專利名稱：光學(xué)薄片、使用該光學(xué)薄片的安裝方法及光學(xué)模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對光學(xué)元件和基板進(jìn)行光連接的光學(xué)薄片
(Optical sheet)。并且還涉及一種通過光學(xué)薄片使光學(xué)元件與基板光 連接的安裝方法及光學(xué)模塊。
背景技術(shù)：
近年來，與模塊內(nèi)的信號傳送的高速化要求對應(yīng)地，進(jìn)行了將電 信號轉(zhuǎn)換成光信號的嘗試，開發(fā)了相互轉(zhuǎn)換電和光的接口 BGA。接口 BGA能進(jìn)行電連接和光連接。接口 BGA的基本結(jié)構(gòu)例示在圖32中。 如圖32所示，接口 BGA包括半導(dǎo)體器件81、封裝基板82和焊球83。 封裝基板82在底面?zhèn)染哂邪l(fā)送用面發(fā)光激光器84和接受用光電二極 管(未圖示)，以能收發(fā)高速信號。面發(fā)光激光器84和光電二極管由 樹脂層86密封。并且，在樹脂層86上安裝有顯微透鏡85。
將接口 BGA安裝到印刷電路板上的狀態(tài)如圖33所示。半導(dǎo)體器 件81和封裝基板82通過焊球83安裝在印刷電路板97上。由于是通 過焊球83進(jìn)行安裝，因此封裝基板82和印刷電路板97之間的距離W 與焊球83的直徑相等，通常為400um。為了防止在該距離W下光散 射而在相鄰的光信號之間產(chǎn)生串?dāng)_，從面發(fā)光激光器84發(fā)出的光通過 顯微透鏡85成為平行光。光信號到達(dá)印刷電路板97側(cè)的顯微透鏡95 時，光信號通過顯微透鏡95聚光，導(dǎo)入光波導(dǎo)路徑98(非專利文獻(xiàn)1)。
為了使由顯微透鏡95聚光的光信號導(dǎo)入光波導(dǎo)路徑98,例如在 光波導(dǎo)路徑98內(nèi)插入傾斜45°的鏡99，光路變換90° 。作為另一方 法，光波導(dǎo)路徑98即光纖的芯的端面以傾斜45。而被切割，在切割面 上蒸鍍Ag、 Al等(非專利文獻(xiàn)2和非專利文獻(xiàn)3)。在沿著印刷電路板97平面的光波導(dǎo)路徑98中傳送的光信號以90°豎起而傳送至半導(dǎo) 體器件81上的情況下也相同。
作為顯微透鏡的制造方法，例如有抗蝕劑回流法(Resist reflow method)。在該方法中，在基板上形成的樹脂層通過光刻法制作成圓 筒形后加熱而進(jìn)行回流，從而通過樹脂的表面張力制作出顯微透鏡。
非專利文獻(xiàn)1:日経工k夕卜o 二夕7、 2001年12月3日発行、 124頁
非專利文獻(xiàn)2:木下雅夫、夕卜2名、「 二匕。夕々〉'J 7卜 才7 (ELO)技術(shù)(二 J: 6光素子0薄膜化」、MES2003、第13回？ < 夕口工k夕卜口 二夕》 > > 水。-々厶、2003年10月、p .380-383
非專利文獻(xiàn)3:石塚岡U、夕卜2名、「7' 'J >卜板全用^ &光* 、y、工一AO試作」、MES2003、第13回"7《夕口工k夕卜口二夕,) >水-々厶、2003年10月、p .388-391
但是，在現(xiàn)有的接口 BGA中，傾斜45°的鏡和顯微透鏡通過不 同的工序來形成。因此，在進(jìn)行安裝時，光學(xué)元件、鏡、光波導(dǎo)路徑 和顯微透鏡之間的位置難以對準(zhǔn)。不僅是X方向和Y方向，Z方向的 位置對準(zhǔn)也需要以ixm級別的精度進(jìn)行，并且需要對所有光學(xué)元件和 顯微透鏡進(jìn)行位置對準(zhǔn)。并且，由于顯微透鏡的形狀因樹脂的表面張 力、粘度和溫度等影響而不固定，因此將Z方向的位置對準(zhǔn)為使在接 口 BGA的底面形成的多個顯微透鏡的焦點全部完全對準(zhǔn)時需要花費時 間和工夫。
并且，由于如上所述地顯微透鏡的形狀是不固定的，因此顯微透 鏡的制造成品率較低。并且不能對直接在接口 BGA上制成的顯微透鏡 進(jìn)行修理。因此，即使在形成于接口 BGA底面的多個顯微透鏡中的一 部分存在不良的情況下，也不得不將包含半導(dǎo)體器件在內(nèi)的整個接口 BGA廢棄掉，損失變大。并且顯微透鏡的制造過程需要復(fù)雜的工序。并且通過另一工序制作高精度的鏡，或在光波導(dǎo)路徑中實施傾斜45° 的切割加工的工序復(fù)雜且成本高。
本發(fā)明的課題在于，第一提供一種精度高且容易安裝的光學(xué)薄片。 第二提供一種容易維護(hù)的安裝方法。并且提供一種精度高且低成本的 光學(xué)模塊。
本發(fā)明的一種光學(xué)薄片，通過配置在光學(xué)元件和基板之間來對光 學(xué)元件和基板進(jìn)行光連接，其包括薄片部、凸透鏡部和反射部。薄片 部具有第一主面及第二主面。凸透鏡部設(shè)置在第一主面上，用于對光
進(jìn)行聚光。反射部以能夠使沿著第二主面的光彎曲而入射到凸透鏡部 的方式設(shè)置在第二主面上。
在上述光學(xué)薄片中優(yōu)選的是，反射部被形成為能夠?qū)⒀刂诙?面的光的行進(jìn)方向彎曲90° 。
在上述光學(xué)薄片中優(yōu)選的是，凸透鏡部具有半球形及半圓柱體形 中的任一種形狀。
在上述光學(xué)薄片中優(yōu)選的是，凸透鏡部按照面陣列及線性陣列中 的任一種配置進(jìn)行配置。
在上述光學(xué)薄片中優(yōu)選的是，反射部包含被選自由金、銀及鋁構(gòu) 成的組的至少一種材質(zhì)覆蓋的部分。
