JP2005250483A - チップ・ボード間の相互接続用の光学ブリッジ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の相互接続技術と互換性があり、部品間のわずかなずれによる影響を比較的受けにくく、光学的な損失が最小限であるか全く無く、粒子が光伝送を妨害することなく、多くの光ビームを伝送する装置へと容易に拡大されうる光学的な相互接続及び方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、光学ネットワーキング部品を相互接続する光学ブリッジ、及び、半導体処理工程と適合する導波管を含む光学ブリッジを作成する方法を提供する。本発明の光学ブリッジは、少ない光学損失を有し、従来技術の相互接続よりも位置ずれによる影響を受けにくい。導波管は、２つの部品の光学的に活性の領域に広がる硬化形光学材料から形成される。本発明の１つの実施例では、１つの光学部品は光学回路板であり、接続される光学部品は発光素子又は受光素子を含む電気光学集積回路パッケージである。方法は、硬化形光学液体を部品に与え、部品間で連続的な光学液体を形成するよう部品を一緒にし、光学液体を硬化させることを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学装置の相互接続に関する。特に、本発明は、電子部品と光学回路板を光学的に接続する方法及び装置に関する。

音声及びデータの高速データ転送を扱うことが可能なネットワークの成長により、光ネットワークへの要請が生じた。情報は、長距離に亘って光学的に転送されうる一方で、光ネットワークの光学部分を電気光学部品とインタフェース接続することも必要である。従って、例えば、光ネットワークは、光ビームを強める増幅器、信号をルーティングするスイッチ、及びネットワークのいずれかの端における電気信号と光信号の間の変換を含む。これらの機能は、光学部品、電気光学部品、及び電気部品を含む装置によって実行される。

電子装置では、光学部品及び電気光学部品を、装置間の相互接続を可能とする回路板上にチップ状の形態で配置することが有利である。集積回路チップの光ビームの相互接続のための多くの方法が提案されてきた。これらの各方法は、整列に関する課題を有するか、光ビームの伝送において損失があるか、製造又は使用に費用がかかるか、困難である。提案された方法を多数の光ビームに適用させるように拡大しようとすると他の課題が生ずる。

１つのシステムでは、電気光学チップは、ボールグリッドアレイを有する基板上に配置される。チップのエミッタは基板上の導波管と整列され、信号は介在する材料なしにチップと基板の間で伝送され、即ち、相互接続は自由空間を通じたものである。このようなシステムは、部品間でビームを導くものがないため、主に部品のずれ及び光ビームの開きによる損失を受けやすい。レンズは、送信器と導波管の間、並びに、導波管と受信器の間でビームを結合するのに使用されうる。しかしながら、レンズは、他の部品と精度良く整列される必要があり、また、更なる光パワー損失を生じさせる背面反射が生じうる。他のシステムでは、電気光学送信器及び受信器は、導波構造なしに結合される。発せられた光は、０．５乃至１ｍｍのサイズのビームへとコリメートされ、電気光学送信器から通常は１０ｍｍよりも大きい比較的大きい距離に配置された受信器へ光ビームを直接向かわせるためにホログラフィック光学素子（「ＨＯＥ」）又は他の結合格子が使用される。このタイプの相互接続は、整列手順が非常に困難であること、並びに、コリメータレンズに必要な空間が大きく、従って、コンパクトな集積の可能性が低くなることという不利点を有する。
米国特許第６，６１１，６３５号明細書

従って、既存の相互接続技術と互換性があり、部品間のわずかな位置ずれによる影響を比較的受けにくく、光学的な損失が最小限であるか全く無く、粒子が光伝送を妨害することなく、多くの光ビームを伝送する装置へと容易に拡大されうる、光学的な相互接続及び方法を提供することが望まれる。また、チップの広範な処理を必要とせず、信頼性が高く、比較的安価な光学的な接続及び方法を提供することが望まれる。

本発明は、光学部品又は電気光学部品と光回路板の間に光接続を与える光接続及び方法を提供する。

本発明は、２つの部品を光学的に接続し、部品が平行であり離間し、光学ポリマーによって離間される、装置及び方法を提供することを１つの目的とする。

本発明は、自由空間相互接続よりも低い開き角を有する光学ブリッジを提供することを他の目的とする。

本発明は、部品間の僅かな位置ずれ又は動きについて自己補正する光学ブリッジを提供することを他の目的とする。

本発明は、光学部品の光学的に活性の領域の間に導波管を提供することを１つの目的とする。

本発明は、粒子が光学部品の光学的に活性の領域の間の光の伝送を妨害することを防止する光学ブリッジを提供することを他の目的とする。

本発明は、光学部品間の通信用の、光学的に活性の領域の間を光が伝送される光学ブリッジを提供することを他の目的とする。光学的に活性の領域の各対は、第１の光学部品上の第１の光学的に活性の領域及び第１の光学部品に対して対向し離間した第２の光学部品上の第２の光学的に活性の領域を含む。光学ブリッジは、光学的に活性の領域の対応する対の間に夫々に延びる１つ又はそれ以上の導波管を含み、各導波管は、光学的に活性の領域の対応する対の間に凹面の断面を有する外面を有する。本発明の１つの実施例では、光学ブリッジは光学液体から作られ、対応する対の光学的に活性の領域の少なくとも１つの光学的に活性の領域上の光学液体の濡れ面を更に有し、非濡れ面は濡れ面を囲む。他の実施例では、光学ブリッジは更に、対応する対の光学的に活性の領域の少なくとも１つの光学的に活性の領域を囲む非濡れ面を更に有する。更に、導波管は、光学的に活性の領域に、光学的に活性の領域の境界に等しい又はそれよりも大きい境界を有する。光学部品から光を発する光学的に活性の領域について、導波管は、光学的に活性の領域と略同じ又はそれよりも大きい境界を有し、光学部品へ光を受ける光学的に活性の領域について、導波管は、光学的に活性の領域と略等しい境界を有する。

