JP2021148852A - Photoelectric fusion module and manufacturing method therefor - Google Patents

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功 玉井
Isao Tamai
功 玉井
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Abstract

To enable connection with an optical circuit chip to be appropriately performed.SOLUTION: The photoelectric fusion module comprises: an optical circuit chip 10 including a support substrate 1, a clad 2 formed on the support substrate and an optical waveguide core 4 buried in the clad; an electronic circuit board 20 having an optical fiber connecting terminal 20a and on which the optical circuit chip is installed at a prescribed position; and an optical path conversion unit 15 for converting the optical path of the optical waveguide core. The optical path conversion unit includes an end part 4a of the optical waveguide core provided at a prescribed point of the optical circuit chip, a connecting waveguide core 13 for connecting the end part and the optical fiber connecting terminal, and a seal layer 14 formed covering the connecting waveguide core.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光電融合モジュール及びその製造方法に関し、例えば、シリコンフォトニクスチップと外部の光ファイバとを接続する光接続に関する。 The present invention relates to a photoelectric fusion module and a method for manufacturing the same, and relates to, for example, an optical connection for connecting a silicon photonics chip and an external optical fiber.

光電融合モジュールは、光集積回路と電子回路とを一体化したものである。この光集積回路は、例えば、シリコンフォトニクスのような受光素子、光変調素子、波長合分波を一つの回路として集積したものである。外部と接続するために、光集積回路と光ファイバとを接続する必要がある。 The photoelectric fusion module integrates an optical integrated circuit and an electronic circuit. This optical integrated circuit integrates, for example, a light receiving element such as silicon photonics, a light modulation element, and a wavelength merging / demultiplexing as one circuit. In order to connect to the outside, it is necessary to connect the optical integrated circuit and the optical fiber.

例えば、特許文献1には、45度に傾斜したミラーで光を直角方向に反射させる技術が開示されている。特許文献2には、傾斜した光ファイバを押し当てて接続する技術が開示されている。特許文献3には、グレーティングカプラが開示されている。また、非特許文献1には、シリコンを湾曲させて上に導波する技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technique of reflecting light in a right-angled direction with a mirror inclined at 45 degrees. Patent Document 2 discloses a technique of pressing and connecting an inclined optical fiber. Patent Document 3 discloses a grating coupler. Further, Non-Patent Document 1 discloses a technique of curving silicon and guiding it upward.

特表2014−522999号公報Special Table 2014-522999 特許第6264832号Patent No. 6264832 特開平11−281833号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-281833

“シリコンフォトニクスの画期的な光入出力技術を開発”,[online],2016年1月28日,産業技術総合研究所,[令和2年1月25日検索],インターネット<URL:https://www.aist.go.jp/aist_j/new_research/2016/nr20160128/nr20160128.html>"Development of epoch-making optical input / output technology of silicon photonics", [online], January 28, 2016, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, [Search on January 25, 2nd year of Reiwa], Internet <URL: https //www.aist.go.jp/aist_j/new_research/2016/nr20160128/nr20160128.html>

上記何れの特許文献や非特許文献でも、光集積回路(光回路チップ)と光ファイバとを適切に接続する方法までは、考慮されていなかった。
例えば、光集積回路は、多チャンネル化のため、複数の導波路コアを並列させ、複数の光を入出射させることがある。一方の光ファイバは導波路コアよりも太いのが通常である。このため、複数の導波路コアの間隔は、複数の光ファイバの間隔と同程度になってしまう。言い換えれば、光集積回路の大きさが、複数配列した光ファイバの幅と同程度になってしまう。
In any of the above patent documents and non-patent documents, a method for appropriately connecting an optical integrated circuit (optical circuit chip) and an optical fiber has not been considered.
For example, in an optical integrated circuit, a plurality of waveguide cores may be arranged in parallel to input and output a plurality of lights in order to increase the number of channels. One optical fiber is usually thicker than the waveguide core. Therefore, the distance between the plurality of waveguide cores becomes about the same as the distance between the plurality of optical fibers. In other words, the size of the optical integrated circuit becomes about the same as the width of a plurality of arranged optical fibers.

また、高密度な光集積回路には、多数の光配線が配設されている。そのため、光集積回路を構成する受光素子や光変調器等と他の光素子に接続する導波路コアは、光配線を飛び越えて、他の光素子に接続する必要がある。つまり、三次元構造の導波路を形成する必要がある。 Further, a large number of optical wirings are arranged in a high-density optical integrated circuit. Therefore, the waveguide core that connects the light receiving element or optical modulator that constitutes the optical integrated circuit to the other optical element needs to jump over the optical wiring and connect to the other optical element. That is, it is necessary to form a waveguide with a three-dimensional structure.

そこで、本発明は、光回路チップとの接続を適切に行うことができる光電融合モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a photoelectric fusion module capable of appropriately connecting to an optical circuit chip and a method for manufacturing the same.

