JP2004233894A - 光配線基板、その製造方法及び光配線基板の光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光配線内を伝送される光信号を偏向する光偏向素子の精度を高め、光偏向素子による偏向効率を高める。
【解決手段】光信号が伝送される光導波路６が形成された光配線３と、光導波路６を伝送される光信号とこの光信号に対して交差する方向に伝送される光信号とを結合する光偏向素子１２をする光素子５とを別部品として形成する。これにより、光素子５の小型化を図ることができるとともにそのような小型部品の光素子５に光偏向素子１２を形成する場合には、光偏向素子１２の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製でき、光偏向素子１２での偏向効率が高くなるとともに光信号の伝送効率も高くなる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光配線基板、その製造方法及び光配線基板の光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報伝達の分野では伝達すべき情報量が増大しており、ＧＢｐｓ（ギガバイト／秒）オーダの通信を行うために伝達信号の一部を光信号に変換して伝送する様々な発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。伝達信号の一部を光信号に変換して伝達することにより、伝達する情報量の増大を図ることができるとともに、ノイズの発生による誤動作、電磁波の発生による周囲環境に対する悪影響を防止できる。
【０００３】
図１３は、特許文献１に開示された光配線１０１であり、この光配線１０１は、コア１０２と、コア１０２を囲んだクラッド１０３と、レンズ１０４と、光偏向素子であるミラー１０５とにより構成されている。ミラー１０５は、光配線１０１に直接設けられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１６６１６７公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に開示された光配線１０１では、光配線１０１の長さ寸法が１０ｃｍ以上になると、そのような大きなサイズの光配線１０１上に微細なミラー１０５やレンズ１０４等を形成する場合にはそのミラー１０５やレンズ１０４の位置精度を上げることが難しくなる。
【０００６】
さらに、大きなサイズの光配線１０１と光信号を受発光する光電気変換素子を備えた光電気複合素子とを基板上に実装する場合に、光電気変換素子とレンズ１０４とのアライメントの精度を上げることが困難である。
【０００７】
本発明の目的は、光配線内を伝送される光信号を偏向する光偏向素子の精度を高め、光偏向素子による偏向効率を高めることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の光配線基板は、光信号が伝送される光導波路が形成された光配線と、前記光導波路を伝送される光信号とこの光信号に対して交差する方向に伝送される光信号とを結合する光偏向素子を有し、前記光配線とは別部品として形成された光素子と、を備える。
【０００９】
したがって、光配線とは別部品の光素子に光偏向素子が設けられているので、光素子を小型化することができるとともにその小型化に伴って、光偏向素子の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製でき、それにより、光偏向素子での偏向効率が高くなるとともに光信号の伝送効率も高くなる。
【００１０】
請求項２記載の発明の光配線基板は、電気配線を有する基板と、前記基板上に設けられ、光電気変換素子を有する光電気複合素子と、前記基板上に設けられ、前記基板の面と平行に光信号が伝送される光導波路が形成された光配線と、前記基板上に設けられ、前記光導波路を搬送される光信号とこの光信号に対して交差する向きに搬送されて前記光電気変換素子に入出力する光信号とを結合する光偏向素子を有する光素子と、を有する。
【００１１】
したがって、光偏向素子が設けられている光素子を光配線とは別部品として形成することができ、それにより、光素子を小型化することができ、その小型化に伴って光偏向素子の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製でき、光偏向素子での偏向効率が高くなるとともに光信号の伝送効率も高くなる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の光配線基板において、前記光素子と前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の同じ面側に設けられ、前記光素子が前記光電気複合素子と前記基板との間に位置付けされている。
【００１３】
したがって、光素子と光電気複合素子との間の間隔が小さくなり、光素子と光電気複合素子との間での光信号の伝達が高効率に行われる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の光配線基板において、前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の表裏両面に分けて配置され、前記光素子が前記光配線と同じ面側に配置され、前記光電気複合素子の前記光電気変換素子と前記光素子の前記光偏向素子とが対向する位置に前記基板を表裏方向に貫通した貫通孔が形成されている。
【００１５】
したがって、光電気複合素子の光電気変換素子に対して入出する光信号は、貫通孔を通過して光偏向素子に光結合される。ここで、光素子と光電気複合素子とが基板の表裏両面に分けて配置されることにより、光電気複合素子を基板上に実装した後に光素子を実装することができるようになり、光電気複合素子を実装する加熱プロセスにおける光素子への熱負荷を防止でき、光素子がその熱負荷による熱膨張などの影響を受けないために精度を維持できるとともに光素子を耐熱性の低い材料で形成することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項２記載の光配線基板において、前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の表裏両面に分けて配置され、前記基板に開口部が形成され、前記開口部に前記光素子が挿入されている。
