光導波シート、光電子装置およびそれらの製造方法
【課題】設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に容易に対応することができる光電子装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】入射されたクロック信号である光を複数に分割して導波し、出射する光導波シートであって、第１の方向に延伸したストライプ状の第１コアを第１クラッドで被覆した第１光導波層と、第２の方向に延伸したストライプ状の第２コアを第２クラッドで被覆した第２光導波層とが積層しており、ここで、第１光導波層の所定の箇所に所定の形状の第１凹部が形成され、第２光導波層の所定の箇所に所定の形状の第２凹部が形成され、第１および第２凹部の内壁面が、ミラー面として、第１および第２コア中を導波する光を第２および第１コア側へ反射し、および／または、第２および第１コア側からの光を二分割して第１および第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射する構成である。
【解決手段】入射されたクロック信号である光を複数に分割して導波し、出射する光導波シートであって、第１の方向に延伸したストライプ状の第１コアを第１クラッドで被覆した第１光導波層と、第２の方向に延伸したストライプ状の第２コアを第２クラッドで被覆した第２光導波層とが積層しており、ここで、第１光導波層の所定の箇所に所定の形状の第１凹部が形成され、第２光導波層の所定の箇所に所定の形状の第２凹部が形成され、第１および第２凹部の内壁面が、ミラー面として、第１および第２コア中を導波する光を第２および第１コア側へ反射し、および／または、第２および第１コア側からの光を二分割して第１および第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射する構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波シート、光電子装置およびそれらの製造方法に関し、特にクロック信号となる光を分配して導波する光導波シートと、クロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置と、それらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルビデオカメラ、デジタル携帯電話、あるいはノートパソコンなど、携帯用電子機器の小型化、薄型化、軽量化に対する要求は強くなる一方であり、これに応えるために近年のＶＬＳＩなどの半導体装置においては３年で７割の縮小化を実現してきた。
この一方で、半導体装置のパッケージ形態としても、ＤＩＰ（Dual Inline Package）などのリード挿入型から表面実装型やフリップチップ実装へと進展し、さらには能動素子を設けた半導体チップと受動素子とをパッケージ化したシステムインパッケージ（ＳｉＰ）と呼ばれる複雑な形態へと進展している。
【０００３】
上記のように、近年の半導体技術の進展は目覚しく、特にＣＰＵや高速ロジックのＬＳＩ世界ではクロック周波数が既にＧＨｚオーダーを超えるに至っている。
ＧＨｚを超える信号の配線には、ＬＳＩの内部、外部を問わず従来問題とならなかった数多くの課題があり、これらを解決することが近々の半導体の更なる集積化、高速化において非常に重要な要素となっている。
それらの課題とは、信号の歪み（Signal Integrity）、電気的配線の周波数限界、配線のロス、配線の遅延、配線からの輻射、信号のスキュー（Ｓｋｅｗ）、配線駆動に関わる消費電力の増大などである。
【０００４】
特に、近年ＬＳＩチップ中あるいは異なるＬＳＩに供給するクロックのスキュー（タイミング差）が問題とされ、例えば１ＧＨｚクロックのＩｄｉｇｉｔの時間は５００ｐｓであり、立ち上がり、立ち下りの時間は数１０ｐｓから〜２００ｐｓ程度以下であり、これに対し一般のε＝４程度の誘電体上の配線では、概略の電気信号の伝播速度は６７ｐｓ／ｃｍであり、立ち上がり時間に対して無視できない領域に到達している。
【０００５】
そこで、実装基板上やＬＳＩ上の配線においても完全等長配線を用い、Ｈバ−と称されるＨの文字の形状を有する配線にクロックを分配して配線スキューを抑える試みが数多くなされている。
これら、従来の電気配線でクロック分配を行なった場合は、配線の負荷を常にクロック周波数で駆動しつづけ、さらに各分配点において波形整形も行うため、消費電力が大きくなってしまうということなどの欠点があった。
【０００６】
そこで、上記の課題を克服するため、アルミニウムや銅などの金属を用いた電気配線の変わりに、光を配線に用いて、クロックを分配することが提案されている。
例えば、非特許文献１では、シリコン基板上に光導波路を形成、それらをマスクを用いて、一つのＬＳＩ毎に半導体プロセスで加工する事で光クロックツリーを有する配線板を得る技術が記載されている。
【０００７】
しかし、前記のようなシリコンまたはセラミックや有機基板などの基板上に半導体プロセスによって順次クロック配線層を形成して行く方法では、特定のＬＳＩに対応した設計やマスクを作製し、その度ごとに加工を行うという煩わしさが存在する。
また、全ての作製プロセスがシーケンシャルに行なわれるため、全体のＴＡＴが長期化し、小さな変更に対応しにくいという欠点が存在する。
【非特許文献１】Shiou Lin Sam, Anantha Chandrakasan, and Duane Boning, Variation Issues in On-Chip Optical Clock Distribution, Sixth International Workshop on Statistical Methodologies for IC Processes, Devices, and Circuits, Kyoto, Japan, June, 2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、上記のような方法では、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが困難であり、少量多品種の生産に対応することが困難であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の光導波シートは、入射されたクロック信号である光を複数に分割して導波し、出射する光導波シートであって、第１の方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを第１クラッドで被覆してなる第１光導波層と、前記第１光導波層に積層して形成され、前記第１の方向と異なる第２の方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを第２クラッドで被覆してなる第２光導波層と、を有し、前記第１光導波層の所定の箇所に、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部が形成され、前記第２光導波層の所定の箇所に、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部が形成され、前記第１凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第１コア中を導波する光を前記第２コア側へ反射し、および／または、前記第２コア側からの光を二分割して前記第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、前記第２凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第２コア中を導波する光を前記第１コア側へ反射し、および／または、前記第１コア側からの光を二分割して前記第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、所定の光入射位置から前記第１コアまたは前記第２コアに入射された光を、前記第１凹部および前記第２凹部を経て複数に分割して導波し、前記第１凹部または前記第２凹部において前記光導波シートの面外方向に出射する。
【００１０】
上記の本発明の光導波シートは、入射されたクロック信号である光を複数に分割して導波し、出射する光導波シートであって、第１の方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを第１クラッドで被覆してなる第１光導波層と、第１の方向と異なる第２の方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを第２クラッドで被覆してなる第２光導波層とが積層して構成されている。
ここで、第１光導波層の所定の箇所に、第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部が形成されている。
また、第２光導波層の所定の箇所に、第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部が形成されている。
上記の第１凹部の内壁面が、ミラー面として、第１コア中を導波する光を第２コア側へ反射し、および／または、第２コア側からの光を二分割して第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、また、第２凹部の内壁面が、ミラー面として、第２コア中を導波する光を第１コア側へ反射し、および／または、第１コア側からの光を二分割して第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射する構成となっており、所定の光入射位置から第１コアまたは第２コアに入射された光を、第１凹部および第２凹部を経て複数に分割して導波し、第１凹部または第２凹部において光導波シートの面外方向に出射する。
【００１１】
また、上記の課題を解決するため、本発明の光電子装置は、クロック信号となる光を出射する発光素子と、前記光を受光する受光部を備えた半導体チップと、前記光が入射されて複数に分割して導波し、前記受光部へ出射する光導波シートとを有し、前記光導波シートは、第１の方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを第１クラッドで被覆してなる第１光導波層と、前記第１光導波層に積層して形成され、前記第１の方向と異なる第２の方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを第２クラッドで被覆してなる第２光導波層と、を有し、前記第１光導波層の所定の箇所に、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部が形成され、前記第２光導波層の所定の箇所に、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部が形成され、前記第１凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第１コア中を導波する光を前記第２コア側へ反射し、および／または、前記第２コア側からの光を二分割して前記第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、前記第２凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第２コア中を導波する光を前記第１コア側へ反射し、および／または、前記第１コア側からの光を二分割して前記第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、所定の光入射位置において前記発光素子から前記第１コアまたは前記第２コアに入射された光を、前記第１凹部および前記第２凹部を経て複数に分割して導波し、前記第１凹部または前記第２凹部において前記受光部へ出射する。
【００１２】
上記の本発明の光電子装置は、上記の本発明の光導波シートに対して、所定の光入射位置において発光素子から第１コアまたは第２コアにクロック信号となる光を入射し、第１凹部および第２凹部を経て複数に分割して導波し、第１凹部または第２凹部において半導体チップに備えられた受光部へ出射する構成である。
【００１３】
また、上記の課題を解決するため、本発明の光導波シートの製造方法は、第１クラッドと前記第１クラッド内に埋め込まれ、第１方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを有する第１光導波路がシート状に成形されてなる第１光導波層に対して、前記第１光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、前記加工ヘッドの先端部が前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する前記加工ヘッドを打ち込む工程と、前記第１光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第１光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部を形成する工程と、第２クラッドと前記第２クラッド内に埋め込まれ、第２方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを有する第２光導波路がシート状に成形されてなる第２光導波層に対して、前記第２光導波路の端部となる位置であって、前記第１凹部に対応する位置に、前記加工ヘッドを打ち込む工程と、前記第２光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第２光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部を形成する工程と、前記第１の方向と前記第２方向とを異ならせ、前記第１凹部と前記第２凹部の位置を合わせて、前記第１光導波層と前記第２光導波層を貼り合わせる工程とを有する。
【００１４】
上記の本発明の光導波シートの製造方法は、第１クラッドと第１クラッド内に埋め込まれ、第１方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを有する第１光導波路がシート状に成形されてなる第１光導波層に対して、第１光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、加工ヘッドの先端部が加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する加工ヘッドを打ち込む。
次に、第１光導波層から加工ヘッドをリリースし、第１光導波路の端部に第１面および第２面の形状を転写して、第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部を形成する。
一方、同様にして、第２クラッドと第２クラッド内に埋め込まれ、第２方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを有する第２光導波路がシート状に成形されてなる第２光導波層に対して、第２光導波路の端部となる位置であって、第１凹部に対応する位置に、加工ヘッドを打ち込む。
次に、第２光導波層から加工ヘッドをリリースし、第２光導波路の端部に第１面および第２面の形状を転写して、第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部を形成する。
次に、第１の方向と第２方向とを異ならせ、第１凹部と第２凹部の位置を合わせて、第１光導波層と第２光導波層を貼り合わせる。
【００１５】
