WO2024262137A1 - Polymer optical waveguide substrate, optical module using same, and production methods therefor - Google Patents
Polymer optical waveguide substrate, optical module using same, and production methods therefor Download PDFInfo
- Publication number
- WO2024262137A1 WO2024262137A1 PCT/JP2024/014226 JP2024014226W WO2024262137A1 WO 2024262137 A1 WO2024262137 A1 WO 2024262137A1 JP 2024014226 W JP2024014226 W JP 2024014226W WO 2024262137 A1 WO2024262137 A1 WO 2024262137A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- optical waveguide
- substrate
- polymer
- groove
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
Definitions
- This disclosure relates to a polymer optical waveguide substrate, an optical module using the same, and a method for manufacturing the same.
- Methods for positioning optical input/output parts formed on conventional optical devices, including polymer optical waveguides include an active alignment method in which one of the optical devices is aligned while emitting or receiving light, and a passive alignment method in which positioning is achieved solely by assembly precision.
- the active alignment method consider using a semiconductor laser as one optical device and an optical fiber as the other. At this time, the light emitted by the semiconductor laser is taken into the optical fiber, and the relative positions of the two devices are adjusted so that the output light from the optical fiber is maximized. While this method can reduce optical coupling loss, it takes a long time to align the cores and the equipment configuration is complex, making it difficult to keep costs down.
- passive alignment methods include image recognition, solder self-alignment, fitting, and hybrid methods that combine these.
- solder self-alignment method an optical device is joined to an electrode land on a substrate via solder. At this time, the surface tension of the molten solder creates a self-alignment effect that adjusts the optical device to a specified position on the substrate.
- This method requires very simple equipment. The mounting accuracy depends heavily on the relative positional accuracy of the optical device, the optical input/output unit, and the electrode land on the substrate.
- a highly accurate V-groove is formed on a silicon substrate by anisotropic wet etching that utilizes the crystal orientation of silicon, and an optical fiber is then butted into the V-groove for mounting.
- the equipment can be of a simple structure, similar to the solder self-alignment method. Mounting accuracy depends heavily on the relative accuracy between the fitting groove (V-groove) and the optical input/output part of the optical device.
- Patent Document 1 discloses the positioning of a polymer optical waveguide and an optical device using an interlocking method. Specifically, as shown in FIG. 4 of Patent Document 1, a recess (core portion) in which a polymer optical waveguide (PWG) array is formed and a protrusion in which a silicon optical waveguide (SiWG) array is formed are self-aligned. Nanoimprinting is also used to form the polymer optical waveguide array.
- the core portion of the polymer optical waveguide array itself is imprinted.
- the bottom surface of the core and the bottom surface of the alignment protrusion are flush with each other. In a direction deeper than the core bottom surface, it is not possible to form an uneven structure with good relative accuracy with the polymer optical waveguide. Therefore, it is not possible to handle optical devices that have a protrusion higher than the optical input/output surface or a portion with a thickness on the side of the optical input/output surface of the optical device that is optically coupled to the polymer optical waveguide. This means, for example, that a specially designed optical device is required.
- this disclosure provides a polymer optical waveguide that can be precisely positioned with the optical input/output parts of optical devices with various configurations.
- the polymer optical waveguide substrate of the present disclosure comprises a substrate, a polymer base clad formed on the substrate, an optical waveguide groove formed in the base clad, a polymer core embedded so as to contact the bottom and side surfaces of the optical waveguide groove, a polymer upper clad covering the core, and a positioning portion formed using the base clad and used to determine the position of the mounted optical device.
- the positioning portion has a surface at a different height than the bottom surface of the optical waveguide groove.
- the manufacturing method of the polymer optical waveguide substrate in this disclosure includes a coating process for coating a base clad material onto a substrate, and a transfer process for simultaneously forming the optical waveguide groove and the positioning portion by transferring the pattern corresponding to the optical waveguide groove and the positioning portion to the base clad material using a transfer mold having both the pattern corresponding to the optical waveguide groove and the pattern corresponding to the positioning portion in the same mold.
- the manufacturing method of an optical module in which an optical device is mounted on the polymer optical waveguide substrate includes a fixing material supplying step of supplying a fixing material onto the polymer optical waveguide substrate, a rough mounting step of placing the optical device at a predetermined position on the polymer optical waveguide substrate to which the fixing material has been supplied, a self-alignment mounting step of positioning the optical device by self-alignment with higher accuracy than in the first mounting step using a positioning portion, and a fixing step of fixing the optical device by hardening the fixing material after the self-alignment mounting step.
- the optical waveguide substrate disclosed herein is formed using a base clad and has a positioning portion that has a different height than the bottom surface of the optical waveguide groove, so that the positioning portion can be used to mount optical devices using a self-alignment method, enabling highly accurate mounting of optical devices of various configurations.
- FIG. 1 is a plan view illustrating an exemplary optical module according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is an enlarged view of the A-A' cross section of FIG. 1 and a portion F thereof.
- FIG. 3 is a diagram showing a cross section taken along line B-B' of FIG.
- FIG. 4 is a diagram showing a cross section taken along the line C-C' of FIG.
- FIG. 5 is a diagram showing a cross section taken along line D-D' of FIG.
- FIG. 6 is a diagram showing a cross section taken along the line E-E' of FIG.
- FIG. 7 is a diagram showing a modified example corresponding to the portion F in FIG. 2 and the B-B' and E-E' cross sections in FIG.
- FIG. 1 is a plan view illustrating an exemplary optical module according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is an enlarged view of the A-A' cross section of FIG. 1 and a portion F thereof.
- FIG. 3 is a
- FIG. 8 is a flow diagram of the entire process showing the method for producing a polymer optical waveguide substrate according to the present disclosure.
- FIG. 9 is a plan view of the imposition board 124 and its cross section taken along line G-G'.
- FIG. 10 is a diagram showing the G-G' cross section illustrating the base clad coating process.
- FIG. 11 is a cross-sectional view in the transfer process and an enlarged view of the H portion.
- 12A to 12C are diagrams showing cross sections corresponding to lines A-A', B-B', C-C', and E-E' in FIG. 1 during the transfer process.
- FIG. 13 is a diagram showing cross sections corresponding to lines A-A', B-B', C-C', and E-E' in FIG.
- FIG. 14 is a diagram showing cross sections corresponding to lines A-A' and B-B' in FIG. 1 during the core formation process.
- FIG. 15 is a diagram showing cross sections corresponding to lines A-A' and B-B' in FIG. 1 during the upper cladding formation process.
- FIG. 16 is a cross-sectional view in a substrate dividing step.
- FIG. 17 is a flow diagram of the entire process showing a method for manufacturing the optical module 190.
- FIG. 18 is a diagram showing the planar configuration of the optical waveguide substrate to be prepared and its C-C' cross section.
- FIG. 19 is a diagram showing a planar configuration in the first fixing material supplying step and its C-C' cross section.
- FIG. 20 is a diagram showing the planar configuration in the first rough mounting process and its C-C' cross section.
- FIG. 21 is a diagram showing a planar configuration in the first self-alignment mounting process and its C-C' cross section.
- FIG. 22 is a diagram showing the planar configuration in the first fixing step and its C-C' cross section.
- FIG. 23 is a diagram showing a planar configuration in the second fixing material supplying step. 24 is a diagram showing the A-A' and D-D' cross sections of FIG. 23.
- FIG. FIG. 25 is a diagram showing a planar configuration in the second rough mounting process. 26 is a diagram showing the A-A' and D-D' cross sections of FIG. 25.
- FIG. FIG. 27 is a diagram showing a planar configuration in the second self-alignment mounting process. 28 is a diagram showing the A-A' and D-D' cross sections of FIG. 27.
- Fig. 1 is a plan view showing an optical module 190 according to the present disclosure.
- the optical module 190 has a configuration in which a silicon optical waveguide substrate 130 as a first optical device and an optical fiber 140 as a second optical device are mounted on a polymer optical waveguide substrate 100.
- a semiconductor device 150 is also mounted on the polymer optical waveguide substrate 100. Note that in Fig. 1, the fitting groove 115, the fiber fixing groove 116, the pedestal 117, and the like are shown through the silicon optical waveguide substrate 130 and an optical connector 142 (described later).
- Figure 2 shows a cross section taken along line A-A' in Figure 1, and an enlarged view of part F (enclosed in a dashed rectangle).
- Figures 3, 4, 5, and 6 show cross sections taken along lines B-B', C-C', D-D', and E-E' in Figure 1, respectively.
- the polymer optical waveguide substrate 100 includes a wiring substrate 120 and a polymer optical waveguide layer 110 formed thereon.
- the wiring substrate 120 is, for example, a rigid printed wiring substrate, a flexible substrate, or a polymer substrate.
- the polymer optical waveguide layer 110 is composed of a base clad 111, a core 112, and an upper clad 113 formed on the wiring substrate 120.
- the core 112 is embedded in an optical waveguide groove 114 provided in the base clad 111, and is covered by the upper clad 113.
- the core 112 contacts the bottom and side surfaces of the optical waveguide groove 114.
- the base clad 111 is provided with a positioning portion that enables highly accurate positioning when mounting the polymer optical waveguide substrate 100 and the optical fiber 140.
- a fitting groove 115 (FIGS. 1 and 4) is provided that is used for positioning the silicon optical waveguide substrate 130 in the horizontal direction (direction parallel to the surface of the base clad 111).
- a fiber fixing groove 116 is provided that is used for positioning the optical fiber 140 (FIGS. 1, 2, and 5).
- a pedestal 117 is provided that is used for positioning the silicon optical waveguide substrate 130 in the vertical direction (direction perpendicular to the surface of the base clad 111).
- These positioning parts are formed by transferring and molding them as a single unit into the material of base clad 111 using a single high-precision mold.
- their relative positions and dimensions have a high degree of precision of about several ⁇ m.
- the adjacent optical waveguide groove 114, fitting groove 115, and base 117, as well as the optical waveguide groove 114 and fiber fixing groove 116 are formed with extremely high positional precision, and it is possible to make the difference from the design dimensions 0.5 ⁇ m or less. This is the desired precision for sufficiently suppressing optical loss at each joint.
- the core 112 is formed by filling the optical waveguide groove 114, the relative positional accuracy with the fitting groove 115, the base 117, and the fiber fixing groove 116 is the same as that of the optical waveguide groove 114.
- an optical device silicon optical waveguide substrate 130 and optical fiber 140
- the positioning portion By mounting an optical device (silicon optical waveguide substrate 130 and optical fiber 140) on the polymer optical waveguide substrate 100 using such a positioning portion, highly accurate mounting can be achieved using relatively simple equipment. Furthermore, it is not necessary for the positioning portion to be flush with the bottom surface of the core 112, and it can be configured three-dimensionally. Therefore, it can be used with a variety of optical devices.
- the positioning unit and its use will be explained in more detail below. First, the alignment of the silicon optical waveguide substrate 130 will be explained.
- the silicon optical waveguide substrate 130 is mounted using the fitting groove 115 and the base 117 as positioning parts. As shown in FIG. 4, the fitting groove 115 is formed so as to open the base clad 111 and expose the wiring substrate 120. The sidewall of the fitting groove 115 is provided with an inclined surface 115a inclined with respect to the surface of the wiring substrate 120. The silicon optical waveguide substrate 130 is also provided with an inclined surface 132 on its lower periphery. By fitting the inclined surface 115a on the fitting groove 115 side with the inclined surface 132 on the silicon optical waveguide substrate 130 side, the silicon optical waveguide substrate 130 can be aligned in the horizontal direction. Although only one side of the silicon optical waveguide substrate 130 is shown in FIG. 4, similar alignment can be performed on the other sides.
- the base clad 111 forms a pedestal 117, which is a positioning portion in the height direction.
- the core 112 extends from the base 117, and a first optical input/output section 112a (polymer optical waveguide end array) is provided near its end (Figs. 2 and 4).