【００１７】
したがって、光電気複合素子を基板上に実装した後に開口部に光素子を挿入して実装することができるようになり、光電気複合素子を実装する加熱プロセスにおける光素子への熱負荷を防止でき、光素子がその熱負荷による熱膨張などの影響を受けないために精度を維持できるとともに光素子を耐熱性の低い材料で形成することができる。さらに、光電気複合素子の光電気変換素子と光素子の光偏向素子とのアライメントを基板に形成した孔などを介することなく直接行えるので、アライメントの精度が高くなり、また、アライメントの作業も容易になる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項２ないし５のいずれか一記載の光配線基板において、前記光電気複合素子と前記光素子とを位置合わせする位置合わせ手段が設けられている。
【００１９】
したがって、この位置合わせ手段を用いることにより光素子と光電気複合素子とのアライメント精度が高くなるとともにそのアライメント作業が容易になり、光素子と光電気複合素子とのアライメント精度の低下に伴う光結合効率の減少が抑制される。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか一記載の光配線基板において、前記光素子の内部にこの光素子内を伝送される光信号のアクティブ変換を可能とする電気駆動素子が設けられ、前記電気駆動素子に電力を供給する電極用貫通孔が前記光素子に形成されている。
【００２１】
したがって、光素子の内部に設けられた電気駆動素子への電力供給を電極用貫通孔に電極を挿通することにより行え、このような電気駆動素子を光素子に設けることにより光素子の機能がアップする。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか一記載の光配線基板において、前記光素子が、前記光配線内の前記光導波路を伝送される光信号の伝送方向と交差する方向に積層配置されている。
【００２３】
したがって、光配線内を伝送される光信号の単位面積当りの伝送容量が増大される。
【００２４】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか一記載の光配線基板において、前記光素子には光導波路が形成され、この光導波路の途中に前記光偏向素子が配置され、この光導波路の端部は前記光配線と前記光電気変換素子とに対向している。
【００２５】
したがって、光素子内を伝送される光信号が光導波路内を伝送されるので、光素子内での光信号の伝達効率が高くなる。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の光配線基板において、前記光導波路の径が、前記光偏向素子への入射側部分に比べて前記光偏向素子からの出射側部分が太径に形成されている。
【００２７】
したがって、光偏向素子に向けて光導波路内を伝送された光信号が光偏向素子に当たらずに光導波路外へ漏れ出すことが低減され、光偏向素子による偏向効率が高くなるとともに光信号の伝達効率も高くなる。
【００２８】
請求項１１記載の発明は、請求項９又は１０記載の光配線基板において、前記光配線の前記光導波路と前記光素子の前記光導波路とが、低弾性材料からなる自己支持導波路型光結合素子で光結合されている。
【００２９】
したがって、光配線の光軸と光素子の光軸とがずれている場合でも、自己支持導波路型光結合素子が低弾性材料により形成されているためにそのずれに応じて自己支持導波路型光結合素子が変形するので、光配線と光素子とを光結合する際に高精度のアライメントが不要となり、光結合する際のコストが低減される。また、熱膨張の影響低減が図られ、光素子全体の偏向効率が向上するとともに高い光結合効率が実現される。
【００３０】
ここで、自己支持導波路型光結合素子における「自己支持」とは、基板上に設けられていなくても支持される状態をいい、両端を支持することにより導波路構造が維持できる強度を有していることを意味する。また、「導波路」とは、単なる接着剤などと異なり、その内部に光を閉じ込める作用を有するものである。
【００３１】
請求項１２記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、全反射ミラーとこの全反射ミラーのミラー面の外側に位置する空気クラッドとが設けられている。
【００３２】
したがって、光偏向効率が高くなり、また、光素子の低温形成が可能になり、部品点数の削減を図れる。
【００３３】
ここで、低屈折誘電体層では、全反射角を４５度程度にするには、クラッドの屈折率を１．４としても、コアの屈折率は２．０以上が必要となり、高温形成が必要な無機材料を用いる必要がある。しかし、全反射ミラーと空気クラッドとからなる光偏向素子を設けることにより、コア層に屈折率が１．５前後のポリイミド、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート等の有機材料、シロキサン等の無機材料を用いることができ、低温形成が可能となる。また、反射用の金属プレートや金属薄膜等の部品が不要となり、部品点数が削減される。
【００３４】
請求項１３記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、金属膜を成膜した金属ミラーが設けられている。
【００３５】
したがって、光偏向効率が高くなり、また、光素子の低温形成が可能になる。
【００３６】
ここで、低屈折誘電体層では、全反射角を４５度程度にするには、クラッドの屈折率を１．４としても、コアの屈折率は２．０以上が必要となり、高温形成が必要な無機材料を用いる必要がある。しかし、金属ミラーを光偏向素子として設けることにより、コア層に屈折率が１．５前後のポリイミド、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート等の有機材料、シロキサン等の無機材料を用いることができ、低温形成が可能となる。さらに、入射角度、つまり、光素子の光導波路のＮＡが大きい場合も、高い偏向効率を実現できる。
【００３７】
請求項１４記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、ホログラムミラーが設けられている。
