JP2015099329A - Optical waveguide, opto-electric hybrid board and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光導波路、光電気混載基板および電子機器に関するものである。 The present invention relates to an optical waveguide, an opto-electric hybrid board, and an electronic device.
従来から、傾斜面(ミラー面)を有する光導波路の製造方法として、第1クラッド層、コア部が形成されているコア層および第2クラッド層が積層された積層体に対して、第2クラッド層側から、テーパー状のブレードによって光導波路を切削加工して切り欠きを形成することにより、傾斜面を形成する方法が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。しかしながら、特許文献1、2の光導波路では、ミラー面が平坦であるため、ミラー面で反射した光を集光することができず、コア層を伝搬した光を傾斜面によって効率的に取り出すことができない。
Conventionally, as a method of manufacturing an optical waveguide having an inclined surface (mirror surface), a second cladding is applied to a laminate in which a first cladding layer, a core layer on which a core portion is formed, and a second cladding layer are stacked. A method of forming an inclined surface by cutting an optical waveguide from a layer side with a tapered blade to form a notch is known (for example, see
本発明の目的は、光の伝搬を効率的に行うことのできる光導波路、光電気混載基板および電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical waveguide, an opto-electric hybrid board, and an electronic apparatus that can efficiently propagate light.
このような目的は、下記(1)〜(8)の本発明により達成される。
(1) クラッド層と、コア部が形成されているコア層とが積層された積層体と、
前記クラッド層側から前記コア部にかけて形成され、前記コア部の軸線に対して傾斜する傾斜面を備える切り欠きと、を有し、
前記傾斜面は、前記切り欠き内に突出する湾曲凸面を有し、前記湾曲凸面の中央部の曲率半径と外縁部の曲率半径とが異なっていることを特徴とする光導波路。
Such an object is achieved by the present inventions (1) to (8) below.
(1) a laminate in which a cladding layer and a core layer in which a core portion is formed are laminated;
A notch having an inclined surface that is formed from the cladding layer side to the core portion and is inclined with respect to the axis of the core portion,
The optical waveguide is characterized in that the inclined surface has a curved convex surface protruding into the cutout, and a curvature radius of a central portion of the curved convex surface is different from a curvature radius of an outer edge portion.
(2) 前記傾斜面は、前記湾曲凸面の中央部の曲率半径をr1とし、外縁部の曲率半径をr2としたとき、r1<r2なる関係を満足する上記(1)に記載の光導波路。 (2) The optical waveguide according to (1), wherein the inclined surface satisfies a relationship of r1 <r2, where r1 is a radius of curvature of a central portion of the curved convex surface and r2 is a radius of curvature of an outer edge portion.
(3) 前記中央部の曲率半径r1は、0.1〜500μmである上記(1)または(2)に記載の光導波路。 (3) The optical waveguide according to (1) or (2), wherein a radius of curvature r1 of the central portion is 0.1 to 500 μm.
(4) 前記湾曲凸面の突出高さは、0.1〜100μmである上記(1)ないし(3)のいずれか1項に記載の光導波路。 (4) The optical waveguide according to any one of (1) to (3), wherein a protruding height of the curved convex surface is 0.1 to 100 μm.
(5) 前記中央部は、前記外縁部よりも低いエッチングレートを有している上記(1)ないし(4)のいずれか1項に記載の光導波路。 (5) The optical waveguide according to any one of (1) to (4), wherein the central portion has an etching rate lower than that of the outer edge portion.
(6) 前記中央部は、平坦面である上記(1)ないし(5)のいずれか1項に記載の光導波路。 (6) The optical waveguide according to any one of (1) to (5), wherein the central portion is a flat surface.
(7) 上記(1)ないし(6)のいずれか1項に記載の光導波路と、
前記光導波路に積層され、表面に電気配線を備える電気配線基板と、を有することを特徴とする光電気混載基板。
(7) The optical waveguide according to any one of (1) to (6) above,
An opto-electric hybrid board, comprising: an electric wiring board laminated on the optical waveguide and provided with electric wiring on a surface thereof.
(8) 上記(7)に記載の光電気混載基板を備えることを特徴とする電子機器。 (8) An electronic apparatus comprising the opto-electric hybrid board according to (7).
本発明によれば、光の伝搬を効率的に行うことのできる光導波路が得られる。
また、本発明によれば、かかる光導波路を備える信頼性の高い光電気混載基板および電子機器が得られる。
According to the present invention, an optical waveguide capable of efficiently transmitting light can be obtained.
In addition, according to the present invention, a highly reliable opto-electric hybrid board and electronic apparatus having such an optical waveguide can be obtained.
以下、本発明の光導波路、光電気混載基板および電子機器について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the optical waveguide, the opto-electric hybrid board and the electronic apparatus of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<光導波路>
≪第1実施形態≫
まず、本発明の光導波路の第1実施形態について説明する。
<Optical waveguide>
<< First Embodiment >>
First, a first embodiment of the optical waveguide of the present invention will be described.
図1は、本発明の光導波路の第1実施形態を一部透過して示す斜視図、図2は、図1に示す光導波路の縦断面図、図3は、図1に示す光導波路の横断面図、図4は、第1実施形態に係るミラーの他の構成例を示す縦断面図である。 FIG. 1 is a partially transparent perspective view showing a first embodiment of an optical waveguide according to the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the optical waveguide shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an optical waveguide shown in FIG. FIG. 4 is a transverse sectional view and FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing another configuration example of the mirror according to the first embodiment.
