JP2019053261A - 光処理装置、光コネクタ - Google Patents

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充遥 平野
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Abstract

【課題】光コネクタ及び半導体デバイスの光結合を提供するに際して、光コネクタの厚さ及び半導体デバイスの厚さの和より小さい寸法を可能にする構造を有する光処理装置を提供する。【解決手段】光処理装置は、第1軸の方向に配列された第1領域及び第2領域を含む回路基板と、回路基板の前記第1領域に搭載された半導体デバイスと、半導体デバイスの主面及び回路基板の第2領域によって支持され、光ファイバ及びホルダを含む光コネクタと、半導体デバイスの厚さより薄い支持板を備え、ホルダは、第1ホルダ部品及び第2ホルダ部品を含み、支持板は、回路基板の前記第2領域と光コネクタの2ホルダ部品との間に設けられ、光ファイバは、第1ホルダ部品に支持される第1光ファイバ部を有し、光ファイバの第1ファイバ部は、第1軸の方向に延在する第1基準面に沿ったクラッド面と、端部とを有する。【選択図】図1

Description

本発明は、光処理装置、及び光コネクタに関する。
特許文献1は、光ファイバと集積デバイスとの光結合を開示する。
米国特許7162124号公報
特許文献1における光ファイバと集積デバイスとの光結合は、光ファイバの向き及び位置を半導体デバイスに合わせる点で煩雑である。発明者の知見によれば、光ファイバ及びホルダは、半導体デバイスと光ファイバとの光結合に先立って、光コネクタを構成できる。具体的には、光コネクタは、ホルダを用いて光ファイバの向き及び位置を整列する。光コネクタは、上記の煩雑さを回避でき、また半導体デバイスと光ファイバとの光結合を含む光処理装置の提供を可能にする。この光処理装置では、光コネクタを集積デバイスの主面に向けて配置すると、光コネクタの端面に位置する光ファイバが集積デバイスの光結合素子に光結合できる。この配置では、光処理装置の高さは、集積デバイスの厚さ及び光コネクタの長さの和になる。光処理装置には、低い高さと安定な光結合とを有することが求められる。
本発明の一側面は、光コネクタ及び半導体デバイスの光結合を提供するに際して、光コネクタの厚さ及び半導体デバイスの厚さの和より小さい寸法を可能にする構造を有する光処理装置を提供することを目的とする。本発明の別の側面は、光コネクタを提供することを目的とし、この光コネクタは、基板上に搭載されたデバイスに光結合を形成するに際して、光コネクタ及びデバイスの縦積みを避けると共に光コネクタの厚さ及び半導体デバイスの厚さの和より小さい寸法を可能にする構造を有する。
本発明の一側面に係る光処理装置は、第1軸の方向に配置された第1領域及び第2領域を含む回路基板と、前記回路基板の前記第1領域に搭載されており、光結合素子を有する半導体デバイスと、前記半導体デバイスの主面及び前記回路基板の前記第2領域によって支持され、光ファイバ及びホルダを含む光コネクタと、前記半導体デバイスの厚さより薄い支持板と、を備え、前記ホルダは、第1ホルダ部品及び第2ホルダ部品を含み、前記支持板は、前記回路基板の前記第2領域と前記光コネクタの前記第2ホルダ部品との間に設けられ、前記光ファイバは、前記第1軸の方向に延在するように前記第1ホルダ部品に支持される第1光ファイバ部、及び前記第1ホルダ部品と前記第2ホルダ部品との間に保持される第2光ファイバ部を有し、前記光ファイバの前記第1光ファイバ部は、前記第1軸の方向に延在する第1基準面に沿ったクラッド面と、端部とを有し、前記光コネクタの前記クラッド面は、前記半導体デバイスの前記主面から離間して前記半導体デバイスの前記光結合素子に対して位置決めされる。
本発明の別の側面に係る光コネクタは、第1ホルダ部品及び第2ホルダ部品を含むホルダと、第1軸の方向に延在するように前記第1ホルダ部品に支持される第1光ファイバ部、及び前記第1ホルダ部品と前記第2ホルダ部品との間に保持される第2光ファイバ部、及び前記第1ホルダ部品及び前記第2ホルダ部品から延出して前記第1軸の方向に延在するように前記第1ホルダ部品に支持される第3光ファイバ部を有する光ファイバと、を備え、前記第1ホルダ部品及び前記第2ホルダ部品は、前記第1軸の方向に交差する第2軸の方向に配列され、前記光ファイバの前記第1光ファイバ部は、前記第2軸に交差する第1基準面に沿って延在するクラッド面と、端部とを有する。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
以上説明したように、本発明の一側面によれば、光コネクタ及び半導体デバイスの光結合を提供するに際して、光コネクタの厚さ及び半導体デバイスの厚さの和より小さい寸法を可能にする構造を有する光処理装置が提供される。本発明の別の側面によれば、光コネクタが提供され、この光コネクタは、基板上に搭載されたデバイスに光結合を形成するに際して、光コネクタ及び半導体デバイスの縦積みを避けると共に光コネクタの厚さ及びデバイスの厚さの和より小さい寸法を可能にする。
