光学部品実装用サブマウント、及び光送受信モジュール
【課題】接着剤が所定の位置に精度良く塗布できると共に溢れることを防止しつつ、簡易且つ確実に光学部品の実装が可能な光学部品実装用サブマウント、及びそれを利用した光送受信モジュールを提供すること。
【解決手段】 例えば、サブマウント22は、略直方体状の基板から構成されている。このサブマウント22には、高分子光導波路フィルム10を取付けるための凹部26(光学部品実装用凹部)と、受光素子及び発光素子を嵌め込んでそれぞれ保持(実装)するための凹部28a,28b(光学部品実装用凹部)とが形成されている。このような構成のサブマウント22において、光学部品実装用凹部としての凹部26,28a,28bに、隣接して接着剤充填用溝27,29a,29bをそれぞれ設ける。
【解決手段】 例えば、サブマウント22は、略直方体状の基板から構成されている。このサブマウント22には、高分子光導波路フィルム10を取付けるための凹部26(光学部品実装用凹部)と、受光素子及び発光素子を嵌め込んでそれぞれ保持(実装)するための凹部28a,28b(光学部品実装用凹部)とが形成されている。このような構成のサブマウント22において、光学部品実装用凹部としての凹部26,28a,28bに、隣接して接着剤充填用溝27,29a,29bをそれぞれ設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、サブマウント、及び光送受信モジュールに係り、特に、光デバイスのパッケージ内に実装されるサブマウント、及び該サブマウントを用いた光送受信モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
最近、IC技術やLSI技術において、動作速度や集積度向上のために、高密度に電気配線を行なう代わりに、機器装置間、機器装置内のボード間、チップ内において光配線を行なうことが注目されている。
【0003】
光配線のための素子として、例えば、以下の特許文献1には、コアとコアを包囲するクラッドを有する高分子光導波路の、コア・クラッド積層方向に発光素子および受光素子を備え、さらに発光素子からの光をコアに入射させるための入射側ミラーとコアからの光を受光素子に出射させるための出射側ミラーを有する光学素子であって、発光素子から入射側ミラーおよび出射側ミラーから受光素子に至る光路に相当する箇所において、クラッド層を凹状に形成し、発光素子からの光および出射側ミラーからの光を収束させた光学素子が記載されている。
【0004】
また、以下の特許文献2には、コアとコアを包囲するクラッドを有する高分子光導波路のコア端面に発光素子からの光を入射させる光学素子において、コアの光入射端面を発光素子に向かって凸面となるように形成し、発光素子からの光を収束させて導波損失を抑えた光学素子が記載されている。
【0005】
さらに、以下の特許文献3には、電子素子と光素子とを集積化した光電融合回路基板の上に高分子光導波路回路が直接組み立てられた光電子集積回路が記載されている。
【0006】
光配線において前記のごとき素子を実装して、装置内に組み込むことができれば、光配線の組み立てを考える際の自由度を大きくすることが可能になり、その結果としてコンパクトで小さな受発光素子を作ることが出来る。
【0007】
しかしながら、これまでに提案されている方法は90°折り返しミラーを形成するためにミラー部を埋め込む必要があったり、導波路と受発光素子を張り合わせる場合にも位置合わせを高精度に行う必要があり、実装に要するコストが大きな問題となっていた。
【0008】
これに対し、本発明者等は、光導波路が鋳型で複製された高分子光導波路フイルムを備えた受発光素子付き高分子光導波路モジュールを発明し、既に出願している(特許文献4)。高分子光導波路フイルムは、同一端部に光路変換ミラー面と突き当て面とを有している。また、受発光素子を保持するサブマウントには、フイルムの突き当て面を突き当てる当接面が形成されている。このモジュールでは、実装する際に、サブマウントに形成された当接面にフイルムの突き当て面を突き当てて、受発光素子と光路変換面との位置合わせを非常に容易に且つ確実に行うことができる。
【0009】
また、以下の特許文献5には、半導体レーザのサブマウントにミラー面を形成し、このミラー面によりレーザ光の光路を変換する半導体レーザ装置が記載されている。
【特許文献1】特開2000−39530号公報
【特許文献2】特開2000−39531号公報
【特許文献3】特開2000−235127号公報
【特許文献4】特願2004−139041号公報
【特許文献5】特開2000−114655号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、サブマウントに発光素子や受光素子、及び導波路素子を実装する場合において接着剤(導電性ペースト含む)を用いて固定するときに、接着剤が所定の位置に精度良く塗布することが問題があった。また、実装した際、接着剤が実装用の凹部から溢れ出てきてしまうといった問題もある。
【0011】
本発明は、上記問題を解決すべく考案されたものであり、本発明の目的は、接着剤が所定の位置に精度良く塗布できると共に溢れることを防止しつつ、簡易且つ確実に光学部品の実装が可能な光学部品実装用サブマウント、及びそれを利用した光送受信モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記目的を達成するために本発明のサブマウントは、光学部品を実装するサブマウントであり、前記光学部品を埋め込み実装するための実装用凹部を有し、さらに当該実装用凹部に隣接して形成された接着剤充填溝を有することを特徴としている。
【0013】
本発明のサブマウントでは、実装用凹部に隣接して設けた接着剤充填溝から、接着剤(固定用のみならず、導電性を付与した接着剤、所謂導電性ペーストも含む)を流し込むことで、実装用凹部の底面(部品載置面)に均一に塗布される。そして、実装用凹部に光学部品を実施した際、接着剤充填溝が液溜まりの役割を担い接着剤が溢れ出すこともなくなる。
【0014】
本発明のサブマウントは、当該サブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成された複製用鋳型を作製し、作製された複製用鋳型に硬化性材料を充填し、充填された前記硬化性材料を硬化させ、複製されたサブマウントを前記複製用鋳型から剥離して製造することがよい。この製法では、鋳型に硬化性材料を充填し、充填された硬化性材料を硬化させてサブマウントを複製するので、サブマウントを低コストで量産することができる。また、使用する鋳型にはサブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成されているので、精密なサブマウントを精度よく複製することができる。
【0015】
また、前記複製用鋳型は、液状シリコーンゴムをサブマウントの原盤上で硬化させて製造してもよいし、シリコン基板をエッチング或いはイオン反応性エッチングして作製してもよいし、金属を鋳造して製造してもよい。
【0016】
また、前記硬化性材料としては、耐熱性樹脂、光硬化性の耐熱性樹脂、熱可塑性の耐熱性樹脂などを適用することができる。前記耐熱性樹脂としては、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂がなどを適用することができる。また、前記硬化性材料としては、加熱により溶融する低融点ガラスも適用することができる。前記低融点ガラスとしては、SiO2,B2O3を主要成分とする硬質ガラスを適用することができる。
【0017】
本発明のサブマウント上には、電気配線のための電極パターンが形成されていてもよい。
【0018】
一方、本発明の光送受信モジュールは、
光導波路が形成され光導波路フィルムと、
発光素子と該発光素子を保持するサブマウントとを備え、前記発光素子から射出された光が前記光導波路の入射端面に結合されるように、前記サブマウント上に前記光導波路フィルムの一方の端部を保持する光送信部と、
受光素子と該受光素子を保持するサブマウントとを備え、前記光導波路の出射端面から射出された光が前記受光素子に受光されるように、前記サブマウント上に前記光導波路フィルムの他方の端部を保持する光受信部と、
を備え、
前記サブマウントとして上記本発明の光部品実装用サブマウントを適用することを特徴としている。
【発明の効果】
【0019】
以上説明したように本発明の光学部品実装用サブマウントによれば、接着剤が所定の位置に精度良く塗布できると共に溢れることを防止しつつ、簡易且つ確実に光学部品の実装可能であり、量産性に優れ、且つ安価で精密である、といった効果を奏する。また、本発明の光送受信モジュールによれば、受光素子や発光素子などの光学部品を簡易且つ確実に実装を行うことができ、量産性に優れ、低コストである、といった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
[サブマウント及びその製造方法]
本発明のサブマウントは、光学部品を埋め込み実装するための実装用凹部と共に、実装用凹部に隣接して接着剤充填溝を有している。なお、この隣接するとは、実装用凹部と接着剤充填溝との内部空間が連通していことを示す。
【0021】
本発明のサブマウントは、(1)サブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成された複製用鋳型を作製する鋳型作製工程、(2)作製された複製用鋳型に硬化性材料を充填する充填工程、(3)充填された前記硬化性材料を硬化させる硬化工程、(4)複製されたサブマウントを前記複製用鋳型から剥離する剥離工程とを有する製造方法により得ることができる。
【0022】
鋳型を作製する方法としては、(A)液状シリコーンゴムをサブマウントの原盤上で硬化させて作製する方法、(B)シリコン基板をエッチングして作製する方法、(C)金属を鋳造して作製する方法等がある。以下では、方法(A)で作製された鋳型を用いたサブマウントの製造方法を「シリコーン樹脂を用いた複製法」、方法(B)又は方法(C)で作製された鋳型を用いたサブマウントの製造方法を「スタンパー法」と称する。
【0023】
−シリコーン樹脂を用いた複製法−
次に、「シリコーン樹脂を用いた複製法」の全体像を、図1を参照して説明する。図1(A)はシリコン基板50を示す。このシリコン基板50の主面にRIEにより凹凸を形成し、サブマウントの原盤52を作製する(図1(B)参照)。RIE等の精密加工技術を用いることで、サブマウントの原盤52が精密に作製される。この原盤にはサブマウント複数個分の凹凸が形成されており、この原盤を用いて複数個のサブマウントを一度に複製することができる。
【0024】
この原盤52の凹凸形成面に液状シリコーンゴムを塗布又は注型し、硬化させる(図1(C)参照)。その後、シリコーン樹脂層54Aを剥離すると、サブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成されたシリコーン樹脂製の鋳型54が得られる(図1(D)参照)。液状シリコーンゴムを用いることで、この材料の密着性と剥離性とを利用して、原盤52の凹凸が正確に写し取られる。これらの工程が「鋳型作製工程」に相当する。
【0025】
次に、この鋳型54に紫外線硬化樹脂を充填し、紫外線照射により硬化させる(図1(E)参照)。これらの工程が「充填工程」及び「硬化工程」に相当する。その後、硬化樹脂層56を鋳型54から剥離すると、サブマウント表面の凹凸が複製される。この工程が「剥離工程」に相当する。この複製物(図示せず)を個々のサブマウントにダイシングすることで、表面に凹凸が形成された紫外線硬化樹脂製のサブマウント58が得られる(図1(F)参照)。
【0026】
以下、「シリコーン樹脂を用いた複製法」の主な工程を更に詳しく説明する。
【0027】
(原盤の作製)
上記ではRIEを用いてシリコン基板をエッチングしサブマウントの原盤を作製する例について説明したが、原盤の材料としては、シリコン基板の外に、石英ガラス基板等のガラス基板、ニッケル(Ni)基板等の金属基板を用いることができる。原盤の作製には、従来の方法、例えばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。ミラー面の作製には、ダイシングを用いることもできる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法(特願2002−10240号)も、原盤を作製するのに適用できる。
【0028】
(鋳型の作製)
「シリコーン樹脂を用いた複製法」では、上述した通り、作製された原盤の凹凸形成面に、液状シリコーンゴムを塗布したり注型し、必要に応じ乾燥処理をした後、硬化処理を行って、シリコーン樹脂層を形成する。その後、シリコーン樹脂層を原盤から剥離して、サブマウントの表面形状を型取った鋳型を作製する。
【0029】
シリコーン樹脂層の厚さは、鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に0.1〜50mm程度が適切である。また、前記原盤には、あらかじめ離型剤塗布などの離型処理を行なって、鋳型との剥離を促進することが望ましい。
【0030】
液状シリコーンゴムは、硬化後シリコーンゴムとなる硬化性オルガノポリシロキサンであり、「液状」の中にはペースト状のように粘度の高いものも含まれる。液状シリコーンゴムは、分子中にメチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが好ましい。液状シリコーンゴムの中でも、特に液状ジメチルシロキサンゴム(ポリジメチルシロキサン:PDMS)が密着性、剥離性、強度及び硬度の点から好ましい。
【0031】
液状シリコーンゴムは、密着性と剥離性という相反した特性に優れ、微細構造を写し取る能力を備えている。このため、シリコーンゴムを用いた鋳型は、高精度に原盤を写し取ることができ、さらに後述するサブマウント形成用の紫外線硬化性樹脂との剥離も容易である。また、液状シリコーンゴムは、鋳型(繰り返し用いる)として一定以上の機械的強度・寸法安定性を有すること、凹凸形状を維持する硬さ(硬度)を有すること、等の利点を有する。従って、この鋳型からは高精度に形状を維持したサブマウントを、極めて簡便に作製することができる。
【0032】
液状シリコーンゴムは、硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものが好ましい。この中でも、付加型の液状シリコーンゴムは、表面と内部が均一にかつ短時間に硬化し、またその際、副生成物が無く又は少なく、かつ離型性に優れ収縮率も小さいので特に好ましい。液状シリコーンゴムには、必要に応じて各種添加剤を加えることができる。
【0033】
液状シリコーンゴムは、原盤の表面に塗布や注型等することが可能で、また、原盤に形成された凹凸を正確に写し取らなければならないので、ある限度以下の粘度を有することが好ましい。液状シリコーンゴムの粘度は、500mPa・s〜7000mPa・s程度が好ましく、2000mPa・s〜5000mPa・s程度がより好ましい。また、粘度調節のために溶剤を、溶剤の悪影響が出ない程度に加えることができる。
【0034】
鋳型の表面エネルギーは、10dyn/cm〜30dyn/cm、好ましくは15dyn/cm〜24dyn/cmの範囲にあることが、樹脂との密着性の点からみて好ましい。表面エネルギーは、固体と液体との接触角を測定することで解析できることから専用の接触角測定装置により測定される。鋳型のショア(Share)ゴム硬度は、15〜80、好ましくは20〜60であることが、型取り性能や凹凸形状の維持、剥離性の点からみて好ましい。ショアゴム硬度は、非測定物の表面に押針を押し込み変形させ、その変形量を測定するスプリング式ゴム硬度計により測定される。鋳型の表面粗さ(最大高さ(Ry))は、0.2μm以下、好ましくは0.1μm(100nm)以下にすることが、型取り性能の点からみて好ましい。表面粗さRyは、粗さ曲線の最大値と最小値の差でと定義された最大高さを表す値であり、触針式の膜厚計で測定される。
【0035】
また、鋳型は、紫外領域及び/又は可視領域において光透過性であることが好ましい。鋳型が「可視領域」において光透過性であることが好ましいのは、樹脂が鋳型に充填される様子が観察でき、充填完了等が容易に確認しうるからである。また、鋳型が「紫外領域」において光透過性であることが好ましいのは、鋳型を通して紫外線硬化を行うためであり、鋳型の、紫外領域(250nm〜400nm)における透過率が80%以上であることが好ましい。
【0036】
(サブマウントの複製)
「シリコーン樹脂を用いた複製法」では、上述した通り、サブマウントの表面形状を型取った鋳型に、サブマウント形成用の紫外線硬化性樹脂を充填し、充填された樹脂を硬化させた後、硬化樹脂層を鋳型から剥離することで、表面に凹凸が形成されたサブマウントを複製する。
【0037】
サブマウント形成用の紫外線硬化性樹脂としては、耐熱性の高い樹脂が好ましく、エポキシ系、ポリイミド系の紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。また、紫外線硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が好ましく用いられる。
【0038】
紫外線硬化性樹脂は、鋳型の凹凸に充填されるため、十分低粘度であることが必要である。従って、紫外線硬化性樹脂の粘度は、10mPa・s〜2000mPa・s、望ましくは20mPa・s〜1000mPa・s、更に好ましくは30mPa・s〜500mPa・sにするのが好ましい。
【0039】
また、原盤に形成された凹凸を高精度に再現するため、紫外線硬化性樹脂の硬化前後の体積変化が小さいことが必要である。体積変化は10%以下が好ましく、6%以下がより好ましい。溶剤を用いて低粘度化することは、硬化前後の体積変化が大きいのでできれば避ける方が好ましい。
【0040】
紫外線硬化性樹脂の硬化後の体積変化(収縮)を小さくするため、紫外線硬化性樹脂にポリマーを添加することができる。添加するポリマーは、紫外線硬化性樹脂との相溶性を有し、かつ該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないものが好ましい。また、ポリマーを添加することにより、体積変化を小さくする他、粘度や硬化樹脂のガラス転移点を高度に制御できる。このようなポリマーとしては、例えば、アクリル系、メタクリル酸系、エポキシ系のポリマーが用いられるが、これに限定されるものではない。