図1に示す光導波路1は、帯状をなしており、光入射部と光出射部との間で光信号を伝送し、光通信を行う。
An
図1に示す光導波路1は、下側からクラッド層(第1クラッド層)11、コア層13およびクラッド層(第2クラッド層)12を積層してなる積層体10を備えている。コア層13中には、長尺状のコア部14とその側面に隣接して設けられた側面クラッド部15とが形成されている。これにより、コア部14は、クラッド部(側面クラッド部15および各クラッド層11、12)で囲まれることとなり、コア部14に光を閉じ込めて伝搬することができる。また、光導波路1には積層体10に形成された切り欠き170が設けられている。なお、以下では、積層体10のクラッド層11側の表面を表面10aと言い、クラッド層12側の表面を表面10bと言う。
An
コア部14の屈折率は、クラッド部の屈折率より大きければよいが、その差は0.3%以上であるのが好ましく、0.5%以上であるのがより好ましい。一方、上限値は特に設定されないが、好ましくは5.5%程度とされる。屈折率差が前記下限値未満の場合、光を伝搬する効果が低下するおそれがあり、一方、屈折率差が前記上限値を上回る場合、光の伝送効率のそれ以上の向上は期待できない。
Although the refractive index of the
なお、前記屈折率差とは、コア部14の最大屈折率をn4、側面クラッド部15、クラッド層11およびクラッド層12の各最小屈折率をn5、n1、n2としたとき、次式で表される。
The refractive index difference is expressed by the following equation when the maximum refractive index of the
屈折率差(%)=|n4/n5−1|×100
屈折率差(%)=|n4/n1−1|×100
屈折率差(%)=|n4/n2−1|×100
Refractive index difference (%) = | n4 / n5-1 | × 100
Refractive index difference (%) = | n4 / n1-1 | × 100
Refractive index difference (%) = | n4 / n2-1 | × 100
また、コア層13の幅方向(図2の紙面厚さ方向)における屈折率分布は、いかなる形状の分布であってもよい。すなわち、この屈折率分布は、屈折率が不連続的に変化したいわゆるステップインデックス(SI)型の分布であってもよく、屈折率が連続的に変化したいわゆるグレーデッドインデックス(GI)型の分布であってもよい。SI型の分布であれば屈折率分布の形成が容易であり、GI型の分布であれば屈折率の高い領域に信号光が集まる確率が高くなるため伝送効率が向上する。 Further, the refractive index distribution in the width direction of the core layer 13 (the thickness direction in FIG. 2) may be any shape distribution. That is, the refractive index distribution may be a so-called step index (SI) type distribution in which the refractive index changes discontinuously, or a so-called graded index (GI) type distribution in which the refractive index changes continuously. It may be. If the SI type distribution is used, it is easy to form a refractive index distribution. If the GI type distribution is used, the probability that the signal light is collected in a region having a high refractive index is increased, so that the transmission efficiency is improved.
一方、光導波路1の厚さ方向(図2の上下方向)における屈折率分布も、上述したステップインデックス型の分布であってもよく、上述したグレーデッドインデックス型の分布であってもよい。 On the other hand, the refractive index distribution in the thickness direction of the optical waveguide 1 (vertical direction in FIG. 2) may be the above-described step index distribution or the above-described graded index distribution.
また、コア部14は、平面視で直線状であっても曲線状であってもよい。さらに、コア部14は途中で分岐または交差していてもよい。
Further, the
なお、コア部14の横断面形状は特に限定されず、例えば、真円、楕円形、長円形等の円形、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形であってもよいが、四角形(矩形状)であることにより、コア部14を形成し易い利点がある。
The cross-sectional shape of the
コア部14の幅および高さ(コア層13の厚さ)は、特に限定されないが、1〜200μm程度であるのが好ましく、5〜100μm程度であるのがより好ましい。これにより、コア部14の伝送効率を高めつつコア部14の高密度化を図ることができる。すなわち、単位面積当たりに敷設可能なコア部14の数を多くすることができるので、小面積であっても大容量の光通信を行うことができる。
The width and height (the thickness of the core layer 13) of the
なお、コア層13に形成されるコア部14の数は、特に限定されないが、例えば1〜100本とされる。
In addition, the number of the
上述したようなコア層13およびクラッド層11、12の構成材料(主材料)は、例えば、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリウレタン、ポリオレフィン系樹脂、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、PETやPBTのようなポリエステル、ポリエチレンサクシネート、ポリサルフォン、ポリエーテル、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料等を用いることができる。なお、樹脂材料は、異なる組成のものを組み合わせた複合材料であってもよい。これらは、比較的加工が容易であるため、切り欠き170が形成されるコア層13やクラッド層11、12の構成材料として好適である。
The constituent materials (main materials) of the
光導波路1には、積層体10の一部が表面10b側から除去されてなる切り欠き170が設けられている。すなわち、光導波路1は、積層体10とそれに形成された切り欠き170とを備えたものである。図1に示す切り欠き170は、コア部14の長手方向の途中に位置している。切り欠き170の形成方法としては、特に限定されず、例えば、フォトリソグラフィー技法とエッチング技法とを用いたパターニング法によって形成することができるし、マスクを用いたレーザー加工法や、切り欠き170の形状に対応した成形型(ブレード)を押し付けるインプリント法などによっても形成することができる。
The
