JP2006267501A - サブマウントの製造方法、サブマウント、及び光送受信モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン基板50の主面にRIEにより凹凸を形成し、サブマウントの原盤52を作製する。この原盤52の凹凸形成面に液状シリコーンゴムを塗布又は注型し、硬化させる。その後、シリコーン樹脂層54Aを剥離すると、サブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成されたシリコーン樹脂製の鋳型54が得られる。液状シリコーンゴムの密着性と剥離性とにより、原盤52の凹凸が正確に写し取られる。次に、この鋳型54に紫外線硬化樹脂を充填し、紫外線照射により硬化させる。硬化樹脂層56を鋳型54から剥離すると、サブマウント表面の凹凸が複製される。この複製物を個々のサブマウントにダイシングすることで、表面に凹凸が形成された紫外線硬化樹脂製のサブマウント58が得られる。
【選択図】図1
Description
本発明のサブマウントの製造方法は、(1)サブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成された鋳型を作製する鋳型作製工程、(2)作製された鋳型に硬化性材料を充填する充填工程、(3)充填された前記硬化性材料を硬化させる硬化工程、(4)複製されたサブマウントを前記鋳型から剥離する剥離工程、とを有している。
次に、「シリコーン樹脂を用いた複製法」の全体像を、図1を参照して説明する。図1(A)はシリコン基板50を示す。このシリコン基板50の主面にRIEにより凹凸を形成し、サブマウントの原盤52を作製する(図1(B)参照)。RIE等の精密加工技術を用いることで、サブマウントの原盤52が精密に作製される。この原盤にはサブマウント複数個分の凹凸が形成されており、この原盤を用いて複数個のサブマウントを一度に複製することができる。
上記ではRIEを用いてシリコン基板をエッチングしサブマウントの原盤を作製する例について説明したが、原盤の材料としては、シリコン基板の外に、石英ガラス基板等のガラス基板、ニッケル(Ni)基板等の金属基板を用いることができる。原盤の作製には、従来の方法、例えばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。ミラー面の作製には、ダイシングを用いることもできる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法(特願2002−10240号)も、原盤を作製するのに適用できる。
「シリコーン樹脂を用いた複製法」では、上述した通り、作製された原盤の凹凸形成面に、液状シリコーンゴムを塗布したり注型し、必要に応じ乾燥処理をした後、硬化処理を行って、シリコーン樹脂層を形成する。その後、シリコーン樹脂層を原盤から剥離して、サブマウントの表面形状を型取った鋳型を作製する。
「シリコーン樹脂を用いた複製法」では、上述した通り、サブマウントの表面形状を型取った鋳型に、サブマウント形成用の紫外線硬化性樹脂を充填し、充填された樹脂を硬化させた後、硬化樹脂層を鋳型から剥離することで、表面に凹凸が形成されたサブマウントを複製する。
次に、「スタンパー法」の全体像を、図2を参照して説明する。「スタンパー法」では、鋳型を「スタンパー」として使用する。図2(A)はシリコン基板60を示す。このシリコン基板60の主面にRIEにより凹凸を形成し、シリコン製の鋳型62を作製する(図2(B)参照)。この鋳型にはサブマウント複数個分の凹凸が形成されており、この鋳型を用いて複数個のサブマウントを一度に複製することができる。RIE等の精密加工技術を用いることで、サブマウントの凹凸を正確に写し取った鋳型62が精密に作製される。これらの工程が「鋳型作製工程」に相当する。
上記ではRIEを用いてシリコン基板をエッチングしスタンパーを作製する例について説明したが、スタンパーの材料としては、シリコン基板の外に、石英ガラス基板等のガラス基板、ニッケル(Ni)基板等の金属基板を用いることができる。スタンパーの作製には、従来の方法、例えばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法(特願2002−10240号)も、スタンパーを作製するのに適用できる。フォトリソグラフィー及びRIEを用いることで鋳型の作製精度が向上する。
「スタンパー法」では、上述した通り、サブマウントの表面形状を型取ったスタンパーに、サブマウント形成用の熱可塑性樹脂を密着させ、加熱しながら加圧した後、常温まで放冷して硬化させ、硬化樹脂層を鋳型から剥離することで、表面に凹凸が形成されたサブマウントを複製する。
