光学互连器件的制作方法

专利名称：光学互连器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学互连器件。更具体地说，本发明涉及上面安装 有诸如光接收元件和光发射元件等光学元件的光学互连器件。
背景技术：
随着数字设备的信号速度提高、封装密度提高等，需要抵抗电
信号的噪音和EMI的措施。作为这种措施，现在正在研发一种用光 学信号代替一部分电配线的光/电混合基板。
在现有技术中，在将诸如激光二极管、光电二极管等光学元件 安装在光/电混合基板上的情况下，尤其是在将表面安装光学元件(其 中，光沿着垂直于基板表面的方向入射/透射)安装在基板上的情况 下，会由于在光学波导核心与光学元件或光路改变部分之间出现的几 微米的光轴偏移而导致光耦合损失，因而使光学信号衰减。
为了解决上述问题，例如，JP-A-2001-141965描述了一种光耦 合器，该光耦合器可以用简单的结构在光学上有效地耦合光学器件， 并且还容易实现尺寸减小和阵列构造。此外，作为以高生产率制造光 耦合器的方法，JP-A-2001-141965还描述了一种光耦合器，在该光耦 合器中，通过由大致椭球体的一部分构造的椭圆镜来使第一光学器件 与第二光学器件光学耦合。
如图1所示，在JP-A-2001-141965中，通过将垂直腔表面发射 激光器(VCSEL) 102安装在基板104上而构成第一光学器件100。 第一光学器件100通过粘合剂150安装在第二光学器件200上。第二 光学器件200包括光学波导204和形成在椭圆形凹陷部208中的反射 镜206。从VCSEL 102发射的激光束沿着与第二光学器件200垂直 的方向入射。该激光束的光路被用作光路改变部分的椭圆形反射镜 206改变90度并会聚。该激光束与光学波导204的位于反射镜206焦点附近的芯层210光学耦合。
从VCSEL 102发射的激光束类似圆锥形状。因此，这种激光束 被反射镜206反射90°角，其中反射镜206类似椭球体形状，并设 置为与激光束的入射方向成45° 。此外，与入射的激光束类似，被 反射的激光束类似圆锥形状。此后，被反射的激光束会聚于光学波导 204的芯层210的入射端附近，然后透射通过光学波导204。根据这 种构造，可以提高VCSEL 102 (第一光学器件)与光学波导204 (第 二光学器件)之间的光学耦合效率。此外，在图1中，附图标记207 表示光学波导204的包层。
然而，在JP-A-2001-141965中，反射镜206必须呈类似椭圆形 凹陷部208的形状。因此，需要花费大量时间和劳动来形成反射镜， 并且还难以对具有椭圆形凹陷部的反射镜的定位和排列方式进行控 制，并且还需要使光学波导与反射镜对准。
此外，作为另一项现有技术，JP-A-2006-47764描述了一种光/ 电混合基板。在该光/电混合基板中提供了一种光学波导，该光学波 导可以在耦合光电路(optical circuit)时简单、高效地提供光学耦合。 根据这种构造，凸状光学波导插入到光/电混合基板的孔中。从VCSEL 发射的光进入凸状光学波导，然后透射通过该凸状光学波导。如图 2A所示，当光学波导中形成有光路改变部分时，从VCSEL发射的 光通过凸状光学波导会聚于光学波导的芯层。此外，如图2B所示， 当光学波导中没有形成光路改变部分时，从VCSEL发射的光通过形 成在凸状光学波导中的微镜耦合到光学波导的芯层。
在图2A和图2B中，307表示电路基板，311表示凸状光学波 导，312表示VCSEL， 313表示光学波导，314表示光/电混合基板， 315表示切割表面，320表示光的传播方向，321表示微镜，322表示 光。
在JP-A-2006-47764所述的光/电混合基板中，必须通过单独的 工序来制造凸状光学波导，因而这种基板不利于大规模生产和降低成 本。此外，凸状光学波导必须装入预先形成的孔中，因而增加了步骤 数量。另外，当在凸状光学波导中形成有微镜时，这种微镜在安装时必须精确对准，使得通过该微镜反射的光耦合到光学波导的芯层。
在上述现有技术(JP-A-2001-141965和JP-A-2006-47764)中，
需要单独的工序来形成光路改变部分，并且光路改变部分自身也需要 高的对准精度。因此，上述光学互连器件及其制造方法不利于大规模 生产和降低成本。

发明内容
本发明的示例性实施例针对上述缺点和上文没有描述的其他缺 点。然而，并不要求本发明克服上述缺点，因此，本发明的示例性实 施例可以不必克服任何上述问题。
本发明的示例性实施例提供了一种光学互连器件，包括具有 光学波导的基板；以及安装在所述基板上的表面安装的光学元件，例
