JP2007093740A

JP2007093740A - 光導波路デバイス

Info

Publication number: JP2007093740A
Application number: JP2005279988A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ishikawa; 貴啓石川; Yoichi Itagaki; 洋一板垣
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-04-12
Also published as: CN101243340A; WO2007037051A1; KR20080026212A; US20090116795A1; EP1930754A1

Abstract

【課題】装置間における高速通信と従来の電気通信とを低コストで容易に実現する配線技術を提供する。
【解決手段】光導波路デバイス１００は、コア部１２とクラッド部１３による光ケーブルがフィルム基板１１上に延在され、コア部１２と光学的に結合する光電変換素子１５が設けられ、かつこの光電変換素子１５に電気的に接続された金属配線１４が光ガイド方向終端に向けて延在されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気通信を高速に伝送する光導波路デバイスに関する。

近年、ネットワークの基幹サーバから各家庭のＰＣ（Personal Computer）などを含む様々なデータ処理装置においては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの開発が進み、演算処理の高速化、扱うデータの大容量化が進んでいる。

このため、その装置内部の基板などにおけるデータ転送などの高速通信が必要な場合においては、従来のメタリックケーブルによる通信に代わって、低損失で広帯域の通信が可能な光通信で行うものがある。

例えば、非特許文献１には、コアの終端部分に４５°ミラーを設け、そのミラーから入射する光をコアの延在方向に導波させる光導波フィルムと、基板上に備えられた光電変換素子であるＶＣＳＥＬ素子からの光がコア内に入射する位置に光導波フィルムを配置するモジュールに関する技術が示されている。非特許文献１の技術では、基板間との通信を光配線である光導波路フィルムによる光通信で行うことができる。
大津茂美、清水敬司、谷田和敏、圷英一、「高分子導波路を用いたＶＣＳＥＬモジュール」、２００４年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、２００４年、ｐ．１４９

しかしながら、上述した従来技術である非特許文献１に開示された構成では、基板間で光通信を利用して高速に行う場合、基板間を接続する際におけるＰＤやＶＣＳＥＬとフィルム導波路との位置合わせなど、アセンブリが複雑であり、コストがかかるものであった。

本発明は、上記の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、基板間で光通信を利用した高速データ通信を低コストで容易に実現する技術を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、クラッド部及びその内部にコア部が設けられてなる光ケーブルがフィルム基板上に光ガイド方向に延在され、前記フィルム基板に、前記コア部と光学的に結合する光電変換素子が搭載され、且つこの光電変換素子に電気的に接続された金属配線が前記フィルム基板の前記光ガイド方向終端に向けて延在されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光電変換素子は、前記フィルム基板における前記光ケーブルが延在された側の面と同じ側の面に搭載されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光電変換素子は、前記フィルム基板における前記光ケーブルが延在された側の面とは反対側の面に搭載され、前記光ケーブルと前記コア部とが前記フィルム基板を介して光学的に結合されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記金属配線は、前記フィルム基板における前記光ケーブルが延在された側の面と同じ側の面に延在されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記金属配線は、前記フィルム基板における前記光ケーブルが延在された側の面とは反対側の面に延在されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、前記コア部の前記光電変換素子との光結合部に、前記コア部の光ガイド方向の横断方向に光を反射する終端ミラーが形成されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記終端ミラーは、前記コア部の終端面に光ガイド方向の横断面に対して傾斜して形成され、クラッド部の外部に露出する傾斜面であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発明において、前記光電変換素子及び金属配線は、前記フィルム基板の前記光ガイド方向終端のそれぞれに設けられていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記フィルム基板の前記光ガイド方向終端の一方の光電変換素子は発光素子であり、その他方の光電変換素子は受光素子であることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の発明において、前記コア部は、分波回路を介して分岐されており、分岐されたコア部のそれぞれに光電変換素子が光学的に結合され、前記各光電変換素子に前記金属配線が施されていることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発明において、前記フィルム基板及び／又はクラッド部の外面には、前記フィルム基板の前記光ガイド方向両終端間に亘って延在する金属配線が施されていることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発明において、前記光ケーブルはフィルム状に形成されていることを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の発明において、前記光電変換素子は、フリップチップ接続により搭載されることを特徴とする。

