KR20090104013A - 광학 시트 및 그것을 이용한 실장 방법 및 광학 모듈 - Google Patents

광학 시트 및 그것을 이용한 실장 방법 및 광학 모듈

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KR20090104013A
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스미토모덴코파인폴리머 가부시키가이샤
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Abstract

광학 소자(4)와 기판(5) 사이에 배치됨으로써 광학 소자(4)와 기판(5)을 광접속하기 위한 삼차원 광학 시트(1a∼1d)로서, 시트부(9)와, 볼록 렌즈부(2A, 2L)와, 반사부(3DL, 3SA, 3SL)를 갖고 있다. 시트부(9)는 제1 및 제2 주요면을 갖고 있다. 볼록 렌즈부(2A, 2L)는, 제1 주요면 상에 마련된, 광을 집광하기 위한 것이다. 반사부(3DL, 3SA, 3SL)는, 제2 주요면을 따르는 광을 휘어지게 하여 볼록 렌즈부(2A, 2L)에 입사시킬 수 있도록 제2 주요면 상에 마련되어 있다.

Description

광학 시트 및 그것을 이용한 실장 방법 및 광학 모듈{OPTICAL SHEET, AND MOUNTING METHOD AND OPTICAL MODULE USING THE OPTICAL SHEET}
본 발명은, 광학 소자와 기판을 광접속하는 광학 시트에 관한 것이다. 또한, 광학 시트에 의해 광학 소자를 기판에 광접속하는 실장 방법 및 광학 모듈에 관한 것이다.
최근, 모듈 내에서의 신호 전송의 고속화의 요청에 따라, 전기 신호를 광 신호로 변환하는 시도가 이루어져, 전기와 광을 상호 변환하는 인터페이스 BGA의 개발이 진행되고 있다. 인터페이스 BGA는, 전기 접속과 아울러 광접속을 행할 수 있다. 인터페이스 BGA의 기본 구조를 도 32에 예시한다. 도 32에 도시하는 바와 같이, 인터페이스 BGA는, 반도체 디바이스(81)와, 패키지 기판(82)과, 솔더 볼(83)을 갖고 있다. 패키지 기판(82)은, 고속 신호를 송수신하기 위해서, 송신용의 면발광 레이저(84)와 수신용의 포토 다이오드(도시하지 않음)를 바닥면측에 갖고 있다. 면발광 레이저(84) 및 포토 다이오드는 수지층(86)에 의해 밀봉되어 있다. 또한, 수지층(86) 상에 마이크로 렌즈(85)가 부착되어 있다.
인터페이스 BGA를 프린트 배선 기판 상에 실장한 형태를 도 33에 도시한다. 반도체 디바이스(81)와 패키지 기판(82)이, 솔더 볼(83)에 의해 프린트 배선 기판(97)에 실장된다. 솔더 볼(83)에 의해 실장이 행해지기 때문에, 패키지 기판(82)과 프린트 배선 기판(97) 사이의 거리(W)는 솔더 볼(83)의 직경과 동일하고, 통상 400 ㎛이다. 이 거리(W)에 있어서 광이 산란함으로써 인접하는 광 신호와의 사이에서 크로스토크가 발생하지 않도록 하기 위해, 면발광 레이저(84)로부터 발생된 광이 마이크로 렌즈(85)에 의해 평행광으로 된다. 광 신호가 프린트 배선 기판(97)측의 마이크로 렌즈(95)에까지 도달하면, 광 신호는 마이크로 렌즈(95)에 의해 집광되어, 광 도파로(98)로 유도된다(비특허 문헌 1).
마이크로 렌즈(95)에 의해 집광된 광 신호가 광 도파로(98)로 유도되기 위해서, 예컨대, 광 도파로(98) 내에, 경사 45°의 미러(99)가 삽입되어, 광로가 90° 변환된다. 또한, 다른 방법으로서는, 광 도파로(98)인 광 파이버의 코어의 단부면이 경사 45°로 다이싱 커트되고, 커트면에 Ag, Al 등이 증착된다(비특허 문헌 2 및 비특허 문헌 3). 프린트 배선 기판(97)의 평면을 따라서 광 도파로(98)를 통해 전송된 광 신호가 90° 상승되어 반도체 디바이스(81)에 전송되는 경우에 있어서도 마찬가지이다.
마이크로 렌즈의 제조 방법으로서는, 예컨대 레지스트 리플로우법이 있다. 이 방법에서는, 기판 상에 형성된 수지층이 포토리소그래피법에 의해 원통형상으로 패터닝된 후에 가열에 의해 리플로우됨으로써, 수지의 표면 장력에 의해 마이크로 렌즈가 제작된다.
비특허 문헌 1: 닛케이 일렉트로닉스, 2001년 12월 3일 발행, 124페이지
비특허 문헌 2: 기노시타 마사오 외 2명, 「에피택셜 리프트 오프(ELO) 기술에 의한 광소자의 박막화」, MES2003, 제13회 마이크로일렉트로닉스 심포지움, 2003년 10월, p.380-383
비특허 문헌 3: 이시즈카 츠요시 외 2명, 「프린트판을 이용한 광모듈의 시작(試作)」, MES2003, 제13회 마이크로일렉트로닉스 심포지움, 2003년 10월, p.388-391
도 1은 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트가 광학 소자와 기판 사이에 배치된 모습을 도시하는 개략적인 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 구성과, 삼차원 광학 시트가 기능하는 원리를 설명하기 위한 개략 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태의 제1 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태의 제2 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태의 제2 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 구성과, 삼차원 광학 시트가 기능하는 원리를 설명하기 위한 개략 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태의 제3 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 제조 방법의 제1 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 제조 방법의 제2 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 제조 방법의 제3 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제1 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제2 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제3 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제4 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제5 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시형태의 제1 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제1 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태의 제1 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제2 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시형태의 제1 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제3 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시형태의 제1 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제4 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시형태의 제1 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제5 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시형태의 제1 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제6 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시형태의 제2 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제1 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시형태의 제2 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제2 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시형태의 제2 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제3 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 25는 본 발명의 일 실시형태의 제2 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제4 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시형태의 제2 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제5 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 27은 본 발명의 일 실시형태의 제2 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제6 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 28은 본 발명의 일 실시형태의 제3 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제1 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시형태의 제3 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제2 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 30은 본 발명의 일 실시형태의 제3 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제3 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 31은 본 발명의 일 실시형태의 제3 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법의 제4 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 32는 종래의 인터페이스 BGA의 기본 구조를 도시하는 단면도이다.
