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特開2016-224288製造方法、プリント基板および光デバイス
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-224288(P2016-224288A)
(43)【公開日】2016年12月28日
(54)【発明の名称】製造方法、プリント基板および光デバイス
(51)【国際特許分類】
   G02B 6/42 20060101AFI20161205BHJP
   G02B 6/12 20060101ALI20161205BHJP
   G02B 6/32 20060101ALI20161205BHJP
   H01S 5/183 20060101ALI20161205BHJP
   G02B 3/00 20060101ALI20161205BHJP
   H05K 1/02 20060101ALI20161205BHJP
   H01S 5/022 20060101ALN20161205BHJP
【FI】
   G02B6/42
   G02B6/12 301
   G02B6/32
   H01S5/183
   G02B3/00 Z
   G02B3/00 A
   H05K1/02 T
   H01S5/022
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2015-111088(P2015-111088)
(22)【出願日】2015年6月1日
(71)【出願人】
【識別番号】000005223
【氏名又は名称】富士通株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104190
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 昭徳
(72)【発明者】
【氏名】加瀬 茉莉子
【テーマコード(参考)】
2H137
2H147
5E338
5F173
【Fターム(参考)】
2H137AB11
2H137AC04
2H137BA32
2H137BB03
2H137BB12
2H137BB17
2H137BB25
2H137BB26
2H137BC07
2H137BC08
2H137BC12
2H137BC14
2H137BC51
2H137CA15C
2H137CA19F
2H137CA34
2H137CA75
2H137CB03
2H137CB25
2H137CB32
2H137EA04
2H137EA06
2H137EA15
2H137GA01
2H147AB04
2H147AB05
2H147BG02
2H147BG07
2H147BG17
2H147CA08
2H147CA13
2H147CB07
2H147CC07
2H147CC12
2H147CD02
2H147CD10
2H147DA08
2H147DA10
2H147EA16D
2H147EA17C
2H147FA01
2H147FC01
2H147FC07
2H147FD01
2H147FD08
2H147FD15
2H147FD17
2H147FD20
2H147FE02
2H147GA10
2H147GA19
5E338BB02
5E338BB12
5E338BB80
5E338EE60
5F173MA02
5F173MB10
5F173MC03
5F173MC26
5F173ME85
5F173MF25
5F173MF28
5F173MF39
(57)【要約】      (修正有)
【課題】曲率半径が小さいレンズを高精度に位置決めして形成したプリント基板を提供する。
【解決手段】プリント基板130は、基材132と、基材132における一方の面に形成された裏面電極131を有する。まず、基材132および裏面電極131を貫通し、裏面電極131における内径が基材132における内径より小さいスルーホール101が形成される。つぎに、スルーホール101における基材132の部分に、基材132に対する撥液性を有し硬化可能な液体が滴下される。このとき、滴下された液滴は、スルーホール101における基材132の部分の内面および裏面電極131によって支持される。つぎに、滴下された液滴を硬化させることによりレンズ160が形成される。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材と、前記基材の一方の面に形成された電極層と、を有するプリント基板の製造方法であって、
前記基材および前記電極層を貫通する貫通穴であって、前記電極層における内径が前記基材における内径より小さい貫通穴を形成し、
前記基材に対する撥液性を有し硬化可能な液体を、前記貫通穴における前記基材の部分に前記電極層とは反対側から滴下し、
前記貫通穴における前記基材の部分に滴下した前記液体を硬化させることによりレンズを形成する、
ことを特徴とする製造方法。
【請求項2】
前記電極層における前記基材とは反対側の面に、前記貫通穴を囲み段差を有する段差部を形成し、
前記貫通穴における前記電極層の部分に、硬化可能な液体を前記基材とは反対側から滴下し、
前記貫通穴における前記電極層の部分に滴下した前記液体を硬化させることにより前記レンズと異なるレンズを形成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
【請求項3】
基材と、
前記基材の一方の面に形成された電極層と、
前記基材および前記電極層を貫通する貫通穴であって、前記電極層における内径が前記基材における内径より小さい貫通穴と、
前記貫通穴における前記基材の部分に、前記基材に対する撥液性を有し硬化可能な液体を滴下し、前記液体を硬化させることにより形成されたレンズと、
を備えることを特徴とするプリント基板。
【請求項4】
