JP2008046333A - 光送受信モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】折り曲げやねじれ等の変形に対して追従性があるフレキシブルなベルト状の高分子光導波路フィルムを用い、変形した状態でもフィルムに形成された光導波路を介して光信号の送受信を行うことができる光送受信モジュールを提供する。
【解決手段】双方向光送受信モジュール10は、光送受信部20側の反射面24cを有するサブマウント24と光送受信部21側の反射面25cを有するサブマウント25とに高分子光導波路フィルム11の端部を載置すると共に、背面発光型発光素子22から射出された光が反射面24c,25cを介して送信用光導波路に入射されるように背面発光型発光素子22を配置し、受信用光導波路からの光が反射面24c,25cを介して受光されるように背面受光型受光素子23を配置している。
【選択図】図1
【解決手段】双方向光送受信モジュール10は、光送受信部20側の反射面24cを有するサブマウント24と光送受信部21側の反射面25cを有するサブマウント25とに高分子光導波路フィルム11の端部を載置すると共に、背面発光型発光素子22から射出された光が反射面24c,25cを介して送信用光導波路に入射されるように背面発光型発光素子22を配置し、受信用光導波路からの光が反射面24c,25cを介して受光されるように背面受光型受光素子23を配置している。
【選択図】図1
Description
本発明は、光送受信モジュールに係わり、特に、高分子光導波路フィルムに形成された光導波路を介して光信号の送受信を行う光送受信モジュールに関する。
従来の高分子光導波路の製造方法の一例としては、例えば
(1)フィルムにモノマーを含浸させ、コア部を選択的に露光し、屈折率を変化させてフィルムを張り合わせる方法(選択重合法)、
(2)コア層及びクラッド層を塗布後、反応性イオンエッチングを用いてクラッド部を形成する方法(RIE法)、
(3)高分子材料中に感光性の材料を添加した紫外線硬化樹脂をフォトリソグラフィーにより露光・現像する方法(直接露光法)、
(4)射出成形を利用する方法、
(5)コア層及びクラッド層を塗布後、コア部を露光してコア部の屈折率を変化させる方法(フォトブリーチング法)等の各種の製法が提案されている。
(1)フィルムにモノマーを含浸させ、コア部を選択的に露光し、屈折率を変化させてフィルムを張り合わせる方法(選択重合法)、
(2)コア層及びクラッド層を塗布後、反応性イオンエッチングを用いてクラッド部を形成する方法(RIE法)、
(3)高分子材料中に感光性の材料を添加した紫外線硬化樹脂をフォトリソグラフィーにより露光・現像する方法(直接露光法)、
(4)射出成形を利用する方法、
(5)コア層及びクラッド層を塗布後、コア部を露光してコア部の屈折率を変化させる方法(フォトブリーチング法)等の各種の製法が提案されている。
しかしながら、上記(1)の選択重合法は、フィルムの張り合わせに問題がある。上記(2)のRIE法、及び上記(3)の直接露光法は、フォトリソグラフィー法を使うためコスト高になる。上記(4)の射出成形法は、得られるコア径の精度に課題がある。上記(5)のフォトブリーチング法は、コア層とクラッド層の屈折率差を十分にとれないという問題がある。
実用的な製法としては、上記(2)のRIE法や上記(3)の直接露光法を挙げることができるが、上述したように作製コストに問題がある。そして、上記(1)〜(5)のいずれの製法にあっても、大面積であり、かつ、フレキシブルなプラスチック基材に高分子光導波路を形成するには実用的に馴染まない。
一方、上記従来の製造方法とは全く異なった高分子光導波路の製法の一例として、例えばマイクロモールド法と称する鋳型を用いて高分子光導波路を製造する方法がある(例えば、特許文献1〜3参照。)。これらの特許文献1〜3に記載された高分子光導波路の製造方法によれば、極めて簡便に低コストで光導波路を量産することが可能である。また、簡便な製法であるにもかかわらず、光導波損失が小さい光導波路を安定して作製することができる。更には、従来では作製が困難であったフレキシブルなプラスチック基材上にも、光導波路を作製することが可能である。なお、上記特許文献1〜3に記載された高分子光導波路の製造方法は、本出願人等が先に提案したものである。
ところで、最近、IC技術やLSI技術において、動作速度や集積度向上のために、高密度に電気配線を行なう代わりに、機器装置間、機器装置内のボード間、チップ内において光配線を行なうことが注目されている。特に、省電力化や面アレイ化に有利な面発光型レーザ、面受光素子であるフォトダイオードを用いた光配線のための素子が、種々提案されている。
このような素子の一例として、例えばコアとコアを包囲するクラッドとを有する高分子光導波路のコア・クラッド積層方向に発光素子及び受光素子を備え、更に発光素子からの光をコアに入射させるための入射側ミラーと、コアからの光を受光素子に出射させるための出射側ミラーとを有する光学素子であって、発光素子から入射側ミラー及び出射側ミラーから受光素子に至る光路に相当する箇所において、クラッド層を形成し、発光素子からの光及び出射側ミラーからの光を収束させた光学素子が提案されている(例えば、特許文献4参照。)。
また、コアとコアを包囲するクラッドとを有する高分子光導波路のコア端面に発光素子からの光を入射させる光学素子において、コアの光入射端面を発光素子に向かって凸面となるように形成し、発光素子からの光を収束させて導波損失を抑えた光学素子が提案されている(例えば、特許文献5参照。)。
更に、電子素子と光素子とを集積化した光電融合回路基板の上に高分子光導波路回路が直接組み付けられた光電子集積回路が提案されている(例えば、特許文献6参照。)。
特開2004−29507号公報
特開2004−86144号公報
特開2004−109927号公報
特開2000−39530号公報
特開2000−39531号公報
特開2000−235127号公報
しかしながら、これまでに提案されている光配線の方法は、いずれも光導波路が受発光素子やミラーと共に基板上に固定されており、ワイヤーによる電気配線と比較すると配線の自由度が小さく、ヒンジ部の光配線として、折り畳むことが多い携帯電話や薄型パソコン等のモバイル装置に応用し難いという問題があった。
一方、樹脂コーティングした光ファイバーの素線を数本集めてテープ状にした光ファイバー・テープが光配線に利用されているが、光ファイバーは石英ガラス製で曲げに弱く、上記と同様に配線の自由度が小さいという問題があった。