도 33은 종래의 인터페이스 BGA가 기판 상에 실장된 상태를 도시하는 단면도이다.
<부호의 설명>
1a∼1d: 삼차원 광학 시트 2A, 2L: 볼록 렌즈부
3DL, 3SA, 3SL: 반사부 4: 광학 소자
5: 기판 6: 광 신호
10: 수지제 박막 52a, 53a: 금형
77: 금속 박막
그러나, 종래의 인터페이스 BGA에서는, 경사 45°의 미러와 마이크로 렌즈가 다른 공정에 의해 형성된다. 이 때문에, 실장 시에, 광학 소자와, 미러와, 광 도파로와, 마이크로 렌즈의 위치 맞춤이 어렵다. X 방향 및 Y 방향 뿐만 아니라, Z 방향의 위치 맞춤을 ㎛ 정도의 정밀도로 행할 필요가 있고, 또한 전부의 광학 소자와 마이크로 렌즈에 대해서 위치 맞춤이 필요해진다. 또한 수지의 표면 장력, 점도, 및 온도 등의 영향에 의해, 마이크로 렌즈의 형상은 일정하지 않기 때문에, 인터페이스 BGA의 바닥면에 복수 형성된 모든 마이크로 렌즈의 초점이 완전히 맞도록 Z 방향의 위치를 맞추는 것은 시간과 수고가 든다.
또한, 전술한 바와 같이 마이크로 렌즈의 형상은 일정하지 않기 때문에, 마이크로 렌즈의 제조 수율은 낮다. 또한 인터페이스 BGA 상에 직접 만들어 넣은 마이크로 렌즈의 수리는 불가능하다. 이 때문에, 인터페이스 BGA의 바닥면에 형성된 복수의 마이크로 렌즈 중 일부에 불량이 있었던 경우라도, 반도체 디바이스를 포함하여 인터페이스 BGA 전체를 폐기하지 않을 수 없어, 손실이 커진다. 또한 마이크로 렌즈의 제조에는 복잡한 공정을 필요로 한다. 또한 고정밀도 미러를 다른 공정에서 작성하거나, 또는 광 도파로에 경사 45°의 다이싱 가공을 실시하는 공정은 복잡하고 비용이 비싸다.
본 발명의 과제는, 첫번째로, 고정밀도로 실장이 용이한 광학 시트를 제공하는 것에 있다. 또한, 두번째로, 얼라이먼트가 용이한 실장 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 정밀도가 높고, 저비용의 광학 모듈을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 광학 시트는, 광학 소자와 기판 사이에 배치됨으로써 광학 소자와 기판을 광접속하기 위한 광학 시트로서, 시트부와, 볼록 렌즈부와, 반사부를 갖고 있다. 시트부는 제1 및 제2 주요면을 갖고 있다. 볼록 렌즈부는, 제1 주요면 상에 마련된, 광을 집광하기 위한 것이다. 반사부는, 제2 주요면을 따르는 광을 휘어지게 하여 볼록 렌즈부에 입사시킬 수 있도록 제2 주요면 상에 마련되어 있다.
상술한 광학 시트에 있어서 바람직하게는, 반사부는, 제2 주요면을 따르는 광의 진행 방향을 90°휘어지게 할 수 있도록 형성되어 있다.
상술한 광학 시트에 있어서 바람직하게는, 볼록 렌즈부는, 반구형 및 반원기둥형 중 어느 하나의 형상을 갖고 있다.
상술한 광학 시트에 있어서 바람직하게는, 볼록 렌즈부는, 에어리어 어레이(area array) 및 리니어 어레이(linear array) 중 어느 하나의 배치에 따라서 배치되어 있다.
상술한 광학 시트에 있어서 바람직하게는, 반사부는, 금, 은 및 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 재질에 의해 피복된 부분을 포함한다.
상술한 광학 시트에 있어서 바람직하게는, 광학 시트는 전자선이 조사된 재질에 의해 형성된 부분을 갖는다.
상술한 광학 시트에 있어서 바람직하게는, 볼록 렌즈부 및 반사부는 금형을 이용한 몰드법에 의해 형성되어 있다.
상술한 광학 시트에 있어서 바람직하게는, 금형은, 리소그래피법에 의해 수지 몰드를 형성하는 공정과, 도금법에 의해 수지 몰드 상에 금속 재료로 이루어지는 층을 형성하는 공정과, 수지 몰드를 제거하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조되어 있다.
상술한 광학 시트에 있어서 바람직하게는, 금형은, 몰드법에 의해 수지 몰드를 형성하는 공정과, 도금법에 의해 수지 몰드 상에 금속 재료로 이루어지는 층을 형성하는 공정과, 수지 몰드를 제거하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조되어 있다.
본 발명의 실장 방법은, 상술한 광학 시트를 준비하는 공정과, 광학 시트에 의해 광학 소자가 기판에 광접속되도록 광학 소자를 기판에 실장하는 공정을 포함한다.
본 발명의 광학 모듈은, 상술한 광학 시트와, 기판과, 광학 소자를 포함한다. 기판은 광학 시트를 지지하고 있다. 광학 소자는, 광학 시트에 의해 기판에 광접속되어 있다.
<발명의 효과>
고정밀도로 실장이 용이한 광학 시트를 제공할 수 있다.
(삼차원 광학 시트)
도 1은 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트가 광학 소자와 기판 사이에 배치된 모습을 도시하는 개략적인 부분 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시형태의 광학 모듈은, 삼차원 광학 시트(1a)와, 기판(5)과, 광학 소자(4)와, 패키지 기판(7)과, 반도체 디바이스(8)를 갖고 있다. 삼차원 광학 시트(1a)는, 기판(5)에 지지되어 있다. 광학 소자(4)는, 삼차원 광학 시트(1a)에 의해 기판(5)에 광접속되어 있다.
삼차원 광학 시트(1a)는, 광학 소자(4)와 기판(5) 사이에 배치됨으로써 광학 소자(4)와 기판(5)을 광접속하기 위한 광학 시트로서, 시트부(9)와, 볼록 렌즈부(2L)와, 반사부(3SL)를 갖고 있다. 시트부(9)는 제1 주요면(도면 중 상면) 및 제2 주요면(도면 중 하면)을 갖는 시트형상의 부재이다. 볼록 렌즈부(2L)는, 제1 주요면 상에 마련된, 광을 집광하기 위한 것이다. 반사부(3SL)는, 제2 주요면을 따르는 광 신호(6)를 휘어지게 하여 볼록 렌즈부(2L)에 입사시킬 수 있도록, 제2 주요면 상에 마련되어 있다. 삼차원 광학 시트(1a)는, 전자선 조사 등에 의해 가교됨으로써, 내열성이 향상되어, 실장 시의 땜납 플로우 온도에 대한 내구성을 높일 수도 있다.
