JP3613290B2

JP3613290B2 - Optical transmission module

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Publication number: JP3613290B2
Application number: JP32427694A
Authority: JP
Inventors: 誠美佐々木; 和則三浦
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: JPH08181388A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高精度の位置決めを要する光部品を同一の実装基板上に実装する光伝送モジュールに関する。
【０００２】
近年のコンピュータや通信の技術分野において、演算処理の高速化あるいは大容量化を図る上で、並列処理ビット数の増加、処理回路の高並列化等の高性能化が必要であり、これを実現するためには光伝送が不可欠であり、そのためには光素子と光ファイバあるいは光ファイバ同士を正確に位置決めすることが極めて重要である。
【０００３】
また、光伝送モジュールの小型化、量産化あるいは低価格化を実現するためには、光伝送モジュールの構成部品点数を少なくし、組立工程を簡易化することが強く要求され、さらに、光伝送モジュールの信頼性を向上させる上でパッケージの気密性を向上することが要求されている。
このため、光伝送モジュールでは、光部品を同一の実装基板に高集積度実装できる構成で、かつ、各光部品の高位置精度実装が簡単に実現できる組立技術が必要になる。また、光素子の気密封止を簡単に再現性よく行なうことができる技術が必要になる。
【０００４】
【従来の技術】
従来から、種々の複数の光部品を同一実装基板に実装した光伝送モジュールが提案されている。
【０００５】
図１１は、従来の光伝送モジュールの構成説明図（１）である。
この図において、２１はシリコン実装基板、２１_１は光ファイバ実装用Ｖ溝、２２は光集積回路装置、２２_１は光導波路、２３は光ファイバ、２３_１は光ファイバのコア、２４はハンダバンプである。
【０００６】
この図は、光集積回路装置２２と光ファイバ２３をシリコン実装基板２１の上に実装した光伝送モジュールを示している。
その構造においては、光導波路２２_１を有する光集積回路装置２２を、ハンダ溶融時にハンダバンプ２４に生じる表面張力を利用してシリコン実装基板２１に位置決めして実装し、光ファイバ２３をシリコン実装基板２１に異方性エッチングによって形成された光ファイバ実装用Ｖ溝２１_１に位置決めして実装し、光導波路２２_１と光ファイバのコア２３_１を位置合わせしている（ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＯＮＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ，ＨＹＢＲＩＤＳＡＮＤＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ．ＶＯＬ．１３，ＮＯ．４，ｐｐ７８０−７８６，１９９０参照）。
【０００７】
図１２は、従来の光伝送モジュールの構成説明図（２）である。
この図において、３１はシリコン実装基板、３１_１は光ファイバ実装用Ｖ溝、３２_２，３２_３，３２_４は位置合わせ用凸部、３３は電極、３４は半導体レーザアレイ、３４_１は位置合わせ用凹部、３５は光ファイバである。
【０００８】
この図は、半導体レーザアレイ３４と光ファイバ３５をシリコン実装基板３１の上に実装した光伝送モジュールを示している。
その構造においては、半導体レーザアレイ３４の横方向の位置を合わせるための位置合わせ用凸部３２_２と、半導体レーザアレイ３４の光軸方向の位置を合わせるための位置合わせ用凸部３２_３，３２_４、光ファイバ実装用Ｖ溝３１_１、電極３３を有するシリコン実装基板３１の上に、半導体レーザアレイ３４をその位置合わせ用凹部３４_１を位置合わせ用凸部３２_２に嵌め合わせ、半導体レーザアレイ３４の端面を位置合わせ用凸部３２_３，３２_４の垂直壁に接触させてハンダによって電極３３に固着して実装し、異方性エッチングによって形成した光ファイバ実装用Ｖ溝３１_１に、光ファイバ３５を整列して実装している（ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＯＮＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ，ＨＹＢＲＩＤＳＡＮＤＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ．ＶＯＬ．１５，ＮＯ．６，ｐｐ１０７２−１０８０，１９９２参照）。
【０００９】
図１３は、従来の光伝送モジュールの構成説明図（３）であり、（Ａ）は斜視図を示し、（Ｂ）は拡大平面図を示している。
この図において、４１はシリコン実装基板、４２はエッチングＶ溝、４３は基板側マーカ、４４は接合層、４５はレーザダイオード、４６はレーザダイオード側マーカである。
【００１０】
この図は、レーザダイオード４５と光ファイバをシリコン実装基板４１の上に実装した光伝送モジュールを示している。
図１３（Ａ）に示された光伝送モジュールにおいては、シリコン実装基板４１に基板側マーカ４３を形成し、レーザダイオード４５にレーザダイオード側マーカ４６を形成し、赤外線透過光で観察した基板側マーカ４３とレーザダイオード側マーカ４６の像を画像処理して、シリコン実装基板４１とレーザダイオード４５の間の位置ずれ（ΔＸ，ΔＹ）と角度ずれを算出し、位置決めを行い、位置合わせした後にレーザダイオード４５をシリコン実装基板４１の接合層４４に固着している。
【００１１】
一方、光ファイバ（図示されていない）は、シリコン実装基板４１の表面に異方性エッチングによって形成したエッチングＶ溝４３で位置決めし、レーザダイオード４６と光ファイバの光結合を実現している（１９９３年電子情報通信学会秋季全国大会講演論文集Ｃ−１８６、１９９４年電子情報通信学会春季全国大会講演論文集Ｃ−２９２参照）。
【００１２】
なお、前記の従来から提案されている光伝送モジュールにおいては、いずれも光素子の気密封止に関して考慮されておらず、別のパッケージを用意してその中に光モジュールを納め、パッケージで気密封止することが一般的であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
光伝送モジュールを製造する上で最大の問題は光部品同士の正確な光結合を実現する手段を確立することである。
例えば、前述した半導体レーザ（レーザダイオード）と光ファイバの結合にはμｍオーダーの位置合わせ精度が求められるため、各部品の高精度の位置決めができる実装技術の開発が不可欠となる。また、モジュールの生産性を向上させるために、実装工程が簡単である必要がある。
【００１４】
前述した図１１によって説明した従来の光伝送モジュールにおいては、光導波路２２_１の位置合わせにハンダバンプ２４に生じる表面張力を利用しているが、通常ハンダバンプ２４の径は７０〜１００μｍと大きいため、この実装法によって光導波路２２_１を１μｍの精度で位置決めすることは困難である。
また、ハンダバンプ２４は、予め厚膜ハンダを形成した後一度加熱してハンダを球状に成形する必要があるため、その工程が複雑で制御困難であるという問題があった。
【００１５】
また、図１２によって説明した従来の光伝送モジュールにおいては、半導体レーザ（レーザダイオード）と実装基板上に形成された位置合わせ用凸部３２_２，３２_３，３２_４を３面で接触させて位置決めするため、それぞれの面に１μｍ精度の加工が必要になる。
しかし、これらの位置合わせ用凸部３２_２，３２_３，３２_４の壁をそれぞれ１μｍの精度で平坦な面にすることは困難である。
また、位置合わせ用凸部３２_２の高さは通常２０〜３０μｍであり、この高さを１μｍの精度で再現性良く形成することも困難である。
【００１６】
また、図１３によって説明した従来の光伝送モジュールにおいては、赤外線透過光で基板側マーカ４３とレーザダイオード側マーカ４６を認識することが必要であるから、光素子と実装基板が赤外線を透過させる性質のあるものに限定されるという制約がある。
また、基板側マーカ４３とレーザダイオード側マーカ４６を半導体レーザとシリコン実装基板の接触面内に形成するため、両者のハンダを介して接触面積（接合層の面積）が狭くなり、その結果半導体レーザからの発熱が効率よく放熱されず、レーザ特性が劣化するという問題があった。
【００１７】
また、図１１、図１２、図１３によって説明した光伝送モジュールにおいては、いずれも光ファイバの実装にシリコン実装基板のＶ溝を使用しているが、Ｖ溝の向きがシリコン結晶軸と少しでもずれると、Ｖ溝の幅は設計値より拡がり、結果として光ファイバの位置ずれが生じるという問題がある。
【００１８】
例えば、長さ１ｃｍのＶ溝を形成するとき、結晶軸とのずれによって生じるＶ溝幅の拡がりを１μｍ以内に抑えるためには、Ｖ溝の一辺と結晶軸を０．００６度以下の回転ずれで合わせなければならない。
このように、非常に厳密な制御を従来から慣用されている製造工程によって実現することは困難である。
【００１９】
さらに、光ファイバを実装基板に対して任意の角度で傾斜させて実装するためには、Ｖ溝の平面上のパターンを台形または平行四辺形にする必要があるが、このような形をシリコンで実現することは結晶方位の関係で不可能であった。
また、光伝送モジュールの他の問題は、光部品の気密封止の実現である。
また、先に図１１、図１２、図１３によって説明した従来の光伝送モジュールにおいては、いずれも気密封止については考慮されておらず、別のパッケージを用意して光伝送モジュールを気密封止するため、光伝送モジュール全体が大型化するという問題があった。
【００２０】
本発明は、前述の問題を解決し、容易に、光部品を再現性よく高精度に位置決めすることができ実装手段を提供し、信頼性が高い小型光伝送モジュールを実現することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に依る光伝送モジュールにおいては、
（１）
複数の光部品を同一実装基板上に実装する光伝送モジュールに於いて、光ファイバを実装する溝内の光ファイバ支持部分が分割され、且つ、該光ファイバ支持部分の横断面がＶ型を成すと共に徐々に拡幅されて該光ファイバが該実装基板の表面に対し傾斜して実装されてなることを特徴とするか、或いは、
（２）
複数の光部品を同一実装基板上に実装する光伝送モジュールに於いて、光ファイバを実装する溝内の光ファイバ支持部分が分割され、且つ、該分割された光ファイバ支持部分をもつ溝は該実装基板の面内で所要の方向に徐々にずらせて設置され、該光ファイバが該実装基板の面内で前記所要の方向に向けて実装されてなることを特徴とするか、或いは、
（３）
複数の光部品を同一実装基板上に実装する光伝送モジュールに於いて、光ファイバを実装する溝内の光ファイバ支持部分が分割され、且つ、該光ファイバ支持部分の溝の幅は徐々に拡幅されると共に該実装基板の面内で所要の方向に徐々にずらせて設置され、該光ファイバは該実装基板の面内で所要の方向に向け、また、所要の角度で傾斜して実装されてなることを特徴とするか、或いは、
