JP2005157128A - 光伝送基板、光伝送基板製造方法、及び光電気集積回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1基板と、コア及びコアの外周を被覆するクラッドを有し、第1基板の上面の上で延伸する光導波路と、下面が光導波路の上面と接するように第1基板と平行して設けられた第2基板と、光導波路の端部におけるコアの断面上に設けられ、光導波路のコアを進行する光を第2基板の方向へ反射する反射面と、第2基板の方向へ反射された光を、クラッドの上面よりコアに近い位置から第2基板の上面方向に導く、第2基板の内部に設けられた光ガイドとを備える光伝送基板を提供する。
【選択図】図1
Description
(1)光ファイバー敷線による方法
電線敷線機を用いて光ファイバーを実装基板上に一筆書き方式で敷線する方法が開示されている(特許文献1及び特許文献2)。
光導波路は、スピンコートやフォトリソグラフィー等の半導体プロセスを利用して精密加工により形成することができる。このため、低価格で実現できる可能性があり、種々の材料による光導波路の研究開発が進められている。
石英系光導波路は、光吸収損失が少なく耐熱性に優れており、シングルモード伝送を用いる基幹系光通信分野において光分波器やアド・ドロップ用セレクター等として実用化されている(非特許文献1)。
特許文献3は、光導波路を光配線に用いる場合において、光導波路と光素子とを結合する方法を開示する。本文献によれば、基板に対して平行に設けられた光導波路により導波された光を基板の鉛直方向に曲げて光素子に入射させるために、光導波路の端部において光導波路のコア部を削って光導波路に対して45度の斜面を作製する。そして、この面に金属をコートして反射面とした後、反射面を作製するために削られた反射面の近傍部分及び光導波路のコア部の上方にクラッドを形成する。そして、クラッドの上面に受光素子を設ける。
また、スルー・ホールを開ける際に光導波路の端面を加工することになり、電極等の切りくずを含む切削くずによって光出力部分を損傷する可能性がある。この結果、光出力部分において光が散乱し、結合効率が更に低下する。
以上に示したように、スルー・ホールを開け、それに上部から光ガイドピンを挿し込んで光ガイドピンの先端の断面部分を光導波路のコア部分の高さに位置合わせする方法は、アライメントが難しい上に結合損失が発生するため、高性能の光・電気実装基板を実現することが困難である。
この場合において、発光素子側については、光伝送基板10における受光素子側と反対の面に設けられてもよい。より具体的には、発光素子側の光ファイバー170は、第1基板100の内部に設けられ、発光素子から入力された光を、クラッド120aの下面よりコア110に近い位置まで導く構成をとってもよい。更には、光伝送基板10が複数の光導波路130を備える場合、各光導波路130に対応して設けられた発光素子側及び受光素子側の光ファイバー170は、それぞれ光伝送基板10の上面側及び下面側のいずれに設けられる構成をとってもよい。
まず、第1基板100が用意される。次に、図2(a)に示すように、下方クラッド層形成段階において、第1基板100の上面に光導波路130の下方クラッド層を形成する。この下方クラッド層は、図1の光導波路130におけるクラッド120aとなる層である。より具体的には、第1基板100上に光導波路130のクラッド120aとなるべきポリシランAをスピンコート又はカーテンコートにより塗布し、120℃でプリベークして250℃で焼成を行うことにより下方クラッド層を形成する。
次に、図3(a)に示すように、反射部形成段階におけるフォトレジスト形成段階において、傾斜部155が光伝送基板10の上面側に露出され、他の部分が隠蔽されるようにフォトレジスト300を形成する。次に、図3(b)に示すように、反射部形成段階における蒸着段階において、光伝送基板10の上面にアルミニウム又は銀を蒸着することにより、フォトレジスト300及び傾斜部155の上面に金属蒸着膜310を形成する。次に、図3(c)に示すように、反射部形成段階におけるリフトオフ段階において、フォトレジスト300をリフトオフすることにより、フォトレジスト300及びフォトレジスト300の上面に蒸着されたアルミニウム又は銀を除去する。この結果、傾斜部155上にアルミニウム又は銀を蒸着し、反射面160を形成することができる。
次に、図4(a)及び(b)に光伝送基板10の側面及び上面を示すように、コア形成段階において、光導波路130の端部において断面が反射面160と接するように、光導波路130のコア110を形成する。より具体的には、下方クラッド層形成段階と同様にして、下方クラッド層が形成された第1基板100上にポリシランBをスピンコート又はカーテンコートにより塗布し、プリベークを行って厚さが50ミクロンの層を形成する。そして、光導波路130のコア110となる部分が開口したフォトマスク・パターンをポリシランBの層上に形成して紫外線を照射し、ポリシランBの層におけるコア110となる部分の屈折率を増加させ、コア110を形成する。ここで、ポリシランA及びポリシランBは、同一材料のポリシランであってもよく、これに代えて、ポリシランAはクラッドにより適した材料を混入したポリシランとし、ポリシランBはコアにより適した材料を混入したポリシランとしてもよい。
