光波导路装置及其制造方法、以及光波导路连接结构的制作方法

专利名称：光波导路装置及其制造方法、以及光波导路连接结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在光通信、光信息处理、其它一般光学 中广泛应用的光波导路装置的制造方法及由该制造方法获得 的光波导路装置、以及在光波导路装置中使用的光波导路连 接结构。
背景技术：
通常，光波导路装置通过光波导路传播从发光元件发出 的光，相反，使受光元件接收由光波导路传播来的光，从而
进行光耦合(optical coupling),但是进行该光耦合时，将相 互的光轴设定在同轴上是重要的，并且要求高的定位精度。
例如，提出了一种连接器，该连接器通过组合受发光元 件和三维光路零件(内置有光波导路的零件)来对受发光元 件和光波导路之间进行高精度的位置对合(参照专利文献l ); 该受发光元件与定位板进行准确的位置对合而安装在定位板 上；该三维光路零件利用凸凹的嵌合而与上述定位板进行准 确的位置对合。
专利文献l:日本特开2006-309113号/^才艮 可是，该连接器存在下述的问题首先，需要使受发光 元件与定位板进行准确的位置对合，其次将三维光路零件与 上述定位板进行精确的组装这样的两个阶段的工序，所以需 要繁瑣的劳力和时间、生产率差。另外还存在下述问题不 仅分别对定位板和三维光路零件要求高的加工精度，而且两 者的组装精度也是重要的，且其不易调整。

发明内容
本发明是鉴于上述情况而做成的，其目的在于提供一种 能够通过简单的工序以高精度使受发光元件与光波导路进行 光耦合的光波导路装置的制造方法及由该制造方法获得的光 波导路装置、以及在光波导路装置中使用的光波导路连接结 构。
为了达到上述目的，本发明的第l技术方案提供一种光波
导路装置的制造方法，其包括以下工序准备在下敷层上形 成有凸状芯图案的光波导路的工序；准备形成有凸部的模具 的工序，该凸部用于成形能够与上述光波导路的凸状芯图案 的规定部相嵌合的凹部；准备上表面上安装有受发光元件的 基板的工序；在上述安装的受发光元件的周围配置上述模具， 使上述模具的成形用凸部的顶面与上述受发光元件的受发光 部相重叠地进行定位的工序；通过在上述冲莫具内填充密封树 脂材料并使密封树脂材料固化，形成设有能够与上述光波导 路的凸状芯图案的规定部相嵌合的凹部的密封树脂层的工 序；脱模后，通过使上述光波导路的凸状芯图案的规定部与 上述密封树脂层的凹部相嵌合，使受发光元件的受发光部与 光波导路进行光耦合的工序；形成覆盖上述光波导路的凸状 芯图案的剩余部分的上敷层的工序。
另外，本发明的第2技术方案提供一种光波导路装置的制 造方法，其中特别是作为上述模具，使用石英玻璃和硅中的 至少一个而形成的透明模具，在配置上述模具时，通过透视 模具内，使形成于模具的凸部的顶面与受发光元件的受发光 部相重叠地进^于定位。
而且，本发明的第3技术方案提供一种光波导路装置，其 包括在下敷层上形成有凸状芯图案的光波导路；安装在基
5板上表面上的受发光元件；密封上述受发光元件的密封树脂 层。以凹部的底面配置成与上述受发光元件的受发光部相重 叠的方式在上述密封树脂层上形成与上述光波导路的凸状芯 图案的规定部相嵌合的凹部，通过使上述密封树脂层的凹部 与光波导路的凸状芯图案的规定部相嵌合，使受发光元件的 受发光部与光波导路进行光耦合，用上敷层覆盖上述光波导 路的凸状芯图案的剩余部分。
