JP2008090218A - Optical element module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光素子モジュール、特に、光導波路と光学的に接続された光素子を備えたモジュールに関する。 The present invention relates to an optical element module, and more particularly to a module including an optical element optically connected to an optical waveguide.
携帯電話、デジタルカメラ、携帯用ゲーム機をはじめとするモバイル情報家電分野の機器では、取り扱うデータの情報量が近年ますます増大している。この取り扱う情報量の増大に伴って、機器内部では、非常に高速なデータのやり取りが必要となってきている。しかしながら、金属を用いた電気配線では、伝送速度が遅く、電気信号が遅れて伝わったり、配線間における電気信号の相互干渉によってノイズが発生しやすいなどの問題がある。特に、近年では、機器の小型・軽量化の要求に応じて、配線を高密度化することが求められているが、高密度な配線になるほど、配線間における電気信号の相互干渉は大きくなるので、この問題はますます深刻なものになる。 In the mobile information home appliances field such as mobile phones, digital cameras, and portable game machines, the amount of data handled is increasing in recent years. As the amount of information handled increases, very high-speed data exchange is required inside the device. However, the electrical wiring using metal has a problem that the transmission speed is low, the electrical signal is transmitted with a delay, and noise is easily generated due to the mutual interference of the electrical signals between the wirings. In particular, in recent years, it has been required to increase the density of wiring in response to demands for smaller and lighter devices, but the higher the density of wiring, the greater the mutual interference of electrical signals between the wirings. This problem becomes more and more serious.
この問題を解決する手法として、光配線を利用した光回路実装技術または光モジュールが注目されている。光モジュールは、基板と、基板上に実装された光素子と、光導波路とから構成され、光信号は、発光素子から受光素子へ光導波路を介して伝送される。このような光信号を用いた光モジュールでは、GHzレベルの伝送が可能であり、光信号の遅延や相互干渉といった問題も生じない。ただし、光信号は電気信号とは異なり、直進・拡散といった特性を有するため、光素子と光導波路との間で光信号が光路以外へ漏れないように、両者間を光学的に接続(光接続)しなければならない。 As a technique for solving this problem, attention has been paid to an optical circuit mounting technique or an optical module using optical wiring. The optical module includes a substrate, an optical element mounted on the substrate, and an optical waveguide, and an optical signal is transmitted from the light emitting element to the light receiving element via the optical waveguide. In an optical module using such an optical signal, transmission at a GHz level is possible, and problems such as delay of the optical signal and mutual interference do not occur. However, unlike an electrical signal, an optical signal has characteristics such as straight travel and diffusion. Therefore, the optical signal is optically connected between the optical element and the optical waveguide so that the optical signal does not leak outside the optical path (optical connection). )Must.
光素子と光導波路との間を光接続するには、光素子の発(受)光面と光導波路の端面とを近づけて結合するのが最も簡便ではあるが、高い光結合効果を得るためには、両者の相対的な位置ズレは、サブミクロンオーダしか許容されておらず、導体どうしが接触すれば足りる電気接続の場合と比べて容易ではない。 For optical connection between the optical element and the optical waveguide, it is simplest to connect the light emitting (receiving) surface of the optical element and the end face of the optical waveguide close to each other, but in order to obtain a high optical coupling effect In this case, the relative positional deviation between the two is allowed only on the order of submicron, which is not easy as compared with the case of electrical connection in which conductors need to contact each other.
そこで、光素子と光導波路との間を光接続する手法として、これまでに種々の方法(例えば、特許文献1および特許文献2)が提案されている。 Therefore, various methods (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2) have been proposed as methods for optically connecting the optical element and the optical waveguide.
例えば、特許文献1では、マイクロレンズを利用して光接続を実現する光信号入出力装置が開示されている。この光信号入出力装置は、面発(受)光素子と、出(入)力光信号を導く出(入)力側光導波路とから構成され、さらに、面発(受)光素子から出(入)力側光導波路に至る出(入)力信号光の光路中には、2つのマイクロレンズが配設されている。 For example, Patent Document 1 discloses an optical signal input / output device that realizes optical connection using a microlens. This optical signal input / output device is composed of a surface emitting (receiving) optical element and an output (input) side optical waveguide that guides an outgoing (input) optical signal, and is further output from the surface emitting (receiving) optical element. Two microlenses are arranged in the optical path of the outgoing (input) force signal light reaching the (input) force-side optical waveguide.
面発光素子から出射したビームは、第1のマイクロレンズによってコリーメート(平行光化)光となり、続いて第2のマイクロレンズによって収束光となって、出力側光導波路のコアに入射する。同様の構成は入力信号光に対しても用いられる。このようにマイクロレンズを間に介在させて、光を収束させることによって、面発(受)光素子と出(入)力側光導波路との間が光学的に接続されている。 The beam emitted from the surface light emitting element becomes collimated (collimated) light by the first microlens, and subsequently becomes convergent light by the second microlens, and enters the core of the output side optical waveguide. A similar configuration is also used for input signal light. In this way, the microlenses are interposed therebetween to converge the light, whereby the surface emitting (receiving) light element and the output (input) force side optical waveguide are optically connected.
一方、特許文献2には、光ピン(例えば、光ファイバ)を挿入固定して光接続を実現する光回路の構成が開示されている。この光回路は、基板と、電子素子と、レーザダイオードと、レーザダイオードを駆動する発光ICとから構成され、さらに、基板の内部に形成した光導波路と、光導波路を貫通する貫通孔と、この貫通孔に挿入する光ピンとを備えている。光ピンには、光ファイバの一端を斜め加工して、反射面が形成されており、この反射面が光導波路中に存在するように、光ピンは貫通孔に挿入されている。 On the other hand, Patent Document 2 discloses a configuration of an optical circuit that realizes optical connection by inserting and fixing an optical pin (for example, an optical fiber). This optical circuit is composed of a substrate, an electronic element, a laser diode, and a light emitting IC that drives the laser diode, and further includes an optical waveguide formed inside the substrate, a through-hole penetrating the optical waveguide, And an optical pin to be inserted into the through hole. In the optical pin, one end of the optical fiber is obliquely processed to form a reflection surface, and the optical pin is inserted into the through hole so that the reflection surface exists in the optical waveguide.
電子素子の電気信号は、発光ICを介してレーザダイオードで光信号に変換される。レーザダイオードの光信号は、貫通孔に挿入した光ピンの一端から入射すると、光ピンのコア内部を進行し、反射面で反射される。この反射面の反射によって、光信号は、光路変更され、光ピンのクラッドを通過して光導波路へ出射する。同様の構成は入力信号光に対しても用いられる。このように挿入固定された光ピンを間に介在させて、光素子(レーザダイオード)と光導波路との間は光学的に接続されている。
特許文献1の光信号入出力装置の場合、マイクロレンズを間に介在させ、光を収束させることによって、光素子と光伝送路との間の位置ズレに対して大きな許容誤差範囲を得ることが可能ではあるが、マイクロレンズを備えた装置の構成は非常に複雑なものとなる。加えて、マイクロレンズを形成する工程が追加された分、工程数が増大し、材料費、コストも割高となるので、経済性の観点からも問題が生じる。 In the case of the optical signal input / output device of Patent Document 1, it is possible to obtain a large allowable error range with respect to the positional deviation between the optical element and the optical transmission path by interposing the microlens and converging the light. Although possible, the configuration of a device with a microlens is very complex. In addition, since the number of steps for forming the microlens is added, the number of steps is increased, and the material cost and cost are also increased, which causes a problem from the viewpoint of economy.
また、形成したマイクロレンズ自体の位置精度が低い場合には、光素子とマイクロレンズの光軸がずれてしまい、光結合効率が低下するという問題も生じ得る。したがって、マイクロレンズを用いた場合であっても、光接続を実現するには、マイクロレンズと光素子との位置ズレを極力小さくすることが不可欠であり、高精度のアライメントが求められることに何ら変わりない。 In addition, when the position accuracy of the formed microlens itself is low, the optical axes of the optical element and the microlens may be shifted, resulting in a problem that the optical coupling efficiency is lowered. Therefore, even if a microlens is used, in order to realize optical connection, it is indispensable to minimize the positional deviation between the microlens and the optical element, and there is a need for highly accurate alignment. no change.
また、特許文献2の光ピンを挿入した光回路の場合も、特許文献1に開示された装置と同様に、挿入固定された光ピンを備えた光回路の構成は非常に複雑なものとなり、加えて、工程数やコストが増大してしまう等の問題がある。 Also, in the case of the optical circuit in which the optical pin of Patent Document 2 is inserted, the configuration of the optical circuit having the optical pin inserted and fixed is very complicated, like the device disclosed in Patent Document 1, In addition, there are problems such as an increase in the number of processes and costs.