在上述光學(xué)薄片中優(yōu)選的是，光學(xué)薄片具有由經(jīng)過電子束照射的 材質(zhì)形成的部分。
在上述光學(xué)薄片中優(yōu)選的是，凸透鏡部和反射部通過使用模具進(jìn) 行的鑄模法形成。在上述光學(xué)薄片中優(yōu)選的是，模具通過包含下述工序的方法制造 通過光刻法形成樹脂模具的工序；通過鍍敷法在樹脂模具上形成由金 屬材料構(gòu)成的層的工序；以及除去樹脂模具的工序。
在上述光學(xué)薄片中優(yōu)選的是，模具通過包含下述工序的方法制造 通過鑄模法形成樹脂模具的工序；通過鍍敷法在樹脂模具上形成由金 屬材料構(gòu)成的層的工序；以及除去樹脂模具的工序。
本發(fā)明的一種安裝方法，包括準(zhǔn)備所述的光學(xué)薄片的工序；和 以使光學(xué)元件通過光學(xué)薄片與基板光連接的方式將光學(xué)元件安裝在基 板上的工序。
本發(fā)明的一種光學(xué)模塊，包括所述的光學(xué)薄片、基板和光學(xué)元件。 基板支撐光學(xué)薄片。光學(xué)元件通過光學(xué)薄片與基板光連接。
本發(fā)明能夠提供一種高精度且容易安裝的光學(xué)薄片。


圖1是表示本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片配置在光學(xué)元 件和基板之間的狀態(tài)的簡要局部剖視圖。
圖2是簡要表示本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片的結(jié)構(gòu)的 局部剖面透視圖。
圖3是用于說明本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片的結(jié)構(gòu)和 三維光學(xué)薄片發(fā)揮功能的原理的簡要局部剖視圖。
圖4是簡要表示本發(fā)明一個實施方式的第一變形例中的三維光學(xué) 薄片的結(jié)構(gòu)的局部剖面透視圖。
圖5是簡要表示本發(fā)明一個實施方式的第二變形例中的三維光學(xué) 薄片的結(jié)構(gòu)的局部剖面透視圖。
圖6是用于說明本發(fā)明一個實施方式的第二變形例中的三維光學(xué)薄片的結(jié)構(gòu)和三維光學(xué)薄片發(fā)揮功能的原理的簡要局部剖視圖。
圖7是簡要表示本發(fā)明一個實施方式的第三變形例中的三維光學(xué) 薄片的結(jié)構(gòu)的局部剖面透視圖。
圖8是表示本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片的制造方法的 第一工序的簡要剖視圖。
圖9是表示本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片的制造方法的 第二工序的簡要剖視圖。
圖10是表示本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片的制造方法 的第三工序的簡要剖視圖。
圖11是表示制造本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片時所使 用的模具制造方法的第一工序的簡要剖視圖。
圖12是表示制造本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片時所使 用的模具制造方法的第二工序的簡要剖視圖。
圖13是表示制造本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片時所使 用的模具制造方法的第三工序的簡要剖視圖。
圖14是表示制造本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片時所使 用的模具制造方法的第四工序的簡要剖視圖。
圖15是表示制造本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片時所使 用的模具制造方法的第五工序的簡要剖視圖。
圖16是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第一變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第一工序的簡要剖視圖。
圖17是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第一變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第二工序的簡要剖視圖。
圖18是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第一變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第三工序的簡要剖視圖。
圖19是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第一變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第四工序的簡要剖視圖。
圖20是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第一變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第五工序的簡要剖視圖。
