JP2004325636A - 光電気複合部品およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光の伝送損失の増加が抑制され、かつ、製造が容易な光電気複合部品およびその製造方法を提供する。
【解決手段】基板2上または基板2内に位置する光導波路3から、基板2内に、光導波路3と直交するように設けた貫通穴4に出射された光を、貫通穴4内に配置されたミラー13で反射させ、この反射光を基板2外の受発光素子5へ導くようにした光電気複合部品において、貫通穴4内の反射光が通過する部分を、光導波路3を構成するコア層6と同等の光学特性を有する固体とする。
【選択図】 図1
【解決手段】基板2上または基板2内に位置する光導波路3から、基板2内に、光導波路3と直交するように設けた貫通穴4に出射された光を、貫通穴4内に配置されたミラー13で反射させ、この反射光を基板2外の受発光素子5へ導くようにした光電気複合部品において、貫通穴4内の反射光が通過する部分を、光導波路3を構成するコア層6と同等の光学特性を有する固体とする。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板において光部品と光配線を接続した、光電気複合部品およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、プリント基板には、専ら電気部品のみが搭載されてきた。近年、大規模集積回路(Large Scale Integrated Circuit 、LSI)チップにおける伝送速度の高速化に対して、電気配線では電気部品間の伝送距離や、信号の伝送速度の限界などが無視できなくなっている。そのため、信号処理の高速化や、電気ノイズの低減などの効果を見込んで、電気配線の一部を光配線に置き換え、プリント基板に光配線と電気部品を混載することが期待されている。しかも、電気配線に劣らない程度に低コストの光配線技術が求められている。
【0003】
このような用途には、比較的容易な製造プロセスで作製でき、小型化、集積化が容易であることから、高分子材料からなる平面型光導波路部品を用いるのが好適である。この平面型光導波路は、低屈折率のクラッドの内側に高屈折率のコアが埋め込まれた、埋め込み型の高分子平面型光導波路が主流である。
【0004】
この高分子平面型光導波路をなす高分子材料としては、種々の透明樹脂を用いることができる。例えば、フッ素化ポリイミドなどの熱硬化性樹脂を用いる場合、フォトリソグラフィとエッチングによる方法や、型抜きによる方法で平面型光導波路を作製することが可能である。また、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂のような紫外線硬化型樹脂を用いる場合、フォトレジストのエッチングマスクを形成する代わりに、コアをなす材料を選択的に露光する方法でコア形状を形成する。
【0005】
ここで、例えば、垂直共振器型面発光半導体レーザ(Vertical Cavity Surface−Emitting Laser、VCSEL)などの面発光素子から発せられた光信号を基板の中に埋め込まれている光導波路で伝送し、例えば、フォトディテクター(PD)などの受光素子で受光する配線基板について考える。
【0006】
このような配線基板では、光配線は基板の長手方向に沿って形成されているため、VCSELから発せられた光信号を光導波路に入射するためには、この光信号の進行方向を90°曲げなければならない。さらに、光導波路を伝搬した光信号をPDで受光する場合にも同様に、基板と垂直な方向に光信号を取り出さなければならない。
【0007】
上述のような配線基板における光路の変換方法としては、以下のような方法を例示できる。
例えば、特許文献1、特許文献2では、配線基板において、光導波路の長手方向に対して垂直な端面から出射した光信号の光路上に45°ミラーを設けて、光信号の光路を変換する方法が開示されている。
【0008】
この方法では、図5に示すような高分子平面型光導波路100において、光導波路の光路の長手方向と垂直に端面100aから、レーザやマイクロドリルを用いて、光路をなすコア101と垂直な貫通穴102を形成する。そして、この貫通穴102内に、先端の光反射部に45°ミラー103が設けられたミラー付き部品104を嵌合する。さらに、貫通穴102の内側面102aには、コア101の端面101aを露出させ、この端面101aから出射される出射光110の光路上に45°ミラー103を配置する。これにより、出射光110が45°ミラー103で反射して光路が90°変換し、反射光111として受光素子105に入射する。
ここでは、ミラー付き部品104として、石英系マルチモード光ファイバなどを加工してなるミラー素子が用いられている。
【0009】
また、特許文献3では、光導波路の端面自体を45°の光反射部、すなわちミラーに形成し、光路を90°変換する方法が開示されている。この方法において、光導波路の端面自体を45°にするには、特許文献4に開示されているようなダイシングマシンによる加工方法や、エッチングによる加工方法が用いられる。
【0010】
上述の光路の変換方法においては、光の反射率を上げる目的で、ミラーの表面に金属薄膜を形成しておく場合が多い。この金属薄膜は、例えば、クロム、ニッケル、チタンなどからなる下地の表面に、金やアルミニウムなどからなる厚さ少なくとも0.1μm程度の薄膜がスパッタリング、真空蒸着、めっきなどにより形成されてなるものである。
【0011】
【特許文献1】
特開2001−311846号公報
【特許文献2】
特開2002−258081号公報
【特許文献3】
特開2001−33646号公報
【特許文献4】
特開平6−265738号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1および特許文献2で開示されている方法では、45°ミラー103から受光素子105までの間は空間をなしているため、出射光110と、反射光111は空間を伝搬することになる。この空間における出射光110および反射光111の損失は、光の伝送距離の二乗に比例して増大する。そのため、積層数の多い平面型光導波路では、積層数の増加に伴う厚みの増加が、出射光110および反射光111における大きな伝送損失の原因となる。また、この空間が空気層をなしている場合、光部品における温度特性の劣化の原因となる。
