JP2004279621A

JP2004279621A - 三次元光配線

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Publication number: JP2004279621A
Application number: JP2003069187A
Authority: JP
Inventors: Kenji Suzuki; 健二鈴木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】製造コストが低く、光配線基板上の電子部品及び素子の配置の自由度を高め、かつ集積密度を高める三次元光配線を提供する。
【解決手段】三次元光配線１０は、第１層目のクラッド１４_１、第１層目のクラッド１４_１上に相互に平行に形成された複数本の第１層目のコア１２_１、及び第１層目のコアを囲んで第１層目のクラッド１４_１上に成膜された第２層目のクラッド１４_２からなる第１の二次元光配線１８と、
第１の二次元光配線１８上に第１層目のコア１２_１に直交し、かつ相互に平行に形成された複数本の第２層目のコア１２_２、及び第２層目のコア１２_２を囲んで第２層目のクラッド１４_２上に成膜された第３層目のクラッド１４_３からなる第２の二次元光配線２０とを備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元光配線に関し、更に詳細には、光インタコネクションの分野に用いられ、製造コストが低く、光配線基板上の電子部品及び素子の配置の自由度を高め、かつ集積密度を高める三次元光配線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報化社会の到来と共に、大容量かつ高速の通信方式が必要とされている。一方、従来から情報伝達手段として用いられている電気配線は、システムの高速化に伴い高周波応答に限界が生じてくる。
そこで、大容量かつ高速の通信方式で用いられる次世代光インタコネクションでは、電気配線に代わり、光信号を伝達する光配線が脚光を浴びている。例えば、基板内に設けられたＬＳＩ間のインタコネクションを光化することで、電気配線の高速限界を打破できるものと考えられている。
【０００３】
図７に、ＬＳＩ間のインタコネクションを光化する光配線として、ＬＳＩ間の接続に光配線を用いた光配線基板（構想）の一例を示す。
光配線基板５０は、基板５２上に形成された、複数個のＬＳＩ５４、及び複数個の電子部品５６を有し、ＬＳＩ５４の端子の間は光配線５８によって相互に接続されている。このような光配線基板５０により、極めて大きな通信速度を有する光配線基板を実現することが期待されている。
【０００４】
ところで、光配線は個人の家庭でも普及しはじめているものの、光配線を家庭で普及させる際の最大の課題は、コストである。
従来から光配線に用いられている石英光導波路は性能が高いものの、コストが嵩むという難点があるために、低コストで作製容易なポリマー系光導波路が光配線材として着目されている。
【０００５】
ここで、ポリマー系光導波路を光配線線材として用いた光配線の一例として、特開２０００−２３５１２７号公報に開示の光電子集積回路を図８を参照して説明する。図８は、前掲公報に開示の光電子集積回路７０の構成を示す断面図である。
前掲公報によると、光電子集積回路７０は、発光素子７２及び受光素子７４を集積した光電融合回路基板７６と、光電融合回路基板７６上に、順次、形成された平坦化ポリマー層７８と、光配線部８０とを有する。光配線部８０は、更に、光導波路８２と光路変換部８４とを有する。
光導波路８２は、順次、積層されたポリマー下部クラッド層８２Ａ、ポリマーコア層８２Ｂ、及びポリマー上部クラッド層８２Ｃからなる。光路変換部８４は、光導波路８２の一部を所定の傾斜角で切除してなる傾斜面８４Ａと、傾斜面８４上に形成された、光の反射率を高める高反射膜８４Ｂとを有し、光を反射するミラーとして機能する。
【０００６】
発光素子７２及び受光素子７４は、それぞれ光路変換部８４の下方に設けられている。発光素子７２から出射された光は、一方の光路変換部８４に入射し、光導波路８２の方向に反射される。また、光導波路８２を伝搬する光は、他方の光路変換部８４に入射し、受光素子７４の方向に反射される。
光電子集積回路７０を光配線基板５０の光配線５８として用いるには、各ＬＳＩ５４の対応する端子同士を光電子集積回路７０を用いて接続し、光電子集積回路７０の発光素子７２及び受光素子７４等の光素子の近傍にこれらの光素子を駆動させるドライバ装置などを設ける。