- a silicon optical waveguide 131 is provided on the underside of the silicon optical waveguide substrate 130, and a silicon optical waveguide array 131a (optical input/output section) is provided near its end.
- the fitting groove 115 also functions as an opening that exposes the land electrode 121 provided on the wiring substrate 120 (FIG. 4). In this opening, the land electrode 121 and the pad electrode 133 of the silicon optical waveguide substrate 130 are bonded via solder 160.
- an inclined surface 115a is provided in the fitting groove 115.
- this is not limited to this, and it is sufficient to provide a combination of three-dimensional structures that can assist in alignment on the base clad 111 side and the optical device (silicon optical waveguide substrate 130) side.
- the optical fibers 140 are connected to the polymer optical waveguide substrate 100 using an optical connector 142.
- the optical fibers 140 are aligned in a row, and are fixed one by one using the fiber fixing grooves 116 provided in the base clad 111 as positioning sections ( Figures 1 and 5).
- the fiber fixing groove 116 has a sidewall that is an inclined surface 116a, and is shaped so that it narrows on the wiring board 120 side. Therefore, by pressing the optical fiber 140 from above, the optical fiber 140 can be aligned in the horizontal direction (the lateral direction in FIG. 5).
- the positioned optical fiber 140 is fixed with, for example, a UV-curable adhesive 170.
- optical input/output section 141 ( Figure 5) of the optical fiber 140 fixed in the fiber fixing groove 116 and the second optical input/output section 112b formed at one end of the core 112 are butt-coupled with high precision.
- a part of the base clad 111 and adhesive 170 are interposed between the tip of the core 112 and the tip of the optical waveguide groove 114 (part F in Figure 2).
- the tip surface 116b of the fiber fixing groove 116 and the tip surface 114a of the optical waveguide groove 114 are both molded by transfer using a high-precision mold, so they can be made to be very smooth surfaces. Therefore, optical connection loss can be suppressed at the interface between the core 112 embedded in the optical waveguide groove 114 and the base clad 111, and at the interface between the adhesive 170 and the base clad 111.
- a waveguide alignment mark 118 is formed near the corner of the base clad 111 so as to penetrate the base clad 111.
- the waveguide alignment mark 118 is used as a mark for camera recognition when mounting an optical device, for example.
- the optical waveguide groove 114, the fitting groove 115, the fiber fixing groove 116, and the pedestal 117 formed in the base clad 111 are formed by a high-precision mold, and therefore have extremely high relative positional accuracy. Therefore, the diabatic coupling accuracy between the first optical input/output section 112a (polymer optical waveguide array) in the core 112 in the optical waveguide groove 114 and the silicon optical waveguide array 131a of the silicon optical waveguide substrate 130 aligned by the fitting groove 115 and the pedestal 117 is very good.
- the direct coupling between the second optical input/output section 112b in the core 112 in the optical waveguide groove 114 and the optical input/output section 141 of the optical fiber 140 aligned by the fiber fixing groove 116 is also very high precision. Such high precision can be achieved without using high-precision equipment or an active alignment method.
- the base clad 111, the core 112, and the upper clad 113 are all made of an optically transparent material that transmits light of a specific wavelength used in optical communications.
- the specific light is typically light with a wavelength of 850 nm when the waveguide mode is multimode, and light with a wavelength of 1300 nm to 1500 nm when the waveguide mode is single mode.
- materials include epoxy-based polymers, polyimide-based polymers, silicone-based polymers, and acrylic-based polymers.
- the base clad 111 and upper clad 113 are set to have a lower refractive index than the core 112.
- the refractive index of the core 112 is set to about 1.58, and the refractive index of the base clad 111 and upper clad 113 is set to about 1.54.
- width and height of the core 112 there are no particular limitations on the width and height of the core 112, but from the perspective of optical waveguiding properties, it is preferable to set it to 20 to 80 ⁇ m for a multimode wavelength of 850 nm, and to about 2 to 20 ⁇ m for a single mode wavelength of 1300 to 1500 nm.
- Fig. 7 shows modified examples of the part F in Fig. 2, the BB' cross section corresponding to Fig. 3, and the EE' cross section corresponding to Fig. 6.
- the bottom surface of the optical waveguide groove 114 has a constant depth.
- the depth becomes deeper toward the tip surface 112b near the tip that is directly coupled to the optical fiber 140. This makes it easy to form a flat surface perpendicular to the surface of the wiring board 120 at the tip surface 112b.
- the depth of the optical waveguide groove 114 is constant as in FIG. 2
- the lower part of the tip surface 112b does not become a flat surface.
- the shape of FIG. 7 even if it cannot be processed exactly as designed, it is possible to flatten the tip surface 112b in the range involved in the transmission of light.
- the upper cladding 113 is formed to cover the core 112 only in each optical waveguide groove 114.
- the upper cladding 113 may be formed to cover the core 112 including the base cladding 111.
- the waveguide alignment mark 118 shown in FIG. 6 is simply a through hole, this is not limited to this.
- a large-diameter recess 118a that does not expose the wiring board 120 (or the wiring layer 122) may be provided, and the waveguide alignment mark 118 may be provided so as to expose the wiring board 120 in a predetermined planar shape within the recess 118a.
- the silicon optical waveguide substrate 130 including the silicon optical waveguide array 131a and the optical fiber 140 are taken as examples of the first and second optical devices mounted on the polymer optical waveguide substrate 100.
- various optical devices can be used, such as laser diodes which are side-emitting devices, VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) which are surface-emitting devices, photodiodes which are light-receiving devices, silicon photonics in which optical and electronic integrated circuits are formed on silicon microchips, optical connectors, PLCs (Planar Lightwave Circuits), etc.
- solder connection and UV-curing adhesives have been described for fixing the optical device to the polymer optical waveguide substrate 100, other methods such as screwing and crimping may also be used.
- FIG. 8 is a flow diagram of the entire process showing the manufacturing method of the polymer optical waveguide substrate 100. Also, FIGS. 9 to 16 are diagrams showing each step of FIG. 8. In FIGS. 9 to 16, the same components as those described above are given the same reference numerals.
- the manufacturing method for the polymer optical waveguide substrate 100 includes a substrate preparation process, a base clad application process, a mold transfer process, a curing process, a demolding process, a core formation process, an upper clad formation process, and a substrate division process.
- Figure 9 shows a plan view of the imposition substrate 124 and its cross section taken along line G-G'.
- the imposition board 124 has wiring boards 120 arranged in a 3 x 3 pattern, and after each component is formed, it is divided into nine polymer optical waveguide boards 100.
- the imposition board 124 is, for example, a rigid wiring board, and on its surface, land electrodes 121 for mounting semiconductor devices, optical devices having electrodes, etc., and board alignment marks 123, etc. are formed. In the board preparation process, such an imposition board 124 is prepared.
- a layer of base clad material 111a is formed in a predetermined area on mounting substrate 124. This can be done using inkjet printing, screen printing, transfer printing, or the like. Alternatively, a layer of base clad material 111a may be formed over the entire surface of mounting substrate 124. In this case, a method of laminating a film-like base clad material 111a, a method of applying by spin coating, or the like can be used.
- Figure 11 shows a cross section of the process of transferring the transfer mold 180 to the base clad material 111a, and an enlarged view of part H.
- Figure 12 shows the A-A', B-B', C-C', and E-E' cross sections in this state, respectively.
- the transfer mold 180 is placed on the mounting substrate 124, and the pattern of the transfer mold 180 is transferred to the base clad material 111a.
- the optical waveguide groove 114, the fitting groove 115 and its inclined surface 115a, the base 117, the opening 183a which becomes the waveguide alignment mark 118, etc. are formed (FIGS. 1 and 12).
- One end of the optical waveguide groove 114 (the side where the optical fiber 140 is mounted) is formed into a shape including the tip surface 114a.
- the transfer mold 180 may be composed of a rough mold 181 and a high-precision mold 182.
- the rough mold 181 is a mold in which a transfer pattern is formed in areas where the precision requirement is relatively low, for example, over the entire surface mounting substrate 124.
- the precision of the rough mold 181 in the planar direction is, for example, several ⁇ m to several tens of ⁇ m.
- the high-precision mold 182 is a mold that includes at least a pattern for transferring and forming the optical waveguide groove 114 and a pattern for forming positioning parts (fitting groove 115, fiber fixing groove 116, and pedestal 117), and has a relative precision of 1 ⁇ m or less.
- the relative precision be 0.5 ⁇ m or less for the adjacent optical waveguide groove 114, fitting groove 115, and pedestal 117, and for the optical waveguide groove 114 and fiber fixing groove 116.
- a portion of the pattern of the transfer mold 180 is butted against the mounting substrate 124, thereby making it possible to maintain a constant distance between the mounting substrate 124 and the transfer mold 180.
- Such butting is performed, for example, in the area where the semiconductor device is mounted, on the land electrode 121, on the wiring layer 122, etc.
- This forms an opening 183b in the land electrode 121 and an opening 183a on the wiring layer 122, which can be used as a land for mounting the optical device and a waveguide alignment mark 118, respectively.
- the abutting portion that forms the opening 183a and/or the opening 183b may be configured as the rough mold 181 and configured to be movable independently of the high precision mold 182.
- the transfer mold 180 when forming the shape shown in the E-E' cross section of FIG. 7, the transfer mold 180 is configured so that the portion corresponding to the waveguide alignment mark 118 that exposes the wiring layer 122 can be moved independently of the surrounding area (the portion corresponding to the recess 118a). In this way, in the subsequent demolding process, the portion in contact with the wiring layer 122 and the portion in contact with the base clad 111 can be moved separately, making it easier to demold the transfer mold 180.
- the precision required to place the transfer mold 180 on the imposition board 124 is on the order of several ⁇ m to several tens of ⁇ m. This is equivalent to the precision required to form solder resist for typical board wiring, and there is no need to use expensive high-precision equipment.
- the base clad material 111a is cured to form the base clad 111.
- the curing is performed, for example, by irradiating UV light through the transfer mold 180.
- the transfer mold 180 is made of glass, transparent resin, or the like.
- the transfer mold 180 can be made by using a master mold formed directly on quartz glass or the like using electron beam drawing, or by using a replica mold that is transferred and replicated from a master mold formed by etching, machining, or the like.
- An example of a method for producing a replica mold is a method in which a master mold is transferred to a glass substrate coated with sol-gel glass or PDMS (Polydimethylsiloxane) to produce a replica mold.
- the curing method may be a method in which the resin is cured by heat, or a method in which the resin is partially cured by heat and then released from the mold, and then completely cured by UV light.
- Figure 13 shows the A-A' cross section, the B-B' cross section, the C-C' cross section, and the E-E' cross section.
- the transfer mold 180 is demolded to obtain the base clad 111 on which the optical waveguide groove 114, the fitting groove 115, the fiber fixing groove 116, the pedestal 117, etc. are formed.
- a release agent or the like may be applied to the transfer mold 180 in advance (by application, immersion, steam, etc.).
- Figure 14 shows the A-A' and B-B' cross sections.
- the core 112 is formed in the optical waveguide groove 114.
- this method involves dropping an appropriate amount of liquid core material into the optical waveguide groove 114 using an inkjet method, and then curing it with UV light. This forms the core 112 along the shape of the optical waveguide groove 114.
- the formation of the tip surface 114a of the optical waveguide groove 114 which is the end of the optical waveguide groove 114, prevents the supplied core material from flowing out toward the fiber fixing groove 116. It is also possible not to form the tip surface 114a, in which case it may be formed using a transfer mold in the same way as the formation of the base clad 111.
- Figure 14 shows the A-A' and B-B' cross sections following Figure 15.
- the upper cladding 113 is formed on the core 112.
- a method is used in which the material is applied by inkjet and cured by UV light. Also, here too, formation may be performed using a transfer mold.
- an etching process using oxygen plasma may be performed to remove unnecessary resin residue.
- the imposition substrate 124 on which the base clad 111, the core 112, and the upper clad 113 are formed is divided into individual polymer optical waveguide substrates 100. This is performed using methods such as division using a router, blade dicing, and laser processing.