볼록 렌즈부(2L)는, 광을 집광하기 위해서, 반원기둥형의 형상을 갖는 곡면인 볼록 렌즈면(CP)을 갖고 있다. 볼록 렌즈부(2L)는, 이 반원기둥 형상이 열 형상으로 배열되도록 복수 형성되어 있다. 즉, 볼록 렌즈부(2L)는, 리니어 어레이의 배치에 따라서 배치되어 있다. 이 반원기둥형의 형상이 연장되는 방향을 따라서, 반사부(3SL)도 연장되어 있다.
반사부(3SL)는, 광을 반사시켜 휘어지게 하기 위해서, 반사면(RP)을 갖고 있다. 반사면(RP)은, 반사부(3SL)의 광축이, 볼록 렌즈부(2L)의 광축과 일치하도록 마련되어 있다. 기판(5) 평면을 따라서, 즉 시트부(9)의 제2 주요면을 따라서 전송되는 광 신호(6)는, 반사면(RP)에 의해 반사됨으로써, 도면 중 상측 방향을 향하도록 90°휘어져, 광학 소자(4)에 전송될 수 있다. 또한 광학 소자(4)로부터 발생한 광 신호는, 90°반사됨으로써, 기판(5) 평면을 따라서, 즉 시트부(9)의 제2 주요면을 따라서 전송될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 구성과, 삼차원 광학 시트가 기능하는 원리를 설명하기 위한 개략 부분 단면도이다. 도 3을 참조하여, 반사면(RP)의 광축(ARt, ARp) 중 볼록 렌즈면(CP)측의 광축(ARt)과, 볼록 렌즈면(CP)의 광축(AC)이, 직선(AL) 상에서 일치하고 있다. 또한 본 명세서에서는, 광축이 일치한다고 하는 것은, 광축이 2 ㎛ 이하의 오차 범위 내에서 일치하고 있는 것을 말한다. 볼록 렌즈면(CP)의 광축(AC)이란, 볼록 렌즈면(CP)의 초점(FC)에 위치하는 점광원으로부터의 광(LT1)이 볼록 렌즈면(CP)에 의해 평행한 광(LT2)으로 된 경우의 광로의 중심선이다. 반사면(RP)의 광축(ARt)이란, 이 광(LT2) 중 반사되어 광(LT3)이 될 수 있는 부분의 광로의 중심선이다.
광학 소자(4)와 기판(5)과의 광접속은, 볼록 렌즈부(2L)와 대응하는 반사부(3SL)에 의해 행해진다. 볼록 렌즈부(2L)와 반사부(3SL)는, 동일한 시트부(9) 상에 형성되어 있기 때문에, 마이크로 렌즈 및 경사 미러 등을 따로따로 형성하는 종래의 인터페이스 BGA에 비해서, 위치 맞춤 정밀도 및 수율이 높다. 또한, 실장이 용이하고, 비용을 저감할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 삼차원 광학 시트(1a)에 의해 광학 소자(4)가 기판(5)에 광접속되도록 광학 소자(4)를 기판(5)에 실장하는 실장 방법은, 고정밀도, 고수율, 및 저비용으로 수행될 수 있다. 또한, 본 실시형태의 삼차원 광학 시트(1a)에 의해 광학 소자(4)가 기판(5)에 광접속된 광학 모듈(도 1)도, 고정밀도, 고수율, 및 저비용으로 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태의 제1 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면 사시도이다. 도 4를 참조하여, 본 변형예의 삼차원 광학 시트(1b)의 반사부(3SL)는, 반사면(RP)의 표면 상에 금속 박막(77)을 갖고 있다. 이와 같이 반사부(3SL)의 표면의 적어도 일부가 금속 박막(77)에 의해 피복됨으로써 광 신호의 반사 효율을 높일 수 있다. 금속 박막(77)의 재료는, 반사 효율을 높임으로써 광학 소자(4)로의 광량을 높이는 점에서, 금, 은 또는 알루미늄이 바람직하다. 또한 금속 박막(77)은, 예컨대 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태의 제2 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시형태의 제2 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 구성과, 삼차원 광학 시트가 기능하는 원리를 설명하기 위한 개략 부분 단면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 변형예의 삼차원 광학 시트(1c)는, 반사부(3DL)를 갖고 있다. 반사부(3DL)는, 광축(AR)을 대칭축으로 하는 반사면(RPx, RPy)을 갖고 있다. 이 광축(AR)과, 광축(AC)은, 직선(AL) 상에서 일치하고 있다.
광(LT1) 중에서 광(LT1a)은 볼록 렌즈면(CP)에 의해 평행한 광(LT2a)으로 된 후, 반사면(RPx)에 의해 반사되어 광(LT3a)이 될 수 있다. 광(LT3a)은, 반사면(RPy)을 투과할 때에 굴절된다. 또한 광(LT1) 중에서 광(LT1b)은 볼록 렌즈면(CP)에 의해 평행한 광(LT2b)으로 된 후, 반사면(RPy)에 의해 반사되어 광(LT3b)이 될 수 있다. 광(LT3b)은, 반사면(RPx)을 투과할 때에 굴절된다.
즉, 반사부(3DL)는, 반사와 굴절에 의해, 광을 휘어지게 할 수 있도록 구성되어 있다. 이 구성에 의해, 삼차원 광학 시트(1c)는, 초점(FC)으로부터의 광을, 시트부(9)의 하면을 따르는 광(LT3a, LT3b)으로 할 수 있다. 또한 반대로, 시트부(9)의 하면을 따르는 광(LT3a, LT3b)을, 초점(FC)에 집광되는 광(LT1)으로 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태의 제3 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 구성을 개략적으로 도시하는 부분 단면 사시도이다. 도 7을 참조하여, 본 변형예의 삼차원 광학 시트(1d)는, 볼록 렌즈부(2A)와, 반사부(3SA)를 갖고 있다. 볼록 렌즈부(2A)는, 광을 집광하기 위해서, 반구형의 형상을 갖고 있다. 볼록 렌즈부(2A)는, 이 반구 형상이 2차원적으로 배열되도록 복수개 형성되어 있다. 즉, 볼록 렌즈부(2A)는, 에어리어 어레이의 배치에 따라서 배치되어 있다. 시트부(9)의 제1 주요면(도면 중 상면) 상에서의 볼록 렌즈부(2A)의 위치에 대응하여, 시트부(9)의 제2 주요면(도면 중 하면) 상에 반사부(3SA)가 위치하고 있다.
