(57)【要約】【課題】  現段階では光回路への応用例の報告が少ない自己形成導波路の技術をさらに発展させることによって基板に実装されたＶＣＳＥＬのワイヤの高さに左右されず常に安定且つ高い結合効率で接続することが可能な光接続装置の製造方法及び光接続装置を提供する。【解決手段】  発光素子１０の全体を覆うようにして感光性媒質９を被覆し（Ｓ１）、発光素子１０を包囲可能でその実装を阻害しない高さを有するスペーサ２７を備えると共に、その上面２１側に所定のサイズのホール部２３を備えたホールアレイ２０を感光性媒質９がその内部に内包されるようにして発光素子１０の上部に載置して（Ｓ２）位置合わせし（Ｓ３）、ホールアレイ２０の上方から紫外線を照射することにより光感光性媒質９に光導波路２４を形成（Ｓ４）した後、カバー部材３０を除去する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に実装される発光素子を光コネクタと光接続可能とするための光接続装置の製造方法において、
前記発光素子の全体を覆うようにして感光性媒質を被覆する工程と、
前記発光素子を包囲可能でその実装を阻害しない高さを有するスペーサを備えると共に、その上面側に所定のサイズのホール部を備えたホールアレイを前記感光性媒質がその内部に内包されるようにして当該発光素子の上部に載置する工程と、そして、
前記ホールアレイの上方から前記感光性媒質を硬化させるのに必要な波長の光を含む光を照射することにより前記光感光性媒質に光導波路を形成する工程と、
を備えてなることを特徴とする光接続装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光接続装置の製造方法において、
前記ホールアレイのホール径は、接続すべき光コネクタに内装された光ファイバのコアサイズと同じかそれよりも小さいことを特徴とする光接続装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光接続装置の製造方法において、
前記発光素子と前記ホールアレイとの位置合わせは、発光素子の発光面をモニタリングすることにより行われることを特徴とする光接続装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光接続装置の製造方法において、
前記発光素子と前記ホールアレイとの位置合わせは、ガイドピンにより行われることを特徴とする光接続装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光接続装置の製造方法において、
前記ホールアレイの上面には透明なカバー部材が取り除き可能に配設され、前記感光性媒質を硬化させるのに必要な波長の光を含む光を照射して光の経路を形成した後、前記カバー部材を除去することを特徴とする光接続装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光接続装置の製造方法において、
前記光導波路は、前記光コネクタとの接続端面側から前記発光素子側に向かってコア径が次第に広くなるように形成されていることを特徴とする光接続装置の製造方法。
【請求項７】
基板上に実装される発光素子を光コネクタと光接続可能とするための光接続装置において、
前記発光素子を包囲可能でその実装を阻害しない高さを有するスペーサを備えると共に、その上面側にホールが形成されたホールアレイと、
前記ホールアレイの内部に形成された光導波路であって、前記発光素子の発光部から前記ホールに至る長さに形成された光導波路と、そして、
接続される光コネクタとの位置合わせを行う位置決め手段と、
を備えてなることを特徴とする光接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光接続装置の製造方法及び光接続装置に関し、さらに詳しくは、基板上に実装される発光素子を光コネクタと光接続可能とするための光接続装置の製造方法及び光接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化社会に伴いネットワーク上を流れる情報量は増加の一途をたどり、交換機などの電子機器はさらに情報処理能力の高速化が求められている。しかし、電気信号は、電子部品の基板への高密度実装化に伴う配線間でのクロストークや雑音、反射、配線距離が長尺することによる伝搬遅延等の問題が顕著になってきている。
【０００３】
この問題を解決する手段として、信号を光化することが注目されている。光は電気信号に比べ、信号伝搬時における雑音の問題がなく、並列実装が行えるため、高速大容量伝送・超高密度の配線技術として極めて有効である。そして、このような光回通信の光源として、現在、低コスト、アレイ化などに優れた特長をもつＶＣＳＥＬが注目されている。
【０００４】
