JP4703441B2 - 光導波路素子および光電気混載素子 - Google Patents

Description

本発明は高分子などからなるフレキシブル光導波路とコネクタ部とを備えた光導波路素子、およびこの光導波路素子のコネクタとフレキシブル電気配線基板のコネクタが一体化したコネクタを備えた光電気混載素子に関する。

光部品、あるいは光ファイバの基材としては、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が広く使用されているが、最近では高分子系の材料も開発され、無機系材料に比べて加工性や価格の点で優れていることから、光導波路用材料として注目されている。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいは、ポリスチレンのような透明性に優れた高分子をコアとし、そのコア材料よりも屈折率の低い高分子をクラッド材料としたコア−クラッド構造からなる平板型光導波路が作製されている。これに対して耐熱性の高い透明性高分子であるポリイミドを用い低損失の平板型光導波路が実現されている（特許文献１）。これら高分子材料でつくられた光導波路は、柔軟であるため、半導体レーザーや石英製光ファイバーなどと、端面を傷つけることなく、接触して低損失に接続することなどが期待されている（特許文献３）。更に、これら高分子系の光導波路は柔軟性があるため、電気回路にて用いられているフレキシブル電気回路基板に似た応用も期待されている。

また、一方のボードに電源を供給するなど光配線だけでなく電気配線が必要となる場合、別々に配線する方法も考えられるが、光導波路と電気配線板が一体となったフレキシブルな光電気混載基板（光電気混載フィルム）を用いることにより、省スペース、薄型・小型化に対応できる。これら光導波路素子または光配線板と電気配線板とを含む光電気混載素子で他の部材と接続するためのコネクタも低背で小型化が必要となる。
特許 第２８１３７１３号 特開２００２-３１８３１８号公報

本発明の目的は、小型低背でハンドリング性のよいコネクタを有する光導波路素子および光電気混載素子を提供することにある。

本発明は、コアとクラッドを備えたフレキシブルな光導波路の端部にコネクタ部が取り付けられている光導波路素子であり、コネクタ部にはその最小幅が光導波路の端部の最大幅よりも小さな溝が形成され、該光導波路の端部が該溝に嵌め込まれていることを特徴する光導波路素子である。

ここで該光導波路にはコアの延長方向に沿ったスリットが1本以上形成されており、該光導波路の端部が該スリットの開口部を外側にして該溝に嵌め込まれていることが好ましい。そしてさらに該スリットが同じ光導波路素子面に開口している複数のスリットであり、そのうちの隣り合う2本のスリットによりコアが画されていることがより好ましい。

本発明は以上の光導波路素子のコネクタ部の溝の開口側においてフレキシブル電気配線基板のコネクタ部が接合されて、両者のコネクタ部が一体となっていることを特徴とする光電気混載素子である。

これら本発明において、コネクタの溝に光導波路素子の端部を嵌め込んで接着剤を注入固化するなどして溝内に接着層を設けても良いが、該溝に接着剤を介さずに嵌め込むことにより、接着層の厚さによる位置合わせ誤差をなくすことができるので接着層を用いないことがより好ましい。

本発明によればコネクタ部への光導波路の取り付けが簡単でハンドリング性もよく、かつ位置合わせ精度を確保できコネクタへの強固な固定が可能となる。また光電気混載素子の場合、配線数が多くなり幅広になりがちな電気配線板と配線数が少なくて済む光導波路が少なくともコネクタ部で一体化するので、両者の素子幅を合わせる必要がなく、光導波路の材料を節約できる。

以下、本発明を図を用いて詳細に説明する。図１に本発明の光電気混載素子のコネクタ部の製造工程例を示す。コネクタの一部をなす直方体のブロック１に形成された溝７に（図２(a)）、コアとクラッドからなる光導波路フィルム２が嵌め込まれている（図２(b)）。嵌め込む前の光導波路フィルムの幅は、ブロック１に形成された溝７の幅よりも若干大きい。ここまでの工程で、コネクタが形成された光導波路素子が得られる。
次に光電気混載素子のコネクタを作成するために、この光導波路がはめ込まれたブッロク１の上に接着層３を貼り付ける（図２(c)）。そしてその上に、電気配線５が形成されたフレキシブル電気配線板４が接着層３を介して接着される（図２(d)）。これにより一体化したコネクタを備えた光電気混載素子となる。コネクタ部の断面を図２に示す。光導波路フィルムは、コア１６とその周りを囲むクラッド１５からできている。光導波路フィルムと電気配線板はコネクタ以外の全面で接着されていても良いし、部分的に接着されてない部分があってもよい。