前記課題を解決するため、本発明の光電融合モジュールは、支持基板(1)、前記支持基板上に形成されるクラッド(2)、及び、前記クラッド中に埋設され、光導波路コア(4)を含む光回路チップ(10)と、光ファイバ接続端子部(20a,45)を有し、所定位置に前記光回路チップが設置される電子回路基板(20)と、前記光導波路コアの光路を変換する光路変換部(15)とを備え、前記光路変換部は、前記光回路チップの所定箇所に設けられる前記光導波路コアの端部(4a)と、前記端部と前記光ファイバ接続端子部とを接続する接続導波路コア(13)と、前記接続導波路コアを覆って形成される封止層(14)と、から構成されていることを特徴とする。なお、括弧内の符号や文字は、実施形態において付した符号等であって、本発明を限定するものではない。 In order to solve the above problems, the photoelectric fusion module of the present invention comprises a support substrate (1), a clad (2) formed on the support substrate, and an optical waveguide core (4) embedded in the clad. Converts the optical path of the optical waveguide core and the electronic circuit board (20) having the optical circuit chip (10) including the optical circuit chip (10) and the optical fiber connection terminal portions (20a, 45) in which the optical circuit chip is installed at a predetermined position. An optical path conversion unit (15) is provided, and the optical path conversion unit includes an end portion (4a) of the optical waveguide core provided at a predetermined position of the optical circuit chip, the end portion, and the optical fiber connection terminal portion. It is characterized in that it is composed of a connecting waveguide core (13) and a sealing layer (14) formed so as to cover the connecting waveguide core. The symbols and characters in parentheses are the symbols and the like attached in the embodiments, and do not limit the present invention.

本発明によれば、光回路チップとの接続を適切に行うことができる。 According to the present invention, the connection with the optical circuit chip can be appropriately performed.

本発明の第1実施形態である光電融合モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric fusion module which is 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の光電融合モジュールの平面図である。It is a top view of the photoelectric fusion module of 1st Embodiment of this invention. 光電融合モジュールにポリマ導波路を形成する形成方法を説明する説明図(1)である。It is explanatory drawing (1) explaining the formation method which forms a polymer waveguide in a photoelectric fusion module. 光電融合モジュールにポリマ導波路を形成する形成方法を説明する説明図(2)である。It is explanatory drawing (2) explaining the formation method which forms the polymer waveguide in a photoelectric fusion module. 光電融合モジュールにポリマ導波路を形成する形成方法を説明する説明図(3)である。It is explanatory drawing (3) explaining the formation method which forms a polymer waveguide in a photoelectric fusion module. 光電融合モジュールにポリマ導波路を形成する形成方法を説明する説明図(4)である。It is explanatory drawing (4) explaining the formation method which forms the polymer waveguide in a photoelectric fusion module. 光電融合モジュールにポリマ導波路を形成する形成方法を説明する説明図(5)である。It is explanatory drawing (5) explaining the formation method which forms a polymer waveguide in a photoelectric fusion module. 光電融合モジュールにポリマ導波路を形成する形成方法を説明する説明図(6)である。It is explanatory drawing (6) explaining the formation method which forms the polymer waveguide in a photoelectric fusion module. 本発明の第2実施形態である光電融合モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric fusion module which is 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態である光電融合モジュールの平面図である。It is a top view of the photoelectric fusion module which is the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第1比較例である光電融合モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric fusion module which is the 1st comparative example of this invention. 本発明の第2比較例である光電融合モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric fusion module which is the 2nd comparative example of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態(以下、「本実施形態」と称する)につき詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that each figure is merely schematically shown to the extent that the present invention can be fully understood. Therefore, the present invention is not limited to the illustrated examples. Further, in each figure, common components and similar components are designated by the same reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態の光電融合モジュールの断面図である。
光電融合モジュール100は、電子回路基板20と、光回路チップとしてのシリコンフォトチップ10と、接続導波路としてのポリマ導波路15とを備える。シリコンフォトチップ10は、厚みΔtの半田11を介して電子回路基板20に実装される。また、光電融合モジュール100には、テープ型光ファイバ35が実装されたフェルール40が取り付けられる。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the photoelectric fusion module according to the first embodiment of the present invention.
The photoelectric fusion module 100 includes an electronic circuit board 20, a silicon photo chip 10 as an optical circuit chip, and a polymer waveguide 15 as a connection waveguide. The silicon photochip 10 is mounted on the electronic circuit board 20 via a solder 11 having a thickness of Δt. Further, a ferrule 40 on which a tape-type optical fiber 35 is mounted is attached to the photoelectric fusion module 100.