또한 볼록 렌즈부의 형상이 반원기둥형(도 2) 및 반구형(도 7) 중 어떠한 것으로 되는지는, 광학 소자(4)의 밀도, 요구되는 정밀도, 제조 시에 사용하는 금형의 제작 용이성 등에 따라서 선택할 수 있다. 또한, 접속되는 광학 소자(4)의 배치나 밀도, 필요한 정밀도 등에 따라서, 리니어 어레이(도 2) 및 에어리어 어레이(도 7) 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
(삼차원 광학 시트의 제조 방법)
본 발명의 삼차원 광학 시트는, 금형을 이용한 몰드법에 의해 형성할 수 있다. 레지스트 리플로우법에서는, 마이크로 렌즈의 형상은, 수지의 표면 장력, 점도 및 온도 등의 영향에 의해, 일정하게 되지 않는다. 이에 비해서, 본 실시형태의 삼차원 광학 시트(1a∼1d)는, 금형을 이용한 몰드법에 의해 형성되기 때문에, 렌즈의 형상을 고정밀도로 재현할 수 있다.
삼차원 광학 시트에 있어서, 광의 상승각은 반사면(RP, RPx, RPy)의 각도에 의존하고, 볼록 렌즈면(CP)의 수렴성은 렌즈의 곡률 반경, 진원도(眞圓度), 광로 길이에 의존한다. 또한, 광의 도파 효율은, 반사면(RP, RPx, RPy)에서의 상승 효율, 광축 정밀도와 표면 거칠기에 의존한다. 본 실시형태의 제조 방법에서는, 볼록 렌즈부(2L, 2A) 및 반사부(3SL, 3DL, 3SA)의 형상을 고정밀도로 재현할 수 있기 때문에, 광의 상승각, 볼록 렌즈의 수렴성, 광의 도파 효율의 미세 조정이 용이하다. 한편, 볼록 렌즈부(2L, 2A)가 복수개 형성된 경우에 있어서도, 각 볼록 렌즈부(2L, 2A)의 초점 및 굴절률의 조정과, 위치 맞춤이 용이해진다. 또한, 볼록 렌즈부(2L, 2A) 및 반사부(3SL, 3DL, 3SA)의 형상 정밀도가 높기 때문에, 삼차원 광학 시트(1a∼1d)는 높은 수율로 제조할 수 있다. 또한, 다른 공정에서 인터페이스 BGA 상에 직접 만들어 넣는 마이크로 렌즈 및 45°미러에 비해서, 본 실시형태의 삼차원 광학 시트(1a∼1d)는, 제조가 용이하고, 대량 생산화에 적합하며, 비용이 저렴하다.
도 8 내지 도 10은, 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다. 도 8 내지 도 10을 참조하여, 삼차원 광학 시트(1c)(도 5)는 금형(52a, 53a)을 이용한 몰드법에 의해 제조된다. 우선, 도 8에 도시하는 바와 같이, 금형(52a, 53a) 사이에 세트된 수지제 박막(10)이 가열된다. 그 후, 가열된 수지제 박막(10)이 금형(52a, 53a) 사이에서 화살표 방향으로 가압되어, 도 9에 도시하는 바와 같이 몰드가 행해진다. 방랭(放冷) 후, 탈형(脫型)이 행해짐으로써, 도 10에 도시하는 바와 같은 삼차원 광학 시트(1c)가 얻어진다.
수지제 박막(10)의 가열은, 예컨대, 수지제 박막(10)을 금형(52a, 53a) 사이에 끼우고 나서 가열하는 방식, 또는 수지제 박막(10)만을 미리 비접촉의 상태로 가열하는 방식 등을 임의로 채용할 수 있다. 수지제 박막(10)의 가열은, 금형(52a, 53a) 바로 아래 또는 내부에 설치된 히터(도시하지 않음)에 의해 행할 수 있다.
수지제 박막(10)의 가열은, 수지의 유동 개시 온도 이상으로 가열하는 형태가 바람직하다. 수지제 박막(10)이 유동 개시 온도 이상으로 가열되고 나서 가압 가공됨으로써, 수지의 유동 현상을 이용하여 고정밀도로 초미세한 형상을 용이하게 형성할 수 있고, 또한 비용을 저감할 수 있다. 사용되는 금형의 정밀도가 충분히 높게 되면, 본 발명의 제조 방법에 의해, 직경 5 ㎛ 이상의 렌즈를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 선폭 5 ㎛ 이상의 반원기둥형의 렌즈를 형성하는 것도 용이하다.
또한 본 발명의 삼차원 광학 시트는, 나노 임프린트법에 의해 제조할 수도 있다. 나노 임프린트법은, 표면에 나노 레벨의 미세한 요철을 갖는 금형에 세트된 수지제 박막이 유리 전이 온도 이상으로 가열된 후, 금형이 수지제 박막에 압착되어 일정 시간 유지되고, 수지제 박막이 유리 전이 온도 이하로 냉각되고 나서 금형이 수지제 박막으로부터 박리되는 방법이다. 나노 임프린트에 의해, 금형의 표면의 요철이 수지제 박막에 전사되기 때문에, 서브미크론 정도의 3차원 미세 형상을, 단순한 가공 공정으로 용이하게 형성할 수 있고, 볼록 렌즈부 및 반사부의 광축 정밀도 및 위치 정밀도가 비약적으로 향상된다. 또한, 이 볼록 렌즈부 및 반사부의 형성 방법은, 형상의 재현성이 높고, 저비용이며, 대량 생산화가 용이하다.
수지제 박막으로서는, 비교적 좁은 온도 범위에서 용융되고, 또한 냉각하면 급속히 경화하는 수지를 이용하는 것이, 삼차원 광학 시트의 제조 공정의 작업 처리량을 높이기 위해서 바람직하다. 따라서, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리메타크릴산메틸, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리에테르이미드 등이 적합하다. 수지제 박막의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 두께 20 ㎛ 이상이 바람직하고, 두께 100 ㎛ 이상이 보다 바람직하다.
