JP3984501B2

JP3984501B2 - 光スイッチの製造方法

Info

Publication number: JP3984501B2
Application number: JP2002140361A
Authority: JP
Inventors: 亮吉馬場; 正喜江刺
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: JP2003329949A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の光通信網の主流は、１本の光ファイバに多波長の信号を重ね合わせて伝送するＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）である。光通信網の高度化には、ＷＤＭによる情報容量の拡大の技術と共に、その情報を的確に切替え処理する光スイッチの技術が必要不可欠である。ＷＤＭ普及のために光スイッチは欠かせない重要な要素であり、その開発が急がれている。その中で、マイクロマシニング技術を用いたミラー型の光スイッチは、優れた光学特性（低損失、低クロストーク）に加えて、波長や偏波に対して無依存、小型高密度、大規模化、非閉塞型、低電力型（自己保持型）であること等で期待されている。
【０００３】
これらの長所を意図した非閉塞型マトリクス光スイッチが提案されている（特願２０００−２２１０６６号参照。）
図８は本発明の前提となった光スイッチの平面図であり、図９は図８に示した光スイッチの正面図である。
【０００４】
基板１にマイクロマシニングの微細加工技術を用いて製作した小型のミラー部２を複数有する２列のミラーベース３が基板１に対して垂直に固定されている。ミラー部２は、１枚のミラーベース材（Ｓｉ）に複数の略コの字形状の溝孔をエッチングすることによりトーションバー５で回動自在に支持されるようにミラー４を形成し、各ミラー４の周辺部に図には示されていないコイルを形成したものである。ミラー４の数は合計８枚（４枚×２）である。
【０００５】
基板１上には４心の光ファイバブロックにマイクロレンズアレイを接着した光入力ポート６と光出力ポート７とがミラーベース３を挟んでアライメントされている。基板１上にはミラー部２の列に対して平行な磁場がかかるように一対の永久磁石８がアライメントされている。ミラー部２のミラー４を所定の角度に回動された状態を保持するためのラッチ機構９がミラー部２と基板１との間に設けられている。図中１０はミラーベース留め具であり、１１は光路である。
【０００６】
この種の光スイッチは、小型ミラー及び配線が形成されたミラーベースを、基板２対して垂直に固定され、かつミラーベースと基板との配線が接続されている構造が必要である。
【０００７】
通常のミラータイプの光スイッチでは、小型のミラー部は一枚の基板上に形成されている。一般に、水平に配置された基板と、この基板に垂直に固定された基板との間での配線の接続は行わず、図８に示すように平行な位置関係にある小型ミラー部を有する基板と回路基板との間の配線のボンディングですむ。この場合のボンディングとして考えられるのは、大きく分けると、ワイヤボンディングとワイヤレスボンディングとが挙げられる。
【０００８】
ワイヤレスボンディングは、フリップチップ方式やＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）方式が挙げられる。また、小型ミラー部を有する基板側にコンタクトホールを形成し、回路基板を貼り合わせ、めっきで基板間を接続する方法も研究されている。
【０００９】
図１０（ａ）はワイヤボンディングの方法を示す説明図であり、図１０（ｂ）はフリップチップの方法を示す説明図である。
【００１０】
ワイヤボンディングは図１０（ａ）に示すように、小型ミラー部を有する基板１１と、基板１１が搭載された回路基板１２とに電極パッド１３、１４をそれぞれ形成し、金属線１５等で電極パッド１３、１４間を接続する方法である。
【００１１】
