JP4433608B2 - 光モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光モジュール及びその製造方法に係り、詳しくは、光部品に接続される光導波路同士を光結合させる光モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を情報の伝送媒体として利用した光通信技術が広く普及してきている。このような光通信技術を実施するには、発光素子、受光素子等の光部品を光電子基板上に実装して各光部品同士を光導波路を介して光結合させるようにした光モジュールが用いられる。このような光伝送を行うには、光信号の光伝送損失（光減衰）を抑えて光導波路を伝送させることが要求される。
【０００３】
図１５は、従来の光モジュールの構成を概略的に示す平面図である。同光モジュールは、同図に示すように、半導体基板等から成る光電子基板１０１上にレーザダイオード等の発光素子１０２及びフォトダイオード等の受光素子１０３が実装されて、各素子１０２、１０３は光電子基板１０１上に形成された光導波路１０４を介して光結合されている。ここで、光導波路１０４の構成材料としては、従来から、光伝送損失の少ないガラス材料が好んで用いられている。このガラス材料は、光伝送損失が略０．０１ｄＢ（decibel）／ｃｍと少ないので、優れた光伝送特性を発揮する。
【０００４】
しかしながら、ガラス材料はその反面、加工性の点で微細加工が困難であるという欠点を有しているため、比較的寸法の長い光導波路を形成する場合には、例えば１０ｃｍ以上の光導波路を形成する場合には適用が困難となっている。それゆえ、ガラス材料を用いる光導波路は、比較的短い寸法でも有効な用途に制約されている。
【０００５】
以上のような観点から、加工性に優れた光導波路の材料として、例えばポリイミド等から成る有機樹脂が用いられる傾向になってきている。このような有機樹脂を用いることにより、その加工性の良さを生かして光電子基板上の比較的狭いスペースにも光導波路を配置した光モジュールを実現することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光モジュールでは、光導波路として加工性に優れた有機樹脂を用いることにより比較的寸法の長い光導波路を形成することができるものの、光伝送損失が大きくなるので実用化が困難である、という問題がある。
例えば有機樹脂としてポリイミドを用いて光導波路を形成した場合には、ポリイミドは略０．３ｄＢ／ｃｍの光伝送損失を有しているので、例えば１０ｃｍの光導波路を形成した場合には、この光導波路を通過した光は光量が半分になってしまうことになる。さらに、例えば３０ｃｍの光導波路を通過した光ではその光量は略１割まで減衰してしまうようになる。
【０００７】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、光伝送損失が少ない材料及び加工性に優れた材料の特性を生かして光導波路を形成することができるようにした光モジュール及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、コア層をクラッド層で被覆した第１及び第２のフィルムをそれぞれ用いて構成した第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールに係り、上記第１のフィルムが金属層を介してベース基板に接着され、上記第１のフイルムの所望領域に開口部が設けられるようにして形成された第１の光導波路を有する光導波路シートと、上記第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有する光部品とを備え、上記光導波路シートの上記開口部に上記光部品が配置され、該光部品の上記放物線形状の上記コア層の大径部の端面と上記光導波路シートの上記第１の光導波路の上記コア層の端面とが対向して、上記第１及び第２の光導波路同士が光結合されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、コア層の上下面を上クラッド層及び下クラッド層で被覆した第１及び第２のフィルムをそれぞれ用いて構成した第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールに係り、上記第１のフィルムが金属層を介してベース基板に接着され、上記第１のフイルムの所望領域に上記金属層を露出する開口部が設けられるようにして形成された第１の光導波路を有する光導波路シートと、上記第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有する光部品とを備え、上記光導波路シートの上記開口部に上記光部品が配置され、該光部品の上記放物線形状の上記コア層の大径部の端面と上記光導波路シートの上記第１の光導波路の上記コア層の端面とが対向して、上記第１及び第２の光導波路同士が光結合されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の光モジュールに係り、上記第１の光導波路のコア層と上記第２の光導波路のコア層とが、上記ベース基板上で同じ高さ位置となるように形成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、コア層をクラッド層で被覆した第１及び第２のフィルムをそれぞれ用いて構成した第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールに係り、上記第１のフィルムが金属層を介してベース基板に接着され、上記第１のフイルムの所望領域に上記コア層を露出する開口部が設けられるようにして形成された第１の光導波路を有する光導波路シートと、上記第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有し、該第２の光導波路のコア層を覆うように薄膜層が形成された光部品とを備え、上記光導波路シートの上記開口部に上記光部品が配置され、該光部品の上記第２の光導波路のコア層と上記光導波路シートの上記第１の光導波路のコア層とが上記薄膜層を介して対向して、上記第１及び第２の光導波路同士が光結合されていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、請求項１又は４記載の光モジュールに係り、上記第１のフィルムの上記クラッド層が、上記コア層の上下面を覆う上クラッド層及び下クラッド層から成ることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の光モジュールに係り、上記下クラッド層、上記コア層及び上記上クラッド層が有機樹脂から成ることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の光モジュールに係り、上記下クラッド層がガラス材料から成り、上記コア層及び上記上クラッド層が有機樹脂から成ることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の光モジュールに係り、上記上クラッド層が有機樹脂から成り、上記コア層及び上記下クラッド層がガラス材料から成ることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項９記載の発明は、請求項２記載の光モジュールに係り、上記光導波路シートの上記ベース基板に第１の配線パターンが形成される一方、上記光部品に上記第１の配線パターンに対応した第２の配線パターンが形成され、上記第１及び第２の配線パターン同士が接続されていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１に記載の光モジュールに係り、上記光部品に代えて、第２の光導波路を有する光ファイバ結合部品を備え、上記光導波路シートの上記開口部に上記光ファイバ結合部品が配置され、該光ファイバ結合部品の上記第２の光導波路と上記光導波路シートの上記第１の光導波路とが対向して、上記第１及び第２の光導波路同士が光結合されていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１に記載の光モジュールに係り、上記第１の光導波路の光路の途中位置に、光を全反射させて光路を直角方向に変換するための鏡面溝が形成されていることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１に記載の光モジュールに係り、上記第２の光導波路のコア層の大径部の端面と、上記第１の光導波路のコア層の端面とが、光軸に対して傾斜して対向していることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１３記載の発明は、第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールの製造方法に係り、有機樹脂から成るコア層の上下面を有機樹脂から成る上クラッド層及び下クラッド層で被覆した第１のフィルムを、金属層を介してベース基板に接着して光導波路シートを形成する第１の工程と、上記光導波路シートの上記第１のフィルムの所望領域を紫外線レーザによりアブレーション加工して、上記金属層を露出する開口部を設けた第１の光導波路を形成する第２の工程と、第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有する光部品を、上記光導波路シートの上記開口部に配置して、上記光部品の上記放物線形状の上記コア層の大径部の端面と上記光導波路シートの上記第１の光導波路の上記コア層の端面とを対向させる第３の工程とを含むことを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１４記載の発明は、第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールの製造方法に係り、有機樹脂から成るコア層の上下面を有機樹脂から成る上クラッド層及びガラス材料から成る下クラッド層で被覆した第１のフィルムを、金属層を介してベース基板に接着して光導波路シートを形成する第１の工程と、上記光導波路シートの上記第１のフィルムの所望領域を紫外線レーザによりアブレーション加工して、上記下クラッド層を露出する開口部を設けた第１の光導波路を形成する第２の工程と、第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有する光部品を、上記光導波路シートの上記開口部に配置して、上記光部品の上記放物線形状の上記コア層の大径部の端面と上記光導波路シートの上記第１の光導波路の上記コア層の端端面とを対向させる第３の工程とを含むことを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１５記載の発明は、第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールの製造方法に係り、ガラス材料から成るコア層の上下面を有機樹脂から成る上クラッド層及びガラス材料から成る下クラッド層で被覆した第１のフィルムを、金属層を介してベース基板に接着して光導波路シートを形成する第１の工程と、上記光導波路シートの上記第１のフィルムの所望領域を紫外線レーザによりアブレーション加工して、上記コア層を露出する開口部を設けた第１の光導波路を形成する第２の工程と、第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有し、該第２の光導波路のコア層を覆うように薄膜層が形成された光部品を、上記光導波路シートの上記開口部に配置して、上記光部品の上記第２の光導波路のコア層と上記光導波路シートの上記第１の光導波路のコア層とを上記薄膜層を介して対向させる第３の工程とを含むことを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
◇第１実施例
図１は、この発明の第１実施例である光モジュールの構成を示す平面図、図２は同光モジュールの一部の構成を拡大して示す平面図、図３は同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。
