JP2012088634A - Optical waveguide device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光信号が伝搬する構造を有する光導波路デバイス及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an optical waveguide device having a structure in which an optical signal propagates and a method for manufacturing the same.
近年、インターネットに代表される情報通信技術の発達や、情報処理装置の処理速度の飛躍的向上などに伴って、画像等の大容量データを送受信するニーズが高まりつつある。かかる大容量データを、情報通信設備を通じて自由にやり取りするためには10Gbps以上の情報伝達速度が望ましく、そのような高速通信環境を実現しうる技術として光通信技術に大きな期待が寄せられている。一方、機器内の配線基板間での接続、配線基板内の半導体チップ間での接続、半導体チップ内での接続など、比較的短い距離における信号伝達経路に関しても、高速で信号を伝送することが近年望まれている。このため、従来一般的であった金属ケーブルや金属配線から、光ファイバや光導波路等の光伝送媒体を用いた光伝送への移行が理想的であると考えられている。 In recent years, with the development of information communication technology represented by the Internet and the dramatic improvement in the processing speed of information processing apparatuses, there is an increasing need for transmitting and receiving large-capacity data such as images. An information transmission speed of 10 Gbps or higher is desirable to exchange such a large amount of data freely through an information communication facility, and great expectations are placed on optical communication technology as a technology that can realize such a high-speed communication environment. On the other hand, signals can be transmitted at high speeds even on signal transmission paths at relatively short distances, such as connections between wiring boards in equipment, connections between semiconductor chips in wiring boards, connections within semiconductor chips, etc. It has been desired in recent years. For this reason, it is considered that the transition from metal cables and metal wirings, which have been conventionally common, to optical transmission using an optical transmission medium such as an optical fiber or an optical waveguide is ideal.
しかも最近では、大容量データをより高速で送受信するために、多チャンネルかつ小型、低背高の光伝送媒体を用いて光伝送を行うことが求められている。このため、複数の光導波路部が形成された光導波路構造体を備える光導波路デバイスが各種提案されるに至っている(例えば非特許文献1参照)。また、小型かつ低背高の光伝送媒体を用いて光伝送を行うために、小さい半径(1mm)で光ファイバを曲げる技術が開発されている(例えば非特許文献2参照)。この種の光導波路デバイスや光モジュールにおいては、通常、基板上に光電変換素子(発光素子や受光素子)が搭載され、光電変換素子には、発光または受光の機能を有する複数の光機能部が設けられる。そして、複数の光機能部と、光導波路構造体を構成する複数の光導波路部(または光ファイバ)とが、互いに光結合される。 Moreover, recently, in order to transmit and receive large-capacity data at a higher speed, it is required to perform optical transmission using a multi-channel, small, and low-profile optical transmission medium. For this reason, various optical waveguide devices including an optical waveguide structure in which a plurality of optical waveguide portions are formed have been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1). In addition, in order to perform optical transmission using a small and low-profile optical transmission medium, a technique for bending an optical fiber with a small radius (1 mm) has been developed (see, for example, Non-Patent Document 2). In this type of optical waveguide device or optical module, usually, a photoelectric conversion element (light emitting element or light receiving element) is mounted on a substrate, and the photoelectric conversion element has a plurality of optical function units having functions of light emission or light reception. Provided. The plurality of optical function units and the plurality of optical waveguide units (or optical fibers) constituting the optical waveguide structure are optically coupled to each other.
例えば、非特許文献1には、光導波路部を複数積層してなる光導波路構造体の主面上に光電変換素子を搭載するとともに、各光導波路部の端部に光路変換部(具体的には45°の反射面)を形成することにより、各光導波路部と上記した複数の光機能部とを互いに光結合した構造が開示されている。また、非特許文献2には、曲げ半径1mmの光ファイバを用いて光コネクタを形成し、小型かつ低背高の光伝送媒体を用いた光伝送を可能にした構造が開示されている。なお、各光導波路部と各光機能部とを光結合させる別の構造としては、複数の光導波路部を同一平面上に配置してなる光導波路構造体の主面上に光電変換素子を搭載するとともに、各光導波路部の端部に形成された光路変換部(具体的には45°の反射面)と各光機能部とをマトリックス状に配置する構造などが考えられている。 For example, in Non-Patent Document 1, a photoelectric conversion element is mounted on the main surface of an optical waveguide structure formed by laminating a plurality of optical waveguide sections, and an optical path conversion section (specifically, at the end of each optical waveguide section). Discloses a structure in which each of the optical waveguide portions and the plurality of optical functional portions are optically coupled to each other by forming a 45 ° reflection surface. Non-Patent Document 2 discloses a structure in which an optical connector is formed using an optical fiber having a bending radius of 1 mm, and optical transmission using a small and low-profile optical transmission medium is possible. As another structure for optically coupling each optical waveguide section and each optical functional section, a photoelectric conversion element is mounted on the main surface of the optical waveguide structure in which a plurality of optical waveguide sections are arranged on the same plane. In addition, a structure in which optical path changing portions (specifically, 45 ° reflection surfaces) formed at the end portions of the respective optical waveguide portions and the respective optical function portions are arranged in a matrix shape is considered.
しかし、非特許文献1,2に記載の従来技術には以下の問題がある。即ち、非特許文献1に記載の従来技術では、光導波路が複数の層にわたって存在しているため、下層側の光導波路部である程、光導波路部と光機能部とが離れてしまう。この結果、光導波路部と光機能部との間で光が広がることによる損失が大きくなり、光の伝送ロスが大きくなる。この問題を解決するために、レンズ等の光学部品を用いて光の散乱を防止することも考えられるが、レンズの分だけ部品点数が増加してしまうため、製造コストの上昇につながってしまう。 However, the conventional techniques described in Non-Patent Documents 1 and 2 have the following problems. That is, in the prior art described in Non-Patent Document 1, since the optical waveguide exists over a plurality of layers, the optical waveguide portion and the optical function portion are separated as the lower-layer side optical waveguide portion is located. As a result, the loss due to the spread of light between the optical waveguide portion and the optical function portion increases, and the light transmission loss increases. In order to solve this problem, it is conceivable to prevent light scattering by using an optical component such as a lens. However, the number of components increases by the amount of the lens, leading to an increase in manufacturing cost.
なお、非特許文献2に記載の従来技術では、各光導波路部と各光機能部とを接触させて光結合できるため、光の伝送ロスを小さくすることができる。しかしながら、光導波路部の曲げ半径をさらに小さくすること(例えば1mm未満にすること)ができないため、光導波路デバイス全体が1mm以上の厚さになってしまい、さらなる小型化が困難である。 In the prior art described in Non-Patent Document 2, each optical waveguide portion and each optical functional portion can be brought into contact with each other for optical coupling, so that a light transmission loss can be reduced. However, since the bending radius of the optical waveguide portion cannot be further reduced (for example, less than 1 mm), the entire optical waveguide device becomes 1 mm or more in thickness, and further miniaturization is difficult.
そこで、上記したように、複数の光導波路部を同一平面上に形成し、各光導波路部の端部に光路変換部(具体的には45°の反射面)を形成し、光機能部がマトリックス状に配置された光電変換素子と光結合することが考えられる。このようにすれば、光導波路部を曲げたりしなくても光の伝送ロスを小さくすることができるため、光導波路デバイス全体を薄くすることができる。ところが、同一平面上に平行に配置された一般的な各光導波路部においては、45°の反射面が、通常、ダイシングソーを用いて光導波路部の表面を断面V字状に切削することによって形成される。この場合、ダイシングソーは、光導波路部を横断するように切削するときに、切りしろが必要になるため、隣接する光導波路部まで切削してしまう可能性がある。 Therefore, as described above, a plurality of optical waveguide portions are formed on the same plane, an optical path conversion portion (specifically, a 45 ° reflection surface) is formed at the end of each optical waveguide portion, and the optical function portion is It is conceivable to optically couple with photoelectric conversion elements arranged in a matrix. In this way, the transmission loss of light can be reduced without bending the optical waveguide portion, so that the entire optical waveguide device can be made thin. However, in each general optical waveguide part arranged in parallel on the same plane, a 45 ° reflection surface is usually obtained by cutting the surface of the optical waveguide part into a V-shaped cross section using a dicing saw. It is formed. In this case, when the dicing saw is cut so as to cross the optical waveguide portion, a cutting margin is required, and therefore, there is a possibility that the dicing saw may cut to the adjacent optical waveguide portion.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、光の伝送ロスが小さく、かつ確実な薄型化を図ることができる光導波路デバイスを提供することにある。また、第2の目的は、光導波路部に対して比較的容易に光路変換部を形成可能な光導波路デバイスの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and a first object thereof is to provide an optical waveguide device that has a small light transmission loss and can be surely reduced in thickness. A second object is to provide a method of manufacturing an optical waveguide device capable of forming an optical path changing unit relatively easily with respect to the optical waveguide unit.