【0013】
また、特許文献3および特許文献4で開示されている方法では、上述の特許文献1および特許文献2で開示されている方法と比較して、光信号が空間を伝搬する距離を短くすることができる。しかしながら、フォトリソグラフィや、エッチングによって加工するため、製造コストが高くなるという問題がある。さらに、ダイシングマシンによる加工を行なう場合、その加工面には研削痕が残るため、この研削痕を除くために加工面を研磨しなければならない。そのため、工程が多く、製造コストが高くなる原因となる。
【0014】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、光の伝送損失の増加が抑制され、かつ、製造が容易な光電気複合部品およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、基板上または基板内に位置する光導波路から、該基板内に、該光導波路と交差するように設けた空間に出射された光を、該空間内に配置されたミラーで反射させ、この反射光を基板外の受光素子へ導くようにし、または発光素子からの光信号をミラーで反射し光導波路に導くようにした光電気複合部品において、前記空間の前記反射光が通過する部分が、前記光導波路を構成するコアと略同一の光学特性を有する固体である光電気複合部品を提供する。
【0016】
本発明は、基板上または基板内に位置する光導波路から、該基板内に、該光導波路と交差するように設けた空間に出射された光を、該空間内に配置されたミラーで反射させ、この反射光を基板外の受光素子へ導くようにし、または発光素子からの光信号をミラーで反射し光導波路に導くようにした光電気複合部品の製造方法であって、前記光導波路を内在する基板を用い、該基板内に前記光導波路と交差するように空間を設ける工程と、該空間内に紫外線硬化型樹脂を注入する工程と、該紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射する工程と、前記空間内に前記ミラーを先端に有する部材を挿入する工程とを有する光電気複合部品の製造方法を提供する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図1は、本発明の光電気複合部品の一実施形態の概略構成を示し、(a)は平面図、(b)は(a)の線A−Aに沿った断面図である。
図1中、符号1は平面型光導波路部品、2は平面型光導波路部品1を構成する基板、3は光導波路、4は平面型光導波路部品1に設けられた光導波路3と直交する貫通穴、5は受発光素子、10は先端面にミラー13が設けられたミラー付き部品、15は光導波路3を構成するコア層と同等の光学特性を有する固体からなる光路部材を示す。
【0018】
この実施形態の光電気複合部品は、基板2内に位置する光導波路3から、貫通穴4内に出射された出射光を、貫通穴4内に配置されたミラー13で反射させ、ミラー13で反射した反射光を、基板2の一方の表面2a上に貫通穴4の一方の開口端4aを塞ぐように配置された受発光素子5へ導くように作製されたものである。さらに、貫通穴4におけるミラー13と受発光素子5との間の部分、すなわち、上記出射光および反射光が通過(伝搬)する部分には、この反射光の光路となる光路部材15が設けられている。
【0019】
平面型光導波路部品1は、基板2と、基板2の上にこれと平行となるように順次形成された下部クラッド層7、コア層6および上部クラッド層8とからなる光導波路3と、光導波路3の上に積層された基板2とから構成されている。また、平面型光導波路部品1のおいて、コア層6の端面6aは貫通穴4の内側面4bに露出している。
【0020】
基板2は、光導波路3の形成に支障の無い程度に表面が平滑かつ清浄なものであれば材質は特に限定されないが、例えば、シリコン結晶ウエハ、石英ウエハ、半導体ウエハ、多成分ガラス板、セラミック板、金属板などが用いられる。
【0021】
コア層6、下部クラッド層7および上部クラッド層8をなす材料としては、石英系ガラス、窒化ケイ素、フッ素化ポリイミドなどの熱硬化性樹脂、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂などの紫外線硬化型樹脂などが用いられる。平面型光導波路部品1を小型化、集積化するためには、上記熱硬化性樹脂、紫外線硬化型樹脂などの高分子材料を用いることが望ましい。
【0022】
なお、この実施形態では、平面型光導波路部品1として、上部クラッド層8の上に基板2を積層したものを示したが、本発明の光電気複合部品はこれに限定されず、平面型光導波路部品は上部クラッド層が露出しているものであってもよい。
【0023】
受発光素子5としては、例えば、受光素子のフォトディテクター(PD)や、発光素子のレーザダイオード(LD)、垂直共振器型面発光半導体レーザ(Vertical Cavity Surface−Emitting Laser、VCSEL)などが挙げられる。
【0024】
図2に示すように、ミラー付き部品10は、略四角柱状の本体部11と、本体部11の後端に垂設された正方形板状の鍔部12と、本体部11の先端面11aに設けられたミラー13とから構成されている。
【0025】
本体部11は、セラミックス、石英ガラス、ステンレスなどからなり、切削加工や射出成形、またはエッチングなどの方法で所定の形状に加工されてなるものである。
本体部11の大きさは、貫通穴4の径および平面型光導波路部品1に応じて適宜設定される。通常、貫通穴4の内径は80μm〜200μm程度、平面型光導波路部品1の厚みは200μm〜300μm程度であることから、本体部11の長さは100μm〜1500μm程度、幅は50μm〜250μm程度である。特に、本体部11の長さは、本体部11を貫通穴4に挿入した際に、その先端面11aに設けられたミラー13が、光導波路3のコア層6から出射される出射光の光路上に配置されるように適宜設定される。