この例の光モジュール１０は、図１〜図３に示すように、第１のフィルム４が金属層５を介してベース基板６に接着され、第１のフイルム４の所望領域に金属層５を露出する開口部８が設けられるようにして形成された第１の光導波路９を有する光導波路シート７と、第２のフィルム１９のコア層１６が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路２０を有する光部品１４とを備え、光導波路シート７の開口部８に光部品１４が配置され、光部品１４の放物線形状の第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面と光導波路シート７の第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａとが対向して、第１及び第２の光導波路９、２０同士が光結合されている。
【００２４】
第１の光導波路９は、光伝送損失の少ないメチルフェニルポリシラン樹脂、ポリカーボネート樹脂、クロロトリフルオロエチレン重合体、ノルボルナン系樹脂、ポリシロキサン樹脂等の有機樹脂から成るコア層１と、このコア層１の上下面を被覆し上記のような有機樹脂から成る上クラッド層２及び下クラッド層３とから構成されている。第２の光導波路２０は、上記のような有機樹脂あるいはガラス材料から成るコア層１６と、上クラッド層１７及び下クラッド層１８とから構成されている。各コア層１、１６は上下クラッド層２、１７、３、１８よりも高い屈折率に設定されている。ここで、下クラッド層２、１７及び上クラッド層３、１８の膜厚は、略２０μｍに形成されている。また、コア層１、１６の膜厚は、シングルモードの場合は略１０μｍに、マルチモードの場合は略５０μｍにそれぞれ形成されている。
【００２５】
第１の光導波路９はアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属層５を介してベース基板６に接着され、開口部８を除いた全面に形成されて、いわゆるスラブ導波路を構成している。金属層５は後述するように、紫外線レーザによる加工時に非加工部を保護するストッパとしての役割と、製造プロセスで過分な熱が加わった場合にこれらの熱を分散させる役割を担う。ベース基板６は有機樹脂等から成り、配線用の金属パターンやビアホール金属等が形成され、ソルダーレジストや文字パターン等が印刷された印刷配線基板を用いることができる。また、第１の光導波路９の光路の途中位置には、図１に示すように、光を全反射させて光路を直角方向に変換するための鏡面溝２２が形成されている。
【００２６】
光部品１４は、受光素子あるいは発光素子等が形成された半導体基板から構成され、表面の所望位置には受光部２１（あるいは発光部）が設けられている。また、これら受光部２１に対応した第２の光導波路２０の端部には、コア層１６を通過する光の光路を垂直方向に変換するための光軸に対して略４５度の鏡面１５が形成されている。
第２の光導波路２０のコア層１６は、図２に示したように、放物線形状に形成されてその一端部に大径部１６Ａを有するとともに、その他端部に小径部１６Ｂを有し、側面が露出されている。コア層１６は、大径部１６Ａの端面が第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａと対向するように配置されている。この対向面は、直接接触している必要はないが、適当な接着剤により接着されていても良い。コア層１６の小径部１６Ｂにおいて狭い幅に収束されている光束は、大径部１６Ａの方向に向かうことにより、大径部１６Ａの作用によって広い幅の平行光束に変換されて、第１の光導波路９に入射する。逆に、第１の光導波路９から大径部１６Ａに入射した広い幅の平行光束は、小径部１６Ｂに向かうことにより、小径部１６Ｂの作用によって狭い幅に収束されて先に進むようになる。第２の光導波路２０の各部の寸法の一例は図示した通りである。なお、ここで放物線形状を示す式は、Ｙ（ｍｍ）＝Ｘ２／（５ｍｍ）で表される。
【００２７】
ここで、第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面と、第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａとは、光軸に対して数度の傾きで傾斜して対向していることが望ましい。この理由は、もし傾斜していない場合は、対向面で表面反射による戻り光が発生したときに、この戻り光が光路をそのまま逆行して雑音の原因になるからである。この点で、上述のように傾斜して対向させた場合には、戻り光が発生してもこの戻り光の進路を光路から傾けることができるので、雑音の影響を防止あるいは軽減することができる。
この場合の傾斜角度θの範囲は、各光導波路の構成媒体の屈折率により異なるが、屈折率が１．５前後の通常の媒体を用いて、上記大径部１６Ａの幅をＷとした場合には、傾斜角度θ１≒λ／Ｗ（ｒａｄ）で示される値以上で、全反射が生じない値θ２（略４０度）以下が必要になる。
【００２８】
このように、この例の光モジュール１０によれば、光伝送損失の少ない材料を選んで第１の光導波路９を形成する一方、加工性に優れた材料を選んで放物線形状の第２の光導波路２０を形成して、第１及び第２の光導波路９、２０同士を光結合させるので、光伝送損失が少ない材料及び加工性に優れた材料の特性を生かして光導波路を形成することができる。これにより、例えば１０ｃｍ以上の比較的長い寸法の光導波路を形成する場合でも、実用上差し支えない程度に光伝送損失を抑制することができるようになる。
【００２９】
次に、図３を参照して、同光モジュール１０の製造方法を工程順に説明する。まず、図３（ａ）に示すように、光伝送損失の少ないメチルフェニルポリシラン樹脂、ポリカーボネート樹脂、クロロトリフルオロエチレン重合体、ノルボルナン系樹脂、ポリシロキサン樹脂等の有機樹脂から成るコア層１の上下面を、上記のような有機樹脂から成り屈折率がコア層１より低い上クラッド層２及び下クラッド層３で被覆した第１のフィルム４を、Ａｌ、Ｃｕ等の金属層５を介して有機樹脂等から成るベース基板６に接着して、光導波路シート７を形成する。ここで、第１のフィルム４の下クラッド層３及び上クラッド層２の膜厚は、略２０μｍに形成し、また、コア層１の膜厚は、シングルモードの場合は略１０μｍに、マルチモードの場合は略５０μｍにそれぞれ形成する。
【００３０】
次に、図３（ｂ）に示すように、光導波路シート７の第１のフィルム４の所望領域（後述するように光部品１４を配置すべき領域）を、紫外線レーザにより選択的にアブレーション加工して、上クラッド層２、コア層１及び下クラッド層３を順次に除去して、金属層５を露出する開口部８を設けることにより第１の光導波路９を形成する。この場合、金属層５は紫外線レーザに対してストッパの働きをする。このように開口部８を選択的に形成するには、第１のフィルム４の非加工部を予め金属マスクで覆った状態で紫外線レーザを照射するようにしても良い。あるいは、高調波ＹＡＧレーザによる紫外線レーザ光をガルバノミラー等により照射位置を制御するようにして行っても良い。
【００３１】
次に、図３（ｃ）に示すように、予め第２のフィルム１９のコア層１６を放物線形状に設けることにより形成した第２の光導波路２０を有する光部品１４を、光導波路シート７の開口部８に配置する。光部品１４上には、有機樹脂、ガラス材料等から成るコア層１６の上下面に、同様な材料から成り屈折率がコア層１６より低い上クラッド層１７び下クラッド層１８で被覆した第２のフィルム１９が接着されている。ここで、コア層１６は、大径部１６Ａ及び小径部１６Ｂを有し、大径部１６Ａの端面が第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａと対向するように配置される。また、光部品１４の表面の所望位置には受光部２１（あるいは発光部）が設けられ、これら受光部２１に対応した第２の光導波路２０の端部には、コア層１６を通過する光の光路を垂直方向に変換するための光軸に対して略４５度の鏡面１５が形成されている。
したがって、上述のように光部品１４を開口部８に配置することにより、光部品１４の放物線形状の第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面を、光導波路シート７の第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａと対向させて、この例の光モジュール１０を完成させる。
【００３２】
次に、この例の光モジュール１２の動作について説明する。
図１において、第１の光部品１４Ａの第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面から第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａに入射した幅の広い平行光束は、平行光束を維持したままで矢印で示したように第１の光導波路９上を第１の経路に沿って通過した後、コア層１の他方の端面１Ｂから第２の光部品１４Ｂの第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面に入射する。そして、その平行光束はコア層１６の小径部１６Ｂにより狭い幅に収束された後、受光部２１から受光素子（図示せず）に入射される。
【００３３】
同様にして、図１において、第３の光部品１４Ｃの第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面から第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａに入射した幅の広い平行光束は、平行光束を維持したままで矢印で示したように第１の光導波路９上を第２の経路に沿って通過した後、光路の途中位置に設けられている鏡面溝２２に達して、この鏡面溝２２により全反射されて光路が直角方向に変換される。そして、第１の経路と直交するように第２の経路が変更された後、平行光束は他の鏡面溝２２に達して再び全反射されることにより、第１の経路と平行な第２の経路に沿って通過して、第４の光部品１４Ｄの第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面に入射する。その平行光束はコア層１６の小径部１６Ｂにより狭い幅に収束された後、受光部２１から受光素子（図示せず）に入射される。
このように、同一の光導波路上であっても複数の光束が異なる方向に進むことにより、互いの光束は干渉することなく独立して進むことができ、複数の光束を多重に進ませることができる。
【００３４】
また、この例の構成によれば、第１の光導波路９を金属層５を介してベース基板６上に接着しているので、例えば第１の光導波路９上に部品を実装する等の理由で、光導波路シート７をガラス転移点を上回る温度で熱処理するような場合でも、過分な熱は金属層５に伝達されて周囲に分散されるため、光導波路９を構成している樹脂等が熱の影響で流動するのを防止することができ、結果として樹脂の耐熱性や加熱サイクルによる樹脂の耐性を向上させることができる。
また、光導波路９を構成する樹脂として、耐熱性の高い樹脂を用いる場合には、金属層５を不要にすることができる。この場合には、ベース基板６上に形成した配線用の金属パターンを、レーザ加工時のストッパとして働かせることが可能となる。また、光導波路９の表面をさらに耐熱性の高い樹脂で覆って保護するようにしても良い。
【００３５】
このような第１実施例によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）光導波路シート７上に形成する第１の光導波路９を、開口部８を除いた全面に形成するので、パターン転写技術で光導波路パターンを形成する必要がないため、加工性を考慮しないで光伝送損失の少ない材料で光導波路を形成することができる。
（２）光伝送損失が少ないが耐熱性の低い材料を使用する場合に、ガラス転移点を越える熱処理が行われても、金属層５により過分な熱を分散させることができるので、熱による影響を緩和することができるため、光導波路９の信頼性を向上させることができる。
（３）光導波路シート７上に形成する第１の光導波路９上を、複数の光束を異なる方向に互いの光束が干渉することなく多重に進ませることができるので、光路の設計が容易になる。
（４）光路を曲げるような光導波路が存在しないので、光路の走行位置が光路の曲率で制約される光路設計上の不自由さを伴うことなく、光路を自由に設計することができる。
【００３６】
◇第２実施例
図４は、この発明の第２実施例である光モジュールの構成を示す断面図、図５及び図６は、同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。この第２実施例の光モジュールの構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、光導波路シートのベース基板に第１の配線パターンを形成する一方、光部品に第１の配線パターンに対応した第２の配線パターンを形成して、第１及び第２の配線パターン同士を接続するようにした点である。