基材と、前記基材の一方の面に形成された電極層と、前記基材および前記電極層を貫通する貫通穴であって、前記電極層における内径が前記基材における内径より小さい貫通穴と、前記基材に対する撥液性を有し硬化可能な液体を、前記貫通穴における前記基材の部分に滴下し、前記貫通穴における前記基材の部分に滴下した前記液体を硬化させることにより形成されたレンズと、を備えるプリント基板と、
前記プリント基板における前記電極層の側の面に設けられた光導波路であって、導波した光を前記貫通穴へ出射する光導波路と、
前記プリント基板における前記電極層とは反対側の面に設けられた受光素子であって、前記光導波路から出射されて前記貫通穴を通過する際に前記レンズによって集光された光を受光する受光素子と、
を備えることを特徴とする光デバイス。
【請求項5】
基材と、前記基材の一方の面に形成された電極層と、前記基材および前記電極層を貫通する貫通穴であって、前記電極層における内径が前記基材における内径より小さい貫通穴と、前記基材に対する撥液性を有し硬化可能な液体を、前記貫通穴における前記基材の部分に滴下し、前記貫通穴における前記基材の部分に滴下した前記液体を硬化させることにより形成されたレンズと、を備えるプリント基板と、
前記プリント基板における前記電極層とは反対側の面に設けられ、光を前記貫通穴へ出射する発光素子と、
前記プリント基板における前記電極層の側の面に設けられた光導波路であって、前記発光素子から出射されて前記貫通穴を通過する際に前記レンズによって集光された光を入射して導波する光導波路と、
を備えることを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、製造方法、プリント基板および光デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、サーバ間やボード間の通信などの比較的近距離の通信への光の適用が進められている。また、光受信デバイスや光送信デバイスに用いられるプリント基板にスルーホールを設け、該スルーホールにレンズを形成する技術が知られている(たとえば、下記特許文献1〜3参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第2007/105419号
【特許文献2】特開2013−205603号公報
【特許文献3】国際公開第2012/043417号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述した従来技術では、プリント基板を用いた光受信デバイスや光送信デバイスにおいて、曲率半径が小さいレンズを高精度に位置決めして形成することが困難という問題がある。レンズの曲率半径が大きかったりレンズの位置決め精度が低かったりすると、たとえば、光の結合効率が低くなり、光受信デバイスや光送信デバイスにおける光伝送特性が低くなる場合がある。
【0005】
1つの側面では、本発明は、曲率半径が小さいレンズを高精度に位置決めして形成することができる製造方法、プリント基板および光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の一側面によれば、基材と、前記基材の一方の面に形成された電極層と、を有するプリント基板を製造する際に、前記基材および前記電極層を貫通する貫通穴であって、前記電極層における内径が前記基材における内径より小さい貫通穴を形成し、前記基材に対する撥液性を有し硬化可能な液体を、前記貫通穴における前記基材の部分に前記電極層とは反対側から滴下し、前記貫通穴における前記基材の部分に滴下した前記液体を硬化させることによりレンズを形成する製造方法、プリント基板および光デバイスが提案される。
【発明の効果】
【0007】
本発明の一側面によれば、曲率半径が小さいレンズを高精度に位置決めして形成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1図1は、実施の形態1にかかる光デバイスの一例を示す正面断面図である。
図2図2は、実施の形態1にかかるレンズの特性の一例を示す図である。
図3図3は、実施の形態1にかかるプリント基板の一例を示す図である。
図4図4は、実施の形態1にかかる光デバイスの製造工程の一例を示す正面断面図(その1)である。
図5図5は、実施の形態1にかかる光デバイスの製造工程の一例を示す正面断面図(その2)である。
図6図6は、実施の形態1にかかる光デバイスの上面の一例を示す平面図である。
図7図7は、実施の形態1にかかる光デバイスの他の例を示す正面断面図である。
図8図8は、実施の形態2にかかる光デバイスの一例を示す正面断面図である。
図9図9は、実施の形態2にかかる光デバイスの製造工程の一例を示す正面断面図(その1)である。
図10図10は、実施の形態2にかかる光デバイスの製造工程の一例を示す正面断面図(その2)である。
図11図11は、実施の形態2にかかる光デバイスの製造工程の一例を示す正面断面図(その3)である。
図12図12は、実施の形態2にかかる光デバイスの他の例を示す正面断面図である。
図13図13は、実施の形態2にかかる光デバイスのさらに他の例を示す正面断面図である。
図14図14は、各実施の形態にかかる光デバイスにおける結合損失量のシミュレーション結果の一例を示す図(その1)である。
図15図15は、各実施の形態にかかる光デバイスにおける結合損失量のシミュレーション結果の一例を示す図(その2)である。
図16図16は、各実施の形態にかかる光デバイスにおける結合損失量のシミュレーション結果の一例を示す図(その3)である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に図面を参照して、本発明にかかる製造方法、プリント基板および光デバイスの実施の形態を詳細に説明する。
【0010】
(実施の形態1)
(実施の形態1にかかる光デバイス)
図1は、実施の形態1にかかる光デバイスの一例を示す正面断面図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる光デバイス100は、光導波路110と、接着層120と、プリント基板130と、受光素子140と、TIA150と、レンズ160と、を備える光受信デバイスである。