電子回路基板20は、シリコンフォトチップ10を駆動する電子回路(例えば、TIA(Trance Impedance Amplifier)60(図9,10))や電気コネクタ80(図9,10)が搭載される。電子回路基板20には、フェルール40が取り付けられる光ファイバ接続端子部20aと、シリコンフォトチップ10が配設される凹部20bとが形成されている。 The electronic circuit board 20 is equipped with an electronic circuit (for example, TIA (Trance Impedance Amplifier) 60 (FIGS. 9 and 10)) for driving the silicon photochip 10 and an electric connector 80 (FIGS. 9 and 10). The electronic circuit board 20 is formed with an optical fiber connection terminal portion 20a to which the ferrule 40 is attached and a recess 20b in which the silicon photochip 10 is arranged.

シリコンフォトチップ10は、支持基板としてのシリコン基板1と、シリコン基板1の上面に搭載されたシリコン導波路6と、シリコン導波路6の一端に設けたスポットサイズコンバータ7と、シリコン導波路6の他端に接続された光回路(例えば、フォトダイオード70(図9,10))とを備える。つまり、スポットサイズコンバータ7は、シリコン導波路6とポリマ導波路15との間に介挿されている。シリコン基板1は、凹部1aが形成されている。凹部1aは、例えば、深さD=約17μmであり、伝搬方向の長さL=約100μmとしている。 The silicon photochip 10 includes a silicon substrate 1 as a support substrate, a silicon waveguide 6 mounted on the upper surface of the silicon substrate 1, a spot size converter 7 provided at one end of the silicon waveguide 6, and a silicon waveguide 6. It includes an optical circuit connected to the other end (for example, a photodiode 70 (FIGS. 9 and 10)). That is, the spot size converter 7 is interposed between the silicon waveguide 6 and the polymer waveguide 15. The silicon substrate 1 is formed with a recess 1a. The recess 1a has, for example, a depth D = about 17 μm and a length L in the propagation direction = about 100 μm.

シリコン導波路6は、下部クラッド層2と、シリコンコア4と、上部クラッド層5とから構成される。シリコンコア4は、図に対して垂直な断面が矩形状であり、紙面の奥行き方向約480nm、高さ方向約220nmである。スポットサイズコンバータ7は、シリコン導波路6から出射する光の径を拡大する機能を有する。逆に、スポットサイズコンバータ7は、シリコン導波路6に入射する光の径を縮小する機能を有する。 The silicon waveguide 6 is composed of a lower clad layer 2, a silicon core 4, and an upper clad layer 5. The silicon core 4 has a rectangular cross section perpendicular to the drawing, and has a depth direction of about 480 nm and a height direction of about 220 nm on the paper surface. The spot size converter 7 has a function of increasing the diameter of the light emitted from the silicon waveguide 6. On the contrary, the spot size converter 7 has a function of reducing the diameter of the light incident on the silicon waveguide 6.

ポリマ導波路15は、第1ポリマクラッド12と、接続導波路コアとしてのポリマコア13と、封止層としての第2ポリマクラッド14とから構成される。第1ポリマクラッド12及び第2ポリマクラッド14は、同一の感光性ポリマで構成されている。ポリマコア13は、第1ポリマクラッド12及び第2ポリマクラッド14よりも屈折率が大きい感光性ポリマで構成されている。具体的に、波長1550μmのとき、第1ポリマクラッド12及び第2ポリマクラッド14の屈折率は、1.547であり、ポリマコア13の屈折率は、1.577である。ポリマコア13は、7μm角に形成されている。 The polymer waveguide 15 is composed of a first polymer clad 12, a polymer core 13 as a connecting waveguide core, and a second polymer clad 14 as a sealing layer. The first polymer clad 12 and the second polymer clad 14 are made of the same photosensitive polymer. The polymer core 13 is composed of a photosensitive polymer having a higher refractive index than the first polymer clad 12 and the second polymer clad 14. Specifically, when the wavelength is 1550 μm, the refractive index of the first polymer clad 12 and the second polymer clad 14 is 1.547, and the refractive index of the polymer core 13 is 1.577. The polymer core 13 is formed in a 7 μm square.

第1ポリマクラッド12は、シリコン基板1の凹部1aを埋めている。ポリマコア13は、スポットサイズコンバータ7に接続されており、傾斜部13aとシリコン基板1に平行な平行部13bとを有する。平行部13bは、凹部1aだけでなく、電子回路基板20の上方にまで延在している。なお、スポットサイズコンバータ7が無いときには、ポリマコア13は、シリコン導波路6の一端に接続しても構わない。第2ポリマクラッド14は、ポリマコア13及びシリコン導波路6の上面に堆積している。なお、第2ポリマクラッド14の上面は、傾斜することなく、電子回路基板20に平行に堆積している。 The first polymer clad 12 fills the recess 1a of the silicon substrate 1. The polymer core 13 is connected to the spot size converter 7 and has an inclined portion 13a and a parallel portion 13b parallel to the silicon substrate 1. The parallel portion 13b extends not only to the recess 1a but also to the upper part of the electronic circuit board 20. When the spot size converter 7 is not provided, the polyma core 13 may be connected to one end of the silicon waveguide 6. The second polymer clad 14 is deposited on the upper surfaces of the polymer core 13 and the silicon waveguide 6. The upper surface of the second polymer clad 14 is deposited in parallel with the electronic circuit substrate 20 without being inclined.

