JP2004295049A

JP2004295049A - 光モジュール及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004295049A
Application number: JP2003091050A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Honma; 章浩本間
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】光ファイバを基板に固定するときに光ファイバをその光軸方向へ自動的に位置決めすることができる光モジュール及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】シリコン基板５に光ファイバ３を支持するＶ溝５１を形成する。Ｖ溝５１の２箇所に溝側メタル層５７，５８を形成する。光ファイバ３の外周面の２箇所に溝側メタル層５７，５８に対向する光ファイバ側メタル層３１，３２を形成する。光ファイバ側メタル層３１，３２にはんだ層を形成する。リフローはんだ付けにより、はんだ層によって溝側メタル層５７，５８に光ファイバ側メタル層３１，３２をはんだ付けする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光ファイバが基板に形成された溝で支持され、溝の一端側に光回路素子が配置される光モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光モジュールとして、２対のＶ字状の面を有し、光導波路が形成される基板と、２対のＶ字状の面に接着された光ファイバとを備えるものがある（下記特許文献１参照）。
【０００３】
この光モジュールを製造するには、まず、基板を異方性エッチングすることにより２対のＶ字状の面を形成し、次に、２対のＶ字状の面に光ファイバを位置決めし、その後、光学接着材等を用いて光ファイバを基板に接着する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３５９４８号公報（段落００１３、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光モジュールでは、光ファイバを基板に接着するときに、光ファイバはＶ字状の面によって光ファイバの径方向へ自動的に位置決めされるが、光ファイバの光軸方向へは自動的に位置決めされない。
【０００６】
このため、従来、通常、光ファイバをその光軸方向へ位置決めしてから光ファイバを基板に接着していた。
【０００７】
ところが、光軸方向の位置決めは位置決め装置を用いて行われ、その作業が煩雑であった。
【０００８】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は光ファイバを基板に固定するときに光ファイバをその光軸方向へ自動的に位置決めすることができる光モジュール及びその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため請求項１の発明の光モジュールは、光ファイバが基板に形成された溝で支持され、前記溝の一端側に光回路素子が配置される光モジュールにおいて、前記溝の一部に溝側メタル層が形成され、前記光ファイバの一部に光ファイバ側メタル層が形成され、前記溝側メタル層に前記光ファイバ側メタル層がはんだ付けされていることを特徴とする。
【００１０】
上述のように基板の溝の一部に溝側メタル層が形成され、光ファイバの一部に光ファイバ側メタル層が形成されているので、溝側メタル層に光ファイバ側メタル層をはんだ付けするときに、溶融したはんだの表面張力によって光ファイバがその光軸方向へ自動的に位置決めされる。
【００１１】
請求項２の発明の光モジュールは、請求項１記載の光モジュールにおいて、前記基板がシリコンで形成され、前記溝がＶ溝であることを特徴とする。
【００１２】
上述のように溝がＶ溝であるので、溝側メタル層に光ファイバ側メタル層をはんだ付けするときに、Ｖ溝によって光ファイバがその径方向へ自動的に位置決めされる。
【００１３】
請求項３の発明の光モジュールの製造方法は、基板と、この基板に形成された溝にはんだ付けされる光ファイバとを備えた光モジュールの製造方法において、前記溝の一部に溝側メタル層を形成する溝側メタル層形成工程と、前記光ファイバの一部に光ファイバ側メタル層を形成する光ファイバ側メタル層形成工程と、前記溝側メタル層及び前記光ファイバ側メタル層の少なくとも一方にはんだ層を形成するはんだ層形成工程と、前記溝側メタル層に前記光ファイバ側メタル層の少なくとも一部が重なるように前記光ファイバを前記溝に配置する光ファイバ配置工程と、前記光ファイバ配置工程の後、前記はんだ層を溶融させるはんだ溶融工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
