JP2005331535A - 光導波路及びその製造方法、並びに光結合装置及びその製造方法 - Google Patents

光導波路及びその製造方法、並びに光結合装置及びその製造方法 Download PDF

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美和 大久保
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Abstract

【課題】 光素子の電極端子部と外部回路との接続が良好に行える光導波路及びその製造方法、並びに光結合装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 光素子13の発光部13aの領域でかつ複数のコア3の間において、光導波路1のクラッド2、4を部分的に欠除して凹部5を設け、この凹部に対応する位置で、プラットフォーム9の上部に凸部10を設けて、凹部5と凸部10との凹凸嵌合により光コネクタ15を構成し、光素子13の電極端子14を上記凹部を介して、ワイヤボンディングにより外部接続端子に接続する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、例えば光情報通信装置などに好適な光導波路及びその製造方法、並びに光結合装置及びその製造方法に関するものである。
従来、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、比較的短距離間の情報伝達は、主に電気信号により行われてきたが、集積回路の性能を更に向上させるためには、信号の高速化や信号配線の高密度化が必要となる。しかし、電気信号配線においては、配線の時定数による信号遅延や、ノイズ発生などの問題から、電気信号の高速化や電気信号配線の高密度化が困難である。
こうした問題を解決する光配線(光インターコネクション)が注目されている。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能であり、例えばチップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されている基板上に光導波路を形成し、信号変調されたレーザ光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。
光導波路に光信号を発する光源となる例えばLEDと、これを駆動させる外部回路の端子との接続はワイヤボンドが一般的であるが、LEDの発光部と光導波路の受光部との間隙が小さい。しかも発光部と受光部は45°傾斜面をなす光導波路端側に位置し、LEDの電極端子もその近傍に位置しているため、この電極端子と外部端子とを接続するボンディングワイヤを通すための十分なスペースがなく、このためにクロストーク等種々の支障が生じ易く、光導波路構造や実装方法等において改善を要する問題が多い。
従来、このような45°傾斜の反射面を有する光導波路の実装構造の一例として、フィルム光配線と光デバイス間の空隙に接着剤を充填し、光デバイスの活性部を埃や湿気から保護することが開示されている(後述の特許文献1参照)。
上記した従来例は、45°ミラーは積層された光導波路を一方向にダイシングカットしたものであり、しかも光導波路と発光部との間が樹脂で塞がれているためワイヤボンドすることはできない。従って、この光デバイスに例えばワイヤボンドする場合には、ワイヤを通す空間が必要になり、光導波路と光デバイスの距離を必然的に離す必要がある。
即ち、例えば図10(a)(同図(b)のa−a線断面図)に示すように、光導波路1と発光部35との間を空隙構造にしても、例えばPD(フォトダイオード)アレイ34上に配した発光部35のP電極39及びN電極38と駆動回路の電極36及び37とをワイヤボンド17するためには、基板31上に高い支持台32を配し、接着剤33を介して光導波路1を固定することが必要である。従って、発光部35と光導波路1の受光部6との間が離れすぎることになる。
また、ワイヤボンドする構造の例としては、例えば図11(a)(同図(b)のa−a線断面図)に示すように、発光部35の各電極を受光部6の領域外に引き出して発光部35と受光部6との間隙を狭くする構造が知られている。