（４）
複数の光部品を同一実装基板上に実装する光伝送モジュールに於いて、光ファイバを実装する溝内の光ファイバ支持部分を分割し、該分割された光ファイバ支持部分の中心線に対し垂直方向、且つ、光ファイバを実装する溝の最小単位の長手方向中心を通る延長線上に光部品を位置合わせする為のマーカが異方性エッチングで形成されてなることを特徴とするか、或いは、
（５）
前記（１）乃至前記（４）の何れか１に於いて、複数の光部品を同一実装基板上に実装する光伝送モジュールに於いて、光ファイバを整列する溝および光素子を覆うのに充分な凹部を有する光ファイバ押さえ基板が光素子と光ファイバとの光結合部を囲み絶縁材料を介して実装基板に接着されて光ファイバが固定されると共に光素子が気密封止されてなることを特徴とする。
【００２９】
【作用】
本発明による複数の光部品を同一実装基板上に実装する光伝送モジュールにおいては、実装基板の上に光素子の実装位置を示す１個以上の位置合わせマーカと、位置合わせマーカの片側または両側に１個以上の回転合わせマーカを形成し、光素子に位置合わせマーカと一致させるためのマーカを１個以上形成し、シリコン実装基板の斜め上方から顕微鏡で観察しながら実装基板上の位置合わせマーカと光素子側マーカを合わせ、かつ、回転合わせマーカと光素子の縁を合わせて光素子を実装基板上に位置決めして実装することができるため、実装基板の材料を自由に選択することができる。
【００３０】
この場合、回転合わせマーカを直線または曲線の両側に振り分けて配置すると、一方の側に振り分けた回転合わせマーカが光素子の縁によって隠れるようにし、他方の側に振り分けた回転合わせマーカが見えるように位置決めすることによって容易に正確な回転合わせを行うことができる。
【００３１】
また、この場合、実装基板として（１００）シリコン基板を使用し、異方性エッチングによって形成される（１１１）面からなる溝を実装基板上の位置合わせマーカと回転合わせマーカとすると、エッチングされる斜面が、エッチングされ難い（１１１）面であるため、正確な位置に正確な形状の位置合わせマーカと回転合わせマーカを形成することができる。
【００３２】
また、複数の光部品を同一実装基板上に実装する光伝送モジュールにおいて、実装基板の表面に、高台を形成し、この高台の表面に光素子を載置して実装すると正確に光素子の高さを規制することができる。
この場合、高台を絶縁膜によって形成し、またこの場合、厚さを１０μｍ以下にすると、従来から確立されている成膜方法によって極めて正確な高さの高台を実現することができる。
【００３３】
また、複数の光部品を同一実装基板上に実装する光伝送モジュールにおいて、光ファイバを実装する溝内の光ファイバ支持部分を分割すると、実装基板の結晶方位によるエッチング特性の影響を低減することができる。
この場合、光ファイバを実装する分割された溝の断面をＶ型にしその幅を徐々に拡大すると、光ファイバを実装基板の表面に対して傾斜させて実装することができ、また、光ファイバを実装する分割された溝を実装基板の面内で徐々にずらすと、光ファイバを実装基板の面内で任意の方向に実装することができ、かつ、これらを併用して、光ファイバを実装基板の表面に対して任意の角度で傾斜させ、実装基板の面体で任意の方向に実装することができる。
【００３４】
また、この場合、光ファイバを実装する分割された溝の中心線に対して垂直方向に、かつ光ファイバを実装する溝の最小単位の長手方向の中心を通る延長線上に、光部品を位置合わせするためのマーカを異方性エッチングで光ファイバを実装する溝と同時に形成することによって、実装基板の結晶方位に誤差が生じてもマーカの位置が変動しないようにすることができる。
【００３５】
また、複数の光部品を同一実装基板上に実装する光伝送モジュールにおいて、光ファイバを整列する溝および光素子を覆うのに充分な凹部を有する光ファイバ押さえ基板を形成し、光素子と光ファイバの光結合部を囲むように実装基板と光ファイバ押さえ基板を絶縁性材料を介して接着することによって光ファイバを固定すると同時に光素子を気密封止することができる。
この場合、実装基板および光ファイバ押さえ基板として（１００）シリコン基板を用い、光ファイバを整列する溝および光素子を覆う凹部を異方性エッチングすると、容易に正確な形状を実現することができる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
（第１実施例）
図１は、第１実施例の光伝送モジュールの構成説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は他の回転合わせマーカ説明図、（Ｃ）は位置合わせ説明図である。
この図において、１はシリコン実装基板、２はＳｉＯ_２膜、３は電極用金属層、４は位置合わせマーカ、５は回転合わせマーカ、６はハンダ層、７は光ファイバ実装溝、７_１１，７_２１，７_３１，７_１２，７_２２，７_３２は凸条、８は光素子、９は光素子側マーカ、１０はＡｕ層、１１は光ファイバである。
【００３７】
この実施例においては、図１（Ａ）に示されるように、シリコン実装基板１の上面にＳｉＯ_２膜２を形成し、その上の、典型的には半導体レーザである半導体発光素子あるいは半導体光電変換素子等の光素子８および入出力回路を設ける領域に電極用金属層３を形成し、光素子８を実装する予定の電極用金属層３の上にハンダ層６を形成し、その近傍に位置合わせマーカ４と回転合わせマーカ５を形成し、光素子８を実装する予定の領域の中心軸上に多数の分割溝からなる光ファイバ実装溝７を設けている。
また、光素子８の下面には２本の細溝によって挟まれる光素子側マーカ９とＡｕ層１０を設けている。
【００３８】
これを組み立てる場合は、シリコン実装基板１の上面の位置合わせマーカ４と光素子側マーカ９、そして回転合わせマーカ５と光素子８の縁を顕微鏡を用いてシリコン実装基板１の表面に対して斜め方向から観察して一致させ、シリコン実装基板１の表面上のハンダ層６によって光素子８の下面のＡｕ層１０を接着することによって光素子８を高精度で位置合わせして固着する。
また、凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_１２，７_２２，７_３２を有し、分割された溝からなる光ファイバ実装溝７の中に光ファイバ１１を挿入し、光ファイバ押さえ基板（図示されていない）によって押さえて光ファイバ１１を実装することによって、光素子８の光導波路（図示されていない）と光ファイバ１１のコアを一致させて光伝送モジュールを完成する。
【００３９】
図２、図３は、第１実施例の光伝送モジュールの製造工程説明図であり、（Ａ）〜（Ｄ）は各工程を示している。
この図において、１はシリコン実装基板、１_１はアース接続部、２はＳｉＯ_２膜、３は電極用金属層、４は位置合わせマーカ、５は回転合わせマーカ、６はハンダ層、７は光ファイバ実装溝、７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２は凸条、８は光素子、８_１は光素子接地電極、１０はＡｕ層、１１は光ファイバ、１２は金のボンディングワイヤ、１３は光ファイバ押さえ基板、１３_１はＶ型溝である。
この製造工程説明図によって第１実施例の光伝送モジュールの製造方法を説明する。
【００４０】
第１工程（図２（Ａ）参照）
例えば厚さ４００μｍで（１００）面を有するシリコン実装基板１をウェット酸素中で１０５０℃の温度に加熱して、その（１００）面上に厚さ１μｍのＳｉＯ_２膜２を形成する。
【００４１】
次いで、このＳｉＯ_２膜２の上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜を、光ファイバ１１を支持するための凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有する光ファイバ実装溝７と、光素子８を位置合わせするための位置合わせマーカ４と、回転合わせマーカ５と、アース接続部１_１の形状の開口を形成するようにパターニングしてレジストマスク（図示されていない）を形成する。
【００４２】
ここで、レジストマスクの位置合わせマーカ４の大きさは例えば２×１０μｍであり、回転合わせマーカ５の大きさは２μｍ角である。
また、光ファイバ実装溝７のパターンの最小分割単位は例えば５０μｍであり、光ファイバ実装溝７を形成するときに角落ちが生じるのを見込んで、各コーナーには、２０μｍの四角状補正用パターンを付加している。
【００４３】
レジストマスクの開口中に露出するＳｉＯ_２膜２をＣＦ_４ガスを用いた反応性イオンエッチング法によってエッチングして、光ファイバ１１を支持するための凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有する光ファイバ実装溝７と、光素子８を位置合わせするための位置合わせマーカ４と、回転合わせマーカ５と、アース接続部１_１の形状の開口を有するＳｉＯ_２膜２を形成した後、フォトレジストマスクを酸素灰化によって除去する。
【００４４】
第２工程（図２（Ｂ）参照）
形状の開口を有するＳｉＯ_２膜２をマスクにして、３５％ＫＯＨ水溶液を用いてシリコン実装基板１をウェットエッチングして、光ファイバ１１を支持するための凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有し断面がＶ型の光ファイバ実装溝（以下「Ｖ溝」と略称することがある）７と、光素子８を位置決めするための位置合わせマーカ４と回転合わせマーカ５を形成する。
なお、このエッチング工程によってアース接続部１_１も同時にエッチングされるが、格別の支障を生じない。
【００４５】
第３工程（図３（Ｃ）参照）
次に、電子ビーム蒸着法を用いて、厚さ５００Åのチタン層と厚さ５０００Åの金層とを順次積層してシリコン実装基板１の表面に積層金属層を形成し、その上に電極用金属層３とアース接続部１_１の形状のレジストマスクを形成し、このレジストマスク外に露出した積層金属層をウェットエッチングによって除去した後、レジストマスクをアセトンによって除去する。
その後、電極用金属層３の上の光素子８を固着する領域にリフトオフ法によって厚さ約３μｍの金錫からなるハンダ層６を形成する
【００４６】
第４工程（図３（Ｄ）参照）
光素子側マーカ９を有する光素子８（図１参照）を実体顕微鏡でシリコン実装基板１の上の位置合わせマーカ４と回転合わせマーカ５と位置合わせし、光素子８をハンダ層６の上に載置し、３２０℃の温度に加熱してハンダ層６を溶融した後に、固化して固着する。
次に、金のボンディングワイヤ１２によって光素子接地電極８_１をアース接続部１_１に接続する。
最後に、光ファイバ１１を断面Ｖ型の光ファイバ実装溝７内に挿入し、Ｖ型溝１３_１を有する光ファイバ押さえ基板１３で挟み、接着剤で固定して光伝送モジュールを完成する。
【００４７】
この実施例によると、フォトリソグラフィー技術によって１μｍ以下の精度で形成できるマーカを、位置合わせして実装する工程において隠れないように配置するため、可視光による位置合わせが可能になり、シリコン実装基板の位置合わせマーカと光素子側マーカを顕微鏡で観察しながら合わせれば、１μｍ以下の高い精度で位置合わせすることができ、作業効率も向上する。
