(57)【要約】【課題】有機導波路を有する光モジュールにおいて、材料を増加させることなく、下部クラッド層と基板との剥離を防止し、信頼性を向上させる。【解決手段】基板１０の表面の一部に設けられた第１のポリマーから成る第１の下部クラッド層２１、及び第１の下部クラッド層２１の、基板１０と反対の面の一部に設けられた第２のポリマーから成る第２の下部クラッド層２２を有する有機導波路２０を形成し、光素子３０を基板１０に固定し、この光素子３０と基板１０との間で第１の下部クラッド層２１の一部を挟み込む。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一部に無機材料を有する基板と、コア層と、このコア層と基板間に位置する下部クラッド層とを具備する光導波路と、この基板上に実装された光素子と、を有する光モジュールにおいて、
前記基板の表面の一部に設けられた第１のポリマーから成る第１の下部クラッド層と、
前記第１の下部クラッド層の、前記基板と反対の面の一部に設けられた第２のポリマーから成る第２の下部クラッド層と、
前記基板に固定され、この基板との間で前記第１の下部クラッド層の一部を挟み込む前記光素子と、
を有することを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記第１のポリマーと前記第２のポリマーは、同じ材料であること、を特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
表面の少なくとも一部に無機材料を有する基板と、コア層と、このコア層と基板間に位置する下部クラッド層とを具備する光導波路と、この基板上に実装された光素子と、を有する光モジュールの製造方法において、
前記基板の表面の一部に、第１のポリマーから成る第１の下部クラッド層を形成するステップと、
前記第１の下部クラッド層の、前記基板と反対の面の一部に、第２のポリマーから成る第２の下部クラッド層を生成するステップと、
前記光素子の実装面の一部を、前記第１の下部クラッド層の前記基板と反対の面の一部に押し当てつつ、この光素子の実装面の他の一部を、この基板に実装するステップと、
を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光導波路と光素子からなる光モジュール、及びその製造方法に関し、特に、光導波路の下部クラッド層の剥離を防止することが可能な光モジュール、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光導波路及びそれを用いた光集積回路の小型化・低コスト化・多機能化を目的とした研究が活発化している。中でも基板上にポリマー材料を塗布して作製するポリマー光導波路は、量産性に優れ、低コスト化も期待できるため、近年特に注目を集めている。
図７は、従来のポリマー光導波路の一例である埋込型の光導波路１００を例示した斜視図である。
【０００３】
この光導波路１００は、シリコンやガラス等の基板１０１上に、下部クラッド層１０２を構成するポリマー（屈折率ｎ１）、及びコア層１０３を構成するポリマー（屈折率ｎ２）を順次塗布し、コア層の不要部をエッチングにより除去した後、再度、上部クラッド層１０４を構成するポリマー（屈折率ｎ３）を塗布することによって作製される。なお、ｎ２は、ｎ１、ｎ３より大きく設定される。光導波路１００を光導波路として作用させるためである。また、光ファイバとの接続を容易にすると同時にシングルモード光導波路を実現するため、コア層１０３は６×６〜９×９μｍ程度に、コア層１０３と、下部クラッド層１０２及び上部クラッド層１０４との屈折率差は、０．３〜０．７％程度になるように、各層のポリマー材料が選択される。更に、光導波路１００において導波路の伝搬損失を小さくするためには、下部クラッド層１０２、コア層１０３、上部クラッド層１０４に、光吸収の少ないポリマーを使用する必要がある。そのため、光学用の光導波路１００については、フッ素化ポリイミド樹脂やフッ素化アクリル樹脂等のフッ素を含有する光学用ポリマーが使用されることが多い。
【０００４】
