JP3966084B2 - Optical element - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに用いられる光モジュールの光路変換構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
光通信システムを構成する光モジュールは、光ファイバ、光導波路、光素子、ミラー等の様々な部品から構成されている。光素子には、端面型光素子と面型光素子の2種類に分けられる。それぞれの構造で、素子の光軸方向が90度異なるため、それぞれに応じた光結合構造をとっている。端面型光素子は、光ファイバや光導波路と光軸の方向が同じであるために、比較的容易に両者の位置合わせをすることが出来る。具体的には、光導波路等に近接させて端面型光素子の受光部または発光部と光導波路のコア位置が合うように実装する。しかし、面型光素子を光導波路等と光結合するためには、光路を約90度変換するミラー部が必要になる。光モジュールを小型にするためには、このミラー部を小さくし、基板に設ける構造が多く検討されている。例えば、特開平9-26530では、ミラーにシリコン基板をエッチングした斜面を用いている。他の例として、特開2001-188150では、ミラーに、基板に設けた光導波路の端面を斜め加工した面を用いている。しかし、基板にはミラーを設けるだけではなく、少なくとも電気配線等の他の機能を設ける必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
通常、小型光モジュールでは、1枚の基板で複雑な電気配線と光路変換ミラーの、複数の機能を実現する必要があるため、基板の材料、構造に制約が多くなる欠点がある。本発明の目的は、この欠点を解決し、小型、製造容易、光結合効率が向上した低コストの光モジュールを得るために、光路変換構造を備えた光素子を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明では以下の手段を用いる。
【0005】
請求項1に記載の光素子は、第1の基板上に発光素子とミラーが設置されており、前記発光素子から出力された光が前記ミラーの反射面で反射されて前記基板外部に導かれるように前記ミラーの反射面角度が調整されており、前記第1の基板と前記発光素子は電気的に接続されていて、前記発光素子は、前記第1の基板と電気的に接続された第2の基板上に設置された駆動回路から所定電流が供給されることにより、前記発光素子から所定強度の光を出射することを特徴とする。
【0006】
請求項2に記載の光素子は、第1の基板上に受光素子とミラーが設置されており、前記第1の基板外部から来る光が前記ミラーの反射面で反射されて前記受光素子の受光面に導かれるように前記ミラーの反射面角度が調整されており、前記第1の基板と前記受光素子は電気的に接続されていて、前記受光素子は前記光を電流に変換し、前記電流は前記第1の基板と電気的に接続された第2の基板上に設置された半導体回路で信号処理されることを特徴とする。
【0009】
請求項に記載の光素子は、第1の基板上に発光素子と受光素子と一つ以上のミラーが設置されており、前記発光素子から出力された光が前記ミラーの反射面で反射されて前記基板外部に導かれるように前記ミラーの反射面角度が調整されており、前記基板外部から来る光が前記ミラーの反射面で反射されて前記受光素子の受光面に導かれるように前記ミラーの反射面角度が調整されており、前記基板と前記発光素子と前記受光素子は電気的に接続されていて、前記発光素子は、前記第1の基板と電気的に接続された第2の基板上に設置された駆動回路から所定電流が供給されることにより、前記発光素子から所定強度の光を出射し、前記受光素子は前記光を電流に変換し、前記電流は前記第2の基板上に設置された半導体回路で信号処理されることを特徴とする。
【0010】
請求項に記載の光素子は、請求項1に記載の光素子において、複数の前記発光素子が設置されていることを特徴とする。
【0011】
請求項に記載の光素子は、請求項2に記載の光素子において、複数の前記受光素子が設置されていることを特徴とする。
【0012】
請求項に記載の光素子は、請求項に記載の光素子において、複数の前記発光素子および複数の前記受光素子が設置されていることを特徴とする。
【0013】
請求項に記載の光素子は、請求項1乃至のいずれかに記載の光素子において、前記基板に外部基板と電気的接続をする端子を設けたことを特徴とする。
【0014】
請求項に記載の光素子は、請求項に記載の光素子において、前記外部基板と電気的接続する前記端子のピッチが、前記発光素子又は前記受光素子の端子のピッチより拡大されていることを特徴とする。
【0015】
請求項に記載の光素子は、請求項1乃至のいずれかに記載の光素子において、前記基板の内部に電気配線があることを特徴とする。
【0016】
請求項10に記載の光素子は、請求項1乃至のいずれかに記載の光素子において、前記基板に光配線があることを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、本発明による光素子の第1の実施の形態について図1〜図4を用いて説明する。図1(a)は光路変換構造を備えた光素子100の断面図である。図1(b)は光路変換構造を備えた光素子100の平面図である。光素子は表面発光素子1及びマイクロミラー2から構成されている。表面発光素子1の発光部20の発光直径は約5μmで、マイクロミラー2の大きさは約100μm×100μm×高さ40μmである。表面発光素子1の発光部20からの放出光22は、マイクロミラー2により水平方向に反射される。
【0021】
図2を用いて、図1に示す光素子18の製造方法を説明する。図2(a)は、表面が結晶方位(3、3、25)面であるシリコン基板を用いて、異方性エッチングを行うことにより、斜面の角度が約45度であるシリコンの型3を作製した断面図を示す。異方性エッチングは、断面形状が台形に似た形になる時点まで行う。次にシリコンの型3上の部分3aと部分3bに、レジストをパターニングした後に金属を成膜させて、メッキを行い、メッキ膜4を得る。次に、図2(b)は、メッキ膜4を、一時的に、仮搭載用基板5に転写した断面図を示す。仮搭載用基板5としては、例えば銅基板を用いる。次に、図2(c)は、仮搭載用基板5に転写したメッキ膜4であるマイクロミラー2を、表面発光素子1の所定位置に接続した断面図を示す。次に、図2(d)は、仮搭載基板5をエッチングにより除去した後の光路変換構造を備えた光素子100の断面図を示す。以上の図2(a)から図2(d)に示す工程により、図1の光素子100の構造を形成する。
【0022】
図3に光モジュール200の断面図を示す。光モジュール200は、大基板6、光路変換構造を備えた光素子100、光ファイバ8等からなる。表面発光素子1は、LSI9A内部の駆動回路(図示せず)によりバンプ7、大基板6の電気配線(図示せず)、さらにバンプ7を介して、表面発光素子1を駆動し、発光部20から出射される光の発光強度などを制御する。
【0023】
図4(a)は、図1の光路変換構造を備えた光素子100を用いた光モジュール200の部分断面図である。光路変換構造を備えた光素子100は、バンプ7を用いて実装され、光ファイバ8は大基板6に固定される。バンプ7の材料には金錫、銀錫等を用いる。バンプ7の大きさは直径約60μmである。光路変換構造を備えた光素子100と、光ファイバ8の位置合わせは、光ファイバ8からの出力光の受光強度をモニタしながら行う。又は、大基板6上に正確な搭載用パターンを設け、それに対して光路変換構造を備えた光素子100と光ファイバ8の位置を合わせる方法を用いることもできる。図4(a)に示すように、発光部20から射出されマイクロミラー2で反射された光は、光ファイバ8に入射される。
【0024】