如光发射元件或光接收元件。
根据本发明的示例性实施例，形成在所述基板中的芯层呈楔形 形状或抛物线形状，从而可以减少因耦合或透射光学信号而引起的光 学损失，并且在安装时还可以使表面安装的光学元件与基板高精度地 对准。
根据本发明的一个或多个方面，提供了一种光学互连器件。该
光学互连器件包括光学元件；以及基板，所述光学元件表面安装在 所述基板上。所述基板包括..光学波导，其形成在所述基板中，并且 包括芯层和覆盖所述芯层的包层；以及光路改变部分，其设置在所述 光学波导的一个端部附近，用于改变透射通过所述光学波导的光的光 路或者通过所述光学元件传播的光的光路。在从与所述基板的表面平 行的平面观看时，所述芯层的宽度朝着所述光路改变部分的方向加
宽o
根据本发明的一个或多个方面，在从所述平面观看时，所述芯 层的一部分朝着所述芯层的另一个端部的方向逐渐变细。
根据本发明的一个或多个方面，所述芯层的一部分呈抛物线形 状，并且在从所述平面观看时，所述呈抛物线形状的部分的宽度朝着 所述光路改变部分的方向逐渐加宽。根据本发明的一个或多个方面，所述光学元件安装在所述基板 上，使得通过所述光学元件传播的光沿着与所述基板的表面垂直的方 向。
根据本发明的一个或多个方面，所述光路改变部分为反射镜， 所述反射镜与所述光学波导形成一体并且相对于所述基板的表面成 45度角设置；并且所述光路改变部分用于使光路改变90度。
根据本发明的一个或多个方面，所述光学元件为光电二极管。 根据本发明的一个或多个方面，所述光学元件为垂直腔表面发
射激光器(VCSEL)。
根据本发明的一个或多个方面，所述芯层的所述部分位于所述 光路改变部分附近。
根据本发明的示例性实施例，可以通过使芯层的位于反射镜附 近的轮廓形成楔形形状或抛物线形状来明显加宽芯层的宽度。因此， 可以提高反射镜与芯层之间的光学偶合效率。此外，由于加宽了芯层 宽度，所以可以在与反射镜平行的方向上增加光学元件的安装容差。 此外，由于可以仅通过改变用于使芯层曝光的掩模图案来控制芯层宽 度的这种变化，所以可以低成本地制造本发明的光学互连器件。


在附图中
图1是示出现有技术的光学互连器件的视图2A和图2B是示出现有技术的光学互连器件的视图3是根据本发明第一示例性实施例的上面安装有表面发射元
件基板的光学互连器件的平面图4是根据本发明第一示例性实施例的上面安装有表面发射元
件基板的光/电混合基板的剖视图5是根据本发明第一示例性实施例的上面没有安装表面发射
元件基板的光/电混合基板的剖视图6是根据本发明第一示例性实施例的上面没有安装表面发射
元件基板的光/电混合基板的平面7图7是根据本发明第一示例性实施例的上面没有安装表面发射 元件基板的光学波导基板的剖视图8是根据本发明第一示例性实施例的上面安装有表面发射元 件基板的光学波导基板的剖视图9是根据本发明第二示例性实施例的上面安装有表面发射元 件基板的光学互连器件的平面图IO是根据本发明第二示例性实施例的上面安装有表面发射元 件基板的光/电混合基板的剖视图ll是根据本发明第二示例性实施例的上面没有安装表面发射 元件基板的光/电混合基板的剖视图12是根据本发明第二示例性实施例的上面没有安装表面发射
元件基板的光/电混合基板的平面图13是根据本发明第二示例性实施例的上面没有安装表面发射 元件基板的光学波导基板的剖视图14是根据本发明第二示例性实施例的上面安装有表面发射元 件基板的光学波导基板的剖视屈；以及
图15是示出表面发射元件的安装部分的详细剖视图。
具体实施例方式
现在，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。 图3至图8示出了本发明的第一示例性实施例。图3是上面安 装有带表面发射元件的基板(以下称为"表面发射元件基板")的光 学互连器件。图4是上面安装有表面发射元件基板的光/电混合基板 的剖视图。图5是上面没有安装表面发射元件基板的光/电混合基板 的剖视图。图6是上面没有安装表面发射元件基板的光/电混合基板 的平面图。图7是上面没有安装表面发射元件基板的光学波导基板的 剖视图。图8是上面安装有表面发射元件基板的光学波导基板的剖视 图。
首先，在图3和图4中，表面发射元件基板IO可以由上面安装 有例如激光二极管(例如，垂直腔表面发射激光器(VCSEL) 12)等光发射元件或例如光电二极管等光接收元件的GaAs基板形成。当 从图3所示的平面图观看时，表面发射元件基板IO大致呈矩形形状， 并且当从图4所示的剖视图观看时，VCSEL 12沿着宽度方向设置在 下表面的大致中部。VCSEL 12象阵列一样设置在例如沿着表面发射 元件基板10的纵向方向等间隔布置的四个位置。