圖21是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第一變形例中的三維光學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第六工序的簡要剖視圖。
圖22是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第二變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第一工序的簡要剖視圖。
圖23是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第二變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第二工序的簡要剖視圖。
圖24是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第二變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第三工序的簡要剖視圖。
圖25是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第二變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第四工序的簡要剖視圖。
圖26是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第二變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第五工序的簡要剖視圖。
圖27是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第二變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第六工序的簡要剖視圖。
圖28是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第三變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第一工序的簡要剖視圖。
圖29是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第三變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第二工序的簡要剖視圖。
圖30是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第三變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第三工序的簡要剖視圖。
圖31是表示制造本發(fā)明一個實施方式的第三變形例中的三維光 學(xué)薄片時所使用的模具制造方法的第四工序的簡要剖視圖。
圖32是表示現(xiàn)有的接口 BGA的基本結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖33是表示現(xiàn)有的接口 BGA安裝在基板上的狀態(tài)的剖視圖。
標(biāo)號說明
la ld三維光學(xué)薄片 2A、 2L凸透鏡部 3DL、 3SA、 3SL反射部 4光學(xué)元件 5基板6光信號 10樹脂制薄膜 52a、 53a模具 77金屬薄膜。
具體實施例方式
(三維光學(xué)薄片)
圖1是表示本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片配置在光學(xué)元 件和基板之間的情況的簡要局部剖視圖。圖2是簡要表示本發(fā)明一個 實施方式中的三維光學(xué)薄片的結(jié)構(gòu)的局部剖面透視圖。
參照圖1及圖2，本實施方式的光學(xué)模塊包括三維光學(xué)薄片la、 基板5、光學(xué)元件4、封裝基板7、半導(dǎo)體器件8。三維光學(xué)薄片la支 撐在基板5上。光學(xué)元件4通過三維光學(xué)薄片la光連接到基板5上。
三維光學(xué)薄片la是通過配置在光學(xué)元件4和基板5之間而用于對 光學(xué)元件4和基板5進(jìn)行光連接的光學(xué)薄片，包括薄片部9、凸透鏡部 2L、反射部3SL。薄片部9為具有第一主面(圖中上表面)和第二主 面(圖中下表面)的薄片狀的部件。凸透鏡部2L是設(shè)在第一主面上的 用于對光進(jìn)行聚光的部件。反射部3SL設(shè)在第二主面上，以能使沿著 第二主面的光信號6彎曲而向凸透鏡部2L入射。三維光學(xué)薄片la通 過電子束照射等而交聯(lián)，從而能夠提高耐熱性，提高相對于安裝時的 焊錫流溫度的耐久性。
為了對光進(jìn)行聚光，凸透鏡部2L包括具有半圓柱體形形狀的曲面 即凸透鏡面CP。凸透鏡部2L以該半圓柱體形狀按列排列的方式形成 有多個。g卩，凸透鏡部2L按線性陣列的配置進(jìn)行配置。沿著該半圓柱 體形的形狀延伸的方向，反射部3SL也延伸。
反射部3SL具有反射面RP，以使光反射而彎曲。反射面RP設(shè)置