図2は、本発明の第1実施形態の光電融合モジュールの平面図である。
図1で説明したように、光電融合モジュール100は、電子回路基板20と、シリコンフォトチップ10と、ポリマ導波路15とを備える。光電融合モジュール100には、テープ型光ファイバ35が実装されたフェルール40が取り付けられる。なお、フェルール40については、仮想線で省略している。
FIG. 2 is a plan view of the photoelectric fusion module according to the first embodiment of the present invention.
As described with reference to FIG. 1, the photoelectric fusion module 100 includes an electronic circuit board 20, a silicon photochip 10, and a polymer waveguide 15. A ferrule 40 on which a tape-type optical fiber 35 is mounted is attached to the photoelectric fusion module 100. The ferrule 40 is omitted by a virtual line.

テープ型光ファイバ35は、複数の光ファイバ素線30を接着剤33で束ねたものである。シリコンフォトチップ10は、図1で説明したシリコンコア4を複数並設している。ポリマ導波路15は、図1で説明したポリマコア13を複数並設している。複数の光ファイバ素線30の間隔は、シリコンフォトチップ10に併設された複数のシリコン導波路6(シリコンコア4)の間隔よりも広い。そのため、複数のポリマコア13は、シリコンコア4の端部4aから離間するにつれて、間隔が徐々に拡がるように配設されている。 The tape-type optical fiber 35 is obtained by bundling a plurality of optical fiber strands 30 with an adhesive 33. In the silicon photo chip 10, a plurality of silicon cores 4 described with reference to FIG. 1 are arranged side by side. In the polymer waveguide 15, a plurality of polymer cores 13 described with reference to FIG. 1 are arranged side by side. The distance between the plurality of optical fiber strands 30 is wider than the distance between the plurality of silicon waveguides 6 (silicon cores 4) provided in the silicon photochip 10. Therefore, the plurality of polyma cores 13 are arranged so that the distance gradually increases as the distance from the end portion 4a of the silicon core 4 increases.

(製造方法)
次に、光電融合モジュール100を製造する製造方法の内、本実施形態に特徴的なポリマ導波路15を形成する形成方法について説明する。
図3乃至図8は、光電融合モジュールにポリマ導波路を形成する形成方法を説明する説明図である。
(Production method)
Next, among the manufacturing methods for manufacturing the photoelectric fusion module 100, a forming method for forming the polymer waveguide 15 characteristic of the present embodiment will be described.
3 to 8 are explanatory views illustrating a forming method for forming a polymer waveguide in the photoelectric fusion module.

図3(SP1)では、製造者は、予め、電子回路基板20の凹部20bとシリコンフォトチップ10とを半田11で接合する。そして、製造者は、シリコンフォトチップ10の上面に凹部1aをドライエッチングで形成する。 In FIG. 3 (SP1), the manufacturer joins the recess 20b of the electronic circuit board 20 and the silicon photochip 10 with solder 11 in advance. Then, the manufacturer forms the recess 1a on the upper surface of the silicon photo chip 10 by dry etching.

図4(SP2)では、製造者は、感光性ポリマ91をスピンコートで塗布する。スピンコート条件は、例えば、5000rpm、600秒である。これにより、感光性ポリマ91は、凹部1aの内部に充填され、電子回路基板20の上面20cと、上部クラッド層5の上面5aにも積層される。感光性ポリマ91として、例えば、日産化学製NP−214が使用される。 In FIG. 4 (SP2), the manufacturer applies the photosensitive polymer 91 by spin coating. The spin coating conditions are, for example, 5000 rpm and 600 seconds. As a result, the photosensitive polymer 91 is filled in the recess 1a and laminated on the upper surface 20c of the electronic circuit substrate 20 and the upper surface 5a of the upper clad layer 5. As the photosensitive polymer 91, for example, NP-214 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. is used.