また、上記の課題を解決するため、本発明の光電子装置の製造方法は、第１クラッドと前記第１クラッド内に埋め込まれ、第１方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを有する第１光導波路がシート状に成形されてなる第１光導波層に対して、前記第１光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、前記加工ヘッドの先端部が前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する前記加工ヘッドを打ち込む工程と、前記第１光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第１光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部を形成する工程と、第２クラッドと前記第２クラッド内に埋め込まれ、第２方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを有する第２光導波路がシート状に成形されてなる第２光導波層に対して、前記第２光導波路の端部となる位置であって、前記第１凹部に対応する位置に、前記加工ヘッドを打ち込む工程と、前記第２光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第２光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部を形成する工程と、前記第１の方向と前記第２方向とを異ならせ、前記第１凹部と前記第２凹部の位置を合わせて、前記第１光導波層と前記第２光導波層を貼り合わせて光導波シートとする工程と、前記光導波シートの光入射位置に位置合わせして、クロック信号となる光を出射する発光素子をマウントする工程と、前記光導波シートの光出射位置に位置合わせして、前記光を受光する受光部を備えた半導体チップをマウントする工程とを有する。
【００１６】
上記の本発明の光電子装置の製造方法は、本発明の光導波シートの製造方法によって光導波シートを製造し、さらに、光導波シート上あるいは所定の基板上に、光導波シートの光入射位置に位置合わせして、クロック信号となる光を出射する発光素子をマウントし、さらに、光導波シートの光出射位置に位置合わせして、上記の光を受光する受光部を備えた半導体チップをマウントする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光導波シートは、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが可能であり、少量多品種の生産に対応することができる。
【００１８】
本発明の光電子装置は、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが可能であり、少量多品種の生産に対応することができる。
【００１９】
本発明の光導波シートの製造方法は、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが可能であり、少量多品種の生産に対応して、製造することができる。
【００２０】
本発明の光電子装置の製造方法は、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが可能であり、少量多品種の生産に対応して、製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る光導波シートとその製造方法、および、クロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置とその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
第１実施形態
本実施形態は、入射されたクロック信号である光を複数に分割して導波し、出射する光導波シートである。
図１（ａ）は本実施形態に係る光導波シートの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のａ−ａ’における断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）中のｂ−ｂ’における断面図である。
第１の方向Ｄ1に延伸してストライプ状に形成された第１コア３０ｂを第１クラッド３０ａで被覆してなる第１光導波層３０と、第１の方向Ｄ1と異なり、例えば図面のように直行する第２の方向Ｄ２に延伸してストライプ状に形成された第２コア３１ｂを第２クラッド３１ａで被覆してなる第２光導波層３１とが、接着層５４を介して積層されている。
【００２３】
ここで、丸印で示された分岐点ＢＲにおいて、第１光導波層３０に第１凹部が形成され、また、第２光導波層３１に第２凹部が形成されている。これらの第１凹部と第２凹部の内壁面がミラー面となっており、第１光導波層を導波した光が二分割されて第２光導波層を導波する光の分岐点、または、第２光導波層を導波した光が二分割されて第１光導波層を導波する光の分岐点となっている。
【００２４】
黒丸で示された光出射位置ＬＯにおいても、第２光導波層３１に第２凹部が形成されている。第２凹部の内壁面がミラー面となっており、第２光導波層３１を導波した光を、光導波シートの面外方向に出射する構成となっている。
【００２５】
上記の構成となっていることから、光入射位置ＬＩから入射された光は、第１光導波層３０に設けられた第１光導波路ＷＧ１を導波し、第１光導波路ＷＧ１の端部の分岐点ＢＲにおいて、第１光導波路ＷＧ１から二分割されて第２光導波層３１に設けられた第２光導波路ＷＧ２へと導波する。
さらに第２光導波路ＷＧ２の一方の端部の分岐点ＢＲにおいて、第２光導波路ＷＧ２から二分割されて、第１導波層３０に設けられた第３光導波路ＷＧ３へと導波する。
一方、第２光導波路ＷＧ２の他方の端部の分岐点ＢＲにおいて、第２光導波路ＷＧ２から二分割されて、第１導波層３０に設けられた第４光導波路ＷＧ４へと導波する。
上記の第３光導波路ＷＧ３および第４光導波路ＷＧ４から、各分岐点ＢＲにおいて二分割されて、第２光導波層３１に設けられた、第５光導波層ＷＧ５、第６光導波層ＷＧ６、第７光導波層ＷＧ７および第８光導波層ＷＧ８へとそれぞれ導波し、第５光導波層ＷＧ５、第６光導波層ＷＧ６、第７光導波層ＷＧ７および第８光導波層ＷＧ８の両端に設けられた計８個の光出射位置ＬＯから光導波シートの面外方向に出射する。
【００２６】
上記の分岐点のうちの、第１光導波層３０から二分割して第２光導波層３１に導波する分岐点ＢＲについて、詳細に説明する。
図２（ａ）は、上記の分岐点ＢＲの模式平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のａ−ａ’における模式断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）中のｂ−ｂ’における模式断面図である。
分岐点ＢＲとなる箇所において、第１光導波層３０に、第１方向Ｄ1に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、第１方向Ｄ1に垂直な平面Ｆ1に対して４５°（α）の角度で交差する内壁面を有するＶ字型の第１凹部３０ｖが形成されている。
上記の構成の第１凹部３０ｖの内壁面は、ミラー面ＭＲとして、第１コア３０ｂ中を導波する光を第２コア３１ｂ側へ反射し、および／または、第２コア３１ｂ側からの光を二分割して第１コア３０ｂの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射する。
【００２７】
一方、分岐点ＢＲとなる箇所において、第２光導波層３１に、第２方向Ｄ２に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、第２方向Ｄ２に垂直な平面Ｆ２に対して４５°（α）の角度で交差する内壁面を有するＶ字型の第２凹部３１ｖが形成されている。
上記の構成の第２凹部３１ｖの内壁面は、ミラー面ＭＲとして、第２コア３１ｂ中を導波する光を第１コア３０ｂ側へ反射し、および／または、第１コア３０ｂ側からの光を二分割して第２コア３１ｂの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射する。
【００２８】
上記の第１凹部３０ｖの深さは、少なくとも第１コア３０ｂの下面に到達し、例えば第１光導波層３０全体の下面に達する程度である。また、第１方向Ｄ1に直行する方向に対する第１凹部３０ｖの幅は、第１コア３０ｂの幅より広く、第１コア３０ｂ内を導波する光全体が第１凹部３０ｖの内壁面で反射する構成となっている。
第２凹部３１ｖについても同様であり、少なくとも第２コア３１ｂの下面に到達し、例えば第２光導波層３１全体の下面に達する程度である。また、第２方向Ｄ２に直行する方向に対する第２凹部３１ｖの幅は、第２コア３１ｂの幅より広く、第２コア３１ｂ内を導波する光全体が第２凹部３１ｖの内壁面で反射する構成となっている。
【００２９】
図２（ａ）〜（ｃ）においては、第１凹部３０ｖの第１方向Ｄ1に垂直な平面Ｆ1に対して４５°（α）の角度で交差する１対の内壁面のうちの一方の面の中心と、第２凹部３１ｖの中心が位置合わせされて構成されている。
この場合、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１コア３０ｂ内を分岐点ＢＲ方向に導波する光Ｌは、第１凹部３０ｖの第１方向Ｄ1に垂直な平面Ｆ1に対して４５°の角度で交差する１対の内壁面のうちの一方の面において第２コア３１ｂ側へ反射され、さらに第２凹部３１の第２方向Ｄ２に垂直な平面Ｆ２に対して４５°の角度で交差する１対の内壁面において二分割されて第２コア３１ｂの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射され、第２コア３１ｂ中をそれぞれ導波される。
【００３０】
上記のように、第１凹部３０ｖと第２凹部３１ｖの組み合わせにより分岐点ＢＲが構成されているが、第１凹部３０ｖと第２凹部３１ｖのいずれか一方のみが形成されている場合には、第１コア３０ｂまたは第２コア３１ｂ内を導波する光を光導波シートの面外方向に出射する光出射位置ＬＯが構成される。
図１（ａ）における光出射位置ＬＯが、第２光導波層３１に設けられているので、第２凹部３１ｖから構成されている。
【００３１】
上記の構成の分岐点ＢＲや光出射位置ＬＯとなる第１凹部３０ｖや第２凹部３１ｖが所定の位置に形成されていることから、所定の光入射位置ＬＩから第１コア３０ｂまたは第２コア３１ｂに入射された光を、第１凹部３０ｖおよび第２凹部３１ｖを経て複数に分割して導波し、第１凹部３０ｖまたは第２凹部３１ｖにおいて光導波シートの面外方向に出射する構成となっている。
【００３２】
上記の本実施形態に係る光導波シートにおいては、さらに、光入射位置から光導波シートの外部へ出射する位置までの光を導波する距離が、複数回分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となっている。
このように、クロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
【００３３】
次に、上記の構成の第１凹部と第２凹部を形成する方法について説明する。
図３（ａ）は、内壁面が光導波シートのミラー面となる第１凹部と第２凹部を形成するための加工ヘッドを備えた加工装置の加工ヘッド部分の模式的斜視図である。
加工ヘッド１が略円筒形のキャピラリ２の先端に形成されており、キャピラリ２の加工ヘッド１と反対側の端部がキャピラリ保持部３によって保持されている。
【００３４】
図３（ｂ）は本実施形態に係る加工ヘッドの一側面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）と直行する側からの側面図である。
加工ヘッド１の先端部は、加工ヘッド１の対称軸ＡＸに対して所定の角度α（４５°）の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面１ａおよび第２面１ｂを有する。
上記の加工ヘッドは、クラッドとクラッド内に埋め込まれたコアを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シートに対して、光導波路の端部となる位置に打ち込まれると、光導波路の端部に第１面１ａおよび第２面１ｂの形状が転写されてミラー面が形成されるような形状となっている。
【００３５】
上記の本実施形態の加工ヘッドは、好ましくは加工ヘッドを加熱する加熱手段を備えている。
光導波シートの加工において、例えば光導波シートが熱可塑性材料から構成される場合には熱を印加することで光導波シートを軟化させ、加工しやすくすることができる。あるいは、例えば光導波シートが熱硬化性材料から構成される場合には、加工した形状を保持するように熱を印加して硬化させることができる。いずれの場合でも、加熱温度は光導波シート材料の熱分解温度以下とする。
【００３６】
また、上記の加工ヘッド１は、好ましくは、アルミナ、アルミナイトライド、シリコンカーバイド、ボロンナイトライドなどのセラミック、サファイヤ、ルビー、ダイヤモンドなどの人工鉱物、ステンレス、タングステン、チタンなどの金属や金属合金、タングステン、チタン、アルミニウム、シリコン、タンタルなどの炭化物、窒化物、炭窒化物などのいわゆる超鋼合金、およびこれらの超鋼合金にコバルト、ニッケル、クロム、モリブデンなどの添加物を加えたもの、などから構成されている。
【００３７】
第１面１ａおよび第２面１ｂの対称軸ＡＸに投影した長さＬは、この加工ヘッド１により加工される光導波シートの加工すべき厚さ以上に設定され、少なくともコアの下面までの厚さ以上であり、例えば光導波シート全体の厚さとする。
また、第１面１ａおよび第２面１ｂの幅Ｗは、この加工ヘッド１により加工される光導波シートにおけるコアの幅以上に設定される。
【００３８】
上記の加工ヘッドを用いて、第１光導波層に第１凹部を形成する方法について説明する。
まず、加工される光導波シートとして、図４（ａ）に示すように、シリコンあるいはガラスなどのダミー基板５０上に剥離層５１を形成した後、この上層に第１光導波層３０を形成する。即ち、剥離層５１上にクラッド材料を塗布し、キュア処理を行った後、コア材料を塗布し、パターン露光および現像処理により所定のパターンに加工し、さらに再びクラッド材料を塗布し、平坦化してシート状に加工する。
上記のようにして、第１の屈折率の第１クラッド３０ａと、第１クラッド３０ａに被覆されて、例えばストライプ状に光導波方向に延伸するパターンを有し、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第１コア３０ｂを有し、シート状に成形された第１光導波層３０を形成する。
剥離層５１は、熱可塑性の樹脂、光導波シートを構成する樹脂材料と密着性の悪いチタン／銅積層体、特定の酸に溶解する酸化シリコン膜などを用いることができる。
【００３９】
第１光導波層は、用いる光の波長に対して透明であり、例えば、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリノルボルネン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂など、またはこれらのフッ化物などの有機系材料から構成されている。
また、上記の第１コア３０ｂとしては、例えばマルチモードの伝播を仮定すると、第１コア３０ｂの厚み、幅はおよそ５〜５０μｍ、第２クラッド３０ａの厚みとしてはコア３０ｂの１／４〜１／２くらいが適当である。
【００４０】
