JP5261715B2 - 光導波路基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路と光素子が光結合された光導波路基板の製造方法に関するものである。

光を情報伝送媒体とする光通信分野においては、光ファイバや光導波路等により伝送される光信号を受信又は送信するため、光信号と電気信号とを相互に変換する光素子を備えた光モジュールが用いられている。電気信号から光信号への変換には、垂直共振器表面発光レーザ（Vertical cavity surface-emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）に代表される面発光素子が用いられ、光信号から電気信号への変換には、ＰＩＮフォトダイオードに代表される面受光素子が用いられており、これらの光素子は基板に対して電気的に接続され、光ファイバや光導波路等は光素子に対して光学的に接続される。

このような面型光素子を基板上で光導波路と光結合する場合、光素子の発光面又は受光面は上向きとなっており、光導波路は基板面と平行な向きとなっているため、光の向きを変えるための光学手段を設ける必要があった（特許文献１等）。

一方で、このような面型光素子を用いてモジュール化する場合、モジュールの信頼性を高めるため、樹脂封止を行うことが一般になされている。

しかしながら、上記のように光の向きを変えるための光学手段を設けた場合、樹脂封止を行うと光の伝搬ができなくなるため、基板上での面型光素子と光導波路との光結合と、樹脂封止とを両立させて行うことは困難であった。封止材は通常、不透明で光を伝播できないためである。
特開２００３−１３１０８８号公報

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、基板上で光素子と光導波路との光結合と、その光結合部分の封止を容易に行うことができる光導波路基板の製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

第1に、本発明の光導波路基板の製造方法は、
ａ）基板上の基板固定接着面に対して傾斜面をもつ成形品の傾斜面に、金属材料をコーティングすることにより該傾斜面を光反射面にして、光反射部材を調製する工程、
ｂ）該基板固定接着面上に、該光反射部材を配置し接着剤で固定して、光反射傾斜面を形成する工程、
ｃ）該光反射傾斜面と端面が接するように、光導波路クラッド形成材料による下クラッド層、光導波路コア形成材料によるコア層、光導波路クラッド形成材料による上クラッド層を順次積層形成して、光導波路を形成する工程、
ｄ）光反射部材を接着剤で固定したのと同じ基板上に、発光面又は受光面が上向きになるように光電気素子を実装し、基板と光電気素子との電気的接続を行う工程、
ｅ）封止部形成用のクラッド材料よりも高屈折率のコア材料よりなるワイヤの一端を光電気素子の発光面又は受光面にボンディングするとともに、該ワイヤの他端を光導波路の端部で、光反射部材の光反射傾斜面の上方に、ボンディングする工程、
ｆ）該ワイヤのコア材料よりも低屈折率の封止部形成用の低屈折率のクラッド材料により光電気素子、光導波路、光反射部材、ワイヤを含む光結合部全体を封止する工程、を有することを特徴とする。

第２に、本発明の光導波路基板の製造方法は、上記第１の発明において、光導波路クラッド形成材料、高屈折率のコア材料よりなるワイヤ、封止部形成用の低屈折率のクラッド材料をすべて、樹脂材料により構成することを特徴とする。

第３に、本発明の光導波路基板の製造方法は、
ａ）基板上の基板固定接着面に対して傾斜面をもつ成形品の傾斜面に、金属材料をコーティングすることにより該傾斜面を光反射面にして、光反射部材を調製する工程、
ｂ）該基板固定接着面上に、該光反射部材を配置し接着剤で固定して、光反射傾斜面を形成する工程、
ｃ）該光反射傾斜面と端面が接するように、光導波路クラッド形成材料による下クラッド層、光導波路コア形成材料によるコア層、光導波路クラッド形成材料による上クラッド層を順次積層形成して、光導波路を形成する工程、
ｄ）光反射部材を接着剤で固定したのと同じ基板上に、発光面又は受光面が上向きになるように光電気素子を実装し、基板と光電気素子との電気的接続を行う工程、
ｅ’）コア−クラッド構造を有する光ファイバの一端を光電気素子の発光面又は受光面にボンディングするとともに、該光ファイバの他端を光導波路の端部で、光反射部材の光反射傾斜面の上方に、ボンディングする工程、
ｆ’）封止部形成用のクラッド材料により光電気素子、光導波路、光反射部材、光ファイバを含む光結合部全体を封止する工程、
を有することを特徴とする。
第４に、上記第３の発明において、光導波路クラッド形成材料、光ファイバ、封止部形成用の低屈折率のクラッド材料をすべて、樹脂材料により構成することを特徴とする。

第１の発明によれば、例えば光素子が面発光素子のときには、発光部から出射された光は、光結合部がコア−クラッド構造を形成しているため、ワイヤの中を効率よく伝播し、反射面で反射し、光導波路へ導かれる。また、光素子が面受光素子のときには、光導波路からの光が反射面で反射し、コア−クラッド構造のワイヤの中を効率よく伝搬し、面受光素子の受光部に入射する。また、前記光素子、前記光ファイバ、前記反射面部を含む光結合部全体が封止されているため、信頼性の高い光結合構造を有する光導波路基板となる。