図4(b)は、図4(a)における表面発光素子1の代わりに、表面受光素子11を用いた光路変換構造を備えた光素子101が実装された光モジュール201の部分拡大図である。光ファイバ8から放出された光はマイクロミラー2で反射され受光部21に入射する。受光部21に入射された光強度は、表面受光素子11で電気信号に変換されて、大基板6の電気配線(図示せず)、バンプ7を介して、LSI内部回路(図示せず)で信号処理される。光路変換構造を備えた光素子100と、光ファイバ8の位置合わせは、光ファイバ8からの表面受光素子11へ入力した光の受光強度をモニタしながら行う。又は、大基板6上に正確な搭載用パターンを設け、それに対して光路変換構造を備えた光素子101と光ファイバ8の位置を合わせる方法を用いることもできる。
【0025】
以上のように、光モジュール200や201は、表面受光素子1または表面受光素子11にミラー2が備えられた構成として取り扱うことにより、大基板6には、ミラー2などの光路変換部を設ける必要がなくなった。したがって、大基板6には、電気配線のみを形成すれば良くなった。従来は、大基板6に光路変換と、複雑な電気配線を設ける必要があったため、高耐熱基板を使用する必要があるなどの制約があった。このため、コストが高かった。本発明により、大基板6に要求される光学系の仕様が緩和されたため、光モジュール200や201の製造歩留まりが向上した。さらに、表面発光素子1または、表面受光素子11に直接ミラーを設けるため、光路長が短くなり、光ファイバ8、マイクロミラー2と表面発光素子または、表面受光素子との結合効率が高くなった。
【0026】
(第2の実施の形態)
本発明による光素子の第2の実施の形態について図5〜図8を用いて説明する。図5(a)は光路変換構造を備えた光素子102の断面図である。電気配線14Aがある小基板10上にマイクロミラー2と、バンプ7を用いて実装された表面受光素子11が配置されている。表面受光素子11は小基板10にバンプ7を介して電気的に接続されている。小基板10としてはSi、セラミック、樹脂基板等を用いることが出来る。表面受光素子11の受光部21の受光直径は約100μm、マイクロミラー2の大きさは約50μm×50μm×高さ35μm、バンプ7の直径は約50μmである。バンプ7の材料として金錫、銀錫等を用いることが出来る。小基板10の表面と平行に入射してきた光23は、マイクロミラー2で反射され、表面受光素子11の受光部21へ入射する。図5(b)は光路変換構造を備えた光素子103の断面図である。光素子102の表面受光素子11を表面発光素子1に変更したものである。表面発光素子1の発光部20から放出された光22は、小基板10上に設けられたマイクロミラー2で反射され小基板10の表面に沿って進み、外部に放出される。
【0027】
次に、図5(a)、(b)に示された光路変換構造を備えた光素子102および103の各部材の製造方法を説明する。小基板10は、例えば、樹脂基板ではエポキシフィルムの積層、メッキ、ヴィア穴あけの工程の組み合わせにより形成できる。マイクロミラー2は、図2(a),(b)と同様に、エッチングしたSi基板にメッキをつけ、そのメッキ膜を基板に転写する方法で作製する。また、図6(a)に示すように、小基板10上に金バンプ12を置き、シリコンの型3を小基板10に押圧成形する方法により図6(b)に示す成形されたミラー13を得ることもできる。バンプ7は、半田打ちぬきや、半田ボールを供給する方法で小基板10上に形成する。チップマウンタ‐(図示せず)を用いて、そのバンプ7上に、表面受光素子11や表面発光素子1を搭載する。
【0028】
図7に、光路変換構造を備えた光素子102を用いた光モジュールの部分断面図を示す。光路変換構造を備えた光素子102を、大基板6に実装し、光ファイバ8を大基板6に固定する。光路変換構造を備えた光素子102と、光ファイバ8の位置合わせは、光ファイバ8からの放出光を、表面受光素子11で受光し、その受光強度をモニタしながら行う。又は、大基板6上に正確な搭載用パターンを設け、それに対して光路変換構造を備えた光素子102と光ファイバ8の位置を合わせる方法を用いることもできる。
【0029】
小基板10と大基板6との接続を容易にするため、図8(a)、(b)、(c)に示すように、小基板10に設けられた電気配線のピッチを表面受光素子11の端子ピッチよりも広げることも出来る。図8(a)は光路変換構造を備えた光素子の断面図である。図8(b)は光路変換構造を備えた光素子の平面図である。小基板10の表面に設けられた電気配線14Bを拡大した断面図と平面図である。小基板10の周縁部において電気配線14Bのピッチ間隔を広げている。図8(c)は、小基板10の内層にある電気配線14Aを拡大した図である。小基板10の周縁部に向かって、電気配線14Aのピッチを広げる。
【0030】
電気配線14A間または電気配線14B間のピッチを広げることで、光路変換構造を備えた光素子から外部へ電気配線を引き出すことが容易となる。
【0031】
以上のように表面受光素子11または表面発光素子1を、マイクロミラー2を備えた小基板10に接続した構成で取り扱うことにより、大基板6には、マイクロミラー2などの光路変換部を設ける必要がなくなるので、電気配線のみを形成すれば良くなった。従来は、大基板6にマイクロミラー2などの光路変換部分と、複雑な電気配線を設ける必要があったため、高耐熱基板を使用する必要があるなどの制約があった。このため、コストが高かった。本発明により、大基板6に要求される光学系の仕様が緩和されたため、光素子102、103の製造歩留まりが向上した。一方、小基板10は、平坦性が高い、硬い等の光学系を組むために適した基板を使用することにより、光ファイバ8、マイクロミラー2と表面受光素子間11または表面発光素子1との光結合効率が高くなった。
【0032】
(第3の実施の形態)
本発明による光素子の第3の実施の形態について図9を用いて説明する。図9は集光ミラー15を用いた光路変換構造を備えた光素子104の断面図である。高速の光信号を受光するためには、受光径の小さな受光素子を用いる必要がある。信号速度が10Gbps程度の高速になった場合には、表面受光素子11の受光部21における受光径は約20〜30μmに小さくなる。この場合には、図9に示すように、集光ミラー面28を凹形状、例えば球面や楕円面にした集光ミラー15を用いることにより、集光ミラー面28で直径約25μmの光を集光して直径約10μmにし、表面受光素子11の受光部21へと導くことが出来る。第1および第2の実施の形態に示したすべてのミラーに代えて集光ミラーは使用可能である。
【0033】
(第4の実施の形態)
本発明による光素子の第4の実施の形態について図9〜図11を用いて説明する。図9において、外部から集光ミラー15へ入射する光23の広がり角が大きく、集光ミラー面28での光23のスポットサイズが集光ミラー面Bより大きくなり、全ての光を反射できない場合には、図10、11に示すように、光導波路16を用いる。図10(a)は光路変換構造を備えた光素子の断面図であり、図10(b)は、光路変換構造を備えた光素子の平面図である。外部からの光を、光導波路16に伝播させることにより、光スポットを広げることなく、ミラー2まで伝播させることが出来るため、マイクロミラー2で全ての光を反射し、受光部21へ導くことが出来る。図11は光路変換構造を備えた光素子の断面図である。外部からの光を、光導波路16に伝播させることにより、光スポットを広げることなく、マイクロミラー2まで伝播させることが出来るため、効率よく光を受光部21へ導くことが出来る。
【0034】
(第5の実施の形態)