次に、図４（ｂ）に示すように、上記の構成の第１光導波層に対して、光導波路の端部となる位置と加工ヘッドとを位置合わせして、所定の力を印加して上記の構成の加工ヘッド１を打ち込む。このとき、少なくとも加工ヘッド１の先端が第１コア３０ｂの下面に到達するように、例えば第１光導波層３０の下層の剥離層５１に達する程度にまで、加工ヘッドを打ち込む。
このとき、場合によっては加工ヘッド１で加工された部分から加工残渣（バリ）３０ｃが押し出されて発生する。
【００４１】
次に、図４（ｃ）に示すように、第１光導波層３０から加工ヘッド１をリリースし、光導波路の端部に加工ヘッド１の第１面１ａおよび第２面１ｂの形状を転写して、第１凹部３０ｖを形成する。第１凹部３０ｖの内壁面がミラー面ＭＲとなる。
【００４２】
次に、例えば研磨シート上にフェースダウンで第１光導波層の表面のラッピング処理を行って、図４（ｄ）に示すように加工残渣３０ｃを除去する。また、使用した加工ヘッド上にも残渣が生じることがあるので、必要に応じてダミー加工基板を用いてスクラブすることで残渣を除去する。
以上で、加工ヘッドを用いて第１光導波層に第１凹部を形成することができる。
なお、第２光導波層に第２凹部を形成する工程も、上記と同様にして行うことができる。
【００４３】
上記の光導波路の端部となる位置に加工ヘッドを打ち込む工程においては、例えば、第１光導波層を不図示の下部ヒータで所定の温度に保持し、また、不図示の加熱手段により加工ヘッドを所定の温度に加熱しながら行う。
第１光導波層の加工において、例えば第１光導波層が熱可塑性材料から構成される場合には、熱を印加することで光導波シートを軟化させ、加工しやすくすることができる。あるいは、例えば第１光導波層が熱硬化性材料から構成される場合には、加工した形状を保持するように熱を印加して硬化させることができる。いずれの場合でも、加工ヘッドの加熱温度は第１光導波層の材料の熱分解温度以下とする。
【００４４】
上記の加工ヘッドを用いた加工装置は、ボンディングワイヤ装置を転用して得ることができ、即ち、ボンディングワイヤ装置のヘッドを本実施形態の加工ヘッドに変更して得ることができる。
この加工装置を用いて第１光導波層にミラー面を形成する場合、加工ヘッドによる加工ポイントの座標を予め設定および入力しておくことで、光導波路上の場所や、向きに拘わらず、任意の場所に高速でミラー面を形成することができる。この時の加工速度は、ワイヤボンディングのボンディング速度に略等しく、１秒間につき５〜１０ポイント程度の加工が可能である。
【００４５】
次に、本実施形態に係る光導波シートの製造方法について説明する。
まず、第１光導波層を形成する。
まず、図５（ａ）に示すように、シリコンあるいはガラスなどからなるダミー基板５０の表面に、例えば、電子ビーム蒸着法あるいはスパッタリング法などにより、チタン層と銅層の積層体を形成し、剥離層５１とする。あるいは、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法あるいはスパッタリング法により、酸化シリコン層を形成し、剥離層５１とすることもできる。この場合には、ダミー基板５０はシリコンなどを用いる。
【００４６】
次に、図５（ｂ）に示すように、例えばスピンコートや印刷法によりポリイミド樹脂などの第１の屈折率の樹脂層を形成し、キュア処理を行って硬化させ、第１クラッド３０ａとする。
【００４７】
次に、図５（ｃ）に示すように、例えば感光性ポリイミドなどの第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する感光性樹脂層を形成し、パターニング用マスクを用いて露光を行い、さらに現像およびキュア処理を行って、ストライプ状の第１コア３０ｂを形成する。
例えば、マルチモードの伝播を仮定すると、第１コア３０ｂの厚み、幅はおよそ５〜５０μｍ、第１クラッド３０ａの厚みとしては第１コア３０ｂの１／４〜１／２くらいが適当である。
【００４８】
次に、図６（ａ）に示すように、上記と同様に、例えばスピンコートや印刷法によりポリイミド樹脂などの第１の屈折率の樹脂層を形成し、必要に応じて加熱リフローを行い、キュア処理を行って硬化させ、第１クラッド３０ａを形成する。
このようにして、第１コア３０ｂの外周を第１クラッド３０ａが被覆してシート状に成形された第１光導波層３０を形成する。
図６（ｂ）は図６（ａ）の状態においてコアの延伸方向に平行な断面を示し、これは図６（ａ）とは直交する方向の断面であり、以降の工程はこの方向の断面に沿って行う。
【００４９】
次に、図７（ａ）に示すように、図３（ａ）〜（ｃ）に示す加工ヘッド１を用い、図４（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様にして、第１光導波層３０に対して、光導波路の端部となる位置と加工ヘッドとを位置合わせして、所定の力を印加して加工ヘッド１を打ち込む。このとき、少なくとも加工ヘッド１の先端が第１コア３０ｂの下面に到達するように、例えば第１光導波層の下層の剥離層５１に達する程度にまで、加工ヘッドを打ち込む。
第１光導波層３０から加工ヘッド１をリリースすることで、光導波路の端部に加工ヘッド１の第１面１ａおよび第２面１ｂの形状を転写して、第１凹部３０ｖを形成する。第１凹部３０ｖの壁面がミラー面ＭＲとなる。
【００５０】
上記の第１凹部３０ｖを形成する工程において、加工ヘッド１で加工された部分から加工残渣（バリ）が押し出されて発生するので、必要に応じて、例えば研磨シート上にフェースダウンで光導波シート表面のラッピング処理を行い、加工残渣を除去する。
【００５１】
次に、図７（ｂ）に示すように、第１光導波層３０の表面に、接着性があり、ある特定の温度で剥離が可能な熱剥離シート５２を貼り合わせる。
この熱剥離シート５２は、例えば、ＰＥＴフィルム上に発泡カプセルを接着剤中に分散させて構成されたものであり、例えば、日東電工社製のリバーアルファなどを用いることができる。例えば、ＰＥＴフィルムを７０℃〜１５０℃に加熱することで間単に取り去ることができるものである。
【００５２】
次に、図７（ｃ）に示すように、例えば剥離層５１としてチタン層と銅層の積層体を用いている場合、塩酸などの酸中に上記熱剥離シート５２でサポートされている第１光導波層３０を浸漬し、剥離層５１と第１光導波層３０の第１クラッド３０ａの界面において剥離する。
あるいは、剥離層５１として酸化シリコン層を用いている場合には、フッ酸あるいはバッファードフッ酸などの酸中に上記熱剥離シート５２でサポートされている第１光導波層３０を浸漬し、剥離層５１を溶解して、第１光導波層３０を剥離する。
以上で、熱剥離シート５２に保持された第１光導波層３０が得られる。
別途、上記と同様の工程により、熱剥離シートに保持され、第２凹部が形成された第２光導波層３１を形成する。
【００５３】
次に、図８（ａ）に示すように、上記のようにして得られた第１光導波層３０と、第２光導波層とを、用いる光の波長に対して透明な接着剤シート（接着層）５４を介して、第１凹部３０ｖと第２凹部３１ｖの位置を位置合わせしながら、貼り合わせる。
【００５４】
次に、図８（ｂ）に示すように、熱剥離シート（５２，５３）を剥離して第１光導波層３０と第２光導波層３１が積層した光導波シートが得られる。
但し、上記の構成の光導波シートは、膜厚が薄いために単体では取り扱い性が悪いので、実装基板に転写するなど、実際に使用する段階まで、少なくともいずれか一方の熱剥離シートを残しておいてよい。
【００５５】
上記の本実施形態に係る光導波シートの製造方法によれば、予め第１光導波層と第２光導波層を製造しておけば、第１凹部と第２凹部をそれぞれ形成し、それらを貼り合わせるだけで製造が完了し、ＬＳＩ自身のデザインが変更されても、また、幾種類もの異なる仕様のＬＳＩにもその都度対応が可能であり、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に容易に対応して製造することができる。
特にクロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
上記のように、製造コストを抑制して、かつ開発期間やＴＡＴを短くして、スキューを抑制したＬＳＩの開発が可能となる。
【００５６】
上記の本実施形態に係る光導波シートの製造方法においては、ベースとなる光導波層をシリコンなどのダミー基板上に逐次プロセスで作製して行く例を示したが、もちろんベースのポリイミドフィルムをロールで用意し、コア材を例えばRoll to Rollプロセスにて塗布、パターンニングして一括作製する方法もあり、この様にすることでさらに大幅なコストの削減が実現できる。
【００５７】
第２実施形態
図９（ａ）は本実施形態に係るマルチチップモジュールである光電子装置の平面図である。
例えば、４層のパターン加工された配線層と樹脂絶縁層が交互に積層された構成の実装基板ＢＤの一方の面に、第１実施形態と同様の光導波シートＷＳが不図示の接着層により貼り合わされている。光導波シートと不図示の接着層に対して半導体チップを搭載するためのパッド開口ＰＯが貫通して設けられている。このパッド開口ＰＯは光導波シートの光信号が導波しない任意の場所に設けることが可能である。実装基板ＢＤは、パッケージのインターポーザーとも称され、いわゆるＦＲ−４基板、ＦＲ−５基板や、ＢＴ-レジン基板、ポリイミド基板など、あらゆタイプの有機配線基板や、アルミナ、ガラスセラミックなどのセラミック基板を用いることができる。
また、光導波シートＷＳの側部において光入射位置に位置合わせして、クロック信号である光を出射する発光素子であるレーザダイオードＬＤとそのドライバＤＲが実装基板ＢＤ上に実装されている。
さらに、受光素子であるＰＩＮ−ＰＤ（ＰＤ）を組み込んだ４個の半導体チップ（ＣＰ１〜ＣＰ４）が、光導波シートＷＳを介して、光導波シートＷＳの光出射位置と受光素子の位置が適合し、かつ、バンプＢＰがパッド開口ＰＯに嵌合するように、実装基板ＢＤに実装されている。各半導体チップ（ＣＰ１〜ＣＰ４）には、受光素子のほか、簡便なアンプが内蔵されており、光クロック信号を電気クロック信号に復調する構成となっている。
【００５８】
光導波シートＷＳは、第１実施形態と同様の構成である。
第１の方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを第１クラッドで被覆してなる第１光導波層と、第１の方向と異なる第２の方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを第２クラッドで被覆してなる第２光導波層とが、接着層を介して積層されている。光の分岐点ＢＲあるいは光出射位置ＬＯとなる位置において、第１光導波層に第１凹部が形成され、また、第２光導波層に第２凹部が形成されている。これらの第１凹部と第２凹部の内壁面がミラー面となっている。
光入射位置ＬＩから入射した光Ｌは、複数の分岐点ＢＲにおいて５回の分岐を繰り返し、２の５乗＝３２箇所の光出射位置ＬＯから光導波シートＷＳの面外方向に出射し、各半導体チップ（ＣＰ１〜ＣＰ４）に組み込まれたＰＩＮ−ＰＤ（ＰＤ）に入射する。
【００５９】
上記の光導波シートにおいては、光入射位置から光導波シートの外部へ出射する位置までの光を導波する距離が、複数回分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となっており、クロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
【００６０】
本実施形態に係る光電子装置の製造方法としては、例えば、実装基板ＢＤの一方の面に光導波シートＷＳを接着層により貼り合わせ、必要に応じてパッド開口ＰＯを形成する。このパッド開口の形成方法は、実装基盤の所望の位置に受けランドを設けておき、光導波シートを貼り合わせた後に、ＣＯ2やエキシマなどのレーザを照射することで、形成可能である。この時の実装基板のランドはレーザ光のストッパーとして作用する。
次に、光導波シートＷＳの側部にレーザダイオードＬＤとドライバＤＲを実装し、さらに図９（ｂ）の断面図に示すように、受光素子であるＰＩＮ−ＰＤ（ＰＤ）を組み込んだ４個の半導体チップ（ＣＰ１〜ＣＰ４）を、光導波シートＷＳを介して、光導波シートＷＳの光出射位置と受光素子の位置を合わせて、かつ、バンプＢＰがパッド開口ＰＯに嵌合させて、実装する。
【００６１】
本実施形態に係る光電子装置と、その製造方法によれば、予め第１光導波層と第２光導波層を製造しておけば、第１凹部と第２凹部をそれぞれ形成し、それらを貼り合わせるだけで製造が完了し、ＬＳＩ自身のデザインが変更されても、また、幾種類もの異なる仕様のＬＳＩにもその都度対応が可能であり、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に容易に対応して製造することができる。
さらに、クロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
上記のように、製造コストを抑制して、かつ開発期間やＴＡＴを短くして、スキューを抑制したＬＳＩの開発が可能となる。
【００６２】
第３実施形態
図１０は本実施形態に係るマルチチップモジュールである光電子装置の平面図である。
実質的に第２実施形態と同様であるが、クロック信号である光を出射する発光素子が、ファブリペロータイプではなく、面発光レーザＶＣＳＥＬであり、光導波シートＷＳにおける１つ目の分岐点ＢＲの上方に、発光素子から出射される光が分岐点ＢＲに均等に入射するように実装されており、ドライバＤＲもまた、面発光レーザＶＣＳＥＬの近傍に配置されていることが異なる。
本実施形態に係る光電子装置も、第２実施形態と同様にして製造することができる。
【００６３】
本実施形態に係る光電子装置と、その製造方法によれば、予め第１光導波層と第２光導波層を製造しておけば、第１凹部と第２凹部をそれぞれ形成し、それらを貼り合わせるだけで製造が完了し、ＬＳＩ自身のデザインが変更されても、また、幾種類もの異なる仕様のＬＳＩにもその都度対応が可能であり、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に容易に対応して製造することができる。
さらに、クロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
上記のように、製造コストを抑制して、かつ開発期間やＴＡＴを短くして、スキューを抑制したＬＳＩの開発が可能となる。
【００６４】
第４実施形態
図１１は本実施形態に係るシングルチップモジュールである光電子装置の断面図である。
実質的に第２実施形態と同様であるが、搭載されている半導体チップＣＰが１個であり、フェースダウン（フリップチップ）ではなくフェースアップでマウントされ、ワイヤボンディングＷＢにより実装基板ＢＤに接続されていることが異なる。
導波するレーザ光としては種々の波長のものが使用可能であるが、例えば、シリコンのバンドギャップより小さいエネルギーをもつ波長の光、具体的には波長１μｍ以上の波長をもつ光であれば、シリコン基板を透過することが可能である。この場合は、シリコン基板の裏面からクロック信号となる光を入射することが可能となる。
図１１に示す本実施形態においては、半導体チップＣＰがフェースアップで光導波シートＷＳ上に実装され、所望位置から出射されたクロック信号となる光が半導体チップＣＰを構成するシリコン基板を透過して、半導体チップＣＰの受光部であるＰＩＮ−ＰＤ（ＰＤ）において光電変換され、さらに半導体チップ中アンプにより増幅されて、電気クロックへと変換される。
本実施形態に係る光電子装置も、ワイヤボンディング工程などを行うことで、第２実施形態と同様にして製造することができる。
【００６５】