また、本体部11の先端面11aは、本体部11の後端側に傾斜した斜面であり、先端面11aと本体部11の長手方向とのなす角θが45°となっている。
【0026】
なお、この実施形態では、本体部11として、略四角柱状のものを示したが、本発明の光電気複合部品はこれに限定されず、本体部11は貫通穴4と嵌合するように、貫通穴4の形状と同形状の側面を有するように形成される。例えば、図1において、線A−Aに直交する方向に長い四角柱(または板状)にすれば、より強度が高く、扱い易い部品となる。
【0027】
鍔部12は、セラミックス、ステンレス、マグネシウムなどからなり、切削加工や射出成形、またはエッチングなどの方法で所定の形状に加工されてなるものである。
鍔部12の大きさは、貫通穴4の径および本体部11の大きさに応じて適宜設定されるが、正方形の一辺の長さは貫通穴4の内径よりも少なくとも100μm程度大きくすることが望ましく、厚みは200μm程度とする。
【0028】
なお、この実施形態では、鍔部12として、正方形板状のものを示したが、本発明の光電気複合部品はこれに限定されず、鍔部12は貫通穴4の開口端を塞ぐことができれば、円盤状、三角形板状、長方形板状などであってもよい。
【0029】
ミラー13は、本体部11の先端面11aに、スパッタリング、真空蒸着、めっきなどによって形成されたクロム、ニッケル、チタンなどからなる厚さ0.1μm〜1μm程度の下地の表面に、金やアルミニウムなどからなる厚さ0.1μm〜10μm程度の薄膜がスパッタリング、真空蒸着、めっきなどにより形成されてなる金属薄膜である。また、ミラー13は、本体部11の先端面11aに設けられた金属薄膜であることから、その反射面13aは、本体部11の後端側に傾斜した斜面をなし、ミラー13の反射面13aと本体部11の長手方向とのなす角θが45°となっている。
【0030】
また、ミラー13の厚みは、これを形成する金属薄膜の応力や成膜に要する時間に応じて適宜設定されるが、光導波路3から、貫通穴4内に出射された出射光を全反射して、ミラー13で反射した反射光を受発光素子5へ導くためには、1μm以上であることが好ましい。
【0031】
ミラー付き部品10を、鍔部12の当接面12aが基板2の表面に当接するまで貫通穴4に挿入することにより、本体部11の先端に設けられたミラー13の反射面13aが、光導波路3のコア層6から出射される出射光の光路上に配置され、かつ、受発光素子5側に貫通穴4の長手方向と45°の角度をなすように傾斜して配置される。
また、上述のように、本体部11の形状を四角柱など方向性のある形状とし、貫通穴4の形状も本体部11と同形状として、貫通穴4に本体部11を嵌合すれば、ミラー13が貫通穴4内で回転して、光の反射する方向がずれるのを防止することができる。
【0032】
ミラー付き部品10は、本体部11と、鍔部12とを別体で形成した後、両者を接着剤などで接合して作製したものであっても、両者を一体に作製したものであってもよい。
【0033】
光路部材15を形成しているコア層6と同等の光学特性を有する固体を形成する材料としては、透明な遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂が用いられる。ここで、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂とは、適切な波長の紫外線を適量照射すると、しばらくの間は流動性を保ち、その後に硬化が進行するという特性を有する樹脂のことである。これは、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂は、紫外光により重合反応が始まるのではなく、まず、ラジカルを生成する開始反応が光により開始し、その反応がある程度以上進行することにより、エポキシの開環を伴う重合反応が開始できる組み合わせからなるからである。
【0034】
具体的には、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂は、エポキシ系樹脂などの高分子材料を主成分とし、反応開始剤、トリアリルスルホン酸塩などの添加剤を含むものである。この遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂に、例えば、高圧水銀灯により波長200〜400nmの紫外光を300mJ/cm2程度照射すれば、反応が開始して所定時間経過後に完全に硬化する。
【0035】
また、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂は、硬化後に得られる光路部材15の屈折率や透過率などを、コア層6の屈折率や透過率とほぼ等しくするために、高分子材料の構造や触媒の添加量などが適宜調節されている。また、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂は、内径80μm〜200μm程度の貫通穴4内に注入されるため、粘度や表面張力なども適宜調整されている。
【0036】
この実施形態の光電気複合部品では、光導波路3のコア層6から出射された出射光が光路部材15内を伝搬してミラー13で反射し、その反射光が出射光の伝搬方向に対して直角に光路部材15内を伝搬し、受発光素子5に達するから、この光電気複合部品内を伝搬する光は空気に触れることはない。したがって、この実施形態の光電気複合部品は、損失が少なく、温度特性に優れたものとなる。また、平面型光導波路部品1の厚みを薄くすることにより、光の伝送距離を短くすることができるので、伝送損失の増加を抑制することができる。
【0037】
なお、受発光素子5が受光素子として機能する場合は、光導波路3のコア層6から出射された光が光路部材15を通過して受発光素子5で受光される。一方、受発光素子5が発光素子として機能する場合は、受発光素子5から出射された光が光路部材15を通過し、ミラー13で反射してコア層6に入射し、この入射光がコア層6を通過して、コア層6の端面、すなわち、平面型光導波路部品1の表面に配置される受光素子で受光される。