【0041】
紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線LED、UV照射装置等を用いて紫外領域(250nm〜400nm)の光を照射する。
【0042】
−スタンパー法−
次に、「スタンパー法」の全体像を、図2を参照して説明する。「スタンパー法」では、鋳型を「スタンパー」として使用する。図2(A)はシリコン基板60を示す。このシリコン基板60の主面にRIEにより凹凸を形成し、シリコン製の鋳型62を作製する(図2(B)参照)。この鋳型にはサブマウント複数個分の凹凸が形成されており、この鋳型を用いて複数個のサブマウントを一度に複製することができる。RIE等の精密加工技術を用いることで、サブマウントの凹凸を正確に写し取った鋳型62が精密に作製される。これらの工程が「鋳型作製工程」に相当する。
【0043】
次に、熱可塑性樹脂を鋳型62に密着させ、加熱しながら加圧し、その後放冷して硬化させる(図2(C)参照)。これらの工程が「充填工程」及び「硬化工程」に相当する。その後、硬化樹脂層64を鋳型62から剥離すると、サブマウント表面の凹凸が複製される。この工程が「剥離工程」に相当する。この複製物(図示せず)を個々のサブマウントにダイシングすることで、表面に凹凸が形成された熱可塑性樹脂製のサブマウント66が得られる(図2(D)参照)。
【0044】
以下、「スタンパー法」の主な工程を更に詳しく説明する。以下では、「シリコーン樹脂を用いた複製法」の鋳型と区別するため、鋳型を「スタンパー」と称する。
【0045】
(スタンパーの作製)
上記ではRIEを用いてシリコン基板をエッチングしスタンパーを作製する例について説明したが、スタンパーの材料としては、シリコン基板の外に、石英ガラス基板等のガラス基板、ニッケル(Ni)基板等の金属基板を用いることができる。スタンパーの作製には、従来の方法、例えばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法(特願2002−10240号)も、スタンパーを作製するのに適用できる。フォトリソグラフィー及びRIEを用いることで鋳型の作製精度が向上する。
【0046】
(サブマウントの複製)
「スタンパー法」では、上述した通り、サブマウントの表面形状を型取ったスタンパーに、サブマウント形成用の熱可塑性樹脂を密着させ、加熱しながら加圧した後、常温まで放冷して硬化させ、硬化樹脂層を鋳型から剥離することで、表面に凹凸が形成されたサブマウントを複製する。
【0047】
サブマウント形成用の熱可塑性樹脂としては、耐熱性の高い樹脂が好ましく、不飽和ポリエステル樹脂系、エポキシ系、ポリイミド系、PPS系(ポリフェニレンサルファイド系)の熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。また、紫外線硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物を用いてもよい。また、熱硬化性樹脂にフィラーを混入させた精密成型用の樹脂も好ましく用いられる。このような樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂に硝子繊維などのフィラーを混入させ収縮を抑えたBMC樹脂などが挙げられる。
【0048】
熱可塑性樹脂は、収縮率が1%以下の高い寸法精度、熱変形温度が200℃以上、線膨張係数は金属に近く、金属部品との組合せが容易(アルミニウムより小さい)であることが好ましい。
【0049】
熱可塑性樹脂に凹凸を形成するには、スタンパーに密着させた熱可塑性樹脂を、ガラス転移点(Tg)+50℃位の温度に加熱し、10N程度の圧力で加圧する。
【0050】
また、スタンパー法では、熱可塑性樹脂に代えて、加熱により溶融する低融点ガラス、例えば600℃以下で軟化(溶融)する低融点ガラスを用いることができる。例えば、低融点ガラスを、金属製の金型を「スタンパー」として用いて500℃程度に加熱することで、ガラス製のサブマウントを複製することができる。更に、パイレックス(登録商標)ガラスなど融点800℃と高いガラス材料でも、加熱温度を650℃位にして加圧すると変形してスタンパー法で複製することが可能である。低融点ガラスとしては、SiO2,B2O3を主要成分とする硬質ガラスが好適に適用される。
【0051】
[光送受信モジュール]
図3は、本実施の形態に係る光送受信モジュールの概略構成図である。この光送受信モジュールは、図3に示すように、ベルト状の高分子光導波路フィルム10と、高分子光導波路フィルム10に形成された光導波路を介して光信号を送受信する光送受信部12、14とで構成されている。光送受信部12はサブマウント22を備えており、高分子光導波路フィルム10の一方の端部はサブマウント22上に保持されている。また、光送受信部14はサブマウント24を備えており、高分子光導波路フィルム10の他方の端部はサブマウント24上に保持されている。
【0052】
高分子光導波路フィルム10は、可とう性を有する透明樹脂フィルムからなり、図4(A)及び(B)に示すように、「折り曲げ」や「ねじれ」等の変形に対して追従性を有している。このためフィルムが変形した状態でも、光送受信部12から送信された光信号が、高分子光導波路フィルム10に形成された光導波路を導波して、光送受信部14により受信される。高分子光導波路フィルム10は、曲率半径3mm以下の可とう性を備えていることが好ましい。曲げ半径は、フィルムを折り曲げたときにフィルムの内側に形成される曲線の微小な部分を円と近似したとき、その円の半径の長さを表す値であり、ASTM D―2176に従いその許容値が測定される。なお、高分子光導波路フィルム10に用いる樹脂材料については後述する。
【0053】
高分子光導波路フィルム10は、変形に対する追従性を高めるために、フィルムの厚さを50μm〜300μmの範囲とすることが好ましく、100μm〜200μmの範囲とすることがより好ましい。また、同様の理由から、フィルムの幅を0.5mm〜10mmの範囲とすることが好ましく、1mm〜5mmの範囲とすることがより好ましい。
【0054】
[高分子光導波路フィルム]
次に、図5(A)〜(C)を参照して、高分子光導波路フィルム10の構造について説明する。図5(A)は高分子光導波路フィルム10端部の斜視図であり、図5(B)は図5(A)のA−A断面図(光導波路の光軸に沿った断面図)であり、図5(C)は図5(B)のB−B断面図である。
【0055】
図示した通り、高分子光導波路フィルム10は、フィルムの長さ方向に延在する口型のコア部18と、このコア部18を包囲するクラッド部16、20とで構成されている。高分子光導波路フィルム10内には、複数のコア部18がフィルムの幅方向に並列に配置され、フィルム内に複数の光導波路が形成されている。この例では、フィルム10内に2本の光導波路が形成されている。
【0056】
高分子光導波路フィルム10の端部には、光導波路の光軸に対し45°の角度を有するミラー面10bが形成されている。ミラー面10bは光導波路を導波する光の光路を変換する光路変換面として機能する。即ち、光導波路を導波してきた光はこのミラー面10bでその光路が90°折り曲げられ、光入出射側のフィルム面10cから射出される。また、ミラー面10bが形成されたクラッド部16の先端部が切断され、光導波路の光軸と直交する突き当て面10aが形成されている。突き当て面10aはサブマウントに対する突き当て面であり、実装時にサブマウント上での位置合わせに利用される。
【0057】
上記の高分子光導波路フィルム10は、例えば、以下の(1)〜(6)の工程により作製することができる。(1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する凹部と、該凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔が2以上設けられた鋳型を準備する工程、(2)前記鋳型に該鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程、(3)クラッド用可撓性フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程、(4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用可撓性フィルム基材から剥離する工程、(5)コアが形成されたクラッド用可撓性フィルム基材の上にクラッド層を形成する工程、(6)得られた高分子光導波路フィルムの端面に45°ミラー面と突き当て面とを形成する工程。
【0058】
上述した高分子光導波路フィルムの製造工程を、図6(A)〜(I)を参照して更に詳細に説明する。なお、説明を簡明にするため、光導波路を1本設けたものについて説明する。図6(A)は原盤100を示し、120は光導波路のコア部に対応する凸部である。この原盤100の凸部形成面に鋳型形成用硬化性樹脂を塗布又は注型した後硬化させる(図6(B)参照)。図6(B)中、200aは硬化樹脂層である。その後硬化樹脂層200aを剥離すると、凹部が形成された硬化樹脂層200aが得られる(図示せず)。凹部220が形成された硬化樹脂層200aに、凹部220に連通する貫通孔260及び280を凹部両端に打ち抜き等により形成して鋳型200(図6(C)参照)を得る。
【0059】
次に、図6(D)が示すように、鋳型にクラッド用可撓性フィルム基材300を密着させる。その後鋳型に形成されている貫通孔260にコア形成用硬化性樹脂を入れ、他端の貫通孔280から減圧吸引して鋳型凹部220にコア形成用硬化性樹脂を充填する。その後該樹脂を硬化させ鋳型を剥離すると、図6(E)に示されるように、クラッド用可撓性フィルム基材300の上にコア部320が形成される。次に、クラッド部(上部クラッド層)400を形成し(図6(F)参照)、貫通孔260及び280内で硬化した樹脂部分をダイサー等で切り落として、高分子光導波路フィルム10とする(図6(G)参照)。
【0060】
最後に、45°の角度付きブレードを備えたダイシングソーを用いて高分子光導波路フィルム10の端部をダイシングし、高分子光導波路フィルム10の端面に45°ミラー面10bを形成する(図6(H)参照)。更に、ダイシングソーを用いて45°ミラー面の先端をクラッド部分のみを含む所定の長さだけ高分子光導波路フィルムの長手方向に対し直角に切断し、突き当て面10aを形成する(図6(I)参照)。
【0061】
更に、高分子光導波路フィルム10を作製するための各工程を詳細に説明する。
【0062】
1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する凹部と、該凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔が2以上設けられた鋳型を準備する工程
鋳型の作製は、光導波路コアに対応する凸部を形成した原盤を用いて行うのが好ましいが、これに限定されるものではない。以下では、原盤を用いる方法について説明する。
【0063】
<原盤の作製>
光導波路コアに対応する凸部を形成した原盤の作製には、従来の方法、例えばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法により高分子光導波路を作製する方法(特願2002−10240号)も、原盤を作製するのに適用できる。原盤に形成される光導波路に対応する凸部の大きさは高分子光導波路の用途等に応じて適宜決められる。例えばシングルモード用の光導波路の場合には、10μm角程度のコアを、マルチモード用の光導波路の場合には、50〜100μm角程度のコアが一般的に用いられるが、用途によっては数百μm程度とさらに大きなコア部を持つ光導波路も利用される。
【0064】
<鋳型の作製>
鋳型の作製の一例として、前記のようにして作製した原盤の凸部形成面に、鋳型形成用硬化性樹脂を塗布したり注型するなどの方法により鋳型形成用硬化性樹脂の層を形成した後、必要に応じ乾燥処理をし、硬化処理を行い、その後硬化樹脂層を原盤から剥離して前記凸部に対応する凹部が形成された型をとり、その型に凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔を形成する方法が挙げられる。前記連通孔は、例えば前記型を所定形状に打ち抜くことにより形成できる。打ち抜いた貫通孔の場合であっても、鋳型とクラッド用フィルム基材との密着性がよく、鋳型凹部以外にクラッド用フィルム基材との間に空隙が形成されないため、凹部以外にコア形成用硬化性樹脂が浸透する虞はない。
【0065】
前記型(樹脂硬化層)の厚さは、鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に0.1〜50mm程度が適切である。また、前記原盤にはあらかじめ離型剤塗布などの離型処理を行なって鋳型との剥離を促進することが望ましい。
【0066】
コア形成用硬化性樹脂進入側に設ける貫通孔は液(コア形成用硬化性樹脂)だめの機能を有する。また、コア形成用硬化性樹脂排出側に設ける貫通孔は、該樹脂を鋳型凹部に充填する際、鋳型凹部を減圧するための減圧吸引用に用いられる。進入側の貫通孔の形状や大きさは、貫通孔が凹部の進入端に連通しかつ液だめの機能を有していれば特に制限はない。また、排出側の貫通孔は、凹部の排出端に連通しかつ減圧吸引用に用いることができれば、その形状や大きさに特に制限はない。
【0067】
鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂進入側に設けた貫通孔は液だめの機能をもっているため、その断面積が、鋳型をクラッド用フィルム基材に密着させた場合、該基材に接する側が大きく、基材から離れるに従って小さくなるようにすると、コア形成用硬化性樹脂を凹部に充填、硬化後、鋳型と基材との剥離がしやすくなる。コア形成用硬化性樹脂排出側の貫通孔には、液だめの機能を持たせる必要はないので、特にこのような断面構造を採用することを要しない。
【0068】
また、鋳型作製の他の例として、原盤に光導波路コアに対応する凸部だけでなく貫通孔形成のための凸部(この凸部の高さは鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層の厚さより高くする)を設け、この原盤に鋳型形成用硬化性樹脂を貫通孔形成のための凸部が樹脂層を突き抜けるように塗布等し、次いで樹脂層を硬化させ、その後硬化樹脂層を原盤から剥離する方法を挙げることができる。
【0069】
鋳型作製に用いる鋳型形成用硬化性樹脂しては、その硬化物が原盤から容易に剥離できること、鋳型(繰り返し用いる)として一定以上の機械的強度・寸法安定性を有すること、凹部形状を維持する硬さ(硬度)を有すること、クラッド用フィルム基材との密着性が良好なことが好ましい。鋳型形成用硬化性樹脂には、必要に応じて各種添加剤を加えることができる。
【0070】
鋳型形成用硬化性樹脂は、原盤の表面に塗布や注型等することが可能で、また、原盤に形成された個々の光導波路コアに対応する凸部を正確に写し取らなければならないので、ある限度以下の粘度、たとえば、500〜7000mPa・s程度を有することが好ましい。(なお、本発明において用いる「鋳型形成用硬化性樹脂」の中には、硬化後、弾性を有するゴム状体となるものも含まれる。)また、粘度調節のために溶剤を、溶剤の悪影響が出ない程度に加えることができる。
【0071】
前記鋳型形成用硬化性樹脂としては、前記のごとき剥離性、機械強度・寸法安定性、硬度、クラッド用基材との密着性の点から、硬化後、シリコーンゴム(シリコーンエラストマー)又はシリコーン樹脂となる硬化性オルガノポリシロキサンが好ましく用いられる。前記硬化性オルガノポリシロキサンは、分子中にメチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが好ましい。また、前記硬化性オルガノポリシロキサンは、一液型のものでもまた硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものでもよく、また、熱硬化型のものでもまた室温硬化型(例えば空気中の水分で硬化するもの)のものでもよく、更に他の硬化(紫外線硬化等)を利用するものであってもよい。
【0072】
硬化性オルガノポリシロキサンとしては、硬化後シリコーンゴムとなるものが好ましく、これには通常液状シリコーンゴム(「液状」の中にはペースト状のように粘度の高いものも含まれる)と称されているものが用いられ、硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものが好ましく、中でも付加型の液状シリコーンゴムは、表面と内部が均一にかつ短時間に硬化し、またその際副生成物が無く又は少なく、かつ離型性に優れ収縮率も小さいので好ましい。
【0073】
前記液状シリコーンゴムの中でも特に液状ジメチルシロキサンゴムが密着性、剥離性、強度及び硬度の点から好ましい。また、液状ジメチルシロキサンゴムの硬化物は、一般に屈折率が1.43程度と低いために、これから作った鋳型は、クラッド用基材から剥離させずに、そのままクラッド層として好ましく利用することができる。この場合には、鋳型と、充填したコア形成用樹脂及びクラッド用基材とが剥がれないような工夫が必要になる。
【0074】
液状シリコーンゴムの粘度は、光導波路コアに対応する凸部を正確に写し取り、かつ気泡の混入を少なくして脱泡し易くする観点と、数ミリの厚さの鋳型形成の点から、500〜7000mPa・s程度のものが好ましく、さらには、2000〜5000mPa・s程度のものがより好ましい。
【0075】
鋳型の表面エネルギーは、10dyn/cm〜30dyn/cm、好ましくは15dyn/cm〜24dyn/cmの範囲にあることが、基材フィルムとの密着性の点からみて好ましい。表面エネルギーは、Zisman法による臨界表面張力を測定する手法により測定される。鋳型のシェア(Share)ゴム硬度は、15〜80、好ましくは20〜60であることが、型取り性能や凹部形状の維持、剥離性の点からみて好ましい。シェアゴム硬度は、デュロメータを用いてJIS K 6253に従って測定することができる。
鋳型の表面粗さ(算術平均粗さRa)は、0.2μm以下、好ましくは0.1μm以下にすることが、型取り性能の点からみて好ましい。算術平均粗さRaは、JIS B 0601に従い測定することができる。
【0076】
