JP2009265677A - 光連結構造物およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は光連結構造物およびその製造方法に関し、一定領域を貫通するホールが形成される基板と、基板のホール内部に固定された光ガイド物とを備え、光ガイド物と基板は金属酸化物によって固定された光連結構造物を提供する。
【解決手段】本発明によれば、光信号を送受信する能動光電素子と光導波路との間の光接続を容易にすることができる光連結構造物を提供できることにより、熱放出効率を高め、動作速度を向上させることができる効果がある。
【選択図】図１

Description

本発明は光連結構造物およびその製造方法に関し、より詳しくは、アルミニウム基板を陽極酸化して光ファイバーを自己整列させ、光信号を送受信する能動光電素子と光導波路層との間の光接続を容易にする光連結構造およびその製造方法に関する。
一般的に、電気配線システムは、伝送速度の限界、電気線路間における高い漏話および配線密度の制約、電磁気干渉などの影響によって大容量高速伝送の限界を有する反面、光連結システムは、電磁気干渉が少なく、長距離伝送時の消費電力が低く、データ伝送の帯域幅が広く、信号間干渉が少ないために配線密度を増加させることができる。したがって、伝送容量が数〜数百Ｇｂｐｓ以上であるシステムにおいては光連結を適用してデータを伝送することが好ましい。
このような光連結技術としては光ファイバーリボンを用いた方式、自由空間を通した光連結方式、平面光導波路を用いた方式などがあり、平面光導波路を用いた方式においては大部分既存のＰＣＢ基板を変形して製作がなされている。
この場合、大部分の光連結技術は、能動光電素子をレンズやプリズムが取り付けられた光ＰＣＢ基板に集積するか、光ＰＣＢ基板に光導波路や光ファイバーを集積した後、ビアホールを形成して光連結ブロックや光連結棒などを挿入する方式を利用する。
しかし、光ＰＣＢ基板として主に用いられるＦＲ４は熱特性が良くなく、誘電率が高くて高速動作に適しておらず、大量生産が難しいという問題点がある。
本発明は前述した問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明は、金属基板（好ましくは、アルミニウム）を用いることにより、高い熱伝導特性によって熱放出を高め、低い誘電率と高い周波数における低い絶縁損失による高速動作が容易な光連結構造物およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、アルミニウムを陽極酸化するためのビアホールの形成、光ファイバーの自己整列、収容溝の形成、光導波路の形成、および４５度ミラー面を形成するなどの過程においてウェハーレベルの半導体工程を可能にして大量生産が可能であり、収率を大幅に向上できる光連結構造物およびその製造方法を提供することを他の目的とする。
前述した目的を達成するために、本発明の第１側面は、一定領域を貫通するホールが形成される基板；および前記基板のホール内部に固定された光ガイド物を備え、前記光ガイド物と前記基板は金属酸化物によって固定される光連結構造物を提供する。
本発明の第２側面は、一定領域を貫通するホールと前記ホール側壁には金属層が形成される基板を準備するステップと；前記基板のホール内部に固定された光ガイド物を配置するステップ；および前記金属層を酸化させて金属酸化物を形成することにより、前記光ガイド物と前記基板が金属酸化物によって固定される光連結構造物の製造方法を提供する。
本発明の第３側面は、金属基板と；前記金属基板の一定領域を垂直貫通して形成され、前記金属基板の陽極酸化によって形成された金属酸化膜によって固定された光ガイド物；および前記酸化膜を含む金属基板の下部面に形成され、下部クラッド層、コア層、および上部クラッド層が積層され形成された光導波路を備える光連結構造物を提供する。
好ましくは、前記光ガイド物と対応する前記光導波路の一定領域にミラーをさらに備える。
前記光ガイド物の上部には光素子をさらに備えることができ、前記金属基板の一定領域上部には光素子と配線が収容可能な収容溝をさらに備える。