上記課題を解決するための手段(手段1)としては、主面及び前記主面の反対側に位置する裏面を有し、光信号が伝搬する光路となるコア及び前記コアを取り囲むクラッドを有する光導波路部が同一平面上において複数形成された光導波路構造体と、発光及び受光のうちの少なくとも一方の機能を有する複数の光機能部を光機能部設置面内に有し、前記複数の光機能部を前記コア側に向けた状態で前記主面上に搭載される光電変換素子とを備え、前記光導波路部及び前記光機能部が互いに同数ずつ存在する光導波路デバイスにおいて、前記光導波路部に、前記光路内を伝搬する光信号の進路を変換する光路変換部が形成され、前記光路変換部は、前記裏面にて開口するとともに前記裏面に対して傾斜する反射面を有する円錐状凹部によって構成され、前記光電変換素子は、前記複数の光機能部を一直線上にかつ等ピッチに配置してなる光機能部群を光機能部設置面内において複数列有しており、前記光機能部群を構成する前記複数の光機能部と、隣接する光機能部群を構成する前記複数の光機能部とが、前記光機能部群の配列方向と直交する方向に沿って互いにオフセットして配置されていることを特徴とする光導波路デバイスがある。 As means (means 1) for solving the above-mentioned problems, an optical light having a main surface and a back surface located on the opposite side of the main surface, a core serving as an optical path for transmitting an optical signal, and a clad surrounding the core. An optical waveguide structure in which a plurality of waveguide sections are formed on the same plane, and a plurality of optical function sections having at least one function of light emission and light reception in the optical function section installation surface, and the plurality of optical functions A photoelectric conversion element mounted on the main surface in a state in which the portion is directed to the core side, and in the optical waveguide device in which the same number of the optical waveguide portions and the optical functional portions exist, the optical waveguide portion An optical path conversion unit that converts a path of an optical signal propagating in the optical path is formed, and the optical path conversion unit is formed by a conical recess having an opening on the back surface and a reflection surface that is inclined with respect to the back surface. The photoelectric conversion element has a plurality of optical function unit groups in which the plurality of optical function units are arranged in a straight line at an equal pitch in the optical function unit installation surface, and the optical function unit group The plurality of optical function units constituting the optical function unit and the plurality of optical function units constituting the adjacent optical function unit group are arranged offset from each other along a direction orthogonal to the arrangement direction of the optical function unit group. There is an optical waveguide device characterized in that
従って、手段1によると、光導波路構造体を構成する複数の光導波路部が同一平面上に形成され、光導波路部が光電変換素子の光機能部と同数存在している。このため、全ての光導波路部を複数の光機能部に近付けやすくなる。その結果、光導波路部と光機能部との間での光信号の広がりによる損失を小さくすることができる。これに伴い、レンズ等の光学部品を用いて光信号の広がりを防止しなくても済むため、部品点数の増加を防止することができ、光導波路デバイスを低コストで製造することができる。また、複数の光導波路部が同一平面上に形成されるため、光導波路構造体の薄型化を図ることができ、ひいては、光導波路デバイス全体の薄型化を図ることができる。さらに、隣接する光機能部群を構成する光機能部同士が、光機能部群の配列方向と直交する方向に沿って互いにオフセットして配置されている。その結果、光機能部をファインピッチで配置しやすくなるため、光導波路構造体の小型化を図ることができ、ひいては、光導波路デバイス全体の小型化を図ることができる。 Therefore, according to the means 1, the plurality of optical waveguide portions constituting the optical waveguide structure are formed on the same plane, and the same number of optical waveguide portions as the optical functional portions of the photoelectric conversion element are present. For this reason, it becomes easy to bring all the optical waveguide parts close to a plurality of optical function parts. As a result, it is possible to reduce the loss due to the spread of the optical signal between the optical waveguide portion and the optical function portion. Accordingly, it is not necessary to prevent the spread of the optical signal by using an optical component such as a lens. Therefore, the increase in the number of components can be prevented, and the optical waveguide device can be manufactured at a low cost. Further, since the plurality of optical waveguide portions are formed on the same plane, the optical waveguide structure can be reduced in thickness, and as a result, the entire optical waveguide device can be reduced in thickness. Furthermore, the optical functional units constituting the adjacent optical functional unit groups are arranged offset from each other along a direction orthogonal to the arrangement direction of the optical functional unit groups. As a result, the optical functional units can be easily arranged at a fine pitch, so that the optical waveguide structure can be reduced in size, and as a result, the entire optical waveguide device can be reduced in size.
上記光導波路デバイスは光導波路構造体を備えている。光導波路構造体は、光信号が伝搬する光路となるコア及びコアを取り囲むクラッドを有する光導波路部が同一平面上において複数形成された構造を有している。光導波路構造体は有機系であっても無機系であってもよい。例えば、有機系の光導波路構造体に使用される樹脂材料としては、フッ素化ポリイミド等のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、UV硬化性エポキシ樹脂、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、重水素化PMMA、重水素フッ素化PMMA等のアクリル樹脂、ポリオレフィン系樹脂などがある。コアを形成する材料及びクラッドを形成する材料はいずれも透光性を有することが好ましい。また、コアを形成する材料は、クラッドを形成する材料よりも例えば2%程度(具体的には通常0.2%〜4.0%程度、最大10%程度)屈折率が高くなるように設定される。 The optical waveguide device includes an optical waveguide structure. The optical waveguide structure has a structure in which a plurality of optical waveguide portions having a core serving as an optical path through which an optical signal propagates and a clad surrounding the core are formed on the same plane. The optical waveguide structure may be organic or inorganic. For example, as a resin material used for an organic optical waveguide structure, polyimide resin such as fluorinated polyimide, epoxy resin, UV curable epoxy resin, PMMA (polymethyl methacrylate), deuterated PMMA, deuterium fluorine Examples thereof include acrylic resins such as modified PMMA and polyolefin resins. Both the material forming the core and the material forming the clad preferably have translucency. The material forming the core is set so that the refractive index is higher than that of the material forming the clad, for example, by about 2% (specifically, about 0.2% to 4.0%, usually about 10% at the maximum). Is done.
