(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路により接続されて該光伝送路を経由する光伝送を行なう光伝送端を有する光伝送路被形成体の、該光伝送端相互間に光伝送路を形成する光伝送路形成方法において、
前記光伝送路被形成体上に、前記光伝送路を支持するための光伝送路支持台と同一の形状を有する空所が該光伝送路被形成体との間に形成される第１の金型を載置して、該空所に、流動状態にある凝固性の光伝送路支持台形成材料を注入することにより、該光伝送路支持台を形成する第１の工程と、
前記光伝送路支持台上に、前記光伝送路と同一の形状を有する空所が該光伝送路支持台との間に形成される第２の金型を載置して、該空所に、流動状態にある凝固性の光伝送路形成材料を注入することにより、該光伝送路を形成する第２の工程とを備えたことを特徴とする光伝送路形成方法。
【請求項２】
前記第２の金型として、一つの光伝送端から延びる光伝送路を複数の光伝送端に向けて分岐する分岐部を含む光伝送路を形成する金型を用いて前記光伝送路を形成することを特徴とする請求項１記載の光伝送路形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送端どうしを接続して光伝送を行なう光伝送路を形成する光伝送路形成方法、およびその方法により形成された光伝送回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子回路の接続方法として電気配線によるものがよく知られている。しかし、近年回路処理速度の高速化に伴い、電気配線では遅延や波形の歪みなどが生じやすくなり正確な信号伝送ができないことから、電気信号を光に変換して、光配線により信号を伝達する、いわゆる光インターコネクション技術が考案されている。しかしながら、光インターコネクション技術は発光素子と受光素子または光導波路との結合のための光軸合わせに数μｍ以下の高い精度を必要とするため、実装組立てが困難であるという問題がある。
【０００３】
また、光導波路を発光素子などに接続する方法として、直接結合させるのではなく、空間に光を伝播させて間接的に接続を行う非接触型の光結合器も提案されている。しかし、このような非接触型の光結合器では、発光部に対向する光ファイバ端部をレンズ状に加工することにより結合損失を小さくする必要があるため、実装（位置合わせ）工程がより複雑になってしまうという問題がある。
【０００４】
従来の光ファイバと受・発光素子との光接続方法では、受・発光素子の受・発光面が素子の上面にあり、上方からの入射光の光軸、あるいは上方への出射光の光軸と光ファイバの光軸とを結合させるために光ファイバの端部を４５度に切断し研磨しており、光ファイバの光軸回りの回転の制御と受・発光素子の光軸合わせのためのＸＹθ３軸に関する制御を同時に行う必要があるため、位置合わせコストがかさみ実装コストの大半を占めている。
【０００５】
これの問題を解決するために  特開平１−２６９９０３号公報や特開平５−８８０２８号公報には、ワイヤボンディング方式により光ファイバを素子と直接接続することによって、光結合させる方式が考案されている。
しかしながら、従来の光半導体装置では、光信号の送信端もしくは受信端となる光伝送端間に光伝送路を形成するのに光ファイバが用いられているが、光ファイバをワイヤボンディングと同様の方式で実装しようとしても、光ファイバはワイヤボンディングのように数μｍから数ｍｍの長さの間を自在に屈曲させることができるほどの柔軟性を有していないため、ワイヤボンディング方式にならって光ファイバを屈曲させると、その屈曲部で光ファイバが破断してしまい、光接続することは事実上不可能に近い。また、破断せずにワイヤボンディング方式で接続を行なうことができたとしても、光伝送端、すなわち発光素子と受光素子または光導波路との結合部には常に剪断応力が加わるので、使用中に結合部で接着剥離を起こす恐れが大きく信頼性の上からの問題もある。
【０００６】
また、特公平８−１２３０３号公報には、光導波管材料のポリマーをノズルから押し出すことによりチップとチップとの間に光導波管を形成する方法が開示されている。
しかし、この公報には、チップ上に光導波管を形成する際の、チップと光導波管との接続に関する具体的方法が開示されていない。実際上は、チップ上方のノズルからポリマーを押し出して光導波管を形成しながらその光導波管をチップ端面で光軸合わせを行うことは非常に困難であると考えられる。また、上記公報に記載された図面によれば、チップ端面に光導波管を接続するために、光導波管をＬ字型に屈曲させて形成しなければならないが、光導波管にこのようなＬ字型の屈曲部が存在すると、そこから光が外部に抜け出てしまい光導波管による光伝送が不可能となる恐れがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑み、光伝送端相互間に光伝送路を形成する際に破断が生じたり剪断応力が残存したりすることなく光伝送路を形成することのできる光伝送路形成方法、およびその方法に基づいて形成される光伝送回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の光伝送路形成方法は、
