JP2003270461A - 光通信部品、積層型光通信モジュール、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光通信部品、立体光路を内蔵するコンパクト
な積層型光通信モジュール、およびそれらの製造方法を
提供する。 【解決手段】 基板内部に少なくとも一端が外部光路に
連通する空洞を形成し、前記空洞の壁面を反射膜で被覆
した導波路を構成するか、あるいは前記基板に金属より
なる裏打ち層を積層した光通信部品。基板上にファイバ
を実装するためのＶ溝が施され、さらに前記Ｖ溝に交差
する微細溝が前記Ｖ溝部表面の少なくとも一部に形成さ
れているか、あるいは基板上にＶ溝が施され、さらに前
記Ｖ溝部表面に金属膜が形成されている光学ベンチ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いる光
通信部品、積層型光通信モジュール、およびその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】大容量の光通信や光結合を実現するため
に、従来、光導波路と、ＬＥＤ（発光ダイオード）、Ｌ
Ｄ（レーザダイオード）等の発光素子やＰＤ（フォトダ
イオード）等の受光素子とを光学的に結合する場合に
は、マイクロレンズ等の集光系によって光を光導波路で
ある光ファイバに導く構造とし、レンズと光ファイバの
入射端とを紫外線硬化樹脂等の接着剤により接続してい
た（特開昭６１−９３４１９号公報）。

【０００３】一方、光導波路と、発光素子や受光素子を
レンズ等の光学系を用いないで結合する方法もある。半
導体レーザと光ファイバとを直接結合する方法では、光
ファイバのコアの中心と半導体レーザチップの発光点の
中心とを一致させるように光ファイバの先端を切断し、
チップボンディングを行えるように外殻フェルールをＬ
字型に切り欠き、その部分に半導体レーザチップをアラ
インメントし、光ファイバと半導体レーザとを密着させ
ている（特開昭６３−２５３３１５号公報）。また、半
導体レーザチップと光導波路とを直接光結合する方法で
は、半導体レーザの活性層端面または光導波路端面に設
けた隙間を挟んで半導体レーザの活性層端面と光導波路
端面とをつき合わせることにより、活性層端面および光
導波路端面を保護しながら半導体レーザチップからの光
を直接光導波路に光結合している（特開平３−３９９１
３号公報）。

【０００４】このような従来の光結合方法では、いずれ
の方法においても、発光素子の発光面と光導波路との間
に光学距離が生じるため、又、発光素子と光導波路との
間に種々の光学系を設けたりするため、発光素子からの
光を効率良く光導波路に入射させることが難しく、コン
パクト化が困難であるという問題点がある。

【０００５】かかる観点より、多くの光処理機能をコン
パクトに実現するための方法が提案されている。例え
ば、２つの基板間での光の授受を比較的簡単な構造で可
能とし、コンパクトな集積型光回路を実現するための手
段として、複数の基板を立体的に配置した５層導波路構
造からなる光結合装置が開示されている（特開昭６１−
１４８４０６号公報）。

【０００６】しかしながら、特開昭６１−１４８４０６
号公報（特公平６−９７２８５号公報参照）には、立体
光回路装置の例が示されてはいるが、垂直に立つ壁構造
の母基板に垂直光路を配設し、回路基板があたかも建物
の床の如く水平に配設されて水平光路が施され、垂直光
路と水平光路との接続には、外界空気との屈折率差を利
用した方法が採用され、光パワー移行にはいわゆる完全
結合長が必要となる。従って、光路を急屈曲することが
できない。また、このためゆえに水平回路基板にはそれ
ぞれ所定の間隔をあける必要が出てくるので、水平回路
基板の積層密着ができない。

【０００７】一方、特開昭５４−１３９８４７号公報に
は、光導波路内面に反射層を設ける例が示されている
が、レーザ加工機用の可撓性チューブの内面に施すもの
であり、光路を直角に急屈曲することは示されておら
ず、また、立体回路を開示したものではない。同公報第
１図には、従来のレーザ加工機の光路が空間と反射鏡と
で構成されていたことを示してはいるが、基板内部に導
波路を構成するものではない。

【０００８】また、特開平２−７３３１１号公報には、
銅線を螺旋状に形成し表面に金めっきを施した後、濃硝
酸で内部の銅を除去し、金よりなる中空導波路を形成す
ることが開示されているが、外殻として残る金の光管は
急屈曲させるのではなく、螺旋状に形成されている。こ
の光管方式で直角に急屈曲させると、管内の光路の確保
が難しくなる。

【０００９】特開平１０−１７０７６５号公報には、シ
リコン基板の異方性エッチングによるＶ溝の斜面に反射
膜を形成し、このＶ溝中に光ファイバを埋め込むことで
光路を確保し、実装精度を向上させることが開示されて
いるが、この方法では光ファイバを直線状に並べなけれ
ばならず、水平面に自由に屈曲する導波路を形成するこ
とができない。

【００１０】特開２００１−１３３６４５号公報には、
導波路基板からの迷光を遮蔽するために、導波路基板の
上面、下面及び側面を全てメタライズすることが開示さ
れているが、導波路自体をメタライズし光路を急屈曲さ
せることは開示されていない。

【００１１】ところで、インターネットの普及により、
音楽や動画像、コンピュータデータなどの大量の情報を
高速に送受信する必要が出てきた。光ファイバーを用い
たデータの送受信では転送速度が家庭用で１００Ｍｂｐ
ｓ以上であり、一般家庭に普及している電話回線を用い
たモデムやＩＳＤＮに比べ、約３桁程度高速にデータを
送受信できる。さらに、基幹系では１０〜４０Ｇｂｐｓ
に達している。また、近年、光多重通信という新しい技
術が登場してさらなる高速化と大容量化が可能となって
いる。このような状況の中、光通信部品の需要はますま
す増加傾向にあり、そのコスト低減と信頼性向上が部品
供給メーカーの課題となっている。

【００１２】シリコン（Ｓｉ）を主体とした光通信部品
担持体（Ｓｉ光学ベンチ（ＳｉＯＢ））のグルーブに少
なくとも一つのガラス製光通信部品を搭載したモジュー
ルは、光通信関連部品の中でその中枢となるパーツであ
り、基幹系光通信関連部品と同程度の信頼性が求められ
ている。

【００１３】これまで光通信部品搭載モジュールを組む
際、ＳｉＯＢのグルーブに光通信部品を搭載し、両者を
紫外線硬化型樹脂等のプラスチックで固定していた。し
かし、この方法では常温常湿下では大きな問題は発生し
なかったが、高温高湿度の環境に長時間接すると光通信
部品がＳｉＯＢから浮き上がったり、場合によっては脱
離する問題があった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
問題点を解決するためになされたものであり、光通信部
品、および、光ファイバ等の光導波路を伝送してきた光
を効率良く装置内の光導波路に入射させることを可能と
し、かつこの光をＰＤ等の受光素子に伝送することがで
きるとともに、光通信に必要な光機能素子を高度に集積
化した立体光路を内蔵するコンパクトな積層型光通信モ
ジュール、ならびにそれらの製造方法を提供することを
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者らは鋭意検討を行った結果、半導体レーザ
から電気信号を同軸ケーブル等の伝送路に送出した場
合、受信機で受けることのできる送信距離は数ｋｍが限
度であるが、光ファイバの中を伝送させて光検出器で電
気信号に戻す方式では、光ファイバの損失は少ないため
１００ｋｍ以上を中継器なしで伝送できることに着目
し、光ファイバを伝送された光をレンズ等を用いて基板
内に設けられた光導波路に入射させ、入射した光を立体
的に配置された導波路を通じて受光素子に効率よく伝送
することで、発光素子を集積する場合に比べて集積度が
飛躍的に向上し、かつコンパクト化が実現できることを
見出し、本発明を完成するに至った。

【００１６】すなわち、本発明は、基板内部に少なくと
も一端が外部光路に連通する空洞を形成し、前記空洞の
壁面を反射膜で被覆した導波路を有することを特徴とす
る光通信部品を提供するものである。本構成により光路
を急屈曲できるため、部品の小型化を図ることができ
る。

【００１７】本発明の光通信部品においては、前記導波
路の他端が光変換素子を介して外部光路に接続されてい
る。光変換素子としては、例えば、回折格子、光学フィ
ルター、光スイッチ、アッティネータ等が挙げられる。
光変換素子をモジュール内に設けることにより、入出射
光の分波や合波などが可能となる。