本発明は、光学部品の１つ又はそれ以上の光学的に活性の領域を通じた光学回路板との光学通信用の装置を提供することを更なる目的とする。装置は、少なくとも１つの光学的に活性の領域を含む面を有する光学回路板と、夫々が導波管を含む１つ又はそれ以上の光学ブリッジとを含む。１つの実施例では、導波管は、対応する一対の光学的に活性の領域間に延び、対応する対の光学的に活性の領域の間に凹状の断面を有する外面を有する。他の実施例では、光学ブリッジは光学液体から作られ、対応する対の光学的に活性の領域の少なくとも１つの光学的に活性の領域上の光学液体の濡れ面を更に有する。更なる他の実施例では、光学ブリッジは更に、対応する対の光学的に活性の領域の少なくとも１つの光学的に活性の領域を囲む非濡れ面を更に有する。更に、導波管は、光学的に活性の領域に、光学的に活性の領域の境界と同じ又はそれよりも大きい境界を有する。光学的に活性の領域のうちの一方が発光領域であれば、導波管は光学的に活性の領域と略同じ又はそれよりも大きい境界を有し、光学的に活性の領域が受光領域であれば、導波管は光学的に活性の領域に略等しい境界を有する。

本発明は、光学ブリッジを形成する方法を提供することを１つの目的とする。方法は、第１の光学部品上の第１の光学的に活性の領域及び第２の光学部品上の第２の光学的に活性の領域を含む一対の光学的に活性の領域のいずれか一方又は両方上に硬化形光学液体を沈着させる段階と、第１の光学部品と第２の光学部品を、一対の光学的に活性の領域を対向し離間した関係に整列させる段階と、間隔を、光学液体が一対の光学的に活性の領域の夫々に接触するよう調整する段階と、光学液体を硬化させる段階とを有する。１つの実施例では、光学的に活性の領域は濡れ面を含み、沈着する段階は、硬化形光学液体を濡れ面上に沈着させることを含む。他の実施例では、第１の光学部品及び第２の光学部品のうちの一方又は両方は、対応する光学的に活性の領域を囲む非濡れ面を含む。或いは、方法は、第１の光学部品及び第２の光学部品のうちの一方又は両方上に離間部品を形成し、間隔を調整する段階は、離間部品と光学部品を接触させることを含む。他の方法では、第１の光学部品は埋込み導波管コアを有する光学導波管であり、方法は、第１の光学的に活性の領域から導波管コアへ開口を与え、開口内に光学液体を沈着させることを含む。

上述の特徴は、様々な補助的な設備、並びに、以下の詳細な説明から当業者により明らかとなる特徴と共に、本発明の光偏向装置、光スイッチングモジュール、及び方法によって達成され、その望ましい実施例は、例示としてのみ、添付の図面を参照して示される。

本発明の上述の面及び付随的な利点は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することによって容易に明らかとなろう。

図中、参照符号は、図示されるいくつかの構成要素、面、又は特徴を示すのに用いられ、複数の図面に亘って共通の参照符号は図示される同様の構成要素、面又は特徴を指す。

本発明は、例えば発光素子と受光素子と、光学回路板の導波管の間といった、光学部品間の光通信を可能とする導波管を提供する装置及び方法に関する。特に、本発明は、光学部品間に配置された材料から形成され、導波管としてそれを通る光信号の交換を容易とするよう配置された「光ブリッジ」である。概して、本発明の光学ブリッジは、光信号の電送を容易とするような形状とされた光学ポリマー等の材料を含む。光学ブリッジは、自由空間によって囲まれてもよく、或いは、光の伝送を妨害しないアンダーフィル材料等の他の材料に囲まれてもよい。

光学ブリッジのいくつかの例は、本願では、光学部品と、部品が実装されている光学回路板との間に導波管を与えるものとして示されている。このような光学部品の選択は、例示的なものであり、本発明の範囲を制限することを意図したものではない。光学回路板は、一般的には、電気配線と、光通信用の埋め込まれた導波管コアとをいずれも含む。光学回路板の一例は、本願の譲受人に譲渡され、ここに参照として組み入れられる、ヨシムラ（Yoshimura）外の米国特許第６，６１１，６３５号明細書（特許文献１）に記載されている。本発明の光学ブリッジは、導波管コア、並びに、回路板上に実装された例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）又は面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）等の発光部品、又は、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光部品と接触する。或いは、光学接続は、２つの回路間であってもよく、例えば、光学回路板と光学ドーターボードの間、又は、送信部品と受信部品との間でありうる。本発明の光学ブリッジ及び光学ブリッジを製造する方法は、部品と回路板の間に電気接続を形成する方法と両立でき、部品と回路板の対向する側に、例えばフリップチップ構成で光学接続及び電気接続の両方を可能とする。

ここで、以下説明する説明と共に、本発明の実施例の類似する部分が同様の参照符号で示されている図面を参照するに、図１は、１つ又はそれ以上の電気光学集積回路（ＯＥＩＣ）チップ１０３を含む集積回路が実装された光学回路板１０１から形成される回路１００を示す平面図であり、図２は、図２の線２−２に沿った側断面図であって光学ブリッジ３０ａ及び２００ｂ、或いは一般的に参照番号２００を示す図である。概して、光学回路板１０１は、１つ又はそれ以上の電気層（図示せず）及び１つ又はそれ以上の導波管１０７を有する多層プリント回路板等のマルチレベル基板でありうる。回路１００は、電気層及び光学層に接続されたＯＥＩＣ１０３に加え、回路板１０１の電気層にのみ接続された１つ又はそれ以上の電気集積回路チップを含みうる。

回路１００は、光学的な及び／又は電気的な信号の組合せにより回路板１０１上に実装され、回路板１０１と通信可能な部品であるＯＥＩＣ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ及び１０３ｄを含む。従って、例えば各ＯＥＩＣ１０３は、ＬＥＤ又はＶＣＳＥＬ等の１つ又はそれ以上の光源、及び／又は、ＬＥＤ等の１つ又はそれ以上の受光器を含みうる。概して、回路１００は、電気信号及び光学信号を含み、光学ブリッジ２００は、各ＯＥＩＣ１０３と回路基板１０１の間に光のための光路を形成する。例えば、１つのＯＥＩＣ１０３のＬＥＤ又はＶＣＳＥＬ等の光源は、光学ブリッジ２００を通じて回路板１０１へ光信号を送信する。光信号は、他のＯＥＩＣ１０３のＰＤ等の受光器へ向けられる。