本発明によれば、クラッド部及びその内部にコア部が設けられてなる光ケーブルがフィルム基板上に光ガイド方向に延在され、コア部と光学的に結合する光電変換素子が搭載され、且つこの光電変換素子に電気的に接続された金属配線がフィルム基板の光ガイド方向終端に向けて延在されている光導波路デバイスである。したがって、この光導波路デバイスの端部と装置との接続は従来からのコネクタなどを介した電気的な接続でよく、光電変換素子と光ケーブルとのアライメントなどを行う必要がないためアセンブリが容易であり、低コストで行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明するが、この発明はこの実施の形態に限定されない。また、この発明の実施の形態は発明の最も好ましい形態を示すものであり、発明の用語や用途などをこれに限定しない。

図１（ａ）は、本発明である光導波路デバイス１００の一端側の外観を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、光導波路デバイス１００における領域Ａの斜視図であり、図２は、光導波路デバイス１００のＹ１−Ｙ２方向の断面図であり、図３は、光導波路デバイス１００による基板間の接続を例示する図であり、図４は、ＶＣＳＥＬ１５ａ、ＰＤ１５ｂを備える光導波路デバイス１０１の構成を例示する斜視図であり、図５は、光導波路デバイス１００のＹ１−Ｙ２方向の断面図である。

図１に示すように、光導波路デバイス１００は、フィルム基板１１、コア部１２、クラッド部１３、金属配線１４及び光電変換素子１５からなる。なお、光導波路デバイス１００は延在方向に対して対称な構造であるため、他端側の構成は省略する。

フィルム基板１１は、例えば、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などからなる樹脂フィルムである。コア部１２及びクラッド部１３は、光透過性を有する高分子樹脂材料からなり、例えばエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、イミド系樹脂等から構成される。この高分子樹脂材料は、はんだバンプのリフロー時における耐熱性を有するものであり、より好適には、熱膨張係数が低いものがよい。

コア部１２は、図１（ｂ）に示すように、フィルム基板１１の一面であるＺ１方向の面に積層された下部クラッド部１３ａ上に光ガイド方向である光導波路デバイス１００の延在方向（図示例ではＹ１−Ｙ２方向）へ形成され、上部クラッド部１３ｂがそのコア部１２を覆うように積層されている。つまり、コア部１２は、下部クラッド部１３ａ、上部クラッド部１３ｂによりクラッド部１３の内部に埋設されている。コア部１２における光の屈折率は、クラッド部１３における光の屈折率より高く、また、空気における光の屈折率より高い。したがって、コア部１２の内部において、光は、光導波路デバイス１００の延在方向に全反射しながら伝播する。

このフィルム基板１１の一面におけるコア部１２、クラッド部１３の形成は、フィルム基板１１の一面に下部クラッド部１３ａのラミネート後にコアフィルムをラミネートし、パターンマスクでのフォトリソグラフィによる紫外線照射後の現像でコア部１２を形成し、上部クラッド部１３ｂをラミネートするフィルムラミネート法や、フィルム基板１１の一面に下部クラッド部１３ａと、その下部クラッド部１３ａ上にコアと同じ屈折率に成分調整された樹脂層をスピンコート法などで積層し、パターンマスクを用いたフォトリソグラフィによりその樹脂層にコア部１２のパターンを形成し、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置などでその形成されたコア部１２のパターンを残して下部クラッド部１３ａが露出するまでドライエッチング処理を行い、さらに上部クラッド部１３ｂをスピンコートして積層する方法などで行う。

金属配線１４は、パターンマスクを用いた真空蒸着法やスパッタリング法などの真空成膜法、電解メッキ法や無電解メッキ法又は銀ペーストなどによりＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ等でクラッド部１３上にコーティングされた電気配線である。金属配線１４は、光導波路デバイス１００の延在方向（図示例ではＹ２−Ｙ１方向）へ形成され、光導波路デバイス１００の一端近傍と他端近傍（図示例ではＹ２−Ｙ１方向における光導波路デバイス１００の両端）とを接続する金属配線１４１、１４２、１４５、１４６と、光電変換素子１５へ電気信号を伝送する金属配線１４３、１４４からなる。

光電変換素子１５は、光導波路デバイス１００の延在方向手前の端部付近に設けられたＶＣＳＥＬやＰＤなどであり、外部から供給された電気信号に応じた発光や、受光した光を電気信号に変換する素子である。光電変換素子１５は、図２に示すように、発光／受光する面をフィルム方向に向け（図示例ではＺ２方向）、クラッド部１３上に形成された金属配線１４とはんだバンプ１７を用いてフリップチップ実装される。