図2に示すように、このような切り欠き170の内側面の一部は、コア部14の軸線Aに対して傾斜して横切っている傾斜面(横断面)171、172になっている。傾斜面171は、コア部14の光路を変換するミラー面(光路変換部)として機能する。傾斜面171は、例えばコア部14内において図2の右側から左側に向かって伝搬する光を下方に向けて反射することにより伝搬方向を変換する。なお、傾斜面171と同様にして、傾斜面172をミラー面として利用してもよい。以下、傾斜面171の構成について説明するが、傾斜面172の構成も同様である。
As shown in FIG. 2, a part of the inner surface of the
図2および図3に示すように、傾斜面171は、コア部14と横断する第1領域174と、第1領域174の周囲に位置し、クラッド部(側面クラッド部15および各クラッド層11、12)を横断する第2領域175とを有している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
コア部14の軸線Aと第1領域174との交点と交わる傾斜面171に直交する断面F1を表面10b側(図2中の矢印Bの方向)から見たとき、図3に示すように、第1領域174は、コア部14の中央部に位置する中央部174aと、コア部14の縁部に位置し中央部174aの周囲に配置されている外縁部174bとを有している。
When a cross section F1 orthogonal to the
そして、中央部174aの曲率半径(平均曲率半径)をr1とし、外縁部174bの曲率半径をr2としたとき、r1≠r2なる関係を満足し、本実施形態では、さらに、r1<r2なる関係を満足している。このように、中央部174aの曲率を外縁部174bの曲率よりもきつくすることによって、外縁部174bよりも中央部174aの集光効果が高まる。特に、グレーデッドインデックス(GI)型の分布を有するコア層13では、コア部14の中央部に光が集まる。そのため、中央部174aの曲率を外縁部174bの曲率よりもきつくすることで、より効果的に、コア部14を伝搬してきた光を受光部へ向けて集光することができる。また、中央部174aの曲率を小さくすることによって、レンズ効果が高まり、焦点距離を短くすることができるので、受光部をより近くに配置することができる。そのため、損失を減らすことができ、また、小型化を図ることができる。また、外縁部174bの曲率を大きくすることによって、光の透過損失を低減することができ、光を効率的に伝搬することができる。
When the radius of curvature (average radius of curvature) of the
ここで、曲率半径r2としては、特に限定されないが、2〜2000μm程度であることが好ましく、5〜1500μm程度であるのがより好ましい。また、曲率半径r1としては、曲率半径r2より小さければ、特に限定されないが、0.1〜500μm未満程度であることが好ましく、0.2〜100μm未満程度であるのがより好ましい。これにより、上記の効果をより効果的に発揮することができる。 Here, the curvature radius r2 is not particularly limited, but is preferably about 2 to 2000 μm, and more preferably about 5 to 1500 μm. Further, the curvature radius r1 is not particularly limited as long as it is smaller than the curvature radius r2, but is preferably less than about 0.1 to 500 μm, and more preferably less than about 0.2 to 100 μm. Thereby, said effect can be exhibited more effectively.
また、第1領域174の突出高さGとしては、特に限定されないが、例えば、0.1〜100μm程度であるのが好ましく、0.2〜45μm程度であるのがより好ましく、0.5〜40μm程度であるのがさらに好ましい。これにより、第1領域174の突出高さ(外縁と中心とのギャップ)Gを抑えることができる。そのため、より確実に、第1領域174を第2領域175よりも奥に退避させることができ、切り欠き170の小型化を図ることができる。
The protrusion height G of the
以上、切り欠き170について説明した。切り欠き170の最大深さDは、積層体10の厚さから適宜設定されるものであり、特に限定されないが、光導波路1の機械的強度や可撓性といった観点から、1〜500μm程度とするのが好ましく、5〜400μm程度とするのがより好ましい。
The
また、切り欠き170の最大長さLは、特に限定されないが、クラッド層11、12やコア層13の厚さ、および、傾斜面171、172の傾斜角度との関係から、2〜1200μm程度とするのが好ましく、10〜1000μm程度とするのがより好ましい。
Further, the maximum length L of the
さらに、切り欠き170の最大幅Wは、特に限定されず、コア部14の幅等に応じて適宜設定されるが、1〜600μm程度とするのが好ましく、5〜500μm程度とするのがより好ましい。
Furthermore, the maximum width W of the
なお、切り欠き170は、1本のコア部14に対して1つ設けられていてもよいが、複数本のコア部14に対してこれらに跨るように1つ設けられていてもよい。
Note that one
図4は、第1実施形態に係るミラーの他の構成例を示す縦断面図である。図1では、傾斜面171がミラーを構成しているのに対し、図4では、傾斜面171とその上に成膜された反射膜176とがミラーを構成している点で相違している。それ以外については、図4に示す光導波路1は、図1に示す光導波路1と同様である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing another configuration example of the mirror according to the first embodiment. In FIG. 1, the
このような反射膜176を設けることにより、ミラーにおける光反射特性を特に高めることができる。反射膜176としては、例えば、金属膜、炭素膜、樹脂膜、セラミック膜、シリコン膜等が挙げられる。このうち、金属膜が好ましく用いられる。金属膜によれば、金属特有の光沢による反射率の高い反射膜176が得られる。金属膜の構成材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、クロム、ニッケル、銅、亜鉛、銀、白金、金、鉛等が挙げられる。
By providing such a
反射膜176の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜500μm程度であるのが好ましく、0.5〜300μm程度であるのがより好ましい。これにより、十分な反射率を有するとともに、剥がれ難い反射膜が得られる。
The average thickness of the
反射膜176の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法のような物理蒸着法、CVD法のような化学蒸着法、めっき法、熱転写法、金属箔転写法、印刷法、塗布法等が挙げられる。
Examples of the method for forming the
≪第2実施形態≫
次に、本発明の光導波路の第2実施形態について説明する。
図5は、本発明の光導波路の第2実施形態を示す縦断面図である。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the optical waveguide of the present invention will be described.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the optical waveguide of the present invention.
