JP2001215365A

JP2001215365A - 光部品実装用基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001215365A
Application number: JP2000027388A
Authority: JP
Inventors: Michiaki Hiraoka; 通明平岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2001-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】同一基板上に搭載する半導光体素子と光導波
体との光結合を高効率かつ安定に行うことが可能で、し
かも小型化可能で信頼性にも優れた光部品実装用基板及
びその製造方法を提供すること。【解決手段】基板１に、光導波体Ｆを搭載するＶ溝２
と、該Ｖ溝２の一端部に光導波体Fの端部位置を定める
ための貫通孔３が形成されていることを特徴とする光部
品実装用基板S1とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光半導体素子や光学
素子等の光部品を基板上に搭載するための光部品実装用
基板及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信システムの大容量化及び多
機能化が求められており、それに伴って光送信器や光受
信器等の光デバイスの小型化、高集積化、及び低コスト
化が要望されている。特に光デバイスの組み立てコスト
を削減する目的で、同一基板上に光半導体素子や光ファ
イバ、レンズ等の光学素子を搭載する技術、いわゆる光
ハイブリッド実装技術やシリコンプラットフォーム等の
技術が注目されている。

【０００３】上記技術によれば、例えば基板に形成され
た導体パターンに光半導体素子を実装し、同一の基板上
に形成されたＶ溝に光導波体である光ファイバ、光ファ
イバ内蔵のフェルール、又はファイバスタブを実装する
だけで無調心にて光軸調整が行え、組み立てコストを大
幅に削減することが可能であるとされている。

【０００４】基板上に無調心で光部品の実装を可能にす
るには、例えば基板に形成した光半導体素子搭載用の電
極と光ファイバ搭載用のＶ溝、またはこのＶ溝と光半導
体素子搭載用の位置合わせマーカーとが各々高精度に形
成され、且つそれぞれにおける両者の位置関係がサブミ
クロンオーダーの精度で形成されていなければならな
い。

【０００５】このようなシリコンプラットフォームの製
作方法について、図４に基づき説明する。図４(ａ)〜
(ｈ)は、それぞれ従来の光部品実装用基板の製作工程を
説明する平面図である。

【０００６】まず、図４(ａ)に示すように、所定の方位
を主面とする単結晶のシリコン基板４１上にシリコン酸
化膜やシリコン窒化膜等のシリコンエッチング液に対し
て耐性を有する膜を被着形成し、Ｖ溝形成用のフォトマ
スクを用い、フォトリソグラフィーにより上記膜をパタ
ーニングしシリコン基板４１の露出面４１ａを有したＶ
溝パターン４２を得る。

【０００７】次に図４(ｂ)に示すように、Ｖ溝形成用パ
ターン４２をマスクとして、水酸化カリウム水溶液や水
酸化テトラメチルアンモニウム水溶液等のエッチング液
により、図４(ａ)における露出面４１ａをエッチング
し、異方性エッチングによりＶ溝４３が形成される。

【０００８】次に図４(ｃ)に示すように、図４(ｂ)にお
けるＶ溝形成用パターン４２をいったん除去した後にＶ
溝４３を含むシリコン基板４１の一主全体に、熱酸化法
もしくはスパッタ法やプラズマＣＶＤ法等により、シリ
コン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜４４を形成す
る。

【０００９】次に図４(ｄ)に示すように、後記する電極
や光半導体素子実装用マーカーを形成するためのフォト
マスクを用いることにより、電極形成領域４５や光半導
体素子実装用マーカー形成領域４６を除く領域にフォト
レジストパターン４７を形成する。

【００１０】次に図４(ｅ)に示すように、シリコン基板
４１の一主面側の全面に電極材料となる金等の金属膜４
８を蒸着法等により被着形成する。

【００１１】次に図４(ｆ)に示すように、リフトオフ法
により図４(ｄ)における電極形成領域４５や光半導体素
子実装用マーカー形成領域４６を除く領域のフォトレジ
ストパターン４７を除去し後述する光半導体素子搭載部
を含む電極パターン４９及び光半導体素子実装用マーカ
ー５０を形成する。