ＯＥＩＣ１０３は、本願の光学接続に加え、回路板１０１に電気的に取り付けられている。電気接続方法は、周知であり、例えば、ハンダバンプ、ワイヤ・ボンディング、及び導電性の接着剤の使用を含む。従って、周知のように回路基板とＯＥＩＣの間に電気接続を与えるよう、例えば、回路基板１０１及びＯＥＩＣ１０３は、図２に示すように、ハンダボール、柱体、又は同様の構造でありうる導体２０９によって電気的に接続されうる。回路基板に部品をボンディングするために、回路基板１０１とＯＥＩＣ１０３の間にアンダーフィル又は他の機械的な支持体（図２には図示せず）が与えられうる。アンダーフィルは、光学導波管２００と干渉しない光学的な性質を有するべきである。概して、このことは、アンダーフィルは光学的に透過性の材料であること、又は、少なくとも吸収性でなく、光学ブリッジ２００に用いられるポリマーよりも低い屈折率を有するべきであることを意味する。

従って、例えば、ＬＥＤを含むＯＥＩＣは、回路板に機械的に取り付けられ、ＬＥＤへ電力を供給するよう回路板に電気的に接続され、ＬＥＤからの光が光学回路板の導波管を通ることを可能とするよう回路板に光学的に接続される。

図１及び図２を参照して、光学ブリッジ２００、並びに、回路板１０１とＯＥＩＣ１０３への接続について説明する。回路板１０１は、電気信号を伝送する例えば導電層及びビア等の１つ又はそれ以上の導体１０９と、光信号を伝送する１つ又はそれ以上の光学導波管１０７とを有する多層基板である。図１に示すように、部品１０３は、導体１０９と導波管１０７の上に、必要に応じて部品と１つ又はそれ以上の導体及び導波管との間に接続を形成して、配置される。概して、光学ブリッジ２００は、面１１１の光学的に活性の領域１１３と、面２０１の光学的に活性の領域２１３とから構成される一対の光学的に活性の領域２０７の間に配置される。「光学的に活性の領域」の語は、回路板又は部品の表面領域であってそれを通って他の回路板又は部品との光通信のために光が伝搬しうる表面領域を指す。

図２に更に示すように、導波管１０７は、回路板１０１の平面内の第１の導波管１０７ａと、第１の導波管に対して垂直であり回路板の平面から出る方向の第２の導波管１０７ｂとを含む。導波管１０７は、１０乃至１００μｍの、望ましくは２０乃至５０μｍの断面寸法を有する望ましくはマルチモード導波管である。各導波管１０７ａ、１０７ｂは、導波管の屈折率とは異なる屈折率を有するクラッディング１０７ｃによって囲まれる。各導波管１０７ａ、１０７ｂはまた、導波管１０７内の方向と、面１１１に対して垂直であり光学的に活性の領域１３３ａ，１３３ｂへ向かう方向との間で、光の向きを変えるよう望ましくは４５°の角度とされる対応する角度を付けられた部分１１５ａ、１１５ｂも有する。部品１０３は、面２０１の光学的に活性の領域２１３ａを通って光を投射する発光サブコンポーネント２０３と、面２０１の光学的に活性の領域２１３ｂを通って光を受け入れる受光サブコンポーネント２０３とを含む。光学的な通信中の光の伝搬方向は、対応する光ブリッジ２００内の矢印によって示される。面１１１及び２０１は、以下説明するように、ブリッジの形状の形成を支援するよう光学的に活性の領域１１３及び２１２の上の及び／又は付近のパッド２１１を含みうる。

光学ブリッジ２００は、光学的に活性の領域１１３と２１３の間で導波管として作用する面３０１を有する材料３０３から形成される。図２に示すように、回路板１０１は、部品１０３の面２０１に対向する面１１１を有する。各面１１１及び２０１は、光学的な通信用の一対の光学的に活性の領域を形成する光学的に活性の領域を有する。図示するように、面１１１は光学的に活性の領域１１３ａ及び１１３ｂを有する。図２中に矢印で示すように、光学ブリッジ２００内で、領域１１３ａは光信号を受信し、領域１１３ｂは光信号を送信する。面２０１は、光学的に活性の領域１１３ａ及び１１３ｂと夫々光通信可能な領域２１３ａ及び２１３ｂとして示す光学的に活性の領域２１３を有する。図２は、２対の光学的に活性の領域を示す。第１の対２０７ａは、第１の光学ブリッジ２００ａによって接続される光学的に活性の領域１１３ａ及び２１３ａを有し、第２の対２０７ｂは、第２の光学ブリッジ２２０ｂによって接続される光学的に活性の領域１１３ｂ及び２１３ｂを有する。

図２の実施例では、面１１１と面２０１は平坦であり、平行である。光学的に活性の対２０７は、距離ｘをおいて離間している。本発明は、面２０１と１１１の間の幅広い間隔に有用である。距離ｘは、１０μｍ（ミクロン）乃至１０００μｍであり、望ましくは５０μｍ乃至１５０μｍでありうる。

光学ブリッジ２００は、光学的に活性の領域２０７の対の間で用いられる波長で光学的に透過性のある材料から形成される。概して、ブリッジ２００は、面１０１にある第１の端３０５と面２０１にある第２の端３０７の間で縦方向に延びる面３０１を画成する材料３０３から形成される。端３０５及び３０７は、活性の領域１１３及び２１３の対応する面と夫々少なくとも同じ広がりを有する境界を有することが望ましい。光学ブリッジは、導波管コア材料１０７の屈折率と光学的に活性の領域２０７の屈折率の間の屈折率を有する硬化可能な液体ポリマーから形成され、空気等の気体によって、又は材料３０３よりも低い屈折率を有する他の固体材料によって囲まれることが望ましい、空気等の気体によって、又は材料３０３よりも低い屈折率を有する他の固体材料によって囲まれることが望ましい。以下説明するように、一対の光学的に活性の領域２０７の間の光の伝搬は、面３０１の形状、光学的に活性の領域１１３及び２１３に対する端３０５及び３０７の寸法及び位置、並びに、ブリッジ３００と材料３０３を囲む任意の材料の屈折率によって決定される。