以下、第2実施形態について説明するが、以下の説明では、第1実施形態との相違点について説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。 Hereinafter, although 2nd Embodiment is described, in the following description, difference with 1st Embodiment is demonstrated and the description is abbreviate | omitted about the same matter.
前述した第1実施形態に係る光導波路1では、傾斜面172が傾斜面171と同様に傾斜した面になっているのに対し、本実施形態に係る光導波路1では、傾斜面172が、軸線Aに対してほぼ直交している平坦な直立面172’になっている。
このような第2実施形態においても、第1実施形態と同様の作用、効果が得られる。
In the
In such a second embodiment, the same operations and effects as in the first embodiment can be obtained.
≪第3実施形態≫
次に、本発明の光導波路の第3実施形態について説明する。
図6は、本発明の光導波路の第3実施形態の縦断面図である。
«Third embodiment»
Next, a third embodiment of the optical waveguide of the present invention will be described.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a third embodiment of the optical waveguide of the present invention.
以下、第3実施形態について説明するが、以下の説明では、第1実施形態との相違点について説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。 Hereinafter, the third embodiment will be described. In the following description, differences from the first embodiment will be described, and description of similar matters will be omitted.
図6に示す第3実施形態に係る光導波路1は、さらに、クラッド層11の下面(表面10a)に積層された支持フィルム2と、クラッド層12の上面(表面10b)に積層されたカバーフィルム3と、を備えている。
The
また、切り欠き170は、カバーフィルム3を貫通するよう構成されている。したがって、傾斜面171は、カバーフィルム3からクラッド層12およびコア層13をそれぞれ経てクラッド層11の途中に至るまでの間に連続して形成された面となる。
このような第3実施形態においても、第1実施形態と同様の作用、効果が得られる。
Further, the
In such a third embodiment, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained.
また、支持フィルム2およびカバーフィルム3を用いることで、積層体10を外力や異物付着、汚染等から保護することができる。
Moreover, by using the
また、傾斜面171がカバーフィルム3の断面も含むため、より広い面積を有するものとなる。このため、傾斜面171をより高い精度で形成し易くなる。すなわち、加工しようとする面が広いほど、コア部14の断面の加工精度を容易に高められるため、第3実施形態によれば特に反射効率の高いミラーを形成することができる。
Moreover, since the
<光導波路の製造方法>
次に、図7ないし図9に基づいて、光導波路1を製造する方法について説明する。図7は、コア層の製造方法および光導波路の幅方向におけるモノマーの濃度分布cと屈折率分布nとエッチングレートeとを示す図、図8は、本発明の光導波路の製造に用いられるレーザー加工装置の一例を模式的に示す斜視図、図9は、レーザー加工用マスクを相対的に移動させ空洞部を形成する様子を図示した平面図である。
<Optical waveguide manufacturing method>
Next, a method for manufacturing the
図1に示す光導波路1は、クラッド層11、コア層13およびクラッド層12を順次積層して積層体10を得る工程と、積層体10の一部を除去する加工を施すことにより、切り欠き170を形成する工程と、を有する方法により製造することができる。
The
[1]まず、基板30上に、ポリマー21とこのポリマー21より屈折率が高いモノマー22と、を含むコア層形成層7を用意する。このコア層形成層7では、図7(a)に示すように、ポリマー21からなるマトリックス中に、モノマー22等が均一に分散している。基板30には、例えば、シリコン基板、水晶基板、ガラス基板、ポリエチレンテレフタレート(PET)基板、ポリイミド基板等が用いられる。
[1] First, the core layer forming layer 7 including the
ポリマー21としては、例えば、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリウレタン、ポリオレフィン系樹脂、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、PETやPBTのようなポリエステル、ポリエチレンサクシネート、ポリサルフォン、ポリエーテル、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて(ポリマーアロイ、ポリマーブレンド(混合物)、共重合体等として)用いることができる。
Examples of the
一方、モノマー(光重合性モノマー)22は、後述する活性放射線Rの照射により、照射領域71において反応して反応物を生成する。それとともにモノマー22は移動し、コア層形成層7の照射領域71と非照射領域72との間で屈折率差を生じさせる。モノマー22の反応物としては、モノマー22がポリマー21中で重合して形成されたポリマー(重合体)、モノマー22がポリマー21同士を架橋してなる架橋構造、および、モノマー22がポリマー21から分岐するように重合した分岐構造のうちの少なくとも1つが挙げられる。ところで、照射領域71と非照射領域72との間に生じる屈折率差は、ポリマー21の屈折率とモノマー22の屈折率との差に基づいて生じることから、モノマー22は、ポリマー21の屈折率との大小関係を考慮して選択される。
On the other hand, the monomer (photopolymerizable monomer) 22 reacts in the
このようなモノマー22としては、分子構造中に重合可能な部位を有する化合物であればよく、特に限定されないが、例えば、アクリル酸(メタクリル酸)系モノマー、エポキシ系モノマー、オキセタン系モノマー、ノルボルネン系モノマー、ビニルエーテル系モノマー、スチレン系モノマー、光二量化モノマー等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Such a
