專利名稱：光學互連器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學互連器件。更具體地說，本發(fā)明涉及上面安裝 有諸如光接收元件和光發(fā)射元件等光學元件的光學互連器件。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字設(shè)備的信號速度提高、封裝密度提高等，需要抵抗電
信號的噪音和EMI的措施。作為這種措施，現(xiàn)在正在研發(fā)一種用光 學信號代替一部分電配線的光/電混合基板。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在將諸如激光二極管、光電二極管等光學元件 安裝在光/電混合基板上的情況下，尤其是在將表面安裝光學元件(其 中，光沿著垂直于基板表面的方向入射/透射)安裝在基板上的情況 下，會由于在光學波導核心與光學元件或光路改變部分之間出現(xiàn)的幾 微米的光軸偏移而導致光耦合損失，因而使光學信號衰減。
為了解決上述問題，例如，JP-A-2001-141965描述了一種光耦 合器，該光耦合器可以用簡單的結(jié)構(gòu)在光學上有效地耦合光學器件， 并且還容易實現(xiàn)尺寸減小和陣列構(gòu)造。此外，作為以高生產(chǎn)率制造光 耦合器的方法，JP-A-2001-141965還描述了一種光耦合器，在該光耦 合器中，通過由大致橢球體的一部分構(gòu)造的橢圓鏡來使第一光學器件 與第二光學器件光學耦合。
如圖1所示，在JP-A-2001-141965中，通過將垂直腔表面發(fā)射 激光器(VCSEL) 102安裝在基板104上而構(gòu)成第一光學器件100。 第一光學器件100通過粘合劑150安裝在第二光學器件200上。第二 光學器件200包括光學波導204和形成在橢圓形凹陷部208中的反射 鏡206。從VCSEL 102發(fā)射的激光束沿著與第二光學器件200垂直 的方向入射。該激光束的光路被用作光路改變部分的橢圓形反射鏡 206改變90度并會聚。該激光束與光學波導204的位于反射鏡206焦點附近的芯層210光學耦合。
從VCSEL 102發(fā)射的激光束類似圓錐形狀。因此，這種激光束 被反射鏡206反射90°角，其中反射鏡206類似橢球體形狀，并設(shè) 置為與激光束的入射方向成45° 。此外，與入射的激光束類似，被 反射的激光束類似圓錐形狀。此后，被反射的激光束會聚于光學波導 204的芯層210的入射端附近，然后透射通過光學波導204。根據(jù)這 種構(gòu)造，可以提高VCSEL 102 (第一光學器件)與光學波導204 (第 二光學器件)之間的光學耦合效率。此外，在圖1中，附圖標記207 表示光學波導204的包層。
然而，在JP-A-2001-141965中，反射鏡206必須呈類似橢圓形 凹陷部208的形狀。因此，需要花費大量時間和勞動來形成反射鏡， 并且還難以對具有橢圓形凹陷部的反射鏡的定位和排列方式進行控 制，并且還需要使光學波導與反射鏡對準。
此外，作為另一項現(xiàn)有技術(shù)，JP-A-2006-47764描述了一種光/ 電混合基板。在該光/電混合基板中提供了一種光學波導，該光學波 導可以在耦合光電路(optical circuit)時簡單、高效地提供光學耦合。 根據(jù)這種構(gòu)造，凸狀光學波導插入到光/電混合基板的孔中。從VCSEL 發(fā)射的光進入凸狀光學波導，然后透射通過該凸狀光學波導。如圖 2A所示，當光學波導中形成有光路改變部分時，從VCSEL發(fā)射的 光通過凸狀光學波導會聚于光學波導的芯層。此外，如圖2B所示， 當光學波導中沒有形成光路改變部分時，從VCSEL發(fā)射的光通過形 成在凸狀光學波導中的微鏡耦合到光學波導的芯層。
在圖2A和圖2B中，307表示電路基板，311表示凸狀光學波 導，312表示VCSEL， 313表示光學波導，314表示光/電混合基板， 315表示切割表面，320表示光的傳播方向，321表示微鏡，322表示 光。
在JP-A-2006-47764所述的光/電混合基板中，必須通過單獨的 工序來制造凸狀光學波導，因而這種基板不利于大規(guī)模生產(chǎn)和降低成 本。此外，凸狀光學波導必須裝入預先形成的孔中，因而增加了步驟 數(shù)量。另外，當在凸狀光學波導中形成有微鏡時，這種微鏡在安裝時必須精確對準，使得通過該微鏡反射的光耦合到光學波導的芯層。
在上述現(xiàn)有技術(shù)(JP-A-2001-141965和JP-A-2006-47764)中，