上記光導波路デバイスは1つまたは2つ以上の光電変換素子を備えている。光電変換素子は、光導波路構造体の主面上に搭載される。その搭載方法としては、例えば、ワイヤボンディングやフリップチップボンディング等の手法、異方導電性材料を用いた手法などがある。光電変換素子を大別すると、発光の機能を有する複数の光機能部(発光部)を光機能部設置面内に有するもの(即ち発光素子)と、受光の機能を有する複数の光機能部(受光部)を光機能部設置面内に有するもの(即ち受光素子)とがある。発光素子の具体例としては、発光ダイオード(Light Emitting Diode;LED)、半導体レーザーダイオード(Laser Diode ;LD)、面発光レーザー(Vertical Cavity Surface Emitting Laser;VCSEL)等がある。これらの発光素子は、入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を光導波路構造体の所定部位に向けて発光部から出射する機能を備えている。一方、受光素子の具体例としては、例えば、pinフォトダイオード(pin Photo Diode;pin PD)、アバランシェフォトダイオード(Avalanche Photo Diode ;APD)等がある。これらの受光素子は、光導波路構造体の所定部位から出射された光信号を受光部にて入射し、その入射した光信号を電気信号に変換して出力する機能を有している。従って、信号伝送を行うためには、発光素子の発光部や受光素子の受光部を、光導波路部に対して光結合する必要がある。光電変換素子に使用する好適な材料としては、例えば、Si、Ge、InGaAs、GaAsP、GaAlAsなどを挙げることができる。 The optical waveguide device includes one or more photoelectric conversion elements. The photoelectric conversion element is mounted on the main surface of the optical waveguide structure. As the mounting method, for example, there are a method such as wire bonding and flip chip bonding, and a method using an anisotropic conductive material. When the photoelectric conversion elements are roughly classified, a plurality of optical function units (light emitting units) having a light emitting function (light emitting units) in the optical function unit installation surface (that is, light emitting elements) and a plurality of optical functional units having a light receiving function ( Some of them have a light receiving part) in the optical function part installation surface (that is, a light receiving element). Specific examples of the light emitting element include a light emitting diode (LED), a semiconductor laser diode (LD), a surface emitting laser (VCSEL), and the like. These light emitting elements have a function of converting an inputted electric signal into an optical signal and then emitting the optical signal from a light emitting portion toward a predetermined portion of the optical waveguide structure. On the other hand, specific examples of the light receiving element include a pin photo diode (pin PD) and an avalanche photo diode (APD). These light receiving elements have a function of causing an optical signal emitted from a predetermined portion of the optical waveguide structure to be incident on the light receiving portion, converting the incident optical signal into an electric signal, and outputting the electric signal. Therefore, in order to perform signal transmission, it is necessary to optically couple the light emitting part of the light emitting element and the light receiving part of the light receiving element to the optical waveguide part. Examples of suitable materials used for the photoelectric conversion element include Si, Ge, InGaAs, GaAsP, and GaAlAs.
ところで、光電変換素子は、複数列の光機能部群を光機能部設置面内に有しており、特定の光機能部群を構成する光機能部と、隣接する光機能部群を構成する光機能部とが、光機能部群の配列方向と直交する方向に沿って互いにオフセットして配置されている。これに伴い、特定の光機能部群を構成する光機能部に対応する光導波路部の光路変換部、及び、隣接する光機能部群を構成する光機能部に対応する光導波路部の光路変換部も、各光導波路部の配列方向に沿って互いにオフセットして配置されている。この場合、例えばダイシングソーなどを用いて光路変換部を形成しようとすると、ダイシングソーは、切削のための切りしろが必要で、かつ各光導波路部を横断するように切削するため、隣接する光導波路部において光路変換部が形成されない箇所を切削してしまう可能性がある。 By the way, the photoelectric conversion element has a plurality of rows of optical functional unit groups in the optical functional unit installation surface, and constitutes an optical functional unit constituting a specific optical functional unit group and an adjacent optical functional unit group. The optical function units are arranged offset from each other along a direction orthogonal to the arrangement direction of the optical function unit group. Accordingly, the optical path conversion unit of the optical waveguide unit corresponding to the optical functional unit constituting the specific optical functional unit group, and the optical path conversion of the optical waveguide unit corresponding to the optical functional unit constituting the adjacent optical functional unit group The parts are also offset from each other along the arrangement direction of the optical waveguide parts. In this case, for example, when an optical path changing portion is formed using a dicing saw or the like, the dicing saw needs a cutting margin for cutting and cuts so as to cross each optical waveguide portion. There is a possibility that a portion where the optical path changing portion is not formed in the waveguide portion is cut.
そこで、光導波路に光路変換部を構成する場合、光路変換部は円錐状凹部によって構成されることがよく、円錐状凹部は、先端が円錐状をなす加工用ドリルを用いたドリル加工により形成されることが好ましい。このようにすれば、特定の光導波路部に対して光路変換部を形成する際に、隣接する光導波路部を破損してしまう可能性が小さくなる。つまり、光導波路部の任意の場所に対して比較的容易に円錐状凹部を形成することができる。 Therefore, when the optical path conversion unit is configured in the optical waveguide, the optical path conversion unit is preferably configured by a conical recess, and the conical recess is formed by drilling using a processing drill having a conical tip. It is preferable. In this way, when forming the optical path changing part for a specific optical waveguide part, the possibility of damaging the adjacent optical waveguide part is reduced. That is, the conical concave portion can be formed relatively easily with respect to an arbitrary place of the optical waveguide portion.
なお、光機能部群を構成する複数の光機能部と隣接する光機能部群を構成する複数の光機能部とが互いにオフセットするオフセット量は、複数存在する光機能部のピッチの半分以下であることが好ましく、特には、50μm以上かつピッチの半分以下であることがより好ましい。このようにすれば、光機能部群を構成する複数の光機能部と隣接する光機能部群を構成する複数の光機能部とを離間させやすくなるため、光機能部に対応させて光導波路部を形成することが容易になる。なお、オフセット量が50μm未満になると、光機能部に対応させて光導波路部を形成したとしても、光導波路部同士が干渉しやすくなる。しかも、円錐状凹部の加工の際に、隣接する光導波路のコアを切断、破損しやすくなる。 The offset amount by which the plurality of optical function units configuring the optical function unit group and the plurality of optical function units configuring the adjacent optical function unit group are offset from each other is less than half of the pitch of the plurality of optical function units existing. In particular, it is more preferably 50 μm or more and half or less of the pitch. This makes it easier to separate the plurality of optical function units constituting the optical function unit group and the plurality of optical function units constituting the adjacent optical function unit group, so that the optical waveguide corresponding to the optical function unit is provided. It becomes easy to form the part. When the offset amount is less than 50 μm, even if the optical waveguide portion is formed corresponding to the optical function portion, the optical waveguide portions are likely to interfere with each other. Moreover, when processing the conical recess, the core of the adjacent optical waveguide is likely to be cut and damaged.
また、円錐状凹部は、先端(最も深いところ)がコアと光電変換素子接続用配線との間に位置していることが好ましい。具体的に言うと、円錐状凹部は、先端が光導波路部と光電変換素子接続用配線との境界部分に位置していてもよいし、コアと光電変換素子接続用配線との間に位置するクラッド内に位置していてもよい。このようにした場合、円錐状凹部がコアを貫通するため、形成された円錐状凹部によって、コア内を伝搬する光信号の進路を確実に変換させることができる。また、円錐状凹部を加工用ドリルで形成する場合、加工用ドリルの接触に起因する光電変換素子接続用配線の破損を防止することができる。 In addition, it is preferable that the tip (deepest portion) of the conical recess is located between the core and the photoelectric conversion element connection wiring. Specifically, the conical recess may be positioned at the boundary between the optical waveguide portion and the photoelectric conversion element connection wiring, or between the core and the photoelectric conversion element connection wiring. It may be located in the cladding. In this case, since the conical recess penetrates the core, the path of the optical signal propagating through the core can be reliably changed by the formed conical recess. Moreover, when forming a conical recessed part with a processing drill, damage to the photoelectric conversion element connection wiring resulting from the contact of the processing drill can be prevented.
さらに、主面上に光電変換素子接続用配線が形成され、主面において円錐状凹部の形成領域の裏側となる範囲内に、光電変換素子接続用配線の少なくとも一部が位置し、かつ光電変換素子接続用配線と光電変換素子との接続部分が位置していることが好ましい。このようにすれば、狭い面積で光電変換素子を配置できるようになるため、光電変換素子の小型化に有効である。また、上記の範囲から光電変換素子がはみ出す領域を小さくすることができるため、円錐状凹部が形成された光導波路部同士の間隔を狭くすることができる。その結果、光導波路構造体、ひいては光導波路デバイス全体の小型化を図ることができる。 Further, a photoelectric conversion element connection wiring is formed on the main surface, and at least a part of the photoelectric conversion element connection wiring is located within a range that is behind the conical recess formation region on the main surface, and the photoelectric conversion It is preferable that the connection portion between the element connection wiring and the photoelectric conversion element is located. In this way, the photoelectric conversion elements can be arranged in a small area, which is effective for downsizing the photoelectric conversion elements. Moreover, since the area | region which a photoelectric conversion element protrudes from said range can be made small, the space | interval of the optical waveguide parts in which the conical recessed part was formed can be narrowed. As a result, the size of the optical waveguide structure, and thus the entire optical waveguide device, can be reduced.