ワイヤレスボンディングの一例としてのフリップチップ方式は図１０（ｂ）に示すように、小型ミラー部を有する基板１１のボンディングパッド上に予めハンダバンプ（若しくは金バンプ）１６を形成しておき、このハンダバンプ１６と回路基板１２のリード１４ａとの位置合わせをして矢印１７方向に接触させた後、加熱によるハンダリフローや加圧した状態で超音波振動を用いて接続する方法である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的にミラータイプの光スイッチでは駆動される小型ミラーは一枚の基板上に形成されており、回路基板へはワイヤボンディングやワイヤレスボンディングによる配線が行われている。これに対して、特願２０００−２２１０６６号に記載の光スイッチは、小型ミラーを有するミラーベースは、基準となる基板に垂直に固定された状態でミラーベースと基板との間の配線を接続した構造が必要であり、配線が面倒であり、工程が複雑となるという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、製造が容易な光スイッチの製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、駆動回路に接続される第１の配線パターンを有する基板上に、コイルが形成されたミラーを開口部内で回動自在に支持すると共にコイルに接続された第２の配線パターンを有するミラーベースを垂直に固定し、基板にミラーを回動させるための永久磁石を設け、基板上にミラーに外部から入力した信号光を照射する光入力ポートを固定し、基板上にミラーで反射された信号光を受光して外部へ出力する光出力ポートを固定する光スイッチの製造方法において、基板に第１の配線パターンを横切るように溝を形成し、第１の配線パターンと第２の配線パターンとが直交するようにミラーベースの一端に第２の配線パターンが形成されたミラーベースの一端を溝に挿入し、上記第１及び第２の配線パターンをシード層としてめっきを施すことにより第１の配線パターンと第２の配線パターンとを接続するものである。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、第１の配線パターンを有する基板上に、コイルが形成されたミラーを開口部内で回動自在に支持すると共に第２の配線パターンを有するミラーベースを垂直に固定し、基板にミラーを回動させるための永久磁石を設け、基板上にミラーに外部から入力した信号光を照射する光入力ポートを固定し、基板上にミラーで反射された信号光を受光して外部へ出力する光出力ポートを固定する光スイッチの製造方法において、基板にＳＯＩウェハを用い、フォトリソグラフィ法と金属蒸着法とを用いてＳＯＩウェハの一方のＳｉ層側に略矩形状の溝を形成して内側をミラーベースとし、ＳＯＩウェハのミラーベースの裏側に位置するＳｉ層を除去し、基板に第１の配線パターンを形成すると共にミラーベースに第２の配線パターンを形成し、ミラーベースの一辺と基板との間に第１の配線パターンと第２の配線パターンとを接続する第３の配線パターンを有するフレキシブル基板を貼り付け、フレキシブル基板の上にレジストパッドを設け、ミラーベースの裏面の絶縁膜を除去した後、ＳＯＩ基板を裏返すと共に一定時間加熱してレジストパッドを軟化させミラーベースを自重で基板に垂直に折り曲げて冷却硬化させるものである。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、基板とミラーベースとの直交状態を保持するためミラーベース留め具で保持するのが好ましい。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、ミラーベース留め具は、基板に固定され一方の端面が傾斜した基板側切片と、一方の端面側にミラーベースに係合する切り欠きが形成され他方の端面が傾斜したミラーベース側切片と、両端面が傾斜すると共にミラーベース側切片と基板側切片との間に傾斜面がＶ溝を形成するように配置される少なくとも１つの中間切片と、Ｖ溝に充填され充填後収縮してミラーベース及び中間切片をＶ溝の開口部側に湾曲させる収縮性樹脂とで構成されているのが好ましい。
【００２２】