수지제 박막이 금형 사이에 세트될 때에는, 우선, 한쪽 금형에 수지제 박막이 고정되고 나서, 다른쪽 금형이 세트되는 형태가 바람직하다. 이에 따라, 금형 상에서의 수지제 박막의 부상(浮上), 기포의 혼입 등의 트러블을 방지하여, 미세 구조체의 재현성을 높일 수 있다. 또한, 수지제 박막을 세트하고, 가열하며, 가압하는 일련의 공정을, 진공 분위기하에서 실시함으로써, 수지제 박막의 부상, 수지제 박막으로의 기포의 혼입을 방지할 수 있다.
금형은, 리소그래피법에 의해 수지 몰드를 형성하는 공정과, 수지 몰드에 금속 재료로 이루어지는 층을 도금에 의해 형성하는 공정과, 수지 몰드를 제거하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 이 방법에 의해 제조되는 금형은, 정밀한 미세 구조체이기 때문에, 수지제 박막에 미세하고, 치수 정밀도가 높은 성형을 실시할 수 있고, 성형체의 표면 거칠기(Ra)를 1O ㎛ 이하로 억제하는 것이 가능하다. 또한, 금형에 의해 몰드되기 때문에, 재현성이 좋은 성형체를 일체 성형할 수 있다.
도 11 내지 도 15는 본 발명의 일 실시형태에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다. 우선, 도 11에 도시하는 바와 같이, 기판(21) 상에 레지스트(22)가 형성된다. 기판(21)으로서는, 예컨대, 구리, 니켈, 스테인리스강 등으로 이루어지는 금속제 기판이 이용된다. 또한, 티탄, 크롬 등의 금속 재료를 스퍼터링한 실리콘 기판 등을 이용할 수도 있다. 레지스트(22)의 재료에는, 폴리메타크릴산메틸 등의 폴리메타크릴산에스테르를 주성분으로 하는 수지 재료, 또는 X선 또는 자외선(UV)에 감수성을 갖는 화학 증폭형 수지 재료 등이 이용된다. 레지스트(22)의 두께는, 형성되고자 하는 금형에 맞춰서 임의로 설정할 수 있고, 예컨대, 수백 ㎛로 설정할 수 있다.
다음으로, 레지스트(22) 상에 마스크(23)가 배치되고, 마스크(23)를 통해 X선(24) 또는 UV 등이 조사된다. 높은 애스펙트비를 갖는 금형이 필요할 때에는, UV(파장 365 ㎚ 등)보다 단파장인 X선(파장 0.4 ㎚)을 사용하는 형태가 바람직하다. 또한, X선 중에서도 지향성이 높은 점에서, 싱크로트론 방사의 X선(이하, 「SR」이라고 함)을 사용하는 LIGA(Lithographie Galvanoformung Abformung)법은, 디프(deep)한 리소그래피가 가능하고, 수백 ㎛의 높이의 미세 구조체를 서브미크론 정도의 고정밀도로 대량으로 제조할 수 있으며, 두꺼운 수지제 박막용의 금형을 제공할 수 있는 점에서 유리하다. 본 실시형태에서는, X선을 조사하는 형태를 예시한다.
마스크(23)는, 금형의 패턴에 따라서 형성된 X선 흡수층(23a)과, 투광성 기재(23b)로 이루어진다. 투광성 기재(23b)의 재질로서는, SiN, SiC, 다이아몬드, 티탄 등을 이용할 수 있다. 또한, X선 흡수층(23a)의 재질로서는, 금, 텅스텐, 탄탈 등의 중금속 또는 그 화합물 등을 이용할 수 있다. 기판(21) 상의 레지스트(22)가 포지티브 레지스트인 경우, X선(24)의 조사에 의해, 레지스트(22) 중에서, 레지스트(22a)는 노광되어 변질(분자쇄가 절단됨)되지만, 레지스트(22b)는 X선 흡수층(23a)에 의해 노광되지 않는다. 이 때문에, 현상에 의해, X선(24)에 의해 변질된 부분만이 제거되어, 도 12에 도시하는 바와 같은 레지스트(22b)로 이루어지는 수지 몰드가 얻어진다.
다음으로 도금법에 의해, 도 13에 도시하는 바와 같이, 수지 몰드에 금속 재료층(25)이 퇴적된다. 금속 재료층(25)은, 전기 주조(전해 도금) 또는 무전해 도금에 의해 형성할 수 있다. 전기 주조는, 금속 이온 용액을 이용하여 도전성 기판 상에 금속 재료층을 형성하는 것을 말한다. 도전성 기판을 급전부로 하여 전기 주조를 수행함으로써, 수지 몰드에 금속 재료층(25)을 퇴적할 수 있다. 한편, 무전해 도금은, 니켈 등의 금속 이온 용액이, 환원제로서 차아인산나트륨 등이 첨가되어 90℃∼100℃로 가열됨으로써 행해지고, 전류가 흐르지 않고서 수지 몰드 상에 금속 재료층(25)을 형성할 수 있다. 수지 몰드의 표면에 미리 Pd 등의 촉매를 부여해 두면, 도금 효율을 향상시킬 수 있다.
수지 몰드의 높이를 초과하여 도금함으로써, 금형의 대좌(臺座; pedestal)를 형성할 수 있다. 금속 재료로서는, 니켈, 구리, 철, 로듐 또는 이들의 합금 등이 이용된다. 금형의 내마모성을 높이는 점에서는, 니켈, 또는 니켈망간 등의 니켈 합금이 바람직하다. 도금 후, 도 14에 도시하는 바와 같이, 산 또는 알칼리에 의한 습식 에칭, 또는 기계 가공에 의해, 기판(21)이 제거된다. 계속해서, 습식 에칭 또는 플라즈마 애싱에 의해 레지스트(22b)가 제거되어, 도 15에 도시하는 바와 같은 금형이 얻어진다.
다음으로 상술한 금형의 제조 방법(도 11 내지 도 15)의 제1 변형예에 대해서 설명한다. 도 16 내지 도 21은, 본 발명의 일 실시형태의 제1 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 11 내지 도 15에 도시하는 제조 방법에서는, 도전성 기판(21)이 제거되어(도 14) 금형이 제조되지만, 본 변형예에서는 기판을 제거하지 않고서 금형을 제조할 수 있다. 우선, 도 16에 도시하는 바와 같이, 기판(31a) 상에 레지스트(22)가 형성된다. 다음으로, 레지스트(22) 상에 마스크(23)가 배치되어, 전술한 바와 마찬가지로 리소그래피가 행해진다. 노광 후, 현상에 의해 레지스트(22a)가 제거되면, 도 17에 도시하는 바와 같은 레지스트(22b)로 이루어지는 수지 몰드가 얻어진다.
