JP5211940B2 - 光導波路、光電気混載基板及び光モジュール - Google Patents
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Description
しかしながら、この方法では配線部品に光素子や集積回路(以下「IC」と記載する。)が搭載される形になるため、一般的な電気配線部品とは大きく異なり、破損や静電気など、取り扱いに注意を要するという課題があった。
すなわち、本発明は、
(1)下部クラッド層、パターン化されたコア層、及び上部クラッド層からなる光導波路であって、その一端部に位置合わせ用突き当て部を有し、かつ該コア層の該突き当て部形成端部とは異なる位置に光路変換ミラー面が形成されることを特徴とする光導波路、
(2)上記(1)に記載の光導波路と電気配線が一体化された光電気混載基板、及び
(3)光導波路及び該光導波路と接続されるコネクタからなる光モジュールであって、該光導波路が、下部クラッド層、パターン化されたコア層、及び上部クラッド層からなり、その一端部に位置合わせ用突き当て部を有し、該コア層の該突き当て部形成端部とは異なる位置に光路変換ミラー面を有し、該コネクタには光導波路接合時に突き当て部と接して光導波路の位置を決定するための内壁部を有することを特徴とする光モジュール、
を提供するものである。
図1に示す本発明の光導波路10は、基材11上に、下部クラッド層12、パターン化されたコア層13、及び上部クラッド層14からなり、その一端部に位置合わせ用突き当て部15を有し、かつ該突き当て部形成端部とは異なる位置、具体的には該突き当て部の内側に光路変換ミラー面16が形成されていることを特徴とする。光路変換ミラー面16としては45度光路変換ミラー面であることが好ましい。
通信手段に用いられる光はコア層13内を伝搬し(例えば、図1及び図3中の点線)、光路変換ミラー面16によってその方向を変え、受発光素子などの光素子20との間で光結合が行われる。本発明の光導波路は、端部に設けられた位置合わせ用突き当て部15によって、高い精度で位置合わせが行われ、光素子20との光結合が行われるものである。
ここで、ミラー部の光路に当たる側のクラッド層(下部クラッド層12)の厚さは、本来、光損失の点から出来るだけ薄いことが望まれ、通常35μm以下が好ましく、成膜性及び光損失を考慮すると、10〜25μmがより好ましい。さらに、材料及び成膜方法を最適化することにより10μm以下にすることが特に好ましい。
また、IC21は、電気配線41により、ボードとの接続部42と電気的に接合されており、IC21の電源が確保されている。
内壁部33は光導波路10がコネクタ30に接合される時に、突き当て部15と接して光導波路10の位置を決定するものである。すなわち、光導波路10をコネクタ30に押し込んだ際に、突き当て部15が内壁部33にぶつかって止まり、簡便に光導波路の位置を決定するものである。したがって、コネクタ30における光素子20と内壁部33の相対位置及び光導波路10における光路変換ミラー面16の位置を決めておくだけで、高い精度で光導波路と光素子の位置合わせが容易に行える。
このようにして、光導波路の位置が決定された後、光導波路固定具32を下におろして光導波路10を固定するとともに、第1の態様では、先端部17を押付け固定部322で嵌合する。(図3参照)。
光導波路固定具32は、図2及び図3に示すように、回転軸321を中心に回転する構造とすることができ、図3に示すように、押付け固定部322を基材11に接触させて、光導波路10をさらに強固に固定させる態様をとることもできる。押付け固定部322は先端部17を回転によって引き込みながら下に押付けて固定することで、突き当て部15を内壁部33に隙間が生じないように押付けながら固定することができる。したがって、単に上から押付けた場合に比べ、光導波路10が抜けにくくなっている。さらに、基材11がフレキシブル電気配線基板で先端部17に電気配線がある場合、押付け固定部322によって、コネクタ30の電気配線41と先端部17の電気配線は良好な接続が可能である。
なお、光導波路固定具32の形状については、光導波路10を固定し得るものであれば特に制限はなく、図2及び図3に示すように、回転する形式のものであってもよいし、離間した光導波路固定具を上から押し付けて、筐体31と接合し、光導波路10を固定するものであってもよい。