即ち、図11に示すように、基板31上に配した発光部35のP電極39及びN電極38を、受光部6の領域外に引き出してそれぞれの端子39a、38aを設け、例えばLDD(レーザダイオードドライバ)の電極37、36にワイヤボンド17で接続することにより、基板31上に低い支持台32を配して光導波路1を接着剤33を介して固定できるため、発光部35と受光部6との間を狭くすることが可能になる。
特許第3257776号(第2頁、第4欄第9〜13行目及び図1)
しかしながら、図10に示した方法でワイヤボンドする場合、発光部35と受光部6との間隙が大きすぎるため、受光部6への入射光の光量が少なくなり、十分な光量を導波できないと共に、受光部6以外の下部クラッド4に当った光が屈折率の大きいコア3へ入り込む割合が増えるため、光結合効率を悪化させると共に、多チャンネルに集積している場合には、隣のチャンネルへ光が入射してクロストーク特性も悪化させる。更に、この構造では脱着機構がないため、光コネクタとしては機能しない。
また、図11に示した構造の場合は、端子38a、39aが発光部35から離れすぎる(例えば200μm)ため、高周波ノイズの影響を受け易い。従って、望ましい50μm位の距離に近づければ光導波路1に接触してしまう。
そこで、本発明の目的は、光素子の電極端子部の外部回路との接続が良好に行える光導波路及びその製造方法、並びに光結合装置及びその製造方法を提供することにある。
即ち、本発明は、コアとクラッドとが接合されてなり、光素子の発光又は受光部に対向配置される光導波路において、
前記光素子の少なくとも電極端子部の領域で前記クラッドが欠除されている
ことを特徴とする、光導波路(以下、本発明の光導波路と称する。)に係るものである。
また、本発明は、コアとクラッドとが接合されてなり、光素子の発光又は受光部に対向配置される光導波路を製造する方法において、
クラッド材のパターニングによって、前記光素子の少なくとも電極端子部の領域の前 記クラッドに欠除部を形成する工程
を有することを特徴とする、光導波路の製造方法(以下、本発明の光導波路の製造方法と称する。)に係るものである。
また、本発明は、支持体と;この支持体上に固定された光素子と;コアとクラッドとが接合されてなり、前記光素子の発光又は受光部に対向配置された光導波路と;を有する光結合装置において、
前記光素子の少なくとも電極端子部の領域で前記クラッドが欠除されており、
この欠除部を介して、前記光素子の前記電極端子部が外部に取り出されている
ことを特徴とする、光結合装置(以下、本発明の光結合装置と称する。)に係るものである。
また、本発明は、支持体と;この支持体上に固定された光素子と;コアとクラッドとが接合されてなり、前記光素子の発光又は受光部に対向配置された光導波路とを有する光結合装置の製造方法において、
クラッド材のパターニングによって、前記光素子の少なくとも電極端子部の領域のク ラッドに欠除部を有する光導波路を製造する工程と、
前記光導波路を前記支持体に取り付ける工程と、
前記欠除部を介して、前記光素子の前記電極端子部を外部に取り出す工程と
を有することを特徴とする、光結合装置の製造方法(以下、本発明の光結合装置の製造方法と称する。)に係るものである。
本発明によれば、前記光素子の少なくとも電極端子部の領域で前記光導波路の前記クラッドが欠除されているので、前記電極端子部を延設しなくても前記欠除部を介して、前記電極端子部を良好かつ確実にワイヤボンディング等により外部に取り出すことができ、また前記欠除部により前記コアの側方で隣接する前記光素子からの光が前記クラッドに入射する割合が減少するために、クロストークを減少させることができる。
上記した本発明の光導波路とその製造方法、光結合装置とその製造方法においては、複数の前記光素子に対応して複数の前記コアがそれぞれ配置され、これらのコア間のクラッドが欠除されていることが望ましい。
そして、前記光素子の発光又は受光部に対向して少なくとも前記コアに光反射性の傾斜面を形成することが望ましい。
また、前記クラッドの前記欠除部を介して前記電極端子部をワイヤボンドによって外部に接続することにより、クロストークを防止すると共に配線の自由度がある点で望ましい。
また、前記クラッドの前記欠除部を、前記支持体に設けられた凸部に凹凸嵌合することによって、前記光導波路を前記光素子に対し調芯できる点で望ましい。