- a transfer mold 180 of a size corresponding to the wiring substrate 120 can be used to repeatedly transfer to the entire surface of the mounting substrate 124 in a step-and-repeat manner.
- FIG. 17 is a flow diagram of the entire process showing the manufacturing method of the optical module 190. Also, FIGS. 18 to 28 are diagrams showing each process of FIG. 17. In FIGS. 18 to 28, the same components as those explained so far are given the same reference numerals.
- the method for manufacturing the optical module 190 includes a polymer optical waveguide substrate preparation process, a first fixing material supply process, a first rough mounting process, a first self-alignment mounting process, a first fixing process, a second fixing material supply process, a second rough mounting process, a second self-alignment mounting process, and a second fixing process.
- Figure 18 shows the planar structure of the polymer optical waveguide substrate 100 to be prepared and its C-C' cross section.
- the polymer optical waveguide substrate 100 prepared in this process comprises a wiring substrate 120 and a polymer optical waveguide layer 110 consisting of a base clad 111, a core 112 and an upper clad 113 formed on a predetermined region of the wiring substrate 120.
- a substrate alignment mark 123 formed of a wiring layer or solder resist, a land electrode 121, etc. are formed on the wiring substrate 120.
- An opening is provided in the polymer optical waveguide layer 110, thereby forming a waveguide alignment mark 118.
- the base clad 111 is not formed on the substrate alignment mark 123. However, if the substrate alignment mark 123 can be recognized by a camera, the base clad 111 may be formed on it.
- the silicon optical waveguide substrate 130 and the semiconductor device 150 are placed through the steps from the first fixing material supply step to the first fixing step.
- Figure 19 shows a plan view and a C-C' cross section of this process, following Figure 18.
- solder paste 161 which is the first fixing material
- solder paste 161 is supplied onto the land electrode 121 in the fitting groove 115.
- This can be done by an inkjet method, or by applying with a dispenser.
- the substrate alignment mark 123 and the land electrode 121 are formed on the same layer.
- the substrate alignment mark 123 and the land electrode 121 are layers formed in the same patterning process including lithography and etching. Therefore, the relative accuracy is high, and by using the substrate alignment mark 123 for recognition, it is possible to reduce the positional deviation of the solder paste 161 relative to the land electrode 121.
- Figure 22 shows a plan view and a C-C' cross section of this process.
- a silicon optical waveguide substrate 130 which is the first optical device, and a semiconductor device 150 are placed on a polymer optical waveguide substrate 100.
- the positioning accuracy can be lower than the final positioning accuracy required for the optical module 190.
- the silicon optical waveguide substrate 130 is provided with a silicon optical waveguide array 131a, which is the optical input/output section of the silicon optical waveguide 131, pad electrodes 133, and solder bumps 134, and further has an inclined surface 132 on the lower outer periphery.
- the inclined surface 132 and the silicon optical waveguide array 131a have extremely high relative positional accuracy by being formed using a general semiconductor process.
- the silicon optical waveguide array 131a is precisely overlapped with the first optical input/output section 112a (polymer optical waveguide array) of the polymer optical waveguide substrate 100, and is thus adjacently coupled. However, at this stage of the process, it is sufficient for the silicon optical waveguide 131 to fit within the fitting groove 115, and it does not matter if a horizontal misalignment ( ⁇ y) occurs. Furthermore, if a misalignment ⁇ y occurs, a vertical misalignment ( ⁇ z) also occurs at the same time.
- the substrate alignment mark 123 can be used, as in the case of supplying the solder paste 161.
- high precision is not required in this process, but it is necessary to fit the silicon optical waveguide substrate 130 into the fitting groove 115. Therefore, if the position of the fitting groove 115 formed by the base clad 111 is significantly misaligned with respect to the wiring substrate 120, it is preferable to use the waveguide alignment mark 118 to position the silicon optical waveguide substrate 130.
- Figure 23 shows a plan view and a C-C' cross section of this process.
- the silicon optical waveguide array 131a and the polymer optical waveguide array are aligned with high precision.
- the inclined surface 115a of the fitting groove 115 is butted against the inclined surface 132 of the silicon optical waveguide substrate 130 to align the horizontal position.
- the base 117 is butted against the bottom surface of the silicon optical waveguide substrate 130 to align the vertical position. This eliminates both the horizontal positional deviation ⁇ y and the vertical positional deviation ⁇ z.
- the first rough mounting process is performed while the silicon optical waveguide substrate 130 is being sucked by the collet, and then the suction is temporarily released.
- a load is applied from above to the silicon optical waveguide substrate 130, and it is pushed toward the wiring substrate 120. This allows the inclined surface 132 on the silicon optical waveguide substrate 130 side to slide over the inclined surface 115a on the base clad 111 side and be moved to the appropriate position.
- a transparent adhesive or matching oil may be applied in advance between the silicon optical waveguide array 131a and the base 117, and then the two may be pressed together to temporarily secure them in place.
- Figure 22 shows a plan view and a C-C' cross section of this step.
- the solder paste 161 and the solder bumps 134 are melted and integrated into solder 160 by a reflow process or the like. This causes the silicon optical waveguide substrate 130 to be fixed to the polymer optical waveguide substrate 100. Similarly, the semiconductor device 150 is also fixed by solder.
- the silicon optical waveguide substrate 130 that has been roughly mounted is then repositioned with high precision by a pushing operation (first self-alignment mounting step).
- first self-alignment mounting step for example, when the solder is melted in the first fixing step, the silicon optical waveguide substrate 130 may be allowed to sink under its own weight, thereby achieving high-precision positioning. In this case, there is no need to push it in with a load, and the first self-alignment mounting step is performed when the solder is melted.
- the optical fiber 140 is mounted as the second optical device through the steps from the second fixing material supplying step to the second fixing step.
- Figure 23 is a plan view of this process
- Figure 24 is a diagram showing the A-A' and D-D' cross sections of Figure 23.
- adhesive 170 which is the second fixing material
- the supplying method may be inkjet printing, application by a dispenser, or the like.
- adhesive 170 is supplied to connect multiple fiber fixing grooves 116, but it may be supplied to each individual fiber fixing groove 116.
- the adhesive 170 which is solidified by UV irradiation, is a light-transmitting resin, and preferably has a refractive index equivalent to that of base clad 111 and upper clad 113.
- Figure 25 is a plan view of this process
- Figure 26 is a diagram showing the A-A' and D-D' cross sections of Figure 25.
- the optical fiber 140 which is the second optical device, is placed in the fiber fixing groove 116. It is preferable to use the waveguide alignment mark 118 for recognition at this time.
- optical fibers 140 are aligned to match the pitch of the fiber fixing grooves 116 and are fixed by an optical connector 142.
- the optical connector 142 includes a glass lid.
- each optical fiber 140 fits within the fiber fixing groove 116.
- the optical fiber 140 is shown tilted in its length direction relative to the surface of the wiring board 120 (A-A' cross section) and offset from the center of the fiber fixing groove 116 in the width direction (D-D' cross section).
- Figure 27 is a plan view of these processes
- Figure 28 is a diagram showing the A-A' and D-D' cross sections of Figure 27.
- a load is applied via the optical connector 142 so as to push the optical fiber 140 towards the wiring board 120.
- the optical fiber 140 abuts against the inclined surfaces 116a on both sides of the fiber fixing groove 116, and fits accurately in the horizontal direction on the wiring board 120.
- the inclination in the length direction of the optical fiber 140 is eliminated, and the optical fiber 140 is extended parallel to the surface of the wiring board 120.
- UV light is irradiated through the optical connector 142 (glass lid) to harden the adhesive 170, thereby fixing the optical connector 142 and the optical fiber 140.
- the optical module 190 is now complete.
- the fixing material supply process, rough mounting process, self-alignment mounting process, and fixing process are performed as a series of processes for the first optical device (silicon optical waveguide substrate 130) and the second optical device (optical fiber 140). Therefore, the series of processes is performed twice, but this is not limited to this. Depending on the optical device to be mounted, the series of processes may be performed only once, or three or more times.
- solder mounting has been used as an example of the method of electrical connection, but this is not limiting.
- a method of mounting face-up and then electrically connecting by wire bonding is also acceptable.
- the semiconductor device 150 may be connected by inserting a PGA (Pin Grid Array) package into a PGA socket.
- the above manufacturing method makes it possible to obtain a low-loss optical module that is inexpensive and can be mass-produced without the need for expensive active alignment devices or highly accurate mounting equipment.
- the polymer optical waveguide substrate disclosed herein has a structure that allows optical devices to be mounted with high precision using a self-alignment method, making it useful as an optoelectronic fusion substrate for use in high-speed communication equipment, server platforms, etc.
- Polymer optical waveguide substrate 110 Polymer optical waveguide layer 111: Base clad 111a: Base clad material 112: Core 112a: First optical input/output section 112b: Second optical input/output section (front end surface) 113 Upper cladding 114 Optical waveguide groove 114a Tip surface 115 Fitting groove 115a Inclined surface 116 Fiber fixing groove 116a Inclined surface 116b Tip surface 117 Pedestal 118 Waveguide alignment mark 118a Recess 120 Wiring substrate 121 Land electrode 122 Wiring layer 123 Substrate alignment mark 124 Substrate 130 Silicon optical waveguide substrate 131 Silicon optical waveguide 131a Silicon optical waveguide array 132 Inclined surface 133 Pad electrode 134 Solder bump 140 Optical fiber 141 Optical input/output section 142 Optical connector 150 Semiconductor device 160 Solder 161 Solder paste 170 Adhesive 180 Transfer mold 181 Rough mold 182 High-precision mold 183a Opening 183b
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
Description
本開示は、ポリマー光導波路基板及びそれを用いた光モジュールとそれらの製造方法に関する。 This disclosure relates to a polymer optical waveguide substrate, an optical module using the same, and a method for manufacturing the same.
近年、石英系の光導波路の置き換え、及び、光ファイバによる配線を簡易化する目的のために、加工の容易性、コスト抑制等の観点から、ポリマー光導波路の需要が高まっている。 In recent years, there has been an increasing demand for polymer optical waveguides, which are easy to process and reduce costs, in order to replace quartz-based optical waveguides and simplify optical fiber wiring.
ポリマー光導波路を含む、従来の光デバイス上に形成された光入出力部同士を位置決めする方法としては、一方の光デバイスに発光又は受光を行わせながら調芯するアクティブアライメント方式と、組み立て精度のみによって位置決めするパッシブアライメント方式とがある。 Methods for positioning optical input/output parts formed on conventional optical devices, including polymer optical waveguides, include an active alignment method in which one of the optical devices is aligned while emitting or receiving light, and a passive alignment method in which positioning is achieved solely by assembly precision.
アクティブアライメント方式の一例として、一方の光デバイスとして半導体レーザ、もう一方の光ファイバを用いるとする。このとき、半導体レーザが出射する光を光ファイバに取り込み、光ファイバからの出力光が最大となるように、互いの相対位置を調整する。この方式は、光の結合損失を小さくできる一方で、調芯に要する時間が長く、設備構成も複雑となるのでコストを抑えることが難しい。 As an example of the active alignment method, consider using a semiconductor laser as one optical device and an optical fiber as the other. At this time, the light emitted by the semiconductor laser is taken into the optical fiber, and the relative positions of the two devices are adjusted so that the output light from the optical fiber is maximized. While this method can reduce optical coupling loss, it takes a long time to align the cores and the equipment configuration is complex, making it difficult to keep costs down.
この一方、パッシブアライメント方式には、画像認識方式、半田セルフアライメント方式、嵌合方式、及び、これらを組み合わせた複合方式等がある。 On the other hand, passive alignment methods include image recognition, solder self-alignment, fitting, and hybrid methods that combine these.
