JP2664214B2 - フアイバ・アレイの整合法 - Google Patents

フアイバ・アレイの整合法

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    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11—Manufacturing methods

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、１個または複数個の光学素子を、それは主
として光フアイバであるが、１個または複数個のブロツ
ク体または材料体の中に配置された１個または複数個の
光学部品のアレイと、整合させる方法に関するものであ
る。
本発明において、前記光学部品は、レーザ・ダイオー
ドのような光送信部品、フオトダイオードのような受光
部品、または、材料ブロツク体、例えば、プラスチツク
絶縁体材料のブロツク体、の中に配置された導電ストリ
ツプのような光学部品または光導波部品を包含してい
る。
本発明において、前記光学素子は光フアイバのような
光導波素子を包含している。この光学素子は光導波器
や、前記の光学部品という用語の範囲内に入るすべての
装置をまた含む。
［従来の技術］ 光フアイバの端部と光学部品との間の光結合を効率的
に行なうために、分離した光フアイバのアレイとそれぞ
れの光学部品とを整合させることが、従来からの問題点
であつた。１つの先行技術による方法では、シリコンの
基板の上の予め定められた位置に光フアイバを配置し、
そして次に光学部品を有する１個または複数個のブロツ
ク体を配置し、そのさいの光フアイバとの整合は配置工
程の中で手動で行ない、一方その時同時に、適当な接着
剤を用いて１個または複数個の前記ブロツク体を基板に
接着する。このようにして行なう整合法の問題点は、そ
の工程が時間のかかる工程であることと、複雑でかつ高
度の熟練を要する工程であることである。
この問題点を解決するために、本発明は、集積回路チ
ツプを基板の上に接続しかつ整合させる技術としてよく
知られている、制御された再溶解固化チップ接合法（CC
RCB,controlled collapse reflow chip bonding）を利
用する。
この方法は、チツプを基板の２次元平面の中に整合し
て配置させることで行なう。この整合法では、基板の表
面上とそれと対応するチツプの面上とに、指定された位
置に配置されたアレイの上に作成された、ハンダの盛り
上がり体のアレイを整合させて行なう。光学部品と光学
素子とを整合させるさいのこの方法による問題点は、本
発明では、CCRCB法で行なわれるハンダ体の寸法を精密
に制御することによつて、光学部品と光学素子の基板表
面に対する高さ位置を制御することにより解決される。
したがつて、本発明によつて得られるのは、１個また
は複数個の光学素子のアレイと１個または複数個のブロ
ツク体の中に配置された１個または複数個の光学部品と
を整合させる整合法であつて、 （イ） 前記光学素子を取り付けるための配置装置がそ
の上に作成されている基板をそなえる段階と、 （ロ） 前記基板の上にハンダ・パツドのアレイを作成
する段階と、前記段階において、前記ハンダ・パツドの
おのおのが予め定められた領域に配置されかつ前記ハン
ダ・パツドの前記予め定められた領域の周辺はハンダを
寄せつけない領域であり、 （ハ） １個または複数個の前記ブロツクの上にハンダ
・パツドのアレイを作成する段階と、前記段階におい
て、前記ハンダ・パツドのおのおのが予め定められた領
域に配置されかつ前記ハンダ・パツドの前記予め定めら
れた領域の周辺はハンダを寄せつけない領域であり、か
つ、１個または複数個の前記ブロツク体の上の前記ハン
ダ・パツドが前記基板の上の前記ハンダ・パツドと１対
１に対応し、 （ニ） 前記ハンダ・パツドの内のいくつかまたは全部
の上に制御された量のハンダを沈着する段階と、 （ホ） 前記光学素子を前記配置装置の中に配置する段
階と、および前記ハンダ・パツドのそれぞれの前記アレ
イにより１個または複数個の前記ブロツク体を前記基板
の上に整合して配置しかつ固定する段階と、前記段階に
おいて、前記制御された量のハンダが予め定められた寸
法のハンダ体を作りそれにより前記ブロツク体を前記基
板の表面内で整合させかつ前記基板の表面に垂直な方向
の高さ寸法の整合が得られて固定される、 の各段階を有する整合法が得られる。
したがつて、本発明により、光学部品を有する１個ま
たは複数個のブロツク体と光学素子（光フアイバ）と
を、基板の面内と高さ方向の寸法との両方において、整
合させることができる。それは、ハンダ・パツド上のハ
ンダ体の方法が精密に制御することができることを利用
して行なわれる。ハンダ・パツドの寸法はフオトリソグ
ラフ法によつて極めて精密に制御することができ、そし
てこれらのパツド上に沈着されたハンダ体の厚さは、フ
オトリソグラフ法によつて作成された精密な寸法のマス
クを用いた蒸着法によつて、制御することができる。こ
のように、基板の上のブロツク体の高さは、0.5μｍま
たはそれ以下の範囲内で、定めることができる。この0.
