專利名稱：光波導(dǎo)路裝置及其制造方法、以及光波導(dǎo)路連接結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在光通信、光信息處理、其它一般光學(xué) 中廣泛應(yīng)用的光波導(dǎo)路裝置的制造方法以及由此獲得的光波 導(dǎo)路裝置、以及用于該光波導(dǎo)路裝置的光波導(dǎo)路連接結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
通常，光波導(dǎo)路裝置通過光波導(dǎo)路傳播從發(fā)光元件發(fā)出 的光，相反，使受光元件接收由光波導(dǎo)路傳播來的光，從而
進行光耦合(optical coupling),但該耦合時，重要的是將相 互的光軸設(shè)定在同 一光軸上，要求高的定位精度。最近，提 出了 一種光波導(dǎo)路裝置(包括光組件)，廣泛應(yīng)用在光通信等 中(參照專利文獻l等)，該光波導(dǎo)路裝置具有可簡單地進行
上述的定位的插口容器(receptacle)結(jié)構(gòu)。
例如，如圖5所示，上述專利文獻l中所述的光組件包括 基板2和插口容器。該基板2搭載有面型發(fā)光元件等的光學(xué)元 件1;該插口容器可相對于上述光學(xué)元件1以形成同 一 光軸那
樣的配置對撓性光波導(dǎo)路3進行定位。
另外，上述插口容器由第1插口容器6和第2插口容器8構(gòu) 成，該第l插口容器6設(shè)有形成用于對撓性光波導(dǎo)路3進行定位 的引導(dǎo)路徑的下側(cè)槽5;第2插口容器8設(shè)有同樣形成為引導(dǎo)路 徑的上側(cè)槽7，通過使立設(shè)于基板2的上表面的導(dǎo)向銷9、 10與 分別設(shè)于上述第l插口容器6、第2插口容器8的下表面的導(dǎo)向 孔ll、 12嵌合，從而可將它們組裝成一體。 專利文獻l:曰本凈爭開2006—1545537>才艮
可是，為了形成插口容器結(jié)構(gòu)，該插口容器需要制作第l插口容器6和第2插口容器8這樣的2個部件的工序、和將這2個 部件組裝到基板2上的工序，從而存在需要大量的時間和勞力 這樣的問題。另外，還存在這樣的問題利用上述組裝后的 插口容器結(jié)構(gòu)對光元件1和撓性光波導(dǎo)路3進行定位，因此各 構(gòu)件的加工精度以及組裝精度的疊加成為影響整體精度的原 因，難于調(diào)整整體精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，其目的在于提供一種 能夠簡單且高精度地形成插口容器結(jié)構(gòu)的、優(yōu)良的光波導(dǎo)路 裝置制造方法以及由此獲得的光波導(dǎo)路裝置、用于該光波導(dǎo) 路裝置的光波導(dǎo)路連接結(jié)構(gòu)。
為了達到上述目的，本發(fā)明的第l技術(shù)方案在于提供一種 光波導(dǎo)路裝置的制造方法，包括將受發(fā)光元件安裝到基板 上表面的工序；在上述安裝的受發(fā)光元件的周圍配置模具， 向該模具內(nèi)填充芯形成材料并使其固化，從而形成芯層，由 此密封上述受發(fā)光元件，且在與上述受發(fā)光元件的受發(fā)光面 相對的芯層的部位一體地形成光波導(dǎo)^各插入用凹部和光耦合 用透鏡的工序；脫模后，將光波導(dǎo)路的一端插入上述芯層的 光波導(dǎo)路插入用凹部內(nèi)并用樹脂密封固定的工序。