しかしながら、一般にフッ素を含有する光学用ポリマーは、フッ素の有する撥水性のために、シリコンやガラス等の無機材料との密着性が悪く、このため光導波路の作製途中または作製後に基板１０１と下部クラッド層１０２との間で剥離が生じ、光導波路１００とＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）やＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）との結合効率が悪化してしまうという問題点がある。このためにフッ素を含有する光学特性が優れたポリマーを用いて光導波路を作製することは難しく、また作製された光導波路や光集積回路の長期信頼性が得られないという問題がある。
【０００５】
このような問題点に鑑み、特許文献１では、表面の少なくとも一部に無機材料を有する基板上に作製され、且つ、コア層及び該コア層より基板側に位置するクラッド層がポリマーから成るポリマー光導波路において、該クラッド層と該基板の間に該クラッド層とは異なるポリマーから成るバッファ層を有することを特徴とするポリマー光導波路が提唱されている。
【０００６】
図８は、特許文献１の光導波路１１０を例示した斜視図である。
この光導波路１１０は、コア層１１３及び上部クラッド層１１４が形成された下部クラッド層１１２と、基板１１１との間に、基板１１１と強い密着性を持つポリマーから構成されるバッファ層１１５を有している。なお、この構造では、下部クラッド層１１２の厚さを十分厚くして、導波光がバッファ層１１５にほとんど掛からないようにしている。従って、バッファ層１１５に吸収損失の大きなポリマーを使用しても導波路の損失は増加しない。また、同様に下部クラッド層１１２の厚さを十分厚く設定しているために、バッファ層１１５のポリマーの屈折率はいかなる値であっても、光は導波路を伝搬することができる。すなわち、この構造では、バッファ層１１５を構成するポリマーの光学的性質が導波路の光学的特性に影響を与えないようになっているため、バッファ層１１５に、光学特性を無視した基板１１１と密着性の高い任意のポリマーを使用することができる。また、一般にポリマー同士の密着性は高く、バッファ層１１５として、基板１１１と同時に下部クラッド層１１２とも密着性が高い材料を設定することは容易である。
このような方法により、特許文献１では、密着性が強く、信頼性の優れた光導波路１１０を実現している。
【０００７】
【特許文献１】
国際公開第ＷＯ９８／３７４４５号パンフレット。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の方法では、光導波路１１０に導波路材料と異なるバッファ層１１５を新たに設けることになるため、製造に必要な材料が１種類増加し、その生産管理負担、製造工程、及び生産管理コストが増加してしまうという問題点がある。
この発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、材料を増加させることなく、下部クラッド層と基板との剥離を防止し、信頼性を向上させることが可能な光モジュールを提供することを目的とする。
また、この発明の他の目的は、材料を増加させることなく、下部クラッド層と基板との剥離を防止し、信頼性を向上させることが可能な光モジュールの製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明では上記課題を解決するために、基板の表面の一部に設けられた第１のポリマーから成る第１の下部クラッド層と、第１の下部クラッド層の、基板と反対の面の一部に設けられた第２のポリマーから成る第２の下部クラッド層と、基板に固定され、第１の下部クラッド層の一部を、この基板との間で挟み込む光素子と、を有する光モジュールが提供される。
ここで、基板に固定された光素子によって第１の下部クラッド層の一部を基板との間で挟み込むことにより、この第１の下部クラッド層が、基板から剥離してしまうことを防止することができる。
【００１０】
また、基板の表面の一部に、第１のポリマーから成る第１の下部クラッド層を形成するステップと、第１の下部クラッド層の、基板と反対の面の一部に、第２のポリマーから成る第２の下部クラッド層を生成するステップと、光素子の実装面の一部を、第１の下部クラッド層の基板と反対の面の一部に押し当てつつ、この光素子の実装面の他の一部を、この基板に実装するステップとを有する光モジュールの製造方法が提供される。
ここで、光素子の実装面の一部を、第１の下部クラッド層の基板と反対の面の一部に押し当てつつ、この光素子の実装面の他の一部を、この基板に実装することにより、第１の下部クラッド層が光素子の実装面の一部によって保持され、この第１の下部クラッド層が、基板から剥離してしまうことを防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、この形態における光モジュール１の外観を例示した斜視図であり、図２は、図１のＡ方向からみた側面図であり、図３は、図１のＢ方向からみた平面図である。また、図４は、図３におけるＣ−Ｃ断面図である。以下、これらの図を用いて、この形態における光モジュール１の構成について説明を行っていく。