本発明は、折り曲げやねじれ等の変形に対して追従性があるフレキシブルなベルト状の高分子光導波路フィルムを用い、変形した状態でもフィルムに形成された光導波路を介して光信号の送受信を行うことができる光送受信モジュールを提供することを目的としている。
[1]本発明は、光導波路が形成された高分子光導波路フィルムと、入射された光の光路を変換する第1の反射面を有する第1のサブマウントと、背面発光型の発光素子とを備え、前記第1のサブマウント上に前記高分子光導波路フィルムの一方の端部を載置すると共に、前記発光素子から射出された光が前記第1の反射面で光路を変換されて前記光導波路の入射端面に結合されるように前記発光素子を配置した構成の光送信部と、入射された光の光路を変換する第2の反射面を有する第2のサブマウントと、背面受光型の受光素子とを備え、前記第2のサブマウント上に前記高分子光導波路フィルムの他方の端部を載置すると共に、前記光導波路の出射端面から射出された光が前記第2の反射面で光路を変換されて前記受光素子に受光されるように前記受光素子を配置した構成の光受信部とを備えてなることを特徴とする光送受信モジュールにある。
[2]更に本発明は、送信用光導波路と受信用光導波路とが形成された高分子光導波路フィルムと、前記送信用光導波路及び前記受信用光導波路を介して双方向に光信号を送受信する一対の光送受信部とを備え、前記両側一対の光送受信部のそれぞれは、背面発光型の発光素子及び背面受光型の受光素子と、入射された光の光路を変換する反射面を有するサブマウントとを備え、前記サブマウント上に前記高分子光導波路フィルムの端部を載置すると共に、前記発光素子から射出された光が前記反射面で光路を変換されて前記送信用光導波路の入射端面に結合されるように前記発光素子を配置し、且つ前記受信用光導波路の出射端面から射出された光が前記反射面で光路を変換されて前記受光素子に受光されるように前記受光素子を配置してなることを特徴とする光送受信モジュールにある。
[3]上記[1]又は[2]記載の発明にあって、前記高分子光導波路フィルムの厚さが、50μm〜200μmであることを特徴としている。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかに記載の発明にあって、前記高分子光導波路フィルムのフィルム面が、前記サブマウントの主面と接合されてなることを特徴としている。
[5]上記[1]〜[4]のいずれかに記載の発明にあって、前記光導波路のコア部は、シリコーン樹脂製の鋳型を用いて複製されてなることを特徴としている。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかに記載の発明にあって、前記光導波路のコア部は、ダイシングソーによる切削で作製されたことを特徴としている。
[7]上記[1]〜[6]のいずれかに記載の発明にあって、前記サブマウントが金属からなり、ダイシングにより前記サブマウントに形成された切削面を前記反射面としたことを特徴としている。
[8]上記[1]又は[2]記載の発明にあって、前記サブマウントがシリコーンからなり、ダイシングにより前記サブマウントに形成された切削面に金属を蒸着して前記反射面としたことを特徴としている。
[9]上記[1]又は[2]記載の発明にあって、前記サブマウントが石英ガラスからなり、ダイシングにより前記サブマウントに形成された切削面に金属を蒸着して前記反射面としたことを特徴としている。
[10]上記[1]又は[2]記載の発明にあって、前記金属が、金、銀、ニッケル、銅、コバルト、アルミニウム、及びチタンからなる群から選択された1種以上の金属又はその合金であることを特徴としている。
[11]上記[1]又は[2]記載の発明にあって、前記発光素子及び前記受光素子が、前記光導波路のコア部を構成する樹脂と同じ樹脂により前記サブマウント上に固定されてなることを特徴としている。
本発明によれば、折り曲げやねじれ等の変形に対して追従性があるフレキシブルなベルト状の高分子光導波路フィルムを用いているので、フィルムが変形した状態でも、フィルムに形成された光導波路を介して光信号の送受信を行うことができる。それと同時に、サブマウントに反射面を直接的に作製し、この反射面を介して背面発光型発光素子、背面受光型受光素子、及び高分子光導波路フィルムを光結合する簡単な構成をもって実装を行うことができるようになり、部品点数を削減すると共に、作業工数や製作コストなどを低減することができる。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
[第1の実施の形態]
(光送受信モジュールの構成)
図1は、本発明における第1の実施の形態である双方向光送受信モジュールの一構成例を概略的に示す斜視図である。なお、この第1の実施の形態にあっては、双方向光送受信モジュールを例示して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば背面発光型発光素子を備えた光送信部と背面受光型受光素子を備えた光受信部との間で一方向の光通信を行う一方向光送受信モジュールに使用することができることは勿論である。
(光送受信モジュールの構成)
図1は、本発明における第1の実施の形態である双方向光送受信モジュールの一構成例を概略的に示す斜視図である。なお、この第1の実施の形態にあっては、双方向光送受信モジュールを例示して説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば背面発光型発光素子を備えた光送信部と背面受光型受光素子を備えた光受信部との間で一方向の光通信を行う一方向光送受信モジュールに使用することができることは勿論である。
同図において、符号10は、代表的な第1の実施の形態に係る双方向光送受信モジュールの外観構成を示している。この双方向光送受信モジュール10の基本構成は、図1に示すように、ベルト状の高分子光導波路フィルム11と、この高分子光導波路フィルム11内に形成された送信用の光導波路及び受信用の光導波路を介して双方向に光信号を送受信する第1及び第2の光送受信部20,21とにより構成されている。これらの光送受信部20,21のそれぞれは、背面発光型の発光素子である面発光型半導体レーザダイオード(LD)22と、背面受光型の受光素子であるフォトダイオード(PD)23と、第1又は第2のサブマウント24,25とを備えており、高分子光導波路フィルム11の両端部は、サブマウント24,25上にそれぞれ保持されている。LD22の光送信面及びPD23の光受信面のそれぞれには、マイクロレンズが設けられている。図2(b)に、LD22の光送信面に設けられたマイクロレンズ22aを示す。