図３Ａ乃至図３Ｃ中、本発明の光学ブリッジの例として、いくつかの典型的な実施例を本発明の第１の光学ブリッジ２００'、第２の光学ブリッジ２００''及び第３の光学ブリッジ'''として夫々示す。典型的な実施例は、本発明の光学ブリッジを例示するものであって、本発明の範囲を制限することが意図されるものではない。光学ブリッジ２００'（図３Ａ）は、第１の端３０５'と第２の端３０７'の間に面３０１'を有し、端の間の中間にはくびれ３０９'がある。図３Ａに示すように、面３０１'の縦方向の断面は、凹状であり、くびれ３０９'において最小の広がりがあり、端３０５'及び３０７'において最大の広がりがあり、横方向の断面形状（図示せず）は略円形である。図３Ａの輪郭は、本発明の望ましい実施例である。理想的には、光学ブリッジの望ましい形状は、完全にまっすぐな壁面を有する円筒から構成される。実際上は、この望ましい形状を達成することはほぼ不可能であり、従って、図３Ａの内向きの壁の湾曲が望ましい。しかしながら、円筒の真っ直ぐな壁の形状を排除しないよう、「凹状（concave）」の語は、本願で用いる場合、湾曲を有さない壁も含むものとして定義する。

光学ブリッジ２００''（図３Ｂ）は、第１の端３０５''と、より大きい第２の端３０７''との間に面３０１''を有する。面３０１''は、第２の端３０７''から第１の端３０５''にあるくびれ３０９''へと次第に細くなる。面３０１''の縦方向の断面形状は、このように凹状であり、大きい第２の端３０７''から第１の端３０５''へ向かって次第に細くなる。光学ブリッジ２００'''（図３Ｃ）は、第１の端３０５'''と、第２の端３０７'''との間に面３０１'''を有する。面３０１'''は、第１の端３０５'''と第２の端３０７'''の間で凸状であり、膨らみ３１１において最大の寸法を有する。面３０１'''の縦方向の断面形状は、このように凸状である。

以下、ＯＥＩＣ１０３から回路板１０１へ光を通す光学ブリッジ２００ａ'を示す図４Ａの詳細な側断面図と、回路板からＯＥＩＣ１０３へ光を通す光学ブリッジ２００ｂ'を示す図４Ｂとを参照して、光学ブリッジ２００'について詳述する。光学ブリッジ２００ａ'及び２００ｂ'は、活性の領域１１３ａ，１１３ｂを覆う対応する下パッド４０１ａ，４０１ｂと、活性の領域２１３ａ，２１３ｂを覆う上パッド４０３ａ，４０３ｂと、夫々の上パッド及び下パッドの間の光学材料３０３０とを含む。パッド４０１ａ，４０１ｂ，４０３ａ，及び４０３ｂは光学的に透明であり、以下説明するように光学材料３０３の形状を制御するのに役立つ。図４Ａに示すように、光学ブリッジ２００'は、ＯＥＩＣ１０３と回路板１０１の間の空間にあるアンダーフィル４０７によって囲まれうる。アンダーフィル４０７の屈折率は光学材料３０３の屈折率よりも低く、光学ブリッジ２００'からの光の漏洩及び損失を防止するよう動作光波長を吸収しないことが重要である。他の実施例では、活性の領域１１３ａ，１１３ｂ，２１３ａ又は２１３ｂ上の材料３０３の形状は、材料３０３の広がりを防止するよう活性の領域の外側に障壁（図示せず）を配置することによって制御されうる。

活性の領域１１３ａ，１１３ｂは導波管１０７ａ，１０７ｂの端にあり、導波管を通る光伝搬を含むようクラッディング４０４を含む。活性の領域２１３は、ＶＣＳＥＬの出力開口２０３といった発光部品の活性の領域であってもよく、或いは、ＰＤの活性の領域２１３ｂといった受光部品の活性の領域であってもよい。ブリッジが光の伝搬のための特定の方向を有する場合、ブリッジの形状は光学的な損失を減少させるよう調整されうる。特に、光学ブリッジを通る光の伝送は、部分的には、光学ブリッジの端の相対的な大きさ及び対応する光学的に活性の領域によって決定される。光を発する活性の領域については、発せられた光の全て又は殆ど全てが光学ブリッジに入るよう、光学ブリッジの端は、光学的に活性の領域と等しいかそれよりも大きいことが望ましい。従って、例えば、光を受ける光学ブリッジの端は、光が受けられる活性の領域と等しいかそれよりも大きいことが望ましく、光を発する光学ブリッジの端は光を受ける活性の領域と等しいかそれよりも僅かに大きい面積を有することが望ましい。望ましい形態は、例えば、光を発する部品を有し、活性の領域２０３よりも大きい端３０７ａ’及び活性の領域１１３ａよりも僅かに大きい端３０５ａ’を有するＯＥＩＣ１０３を示す図４Ａと、光を受ける部品を有し、活性の領域２１３ｂの形状に対応する端３０７ｂ’及び活性の領域１１３ｂよりも僅かに多きな端３０５ｂ’を有するＯＥＩＣ１０３を示す図４Ｂとに示されている。

図５Ａ及び図５Ｂは、位置がずらされたＯＥＩＣ１０３を有する光学ブリッジの側断面図である。特に、図５Ａ及び図５Ｂは、図５Ａ及び図５Ｂの水平な矢印によって示される図４Ａの整列された構成からＯＥＩＣ１０３を横方向に平行移動させる影響を示す。図５Ａ及び図５Ｂの横方向の平行移動は、製造中のＯＥＩＣ１０３のずれ又は回路１００への力によって生じた位置のずれを表わしうる。光学的な材料３０３は、望ましくはいくらかの横方向の動きを調整しうる高分子材料である。更に、光はブリッジ内の全内部反射により案内されるため、横方向の動きに応じた材料３０３の変形は光学ブリッジ２００の光学的な性能に明らかな影響を与えない。

本発明の光学ブリッジは、従来技術の光学相互接続に対して多くの利点を有する。従って、例えば、自由空間伝送は、１０乃至４０°の典型的な開き角を生じさせる。この強い開きにより、例えば５０μｍ乃至１５０μｍといった短い距離に亘ってでさえも大きい光学的な損失がありうる。対照的に、光学ブリッジ２０は、光がＯＥＩＣと光学回路板との間を伝搬するとき光を抑制し、結合損失を減少させる。更に、光学ブリッジ２００は、異物が光路を阻止するのを防止する。また、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、光学ブリッジ２００の形状は、部品の横方向の動きに適応することができ、自己合焦性である。また、光学ブリッジ材料は、その屈折率が、ブリッジによって接続される光学的に活性の領域の屈折率によりよく一致するため、背面反射損失を減少させる。

