted. It can be mounted on the substrate 2. For this reason, it is possible to prevent a thermal load on the optical element 5 in the heating process of mounting the photoelectric composite element 4, and to maintain the accuracy of the optical element 5 because the optical element 5 is not affected by thermal expansion and the like, and 5 can be formed of a material having low heat resistance. For this reason, the selection range of the material for manufacturing the optical element 5 is widened, and it becomes possible to manufacture the optical element 5 with better performance.
[0082]
An optical wiring board according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic configuration of the optical wiring board 71 of the present embodiment is the same as that of the optical wiring board 61 of the second embodiment, and the board 2 having electric wiring (not shown), and mounted on this board 2 It is composed of the optical wiring 3, the photoelectric composite device 4, the optical device 72 and the like. The optical wiring 3 is arranged on one substrate surface of the substrate 2, and the photoelectric composite device 4 is arranged on the other substrate surface of the substrate 2.
[0083]
However, the optical element 72 is inserted into the opening 73 formed in the substrate 2, and the optical element 72 connects the photoelectric composite element 4 and the optical wiring 3. In addition, the optical signal emitted from or incident on the photoelectric conversion element 8 and the optical signal transmitted through the optical waveguide 6 of the optical wiring 3 are separated by the optical deflection provided in the optical element 72. Due to the action of the element 12, the transmission direction is changed by 90 degrees and coupled.
[0084]
Here, the spread angle Δθ of the far-field image of the surface emitting laser as one mode of the photoelectric conversion element 8 is:
Δθ = 0.31 × (λ / 2s)
(References: Iga, Koyama, "Basic and Application of Surface Emitting Laser", Kyoritsu Shuppan, p33, 1999).
[0085]
λ is the oscillation wavelength, and s is the spot size of the beam. For example, if the oscillation wavelength of the surface emitting laser used for optical wiring is λ = 850 nm and the spot size is s = 5 μm, then Δθ = 0.027 rad.
[0086]
Assuming that the core size of the optical waveguide 10 is 50 μm, when the center of the surface emitting laser coincides with the center of the optical waveguide 10, the distance between the optical element 72 and the photoelectric conversion element 8 is 50 μm / 2tan (Δθ). ) = 926 μm, so that the distance between the optical element 72 and the photoelectric conversion element 8 is preferably 1 μm to 1 mm, more preferably 50 μm to 500 μm.
[0087]
By inserting the optical element 72 into the opening 73 as in the present embodiment, even when the optical wiring 3 and the photoelectric composite element 4 are arranged on the opposite surface of the substrate 2, the optical element 72 and the optical The distance from the electric conversion element 8 can be set to 50 to 500 μm.
[0088]
An optical wiring board according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical wiring board of the present embodiment is characterized by a connection structure between the optical element 5 and the photoelectric composite element 4. The basic structure of the optical element 5 and the photoelectric composite element 4 is the same as that of the first embodiment. Is the same.
[0089]
In the optical wiring board of the present embodiment, a positioning means 75 for positioning the optical element 5 and the photoelectric composite element 4 is provided. The positioning means 75 is composed of holes 76 formed on the opposing surfaces of the optical element 5 and the photoelectric composite element 4, and guide pins 77 having both ends inserted into the opposing holes 76. I have.
[0090]
By providing such a positioning means 75, the position shift between the optical element 5 and the photoelectric composite element 4 is prevented, and the photoelectric conversion element 8 of the photoelectric composite element 4 and the optical deflection element 12 of the optical element 5 are connected. The accuracy of the alignment is increased, and the work of the alignment is facilitated.
[0091]
An optical wiring board according to a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical wiring board of the present embodiment is characterized by the structure of the optical element 81, and the other parts (substrate, optical wiring, photoelectric composite element) are the same as in the first embodiment.
[0092]
The optical element 81 is provided with an electric drive element 82 that enables active conversion of an optical signal in the middle of the optical waveguide (core) 10, and an electrode through hole 83 that supplies power to the electric drive element 82 has a clad 11. Is formed in the part. The operation of the electric drive element 82 includes, for example, amplification of an optical signal transmitted in the optical waveguide 10 and blocking of the transmitted optical signal.