また、鋳型は、紫外領域及び/又は可視領域において光透過性であることが好ましい。鋳型が可視領域において光透過性であることが好ましいのは、以下の2)の工程において鋳型をクラッド用フィルム基材に密着させる際、位置決めが容易に行え、また、以下の3)の工程においてコア形成用硬化性樹脂が鋳型凹部に充填される様子が観察でき、充填完了等が容易に確認しうるからである。また、鋳型が紫外領域において光透過性であることが好ましいのは、コア形成用硬化性樹脂として紫外線硬化性樹脂を用いる場合に、鋳型を透して紫外線硬化を行うためであり、鋳型の、紫外領域(250nm〜400nm)における透過率が80%以上であることが好ましい。
【0077】
前記硬化性オルガノポリシロキサン、中でも硬化後シリコーンゴムとなる液状シリコーンゴムは、クラッド用フィルム基材との密着性と剥離性という相反した特性に優れ、ナノ構造を写し取る能力を持ち、シリコーンゴムとクラッド用基材とを密着させると液体の進入させ防ぐことができる。このようなシリコーンゴムを用いた鋳型は高精度に原盤を写し取り、クラッド用基材に良く密着するため、鋳型とクラッド用基材の間の凹部のみに効率よくコア形成用樹脂を充填することが可能となり、さらにクラッド用基材と鋳型の剥離も容易である。したがって、この鋳型からは高精度に形状を維持した高分子光導波路を、極めて簡便に作製することができる。
【0078】
2)鋳型に、鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程
本発明の高分子光導波路から作製される光学素子は、種々の階層における光配線に用いられるので、前記クラッド用可撓性フィルム基材の材料は光学素子の用途に応じ、屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、耐熱性、鋳型との密着性、フレキシビリティー等を考慮して選択される。前記フィルムとしては脂環式アクリル樹脂フイルム、脂環式オレフィン樹脂フイルム、三酢酸セルロースフイルム、含フッ素樹脂フイルム等が挙げられる。フィルム基材の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、1.55より小さく、好ましくは1.53より小さくすることが望ましい。
【0079】
前記脂環式アクリル樹脂フイルムとしてはトリシクロデカン等の脂肪族環状炭化水素をエステル置換基に導入した、OZ−1000、OZ−1100(日立化成(株)製)等が用いられる。
【0080】
また、脂環式オレフィン樹脂フイルムとしては主鎖にノルボルネン構造を有するもの、及び主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基(アルキル基としては炭素数1から6のものやシクロアルキル基)等の極性基をもつものが挙げられる。中でも前記のごとき主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂は、低屈折率(屈折率が1.50近辺であり、コア・クラッドの屈折率の差を確保できる)及び高い光透過性等の優れた光学的特性を有し、鋳型との密着性に優れ、さらに耐熱性に優れているので特に本発明の光導波路シートの作製に適している。
【0081】
また、前記フィルム基材の厚さはフレキシビリティーと剛性や取り扱いの容易さ等を考慮して適切に選ばれ、一般的には0.1mm〜0.5mm程度が好ましい。
【0082】
3)クラッド用フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程
この工程においては、コア形成用硬化性樹脂を、該樹脂の進入部側に設けた貫通孔に充填し、該樹脂の排出部側に設けた貫通孔から減圧吸引して、鋳型とクラッド用フィルム基材との間に形成された空隙(鋳型の凹部)に充填する。減圧吸引することにより、鋳型とクラッド用フイルム基材との密着性が向上し、気泡の混入を避けることができる。減圧吸引は、例えば、吸引管を排出部側に設けた貫通孔に挿入し、吸引管をポンプにつなげて行われる。
【0083】
コア形成用硬化性樹脂としては放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性等の樹脂を用いることができ、中でも紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。前記コア形成用の紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が好ましく用いられる。また、前記紫外線硬化性樹脂としてエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。
【0084】
コア形成用硬化性樹脂は、毛細管現象により鋳型とフィルム基材との間に形成された空隙(鋳型の凹部)に充填されるため、用いるコア形成用硬化性樹脂はそれが可能なように十分低粘度であることが必要である。したがって、前記硬化性樹脂の粘度は、10mPa・s〜2000mPa・s、望ましくは20mPa・s〜1000mPa・s、更に好ましくは30mPa・s〜500mPa・sにするのが好ましい。
【0085】
このほかに、原盤に形成された光導波路コアに対応する凸部が有する元の形状を高精度に再現するため、前記硬化性樹脂の硬化前後の体積変化が小さいことが必要である。例えば、体積が減少すると導波損失の原因になる。したがって、コア形成用硬化性樹脂は、体積変化ができるだけ小さいものが望ましく、10%以下、好ましくは6%以下であるのが望ましい。溶剤を用いて低粘度化することは、硬化前後の体積変化が大きいのでできれば避ける方が好ましい。
【0086】
コア形成用硬化性樹脂の硬化後の体積変化(収縮)を小さくするため、前記樹脂にポリマーを添加することができる。前記ポリマーはコア形成用硬化性樹脂との相溶性を有し、かつ該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないものが好ましい。またポリマーを添加することにより体積変化を小さくする他、粘度や硬化樹脂のガラス転移点を高度に制御できる。前記ポリマーとしては例えばアクリル系、メタクリル酸系、エポキシ系のものが用いられるがこれに限定されるものではない。
【0087】
コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、クラッドとなる前記フィルム基材(以下の5)の工程におけるクラッド層を含む)より大きいことが必要で、1.50以上、好ましくは1.53以上である。クラッド(以下の5)の工程におけるクラッド層を含む)とコアの屈折率の差は、0.01以上、好ましくは0.03以上である。
【0088】
4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用フィルム基材から剥離する工程
この工程では充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる。紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線LED、UV照射装置等が用いられ、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等が用いられる。
【0089】
また、前記1)〜3)の工程で用いる鋳型は、屈折率等の条件を満たせばそのままクラッド層に用いることも可能で、この場合は、鋳型を剥離する必要はなくそのままクラッド層として利用することができる。この場合、鋳型とコア材料の接着性を向上させるために鋳型をオゾン処理することが好ましい。
【0090】
5)コアが形成されたクラッド用フィルム基材の上にクラッド層を形成する工程
コアが形成されたフィルム基材の上にクラッド層を形成するが、クラッド層としてはフィルム(たとえば前記2)の工程で用いたようなクラッド用フィルム基材が同様に用いられる)や、クラッド用硬化性樹脂を塗布して硬化させた層、高分子材料の溶剤溶液を塗布して乾燥して得られる高分子膜等が挙げられる。クラッド用硬化性樹脂としては紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。
【0091】
クラッド用硬化性樹脂の硬化後の体積変化(収縮)を小さくするために、該樹脂と相溶性を有し、また該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないポリマー(例えばメタクリル酸系、エポキシ系)を該樹脂に添加することができる。
【0092】
クラッド層としてフィルムを用いる場合は、接着剤を用いて貼り合わされるが、その際、接着剤の屈折率が該フィルムの屈折率と近いことが望ましい。用いる接着剤は紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。前記紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の硬化後の体積変化(収縮)を小さくするために、クラッド層に添加するポリマーと同様のポリマーを添加することができる。
【0093】
クラッド層の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、1.55以下、好ましくは1.53以下にすることが望ましい。また、クラッド層の屈折率を前記フィルム基材の屈折率と同じにすることが、光の閉じ込めの点からみて好ましい。
【0094】
上述した高分子光導波路フィルムの製造方法は、鋳型に鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させることで、両者を特別な手段を用いて固着させなくても、鋳型に形成された凹部構造以外には、鋳型とクラッド用基材の間に空隙が生ずることなく、コア形成用硬化性樹脂を前記凹部のみに進入させることができることを見い出したことに基づくものである。これにより、製造工程が極めて単純化され、容易に高分子光導波路フィルムを作製することができる。従って、従来の高分子光導波路フィルムの製造方法と比較し、極めて低コストで高分子光導波路フィルムを作製することが可能になる。
【0095】
また、上述した製造方法では、鋳型に貫通孔を設け、鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂排出側を減圧吸引するので、鋳型とフイルム基材との密着性が更に向上し、気泡の混入を避けることができる。更に、簡便な方法でありながら、得られる高分子光導波路フィルムは導波損失が少なく高精度であり、かつ各種機器への自由な装填が可能である。
【0096】
[光送受信部]
次に、図7及び図8を参照して、サブマウント22を備えた光送受信部12の構成について説明する。なお、サブマウント24はサブマウント22と同じ構成であり、光送受信部14は光送受信部12と同じ構成となるため、サブマウント24及び光送受信部14については説明を省略する。
【0097】
まず、図7を参照して、サブマウント22の構成を説明する。図7(A)はサブマウント22の斜視図であり、図7(B)はサブマウント22の平面図であり、図7(C)は図7(B)のC−C断面図である。
【0098】
サブマウント22は、略直方体状の基板から構成されている。このサブマウント22には、高分子光導波路フィルム10を取付けるための凹部26(光学部品実装用凹部)と、受光素子及び発光素子を嵌め込んでそれぞれ保持(実装)するための凹部28a,28b(光学部品実装用凹部)とが形成されている。この例では、2つの凹部28a,28bが形成されているが、受光素子及び発光素子の双方を保持する一つの凹部を設けてもよい。凹部26は、高分子光導波路フィルム10の突き当て面10aが突き当てられる当接面26aと、高分子光導波路フィルム10のフィルム面10cが載置される載置面26bとを備えている。
【0099】
光学部品実装用凹部としての凹部26,28a,28bには、隣接して接着剤充填用溝27,29a,29bがそれぞれ設けられている。
【0100】
また、サブマウント22の表面の一部には、受光素子及び発光素子に対して電気的な配線を行うための電極膜30a、30b、30c、30dが形成されている。この例では、電極膜30a、30bは、凹部28a,28b(充填溝29a、29b含む)の底面から側面を通ってサブマウント22の上面まで延在するように各々パターニングされている。また、電極膜30c、30dは、電極膜30a、30bとは絶縁されるように、サブマウント22の上面に各々パターニングされている。サブマウント22側に電極膜を形成することで、光送受信モジュールをパッケージに格納する場合に、受光素子及び発光素子に対する電気的な配線が容易になる。
【0101】
上記のサブマウント22は、上述した鋳型による複製技術を用いたサブマウントの製造方法により、精度よく作製されている。また、電極膜30a、30b、30c、30dは、例えば、サブマウント22の表面に金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属膜を蒸着した後、この金属膜をフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングすることにより形成される。
【0102】
次に、図8を参照して、光送受信部12の実装状態について説明する。図8(A)は光送受信部12の平面図であり、図8(B)は図8(A)のD−D断面図(光導波路の光軸に沿った断面図)であり、図8(C)は図8(B)の光結合部を拡大して示す部分拡大図である。
【0103】
光送受信モジュールの実装時、光送受信部12のサブマウント22上には、発光素子である面発光型半導体レーザダイオード(LD)32、受光素子であるフォトダイオード(PD)34、及び高分子光導波路フィルム10が保持されている。
【0104】
高分子光導波路フィルム10の端部は、サブマウント22の凹部26に嵌め込まれている。即ち、突き当て面10aがサブマウント22の当接面26aの一部に突き当てられて所定の位置に位置決めされ、光入出射側のフィルム面10cがサブマウント22の載置面26bと対向するようにサブマウント22上に載置されている。このように高分子光導波路フィルム10を載置面26bで保持することで、フレキシブルな高分子光導波路フィルム10を安定に保持することができる。
【0105】
また、フィルム面10cは、接着剤充填用溝27から充填した接着剤36によって対向する載置面26b、LD32及びPD34と接着されている。接着剤36としては、紫外線硬化性樹脂等の光硬化性接着剤、熱硬化性接着剤等が用いられるが、光損失を低減するためには、高分子光導波路フィルム10のクラッド部16と同じ硬化性樹脂を用いることが好ましい。
【0106】
LD32とPD34とは、サブマウント22の凹部28a,28bに各々嵌め込まれ、凹部28a,28bの底部(底面)に固定されている。LD32及びPD34を凹部28a,28bに嵌め込むことで、光送受信部12がコンパクト化する。この例では、凹部28a,28bの底部には電極膜30a、30bが形成されているため、LD32の裏面電極と電極膜30a、PD34の裏面電極と電極膜30bとが各々電気的に導通されるように、接着剤充填用溝29a,29bから充填した導電性を有するはんだ(導電性ペースト)等により凹部28a,28bの底部に固定されている。なお、LD32の他方の電極はワイヤー38aにより電極膜30cと電気的に接続され、PD34の他方の電極はワイヤー38bにより電極膜30dと電気的に接続されている。
【0107】
また、LD32及びPD34は、LD32の発光部32aが高分子光導波路フィルム10の送信用光導波路のコア部18の端面(入射端面)と対向すると共に、PD34の受光部34aが受信用光導波路のコア部18の端面(出射端面)と対向するように、突き当て面10aの突き当て位置に応じて各々所定の位置に配置されている。
【0108】
なお、ここでは、光送受信部12から光信号を送信するための光導波路を送信用光導波路とし、光送受信部12により光信号を受信するための光導波路を受信用光導波路としているが、光送受信部14から見た場合には、送信用光導波路と受信用光導波路とが逆転することは言うまでもない。
【0109】
上記の光送受信部12は、サブマウント22の凹部28a,28bにLD32及びPD34を嵌め込んだ後に、サブマウント22の凹部26に高分子光導波路フィルム10を取付けることで、簡単に組み立てることができる。
【0110】
また、本実施の形態では、高分子光導波路フィルム10が透明樹脂で構成されているため、ミラー面10bによる裏面反射を利用して光導波路のコア部18の端面の位置を観測することができる。従って、このミラー面10bでの裏面反射像を用いることで、LD32及びPD34のアライメントが容易になり、パッシブ・アライメントで高精度の実装が可能になる。
【0111】
[光送受信モジュールの動作]
次に、図9を参照して、本実施の形態に係る光送受信モジュールの動作について説明する。図9は、光送受信モジュールの構成を模式的に表した図である。ここでは、光送受信部12から光信号を送信するための光導波路を送信用光導波路とし、光送受信部12により光信号を受信するための光導波路を受信用光導波路として説明する。
【0112】
本実施の形態に係る光送受信モジュールでは、光送受信部12から光送受信部14に光信号を送信する場合には、光送受信部12のサブマウント22に保持されたLD32から射出された光が送信用光導波路のコア部18の入射端面に結合され、高分子光導波路フィルム10に形成された送信用光導波路を導波する。そして、送信用光導波路のコア部18の出射端面から射出された光が、光送受信部14のサブマウント24に保持されたPD34により受光される。
【0113】
同様に、光送受信部14から送信された光信号を光送受信部12で受信する場合には、光送受信部14のサブマウント24に保持されたLD32から射出された光が受信用光導波路のコア部18の入射端面に結合され、高分子光導波路フィルム10に形成された受信用光導波路を導波する。そして、受信用光導波路のコア部18の出射端面から射出された光が、光送受信部12のサブマウント22に保持されたPD34により受光される。
【0114】
以上説明した通り、本実施の形態に係る光送受信モジュールでは、上述した通り一組の光送受信部の間で双方向の光通信が行われるが、フレキシブルなベルト状の高分子光導波路フィルムは「折り曲げ」や「ねじれ」等の変形に対して追従性を有しているので、フィルムが変形した状態でも、高分子光導波路フィルムに形成された光導波路を介して光信号の送受信を行うことができる。従って、折り畳むことが多い携帯電話や薄型パソコン等のモバイル装置の光配線にも使用することが可能である。
【0115】