【００３８】
したがって、光偏向効率が高くなり、また、光素子の低温形成が可能になる。
【００３９】
ここで、低屈折誘電体層では、全反射角を４５度程度にするには、クラッドの屈折率を１．４としても、コアの屈折率は２．０以上が必要となり、高温形成が必要な無機材料を用いる必要がある。しかし、ホログラムミラーを光偏向素子として設けることにより、コア層に屈折率が１．５前後のポリイミド、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート等の有機材料、シロキサン等の無機材料を用いることができ、低温形成が可能となる。また、このホログラムミラーはエンボス成型又は露光成型により製作でき、製作が容易になる。また、波長選択性を持たせることも可能となる。
【００４０】
請求項１５記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、回折格子ミラーが設けられている。
【００４１】
したがって、光偏向効率が高くなり、また、光素子の低温形成が可能になる。
【００４２】
ここで、低屈折誘電体層では、全反射角を４５度程度にするには、クラッドの屈折率を１．４としても、コアの屈折率は２．０以上が必要となり、高温形成が必要な無機材料を用いる必要がある。しかし、回折格子ミラーを光偏向素子として設けることにより、コア層に屈折率が１．５前後のポリイミド、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート等の有機材料、シロキサン等の無機材料を用いることができ、低温形成が可能となる。また、このホログラムミラーはエンボス成型又は露光成型により製作でき、製作が容易になる。また、波長選択性を持たせることも可能となる。
【００４３】
請求項１６記載の発明は、電気配線を有する基板上に、光電気変換素子を有する光電気複合素子と、前記基板の面と平行に光信号が伝送される光導波路が形成された光配線と、前記光導波路を搬送される光信号とこの光信号に対して交差する向きに搬送されて前記光電気変換素子に入出力する光信号とを結合する光偏向素子を有する光素子とを実装してなる光配線基板の製造方法であって、前記光電気複合素子を前記基板に実装した後に前記光素子を前記基板に実装するようにした。
【００４４】
したがって、光電気複合素子を基板に実装する際の加熱プロセスにおいて発生する熱が光素子に伝わることを防止でき、光電気複合素子の実装時の熱の影響による光素子の熱膨張を防止して光素子の性能の維持を図ることができ、また、光素子を耐熱性の低い材料を使用することができる。
【００４５】
請求項１７記載の発明の光配線基板の光素子の製造方法は、第一ダミー基板上にこの第一ダミー基板の基板面と平行に延出した第一コアを形成する工程と、第二ダミー基板上にクラッドを形成する工程と、前記クラッド内に前記第二ダミー基板の基板面と交差する方向に延出した第二コアを形成する工程と、前記第一コアの端面と前記第二コアの端面とが接合するように前記第一ダミー基板と前記第二ダミー基板とを貼り合わせる工程と、前記第一ダミー基板を外して前記第一コアを露出させる工程と、前記第一コアと前記第二コアとの接合部に光偏向素子を形成する工程と、露出している前記第一コアをクラッドで被覆する工程と、前記第二ダミー基板を取り外す工程と、を有する。
【００４６】
したがって、第一コアを形成した第一ダミー基板と、クラッドと第二コアとを形成した第二ダミー基板とを、第一コアの端面と第二コアの端面とが接合するように貼り合わせる。その後、第一ダミー基板を外して第一コアを露出させ、第一コアと第二コアとの接合部に光偏向素子を形成し、露出している第一コアをクラッドで被覆することにより光素子が製造される。この光素子の製造方法によれば、光素子を小型化することができるとともにその小型化に伴って、光偏向素子の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に製造できるようになる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態の光配線基板を図１及び図２に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板１は、電気配線（図示せず）を有する基板２、この基板２上に実装された光配線３、光電気複合素子４、光素子５等により構成されている。
【００４８】
光配線３は光信号を基板２の基板面と平行に伝送するための部材であり、コア６とコア６よりも屈折率が低いクラッド７とから構成され、コア６の部分が光導波路とされている。
【００４９】
光電気複合素子４は、半導体レーザやフォトダイオードで構成される光電気変換素子８やそれを駆動する電子集積回路（図示せず）が搭載されている素子である。光電気変換素子８の一つである発光素子としては、面発光レーザが集積光源として有望であるが、通常の半導体レーザや発光ダイオードでもよい。光電気複合素子４は、バンプ９によって基板２上の電気配線と電気的に接続されている。光電気変換素子８から出射され、又は、光電気変換素子８に入射される光信号は基板２に対して垂直方向に伝送される。基板２上に実装された光配線３のコア（光導波路）６を伝送される光信号は、基板２に対して平行方向に進行する。
【００５０】
光素子５は、コア（光導波路）１０とコア１０を囲んだクラッド１１とから形成され、光導波路１０が途中で９０度屈曲して形成され、その屈曲部分に光偏向素子１２が設けられている。光導波路１０の端部は光配線３と光電気変換素子８とに対向し、この光導波路１０の端部が光電気複合素子４と光配線３とに対してセルフアライメント結合素子１３により接続されている。
【００５１】
光偏向素子１２は、図２に拡大して示すように、光導波路１０の９０度屈曲部分を４５度の角度にカットした全反射ミラー１４と、この全反射ミラー１４のミラー面の外側に設けられた空気クラッド１５とにより形成されている。空気クラッド１５とは、コア（光導波路）１０とクラッド１１との間に位置して空気が封入された部分である。
【００５２】
光配線３と光電気複合素子４と光素子５とは基板２の同じ面側に配置されている。光素子５は、光電気複合素子４と基板２との間であって、光配線３と同一面となるように位置付けされている。また、光素子５と光電気複合素子４とは、光電気変換素子８と光偏向素子１２とが基板２の基板面と垂直方向で対向するように位置付けされ、光素子５と光配線３とは光導波路１０と光導波路６とが基板２の基板面と平行方向で対向するように位置付けされている。