[0093]
According to this embodiment, by supplying power to the electric drive element 82 from the electrode inserted into the electrode through-hole 83, active conversion of the optical signal by the electric drive element 82 becomes possible.
[0094]
An optical wiring board according to a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The optical wiring board of the present embodiment is characterized in that a plurality of optical elements 85a, 85b, 85c are stacked. The lamination direction of the optical elements 85a, 85b, 85c is a direction orthogonal to the substrate surface of the substrate 2 (see FIG. 1).
[0095]
In addition to the optical waveguide 10, the first-layer optical element 85a is connected to the optical waveguide 86a connected to the optical waveguide 10 of the second-layer optical element 85b and the optical waveguide 10 of the third-layer optical element 85c. An optical waveguide 86b is formed. In addition to the optical waveguide 10, an optical waveguide 86c connected to the optical waveguide 10 of the third-layer optical element 85c is formed in the second-layer optical element 85b.
[0096]
By having the plurality of optical elements 85a, 85b, 85c stacked in this way, the transmission capacity of an optical signal per unit area can be increased.
[0097]
An eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is a method for manufacturing the optical element 5, and this embodiment shows a case where two optical elements 5 are formed at the same time.
[0098]
FIG. 12A shows a state in which a groove 92 is formed on a first dummy substrate 91 in parallel with the substrate surface, and an epoxy material or the like is embedded in the groove 92 to form a first core 93. The first core 93 has a 45-degree inclined portion 94 for forming a light deflecting element.
[0099]
FIG. 12B shows a state in which a clad 96 is formed on a second dummy substrate 95 and a second core 97 extending in a direction perpendicular to the substrate surface of the second dummy substrate 95 is formed in the clad 96. is there.
[0100]
FIG. 12C shows a state where the first dummy substrate 91 and the second dummy substrate 95 are bonded together, and the end surface of the second core 97 and the end surface of the first core 93 are joined. The second core 97 and the first core 93 have a continuous structure.
[0101]
FIG. 12D shows that after the bonding shown in FIG. 12C, the first dummy substrate 91 is removed to expose the first core 93, and a portion of the exposed 45 degree inclined portion 94 in the first core 93. In this state, the light deflection element 98 is formed. The formation of the light deflecting element 98 includes forming a hologram mirror by embossing, forming a metal mirror by depositing a metal film, and the like.
[0102]
FIG. 12E shows a state in which the exposed first core 93 is covered with the cladding 99 after the formation of the light deflecting element 98.
[0103]
FIG. 12F shows a state in which the second dummy substrate 95 is detached, and the two optical elements 5 formed simultaneously by cutting at the central portion are individually separated, and the optical element 5 is completed.
[0104]
According to the method for manufacturing the optical element 5, the optical element 5 can be reduced in size, and the surface angle, surface size, surface roughness, and the like of the optical deflecting element 98 can be manufactured with high precision along with the reduction in size. become able to.
[0105]
In the present embodiment, the case where two optical elements 5 are simultaneously formed and separated into two at the final stage has been described as an example. However, three or more optical elements 5 are simultaneously formed and the final You may make it separate at a stage. By increasing the number of optical elements 5 formed simultaneously, the manufacturing cost is reduced.
[0106]
【The invention's effect】
According to the optical wiring board of the first aspect of the present invention, since the optical deflecting element is provided on the optical element which is a separate component from the optical wiring, the optical element can be reduced in size and the size of the optical element can be reduced. The surface angle, surface size, surface roughness, and the like of the light deflecting element can be manufactured with high accuracy, whereby the deflection efficiency of the light deflecting element can be increased and the transmission efficiency of the optical signal can be increased.
[0107]
According to the optical wiring board according to the second aspect of the present invention, the optical element provided with the optical deflecting element can be formed as a separate component from the optical wiring, whereby the optical element can be downsized. With the miniaturization, the surface angle, surface size, surface roughness, and the like of the optical deflecting element can be manufactured with high accuracy, so that the deflection efficiency of the optical deflecting element and the transmission efficiency of the optical signal can be increased.