図1は、本実施形態に係る光処理装置を概略的に示す図面である。 図2は、光処理装置のいくつかの構造を模式的に示す図面である。 図3は、本実施形態に係る光処理装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図4は、本実施形態に係る光処理装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図5は、本実施形態に係る光処理装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図6は、本実施形態に係る光処理装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図7は、半導体デバイスのサイズ及び光コネクタのサイズと、これらを用いる光処理装置のサイズを模式的に示す図面である。 図8は、本実施形態に係る光コネクタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図9は、本実施形態に係る光コネクタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図10は、本実施形態に係る光コネクタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
いくつかの具体例を説明する。
具体例に係る光処理装置は、(a)第1軸の方向に配置された第1領域及び第2領域を含む回路基板と、(b)前記回路基板の前記第1領域に搭載されており、光結合素子を有する半導体デバイスと、(c)前記半導体デバイスの主面及び前記回路基板の前記第2領域によって支持され、光ファイバ及びホルダを含む光コネクタと、(d)前記半導体デバイスの厚さより薄い支持板と、を備え、前記ホルダは、第1ホルダ部品及び第2ホルダ部品を含み、前記支持板は、前記回路基板の前記第2領域と前記光コネクタの前記第2ホルダ部品との間に設けられ、前記光ファイバは、前記第1軸の方向に延在するように前記第1ホルダ部品に支持される第1光ファイバ部、及び前記第1ホルダ部品と前記第2ホルダ部品との間に保持される第2光ファイバ部を有し、前記光ファイバの前記第1光ファイバ部は、前記第1軸の方向に延在する第1基準面に沿ったクラッド面と、端部とを有し、前記光コネクタの前記クラッド面は、前記半導体デバイスの前記主面から離間して前記半導体デバイスの前記光結合素子に対して位置決めされる。
光処理装置によれば、光コネクタの第1ホルダ部品及び第2ホルダ部品は、光ファイバの第1ファイバ部に繋がる第2ファイバ部が第1軸の方向に延在するように第2ファイバ部を保持すると共に、光コネクタの第1ホルダ部品は、第2ホルダ部品無しに、光ファイバの第1ファイバ部が第1軸の方向に延在するように第1ファイバ部を支持する。光コネクタの第2ホルダ部品は、光ファイバの第1ファイバ部が半導体デバイスに光学的に結合することに干渉しない。また、半導体デバイスの厚さより薄い支持板の使用により、光コネクタが回路基板の第2領域に直接に固定されることを避けると共に、光コネクタは、回路基板の第1領域に搭載される半導体デバイスの主面に支持されることに加えて、回路基板の第2領域に支持されることを可能にする。回路基板の第2領域は、光結合の高さと異なる高さにおいて光コネクタを支持する。光コネクタに加わる外力は、光結合に係る半導体デバイスにだけでなく、回路基板にも加わる。回路基板の第2領域及び半導体デバイスによる複数の支持によれば、光コネクタと半導体デバイスとの光結合を安定にできる。
具体例に係る光処理装置では、前記光コネクタは、前記第1基準面に傾斜する第2基準面に沿って延在する傾斜端面を有し、前記光ファイバの前記端部は、前記第2基準面に沿って延在する端面を有する。
光処理装置によれば、光ファイバのクラッド面は、光コネクタの傾斜端面における光ファイバの端面に出会う。傾斜側面は、光コネクタが半導体デバイスに光学的に結合されるように光の伝搬方向を変えることを容易にする。
具体例に係る光処理装置では、前記光コネクタは、前記傾斜端面上に設けられた反射部材を含む。
光処理装置によれば、反射部材は、光の伝搬方向の変更の際の光学ロスを低減できる。
具体例に係る光処理装置では、前記光ファイバは、前記第1ホルダ部品及び前記第2ホルダ部品から延出する第3光ファイバ部を含み、前記第3光ファイバ部は、前記第1軸の方向に延在するように前記第1ホルダ部品に支持される。
光処理装置によれば、第1ホルダ部品は、第3光ファイバ部を第2ホルダ部品無しに支持すると共に、第3光ファイバ部の延在方向を第1基準面の方向に保って、回路基板の第2領域が第2ホルダ部品を支持するために大きなサイズになることを回避できる。
具体例に係る光処理装置では、前記光ファイバの前記第1光ファイバ部及び前記第2光ファイバ部は、前記第1基準面に沿って配列されており、前記第1ホルダ部品は、前記第1基準面から前記第1ホルダ部品への方向に後退する後退部を有し、前記第3光ファイバ部は、前記後退部に固定される。
光処理装置によれば、第1ホルダ部品の後退部は、光ファイバが回路基板から離れて延在することを可能にする。
具体例に係る光処理装置では、前記光コネクタは、前記ホルダから延出するピグテールファイバを含む。
光処理装置によれば、ピグテールファイバは、光コネクタが外部デバイスに光学的に接続されることを容易にする。
具体例に係る光コネクタは、(a)第1ホルダ部品及び第2ホルダ部品を含むホルダと、(b)第1軸の方向に延在するように前記第1ホルダ部品に支持される第1光ファイバ部、及び前記第1ホルダ部品と前記第2ホルダ部品との間に保持される第2光ファイバ部、及び前記第1ホルダ部品及び前記第2ホルダ部品から延出して前記第1軸の方向に延在するように前記第1ホルダ部品に支持される第3光ファイバ部を有する光ファイバと、を備え、前記第1ホルダ部品及び前記第2ホルダ部品は、前記第1軸の方向に交差する第2軸の方向に配列され、前記光ファイバの前記第1光ファイバ部は、前記第2軸に交差する第1基準面に沿って延在するクラッド面と、端部とを有する。
光コネクタによれば、第1ホルダ部品は、第3光ファイバ部の延在方向を第1基準面の方向に維持すると共に、この維持によれば、第2ホルダ部品のサイズを第1ホルダ部品に比べて小さくすることを可能にする。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の光処理装置、及び光コネクタに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