另外，本發(fā)明的第2技術(shù)方案特別在于提供一種光波導(dǎo)路 裝置的制造方法，其中，使用由石英玻璃以及硅中的至少一 種材料形成的透明模具作為上述模具，在配置上述模具時， 通過透過模具觀察來進行利用模具形成的光耦合用透鏡和受 發(fā)光元件的受發(fā)光點的調(diào)芯；第3技術(shù)方案在于提供一種光波 導(dǎo)路裝置的制造方法，使用金屬模具作為上述模具，分別在 上述模具和基板上設(shè)置對位標記，通過對齊兩對位標記，進行利用模具所形成的光耦合用透鏡和受發(fā)光元件的受發(fā)光點 的調(diào)芯。
而且，本發(fā)明的第4技術(shù)方案在于提供一種通過上述第1 技術(shù)方案中的制造方法獲得的光波導(dǎo)路裝置，包括安裝在基 板上表面的受發(fā)光元件和密封該受發(fā)光元件的芯層，在上述 芯層的、與受發(fā)光元件的受發(fā)光面相對的部位一體地形成有 光波導(dǎo)路插入用凹部和光耦合用透鏡，通過將光波導(dǎo)路的一 端插入上述芯層的凹部內(nèi)并用樹脂密封固定，而將光波導(dǎo)路 和芯層內(nèi)的受發(fā)光元件的受發(fā)光點光耦合。
而且，本發(fā)明的第5技術(shù)方案在于提供一種光波導(dǎo)路連接
結(jié)構(gòu)，用于上述第4技術(shù)方案的光波導(dǎo)路裝置中，其中，在對
安裝于基板上表面的受發(fā)光元件進行密封的芯層的、與受發(fā) 光元件的受發(fā)光面相對的部位一體地形成有光波導(dǎo)路插入用 凹部和光耦合用透鏡，通過將光波導(dǎo)路的一端插入上述芯層 的凹部內(nèi)并用樹脂密封固定，而將光波導(dǎo)路和芯層內(nèi)的受發(fā) 光元件光耦合。
即，本發(fā)明人對于獲得可在簡單且高精度地對受發(fā)光元 件與光波導(dǎo)路進行定位的狀態(tài)下進行光耦合的插口容器結(jié)構(gòu) 的方法，重復(fù)進行了深入研究。其結(jié)果是，為了保護受發(fā)光 元件不受外力影響而進行樹脂密封時，與該樹脂密封的同時， 同時制作插口容器結(jié)構(gòu)中所需的透鏡和光波導(dǎo)路插入用凹 部，達到所期望的目的，完成了本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的光波導(dǎo)路裝置的制造方法，則如上所述， 為了保護受發(fā)光元件不受外力影響而進行樹脂密封時，與該 樹脂密封的同時，同時制作插口容器結(jié)構(gòu)中所需的透鏡和光 波導(dǎo)路插入用凹部，因此，可在一道工序中簡單且高精度地 形成插口容器結(jié)構(gòu)。因而，不需要象以往那樣大量的時間和勞力，具有能夠大幅降低制造成本和作業(yè)時間的優(yōu)點。
而且，上述制造方法中，特別是使用由石英玻璃以及硅 中的至少 一種材料形成的透明模具作為上述模具，在配置上 述模具時，通過透過模具觀察來進行利用模具所形成的光耦 合用透鏡和受發(fā)光元件的受發(fā)光點的調(diào)芯，具有可簡單地進 行配置模具時的調(diào)芯作業(yè)這樣的優(yōu),泉。
另外，上述制造方法中，特別是使用金屬模具作為上述 模具，分別在上述模具和基板上設(shè)置對位標記，通過對齊兩 對位標記，進行利用模具所形成的光耦合用透鏡和受發(fā)光元 件的受發(fā)光點的調(diào)芯，具有可簡單地進行配置模具時的調(diào)芯 作業(yè)這樣的優(yōu)點。
而且，在上述光波導(dǎo)路裝置中，受發(fā)光元件和光波導(dǎo)路 是由芯層密封的簡單的結(jié)構(gòu)，并且在準確定位兩者的光軸的 狀態(tài)下進行光耦合，能夠傳播高強度的光。
而且，采用用于上述光波導(dǎo)路裝置的光波導(dǎo)路連接結(jié)構(gòu)， 具有可簡單且低成本地進行光耦合損失小且效率高的光的傳
