JP4808900B2

JP4808900B2 - 受動位置合わせの方法および装置

Info

Publication number: JP4808900B2
Application number: JP2001586503A
Authority: JP
Inventors: パルムスコグ、ゲーラン; グランベルグ、マッツ; エリクセン、ポール; フレユドゥ、クリステル; ベックリン、レンナルト; ルンドストレーム、ポンチュス; エリクソン、トーマス; ヴィエイデル、クリスティアン
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: US20060007972A1; EP1290481A1; DE60142832D1; AU6094201A; KR100902433B1; JP2003534568A; KR20020021161A; SE0100367D0; CA2380240A1; SE519713C2; EP1290481B1; ATE478356T1; CA2380240C; SE0100367L; US7317746B2; CN1380987A; WO2001090794A1; US20020019068A1

Description

【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、低コスト・アレイ・ファイバ・アクセス部品のための高精度受動位置合わせ技術などの高精度受動位置合わせの方法および装置に関する。
【０００２】
（発明の背景）
シリコンおよび重合体に関する微細構造技術の組合わせは、ＭＴインタフェースを備えたベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）導波路ＦＴＴＨアレイ部品を製造するために使用されている。受動位置合わせ構造が、レーザ・アレイすなわちダイオードと、光学インタフェースとの両方に使用されている。
【０００３】
（発明の概要）
広帯域界は電気通信網の容量の実質的な増大を求めている。現在、シングル・モード光ファイバの最終利用者への展開において、部品のコストは受け入れられないほどに高い。コストを低減するために、アレイ技術、受動位置合わせおよびプラスチック封止に努力を集中しなければならない。
【０００４】
定められた組合せと順序に入っている次の技術は、以下に述べる低コストＦＴＴＨ部品を実現するために不可欠なものである。シリコン微細加工、リン化インジウム（ＩｎＰ）・レーザ・ダイオード・アレイ技術、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）導波路、自己整合はんだバンプによる導波路へのレーザ・ダイオード・アレイの受動位置合わせ、光ＭＴインタフェースへの導波路の受動位置合わせ−微細複製技術、およびプラスチック封止。
【０００５】
レーザ支持体は、低コスト複製支持体の位置合わせ構造を使用してＭＴインタフェースに受動位置合わせされる。レーザ支持体は自己整合半導体レーザに基礎を置いており、この半導体レーザは、平面重合体導波路を有するシリコン基板にフリップ・チップ取付けされている。本発明による位置合わせの概念を図１に示し、この図１は、重合体支持体に取り付けられたレーザ支持体の正面図である。
【０００６】
低コスト・アレイ・レーザ部品に関する新規な概念は、次のように評価された。それは、レーザと導波路の間および導波路と光ＭＴインタフェースの間に、受動位置合わせ技術に基づいて作ることができる。ありそうなことであるが、発見されたプロセスおよび発見されたプロセス順序によって、優れた光学特性を有する経済的な商用部品の製造に必要な条件を成し遂げ満足させることが将来可能になる。
【０００７】
ここで、好ましい実施形態および添付の図面に関連して、本発明をより詳細に説明する。
【０００８】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
レーザ支持体１は、ＡｕＳｎはんだバンプを使用して支持体上の導波路３に受動位置合わせされた端部発光ＳＭレーザ・アレイ２を含む。図２を参照されたい。この位置合わせの方法は、以前に示され、単一モード精度を与えている。参考文献［１］および［２］を参照されたい。この位置合わせは、溶融相のバンプで生じる表面張力によって達成される。シリコン基板上の例えばＢＣＢの平面導波路３（参考文献［３］を参照されたい）によって、レーザ・アレイ２からの光が支持体１の端部に導かれる。これにより、リード線がない将来の導波路機能を備えたレーザ部品が実装されるようになる。支持体１をＭＴインタフェースに位置合わせするために、好ましくはシリコンで作られた支持体１の外側部分に、位置合わせ溝４をエッチングする。図２を参照されたい。
【０００９】
レーザ支持体１は重合体支持体５の上に逆さまに配置し、レーザ支持体の位置合わせ溝４を垂直方向の位置合わせ構造６に適合させ、さらに導波路３を重合体支持体上の水平方向の位置合わせ構造７に適合させることで、レーザ支持体１をＭＴインタフェースに受動的に位置付けする。図１を参照されたい。重合体支持体は、微細構造が形成されたシリコンを成形インサート８として使用するトランスファー成形に基づいた複製技術を使用して作るのが好ましい。図３および参考文献［４］を参照されたい。成形インサートは、ＭＴインタフェース用、および垂直方向の位置合わせ構造６および水平方向の位置合わせ構造７を後で重合体支持体に作成するための垂直位置合わせ用および水平位置合わせ用の異なる寸法のＶ溝を備える。レーザ・アレイ用の場所を作るために、重合体支持体内の位置合わせ構造の後ろに空隙を形成することができる。これは、成形インサートに接着されたビルディング・ブロックを使用して行うのが好ましい。複製構造の寸法制御および低熱膨張を達成するために、石英充填エポキシを重合体として使用する。参考文献［４］および［５］を参照されたい。複製支持体のＭＴ案内穴９（図１を参照されたい）は、複製ステップ中に成形インサートにＭＴ案内ピン１０を配置して作る。