画像認識方式では、光デバイスに設けられたアライメントマークを高精度マウンタの画像認識によって識別し、これを基準として、光デバイスを実装する。これは自動化が容易な反面、精度は設備の精度に依存する。精度向上のためには、設備自体の認識精度、実装精度、実装環境の制御、接着材料等を最適化する必要がある。従って、精度向上に伴い高コスト化しやすい。 In the image recognition method, alignment marks on optical devices are identified by image recognition on a high-precision mounter, and the optical device is mounted using this as a reference. This method is easy to automate, but the accuracy depends on the accuracy of the equipment. To improve accuracy, it is necessary to optimize the recognition accuracy of the equipment itself, mounting accuracy, control of the mounting environment, adhesive materials, etc. Therefore, costs tend to increase as accuracy increases.
半田セルフアライメント方式では、基板上の電極ランドに半田を介して光デバイスを接合する。このとき、溶解した半田に生じる表面張力により、光デバイスが基板の所定の位置に調整されるセルフアライメント効果が発揮される。この方式では、設備は非常に簡易的で良い。実装精度は、光デバイス及び光入出力部及び基板の電極ランドの相対的な位置精度に大きく依存する。 In the solder self-alignment method, an optical device is joined to an electrode land on a substrate via solder. At this time, the surface tension of the molten solder creates a self-alignment effect that adjusts the optical device to a specified position on the substrate. This method requires very simple equipment. The mounting accuracy depends heavily on the relative positional accuracy of the optical device, the optical input/output unit, and the electrode land on the substrate.
嵌合方式では、例えば、シリコン基板上にシリコンの結晶方位を利用した異方性ウェットエッチングにより高精度なV溝等を形成し、当該V溝内に光ファイバ等を突き当てて実装する。この方式では、設備は半田セルフアライメント方式と同様に簡易的な構造で良い。実装精度は、嵌合溝(V溝)と光デバイスの光入出力部との相対精度に大きく依存する。 In the fitting method, for example, a highly accurate V-groove is formed on a silicon substrate by anisotropic wet etching that utilizes the crystal orientation of silicon, and an optical fiber is then butted into the V-groove for mounting. With this method, the equipment can be of a simple structure, similar to the solder self-alignment method. Mounting accuracy depends heavily on the relative accuracy between the fitting groove (V-groove) and the optical input/output part of the optical device.
特許文献1は、嵌合方式を用いたポリマー光導波路と光デバイスとの位置決めについて開示している。具体的に、特許文献1の図4に示すように、ポリマー光導波路(PWG)アレイが形成された凹部(コア部分)と、シリコン光導波路(SiWG)アレイが形成された凸部とを自己整列させている。また、ポリマー光導波路アレイの形成には、ナノインプリントが利用されている。
前記従来のポリマー光導波路基板では、ポリマー光導波路アレイのコア部分そのものをインプリント形成している。コアの底面と、位置合わせ用凸部の底面とは、同一平面である。コア底面よりも深い方向には、ポリマー光導波路との相対精度の良い凹凸構造を形成することができない。従って、ポリマー光導波路と光結合する光デバイスの光入出力部面の側に、光入出力部面よりも高い突起、又は、厚さを有する部位を備えた光デバイスには対応できない。これは、例えば、専用に設計された光デバイスが必要となることを意味する。 In the conventional polymer optical waveguide substrate, the core portion of the polymer optical waveguide array itself is imprinted. The bottom surface of the core and the bottom surface of the alignment protrusion are flush with each other. In a direction deeper than the core bottom surface, it is not possible to form an uneven structure with good relative accuracy with the polymer optical waveguide. Therefore, it is not possible to handle optical devices that have a protrusion higher than the optical input/output surface or a portion with a thickness on the side of the optical input/output surface of the optical device that is optically coupled to the polymer optical waveguide. This means, for example, that a specially designed optical device is required.
以上に対し、本開示では、様々な構成の光デバイスの光入出力部と精度良く位置決め可能なポリマー光導波路を提供する。 In response to the above, this disclosure provides a polymer optical waveguide that can be precisely positioned with the optical input/output parts of optical devices with various configurations.
本開示のポリマー光導波路基板は、基板と、基板上に形成された、ポリマー製のベースクラッドと、ベースクラッドに形成された、光導波路溝と、光導波路溝の底面及び側面と接するように埋め込まれたポリマー製のコアと、コア上を覆うポリマー製の上部クラッドと、ベースクラッドを用いて形成され、搭載される光デバイスの位置を決める位置決め部とを備える。位置決め部は、光導波路溝の底面とは異なる高さの面を有する。 The polymer optical waveguide substrate of the present disclosure comprises a substrate, a polymer base clad formed on the substrate, an optical waveguide groove formed in the base clad, a polymer core embedded so as to contact the bottom and side surfaces of the optical waveguide groove, a polymer upper clad covering the core, and a positioning portion formed using the base clad and used to determine the position of the mounted optical device. The positioning portion has a surface at a different height than the bottom surface of the optical waveguide groove.
本開示における、上記ポリマー光導波路基板の製造方法は、基板上に、ベースクラッドの材料を塗布する塗布工程と、光導波路溝に対応するパターン及び位置決め部に対応するパターンの両方を同一の型内に備える転写型を用い、ベースクラッドの材料に転写することで、光導波路溝及び位置決め部を同時に形成する転写工程とを備える。 The manufacturing method of the polymer optical waveguide substrate in this disclosure includes a coating process for coating a base clad material onto a substrate, and a transfer process for simultaneously forming the optical waveguide groove and the positioning portion by transferring the pattern corresponding to the optical waveguide groove and the positioning portion to the base clad material using a transfer mold having both the pattern corresponding to the optical waveguide groove and the pattern corresponding to the positioning portion in the same mold.
本開示における、光デバイスが上記ポリマー光導波路基板に実装された光モジュールの製造方法は、ポリマー光導波路基板上に、固定材を供給する固定材供給工程と、固定材が供給されたポリマー光導波路基板上の所定の位置に、光デバイスを載置する粗実装工程と、位置決め部を利用して、セルフアライメントで光デバイスを第1の実装工程よりも高精度に位置決めするセルフアライメント実装工程と、セルフアライメント実装工程の後に、固定材の硬化により光デバイスを固定する固定工程と、を備える。 In the present disclosure, the manufacturing method of an optical module in which an optical device is mounted on the polymer optical waveguide substrate includes a fixing material supplying step of supplying a fixing material onto the polymer optical waveguide substrate, a rough mounting step of placing the optical device at a predetermined position on the polymer optical waveguide substrate to which the fixing material has been supplied, a self-alignment mounting step of positioning the optical device by self-alignment with higher accuracy than in the first mounting step using a positioning portion, and a fixing step of fixing the optical device by hardening the fixing material after the self-alignment mounting step.
本開示の光導波路基板は、ベースクラッドを用いて形成され、光導波路溝の底面とは異なる高さを有する位置決め部を備えるので、当該位置決め部を利用して光デバイスをセルフアライメント方式で実装でき、様々な構成の光デバイスについて高精度の実装が可能である。 The optical waveguide substrate disclosed herein is formed using a base clad and has a positioning portion that has a different height than the bottom surface of the optical waveguide groove, so that the positioning portion can be used to mount optical devices using a self-alignment method, enabling highly accurate mounting of optical devices of various configurations.
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明は例示であって、これらに限定するものではなく、且つ、効果を発揮する範囲内において適宜変更可能である。また、以下の図はいずれも模式図であり、寸法等は強調して示されている場合がある。 Below, an embodiment will be described with reference to the drawings. The following description is an example, is not limiting, and can be modified as appropriate within the scope of the effect. Also, all of the following drawings are schematic diagrams, and dimensions, etc. may be exaggerated.
(ポリマー光導波路基板及び光モジュールの構成)
図1は、本開示の光モジュール190を示す平面図である。光モジュール190は、ポリマー光導波路基板100に、第1の光デバイスとしてのシリコン光導波路基板130と、第2の光デバイスとしての光ファイバ140が搭載された構成を有する。また、ポリマー光導波路基板100には、光デバイスの他にも半導体デバイス150が搭載されている。尚、図1において、嵌合溝115、ファイバ固定溝116、台座117等について、シリコン光導波路基板及び130光コネクタ142(後述)を透過して示している。
(Configuration of polymer optical waveguide substrate and optical module)
Fig. 1 is a plan view showing an
次に、図2に、図1のA-A’線による断面と、そのF部(破線の四角形で囲んだ部分)の拡大図とを示す。また、図3、図4、図5及び図6に、順に、図1のB-B’線、C-C’線、D-D’線及びE-E’線における断面を示す。 Next, Figure 2 shows a cross section taken along line A-A' in Figure 1, and an enlarged view of part F (enclosed in a dashed rectangle). Figures 3, 4, 5, and 6 show cross sections taken along lines B-B', C-C', D-D', and E-E' in Figure 1, respectively.