10成使反射部3SL的光軸與凸透鏡部2L的光軸一致。沿著基板5平面， 即沿著薄片部9的第二主面?zhèn)魉偷墓庑盘?被反射面RP反射，由此朝 向圖中上方向彎曲卯° ，能傳送至光學(xué)元件4。并且從光學(xué)元件4發(fā) 出的光信號通過反射90°而沿著基板5平面即沿著薄片部9的第二主 面?zhèn)魉汀?br> 圖3是用于說明本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué)薄片的結(jié)構(gòu)和 三維光學(xué)薄片發(fā)揮功能的原理的簡要局部剖視圖。參照圖3，反射面 RP的光軸ARt、 ARp中凸透鏡面CP側(cè)的光軸ARt與凸透鏡面CP的 光軸AC在直線AL上一致。其中在本說明書中，光軸一致是指光軸在 m以下的誤差范圍內(nèi)一致。凸透鏡面CP的光軸AC是指來自位于 凸透鏡面CP的焦點FC的點光源的光LT1通過凸透鏡面CP成為平行 的光LT2時的光路的中心線。反射面RP的光軸ARt是指該光LT2中 反射而能成為光LT3的部分的光路的中心線。
光學(xué)元件4和基板5的光連接是由凸透鏡部2L和對應(yīng)的反射部 3SL進(jìn)行。由于凸透鏡部2L和反射部3SL形成于同一薄片部9上，因 此與顯微透鏡及傾斜鏡等分開形成的現(xiàn)有的接口 BGA相比，位置對準(zhǔn) 精度及成品率高。并且，安裝容易，能降低成本。因此，以通過本實 施方式的三維光學(xué)薄片la使光學(xué)元件4與基板5光連接的方式將光學(xué) 元件4安裝在基板5上的安裝方法，能實現(xiàn)高精度、高成品率及低成 本。并且，通過本實施方式的三維光學(xué)薄片la將光學(xué)元件4光連接到 基板5上的光學(xué)模塊(圖l)也能以高精度、高成品率及低成本制造。
圖4是簡要表示本發(fā)明一個實施方式的第一變形例中的三維光學(xué) 薄片的結(jié)構(gòu)的局部剖面透視圖。參照圖4，本變形例的三維光學(xué)薄片 lb的反射部3SL在反射面RP的表面上具有金屬薄膜77。如此通過反 射部3SL表面的至少一部分被金屬薄膜77覆蓋，能提高光信號的反射 效率。從通過提高反射效率而提高到達(dá)光學(xué)元件4的光量考慮，金屬 薄膜77的材料優(yōu)選金、銀或鋁。其中，金屬薄膜77例如可以通過濺射法形成。
圖5是簡要表示本發(fā)明一個實施方式的第二變形例中的三維光學(xué) 薄片的結(jié)構(gòu)的局部剖面透視圖。圖6是用于說明本發(fā)明一個實施方式 的第二變形例中的三維光學(xué)薄片的結(jié)構(gòu)和三維光學(xué)薄片發(fā)揮功能的原 理的簡要局部剖視圖。參照圖5及圖6，本變形例的三維光學(xué)薄片lc 具有反射部3DL。反射部3DL具有以光軸AR為對稱軸的反射面RPx、 RPy。該光軸AR和光軸AC在直線AL上一致。
光LT1中的光LTla通過凸透鏡面CP成為平行的光LT2a后，被 反射面RPx反射后可成為光LT3a。光LT3a在透過反射面RPy時被折 射。并且光LT1中的光LTlb通過凸透鏡面CP成為平行的光LT2b后， 被反射面RPy反射后可成為光LT3b。光LT3b在透過反射面RPx時被 折射。
即反射部3DL可通過反射和折射而使光彎曲。通過該結(jié)構(gòu)，三維 光學(xué)薄片ic能將來自焦點FC的光成為沿著薄片部9下表面的光LT3a、 LT3b。并且相反地，能將沿著薄片部9下表面的光LT3a、 LT3b成為 聚光到焦點FC的光LT1。
圖7是簡要表示本發(fā)明一個實施方式的第三變形例中的三維光學(xué) 薄片的結(jié)構(gòu)的局部剖面透視圖。參照圖7，本變形例的三維光學(xué)薄片 ld具有凸透鏡部2A和反射部3SA。凸透鏡部2A具有半球形形狀，以 能對光進(jìn)行聚光。凸透鏡部2A以二維排列該半球形狀的方式形成有多 個。即，凸透鏡部2A按面陣列的配置進(jìn)行配置。與薄片部9的第一主 面(圖中上表面)上的凸透鏡部2A的位置對應(yīng)地，反射部3SA位于 薄片部9的第二主面(圖中下表面)上。
其中，凸透鏡部的形狀是半圓柱體形(圖2)及半球形(圖7)中 的哪一個是根據(jù)光學(xué)元件4的密度、所要求的精度、制造時使用的模具的制造難易度等進(jìn)行選擇。并且，還能根據(jù)所連接的光學(xué)元件4的
配置、密度、所需的精度等選擇線性陣列(圖2)及面陣列(圖7)中 的任一個。
(三維光學(xué)薄片的制造方法) 本發(fā)明的三維光學(xué)薄片可通過使用模具的鑄模法來形成。在抗蝕 劑回流法中，顯微透鏡的形狀因樹脂的表面張力、粘度及溫度等影響 而不固定。相對于此，由于本實施方式的三維光學(xué)薄片la ld可通過 使用模具的鑄模法形成，因此能高精度地再現(xiàn)透鏡的形狀。
在三維光學(xué)薄片中，光的上升角取決于反射面RP、 RPx、 RPy的 角度，凸透鏡面CP的收斂性取決于透鏡的曲率半徑、圓度、光路長度。 并且，光的波導(dǎo)效率取決于反射面RP、 RPx、 RPy中的上升效率、光 軸精度和表面粗糙度。在本實施方式的制造方法中，由于能高精度地 再現(xiàn)凸透鏡部2L、 2A及反射部3SL、 3DL、 3SA的形狀，因此容易進(jìn) 行光的上升角、凸透鏡的收斂性、光的波導(dǎo)效率的微調(diào)。另一方面， 即使在形成有多個凸透鏡部2L、 2A的情況下，也容易進(jìn)行各凸透鏡部 2L、 2A的焦點和折射率的調(diào)整和位置對準(zhǔn)。并且，由于凸透鏡部2L、 2A和反射部3SL、 3DL、 3SA的形狀精度較高，因此能以高成品率制 造出三維光學(xué)薄片la ld。并且，與在另一工序中在接口 BGA上直接 制作的顯微透鏡和45。鏡相比，本實施方式的三維光學(xué)薄片la ld容 易制造，適合量產(chǎn)化，并且低成本。