【００１８】また、本発明の光通信部品においては、前
記導波路の他端が光電変換素子と接続され、前記光電変
換素子が、前記基板に形成された金属膜よりなる電路を
介して外部電気回路に接続されている。

【００１９】また、本発明の光通信部品においては、前
記基板内部の空洞が、溝が形成された素板とこれを覆う
素板とを合体することにより形成されている。本構成に
より基板内部を貫通する複雑な溝を形成する必要がなく
なり、加工性が良好となる。

【００２０】また、本発明の光通信部品においては、前
記導波路における前記空洞が光透過性媒質で充填されて
いる。本構成により導波路の外部応力に対する安定性が
向上し、結露による水や黴の光特性に及ぼす影響を極力
少なくすることができる。

【００２１】また、本発明の光通信部品においては、前
記反射膜がめっきにより形成されている。本構成により
均一な金属反射膜の形成が可能となる。

【００２２】また、本発明の光通信部品においては、前
記空洞の一端が、ファイバを実装するためのＶ溝が施さ
れた基板部分に対向して配置されることにより外部光路
に連通する。前記において、空洞の一端が、前記Ｖ溝と
の間に配置された結合レンズを介して外部光路に連通す
るものであってもよい。この結合レンズは、シリコン製
であることが好ましい。高屈折率のシリコンを用いるこ
とにより、レンズの曲率を小さくすることができるた
め、収差を小さくすることができ、スポット径も縮小す
ることができる。また、前記において、前記基板の前記
Ｖ溝が施された部分に金属膜が形成されていることが好
ましい。これにより、レンズをハンダ付けすることがで
きる。

【００２３】また、空洞の一端が、前記Ｖ溝との間に配
置された結合レンズを介して外部光路に連通する場合
は、前記基板の前記結合レンズを配置する部分に金属膜
が形成され、前記結合レンズの側面周囲部に金属膜が形
成され、両者がハンダにより固定されていることが好ま
しい

【００２４】また、本発明は、基板内部に少なくとも一
端が外部に連通する空洞を形成して導波路を構成した光
通信部品において、前記基板に金属よりなる裏打ち層を
積層したことを特徴とする光通信部品を提供するもので
ある。本構成により基板に蓄積された熱を金属層を介し
て放熱することで基板を冷却できるとともに、基板に靭
性が付与されるため割れ難くなる。

【００２５】また、本発明は、第一と第二のレンズ面
と、側面周囲部とから構成される光通信用レンズにおい
て、前記側面周囲部にのみ金属膜を形成したことを特徴
とする光通信用レンズを提供するものである。これによ
り、レンズをハンダ付けすることができる

【００２６】もう一つの本発明の光通信用レンズは、透
明板の両面に一対のレンズ凸面を構成したことを特徴と
するものである。この光通信用レンズは、前記レンズ凸
面が複数対設けられたことを特徴とし、また前記レンズ
凸面以外の前記板の縁周囲部に金属膜を形成したことを
特徴とする。前記の板は、シリコン製であることが好ま
しい。両面に一対のレンズ面を形成することにより光軸
合せが容易となり、金属膜が形成されていることでハン
ダ付けができる。特に、高屈折率のシリコンを用いるこ
とにより、レンズの曲率を小さくすることができるた
め、収差を小さくすることができ、スポットサイズを小
さくすることができる。

【００２７】また、本発明は、基板上にファイバを実装
するためのＶ溝が施され、さらに前記Ｖ溝に交差する微
細溝（接着用溝）が前記Ｖ溝部表面の少なくとも一部に
形成されていることを特徴とする光学ベンチを提供する
ものである。本構成により、毛細管現象を利用して接着
することができるため、ファイバの浮き防止、ファイバ
の光軸ずれを防止することができる。

【００２８】もう一つの本発明の光学ベンチは、基板上
にＶ溝が施され、さらに前記Ｖ溝部表面に金属膜が形成
されていることを特徴とするものである。これにより、
レンズやファイバ等の光通信部品をハンダ付けすること
ができる

【００２９】また、本発明は、少なくとも第一の基板と
第二の基板とが直接に密着積層された構成を有し、前記
第一の基板は内部に水平導波路と、前記水平導波路の端
部に位置し光路をほぼ垂直に曲げる反射鏡を配した光屈
曲部と、前記光屈曲部に続き、かつ厚み方向表面に続く
第一の垂直導波部とが空洞により形成されており、前記
第二の基板は、前記第一の基板上に積層されるとともに
前記第一の垂直導波部の基板表面への露出部分に対向す
る位置に、前記表面から厚み方向内部に続く第二の垂直
導波部を空洞により形成されており、前記第一の基板と
前記第二の基板で構成された積層体の内部に前記第一の
基板内から前記第二の基板内に厚み方向に貫通した空洞
により垂直光路が形成されたことを特徴とする立体光路
を内蔵する積層型光通信モジュールを提供するものであ
る。このように密着積層することにより板の薄型化が図
れる。また、モジュール内に光屈曲部を設けることで立
体回路を形成することが可能となり、光通信モジュール
のコンパクト化を実現できる。

【００３０】本発明の立体光路を内蔵する積層型光通信
モジュールにおいては、前記第一の基板の水平導波路ま
たは前記第二の基板の第二の垂直導波部が、光変換素子
を介して外部光路に接続されている。

【００３１】また、本発明の立体光路を内蔵する積層型
光通信モジュールにおいては、前記光変換素子が、受動
型光素子であってもよい。

【００３２】また、本発明の立体光路を内蔵する積層型
光通信モジュールにおいては、前記第一の基板の水平導
波路または前記第二の基板の第二の垂直導波部のうち少
なくとも一方が、直接もしくは他の導波路を介して光電
変換素子に接続され、前記光電変換素子が配置された基
板上に形成された金属膜よりなる電路を介して外部電気
回路に接続されている。前記においては、前記光電変換
素子が、受光素子または発光素子の何れかであるのがよ
い。

【００３３】また、本発明の立体光路を内蔵する積層型
光通信モジュールにおいては、前記水平導波路、光屈曲
部、第一および第二の垂直導波部による空洞壁面が、金
属反射膜で構成されている。

【００３４】また、本発明の立体光路を内蔵する積層型
光通信モジュールにおいては、前記水平導波路、光屈曲
部、第一および第二の垂直導波部による空洞が、光透過
性媒質で充填されている。

【００３５】また、本発明の立体光路を内蔵する積層型
光通信モジュールにおいては、前記光透過性媒質が、紫
外線硬化樹脂であってもよい。

【００３６】また、本発明の立体光路を内蔵する積層型
光通信モジュールにおいては、前記第一の基板と第二の
基板とが拡散接合・陽極接合・接着剤・超音波溶着の何
れかにより、直接に密着積層されたものである。

【００３７】三つ目の本発明の光通信部品は、光導波端
面がカーボンまたはフッ素化カーボンで被覆されている
ことを特徴とするものである。

【００３８】また、本発明は、少なくとも第一の基板と
第二の基板とを密着積層することにより基板内部に少な
くとも一端が外部光路に連通する空洞を形成し、前記空
洞にメッキ液を充填した後空洞から水分を追い出し、該
空洞に紫外線硬化性樹脂を充填し紫外線により硬化する
ことを特徴とする積層型光通信モジュールの製造方法を
提供するものである。水分の除去は、紫外線硬化性樹脂
を空洞の一端から注入することにより、空洞の他端から
水分を押し出す方式によってもよい。本方法により、積
層型光通信モジュールの基板内部に形成された複雑な形
状の空洞に簡単にメッキを施すことができ、かつ光透過
性媒質を充填することができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら説明する。

【００４０】本発明の立体光路を内蔵する積層型光通信
モジュールは、少なくとも第一の基板と第二の基板とが
直接に密着積層された構成を有し、前記第一の基板は、
内部に水平導波路と、前記水平導波路の端部に位置し光
路をほぼ垂直に曲げる反射鏡を配した光屈曲部と、前記
光屈曲部に続き、かつ厚み方向表面に続く第一の垂直導
波部とが空洞により形成されており、前記第二の基板
は、前記第一の基板上に積層されるとともに、前記第一
の垂直導波部の基板表面への露出部分に対向する位置
に、前記表面から厚み方向内部に続く第二の垂直導波部
が空洞により形成されており、前記第一の基板と前記第
二の基板で構成された積層体の内部に、前記第一の基板
内から前記第二の基板内に厚み方向に貫通した空洞によ
り垂直光路が形成されたものである。