本発明による光素子の第5の実施の形態について図12、図13を用いて説明する。高速のLSI9AとLSI9B間の配線を光配線で行う場合、光路変換構造を備えた表面受光素子11と表面発光素子1とを同一基板6上に設ける構造を用いることが出来る。図12の断面図のように同一基板上に2つのLSI9Aと9B、光路変換構造を備えた表面発光素子1、表面受光素子11と光ファイバ8を設けることにより、LSI9A、9B間を高速信号を伝播できる光配線でつなぐことが出来る。また、図13の平面図のように、複数の表面発光素子1A、1B、1C、1Dと表面受光素子11A、11B、11C、11Dを用いれば、伝送量を増大させることが出来る。図13では、表面発光素子および表面受光素子がそれぞれ4個の場合を示したが、5個以上を用いることも可能である。従来は、大基板6にミラーを多数個つけた後に、多数個の光素子をつけていたが、本実施例のミラー付きの光素子を多数個実装したほうが歩留まりが向上する。すなわち、光ファイバを多数個搭載した本実施例の構造の多チャンネルモジュールの歩留まりが従来よりも向上するということである。
【0035】
(第6の実施の形態)
本発明による光素子の第6の実施の形態について図14、図15を用いて説明する。図14は、光路変換構造を備えた光素子の光路変換部となるマイクロミラー2が可動である場合を示す断面図である。マイクロミラー2は可動素子17上に搭載されている。図14(a)の光学系の場合、外部からの光24は全てマイクロミラー2を介して表面受光素子11の受光部21に入射するため、光信号を電気信号に変換することができる。可動素子17を動かして図14(b)の光学系にした場合は、外部からの光24は、表面受光素子11の受光部21には、入射しないため、光信号を電気信号に変換することが出来ない。同様に、図15(a)の光学系では、表面発光素子1が発する光がミラー2で反射され、光路が約90度変換され、光ファイバ8に入射し、外部に光が出る。図15(b)の光学系では、表面発光素子1が発する光はミラー2で反射されず、直進するため、光ファイバ8には入射せず、外部に光が出ない。以上のように、可動素子17を供えた構造を用いて、表面発光素子1から放出された光を外部に出すか、出さないかを可動素子17を用いて制御することができるため、光によるオン−オフのスイッチを構成することが出来る。又、可動素子17の可動量を微妙に調節し、受光素子の受光部に光が入る量を連続的に変化させることも出来る。可動素子16を可動させる力としては、静電力、圧電力、磁力等、場合に応じて任意の力を用いることが出来る。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したとおり、光路変換構造を備えた光素子を用いることにより、小型、製造容易、光結合効率が向上した低コストの光モジュールが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光路変換構造を備えた光素子100であり、
(a)は断面図、(b)は平面図である。
【図2】光路変換構造を備えた光素子の作製方法を示す断面図であり、
(a)、(b)、(c)、(d)は各工程を示す。
【図3】光路変換構造を備えた光素子を用いた光モジュールの部分断面図。
【図4】光モジュールの断面図であり、
(a)は表面発光素子を使用した場合、
(b)は表面受光素子を使用した場合を示す。
【図5】光路変換構造を備えた光素子の断面図であり、
(a)は表面受光素子を使用した場合、
(b)は表面発光素子を使用した場合である。
【図6】光路変換構造を備えた光素子のミラー部作製方法を示す断面図であり、
(a)、(b)は各工程を示す。
【図7】光路変換構造を備えた光素子を用いた光モジュールの部分断面図。
【図8】光路変換構造を備えた光素子であり、
(a)は断面図、(b)は平面図、(c)は断面図を示す。
【図9】集光ミラーを用いた光路変換構造を備えた光素子の断面図。
【図10】(a)
光路変換構造を備えた光素子であり、
(a)は断面図、(b)は平面図である。
【図11】光路変換構造を備えた光素子の断面図。
【図12】光路変換構造を備えた発光素子と光路変換構造を備えた受光素子の断面図。
【図13】複数の光路変換構造を備えた光素子の平面図。
【図14】光路変換構造を備えた光素子の光路変換部が可動である断面図であり、
(a)は受光部に光が入射する場合、
(b)は受光部に光が入射しない場合を示す。
【図15】光路変換構造を備えた光素子の光路変換部が可動である断面図であり、
(a)は外部に光が出射する場合、
(b)は外部に光が出射しない場合を示す。
【符号の説明】
1、1A、1B、1C、1D:表面発光素子
2:マイクロミラー
3:シリコンの型
4:メッキ膜
5:仮搭載用基板
6:大基板
7:バンプ
8:光ファイバ
9A、9B:LSI
10:小基板
11、11A、11B、11C、11D:表面受光素子
12:金バンプ
13:成形されたミラー
14A、14B:電気配線
15:集光ミラー
16:光導波路
17:可動素子
20:発光部
21:受光部
22:放出光
23、24:光
28:集光ミラー面
100、101、102、103、104:光路変換構造を備えた光素子
200、201:光モジュール
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical path changing structure of an optical module used in an optical communication system.
[0002]
[Prior art]
An optical module constituting an optical communication system is composed of various components such as an optical fiber, an optical waveguide, an optical element, and a mirror. There are two types of optical elements: end-face optical elements and planar optical elements. Since the optical axis direction of the element differs by 90 degrees in each structure, an optical coupling structure corresponding to each is taken. Since the end face type optical element has the same optical axis direction as that of the optical fiber or the optical waveguide, they can be relatively easily aligned. Specifically, it is mounted close to the optical waveguide or the like so that the light receiving part or light emitting part of the end face type optical element and the core position of the optical waveguide are aligned. However, in order to optically couple the planar optical element with an optical waveguide or the like, a mirror part that converts the optical path by about 90 degrees is required. In order to reduce the size of the optical module, many structures for reducing the size of the mirror and providing it on the substrate have been studied. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-26530, an inclined surface obtained by etching a silicon substrate is used as a mirror. As another example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-188150 uses a surface obtained by obliquely processing an end surface of an optical waveguide provided on a substrate for a mirror. However, it is necessary not only to provide a mirror on the substrate but also to provide at least other functions such as electrical wiring.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In general, a small optical module has a drawback in that there are many restrictions on the material and structure of a substrate because it is necessary to realize a plurality of functions of complicated electrical wiring and optical path conversion mirrors with a single substrate. An object of the present invention is to provide an optical element having an optical path conversion structure in order to solve this drawback and obtain a low-cost optical module that is small in size, easy to manufacture, and improved in optical coupling efficiency.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the following means are used.
[0005]
The optical element according to claim 1, wherein a light emitting element and a mirror are installed on a first substrate, and light output from the light emitting element is reflected by a reflecting surface of the mirror and guided to the outside of the substrate. The reflection surface angle of the mirror is adjusted, the first substrate and the light emitting element are electrically connected, and the light emitting element is electrically connected to the first substrate. The light emitting element emits light having a predetermined intensity when a predetermined current is supplied from a driving circuit installed on the second substrate .
[0006]
The optical element according to claim 2, wherein a light receiving element and a mirror are installed on a first substrate, and light coming from the outside of the first substrate is reflected by a reflecting surface of the mirror and received by the light receiving element. The reflection surface angle of the mirror is adjusted so as to be guided to a surface, the first substrate and the light receiving element are electrically connected, the light receiving element converts the light into a current, and the current Is processed by a semiconductor circuit provided on a second substrate electrically connected to the first substrate .
[0009]
The optical element according to claim 3 is provided with a light emitting element, a light receiving element, and one or more mirrors on a first substrate, and light output from the light emitting element is reflected by a reflection surface of the mirror. The reflection surface angle of the mirror is adjusted so that the light is guided to the outside of the substrate, and the light is reflected by the reflection surface of the mirror and guided to the light receiving surface of the light receiving element. The reflection surface angle is adjusted, the substrate, the light emitting element, and the light receiving element are electrically connected, and the light emitting element is electrically connected to the first substrate. When a predetermined current is supplied from a driving circuit installed on the light emitting element, light having a predetermined intensity is emitted from the light emitting element, the light receiving element converts the light into a current, and the current is applied to the second substrate. Signal processing is performed by semiconductor circuits installed in And wherein the Rukoto.