コネクタの溝の中で接着剤を用いない場合、コア１６のコネクタ内での位置精度は溝の加工精度と嵌め込み時の位置精度に依存するが、加工精度だけでなく嵌め込みの位置精度は、コアの位置精度（およそ５μｍ）を出すには充分な精度を得ることができる。すなわち嵌め込み時に溝幅よりも狭いヘラ状の押さえ治具を用いて光導波路フィルムの幅中心部を溝内に押し込み、次に面全体を押し付けるだけでコアの位置が精度よく定まる。また電気配線の位置は、ブロックに貼りあわせるときにブロックの片側面に位置あわせ用治具を突き当て、これに電気配線板の側部をあわせることで、0.1mm程度の位置合せ精度で貼り付けることが十分可能である。
また溝に嵌め込む前の光導波路の幅を溝の幅よりも大きくしているので、嵌め込んだときに光導波路は溝に強固に固定され、光導波路を引っ張っても溝から抜けることはない。
このような光導波路はブロックの溝にはめ込むだけで強固に固定されるが、信頼性向上や作業性向上などのために更に強固な固定が必要な場合は、光導波路の先端部の厚さをブロックの溝深さより大きくして、上から他の部材で押さえ込めばよい。図３はブロック１の溝内にコア１６およびクラッド１５からなる光導波路が嵌め込まれ、その上に配線５が形成されたフレキシブル配線板４が接着層３を介して貼りあわされたコネクタである。光導波路はブロックにかかる箇所において、その溝幅の最大値はブロック１の溝幅の最小値よりも大きく、その厚さは溝深さより大きくしている。これによって、電気配線板固定用の接着層に光導波路を押し込むことになり、より強固に接着・固定できる。

図４と図５は、コアに沿ってスリットが設けられた光導波路フィルムを、コネクタブロックに設けられた溝に嵌め込む様子を示したものである。図４(a)に示したのは、クラッド１５とクラッド中に埋め込まれたコア１６を備えた光導波路フィルム２２であり、クラッドを厚さ方向に途中まで切断するスリット２３がコアに沿ってコアの両側に形成されたものである。この光導波路を図４(b)のように、スリットの開口部を外側にしてコネクタブロック２１の溝２７に嵌め込む。この光導波路フィルムの幅は溝２７の幅よりも少し大きくしている。

図５(a)は、コア層３１がクラッド層３２、３３にサンドイッチされた構造であり、図５(b)のように上部のクラッド層３２とコア層を切断するように設けられた２本のスリット３４により、コア３６が画されて光導波路が形成されている。この光導波路をスリットの開口部が外側になるようにブロック３５の溝３７に嵌め込んで光導波路のコネクタが形成される(図５(c)、(d))。このとき光導波路の幅はブロックの溝幅よりも少し大きくしている。
図４および図５に示したいずれの構造においても、嵌め込む前の光導波路の幅は溝の幅よりも若干大きいので、嵌め込んだ時に光導波路の断面はスリットの開口部がつぶれた形に変形する。この変形により溝内の光導波路は、バネのように溝の壁を押し付ける力が働き、光導波路を引っ張っても溝から抜けないほど強く固定される。これで光導波路素子のコネクタとなる。
図４と図５に示した光導波路のコネクタ部に接着層を介して電気配線の端部を貼りあわせれば、光電気混載素子のコネクタが得られる。
以上のコネクタをオスとし、図示しないメス側のコネクタと嵌合することによって、光学的および電気的に接続可能となる。接続の一例として、電気接続は、電気配線板から一部の箇所で電気配線を露出させておき、メス側コネクタからばね上の電極をこの露出部に接触させて導通をとる。光導波路はその端面で受発光素子あるいは他の光導波路と光学的接続を行う。光導波路端面と相手側とは直接光結合させることも可能であり、間にレンズを介してもよい。
引き続いて、実施例を用いて本発明を更に詳しく説明する。

（実施例１）
５インチシリコンウェハ上に２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物（６ＦＤＡ）と２，２−ビス（トリフルオロメチル）−４, ４' −ジアミノビフェニル（ＴＦＤＢ）のポリアミド酸溶液をスピンコートとし、熱処理した。このとき、２０μｍの厚みになる条件とした。次に、６ＦＤＡとＴＦＤＢおよび６ＦＤＡと４, ４' −オキシジアニリン（ＯＤＡ）の共重合ポリアミド酸溶液をスピンコートし、熱処理した。このとき、８０μmの厚みになる条件とした。次に、この上から、６ＦＤＡ／ＴＦＤＢのポリアミド酸溶液を熱処理後７μｍ厚になるようにコーティングし、熱処理した。次にこのフィルムをシリコンウェハから剥がし、ダイシングテープに貼り付けた。このようにして、クラッド層、コア層、クラッド層の順に積層されたポリイミドからなる光導波路シートが作成された。コアとクラッドの比屈折率差は約１％であった。