この例の光モジュール１２は、図４に示すように、光導波路シート７の印刷配線基板としてのベース基板６に第１の配線パターン２６が形成される一方、光部品１４としての半導体チップ３０に第１の配線パターン２６に対応した第２の配線パターン２７が形成され、第１及び第２の配線パターン２６、２７同士が、バンプ電極２８を介して接続されている。これ以外は、上述した第１実施例と略同様なので、図４において、図１〜図３の構成部分と対応する各部には、同一の番号を付してその説明を省略する。
【００３７】
次に、図５及び図６を参照して、同光モジュール１２の製造方法を工程順に説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、光伝送損失の少ないメチルフェニルポリシラン樹脂、ポリカーボネート樹脂、クロロトリフルオロエチレン重合体、ノルボルナン系樹脂、ポリシロキサン樹脂等の有機樹脂から成るコア層１の上下面を、上記のような有機樹脂から成り屈折率がコア層１より低い上クラッド層２及び下クラッド層３で被覆した第１のフィルム４を用意する一方、所望位置に第１の配線パターン２６を形成したベース基板６を用意する。次に、第１のフィルム４を金属層５及び接着剤層２９を介してベース基板６に接着して、光導波路シート７を形成する。
【００３８】
次に、図５（ｂ）に示すように、光導波路シート７の第１のフィルム４の所望領域（後述するように光部品としての半導体チップ３０を配置すべき領域）を、紫外線レーザにより選択的にアブレーション加工して、上クラッド層２、コア層１及び下クラッド層３を順次に除去して、金属層５を露出する開口部２５を設けることにより第１の光導波路９を形成する。この場合、金属層５は紫外線レーザに対してストッパの働きをする。
【００３９】
次に、図６（ａ）に示すように、開口部２５により露出された金属層５の所望領域を通常のフォトエッチングにより選択的に除去して、接着剤層２９を露出させる。
【００４０】
次に、図６（ｂ）に示すように、光導波路シート７の接着剤層２９の所望領域（後述するようにバンプ電極２８を配置すべき領域）を、紫外線レーザにより選択的にアブレーション加工して、開口部３１を形成して第１の配線パターン２６を露出させる。この場合、第１の配線パターン２８は紫外線レーザに対してストッパの働きをする。
【００４１】
次に、予め第２のフィルム１９のコア層１６を放物線形状に設けることにより形成した第２の光導波路２０を有し、所望位置に第２の配線パターン２７が形成された光部品としての半導体チップ３０（図４に示した半導体チップ３０に相当）を、開口部２５に配置する。そして、開口部３１に配置したバンプ電極２８を加熱溶融して、バンプ電極２８に半導体チップ３０の第２の配線パターン２７を押し当てることにより、第１の配線パターン２６と第２の配線パターン２７とを接続する。この場合、第１実施例と略同様に、コア層１６の大径部１６Ａの端面が第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａと対向するように配置される。以上により、図４に示したような光モジュール１２を完成させる。
【００４２】
このような第２実施例によれば、第１実施例における効果に加えて次のような効果を得ることができる。
光部品としての半導体チップ３０の第２の配線パターン２６を、印刷配線基板として働くベース基板６の第１の配線パターン２６に接続し、かつ第１及び第２の光導波路９、２０同士の高さ位置を合わせて光部品を実装することができる。
【００４３】
◇第３実施例
図７は、この発明の第３実施例である光モジュールの構成を示す断面図、図８は、同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。この第３実施例の光モジュールの構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、第１の光導波路に下クラッド層を露出する開口部を設けるようにした点である。
この例の光モジュール２３は、図７に示すように、光導波路シート７上に形成される第１の光導波路９に設けられる開口部３２は、下クラッド層３を露出されるように形成されている。そして、この開口部３２にコア層１６及び下クラッド層１８から成る第２の光導波路２０を有する光部品１４が配置されて、光部品１４の放物線形状のコア層１６の大径部１６Ａの端面と光導波路シート７の第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａとが対向している。これ以外は、上述した第１実施例と略同様なので、図７において、図１〜図３の構成部分と対応する各部には、同一の番号を伏してその説明を省略する。
【００４４】
次に、図８を参照して、同光モジュール２３の製造方法を工程順に説明する。まず、図８（ａ）に示すように、光伝送損失の少ないメチルフェニルポリシラン樹脂、ポリカーボネート樹脂、クロロトリフルオロエチレン重合体、ノルボルナン系樹脂、ポリシロキサン樹脂等の有機樹脂から成るコア層１の上下面を、上記のような有機樹脂から成り屈折率がコア層１より低い上クラッド層２及びガラス材料から成り屈折率がコア層１より低い下クラッド層３で被覆した第１のフィルム４を、Ａｌ、Ｃｕ等の金属層５を介して有機樹脂等から成るベース基板６に接着して、光導波路シート７を形成する。
【００４５】
次に、図８（ｂ）に示すように、光導波路シート７の第１のフィルム４の所望領域（後述するように光部品１４を配置すべき領域）を、紫外線レーザにより選択的にアブレーション加工して、上クラッド層２及びコア層１を順次に除去して、下クラッド層３を露出する開口部３２を設けることにより第１の光導波路９を形成する。この場合、金属層５は紫外線レーザに対してストッパの働きをする。
【００４６】
続いて、第１実施例の図３（ｃ）と略同様な工程を経ることにより、開口部３２に、予め第２のフィルム１９のコア層１６を放物線形状に設け、このコア層１６の下面を下クラッド層１８で被覆することにより形成した第２の光導波路２０を有する光部品１４（図７に示した光部品１４に相当）を配置して、コア層１６の大径部１６Ａの端面が第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａと対向させて、図７に示したような光モジュール２３を完成させる。
この場合、光部品１４のコア層１６を第１の光導波路９の下クラッド層３上に直に接触させるように配置するだけで、各コア層１、１６同士が同じ高さ位置に保持されて、光結合するようになる。
【００４７】
このような第３実施例によれば、第１実施例における効果に加えて次のような効果を得ることができる。
第１の光導波路９のコア層１と、第２の光導波路２０のコア層１６の高さ位置を、光部品１４を光導波路シート７の第１の光導波路９の下クラッド層３上に直に接触させるように配置するだけで一致させることができるので、各光導波路９、２０間でより優れた光結合を行わせることができる。
【００４８】
◇第４実施例
図９は、この発明の第４実施例である光モジュールの構成を示す平面図、図１０は、同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。この第４実施例の光モジュールの構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、第１の光導波路と第２の光導波路とにより方向性結合器を構成するようにした点である。
この例の光モジュール３３は、図９及び図１０に示すように、第１のフィルム４が金属層５を介してベース基板６に接着され、第１のフイルム４の所望領域にコア層１を露出する開口部３５が設けられるようにして形成された第１の光導波路９を有する光導波路シート７と、第２のフィルム１９のコア層１６が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路２０を有し、第２の光導波路のコア層１６を覆うように薄膜層３６が形成された光部品１４とを備え、光導波路シート７の開口部３５に光部品１４が配置され、光部品１４の上記第２の光導波路２０のコア層１６と光導波路シート７の第１の光導波路９のコア層１とが薄膜層３６を介して対向して、第１及び第２の光導波路同士９、２０が光結合されている。また、第１の光導波路９の光路の途中位置には、光を全反射させて光路を直角方向に変換するための鏡用光部品３７が形成されている。
以上により、第１の光導波路９と、薄膜層３６及び第２の光導波路２０とによりに方向性結合器が構成される。
【００４９】
次に、図１０を参照して、同光モジュール３３の製造方法を工程順に説明する。
まず、図１０（ａ）に示すように、光伝送損失の少ないガラス材料から成るコア層１の上下面を、光伝送損失の少ない有機樹脂から成り屈折率がコア層１より低い上クラッド層２及びガラス材料から成り屈折率がコア層１より低い下クラッド層３で被覆した第１のフィルム４を、Ａｌ、Ｃｕ等の金属層５を介して有機樹脂等から成るベース基板６に接着して、光導波路シート７を形成する。
【００５０】
第１のフィルム４の形成方法を具体的に説明する。
まず、例えばシロキサン系ポリマーをメチルイソブチルケトンに溶解して、下クラッド層３となるガラス基板上に略２０μｍの膜厚に塗布し、略２５０℃で略１時間ベークして乾燥処理した後、電気炉で略１１００℃で加熱してガラス化することによりコア層１を形成する。このガラス材料から成るコア層１は、光伝送損失が少なく、透光性に優れ、しかも耐熱性に優れている。
次に、コア層１上に上クラッド層２として、コア層１より屈折率の低い有機樹脂を略２０μｍの膜厚で形成することにより、第１のフィルム４を形成する。
【００５１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、光導波路シート７の第１のフィルム４の所望領域（後述するように光部品１４を配置すべき領域）を、紫外線レーザにより選択的にアブレーション加工して、上クラッド層２をに除去して、コア層１を露出する開口部３５を設けることにより第１の光導波路９を形成する。この場合、金属層５は紫外線レーザに対してストッパの働きをする。
【００５２】
次に、図１０（ｃ）に示すように、予め第２のフィルム１９のコア層１６を放物線形状に設け、このコア層１６の下面を下クラッド層１８で被覆するとともに、コア層１６の表面をコア層１６よりも屈折率の低い有機樹脂等から成る膜厚が略１μｍで、長さが略２００μｍの薄膜層３６で被覆することにより形成した第２の光導波路２０を有する光部品１４を用意する。次に、光部品１４を開口部３５に配置して、第２の光導波路２０のコア層１６を第１の光導波路９のコア層１に薄膜層３６を介して密着させることにより、図９に示したような、光モジュール３３を完成させる。
【００５３】
この例による光モジュール３３では、第１の光導波路９のコア層１と、コア層１より屈折率の低い薄膜層３６及び第２の光導波路２０のコア層１６とにより構成された方向性結合器により、第１及び第２の光導波路９、２０同士が光結合されている。この方向性結合器は、第１の光導波路９と第２の光導波路２０との間を光が１００％伝送するように、その薄膜層３６の厚さ及び長さを形成する。
【００５４】
次に、この例の光モジュール３３の動作について説明する。
すなわち、第１の光導波路９と第２の光導波路２０は、上下接続領域である薄膜層３６と各コア層１、１６とから成る方向性結合器により光結合している。この方向性結合器は、薄膜層３６と各コア層１、１６との比屈折率差が０．０１程度であれば、薄膜層３６の屈折率をコア層１、１６の屈折率で割った値をｎとし、光の波長をλとし、薄膜層３６の厚さをｄとすれば、おおむね、ｅｘｐ（−２・π・（（１−ｎ2）1/2）・ｄ／λ）程度の率で減衰するエバネッセント光を上下接続層にしみ出して伝達する。ここで、コア層の屈折率を１．５３５とし、薄膜層３６の屈折率を１．５３０とすると、ｎ＝０．９９６７となり、λ＝１．３μｍとすると、上記方向性結合器により、光はｄ＝１．８μｍで半減し、ｄ＝６μｍで１／１０以下に小さくなる。そのため、薄膜層３６を介して光導波路の一方のコア層から他方のコア層に光がしみ出すモード結合定数κを持つ。モード結合定数κの値は、光導波路のコア層の厚さをｔとすると、以下の式で示される。
κ〜（λ／ｔ2）・ｅｘｐ（−２・π・（（１−ｎ2）1/2）・ｄ／λ）・・・（式１）
【００５５】
ここで、一方のコア層から他方のコア層に移る光束量は、薄膜層３６の光の進行方向の長さｚに応じて周期的に変動する。そして、以下の式２で表される長さｚにおいて、全光束が光導波路の一方のコア層から他方のコア層に完全に移行する。
ｚ＝（π／２）／κ ・・・（式２）
