(57)【要約】【課題】  光配線層の反りや伸縮による損失の増加を抑えられる光接続構造体及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基板上に実装された光部品と、該光部品を囲むように設置された枠部材と、該枠部材に接着された、端部にミラーを有する光配線層とからなる光接続構造体は、第１に、光部品の周囲に枠部材を用い、光配線層を接着することにより、光配線層の変形による損失増を防止できる。第２に、枠内を光学接着剤で埋め込むことにより、光の広がりや反射を抑え、より良好かつ安定な接続を実現できる。第３に、枠内の一部のみを光学接着剤で埋め込むことにより、接着剤の使用量を抑え、かつ簡便な方法で製造できる。【選択図】    図１
2005062645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基板上に実装された光部品と、該光部品を囲むように設置された枠部材と、該枠部材に接着された、端部にミラーを有する光配線層からなることを特徴とする光接続構造体。
【請求項２】
上記枠部材の平面方向の熱膨張係数と、上記基板の平面方向の熱膨張係数の差が１０ｐｐｍ／℃以内であることを特徴とする請求項１記載の光接続構造体。
【請求項３】
上記枠部材が、基板と同等の材質からなることを特徴とする請求項１又は２記載の光接続構造体。
【請求項４】
上記枠部材の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光接続構造体。
【請求項５】
上記枠部材が金属であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光接続構造体。
【請求項６】
上記枠内を、光学接着剤で埋めてなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の光接続構造体。
【請求項７】
上記光学接着剤が、枠内の一部のみを埋め込むことを特徴とする請求項６記載の光接続構造体。
【請求項８】
基板上に、光部品と、該光部品を囲むような枠部材を設置し、光部品を実装した基板上に、該光部品を囲むように枠部材を設置し、上記枠内に光学接着剤を流し込んだ後に、端部にミラーを有する光配線層を枠上に接着することを特徴とする光接続構造体の製造方法。
【請求項９】
基板上に、光部品と、該光部品を囲むような枠部材を設置し、光部品を実装した基板上に、該光部品を囲むように枠部材を設置し、端部にミラーを有する光配線層を枠上に接着した後に、上記枠内に光学接着剤を流し込むことを特徴とする光接続構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光インターコネクション等に使用する光配線層を含む光接続構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信技術の進展によって、光の優位性が実証されてきた。また、ＬＳＩ等の信号の高速化に伴い、電気信号を光信号に置き換える技術の研究開発が進められている。光信号を伝送する媒体が光配線であり、光配線としては光ファイバや光導波路が期待されている。光配線を面内に含む構造が光配線層である。
【０００３】
近年開発が進められている高分子光導波路は、大面積に形成することが可能であり、１ｃｍ〜１ｍのオーダーの光インターコネクションへの適用が図られている。また、光配線層上に光路変換ミラーを形成して、光配線層の表面に光部品を実装することが行われている。
【０００４】
従来は図１１のように、基板上の光部品２（発光部品または受光部品）の上方にミラー６付き光配線層５を設置し、電気信号を光信号に変えてやりとりする方法があった（非特許文献１参照）。電気信号は、発光素子２ａであるＶＣＳＥＬによって光に変換され、光は光配線層５の端面ミラー６によって光路変換され、光配線５ａに沿って進む。また、光配線層５を通ってきた光が端面ミラー６によって光路変換され、受光素子２ｂであるＰＤに入って、電気に変換される。
【０００５】
しかしながら、この構造では、光配線層５が張り出した構造になっており、光配線層５が上または下に反ったり、光配線層５が熱膨張等によって伸縮したりすることによって、接続効率が悪化する場合があった。
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｎａｌ  ｏｆ  Ｓｅｌｅｃｔｅｄ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．５，１９９９  ｐｐ．１２３７−１２４２．のＦｉｇ．１（ｂ）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、係る従来技術の状況に鑑みてなされたもので、光配線層の反りや伸縮による損失の増加を抑えられる光接続構造体を提供することを目的とする。また、その製造方法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】