この光電変換素子１５の発光／受光面と相対するフィルム面には、図２（ａ）に示すように、光電変換素子１５この光電変換素子１５からの光をコア部１２内を伝播させる方向（図示例ではＹ１方向）へ反射させる、又はコア部１２を伝播する光を光電変換素子１５へ反射させる終端ミラー１６が形成される。具体的には、終端ミラー１６は、コア部１２に対する４５°ミラーである。

終端ミラー１６の形成は、コア部１２、クラッド部１３の形成の後、ダイシングソーやレーザー加工装置などによる加工処理や、液相エッチング又は気相エッチング処理による溶解処理により行う。なお、形成した反射面には、前述した金属配線１４の形成時にコーティングしてもよい。また、終端ミラー１６の形成は、図２（ａ）に示すように、光電変換素子１５を有する面側に形成する構成だけでなく、図２（ｂ）に示すように、光電変換素子１５と反対側の面に形成する構成であってもよい。

光導波路デバイス１００と基板２１との接続は、図３に示すように、基板２１の回路に接続した金属端子を内部に有する接続コネクタ２２に、光導波路デバイス１００の金属配線１４を有する端部側を挿入して接続する。なお、接続コネクタ２２の挿入口の幅Ｌ２と光導波路デバイス１００の金属配線１４を有する端部の幅Ｌ１とは、幅Ｌ１が幅Ｌ２より大きくなることなくほぼ同一であり、遊び幅は光導波路デバイス１００を装着した際に接続コネクタ２２の内部にある金属端子と金属配線１４との接続がずれない程度に予め調整される。

なお、本実施の形態における記述は、本発明の一例を示すものであり、これに限定しない。本発明における光導波路デバイス１００の細部構成に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、光導波路デバイス１００の変形例としては、図４に示すような光導波路デバイス１０１であってもよい。光導波路デバイス１０１では、コア部１２は分波回路１２ｃによりコア部１２ａ、１２ｂに分岐し、コア部１２ａにＶＣＳＥＬ１５ａが接続し、コア部１２ｂにＰＤ１５ｂが接続する。このため、一つのコア部１２で双方向の光通信を行うことができる。さらに、コア部１２は、ブラック反射などを利用した公知の光学フィルタを備え、ＷＤＭ（Wavelength Divison Multiplexing）を行う構成であってもよい。

また、金属配線１４は、クラッド部１３上に形成される構成以外に、図５に示すように、フィルム基板１１における他の面（図示例ではＺ２方向の面）に形成される構成であってよい。この場合、金属配線１４と光電変換素子１５とは、図５（ａ）に示すように、Ｖｉａを介してはんだバンプ１７で接続する。

同様に、光電変換素子１５は、図５（ｂ）に示すように、フィルム基板１１における他の面（図示例ではＺ２方向の面）に設ける構成であって良い。この場合、特に図示しないが、クラッド部１３上に形成された金属配線１４とフィルム基板１１における他の面に設けられた光電変換素子１５とをＶｉａで接続する構成であっても良い。

以上のように、光導波路デバイス１００は、コア部１２とクラッド部１３による光ケーブルがフィルム基板１１上に延在され、コア部１２と光学的に結合する光電変換素子１５が設けられ、かつこの光電変換素子１５に電気的に接続された金属配線１４が光ガイド方向終端に向けて延在されている構成である。

このため、光導波路デバイス１００は、光ガイド方向終端における装置との接続を従来からの金属配線１４のみでアセンブリを容易に行うことができ、光電変換素子１５とコア部１２とのアライメントを行う必要がなく光通信を行うことができるため、装置間における光通信を低コストで容易に実現することができる。

また、光導波路デバイス１００は、光電変換素子１５や金属配線１４を設ける面がフィルム基板１１上に形成されたクラッド部１３や、フィルム基板１１のいずれの面であってもよいため、レイアウトを自在にすることができる。

また、光導波路デバイス１００は、コア部１２の光ガイド方向の横断方向に光を反射する終端ミラー１６が形成されているため、光ガイド方向に光電変換素子１５の受光／発光面を向ける必要がなく、光電変換素子１５の搭載をフィルム上で容易に行うことができる。