また、光導波路と電気配線が一体化された光電気混載基板においても同様であり、光電気混載基板の側端部がコアの幅方向の位置を決めるガイドの機能を果たすことが好ましい。上記と同様に光電気混載基板の側端部をコネクタの特定部分に合わせることで容易にコアの幅方向の位置を決定することができ、高い精度で光導波路と光素子の位置合わせを容易に行い得るからである。
また、図11にガイド機能を有する光導波路10と溝状のガイド36を有するコネクタ30を接続した状態を示す。ガイド機能を有する光導波路10の幅は、コネクタ側のガイド36の幅に合うようにほぼ同じサイズで、通常は僅かに小さくなるように設計されるが、光導波路が樹脂の場合、僅かであれば変形が可能であることから、ガイド機能を有する光導波路10の幅は、コネクタ側のガイド36の幅に対して大きくすることもできる。光導波路10の幅をコネクタ側のガイド36よりも大きくする場合には、光導波路10の変形によって生じる応力を緩和させるため、クラッド部分にスリットを設けることもできる。
なお、幅方向に高い位置精度が要求されるのは、45度ミラーなどの光路変換ミラーが形成されている部分であり、該光路変換ミラー近傍で光導波路の側端部がガイド機構を有していればよい。
光導波路と電気配線を一体化して得られる光電気混載基板としては、可撓性を有する光導波路と可撓性を有する電気配線基板からなることが好ましい。これらは、それぞれ別個に光導波路と電気配線基板を作製しておき、光信号の波長帯域での透明性の高い接着剤で貼合してもよいし、電気配線基板を作製しておき、該基板の裏面に光導波路をビルドアップ方式で形成してもよい。接着剤としては、光信号の波長帯域において透明性を有するものであれば特に制限はなく、取り扱いが容易という点からシート状の接着剤が好ましい。
一方、図15に示す態様は、光電気混載基板の電気配線の先端部が、光路変換ミラー面16より手前側(図15における右側)となるように配線されるものである。すなわち、位置合わせ用突き当て部15、光路変換ミラー面16、前記電気配線の先端部の位置順に形成される態様である。この態様であると、光配線と電気配線が、全く制約なく互いに妨害しないように配線することができ好ましい。
(基材)
本発明の光導波路においては、図1又は図3に示すように、コア層13を伝搬した光は光路変換ミラー面16で反射し、角度を変えられた後、基材11を透過して受光素子(光素子20)で受ける。また、光素子20が発光素子である場合には、発光素子から出た光は、基材11を透過し、光路変換ミラー面16で反射して角度を変えられた後、コア層13を伝搬する。従って、基材11は光信号の波長に対して透明性に優れることが重要である。また、光導波路に柔軟性及び強靭性を付与するために、基材11としては透明性の高いフィルムを用いることが好ましい。
フィルムの材料としては、特に限定されないが、透明性、柔軟性、及び強靭性を有するとの観点から、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルサルファイド、ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどが好適に挙げられる。
フィルムの厚さは、目的とする柔軟性により適宜変えてよいが、5〜250μmであることが好ましい。5μm以上であると強靭性が得易いという利点があり、250μm以下であると十分な柔軟性が得られる。
また、基材11として上記支持体フィルムとは別の基材を用いる場合、支持体フィルム上にクラッド層形成用樹脂が製膜されたクラッド層形成用樹脂フィルムを基材11上にラミネート法などにより転写してもよい。この場合、該支持体フィルム上には、接着処理を行っていないことが好ましい。
本発明で用いるクラッド層形成用樹脂としては、コア層より低屈折率で、光または熱により硬化する樹脂組成物であれば特に限定されず、熱硬化性樹脂組成物や感光性樹脂組成物を好適に使用することができる。より好適にはクラッド層形成用樹脂が、(A)ベースポリマー、(B)光重合性化合物及び(C)光重合開始剤を含有する樹脂組成物により構成されることが好ましい。なお、クラッド層形成用樹脂に用いる樹脂組成物は、上部クラッド層14と下部クラッド層12において、該樹脂組成物に含有する成分が同一であっても異なっていてもよく、該樹脂組成物の屈折率が同一であっても異なっていてもよい。