そして、この作製に当っては基体上に前記クラッドと前記コアとの積層体を形成した後に、前記クラッドの前記欠除部を形成することが望ましい。
この場合、前記クラッドの前記欠除部を前記コアの側方に並置して形成した後、この並置方向において前記欠除部を含む位置で切断して、少なくとも前記コアに光反射性の傾斜面を形成し、前記切断後に前記積層体を前記基体から分離することが、製作を効率良く行える点で望ましい。
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面参照下で具体的に説明する。
図1は、本実施の形態による光コネクタ15を示し、(a)は(c)のa−a線断面図、(b)は(c)のb−b線断面図、(c)は概略平面図である。
図示の如く、この光コネクタ15は光ファイバ8を配置した光ファイバアレイ7に一体に結合された光導波路1が、プラットフォーム9と凹凸嵌合によって組み合わされた構造になっている。即ち、図1(c)に示すように、光導波路1の上下のクラッド2、4が光素子13の発光部13aの領域で欠除部(以下、凹部と称することがある。)5を形成されており、この凹部5に対応する位置でプラットフォーム9に凸部10が設けられ、この凹部5と凸部10とが凹凸嵌合する構造になっている。従って、必要に応じて結合前の状態に分離することもできる。
そして、PD(フォトダイオード)又はVCSEL(垂直共振器型面発光レーザ)アレイ11に配置された複数の発光部13aに対応して、光導波路1のコア3がそれぞれ配置され、このコア3、3の間のクラッド2、4が部分的に欠除されて凹部5が形成されているため、光素子13の電極端子14の上方が凹部5からなる空間であるので、隣接する光素子13からクラッド層を介して入射する入射光によるクロストークが減少すると共に、光導波路1に接触することなく、ワイヤボンド17によって、例えばキャピラリーを用いて光素子の電極端子14側はボールボンドで接続し、外部端子側はウェッジボンドによって結合し、光素子13の電極端子14をこの光素子13を駆動させる外部電極18に良好かつ確実に接続することができ、上記した凹凸嵌合による光導波路1とプラットフォーム9との結合構造が、本実施の形態の特筆すべき特長である。
図2及び図3に示す斜視図により、上記した凹凸嵌合を更に詳細に説明する。即ち、まず図2に示すように、光ファイバアレイ7と一体化して結合された光導波路1は、先端の45°傾斜面からコア3に平行してクラッド2、4に凹部5が設けられ、一方、プラットフォーム9の上部が上記凹部5に対応する位置で凸部10を形成されている。
従って、光導波路1を矢印方向に押し込むことにより、図3に示すように、光導波路1の凹部5にプラットフォーム9の凸部10が嵌入し、両者が結合されると同時に、光導波路1の不図示の受光部6が発光部13aに対して自動的に位置合せされて調芯されるため、位置合せ用のマーカーが不要である。
次に、図4及び図5により、この光導波路1の製造プロセスを説明する。各図において、(a)は(b)のa−a線の概略断面図、(b)はその一部分の平面図を示す。
まず、図4Aに示すように、基板19上に屈折率の異なる層、即ち、屈折率の小さい下部クラッド4と上部クラッドとの間に屈折率の大きいコア3を挟んで積層して、光導波路1を作製する。
この場合、光導波路材料としては、下記のオキセタン環を有するオキセタン化合物からなるオキセタン樹脂、または下記のオキシラン環を有するオキシラン化合物からなるポリシランが使用可能であるが、これらの光硬化(重合)のための連鎖反応による重合を開始させ得るカチオン重合開始材を含む組成物を用いられるのがよい。
Figure 2005331535
次に、図4Bに示すように、PR(フォトレジスト)プロセスにより遮光部20aを設けたマスク20を光導波路1上に配し、ドライエッチングプロセス又はウェットエッチングにより図4Cに示すように、クラッド層2、4の一部を除去し欠除部5を形成する。
なお、欠除部5を全てPRプロセスによって形成してもよい。即ち、下部クラッド4を半硬化した後にコア3を形成し、上部クラッド2も半硬化状態に設け、その後にクラッド上に欠除部5を形成する部分のみに遮光マスクをかけて硬化し、このマスクを除去して現像処理することにより、マスク下の未硬化部分が除去されて欠除部5が形成される。