需要單獨的工序來形成光路改變部分，并且光路改變部分自身也需要 高的對準精度。因此，上述光學互連器件及其制造方法不利于大規(guī)模 生產(chǎn)和降低成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實施例針對上述缺點和上文沒有描述的其他缺 點。然而，并不要求本發(fā)明克服上述缺點，因此，本發(fā)明的示例性實 施例可以不必克服任何上述問題。
本發(fā)明的示例性實施例提供了一種光學互連器件，包括具有 光學波導的基板；以及安裝在所述基板上的表面安裝的光學元件，例
如光發(fā)射元件或光接收元件。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，形成在所述基板中的芯層呈楔形 形狀或拋物線形狀，從而可以減少因耦合或透射光學信號而引起的光 學損失，并且在安裝時還可以使表面安裝的光學元件與基板高精度地 對準。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，提供了一種光學互連器件。該
光學互連器件包括光學元件；以及基板，所述光學元件表面安裝在 所述基板上。所述基板包括..光學波導，其形成在所述基板中，并且 包括芯層和覆蓋所述芯層的包層；以及光路改變部分，其設(shè)置在所述 光學波導的一個端部附近，用于改變透射通過所述光學波導的光的光 路或者通過所述光學元件傳播的光的光路。在從與所述基板的表面平 行的平面觀看時，所述芯層的寬度朝著所述光路改變部分的方向加
寬o
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，在從所述平面觀看時，所述芯 層的一部分朝著所述芯層的另一個端部的方向逐漸變細。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，所述芯層的一部分呈拋物線形 狀，并且在從所述平面觀看時，所述呈拋物線形狀的部分的寬度朝著 所述光路改變部分的方向逐漸加寬。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，所述光學元件安裝在所述基板 上，使得通過所述光學元件傳播的光沿著與所述基板的表面垂直的方 向。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，所述光路改變部分為反射鏡， 所述反射鏡與所述光學波導形成一體并且相對于所述基板的表面成 45度角設(shè)置；并且所述光路改變部分用于使光路改變90度。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，所述光學元件為光電二極管。 根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，所述光學元件為垂直腔表面發(fā)
射激光器(VCSEL)。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個方面，所述芯層的所述部分位于所述 光路改變部分附近。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，可以通過使芯層的位于反射鏡附 近的輪廓形成楔形形狀或拋物線形狀來明顯加寬芯層的寬度。因此， 可以提高反射鏡與芯層之間的光學偶合效率。此外，由于加寬了芯層 寬度，所以可以在與反射鏡平行的方向上增加光學元件的安裝容差。 此外，由于可以僅通過改變用于使芯層曝光的掩模圖案來控制芯層寬 度的這種變化，所以可以低成本地制造本發(fā)明的光學互連器件。
在附圖中
圖1是示出現(xiàn)有技術(shù)的光學互連器件的視圖2A和圖2B是示出現(xiàn)有技術(shù)的光學互連器件的視圖3是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的上面安裝有表面發(fā)射元
件基板的光學互連器件的平面圖4是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的上面安裝有表面發(fā)射元
件基板的光/電混合基板的剖視圖5是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的上面沒有安裝表面發(fā)射
元件基板的光/電混合基板的剖視圖6是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的上面沒有安裝表面發(fā)射