【0038】
以下、図1、図3および図4を用いて、この実施形態の光電気複合部品の製造方法について説明する。
まず、図3に示すように、レーザやマイクロドリルを用いて、平面型光導波路部品1に、内部に設けられた光導波路3と直交する貫通穴4を形成する。
次いで、受発光素子5を、はんだや金などの溶融性導体金属20により、基板2の一方の表面2aに設けられた電気配線(図示略)と電気的に接続し、貫通穴4の一方の開口端4aを塞ぐように表面2aに実装する。
【0039】
次いで、ディスペンサ(図示略)のノズル25から貫通穴4内に、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂22を適量注入する。この際、貫通穴4内に注入される直前の遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂22に対して、光源30から発した紫外線をファイババンドル31の先端から照射する。または、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂22が適量注入された平面型光導波路部品1をステージ上に置き、露光機で露光する。
【0040】
次いで、図4に示すように、速やかに、貫通穴4にミラー付き部品10の本体部11を挿入する。これにより、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂22と本体部11の先端に設けられたミラー13が接触し、ミラー13の形状に応じて遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂22が変形し、両者の接触面は同一形状をなす。
【0041】
この後、紫外線を照射してから所定時間経過すると、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂22が硬化して、貫通穴4に挿入したミラー付き部品10は固定され、図1に示すような光電気複合部品を得る。
【0042】
この実施形態の光電気複合部品の製造方法によれば、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂を用いて、この樹脂が硬化しない内に、この樹脂とミラー付き部品10の先端に設けられたミラー13とを接触させるから、両者の接触面を容易に同一形状とすることができる上に、両者を強固に接合することができる。したがって、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂が硬化してなる光路部材15と、ミラー13との界面における損失を低減することができる。また、ミラー付き部品を貫通穴4内に嵌合するだけで、光導波路3のコア層6から出射される出射光の光路上にミラー13の反射面13aを配置することができるから、ミラー13の位置合わせを行なう必要がなくなり、製造コストを削減することができる。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光電気複合部品によれば、光信号が光導波路のコア層と同等の光学特性を有する固体中を伝搬するから、光信号の損失が低減する。また、光電気複合部品を構成する平面型光導波路部品の厚みが増大しても、損失の増大が抑制される。
また、本発明の光電気複合部品の製造方法によれば、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂を用いて、この樹脂が硬化しない内に、この樹脂と、ミラー付き部品の先端に設けられたミラーとを接触させるから、両者の接触面を容易に同一形状とすることができる上に、両者を強固に接合することができる。したがって、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂が硬化してなる光路部材と、ミラーとの界面における損失を低減することができる。また、ミラー付き部品を貫通穴内に嵌合するだけで、光導波路のコア層から出射される出射光の光路上にミラーの反射面を配置することができるから、ミラーの位置合わせを行なう必要がなくなり、製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光電気複合部品の一実施形態の概略構成を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿った断面図である。
【図2】図1に示した光電気複合部品を構成するミラー付き部品を示す概略斜視図である。
【図3】本発明の光電気複合部品の製造方法を説明する模式図である。
【図4】本発明の光電気複合部品の製造方法を説明する模式図である。
【図5】従来の光電気複合部品を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1・・・平面型光導波路部品、2・・・基板、3・・・光導波路、4・・・貫通穴、4a・・・開口端、5・・・受発光素子、6・・・コア層、7・・・下部クラッド層、8・・・上部クラッド層、10・・・ミラー付き部品、11・・・本体部、12・・・鍔部、13・・・ミラー、15・・・光路部材、20・・・溶融性導体金属、22・・・遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂、25・・・ノズル、30・・・光源、31・・・ファイババンドル。
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板において光部品と光配線を接続した、光電気複合部品およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、プリント基板には、専ら電気部品のみが搭載されてきた。近年、大規模集積回路(Large Scale Integrated Circuit 、LSI)チップにおける伝送速度の高速化に対して、電気配線では電気部品間の伝送距離や、信号の伝送速度の限界などが無視できなくなっている。そのため、信号処理の高速化や、電気ノイズの低減などの効果を見込んで、電気配線の一部を光配線に置き換え、プリント基板に光配線と電気部品を混載することが期待されている。しかも、電気配線に劣らない程度に低コストの光配線技術が求められている。