如图4所示，在位于表面发射元件基板IO下表面的VCSEL 12 的两侧设置有端子14。端子14分别设置在每个VCSEL 12的两个前 部位置和两个后部位置，也就是说，为每个VCSEL 12设置总共四个 端子14。
通过在光学波导层30的上表面上形成阻焊层22来构造光学波 导基板20。光学波导层30由芯层32和覆盖芯层32的包层34组成。 芯层32延伸到基板20的端面，并且按照与VCSEL 12的布置间隔对
应的间隔平行地设置。
在阻焊层22中形成光学开口部分24 (见图6和图7)。在表面 发射元件基板10安装在光学波导基板20上的状态下，光学开口部分 24在设置VCSEL 12的设置方向上延伸。
大致在光学开口部分24的下方设置有用作光路改变部分的45 度反射镜36， 45度反射镜36与芯层32的端部相邻。45度反射镜36 还设置成在光学开口部分24的延伸方向上延伸。例如，在图7所示 的剖视图中，45度反射镜36形成为两侧均为45度角的反射镜。
在图7和图8中，在阻焊层22的与表面发射元件基板10的端 子14相对应的部分中形成有焊盘26。此外，在光学波导层30的与 端子14和焊盘26相对应的位置中形成有导通孔，这些导通孔形成为 穿过光学波导层30，在这些导通孔中分别形成有导通部38，这些导 通部与焊盘26电连接。此外，当表面发射元件基板10安装在光学波 导基板20上时，表面发射元件基板IO的端子14通过焊盘26与导通 部38电连接。
例如，光学波导层30由基于聚合物的材料形成，包层34通过
例如层压等层叠工序形成，芯层32采用光刻法在曝光/显影工序中形 成。此外，45度反射镜36由光刻法等方法形成。在这种情况下，由用于使芯层曝光的掩模来决定45度反射镜36的形成位置与芯层32 之间的位置关系。因此，基本上不需要使45度反射镜36与芯层32 对准。
在图4和图5中，电配线基板40与光学波导基板20耦合为一 体。在电配线基板40中，42表示连接焊盘，44表示导体图案，46 表示连接导通部，47表示导通部，48表示外部连接端子，50表示芯 层，52表示树脂层。当光学波导基板20的导通部38与电配线基板 40的连接焊盘42结合时，电配线基板40与光学波导基板20相互电 连接。
在本发明的第一实施例中，在从与光学波导层30的表面平行的 平面(光学波导层30的平面方向)观看时，光学波导层30的芯层 32从45度反射镜36附近的区域朝着光学波导层30的端部方向逐渐 变细。
更具体地说，在图6中，位于45度反射镜36附近的芯层端部 的宽度W大于芯层的宽度w (W〉w)。通常，宽度W设为宽度w 的大约2至3倍。此外，逐渐变细的区域的长度L设为芯层宽度w 的大约5至10倍。此外，在光学波导层30中以相等间隔平行设置的 芯层32之间的节距P设为大约250pm。
图9至图14示出了本发明的第二示例性实施例。图9是上面安 装有带表面发射元件的基板(表面发射元件基板)的光学互连器件的 平面图。图10是上面安装有表面发射元件基板的光/电混合基板的剖 视图。图11是上面没有安装表面发射元件基板的光/电混合基板的剖 视图。图12是上面没有安装表面发射元件基板的光/电混合基板的平 面图。图13是上面没有安装表面发射元件基板的光学波导基板的剖 视图。图14是上面安装有表面发射元件基板的光学波导基板的剖视 图。换句话说，第二实施例的图9至图14分别与第一实施例的图3 至图8相对应。
因此，在本发明的第二示例性实施例中，仅参考下面的图9至 图14描述与第一示例性实施例不同之处。如上文所述，在本发明的 第一示例性实施例中，在从与光学波导层30的表面平行的平面(光
10学波导层30的平面方向)观看时，光学波导层30的芯层32从45 度反射镜36附近的区域朝着光学波导层30的端部方向逐渐变细。相 比之下，在本发明的第二示例性实施例中，光学波导层30的芯层32 呈抛物线形状，在从与光学波导层30的表面平行的平面观看时，该 芯层的宽度在45度反射镜36附近的区域中朝向端部侧加宽。
更具体地说，在图12中，位于45度反射镜36附近的芯层端部 的宽度W大于芯层的宽度w (W>w)。通常，宽度W设为宽度w 的大约2至3倍。此外，与第一示例性实施例的情况一样，抛物线区 域40的长度L设为芯层宽度w的大约5至10倍。
图15是详细示出表面发射元件安装在光学波导基板20上的部 分的剖视图。在表面发射元件基板10的VCSEL 12与光学波导基板 20的45度反射镜36之间分别设置有透镜60。要求这种透镜60的焦 距为大约lmm。因此，激光束沿着与光学波导基板20的表面垂直的 方向从VCSEL 12发射，再被45度反射镜36反射，从而方向改变 90度，然后会聚到芯层32的入射平面上。