元件基板的光/電混合基板的平面7圖7是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的上面沒有安裝表面發(fā)射 元件基板的光學波導基板的剖視圖8是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的上面安裝有表面發(fā)射元 件基板的光學波導基板的剖視圖9是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的上面安裝有表面發(fā)射元 件基板的光學互連器件的平面圖IO是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的上面安裝有表面發(fā)射元 件基板的光/電混合基板的剖視圖ll是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的上面沒有安裝表面發(fā)射 元件基板的光/電混合基板的剖視圖12是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的上面沒有安裝表面發(fā)射
元件基板的光/電混合基板的平面圖13是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的上面沒有安裝表面發(fā)射 元件基板的光學波導基板的剖視圖14是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實施例的上面安裝有表面發(fā)射元 件基板的光學波導基板的剖視屈；以及
圖15是示出表面發(fā)射元件的安裝部分的詳細剖視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參考附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例。 圖3至圖8示出了本發(fā)明的第一示例性實施例。圖3是上面安 裝有帶表面發(fā)射元件的基板(以下稱為"表面發(fā)射元件基板")的光 學互連器件。圖4是上面安裝有表面發(fā)射元件基板的光/電混合基板 的剖視圖。圖5是上面沒有安裝表面發(fā)射元件基板的光/電混合基板 的剖視圖。圖6是上面沒有安裝表面發(fā)射元件基板的光/電混合基板 的平面圖。圖7是上面沒有安裝表面發(fā)射元件基板的光學波導基板的 剖視圖。圖8是上面安裝有表面發(fā)射元件基板的光學波導基板的剖視 圖。
首先，在圖3和圖4中，表面發(fā)射元件基板IO可以由上面安裝 有例如激光二極管(例如，垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL) 12)等光發(fā)射元件或例如光電二極管等光接收元件的GaAs基板形成。當 從圖3所示的平面圖觀看時，表面發(fā)射元件基板IO大致呈矩形形狀， 并且當從圖4所示的剖視圖觀看時，VCSEL 12沿著寬度方向設(shè)置在 下表面的大致中部。VCSEL 12象陣列一樣設(shè)置在例如沿著表面發(fā)射 元件基板10的縱向方向等間隔布置的四個位置。
如圖4所示，在位于表面發(fā)射元件基板IO下表面的VCSEL 12 的兩側(cè)設(shè)置有端子14。端子14分別設(shè)置在每個VCSEL 12的兩個前 部位置和兩個后部位置，也就是說，為每個VCSEL 12設(shè)置總共四個 端子14。
通過在光學波導層30的上表面上形成阻焊層22來構(gòu)造光學波 導基板20。光學波導層30由芯層32和覆蓋芯層32的包層34組成。 芯層32延伸到基板20的端面，并且按照與VCSEL 12的布置間隔對
應的間隔平行地設(shè)置。
在阻焊層22中形成光學開口部分24 (見圖6和圖7)。在表面 發(fā)射元件基板10安裝在光學波導基板20上的狀態(tài)下，光學開口部分 24在設(shè)置VCSEL 12的設(shè)置方向上延伸。
大致在光學開口部分24的下方設(shè)置有用作光路改變部分的45 度反射鏡36， 45度反射鏡36與芯層32的端部相鄰。45度反射鏡36 還設(shè)置成在光學開口部分24的延伸方向上延伸。例如，在圖7所示 的剖視圖中，45度反射鏡36形成為兩側(cè)均為45度角的反射鏡。
在圖7和圖8中，在阻焊層22的與表面發(fā)射元件基板10的端 子14相對應的部分中形成有焊盤26。此外，在光學波導層30的與 端子14和焊盤26相對應的位置中形成有導通孔，這些導通孔形成為 穿過光學波導層30，在這些導通孔中分別形成有導通部38，這些導 通部與焊盤26電連接。此外，當表面發(fā)射元件基板10安裝在光學波 導基板20上時，表面發(fā)射元件基板IO的端子14通過焊盤26與導通 部38電連接。