【００５３】
なお、本実施の形態では、光配線３が光素子５の一つの側面に対向して設けられている場合を示しているが、光素子５の他の面にも対向させて２以上の光配線を設けてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態では、光素子５に対して光電気複合素子４と光配線３とをセルフアライメント結合素子１３により接続した場合を示しているが、このようなセルフアライメント結合素子１３の一例として、低弾性材料からなる自己支持導波路型光結合素子を用いることが有効である。この自己支持導波路型光結合素子とは、シリコーンやフッ素ゴム等を架橋構造に設け、紫外線を照射すること等により低弾性化や伸縮化等を持たせた素子であり、その内部に光を閉じ込める作用を有し、高い光結合効率が得られる。
【００５５】
このような構成の光配線基板１によれば、光電気変換素子８から出射され、又は、光電気変換素子８に入射される光信号と、光配線３の光導波路６を伝送される光信号とが、光偏向素子１２によって進行方向を９０度変換して結合される。
【００５６】
また、光偏向素子１２が設けられている光素子５が光配線３とは別部品として形成されているので、光素子５を小型化することができるとともにその小型化に伴って、光偏向素子１２の一部である全反射ミラー１４の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製できるようになる。それにより、光偏向素子１２での偏向効率を高くできるとともに光素子５を介して行う光信号の伝送効率も高くできる。
【００５７】
さらに、本実施の形態の光偏向素子１２は、図１３に示した従来例におけるミラー（光偏向素子）１０５のように外部に露出されていないので、汚れや温度湿度による環境からの悪影響を受けにくく、光信号の伝送の安定性と信頼性とが向上する。
【００５８】
本発明の第二の実施の形態の光配線基板を図３に基づいて説明する。なお、図１及び図２において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する（以下の実施の形態でも同じ）。
【００５９】
本実施の形態の光配線基板は光素子２１の構造に特徴があり、他の部分（基板、光配線、光電気複合素子）については第一の実施の形態と同じである。
【００６０】
この光素子２１は、コア（光導波路）２２とコア２２の周囲の狭い範囲を囲むクラッド２３と、これらのコア２２とクラッド２３とを保持する保持部材２４とを有し、コア２２の途中にこのコア２２を９０度屈曲させた形状の光偏向素子２５が形成されている。
【００６１】
光素子２１内を伝送される光信号は、光偏向素子２５により進行方向を９０度変換して光結合される。
【００６２】
本発明の第三の実施の形態の光配線基板を図４に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板は光素子３１の構造に特徴があり、他の部分（基板、光配線、光電気複合素子）については第一の実施の形態と同じである。
【００６３】
この光素子３１は、コア（光導波路）３２とコア３２を囲んだクラッド３３とから形成され、光導波路３２が途中で９０度屈曲して形成され、その屈曲部分に光偏向素子である金属ミラー３４が設けられている。
【００６４】
金属ミラー３４は、光導波路３２の９０度屈曲部分を４５度の角度にカットし、そのカット面の外側にアルミニウム等の金属膜を蒸着等で成膜することにより形成されている。
【００６５】
光素子３１内を伝送される光信号は、金属ミラー３４により進行方向を９０度変換して光結合される。金属ミラー３４は臨界角にならなくとも光を反射できるので、偏向効率が高くなる。
【００６６】
本発明の第四の実施の形態の光配線基板を図５に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板は光素子４１の構造に特徴があり、他の部分（基板、光配線、光電気複合素子）については第一の実施の形態と同じである。
【００６７】
この光素子４１は、コア（光導波路）４２とコア４２を囲んだクラッド４３とから形成され、光導波路４２が途中で９０度屈曲して形成され、その屈曲部分に光偏向素子であるホログラムミラー４４が設けられている。
【００６８】
ホログラムミラー４４は、光導波路４２の９０度屈曲部分を４５度の角度にカットし、そのカット面にエンボス成型、露光成型することにより形成されている。
【００６９】
光素子４１内を伝送される光信号は、ホログラムミラー４４により進行方向を９０度変換して光結合される。
【００７０】
なお、ホログラムミラー４４に代えて回折格子ミラーを設けてもよい。この回折格子ミラーもホログラムミラーと同じ方法で形成することができる。この回折格子ミラーを用いることにより、光素子４１内を伝送される光信号は、回折格子ミラーにより進行方向を９０度変換して光結合される。
【００７１】
本発明の第五の実施の形態の光配線基板を図６に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板は光素子５１の構造に特徴があり、他の部分（基板、光配線、光電気複合素子）の基本的構造については第一の実施の形態と同じである。但し、光電気複合素子の光電気変換素子が、光信号の出射専用とされている点が異なる。
【００７２】
この光素子５１は、コア（光導波路）５２とコア５２を囲んだクラッド５３とから形成され、光導波路５２が途中で９０度屈曲して形成され、その屈曲部分に光偏向素子であるホログラムミラー４４が設けられている。なお、このホログラムミラー４４に代えて、他の構成の光偏向素子を用いることは任意である。
【００７３】
さらに、この光素子５１では、図６（ａ）に示すように、光導波路５２のうち、ホログラムミラー４４への入射側部分５２ａの径に比べ、ホログラムミラー４４で反射された光信号が出射される出射側部分５２ｂの径が太径に形成されている。
【００７４】
図６（ｂ）は、比較例を示したものであり、光導波路５２の径がホログラムミラー４４の両側で同じ場合である。図６（ｂ）のように光導波路５２の径が同じであると、破線の矢印で示すように伝送された光信号がホログラムミラー４４に当たらずに光導波路５２外への漏れ出しが発生し、光信号の伝達効率が低くなる場合がある。