【００１０】
次に、レーザ支持体の後ろ側にリード・フレームを取り付け、このリード・フレームをワイヤ・ボンディングで電極に接続することができる。これは、レーザ支持体を重合体支持体に接着剤で固定する前に行う。最後に、このユニットは、トランスファー成形を使用して封止し、さらに研磨して導波路端部の光学仕上げを行う。
【００１１】
レーザ・アレイは４レーザ・チャネルを有することが可能であり、この場合、信号電極は、エピタキシャル側に現れ、レーザ・アレイをフリップ・チップ取付けするときに、支持体に接続することができる。共通接地電極は、レーザ支持体にワイヤ・ボンディングする。
【００１２】
レーザ支持体は、シリコンに対してリソグラフィおよびドライ・エッチングを使用する標準的な微細構造形成技術を使用して製造した。電極は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ｎｉ／Ａｕの電子ビーム蒸着とリフト・オフ法で作成した。次に、はんだバンプとして、金および錫をフォトレジスト・マスクによって電気メッキすることができる。平面ＢＣＢ導波路は、下被着層および上被着層により、導波コアの間に形成した。参考文献［３］を参照されたい。これらの層は全て、シリコン基板上にスピン堆積により堆積し、リソグラフィ・ステップで導波コアのパターンを作成した。また、導波路の端部表面をドライ・エッチングして、導波路の鋭くとがった先端部を作成した。これは、レーザから導波路コアへの優れた結合効率を得るために行った。最後に、酸化膜をマスク材料とするＤＲＩＥ（深い反応性イオン・エッチング）を使用して、位置合わせ溝を基板にエッチングした。
【００１３】
（１００）方向のシリコン・ウェーハをＫＯＨ（３０体積％）で異方性エッチングして、成形インサートを製造した。ＭＴ案内ピン用のＶ溝は２つのレベルから成るので、マスク材料としてＳｉ酸化膜およびＳｉ窒化膜を使用する２つの別個のリソグラフィ・ステップを使用した。最初に、マスク材料として窒化膜を使用して、広いＭＴ構造をエッチングした。窒化膜を除去した後で、下の酸化膜マスクを使用して残りの構造をエッチングした。ビルディング・ブロックを作成するために、別のシリコン・ウェーハをこのウェーハの表面に融着した。次に、この接着されたウェーハから、ビルディング・ブロック構造をエッチングで作り出した。成形インサートの全ての構造は、重合体材料の０．６２９％の寸法収縮率に対して補償した。参考文献［４］を参照されたい。
【００１４】
レーザ・モジュールの光学特性は積分球を使用して試験することができ、ＩＰ曲線は個々のチャンネルごとに記録することができる。
【００１５】
プロフィロメータ（ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）を使用して成形インサートと複製支持体の両方について構造を測定すると、トランスファー成形後の複製構造の全収縮率は、約０．６９％であることが分った。
【００１６】
本発明は、前記および図示の例示の実施形態に限定されることはなく、首記の特許請求の範囲の範囲内で修正物を作ることができる。
（参考文献）
［１］Åhlfeldt H, et al、「Passive alignment of laser arrays to single-mode fibers using microstructured silicon carriers」, Proc. of the Int. Conf. on Optical MEMS and their application (MOEMS' 97), Nara, Japan, 1997, p. 155-159.
［２］Hunziker W., et al, 「Low cost Packaging of Semiconductor Laser Arrays using Passive Self-Aligned Flip-Chip Technique on Si motherboard」, Proc. of the 46^th Electronic Components & Technology Conference, Orlando, F1, 1996, p. 8-12.
［３］Palmskog G., et al, 「Low-cost single-mode optical passive coupler devices with an MT-interface-based on polymeric waveguides in BCB」, Proc, ECIO '97. 8^th European Conference on Integrated Optics and Technical Exhibition. Opt. Soc. America, Washington, DC, USA, 1997, p. 291-294.
［４］Lundstrom, P, et al, 「Precision Molding of Plastic Connectors Directly on Single-Mode Fibers」, Proc. 48^th Electronic Components & Technology Conference, Seattle, Washington, 1998, p. 828-833.
［５］Yokosuka H., et al, 「multifiber Optical Components for Subscriber Networks」, Proc. of the 46^th Electronic Components & Technology Conference, Orlando, F1, 1996, p. 487-493.