この結果、光伝送基板10の上面は平坦となり、上面内に光導波路130のコア110と、フォトマスク・パターンにより紫外線から隠蔽された結果コア110の側面のクラッド120として残留したポリシランBの層と、反射面160とが埋め込まれた構造が形成され、光導波路130の端部におけるコア110の断面が反射面160と接する。
より具体的には、光導波路130の端部において反射面160の直上に位置するコア110の上に、金属膜400となる銅の円形パターンを、リフトオフ法を用いて蒸着する。
次に、図5(a)に示すように、上方クラッド層形成段階において、金属膜400が形成された状態において光導波路130におけるコア110の上方に上方クラッド層を形成する。この上方クラッド層は、図1の光導波路130におけるクラッド120bとなる層である。本実施形態においては、クラッド120bを十分な厚さとするために、光導波路130におけるコア110に加え、金属膜400の上側にも上方クラッド層を形成する。より具体的には、下方クラッド層形成段階と同様にして、下方クラッド層と同じポリシランAを塗布してポリシランB層を覆い、光導波路構造を形成する。
次に、図6(a)に示すように、金属膜除去段階において、金属膜400を選択的に除去する。より具体的には、銅を材料とする金属膜400に第1の波長と異なる第2の波長を有するレーザーを照射することにより、金属膜400を除去する。ここで、YAGレーザーの第2高調波は、530nmの波長を有しており、銅には吸収されるが、ポリシランやガラスには吸収されないため、第2高調波のYAGレーザーを第2の波長のレーザーとして用いれば、金属膜400の選択的除去が可能である。更に、この段階において、光素子や光ファイバー170を実装する位置合わせに用いるガイドピンを挿入するガイド穴の穴あけも行っておく。
また、以上に示した光伝送基板製造方法によれば、第1基板100及び第2基板140の間に光導波路130を挟み込むことにより、機械的な耐性及び耐熱性が高い光伝送基板10を製造することができる。
次に、開口形成段階において、金属膜400の上に積層された第2基板140及び上方クラッド層を選択的に除去して開口を形成する。そして、光ガイド設置段階において、光導波路130の端部においてコア上面クラッド層と接する光ガイドを設置する。
この結果、光導波路130の中央部分と比較し薄いクラッドを介して光ファイバー170及びコア110の光接続を行うことができる。
まず、図7(a)に示すように、反射部形成段階におけるミラーサポート形成段階において、第1基板100の上に、クラッド120a、コア110、及びクラッド120bの三層分の厚さである150μm分ポリシランをコートし、120℃でプリベークする。次に、図7(b)及び(c)に示すように、45度の傾斜角を持つ刃20を用いて、光導波路130となる高分子導波路(PWG)の端部における反射部150をダイシングし、傾斜部155を入射側及び出射側の2箇所に形成する。
次に、図8(a)に示すように、反射部形成段階における蒸着段階において、蒸着又はスパッタリングによりアルミニウム又は銀を積層し、反射面160を形成する。ここで、銀により反射面160を形成する場合、約2.5重量%のパラジウムと、約2.5重量%の銅とを銀に加えることにより、耐熱性を向上させるのが好ましい。
上記のコア形成段階において、下方クラッド層の上に感光性のコア材料をコア110の厚さである50μm分コートし、マスク露光、現像によってコア110を形成してもよい。
コネクタ1140における複数の光ファイバー170の上方の端部には、光ファイバー170との間で光を授受する発光部950又は受光部960が配列される。これに代えて、複数の光ファイバー170は、コネクタ1140における上方の端部から集合ケーブルとして延伸する構成を採ってもよい。
(項目3)前記光ガイドは、前記光導波路の端部において前記コアの上面と光学用接着剤により接着される項目2記載の光伝送基板。
(項目4)前記光導波路の端部における前記コアの上部の前記クラッドは、前記光導波路の中央部における前記コアの上部の前記クラッドと比較し薄い項目1記載の光伝送基板。
(項目6)前記光ファイバーの断面は円形である項目5記載の光伝送基板。
(項目8)前記複数の光導波路は、前記第1基板の上面の上で互いに平行に延伸する項目7記載の光伝送基板。
(項目9)前記反射面は、前記コアを進行する光を前記第2基板と略鉛直に前記第2基板の方向へ反射する項目1記載の光伝送基板。