第２の発明によれば、光素子が面発光素子のときには、発光部から出射された光は、光ファイバのコアの中を効率よく伝播し、反射面で反射し、光導波路へ導かれる。また、光素子が面受光素子のときには、光導波路からの光が反射面で反射し、光ファイバのコアの中を効率よく伝搬し、面受光素子の受光部に入射する。また、前記光素子、前記光ファイバ、前記反射面部を含む光結合部全体が封止されているため、信頼性の高い光結合構造を有する光導波路基板となる。

第３の発明によれば、反射面を金バンプによる反射面としたため、より一層、光結合効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

先ず、第１の実施形態の光導波路基板の製造方法について説明する。この光結合方法は、基板上において光導波路と光素子とを高屈折率のコアとなる材料からなるワイヤ（繊維状体）をワイヤボンディングの技術を利用して接続するとともに、封止に低屈折率のクラッド材料を用いるものである。ここで「高屈折率」と「低屈折率」とは、光導波路や光ファイバにおける「コア」と「クラッド」の屈折率の関係に相当するものである。また、面型光素子に対するボンディングにはボールボンディングやウェッジボンディングを用いることができる。また、「光導波路基板」とは、基板と、反射面と、光導波路と、光素子特に面型光素子とで構成されるものを意味する。

図１は、第１の実施形態に係る光導波路基板の製造方法の工程図であり、図２は同製造方法のフローチャートである。

先ず、図１（ａ）に示すように、基板１上に反射面３を、所定の形状、例えば三角柱に成型した母材に、高い反射率を有する材料をコーティングして作製した反射部材２を用いて形成する。典型的には、反射面３は基板１に対して４５度に設定されるが、用途、構造等に応じて変更可能である。この場合、母材の成型の方法は金型成型、射出成型など、通常の成型方法を用いることで作製できる。母材としては例えばプラスチック材料を用いることができ、高い反射率を有する材料としては金などを用いることができる。さらには金属を所定の形状、例えば三角柱に成型し、使用することもできる。この場合の金属等よりなる三角柱状体は押出成型など通常の成型方法で作製できる。このようにして作製した反射部材を、接着するなどの方法で、基板１上に配置、固定することにより、反射面付き基板を作製する。反射面３の作製材料としては、光結合を高効率化させるため金が特に好ましく使用されるが、同様の目的が達成される材料であれば、他の金属をはじめ反射性を有する各種材料が使用可能である。（ステップＳ１）。

次に、図１（ｂ）に示すように、光導波路４をその端面が反射部材２の反射面３と接するように形成する（ステップＳ２）。実際には、光導波路４の端面の形状に合わせて反射面３の形状を設定しておく。４−１はコア、４−２はクラッドである。光導波路４の形成方法としては、これまで提案された周知の各種方法を用いることができる。

また、図１（ｂ）に示すように、面発光素子５を発光部６が上向きになるように基板１上に実装し、基板１と電気接続する（ステップＳ３）。

ステップＳ２とステップＳ３はいずれが先であってもよく、また、ステップＳ３をステップＳ１の前に行ってもよい。

次に、図１（ｃ）に示すように、高屈折率のコア材料よりなるワイヤ７を面発光素子５の発光部６の所でボールボンディングし、反射面３の上方の光導波路４部分でセカンドボンディングする（ステップＳ４）。ここで、面発光素子５と反射部材２の反射面３の実装精度より、ボンディングの精度が光の伝搬に影響を及ぼすため、精度のよくボンディングを行う。

ワイヤ７のボンディングの後、図１（ｄ）に示すように、光結合部全体を低屈折率のクラッド材料を用いて封止し封止部８を形成する（ステップＳ５）。ここで、光結合部全体とは、基板１と、反射面３と、光導波路４と、面発光素子５と、ワイヤ７とで構成され、面発光素子５と基板１の接続部、面発光素子５と光導波路４の接続部、光導波路４全体、光導波路４と反射面３の接続部を含む。

以上の手順により、面発光素子５と光導波路４の光接合が行われ、光導波路基板が作製される。

ワイヤ７に用いる高屈折率のコア材料としては、樹脂繊維、ガラス繊維など、光を透過できる材料であればよく、従来より光ファイバや光導波路に使用されてきた材料と同様な材料を用いることができる。

封止部８の形成に用いる低屈折率のクラッド材料としては、従来より光ファイバや光導波路に使用されてきたものと同様な材料を用いることができる。

コア材料とクラッド材料の組み合せとしては、コア材料の方がクラッド材料より屈折率が高ければいずれの組合せでも適用できる。

上記実施形態によれば、現行の電気実装技術であるワイヤボンディング法がほぼそのまま適用でき、ワイヤ７と封止部８でコア−クラッド構造が形成されるため、面発光素子５の発光部６から出射した光９はコアとしてのワイヤ７の中を伝搬し、反射部材２の反射面３で反射して、光導波路４のコア４−１に入射する。また、封止部８により光結合部全体が封止され、信頼性が確保される。