(高分子光導波路フィルム)
高分子光導波路フィルム11は、図1に示すように、許容曲げ半径が3mm以下の可とう性を有する透明樹脂フィルム材からなり、折り曲げやねじれ等の変形に対して追従性を有している。かかる構成により、高分子光導波路フィルム11が変形した状態でも、第1の光送受信部20のLD22から送信された光信号を、高分子光導波路フィルム11の光導波路を導波して、第2の光送受信部21のPD23により受信することができる。
高分子光導波路フィルム11は、図1に示すように、許容曲げ半径が3mm以下の可とう性を有する透明樹脂フィルム材からなり、折り曲げやねじれ等の変形に対して追従性を有している。かかる構成により、高分子光導波路フィルム11が変形した状態でも、第1の光送受信部20のLD22から送信された光信号を、高分子光導波路フィルム11の光導波路を導波して、第2の光送受信部21のPD23により受信することができる。
高分子光導波路フィルム11は、変形に対する追従性を高めるために、フィルムの厚さを50μm〜300μmの範囲内に設定することが好ましく、70μm〜200μmの範囲内に設定することがより望ましい。また、同様の理由から、フィルムの幅としては、0.5mm〜10mmの範囲内に設定することが好ましく、1mm〜5mmの範囲内とすることが更に好適である。
高分子光導波路フィルム11は、図2(b)に示すように、フィルム長さ方向に延在する口型のコア部12と、このコア部12を包囲するクラッド部13とで構成されている。高分子光導波路フィルム11は、フィルム長さ方向の両側ともに同様の構造からなる。高分子光導波路フィルム11内には、複数のコア部12がフィルム幅方向に並列に配置され、フィルム内に複数の光導波路14が形成されている。本発明は特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、フィルム内には、LD22及びPD23に対応して2本の光導波路14が形成されている。高分子光導波路フィルム11の端部には、光導波路14の光軸に垂直な端面が形成されている。
(サブマウント付き光送受信部)
図2は、サブマウントを備えた光送受信部の一構成例を模式的に示している。図2(a)は、光送受信部の平面図であり、図2(b)は、図2(a)のII−II線矢視断面図である。第1及び第2の光送受信部20,21は、図1に示すように、LD22及びPD23の設置位置を除いて、両側ともに同一構造からなる。このため、本実施の形態では片側の第1の光送受信部20のみを説明する。
図2は、サブマウントを備えた光送受信部の一構成例を模式的に示している。図2(a)は、光送受信部の平面図であり、図2(b)は、図2(a)のII−II線矢視断面図である。第1及び第2の光送受信部20,21は、図1に示すように、LD22及びPD23の設置位置を除いて、両側ともに同一構造からなる。このため、本実施の形態では片側の第1の光送受信部20のみを説明する。
第1の光送受信部20のサブマウント24は、図2に示すように、略直方体からなる基板により構成されている。このサブマウント24の基本構成は、高分子光導波路フィルム11の端部が載置されるフィルム載置面24aと、電極膜が形成される電極形成面24bと、光路変換を行う45度のミラー面24cとを備えている。そのフィルム載置面24aは、例えばサブマウント24の基板を表面から切削することで、電極形成面24bよりも高分子光導波路フィルム11の厚さ分だけ低く形成された凹部形状をなしている。ミラー面24cは、フィルム載置面24aを形成する凹部を横断するように直線状に延在する垂直面と、サブマウント24の主面に対して45度の角度をもって下傾斜した傾斜面とからなる楔形状をなしている。
45度のミラー面24cは、入射した光の光路を変換する光路変換面として機能する。ミラー面24cに45度の角度で入射した光は、ミラー面24cにおいて光路が90度に折り曲げられる。このミラー面24cとしては、サブマウント24の基板を45度の角度で切削して切削面を形成し、その切削面に高反射率の金属膜を形成することができる。なお、シリコーン(Si)結晶基板や金属基板を用いて、サブマウント24を作製する場合は、切削面をそのままミラー面とすることもできる。
サブマウント24としては、Si等の結晶基板、石英ガラス等のガラス基板、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、コバルト(Co)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)又はその合金などの金属基板に、サブマウント24のフィルム載置面24a及びミラー面24cを形成することにより作製することができる。ミラー面24cの作製は、例えばエッチングによりフィルム載置面24aと電極形成面24bとの間に段差を形成した後、角度付きブレードを用いて所定厚さの切り込みを入れることで、ミラー面24cを形成することができる。
サブマウント24のフィルム載置面24aの作製方法としては、例えば形成精度の高い反応性イオンエッチング(RIE)を用いることが好ましい。ミラー面24cとなる切削面の作製方法としては、例えば角度付きブレードを有するダイシングを用いることが好ましい。特に、Si等の結晶基板の場合には、結晶面に沿ってダイシングすることが好ましい。実装の位置精度は、サブマウント24の作製精度により左右されるが、ダイシングにより十分な作製精度を得ることが可能であり、LD22、PD23及び高分子光導波路フィルム11の実装を容易に行うことができる。また、サブマウント24の切削面への金属膜の形成には、例えば蒸着法やスパッタリング法を用いることが好ましい。
サブマウント24の電極形成面24bには、LD22及びPD23に対して電気的な配線を行うための電極膜を形成することができる。サブマウント24の電極膜としては、例えばサブマウント24の表面に金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属膜を蒸着した後、この金属膜をフォトリソグラフィー技術によりパターニングすることで形成することができる。サブマウント24に電極膜を形成することで、双方向光送受信モジュール10をパッケージに格納する場合は、受光素子及び発光素子に対する電気的な配線が容易になる。