上述のように溝側メタル層形成工程と光ファイバ側メタル層形成工程とはんだ層形成工程と光ファイバ配置工程とを経た後にはんだ溶融工程が行われるので、はんだ溶融工程時に、溶融したはんだ層の表面張力によって光ファイバがその光軸方向へ自動的に位置決めされる。
【００１５】
請求項４の発明の光モジュールの製造方法は、基板と、この基板に形成された溝にはんだ付けされる光ファイバとを備えた光モジュールの製造方法において、前記溝の一部に溝側メタル層を形成する溝側メタル層形成工程と、前記光ファイバの一部に光ファイバ側メタル層を形成する光ファイバ側メタル層形成工程と、前記溝側メタル層にはんだ片を置くはんだ片配置工程と、前記はんだ片配置工程の後、前記溝側メタル層に前記光ファイバ側メタル層の少なくとも一部が重なるように前記光ファイバを前記溝に配置する光ファイバ配置工程と、前記光ファイバ配置工程の後、前記溝側メタル層と前記光ファイバ側メタル層との間に位置する前記はんだ片を溶融させるはんだ溶融工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
上述のように溝側メタル層形成工程と光ファイバ側メタル層形成工程とはんだ片配置工程と光ファイバ配置工程とを経た後にはんだ溶融工程が行われるので、はんだ溶融工程時に、溶融したはんだ片の表面張力によって光ファイバがその光軸方向へ自動的に位置決めされる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１はこの発明の一実施形態に係る光モジュールの組立前の状態を示す斜視図、図２はその光モジュールの組立後の状態を示す斜視図である。
【００１９】
この光モジュールは光ファイバ３とシリコン基板（基板）５とレーザ発光ダイオード（光回路素子）７とを備えている。
【００２０】
光ファイバ３の外周面の２箇所には光ファイバ側メタル層３１，３２が形成されている。光ファイバ３の長手方向ａにおける光ファイバ側メタル層３１の長さと光ファイバ側メタル層３２の長さとは同じである。光ファイバ側メタル層３１，３２にはそれぞれはんだ層（図示せず）が形成されている。このはんだ層は金の層とすずの層とが交互に積層された多層構造を有する。
【００２１】
シリコン基板５にはＶ溝５１が形成されている。Ｖ溝５１はシリコン基板５の一端面５２の近傍から他端面５３に達している。
【００２２】
また、シリコン基板５の一端部にははんだ付け部５４（図１０参照）及び導体パターン５５，５６が形成されている。
【００２３】
Ｖ溝５１の２箇所には溝側メタル層５７，５８が形成されている。Ｖ溝５１の長手方向ｂにおける溝側メタル層５７の長さと溝側メタル層５８の長さとは同じである。更に、溝側メタル層５７，５８の長さは光ファイバ側メタル層３１，３２の長さに等しい。溝側メタル層５７，５８は光ファイバ３がＶ溝５１内に正しく位置決めされたときにそれぞれ光ファイバ側メタル層３１，３２と完全に重なる。
【００２４】
レーザ発光ダイオード７ははんだ付け部５４にはんだ付けされ、導体パターン５５，５６に電気的に接続される。
【００２５】
図３〜図１３は図１に示す光モジュールの製造過程を示し、図３は光ファイバ側メタル層を形成するときに用いられる治工具を示し、同図（ａ）は治工具の平面図、同図（ｂ）は治工具の正面図、図４は光ファイバを配置した状態の治工具の平面図、図５は全体をフォトレジストで覆った状態の治工具の平面図、図６は光ファイバ側メタル層を形成した後にフォトレジストを取り除いた状態の治工具の平面図、図７はＶ溝を形成する前の状態のシリコン基板の平面図、図８はＶ溝を形成した後の状態のシリコン基板の平面図、図９はフォトレジストで覆った状態のシリコン基板の平面図、図１０は基板側メタル層を形成した後にフォトレジストを取り除いた状態のシリコン基板の平面図、図１１はＶ溝に光ファイバを配置した状態のシリコン基板を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は縦断面図、図１２ははんだ付け工程時のシリコン基板の縦断面図、図１３ははんだが固まった状態のシリコン基板の縦断面図である。
【００２６】
図３〜図１３に基づいて光モジュールの製造方法について説明する。
【００２７】
まず、図３に示す治工具２０を用意する。治工具２０はＶ溝２１とストッパ部２２と位置決め用凹部２３とを有する。
【００２８】
次に、図４に示すように、Ｖ溝２１に光ファイバ３を配置し、光ファイバ３の一端面をストッパ部２２に突き当て、光ファイバ３を位置決めする。
【００２９】
その後、図５に示すように、光ファイバ３を配置した治工具２０の表面にレジスト１１を塗布する。そして、フォトリソグラフィ工程、現像工程を経てフォトレジスト１１の所定位置に開口１１ａ，１１ｂを形成する。
【００３０】
次に、治工具２０に対して蒸着或いはスパッタリング等を行い、開口１１ａ，１１ｂを通じて光ファイバ３の表面にメタル層を形成し（光ファイバ側メタル層形成工程）、更にその上にはんだ層を形成する（はんだ層形成工程）。