【００４８】
この場合、図１（Ｂ）に示すように、回転合わせマーカ５を一直線上を交互に振り分けて配置し、図１（Ｃ）に示すように、一方の側に振り分けた回転合わせマーカ５のみが光素子８の縁で隠れ、かつ、他方のマーカが見えるように光素子８を位置合わせすることによって、目視できるマーカの大きさ以下の回転ずれで光素子８を確実に位置決めすることができる。
【００４９】
また、シリコン実装基板１を用い、異方性エッチングによって凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有し断面がＶ型の光ファイバ実装溝７を形成すると、凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有しない断面がＶ型の光ファイバ実装溝を形成する場合よりも寸法精度を向上させることができる。
【００５０】
例えば、長さ１ｃｍの断面がＶ型の光ファイバ実装溝８を±１μｍの精度で形成する場合、通常の凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有しないＶ溝では、Ｖ溝の一辺とシリコンの結晶軸を０．００６度以下の回転ずれで合わせなければならないが、分割単位５０μｍの凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有するＶ溝では、結晶軸との許容角度ずれを約１度まで拡げることができる。
この結果、実装基板製造上の制約を緩和することができるとともに、光ファイバ実装精度の再現性を確保することができる。
【００５１】
（第２実施例）
図４は、第２実施例の光伝送モジュールの構成説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ），（Ｃ）は断面図である。
この図において、１はシリコン実装基板、２はＳｉＯ_２膜、３は電極用金属層、４は位置合わせマーカ、５は回転合わせマーカ、６はハンダ層、７は光ファイバ実装溝、７_１１，７_２１，７_３１，７_１２，７_２２，７_３２は凸条、８は光素子、９は光素子側マーカ、１０はＡｕ層、１１は光ファイバ、１４は高台である。
【００５２】
この実施例の光伝送モジュールにおいては、図４（Ａ）に示されるように、シリコン実装基板１の上面の光素子８を実装する予定の領域に電極用金属層３を形成し、その上にハンダ層６を形成し、その近傍に位置合わせマーカ４と回転合わせマーカ５を形成し、光素子８を実装する予定の領域の中心軸上に多数の凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_１２，７_２２，７_３２を有する光ファイバ実装溝７を形成し、さらにシリコン実装基板１の上面には、電極用金属層３の中央部のハンダ層６と、位置合わせマーカ４と回転合わせマーカ５を露出させ、光ファイバ実装溝７を除く領域にＳｉＯ_２膜２からなる高台１４を形成している。
また、光素子８の下面には２本の細溝によって挟まれる光素子側マーカ９とＡｕ層１０を形成している。
【００５３】
これを組み立てる場合は、図４（Ｂ），（Ｃ）に示されるように、シリコン実装基板１の上面の位置合わせマーカ４と光素子側マーカ９と、回転合わせマーカ５と光素子８の縁を、顕微鏡によってシリコン実装基板１の表面に対して斜め方向から観察することによって一致させて、光素子８を高台１４の上面に載置して、ハンダ層６によって光素子８の下面のＡｕ層１０を接着することによって光素子８を高精度で位置合わせしてシリコン実装基板１に固着する。
また、多数の凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_１２，７_２２，７_３２を有する光ファイバ実装溝７に光ファイバ１１を挿入して、光ファイバ押さえ基板（図示されていない）によって押さえて支持することによって、光素子８の光導波路と光ファイバ１１のコアを一致させて光伝送モジュールを完成する。
【００５４】
この場合、高台１４の膜厚は既存の成膜技術を用いることによって高精度で成膜することができるため、この高台１４の上面に光素子８の下面を載置してハンダ層６によって接着することにより、光素子８の高さを容易に正確に決定して、光素子８の光導波路と光ファイバ１１のコアを一致させることができる。
【００５５】
また、この場合、高台１４の高さは、電極用金属層３とハンダ層６の厚さを考慮しても１０μｍまたはそれ以下の高さで充分であるため、高台を従来から蓄積され高精度化している適宜の成膜技術を用いて形成すれば、例えば１０μｍの膜を±１μｍの精度で実現することができるから、この高台の上に光素子８を載置すれば、光素子８の高さを１μｍの精度で簡単に再現性よく位置決めすることができる。
【００５６】
（第３実施例）
図５は、第３実施例の光伝送モジュールの一部の構成説明図である。
この図において、１はシリコン実装基板、３は電極用金属層、６はハンダ層、７は光ファイバ実装溝、７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２は凸条、１１は光ファイバである。
【００５７】
この実施例においては、シリコン実装基板１の上面の光素子８（図１参照）を実装する予定の領域に電極用金属層３とハンダ層６を形成し、光素子８を実装する予定の領域の中心軸上に多数の凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有する分割溝からなる光ファイバ実装溝７を設けている。
そして、光ファイバ実装溝７の対向する凸条７_１１と７_１２、７_２１と７_２２、７_３１と７_３２、７_４１と７_４２の間隔を徐々に拡げて、光ファイバ１１の外周面が凸条７_１１と７_１２、７_２１と７_２２、７_３１と７_３２、７_４１と７_４２の表面と接触する位置を徐々に下げることによって、光ファイバ１１をシリコン実装基板１の上面に対して任意の角度で傾斜させて実装することができる。
【００５８】
（第４実施例）
図６は、第４実施例の光伝送モジュールの一部の構成説明図である。
この図において、１はシリコン実装基板、３は電極用金属層、６はハンダ層、７は光ファイバ実装溝、７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２は凸条、１１は光ファイバである。
【００５９】
この実施例においては、シリコン実装基板１の上面の光素子８（図１参照）を実装する予定の領域に電極用金属層３とハンダ層６を形成し、光素子８を実装する予定の領域の中心軸上に多数の凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有する分割溝からなる光ファイバ実装溝７を形成している。
そして、光ファイバ実装溝７の対向する凸条７_１１と７_１２、７_２１と７_２２、７_３１と７_３２、７_４１と７_４２の間隔を一定にしたままで、その中心線をその延長直線から徐々にずらすことによって、光ファイバ１１をシリコン実装基板１の表面内で任意の角度で、または曲線を描いて実装することができる。
【００６０】
（第５実施例）
前記の第３実施例の光伝送モジュール（図５参照）においては、シリコン実装基板１の光素子８を実装する予定の領域の中心軸上に設けた光ファイバ実装溝７内に対向する凸条７_１１と７_１２、７_２１と７_２２、７_３１と７_３２、７_４１と７_４２の間隔を徐々に拡げて、光ファイバ１１をシリコン実装基板１の上面に対して任意の角度で傾斜させて実装し、第４実施例の光伝送モジュール（図６参照）においては、シリコン実装基板１の光素子８を実装する予定の領域の中心軸上に設けた光ファイバ実装溝７内に対向する凸条７_１１と７_１２、７_２１と７_２２、７_３１と７_３２、７_４１と７_４２の間隔を一定にしたままで、その中心線をその延長直線から徐々にずらすことによって光ファイバ１１をシリコン実装基板１の表面内で任意の角度で、または曲線を描いて実装しているが、この実施例においては、両者の構成を用いることによって、光ファイバ１１をシリコン実装基板１の上面に対して任意の角度で傾斜させ、かつ、シリコン実装基板１の表面内で任意の角度で、または曲線を描いて実装することができる。
【００６１】
（第６実施例）
図７は、第６実施例の光伝送モジュールの一部の構成説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。
この図において、１はシリコン実装基板、３は電極用金属層、４は位置合わせマーカ、６はハンダ層、７は光ファイバ実装溝、７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２は凸条、８は光素子、９は光素子側マーカ、１０はＡｕ層である。
【００６２】
この実施例においては、シリコン実装基板１に形成した、凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有する光ファイバ実装溝７の中心線上の両側に、最小分割単位の中心に位置し、かつ、対向する位置合わせマーカ４，４の間の距離の２等分線が断面がＶ型の光ファイバ実装溝７の中心になるように位置合わせマーカ４，４を形成している。
【００６３】
このような位置関係で位置合わせマーカ４，４を形成すると、仮に光ファイバ実装溝７とシリコン実装基板１の結晶軸の間に角度ずれがあり、光ファイバ実装溝７の幅が設計値より拡がっても、位置合わせマーカ４，４を結ぶ線上の対向する断面がＶ型の光ファイバ実装溝７傾斜壁の拡がり量が等しいため、光ファイバ実装溝７を挟む位置合わせマーカ４，４は常にその２等分線が光ファイバ実装溝７の中心に位置するようになる。
したがって、この位置合わせマーカ４，４に光素子側マーカ９，９を合わせて、電極用金属層３上のハンダ層６によって光素子８のＡｕ層１０を接着して、光素子８を実装すると、光ファイバのコアに光素子８を正確に位置合わせすることができる。
【００６４】
（第７実施例）
図８、図９、図１０は、第７実施例の光伝送モジュールの製造工程説明図であり、（Ａ）〜（Ｅ）は各工程を示している。
この図において、１はシリコン実装基板、１_１はアース接続部、２，１５はＳｉＯ_２膜、３は電極用金属層、４は位置合わせマーカ、５は回転合わせマーカ、６はハンダ層、７は光ファイバ実装溝、７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２は凸条、８は光素子、８_１は光素子接地電極、９は光素子側マーカ、１１は光ファイバ、１２は金のボンディングワイヤ、１６は金属層、１７は封止容器兼光ファイバ押さえ基板、１７_１は封止容器兼光ファイバ押さえ基板接着領域である。
この製造工程説明図によって第７実施例の光伝送モジュールの製造方法を説明する。
【００６５】
第１工程（図８（Ａ）参照）
厚さ４００μｍの（１００）シリコン実装基板１をウェット酸素中で１０５０℃の温度に加熱して、その（１００）面上に厚さ１μｍのＳｉＯ_２膜２を形成した後、このＳｉＯ_２膜２の上に光素子８を固着するための光素子用電極と入出力回路用電極からなる電極用金属層３をチタン／金の積層膜によって形成する。
【００６６】
第２工程（図８（Ｂ）参照）