【００４１】本発明の積層型光通信モジュールにおいて
は、第一の基板と第二の基板とが直接に密着積層された
構成を有し、この第一の基板には、前記の水平導波路と
その端部に位置する光屈曲部と第一の垂直導波部とが形
成され、また第二の基板には、第一の垂直導波部の基板
表面への露出部分に対向する位置に第二の垂直導波部が
形成されている。積層型光通信モジュールは、第一の基
板と第二の基板とから構成されていてもよく、また、少
なくとも一枚の他の基板を、第一の基板あるいは第二の
基板の外側に有するものであってもよい。従って、積層
型光通信モジュールが三枚以上の基板の積層体からなる
場合は、そのうちの一か所の隣接基板同士が上記の要件
を満足するものであればよい。

【００４２】図１および図９には、ファイバと結合レン
ズとを備え、前記ファイバおよび結合レンズを実装する
ためのＶ溝が形成された基板（または光学ベンチ）（１
１、１１０）と、前記結合レンズからの光信号を分波す
るための回折格子と水平導波路が形成された第１段目の
基板（２１、２１０）と、前記第１段目の基板から伝送
された光を導くための水平導波路（３２）と、反射鏡
（３３）を配した光屈曲部（３４）と、垂直導波部（３
５）と、が形成された第２段目の基板（３１、３１０）
（すなわち「第一の基板」）と、前記第一の基板から伝
送された光を導くための垂直導波部（４２）が形成さ
れ、第一の基板上に積層された第３段目の基板（４１、
４１０）（すなわち「第二の基板」）と、を備えている
光通信モジュールの一例を示した。導波路とＶ溝（およ
び回折格子）は第１段目の基板に形成してもよいし、光
学ベンチを別体のものとして作製してこれにＶ溝を形成
した後、導波路が形成された第１段目の基板に搭載して
もよい。

【００４３】本発明においては、基板として、シリコン
基板、プラスチック基板およびガラス基板からなる群か
ら選ばれる少なくとも一種以上の基板を用いることがで
きる。これらの基板は、本発明の目的・効果を阻害しな
い範囲において、異種の基板をミックスして用いてもよ
く、また使用個所も任意であるが、熱サイクルに対する
安定性、基板同士の密着性の観点からすれば同種の基板
を用いることが望ましい。

【００４４】図１および図９において、基板（１１、１
１０）には、Ｖ溝（図示していない）と、Ｖ溝と交差す
る４本の接着用溝（１３）が形成され、そのＶ溝にファ
イバ（１４）と結合レンズ（１５）が配置されている。
基板（２１、２１０）上には別の基板（３１、３１０）
が配置され、その上に別の基板（４１、４１０）が積層
されている。基板（４１、４１０）の表面には、配線パ
ターン（５２）が形成されるとともに、図１ではＰＤ
（５２）とＬＳＩ（５３）が所定の位置に配置され、図
９ではＬＤ（５４）とＬＳＩ（５３）が所定の位置に配
置されている。また、基板（１１、１１０）の外面には
金属板（１０１）が配置されている。なお、図１の例で
はシリコン基板、図９の例ではプラスチック基板を用い
た。

【００４５】図２および図１０には、それぞれ図１およ
び図９に示す積層型光通信モジュールの断面模式図を示
した。

【００４６】図２において、モジュール内に入射した伝
送光は、基板（３１）に形成された水平導波路（３２）
を経由して導波路終端部のテーパー部（３４）で反射
し、垂直導波部（３５）（「第一の垂直導波部」）およ
び基板（４１）に対してほぼ垂直に形成された導波路
（４２）（「第二の垂直導波部」）を経由してＰＤ（５
１）に到達する。導波路壁面には、光が全反射し易いよ
うに金属反射膜（３３、４３）が形成されている。

【００４７】一方、図１０において、基板（４１０）表
面に配置されたＬＤ（５４）から出射した光は、基板
（４１０）に対してほぼ垂直に形成された導波路（４
２）、および垂直導波部（３５）を経由して、基板（３
１０）に形成された水平導波路終端部のテーパー部（３
４）で反射し、導波路（３２）を経由して第１段目の基
板（２１０）に伝送される。導波路壁面には、光が全反
射し易いように金属反射膜（３３、４３）が形成されて
いる。

【００４８】（第１段目の基板）図３は、基板（または
光学ベンチ）に形成されたＶ溝と接着用溝の一例を示す
外観斜視図である。基板（１１）には、Ｖ溝（１２）に
交差して複数本の接着用溝（１３）が形成されている。
Ｖ溝はファイバや結合レンズを固定するためのものであ
る。Ｖ溝と交差する接着用溝は少なくとも１本形成され
ていればよく、接着用溝を形成することにより、ファイ
バおよび結合レンズの機能を妨害することなく、これら
を接着剤やハンダ等を用いてＶ溝に接着固定することが
可能となる。従来、Ｖ溝にファイバあるいはレンズを固
定する場合、単に紫外線硬化性樹脂（以下、「ＵＶ樹
脂」と略称する。）等で接着していたが、その接着剤に
よりファイバ、レンズがＶ溝から浮いて固定されるなど
の問題点があった。しかし、本発明はＶ溝に交差した接
着用溝を介して接着されるため、上記問題がない。接着
用溝は、Ｖ溝に対する接着強度を高める観点からは、通
常１本〜２０本形成する。好ましくは５本〜１０本形成
するのがよい。

【００４９】前記のＶ溝の形成方法としては、第１の基
板にシリコン基板を用いる場合は、例えば、シリコン基
板にパターニングした後、ウエットエッチングする方法
等が挙げられる。ウエットエッチングは、水酸化カリウ
ム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、テトラ
メチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）、
ヒドラジン（ＥＰＷ）、ＨｇＣｌ₂、Ｋ₂Ｆｅ（ＣＮ）₆
等を用いて実施することができる。例えば、シリコンの
（１００）面を前記のエッチング剤で異方性エッチング
することにより、頂角が約７０°の窪みを形成すること
ができる。また、ガラス基板やプラスチック基板を用い
る場合は、例えば、成形により所望の角度のＶ溝を形成
する方法等が挙げられる。

【００５０】次に、Ｖ溝に交差して少なくとも１本以上
の接着用溝を形成する。溝の幅、深さは、接着剤が浸透
する程度であればよく、適宜決定することができる。溝
の形成方法としては、例えば、ダイシングを用いて機械
加工により形成する方法が挙げられる。また、Ｖ溝に平
坦化レジストを塗布し、乾燥後、更にその上に無機物の
膜をスピンコート等で形成し（ＳＯＧ：Spin On Glas
s）、更にその上に感光性レジストを塗布し、接着用溝
に相当するパターニングをリソグラフで形成し、その
後、ドライエッチングを用いて、ＳＯＧ、平坦化レジス
ト、シリコンまたはガラスを選択的にエッチングし、Ｖ
溝上に機械加工と同様にＶ溝と交差した接着用溝を形成
してもよい。その後、レジスト、ＳＯＧ等を除去する。

【００５１】基板（１１）としてシリコン基板を用いた
場合、以上のようにして、Ｖ溝、接着用溝および結合レ
ンズ固定用溝を形成した後、金属膜を形成する。金属と
しては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ等が挙げられ
るが、耐食性に優れる点より金が好ましい。金属膜は、
溝の隅々まで均一にメッキできる点より、無電解メッキ
膜が好ましい。以上の方法によって、ファイバおよび結
合レンズを固定可能な基板（または光学ベンチ）を作製
することができる。

【００５２】次に、ハンダや接着剤等を用いて、Ｖ溝に
ファイバや結合レンズを固定する。例えば、溶融したハ
ンダや接着剤等を接着用溝に配置し、その上にファイバ
および結合レンズを配置することにより固定することが
できる。接着剤としては、例えば、紫外線硬化型樹脂等
を挙げることができるが、より強固に固定できる観点か
らは、ハンダで接着固定するのが望ましい。

【００５３】（光通信部品）Ｖ溝に固定されるファイバ
や結合レンズは、基板にハンダ付けして強固に接着させ
るため、それらの側面のみがメタライズされていること
が好ましい。メタライズ法としては、公知の種々の方法
を採用することができるが、無電解メッキ法を適用する
ことが好ましい。ファイバおよび結合レンズの側面は、
Ｖ溝に固定する前にメタライズしておくのがよい。