図1の(a)部は、本実施形態に係る光処理装置を概略的に示す斜視図である。図1の(b)部は、図1の(a)部に示されたIb−Ib線に沿ってとられた断面に示す。図1の(c)部は、図1の(a)部に示されたIc−Ic線に沿ってとられた断面に示す。
光処理装置11は、回路基板13、半導体デバイス15、光コネクタ17、及び支持板19を備える。回路基板13は、主面13aを有すると共に、第1軸Ax1の方向に配置された第1領域13b及び第2領域13cを含む。半導体デバイス15は、主面15aを有する。半導体デバイス15は、例えばグレーティングカプラといった光結合素子15bを含み、また光導波路及び光電変換素子(例えば、フォトダイオード)といった半導体光素子(15c)、並びに光変調器及びトランジスタ回路といった半導体電子素子(15c)を更に含むことができる。半導体デバイス15は、例えばシリコンフォトニクス素子であることができる。半導体デバイス15は、回路基板13の第1領域13bに搭載されると共に、回路基板13に導電体WRを介して接続される。光コネクタ17は、光ファイバ21及びホルダ23を含む。光コネクタ17内の光ファイバ21は、半導体デバイス15に光学的に結合される。光コネクタ17は、回路基板13の第2領域13c上の半導体デバイス15によって支持される。本実施例では。光コネクタ17は、樹脂体29を用いて半導体デバイス15の主面15aに固定される。具体的には、樹脂体29は、半導体デバイス15の主面15aと光コネクタ17の光ファイバ21との間を満たし、光ファイバ21を伝搬する光を透過可能である。樹脂体29は、例えば希釈剤、添加剤、紫外線硬化剤及び/又は熱硬化剤を含むことができる。本実施例では、ホルダ23は、第1ホルダ部品25及び第2ホルダ部品27を含み、第1ホルダ部品25及び第2ホルダ部品27は、例えばガラス又はセラミック、具体的には石英、テンパックス(登録商標)、パイレックス(登録商標)、アルミナまたはジルコニアを備えることができる。本実施例では、第1ホルダ部品25及び第2ホルダ部品27は、第1軸Ax1の方向に交差する第2軸Ax2の方向に配列される。支持板19は、回路基板13の第2領域13c上に設けられる。具体的には、支持板19は、回路基板13と光コネクタ17の第2ホルダ部品27との間に設けられて、光コネクタ17の第2ホルダ部品27を支持する。光ファイバ21は、第1光ファイバ部21a及び第2光ファイバ部21bを有する。第1光ファイバ部21aは、第1軸Ax1の方向に延在するように第1ホルダ部品25に支持されると共に、第2光ファイバ部21bは、第1ホルダ部品25と第2ホルダ部品27との間に保持される。第1光ファイバ部21aは、第2光ファイバ部21bに繋がる。第1ホルダ部品25は、第1光ファイバ部21aと第2光ファイバ部21bとの境界を越えて前方に延出して、第1光ファイバ部21aを支持する。
光処理装置11によれば、光コネクタ17の第1ホルダ部品25及び第2ホルダ部品27は、光ファイバ21の第1光ファイバ部21aに繋がる第2光ファイバ部21bが第1軸Ax1の方向に延在するように第2光ファイバ部21bを保持すると共に、光コネクタ17の第1ホルダ部品26は、第2ホルダ部品27無しに、光ファイバ21の第1光ファイバ部21aが第1軸Ax1の方向に延在するように第1光ファイバ部21aを支持する。光コネクタ17の第2ホルダ部品27は、光ファイバ21の第1光ファイバ部21aが半導体デバイス15に光学的に結合することに干渉しない。また、半導体デバイス15の厚さより薄い支持板19の使用により、光コネクタ17が回路基板13の第2領域13cに直接に固定されることを避ける。また、光コネクタ17は、回路基板13の第1領域13bに搭載される半導体デバイス15の主面15aに支持されることに加えて、回路基板13の第2領域13cに支持される。回路基板13の第2領域13cは、光結合の高さと異なる高さにおいて光コネクタ17を支持する。使用中及び製造中に光コネクタ17に加わる外力は、光結合に係る半導体デバイス15にだけでなく、回路基板13にも加わる。回路基板13の第2領域13c及び半導体デバイス15の主面15aによる異なるレベルの支持によれば、光コネクタ17と半導体デバイス15との光結合を安定化できる。
光ファイバ21の第1光ファイバ部21aは、第1軸Ax1の方向に延在する第1基準面R1EFに沿ったクラッド面21eと、端部21fとを備える。光コネクタ17のクラッド面21eは、半導体デバイス15の光結合素子15bに対して位置決めされる。光ファイバ21はコア21cr及びクラッド21cdを含み、クラッド面21eとコア21crとの間隔は、例えば5〜30マイクロメートル以下であることができる。クラッド面21eと半導体デバイス15の主面15aの間隔は、例えば1〜30マイクロメートル以下であることができ、例えば10マイクロメートルである。
支持板19は、半導体デバイス15の厚さ(DD)より小さい厚さ(SD)を有する。光ファイバ21を保持する第1ホルダ部品25及び第2ホルダ部品27を含む光コネクタ17において、第1ホルダ部品25の上面と第2ホルダ部品27の下面との間隔(CD)は、半導体デバイス15の厚さ(DD)及び支持板19の厚さ(SD)より大きい。また、回路基板13の第2領域13cの主面と光コネクタ17の上面との距離は、間隔(CD)と厚さ(DD)との和より小さい。