[0010]
An optical element according to a fourth aspect is the optical element according to the first aspect, wherein a plurality of the light emitting elements are provided.
[0011]
The optical element according to a fifth aspect is the optical element according to the second aspect, wherein a plurality of the light receiving elements are provided.
[0012]
An optical element according to a sixth aspect is the optical element according to the third aspect , wherein a plurality of the light emitting elements and a plurality of the light receiving elements are provided.
[0013]
An optical element according to a seventh aspect is the optical element according to any one of the first to sixth aspects, wherein a terminal for electrical connection with an external substrate is provided on the substrate.
[0014]
An optical element according to an eighth aspect is the optical element according to the seventh aspect , wherein the pitch of the terminals electrically connected to the external substrate is larger than the pitch of the terminals of the light emitting element or the light receiving element. It is characterized by that.
[0015]
An optical element according to a ninth aspect is the optical element according to any one of the first to sixth aspects, wherein an electrical wiring is provided inside the substrate.
[0016]
An optical element according to a tenth aspect is the optical element according to any one of the first to sixth aspects, wherein an optical wiring is provided on the substrate.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of an optical element according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a cross-sectional view of an optical element 100 having an optical path conversion structure. FIG. 1B is a plan view of an optical element 100 having an optical path conversion structure. The optical element is composed of a surface light emitting element 1 and a micromirror 2. The light emitting diameter of the light emitting portion 20 of the surface light emitting element 1 is about 5 μm, and the size of the micromirror 2 is about 100 μm × 100 μm × height 40 μm. The emitted light 22 from the light emitting unit 20 of the surface light emitting element 1 is reflected in the horizontal direction by the micromirror 2.
[0021]
A method for manufacturing the optical element 18 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows a silicon mold 3 having a slope angle of about 45 degrees by performing anisotropic etching using a silicon substrate whose surface is a crystal orientation (3, 3, 25) plane. The produced sectional view is shown. The anisotropic etching is performed until the cross-sectional shape becomes a shape similar to a trapezoid. Next, after patterning a resist on the portions 3 a and 3 b on the silicon mold 3, a metal film is formed and plated to obtain a plated film 4. Next, FIG. 2B shows a cross-sectional view in which the plating film 4 is temporarily transferred to the temporary mounting substrate 5. As the temporary mounting substrate 5, for example, a copper substrate is used. Next, FIG. 2C shows a cross-sectional view in which the micromirror 2 that is the plating film 4 transferred to the temporary mounting substrate 5 is connected to a predetermined position of the surface light emitting element 1. Next, FIG.2 (d) shows sectional drawing of the optical element 100 provided with the optical path conversion structure after removing the temporary mounting board | substrate 5 by an etching. The structure of the optical element 100 of FIG. 1 is formed by the steps shown in FIGS. 2 (a) to 2 (d).
[0022]
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the optical module 200. The optical module 200 includes a large substrate 6, an optical element 100 having an optical path conversion structure, an optical fiber 8, and the like. The surface light emitting element 1 drives the surface light emitting element 1 via the bump 7, the electric wiring (not shown) of the large substrate 6, and the bump 7 by a driving circuit (not shown) inside the LSI 9 </ b> A. The intensity of light emitted from the light is controlled.
[0023]
FIG. 4A is a partial cross-sectional view of an optical module 200 using the optical element 100 having the optical path conversion structure of FIG. The optical element 100 having the optical path conversion structure is mounted using the bumps 7, and the optical fiber 8 is fixed to the large substrate 6. Gold tin, silver tin, or the like is used as the material of the bump 7. The size of the bump 7 is about 60 μm in diameter. The optical element 100 having the optical path conversion structure and the optical fiber 8 are aligned while monitoring the received light intensity of the output light from the optical fiber 8. Alternatively, a method of providing an accurate mounting pattern on the large substrate 6 and aligning the position of the optical element 100 and the optical fiber 8 provided with the optical path conversion structure can be used. As shown in FIG. 4A, the light emitted from the light emitting unit 20 and reflected by the micromirror 2 enters the optical fiber 8.
[0024]
FIG. 4B is a partially enlarged view of an optical module 201 on which an optical element 101 having an optical path conversion structure using the surface light receiving element 11 is mounted instead of the surface light emitting element 1 in FIG. . The light emitted from the optical fiber 8 is reflected by the micromirror 2 and enters the light receiving unit 21. The light intensity incident on the light receiving unit 21 is converted into an electric signal by the front surface light receiving element 11, and the LSI internal circuit (not shown) via the electric wiring (not shown) of the large substrate 6 and the bump 7. Signal processed. The alignment of the optical element 100 having the optical path conversion structure and the optical fiber 8 is performed while monitoring the received light intensity of the light input from the optical fiber 8 to the surface light receiving element 11. Alternatively, a method can be used in which an accurate mounting pattern is provided on the large substrate 6 and the positions of the optical element 101 and the optical fiber 8 having the optical path conversion structure are aligned with the mounting pattern.
[0025]
As described above, the optical modules 200 and 201 are handled as a configuration in which the surface light-receiving element 1 or the surface light-receiving element 11 is provided with the mirror 2, and thus it is necessary to provide an optical path conversion unit such as the mirror 2 on the large substrate 6. Is gone. Therefore, it is only necessary to form electrical wiring on the large substrate 6. Conventionally, since it has been necessary to provide optical path conversion and complicated electrical wiring on the large substrate 6, there has been a restriction that it is necessary to use a high heat-resistant substrate. For this reason, the cost was high. According to the present invention, since the specifications of the optical system required for the large substrate 6 are relaxed, the manufacturing yield of the optical modules 200 and 201 is improved. Further, since the mirror is directly provided on the surface light emitting element 1 or the surface light receiving element 11, the optical path length is shortened, and the coupling efficiency between the optical fiber 8 and the micromirror 2 and the surface light emitting element or the surface light receiving element is increased.