另外，本发明的第4技术方案提供一种光波导路连接结 构，其使用于光波导路装置中，其包括在下敷层上形成有 凸状芯图案的光波导路；安装在基板上表面上的受发光元件； 密封上述受发光元件的密封树脂层。以凹部的底面配置成与 上述受发光元件的受发光部相重叠的方式在上述密封树脂层 上形成与上述光波导路的凸状芯图案的规定部相嵌合的凹 部，通过使上述密封树脂层的凹部与光波导路的凸状芯图案 的规定部相嵌合，使受发光元件的受发光部与光波导路进行 光耦合。
另外，在本发明中，"成形用凸部的顶面……与受发光元 件的受发光部相重叠地进行定位"的主旨不限于上述顶面与 受发光部直接重叠的情况，也包含两者在相互分离的状态下 对置的情况。另外，在本发明中，"以凹部的底面配置成与受 发光元件的受发光部相重叠的方式形成凹部"的主旨同样地 不限于上述凹部的底面与受发光部直接重叠的配置，也包含 两者在相互分离的状态下对置的情况。
即，本发明人对于在简单且高精度地进行定位的状态下 使受发光元件与光波导路进行光耦合的方法反复进行了深入 研究。结果发现， 一方面使用露出凸状芯图案的光波导路， 而对基板上的受发光元件进行树脂密封时，与进行该树脂密封的同时，以与受发光元件的受发光部相对配置的方式形成 能够与上述光波导路的凸状芯图案相嵌合的凹部，使上述凹 部与光波导路的凸状芯图案直接嵌合，从而能够简单且准确 地使两者进行光耦合，最终完成了本发明。
本发明的光波导路装置的制造方法如上所述，使用露出 凸状芯图案的光波导路作为光波导路，而对基板上的受发光 元件进行树脂密封时，与进行该树脂密封的同时，以与受发 光元件的受发光部相对配置的方式形成能够与上述光波导路 的凸状芯图案相嵌合的凹部，使上述凹部与光波导路的凸状 芯图案直接嵌合。根据该方法，通过上下凸凹的嵌合能够简 单且以优异的精度使受发光元件与光波导路进行光耦合。因
此，具有不需要以往那样繁瑣的劳力和时间、能够大幅降低 制造成本和操作时间这样的优点。
而且，在上述制造方法中，特别是作为上述模具，使用 石英玻璃和硅中的至少一个而形成的透明模具，在配置上述 模具时，通过透视模具内，使形成于模具的凸部的顶面与受 发光元件的受发光部相重叠地进行定位，因此具有能够简单 地进行配置模具时的定位操作这样的优点。
另外，本发明的光波导路装置通过使设置于受发光元件 与光波导路上的凹凸相互直接嵌合，在高精度定位状态下进 行光耦合，因此，能够高效率地传播光。
而且，采用在上述光波导路装置中使用的光波导路连接 结构，具有能够减少光耦合的损失、简单且低成本地实施高 效率的光传播这样的优点。


图l的(a)是作为本发明一个实施例的光波导路装置制造工序的说明图，图l的(b)是图l的(a)的A-A'剖视图。
图2的(a)为上述制造工序的说明图，图2的(b)为图2
的(a)的B-B'剖视图。
图3为上述制造工序的说明图。
图4的(a)、图4的(b)均为上述制造工序的说明图。 图5为在上述制造工序中，安装方式的变形例的说明图。 图6为上述变形例的制造工序的说明图。 图7为本发明的另 一实施例的说明图。
具体实施例方式
接着，以使发光元件和光波导路进行光耦合来制造的光 波导路装置为例，对本发明的最佳实施方式进行详细说明。
根据表示该最佳实施方式的例子，首先如图l的(a)所 示，准备平板状或片状的基板l,在其上表面的规定位置安装 了受光元件2后，在受光元件2的周围配置模具(俯视为四边 形)3。图l的(b)是图l的(a)的A-A'剖视图。
作为形成上述基板l的材料，例如列举出玻璃、石英玻璃、 硅、树脂、金属等。另外，根据基板l的材质、所要求的特性 适当设定基板l的厚度，例如，当基板l为以聚酯树脂(PET)、 聚碳酸酯树脂(PC)、聚萘二曱酸乙二醇酯(PEN)等作为基 材的挠性印刷电路基板(FPC )时，通常优选厚度为30~ 3 0 0 |x m;当基板1为以玻璃板或石英板作为基材的刚性基板 时，通常优选厚度为1 ~ 5mm。