【００７５】
これに対し、図６（ａ）に示すように、光導波路５２の径を入射側部分５２ａに比べて出射側部分５２ｂを太径に形成することにより、ホログラムミラー４４に向けて光導波路５２内を伝送された光信号がホログラムミラー４４に当たらずに光導波路５２外へ漏れ出すことが低減され、ホログラムミラー４４による偏向効率が高くなるとともに光信号の伝達効率も高くなる。
【００７６】
本発明の第六の実施の形態の光配線基板を図７に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板６１の基本的構成は第一の実施の形態の光配線基板１と同じであり、電気配線（図示せず）を有する基板２、この基板２上に実装された光配線３、光電気複合素子４、光素子５等により構成されている。
【００７７】
しかし、光配線３と光素子５とが基板２の一方の基板面上に配置され、光電気複合素子４が基板２の他方の基板面上に配置されている。
【００７８】
光電気複合素子４の光電気変換素子８と光素子５の光偏向素子１２とは、基板２を挟んで基板２の基板面と直交する向きに対向配置され、基板２には、光電気変換素子８と光偏向素子１２とが対向するように貫通孔６２が形成されている。この貫通孔６２はドリルなどを用いて孔加工されており、光電気変換素子８から出射され又は光電気変換素子８に入射される光信号がこの貫通孔６２を通り、光素子５に形成されている光導波路１０に出入りする。
【００７９】
本実施の形態の基本的な作用は第一の実施の形態と同じであり、光電気変換素子８に出入りする光信号と、光配線３の光導波路６を進行する光信号とが、光偏向素子１２によって進行方向を９０度変換して結合される。
【００８０】
また、光偏向素子１２が設けられている光素子５が光配線３とは別部品として形成されているので、光素子５を小型化することができるとともにその小型化に伴って、光偏向素子１２の一部である全反射ミラー１４（図２参照）の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製でき、それにより、光偏向素子１２での偏向効率を高くできるとともに光信号の伝送効率も高くできる。
【００８１】
さらに、本実施の形態では、光素子５と光電気複合素子４とが基板２の表裏両面に分けて配置されることにより、光電気複合素子４を基板２上に実装した後に光素子５を基板２上に実装することができる。このため、光電気複合素子４を実装する加熱プロセスにおける光素子５への熱負荷を防止でき、光素子５が熱膨張などの影響を受けないために光素子５の精度を維持できるとともに光素子５を耐熱性の低い材料で形成することができる。このため、光素子５を製造するための材料の選択範囲が広くなり、より性能のよい光素子５を製造することが可能となる。
【００８２】
本発明の第７の実施の形態の光配線基板を図８に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板７１の基本的構成は第二の実施の形態の光配線基板６１と同じであり、電気配線（図示せず）を有する基板２、この基板２上に実装された光配線３、光電気複合素子４、光素子７２等により構成されている。光配線３が基板２の一方の基板面上に配置され、光電気複合素子４が基板２の他方の基板面上に配置されている。
【００８３】
しかし、光素子７２は、基板２に形成された開口部７３に挿入され、この光素子７２により光電気複合素子４と光配線３とが接続されている。また、光電気変換素子８から出射され又は光電気変換素子８に入射される光信号と、光配線３の光導波路６を伝送される光信号とは、光素子７２内に設けられた光偏向素子１２の作用で伝送方向が９０度変換されて結合する。
【００８４】
ここで、光電気変換素子８の一形態としての面発光レーザの遠視野像の広がり角Δθは、
Δθ＝０．３１×（λ／２ｓ）
で表される（参考文献：伊賀，小山，“面発光レーザの基礎と応用”，共立出版，ｐ３３，１９９９）。
【００８５】
λは発振波長、ｓはビームのスポットサイズである。例えば、光配線に用いられる面発光レーザの発振波長がλ＝８５０ｎｍ、スポットサイズがｓ＝５μｍであるとすれば、Δθ＝０．０２７ｒａｄになる。
【００８６】
光導波路１０のコアサイズを５０μｍと仮定すると、面発光レーザの中心と光導波路１０の中心とが一致しているとき、光素子７２と光電気変換素子８との距離は、５０μｍ／２ｔａｎ（Δθ）＝９２６μｍとなるので、光素子７２と光電気変換素子８との距離は好ましくは１μｍ〜１ｍｍであり、より好ましくは、５０μｍ〜５００μｍである。
【００８７】
本実施の形態のように、光素子７２を開口部７３に挿入することにより、基板２の反対側の面に光配線３と光電気複合素子４とを配置した場合でも、光素子７２と光電気変換素子８との距離を、５０〜５００μｍに設定することが可能となる。
【００８８】
本発明の第八の実施の形態の光配線基板を図９に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板は光素子５と光電気複合素子４との連結構造に特徴があり、光素子５や光電気複合素子４の基本的な構造については第一の実施の形態と同じである。
【００８９】
本実施の形態の光配線基板では、光素子５と光電気複合素子４とを位置合わせする位置合わせ手段７５が設けられている。この位置合わせ手段７５は、光素子５と光電気複合素子４とのそれぞれ対向する面に形成された穴７６と、両端をこれらの対向する穴７６に挿入されるガイドピン７７とにより構成されている。
【００９０】
このような位置合わせ手段７５を設けることにより、光素子５と光電気複合素子４との位置ずれが防止され、光電気複合素子４の光電気変換素子８と光素子５の光偏向素子１２とのアライメントの精度が高くなり、しかも、そのアライメントの作業が容易になる。
【００９１】
本発明の第九の実施の形態の光配線基板を図１０に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板は光素子８１の構造に特徴があり、他の部分（基板、光配線、光電気複合素子）については第一の実施の形態と同じである。
【００９２】
この光素子８１は、光導波路（コア）１０の途中に光信号のアクティブ変換を可能とする電気駆動素子８２が設けられ、この電気駆動素子８２に電力を供給する電極用貫通孔８３がクラッド１１の部分に形成されている。電気駆動素子８２の作用としては、例えば、光導波路１０内を伝送される光信号の増幅、伝送される光信号の遮断等が挙げられる。