【0003】
このような用途には、比較的容易な製造プロセスで作製でき、小型化、集積化が容易であることから、高分子材料からなる平面型光導波路部品を用いるのが好適である。この平面型光導波路は、低屈折率のクラッドの内側に高屈折率のコアが埋め込まれた、埋め込み型の高分子平面型光導波路が主流である。
【0004】
この高分子平面型光導波路をなす高分子材料としては、種々の透明樹脂を用いることができる。例えば、フッ素化ポリイミドなどの熱硬化性樹脂を用いる場合、フォトリソグラフィとエッチングによる方法や、型抜きによる方法で平面型光導波路を作製することが可能である。また、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂のような紫外線硬化型樹脂を用いる場合、フォトレジストのエッチングマスクを形成する代わりに、コアをなす材料を選択的に露光する方法でコア形状を形成する。
【0005】
ここで、例えば、垂直共振器型面発光半導体レーザ(Vertical Cavity Surface−Emitting Laser、VCSEL)などの面発光素子から発せられた光信号を基板の中に埋め込まれている光導波路で伝送し、例えば、フォトディテクター(PD)などの受光素子で受光する配線基板について考える。
【0006】
このような配線基板では、光配線は基板の長手方向に沿って形成されているため、VCSELから発せられた光信号を光導波路に入射するためには、この光信号の進行方向を90°曲げなければならない。さらに、光導波路を伝搬した光信号をPDで受光する場合にも同様に、基板と垂直な方向に光信号を取り出さなければならない。
【0007】
上述のような配線基板における光路の変換方法としては、以下のような方法を例示できる。
例えば、特許文献1、特許文献2では、配線基板において、光導波路の長手方向に対して垂直な端面から出射した光信号の光路上に45°ミラーを設けて、光信号の光路を変換する方法が開示されている。
【0008】
この方法では、図5に示すような高分子平面型光導波路100において、光導波路の光路の長手方向と垂直に端面100aから、レーザやマイクロドリルを用いて、光路をなすコア101と垂直な貫通穴102を形成する。そして、この貫通穴102内に、先端の光反射部に45°ミラー103が設けられたミラー付き部品104を嵌合する。さらに、貫通穴102の内側面102aには、コア101の端面101aを露出させ、この端面101aから出射される出射光110の光路上に45°ミラー103を配置する。これにより、出射光110が45°ミラー103で反射して光路が90°変換し、反射光111として受光素子105に入射する。
ここでは、ミラー付き部品104として、石英系マルチモード光ファイバなどを加工してなるミラー素子が用いられている。
【0009】
また、特許文献3では、光導波路の端面自体を45°の光反射部、すなわちミラーに形成し、光路を90°変換する方法が開示されている。この方法において、光導波路の端面自体を45°にするには、特許文献4に開示されているようなダイシングマシンによる加工方法や、エッチングによる加工方法が用いられる。
【0010】
上述の光路の変換方法においては、光の反射率を上げる目的で、ミラーの表面に金属薄膜を形成しておく場合が多い。この金属薄膜は、例えば、クロム、ニッケル、チタンなどからなる下地の表面に、金やアルミニウムなどからなる厚さ少なくとも0.1μm程度の薄膜がスパッタリング、真空蒸着、めっきなどにより形成されてなるものである。
【0011】
【特許文献1】
特開2001−311846号公報
【特許文献2】
特開2002−258081号公報
【特許文献3】
特開2001−33646号公報
【特許文献4】
特開平6−265738号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1および特許文献2で開示されている方法では、45°ミラー103から受光素子105までの間は空間をなしているため、出射光110と、反射光111は空間を伝搬することになる。この空間における出射光110および反射光111の損失は、光の伝送距離の二乗に比例して増大する。そのため、積層数の多い平面型光導波路では、積層数の増加に伴う厚みの増加が、出射光110および反射光111における大きな伝送損失の原因となる。また、この空間が空気層をなしている場合、光部品における温度特性の劣化の原因となる。
【0013】
また、特許文献3および特許文献4で開示されている方法では、上述の特許文献1および特許文献2で開示されている方法と比較して、光信号が空間を伝搬する距離を短くすることができる。しかしながら、フォトリソグラフィや、エッチングによって加工するため、製造コストが高くなるという問題がある。さらに、ダイシングマシンによる加工を行なう場合、その加工面には研削痕が残るため、この研削痕を除くために加工面を研磨しなければならない。そのため、工程が多く、製造コストが高くなる原因となる。
【0014】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、光の伝送損失の増加が抑制され、かつ、製造が容易な光電気複合部品およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、基板上または基板内に位置する光導波路から、該基板内に、該光導波路と交差するように設けた空間に出射された光を、該空間内に配置されたミラーで反射させ、この反射光を基板外の受光素子へ導くようにし、または発光素子からの光信号をミラーで反射し光導波路に導くようにした光電気複合部品において、前記空間の前記反射光が通過する部分が、前記光導波路を構成するコアと略同一の光学特性を有する固体である光電気複合部品を提供する。
【0016】