本発明によれば、基板に形成された溝にミラーベースを垂直に挿入し、第１の配線パターンと第２の配線パターンとが直交する交差部をめっきするだけでよいので、第１の配線パターンと第２の配線パターンとの間のボンディング作業が不要となり、製造が容易となる。また、本発明によれば、第１の配線パターンと第２の配線パターンとをフレキシブル基板に形成された第３の配線パターンで接続すると共に、基板に対してミラーベースを折り曲げた状態で基板とミラーベースとの接続部を樹脂で固定するだけでよいので、第１の配線パターンと第２の配線パターンとの間のボンディング作業が不要となり、製造が容易となる。さらに、本発明によれば、基板とミラーベースとの直交状態を保持するためミラーベース留め具が、基板側切片と、ミラーベース側切片と、少なくとも１つの中間切片と、各切片間に形成されるＶ溝に充填された収縮性樹脂とで構成されているので、収縮性樹脂を収縮させることでミラーベース側切片がミラーベースに係合してミラーベースと基板との間の垂直性が保持される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２４】
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の光スイッチの製造方法の一実施の形態を示す説明図であり、図２は図１（ｂ）の円Ａ内の部分拡大図である。図３（ａ）は図２の３ａ−３ａ線断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示した光スイッチの第１の配線パターン及び第２の配線パターンにめっきを施した状態を示す図である。なお、図８及び図９に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００２５】
図１（ａ）に示す基板１には駆動回路に接続される第１の配線パターン（図示せず。）が形成されており、第１の配線パターンと交差するように溝２０が形成されている。
【００２６】
３は、一対のトーションバー５で小型のミラー（例えば５８０μｍ×５８０μｍ）４をミラーベース３内でミラー４の中心軸（図では垂直方向の軸）のまわりに回動自在に支持すると共に、ミラー板４０のミラー４の周囲に形成されたコイルに接続された第２の配線パターン（図示せず。）を有するミラーベース（例えば８ｍｍ×１０ｍｍ）である。
【００２７】
第１及び第２の配線パターンは、例えば４０μｍ幅のＡｕ／Ｃｒ（膜厚Ａｕ：１００ｎｍ、Ｃｒ：２０ｎｍ）により形成されたシード層からなっている。
【００２８】
ミラー４はミラー板４０に設けられた微細コイル（図示せず。）と、基板１と水平方向に磁場を形成する一対の永久磁石８とで回動するようになっている。
【００２９】
図１（ｂ）に示すミラーベース３は、位置を微調整できる冶具（図示せず。）を用いて基板１の溝２０内に挿入される。
【００３０】
図２、図３（ａ）に示すようにミラーベース３の端部には、基板１に形成された第１の配線パターン２２と交差するように第２の配線パターン２３が形成されている。
【００３１】
図３（ｂ）に示すように第１の配線パターン２２及び第２の配線パターン２３にめっき（例えばＣｕの電解めっき）２４が施されて第１の配線パターン２２と第２の配線パターン２３とが電気的に接続されるようになっている。めっきを施す際に、めっき浴にはピロリン酸浴を用い、電源にはパルス電源を用いた。この結果、シード層の上にＣｕが成長し、基板１上の第１の配線パターン２２とミラーベース３上の第２の配線パターン２３とが接続されたのを顕微鏡で確認することができた。また、電気的に導通していることもテスターで確認することができた。しかも基板１に対してミラーベース２を垂直に精度よく固定することができた。
【００３２】
図４は本発明の光スイッチの製造方法の他の実施の形態を示すフロー図であり、図５（ａ）〜（ｅ）は図４に示した光スイッチの製造方法を示す工程図である。
【００３３】
基板材料としてはＳＯＩウェハ（例えば上部Ｓｉ層３０の厚さが約２５μｍ、絶縁膜としてのＳｉＯ₂層３１の厚さが約１μｍ、下部Ｓｉ層３２の厚さが約３７４μｍ）３３を用いた。
【００３４】
ミラーベース３４は上部Ｓｉ層３０からなっている（厚さ約２５μｍ）。基板３３は全ての層３０〜３２を合計した約４００μｍに相当する。
【００３５】
（１）レジストパッドパターニング（ステップＳ１）。
【００３６】
ミラーベース３４を上部Ｓｉ層３０に形成し、ミラーベースの３４裏面（図では下側）側の下部Ｓｉ層はエッチングにより除去されている。ミラーベース３４はＳｉＯ₂層３１で支持されており、この状態でミラーベース３４と基板３３とがパターニングされたレジストパッド３５により接続されている。レジストパッド３５には例えばポジレジストＡＺｐ４６２０（ヘキストインダストリー株式会社製）を用いた（図５（ａ））。