本実施形態に係る光電子装置と、その製造方法によれば、予め第１光導波層と第２光導波層を製造しておけば、第１凹部と第２凹部をそれぞれ形成し、それらを貼り合わせるだけで製造が完了し、ＬＳＩ自身のデザインが変更されても、また、幾種類もの異なる仕様のＬＳＩにもその都度対応が可能であり、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に容易に対応して製造することができる。
さらに、クロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
上記のように、製造コストを抑制して、かつ開発期間やＴＡＴを短くして、スキューを抑制したＬＳＩの開発が可能となる。
【００６６】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、光導波シートに設ける分岐の数は特に限定されない。
光電子装置に搭載される発光素子としては、面発光レーザなどのレーザダイオードの他、発光ダイオードなどを用いることができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の光導波シートは、クロック信号となる光を分配し、発光素子と受光部を光学的に接続する光導波シートに適用できる。
【００６８】
本発明の光電子装置は、クロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置に適用できる。
【００６９】
本発明の光導波シートの製造方法は、クロック信号となる光を分配し、発光素子と受光部を光学的に接続する光導波シートの製造方法に適用できる。
【００７０】
本発明の光電子装置の製造方法は、クロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置を製造するのに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光導波シートの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のａ−ａ’における断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）中のｂ−ｂ’における断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１（ａ）中の分岐点の模式平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のａ−ａ’における模式断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）中のｂ−ｂ’における模式断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１実施形態で用いる加工ヘッドを備えた加工装置の加工ヘッド部分の模式的斜視図であり、図３（ｂ）はこの加工ヘッドの一側面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）と直行する側からの側面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１実施形態に係る光導波シートにおいて第１凹部を形成する工程を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の製造方法の工程を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の第２実施形態に係る光電子装置の平面図であり、図９（ｂ）は製造方法の工程を示す断面図である。
【図１０】図１０は本発明の第３実施形態に係る光電子装置の平面図である。
【図１１】図１１は本発明の第４実施形態に係る光電子装置の断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…加工ヘッド、１ａ…第１面、１ｂ…第２面、２…キャピラリ部、３…キャピラリ保持部、３０…第１光導波層、３０ａ…第１クラッド、３０ｂ…第１コア、３０ｃ…加工残渣、３０ｖ…第１凹部、３１…第２光導波層、３１ａ…第２クラッド、３１ｂ…第２コア、３１ｖ…第２凹部、５０…ダミー基板、５１…剥離層、５２，５３…熱剥離シート、５４…接着層、ＡＸ…対称軸、ＬＩ…光入射位置、ＢＲ…分岐点、ＬＯ…光出射位置、ＷＧ１〜ＷＧ８…光導波路、ＭＲ…ミラー面、Ｌ…光、ＬＤ…レーザダイオード、ＤＲ…ドライバ、ＣＰ１〜ＣＰ４…半導体チップ、ＷＳ…光導波シート、ＰＯ…パッド開口、ＢＤ…実装基板、ＶＣＳＥＬ…面発光レーザ、ＷＢ…ワイヤボンディング
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波シート、光電子装置およびそれらの製造方法に関し、特にクロック信号となる光を分配して導波する光導波シートと、クロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置と、それらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルビデオカメラ、デジタル携帯電話、あるいはノートパソコンなど、携帯用電子機器の小型化、薄型化、軽量化に対する要求は強くなる一方であり、これに応えるために近年のＶＬＳＩなどの半導体装置においては３年で７割の縮小化を実現してきた。
この一方で、半導体装置のパッケージ形態としても、ＤＩＰ（Dual Inline Package）などのリード挿入型から表面実装型やフリップチップ実装へと進展し、さらには能動素子を設けた半導体チップと受動素子とをパッケージ化したシステムインパッケージ（ＳｉＰ）と呼ばれる複雑な形態へと進展している。
【０００３】
上記のように、近年の半導体技術の進展は目覚しく、特にＣＰＵや高速ロジックのＬＳＩ世界ではクロック周波数が既にＧＨｚオーダーを超えるに至っている。
ＧＨｚを超える信号の配線には、ＬＳＩの内部、外部を問わず従来問題とならなかった数多くの課題があり、これらを解決することが近々の半導体の更なる集積化、高速化において非常に重要な要素となっている。
それらの課題とは、信号の歪み（Signal Integrity）、電気的配線の周波数限界、配線のロス、配線の遅延、配線からの輻射、信号のスキュー（Ｓｋｅｗ）、配線駆動に関わる消費電力の増大などである。
【０００４】
特に、近年ＬＳＩチップ中あるいは異なるＬＳＩに供給するクロックのスキュー（タイミング差）が問題とされ、例えば１ＧＨｚクロックのＩｄｉｇｉｔの時間は５００ｐｓであり、立ち上がり、立ち下りの時間は数１０ｐｓから〜２００ｐｓ程度以下であり、これに対し一般のε＝４程度の誘電体上の配線では、概略の電気信号の伝播速度は６７ｐｓ／ｃｍであり、立ち上がり時間に対して無視できない領域に到達している。
【０００５】
そこで、実装基板上やＬＳＩ上の配線においても完全等長配線を用い、Ｈバ−と称されるＨの文字の形状を有する配線にクロックを分配して配線スキューを抑える試みが数多くなされている。
これら、従来の電気配線でクロック分配を行なった場合は、配線の負荷を常にクロック周波数で駆動しつづけ、さらに各分配点において波形整形も行うため、消費電力が大きくなってしまうということなどの欠点があった。
【０００６】
そこで、上記の課題を克服するため、アルミニウムや銅などの金属を用いた電気配線の変わりに、光を配線に用いて、クロックを分配することが提案されている。
例えば、非特許文献１では、シリコン基板上に光導波路を形成、それらをマスクを用いて、一つのＬＳＩ毎に半導体プロセスで加工する事で光クロックツリーを有する配線板を得る技術が記載されている。
【０００７】
しかし、前記のようなシリコンまたはセラミックや有機基板などの基板上に半導体プロセスによって順次クロック配線層を形成して行く方法では、特定のＬＳＩに対応した設計やマスクを作製し、その度ごとに加工を行うという煩わしさが存在する。
また、全ての作製プロセスがシーケンシャルに行なわれるため、全体のＴＡＴが長期化し、小さな変更に対応しにくいという欠点が存在する。
【非特許文献１】Shiou Lin Sam, Anantha Chandrakasan, and Duane Boning, Variation Issues in On-Chip Optical Clock Distribution, Sixth International Workshop on Statistical Methodologies for IC Processes, Devices, and Circuits, Kyoto, Japan, June, 2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、上記のような方法では、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが困難であり、少量多品種の生産に対応することが困難であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の光導波シートは、入射されたクロック信号である光を複数に分割して導波し、出射する光導波シートであって、第１の方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを第１クラッドで被覆してなる第１光導波層と、前記第１光導波層に積層して形成され、前記第１の方向と異なる第２の方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを第２クラッドで被覆してなる第２光導波層と、を有し、前記第１光導波層の所定の箇所に、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部が形成され、前記第２光導波層の所定の箇所に、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部が形成され、前記第１凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第１コア中を導波する光を前記第２コア側へ反射し、および／または、前記第２コア側からの光を二分割して前記第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、前記第２凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第２コア中を導波する光を前記第１コア側へ反射し、および／または、前記第１コア側からの光を二分割して前記第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、所定の光入射位置から前記第１コアまたは前記第２コアに入射された光を、前記第１凹部および前記第２凹部を経て複数に分割して導波し、前記第１凹部または前記第２凹部において前記光導波シートの面外方向に出射する。
【００１０】
上記の本発明の光導波シートは、入射されたクロック信号である光を複数に分割して導波し、出射する光導波シートであって、第１の方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを第１クラッドで被覆してなる第１光導波層と、第１の方向と異なる第２の方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを第２クラッドで被覆してなる第２光導波層とが積層して構成されている。
ここで、第１光導波層の所定の箇所に、第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部が形成されている。
また、第２光導波層の所定の箇所に、第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部が形成されている。
上記の第１凹部の内壁面が、ミラー面として、第１コア中を導波する光を第２コア側へ反射し、および／または、第２コア側からの光を二分割して第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、また、第２凹部の内壁面が、ミラー面として、第２コア中を導波する光を第１コア側へ反射し、および／または、第１コア側からの光を二分割して第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射する構成となっており、所定の光入射位置から第１コアまたは第２コアに入射された光を、第１凹部および第２凹部を経て複数に分割して導波し、第１凹部または第２凹部において光導波シートの面外方向に出射する。
【００１１】
また、上記の課題を解決するため、本発明の光電子装置は、クロック信号となる光を出射する発光素子と、前記光を受光する受光部を備えた半導体チップと、前記光が入射されて複数に分割して導波し、前記受光部へ出射する光導波シートとを有し、前記光導波シートは、第１の方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを第１クラッドで被覆してなる第１光導波層と、前記第１光導波層に積層して形成され、前記第１の方向と異なる第２の方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを第２クラッドで被覆してなる第２光導波層と、を有し、前記第１光導波層の所定の箇所に、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部が形成され、前記第２光導波層の所定の箇所に、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部が形成され、前記第１凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第１コア中を導波する光を前記第２コア側へ反射し、および／または、前記第２コア側からの光を二分割して前記第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、前記第２凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第２コア中を導波する光を前記第１コア側へ反射し、および／または、前記第１コア側からの光を二分割して前記第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、所定の光入射位置において前記発光素子から前記第１コアまたは前記第２コアに入射された光を、前記第１凹部および前記第２凹部を経て複数に分割して導波し、前記第１凹部または前記第２凹部において前記受光部へ出射する。
【００１２】
上記の本発明の光電子装置は、上記の本発明の光導波シートに対して、所定の光入射位置において発光素子から第１コアまたは第２コアにクロック信号となる光を入射し、第１凹部および第２凹部を経て複数に分割して導波し、第１凹部または第２凹部において半導体チップに備えられた受光部へ出射する構成である。
【００１３】
また、上記の課題を解決するため、本発明の光導波シートの製造方法は、第１クラッドと前記第１クラッド内に埋め込まれ、第１方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを有する第１光導波路がシート状に成形されてなる第１光導波層に対して、前記第１光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、前記加工ヘッドの先端部が前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する前記加工ヘッドを打ち込む工程と、前記第１光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第１光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部を形成する工程と、第２クラッドと前記第２クラッド内に埋め込まれ、第２方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを有する第２光導波路がシート状に成形されてなる第２光導波層に対して、前記第２光導波路の端部となる位置であって、前記第１凹部に対応する位置に、前記加工ヘッドを打ち込む工程と、前記第２光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第２光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部を形成する工程と、前記第１の方向と前記第２方向とを異ならせ、前記第１凹部と前記第２凹部の位置を合わせて、前記第１光導波層と前記第２光導波層を貼り合わせる工程とを有する。