また、本実施の形態に係る光送受信モジュールでは、サブマウント側に電極膜が形成されているので、光送受信モジュールをパッケージに格納する場合に、光送受信部の受光素子及び発光素子に対する電気的な配線が容易になる。
【0116】
そして、本実施の形態に係る光送受信モジュールでは、上述のように、光学部品実装用凹部としての凹部26,28a,28bに隣接して接着剤(導電性ペースト含む)充填用溝27、29a、29bを有するサブマウントを用いているため、接着剤を接着剤充填溝27、29a、29bから流し込むことで凹部26,28a,28bの底面(部品載置面)に均一に塗布される。そして、凹部26,28a,28bに光学部品を実施した際、接着剤充填溝27、29a、29bが液溜まりの役割を担い接着剤が溢れ出すこともなくなる。
【0117】
[他の電極配置]
上記の実施の形態では、サブマウントに形成された凹部の底面から側面を通ってサブマウントの上面まで延在する電極膜を形成し、LD及びPDの裏面電極と電極膜とを電気的に導通する例について説明したが、電極膜の形成パターンはこれには限定されない。
【0118】
例えば、図10(A)〜(C)、図11(A)〜(C)、図12に示すように、サブマウント22の上面に相互に絶縁された電極膜40a、40b、40c、40dを形成し、光送受信モジュールの実装時には、これら電極膜40a、40bとLD32の各電極とをワイヤー42a、42bにより電気的に接続すると共に、電極膜40c、40dとPD34の各電極とをワイヤー42c、42dにより電気的に接続してもよい。その他の構成は、上記の実施の形態と同様である。
【0119】
[他のモジュール構成]
上記の実施の形態では、発光素子及び受光素子の両方を実装した光送受信部の間で双方向の光通信を行う光送受信モジュールについて説明したが、発光素子を備えた光送信部と受光素子を備えた光受信部との間で一方向の光通信を行う光送受信モジュールとしてもよい。
【実施例】
【0120】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0121】
(実施例1)
実施例1は、樹脂製のサブマウントを「シリコーン樹脂を用いた複製法」で作製し、図3に示す光送受信モジュールを作製した実施例である。
【0122】
<高分子光導波路フィルムの作製>
Si基板に厚膜レジスト(マイクロケミカル(株)製、SU−8)をスピンコート法で塗布した後、80℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像して、4本の、断面が正方形の凸部(幅:50μm、高さ:50μm、長さ:80mm)を形成した。凸部と凸部の間隔は250μmとした。次に、これを120℃でポストベークして、高分子光導波路作製用原盤を作製した。
【0123】
次に、この原盤に離型剤を塗布した後、熱硬化性液状ジメチルシロキサンゴム(ダウ・コウニングアジア社製:SYLGARD184、粘度5000mPa.s)及びその硬化剤を混合したものを流し込み、120℃で30分間加熱して硬化させた後、剥離して、前記断面が矩形の凸部に対応する凹部を持った型(型の厚さ:5mm)を作製した。
【0124】
さらに、平面形状が円形で鋳型厚さ方向の断面形状がテーパー状の貫通孔を、凹部の一端及び他端において、凹部と連通するように、打ち抜きにより形成して鋳型を作製した。
【0125】
この鋳型と、鋳型より一回り大きい膜厚50μmのクラッド用フィルム基材(アートンフイルム、JSR(株)製、屈折率1.510)を密着させた。次に、鋳型の進入側貫通孔に、粘度が500mPa・sの紫外線硬化性樹脂を数滴落とし、排出側(減圧吸引側)貫通孔から減圧吸引したところ、10分で前記凹部に紫外線硬化性樹脂が充填された。次いで、50mW/cm2のUV光を鋳型の上部から5分間照射して紫外線硬化させた。鋳型をアートンフイルムから剥離したところ、アートンフイルム上に前記原盤凸部と同じ形状のコアが形成された。
【0126】
次に、アートンフイルムのコア形成面に、硬化後の屈折率がアートンフイルムと同じ1.510である紫外線硬化性樹脂を塗布した後、50μmのクラッド用フィルム基材を張り合わせ、50mW/cm2のUV光を5分間照射して紫外線硬化させることで2枚のフイルムを接着させ、幅1.5mm、膜厚180μmのベルト状の高分子光導波路フイルムとした。
【0127】
次に、45°角度付きSi用のブレードを備えたダイシングソーを用いて、この高分子導波路フイルムの両端を光軸に対し45°の角度で切断し、45°ミラー面を持ったコアを露出させた。次に、クラッド部分を先端から50μmの位置で光軸に対し垂直に切断し、両端部に45°ミラー面と垂直切断面とを備えた高分子光導波路フイルムが得られた。
【0128】
<サブマウントの作製>
次に、厚さ600μmのSi基板に発光素子及び受光素子を取り付ける2カ所の凹部をRIE法で形成した。凹部の深さは250μmである。さらに、高分子光導波路フイルムを取り付けるために、高分子光導波路フイルムの垂直切断面を突き当てる当接面を備えた深さ50μmの凹部をRIE法で形成した。この2種類の凹部にはそれぞれ導電性ペーストや接着剤が塗布・充填する接着剤充填溝を隣接して設けている。この凹部が形成されたSi製のマスター基板を、サブマウントの原盤とした。この原盤にはサブマウント複数個分の凹部が形成されており、この凹部には接着剤や導電ペーストの接着剤充填溝に対応する部分を設けている。この原盤を用いて複数個のサブマウントを一度に複製することができる。
【0129】
この原盤に熱硬化性液状ジメチルシロキサンゴム(ダウ・コウニングアジア社製、「SYLGARD184」、粘度5000mPa.s)及びその硬化剤を混合したものを流し込み、120℃で30分間加熱して硬化させた後、硬化層を剥離して、表面に原盤の凹凸に対応する凹凸が形成されたシリコーン樹脂製の鋳型(型の厚さ:5mm)を作製した。
【0130】
次に、粘度が3000mPa・sの紫外線硬化性樹脂(NTT−AT社製)を塗布した後、50mW/cm2のUV光を鋳型の上部から5分間照射して硬化させ、硬化樹脂層を鋳型から剥離した。次に、硬化樹脂層にAuを200nmの厚さ蒸着した後、フォトリソグラフィーでAu電極のパターニングを行い、各々の凹部の底面から側面を通ってサブマウントの上面に延在する下部電極用の電極パッドと、この電極パッドと絶縁された上部電極用の電極パッドとを形成した。そして、電極パッドが形成された硬化樹脂層をダイサーで切断することで、紫外線硬化性樹脂製のサブマウントAを複数個形成した。
【0131】
マスター基板から見た凹凸の作製誤差は100nm以内であり、紫外線硬化性樹脂製のサブマウントAを高い精度で作製することができた。
【0132】
<モジュールの実装>
サブマウントAの発光素子用の凹部に接着剤充填溝から導電性ペースト(藤倉化成製:SA−0425)をディスペンサーで充填し、VCSEL素子(富士ゼロックス社製)を載置すると共に、サブマウントAの受光素子用の凹部に接着剤充填溝から導電性ペースト(藤倉化成製:SA−0425)をディスペンサーで充填し、フォトダイオード素子を載置した後、180℃に30分間加熱することでサブマウントAの所定の凹部にVCSEL素子及びフォトダイオード素子を各々固定した。これにより、VCSEL素子及びフォトダイオード素子の各々の下部電極が電極パッドと電気的に接続された。その後、VCSEL素子の上部電極と電極パッド、フォトダイオード素子の上部電極と電極パッドの間をAuワイヤーを用いてボンディングした。
【0133】
次に、45°ミラー面が形成された高分子光導波路フイルムの両端部の各々を異なるサブマウントAの凹部に埋め込み、垂直切断面をサブマウントAの当接面に突き当てて位置合せを行った後、接着剤充填溝から紫外線硬化樹脂(接着剤)を充填し、高分子光導波路フイルムをサブマウントAに固定した。これにより、一対の光送受信部と高分子光導波路フイルムとを備えた実施例1の双方向光送受信モジュールが得られた。
【0134】
<通信性能の評価>
サンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー社製、Agilent 86100C)とパルスパターン・ジェネレータとを用い、実施例1の双方向光送受信モジュールについて光送受信の性能を評価したところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
【0135】
(実施例2)
実施例2は、樹脂製のサブマウントを「スタンパー法」で作製し、図3に示す光送受信モジュールを作製した実施例である。以下に説明する通り、サブマウントを「スタンパー法」で作製した以外は、実施例1と同様の方法で光送受信モジュールを作製した。
【0136】
<サブマウントの作製>
実施例1と同様にしてSi製のマスター基板を作製した。このマスター基板をスタンパー(鋳型)として用い、熱可塑性のバルク・モールディング・コンパウンド(BMC)樹脂をスタンパーに密着させ、100Nの加圧下、250℃で2分間加熱し、その後、放冷してエポキシ樹脂を硬化させた後、硬化層をスタンパーから剥離して、表面にスタンパーの凹凸に対応する凹凸が形成された硬化樹脂層(型の厚さ:5mm)を作製した。
【0137】
次に、硬化樹脂層にAuを200nmの厚さ蒸着した後、フォトリソグラフィーでAu電極のパターニングを行い、各々の凹部の底面から側面を通ってサブマウントの上面に延在する下部電極用の電極パッドと、この電極パッドと絶縁された上部電極用の電極パッドとを形成した。そして、電極パッドが形成された硬化樹脂層をダイサーで切断することで、エポキシ樹脂製のサブマウントCを複数個形成した。
【0138】
マスター基板から見た凹凸の作製誤差は200nm以内であり、紫外線硬化性樹脂製のサブマウントCを高い精度で作製することができた。
【0139】
<モジュールの実装>
サブマウントCを用い、実施例1と同様にして実装を行い、一対の光送受信部と高分子光導波路フイルムとを備えた実施例3の双方向光送受信モジュールが得られた。
【0140】
<通信性能の評価>
サンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー社製、Agilent 86100C)とパルスパターン・ジェネレータとを用い、実施例3の双方向光送受信モジュールについて光送受信の性能を評価したところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
【0141】
(実施例3)
実施例3は、ガラス製のサブマウントを「スタンパー法」で作製し、図3に示す光送受信モジュールを作製した実施例である。以下に説明する通り、ガラス製のサブマウントを金属の金型を用いた「スタンパー法」で作製した以外は、実施例3と同様の方法で光送受信モジュールを作製した。
【0142】
<サブマウントの作製>
マスター基板として、発光素子及び受光素子を取り付ける深さは250μmの凹部と、高分子光導波路フイルムを取り付ける深さ50μmの凹部とを備えたNi製の金型(マスター基板)を鋳造した。この金型をスタンパー(鋳型)として用い、低融点ガラス(住田光学ガラス社製、「K−PG375」(ヴィドロン)、Tg:343℃、屈伏点:363℃)をスタンパーに密着させ、10Paの加圧下、375℃で5分間加熱し、その後、放冷して低融点ガラスを硬化させた後、硬化ガラス層をスタンパーから剥離して、表面にスタンパーの凹凸に対応する凹凸が形成された硬化ガラス層(型の厚さ:5mm)を作製した。
【0143】
次に、硬化ガラス層にAuを200nmの厚さ蒸着した後、フォトリソグラフィーでAu電極のパターニングを行い、各々の凹部の底面から側面を通ってサブマウントの上面に延在する下部電極用の電極パッドと、この電極パッドと絶縁された上部電極用の電極パッドとを形成した。そして、電極パッドが形成された硬化ガラス層をダイサーで切断することで、ガラス製のサブマウントEを複数個形成した。
【0144】
マスター基板から見た凹凸の作製誤差は200nm以内であり、紫外線硬化性樹脂製のサブマウントEを高い精度で作製することができた。
【0145】
<モジュールの実装>
サブマウントEを用い、実施例1と同様にして実装を行い、一対の光送受信部と高分子光導波路フイルムとを備えた実施例5の双方向光送受信モジュールが得られた。
【0146】
<通信性能の評価>
サンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー社製、Agilent 86100C)とパルスパターン・ジェネレータとを用い、実施例5の双方向光送受信モジュールについて光送受信の性能を評価したところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
【0147】
以上より、接着剤が所定の位置に精度良く塗布できると共に溢れることを防止しつつ、光学部品としての光学素子、及び光導波路フィルムがサブマウントに簡易且つ確実に実装できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【0148】
【図1】(A)〜(F)は、本発明のサブマウントの製造方法の工程を示す工程図である。
【図2】(A)〜(F)は、本発明のサブマウントの他の製造方法の工程を示す工程図である。
【図3】本実施の形態に係る光送受信モジュールの概略構成図である。
【図4】(A)及び(B)は、本実施の形態に係る光送受信モジュールの変形に対する追従性を示す図である。
【図5】(A)は本実施の形態に係る光送受信モジュールの高分子光導波路フィルム端部の斜視図であり、(B)は(A)のA−A断面図であり、(C)は(B)のB−B断面図である。
【図6】(A)〜(I)は、本実施の形態に係る光送受信モジュールの高分子光導波路フィルムの製造工程を示す図である。
【図7】(A)は本実施の形態に係る光送受信モジュールのサブマウントの斜視図であり、(B)は本実施の形態に係る光送受信モジュールのサブマウントの平面図であり、(C)は(B)のC−C断面図である。
【図8】(A)は本実施の形態に係る光送受信モジュールの光送受信部の平面図であり、(B)は(A)のD−D断面図であり、(C)は(B)の光結合部を拡大して示す部分拡大図である。
【図9】本実施の形態に係る光送受信モジュールの構成を模式的に表した図である。
【図10】(A)は本実施の形態に係る他の光送受信モジュールのサブマウントの斜視図であり、(B)は本実施の形態に係る他の光送受信モジュールのサブマウントの平面図であり、(C)は(B)のC’−C’断面図である。
【図11】(A)は本実施の形態に係る他の光送受信モジュールの光送受信部の平面図であり、(B)は(A)のD’−D’断面図であり、(C)は(B)の光結合部を拡大して示す部分拡大図である。
【図12】本実施の形態に係る他の光送受信モジュールの構成を模式的に表した図である。
【符号の説明】
【0149】
10 高分子光導波路フィルム
12、14 光送受信部
16 クラッド部
18 コア部
22、24 サブマウント
24 サブマウント
26,28a,28b 凹部(光学部品実装用凹部)
27,29a,29b 接着剤充填用溝
【技術分野】
【0001】
本発明は、サブマウント、及び光送受信モジュールに係り、特に、光デバイスのパッケージ内に実装されるサブマウント、及び該サブマウントを用いた光送受信モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
最近、IC技術やLSI技術において、動作速度や集積度向上のために、高密度に電気配線を行なう代わりに、機器装置間、機器装置内のボード間、チップ内において光配線を行なうことが注目されている。
【0003】
光配線のための素子として、例えば、以下の特許文献1には、コアとコアを包囲するクラッドを有する高分子光導波路の、コア・クラッド積層方向に発光素子および受光素子を備え、さらに発光素子からの光をコアに入射させるための入射側ミラーとコアからの光を受光素子に出射させるための出射側ミラーを有する光学素子であって、発光素子から入射側ミラーおよび出射側ミラーから受光素子に至る光路に相当する箇所において、クラッド層を凹状に形成し、発光素子からの光および出射側ミラーからの光を収束させた光学素子が記載されている。
【0004】
また、以下の特許文献2には、コアとコアを包囲するクラッドを有する高分子光導波路のコア端面に発光素子からの光を入射させる光学素子において、コアの光入射端面を発光素子に向かって凸面となるように形成し、発光素子からの光を収束させて導波損失を抑えた光学素子が記載されている。
【0005】
さらに、以下の特許文献3には、電子素子と光素子とを集積化した光電融合回路基板の上に高分子光導波路回路が直接組み立てられた光電子集積回路が記載されている。
【0006】
光配線において前記のごとき素子を実装して、装置内に組み込むことができれば、光配線の組み立てを考える際の自由度を大きくすることが可能になり、その結果としてコンパクトで小さな受発光素子を作ることが出来る。
【0007】
しかしながら、これまでに提案されている方法は90°折り返しミラーを形成するためにミラー部を埋め込む必要があったり、導波路と受発光素子を張り合わせる場合にも位置合わせを高精度に行う必要があり、実装に要するコストが大きな問題となっていた。
【0008】
これに対し、本発明者等は、光導波路が鋳型で複製された高分子光導波路フイルムを備えた受発光素子付き高分子光導波路モジュールを発明し、既に出願している(特許文献4)。高分子光導波路フイルムは、同一端部に光路変換ミラー面と突き当て面とを有している。また、受発光素子を保持するサブマウントには、フイルムの突き当て面を突き当てる当接面が形成されている。このモジュールでは、実装する際に、サブマウントに形成された当接面にフイルムの突き当て面を突き当てて、受発光素子と光路変換面との位置合わせを非常に容易に且つ確実に行うことができる。
【0009】
また、以下の特許文献5には、半導体レーザのサブマウントにミラー面を形成し、このミラー面によりレーザ光の光路を変換する半導体レーザ装置が記載されている。
【特許文献1】特開2000−39530号公報
【特許文献2】特開2000−39531号公報
【特許文献3】特開2000−235127号公報
【特許文献4】特願2004−139041号公報
【特許文献5】特開2000−114655号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、サブマウントに発光素子や受光素子、及び導波路素子を実装する場合において接着剤(導電性ペースト含む)を用いて固定するときに、接着剤が所定の位置に精度良く塗布することが問題があった。また、実装した際、接着剤が実装用の凹部から溢れ出てきてしまうといった問題もある。