【０００７】
上記の課題を達成するために、まず請求項１の発明は、少なくとも基板上に実装された光部品と、該光部品を囲むように設置された枠部材と、該枠部材に接着された、端部にミラーを有する光配線層からなることを特徴とする光接続構造体としたものである。
【０００８】
請求項２の発明は、上記枠部材が、基板と同等の材質からなることを特徴とする請求項１記載の光接続構造体としたものである。
【０００９】
請求項３の発明は、上記枠内を、光学接着剤で埋めてなることを特徴とする請求項１又は２記載の光接続構造体としたものである。
【００１０】
請求項４の発明は、上記光学接着剤が、枠内の一部のみを埋め込むことを特徴とする請求項３記載の光接続構造体としたものである。
【００１１】
請求項５の発明は、光部品を実装した基板上に、該光部品を囲むように枠部材を設置し、上記枠内に光学接着剤を流し込んだ後に、端部にミラーを有する光配線層を枠上に接着することを特徴とする光接続構造体の製造方法としたものである。
【００１２】
請求項６の発明は、光部品を実装した基板上に、該光部品を囲むように枠部材を設置し、端部にミラーを有する光配線層を枠上に接着した後に、上記枠内に光学接着剤を流し込むことを特徴とする光接続構造体の製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上の説明から理解できるように、本発明には、以下の効果がある。
【００１４】
第１に、光部品の周囲に枠部材を用い、光配線層を接着することにより、光配線層の変形による損失増を防止できる。第２に、枠内を光学接着剤で埋め込むことにより、光の広がりや反射を抑え、より良好かつ安定な接続を実現できる。第３に、枠内の一部のみを光学接着剤で埋め込むことにより、接着剤の使用量を抑え、かつ簡便な方法で製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について、以下詳細に説明する。
【００１６】
請求項１は、基板１と光配線層５との間隔を規定する枠部材３を設けることにより、基板１上の光部品２と光配線層５との距離を一定に保つ。ここで枠部材３とは、光部品２の周囲を完全に囲み、光配線層５の光路変換ミラー６の周囲１８０゜以上を保持する形状（図１）か、少なくとも光部品２の周囲１８０゜以上を囲み、光配線層５の光路変換ミラーの周囲１８０゜以上を保持する形状（図２）を有する。この枠部材３に光配線層５を接着することにより、光配線層５の変形を抑え、光接続を正常な状態に保つことができる。また、枠以外にたるみ部分７を設けることにより、熱膨張による伸縮の影響をなくすことができる。なお、光部品２との電気信号のやりとりは、基板１上に形成した電気配線によって行う。電気接続の方法は、ワイヤボンディング、フリップチップボンディング等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
請求項２は、上記枠部材３の平面方向の熱膨張係数と、上記基板１の平面方向の熱膨張係数の差が１０ｐｐｍ／℃以内であることを規定する。特に請求項３は、上記枠部材３が、基板１と同等の材質からなることを規定する。これらは、温度が変わっても熱膨張係数差による変形を起こさないためである。例えば基板１としてガラスエポキシを用いた場合、枠部材３として銅、ガラスエポキシ、ビスマレイミドトリアジン、ポリイミド樹脂等を用いることができる。
【００１８】
請求項４は、上記枠部材３の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを規定する。特に請求項５は、上記枠部材３が金属であることを規定する。これらは、面内に温度分布が起こっても、光部品近傍の温度を平均化することにより、温度分布による変形を起こさないためである。
【００１９】
請求項６は、上記枠内を、光学接着剤４で埋めることを規定する（図３）。これにより、光部品２と光配線層５との位置関係を強固に固定できること、光の広がりを小さくできること、光配線層５表面での反射を低減できることができる。
【００２０】
光部品２と光配線層４との位置関係を強固に固定できるのは、光路全体を固体化できるためである。光の広がりを小さくできるのは、屈折率１の空気でなく屈折率が大きい（例えば１．４〜１．８程度の）光学接着剤４を用いることにより、ＶＣＳＥＬ２ａあるいは光配線層５から出射される光の回折角が小さくなるためである（図４）。光配線層５表面での反射を小さくできるのは、屈折率１の空気でなく屈折率が光配線層５に近い（例えばクラッド５ｂの屈折率±５％以内程度の）光学接着剤４を用いることにより、屈折率変化を小さくできるためである。
【００２１】
請求項７は、上記光学接着剤４が、枠内の一部のみを埋めることを規定する（図５、６）。これにより、光学接着剤４の使用量を減らすことができるとともに、構造体の作製が容易になる。
