JP2000056189A

JP2000056189A - 光モジュールの光結合構造

Info

Publication number: JP2000056189A
Application number: JP10229090A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Nakada; 英彦中田; Koji Nakagawa; 剛二中川; Yosuke Yamazaki; 洋介山崎
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-08-13
Filing date: 1998-08-13
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバと光部品との光結合を簡略且つ高
精度に行なう光モジュールの光結合構造を提供すること
である。【解決手段】光モジュールの光結合構造であって、第
１の溝と複数の第２の溝の形成された基板と；前記第１
の溝中に挿入固定された光ファイバと；前記各第２の溝
中に形成された複数の基板電極パッドと；前記各基板電
極パッド上に設けられた半田バンプと；複数の部品電極
パッドを有し、半田バンプにより各部品電極パッドが前
記各基板電極パッドに接合された光部品とを具備し；前
記半田バンプの表面張力を利用したセルフアライメント
効果により、前記光ファイバに対する前記光部品の位置
合わせを行なうように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光モジュールの光
結合構造及び光部品の位置合わせ方法に関する。近年の
情報通信分野においては、大量の情報を高速で伝送する
必要が生じている。このような高速・大容量な通信の実
現には光伝送が最適であり、現在光加入者系を始めとし
た光通信網の普及が進められている。

【０００２】このような光伝送システムにおけるキーデ
バイスとして、光電変換又は電光変換を行なう光伝送モ
ジュールがある。光伝送モジュールの現在の各通信メー
カーの生産規模は１０万個／年程度であるが、近い将来
においては１００万個／年程度の需要が発生すると考え
られる。このように需要が増加する際の製造コストを、
現在の１／１０以下に低減する必要があるといわれてい
る。

【０００３】しかしながら、光モジュールの製造におい
ては、各光部品の光軸を高精度に位置合わせして実装す
る必要があり、この位置合わせ工程がコストを引き上げ
る要因となっている。よって、光部品の位置合わせを容
易に行なう方法が要望されている。

【０００４】

【従来の技術】従来、光モジュールの製造工程におい
て、光ファイバと光素子との位置合わせが最大の問題と
なっている。特に、ＬＤ（レーザダイオード）とシング
ルモード光ファイバに関しては、μｍオーダーの正確な
位置合わせが要求される。この位置合わせ工程を簡単に
行なう実装方法として、半田の表面張力を利用して位置
合わせを行なうセルフアライメント実装方法がある。

【０００５】セルフアライメント実装方法による従来の
光モジュールの光結合構造について図１及び図２を参照
して説明する。シリコン基板２に、まず第１のフォトマ
スクを用いてＶ溝形成のためのパターニングを行なった
後、シリコンの異方性エッチングによってＶ溝４を形成
する。

【０００６】次に、第２のフォトマスクを用いて複数の
基板電極パッド５を形成する。次いで、Ｖ溝４中にコア
７を有する光ファイバ６を挿入固定する。各基板電極パ
ッド５上にセルフアライメント用の半田バンプ８を形成
する。

【０００７】次いで、基板２の基板電極パッド５に対応
するように位置合わせの基準となる複数の部品電極パッ
ド１２の形成されたＬＤ等の光部品１０を、数１０μｍ
オーダーの荒い位置合わせで半田バンプ８上に仮搭載す
る。

【０００８】最後に、半田バンプ８を加熱溶融すると、
半田の表面張力で基板電極パッド５の中心上に部品電極
パッド１２の中心が引き寄せられて、光部品１０が高精
度に位置合わせされる。符号１１は光部品１０の光軸で
あり、光部品１０がＬＤの場合には、活性層を示してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光結合
構造では次のような問題がある。まず、半田の表面張力
を利用したセルフアライメント効果を用いて光素子を位
置合わせするには、信学技報ＯＱＥ９３−１４５，１９
９３，ＰＰ．６１−６６（文献１）に記載されているよ
うに、半田バンプにある程度のアスペクト比（バンプ高
さ／電極パッド径＞０．８８）が必要である。例えば、
基板電極パッドの大きさが１００μｍの場合には、９０
μｍ程度以上の半田バンプの高さが必要である。