また、光ピンに設けた反射面によって、光ピンと光導波路との間を光接続する手法は開示されているが、光ピンと光素子(レーザダイオード)との間を光接続する手法については開示されていない。したがって、光ピンを用いた場合であっても、光接続を実現するには、光ピンと光素子との位置ズレを極力小さくすることが不可欠であり、やはり、高精度のアライメントが求められている点に変わりない。 Further, although a technique for optically connecting an optical pin and an optical waveguide by a reflecting surface provided on the optical pin is disclosed, a technique for optically connecting an optical pin and an optical element (laser diode) is disclosed. Not. Therefore, even in the case of using an optical pin, in order to realize optical connection, it is indispensable to minimize the positional deviation between the optical pin and the optical element, and high-precision alignment is still required. It does not change to a point.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、光導波路と光素子との高精度な位置合わせを容易に行うことができる光素子モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and a main object thereof is to provide an optical element module capable of easily performing highly accurate alignment between an optical waveguide and an optical element.
本発明の光素子モジュールは、光を伝送する光導波路と、前記光導波路と光学的に接続され、前記光導波路が伝送する光を出射または入射する光素子とを備えた光素子モジュールであって、前記光導波路の一部には、接着剤を構成する材料に対して親液性を有する第1領域が形成されており、前記光素子の表面にも、前記接着剤を構成する材料に対して親液性を有する第2領域が形成されており、前記光導波路と前記光素子とは、前記第1領域と前記第2領域との間に形成された前記接着剤によって固定されている。 The optical element module of the present invention is an optical element module comprising: an optical waveguide that transmits light; and an optical element that is optically connected to the optical waveguide and that emits or enters light transmitted by the optical waveguide. In addition, a first region having lyophilicity with respect to the material constituting the adhesive is formed in a part of the optical waveguide, and the surface of the optical element is also formed with respect to the material constituting the adhesive. A second region having lyophilicity is formed, and the optical waveguide and the optical element are fixed by the adhesive formed between the first region and the second region.
ある好適な実施形態において、前記光導波路の端面に位置するコアと、前記光素子の出射部または入射部とは、前記接着剤を構成する材料の表面張力によって自己整合的に位置決めされている。 In a preferred embodiment, the core located on the end face of the optical waveguide and the emission part or the incident part of the optical element are positioned in a self-aligned manner by the surface tension of the material constituting the adhesive.
ある好適な実施形態では、前記接着剤は樹脂からなる。 In a preferred embodiment, the adhesive is made of a resin.
ある好適な実施形態において、前記接着剤は、光硬化または熱硬化樹脂を含む液状体が硬化する材料から構成されている。 In a preferred embodiment, the adhesive is made of a material that cures a liquid containing a photo-curing or thermosetting resin.
ある好適な実施形態では、前記光導波路及び前記光素子は配線基板に配置されており、
前記光導波路の一部には、さらに、前記接着剤を構成する材料に対して親液性を有する第3領域が形成されており、前記配線基板にも、前記接着剤を構成する材料に対して親液性を有する第4領域が形成されており、前記光導波路と前記配線基板とは、前記第3領域と前記第4領域との間に形成された前記接着剤によって固定されている。
In a preferred embodiment, the optical waveguide and the optical element are disposed on a wiring board,
A part of the optical waveguide is further formed with a third region having lyophilicity with respect to the material constituting the adhesive, and the wiring board is also provided with respect to the material constituting the adhesive. A fourth region having lyophilicity is formed, and the optical waveguide and the wiring board are fixed by the adhesive formed between the third region and the fourth region.
ある好適な実施形態において、前記第1領域は、前記接着剤を構成する材料を撥液する撥液層に囲まれた領域に形成されている。 In a preferred embodiment, the first region is formed in a region surrounded by a liquid repellent layer that repels the material constituting the adhesive.
ある好適な実施形態では、前記第2領域は、前記光素子の表面に形成された電極パターンである。 In a preferred embodiment, the second region is an electrode pattern formed on the surface of the optical element.
ある好適な実施形態において、前記光素子は、前記配線基板に形成された凹部に収容されている。 In a preferred embodiment, the optical element is accommodated in a recess formed in the wiring board.
ある好適な実施形態では、前記光素子の出射部または入射部は、前記配線基板の表面と略同一面上に形成されている。 In a preferred embodiment, the emission part or the incident part of the optical element is formed on substantially the same plane as the surface of the wiring board.
ある好適な実施形態において、前記光素子の裏面には、少なくとも1つの電極が形成されており、前記電極は、前記配線基板に供給された導電性接着剤を介して、前記配線基板の電気配線と電気的に接続されている。 In a preferred embodiment, at least one electrode is formed on the back surface of the optical element, and the electrode is connected to the electric wiring of the wiring board via a conductive adhesive supplied to the wiring board. And are electrically connected.
本発明の光素子モジュールの製造方法は、光を伝送する光導波路と、光を出射または入射する光素子とを備えた光素子モジュールの製造方法であって、第1の液体に対して親液性を有する第1領域が形成された光導波路と、当該第1の液体に対して親液性を有する第2領域が形成された光素子とを用意する工程(a)と、前記光導波路の前記第1領域および前記光素子の前記第2領域のうちの少なくとも一方に、前記第1の液体を供給する工程(b)と、前記第1領域と前記第2領域とを前記第1の液体を介して接触させることによって、前記第1の液体の表面張力にて、前記光素子と前記光導波路との間の位置合わせを実行する工程(c)と、を含む。 An optical element module manufacturing method of the present invention is an optical element module manufacturing method including an optical waveguide that transmits light and an optical element that emits or enters light, and is a lyophilic solution with respect to a first liquid. A step (a) of preparing an optical waveguide in which a first region having a property is formed and an optical element in which a second region having a lyophilic property with respect to the first liquid is formed; A step (b) of supplying the first liquid to at least one of the first region and the second region of the optical element; and the first region and the second region as the first liquid. A step (c) of performing alignment between the optical element and the optical waveguide with the surface tension of the first liquid by contacting with the first optical liquid.
ある好適な実施形態において、前記第1の液体は、接着剤を構成する材料からなり、
前記工程(c)の後、前記接着剤を硬化して、前記光導波路と前記光素子とを固定する工程をさらに含む。
In a preferred embodiment, the first liquid is made of a material constituting an adhesive,
After the step (c), the method further includes a step of curing the adhesive to fix the optical waveguide and the optical element.
ある好適な実施形態では、前記接着剤は、光硬化樹脂または熱硬化樹脂を含む液状体が硬化する材料から構成されている。 In a preferred embodiment, the adhesive is made of a material that cures a liquid containing a photo-curing resin or a thermosetting resin.
ある好適な実施形態において、前記第1の液体とは異なる第2の液体を供給する工程をさらに含み、前記第2の液体は、接着剤からなり、前記工程(c)の後、前記接着剤を硬化して、前記光導波路と前記光素子とを固定する工程をさらに含む。 In a preferred embodiment, the method further includes supplying a second liquid different from the first liquid, and the second liquid is made of an adhesive, and after the step (c), the adhesive Is further cured to fix the optical waveguide and the optical element.
ある好適な実施形態では、前記工程(c)において、前記光導波路の端面に位置するコアと、前記光素子の出射部または入射部とは、前記第1の液体の表面張力により自己整合的に位置決めされて光学的に接続されている。 In a preferred embodiment, in the step (c), the core located on the end face of the optical waveguide and the emission part or the incident part of the optical element are self-aligned by the surface tension of the first liquid. Positioned and optically connected.
ある好適な実施形態において、前記工程(c)の後、前記光導波路と位置合わせされた前記光素子を配線基板に固定する工程をさらに含む。 In a preferred embodiment, after the step (c), the method further includes a step of fixing the optical element aligned with the optical waveguide to a wiring board.
ある好適な実施形態では、前記工程(a)における前記光素子は、配線基板に固定された光素子である。 In a preferred embodiment, the optical element in the step (a) is an optical element fixed to a wiring board.
ある好適な実施形態において、前記光素子は、前記配線基板に形成された凹部に収容されている。 In a preferred embodiment, the optical element is accommodated in a recess formed in the wiring board.