【００１４】
上記の本発明の光導波シートの製造方法は、第１クラッドと第１クラッド内に埋め込まれ、第１方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを有する第１光導波路がシート状に成形されてなる第１光導波層に対して、第１光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、加工ヘッドの先端部が加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する加工ヘッドを打ち込む。
次に、第１光導波層から加工ヘッドをリリースし、第１光導波路の端部に第１面および第２面の形状を転写して、第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部を形成する。
一方、同様にして、第２クラッドと第２クラッド内に埋め込まれ、第２方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを有する第２光導波路がシート状に成形されてなる第２光導波層に対して、第２光導波路の端部となる位置であって、第１凹部に対応する位置に、加工ヘッドを打ち込む。
次に、第２光導波層から加工ヘッドをリリースし、第２光導波路の端部に第１面および第２面の形状を転写して、第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部を形成する。
次に、第１の方向と第２方向とを異ならせ、第１凹部と第２凹部の位置を合わせて、第１光導波層と第２光導波層を貼り合わせる。
【００１５】
また、上記の課題を解決するため、本発明の光電子装置の製造方法は、第１クラッドと前記第１クラッド内に埋め込まれ、第１方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを有する第１光導波路がシート状に成形されてなる第１光導波層に対して、前記第１光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、前記加工ヘッドの先端部が前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する前記加工ヘッドを打ち込む工程と、前記第１光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第１光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部を形成する工程と、第２クラッドと前記第２クラッド内に埋め込まれ、第２方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを有する第２光導波路がシート状に成形されてなる第２光導波層に対して、前記第２光導波路の端部となる位置であって、前記第１凹部に対応する位置に、前記加工ヘッドを打ち込む工程と、前記第２光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第２光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部を形成する工程と、前記第１の方向と前記第２方向とを異ならせ、前記第１凹部と前記第２凹部の位置を合わせて、前記第１光導波層と前記第２光導波層を貼り合わせて光導波シートとする工程と、前記光導波シートの光入射位置に位置合わせして、クロック信号となる光を出射する発光素子をマウントする工程と、前記光導波シートの光出射位置に位置合わせして、前記光を受光する受光部を備えた半導体チップをマウントする工程とを有する。
【００１６】
上記の本発明の光電子装置の製造方法は、本発明の光導波シートの製造方法によって光導波シートを製造し、さらに、光導波シート上あるいは所定の基板上に、光導波シートの光入射位置に位置合わせして、クロック信号となる光を出射する発光素子をマウントし、さらに、光導波シートの光出射位置に位置合わせして、上記の光を受光する受光部を備えた半導体チップをマウントする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光導波シートは、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが可能であり、少量多品種の生産に対応することができる。
【００１８】
本発明の光電子装置は、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが可能であり、少量多品種の生産に対応することができる。
【００１９】
本発明の光導波シートの製造方法は、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが可能であり、少量多品種の生産に対応して、製造することができる。
【００２０】
本発明の光電子装置の製造方法は、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが可能であり、少量多品種の生産に対応して、製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る光導波シートとその製造方法、および、クロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置とその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
第１実施形態
本実施形態は、入射されたクロック信号である光を複数に分割して導波し、出射する光導波シートである。
図１（ａ）は本実施形態に係る光導波シートの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のａ−ａ’における断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）中のｂ−ｂ’における断面図である。
第１の方向Ｄ1に延伸してストライプ状に形成された第１コア３０ｂを第１クラッド３０ａで被覆してなる第１光導波層３０と、第１の方向Ｄ1と異なり、例えば図面のように直行する第２の方向Ｄ２に延伸してストライプ状に形成された第２コア３１ｂを第２クラッド３１ａで被覆してなる第２光導波層３１とが、接着層５４を介して積層されている。
【００２３】
ここで、丸印で示された分岐点ＢＲにおいて、第１光導波層３０に第１凹部が形成され、また、第２光導波層３１に第２凹部が形成されている。これらの第１凹部と第２凹部の内壁面がミラー面となっており、第１光導波層を導波した光が二分割されて第２光導波層を導波する光の分岐点、または、第２光導波層を導波した光が二分割されて第１光導波層を導波する光の分岐点となっている。
【００２４】
黒丸で示された光出射位置ＬＯにおいても、第２光導波層３１に第２凹部が形成されている。第２凹部の内壁面がミラー面となっており、第２光導波層３１を導波した光を、光導波シートの面外方向に出射する構成となっている。
【００２５】
上記の構成となっていることから、光入射位置ＬＩから入射された光は、第１光導波層３０に設けられた第１光導波路ＷＧ１を導波し、第１光導波路ＷＧ１の端部の分岐点ＢＲにおいて、第１光導波路ＷＧ１から二分割されて第２光導波層３１に設けられた第２光導波路ＷＧ２へと導波する。
さらに第２光導波路ＷＧ２の一方の端部の分岐点ＢＲにおいて、第２光導波路ＷＧ２から二分割されて、第１導波層３０に設けられた第３光導波路ＷＧ３へと導波する。
一方、第２光導波路ＷＧ２の他方の端部の分岐点ＢＲにおいて、第２光導波路ＷＧ２から二分割されて、第１導波層３０に設けられた第４光導波路ＷＧ４へと導波する。
上記の第３光導波路ＷＧ３および第４光導波路ＷＧ４から、各分岐点ＢＲにおいて二分割されて、第２光導波層３１に設けられた、第５光導波層ＷＧ５、第６光導波層ＷＧ６、第７光導波層ＷＧ７および第８光導波層ＷＧ８へとそれぞれ導波し、第５光導波層ＷＧ５、第６光導波層ＷＧ６、第７光導波層ＷＧ７および第８光導波層ＷＧ８の両端に設けられた計８個の光出射位置ＬＯから光導波シートの面外方向に出射する。
【００２６】
上記の分岐点のうちの、第１光導波層３０から二分割して第２光導波層３１に導波する分岐点ＢＲについて、詳細に説明する。
図２（ａ）は、上記の分岐点ＢＲの模式平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のａ−ａ’における模式断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）中のｂ−ｂ’における模式断面図である。
分岐点ＢＲとなる箇所において、第１光導波層３０に、第１方向Ｄ1に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、第１方向Ｄ1に垂直な平面Ｆ1に対して４５°（α）の角度で交差する内壁面を有するＶ字型の第１凹部３０ｖが形成されている。
上記の構成の第１凹部３０ｖの内壁面は、ミラー面ＭＲとして、第１コア３０ｂ中を導波する光を第２コア３１ｂ側へ反射し、および／または、第２コア３１ｂ側からの光を二分割して第１コア３０ｂの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射する。
【００２７】
一方、分岐点ＢＲとなる箇所において、第２光導波層３１に、第２方向Ｄ２に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、第２方向Ｄ２に垂直な平面Ｆ２に対して４５°（α）の角度で交差する内壁面を有するＶ字型の第２凹部３１ｖが形成されている。
上記の構成の第２凹部３１ｖの内壁面は、ミラー面ＭＲとして、第２コア３１ｂ中を導波する光を第１コア３０ｂ側へ反射し、および／または、第１コア３０ｂ側からの光を二分割して第２コア３１ｂの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射する。
【００２８】
上記の第１凹部３０ｖの深さは、少なくとも第１コア３０ｂの下面に到達し、例えば第１光導波層３０全体の下面に達する程度である。また、第１方向Ｄ1に直行する方向に対する第１凹部３０ｖの幅は、第１コア３０ｂの幅より広く、第１コア３０ｂ内を導波する光全体が第１凹部３０ｖの内壁面で反射する構成となっている。
第２凹部３１ｖについても同様であり、少なくとも第２コア３１ｂの下面に到達し、例えば第２光導波層３１全体の下面に達する程度である。また、第２方向Ｄ２に直行する方向に対する第２凹部３１ｖの幅は、第２コア３１ｂの幅より広く、第２コア３１ｂ内を導波する光全体が第２凹部３１ｖの内壁面で反射する構成となっている。
【００２９】
図２（ａ）〜（ｃ）においては、第１凹部３０ｖの第１方向Ｄ1に垂直な平面Ｆ1に対して４５°（α）の角度で交差する１対の内壁面のうちの一方の面の中心と、第２凹部３１ｖの中心が位置合わせされて構成されている。
この場合、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１コア３０ｂ内を分岐点ＢＲ方向に導波する光Ｌは、第１凹部３０ｖの第１方向Ｄ1に垂直な平面Ｆ1に対して４５°の角度で交差する１対の内壁面のうちの一方の面において第２コア３１ｂ側へ反射され、さらに第２凹部３１の第２方向Ｄ２に垂直な平面Ｆ２に対して４５°の角度で交差する１対の内壁面において二分割されて第２コア３１ｂの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射され、第２コア３１ｂ中をそれぞれ導波される。
【００３０】
上記のように、第１凹部３０ｖと第２凹部３１ｖの組み合わせにより分岐点ＢＲが構成されているが、第１凹部３０ｖと第２凹部３１ｖのいずれか一方のみが形成されている場合には、第１コア３０ｂまたは第２コア３１ｂ内を導波する光を光導波シートの面外方向に出射する光出射位置ＬＯが構成される。
図１（ａ）における光出射位置ＬＯが、第２光導波層３１に設けられているので、第２凹部３１ｖから構成されている。
【００３１】
上記の構成の分岐点ＢＲや光出射位置ＬＯとなる第１凹部３０ｖや第２凹部３１ｖが所定の位置に形成されていることから、所定の光入射位置ＬＩから第１コア３０ｂまたは第２コア３１ｂに入射された光を、第１凹部３０ｖおよび第２凹部３１ｖを経て複数に分割して導波し、第１凹部３０ｖまたは第２凹部３１ｖにおいて光導波シートの面外方向に出射する構成となっている。
【００３２】
上記の本実施形態に係る光導波シートにおいては、さらに、光入射位置から光導波シートの外部へ出射する位置までの光を導波する距離が、複数回分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となっている。
このように、クロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
【００３３】
次に、上記の構成の第１凹部と第２凹部を形成する方法について説明する。
図３（ａ）は、内壁面が光導波シートのミラー面となる第１凹部と第２凹部を形成するための加工ヘッドを備えた加工装置の加工ヘッド部分の模式的斜視図である。
加工ヘッド１が略円筒形のキャピラリ２の先端に形成されており、キャピラリ２の加工ヘッド１と反対側の端部がキャピラリ保持部３によって保持されている。
【００３４】
図３（ｂ）は本実施形態に係る加工ヘッドの一側面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）と直行する側からの側面図である。
加工ヘッド１の先端部は、加工ヘッド１の対称軸ＡＸに対して所定の角度α（４５°）の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面１ａおよび第２面１ｂを有する。
上記の加工ヘッドは、クラッドとクラッド内に埋め込まれたコアを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シートに対して、光導波路の端部となる位置に打ち込まれると、光導波路の端部に第１面１ａおよび第２面１ｂの形状が転写されてミラー面が形成されるような形状となっている。
【００３５】
上記の本実施形態の加工ヘッドは、好ましくは加工ヘッドを加熱する加熱手段を備えている。
光導波シートの加工において、例えば光導波シートが熱可塑性材料から構成される場合には熱を印加することで光導波シートを軟化させ、加工しやすくすることができる。あるいは、例えば光導波シートが熱硬化性材料から構成される場合には、加工した形状を保持するように熱を印加して硬化させることができる。いずれの場合でも、加熱温度は光導波シート材料の熱分解温度以下とする。
【００３６】