分子内にエチレン性不飽和基を有する化合物としては、(メタ)アクリレート、ハロゲン化ビニリデン、ビニルエーテル、ビニルピリジン、ビニルフェノール等が挙げられるが、これらの中で、透明性と耐熱性の観点から、(メタ)アクリレートが好ましい。
(メタ)アクリレートとしては、1官能性のもの、2官能性のもの、3官能性以上の多官能性のもののいずれをも用いることができる。なお、ここで(メタ)アクリレートとは、アクリレート及びメタクリレートを意味するものである。
この(A)成分及び(B)成分の配合量として、(A)成分が5質量%以上であり、(B)成分が95質量%以下であると、樹脂組成物を容易にフィルム化することができる。一方、(A)成分が80質量%以下であり、(B)成分が20質量%以上であると、(A)ベースポリマーを絡み込んで硬化させることが容易にでき、光導波路を形成する際に、パターン形成性が向上し、かつ光硬化反応が十分に進行する。以上の観点から、この(A)成分及び(B)成分の配合量として、(A)成分10〜85質量%、(B)成分90〜15質量%がより好ましく、(A)成分20〜70質量%、(B)成分80〜30質量%がさらに好ましい。
(C)光重合開始剤の配合量は、(A)成分及び(B)成分の総量100質量部に対して、0.1〜10質量部とすることが好ましい。この配合量が0.1質量部以上であると、光感度が十分であり、一方10質量部以下であると、露光時に感光性樹脂組成物の表層での吸収が増大することがなく、内部の光硬化が十分となる。さらに、光導波路として使用する際には、重合開始剤自身の光吸収の影響により伝搬損失が増大することもなく好適である。以上の観点から、(C)光重合開始剤の配合量は、0.2〜5質量部とすることがより好ましい。
クラッド層形成用樹脂フィルムの製造過程で用いられる支持体フィルムは、その材料については特に限定されず、種々のものを用いることができる。支持体フィルムとしての柔軟性及び強靭性の観点から、上記した基材11のフィルム材料として例示したものが同様に挙げられる。
支持体フィルムの厚さは、目的とする柔軟性により適宜変えてよいが、5〜250μmであることが好ましい。5μm以上であると強靭性が得易いという利点があり、250μm以下であると十分な柔軟性が得られる。
このとき、クラッド層形成用樹脂フィルムの保護やロール状に製造するときの巻き取り性などの観点から、必要に応じクラッド層形成用樹脂フィルムに保護フィルムを貼り合わせてもよい。保護フィルムとしては、支持体フィルムとして例に挙げたものと同様なものが使用でき、必要に応じ離型処理や帯電防止処理がされていてもよい。
ここで用いる溶媒としては、該樹脂組成物溶解し得るものであれば特に限定されず、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、トルエン、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、N−メチル−2−ピロリドン等の溶媒またはこれらの混合溶媒を用いることができる。樹脂溶液中の固形分濃度は30〜80質量%程度であることが好ましい。
一方、本発明のように光路変換ミラーが形成された光導波路では、光がコアの上方又は下方のクラッド層を通ることとなる。そのため、この光が通る部分での光損失や光素子との結合効率を上げる点から、この光路となるクラッド層は薄い方が好ましい。光が通過するクラッド層の厚さは、前述のように35μm以下が好ましく、10〜25μmがより好ましく、材料及び成膜方法を最適化することにより10μm以下にすることが特に好ましい。
次に、本発明で使用するコア層形成用樹脂フィルムについて詳述する。
コア層形成用樹脂フィルムを構成するコア層形成用樹脂としては、コア層13がクラッド層12及び14より高屈折率であるように設計され、活性光線によりコアパターンを形成し得る樹脂組成物を用いることができ、感光性樹脂組成物が好適である。具体的には、前記クラッド層形成用樹脂で用いたのと同様の樹脂組成物を用いることが好ましい。すなわち、前記(A)、(B)及び(C)成分を含有し、必要に応じて前記任意成分を含有する樹脂組成物である。
該支持体フィルムの厚さは、5〜50μmであることが好ましい。5μm以上であると、支持体フィルムとしての強度が得やすいという利点があり、50μm以下であると、パターン形成時のマスクとのギャップが小さくなり、より微細なパターンが形成できるという利点がある。以上の観点から、該支持体フィルムの厚さは10〜40μmの範囲であることがより好ましく、15〜30μmであることが特に好ましい。