另外，作为上述受光元件2，列举出未密封的光电二极管 (PD)阵列芯片、未密封的光电晶体管等，在本例中，使用 将3个由光电二极管形成的受光部2 a横着排成 一 排而成的阵 列芯片。然后，通过引线接合等将该受光元件2安装到基板1上。图中，附图标记4是接合线。
而且，上述模具3用于对上述安装好的受光元件2进行树 脂密封，因此，包括:主要用于密封受光元件2的空间3a、主要 用于密封接合线4的空间3b和树脂注入口 5。而且，在上述空 间3a内的模具3的顶面的、与受光元件2的各受光部2a分别对 置的部分上设有向下突出的凸部6,各凸部6的顶面从正上方 与受光元件2的各受光部2a重叠地配置。
作为上述模具3的材质，例如列举出金属、树脂、硅、石 英玻璃等，其中，优选石英玻璃、硅等透明模具。即，上述 模具3为透明模具时具有如下优点在定位时通过透视模具3 内，能够简单地确定模具3内的凸部6的顶面与受光元件2的受 光部2a相重叠的位置，容易进行定位操作。
另外，使用不透明的金属模具作为上述模具3时，例如， 预先在上述模具3和基板1上分别设置对位标记(未图示)，通 过自基板l的背面侧对两对位标记进行摄-像等来进行主动对 位。此时，优选直接在一莫具3上刻上对位标记，在基板l上通 过印刷或镀铜来形成对位标记。
而且，如图所示，优选预先在上述模具3的凸部6的左右 侧面上设置起模斜度。若使用具有上述起模斜度的凸部6，则 该斜度被复制到由该凸部6成形的密封树脂层7的凹部8 (参照 图2的(a))的左右侧面上，因此，如下所述，具有在将光波 导路的凸状的芯图案ll (参照图3)嵌入凹部8而进行光耦合 时，容易嵌入这样的优点。
另外，上述模具3的、主要用于密封接合线4的空间3b的 顶部高度H1需要设定为足够的高度，以使受光元件2的接合线 4不与顶面相接触。这样是为了使上述顶面不会因按压接合线 4而造成断线等，从而可靠地进行树脂密封。另外，在主要用于密封受光元件2的空间3a中，若从与凹部8嵌合的光波导路 的芯和受光部2a之间的光传播效率来考虑，空间3a中的凸部6 顶面和受光部2a之间的间隙间隔H2越小越好，通常优选设定 为0 50(im。另夕卜，如下所述，当上述H2二0时，在受光部2a 上不形成树脂密封层，芯图案ll直接嵌入受光部2a的上表面 (参照图7)。
接着，通过将密封树脂材料填充于上述模具3内并使密封 树脂材料固化，形成密封树脂层7，进行脱模。这样一来，如 图2的(a)所示，受光元件2被密封树脂层7密封，且在密封 树脂层7上表面能够获得形成有与下述的用于与光波导路的 凸状芯图案相嵌合的凹部8的中间品。另外，图2的(b)为图 2的(a)的B-B'剖视图。
作为上述密封树脂材料，通常适宜采用广泛用作光波导 路的形成芯层的材料，例如，能够列举出感光性环氧树脂、 感光性聚酰亚胺树脂、感光性聚酰胺树脂、感光性硅有机树 脂等感光性树脂、非感光性环氧树脂、聚酰亚胺树脂等热固 化性树脂。上述材料通常溶解到溶剂而作为清漆(varnish)。 使用，其中，优选使用了感光性环氧树脂的清漆。
并且，在使用感光性树脂时，上述密封树脂材料的固化 通常采用紫外线点照射。紫外线的照射量通常为100 ~ 5000mJ/cm2，优选为2000 3000mJ/cm2。另外，照射时间为 1~3秒。另外，使用聚酰亚胺树脂等非感光性热固化树脂时， 通常通过300 ~ 400°Cx60 ~ 180分钟的加热处理使其固化。