図5(SP3)では、製造者は、感光性ポリマ91に対して、レーザ描画装置(不図示)による描画と現像処理とを行い、傾斜部91aを設ける。レーザ描画装置は、例えば、ハイデルベルグ製 DWL−66+である。つまり、製造者は、スポットサイズコンバータ7の近傍でレーザの光量を低下させ、現像による除去量を増加させる。一方、電子回路基板20の上面20c側で、レーザの光量を徐々に(直線的に)増加させ、現像による除去量を少なくする。下部クラッド層2は、シリコンフォトチップ10の表面1b(上部クラッド層5の上面5a)からH1=約5μm下の位置まで配置されている。第1ポリマクラッド12の上面12aは、光信号伝搬方向にL=100μmの位置で、シリコンフォトチップ10の表面1bからH2=約10μm上の位置に配置されている。また、上部クラッド5の上面5aでは、レーザ光を当てず、現像により感光性ポリマ91を完全に除去する。これにより、第1ポリマクラッド12が形成される。 In FIG. 5 (SP3), the manufacturer performs drawing and development processing on the photosensitive polymer 91 by a laser drawing device (not shown) to provide the inclined portion 91a. The laser drawing apparatus is, for example, DWL-66 + manufactured by Heidelberg. That is, the manufacturer reduces the amount of laser light in the vicinity of the spot size converter 7 and increases the amount removed by development. On the other hand, on the upper surface 20c side of the electronic circuit board 20, the amount of laser light is gradually (linearly) increased to reduce the amount removed by development. The lower clad layer 2 is arranged from the surface 1b of the silicon photochip 10 (upper surface 5a of the upper clad layer 5) to a position H1 = about 5 μm below. The upper surface 12a of the first polymer clad 12 is arranged at a position of L = 100 μm in the optical signal propagation direction and at a position of H2 = about 10 μm above the surface 1b of the silicon photochip 10. Further, the upper surface 5a of the upper clad 5 is not exposed to laser light, and the photosensitive polymer 91 is completely removed by development. As a result, the first polymer clad 12 is formed.

図6(SP4)では、第1ポリマクラッド12の上面12a及び上部クラッド層5の上面5aに感光性ポリマ92をスピンコートで塗布する。感光性ポリマ92として、例えば、日産化学製NP−010が使用される。 In FIG. 6 (SP4), the photosensitive polymer 92 is applied to the upper surface 12a of the first polymer clad 12 and the upper surface 5a of the upper clad layer 5 by spin coating. As the photosensitive polymer 92, for example, NP-010 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. is used.

図7(SP5)では、製造者は、レーザ描画装置による描画と現像処理とを行い、第1ポリマクラッド12の上面12aに沿って、ポリマ導波路コア13を形成する。このとき、製造者は、スポットサイズコンバータ7の近傍でレーザの光量を低下させ、現像による除去量を増加させる。一方、電子回路基板20の上面20c側で、レーザの光量を増加させ、現像による除去量を少なくする。 In FIG. 7 (SP5), the manufacturer performs drawing and development processing by a laser drawing apparatus to form a polymer waveguide core 13 along the upper surface 12a of the first polymer cladding 12. At this time, the manufacturer reduces the amount of laser light in the vicinity of the spot size converter 7 and increases the amount of removal by development. On the other hand, on the upper surface 20c side of the electronic circuit board 20, the amount of laser light is increased and the amount removed by development is reduced.

図8(SP6)では、製造者は、感光性ポリマ91をスピンコートで、高さH3=10μmまで塗布する。さらに、製造者は、感光性ポリマ91にレーザ光を照射し、硬化させる。これにより、第2ポリマクラッド14が形成され、光電融合モジュール100が作製される。 In FIG. 8 (SP6), the manufacturer applies the photosensitive polymer 91 by spin coating to a height of H3 = 10 μm. Further, the manufacturer irradiates the photosensitive polymer 91 with a laser beam to cure the photosensitive polymer 91. As a result, the second polymer clad 14 is formed, and the photoelectric fusion module 100 is manufactured.

以上説明したように、本実施形態の光電融合モジュール100は、シリコンフォトチップ10の複数のシリコンコア4とテープ型光ファイバ35の複数の光ファイバ素線30との間にポリマ導波路15が介挿されている。このため、複数のシリコンコア4の間隔が複数の光ファイバ素線30の間隔よりも狭くても、ポリマ導波路コア13の間隔を徐々に変化させることにより、シリコンコア4と光ファイバ素線30とを光接続することができる。つまり、小型・高密度なシリコンフォトチップ10を有した光電融合モジュール100は、複数のシリコンコア4の間隔を維持して、複数の光ファイバ素線30と光接続することができる。 As described above, in the photoelectric fusion module 100 of the present embodiment, the polymer waveguide 15 is interposed between the plurality of silicon cores 4 of the silicon photochip 10 and the plurality of optical fiber strands 30 of the tape-type optical fiber 35. It has been inserted. Therefore, even if the distance between the plurality of silicon cores 4 is narrower than the distance between the plurality of optical fiber wires 30, the distance between the polymer waveguide cores 13 is gradually changed to gradually change the distance between the silicon cores 4 and the optical fiber wires 30. Can be optically connected to and from. That is, the photoelectric fusion module 100 having the compact and high-density silicon photochip 10 can be optically connected to the plurality of optical fiber strands 30 while maintaining the distance between the plurality of silicon cores 4.