【００２２】
請求項８は、上記枠内に光学接着剤４を埋め込んだ後に、光配線層５を枠上に接着することを特徴とする（図７、９）。請求項６は、上記光配線層５を枠上に接着した後に、枠内に光学接着剤４を流し込むことを特徴とする（図８）。
【００２３】
図７は、図３の構造体を製造する方法の一例である。基板１上に光部品２を実装し（ａ）、実装された光部品２を囲むように枠３を実装し（ｂ）、枠内を光学接着剤４で埋め込む（ｃ）。光学接着剤４としては、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等が好適に用いられる。硬化方法としては、紫外線硬化、室温硬化、熱硬化等が可能であるが、紫外線硬化が好適に用いられる。また、埋め込み後、表面研磨を行ってもよい。この上に、ミラー６付き光配線層５を位置合わせ、接着固定する（ｄ）。
【００２４】
図８は、図５の構造体を製造する方法の一例である。基板１上に光部品２を実装し（ａ）、実装された光部品２を囲むように枠３を実装し（ｂ）、先に光配線層５を接着する。この際、あらかじめ光学接着剤４を枠上あるいは光配線層５に滴下しておき、両者を位置合わせしてから、紫外線硬化等によって接着する（ｃ）。その後、シリンジ等を用いて光部品２・光配線層５間に光学接着剤４を流し込み、紫外線硬化等によって硬化させる（ｄ）。
【００２５】
図９は、図６の構造体を製造する方法の一例である。基板１上に光部品２を実装し（ａ）、実装された光部品２を囲むように枠３を実装し（ｂ）、枠内を光学接着剤４で埋め込む。この際、枠内全体を埋め込むのでなく、一部のみを埋め込む。例えば光学接着剤４を適量滴下した後、上面にダミーフィルムを載せた状態で硬化させる（図示せず）。あるいは、上面にダミーフィルムを載せた状態で、シリンジ等を用いて光部品２・ダミーフィルム間に光学接着剤４を流し込み、紫外線硬化等によって硬化させる（図示せず）。ダミーフィルムを除去することで一部埋め込みができる（ｃ）。この上に、ミラー６付き光配線層５を位置合わせ、接着固定する（ｄ）。
【００２６】
このように、枠内の一部のみを埋め込むことにより、図８や図９のような方法によって、表面研磨なしで平坦化することができ、工程を簡略化できる。
【００２７】
なお、光部品２の実装と、枠部材３の実装の順序は、どちらが先でもよい。また、ミラー４としては、端面をカットした全反射ミラーだけでなく、反射膜を成膜したミラーや、反射膜を埋め込んだミラー等、各種ミラーが使用可能である。位置合わせには、光部品２上と光配線層５中のアライメントマークを合わせる方法が好適に用いられる。
【００２８】
この接続構造体は、光部品２と外部のファイバアレイ（図示せず）を接続するだけでなく、同一基板１内の光部品２同士の接続や、近接基板１内の光部品２同士の接続にも用いることができる。光配線層５には、ＭＴコネクタ等の光コネクタを接続してもよい。
【実施例１】
【００２９】
［枠内全埋め込み］
本発明の実施例について、図７を用いて説明する。基板１（ガラスエポキシ樹脂：平面方向の熱膨張係数＝１５〜１６ｐｐｍ／℃）上に、ＶＣＳＥＬアレイ２ａをフリップチップボンディングした（ａ）。次に、図５と同じ形状の枠部材３（ビスマレイミドトリアジン樹脂：平面方向の熱膨張係数＝１３〜１６ｐｐｍ／℃、熱伝導率＝０．４Ｗ／ｍ・Ｋ）をベアチップ接着剤を用いて実装し（ｂ）、枠内を光学接着剤４で埋め込み、紫外線硬化後、上面を研磨した（ｃ）。最後に、光配線層５裏面に光学接着剤４を滴下後、ＶＣＳＥＬ２ａに位置合わせし、紫外線硬化によって固定し（ｄ）、図３の構造体が完成した。
【００３０】
同様の方法によって、ＰＤ側の接続も行った。両側ミラー付き導波路で長さ３ｃｍの場合、光損失は約３ｄＢであった。パルス信号を用いて、光伝送を安定して行うことができた。
【実施例２】
【００３１】
［枠内一部埋め込み１］
本発明の実施例について、図８を用いて説明する。基板１（ガラスエポキシ樹脂：平面方向の熱膨張係数＝１５〜１６ｐｐｍ／℃）上に、ＶＣＳＥＬアレイ２ａをベアチップボンディングした（ａ）。次に、図５と同じ形状の枠部材３（ガラスエポキシ樹脂：平面方向の熱膨張係数＝１５〜１６ｐｐｍ／℃、熱伝導率＝０．４Ｗ／ｍ・Ｋ）をベアチップ接着剤を用いて実装し、ＶＣＳＥＬアレイ２ａにワイヤボンディングを施した（ｂ）。枠上面に光学接着剤４を滴下後、光配線層５をＶＣＳＥＬ２ａに位置合わせし、紫外線硬化によって固定した（ｃ）。最後に、シリンジによって枠内のＶＣＳＥＬ２ａ・光配線層５間に光学接着剤４を流し込み、紫外線硬化させた（ｄ）。
【００３２】
同様の方法によって、ＰＤ側の接続も行った。両側ミラー付き導波路で長さ３ｃｍの場合、光損失は約３ｄＢであった。パルス信号を用いて、光伝送を安定して行うことができた。
【実施例３】
【００３３】
［枠内一部埋め込み２］