プラズマＣＶＤ法によって厚さ約４μｍのＳｉＯ_２膜１５を成膜した後、第１実施例と同様に光素子８を位置合わせするための位置合わせマーカ４、アース接続部１_１、凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有する光ファイバ実装溝７の形状の開口を形成し、この開口中に露出しているシリコン実装基板１を３５％ＫＯＨ水溶液によってウェットエッチングして、光ファイバ１１を支持するための凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有し断面がＶ型の光ファイバ実装溝７と、光素子８を位置合わせする位置合わせマーカ４を形成する。
【００６７】
第３工程（図９（Ｃ）参照）
次に、電子ビーム蒸着法によって厚さ５００Åのチタン層と厚さ５０００Åの金層とを順次積層してシリコン実装基板１の表面に金属層１６を形成し、フォトリソグラフィー技術を用いて、アース接続部１_１と光ファイバ１１をハンダによって固定する光ファイバ実装溝７の斜面、封止容器兼光ファイバ押さえ基板１７（図１０参照）をハンダによって接着するための領域にレジストマスクを形成し、このレジストマスク外に露出した金属層１６をウェットエッチングによって除去して、アース接続部１_１と光ファイバ１１を固着する光ファイバ実装溝７の斜面、封止容器兼光ファイバ押さえ基板接着領域１７_１に金属層１６を残す。
【００６８】
第４工程（図９（Ｄ）参照）
アース接続部１_１と光ファイバ実装溝７の斜面、封止容器兼光ファイバ押さえ基板接着領域１７_１の金属層１６の上に、光素子８（図１参照）を実装する領域と入出力回路形成領域に開口を有するレジストマスクを形成し、このレジストマスクを用いて、ふっ酸によって、光素子用電極３_１と入出力回路形成電極３_２を形成する電極用金属層３が露出するまでＳｉＯ_２膜１５をウェットエッチングする。
その後、光素子８を実装するための光素子用電極３_１にリフトオフ法で厚さ約３μｍの金錫からなるハンダ層６を形成する。
【００６９】
第５工程（図１０（Ｅ）参照）
図７に示すような２つの細溝からなる光素子側マーカ９，９を有する光素子８を顕微鏡を用いてシリコン実装基板１の位置合わせマーカ４と位置合わせしたのち、約３２０℃に加熱して光素子８をシリコン実装基板１に実装する。
次に金のボンディングワイヤ１２によって光素子８の光素子接地電極８_１をアース接続部１_１に接続する。
【００７０】
次に、外周に金コートを施した光ファイバ１１を凸条７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２を有し断面がＶ型の光ファイバ実装溝７に挿入し、光ファイバ実装溝７と光素子８を覆うのに充分な凹部１７_２を有し、縁に錫鉛ハンダ層１７_３を形成した封止容器兼光ファイバ押さえ基板１７によって、鉛錫ハンダシート１８と共に光ファイバ１１を挟み、荷重をかけながらシリコン実装基板１全体を約２００℃に加熱して鉛錫ハンダ層１７_３と鉛錫ハンダシート１８を溶融してシリコン実装基板１と封止容器兼光ファイバ押さえ基板１７を固着することにより、光伝送モジュールを完成する。
この場合、シリコン実装基板１と封止容器兼光ファイバ押さえ基板１７を鉛錫ハンダ層１７_３によって固着する工程において、必要に応じて内部に乾燥窒素等の不活性ガスを封入して光結合部の周りを囲むように気密封止して安定化することができる。
【００７１】
前記の各実施例において、シリコン実装基板、光ファイバ押さえ基板および封止容器兼光ファイバ押さえ基板としてシリコン基板を用い、前述の位置合わせマーカ、回転合わせマーカおよび光ファイバ支持用溝を異方性エッチングを利用した断面がＶ型の溝で形成することもできる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光伝送モジュールによると、複数の光部品を実装基板上に高精度に位置決めして再現性よく組み立て、また、光素子を気密に封止することができ、光伝送モジュールの製造工程を簡易化することができるために、光伝送モジュールの高信頼化、小型化、量産性、低価格化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の光伝送モジュールの構成説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は他の回転合わせマーカ説明図、（Ｃ）は位置合わせ説明図である。
【図２】第１実施例の光伝送モジュールの製造工程説明図（１）であり、（Ａ），（Ｂ）は各工程を示している。
【図３】第１実施例の光伝送モジュールの製造工程説明図（２）であり、（Ｃ），（Ｄ）は各工程を示している。
【図４】第２実施例の光伝送モジュールの構成説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ），（Ｃ）は断面図である。
【図５】第３実施例の光伝送モジュールの一部の構成説明図である。
【図６】第４実施例の光伝送モジュールの一部の構成説明図である。
【図７】第６実施例の光伝送モジュールの一部の構成説明図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。
【図８】第７実施例の光伝送モジュールの製造工程説明図（１）であり、（Ａ），（Ｂ）は各工程を示している。
【図９】第７実施例の光伝送モジュールの製造工程説明図（２）であり、（Ｃ），（Ｄ）は各工程を示している。
【図１０】第７実施例の光伝送モジュールの製造工程説明図（３）であり、（Ｅ）は各工程を示している。
【図１１】従来の光伝送モジュールの構成説明図（１）である。
【図１２】従来の光伝送モジュールの構成説明図（２）である。
【図１３】従来の光伝送モジュールの構成説明図（３）であり、（Ａ）は斜視図を示し、（Ｂ）は拡大平面図を示している。
【符号の説明】
１シリコン実装基板
１_１アース接続部
２，１５ＳｉＯ_２膜
３電極用金属層
４位置合わせマーカ
５回転合わせマーカ
６ハンダ層
７光ファイバ実装溝
７_１１，７_２１，７_３１，７_４１，７_１２，７_２２，７_３２，７_４２凸条
８光素子
８_１光素子接地電極
９光素子側マーカ
１０Ａｕ層
１１光ファイバ
１２金のボンディングワイヤ
１３光ファイバ押さえ基板
１３_１Ｖ型溝
１４高台
１６金属層
１７封止容器兼光ファイバ押さえ基板
１７_１封止容器兼光ファイバ押さえ基板接着領域[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an optical transmission module that mounts optical components that require high-precision positioning on the same mounting substrate.
[0002]
In recent technical fields of computers and communications, it is necessary to increase the number of parallel processing bits and increase the processing circuit parallelism in order to increase the speed and capacity of arithmetic processing. In order to achieve this, optical transmission is indispensable. For that purpose, it is extremely important to accurately position the optical element and the optical fiber or between the optical fibers.
[0003]
In addition, in order to realize miniaturization, mass production, and cost reduction of the optical transmission module, it is strongly required to reduce the number of components of the optical transmission module and simplify the assembly process. In order to improve the reliability of the package, it is required to improve the hermeticity of the package.
For this reason, the optical transmission module requires an assembly technique that allows the optical components to be mounted on the same mounting substrate with a high degree of integration, and that can easily realize the high-position accuracy mounting of each optical component. In addition, a technique capable of easily and hermetically sealing the optical element with high reproducibility is required.
[0004]
[Prior art]
Conventionally, an optical transmission module in which various optical components are mounted on the same mounting board has been proposed.
[0005]
FIG. 11 is a configuration explanatory diagram (1) of a conventional optical transmission module.
In this figure, 21 is a silicon mounting substrate, 21 ₁ Is a V-groove for mounting an optical fiber, 22 is an optical integrated circuit device, 22 ₁ Is an optical waveguide, 23 is an optical fiber, 23 ₁ Is an optical fiber core, and 24 is a solder bump.
[0006]
This figure shows an optical transmission module in which an optical integrated circuit device 22 and an optical fiber 23 are mounted on a silicon mounting substrate 21.