圖8至圖IO是按工序順序表示本發(fā)明一個實施方式中的三維光學(xué) 薄片的制造方法的簡要剖視圖。參照圖8至圖10，三維光學(xué)薄片lc(圖 5)通過使用模具52a、 53a的鑄模法進(jìn)行制造。首先如圖8所示，設(shè)置 在模具52a、 53a之間的樹脂制薄膜IO被加熱。然后，被加熱的樹脂制 薄膜IO在模具52a、53a之間沿箭頭方向被加壓，如圖9所示進(jìn)行鑄模。 冷卻后進(jìn)行脫模，從而可得到如圖IO所示的三維光學(xué)薄片lc。樹脂制薄膜10的加熱，例如可任意采用將樹脂制薄膜10夾在模 具52a、 53a之間后加熱的方式或在預(yù)先在非接觸的狀態(tài)下僅加熱樹脂 制薄膜10的方式等。樹脂制薄膜10的加熱，可通過設(shè)在模具52a、 53a 的正下方或內(nèi)部的加熱器(未圖示)來進(jìn)行。
樹脂制薄膜IO的加熱，優(yōu)選加熱至樹脂的流動起始溫度以上。通 過樹脂制薄膜IO被加熱至流動起始溫度以上后進(jìn)行加壓加工，可利用 樹脂的流動現(xiàn)象容易地以高精度形成超微細(xì)的形狀，并且能降低成本。 如所使用的模具的精度足夠高，則通過本發(fā)明的制造方法能容易地形 成直徑為5um以上的透鏡。并且，還容易形成線寬度5"m以上的半 圓柱體形的透鏡。
另外，本發(fā)明的三維光學(xué)薄片還可通過納米壓印法進(jìn)行制造。納 米壓印法是如下方法在表面具有納米級別微細(xì)凹凸的模具上設(shè)置的 樹脂制薄膜被加熱到玻璃轉(zhuǎn)化溫度后，模具壓向樹脂制薄膜后保持一 定時間，樹脂制薄膜被冷卻至玻璃轉(zhuǎn)化溫度以下后模具從樹脂制薄膜 剝離。通過納米壓印，在樹脂制薄膜上轉(zhuǎn)印模具表面的凹凸，因此能 以簡單的加工工序容易形成亞微米級的三維微細(xì)形狀，大幅提高凸透
鏡部及反射部的光軸精度和位置精度。并且，根據(jù)該凸透鏡部和反射 部的形成方法，形狀的再現(xiàn)性高，成本低，且容易量產(chǎn)化。
作為樹脂制薄膜，為了提高三維光學(xué)薄片的制造工序的生產(chǎn)率， 優(yōu)選使用在比較狹窄的溫度范圍內(nèi)熔融且冷卻時快速固化的樹脂。因 此，優(yōu)選聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚砜、聚砜、 聚醚酰亞胺等。樹脂制薄膜的厚度雖然不特別限定，但優(yōu)選厚度為20 lim以上，更優(yōu)選厚度為100um以上。
樹脂制薄膜設(shè)置在模具之間時，優(yōu)選的是首先在一方模具固定樹 脂制薄膜后設(shè)置另一方模具。由此，能防止樹脂制薄膜在模具上上浮， 混入氣泡等問題，能提高微細(xì)結(jié)構(gòu)體的再現(xiàn)性。并且，通過在真空氛圍下實施設(shè)置、加熱并加壓樹脂制薄膜的一系列的工序，能防止樹脂 制薄膜的上浮，氣泡混入樹脂制薄膜。
模具可通過包括以下工序的方法來制造通過光刻法形成樹脂模 具的工序、通過鍍敷法在樹脂模具上形成由金屬材料構(gòu)成的層的工序、 除去樹脂模具的工序。由于通過該方法制造出的模具為精密的微細(xì)結(jié) 構(gòu)體，因此在樹脂制薄膜上能實施微細(xì)且高尺寸精度的成型，能將成
型體的表面粗糙度(Ra)抑制在lOixm以下。并且，由于通過模具進(jìn) 行鑄模，因此能一體成型再現(xiàn)性更好的成型體。
圖11至圖15是按工序順序表示本發(fā)明一個實施方式中的三維光 學(xué)薄片的制造中所使用的模具的制造方法的簡要剖視圖。首先，如圖 ll所示，在基板21上形成抗蝕劑22。作為基板21，例如使用由銅、 鎳、不銹鋼等構(gòu)成的金屬制基板。并且，也可以使用濺射過鈦、鉻等 金屬材料的硅基板等?？刮g劑22的材料使用以聚甲基丙烯酸甲酯等聚 甲基丙烯酸酯為主要成分的樹脂材料或?qū)線或紫外線(UV)具有敏 感性的化學(xué)放大型樹脂材料等。抗蝕劑22的厚度可根據(jù)要形成的模具 任意設(shè)定，例如可設(shè)定為數(shù)百um。
接著，在抗蝕劑22上配置掩模23，經(jīng)由掩模23照射X線24或 UV等。當(dāng)需要具有較高的高寬比的模具時，優(yōu)選的是使用波長比UV
(波長為365nm等)短的X線(波長0.4nm)。并且，在X線中從定 向性高的方面考慮，使用同步放射的X線(下面稱為"SR")的LIGA
(Lithogmphie Galvanoformung Abformung，深刻電鑄模造)法具有以 下優(yōu)點可實現(xiàn)較深的光刻，能以亞微米級別的高精度大量制造出數(shù) 百um高度的微細(xì)結(jié)構(gòu)體，能提供較厚的樹脂制薄膜用模具。在本實 施方式中，例示了照射X線的方式。
掩模23由根據(jù)模具的圖形形成的X線吸收層23a和透光性基材 23b構(gòu)成。作為透光性基材23b的材質(zhì)，可使用SiN、 SiC、金剛石、鈦等。并且作為X線吸收層23a的材質(zhì)，可使用金、鎢、鉭等重金屬 或其化合物等。在基板21上的抗蝕劑22為正性抗蝕劑的情況下，通 過X線24的照射，抗蝕劑22中的抗蝕劑22a被曝光而變質(zhì)(分子鏈 切斷)，但抗蝕劑22b因存在X線吸收層23a而不會被X線曝光。因 此，通過顯影僅除去通過X線24變質(zhì)的部分，可得到如圖12所示的 由抗蝕劑22b構(gòu)成的樹脂模具。