【0011】
光導波路110は、コア111と、クラッド112と、を含む。コア111は、クラッド112により囲まれている。また、コア111は、クラッド112より屈折率が高い。光導波路110へ入射された光は、コア111の内部において、コア111とクラッド112との境界面で反射しながら伝播する。コア111の経は、一例としては50[μm]程度とすることができる。
【0012】
また、光導波路110には、45度ミラー113が形成されている。45度ミラー113は、コア111における光の伝播方向に対して反射面が45度になるように形成されている。そして、45度ミラー113は、コア111を伝播した光を反射させて受光素子140へ向けて出射する。45度ミラー113は、たとえば、コア111およびクラッド112の一部を削り取り研磨することによって形成することができる。
【0013】
接着層120は、光導波路110とプリント基板130とを接着する層である。接着層120には、一例としては、両面が接着可能な接着シート等を用いることができる。
【0014】
プリント基板130は、裏面電極131と、基材132と、表面電極133と、を含むFPC(Flexible Printed Circuits:フレキシブルプリント基板)である。基材132には、たとえばポリイミドなどの柔軟性を有する材料を用いることができる。裏面電極131は、たとえば基材132の一方の面(裏面)に形成された接地電極の電極層である。ただし、裏面電極131は、接地電極に限らず信号電極等を含んでもよい。表面電極133は、基材132の他方の面(表面)に形成された信号電極である。
【0015】
接着層120およびプリント基板130における、45度ミラー113と受光素子140との間の部分には、光を通過させるためのスルーホール101(貫通穴)が形成されている。スルーホール101は、プリント基板130に対して受光素子140を設置可能なように、受光素子140の電極141,142の間の距離より狭く形成される。
【0016】
また、スルーホール101は、裏面電極131、基材132および表面電極133のそれぞれに、たとえば円柱形状の穴を設けることによって形成される。ただし、基材132および表面電極133のそれぞれに設けられる穴は円柱形状に限らず、多角柱形状など各種の形状とすることができる。
【0017】
また、スルーホール101には、45度ミラー113から出射された光を受光素子140の受光部143へ集光するレンズ160が形成されている。レンズ160は、インクジェット法によってプリント基板130に直接形成されたマイクロレンズである。レンズ160の材料には、たとえばリフロー耐性を有し、UV(紫外線)の照射により硬化するUV硬化樹脂を用いることができる。レンズ160と受光素子140との間の距離は、たとえば基材132および表面電極133の厚さによって調整することができる。
【0018】
たとえば、スルーホール101は、基材132および表面電極133の部分の内径より、裏面電極131の部分の内径の方が小さくなるように形成されている。このため、受光素子140の側からスルーホール101を見ると、基材132の穴の内側に裏面電極131がリング状に露出している。レンズ160は、この裏面電極131の露出している部分を支持台171とし、基材132の穴の内周に接するように形成されている。
【0019】
一例としては、スルーホール101における基材132の部分の内径を約100[μm]とし、スルーホール101における裏面電極131の部分の内径を約80[μm]または90[μm]とすることができる。
【0020】
受光素子140およびTIA150は、プリント基板130の表面に対して、たとえばフリップチップ実装により設けられている。受光素子140は、電極141,142と、受光部143と、を含む。また、受光素子140は、受光部143が45度ミラー113の方向へ向くようにプリント基板130の表面に設けられている。また、受光素子140は、電極141,142によって表面電極133と接続されている。
【0021】
受光素子140は、45度ミラー113から出射された光を受光部143によって受光する。そして、受光素子140は、受光した光の強度に応じた電気信号を、表面電極133を介してTIA150へ出力する。受光素子140は、一例としては波長が850[nm]の光を受光可能なPD(Photo Diode:フォトダイオード)により実現することができる。受光素子140によって高速な光信号を受信する場合は、受光部143の経は極小となる。一例としては、受光部143の経は25[μm]程度とすることができる。
【0022】
TIA150(Transimpedance Amplifier:インピーダンス変換増幅器)は、電極151,152を有し、電極151,152によって表面電極133と接続されている。また、TIA150は、受光素子140から表面電極133を介して出力された電気信号を電流値の信号から電圧値の信号に変換する。そして、TIA150は、電圧値の信号に変換した電気信号を、該電気信号を処理する回路へ出力する。
【0023】
たとえば、光導波路110と受光素子140との間には接着層120およびプリント基板130の厚さの分の距離が有るため、45度ミラー113からスルーホール101へ出射された光が拡散する。これに対して、スルーホール101にレンズ160を設けることにより光を集光し、受光素子140における結合効率を向上させることができる。
【0024】
(実施の形態1にかかるレンズの特性)
図2は、実施の形態1にかかるレンズの特性の一例を示す図である。図2に示す液滴201は、レンズ160を形成するための硬化前の液滴(液体)である。液滴201には、一例としては、粘度が30[mPa・s]より小さいアクリレート系のUV硬化樹脂を用いることができる。図2において、ysは、基材132の表面張力である。ylsは、液滴201と基材132との界面張力である。ylは、液滴201の表面張力である。θは、基材132に対する液滴201の接触角である。液滴201の均衡状態においては、下記(1)式および下記(2)式が成り立つ。