다음으로, 도 18에 도시하는 바와 같이, 레지스트(22b)의 정상부에 도전성 기판(31b)이 형성된 후, 도 19에 도시하는 바와 같이, 기판(31a)이 제거된다. 그 후, 도 20에 도시하는 바와 같이, 도전성 기판(31b)을 도금 전극으로 하여 전기 주조가 행해지고, 수지 몰드에 금속 재료층(35)이 퇴적된다. 필요에 따라서 연마 또는 연삭에 의해 수지 몰드가 미리 정해진 두께로 정돈되고 나서, 습식 에칭 또는 플라즈마 애칭에 의해 수지 몰드가 제거된다. 이에 따라, 도 21에 도시하는 바와 같은 금형이 얻어진다. 이 금형은, 도전성 기판(31b)을 금형의 대좌로서 이용하기 때문에, 대좌를 형성하기 위해서 필요한 전기 주조 시간을 생략할 수 있다. 또한, 대좌는, 전기 주조에 의해 형성되는 것이 아니기 때문에, 내부 응력에 의한 금형의 휘어짐이 적다.
다음으로 상술한 금형의 제조 방법의 제2 변형예에 대해서 설명한다.
금형은, 몰드법에 의해 수지 몰드를 형성하는 공정과, 기판 상에서 수지 몰드에 금속 재료로 이루어지는 층을 도금에 의해 형성하는 공정과, 수지 몰드를 제거하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 몰드법에 의해 수지 몰드를 형성하는 공정에서 사용되는 모금형(master mold)은, 전술한 리소그래피법에 의해 제조할 수 있다. 이 때문에 모금형은 정밀한 미세 구조체이며, 모금형에 의해 제조되는 자금형(子金型)도 정밀한 미세 구조체로 할 수 있다. 따라서 수지제 박막에 미세하고 치수 정밀도가 높은 성형을 실시할 수 있고, 또한 성형체의 표면 거칠기(Ra)를 10 ㎚ 이하로 억제할 수 있다. 또한 금형에 의한 몰드법이 이용됨으로써, 재현성이 좋은 성형체를 일체 성형할 수 있다.
도 22 내지 도 27은, 본 발명의 일 실시형태의 제2 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다. 우선, 도 22에 도시하는 바와 같이, 볼록부를 갖는 금형(44)을 이용하여 사출 성형 등의 몰드법이 행해져, 도 23에 도시하는 바와 같은 수지 몰드(43)가 제조된다. 수지 몰드의 재질은, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리프로필렌 또는 폴리카보네이트 등이다. 다음으로, 도 24에 도시하는 바와 같이, 수지 몰드(43)의 정상부에 도전성 기판(41b)이 형성된 후, 도 25에 도시하는 바와 같이, 수지 몰드(43)의 일부가 연마 또는 연삭된다.
그 후, 도 26에 도시하는 바와 같이, 도전성 기판(41b)을 도금 전극으로 하여 전기 주조가 행해지고, 수지 몰드(43a)에 금속 재료층(45)이 퇴적된다. 필요에 따라서 연마 또는 연삭에 의해 수지 몰드(43a)가 미리 정해진 두께로 정돈된 후, 습식 에칭 또는 플라즈마 애싱에 의해 수지 몰드(43a)가 제거된다. 이에 따라, 도 27에 도시하는 바와 같은 금형이 얻어진다. 이 금형은, 도전성 기판(41b)을 금형의 대좌로서 이용하기 때문에, 대좌를 형성하기 위해서 필요한 전기 주조 시간을 생략할 수 있다. 또한, 대좌는 전기 주조에 의해 형성되기 때문에, 내부 응력에 의한 금형의 휘어짐이 적다.
다음으로 상술한 금형의 제조 방법의 제3 변형예에 대해서 설명한다. 도 28 내지 도 31은 본 발명의 일 실시형태의 제3 변형예에서의 삼차원 광학 시트의 제조에 사용되는 금형의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다. 우선, 도 28에 도시하는 바와 같이, 볼록부를 갖는 금형(14)을 이용하여 몰드법이 행해져, 도 29에 도시하는 바와 같은 수지 몰드(13)가 제조된다. 다음으로, 도 30에 도시하는 바와 같이, 수지 몰드(13) 상에, 무전해 도금에 의해 금속 재료층(15)이 형성된다. 그 후, 습식 에칭 또는 플라즈마 애싱에 의해 수지 몰드(13)가 제거된다. 이에 따라, 도 31에 도시하는 바와 같은 금형이 얻어진다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 도 11 내지 도 15에 도시하는 방법으로 금형이 제조되었다. 우선, 기판(21)으로서, 스퍼터법에 의한 Ti막을 표면 상에 갖는, 두께 5 ㎜, 직경 3인치의 Si 기판이 준비되었다. 기판(21) 상에, 두께 100 ㎛의 아크릴 수지로 이루어지는 레지스트(22)가 형성되었다. 다음으로, 레지스트(22) 상에 마스크(23)가 배치되고, 마스크(23)를 통해 X선(24)이 조사되었다(도 11). 마스크(23)는, 투광성 기재(23b)가 두께 2 ㎛의 질화규소, X선 흡수층(23a)이 두께 3 ㎛의 질화텅스텐으로 이루어지는 것이 이용되었다. 또한, X선(24)으로서 SR이 사용되고, 50 ㎜× 50 ㎜의 범위에서 리소그래피가 행해졌다.
다음으로, 메틸이소부틸케톤에 의한 현상 처리와, 이소프로판올에 의한 린스 처리와, 순수(純水)에 의한 세정 처리가 행해졌다. 이에 따라, 도 12에 도시하는 바와 같은 레지스트(22b)를 갖는 수지 몰드가 얻어졌다. 다음으로, 전기 주조가 행해져, 도 13에 도시하는 바와 같이, 수지 몰드에 Ni로 이루어지는 금속 재료층(25)이 퇴적되었다. 전기 주조는, 수지 몰드가 술파민산니켈 도금욕에 침지된 상태에서 행해지고, 수지 몰드의 정상부를 초과하도록 금속 재료층(25)이 퇴적되었다.