另一方面，如图3所示，通过形成由平行延伸的3条凸状 的芯构成的芯图案11 ，从而在细长的薄膜状的下敷层IO的一 面上制作光波导路薄膜。然后，在上述芯图案ll上不设置上 敷层，使芯图案ll保持呈凸状露出的状态。上述下敷层10是由感光性树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树 脂等通常的形成下敷层的材料形成的薄膜，其厚度并没有特 别限定。
另外，形成上述芯图案ll的材料也可以是感光性树脂、 聚酰亚胺树脂、环氧树脂等通常的形成芯层的材料，芯图案
11的凸状芯的折射率必须大于上述下敷层IO和下述上敷层13 (参照图4的(b))的折射率。例如，通过选择形成上述下敷 层IO、芯图案ll、上敷层13的各种材料的种类、或调整上述 各种材料的组成，能够调整上述折射率。
并且，形成上述芯图案ll的方法并没有特别限定，例如 将形成芯的材料的树脂溶解到溶剂中形成的清漆，通过旋涂 法、浸渍法、浇铸法、注射法、喷墨法等涂敷在上述下敷层 10的上表面上之后，通过光刻法等将规定图案复制到被涂敷 的清漆，使被涂敷的清漆显影，去除清漆不用的部分，从而 能够获得芯图案ll。
上述芯图案11的厚度并没有特别限定，但必须考虑利用 芯图案ll的凸形状与设于上述受光元件2的树脂密封件的密 封树脂层7上的凹部8相嵌合。
例如，如图3所示，将这样获得的光波导路薄膜以相对于 安装有被树脂密封的上述受光元件2的基板l垂直地直立的状 态进行配置，如图4的(a)所示，该芯图案ll的端面嵌入密 封树脂层7的凹部8中。然后，通过使上述芯图案11的3个凸状 芯的顶端部分别与上述受光元件2的3个受光部2a相对，能够 在准确定位的状态下进行光波导路薄膜与受光元件2的光耦 合。
在该状态下，将例如以往广泛用作光波导路的敷层形成 材料的树脂材料作为嵌合部密封用的树脂材料，注入到上述嵌合部中，并使其固化，从而对芯图案ll的端面与凹部8的嵌 合进行固定。然后，与上述同样，使用例如以往广泛用作光 波导路的敷层形成材料的树脂材料，覆盖光波导路薄膜的、 芯图案ll露出的部分并使其固化，如图4的(b)所示，形成 上敷层13。这样一来，能够获得对芯图案11由下敷层10和上 敷层13覆盖的光波导路薄膜与受光元件2进行光耦合而形成 的光波导路装置。另外，在图4的(b)中，附图标记12表示 对上述芯图案11的端面与凹部8的嵌合进行固定的树脂材料 的固化体。
作为上述嵌合部密封用树脂材料，例如，能列举出感光 性环氧树脂、感光性聚酰亚胺树脂、感光性聚酰胺树脂、感 光性硅有机树脂等感光性树脂、非感光性环氧树脂、聚酰亚 胺树脂等热固化性树脂。通常将上述材料溶解到溶剂中而作 为清漆使用。其中，优选使用了感光性环氧树脂的清漆。
另外，用于形成上述上敷层13的树脂材料也能够列举出 与上述相同的材料。但是，为了抑制自构成芯图案ll的芯射 出的光的损失，优选设定上述上敷层13的光的折射率小于上 述芯的光的折射率。
这样得到的光波导路装置能够使受光元件2和作为光波 导路的芯图案11以高精度对两者相互的光轴进行位置对合的 状态下进行光耦合，因此，光耦合部的光损失较小，能够高 效率地传播光。
并且，采用上述光波导路装置的制造方法，能够通过凹 凸的嵌合简单地实现上述高精度的位置对合，因此能够不花 费劳力且短时间地制造出上述高质量的光波导路装置，实用 效果好。
另外，在上述例中，将光波导路薄膜配置为垂直于安装
12有受光元件2的基板1 ，使光波导路薄膜的芯图案11的端面嵌
入密封受光元件2的密封树脂层7的凹部8中，从而使两者相嵌 合。但是，嵌合的方式不限于此，能够设定适当的方式。