本発明の実施例について、図９を用いて説明する。基板１（ガラスエポキシ樹脂：平面方向の熱膨張係数＝１５〜１６ｐｐｍ／℃）上に、ＶＣＳＥＬアレイ２ａをフリップチップボンディングした（ａ）。次に、図６と同じ形状の枠部材３（ガラスエポキシ樹脂：平面方向の熱膨張係数＝１５〜１６ｐｐｍ／℃、熱伝導率＝０．４Ｗ／ｍ・Ｋ）をベアチップ接着剤を用いて実装した（ｂ）。シリコーン処理ＰＥＴフィルム（図示せず）を枠上に載せて、シリンジによって枠内に光学接着剤４を流し込み、紫外線硬化させた後にシリコーン処理ＰＥＴを剥がすことによって部分埋め込みした（ｃ）。最後に、枠上面に光学接着剤４を滴下後、光配線層５をＶＣＳＥＬ２ａに位置合わせし、紫外線硬化によって固定した（ｄ）。
【００３４】
同様の方法によって、ＰＤ側の接続も行った。両側ミラー付き導波路で長さ３ｃｍの場合、光損失は約３ｄＢであった。パルス信号を用いて、光伝送を安定して行うことができた。
【実施例４】
【００３５】
［金属枠］
本発明の実施例について、図１０を用いて説明する。基板１（ガラスエポキシ樹脂：平面方向の熱膨張係数＝１５〜１６ｐｐｍ／℃）上に、ＶＣＳＥＬアレイ２ａをベアチップボンディングした（ａ）。次に、図６と同じ形状の枠部材３（銅（熱膨張係数＝１６．５ｐｐｍ／℃、熱伝導率＝４００Ｗ／ｍ・Ｋ）にニッケルめっきしたもの）をベアチップ接着剤を用いて実装し、ＶＣＳＥＬアレイ２ａにワイヤボンディングを施した（ｂ）。枠上面に光学接着剤を滴下後、光配線層５をＶＣＳＥＬアレイ２ａに位置合わせし、紫外線硬化によって固定した（ｃ）。最後に、シリンジによって枠内のＶＣＳＥＬ２ａ・光配線層５間に光学接着剤４を流し込み、紫外線硬化させた（ｄ）。
【００３６】
同様の方法によって、ＰＤ側の接続も行った。両側ミラー付き導波路で長さ３ｃｍの場合、光損失は約３ｄＢであった。パルス信号を用いて、光伝送を安定して行うことができた。また、この場合、ＶＣＳＥＬから２ｃｍ離れた点を加熱してＶＣＳＥＬ近傍に温度分布を与えても、伝送特性に変化は見られなかった。一方、実施例１〜３の場合、ＶＣＳＥＬ近傍に温度分布を与えると信号の低下が見られた。
【００３７】
なお、枠部材３がステンレス（熱膨張係数＝１４．７ｐｐｍ／℃、熱伝導率＝１５Ｗ／ｍ・Ｋ）やアルミニウム（熱膨張係数＝２３．１ｐｐｍ／℃、熱伝導率＝２４０Ｗ／ｍ・Ｋ）でも、銅（ニッケルめっき付き）と同様の効果があった。
【比較例】
【００３８】
［ガラス枠］
本発明の実施例について、図１０を用いて説明する。基板１（ガラスエポキシ樹脂：平面方向の熱膨張係数＝１５〜１６ｐｐｍ／℃）上に、ＶＣＳＥＬアレイ２ａをベアチップボンディングした（ａ）。次に、図６と同じ形状の枠部材３（石英ガラス：熱膨張係数＝０．５ｐｐｍ／℃）をベアチップ接着剤を用いて実装を試みたが、枠部材３が簡単に取れてしまった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の光接続構造体の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の光接続構造体の他の例を示す斜視図である。
【図３】本発明の光接続構造体の他の例を示す斜視図である。
【図４】従来および本発明の光の広がりを示す断面図である。
【図５】本発明の光接続構造体の他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明の光接続構造体の他の例を示す斜視図である。
【図７】図３の光接続構造体の製造方法の一例を示す断面図である。
【図８】図５の光接続構造体の製造方法の一例を示す断面図である。
【図９】図６の光接続構造体の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１０】図６の光接続構造体の製造方法の他の例を示す断面図である。
【図１１】従来の光接続構造体の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    …  基板
２    …  光部品
２ａ  …  ＶＣＳＥＬ
２ｂ  …  ＰＤ
３    …  枠部材
４    …  光学接着剤
５    …  光配線層
５ａ  …  コア
５ｂ  …  クラッド
６    …  ミラー
７    …  たるみ部分
１０  …  スペーサ
【図１】
2005062645.tif 000003
【図２】
2005062645.tif 000004
【図３】
2005062645.tif 000005
【図４】
2005062645.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005062645.tif 000008
【図７】
2005062645.tif 000009
【図８】
2005062645.tif 000010
【図９】
2005062645.tif 000011
【図１０】
2005062645.tif 000012
【図１１】
2005062645.tif 000013