次に図4Dに示すように、刃先が90°のダイサー22を用いてコア3と欠除部5との並置方向(横方向)に切断加工することにより、光導波路1のコア3の端部に45°傾斜のミラーを形成する。
次に、図5Eに示すように、基板19から光導波路1を剥離することにより、上下のクラッド層2、4の一部が除去され、コア3に45°傾斜の反射面3aのミラーを有する光導波路1が同時に2個完成する。
図5Fは、上記により作製された光導波路1の一方(上記各図における右側半分)を示し、ダイサー加工により形成された傾斜面にコア3の反射面3aが形成されている。
一方、図6((a)は(b)のa−a線の概略断面図、(b)は(a)の平面図)に示すように、受発光デバイスが実装されるプラットフォーム9には、光導波路1に設けた欠除部5との接触により受発光デバイスと光導波路1のコア3との位置決めができるように、凸部10を予め形成する。
上記のように形成した光導波路1を光ファイバアレイに結合(図1参照)させた後に、既述した図1〜図3のように、受発光デバイスをプラットフォーム9に実装する際に、プラットフォーム9に設けた凸部10と、光導波路1に設けた凹部5とを凹凸嵌合によりはめ込むことによって光コネクタ15が形成され、自動的に受発光デバイスと位置調芯されて光結合される。
本実施の形態によれば、光導波路1のコア3、3間のクラッド2、4を光素子13の領域で部分的に欠除して凹部5を形成し、一方、この凹部5に対応する位置でプラットフォーム9に凸部10を形成し、凹部5と凸部10との凹凸嵌合により光コネクタ15を構成するので、電極端子を延設しなくても、凹部5を介してワイヤボンドを確実に行うことができ、また、この凹凸嵌合によって自動的に発光部13と光導波路1の位置調芯を同時に行うことができるため、高効率な光結合を実現できる。従って、実装のためのマーカーを形成する必要もなく、凹部5に入射した発光部13aの光は凹部5を通って抜け出るため、隣接の受光部6に入射する割合が減少するので、クロストークを減少させることができる。更に、受発光デバイスのアレイ数が変化した場合でも、同様な構造により容易に対応することができる。
次に、図7により本実施の形態の変形例を示す。上記した実施の形態は、凹部5を形成した側の光導波路1の端部に1列に傾斜面を形成したが、例えば図7(a)及び同図(b)((a)のb−b線断面図)に示すように、1つおきに突出した光導波路端1a、1bを2列に配列した構造に形成することも可能である。
光素子13の電極端子14の上方に形成した凹部5の幅は非常に狭いが、例えばキャピラリー等を用いてワイヤボンドする場合、隣接した光素子13の電極端子14にボールボンドし、更にワイヤを引き出す際、図7(a)のように隣接する電極端子14同士が離れているので、隣接端子に接触しないようにワイヤボンドを確実に行うことができる。
しかしこの場合、図4に示したようにダイサー加工ができないため、光導波路1の端部全体に傾斜面を形成することができないので、端部が図7(b)に示す形状にならざるを得ない。
この構造の光導波路は、例えば図8のようにして形成することができる。即ち、図8(a)に示すように、基板19上に下部クラッド4を塗布によって形成後に、凹部5を形成するための遮光マスク24をかける。同図(b)はこの平面図であり、マスク24は図7に示したように、光導波路端1a、1bが交互に2列配置になるようなパターンに形成する。そしてこれを露光現像することにより、マスク24下のクラッド4のみが除去され、端部には傾斜面がなく垂直な形状が形成される。
次に、同図(c)に示すように、コアを形成するパターンの上型25を被せ、コア形成領域の空間26内にコア材料を注入し、上型25を離脱して硬化することにより、先端に反射面となる傾斜面が形成される。
最後に、同図(d)に示すように、上部クラッド形成用の上型27を被せ、空間26内にクラッド材料を注入し、上型27を離脱して硬化することにより、図7のような2列構造の光導波路を形成することができる。この場合、上部クラッド2は設けないタイプ(エアリッチ型)にしてもよい。なお、図8の各図は、同図(b)のa−a線断面図で示したため、図7における突出していない側の光導波路端部1aの形状になっているが、この光導波路端部1aと、これよりも突出した光導波路端部1bが交互に配置される。