牙番這才羊的^f尤點。


圖l的(a)、 (b)均為示意性地表示本發(fā)明一個實施例的 光波導(dǎo)路裝置的制造工序的說明圖。
圖2的為示意性地表示上述光波導(dǎo)路裝置的制造工序的說 明圖。
圖3的(a)、 (b)均為示意性地表示上述光波導(dǎo)路裝置的 安裝方式的說明圖。
圖4為示意性地表示通過本發(fā)明所獲得的光波導(dǎo)路裝置的 另 一方式的說明圖。圖5為表示以往的具有插口容器結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)路裝置的一 例的說明圖。
具體實施例方式
接著，為了實施本發(fā)明的最佳方式，以制造將發(fā)光元件 和光波導(dǎo)路光耦合而成的光波導(dǎo)路裝置為例進行詳細說明。
根據(jù)該例子，首先如圖l的(a)所示，準備平板狀基板 20，在其上表面的規(guī)定位置安裝發(fā)光元件21。
作為形成上述基板20的材料，例如可舉出玻璃、石英 玻璃、硅、樹脂、金屬等。另外，根據(jù)基板20的材質(zhì)或需求 特性適當(dāng)設(shè)定基板20的厚度，例如，當(dāng)材料為以聚酯樹脂 (PET)、聚碳酸酯樹脂(PC)、聚萘二曱酸乙二醇酯(PEN) 等為基礎(chǔ)的撓性印刷基板(FPC)時，通常優(yōu)選厚度為30 300jim;當(dāng)材料為以玻璃板、石英板為基礎(chǔ)的剛性基板時， 通常優(yōu)選厚度為1 ~ 5mm。
另外，作為上述發(fā)光元件21,可列舉出發(fā)光二極管 (LED)、激光二極管(LD)、垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL) 等，通過引線接合法等向上述基板20安裝上述發(fā)光元件21。
接著，在上述所安裝的發(fā)光元件21的周圍配置形成芯層 用的模具(俯視呈四邊形狀)22。該模具22具有頂面23和側(cè) 面24，在上述頂面23的、與發(fā)光元件21的發(fā)光面相對的部位， 形成有如圖l的(b)所示的用于對光波導(dǎo)路插入用凹部25賦 予形狀的凸部26,并且在該凸部26的頂端面26a,形成有如圖 l的(b)所示的同樣用于對光耦合用透鏡27賦予形狀的半球 狀凹部28。
作為上述模具22的材質(zhì)，例如可列舉出金屬、樹脂、硅、 石英玻璃等，其中最好為石英玻璃、硅等透明模具。即，為了使上述模具22的、由半球狀凹部28所賦予形狀的透鏡的光 軸和發(fā)光元件21的光軸準確地進行位置對準而進行對位時， 若模具22是透明的，則可以透過模具22地從其上方進行主動 對位。
另外，使用不透明的金屬模具作為上述模具22時，例如， 分別在上述模具22和基板20上預(yù)先設(shè)置對位標記，從基板20 的后側(cè)對兩對位標記進行攝像，進行主動對位。此時，最好 在模具22上直接刻設(shè)對位標記，在基板20上形成由印刷乃至 鍍銅而成的對位標記。
而且，上述模具22的、用于對光波導(dǎo)路插入用凹部25賦 予形狀的凸部26被設(shè)計成使得被賦予形狀的凹部25形成錐狀 的狹縫，如圖2所示，在插入薄膜狀的光波導(dǎo)路30時，可保持 有余量的插入，且即使光波導(dǎo)路30的厚度有一些變動，利用 下述的透鏡27的聚光作用也可以覆蓋。
另外，上述凸部26的頂端面26a的高度H需要設(shè)定成與發(fā) 光元件21的接合引線21a不發(fā)生接觸的高度。原因在于凸部26 的頂端面26a按壓接合引線21a而有可能造成斷線等。
另夕卜，發(fā)光元件21的主體的大小為高約200(imx寬約 300pmx進深約300nm時，優(yōu)選設(shè)定模具22的高度(內(nèi)部尺寸) 為10mm以下，寬及進深分別約20mm以下。并且，上述凸部 26的頂端面26a的高度(H)為400(xm以上，但優(yōu)選避免與接 合引線接觸。