サブマウント24としては、例えば電鋳により金属層を一様に積層形成した略直方体からなる金属基板から構成することができる。その製法の一例としては、例えば超精密エッチング方式の一種であるエレクトロファインフォーミング方式を挙げることができる。かかる構成によれば、LD22を搭載している部材の下面に金属製の放熱板を取り付ける必要がなくなり、LD22から発生する熱を効率よく外部に逃すことができる。このため、消費電力を抑えることができると共に、高輝度の発光が可能となる。
次に、図3を参照して、光送受信部の実装について説明する。図3は、サブマウントを備えた光送受信部の一実装例を模式的に示す平面図である。この図示例にあっても、第1及び第2の光送受信部20,21は、図1に示すように受光素子及び発光素子の設置位置を除いて、両側ともに同一構造からなるため、片側の第1の光送受信部20のみを説明する。なお、図3において上記実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。
双方向光送受信モジュール10の実装時においては、図3に示すように、光送受信部20のサブマウント24上には、背面発光型LD22、背面受光型PD23、及び高分子光導波路フィルム11が保持される。高分子光導波路フィルム11の端部をサブマウント24のフィルム載置面24aで保持することで、フレキシブルな高分子光導波路フィルム11を安定して保持することができるようになる。
背面発光型のLD22及び背面受光型のPD23は、それぞれの光送信面及び光受信面を45度のミラー面24cの真上に対向して、高分子光導波路フィルム11の上端面及びサブマウント24上に密着して取り付けられている。LD22の光送信面から射出された光は、ミラー面24cで反射されて高分子光導波路フィルム11の送信用光導波路14のコア部12の端面(入射端面)に入射し、受信用光導波路14のコア部12内を導波する光は、ミラー面24cで反射されてPD23の光受信面に受光されるように、アライメントして実装することで、簡単に組み立てることができる。
更に双方向光送受信モジュール10では、図3に示すように、セラミックからなる基板30のフィルム載置面24a上にサブマウント24が固定されている。本発明は特に限定されるものではないが、セラミック基板30の上面には、例えば熱伝導性が良好な金めっきが施されている。セラミック基板30には、LD22の背面に形成されたカソード及びアノード電極と配線される2個の電極パッド31と、PD23の背面に形成されたカソード及びアノード電極と電気的に接続されるフォトダイオード用アンプ32と、そのアンプ32に電気的に接続される3個の電極パッド33とがそれぞれ実装されている。図示例では、サブマウント24にはパターニングが不要となる。
サブマウント24を金属により構成した場合は、光送受信部20とセラミック基板30とを非接触状態で実装しているため、LD22で発生した熱がセラミック基板30側へ伝播しない。その結果、セラミック基板30への影響を最小限に抑えることができるようになり、サブマウント24によって安定して放熱できる。また、アンプ32の作動時に発生する熱をサブマウント24及びセラミック基板30で協働して放熱性を高めることもできる。従って、双方向光送受信モジュール10の雑音特性や信頼性を改善することが可能となる。
(双方向光送受信モジュールの動作)
以上のように構成された双方向光送受信モジュール10では、高分子光導波路フィルム11の一端部に設けられた第1の光送受信部20から高分子光導波路フィルム11の他端部に設けられた第2の光送受信部21に光信号を送信する場合は、第1の光送受信部20のサブマウント24に保持された背面発光型LD22の光送信面から射出された光が、45度ミラー面(入射端面)24cの真上から入射する。その光は、45度ミラー面24cにより反射されて90度の光路変換を受け、送信用光導波路14のコア部12内を導波することとなる。その光は、第2の光送受信部21側の45度ミラー面(出射端面)24cにおいて導波方向を垂直に変換され、第2の光送受信部21のサブマウント25に保持された背面受光型PD23の光受信面に受光されることとなる。
以上のように構成された双方向光送受信モジュール10では、高分子光導波路フィルム11の一端部に設けられた第1の光送受信部20から高分子光導波路フィルム11の他端部に設けられた第2の光送受信部21に光信号を送信する場合は、第1の光送受信部20のサブマウント24に保持された背面発光型LD22の光送信面から射出された光が、45度ミラー面(入射端面)24cの真上から入射する。その光は、45度ミラー面24cにより反射されて90度の光路変換を受け、送信用光導波路14のコア部12内を導波することとなる。その光は、第2の光送受信部21側の45度ミラー面(出射端面)24cにおいて導波方向を垂直に変換され、第2の光送受信部21のサブマウント25に保持された背面受光型PD23の光受信面に受光されることとなる。
第2の光送受信部21から送信された光信号を第1の光送受信部20で受信する場合には、第2の光送受信部21における背面発光型LD22の光送信面から射出された光が、45度ミラー面(入射端面)24cの真上から入射する。その光は、45度ミラー面24cにより反射されて90度の光路変換を受け、受信用光導波路14のコア部12内を導波することとなる。その光は、第1の光送受信部20側の45度ミラー面(出射端面)24cにおいて伝播方向を垂直に変換され、背面受光型のPD23の光受信面に受光されることとなる。
本実施の形態に係る光送受信モジュール10では、上述したように、一組の光送受信部20,21の間で双方向の光通信が行われるが、フレキシブルなベルト状の高分子光導波路フィルム11は、折り曲げやねじれ等の変形に対して追従性を有しているので、フィルムが変形した状態でも、高分子光導波路フィルム11に形成された光導波路14を介して光信号の送受信を行うことができる。従って、折り畳むことが多い携帯電話や薄型パソコン等のモバイル装置の光配線にも効果的に使用することが可能となる。
以上のように構成された本実施の形態に係る光送受信モジュール10では、所定形状に加工されており、ミラー面24cが形成されたサブマウント24を用いているので、以下の(1)〜(4)に示す通り、高分子光導波路フィルム11、背面発光型LD22、及び背面受光型PD23の実装が容易になる。