ところで、光接続の有効な方法として、自己形成光導波路が提案されている。この自己形成光導波路とは、例えば、紫外線硬化樹脂に紫外線を光ファイバ等を介して微細な光束として照射することによって、一般的には照射部分のみ屈折率が向上し導波路構造を製造するというものである（例えば、特開２００３−１３１０６３号公報、特開２００３−１３１０６４号公報）。また、紫外線以外にも感光性媒質の吸収ピークを色素により変化させ、他の波長帯にも適用した報告もある（例えば、“グリーンレーザー光によるＧＩ−ＭＭＦとＶＣＳＥＬ間の”自己形成接続”渡辺則利他，電子情報通信学会論文誌C, VOL.J87-C No.5 pp.488-489(2004.5)。
【０００５】
自己形成光導波路は、また、出射端とは無調心で接続できるため、“光はんだ”として光接続装置への応用も期待されている（例えば、広瀬直宏、茨木修“自己形成光導波路を用いた光簡易接続技術”エレクトロニクス実装学会誌,Vol.5,pp44 ９-453,2002)。
【０００６】
しかしながら、現段階では光回路への応用例の報告は少なく、製造法は光ファイバや光導波路といった光配線側からの検討が主であった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１３１０６３号公報
【特許文献２】特開２００３−１３１０６４号公報
【非特許文献１】「グリーンレーザー光によるＧＩ−ＭＭＦとＶＣＳＥＬ間の”自己形成接続”渡辺則利他，電子情報通信学会論文誌C, VOL.J87-C No.5 pp.488-489(2004.5)
【非特許文献２】広瀬直宏、茨木修“自己形成光導波路を用いた光簡易接続技術”エレクトロニクス実装学会誌,Vol.5,pp44 ９-453,2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
さて、上述したＶＣＳＥＬは、発光面側にワイヤボンディング実装されるのが一般的である。そして、図５に示すように、基板１上に実装されるＶＣＳＥＬ１０のワイヤ１０ａの高さｈは、その構成上、ＶＣＳＥＬ１０の発光面に対して約２００〜３００μｍ程度出っ張る。このため、多芯光コネクタ５(ＭＴコネクタ等)と光結合しようとする際にワイヤ１０ａの高さｈを考慮する必要がある。
【０００９】
ＶＣＳＥＬの発光面に対する光コネクタの端面間の距離が伸長すると、光結合効率の減少・実装精度の悪化などが生じる。光コネクタの光軸方向の位置ずれ許容度は光源の出射角と光コネクタ内に内装された光ファイバのコア径に依存する。通常、ＶＣＳＥＬの出射角はＭＭ（マルチモード）で７〜１２度、シングルモードで１２〜１６度(半角,１／ｅ２)程度の幅をもつ。例をあげると、照射角７．５度(半角,１／ｅ２)のＭＭ−ＶＣＳＥＬとＧＩ−ＭＭＦ(コア５０μｍ)との結合の場合、光ファイバの端面から２００μｍ離した時の光結合効率は約−３．０ｄＢとなる。この場合の解決策として例えばレンズによる結合方法が考えられるが、コストや位置合わせといった面でネックになる。つまり、ＶＣＳＥＬと多芯光コネクタの結合が困難であった。
【００１０】
そこで、本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、基板に実装されたＶＣＳＥＬに光コネクタを接続させるための光接続装置の製造方法及び光接続装置であって、現段階では光回路への応用例の報告が少ない自己形成導波路の技術をさらに発展させることによって基板に実装されたＶＣＳＥＬのワイヤの高さに左右されず常に安定且つ高い結合効率で接続することが可能な光接続装置の製造方法及び光接続装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、安価かつ構造もシンプルな光接続装置の製造方法及び光接続装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために請求項１に記載の本発明は、基板上に実装される発光素子を光コネクタと光接続可能とするための光接続装置の製造方法において、発光素子の全体を覆うようにして感光性媒質を被覆する工程と、発光素子を包囲可能でその実装を阻害しない高さを有するスペーサを備えると共に、その上面側に所定のサイズのホール部を備えたホールアレイを感光性媒質がその内部に内包されるようにして発光素子の上部に載置する工程と、そして、ホールアレイの上方から感光性媒質を硬化させるのに必要な波長の光を含む光を照射することにより光感光性媒質に光導波路を形成する工程とを備えてなることを特徴とする。
【００１２】
ホールアレイにはＶＣＳＥＬワイヤより高いスペーサを取り付けておく。ホールアレイを有する基板から自己形成光導波路を作製することで、ＶＣＳＥＬ−ホールアレイ間を光損失無く結合する。ＶＣＳＥＬからの光は拡散することなく導波路内を伝播する。これにより光コネクタと自己形成光導波路は直接結合することになるので、高結合効率が期待できる。自己形成光導波路長は数ｍｍレベルで作製でき、またスペーサ厚は適宜調節できるのでＶＣＳＥＬのワイヤの高さは問題にならない。
【００１３】