なお、光電変換素子接続用配線は、例えば導電性金属により形成される。導電性金属としては特に限定されないが、例えば銅、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル、スズ、鉛、チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブなどから選択される1種または2種以上の金属を挙げることができる。2種以上の金属からなる導電性金属としては、例えば、スズ及び鉛の合金であるはんだ等を挙げることができる。2種以上の金属からなる導電性金属として、鉛フリーのはんだ(例えば、Sn−Ag系はんだ、Sn−Ag−Cu系はんだ、Sn−Ag−Bi系はんだ、Sn−Ag−Bi−Cu系はんだ、Sn−Zn系はんだ、Sn−Zn−Bi系はんだ等)を用いても勿論よい。 The photoelectric conversion element connection wiring is formed of, for example, a conductive metal. Although it does not specifically limit as a conductive metal, For example, 1 type, or 2 or more types of metals selected from copper, gold, silver, platinum, palladium, nickel, tin, lead, titanium, tungsten, molybdenum, tantalum, niobium, etc. Can be mentioned. Examples of the conductive metal composed of two or more metals include solder that is an alloy of tin and lead. Lead-free solder (for example, Sn-Ag solder, Sn-Ag-Cu solder, Sn-Ag-Bi solder, Sn-Ag-Bi-Cu solder) as a conductive metal composed of two or more metals Of course, Sn—Zn solder, Sn—Zn—Bi solder, etc.) may be used.
また、上記課題を解決するための別の手段(手段2)としては、上記手段1に記載の光導波路デバイスを製造する方法であって、前記光導波路部を準備する光導波路部準備工程と、先端が円錐状をなす加工用ドリルを用いて前記裏面側からドリル加工を行うことにより、前記円錐状凹部を形成する凹部形成工程とを含むことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法がある。 Moreover, as another means (means 2) for solving the above-mentioned problem, it is a method for manufacturing the optical waveguide device according to the above means 1, and an optical waveguide part preparation step for preparing the optical waveguide part, There is a method of manufacturing an optical waveguide device including a recess forming step of forming the conical recess by drilling from the back surface side using a processing drill having a conical tip.
従って、手段2では、同一平面上に形成された複数の光導波路部に対して、ダイシングソーを用いて光路変換部を形成するのではなく、加工用ドリルを用いて光路変換部である円錐状凹部を形成している。この加工用ドリルは、光導波路中の光伝播方向に対して垂直方向であって光導波路構造体の面方向に切り進む加工を行うダイシングソーとは異なり、光導波路構造体の厚さ方向に掘り進むドリル加工を行うため、円錐状凹部の形成時に、隣接する光導波路部まで加工してしまう可能性が小さくなる。つまり、光導波路部の任意の場所に対して比較的容易に光路変換部となる円錐状凹部を形成することができる。また、一般的に用いられているドリル加工機を利用して加工用ドリルによるドリル加工を行うことができるため、光導波路デバイスの量産性が向上する。 Therefore, the means 2 does not form a light path changing part using a dicing saw for a plurality of light waveguide parts formed on the same plane, but uses a processing drill to form a conical shape that is a light path changing part. A recess is formed. Unlike the dicing saw that performs processing that cuts in the plane direction of the optical waveguide structure perpendicular to the light propagation direction in the optical waveguide, this processing drill digs in the thickness direction of the optical waveguide structure. Since drilling is performed, the possibility of processing to the adjacent optical waveguide portion is reduced when the conical recess is formed. That is, a conical recess serving as an optical path changing portion can be formed relatively easily in an arbitrary place of the optical waveguide portion. Moreover, since it is possible to perform drilling with a processing drill using a commonly used drilling machine, the mass productivity of the optical waveguide device is improved.
以下、光導波路デバイスの製造方法を工程に沿って説明する。 Hereafter, the manufacturing method of an optical waveguide device is demonstrated along a process.
まず、光導波路部を準備する光導波路部準備工程を行う。ここで、光導波路部準備工程は、例えば、コアを形成するコア形成工程と、クラッドを形成するクラッド形成工程と、主面上に光電変換素子接続用配線を形成する配線形成工程とを含んでいる。なお、配線形成工程において光電変換素子接続用配線を形成する方法としては、エッチング、めっき、金属ペーストの印刷焼成、金属箔の貼付、スパッタリング、蒸着、イオンプレーティングなどが挙げられる。 First, the optical waveguide part preparation process which prepares an optical waveguide part is performed. Here, the optical waveguide section preparation step includes, for example, a core formation step for forming a core, a clad formation step for forming a clad, and a wiring formation step for forming a photoelectric conversion element connection wiring on the main surface. Yes. In addition, as a method for forming the photoelectric conversion element connecting wiring in the wiring forming step, etching, plating, printing and baking of metal paste, sticking of metal foil, sputtering, vapor deposition, ion plating, and the like can be given.
続く凹部形成工程では、先端が円錐状をなす加工用ドリルを用いて光導波路構造体の裏面側からドリル加工を行うことにより、円錐状凹部を形成する。なお、凹部形成工程では、加工用ドリルを用いて、コアを貫通するように円錐状凹部を形成することが好ましい。このようにした場合、コアを貫通して形成された円錐状凹部によって、コア内を伝搬する光信号の進路を確実に変換し、出力することができる。また、コア内に光信号を確実に入射させることができる。さらに、加工用ドリルの接触に起因する光電変換素子接続用配線の破損を防止することができる。 In the subsequent recess forming step, the conical recess is formed by drilling from the back side of the optical waveguide structure using a drill for processing having a conical tip. In the recess forming step, it is preferable to form the conical recess so as to penetrate the core using a machining drill. In this case, the path of the optical signal propagating through the core can be reliably converted and output by the conical recess formed through the core. Moreover, an optical signal can be reliably incident in the core. Furthermore, damage to the photoelectric conversion element connection wiring due to the contact of the machining drill can be prevented.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1,図2には、本実施形態の光導波路デバイス10が示されている。光導波路デバイス10は、主面21及び主面21の反対側に位置する裏面22を有する光導波路構造体20を備えている。光導波路構造体20は、セラミック配線基板(図示略)によって裏面22側から支持されている。なお、セラミック配線基板は、複数のセラミック層を積層してなる多層セラミック配線基板であってもよいし、1つのセラミック層のみからなる単層のセラミック配線基板であってもよい。また、セラミック配線基板は省略されていてもよい。