ある好適な実施形態では、前記光素子の裏面には、少なくとも1つの電極が形成されており、前記電極は、前記凹部の底面に供給された導電性接着剤を介して、前記配線基板の電気配線と電気的に接続されている。 In a preferred embodiment, at least one electrode is formed on the back surface of the optical element, and the electrode is electrically connected to the electrical surface of the wiring board via a conductive adhesive supplied to the bottom surface of the recess. It is electrically connected to the wiring.
ある好適な実施形態では、前記工程(a)において用意される前記光導波路の前記第1領域は、前記第1領域を規定する開口パターンを備えたマスクを介して、光またはプラズマを照射することによって形成される。 In a preferred embodiment, the first region of the optical waveguide prepared in the step (a) is irradiated with light or plasma through a mask having an opening pattern that defines the first region. Formed by.
ある好適な実施形態において、前記マスクを介して照射される光またはプラズマは、前記光導波路に積層された積層膜に対して照射される。 In a preferred embodiment, the light or plasma irradiated through the mask is irradiated onto a laminated film laminated on the optical waveguide.
ある好適な実施形態では、前記積層膜は、前記第1の液体を撥液する撥液層である。 In a preferred embodiment, the laminated film is a liquid repellent layer that repels the first liquid.
本発明の光素子モジュールによれば、光を伝送する光導波路の一部には、接着剤を構成する材料に対して親液性を有する第1領域が形成されており、光導波路が伝送する光を出射または入射する光素子の表面にも、接着剤を構成する材料に対して親液性を有する第2領域が形成されており、光導波路と光素子とは、第1領域と第2領域との間に形成された接着剤によって固定されているので、接着剤を構成する材料の表面張力によって、光導波路と光素子との位置合わせを自己整合的に実行することができる。その結果、高精度な位置合わせを容易に行うことができる。 According to the optical element module of the present invention, a first region having lyophilicity with respect to the material constituting the adhesive is formed in a part of the optical waveguide that transmits light, and the optical waveguide transmits the optical waveguide. A second region having lyophilicity with respect to the material constituting the adhesive is also formed on the surface of the optical element from which light is emitted or incident. The optical waveguide and the optical element include the first region and the second region. Since it is fixed by the adhesive formed between the regions, the alignment between the optical waveguide and the optical element can be performed in a self-aligned manner by the surface tension of the material constituting the adhesive. As a result, highly accurate alignment can be easily performed.
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of brevity. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
図1を参照しながら、本発明の実施形態に係る光素子モジュールについて説明する。図1は、本実施形態の光素子モジュール100の断面構成を模式的に示している。
An optical element module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 schematically shows a cross-sectional configuration of an
本実施形態の光素子モジュール100は、光60を伝送する光導波路10と、光導波路10が伝送する光60を出射または入射する光素子20とから構成されている。
The
光導波路10は、光60を伝送することが可能な線状の部材であり、本実施形態では、光導波路10として、光ファイバの光導波路10を使用している。光ファイバの光導波路10は、屈折率の高いコア12(光を通す部分)と、コア12を取りまく屈折率の低いクラッド14(光を包み込む部分)とから構成されている。この光導波路10の先端の下方には、光素子20が配置されている。
The
光素子20は、例えば、光60を出射する場合は、半導体レーザのような発光する光素子20であり、または、光60を入射する場合は、フォトダイオードのような受光する光素子20である。図示した例では、光素子20として、面発光レーザ(VCSEL)を用いている。レーザ光(光60)は、面発光レーザの出射部22から垂直方向(図では、上方向)に向けて出射される。
The
光素子20と光導波路10とは、光学的に接続(光接続)されている。本実施形態では、光導波路10の端面18を斜めにカット(例えば、45°カット)し、光導波路その端面18で光60を反射させて、光導波路10と光素子20とを光接続している。光素子20から出射された光60は、光導波路10の端面18で反射され、光ファイバの光導波路10のコア12内を矢印の方向に進行する。なお、端面18の反射面は、カットによる形成法に限定されず、また、反射率を向上させるために表面加工(例えば金蒸着など)がされていても当然よい。
The
光導波路10の一部には、接着剤50を構成する材料に対して親液性を有する第1領域16が形成されている。また、光素子20の表面にも、接着剤50を構成する材料に対して親液性を有する第2領域26が形成されている。
A part of the
第1領域16と第2領域26との間には、接着剤50が設けられている。接着剤50は、光導波路10と光素子20とを固定する樹脂であり、例えば、光硬化または熱硬化樹脂を含む液状体が硬化する材料から構成されている。
An adhesive 50 is provided between the
本実施形態の光素子モジュール100では、光導波路10の一部及び光素子20の表面には、接着剤50を構成する材料に対して親液性を有する第1領域16及び第2領域26が形成されている。そして、光導波路10と光素子20とは、第1領域16と第2領域26との間に形成された接着剤50によって固定されているので、接着剤50を構成する材料の表面張力によって、光導波路10と光素子20との位置合わせを自己整合的に実行することができ、それゆえ、高精度な位置合わせを容易に行うことができる。
In the
さらに、図2(a)から(d)を参照しながら、光導波路10と光素子20とを自己整合的に位置決めできる点について説明する。
Further, the point that the
まず、図2(a)に示すように、光導波路10と光素子20とを対向するように配置する。次に、図2(b)に示すように、光導波路10の第1領域16に接着剤50を供給し、液滴を形成する。この接着剤50は、まだ硬化される前段階のものであり、例えば、硬化前の光硬化樹脂を含む液状体である。この状態から、光導波路10を矢印30の方向へと下降させ、第1領域16と光素子20の第2領域26とを近づける。すると、図2(c)に示すように、第1領域16と第2領域26とが接着剤50の液滴を介して接触する。
First, as shown in FIG. 2A, the
第1領域16と第2領域26とが接触すると、接着剤50が含む液状体の表面張力によって、光素子20は、矢印32の方向へと引っ張られる。そして、図2(d)に示すように、光素子20は、第1領域16と第2領域26とが対向する位置まで移動する。このようにして、光導波路10と光素子20との位置合わせが自己整合的に実行される。
When the
典型的な光素子モジュールにおいては、光導波路と光素子との位置合わせは機械的に制御されており、マウンタを用いて、1チップごとに光軸がずれていないか確認しながら位置合わせを行う必要があるが、本実施形態の光素子モジュール100では、接着剤50を構成する材料の表面張力によってセルフアライメント(自己整合的に位置決め)されるので、精密な位置合わせを高い信頼性で実現することができる。加えて、非常に簡単な構成で光導波路10と光素子20とを光接続できるので、製造コストを低減できるというメリットもある。
In a typical optical element module, alignment between the optical waveguide and the optical element is mechanically controlled, and alignment is performed using a mounter while checking whether the optical axis is shifted for each chip. Although it is necessary, in the
なお、第1領域16は、接着剤50を構成する材料に対して親液性を有するということは、すなわち、第1領域16は、光導波路10の下面のうち、周囲の領域よりも相対的に濡れ性が高くなる(良好になる)ように構成されていることを意味する。第2領域26も同様に、接着剤50を構成する材料に対して親液性を有するということは、つまり、第2領域26は、光素子20の上面25のうち、周囲の領域よりも相対的に濡れ性が高くなるように構成されていることを意味する。
Note that the
第1領域16が周囲の領域よりも濡れ性が良好になる構成の一例をヤングの式を用いて説明する。第1領域16と、第1領域16に形成された接着剤50の液滴との接触角θ(3相の接触点から引いた液滴の接線と第1領域16との成す角度)は、ヤングの式を用いて、以下のように表すことができる。
An example of a configuration in which the
ヤングの式:γs=γws+γw・cosθ
cosθ=(γs−γws)/γw
ここで、γwは液滴の表面張力、γwsは第1領域16と液滴との界面張力、γsは第1領域16の表面張力をそれぞれ表す。
Young's formula: γs = γws + γw · cos θ