【００１２】そして、図４(ｇ)に示すように、電極パタ
ーン４９の光半導体素子搭載部５１に半田を塗布形成
し、しかる後に図４(ｈ)に示すように、ダイシングによ
り光ファイバの突き当て用矩形溝５２、及びシリコン基
板５１の端面５１ａにおいて切断を行うことにより、不
図示の光半導体素子を実装するための光半導体素子搭載
部５１、及び不図示の光ファイバを実装するためのＶ溝
５３を同一のシリコン基板４１に形成した光部品実装用
基板Ｊが完成する（例えば、特開平１１−１０９１８４
号公報を参照）。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では以下に示すような問題点がある。

【００１４】Ｖ溝と直角に交わる光ファイバの突き当
て用矩形溝の形成方法が切削加工であるために、加工に
よる溝位置の精度が良好でなく、発光素子搭載用の電極
パターンに近接した加工が困難である。

【００１５】また、切削加工では突き当て面にチッピン
グのような基板の欠落が多く、高精度な突き当て面の形
成が困難であり、結合効率を低下させる要因となる。

【００１６】突き当て用矩形溝が光部品実装用基板を
縦断して形成されているために、矩形溝部分が機械的に
弱く、光部品実装用基板をパッケージに固定する際や、
光モジュール完成後の温度変化等により、光部品実装用
基板に熱変形が生じ易く、光半導体素子と光ファイバ間
の位置ずれにより結合効率を低下させる要因となる。

【００１７】そこで本発明は、上述の諸問題を解消する
とともに、同一基板上に搭載する半導光体素子と光導波
体との光結合を高効率かつ安定に行うことが可能で、し
かも小型化可能で信頼性にも優れた光部品実装用基板、
及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光部品実装用基板は、基板に、光導波体を
搭載するＶ溝と、該Ｖ溝の一端部に前記光導波体の端部
位置を定めるための貫通孔が形成されていることを特徴
とする。特に基板は異方性エッチングが可能な材料から
成り、Ｖ溝及び貫通孔を異方性エッチングで形成したこ
とを特徴とする。

【００１９】また、本発明の製造方法は、基板の表面か
らの異方性エッチングによりＶ溝を形成する工程と、Ｖ
溝の一端部に対応する基板裏面の部位からの異方性エッ
チングにより貫通孔を形成する工程とを順次行うことを
特徴とする。

【００２０】ここで、Ｖ溝の一端部に前記光導波体の一
部を当接させるために、基板の裏面側から孔径が徐々に
狭くなったテーパ状の貫通孔とするとよい。

【００２１】また、裏面からの異方性エッチングで貫通
孔を形成するのは、貫通孔と基板の表面からなる基板の
オーバーハング形状のエッジ部へ光導波体の端面を当接
させるためであり、表面から形成した場合は、光導波体
の端面の当接ができず、安定な構成を得ることができな
いからである。

【００２２】これにより、異方性エッチングによるＶ溝
と貫通孔の同時一括形成時に両者の接続部に発生する形
状の崩れがなく、また基板表面のＶ溝を短時間のエッチ
ング処理で高精度に形成し、貫通孔形成時の長時間のエ
ッチング処理中は、基板表面のＶ溝を耐エッチング膜で
保護しているため、Ｖ溝の高精度維持が可能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係わる実施形態
について図面に基づき詳細に説明する。

【００２４】図１（ａ）に本発明に係わる光部品実装用
基板Ｓ１の上面図（平面図）を、図１（ｂ）に（ａ）の
ｂ−ｂ断面図、図１（ｃ）に下面図（裏面図）を示す。

【００２５】図１に示すように、光部品実装用基板Ｓ１
は、基板１の表面１ａに、光ファイバや光導波路体のよ
うな光導波体Ｆを位置決め搭載するＶ溝２が形成された
ものであり、Ｖ溝２の一端部２ａに接続するように、基
板１の裏面１ｃから表面１ａへ孔径が徐々に狭くなった
テーパ状の貫通孔３が形成されており、この貫通孔３の
端部において光導波体Ｆの端部位置を定めている。すな
わち、基板１の表面１ａと貫通孔３とで形成されるエッ
ジ部を光導波体Ｆの突き当て部４ａとし、光導波体Ｆの
一端部Ｆａを突き当て部４ａに当接させることにより高
精度の位置決めが可能となる。尚、図中５、６はそれぞ
れ光半導体素子搭載用の電極パターンであり、５は例え
ば発光素子、６はモニター用受光素子を搭載する電極パ
ターンである。図中７は基板１の裏面１ｃに貫通孔３の
パターンを形成する際に使用するマスク合せ用のマーカ
ーである。