[0108]
According to the invention described in claim 3, in the optical wiring board according to claim 2, the optical element, the optical wiring, and the photoelectric composite element are provided on the same surface side of the substrate, and the optical element is Since it is positioned between the photoelectric composite device and the substrate, the distance between the optical device and the photoelectric composite device is reduced, and transmission of an optical signal between the optical device and the photoelectric composite device is reduced. It can be performed with high efficiency.
[0109]
According to the fourth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to the second aspect, the optical wiring and the photoelectric composite element are separately arranged on both the front and back surfaces of the substrate, and the optical element is connected to the optical wiring. Since the through-hole is formed on the same surface side, the through-hole penetrating the substrate in a front-to-back direction is formed at a position where the photoelectric conversion element of the photoelectric composite element and the optical deflection element of the optical element face each other. The optical element can be mounted after the optoelectronic composite element is mounted on the substrate, and the heat load on the optical element during the heating process when mounting the optoelectric composite element can be prevented, and the optical element can be heated by the heat. Since the optical element is not affected by thermal expansion or the like due to a load, accuracy can be maintained, and the optical element can be formed of a material having low heat resistance.
[0110]
According to the fifth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to the second aspect, the optical wiring and the photoelectric composite element are separately arranged on both front and back surfaces of the substrate, and an opening is formed in the substrate. Since the optical element is inserted into the opening, the optical element can be inserted into the opening and mounted after mounting the photoelectric composite element on the substrate. The heat load on the optical element during the heating process can be prevented, the precision can be maintained because the optical element is not affected by thermal expansion, etc., due to the heat load, and the optical element can be formed of a material having low heat resistance. Further, since the alignment between the photoelectric conversion element of the photoelectric composite element and the optical deflection element of the optical element can be performed directly without passing through a hole or the like formed in the substrate, the accuracy of the alignment can be increased and the alignment accuracy can be improved. The Raimento work can be facilitated.
[0111]
According to the sixth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to any one of the second to fifth aspects, the positioning means for positioning the photoelectric composite element and the optical element is provided. By using this positioning means, the alignment accuracy between the optical element and the photoelectric composite element can be increased, and the alignment work can be facilitated.
[0112]
According to a seventh aspect of the present invention, in the optical wiring board according to any one of the first to sixth aspects, an electric element that enables active conversion of an optical signal transmitted through the optical element inside the optical element. A drive element is provided, and an electrode through-hole for supplying power to the electric drive element is formed in the optical element, so that power supply to the electric drive element provided inside the optical element is performed through the electrode through-hole. This can be achieved by inserting an electrode into the optical element. By providing such an electric drive element in the optical element, the function of the optical element can be improved. Formation can also be performed with high precision.
[0113]
According to an eighth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to any one of the first to seventh aspects, the optical element intersects a transmission direction of an optical signal transmitted through the optical waveguide in the optical wiring. , The transmission capacity per unit area of the optical signal transmitted in the optical wiring can be increased. Can be done.
[0114]
According to the ninth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to any one of the first to eighth aspects, an optical waveguide is formed in the optical element, and the optical deflecting element is arranged in the middle of the optical waveguide. Since the end of the optical waveguide faces the optical wiring and the photoelectric conversion element, an optical signal transmitted through the optical element is transmitted through the optical waveguide. Signal transmission efficiency can be improved.
[0115]
According to the tenth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to the ninth aspect, the diameter of the optical waveguide is larger at an emission side portion from the optical deflection element than at an incidence side portion to the optical deflection element. Since it is formed with a diameter, it is possible to reduce leakage of an optical signal transmitted through the optical waveguide toward the optical deflecting element to the outside of the optical waveguide without hitting the optical deflecting element, thereby increasing deflection efficiency by the optical deflecting element. And the transmission efficiency of the optical signal can be increased.
[0116]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the optical wiring board according to the ninth or tenth aspect, the optical waveguide of the optical wiring and the optical waveguide of the optical element are a self-supporting waveguide type made of a low elastic material. Since the optical coupling is performed by the optical coupling element, even when the optical axis of the optical wiring and the optical axis of the optical element are misaligned, the self-supporting waveguide type optical coupling element is formed of a low elastic material. Since the self-supporting waveguide type optical coupling element is deformed in accordance with the displacement, high-precision alignment is not required when optically coupling the optical wiring and the optical element, and the cost for optical coupling can be reduced.