例如，如图5所示，也可以将光波导路薄膜配置为平行于 安装有受光元件2的基板1，使光波导路薄膜的芯图案ll的长 度方向和密封受光元件2的密封树脂层7的凹部8的长度方向 为相同方向的状态下进行嵌合。嵌合的状态如图6所示。此时， 利用该嵌合部的光耦合，能够与上述例子同样地高效率地传 播光。
另外，在上述例子中，用密封树脂层7完全覆盖了受光元 件2的上表面，利用该密封树脂层7的厚度形成凹凸，从而设 置与光波导路薄膜的芯图案ll相嵌合的凹部8,但如图7所示， 在受光元件2的上表面以规定间隔将密封树脂层7设成筋状， 将受光元件2的上表面用作与光波导路薄膜的芯图案ll相嵌 合的凹部8的底面也没有问题。本例是如已述那样，在图l的 (b)中的112=0时的例子。
而且，在上述例中，使用了光波导路薄膜作为光波导路， 但是，即使使用整体无挠性的、板状等的光波导路时，与上 述例子相同，在板状等的光波导路的表面设置凸状的芯图案 11,使凸状的芯图案ll与形成于受光元件2的上表面上的密封 树脂层7的凹部8相嵌合，能够获得与上述例子相同的效果。
另外，在上述例子中，使设有多个受光部2a的阵列型的 受光元件2与多个凸条延伸的芯图案ll相嵌合而同时进行多 个光耦合，但也可以使单 一 的光波导路与单 一 的受光部2a进 行光耦合。
而且，上述例子是将本发明应用在制造使受光元件2与光 波导路薄膜等的芯图案11进行光耦合的光波导路装置的方法中的例子，但不限与此，也能够应用在制造使发光元件与光 波导路薄膜等的芯图案11进行光耦合的光波导路装置的方法中。
接着，对实施例进行说明。但是，本发明并不限于以下 的实施例。 实施例
光波导路薄膜的准备
作为用于传播光信号的光波导路薄膜，准备好在由厚度
为20pm的环氧树脂构成的下敷层的表面上形成有行宽/间距 (Line/Space ) 二50jim/125阿、高度为80,的凸状芯图案的
光波导路薄膜。
受光元件的安装
使用以厚度为50pm的聚酰亚胺树脂片为基材的挠性电路 基板(FPC)作为基板，通过引线接合将作为受光元件的未 密封的PD阵列芯片(受光部62.5pmx50iam、相邻受光部之间 的间隔为125|im )连接在基板规定位置上并进行安装。 模具的准备
通过使聚曱基丙烯酸甲酯(PMMA树脂)流入超精密金 属模具中，准备了透明树脂模具。在该模具中设有树脂注入 口、引线接合密封用空间、受光元件主体密封用空间，在上 述主体密封用空间内的模具的顶面上形成有向下的具有与受 光元件的发光部相对置的顶面的凸部(参照图l)。 密封树脂材料的调制 将双苯氧乙醇芴基缩水甘油醚(成分A): 70重量份、1, 3, 3-三{4-[2-( 3-氧杂环丁烷)]丁氧基苯基}丁烷30重量份、4， 4'-双[二 ( P羟基乙氧基)苯基亚硫酸基]苯基硫酸-双-六氟 锑酸盐的50%碳酸丙二酯溶液(光酸发生剂成分B): 0.5重量份溶解到28重量份的乳酸乙烷中，调制成密封树脂材料。 受光元件的密封 然后，用上述模具覆盖安装在基板上的受光元件的周围， 从模具的树脂注入口注入上述密封树脂材料并使其固化，从而 密封受光元件和接合线。使固化物脱模后，能够获得由树脂密
封受光元件的中间品(参照图2)。
嵌合部密封用树脂材料的调制
通过将上述成分A: 35重量份、(3' ， 4'-环氧环己烷) 曱基3' ，4'-环氧环己基羧酸酯40重量份、脂环式环氧树 脂(大赛璐化学工业公司制造，CELLOXIDE2021P): 25重 量份、和上述成分B: l重量份混合，调制成下述的嵌合部密 封用树脂材料。
凹凸嵌合以及密封固定