(1)サブマウント24に高分子光導波路フィルム11の端部が載置されるフィルム載置面24aが形成され、このフィルム載置面24aにより高分子光導波路フィルム11の端部が保持されるので、フレキシブルな高分子光導波路フィルム11をサブマウント24上に安定して保持することができる。
(2)サブマウント24上に高分子光導波路フィルム11を載置し、同じサブマウント24にミラー面24cを作製して、このミラー面24cを介して背面発光型LD22と、背面受光型PD23と、高分子光導波路フィルム11とを光結合するという簡単な方法で実装を行うので、部品点数を少なくすることができる。
(3)サブマウント24にミラー面24cを作製する際に、ダイシングソーで十分な精度を得ることが可能であり、実装がより容易になる。
(4)高分子光導波路フィルム11の厚さを制御してアライメントを行うことができるので、マイクロレンズなしでの実装が可能になる。
次に、サブマウント24の作製方法の一例を説明する。
以上の構成をもつサブマウント24は、以下のように効率的に製造することができる。図4(a)〜図4(f)は、サブマウントを作製する工程を示す概念図である。なお、以下の製造例にあっては、3個のサブマウントの作製方法について説明するが、本発明はこれに限定されない。
(原盤の作製)
原盤40は、図4(a)及び(b)に示すように、電極形成面形成用凸部40bとなる部分を除いて、シリコーンウエハー上に反応性イオンエッチング(RIE)によってフィルム載置面の形態に対応する3個のフィルム載置面形成用凹部40aを作製する。次に、角度付きブレードを有するダイシングを用いて、シリコーンウエハー上にミラー面の形態に対応する3個のミラー面形成用凹部40cを、フィルム載置面形成用凹部40aを横切って切削する。これにより、シリコーンからなる原盤40を作製することができる。
原盤40は、図4(a)及び(b)に示すように、電極形成面形成用凸部40bとなる部分を除いて、シリコーンウエハー上に反応性イオンエッチング(RIE)によってフィルム載置面の形態に対応する3個のフィルム載置面形成用凹部40aを作製する。次に、角度付きブレードを有するダイシングを用いて、シリコーンウエハー上にミラー面の形態に対応する3個のミラー面形成用凹部40cを、フィルム載置面形成用凹部40aを横切って切削する。これにより、シリコーンからなる原盤40を作製することができる。
(鋳型の作製)
鋳型41は、図4(c)に示すように、定法に従い、作製した原盤40の凹凸形成面上に鋳型形成用の硬化性樹脂の塗布あるいは注型などを行い、サブマウントにおけるフィルム載置面形成用凸部41a、電極形成面形成用凹部41b及びミラー面形成用凸部41cを有する硬化性樹脂層を成形する。次に、乾燥処理を行い、硬化性樹脂層を硬化させる。硬化した硬化性樹脂層を原盤40から剥離する。これにより、硬化性樹脂層からなる鋳型41を作製することができる。
鋳型41は、図4(c)に示すように、定法に従い、作製した原盤40の凹凸形成面上に鋳型形成用の硬化性樹脂の塗布あるいは注型などを行い、サブマウントにおけるフィルム載置面形成用凸部41a、電極形成面形成用凹部41b及びミラー面形成用凸部41cを有する硬化性樹脂層を成形する。次に、乾燥処理を行い、硬化性樹脂層を硬化させる。硬化した硬化性樹脂層を原盤40から剥離する。これにより、硬化性樹脂層からなる鋳型41を作製することができる。
(サブマウントの作製)
サブマウントとなる硬化性樹脂基板42の作製にあたっては、図4(d)に示すように、定法に従い、作製した鋳型41の凹凸形成面上にサブマウント形成用の紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を塗布あるいは注型などにより成形する。次に、その紫外線硬化性樹脂層又は熱硬化性樹脂層を熱又は光により硬化させる。これにより、フィルム載置面24a、電極形成面24b及びミラー面24cを有する硬化性樹脂基板42を作製することができる。
サブマウントとなる硬化性樹脂基板42の作製にあたっては、図4(d)に示すように、定法に従い、作製した鋳型41の凹凸形成面上にサブマウント形成用の紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂を塗布あるいは注型などにより成形する。次に、その紫外線硬化性樹脂層又は熱硬化性樹脂層を熱又は光により硬化させる。これにより、フィルム載置面24a、電極形成面24b及びミラー面24cを有する硬化性樹脂基板42を作製することができる。
次に、図4(e)に示すように、作製した硬化性樹脂基板42の3個のミラー面24cに金属膜24dを着膜する。ミラー面24cに金属膜24dを着膜するにあたっては、例えばミラー面24cに対応する貫通長孔をもつメタルマスクを使用することができる。ミラー面24cにメタルマスクの貫通長孔を合わせた状態で、蒸着源を介してメタルマスク側からミラー面24cに向けて金属膜24dを着膜することができる。次に、図4(f)に示すように、硬化性樹脂基板42をダイサーなどにより直角に切断し、3個の独立したサブマウント24を形成する。
[第2の実施の形態]
(サブマウントの作製方法)
図5(a)〜図5(e)は、第2の実施の形態であるサブマウントを作製する他の工程を示す概念図である。
(サブマウントの作製方法)
図5(a)〜図5(e)は、第2の実施の形態であるサブマウントを作製する他の工程を示す概念図である。
上記図4に示したサブマウント24の作製方法と大きく異なるところは、スタンパを用いた成形加工によりサブマウント24のフィルム載置面24a、電極形成面24b及びミラー面24cを形成した点にある。図示例にあっては、図5(a)及び(b)に示すように、RIEにより、3個のフィルム載置面形成用凸部41aと、3個の電極形成面及び3個のミラー面の形成用凹部41b,41cとを有する鋳型41を作製した後、図5(c)に示すように、作製した鋳型41の凹凸状パターンをスタンパとして用いることができる。サブマウントとなる石英ガラス基板43の表面に鋳型41の凹凸状パターンと略同一形状のフィルム載置面24a、電極形成面24b及びミラー面24cを形成した後、図5(d)に示すようにミラー面24cに対する金属膜24dの蒸着及び石英ガラス基板の切断を行うことで、図5(e)に示すように、3個の独立した石英ガラス製のサブマウント24を作製することができる。
