JP2005164801A - Optical waveguide film and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、光機能素子と光ファイバを接続するための光路変換機能を内蔵する光導波路フィルムを提供する技術に関する。 The present invention relates to a technique for providing an optical waveguide film having a built-in optical path conversion function for connecting an optical functional element and an optical fiber.
近年、高速・大容量通信の分野では、光機能素子と光導波路とを接続する光導波路フィルムの研究・開発が活発に行われている。特に、光源部および受光部にそれぞれ面発光形レーザ(VCSEL)および面受光形フォトダイオード(PD)をアレイ状に集積化した光素子アレイを使用する光インタコネクション用モジュールにおいては、光素子アレイと伝送路である光ファイバ間を接続するための光部品が必要である。
光素子アレイと光ファイバを接続するための光部品の例としては、光導波路を形成したフィルムの端面に45°(度)ミラーを形成し、90°光路を変換した後、光素子アレイと接続する構造の光導波路フィルムがある。この光導波路フィルムにおける90°光路変換用の45°ミラーの形成方法としては、図8に示すように、先端が45°または90°に加工されたダイヤモンドブレードを回転させ、切削することにより形成する方法が一般的に用いられている(特許文献1参照)。この方法は、刃先に傾斜角を有するブレードを用いて、切削時に該ブレードを光導波路に対して垂直に当てて加工を行うことにより、光導波路にマイクロミラーとなる傾斜端面を形成する方法である。
In recent years, in the field of high-speed and large-capacity communication, research and development of optical waveguide films that connect optical functional elements and optical waveguides have been actively conducted. In particular, in an optical interconnection module that uses an optical element array in which a surface emitting laser (VCSEL) and a surface receiving photodiode (PD) are integrated in an array in a light source part and a light receiving part, respectively, Optical components for connecting between optical fibers as transmission lines are required.
As an example of an optical component for connecting the optical element array and the optical fiber, a 45 ° (degree) mirror is formed on the end face of the film on which the optical waveguide is formed, and after the 90 ° optical path is converted, the optical element array is connected. There is an optical waveguide film with a structure to As a method for forming a 45 ° mirror for 90 ° optical path conversion in this optical waveguide film, as shown in FIG. 8, it is formed by rotating and cutting a diamond blade whose tip is processed at 45 ° or 90 °. The method is generally used (see Patent Document 1). This method uses a blade having an inclination angle at the cutting edge, and forms an inclined end surface that becomes a micromirror on the optical waveguide by performing processing by applying the blade perpendicular to the optical waveguide during cutting. .
上述した従来の方法では、光導波路フィルムの端部にミラーを形成する場合には適するが、フィルムの途中にミラーを形成する場合には、フィルム内のコア部まで切削する必要があるため、フィルム自体の機械的強度低下を招くという問題があった。
図9に、はんだバンプにより光機能素子(PD)をフリップチップ実装した構成例を示すが、素子搭載下部の光導波路フィルムが45°ミラーを形成することにより、厚さが半分以下になるため、機械的強度の低下が発生していた。
The above-described conventional method is suitable for forming a mirror at the end of the optical waveguide film, but when forming a mirror in the middle of the film, it is necessary to cut to the core in the film. There was a problem that the mechanical strength of the device itself was lowered.
FIG. 9 shows a configuration example in which an optical functional element (PD) is flip-chip mounted with solder bumps, but the optical waveguide film under the element mounting forms a 45 ° mirror, so that the thickness is less than half, A decrease in mechanical strength occurred.
また、作製工程上の制約により、フイルム上の任意の位置に局所的にミラーを形成することが困難であるという課題があった。 In addition, there is a problem that it is difficult to form a mirror locally at an arbitrary position on the film due to restrictions on the manufacturing process.
上記課題を解決するため、本発明はフィルム内に90°光路変換用の部品を内蔵することにより、フィルム自体の機械的強度の低下を招くことなく、任意の位置に光路変換機能を配置することを可能としたところに最大の特徴がある。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a 90 ° optical path conversion component in the film, thereby arranging an optical path conversion function at an arbitrary position without causing a decrease in the mechanical strength of the film itself. The biggest feature is where this is possible.