また、上記の加工ヘッド１は、好ましくは、アルミナ、アルミナイトライド、シリコンカーバイド、ボロンナイトライドなどのセラミック、サファイヤ、ルビー、ダイヤモンドなどの人工鉱物、ステンレス、タングステン、チタンなどの金属や金属合金、タングステン、チタン、アルミニウム、シリコン、タンタルなどの炭化物、窒化物、炭窒化物などのいわゆる超鋼合金、およびこれらの超鋼合金にコバルト、ニッケル、クロム、モリブデンなどの添加物を加えたもの、などから構成されている。
【００３７】
第１面１ａおよび第２面１ｂの対称軸ＡＸに投影した長さＬは、この加工ヘッド１により加工される光導波シートの加工すべき厚さ以上に設定され、少なくともコアの下面までの厚さ以上であり、例えば光導波シート全体の厚さとする。
また、第１面１ａおよび第２面１ｂの幅Ｗは、この加工ヘッド１により加工される光導波シートにおけるコアの幅以上に設定される。
【００３８】
上記の加工ヘッドを用いて、第１光導波層に第１凹部を形成する方法について説明する。
まず、加工される光導波シートとして、図４（ａ）に示すように、シリコンあるいはガラスなどのダミー基板５０上に剥離層５１を形成した後、この上層に第１光導波層３０を形成する。即ち、剥離層５１上にクラッド材料を塗布し、キュア処理を行った後、コア材料を塗布し、パターン露光および現像処理により所定のパターンに加工し、さらに再びクラッド材料を塗布し、平坦化してシート状に加工する。
上記のようにして、第１の屈折率の第１クラッド３０ａと、第１クラッド３０ａに被覆されて、例えばストライプ状に光導波方向に延伸するパターンを有し、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第１コア３０ｂを有し、シート状に成形された第１光導波層３０を形成する。
剥離層５１は、熱可塑性の樹脂、光導波シートを構成する樹脂材料と密着性の悪いチタン／銅積層体、特定の酸に溶解する酸化シリコン膜などを用いることができる。
【００３９】
第１光導波層は、用いる光の波長に対して透明であり、例えば、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリノルボルネン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂など、またはこれらのフッ化物などの有機系材料から構成されている。
また、上記の第１コア３０ｂとしては、例えばマルチモードの伝播を仮定すると、第１コア３０ｂの厚み、幅はおよそ５〜５０μｍ、第２クラッド３０ａの厚みとしてはコア３０ｂの１／４〜１／２くらいが適当である。
【００４０】
次に、図４（ｂ）に示すように、上記の構成の第１光導波層に対して、光導波路の端部となる位置と加工ヘッドとを位置合わせして、所定の力を印加して上記の構成の加工ヘッド１を打ち込む。このとき、少なくとも加工ヘッド１の先端が第１コア３０ｂの下面に到達するように、例えば第１光導波層３０の下層の剥離層５１に達する程度にまで、加工ヘッドを打ち込む。
このとき、場合によっては加工ヘッド１で加工された部分から加工残渣（バリ）３０ｃが押し出されて発生する。
【００４１】
次に、図４（ｃ）に示すように、第１光導波層３０から加工ヘッド１をリリースし、光導波路の端部に加工ヘッド１の第１面１ａおよび第２面１ｂの形状を転写して、第１凹部３０ｖを形成する。第１凹部３０ｖの内壁面がミラー面ＭＲとなる。
【００４２】
次に、例えば研磨シート上にフェースダウンで第１光導波層の表面のラッピング処理を行って、図４（ｄ）に示すように加工残渣３０ｃを除去する。また、使用した加工ヘッド上にも残渣が生じることがあるので、必要に応じてダミー加工基板を用いてスクラブすることで残渣を除去する。
以上で、加工ヘッドを用いて第１光導波層に第１凹部を形成することができる。
なお、第２光導波層に第２凹部を形成する工程も、上記と同様にして行うことができる。
【００４３】
上記の光導波路の端部となる位置に加工ヘッドを打ち込む工程においては、例えば、第１光導波層を不図示の下部ヒータで所定の温度に保持し、また、不図示の加熱手段により加工ヘッドを所定の温度に加熱しながら行う。
第１光導波層の加工において、例えば第１光導波層が熱可塑性材料から構成される場合には、熱を印加することで光導波シートを軟化させ、加工しやすくすることができる。あるいは、例えば第１光導波層が熱硬化性材料から構成される場合には、加工した形状を保持するように熱を印加して硬化させることができる。いずれの場合でも、加工ヘッドの加熱温度は第１光導波層の材料の熱分解温度以下とする。
【００４４】
上記の加工ヘッドを用いた加工装置は、ボンディングワイヤ装置を転用して得ることができ、即ち、ボンディングワイヤ装置のヘッドを本実施形態の加工ヘッドに変更して得ることができる。
この加工装置を用いて第１光導波層にミラー面を形成する場合、加工ヘッドによる加工ポイントの座標を予め設定および入力しておくことで、光導波路上の場所や、向きに拘わらず、任意の場所に高速でミラー面を形成することができる。この時の加工速度は、ワイヤボンディングのボンディング速度に略等しく、１秒間につき５〜１０ポイント程度の加工が可能である。
【００４５】
次に、本実施形態に係る光導波シートの製造方法について説明する。
まず、第１光導波層を形成する。
まず、図５（ａ）に示すように、シリコンあるいはガラスなどからなるダミー基板５０の表面に、例えば、電子ビーム蒸着法あるいはスパッタリング法などにより、チタン層と銅層の積層体を形成し、剥離層５１とする。あるいは、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法あるいはスパッタリング法により、酸化シリコン層を形成し、剥離層５１とすることもできる。この場合には、ダミー基板５０はシリコンなどを用いる。
【００４６】
次に、図５（ｂ）に示すように、例えばスピンコートや印刷法によりポリイミド樹脂などの第１の屈折率の樹脂層を形成し、キュア処理を行って硬化させ、第１クラッド３０ａとする。
【００４７】
次に、図５（ｃ）に示すように、例えば感光性ポリイミドなどの第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する感光性樹脂層を形成し、パターニング用マスクを用いて露光を行い、さらに現像およびキュア処理を行って、ストライプ状の第１コア３０ｂを形成する。
例えば、マルチモードの伝播を仮定すると、第１コア３０ｂの厚み、幅はおよそ５〜５０μｍ、第１クラッド３０ａの厚みとしては第１コア３０ｂの１／４〜１／２くらいが適当である。
【００４８】
次に、図６（ａ）に示すように、上記と同様に、例えばスピンコートや印刷法によりポリイミド樹脂などの第１の屈折率の樹脂層を形成し、必要に応じて加熱リフローを行い、キュア処理を行って硬化させ、第１クラッド３０ａを形成する。
このようにして、第１コア３０ｂの外周を第１クラッド３０ａが被覆してシート状に成形された第１光導波層３０を形成する。
図６（ｂ）は図６（ａ）の状態においてコアの延伸方向に平行な断面を示し、これは図６（ａ）とは直交する方向の断面であり、以降の工程はこの方向の断面に沿って行う。
【００４９】
次に、図７（ａ）に示すように、図３（ａ）〜（ｃ）に示す加工ヘッド１を用い、図４（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様にして、第１光導波層３０に対して、光導波路の端部となる位置と加工ヘッドとを位置合わせして、所定の力を印加して加工ヘッド１を打ち込む。このとき、少なくとも加工ヘッド１の先端が第１コア３０ｂの下面に到達するように、例えば第１光導波層の下層の剥離層５１に達する程度にまで、加工ヘッドを打ち込む。
第１光導波層３０から加工ヘッド１をリリースすることで、光導波路の端部に加工ヘッド１の第１面１ａおよび第２面１ｂの形状を転写して、第１凹部３０ｖを形成する。第１凹部３０ｖの壁面がミラー面ＭＲとなる。
【００５０】
上記の第１凹部３０ｖを形成する工程において、加工ヘッド１で加工された部分から加工残渣（バリ）が押し出されて発生するので、必要に応じて、例えば研磨シート上にフェースダウンで光導波シート表面のラッピング処理を行い、加工残渣を除去する。
【００５１】
次に、図７（ｂ）に示すように、第１光導波層３０の表面に、接着性があり、ある特定の温度で剥離が可能な熱剥離シート５２を貼り合わせる。
この熱剥離シート５２は、例えば、ＰＥＴフィルム上に発泡カプセルを接着剤中に分散させて構成されたものであり、例えば、日東電工社製のリバーアルファなどを用いることができる。例えば、ＰＥＴフィルムを７０℃〜１５０℃に加熱することで間単に取り去ることができるものである。
【００５２】
次に、図７（ｃ）に示すように、例えば剥離層５１としてチタン層と銅層の積層体を用いている場合、塩酸などの酸中に上記熱剥離シート５２でサポートされている第１光導波層３０を浸漬し、剥離層５１と第１光導波層３０の第１クラッド３０ａの界面において剥離する。
あるいは、剥離層５１として酸化シリコン層を用いている場合には、フッ酸あるいはバッファードフッ酸などの酸中に上記熱剥離シート５２でサポートされている第１光導波層３０を浸漬し、剥離層５１を溶解して、第１光導波層３０を剥離する。
以上で、熱剥離シート５２に保持された第１光導波層３０が得られる。
別途、上記と同様の工程により、熱剥離シートに保持され、第２凹部が形成された第２光導波層３１を形成する。
【００５３】
次に、図８（ａ）に示すように、上記のようにして得られた第１光導波層３０と、第２光導波層とを、用いる光の波長に対して透明な接着剤シート（接着層）５４を介して、第１凹部３０ｖと第２凹部３１ｖの位置を位置合わせしながら、貼り合わせる。
【００５４】
次に、図８（ｂ）に示すように、熱剥離シート（５２，５３）を剥離して第１光導波層３０と第２光導波層３１が積層した光導波シートが得られる。
但し、上記の構成の光導波シートは、膜厚が薄いために単体では取り扱い性が悪いので、実装基板に転写するなど、実際に使用する段階まで、少なくともいずれか一方の熱剥離シートを残しておいてよい。
【００５５】
上記の本実施形態に係る光導波シートの製造方法によれば、予め第１光導波層と第２光導波層を製造しておけば、第１凹部と第２凹部をそれぞれ形成し、それらを貼り合わせるだけで製造が完了し、ＬＳＩ自身のデザインが変更されても、また、幾種類もの異なる仕様のＬＳＩにもその都度対応が可能であり、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に容易に対応して製造することができる。
特にクロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
上記のように、製造コストを抑制して、かつ開発期間やＴＡＴを短くして、スキューを抑制したＬＳＩの開発が可能となる。
【００５６】
上記の本実施形態に係る光導波シートの製造方法においては、ベースとなる光導波層をシリコンなどのダミー基板上に逐次プロセスで作製して行く例を示したが、もちろんベースのポリイミドフィルムをロールで用意し、コア材を例えばRoll to Rollプロセスにて塗布、パターンニングして一括作製する方法もあり、この様にすることでさらに大幅なコストの削減が実現できる。
【００５７】
第２実施形態
図９（ａ）は本実施形態に係るマルチチップモジュールである光電子装置の平面図である。
例えば、４層のパターン加工された配線層と樹脂絶縁層が交互に積層された構成の実装基板ＢＤの一方の面に、第１実施形態と同様の光導波シートＷＳが不図示の接着層により貼り合わされている。光導波シートと不図示の接着層に対して半導体チップを搭載するためのパッド開口ＰＯが貫通して設けられている。このパッド開口ＰＯは光導波シートの光信号が導波しない任意の場所に設けることが可能である。実装基板ＢＤは、パッケージのインターポーザーとも称され、いわゆるＦＲ−４基板、ＦＲ−５基板や、ＢＴ-レジン基板、ポリイミド基板など、あらゆタイプの有機配線基板や、アルミナ、ガラスセラミックなどのセラミック基板を用いることができる。
また、光導波シートＷＳの側部において光入射位置に位置合わせして、クロック信号である光を出射する発光素子であるレーザダイオードＬＤとそのドライバＤＲが実装基板ＢＤ上に実装されている。
さらに、受光素子であるＰＩＮ−ＰＤ（ＰＤ）を組み込んだ４個の半導体チップ（ＣＰ１〜ＣＰ４）が、光導波シートＷＳを介して、光導波シートＷＳの光出射位置と受光素子の位置が適合し、かつ、バンプＢＰがパッド開口ＰＯに嵌合するように、実装基板ＢＤに実装されている。各半導体チップ（ＣＰ１〜ＣＰ４）には、受光素子のほか、簡便なアンプが内蔵されており、光クロック信号を電気クロック信号に復調する構成となっている。
【００５８】
光導波シートＷＳは、第１実施形態と同様の構成である。
第１の方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを第１クラッドで被覆してなる第１光導波層と、第１の方向と異なる第２の方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを第２クラッドで被覆してなる第２光導波層とが、接着層を介して積層されている。光の分岐点ＢＲあるいは光出射位置ＬＯとなる位置において、第１光導波層に第１凹部が形成され、また、第２光導波層に第２凹部が形成されている。これらの第１凹部と第２凹部の内壁面がミラー面となっている。
光入射位置ＬＩから入射した光Ｌは、複数の分岐点ＢＲにおいて５回の分岐を繰り返し、２の５乗＝３２箇所の光出射位置ＬＯから光導波シートＷＳの面外方向に出射し、各半導体チップ（ＣＰ１〜ＣＰ４）に組み込まれたＰＩＮ−ＰＤ（ＰＤ）に入射する。
【００５９】
上記の光導波シートにおいては、光入射位置から光導波シートの外部へ出射する位置までの光を導波する距離が、複数回分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となっており、クロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
【００６０】
本実施形態に係る光電子装置の製造方法としては、例えば、実装基板ＢＤの一方の面に光導波シートＷＳを接着層により貼り合わせ、必要に応じてパッド開口ＰＯを形成する。このパッド開口の形成方法は、実装基盤の所望の位置に受けランドを設けておき、光導波シートを貼り合わせた後に、ＣＯ2やエキシマなどのレーザを照射することで、形成可能である。この時の実装基板のランドはレーザ光のストッパーとして作用する。
次に、光導波シートＷＳの側部にレーザダイオードＬＤとドライバＤＲを実装し、さらに図９（ｂ）の断面図に示すように、受光素子であるＰＩＮ−ＰＤ（ＰＤ）を組み込んだ４個の半導体チップ（ＣＰ１〜ＣＰ４）を、光導波シートＷＳを介して、光導波シートＷＳの光出射位置と受光素子の位置を合わせて、かつ、バンプＢＰがパッド開口ＰＯに嵌合させて、実装する。
【００６１】
本実施形態に係る光電子装置と、その製造方法によれば、予め第１光導波層と第２光導波層を製造しておけば、第１凹部と第２凹部をそれぞれ形成し、それらを貼り合わせるだけで製造が完了し、ＬＳＩ自身のデザインが変更されても、また、幾種類もの異なる仕様のＬＳＩにもその都度対応が可能であり、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に容易に対応して製造することができる。
さらに、クロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
上記のように、製造コストを抑制して、かつ開発期間やＴＡＴを短くして、スキューを抑制したＬＳＩの開発が可能となる。
【００６２】
第３実施形態
図１０は本実施形態に係るマルチチップモジュールである光電子装置の平面図である。