【００５４】ここで、ファイバとしては、光を伝送する
ファイバであれば従来公知のものを全て用いることがで
きる。光ファイバとしては、ガラスファイバ、プラスチ
ックファイバの何れでもよいが、光の損失等が少ないと
いう観点からは、石英製ガラスファイバが望ましい。

【００５５】また、結合レンズとしては、ファイバを伝
送した光を効率よくモジュール内に導き、或いはモジュ
ール内を伝送してきた光を効率よくファイバに伝送する
ことができるものであればよく、例えば、ガラス製のＧ
ＲＩＮレンズ、ボールレンズ、モールドレンズ、シリコ
ンマイクロレンズ等を用いることができる。中でも、シ
リコンマイクロレンズもしくはレンズ凸面が複数対設け
られたシリコンマイクロレンズアレイを用いるのがよ
い。これらのシリコンマイクロレンズ（アレイ）は、基
板を介して該基板両面に基板と一体形成されたもの等が
好ましく用いられる。シリコンマイクロレンズは、焦点
スポット径が小さくかつ屈折率が高く焦点距離が短いこ
とから、コンパクト化が可能であり、また、曲率が小さ
いため収差が小さいというメリットがある。しかも、平
面アレイ化が容易で、ドライエッチングで一括製造で
き、端面位置合わせも容易で、アライメントも容易であ
る。また、レンズ部以外を金（Ａｕ）メッキすることに
より、スポットハンダ溶接が可能になるとともに、ＡＲ
膜も基板ごと一括成膜できるため、膜付けが容易であ
り、しかも本発明で用いているようなシリコンベンチと
組合せることによって、レンズと基板の膨張率を同じに
することができるため、精度が一段と向上する。

【００５６】シリコンマイクロレンズ（アレイ）を基板
に配置する場合は、Ｖ溝を形成することなく、例えば図
１８、図１９、図２０に示す態様で、シリコンマイクロ
レンズ（アレイ）を基板に直接固定することができる。
この場合は、図１８に示すように、先ず基板に異方性エ
ッチングを施して台形溝（１６）を形成した後、ダイシ
ングにより基板に対してほぼ垂直な溝（固定用溝）（１
７）を形成する。台形溝は、上記したウエットエッチン
グ等を適用することにより形成することができる。その
後、図１９に平面図、図２０にその断面図を示すよう
に、Ｖ溝（１２）（図では見えない）にはファイバ（１
４）を固定し、基板（１１）に形成された固定用溝（１
７）には、基板（１０２）の両面に一体形成されたシリ
コンマイクロレンズアレイ（１０３）を固定する。この
ようにすることで、マイクロレンズアレイを基板に簡単
に固定することができるため、アライメント化や端面位
置合わせが容易となる。

【００５７】（導波路、光変換素子）第１段目の基板に
は、導波路と光変換素子の一例として回折格子を形成す
る。図４および図１１には、導波路と回折格子が形成さ
れた第１段目の基板の外観斜視図を示した。図５および
図１２は、導波路と回折格子の部分を示す部分拡大図で
ある。回折格子（１０４）と導波路（２６）が第１段目
の基板（２１）に形成されている。回折格子（１０４）
と導波路（２６）は、光の伝送効率を高める観点より、
図５および図１２に示す様に、一体で形成されているの
がよい。一体形成する方法としては、例えば、シリコン
基板上にレジストを塗布後、所定の回折格子パターンお
よび導波路パターンをリソグラフで作製する方法が挙げ
られる。例えば、ポジ型のパターニングを行えば、露光
された部分はレジストが取り除かれ、シリコンが露出す
る。その後、ドライエッチングでパターンに沿ってシリ
コン基板をエッチングする。エッチングの深さは適宜選
択される。

【００５８】エッチングの後、ＣＶＤ法または熱酸化に
よりシリコン表面にＳｉＯ₂膜を形成し、その後、金属
反射膜を無電解メッキ等によって形成する。

【００５９】図６および図１３は、第１段目の基板（２
０、２１０）に形成された導波路（２６）のＡ−Ａ'断
面図である。断面形状は特に限定されない。導波路は、
中空のままでもよいが、モジュール内に侵入する大気中
の水分等の影響で光の伝送効率が低下するのを防止する
ため、凹部に光透過性媒質を充填して用いるのがよい。
光透過性媒質としては、例えば、アクリル樹脂、フッ素
化ポリイミド樹脂、フッ素化エポキシ樹脂等の光透過性
樹脂等を挙げることができる。また、光透過性ジェルの
ような液体であってもよい。

【００６０】導波路および回折格子は、光透過性媒質を
充填する前に、周囲壁面に反射膜が形成されていること
が望ましい。図６と図１３は、導波路（２６）の周囲壁
面に金属反射膜（２７）が形成された一例である。この
ような金属反射膜を形成することにより、導波路内で光
が全反射するため、光を効率よく伝送することができ
る。反射膜としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ
等の金属からなる金属膜が用いられる。金属膜を形成す
る方法としては、蒸着法、スパッタリング法、無電解メ
ッキ法等を挙げることができるが、細部まで均一にメッ
キできる点より、無電解メッキ法が好ましい。

【００６１】また、第１段目の基板から第２段目の基板
へ光を導く導波路（２６）終端部には、図７に示すよう
にテーパー（２９）が形成されている。図７は第１段目
の基板（２１）に形成された導波路（２６）の終端部拡
大図である。このテーパーにより、第１段目の基板の導
波路を伝送した光を、効率よく第２段目の基板に立ち上
げ伝送することができる。この第１段目の基板から第２
段目の基板へ光を導く導波路も、同様にリソグラフでパ
ターニング後、エッチング等で作製する。導波路終端で
は光は第１段目の基板に対して垂直に持ち上げられるた
め、４５°に傾斜が設けられる。例えば、４５°にテー
パーを付けた別部材を導波路終端に設けることによって
達成することができる。また、グレイスケールマスクを
用いてパターニングすれば、レジスト自体がテーパーを
もって露光・現像可能で、このレジストパターニングに
沿ってドライエッチングを行えば、単一部材のみで導波
路およびテーパー部を一括形成することもできる。

【００６２】また、第１段目の基板に形成された導波路
は、図４および図１１に示すように光屈曲部が形成され
ている。図８には屈曲した導波路の部分拡大図を示した
が、光を反射しやすくするため、隅に４５°にテーパー
（２９）（すなわち、「光屈曲部」）が形成されてい
る。このように導波路を屈曲させることにより第１段目
の基板の平面面積を減少させることができ、よりコンパ
クトな光通信モジュールを実現することができる。

【００６３】（第２段目の基板）図１４には、第２段目
の基板の外観斜視図を示した。この基板（３１）にも、
光配線用の導波路（３２）が形成されている。第２段目
の基板に形成された導波路は、第２段目基板内で光を自
在に配線するためのものである。図１４では、４本の導
波路が形成された例を示しているが、導波路は第１の基
板に形成された導波路と基本的に同一の本数が形成され
ていればよく、目的に応じて適宜決定される。また、本
実施の形態では、第１段目に分波器を形成しているが、
モジュール自体はできるだけ小さい方が望ましいわけで
あり、本実施の形態では分波された光を電気信号などに
変換する素子、電気回路を制御するためのＬＳＩなどは
光分波回路と同一基板上に形成されないことから、光通
信モジュール全体のスペースを小さくすることができ
る。

【００６４】図１５は、第１段目の基板からの光を第２
段目の基板に入射させる入射部（図１４においてＰで表
示した部分）の拡大図である。図１５に示すように、第
１段目の基板（「第一の基板」）（２１）に形成された
水平導波路（２６）を伝送した光は、テーパー（２９）
で反射して垂直に立ち上げられた光は、垂直導波路（２
８）（「第一の垂直導波部」）から垂直導波路（３５）
（「第二の垂直導波部」）を経て、第２段目の基板
（「第二の基板」）（３１）に設けられた４５°テーパ
ー（３４）で第２段目の基板面内に導波され、水平導波
路（３２）を導波する。第２段目で導波された光は、水
平導波路（３２）終端に設けられた４５°テーパー部
（３４）で反射して、第３段目の基板に導かれる。

【００６５】図１６は第２段目の基板に形成された導波
路のＢ−Ｂ'断面図、図１７は第２段目の基板の終端部
のＣ−Ｃ'断面図である。第２段目の基板に形成された
導波路の断面形状は、特に限定されない。形成された導
波路は、第１段目の基板に形成された導波路と同様に、
中空の状態で、または、凹部に上記と同様の光透過性媒
質を充填して用いてもよい。なお、４５°テーパー部
は、本実施の形態では別部材で構成しているが、同一部
材で構成してもよいことは言うまでもない。