【００３１】
その後、リフトオフ工程でフォトレジスト１１を除去する。
【００３２】
以上の工程を経て、図６に示すように、はんだ層（図示せず）で覆われた光ファイバ側メタル層３１，３２が光ファイバ３に形成される。
【００３３】
次に、シリコン基板５の加工について説明する。
【００３４】
まず、図７に示すシリコン基板５を用意し、シリコン基板５の上面全体に保護膜（図示せず）を形成する。
【００３５】
次に、保護膜の一部を除去してシリコン基板５の上面の一部を帯状に露出させ、図８に示すように、シリコン基板５をアルカリ溶液で異方性エッチングしてＶ溝５１を形成する。
【００３６】
その後、図９に示すように、Ｖ溝５１が形成されたシリコン基板５の表面にフォトレジスト１２を塗布する。その後、シリコン基板５にフォトリソグラフィ工程、現像工程を経てフォトレジスト１２の所定位置に開口１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅを形成する。
【００３７】
次に、シリコン基板５に対して蒸着或いはスパッタリング等を行い、開口１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅを通じてシリコン基板５の表面にメタル層を形成する（溝側メタル層形成工程）。
その後、リフトオフ工程にによりフォトレジスト１２を除去する。
【００３８】
以上の工程を経て、図１０に示すように、はんだ付け部５４、導体パターン５５，５６及び溝側メタル層５７，５８がシリコン基板５に形成される。
【００３９】
次に、図１１に示すように、光ファイバ側メタル層３１，３２がそれぞれ溝側メタル層５７，５８の上に重なるようにシリコン基板５のＶ溝５１内に光ファイバ３を配置する（光ファイバ配置工程）。このとき光ファイバ側メタル層３１，３２が溝側メタル層５７，５８に対して少しずれても構わない。
【００４０】
その後、オーブン等で光ファイバ３及びシリコン基板５をはんだ層の溶融温度以上に加熱する（はんだ溶融工程）。すると、Ｖ溝５１ｂによって光ファイバ３がその径方向へ自動的に位置決めされ、更に、図１２中の矢印で示すように、溶融したはんだの表面張力により光ファイバ３がその光軸方向へ自動的に位置決めされる。
【００４１】
このように、溶融したはんだによっていわゆるセルフアライメント効果が生じ、光ファイバ３が自動的に位置決めされたら、光ファイバ３及びシリコン基板５の加熱を止め、光ファイバ３及びシリコン基板５を冷却する。すると、図１３に示すように、光ファイバ３はその径方向及び光軸方向へ正確に位置決めされた状態でシリコン基板５にはんだ付けされる。
【００４２】
図１１〜１３において、レーザ発光ダイオード７が示されていないが、レーザ発光ダイオード７は光ファイバ３とともにシリコン基板５にはんだ付けされる。
【００４３】
以上のように、この実施形態によれば、光ファイバ３をシリコン基板５に固定するときに光ファイバ３をその径方向および光軸方向へ自動的に正確に位置決めすることができる。
【００４４】
なお、この実施形態では基板としてシリコン基板５が用いられているが、基板はシリコン基板に限られず、ＧａＡｓ基板等でもよい。
【００４５】
また、シリコン基板５にはＶ溝５１が形成されているが、溝としてはＶ溝５１に限られず、光ファイバ３を２箇所で支持できる溝であればよい。これに対し、光ファイバ３を２箇所で支持できない溝、例えば、Ｕ字形等の溝では、光軸方向のみセルフアライメント機能が働く。
【００４６】
なお、この実施形態では、光ファイバ側メタル層３１，３２にはんだ層を積層したが、はんだ層を溝側メタル層５７，５８の方に積層してもよく、また、光ファイバ側メタル層３１，３２及び溝側メタル層５７，５８の両方にはんだ層を積層してもよい。更に、光ファイバ側メタル層３１，３２及び溝側メタル層５７，５８の両方にはんだ層を積層せず、光ファイバ側メタル層３１，３２と溝側メタル層５７，５８との間にはんだ片（はんだで形成された薄いチップ）を配置（はんだ片配置工程）するようにしてもよい。
【００４７】
また、この実施形態では、光回路素子としてレーザ発光ダイオード７が用いられているが、光回路素子としてはレーザ発光ダイオード以外のものでもよい。
【００４８】
なお、この実施形態では、光ファイバ側メタル層３１，３２及び溝側メタル層５７，５８は単層構造であるが、光ファイバ側メタル層３１，３２及び溝側メタル層５７，５８を多層構造にしてもよい。
【００４９】
また、この実施形態では、はんだ層は多層構造であるが、単層構造でもよい。
【００５０】