本発明は、基板上または基板内に位置する光導波路から、該基板内に、該光導波路と交差するように設けた空間に出射された光を、該空間内に配置されたミラーで反射させ、この反射光を基板外の受光素子へ導くようにし、または発光素子からの光信号をミラーで反射し光導波路に導くようにした光電気複合部品の製造方法であって、前記光導波路を内在する基板を用い、該基板内に前記光導波路と交差するように空間を設ける工程と、該空間内に紫外線硬化型樹脂を注入する工程と、該紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射する工程と、前記空間内に前記ミラーを先端に有する部材を挿入する工程とを有する光電気複合部品の製造方法を提供する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図1は、本発明の光電気複合部品の一実施形態の概略構成を示し、(a)は平面図、(b)は(a)の線A−Aに沿った断面図である。
図1中、符号1は平面型光導波路部品、2は平面型光導波路部品1を構成する基板、3は光導波路、4は平面型光導波路部品1に設けられた光導波路3と直交する貫通穴、5は受発光素子、10は先端面にミラー13が設けられたミラー付き部品、15は光導波路3を構成するコア層と同等の光学特性を有する固体からなる光路部材を示す。
【0018】
この実施形態の光電気複合部品は、基板2内に位置する光導波路3から、貫通穴4内に出射された出射光を、貫通穴4内に配置されたミラー13で反射させ、ミラー13で反射した反射光を、基板2の一方の表面2a上に貫通穴4の一方の開口端4aを塞ぐように配置された受発光素子5へ導くように作製されたものである。さらに、貫通穴4におけるミラー13と受発光素子5との間の部分、すなわち、上記出射光および反射光が通過(伝搬)する部分には、この反射光の光路となる光路部材15が設けられている。
【0019】
平面型光導波路部品1は、基板2と、基板2の上にこれと平行となるように順次形成された下部クラッド層7、コア層6および上部クラッド層8とからなる光導波路3と、光導波路3の上に積層された基板2とから構成されている。また、平面型光導波路部品1のおいて、コア層6の端面6aは貫通穴4の内側面4bに露出している。
【0020】
基板2は、光導波路3の形成に支障の無い程度に表面が平滑かつ清浄なものであれば材質は特に限定されないが、例えば、シリコン結晶ウエハ、石英ウエハ、半導体ウエハ、多成分ガラス板、セラミック板、金属板などが用いられる。
【0021】
コア層6、下部クラッド層7および上部クラッド層8をなす材料としては、石英系ガラス、窒化ケイ素、フッ素化ポリイミドなどの熱硬化性樹脂、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂などの紫外線硬化型樹脂などが用いられる。平面型光導波路部品1を小型化、集積化するためには、上記熱硬化性樹脂、紫外線硬化型樹脂などの高分子材料を用いることが望ましい。
【0022】
なお、この実施形態では、平面型光導波路部品1として、上部クラッド層8の上に基板2を積層したものを示したが、本発明の光電気複合部品はこれに限定されず、平面型光導波路部品は上部クラッド層が露出しているものであってもよい。
【0023】
受発光素子5としては、例えば、受光素子のフォトディテクター(PD)や、発光素子のレーザダイオード(LD)、垂直共振器型面発光半導体レーザ(Vertical Cavity Surface−Emitting Laser、VCSEL)などが挙げられる。
【0024】
図2に示すように、ミラー付き部品10は、略四角柱状の本体部11と、本体部11の後端に垂設された正方形板状の鍔部12と、本体部11の先端面11aに設けられたミラー13とから構成されている。
【0025】
本体部11は、セラミックス、石英ガラス、ステンレスなどからなり、切削加工や射出成形、またはエッチングなどの方法で所定の形状に加工されてなるものである。
本体部11の大きさは、貫通穴4の径および平面型光導波路部品1に応じて適宜設定される。通常、貫通穴4の内径は80μm〜200μm程度、平面型光導波路部品1の厚みは200μm〜300μm程度であることから、本体部11の長さは100μm〜1500μm程度、幅は50μm〜250μm程度である。特に、本体部11の長さは、本体部11を貫通穴4に挿入した際に、その先端面11aに設けられたミラー13が、光導波路3のコア層6から出射される出射光の光路上に配置されるように適宜設定される。
また、本体部11の先端面11aは、本体部11の後端側に傾斜した斜面であり、先端面11aと本体部11の長手方向とのなす角θが45°となっている。
【0026】
なお、この実施形態では、本体部11として、略四角柱状のものを示したが、本発明の光電気複合部品はこれに限定されず、本体部11は貫通穴4と嵌合するように、貫通穴4の形状と同形状の側面を有するように形成される。例えば、図1において、線A−Aに直交する方向に長い四角柱(または板状)にすれば、より強度が高く、扱い易い部品となる。
【0027】
鍔部12は、セラミックス、ステンレス、マグネシウムなどからなり、切削加工や射出成形、またはエッチングなどの方法で所定の形状に加工されてなるものである。
鍔部12の大きさは、貫通穴4の径および本体部11の大きさに応じて適宜設定されるが、正方形の一辺の長さは貫通穴4の内径よりも少なくとも100μm程度大きくすることが望ましく、厚みは200μm程度とする。
【0028】
なお、この実施形態では、鍔部12として、正方形板状のものを示したが、本発明の光電気複合部品はこれに限定されず、鍔部12は貫通穴4の開口端を塞ぐことができれば、円盤状、三角形板状、長方形板状などであってもよい。
【0029】
ミラー13は、本体部11の先端面11aに、スパッタリング、真空蒸着、めっきなどによって形成されたクロム、ニッケル、チタンなどからなる厚さ0.1μm〜1μm程度の下地の表面に、金やアルミニウムなどからなる厚さ0.1μm〜10μm程度の薄膜がスパッタリング、真空蒸着、めっきなどにより形成されてなる金属薄膜である。また、ミラー13は、本体部11の先端面11aに設けられた金属薄膜であることから、その反射面13aは、本体部11の後端側に傾斜した斜面をなし、ミラー13の反射面13aと本体部11の長手方向とのなす角θが45°となっている。