本発明の第４側面は、（ａ）金属基板を準備するステップと；（ｂ）前記金属基板上の一定領域に前記金属基板を垂直に貫通するホールを形成するステップと；（ｃ）前記ビアホールを介して光ガイド物を挿入した後、前記金属基板の陽極酸化による酸化膜を形成して前記光ガイド物を前記ホール内部に固定するステップ；および（ｄ）前記酸化膜を含む金属基板の上部および下部面に突出した前記光ガイド物の末端部位を除去した後、前記酸化膜を含む金属基板の下部面に下部クラッド層、コア層、および上部クラッド層を順次積層して第２光導波路を形成するステップを含む光連結構造物の製造方法を提供する。
以上で説明したような本発明によれば、アルミニウム基板を陽極酸化して光ガイド物（例えば、光ファイバー）を自己整列させ、光信号を送受信する能動光電素子と光導波路との間の光接続を容易にすることによって熱放出効率を高め、動作速度を向上させることができる利点がある。
また、本発明によれば、アルミニウム基板を用いることによって光連結構造の製造費用を節減できる利点がある。
また、本発明によれば、アルミニウムを陽極酸化するためのホールの形成、光ファイバーの自己整列、収容溝の形成、光導波路の形成、および４５度ミラー面を形成するなどの過程においてウェハーレベルの半導体工程を可能にして大量生産が可能であり、収率を大幅に向上できる利点がある。
本発明の一実施形態による光連結構造物を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による光連結構造物の製作方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による光連結構造物の製作方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による光連結構造物の製作方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による光連結構造物の製作方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による光連結構造物の製作方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による光連結構造物の製作方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による光連結構造物の製作方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による光連結構造物の製作方法を説明するための断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態についてより詳細に説明する。但し、以下にて例示する本発明の実施形態は色々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲は下記にて詳述する実施形態に限定されない。本発明の実施形態は当業界で通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
図１は本発明の一実施形態による光連結構造部を説明するための断面図である。
図１の光連結構造物は、一定領域を貫通するホール（１０−１）が形成される基板１０と、基板１０のホール（１０−１）内部に固定された光ガイド物２０とを備える。光ガイド物２０と基板１０は金属酸化物３０によって固定される。
基板１０としては金属基板を用いることが好ましいが、基板の一部が金属からなっているものを用いることもできる。すなわち、本実施形態においては、基板１０のホール（１０−１）内部の金属が酸化物となり、光ガイド物２０を固定させる役割を果たす。基板１０として金属基板を用いる場合、酸化し易い金属を用いることが好ましい。アルミニウムは酸化し易く、酸化工程が比較的に単純であるため、広く用いられ得る。
基板１０にホール（１０−１）を形成する方式は特に限定されず、多様な方式が可能であり、例えば、ドリル工程によってホール（１０−１）を形成することもでき、前記ホール（１０−１）はレーザドリル方法などで施されてもよく、円形または四角形などの形態で製作することができる。光ガイド物２０とは光ファイバーなどの光がガイドされる構造物を意味する。
図２ａ〜図２ｈは本発明の一実施形態による光連結構造物の製作方法を説明するための断面図である。
先ず、図２ａを参照すれば、酸化し易い金属基板（以下、アルミニウム基板で説明）１０に一般的なドリル工程によってホール（１０−１）を形成する。