上記本発明の課題を解決するために、具体的には特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
請求項1に記載のように、クラッド内にコアを埋め込まれた光導波路フィルムのコアの設定の位置に、光路変換機能を有する光学部品の搭載ガイドを設定し、該搭載ガイドに、上記光学部品が内蔵され、上記コアからの光を、上記光学部品で受けて、上記クラッドを介して、はんだバンプにより実装された光機能素子に入射される構造とした光導波路フィルムとするものである。なお、上記光路変換機能を有する光学部品とは、大きさが数十ミクロンないし数百ミクロン以下の少なくともミラー、レンズ、プリズムを含むものである。
In order to solve the above-described problems of the present invention, specifically, the configuration described in the claims is adopted. That is,
A mounting guide for an optical component having an optical path conversion function is set at a setting position of the core of the optical waveguide film in which the core is embedded in the clad, and the optical component is mounted on the mounting guide. The optical waveguide film has a structure in which light from the core is received by the optical component and incident on an optical functional element mounted by solder bumps via the clad. The optical component having the optical path changing function includes at least a mirror, a lens, and a prism having a size of several tens to several hundreds of microns or less.
また、請求項2に記載のように、請求項1において、上記光路変換機能を有する光学部品の反射面を45°片面とし上記光導波路フィルムに内蔵した構造の光導波路フィルムとするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the optical waveguide film having a structure in which the reflection surface of the optical component having the optical path conversion function is a single side of 45 ° and is built in the optical waveguide film.
また、請求項3に記載のように、請求項1において、上記光路変換機能を有する光学部品の反射面を45°の複数面となし、上記コアからの光を、上記光学部品の複数面でそれぞれ受け、それぞれの光機能素子に入射される構造とし上記光導波路フィルムに内蔵した構成とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the reflection surface of the optical component having the optical path conversion function is formed as a plurality of 45 ° surfaces, and the light from the core is transmitted on the plurality of surfaces of the optical component. Each is received and made incident on each optical functional element, and is built in the optical waveguide film.
また、請求項4に記載のように、請求項1において、上記光路変換機能を有する光学部品の反射面を凹面となし上記光導波路フィルムに内蔵した構造とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the reflecting surface of the optical component having the optical path converting function is a concave surface and is built in the optical waveguide film.
また請求項5に記載のように、請求項1において、上記光路変換機能を有する光学部品の少なくとも一端面が90°の光路変換用プリズムと微小レンズを集積した構成となし上記光導波路フィルムに内蔵した構造とするものである。
Further, as described in
請求項6に記載のように、請求項1において、少なくとも3方向に光入出力コアを設け、上記部品搭載ガイドを少なくとも3個配設し、上記光学部品の反射面を45°ミラー片面とするもの、光学部品の反射面を45°ミラー両面とするもの、および反射面を45°面とする光学部品を、それぞれ複数個配設して上記光導波路フィルムに内蔵した構造とするものである。
As described in
また、請求項7に記載のように、請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の光導波路フィルムを作製する方法であって、
クラッド層の上に、コア層を形成した高分子材料よりなる光導波路を作製する工程と、
コア層を形成する際に、微小ミラー部品等を搭載するための部品搭載ガイドを、上記コア層の作製と同時に形成する工程と、
上記部品搭載ガイドに、光路変換機能を有する光学部品を搭載することにより、コアとの高精度な位置合わせを実現する工程と、
上記光学部品を搭載した後、その上部にクラッドを積層することにより、光路変換機能を内蔵した光導波路フィルムを形成する工程とを、少なくとも含む光導波路フィルムの作製方法とするものである。
Moreover, as described in
Producing an optical waveguide made of a polymer material having a core layer formed on the cladding layer;
A step of forming a component mounting guide for mounting a micromirror component or the like simultaneously with the production of the core layer when forming the core layer;
A process for realizing high-precision alignment with the core by mounting an optical component having an optical path conversion function on the component mounting guide;
After mounting the optical component, a method of producing an optical waveguide film including at least a step of forming an optical waveguide film having a built-in optical path conversion function by laminating a clad thereon.
本発明によれば、光導波路フィルムの任意の位置に光路変換機能を有する光学部品を配置することが可能であると同時に、光導波路フィルム自体の強度を低下させることなく、信頼性の高い光機能素子との接続を可能とすることができる。 According to the present invention, it is possible to arrange an optical component having an optical path conversion function at an arbitrary position of the optical waveguide film, and at the same time, a highly reliable optical function without reducing the strength of the optical waveguide film itself. Connection with an element can be made possible.
以下に、本発明による光導波路フィルムの実施例について、図1〜図7を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the optical waveguide film according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 7, but the present invention is not limited to these examples.
〈実施例1〉
本発明の実施例で例示する光路変換機能を有する光学部品は、大きさが数十ミクロンないし数百ミクロン以下の少なくともミラー、レンズ、プリズムを含む光学部品であり、これを便宜上微小光学部品(微小ミラー部品、微小プリズム部品、微小レンズ等と呼ぶ)と言う。
<Example 1>
An optical component having an optical path conversion function exemplified in the embodiment of the present invention is an optical component including at least a mirror, a lens, and a prism having a size of several tens of microns to several hundreds of microns or less. Called mirror parts, micro prism parts, micro lenses, etc.).