1 and 2 show an
さらに、光導波路構造体20の主面21上には、光電変換素子接続用配線41が形成されている。光電変換素子接続用配線41は、接着剤を用いて金属箔(図示略)を主面21に貼付した後、貼付した金属箔をパターニングすることによって形成されたものである。そして、光電変換素子接続用配線41の表面上には、複数のはんだバンプ42が配設されている。
Further, on the
図1,図2に示されるように、光導波路構造体20には、12本の光導波路部23が同一平面上に形成されている。各光導波路部23は、コア25の幅が50μmであって、全体の厚さが100μmの断面矩形状をなし、直線的にかつ平行に延びるように形成されている。また、各光導波路部23は、厚さ25μmの下部クラッド24と、厚さ50μmのコア25と、厚さ25μmの上部クラッド26とによって構成され、全体の厚さが100μmになっている。コア25は、実質的に光信号が伝搬する光路となる部分であって、下部クラッド24及び上部クラッド26により取り囲まれている。本実施形態の場合、コア25とクラッド24,26とでは、屈折率が異なる透明なポリマ材料が使用されている。具体的に言うと、コア25を形成する材料は、クラッド24,26を形成する材料よりも2%程度(具体的には通常0.2%〜4.0%程度、最大10%程度)屈折率が高くなっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, twelve
図1に示されるように、各光導波路部23における両端部には、光路内を伝搬する光信号の進路を変換する光路変換部31が形成されている。光路変換部31は、光導波路構造体20の裏面22にて開口する円錐状凹部33によって構成されている。この円錐状凹部33は、先端が円錐状をなす加工用ドリル51(図3参照)を用いたドリル加工により形成されている。また、円錐状凹部33は、下部クラッド24及びコア25を貫通するとともに、先端がコア25と光電変換素子接続用配線41との間、具体的には、光導波路部23と光電変換素子接続用配線41との境界部分に位置している。さらに、円錐状凹部33は、裏面22に対して45°の角度で傾斜する反射面32を内面に有している。その結果、光を90°の角度で反射する光路変換用ミラーが構成される。また、円錐状凹部33の開口端における内径は、光導波路部23の厚さに対して2倍の大きさ(本実施形態では200μm)となる。そして、光導波路構造体20の主面21において円錐状凹部33の形成領域R1の裏側となる範囲内には、光電変換素子接続用配線41の一部が位置するようになる。
As shown in FIG. 1, optical
図1,図2に示されるように、光導波路デバイス10は、光電変換素子(発光素子)の一種であるVCSEL43を備えている。このVCSEL43は、縦2.5mm×横1.5mmの略矩形平板状をなし、発光の機能を有する12個の発光部44(光機能部)を発光部設置面45(光機能部設置面)内に有している。即ち、光導波路部23及び発光部44は互いに同数ずつ存在している。また、VCSEL43は、各発光部44をコア25側に向けた状態で主面21上に搭載されている。そして、各発光部44は、主面21に対して直交する方向(図1では下方向)に、所定波長のレーザー光(光信号)を出射するようになっている。なお、VCSEL43の有する複数の端子(図示略)は、光電変換素子接続用配線41の表面上に配設された各はんだバンプ42に対してそれぞれフリップチップ接続されている。そして、光電変換素子接続用配線41とVCSEL43との接続部分は、上記した形成領域R1の裏側となる範囲内に位置している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また図2に示されるように、VCSEL43は、4個の発光部44を一直線上にかつ等ピッチに配置してなる3列の発光部群46,47,48(光機能部群)を発光部設置面45内に有している。なお、各発光部群46〜48を構成する発光部44のピッチL1は、それぞれ500μmに設定されている。また、1列目の発光部群46を構成する発光部44、及び、発光部群46に隣接する2列目の発光部群47を構成する発光部44は、発光部群46〜48の配列方向(図2では左右方向)と直交する方向(図2では上下方向)に沿って互いにオフセットして配置されている。なお、発光部群46を構成する発光部44と発光部群47を構成する発光部44とが互いにオフセットするオフセット量L2は、50μm以上かつピッチL1(500μm)の半分以下(本実施形態では160μm:ピッチL1の約1/3)に設定されている。その結果、全ての発光部44を一直線上に配置する場合に比べて、小型化・高密度化が実現される。同様に、2列目の発光部群47を構成する発光部44、及び、発光部群47に隣接する3列目の発光部群48を構成する発光部44も、発光部群46〜48の配列方向と直交する方向に沿って互いにオフセットして配置されている。そして、発光部群47を構成する発光部44と発光部群48を構成する発光部44とが互いにオフセットするオフセット量L2も、50μm以上かつピッチL1の半分以下に設定されている。なお、各発光部44の下方には、光導波路部23の一方の端部に形成された円錐状凹部33がそれぞれ存在している。
As shown in FIG. 2, the
また、図1,図2に示される光導波路デバイス10は、光電変換素子(受光素子)の一種であるフォトダイオード(図示略)を備えている。本実施形態のフォトダイオードは、VCSEL43とほぼ同様の構成を有している。即ち、このフォトダイオードは、受光の機能を有する12個の受光部(光機能部)を受光部設置面(光機能部設置面)内に有している。即ち、光導波路部23及び受光部は互いに同数ずつ存在している。また、フォトダイオードは、各受光部をコア25側に向けた状態で主面21上に搭載され、各受光部は、主面21に対して直交する方向(図1では上方向)に向かうレーザー光(光信号)を受けやすい構成となっている。なお、フォトダイオードの有する複数の端子(図示略)は、光電変換素子接続用配線41の表面上に配設された各はんだバンプに対してそれぞれフリップチップ接続されている。
The
また、フォトダイオードは、4個の受光部を一直線上にかつ等ピッチに配置してなる3列の受光部群(光機能部群)を受光部設置面内に有している。また、特定の受光部群を構成する受光部、及び、隣接する受光部群を構成する受光部は、受光部群の配列方向と直交する方向に沿って互いにオフセットして配置されている。なお、隣接する受光部群を構成する受光部同士が互いにオフセットするオフセット量は、50μm以上かつ受光部のピッチ(500μm)の半分以下(本実施形態では160μm)に設定されている。そして、各受光部の下方には、光導波路部23の他方の端部に形成された円錐状凹部33がそれぞれ存在している。
Further, the photodiode has three rows of light receiving unit groups (optical function unit groups) in which four light receiving units are arranged on a straight line and at equal pitches in the light receiving unit installation surface. In addition, the light receiving parts constituting the specific light receiving part group and the light receiving parts constituting the adjacent light receiving part group are arranged offset from each other along the direction orthogonal to the arrangement direction of the light receiving part groups. Note that the offset amount by which the light receiving parts constituting the adjacent light receiving part groups are offset from each other is set to 50 μm or more and less than half the pitch (500 μm) of the light receiving parts (160 μm in this embodiment). A
さらに、光電変換素子接続用配線41の表面上に配設された各はんだバンプには、VCSEL43を駆動させるドライバIC(図示略)や、フォトダイオードを駆動させるレシーバIC(図示略)が接合されている。従って、ドライバICとVCSEL43とが、光電変換素子接続用配線41などを介して電気的に接続されるとともに、フォトダイオードとレシーバICとが、光電変換素子接続用配線41などを介して電気的に接続される。
Further, a driver IC (not shown) for driving the
このように構成された光導波路デバイス10の一般的な動作について簡単に述べておく。
A general operation of the
VCSEL43及びフォトダイオードは、配線基板や配線に接続された回路デバイス(図示略)を介して動作する。ドライバICからVCSEL43に電気信号が出力されると、VCSEL43は入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を光路変換部31の反射面32に向けて、発光部44からレーザー光として出射する。発光部44から出射したレーザー光は、光導波路構造体20の主面21側から入射して反射面32に到達する。反射面32に到達したレーザー光は、そこで進行方向を90°変更し、コア25の一端に入射する。コア25内を伝搬して他端に到達したレーザー光は、そこに設けられている光路変換部の反射面により反射され、再び進行方向を90°変更する。このため、レーザー光は光導波路構造体20の主面21側から出射し、フォトダイオードの受光部に入射する。すると、フォトダイオードは光信号を電気信号に変換してレシーバICに出力する。レシーバICは、それを増幅等して基板に出力するようになっている。
The
次に、光導波路デバイス10の製造方法を図面に基づいて説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、光導波路部準備工程を行い、複数の光導波路部23を従来周知の手法により作製し、あらかじめ準備しておく。なお、光導波路部準備工程は、上部クラッド形成工程、コア形成工程、下部クラッド形成工程及び配線形成工程を含んでいる。
First, an optical waveguide part preparation step is performed, and a plurality of