(項目12)前記コアを進行し前記光導波路の端部において前記第2基板の方向へ反射された光を、前記金属膜が除去された位置から前記第2基板の上面方向へ導く光ガイドを前記開口内に設ける光ガイド設置段階を更に備える項目10記載の光伝送基板製造方法。
(項目14)前記光ガイド設置段階において、光学用接着剤を用いて前記光導波路の端部における前記コアと前記光ガイドとを接着する項目13記載の光伝送基板製造方法。
(項目17)前記開口形成段階において、第1の波長を有するレーザーを前記第2基板の上面に照射することにより前記第2基板に前記開口を形成し、前記金属膜除去段階において、第2の波長を有するレーザーを前記金属膜に照射することにより前記金属膜を除去する項目10記載の光伝送基板製造方法。
(項目19)前記開口形成段階は、炭酸ガスレーザーを前記第2基板の上面に照射することにより、前記第2基板の材料を選択的に除去して前記第2基板に前記開口を形成し、前記金属膜除去段階は、金を材料とする前記金属膜に第2高調波のチタン・サファイアレーザーを照射することにより前記金属膜を除去する項目17記載の光伝送基板製造方法。
(項目20)前記金属膜除去段階は、前記金属膜にフェムト秒レーザーを照射することにより前記金属膜を除去する項目10記載の光伝送基板製造方法。
(項目21)前記金属膜除去段階は、反応性イオンエッチングにより前記金属膜を除去する項目10記載の光伝送基板製造方法。
20 刃
100 第1基板
110 コア
120a〜b クラッド
130 光導波路
140 第2基板
150 反射部
155 傾斜部
160 反射面
170 光ファイバー
180 コア部
190 クラッド部
300 フォトレジスト
310 金属蒸着膜
400 金属膜
900 第3基板
910 第4基板
950 発光部
960 受光部
1100 開口部
1110 ガイド穴
1140 コネクタ
1145 ガイドピン
1200 光電気集積回路
1210 第1電子デバイス
1220 第2電子デバイス
1230 信号ピン
1240 信号ピン
Claims (22)
- 第1基板と、
コア及びコアの外周を被覆するクラッドを有し、前記第1基板の上面の上で延伸する光導波路と、
下面が前記光導波路の上面と接するように前記第1基板と平行して設けられた第2基板と、
前記光導波路の端部における前記コアの断面上に設けられ、前記光導波路の前記コアを進行する光を前記第2基板の方向へ反射する反射面と、
前記第2基板の方向へ反射された光を、前記クラッドの上面より前記コアに近い位置から前記第2基板の上面方向に導く、前記第2基板の内部に設けられた光ガイドと
を備える光伝送基板。 - 前記光ガイドは、前記光導波路の端部において前記コアの上面と接する請求項1記載の光伝送基板。
- 前記光ガイドは、前記光導波路の端部において前記コアの上面と光学用接着剤により接着される請求項2記載の光伝送基板。
- 前記光導波路の端部における前記コアの上部の前記クラッドは、前記光導波路の中央部における前記コアの上部の前記クラッドと比較し薄い請求項1記載の光伝送基板。
- 前記光ガイドは、コア部分及びクラッド部分を有し、前記第2基板方向へ反射された光を前記コア部分により前記第2基板の上面方向へ導く光ファイバーである請求項1記載の光伝送基板。
- 前記光ファイバーの断面は円形である請求項5記載の光伝送基板。
- 複数の前記光導波路と、
前記複数の光導波路のそれぞれに対応してそれぞれ設けられた複数の前記反射面及び複数の前記光ガイドと、
前記複数の光ガイドが固定され、前記第2基板を貫通する開口に挿入されて、前記複数の光ガイドのそれぞれに対応する前記反射面により前記第2基板方向へ反射された光を入射する位置に当該光ガイドを位置合わせするコネクタと
を備える請求項1記載の光伝送基板。 - 前記複数の光導波路は、前記第1基板の上面の上で互いに平行に延伸する請求項7記載の光伝送基板。
- 前記反射面は、前記コアを進行する光を前記第2基板と略鉛直に前記第2基板の方向へ反射する請求項1記載の光伝送基板。
- 第1基板の上面に、光導波路の下方クラッド層を形成する下方クラッド層形成段階と、
前記光導波路のコアを形成するコア形成段階と、
前記光導波路の端部における前記コアの上方に金属膜を形成する金属膜形成段階と、
前記金属膜が形成された状態において、前記光導波路における前記コアの上方に上方クラッド層を形成する上方クラッド層形成段階と、
前記上方クラッド層の上面に第2基板を積層する基板積層段階と、
前記金属膜の上に積層された前記第2基板を選択的に除去し、前記第2基板の上面から前記金属膜の上面に至る開口を形成する開口形成段階と、
前記金属膜を選択的に除去する金属膜除去段階と
を備える光伝送基板製造方法。 - 前記上方クラッド層形成段階において、前記光導波路における前記コア及び前記金属膜の上側に前記上方クラッド層を形成し、