5μｍ以下の範囲の寸法は、光フアイバと光学部品との
光学的整合を得る目的のためには十分の寸法である。
これらのハンダ・パツドと電気的に接続された電気部
品を基板の中に作成することが可能であり、したがつて
また、光学部品の１個または複数個のブロツク体の中に
電気的に接続された電気部品を作成することが可能であ
る。
［実施例］ 本発明のいくつかの実施例を添付図面を参照して説明
する。
第１図において、基板２はシリコンの板で構成され
る。この基板の上に、精密な寸法を有しかつ精密に配置
されたハンダ・パツド４のアレイが作成される。このハ
ンダ・パツド４の作成はフオトリソグラフ法を用いて行
なわれる。これらのハンダ・パツド４は、蒸着法によ
り、精密に計量された量のハンダ６で被覆される。この
蒸着は、フオトリソグラフ法によつて作成された精密な
寸法をもつマスクを通して行なわれる。パツドのまわり
のシリコン表面はハンダを寄せつけない、すなわち、ハ
ンダを弾く。さらに、基板２の上にはＶ形溝８のアレイ
が作成される。このＶ形溝８は基板の１つの端部に達す
るように作成されている。このＶ形溝８の寸法は、その
中に光フアイバ10のアレイの端部が入る大きさを有す
る。一定の大きさの材料で作成される光学装置12はボー
ト（導波器）14をそなえた光学部品を有する。光学装置
の下側表面には、ハンダ・パツド４と同じ方法で作成さ
れ、かつ、パツド４と１対１に対応した、すなわち、パ
ツド４と整合して配置された、ハンダ・パツド16のアレ
イがある。
第１図において、装置を組み立てて光学結合を得るに
は、まずハンダ・パツドの２つのアレイを大体整合さ
せ、そしてこの組立体全体の温度をハンダ６が溶けるま
で上げる。ハンダが溶けると、その表面張力効果によ
り、２組のパツドは整合するであろう。溶けたハンダは
寸法が精密に定まつた液滴になり、基板面上の装置12の
高さは0.5μｍ以下の誤差で正確に定まるであろう。こ
の精度は、光フアイバ10と光学部品との間に正確な光結
合を得るのに十分の精度である。ハンダが冷えると、装
置12は基板にしつかりと固定される。
光フアイバ10は、基板２に光学装置が取り付けられる
前または後に、ハンダまたは他の適当な接着剤によつ
て、Ｖ形溝８の中に固定される。光フアイバ・コアと光
導波器との垂直方向の整合は、光フアイバ・コアの高さ
と光導波器12との高さが同じになるように、Ｖ形溝の最
初のリソグラフイを行なうことによつて、得られる。
第２図に示されているように、適当な材料で構成され
た基板20の表面の中に、エツチングによつて一連のＶ形
溝22が作成される。これらのＶ形溝22は、ハンダで濡れ
たパツド24のアレイとこれらのＶ形溝22とが精密に整合
するように、作成される。また同じフオトリソグラフ段
階によつてＶ形溝の端部26が精密に配置される。このＶ
形溝の端部26は光フアイバ28の端部となるものであつ
て、この端部26とパツド24との配置により、光フアイバ
と光学装置との間の最終的な間隔が定まる。光学装置30
は対応するハンダで濡れたパツドのアレイ32を有する。
Ｖ形溝基板20または光学装置のいずれかまたは両方に、
ハンダが蒸着またはスパツタリングにより付着される光
フアイバがＶ形溝の中に配置されて固定される。光フア
イバのＶ形溝へのこの取り付けは、基板に光学装置が取
り付けられる前に行なうこともできるし、または、光学
装置が取り付けられた後に行なうこともできる。図面に
示されているように、基板20が裏返しにされ、そしてハ
ンダが再溶解されて、フアイバ付き組立体の製造が完了
する。
第３図においては、適当な基板36の中に、２組のＶ形
溝34がエツチングによつて作成される。基板36と光学装
置40との上に、ハンダで濡れたパツド38がまた精密に配
置され、それにより最終的な整合が得られる。Ｖ形溝板
の上に、導電トラツク42がそなえられる。この導電トラ
ツクは、光学装置の電極の位置に対応した場所に、ハン
ダで濡れた領域44を有する。相互接続用のハンダを再溶
解しそして光フアイバをＶ形溝の中に挿入した後、外へ
出ている導電トラツク42に導線を接続することによつ
て、この装置の電極に電圧を加えることができる。従来
の集積技術により、トラツク42との電気的接続を利用し
て、基板36内にさらに電気部品を作成することができ
る。
第４図は第３図の組立体と同様の図面であるが、第３
図の組立体はハンダで接続されるトラツク42を有してい
るのに対し、第４図の組立体ではトラツクの端末はメツ
キされた穴46になつている。この穴により、脚部49を有
する適当なパツケージ基板48の上に、この組立体の位置
が明確に定められる。穴の中のハンダを再溶解すること
により、電気的接続と機械的連結が得られて、組み立て
が行なわれる。組み立てのために、必要とされる部品は
なにもない。この組み立ての後、組立体全体がカプセル
の中に封じ込まれて、保護が得られる。
第５図は第４図の組立体の変更実施例の図面である。
第５図は導電トラツク52をパツケージ脚部54に取り付け
る方法を示したものであつて、この実施例では穴全体を
ハンダでメツキするのではなく、トラツク52と整合した
脚部54が平らな脚部表面56を備えることによつて、接続
が行なわれる。端部表面56とトラツク52との接触面にハ
ンダまたは導電性の接着剤を付着し、そして図面に示さ
れているように、互いに向き合わせて接合が行なわれ