接著通過鍍敷法，如圖13所示地在樹脂模具上堆積金屬材料層 25。金屬材料層25可通過電鑄(電解鍍)或無電解鍍形成。電鑄是指 利用金屬離子溶液在導(dǎo)電性基板上形成金屬材料層。通過將導(dǎo)電性基 板作為供電部而進(jìn)行電鑄，能在樹脂模具中堆積金屬材料層25。另一 方面，無電解鍍是鎳等金屬離子溶液在作為還原劑而添加次亞磷酸鈉 等后加熱至90'C 100'C而進(jìn)行，不通電流就能在樹脂模具上形成金屬 材料層25。在樹脂模具的表面預(yù)先賦予Pd等催化劑時，能提高鍍敷效 率。
鍍敷進(jìn)行至超過樹脂模具的高度，從而能形成模具的基座。作為 金屬材料使用鎳、銅、鐵、銠或它們的合金等。從提高模具的耐磨耗 性的方面考慮，優(yōu)選鎳或鎳錳等鎳合金。鍍敷后，如圖4所示地通過 酸或堿進(jìn)行濕式蝕刻或進(jìn)行機(jī)械加工，除去基板21。接著，通過濕式 蝕刻或等離子灰化除去抗蝕劑22b，可得到如15所示的模具。
接著對上述模具的制造方法(圖11至圖15)的第一變形例進(jìn)行 說明。圖16至圖21是按工序順序表示在本發(fā)明一個實施方式的第一 變形例中的三維光學(xué)薄片的制造中使用的模具制造方法的簡要剖視 圖。
在圖11至圖15所示的制造方法中，除去導(dǎo)電性基板21而(圖 14)制造模具，但在本變形例中能不除去基板而制造模具。首先，如 圖16所示，在基板31a上形成抗蝕劑22。接著，在抗蝕劑22上配置掩模33，與上述相同地進(jìn)行光刻。曝光后，通過顯影除去抗蝕劑22a 時，可得到如圖17所示的由抗蝕劑22b構(gòu)成的樹脂模具。
接著如圖18所示，在抗蝕劑22b的頂部形成導(dǎo)電性基板31b后， 如圖19所示地除去基板31a。然后如圖20所示，以導(dǎo)電性基板31b為 鍍敷電極而進(jìn)行電鑄，在樹脂模具中堆積金屬材料層35。根據(jù)需要通 過研磨或磨削使樹脂模具與預(yù)定厚度一致后，通過濕式蝕刻或等離子 灰化除去樹脂模具。由此，可得到如圖21所示的模具。由于該模具將 導(dǎo)電性基板31b用作模具的基座，因此能省略形成基座所需的電鑄時 間。并且，由于基座不是通過電鑄形成的，因此內(nèi)部應(yīng)力引起的模具 的翹曲小。
接著對上述模具的制造方法的第二變形例進(jìn)行說明。
模具通過包含下述工序的方法來制造通過鑄模法形成樹脂模具 的工序；在基板上通過鍍敷在上述樹脂模具上形成由金屬材料構(gòu)成的 層的工序；除去樹脂模具的工序。在通過鑄模法形成樹脂模具的工序 中使用的母模具，可通過上述光刻法制造。因此，母模具為精密的微 細(xì)結(jié)構(gòu)體，通過母模具制造出的子模具也成為精密的微細(xì)結(jié)構(gòu)體。由 此可在樹脂制薄膜中實施微細(xì)且尺寸精度高的成型，并且能將成型體 的表面粗糙度(Ra)抑制在10nm以下。并且，由于通過模具進(jìn)行鑄模， 因此能一體成型再現(xiàn)性更好的成型體。
圖22至圖27是按工序順序表示在本發(fā)明一個實施方式的第二變 形例中的三維光學(xué)薄片的制造中使用的模具制造方法的簡要剖視圖。 首先如圖22所示，利用具有凸部的模具44進(jìn)行注射成型等鑄模法， 制造出如圖23所示的樹脂模具43。樹脂模具的材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲 酯、聚丙烯或聚碳酸酯等。接著如圖24所示，在樹脂模具43的頂部 形成導(dǎo)電性基板41b后，如圖25所示，研磨或磨削樹脂模具43的一 部分。然后如圖26所示，將導(dǎo)電性基板41b作為鍍敷電極而進(jìn)行電鑄， 在樹脂模具43a中堆積金屬材料層45。根據(jù)需要通過研磨或磨削使樹 脂模具43a與預(yù)定厚度一致后，通過濕式蝕刻或等離子灰化除去樹脂模 具43a。由此，可得到如圖27所示的模具。由于該模具將導(dǎo)電性基板 41b用作模具的基座，因此能省略形成基座所需的電鑄時間。并且，由 于基座是通過電鑄形成的，因此內(nèi)部應(yīng)力引起的模具的翹曲小。
接著對上述模具的制造方法的第三變形例進(jìn)行說明。圖28至圖 31是按工序順序表示在本發(fā)明一個實施方式的第三變形例中的三維光 學(xué)薄片的制造中使用的模具制造方法的簡要剖視圖。首先如圖28所示， 利用具有凸部的模具14進(jìn)行鑄模法，制造出如圖29所示的樹脂模具 13。接著如圖30所示，在樹脂模具13上通過無電解鍍形成金屬材料 層15。然后通過濕式蝕刻或等離子灰化除去樹脂模具13。由此，可得 到如圖31所示的模具。
(實施例1)
在本實施例中，用圖11至圖15所示的方法制造出模具。首先， 作為基板21準(zhǔn)備了在表面上具有由濺射法形成的Ti膜的、厚度為 5mm、直徑為3英寸的Si基板。在基板21上形成由厚度為100ym的 丙烯酸樹脂形成的抗蝕劑22。接著在抗蝕劑22上配置掩模23，通過 掩模23照射X線24 (圖11)。掩模23中的透光性基材23b為厚度2 ym的氮化硅，X線吸收層23a為厚度3um的氮化鎢。并且，作為X 線24使用SR,在50mmX50mm的范圍內(nèi)進(jìn)行光刻。