図１に例示するように、この例の光モジュール１は、基板１０、有機導波路２０、及び光素子３０によって構成され、光ファイバ４０からの光の入射が可能なように構成されている。
【００１２】
図１〜図４に例示するように、この例の基板１０は、表面の少なくとも一部に無機材料を有する基板であり、具体的には、例えば、シリコン基板、表面の少なくとも一部に酸化膜を有するシリコン基板、ガラス基板等である。また、この基板１０は表面が平坦な四角形の板状に形成され、その片面の一部には、メタル配線部１１及び下部クラッド層２１が設けられている。この例の場合、メタル配線部１１は、光素子３０からの電気出力が行われる導電性膜であり、この例の場合、例えば、基板１０の一部に蒸着したメタル配線（銅・金等）に、さらにＡｕ／Ｓｎハンダを蒸着した厚さ数μｍ程度の多層金属膜である。また、図３等に例示するように、この例のメタル配線部１１は、逆Ｌ字型に膜構成され、その長手方向が基板１０の一辺（エッジ部１３）と略平行となるように、このエッジ部１３側に近接して配置される。
【００１３】
また、この例の下部クラッド層２１は、基板１０の表面の一部に固着した四角形の膜であり、その膜厚はメタル配線部１１とほぼ同じである。この下部クラッド層２１の少なくとも一辺（エッジ部２１ｂ）は、基板１０の一辺（エッジ部１３と向かい合うエッジ部１２）と重なるように構成され、下部クラッド層２１のエッジ部２１ｂに向かい合う他の一辺（エッジ部２１ａ）は、メタル配線部１１の近傍に、このメタル配線部１１と略平行に配置される（図３）。
下部クラッド層２１の基板１０と反対の面の一部には、下部クラッド層２２が形成されている。この例の下部クラッド層２２は、下部クラッド層２１上に成膜された四角形の板であり、その一辺（エッジ部２２ａ）が下部クラッド層２１のエッジ部２１ｂに重なり、エッジ部２２ａに垂直な２辺が、下部クラッド層２１のエッジ部２１ｂに垂直な２辺に重なるように配置構成される。また、エッジ部２２ａに向かい合うエッジ部２２ｂは、下部クラッド層２１のエッジ部２１ａよりもエッジ部２１ｂ側へ距離Ｄ（数十μｍ程度）だけずれた位置に、エッジ部２１ａと略平行に構成されている（図３）。
【００１４】
下部クラッド層２２の下部クラッド層２１と反対の面の一部には、コア層２３が構成されている。この例のコア層２３は、下部クラッド層２２上に密着した直方体形状を有し、その長手方向の１つの底面（エッジ部２３ａ）が下部クラッド層２２のエッジ部２２ａと重なり、それに向かい合う底面（エッジ部２３ｂ）が下部クラッド層２２のエッジ部２２ｂに重なるように構成される。また、コア層２３の長手方向と垂直な幅Ｅは、下部クラッド層２２のエッジ部２２ａ、２２ｂの幅Ｆよりも狭く構成され（図３）、コア層２３の２つの側面２３ｃ、２３ｄ（エッジ部２３ａ、２３ｂ及び下部クラッド層２２表面に垂直な側面）は、下部クラッド層２２のエッジ部２２ａ、２２ｂと垂直な２辺から、中心方向に所定距離だけ入った位置に構成されている。
【００１５】
また、下部クラッド層２２の下部クラッド層２１と反対の面には、この面とコア装置２３の側面部２３ｃ、２３ｄ、２３ｅを覆う略板状の上部クラッド層２４が密着構成されている。この例の上部クラッド層２４の一辺（エッジ部２４ａ）は、コア装置２３のエッジ部２３ａ及び下部クラッド層２２のエッジ部２２ａに重なるように構成され、エッジ部２４ａに向かい合う一辺（エッジ部２４ｂ）は、コア装置２３のエッジ部２３ｂ及び下部クラッド層２２のエッジ部２２ｂに重なるように構成される。
【００１６】
なお、以上の下部クラッド層２１、２２、コア層２３及び上部クラッド層２４は有機導波路２０を構成する。ここで、下部クラッド層２１、２２、コア層２３及び上部クラッド層２４の材質は、下部クラッド層２１の屈折率をｎ１、下部クラッド層２２の屈折率をｎ２、コア層２３の屈折率をｎ３、上部クラッド層２４の屈折率をｎ４とした場合に、ｎ３が、ｎ１，ｎ２，ｎ４よりも大きくなるように選択される。有機導波路２０としての機能を確保するためである。また、下部クラッド層２１と下部クラッド層２２とは同じ材質であることが望ましい。下部クラッド層２１、下部クラッド層２２間の固着力強化のためである。さらに、有機導波路２０を構成する具体的な材料としては、光吸収の少ないポリマー、例えば、フッ素化ポリイミド樹脂やフッ素化アクリル樹脂等のフッ素を含有する光学用ポリマー等を例示することができるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００１７】