支持板19は、ゴムやゲルといった可撓性を有する材料を含むことがよい。支持板19には、回路基板13の第2領域13c上において、回路基板13の主面13aと第2ホルダ部品27の下面との間隔以下の厚さが提供される。第2ホルダ部品27の下面とクラッド面21eとの間隔の寸法ばらつき許容範囲は、例えば20マイクロメートル以下である。回路基板13の第2領域13cと回路基板13との間に位置する支持板19の厚さばらつき許容範囲は、例えば30マイクロメートル以下である。これらの寸法範囲は、半導体デバイス15の主面15aにおいて位置決めされた光コネクタ17の光学結合を失わせる押し上げ力を支持板19が生成することを避ける。支持板19は、支持板19自体が容易に変形すること可能にする材料からなることがよく、具体的には、100MPa以下のヤング率を有することがよい。また、確実な支持を可能にするために、支持板19は、100kPa以上のヤング率を有することがよい。支持板19の寸法ばらつき許容範囲は、無荷重の状態で、例えば200マイクロメートル以下である。
本実施例では、光ファイバ21は、第3光ファイバ部21cを更に有しており、第3光ファイバ部21cは第2ホルダ部品27に支持されることなく、第3光ファイバ部21cは第2光ファイバ部21bに繋がる。
光コネクタ17はピグテール構造を有することができる。具体的には、光コネクタ17は、ホルダ23から延出するピグテールファイバを含む。ピグテールファイバは、光コネクタ17が外部デバイスに光学的に接続されることを容易にする。
図1の(b)部及び(c)部に示されるように、ホルダ23において、光ファイバ21、第1ホルダ部品25及び第2ホルダ部品27は樹脂体33により固定される。樹脂体33は、例えば希釈剤、添加剤、紫外線硬化剤及び/又は熱硬化剤を含むことができる。光コネクタ17は傾斜端面17aを有し、傾斜端面17aは、第1基準面R1EFに傾斜する第2基準面R2EFに沿って延在する。第1基準面R1EFと第2基準面R2EFとの角度は、例えば0度より大きく90度より小さい範囲にあることができる。光コネクタ17は、第1光ファイバ部21aと第2光ファイバ部21bとの境界に位置する前端面27aを有し、前端面27aは、第2ホルダ部品27によって提供され、また第1軸Ax1に交差する方向に延在する。前端面27aは、回路基板13の側面から離れている。
本実施例では、第1ホルダ部品25は、光ファイバ21を位置決めするガイドを有しており、ガイド25fは、光ファイバ21が第1軸Ax1に延在するようにガイドする。本実施例では、ガイド25fは、例えば溝25gの配列であって、個々の溝は第1軸Ax1に延在する。配列された溝25gは、光ファイバ21を受け入れて、光ファイバ21を位置決めする。
ホルダ23は、第1部分23b及び第2部分23cを含み、第1部分23b及び第2部分23cは、第1軸Ax1の方向に配列される。光コネクタ17のホルダ23では、第1部分23bは、第1軸Ax1の方向に延在するように第1光ファイバ部21aを案内すると共に、第2部分23cは、第1軸Ax1の方向に延在するように第2光ファイバ部21bに保持する。第1部分23b及び第2部分23cは、それぞれ、第1ホルダ面23a及び第2ホルダ面23dを提供しており、第1ホルダ面23a及び第2ホルダ面23dは、第1軸Ax1の方向に延在する。ホルダ23は、第2軸Ax2の方向に関して互いに異なる高さに、第1ホルダ面23a及び第2ホルダ面23dを配置する。第1ホルダ面23a及び第2ホルダ面23dは、それぞれ、半導体デバイス15及び支持板19によって支持される。第1ホルダ面23aは、第1ホルダ部品25上に配置される樹脂体33の表面及びクラッド面21eを備え、第2ホルダ面23dは、第2ホルダ部品27によって提供される。
図1の(b)部を参照すると、光ファイバ21の第1光ファイバ部21aは、クラッド面21e及び端部21fを有する。クラッド面21eは、第2軸Ax2に交差する第1基準面R1EFに沿って延在する。具体的には、クラッド面21eは、傾斜端面17a(25a)に繋がり、傾斜端面17aの縁から第1軸Ax1の方向に延在すると共に、第2ホルダ部品27の前端面27aに向けて延在する。
光コネクタ17のクラッド面21eは、半導体デバイス15の光結合素子15b上に置かれて、半導体デバイス15の主面15a及び光ファイバ21のクラッド面21eを介して光ファイバ21を光結合素子15bに光学的に結合される。光ファイバ21の端部21fは光結合素子15bに対して位置決めされる。光ファイバ21の端部21fは、第2基準面R2EFに沿って延在する傾斜端面21gを有する。光処理装置11によれば、光ファイバ21のクラッド面21eは、光コネクタ17の傾斜端面17aにおける光ファイバ21の傾斜端面21gに出会う。傾斜端面17aは、光コネクタ17が半導体デバイス15に光学的に結合されるように光Lの伝搬方向を変えることを容易にする。
図1の(c)部を参照すると、本実施例では、第1ホルダ部品25は、配列された溝25gを規定する盛り上がり部(畝)25hを有する。盛り上がり部(畝)25hは、第1軸Ax1の方向に延在して、第1ホルダ面23aを提供する。第1ホルダ部品25及び第2ホルダ部品27を用いて光ファイバ21を保持するホルダ23の盛り上がり部(畝)25hでは、樹脂体33が、第1ホルダ部品25の第1面25jと第2ホルダ部品27の第1面27jとの間のギャップを満して、第1ホルダ部品25及び第2ホルダ部品27をしっかり接着する。
光コネクタ17は、第1光ファイバ部21aの端部21f上に設けられた反射部材31を含み、反射部材31は、光の伝搬方向の変更の際の光学ロスを低減できる。本実施例では、反射部材31は、傾斜端面17a上に設けられる。
図2は、光処理装置のいくつかの構造を模式的に示す図面である。
(構造1)
光コネクタ17の第2ホルダ部品27は、回路基板13の第2領域13c上の支持板19によって支持されている。光コネクタ17は、半導体デバイス15の主面15aに樹脂体29により固定される。具体的には、図2の(a)部に示されるように、光コネクタ17の第2ホルダ部品27の下面は、回路基板13の第2領域13c上の支持板19の上面に密着している。第2ホルダ部品27は第1ホルダ部品25より薄い。
例示的な構造1の構造。
光コネクタ17の第2ホルダ部品27の厚さ:500マイクロメートル。