上記課題を解決するために請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の光接続装置の製造方法において、ホールアレイのホール径は、接続すべき光コネクタに内装された光ファイバのコアサイズと同じかそれよりも小さいことを特徴とする。
ホールアレイによって形成される光導波路のコア径が光コネクタに内装された光ファイバのコア径よりも同じかそれよりも小さいのでＶＣＳＥＬからの光を損失することなく光コネクタの備える光ファイバに伝播させる。
【００１４】
上記課題を解決するために請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の光接続装置の製造方法において、発光素子とホールアレイとの位置合わせは、発光素子の発光面をモニタリングすることにより行われることを特徴とする。
ホールアレイのホールとＶＣＳＥＬの発光部の位置を正確に合わせることによりホールとＶＣＳＥＬの発光部との間に光導波路を形成させる。
【００１５】
上記課題を解決するために請求項４に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の光接続装置の製造方法において、発光素子とホールアレイとの位置合わせは、ガイドピンにより行われることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決するために請求項５に記載の本発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光接続装置の製造方法において、ホールアレイの上面には透明なカバー部材が取り除き可能に配設され、感光性媒質を硬化させるのに必要な波長の光を含む光を照射して光の経路を形成した後、カバー部材を除去することを特徴とする。
感光性媒質の表面張力や液ダレを抑え、形成される光接続装置の端面をフラットにする。
【００１７】
上記課題を解決するために請求項６に記載の本発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光接続装置の製造方法において、光導波路は、光コネクタとの接続端面側から発光素子側に向かってコア径が次第に広くなるように形成されていることを特徴とする。
発光素子の発光部と光導波路の位置ズレを許容して位置精度を広くすることにより光を損失することなく光導波路内に導き、そして、接続すべき光コネクタに伝播させる。
【００１８】
上記課題を解決するために請求項７に記載の本発明は、基板上に実装される発光素子を光コネクタと光接続可能とするための光接続装置において、発光素子を包囲可能でその実装を阻害しない高さを有するスペーサを備えると共に、その上面側にホールが形成されたホールアレイと、ホールアレイの内部に形成された光導波路であって、発光素子の発光部からホールに至る長さに形成された光導波路と、そして、接続される光コネクタとの位置合わせを行う位置決め手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１９】
光導波路によってＶＣＳＥＬ−ホールアレイ間を光損失無く結合する。ＶＣＳＥＬからの光は光導波路により拡散することなく導波路内を伝播する。これにより光コネクタと自己形成光導波路は直接結合することになるので、高結合効率が期待できる。また、光接続装置と光コネクタはガイドピンによって位置合わせされる。ホール径は光コネクタのコアサイズかそれより小さい径にする。光コネクタ部は既存のもので充分である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る光接続装置の製造方法及び光接続装置によれば、自己形成光導波路でＶＣＳＥＬ−光コネクタ間を結合するので、ワイヤの高さに左右されず常に安定した高結合効率を得ることができる。ホールアレイは既存の加工技術でμｍ〜数百μｍの範囲で作製することができるので、ＰＯＦやＳＭＦなどや矩形形状のコア径をもつ光導波路なども用いることができる。
【００２１】
また、本発明に係る光接続装置の製造方法及び光接続装置によれば、材料コストもレンズを使うより、非常に安価かつ構造もシンプルとなるとういう効果がある。また、結合効率の面から見ても、光学的にはコア径が同じ（もしくは自己形成光導波路側が小さい）、光配線同士を直接結合すると考えられるので、現在のガイドピン精度なら充分な許容幅を得ることができる。本発明に係る光接続装置とＶＣＳＥＬとの光結合は、ＶＣＳＥＬの発光面が５μｍ程度であることから、位置精度上の問題は無い。さらに、自己形成光導波路にテーパー角を持たせればさらに位置精度を広げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る光接続装置の製造方法及び光接続装置について図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１は、本発明に係る光接続装置の製造方法の一実施形態におけるフローチャートである。