[0026]
(Second Embodiment)
A second embodiment of the optical element according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5A is a cross-sectional view of an optical element 102 having an optical path conversion structure. A micromirror 2 and a surface light receiving element 11 mounted using bumps 7 are arranged on a small substrate 10 with electrical wiring 14A. The surface light receiving element 11 is electrically connected to the small substrate 10 via the bumps 7. As the small substrate 10, Si, ceramic, a resin substrate, or the like can be used. The light receiving portion 21 of the surface light receiving element 11 has a light receiving diameter of about 100 μm, the micromirror 2 has a size of about 50 μm × 50 μm × a height of 35 μm, and the bump 7 has a diameter of about 50 μm. Gold tin, silver tin, or the like can be used as the material of the bump 7. The light 23 incident in parallel with the surface of the small substrate 10 is reflected by the micromirror 2 and enters the light receiving portion 21 of the surface light receiving element 11. FIG. 5B is a cross-sectional view of the optical element 103 having an optical path conversion structure. The surface light receiving element 11 of the optical element 102 is changed to the surface light emitting element 1. The light 22 emitted from the light emitting unit 20 of the surface light emitting element 1 is reflected by the micromirror 2 provided on the small substrate 10, travels along the surface of the small substrate 10, and is emitted to the outside.
[0027]
Next, a method for manufacturing each member of the optical elements 102 and 103 having the optical path conversion structure shown in FIGS. 5A and 5B will be described. For example, in the case of a resin substrate, the small substrate 10 can be formed by a combination of epoxy film lamination, plating, and via drilling processes. Similar to FIGS. 2A and 2B, the micromirror 2 is manufactured by plating the etched Si substrate and transferring the plated film to the substrate. Further, as shown in FIG. 6 (a), the molded mirror 13 shown in FIG. 6 (b) is formed by placing gold bumps 12 on the small substrate 10 and press-molding the silicon mold 3 onto the small substrate 10. It can also be obtained. The bumps 7 are formed on the small substrate 10 by soldering or supplying solder balls. The surface light receiving element 11 and the surface light emitting element 1 are mounted on the bumps 7 using a chip mounter (not shown).
[0028]
FIG. 7 shows a partial cross-sectional view of an optical module using the optical element 102 having an optical path conversion structure. An optical element 102 having an optical path conversion structure is mounted on the large substrate 6, and the optical fiber 8 is fixed to the large substrate 6. The alignment between the optical element 102 having the optical path conversion structure and the optical fiber 8 is performed by receiving the light emitted from the optical fiber 8 by the surface light receiving element 11 and monitoring the received light intensity. Alternatively, a method of providing an accurate mounting pattern on the large substrate 6 and aligning the position of the optical element 102 and the optical fiber 8 provided with the optical path conversion structure can be used.
[0029]
In order to facilitate the connection between the small substrate 10 and the large substrate 6, as shown in FIGS. 8A, 8B and 8C, the pitch of the electrical wiring provided on the small substrate 10 is set to the surface light receiving element 11. It can be wider than the terminal pitch. FIG. 8A is a cross-sectional view of an optical element having an optical path conversion structure. FIG. 8B is a plan view of an optical element having an optical path conversion structure. It is sectional drawing and the top view which expanded the electrical wiring 14B provided in the surface of the small board | substrate 10. FIG. The pitch interval of the electrical wiring 14B is widened at the peripheral edge of the small substrate 10. FIG. 8C is an enlarged view of the electric wiring 14 </ b> A in the inner layer of the small substrate 10. The pitch of the electric wiring 14 </ b> A is increased toward the peripheral edge of the small substrate 10.
[0030]
By increasing the pitch between the electrical wirings 14A or the electrical wirings 14B, it becomes easy to draw the electrical wirings from the optical element having the optical path conversion structure to the outside.
[0031]
As described above, the surface light receiving element 11 or the surface light emitting element 1 is handled in a configuration in which the surface light receiving element 11 or the surface light emitting element 1 is connected to the small substrate 10 provided with the micromirror 2, so Therefore, it is only necessary to form electrical wiring. Conventionally, since it has been necessary to provide an optical path conversion portion such as the micromirror 2 and complicated electrical wiring on the large substrate 6, there is a restriction that it is necessary to use a high heat resistant substrate. For this reason, the cost was high. According to the present invention, since the specifications of the optical system required for the large substrate 6 are relaxed, the manufacturing yield of the optical elements 102 and 103 is improved. On the other hand, the small substrate 10 uses a substrate suitable for assembling an optical system such as high flatness and hardness, so that light between the optical fiber 8 and the micromirror 2 and the surface light receiving element 11 or the surface light emitting element 1 can be obtained. The coupling efficiency has increased.
[0032]
(Third embodiment)
A third embodiment of the optical element according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of the optical element 104 having an optical path conversion structure using the condenser mirror 15. In order to receive a high-speed optical signal, it is necessary to use a light receiving element having a small light receiving diameter. When the signal speed is as high as about 10 Gbps, the light receiving diameter in the light receiving portion 21 of the surface light receiving element 11 is reduced to about 20 to 30 μm. In this case, as shown in FIG. 9, by using the condensing mirror 15 having a condensing mirror surface 28 having a concave shape, for example, a spherical surface or an elliptical surface, light having a diameter of about 25 μm is collected on the condensing mirror surface 28. The diameter of the light is about 10 μm and can be guided to the light receiving portion 21 of the surface light receiving element 11. A condensing mirror can be used in place of all the mirrors shown in the first and second embodiments.