【００６６】（第３段目の基板）第３段目の基板には、
その表面に光信号を電気信号に変換するためのフォトダ
イオード（ＰＤ）等の受光素子や、発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子、制御
のためのＬＳＩ等の電子部品が実装される。また、基板
表面には従来から知られている方法、例えば、リソグラ
フとスパッタリング法などを用いた方法（リフトオフ
法）で電気配線をパターニングする。電気配線は、メッ
キで形成してもよい。第３段目の光信号を受光する部分
には、図２および図１０に示すように、基板に対して垂
直に貫通孔（４２）が設けられ、第２段目で垂直に立ち
上げられた光を効率よく受光素子へ導くようにしてい
る。貫通孔の周囲壁面には、上記した方法と同様にし
て、反射膜（４３）が形成されている。

【００６７】また、第３段目の基板には、図２１に示す
ようなファイバと結合レンズを実装することもできる。
このようにすることで、本発明の光通信モジュールを光
−光結合素子として使用することもできる。

【００６８】（第１段目、第２段目、第３段目の接合）
各段の光回路（分波器、導波路など）は、各基板内に作
製されており、光回路となる溝、回折格子などを作製
後、各段の基板を接合することにより３段の基板は接合
され、かつ各基板の光導波の路を３次元空間的に繋げる
ことができる。基板を接合する場合は、例えば、各シリ
コン基板を合わせた状態で、窒素雰囲気中で１０００℃
で熱処理することで、接合することができる。これは、
シリコン基板表面のＳｉが各面で化学的に結合するため
であり、いわゆる拡散接合法として知られている。熱処
理は、９００〜１１００℃で１〜５時間行うのがよい。

【００６９】また、プラスチック基板を接合する場合
は、超音波溶着法によりまたは紫外線硬化型樹脂等を用
いて接合することができる。同様に、ガラス基板を接合
する場合は、紫外線硬化型樹脂を用いて接合することが
できる。

【００７０】（３次元立体導波路の反射膜形成、媒質充
填）形成された各基板は、上記の方法で接合することが
できる。しかし、光漏れを極力抑える観点からは、導波
路や回折格子等が形成された各基板を接合した後、これ
を一体として導波路壁面に反射膜を形成するのが有効で
ある。すなわち、シリコン基板を接合後、無電解メッキ
を行うための各種液体中に、接合された接合基板を浸漬
または各種液体を強制注入することにより、導波路壁
面、回折格子壁面に金属反射膜を一括で形成することが
できる。

【００７１】本方法により、中空全反射型の導波路を形
成することができるが、さらに各波長に対して、光透過
性のある樹脂等を注入すれば、媒質で満たされた導波路
を形成することができる。例えば、接合基板内に形成さ
れた空洞にメッキ液を充填した後、空洞からメッキ液に
含まれる水分を追い出し、その後、空洞に媒質を充填す
る。媒質は液体であっても構わないが、アクリルなど光
硬化性樹脂を注入後、ＵＶ光を導波路入口から照射すれ
ば、基板内部の導波路内の樹脂も硬化させることができ
る。これにより、ごみの侵入、あるいは結露などを防止
することができ、安定な光通信モジュールを作製するこ
とができる。

【００７２】本実施の形態では、第３段に基板を重ねて
いるが、もちろん１段のみの光回路でも適用可能であ
る。４段以上の構成も適用可能であることは言うまでも
ない。

【００７３】以上の処理を行った後、最上面基板表面に
電気配線パターンを形成し、ＬＳＩなどの電子部品を実
装する。

【００７４】（最下部基板裏面への金属板の接合）以上
のように、光分波回路について述べてきたが、フォトダ
イオードの代わりにレーザダイオードを用いることによ
り、合波器として使用することもできる。レーザダイオ
ードを実装した場合、発熱が問題となるが、本発明では
シリコン基板から効率よく熱を逃すように、最下部シリ
コン基板裏面に金属層を積層する（図１、図９参照）。
金属層を形成する金属としては、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、
Ｃｒ等熱伝導性のよいものが望ましい。

【００７５】シリコンと金属の接合方法は、例えば、以
下の方法で行うことができる。すなわち、シリコン基板
上にテフロン（登録商標）等の有機化合物層を形成し、
その有機化合物の上からシリコン基板をドライエッチン
グする。一定時間ドライエッチング後、再度有機化合物
層を形成し、さらに一定時間ドライエッチングを行う。
この操作の繰り返しで、シリコン基板の表面には無数の
針状のシリコン突起が形成される。針状突起の高さは、
ドライエッチング時間、操作回数で制御できるが、本発
明では、エッチング時間３分、操作回数１０回で、平均
突起高さ１．２μｍの針状突起を形成した。有機化合物
層の厚みは適宜でよいが、本実施の形態では５０ｎｍと
した。

【００７６】ここで、ドライエッチングは、反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）などのプラズマエッチング装置
を用いて、フッ素系ガス（例えば、Ｃ_xＨ_yＦ_zで表され
るＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、またはＣ_xＦ_yで表され
るＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₂Ｆ₄、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈など）ある
いはこれらのフッ素系ガスにＯ₂などを混合した混合ガ
スなどを膜質に応じて適宜選択することにより実施でき
る。

【００７７】また、上記方法以外でも、シリコン基板表
面に無数の微小な凹部を形成しても同様な接合ができ
る。本発明ではその一形態として、リソグラフを用い
て、シリコン基板表面に塗布したレジストに、１μｍ径
の穴をピッチ２μｍで正方配列に形成し、その後、ドラ
イエッチングで、レジストの穴に沿ってシリコン基板に
無数の凹部を形成する。本発明では、窪みの深さ０．５
μｍであった。凹部の深さ、大きさ、形状は、特に制限
されるものではなく、凸形状にシリコンを形成してもよ
い。また、ドライエッチングの他に、ＫＯＨ、ＮａＯ
Ｈ、ＴＭＡＨ、ＥＰＷ、ＨｇＣｌ₂、Ｋ₂Ｆｅ（ＣＮ）₆
等を用いてウエットエッチングを行い、シリコン基板表
面に窪みを形成してもよい。

【００７８】その後、シリコンの微細凹凸表面に、先に
述べた無電解メッキ膜形成方法による反射膜形成方法と
同様にして、金属膜を形成する。すなわち、熱酸化によ
りＳｉＯ₂膜を形成し、表面処理を行った後、無電解メ
ッキによりＮｉＰ膜を形成する。更に、電解メッキでＮ
ｉ、Ｃｕなどを３００μｍ形成する。シリコン表面に微
細な凹凸が形成され、さらに、熱酸化後、表面処理を施
すことにより、微細凹凸のあらゆる面に均一に無電解メ
ッキ膜を形成し、さらには電解メッキで金属を成長させ
るため、非常に均一な金属板が形成できる。これらは、
シリコンの微細凹凸との間でのアンカー効果による物理
的な接合と、表面処理による化学的な接合で強固にシリ
コンと金属板を接合することができる。なお、本方法以
外のメッキ法として、電解メッキ法を用いてもよい。こ
の場合、アンカー効果による接合のみで行われるが、シ
リコンの突起の高さまたは窪みの深さ、ピッチ、形状等
を適宜選択することにより、強固な接合が得られる。

【００７９】一方、ガラス板と金属板を接合する場合
は、テフロンなどの有機化合物層を形成した後、シリコ
ンの場合と同様のガスを用い、ドライエッチングにおけ
るガスをＳＦ₆、ＢＣｌ₃、Ｃｌ₂等のガスに変更すれ
ば、同様な微細な針状の凹凸を得ることができる。ま
た、リソグラフを用いて、レジストで微細穴を形成した
のち、上記ガスにてドライエッチングを行うことで、ガ
ラス基板に微細穴を形成してもよい。また、上記ガスの
代わりに、フッ酸（ＨＦ）、バッファードフッ酸（ＢＨ
Ｆ）などの液を用いて、ウエットエッチングによって微
細穴を形成してもよい。メッキの方法は先に述べた通
り、電解、無電解のどちらでも作製可能である。