この光導波路シートの片面で、ダイシングソーを用いて上部クラッド層とコア層を切断するように長さ１００ｍｍのスリットを直線状に二本形成し、二本のスリットに挟まれたコア層を光が伝搬するコア部とした。スリットの幅は３０μｍ、コア部の幅は１００μｍとした。光導波路シートをコアを中心として、幅１．０２ｍｍ、長さ１００ｍｍで切り出し、光導波路フィルムを得た。
次に、４インチ平方で厚み５００μｍのポリイミド基板（ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）を用意した。ポリイミド基板に１ｍｍ幅のダイシングブレードで、深さ１００μｍの溝加工を施した。このとき、溝幅は上面で１．０２ｍｍ、溝底で１．００ｍｍであった。そしてこの溝が中心になるように、幅７ｍｍ、長さ７ｍｍで切り出した。このようにして、溝が形成されたコネクタ用ブロックを得た。

次に、ブロックの溝に光導波路の先端を嵌め込んだ。このとき、溝と直角のブロック端面に接して衝立を置いて、光導波路の光出入端面をその衝立に突き当てて嵌めこむことにより、光導波路端面とブロックの端面が０．１ｍｍ以内で位置合せが可能となった。また、光導波路はスリットが開口している側を上にして嵌め込んだ。このとき、図5(d)に示すように光導波路が変形した。コア部では光導波路は溝底面に接触しており、スリットの両外側は溝底面に対して傾斜し溝側面で押さえ込まれていた。この構造で、光導波路を引っ張ってもブロックの溝から抜けなかった。ここで溝内に空隙があっても密閉空間でない限り問題にならない。この工程で止めれば、光導波路のコネクタとなる。

（実施例２）
次に実施例１で作成したコネクタの光導波路を嵌め込んだ側に、両面テープの片面を離形紙を剥がして貼り付けた。このとき、両面テープの大きさは、７mm角とした。また、この両面テープには、フレキシブル配線板の補強板固定用で用いられているソニーケミカル（株）製Ｔ４１００を用いた。次に、両面テープのもう片側の離形紙を剥がし、上から端子部が幅７ｍｍのフレキシブル配線板を貼り付けた。これは配線数が１６本で配線ピッチは０．４ｍｍであった。光導波路と電気配線板とはコネクタ以外の箇所で必要に応じて接着すればよいし、用途によっては接着しなくても良い。
このようにして、コネクタ部が一体化した電気配線数１６本、光導波路のコア数１本のフレキシブル光電気混載素子が作成できた。

本発明の光導波路素子または光電気混載フィルムは、光配線が必要な電子機器に収納されて用いられ、機器内の狭いスペースで屈曲したり、携帯電話などの機器内ではヒンジに巻いて使用することもできる。

本発明の光電気混載素子の作成工程例を示す図 本発明の光電気混載素子のコネクタ断面の一例を示す図 本発明の光導波混載素子のコネクタ断面の一例を示す図 本発明の光導波路素子の作成工程例を示す図 本発明の光導波路の作成工程例を示す図

符号の説明

１：ブロック、 ２：光導波路フィルム、 ３：両面テープ、
４：フレキシブル配線板、 ５：配線、 ７：溝、
１５：クラッド、 １６：コア、 ２１：ブロック、
２２：光導波路フィルム、２３：スリット、 ２７：溝、
３１：コア層、 ３２：クラッド層、 ３３：クラッド層、
３４：スリット、 ３５：ブロック、 ３６：コア部、
３７：溝

Claims (3)

1. コアとクラッドを備えたフレキシブルな光導波路の端部に、コネクタ部が取り付けられている光導波路素子であり、
   前記光導波路には、コアの延びる方向に沿ったスリットが複数本形成され、かつそのうちの隣り合う２本のスリットにより前記コアが画されており、
   前記コネクタ部には、その最小幅が前記光導波路の端部の最大幅よりも小さな溝が形成され、
   前記光導波路の端部が、前記スリットの開口部を外側にして、前記コネクタ部の溝に嵌め込まれていることを特徴する光導波路素子。
2. 請求項１に記載の光導波路素子と、コネクタ部を有するフレキシブル電気配線基板と、を含む光電気混載素子であって、
   前記光導波路素子のコネクタ部の溝の開口側に、前記フレキシブル電気配線基板のコネクタ部が接合されており、
   前記光導波路と、前記フレキシブル電気配線基板のコネクタ部に実装される受発光素子とが光結合可能である、光電気混載素子。
3. 前記光導波路素子のコネクタ部の溝の開口側に、前記フレキシブル電気配線基板のコネクタ部が、接着層を介して接合される、請求項２に記載の光電気混載素子。

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