【００３７】
（２）レジストプリメルト（ステップＳ２）。
【００３８】
パターニング後、約１１０℃でレジストパッド３５のプリメルトを行った。このプリメルトにより、レジストパッド３５のエッジが丸くなる（図５（ｂ））。
【００３９】
（３）ＳｉＯ₂層の除去（ステップＳ３）。
【００４０】
ミラーベース３４を支持しているＳｉＯ₂層３１を除去する（図５（ｃ））。
【００４１】
（４）起き上げ面の裏側への配置（ステップＳ４）。
【００４２】
基板３３をミラーベース３４ごと裏返す。基板３３を裏返すことにより、構造体の自重をミラーベース３４の起き上げの補助とした（図５（ｄ））。
【００４３】
（５）レジストパッド加熱によるミラーベースの起き上げ
基板３３をミラーベース３４ごと１４０℃〜１５０℃に加熱し、丸みをおびたレジストパッド３５ａをさらに軟化させてミラーベース３４の起き上げ（図では降り下げ）を行う。表面張力に加え、自重による効果を利用してミラーベース３４のようなバルク構造体の起き上げが可能となった（図５（ｅ））。
【００４４】
なお、ミラーベース３４と基板３３との間の垂直性を保持するためミラーベース留め具を用いて、基板上に基板側切片を固定し、ミラーベースをミラーベース側切片で押さえるようにするのが好ましい。
【００４５】
図６は本発明の光スイッチに用いられるミラーベース留め具の使用状態を示す外観斜視図である。図７（ａ）は図６に示したミラーベース留め具の各切片間に収縮性樹脂を充填した直後の状態を示す図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示した収縮性樹脂が収縮し始めた状態を示す図である。
【００４６】
ミラーベース留め具５０は、基板１（３３）に固定され一方（図６では右側）の端面が傾斜した基板側切片５１と、一方（図６では上側）の端面側にミラーベース３（３４）に係合する切り欠き５２が形成され他方（図６では下側）の端面）が傾斜したミラーベース側切片５３と、両端面が傾斜すると共にミラーベース側切片５３と基板側切片５１との間に傾斜面がＶ溝５６を形成するように配置される中間切片（図では１つであるが限定されない。）５４と、Ｖ溝に充填され充填後収縮してミラーベース３（３４）及び中間切片５４をＶ溝の開口部側に湾曲させる収縮性樹脂５５とで構成されている。
【００４７】
収縮性樹脂５５には感光性ポリイミドが挙げられる。
【００４８】
Ｖ溝５６の広い方（開口部側）の幅をａとし、Ｖ溝５６の狭い方（底部側）の幅をｂとし、収縮性樹脂５５の熱収縮率をεとすると、加熱することにより収縮性樹脂５５の揮発性物質が蒸発して収縮性樹脂５５の乾燥固化が起こり、Ｖ溝５６の広い方の幅が（１−ε）となり、Ｖ溝５６の狭い方の幅が（１−ε）ｂとなり、ａ＞ｂであるので、ミラーベース留め具５０が起きあがるように湾曲する。
【００４９】
ここで、図５（ａ）に示すＳＯＩウェハに予めミラーベース留め具５０を固定しておき、図５（ｅ）に示す加熱によるミラーベース３４の起き上げ後に、さらに加熱を加えることにより、感光性ポリイミド５５が収縮してミラーベース留め具５０が起き上がり、ミラーベース３４を垂直に保持することができる。
【００５０】
なお、図５（ａ）〜（ｅ）に示した基板３３の第１の配線及びミラーベース３４の第２の配線間の配線に関しては、基板３３とミラーベース３４との間の折れ曲がり部にフレキシブル基板（例えばポリイミドに第３の配線パターンを形成したフレキシブル基板）を形成し、第１の配線パターンと第２の配線パターンとを接続しておき、フレキシブル基板の上にレジストパッドを形成するのが好ましい。この場合、後で配線を接続する必要がない。
【００５１】
光スイッチをこのようにしても前述と同様に基板３３上にミラーベース３４を垂直に保持することができると共に第１の配線パターンと第２の配線パターンとを接続することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、製造が容易な光スイッチの製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の光スイッチの製造方法の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】図１（ｂ）の円Ａ内の部分拡大図である。