入射在芯层32上的激光束光学透射通过光学波导层30的芯层 32。例如，激光束从例如光学波导层30的输出端光学耦合到光纤(未 示出)。在其他情况下，激光束光学耦合到另一光学波导(未示出)。
根据本发明的示例性实施例，位于45度反射镜36附近的芯层 32呈在第一示例性实施例中示出的楔形形状，或者呈在第二示例性 实施例中示出的抛物线形状，使得芯层的宽度可以局部加宽。因此， 可以提高在例如VCSEL 12等光学元件与光学波导层30之间的光学 耦合效率。此外，当在光学波导基板20上安装表面发射元件基板10 时所需的安装容差可以设得很大。换句话说，可以提高光学耦合的效 率并且放宽表面安装光学元件时的精度。此外，位于45度反射镜36 附近的芯层呈楔形形状或抛物线形状，使得可以在光学波导层30中 控制光的横模。
此外，当通过作为典型制造方法的光刻法制造光学波导层30时， 可以仅通过改变掩模来形成芯层。因此，可以降低成本。此外，提高 了光学耦合效率，使得光学互连器件可以应对以下这种情况，即与楔形或抛物线形芯层部分连接的线性光学波导的芯层宽度变窄的情 况。因此，可以实现光学互连器件的小型化或光学信号的高速化。
此外，在第一示例性实施例和第二示例性实施例中，使用VCSEL 12作为表面发射元件基板10。然而，可以使用例如光电二极管等光 接收元件来代替VCSEL 12。在这种情况下，光从光学波导侧经由45 度反射镜36传播到光接收元件侧。
虽然参考本发明的一些示例性实施例示出并描述了本发明，但 是本领域技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求书限定的本发 明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种形式和细节上的变 化。因此，权利要求书旨在包括落入本发明的精神和范围之内的所有 这些变化和修改。
本申请要求2007年12月3日提交的日本专利申请 No.2007-312438的优先权，该日本专利申请的全部内容通过引用并 入本文。
权利要求
1. 一种光学互连器件，包括光学元件；以及基板，所述光学元件表面安装在所述基板上，所述基板包括光学波导，其形成在所述基板中，并且包括芯层和覆盖所述芯层的包层；以及光路改变部分，其设置在所述光学波导的一个端部附近，用于改变透射通过所述光学波导的光的光路或者通过所述光学元件传播的光的光路，其中，在从与所述基板的表面平行的平面观看时，所述芯层的宽度朝着所述光路改变部分的方向加宽。
2. 根据权利要求1所述的光学互连器件，其中，在从所述平面观看时，所述芯层的一部分朝着所述芯层 的另一个端部的方向逐渐变细。
3. 根据权利要求1所述的光学互连器件，其中，所述芯层的一部分呈抛物线形状，并且在从所述平面观 看时，所述呈抛物线形状的部分的宽度朝着所述光路改变部分的方向 逐渐加宽。
4. 根据权利要求2所述的光学互连器件，其中，所述光学元件安装在所述基板上，使得通过所述光学元 件传播的光沿着与所述基板的表面垂直的方向。
5. 根据权利要求3所述的光学互连器件，其中，所述光路改变部分为反射镜，所述反射镜与所述光学波 导形成一体并且相对于所述基板的表面成45度角设置，并且 所述光路改变部分用于使光路改变90度。
6. 根据权利要求5所述的光学互连器件， 其中，所述光学元件为光电二极管。
7. 根据权利要求5所述的光学互连器件，其中，所述光学元件为垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
8. 根据权利要求2所述的光学互连器件，其中，所述芯层的所述一部分位于所述光路改变部分附近。
9. 根据权利要求3所述的光学互连器件，其中，所述芯层的所述一部分位于所述光路改变部分附近。
全文摘要
本发明提供了一种光学互连器件。所述光学互连器件包括光学元件和上面表面安装有光学元件的基板。所述基板包括光学波导，其形成在所述基板中，并且包括芯层和覆盖所述芯层的包层；以及光路改变部分，其设置在所述光学波导的一个端部附近，用于改变透射通过所述光学波导的光的光路或者通过所述光学元件传播的光的光路。在从与所述基板的表面平行的平面观看时，所述芯层的宽度朝着所述光路改变部分的方向加宽。
文档编号G02B6/42GK101452096SQ20081018451
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月3日 优先权日2007年12月3日
发明者山本贵功 申请人:新光电气工业株式会社