cos θ = (γs−γws) / γw
Here, γw represents the surface tension of the droplet, γws represents the interfacial tension between the
第1領域16と液滴との接触角θは、第1領域16の「濡れ性」を表す指標として使用される。具体的には、接触角θが小さくなるほど、第1領域16の濡れ性は良くなり、接触角θが大きくなるほど、第1領域16の濡れ性は悪くなる。したがって、第1領域16の濡れ性を良好とするには、界面張力γwsがγsより小さい値であるという条件下では、第1領域16と液滴との界面張力γwsを小さくしたり、第1領域16の表面張力γsを大きくしたり、あるいは、液滴の表面張力γwを小さくするように構成すればよい。
The contact angle θ between the
さらに、図1及び図2を参照しながら、本実施形態の光素子モジュール100の構成について詳述する。
Further, the configuration of the
上述した硬化前の接着剤の表面張力を利用した自己整合的な位置合わせは、光導波路10と光素子20との位置合わせだけでなく、光導波路10と配線基板40との位置合わせにも用いることができる。この点について、以下に説明する。
The self-alignment alignment using the surface tension of the adhesive before curing described above is used not only for alignment of the
図1に示すように、本実施形態の光導波路10は、配線基板40の上面42に配置されている。光導波路10の下面15には、さらに、接着剤53を構成する材料に対して親液性を有する第3領域19が形成されている。また、配線基板40の上面42にも、接着剤53を構成する材料に対して親液性を有する第4領域49が形成されている。そして、光導波路10と配線基板40とは、第3領域19と第4領域49との間に形成された接着剤53によって固定されている。
As shown in FIG. 1, the
上記構成では、光導波路10と配線基板40とを接着剤53で固着する際に、接着剤53を構成する材料の表面張力によって、光導波路10と配線基板40との位置合わせが自己整合的に実行できるので、光導波路10と配線基板40との位置合わせが容易となる。
In the above configuration, when the
また、図2(a)〜(d)に示すように、本実施形態では、光導波路10の第1領域16への接着剤50の供給と、第3領域への接着剤53の供給は同一工程にて実行され、それゆえ、光導波路10と光素子20とのセルフアライメントと、光導波路10と配線基板40とのセルフアライメントを同時に行うことができる。
2A to 2D, in this embodiment, the supply of the adhesive 50 to the
なお、接着剤53は、光導波路10と光素子20とを固定する接着剤50と同じものであってもよく、または、違うものであってもよいが、接着剤50と同じものを用いる場合には、一層作業効率を高めることができる。
Note that the adhesive 53 may be the same as or different from the adhesive 50 that fixes the
具体的に説明すると、光導波路10の表面に対して、第1領域16と第3領域19の形成を一括して行うことができる。また、第1領域16と第3領域19への接着剤(50、53)の供給も一括して行うことができる。さらには、光導波路10と光素子20とのアライメントと、光導波路10と配線基板40とのアライメントを同時に実行することができる。加えて、光導波路10と光素子20との固定と、光導波路10の配線基板40への固定(実装)とを同時に行うことができる。
More specifically, the
以上の通り、撥液層のパターン形成、接着剤の供給及び固定、各部材間のアライメントといった作業を同時に実行することによって、作業効率を高めることができるだけでなく、各作業における作製条件(作業条件)が同一となることから、単独で実行する場合と比較して、作製条件の相違による誤差や位置ズレを減らすことができ、位置精度を一層高めることができる。 As described above, by simultaneously performing operations such as pattern formation of the liquid repellent layer, supply and fixing of the adhesive, and alignment between the respective members, not only the work efficiency can be improved, but also the production conditions (working conditions) in each work ) Are the same, it is possible to reduce errors and positional deviations due to differences in manufacturing conditions, as compared with the case where the processing is performed alone, and position accuracy can be further improved.
なお、接着剤53として、接着剤50と異なるものを用いるときには、光導波路10と配線基板40との位置合わせが一層容易になる場合もあるが、これらは位置合わせの条件などによって適宜変えることができる。
When an adhesive different from the adhesive 50 is used as the adhesive 53, the alignment between the
また、本実施形態では、光ファイバの光導波路10として、マルチモードファイバを使用している。マルチモードファイバは、光ファイバ中の光の伝搬モードが複数存在する長距離用の光ファイバであり、一つのモードのみが伝搬可能なシングルモードファイバに比べて、コア径を大きくすることができる。例えば、コアの屈折率分布がグレーデッド形(GIファイバ)のマルチモードファイバを用いると、コア径を50μmとすることも可能である。なお、光導波路10の厚さは、例えば、100μmである。
In this embodiment, a multimode fiber is used as the
また、本実施形態では、光素子20として、面発光レーザ(VCSEL)を用いている。面発光レーザの発光面(出射部22)と、当該面発光レーザが搭載された配線基板40の上面42とは略平行に配置されており、出射部22から垂直方向(図では、上方向)に向けてレーザ光(光60)は出射される。面発光レーザを用いることにより、レーザ光(光60)の放射角を狭くすることができる。その結果、レーザ光(光60)を集光させるためのレンズを用いなくてもよく、実装体積を低減できる。この面発光レーザの厚さは、例えば、200μmである。
In the present embodiment, a surface emitting laser (VCSEL) is used as the
光素子20と光導波路10とは、光学的に接続(光接続)されている。本実施形態では、光導波路10の端面18に位置するコア13と、光素子20の出射部22とを、接着剤50を構成する材料の表面張力によって自己整合的に位置決めし、光軸を一致させている。なお、光60の経路である光導波路10と光素子20との間には、透明媒体が存在していればよく、透明媒体は、例えば、空気、ガラス、透明樹脂などである。また、光導波路10と光素子20との間に光学部品(例えば、レンズ)を配置することも可能である。
The
また、本実施形態では、光硬化樹脂は、例えば、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、メタクリル樹脂系、ウレタン樹脂系などの各種であってよく、またはそれらに色素や可視光重合開始材などの光増感剤を混合した混合物などである。また、熱硬化樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、またはそれらの混合物などである。 In the present embodiment, the photocurable resin may be various types such as an epoxy resin type, an acrylic resin type, a methacrylic resin type, and a urethane resin type, or light such as a dye or a visible light polymerization initiator. A mixture in which a sensitizer is mixed. The thermosetting resin is, for example, an epoxy resin, a phenol resin, a cyanate resin, a polyphenylene ether resin, or a mixture thereof.
セルフアライメント機能による光接続には、溶融はんだ(例えばAuSn)の表面張力を利用する方法もあるが、実装するためには、はんだ融点(例えばAuSnは約280℃)付近の温度まで加熱する必要があるため、周囲の実装部品の接続部の再溶融、光素子、光導波路の性能劣化、フレキ基板や光導波路フィルムの熱応力による歪み等の問題が発生する恐れがある。本実施形態では、低温接続が可能な樹脂材料からなる接着剤によって光接続を行うため、高温加熱の必要がなく高精度なセルフアライメント効果を発揮させることができる。 For optical connection by the self-alignment function, there is a method using the surface tension of molten solder (for example, AuSn), but in order to mount, it is necessary to heat to a temperature near the solder melting point (for example, AuSn is about 280 ° C.). For this reason, there is a possibility that problems such as remelting of connection parts of surrounding mounting components, deterioration of performance of optical elements and optical waveguides, distortion due to thermal stress of the flexible substrate and the optical waveguide film, and the like may occur. In this embodiment, since optical connection is performed with an adhesive made of a resin material that can be connected at low temperature, high-precision self-alignment effects can be exhibited without the need for high-temperature heating.