【００１０】しかし、シングルモード光ファイバの直径
は１２５μｍであり、これをＶ溝を用いて基板上に位置
合わせをして搭載する場合、光ファイバのコア（光軸）
のとり得る高さは基板表面から３６μｍであり、実際に
は光ファイバの安定性を考えて３０μｍ以下に設定する
必要がある。

【００１１】このため図１及び図２に示したような従来
の構成では、半田バンプ８が大きいと光部品１０の光軸
と光ファイバ６のコア７との高さ方向の差Δｈが発生す
るため、各光部品の光軸の高さを一致させるためには、
非常に微細な半田バンプ（２０〜３０μｍ）を高精度に
製作する必要がある。

【００１２】しかし、これは極めて困難であった。なぜ
なら、半田の体積の誤差が同じであった場合、小さい半
田バンプほど高さのずれは大きくなるからである。ま
た、図１及び図２に示したような従来の構成では、まず
第１のフォトマスクを用いてＶ溝形成のためのパターニ
ングを行なった後、異方性エッチングによってＶ溝４を
形成する。次に、第２のフォトマスクを用いて基板電極
パッド５を製作する。

【００１３】このため、従来の構成では最低でも２枚の
フォトマスクを用いなくてはならず、マスク同士の位置
合わせ誤差によって、光素子１０と光ファイバ６との位
置合わせ精度が低下するという問題がある。

【００１４】よって本発明の目的は、上述した従来の問
題点を解決し、量産性、低価格性に優れた光モジュール
の光結合構造を提供することである。本発明の他の目的
は、基板に垂直な方向の位置を正確に決定することので
きる光部品の位置合わせ方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によると、第１の
溝と複数の第２の溝の形成された基板と；前記第１の溝
中に挿入固定された光ファイバと；前記各第２の溝中に
形成された複数の基板電極パッドと；前記各基板電極パ
ッド上に設けられた半田バンプと；複数の部品電極パッ
ドを有し、半田バンプにより各部品電極パッドが前記各
基板電極パッドに接合された光部品とを具備し；前記半
田バンプの表面張力を利用したセルフアライメント効果
により、前記光ファイバに対する前記光部品の位置合わ
せを行なったことを特徴とする光モジュールの光結合構
造が提供される。

【００１６】好ましくは、前記基板は単結晶基板であ
り、前記第１及び第２の溝は単結晶基板の異方性エッチ
ングにより形成されている。単結晶基板は、シリコン単
結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＧａＡｌＡｓ単結晶、ＩｎＰ単
結晶、ＩｎＧａＡｓ単結晶、ＩｎＧａＡｓＰ単結晶又は
ＩｎＡｌＡｓ単結晶から形成されている。

【００１７】好ましくは、単結晶基板の有する結晶方位
は（１００）又は（１１０）である。更に、第２の溝
は、半田バンプの高さの５０％以上の深さを有している
ことが望ましい。

【００１８】本発明の他の側面によると、光部品の位置
合わせ方法であって、基板に複数の溝を形成し；前記各
溝中に半田バンプを形成し；前記半田バンプ上に光部品
を仮搭載し；前記半田バンプを加熱溶融して、半田の表
面張力によって基板に水平な方向の前記光部品の位置合
わせをし；前記光部品を上方から垂直に押し下げ、基板
に光部品の底面を押し当てることによって、前記光部品
の基板に垂直方向の位置合わせを行なうことを特徴とす
る光部品の位置合わせ方法が提供される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図３は本発明第１実施形態の
斜視図を示しており、図４はその断面図を示している。

【００２０】シリコン単結晶基板１４上に１枚のフォト
マスクを用いて、Ｖ溝１６と溝１８のパターンを同時に
転写し、これをマスクにアルカリエッチャントを用いた
異方性エッチングによってＶ溝１６と複数の溝１８を同
時に形成する。