尚、特開２００１−４２１５０号公報、特開２００２−６１６１号公報にも、同様の機能を有する光配線が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２３５１２７号公報（図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光配線基板では配線をより高密度に集積することが重要である。しかし、前掲公報に開示の光電子集積回路７０を光配線基板５０の光配線５８として用いる場合に、下記のような問題があった。図９は、前掲公報に開示の光電子集積回路を用いた光配線基板の問題点を説明するための平面図である。
光配線基板の設計段階において、対向するＬＳＩ間を交差するように配線したい場合がある。例えば同図に示すように、複数のＬＳＩが上下左右の四方に配列し、対向するＬＳＩ間、つまりＬＳＩ６４ＡとＬＳＩ６４Ｃとの間、及びＬＳＩ６４ＢとＬＳＩ６４Ｄとの間をそれぞれ接続したい場合がある。
【０００９】
この場合に、ＬＳＩ６４ＢとＬＳＩ６４Ｄとを光配線６６を用いて接続すれば、ＬＳＩ６４ＡとＬＳＩ６４Ｃとの間の接続に、既設の光配線６６を跨いで別の光配線を設けることは、２つの異なる光配線を積み重ねることになり、実装工程が複雑である。
従って、光配線をＬＳＩ６４Ｂの左側、或いはＬＳＩ６４Ｄの右側を経由させて接続させる必要がある。このため、基板６２上で多くの表面積を必要とし、光配線基板の集積度を高めることが困難であるという問題があった。
【００１０】
また、他の光配線６６と交差することができないという制約があるため、ＬＳＩなどを基板６２上に効率良く配置することが難しく、電子部品及び素子の配置の自由度が低いという問題があった。
更に、光電子集積回路７０は、光導波路を一本しか備えていないので、ＬＳＩなど、小さいピッチで配列する多くの端子を有する素子同士の接続に用いることは、寸法上非常に困難であるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、製造コストが低く、光配線基板上の電子部品及び素子の配置の自由度を高め、かつ集積密度を高める三次元光配線を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題を解決するために、相互に平行に形成された複数本のコアを有する二次元光配線を２層積層し、第１層目の二次元光配線のコアに交差（若しくは直交）するように第２層目の二次元光配線のコアを設けることにより、前述の問題を解決することができるのではないかと考えた。
つまり、相互に平行に設けられた複数本のコアを有する第１層目の二次元光配線と、第１層目の二次元光配線上に形成され、第１層目の二次元光配線のコアに交差（若しくは直交）するように、相互に平行に設けられた複数本のコアを有する第２層目の二次元光配線とを備える三次元光配線により、光配線をＬＳＩなどの狭ピッチの端子に対応させ、かつ図１０に示すように、１つの三次元光配線６７でＬＳＩ６４ＡとＬＳＩ６４Ｃとの間及びＬＳＩ６４ＢとＬＳＩ６４Ｄとの間を、複雑な実装工程にて２つの異なる光配線を積み重ねることなく、交差させてそれぞれ接続することができる。同図中符号６８は、発光素子、受光素子等の光素子、及びこれらの光素子を駆動させるためのドライバ装置を示す。
そして、種々の実験により三次元光配線６７が有効であることを確認し、本発明を発明するに至った。
【００１３】
上記目的を達成するために、上述の知見に基づいて、本発明に係る三次元光配線は、第１のクラッド、第１のクラッド上に相互に平行に形成された複数本の第１のコア、及び第１のコアを囲んで第１のクラッド上に成膜された第２のクラッドからなる第１の二次元光配線と、
第１の二次元光配線の第２のクラッド上に第１のコアに交差し、かつ相互に平行に形成された複数本の第２のコア、及び第２のコアを囲んで第１の二次元光配線の第２のクラッド上に成膜された第３のクラッドからなる第２の二次元光配線とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
本発明では、相互に平行に形成された複数本の第１のコア、及び第１のコアに交差するように相互に平行に形成された複数本の第２のコアを有することにより、電子部品同士又はＬＳＩなどの多端子の素子同士を相互に交差して接続することができる。従って、光配線基板上の電子部品及び素子の配置の自由度を高め、かつ集積密度を高めることができる。