In that structure, the optical waveguide 22 ₁ The optical integrated circuit device 22 having the above is positioned and mounted on the silicon mounting substrate 21 by utilizing the surface tension generated in the solder bump 24 when the solder is melted, and the optical fiber 23 is formed on the silicon mounting substrate 21 by anisotropic etching. V groove 21 for optical fiber mounting ₁ And mounted on the optical waveguide 22 ₁ And optical fiber core 23 ₁ (See IEEE TRANSACTION ON COMPONENTS, HYBRIDS AND MANUFACTURING TECHNOLOGY.VOL.13, NO.4, pp780-786, 1990).
[0007]
FIG. 12 is a configuration explanatory diagram (2) of the conventional optical transmission module.
In this figure, 31 is a silicon mounting substrate, 31 ₁ Is a V-groove for optical fiber mounting, 32 ₂ , 32 ₃ , 32 ₄ Is a convex for alignment, 33 is an electrode, 34 is a semiconductor laser array, 34 ₁ Is an alignment recess, and 35 is an optical fiber.
[0008]
This figure shows an optical transmission module in which a semiconductor laser array 34 and an optical fiber 35 are mounted on a silicon mounting substrate 31.
In the structure, the alignment convex portion 32 for aligning the position of the semiconductor laser array 34 in the lateral direction. ₂ And an alignment convex portion 32 for aligning the position of the semiconductor laser array 34 in the optical axis direction. ₃ , 32 ₄ V groove 31 for optical fiber mounting ₁ The semiconductor laser array 34 is placed on the silicon mounting substrate 31 having the electrodes 33, and the alignment recesses 34 are provided. ₁ Alignment convex part 32 ₂ The end face of the semiconductor laser array 34 is aligned with the convex portion 32 for alignment. ₃ , 32 ₄ An optical fiber mounting V-groove 31 formed by anisotropic etching and brought into contact with the vertical wall of the electrode and fixed to the electrode 33 by soldering and mounting. ₁ The optical fiber 35 is aligned and mounted (see IEETRANSACTION ON COMPONENTS, HYBRIDS AND MANUFACTURING TECHNOLOGY.VOL.15, NO.6, pp1072-1080, 1992).
[0009]
FIGS. 13A and 13B are configuration explanatory views (3) of a conventional optical transmission module, where FIG. 13A shows a perspective view and FIG. 13B shows an enlarged plan view.
In this figure, 41 is a silicon mounting substrate, 42 is an etching V groove, 43 is a substrate side marker, 44 is a bonding layer, 45 is a laser diode, and 46 is a laser diode side marker.
[0010]
This figure shows an optical transmission module in which a laser diode 45 and an optical fiber are mounted on a silicon mounting substrate 41.
In the optical transmission module shown in FIG. 13A, a substrate-side marker 43 is formed on a silicon mounting substrate 41, a laser diode-side marker 46 is formed on a laser diode 45, and the substrate-side marker is observed with infrared transmitted light. 43 and the image of the laser diode side marker 46 are image-processed to calculate a positional deviation (ΔX, ΔY) and an angular deviation between the silicon mounting substrate 41 and the laser diode 45, perform positioning, and align the laser diode. 45 is fixed to the bonding layer 44 of the silicon mounting substrate 41.
[0011]
On the other hand, an optical fiber (not shown) is positioned by an etching V groove 43 formed by anisotropic etching on the surface of the silicon mounting substrate 41 to realize optical coupling between the laser diode 46 and the optical fiber (1993). Proceedings of the IEICE Autumn National Convention C-186, 1994 IEICE Spring National Conference C-292).
[0012]
Note that none of the conventional optical transmission modules proposed in the prior art considers the hermetic sealing of the optical element, so that another package is prepared and the optical module is placed therein, and the package is hermetically sealed. It was common to stop.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The biggest problem in manufacturing an optical transmission module is to establish a means for realizing accurate optical coupling between optical components.
For example, since the above-described semiconductor laser (laser diode) and optical fiber are required to have a positioning accuracy of the order of μm, it is indispensable to develop a mounting technique capable of positioning each component with high accuracy. Also, the mounting process needs to be simple in order to improve module productivity.
[0014]
In the conventional optical transmission module described with reference to FIG. ₁ Although the surface tension generated in the solder bump 24 is used for the alignment of the solder bump 24, the diameter of the solder bump 24 is usually as large as 70 to 100 μm. ₁ Is difficult to position with an accuracy of 1 μm.
Further, the solder bump 24 needs to be heated once after thick film solder is formed in advance and then the solder is formed into a spherical shape, so that the process is complicated and difficult to control.
[0015]
Further, in the conventional optical transmission module described with reference to FIG. 12, a semiconductor laser (laser diode) and the alignment convex portion 32 formed on the mounting substrate. ₂ , 32 ₃ , 32 ₄ Therefore, it is necessary to process each surface with accuracy of 1 μm.
However, these alignment convex portions 32 ₂ , 32 ₃ , 32 ₄ It is difficult to make each wall flat with an accuracy of 1 μm.
Further, the alignment convex portion 32. ₂ The height is usually 20 to 30 μm, and it is difficult to form this height with an accuracy of 1 μm with good reproducibility.
[0016]
Further, in the conventional optical transmission module described with reference to FIG. 13, since it is necessary to recognize the substrate side marker 43 and the laser diode side marker 46 with infrared transmission light, the optical element and the mounting substrate transmit infrared rays. There is a restriction that it is limited to a certain thing.
Further, since the substrate-side marker 43 and the laser diode-side marker 46 are formed in the contact surface between the semiconductor laser and the silicon mounting substrate, the contact area (area of the bonding layer) is reduced via both solders, and as a result, the semiconductor laser The problem is that the heat generated from the laser beam is not efficiently dissipated and the laser characteristics deteriorate.
[0017]
In addition, in the optical transmission modules described with reference to FIGS. 11, 12, and 13, the V-groove of the silicon mounting substrate is used for mounting the optical fiber, but the direction of the V-groove is slightly different from the silicon crystal axis. If shifted, the width of the V-groove becomes wider than the design value, resulting in a problem that the optical fiber is displaced.
[0018]
For example, when forming a V-groove having a length of 1 cm, in order to suppress the expansion of the width of the V-groove caused by the deviation from the crystal axis within 1 μm, one side of the V-groove and the crystal axis are rotated by 0.006 degrees or less. It must be matched with.
As described above, it is difficult to realize very strict control by a conventionally used manufacturing process.
[0019]
Furthermore, in order to mount the optical fiber at an arbitrary angle with respect to the mounting substrate, it is necessary to make the pattern on the plane of the V-groove into a trapezoid or a parallelogram. Realization was impossible due to the crystal orientation.
Another problem of the optical transmission module is the realization of hermetic sealing of optical components.
In addition, in the conventional optical transmission module described above with reference to FIGS. 11, 12, and 13, no consideration is given to hermetic sealing, and a separate package is prepared to hermetically seal the optical transmission module. Therefore, there is a problem that the entire optical transmission module is increased in size.
[0020]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems, to easily mount an optical component with high reproducibility and high accuracy, to provide a mounting means, and to realize a highly reliable small optical transmission module. .
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In the optical transmission module according to the present invention,
(1)
In an optical transmission module for mounting a plurality of optical components on the same mounting substrate, an optical fiber support portion in a groove for mounting an optical fiber is divided, and a cross section of the optical fiber support portion forms a V shape. And the optical fiber is inclined with respect to the surface of the mounting substrate. It is characterized by being implemented, or
(2)
In an optical transmission module for mounting a plurality of optical components on the same mounting substrate, an optical fiber support portion in a groove for mounting an optical fiber is divided, and the groove having the divided optical fiber support portion is The optical fiber is installed in the required direction within the surface of the mounting substrate, and the optical fiber is directed toward the required direction within the surface of the mounting substrate. It is characterized by being implemented, or
(3)
In an optical transmission module for mounting a plurality of optical components on the same mounting substrate, an optical fiber support portion in a groove for mounting an optical fiber is divided, and the width of the groove of the optical fiber support portion is gradually increased. And the optical fiber is mounted in a desired direction within the surface of the mounting substrate and inclined at a required angle. To become a Or
(4)
In an optical transmission module that mounts multiple optical components on the same mounting board, the optical fiber support in the groove for mounting the optical fiber And a marker for aligning the optical component on the extension line passing through the longitudinal center of the minimum unit of the groove for mounting the optical fiber in a direction perpendicular to the center line of the divided optical fiber support portion. Formed by anisotropic etching It is characterized by being made, or
(5)
In any one of (1) to (4) above, In an optical transmission module that mounts multiple optical components on the same mounting board, An optical fiber holding substrate having grooves that are aligned and a recess sufficient to cover the optical element surrounds the optical coupling portion between the optical element and the optical fiber, and is bonded to the mounting substrate via an insulating material to fix the optical fiber. The optical element is hermetically sealed. It is characterized by.
[0029]
[Action]
In an optical transmission module in which a plurality of optical components according to the present invention are mounted on the same mounting substrate, one or more alignment markers indicating the mounting position of the optical element on the mounting substrate, and one or both sides of the alignment marker One or more rotation alignment markers are formed, one or more markers are formed on the optical element to match the alignment markers, and the alignment markers on the mounting substrate are observed while observing with a microscope from above the silicon mounting substrate. Since the optical element can be positioned and mounted on the mounting substrate by aligning the optical element side marker and aligning the rotation alignment marker and the edge of the optical element, the material of the mounting substrate can be freely selected.
[0030]
In this case, if the rotation alignment marker is distributed on both sides of the straight line or curve, the rotation alignment marker distributed on one side is hidden by the edge of the optical element, and the rotation alignment marker distributed on the other side is visible. Accurate rotational alignment can be easily performed by positioning.