また、複数のシリコンコア4の中心高さと、複数の光ファイバ素線30の中心高さとが異なっても、ポリマ導波路コア13に傾斜部13aを設けることにより、シリコンコア4とポリマ導波路コア13とを光接続することができる。 Further, even if the center heights of the plurality of silicon cores 4 and the center heights of the plurality of optical fiber strands 30 are different, the silicon core 4 and the polymer waveguide core can be provided by providing the inclined portion 13a in the polymer waveguide core 13. 13 can be optically connected.

(第2実施形態)
図9は、本発明の第2実施形態である光電融合モジュールの断面図であり、図10は、その平面図である。
光電融合モジュール200は、前記第1実施形態と同様に、電子回路基板21と、シリコンフォトチップ10と、ポリマ導波路15とを備える。電子回路基板21は、TIA60と、光コネクタ45と、電気コネクタ80と、配線パターン25とを備える電子回路基板である。ここで、シリコンフォトチップ10は、電子回路基板21の凹部20bに配設されているが、TIA60は、電子回路基板21に取り付けられており、複数のパッド61が形成されている。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view of the photoelectric fusion module according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a plan view thereof.
The photoelectric fusion module 200 includes an electronic circuit board 21, a silicon photochip 10, and a polymer waveguide 15, as in the first embodiment. The electronic circuit board 21 is an electronic circuit board including a TIA 60, an optical connector 45, an electric connector 80, and a wiring pattern 25. Here, the silicon photochip 10 is arranged in the recess 20b of the electronic circuit board 21, but the TIA 60 is attached to the electronic circuit board 21, and a plurality of pads 61 are formed.

シリコンフォトチップ10には、光機能素子としてのフォトダイオード70と、光配線75と、複数のパッド61が形成されている。フォトダイオード70は、ポリマ導波路コア13から出射された光を電流に変換する受光素子である。TIA60は、フォトダイオード70の出力電流を電圧に変換する電子回路である。電気コネクタ80は、配線パターン25で接続されている。TIA60のパッド61と配線パターン25とは、ワイヤで接続されている。 The silicon photochip 10 is formed with a photodiode 70 as an optical functional element, an optical wiring 75, and a plurality of pads 61. The photodiode 70 is a light receiving element that converts the light emitted from the polymer waveguide core 13 into an electric current. The TIA 60 is an electronic circuit that converts the output current of the photodiode 70 into a voltage. The electric connector 80 is connected by a wiring pattern 25. The pad 61 of the TIA 60 and the wiring pattern 25 are connected by a wire.

光配線75は、シリコン導波路6で形成されている。ポリマ導波路コア13は、光配線75を飛び越えるように、平面視で光配線75と交差する。したがって、ポリマ導波路コア13は、シリコン導波路6よりも高い位置に配設する意義がある。 The optical wiring 75 is formed of a silicon waveguide 6. The polymer waveguide core 13 intersects the optical wiring 75 in a plan view so as to jump over the optical wiring 75. Therefore, it is meaningful to dispose the polymer waveguide core 13 at a position higher than that of the silicon waveguide 6.

(第1比較例)
図11は、本発明の第1比較例である光電融合モジュールの断面図である。
光電融合モジュール300は、前記第1,2実施形態と同様に、電子回路基板20と、シリコンフォトチップ10とを備えるが、ポリマ導波路15(図1)を備えていない。
また、光電融合モジュール300は、電子回路基板20の上面20cの上に光ファイバ素線30の一端を載置し、光ファイバ固定治具37で光ファイバ素線30を固定する点で相違する。スポットサイズコンバータ7と光ファイバ素線30の端面とを近接配置することにより、端面結合が行われる。
(First comparative example)
FIG. 11 is a cross-sectional view of the photoelectric fusion module which is the first comparative example of the present invention.
The photoelectric fusion module 300 includes an electronic circuit board 20 and a silicon photochip 10 as in the first and second embodiments, but does not include a polymer waveguide 15 (FIG. 1).
Further, the photoelectric fusion module 300 is different in that one end of the optical fiber wire 30 is placed on the upper surface 20c of the electronic circuit board 20 and the optical fiber wire 30 is fixed by the optical fiber fixing jig 37. By arranging the spot size converter 7 and the end face of the optical fiber wire 30 close to each other, end face coupling is performed.

シリコンフォトチップ10のシリコンコア4が1本であれば、端面結合可能である。しかしながら、シリコンフォトチップ10は、微小且つ高密度であることが通常である。このため、複数のシリコンコア4が配列しているときには、シリコンコア4の配列間隔と、同数の光ファイバ素線30の配列間隔とが異なるので、端面結合が困難となる。 If there is only one silicon core 4 of the silicon photo chip 10, end face bonding is possible. However, the silicon photochip 10 is usually minute and dense. Therefore, when a plurality of silicon cores 4 are arranged, the arrangement interval of the silicon cores 4 and the arrangement interval of the same number of optical fiber strands 30 are different, which makes end face coupling difficult.