【００２３】
まず、図示された発明方法は、概略として以下の手順に沿って行われる。すなわち、発光素子であるＶＣＳＥＬ１０の全体を覆うようにして感光性媒質である紫外線硬化樹脂９を被覆する（ステップＳ１）。そしてＶＣＳＥＬ１０のワイヤ１０ａに接触することなくその実装を阻害しない高さのスペーサ２７を備えるホールアレイ２０を紫外線硬化樹脂９を内包するようにしてＶＣＳＥＬ１０の上部に載置する（ステップＳ２）。そして、位置合わせを行った後（ステップＳ３）ホールアレイ２０の上方から紫外線を照射することにより紫外線硬化樹脂９に光導波路を形成する（ステップＳ４）。最後に、ホールアレイ２０の上面板２１を取り除く（ステップＳ５）。これにより、ＶＣＳＥＬ１０と光コネクタ５とを光結合させるための光接続装置が形成される。ここで、ホール部２３から照射する紫外光を斜めから照射させつつ首振り運動（みそすり運動）させるとホール部２３から発光部１０ｂに向かってコア径が次第に拡開した状態の光導波路を形成することができる。これにより、光コネクタ５との接続端面側からＶＣＳＥＬ１０側に向かって自己形成光導波路２４のコア径が次第に広くなるので光コネクタ５との光結合に際しての位置精度を広げることも可能となる。
【００２４】
さて、本発明方法に使用するホールアレイ２０は、図２に示すように、概略として、所定のサイズのホール部２３を備えた上面板２１に所定の高さＨを有するスペーサ２７が取り付けられて形成されている。ホールアレイ２０の少なくとも上面板２１は、紫外線を通さない素材で形成されていればその材質の種類は問わない。例えば、不透明な合成樹脂や金属製素材によるものであってもかまわない。ホール部２３は、上面板２１にレーザやドリルで発光素子であるＶＣＳＥＬ１０の発光部１０ｂ間のピッチに合わせて穴を穿設することによって形成されている。ホール部２３は、そのほか、ＶＣＳＥＬ１０の発光部１０ｂ間のピッチに合わせて紫外線を通す穴が穿設されたフォトマスクを貼付することによっても形成することができる。但し、この場合における上面板２１は、紫外線を透過させる素材で形成しておく必要がある。一方、上面板２１の両側端部近傍には嵌合する光コネクタ５の位置決めピン５ａが挿入される挿入孔２５がそれぞれ設けられている。
【００２５】
ここで、フォトマスクを用いて自己形成光導波路２４を製造する場合、フォトマスクの孔の形状を適宜変化させることで様々な光導波路を形成することが可能となる。例えば、フォトマスクの孔の形状を四角形にすれば角柱状のコアを有する光導波路を、円形にすれば円柱状のコア形状を有する光導波路を作ることができる。同様にして、フォトマスクの開口径を変化させれば、従来のマルチモードに対応する光ファイバだけでなく、コア径の大きいＰＯＦ（プラスティック光ファイバ）やシングルモードの光ファイバにも対応することができる。従って、結合すべき光ファイバのコア形状に合わせて、フォトマスクの形状を変化させるだけで、所望の光導波路を製造することができるため汎用性や結合効率の向上にもつながる。
【００２６】
スペーサ２７は、内部に空間部が形成された角筒状の部材であり、上述した上面板２１の下部に取り付けられている。スペーサ２７は、基板１上にワイヤボンディングされたＶＣＳＥＬ１０のワイヤ１０ａの高さよりも高い高さを有して形成されている。これにより、ＶＣＳＥＬ１０を覆うようにしてホールアレイ２０を載置したときにワイヤ１０ａに接することがなく、ＶＣＳＥＬ１０の実装状態を阻害しないようになっている。具体的には約５００μｍの高さを有している。尚、スペーサ２７の高さは、取り付けられたＶＣＳＥＬ１０のワイヤ１０ａの高に応じて適宜調整すればよい。また、スペーサ２７を形成する素材は特に限定されるものではないが、上面板２１と同様に紫外線を通さない素材で形成することが好ましい。一方、スペーサ２７の底面には、基板１に設けられた取付穴１ａに挿入されるガイドピン２７ａを備えている。
【００２７】
上面板２１の上には、カバー部材３０が取り除き可能に配設されている。カバー部材３０は、ホールアレイ２０内に内包された紫外線硬化樹脂９に紫外線を照射して光の経路を形成した後、除去するようになっている。これにより、紫外線硬化樹脂９の表面張力や液ダレが抑えられると共に、端面をフラットに作製するためである。その結果、光コネクタ５との接続を高精度に行うことが可能となる。
【００２８】
上述のホールアレイ２０を使用して光接続装置を製造する本発明方法について図を参照しつつ具体的に説明する。
初めに、図４（ａ）に示すように、基板１に実装されたＶＣＳＥＬ１０の全体を覆うようにして紫外線硬化樹脂９を被覆する（ステップＳ１）。紫外線硬化樹脂９は、紫外線を照射することにより硬化するようになっており、紫外線硬化樹脂９によっては紫外線の照射時間を変化させることによって屈折率を調整することが可能となる場合もある。
【００２９】