[0033]
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the optical element according to the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 9, the spread angle of the light 23 incident on the condenser mirror 15 from the outside is large, the spot size of the light 23 on the condenser mirror surface 28 is larger than that of the condenser mirror surface B, and all the light cannot be reflected. For this, an optical waveguide 16 is used as shown in FIGS. FIG. 10A is a cross-sectional view of an optical element having an optical path conversion structure, and FIG. 10B is a plan view of the optical element having an optical path conversion structure. By propagating light from the outside to the optical waveguide 16, it is possible to propagate the light to the mirror 2 without expanding the light spot. Therefore, all the light is reflected by the micromirror 2 and guided to the light receiving unit 21. I can do it. FIG. 11 is a cross-sectional view of an optical element having an optical path conversion structure. By propagating light from the outside to the optical waveguide 16, it is possible to propagate the light to the micromirror 2 without expanding the light spot, so that the light can be efficiently guided to the light receiving unit 21.
[0034]
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the optical element according to the present invention will be described with reference to FIGS. When wiring between the high-speed LSI 9A and the LSI 9B is performed by an optical wiring, a structure in which the surface light-receiving element 11 and the surface light-emitting element 1 having an optical path conversion structure are provided on the same substrate 6 can be used. As shown in the sectional view of FIG. 12, by providing two LSIs 9A and 9B, a surface light emitting element 1 having a light path conversion structure, a surface light receiving element 11 and an optical fiber 8 on the same substrate, high speed signals can be transmitted between LSIs 9A and 9B. It can be connected with an optical wiring that can propagate. Further, as shown in the plan view of FIG. 13, if a plurality of surface light emitting elements 1A, 1B, 1C, 1D and surface light receiving elements 11A, 11B, 11C, 11D are used, the amount of transmission can be increased. FIG. 13 shows the case where there are four surface light-emitting elements and four surface light-receiving elements, but it is also possible to use five or more. Conventionally, a large number of mirrors are attached to the large substrate 6 and then a large number of optical elements are attached. However, the yield is improved by mounting a large number of optical elements with mirrors of this embodiment. That is, the yield of the multi-channel module having the structure of this embodiment in which a large number of optical fibers are mounted is improved as compared with the conventional case.
[0035]
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the optical element according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a cross-sectional view showing a case where the micromirror 2 serving as an optical path conversion unit of an optical element having an optical path conversion structure is movable. The micromirror 2 is mounted on the movable element 17. In the case of the optical system of FIG. 14A, since all the light 24 from the outside enters the light receiving portion 21 of the surface light receiving element 11 via the micromirror 2, the optical signal can be converted into an electric signal. When the movable element 17 is moved to the optical system shown in FIG. 14B, the light 24 from the outside does not enter the light receiving portion 21 of the surface light receiving element 11, so that the optical signal is converted into an electrical signal. I can't. Similarly, in the optical system of FIG. 15A, the light emitted from the surface light emitting element 1 is reflected by the mirror 2, the optical path is converted by about 90 degrees, enters the optical fiber 8, and the light exits. In the optical system of FIG. 15B, the light emitted from the surface light emitting element 1 is not reflected by the mirror 2 but travels straight, so that it does not enter the optical fiber 8 and does not emit light to the outside. As described above, it is possible to control whether the light emitted from the surface light emitting element 1 is emitted or not using the movable element 17 by using the structure provided with the movable element 17. An on-off switch can be configured. Further, the amount of light entering the light receiving portion of the light receiving element can be continuously changed by finely adjusting the amount of movement of the movable element 17. As a force for moving the movable element 16, any force such as an electrostatic force, a piezoelectric force, a magnetic force, or the like can be used depending on the case.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, by using an optical element having an optical path conversion structure, a low-cost optical module with a small size, easy manufacture, and improved optical coupling efficiency can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an optical element 100 having an optical path conversion structure,
(A) is sectional drawing, (b) is a top view.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing an optical element having an optical path conversion structure;
(A), (b), (c), (d) shows each process.
FIG. 3 is a partial sectional view of an optical module using an optical element having an optical path conversion structure.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an optical module;
When (a) uses a surface light emitting device,
(B) shows the case where a surface light receiving element is used.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an optical element having an optical path conversion structure;
(A) When using a surface light receiving element,
(B) is a case where a surface light emitting element is used.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a mirror part of an optical element having an optical path conversion structure;
(A), (b) shows each process.
FIG. 7 is a partial sectional view of an optical module using an optical element having an optical path conversion structure.
FIG. 8 is an optical element having an optical path conversion structure;
(A) is sectional drawing, (b) is a top view, (c) shows sectional drawing.
FIG. 9 is a cross-sectional view of an optical element having an optical path conversion structure using a condensing mirror.
FIG. 10 (a)
An optical element having an optical path conversion structure,
(A) is sectional drawing, (b) is a top view.
FIG. 11 is a cross-sectional view of an optical element having an optical path conversion structure.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a light emitting element having an optical path changing structure and a light receiving element having an optical path changing structure.
FIG. 13 is a plan view of an optical element having a plurality of optical path conversion structures.
FIG. 14 is a cross-sectional view in which an optical path conversion unit of an optical element having an optical path conversion structure is movable;
(A) shows the case where light is incident on the light receiving unit.
(B) shows a case where no light is incident on the light receiving portion.
FIG. 15 is a cross-sectional view in which an optical path conversion unit of an optical element having an optical path conversion structure is movable;
(A) is when light is emitted to the outside,
(B) shows a case where no light is emitted to the outside.