次に、本実施形態の光素子20の配置構成について説明する。光導波路10及び光素子20は配線基板40に配置されている。
Next, the arrangement configuration of the
配線基板40の上面42には凹部44が形成されており、光素子20は、凹部44に収容されている。本実施形態の凹部44は、略直方体の形状に加工されており、光素子20を支持する底面45と、光素子20の周りを取り囲む内周面47とから構成されている。また、凹部44の開口形状(開口部の上面側の形状)の寸法は、光素子20を収容できるように、光素子20の外形寸法よりも大きくなるように構成されている。
A
予め位置決めされた凹部44に光素子20を収容することによって、光素子20と光導波路10との位置を、ある程度合わせることができる。
By accommodating the
光素子20と光導波路10との位置精度をさらに高めるためには、光素子20と凹部44の内周面47との隙間がなるべく小さくなるように構成すればよいが、この場合には、以下のデメリットが起こり得る。すなわち、嵌め込みによってのみ位置合わせを行おうとすると、配線基板40に高い位置精度で凹部44を形成したり、あるいは、光素子20の実装時にも、光素子20を高い位置精度で凹部44に供給する必要が出てくる。また、基板の凹部44の形状に対応できる光素子の形状も限定されるので、光素子のレイアウトの自由度が著しく損なわれてしまう。
In order to further improve the positional accuracy between the
本実施形態では、まず、光素子20を凹部44へ嵌め込むという粗調段階でのアライメントを実行した後、さらに接着剤50の表面張力を利用したセルフアライメント機能によって高精度なアライメントを行うことができるため、配線基板40の凹部44に光素子20を嵌め込む時点では、光素子20と凹部44の内周面47との間には、ある程度の隙間があってよい。従って、配線基板40上への凹部44の形成、及び、凹部44への光素子20の実装を行うにあたって、ある程度ズレが許容されるので、非常に容易にアライメントを行うことができる。
In the present embodiment, first, after performing alignment in the coarse adjustment stage of fitting the
なお、配線基板40は、リジッド基板であってもよいし、フレキシブル基板であってもよい。また、配線基板40は、片面配線基板、両面配線基板に限らず、多層配線基板であってもよい。なお、リジッドフレキ基板のような配線基板や、部品内蔵基板のような基板を用いることもできる。
The
また、光素子20の出射部22または入射部22は、配線基板40の上面42と略同一面上に形成されている。言い換えると、光素子20は、配線基板40に埋め込まれている。
Further, the
上記構成により、光導波路10と光素子20との高さ方向の位置合わせ制御が容易となる。より詳細には、典型的な光素子モジュールでは、光素子は配線基板上に配置されており、光導波路と光素子との高さ方向の位置を調整するためには、光導波路10を支持するステージ(固定治具)を別途設ける必要があるが、本実施形態では、光素子20を配線基板40に埋め込むことで、光導波路10を配線基板40上に直接配置することができるので、ステージを用いなくても、高さ方向の位置合わせを精度良く実行できる。
With the above configuration, the alignment control in the height direction between the
また、ステージを用いた場合には、加熱時には、光導波路10とステージとの熱膨張係数差によって光導波路10が歪むおそれがあるが、本実施形態では、ステージを用いなくてもよく、光導波路10が歪むのを回避できる。
When the stage is used, the
さらに、光導波路10を配線基板40上に直接配置することができるので、製造プロセスにおいて不良が発生した際には、光導波路10のみを取り外すことでき、利便性が高まる。加えて、光導波路10の設計自由度を高めることもできる。
Furthermore, since the
なお、光素子20の厚さと凹部44の深さの寸法を一例として挙げると、光素子20の厚さは200μmであるとき、凹部44の深さは180〜300μmの間、好適には215μmに設定することができる。
As an example, when the thickness of the
続いて、図3を参照しながら、凹部44の開口形状について説明する。図3は、図1に示した光素子モジュール100を上側から見た構成を模式的に示す上面模式図である。
Next, the opening shape of the
本実施形態の凹部44の開口形状は、光素子20の外形に対応した形状であることが好ましい。図示した例では、上側から見た光素子20の形状は略矩形であり、この場合には、凹部44の開口形状も略矩形であることが好ましい。これにより、凹部44に収容される光素子20の向き(180度の方向性)を決定することができる。光素子20の寸法は、例えば、300μm×200μmであり、このときの凹部44の開口形状の寸法は、長手方向は285〜350μmの間、好適には325μmであり、短手方向は185〜250μmの間、好適には225μmに設定することができる。
The opening shape of the
なお、本実施形態の凹部44は、光素子20の外形に合わせて略直方体の形状としているが、その断面形状は略矩形に限らず他の形状であってよい。例えば、図4に示すように、凹部44の断面形状がテーパ状となるように加工することもできる。この例では、凹部44は、配線基板40の上面側から下面側にかけて先細となるようなV字型である。このように凹部44をV字型に形成することによって、凹部44の開口形状の寸法は、凹部44の底面45の寸法と比較して大きくなるため、光素子20を搭載する際には、光素子20に対して許容されるスペースが大きくなり、それゆえ、光素子20を供給し易くできるという利点がある。なお、光素子20を搭載する際には、光素子20は、底面45に沿う形で位置合せがなされる。
In addition, although the recessed
続いて、図5を参照しながら、光素子20と配線基板40とを電気的に接続する方法について説明する。
Next, a method for electrically connecting the
本実施形態の光素子20の裏面27には、1つの裏面電極28が形成されている。また、配線基板40には電気配線46が形成されている。さらに、配線基板40の凹部44の底面45には、導電性接着剤52が供給されている。この導電性接着剤52は、凹部44に収容された光素子20を固定する役割を持つ。本実施形態では、導電性接着剤52として、銀粉とエポキシ樹脂からなる導電性接着剤を使用しているが、他にも接着剤合成ゴム、光硬化樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などの接着剤中に、金属(例えばCu、Ni、Pdなど)からなる導電性フィラー、金属やプラスチックやレジンのコアに金属めっきを施した導電性フィラー(例えばAgコートCu粉など)を分散させた導電性接着剤を用いることができる。導電性接着剤として、樹脂と導電性フィラー以外に、溶剤や反応性希釈剤、チクソ化剤、カップリング剤、酸化防止剤などの添加物を加えても良い。
One
本実施形態の裏面電極28は、この導電性接着剤52を介して、配線基板40の電気配線46と電気的に接続(導通)されている。つまり、裏面電極28と導電性接着剤52とが接触することにより、光素子20の導通を確保している。
The
なお、電気的接続を確保するには、裏面電極28と電気配線46とが接触していればよく、それゆえ、必ずしも導電性接着剤52を介在させる必要はない。例えば、導電性接着剤52を間に介在させずに、裏面電極28を電気配線46上に接地することもできる。なお、裏面電極28を電気配線46上に接地した場合には、光素子20を配線基板40に固定する接着剤を別途供給してもよいし、供給しなくてもよい。光素子20を配線基板40に固定する接着剤を供給しない場合には、接着剤の硬化・凝縮によって、光素子20の位置がずれるのを防止することができる。
In order to secure the electrical connection, it is sufficient that the
なお、本実施形態では、さらに、ワイヤ29を用いたワイヤーボンディング方式により、光素子20と配線基板40とを電気的に接続を確保している。つまり、光素子20の上面には、ワイヤーボンディング用の電極(例えば、図11の電極89参照)が形成されており、ワイヤ29を介して、配線基板40の電気配線と電気的に接続されている。なお、ワイヤ29の代わりに、導電性接着剤を別途供給してもよい。あるいは、光素子20の裏面27に裏面電極を2つ用意し、それぞれ配線基板40の電気配線46と電気的に接続させることも可能である。2つの裏面電極を用いる場合には、ワイヤ29は不要となるので、配線基板40を高密度実装化することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、光導波路10と配線基板40との位置合わせは、第3領域19と第4領域49に介在させた接着剤53を構成する材料の表面張力により、自己整合的に実行されるが、この手法以外にも種々の手法により実行することができる。図6に示した例では、一対の電極ガイド(例えば、電極パターン)を用いて、配線基板40上に光導波路10が位置決めされている。つまり、配線基板40の上面に光導波路10を位置決めする一対のガイド電極(84a、84b)を形成し、光導波路10は、一対のガイド電極(84a、84b)の間に導かれて位置決めされる。このとき、光素子20は、当該光素子20との隙間がない凹部44内に埋め込まれる。ガイド電極の厚さは、12〜105μmであればよく、好適には、35μmであるが、導かれる部材の厚さなどによって適宜調整することができる。また、このようなガイド電極は、配線基板40上の少なくとも2箇所に設けられればよい。なぜならば、光導波路10は、ガイド電極に沿わせることによって光素子20の短手方向の所定位置に用意でき、光素子20の長手方向に所定距離だけ移動させることによって長手方向の所定位置に用意できるからである。なお、図6(a)は、この実施形態における上面図、図6(b)は断面図を示している。
In the present embodiment, the alignment between the
また、光素子20を配線基板40上に実装することもでき、この場合には、光素子20は、第1のガイド電極(84a、84b、84c)により位置決めされる。具体的には、図7(a)及び(b)に示すとおりである。すなわち、光素子20は、2つのガイド電極(84a、84b)の間に導かれ、且つ、もう1つのガイド電極84cに当接することによって位置決めされる。
Moreover, the
なお、配線基板40上には、光導波路10と光素子20との高さ方向の位置を調整すべく光導波路10を支持するステージ81(例えば石英ガラスなどでできている)が別途設けられる。光導波路10は、ステージ81上に接着剤50によって固着され、このステージ81も第2のガイド電極(84a、84b、84c)により位置決めされる。
On the
このように、ガイド電極を用いて位置決めすることにより、光導波路10及び光素子20を高い位置精度で配線基板40に実装することができ、加えて、機械的に位置を合わせるので非常に簡便に実行できる。なお、図7(a)はこの実施形態における上面図、図7(b)は断面図を示している。
Thus, by positioning using the guide electrode, the