また、第１及び第２のコアがそれぞれ複数本で構成されているので、それぞれのコアを光信号の送信に、或いは光信号の受信に用いることにより、双方向の通信を行うことができる。
【００１５】
本発明の好適な実施態様では、第２のコアが、第１のコアに直交する。これにより、電子部品同士又はＬＳＩなどの多端子の素子同士を相互に直交して接続することができるので、良好な上記効果を得る。
本発明の好適な実施態様では、第１及び第２のコア、第１、第２、及び第３のクラッドが、それぞれ高分子有機化合物から構成されている。
これにより、容易に三次元光配線を作製できるので、製造コストを下げることができる。
【００１６】
本発明の好適な実施態様では、複数本の第１のコアが、同一面上で５μｍ以上の間隔で延在する。これにより、コア同士のクロストークを抑制することができる。
本発明は、好適には、複数本の第１のコアが、同一面上で２５μｍ以上の間隔で延在することにより、確実にクロストークを抑制することができる。
本発明の好適な実施態様では、複数本の第２のコアが、同一面上で５μｍ以上の間隔で延在する。これにより、上記同様の効果を得ることができる。
本発明は、好適には、複数本の第２のコアが、同一面上で２５μｍ以上の間隔で延在することにより、確実にクロストークを抑制することができる。
【００１７】
本発明の好適な実施態様では、複数本の第１のコアの配列と複数本の第２のコアの配列とが、５μｍ以上の間隔で相互に離間している。これにより、上記同様の効果が得られる。
本発明は、好適には、複数本の第１のコアの配列と複数本の第２のコアの配列とが、２５μｍ以上の間隔で相互に離間していることにより、確実にクロストークを抑制することができる。
【００１８】
本発明の好適な実施態様では、複数本の第１のコアの両端部が、同一面からなる第１の端面を形成し、
第１の端面が、第１のコアの延在方向に対して４５°に傾斜する傾斜端面である。
これにより、面発光半導体レーザ素子などの発光素子、及びフォトダイオードなどの受光素子と三次元光配線との光結合が容易になる。
本発明の好適な実施態様では、複数本の第２のコアの両端部が、同一面からなる第２の端面を形成し、
第２の端面が、第２のコアの延在方向に対して４５°に傾斜する傾斜端面である。上記同様の効果が得られる。
【００１９】
本発明の好適な実施態様では、第１のコアが、第１の端面の近傍で第１の枝部と第２の枝部とにＹ字状に分岐して、第１の端面に到達するように形成されている。
これにより、１本のコアで光信号の送受信が可能となるので、全二重方式又は半二重方式の一芯双方向通信を得ることができる。
本発明の好適な実施態様では、第２のコアが、第２の端面の近傍で第１の枝部と第２の枝部とにＹ字状に分岐して、第２の端面に到達するように形成されている。上記同様の効果が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照して、実施形態例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
実施形態例１
本実施形態例は本発明に係る三次元光配線の実施形態の一例である。図１（ａ）は本実施形態例の三次元光配線の構成を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ断面を示す断面図、図２（ａ）は図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。
本実施形態例の三次元光配線１０は、マルチモードの三次元光配線であって、図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、平面形状が３０ｍｍ×３０ｍｍの略正方形に形成され、基板１６と、基板１６上に設けられた第１の二次元光配線１８と、第１の二次元光配線１８上に設けられた第２の二次元光配線２０とを有する。
【００２１】
第１の二次元光配線１８は、基板１６上に成膜された第１層目のクラッド１４_１と、クラッド１４_１上に間隔Ｇ_Ｌで相互に平行に形成されたＭ（Ｍは任意の自然数）本の帯状の第１層目のコア１２_１と、第１層目のコア１２_１を囲んで第１層目のクラッド１４_１上に成膜された第２層目のクラッド１４_２とを有する。
第２の二次元光配線２０は、第１の二次元光配線１８上、即ち第２層目のクラッド１４_２上に、第１層目のコア１２_１に直交するように間隔Ｇ_Ｗで相互に平行に形成されたＮ（Ｎは任意の自然数）本の帯状の第２層目のコア１２_２と、第２層目のコア１２_２を囲んで第２層目のクラッド１４_２上に成膜された第３層目のクラッド１４_３とを有する。