光伝送路により接続されてその光伝送路を経由する光伝送を行なう光伝送端を有する光伝送路被形成体の、光伝送端相互間に光伝送路を形成する光伝送路形成方法において、
上記光伝送路被形成体上に、上記光伝送路を支持するための光伝送路支持台と同一の形状を有する空所が上記光伝送路被形成体との間に形成される第１の金型を載置して、その空所に、流動状態にある凝固性の光伝送路支持台形成材料を注入することにより、上記光伝送路支持台を形成する第１の工程と、
上記光伝送路支持台上に、上記光伝送路と同一の形状を有する空所が上記光伝送路支持台との間に形成される第２の金型を載置して、その空所に、流動状態にある凝固性の光伝送路形成材料を注入することにより、光伝送路を形成する第２の工程とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、上記の目的を達成する本発明の光伝送回路は、
光信号の送信もしくは受信のターミナルである複数の光伝送端を有する光伝送路被形成体と、
複数の光伝送端どうしを接続する光伝送路と、
上記光伝送路被形成体と上記光伝送路との間に形成された、その光伝送路を支持する光伝送路支持台とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の光伝送路形成方法により光伝送路が形成される前の光伝送路被形成体を示す斜視図である。
図１には、光伝送路が形成される光伝送路被形成体である基板１と、基板１に搭載された光・電子集積回路２ａ，２ｂ、および電子集積回路２ｃと、光・電子集積回路２ａ，２ｂ間の光伝送を行なうための、両端に光伝送端８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを有する光導波路６ａ，６ｂとが示されている。
【００１１】
基板１は、ガラスもしくはＬｉＮｂＯ3 などから形成されており、光・電子集積回路２ａ，２ｂ、電子集積回路２ｃは、ＳｉウエハもしくはＧａＡｓウエハなどから形成されている。光・電子集積回路２ａ，２ｂ上には、発光素子３ａ，３ｂ、受光素子４ａ，４ｂ、およびこれらの素子を駆動して信号処理を行なう電子回路５ａ，５ｂが形成されている。電子集積回路２ｃ上には、信号処理を行なう電子回路５ｖが形成されている。
【００１２】
また、基板１上には、光・電子集積回路２ａ，２ｂと電子集積回路２ｃとの間の電気接続を行なう電気配線７が形成されている。電気配線７は、ワイヤボンディングにより形成された金線などからなるワイヤ９によって、光・電子集積回路２ａ，２ｂ上に形成された電子回路５ａ，５ｂ、および電子集積回路２ｃ上に形成された電子回路５ｃと接続されており、電子回路５ａ，５ｂ，５ｃは電気的に結合されている。
【００１３】
図２は、本発明の光伝送路形成方法に用いられる光伝送路形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
この光伝送路形成装置には支持台１００が備えられており、支持台１００上には、光・電子集積回路２ａ，２ｂ、および電子集積回路２ｃを搭載した基板１を載置する基板載置台１０１が設けられている。
【００１４】
また、支持台１００上には、ガイド１０２ａ，１０２ｂに沿って、矢印Ｘ方向にスライド自在なスライダ１０３と、スライダ１０３をＸ方向に移動させるボールネジ１０４と、サーボモータ１０５とからなるＸ方向駆動部１０６が設けられている。サーボモータ１０５によりボールネジ１０４を回転駆動することによって、その回転速度、回転数に対応した速度および距離でスライダ１０３を矢印Ｘ方向に移動させることができる。
【００１５】
スライダ１０３には、サーボモータ１０７、図示しないガイド、ボールネジ、およびスライダを有する、矢印Ｙ方向にスライド自在なＹ方向駆動部１０８が取付けられている。サーボモータ１０７により図示しないボールネジを回転駆動することによって、その回転速度、回転数に対応した速度および距離でＹ方向駆動部１０８自体をＹ方向に移動させることができる。
【００１６】
また、Ｙ方向駆動部１０８の基板載置台１０１側の端部には、図示しないガイドに沿ってＺ方向にスライド自在なスライダ１０９と、スライダ１０９と連結してスライダ１０９をＺ方向に移動させる図示しないボールネジと、サーボモータ１１０とからなるＺ方向駆動部１１１が設けられている。サーボモータ１１０により図示しないボールネジを回転駆動することによって、その回転速度および回転数に対応した速度および距離でスライダ１０９をＺ方向に移動させることができる。