図２ｂのように、光ファイバー２０をホール（１０−１）に挿入した後、アルミニウム基板１０を陽極酸化３０して光ファイバーを自己整列させた後、ブレード４０で光ファイバーの末端を除去する。前記光ファイバー２０としては、光伝達において光損失が少なく、熱的、化学的安定性に優れたシリカ光ファイバー、プラスチック光ファイバー、ガラス、プラスチック素材などのような材料を用いることができる。前記酸化層３０は、アルミニウム基板を、例えば、硫酸、シュウ酸、クロム酸、リン酸、ホウ酸などの電解液に入れた後、アルミニウム基板１０に陽極を印加し、電解液に陰極を印加することにより、アルミニウム基板１０上に酸化層３０を成長させる。
ここで、電極を与えるために用いる整流器は直流法、交流法、直流重畳法などを使用することができ、電流量、溶液の温度、電解質の濃度などを調節して酸化層３０の厚さ、皮膜の透明度などを調節することができる。
次に、図２ｃにおいては、酸化層３０の上にリソグラフィ（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程によってマスクパターン（図示せず）を形成し、前記マスクパターンをマスクとし、酸化層３０をエッチングして収容溝５０を形成する。ここで、前記エッチングは酸化層３０の他にも使用目的および必要によりアルミニウム基板１０の一定深くまでエッチングすることができ、ひし形、四角形、多角形などの作れる全ての形態であり得る。
次に、図２ｄのように、エッチングされた収容溝５０にレーザダイオード駆動ドライバー６０またはフォトダイオードレシーバー１５０をエポキシ樹脂などの接着剤で接着および固定した後、保護膜７０および電気配線８０を形成する。
保護膜７０は、レーザダイオード駆動ドライバー６０またはフォトダイオードレシーバー１５０が接着された酸化層３０またはアルミニウム基板１０上の全面にスピンコーティング工程を利用して液相の高分子膜を塗布した後に硬化して形成することができる。前記電気配線８０はＴｉ／Ａｕなどの金属膜からなり得る。
次に、図２ｅのように、光導波路を形成するために、下部クラッド９０、コア層１００、上部クラッド１１０を順次積層する。この時、前記クラッド（９０、１１０）およびコア層１００を形成する物質としては、光波長において光導波損失が少なく、熱的、化学的安定性に優れたポリマーまたは非晶質Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２などのようなシリカを用いることができる。ポリマーの場合、半導体工程で利用するフォトリソグラフィ、ＲＩＥ、モールディング、熱エンボス加工、ＵＶパターニング、Ｌａｓｅｒ ｄｉｒｅｃｔ ｗｒｉｔｉｎｇなどの方法を用いることができる。前記シリカの場合、酸化法、化学気相蒸着法、スパッタリング法、火炎加水分解法、ゾル・ゲル法などを用いることができる。
次に、図２ｆのように、例えば、４５度ミラー１２０を形成する。前記ミラー面１２０はダイヤモンドブレードを用いたダイシング、レーザ加工、エッチング器を用いた湿式または乾式エッチング、フォトリソグラフィ、熱エンボス加工、モールディングなどの方法で作ることができ、反射効率を増大させるためにＡｇ、Ａｕ、Ａｌなどのような金属薄膜や高反射率薄膜でコーティングすることができる。
次に、図２ｇのように、はんだバンプ１３０を利用してレーザダイオード１４０、フォトダイオード１５０などを各々付着する。
一方、上述した本発明の説明においては具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限り色々な変形を実施することができる。したがって、発明の範囲は説明した実施形態によって決められるものではなく、特許請求の範囲によって決められるべきである。

Claims (17)

  1. 一定領域を貫通するホールが形成される基板；および
    前記基板のホール内部に固定された光ガイド物を備え、
    前記光ガイド物と前記基板は金属酸化物によって固定される光連結構造物。
  2. 前記光ガイド物と前記基板との間には金属層と金属酸化物層とを備える、請求項１に記載の光連結構造物。
  3. 前記基板は金属基板であり、前記金属酸化物はアルミニウム酸化物である、請求項１に記載の光連結構造物。
  4. 一定領域を貫通するホールと前記ホール側壁には金属層が形成される基板を準備するステップと；