ここで、ｎ＝０．９９６７とし、さらに、λ＝１．３μｍの光で、ｔ＝１０μｍ、ｄ＝１μｍとすると、上記（式１）及び（式２）から、ｚ＝２２９μｍが得られる。そのため、薄膜層３６の領域は光の進行方向に２２９μｍの距離を有する寸法で形成される。すなわち、第１の光導波路９と第２の光導波路２０を厚さ２μｍの薄膜層３６を介して２２９μｍの長さで接触させることで、１００％の光を一方の光導波路から他方の光導波路に伝達させる。
【００５６】
このような第４実施例によれば、第１実施例における効果に加えて次のような効果を得ることができる。
光導波路シート７の第１の光導波路９のコア層１と光部品１４の第２の光導波路２０のコア層１６とを上下方向で接触させ、光導波路シート７の第１の光導波路９のコア層１の加工は不要になるため、コア層１の材料を有機樹脂に限らず、ガラス材料を選べるので、さらに光伝送損失を少なくすることができる。
【００５７】
◇第５実施例
図１１は、この発明の第５実施例である光モジュールの構成を示す断面図、図１２は、同光モジュールの光バックボードへの実装構造を示す斜視図である。この第５実施例の光モジュールの構成が、上述の第４実施例のそれと大きく異なるところは、光部品に代えて光ファイバ結合部品を用いるようにした点である。
この例の光モジュール３８は、図１１に示すように、光導波路シート７の開口部３５に光ファイバ結合部品４０が配置され、光ファイバ結合部品４０の第２の光導波路２０と光導波路シート７の第１の光導波路９とが対向して、第１及び第２の光導波路同士９、２０が光結合されている。光ファイバ結合部品４０は、有機樹脂等、ガラス材料等から成るファイバガイド４１上に、上記のような材料から成るベースクラッド層４２を介して第２の光導波路２０が接着され、第２の光導波路２０の鏡面１５により全反射された光の進路位置に相当したベースクラッド層４２の位置には、垂直コア層４３が形成されている。また、ファイバガイド４１の垂直コア層４３に対向した位置には、ファイバ結合用孔４４が形成されて、このファイバ結合用孔４４には光ファイバ４５が挿脱されるように構成されている。光ファイバ４５は、コア層４６がクラッド層５３で被覆されている。
【００５８】
次に、同光モジュール３８の製造方法を工程順に説明する。
まず、膜厚が略１０μｍのベースクラッド層４２の第２の光導波路２０の鏡面１５により全反射された光の進路位置に、垂直コア層４３を形成する。次に、予め垂直コア層４３に対向した位置に略１２５μｍの直径のファイバ結合用孔４４を形成した膜厚が略１ｍｍのファイバガイド４１に、垂直コア層４３を形成したベースクラッド層４２を接着する。次に、ベースクラッド層４２に下クラッド層１８及びコア層１６から成る第２の光導波路２０を形成する。以上により、光ファイバ結合部品４０が形成される。次に、光ファイバ結合部品４０のファイバ結合用孔４４に光ファイバ４５を挿入することにより、光モジュール３８を完成させる。
【００５９】
このような光モジュール３８は複数個が、図１２に示すように、共通の光バックボード４７に実装されて所望の機能を有する光通信装置が構成される。各光モジュール３８は、モジュール側コネクタ４８とバックボード側コネクタ４９とが接続されることにより実装される。
【００６０】
このような第５実施例によれば、第４実施例に比べて、光部品に代えて光ファイバ結合部品を用いた点を除いて、第４実施例と略同様な効果を得ることができる。
加えて、この例の構成によれば、光ファイバ結合部品を用いることにより、ベース基板に垂直方向の光ファイバ同士を光結合する光バックボードを形成することができる。
【００６１】
◇第６実施例
図１３は、この発明の第６実施例である光モジュールの構成を示す平面図、図１４は、同光モジュールの一部の構成を示す断面図である。この第６実施例の光モジュールの構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、光導波路から漏れた光の影響を防止するようにした点である。
この例の光モジュール５０は、図１３及び図１４に示すように、鏡面溝２２の光の進路方向の端部には遮光体５１が形成されている。遮光体５１の材料としては、例えば黒色顔料を混合したエポキシ樹脂、あるいは黒色顔料を混合したシリコーン樹脂等が用いられる。
第１の光導波路９上を進んできた光は鏡面溝２２で全反射されるが、一部の光は全反射し切れずに漏れ光５２が生ずる。また、第１の光導波路９の周辺にも漏れ光５２が生ずる。これらの漏れ光５２は、全反射した正常な光に不規則に混入してノイズの原因となる。
【００６２】
したがって、鏡面溝２２の光の進路方向の端部には遮光体５１を形成することにより、全反射し切れずに生じた漏れ光５２あるいは第１の光導波路９の周辺に生じた漏れ光は、遮光体５２により遮光されるので、ノイズの発生を抑制することができる。
【００６３】
このような第６実施例によれば、第１実施例における効果に加えて次のような効果を得ることができる。
加えて、この例の構成によれば、光導波路に遮光体を形成するようにしたので、漏れ光によるノイズの発生を抑制することができる。
【００６４】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあってもこの発明に含まれる。例えば、第１の光導波路の開口部に位置する第２の光導波路の位置あるいは数は任意に選ぶことができる。また、各光導波路を構成する材料としては、各実施例に示した材料に限ることはない。また、第１の光導波路と第２の光導波路との対向面は、空間を介してもあるいは適当な絶縁材料を介在させるようにしても良い。また、各光導波路におけるコア層、各クラッド層の厚さは一例を示したものであり、目的、用途等により任意の変更が可能である。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の光モジュール及びその製造方法によれば、光伝送損失の少ない材料を選んで第１の光導波路を形成する一方、加工性に優れた材料を選んで放物線形状の第２の光導波路を形成して、第１及び第２の光導波路同士を光結合させるので、比較的長い寸法の光導波路を形成する場合でも、実用上差し支えない程度に光伝送損失を抑制することができる。
したがって、光伝送損失が少ない材料及び加工性に優れた材料の特性を生かして光導波路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例である光モジュールの構成を示す平面図である。
【図２】同光モジュールの一部の構成を拡大して示す平面図である。
【図３】同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。
【図４】この発明の第２実施例である光モジュールの構成を示す断面図である。
【図５】同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。
【図６】同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。
【図７】この発明の第３実施例である光モジュールの構成を示す断面図である。
【図８】同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。
【図９】この発明の第４実施例である光モジュールの構成を示す平面図である。
【図１０】同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。
【図１１】この発明の第５実施例である光モジュールの構成を示す断面図である。
【図１２】同光モジュールの光バックボードへの実装構造を示す斜視図である。
【図１３】この発明の第６実施例である光モジュールの構成を示す平面図である。
【図１４】同光モジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図１５】従来の光モジュールの構成を概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
１、１６、４６ コア層
２、１７ 上クラッド層
３、１８ 下クラッド層
４ 第１のフィルム
５ 金属層
６ ベース基板
７ 光導波路シート
８、２５、３１、３２、３５ 開口部
９ 第１の光導波路
１０、１２、２３、３３、３８、５０ 光モジュール
１４ 光部品
１５ 鏡面
１９ 第２のフィルム
２０ 第２の光導波路
２１ 受光部
２２ 鏡面溝
２６ 第１の配線パターン
２７ 第２の配線パターン
２８ バンプ電極
２９ 接着剤
３０ 半導体チップ
３６ 薄膜層
３７ 鏡用光部品
４０ 光ファイバ結合部品
４１ ファイバガイド
４２ ベースクラッド層
４３ 垂直コア層
４４ ファイバ結合用孔
４５ 光ファイバ
４７ 光バックボード
４８ モジュール側コネクタ
４９ バックボード側コネクタ
５１ 遮光体
５２ 漏れ光
５３ クラッド層
【発明の属する技術分野】
この発明は、光モジュール及びその製造方法に係り、詳しくは、光部品に接続される光導波路同士を光結合させる光モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を情報の伝送媒体として利用した光通信技術が広く普及してきている。このような光通信技術を実施するには、発光素子、受光素子等の光部品を光電子基板上に実装して各光部品同士を光導波路を介して光結合させるようにした光モジュールが用いられる。このような光伝送を行うには、光信号の光伝送損失（光減衰）を抑えて光導波路を伝送させることが要求される。
【０００３】
図１５は、従来の光モジュールの構成を概略的に示す平面図である。同光モジュールは、同図に示すように、半導体基板等から成る光電子基板１０１上にレーザダイオード等の発光素子１０２及びフォトダイオード等の受光素子１０３が実装されて、各素子１０２、１０３は光電子基板１０１上に形成された光導波路１０４を介して光結合されている。ここで、光導波路１０４の構成材料としては、従来から、光伝送損失の少ないガラス材料が好んで用いられている。このガラス材料は、光伝送損失が略０．０１ｄＢ（decibel）／ｃｍと少ないので、優れた光伝送特性を発揮する。
【０００４】
しかしながら、ガラス材料はその反面、加工性の点で微細加工が困難であるという欠点を有しているため、比較的寸法の長い光導波路を形成する場合には、例えば１０ｃｍ以上の光導波路を形成する場合には適用が困難となっている。それゆえ、ガラス材料を用いる光導波路は、比較的短い寸法でも有効な用途に制約されている。
【０００５】
以上のような観点から、加工性に優れた光導波路の材料として、例えばポリイミド等から成る有機樹脂が用いられる傾向になってきている。このような有機樹脂を用いることにより、その加工性の良さを生かして光電子基板上の比較的狭いスペースにも光導波路を配置した光モジュールを実現することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光モジュールでは、光導波路として加工性に優れた有機樹脂を用いることにより比較的寸法の長い光導波路を形成することができるものの、光伝送損失が大きくなるので実用化が困難である、という問題がある。
例えば有機樹脂としてポリイミドを用いて光導波路を形成した場合には、ポリイミドは略０．３ｄＢ／ｃｍの光伝送損失を有しているので、例えば１０ｃｍの光導波路を形成した場合には、この光導波路を通過した光は光量が半分になってしまうことになる。さらに、例えば３０ｃｍの光導波路を通過した光ではその光量は略１割まで減衰してしまうようになる。