第１層目のコア１２_１及び第２層目のコア１２_２の断面形状は、それぞれ、一辺が２０μｍ〜１００μｍの長方形をなしている。
【００２２】
コア１２_１、１２_２、及びクラッド１４_１、１４_２、１４_３は、それぞれ同じ高分子有機化合物で形成され、コア１２を構成する高分子有機化合物は、クラッド１４を構成する高分子有機化合物の屈折率より０．２％から３．０％程度大きい屈折率を有する。従って、コア１２が光導波路を構成し、コア１２に入射されたレーザ光はコア１２内をコア１２とクラッド１４との境界面で全反射して伝搬する。
本実施形態例では、コア１２及びクラッド１４は、それぞれ相互に屈折率が異なるオキセタン樹脂で形成されている。
【００２３】
オキセタン樹脂を用いて光導波路を形成する方法は、特開２０００−３５６７２０号公報に詳述されている。前掲公報を参照して、オキセタン樹脂を簡単に説明すると、オキセタン樹脂は、オキセタン環を有するオキセタン化合物と、オキシラン環を有するオキシラン化合物と、連鎖反応によりオキセタン化合物の重合を開始させるカチオン重合開始剤とを含み、紫外線等のエネルギービームを照射することにより硬化する樹脂成分であって、例えばソニーケミカル（株）から販売されている。
【００２４】
オキセタン化合物として、例えばジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテル（室温で液体）、１，４−ビス｛［（３−エチル−３−オキセタニル）メトキシ］メチル｝ベンゼンとジ［４−（１−エチル−３−オキセタニルメトキシメチル）］ベンジルエーテルとの混合物（以下、キシレンジオキセタンともいう。）（室温で液体）、フェノールノボラックオキセタン（室温で固体）、オキセタニルシルセスキオキセタン（室温で液体）等が挙げられる。
【００２５】
オキシラン化合物として、例えばリモネンジオキサイド、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との混合物（混合比約１：１）、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、二官能脂肪族環状エポキシ樹脂等が挙げられる。
また、カチオン重合開始剤は、例えば４−４′ビス［ジ（βヒドロキシエトキシ）フェニルスルフォニオ］フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネート（旭電化社製）である。
【００２６】
オキセタン化合物の屈折率（２５℃、ナトリウムＤ線）は、オキセタン化合物の種類によって異なり、例えばジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテルで１．４５４４、またフェノールノボラックオキセタンで１．５７程度である。
また、オキシラン化合物の屈折率（２５℃、Ｄ線）は、例えばリモネンジオキサイドで１．４６５６、またビスフェノールＡ型エポキシ樹脂で１．５６８３である。
【００２７】
オキセタン樹脂は、オキセタン化合物及びオキシラン化合物の種類並びに配合比を調整することにより、屈折率を調節することができる。
例えば、光導波路のコア部を形成するためには、クラッド部との屈折率の差が安定して得られるように、屈折率が１．５未満のものを１０〜３０重量％含み、屈折率が１．５以上のものを４０〜６０重量％含み、残部がオキシラン化合物であるオキセタン樹脂を使用する。また、クラッド部を形成するためには、屈折率が１．５未満のオキセタン化合物を４０重量％よりも多く含み、残部がオキシラン化合物であって、屈折率が１．５以上のオキセタン化合物を含まないオキセタン樹脂を使用する。
【００２８】
具体的には、例えば、キシレンジオキセタン１０重量部、フェノールノボラックオキセタン２０重量部、二官能脂肪族環状エポキシ樹脂３０重量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との混合物２０重量部、およびビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２０重量部を混合し、９０℃で２時間加熱して溶解した後、カチオン重合開始剤２重量部を配合し、更に、フィルタリングを行ってダストなどを除去することにより、光導波路コア形成用のオキセタン樹脂を得ることができる。
【００２９】