接著，通過向上述模具22內(nèi)填充芯形成材料并使其固化， 從而形成芯層29,并進行脫模。由此，如圖l的(b)所示， 發(fā)光元件21被芯層29密封，且在芯層29的上表面可獲得形成 有由錐狀的狹縫構(gòu)成的光波導(dǎo)路插入用凹部25和具有聚光作 用的光耦合用透鏡27的成形件。作為形成芯的材料，通常用于作為光波導(dǎo)路的形成芯層 的材料而被廣泛應(yīng)用，例如，使用將感光性環(huán)氧樹脂、感光 性聚酰亞胺樹脂、感光性聚酰胺樹脂、感光性硅有機樹脂等 感光性樹脂、非感光性環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂等熱固化性
樹脂溶解到溶劑中形成的清漆(varnish)。其中，優(yōu)選使用 感光性環(huán)氧樹脂。
并且，上述芯形成材料的固化使用感光性樹脂時，通常 采用紫夕卜線點照射。紫外線的照射量通常為100 ~ 5000mJ/cm2，優(yōu)選為2000 3000mJ/cm2。另夕卜，照射時間為 1~3秒。另外，使用聚酰亞胺樹脂等熱固化樹脂時，通常通 過300 ~ 400°Cx60 ~ 180分4中的力口熱處J里^f吏其SH匕。
接著，將密封用樹脂材料注入上述光波導(dǎo)路插入用凹部 25內(nèi)， 一邊插入光波導(dǎo)路30, —邊使上述密封用樹脂材料固 化，固定光波導(dǎo)路30。該狀態(tài)如圖2所示。圖中，31為固化的 密封樹脂。
作為上述密封用樹脂材料，以往用于作為光波導(dǎo)路的敷 層形成材料而被廣泛應(yīng)用，例如，使用將感光性環(huán)氧樹脂、 感光性聚酰亞胺樹脂、感光性聚酰胺樹脂、感光性硅有機樹 脂等感光性樹脂、非感光性環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂等熱固 化性樹脂溶解到溶劑中形成的清漆。其中，優(yōu)選使用感光性 環(huán)氧樹脂。但是，為了抑制自芯層29射出的光的損失，優(yōu)選 設(shè)定密封樹脂31的折射率小于上述芯層29的折射率。
并且，使用感光性樹脂時，上述密封用樹脂材料的固化 通常采用紫外線點照射。紫外線的照射量通常為100 ~ 5000mJ/cin2j尤選的是為2000 3000mJ/cm2。另夕卜，照射時 間為1 5秒。另外，使用聚酰亞胺樹脂等熱固化樹脂時，通 常通過300~ 400°Cx60~ 180分鐘的力口熱處理使其固化。另外，插入上述光波導(dǎo)路插入用凹部25內(nèi)光波導(dǎo)路30是 用作為敷層的帶狀薄膜3 3 、 3 4從兩面夾著沿長度方向延伸的 撓性芯層32從而層疊為一體形成的，因此，通常使用調(diào)整了 相互的折射率的聚酰亞胺樹脂、聚酰胺樹脂、環(huán)氧樹脂等構(gòu) 成的層疊薄膜。而且，優(yōu)選使用其整體厚度為O.l ~ 2mm左右。
這樣得到的光波導(dǎo)路裝置可使發(fā)光元件21和光波導(dǎo)路30 在高精度地對兩者相互的光軸進行位置對準的狀態(tài)下進行光 耦合，從而傳播高強度的光。
然后，采用上述光波導(dǎo)路裝置的制造方法，可簡單且短 時間地制造出上述質(zhì)量高的光波導(dǎo)路裝置，實用效果好。
另外，如圖3的(a)所示，上述例子因為使用了柔軟的 薄膜狀的光波導(dǎo)路3 0,所以可使連接于基板2 0的薄膜狀的光 波導(dǎo)路30自基板20的安裝面向自由方向延伸。但是，即使使 用無撓性的構(gòu)件作為光波導(dǎo)路30時，通過使用柔軟的FPC作 為基板20,如圖3的(b)所示，也可將光波導(dǎo)路30沿自由方 向安裝(圖中垂直方向)。這樣一來，通過用柔軟的材料構(gòu)成 基板20和光波導(dǎo)路30中的至少一方，可根據(jù)應(yīng)用所要求的方 式采取適當(dāng)?shù)陌惭b方式。