【００２１】シリコン単結晶基板１４に代わり、ＧａＡ
ｓ単結晶基板、ＧａＡｌＡｓ単結晶基板、ＩｎＰ単結晶
基板、ＩｎＧａＡｓ単結晶基板、ＩｎＧａＡｓＰ単結晶
基板、又はＩｎＡｌＡｓ単結晶基板を採用可能である。
異方性エッチングによりＶ溝１６及び溝１８を形成する
ためには、これらの単結晶基板の有する結晶方位は（１
００）又は（１１０）である必要がある。

【００２２】次に、シリコン基板１４の全表面にスパッ
タリングによってメタライズ膜をつけ、これをパターニ
ングして溝１８の中に基板電極パッド２０を形成する。
そして、これらの溝１８の中及び周囲に蒸着、メッキ、
半田バンプ又は半田ペースト等を用いてＡｕＳｎ半田材
を付着させる。

【００２３】この半田材を加熱溶融すると、半田は表面
エネルギーが最小となるような形状をとって溝１８の中
の半田濡れ性の良い基板電極２０上に集まり、半田バン
プ２２を形成する。

【００２４】半田材を加熱溶融すると、図５及び図６に
示すように、溝１８の斜面で溶融した半田がガイドされ
ることによって製作される半田バンプ２２の位置は、基
板電極２０の中心位置ではなく溝１８の中心位置と一致
することになる。

【００２５】図５及び図６において、Ｃ１は溝１８と半
田バンプ２２の中心位置であり、Ｃ２は基板電極２０の
中心位置である。ΔｘはＣ１とＣ２のずれ量である。こ
れにより、溝１８の位置は正確に形成されているので、
基板電極２０の位置が多少ずれても、半田バンプ２２の
中心は溝１８の中心に一致し、半田バンプ２２が位置ず
れを起こすことはない。

【００２６】符号２６はＬＤ（レーザダイオード）であ
り、基板電極２０に対応する４個の電極２８を有してい
る。製作した半田バンプ２２上にＬＤ２６を仮搭載した
後、約３２０℃に加熱することによってＡｕＳｎ半田バ
ンプ２２を溶融し、その表面張力によってＬＤ２６の位
置合わせを行いＬＤ２６を固定する。この際ＬＤ２６は
Ｖ溝１６の中心に対して位置合わせされることとなる。
２７はＬＤ２６の活性層である。

【００２７】次に、Ｖ溝１６中にシングルモード光ファ
イバ２４を挿入し、固定する。光ファイバ２４の固定
は、光ファイバ２４の周囲をメタライズして半田により
固定するか、あるいは接着剤により固定する。２５はシ
ングルモード光ファイバ２４のコアである。

【００２８】Ｖ溝１６及び溝１８の深さを予め設計する
ことにより、シングルモード光ファイバ２４とＬＤ２６
が高精度に位置合わせされた光モジュールを製作するこ
とができる。

【００２９】図７は本発明第２実施形態の光モジュール
の製造工程を示している。上述した第１実施形態と同一
構成部分については同一符号を付してある。この第２実
施形態では、半田バンプ２２の形成までの工程は、第１
実施形態と同様の工程で行なわれる。

【００３０】図７（Ａ）に示すように、半田バンプ２２
上にＬＤ２６を仮搭載した後、半田バンプ２２を加熱溶
融してその表面張力によって基板１４と平行な方向の位
置合わせを行なう。

【００３１】更に図７（Ｂ）に示すように、半田バンプ
２２を溶融した状態でＬＤ２６を矢印Ａ方向、即ち垂直
に押し下げ、基板１４の表面に密着させることによって
基板１４と垂直方向の位置合わせを行ない固定する。

【００３２】この際、ＬＤ２６を押し下げる間に基板１
４とＬＤ２６との間の水平方向の位置ずれが生じないよ
うに、押し下げる前のＬＤ２６の基板１４表面からの高
さ（Δｙ）を数μｍになるように溝１８′の深さを設計
してある。