また、図7(c)に示すように、光素子20とステージ81をガイド電極に同一方向(例えば、矢印92の方向)に当接して位置決めすれば、光導波路10及び光素子20のガイド電極に対する位置ズレは相対的に相殺され、さらに高い位置精度で配線基板40に実装することが可能である。この場合、ガイド電極は最低二つあればよく、光素子20の場合、例えば、ガイド電極(84a、84c)を用いて位置決めをすることができ、この時ステージ81を、ガイド電極(84a、84c)を用いて位置決めすれば、位置合せ方向が同一方向になる。
As shown in FIG. 7C, if the
なお、配線基板40の電気配線をガイド電極として利用することもできる。図7に示した例では、ガイド電極84cと光素子20の電極(例えば、側面電極21)とを面接触させて配置することにより、光素子20の電気的接続を確保できる。つまり、ガイド電極は、位置合わせと導通との2つの役割を担うこととなる。導電性接着剤を介して電気的接続を確保してもよい。
The electrical wiring of the
また、ガイド電極は、光導波路10及び光素子20を所定の場所に導くことができるように、配線基板40上に突出した構成であればよい。したがって、ガイド電極は、電極パターンだけには限定されず、その他の突起形状であってもよい。突起形状の一例を挙げれば、配線基板40の上面に形成された穴に棒状体(例えば、ピン)を挿入し、これをガイド電極として用いることも可能である。
Moreover, the guide electrode should just be the structure protruded on the
次に、図8を参照しながら、光導波路10の第1領域16の構成について説明する。図8(a)は、本実施形態の光導波路10の下面構成の一例を模式的に示しており、図8(b)及び(c)は、光導波路10の断面構成の一例を模式的に示している。
Next, the configuration of the
図8(a)に示すように、第1領域16は、接着剤50を構成する材料を撥液する撥液層17に囲まれた領域に形成されている。図示した例では、第1領域16は4つの略矩形状のパターンである。
As shown in FIG. 8A, the
撥液層17は、例えば、感光性撥水撥油樹脂からなる。本実施形態における撥液層17は、日本ペイント製のUV硬化型のレジスト膜からなる。この材料は、シリコーンとアクリルブロック重合体からなり、より詳細には、シリコーンとアクリルの海島構造(いわゆるシリコーン島)の構造を有している。ここで、シリコーンは低表面張力の特性を持ち、アクリルは、樹脂の変性・硬度・接着性・UV硬化性の制御のための役割を果たしている。
The
図8(b)に示すように、第1領域16は、例えば、光導波路10の下面全体に塗布された撥液膜11のうち、UV照射によって濡れ性が高められた領域とすることができる。
As shown in FIG. 8B, the
第1領域16の形成は、例えば、図9に示すとおりである。まず、図9(a)に示すように、光導波路10の下面(図では上側の面)全体に撥液層17を構成する材料を塗布し、積層膜(撥液膜11)を形成する。次いで、塗布した材料を所定の時間ベークする。最後に、図9(b)に示すように、第1領域16を規定する開口パターンを備えたマスク90を介して第1領域16にのみUVを照射すると、濡れ性の高い第1領域16を得られる。
The formation of the
あるいは、図8(c)に示すように、第1領域16は、光導波路10の下面の一部が露出した領域とすることもできる。この場合、第1領域16は、撥液層17のパターンによって規定される。すなわち、撥液層17のパターンが形成されていない領域が第1領域16となる。
Alternatively, as shown in FIG. 8C, the
撥液層17のパターンは、フォトリソ工程を用いて形成することができる。より詳細には、まず、光導波路10の下面全体に材料を塗布する。次いで、塗布した材料をプリベークした後、所定パターンとなるようにマスクを介して露光する。露光は、UVを用いて行うことができる。次に、ベークを行い、現像液(例えば、トルエン)に1〜2分間、浸漬して現像する。最後にポストベークを行うと、撥液層17が得られる。
The pattern of the
なお、感光性撥水撥油樹脂として、旭硝子株式会社製のフッ素・アクリルブロック重合体を用いると、i線でのフォトリソ工程で、撥水撥油性の撥液層17を形成することもできる。
When a fluorine / acrylic block polymer manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. is used as the photosensitive water / oil repellent resin, the water / oil repellent
上述した例では、撥液層17に囲まれた領域を第1領域16としているが、図10(a)に示すように、親液性を有する電極パターンである積層膜70を光導波路10に直接形成してもよい。具体的には、光導波路10の一部に、光導波路10の表面より突起した形状を持つ電極パターン(例えば、Ti/Pd/Auからなる)を形成し、この領域を第一領域16とすることで、電極パターン上のみに接着剤50を供給できるようにしてもよい。
In the example described above, the region surrounded by the
また、光導波路10の下面15に、マスクを介してプラズマを照射し、プラズマ照射で濡れ性が高まった領域を第1領域16としてもよい。また、光導波路10の表面の所定の位置に表面粗化などの物理的表面処理を行うことで周囲の領域よりも相対的に濡れ性が高まった領域を第1領域16としてもよい。
Alternatively, the
なお、第1領域16は、接着剤50が含有する液状体を保持できるように構成されていればよく、それゆえ、親液性と撥液性との親和性の差によって液状体を保持できる構成だけでなく、第1領域16の形状を変えること(例えば、突起面の形成など)によって液状体を第1領域に保持するように構成することも可能である。あるいは、表面張力や毛細管現象を利用して液状体が保持できる領域を第1領域16とすることも可能である。
The
例えば、図10(b)に示した例では、光導波路10の一部に微小孔72を形成し、毛細管現象により液状体を吸い上げて留めた領域が第1領域16に相当する。また、図10(c)に示した例では、光導波路10の一部に突起部74を形成し、表面張力により液状体を留めた領域を第1領域16としている。
For example, in the example shown in FIG. 10B, a region in which the microhole 72 is formed in a part of the
続いて、図11を参照しながら、光素子20の第2領域26の構成について説明する。図11は、本実施形態の光素子20の上面構成の一例を模式的に示している。
Next, the configuration of the
図11に示すように、第2領域26は、光素子20の上面25に形成された電極パターンである。電極パターンは,例えば、Ti/Pd/Auからなる。なお、図示した例では、電極パターンは,4つの略矩形状のパターンであり、第1領域16に対向する領域に形成されている。この電極パターンの寸法を一例として挙げると、50×50μmである。
As shown in FIG. 11, the
なお、第2領域26は、周囲の領域よりも相対的に濡れ性が高ければよく、それゆえ、電極パターンだけには限定されない。例えば、第2領域26も、上述した第1領域16と同様に、撥液層に囲まれた領域とすることも可能である。
Note that the
また、図示した例では、電極パターンの形状は略矩形であるが、これ以外の形状(例えば、長円や楕円形、多角形状など)であってよい。また、電極パターン数も4つだけには限らず、少なくとも1つの電極パターンが形成されていれば、位置合わせを実行することができる。ただし、電極パターン数は、光導波路10と光素子20とのθ方向のズレ(位相ズレ)を抑制するという観点から、2つ以上であることが好ましい。なお、電極パターンの形状、数、及び、寸法などは、使用する条件にあわせて適宜適切なものに設定することができる。また、第1領域16のパターン形状と第2領域のパターン形状とは、第1領域16のパターンと第2領域26のパターンとは、略同じであることが好ましい。
In the illustrated example, the shape of the electrode pattern is substantially rectangular, but may be other shapes (for example, an ellipse, an ellipse, a polygon, etc.). Further, the number of electrode patterns is not limited to four, and alignment can be performed if at least one electrode pattern is formed. However, the number of electrode patterns is preferably two or more from the viewpoint of suppressing a shift in the θ direction (phase shift) between the
なお、本実施形態では、第1領域16を撥液層パターンから構成し、第2領域26を電極パターンで構成しているが、これだけに限らない。例えば、第1領域16及び第2領域26をいずれも撥液層パターンにより構成することができる。この場合には、電極パターンによる構成と比較して、以下の利点がある。
In the present embodiment, the
電極パターンによる構成では、例えば、供給された接着剤50が電極パターンの側面に流れると、側面に流れた接着剤50の一部は、その表面張力で電極パターンの表面に移動するが、側面に流れた接着剤50のその他の部分は、その表面張力だけでは電極パターンの表面に移動できず、そのまま周囲へと流出してしまうので、電極パターンの表面のみに適量の接着剤50を確実に供給しなければならない。つまり、電極パターンによる構成では、接着剤50を高精度に供給することが要求される。特に、光素子の小型化が進行するほど、形成され得る第1領域16及び第2領域26の許容サイズは小さくなるため、微量の接着剤50を高精度に供給する技術がますます求められる。
In the configuration using the electrode pattern, for example, when the supplied adhesive 50 flows to the side surface of the electrode pattern, a part of the adhesive 50 that flows to the side surface moves to the surface of the electrode pattern by its surface tension. The other part of the adhesive 50 that has flowed cannot move to the surface of the electrode pattern only by its surface tension, but flows out to the surroundings as it is, so that an appropriate amount of adhesive 50 is reliably supplied only to the surface of the electrode pattern. Must. That is, in the configuration using the electrode pattern, it is required to supply the adhesive 50 with high accuracy. In particular, as the miniaturization of the optical element progresses, the allowable size of the