図3は、本発明の製造方法で製造されたサブマウントを用いた、本実施の形態に係る光送受信モジュールの概略構成図である。
次に、図5(A)〜(C)を参照して、高分子光導波路フィルム10の構造について説明する。図5(A)は高分子光導波路フィルム10端部の斜視図であり、図5(B)は図5(A)のA−A断面図(光導波路の光軸に沿った断面図)であり、図5(C)は図5(B)のB−B断面図である。
光導波路コアに対応する凸部を形成した原盤の作製には、従来の方法、例えばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法により高分子光導波路を作製する方法(特願2002−10240号)も、原盤を作製するのに適用できる。原盤に形成される光導波路に対応する凸部の大きさは高分子光導波路の用途等に応じて適宜決められる。例えばシングルモード用の光導波路の場合には、10μm角程度のコアを、マルチモード用の光導波路の場合には、50〜100μm角程度のコアが一般的に用いられるが、用途によっては数百μm程度とさらに大きなコア部を持つ光導波路も利用される。
鋳型の作製の一例として、前記のようにして作製した原盤の凸部形成面に、鋳型形成用硬化性樹脂を塗布したり注型するなどの方法により鋳型形成用硬化性樹脂の層を形成した後、必要に応じ乾燥処理をし、硬化処理を行い、その後硬化樹脂層を原盤から剥離して前記凸部に対応する凹部が形成された型をとり、その型に凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔を形成する方法が挙げられる。前記連通孔は、例えば前記型を所定形状に打ち抜くことにより形成できる。打ち抜いた貫通孔の場合であっても、鋳型とクラッド用フィルム基材との密着性がよく、鋳型凹部以外にクラッド用フィルム基材との間に空隙が形成されないため、凹部以外にコア形成用硬化性樹脂が浸透する虞はない。
次に、図7及び図8を参照して、サブマウント22を備えた光送受信部12の構成について説明する。なお、サブマウント24はサブマウント22と同じ構成であり、光送受信部14は光送受信部12と同じ構成となるため、サブマウント24及び光送受信部14については説明を省略する。
次に、図7を参照して、本実施の形態に係る光送受信モジュールの動作について説明する。図7は、光送受信モジュールの構成を模式的に表した図である。ここでは、光送受信部12から光信号を送信するための光導波路を送信用光導波路とし、光送受信部12により光信号を受信するための光導波路を受信用光導波路として説明する。
また、図10、図11(A)〜(C)に、本発明の製造方法で製造されたサブマウントを用いた、他の光送受信モジュールの構成を図示する。この変形例に係る光送受信モジュールは、図示するように、ベルト状の高分子光導波路フィルム310と、高分子光導波路フィルム310に形成された光導波路を介して光信号を送受信する光送受信部312、314とで構成されている。光送受信部312は、発光素子である面発光型半導体レーザダイオード(LD)332、受光素子であるフォトダイオード(PD)334、及びサブマウント322を備えており、高分子光導波路フィルム310の一方の端部はサブマウント322上に保持されている。また、光送受信部314は、LD332、PD334、及びサブマウント324を備えており、高分子光導波路フィルム310の他方の端部はサブマウント324上に保持されている。
上記の実施の形態では、発光素子及び受光素子の両方を実装した光送受信部の間で双方向の光通信を行う光送受信モジュールについて説明したが、発光素子を備えた光送信部と受光素子を備えた光受信部との間で一方向の光通信を行う光送受信モジュールとしてもよい。
実施例1は、樹脂製のサブマウントを「シリコーン樹脂を用いた複製法」で作製し、図3に示す光送受信モジュールを作製した実施例である。
Si基板に厚膜レジスト(マイクロケミカル(株)製、SU−8)をスピンコート法で塗布した後、80℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像して、4本の、断面が正方形の凸部(幅:50μm、高さ:50μm、長さ:80mm)を形成した。凸部と凸部の間隔は250μmとした。次に、これを120℃でポストベークして、高分子光導波路作製用原盤を作製した。