[0117]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to any one of the first to eleventh aspects, as the optical deflecting element, a total reflection mirror and an air clad located outside a mirror surface of the total reflection mirror are provided. Are provided, the light deflection efficiency can be increased, the optical element can be formed at a low temperature, and the number of parts can be reduced.
[0118]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the optical wiring substrate according to any one of the first to eleventh aspects, a metal mirror on which a metal film is formed is provided as the optical deflecting element. And the optical element can be formed at a low temperature.
[0119]
According to the fourteenth aspect of the present invention, in the optical wiring board according to any one of the first to eleventh aspects, a hologram mirror is provided as the light deflecting element, so that the light deflecting efficiency can be improved. The optical element can be formed at a low temperature.
[0120]
According to the fifteenth aspect of the present invention, in the optical wiring substrate according to any one of the first to eleventh aspects, a diffraction grating mirror is provided as the light deflecting element, so that the light deflection efficiency can be increased. At the same time, the optical element can be formed at a low temperature.
[0121]
According to the method of manufacturing an optical wiring board according to the present invention, the optical element is mounted on the substrate after the optoelectronic composite element is mounted on the substrate. The heat generated in the heating process can be prevented from being transmitted to the optical element, and the thermal expansion of the optical element due to the influence of the heat at the time of mounting the photoelectric composite element can be prevented, and the performance of the optical element can be maintained.
[0122]
According to the method for manufacturing an optical element of an optical wiring board according to the invention of claim 17, the first dummy substrate on which the first core is formed, and the second dummy substrate on which the clad and the second core are formed, The end face of the core and the end face of the second core are bonded together so that the first dummy substrate is removed to expose the first core, and a light deflecting element is provided at the junction between the first core and the second core. Since the optical element can be manufactured by forming and covering the exposed first core with the clad, the optical element can be miniaturized, and with the miniaturization, the surface angle and the surface The size, surface roughness and the like can be manufactured with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of an optical wiring board according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the structure of the optical element.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an optical element which is a component of an optical wiring board according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure of an optical element which is a component of an optical wiring board according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a structure of an optical element that is a component of an optical wiring board according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a structure of an optical element that is a component of an optical wiring board according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view showing a schematic structure of an optical wiring board according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a schematic structure of an optical wiring board according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view showing an alignment structure between an optical element and a photoelectric conversion element, which are components of an optical wiring board according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a structure of an optical element that is a component of an optical wiring board according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a plurality of optical elements which are components of an optical wiring board according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a process diagram illustrating a method for manufacturing an optical element that is a component of the optical wiring board according to the eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a conventional optical wiring.