【0025】
ys=yl・cosθ+ysl …(1)
【0026】
cosθ=(ys−ysl)/yl …(2)
【0027】
基材132に用いられるポリイミドの一般的な表面張力(ys)は、たとえば20[mN/m]程度である。液滴201に用いられるUV硬化樹脂の一般的な表面張力(yl)は、たとえば40[mN/m]程度である。このため、上記(1)式および上記(2)式より、cosθは1/2以下(接触角は60度以上)となり、液滴201と、基材132に用いられるポリイミドと、互いに撥液の関係にあるといえる。
【0028】
インクジェット法を用いてレンズ160を形成する場合は、レンズ160の曲率半径は、基材132に対する液滴201の接触角で決まる。上述のように、液滴201と、基材132に用いられるポリイミドと、は互いに撥液の関係にあることから、基材132に対する液滴201の接触角を大きくすることにより、レンズ160の曲率半径を小さくすることができる。このため、45度ミラー113から出射された光を、極小径の受光部143に対して短い焦点距離で集光することができる。
【0029】
(実施の形態1にかかるプリント基板)
図3は、実施の形態1にかかるプリント基板の一例を示す図である。図3において、図1に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図3に示す正面断面図301および平面図302は、それぞれ図1に示したプリント基板130の正面断面および平面を示す。また、正面断面図301および平面図302は、スルーホール101にレンズ160を形成する前のプリント基板130を示している。
【0030】
図3に示す例では、受光素子140が、複数(たとえば4個)の受光部を有するPDアレイである場合について説明する。平面図302に示すように、プリント基板130の基材132の表面には、たとえば、表面電極133に加えて、表面電極321〜327が配列されている。また、基材132の表面には、スルーホール101に加えて、スルーホール331〜333が形成されている。スルーホール331〜333においても、スルーホール101と同様に、基材132の穴の内側に裏面電極131がリング状に露出しており、裏面電極131の露出している部分を支持台としてそれぞれレンズが形成される。
【0031】
たとえば、表面電極133,321およびスルーホール101は、受光素子140の第1の受光部(たとえば受光部143)に対応する。また、表面電極322,323およびスルーホール331は、受光素子140の第2の受光部に対応する。また、表面電極324,325およびスルーホール332は、受光素子140の第3の受光部に対応する。また、表面電極326,327およびスルーホール333は、受光素子140の第4の受光部に対応する。また、図3においては図示しないが、受光素子140の第1〜第4の受光部に対応して光導波路110に第1〜第4のコアが設けられる。
【0032】
また、基材132には、アライメント用のマーカ311,312が形成されている。マーカ311,312は、たとえば、貫通穴、加工痕、印字など、画像処理によりアライメントに利用可能なマーカである。たとえば、マーカ311,312は、プリント基板130におけるスルーホール101,331〜333の形成や、プリント基板130に対する受光素子140やTIA150の実装の際の位置合わせに用いられる。
【0033】
スルーホール101,331〜333は、たとえば、マーカ311,312に対応するマスクを用いて、表面電極133,321〜327の側から基材132および裏面電極131をエッチング等で削ることにより形成することができる。これにより、スルーホール101,331〜333を精度よく形成することができる。
【0034】
(実施の形態1にかかる光デバイスの製造工程)
図4および図5は、実施の形態1にかかる光デバイスの製造工程の一例を示す正面断面図である。図4図5において、図1に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態1にかかる光デバイス100は、たとえば図4図5に示す工程を用いて製造することができる。図4図5に示す各工程は、たとえば、光導波路110、プリント基板130、受光素子140、TIA150などの各部品を画像処理によって認識しつつ組み立てを行うロボットなどの製造装置によって行われる。
【0035】
まず、図4に示すように、裏面電極131が下方、表面電極133が上方になるようにプリント基板130が設置される。そして、レンズ160をインクジェット法で形成することによってプリント基板130にレンズ160が集積される。インクジェット法には、ピエゾ方式やサーマル方式などの各種の方式のインクジェット法を用いることができる。たとえば、プリント基板130に形成したスルーホール101の支持台171にのせるように液滴201が滴下される。そして、支持台171にのった液滴201に対してUV照射401を行って液滴201を硬化させることによりレンズ160が形成される。
【0036】
つぎに、図5に示すように、受光素子140およびTIA150が、表面電極133と電気的に接続するようにプリント基板130の表面に実装される。このとき、プリント基板130に対する受光素子140およびTIA150の位置調整は、たとえば図3に示したマーカ311,312に基づく画像処理によって行うことができる。そして、プリント基板130の裏面電極131の側に、接着層120を介して光導波路110を設けることにより、たとえば図1に示した光デバイス100を製造することができる。
【0037】