另外，上述例子是將單一的光波導(dǎo)路30與單一的發(fā)光元 件21相連接，例如，如圖4所示，可用于將光波導(dǎo)路群40與具 有以規(guī)定的間距排列的多個發(fā)光元件21的基板20相連接，該
并列地集束而成的。另外，該圖為與圖2的截面方向成90度角 的不同方向的剖視圖。并且，省略光波導(dǎo)路插入用凹部25內(nèi) 的密封樹脂31 (參照圖2)的圖示。
而且，上述例子是適用于使自發(fā)光元件21發(fā)出的光射入 到薄膜置的例子，但本發(fā)明也可適用于使自光波導(dǎo)路的芯層射出的 光射入到受光元件而進行光耦合的光波導(dǎo)路裝置。
接著，對實施例進行說明。但是，本發(fā)明不限于下述實 施例。
模具的準備
用玻璃制作出模具，該模具可賦予以下的形狀光波導(dǎo) 路插入用凹部25的開口寬度為lmm 、凹部的底部寬度為 0.15mm、光耦合用透鏡尺寸為直徑0.1mm。另外，在才莫具上 凌'i殳乂于4立才示i己。
芯形成材料的調(diào)制 將雙苯氧乙醇藥基縮水甘油醚(成分A): 70重量份、1, 3, 3-三{4-[2-( 3-氧雜環(huán)丁烷)]丁氧基苯基}丁烷30重量份、4, -雙[二 ( p羥基乙氧基)苯基亞硫酸基]苯基硫酸-雙-六氟 銻酸鹽的50%碳酸丙二酯溶液(光酸發(fā)生劑成分B): 0.5重量 份溶解到28重量份的乳酸乙烷中，調(diào)制成芯形成材料。 用于光波導(dǎo)路插入用凹部的密封樹脂材料的調(diào)制 通過將上述成分A: 35重量份、脂環(huán)式環(huán)氧樹脂，即3', 4'-環(huán)氧環(huán)己基曱基3， 4-環(huán)氧己烯羧酸酯(大賽璐化學(xué)工業(yè) 公司制造，CELLOXIDE2021P ): 40重量份、(3' ,4'-環(huán) 氧環(huán)己烷)曱基3' ，4'-環(huán)氧環(huán)己基羧酸酯(大賽璐化學(xué)工業(yè) 公司制造，CELLOXIDE2081 )(成分C ): 25重量份、和成分 B: l重量份混合，調(diào)制成密封樹脂材料。 制作光波導(dǎo)路裝置 首先，通過將作為發(fā)光元件的面發(fā)光激光(Optowell公司 制造、SM85-2N001 )搭載在基材厚度為38(im的FPC上，在 110。C下用銀的糊狀物(paste)向元件里側(cè)的端子進行引線接 合，用直徑為25pm的Au (金屬)線向元件外側(cè)的端子進行引線接合，安裝到FPC上。
接著，在安裝有上述FPC的發(fā)光元件的周圍配置上述模
具，將上述芯形成材料填充到模具內(nèi)。然后，通過進行
3000mJ/cn^的紫外線點照射，使其固化，密封發(fā)光元件的同 時制作插口容器結(jié)構(gòu)的芯層。
然后，脫模后，將上述密封用樹脂材料注入上述芯層的 光波導(dǎo)路插入用凹部內(nèi)之后， 一邊插入薄膜狀光波導(dǎo)路(整 體厚度0.2mm、芯層厚度50iim、芯層寬度40(Vm)的一端， 一邊進行3000mJ/cm2的紫外線點照射，并使上述密封用樹脂 材料固化，固定薄膜狀光波導(dǎo)路。
這樣一來，可制造通過插口容器結(jié)構(gòu)對光波導(dǎo)路和發(fā)光 元件進行光耦合的光波導(dǎo)路裝置。
可以看出，經(jīng)由光波導(dǎo)路后的光量為通過主動對位完全 調(diào)芯后光量的90%，光的耦合損失減少，品質(zhì)變高。