また、ジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテル２２重量部、オキセタニルシルセスキオキセタン１３重量部、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂３５重量部、および二官能脂肪族環状エポキシ樹脂３０重量部を混合し、９０℃で２時間加熱して溶解した後、カチオン重合開始剤２重量部を配合し、更に、フィルタリングを行ってダストなどを除去することにより、光導波路クラッド形成用のオキセタン樹脂を得ることができる。
【００３０】
図２（ａ）、（ｂ）に戻り、三次元光配線１０は、第１のコア１２_１の両端で、第１の二次元光配線１８及び第２の二次元光配線２０が、第１のコア１２_１の延在方向に対して４５°に傾斜する傾斜端面２２を有する。
また、第２のコア１２_２の両端で、第１の二次元光配線１８及び第２の二次元光配線２０が、第２のコア１２_２の延在方向に対して４５°に傾斜する傾斜端面２２を有する。
【００３１】
本実施形態例の三次元光配線１０を面発光半導体レーザ素子などの発光素子２４又はフォトダイオードなどの受光素子２６と光結合させるには、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、発光素子２４又は受光素子２６をコア１２の傾斜端面２２の直上に、光の出射面又は入射面を下側に向けて配置する。
この場合、発光素子２４から傾斜端面２２に対して４５°の角度で入射した光は、傾斜端面２２で反射して光の進む方向を９０°変え、光導波路であるコア１２内を全反射により伝播する。
同様に、光導波路であるコア１２内を全反射により伝播した光は、傾斜端面２２で反射して光の進む方向を９０°変えて、受光素子２６に出射する。
発光素子２４は例えば、ｎ型基板上に、順次、ｎ型ＤＢＲ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ）ミラー、λ共振器、及びｐ型ＤＢＲミラーを形成した円筒型の面発光半導体レーザ素子であり、受光素子２６は例えば、基板上に、順次形成されたｎ型半導体、ｉ型半導体、及びｐ型半導体からなる円筒型のｐｉｎ構造を有するフォトダイオードである。
【００３２】
本実施形態例では、第１層目のコア１２_１の本数Ｍ、及び第２層目のコア１２_２の本数Ｎはいずれも１２であり、それぞれのコアを光信号の送信又は受信に用いることにより、双方向の通信を行うことができる。
また、Ｇ_Ｌ、Ｇ_Ｗ、及び第１層目のコア１２_１と第２層目のコア１２_２との間隔Ｇ_Ｈはいずれも２５μｍに設定されている。
【００３３】
本実施形態例の三次元光配線１０によれば、第１層目のコア１２_１と第２層目のコア１２_２とが相互に直交するように設けられているため、光配線基板で、電子部品同士又はＬＳＩなどの多端子の素子同士を相互に交差して接続することができる。従って、光配線基板上の電子部品及び素子の配置の自由度を高め、かつ集積密度を高めることができる。
また、本実施形態例の三次元光配線１０について実験を行ったところ、コア１２間のクロストークは全く観測されず、Ｇ_Ｌ、Ｇ_Ｗ、及びＧ_Ｈが２５μｍに設定されていることにより、クロストークが確実に抑制されているものと評価できる。
本実施形態例の三次元光配線１０によれば、コア１２の延在方向に対して４５°の傾斜を有する傾斜端面２２を有するので、光素子の配置が容易であると共に、基板１６を剥離することなく光素子と三次元光配線とを光結合させることができる。
【００３４】
尚、コア１２の両端に形成される端面はコア１２の延在方向に対して４５°の傾斜を有する傾斜端面２２に限定されるものではなく、コア１２に対して垂直な端面であってもよい。この場合、三次元光配線１０の外部のコア１２の延長線上に、発光素子２４又は受光素子２６を配置することにより、光信号の送受信を行うことができる。
本実施形態例では、三次元光配線１０の平面形状を略正方形としたが、第１層目のコア１２_１と第２層目のコア１２_２とが相互に直交、或いは交差するように設けられていれば、長方形、平行四辺形及びその他の形状でも構わない。
【００３５】
本実施形態例では、コア１２及びクラッド１４に、それぞれ相互に屈折率が異なるオキセタン樹脂を用いたが、コア１２及びクラッド１４に、それぞれ相互に屈折率が異なるフッ素化ポリイミド（ＮＴＴアドバンステクノロジ株式会社製、日立化成工業株式会社製）などを用いることもできる。
コア１２_１、１２_２及びクラッド１４_１、１４_２、１４_３の幅、厚みなどは、伝送損失が小さくなるように適宜設定することができる。
【００３６】