なお、この実施形態では、光ファイバ側メタル層３１，３２の長さと溝側メタル層５７，５８の長さとを同じにしたが、必ずしもこのように構成する必要はなく、光ファイバ側メタル層３１，３２の長手方向の中間点と溝側メタル層５７，５８の長手方向の中間点とが一致したときに光ファイバ３が正しい位置にあるならば、光ファイバ側メタル層３１，３２の長さと溝側メタル層５７，５８の長さとが多少異なっていても構わない。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明の光モジュールによれば、光ファイバを基板にはんだ付けするときに、溶融したはんだの表面張力によって光ファイバをその光軸方向へ自動的に位置決めすることができる。
【００５２】
請求項２の発明の光モジュールによれば、光ファイバを基板にはんだ付けするときに、溶融したはんだの表面張力によって光ファイバをその光軸方向へ自動的に位置決めすることができ、更に、Ｖ溝によって光ファイバをその径方向へ自動的に位置決めすることができる。
【００５３】
請求項３の発明の光モジュールの製造方法によれば、はんだ層を溶融させるはんだ溶融工程時に、溶融したはんだ層の表面張力によって光ファイバをその光軸方向へ自動的に位置決めすることができる。
【００５４】
請求項４の発明の光モジュールの製造方法によれば、溝側メタル層と光ファイバ側メタル層との間に位置するはんだ片を溶融させるはんだ溶融工程時に、溶融したはんだ片の表面張力によって光ファイバをその光軸方向へ自動的に位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の一実施形態に係る光モジュールの組立前の状態を示す斜視図である。
【図２】図２はその光モジュールの組立後の状態を示す斜視図である。
【図３】図３は光ファイバ側メタル層を形成するときに用いられる治工具を示し、同図（ａ）は治工具の平面図、同図（ｂ）は治工具の正面図である。
【図４】図４は光ファイバを配置した状態の治工具の平面図である。
【図５】図５は全体をフォトレジストで覆った状態の治工具の平面図である。
【図６】図６は光ファイバ側メタル層を形成した後にフォトレジストを取り除いた状態の治工具の平面図である。
【図７】図７はＶ溝を形成する前の状態のシリコン基板の平面図である。
【図８】図８はＶ溝を形成した後の状態のシリコン基板の平面図である。
【図９】図９はフォトレジストで覆った状態のシリコン基板の平面図である。
【図１０】図１０は基板側メタル層を形成した後にフォトレジストを取り除いた状態のシリコン基板の平面図である。
【図１１】図１１はＶ溝に光ファイバを配置した状態のシリコン基板を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は縦断面図である。
【図１２】図１２ははんだ付け工程時のシリコン基板の縦断面図である。
【図１３】図１３ははんだが固まった状態のシリコン基板の縦断面図である。
【符号の説明】
３光ファイバ
５シリコン基板
３１，３２光ファイバ側メタル層
５１Ｖ溝
５７，５８溝側メタル層

Claims

光ファイバが基板に形成された溝で支持され、前記溝の一端側に光回路素子が配置される光モジュールにおいて、
前記溝の一部に溝側メタル層が形成され、
前記光ファイバの一部に光ファイバ側メタル層が形成され、
前記溝側メタル層に前記光ファイバ側メタル層がはんだ付けされていることを特徴とする光モジュール。
前記基板がシリコンで形成され、前記溝がＶ溝であることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
基板と、この基板に形成された溝にはんだ付けされる光ファイバとを備えた光モジュールの製造方法において、
前記溝の一部に溝側メタル層を形成する溝側メタル層形成工程と、
前記光ファイバの一部に光ファイバ側メタル層を形成する光ファイバ側メタル層形成工程と、
前記溝側メタル層及び前記光ファイバ側メタル層の少なくとも一方にはんだ層を形成するはんだ層形成工程と、
前記溝側メタル層に前記光ファイバ側メタル層の少なくとも一部が重なるように前記光ファイバを前記溝に配置する光ファイバ配置工程と、
前記光ファイバ配置工程の後、前記はんだ層を溶融させるはんだ溶融工程とを含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。
基板と、この基板に形成された溝にはんだ付けされる光ファイバとを備えた光モジュールの製造方法において、
前記溝の一部に溝側メタル層を形成する溝側メタル層形成工程と、
前記光ファイバの一部に光ファイバ側メタル層を形成する光ファイバ側メタル層形成工程と、
前記溝側メタル層にはんだ片を置くはんだ片配置工程と、
前記はんだ片配置工程の後、前記溝側メタル層に前記光ファイバ側メタル層の少なくとも一部が重なるように前記光ファイバを前記溝に配置する光ファイバ配置工程と、
前記光ファイバ配置工程の後、前記溝側メタル層と前記光ファイバ側メタル層との間に位置する前記はんだ片を溶融させるはんだ溶融工程とを含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。