そして、このように構成される有機導波路２０のエッジ部２３ａ側の一端には、光ファイバ４０が装着され、これにより、光ファイバ４０からコア層２３に光が入射する構成となっている。
また、図１から図４に例示するように、メタル配線部１１の表面には、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）やＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）の光素子３０が実装されている。つまり、光素子３０は、その電気出力端子（図示せず）がメタル配線部１１にハンダ固定され、これによって基板１０と機械的に固定されている。この際、光素子３０の実装面側の一端（エッジ部３２）は、下部クラッド層２１のエッジ部２１ａから所定の距離Ｇ（図２、図３）だけエッジ部２１ｂ側へずれた位置に配置される。これにより、光素子３０の実装面側の一部が、下部クラッド層２１の一部を基板１０側へ押さえ込み、この光素子３０が、下部クラッド層２１の一部を、基板１０との間で挟み込む構成となっている。
【００１８】
このように光素子３０が下部クラッド層２１の一部を基板１０との間で挟み込むことにより、下部クラッド層２１を機械的に基板１０に密着固定させることができる。これにより、前述の特許文献１に開示された方法のようなバッファ層という異質の材料を用いることなく、有機導波路２０が基板１０から剥離することを防止することができる。
また、図４に例示するように、光素子３０内部には活性層３１が設けられているが、この活性層３１の入力口３１ａと、コア層２３のエッジ部２３ｂとの位置合わせを正確に行うことが、この光素子３０と有機導波路２０との結合損失を低減させることになる。この形態の場合、メタル配線部１１と下部クラッド層２１とは同程度の厚みに構成されている。そのため、下部クラッド層２２の厚みを、光素子３０の実装面から入力口３１ａの下部（図４における下部）までの距離と同じにすることにより、この活性層３１とコア層２３との高さ方向の位置合わせを正確に行うことができる。つまり、一般にハンダ実装された部品には、そのハンダ上での沈み込みによって、高さ方向の位置誤差が生じる。しかし、この形態では、光素子３０の実装面側の一端が、ハンダを介さず、直接下部クラッド層２１の表面に接触配置されている。そのため、光素子３０を、下部クラッド層２１に対して正確に位置決めでき、活性層３１とコア層２３との高さ方向の位置合わせを正確に行うことができる。
【００１９】
次に、この形態における光モジュール１の製造方法について説明する。
図５及び図６は、この形態における光モジュール１の製造方法を説明するための図である。以下、この図に沿って説明を行っていく。なお、図５の（ａ），（ｃ），（ｅ）及び図６の（ａ），（ｃ），（ｅ）は、図３におけるＣ−Ｃ断面図に対応する図であり、図５の（ｂ），（ｄ），（ｆ）及び図６の（ｂ），（ｄ），（ｆ）は、図１におけるＢ方向からみた平面図に対応する図である。
〔工程１〕
まず、基板１０としてシリコン基板を用意する。なお、このシリコン基板の表面に１μｍ程度のシリコン酸化膜を構成したものを用いることとしてもよい（図５（ａ），（ｂ））。
【００２０】
〔工程２〕
次に、基板１０を高速回転させつつ下部クラッド層２１の材料（フッ素化ポリイミド樹脂等）を塗布し（スピンコート）、この基板１０の片面に、この材料の層を数μｍ程度の厚みで形成する。そして、この層を公知のフォトリソグラフィ技術によって下部クラッド層２１の形状にパターニングする（図５（ｃ），（ｄ））。
〔工程３〕
さらに、スピンコートによって、この基板１０の下部クラッド層２１生成面に下部クラッド層２２の材料を数μｍ程度の厚みで形成し、この層を公知のフォトリソグラフィ技術によって下部クラッド層２２の形状にパターニングする（図５（ｅ），（ｆ））。この際、下部クラッド層２２のエッジ部２２ｂは、下部クラッド層２１のエッジ部２１ａよりも、エッジ部２２ａ側に距離Ｄ（数十μｍ）だけずれた位置に構成される。
【００２１】
〔工程４〕