[0031]
Also, in this case, when a (100) silicon substrate is used as a mounting substrate and a groove made of (111) plane formed by anisotropic etching is used as an alignment marker and a rotation alignment marker on the mounting substrate, etching is performed. Since the slope is a (111) plane that is difficult to be etched, an alignment marker and a rotation alignment marker having an accurate shape can be formed at an accurate position.
[0032]
Also, in an optical transmission module in which a plurality of optical components are mounted on the same mounting board, if a hill is formed on the surface of the mounting board and the optical element is mounted on the surface of the hill and mounted, the height of the optical element is accurately Can be regulated.
In this case, if the height is formed of an insulating film, and in this case, if the thickness is 10 μm or less, the height of the height can be realized with a film formation method established conventionally.
[0033]
Also, in an optical transmission module that mounts a plurality of optical components on the same mounting substrate, dividing the optical fiber support portion in the groove for mounting the optical fiber can reduce the influence of the etching characteristics due to the crystal orientation of the mounting substrate. it can.
In this case, when the cross section of the divided groove for mounting the optical fiber is made V-shaped and the width thereof is gradually enlarged, the optical fiber can be mounted inclined with respect to the surface of the mounting substrate. By gradually shifting the divided grooves to be mounted within the surface of the mounting substrate, the optical fiber can be mounted in any direction within the surface of the mounting substrate, and using these together, the optical fiber can be mounted on the mounting substrate. It is possible to incline at an arbitrary angle with respect to the surface of the substrate and mount it in an arbitrary direction with the face plate of the mounting substrate.
[0034]
Further, in this case, the optical component is aligned with the extension line passing through the center of the longitudinal direction of the smallest unit of the groove for mounting the optical fiber in a direction perpendicular to the center line of the divided groove for mounting the optical fiber. By forming the marker for this purpose at the same time as the groove for mounting the optical fiber by anisotropic etching, the position of the marker can be prevented from changing even if an error occurs in the crystal orientation of the mounting substrate.
[0035]
In addition, in an optical transmission module for mounting a plurality of optical components on the same mounting substrate, an optical fiber holding substrate having a groove for aligning optical fibers and a recess sufficient to cover the optical device is formed, and the optical device and the optical fiber are formed. The optical substrate can be hermetically sealed at the same time as fixing the optical fiber by adhering the mounting substrate and the optical fiber holding substrate with an insulating material so as to surround the optical coupling portion.
In this case, when a (100) silicon substrate is used as the mounting substrate and the optical fiber holding substrate and the grooves for aligning the optical fibers and the recesses covering the optical elements are anisotropically etched, an accurate shape can be easily realized.
[0036]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
(First embodiment)
1A and 1B are configuration explanatory views of the optical transmission module of the first embodiment, in which FIG. 1A is a perspective view, FIG. 1B is an explanatory view of another rotation alignment marker, and FIG.
In this figure, 1 is a silicon mounting substrate, 2 is SiO ₂ Membrane, 3 is a metal layer for electrodes, 4 is an alignment marker, 5 is a rotation alignment marker, 6 is a solder layer, 7 is an optical fiber mounting groove, 7 ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ Is an optical element, 9 is an optical element side marker, 10 is an Au layer, and 11 is an optical fiber.
[0037]
In this embodiment, as shown in FIG. 1A, SiO 2 is formed on the upper surface of the silicon mounting substrate 1. ₂ A film 2 is formed, and an electrode metal layer 3 is formed on a region where an optical element 8 and an input / output circuit such as a semiconductor light emitting element or a semiconductor photoelectric conversion element, typically a semiconductor laser, are provided, and an optical element The solder layer 6 is formed on the electrode metal layer 3 on which the optical element 8 is to be mounted, the alignment marker 4 and the rotation alignment marker 5 are formed in the vicinity thereof, and the central axis of the region on which the optical element 8 is to be mounted Are provided with an optical fiber mounting groove 7 composed of a plurality of dividing grooves.
Further, an optical element side marker 9 and an Au layer 10 sandwiched between two narrow grooves are provided on the lower surface of the optical element 8.
[0038]
In the case of assembling, the alignment marker 4 and the optical element side marker 9 on the upper surface of the silicon mounting substrate 1 and the edges of the rotation alignment marker 5 and the optical element 8 are inclined with respect to the surface of the silicon mounting substrate 1 using a microscope. The optical element 8 is aligned and fixed with high accuracy by bonding the Au layer 10 on the lower surface of the optical element 8 with the solder layer 6 on the surface of the silicon mounting substrate 1 by observing from the direction.
Also, the ridge 7 ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ The optical fiber 11 is inserted into the optical fiber mounting groove 7 composed of the divided grooves, and the optical fiber 11 is mounted by being pressed by an optical fiber pressing substrate (not shown). The optical waveguide (not shown) and the core of the optical fiber 11 are matched to complete the optical transmission module.
[0039]
2 and 3 are explanatory diagrams of the manufacturing process of the optical transmission module according to the first embodiment, and (A) to (D) show the respective processes.
In this figure, 1 is a silicon mounting substrate, 1 ₁ Is ground connection, 2 is SiO ₂ Membrane, 3 is electrode metal layer, 4 is an alignment marker, 5 is a rotation alignment marker, 6 is a solder layer, 7 is an optical fiber mounting groove, 7 ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ Is a ridge, 8 is an optical element, 8 ₁ Is an optical element ground electrode, 10 is an Au layer, 11 is an optical fiber, 12 is a gold bonding wire, 13 is an optical fiber holding substrate, 13 ₁ Is a V-shaped groove.
The manufacturing method of the optical transmission module of the first embodiment will be described with reference to this manufacturing process explanatory diagram.
[0040]
First step (see FIG. 2A)
For example, a silicon mounting substrate 1 having a thickness of 400 μm and having a (100) surface is heated in wet oxygen to a temperature of 1050 ° C., and 1 μm thick SiO 2 is formed on the (100) surface. ₂ A film 2 is formed.
[0041]
Then this SiO ₂ A photoresist film is formed on the film 2 to form a photoresist film, and this photoresist film is formed on the projection 7 for supporting the optical fiber 11. ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ Optical fiber mounting groove 7, alignment marker 4 for aligning optical element 8, rotation alignment marker 5, and ground connection portion 1. ₁ A resist mask (not shown) is formed by patterning so as to form an opening of the following shape.
[0042]
Here, the size of the alignment marker 4 of the resist mask is, for example, 2 × 10 μm, and the size of the rotation alignment marker 5 is 2 μm square.
Further, the minimum division unit of the pattern of the optical fiber mounting groove 7 is, for example, 50 μm, and a corner drop is expected when the optical fiber mounting groove 7 is formed, and a 20 μm square correction pattern is formed at each corner. Is added.
[0043]
SiO exposed in resist mask opening ₂ CF film 2 ₄ A ridge 7 for supporting the optical fiber 11 by etching by a reactive ion etching method using gas. ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ Optical fiber mounting groove 7, alignment marker 4 for aligning optical element 8, rotation alignment marker 5, and ground connection portion 1. ₁ SiO having an opening of the shape ₂ After the film 2 is formed, the photoresist mask is removed by oxygen ashing.
[0044]
Second step (see FIG. 2B)
SiO with shaped opening ₂ Using the film 2 as a mask, the silicon mounting substrate 1 is wet etched using a 35% KOH aqueous solution to support the optical fiber 11. ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ And an optical fiber mounting groove (hereinafter sometimes abbreviated as “V-groove”) 7 having a V-shaped cross section, an alignment marker 4 for positioning the optical element 8, and a rotation alignment marker 5.
In addition, the earth connection part 1 is obtained by this etching process. ₁ Are etched at the same time, but there is no particular problem.
[0045]
Third step (see FIG. 3C)
Next, a titanium layer having a thickness of 500 mm and a gold layer having a thickness of 5000 mm are sequentially laminated by using an electron beam evaporation method to form a laminated metal layer on the surface of the silicon mounting substrate 1, and an electrode metal is formed thereon. Layer 3 and ground connection 1 ₁ After forming a resist mask having the shape of, and removing the laminated metal layer exposed outside the resist mask by wet etching, the resist mask is removed by acetone.
Thereafter, a solder layer 6 made of gold tin having a thickness of about 3 μm is formed by a lift-off method in a region where the optical element 8 is fixed on the electrode metal layer 3.
[0046]
Fourth step (see FIG. 3D)
The optical element 8 (see FIG. 1) having the optical element side marker 9 is aligned with the alignment marker 4 and the rotation alignment marker 5 on the silicon mounting substrate 1 with a stereomicroscope, and the optical element 8 is placed on the solder layer 6. After mounting, the solder layer 6 is melted by heating to a temperature of 320 ° C., and then solidified and fixed.
Next, the optical element ground electrode 8 is formed by the gold bonding wire 12. ₁ The ground connection 1 ₁ Connect to.
Finally, the optical fiber 11 is inserted into the optical fiber mounting groove 7 having a V-shaped cross section, and the V-shaped groove 13 is inserted. ₁ And is fixed with an adhesive to complete an optical transmission module.
[0047]
According to this embodiment, the marker that can be formed with an accuracy of 1 μm or less by photolithography technology is arranged so as not to be hidden in the process of aligning and mounting, so that alignment by visible light becomes possible, and the silicon mounting substrate If the alignment marker and the optical element side marker are aligned while observing with a microscope, the alignment can be performed with high accuracy of 1 μm or less, and the working efficiency is improved.
[0048]
In this case, as shown in FIG. 1 (B), the rotation alignment markers 5 are alternately arranged on a straight line, and as shown in FIG. 1 (C), only the rotation alignment markers 5 distributed on one side are present. By aligning the optical element 8 so that it is hidden by the edge of the optical element 8 and the other marker is visible, the optical element 8 can be reliably positioned with a rotational deviation equal to or less than the size of the visible marker.