これに対して、撥液層パターンによる構成では、例えば、供給された接着剤50が第1領域16からはみ出たとしても、その周囲に形成された撥液層17の持つ撥液性によってはじかれるので、接着剤50を第1領域16のみに確実に供給することができる。つまり、撥液層パターンによる構成では、接着剤50をそれほど高精度に供給しなくても、微量の接着剤50を適確に付与することができる。したがって、撥液層パターンによる構成は、接着剤50の供給が容易で且つ適確なので、電極パターンによる構成よりも、光素子の小型化に容易に対応できるというメリットがある。
On the other hand, in the configuration using the liquid repellent layer pattern, for example, even if the supplied adhesive 50 protrudes from the
ただし、第2領域26については、電極パターンで構成するのが好ましい。上述したように、第2領域26を撥液層パターンで構成することも可能であるが、第2領域26の周りを囲む撥水層の面積分だけ、光素子の表面積を大きくする必要があるため、光素子の小型化に対応できないケースもあり得るからである。なお、第2領域26を電極パターンで構成する場合には、光素子上に電極89を形成する際に電極パターンを同時に一括して作製可能であるということも大きな利点となる。
However, the
また、第2領域26を電極パターンで構成する場合には、接着剤50は、光素子側の第2領域26ではなく、光導波路側の第1領域16に供給するのが好ましい。第1領域16は撥液層パターンで構成されているので、接着剤50の供給が容易となるだけでなく、光素子側にはんだ等のバンプを形成するような工程が不要となり、光素子の小型化にも有利となる。
When the
以下、図12(a)から(e)を参照しながら、本実施形態の光素子モジュール100の製造方法について説明する。図12(a)から(e)は、光素子モジュール100の製造方法を説明するための工程図である。
Hereinafter, a method for manufacturing the
まず、図12(a)に示すように、第1の液体54に対して親液性を有する第1領域16が形成された光導波路10と、第1の液体54に対して親液性を有する第2領域26が形成された光素子20とを用意する。第1の液体54は、例えば、接着剤50を構成する材料からなる。また、第1領域16は、例えば、撥液層17に囲まれた領域である。第2領域26は、例えば、光素子20に形成された電極パターンである。
First, as shown in FIG. 12A, the
次に、図12(b)に示すように、光導波路10の第1領域16および光素子20の第2領域26のうちの少なくとも一方に、第1の液体54を供給する。本実施形態では、第1領域16に第1の液体54を付与している。ただし、第1の液体54を、第2領域26に供給してもよく、あるいは、両方の領域にも供給することもできる。
Next, as shown in FIG. 12B, the
その後、光素子20の第2領域26を、第1領域16上に形成された第1の液体54に近づける。そして、図12(c)に示すように、第1領域16と第2領域26とを第1の液体54を介して接触させる。すると、第1の液体54の表面張力によって、光素子20の第2領域26は、第1領域16に対向する場所(図示した例では、矢印55の方向)へと移動する。すなわち、光導波路10と光素子20との位置合わせが自己整合的に実行される。
Thereafter, the
最後に、図12(d)に示すように、第1領域16と第2領域26とが対向して配置されると、光導波路10と光素子20との位置合わせは完了する。
Finally, as shown in FIG. 12D, when the
このようにして、光導波路10と光素子20との位置合わせを実行し、光導波路10の端面18に位置するコア13と、光素子20の出射部22または入射部22とを光学的に接続している。
In this way, alignment between the
なお、第1の液体54が、接着剤50を構成する材料(例えば、光硬化または熱硬化樹脂を含む液状体が硬化する材料)からなる場合には、図12(d)に示した状態のまま、接着剤50を硬化して、光導波路10と光素子20とを固定することも可能である。具体的には、接着剤50が、光硬化樹脂を含む材料の場合には、図12(e)に示すように、光62を照射して光硬化樹脂を硬化し、光導波路10と光素子20とを固着することができる。また、接着剤50が、熱硬化樹脂を含む材料のときには、図12(d)に示した状態のまま、加熱することで、光導波路10と光素子20とを固着できる。
In the case where the
図13(a)は、第1領域16に第1の液体54を供給する方法を示している。まず、光導波路10の下面全体に第1の液体54を滴下し、次いで、バーコーダ86を矢印の方向に移動して、光導波路10の下面全体に引き伸ばして塗布する。これにより、第1領域16(例えば、撥液層17以外の場所)に、第1の液体54を供給することができる。
FIG. 13A shows a method for supplying the first liquid 54 to the
また、図13(b)に示すように、バーコーダによる塗布ではなく、ディップコート方式により供給することも可能である。例えば、容器87内に貯えられた第1の液体54に光導波路全体を縦置きにして浸し、次いで、光導波路の全面に第1の液体54が広がってから、所定の速度で光導波路10を引き上げることにより、第1領域16に第1の液体54を供給することができる。
Further, as shown in FIG. 13B, it is also possible to supply by dip coating instead of application by a bar coder. For example, the entire optical waveguide is immersed vertically in the first liquid 54 stored in the
その他、第1の液体54は、スプレーで光導波路10の全体に第1の液体54を霧吹く霧散布により供給されてもよく、あるいは、第1の液体54が滴下された光導波路10の下面にスライドガラスを押し付け、次いで、スライドガラスを所定のギャップでスライドさせることにより供給されてもよい。他の塗布方法には、メタル版印刷、スクリーン印刷、ディスペンサー、インクジェット方式などが利用できる。
Alternatively, the
さらに、本実施形態の光素子モジュール100の製造方法について詳述する。本実施形態で使用されるアライメント用治具80は、図14に示すとおりである。アライメント用治具80は、光導波路10が載置される2つの支持部(ステージ81、支持部82)と、2つの支持部(ステージ81、支持部82)に挟まれた駆動部83と、光導波路10の外形を合わせる外形合わせ部88とから構成されている。駆動部83は、上下に移動可能なように構成されており、その上面には、配線基板40が載置される。また、駆動部83の上面には、配線基板40を吸着するためのバキューム孔85が形成されている。
Furthermore, the manufacturing method of the
本実施形態では、光導波路10と光素子20とをセルフアライメントする前に、予め機械的な位置合わせを行う。具体的には、マウンタを用いて、アライメント用治具80の支持部82の上面に光導波路10を載置する。このとき、光導波路10は外形合わせ部88に沿うように載置される。また、駆動部83の上面に配線基板40を載置して、バキュームで配線基板40を吸着固定する。そして、配線基板40の凹部44内に光素子20を収容する。光導波路10を外形合わせ部88に沿って載置し、且つ、光素子20を凹部44内に収容することによって、光導波路10と光素子20との位置をある程度まで合わせることができる。このように、まずは機械的な位置合わせを行い、その後セルフアライメントすることによって、精密な位置合わせを高い信頼性で実現することができる。
In the present embodiment, mechanical alignment is performed in advance before the
また、本実施形態では、光導波路10と光素子20との位置合わせと、配線基板40への実装とを同時に行うことができる。つまり、図12(b)に示した工程では、第1領域16に加えて第3領域にも接着剤50を供給し、図12(c)に示した工程では、光導波路10と光素子20との位置合わせに加えて、光導波路10と配線基板40との位置合わせも実行される。そして、図12(e)に示すように、光導波路10と光素子20とを接着剤50で固定する際には、光導波路10と配線基板40とも併せて固定される。
In the present embodiment, the alignment between the
上記構成では、光導波路10と光素子20との位置合わせと、配線基板40への実装とを同時に行えるので、マウンタを用いて配線基板40に実装する工程を削減することができる。
In the above configuration, since the alignment of the
なお、本実施形態では、光導波路10と光素子20との位置合わせと、配線基板40への実装とを同時に行っているが、これに限らず、例えば、光導波路10と光素子20とをまずは位置合わせし、その後、配線基板40に実装してもよく、あるいは、配線基板40への実装を先に行い、位置合わせを後で実行することも可能である。図15は、前者の一例を示し、図16は後者の一例を示している。図15では、まず、位置合わせされた光導波路10及び光素子20を用意し、次いで、光素子20を配線基板40に固定して、配線基板40に実装している。一方、図16では、まず、光素子20が固定されて実装された配線基板40を用意し、次いで、配線基板40に実装された光素子20と、光導波路10との位置合わせを実行している。
In the present embodiment, the alignment of the
なお、上述してきた実施形態では、第1の液体54は、光導波路10と光素子20とをセルフアライメントする役割と、光導波路10と光素子20とを固定する役割とを有するが、これに限定されない。例えば、図17に示すように、光導波路10と光素子20とを、第1の液体54とは異なる第2の液体56を用いて固定することもできる。
In the embodiment described above, the
第2の液体56を用いる場合には、第1の液体54は、接着剤50ではなく、例えば、揮発性を有する液体(例えば、水など)である。このとき、第1の液体54は、光導波路10と光素子20とを、表面張力によって、セルフアライメントする役割のみを有する。第1の液体54は、セルフアライメントが完了した後、例えば、加熱により蒸発させることもできる。
When the
第2の液体56は、接着剤(例えば、本実施形態の接着剤50)である。第2の液体56は、図17(a)に示すように、光導波路10の下面と光素子20の上面との間に、あるいは、図17(b)に示すように、光導波路10の下面と光素子20の側面の間に供給される。そして、光導波路10と光素子20とのセルフアライメントが完了した後に硬化され、光導波路10と光素子20とを固定する。なお、第2の液体56は、光導波路10と光素子20とのセルフアライメントが完了する前に供給されてもよく、あるいは、セルフアライメントが完了する前に供給されてもよい。
The
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible.