コア層形成用樹脂フィルムの保護やロール状に製造するときの巻き取り性などの観点から、必要に応じコア層形成用樹脂フィルムに保護フィルムを貼り合わせてもよい。保護フィルムとしては、支持体フィルムとして例に挙げたものと同様なものが使用でき、必要に応じ離型処理や帯電防止処理がされていてもよい。
以下、本発明の光導波路の製造方法について詳述する(図16参照)。なお、以下の製造例では、クラッド層形成用樹脂フィルム及びコア層形成用樹脂フィルムを用いた場合の実施形態の一例を具体的に説明する。
まず、第1の工程として、クラッド層形成用樹脂と支持体フィルムから構成されたクラッド層形成用樹脂フィルムを用いて、該クラッド層形成用樹脂を光または加熱により硬化し、下部クラッド層82を形成する(図16(a))。このとき、上記支持体フィルムが、図16(a)に示す下部クラッド層82の基材81となる。
この下部クラッド層82は、後述するコア層との密着性の観点から、コア層積層側の表面において段差がなく平坦であることが好ましい。また、クラッド層形成用樹脂フィルムを用いることにより、クラッド層82の表面平坦性を確保することができる。
クラッド層形成用樹脂フィルムの支持体フィルムの反対側に保護フィルムを設けている場合には、該保護フィルムを剥離後、クラッド層形成用樹脂を光または加熱により硬化し、クラッド層82を形成する。このとき、クラッド層形成用樹脂は接着処理を施した支持体フィルム上に製膜されていることが好ましい。一方、保護フィルムは、クラッド層形成用樹脂フィルムからの剥離を容易にするため接着処理は行っていないことが好ましく、必要に応じ離型処理が施されていてもよい。
具体的には、第2の工程として、下部クラッド層82上にコア層形成用樹脂フィルムを、ロールラミネータ等により加熱圧着してコア層83を積層する(図16(b))。加熱圧着することによって、密着性及び追従性が向上する。ラミネート温度は、30℃〜100℃の範囲が好ましい。30℃より高い温度であると、下部クラッド層とコア層との密着性が向上し、40℃以上であると、更に密着力を向上させることができる。一方、100℃以下であると、コア層がロールラミネート時に流動することなく、必要とする膜厚が得られる。以上の観点から、40〜70℃の範囲がより好ましく、50℃〜60℃の範囲がさらに好ましい。圧力は0.2〜0.9MPaが好ましい。ラミネート速度は0.1〜3m/minが好ましいが、これらの条件には特に制限はない。
コア層形成用樹脂フィルムの基材の反対側に保護フィルムを設けている場合には、該保護フィルムを剥離後、コア層形成用樹脂フィルムをラミネートする。このとき、保護フィルム及び支持体フィルムは、コア層形成用樹脂フィルムからの剥離を容易にするため接着処理は行っていないことが好ましく、必要に応じ離型処理が施されていてもよい。
現像後の処理として、必要に応じて60〜250℃程度の加熱または0.1〜1000mJ/cm2程度の露光を行うことにより、コアパターン86をさらに硬化して用いてもよい。
具体的には、第4の工程として、コアパターン86上にクラッド層形成用樹脂フィルムを、真空加圧式ラミネータを用いて減圧雰囲気下において加熱圧着する(図16(e))。ここで、第4の工程は、密着性及び追従性向上の観点から、平板型ラミネータを用いて減圧雰囲気下で加熱圧着することが好ましい。
なお、本発明において平板型ラミネータとは、積層材料を一対の平板の間に挟み、平板を加圧することにより圧着させるラミネータのことをいう。平板型ラミネータとして、例えば、特許文献2に記載されているような真空加圧式ラミネータを好適に用いることができる。減圧の尺度である真空度の上限は、10000Pa以下が好ましく、さらには1000Pa以下が好ましい。真空度は、密着性及び追従性の見地から低い方が望ましい。一方、真空度の下限は、生産性の観点(真空引きにかかる時間)から、10Pa程度であることが好ましい。加熱温度は、40〜130℃とすることが好ましく、圧着圧力は、0.1〜1.0MPa(1〜10kgf/cm2)とすることが好ましいが、これらの条件には特に制限はない。
クラッド層形成用樹脂フィルムの支持体フィルムの反対側に保護フィルムを設けている場合には、該保護フィルムを剥離後、クラッド層形成用樹脂フィルムをラミネートして光または加熱により硬化することによりクラッド層87を形成する。