図３及び図４を参照して、本実施形態例の三次元光配線１０の作製方法を説明する。この作製例は、相互に屈折率の異なる２種類のオキセタン樹脂を使った例である。図３（ａ）から（ｃ）は、図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面に沿った断面を示し、図４（ｄ）、（ｅ）は、図１（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面に沿った断面を示す。
【００３７】
先ず、図３（ａ）に示すように、基板１６上に屈折率の低いオキセタン樹脂を塗布してスピンコート法で成膜し、紫外線を照射して、オキセタン樹脂層を硬化させ、第１層目のクラッド１４_１を形成する。
次いで、図３（ｂ）に示すように、第１層目のクラッド１４_１上に、屈折率の高いオキセタン樹脂を塗布して、第１層目のコア１２_１の膜厚に等しい膜厚の第１のコア形成層１２_１ａをスピンコート法で成膜する。
続いて、第１層目のコア１２_１のパターンを透明な領域２８ａとして、その他の領域を不透明な領域２８ｂとして有する第１のマスク２８を介して、コア形成層１２_１ａに対して、照度１０ｍＷ／ｃｍ^２、照射量３分の紫外線照射を行う。紫外線照射により、コア形成層１２_１ａ中で、領域２８ａの下部の紫外線照射領域のみが硬化して、第１層目のコア１２_１となる。
【００３８】
次いで、領域２８ｂの下部の紫外線非照射領域の第１のコア形成層１２_１ａ（非硬化層）をアセトンで除去する。続いて、図３（ｃ）に示すように、第１層目のコア１２_１を形成後、屈折率の低いオキセタン樹脂を塗布してスピンコート法で成膜し、紫外線を照射して硬化させ第２層目のクラッド１４_２を形成する。
【００３９】
次に、図４（ｄ）に示すように、第２層目のクラッド１４_２上に、屈折率の高いオキセタン樹脂を塗布して、第２層目のコア１２_２の膜厚に等しい膜厚の第２のコア形成層１２_２ａをスピンコート法で成膜する。
続いて、第２層目のコア１２_２のパターンを透明な領域３０ａとして、その他の領域を不透明な領域３０ｂとして有する第２のマスク３０を介して、第２のマスク３０のパターンが第１層目のコア１２_１に直交するように、照度２５０Ｗ、照射量３分の紫外線照射を行う。紫外線照射により、コア形成層１２_２ａ中で、領域３０ａの下部の紫外線照射領域のみが硬化して、第２層目のコア１２_２となる。
【００４０】
次いで、領域３０ｂの下部の紫外線非照射領域の第２のコア形成層１２_２ａ（非硬化層）をアセトンで除去する。続いて、図４（ｅ）に示すように、第２層目のコア１２_２を形成後、屈折率の低いオキセタン樹脂を塗布してスピンコート法で成膜し、紫外線を照射して硬化させ第３層目のクラッド１４_３を形成する。
最後に、端部を切削して、第１層目のコア１２_１及び第２層目のコア１２_２の両端に、それぞれコアに対して４５°の傾斜を有する傾斜端面２２（図２（ａ）、（ｂ）参照）を形成することにより、本実施形態例の三次元光配線１０を作製することができる。
【００４１】
基板１６として、ポリイミド基板、ガラス基板、石英基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、及びＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などを使用することができる。なお、基板１６はクラッド１４_１から剥離しても構わない。
【００４２】
本実施形態例では、コアを構成する高分子有機化合物に紫外線照射により硬化するオキセタン樹脂を用いたが、これに代えて、コアと同一面上に形成されるクラッドを構成する高分子有機化合物として紫外線照射により屈折率が低下する高分子有機化合物、例えばグラシア（ポリシラン）（日本ペイント株式会社製）などを用いることもできる。
高分子有機化合物にグラシアを用いる場合には、コア形成層としてグラシアを成膜し、マスクを介して紫外線を照射した後、ポストベークにより熱硬化させる。これにより、紫外線の非照射領域がコアとなり、紫外線の照射領域は屈折率が低下しクラッドとなる。従って、本実施形態例の三次元光配線の作製方法のように、紫外線非照射領域の未硬化層を除去する必要がない。
グラシアからなるコア及びクラッドの上下に設けられるクラッドには、例えばフッ素化ポリイミド（ＮＴＴアドバンステクノロジ株式会社製、日立化成工業株式会社製）などを用いることができる。
【００４３】