接着，将上述凸状芯图案露出的光波导路薄膜与由树脂 密封了上述受光元件的中间品垂直配置，通过使光波导路薄 膜的凸状芯图案嵌入设于密封树脂层的上表面上的凹部中， 从而使两者相嵌合，在准确的位置对合的状态下使光波导路 薄膜的光波导路与受光元件的受光部进行光耦合。然后，将 上述嵌合部密封用树脂材料滴下到凸状芯图案与凹部之间的 嵌合部中，并进行紫外线点照射而使其固化，而将上述嵌合 部密封固定。
光波导路薄膜的保护
然后，将与用于上述光耦合部密封而调制成的材料相同 的树脂材料滴下到与受光元件 一体化的光波导路薄膜上，利 用旋转涂敷机轻微地进行均涂后，通过紫外线照射使其固化， 形成了覆盖剥离出的凸状芯图案的上敷层。这样，能够获得 作为目的的光波导路装置。可知，经由光波导^各而入射到受光元件的光量为通过主
动对位来进行完全调芯时的光量的60~ 90%,光的耦合损失
小、质量高。
权利要求
1.一种光波导路装置的制造方法，其特征在于，其包括以下工序准备在下敷层上形成有凸状芯图案的光波导路的工序；准备形成有凸部的模具的工序，该凸部用于成形能够与上述光波导路的凸状芯图案的规定部相嵌合的凹部；准备上表面上安装有受发光元件的基板的工序；在上述安装的受发光元件的周围配置上述模具，使上述模具的成形用凸部的顶面与上述受发光元件的受发光部相重叠地进行定位的工序；通过在上述模具内填充密封树脂材料并使密封树脂材料固化，形成设有能够与上述光波导路的凸状芯图案的规定部相嵌合的凹部的密封树脂层的工序；脱模后，通过使上述光波导路的凸状芯图案的规定部与上述密封树脂层的凹部相嵌合，使受发光元件的受发光部与光波导路进行光耦合的工序；形成覆盖上述光波导路的凸状芯图案的剩余部分的上敷层的工序。
2. 根据权利要求l所述的光波导路装置的制造方法，其特征在于，作为上述模具，使用石英玻璃和硅中的至少一个而形成的透明模具，在配置上述模具时，通过透视模具内，使形成于模具上的凸部的顶面与受发光元件的受发光部相重叠地进行定位。
3. —种光波导路装置，其特征在于，包括在下敷层上形成有凸状芯图案的光波导路；安装在基板上表面上的受发光元件；密封上述受发光元件的密封树脂层；以凹部的底面配置成与上述受发光元件的受发光部相重叠的方式在上述密封树脂层上形成与上述光波导路的凸状芯图案的规定部相嵌合的凹部，通过使上述密封树脂层的凹部与光波导路的凸状芯图案的规定部相嵌合，使受发光元件的受发光部与光波导路进行光耦合，用上敷层覆盖上述光波导路的凸状芯图案的剩余部分。
4. 一种光波导路连接结构，使用于光波导路装置中，其特征在于，包括在下敷层上形成有凸状芯图案的光波导路；安装在基板上表面上的受发光元件；密封上述受发光元件的密封树脂层；以凹部的底面配置成与上述受发光元件的受发光部相重叠的方式在上述密封树脂层上形成与上述光波导路的凸状芯图案的规定部相嵌合的上述凹部，通过使上述密封树脂层的凹部与光波导路的凸状芯图案的规定部相嵌合，使受发光元件的受发光部与光波导路进行光耦合。
全文摘要
本发明提供能够通过简单的工序以优异的精度使受发光元件与光波导路进行光耦合的光波导路装置及其制造方法、以及光波导路连接结构。准备在下敷层(10)上形成有凸状芯图案(11)的光波导路薄膜，并且在对安装在基板(1)上的受光元件(2)进行密封的密封树脂层(7)上表面上成形底部与上述受光元件(2)的受光部(2a)相重叠的凹部，通过将上述光波导路薄膜的凸状芯图案(11)与上述密封树脂层的凹部相嵌合，使受光元件(2)与光波导路薄膜的光波导路进行光耦合。并且，用上敷层(13)覆盖凸状芯图案(11)的嵌合部之外的部分。
文档编号G02B6/42GK101493554SQ200910006090
公开日2009年7月29日 申请日期2009年1月22日 优先权日2008年1月22日
发明者程野将行 申请人:日东电工株式会社