実質的に第２実施形態と同様であるが、クロック信号である光を出射する発光素子が、ファブリペロータイプではなく、面発光レーザＶＣＳＥＬであり、光導波シートＷＳにおける１つ目の分岐点ＢＲの上方に、発光素子から出射される光が分岐点ＢＲに均等に入射するように実装されており、ドライバＤＲもまた、面発光レーザＶＣＳＥＬの近傍に配置されていることが異なる。
本実施形態に係る光電子装置も、第２実施形態と同様にして製造することができる。
【００６３】
本実施形態に係る光電子装置と、その製造方法によれば、予め第１光導波層と第２光導波層を製造しておけば、第１凹部と第２凹部をそれぞれ形成し、それらを貼り合わせるだけで製造が完了し、ＬＳＩ自身のデザインが変更されても、また、幾種類もの異なる仕様のＬＳＩにもその都度対応が可能であり、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に容易に対応して製造することができる。
さらに、クロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
上記のように、製造コストを抑制して、かつ開発期間やＴＡＴを短くして、スキューを抑制したＬＳＩの開発が可能となる。
【００６４】
第４実施形態
図１１は本実施形態に係るシングルチップモジュールである光電子装置の断面図である。
実質的に第２実施形態と同様であるが、搭載されている半導体チップＣＰが１個であり、フェースダウン（フリップチップ）ではなくフェースアップでマウントされ、ワイヤボンディングＷＢにより実装基板ＢＤに接続されていることが異なる。
導波するレーザ光としては種々の波長のものが使用可能であるが、例えば、シリコンのバンドギャップより小さいエネルギーをもつ波長の光、具体的には波長１μｍ以上の波長をもつ光であれば、シリコン基板を透過することが可能である。この場合は、シリコン基板の裏面からクロック信号となる光を入射することが可能となる。
図１１に示す本実施形態においては、半導体チップＣＰがフェースアップで光導波シートＷＳ上に実装され、所望位置から出射されたクロック信号となる光が半導体チップＣＰを構成するシリコン基板を透過して、半導体チップＣＰの受光部であるＰＩＮ−ＰＤ（ＰＤ）において光電変換され、さらに半導体チップ中アンプにより増幅されて、電気クロックへと変換される。
本実施形態に係る光電子装置も、ワイヤボンディング工程などを行うことで、第２実施形態と同様にして製造することができる。
【００６５】
本実施形態に係る光電子装置と、その製造方法によれば、予め第１光導波層と第２光導波層を製造しておけば、第１凹部と第２凹部をそれぞれ形成し、それらを貼り合わせるだけで製造が完了し、ＬＳＩ自身のデザインが変更されても、また、幾種類もの異なる仕様のＬＳＩにもその都度対応が可能であり、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に容易に対応して製造することができる。
さらに、クロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
上記のように、製造コストを抑制して、かつ開発期間やＴＡＴを短くして、スキューを抑制したＬＳＩの開発が可能となる。
【００６６】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、光導波シートに設ける分岐の数は特に限定されない。
光電子装置に搭載される発光素子としては、面発光レーザなどのレーザダイオードの他、発光ダイオードなどを用いることができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の光導波シートは、クロック信号となる光を分配し、発光素子と受光部を光学的に接続する光導波シートに適用できる。
【００６８】
本発明の光電子装置は、クロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置に適用できる。
【００６９】
本発明の光導波シートの製造方法は、クロック信号となる光を分配し、発光素子と受光部を光学的に接続する光導波シートの製造方法に適用できる。
【００７０】
本発明の光電子装置の製造方法は、クロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置を製造するのに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光導波シートの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中のａ−ａ’における断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）中のｂ−ｂ’における断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１（ａ）中の分岐点の模式平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のａ−ａ’における模式断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）中のｂ−ｂ’における模式断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１実施形態で用いる加工ヘッドを備えた加工装置の加工ヘッド部分の模式的斜視図であり、図３（ｂ）はこの加工ヘッドの一側面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）と直行する側からの側面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１実施形態に係る光導波シートにおいて第１凹部を形成する工程を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の製造方法の工程を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の第２実施形態に係る光電子装置の平面図であり、図９（ｂ）は製造方法の工程を示す断面図である。
【図１０】図１０は本発明の第３実施形態に係る光電子装置の平面図である。
【図１１】図１１は本発明の第４実施形態に係る光電子装置の断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…加工ヘッド、１ａ…第１面、１ｂ…第２面、２…キャピラリ部、３…キャピラリ保持部、３０…第１光導波層、３０ａ…第１クラッド、３０ｂ…第１コア、３０ｃ…加工残渣、３０ｖ…第１凹部、３１…第２光導波層、３１ａ…第２クラッド、３１ｂ…第２コア、３１ｖ…第２凹部、５０…ダミー基板、５１…剥離層、５２，５３…熱剥離シート、５４…接着層、ＡＸ…対称軸、ＬＩ…光入射位置、ＢＲ…分岐点、ＬＯ…光出射位置、ＷＧ１〜ＷＧ８…光導波路、ＭＲ…ミラー面、Ｌ…光、ＬＤ…レーザダイオード、ＤＲ…ドライバ、ＣＰ１〜ＣＰ４…半導体チップ、ＷＳ…光導波シート、ＰＯ…パッド開口、ＢＤ…実装基板、ＶＣＳＥＬ…面発光レーザ、ＷＢ…ワイヤボンディング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射されたクロック信号である光を複数に分割して導波し、出射する光導波シートであって、
第１の方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを第１クラッドで被覆してなる第１光導波層と、
前記第１光導波層に積層して形成され、前記第１の方向と異なる第２の方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを第２クラッドで被覆してなる第２光導波層と、
を有し、
前記第１光導波層の所定の箇所に、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部が形成され、
前記第２光導波層の所定の箇所に、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部が形成され、
前記第１凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第１コア中を導波する光を前記第２コア側へ反射し、および／または、前記第２コア側からの光を二分割して前記第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
前記第２凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第２コア中を導波する光を前記第１コア側へ反射し、および／または、前記第１コア側からの光を二分割して前記第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
所定の光入射位置から前記第１コアまたは前記第２コアに入射された光を、前記第１凹部および前記第２凹部を経て複数に分割して導波し、前記第１凹部または前記第２凹部において前記光導波シートの面外方向に出射する
光導波シート。
【請求項２】
前記光導波シートにおいて、前記光入射位置から前記光導波シートの外部へ出射する位置までの前記光を導波する距離は、複数回分割して導波するいずれの経路においても等しい距離である
請求項１に記載の光導波シート。
【請求項３】
クロック信号となる光を出射する発光素子と、
前記光を受光する受光部を備えた半導体チップと、
前記光が入射されて複数に分割して導波し、前記受光部へ出射する光導波シートと
を有し、
前記光導波シートは、
第１の方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを第１クラッドで被覆してなる第１光導波層と、
前記第１光導波層に積層して形成され、前記第１の方向と異なる第２の方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを第２クラッドで被覆してなる第２光導波層と、
を有し、
前記第１光導波層の所定の箇所に、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部が形成され、
前記第２光導波層の所定の箇所に、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部が形成され、
前記第１凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第１コア中を導波する光を前記第２コア側へ反射し、および／または、前記第２コア側からの光を二分割して前記第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
前記第２凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第２コア中を導波する光を前記第１コア側へ反射し、および／または、前記第１コア側からの光を二分割して前記第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
所定の光入射位置において前記発光素子から前記第１コアまたは前記第２コアに入射された光を、前記第１凹部および前記第２凹部を経て複数に分割して導波し、前記第１凹部または前記第２凹部において前記受光部へ出射する
光電子装置。
【請求項４】
前記光導波シートにおいて、前記光入射位置から前記受光部へ出射する位置までの前記光を導波する距離は、複数回分割して導波するいずれの経路においても等しい距離である
請求項３に記載の光電子装置。
【請求項５】
第１クラッドと前記第１クラッド内に埋め込まれ、第１方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを有する第１光導波路がシート状に成形されてなる第１光導波層に対して、前記第１光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、前記加工ヘッドの先端部が前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する前記加工ヘッドを打ち込む工程と、
前記第１光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第１光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部を形成する工程と、
第２クラッドと前記第２クラッド内に埋め込まれ、第２方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを有する第２光導波路がシート状に成形されてなる第２光導波層に対して、前記第２光導波路の端部となる位置であって、前記第１凹部に対応する位置に、前記加工ヘッドを打ち込む工程と、
前記第２光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第２光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部を形成する工程と、
前記第１の方向と前記第２方向とを異ならせ、前記第１凹部と前記第２凹部の位置を合わせて、前記第１光導波層と前記第２光導波層を貼り合わせる工程と
を有する光導波シートの製造方法。
【請求項６】
前記第１凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第１コア中を導波する光を前記第２コア側へ反射し、および／または、前記第２コア側からの光を二分割して前記第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
前記第２凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第２コア中を導波する光を前記第１コア側へ反射し、および／または、前記第１コア側からの光を二分割して前記第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
所定の光入射位置から前記第１コアまたは前記第２コアに入射された光を、前記第１凹部および前記第２凹部を経て複数に分割して導波し、前記第１凹部または前記第２凹部において前記光導波シートの面外方向に出射する構成の光導波シートとする
請求項５に記載の光導波シートの製造方法。
【請求項７】
前記光導波シートを形成する工程において、前記光入射位置から前記受光部へ出射させる位置までの前記光を導波する距離が、複数回分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となるような位置に、前記第１凹部および前記第２凹部を形成する
請求項５に記載の光導波シートの製造方法。
【請求項８】
前記第１光導波層に前記加工ヘッドを打ち込む工程および前記第２光導波層に前記加工ヘッドを打ち込む工程において、前記加工ヘッドを加熱しながら行う
請求項５に記載の光導波シートの製造方法。
【請求項９】
前記第１光導波層および前記第２光導波層を熱可塑性材料から構成する
請求項５に記載の光導波シートの製造方法。
【請求項１０】
前記第１光導波層および前記第２光導波層を熱硬化性材料から構成する
請求項５に記載の光導波シートの製造方法。
【請求項１１】
前記加工ヘッドとして、セラミック、人工鉱物、金属、金属合金、超鋼金属あるいはこの合金から構成されている加工ヘッドを用いる
請求項５に記載の光導波シートの製造方法。
【請求項１２】
第１クラッドと前記第１クラッド内に埋め込まれ、第１方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを有する第１光導波路がシート状に成形されてなる第１光導波層に対して、前記第１光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、前記加工ヘッドの先端部が前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する前記加工ヘッドを打ち込む工程と、