図2に示す通り、ポリマー光導波路基板100は、配線基板120と、その上に形成されたポリマー光導波路層110とを備える。配線基板120は、例えばリジッドなプリント配線基板、フレキ基板又はポリマー基板等である。ポリマー光導波路層110は、配線基板120上に形成されたベースクラッド111と、コア112と、上部クラッド113とによって構成される。
As shown in FIG. 2, the polymer
図3に示すように、コア112は、ベースクラッド111に設けられた光導波路溝114内に埋め込まれ、その上を上部クラッド113が覆っている。コア112は、光導波路溝114の底面及び側面に接している。
As shown in FIG. 3, the
ベースクラッド111には、ポリマー光導波路基板100及び光ファイバ140を搭載する際に高精度の位置決めを可能とする位置決め部が設けられている。具体的には、第1の位置決め部として、シリコン光導波路基板130の水平方向(ベースクラッド111の表面に平行な方向)の位置決めに利用する嵌合溝115(図1、図4)が設けられている。第2の位置決め部として、光ファイバ140の位置決めに利用するファイバ固定溝116が設けられている(図1、図2、図5)。更に、第3の位置決め部として、シリコン光導波路基板130の垂直方向(ベースクラッド111の表面に垂直な方向)の位置決めに利用する台座117が設けられている。
The base clad 111 is provided with a positioning portion that enables highly accurate positioning when mounting the polymer
これらの位置決め部(嵌合溝115、ファイバ固定溝116及び台座117)は、ベースクラッド111の材料に対し、1つの高精度型を用いて一体に転写・成型することで形成されている。この結果、互いの位置、寸法等について数μm程度の高い精度を有する。特に、近接する光導波路溝114と嵌合溝115及び台座117とについて、また、光導波路溝114とファイバ固定溝116とについては、極めて高い位置精度に形成され、設計寸法との差を0.5μm以下とすることも可能である。これは、それぞれの接合における光損失を十分に抑制するために望ましい精度である。
These positioning parts (
また、コア112は光導波路溝114を充填して形成されているので、嵌合溝115、台座117及びファイバ固定溝116との相対的な位置精度は、光導波路溝114と同様である。
In addition, since the
このような位置決め部を用いてポリマー光導波路基板100に光デバイス(シリコン光導波路基板130及び光ファイバ140)を搭載することにより、比較的簡易な設備を用いて、高い精度の実装が実現される。また、位置決め部について、コア112の底面と同一平面とすることは不要であり、三次元的に構成することができる。従って、様々な光デバイスに対応可能である。
By mounting an optical device (silicon
以下に、位置決め部及びその利用について、より具体的に説明する。まず、シリコン光導波路基板130の位置合わせについて説明する。
The positioning unit and its use will be explained in more detail below. First, the alignment of the silicon
シリコン光導波路基板130は、嵌合溝115及び台座117を位置決め部として実装される。図4に示すように、嵌合溝115は、ベースクラッド111を開口して配線基板120を露出させるように形成されている。嵌合溝115の側壁には、配線基板120の表面に対して傾斜した傾斜面115aが設けられている。また、シリコン光導波路基板130についても、その下部の外周に傾斜面132が設けられている。これらの嵌合溝115側の傾斜面115aと、シリコン光導波路基板130側の傾斜面132とを嵌合させることにより、シリコン光導波路基板130の水平方向の位置合わせが可能である。図4には、シリコン光導波路基板130の1つの辺だけが示されているが、他の辺においても同様の位置合わせを行うことができる。
The silicon
また、シリコン光導波路基板130の内側の位置において、ベースクラッド111により、高さ方向の位置決め部である台座117が形成されている。台座117に、シリコン光導波路基板130の下面を突き当てることにより、高さ方向の位置合わせを容易且つ高精度に行うことができる。
In addition, at a position inside the silicon
台座117にはコア112が伸びており、その端部付近には第1の光入出力部112a(ポリマー光導波路端アレイ)が設けられている(図2、図4)。また、シリコン光導波路基板130の下面にはシリコン光導波路131が設けられ、その端部付近にはシリコン光導波路アレイ131a(光入出力部)が設けられている。上記のような高精度な位置合わせにより、これら第1の光入出力部112aとシリコン光導波路アレイ131aとは、高精度に重なり合い、低損失なアディアバティック結合(Adiabatic Coupling)を実現している。
The
また、嵌合溝115は、配線基板120に設けられたランド電極121を露出させる開口部としても機能する(図4)。この開口部において、ランド電極121と、シリコン光導波路基板130のパッド電極133とが、半田160を介して接合される。
The
尚、本実施形態では、位置決め部の構成例として、嵌合溝115に傾斜面115aを設けている。しかしこれには限られず、ベースクラッド111側と光デバイス(シリコン光導波路基板130)側とに、位置合わせを補助できる三次元構造の組み合わせを設ければ良い。例えば、ライン状の突起とスリットとの組み合わせ、ピン状の突起と挿入孔との組み合わせ等である。
In this embodiment, as an example of the configuration of the positioning portion, an
次に、光ファイバ140の位置合わせについて説明する。
Next, we will explain how to align the
光ファイバ140は、光コネクタ142を用いてポリマー光導波路基板100に接続されている。光ファイバ140は、複数のファイバが整列した状態であり、それぞれベースクラッド111に設けられたファイバ固定溝116を位置決め部として一本ずつ固定される(図1、図5)。
The
図5のように、ファイバ固定溝116は側壁が傾斜面116aとなっており、配線基板120側が狭くなる形状を有する。従って、光ファイバ140を上方から押さえることにより、光ファイバ140の水平方向(図5の横方向)の位置合わせを行うことができる。位置決めされた光ファイバ140は、例えばUV硬化型の接着剤170により固定される。
As shown in FIG. 5, the
ファイバ固定溝116に固定された光ファイバ140の光入出力部141(図5)と、コア112の一端に形成された第2の光入出力部112bとは、高精度に正対結合(Butt Coupling)される。
The optical input/output section 141 (Figure 5) of the
コア112の先端と光導波路溝114の先端との間には、ベースクラッド111の一部及び接着剤170が介在する(図2のF部)。ファイバ固定溝116の先端面116b、及び、光導波路溝114の先端面114aは、いずれも高精度型を用いた転写によって成型されるので、非常に平滑な面とすることができる。従って、光導波路溝114に埋め込まれたコア112とベースクラッド111との界面、及び、接着剤170とベースクラッド111との界面について、光接合損失を抑制することができる。
A part of the base clad 111 and adhesive 170 are interposed between the tip of the
また、図1及び図6に示すように、ベースクラッド111の角付近には、ベースクラッド111を貫通するように導波路アライメントマーク118が形成されている。導波路アライメントマーク118は、例えば光デバイスを実装する際にカメラ認識用のマークとして利用される。導波路アライメントマーク118の認識性を高めるためには、例えば、配線基板120の配線層122上に設けることが望ましい。
Also, as shown in Figures 1 and 6, a
以上のように、ベースクラッド111に形成された光導波路溝114、嵌合溝115、ファイバ固定溝116、台座117は、高精度型により形成されるので極めて高い相対的な位置精度を有する。従って、光導波路溝114内のコア112における第1の光入出力部112a(ポリマー光導波路アレイ)と、嵌合溝115及び台座117により位置合わせされたシリコン光導波路基板130のシリコン光導波路アレイ131aとのディアバティック結合精度は、非常に良好である。同様に、光導波路溝114内のコア112における第2の光入出力部112bと、ファイバ固定溝116により位置合わせされた光ファイバ140の光入出力部141との正対結合についても、非常に高精度である。このような高い精度は、高精度な設備、アクティブアライメント方式を用いることなく実現可能である。
As described above, the
尚、ベースクラッド111、コア112及び上部クラッド113について、いずれも、光通信に使用する所定の波長の光を透過する光学的に透明な材料からなる。所定の光とは、例えば、導波モードがマルチモードの場合は850nmの波長の光、導波モードがシングルモードの場合は1300nm~1500nmの波長の光が代表的である。材料の例としては、エポキシ系ポリマー、ポリイミド系ポリマー、シリコーン系ポリマー、アクリル系ポリマー等が挙げられる。
The base clad 111, the
また、ベースクラッド111及び上部クラッド113は、コア112よりも屈折理が低くなるように設定されている。例えば、850nm波長の光のための光導波路としては、コア112の屈折率を1.58程度、ベースクラッド111及び上部クラッド113の屈折率を1.54程度とする。
Furthermore, the base clad 111 and upper clad 113 are set to have a lower refractive index than the
コア112の幅及び高さについて、特に限定されることはないが、例えば波長850nmのマルチモード用であれば20~80μm、波長1300~1500nmのシングルモード用であれば2~20μm程度とすることが光導波特性の観点から好ましい。
There are no particular limitations on the width and height of the
(変形例)
本実施形態の光モジュール190について、各部の変形例を説明する。図7は、図2におけるF部、図3に対応するB-B’断面、図6に対応するE-E’断面について、それぞれ変形例を示す。
(Modification)
Modified examples of each part of the
図2の例では、光導波路溝114の底面は一定の深さである。これに対し、図7に示す例では、光ファイバ140と正対結合する先端付近において、先端面112bに向かって深くなっている。これにより、先端面112bの配線基板120表面に垂直な平坦面の形成が容易になる。これに関し、図2のように光導波路溝114の深さが一定の設計では、先端面112bの下端において正確に直行する形状に加工することは困難であり、丸みを帯びやすい。この結果、先端面112bの下部は平坦面とならない。これに対し、図7の形状であれば、正確に設計通りに加工できなくても、光の伝送に関与する範囲の先端面112bを平坦にすることがでる。
2, the bottom surface of the
また、図4の例では、個々の光導波路溝114においてのみコア112上を覆う上部クラッド113を形成している。これに対し、図8に示すように、ベースクラッド111上を含めてコア112上を覆うように上部クラッド113を形成しても良い。
In the example of FIG. 4, the
また、図6に示す導波路アライメントマーク118は単なる貫通孔であるが、これには限らない。図7に示すように、配線基板120(又は配線層122)を露出させない大きな口径の凹部118aを設けて、その中で所定の平面図形状に配線基板120を露出させるように導波路アライメントマーク118を設けても良い。
In addition, although the
また、以上では、ポリマー光導波路基板100に搭載する第1及び第2の光デバイスとして、シリコン光導波路アレイ131aを備えるシリコン光導波路基板130と、光ファイバ140を例とした。しかし、光デバイスとしては、側面発光素子であるレーザダイオード、面発光デバイスであるVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting laser)、受光素子であるフォトダイオード、シリコンのマイクロチップ上に光と電子の集積回路が形成されたシリコンフォトニクス、光コネクタ、PLC(Planar Lightwave Circuits)等、様々なものが使用可能である。また、光デバイスとポリマー光導波路基板100との固定に関し、半田接続及びUV硬化型等の接着剤を説明したが、他に、ネジ留め、カシメ固定等の他の方法であっても良い。
In the above, the silicon
(ポリマー光導波路基板の製造方法)
次に、ポリマー光導波路基板100の製造方法について説明する。
(Method of Manufacturing Polymer Optical Waveguide Substrate)
Next, a method for manufacturing the polymer
図8は、ポリマー光導波路基板100の製造方法を示す工程全体のフロー図である。また、図9~図16は、図8の各工程について示す図である。図9~図16では、これまでに説明したのと同じ構成要素について同様の符号を付している。
FIG. 8 is a flow diagram of the entire process showing the manufacturing method of the polymer
図8に示す通り、ポリマー光導波路基板100の製造方法は、基板準備工程、ベースクラッド塗布工程、型転写工程、硬化工程、離型工程、コア形成工程、上部クラッド形成工程、基板分割工程を有する。
As shown in FIG. 8, the manufacturing method for the polymer
初めに、図9を参照して基板準備工程について説明する。図9には、面付け基板124平面図と、そのG-G’線による断面とが示されている。
First, the substrate preparation process will be described with reference to Figure 9. Figure 9 shows a plan view of the
面付け基板124には、配線基板120が3×3に配列されており、各構成要素を形成した後に分割されて9つのポリマー光導波路基板100とされる。面付け基板124は、例えばリジッドな配線基板であり、その表面に、半導体デバイス、電極等を有する光デバイス等を実装するためのランド電極121及び基板アライメントマーク123等が形成されている。基板準備工程では、このような面付け基板124を準備する。
The
次に、図10を参照して、ベースクラッド塗布工程を説明する。ここでは、面付け基板124上の所定範囲に、ベースクラッド材料111aの層を形成する。これは、インクジェット印刷、スクリーン印刷、転写法等を用いて行うことができる。また、面付け基板124上の全面にベースクラッド材料111aの層を形成しても良い。この場合、フィルム状のベースクラッド材料111aをラミネートする方法、スピンコートによる塗布等の方法を用いることができる。
Next, the base clad application process will be described with reference to FIG. 10. Here, a layer of base clad
次に、図11及び図12を参照して、転写工程及び硬化工程について説明する。図11は、転写型180をベースクラッド材料111aに転写する工程の断面、及び、そのH部の拡大図を示す。図12は、この状態におけるA-A’断面、B-B’断面、C-C’断面及びE-E’断面をそれぞれ示す。
Next, the transfer process and the curing process will be described with reference to Figures 11 and 12. Figure 11 shows a cross section of the process of transferring the
転写工程では、図11に示すように、転写型180を面付け基板124上に載置して、転写型180のパターンをベースクラッド材料111aに転写する。
In the transfer process, as shown in FIG. 11, the
これにより、光導波路溝114、嵌合溝115及びその傾斜面115a、台座117、導波路アライメントマーク118となる開口部183a等が形成される(図1及び図12)。光導波路溝114の一方(光ファイバ140が実装される側)の端部には、先端面114aを含む形状が形成される。
As a result, the
ここで、転写型180は、粗型181と高精度型182とから構成されていても良い。粗型181は、例えば面付け基板124の全体に亘り、精度の要求が比較的低い箇所の転写パターンが形成された型である。粗型181の平面方向の精度は、例えば数μm~数十μm程度である。これに対し、高精度型182は、少なくとも光導波路溝114を転写形成するパターンと、位置決め部(嵌合溝115、ファイバ固定溝116及び台座117)を形成するパターンとを含み、相対精度が1μm以下の型である。接合の光損失を抑制する目的からは、近接する光導波路溝114と嵌合溝115及び台座117とについて、また、光導波路溝114とファイバ固定溝116とについて、相対精度は0.5μm以下とすることが好ましい。
Here, the
このように、特に高精度を要する部分には一体の高精度型182を用い、他の部分は必要十分な精度の粗型181とすることにより、必要な精度を実現し、且つ、型の製造難度、ひいてはコストを抑制することができる。但し、全体を一体の高精度の型とすることは可能である。
In this way, by using a one-piece high-
転写型180を転写する際、転写型180の一部のパターンを面付け基板124に突き当てることにより、面付け基板124と転写型180との距離を一定にすることができる。このような突き当ては、例えば半導体デバイスを実装する領域、ランド電極121上、配線層122上等において行う。これにより、ランド電極121の開口部183b、配線層122上の開口部183aを形成し、それぞれ光デバイスの実装用ランド、導波路アライメントマーク118とすることができる。
When transferring the
尚、開口部183a及び/又は開口部183bを形成する突き当て部について、粗型181として構成し、且つ、高精度型182から独立して動かすことができるように構成しても良い。例えば、図7のE-E’断面に示す形状を形成する場合に、配線層122を露出させる導波路アライメントマーク118に対応する部分について、周囲(凹部118aに対応する部分)から独立して動かせるように転写型180を構成する。このようにすると、後の離型工程において、配線層122に接する部分とベースクラッド111に接する部分とを個別に動かすことで、転写型180の離型が容易になる。
The abutting portion that forms the
また、面付け基板124に対する転写型180の載置に要する精度は、数μm~数十μm程度である。これは、一般的な基板配線のソルダーレジスト形成の精度と同等であり、この際に高価な高精度装置を用いることは不要である。
The precision required to place the
続いて、ベースクラッド材料111aを硬化して、ベースクラッド111を形成する。硬化は、例えば、転写型180を透過してUV光を照射することにより行う。この場合は、転写型180はガラス、透明樹脂等からなるものを用いる。
Then, the base clad
尚、転写型180について、石英ガラス等に電子ビーム描画を用いて直接形成されたマスター型を使用する方法、エッチング、機械加工等により形成されたマスター型から転写複製されたレプリカ型を使用する方法等がある。レプリカ型の製作方法の例としては、ゾルゲルガラス又はPDMS(Polydimethylsiloxane)が塗布されたガラス基板にマスター型を転写してレプリカ型を作製する方法がある。
The
また、硬化の方法としては、熱により硬化する方法、又は、熱により半硬化した状態で型を離型し、その後、UV光により完全硬化する方法であっても良い。 The curing method may be a method in which the resin is cured by heat, or a method in which the resin is partially cured by heat and then released from the mold, and then completely cured by UV light.