これらのモノマー22のうち、前述したポリマー21を製造するためのモノマーと同種のものを用いることにより、ポリマー21中にモノマー22をより均一に分散することができるので、モノマー22が移動後の屈折率分布を制御し易い。また、重合可能な部位としては、特に不飽和炭化水素が好ましく用いられる。不飽和炭化水素を含む化合物は、ラジカル重合やカチオン重合といった重合反応を生じ易く、本発明に用いられるモノマー22として好適である。
Among these
[2]次に、図7(b)に示すように、開口(窓)41が形成されたマスク4を介して、コア層形成層7に対し活性放射線Rを照射する。なお、図7(e)に示すように、活性放射線Rが照射される照射領域71が側面クラッド部15となり、活性放射線Rが照射されない非照射領域72がコア部14となる。露光方式は、マスクを用いたコンタクト露光およびプロキシミティ露光や直接描画方式等でもよい。活性放射線Rは、モノマー22を反応させ得るものであればよく、例えば、可視光、紫外線、赤外線、レーザー光の他、電子線やX線等を用いることもできる。
[2] Next, as shown in FIG. 7B, the core layer forming layer 7 is irradiated with actinic radiation R through the mask 4 in which the opening (window) 41 is formed. As shown in FIG. 7E, the irradiated
コア層形成層7の照射領域71に対して選択的に活性放射線Rが照射されると、照射領域71においてモノマー22が重合する。モノマー22が重合すると、照射領域71におけるモノマー22の量が減少するため、それを補うようにして、図7(c)に示すように、非照射領域72のモノマー22が照射領域71に移動する。その結果、コア層形成層7では、照射領域71のモノマー22およびその反応物の濃度が高まり、一方、非照射領域72ではモノマー22の濃度が低下する。
When the active radiation R is selectively applied to the
ここで、モノマー22は、その屈折率がポリマー21より低いため、上記のような濃度分布が形成されることによって、照射領域71の屈折率は、非照射領域72に比べて低下することとなる。その結果、コア層形成層7には、照射領域71の屈折率が低く、非照射領域72の屈折率が高いという屈折率差が形成され、前述した屈折率分布が形成される。なお、上述したようなモノマー22の反応物の屈折率は、重合前のモノマー22の屈折率とほぼ同じ(屈折率差が0〜0.001程度)であるため、照射領域71では、モノマー22の重合が進むにつれ、モノマー22の量およびモノマー22の反応物の量に応じて屈折率が低下することとなる。
Here, since the refractive index of the
モノマー22の移動は、照射領域71においてモノマー22が消費されることがきっかけとなって起こると考えられる。このため、非照射領域72全体のモノマー22が一斉に照射領域71に向かうのではなく、照射領域71に近い部分から徐々に移動が始まり、これを補うように次々と移動が連鎖すると考えられる。したがって、モノマー22の濃度分布は、必然的に緩やかな傾斜を伴うものとなる。さらに、コア層形成層7の屈折率分布には、図7(d)に示すように、照射領域71と非照射領域72との境界付近の屈折率が相対的に低下した低屈折率部と、非照射領域72の屈折率が相対的に上昇した高屈折率部と、が形成される。また、照射領域71の幅の中心部についても縁部より屈折率が高くなる。また、上述のようなモノマー22の濃度分布から、後述するレーザーでのエッチングレートにも分布が発生し、モノマー22の濃度が高い領域ほどエッチングレートが高くなっている。
The movement of the
[3]次いで、基板30からコア層13を剥離するとともに、剥離したコア層13を介してクラッド層11およびクラッド層12を積層し、積層体10を得る。
[3] Next, the
[4]次に、積層体10の一部を除去する加工を施す。これにより、切り欠き170が形成され、光導波路1が得られる。切り欠き170の形成方法には様々な方法が挙げられる。例えば、切削加工や研削加工といった機械加工法の他、レーザー加工法、電子線加工法、インプリント法等が挙げられる。このうち、レーザー加工法またはインプリント法によれば、寸法精度の高い切り欠き170を比較的容易に形成することができる。以下、代表的にレーザー加工法によって切り欠き170を形成する方法について説明する。
[4] Next, the process which removes a part of
図8は、本発明の光導波路の製造に用いられるレーザー加工装置の一例を模式的に示す斜視図、図9は、レーザー加工用マスクを相対的に移動させ切り欠きを形成する様子を図示した平面図である。 FIG. 8 is a perspective view schematically showing an example of a laser processing apparatus used for manufacturing the optical waveguide of the present invention, and FIG. 9 shows a state in which a notch is formed by relatively moving the laser processing mask. It is a top view.
図8に示すレーザー加工機(レーザー加工装置)900は、図示しないレーザー光源と、レーザーの光軸上に配置されたレーザー加工用マスク910と、レーザー加工用マスク910を介してレーザー光源とは反対側に配置され、積層体10をレーザー加工用マスク910に対して相対的に移動させる図示しない駆動ステージと、を備えている。以下、レーザー加工機900の各部の構成について詳述する。
A laser processing machine (laser processing apparatus) 900 shown in FIG. 8 is opposite to a laser light source through a laser light source (not shown), a
レーザー光源は、発振するレーザーの波長に応じて適宜選択されるが、例えば、YAGレーザー、YVO4レーザー、Ybレーザー、半導体レーザーのような各種固体レーザー、CO2レーザー、He−Neレーザー、エキシマーレーザーのような各種気体レーザー等が挙げられる。 The laser light source is appropriately selected according to the wavelength of the oscillating laser. For example, various solid-state lasers such as YAG laser, YVO 4 laser, Yb laser, and semiconductor laser, CO 2 laser, He—Ne laser, and excimer laser. And various gas lasers.