レンズ160における焦点距離等の光学的な特性は、たとえば液滴201の量によって調整することができる。レンズ160を所望の光学特性とする液滴201の量は、たとえば実験やシミュレーションによって特定し、液滴201を滴下するインクジェット装置に設定しておくことができる。インクジェット法を用いることで、液滴201の量を精度よく制御できるため、液滴201の光学的な特性を精度よく調整することができる。液滴201は、複数回に分けて滴下することによって量を調整することも可能である。
【0038】
たとえば、スルーホール101の支持台171および基材132によるダム構造にのせるように滴下された液滴201は、レベリング現象により最も安定するダム中心、すなわちスルーホール101の穴中心に自動的に移動する。これにより、液滴201を硬化させて形成されるレンズ160の中心と、スルーホール101の穴中心と、の位置精度の公差をほぼなくすことができる。
【0039】
また、受光素子140などの光素子の実装は、プリント基板130のマーカ311,312を基準に行うことができる。そして、プリント基板130のスルーホール101とマーカ311,312とはエッチング等によりともに高精度に形成できるため、受光素子140とレンズ160との間の位置ずれを抑えることができる。
【0040】
このため、光デバイス100の製造が容易になる。また、プリント基板130にレンズ160を集積することで、プリント基板130とレンズ160とを一個の部材として扱えるため、組み立て前の部材点数を減らすことが可能になる。したがって、たとえば部品コスト、管理コスト、組み立てコスト等の低減を図ることができる。
【0041】
(実施の形態1にかかる光デバイスの上面)
図6は、実施の形態1にかかる光デバイスの上面の一例を示す平面図である。図6において、図3に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。受光素子140およびTIA150をプリント基板130の表面に実装することにより、図6に示すように受光素子140およびTIA150を表面電極133,321〜327によって互いに接続することができる。
【0042】
(実施の形態1にかかる光デバイスの他の例)
図7は、実施の形態1にかかる光デバイスの他の例を示す正面断面図である。図7において、図1に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図7に示すように、実施の形態1にかかる光デバイス100は、光導波路110と、接着層120と、プリント基板130と、ドライバ710と、発光素子720と、レンズ160と、を備える光送信デバイスであってもよい。
【0043】
ドライバ710は、発光素子720を駆動するドライバIC(Integrated Circuit)である。また、ドライバ710は、電極711,712によって表面電極133と接続されている。たとえば、ドライバ710は、入力された電気信号を電圧値の信号から電流値の信号に変換し、電流値の信号に変換した電気信号を、表面電極133を介して発光素子720へ出力する。
【0044】
発光素子720は、電極721,722と、発光部723と、を含む。また、発光素子720は、発光部723が45度ミラー113の方向へ向くようにプリント基板130の表面に設けられている。また、発光素子720は、電極721,722によって表面電極133と接続されている。
【0045】
発光素子720は、ドライバ710から表面電極133を介して出力された電気信号に応じた強度の光を、発光部723によって45度ミラー113へ向けて出射する。発光素子720は、一例としては波長が850[nm]の光を発振可能なVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:垂直共振器面発光レーザ)などのLD(Laser Diode:レーザダイオード)により実現することができる。
【0046】
レンズ160は、発光素子720から出射された光を、光導波路110のコア111のうちの45度ミラー113が形成された部分に集光する。45度ミラー113は、レンズ160によって集光された光を、コア111における光の伝播方向に反射させることによりコア111へ入射させる。これにより、発光素子720から出射された光がコア111によって伝播する。
【0047】
たとえば、光導波路110と受光素子140との間には接着層120およびプリント基板130の厚さの分の距離が有るため、発光素子720からスルーホール101へ出射された光が拡散する。これに対して、スルーホール101にレンズ160を設けることにより光を集光し、コア111(45度ミラー113)における結合効率を向上させることができる。
【0048】
このように、実施の形態1にかかる製造方法によれば、プリント基板130に、基材132の部分より裏面電極131の部分の方が狭いスルーホール101が設けられる。そして、基材132に対する撥液性を有する液滴201が、スルーホール101における基材132の部分に滴下される。これにより、接触角が大きい、すなわち曲率半径が小さい液滴201が形成され、液滴201を硬化させることで、曲率半径が小さいレンズ160を形成することができる。
【0049】
また、滴下された液滴201は、レベリング現象によってスルーホール101の中心に自動的に移動するため、液滴201を硬化させることで、レンズ160を高精度に位置決めして形成することができる。また、スルーホール101において基材132の部分より裏面電極131の部分の方が狭くなっていることで形成される支持台171により、液滴201がスルーホール101を通り抜けることを回避することができる。
【0050】
(実施の形態2)
実施の形態2について、実施の形態1と異なる部分について説明する。
【0051】
(実施の形態2にかかる光デバイス)
図8は、実施の形態2にかかる光デバイスの一例を示す正面断面図である。図8において、図1に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図8に示すように、実施の形態2にかかる光デバイス100は、レンズ160(第1のレンズ)に加えてレンズ810(第2のレンズ)を備えている。レンズ810は、プリント基板130の裏面電極131をダム構造として利用して形成されている。また、レンズ810は、たとえばレンズ160と同軸上に形成されている。