図３は、第２の実施形態の光導波路基板の製造方法の説明図である。第２の実施形態では、コア−クラッド構造を有するプラスチック光ファイバやガラス光ファイバよりなる光ファイバ１０を用い、第１の実施形態と同様に、面発光素子５と光導波路４側でのボンディングを行う。図中、１０−１はコア、１０−２はクラッドである。１１は封止部である。

この場合、次の各工程により光接合が行われる。

Ｓ１’：基板１上に反射面３を形成する工程、
Ｓ２’：反射面３と端面が接するように光導波路４を形成する工程、
Ｓ３’：基板１上に面発光素子５を発光部６が上向きになるように実装し、基板１と電気的接続を行う工程、
Ｓ４’：光ファイバ１０の一端を面発光素子５の発光部６の部分にボンディングするとともに、光ファイバ１０の他端を反射面３の上の光導波路４部分にボンディングする工程、
Ｓ５’：封止材により光接合部全体を封止する封止部１１を形成する工程。

この方法によれば、封止材として従来より使用されてきた通常の封止材を用いることができる。

以上、本発明を第１及び第２の実施形態に基づき説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において各種の変形、変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、面型光素子として、面発光素子を用いたが、これに代えてＰＩＮフォトダイオードのような面受光素子を用いてもよく、その場合、光の経路は、上記実施形態と逆になる。

本発明の第１の実施形態に係る光導波路基板の製造方法の光結合方法の工程図である。 上記第１の実施形態に係る光導波路基板の製造方法のフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る光導波路基板の製造方法の説明図である。

符号の説明

１ 基板
２ 反射部材
３ 反射面
４ 光導波路
４−１ コア
４−２ クラッド
５ 面発光素子
６ 発光部
７ 高屈折率のコア材料よりなるワイヤ
８ 封止部
９ 光
１０ 光ファイバ
１０−１ コア
１０−２ クラッド
１１ 封止部

Claims (4)

1. ａ）基板上の基板固定接着面に対して傾斜面をもつ成形品の傾斜面に、金属材料をコーティングすることにより該傾斜面を光反射面にして、光反射部材を調製する工程、
   ｂ）該基板固定接着面上に、該光反射部材を配置し接着剤で固定して、光反射傾斜面を形成する工程、
   ｃ）該光反射傾斜面と端面が接するように、光導波路クラッド形成材料による下クラッド層、光導波路コア形成材料によるコア層、光導波路クラッド形成材料による上クラッド層を順次積層形成して、光導波路を形成する工程、
   ｄ）光反射部材を接着剤で固定したのと同じ基板上に、発光面又は受光面が上向きになるように光電気素子を実装し、基板と光電気素子との電気的接続を行う工程、
   ｅ）封止部形成用のクラッド材料よりも高屈折率のコア材料よりなるワイヤの一端を光電気素子の発光面又は受光面にボンディングするとともに、該ワイヤの他端を光導波路の端部で、光反射部材の光反射傾斜面の上方に、ボンディングする工程、
   ｆ）該ワイヤのコア材料よりも低屈折率の封止部形成用の低屈折率のクラッド材料により光電気素子、光導波路、光反射部材、ワイヤを含む光結合部全体を封止する工程、
   を有することを特徴とする光導波路基板の製造方法。
2. 光導波路クラッド形成材料、高屈折率のコア材料よりなるワイヤ、封止部形成用の低屈折率のクラッド材料をすべて、樹脂材料により構成することを特徴とする請求項１に記載の光導波路基板の製造方法。
3. ａ）基板上の基板固定接着面に対して傾斜面をもつ成形品の傾斜面に、金属材料をコーティングすることにより該傾斜面を光反射面にして、光反射部材を調製する工程、
   ｂ）該基板固定接着面上に、該光反射部材を配置し接着剤で固定して、光反射傾斜面を形成する工程、
   ｃ）該光反射傾斜面と端面が接するように、光導波路クラッド形成材料による下クラッド層、光導波路コア形成材料によるコア層、光導波路クラッド形成材料による上クラッド層を順次積層形成して、光導波路を形成する工程、
   ｄ）光反射部材を接着剤で固定したのと同じ基板上に、発光面又は受光面が上向きになるように光電気素子を実装し、基板と光電気素子との電気的接続を行う工程、
   ｅ’）コア−クラッド構造を有する光ファイバの一端を光電気素子の発光面又は受光面にボンディングするとともに、該光ファイバの他端を光導波路の端部で、光反射部材の光反射傾斜面の上方に、ボンディングする工程、
   ｆ’）封止部形成用のクラッド材料により光電気素子、光導波路、光反射部材、光ファイバを含む光結合部全体を封止する工程、
   を有することを特徴とする光導波路基板の製造方法。
4. 光導波路クラッド形成材料、光ファイバ、封止部形成用の低屈折率のクラッド材料をすべて、樹脂材料により構成することを特徴とする請求項３に記載の光導波路基板の製造方法。

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