【００９３】
この実施の形態によれば、電極用貫通孔８３に差し込んだ電極から電気駆動素子８２に電力を供給することにより、電気駆動素子８２による光信号のアクティブな変換が可能となる。
【００９４】
本発明の第十の実施の形態の光配線基板を図１１に基づいて説明する。本実施の形態の光配線基板は、複数の光素子８５ａ、８５ｂ、８５ｃが積層されている点に特徴がある。光素子８５ａ、８５ｂ、８５ｃの積層方向は、基板２（図１参照）の基板面と直交する方向である。
【００９５】
一層目の光素子８５ａには、光導波路１０以外に、二層目の光素子８５ｂの光導波路１０に接続される光導波路８６ａと、三層目の光素子８５ｃの光導波路１０に接続される光導波路８６ｂとが形成されている。二層目の光素子８５ｂには、光導波路１０以外に、三層目の光素子８５ｃの光導波路１０に接続される光導波路８６ｃが形成されている。
【００９６】
このように積層された複数の光素子８５ａ、８５ｂ、８５ｃを有することにより、単位面積当りの光信号の伝送容量の増大を図ることができる。
【００９７】
本発明の第十一の実施の形態を図１２に基づいて説明する。本実施の形態は、光素子５の製造方法であり、本実施の形態では、２つの光素子５を同時に形成する場合を示している。
【００９８】
図１２（ａ）は、第一ダミー基板９１上にその基板面と平行に溝９２を形成し、この溝９２内にエポキシ材料などを埋め込んで第一コア９３を形成した状態である。なお、この第一コア９３には、光偏向素子を形成するための４５度傾斜部９４が形成されている。
【００９９】
図１２（ｂ）は、第二ダミー基板９５上にクラッド９６を形成し、そのクラッド９６内に第二ダミー基板９５の基板面と直交する方向に延出した第二コア９７を形成した状態である。
【０１００】
図１２（ｃ）は、第一ダミー基板９１と第二ダミー基板９５とを貼り合わせ、第二コア９７の端面と第一コア９３の端面とを接合させた状態である。第二コア９７と第一コア９３とは連続した構造となる。
【０１０１】
図１２（ｄ）は、図１２（ｃ）に示した貼り合わせの後、第一ダミー基板９１を外して第一コア９３を露出させ、露出した第一コア９３における４５度傾斜部９４の部分に光偏向素子９８を形成した状態である。光偏向素子９８の形成としては、エンボス成型によるホログラムミラーの形成、金属膜の蒸着による金属ミラーの形成等が挙げられる。
【０１０２】
図１２（ｅ）は、光偏向素子９８の形成後に、露出している第一コア９３をクラッド９９で被覆した状態である。
【０１０３】
図１２（ｆ）は、第二ダミー基板９５を取り外し、中央部分で切断することにより同時に形成した２つの光素子５を個々に分離した状態であり、光素子５が完成する。
【０１０４】
この光素子５の製造方法によれば、光素子５を小型化することができるとともにその小型化に伴って光偏向素子９８の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に製造できるようになる。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、２つの光素子５を同時に形成し、その最終段階で２つに分離する場合を例に挙げて説明したが、３つ以上の光素子５を同時に形成して最終段階で分離するようにしてもよい。同時に形成する光素子５の数を多くすることにより、製造コストが低下する。
【０１０６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の光配線基板によれば、光配線とは別部品の光素子に光偏向素子が設けられているので、光素子を小型化することができるとともにその小型化に伴って、光偏向素子の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製でき、それにより、光偏向素子での偏向効率を高くできるとともに光信号の伝送効率を高くできる。
【０１０７】
請求項２記載の発明の光配線基板によれば、光偏向素子が設けられている光素子を光配線とは別部品として形成することができ、それにより、光素子を小型化することができ、その小型化に伴って光偏向素子の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に作製でき、光偏向素子での偏向効率を高くできるとともに光信号の伝送効率を高くできる。
【０１０８】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の光配線基板において、前記光素子と前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の同じ面側に設けられ、前記光素子が前記光電気複合素子と前記基板との間に位置付けされているので、光素子と光電気複合素子との間の間隔が小さくなり、光素子と光電気複合素子との間での光信号の伝達を高効率に行うことができる。
【０１０９】
請求項４記載の発明によれば、請求項２記載の光配線基板において、前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の表裏両面に分けて配置され、前記光素子が前記光配線と同じ面側に配置され、前記光電気複合素子の前記光電気変換素子と前記光素子の前記光偏向素子とが対向する位置に前記基板を表裏方向に貫通した貫通孔が形成されているので、光電気複合素子を基板上に実装した後に光素子を実装することができるようになり、光電気複合素子を実装する際の加熱プロセスにおける光素子への熱負荷を防止でき、光素子がその熱負荷による熱膨張などの影響を受けないために精度を維持できるとともに光素子を耐熱性の低い材料で形成することができる。
【０１１０】
請求項５記載の発明によれば、請求項２記載の光配線基板において、前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の表裏両面に分けて配置され、前記基板に開口部が形成され、前記開口部に前記光素子が挿入されているので、光電気複合素子を基板上に実装した後に開口部に光素子を挿入して実装することができるので、光電気複合素子を実装する際の加熱プロセスにおける光素子への熱負荷を防止でき、光素子がその熱負荷による熱膨張などの影響を受けないために精度を維持できるとともに光素子を耐熱性の低い材料で形成することができ、さらに、光電気複合素子の光電気変換素子と光素子の光偏向素子とのアライメントを基板に形成した孔などを介することなく直接行えるので、そのアライメントの精度を高くできるとともにそのアライメント作業を容易にできる。