例如，光學波導層30由基于聚合物的材料形成，包層34通過
例如層壓等層疊工序形成，芯層32采用光刻法在曝光/顯影工序中形 成。此外，45度反射鏡36由光刻法等方法形成。在這種情況下，由用于使芯層曝光的掩模來決定45度反射鏡36的形成位置與芯層32 之間的位置關(guān)系。因此，基本上不需要使45度反射鏡36與芯層32 對準。
在圖4和圖5中，電配線基板40與光學波導基板20耦合為一 體。在電配線基板40中，42表示連接焊盤，44表示導體圖案，46 表示連接導通部，47表示導通部，48表示外部連接端子，50表示芯 層，52表示樹脂層。當光學波導基板20的導通部38與電配線基板 40的連接焊盤42結(jié)合時，電配線基板40與光學波導基板20相互電 連接。
在本發(fā)明的第一實施例中，在從與光學波導層30的表面平行的 平面(光學波導層30的平面方向)觀看時，光學波導層30的芯層 32從45度反射鏡36附近的區(qū)域朝著光學波導層30的端部方向逐漸 變細。
更具體地說，在圖6中，位于45度反射鏡36附近的芯層端部 的寬度W大于芯層的寬度w (W〉w)。通常，寬度W設(shè)為寬度w 的大約2至3倍。此外，逐漸變細的區(qū)域的長度L設(shè)為芯層寬度w 的大約5至10倍。此外，在光學波導層30中以相等間隔平行設(shè)置的 芯層32之間的節(jié)距P設(shè)為大約250pm。
圖9至圖14示出了本發(fā)明的第二示例性實施例。圖9是上面安 裝有帶表面發(fā)射元件的基板(表面發(fā)射元件基板)的光學互連器件的 平面圖。圖10是上面安裝有表面發(fā)射元件基板的光/電混合基板的剖 視圖。圖11是上面沒有安裝表面發(fā)射元件基板的光/電混合基板的剖 視圖。圖12是上面沒有安裝表面發(fā)射元件基板的光/電混合基板的平 面圖。圖13是上面沒有安裝表面發(fā)射元件基板的光學波導基板的剖 視圖。圖14是上面安裝有表面發(fā)射元件基板的光學波導基板的剖視 圖。換句話說，第二實施例的圖9至圖14分別與第一實施例的圖3 至圖8相對應。
因此，在本發(fā)明的第二示例性實施例中，僅參考下面的圖9至 圖14描述與第一示例性實施例不同之處。如上文所述，在本發(fā)明的 第一示例性實施例中，在從與光學波導層30的表面平行的平面(光
10學波導層30的平面方向)觀看時，光學波導層30的芯層32從45 度反射鏡36附近的區(qū)域朝著光學波導層30的端部方向逐漸變細。相 比之下，在本發(fā)明的第二示例性實施例中，光學波導層30的芯層32 呈拋物線形狀，在從與光學波導層30的表面平行的平面觀看時，該 芯層的寬度在45度反射鏡36附近的區(qū)域中朝向端部側(cè)加寬。
更具體地說，在圖12中，位于45度反射鏡36附近的芯層端部 的寬度W大于芯層的寬度w (W>w)。通常，寬度W設(shè)為寬度w 的大約2至3倍。此外，與第一示例性實施例的情況一樣，拋物線區(qū) 域40的長度L設(shè)為芯層寬度w的大約5至10倍。
圖15是詳細示出表面發(fā)射元件安裝在光學波導基板20上的部 分的剖視圖。在表面發(fā)射元件基板10的VCSEL 12與光學波導基板 20的45度反射鏡36之間分別設(shè)置有透鏡60。要求這種透鏡60的焦 距為大約lmm。因此，激光束沿著與光學波導基板20的表面垂直的 方向從VCSEL 12發(fā)射，再被45度反射鏡36反射，從而方向改變 90度，然后會聚到芯層32的入射平面上。
入射在芯層32上的激光束光學透射通過光學波導層30的芯層 32。例如，激光束從例如光學波導層30的輸出端光學耦合到光纖(未 示出)。在其他情況下，激光束光學耦合到另一光學波導(未示出)。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，位于45度反射鏡36附近的芯層 32呈在第一示例性實施例中示出的楔形形狀，或者呈在第二示例性 實施例中示出的拋物線形狀，使得芯層的寬度可以局部加寬。因此， 可以提高在例如VCSEL 12等光學元件與光學波導層30之間的光學 耦合效率。此外，當在光學波導基板20上安裝表面發(fā)射元件基板10 時所需的安裝容差可以設(shè)得很大。換句話說，可以提高光學耦合的效 率并且放寬表面安裝光學元件時的精度。此外，位于45度反射鏡36 附近的芯層呈楔形形狀或拋物線形狀，使得可以在光學波導層30中 控制光的橫模。