(第2比較例)
図12は、本発明の第2比較例である光電融合モジュールの断面図である。
光電融合モジュール400は、前記第1,2実施形態や前記第1比較例と同様に、電子回路基板20と、シリコンフォトチップ16とを備え、ポリマ導波路15(図1)を備えていない。しかしながら、シリコンフォトチップ16は、スポットサイズコンバータ7の代わりにグレーティングカプラ17を備えている点で、シリコンフォトチップ10と相違する。また、光電融合モジュール400は、光ファイバ素線30を光ファイバ固定治具38で電子回路基板20に固定している点でも相違する。
(Second comparative example)
FIG. 12 is a cross-sectional view of a photoelectric fusion module which is a second comparative example of the present invention.
Similar to the first and second embodiments and the first comparative example, the photoelectric fusion module 400 includes an electronic circuit board 20 and a silicon photochip 16, and does not include a polymer waveguide 15 (FIG. 1). However, the silicon photochip 16 differs from the silicon photochip 10 in that it includes a grating coupler 17 instead of the spot size converter 7. The photoelectric fusion module 400 is also different in that the optical fiber wire 30 is fixed to the electronic circuit board 20 by the optical fiber fixing jig 38.

グレーティングカプラ17は、図示しない光変調素子が出射する変調光を上部クラッド層5の上面5aの側に出射する素子である。光ファイバ固定治具38は、光ファイバ素線30の端部をグレーティングカプラ17の出射方向に向けて固定する。 The grating coupler 17 is an element that emits modulated light emitted by an optical modulation element (not shown) toward the upper surface 5a of the upper clad layer 5. The optical fiber fixing jig 38 fixes the end of the optical fiber wire 30 toward the exit direction of the grating coupler 17.

グレーティングカプラ17の大きさは、100μm程度であるが、光ファイバ固定治具38の大きさが1mm程度になってしまう。このため、光電融合モジュール400の構造は、シリコンフォトチップ16の高集積化が不利である。これに対して、前記第2実施形態の光電融合モジュール200では、ポリマ導波路15を形成したので、光コネクタ(例えば、MTフェルール)への接続が容易となる。 The size of the grating coupler 17 is about 100 μm, but the size of the optical fiber fixing jig 38 is about 1 mm. Therefore, the structure of the photoelectric fusion module 400 is disadvantageous in that the silicon photochip 16 is highly integrated. On the other hand, in the photoelectric fusion module 200 of the second embodiment, since the polymer waveguide 15 is formed, the connection to the optical connector (for example, MT ferrule) becomes easy.

(変形例)
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
(1)前記各実施形態の第2ポリマクラッド14は、第1ポリマクラッド12と同一の感光性ポリマ91をスピンコートして形成したが、第1ポリマクラッド12と同一屈折率のポリマであれば、感光性ポリマである必要ない。
(Modification example)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications such as the following are possible.
(1) The second polymer clad 14 of each of the above embodiments was formed by spin-coating the same photosensitive polymer 91 as the first polymer clad 12, but if the polymer has the same refractive index as the first polymer clad 12. It does not have to be a photosensitive polymer.

1 シリコン基板(支持基板)
2 下部クラッド層
3 シリコン層
4 シリコンコア(光導波路コア)
5 上部クラッド層
6 シリコン導波路
7 スポットサイズコンバータ
10,16 シリコンフォトチップ(光回路チップ)
12 第1ポリマクラッド
13 ポリマ導波路コア(接続導波路コア)
14 第2ポリマクラッド(封止層)
15 ポリマ導波路(接続導波路)
20,21 電子回路基板
30 光ファイバ素線
35 テープ型光ファイバ
40 フェルール
45 光コネクタ(光ファイバ接続端子部)
60 TIA(電子回路)
70 フォトダイオード(光機能素子)
80 電気コネクタ(電気端子接続部)
100,200,300 光電融合モジュール
1 Silicon substrate (support substrate)
2 Lower clad layer 3 Silicon layer 4 Silicon core (optical waveguide core)
5 Upper clad layer 6 Silicon waveguide 7 Spot size converter 10, 16 Silicon photo chip (optical circuit chip)
12 1st polymer clad 13 Polymer waveguide core (connection waveguide core)
14 Second polymer clad (sealing layer)
15 Polymer waveguide (connecting waveguide)
20, 21 Electronic circuit board 30 Optical fiber wire 35 Tape type optical fiber 40 Ferrule 45 Optical connector (optical fiber connection terminal)
60 TIA (electronic circuit)
70 Photodiode (optical functional element)
80 Electric connector (Electrical terminal connection)
100,200,300 photoelectric fusion module

Claims (9)