【０１１１】
請求項６記載の発明によれば、請求項２ないし５のいずれか一記載の光配線基板において、前記光電気複合素子と前記光素子とを位置合わせする位置合わせ手段が設けられているので、この位置合わせ手段を用いることにより光素子と光電気複合素子とのアライメント精度を高くできるとともにそのアライメント作業を容易にできる。
【０１１２】
請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし６のいずれか一記載の光配線基板において、前記光素子の内部にこの光素子内を伝送される光信号のアクティブ変換を可能とする電気駆動素子が設けられ、前記電気駆動素子に電力を供給する電極用貫通孔が前記光素子に形成されているので、光素子の内部に設けられた電気駆動素子への電力供給を電極用貫通孔に電極を挿通することにより行え、このような電気駆動素子を光素子に設けることにより光素子の機能アップを図ることができ、光素子の小型化によりこれらの電気駆動素子や電極用貫通孔の形成も高精度に行える。
【０１１３】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし７のいずれか一記載の光配線基板において、前記光素子が、前記光配線内の前記光導波路を伝送される光信号の伝送方向と交差する方向に積層配置されているので、光配線内を伝送される光信号の単位面積当りの伝送容量を増大させることができ、光素子の小型化に伴う精度向上により光素子の積層を高精度に行うことができる。
【０１１４】
請求項９記載の発明によれば、請求項１ないし８のいずれか一記載の光配線基板において、前記光素子には光導波路が形成され、この光導波路の途中に前記光偏向素子が配置され、この光導波路の端部は前記光配線と前記光電気変換素子とに対向しているので、光素子内を伝送される光信号が光導波路内を伝送されるので、光素子内での光信号の伝達効率を高めることができる。
【０１１５】
請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の光配線基板において、前記光導波路の径が、前記光偏向素子への入射側部分に比べて前記光偏向素子からの出射側部分が太径に形成されているので、光偏向素子に向けて光導波路内を伝送された光信号が光偏向素子に当たらずに光導波路外へ漏れ出すことを低減でき、光偏向素子による偏向効率を高めることができるとともに光信号の伝達効率を高めることができる。
【０１１６】
請求項１１記載の発明によれば、請求項９又は１０記載の光配線基板において、前記光配線の前記光導波路と前記光素子の前記光導波路とが、低弾性材料からなる自己支持導波路型光結合素子で光結合されているので、光配線の光軸と光素子の光軸とがずれている場合でも、自己支持導波路型光結合素子が低弾性材料により形成されているためにそのずれに応じて自己支持導波路型光結合素子が変形するので、光配線と光素子とを光結合する際に高精度のアライメントが不要となり、光結合する際のコストを低減できる。
【０１１７】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１ないし１１のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、全反射ミラーとこの全反射ミラーのミラー面の外側に位置する空気クラッドとが設けられているので、光偏向効率を高めることができるとともに光素子の低温形成を行うことができ、さらに、部品点数の削減を図ることができる。
【０１１８】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１ないし１１のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、金属膜を成膜した金属ミラーが設けられているので、光偏向効率を高めることができるとともに光素子の低温形成を行うことができる。
【０１１９】
請求項１４記載の発明によれば、請求項１ないし１１のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、ホログラムミラーが設けられているので、光偏向効率を高めることができるとともに光素子の低温形成を行うことができる。
【０１２０】
請求項１５記載の発明によれば、請求項１ないし１１のいずれか一記載の光配線基板において、前記光偏向素子として、回折格子ミラーが設けられているので、光偏向効率を高めることができるとともに光素子の低温形成を行うことができる。
【０１２１】
請求項１６記載の発明の光配線基板の製造方法によれば、光電気複合素子を基板に実装した後に光素子を基板に実装するようにしたので、光電気複合素子を基板に実装する際の加熱プロセスにおいて発生する熱が光素子に伝わることを防止でき、光電気複合素子の実装時の熱の影響による光素子の熱膨張を防止して光素子の性能の維持を図ることができる。
【０１２２】
請求項１７記載の発明の光配線基板の光素子の製造方法によれば、第一コアを形成した第一ダミー基板と、クラッドと第二コアとを形成した第二ダミー基板とを、第一コアの端面と第二コアの端面とが接合するように貼り合わせ、その後、第一ダミー基板を外して第一コアを露出させ、第一コアと第二コアとの接合部に光偏向素子を形成し、露出している第一コアをクラッドで被覆することにより光素子を製造できるので、光素子を小型化することができるとともにその小型化に伴って、光偏向素子の面角度、面の大きさ、面粗さ等を高精度に製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の光配線基板の概略構造を示す断面図である。
【図２】光素子の構造を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第三の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第四の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第五の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第六の実施の形態の光配線基板の概略構造を示す断面図である。