    前記基板のホール内部に固定された光ガイド物を配置するステップ；および
    前記金属層を酸化させて金属酸化物を形成することにより、前記光ガイド物と前記基板が金属酸化物によって固定される光連結構造物の製造方法。
  5. 前記基板は金属基板である、請求項４に記載の光連結構造物の製造方法。
  6. 金属基板と；
    前記金属基板の一定領域を垂直貫通して形成され、前記金属基板の陽極酸化によって形成された金属酸化膜によって固定された光ガイド物；および
    前記酸化膜を含む金属基板の下部面に形成され、下部クラッド層、コア層、および上部クラッド層が積層され形成された光導波路を備える光連結構造物。
  7. 前記光ガイド物と対応する前記光導波路の一定領域にミラーをさらに備える、請求項６に記載の光連結構造物。
  8. 前記光ガイド物は光ファイバーであることを特徴とする、請求項６に記載の光連結構造物。
  9. 前記光ガイド物の上部には第１光素子をさらに備える、請求項６に記載の光連結構造物。
  10. 前記金属基板の一定領域上部には光素子と配線が収容可能な収容溝をさらに備える、請求項６に記載の光連結構造物。
  11. （ａ）金属基板を準備するステップと；
    （ｂ）前記金属基板上の一定領域に前記金属基板を垂直に貫通するホールを形成するステップと；
    （ｃ）前記ビアホールを介して光ガイド物を挿入した後、前記金属基板の陽極酸化による酸化膜を形成して前記光ガイド物を前記ホール内部に固定するステップ；および
    （ｄ）前記酸化膜を含む金属基板の上部および下部面に突出した前記光ガイド物の末端部位を除去した後、前記酸化膜を含む金属基板の下部面に下部クラッド層、コア層、および上部クラッド層を順次積層して光導波路を形成するステップを含む光連結構造物の製造方法。
  12. 前記光ガイド物と対応する前記光導波路の一定領域にミラーを形成するステップをさらに含む、請求項１１に記載の光連結構造物の製造方法。
  13. 前記ステップ（ｃ）において、前記酸化膜は、前記金属基板を硫酸、シュウ酸、クロム酸、リン酸またはホウ酸のうちから選択されたいずれか一つの電解液に入れた後、前記金属基板に陽極を印加し、前記電解液に陰極を印加して形成することを特徴とする、請求項１１に記載の光連結構造物の製造方法。
  14. 前記ステップ（ｃ）の後、
    （ｃ−１）前記酸化層上にリソグラフィ工程によってマスクパターンを形成し、前記マスクパターンをマスクとし、前記金属基板が露出するようにエッチングして収容溝を形成するステップと；
    （ｃ−２）前記収容溝内の露出した前記金属基板上に光電素子駆動ドライバーまたはレシーバーを接着剤で接着および固定するステップ；および
    （ｃ−３）前記収容溝内に前記レーザダイオード駆動ドライバーまたはフォトダイオードレシーバーの間を保護および支持する保護膜を形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の光連結構造物の製造方法。
  15. 前記ステップ（ｄ）において、前記光導波路は、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、モールディング、熱エンボス加工、ＵＶパターニング、Ｌａｓｅｒ ｄｉｒｅｃｔ ｗｒｉｔｉｎｇ、酸化、化学気相蒸着、スパッタリング、火炎加水分解またはゾル・ゲル法のうちから選択されたいずれか一つの方法を利用して形成することを特徴とする、請求項１１に記載の光連結構造物の製造方法。
  16. 前記ステップ（ｅ）において、
    前記ミラーは、ダイヤモンドブレードを用いたダイシング、レーザ加工、湿式エッチング、乾式エッチング、フォトリソグラフィ、熱エンボス加工またはモールディング法のうちから選択されたいずれか一つの方法を利用して形成することを特徴とする、請求項１１に記載の光連結構造物の製造方法。
  17. 前記ステップ（ｅ）において、
    前記ミラーの反射面にＡｇ、ＡｕまたはＡｌのうちから選択されたいずれか一つの金属薄膜でコーティングするか、高反射率薄膜でコーティングするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の光連結構造物の製造方法。
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