図６Ａ乃至図６Ｄに、光学材料３０３を形成するよう、硬化されうる光学液体６０１から光学ブリッジ２００’を製造するステップを一連の側断面図として示し、光学的に活性の領域１１３は受光面であり、光学的に活性の領域２１３は発光面である。光学液体６０１の例は、熱硬化形又はＵＶ光硬化形ポリマーを含むが、これらに限られるものではない。図６Ａに示すステップの前に、回路板１０１及びＯＥＩＣ１０３上にパッドが形成され、光学ブリッジ２００’の成形に役立つ。特に、実質的に受光面の光学的に活性の領域１１３に亘って濡れパッド４０１が形成され、濡れパッド４０３は、発光面の光学的に活性の領域２１３に等しい又はそれよりも大きい領域に亘って形成され、スタンド・オフ・パッド６０３は面１１１上に形成される。濡れパッド４０１及び４０３は、光学液体６０１がパッドを濡らすことを可能とする材料から作られ、濡れパッドを囲む面１１１及び２０１は非濡れ面であり、結果として、光学液体６０１は濡れパッドの面に制限される。例えば、光学エポキシ又はゲルの光学液体は、光学ポリマー（エポキシ、ポリイミド等）面を濡らし、金属又は酸化誘電体面は濡らさない。金属又は酸化物の面１１１及び２０１と共にポリマーの濡れパッド４０１及び４０３を形成することにより、エポキシ光学液体６０１は濡れパッド上に残る。或いは、パッド４０１及び４０３は、適切な濡れ性を与える表面仕上げでありうる。

即ち、例えば濡れパッド４０１及び４０３は、光学ポリマーであり、スピンコーティング及びリソグラフィック・パターニングによって面１１１及び２０１上に形成される。スタンド・オフ・パッド６０３は、処理中に回路板１０１とＯＥＩＣ１０３の間に２０μｍ乃至５００μｍのスタンド・オフ高さＨを与える機械的な止め部である。パッド６０３は、例えば、例えばスピンコーティングの処理を用いた電子パッケージングにおいて用いられる標準的なポリマーから形成される。

図６Ａに示すように、光学液体６０１の所定の量を回路板１０１の濡れパッド４０１上に与え、濡れパッド４０３を有するＯＥＩＣ１０３を回路板上に配置する。光学液体６０１は、硬化すると、光学材料３０３形成する液体である。光学液体６０１は、液体がパッド４０１及び４０３を濡らすことを許すが、パッドを囲む面へ広がることを許さない液体性質を有することが重要である。

次に、図６Ｂに示すように、パッド４０１と４０３を整列させたままでＯＥＩＣ１０３及び回路板１０１を接触するよう動かす。スタンド・オフ・パッド６０３は間隔を与えるが、液体６０１が濡れパッド４０３と接触することを許す。この点で、液体６０１は、周りの面を濡らすことなく濡れパッド４０１及び４０３を超えて広がりうる。他の実施例では、パッド６０３はＯＥＩＣ１０３の面に組み込まれる。

図６Ｃは、回路板１０１とＯＥＩＣ１０３が所定の分離距離Ｘまで離されている状態を示す。図６Ｃに示す分離中、液体６０１は、パッド４０１及び４０３を濡らしたままであり、パッド４０１と４０３の間の中間にくびれを有する凹状の形状を生じさせる。最善の場合、ブリッジの形状は、完全にまっすぐな側面を有する。しかしながら、表面張力効果及び必要な精度の欠如により、実際には、まっすぐな側壁を達成することは非常に困難である。最後に、光学液体６０１は、図６Ｄに示すように光学ブリッジ２００’の光学材料３０３を形成するよう、望ましくは、加熱又はＵＶ光照射によって硬化される。光学液体６０１が硬化する温度は、流体に依存し、数分から数時間にも亘って維持される室温から２００℃までの上昇した温度の範囲でありうる。

光学ブリッジ２００’の形状は、回路板１０１とＯＥＩＣ１０３の間に与えられる光学液体の量、パッド４０１及び４０３の寸法、間隔Ｘ、並びに、硬化の際の光学液体６０１の体積の変化に依存する。最終的なブリッジ高さが１００μｍであり、上パッド及び下パッドが５０μｍの直径を有するパッドは、約２×１０^-4ｍｍ³の光学流体を必要とする。この形態を達成するために、スタンド・オフ・パッドの高さは、光学材料の粘度に依存して、３０乃至８０μｍの範囲であるべきである。上述のように、光の伝送は、発光側の光学的に活性の領域よりも大きく、受光側の光学的に活性の領域に一致する光学ブリッジとすることによって高められる。

図７Ａ乃至図７Ｃに、光学材料３０３を形成するよう硬化されうる光学液体７０９から光学ブリッジ２００’を製造する他の段階を示す。光学液体７０９は、以下説明するようにＵＶ放射線に照射されるまでは粘性のある液体のままであるＵＶ硬化形エポキシ又はゲル等のように、ＵＶ硬化形（又は熱硬化形）である。図７Ａに示すように、回路板１０１は一対のスタンド・オフ・パッド７０１を有し、ＯＥＩＣ１０３は一対のスタンド・オフ・パッド７０３を有する。パッド７０１及び７０３は、図６Ａ乃至図６Ｄを参照して上述した方法によって形成され、互いに対向して配置され、組み合わされたスタンド・オフ高さＨを与える。回路基板１０１とＯＥＩＣ１０３とを図７Ａに示す対向する位置に配置する前に、回路板及びＯＥＩＣは上向きのパッド４０１及び４０３と対向され、望ましくは同じ種類の液体である光学液体７０５及び７０７の所定の量が夫々、濡れパッド４０１及び４０３上に置かれる。回路板１０１及びＯＥＩＣ１０３は、図７Ａに示すように、対向して配置される。回路板１０１及びＯＥＩＣ１０３は、図７Ｂに示すように一緒に動かされ、光学液体７０５及び７０７が融合し、凹状を有する単一の流体の質量を形成することを可能とする。図７Ｃ中に矢印で示すように、導波管１０７にＵＶ放射線が与えられる。導波管１０７は、液体を硬化させるよう、ＵＶ放射線を上向きに、液体７０９を通して方向付け、光学ブリッジ２００’を形成する。