【0052】
たとえば、裏面電極131における基材132とは反対側の面には、スルーホール101における裏面電極131の部分を囲み段差を有する段差部801が形成されている。これにより、裏面電極131に2重のエッジ(内側のエッジと外側のエッジ)が形成される。レンズ810は、裏面電極131の段差部801によって形成された2重のエッジのうちの内側のエッジによって支持されるように形成されている。レンズ810は、たとえば、45度ミラー113から出射された光を効率よく集光できるように、レンズ経および高さが設計される。
【0053】
レンズ160,810を用いることで、たとえばレンズ160のみを用いる場合と比べてより短い距離で光を受光素子140に集光することができる。このため、たとえば受光素子140における光の結合効率を向上させることができる。または、レンズ160の高さを抑え、装置の小型化を図ることができる。
【0054】
(実施の形態2にかかる光デバイスの製造工程)
図9図11は、実施の形態2にかかる光デバイスの製造工程の一例を示す正面断面図である。図9図11において、図1に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態2にかかる光デバイス100は、たとえば図9図11に示す工程を用いて製造することができる。図9図11に示す各工程は、たとえば、光導波路110、プリント基板130、受光素子140、TIA150などの各部品を画像処理によって認識しつつ組み立てを行うロボットなどの製造装置によって行われる。
【0055】
まず、図9に示すように、裏面電極131が下方、表面電極133が上方になるようにプリント基板130が設置される。このとき、プリント基板130には、裏面電極131における基材132とは反対側の面に段差部801が形成されている。段差部801は、たとえばエッチング等により形成することができる。
【0056】
そして、レンズ160をインクジェット法で形成することによってプリント基板130にレンズ160が集積される。たとえば、プリント基板130に形成したスルーホール101の支持台171にのせるように液滴201が滴下される。そして、支持台171にのった液滴201に対してUV照射401を行って液滴201を硬化させることによりレンズ160が形成される。
【0057】
つぎに、図10に示すように、裏面電極131が上方、表面電極133が下方になるようにプリント基板130が設置される。そして、レンズ810をインクジェット法で形成することによってプリント基板130にレンズ810が集積される。たとえば、プリント基板130に形成したスルーホール101の段差部801にのせるように液滴1001が滴下される。そして、段差部801にのった液滴1001に対してUV照射1002を行って液滴1001を硬化させることによりレンズ810が形成される。図10に示す例では、段差部801によって形成された内側のエッジによってレンズ810が支持されるように液滴1001の量が調整されている。
【0058】
つぎに、図11に示すように、裏面電極131が下方、表面電極133が上方になるようにプリント基板130が設置される。そして、受光素子140およびTIA150が、表面電極133と電気的に接続するようにプリント基板130の表面に実装される。
【0059】
この際、レンズ810が裏面電極131より下方に突出する場合は、凹部1111を有する治具1101を用いて、レンズ810が凹部1111に入るようにプリント基板130を治具1101に設置して受光素子140およびTIA150の実装を行ってもよい。これにより、レンズ810に負荷をかけずに受光素子140およびTIA150の実装を行うことができる。
【0060】
(実施の形態2にかかる光デバイスの他の例)
図12は、実施の形態2にかかる光デバイスの他の例を示す正面断面図である。図12において、図8に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図12に示すように、レンズ810は、たとえばレンズ810を形成するための液滴1001の量を図8に示した例より多くすることにより、裏面電極131の段差部801によって形成された外側のエッジによって支持されるように形成してもよい。
【0061】
これにより、たとえばレンズ810を裏面電極131の内側のエッジによって支持する場合(たとえば図8参照)に比べてレンズ810のレンズ経および高さを大きくすることが可能になる。
【0062】
(実施の形態2にかかる光デバイスのさらに他の例)
図13は、実施の形態2にかかる光デバイスのさらに他の例を示す正面断面図である。図13において、図8に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図13に示すように、裏面電極131におけるスルーホール101の周囲には、基材132の側とは反対側に凸の凸部1301が形成されていてもよい。凸部1301は、たとえば、45度ミラー113の側から見て、スルーホール101を囲むようにリング状に形成されている。
【0063】
そして、レンズ810は、裏面電極131の凸部1301によって形成された2重のエッジのうちの外側のエッジによって支持されるように形成してもよい。これにより、たとえばレンズ810を裏面電極131の段差部801によって形成されるエッジによって支持する場合(たとえば図8図12参照)に比べてレンズ810のレンズ経および高さを大きくすることが可能になる。
【0064】
図8図12図13に示したように、裏面電極131に段差部801や凸部1301を設けておくことで、裏面電極131におけるスルーホール101の部分に複数のエッジを形成することができる。そして、液滴1001の量を調整することにより、複数のエッジのうちのいずれのエッジでレンズ810を支持するかを変更し、レンズ810の光学特性を調整することができる。