【００３３】最後に、Ｖ溝１６′中にシングルモード光
ファイバ２４を挿入し、半田又は接着剤で固定すること
により、光結合効率の良い光モジュールを製作すること
ができる。

【００３４】Ｖ溝１６′の深さは、シングルモード光フ
ァイバ２４をＶ溝１６′中に挿入固定した状態で、コア
２５の高さがＬＤ２６の活性層２７に一致するように設
計してある。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マスク同士の位置合わせ誤差を排除することができ、光
部品の実装における位置合わせ精度を向上させることが
できる。また、光部品の基板と垂直な方向の位置を比較
的自由に決定することができるため、従来困難であった
光結合形態を実現することが可能となる。

【００３６】更に、基板表面を利用して光部品の基板と
垂直な方向の位置を正確に決めることができるため、垂
直方向の位置合わせ精度を向上することができる。また
この場合、基板に密着させることによって光部品の放熱
効率を上げる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例斜視図である。

【図２】従来例断面図である。

【図３】本発明第１実施形態の斜視図である。

【図４】第１実施形態の断面図である。

【図５】半田バンプの中心位置を説明する平面図であ
る。

【図６】半田バンプの中心位置を説明する断面図であ
る。

【図７】本発明第２実施形態の断面図である。

【符号の説明】

１４基板１６，１８溝２０基板電極２２半田バンプ２４シングルモード光ファイバ２６ＬＤ

フロントページの続き (72)発明者山崎洋介神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内Ｆターム(参考） 2H037 BA02 DA04 DA06 DA12 5F073 AB28 BA01 CA13 CB02 FA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の溝と複数の第２の溝の形成された
基板と；前記第１の溝中に挿入固定された光ファイバ
と；前記各第２の溝中に形成された複数の基板電極パッ
ドと；前記各基板電極パッド上に設けられた半田バンプ
と；複数の部品電極パッドを有し、半田バンプにより各
部品電極パッドが前記各基板電極パッドに接合された光
部品とを具備し；前記半田バンプの表面張力を利用した
セルフアライメント効果により、前記光ファイバに対す
る前記光部品の位置合わせを行なったことを特徴とする
光モジュールの光結合構造。
【請求項２】前記基板は単結晶基板であり、前記第１
の溝及び第２の溝は異方性エッチングにより形成されて
いることを特徴とする請求項１記載の光モジュールの光
結合構造。
【請求項３】前記単結晶基板は、シリコン単結晶、Ｇ
ａＡｓ単結晶、ＧａＡｌＡｓ単結晶、ＩｎＰ単結晶、Ｉ
ｎＧａＡｓ単結晶、ＩｎＧａＡｓＰ単結晶及びＩｎＡｌ
Ａｓ単結晶からなる群から選択されることを特徴とする
請求項２記載の光モジュールの光結合構造。
【請求項４】前記単結晶基板の有する結晶方位が（１
００）であることを特徴とする請求項２又は３記載の光
モジュールの光結合構造。
【請求項５】前記単結晶基板の有する結晶方位が（１
１０）であることを特徴とする請求項２又は３記載の光
モジュールの光結合構造。
【請求項６】前記第２の溝は、前記半田バンプの高さ
の５０％以上の深さを有していることを特徴とする請求
項１記載の光モジュールの光結合構造。
【請求項７】前記基板電極パッドは前記第２の溝の底
面にのみ形成されていることを特徴とする請求項１記載
の光モジュールの光結合構造。
【請求項８】光部品の位置合わせ方法であって、基板に複数の溝を形成し；前記各溝中に半田バンプを形
成し；前記半田バンプ上に光部品を仮搭載し；前記半田
バンプを加熱溶融して、半田の表面張力によって基板に
水平な方向の前記光部品の位置合わせをし；前記光部品
を上方から垂直に押し下げ、基板に光部品の底面を押し
当てることによって、前記光部品の基板に垂直方向の位
置合わせを行なうことを特徴とする光部品の位置合わせ
方法。