【００１７】
スライダ１０９には、支柱１１２によって保持された、基板１を上方から撮影して基板１表面の画像情報を得るカメラ１１３と、金型取付部１１８と、金型取付部１１８に取り付けられた光伝送路支持台用の第１の金型１０（または光伝送路形成用の第２の金型２０）と、流動状態にある凝固性の光伝送路支持台形成材料（または光伝送路形成材料）を第１の金型１０（または第２の金型２０）内に供給するための第１の材料移送部１１５ａおよび第１のシリンジ１１４ａ（または第２の材料移送部１１５ｂおよび第２のシリンジ１１４ｂ）とが取り付けられている。
【００１８】
これらのうち、第１の金型１０、第１の材料移送部１１５ａ、および第１のシリンジ１１４ａよりなる第１の組合わせは、後述の光伝送路形成方法における第１の工程において光伝送路支持台を形成する際に用いられるものであり、第２の金型２０、第２の材料移送部１１５ｂ、および第２のシリンジ１１４ｂよりなる第２の組合わせは、第２の工程において光伝送路を形成する際に用いられるものである。これら２種類の組合わせは、工程に応じて相互に付替え可能な構造となっている。
【００１９】
さらに、この光伝送路形成装置には、この装置全体を制御する制御部１１６が備えられている。この制御部１１６は、制御配線１２０によってＸ方向駆動部１０６、Ｙ方向駆動部１０８、およびＺ方向駆動部１１１の各サーボモータ１０５，１０７，１１０と、カメラ１１３のサーボモータとに接続されており、制御部１１６は、カメラ１１３から入力された画像情報から基板１および光・電子集積回路２ａ，２ｂ上の図示しない位置合わせマーカの位置を読み取り、基板１および光・電子集積回路２ａ，２ｂの位置ずれを算出する機能と、算出された結果から、予め入力済みの金型位置決定プログラムの移動指令データを補正する機能と、補正された移動指令データに基づいて各サーボモータの回転速度および回転数を制御する機能とを有する。
【００２０】
この光伝送路形成装置は以上のように構成されているので、制御部１１６からの指令に基づき、Ｘ方向駆動部１０６のサーボモータ１０５、Ｙ方向駆動部１０８のサーボモータ１０７およびＺ方向駆動部１１１のサーボモータ１１０を回転駆動することにより、その回転速度および回転数に対応した速度および軌跡でカメラ１１３、第１または第２の金型１０，２０、第１または第２のシリンジ１１４ａ，１１４ｂ、および第１または第２の材料移送部１１５ａ，１１５ｂをＸ，Ｙ，Ｚの３次元方向に自在に移動させることができる。
【００２１】
図３は、本発明の光伝送路形成方法における第１の工程の実施形態を示す概略工程図である。
図３には、基板１に搭載された光・電子集積回路２ａ上に配設された発光素子３ａと基板１上に形成された光伝送端８ａとを接続することにより、これら２つの光伝送端相互間に光伝送路を形成する光伝送路形成方法における第１の工程の実施形態の一部が示されている。
【００２２】
この第１の工程は、光伝送路被形成体である基板１上に、光伝送路を支持するための光伝送路支持台１２を形成する工程であり、基板１との間に、光伝送路支持台１２と同一の形状を有する空所１１が形成される第１の金型１０を載置して、その空所１１に、流動状態にある凝固性の光伝送路支持台形成材料を注入することにより行われる。
【００２３】
光伝送路支持台１２は、第２の工程が終了して図３に示す発光素子３ａと光伝送端８ａとの間に光伝送路が形成された後に、その光伝送路を支持してその形状を保持する機能を有するものであるとともに、第２の工程において光伝送路を形成する際に用いられる第２の金型２０との間に光伝送路と同一の形状を有する空所２１（後述）を形成する機能をも有している。
【００２４】
この工程では、予め、第１の金型１０、第１の材料移送部１１５ａ、および第１のシリンジ１１４ａがスライダ１０９に取り付けられる。
先ず、カメラ１１３から入力された画像情報に基づく制御部１１６からの指令により、光伝送路形成装置のＸ方向駆動部１０６（図２参照）、Ｙ方向駆動部１０８、およびＺ方向駆動部１１１により第１の金型１０の位置決めが行われ、次に、基板１上に第１の金型１０が載置され、その結果、第１の金型１０と基板１との間には、光伝送路を支持するための光伝送路支持台１２と同一の形状を有する空所１１が形成される。
【００２５】
次に、第１のシリンジ１１４ａの位置決めが行われ、次に、第１の材料移送部１１５ａから供給された、所定量の、流動状態にある光伝送路支持台形成材料が第１のシリンジ１１４ａおよび第１の金型１０の上部に開口された材料注入口１０ａを経て空所１１内に注入され、光伝送路支持台形成材料により空所１１が充填される。
【００２６】