図1に、本発明の光導波路フィルム1を用いて光機能素子(PD)7を、はんだバンプ6によりフリップチッブ実装した場合の第1の実施例を示す。図1において、本発明の光導波路フィルム1は、コア2に、例えば、光路変換機能を有する微小ミラー部品(45°ミラー片面)4を搭載する位置に、搭載ガイド10を形成して、設定の微小ミラー部品4を搭載し、その上部にクラッド3を形成して、光導波路フィルム1のコア2を伝搬してきた光線14をコア2の外部に取り出し、例えば、はんだバンプ6を用いてフリップチップ実装された光機能素子(PD)7に入射される構造である。この光機能素子(PD)7に光を導くために、微小ミラー部品4を光導波路フィルム1内に内蔵した構造とするものである。すなわち、コア2を伝播してきた光は微小ミラー部品4の反射面5で90°光路変換された後、はんだバンプ6でフリップチップ実装された光機能素子(PD)7に入射される構造である。なお、14はコア2から出射された光線を示している。図9に示す従来構造に比べ、光素子搭載下部の光導波路フィルムの強度低下は発生せず、信頼性の高い光素子実装が実現される。
FIG. 1 shows a first embodiment in which an optical functional element (PD) 7 is flip-chip mounted with
図2には、光導波路フィルム1の作製工程を示す。図2において、(a)は光導波路フィルム1の側面図を表わし、(b)はそれぞれの側面図におけるA矢視図である。
まず、図2の工程(1)において、クラッド3の上に、コア2を形成した高分子材料よりなる光導波路を作製する。
工程(2)で、コアリッジ11を形成する際に、微小ミラー部品等を搭載するための部品搭載ガイド10を、コアリッジ11の作製と同時に形成しておくことが重要なことである。
工程(3)において、部品搭載ガイド10に、例えば、微小ミラー部品を搭載することにより、コアリッジ11との高精度な位置合わせを実現することができる。
工程(4)において、微小ミラー部品4等を搭載した後に、上部にクラッド3を積層することにより、光路変換機能を内蔵した光導波路フィルムを完成することができる。
In FIG. 2, the manufacturing process of the
First, in step (1) of FIG. 2, an optical waveguide made of a polymer material in which the
When forming the
In the step (3), for example, by mounting a micromirror component on the
In step (4), after mounting the
光導波路フィルムを構成する材料は、光通信波長帯域(800nm〜1600nm)で伝播損失の低いフッ素化ポリイミドを用いており、平坦性の高いシリコンや石英等の基板上にスピンコーティングおよび加熱工程により下部クラッド層、コア層、上部クラッド層を順次成膜し、最後に基板から剥離することにより、フィルム状にしたものである。コアはフォトリソグラフィにより所望の形状にパターニングしたレジストをマスクとし、酸素の反応性イオンエッチング(RIE)により加工したものである。コアリッジ11を形成する際に、微小ミラー部品を搭載するためのガイドを同時に形成しているため、このガイドに微小ミラー部品を搭載することにより、コアと微小光学部品の反射面との高精度な位置合わせが実現されている。微小ミラー部品は石英を高精度に加工して作製しており、反射面である45°ミラー面には光通信波長帯域で反射率が高い金をコーティングしている。微小ミラー部品は反射面を含む全体を金属で作製することも可能である。また、微小ミラー部品は耐熱性の高いポリイミドを材料としても作製可能であり、反射面には金のコーティングを施すことにより、同様の機能を実現することができる。部品搭載後、上部にクラッド層をスピンコーティングおよび加熱工程により形成することにより、光路変換機能を内蔵した光導波路フィルムが完成する。図3には、完成した光導波路フィルム1の外観を示す斜視透視図である。
The material constituting the optical waveguide film uses fluorinated polyimide with low propagation loss in the optical communication wavelength band (800 nm to 1600 nm), and is formed on the substrate such as silicon or quartz with high flatness by spin coating and heating process. A clad layer, a core layer, and an upper clad layer are sequentially formed, and finally peeled from the substrate to form a film. The core is processed by reactive ion etching (RIE) of oxygen using a resist patterned in a desired shape by photolithography as a mask. When the
また、光導波路フィルムを構成する材料としては、フッ素化ポリイミド以外に、紫外線硬化型エポキシ系材料やポリメチルメタクリレート(PMMA)等の透明性の高い有機材料を用いることも可能であり、本発明はフィルムを構成する材料系に制約を受けない。特に紫外線硬化型材料を用いた場合には、コアを形成する際に、選択的に光を照射することにより、RIEを用いた場合に比べて簡易にコアパターンおよび微小ミラー部品搭載用のガイドを形成することができるという特徴がある。 In addition to the fluorinated polyimide, a highly transparent organic material such as an ultraviolet curable epoxy material or polymethyl methacrylate (PMMA) can be used as a material constituting the optical waveguide film. There are no restrictions on the material systems that make up the film. In particular, when an ultraviolet curable material is used, by selectively irradiating light when forming the core, a guide for mounting the core pattern and micromirror parts can be easily obtained compared to the case of using RIE. It can be formed.