本実施形態例の三次元光配線１０の作製方法によれば、コア１２及びクラッド１４に、紫外線照射により硬化する高分子有機化合物、或いは紫外線照射により屈折率が変化する高分子有機化合物を用いることにより、所定形状のマスクパターンを介してコア形成層に紫外線を照射し、所望の配列及び形状を有するコアを形成することができる。
従って、容易に三次元光配線１０を作製できるので、製造コストを下げることができる。
【００４４】
実施形態例２
本実施形態例は、本発明に係る三次元光配線の実施形態の別の一例である。図５は本実施形態例に係る三次元光配線の構成を示す平面図、図６は図５の傾斜端面の近傍を拡大して示す平面図である。図５及び図６中で、実施形態例１の三次元光配線１０と同様の構成を有する部分については、同じ符号を付した。
【００４５】
本実施形態例の三次元光配線４０は、マルチモードの三次元光配線であって、図５及び図６に示すように、第１層目のコア１２_１及び第２層目のコア１２_２が、それぞれ、帯状の光導波路本体４２と、一端が傾斜端面２２の近傍のＹ分岐部４４で光導波路本体４２に接続し、Ｙ分岐部４４で第１の光導波路枝４６ａと第２の光導波路枝４６ｂとにＹ字状に分岐して、第１の光導波路枝４６ａ及び第２の光導波路枝４６ｂの他端が傾斜端面２２に達するＹ分岐４６とから構成されていることを除いては、実施形態例１の三次元光配線１０と同様の構成を有する。
【００４６】
三次元光配線４０を面発光半導体レーザ素子などの発光素子２４又はフォトダイオードなどの受光素子２６と光結合させるには、発光素子２４を第１の光導波路枝４６ａの傾斜端面２２の直上に光の出射面を下側に向けて配置し、受光素子２６を第２の光導波路枝４６ｂの傾斜端面２２の直上に光の入射面を下側に向けて配置する。
この場合、発光素子２４から傾斜端面２２に対して４５°の角度で入射した光は、傾斜端面２２で反射して光の進む方向を９０°変え、光導波路である第１の光導波路枝４６ａ内を伝搬し、Ｙ分岐部４４を経て光導波路本体４２により他端に伝搬される。
同様に、光導波路本体４２内を他端から伝搬して来た光は、Ｙ分岐部４４を経て第２の光導波路枝４６ｂを伝搬し、傾斜端面２２で反射して光の進む方向を９０°変えて、受光素子２６に出射する。
【００４７】
本実施形態例の三次元光配線４０によれば、実施形態例１の三次元光配線１０の効果に加え、１本のコアで光信号の送受信を交互に行う半二重通信だけでなく、１本のコアで光信号の送受信を同時に行う全二重通信を行うこともできる。
尚、Ｙ分岐４６の長さやカーブなどの形状は、コンピュータシミュレーションにより、伝送損失が低くなるように設定することができる。
【００４８】
本実施形態例の三次元光配線４０の作製方法は、第１のマスク２８上から紫外線を照射して第１層目のコア１２_１を形成する際に、フォトリソグラフィ処理により、光導波路本体４２及びＹ分岐４６を有する第１層目のコア１２_１の開口パターンを有する第１のマスク２８を形成する。
【００４９】
また、第２のマスク３０上から紫外線を照射して第２層目のコア１２_２を形成する際に、フォトリソグラフィ処理により、光導波路本体４２及びＹ分岐４６を有する第２層目のコア１２_２の開口パターンを有する第２のマスク３０を形成する。
上記を除いては、実施形態例１の三次元光配線１０の作製方法と同様である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、相互に平行に形成された複数本の第１のコア、及び第１のコアに交差するように相互に平行に形成された複数本の第２のコアを有することにより、電子部品同士又はＬＳＩなどの多端子の素子同士を相互に交差して接続することができる。
従って、光配線基板上の電子部品及び素子の配置の自由度を高め、かつ集積密度を高める三次元光配線を実現することができる。
また、第１及び第２のコアがそれぞれ複数本で構成されているので、それぞれのコアを光信号の送信に、或いは光信号の受信に用いることにより、双方向の通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、実施形態例１に係る三次元光配線の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面に沿った、三次元光配線の各作製工程をそれぞれ示す断面図である。
【図４】（ｄ）、（ｅ）は、図１（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面に沿った、三次元光配線の各作製工程をそれぞれ示す断面図である。
【図５】実施形態例２に係る三次元光配線の構成を示す平面図である。
【図６】図５の第２層目のコアの端面近傍を拡大して示す平面図である。