次に、ホールアレイ２０をＶＣＳＥＬ１０の発光部１０ｂに合わせて取り付ける（ステップＳ２）。このときのホールアレイ２０とＶＣＳＥＬ１０との位置合わせは、カメラでホールからＶＣＳＥＬ１０の発光部１０ｂをモニタリングしながらホール部２３が発光部１０ｂの真上に位置するように位置合わせを行う（ステップＳ３）。また、ホールアレイ２０とＶＣＳＥＬ１０との位置合わせは、これ以外にも、例えば、ガイドピンを用いて行うこともできる。すなわち、ＶＣＳＥＬ１０の実装された基板１の所定位置に取付穴１ａを設けておき、その取付穴１ａにホールアレイ２０のガイドピン２７ａを挿入したときにホール部２３が発光部１０ｂの真上に位置するように予め形成しておくことにより行うこともできる。尚、スペーサ２７の一部に孔を設けておくことによりＶＣＳＥＬ１０上にホールアレイ２０を載置した際、スペーサ２７内に内包された余分な紫外線硬化樹脂９を排出させることができる。そして、そのような余分な紫外線硬化樹脂９は適宜取り除くようにする。
【００３０】
図４（ｂ）に示すように、ＶＣＳＥＬ１０を覆うようにしてホールアレイ２０を載置したら、上面板２１の上から一様な紫外光を入射して紫外線硬化樹脂９に自己形成光導波路２４を形成させる（ステップＳ４）。これにより、ＶＣＳＥＬ−光コネクタ間を結ぶ光接続装置を配設することができる。紫外光の照射は、伝播する光の種類にもよるが、数秒から数十秒である。尚、紫外光の照射によって自己形成光導波路２４が形成されても、自己形成光導波路２４以外は未硬化なので紫外線硬化樹脂９取り除いてもよく、また、未硬化の部位をそのまま硬化させてクラッドとしてもよい。但し、強度補強のためにはクラッド部を固体化することが好ましい。クラッドの作製法はその方法を問わない。
最後に、図４（ｃ）に示すように、自己形成光導波路２４が形成されたらカバー部材３０を取り除く（ステップＳ５）。
【００３１】
一方、光導波路２４の形成は、紫外光によるものの外、レーザビームで直接導波路を形成する方法もある。例えば、特定の微細なレーザビームをホール部２３から照射することにより紫外線硬化樹脂９の替わりに使用された感光性媒質内に連続的な自己形成光導波路２４を形成する。この成形はレーザビームにて一つ一つ形成するものである。コヒーレントな光でも自己形成光導波路２４の形成は可能である。この方法を用いることで局所的に導波路を製造することができる。これらは部品数の削減や共通化、製造プロセスの共有が見込まれるので、低コスト化にもつなげることができる。
【００３２】
以上のようにして製造された光接続装置は、図３に示すように、スペーサ２７は基板１上に実装されたＶＣＳＥＬ１０のワイヤ１０ａよりも高くなるように形成されているのでＶＣＳＥＬ１０を包囲するように取付けてもその実装を阻害しない。そして、ホールアレイ２０の上面板２１に形成されたホール部２３とＶＣＳＥＬ１０の発光部１０ｂとを結ぶようにして自己形成光導波路２４が形成されている。また、上面板２１の両側端部近傍には、光コネクタ５の接続面から突出する位置決めピン５ａが挿入される挿入孔２５が設けられているので光コネクタ５を嵌合させると自己形成光導波路２４と光コネクタ５の光ファイバ７のコア７ａとが位置決めされた状態で光学的に光結合されるようになっている。これにより光の損失を発生することなく光結合を行うことができる。尚、光接続装置と光コネクタ５の嵌合状態の保持は、例えば、クリップや係合手段を適宜設けることにより行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る光接続装置の製造方法の一実施形態におけるフローチャートである。
【図２】ホールアレイの概略斜視図である。
【図３】光接続装置と光コネクタとの結合状態を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る光接続装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図５】発光素子と光コネクタと関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      基板
１ａ      取付穴
５      光コネクタ
５ａ      位置決めピン
７      光ファイバ
７ａ      コア
７ｂ      クラッド
９      紫外線硬化樹脂
１０      ＶＣＳＥＬ
１０ａ      ワイヤ
１０ｂ      発光部
２０      ホールアレイ
２１      上面板
２３      ホール部
２４      自己形成光導波路
２５      挿入孔
２７      スペーサ
２７ａ      ガイドピン
３０      カバー部材
【図１】
2006227042.tif 000003
【図２】
2006227042.tif 000004
【図３】
2006227042.tif 000005
【図４】
2006227042.tif 000006
【図５】
2006227042.tif 000007