図８Ａ乃至図８Ｄの一連の側断面図に、光学材料３０３を形成するよう硬化されうる光学液体６０１から光学ブリッジ２００''を製造するステップを示す。光学ブリッジ２００''は、光学回路板１０１'の内側の点からＯＥＩＣ１０３上の濡れパッド４０３まで延びる。特に、図８Ａに示すように、光学回路板１０１'は、上述のように光を４５°反射させる仕上げを有する角度付けられた部分１５５で終端する導波管１０７を有する。第１のステップとして、面１１１は、高さＨを有するスタンド・オフ・パッド６０３と、必要であれば、光学的に活性の領域１１３を囲む任意の非濡れパッド８０３とを具備する。非濡れパッド８０３は、光学液体６０１がパッドを濡らすことを防止する材料から形成されることが望ましい。従って、例えば、非濡れパッド８０３は、金属又は酸化物であり、例えばスパッタリングにより面１１１上に形成される。次のステップとして、光学的に活性の領域１１３を通って、回路板１０１’及び角度付けられた部分１１５へ開口８０１が形成される。開口８０１は、エッチング、レーザ・ドリリング、又は他の公知の技術によって形成されうる。

図８Ｂに示すように、光学液体６０１は、次に、面１１１からＨよりも大きい高さまで上へ開口８０１の中に与えられる。非濡れパッド８０３は、液体６０１が光学的に活性の領域１１３を越えた面へ接着することを防止する。次に、図８Ｃに示すように、ＯＥＩＣ１０３及び回路板１０１’は、ＯＥＩＣ１０３がスタンド・オフ・パッド６０３に触るまで互いに向かって動かされる。ＯＥＩＣ１０３及び回路板１０１’を、間隔がスタンド・オフ・パッド６０３によって決定される点まで動かすことにより、流体６０１は濡れパッドを囲む面を濡らすことなく濡れパッド４０３に接触する。任意に、これらの部品が接近している間のＯＥＩＣ１０３及び回路板１０１’の動きが間隔Ｈを達成するのに充分に正確に制御されている場合は、スタンド・オフ・パッド６０３は必要とされない。

図８Ｄは、回路板１０１及びＯＥＩＣ１０３が所定の分離距離Ｘへ分離されている状態を示す。流体６０１は、図８Ｄに示す分離中、角度付けられた面１１５からパッド４０３へ延び、非濡れパッド８０３の近くにくびれを有する凹形状を生じさせる。最後に、光学液体６０１は、図８Ｄに示すように光学ブリッジ２００''の光学材料を形成するよう硬化される。光学材料３０３の屈折率は、導波管１０７の屈折率と一致することが望ましい。このようにして形成される光学ブリッジ２００''は、ＯＥＩＣ１０３の発光及び受光部品と、光学回路板１０１’の導波管１０７を制限し、光学ブリッジを通る光の結合損失をかなり最小限とする。

図６乃至図８を参照して説明した処理は、光学部品と光学回路板の間に１つ又はそれ以上の光学ブリッジを形成する処理の例である。これらの処理は、ハンダ付け又は導電性エポキシボンディング等の機械的な取付け技術を含むがこれらに限られない他の処理と並行して適用されうる。