此外，當通過作為典型制造方法的光刻法制造光學波導層30時， 可以僅通過改變掩模來形成芯層。因此，可以降低成本。此外，提高 了光學耦合效率，使得光學互連器件可以應對以下這種情況，即與楔形或拋物線形芯層部分連接的線性光學波導的芯層寬度變窄的情 況。因此，可以實現(xiàn)光學互連器件的小型化或光學信號的高速化。
此外，在第一示例性實施例和第二示例性實施例中，使用VCSEL 12作為表面發(fā)射元件基板10。然而，可以使用例如光電二極管等光 接收元件來代替VCSEL 12。在這種情況下，光從光學波導側(cè)經(jīng)由45 度反射鏡36傳播到光接收元件側(cè)。
雖然參考本發(fā)明的一些示例性實施例示出并描述了本發(fā)明，但 是本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解，在不脫離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā) 明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行各種形式和細節(jié)上的變 化。因此，權(quán)利要求書旨在包括落入本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的所有 這些變化和修改。
本申請要求2007年12月3日提交的日本專利申請 No.2007-312438的優(yōu)先權(quán)，該日本專利申請的全部內(nèi)容通過引用并 入本文。
權(quán)利要求
1. 一種光學互連器件，包括光學元件；以及基板，所述光學元件表面安裝在所述基板上，所述基板包括光學波導，其形成在所述基板中，并且包括芯層和覆蓋所述芯層的包層；以及光路改變部分，其設(shè)置在所述光學波導的一個端部附近，用于改變透射通過所述光學波導的光的光路或者通過所述光學元件傳播的光的光路，其中，在從與所述基板的表面平行的平面觀看時，所述芯層的寬度朝著所述光路改變部分的方向加寬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學互連器件，其中，在從所述平面觀看時，所述芯層的一部分朝著所述芯層 的另一個端部的方向逐漸變細。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學互連器件，其中，所述芯層的一部分呈拋物線形狀，并且在從所述平面觀 看時，所述呈拋物線形狀的部分的寬度朝著所述光路改變部分的方向 逐漸加寬。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學互連器件，其中，所述光學元件安裝在所述基板上，使得通過所述光學元 件傳播的光沿著與所述基板的表面垂直的方向。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學互連器件，其中，所述光路改變部分為反射鏡，所述反射鏡與所述光學波 導形成一體并且相對于所述基板的表面成45度角設(shè)置，并且 所述光路改變部分用于使光路改變90度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學互連器件， 其中，所述光學元件為光電二極管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學互連器件，其中，所述光學元件為垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學互連器件，其中，所述芯層的所述一部分位于所述光路改變部分附近。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學互連器件，其中，所述芯層的所述一部分位于所述光路改變部分附近。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光學互連器件。所述光學互連器件包括光學元件和上面表面安裝有光學元件的基板。所述基板包括光學波導，其形成在所述基板中，并且包括芯層和覆蓋所述芯層的包層；以及光路改變部分，其設(shè)置在所述光學波導的一個端部附近，用于改變透射通過所述光學波導的光的光路或者通過所述光學元件傳播的光的光路。在從與所述基板的表面平行的平面觀看時，所述芯層的寬度朝著所述光路改變部分的方向加寬。
文檔編號G02B6/42GK101452096SQ20081018451
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日
發(fā)明者山本貴功 申請人:新光電氣工業(yè)株式會社