る。組立全体を保護するために、プラスチツクのカプセ
ルの中に封じ込めることができる。
第６図に示された組立体は、光フアイバ・アレイ62と
共に、複数個の光学装置60を有している。おのおのの光
学装置60はブロツク体状であり、そして相互に整合して
いる光学部品を有している。これらの光学装置60は、整
合したハンダ・パツドによつて、所定の位置に固定され
る。このような装置は１回の工程で組み立てることがで
き、そして適当な材料を使つてカプセルに封入すること
によつて、それを保護することができる。
前記で説明した本発明により、導線を用いて接続する
方法ではない方法で能動装置との電気的接続が得られる
と共に、光学装置とフアイバとを１ミクロン以下の精度
で整合させることができ、コストが安くかつ手数のかか
らない方法の得られることがわかる。標準的なリソグラ
フ法とハンダ再溶解法が用いられる。最終的な組立体
は、従来の方式で、カプセルに封入し、パツケージを行
なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によつて組み立てられた光学結合装置の
部分横断面図、第２図は第１図の光学装置を組み立てる
さいの１つの段階を示した図面、第３図から第６図まで
の図面は本発明により組み立てられるまた別の光学結合
装置の立体図。 ［符号の説明］ 10,28,62……光学素子（光フアイバ） 12,30,40,60……光学部品 8,34,22……配置装置（Ｖ形溝） 4,24,38,32……ハンダ・パツド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−173206（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−185306（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−188909（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−198111（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】１個または複数個の光学素子のアレイを１
    個または複数個のブロック体の中に配置された１個また
    は複数個の光学部品のアレイと整合させる整合法であっ
    て、 （イ）前記光学素子の各々を取り付けるための配置装置
    が形成されている基板を提供する段階と、 （ロ）前記基板の上にハンダ・パッドのアレイを形成す
    る段階と、前記ハンダ・パッドの各々が予め定められた
    領域を有しかつハンダを寄せつけない領域により包囲さ
    れ、 （ハ）前記ブロック体の各々の上にハンダ・パッドのア
    レイを形成する段階と、前記ハンダ・パッドの各々が予
    め定められた領域を有しかつハンダを寄せつけない領域
    により包囲され、１個または複数個の前記ブロック体の
    上の前記ハンダ・パッドが前記基板の上の前記ハンダ・
    パッドと１対１に対応し、 （ニ）前記ハンダ・パッドのいくつかまたは全部の上
    に、制御された量のハンダを沈着する段階と、 （ホ）前記光学素子の各々を前記配置装置の中に配置
    し、前記ハンダ・パッドのそれぞれの前記アレイにより
    前記ブロック体の各々を前記基板の上に位置決めしかつ
    固定する段階と、前記制御された量のハンダが予め定め
    られた寸法のハンダ体を作り前記寸法は前記ブロック体
    の各々を固定し、前記ブロック体の各々を前記基板の表
    面内で、かつ前記基板の表面に垂直な方向の高さ寸法で
    整合する、 前記整合法。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記光学素子の各々が
    光ファイバを有し、かつ、前記配置装置が前記基板の中
    に形成された予め定められた寸法を有するすくなくとも
    １つの溝を有する、前記整合法。
  3. 【請求項３】請求項１において、前記光学素子の各々が
    １個または複数個のブロック体の中に形成されたすくな
    くとも１つの光学部品を有し、１個または複数個の光学
    部品の最初の前記アレイと同様に前記１個または複数個
    の光学部品が前記基板に固定されかつ整合される、前記
    整合法。
  4. 【請求項４】請求項１において、前記基板の上に形成さ
    れた前記ハンダ・パッドのいくつかまたは全部が前記ブ
    ロック体の各々の電気部品と相互接続する導電トラック
    の端部として形成される、前記整合法。
  5. 【請求項５】請求項４において、前記基板が半導体材料
    で作成され、前記導電トラックと電気的に接続された１
    個または複数個の集積回路を有する、前記整合法。
  6. 【請求項６】請求項１の整合法において、前記制御され
    た量のハンダは溶融ハンダを形成するように溶解し、前
    記ブロックの各々の前記ハンダ・パッドは前記溶融ハン
    ダの表面張力効果により前記基板の対応するハンダ・パ
    ッドと整合する、前記整合方法。
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