【0030】
また、ミラー13の厚みは、これを形成する金属薄膜の応力や成膜に要する時間に応じて適宜設定されるが、光導波路3から、貫通穴4内に出射された出射光を全反射して、ミラー13で反射した反射光を受発光素子5へ導くためには、1μm以上であることが好ましい。
【0031】
ミラー付き部品10を、鍔部12の当接面12aが基板2の表面に当接するまで貫通穴4に挿入することにより、本体部11の先端に設けられたミラー13の反射面13aが、光導波路3のコア層6から出射される出射光の光路上に配置され、かつ、受発光素子5側に貫通穴4の長手方向と45°の角度をなすように傾斜して配置される。
また、上述のように、本体部11の形状を四角柱など方向性のある形状とし、貫通穴4の形状も本体部11と同形状として、貫通穴4に本体部11を嵌合すれば、ミラー13が貫通穴4内で回転して、光の反射する方向がずれるのを防止することができる。
【0032】
ミラー付き部品10は、本体部11と、鍔部12とを別体で形成した後、両者を接着剤などで接合して作製したものであっても、両者を一体に作製したものであってもよい。
【0033】
光路部材15を形成しているコア層6と同等の光学特性を有する固体を形成する材料としては、透明な遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂が用いられる。ここで、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂とは、適切な波長の紫外線を適量照射すると、しばらくの間は流動性を保ち、その後に硬化が進行するという特性を有する樹脂のことである。これは、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂は、紫外光により重合反応が始まるのではなく、まず、ラジカルを生成する開始反応が光により開始し、その反応がある程度以上進行することにより、エポキシの開環を伴う重合反応が開始できる組み合わせからなるからである。
【0034】
具体的には、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂は、エポキシ系樹脂などの高分子材料を主成分とし、反応開始剤、トリアリルスルホン酸塩などの添加剤を含むものである。この遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂に、例えば、高圧水銀灯により波長200〜400nmの紫外光を300mJ/cm2程度照射すれば、反応が開始して所定時間経過後に完全に硬化する。
【0035】
また、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂は、硬化後に得られる光路部材15の屈折率や透過率などを、コア層6の屈折率や透過率とほぼ等しくするために、高分子材料の構造や触媒の添加量などが適宜調節されている。また、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂は、内径80μm〜200μm程度の貫通穴4内に注入されるため、粘度や表面張力なども適宜調整されている。
【0036】
この実施形態の光電気複合部品では、光導波路3のコア層6から出射された出射光が光路部材15内を伝搬してミラー13で反射し、その反射光が出射光の伝搬方向に対して直角に光路部材15内を伝搬し、受発光素子5に達するから、この光電気複合部品内を伝搬する光は空気に触れることはない。したがって、この実施形態の光電気複合部品は、損失が少なく、温度特性に優れたものとなる。また、平面型光導波路部品1の厚みを薄くすることにより、光の伝送距離を短くすることができるので、伝送損失の増加を抑制することができる。
【0037】
なお、受発光素子5が受光素子として機能する場合は、光導波路3のコア層6から出射された光が光路部材15を通過して受発光素子5で受光される。一方、受発光素子5が発光素子として機能する場合は、受発光素子5から出射された光が光路部材15を通過し、ミラー13で反射してコア層6に入射し、この入射光がコア層6を通過して、コア層6の端面、すなわち、平面型光導波路部品1の表面に配置される受光素子で受光される。
【0038】
以下、図1、図3および図4を用いて、この実施形態の光電気複合部品の製造方法について説明する。
まず、図3に示すように、レーザやマイクロドリルを用いて、平面型光導波路部品1に、内部に設けられた光導波路3と直交する貫通穴4を形成する。
次いで、受発光素子5を、はんだや金などの溶融性導体金属20により、基板2の一方の表面2aに設けられた電気配線(図示略)と電気的に接続し、貫通穴4の一方の開口端4aを塞ぐように表面2aに実装する。
【0039】
次いで、ディスペンサ(図示略)のノズル25から貫通穴4内に、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂22を適量注入する。この際、貫通穴4内に注入される直前の遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂22に対して、光源30から発した紫外線をファイババンドル31の先端から照射する。または、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂22が適量注入された平面型光導波路部品1をステージ上に置き、露光機で露光する。
【0040】
次いで、図4に示すように、速やかに、貫通穴4にミラー付き部品10の本体部11を挿入する。これにより、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂22と本体部11の先端に設けられたミラー13が接触し、ミラー13の形状に応じて遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂22が変形し、両者の接触面は同一形状をなす。
【0041】