[Explanation of symbols]
2 substrate
3 Optical wiring
4 Photoelectric composite device
5 Optical element
6 Optical waveguide
8 photoelectric conversion element
10 Optical waveguide
12 Optical deflection element
14 Total reflection mirror
15 Air Clad
21 Optical element
22 Optical waveguide
31 Optical element
32 optical waveguide
34 Light deflection element, metal mirror
41 Optical element
42 Optical waveguide
44 Light deflection element, hologram mirror
51 Optical element
52 optical waveguide
52a Incident side part
52b Outgoing side part
62 Through hole
73 opening
75 Positioning means
82 Electric drive element
83 Electrode through hole
85a, 85b, 85c Optical element
91 First dummy substrate
93 First Core
95 Second dummy substrate
96 clad
97 Second Core
98 Optical deflector
99 clad

Claims (17)

光信号が伝送される光導波路が形成された光配線と、
前記光導波路を伝送される光信号とこの光信号に対して交差する方向に伝送される光信号とを結合する光偏向素子を有し、前記光配線とは別部品として形成された光素子と、
を備える光配線基板。
An optical wiring on which an optical waveguide for transmitting an optical signal is formed,
An optical element having an optical deflecting element for coupling an optical signal transmitted through the optical waveguide and an optical signal transmitted in a direction crossing the optical signal, and an optical element formed as a separate component from the optical wiring, ,
An optical wiring board comprising:
電気配線を有する基板と、
前記基板上に設けられ、光電気変換素子を有する光電気複合素子と、
前記基板上に設けられ、前記基板の面と平行に光信号が伝送される光導波路が形成された光配線と、
前記基板上に設けられ、前記光導波路を搬送される光信号とこの光信号に対して交差する向きに搬送されて前記光電気変換素子に入出力する光信号とを結合する光偏向素子を有する光素子と、
を有する光配線基板。
A substrate having electrical wiring;
Provided on the substrate, a photoelectric composite element having a photoelectric conversion element,
An optical wiring provided on the substrate and formed with an optical waveguide through which an optical signal is transmitted in parallel with the surface of the substrate,
An optical deflecting element provided on the substrate, for coupling an optical signal conveyed through the optical waveguide and an optical signal conveyed in a direction crossing the optical signal and input / output to the photoelectric conversion element; An optical element;
An optical wiring board having:
前記光素子と前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の同じ面側に設けられ、
前記光素子が前記光電気複合素子と前記基板との間に位置付けされている請求項2記載の光配線基板。
The optical element, the optical wiring and the photoelectric composite element are provided on the same surface side of the substrate,
3. The optical wiring board according to claim 2, wherein the optical element is positioned between the photoelectric composite element and the substrate.
前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の表裏両面に分けて配置され、
前記光素子が前記光配線と同じ面側に配置され、
前記光電気複合素子の前記光電気変換素子と前記光素子の前記光偏向素子とが対向する位置に前記基板を表裏方向に貫通した貫通孔が形成されている請求項2記載の光配線基板。
The optical wiring and the photoelectric composite device are separately arranged on both front and back surfaces of the substrate,
The optical element is disposed on the same surface side as the optical wiring,
3. The optical wiring board according to claim 2, wherein a through hole penetrating the substrate in a front-to-back direction is formed at a position where the photoelectric conversion element of the photoelectric composite element and the optical deflection element of the optical element face each other.
前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の表裏両面に分けて配置され、
前記基板に開口部が形成され、
前記開口部に前記光素子が挿入されている請求項2記載の光配線基板。
The optical wiring and the photoelectric composite device are separately arranged on both front and back surfaces of the substrate,
An opening is formed in the substrate,
3. The optical wiring board according to claim 2, wherein the optical element is inserted into the opening.