次に、厚さ600μmのSi基板に発光素子及び受光素子を取り付ける2カ所の凹部をRIE法で形成した。凹部の深さは250μmである。さらに、高分子光導波路フイルムを取り付けるために、高分子光導波路フイルムの垂直切断面を突き当てる当接面を備えた深さ50μmの切り欠きをRIE法で形成した。この凹部及び切り欠きが形成されたSi製のマスター基板を、サブマウントの原盤とした。この原盤にはサブマウント複数個分の凹部及び切り欠きが形成されており、この原盤を用いて複数個のサブマウントを一度に複製することができる。
サブマウントAの発光素子用の凹部にSn−Auハンダを挟んでVCSEL素子(富士ゼロックス社製)を載置すると共に、受光素子用の凹部にSn−Auハンダを挟んでフォトダイオード素子を載置し、250℃に加熱することでサブマウントAの所定の凹部にVCSEL素子及びフォトダイオード素子を各々固定した。これにより、VCSEL素子及びフォトダイオード素子の各々の下部電極が電極パッドと電気的に接続された。その後、VCSEL素子の上部電極と電極パッド、フォトダイオード素子の上部電極と電極パッドの間をAuワイヤーを用いてボンディングした。
サンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー社製、Agilent 86100C)とパルスパターン・ジェネレータとを用い、実施例1の双方向光送受信モジュールについて光送受信の性能を評価したところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
実施例2は、樹脂製のサブマウントを「シリコーン樹脂を用いた複製法」で作製し、図10に示す光送受信モジュールを作製した実施例である。
Si基板に厚膜レジスト(マイクロケミカル(株)製、SU−8)をスピンコート法で塗布した後、80℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像して、4本の、断面が正方形の凸部(幅:50μm、高さ:50μm、長さ:80mm)を形成した。凸部と凸部の間隔は250μmとした。次に、これを120℃でポストベークして、高分子光導波路作製用原盤を作製した。
厚さ600μmのSi基板に高分子光導波路フイルムを取り付ける載置面をRIE法で形成した。電極が形成される基板面と載置面との段差は250μmである。更に、厚さ200μmの45度角度付きブレードを用いて切り込みを入れ、基板面と載置面との間に45°傾斜面を形成した。この載置面及び傾斜面が形成されたSi製のマスター基板を、サブマウントの原盤とした。この原盤にはサブマウント複数個分の載置面及び傾斜面が形成されており、この原盤を用いて複数個のサブマウントを一度に複製することができる。
高分子光導波路フイルムの両端部の各々を、位置合せを行った後、異なるサブマウントBの載置面に載置し、サブマウントBのミラー面の上方に、VCSEL素子(富士ゼロックス社製)を載置すると共に、フォトダイオード素子を載置した。そして、高分子光導波路フイルム、VCSEL素子、及びフォトダイオード素子を、コア用の紫外線硬化性樹脂を用いてサブマウントBに固定した。
サンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー社製、Agilent 86100C)とパルスパターン・ジェネレータとを用い、実施例2の双方向光送受信モジュールについて光送受信の性能を評価したところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
実施例3は、樹脂製のサブマウントを「スタンパー法」で作製し、図3に示す光送受信モジュールを作製した実施例である。以下に説明する通り、サブマウントを「スタンパー法」で作製した以外は、実施例1と同様の方法で光送受信モジュールを作製した。
実施例1と同様にしてSi製のマスター基板を作製した。このマスター基板をスタンパー(鋳型)として用い、熱可塑性のバルク・モールディング・コンパウンド(BMC)樹脂をスタンパーに密着させ、100Nの加圧下、250℃で2分間加熱し、その後、放冷してエポキシ樹脂を硬化させた後、硬化層をスタンパーから剥離して、表面にスタンパーの凹凸に対応する凹凸が形成された硬化樹脂層(型の厚さ:5mm)を作製した。
サブマウントCを用い、実施例1と同様にして実装を行い、一対の光送受信部と高分子光導波路フイルムとを備えた実施例3の双方向光送受信モジュールが得られた。
サンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー社製、Agilent 86100C)とパルスパターン・ジェネレータとを用い、実施例3の双方向光送受信モジュールについて光送受信の性能を評価したところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