【００２６】次に、図２（ａ）〜（ｅ）に示す模式的な
端面図（図１（ｂ）に相当する端面図であり、簡単のた
め断面図でなく端面図で示す）に基づき、本発明の光部
品実装用基板の製作工程（エッチング工程）例を説明す
る。

【００２７】まず、図２（ａ）に示すように、例えば異
方性エッチングが可能な材料である単結晶シリコンから
なる基板２１上に、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等
からなる第１のエッチングマスク膜２２を被着形成し、
表裏面マスクアライナーを用いたフォトリソグラフィー
により基板表面のＶ溝２３（パターンは２３ａ）と裏面
のマーカー２４（パターンは２４ａ）のパターンニング
を行う。

【００２８】次に、図２（ｂ）に示すように、水酸化ナ
トリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液等のエッチング
液による異方性エッチングで基板表面のＶ溝２３と裏面
のマーカー２４を形成する。

【００２９】次に、図２（ｃ）に示すように、エッチン
グマスク膜２２を除去した後に、再度第一と同様の第二
のエッチングマスク膜２５を被着形成し、図２（ｄ）に
示すように裏面のマーカー２４を使用し、マスク合わせ
により裏面におけるＶ溝２３の一端部に対応する部位に
貫通孔２６（パターンは２６ａ）のパターニングを行
う。

【００３０】その後、図２（ｅ）に示すように、異方性
エッチングにより貫通孔２６を形成し、第二のエッチン
グマスク膜２５を除去することにより、所望の形状を有
する基板２７が完成する。

【００３１】かくして、上記光部品実装用基板によれ
ば、光導波体を搭載するＶ溝と、光導波体を当接させる
突き当て部をエッチングプロセスにて高精度に形成する
ことができ、従来のＶ溝の一端部に形成させる突き当て
用矩形溝の切削加工を不要とし、光部品実装用基板の製
作工程の簡略化が図れる。

【００３２】また、従来の矩形溝を不要とすることで、
光導波体を当接させる突き当て部と光半導体素子搭載用
の電極パターンを近接して配置でき、またチッピングの
ような基板の欠落も防げることから、高精度な部品実装
用基板を提供できる。

【００３３】さらに、矩形溝の壁への面突き当てから、
貫通孔と基板の表面からなるエッジ部への線突き当てに
できることから、面精度の問題も解消できる。

【００３４】そして、上記光部品実装用基板を縦断する
矩形溝がないために、機械的強度にも優れ、パッケージ
への光部品実装用基板の固定時や、光モジュール完成後
の温度変化等による熱変形が生じにくく、安定した光結
合が実現できる。

【００３５】また、本発明の光部品実装用基板の構造に
おいて、基板裏面の全面に電極膜を形成し、貫通孔を介
して導通をとれば、パッケージへの固定の際にグランド
の強化として利用することも可能である。

【００３６】なお、基板１は異方性エッチングが可能な
シリコン単結晶が最も好適に使用可能であるが、各種の
ガラスやセラミックス等、その他の材料を適宜に選択が
可能である。また、Ｖ溝２に載置する光導波体Ｆは光フ
ァイバ以外の、屈折率の互いに異なるコア部とクラッド
部を有する光導波路とすることも可能である。

【００３７】

【実施例】以下に、本発明のより具体的な実施例につい
て説明する。［実施例１］図１に示すように、光部品実装用基板Ｓ１
は、基板１の主面が（１００）面、厚さ約５００μｍの
単結晶のシリコンを用いた。Ｖ溝２は異方性エッチング
により形成しその斜面が（１１１）面であり、Ｖ溝２の
幅は外径１２５μｍの光ファイバＦをＶ溝２に搭載した
時に、発光素子との光軸が一致するように１４０．３μ
ｍとした。