[0049]
Further, the ridges 7 are formed by anisotropic etching using the silicon mounting substrate 1. ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ When the optical fiber mounting groove 7 having a V-shaped cross section is formed, the projection 7 ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ The dimensional accuracy can be improved as compared with the case where the optical fiber mounting groove having a V-shaped cross-section is formed.
[0050]
For example, when the optical fiber mounting groove 8 having a V-shaped cross section having a length of 1 cm is formed with an accuracy of ± 1 μm, a normal ridge 7 is used. ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ In a V-groove that does not have a groove, one side of the V-groove and the silicon crystal axis must be aligned with a rotational deviation of 0.006 degrees or less. ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ In the V-groove having, the allowable angle deviation from the crystal axis can be expanded to about 1 degree.
As a result, restrictions on manufacturing the mounting substrate can be relaxed, and reproducibility of the optical fiber mounting accuracy can be ensured.
[0051]
(Second embodiment)
4A and 4B are configuration explanatory views of the optical transmission module according to the second embodiment, in which FIG. 4A is a perspective view, and FIG. 4B and FIG.
In this figure, 1 is a silicon mounting substrate, 2 is SiO ₂ Membrane, 3 is electrode metal layer, 4 is an alignment marker, 5 is a rotation alignment marker, 6 is a solder layer, 7 is an optical fiber mounting groove, 7 ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ Is an optical element, 9 is an optical element side marker, 10 is an Au layer, 11 is an optical fiber, and 14 is a hill.
[0052]
In the optical transmission module of this embodiment, as shown in FIG. 4 (A), an electrode metal layer 3 is formed in a region where the optical element 8 on the upper surface of the silicon mounting substrate 1 is to be mounted, and the electrode metal layer 3 is formed thereon. A solder layer 6 is formed, an alignment marker 4 and a rotation alignment marker 5 are formed in the vicinity thereof, and a number of ridges 7 are formed on the central axis of a region where the optical element 8 is to be mounted. ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ And a solder layer 6 at the center of the electrode metal layer 3, an alignment marker 4, and a rotation alignment marker 5 are exposed on the upper surface of the silicon mounting substrate 1. SiO in the region excluding the mounting groove 7 ₂ A plateau 14 made of the film 2 is formed.
An optical element side marker 9 and an Au layer 10 sandwiched between two narrow grooves are formed on the lower surface of the optical element 8.
[0053]
When this is assembled, as shown in FIGS. 4B and 4C, the alignment marker 4 and the optical element side marker 9 on the upper surface of the silicon mounting substrate 1, and the edges of the rotation alignment marker 5 and the optical element 8 are used. Are aligned with each other by observing the surface of the silicon mounting substrate 1 with a microscope from an oblique direction, and the optical element 8 is placed on the upper surface of the hill 14. By bonding 10, the optical element 8 is aligned with high accuracy and fixed to the silicon mounting substrate 1.
Also, a number of ridges 7 ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ By inserting the optical fiber 11 into the optical fiber mounting groove 7 having a shape and holding it by an optical fiber holding substrate (not shown), the optical waveguide of the optical element 8 and the core of the optical fiber 11 are made to coincide. Complete the optical transmission module.
[0054]
In this case, since the film thickness of the hill 14 can be formed with high accuracy by using an existing film forming technique, the lower surface of the optical element 8 is placed on the upper surface of the hill 14 and bonded by the solder layer 6. By doing so, the height of the optical element 8 can be determined easily and accurately, and the optical waveguide of the optical element 8 and the core of the optical fiber 11 can be matched.
[0055]
In this case, the height of the height 14 is sufficient to be 10 μm or less even if the thickness of the electrode metal layer 3 and the solder layer 6 is taken into consideration. For example, a film having a thickness of 10 μm can be realized with an accuracy of ± 1 μm by using an appropriate film forming technique. Therefore, if the optical element 8 is placed on this hill, the optical element 8 The height can be easily positioned with an accuracy of 1 μm with good reproducibility.
[0056]
(Third embodiment)
FIG. 5 is an explanatory diagram of a part of the optical transmission module according to the third embodiment.
In this figure, 1 is a silicon mounting substrate, 3 is a metal layer for electrodes, 6 is a solder layer, 7 is an optical fiber mounting groove, 7 ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ Is a ridge, and 11 is an optical fiber.
[0057]
In this embodiment, the electrode metal layer 3 and the solder layer 6 are formed in the region where the optical element 8 (see FIG. 1) on the upper surface of the silicon mounting substrate 1 is to be mounted, and the region where the optical element 8 is to be mounted. Many ridges 7 on the center axis of ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ An optical fiber mounting groove 7 made of a split groove having the following structure is provided.
And the protruding ridge 7 which the optical fiber mounting groove 7 opposes ₁₁ And 7 ₁₂ , 7 ₂₁ And 7 ₂₂ , 7 ₃₁ And 7 ₃₂ , 7 ₄₁ And 7 ₄₂ And the outer peripheral surface of the optical fiber 11 is convex. ₁₁ And 7 ₁₂ , 7 ₂₁ And 7 ₂₂ , 7 ₃₁ And 7 ₃₂ , 7 ₄₁ And 7 ₄₂ The optical fiber 11 can be mounted at an arbitrary angle with respect to the upper surface of the silicon mounting substrate 1 by gradually lowering the position in contact with the surface.
[0058]
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is an explanatory diagram of a part of the optical transmission module according to the fourth embodiment.
In this figure, 1 is a silicon mounting substrate, 3 is a metal layer for electrodes, 6 is a solder layer, 7 is an optical fiber mounting groove, 7 ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ Is a ridge, and 11 is an optical fiber.
[0059]
In this embodiment, the electrode metal layer 3 and the solder layer 6 are formed in the region where the optical element 8 (see FIG. 1) on the upper surface of the silicon mounting substrate 1 is to be mounted, and the region where the optical element 8 is to be mounted. Many ridges 7 on the center axis of ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ The optical fiber mounting groove 7 is formed of a split groove having.
And the protruding ridge 7 which the optical fiber mounting groove 7 opposes ₁₁ And 7 ₁₂ , 7 ₂₁ And 7 ₂₂ , 7 ₃₁ And 7 ₃₂ , 7 ₄₁ And 7 ₄₂ The optical fiber 11 can be mounted on the surface of the silicon mounting substrate 1 at an arbitrary angle or in a curved line by gradually shifting the center line from the extended straight line while keeping the distance of the optical fiber 11 constant. .
[0060]
(5th Example)
In the optical transmission module of the third embodiment (see FIG. 5), the convex strips facing the optical fiber mounting groove 7 provided on the central axis of the region where the optical element 8 of the silicon mounting substrate 1 is to be mounted. 7 ₁₁ And 7 ₁₂ , 7 ₂₁ And 7 ₂₂ , 7 ₃₁ And 7 ₃₂ , 7 ₄₁ And 7 ₄₂ In the optical transmission module (see FIG. 6) of the fourth embodiment, the optical fiber 11 is mounted at an arbitrary angle with respect to the upper surface of the silicon mounting substrate 1. Convex ridge 7 that opposes the optical fiber mounting groove 7 provided on the central axis of the region where one optical element 8 is to be mounted ₁₁ And 7 ₁₂ , 7 ₂₁ And 7 ₂₂ , 7 ₃₁ And 7 ₃₂ , 7 ₄₁ And 7 ₄₂ The optical fiber 11 is mounted on the surface of the silicon mounting substrate 1 at an arbitrary angle or in a curved line by gradually shifting the center line from the extended straight line while keeping the interval of In this embodiment, by using both configurations, the optical fiber 11 is inclined at an arbitrary angle with respect to the upper surface of the silicon mounting substrate 1 and at an arbitrary angle within the surface of the silicon mounting substrate 1, or Can be implemented by drawing a curve.
[0061]
(Sixth embodiment)
FIG. 7 is an explanatory diagram of a part of the optical transmission module according to the sixth embodiment, in which (A) is a perspective view and (B) is a plan view.
In this figure, 1 is a silicon mounting substrate, 3 is an electrode metal layer, 4 is an alignment marker, 6 is a solder layer, 7 is an optical fiber mounting groove, 7 ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ Is an optical element, 9 is an optical element side marker, and 10 is an Au layer.
[0062]
In this embodiment, the ridge 7 formed on the silicon mounting substrate 1. ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ An optical fiber having a V-shaped cross section in which the bisector of the distance between the alignment markers 4 and 4 facing each other is located at the center of the minimum division unit on both sides of the center line of the optical fiber mounting groove 7 having The alignment markers 4 and 4 are formed so as to be the center of the mounting groove 7.
[0063]
If the alignment markers 4 and 4 are formed in such a positional relationship, there is an angle shift between the optical fiber mounting groove 7 and the crystal axis of the silicon mounting substrate 1, and the width of the optical fiber mounting groove 7 is wider than the design value. However, since the opposing cross-sections on the line connecting the alignment markers 4 and 4 have the same amount of expansion of the inclined wall of the V-shaped optical fiber mounting groove 7, the alignment markers 4 and 4 sandwiching the optical fiber mounting groove 7 are always The bisector is positioned at the center of the optical fiber mounting groove 7.
Accordingly, when the optical element side markers 9 and 9 are aligned with the alignment markers 4 and 4, the Au layer 10 of the optical element 8 is adhered by the solder layer 6 on the electrode metal layer 3, and the optical element 8 is mounted. The optical element 8 can be accurately aligned with the core of the optical fiber.
[0064]
(Seventh embodiment)
8, FIG. 9, and FIG. 10 are explanatory diagrams of the manufacturing process of the optical transmission module of the seventh embodiment, and (A) to (E) show each process.