本発明は、このように、２つの光学部品を接続する装置及び方法を提供する。上述の実施例は、本発明を例示するものであって、本発明の範囲を上述の特定の実施例に制限することを意図したものではない。従って、本発明の１つ又はそれ以上の実施例について例示し説明したが、本発明の趣旨又は本質的な性質を逸脱することなく、本発明に様々な変更がなされうることが認められるべきである。例えば、本発明は、いくつかの光学ポリマーの使用について説明されたが、他のポリマー又はポリマーの組合せが使用されうる。従って、本願の開示及び記載は、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を例示するものが制限的でないものであることが意図される。
（付記１）
第１の光学部品上の第１の光学的に活性の領域及び前記第１の光学部品に対して対向し離間した第２の光学部品上の第２の光学的に活性の領域を各対が含む光学的に活性の領域の対の間で光を伝送する光学ブリッジであって、
前記光学ブリッジは、
光学的に活性の領域の対応する対の間に夫々に延びる１つ又はそれ以上の導波管を含み、
前記１つ又はそれ以上の導波管の夫々は、前記光学的に活性の領域の対応する対の間に外面を有し、前記対応する対の光学的に活性の領域の間の平面上での前記外面の断面は凹状である、光学ブリッジ。
（付記２）
前記１つ又はそれ以上の導波管は光学液体から作られる光学ポリマーを含む、付記１記載の光学ブリッジ。
（付記３）
前記光学ポリマーは硬化形エポキシ又はゲルである、付記２記載の光学ブリッジ。
（付記４）
前記第１の光学部品及び前記第２の光学部品は、略平行であり、約１０μｍ乃至約１０００μｍの距離だけ離間されている、付記１記載の光学ブリッジ。
（付記５）
前記光学液体及び前記対応する対の光学的に活性の領域の少なくとも１つの光学的に活性の領域を濡らすことが可能な濡れ面を更に有し、前記濡れ面は、前記光学液体の非濡れ面によって囲まれる、付記２記載の光学ブリッジ。
（付記６）
前記対応する対の光学的に活性の領域の少なくとも１つの光学的に活性の領域を囲む前記光学液体を濡らさないことが可能な非濡れ面を更に有する、付記２記載の光学ブリッジ。
（付記７）
前記１つ又はそれ以上の導管のうちの少なくとも１つは、前記第１の光学的に活性の領域において、前記第１の光学的に活性の領域と略同じ境界を有し、前記第２の光学的に活性の領域において、前記第２の光学的に活性の領域と略同じ境界を有する、付記１記載の光学ブリッジ。
（付記８）
前記光学的に活性の領域のうちの一方は発光領域であり、前記光学的に活性の領域のうちの他方は受光領域であり、前記伝送は前記発光領域から前記受光領域へ光を伝送し、前記発光領域における前記導波管は、前記発光領域と略同じ境界又はそれよりも大きい境界を有し、前記導波管は、前記受光領域において前記受光領域と略同じ境界を有する、付記１記載の光学ブリッジ。
（付記９）
前記第１の光学部品は光学回路板である、付記１記載の光学ブリッジ。
（付記１０）
前記第１の光学部品は、導波管ドーターボードである、付記９記載の光学ブリッジ。
（付記１１）
前記第２の光学部品は、フォトダイオード配列を含む、付記１記載の光学ブリッジ。
（付記１２）
前記第２の光学部品は、面発光半導体レーザを含む、付記１記載の光学ブリッジ。
（付記１３）
前記光学回路板は、前記第１の光学部品内の導波管コアを含み、前記導波管は、前記第１の光学部品の面と前記導波管コアの間の部分を含む、付記９記載の光学ブリッジ。
（付記１４）
光学部品の１つ又はそれ以上の光学的に活性の領域を通じた光学通信用装置であって、
少なくとも１つの光学的に活性の領域を含む面を有する光学回路板と、
一対の光学的に活性の領域間に夫々延びる導波管を夫々含む１つ又はそれ以上の光学ブリッジとを含み、
前記一対の光学的に活性の領域のうちの一方は前記光学部品の光学的に活性の領域であり、前記一対の光学的に活性の領域のうちの他方は前記光学回路板の対応する光学的に活性の領域であり、前記１つ又はそれ以上の導波管は夫々、前記対応する一対の光学的に活性の領域間に外面を有し、前記一対の光学的に活性の領域間の平面上の前記外面の断面は凹状である、光学通信用装置。
（付記１５）
前記１つ又はそれ以上の導波管は、光学液体から形成される光学ポリマーである、付記１４記載の光学通信用装置。
（付記１６）
前記光学液体は、硬化可能なエポキシ又はゲルである、付記１５記載の光学通信用装置。
（付記１７）
前記光学回路板及び前記光学部品は略平行であり、約１０μｍ乃至約１０００μｍの距離だけ離間されている、付記１４記載の光学通信用装置。
（付記１８）
前記光学液体及び前記対応する対の光学的に活性の領域の少なくとも１つの光学的に活性の領域を濡らすことが可能な濡れ面を更に有し、前記濡れ面は、前記光学液体の非濡れ面によって囲まれる、付記１５記載の光学通信用装置。
（付記１９）
前記対応する対の光学的に活性の領域の少なくとも１つの光学的に活性の領域を囲む前記光学液体を濡らさないことが可能な非濡れ面を更に有する、付記１９記載の光学通信用装置。
（付記２０）
前記１つ又はそれ以上の導管のうちの少なくとも１つは、前記第１の光学的に活性の領域において、前記第１の光学的に活性の領域と略同じ境界を有し、前記第２の光学的に活性の領域において、前記第２の光学的に活性の領域と略同じ境界を有する、付記１４記載の光学通信用装置。
（付記２１）
前記光学的に活性の領域のうちの一方は発光領域であり、前記光学的に活性の領域のうちの他方は受光領域であり、前記伝送は前記発光領域から前記受光領域へ光を伝送し、前記発光領域における前記導波管は、前記発光領域と略同じ境界又はそれよりも大きい境界を有し、前記導波管は、前記受光領域において前記受光領域と略同じ境界を有する、付記１４記載の光学通信用装置。
（付記２２）
前記光学回路板は、導波管ドーターボードである、付記１４記載の光学通信用装置。
（付記２３）
前記光学部品は、フォトダイオード配列を含む、付記１４記載の光学通信用装置。
（付記２４）
前記光学部品は、面発光半導体レーザを含む、付記１４記載の光学通信用装置。
（付記２５）
前記光学回路板は、導波管コアを含み、前記導波管は、前記光学回路板の面と前記導波管コアの間の部分を含む、付記１４記載の光学通信用装置。
（付記２６）
第１の光学部品上の第１の光学的に活性の領域及び第２の光学部品上の第２の光学的に活性の領域を含む一対の光学的に活性の領域のいずれか一方又は両方上に硬化形光学液体を沈着させる段階と、
前記第１の光学部品と前記第２の光学部品を、前記一対の光学的に活性の領域を対向し離間した関係に整列させる段階と、
前記整列された光学部品の前記間隔を、前記光学液体が前記一対の光学的に活性の領域の夫々に接触するよう調整する段階と、
前記整列された光学部品の前記間隔を、前記一対の光学的に活性の領域間で凹状を有する光学液体を生じさせるような間隔へ更に調整する段階と、
前記光学液体を硬化させる段階とを有する、
光学ブリッジを形成する方法。
（付記２７）
前記光学的に活性の領域は、前記光学液体を濡らすことが可能な面を含み、前記沈着する段階は、前記硬化形光学液体を前記濡れ面上に沈着させることを含む、付記２６記載の方法。
（付記２８）
前記第１の光学部品及び前記第２の光学部品のうちの一方又は両方は、前記光学液体を濡らすことが可能ではなく前記対応する光学的に活性の領域を囲む面を含む、付記２６記載の方法。
（付記２９）
前記第１の光学部品及び前記第２の光学部品のうちの一方又は両方上に離間部品を形成し、前記間隔を調整する段階は、前記離間部品と前記光学部品を接触させることを含む、付記２６記載の方法。
（付記３０）
前記間隔を調整する段階は、前記一対の光学的に活性の領域の間に、凹状の縦方向の断面を有する前記光学液体の外面を形成することを含む、付記２６記載の方法。
（付記３１）
前記第１の光学部品は埋込み導波管コアを有する光学導波管であり、前記第１の光学的に活性の面から前記導波管コアへの開口を与える段階と、前記光学液体を前記開口内に沈着させる段階を更に有する、付記２６記載の方法。
（付記３２）
前記硬化する段階は、前記光学液体を約２０℃乃至約２００℃の温度へ加熱することを含む、付記２６記載の方法。
（付記３３）
前記硬化する段階は、前記光学液体をＵＶ放射線に照射する段階を含む、付記２６記載の方法。
（付記３４）
前記間隔を調整する段階は、前記間隔を約２０乃至７０μｍから約１００乃至１５０μｍへ調整することを含む、付記２６記載の方法。