【0065】
これにより、たとえば設計変更の際に、プリント基板130の形状を変更しなくても、液滴1001の量の調整によりレンズ810の光学特性を調整することが可能になり、柔軟な設計変更が可能になる。
【0066】
このように、実施の形態2にかかる製造方法によれば、裏面電極131における基材132とは反対側の面に、スルーホール101における裏面電極131の部分を囲み段差を有する段差部(段差部801)が形成される。そして、スルーホール101における裏面電極131の部分に、基材132とは反対側から液滴1001を滴下して段差部801によって支持させ、液滴1001を硬化させることでレンズ810を高精度に位置決めして形成することができる。
【0067】
レンズ160に加えてレンズ810を形成することで、より短い距離で光を受光素子140に集光することができる。このため、たとえば受光素子140における光の結合効率を向上させることができる。または、レンズ160の高さを抑え、装置の小型化を図ることができる。
【0068】
また、実施の形態2にかかる光デバイス100において、たとえば図7に示したように、受光素子140およびTIA150に代えてドライバ710および発光素子720を設け、光デバイス100を光送信デバイスとしてもよい。
【0069】
つぎに、上述した各実施の形態にかかる光デバイス100における結合損失量について説明する。
【0070】
(各実施の形態にかかる光デバイスにおける結合損失量のシミュレーション結果)
図14図16は、各実施の形態にかかる光デバイスにおける結合損失量のシミュレーション結果の一例を示す図である。図14に示すモデル1400は、上述した各実施の形態にかかる光デバイス100のうちの受光素子140およびTIA150を備える光受信デバイスを模したモデルである。モデル1400の光導波路1410は、光導波路110のコア111に対応する。モデル1400のレンズ1420は、光デバイス100のレンズ160、またはレンズ160,810の組み合わせに対応する。モデル1400の受光素子1430は、光デバイス100の受光素子140に対応する。
【0071】
図15は、レンズ1420に対して受光素子1430を移動させた場合の受光素子1430における光の結合量の光線追跡法によるシミュレーション結果を示している。図15において、横軸はレンズ1420に対する受光素子1430の位置ずれ[mm]を示し、縦軸は受光素子1430における光の結合量[dB]を示している。横軸における位置ずれ=0[mm]は、光の結合量が最大(結合損失量が最小)、すなわちレンズ1420と受光素子1430との間の位置ずれがない状態を示している。
【0072】
シミュレーション結果1501は、レンズ1420に対する受光素子1430のY方向の位置ずれと光の結合量との間の関係のシミュレーション結果を示している。Y方向は、光導波路1410における光の伝播方向(図14における横方向)である。
【0073】
シミュレーション結果1502は、レンズ1420に対する受光素子1430のX方向の位置ずれと光の結合量との間の関係のシミュレーション結果を示している。X方向は、受光素子1430における受光部の配列方向(図14における奥行方向)である。
【0074】
シミュレーション結果1501,1502に示すように、レンズ1420に対する受光素子1430の±10[μm]の位置ずれの範囲内では、受光素子1430における光の結合量の低下が1[dB]程度に抑えられている。
【0075】
図16は、レンズ1420に対して光導波路1410を移動させた場合の受光素子1430における光の結合量の光線追跡法によるシミュレーション結果を示している。図16において、横軸はレンズ1420に対する光導波路1410の位置ずれ[mm]を示し、縦軸は受光素子1430における光の結合量[dB]を示している。横軸における位置ずれ=0[mm]は、光の結合量が最大(結合損失量が最小)、すなわちレンズ1420と光導波路1410との間の位置ずれがない状態を示している。
【0076】
シミュレーション結果1601は、レンズ1420に対する光導波路1410のY方向の位置ずれと光の結合量との間の関係のシミュレーション結果を示している。シミュレーション結果1602は、レンズ1420に対する光導波路1410のX方向の位置ずれと光の結合量との間の関係のシミュレーション結果を示している。
【0077】
シミュレーション結果1601,1602に示すように、レンズ1420に対する光導波路1410の±10[μm]の位置ずれの範囲内では、受光素子1430における光の結合量の低下が0.5[dB]程度に抑えられている。
【0078】
図14図16に示したように、極小経の受光素子140に対して、想定される実装精度(たとえば±10[μm])の位置ずれの範囲内で受光素子140における光の結合損失量を抑えることができることがわかる。
【0079】
たとえば、仮に、受光素子や発光素子等の光素子と、レンズと、プリント基板と、を別の部品として形成する場合は、光素子とレンズとの間の位置ずれに加えて、レンズとプリント基板との間の位置ずれも抑えるように実装することを要する。これに対して、上述した各実施の形態によれば、インクジェット法を用いてプリント基板130にレンズ160を集積することで、プリント基板130に対してレンズ160を簡単に精度よく形成することができる。このため、光デバイス100の製造効率を向上させることができる。
【0080】
以上説明したように、製造方法、プリント基板および光デバイスによれば、曲率半径が小さいレンズを高精度に位置決めして形成することができる。
【0081】
たとえば、高速な光通信には、高速の電気信号を光信号に変換する光トランシーバを要する。
【0082】
上述した各実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【0083】