【０００７】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、光伝送損失が少ない材料及び加工性に優れた材料の特性を生かして光導波路を形成することができるようにした光モジュール及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、コア層をクラッド層で被覆した第１及び第２のフィルムをそれぞれ用いて構成した第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールに係り、上記第１のフィルムが金属層を介してベース基板に接着され、上記第１のフイルムの所望領域に開口部が設けられるようにして形成された第１の光導波路を有する光導波路シートと、上記第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有する光部品とを備え、上記光導波路シートの上記開口部に上記光部品が配置され、該光部品の上記放物線形状の上記コア層の大径部の端面と上記光導波路シートの上記第１の光導波路の上記コア層の端面とが対向して、上記第１及び第２の光導波路同士が光結合されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、コア層の上下面を上クラッド層及び下クラッド層で被覆した第１及び第２のフィルムをそれぞれ用いて構成した第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールに係り、上記第１のフィルムが金属層を介してベース基板に接着され、上記第１のフイルムの所望領域に上記金属層を露出する開口部が設けられるようにして形成された第１の光導波路を有する光導波路シートと、上記第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有する光部品とを備え、上記光導波路シートの上記開口部に上記光部品が配置され、該光部品の上記放物線形状の上記コア層の大径部の端面と上記光導波路シートの上記第１の光導波路の上記コア層の端面とが対向して、上記第１及び第２の光導波路同士が光結合されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の光モジュールに係り、上記第１の光導波路のコア層と上記第２の光導波路のコア層とが、上記ベース基板上で同じ高さ位置となるように形成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、コア層をクラッド層で被覆した第１及び第２のフィルムをそれぞれ用いて構成した第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールに係り、上記第１のフィルムが金属層を介してベース基板に接着され、上記第１のフイルムの所望領域に上記コア層を露出する開口部が設けられるようにして形成された第１の光導波路を有する光導波路シートと、上記第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有し、該第２の光導波路のコア層を覆うように薄膜層が形成された光部品とを備え、上記光導波路シートの上記開口部に上記光部品が配置され、該光部品の上記第２の光導波路のコア層と上記光導波路シートの上記第１の光導波路のコア層とが上記薄膜層を介して対向して、上記第１及び第２の光導波路同士が光結合されていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５記載の発明は、請求項１又は４記載の光モジュールに係り、上記第１のフィルムの上記クラッド層が、上記コア層の上下面を覆う上クラッド層及び下クラッド層から成ることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の光モジュールに係り、上記下クラッド層、上記コア層及び上記上クラッド層が有機樹脂から成ることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の光モジュールに係り、上記下クラッド層がガラス材料から成り、上記コア層及び上記上クラッド層が有機樹脂から成ることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の光モジュールに係り、上記上クラッド層が有機樹脂から成り、上記コア層及び上記下クラッド層がガラス材料から成ることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項９記載の発明は、請求項２記載の光モジュールに係り、上記光導波路シートの上記ベース基板に第１の配線パターンが形成される一方、上記光部品に上記第１の配線パターンに対応した第２の配線パターンが形成され、上記第１及び第２の配線パターン同士が接続されていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか１に記載の光モジュールに係り、上記光部品に代えて、第２の光導波路を有する光ファイバ結合部品を備え、上記光導波路シートの上記開口部に上記光ファイバ結合部品が配置され、該光ファイバ結合部品の上記第２の光導波路と上記光導波路シートの上記第１の光導波路とが対向して、上記第１及び第２の光導波路同士が光結合されていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１に記載の光モジュールに係り、上記第１の光導波路の光路の途中位置に、光を全反射させて光路を直角方向に変換するための鏡面溝が形成されていることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１に記載の光モジュールに係り、上記第２の光導波路のコア層の大径部の端面と、上記第１の光導波路のコア層の端面とが、光軸に対して傾斜して対向していることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１３記載の発明は、第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールの製造方法に係り、有機樹脂から成るコア層の上下面を有機樹脂から成る上クラッド層及び下クラッド層で被覆した第１のフィルムを、金属層を介してベース基板に接着して光導波路シートを形成する第１の工程と、上記光導波路シートの上記第１のフィルムの所望領域を紫外線レーザによりアブレーション加工して、上記金属層を露出する開口部を設けた第１の光導波路を形成する第２の工程と、第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有する光部品を、上記光導波路シートの上記開口部に配置して、上記光部品の上記放物線形状の上記コア層の大径部の端面と上記光導波路シートの上記第１の光導波路の上記コア層の端面とを対向させる第３の工程とを含むことを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１４記載の発明は、第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールの製造方法に係り、有機樹脂から成るコア層の上下面を有機樹脂から成る上クラッド層及びガラス材料から成る下クラッド層で被覆した第１のフィルムを、金属層を介してベース基板に接着して光導波路シートを形成する第１の工程と、上記光導波路シートの上記第１のフィルムの所望領域を紫外線レーザによりアブレーション加工して、上記下クラッド層を露出する開口部を設けた第１の光導波路を形成する第２の工程と、第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有する光部品を、上記光導波路シートの上記開口部に配置して、上記光部品の上記放物線形状の上記コア層の大径部の端面と上記光導波路シートの上記第１の光導波路の上記コア層の端端面とを対向させる第３の工程とを含むことを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１５記載の発明は、第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールの製造方法に係り、ガラス材料から成るコア層の上下面を有機樹脂から成る上クラッド層及びガラス材料から成る下クラッド層で被覆した第１のフィルムを、金属層を介してベース基板に接着して光導波路シートを形成する第１の工程と、上記光導波路シートの上記第１のフィルムの所望領域を紫外線レーザによりアブレーション加工して、上記コア層を露出する開口部を設けた第１の光導波路を形成する第２の工程と、第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有し、該第２の光導波路のコア層を覆うように薄膜層が形成された光部品を、上記光導波路シートの上記開口部に配置して、上記光部品の上記第２の光導波路のコア層と上記光導波路シートの上記第１の光導波路のコア層とを上記薄膜層を介して対向させる第３の工程とを含むことを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
◇第１実施例
図１は、この発明の第１実施例である光モジュールの構成を示す平面図、図２は同光モジュールの一部の構成を拡大して示す平面図、図３は同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。
この例の光モジュール１０は、図１〜図３に示すように、第１のフィルム４が金属層５を介してベース基板６に接着され、第１のフイルム４の所望領域に金属層５を露出する開口部８が設けられるようにして形成された第１の光導波路９を有する光導波路シート７と、第２のフィルム１９のコア層１６が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路２０を有する光部品１４とを備え、光導波路シート７の開口部８に光部品１４が配置され、光部品１４の放物線形状の第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面と光導波路シート７の第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａとが対向して、第１及び第２の光導波路９、２０同士が光結合されている。
【００２４】
第１の光導波路９は、光伝送損失の少ないメチルフェニルポリシラン樹脂、ポリカーボネート樹脂、クロロトリフルオロエチレン重合体、ノルボルナン系樹脂、ポリシロキサン樹脂等の有機樹脂から成るコア層１と、このコア層１の上下面を被覆し上記のような有機樹脂から成る上クラッド層２及び下クラッド層３とから構成されている。第２の光導波路２０は、上記のような有機樹脂あるいはガラス材料から成るコア層１６と、上クラッド層１７及び下クラッド層１８とから構成されている。各コア層１、１６は上下クラッド層２、１７、３、１８よりも高い屈折率に設定されている。ここで、下クラッド層２、１７及び上クラッド層３、１８の膜厚は、略２０μｍに形成されている。また、コア層１、１６の膜厚は、シングルモードの場合は略１０μｍに、マルチモードの場合は略５０μｍにそれぞれ形成されている。
【００２５】
第１の光導波路９はアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属層５を介してベース基板６に接着され、開口部８を除いた全面に形成されて、いわゆるスラブ導波路を構成している。金属層５は後述するように、紫外線レーザによる加工時に非加工部を保護するストッパとしての役割と、製造プロセスで過分な熱が加わった場合にこれらの熱を分散させる役割を担う。ベース基板６は有機樹脂等から成り、配線用の金属パターンやビアホール金属等が形成され、ソルダーレジストや文字パターン等が印刷された印刷配線基板を用いることができる。また、第１の光導波路９の光路の途中位置には、図１に示すように、光を全反射させて光路を直角方向に変換するための鏡面溝２２が形成されている。
【００２６】
光部品１４は、受光素子あるいは発光素子等が形成された半導体基板から構成され、表面の所望位置には受光部２１（あるいは発光部）が設けられている。また、これら受光部２１に対応した第２の光導波路２０の端部には、コア層１６を通過する光の光路を垂直方向に変換するための光軸に対して略４５度の鏡面１５が形成されている。
第２の光導波路２０のコア層１６は、図２に示したように、放物線形状に形成されてその一端部に大径部１６Ａを有するとともに、その他端部に小径部１６Ｂを有し、側面が露出されている。コア層１６は、大径部１６Ａの端面が第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａと対向するように配置されている。この対向面は、直接接触している必要はないが、適当な接着剤により接着されていても良い。コア層１６の小径部１６Ｂにおいて狭い幅に収束されている光束は、大径部１６Ａの方向に向かうことにより、大径部１６Ａの作用によって広い幅の平行光束に変換されて、第１の光導波路９に入射する。逆に、第１の光導波路９から大径部１６Ａに入射した広い幅の平行光束は、小径部１６Ｂに向かうことにより、小径部１６Ｂの作用によって狭い幅に収束されて先に進むようになる。第２の光導波路２０の各部の寸法の一例は図示した通りである。なお、ここで放物線形状を示す式は、Ｙ（ｍｍ）＝Ｘ２／（５ｍｍ）で表される。
【００２７】
ここで、第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面と、第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａとは、光軸に対して数度の傾きで傾斜して対向していることが望ましい。この理由は、もし傾斜していない場合は、対向面で表面反射による戻り光が発生したときに、この戻り光が光路をそのまま逆行して雑音の原因になるからである。この点で、上述のように傾斜して対向させた場合には、戻り光が発生してもこの戻り光の進路を光路から傾けることができるので、雑音の影響を防止あるいは軽減することができる。