【図３】（ａ）は図２の３ａ−３ａ線断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した光スイッチの第１の配線パターン及び第２の配線パターンにめっきを施した状態を示す図である。
【図４】本発明の光スイッチの製造方法の他の実施の形態を示すフロー図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は図４に示した光スイッチの製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の光スイッチに用いられるミラーベース留め具の使用状態を示す外観斜視図である。
【図７】（ａ）は図６に示したミラーベース留め具の各切片間に収縮性樹脂を充填した直後の状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示した収縮性樹脂が収縮し始めた状態を示す図である。
【図８】本発明の前提となった光スイッチの平面図である。
【図９】図８に示した光スイッチの正面図である。
【図１０】（ａ）はワイヤボンディングの方法を示す説明図であり、（ｂ）はフリップチップの方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１基板
３ミラーベース
４ミラー
５トーションバー
２０溝
２２第１の配線パターン
２３第２の配線パターン
４０ミラー板

Claims

駆動回路に接続される第１の配線パターンを有する基板上に、コイルが形成されたミラーを開口部内で回動自在に支持すると共に該コイルに接続された第２の配線パターンを有するミラーベースを垂直に固定し、上記基板に上記ミラーを回動させるための永久磁石を設け、上記基板上に上記ミラーに外部から入力した信号光を照射する光入力ポートを固定し、上記基板上に上記ミラーで反射された信号光を受光して外部へ出力する光出力ポートを固定する光スイッチの製造方法において、上記基板に第１の配線パターンを横切るように溝を形成し、第１の配線パターンと第２の配線パターンとが直交するように上記ミラーベースの一端に第２の配線パターンが形成されたミラーベースの一端を上記溝に挿入し、上記第１及び第２の配線パターンをシード層としてめっきを施すことにより第１の配線パターンと第２の配線パターンとを接続することを特徴とする光スイッチの製造方法。
駆動回路に接続される第１の配線パターンを有する基板上に、コイルが形成されたミラーを開口部内で回動自在に支持すると共に該コイルに接続された第２の配線パターンを有するミラーベースを垂直に固定し、上記基板に上記ミラーを回動させるための永久磁石を設け、上記基板上に上記ミラーに外部から入力した信号光を照射する光入力ポートを固定し、上記基板上に上記ミラーで反射された信号光を受光して外部へ出力する光出力ポートを固定する光スイッチの製造方法において、上記基板にＳＯＩウェハを用い、フォトリソグラフィ法と金属蒸着法とを用いて該ＳＯＩウェハの一方のＳｉ層側に略矩形状の溝を形成して内側をミラーベースとし、上記ＳＯＩウェハの上記ミラーベースの裏側に位置するＳｉ層を除去し、上記基板に第１の配線パターンを形成すると共に上記ミラーベースに第２の配線パターンを形成し、上記ミラーベースの一辺と上記基板との間に第１の配線パターンと第２の配線パターンとを接続する第３の配線パターンを有するフレキシブル基板を貼り付け、該フレキシブル基板の上にレジストパッドを設け、上記ミラーベースの裏面の絶縁膜を除去した後、上記ＳＯＩ基板を裏返すと共に一定時間加熱して上記レジストパッドを軟化させ上記ミラーベースを自重で上記基板に垂直に折り曲げて冷却硬化させることを特徴とする光スイッチの製造方法。
上記基板と上記ミラーベースとの直交状態を保持するためミラーベース留め具で保持する請求項２に記載の光スイッチの製造方法。
上記ミラーベース留め具は、上記基板に固定され一方の端面が傾斜した基板側切片と、一方の端面側に上記ミラーベースに係合する切り欠きが形成され他方の端面が傾斜したミラーベース側切片と、両端面が傾斜すると共に該ミラーベース側切片と上記基板側切片との間に傾斜面がＶ溝を形成するように配置される少なくとも１つの中間切片と、上記Ｖ溝に充填され充填後収縮して上記ミラーベース及び上記中間切片を上記Ｖ溝の開口部側に湾曲させる収縮性樹脂とで構成されている請求項３に記載の光スイッチの製造方法。