【図８】本発明の第七の実施の形態の光配線基板の概略構造を示す断面図である。
【図９】本発明の第八の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子と光電気変換素子との位置合わせ構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の第九の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子の構造を示す断面図である。
【図１１】本発明の第十の実施の形態の光配線基板の構成部品である複数の光素子の積層構造を示す断面図である。
【図１２】本発明の第十一の実施の形態の光配線基板の構成部品である光素子の製造方法を説明する工程図である。
【図１３】従来例の光配線を示す断面図である。
【符号の説明】
２ 基板
３ 光配線
４ 光電気複合素子
５ 光素子
６ 光導波路
８ 光電気変換素子
１０ 光導波路
１２ 光偏向素子
１４ 全反射ミラー
１５ 空気クラッド
２１ 光素子
２２ 光導波路
３１ 光素子
３２ 光導波路
３４ 光偏向素子、金属ミラー
４１ 光素子
４２ 光導波路
４４ 光偏向素子、ホログラムミラー
５１ 光素子
５２ 光導波路
５２ａ 入射側部分
５２ｂ 出射側部分
６２ 貫通孔
７３ 開口部
７５ 位置合わせ手段
８２ 電気駆動素子
８３ 電極用貫通孔
８５ａ、８５ｂ、８５ｃ 光素子
９１ 第一ダミー基板
９３ 第一コア
９５ 第二ダミー基板
９６ クラッド
９７ 第二コア
９８ 光偏向子
９９ クラッド

Claims (17)

1. 光信号が伝送される光導波路が形成された光配線と、
   前記光導波路を伝送される光信号とこの光信号に対して交差する方向に伝送される光信号とを結合する光偏向素子を有し、前記光配線とは別部品として形成された光素子と、
   を備える光配線基板。
2. 電気配線を有する基板と、
   前記基板上に設けられ、光電気変換素子を有する光電気複合素子と、
   前記基板上に設けられ、前記基板の面と平行に光信号が伝送される光導波路が形成された光配線と、
   前記基板上に設けられ、前記光導波路を搬送される光信号とこの光信号に対して交差する向きに搬送されて前記光電気変換素子に入出力する光信号とを結合する光偏向素子を有する光素子と、
   を有する光配線基板。
3. 前記光素子と前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の同じ面側に設けられ、
   前記光素子が前記光電気複合素子と前記基板との間に位置付けされている請求項２記載の光配線基板。
4. 前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の表裏両面に分けて配置され、
   前記光素子が前記光配線と同じ面側に配置され、
   前記光電気複合素子の前記光電気変換素子と前記光素子の前記光偏向素子とが対向する位置に前記基板を表裏方向に貫通した貫通孔が形成されている請求項２記載の光配線基板。
5. 前記光配線と前記光電気複合素子とが前記基板の表裏両面に分けて配置され、
   前記基板に開口部が形成され、
   前記開口部に前記光素子が挿入されている請求項２記載の光配線基板。
6. 前記光電気複合素子と前記光素子とを位置合わせする位置合わせ手段が設けられている請求項２ないし５のいずれか一記載の光配線基板。
7. 前記光素子の内部にこの光素子内を伝送される光信号のアクティブ変換を可能とする電気駆動素子が設けられ、前記電気駆動素子に電力を供給する電極用貫通孔が前記光素子に形成されている請求項１ないし６のいずれか一記載の光配線基板。
8. 前記光素子が、前記光配線内の前記光導波路を伝送される光信号の伝送方向と交差する方向に積層配置されている請求項１ないし７のいずれか一記載の光配線基板。
9. 前記光素子には光導波路が形成され、この光導波路の途中に前記光偏向素子が配置され、この光導波路の端部は前記光配線と前記光電気変換素子とに対向している請求項１ないし８のいずれか一記載の光配線基板。
10. 前記光導波路の径が、前記光偏向素子への入射側部分に比べて前記光偏向素子からの出射側部分が太径に形成されている請求項９記載の光配線基板。
11. 前記光配線の前記光導波路と前記光素子の前記光導波路とが、低弾性材料からなる自己支持導波路型光結合素子で光結合されている請求項９又は１０記載の光配線基板。
12. 前記光偏向素子として、全反射ミラーとこの全反射ミラーのミラー面の外側に位置する空気クラッドとが設けられている請求項１ないし１１のいずれか一記載の光配線基板。
13. 前記光偏向素子として、金属膜を成膜した金属ミラーが設けられている請求項１ないし１１のいずれか一記載の光配線基板。
14. 前記光偏向素子として、ホログラムミラーが設けられている請求項１ないし１１のいずれか一記載の光配線基板。
15. 前記光偏向素子として、回折格子ミラーが設けられている請求項１ないし１１のいずれか一記載の光配線基板。
16. 電気配線を有する基板上に、光電気変換素子を有する光電気複合素子と、前記基板の面と平行に光信号が伝送される光導波路が形成された光配線と、前記光導波路を搬送される光信号とこの光信号に対して交差する向きに搬送されて前記光電気変換素子に入出力する光信号とを結合する光偏向素子を有する光素子とを実装してなる光配線基板の製造方法であって、
    前記光電気複合素子を前記基板に実装した後に前記光素子を前記基板に実装するようにした光配線基板の製造方法。
17. 第一ダミー基板上にこの第一ダミー基板の基板面と平行に延出した第一コアを形成する工程と、
    第二ダミー基板上にクラッドを形成する工程と、
    前記クラッド内に前記第二ダミー基板の基板面と交差する方向に延出した第二コアを形成する工程と、
    前記第一コアの端面と前記第二コアの端面とが接合するように前記第一ダミー基板と前記第二ダミー基板とを貼り合わせる工程と、
    前記第一ダミー基板を外して前記第一コアを露出させる工程と、
    前記第一コアと前記第二コアとの接合部に光偏向素子を形成する工程と、
    露出している前記第一コアをクラッドで被覆する工程と、
    前記第二ダミー基板を取り外す工程と、
    を有する光配線基板の光素子の製造方法。

Images