【0011】
本発明は、上記問題を解決すべく考案されたものであり、本発明の目的は、接着剤が所定の位置に精度良く塗布できると共に溢れることを防止しつつ、簡易且つ確実に光学部品の実装が可能な光学部品実装用サブマウント、及びそれを利用した光送受信モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記目的を達成するために本発明のサブマウントは、光学部品を実装するサブマウントであり、前記光学部品を埋め込み実装するための実装用凹部を有し、さらに当該実装用凹部に隣接して形成された接着剤充填溝を有することを特徴としている。
【0013】
本発明のサブマウントでは、実装用凹部に隣接して設けた接着剤充填溝から、接着剤(固定用のみならず、導電性を付与した接着剤、所謂導電性ペーストも含む)を流し込むことで、実装用凹部の底面(部品載置面)に均一に塗布される。そして、実装用凹部に光学部品を実施した際、接着剤充填溝が液溜まりの役割を担い接着剤が溢れ出すこともなくなる。
【0014】
本発明のサブマウントは、当該サブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成された複製用鋳型を作製し、作製された複製用鋳型に硬化性材料を充填し、充填された前記硬化性材料を硬化させ、複製されたサブマウントを前記複製用鋳型から剥離して製造することがよい。この製法では、鋳型に硬化性材料を充填し、充填された硬化性材料を硬化させてサブマウントを複製するので、サブマウントを低コストで量産することができる。また、使用する鋳型にはサブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成されているので、精密なサブマウントを精度よく複製することができる。
【0015】
また、前記複製用鋳型は、液状シリコーンゴムをサブマウントの原盤上で硬化させて製造してもよいし、シリコン基板をエッチング或いはイオン反応性エッチングして作製してもよいし、金属を鋳造して製造してもよい。
【0016】
また、前記硬化性材料としては、耐熱性樹脂、光硬化性の耐熱性樹脂、熱可塑性の耐熱性樹脂などを適用することができる。前記耐熱性樹脂としては、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂がなどを適用することができる。また、前記硬化性材料としては、加熱により溶融する低融点ガラスも適用することができる。前記低融点ガラスとしては、SiO2,B2O3を主要成分とする硬質ガラスを適用することができる。
【0017】
本発明のサブマウント上には、電気配線のための電極パターンが形成されていてもよい。
【0018】
一方、本発明の光送受信モジュールは、
光導波路が形成され光導波路フィルムと、
発光素子と該発光素子を保持するサブマウントとを備え、前記発光素子から射出された光が前記光導波路の入射端面に結合されるように、前記サブマウント上に前記光導波路フィルムの一方の端部を保持する光送信部と、
受光素子と該受光素子を保持するサブマウントとを備え、前記光導波路の出射端面から射出された光が前記受光素子に受光されるように、前記サブマウント上に前記光導波路フィルムの他方の端部を保持する光受信部と、
を備え、
前記サブマウントとして上記本発明の光部品実装用サブマウントを適用することを特徴としている。
【発明の効果】
【0019】
以上説明したように本発明の光学部品実装用サブマウントによれば、接着剤が所定の位置に精度良く塗布できると共に溢れることを防止しつつ、簡易且つ確実に光学部品の実装可能であり、量産性に優れ、且つ安価で精密である、といった効果を奏する。また、本発明の光送受信モジュールによれば、受光素子や発光素子などの光学部品を簡易且つ確実に実装を行うことができ、量産性に優れ、低コストである、といった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
[サブマウント及びその製造方法]
本発明のサブマウントは、光学部品を埋め込み実装するための実装用凹部と共に、実装用凹部に隣接して接着剤充填溝を有している。なお、この隣接するとは、実装用凹部と接着剤充填溝との内部空間が連通していことを示す。
【0021】
本発明のサブマウントは、(1)サブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成された複製用鋳型を作製する鋳型作製工程、(2)作製された複製用鋳型に硬化性材料を充填する充填工程、(3)充填された前記硬化性材料を硬化させる硬化工程、(4)複製されたサブマウントを前記複製用鋳型から剥離する剥離工程とを有する製造方法により得ることができる。
【0022】
鋳型を作製する方法としては、(A)液状シリコーンゴムをサブマウントの原盤上で硬化させて作製する方法、(B)シリコン基板をエッチングして作製する方法、(C)金属を鋳造して作製する方法等がある。以下では、方法(A)で作製された鋳型を用いたサブマウントの製造方法を「シリコーン樹脂を用いた複製法」、方法(B)又は方法(C)で作製された鋳型を用いたサブマウントの製造方法を「スタンパー法」と称する。
【0023】
−シリコーン樹脂を用いた複製法−
次に、「シリコーン樹脂を用いた複製法」の全体像を、図1を参照して説明する。図1(A)はシリコン基板50を示す。このシリコン基板50の主面にRIEにより凹凸を形成し、サブマウントの原盤52を作製する(図1(B)参照)。RIE等の精密加工技術を用いることで、サブマウントの原盤52が精密に作製される。この原盤にはサブマウント複数個分の凹凸が形成されており、この原盤を用いて複数個のサブマウントを一度に複製することができる。
【0024】
この原盤52の凹凸形成面に液状シリコーンゴムを塗布又は注型し、硬化させる(図1(C)参照)。その後、シリコーン樹脂層54Aを剥離すると、サブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成されたシリコーン樹脂製の鋳型54が得られる(図1(D)参照)。液状シリコーンゴムを用いることで、この材料の密着性と剥離性とを利用して、原盤52の凹凸が正確に写し取られる。これらの工程が「鋳型作製工程」に相当する。
【0025】
次に、この鋳型54に紫外線硬化樹脂を充填し、紫外線照射により硬化させる(図1(E)参照)。これらの工程が「充填工程」及び「硬化工程」に相当する。その後、硬化樹脂層56を鋳型54から剥離すると、サブマウント表面の凹凸が複製される。この工程が「剥離工程」に相当する。この複製物(図示せず)を個々のサブマウントにダイシングすることで、表面に凹凸が形成された紫外線硬化樹脂製のサブマウント58が得られる(図1(F)参照)。
【0026】
以下、「シリコーン樹脂を用いた複製法」の主な工程を更に詳しく説明する。
【0027】
(原盤の作製)
上記ではRIEを用いてシリコン基板をエッチングしサブマウントの原盤を作製する例について説明したが、原盤の材料としては、シリコン基板の外に、石英ガラス基板等のガラス基板、ニッケル(Ni)基板等の金属基板を用いることができる。原盤の作製には、従来の方法、例えばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。ミラー面の作製には、ダイシングを用いることもできる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法(特願2002−10240号)も、原盤を作製するのに適用できる。
【0028】
(鋳型の作製)
「シリコーン樹脂を用いた複製法」では、上述した通り、作製された原盤の凹凸形成面に、液状シリコーンゴムを塗布したり注型し、必要に応じ乾燥処理をした後、硬化処理を行って、シリコーン樹脂層を形成する。その後、シリコーン樹脂層を原盤から剥離して、サブマウントの表面形状を型取った鋳型を作製する。
【0029】
シリコーン樹脂層の厚さは、鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に0.1〜50mm程度が適切である。また、前記原盤には、あらかじめ離型剤塗布などの離型処理を行なって、鋳型との剥離を促進することが望ましい。
【0030】
液状シリコーンゴムは、硬化後シリコーンゴムとなる硬化性オルガノポリシロキサンであり、「液状」の中にはペースト状のように粘度の高いものも含まれる。液状シリコーンゴムは、分子中にメチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが好ましい。液状シリコーンゴムの中でも、特に液状ジメチルシロキサンゴム(ポリジメチルシロキサン:PDMS)が密着性、剥離性、強度及び硬度の点から好ましい。
【0031】
液状シリコーンゴムは、密着性と剥離性という相反した特性に優れ、微細構造を写し取る能力を備えている。このため、シリコーンゴムを用いた鋳型は、高精度に原盤を写し取ることができ、さらに後述するサブマウント形成用の紫外線硬化性樹脂との剥離も容易である。また、液状シリコーンゴムは、鋳型(繰り返し用いる)として一定以上の機械的強度・寸法安定性を有すること、凹凸形状を維持する硬さ(硬度)を有すること、等の利点を有する。従って、この鋳型からは高精度に形状を維持したサブマウントを、極めて簡便に作製することができる。
【0032】
液状シリコーンゴムは、硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものが好ましい。この中でも、付加型の液状シリコーンゴムは、表面と内部が均一にかつ短時間に硬化し、またその際、副生成物が無く又は少なく、かつ離型性に優れ収縮率も小さいので特に好ましい。液状シリコーンゴムには、必要に応じて各種添加剤を加えることができる。
【0033】
液状シリコーンゴムは、原盤の表面に塗布や注型等することが可能で、また、原盤に形成された凹凸を正確に写し取らなければならないので、ある限度以下の粘度を有することが好ましい。液状シリコーンゴムの粘度は、500mPa・s〜7000mPa・s程度が好ましく、2000mPa・s〜5000mPa・s程度がより好ましい。また、粘度調節のために溶剤を、溶剤の悪影響が出ない程度に加えることができる。
【0034】
鋳型の表面エネルギーは、10dyn/cm〜30dyn/cm、好ましくは15dyn/cm〜24dyn/cmの範囲にあることが、樹脂との密着性の点からみて好ましい。表面エネルギーは、固体と液体との接触角を測定することで解析できることから専用の接触角測定装置により測定される。鋳型のショア(Share)ゴム硬度は、15〜80、好ましくは20〜60であることが、型取り性能や凹凸形状の維持、剥離性の点からみて好ましい。ショアゴム硬度は、非測定物の表面に押針を押し込み変形させ、その変形量を測定するスプリング式ゴム硬度計により測定される。鋳型の表面粗さ(最大高さ(Ry))は、0.2μm以下、好ましくは0.1μm(100nm)以下にすることが、型取り性能の点からみて好ましい。表面粗さRyは、粗さ曲線の最大値と最小値の差でと定義された最大高さを表す値であり、触針式の膜厚計で測定される。
【0035】
また、鋳型は、紫外領域及び/又は可視領域において光透過性であることが好ましい。鋳型が「可視領域」において光透過性であることが好ましいのは、樹脂が鋳型に充填される様子が観察でき、充填完了等が容易に確認しうるからである。また、鋳型が「紫外領域」において光透過性であることが好ましいのは、鋳型を通して紫外線硬化を行うためであり、鋳型の、紫外領域(250nm〜400nm)における透過率が80%以上であることが好ましい。
【0036】
(サブマウントの複製)
「シリコーン樹脂を用いた複製法」では、上述した通り、サブマウントの表面形状を型取った鋳型に、サブマウント形成用の紫外線硬化性樹脂を充填し、充填された樹脂を硬化させた後、硬化樹脂層を鋳型から剥離することで、表面に凹凸が形成されたサブマウントを複製する。
【0037】
サブマウント形成用の紫外線硬化性樹脂としては、耐熱性の高い樹脂が好ましく、エポキシ系、ポリイミド系の紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。また、紫外線硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が好ましく用いられる。
【0038】
紫外線硬化性樹脂は、鋳型の凹凸に充填されるため、十分低粘度であることが必要である。従って、紫外線硬化性樹脂の粘度は、10mPa・s〜2000mPa・s、望ましくは20mPa・s〜1000mPa・s、更に好ましくは30mPa・s〜500mPa・sにするのが好ましい。
【0039】
また、原盤に形成された凹凸を高精度に再現するため、紫外線硬化性樹脂の硬化前後の体積変化が小さいことが必要である。体積変化は10%以下が好ましく、6%以下がより好ましい。溶剤を用いて低粘度化することは、硬化前後の体積変化が大きいのでできれば避ける方が好ましい。
【0040】
紫外線硬化性樹脂の硬化後の体積変化(収縮)を小さくするため、紫外線硬化性樹脂にポリマーを添加することができる。添加するポリマーは、紫外線硬化性樹脂との相溶性を有し、かつ該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないものが好ましい。また、ポリマーを添加することにより、体積変化を小さくする他、粘度や硬化樹脂のガラス転移点を高度に制御できる。このようなポリマーとしては、例えば、アクリル系、メタクリル酸系、エポキシ系のポリマーが用いられるが、これに限定されるものではない。
【0041】
紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線LED、UV照射装置等を用いて紫外領域(250nm〜400nm)の光を照射する。
【0042】
−スタンパー法−
次に、「スタンパー法」の全体像を、図2を参照して説明する。「スタンパー法」では、鋳型を「スタンパー」として使用する。図2(A)はシリコン基板60を示す。このシリコン基板60の主面にRIEにより凹凸を形成し、シリコン製の鋳型62を作製する(図2(B)参照)。この鋳型にはサブマウント複数個分の凹凸が形成されており、この鋳型を用いて複数個のサブマウントを一度に複製することができる。RIE等の精密加工技術を用いることで、サブマウントの凹凸を正確に写し取った鋳型62が精密に作製される。これらの工程が「鋳型作製工程」に相当する。
【0043】
次に、熱可塑性樹脂を鋳型62に密着させ、加熱しながら加圧し、その後放冷して硬化させる(図2(C)参照)。これらの工程が「充填工程」及び「硬化工程」に相当する。その後、硬化樹脂層64を鋳型62から剥離すると、サブマウント表面の凹凸が複製される。この工程が「剥離工程」に相当する。この複製物(図示せず)を個々のサブマウントにダイシングすることで、表面に凹凸が形成された熱可塑性樹脂製のサブマウント66が得られる(図2(D)参照)。
【0044】
以下、「スタンパー法」の主な工程を更に詳しく説明する。以下では、「シリコーン樹脂を用いた複製法」の鋳型と区別するため、鋳型を「スタンパー」と称する。
【0045】
(スタンパーの作製)
上記ではRIEを用いてシリコン基板をエッチングしスタンパーを作製する例について説明したが、スタンパーの材料としては、シリコン基板の外に、石英ガラス基板等のガラス基板、ニッケル(Ni)基板等の金属基板を用いることができる。スタンパーの作製には、従来の方法、例えばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法(特願2002−10240号)も、スタンパーを作製するのに適用できる。フォトリソグラフィー及びRIEを用いることで鋳型の作製精度が向上する。
【0046】
(サブマウントの複製)
「スタンパー法」では、上述した通り、サブマウントの表面形状を型取ったスタンパーに、サブマウント形成用の熱可塑性樹脂を密着させ、加熱しながら加圧した後、常温まで放冷して硬化させ、硬化樹脂層を鋳型から剥離することで、表面に凹凸が形成されたサブマウントを複製する。
【0047】
サブマウント形成用の熱可塑性樹脂としては、耐熱性の高い樹脂が好ましく、不飽和ポリエステル樹脂系、エポキシ系、ポリイミド系、PPS系(ポリフェニレンサルファイド系)の熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。また、紫外線硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物を用いてもよい。また、熱硬化性樹脂にフィラーを混入させた精密成型用の樹脂も好ましく用いられる。このような樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂に硝子繊維などのフィラーを混入させ収縮を抑えたBMC樹脂などが挙げられる。
【0048】
熱可塑性樹脂は、収縮率が1%以下の高い寸法精度、熱変形温度が200℃以上、線膨張係数は金属に近く、金属部品との組合せが容易(アルミニウムより小さい)であることが好ましい。
【0049】
熱可塑性樹脂に凹凸を形成するには、スタンパーに密着させた熱可塑性樹脂を、ガラス転移点(Tg)+50℃位の温度に加熱し、10N程度の圧力で加圧する。
【0050】
また、スタンパー法では、熱可塑性樹脂に代えて、加熱により溶融する低融点ガラス、例えば600℃以下で軟化(溶融)する低融点ガラスを用いることができる。例えば、低融点ガラスを、金属製の金型を「スタンパー」として用いて500℃程度に加熱することで、ガラス製のサブマウントを複製することができる。更に、パイレックス(登録商標)ガラスなど融点800℃と高いガラス材料でも、加熱温度を650℃位にして加圧すると変形してスタンパー法で複製することが可能である。低融点ガラスとしては、SiO2,B2O3を主要成分とする硬質ガラスが好適に適用される。
【0051】
[光送受信モジュール]
図3は、本実施の形態に係る光送受信モジュールの概略構成図である。この光送受信モジュールは、図3に示すように、ベルト状の高分子光導波路フィルム10と、高分子光導波路フィルム10に形成された光導波路を介して光信号を送受信する光送受信部12、14とで構成されている。光送受信部12はサブマウント22を備えており、高分子光導波路フィルム10の一方の端部はサブマウント22上に保持されている。また、光送受信部14はサブマウント24を備えており、高分子光導波路フィルム10の他方の端部はサブマウント24上に保持されている。
【0052】