接著，利用甲基異丁基酮進(jìn)行顯影處理，利用異丙醇進(jìn)行沖洗處 理，利用純水進(jìn)行清潔處理。由此，得到如圖12所示的具有抗蝕劑22b 的樹脂模具。接著進(jìn)行電鑄，如圖13所示在樹脂模具中堆積由Ni構(gòu) 成的金屬材料層25。電鑄是在樹脂模具浸漬在氨基磺酸鎳鍍浴中的狀 態(tài)下進(jìn)行，堆積金屬材料層25至超過樹脂模具的頂部。電鑄后，如圖14所示地通過研磨除去基板21 (圖13)，得到厚 度為500um的平坦的結(jié)構(gòu)體。接著利用氧等離子進(jìn)行灰化，從而除去 抗蝕劑22b。由此得到由金屬材料層25形成的模具(圖15)。該模具 為用于形成凸透鏡部2A (圖7)的模具，具體的剖面形狀與圖8的模 具52a (凸透鏡部2L用模具)相同，但具有半徑Di為50 u m的半球 形空孔部。接著通過相同的方法制造出用于形成反射部3DL (圖5)的 模具。該模具的具體的剖面形狀與圖8的模具53a相同，具有^為80 ^m， Y!為50um的棱柱形空孔部。
接著在上述反射部3DL用模具上設(shè)置由聚碳酸酯薄膜構(gòu)成的樹脂 制薄膜10 (與圖8相同)，然后在樹脂制薄膜10上設(shè)置凸透鏡部2A 用模具，樹脂制薄膜IO被加熱至聚碳酸酯的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(約145°C) 以上的160'C。樹脂制薄膜10的加熱是通過設(shè)置在模具正下方的加熱 器來進(jìn)行。接著，樹脂制薄膜IO在模具之間以lOMPa加壓而被鑄模(與 圖9相同)，冷卻后除去模具52a、 53a。由此，得到具有凸透鏡部2A 和反射部3DL的三維光學(xué)薄片(與圖10相同)。
所得到的三維光學(xué)薄片中，凸透鏡部2A的光軸和反射部3DL的 光軸一致，凸透鏡部2A是半徑D2為50um的半球形，反射部3DL是 丁2為80um、 Y2為50nm的棱柱形。加工精度為士l"m，可知能實現(xiàn) 非常高精度的加工。成型后的三維光學(xué)薄片與圖1所示的三維光學(xué)薄 片la同樣地配置在光學(xué)元件4和基板5之間。當(dāng)沿薄片部9的表面方 向傳送的光信號從基板5發(fā)送時，光信號6通過反射部3DL彎曲，通 過凸透鏡部2A聚光到光學(xué)元件4。 g卩，能對光學(xué)元件4和基板5進(jìn)行 光連接。
(實施例2)
在本實施例中，用圖22至圖27所示的方法制造出模具。首先如 圖22所示，利用具有凸部的Ni制模具44用聚甲基丙烯酸甲酯進(jìn)行注射成型，制造出如圖23所示的樹脂模具43。接著如圖24所示，在樹 脂模具43的頂部形成Ni制導(dǎo)電性基板41b后，如圖25所示研磨樹脂 模具43 (圖24)的一部分。然后如圖26所示，將導(dǎo)電性基板41b作 為鍍敷電極而進(jìn)行電鑄，在樹脂模具43a中堆積由Ni構(gòu)成的金屬材料 層45。然后，通過濕式蝕刻除去樹脂模具43a，得到如圖27所示的模 具。
該模具為用于形成凸透鏡部2L (圖5)的模具，如圖8所示，模 具52a具有半徑D,為50u m的半圓柱體形空孔部。接著通過相同的方 法制造出用于形成反射部3DL (圖5)的模具53a。所制造出的模具的 具體形狀如圖8所示。用于形成反射部3DL的模具53a具有為80 um、 Y,為50um的棱柱形空孔部。
接著如圖8所示，在模具53a上設(shè)置厚度為200 u m的聚碳酸酯薄 膜(住友酚醛塑料株式會社生產(chǎn)的FS-1650)作為樹脂制薄膜10。然后 在樹脂制薄膜10上設(shè)置模具52a，樹脂制薄膜10被加熱至聚碳酸酯的 玻璃轉(zhuǎn)化溫度(約145。C)以上的160°C。樹脂制薄膜10的加熱是通 過設(shè)置在模具53a正下方的加熱器(未圖示)進(jìn)行的。接著，樹脂制薄 膜IO在模具52a、 53a之間以lOMPa加壓而被鑄模(圖9)，冷卻后 除去模具52a、 53a,得到三維光學(xué)薄片lc (圖10)。
所得到的三維光學(xué)薄片lc中，凸透鏡部2L的光軸和反射部3DL 的光軸一致，凸透鏡部2L是半徑D2為50um的半圓柱體形，反射部 3DL是T2為80um、 Y2為50um的棱柱形。加工精度為土2um，可 知能實現(xiàn)非常高精度的加工。成型后的三維光學(xué)薄片lc與圖1所示的 三維光學(xué)薄片la同樣地配置在光學(xué)元件4和基板5之間。當(dāng)沿薄片部 9(圖5)的表面方向傳送的光信號從基板5發(fā)送時，光信號6通過反 射部3DL彎曲，通過凸透鏡部2L聚光到光學(xué)元件4。 gp，能對光學(xué)元 件4和基板5進(jìn)行光連接。(實施例3)
在本實施例中，用圖28至圖31所示的方法制造出模具。首先如 圖28所示，利用具有凸部的Ni制模具14用聚甲基丙烯酸甲酯進(jìn)行刻 印，制造出如圖29所示的樹脂模具13。接著樹脂模具13的表面被Pd 催化后，如圖30所示地進(jìn)行無電解鍍，在樹脂模具13上堆積由Ni構(gòu) 成的金屬材料層15。然后通過濕式蝕刻除去樹脂模具13，得到如圖31 所示的模具。
該模具為用于形成凸透鏡部2A (圖7)的模具，具體的剖面形狀 與圖8的模具52a (凸透鏡部2L用模具)相同，具有半徑D,為45um 的半球形空孔部。接著通過相同的方法制造出用于形成反射部3DL(圖 5)的模具。該模具的具體的剖面形狀與圖8的模具53a相同，具有L 為70um、 Y,為45um的棱柱形空孔部。
接著在上述反射部3DL用模具上設(shè)置由聚碳酸酯薄膜構(gòu)成的樹脂 制薄膜10 (與圖8相同)，然后在樹脂制薄膜10上設(shè)置凸透鏡部2A 用模具，樹脂制薄膜IO被加熱至聚碳酸酯的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(約145'C) 以上的160°C。接著，樹脂制薄膜IO在模具之間以lOMPa加壓而被鑄 模(與圖9相同)，冷卻后除去模具，得到三維光學(xué)薄片(圖IO)。