また、レーザーの波長は、積層体10の構成材料に応じて適宜設定されるが、例えば150〜950nm程度とされる。
Moreover, although the wavelength of a laser is suitably set according to the constituent material of the
駆動ステージとしては、例えばX−Yステージやリニアアクチュエーター等が用いられる。レーザー加工用マスク910に対して駆動ステージ上に載置した積層体10を相対的に移動させることにより、積層体10に対してレーザーの照射領域を任意のパターンで走査させることができる。これにより、積層体10の任意の位置に対して任意の時間のレーザー照射を施すことができる。
For example, an XY stage or a linear actuator is used as the drive stage. By moving the
レーザーが照射されると、照射領域では気化反応が生じ、凹部が生じる。したがって、照射領域を走査させることにより、走査軌跡に沿って凹部が連続的に形成され、最終的には走査軌跡に応じた開口を有する凹部が形成されることとなる。 When the laser is irradiated, a vaporization reaction occurs in the irradiation region, and a concave portion is generated. Therefore, by scanning the irradiation region, the concave portions are continuously formed along the scanning trajectory, and finally the concave portion having an opening corresponding to the scanning trajectory is formed.
なお、固定したレーザー加工用マスク910に対して積層体10を移動させるのではなく、積層体10を固定した状態でレーザー加工用マスク910を移動させるようにしてもよく、双方を移動させるようにしてもよい。
Instead of moving the
本製造方法に係るレーザー加工用マスク910は、板状体であって、レーザーを遮蔽する遮蔽部911と、レーザーを透過する透過部912と、を備えている。このレーザー加工用マスク910を介してレーザーを照射すると、透過部912においてレーザーの照射領域が成形され、透過部912の平面視形状に対応した積層体10上の領域にレーザーが選択的に照射されることとなる。
The mask for
次いで、このようなレーザー加工用マスク910を用いて、積層体10に切り欠き170を形成する方法について説明する。
Next, a method for forming the
図8に示すレーザー加工用マスク910は、コア部14の長手方向に沿って透過部912が相対的に移動しつつレーザーが照射されるように使用される。図9には、その移動の際の透過部912の位置を間欠的に示している。
The
図9に示すような軌跡で透過部912(レーザー)が移動すると、その照射領域の軌跡に応じて切り欠き170が形成され、光導波路1が得られる。前述したように、コア層13には、図7(e)に示すようなエッチングレート分布が生じており、コア部14の中央部のエッチングレートがコア部14の外縁部のエッチングレートよりも低い。そのため、コア部14の外周部が中央部よりも多く除去され、結果として、r1<r2なる関係を満足する湾曲凸面の第1領域174が形成される。また、コア部14の中央部のエッチングレートが側面クラッド部15のエッチングレートよりも高いため、コア部14が側面クラッド部15よりも多く除去され、結果として、第2領域175から奥へ退避した第1領域174が形成される。また、側面クラッド部15のエッチングレートが縁部を除いてほぼ一定であるため、結果として、ほぼ平坦面の第2領域175が形成される。
When the transmission part 912 (laser) moves along a locus as shown in FIG. 9, a
<光電気混載基板>
次に、本発明の光電気混載基板の実施形態について説明する。
図10は、本発明の光電気混載基板の実施形態を示す縦断面図である。
<Opto-electric hybrid board>
Next, an embodiment of the opto-electric hybrid board according to the present invention will be described.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the opto-electric hybrid board according to the present invention.
図10に示す光電気混載基板100は、光導波路1と、その上方に積層された電気配線基板5と、これらの間に介挿され両者を接着する接着シート9と、を有している。
An opto-
接着シート9は、熱硬化性樹脂を主材料とするシートであって、硬化により電気配線基板5と光導波路1とを接着する。
The
電気配線基板5は、コア基板51とその両面に積層されたビルドアップ層52とを備えた多層基板50と、この多層基板50を貫通し、光スルーホールとして機能する貫通孔53と、を有している。なお、貫通孔53は、光導波路1の切り欠き170と平面視で重なるように設けられている。
The
コア基板51は、電気配線基板5を支持する基板であり、その構成材料としては、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、各種ビニル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂等の各種樹脂材料が挙げられる。この他、紙、ガラス布、樹脂フィルム等を基材とし、この基材に、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂等の樹脂材料を含浸させたもの、具体的には、ガラス布・エポキシ銅張積層板、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板等のコンポジット銅張積層板に使用される絶縁性基板の他、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板等の耐熱・熱可塑性の有機系リジッド基板や、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板等のセラミックス系リジッド基板等であってもよい。
The core substrate 51 is a substrate that supports the
また、コア基板51には、コア基板51の両面に積層されたビルドアップ層52同士を電気的に接続する貫通配線が形成されている。
The core substrate 51 is formed with through wirings that electrically connect the build-up
一方、ビルドアップ層52は、絶縁層521と導体層522とを交互に積層することにより形成される。導体層522には、パターニングが施され、電気配線が形成されている。また、また、導体層522には、絶縁層521の両面に設けられた電気配線同士を接続する貫通配線が形成されている。
On the other hand, the