權(quán)利要求
1. 一種光波導(dǎo)路裝置的制造方法，其特征在于，包括將受發(fā)光元件安裝到基板上表面的工序；在上述安裝的受發(fā)光元件的周圍配置模具，向該模具內(nèi)填充芯形成材料并使其固化，從而形成芯層，由此密封上述受發(fā)光元件，且在與上述受發(fā)光元件的受發(fā)光面相對的芯層的部位一體地形成光波導(dǎo)路插入用凹部和光耦合用透鏡的工序；脫模后，將光波導(dǎo)路的一端插入上述芯層的光波導(dǎo)路插入用凹部內(nèi)并用樹脂密封固定的工序。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光波導(dǎo)路裝置的制造方法，使用 由石英玻璃以及硅中的至少一種材料形成的透明模具作為上述 模具，在配置上述模具時，通過透過模具觀察來進行利用模具 所形成的光耦合用透鏡和受發(fā)光元件的受發(fā)光點的調(diào)芯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光波導(dǎo)路裝置的制造方法，使用 金屬模具作為上述模具，分別在上述模具和基板上設(shè)置對位標 記，通過對齊兩對位標記，進行利用模具所形成的光耦合用透 鏡和受發(fā)光元件的受發(fā)光點的調(diào)芯。
4. 一種光波導(dǎo)路裝置，通過權(quán)利要求l所述的制造方法獲 得，其特征在于，包括安裝在基板上表面的受發(fā)光元件和密封 該受發(fā)光元件的芯層，在上述芯層的、與受發(fā)光元件的受發(fā)光 面相對的部位， 一體地形成有光波導(dǎo)路插入用凹部和光耦合用 透鏡，通過將光波導(dǎo)路的一端插入上述芯層的凹部內(nèi)并用樹脂 密封固定，而將光波導(dǎo)路和芯層內(nèi)的受發(fā)光元件的受發(fā)光點光 耦合。
5. —種光波導(dǎo)路連接結(jié)構(gòu)，用于權(quán)利要求4所述的光波導(dǎo) 路裝置，其特征在于，在對安裝于基板上表面上的受發(fā)光元件 進行密封的芯層的、與受發(fā)光元件的受發(fā)光面相對的部位一體 地形成有光波導(dǎo)^^插入用凹部和光耦合用透4竟，通過將光波導(dǎo) 路的一端插入上述芯層的凹部內(nèi)并用樹脂密封固定，而將光波導(dǎo)路和芯層內(nèi)的受發(fā)光元件光耦合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠在一道工序內(nèi)簡單且高精度地形成插口容器結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)路裝置的制造方法以及由此獲得的光波導(dǎo)路裝置、以及用于該光波導(dǎo)路裝置的光波導(dǎo)路連接結(jié)構(gòu)。該光波導(dǎo)路裝置包括安裝在基板(20)上表面的發(fā)光元件(21)和密封該發(fā)光元件(21)的芯層(29)，在上述芯層(29)的、與發(fā)光元件(21)的發(fā)光面相對的部位，一體地形成有光波導(dǎo)路插入用凹部(25)和光耦合用透鏡(27)，將光波導(dǎo)路(30)的一端插入上述凹部(25)內(nèi)，用密封樹脂(31)固定，進行光波導(dǎo)路(30)和芯層(29)內(nèi)的發(fā)光元件(21)的受發(fā)光點的光耦合。
文檔編號G02B6/42GK101441298SQ20081018097
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
發(fā)明者程野將行 申請人:日東電工株式會社