実施例4は、樹脂製のサブマウントを「スタンパー法」で作製し、図10に示す光送受信モジュールを作製した実施例である。以下に説明する通り、サブマウントを「スタンパー法」で作製した以外は、実施例2と同様の方法で光送受信モジュールを作製した。
実施例2と同様にしてSi製のマスター基板を作製した。このマスター基板をスタンパー(鋳型)として用い、熱可塑性のバルク・モールディング・コンパウンド(BMC)樹脂をスタンパーに密着させ、100Nの加圧下、250℃で2分間加熱し、その後、放冷してエポキシ樹脂を硬化させた後、硬化層をスタンパーから剥離して、表面にスタンパーの凹凸に対応する凹凸が形成された硬化樹脂層(型の厚さ:5mm)を作製した。
サブマウントDを用い、実施例2と同様にして実装を行い、一対の光送受信部と高分子光導波路フイルムとを備えた実施例4の双方向光送受信モジュールが得られた。
サンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー社製、Agilent 86100C)とパルスパターン・ジェネレータとを用い、実施例4の双方向光送受信モジュールについて光送受信の性能を評価したところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
実施例5は、ガラス製のサブマウントを「スタンパー法」で作製し、図3に示す光送受信モジュールを作製した実施例である。以下に説明する通り、ガラス製のサブマウントを金属の金型を用いた「スタンパー法」で作製した以外は、実施例3と同様の方法で光送受信モジュールを作製した。
マスター基板として、発光素子及び受光素子を取り付ける深さは250μmの凹部と、高分子光導波路フイルムを取り付ける深さ50μmの切り欠きとを備えたNi製の金型(マスター基板)を鋳造した。この金型をスタンパー(鋳型)として用い、低融点ガラス(住田光学ガラス社製、「K−PG375」(ヴィドロン)、Tg:343℃、屈伏点:363℃)をスタンパーに密着させ、加圧下、375℃で5分間加熱し、その後、放冷して低融点ガラスを硬化させた後、硬化ガラス層をスタンパーから剥離して、表面にスタンパーの凹凸に対応する凹凸が形成された硬化ガラス層(型の厚さ:5mm)を作製した。
サブマウントEを用い、実施例1と同様にして実装を行い、一対の光送受信部と高分子光導波路フイルムとを備えた実施例5の双方向光送受信モジュールが得られた。
サンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー社製、Agilent 86100C)とパルスパターン・ジェネレータとを用い、実施例5の双方向光送受信モジュールについて光送受信の性能を評価したところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
10a 突き当て面
10b ミラー面
10c フィルム面
12、14 光送受信部
16、20 クラッド部
18 コア部
22、24 サブマウント
26a 当接面
26b 載置面
28 凹部
30a〜30d 電極膜
32a 発光部
34a 受光部
36 接着剤
38a、38b ワイヤー
40a〜40d 電極膜
42a〜42d ワイヤー
100 原盤
200a 硬化樹脂層
200 鋳型
220 鋳型凹部
260、280 貫通孔
300 クラッド用可撓性フィルム基材
320 コア部
Claims (19)
- サブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成された鋳型を作製し、作製された鋳型に硬化性材料を充填し、充填された前記硬化性材料を硬化させ、複製されたサブマウントを前記鋳型から剥離して、サブマウントを製造するサブマウントの製造方法。
- 前記鋳型を、液状シリコーンゴムをサブマウントの原盤上で硬化させて作製する請求項1に記載のサブマウントの製造方法。
- 前記鋳型を、シリコン基板をエッチングして作製する請求項1に記載のサブマウントの製造方法。
- 前記鋳型を、金属を鋳造して作製する請求項1に記載のサブマウントの製造方法。
- 前記硬化性材料が、耐熱性樹脂である請求項1乃至4のいずれか1項に記載のサブマウントの製造方法。
- 前記硬化性材料が、光硬化性の耐熱性樹脂である請求項1乃至3のいずれか1項に記載のサブマウントの製造方法。
- 前記硬化性材料が、熱可塑性の耐熱性樹脂である請求項1乃至4のいずれか1項に記載のサブマウントの製造方法。