上部クラッド形成工程では、各光導波路部23における上部クラッド26を形成する。一例を挙げると、まず、エポキシ系化合物[脂環式エポキシ系化合物(ダイセル化学工業株式会社製 EHPE3150)が99.5質量%、重合開始剤(旭電化工業株式会社製 光酸発生剤SP172)が0.5質量%]を含む硬化性組成物と、溶剤(メチルエチルケトン)とを混合し、溶解させて固形分78%の混合溶液を調製する。その後、得られた混合溶液を、支持体(厚さ38μmのPETフィルム)上にキャスティング法により塗布する。次に、70℃に加熱した状態で30分間乾燥を行う。その結果、溶剤が除去され、クラッド形成用の未硬化フィルムが得られる。その後、未硬化フィルムを配線基板や金属箔などの所定の基体にラミネートすることにより、未硬化フィルムを転写する。具体的には、40℃〜50℃に加熱した状態で、基体及び未硬化フィルムの積層方向に0.5MPaの圧力を付与する。さらに、PETフィルムを剥離した後、70℃に加熱した状態で30分間乾燥を行う。その結果、溶剤が除去され、未硬化状態の上部クラッド26が得られる。なお、上記の方法に代えて、クラッド形成用液状物を、スピンコートなどの周知の方法によって塗布し、乾燥するといった方法により、未硬化状態の上部クラッド26を形成することも可能である。その後、未硬化状態の上部クラッド26に対して、紫外線ランプを用いた露光(露光量2000mJ/cm2、約7分)と、ポストベイク(120℃、30分)と、本硬化(150℃、1時間)とを行うことにより、完全に硬化した上部クラッド26が得られる。このように、金属箔上に光導波路を形成する作製方法は、光導波路構造体20を完成させた後、接着剤を用いて金属箔を貼り付ける作製方法と比較すると、上部クラッド26が接着剤を兼ねている。即ち、上部クラッド26とは別に接着剤層を形成する工程を省略することができ、低コスト化に有効である。
In the upper clad forming step, the upper clad 26 in each
続くコア形成工程では、各光導波路部23におけるコア25を形成する。一例を挙げると、まず、エポキシ系化合物[芳香族エポキシ系化合物(ジャパンエポキシレジン株式会社製 エピコート1001)が44.5質量%、脂環式エポキシ系化合物(ダイセル化学工業株式会社製 EHPE3150)が55.0質量%、重合開始剤(旭電化工業株式会社製 光酸発生剤SP172)が0.5質量%]を含む硬化性組成物を準備する。次に、この硬化性組成物と溶剤(メチルエチルケトン)とを混合し、溶解させて固形分78%の混合溶液を調製する。その後、得られた混合溶液を、支持体(例えば厚さ38μmのPETフィルム)上にキャスティング法により塗布する。次に、70℃に加熱した状態で30分間乾燥を行う。その結果、溶剤が除去され、コア形成用の未硬化フィルムが得られる。そして、得られた未硬化フィルムを上部クラッド26上にラミネートし積層する。具体的には、40℃〜50℃に加熱した状態で、上部クラッド26及び未硬化フィルムの積層方向に0.5MPaの圧力を付与する。さらに、PETフィルムを剥離した後、70℃に加熱した状態で30分間乾燥を行うことにより、未硬化状態のコア25が形成される。その後、未硬化状態のコア25に対して、所定パターンが形成されたフォトマスクを配置し、この状態で紫外線ランプを用いた露光(露光量500mJ/cm2、約2分)と、ポストベイク(120℃、30分)とを行う。これにより、露光された部分が仮硬化状態になる。次に、2−メトキシエタノールを用いた現像(30秒)を行って未硬化の樹脂を除去し、イソプロピルアルコール(IPA)を用いて未硬化の樹脂の残渣を洗浄、除去することにより、仮硬化状態のコア25をパターニングする。その後、本硬化(150℃、1時間)を行うことにより、完全に硬化したコア25が得られる。なお、露光及び現像を行うことによってコア25を形成する代わりに、材料に応じて別の方法を用いてコア25を形成してもよく、例えばフォトブリーチングを行うことによってコア25を形成してもよい。
In the subsequent core formation process, the core 25 in each
下部クラッド形成工程では、各光導波路部23における下部クラッド24を形成する。ここでは、上部クラッド形成工程で用いたものと同じ未硬化フィルム(下部クラッド形成用の未硬化フィルム)を用意する。そして、得られた未硬化フィルムをコア25上及び上部クラッド26上に積層し、40℃〜50℃に加熱した状態で、上部クラッド26、コア25及び未硬化フィルムの積層方向に0.5MPaの圧力を付与する。その後、PETフィルムを剥離した後、70℃に加熱した状態で30分間乾燥を行うことにより、未硬化状態の下部クラッド24が形成される。次に、未硬化状態の下部クラッド24に対して、紫外線ランプを用いた露光(露光量2000mJ/cm2、約7分)と、ポストベイク(120℃、30分)と、本硬化(150℃、1時間)とを行うことにより、完全に硬化した下部クラッド24が得られ、複数の光導波路部23が形成された光導波路構造体20が完成する。
In the lower clad formation step, the lower clad 24 in each
そして、上記した光導波路構造体20の形成工程で配線基板を基体として用いなかった場合には、下部クラッド形成工程後、コア形成工程後及び上部クラッド形成工程後に配線を形成する(配線形成工程)。その配線形成工程では、光導波路構造体20の主面21上に光電変換素子接続用配線41等を形成する。一例を挙げると、まず、光導波路構造体20の主面21に対して、接着剤を用いて金属箔(図示略)を貼付する。ここでは、光導波路部23を形成する際に基体として用いた金属箔をそのまま利用してもよい。次に、この金属箔から配線パターンを形成する。形成方法としては、フォトレジストを用いて金属箔を部分的に保護した後、エッチングにより不要な金属箔を除去する等、従来周知の方法を用いることができる。その結果、光電変換素子接続用配線41が形成される。その後、光電変換素子を接続するためのはんだバンプを搭載する部分に開口を形成したソルダーレジスト層(図示略)を形成してもよい。
When the wiring substrate is not used as the base in the above-described
続く凹部形成工程では、加工用ドリル51を光導波路部23の裏面22に押し当て、加工用ドリル51を回転させながら進めるドリル加工を行う(図3参照)。その後、加工用ドリル51の先端部52(45°の傾斜面を有する部分)を光導波路部23内に進入させる。そして、加工用ドリル51の先端が光導波路部23と光電変換素子接続用配線41との境界部分に到達したときに、加工用ドリル51によるドリル加工を終了することにより、45°の反射面32を有する円錐状凹部33を形成する(図4参照)。このように、ドリル加工の深さを制御することにより、加工用ドリル51による光電変換素子接続用配線41の破損が防止される。なお、先端部52の長さは、光導波路部23のコア25に45°の円錐状凹部33を形成できる大きさであればよい。
In the subsequent recess forming step, the
その後、光導波路構造体20を反転させて配置し、主面21を上方に位置させるとともに裏面22を下方に位置させる。この状態において、光電変換素子接続用配線41上に複数のはんだバンプ42を形成する。次に、光電変換素子接続用配線41上に、VCSEL43、ドライバIC、フォトダイオード及びレシーバICをそれぞれ載置する。そして、所定温度及び所定時間のはんだリフローを行ってはんだバンプを溶融させ、VCSEL43、ドライバIC、フォトダイオード及びレシーバICを光電変換素子接続用配線41に接合すれば、光導波路デバイス10が完成する。なお、はんだリフローではなく、フリップチップボンダーによる位置合わせを行うと同時に加熱を行って、VCSEL43、ドライバIC、フォトダイオード及びレシーバICをそれぞれ載置してもよい。
Thereafter, the
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施形態の光導波路デバイス10によれば、光導波路構造体20を構成する複数の光導波路部23が同一平面上に形成され、光導波路部23が、VCSEL43の発光部44やフォトダイオードの受光部と同数存在している。このため、全ての光導波路部23を、複数の発光部44や複数の受光部に近付けやすくなる。その結果、光導波路部23と発光部44との間や、光導波路部23と受光部との間での光信号の広がりによる損失を小さくすることができる。これに伴い、レンズ等の光学部品を用いて光信号の広がりを防止しなくても済むため、部品点数の増加を防止することができ、光導波路デバイス10を低コストで製造することができる。また、複数の光導波路部23が同一平面上に形成されるため、光導波路構造体20の薄型化を図ることができ、ひいては、光導波路デバイス10全体の薄型化を図ることができる。
(1) According to the
(2)本実施形態では、VCSEL43が発光部群46〜48を発光部設置面45内に有しており、例えば、発光部群46を構成する発光部44と、発光部群47を構成する発光部44とが、発光部群46〜48の配列方向(図2では左右方向)と直交する方向(図2では上下方向)に沿って互いにオフセットして配置されている。これに伴い、発光部群46を構成する発光部44の下方にある光導波路部23の光路変換部31、及び、発光部群47を構成する発光部44の下方にある光導波路部23の光路変換部31も、各光導波路部23の配列方向(図2では上下方向)に沿って互いにオフセットして配置されている。この場合、例えばダイシングソーなどを用いて光路変換部31を形成しようとすると、ダイシングソーは、各光導波路部23を横断するように切削するため、隣接する光導波路部23において光路変換部31が形成されない箇所を切削する可能性がある。この場合、コア25を破損し、光信号伝送を不可能にしてしまうおそれがある。
(2) In the present embodiment, the
そこで本実施形態では、光路変換部31を円錐状凹部33によって構成し、円錐状凹部33を、先端が円錐状をなす加工用ドリル51を用いたドリル加工により形成している。この場合、特定の光導波路部23に対して円錐状凹部33を形成する際に、隣接する光導波路部23を加工してしまう可能性が小さくなる。つまり、光導波路部23の任意の場所に対して比較的容易に円錐状凹部33を形成することができる。
Therefore, in the present embodiment, the optical
(3)特開2007−183469号公報に記載の従来技術には、ドリル加工によって円錐状凹部を形成する技術が開示されている。しかし、円錐状凹部が開口する面と光電変換素子(VCSEL及びフォトダイオード)の搭載面とが同じであるため、ドリル加工時に、光電変換素子の接続に必要な配線を加工してしまい、光電変換素子が搭載不能になるおそれがある。そこで、本実施形態の円錐状凹部33は、光電変換素子(VCSEL43及びフォトダイオード)の搭載面である主面21ではなく、主面21の反対側に位置する裏面22にて開口している。その結果、円錐状凹部33の形成時において、加工用ドリル51による光電変換素子接続用配線41の加工が防止されるため、光電変換素子接続用配線41と光電変換素子との接続部分を、円錐状凹部33の存在を気にすることなく、円錐状凹部33の形成領域R1の範囲も含めて自由に設定でき、光電変換素子を大きさや構造に関係なく搭載することができる。