また、図9は他の変形例を示す概略図であって、図示省略したプラットフォームに設けた凸部10'と光導波路1に設けた凹部5との嵌め合いを容易にする方法を説明するための図であり、同図(a)は結合前、(b)は結合後を示す。
この場合、光導波路1に形成する凹部5は上記した図1と同様であるが、プラットフォームに設ける凸部10'は図1よりも小型に形成し、例えば図9(b)に示すように、凸部10'を凹部5のいずれかの角(この図では奥の右角)に係合させることにより、自動的に調芯できるようにすることも可能である。この場合、図9(a)に示すように、結合前の凹部5の位置を結合後の正常な位置に対し、wだけずらしておく、そして同図(a)に示す矢印28方向に押し込んだ後に、仮想線矢印方向に動かす。即ち、同図(b)に示す矢印29の方向に光導波路1を動かして角に凸部10'を位置させることにより、光導波路1とプラットフォーム9との位置合せと結合が容易になるメリットがある。
また、図示省略するが、例えばプラットフォーム側に設ける凸部10を図1と同様に形成し、光導波路1側の凹部5をその入り口側で幅広に形成し、奥の方で嵌合する形状にすることによっても、上述した図1の例の効果に加えて、結合し易いメリットがある。
なお、上記した実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて更に変形することができる。
例えば、プラットフォーム9に設けた凸部10に対応するように光導波路1の凹部5の奥は2つの角を有する角型に形成したが、これに限らず、例えば凸部10の形状及び係合部は2つの角以上の多角形でもよく、丸型又は楕円形であってもよい。
また、光導波路1に形成した凹部5−5間の傾斜面付きのコア部を、プラットフォーム9の上部に形成した貫通孔に嵌入するようにしてもよい。即ち、プラットフォーム9の上部に上記凸部10と同様な厚さの壁を形成し、この壁に貫通孔を設け、この貫通孔にコアを挿入するようにしてもよい。
また、ワイヤボンドでない接続方法にも上記した実施の形態を適用できる。即ち、例えば、上記した外部端子を一端側に有する配線を基板上で光素子側まで延設し、これに光素子から引き出された電極を接続することができる。この場合も、上記した実施の形態と同様に、上記した欠除部を介して光導波路と光素子との位置合せを容易かつ正確に行うことができ、かつクロストークを減少させることができる。
また、凹部5の形成方法やその他の各部の形状等も、実施の形態以外の方法や形状を適宜に採用することができる。
本発明の実施の形態による光コネクタを示し、(a)は(c)のa−a線概略断面図、(b)は(c)のb−b線概略断面図、(c)は(a)及び(b)の一部分の平面図である。 同、光コネクタの結合前の状態を示す斜視図である。 同、光コネクタの結合後の状態を示す斜視図である。 同、光導波路の製造プロセスを示し、(a)は概略断面図、(b)はその一部分の平面図である。 同、光導波路の製造プロセスを示し、(a)は概略断面図、(b)はその一部分の平面図である。 同、プラットフォームを示し、(a)は(b)のa−a線概略断面図、(b)は(a)の平面図である。 変形例を示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のb−b線断面図である。 同変形例の製造方法を示す概略図である。 他の変形例を示し、(a)は結合前の状態、(b)は結合後の状態である。 従来例の一例を示し、(a)は概略断面図、(b)はその一部分の平面図である。 従来例の他の一例を示し、(a)は概略断面図、(b)はその一部分の平面図である。
符号の説明
1…光導波路、1a、1b…光導波路端部、2…上部クラッド、3…コア、
3a…反射面、4…下部クラッド、5…凹部(欠除部)、6…受光部、
7…光ファイバアレイ、8…光ファイバ、9…プラットフォーム、10、10'…凸部、
11…PDアレイ、13…光素子、13a…発光部、14、18…電極、
15…光コネクタ、17…ワイヤボンド、19…基板、20、24…マスク、
ダイサー、25、27…上型、26…空間、28、29…矢印、w…幅





Claims (21)

  1. コアとクラッドとが接合されてなり、光素子の発光又は受光部に対向配置される光導波路において、
    前記光素子の少なくとも電極端子部の領域で前記クラッドが欠除されている
    ことを特徴とする、光導波路。