支持板19の厚さ:200マイクロメートル。
(構造2)
光コネクタ17の第2ホルダ部品27は、回路基板13の第2領域13c上の支持板19によって支持されている。光コネクタ17は、半導体デバイス15の主面15aに樹脂体29により固定される。具体的には、図2の(b)部に示されるように、第2ホルダ部品27の下面と支持板19との間に樹脂体35で満たしている。樹脂体35は、例えば希釈剤、添加剤、紫外線硬化剤及び/又は熱硬化剤を含むことができる。樹脂体35は、第2ホルダ部品27の下面を支持板19に固定する。第2ホルダ部品27を第1ホルダ部品25より薄い。
例示的な構造2の構造。
光コネクタ17の第2ホルダ部品27の厚さ:500マイクロメートル。
支持板19の厚さ:180マイクロメートル。
樹脂体35の厚さ:20マイクロメートル。
(構造3)
光コネクタ17の第2ホルダ部品27は、回路基板13によって支持されていない。具体的には、第2ホルダ部品27の下面は、回路基板13の第2領域13cの主面から離れている。半導体デバイス15の主面15aと光コネクタ17とを固定する樹脂体29が、光ファイバ21を介して加わる可能性のある外力を受ける。
例示的な構造3の構造。
第2ホルダ部品27の下面と回路基板13の第2領域13cの主面13aとの間隔:200マイクロメートル。
図3〜図5は、本実施形態に係る光処理装置を作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。図3〜図5を参照しながら、光処理装置を作製する方法を説明する。理解を容易にするために、可能な場合には、引き続く説明において図1及び図2において付された参照符号を用いる。
工程S101では、図3の(a)部に示されるように、半導体デバイス15及び支持板19をそれぞれ回路基板13の第1領域13b及び第2領域13c上に実装した第1中間生産物SP1を準備する。半導体デバイス15は、光結合素子15bの配列を有する。本実施例では、回路基板13、半導体デバイス15及び支持板19を準備し、また半導体デバイス15及び支持板19をそれぞれ回路基板13の第1領域13b及び第2領域13c上に配列して、第1中間生産物SP1を形成する。具体的には、図4の(a)部に示されるように、半導体デバイス15を回路基板13の第1領域13b上に実装する。この実装は、例えば半田を用いて、摂氏300度のリフローにより行われる。図4の(b)部に示されるように、支持板19を回路基板13の第2領域13c上に実装する。この実装は、例えば溶着や接着により行われる。本実施例では、支持板19の実装が半導体デバイス15の実装に引き続く順序であり、可能な場合には、実装された支持板19への熱ストレスを避けるために、半導体デバイス15の実装が支持板19の実装に引き続く順序であることができる。第1中間生産物SP1では、半導体デバイス15及び支持板19が、それぞれ、回路基板13の第1領域13b及び第2領域13cに位置決めされている。
工程S102では、図3の(b)部に示されるように、光コネクタ17を準備すると共に、光コネクタ17を第1中間生産物SP1に位置決めする。具体的には、光コネクタ17の光ファイバ21の配列が半導体デバイス15の光結合素子15bの配列に光学的に結合されるように、光コネクタ17及び半導体デバイス15の一方を他方に対して移動して、アクティブ調芯を行う。支持板19の上面のサイズは、光コネクタ17の第2ホルダ部品27の下面のサイズより大きい。このサイズの違いは、第2ホルダ部品27の下面の寸法にばらつきがあっても第2ホルダ部品27の下面全体を支持板19の上面で支えることを可能にするためである。
本実施例では、図5の(a)部に示されるように、回路基板13の第1領域13b上の半導体デバイス15の主面15aが光コネクタ17のクラッド面21eを支持すると共に回路基板13の第2領域13c上の支持板19が光コネクタ17の第2ホルダ部品27を支持するように、光コネクタ17を第1中間生産物SP1上に配置する。この配置に先立って、或いはこの配置の後に、図5の(b)部に示されるように、光コネクタ17のクラッド面21eと半導体デバイス15の主面15aとの間に樹脂28を供給する。樹脂28は、紫外線硬化剤及び熱硬化剤の少なくともいずれかを含む。また、光コネクタ17の光ファイバ21を測定装置(図3の(b)部に示された測定装置MD)に接続する。測定装置MDの光源は、光コネクタ17の光ファイバ21に光を提供すると共に、この光が半導体デバイス15及び光コネクタ17を介して測定装置MDの受光装置に到達する。測定装置MDを用いて、光コネクタ17及び半導体デバイス15の光学的な位置決めを行う。光学的な位置決めが完了した段階で、第2ホルダ部品27の下面と支持板19は密着させる。この光学的な位置決めの後に、図5の(c)部に示されるように、硬化処理により樹脂28を固化して、光コネクタ17のクラッド面を樹脂体29によって半導体デバイス15に固定する。この固定により、光コネクタ17のクラッド面21eを半導体デバイス15の光結合素子15bに光学的に結合される。光コネクタ17は、半導体デバイス15及び支持板19によって支持される。
或いは、本実施例では、図6の(a)部に示されるように、回路基板13の第1領域13b上の半導体デバイス15の主面15aが光コネクタ17のクラッド面21eを支持すると共に回路基板13の第2領域13c上の支持板19が光コネクタ17の第2ホルダ部品27を支持するように、光コネクタ17を第1中間生産物SP1上に配置する。この配置に先立って、或いはこの配置の後に、光コネクタ17のクラッド面21eと半導体デバイス15の主面15aとの間に樹脂28を供給し、光コネクタ17の光ファイバ21を測定装置(図3の(b)部に示された測定装置MD)に接続する。測定装置MDの光源は、光コネクタ17の光ファイバ21に光を提供すると共に、この光が半導体デバイス15及び光コネクタ17を介して測定装置MDの受光装置に到達する。測定装置MDを用いて、光コネクタ17及び半導体デバイス15の光学的な位置決め及び固定を行う。