次に、高分子光導波路フィルムの作製方法の一例を説明する。
(高分子光導波路フィルムの作製方法)
上記の高分子光導波路フィルム11は、以下の(1)〜(6)の工程により効率的に作製することができる。
(1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、光導波路のコア凸部に対応する凹部と、凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する2以上の貫通孔とが設けられた鋳型を準備する工程
(2)鋳型に対して、その鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程
(3)クラッド用可撓性フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を鋳型の凹部に充填する工程
(4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用可撓性フィルム基材から剥離する工程
(5)コアが形成されたクラッド用可撓性フィルム基材上にクラッド層を形成する工程
(6)ダイシングにより高分子光導波路フィルムの端面を形成する工程
上記の高分子光導波路フィルム11は、以下の(1)〜(6)の工程により効率的に作製することができる。
(1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、光導波路のコア凸部に対応する凹部と、凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する2以上の貫通孔とが設けられた鋳型を準備する工程
(2)鋳型に対して、その鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程
(3)クラッド用可撓性フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を鋳型の凹部に充填する工程
(4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用可撓性フィルム基材から剥離する工程
(5)コアが形成されたクラッド用可撓性フィルム基材上にクラッド層を形成する工程
(6)ダイシングにより高分子光導波路フィルムの端面を形成する工程
これらの(1)〜(6)の各工程は、本出願人等が先に提案した上記特許文献1〜3に記載された高分子光導波路などの製造技術と実質的に同じ製法によって効果的に得ることができる。
高分子光導波路から作製される光学素子は、種々の階層における光配線に用いることができる。クラッド用可撓性フィルム基材の材料は、光学素子の用途に応じ、屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、耐熱性、鋳型との密着性、フレキシビリティー等を考慮して選択される。そのフィルムとしては、脂環式アクリル樹脂フィルム、脂環式オレフィン樹脂フィルム、三酢酸セルロースフィルム、エポキシ樹脂フィルム、含フッ素樹脂フィルム等が挙げられる。フィルム基材の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、1.55より小さく、好ましくは1.53より小さくすることが望ましい。また、フィルム基材の厚さは、フレキシビリティーと剛性や取り扱いの容易さ等を考慮して適切に選ばれ、一般的には0.02mm〜0.1mm程度が好ましい。
コア形成用硬化性樹脂としては、放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性等の樹脂を用いることができる。その中でも紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂が好適である。コア形成用の紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、例えば紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が好ましく用いられる。また、紫外線硬化性樹脂としては、例えばエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。
コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、クラッドとなるフィルム基材より大きいことが必要であり、クラッドとコアの屈折率の差は、0.01以上、好ましくは0.03以上である。
クラッド用硬化性樹脂としては、例えば紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。また、クラッドの屈折率をフィルム基材の屈折率と同じにすることが、光の閉じ込めの点からみて好ましい。
高分子光導波路フィルムの製造方法によると、製造工程が極めて単純化され、高分子光導波路フィルムを容易に作製することができる。従って、従来の高分子光導波路フィルムの製造方法と比較し、極めて低コストで高分子光導波路フィルムを作製することが可能になる。更には、簡便な方法でありながら、得られる高分子光導波路フィルムの導波損失が少なくなり、高精度であり、各種機器への自由な装填が可能である。
以下に、本発明の更に具体的な実施の形態として、実施例を挙げて詳細に説明する。
(高分子光導波路フィルムの作製)
Si基板に厚膜レジスト(マイクロケミカル(株)製、SU−8)をスピンコート法で塗布した後、80℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像して、断面が正方形をなす4本の凸部(幅:50μm、高さ:50μm、長さ:80mm)を形成した。凸部と凸部の間隔は250μmとした。次に、これを120℃でポストベークして、高分子光導波路作製用の原盤を作製した。
Si基板に厚膜レジスト(マイクロケミカル(株)製、SU−8)をスピンコート法で塗布した後、80℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像して、断面が正方形をなす4本の凸部(幅:50μm、高さ:50μm、長さ:80mm)を形成した。凸部と凸部の間隔は250μmとした。次に、これを120℃でポストベークして、高分子光導波路作製用の原盤を作製した。