(付記1)基材と、前記基材の一方の面に形成された電極層と、を有するプリント基板の製造方法であって、
前記基材および前記電極層を貫通する貫通穴であって、前記電極層における内径が前記基材における内径より小さい貫通穴を形成し、
前記基材に対する撥液性を有し硬化可能な液体を、前記貫通穴における前記基材の部分に前記電極層とは反対側から滴下し、
前記貫通穴における前記基材の部分に滴下した前記液体を硬化させることによりレンズを形成する、
ことを特徴とする製造方法。
【0084】
(付記2)前記レンズは、前記貫通穴を通過する光を集光するレンズであることを特徴とする付記1に記載の製造方法。
【0085】
(付記3)前記液体は、紫外線の照射によって硬化する液体であり、
前記貫通穴における前記基材の部分に滴下した前記液体に紫外線を照射することにより前記レンズを形成する、
ことを特徴とする付記1または2に記載の製造方法。
【0086】
(付記4)前記電極層における前記基材とは反対側の面に、前記貫通穴を囲み段差を有する段差部を形成し、
前記貫通穴における前記電極層の部分に、硬化可能な液体を前記基材とは反対側から滴下し、
前記貫通穴における前記電極層の部分に滴下した前記液体を硬化させることにより前記レンズと異なるレンズを形成する、
ことを特徴とする付記1〜3のいずれか一つに記載の製造方法。
【0087】
(付記5)前記貫通穴における前記電極層の部分に滴下する前記液体の量を調整することにより、前記段差部によって形成される前記電極層の複数のエッジのうちのいずれかのエッジによって前記液体を支持させることを特徴とする付記4に記載の製造方法。
【0088】
(付記6)前記貫通穴における前記基材の部分に前記レンズを形成した後に、
前記貫通穴における前記電極層の部分に、硬化可能な液体を前記基材とは反対側から滴下して前記段差部によって支持させ、
前記段差部によって支持させた前記液体を硬化させる、
ことを特徴とする付記4または5に記載の製造方法。
【0089】
(付記7)前記電極層における前記基材とは反対側の面に、前記貫通穴を囲み段差を有する段差部と、前記段差部を囲む凸部と、を形成し、
前記貫通穴における前記電極層の部分に、硬化可能な液体を前記基材とは反対側から滴下し、前記貫通穴における前記電極層の部分に滴下する前記液体の量を調整することにより、前記貫通穴における前記電極層の部分に滴下した前記液体を前記段差部または前記凸部によって支持させ、
前記段差部または前記凸部によって支持させた前記液体を硬化させることにより前記レンズと異なるレンズを形成する、
ことを特徴とする付記1〜6のいずれか一つに記載の製造方法。
【0090】
(付記8)前記貫通穴における前記電極層の部分に滴下する前記液体の量を調整することにより、前記段差部および前記凸部によって形成される前記電極層の複数のエッジのうちのいずれかのエッジによって前記液体を支持させることを特徴とする付記7に記載の製造方法。
【0091】
(付記9)基材と、
前記基材の一方の面に形成された電極層と、
前記基材および前記電極層を貫通する貫通穴であって、前記電極層における内径が前記基材における内径より小さい貫通穴と、
前記貫通穴における前記基材の部分に、前記基材に対する撥液性を有し硬化可能な液体を滴下し、前記液体を硬化させることにより形成されたレンズと、
を備えることを特徴とするプリント基板。
【0092】
(付記10)基材と、前記基材の一方の面に形成された電極層と、前記基材および前記電極層を貫通する貫通穴であって、前記電極層における内径が前記基材における内径より小さい貫通穴と、前記基材に対する撥液性を有し硬化可能な液体を、前記貫通穴における前記基材の部分に滴下し、前記貫通穴における前記基材の部分に滴下した前記液体を硬化させることにより形成されたレンズと、を備えるプリント基板と、
前記プリント基板における前記電極層の側の面に設けられた光導波路であって、導波した光を前記貫通穴へ出射する光導波路と、
前記プリント基板における前記電極層とは反対側の面に設けられた受光素子であって、前記光導波路から出射されて前記貫通穴を通過する際に前記レンズによって集光された光を受光する受光素子と、
を備えることを特徴とする光デバイス。
【0093】
(付記11)基材と、前記基材の一方の面に形成された電極層と、前記基材および前記電極層を貫通する貫通穴であって、前記電極層における内径が前記基材における内径より小さい貫通穴と、前記基材に対する撥液性を有し硬化可能な液体を、前記貫通穴における前記基材の部分に滴下し、前記貫通穴における前記基材の部分に滴下した前記液体を硬化させることにより形成されたレンズと、を備えるプリント基板と、
前記プリント基板における前記電極層とは反対側の面に設けられ、光を前記貫通穴へ出射する発光素子と、
前記プリント基板における前記電極層の側の面に設けられた光導波路であって、前記発光素子から出射されて前記貫通穴を通過する際に前記レンズによって集光された光を入射して導波する光導波路と、
を備えることを特徴とする光デバイス。
【符号の説明】
【0094】
100 光デバイス
101,331〜333 スルーホール
110,1410 光導波路
111 コア
112 クラッド
113 45度ミラー
120 接着層
130 プリント基板
131 裏面電極
132 基材
133,321〜327 表面電極
140,1430 受光素子
141,142,151,152,711,712,721,722 電極
143 受光部
150 TIA
160,810,1420 レンズ
171 支持台
201,1001 液滴
311,312 マーカ
401,1002 UV照射
710 ドライバ
720 発光素子
723 発光部
801 段差部
1101 治具
1111 凹部
1301 凸部
1400 モデル
1501,1502,1601,1602 シミュレーション結果
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16