空所１１内に注入された光伝送路支持台形成材料が凝固した後、第１の金型１０が基板１から取り外され、基板１上には、空所１１と同一の形状を有する光伝送路支持台１２が形成される。
光伝送路支持台形成材料は、金型に注入される時には流動状態にあり、注入後に凝固するものであればよく、特に、自己発熱以外には加熱の必要がない注型材料が適しており、さらに、光学ノイズ防止の効果がある黒色の材料を用いることが望ましい。
【００２７】
次に、第２の工程が行われる。
図４は、本発明の光伝送路形成方法における第２の工程の実施形態を示す概略工程図である。
図４には、基板１に搭載された光・電子集積回路２ａ上に配設された発光素子３ａと基板１上に形成された光伝送端８ａとを接続することにより、これら２つの光伝送端相互間に光伝送路を形成する光伝送路形成方法における２つの工程のうちの第２の工程の一部が示されている。
【００２８】
この第２の工程は、第１の工程により基板１上に形成された光伝送路支持台１２上に光伝送路２２を形成する工程であり、光伝送路支持台１２との間に光伝送路２２と同一の形状を有する空所２１が形成される第２の金型２０を載置して、その空所２１に、流動状態にある凝固性の光伝送路形成材料を注入することにより行われる。
【００２９】
第２の工程では、予め、第２の金型２０、第２の材料移送部１１５ｂ、および第２のシリンジ１１４ｂがスライダ１０９に取り付けられる。
先ず、カメラ１１３から入力された画像情報に基づく制御部１１６からの指令により、光伝送路形成装置のＸ方向駆動部１０６（図２参照）、Ｙ方向駆動部１０８、およびＺ方向駆動部１１１により第２の金型２０の位置決めが行われ、次に、光伝送路支持台１２上に第２の金型２０が載置され、その結果、第２の金型１０と光伝送路支持台１２との間には、光伝送路２２と同一の形状を有する空所２１が形成される。
【００３０】
次に、第２のシリンジ１１４ｂの位置決めが行われ、次に、第２の材料移送部１１５ｂから供給された、所定量の、流動状態にある光伝送路形成材料が第２のシリンジ１１４ｂおよび第２の金型２０の上部に開口された材料注入口２０ａを経て空所２１内に注入され、光伝送路形成材料により空所２１が充填される。
空所２１内に注入された光伝送路形成材料が凝固した後、第２の金型２０が光伝送路支持台１２から取り外され、光伝送路支持台１２１上には、空所２１と同一の形状を有する光伝送路２２が形成される。
【００３１】
本実施形態では、光伝送路となる光伝送路形成材料には、光透過率の高いポリメチルメタクリレート樹脂（屈折率：１．４９）が用いられている。なお、光伝送路形成材料は、上記材料以外にも、金型に注入される時には流動状態にあり、注入後に凝固するものであって上記の材料と同様の光伝送性を示すものであれば他のいずれの樹脂でもよく、例えば、注型ポリカーボネイト樹脂などが適している。
【００３２】
光伝送路２２表面にクラッドを形成する必要がある場合には、本工程の後に、溶融状態にある凝固性のクラッド材料をスプレー塗布するなどしてクラッドを形成することができる。
本発明の光伝送路形成方法においては、第２の金型の内面に形成した光伝送路に対応する空所形成用の溝の形状を自在に設定することができるので、直線状、曲線状など、光伝送路の形状や角度を任意に選ぶことができ、光伝送の効率および均一性を向上させることができる。
【００３３】
また、第２の金型として、第２の金型と光伝送路支持台との間に、一つの光伝送端から延びる光伝送路を複数の光伝送端に向けて分岐する分岐部を含む光伝送路と同一の形状を有する空所が形成される金型を用いることにより、分岐点や合流点を持つ光伝送路を容易に形成することができる。
図５は、本発明の光伝送路形成方法により形成された光伝送路の概略断面図である。
【００３４】
基板１上に形成された光伝送路支持台１２の上に、基板１に搭載された光・電子集積回路２ａ上の発光素子３ａから基板１上に形成された光伝送端８ａにかけて光伝送路２２が架橋されたように形成されている。
発光素子３ａが発する信号光２３は、この光伝送路２２を介して光伝送端８ａに伝達され光伝送が行われる。
【００３５】
図６は、本発明の光伝送路形成方法により形成された光伝送路を含む本発明の光伝送回路の実施形態を示す概略構成図である。
図６には、光信号の送信もしくは受信のターミナルである複数の光伝送端、すなわち発光素子３ａ，３ｂ、受光素子４ａ，４ｂ、光伝送端８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを有する基板１と、これら複数の光伝送端どうしを接続する光伝送路２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄと、基板１に搭載された光・電子集積回路２ａ，２ｂおよび電子集積回路２ｃと、光・電子集積回路２ａ，２ｂ間の光伝送を行なうための、両端に光伝送端８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを有する光導波路６ａ，６ｂと、基板１と各光伝送路との間に形成された、各光伝送路を支持する光伝送路支持台１２とを備えた光伝送回路３０が示されている。