次に、この原盤に離型剤を塗布した後、熱硬化性液状ジメチルシロキサンゴム(ダウ・コウニングアジア社製:SYLGARD184、粘度5000mPa.s)及びその硬化剤を混合したものを流し込み、120℃で30分間加熱して硬化させた後、剥離して、断面が矩形である凸部に対応する凹部を持った型(型の厚さ:5mm)を作製した。
更に、平面形状が円形である鋳型における厚さ方向の断面形状がテーパー状である貫通孔を、凹部の一端及び他端において、凹部と連通するように、打ち抜きにより形成して鋳型を作製した。
この鋳型と、鋳型より一回り大きい膜厚50μmのクラッド用フィルム基材(アートンフィルム、JSR(株)製、屈折率1.510)を密着させた。次に、鋳型の進入側貫通孔に、粘度が500mPa.sの紫外線硬化性樹脂を数滴落とし、排出側(減圧吸引側)貫通孔から減圧吸引したところ、10分で凹部内に紫外線硬化性樹脂が充填された。次いで、50mW/cm2のUV光を鋳型の上部から5分間照射して紫外線硬化させた。鋳型をアートンフィルムから剥離したところ、アートンフィルム上に原盤凸部と同じ形状のコアが形成された。
次に、アートンフィルムのコア形成面に、硬化後の屈折率がアートンフィルムと同じ1.510である紫外線硬化性樹脂を塗布した後、50μmのクラッド用フィルム基材を張り合わせ、50mW/cm2のUV光を5分間照射して紫外線硬化させることで、2枚のフィルムを接着させ、幅1.5mm、膜厚150μmのベルト状の高分子光導波路フィルムとした。
次に、ダイシングソーを用いて高分子導波路フィルムの両端を光軸に対し垂直に切断し、両端部に垂直切断面を備えた高分子光導波路フィルムを得た。
(サブマウントの作製)
厚さ600μmのSi基板に、高分子光導波路フイルムを取り付けるための高さ160μmの段差をRIE法で形成した。次に、45度の角度付きSi用のブレードを備えたダイシングソーを用いて、高さ260μmの段差を光軸に対し45度の角度で切断し、サブマウントに45度ミラー面を形成した。次に、サブマウントの上面にAuを200nmの厚さで蒸着した後、フォトリソグラフィーでAu電極のパターニングを行い、上部電極用の電極パッドと下部電極用の電極パッドとを形成した。そして、電極パッドが形成されたSi基板をダイサーで切断することで、Siサブマウントを形成した。
厚さ600μmのSi基板に、高分子光導波路フイルムを取り付けるための高さ160μmの段差をRIE法で形成した。次に、45度の角度付きSi用のブレードを備えたダイシングソーを用いて、高さ260μmの段差を光軸に対し45度の角度で切断し、サブマウントに45度ミラー面を形成した。次に、サブマウントの上面にAuを200nmの厚さで蒸着した後、フォトリソグラフィーでAu電極のパターニングを行い、上部電極用の電極パッドと下部電極用の電極パッドとを形成した。そして、電極パッドが形成されたSi基板をダイサーで切断することで、Siサブマウントを形成した。
(モジュールの実装)
高分子光導波路フィルムの両端部の各々を、位置合せを行った後、異なるNiサブマウントのフィルム載置面に載置し、コア用の紫外線硬化性樹脂を用いてサブマウントに固定した。
高分子光導波路フィルムの両端部の各々を、位置合せを行った後、異なるNiサブマウントのフィルム載置面に載置し、コア用の紫外線硬化性樹脂を用いてサブマウントに固定した。
次に、背面発光型VCSEL素子のカソード及びアノード電極をSiサブマウント上の電極パッドとの間を結線すると共に、背面受光型フォトダイオード素子のカソード及びアノード電極をSiサブマウント上の電極パッドとの間を各々結線した。これにより、一対の光送受信部と高分子光導波路フィルムとを備えた双方向光送受信モジュールを得た。
(通信性能の評価)
光送受信の性能をサンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー製:Agilent・86100C)とパルスパターンジェネレーターを用いて性能評価を行ったところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
光送受信の性能をサンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー製:Agilent・86100C)とパルスパターンジェネレーターを用いて性能評価を行ったところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
(サブマウントの作製)
厚さ600μmのSi基板に代えて、厚さ600μmの石英ガラス基板を用いて石英ガラスサブマウントを形成し、これを用いてモジュールを構成した以外は、上記実施例1と同様に、実施例2の双方向光送受信モジュールを作製した。
厚さ600μmのSi基板に代えて、厚さ600μmの石英ガラス基板を用いて石英ガラスサブマウントを形成し、これを用いてモジュールを構成した以外は、上記実施例1と同様に、実施例2の双方向光送受信モジュールを作製した。
(通信性能の評価)
光送受信の性能をサンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー製:Agilent・86100C)とパルスパターンジェネレーターを用いて、性能評価を行ったところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
光送受信の性能をサンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー製:Agilent・86100C)とパルスパターンジェネレーターを用いて、性能評価を行ったところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
上記実施例1及び実施例2における光送受信モジュールでは、ベルト状の高分子光導波路フィルムは、高いフレキシビリティーを有しているので、折り曲げやねじれ等によりフィルムが変形した状態でも、高分子光導波路フィルムに形成された光導波路を介して光信号の送受信を行うことができる。また、サブマウントに形成されたフィルム載置面に高分子光導波路フィルムを載置し、受発光素子を取り付けるだけで構成部品を実装することができるようになり、極めて簡便に且つ確実に実装を行うことができる。
なお、本発明に係る光送受信ジュールは、上記実施の形態、実施例及び図示例に限定されるものではなく、その発明の趣旨を逸脱しない範囲内で様々な設計変更が可能である。