11 基材
12 下部クラッド層
13 コア層
14 上部クラッド層
15 位置合わせ用突き当て部
16 光路変換ミラー面
17 先端部
20 光素子
21 IC
30 コネクタ
31 筐体
32 光導波路固定具
321 回転軸
322 押付け固定部
33、33’ 内壁部
34 空間部
35 嵌合用ガイド
36 コア中心位置決定ガイド
40 電気配線(光導波路)
41 電気配線(コネクタ)
42 ボードとの接続部
81 クラッド層用基材フィルム
82 下部クラッド層
83 コア層
84 コア層用支持フィルム
85 フォトマスク
86 コアパターン
87 上部クラッド層
88 クラッド層用支持フィルム
Claims (18)
- 下部クラッド層、パターン化されたコア層、及び上部クラッド層からなる光導波路であって、その一端部に位置合わせ用突き当て部を有し、かつ該コア層の該突き当て部形成端部とは異なる位置に光路変換ミラー面が形成されることを特徴とする光導波路。
- さらに側端部がコアの中心位置を決定するガイド機能を有する請求項1に記載の光導波路。
- 請求項1又は2に記載の光導波路と電気配線が一体化された光電気混載基板。
- さらに側端部がコアの中心位置を決定するガイド機能を有する請求項3に記載の光電気混載基板。
- 可撓性を有する光導波路と可撓性を有する電気配線基板からなる請求項3又は4に記載の光電気混載基板。
- 前記電気配線の先端部が、前記光路変換ミラー面よりも光導波路の突き当て部側にあり、かつ該電気配線が光路を妨げないように配線される請求項3〜5のいずれかに記載の光電気混載基板。
- 前記突き当て部、前記光路変換ミラー面、前記電気配線の先端部の位置順に形成されることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の光電気混載基板。
- 光導波路及び該光導波路と接続されるコネクタからなる光モジュールであって、該光導波路が、下部クラッド層、パターン化されたコア層、及び上部クラッド層からなり、その一端部に位置合わせ用突き当て部を有し、該コア層の該突き当て部形成端部とは異なる位置に光路変換ミラー面を有し、該コネクタには光導波路接合時に突き当て部と接して光導波路の位置を決定するための内壁部を有することを特徴とする光モジュール。
- 前記コネクタが光素子を実装するための空間部を有し、該空間部に光素子が実装され、前記突き当て部を該コネクタの内壁部に突き当てることで、光素子と前記光路変換ミラー面の位置合わせを行う請求項8に記載の光モジュール。
- 前記コネクタがガイド機構を有する請求項8又は9に記載の光モジュール。
- 前記コネクタに、さらに光導波路固定具を備えてなる請求項8〜10のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記光導波路に電気配線が一体化されてなる光電気混載基板と前記コネクタが接続されてなる請求項8〜11のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記光導波路又は光電気混載基板の側端部にガイド機能を有する請求項8〜12のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記光電気混載基板が可撓性を有する光導波路と可撓性を有する電気配線基板を接続してなる請求項12又は13に記載の光モジュール。
- 前記電気配線の先端部が、前記光路変換ミラー面よりも光導波路の突き当て部側にあり、かつ該電気配線が光路を妨げないように配線される請求項12〜14のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記突き当て部、前記光路変換ミラー面、前記電気配線の先端部の位置順に形成されることを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記光素子が面発光レーザー又はフォトダイオードである請求項9〜16のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記空間部が光信号の波長帯域において透明性を有する樹脂で埋められている請求項9に記載の光モジュール。
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