支持基板、前記支持基板上に形成されるクラッド、及び光導波路コアを含む光回路チップと、
光ファイバ接続端子部を有し、所定位置に前記光回路チップが設置される電子回路基板と、
前記光導波路コアの光路を変換する光路変換部とを備え、
前記光路変換部は、
前記光回路チップの所定箇所に設けられる前記光導波路コアの端部と、
前記端部と前記光ファイバ接続端子部とを接続する接続導波路コアと、
前記接続導波路コアを覆って形成される封止層と、
から構成されている
ことを特徴とする光電融合モジュール。
An optical circuit chip including a support substrate, a cladding formed on the support substrate, and an optical waveguide core,
An electronic circuit board having an optical fiber connection terminal and having the optical circuit chip installed at a predetermined position.
It is provided with an optical path conversion unit that converts the optical path of the optical waveguide core.
The optical path conversion unit
The end of the optical waveguide core provided at a predetermined position on the optical circuit chip, and
A connection waveguide core that connects the end portion and the optical fiber connection terminal portion,
A sealing layer formed over the connecting waveguide core and
A photoelectric fusion module characterized by being composed of.
前記接続導波路コア及び前記封止層は、屈折率が異なるポリマで形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光電融合モジュール。
The photoelectric fusion module according to claim 1, wherein the connecting waveguide core and the sealing layer are formed of polymers having different refractive indexes.
前記光導波路コア及び前記接続導波路コアは、複数並設されており、
複数の前記接続導波路コアの間隔は、複数の前記光導波路コアの端部から離間するにつれて徐々に広くなる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光電融合モジュール。
A plurality of the optical waveguide core and the connection waveguide core are arranged side by side.
The photoelectric fusion module according to claim 1 or 2, wherein the distance between the plurality of connected waveguide cores gradually increases as the distance from the ends of the plurality of optical waveguide cores increases.
前記接続導波路コアは、前記電子回路基板に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の光電融合モジュール。
The photoelectric fusion module according to any one of claims 1 to 3, wherein the connection waveguide core is inclined with respect to the electronic circuit board.
前記光回路チップは、光機能素子と、該光機能素子に接続しない光配線とを含み、
前記接続導波路コアは、前記光配線を飛び越えて配設される
ことを特徴とする請求項4に記載の光電融合モジュール。
The optical circuit chip includes an optical functional element and an optical wiring that is not connected to the optical functional element.
The photoelectric fusion module according to claim 4, wherein the connection waveguide core is arranged so as to jump over the optical wiring.
前記端部と前記接続導波路コアとの間にスポットサイズコンバータが介挿されている
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の光電融合モジュール。
The photoelectric fusion module according to any one of claims 1 to 5, wherein a spot size converter is interposed between the end portion and the connecting waveguide core.
前記電子回路基板は、電子回路と、該電子回路に接続する電気端子接続部とを有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の光電融合モジュール。
The photoelectric fusion module according to any one of claims 1 to 6, wherein the electronic circuit board includes an electronic circuit and an electric terminal connecting portion connected to the electronic circuit.
支持基板、光回路チップ及び、該光回路チップが配設される電子回路基板とを備える光電融合モジュールの製造方法であって、
前記支持基板上に第1感光性ポリマを塗布する塗布工程と、
塗布された前記第1感光性ポリマにレーザを直接描画する描画工程と、
前記描画工程で描画された第1感光性ポリマを現像する現像工程とを備え、
前記描画工程では、前記光回路チップのシリコンコア側で前記レーザを弱く照射し、該シリコンコアから離間するにつれて強く照射し、
前記現像工程では、傾斜構造のクラッドが形成される
ことを特徴とする光電融合モジュールの製造方法。
A method for manufacturing a photoelectric fusion module including a support substrate, an optical circuit chip, and an electronic circuit substrate on which the optical circuit chip is arranged.
A coating step of applying the first photosensitive polymer on the support substrate, and
A drawing step of drawing a laser directly on the applied first photosensitive polymer, and
It is provided with a developing step of developing the first photosensitive polymer drawn in the drawing step.
In the drawing step, the laser is weakly irradiated on the silicon core side of the optical circuit chip, and strongly irradiated as the distance from the silicon core increases.
A method for manufacturing a photoelectric fusion module, which comprises forming a clad having an inclined structure in the developing step.
前記傾斜構造のクラッドの上に、前記第1感光性ポリマよりも屈折率が高い第2感光性ポリマを塗布するコア形成過程と、
前記第2感光性ポリマの上に前記第1感光性ポリマ又は前記第1感光性ポリマと同一屈折率のポリマを塗布する上部クラッド形成過程とをさらに備える
ことを特徴とする請求項8に記載の光電融合モジュールの製造方法。
A core forming process in which a second photosensitive polymer having a refractive index higher than that of the first photosensitive polymer is applied onto the clad having an inclined structure.
8. The eighth aspect of the present invention is further comprising an upper clad forming process of applying the first photosensitive polymer or a polymer having the same refractive index as the first photosensitive polymer on the second photosensitive polymer. A method for manufacturing a photoelectric fusion module.
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