10 双方向光送受信モジュール
11 高分子光導波路フィルム
12 コア部
13 クラッド部
14 光導波路
20,21 第1,第2の光送受信部
22 背面発光型発光素子
22a マイクロレンズ
23 背面受光型受光素子
24,25 第1,第2のサブマウント
24a フィルム載置面
24b 電極形成面
24c ミラー面
24d 金属膜
30 セラミック基板
31,33 電極パッド
32 アンプ
40 原盤
40b 電極形成面形成用凸部
40a フィルム載置面形成用凹部
40c ミラー面形成用凹部
41 鋳型
41a フィルム載置面形成用凸部
41b 電極形成面形成用凹部
41c ミラー面形成用凸部
42 硬化性樹脂基板
43 石英ガラス基板
11 高分子光導波路フィルム
12 コア部
13 クラッド部
14 光導波路
20,21 第1,第2の光送受信部
22 背面発光型発光素子
22a マイクロレンズ
23 背面受光型受光素子
24,25 第1,第2のサブマウント
24a フィルム載置面
24b 電極形成面
24c ミラー面
24d 金属膜
30 セラミック基板
31,33 電極パッド
32 アンプ
40 原盤
40b 電極形成面形成用凸部
40a フィルム載置面形成用凹部
40c ミラー面形成用凹部
41 鋳型
41a フィルム載置面形成用凸部
41b 電極形成面形成用凹部
41c ミラー面形成用凸部
42 硬化性樹脂基板
43 石英ガラス基板
Claims (11)
- 光導波路が形成された高分子光導波路フィルムと、
入射された光の光路を変換する第1の反射面を有する第1のサブマウントと、背面発光型の発光素子とを備え、前記第1のサブマウント上に前記高分子光導波路フィルムの一方の端部を載置すると共に、前記発光素子から射出された光が前記第1の反射面で光路を変換されて前記光導波路の入射端面に結合されるように前記発光素子を配置した構成の光送信部と、
入射された光の光路を変換する第2の反射面を有する第2のサブマウントと、背面受光型の受光素子とを備え、前記第2のサブマウント上に前記高分子光導波路フィルムの他方の端部を載置すると共に、前記光導波路の出射端面から射出された光が前記第2の反射面で光路を変換されて前記受光素子に受光されるように前記受光素子を配置した構成の光受信部とを備えてなることを特徴とする光送受信モジュール。 - 送信用光導波路と受信用光導波路とが形成された高分子光導波路フィルムと、
前記送信用光導波路及び前記受信用光導波路を介して双方向に光信号を送受信する一対の光送受信部とを備え、
前記両側一対の光送受信部のそれぞれは、背面発光型の発光素子及び背面受光型の受光素子と、入射された光の光路を変換する反射面を有するサブマウントとを備え、前記サブマウント上に前記高分子光導波路フィルムの端部を載置すると共に、前記発光素子から射出された光が前記反射面で光路を変換されて前記送信用光導波路の入射端面に結合されるように前記発光素子を配置し、且つ前記受信用光導波路の出射端面から射出された光が前記反射面で光路を変換されて前記受光素子に受光されるように前記受光素子を配置してなることを特徴とする光送受信モジュール。 - 前記高分子光導波路フィルムの厚さが、50μm〜200μmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の光送受信モジュール。
- 前記高分子光導波路フィルムのフィルム面が、前記サブマウントの主面と接合されてなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光送受信モジュール。
- 前記光導波路のコア部は、シリコーン樹脂製の鋳型を用いて複製されてなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光送受信モジュール。
- 前記光導波路のコア部は、ダイシングソーによる切削で作製された請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光送受信モジュール。
- 前記サブマウントが金属からなり、ダイシングにより前記サブマウントに形成された切削面を前記反射面としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の光送受信モジュール。
- 前記サブマウントがシリコーンからなり、ダイシングにより前記サブマウントに形成された切削面に金属を蒸着して前記反射面としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の光送受信モジュール。
- 前記サブマウントが石英ガラスからなり、ダイシングにより前記サブマウントに形成された切削面に金属を蒸着して前記反射面としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の光送受信モジュール。
- 前記金属が、金、銀、ニッケル、銅、コバルト、アルミニウム、及びチタンからなる群から選択された1種以上の金属又はその合金であることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の光送受信モジュール。
- 前記発光素子及び前記受光素子が、前記光導波路のコア部を構成する樹脂と同じ樹脂により前記サブマウント上に固定されてなることを特徴とする請求項1又は2に記載の光送受信モジュール。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2010131498A1 (ja) * | 2009-05-12 | 2012-11-01 | 三菱電機株式会社 | レーザダイオード素子 |
JP2014503858A (ja) * | 2011-01-25 | 2014-02-13 | タイコ・エレクトロニクス・コーポレイション | 光インタポーザ |
US9869829B2 (en) | 2011-01-25 | 2018-01-16 | Te Connectivity Corporation | Optical interposer for waveguides |
-
2006
- 2006-08-15 JP JP2006221533A patent/JP2008046333A/ja active Pending
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