  2. 複数の前記光素子に対応して複数の前記コアがそれぞれ配置され、これらのコア間の前記クラッドが欠除されている、請求項1に記載した光導波路。
  3. 前記光素子の発光又は受光部に対向して少なくとも前記コアに光反射性の傾斜面が形成されている、請求項1に記載した光導波路。
  4. 支持体と;この支持体上に固定された光素子と;コアとクラッドとが接合されてなり、前記光素子の発光又は受光部に対向配置された光導波路と;を有する光結合装置において、
    前記光素子の少なくとも電極端子部の領域で前記クラッドが欠除されており、
    この欠除部を介して、前記光素子の前記電極端子部が外部に取り出されている
    ことを特徴とする、光結合装置。
  5. 前記クラッドの前記欠除部を介して前記電極端子部がワイヤボンドによって外部に接続されている、請求項4に記載した光結合装置。
  6. 前記クラッドの前記欠除部が、前記支持体に設けられた凸部に凹凸嵌合されている、請求項4に記載した光結合装置。
  7. 前記凹凸嵌合によって前記光導波路が前記光素子に対し調芯されている、請求項6に記載した光結合装置。
  8. 複数の前記光素子に対応して複数の前記コアがそれぞれ配置され、これらのコア間の前記クラッドが欠除されている、請求項4に記載した光結合装置。
  9. 前記光素子の発光又は受光部に対向して少なくとも前記コアに光反射性の傾斜面が形成されている、請求項4に記載した光結合装置。
  10. コアとクラッドとが接合されてなり、光素子の発光又は受光部に対向配置される光導波路を製造する方法において、
    クラッド材のパターニングによって、前記光素子の少なくとも電極端子部の領域の前 記クラッドに欠除部を形成する工程
    を有することを特徴とする、光導波路の製造方法。
  11. 基体上に前記クラッドと前記コアとの積層体を形成する工程と、前記クラッドに前記欠除部を形成する工程とを有する、請求項10に記載した光導波路の製造方法。
  12. 前記クラッドの前記欠除部を前記コアの側方に並置して形成した後、この並置方向において前記欠除部を含む位置で切断して、少なくとも前記コアに光反射性の傾斜面を形成し、前記切断後に前記積層体を前記基体から分離する、請求項11に記載した光導波路の製造方法。
  13. 複数の前記光素子に対応して配置される複数の前記コア間の前記クラッドを欠除する、請求項10に記載した光導波路の製造方法。
  14. 支持体と;この支持体上に固定された光素子と;コアとクラッドとが接合されてなり、前記光素子の発光又は受光部に対向配置された光導波路と;を有する光結合装置の製造方法において、
    クラッド材のパターニングによって、前記光素子の少なくとも電極端子部の領域の前 記クラッドに欠除部を有する光導波路を製造する工程と、
    前記光導波路を前記支持体に取り付ける工程と、
    前記欠除部を介して、前記光素子の前記電極端子部を外部に取り出す工程と
    を有することを特徴とする、光結合装置の製造方法。
  15. 基体上に前記クラッドと前記コアとの積層体を形成する工程と、前記クラッドに前記欠除部を形成する工程とを有する、請求項14に記載した光結合装置の製造方法。
  16. 前記クラッドの前記欠除部を前記コアの側方に並置して形成した後、この並置方向において前記欠除部を含む位置で切断して、少なくとも前記コアに光反射性の傾斜面を形成し、前記切断後に前記積層体を前記基体から分離する、請求項15に記載した光結合装置の製造方法。
  17. 複数の前記光素子に対応して配置される複数の前記コア間の前記クラッドを欠除する、請求項14に記載した光結合装置の製造方法。
  18. 前記光素子の発光又は受光部に対向して少なくとも前記コアに前記傾斜面を形成する、請求項16に記載した光結合装置の製造方法。
  19. 前記クラッドの前記欠除部を、前記支持体に設けられた凸部に凹凸嵌合させる、請求項14に記載した光結合装置の製造方法。
  20. 前記凹凸嵌合によって前記光導波路を前記光素子に対し調芯する、請求項19に記載した光結合装置の製造方法。
  21. 前記クラッドの前記欠除部を介して前記電極端子部をワイヤボンドによって外部に接続する、請求項14に記載した光結合装置の製造方法。
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