前記開口形成段階において、前記金属膜の上に積層された前記第2基板及び前記上方クラッド層を選択的に除去し、前記開口を形成する
請求項10記載の光伝送基板製造方法。 - 前記コアを進行し前記光導波路の端部において前記第2基板の方向へ反射された光を、前記金属膜が除去された位置から前記第2基板の上面方向へ導く光ガイドを前記開口内に設ける光ガイド設置段階を更に備える請求項10記載の光伝送基板製造方法。
- 前記金属膜形成段階において、前記光導波路の端部における前記コアの上面に前記金属膜を形成し、
前記光ガイド設置段階において、前記光導波路の端部において前記コアと接する前記光ガイドを設置する
請求項12記載の光伝送基板製造方法。 - 前記光ガイド設置段階において、光学用接着剤を用いて前記光導波路の端部における前記コアと前記光ガイドとを接着する請求項13記載の光伝送基板製造方法。
- 前記光導波路の前記コアが形成された後前記金属膜が形成される前に、前記光導波路の前記コアの上面にコア上面クラッド層を形成するコア上面クラッド層形成段階を更に備え、
前記金属膜形成段階において、前記光導波路の端部における前記コア上面クラッド層の上面に前記金属膜を形成し、
前記上方クラッド層形成段階において、前記金属膜が形成された状態において、前記光導波路における前記コア上面クラッド層の上面に前記上方クラッド層を形成し、
前記開口形成段階において、前記金属膜の上に積層された前記第2基板及び前記上方クラッド層を選択的に除去して前記開口を形成し、
前記光ガイド設置段階において、前記光導波路の端部において前記コア上面クラッド層と接する前記光ガイドを設置する
請求項12記載の光伝送基板製造方法。 - 前記下方クラッド層の上面の上に、前記光導波路の前記コアを進行する光を前記第2基板の方向へ反射する反射面を有する反射部を形成する反射部形成段階を更に備え、
前記コア形成段階において、前記光導波路の端部において断面が前記反射面と接する前記コアを形成する
請求項10記載の光伝送基板製造方法。 - 前記開口形成段階において、第1の波長を有するレーザーを前記第2基板の上面に照射することにより前記第2基板に前記開口を形成し、
前記金属膜除去段階において、第2の波長を有するレーザーを前記金属膜に照射することにより前記金属膜を除去する
請求項10記載の光伝送基板製造方法。 - 前記開口形成段階は、炭酸ガスレーザーを前記第2基板の上面に照射することにより、前記第2基板の材料を選択的に除去して前記第2基板に前記開口を形成し、
前記金属膜除去段階は、銅を材料とする前記金属膜に第2高調波のYAGレーザーを照射することにより前記金属膜を除去する
請求項17記載の光伝送基板製造方法。 - 前記開口形成段階は、炭酸ガスレーザーを前記第2基板の上面に照射することにより、前記第2基板の材料を選択的に除去して前記第2基板に前記開口を形成し、
前記金属膜除去段階は、金を材料とする前記金属膜に第2高調波のチタン・サファイアレーザーを照射することにより前記金属膜を除去する
請求項17記載の光伝送基板製造方法。 - 前記金属膜除去段階は、前記金属膜にフェムト秒レーザーを照射することにより前記金属膜を除去する請求項10記載の光伝送基板製造方法。
- 前記金属膜除去段階は、反応性イオンエッチングにより前記金属膜を除去する請求項10記載の光伝送基板製造方法。
- 光伝送路を有する多層基板と、
前記多層基板上に実装された第1の電子デバイス及び第2の電子デバイスと、
前記第1の電子デバイスが有する信号ピンから出力される電気信号を光信号に変換し、前記光伝送路を介して伝送させる発光部と、
前記光伝送路を介して伝送された前記光信号を受光して前記電気信号に変換し、前記第2の電子デバイスが有する信号ピンへ入力する受光部と
を備え、
前記多層基板は、
第1基板と、
コア及びコアの外周を被覆するクラッドを有し、前記第1基板の上面の上で延伸する光導波路と、
下面が前記光導波路の上面と接するように前記第1基板と平行して設けられた第2基板と、
前記発光部から入力された光信号を、前記クラッドの上面より前記コアに近い位置まで導く、前記第2基板の内部に設けられた第1の光ガイドと、
前記光導波路の第1の端部における前記コアの断面上に設けられ、前記第1の光ガイドにより前記第2基板の上面から導かれた光信号を反射し、前記光導波路の前記コアにより伝送させる第1の反射面と、
前記光導波路の第2の端部における前記コアの断面上に設けられ、前記光導波路の前記コアを進行する光信号を前記第2基板の方向へ反射する第2の反射面と、
前記第2基板の方向へ反射された光信号を、前記クラッドの上面より前記コアに近い位置から前記受光部まで導く、前記第2基板の内部に設けられた第2の光ガイドと
を有する
光電気集積回路。
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