(3) The prior art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-183469 discloses a technique for forming a conical recess by drilling. However, since the surface where the conical recess is opened and the mounting surface of the photoelectric conversion element (VCSEL and photodiode) are the same, wiring necessary for connecting the photoelectric conversion element is processed during drilling, and photoelectric conversion is performed. There is a possibility that the element cannot be mounted. Therefore, the
(4)本実施形態の光路変換部31は、円錐状凹部33によって構成されているため、円錐状凹部33を、光電変換素子と光導波路部23との光軸合わせの際の位置基準として用いることができる。その結果、光電変換素子と光導波路部23との光軸合わせをより正確に行うことが可能となり、両者を高い精度で光結合することができる。
(4) Since the optical
(5)論文誌IEEE Transactions of Advanced Packaging(vol.32、no. 2、pp.509-516、MAY 2009)、特開2008−158471号公報、国際学会ECTC2008の予稿集(pp.238-243)等に記載の従来技術には、光導波路部の所定箇所に対して約45°の斜め上方からレーザーを照射するレーザー加工を行い、レーザー加工によって形成された孔の内壁面を反射面(ミラー)として利用する技術が開示されている。これらの従来技術によれば、隣接する光導波路部を切削してしまうことなく、任意の箇所に反射面を形成できるため、特定の光導波路部の光路変換部と隣接する光導波路部の光路変換部とが、光導波路部の配列方向に沿ってオフセットして配置されている場合にも、光路変換部(反射面)を確実に形成することができる。しかし、光導波路部の斜め上方からレーザーを照射することは、通常のレーザー加工機における加工対象の配置方法とは異なるものである。その結果、光導波路やレーザー光源の配置が困難であるため、光導波路デバイスの量産性が低下したり、装置コストが上昇してしまう。また、形成された反射面が粗くなるため、光の散乱による損失が大きくなり、光の伝送ロスが大きくなる。これに対し本実施形態では、通常の加工対象の配置方法によって、加工用ドリル51を用いて円錐状凹部33(光路変換部31)を形成している。その結果、円錐状凹部33を容易に形成できるため、光導波路デバイス10の量産性が向上する。また、円錐状凹部33内の反射面32が平滑になるため、光の散乱による損失が小さくなり、光の伝送ロスが小さくなる。
(5) Papers of IEEE Transactions of Advanced Packaging (vol. 32, no. 2, pp. 509-516, MAY 2009), JP 2008-158471 A, Proceedings of International Society ECTC 2008 (pp. 238-243) In the prior art described in the above, laser processing is performed by irradiating a laser beam at an angle of about 45 ° with respect to a predetermined portion of the optical waveguide portion, and the inner wall surface of the hole formed by the laser processing is reflected on the reflecting surface (mirror) The technique utilized as is disclosed. According to these prior arts, a reflecting surface can be formed at an arbitrary place without cutting the adjacent optical waveguide part, so that the optical path conversion of the optical waveguide part adjacent to the optical path conversion part of the specific optical waveguide part is possible. The optical path conversion part (reflective surface) can be reliably formed even when the part is offset and disposed along the arrangement direction of the optical waveguide part. However, irradiating a laser beam from obliquely above the optical waveguide portion is different from a method for arranging a processing target in a normal laser processing machine. As a result, since it is difficult to dispose the optical waveguide and the laser light source, the mass productivity of the optical waveguide device is reduced and the apparatus cost is increased. Further, since the formed reflection surface becomes rough, loss due to light scattering increases, and light transmission loss increases. On the other hand, in this embodiment, the conical recessed part 33 (optical path changing part 31) is formed using the
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。 In addition, you may change this embodiment as follows.
・上記実施形態の光導波路構造体20は、円錐状凹部33が反射面32を有するとともに、円錐状凹部33の内部が空間となっていた。しかし、反射面61に光を反射可能な金属(金、銀、銅、アルミニウム、クロム、チタン、ロジウム、ニッケル等)からなる薄膜62を蒸着した光導波路構造体60であってもよい(図5参照)。また、光を反射可能な誘電体多層膜を形成してもよい。このようにすれば、反射面61にて反射した光信号の反射率が向上するため、光の伝送ロスがよりいっそう小さくなる。また、円錐状凹部71の内部に、薄膜62を蒸着した後に、薄膜62を保護するための樹脂72を充填した光導波路構造体70であってもよい(図6参照)。さらに、光導波路構造体70とVCSEL43との隙間を、使用する波長の光が透過可能なアンダーフィルにより封止してもよい。
In the
・上記実施形態の光導波路構造体20は、円錐状凹部33の先端が光導波路部23と光電変換素子接続用配線41との境界部分に位置していた。しかし、コア25に45°反射面を形成できる深さであれば、円錐状凹部81が上部クラッド82内に位置する光導波路構造体80であってもよい(図7参照)。また、円錐状凹部91が主面92及び裏面93の両方にて開口する光導波路構造体90であってもよい(図8参照)。
In the
・上記実施形態では、光導波路構造体20の主面21に対して、接着剤を用いて金属箔を貼付した後、フォトレジストやエッチング等を用いた従来周知のパターニング方法により、光電変換素子接続用配線41を形成していた。しかし、光電変換素子接続用配線41の形成方法を変更してもよい。例えば、主面21に対してスパッタリングや蒸着などを行って金属層を形成した後、従来周知の加工技術によって金属層を加工して、光電変換素子接続用配線41を形成してもよい。なお、加工された金属層に対して無電解めっきや電解めっき等を施すことにより、金属層の厚さや材質を光電変換素子の搭載に最適な状態にするようにしてもよい。また、別途準備した基体(例えばPETフィルム)の上で光電変換素子接続用配線41を形成した後、形成した光電変換素子接続用配線41を主面21上に転写、接着してもよい。なお、基体は、転写または接着後に除去される。
In the above embodiment, after the metal foil is attached to the
・上記実施形態では、光導波路構造体20の主面21上に光電変換素子接続用配線41を形成した後で、円錐状凹部33を形成していた。しかし、円錐状凹部33を形成した後で、主面21上に光電変換素子接続用配線41を形成してもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、円錐状凹部33の先端が光導波路部23と光電変換素子接続用配線41との境界部分に位置していた。換言すると、光電変換素子接続用配線41は、主面21上において円錐状凹部33の中心となる箇所に端部が位置していた。しかし、光電変換素子接続用配線41は、はんだバンプ42を介してVCSEL43に接続できる程度であれば、円錐状凹部33の中心の外周側に端部が位置していてもよい。
In the above embodiment, the tip of the
・上記実施形態の光導波路デバイス10は、光導波路構造体20と、光導波路構造体20の主面21上に搭載されるVCSEL43と、光導波路構造体20を裏面22側から支持するセラミック配線基板とを備えた構造を有していた。しかし、光導波路デバイスは、他の構造を有していてもよい。例えば、光導波路構造体20をセラミック配線基板で支持させる代わりに、光導波路構造体20とVCSEL43との間に樹脂配線基板を介在させるようにしてもよい。詳述すると、樹脂配線基板の裏面上には、光導波路構造体20が取り付けられている。また、樹脂配線基板の主面上には、VCSEL43が複数の発光部44を光導波路構造体20のコア25側に向けた状態で搭載されている。さらに、樹脂配線基板には、発光部44から出射した光信号をコア25に導く光導波構造部が貫通形成されている。この場合、貫通形成された光導波構造部において、光機能部を備えた光電変換素子が載置されていない側の端部、即ち樹脂配線基板への光の入出力部を、新たな光機能部とみなすことができる。従って、光導波路部と光電変換素子との間に樹脂配線基板が介在している場合であっても、図1と同等の構造を備えていると言える。なお、樹脂配線基板は、複数の樹脂絶縁層を積層してなる多層樹脂配線基板であってもよいし、1つの樹脂絶縁層のみからなる単層の樹脂配線基板であってもよい。さらに、樹脂配線基板は、樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層してなるビルドアップ層をコア基板の表層に有するビルドアップ多層配線基板であってもよい。
The
次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。 Next, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.