次に、図13を参照して、離型工程について説明する。図13は、A-A’断面、B-B’断面、C-C’断面及びE-E’断面を示す。 Next, the demolding process will be described with reference to Figure 13. Figure 13 shows the A-A' cross section, the B-B' cross section, the C-C' cross section, and the E-E' cross section.
離型工程では、転写型180を離型して、光導波路溝114、嵌合溝115、ファイバ固定溝116、台座117等が形成されたベースクラッド111を得る。
In the demolding process, the
尚、離型性を向上するために、予め転写型180に離型剤等を形成(塗布、浸漬、蒸気等)しておいても良い。また、同じ目的で、比較的大きなパターンには、側面にテーパーを設けることが望ましい(E-E’断面)。
In addition, to improve releasability, a release agent or the like may be applied to the
次に、図14を参照して、コア形成工程を説明する。図14は、A-A’断面及びB-B’断面を示す。 Next, the core formation process will be described with reference to Figure 14. Figure 14 shows the A-A' and B-B' cross sections.
コア形成工程では、光導波路溝114にコア112を形成する。この方法としては、例えば、インクジェット方式により液状のコア材料を適量、光導波路溝114内に滴下し、UV光により硬化する。これにより、光導波路溝114の形状に沿ってコア112が形成される。この際、光導波路溝114の終端となる光導波路溝114の先端面114aが形成されていることで、供給されたコア材料がファイバ固定溝116側に流出することが防がれる。尚、先端面114aを形成しないことも可能であり、この場合、ベースクラッド111の形成と同様に転写型を用いた形成を行っても良い。
In the core formation process, the
次に、図15を参照して、上部クラッド形成工程を説明する。図14は、図15に続いて、A-A’断面及びB-B’断面を示す。 Next, the upper cladding formation process will be described with reference to Figure 15. Figure 14 shows the A-A' and B-B' cross sections following Figure 15.
図15に示すように、上部クラッド形成工程では、コア112上に上部クラッド113を形成する。例えば、コア112の形成と同様に、材料をインクジェットにより塗布し、UV光により硬化する方法を用いる。また、ここでも転写型を用いた形成を行っても良い。
As shown in FIG. 15, in the upper cladding formation process, the
尚、図示は省略するが、離型工程、コア形成工程及び上部クラッド形成工程の後に、不要な樹脂残渣の除去を目的にした酸素プラズマによるエッチング処理等を行っても良い。 Although not shown in the figures, after the demolding process, the core formation process, and the upper cladding formation process, an etching process using oxygen plasma may be performed to remove unnecessary resin residue.
次に、図16に示す基板分割工程を説明する。 Next, the substrate division process shown in Figure 16 will be explained.
基板分割工程では、ベースクラッド111、コア112及び上部クラッド113が形成された面付け基板124を分割して、個々のポリマー光導波路基板100とする。これは、ルータによる分割、ブレードダイシング、レーザ加工等の方法を用いて行う。
In the substrate division process, the
以上により、ポリマー光導波路基板100が形成される。
The above steps result in the formation of the polymer
尚、以上では、面付け基板124に対応したサイズの転写型180を用いて全面に亘って一度に転写する方法として説明した。この他に、配線基板120に対応したサイズの転写型180を用い、ステップアンドリピートで面付け基板124の全体に繰り返し転写を行う方法と取ることもできる。
Note that the above has been described as a method of transferring all over the surface at once using a
(光モジュールの製造方法)
次に、ポリマー光導波路基板100を用いた光モジュール190の製造方法について説明する。
(Method of manufacturing optical module)
Next, a method for manufacturing the
図17は、光モジュール190の製造方法を示す工程全体のフロー図である。また、図18~図28は、図17の各工程について示す図である。図18~図28では、これまでに説明したのと同じ構成要素について同様の符号を付している。
FIG. 17 is a flow diagram of the entire process showing the manufacturing method of the
図17に示す通り、光モジュール190の製造方法は、ポリマー光導波路基板準備工程、第1の固定材供給工程、第1の粗実装工程、第1のセルフアライメント実装工程、第1の固定工程、第2の固定材供給工程、第2の粗実装工程、第2のセルフアライメント実装工程、及び、第2の固定工程を有する。
As shown in FIG. 17, the method for manufacturing the
初めに、図18を参照して、ポリマー光導波路基板準備工程について説明する。図18は、準備するポリマー光導波路基板100の平面構成と、そのC-C’断面を示す。
First, the polymer optical waveguide substrate preparation process will be described with reference to Figure 18. Figure 18 shows the planar structure of the polymer
この工程で準備されるポリマー光導波路基板100は、配線基板120と、その所定領域上に形成されたベースクラッド111、コア112及び上部クラッド113からなるポリマー光導波路層110とを備える。また、ポリマー光導波路層110の無い領域において、配線基板120上に、配線層又はソルダーレジスト等により形成された基板アライメントマーク123、ランド電極121等が形成されている。ポリマー光導波路層110には開口部が設けられ、それにより導波路アライメントマーク118が形成されている。
The polymer
尚、図18では基板アライメントマーク123上にはベースクラッド111が形成されていない構成である。しかし、基板アライメントマーク123をカメラで認識可能であれば、その上にベースクラッド111が形成されていても良い。
In addition, in FIG. 18, the base clad 111 is not formed on the
この後、第1の固定材供給工程から第1の固定工程までの工程により、シリコン光導波路基板130と、半導体デバイス150とを載置する。
After this, the silicon
図19を参照して、第1の固定材供給工程について説明する。図19は、図18に続いて、本工程における平面図及びC-C’断面を示す。 The first fixing material supplying process will be described with reference to Figure 19. Figure 19 shows a plan view and a C-C' cross section of this process, following Figure 18.
図19に示すように、第1の固定材供給工程では、嵌合溝115内のランド電極121上に、第1の固定材である半田ペースト161を供給する。この方法としては、インクジェット方式、ディスペンサーによる塗布等がある。また、半田ペースト161供給の際の位置決めには、基板アライメントマーク123を利用することが好ましい。基板アライメントマーク123と、ランド電極121とは同一レイヤー上に形成されている。つまり、基板アライメントマーク123と、ランド電極121とは、リソグラフィ及びエッチング等を含むパターニング工程について同一の工程で形成された層である。従って、相対精度が高く、基板アライメントマーク123を認識に用いることでランド電極121に対する半田ペースト161の位置ずれを小さくすることができる。
As shown in FIG. 19, in the first fixing material supplying process, solder paste 161, which is the first fixing material, is supplied onto the
次に、図20を参照して、第1の粗実装工程について説明する。図22は、本工程における平面図及びC-C’断面を示す。 Next, the first rough mounting process will be described with reference to Figure 20. Figure 22 shows a plan view and a C-C' cross section of this process.
図20に示すように、第1の粗実装工程では、ポリマー光導波路基板100上に、第1の光デバイスであるシリコン光導波路基板130と、半導体デバイス150とを載置する。この際には、最終的に光モジュール190として要求される位置決めの精度よりも低い精度で良い。
As shown in FIG. 20, in the first rough mounting process, a silicon
シリコン光導波路基板130には、シリコン光導波路131の光入出力部であるシリコン光導波路アレイ131a、パッド電極133及び半田バンプ134が設けられ、更に、下部の外周に傾斜面132が設けられている。ここで、傾斜面132及びシリコン光導波路アレイ131aは、一般的な半導体プロセスを利用して形成することにより、非常に高い相対位置精度を有する。
The silicon
シリコン光導波路アレイ131aは、ポリマー光導波路基板100の第1の光入出力部112a(ポリマー光導波路アレイ)と精度良く重なることで、アディバアバティック結合される。しかし、本工程の段階では、シリコン光導波路131が嵌合溝115内に収まっていれ良く、水平方向の位置ずれ(Δy)が発生していても構わない。また、ずれΔyが発生している場合、高さ方向の位置ずれ(Δz)も同時に生じる。
The silicon
半導体デバイス150を実装する際のアライメントマークとしては、半田ペースト161の供給の際と同様に、基板アライメントマーク123を用いることができる。前記の通り、本工程では高い精度は不要であるが、シリコン光導波路基板130を嵌合溝115内に収めることは必要である。従って、配線基板120に対してベースクラッド111により形成された嵌合溝115の位置が大きくずれているような場合は、シリコン光導波路基板130の位置決めには導波路アライメントマーク118を用いることが好ましい。
As an alignment mark when mounting the
次に、図21を参照して、第1のセルフアライメント実装工程について説明する。図23は、本工程における平面図及びC-C’断面を示す。 Next, the first self-alignment mounting process will be described with reference to Figure 21. Figure 23 shows a plan view and a C-C' cross section of this process.
第1のセルフアライメント実装工程では、シリコン光導波路アレイ131aと、ポリマー光導波路アレイ(第1の光入出力部112a)とを高精度に位置合わせする。これには、嵌合溝115の傾斜面115aとシリコン光導波路基板130の傾斜面132とを付き合わせることで水平方向の位置を合わせる。また、台座117とシリコン光導波路基板130の下面とを付き合わせることで高さ方向の位置を合わせる。これにより、水平方向の位置ズレΔy、及び、高さ方向の位置ずれΔzを共に解消する。具体的な操作としては、例えば、コレットによりシリコン光導波路基板130を吸着した状態のまま第1の粗実装工程を実施した後、一旦吸着を切る。続いて、シリコン光導波路基板130に上方から荷重を掛け、配線基板120側に押し込む。これにより、ベースクラッド111側の傾斜面115a上においてシリコン光導波路基板130側の傾斜面132を滑らせて、適切な位置に動かすことができる。
In the first self-alignment mounting process, the silicon
尚、図示はしていないが、シリコン光導波路アレイ131aと台座117との間に、透明な接着剤又はマッチングオイル等を予め塗布しておき、押し込んで仮固定としても良い。
Although not shown, a transparent adhesive or matching oil may be applied in advance between the silicon
次に、図22を参照して、第1の固定工程について説明する。図22は、本工程における平面図及びC-C’断面を示す。 Next, the first fixing step will be described with reference to Figure 22. Figure 22 shows a plan view and a C-C' cross section of this step.