【００８０】以上、シリコン基板で本発明の光通信モジ
ュールを作製する場合を中心に述べたが、ガラス基板に
用いて導波路、回折格子等を作製する場合も、同様にし
てリソグラフおよびエッチングで形成できる。この場
合、基板同士の接合は、紫外線硬化性（ＵＶ）接着剤等
を用いて行うことができる。Ｖ溝は従来から行われてい
るうような、ガラス成形によってもよい。導波路、回折
格子側面への金属膜の形成も、無電解メッキ法で容易に
付けることができる。樹脂の注入方法は、シリコンの場
合と同様の方法を用いることができる。

【００８１】また、シリコン、ガラス等で個々の基板毎
に作製した導波路、回折格子を型にして、樹脂でも形成
できる。樹脂で形成する場合は、個々の基板に気相成長
法などで少なくとも光回路凹部の壁面にＳｉＯ₂膜を先
に形成しておき、各基板を紫外線硬化性（ＵＶ）樹脂で
接合してブロックを形成する。その後、シリコンやガラ
スの場合と同様にして、金属膜を形成することができ
る。

【００８２】以上の方法によれば、ガラスと樹脂、ガラ
スとシリコンの組み合わせも可能である。ガラスと樹脂
の接着は紫外線硬化性（ＵＶ）樹脂による接着で可能で
あり、ガラスとシリコンとの接着は、陽極接合等で行う
ことができる。

【００８３】本発明の積層型光通信モジュールを製造す
る場合、第１段目の基板にＶ溝や導波路等を形成しても
よいが、導波路等が形成された第１段目の基板に、Ｖ溝
を形成した光学ベンチを搭載することもできる。また、
金属膜を形成したファイバや結合レンズ等を別途作製し
ておき、これを前記のＶ溝に搭載してもよい。

【００８４】以下、本発明の積層型光通信モジュールに
搭載可能な光通信部品（光学ベンチ、ファイバ等）のメ
タライズ法、ならびに搭載方法について説明する。

【００８５】光学ベンチをメタライズする場合は、所定
の前処理を施した光学ベンチを、無電解ニッケル（Ｎ
ｉ）メッキ浴および無電解金（Ａｕ）メッキ浴で処理
し、少なくとも光通信部品の側面と接するグルーブ部
に、ＮｉＰ／Ａｕからなる金属膜を形成する。こうする
ことにより、例えば、側面をＮｉＰ／Ａｕでメタライズ
した光ファイバー等をＳｉＯＢに固定する場合、両者の
表面がＮｉＰ／Ａｕでメタライズされているため、ハン
ダ付けで両者を接着固定することができる。ハンダは金
属であり、ＵＶ樹脂等のプラスチックに比べて十分に高
い接着強度が得られる。なお、光学ベンチとしては、シ
リコン製が好ましいが、プラスチックやガラス製のもの
であってもよい。

【００８６】ガラス製ファイバ等の光通信部品の側面に
も、上述した手順によって、ＮｉＰ／Ａｕメタライズが
可能である。ＮｉＰ／ＡｕでメタライズしたＳｉＯＢの
グルーブ部に、ＮｉＰ／Ａｕでメタライズしたガラス製
光通信部品等を搭載しハンダ付けすることで、より両者
を強固に接着固定させることができる。

【００８７】ところで、光通信部品はその端面に光を通
す必要があるため、ハンダ付けのためのメタライズは光
通信部品の側面だけに施す必要がある。そこで、先ず光
通信部品の端面をカーボン或いはフッ素化カーボンで被
覆し、光通信部品端面の表面エネルギーを下げる。カー
ボンによる被覆は、例えば、光通信部品の端面にカーボ
ンをスパッタリングすることにより行うことができる。
フッ素化カーボンによる被覆は、例えば、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ
₆等のフッ素含有ガスで光通信部品の端面をプラズマ処
理することにより行うことができる。

【００８８】次いで、この光通信部品を無電解Ｎｉメッ
キ処理する。無電解Ｎｉメッキ反応を起こさせるために
は、Ｐｄ触媒核を光通信部品の表面に載せることが必要
である。光通信部品の端面は、上述したように、カーボ
ン或いはフッ素化カーボンで被覆され、表面エネルギー
が低下している。このためＰｄ触媒核の溶液に光通信部
品を浸漬する工程で、光通信部品の端面にはＰｄ触媒核
が載らずその側面のみにＰｄ触媒核が付着する。この工
程の後、無電解Ｎｉめっき浴に光通信部品を浸漬する
と、光通信部品の側面のみにＮｉＰがメッキされる。次
いで置換型無電解Ａｕメッキ浴に光通信部品を浸漬する
と、ＮｉＰでメタライズされた側面のみにＡｕがメッキ
される。この一連の操作により、光通信部品の側面のみ
をＮｉＰ／Ａｕでメタライズすることができる。

【００８９】この後、同じくＮｉＰ／Ａｕでメタライズ
したＳｉＯＢのグルーブ上に光通信部品を載せ、ハンダ
付けで両者を固定する。ハンダ付けで光通信部品とＳｉ
ＯＢを接着することで、従来の樹脂接着に比べて、より
強固に光通信部品をＳｉＯＢ上に固定することができ
る。

【００９０】また、光通信部品を光学ベンチに接着固定
する場合、上記のようにしてハンダ付けしてもよいが、
光通信部品および光学ベンチに金属膜を形成することな
く、両者を接着固定することも可能である。その場合
は、光通信部品の少なくとも側面および前記光通信部品
が接するＳｉを主体とした担持体のグルーブ部に、シラ
ンカップリング剤を設けた後に、両者を紫外線硬化型樹
脂で固定接着する。この際、使用する前記のシランカッ
プリング剤を、一旦加水分解させた後に、光通信部品の
少なくとも側面および前記光通信部品が接するＳｉを主
体とした担持体のグルーブ部に、前記加水分解させたシ
ランカップリング剤を配した後、両者を紫外線硬化型樹
脂で固定接着することが好ましい。

【００９１】さらに好ましくは、使用するシランカップ
リング剤を一旦加水分解させた後に、光通信部品の少な
くとも側面および前記光通信部品が接するＳｉを主体と
した担持体のグルーブ部に、前記加水分解させたシラン
カップリング剤を配した後、大気中１２０℃より高い温
度で熱処理し、その後両者を紫外線硬化型樹脂で固定接
着する。熱処理温度は、１２０〜２００℃で行うことが
好ましく、より好ましくは１２０〜１５０℃で行うのが
よい。

【００９２】シランカップリング剤は、加水分解によ
り、下式の様にシラノール基を生成する（式中、Ｒは置
換基である）。 （ＣＨ₃Ｏ）₃ＳｉＣ₃Ｈ₆Ｒ＋３Ｈ₂Ｏ＝（ＨＯ）₃ＳｉＣ
₃Ｈ₆Ｒ＋３ＣＨ₃ＯＨ （Ｃ₂Ｈ₅Ｏ）₃ＳｉＣ₃Ｈ₆Ｒ＋３Ｈ₂Ｏ＝（ＨＯ）₃Ｓｉ
Ｃ₃Ｈ₆Ｒ＋３Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ

【００９３】生成したシラノール基は、光通信部品（特
に、ガラス製光通信部品）表面およびＳｉを主体とした
担持体のグルーブ表面の酸素原子と水素結合する。一
方、上式Ｒで示される置換基としては、紫外線硬化型樹
脂とのなじみが良いものを選択する。このようにするこ
とで、これら加水分解したシランカップリング剤は、Ｓ
ｉを主体とした担持体と紫外線硬化型樹脂等といった、
水と油の関係にある材料の仲介をなす重要な役割を果た
すため、両者を強固に接着させることができる。

【００９４】また、上述したように、加水分解したシラ
ンカップリング剤を配した光学部品表面および担持体の
グルーブ表面には、シラノール基が存在する。これを加
熱処理することにより、加水分解したシランカップリン
グ剤のシラノール間で脱水縮合反応が下式の様に進行
し、シランカップリング剤がより強固に、ガラス製部品
表面およびＳｉを主体とした担持体のグルーブ表面に化
学吸着する（−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−結合が生成）。この
後、紫外線硬化型樹脂で両者を接着すれば、より強固に
光通信部品をＳｉを主体とした担持体のグルーブ上に固
定できる。