所得到的三維光學(xué)薄片中，凸透鏡部2A的光軸和反射部3DL的 光軸一致，凸透鏡部2A是半徑D2為45ym的半球形，反射部3DL是 T2為70um、 Y2為45ixm的棱柱形。加工精度為土lixm，可知能實現(xiàn) 非常高精度的加工。成型后的三維光學(xué)薄片與圖1所示的三維光學(xué)薄 片la同樣地配置在光學(xué)元件4和基板5之間。當(dāng)沿薄片部9的表面方 向傳送的光信號從基板5發(fā)送時，光信號6通過反射部3DL彎曲，通 過凸透鏡部2A聚光到光學(xué)元件4。 g卩，能對光學(xué)元件4和基板5進(jìn)行 光連接。
以上公開的實施方式及實施例均僅是例示，不作任何限定。本發(fā)明的范圍不限于上述的說明，而是權(quán)利要求的范圍，包含與權(quán)利要求 的范圍相同的含義及范圍內(nèi)的所有變更。
工業(yè)實用性
本發(fā)明能提供容易對準(zhǔn)的安裝方法。并且能提供精度高、低成本 的光學(xué)模塊。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)薄片(1a～1d)，通過配置在光學(xué)元件(4)和基板(5)之間來對所述光學(xué)元件(4)和所述基板(5)進(jìn)行光連接，包括薄片部(9)，具有第一主面及第二主面；凸透鏡部(2A、2L)，設(shè)置在所述第一主面上，用于對光進(jìn)行聚光；以及反射部(3DL、3SA、3SL)，以能夠使沿著所述第二主面的光彎曲而入射到所述凸透鏡部(2A、2L)的方式設(shè)置在所述第二主面上。
2. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)薄片(la ld)，其中， 所述反射部(3DL、 3SA、 3SL)被形成為能夠?qū)⒀刂龅诙髅娴墓獾男羞M(jìn)方向彎曲90° 。
3. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)薄片(la ld)，其中， 所述凸透鏡部(2A、 2L)具有半球形及半圓柱體形中的任一種形狀。
4. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)薄片(la ld)，其中， 所述凸透鏡部(2A、 2L)按照面陣列及線性陣列中的任一種配置進(jìn)行配置。
5. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)薄片(lb)，其中，所述反射部(3DL、 3SA、 3SL)包含被選自由金、銀及鋁構(gòu)成的 組的至少一種材質(zhì)覆蓋的部分。
6. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)薄片(la ld)，其中， 具有由經(jīng)過電子束照射的材質(zhì)形成的部分。
7. 如權(quán)利要求l所述的光學(xué)薄片(la ld)，其中，所述凸透鏡部(2A、 2L)和所述反射部(3DL、 3SA、 3SL)通過 使用模具(52a、 53a)進(jìn)行的鑄模法形成。
8. 如權(quán)利要求7所述的光學(xué)薄片(la ld)，其中， 所述模具(52a、 53a)通過包含下述工序的方法制造 通過光刻法形成樹脂模具的工序；通過鍍敷法在所述樹脂模具上形成由金屬材料構(gòu)成的層的工序；以及除去所述樹脂模具的工序。
9. 如權(quán)利要求7所述的光學(xué)薄片(la ld)，其中， 所述模具(52a、 53a)通過包含下述工序的方法制造 通過鑄模法形成樹脂模具的工序；通過鍍敷法在所述樹脂模具上形成由金屬材料構(gòu)成的層的工序；以及除去所述樹脂模具的工序。
10. —種安裝方法，包括準(zhǔn)備權(quán)利要求l所述的光學(xué)薄片(la ld)的工序；和 以使光學(xué)元件(4)通過所述光學(xué)薄片(la ld)與基板(5)光 連接的方式將所述光學(xué)元件(4)安裝在所述基板(5)上的工序。
11. 一種光學(xué)模塊，包括 權(quán)利要求l所述的光學(xué)薄片(la ld); 支撐所述光學(xué)薄片(la ld)的基板(5);以及 通過所述光學(xué)薄片(la ld)與所述基板(5)光連接的光學(xué)元件(4)。
全文摘要
一種三維光學(xué)薄片(1a～1d)，通過配置在光學(xué)元件(4)和基板(5)之間而用于對所述光學(xué)元件(4)和所述基板(5)進(jìn)行光連接，其包括薄片部(9)、凸透鏡部(2A、2L)和反射部(3DL、3SA、3SL)。薄片部(9)具有第一主面及第二主面。凸透鏡部(2A、2L)設(shè)置在所述第一主面上，用于對光進(jìn)行聚光。反射部(3DL、3SA、3SL)以能夠使沿著第二主面的光彎曲而入射到凸透鏡部(2A、2L)的方式設(shè)置在第二主面上。
文檔編號G02B5/00GK101589317SQ20088000304
公開日2009年11月25日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
發(fā)明者依田潤 申請人:住友電工超效能高分子股份有限公司