前記光電気複合素子と前記光素子とを位置合わせする位置合わせ手段が設けられている請求項2ないし5のいずれか一記載の光配線基板。6. The optical wiring board according to claim 2, further comprising a positioning unit for positioning the photoelectric composite element and the optical element. 前記光素子の内部にこの光素子内を伝送される光信号のアクティブ変換を可能とする電気駆動素子が設けられ、前記電気駆動素子に電力を供給する電極用貫通孔が前記光素子に形成されている請求項1ないし6のいずれか一記載の光配線基板。An electric drive element that enables active conversion of an optical signal transmitted through the optical element is provided inside the optical element, and a through hole for an electrode that supplies power to the electric drive element is formed in the optical element. The optical wiring board according to any one of claims 1 to 6, wherein: 前記光素子が、前記光配線内の前記光導波路を伝送される光信号の伝送方向と交差する方向に積層配置されている請求項1ないし7のいずれか一記載の光配線基板。The optical wiring board according to claim 1, wherein the optical elements are stacked in a direction intersecting a transmission direction of an optical signal transmitted through the optical waveguide in the optical wiring. 前記光素子には光導波路が形成され、この光導波路の途中に前記光偏向素子が配置され、この光導波路の端部は前記光配線と前記光電気変換素子とに対向している請求項1ないし8のいずれか一記載の光配線基板。2. An optical waveguide is formed in the optical element, and the optical deflection element is arranged in the middle of the optical waveguide, and an end of the optical waveguide faces the optical wiring and the photoelectric conversion element. 9. The optical wiring board according to any one of items 8 to 8. 前記光導波路の径が、前記光偏向素子への入射側部分に比べて前記光偏向素子からの出射側部分が太径に形成されている請求項9記載の光配線基板。10. The optical wiring board according to claim 9, wherein the diameter of the optical waveguide is formed such that a portion on the light exit side from the light deflecting element has a larger diameter than a portion on the light incident side to the light deflecting element. 前記光配線の前記光導波路と前記光素子の前記光導波路とが、低弾性材料からなる自己支持導波路型光結合素子で光結合されている請求項9又は10記載の光配線基板。11. The optical wiring board according to claim 9, wherein the optical waveguide of the optical wiring and the optical waveguide of the optical element are optically coupled by a self-supporting waveguide type optical coupling element made of a low elastic material. 前記光偏向素子として、全反射ミラーとこの全反射ミラーのミラー面の外側に位置する空気クラッドとが設けられている請求項1ないし11のいずれか一記載の光配線基板。The optical wiring board according to claim 1, wherein the optical deflecting element includes a total reflection mirror and an air clad located outside a mirror surface of the total reflection mirror. 前記光偏向素子として、金属膜を成膜した金属ミラーが設けられている請求項1ないし11のいずれか一記載の光配線基板。The optical wiring substrate according to claim 1, wherein a metal mirror on which a metal film is formed is provided as the optical deflecting element. 前記光偏向素子として、ホログラムミラーが設けられている請求項1ないし11のいずれか一記載の光配線基板。The optical wiring substrate according to claim 1, wherein a hologram mirror is provided as the light deflection element. 前記光偏向素子として、回折格子ミラーが設けられている請求項1ないし11のいずれか一記載の光配線基板。The optical wiring substrate according to claim 1, wherein a diffraction grating mirror is provided as the light deflecting element. 電気配線を有する基板上に、光電気変換素子を有する光電気複合素子と、前記基板の面と平行に光信号が伝送される光導波路が形成された光配線と、前記光導波路を搬送される光信号とこの光信号に対して交差する向きに搬送されて前記光電気変換素子に入出力する光信号とを結合する光偏向素子を有する光素子とを実装してなる光配線基板の製造方法であって、
前記光電気複合素子を前記基板に実装した後に前記光素子を前記基板に実装するようにした光配線基板の製造方法。
On a substrate having electric wiring, an opto-electric composite element having an opto-electric conversion element, an optical wiring in which an optical waveguide for transmitting an optical signal is formed parallel to the surface of the substrate, and the optical waveguide is conveyed. A method for manufacturing an optical wiring board, comprising: an optical element having an optical deflecting element for coupling an optical signal and an optical signal conveyed in a direction crossing the optical signal and inputting and outputting to the photoelectric conversion element. And
A method of manufacturing an optical wiring board, wherein the optical element is mounted on the substrate after the optoelectronic composite element is mounted on the substrate.
第一ダミー基板上にこの第一ダミー基板の基板面と平行に延出した第一コアを形成する工程と、
第二ダミー基板上にクラッドを形成する工程と、
前記クラッド内に前記第二ダミー基板の基板面と交差する方向に延出した第二コアを形成する工程と、
前記第一コアの端面と前記第二コアの端面とが接合するように前記第一ダミー基板と前記第二ダミー基板とを貼り合わせる工程と、
前記第一ダミー基板を外して前記第一コアを露出させる工程と、
前記第一コアと前記第二コアとの接合部に光偏向素子を形成する工程と、
露出している前記第一コアをクラッドで被覆する工程と、
前記第二ダミー基板を取り外す工程と、
を有する光配線基板の光素子の製造方法。
Forming a first core extending on the first dummy substrate in parallel with the substrate surface of the first dummy substrate,
Forming a clad on the second dummy substrate,
Forming a second core extending in a direction intersecting with the substrate surface of the second dummy substrate in the clad,
Bonding the first dummy substrate and the second dummy substrate such that the end surface of the first core and the end surface of the second core are joined,
Removing the first dummy substrate to expose the first core,
Forming a light deflecting element at the junction between the first core and the second core,
Coating the exposed first core with a clad,
Removing the second dummy substrate,
A method for manufacturing an optical element of an optical wiring board, comprising:
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