【００９５】−ＳｉＯＨ＋（ＨＯ）₃ＳｉＣ₃Ｈ₆Ｒ＝−
Ｓｉ-Ｏ-Ｓｉ(ＯＨ)₂Ｃ₃Ｈ₆Ｒ＋Ｈ₂Ｏ （式中、Ｒは置換基である。）

【００９６】ここで、本発明で使用することができるシ
ランカップリング剤としては、Ｒがビニル基の場合は、
例えば、ビニルトリメトシキシラン、ビニルトリエトキ
シシランビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン
等が挙げられる。Ｒがエポキシ基の場合は、例えば、β
−（３，４−エボキシシクロヘキシル）エチルトリメト
キシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、
γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等が
挙げられる。Ｒがメタクリロキシ基の場合は、例えば、
γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、
γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−
メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−
メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げら
れる。Ｒがアミノ基の場合は、例えば、Ｎ−β（アミノ
エチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、
Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキ
シシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピル
トリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシ
シラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−
フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が
挙げられる。

【００９７】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００９８】（実施例１）外径１ｍｍ、長さ２ｍｍのガ
ラス製光学レンズの端面上に、カーボン膜をスパッタ法
により１０ｎｍ成膜した。その後、無電解Ｎｉメッキ浴
にガラス製光学レンズを浸漬した。この操作により、ガ
ラス製光学レンズの側面のみにＮｉＰがメッキされた。
引き続いて、ガラス製光学レンズを置換型無電解Ａｕメ
ッキ浴に浸漬し、ＮｉＰ上にＡｕをメッキした。

【００９９】厚さ１．５ｍｍで（１００）面のＳｉウェ
ハに異方性エッチングを適用し、幅１０００μｍ、深さ
５００μｍ、長さ５ｍｍの台形溝を形成した。その後、
無電解Ｎｉメッキ浴にＳｉＯＢを浸漬した。この操作に
より、ＳｉＯＢ表面にＮｉＰがメッキされた。引き続い
て、ＳｉＯＢを置換型無電解Ａｕメッキ浴に浸漬し、Ｎ
ｉＰ上にＡｕメッキした。この後、ＳｉＯＢ上にＮｉＰ
／Ａｕでメタライズされたガラス製光学レンズを載せ、
ハンダにより両者を接着固定した。

【０１００】（実施例２）外径１ｍｍ、長さ２ｍｍのガ
ラス製光学レンズの端面上を、ＣＦ₄のガスプラズマで
処理した以外は、実施例１と同様にして、ガラス製光学
レンズの側面のみをメッキした。実施例１と同様にし
て、ＳｉＯＢ表面にＮｉＰ／Ａｕメッキした後、ＳｉＯ
Ｂ上にＮｉＰ／Ａｕでメタライズされたガラス製光学レ
ンズを載せ、ハンダにより両者を接着固定した。

【０１０１】（比較例１）厚さ１．５ｍｍで（１００）
面のＳｉウエハにＫＯＨによる異方性エッチングを適用
し、幅１０００μｍ、深さ５００μｍ、長さ５ｍｍの台
形溝を形成した。このＳｉＯＢ上に外径１ｍｍ、長さ２
ｍｍのガラス製光学レンズを載せ、波長３６５ｎｍの紫
外線を照射し、紫外線硬化型樹脂で両者を接着した。

【０１０２】（評 価）実施例１〜２および比較例１で
得られたＳｉＯＢと、ＳｉＯＢ上のガラス製光学レンズ
との接着強度を測定した結果を１に示す。試験は、Ｓｉ
ＯＢを固定し、接着したガラス製光学レンズをバネ秤で
引っ張り、破断する強度を求めた。

【表１】

【０１０３】実施例１〜２および比較例１で得られたＳ
ｉＯＢの台形溝にガラス製光学レンズを接着固定させた
試料を、８５℃、９０％ＲＨの環境に１週間保存した。
実施例１〜２ではガラス製光学レンズの脱離は発生しな
かったが、比較例１の試料では、ガラス製光学レンズが
ＳｉＯＢの台形溝から脱離していた。

【０１０４】実施例１〜２および比較例１で得られたＳ
ｉＯＢの台形溝にガラス製光学レンズを接着固定させた
試料に、８５℃（２時間）／−４０℃（２時間）のヒー
トサイクル試験を１０回行った。実施例１〜２ではガラ
ス製光学レンズの脱離は発生しなかったが、比較例１の
試料では、ガラス製光学レンズがＳｉＯＢの台形溝から
脱離していた。

【０１０５】（実施例３）厚さ１ｍｍで（１００）面の
ＳｉウエハにＫＯＨによる異方性エッチングを適用し、
幅１４５μｍ、深さ１０２μｍ、長さ１０ｍｍのＶ溝を
形成した。ワイヤーストリッパーを用い、直径１２５μ
ｍの光フアイバー芯線を長さ３ｃｍ露出させた。イソプ
ロピルアルコールにγ−グリシドキシプロピルトリメト
キシシランを溶解し、この溶液中に、ＳｉのＶ溝と光フ
ァイバー芯線を浸漬させた後、溶液から取り出してイソ
プロピルアルコールを蒸発乾燥させた。次に、ＳｉのＶ
溝に光ファイバー芯線を載せ、この上に紫外線硬化型樹
脂を塗布し、波長３６５ｎｍの紫外線を照射して、光フ
ァイバーをＳｉのＶ溝に接着固定させた。

【０１０６】（比較例２）厚さ１ｍｍで（１００）面の
ＳｉウエハにＫＯＨによる異方性エッチングを適用し、
幅１４５μｍ、深さ１０２μｍ、長さ１０ｍｍのＶ溝を
形成した。ワイヤ−ストリッパーを用い、直径１２５μ
ｍの光ファイバー芯線を長さ３ｃｍ露出させた。次にＳ
ｉのＶ溝に光ファイバー芯線を載せ、この上に紫外線硬
化型樹脂を塗布し、波長３６５ｎｍの紫外線を照射し
て、光ファイバーをＳｉのＶ溝に接着固定させた。

【０１０７】（評 価）実施例３および比較例２で得ら
れたＳｉのＶ溝に光ファイバーを接着固定させた試料の
接着力を調べた結果を表２に示す。試験はＳｉのＶ溝を
固定し、接着した光ファイバーをバネ秤で引っ張り、破
断する強度を求めた。

【０１０８】

【表２】

【０１０９】表２から明らかなように、表面処理を行っ
ていない比較例２に比べて、実施例３では光ファイバー
の接着強度が向上している。

【０１１０】実施例３および比較例２で得られたＳｉの
Ｖ溝に光ファイバーを接着固定させた試料を、８５℃、
９０％ＲＨの環境に１週間保存した。実施例３では光フ
ァイバーの脱離は発生しなかったが、比較例２の試料で
は、光ファイバーがＳｉのＶ溝から脱離していた。

【０１１１】実施例３および比較例２で得られたＳｉの
Ｖ溝に光ファイバーを接着固定させた試料に、８５℃
（２時間）／−４０℃（２時間）のヒートサイクル試験
を１０回行った。実施例３では光ファイバーの脱離は発
生しなかったが、比較例２の試料では、光ファイバーが
ＳｉのＶ溝から脱離していた。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の光通信部品
によれば、ファイバで伝送された光を効率よく装置内の
導波路に入射させることができ、かつ入射光を装置内に
形成された導波路を通して効率良くＰＤ等の受光素子に
伝送できるとともに、各基板を立体的配置可能であるた
め、コンパクトな光通信モジュールを実現できる。ま
た、外面に金属層を設けることで、ＬＤ等が発する熱を
効率的に放熱することができるとともに、基板の割れや
歪み等を防止することができる。

【０１１３】また、発明の光通信用レンズによれば、板
を介して該板両面にレンズ凸面が一体形成することによ
り、焦点スポット径が小さくかつ焦点距離が短いコンパ
クトなレンズを実現できる。また、レンズ部以外をメッ
キすることにより、スポットハンダ溶接が可能になると
ともに、ＡＲ膜を一括成膜できるため、膜付けが容易で
ある。

【０１１４】また、発明の光学ベンチによれば、ファイ
バを実装するためのＶ溝と、これに交差する微細溝（接
着用溝）が形成されているため、ファイバの浮きや光軸
ずれを防止することができる。また、Ｖ溝部表面に金属
膜が形成されているため、レンズやファイバ等の光通信
部品を、光透過性を損なうことなくハンダ付けすること
ができる。

【０１１５】また、本発明の積層型光通信モジュールに
よれば、密着積層構造を有するため、モジュール板の薄
型化が図れるとともに、モジュール内に光屈曲部を設け
ることで立体回路を形成することが可能となり、光通信
モジュールのコンパクト化を実現できる。