これらの導体層522および貫通配線は、それぞれ、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、亜鉛、錫、金、銀のような金属単体、またはこれらの金属元素を含む合金等の導電性材料で構成される。また、絶縁層521は、酸化ケイ素、窒化ケイ素のようなケイ素化合物、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂のような樹脂材料等により構成される。
Each of the
このようにして、ビルドアップ層52内には、面方向のみでなく厚さ方向にも広がる電気回路を構築することができ、電気回路の高密度化を図ることができる。
In this way, an electrical circuit that extends not only in the plane direction but also in the thickness direction can be constructed in the
なお、このような多層基板50は、いかなる工法で形成されたものであってもよいが、一例としてアディティブ法、セミアディティブ法、サブトラクティブ法等の各種ビルドアップ工法により形成される。
In addition, although such a
また、本発明の光電気混載基板が備える電気配線基板は、上述した電気配線基板5のような多層基板を含むものに限定されず、例えば多層基板を単層の電気配線基板(リジッド基板)で代替したものであってもよく、ポリイミド基板、ポリエステル基板、アラミドフィルム基板のような各種フレキシブル基板で代替したものであってもよい。また、多層基板50は、コア基板51を含まないコアレスの多層基板で代替することもできる。なお、フレキシブル基板の場合、それ自体が十分な光透過性を有しているので、光スルーホールとして機能する貫通孔53は形成されていなくてもよい。この場合、貫通孔53以外の構造物を、後述する作業工程における作業位置基準として利用することができる。
The electrical wiring board provided in the opto-electric hybrid board of the present invention is not limited to the one including the multilayer board such as the
また、電気配線基板5は、多層基板50の上面に設けられたソルダーレジスト層54を有している。ソルダーレジスト層54を設けることにより、電気配線基板5の導体層522を酸化や腐食等から保護することができる。なお、ソルダーレジスト層54のうち、導体層522との接続部には図示しない開口が形成されている。
Further, the
ソルダーレジスト層54は、各種樹脂材料で構成され、必要に応じて無機フィラーを含む。ソルダーレジスト層54の平均厚さは、特に限定されないが10〜100μm程度であるのが好ましく、20〜50μm程度であるのがより好ましい。ソルダーレジスト層54の厚さを前記範囲内に設定することにより、導体層522の保護や多層基板50の上面の十分な平滑化を図ることができる。
The solder resist layer 54 is made of various resin materials and includes an inorganic filler as necessary. The average thickness of the solder resist layer 54 is not particularly limited, but is preferably about 10 to 100 μm, and more preferably about 20 to 50 μm. By setting the thickness of the solder resist layer 54 within the above range, the
ここで、光電気混載基板100の製造は、例えば、切り欠き170が既に形成されている光導波路1と電気配線基板5とを接着シート9によって張り合わせる方法と、切り欠き170が形成されていない光導波路1と電気配線基板5とを接着シート9によって張り合わせた後に、貫通孔53に合わせて光導波路1に切り欠き170を形成する方法とが挙げられる。前者の方法では、例えば、作業者が自らの目で貫通孔53と切り欠き170とを視認しながらその位置に基づいて光導波路1と電気配線基板5とを貼り合わせてもよいし、加工装置の画像認識システムによって貫通孔53と切り欠き170とを視認させながらその位置に基づいて光導波路1と電気配線基板5とを貼り合わせてもよい。一方、後者の場合には、光導波路1と電気配線基板5とを張り合わせた後、作業者が自らの目で貫通孔53を視認しながらその位置に基づいて加工してもよく、加工装置の画像認識システムによって貫通孔53を視認させながらその位置に基づいて加工させてもよい。なお、光導波路1をその下方から見たとき、光導波路1および接着シート9から貫通孔53が透けて見えるため、上記加工を容易に行うことができる。
Here, in the manufacture of the opto-
また、図10に示す光電気混載基板100には、電気配線基板5上に光素子6が搭載されている。そして、光電気混載基板100と光素子6とで、光モジュール1000を構成している。なお、光電気混載基板100には、IC、LSI、RAM、ROM、コンデンサー、コイル、抵抗、ダイオード等の図示しない電気素子が搭載されていてもよい。
Further, in the opto-
光素子6は、素子本体60と、素子本体60の下面に設けられた受発光部61および端子62と、端子62から下方に突出するよう設けられたバンプ63と、を有している。なお、受発光部とは、受光部または発光部、あるいはその双方の機能を有するものを指す。
The optical element 6 includes an
光素子6は、受発光部61の光軸が傾斜面171を介してコア部14の光軸と一致するよう配置されている。これにより、光導波路1と光素子6とが光学的に接続され、光導波路1を伝搬する光信号を光素子6に受光させたり、光素子6から出射された光信号を光導波路1に入射したりすることができる。
The optical element 6 is arranged such that the optical axis of the light emitting / receiving
また、バンプ63は、導体層522に接続されている。これにより、光素子6が機械的に固定されるとともに、光素子6の端子62と導体層522とが電気的に接続され、光素子6の動作を電気配線基板5側から制御し得るよう構成されている。なお、導体層522は、載置しようとする光素子6のバンプ63と受発光部61との配置と、導体層522と貫通孔53の配置とが同じになるように構成される。これにより、受発光部61から出射した光が貫通孔53を通過して傾斜面171へ確実に到達するようになり、また、傾斜面171で反射された光も貫通孔53を通過して受発光部61へ確実に到達するようになる。
Further, the
光素子6としては、例えば、面発光レーザー(VCSEL)、発光ダイオード(LED)、有機EL素子等の発光素子、フォトダイオード(PD、APD)等の受光素子が挙げられる。 Examples of the optical element 6 include a light emitting element such as a surface emitting laser (VCSEL), a light emitting diode (LED), and an organic EL element, and a light receiving element such as a photodiode (PD, APD).