この後、紫外線を照射してから所定時間経過すると、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂22が硬化して、貫通穴4に挿入したミラー付き部品10は固定され、図1に示すような光電気複合部品を得る。
【0042】
この実施形態の光電気複合部品の製造方法によれば、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂を用いて、この樹脂が硬化しない内に、この樹脂とミラー付き部品10の先端に設けられたミラー13とを接触させるから、両者の接触面を容易に同一形状とすることができる上に、両者を強固に接合することができる。したがって、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂が硬化してなる光路部材15と、ミラー13との界面における損失を低減することができる。また、ミラー付き部品を貫通穴4内に嵌合するだけで、光導波路3のコア層6から出射される出射光の光路上にミラー13の反射面13aを配置することができるから、ミラー13の位置合わせを行なう必要がなくなり、製造コストを削減することができる。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光電気複合部品によれば、光信号が光導波路のコア層と同等の光学特性を有する固体中を伝搬するから、光信号の損失が低減する。また、光電気複合部品を構成する平面型光導波路部品の厚みが増大しても、損失の増大が抑制される。
また、本発明の光電気複合部品の製造方法によれば、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂を用いて、この樹脂が硬化しない内に、この樹脂と、ミラー付き部品の先端に設けられたミラーとを接触させるから、両者の接触面を容易に同一形状とすることができる上に、両者を強固に接合することができる。したがって、遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂が硬化してなる光路部材と、ミラーとの界面における損失を低減することができる。また、ミラー付き部品を貫通穴内に嵌合するだけで、光導波路のコア層から出射される出射光の光路上にミラーの反射面を配置することができるから、ミラーの位置合わせを行なう必要がなくなり、製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光電気複合部品の一実施形態の概略構成を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿った断面図である。
【図2】図1に示した光電気複合部品を構成するミラー付き部品を示す概略斜視図である。
【図3】本発明の光電気複合部品の製造方法を説明する模式図である。
【図4】本発明の光電気複合部品の製造方法を説明する模式図である。
【図5】従来の光電気複合部品を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1・・・平面型光導波路部品、2・・・基板、3・・・光導波路、4・・・貫通穴、4a・・・開口端、5・・・受発光素子、6・・・コア層、7・・・下部クラッド層、8・・・上部クラッド層、10・・・ミラー付き部品、11・・・本体部、12・・・鍔部、13・・・ミラー、15・・・光路部材、20・・・溶融性導体金属、22・・・遅延硬化型の紫外線硬化型樹脂、25・・・ノズル、30・・・光源、31・・・ファイババンドル。
Claims (2)
- 基板上または基板内に位置する光導波路から、該基板内に、該光導波路と交差するように設けた空間に出射された光を、該空間内に配置されたミラーで反射させ、この反射光を基板外の受光素子へ導くようにし、または発光素子からの光信号をミラーで反射し光導波路に導くようにした光電気複合部品において、
前記空間の前記反射光が通過する部分が、前記光導波路を構成するコアと略同一の光学特性を有する固体であることを特徴とする光電気複合部品。 - 基板上または基板内に位置する光導波路から、該基板内に、該光導波路と交差するように設けた空間に出射された光を、該空間内に配置されたミラーで反射させ、この反射光を基板外の受光素子へ導くようにし、または発光素子からの光信号をミラーで反射し光導波路に導くようにした光電気複合部品の製造方法であって、
前記光導波路を内在する基板を用い、該基板内に前記光導波路と交差するように空間を設ける工程と、該空間内に紫外線硬化型樹脂を注入する工程と、該紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射する工程と、前記空間内に前記ミラーを先端に有する部材を挿入する工程とを有することを特徴とする光電気複合部品の製造方法。
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JP2007264312A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光結合器 |
US9507106B2 (en) * | 2013-04-03 | 2016-11-29 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Optical communication device |
US9612397B2 (en) | 2013-09-06 | 2017-04-04 | Sumitomo Electric Printed Circuits, Inc. | Photoelectric hybrid substrate |
-
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- 2003-04-23 JP JP2003118351A patent/JP2004325636A/ja not_active Withdrawn
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