集積された光導波管を有する回路板を光学部品が実装された状態で示す平面図である。 本発明の一実施例を示す図１の線２−２に沿った側断面図である。 ２つのブリッジ端の間にくびれを有する縦方向に凹形状を有する本発明の光学ブリッジの第１の実施例を示す側断面図である。 ２つのブリッジ端の一方にくびれを有する縦方向に凹形状を有する本発明の光学ブリッジの第２の実施例を示す側断面図である。 凸形状を有する本発明の光学ブリッジの第３の実施例を示す側断面図である。 電気光学集積回路（「ＯＥＩＣ」）から回路板へ光を伝送する本発明の光学ブリッジの第１の実施例を示す詳細な側断面図である。 回路板からＯＥＩＣへ光を伝送する本発明の光学ブリッジの第１の実施例を示す詳細な側断面図である。 図5A及び図5Bは光学ブリッジの２つの横方向の変位中の光学ブリッジの内在的な光学的な整列を示す、図４Ａの光学ブリッジの側断面図である。 本発明の光学ブリッジの第１の実施例を製造する方法を示す側断面図であって、回路板上に光学液体が沈着されることを示す図である。 本発明の光学ブリッジの第１の実施例を製造する方法を示す側断面図であって、回路板と部品の間の接触を示す図である。 本発明の光学ブリッジの第１の実施例を製造する方法を示す側断面図であって、光学ブリッジを形成するよう回路板と部品が分離された状態を示す図である。 本発明の光学ブリッジの第１の実施例を製造する方法を示す側断面図であって、硬化後の光学ブリッジを示す図である。 本発明の光学ブリッジの第１の実施例を製造する他の方法を示す側断面図であって、回路板及び対向する部品上に光学液体が沈着されることを示す図である。 本発明の光学ブリッジの第１の実施例を製造する他の方法を示す側断面図であって、回路板と部品の接触を示す図である。 本発明の光学ブリッジの第１の実施例を製造する他の方法を示す側断面図であって、ＵＶ硬化されている光学液体を示す図である。 本発明の光学ブリッジの第２の実施例を製造する方法を示す側断面図であって、光学液体を沈着させるための回路板を準備することを示す図である。 本発明の光学ブリッジの第２の実施例を製造する方法を示す側断面図であって、回路板上に光学液体を沈着させることを示す図である。 本発明の光学ブリッジの第２の実施例を製造する方法を示す側断面図であって、回路板と部品が接触されることを示す図である。 本発明の光学ブリッジの第２の実施例を製造する方法を示す側断面図であって、光学ブリッジを形成するよう回路板と部品が分離され、硬化されることを示す図である。

符号の説明

１００ 回路
１０１ 光学回路板
１０３ａ−１０３ｆ 電気光学集積回路（ＯＥＩＣ）
１０７ 導波管
１０９ 導体

Claims (10)

1. 第１の光学部品上の第１の光学的に活性の領域及び前記第１の光学部品に対して対向し離間した第２の光学部品上の第２の光学的に活性の領域を各対が含む光学的に活性の領域の対の間で光を伝送する光学ブリッジであって、
   前記光学ブリッジは、
   光学的に活性の領域の対応する対の間に夫々に延びる１つ又はそれ以上の導波管を含み、
   前記１つ又はそれ以上の導波管の夫々は、前記光学的に活性の領域の対応する対の間に外面を有し、前記対応する対の光学的に活性の領域の間の平面上での前記外面の断面は凹状である、光学ブリッジ。
2. 前記１つ又はそれ以上の導波管は光学液体から作られる光学ポリマーを含む、請求項１記載の光学ブリッジ。
3. 前記光学ポリマーは硬化形エポキシ又はゲルである、請求項２記載の光学ブリッジ。
4. 前記第１の光学部品及び前記第２の光学部品は、略平行であり、約１０μｍ乃至約１０００μｍの距離だけ離間されている、請求項１記載の光学ブリッジ。
5. 前記光学液体及び前記対応する対の光学的に活性の領域の少なくとも１つの光学的に活性の領域を濡らすことが可能な濡れ面を更に有し、前記濡れ面は、前記光学液体の非濡れ面によって囲まれる、請求項２記載の光学ブリッジ。
6. 前記対応する対の光学的に活性の領域の少なくとも１つの光学的に活性の領域を囲む前記光学液体を濡らさないことが可能な非濡れ面を更に有する、請求項２記載の光学ブリッジ。
7. 前記１つ又はそれ以上の導管のうちの少なくとも１つは、前記第１の光学的に活性の領域において、前記第１の光学的に活性の領域と略同じ境界を有し、前記第２の光学的に活性の領域において、前記第２の光学的に活性の領域と略同じ境界を有する、請求項１記載の光学ブリッジ。
8. 前記光学的に活性の領域のうちの一方は発光領域であり、前記光学的に活性の領域のうちの他方は受光領域であり、前記伝送は前記発光領域から前記受光領域へ光を伝送し、前記発光領域における前記導波管は、前記発光領域と略同じ境界又はそれよりも大きい境界を有し、前記導波管は、前記受光領域において前記受光領域と略同じ境界を有する、請求項１記載の光学ブリッジ。
9. 光学部品の１つ又はそれ以上の光学的に活性の領域を通じた光学通信用装置であって、
   少なくとも１つの光学的に活性の領域を含む面を有する光学回路板と、
   一対の光学的に活性の領域間に夫々延びる導波管を夫々含む１つ又はそれ以上の光学ブリッジとを含み、
   前記一対の光学的に活性の領域のうちの一方は前記光学部品の光学的に活性の領域であり、前記一対の光学的に活性の領域のうちの他方は前記光学回路板の対応する光学的に活性の領域であり、前記１つ又はそれ以上の導波管は夫々、前記対応する一対の光学的に活性の領域間に外面を有し、前記一対の光学的に活性の領域間の平面上の前記外面の断面は凹状である、光学通信用装置。
10. 第１の光学部品上の第１の光学的に活性の領域及び第２の光学部品上の第２の光学的に活性の領域を含む一対の光学的に活性の領域のいずれか一方又は両方上に硬化形光学液体を沈着させる段階と、
    前記第１の光学部品と前記第２の光学部品を、前記一対の光学的に活性の領域を対向し離間した関係に整列させる段階と、
    前記整列された光学部品の前記間隔を、前記光学液体が前記一対の光学的に活性の領域の夫々に接触するよう調整する段階と、
    前記整列された光学部品の前記間隔を、前記一対の光学的に活性の領域間で凹状を有する光学液体を生じさせるような間隔へ更に調整する段階と、
    前記光学液体を硬化させる段階とを有する、
    光学ブリッジを形成する方法。

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