[Explanation of symbols]
1, 1A, 1B, 1C, 1D: surface light emitting element 2: micromirror 3: silicon mold 4: plating film 5: temporary mounting substrate 6: large substrate 7: bump 8: optical fibers 9A, 9B: LSI
10: Small substrate 11, 11A, 11B, 11C, 11D: Surface light receiving element 12: Gold bump 13: Molded mirror 14A, 14B: Electrical wiring 15: Condensing mirror 16: Optical waveguide 17: Movable element 20: Light emitting portion 21: light receiving unit 22: emitted light 23, 24: light 28: condensing mirror surface 100, 101, 102, 103, 104: optical element 200, 201: optical module having optical path conversion structure

Claims (10)

第1の基板上に発光素子とミラーが設置されており、
前記発光素子から出力された光が前記ミラーの反射面で反射されて前記基板外部に導かれるように前記ミラーの反射面角度が調整されており、
前記第1の基板と前記発光素子は電気的に接続されていて、
前記発光素子は、前記第1の基板と電気的に接続された第2の基板上に設置された駆動回路から所定電流が供給されることにより、
前記発光素子から所定強度の光を出射することを特徴とする光素子。
A light emitting element and a mirror are installed on the first substrate,
The reflection surface angle of the mirror is adjusted so that light output from the light emitting element is reflected by the reflection surface of the mirror and guided to the outside of the substrate,
The first substrate and the light emitting element are electrically connected,
The light emitting element is supplied with a predetermined current from a drive circuit installed on a second substrate electrically connected to the first substrate,
An optical element that emits light of a predetermined intensity from the light emitting element.
第1の基板上に受光素子とミラーが設置されており、
前記第1の基板外部から来る光が前記ミラーの反射面で反射されて前記受光素子の受光面に導かれるように前記ミラーの反射面角度が調整されており、
前記第1の基板と前記受光素子は電気的に接続されていて、
前記受光素子は前記光を電流に変換し、前記電流は前記第1の基板と電気的に接続された第2の基板上に設置された半導体回路で信号処理されることを特徴とする光素子。
A light receiving element and a mirror are installed on the first substrate,
The reflection surface angle of the mirror is adjusted so that light coming from the outside of the first substrate is reflected by the reflection surface of the mirror and guided to the light reception surface of the light receiving element,
The first substrate and the light receiving element are electrically connected,
The light receiving element converts the light into an electric current, and the current is signal-processed by a semiconductor circuit installed on a second substrate electrically connected to the first substrate. .
第1の基板上に発光素子と受光素子と一つ以上のミラーが設置されており、
前記発光素子から出力された光が前記ミラーの反射面で反射されて前記基板外部に導かれるように前記ミラーの反射面角度が調整されており、
前記基板外部から来る光が前記ミラーの反射面で反射されて前記受光素子の受光面に導かれるように前記ミラーの反射面角度が調整されており、
前記基板と前記発光素子と前記受光素子は電気的に接続されていて、
前記発光素子は、前記第1の基板と電気的に接続された第2の基板上に設置された駆動回路から所定電流が供給されることにより、
前記発光素子から所定強度の光を出射し、
前記受光素子は前記光を電流に変換し、前記電流は前記第2の基板上に設置された半導体回路で信号処理されることを特徴とする光素子。
A light emitting element, a light receiving element, and one or more mirrors are disposed on the first substrate;
The reflection surface angle of the mirror is adjusted so that light output from the light emitting element is reflected by the reflection surface of the mirror and guided to the outside of the substrate,
The reflection surface angle of the mirror is adjusted so that light coming from the outside of the substrate is reflected by the reflection surface of the mirror and guided to the light receiving surface of the light receiving element,
The substrate, the light emitting element and the light receiving element are electrically connected,
The light emitting element is supplied with a predetermined current from a drive circuit installed on a second substrate electrically connected to the first substrate,
Emitting light of a predetermined intensity from the light emitting element;
The light receiving element converts the light into a current, and the current is signal-processed by a semiconductor circuit installed on the second substrate .
請求項1に記載の光素子において、
複数の前記発光素子が設置されていることを特徴とする光素子。
The optical element according to claim 1,
An optical element comprising a plurality of the light emitting elements.
請求項2に記載の光素子において、
複数の前記受光素子が設置されていることを特徴とする光素子。
The optical element according to claim 2,
An optical element comprising a plurality of the light receiving elements.
請求項3に記載の光素子において、
複数の前記発光素子および複数の前記受光素子が設置されていることを特徴とする光素子。
The optical element according to claim 3 .
A plurality of the light emitting elements and a plurality of the light receiving elements are installed.
請求項1乃至のいずれかに記載の光素子において
前記基板に外部基板と電気的接続をする端子を設けたことを特徴とする光素子。
Light element characterized in that a terminal for electrical connection with an external substrate to the substrate in the optical device according to any one of claims 1 to 6.
請求項7に記載の光素子において、
前記外部基板と電気的接続する前記端子のピッチが、前記発光素子又は前記受光素子の端子のピッチより拡大されていることを特徴とする光素子。
The optical element according to claim 7 ,
An optical element, wherein a pitch of the terminals electrically connected to the external substrate is larger than a pitch of terminals of the light emitting element or the light receiving element.
請求項1乃至のいずれかに記載の光素子において
前記基板の内部に電気配線があることを特徴とする光素子。
Optical device, characterized in that there is electrical wiring inside the substrate in the optical device according to any one of claims 1 to 6.
請求項1乃至のいずれかに記載の光素子において、
前記基板に光配線があることを特徴とする光素子。
The optical device according to any one of claims 1 to 6,
An optical element comprising optical wiring on the substrate.
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