【００３８】また、貫通孔３の形状は、光部品実装用基
板Ｓ１の表面１ａの寸法で、Ｖ溝２に平行な方向が７０
μｍ、垂直は方向は光ファイバＦの外径より大きければ
よく１５０μｍとした。ちなみに裏面１ｃの寸法は、結
晶学的に７７８μｍ×８５８μｍと決まる。光部品実装
用基板Ｓ１では、光ファイバ突き当て部４ａと発光素子
搭載用の電極パターンの間隔を５±１μｍで形成でき
た。

【００３９】本発明によれば、光ファイバ突き当て部４
ａと発光素子搭載用の電極パターンの間隔をなくすこと
が可能である。［実施例２］本発明の光部品実装用基板によれば、従
来、光部品実装用基板を縦断して形成されていた矩形溝
がないために、光導波体を搭載するＶ溝の近傍まで電極
パターンの引き回しが可能となり、光部品実装用基板の
小型化を図ることができる。このような実施例を以下に
説明する。尚、上記光部品実装用基板Ｓ１と同様な構成
については同一符号を付し、この説明を省略する。

【００４０】図３に示すように、電極パターン５、６の
配線をＶ溝２側に引き回すことで、光部品実装用基板Ｓ
２のサイズは従来の２／３程度に小さくすることが可能
となった。ここで、貫通孔３の寸法は７０μｍ×１４
０．３μｍとした。

【００４１】さらに、光導波体を搭載するＶ溝２の近傍
の空スペースには、チップ抵抗やコンデンサ、ＩＣ回路
等（不図示）も搭載が可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の光部品実
装用基板及びその製造方法によれば、以下に示す顕著な
効果を奏することができる。

【００４３】光導波体を搭載するＶ溝と、光導波体を
当接させ端部位置を定めるための突き当て部（貫通孔
部）をエッチングプロセスにて高精度に形成することが
でき、従来のＶ溝の一端に形成される矩形溝の切削加工
工程を不要とし、光部品実装用基板の製作工程の簡略化
が図れる。

【００４４】従来の矩形溝を不要としたために、光導
波体を当接させる突き当て部と光半導体素子搭載用の電
極パターンを近接して配置でき、光導波体と発光素子の
高い結合効率を得ることができる。

【００４５】エッチングにより形成された貫通孔と基
板の表面で構成されるエッジ部へ光導波体を当接させる
ため、従来の矩形溝のチッピングや面精度の問題を解消
することができる。

【００４６】従来の矩形溝がないために、光導波体を
搭載するＶ溝の近傍まで電極パターンの引き回しがで
き、さらにはＶ溝の近傍にＩＣ回路等の搭載も可能とな
り、光部品実装用基板の小型化を図ることができる。

【００４７】従来の矩形溝を不要としたために、光部
品実装用基板自体はもとより、光モジュールとしても機
械強度、耐環境性に優れ、信頼性を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る光部品実装用基板の一実
施形態を模式的に説明する図であり、（ａ）は上面図
（平面図）、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図、（ｃ）
は下面図（裏面図）である。

【図２】(ａ)〜(ｅ)は、それぞれ本発明に係る光部品実
装用基板の製造工程を模式に説明する端面図である。

【図３】本発明に係る光部品実装用基板の他の実施形態
を模式的に説明する上面図（平面図）である。

【図４】(ａ)〜(ｈ)はそれぞれ、従来の光部品実装用基
板の作製工程を説明する平面図である。

【符号の説明】

１：基板２：Ｖ溝３：貫通孔Ｆ：光導波体Ｓ１，Ｓ２：光部品実装用基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に、光導波体を搭載するＶ溝と、
該Ｖ溝の一端部に前記光導波体の端部位置を定めるため
の貫通孔が形成されていることを特徴とする光部品実装
用基板。
【請求項２】前記基板は異方性エッチングが可能な
材料から成り、前記Ｖ溝及び前記貫通孔を異方性エッチ
ングで形成したことを特徴とする請求項１に記載の光部
品実装用基板。
【請求項３】前記基板の表面からの異方性エッチン
グにより前記Ｖ溝を形成する工程と、前記Ｖ溝の一端部
に対応する基板裏面の部位からの異方性エッチングによ
り貫通孔を形成する工程とを順次行うことを特徴とする
請求項１に記載の光部品実装用基板の製造方法。