전기 주조 후, 도 14에 도시하는 바와 같이, 연마에 의해 기판(21)(도 13)이 제거되어, 두께 500 ㎛의 평평한 구조체를 얻었다. 계속해서, 산소 플라즈마에 의해 애싱이 행해짐으로써 레지스트(22b)가 제거되었다. 이에 따라 금속 재료층(25)으로 이루어지는 금형이 얻어졌다(도 15). 이 금형은, 볼록 렌즈부(2A)(도 7)의 성형용 금형이며, 구체적인 단면 형상은 도 8의 금형(52a)[볼록 렌즈부(2L)용 금형]과 동일하지만, 반경(D1)이 50 ㎛인 반구형의 구멍부를 갖고 있었다. 다음으로, 동일한 방법에 의해, 반사부(3DL)(도 5)의 성형용 금형이 제조되었다. 이 금형은, 구체적인 단면 형상이 도 8의 금형(53a)과 동일하며, T1이 80 ㎛이고, Y1이 50 ㎛인 각기둥형의 구멍부를 갖고 있었다.
다음으로, 상술한 반사부(3DL)용 금형 상에, 폴리카보네이트 필름으로 이루어지는 수지제 박막(10)이 설치되고(도 8과 동일함), 그 후, 볼록 렌즈부(2A)용 금형이 수지제 박막(10) 상에 세트되며, 폴리카보네이트의 유리 전이 온도(약 145℃) 이상인 160℃로 수지제 박막(10)이 가열되었다. 수지제 박막(10)의 가열은, 금형 바로 아래에 설치한 히터에 의해 행해졌다. 다음으로, 수지제 박막(10)이 금형 사이에서 10 ㎫로 가압되어 몰드되고(도 9와 동일함), 냉각 후, 금형(52a, 53a)이 제거되었다. 이에 따라, 볼록 렌즈부(2A)와 반사부(3DL)를 갖는 삼차원 광학 시트가 얻어졌다(도 10과 동일함).
얻어진 삼차원 광학 시트는, 볼록 렌즈부(2A)의 광축과 반사부(3DL)의 광축이 일치하고, 볼록 렌즈부(2A)는, 반경(D2)이 50 ㎛인 반구형이며, 반사부(3DL)는, T2가 80 ㎛이고, Y2가 50 ㎛인 각기둥형이었다. 가공 정밀도는 ±1 ㎛이며, 매우 정밀도가 높은 가공을 실현할 수 있는 것을 알 수 있었다. 성형 후의 삼차원 광학 시트가, 도 1에 도시하는 삼차원 광학 시트(1a)와 마찬가지로, 광학 소자(4)와 기판(5) 사이에 배치되었다. 시트부(9)의 면 방향으로 전송되는 광 신호가 기판(5)으로부터 보내지면, 광 신호(6)는, 반사부(3DL)에 의해 휘어지고, 볼록 렌즈부(2A)에 의해 광학 소자(4)에 집광되었다. 즉, 광학 소자(4)와 기판(5)을 광접속할 수 있었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 도 22 내지 도 27에 도시하는 방법에 의해 금형이 제조되었다. 우선, 도 22에 도시하는 바와 같이, 볼록부를 갖는 Ni제의 금형(44)을 이용해서, 폴리메틸메타크릴레이트에 의한 사출 성형이 행해져, 도 23에 도시하는 바와 같은 수지 몰드(43)가 제조되었다. 다음으로, 도 24에 도시하는 바와 같이, 수지 몰드(43)의 정상부에, Ni제의 도전성 기판(41b)이 형성된 후, 도 25에 도시하는 바와 같이, 수지 몰드(43)(도 24)의 일부가 연마되었다. 그 후, 도 26에 도시하는 바와 같이, 도전성 기판(41b)을 도금 전극으로 하여 전기 주조가 행해지고, 수지 몰드(43a)에 Ni로 이루어지는 금속 재료층(45)이 퇴적되었다. 그 후, 습식 에칭에 의해 수지 몰드(43a)가 제거되어, 도 27에 도시하는 바와 같은 금형이 얻어졌다.
이 금형은, 볼록 렌즈부(2L)(도 5)의 성형용 금형이며, 도 8에 도시하는 바와 같이, 금형(52a)은, 반경(D1)이 50 ㎛인 반원기둥형의 구멍부를 갖고 있었다. 다음으로, 동일한 방법에 의해, 반사부(3DL)(도 5)의 성형용 금형(53a)이 제조되었다. 제조된 금형의 구체적인 형상을 도 8에 도시한다. 반사부(3DL)의 성형용 금형(53a)은, T1이 80 ㎛이고, Y1이 50 ㎛인 각기둥형의 구멍부를 갖고 있었다.
다음으로, 도 8에 도시하는 바와 같이, 금형(53a) 상에, 수지제 박막(10)으로서 두께 200 ㎛의 폴리카보네이트 필름(스미토모 베이클라이트 제조의 FS-1650)이 세트되었다. 그 후, 금형(52a)이 수지제 박막(10) 상에 세트되고, 폴리카보네이트의 유리 전이 온도(약 145℃) 이상인 160℃로 수지제 박막(10)이 가열되었다. 수지제 박막(10)의 가열은, 금형(53a) 바로 아래에 설치된 히터(도시하지 않음)에 의해 행해졌다. 다음으로, 수지제 박막(10)이 금형(52a, 53a) 사이에서 10 ㎫로 가압되어, 몰드되고(도 9), 냉각 후, 금형(52a, 53a)이 제거되어, 삼차원 광학 시트(1c)가 얻어졌다(도 10).
얻어진 삼차원 광학 시트(1c)는, 볼록 렌즈부(2L)의 광축과 반사부(3DL)의 광축이 일치하고, 볼록 렌즈부(2L)는, 반경(D2)이 50 ㎛인 반원기둥형이며, 반사부(3DL)는, T2가 80 ㎛이고, Y2가 50 ㎛인 각기둥형이었다. 가공 정밀도는 ±2 ㎛이며, 매우 정밀도가 높은 가공을 실현할 수 있는 것을 알 수 있었다. 성형 후의 삼차원 광학 시트(1c)가, 도 1에 도시하는 삼차원 광학 시트(1a)와 마찬가지로, 광학 소자(4)와 기판(5) 사이에 배치되었다. 시트부(9)(도 5)의 면 방향으로 전송되는 광 신호가 기판(5)으로부터 보내지면, 광 신호(6)는, 반사부(3DL)에 의해 휘어지고, 볼록 렌즈부(2L)에 의해 광학 소자(4)에 집광되었다. 즉, 광학 소자(4)와 기판(5)을 광접속할 수 있었다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 도 28 내지 도 31에 도시하는 방법에 의해 금형이 제조되었다. 우선, 도 28에 도시하는 바와 같이, 볼록부를 갖는 Ni제의 금형(14)을 이용해서, 폴리메틸메타크릴레이트에 의한 임프린트가 행해져, 도 29에 도시하는 바와 같은 수지 몰드(13)가 제조되었다. 다음으로, 수지 몰드(13)의 표면이 Pd에 의해 촉매화된 후, 도 30에 도시하는 바와 같이, 무전해 도금이 행해져, 수지 몰드(13) 상에 Ni로 이루어지는 금속 재료층(15)이 퇴적되었다. 그 후, 습식 에칭에 의해 수지 몰드(13)가 제거되어, 도 31에 도시하는 바와 같은 금형이 얻어졌다.