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による位置合わせの概念で、重合体支持体に取り付けられたレーザ支持体の正面図である。
【図２】本発明による支持体構造に適応した位置合わせ溝を有するレーザ支持体の上面図である。
【図３】本発明による重合体支持体の正面図であり、成形インサートの位置合わせ構造および成形された重合体支持体を示す。

Claims

レーザ・アレイ（２）および導波路（３）を含むレーザ支持体（１）であって、該レーザ・アレイ（２）から該導波路（３）を介して該レーザ支持体（１）の一端に光を伝えるようになったレーザ支持体（２）を正確に位置合わせする方法にして、
該レーザ支持体（１）の両側に沿って、溝幅が前記導波路（３）の溝幅より大きな位置あわせ溝（４）を形成する段階、
凹所を有し、さらに該凹所内で横断面形状が三角形の垂直方向位置合わせ構造（６）および横断面形状が三角形の水平方向位置合わせ構造（７）が設けられた重合体支持体（５）を準備する段階、ならびに
前記レーザ支持体（１）を前記重合体支持体（５）の前記凹所内に配置する段階を有し、
前記レーザ支持体（１）の前記位置合わせ溝（４）が前記重合体支持体（５）の垂直方向の位置合わせ構造（６）に合わせられ、しかして該レーザ支持体（１）の前記導波路（３）が該重合体支持体（５）の前記水平方向の位置合わせ構造（７）と合わせられるようになっている、光学部品を正確に位置合わせする方法において、
前記水平方向の位置合わせ構造（７）は、前記垂直方向の位置合わせ構造（６）の間に設けられ、該水平方向の位置合わせ構造（７）の横断面積は、垂直方向の位置合わせ構造（６）の横断面積より小さくされ、前記レーザ支持体（１）を前記重合体支持体（５）に配置する際、該垂直方向の位置合わせ構造（６）を前記位置あわせ溝（４）に係合させた後に該水平方向の位置合わせ構造（７）を前記導波路（３）に係合させることを特徴とする方法。