また、光導波路デバイス１００は、終端ミラー１６が横断方向に傾斜して外部に露出する傾斜面であるため、ダイシングソーなどによる加工で容易に作成することができる。

また、光導波路デバイス１００は、光電変換素子１５及び金属配線１４が光導波路デバイス１００による光ガイド方向終端のそれぞれに設けられる構成であるため、両方の基板間の接続を従来のコネクタなどを介した電気的な接続で容易に行うことができる。

また、光導波路デバイス１００は、コア部１２の途上に分波回路１２ｃを備え、その分波回路１２ｃにより分岐する構成であるため、送受信を一本のコア部１２で行うことができる。

また、光導波路デバイス１００は、金属配線１４がフィルム基板１１及び／又はクラッド部１３の外面において、光ガイド方向両終端に亘って延在する構成であるため、両端で接続する装置間では通常の電気通信も行うことができる。

また、光導波路デバイス１００は、フィルム基板１１上においてクラッド部１３及びコア部１２がフィルム状に形成されるため、取り回しを自在にすることができる。

また、光導波路デバイス１００は、光電変換素子１５をフリップチップ接続により搭載する構成であるため、ワイヤのための余分なスペースを取ることがない。

（ａ）は、本発明である光導波路デバイス１００の一端側の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、光導波路デバイス１００における領域Ａの斜視図である。（ａ）は、光導波路デバイス１００の光電変換素子１５におけるＹ１−Ｙ２方向の断面図であり、（ｂ）は、光導波路デバイス１００の光電変換素子１５におけるＹ１−Ｙ２方向の断面図である。光導波路デバイス１００による基板間の接続を例示する外観斜視図である。変形例である光導波路デバイス１０１を例示する斜視図である。（ａ）は、光電変換素子１５におけるＹ１−Ｙ２方向方向の断面図であり、（ｂ）は、光電変換素子１５におけるＹ１−Ｙ２方向方向の断面図である。

符号の説明

１００、１０１光導波路デバイス
１１フィルム基板
１２、１２ａ、１２ｂコア部
１３クラッド部
１３ａ下部クラッド部
１３ｂ上部クラッド部
１４、１４１〜１４６金属配線
１５光電変換素子
１５ａＶＣＳＥＬ
１５ｂＰＤ
１６終端ミラー
１７はんだバンプ
２１基板
２２接続コネクタ
Ａ領域
Ｌ１、Ｌ２幅

Claims

クラッド部及びその内部にコア部が設けられてなる光ケーブルがフィルム基板上に光ガイド方向に延在され、
前記フィルム基板に、前記コア部と光学的に結合する光電変換素子が搭載され、且つこの光電変換素子に電気的に接続された金属配線が前記フィルム基板の前記光ガイド方向終端に向けて延在されていることを特徴とする光導波路デバイス。
前記光電変換素子は、前記フィルム基板における前記光ケーブルが延在された側の面と同じ側の面に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイス。
前記光電変換素子は、前記フィルム基板における前記光ケーブルが延在された側の面とは反対側の面に搭載され、前記光ケーブルと前記コア部とが前記フィルム基板を介して光学的に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイス。
前記金属配線は、前記フィルム基板における前記光ケーブルが延在された側の面と同じ側の面に延在されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
前記金属配線は、前記フィルム基板における前記光ケーブルが延在された側の面とは反対側の面に延在されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
前記コア部の前記光電変換素子との光結合部に、前記コア部の光ガイド方向の横断方向に光を反射する終端ミラーが形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
前記終端ミラーは、前記コア部の終端面に光ガイド方向の横断面に対して傾斜して形成され、クラッド部の外部に露出する傾斜面であることを特徴とする請求項６に記載の光導波路デバイス。
前記光電変換素子及び金属配線は、前記フィルム基板の前記光ガイド方向終端のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
前記フィルム基板の前記光ガイド方向終端の一方の光電変換素子は発光素子であり、その他方の光電変換素子は受光素子であることを特徴とする請求項８に記載の光導波路デバイス。
前記コア部は、分波回路を介して分岐されており、分岐されたコア部のそれぞれに光電変換素子が光学的に結合され、前記各光電変換素子に前記金属配線が施されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
前記フィルム基板及び／又はクラッド部の外面には、前記フィルム基板の前記光ガイド方向両終端間に亘って延在する金属配線が施されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
前記光ケーブルはフィルム状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
前記光電変換素子は、フリップチップ接続により搭載されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。