【図７】ＬＳＩ間の接続に光配線を用いた光配線基板の一例を示す斜視図である。
【図８】特開２０００−２３５１２７号公報に開示の光電子集積回路の構成を示す斜視図である。
【図９】特開２０００−２３５１２７号公報に開示の光電子集積回路を用いた光配線基板の問題点を説明するための平面図である。
【図１０】本発明の三次元光配線を用いた光配線基板の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１０……実施形態例１に係る三次元光配線、１２……コア、１２ａ……コア形成層、１４……クラッド、１６……基板、１８……第１の二次元光配線、２０……第２の二次元光配線、２２……傾斜端面、２４……発光素子、２６……受光素子、２８……第１のマスク、２８ａ……透明な領域、２８ｂ……不透明な領域、３０……第２のマスク、３０ａ……透明な領域、３０ｂ……不透明な領域、４０……実施形態例２に係る三次元光配線、４２……光導波路本体、４４……Ｙ分岐部、４６……Ｙ分岐、４６ａ……第１の光導波路枝、４６ｂ……第２の光導波路枝、５０……光配線基板、５２……基板、５４……ＬＳＩ、５６……電子部品、５８……光配線、６２……基板、６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ、６４Ｄ……ＬＳＩ、６６……光配線（光電子集積回路）、６７……三次元光配線、６８……ドライバ装置、７０……引用文献１に開示の光電子集積回路、７２……発光素子、７４……受光素子、７６……光電融合回路基板、７８……平坦化ポリマー層、８０……光配線部、８２……光導波路、８２Ａ……ポリマー下部クラッド層、８２Ｂ……ポリマーコア層、８２Ｃ……ポリマー上部クラッド層、８４……光路変換部、８４Ａ……傾斜面、８４Ｂ……高反射膜。

Claims

第１のクラッド、前記第１のクラッド上に相互に平行に形成された複数本の第１のコア、及び前記第１のコアを囲んで前記第１のクラッド上に成膜された第２のクラッドからなる第１の二次元光配線と、
前記第１の二次元光配線の第２のクラッド上に前記第１のコアに交差し、かつ相互に平行に形成された複数本の第２のコア、及び前記第２のコアを囲んで前記第１の二次元光配線の第２のクラッド上に成膜された第３のクラッドからなる第２の二次元光配線とを備えていることを特徴とする三次元光配線。
前記第２のコアが、前記第１のコアに直交することを特徴とする請求項１に記載の三次元光配線。
前記第１及び第２のコア、前記第１、第２、及び第３のクラッドが、それぞれ高分子有機化合物から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元光配線。
前記複数本の第１のコアが、同一面上で５μｍ以上の間隔で延在することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の三次元光配線。
前記複数本の第２のコアが、同一面上で５μｍ以上の間隔で延在することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の三次元光配線。
前記複数本の第１のコアの配列と前記複数本の第２のコアの配列とが、５μｍ以上の間隔で相互に離間していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の三次元光配線。
前記複数本の第１のコアの両端部が、同一面からなる第１の端面を形成し、
前記第１の端面が、前記第１のコアの延在方向に対して４５°に傾斜する傾斜端面であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の三次元光配線。
前記複数本の第２のコアの両端部が、同一面からなる第２の端面を形成し、
前記第２の端面が、前記第２のコアの延在方向に対して４５°に傾斜する傾斜端面であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の三次元光配線。
前記第１のコアが、前記第１の端面の近傍で第１の枝部と第２の枝部とにＹ字状に分岐して、前記第１の端面に到達するように形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の三次元光配線。
前記第２のコアが、前記第２の端面の近傍で第１の枝部と第２の枝部とにＹ字状に分岐して、前記第２の端面に到達するように形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の三次元光配線。