この場合の傾斜角度θの範囲は、各光導波路の構成媒体の屈折率により異なるが、屈折率が１．５前後の通常の媒体を用いて、上記大径部１６Ａの幅をＷとした場合には、傾斜角度θ１≒λ／Ｗ（ｒａｄ）で示される値以上で、全反射が生じない値θ２（略４０度）以下が必要になる。
【００２８】
このように、この例の光モジュール１０によれば、光伝送損失の少ない材料を選んで第１の光導波路９を形成する一方、加工性に優れた材料を選んで放物線形状の第２の光導波路２０を形成して、第１及び第２の光導波路９、２０同士を光結合させるので、光伝送損失が少ない材料及び加工性に優れた材料の特性を生かして光導波路を形成することができる。これにより、例えば１０ｃｍ以上の比較的長い寸法の光導波路を形成する場合でも、実用上差し支えない程度に光伝送損失を抑制することができるようになる。
【００２９】
次に、図３を参照して、同光モジュール１０の製造方法を工程順に説明する。まず、図３（ａ）に示すように、光伝送損失の少ないメチルフェニルポリシラン樹脂、ポリカーボネート樹脂、クロロトリフルオロエチレン重合体、ノルボルナン系樹脂、ポリシロキサン樹脂等の有機樹脂から成るコア層１の上下面を、上記のような有機樹脂から成り屈折率がコア層１より低い上クラッド層２及び下クラッド層３で被覆した第１のフィルム４を、Ａｌ、Ｃｕ等の金属層５を介して有機樹脂等から成るベース基板６に接着して、光導波路シート７を形成する。ここで、第１のフィルム４の下クラッド層３及び上クラッド層２の膜厚は、略２０μｍに形成し、また、コア層１の膜厚は、シングルモードの場合は略１０μｍに、マルチモードの場合は略５０μｍにそれぞれ形成する。
【００３０】
次に、図３（ｂ）に示すように、光導波路シート７の第１のフィルム４の所望領域（後述するように光部品１４を配置すべき領域）を、紫外線レーザにより選択的にアブレーション加工して、上クラッド層２、コア層１及び下クラッド層３を順次に除去して、金属層５を露出する開口部８を設けることにより第１の光導波路９を形成する。この場合、金属層５は紫外線レーザに対してストッパの働きをする。このように開口部８を選択的に形成するには、第１のフィルム４の非加工部を予め金属マスクで覆った状態で紫外線レーザを照射するようにしても良い。あるいは、高調波ＹＡＧレーザによる紫外線レーザ光をガルバノミラー等により照射位置を制御するようにして行っても良い。
【００３１】
次に、図３（ｃ）に示すように、予め第２のフィルム１９のコア層１６を放物線形状に設けることにより形成した第２の光導波路２０を有する光部品１４を、光導波路シート７の開口部８に配置する。光部品１４上には、有機樹脂、ガラス材料等から成るコア層１６の上下面に、同様な材料から成り屈折率がコア層１６より低い上クラッド層１７び下クラッド層１８で被覆した第２のフィルム１９が接着されている。ここで、コア層１６は、大径部１６Ａ及び小径部１６Ｂを有し、大径部１６Ａの端面が第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａと対向するように配置される。また、光部品１４の表面の所望位置には受光部２１（あるいは発光部）が設けられ、これら受光部２１に対応した第２の光導波路２０の端部には、コア層１６を通過する光の光路を垂直方向に変換するための光軸に対して略４５度の鏡面１５が形成されている。
したがって、上述のように光部品１４を開口部８に配置することにより、光部品１４の放物線形状の第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面を、光導波路シート７の第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａと対向させて、この例の光モジュール１０を完成させる。
【００３２】
次に、この例の光モジュール１２の動作について説明する。
図１において、第１の光部品１４Ａの第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面から第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａに入射した幅の広い平行光束は、平行光束を維持したままで矢印で示したように第１の光導波路９上を第１の経路に沿って通過した後、コア層１の他方の端面１Ｂから第２の光部品１４Ｂの第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面に入射する。そして、その平行光束はコア層１６の小径部１６Ｂにより狭い幅に収束された後、受光部２１から受光素子（図示せず）に入射される。
【００３３】
同様にして、図１において、第３の光部品１４Ｃの第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面から第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａに入射した幅の広い平行光束は、平行光束を維持したままで矢印で示したように第１の光導波路９上を第２の経路に沿って通過した後、光路の途中位置に設けられている鏡面溝２２に達して、この鏡面溝２２により全反射されて光路が直角方向に変換される。そして、第１の経路と直交するように第２の経路が変更された後、平行光束は他の鏡面溝２２に達して再び全反射されることにより、第１の経路と平行な第２の経路に沿って通過して、第４の光部品１４Ｄの第２の光導波路２０のコア層１６の大径部１６Ａの端面に入射する。その平行光束はコア層１６の小径部１６Ｂにより狭い幅に収束された後、受光部２１から受光素子（図示せず）に入射される。
このように、同一の光導波路上であっても複数の光束が異なる方向に進むことにより、互いの光束は干渉することなく独立して進むことができ、複数の光束を多重に進ませることができる。
【００３４】
また、この例の構成によれば、第１の光導波路９を金属層５を介してベース基板６上に接着しているので、例えば第１の光導波路９上に部品を実装する等の理由で、光導波路シート７をガラス転移点を上回る温度で熱処理するような場合でも、過分な熱は金属層５に伝達されて周囲に分散されるため、光導波路９を構成している樹脂等が熱の影響で流動するのを防止することができ、結果として樹脂の耐熱性や加熱サイクルによる樹脂の耐性を向上させることができる。
また、光導波路９を構成する樹脂として、耐熱性の高い樹脂を用いる場合には、金属層５を不要にすることができる。この場合には、ベース基板６上に形成した配線用の金属パターンを、レーザ加工時のストッパとして働かせることが可能となる。また、光導波路９の表面をさらに耐熱性の高い樹脂で覆って保護するようにしても良い。
【００３５】
このような第１実施例によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）光導波路シート７上に形成する第１の光導波路９を、開口部８を除いた全面に形成するので、パターン転写技術で光導波路パターンを形成する必要がないため、加工性を考慮しないで光伝送損失の少ない材料で光導波路を形成することができる。
（２）光伝送損失が少ないが耐熱性の低い材料を使用する場合に、ガラス転移点を越える熱処理が行われても、金属層５により過分な熱を分散させることができるので、熱による影響を緩和することができるため、光導波路９の信頼性を向上させることができる。
（３）光導波路シート７上に形成する第１の光導波路９上を、複数の光束を異なる方向に互いの光束が干渉することなく多重に進ませることができるので、光路の設計が容易になる。
（４）光路を曲げるような光導波路が存在しないので、光路の走行位置が光路の曲率で制約される光路設計上の不自由さを伴うことなく、光路を自由に設計することができる。
【００３６】
◇第２実施例
図４は、この発明の第２実施例である光モジュールの構成を示す断面図、図５及び図６は、同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。この第２実施例の光モジュールの構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、光導波路シートのベース基板に第１の配線パターンを形成する一方、光部品に第１の配線パターンに対応した第２の配線パターンを形成して、第１及び第２の配線パターン同士を接続するようにした点である。
この例の光モジュール１２は、図４に示すように、光導波路シート７の印刷配線基板としてのベース基板６に第１の配線パターン２６が形成される一方、光部品１４としての半導体チップ３０に第１の配線パターン２６に対応した第２の配線パターン２７が形成され、第１及び第２の配線パターン２６、２７同士が、バンプ電極２８を介して接続されている。これ以外は、上述した第１実施例と略同様なので、図４において、図１〜図３の構成部分と対応する各部には、同一の番号を付してその説明を省略する。
【００３７】
次に、図５及び図６を参照して、同光モジュール１２の製造方法を工程順に説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、光伝送損失の少ないメチルフェニルポリシラン樹脂、ポリカーボネート樹脂、クロロトリフルオロエチレン重合体、ノルボルナン系樹脂、ポリシロキサン樹脂等の有機樹脂から成るコア層１の上下面を、上記のような有機樹脂から成り屈折率がコア層１より低い上クラッド層２及び下クラッド層３で被覆した第１のフィルム４を用意する一方、所望位置に第１の配線パターン２６を形成したベース基板６を用意する。次に、第１のフィルム４を金属層５及び接着剤層２９を介してベース基板６に接着して、光導波路シート７を形成する。
【００３８】
次に、図５（ｂ）に示すように、光導波路シート７の第１のフィルム４の所望領域（後述するように光部品としての半導体チップ３０を配置すべき領域）を、紫外線レーザにより選択的にアブレーション加工して、上クラッド層２、コア層１及び下クラッド層３を順次に除去して、金属層５を露出する開口部２５を設けることにより第１の光導波路９を形成する。この場合、金属層５は紫外線レーザに対してストッパの働きをする。
【００３９】
次に、図６（ａ）に示すように、開口部２５により露出された金属層５の所望領域を通常のフォトエッチングにより選択的に除去して、接着剤層２９を露出させる。
【００４０】
次に、図６（ｂ）に示すように、光導波路シート７の接着剤層２９の所望領域（後述するようにバンプ電極２８を配置すべき領域）を、紫外線レーザにより選択的にアブレーション加工して、開口部３１を形成して第１の配線パターン２６を露出させる。この場合、第１の配線パターン２８は紫外線レーザに対してストッパの働きをする。
【００４１】
次に、予め第２のフィルム１９のコア層１６を放物線形状に設けることにより形成した第２の光導波路２０を有し、所望位置に第２の配線パターン２７が形成された光部品としての半導体チップ３０（図４に示した半導体チップ３０に相当）を、開口部２５に配置する。そして、開口部３１に配置したバンプ電極２８を加熱溶融して、バンプ電極２８に半導体チップ３０の第２の配線パターン２７を押し当てることにより、第１の配線パターン２６と第２の配線パターン２７とを接続する。この場合、第１実施例と略同様に、コア層１６の大径部１６Ａの端面が第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａと対向するように配置される。以上により、図４に示したような光モジュール１２を完成させる。
【００４２】
このような第２実施例によれば、第１実施例における効果に加えて次のような効果を得ることができる。
光部品としての半導体チップ３０の第２の配線パターン２６を、印刷配線基板として働くベース基板６の第１の配線パターン２６に接続し、かつ第１及び第２の光導波路９、２０同士の高さ位置を合わせて光部品を実装することができる。
【００４３】
◇第３実施例
図７は、この発明の第３実施例である光モジュールの構成を示す断面図、図８は、同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。この第３実施例の光モジュールの構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、第１の光導波路に下クラッド層を露出する開口部を設けるようにした点である。