〈実施例2〉
図4に、本発明の図1に記載の光導波路フィルム1を用いて光機能素子(PD)7を、はんだバンプ6によりフリップチップ実装した本発明の第2の実施例を示す。図4において、光導波路フィルム1に内蔵する微小ミラー部品4aに両面に45°の反射面5を有する部品を用いた構成を示す。従来の方法では、機械的強度が確保できないため、近接してミラーを形成することは困難であったが、本発明により強度低下を招くことなく、近接したミラー形成を実現することができる。
<Example 2>
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention in which an optical functional element (PD) 7 is flip-chip mounted with
〈実施例3〉
図5に、本発明の光導波路フィルム1を用いて光機能素子(PD)7をはんだバンプ6によりフリップチップ実装した本発明の第3の実施例を示す。光導波路フィルム1に内蔵する微小ミラー部品4bに片面に反射面(凹面)5aを有する部品を用いた構成である。従来の方法では、ダイヤモンドブレードで加工するため、平面以外の反射面を構成することが困難であったが、本発明ではフィルムに内蔵する光部品の形状を変更することにより、容易に所望の反射面を実現することができる。
<Example 3>
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention in which an optical functional element (PD) 7 is flip-chip mounted with
〈実施例4〉
図6に、本発明の光導波路フィルム1を用いて光機能素子(PD)7を、はんだバンプ6によりフリップチップ実装した本発明の第4の実施例を示す。光導波路フィルム1に内蔵する反射面(45°)5を有する微小プリズム部品8に微小レンズ9を集積した光部品を用いた構成である。
<Example 4>
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention in which an optical functional element (PD) 7 is flip-chip mounted with
〈実施例5〉
図7に、本発明の光導波路フィルム1において、3方向に光入出力を設け、90°光路変換する構成の本発明の第5の実施例を示す。従来の方法では、図7に示す構成を実現することは不可能であったが、本発明により所望の位置に光路変換機能を配置することが可能となった。
<Example 5>
FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention having a structure in which light input / output is provided in three directions and the optical path is changed by 90 ° in the
1 光導波路フィルム
2 コア
3 クラツド
4 微小ミラー部品(45°ミラー片面)
4a 微小ミラー部品(45°ミラー両面)
4b 微小ミラー部品(凹面)
5 反射面(45°面)
5a 反射面(凹面)
6 はんだバンプ
7 光機能素子(PD)
8 微小プリズム部品
9 微小レンズ
10 部品搭載ガイド
11 コアリッジ
12 ダイアモンドブレード
13 45°ミラー面
14 光線
1
4a Micro mirror parts (45 ° mirror both sides)
4b Micro mirror parts (concave surface)
5 Reflecting surface (45 ° surface)
5a Reflective surface (concave surface)
6
8
Claims (7)
クラッド層の上に、コア層を形成した高分子材料よりなる光導波路を作製する工程と、
コア層を形成する際に、ミラー部品等の光学部品を搭載するための部品搭載ガイドを、上記コア層の作製と同時に形成する工程と、
上記部品搭載ガイドに、光路変換機能を有する光学部品を搭載することにより、コアとの高精度な位置合わせを実現する工程と、
上記光学部品を搭載した後、その上部にクラッドを積層することにより、光路変換機能を内蔵した光導波路フィルムを形成する工程とを、少なくとも含むことを特徴とする光導波路フィルムの作製方法。 A method for producing an optical waveguide film according to any one of claims 1 to 6,
Producing an optical waveguide made of a polymer material having a core layer formed on the cladding layer;
Forming a component mounting guide for mounting an optical component such as a mirror component simultaneously with the production of the core layer when forming the core layer;
A step of realizing highly accurate alignment with the core by mounting optical components having an optical path changing function on the component mounting guide,
A method for producing an optical waveguide film, comprising: a step of forming an optical waveguide film having a built-in optical path conversion function by laminating a clad on the optical component after mounting the optical component.
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