<電子機器>
上述したような本発明に係る光導波路は、伝送効率が高く、かつ他の光学部品との光結合効率に優れたものである。このため、本発明の光導波路を備えることにより、高品質の光通信を行い得る信頼性の高い電子機器(本発明の電子機器)が得られる。
<Electronic equipment>
The optical waveguide according to the present invention as described above has high transmission efficiency and excellent optical coupling efficiency with other optical components. For this reason, by providing the optical waveguide of the present invention, a highly reliable electronic device (electronic device of the present invention) capable of performing high-quality optical communication can be obtained.
本発明の光導波路を備える電子機器としては、例えば、携帯電話、ゲーム機、ルーター装置、WDM装置、パソコン、テレビ、ホーム・サーバー等の電子機器類が挙げられる。これらの電子機器では、いずれも、例えばLSI等の演算装置とRAM等の記憶装置との間で、大容量のデータを高速に伝送する必要がある。したがって、このような電子機器が本発明の光導波路を備えることにより、電気配線に特有なノイズ、信号劣化等の不具合が解消され、その性能の飛躍的な向上が期待できることから、電子機器の低コスト化に貢献することができる。 Examples of the electronic device including the optical waveguide of the present invention include electronic devices such as a mobile phone, a game machine, a router device, a WDM device, a personal computer, a television, and a home server. In any of these electronic devices, it is necessary to transmit a large amount of data at high speed between an arithmetic device such as an LSI and a storage device such as a RAM. Therefore, since such an electronic device includes the optical waveguide of the present invention, problems such as noise and signal degradation peculiar to electric wiring are eliminated, and a dramatic improvement in performance can be expected. This can contribute to cost reduction.
さらに、光導波路部分では、電気配線に比べて発熱量が大幅に削減される。このため、冷却に要する電力を削減することができ、電子機器全体の消費電力を削減することができる。 In addition, the amount of heat generated in the optical waveguide portion is greatly reduced compared to electrical wiring. For this reason, the electric power required for cooling can be reduced and the power consumption of the whole electronic device can be reduced.
以上、本発明の光導波路、光電気混載基板および電子機器について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば光導波路には、任意の構成物が付加されていてもよい。 The optical waveguide, the opto-electric hybrid board, and the electronic device of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to this, and for example, an arbitrary component may be added to the optical waveguide.
また、傾斜面171を光入射側ミラーとして用いた場合、光出射側はコア部14の端面からコア部14の軸線に沿って光を出射させるようにしてもよく、その際、出射端にはコネクターが装着されていてもよい。一方、傾斜面を光出射側ミラーとして用いた場合、光入射側はコア部14の端面からコア部14の軸線に沿って光を入射するようにしてもよく。その際、入射端にはコネクターが装着されていてもよい。
In addition, when the
また、光導波路には複数の傾斜面が形成されていてもよい。例えば2つの傾斜面が形成されている場合、一方の傾斜面を光入射側ミラーとして用い、他方の傾斜面を光出射側ミラーとして用いることができる。 In addition, a plurality of inclined surfaces may be formed in the optical waveguide. For example, when two inclined surfaces are formed, one inclined surface can be used as a light incident side mirror, and the other inclined surface can be used as a light emitting side mirror.
1 光導波路
10 積層体
10a 表面
10b 表面
11 クラッド層
12 クラッド層
13 コア層
14 コア部
15 側面クラッド部
170 切り欠き
171 傾斜面
172’ 直立面
172 傾斜面
174 第1領域
174a 中央部
174b 外縁部
175 第2領域
176 反射膜
2 支持フィルム
21 ポリマー
22 モノマー
3 カバーフィルム
30 基板
4 マスク
5 電気配線基板
50 多層基板
51 コア基板
52 ビルドアップ層
521 絶縁層
522 導体層
53 貫通孔
54 ソルダーレジスト層
6 光素子
60 素子本体
61 受発光部
62 端子
63 バンプ
7 コア層形成層
71 照射領域
72 非照射領域
9 接着シート
100 光電気混載基板
900 レーザー加工機
910 レーザー加工用マスク
911 遮蔽部
912 透過部
1000 光モジュール
A 軸線
B 矢印
D 最大深さ
F1 断面
F2 面
G 突出高さ
R 活性放射線
L 最大長さ
W 最大幅
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記クラッド層側から前記コア部にかけて形成され、前記コア部の軸線に対して傾斜する傾斜面を備える切り欠きと、を有し、
前記傾斜面は、前記切り欠き内に突出する湾曲凸面を有し、前記湾曲凸面の中央部の曲率半径と外縁部の曲率半径とが異なっていることを特徴とする光導波路。 A laminate in which a cladding layer and a core layer in which a core portion is formed are laminated;
A notch having an inclined surface that is formed from the cladding layer side to the core portion and is inclined with respect to the axis of the core portion,
The optical waveguide is characterized in that the inclined surface has a curved convex surface protruding into the cutout, and a curvature radius of a central portion of the curved convex surface is different from a curvature radius of an outer edge portion.
前記光導波路に積層され、表面に電気配線を備える電気配線基板と、を有することを特徴とする光電気混載基板。 The optical waveguide according to any one of claims 1 to 6,
An opto-electric hybrid board, comprising: an electric wiring board laminated on the optical waveguide and provided with electric wiring on a surface thereof.
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Legal Events
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A02 | Decision of refusal |
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