高分子光導波路フィルム10は、可とう性を有する透明樹脂フィルムからなり、図4(A)及び(B)に示すように、「折り曲げ」や「ねじれ」等の変形に対して追従性を有している。このためフィルムが変形した状態でも、光送受信部12から送信された光信号が、高分子光導波路フィルム10に形成された光導波路を導波して、光送受信部14により受信される。高分子光導波路フィルム10は、曲率半径3mm以下の可とう性を備えていることが好ましい。曲げ半径は、フィルムを折り曲げたときにフィルムの内側に形成される曲線の微小な部分を円と近似したとき、その円の半径の長さを表す値であり、ASTM D―2176に従いその許容値が測定される。なお、高分子光導波路フィルム10に用いる樹脂材料については後述する。
【0053】
高分子光導波路フィルム10は、変形に対する追従性を高めるために、フィルムの厚さを50μm〜300μmの範囲とすることが好ましく、100μm〜200μmの範囲とすることがより好ましい。また、同様の理由から、フィルムの幅を0.5mm〜10mmの範囲とすることが好ましく、1mm〜5mmの範囲とすることがより好ましい。
【0054】
[高分子光導波路フィルム]
次に、図5(A)〜(C)を参照して、高分子光導波路フィルム10の構造について説明する。図5(A)は高分子光導波路フィルム10端部の斜視図であり、図5(B)は図5(A)のA−A断面図(光導波路の光軸に沿った断面図)であり、図5(C)は図5(B)のB−B断面図である。
【0055】
図示した通り、高分子光導波路フィルム10は、フィルムの長さ方向に延在する口型のコア部18と、このコア部18を包囲するクラッド部16、20とで構成されている。高分子光導波路フィルム10内には、複数のコア部18がフィルムの幅方向に並列に配置され、フィルム内に複数の光導波路が形成されている。この例では、フィルム10内に2本の光導波路が形成されている。
【0056】
高分子光導波路フィルム10の端部には、光導波路の光軸に対し45°の角度を有するミラー面10bが形成されている。ミラー面10bは光導波路を導波する光の光路を変換する光路変換面として機能する。即ち、光導波路を導波してきた光はこのミラー面10bでその光路が90°折り曲げられ、光入出射側のフィルム面10cから射出される。また、ミラー面10bが形成されたクラッド部16の先端部が切断され、光導波路の光軸と直交する突き当て面10aが形成されている。突き当て面10aはサブマウントに対する突き当て面であり、実装時にサブマウント上での位置合わせに利用される。
【0057】
上記の高分子光導波路フィルム10は、例えば、以下の(1)〜(6)の工程により作製することができる。(1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する凹部と、該凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔が2以上設けられた鋳型を準備する工程、(2)前記鋳型に該鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程、(3)クラッド用可撓性フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程、(4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用可撓性フィルム基材から剥離する工程、(5)コアが形成されたクラッド用可撓性フィルム基材の上にクラッド層を形成する工程、(6)得られた高分子光導波路フィルムの端面に45°ミラー面と突き当て面とを形成する工程。
【0058】
上述した高分子光導波路フィルムの製造工程を、図6(A)〜(I)を参照して更に詳細に説明する。なお、説明を簡明にするため、光導波路を1本設けたものについて説明する。図6(A)は原盤100を示し、120は光導波路のコア部に対応する凸部である。この原盤100の凸部形成面に鋳型形成用硬化性樹脂を塗布又は注型した後硬化させる(図6(B)参照)。図6(B)中、200aは硬化樹脂層である。その後硬化樹脂層200aを剥離すると、凹部が形成された硬化樹脂層200aが得られる(図示せず)。凹部220が形成された硬化樹脂層200aに、凹部220に連通する貫通孔260及び280を凹部両端に打ち抜き等により形成して鋳型200(図6(C)参照)を得る。
【0059】
次に、図6(D)が示すように、鋳型にクラッド用可撓性フィルム基材300を密着させる。その後鋳型に形成されている貫通孔260にコア形成用硬化性樹脂を入れ、他端の貫通孔280から減圧吸引して鋳型凹部220にコア形成用硬化性樹脂を充填する。その後該樹脂を硬化させ鋳型を剥離すると、図6(E)に示されるように、クラッド用可撓性フィルム基材300の上にコア部320が形成される。次に、クラッド部(上部クラッド層)400を形成し(図6(F)参照)、貫通孔260及び280内で硬化した樹脂部分をダイサー等で切り落として、高分子光導波路フィルム10とする(図6(G)参照)。
【0060】
最後に、45°の角度付きブレードを備えたダイシングソーを用いて高分子光導波路フィルム10の端部をダイシングし、高分子光導波路フィルム10の端面に45°ミラー面10bを形成する(図6(H)参照)。更に、ダイシングソーを用いて45°ミラー面の先端をクラッド部分のみを含む所定の長さだけ高分子光導波路フィルムの長手方向に対し直角に切断し、突き当て面10aを形成する(図6(I)参照)。
【0061】
更に、高分子光導波路フィルム10を作製するための各工程を詳細に説明する。
【0062】
1)鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層から形成され、かつ、光導波路コア凸部に対応する凹部と、該凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔が2以上設けられた鋳型を準備する工程
鋳型の作製は、光導波路コアに対応する凸部を形成した原盤を用いて行うのが好ましいが、これに限定されるものではない。以下では、原盤を用いる方法について説明する。
【0063】
<原盤の作製>
光導波路コアに対応する凸部を形成した原盤の作製には、従来の方法、例えばフォトリソグラフィー法を特に制限なく用いることができる。また、本出願人が先に出願した電着法又は光電着法により高分子光導波路を作製する方法(特願2002−10240号)も、原盤を作製するのに適用できる。原盤に形成される光導波路に対応する凸部の大きさは高分子光導波路の用途等に応じて適宜決められる。例えばシングルモード用の光導波路の場合には、10μm角程度のコアを、マルチモード用の光導波路の場合には、50〜100μm角程度のコアが一般的に用いられるが、用途によっては数百μm程度とさらに大きなコア部を持つ光導波路も利用される。
【0064】
<鋳型の作製>
鋳型の作製の一例として、前記のようにして作製した原盤の凸部形成面に、鋳型形成用硬化性樹脂を塗布したり注型するなどの方法により鋳型形成用硬化性樹脂の層を形成した後、必要に応じ乾燥処理をし、硬化処理を行い、その後硬化樹脂層を原盤から剥離して前記凸部に対応する凹部が形成された型をとり、その型に凹部の一端及び他端にそれぞれ連通する貫通孔を形成する方法が挙げられる。前記連通孔は、例えば前記型を所定形状に打ち抜くことにより形成できる。打ち抜いた貫通孔の場合であっても、鋳型とクラッド用フィルム基材との密着性がよく、鋳型凹部以外にクラッド用フィルム基材との間に空隙が形成されないため、凹部以外にコア形成用硬化性樹脂が浸透する虞はない。
【0065】
前記型(樹脂硬化層)の厚さは、鋳型としての取り扱い性を考慮して適宜決められるが、一般的に0.1〜50mm程度が適切である。また、前記原盤にはあらかじめ離型剤塗布などの離型処理を行なって鋳型との剥離を促進することが望ましい。
【0066】
コア形成用硬化性樹脂進入側に設ける貫通孔は液(コア形成用硬化性樹脂)だめの機能を有する。また、コア形成用硬化性樹脂排出側に設ける貫通孔は、該樹脂を鋳型凹部に充填する際、鋳型凹部を減圧するための減圧吸引用に用いられる。進入側の貫通孔の形状や大きさは、貫通孔が凹部の進入端に連通しかつ液だめの機能を有していれば特に制限はない。また、排出側の貫通孔は、凹部の排出端に連通しかつ減圧吸引用に用いることができれば、その形状や大きさに特に制限はない。
【0067】
鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂進入側に設けた貫通孔は液だめの機能をもっているため、その断面積が、鋳型をクラッド用フィルム基材に密着させた場合、該基材に接する側が大きく、基材から離れるに従って小さくなるようにすると、コア形成用硬化性樹脂を凹部に充填、硬化後、鋳型と基材との剥離がしやすくなる。コア形成用硬化性樹脂排出側の貫通孔には、液だめの機能を持たせる必要はないので、特にこのような断面構造を採用することを要しない。
【0068】
また、鋳型作製の他の例として、原盤に光導波路コアに対応する凸部だけでなく貫通孔形成のための凸部(この凸部の高さは鋳型形成用硬化性樹脂の硬化層の厚さより高くする)を設け、この原盤に鋳型形成用硬化性樹脂を貫通孔形成のための凸部が樹脂層を突き抜けるように塗布等し、次いで樹脂層を硬化させ、その後硬化樹脂層を原盤から剥離する方法を挙げることができる。
【0069】
鋳型作製に用いる鋳型形成用硬化性樹脂しては、その硬化物が原盤から容易に剥離できること、鋳型(繰り返し用いる)として一定以上の機械的強度・寸法安定性を有すること、凹部形状を維持する硬さ(硬度)を有すること、クラッド用フィルム基材との密着性が良好なことが好ましい。鋳型形成用硬化性樹脂には、必要に応じて各種添加剤を加えることができる。
【0070】
鋳型形成用硬化性樹脂は、原盤の表面に塗布や注型等することが可能で、また、原盤に形成された個々の光導波路コアに対応する凸部を正確に写し取らなければならないので、ある限度以下の粘度、たとえば、500〜7000mPa・s程度を有することが好ましい。(なお、本発明において用いる「鋳型形成用硬化性樹脂」の中には、硬化後、弾性を有するゴム状体となるものも含まれる。)また、粘度調節のために溶剤を、溶剤の悪影響が出ない程度に加えることができる。
【0071】
前記鋳型形成用硬化性樹脂としては、前記のごとき剥離性、機械強度・寸法安定性、硬度、クラッド用基材との密着性の点から、硬化後、シリコーンゴム(シリコーンエラストマー)又はシリコーン樹脂となる硬化性オルガノポリシロキサンが好ましく用いられる。前記硬化性オルガノポリシロキサンは、分子中にメチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが好ましい。また、前記硬化性オルガノポリシロキサンは、一液型のものでもまた硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものでもよく、また、熱硬化型のものでもまた室温硬化型(例えば空気中の水分で硬化するもの)のものでもよく、更に他の硬化(紫外線硬化等)を利用するものであってもよい。
【0072】
硬化性オルガノポリシロキサンとしては、硬化後シリコーンゴムとなるものが好ましく、これには通常液状シリコーンゴム(「液状」の中にはペースト状のように粘度の高いものも含まれる)と称されているものが用いられ、硬化剤と組み合わせて用いる二液型のものが好ましく、中でも付加型の液状シリコーンゴムは、表面と内部が均一にかつ短時間に硬化し、またその際副生成物が無く又は少なく、かつ離型性に優れ収縮率も小さいので好ましい。
【0073】
前記液状シリコーンゴムの中でも特に液状ジメチルシロキサンゴムが密着性、剥離性、強度及び硬度の点から好ましい。また、液状ジメチルシロキサンゴムの硬化物は、一般に屈折率が1.43程度と低いために、これから作った鋳型は、クラッド用基材から剥離させずに、そのままクラッド層として好ましく利用することができる。この場合には、鋳型と、充填したコア形成用樹脂及びクラッド用基材とが剥がれないような工夫が必要になる。
【0074】
液状シリコーンゴムの粘度は、光導波路コアに対応する凸部を正確に写し取り、かつ気泡の混入を少なくして脱泡し易くする観点と、数ミリの厚さの鋳型形成の点から、500〜7000mPa・s程度のものが好ましく、さらには、2000〜5000mPa・s程度のものがより好ましい。
【0075】
鋳型の表面エネルギーは、10dyn/cm〜30dyn/cm、好ましくは15dyn/cm〜24dyn/cmの範囲にあることが、基材フィルムとの密着性の点からみて好ましい。表面エネルギーは、Zisman法による臨界表面張力を測定する手法により測定される。鋳型のシェア(Share)ゴム硬度は、15〜80、好ましくは20〜60であることが、型取り性能や凹部形状の維持、剥離性の点からみて好ましい。シェアゴム硬度は、デュロメータを用いてJIS K 6253に従って測定することができる。
鋳型の表面粗さ(算術平均粗さRa)は、0.2μm以下、好ましくは0.1μm以下にすることが、型取り性能の点からみて好ましい。算術平均粗さRaは、JIS B 0601に従い測定することができる。
【0076】
また、鋳型は、紫外領域及び/又は可視領域において光透過性であることが好ましい。鋳型が可視領域において光透過性であることが好ましいのは、以下の2)の工程において鋳型をクラッド用フィルム基材に密着させる際、位置決めが容易に行え、また、以下の3)の工程においてコア形成用硬化性樹脂が鋳型凹部に充填される様子が観察でき、充填完了等が容易に確認しうるからである。また、鋳型が紫外領域において光透過性であることが好ましいのは、コア形成用硬化性樹脂として紫外線硬化性樹脂を用いる場合に、鋳型を透して紫外線硬化を行うためであり、鋳型の、紫外領域(250nm〜400nm)における透過率が80%以上であることが好ましい。
【0077】
前記硬化性オルガノポリシロキサン、中でも硬化後シリコーンゴムとなる液状シリコーンゴムは、クラッド用フィルム基材との密着性と剥離性という相反した特性に優れ、ナノ構造を写し取る能力を持ち、シリコーンゴムとクラッド用基材とを密着させると液体の進入させ防ぐことができる。このようなシリコーンゴムを用いた鋳型は高精度に原盤を写し取り、クラッド用基材に良く密着するため、鋳型とクラッド用基材の間の凹部のみに効率よくコア形成用樹脂を充填することが可能となり、さらにクラッド用基材と鋳型の剥離も容易である。したがって、この鋳型からは高精度に形状を維持した高分子光導波路を、極めて簡便に作製することができる。
【0078】
2)鋳型に、鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させる工程
本発明の高分子光導波路から作製される光学素子は、種々の階層における光配線に用いられるので、前記クラッド用可撓性フィルム基材の材料は光学素子の用途に応じ、屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、耐熱性、鋳型との密着性、フレキシビリティー等を考慮して選択される。前記フィルムとしては脂環式アクリル樹脂フイルム、脂環式オレフィン樹脂フイルム、三酢酸セルロースフイルム、含フッ素樹脂フイルム等が挙げられる。フィルム基材の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、1.55より小さく、好ましくは1.53より小さくすることが望ましい。
【0079】
前記脂環式アクリル樹脂フイルムとしてはトリシクロデカン等の脂肪族環状炭化水素をエステル置換基に導入した、OZ−1000、OZ−1100(日立化成(株)製)等が用いられる。
【0080】
また、脂環式オレフィン樹脂フイルムとしては主鎖にノルボルネン構造を有するもの、及び主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基(アルキル基としては炭素数1から6のものやシクロアルキル基)等の極性基をもつものが挙げられる。中でも前記のごとき主鎖にノルボルネン構造を有しかつ側鎖にアルキルオキシカルボニル基等の極性基をもつ脂環式オレフィン樹脂は、低屈折率(屈折率が1.50近辺であり、コア・クラッドの屈折率の差を確保できる)及び高い光透過性等の優れた光学的特性を有し、鋳型との密着性に優れ、さらに耐熱性に優れているので特に本発明の光導波路シートの作製に適している。
【0081】
また、前記フィルム基材の厚さはフレキシビリティーと剛性や取り扱いの容易さ等を考慮して適切に選ばれ、一般的には0.1mm〜0.5mm程度が好ましい。
【0082】
3)クラッド用フィルム基材を密着させた鋳型の凹部の一端にある貫通孔に、コア形成用硬化性樹脂を充填し、鋳型の凹部の他端にある貫通孔から減圧吸引してコア形成用硬化性樹脂を前記鋳型の凹部に充填する工程
この工程においては、コア形成用硬化性樹脂を、該樹脂の進入部側に設けた貫通孔に充填し、該樹脂の排出部側に設けた貫通孔から減圧吸引して、鋳型とクラッド用フィルム基材との間に形成された空隙(鋳型の凹部)に充填する。減圧吸引することにより、鋳型とクラッド用フイルム基材との密着性が向上し、気泡の混入を避けることができる。減圧吸引は、例えば、吸引管を排出部側に設けた貫通孔に挿入し、吸引管をポンプにつなげて行われる。
【0083】
コア形成用硬化性樹脂としては放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性等の樹脂を用いることができ、中でも紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。前記コア形成用の紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が好ましく用いられる。また、前記紫外線硬化性樹脂としてエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系紫外線硬化性樹脂が好ましく用いられる。
【0084】
コア形成用硬化性樹脂は、毛細管現象により鋳型とフィルム基材との間に形成された空隙(鋳型の凹部)に充填されるため、用いるコア形成用硬化性樹脂はそれが可能なように十分低粘度であることが必要である。したがって、前記硬化性樹脂の粘度は、10mPa・s〜2000mPa・s、望ましくは20mPa・s〜1000mPa・s、更に好ましくは30mPa・s〜500mPa・sにするのが好ましい。
【0085】