- 前記耐熱性樹脂が、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂である請求項5乃至7のいずれか1項に記載のサブマウントの製造方法。
- 前記硬化性材料が、加熱により溶融する低融点ガラスである請求項4に記載のサブマウントの製造方法。
- 前記硬化性材料が、SiO2,B2O3を主要成分とする硬質ガラスである請求項4に記載のサブマウントの製造方法。
- 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法で製造されたサブマウント。
- 光導波路が形成されたベルト状の高分子光導波路フィルムと、
発光素子と該発光素子を保持するサブマウントとを備え、前記発光素子から射出された光が前記光導波路の入射端面に結合されるように、前記サブマウント上に前記高分子光導波路フィルムの一方の端部を保持する光送信部と、
受光素子と該受光素子を保持するサブマウントとを備え、前記光導波路の出射端面から射出された光が前記受光素子に受光されるように、前記サブマウント上に前記高分子光導波路フィルムの他方の端部を保持する光受信部と、
を備え、
前記サブマウントが請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法で製造されたサブマウントである光送受信モジュール。 - 送信用光導波路と受信用光導波路とが形成されたベルト状の高分子光導波路フィルムと、
前記高分子光導波路フィルムの両端部の各々に応じて設けられ、発光素子と受光素子と該発光素子及び受光素子を保持するサブマウントとを備え、前記発光素子から射出された光が前記送信用光導波路の入射端面に結合されると共に、前記受信用光導波路の出射端面から射出された光が前記受光素子に受光されるように、前記サブマウント上に前記高分子光導波路フィルムの端部を保持する光送受信部と、
を備え、
前記サブマウントが請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法で製造されたサブマウントである光送受信モジュール。 - 前記高分子光導波路フィルムは、同一端部に光路変換ミラー面と位置合わせ面とを有し、該位置合わせ面を利用して前記サブマウント上の所定位置に実装される請求項12又は13に記載の光送受信モジュール。
- 光導波路が形成されたベルト状の高分子光導波路フィルムと、
入射された光の光路を変換する反射面を備えたサブマウントと発光素子とを備え、前記サブマウント上に前記高分子光導波路フィルムの一方の端部を載置すると共に、前記発光素子から射出された光が前記反射面で光路を変換されて前記光導波路の入射端面に結合されるように前記発光素子を配置した光送信部と、
入射された光の光路を変換する反射面を備えたサブマウントと受光素子とを備え、前記サブマウント上に前記高分子光導波路フィルムの他方の端部を載置すると共に、前記光導波路の出射端面から射出された光が前記反射面で光路を変換されて前記受光素子に受光されるように前記受光素子を配置した光受信部と、
を備え、
前記サブマウントが請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法で製造されたサブマウントである光送受信モジュール。 - 送信用光導波路と受信用光導波路とが形成されたベルト状の高分子光導波路フィルムと、
前記高分子光導波路フィルムの両端部の各々に応じて設けられ、発光素子と受光素子と入射された光の光路を変換する反射面を備えたサブマウントとを備え、前記サブマウント上に前記高分子光導波路フィルムの端部を載置すると共に、前記発光素子から射出された光が前記反射面で光路を変換されて前記送信用光導波路の入射端面に結合されるように前記発光素子を配置し、且つ前記受信用光導波路の出射端面から射出された光が前記反射面で光路を変換されて前記受光素子に受光されるように前記受光素子を配置した光送受信部と、
を備え、
前記サブマウントが請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法で製造されたサブマウントである光送受信モジュール。 - 前記反射面は、光進行方向を90°折り曲げる45°ミラー面である請求項15又は16に記載の光送受信モジュール。
- 前記光導波路のコア部は、シリコーンゴム又はシリコーン樹脂製の鋳型を用いて複製された請求項12乃至17のいずれか1項に記載の光送受信モジュール。
- 前記サブマウント上に電気配線のための電極パターンが形成された請求項12乃至17のいずれか1項に記載の光送受信モジュール。
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