さらに、スピンコートによって、この基板１０の下部クラッド層２２生成面側にコア層２３の材料を５μｍ程度の厚みで形成し、この層を公知のフォトリソグラフィ技術によってコア層２３の形状にパターニングする（図６（ａ），（ｂ））。この際、コア層２３のエッジ部２３ｂは、下部クラッド層２２のエッジ部２２ｂに揃えられてパターニングされる。
〔工程５〕
次に、スピンコートによって、この基板１０の下部クラッド層２２生成面側に上部クラッド層２４の材料を１０μｍ程度の厚みで形成し、この層を公知のフォトリソグラフィ技術によって上部クラッド層２４の形状にパターニングする（図６（ｃ），（ｄ））。この際、上部クラッド層２４のエッジ部２４ｂは、下部クラッド層２２のエッジ部２２ｂ及びコア層２３のエッジ部２３ｂに揃えられてパターニングされる。
【００２２】
〔工程６〕
次に、基板１０上にメタル配線とＡｕ／Ｓｎハンダを蒸着してメタル配線部１１を成膜する（図６（ｅ），（ｆ））。
〔工程７〕
最後に、光素子３０をＦＣＢ（フリップチップボンディング）等によってメタル配線部１１に実装する（図２、図３）。この実装は、前述のように、光素子３０の一部が、下部クラッド層２１の一部を、基板１０との間で挟み込むように行われる。すなわち、光素子３０の実装面の一部を、下部クラッド層２１の基板１０と反対の面の一部に押し当てつつ、この光素子３０の実装面の他の一部を、この基板１０に実装する。
【００２３】
以上の工程の後、有機導波路２０のエッジ部２３ａ側の一端に、光ファイバ４０が装着されることにより、この形態の光モジュール１が完成する。
このように、この形態の光モジュール１は、基板１０の表面の一部に設けられた第１のポリマーから成る第１の下部クラッド層２１と、第１の下部クラッド層２１の、基板１０と反対の面の一部に設けられた第２のポリマーから成る第２の下部クラッド層２２と、基板１０に固定され、この基板１０との間で第１の下部クラッド層２１の一部を挟み込む光素子３０とを有することとした。そのため、この光素子３０による押さえつけによって、下部クラッド層２１を機械的に基板１０に密着固定させることができる。その結果、特許文献１に開示された方法のようなバッファ層という異質の材料を用いることなく、有機導波路２０が基板１０から剥離することを防止することができる。
【００２４】
また、光素子３０の実装面側の一端が、ハンダを介さず、直接下部クラッド層２１の表面に接触配置されるため、光素子３０を下部クラッド層２１に対して正確に位置決めし、活性層３１とコア層２３との高さ方向の位置合わせを正確に行うことが可能となる。
さらに、下部クラッド層２１を構成する第１のポリマーと、下部クラッド層２２を構成する第２のポリマーを同じ材料とすることにより、下部クラッド層２１と下部クラッド層２２との固着力を強化することができる。また、同一材料を使用することにより、使用する材料数を低減させ、生産管理コストの低減、製造工程の効率化を図ることが可能となる。
なお、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。
【００２５】
【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は、基板の表面の一部に設けられた第１のポリマーから成る第１の下部クラッド層と、第１の下部クラッド層の、基板と反対の面の一部に設けられた第２のポリマーから成る第２の下部クラッド層２２と、基板に固定され、この基板との間で第１の下部クラッド層の一部を挟み込む光素子とを有することとした。
そのため、材料を増加させることなく、下部クラッド層と基板との剥離を防止し、信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光モジュールの外観を例示した斜視図。
【図２】図１のＡ方向からみた側面図。
【図３】図１のＢ方向からみた平面図。
【図４】図３におけるＣ−Ｃ断面図。
【図５】光モジュールの製造方法を説明するための図。
【図６】光モジュールの製造方法を説明するための図。
【図７】従来のポリマー光導波路の一例である埋込型の光導波路を例示した斜視図。
【図８】特許文献１の光導波路を例示した斜視図。
【符号の説明】
１  光モジュール
２０  有機導波路
２１，２２  下部クラッド層
３０  光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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