本発明によれば、光導波路と光素子との高精度な位置合わせを容易に行うことができる光素子モジュール100を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide an
10 光導波路
11 撥液膜
12 コア
13 端面18に位置するコア
14 クラッド
15 下面
16 第1領域
17 撥液層
18 端面
19 第3領域
20 光素子
22 出射部または入射部
25 上面
26 第2領域
27 裏面
28 裏面電極
29 ワイヤ
40 配線基板
42 上面
44 凹部
45 底面
46 電気配線
49 第4領域
50 接着剤
52 導電性接着剤
53 接着剤
54 第1の液体
56 第2の液体
62 光
70 積層膜
72 微小孔
74 突起部
80 アライメント用治具
81 ステージ
82 支持部
83 駆動部
84a,84b,84c ガイド電極
85 バキューム孔
86 バーコーダ
87 容器
88 外形合わせ部
89 電極
90 マスク
100 光素子モジュール
DESCRIPTION OF
Claims (24)
前記光導波路の一部には、接着剤を構成する材料に対して親液性を有する第1領域が形成されており、
前記光素子の表面にも、前記接着剤を構成する材料に対して親液性を有する第2領域が形成されており、
前記光導波路と前記光素子とは、前記第1領域と前記第2領域との間に形成された前記接着剤によって固定されている、光素子モジュール。 An optical element module comprising: an optical waveguide that transmits light; and an optical element that is optically connected to the optical waveguide and that emits or enters light transmitted by the optical waveguide,
A first region having lyophilicity with respect to the material constituting the adhesive is formed in a part of the optical waveguide,
A second region having lyophilicity with respect to the material constituting the adhesive is also formed on the surface of the optical element,
The optical element module, wherein the optical waveguide and the optical element are fixed by the adhesive formed between the first region and the second region.
前記光導波路の一部には、さらに、前記接着剤を構成する材料に対して親液性を有する第3領域が形成されており、
前記配線基板にも、前記接着剤を構成する材料に対して親液性を有する第4領域が形成されており、
前記光導波路と前記配線基板とは、前記第3領域と前記第4領域との間に形成された前記接着剤によって固定されている、請求項1から4のいずれか一つに記載の光素子モジュール。 The optical waveguide and the optical element are disposed on a wiring board,
A part of the optical waveguide is further formed with a third region having lyophilicity with respect to the material constituting the adhesive,
A fourth region having lyophilicity with respect to the material constituting the adhesive is also formed on the wiring board,
5. The optical element according to claim 1, wherein the optical waveguide and the wiring board are fixed by the adhesive formed between the third region and the fourth region. module.
前記光素子は、前記配線基板に形成された第1のガイド電極によって位置決めされ、
前記第1のガイド電極は、前記光素子に少なくとも2箇所で当接することを特徴とする、請求項1から4のいずれか一つに記載の光素子モジュール。 The optical waveguide and the optical element are disposed on a wiring board,
The optical element is positioned by a first guide electrode formed on the wiring board,
5. The optical element module according to claim 1, wherein the first guide electrode is in contact with the optical element at at least two locations. 6.
前記ステージは、前記配線基板に形成された第2のガイド電極によって位置決めされ、
前記第2のガイド電極は、前記ステージに少なくとも2箇所で当接し、
前記光素子と前記ステージとは、前記第1及び第2のガイド電極に対して、当接される方向が同じであることを特徴とする、請求項6に記載の光素子モジュール。 The optical waveguide is disposed on the wiring board via a stage,
The stage is positioned by a second guide electrode formed on the wiring board,
The second guide electrode is in contact with the stage in at least two places,
The optical element module according to claim 6, wherein the optical element and the stage have the same contact direction with respect to the first and second guide electrodes.
前記電極は、前記配線基板に供給された導電性接着剤を介して、前記配線基板の電気配線と電気的に接続されている、請求項1から11のいずれか一つに記載の光素子モジュール。 At least one electrode is formed on the back surface of the optical element,
12. The optical element module according to claim 1, wherein the electrode is electrically connected to an electrical wiring of the wiring board via a conductive adhesive supplied to the wiring board. .
第1の液体に対して親液性を有する第1領域が形成された光導波路と、当該第1の液体に対して親液性を有する第2領域が形成された光素子とを用意する工程(a)と、
前記光導波路の前記第1領域および前記光素子の前記第2領域のうちの少なくとも一方に、前記第1の液体を供給する工程(b)と、
前記第1領域と前記第2領域とを前記第1の液体を介して接触させることによって、前記第1の液体の表面張力にて、前記光素子と前記光導波路との間の位置合わせを実行する工程(c)と、
を含む、光素子モジュールの製造方法。 A method of manufacturing an optical element module comprising an optical waveguide for transmitting light and an optical element for emitting or entering light,
A step of preparing an optical waveguide in which a first region having lyophilicity with respect to the first liquid is formed, and an optical element in which a second region having lyophilicity with respect to the first liquid is formed. (A) and
Supplying the first liquid to at least one of the first region of the optical waveguide and the second region of the optical element;
By bringing the first region and the second region into contact with each other via the first liquid, alignment between the optical element and the optical waveguide is performed with the surface tension of the first liquid. Step (c) to perform,
A method for manufacturing an optical element module, comprising:
前記工程(c)の後、前記接着剤を硬化して、前記光導波路と前記光素子とを固定する工程をさらに含む、請求項13に記載の光素子モジュールの製造方法。 The first liquid is made of a material constituting an adhesive,
The method of manufacturing an optical element module according to claim 13, further comprising a step of curing the adhesive and fixing the optical waveguide and the optical element after the step (c).
前記第2の液体は、接着剤からなり
前記工程(c)の後、前記接着剤を硬化して、前記光導波路と前記光素子とを固定する工程をさらに含む、請求項13に記載の光素子モジュールの製造方法。 Supplying a second liquid different from the first liquid;
The light according to claim 13, wherein the second liquid is made of an adhesive, and further includes a step of fixing the optical waveguide and the optical element by curing the adhesive after the step (c). Manufacturing method of element module.
前記電極は、前記凹部の底面に供給された導電性接着剤を介して、前記配線基板の電気配線と電気的に接続されている、請求項20に記載の光素子モジュールの製造方法。 At least one electrode is formed on the back surface of the optical element,
21. The method of manufacturing an optical element module according to claim 20, wherein the electrode is electrically connected to the electrical wiring of the wiring board via a conductive adhesive supplied to the bottom surface of the recess.
前記第1領域を規定する開口パターンを備えたマスクを介して、光またはプラズマを照射することによって形成される、請求項13から21のいずれか一つに記載の光素子モジュールの製造方法。 The first region of the optical waveguide prepared in the step (a) is:
The method of manufacturing an optical element module according to any one of claims 13 to 21, wherein the optical element module is formed by irradiating light or plasma through a mask having an opening pattern that defines the first region.
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