この例の光モジュール２３は、図７に示すように、光導波路シート７上に形成される第１の光導波路９に設けられる開口部３２は、下クラッド層３を露出されるように形成されている。そして、この開口部３２にコア層１６及び下クラッド層１８から成る第２の光導波路２０を有する光部品１４が配置されて、光部品１４の放物線形状のコア層１６の大径部１６Ａの端面と光導波路シート７の第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａとが対向している。これ以外は、上述した第１実施例と略同様なので、図７において、図１〜図３の構成部分と対応する各部には、同一の番号を伏してその説明を省略する。
【００４４】
次に、図８を参照して、同光モジュール２３の製造方法を工程順に説明する。まず、図８（ａ）に示すように、光伝送損失の少ないメチルフェニルポリシラン樹脂、ポリカーボネート樹脂、クロロトリフルオロエチレン重合体、ノルボルナン系樹脂、ポリシロキサン樹脂等の有機樹脂から成るコア層１の上下面を、上記のような有機樹脂から成り屈折率がコア層１より低い上クラッド層２及びガラス材料から成り屈折率がコア層１より低い下クラッド層３で被覆した第１のフィルム４を、Ａｌ、Ｃｕ等の金属層５を介して有機樹脂等から成るベース基板６に接着して、光導波路シート７を形成する。
【００４５】
次に、図８（ｂ）に示すように、光導波路シート７の第１のフィルム４の所望領域（後述するように光部品１４を配置すべき領域）を、紫外線レーザにより選択的にアブレーション加工して、上クラッド層２及びコア層１を順次に除去して、下クラッド層３を露出する開口部３２を設けることにより第１の光導波路９を形成する。この場合、金属層５は紫外線レーザに対してストッパの働きをする。
【００４６】
続いて、第１実施例の図３（ｃ）と略同様な工程を経ることにより、開口部３２に、予め第２のフィルム１９のコア層１６を放物線形状に設け、このコア層１６の下面を下クラッド層１８で被覆することにより形成した第２の光導波路２０を有する光部品１４（図７に示した光部品１４に相当）を配置して、コア層１６の大径部１６Ａの端面が第１の光導波路９のコア層１の端面１Ａと対向させて、図７に示したような光モジュール２３を完成させる。
この場合、光部品１４のコア層１６を第１の光導波路９の下クラッド層３上に直に接触させるように配置するだけで、各コア層１、１６同士が同じ高さ位置に保持されて、光結合するようになる。
【００４７】
このような第３実施例によれば、第１実施例における効果に加えて次のような効果を得ることができる。
第１の光導波路９のコア層１と、第２の光導波路２０のコア層１６の高さ位置を、光部品１４を光導波路シート７の第１の光導波路９の下クラッド層３上に直に接触させるように配置するだけで一致させることができるので、各光導波路９、２０間でより優れた光結合を行わせることができる。
【００４８】
◇第４実施例
図９は、この発明の第４実施例である光モジュールの構成を示す平面図、図１０は、同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。この第４実施例の光モジュールの構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、第１の光導波路と第２の光導波路とにより方向性結合器を構成するようにした点である。
この例の光モジュール３３は、図９及び図１０に示すように、第１のフィルム４が金属層５を介してベース基板６に接着され、第１のフイルム４の所望領域にコア層１を露出する開口部３５が設けられるようにして形成された第１の光導波路９を有する光導波路シート７と、第２のフィルム１９のコア層１６が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路２０を有し、第２の光導波路のコア層１６を覆うように薄膜層３６が形成された光部品１４とを備え、光導波路シート７の開口部３５に光部品１４が配置され、光部品１４の上記第２の光導波路２０のコア層１６と光導波路シート７の第１の光導波路９のコア層１とが薄膜層３６を介して対向して、第１及び第２の光導波路同士９、２０が光結合されている。また、第１の光導波路９の光路の途中位置には、光を全反射させて光路を直角方向に変換するための鏡用光部品３７が形成されている。
以上により、第１の光導波路９と、薄膜層３６及び第２の光導波路２０とによりに方向性結合器が構成される。
【００４９】
次に、図１０を参照して、同光モジュール３３の製造方法を工程順に説明する。
まず、図１０（ａ）に示すように、光伝送損失の少ないガラス材料から成るコア層１の上下面を、光伝送損失の少ない有機樹脂から成り屈折率がコア層１より低い上クラッド層２及びガラス材料から成り屈折率がコア層１より低い下クラッド層３で被覆した第１のフィルム４を、Ａｌ、Ｃｕ等の金属層５を介して有機樹脂等から成るベース基板６に接着して、光導波路シート７を形成する。
【００５０】
第１のフィルム４の形成方法を具体的に説明する。
まず、例えばシロキサン系ポリマーをメチルイソブチルケトンに溶解して、下クラッド層３となるガラス基板上に略２０μｍの膜厚に塗布し、略２５０℃で略１時間ベークして乾燥処理した後、電気炉で略１１００℃で加熱してガラス化することによりコア層１を形成する。このガラス材料から成るコア層１は、光伝送損失が少なく、透光性に優れ、しかも耐熱性に優れている。
次に、コア層１上に上クラッド層２として、コア層１より屈折率の低い有機樹脂を略２０μｍの膜厚で形成することにより、第１のフィルム４を形成する。
【００５１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、光導波路シート７の第１のフィルム４の所望領域（後述するように光部品１４を配置すべき領域）を、紫外線レーザにより選択的にアブレーション加工して、上クラッド層２をに除去して、コア層１を露出する開口部３５を設けることにより第１の光導波路９を形成する。この場合、金属層５は紫外線レーザに対してストッパの働きをする。
【００５２】
次に、図１０（ｃ）に示すように、予め第２のフィルム１９のコア層１６を放物線形状に設け、このコア層１６の下面を下クラッド層１８で被覆するとともに、コア層１６の表面をコア層１６よりも屈折率の低い有機樹脂等から成る膜厚が略１μｍで、長さが略２００μｍの薄膜層３６で被覆することにより形成した第２の光導波路２０を有する光部品１４を用意する。次に、光部品１４を開口部３５に配置して、第２の光導波路２０のコア層１６を第１の光導波路９のコア層１に薄膜層３６を介して密着させることにより、図９に示したような、光モジュール３３を完成させる。
【００５３】
この例による光モジュール３３では、第１の光導波路９のコア層１と、コア層１より屈折率の低い薄膜層３６及び第２の光導波路２０のコア層１６とにより構成された方向性結合器により、第１及び第２の光導波路９、２０同士が光結合されている。この方向性結合器は、第１の光導波路９と第２の光導波路２０との間を光が１００％伝送するように、その薄膜層３６の厚さ及び長さを形成する。
【００５４】
次に、この例の光モジュール３３の動作について説明する。
すなわち、第１の光導波路９と第２の光導波路２０は、上下接続領域である薄膜層３６と各コア層１、１６とから成る方向性結合器により光結合している。この方向性結合器は、薄膜層３６と各コア層１、１６との比屈折率差が０．０１程度であれば、薄膜層３６の屈折率をコア層１、１６の屈折率で割った値をｎとし、光の波長をλとし、薄膜層３６の厚さをｄとすれば、おおむね、ｅｘｐ（−２・π・（（１−ｎ2）1/2）・ｄ／λ）程度の率で減衰するエバネッセント光を上下接続層にしみ出して伝達する。ここで、コア層の屈折率を１．５３５とし、薄膜層３６の屈折率を１．５３０とすると、ｎ＝０．９９６７となり、λ＝１．３μｍとすると、上記方向性結合器により、光はｄ＝１．８μｍで半減し、ｄ＝６μｍで１／１０以下に小さくなる。そのため、薄膜層３６を介して光導波路の一方のコア層から他方のコア層に光がしみ出すモード結合定数κを持つ。モード結合定数κの値は、光導波路のコア層の厚さをｔとすると、以下の式で示される。
κ〜（λ／ｔ2）・ｅｘｐ（−２・π・（（１−ｎ2）1/2）・ｄ／λ）・・・（式１）
【００５５】
ここで、一方のコア層から他方のコア層に移る光束量は、薄膜層３６の光の進行方向の長さｚに応じて周期的に変動する。そして、以下の式２で表される長さｚにおいて、全光束が光導波路の一方のコア層から他方のコア層に完全に移行する。
ｚ＝（π／２）／κ ・・・（式２）
ここで、ｎ＝０．９９６７とし、さらに、λ＝１．３μｍの光で、ｔ＝１０μｍ、ｄ＝１μｍとすると、上記（式１）及び（式２）から、ｚ＝２２９μｍが得られる。そのため、薄膜層３６の領域は光の進行方向に２２９μｍの距離を有する寸法で形成される。すなわち、第１の光導波路９と第２の光導波路２０を厚さ２μｍの薄膜層３６を介して２２９μｍの長さで接触させることで、１００％の光を一方の光導波路から他方の光導波路に伝達させる。
【００５６】
このような第４実施例によれば、第１実施例における効果に加えて次のような効果を得ることができる。
光導波路シート７の第１の光導波路９のコア層１と光部品１４の第２の光導波路２０のコア層１６とを上下方向で接触させ、光導波路シート７の第１の光導波路９のコア層１の加工は不要になるため、コア層１の材料を有機樹脂に限らず、ガラス材料を選べるので、さらに光伝送損失を少なくすることができる。
【００５７】
◇第５実施例
図１１は、この発明の第５実施例である光モジュールの構成を示す断面図、図１２は、同光モジュールの光バックボードへの実装構造を示す斜視図である。この第５実施例の光モジュールの構成が、上述の第４実施例のそれと大きく異なるところは、光部品に代えて光ファイバ結合部品を用いるようにした点である。
この例の光モジュール３８は、図１１に示すように、光導波路シート７の開口部３５に光ファイバ結合部品４０が配置され、光ファイバ結合部品４０の第２の光導波路２０と光導波路シート７の第１の光導波路９とが対向して、第１及び第２の光導波路同士９、２０が光結合されている。光ファイバ結合部品４０は、有機樹脂等、ガラス材料等から成るファイバガイド４１上に、上記のような材料から成るベースクラッド層４２を介して第２の光導波路２０が接着され、第２の光導波路２０の鏡面１５により全反射された光の進路位置に相当したベースクラッド層４２の位置には、垂直コア層４３が形成されている。また、ファイバガイド４１の垂直コア層４３に対向した位置には、ファイバ結合用孔４４が形成されて、このファイバ結合用孔４４には光ファイバ４５が挿脱されるように構成されている。光ファイバ４５は、コア層４６がクラッド層５３で被覆されている。
【００５８】
次に、同光モジュール３８の製造方法を工程順に説明する。
まず、膜厚が略１０μｍのベースクラッド層４２の第２の光導波路２０の鏡面１５により全反射された光の進路位置に、垂直コア層４３を形成する。次に、予め垂直コア層４３に対向した位置に略１２５μｍの直径のファイバ結合用孔４４を形成した膜厚が略１ｍｍのファイバガイド４１に、垂直コア層４３を形成したベースクラッド層４２を接着する。次に、ベースクラッド層４２に下クラッド層１８及びコア層１６から成る第２の光導波路２０を形成する。以上により、光ファイバ結合部品４０が形成される。次に、光ファイバ結合部品４０のファイバ結合用孔４４に光ファイバ４５を挿入することにより、光モジュール３８を完成させる。
【００５９】
このような光モジュール３８は複数個が、図１２に示すように、共通の光バックボード４７に実装されて所望の機能を有する光通信装置が構成される。各光モジュール３８は、モジュール側コネクタ４８とバックボード側コネクタ４９とが接続されることにより実装される。
【００６０】
このような第５実施例によれば、第４実施例に比べて、光部品に代えて光ファイバ結合部品を用いた点を除いて、第４実施例と略同様な効果を得ることができる。
加えて、この例の構成によれば、光ファイバ結合部品を用いることにより、ベース基板に垂直方向の光ファイバ同士を光結合する光バックボードを形成することができる。
【００６１】
◇第６実施例
図１３は、この発明の第６実施例である光モジュールの構成を示す平面図、図１４は、同光モジュールの一部の構成を示す断面図である。この第６実施例の光モジュールの構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、光導波路から漏れた光の影響を防止するようにした点である。
この例の光モジュール５０は、図１３及び図１４に示すように、鏡面溝２２の光の進路方向の端部には遮光体５１が形成されている。遮光体５１の材料としては、例えば黒色顔料を混合したエポキシ樹脂、あるいは黒色顔料を混合したシリコーン樹脂等が用いられる。
第１の光導波路９上を進んできた光は鏡面溝２２で全反射されるが、一部の光は全反射し切れずに漏れ光５２が生ずる。また、第１の光導波路９の周辺にも漏れ光５２が生ずる。これらの漏れ光５２は、全反射した正常な光に不規則に混入してノイズの原因となる。