このほかに、原盤に形成された光導波路コアに対応する凸部が有する元の形状を高精度に再現するため、前記硬化性樹脂の硬化前後の体積変化が小さいことが必要である。例えば、体積が減少すると導波損失の原因になる。したがって、コア形成用硬化性樹脂は、体積変化ができるだけ小さいものが望ましく、10%以下、好ましくは6%以下であるのが望ましい。溶剤を用いて低粘度化することは、硬化前後の体積変化が大きいのでできれば避ける方が好ましい。
【0086】
コア形成用硬化性樹脂の硬化後の体積変化(収縮)を小さくするため、前記樹脂にポリマーを添加することができる。前記ポリマーはコア形成用硬化性樹脂との相溶性を有し、かつ該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないものが好ましい。またポリマーを添加することにより体積変化を小さくする他、粘度や硬化樹脂のガラス転移点を高度に制御できる。前記ポリマーとしては例えばアクリル系、メタクリル酸系、エポキシ系のものが用いられるがこれに限定されるものではない。
【0087】
コア形成用硬化性樹脂の硬化物の屈折率は、クラッドとなる前記フィルム基材(以下の5)の工程におけるクラッド層を含む)より大きいことが必要で、1.50以上、好ましくは1.53以上である。クラッド(以下の5)の工程におけるクラッド層を含む)とコアの屈折率の差は、0.01以上、好ましくは0.03以上である。
【0088】
4)充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させ、鋳型をクラッド用フィルム基材から剥離する工程
この工程では充填したコア形成用硬化性樹脂を硬化させる。紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線LED、UV照射装置等が用いられ、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等が用いられる。
【0089】
また、前記1)〜3)の工程で用いる鋳型は、屈折率等の条件を満たせばそのままクラッド層に用いることも可能で、この場合は、鋳型を剥離する必要はなくそのままクラッド層として利用することができる。この場合、鋳型とコア材料の接着性を向上させるために鋳型をオゾン処理することが好ましい。
【0090】
5)コアが形成されたクラッド用フィルム基材の上にクラッド層を形成する工程
コアが形成されたフィルム基材の上にクラッド層を形成するが、クラッド層としてはフィルム(たとえば前記2)の工程で用いたようなクラッド用フィルム基材が同様に用いられる)や、クラッド用硬化性樹脂を塗布して硬化させた層、高分子材料の溶剤溶液を塗布して乾燥して得られる高分子膜等が挙げられる。クラッド用硬化性樹脂としては紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。
【0091】
クラッド用硬化性樹脂の硬化後の体積変化(収縮)を小さくするために、該樹脂と相溶性を有し、また該樹脂の屈折率、弾性率、透過特性に悪影響を及ぼさないポリマー(例えばメタクリル酸系、エポキシ系)を該樹脂に添加することができる。
【0092】
クラッド層としてフィルムを用いる場合は、接着剤を用いて貼り合わされるが、その際、接着剤の屈折率が該フィルムの屈折率と近いことが望ましい。用いる接着剤は紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が好ましく用いられ、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物が用いられる。前記紫外線硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂の硬化後の体積変化(収縮)を小さくするために、クラッド層に添加するポリマーと同様のポリマーを添加することができる。
【0093】
クラッド層の屈折率は、コアとの屈折率差を確保するため、1.55以下、好ましくは1.53以下にすることが望ましい。また、クラッド層の屈折率を前記フィルム基材の屈折率と同じにすることが、光の閉じ込めの点からみて好ましい。
【0094】
上述した高分子光導波路フィルムの製造方法は、鋳型に鋳型との密着性が良好なクラッド用可撓性フィルム基材を密着させることで、両者を特別な手段を用いて固着させなくても、鋳型に形成された凹部構造以外には、鋳型とクラッド用基材の間に空隙が生ずることなく、コア形成用硬化性樹脂を前記凹部のみに進入させることができることを見い出したことに基づくものである。これにより、製造工程が極めて単純化され、容易に高分子光導波路フィルムを作製することができる。従って、従来の高分子光導波路フィルムの製造方法と比較し、極めて低コストで高分子光導波路フィルムを作製することが可能になる。
【0095】
また、上述した製造方法では、鋳型に貫通孔を設け、鋳型凹部のコア形成用硬化性樹脂排出側を減圧吸引するので、鋳型とフイルム基材との密着性が更に向上し、気泡の混入を避けることができる。更に、簡便な方法でありながら、得られる高分子光導波路フィルムは導波損失が少なく高精度であり、かつ各種機器への自由な装填が可能である。
【0096】
[光送受信部]
次に、図7及び図8を参照して、サブマウント22を備えた光送受信部12の構成について説明する。なお、サブマウント24はサブマウント22と同じ構成であり、光送受信部14は光送受信部12と同じ構成となるため、サブマウント24及び光送受信部14については説明を省略する。
【0097】
まず、図7を参照して、サブマウント22の構成を説明する。図7(A)はサブマウント22の斜視図であり、図7(B)はサブマウント22の平面図であり、図7(C)は図7(B)のC−C断面図である。
【0098】
サブマウント22は、略直方体状の基板から構成されている。このサブマウント22には、高分子光導波路フィルム10を取付けるための凹部26(光学部品実装用凹部)と、受光素子及び発光素子を嵌め込んでそれぞれ保持(実装)するための凹部28a,28b(光学部品実装用凹部)とが形成されている。この例では、2つの凹部28a,28bが形成されているが、受光素子及び発光素子の双方を保持する一つの凹部を設けてもよい。凹部26は、高分子光導波路フィルム10の突き当て面10aが突き当てられる当接面26aと、高分子光導波路フィルム10のフィルム面10cが載置される載置面26bとを備えている。
【0099】
光学部品実装用凹部としての凹部26,28a,28bには、隣接して接着剤充填用溝27,29a,29bがそれぞれ設けられている。
【0100】
また、サブマウント22の表面の一部には、受光素子及び発光素子に対して電気的な配線を行うための電極膜30a、30b、30c、30dが形成されている。この例では、電極膜30a、30bは、凹部28a,28b(充填溝29a、29b含む)の底面から側面を通ってサブマウント22の上面まで延在するように各々パターニングされている。また、電極膜30c、30dは、電極膜30a、30bとは絶縁されるように、サブマウント22の上面に各々パターニングされている。サブマウント22側に電極膜を形成することで、光送受信モジュールをパッケージに格納する場合に、受光素子及び発光素子に対する電気的な配線が容易になる。
【0101】
上記のサブマウント22は、上述した鋳型による複製技術を用いたサブマウントの製造方法により、精度よく作製されている。また、電極膜30a、30b、30c、30dは、例えば、サブマウント22の表面に金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属膜を蒸着した後、この金属膜をフォトリソグラフィー技術を用いてパターニングすることにより形成される。
【0102】
次に、図8を参照して、光送受信部12の実装状態について説明する。図8(A)は光送受信部12の平面図であり、図8(B)は図8(A)のD−D断面図(光導波路の光軸に沿った断面図)であり、図8(C)は図8(B)の光結合部を拡大して示す部分拡大図である。
【0103】
光送受信モジュールの実装時、光送受信部12のサブマウント22上には、発光素子である面発光型半導体レーザダイオード(LD)32、受光素子であるフォトダイオード(PD)34、及び高分子光導波路フィルム10が保持されている。
【0104】
高分子光導波路フィルム10の端部は、サブマウント22の凹部26に嵌め込まれている。即ち、突き当て面10aがサブマウント22の当接面26aの一部に突き当てられて所定の位置に位置決めされ、光入出射側のフィルム面10cがサブマウント22の載置面26bと対向するようにサブマウント22上に載置されている。このように高分子光導波路フィルム10を載置面26bで保持することで、フレキシブルな高分子光導波路フィルム10を安定に保持することができる。
【0105】
また、フィルム面10cは、接着剤充填用溝27から充填した接着剤36によって対向する載置面26b、LD32及びPD34と接着されている。接着剤36としては、紫外線硬化性樹脂等の光硬化性接着剤、熱硬化性接着剤等が用いられるが、光損失を低減するためには、高分子光導波路フィルム10のクラッド部16と同じ硬化性樹脂を用いることが好ましい。
【0106】
LD32とPD34とは、サブマウント22の凹部28a,28bに各々嵌め込まれ、凹部28a,28bの底部(底面)に固定されている。LD32及びPD34を凹部28a,28bに嵌め込むことで、光送受信部12がコンパクト化する。この例では、凹部28a,28bの底部には電極膜30a、30bが形成されているため、LD32の裏面電極と電極膜30a、PD34の裏面電極と電極膜30bとが各々電気的に導通されるように、接着剤充填用溝29a,29bから充填した導電性を有するはんだ(導電性ペースト)等により凹部28a,28bの底部に固定されている。なお、LD32の他方の電極はワイヤー38aにより電極膜30cと電気的に接続され、PD34の他方の電極はワイヤー38bにより電極膜30dと電気的に接続されている。
【0107】
また、LD32及びPD34は、LD32の発光部32aが高分子光導波路フィルム10の送信用光導波路のコア部18の端面(入射端面)と対向すると共に、PD34の受光部34aが受信用光導波路のコア部18の端面(出射端面)と対向するように、突き当て面10aの突き当て位置に応じて各々所定の位置に配置されている。
【0108】
なお、ここでは、光送受信部12から光信号を送信するための光導波路を送信用光導波路とし、光送受信部12により光信号を受信するための光導波路を受信用光導波路としているが、光送受信部14から見た場合には、送信用光導波路と受信用光導波路とが逆転することは言うまでもない。
【0109】
上記の光送受信部12は、サブマウント22の凹部28a,28bにLD32及びPD34を嵌め込んだ後に、サブマウント22の凹部26に高分子光導波路フィルム10を取付けることで、簡単に組み立てることができる。
【0110】
また、本実施の形態では、高分子光導波路フィルム10が透明樹脂で構成されているため、ミラー面10bによる裏面反射を利用して光導波路のコア部18の端面の位置を観測することができる。従って、このミラー面10bでの裏面反射像を用いることで、LD32及びPD34のアライメントが容易になり、パッシブ・アライメントで高精度の実装が可能になる。
【0111】
[光送受信モジュールの動作]
次に、図9を参照して、本実施の形態に係る光送受信モジュールの動作について説明する。図9は、光送受信モジュールの構成を模式的に表した図である。ここでは、光送受信部12から光信号を送信するための光導波路を送信用光導波路とし、光送受信部12により光信号を受信するための光導波路を受信用光導波路として説明する。
【0112】
本実施の形態に係る光送受信モジュールでは、光送受信部12から光送受信部14に光信号を送信する場合には、光送受信部12のサブマウント22に保持されたLD32から射出された光が送信用光導波路のコア部18の入射端面に結合され、高分子光導波路フィルム10に形成された送信用光導波路を導波する。そして、送信用光導波路のコア部18の出射端面から射出された光が、光送受信部14のサブマウント24に保持されたPD34により受光される。
【0113】
同様に、光送受信部14から送信された光信号を光送受信部12で受信する場合には、光送受信部14のサブマウント24に保持されたLD32から射出された光が受信用光導波路のコア部18の入射端面に結合され、高分子光導波路フィルム10に形成された受信用光導波路を導波する。そして、受信用光導波路のコア部18の出射端面から射出された光が、光送受信部12のサブマウント22に保持されたPD34により受光される。
【0114】
以上説明した通り、本実施の形態に係る光送受信モジュールでは、上述した通り一組の光送受信部の間で双方向の光通信が行われるが、フレキシブルなベルト状の高分子光導波路フィルムは「折り曲げ」や「ねじれ」等の変形に対して追従性を有しているので、フィルムが変形した状態でも、高分子光導波路フィルムに形成された光導波路を介して光信号の送受信を行うことができる。従って、折り畳むことが多い携帯電話や薄型パソコン等のモバイル装置の光配線にも使用することが可能である。
【0115】
また、本実施の形態に係る光送受信モジュールでは、サブマウント側に電極膜が形成されているので、光送受信モジュールをパッケージに格納する場合に、光送受信部の受光素子及び発光素子に対する電気的な配線が容易になる。
【0116】
そして、本実施の形態に係る光送受信モジュールでは、上述のように、光学部品実装用凹部としての凹部26,28a,28bに隣接して接着剤(導電性ペースト含む)充填用溝27、29a、29bを有するサブマウントを用いているため、接着剤を接着剤充填溝27、29a、29bから流し込むことで凹部26,28a,28bの底面(部品載置面)に均一に塗布される。そして、凹部26,28a,28bに光学部品を実施した際、接着剤充填溝27、29a、29bが液溜まりの役割を担い接着剤が溢れ出すこともなくなる。
【0117】
[他の電極配置]
上記の実施の形態では、サブマウントに形成された凹部の底面から側面を通ってサブマウントの上面まで延在する電極膜を形成し、LD及びPDの裏面電極と電極膜とを電気的に導通する例について説明したが、電極膜の形成パターンはこれには限定されない。
【0118】
例えば、図10(A)〜(C)、図11(A)〜(C)、図12に示すように、サブマウント22の上面に相互に絶縁された電極膜40a、40b、40c、40dを形成し、光送受信モジュールの実装時には、これら電極膜40a、40bとLD32の各電極とをワイヤー42a、42bにより電気的に接続すると共に、電極膜40c、40dとPD34の各電極とをワイヤー42c、42dにより電気的に接続してもよい。その他の構成は、上記の実施の形態と同様である。
【0119】
[他のモジュール構成]
上記の実施の形態では、発光素子及び受光素子の両方を実装した光送受信部の間で双方向の光通信を行う光送受信モジュールについて説明したが、発光素子を備えた光送信部と受光素子を備えた光受信部との間で一方向の光通信を行う光送受信モジュールとしてもよい。
【実施例】
【0120】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0121】
(実施例1)
実施例1は、樹脂製のサブマウントを「シリコーン樹脂を用いた複製法」で作製し、図3に示す光送受信モジュールを作製した実施例である。
【0122】
<高分子光導波路フィルムの作製>
Si基板に厚膜レジスト(マイクロケミカル(株)製、SU−8)をスピンコート法で塗布した後、80℃でプリベークし、フォトマスクを通して露光し、現像して、4本の、断面が正方形の凸部(幅:50μm、高さ:50μm、長さ:80mm)を形成した。凸部と凸部の間隔は250μmとした。次に、これを120℃でポストベークして、高分子光導波路作製用原盤を作製した。
【0123】
次に、この原盤に離型剤を塗布した後、熱硬化性液状ジメチルシロキサンゴム(ダウ・コウニングアジア社製:SYLGARD184、粘度5000mPa.s)及びその硬化剤を混合したものを流し込み、120℃で30分間加熱して硬化させた後、剥離して、前記断面が矩形の凸部に対応する凹部を持った型(型の厚さ:5mm)を作製した。
【0124】
さらに、平面形状が円形で鋳型厚さ方向の断面形状がテーパー状の貫通孔を、凹部の一端及び他端において、凹部と連通するように、打ち抜きにより形成して鋳型を作製した。
【0125】
この鋳型と、鋳型より一回り大きい膜厚50μmのクラッド用フィルム基材(アートンフイルム、JSR(株)製、屈折率1.510)を密着させた。次に、鋳型の進入側貫通孔に、粘度が500mPa・sの紫外線硬化性樹脂を数滴落とし、排出側(減圧吸引側)貫通孔から減圧吸引したところ、10分で前記凹部に紫外線硬化性樹脂が充填された。次いで、50mW/cm2のUV光を鋳型の上部から5分間照射して紫外線硬化させた。鋳型をアートンフイルムから剥離したところ、アートンフイルム上に前記原盤凸部と同じ形状のコアが形成された。
【0126】
次に、アートンフイルムのコア形成面に、硬化後の屈折率がアートンフイルムと同じ1.510である紫外線硬化性樹脂を塗布した後、50μmのクラッド用フィルム基材を張り合わせ、50mW/cm2のUV光を5分間照射して紫外線硬化させることで2枚のフイルムを接着させ、幅1.5mm、膜厚180μmのベルト状の高分子光導波路フイルムとした。
【0127】
次に、45°角度付きSi用のブレードを備えたダイシングソーを用いて、この高分子導波路フイルムの両端を光軸に対し45°の角度で切断し、45°ミラー面を持ったコアを露出させた。次に、クラッド部分を先端から50μmの位置で光軸に対し垂直に切断し、両端部に45°ミラー面と垂直切断面とを備えた高分子光導波路フイルムが得られた。
【0128】
<サブマウントの作製>
次に、厚さ600μmのSi基板に発光素子及び受光素子を取り付ける2カ所の凹部をRIE法で形成した。凹部の深さは250μmである。さらに、高分子光導波路フイルムを取り付けるために、高分子光導波路フイルムの垂直切断面を突き当てる当接面を備えた深さ50μmの凹部をRIE法で形成した。この2種類の凹部にはそれぞれ導電性ペーストや接着剤が塗布・充填する接着剤充填溝を隣接して設けている。この凹部が形成されたSi製のマスター基板を、サブマウントの原盤とした。この原盤にはサブマウント複数個分の凹部が形成されており、この凹部には接着剤や導電ペーストの接着剤充填溝に対応する部分を設けている。この原盤を用いて複数個のサブマウントを一度に複製することができる。
【0129】