本実施例では、以下の手順により、光コネクタ17及び半導体デバイス15の光学的な位置決め及び固定を行う。
光学的な位置決めに先だって、図6の(b)部に示されるように、光コネクタ17のクラッド面21eと半導体デバイス15の主面15aとの間に樹脂28を供給する。樹脂28は、紫外線硬化剤及び熱硬化剤の少なくともいずれかを含む。樹脂28の供給及び調芯の後に、樹脂28を固化して、光コネクタ17のクラッド面21eを樹脂体29によって半導体デバイス15に固定する。この固定により、光コネクタ17のクラッド面21eを半導体デバイス15の光結合素子15bに光学的な結合を達成できる。光コネクタ17は、半導体デバイス15によって支持される。
光コネクタ17を半導体デバイス15に固定した後に、或いは光コネクタ17を半導体デバイス15に固定するに先だって、第2ホルダ部品27の下面と支持板19との間に樹脂34を供給すると共に光コネクタ17を支持板19に押圧する。樹脂34は、紫外線硬化剤及び熱硬化剤の少なくともいずれかを含む。光コネクタ17のクラッド面21eを樹脂体29によって半導体デバイス15に固定することに加えて、樹脂34を固化して、第2ホルダ部品27の下面を樹脂体35によって支持板19に固定する。この固定により、光コネクタ17が、回路基板13上の半導体デバイス15と支持板19との上に両方によって支持される。また、光コネクタ17は、半導体デバイス15及び支持板19それぞれのレベルにおいて支持される。
具体的には、半導体デバイス15の光結合素子15bのアレイ上に第1中間生産物SP1と光コネクタ17との間に樹脂34を入れて、半導体デバイス15及び光コネクタ17の調心を行う。所望の精度で調芯を得た位置で樹脂を硬化させる。この位置において、光コネクタ17と支持板19との間に隙間(例えば1〜50マイクロメートルの隙間)ができる。この隙間に樹脂34を供給すると共にこの樹脂34を固化して樹脂体35を形成して、光コネクタ17と支持板19とを固定する。上記の隙間には、低い粘度(5000cP以下)の樹脂が入れやすい。この樹脂34が、支持板19から回路基板13の主面13aの漏れないように、低すぎる粘度を避けて、粘度(100cP以上)の樹脂を用いること好適である。この樹脂34の硬化は、調芯の後に行われる。半導体デバイス15に光コネクタ17を樹脂28により固定することに続いて、支持板19に光コネクタ17を樹脂34により固定する。
これらの工程におり、光処理装置11の作製が完了する。
図7は、半導体デバイスのサイズ及び光コネクタのサイズと、これらを用いる光処理装置のサイズを模式的に示す図面である。図7の(a)部を参照しながら、回路基板13の主面13a上に実装された半導体デバイス15及び光コネクタ17を含む光処理装置11を説明する。回路基板13の主面13aから光コネクタ17の上端までの高さH1GTは、光コネクタ17の高さ(CD)と支持板19の厚さ(SD)との和になり、半導体デバイス15の厚さと和より小さい。高さH1GTは、例えば2.5ミリメートル程度である。図7の(b)部を参照しながら、回路基板13の主面13a上に実装された半導体デバイスDEV及び光コネクタCONを含む光処理装置OPを説明する。回路基板13の主面13aから光コネクタCONの上端までの高さH2GTは、半導体デバイス15及び光コネクタ17の長さ(CL)と半導体デバイスDEVの厚さ(DD)との和になり、例えば高さH1GTは、例えば3ミリメートル程度である。光処理装置OPでは、光コネクタCONの末尾からピグテールファイバFBが延出する。
図8〜図10は、本実施形態に係る光コネクタを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。図8〜図10を参照しながら、光コネクタを作製する方法を説明する。理解を容易にするために、可能な場合には、引き続く説明において図1及び図2において付された参照符号を用いる。
工程S201では、図8の(a)部に示されるように、一又は複数の光ファイバ41、並びにホルダのための第1部品45及び第2部品47を準備する。本実施例では、第1部品45及び第2部品47の各々は、例えば単一のホルダを形成できる横幅の形状を有している。第1部品45及び第2部品47は、例えばガラス、又はセラミック、具体的には石英、テンパックス(登録商標)、パイレックス(登録商標)、アルミナまたはジルコニアを含む。これらの材料は、引き続く工程において適用される機械加工により結果物に所望の精度を提供できる。
第2部品47は、光ファイバアレイを支持する第1面47aを有しており、実質的に第1面47aは平坦である。第1部品45は、光ファイバアレイを支持する第1面45aを有する。第1部品45は、第4軸Ax4の方向に順に配列された第1領域45b、第2領域45c及び第3領域45dを有する。第1領域45b及び第2領域45cの第1面45aは、光ファイバを受け入れる一又は複数の溝43を有しており、溝43は、第4軸Ax4の方向に延在する。具体的には、個々の溝43は、ファイバの側面を支持する第1支持面43a及び第2支持面43bを含む。溝43は、第2領域45cと第3領域45dとの境界で終端しており、第3領域45dは、第1領域45b及び第2領域45cの第1面45aに比べて後退する後退部45eを規定する。後退量DPは、例えば100〜500マイクロメートル程度である。第2部品47は、第1部品45の第1領域45b及び第2領域45cを覆える長さを有する。第1部品45の長さL1は、例えば3000〜8000マイクロメートル程度であり、第2部品47の長さL2は、例えば2000〜5000マイクロメートル程度である。