前記第１光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第１光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部を形成する工程と、
第２クラッドと前記第２クラッド内に埋め込まれ、第２方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを有する第２光導波路がシート状に成形されてなる第２光導波層に対して、前記第２光導波路の端部となる位置であって、前記第１凹部に対応する位置に、前記加工ヘッドを打ち込む工程と、
前記第２光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第２光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部を形成する工程と、
前記第１の方向と前記第２方向とを異ならせ、前記第１凹部と前記第２凹部の位置を合わせて、前記第１光導波層と前記第２光導波層を貼り合わせて光導波シートとする工程と、
前記光導波シートの光入射位置に位置合わせして、クロック信号となる光を出射する発光素子をマウントする工程と、
前記光導波シートの光出射位置に位置合わせして、前記光を受光する受光部を備えた半導体チップをマウントする工程と
を有する光電子装置の製造方法。
【請求項１３】
前記光導波シートを形成する工程において、
前記第１凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第１コア中を導波する光を前記第２コア側へ反射し、および／または、前記第２コア側からの光を二分割して前記第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
前記第２凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第２コア中を導波する光を前記第１コア側へ反射し、および／または、前記第１コア側からの光を二分割して前記第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
所定の光入射位置から前記第１コアまたは前記第２コアに入射された光を、前記第１凹部および前記第２凹部を経て複数に分割して導波し、前記第１凹部または前記第２凹部において前記受光部へ出射する構成の光導波シートを形成する
請求項１２に記載の光電子装置の製造方法。
【請求項１４】
前記光導波シートを形成する工程において、前記光入射位置から前記受光部へ出射させる位置までの前記光を導波する距離が、複数回分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となるような位置に、前記第１凹部および前記第２凹部を形成する
請求項１２に記載の光電子装置の製造方法。
【請求項１】
入射されたクロック信号である光を複数に分割して導波し、出射する光導波シートであって、
第１の方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを第１クラッドで被覆してなる第１光導波層と、
前記第１光導波層に積層して形成され、前記第１の方向と異なる第２の方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを第２クラッドで被覆してなる第２光導波層と、
を有し、
前記第１光導波層の所定の箇所に、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部が形成され、
前記第２光導波層の所定の箇所に、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部が形成され、
前記第１凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第１コア中を導波する光を前記第２コア側へ反射し、および／または、前記第２コア側からの光を二分割して前記第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
前記第２凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第２コア中を導波する光を前記第１コア側へ反射し、および／または、前記第１コア側からの光を二分割して前記第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
所定の光入射位置から前記第１コアまたは前記第２コアに入射された光を、前記第１凹部および前記第２凹部を経て複数に分割して導波し、前記第１凹部または前記第２凹部において前記光導波シートの面外方向に出射する
光導波シート。
【請求項２】
前記光導波シートにおいて、前記光入射位置から前記光導波シートの外部へ出射する位置までの前記光を導波する距離は、複数回分割して導波するいずれの経路においても等しい距離である
請求項１に記載の光導波シート。
【請求項３】
クロック信号となる光を出射する発光素子と、
前記光を受光する受光部を備えた半導体チップと、
前記光が入射されて複数に分割して導波し、前記受光部へ出射する光導波シートと
を有し、
前記光導波シートは、
第１の方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを第１クラッドで被覆してなる第１光導波層と、
前記第１光導波層に積層して形成され、前記第１の方向と異なる第２の方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを第２クラッドで被覆してなる第２光導波層と、
を有し、
前記第１光導波層の所定の箇所に、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部が形成され、
前記第２光導波層の所定の箇所に、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部が形成され、
前記第１凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第１コア中を導波する光を前記第２コア側へ反射し、および／または、前記第２コア側からの光を二分割して前記第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
前記第２凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第２コア中を導波する光を前記第１コア側へ反射し、および／または、前記第１コア側からの光を二分割して前記第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
所定の光入射位置において前記発光素子から前記第１コアまたは前記第２コアに入射された光を、前記第１凹部および前記第２凹部を経て複数に分割して導波し、前記第１凹部または前記第２凹部において前記受光部へ出射する
光電子装置。
【請求項４】
前記光導波シートにおいて、前記光入射位置から前記受光部へ出射する位置までの前記光を導波する距離は、複数回分割して導波するいずれの経路においても等しい距離である
請求項３に記載の光電子装置。
【請求項５】
第１クラッドと前記第１クラッド内に埋め込まれ、第１方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを有する第１光導波路がシート状に成形されてなる第１光導波層に対して、前記第１光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、前記加工ヘッドの先端部が前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する前記加工ヘッドを打ち込む工程と、
前記第１光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第１光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部を形成する工程と、
第２クラッドと前記第２クラッド内に埋め込まれ、第２方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを有する第２光導波路がシート状に成形されてなる第２光導波層に対して、前記第２光導波路の端部となる位置であって、前記第１凹部に対応する位置に、前記加工ヘッドを打ち込む工程と、
前記第２光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第２光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部を形成する工程と、
前記第１の方向と前記第２方向とを異ならせ、前記第１凹部と前記第２凹部の位置を合わせて、前記第１光導波層と前記第２光導波層を貼り合わせる工程と
を有する光導波シートの製造方法。
【請求項６】
前記第１凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第１コア中を導波する光を前記第２コア側へ反射し、および／または、前記第２コア側からの光を二分割して前記第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
前記第２凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第２コア中を導波する光を前記第１コア側へ反射し、および／または、前記第１コア側からの光を二分割して前記第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
所定の光入射位置から前記第１コアまたは前記第２コアに入射された光を、前記第１凹部および前記第２凹部を経て複数に分割して導波し、前記第１凹部または前記第２凹部において前記光導波シートの面外方向に出射する構成の光導波シートとする
請求項５に記載の光導波シートの製造方法。
【請求項７】
前記光導波シートを形成する工程において、前記光入射位置から前記受光部へ出射させる位置までの前記光を導波する距離が、複数回分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となるような位置に、前記第１凹部および前記第２凹部を形成する
請求項５に記載の光導波シートの製造方法。
【請求項８】
前記第１光導波層に前記加工ヘッドを打ち込む工程および前記第２光導波層に前記加工ヘッドを打ち込む工程において、前記加工ヘッドを加熱しながら行う
請求項５に記載の光導波シートの製造方法。
【請求項９】
前記第１光導波層および前記第２光導波層を熱可塑性材料から構成する
請求項５に記載の光導波シートの製造方法。
【請求項１０】
前記第１光導波層および前記第２光導波層を熱硬化性材料から構成する
請求項５に記載の光導波シートの製造方法。
【請求項１１】
前記加工ヘッドとして、セラミック、人工鉱物、金属、金属合金、超鋼金属あるいはこの合金から構成されている加工ヘッドを用いる
請求項５に記載の光導波シートの製造方法。
【請求項１２】
第１クラッドと前記第１クラッド内に埋め込まれ、第１方向に延伸してストライプ状に形成された第１コアを有する第１光導波路がシート状に成形されてなる第１光導波層に対して、前記第１光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、前記加工ヘッドの先端部が前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する前記加工ヘッドを打ち込む工程と、
前記第１光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第１光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第１方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第１方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第１凹部を形成する工程と、
第２クラッドと前記第２クラッド内に埋め込まれ、第２方向に延伸してストライプ状に形成された第２コアを有する第２光導波路がシート状に成形されてなる第２光導波層に対して、前記第２光導波路の端部となる位置であって、前記第１凹部に対応する位置に、前記加工ヘッドを打ち込む工程と、
前記第２光導波層から前記加工ヘッドをリリースし、前記第２光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写して、前記第２方向に平行な断面が開口底部側程狭まる順テーパー形状であって、前記第２方向に垂直な平面に対して４５°の角度で交差する内壁面を有する第２凹部を形成する工程と、
前記第１の方向と前記第２方向とを異ならせ、前記第１凹部と前記第２凹部の位置を合わせて、前記第１光導波層と前記第２光導波層を貼り合わせて光導波シートとする工程と、
前記光導波シートの光入射位置に位置合わせして、クロック信号となる光を出射する発光素子をマウントする工程と、
前記光導波シートの光出射位置に位置合わせして、前記光を受光する受光部を備えた半導体チップをマウントする工程と
を有する光電子装置の製造方法。
【請求項１３】
前記光導波シートを形成する工程において、
前記第１凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第１コア中を導波する光を前記第２コア側へ反射し、および／または、前記第２コア側からの光を二分割して前記第１コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
前記第２凹部の内壁面が、ミラー面として、前記第２コア中を導波する光を前記第１コア側へ反射し、および／または、前記第１コア側からの光を二分割して前記第２コアの一方の延伸方向と他方の延伸方向に反射し、
所定の光入射位置から前記第１コアまたは前記第２コアに入射された光を、前記第１凹部および前記第２凹部を経て複数に分割して導波し、前記第１凹部または前記第２凹部において前記受光部へ出射する構成の光導波シートを形成する
請求項１２に記載の光電子装置の製造方法。
【請求項１４】
前記光導波シートを形成する工程において、前記光入射位置から前記受光部へ出射させる位置までの前記光を導波する距離が、複数回分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となるような位置に、前記第１凹部および前記第２凹部を形成する
請求項１２に記載の光電子装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−１７１６４２（Ｐ２００６−１７１６４２Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６７７６０（Ｐ２００４−３６７７６０）
【出願日】平成１６年１２月２０日（２００４．１２．２０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２０日（２００４．１２．２０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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