この原盤に熱硬化性液状ジメチルシロキサンゴム(ダウ・コウニングアジア社製、「SYLGARD184」、粘度5000mPa.s)及びその硬化剤を混合したものを流し込み、120℃で30分間加熱して硬化させた後、硬化層を剥離して、表面に原盤の凹凸に対応する凹凸が形成されたシリコーン樹脂製の鋳型(型の厚さ:5mm)を作製した。
【0130】
次に、粘度が3000mPa・sの紫外線硬化性樹脂(NTT−AT社製)を塗布した後、50mW/cm2のUV光を鋳型の上部から5分間照射して硬化させ、硬化樹脂層を鋳型から剥離した。次に、硬化樹脂層にAuを200nmの厚さ蒸着した後、フォトリソグラフィーでAu電極のパターニングを行い、各々の凹部の底面から側面を通ってサブマウントの上面に延在する下部電極用の電極パッドと、この電極パッドと絶縁された上部電極用の電極パッドとを形成した。そして、電極パッドが形成された硬化樹脂層をダイサーで切断することで、紫外線硬化性樹脂製のサブマウントAを複数個形成した。
【0131】
マスター基板から見た凹凸の作製誤差は100nm以内であり、紫外線硬化性樹脂製のサブマウントAを高い精度で作製することができた。
【0132】
<モジュールの実装>
サブマウントAの発光素子用の凹部に接着剤充填溝から導電性ペースト(藤倉化成製:SA−0425)をディスペンサーで充填し、VCSEL素子(富士ゼロックス社製)を載置すると共に、サブマウントAの受光素子用の凹部に接着剤充填溝から導電性ペースト(藤倉化成製:SA−0425)をディスペンサーで充填し、フォトダイオード素子を載置した後、180℃に30分間加熱することでサブマウントAの所定の凹部にVCSEL素子及びフォトダイオード素子を各々固定した。これにより、VCSEL素子及びフォトダイオード素子の各々の下部電極が電極パッドと電気的に接続された。その後、VCSEL素子の上部電極と電極パッド、フォトダイオード素子の上部電極と電極パッドの間をAuワイヤーを用いてボンディングした。
【0133】
次に、45°ミラー面が形成された高分子光導波路フイルムの両端部の各々を異なるサブマウントAの凹部に埋め込み、垂直切断面をサブマウントAの当接面に突き当てて位置合せを行った後、接着剤充填溝から紫外線硬化樹脂(接着剤)を充填し、高分子光導波路フイルムをサブマウントAに固定した。これにより、一対の光送受信部と高分子光導波路フイルムとを備えた実施例1の双方向光送受信モジュールが得られた。
【0134】
<通信性能の評価>
サンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー社製、Agilent 86100C)とパルスパターン・ジェネレータとを用い、実施例1の双方向光送受信モジュールについて光送受信の性能を評価したところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
【0135】
(実施例2)
実施例2は、樹脂製のサブマウントを「スタンパー法」で作製し、図3に示す光送受信モジュールを作製した実施例である。以下に説明する通り、サブマウントを「スタンパー法」で作製した以外は、実施例1と同様の方法で光送受信モジュールを作製した。
【0136】
<サブマウントの作製>
実施例1と同様にしてSi製のマスター基板を作製した。このマスター基板をスタンパー(鋳型)として用い、熱可塑性のバルク・モールディング・コンパウンド(BMC)樹脂をスタンパーに密着させ、100Nの加圧下、250℃で2分間加熱し、その後、放冷してエポキシ樹脂を硬化させた後、硬化層をスタンパーから剥離して、表面にスタンパーの凹凸に対応する凹凸が形成された硬化樹脂層(型の厚さ:5mm)を作製した。
【0137】
次に、硬化樹脂層にAuを200nmの厚さ蒸着した後、フォトリソグラフィーでAu電極のパターニングを行い、各々の凹部の底面から側面を通ってサブマウントの上面に延在する下部電極用の電極パッドと、この電極パッドと絶縁された上部電極用の電極パッドとを形成した。そして、電極パッドが形成された硬化樹脂層をダイサーで切断することで、エポキシ樹脂製のサブマウントCを複数個形成した。
【0138】
マスター基板から見た凹凸の作製誤差は200nm以内であり、紫外線硬化性樹脂製のサブマウントCを高い精度で作製することができた。
【0139】
<モジュールの実装>
サブマウントCを用い、実施例1と同様にして実装を行い、一対の光送受信部と高分子光導波路フイルムとを備えた実施例3の双方向光送受信モジュールが得られた。
【0140】
<通信性能の評価>
サンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー社製、Agilent 86100C)とパルスパターン・ジェネレータとを用い、実施例3の双方向光送受信モジュールについて光送受信の性能を評価したところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
【0141】
(実施例3)
実施例3は、ガラス製のサブマウントを「スタンパー法」で作製し、図3に示す光送受信モジュールを作製した実施例である。以下に説明する通り、ガラス製のサブマウントを金属の金型を用いた「スタンパー法」で作製した以外は、実施例3と同様の方法で光送受信モジュールを作製した。
【0142】
<サブマウントの作製>
マスター基板として、発光素子及び受光素子を取り付ける深さは250μmの凹部と、高分子光導波路フイルムを取り付ける深さ50μmの凹部とを備えたNi製の金型(マスター基板)を鋳造した。この金型をスタンパー(鋳型)として用い、低融点ガラス(住田光学ガラス社製、「K−PG375」(ヴィドロン)、Tg:343℃、屈伏点:363℃)をスタンパーに密着させ、10Paの加圧下、375℃で5分間加熱し、その後、放冷して低融点ガラスを硬化させた後、硬化ガラス層をスタンパーから剥離して、表面にスタンパーの凹凸に対応する凹凸が形成された硬化ガラス層(型の厚さ:5mm)を作製した。
【0143】
次に、硬化ガラス層にAuを200nmの厚さ蒸着した後、フォトリソグラフィーでAu電極のパターニングを行い、各々の凹部の底面から側面を通ってサブマウントの上面に延在する下部電極用の電極パッドと、この電極パッドと絶縁された上部電極用の電極パッドとを形成した。そして、電極パッドが形成された硬化ガラス層をダイサーで切断することで、ガラス製のサブマウントEを複数個形成した。
【0144】
マスター基板から見た凹凸の作製誤差は200nm以内であり、紫外線硬化性樹脂製のサブマウントEを高い精度で作製することができた。
【0145】
<モジュールの実装>
サブマウントEを用い、実施例1と同様にして実装を行い、一対の光送受信部と高分子光導波路フイルムとを備えた実施例5の双方向光送受信モジュールが得られた。
【0146】
<通信性能の評価>
サンプリング・オシロスコープ(アジレントテクノロジー社製、Agilent 86100C)とパルスパターン・ジェネレータとを用い、実施例5の双方向光送受信モジュールについて光送受信の性能を評価したところ、3.125Gbpsまで良好なアイパターンを測定することができた。
【0147】
以上より、接着剤が所定の位置に精度良く塗布できると共に溢れることを防止しつつ、光学部品としての光学素子、及び光導波路フィルムがサブマウントに簡易且つ確実に実装できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【0148】
【図1】(A)〜(F)は、本発明のサブマウントの製造方法の工程を示す工程図である。
【図2】(A)〜(F)は、本発明のサブマウントの他の製造方法の工程を示す工程図である。
【図3】本実施の形態に係る光送受信モジュールの概略構成図である。
【図4】(A)及び(B)は、本実施の形態に係る光送受信モジュールの変形に対する追従性を示す図である。
【図5】(A)は本実施の形態に係る光送受信モジュールの高分子光導波路フィルム端部の斜視図であり、(B)は(A)のA−A断面図であり、(C)は(B)のB−B断面図である。
【図6】(A)〜(I)は、本実施の形態に係る光送受信モジュールの高分子光導波路フィルムの製造工程を示す図である。
【図7】(A)は本実施の形態に係る光送受信モジュールのサブマウントの斜視図であり、(B)は本実施の形態に係る光送受信モジュールのサブマウントの平面図であり、(C)は(B)のC−C断面図である。
【図8】(A)は本実施の形態に係る光送受信モジュールの光送受信部の平面図であり、(B)は(A)のD−D断面図であり、(C)は(B)の光結合部を拡大して示す部分拡大図である。
【図9】本実施の形態に係る光送受信モジュールの構成を模式的に表した図である。
【図10】(A)は本実施の形態に係る他の光送受信モジュールのサブマウントの斜視図であり、(B)は本実施の形態に係る他の光送受信モジュールのサブマウントの平面図であり、(C)は(B)のC’−C’断面図である。
【図11】(A)は本実施の形態に係る他の光送受信モジュールの光送受信部の平面図であり、(B)は(A)のD’−D’断面図であり、(C)は(B)の光結合部を拡大して示す部分拡大図である。
【図12】本実施の形態に係る他の光送受信モジュールの構成を模式的に表した図である。
【符号の説明】
【0149】
10 高分子光導波路フィルム
12、14 光送受信部
16 クラッド部
18 コア部
22、24 サブマウント
24 サブマウント
26,28a,28b 凹部(光学部品実装用凹部)
27,29a,29b 接着剤充填用溝
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学部品を実装するサブマウントにおいて、
前記光学部品を埋め込み実装するための実装用凹部を有し、さらに当該実装用凹部に隣接して形成された接着剤充填溝を有することを特徴とする光学部品実装用サブマウント。
【請求項2】
前記サブマウントは、当該サブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成された複製用鋳型を作製し、作製された複製用鋳型に硬化性材料を充填し、充填された前記硬化性材料を硬化させ、複製されたサブマウントを前記複製用鋳型から剥離して製造したことを特徴とする請求項1に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項3】
前記複製用鋳型は、液状シリコーンゴムをサブマウントの原盤上で硬化させて製造したことを特徴とする請求項2に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項4】
前記複製用鋳型は、シリコン基板をエッチングして作製したことを特徴とする請求項2に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項5】
前記複製用鋳型は、シリコン基板をイオン反応性エッチングして作製したことを特徴とする請求項2に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項6】
前記複製用鋳型は、金属を鋳造して作製したことを特徴とする請求項2に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項7】
前記硬化性材料が、耐熱性樹脂である請求項2乃至6のいずれか1項に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項8】
前記硬化性材料が、光硬化性の耐熱性樹脂である請求項2乃至6のいずれか1項に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項9】
前記硬化性材料が、熱可塑性の耐熱性樹脂である請求項2乃至6のいずれか1項に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項10】
前記耐熱性樹脂が、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂である請求項7乃至9のいずれか1項に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項11】
前記硬化性材料が、加熱により溶融する低融点ガラスである請求項2乃至6のいずれか1項に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項12】
前記低融点ガラスが、SiO2,B2O3を主要成分とする硬質ガラスである請求項11に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項13】
前記サブマウント上に、電気配線のための電極パターンが形成された請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項14】
光導波路が形成され光導波路フィルムと、
発光素子と該発光素子を保持するサブマウントとを備え、前記発光素子から射出された光が前記光導波路の入射端面に結合されるように、前記サブマウント上に前記光導波路フィルムの一方の端部を保持する光送信部と、
受光素子と該受光素子を保持するサブマウントとを備え、前記光導波路の出射端面から射出された光が前記受光素子に受光されるように、前記サブマウント上に前記光導波路フィルムの他方の端部を保持する光受信部と、
を備え、
前記サブマウントが請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光部品実装用サブマウントであることを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項1】
光学部品を実装するサブマウントにおいて、
前記光学部品を埋め込み実装するための実装用凹部を有し、さらに当該実装用凹部に隣接して形成された接着剤充填溝を有することを特徴とする光学部品実装用サブマウント。
【請求項2】
前記サブマウントは、当該サブマウントの表面形状を写し取るように凹凸が形成された複製用鋳型を作製し、作製された複製用鋳型に硬化性材料を充填し、充填された前記硬化性材料を硬化させ、複製されたサブマウントを前記複製用鋳型から剥離して製造したことを特徴とする請求項1に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項3】
前記複製用鋳型は、液状シリコーンゴムをサブマウントの原盤上で硬化させて製造したことを特徴とする請求項2に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項4】
前記複製用鋳型は、シリコン基板をエッチングして作製したことを特徴とする請求項2に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項5】
前記複製用鋳型は、シリコン基板をイオン反応性エッチングして作製したことを特徴とする請求項2に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項6】
前記複製用鋳型は、金属を鋳造して作製したことを特徴とする請求項2に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項7】
前記硬化性材料が、耐熱性樹脂である請求項2乃至6のいずれか1項に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項8】
前記硬化性材料が、光硬化性の耐熱性樹脂である請求項2乃至6のいずれか1項に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項9】
前記硬化性材料が、熱可塑性の耐熱性樹脂である請求項2乃至6のいずれか1項に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項10】
前記耐熱性樹脂が、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂である請求項7乃至9のいずれか1項に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項11】
前記硬化性材料が、加熱により溶融する低融点ガラスである請求項2乃至6のいずれか1項に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項12】
前記低融点ガラスが、SiO2,B2O3を主要成分とする硬質ガラスである請求項11に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項13】
前記サブマウント上に、電気配線のための電極パターンが形成された請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光学部品実装用サブマウント。
【請求項14】
光導波路が形成され光導波路フィルムと、
発光素子と該発光素子を保持するサブマウントとを備え、前記発光素子から射出された光が前記光導波路の入射端面に結合されるように、前記サブマウント上に前記光導波路フィルムの一方の端部を保持する光送信部と、
受光素子と該受光素子を保持するサブマウントとを備え、前記光導波路の出射端面から射出された光が前記受光素子に受光されるように、前記サブマウント上に前記光導波路フィルムの他方の端部を保持する光受信部と、
を備え、
前記サブマウントが請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光部品実装用サブマウントであることを特徴とする光送受信モジュール。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2007−27398(P2007−27398A)
【公開日】平成19年2月1日(2007.2.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−207178(P2005−207178)
【出願日】平成17年7月15日(2005.7.15)
【出願人】(000005496)富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年2月1日(2007.2.1)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年7月15日(2005.7.15)
【出願人】(000005496)富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Fターム(参考)】
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