이 금형은, 볼록 렌즈부(2A)(도 7)의 성형용 금형이며, 구체적인 단면 형상은 도 8의 금형(52a)[볼록 렌즈부(2L)용 금형]과 동일하지만, 반경(D1)이 45 ㎛인 반구형의 구멍부를 갖고 있었다. 다음으로, 동일한 방법에 의해, 반사부(3DL)(도 5)의 성형용 금형이 제조되었다. 이 금형은, 구체적인 단면 형상은 도 8의 금형(53a)과 동일하며, T1이 70 ㎛이고, Y1이 45 ㎛인 각기둥형의 구멍부를 갖고 있었다.
다음으로, 상술한 반사부(3DL)용 금형 상에, 폴리카보네이트 필름으로 이루어지는 수지제 박막(10)이 설치되고(도 8과 동일함), 그 후, 볼록 렌즈부(2A)용 금형이 수지제 박막(10) 상에 세트되며, 폴리카보네이트의 유리 전이 온도(약 145℃)보다 높은 160℃로 수지제 박막(10)이 가열되었다. 다음으로, 수지제 박막(10)이 금형 사이에서 10 ㎫로 가압되어 몰드되고(도 9와 동일함), 냉각 후, 금형이 제거되어, 삼차원 광학 시트가 얻어졌다(도 10).
얻어진 삼차원 광학 시트는, 볼록 렌즈부(2A)의 광축과 반사부(3DL)의 광축이 일치하고, 볼록 렌즈부(2A)는, 반경(D2)이 45 ㎛인 반구형상이며, 반사부(3DL)는, T2가 70 ㎛이고, Y2가 45 ㎛인 각기둥형상이었다. 가공 정밀도는 ±1 ㎛이며, 매우 정밀도가 높은 가공을 실현할 수 있는 것을 알 수 있었다. 성형 후의 삼차원 광학 시트가, 도 1에 도시하는 삼차원 광학 시트(1a)와 마찬가지로, 광학 소자(4)와 기판(5) 사이에 배치되었다. 시트부(9)의 면 방향으로 전송되는 광 신호가 기판(5)으로부터 보내지면, 광 신호(6)는, 반사부(3DL)에 의해 휘어지고, 볼록 렌즈부(2A)에 의해 광학 소자(4)에 집광되었다. 즉, 광학 소자(4)와 기판(5)을 광접속할 수 있었다.
이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 청구 범위에 의해 나타나며, 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
얼라이먼트가 용이한 실장 방법을 제공할 수 있다. 또한, 정밀도가 높고, 저비용의 광학 모듈을 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 광학 소자(4)와 기판(5) 사이에 배치됨으로써 상기 광학 소자(4)와 상기 기판(5)을 광접속하기 위한 광학 시트(1a∼1d)로서,
    제1 및 제2 주요면을 갖는 시트부(9)와,
    상기 제1 주요면 상에 마련된, 광을 집광하기 위한 볼록 렌즈부(2A, 2L)와,
    상기 제2 주요면을 따르는 광을 휘어지게 하여 상기 볼록 렌즈부(2A, 2L)에 입사시킬 수 있도록 상기 제2 주요면 상에 마련된 반사부(3DL, 3SA, 3SL)를 구비하는 광학 시트(1a∼1d).
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사부(3DL, 3SA, 3SL)는, 상기 제2 주요면을 따르는 광의 진행 방향을 90° 휘어지게 할 수 있도록 형성되는 것인 광학 시트(1a∼1d).
  3. 제1항에 있어서, 상기 볼록 렌즈부(2A, 2L)는, 반구형 및 반원기둥형 중 어느 하나의 형상을 가지는 것인 광학 시트(1a∼1d).
  4. 제1항에 있어서, 상기 볼록 렌즈부(2A, 2L)는, 에어리어 어레이(area array) 및 리니어 어레이(linear array) 중 어느 하나의 배치에 따라서 배치되어 있는 것인 광학 시트(1a∼1d).
  5. 제1항에 있어서, 상기 반사부(3DL, 3SA, 3SL)는, 금, 은 및 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 재질에 의해 피복된 부분을 포함하는 것인 광학 시트(1b).
  6. 제1항에 있어서, 전자선이 조사된 재질에 의해 형성된 부분을 가지는 광학 시트(1a∼1d).
  7. 제1항에 있어서, 상기 볼록 렌즈부(2A, 2L) 및 상기 반사부(3DL, 3SA, 3SL)는 금형(52a, 53a)을 이용한 몰드법에 의해 형성되는 것인 광학 시트(1a∼1d).
  8. 제7항에 있어서, 상기 금형(52a, 53a)은,
    리소그래피법에 의해 수지 몰드를 형성하는 공정과,
    도금법에 의해 상기 수지 몰드 상에 금속 재료로 이루어지는 층을 형성하는 공정과,
    상기 수지 몰드를 제거하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조되는 것인 광학 시트(1a∼1d).
  9. 제7항에 있어서, 상기 금형(52a, 53a)은,
    몰드법에 의해 수지 몰드를 형성하는 공정과,
    도금법에 의해 상기 수지 몰드 상에 금속 재료로 이루어지는 층을 형성하는 공정과,
    상기 수지 몰드를 제거하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조되는 것인 광학 시트(1a∼1d).
  10. 제1항에 기재된 광학 시트(1a∼1d)를 준비하는 공정과,
    상기 광학 시트(1a∼1d)에 의해 광학 소자(4)가 기판(5)에 광접속되도록 상기 광학 소자(4)를 상기 기판(5)에 실장하는 공정을 포함하는 실장 방법.
  11. 제1항에 기재된 광학 시트(1a∼1d)와,
    상기 광학 시트(1a∼1d)를 지지하는 기판(5)과,
    상기 광학 시트(1a∼1d)에 의해 상기 기판(5)에 광접속된 광학 소자(4)를 구비하는 광학 모듈.
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