【００６２】
したがって、鏡面溝２２の光の進路方向の端部には遮光体５１を形成することにより、全反射し切れずに生じた漏れ光５２あるいは第１の光導波路９の周辺に生じた漏れ光は、遮光体５２により遮光されるので、ノイズの発生を抑制することができる。
【００６３】
このような第６実施例によれば、第１実施例における効果に加えて次のような効果を得ることができる。
加えて、この例の構成によれば、光導波路に遮光体を形成するようにしたので、漏れ光によるノイズの発生を抑制することができる。
【００６４】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあってもこの発明に含まれる。例えば、第１の光導波路の開口部に位置する第２の光導波路の位置あるいは数は任意に選ぶことができる。また、各光導波路を構成する材料としては、各実施例に示した材料に限ることはない。また、第１の光導波路と第２の光導波路との対向面は、空間を介してもあるいは適当な絶縁材料を介在させるようにしても良い。また、各光導波路におけるコア層、各クラッド層の厚さは一例を示したものであり、目的、用途等により任意の変更が可能である。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の光モジュール及びその製造方法によれば、光伝送損失の少ない材料を選んで第１の光導波路を形成する一方、加工性に優れた材料を選んで放物線形状の第２の光導波路を形成して、第１及び第２の光導波路同士を光結合させるので、比較的長い寸法の光導波路を形成する場合でも、実用上差し支えない程度に光伝送損失を抑制することができる。
したがって、光伝送損失が少ない材料及び加工性に優れた材料の特性を生かして光導波路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例である光モジュールの構成を示す平面図である。
【図２】同光モジュールの一部の構成を拡大して示す平面図である。
【図３】同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。
【図４】この発明の第２実施例である光モジュールの構成を示す断面図である。
【図５】同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。
【図６】同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。
【図７】この発明の第３実施例である光モジュールの構成を示す断面図である。
【図８】同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。
【図９】この発明の第４実施例である光モジュールの構成を示す平面図である。
【図１０】同光モジュールの製造方法を工程順に示す工程図である。
【図１１】この発明の第５実施例である光モジュールの構成を示す断面図である。
【図１２】同光モジュールの光バックボードへの実装構造を示す斜視図である。
【図１３】この発明の第６実施例である光モジュールの構成を示す平面図である。
【図１４】同光モジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図１５】従来の光モジュールの構成を概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
１、１６、４６ コア層
２、１７ 上クラッド層
３、１８ 下クラッド層
４ 第１のフィルム
５ 金属層
６ ベース基板
７ 光導波路シート
８、２５、３１、３２、３５ 開口部
９ 第１の光導波路
１０、１２、２３、３３、３８、５０ 光モジュール
１４ 光部品
１５ 鏡面
１９ 第２のフィルム
２０ 第２の光導波路
２１ 受光部
２２ 鏡面溝
２６ 第１の配線パターン
２７ 第２の配線パターン
２８ バンプ電極
２９ 接着剤
３０ 半導体チップ
３６ 薄膜層
３７ 鏡用光部品
４０ 光ファイバ結合部品
４１ ファイバガイド
４２ ベースクラッド層
４３ 垂直コア層
４４ ファイバ結合用孔
４５ 光ファイバ
４７ 光バックボード
４８ モジュール側コネクタ
４９ バックボード側コネクタ
５１ 遮光体
５２ 漏れ光
５３ クラッド層
Claims (15)
- コア層をクラッド層で被覆した第１及び第２のフィルムをそれぞれ用いて構成した第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールであって、
前記第１のフィルムが金属層を介してベース基板に接着され、前記第１のフイルムの所望領域に開口部が設けられるようにして形成された第１の光導波路を有する光導波路シートと、
前記第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有する光部品とを備え、
前記光導波路シートの前記開口部に前記光部品が配置され、該光部品の前記放物線形状の前記コア層の大径部の端面と前記光導波路シートの前記第１の光導波路の前記コア層の端面とが対向して、前記第１及び第２の光導波路同士が光結合されていることを特徴とする光モジュール。 - コア層の上下面を上クラッド層及び下クラッド層で被覆した第１及び第２のフィルムをそれぞれ用いて構成した第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールであって、
前記第１のフィルムが金属層を介してベース基板に接着され、前記第１のフイルムの所望領域に前記金属層を露出する開口部が設けられるようにして形成された第１の光導波路を有する光導波路シートと、
前記第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有する光部品とを備え、
前記光導波路シートの前記開口部に前記光部品が配置され、該光部品の前記放物線形状の前記コア層の大径部の端面と前記光導波路シートの前記第１の光導波路の前記コア層の端面とが対向して、前記第１及び第２の光導波路同士が光結合されていることを特徴とする光モジュール。 - 前記第１の光導波路のコア層と前記第２の光導波路のコア層とが、前記ベース基板上で同じ高さ位置となるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光モジュール。
- コア層をクラッド層で被覆した第１及び第２のフィルムをそれぞれ用いて構成した第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールであって、
前記第１のフィルムが金属層を介してベース基板に接着され、前記第１のフイルムの所望領域に前記コア層を露出する開口部が設けられるようにして形成された第１の光導波路を有する光導波路シートと、
前記第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有し、該第２の光導波路のコア層を覆うように薄膜層が形成された光部品とを備え、
前記光導波路シートの前記開口部に前記光部品が配置され、該光部品の前記第２の光導波路のコア層と前記光導波路シートの前記第１の光導波路のコア層とが前記薄膜層を介して対向して、前記第１及び第２の光導波路同士が光結合されていることを特徴とする光モジュール。 - 前記第１のフィルムの前記クラッド層が、前記コア層の上下面を覆う上クラッド層及び下クラッド層から成ることを特徴とする請求項１又は４記載の光モジュール。
- 前記下クラッド層、前記コア層及び前記上クラッド層が有機樹脂から成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の光モジュール。
- 前記下クラッド層がガラス材料から成り、前記コア層及び前記上クラッド層が有機樹脂から成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の光モジュール。
- 前記上クラッド層が有機樹脂から成り、前記コア層及び前記下クラッド層がガラス材料から成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の光モジュール。
- 前記光導波路シートの前記ベース基板に第１の配線パターンが形成される一方、前記光部品に前記第１の配線パターンに対応した第２の配線パターンが形成され、前記第１及び第２の配線パターン同士が接続されていることを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
- 前記光部品に代えて、第２の光導波路を有する光ファイバ結合部品を備え、前記光導波路シートの前記開口部に前記光ファイバ結合部品が配置され、該光ファイバ結合部品の前記第２の光導波路と前記光導波路シートの前記第１の光導波路とが対向して、前記第１及び第２の光導波路同士が光結合されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１に記載の光モジュール。
- 前記第１の光導波路の光路の途中位置に、光を全反射させて光路を直角方向に変換するための鏡面溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１に記載の光モジュール。
- 前記第２の光導波路のコア層の大径部の端面と、前記第１の光導波路のコア層の端面とが、光軸に対して傾斜して対向していることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１に記載の光モジュール。
- 第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールの製造方法であって、
有機樹脂から成るコア層の上下面を有機樹脂から成る上クラッド層及び下クラッド層で被覆した第１のフィルムを、金属層を介してベース基板に接着して光導波路シートを形成する第１の工程と、
前記光導波路シートの前記第１のフィルムの所望領域を紫外線レーザによりアブレーション加工して、前記金属層を露出する開口部を設けた第１の光導波路を形成する第２の工程と、
第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有する光部品を、前記光導波路シートの前記開口部に配置して、前記光部品の前記放物線形状の前記コア層の大径部の端面と前記光導波路シートの前記第１の光導波路の前記コア層の端面とを対向させる第３の工程と、
を含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。 - 第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールの製造方法であって、
有機樹脂から成るコア層の上下面を有機樹脂から成る上クラッド層及びガラス材料から成る下クラッド層で被覆した第１のフィルムを、金属層を介してベース基板に接着して光導波路シートを形成する第１の工程と、
前記光導波路シートの前記第１のフィルムの所望領域を紫外線レーザによりアブレーション加工して、前記下クラッド層を露出する開口部を設けた第１の光導波路を形成する第２の工程と、
第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有する光部品を、前記光導波路シートの前記開口部に配置して、前記光部品の前記放物線形状の前記コア層の大径部の端面と前記光導波路シートの前記第１の光導波路の前記コア層の端端面とを対向させる第３の工程と、
を含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。 - 第１及び第２の光導波路同士を光結合させる光モジュールの製造方法であって、
ガラス材料から成るコア層の上下面を有機樹脂から成る上クラッド層及びガラス材料から成る下クラッド層で被覆した第１のフィルムを、金属層を介してベース基板に接着して光導波路シートを形成する第１の工程と、
前記光導波路シートの前記第１のフィルムの所望領域を紫外線レーザによりアブレーション加工して、前記コア層を露出する開口部を設けた第１の光導波路を形成する第２の工程と、
第２のフィルムのコア層が放物線形状に設けられるようにして形成された第２の光導波路を有し、該第２の光導波路のコア層を覆うように薄膜層が形成された光部品を、前記光導波路シートの前記開口部に配置して、前記光部品の前記第２の光導波路のコア層と前記光導波路シートの前記第１の光導波路のコア層とを前記薄膜層を介して対向させる第３の工程と、
を含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。
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