In this figure, 1 is a silicon mounting substrate, 1 ₁ Is ground connection, 2 and 15 are SiO ₂ Membrane, 3 is a metal layer for electrodes, 4 is an alignment marker, 5 is a rotation alignment marker, 6 is a solder layer, 7 is an optical fiber mounting groove, 7 ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ Is a ridge, 8 is an optical element, 8 ₁ Is an optical element ground electrode, 9 is an optical element side marker, 11 is an optical fiber, 12 is a gold bonding wire, 16 is a metal layer, 17 is a sealing container and optical fiber holding substrate, 17 ₁ Is a sealing container and optical fiber holding substrate adhesion region.
The manufacturing method of the optical transmission module of the seventh embodiment will be described with reference to the manufacturing process explanatory diagram.
[0065]
First step (see FIG. 8A)
A (100) silicon mounting substrate 1 having a thickness of 400 μm is heated in wet oxygen to a temperature of 1050 ° C., and 1 μm thick SiO 2 is formed on the (100) surface. ₂ After the film 2 is formed, this SiO 2 ₂ An electrode metal layer 3 comprising an optical element electrode and an input / output circuit electrode for fixing the optical element 8 on the film 2 is formed of a titanium / gold laminated film.
[0066]
Second step (see FIG. 8B)
About 4 μm thick SiO 2 by plasma CVD ₂ After the film 15 is formed, as in the first embodiment, the alignment marker 4 for aligning the optical element 8 and the ground connection 1 ₁ , Ridge 7 ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ An opening having the shape of the optical fiber mounting groove 7 is formed, and the silicon mounting substrate 1 exposed in the opening is wet etched with a 35% KOH aqueous solution to support the optical fiber 11. ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ And an optical fiber mounting groove 7 having a V-shaped cross section and an alignment marker 4 for aligning the optical element 8.
[0067]
Third step (see FIG. 9C)
Next, a titanium layer having a thickness of 500 mm and a gold layer having a thickness of 5000 mm are sequentially laminated by an electron beam evaporation method to form a metal layer 16 on the surface of the silicon mounting substrate 1, and ground connection is performed using a photolithography technique. Part 1 ₁ A resist mask is formed on the slope of the optical fiber mounting groove 7 for fixing the optical fiber 11 with the solder and the region for bonding the sealing container / optical fiber holding substrate 17 (see FIG. 10) with the solder, and outside the resist mask. The exposed metal layer 16 is removed by wet etching, and the ground connection 1 ₁ And the slope of the optical fiber mounting groove 7 for fixing the optical fiber 11 and the sealing container / optical fiber holding substrate bonding region 17. ₁ The metal layer 16 is left on.
[0068]
Fourth step (see FIG. 9D)
Earth connection 1 ₁ And the slope of the optical fiber mounting groove 7, the sealing container / optical fiber holding substrate bonding region 17. ₁ A resist mask having openings in the region for mounting the optical element 8 (see FIG. 1) and the input / output circuit formation region is formed on the metal layer 16 and the resist mask is used for the optical element by hydrofluoric acid. Electrode 3 ₁ And input / output circuit forming electrode 3 ₂ Until the electrode metal layer 3 forming the electrode is exposed ₂ The film 15 is wet etched.
Thereafter, the optical element electrode 3 for mounting the optical element 8 is used. ₁ Then, a solder layer 6 made of gold tin having a thickness of about 3 μm is formed by a lift-off method.
[0069]
5th process (refer FIG.10 (E)).
The optical element 8 having the optical element side markers 9 and 9 made of two narrow grooves as shown in FIG. 7 is aligned with the alignment marker 4 of the silicon mounting substrate 1 using a microscope, and then heated to about 320 ° C. Then, the optical element 8 is mounted on the silicon mounting substrate 1.
Next, an optical element ground electrode 8 of the optical element 8 is formed by a gold bonding wire 12. ₁ The ground connection 1 ₁ Connect to.
[0070]
Next, the optical fiber 11 having a gold coating on the outer periphery is formed on the ridge 7. ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ And a recess 17 sufficient to cover the optical fiber mounting groove 7 and the optical element 8. ₂ And a tin-lead solder layer 17 on the edge ₃ The optical fiber 11 is sandwiched between the lead-tin solder sheet 18 and the lead-tin solder sheet 17 by heating the entire silicon mounting substrate 1 to about 200 ° C. while applying a load. ₃ The lead-tin solder sheet 18 is melted and the silicon mounting substrate 1 and the sealing container / optical fiber holding substrate 17 are fixed to complete the optical transmission module.
In this case, the silicon mounting substrate 1 and the sealing container / optical fiber holding substrate 17 are connected to the lead tin solder layer 17. ₃ In the step of fixing by the above, if necessary, an inert gas such as dry nitrogen can be sealed and hermetically sealed so as to surround the optical coupling portion and stabilized.
[0071]
In each of the above embodiments, a silicon substrate is used as the silicon mounting substrate, the optical fiber holding substrate, and the sealing container / optical fiber holding substrate, and the alignment marker, the rotation alignment marker, and the optical fiber supporting groove are anisotropically etched. The cross section used may be formed by a V-shaped groove.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical transmission module of the present invention, it is possible to position a plurality of optical components on the mounting substrate with high accuracy and assemble with high reproducibility, and to seal the optical element in an airtight manner. Since the manufacturing process of the transmission module can be simplified, it greatly contributes to high reliability, miniaturization, mass productivity, and cost reduction of the optical transmission module.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of an optical transmission module according to a first embodiment, in which (A) is a perspective view, (B) is an explanatory diagram of another rotation alignment marker, and (C) is an alignment explanatory diagram.
FIG. 2 is an explanatory diagram (1) of a manufacturing process of the optical transmission module according to the first embodiment, and (A) and (B) show each process.
FIG. 3 is an explanatory diagram (2) of a manufacturing process of the optical transmission module according to the first embodiment, and (C) and (D) show the respective processes.
4A and 4B are configuration explanatory views of an optical transmission module according to a second embodiment, in which FIG. 4A is a perspective view, and FIG. 4B and FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a part of the optical transmission module according to a third embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a part of the optical transmission module according to a fourth embodiment.
7A and 7B are explanatory diagrams of a part of the optical transmission module according to the sixth embodiment, in which FIG. 7A is a perspective view and FIG. 7B is a plan view.
FIG. 8 is an explanatory diagram (1) of a manufacturing process of the optical transmission module according to the seventh embodiment, and (A) and (B) show each process.
FIG. 9 is an explanatory diagram (2) of a manufacturing process of the optical transmission module according to the seventh embodiment, and (C) and (D) show the respective processes.
FIG. 10 is an explanatory diagram (3) of a manufacturing process of the optical transmission module according to the seventh embodiment, and (E) shows each process.
FIG. 11 is a configuration explanatory diagram (1) of a conventional optical transmission module.
FIG. 12 is a configuration explanatory diagram (2) of a conventional optical transmission module.
FIGS. 13A and 13B are configuration explanatory views (3) of a conventional optical transmission module, in which FIG. 13A is a perspective view and FIG. 13B is an enlarged plan view.
[Explanation of symbols]
1 Silicon mounting substrate
1 ₁ Earth connection
2,15 SiO ₂ film
3 Metal layers for electrodes
4 Alignment marker
5 Rotation alignment marker
6 Solder layer
7 Optical fiber mounting groove
7 ₁₁ , 7 ₂₁ , 7 ₃₁ , 7 ₄₁ , 7 ₁₂ , 7 ₂₂ , 7 ₃₂ , 7 ₄₂ Ridge
8 optical elements
8 ₁ Optical element ground electrode
9 Optical element side marker
10 Au layer
11 Optical fiber
12 Gold bonding wire
13 Optical fiber holding substrate
13 ₁ V-shaped groove
14 High ground
16 metal layers
17 Sealing container and optical fiber holding substrate
17 ₁ Sealing container and optical fiber holding substrate bonding area

Claims

In an optical transmission module that mounts multiple optical components on the same mounting board,
The optical fiber support portion in the groove for mounting the optical fiber is divided, and the cross section of the optical fiber support portion forms a V shape and is gradually widened so that the optical fiber is inclined with respect to the surface of the mounting substrate. the optical transmission module characterized by comprising implemented Te.

In an optical transmission module that mounts multiple optical components on the same mounting board,
The optical fiber support portion in the groove for mounting the optical fiber is divided, and the groove having the divided optical fiber support portion is installed by gradually shifting in the required direction in the surface of the mounting substrate. An optical transmission module , wherein a fiber is mounted in the required direction within a surface of the mounting substrate .

In an optical transmission module that mounts multiple optical components on the same mounting board,
The optical fiber support portion in the groove for mounting the optical fiber is divided, and the width of the groove of the optical fiber support portion is gradually widened and is gradually shifted in the required direction within the surface of the mounting substrate. The optical transmission module, wherein the optical fiber is mounted in a required direction within the surface of the mounting substrate and inclined at a required angle .

In an optical transmission module that mounts multiple optical components on the same mounting board,
Dividing the optical fiber support part in the groove for mounting the optical fiber ,
Markers for aligning optical components perpendicular to the center line of the divided optical fiber support portion and on the extension line passing through the longitudinal center of the smallest unit of the groove for mounting the optical fiber are anisotropically etched. the optical transmission module, characterized in that in consists formed.

In an optical transmission module that mounts multiple optical components on the same mounting board,
An optical fiber holding substrate having a groove for aligning optical fibers and a recess sufficient to cover the optical element surrounds the optical coupling portion between the optical element and the optical fiber, and is bonded to the mounting substrate via an insulating material to fix the optical fiber. The optical transmission module according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical element is hermetically sealed .