(1)上記手段1において、前記主面上に光電変換素子接続用配線が形成され、前記主面において前記円錐状凹部の形成領域の裏側となる範囲内に、前記光電変換素子接続用配線の少なくとも一部が位置し、かつ前記光電変換素子接続用配線と前記光電変換素子との接続部分が位置しており、前記円錐状凹部は、先端が前記光導波路部と前記光電変換素子接続用配線との境界部分に位置していることを特徴とする光導波路デバイス。 (1) In the above means 1, the photoelectric conversion element connection wiring is formed on the main surface, and the photoelectric conversion element connection wiring is within a range on the back side of the formation area of the conical recess on the main surface. At least a portion is located, and a connection portion between the photoelectric conversion element connection wiring and the photoelectric conversion element is located, and the conical recess has a tip at the optical waveguide portion and the photoelectric conversion element connection wiring. An optical waveguide device characterized in that it is located at a boundary portion between and an optical waveguide device.
(2)上記手段1において、前記クラッドは、下部クラッドと、前記コア上に配置された上部クラッドとからなり、前記円錐状凹部は、前記下部クラッド及び前記コアを貫通するとともに、先端が前記コアと前記光電変換素子接続用配線との間に位置していることを特徴とする光導波路デバイス。 (2) In the above means 1, the clad comprises a lower clad and an upper clad disposed on the core, and the conical recess penetrates the lower clad and the core, and a tip is the core. And an optical waveguide device, wherein the optical waveguide device is located between the wiring for connecting photoelectric conversion elements.
10…光導波路デバイス
20,60,70,80,90…光導波路構造体
21,92…主面
22,93…裏面
23…光導波路部
24…クラッドとしての下部クラッド
25…コア
26,82…クラッドとしての上部クラッド
31…光路変換部
32,61…反射面
33,71,81,91…円錐状凹部
41…光電変換素子接続用配線
43…光電変換素子としてのVCSEL
44…光機能部としての発光部
45…光機能部設置面としての発光部設置面
46,47,48…光機能部群としての発光部群
51…加工用ドリル
L1…ピッチ
L2…オフセット量
R1…円錐状凹部の形成領域
DESCRIPTION OF
44 ...
Claims (7)
発光及び受光のうちの少なくとも一方の機能を有する複数の光機能部を光機能部設置面内に有し、前記複数の光機能部を前記コア側に向けた状態で前記主面上に搭載される光電変換素子と
を備え、前記光導波路部及び前記光機能部が互いに同数ずつ存在する光導波路デバイスにおいて、
前記光導波路部に、前記光路内を伝搬する光信号の進路を変換する光路変換部が形成され、
前記光路変換部は、前記裏面にて開口するとともに前記裏面に対して傾斜する反射面を有する円錐状凹部によって構成され、
前記光電変換素子は、前記複数の光機能部を一直線上にかつ等ピッチに配置してなる光機能部群を光機能部設置面内において複数列有しており、前記光機能部群を構成する前記複数の光機能部と、隣接する光機能部群を構成する前記複数の光機能部とが、前記光機能部群の配列方向と直交する方向に沿って互いにオフセットして配置されている
ことを特徴とする光導波路デバイス。 An optical waveguide structure having a main surface and a back surface positioned on the opposite side of the main surface, and a plurality of optical waveguide portions each having a core serving as an optical path through which an optical signal propagates and a clad surrounding the core are formed on the same plane When,
A plurality of optical function units having at least one function of light emission and light reception are provided in the optical function unit installation surface, and the plurality of optical function units are mounted on the main surface in a state facing the core side. In the optical waveguide device provided with the photoelectric conversion element, and the optical waveguide portion and the optical functional portion are present in the same number,
An optical path conversion unit that converts a path of an optical signal propagating in the optical path is formed in the optical waveguide unit,
The optical path changing unit is configured by a conical recess having an opening on the back surface and a reflecting surface inclined with respect to the back surface,
The photoelectric conversion element includes a plurality of rows of optical function units formed by arranging the plurality of optical function units on a straight line at an equal pitch, and constitutes the optical function unit group. The plurality of optical function units and the plurality of optical function units constituting the adjacent optical function unit group are arranged offset from each other along a direction perpendicular to the arrangement direction of the optical function unit group. An optical waveguide device characterized by the above.
前記主面において前記円錐状凹部の形成領域の裏側となる範囲内に、前記光電変換素子接続用配線の少なくとも一部が位置し、かつ前記光電変換素子接続用配線と前記光電変換素子との接続部分が位置している
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光導波路デバイス。 A photoelectric conversion element connection wiring is formed on the main surface,
In the main surface, at least part of the photoelectric conversion element connection wiring is located within a range that is behind the formation region of the conical recess, and the connection between the photoelectric conversion element connection wiring and the photoelectric conversion element The optical waveguide device according to claim 1, wherein the portion is located.
前記光導波路部を準備する光導波路部準備工程と、
先端が円錐状をなす加工用ドリルを用いて前記裏面側からドリル加工を行うことにより、前記円錐状凹部を形成する凹部形成工程と
を含むことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。 A method of manufacturing the optical waveguide device according to any one of claims 1 to 5,
An optical waveguide part preparing step of preparing the optical waveguide part;
A method of manufacturing an optical waveguide device, comprising: a recess forming step of forming the conical recess by drilling from the back side using a processing drill having a conical tip.
前記凹部形成工程では、前記加工用ドリルの先端を前記コアと前記光電変換素子接続用配線との間に到達させることにより、前記円錐状凹部を形成する
ことを特徴とする請求項6に記載の光導波路デバイスの製造方法。 The optical waveguide section preparing step includes a core forming step for forming the core, a clad forming step for forming the clad, and a photoelectric conversion element connecting surface on the main surface after the core forming step and after the clad forming step. A wiring forming process for forming wiring,
The said recessed part formation process forms the said cone-shaped recessed part by making the front-end | tip of the said drill for drill reach | attain between the said core and the said photoelectric conversion element connection wiring. Manufacturing method of optical waveguide device.
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