【００３６】
光・電子集積回路２ａの上には、発光素子３ａ、受光素子４ａ、およびこれらの素子を駆動して信号処理を行なう電子回路５ａが形成されており、同様に光・電子集積回路２ｂの上には、発光素子３ｂ、受光素子４ｂ、およびこれらの素子を駆動して信号処理を行なう電子回路５ｂが形成されている。
また、基板１上には、光・電子集積回路２ａ，２ｂと電子集積回路２ｃとの間の電気接続を行なう電気配線７が形成されている。電気配線７は、ワイヤボンディングにより形成されたワイヤ９により、光・電子集積回路２ａ，２ｂ上に形成された電子回路５ａ，５ｂ、および電子集積回路２ｃ上に形成された電子回路５ｃと接続されており、電子回路５ａ，５ｂ，５ｃは電気的に結合されている。
【００３７】
この光伝送回路３０では、光導波路６ａ，６ｂおよび光伝送路２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを経由して発光素子３ａ，３ｂおよび受光素子４ａ，４ｂ間で信号光を送受信することにより光・電子集積回路２ａ，２ｂ間の光伝送が行われる。
この光伝送回路３０を用いて光・電子集積回路２ａ，２ｂ間で高速のデータ通信を行ないながら電子回路５ａ，５ｂで信号処理を行うことができるので、結果的に高速な信号処理を行うことができる。なお、信号処理の制御は、電子集積回路２によって行われる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光伝送路形成方法によれば、第１の金型を用いて光伝送路被形成体上に光伝送路を支持する光伝送路支持台を形成した後、第２の金型を用いて光伝送路支持台上に光伝送路を形成するので、光伝送路には屈曲部が形成されず、従って光伝送路が屈曲部で破断したりすることが防止され、また光伝送端に剪断応力が加わることもないので接着剥離の発生が防止される。
【００３９】
また、本発明の光伝送回路によれば、光の伝送効率がよくノイズによる伝送品質の低下が小さい光伝送回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光伝送路形成方法により光伝送路が形成される前の光伝送路被形成体を示す斜視図である。
【図２】本発明の光伝送路形成方法に用いられる光伝送路形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明の光伝送路形成方法における第１の工程の実施形態を示す概略工程図である。
【図４】本発明の光伝送路形成方法における第２の工程の実施形態を示す概略工程図である。
【図５】本発明の光伝送路形成方法により形成された光伝送路の概略断面図である。
【図６】本発明の光伝送路形成方法により形成された光伝送路を含む本発明の光伝送回路の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１    基板
２ａ，２ｂ    光・電子集積回路
２ｃ    電子集積回路
３ａ，３ｂ    発光素子
４ａ，４ｂ    受光素子
５ａ，５ｂ，５ｃ    電子回路
６ａ，６ｂ    導波路
７    電気配線
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ    光伝送端
９    ワイヤ
１０    金型
１０ａ    材料注入口
１１    空所
１２    光伝送路支持台
２０    金型
２０ａ    材料注入口
２１    空所
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ    光伝送路
２３    信号光
３０    光伝送回路
１００    支持台
１０１    基板載置台
１０２ａ，１０２ｂ    ガイド
１０３，１０９    スライダ
１０４    ボールネジ
１０５，１０７，１１０    サーボモータ
１０６    Ｘ方向駆動部
１０８    Ｙ方向駆動部
１１１    Ｚ方向駆動部
１１２    支柱
１１３    カメラ
１１４ａ，１１４ｂ    シリンジ
１１５ａ，１０５ｂ    材料移送部
１１６    制御部
１１８    金型取付部
【図１】
0003911816.tif 000002
【図２】
0003911816.tif 000003
【図３】
0003911816.tif 000004
【図４】
0003911816.tif 000005
【図５】
0003911816.tif 000006
【図６】
0003911816.tif 000007