【０１１６】また、本発明の他の光通信部品によれば、
光導波端面がカーボン等で被覆されているため端面の表
面エネルギーが低い。そのため、光導波性能を害するこ
となく、側面のみをメッキすることができる。よって、
ハンダ付け等により、簡単にしかも強固に光学ベンチに
接着固定することができ、耐久性に優れた光通信部品を
実現できる。

【０１１７】さらに、本発明の積層型光通信モジュール
の製造方法によれば、積層型光通信モジュールの基板内
部に形成された複雑な形状の空洞に簡単にメッキを施す
ことができ、かつ光透過性媒質を充填することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】積層型光通信モジュールの一例を示す外観斜視
図である

【図２】積層型光通信モジュールの一例の断面模式図で
ある。

【図３】第１段目の基板に形成されたＶ溝と接着用溝の
一例を示す外観斜視図である

【図４】導波路と回折格子が形成された第１段目の基板
の外観斜視図である。

【図５】第１段目の基板の導波路と回折格子を示す部分
拡大図である。

【図６】第１段目の基板に形成された導波路のＡ−Ａ'
断面図である。

【図７】第１段目の基板に形成された導波路の終端部拡
大図である。

【図８】第１段目の基板に形成された導波路の屈曲部拡
大図である。

【図９】ＬＤを搭載した積層型光通信モジュールの一例
を示す外観斜視図である

【図１０】ＬＤを搭載した積層型光通信モジュールの一
例の断面模式図である。

【図１１】導波路と回折格子が形成された第１段目の基
板（プラスチック基板）の外観斜視図である。

【図１２】第１段目の基板（プラスチック基板）の導波
路と回折格子を示す部分拡大図である。

【図１３】第段目の基板（プラスチック基板）に形成さ
れた導波路のＡ−Ａ'断面図である。

【図１４】第２段目の基板の外観斜視図である。

【図１５】第１段目の基板からの光を第２段目の基板に
入射させる入射部の拡大図である。

【図１６】第２段目の基板に形成された導波路のＢ−
Ｂ'断面図である。

【図１７】第２段目の基板の終端部のＣ−Ｃ'断面拡大
図である。

【図１８】ファイバおよび結合レンズ固定用のＶ溝およ
び台形溝を示す平面図である。

【図１９】基板にファイバおよびマイクロレンズアレイ
が固定された状態の一例を示す平面図である。

【図２０】基板にファイバおよびマイクロレンズアレイ
が固定された状態の一例を示す断面図である。

【図２１】第３段目の基板にファイバおよび結合レンズ
が搭載された状態を示す外観斜視図である。

【符号の説明】

１１、１１０ 第１段目の基板または光学ベンチ １２ Ｖ溝 １３ 微細溝（接着用溝） １４ ファイバ １５ 結合レンズ １６ 台形溝 １７ 固定用溝 ２１、２１０ 第１段目の基板（第一の基板） ２２ レーザーダイオード（ＬＤ） ２６ 水平導波路 ２７ 金属膜 ２８ 垂直導波部 ２９ テーパー ３１、３１０ 第２段目の基板（第一の基板または第二
の基板） ３２ 水平導波路 ３３ 金属膜 ３４ テーパー ３５ 垂直導波部 ４１、４１０ 第３段目の基板（第二の基板） ４２ 垂直導波部 ４３ 金属膜 ５１ フォトダイオード（ＰＤ） ５２ 配線パターン ５３ ＬＳＩ １０１ 金属板 １０２ マイクロレンズアレイ形成用基板 １０３ シリコンマイクロレンズアレイ １０４ 回折格子

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年８月６日（２００２．８．６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】すなわち、本発明は、基板を密着積層して
内部に少なくとも一端が外部光路に連通する空洞を形成
し、前記空洞の壁面を反射膜で被覆し、前記空洞内で光
を伝送する導波路を有することを特徴とする光通信部品
を提供するものである。本構成により光路を急屈曲でき
るため、部品の小型化を図ることができる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】また、本発明の光通信部品においては、前
記基板に金属よりなる裏打ち層を積層することが好まし
い。本構成により基板に蓄積された熱を金属層を介して
放熱することで基板を冷却できるとともに、基板に靭性
が付与されるため割れ難くなる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】また、本発明は、少なくとも第一の基板と
第二の基板とが直接に密着積層された構成を有し、前記
第一の基板は内部に水平光路を形成する水平導波路と、
前記水平導波路の端部に位置し光路をほぼ垂直に曲げる
光屈曲部と、前記光屈曲部に続き、かつ厚み方向表面に
続く第一の垂直導波部とが、各々空洞により形成されて
おり、前記第二の基板は、前記第一の基板上に積層され
るとともに前記第一の垂直導波部の前記第一の基板表面
への露出部分に対向する位置に、表面から厚み方向内部
に続く第二の垂直導波部が空洞により形成されており、
前記各空洞の壁面が反射膜で被覆され、前記第一の基板
と前記第二の基板で構成された積層体の内部に第一の基
板内の水平光路と、前記第一の基板内から前記第二の基
板内に厚み方向に貫通した垂直光路とが形成されたこと
を特徴とする立体光路を内蔵する積層型光通信モジュー
ルを提供するものである。このように密着積層すること
により板の薄型化が図れる。また、モジュール内に光屈
曲部を設けることで立体回路を形成することが可能とな
り、光通信モジュールのコンパクト化を実現できる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１３

【補正方法】削除

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１４

【補正方法】削除

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１６

【補正方法】削除

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１７

【補正方法】削除

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三瓶 哲彦 大阪府茨木市丑寅１丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内 (72)発明者 酒本 章人 大阪府茨木市丑寅１丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA03 KB08 LA09 MA05 MA07 PA02 PA15 PA24 PA28 QA05 RA08 TA05 TA41

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板内部に少なくとも一端が外部光路に
   連通する空洞を形成し、前記空洞の壁面を反射膜で被覆
   した導波路を有することを特徴とする光通信部品。
2. 【請求項２】 基板内部に少なくとも一端が外部に連通
   する空洞を形成して導波路を構成した光通信部品におい
   て、前記基板に金属よりなる裏打ち層を積層したことを
   特徴とする光通信部品。
3. 【請求項３】 第一と第二のレンズ面と、側面周囲部と
   から構成される光通信用レンズにおいて、前記側面周囲
   部にのみ金属膜を形成したことを特徴とする光通信用レ
   ンズ。
4. 【請求項４】 透明板の両面に一対のレンズ凸面を構成
   したことを特徴とする光通信用レンズ。
5. 【請求項５】 基板上にファイバを実装するためのＶ溝
   が施され、さらに前記Ｖ溝に交差する微細溝が前記Ｖ溝
   部表面の少なくとも一部に形成されていることを特徴と
   する光学ベンチ。
6. 【請求項６】 基板上にＶ溝が施され、さらに前記Ｖ溝
   部表面に金属膜が形成されていることを特徴とする光学
   ベンチ。
7. 【請求項７】 少なくとも第一の基板と第二の基板とが
   直接に密着積層された構成を有し、前記第一の基板は内
   部に水平導波路と、前記水平導波路の端部に位置し光路
   をほぼ垂直に曲げる反射鏡を配した光屈曲部と、前記光
   屈曲部に続き、かつ厚み方向表面に続く第一の垂直導波
   部とが空洞により形成されており、前記第二の基板は、
   前記第一の基板上に積層されるとともに前記第一の垂直
   導波部の基板表面への露出部分に対向する位置に、前記
   表面から厚み方向内部に続く第二の垂直導波部を空洞に
   より形成されており、前記第一の基板と前記第二の基板
   で構成された積層体の内部に前記第一の基板内から前記
   第二の基板内に厚み方向に貫通した空洞により垂直光路
   が形成されたことを特徴とする立体光路を内蔵する積層
   型光通信モジュール。
8. 【請求項８】 光導波端面がカーボンまたはフッ素化カ
   ーボンで被覆されていることを特徴とする光通信部品。
9. 【請求項９】 少なくとも第一の基板と第二の基板とを
   密着積層することにより基板内部に少なくとも一端が外
   部光路に連通する空洞を形成し、前記空洞にメッキ液を
   充填した後空洞から水分を追い出し、該空洞に紫外線硬
   化性樹脂を充填し紫外線により硬化することを特徴とす
   る積層型光通信モジュールの製造方法。