第1の固定工程では、リフロー処理等により、半田ペースト161及び半田バンプ134は溶解し、一体化して半田160となる。これにより、シリコン光導波路基板130はポリマー光導波路基板100に固定される。同様に、半導体デバイス150も半田により固定される。
In the first fixing step, the solder paste 161 and the solder bumps 134 are melted and integrated into solder 160 by a reflow process or the like. This causes the silicon
尚、図20~図22の工程において、粗実装(第1の粗実装工程)したシリコン光導波路基板130を、その後に押し込む操作(第1のセルフアライメント実装工程)により高精度に載置し直している。しかし、例えば、第1の固定工程において半田を溶融した際に、シリコン光導波路基板130を自重で沈み込ませることにより、高精度の位置決めを実現することができる場合もある。この場合は、荷重を掛けて押し込むことは不要であり、半田を溶解する際に第1のセルフアライメント実装工程が行われることになる。
In the steps of Figures 20 to 22, the silicon
続いて、第2の固定材供給工程から第2の固定工程までの工程により、第2の光デバイスとして光ファイバ140を実装する。
Then, the
図23及び図24を参照して、第2の固定材供給工程について説明する。図23は本工程における平面図であり、図24は図23におけるA-A’断面及びD-D’断面を示す図である。 The second fixing material supplying process will be described with reference to Figures 23 and 24. Figure 23 is a plan view of this process, and Figure 24 is a diagram showing the A-A' and D-D' cross sections of Figure 23.
図23及び図24に示すように、第2の固定材供給工程では、第2の位置決め部であるファイバ固定溝116内に、第2の固定材である接着剤170を供給する。供給の方法としては、インクジェット印刷、ディスペンサーによる塗布等がある。尚、図では複数のファイバ固定溝116同士を繋ぐように接着剤170が供給されているが、個々のファイバ固定溝116にそれぞれ供給されても良い。UV照射により固化する接着剤170は、光透過型の樹脂であり、ベースクラッド111及び上部クラッド113と同等の屈折率を有することが好ましい。これにより、光ファイバ140の光入出力部141とコア112との間に接着剤170が介在しても(図2、図5等)、接合の光損失は抑制される。
23 and 24, in the second fixing material supplying process, adhesive 170, which is the second fixing material, is supplied into
次に、図25及び図26を参照して、第2の粗実装工程について説明する。図25は本工程における平面図であり、図26は図25におけるA-A’断面及びD-D’断面を示す図である。 Next, the second rough mounting process will be described with reference to Figures 25 and 26. Figure 25 is a plan view of this process, and Figure 26 is a diagram showing the A-A' and D-D' cross sections of Figure 25.
第2の粗実装工程では、第2の光デバイスである光ファイバ140をファイバ固定溝116内に載置する。この際の認識には導波路アライメントマーク118を利用することが望ましい。
In the second rough mounting process, the
光ファイバ140は、複数本(図示の例では7本)がファイバ固定溝116のピッチに合うように整列され、光コネクタ142により固定されている。光コネクタ142は、ガラス製のリッド(蓋)を含む。
Multiple optical fibers 140 (seven in the illustrated example) are aligned to match the pitch of the
本工程では、ファイバ固定溝116内にそれぞれの光ファイバ140が収まっていれば良い。図26では、光ファイバ140はその長さ方向について配線基板120表面に対して傾いており(A-A’断面)、幅方向についてファイバ固定溝116の中心からずれている状態(D-D’断面)を示している。
In this process, it is sufficient that each
次に、図27及び図28を参照して、第2のセルフアライメント実装工程及び第2の固定工程について説明する。図27はこれらの工程における平面図であり、図28は図27におけるA-A’断面及びD-D’断面を示す図である。 Next, the second self-alignment mounting process and the second fixing process will be described with reference to Figures 27 and 28. Figure 27 is a plan view of these processes, and Figure 28 is a diagram showing the A-A' and D-D' cross sections of Figure 27.
第2のセルフアライメント実装工程では、光コネクタ142を介して光ファイバ140を配線基板120側に押し込むように荷重を加える。これにより、光ファイバ140は高精度に位置決めされる。つまり、光ファイバ140はファイバ固定溝116の両側の傾斜面116aに突き当てられ、配線基板120に水平な方向について正確に収まる。また、光ファイバ140の長さ方向の傾きが解消され、配線基板120の表面に対して平行に伸びた状態となる。
In the second self-alignment mounting process, a load is applied via the
この後、光コネクタ142(ガラス製のリッド)を透過してUV光を照射することにより接着剤170を硬化して、光コネクタ142及び光ファイバ140を固定する。
Then, UV light is irradiated through the optical connector 142 (glass lid) to harden the adhesive 170, thereby fixing the
以上により、光モジュール190が完成する。
The
尚、以上では、固定材供給工程、粗実装工程、セルフアライメント実装工程及び固定工程を一連の工程として、第1の光デバイス(シリコン光導波路基板130)と、第2の光デバイス(光ファイバ140)について、それぞれ行っている。従って、当該一連の工程を2回実施しているが、これには限らない。実装する光デバイスに応じて、一連の工程を1回のみ行っても良いし、3回以上行っても良い。 In the above, the fixing material supply process, rough mounting process, self-alignment mounting process, and fixing process are performed as a series of processes for the first optical device (silicon optical waveguide substrate 130) and the second optical device (optical fiber 140). Therefore, the series of processes is performed twice, but this is not limited to this. Depending on the optical device to be mounted, the series of processes may be performed only once, or three or more times.
また、半導体デバイス150及びシリコン光導波路基板130の実装に関し、電気的な接続の方法としては半田実装を例としたが、これには限らない。例えば、フェースアップにて実装した後にワイヤーボンドにより電気的に接続する方法でも良い。また、半導体デバイス150の接続について、PGA(Pin Grid Array)パッケージをPGAソケットに挿入する方法でも良い。
Furthermore, with regard to the mounting of the
以上のような製造方法によると、高価なアクティブアライメント装置、高精度な搭載設備を必要とすること無く、安価で且つ量産可能な、低損失の光モジュールを得ることができる。 The above manufacturing method makes it possible to obtain a low-loss optical module that is inexpensive and can be mass-produced without the need for expensive active alignment devices or highly accurate mounting equipment.
本開示のポリマー光導波路基板は、光デバイスをセルフアライメント方式で高精度に実装可能な構造を有するので、高速通信機器、サーバー基盤等に使用する光電融合基板等としても有用である。 The polymer optical waveguide substrate disclosed herein has a structure that allows optical devices to be mounted with high precision using a self-alignment method, making it useful as an optoelectronic fusion substrate for use in high-speed communication equipment, server platforms, etc.
100 ポリマー光導波路基板
110 ポリマー光導波路層
111 ベースクラッド
111a ベースクラッド材料
112 コア
112a 第1の光入出力部
112b 第2の光入出力部(先端面)
113 上部クラッド
114 光導波路溝
114a 先端面
115 嵌合溝
115a 傾斜面
116 ファイバ固定溝
116a 傾斜面
116b 先端面
117 台座
118 導波路アライメントマーク
118a 凹部
120 配線基板
121 ランド電極
122 配線層
123 基板アライメントマーク
124 基板
130 シリコン光導波路基板
131 シリコン光導波路
131a シリコン光導波路アレイ
132 傾斜面
133 パッド電極
134 半田バンプ
140 光ファイバ
141 光入出力部
142 光コネクタ
150 半導体デバイス
160 半田
161 半田ペースト
170 接着剤
180 転写型
181 粗型
182 高精度型
183a 開口部
183b 開口部
190 光モジュール
100: Polymer optical waveguide substrate 110: Polymer optical waveguide layer 111: Base clad 111a: Base clad material 112:
113
Claims (21)
前記基板上に形成された、ポリマー製のベースクラッドと、
前記ベースクラッドに形成された、光導波路溝と、
前記光導波路溝の底面及び側面と接するように埋め込まれたポリマー製のコアと、
前記コア上を覆うポリマー製の上部クラッドと、
前記ベースクラッドを用いて形成され、搭載される光デバイスの位置を決める位置決め部とを備え、
前記位置決め部は、前記光導波路溝の底面とは異なる高さの面を有することを特徴とする、ポリマー光導波路基板。 A substrate;
a polymeric base clad formed on the substrate;
an optical waveguide groove formed in the base clad;
a polymer core embedded in the optical waveguide groove so as to contact the bottom and side surfaces;
a polymeric upper cladding covering the core;
a positioning portion formed using the base clad and for determining a position of an optical device to be mounted;
13. A polymer optical waveguide substrate, comprising: a positioning portion having a surface at a different height from a bottom surface of the optical waveguide groove;
前記位置決め部と、前記光導波路溝の終端の1つとの相対位置精度が、0.5μm以下であることを特徴とする、ポリマー光導波路基板。 In claim 1,
A polymer optical waveguide substrate, characterized in that the relative positional accuracy between the positioning portion and one of the ends of the optical waveguide groove is 0.5 μm or less.
前記位置決め部として、少なくとも嵌合溝が設けられていることを特徴とする、ポリマー光導波路基板。 In claim 1,
A polymer optical waveguide substrate, characterized in that at least a fitting groove is provided as the positioning portion.
前記嵌合溝は、前記基板の表面に対して傾斜した面を有することを特徴とする、ポリマー光導波路基板。 In claim 3,
13. A polymer optical waveguide substrate, comprising: a substrate having a surface inclined relative to a surface of the substrate;
前記位置決め部として、少なくとも、光デバイスを支持する台座を備えることを特徴とする、ポリマー光導波路基板。 In claim 1,
A polymer optical waveguide substrate, comprising, as the positioning portion, at least a base for supporting an optical device.
前記ベースクラッドに、前記基板に達する開口部が設けられていることを特徴とする、ポリマー光導波路基板。 In claim 1,
A polymer optical waveguide substrate, characterized in that an opening is provided in the base clad, the opening reaching the substrate.
前記開口部は、少なくとも位置合わせ用のアライメントマークを含むことを特徴とする、ポリマー光導波路基板。 In claim 6,
A polymer optical waveguide substrate, wherein the opening includes at least an alignment mark for positioning.
前記基板は、電気配線及び電極パッドを備える配線基板であり、
前記開口部の少なくとも一部は、前記電極パッド上に位置することを特徴とする、ポリマー光導波路基板。 In claim 6 or 7,
the substrate is a wiring substrate including electrical wiring and electrode pads;
A polymer optical waveguide substrate, wherein at least a portion of the opening is located above the electrode pad.
前記ポリマー光導波路の終端面が、前記光導波路溝の端部壁面に面していることを特徴とする、ポリマー光導波路基板。 In claim 1,
A polymer optical waveguide substrate, wherein a terminal face of the polymer optical waveguide faces an end wall face of the optical waveguide groove.
前記ポリマー光導波路基板に搭載された光デバイスとを備えることを特徴とする光モジュール。 The polymer optical waveguide substrate of claim 1;
and an optical device mounted on the polymer optical waveguide substrate.
前記ポリマー光導波路基板は、
基板と、
前記基板上に形成された、ポリマー製のベースクラッドと、
前記ベースクラッドに形成された、光導波路溝と、
前記光導波路溝の底面及び側面と接するように埋め込まれたポリマー製のコアと、
前記コア上を覆うポリマー製の上部クラッドと、
前記ベースクラッドを用いて形成され、前記光導波路溝の底面とは異なる高さの面を有し、搭載される光デバイスの位置を決める位置決め部とを備え、
前記製造方法は、
前記基板上に、前記ベースクラッドの材料を塗布する塗布工程と、
前記光導波路溝に対応するパターン及び前記位置決め部に対応するパターンの両方を同一の型内に備える転写型を用い、前記ベースクラッドの材料に転写することで、前記光導波路溝及び前記位置決め部を同時に形成する転写工程とを備えることを特徴とする、ポリマー光導波路基板の製造方法。 A method for manufacturing a polymer optical waveguide substrate, comprising the steps of:
The polymer optical waveguide substrate comprises:
A substrate;
a polymeric base clad formed on the substrate;
an optical waveguide groove formed in the base clad;
a polymer core embedded in the optical waveguide groove so as to contact the bottom and side surfaces;
a polymeric upper cladding covering the core;
a positioning portion formed by using the base clad, having a surface at a different height from a bottom surface of the optical waveguide groove, for determining a position of an optical device to be mounted;
The manufacturing method includes:
a coating step of coating the base clad material onto the substrate;
a transfer step of simultaneously forming the optical waveguide groove and the positioning portion by using a transfer mold having both a pattern corresponding to the optical waveguide groove and a pattern corresponding to the positioning portion within the same mold and transferring the pattern to the material of the base clad.