工程S202では、図8の(b)部に示されるように、第1部品45の溝43に光ファイバ41を配置すると共に、第1部品45の第1領域45b及び第2領域45c並びに光ファイバ41上に樹脂49を塗布すると共に、必要な場合には、更に第3領域45d上にも樹脂49を塗布することができる。樹脂49の塗布の後に、第2部品47を第1部品45及び光ファイバ41上に置くと、第1部品45及び第2部品47は第2軸Ax2の方向に配列されると共に、光ファイバ41は、第1部品45の第1領域45b及び第2領域45cと第2部品47との間に延在し、また第1部品45と第2部品47との間から延出した光ファイバ41は、第1部品45の第3領域45dに向けて垂れ下がりながら第3領域45dから離れて延在する。
工程S203では、図9の(a)部に示されるように、樹脂49を硬化させて、第1部品45の第1領域45b及び第2領域45cと第2部品47との間に光ファイバ41を固定すると共に、第3領域45d上において光ファイバ41を固定して、第1生産物PD1を形成する。硬化された樹脂49を樹脂体51として参照する。第1生産物PD1において、光ファイバ41は、第1部品45の第1領域45b及び第2領域45cと第2部品47との間において、第2軸Ax2に交差する基準平面REFに沿って延在する。また、第1部品45と第2部品47との間から延出した光ファイバ41は、基準平面REFを基準に第2部品47から第1部品45への方向に曲がりながら第1部品45の第3領域45d上の樹脂体51内を延在する。垂下量DRPは、例えば0〜300マイクロメートル程度である。
工程S204では、図9の(b)部に示されるように、第1生産物PD1の一端、具体的には、第1生産物PD1の第1部品45の第1領域45b及び第1領域45b上の第2部品47を加工装置53aを用いて研磨して、基準平面REFに対して傾斜した傾斜端面17aを形成する。第1部品45の加工により、第1ホルダ部品25が形成される。この加工により、第2生産物PD2が得られる。
工程S205では、図10の(a)部に示されるように、第2生産物PD2の傾斜端面17a上に反射部材31を接着材を用いて固定して、第3生産物PD3を形成する。
工程S206では、図10の(b)部に示されるように、第3生産物PD3の一端、具体的には、第3生産物PD3の第2部品47及び反射部材31を加工装置53bを用いて加工して、第1部品45の第1領域45b上の第2部品47を除去する。本実施例では、この工程において第1部品45を加工しない。第2部品47の除去により、光ファイバ41から光ファイバ21が形成されると共に、クラッド面21eが形成される。
これらの工程により、光コネクタ17が形成される。
図1及び図10の(b)部を参照すると、光コネクタ17は、ホルダ23と、光ファイバ21と、樹脂体51とを有する。ホルダ23は、第1ホルダ部品25及び第2ホルダ部品27を含む。第1ホルダ部品25は、第1領域25b、第2領域25c及び第3領域25dを備え、第1領域25b、第2領域25c及び第3領域25dは第1軸Ax1の方向に配列される。第2ホルダ部品27は、第1ホルダ部品25の第1領域25b及び第3領域25d上に設けられることなく、第2領域25c上に設けられる。光ファイバ21は、第1軸Ax1の方向に延在するように第1ホルダ部品25の第1領域25bに支持される第1光ファイバ部21a、第1ホルダ部品25と第2ホルダ部品27との間に保持される第2光ファイバ部21b、及び第1ホルダ部品25と第2ホルダ部品27との間から第1軸Ax1の方向に延出して第1ホルダ部品25に支持される第3光ファイバ部21cを有する。樹脂体51は、第1ホルダ部品25の第2領域25c、光ファイバ21、及び第2ホルダ部品27を固定すると共に、第1ホルダ部品25の第3領域25dにおいて第3光ファイバ部21cを第3領域25dの後退部25eに固定する。
第1ホルダ部品25の後退部25eは、第1基準面R1EFから第1ホルダ部品25への方向に後退する。第3光ファイバ部21cは、後退部25eに樹脂体51によって保持される。
図10の(c)部は、加工により形成された光ファイバの先端部分を示す断面と、加工により形成された光ファイバの先端部分及びホルダ端面とを示す図面である。図10の(c)部に示されるように、断面及びホルダ端面において第1基準面R1EFの位置が合わされている。光ファイバ21の第1光ファイバ部21aは、第2軸Ax2に交差する第1基準面R1EFに沿って延在するクラッド面21eと、クラッド面21eを介して外部光学素子に光学的に結合可能な端部21fを有する。
光コネクタ17によれば、第1ホルダ部品25は、第3光ファイバ部21cの延在方向を第1基準面R1EFの方向に維持すると共に、第2ホルダ部品27のサイズを第1ホルダ部品25に比べて小さくすることを可能にする。
再び図1及び図2を参照すると、上記の説明から理解されるように、光処理装置11では、光ファイバ21は、端部21f及びクラッド面21eを有する第1光ファイバ部21a、第1光ファイバ部21aに接続された第2光ファイバ部21b、並びに第2光ファイバ部21bに接続された第3光ファイバ部21cを含む。光コネクタ17のホルダ23は、第1光ファイバ部21aを第1軸Ax1の方向に延在するように案内する第1部分23bと、第1軸Ax1の方向に延在するように第2光ファイバ部21bを保持する第2部分23cとを含む。支持板19は、回路基板13の第2領域13cと光コネクタ17の第2部分17cとの間に設けられる。ホルダ23の第1部分23bは、第1基準面R1EFに沿って延在する第1ホルダ面23aを有する。半導体デバイス15の主面15aは、第1ホルダ面23aを支持する。ホルダ23の第2部分23cは、第2軸Ax2に交差する第3基準面R3EFに沿って延在する第2ホルダ面23dを有する。回路基板13の第2領域13cは、第2ホルダ面23dを支持する。本実施例では、第3基準面R3EFは第1基準面R1EFに実質的に平行であり、例えば第1ホルダ面23aと第2ホルダ面23dとの角度差は、例えば−10〜+10度の範囲にある。
また、上記の説明から理解されるように、光処理装置11は、回路基板13と、半導体デバイス15と、光ファイバ21及び該光ファイバ21を保持するホルダ23を含む光コネクタ17と、回路基板13の第2領域13cと光コネクタ17のホルダ23との間に設けられた支持板19を備える。ホルダ23は、第1軸Ax1の方向に配置された第1部分23b及び第2部分23cを含む。ホルダ23の第1部分23b及び半導体デバイス15は、半導体デバイス15の主面15aがホルダ23の第1部分23bを支持するように、第2軸Ax2の方向に配列される。ホルダ23の第2部分23c及び回路基板13の第2領域13cは、回路基板13の第2領域13cがホルダ23の第2部分23cを支持するように、第2軸Ax2の方向に配列される。
以上説明したように、本実施形態に係る光処理装置11は、光コネクタ17及び半導体デバイス15の光結合を提供するに際して、光コネクタ17の厚さ及び半導体デバイス15の厚さの和より小さい厚さを可能にする構造を有する。また、本実施形態に係る光コネクタ17は、第1ホルダ部品25のより短い第2ホルダ部品27を有しており、光コネクタ17の第2ホルダ部品27が、回路基板13に支持される。本実施例では、光コネクタ17では、光ファイバ21が回路基板13に触れないように、光ファイバ21は、回路基板13の縁の近傍まで光コネクタ17の第1ホルダ部品25によって支持される。光コネクタ17は、基板上に搭載された半導体デバイス15に光結合を形成するに際して、回路基板13に大きな支持エリアを求めない光コネクタ17が提供される。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
以上説明したように、本実施形態によれば、光コネクタ及び半導体デバイスの光結合を提供するに際して、光コネクタの厚さ及び半導体デバイスの厚さの和より小さい厚さを可能にする構造を有する光処理装置が提供される。本実施形態によれば、光コネクタが提供され、この光コネクタは、支持基板上に搭載されたデバイスに光結合を形成するに際して、光コネクタ及び半導体デバイスの縦積みを避けると共に光コネクタの厚さ及び半導体デバイスの厚さの和より小さい厚さを可能にする。
11…光処理装置、13…回路基板、15…半導体デバイス、17…光コネクタ、19…支持板、23…ホルダ、25…第1ホルダ部品、27…第2ホルダ部品。

Claims (7)

  1. 光処理装置であって、
    第1軸の方向に配置された第1領域及び第2領域を含む回路基板と、
    前記回路基板の前記第1領域に搭載されており、光結合素子を有する半導体デバイスと、
    前記半導体デバイスの主面及び前記回路基板の前記第2領域によって支持され、光ファイバ及びホルダを含む光コネクタと、
    前記半導体デバイスの厚さより薄い支持板と、
    を備え、
    前記ホルダは、第1ホルダ部品及び第2ホルダ部品を含み、
    前記支持板は、前記回路基板の前記第2領域と前記光コネクタの前記第2ホルダ部品との間に設けられ、
    前記光ファイバは、前記第1軸の方向に延在するように前記第1ホルダ部品に支持される第1光ファイバ部、及び前記第1ホルダ部品と前記第2ホルダ部品との間に保持される第2光ファイバ部とを有し、
    前記光ファイバの前記第1光ファイバ部は、前記第1軸の方向に延在する第1基準面に沿ったクラッド面と、端部とを備え、
    前記光コネクタの前記クラッド面は、前記半導体デバイスの前記主面から離間して前記半導体デバイスの前記光結合素子に対して位置決めされる、光処理装置。
  2. 前記光コネクタは、前記第1基準面に傾斜する第2基準面に沿って延在する傾斜端面を有し、前記光ファイバの前記端部は、前記第2基準面に沿って延在する端面を有する、請求項1に記載された光処理装置。
  3. 前記光コネクタは、前記傾斜端面上に設けられた反射部材を含む、請求項2に記載された光処理装置。
  4. 前記光ファイバは、前記第1ホルダ部品及び前記第2ホルダ部品から延出する第3光ファイバ部を含み、前記第3光ファイバ部は、前記第1軸の方向に延在するように前記第1ホルダ部品に支持される、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された光処理装置。
  5. 前記光ファイバの前記第1光ファイバ部及び前記第2光ファイバ部は、前記第1基準面に沿って配列されており、
    前記第1ホルダ部品は、前記第1基準面から前記第1ホルダ部品への方向に後退する後退部を有し、
    前記第3光ファイバ部は、前記後退部に固定される、請求項4に記載された光処理装置。
  6. 前記光コネクタは、前記ホルダから延出するピグテールファイバを含む、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された光処理装置。
  7. 光コネクタであって、
    第1ホルダ部品及び第2ホルダ部品を含むホルダと、
    第1軸の方向に延在するように前記第1ホルダ部品に支持される第1光ファイバ部、及び前記第1ホルダ部品と前記第2ホルダ部品との間に保持される第2光ファイバ部、及び前記第1ホルダ部品及び前記第2ホルダ部品から延出して前記第1軸の方向に延在するように前記第1ホルダ部品に支持される第3光ファイバ部を有する光ファイバと、
    を備え、
    前記第1ホルダ部品及び前記第2ホルダ部品は、前記第1軸の方向に交差する第2軸の方向に配列され、
    前記光ファイバの前記第1光ファイバ部は、前記第2軸に交差する第1基準面に沿って延在するクラッド面と、端部とを有する、光コネクタ。
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