前記転写型のパターンにおいて、前記位置決め部に対応するパターンと、前記光導波路溝の終端の1つに対応するパターンとの相対位置精度が、0.5μm以下であることを特徴とする、ポリマー光導波路基板の製造方法。 In claim 11,
A method for manufacturing a polymer optical waveguide substrate, characterized in that in the transfer mold pattern, the relative positional accuracy between a pattern corresponding to the positioning portion and a pattern corresponding to one of the ends of the optical waveguide groove is 0.5 μm or less.
前記転写型は、前記基板に突き当てられる突き当て部を備え、
前記転写工程において、前記突き当て部を前記基板に突き当てることを特徴とする、ポリマー光導波路基板の製造方法。 In claim 11,
the transfer mold includes an abutment portion that is abutted against the substrate,
A method for producing a polymer optical waveguide substrate, comprising the step of abutting the abutting portion against the substrate in the transfer step.
前記突き当て部の一部が、アライメントマークを形成することを特徴とする、ポリマー光導波路基板の製造方法。 In claim 13,
A method for producing a polymer optical waveguide substrate, wherein a part of the abutting portion forms an alignment mark.
前記基板は、電気配線及び電極パッドを備える配線基板であり、
前記転写工程において、前記突き当て部の少なくとも一部が、前記電極パッド上に突き当てられることを特徴とするポリマー光導波路基板の製造方法。 In claim 13 or 14,
the substrate is a wiring substrate including electrical wiring and electrode pads;
A method for producing a polymer optical waveguide substrate, wherein in the transfer step, at least a part of the abutting portion is abutted against the electrode pad.
前記転写型は、少なくとも前記光導波路溝に対応するパターン及び前記位置決め部に対応するパターンの両方を含む高精度パターン部を有する精密型と、他の部分に対応する粗型とを含むことを特徴とする、ポリマー光導波路基板の製造方法。 In claim 11,
A method for manufacturing a polymer optical waveguide substrate, characterized in that the transfer mold includes a precision mold having a high-precision pattern portion including at least both a pattern corresponding to the optical waveguide groove and a pattern corresponding to the positioning portion, and a rough mold corresponding to other portions.
前記転写型は、前記基板に突き当てられる突き当て部を備え、
前記転写型は、少なくとも前記光導波路溝に対応するパターン及び前記位置決め部に対応するパターンの両方を含む高精度パターン部を有する精密型と、他の部分に対応する粗型とを含み、
前記突き当て部の一部が、前記粗型により構成され、且つ、前記精密型から独立して動くことができるように構成されていることを特徴とする、ポリマー光導波路基板の製造方法。 In claim 11,
the transfer mold includes an abutment portion that is abutted against the substrate,
the transfer mold includes a precision mold having a high-precision pattern portion including at least both a pattern corresponding to the optical waveguide groove and a pattern corresponding to the positioning portion, and a rough mold corresponding to other portions;
A method for manufacturing a polymer optical waveguide substrate, characterized in that a part of the abutment portion is constituted by the rough mold and is configured so as to be able to move independently of the precision mold.
前記ポリマー光導波路基板は、
基板と、
前記基板上に形成された、ポリマー製のベースクラッドと、
前記ベースクラッドに形成された、光導波路溝と、
前記光導波路溝の底面及び側面と接するように埋め込まれたポリマー製のコアと、
前記コア上を覆うポリマー製の上部クラッドと、
前記ベースクラッドを用いて形成され、前記光導波路溝の底面とは異なる高さの面を有し、搭載される光デバイスの位置を決める位置決め部とを備え、
前記製造方法は、
前記ポリマー光導波路基板上に、固定材を供給する固定材供給工程と、
前記固定材が供給された前記ポリマー光導波路基板上の所定の位置に、前記光デバイスを載置する粗実装工程と、
前記位置決め部を利用して、セルフアライメントで前記光デバイスを前記第1の実装工程よりも高精度に位置決めするセルフアライメント実装工程と、
前記セルフアライメント実装工程の後に、前記固定材の硬化により前記光デバイスを固定する固定工程と、
を備えることを特徴とする、光モジュールの製造方法。 A method for manufacturing an optical module in which an optical device is mounted on a polymer optical waveguide substrate, comprising the steps of:
The polymer optical waveguide substrate comprises:
A substrate;
a polymeric base clad formed on the substrate;
an optical waveguide groove formed in the base clad;
a polymer core embedded in the optical waveguide groove so as to contact the bottom and side surfaces;
a polymeric upper cladding covering the core;
a positioning portion formed by using the base clad, having a surface at a different height from a bottom surface of the optical waveguide groove, for determining a position of an optical device to be mounted;
The manufacturing method includes:
a fixing material supplying step of supplying a fixing material onto the polymer optical waveguide substrate;
a rough mounting step of placing the optical device at a predetermined position on the polymer optical waveguide substrate to which the fixing material has been applied;
a self-alignment mounting process in which the optical device is positioned by self-alignment using the positioning unit with higher accuracy than in the first mounting process;
a fixing step of fixing the optical device by hardening the fixing material after the self-alignment mounting step;
A method for manufacturing an optical module, comprising:
前記固定材は、少なくとも半田を含み、
前記固定工程において、前記半田の溶融及び固化による前記光デバイスの固定を行うことを特徴とする、光モジュールの製造方法。 In claim 18,
The fixing material includes at least solder,
4. A method for manufacturing an optical module, wherein in the fixing step, the optical device is fixed by melting and solidifying the solder.
前記固定材供給工程と、前記粗実装工程と、前記固定工程とによって、前記光デバイスとは異なる半導体デバイスの実装を同時に行うことを特徴とする、光モジュールの製造方法。 In claim 18,
A method for manufacturing an optical module, comprising the steps of: mounting a semiconductor device different from the optical device simultaneously through the fixing material supplying step, the rough mounting step, and the fixing step.
前記固定材は、少なくともUV接着剤を含み、
前記セルフアライメント実装工程において、前記光デバイスを前記位置決め部に突き当てながら保持し、
前記固定工程において、前記UV接着剤にUV光を照射して硬化することを特徴とする、光モジュールの製造方法。 In claim 18,
The fixing material includes at least a UV adhesive,
In the self-alignment mounting step, the optical device is held while being abutted against the positioning portion;
A method for manufacturing an optical module, wherein in the fixing step, the UV adhesive is cured by irradiating it with UV light.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023101159 | 2023-06-20 | ||
| JP2023-101159 | 2023-06-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2024262137A1 true WO2024262137A1 (en) | 2024-12-26 |
Family
ID=93935082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2024/014226 Ceased WO2024262137A1 (en) | 2023-06-20 | 2024-04-08 | Polymer optical waveguide substrate, optical module using same, and production methods therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2024262137A1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000241673A (en) * | 1999-02-22 | 2000-09-08 | Hitachi Ltd | Optical coupling device and its assembling method |
| JP2004233982A (en) * | 2003-01-08 | 2004-08-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical waveguide component and method of manufacturing the same |
| JP2004295049A (en) * | 2003-03-28 | 2004-10-21 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | Optical module and method of manufacturing the same |
| JP2006042307A (en) * | 2004-03-12 | 2006-02-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Portable device |
| JP2010015135A (en) * | 2008-06-03 | 2010-01-21 | Hitachi Cable Ltd | Optical waveguide substrate with optical fiber fixation groove, process for its production, stamp for use in this production process, and opto-electronic hybrid integrated module including the optical waveguide substrate |
| JP2011186036A (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Nitto Denko Corp | Method of manufacturing optical sensor module and optical sensor module obtained thereby |
| WO2021065078A1 (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 京セラ株式会社 | Optical waveguide package and light-emitting device |
-
2024
- 2024-04-08 WO PCT/JP2024/014226 patent/WO2024262137A1/en not_active Ceased
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000241673A (en) * | 1999-02-22 | 2000-09-08 | Hitachi Ltd | Optical coupling device and its assembling method |
| JP2004233982A (en) * | 2003-01-08 | 2004-08-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical waveguide component and method of manufacturing the same |
| JP2004295049A (en) * | 2003-03-28 | 2004-10-21 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | Optical module and method of manufacturing the same |
| JP2006042307A (en) * | 2004-03-12 | 2006-02-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Portable device |
| JP2010015135A (en) * | 2008-06-03 | 2010-01-21 | Hitachi Cable Ltd | Optical waveguide substrate with optical fiber fixation groove, process for its production, stamp for use in this production process, and opto-electronic hybrid integrated module including the optical waveguide substrate |
| JP2011186036A (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Nitto Denko Corp | Method of manufacturing optical sensor module and optical sensor module obtained thereby |
| WO2021065078A1 (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 京セラ株式会社 | Optical waveguide package and light-emitting device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101441298B (en) | Optical waveguide device production method, optical waveguide device produced by the method, and optical waveguide connection structure | |
| US6222967B1 (en) | Packaging platform, optical module using the platform, and methods for producing the platform and the module | |
| US12379555B2 (en) | Detachable connector for co-packaged optics | |
| US8041159B2 (en) | Optical/electrical hybrid substrate and method of manufacturing the same | |
| US7627210B2 (en) | Manufacturing method of optical-electrical substrate and optical-electrical substrate | |
| JPH11287926A (en) | Optical element mounting substrate, optical module using the mounting substrate, and manufacturing method thereof | |
| JP2004240220A (en) | Optical module and method of manufacturing the same, hybrid integrated circuit, hybrid circuit board, electronic device, opto-electric hybrid device, and method of manufacturing the same | |
| JP2006017885A (en) | Waveguide film type optical module, optical waveguide film and its manufacturing method | |
| JP2006011210A (en) | Polymer optical waveguide module with light emitting element and light receiving element for monitoring | |
| JP2020533632A (en) | Hybrid integration of photonic chips that combine on a single side | |
| JP2011095295A (en) | Optical fiber block of optical module and method of manufacturing the same | |
| US7511258B2 (en) | Optical bench having V-groove for aligning optical components | |
| US8737781B2 (en) | Optical waveguide and method of manufacturing the same, and optical waveguide device | |
| US20050207693A1 (en) | Optical structures and methods for connecting optical circuit board components | |
| US7760981B2 (en) | Manufacturing method of optical waveguide device, optical waveguide device obtained thereby, and optical waveguide connecting structure used for the same | |
| JP2008090218A (en) | Optical element module | |
| JP2005321560A (en) | Polymer optical waveguide module with light receiving/emitting element | |
| WO2024262137A1 (en) | Polymer optical waveguide substrate, optical module using same, and production methods therefor | |
| JP5278644B2 (en) | Photoelectric board and manufacturing method thereof, optical integrated circuit, optical interconnector, optical multiplexer / demultiplexer | |
| US20250154053A1 (en) | Photonic wire bonding methods and processes for the advanced packaging of photonic devices and systems | |
| JP4113577B2 (en) | Composite optical element and composite optical component | |
| JP4720374B2 (en) | Optical module | |
| JP2006039255A (en) | Optical coupling device and manufacturing method thereof | |
| JP2009098432A (en) | Device for converting laminated multi-channel optical path and method of manufacturing the same | |
| JP2008015099A (en) | Optical substrate and manufacturing method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 24825547 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |