JP7334782B2 - 光電ファイバ、通信装置および光電ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光電ファイバおよび通信装置に関し、より具体的には、光信号を伝送するファイバの端部に光電変換素子を備えた光電ファイバとその光電ファイバを用いた通信装置に関する。

今日の通信においては、大容量化の求めに応じて、ファイバが用いられている。ファイバを用いた通信に用いられる通信装置は、例えば、信号処理を行うデジタル信号処理部と光トランシーバとをプリント基板上で接続する構成を有する。

このような通信装置においては、例えば図８に示すように、プリント基板１００２上に、ＬＳＩ（集積回路）１００１とプラガブル光トランシーバ１００３とが設けられ、両者は高周波電気配線１００４によって接続されている。ここでＬＳＩ１００１は、通信の信号処理を行うデジタル処理部とデジタル－アナログ変換回路を備えた送受信部を構成している。また、プラガブル光トランシーバ１００３は、ＬＳＩ１００１から高周波電気配線１００４を介して入力される電気信号をプラガブル光トランシーバ１００３内で光信号に変換して、光ファイバ１００５によりプリント基板１００２の外部に送出するとともに、光ファイバ１００５より受信した光信号を電気信号に変換し、ＬＳＩ１００１から高周波電気配線１００４を介してＬＳＩ１００１に対して出力する。

図８に示す通信装置においては、ＬＳＩ１００１のデジタル－アナログ変換回路や、プリント基板１００２上の高周波電気配線１００４の帯域に制限があるために、ＬＳＩ１００１やプラガブル光トランシーバ１００３を複数設け、パラレル処理を行うことによって全体の伝送容量を増やすことも行われている。

プラガブル光トランシーバ１００３の内部では、レーザダイオード（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）などの光電変換素子と光ファイバ１００５のコアを光学的に結合させている。光電変換素子と光ファイバ１００５のコアとを接続する際には、光学的な挿入損失を低減させるため、１ミクロン以下の調心が必要である。そのために標準的なコネクタの嵌合構造１００６を用いることが多い。このため、プラガブル光トランシーバ１００３のサイズは、数ｃｍ角となって、ＬＳＩ１００１に比べて大きくなっている。また、プリント基板１００２の外部へ光ファイバ１００５を取り出すために、プラガブル光トランシーバ１００３は、プリント基板１００２の周縁部に配置される。

Y. Yue et al., "Latest Industry Trend in Pluggable Optics", Int. Conf. Optical Communications and Networks, 2017.

しかしながら、上述したような配置にすると、プリント基板１００２上の高周波電気配線１００４によって接続する距離が長くなるため、電気信号が劣化してしまう。その劣化を補うために、波形成形・タイミング成形・再生などの波形補正回路チップを設けることもできるが、波形補正回路チップを設けると、ＬＳＩ１００１やプラガブル光トランシーバ１００３のサイズがさらに大きくなってしまう。その結果、一つのＬＳＩと接続できるプラガブル光トランシーバの個数に制限が生じ、通信装置全体としての伝送容量も頭打ちになるという問題があった。

そこで、本発明は、光トランシーバを小型化することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る光電ファイバ（１００）は、光が導波するコアを有するファイバと、前記ファイバと連続して形成されて、高周波対応の光電変換素子を有する光電変換チップを収容した、円柱状の電気部と、前記電気部の表面に形成された複数の円環状の外部電極とを備え、前記光電変換チップは、前記コアと光学的に接続され、前記ファイバの軸線方向と平行な前記光電変換チップの一の面に形成されて、前記外部電極と電気的に接続する電極パッドと、前記一の面と接続する、前記ファイバの軸線方向と垂直な側面に設けられ、前記コアと光学的に接続する光入出力部とを備え、前記外部電極と前記電極パッドとを接続する配線を備え、前記光電変換チップが、前記電気部内に配置され、前記配線が、前記電気部内で、前記一の面に垂直方向に配置され、前記光電変換チップと前記配線との周囲が絶縁体により充填されている。
また、本発明に係る光電ファイバは、光が導波するコアを有するファイバと、前記ファイバと連続して形成されて、光電変換素子を有する光電変換チップを収容した電気部と、前記電気部の表面に形成された複数の外部電極とを備え、前記光電変換チップは、前記コアと光学的に接続され、前記光電変換チップの一の面に形成されて、前記外部電極と電気的に接続する電極パッドと、前記一の面および前記一の面と平行な他の面のいずれか一方に設けられ、前記コアと光学的に接続する光入出力部とを備え、前記外部電極と前記電極パッドとを接続する配線を備え、前記光電変換チップと前記配線との周囲が絶縁体により充填され、前記複数の外部電極が、前記ファイバの軸方向に並んで配置され、前記複数の外部電極のうち前記光電変換素子の信号線の端子に電気的に接続される外部電極が、前記光電変換素子の信号グラウンドの端子に電気的に接続される外部電極に挟まれるように配置され、前記複数の外部電極の一方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源の端子に電気的に接続され、前記複数の外部電極の他方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源グラウンドの端子に電気的に接続されている。
また、本発明に係る光電ファイバは、光が導波するコアと前記コアの周囲のクラッドを有し、前記クラッドの側面の一部に凹部を有するファイバと、外部電極と、光電変換素子を有する光電変換チップとを備え、前記凹部の底面が、平面であり、前記凹部の端面が、前記ファイバの軸線方向に垂直であり、前記コアの端面を有し、前記外部電極が、前記底面と前記ファイバの表面とに連続して配置され、前記光電変換チップが、前記ファイバの軸線方向と平行な前記光電変換チップの一の面に配置される電極パッドと、前記一の面と接続する、前記ファイバの軸線方向と垂直な側面に配置される光入出力部とを備え、前記光入出力部が、前記コアと光学的に接続し、前記電極パッドが、前記外部電極と、前記底面で電気的に接続する。
また、本発明に係る光電ファイバは、光が導波するコアを有するファイバと、前記ファイバと連続して形成されて、光電変換素子を有する光電変換チップを収容した電気部と、前記ファイバの表面に形成された複数の外部電極と、前記ファイバの端面に形成され、前記複数の外部電極それぞれと電気的に接続する複数の第１の電極パッドとを備え、前記光電変換チップは、前記コアと光学的に接続され、前記光電変換チップの一の面に形成され、前記複数の第１の電極パッドそれぞれと電気的に接続する複数の第２の電極パッドと、前記一の面および前記一の面と平行な他の面のいずれか一方に設けられ、前記コアと光学的に接続する光入出力部とを備え、前記複数の外部電極が、前記ファイバの軸方向に並んで配置され、前記複数の外部電極のうち前記光電変換素子の信号線の端子に電気的に接続される外部電極が、前記光電変換素子の信号グラウンドの端子に電気的に接続される外部電極に挟まれるように配置され、前記複数の外部電極の一方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源の端子に電気的に接続され、前記複数の外部電極の他方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源グラウンドの端子に電気的に接続されている。
また、本発明に係る光電ファイバは、光が導波するコアを有し、複数の空孔を有するファイバと、前記ファイバと連続して形成されて、光電変換素子を有する光電変換チップを収容した電気部と、前記ファイバの表面に形成された複数の外部電極とを備え、前記ファイバが、前記空孔と前記ファイバの表面とを貫通する縦穴と、前記空孔と前記縦穴に金属が充填された内部配線とを有し、前記光電変換チップは、前記コアと光学的に接続され、複数の電極パッドを備え、前記光電変換チップの前記電極パッドが、前記内部配線を介して、前記外部電極に電気的に接続され、前記複数の外部電極のうち２つの外部電極が、前記光電変換素子の差動信号線の端子に電気的に接続され、前記複数の外部電極のうち他の２つの外部電極それぞれが、前記光電変換素子の電源グラウンドの端子と電源の端子に電気的に接続されている。
また、本発明に係る光電ファイバは、光が導波するコアを有し、複数の空孔を有するファイバと、前記ファイバと連続して形成されて、光電変換素子を有する光電変換チップを収容した電気部と、前記ファイバの表面に形成された複数の外部電極とを備え、前記ファイバが、前記空孔と前記ファイバの表面とを貫通する縦穴と、前記空孔と前記縦穴に金属が充填された内部配線とを有し、前記光電変換チップは、前記コアと光学的に接続され、複数の電極パッドを備え、前記光電変換チップの前記電極パッドが、前記内部配線を介して、前記外部電極に電気的に接続され、前記複数の外部電極が、前記ファイバの軸方向に並んで配置され、前記複数の外部電極のうち前記光電変換素子の信号線の端子に電気的に接続される外部電極が、前記光電変換素子の信号グラウンドの端子に電気的に接続される外部電極に挟まれるように配置され、前記複数の外部電極の一方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源の端子に電気的に接続され、前記複数の外部電極の他方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源グラウンドの端子に電気的に接続されている。
また、本発明に係る光電ファイバの製造方法は、光が導波するコアを有するファイバと、前記ファイバと連続して配置され光電変換チップを収容する電気部と、前記電気部の表面に配置される外部電極とを備える光電ファイバの製造方法であって、前記光電変換チップの表面に配置される電極パッド上に、スタッドバンプを作製する工程と、前記光電変換チップの側面に配置される光入出力部を、前記コアと光学的に調心して接続する工程と、樹脂を入れた円筒形容器に、前記光電変換チップと前記スタッドバンプを挿入した後に、前記樹脂を硬化して、充填部を形成する工程と、前記充填部を円柱形状に加工するとともに、前記スタッドバンプを加工して配線を形成する工程と、前記充填部の表面に、前記配線に電気接続するように前記外部電極を形成し、前記電気部を作製する工程とを備える。

本発明によれば、ファイバの端部に光電変換素子を備えるようにしたので、電気信号を光信号に変換したり、ファイバから受信した光信号を電気信号に変換したりするトランシーバを小型化できる。小型化することで、ＬＳＩの近傍に配置できるので、高周波電気信号配線を短くして信号劣化を防ぐことが可能となる。また、複数個配置してパラレル化を図ることによりできるので、通信装置全体としての伝送容量を増大させることが可能となる、というすぐれた効果を有する。

図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光電ファイバの構成を示す図である。 図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る光電ファイバの構成を示す図である。 図１Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る光電ファイバにおける光電変換回路の一例を示す図である。 図１Ｄは、本発明の第１の実施の形態に係る光電ファイバを含む通信装置を説明するための図である。 図１Ｅは、本発明の第１の実施の形態に係る光電ファイバを含む通信装置を説明するための図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光電ファイバの製造手順を説明する図である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る光電ファイバの製造手順を説明する図である。 図２Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る光電ファイバの製造手順を説明する図である。 図２Ｄは、本発明の第１の実施の形態に係る光電ファイバの製造手順を説明する図である。 図２Ｅは、本発明の第１の実施の形態に係る光電ファイバの製造手順を説明する図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光電ファイバの変形例を示す図である。 図４Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る光電ファイバの構成を説明するための図である。 図４Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係る光電ファイバの構成を説明するための図である。 図４Ｃは、本発明の第２の実施の形態に係る光電ファイバの構成を説明するための図である。 図５は、本発明の第３の実施の形態に係る光電ファイバの構成を説明するための図である。 図６Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る光電ファイバの構成を説明するための図である。 図６Ｂは、本発明の第４の実施の形態に係る光電ファイバの構成を説明するための図である。 図７Ａは、本発明の第５の実施の形態に係る光電ファイバの構成を説明するための図である。 図７Ｂは、本発明の第５の実施の形態に係る光電ファイバの構成を説明するための図である。 図８は、従来の通信装置を説明する図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る光電ファイバの構成を図１Ａおよび図１Ｂに示す。
本実施の形態に係る光電ファイバ１００は、光が導波するコア１０２を有するファイバ１０１と、このファイバ１０１と連続して形成された電気部１１０と、電気部１１０の表面に形成された外部電極１１１とを備えている。
このうち、電気部１１０は、光電変換素子を有する光電変換チップ（以下、単に「チップ」という。）１１３と、チップ１１３と外部電極１１１と接続する配線１１４と、チップ１１３と配線１１４とを収容する充填部１１７とを有している。

本実施の形態において、チップ１１３には、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードや電気信号を光信号に変換するレーザダイオード等の光電変換素子（図示せず）およびその駆動回路が形成されている。直方体形状に形成されたチップ１１３の上面には、外部電極１１１と電気的に接続する電極パッド（以下、単に「パッド」という。）１１６が形成されている。パッドの数については、例えば、４端子あれば、外部回路から入出力される電気差動信号に２端子を用い、残りの２端子を電源とグラウンドに用いることで、電源供給と信号処理が可能となる。チップ１１３をシリコンから形成し、電源回路を混載しておけば、一つの電源入力を複数の電位に変換して使用することもできる。

図１Ｃに、チップ１１３に形成される光電変換素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えた光電変換回路の一例を示す。チップ１１３の表面には、電源グラウンド（ＧＮＤ）、２つの差動信号線（Ｓ）、電源（Ｖ）の４つの端子に対応してパッド１１６が形成される。

また、チップ１１３の側面には、チップ１１３に対する光信号の入出力部となる光導波路の端面（以下、「光入出力部」という。）１１５が設けられている。
以下、チップ１１３と配線１１４とをあわせて光電変換部１１２ということがある。

図１Ｂに示すように、電気部１１０は、チップ１１３と、このチップ１１３のパッド１１６と外部電極１１１とを電気的に接続する配線１１４と、チップ１１３と配線１１４とを封止する封止部材または充填部１１７とからなる。充填部１１７は、絶縁体からなり、ファイバ１０１とほぼ同じ径を有する円柱状に形成されている。

上述した電気部１１０は、ファイバ１０１の端部に、ファイバ１０１と同軸となるように設けられる。この状態で、ファイバ１０１のコア１０２とチップ１１３の光入出力部１１５とがアライメントされ、ファイバ１０１のコア１０２とは光学的に接続されている。

例えば、ファイバ１０１は、クラッドを含めて外径１２５ｕｍのファイバであり、電気部１１０も、外径１２５ｕｍ程度で長さ５００ｕｍ程度の円柱形状をしている。また、チップ１１３は、０．１ｍｍ×０．３ｍｍ×３０ｕｍｔの形状であり、その上に、３０ｕｍ角のパッド１１６を５０ｕｍピッチで４個配置している。チップ１１３は、例えばシリコンフォトニクス回路であり、ゲルマニウムを用いたＰＤを備えていたり、シリコン基板上に貼り付けた化合物半導体が発光するＬＤを備えていたりする。配線１１４は、金を用いたボンディングワイヤの一部である。これらを内包する円柱形の電気部１１０とするため、樹脂からなる充填部１１７で空間を充填している。

外部電極１１１は、金属からなり、円柱状の電気部１１０の周面上に円環状に形成される。外部電極１１１は、配線１１４によってチップ１１３のパッド１１６と接続されている。本実施の形態においては、チップ１１３に形成された光電変換素子およびその駆動回路に対応して、電源グラウンド（ＧＮＤ）、２つの差動信号端子（Ｓ）、電源（Ｖ）の４つの外部電極１１１が設けられている。

［光電ファイバの動作と利用例］
光電ファイバ１００においては、コア１０２から入射した光は、チップ１１３の光入出力部１１５から、フォトディテクタ、ＰＤ等の光電変換デバイスに入り、電気信号となってパッド１１６から出力される。パッド１１６は、配線１１４を介して外部電極１１１と接続されているので、光電変換された電気信号を外部電極１１１より取り出すことができる。
同様に、電極１１１から入力された電気信号は、チップ１１３内の光電変換デバイス（レーザダイオード、ＬＤ）により、光信号となってチップ１１３から出力され、ファイバ１０１のコア１０２を導波する。

図１Ｄおよび図１Ｅに、光電ファイバ１００を利用した通信装置の構成例を示す。なお、プリント基板１５０の上の各種電極パタンや配線の表示は省略している。
この通信装置は、プリント基板１５０と、このプリント基板１５０に搭載された通信用ＬＳＩ１５１と、プリント基板１５０に形成されたプリント基板電極１６０およびこのプリント基板電極１６０と通信用ＬＳＩ１５１とを接続する配線（図示せず）と、電極１６０に接続されて、配線を介して通信用ＬＳＩ１５１と電気的に接続される光電ファイバ１００とから構成されている。なお、プリント基板電極１６０は、通信用ＬＳＩ１５１の電気信号用の入出力端子とプリント基板１５０の他の部位から供給される電源に接続されている。

図１Ｄおよび図１Ｅに示すように、通信用ＬＳＩ１５１は、プリント基板１５０上に、はんだボール１５２を介して電気的に接続されている。また、光電ファイバ１００の外部電極１１１は、はんだ１６１によって、プリント基板１５０のプリント基板電極１６０に接続されており、光電ファイバ１００と通信用ＬＳＩ１５１とは、図示しない配線を介して互いに接続されている。

ここでＬＳＩ１５１は、例えば２０ｍｍ角のＢａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ（ＢＧＡ）パッケージであり、はんだボール１５２は、例えば０．４５ｍｍの球形に形成される。光電ファイバ１００の外径が１２５ｕｍ程度であるとすると、光電ファイバ１００の特に電気部１１０は、ＬＳＩ１５１に比べて小さいので、ＬＳＩの近傍の、例えば１ｍｍ以内に配置することが可能である。
このように光電ファイバ１００をＬＳＩ１５１の近傍に配置することで、光電ファイバ１００とＬＳＩ１５１とを接続する配線を短くすることができるので、電気信号の劣化を抑制できる。

図１Ｅに示すように、プリント基板１５０上に形成されたプリント基板電極１６０と、外部電極１１１とが、はんだ１６１によりフィレットを形成して互いに接続されている。図示していない固定部材により光電ファイバ１００をプリント基板上に固定しておくことで、ＬＳＩ１５１や通常の電子部品と同様の工程ではんだリフローを行うことにより他の部品と一括に搭載できる。光電ファイバ１００において、１ｕｍ以下のアライメントが必要な光部品同士の接続（コア１０２とチップ１１３のアライメント）はすでに光電ファイバ１００内で完結している。

プリント基板１５０への搭載時には、光電ファイバ１００の外部電極１１１を、プリント基板電極１６０と電気的に接続するだけでよいのでアライメント精度は１０ｕｍ程度で十分であり、実装工程が簡易になる。

［製造方法］
次に本実施の形態に係る光電ファイバ１００の製造方法について図２Ａ～図２Ｅを参照して説明する。
まず、チップ１１３のパッド１１６上に、通常のＡｕワイヤをワイヤボンディング装置により超音波圧着させてスタッドバンプ２０１を形成し、適当な長さでワイヤを引きちぎる（図２Ａ）。これをパットごとに繰り返し、スタッドバンプ２０１を複数本作成する。

次に、チップ１１３の側面（チップ端面）に設けられた光入出力部１１５を、コア１０２と光学的に調心して接続する（図２Ｂ）。調心には、たとえば、コア１０２から光を入射させ、チップ１１３や光入出力部１１５から反射して戻ってくる光をアイソレータ等により入射光と分離してモニタしながら、アライメントを行えばよい。また、チップ１１３の光入出力部１１５とファイバ１０１のコア１０２とを接続するには、通常行われているように、樹脂からなる接着剤を用いた間接接合を行ってもよいし、チップ１１３がシリコンからなり高耐性の電気デバイスであれば、陽極接合などの直接接合により接続してもよい。

次に、充填部１１７を形成する樹脂を入れた円筒形容器２１７を準備し、そこにファイバの端面に接続されたチップ１１３とスタッドバンプ２０１が浸かるようにした上で、樹脂を熱などにより硬化させる（図２Ｃ）。この時点では、スタッドバンプ２０１が樹脂から突き出していてもよいし、樹脂自身の形もきれいな円柱形でなくてもよい。

樹脂を硬化させた後、小型の旋盤により外径を切削・研磨して、充填部１１７をきれいな円柱形状に成形する（図２Ｄ）。この成形過程で、スタッドバンプ２０１の先端部分も切削され、充填部１１７を形成する封止部材から露出した金属部分を有する配線１１４となる。その後、充填部１１７の表面をテープやレジストなどによってマスキングした後に金属蒸着をすることで、配線１１４と電気接続した外部電極１１１を形成する（図２Ｅ）。
なお、外部電極１１１を円周形状にすることで、図２Ｅの蒸着工程が簡易になるとともに、図１Ｅに示すボードへの接続工程でも回転方向の位置合わせが不要になって簡易になるというメリットがある。以上の工程を経て、光電ファイバ１００を製造する。

［第１の実施の形態の効果］
コア１０２を導波する光信号が、例えば１００Ｇｂｐｓの高速信号であるとすると、チップ１１３で変換された電気信号は１００ＧＨｚ程度の高周波信号である。電気信号は、高周波であるほど電気配線での伝送損失が大きく信号が劣化し、また、隣接配線間の干渉が発生する。そのため、電気配線は極力短くすることが必要である。
図１Ｂに示す構造では、円柱状の充填部１１７の径方向に延在する配線１１４を経由して、チップ１１３のパッド１１６と外部電極１１１とを最短距離で接続している。

従来技術では、チップ１１３のパッド１１６からボンディングワイヤやフリップチップ接続用のバンプを用いてチップを外部と接続するが、そのような接続ではチップ１１３の平面と外部のプリント基板の平面を接続する構造であり、距離も長くならざるを得なかった。これに対し、本実施の形態に係る光電ファイバ１００では、電極１１１をファイバ１０１の円柱形に対応した３次元的な立体電極とし、立体電極の内側にチップ１１３を配置する構造とすることで、電気配線を最短とした。これにより、損失や干渉による電気信号の劣化がなく、高速信号を伝送することができる。

また、本実施の形態においては、ファイバ１０１の外径と同じ外径を有する円柱状の電気部１１０内にチップ１１３を収容し、ファイバ１０１および電気部１１０の外部には外部電極１１１のみが出るようにした。したがって、光電ファイバ１００をファイバ１０１と同様の小型なサイズにできる上に、光部品の微小アライメントが不要で、光電ファイバ１００を電気部品のような粗い位置合わせで使用ができる、というすぐれた効果が得られる。

［第１の実施の形態の変形例］
上述した光電ファイバ１００において、円柱形状の電気部１１０の長さをその軸線に沿って伸ばせば、電気部１１０内に複数のチップ１１３を配置したり、より多くのパッドと電極を設けたりすることができる。
また、ファイバ１０１をマルチコアファイバとして、複数本のコアを用いて送受両方に用いたり、一つのファイバの複数コアでパラレルに伝送したりして、大容量化することができるのはいうまでもない。

また、外部電極１１１については、図３に示すように、シングルエンドの信号線（Ｓと表示）の両側を挟むように信号グラウンド（Ｇと表示）を形成し、さらに電源（Ｖ）と電源グラウンド（ＧＮＤ）を設けてもよい。電源グラウンド（ＧＮＤ）を端側に、電源（Ｖ）を光ファイバ側に配置しておくことで、外部からのノイズから信号線（Ｓ）を守ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光電ファイバについて、図４Ａ～図４Ｃを参照して説明する。なお、第１の実施の形態と共通する構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第１の実施の形態に係る光電ファイバ１００においては、図１Ａ等に示すように、チップ１１３は、光入出力部１１５が設けられた側面のみで、光ファイバ１０１の端面と接続されていた。これに対し、第２の実施の形態に係る光電ファイバ４００は、ファイバ１０１と一体に形成されて、チップ４１３を支持する平面を有する支持部材をさらに有する。具体的には、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、光ファイバ１０１のクラッドの一部を取り除いて、平面を有するテラス４０１を形成する。このテラス４０１にチップ４１３を搭載することによって、ファイバ１０１の一部がチップ４１３を支持する支持部材として作用する。

このとき、図４Ｂに示すように、テラス４０１に外部電極４１１を形成し、テラス４０１に搭載するチップ４１３をフリップチップにより外部電極４１１に接続する構造とすることができる。外部電極４１１は、テラス４０１の反対側の円柱側面に形成された部分が、例えば、図１Ｅに示したように、プリント基板１５０に形成されたプリント基板電極１６０と接続する。
また、図４Ｃに示すように、テラス４０１上に搭載されたチップ４１３を樹脂からなる充填部４１７で保護・補強する構造としてもよい。

本実施の形態によれば、チップ４１３は、テラス４０１によって支持されるので、第１の実施の形態に係る光電ファイバに比べて構造の強度を上げることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について、図５を参照して説明する。
上述した第１の実施の形態においては、図１Ａ等に示すように、チップ１１３のパッド１１６がチップ１１３の上面に形成され、ファイバ１０１のコア１０２と光学的に接続する光入出力部１１５が、パッド１１６が形成された上面と接続するチップ１１３の側面に形成されていた。これに対し、本発明に係る光電ファイバにおいては、パッドと光入出力部とがチップの同一の面または互いに平行な面にそれぞれ設けられていてもよい。

例えば、図５に示すように、チップ５１３は、光入出力部５１５とパッド５１６とがともにチップ５１３の同一の表面に設けられていてもよいし、光入出力部５１５がパッド５１６が設けられた表面とは反対の裏面に設けられていてもよい。光入出力部５１５とパッド５１６とがチップ５１３の表面に設けられているチップ５１３としては、例えば、垂直共振器面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）や、裏面入射型のフォトディテクタなどが挙げられる。

本実施の形態に係る光電ファイバは、上述したチップ５１３を採用するものである。例えば、チップ５１３が裏面入射型のフォトディテクタの場合、パッド５１６とは反対側の裏面側から光が入射して広がり、表面の光入出力部５１５で受光する。この受光部とファイバ１０１のコア１０２と光学アライメントがなされた状態で、図５に示すように、充填部５１７により、電気部５１０の外形を円柱形状とする。

図示していないが、第１の実施の形態の説明において図２Ａ～図２Ｃを参照して説明したものと同様の工程で、スタッドバンプ作成時に、パッドに立設したワイヤの先端部分を曲げることで、充填部５１７から外部に露出した電気配線を形成することができる。

本実施の形態によれば、本実施例により、光の入出力部とパッドの面関係によらず光電ファイバ１００を実現できる。

［第４の実施の形態］
次に本発明の第４の実施の形態に係る光電ファイバについて、図６Ａおよび図６Ｂを参照して説明する。
上述した第１の実施の形態に係る光電ファイバ１００においては、図１Ｂ等に示すように、配線１１４は、パッド１１６に立設されて、ファイバ１０１から離間した３次元的な構造となっていたが、パッドと外部電極とを接続する配線は、ファイバの表面に形成するようにしてもよい。

本実施の形態に係る光電ファイバは、図５に示したような、ＶＣＳＥＬ等、同一表面に光入出力部５１５とパッド５１６とを有するチップ５１３を用いて、チップ５１３の光入出力部５１５およびパッド５１６が形成された面をファイバ１０１の端面と対向させて配置する場合を想定している。本実施の形態においては、図６Ａに示すように、ファイバ１０１の表面に、外部電極６１１と、金属からなるパッド６１６と、このパッド６１６と外部電極６１１とを接続する配線６１４とが形成されている。なお、図６Ａおよび図６Ｂにおいては、チップ５１３を含む光電変換部は省略されている。

本実施の形態において、外部電極６１１は、円環状に掲載されている点では第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態では、外部電極１１１は電気部１１０の表面に形成されていたのに対し、本実施の形態においては、外部電極６１１はファイバ１０１の表面に形成される。パッド６１６は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、光ファイバ１０１の端面に形成されて、この端面と対向して配置される、例えば図５に示すようなチップ５１３のパッド５１６と接続される。

また、配線６１４は、図６Ａに示すように、上述した金属のパッド６１６とともに、ファイバ１０１の表面に連続した配線を３次元的に形成される。ここで、ファイバ１０１の端面から側面に移行する９０度の折れ曲がり部分は、配線の段切れが起きないように、適切な厚さとする。このようなパッド６１６、配線６１４および外部電極６１１は、蒸着やめっきなどにより作成すればよい。

パッド６１６、配線６１４および外部電極６１１を形成した後に、図６Ｂに示すように、さらに絶縁膜６０３ａ、６０３ｂを部分的に形成して、ファイバ１０１の側面に形成された配線６１４と、配線６１４と外部電極６１１との接続部分とを保護するようにしてもよい。このような絶縁膜６０３ａ、６０３ｂを設けることによって、図１Ｅに示したような、プリント基板１５０への搭載時に、ファイバ１０１を軸線周りに回転をさせても、異なるパッド間でショートが発生することを防止することができる。

本実施の形態においては、外部電極６１１がファイバ１０１の表面に接するように形成されるので、チップ５１３をファイバ１０１に搭載する前に外部電極６１１を形成することができる。したがって、上述した第１の実施の形態においては、ファイバ１０１のコア１０２とチップ１１３とを光接続した後に外部電極１１１の形成工程が続くのに対し、本実施の形態においては、チップ５１３を搭載する前に外部電極６１１を形成して、ファイバ１０１のコア１０２とチップ５１３とを光接続した後の工程による負荷を低減できる、という効果がある。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態に係る光電ファイバについて、図７Ａおよび図７Ｂを参照して説明する。
上述した第４の実施の形態においては、配線６１４はファイバ１０１の表面に形成されていたのに対し、本実施の形態においては、図７Ａに示すように、外部電極７１１と接続する配線は、内部配線７１４として、ファイバ１０１の内部を貫通して形成されている。なお、図７Ａおよび図７Ｂにおいては、チップを含む光電変換部は省略されている。

上述したような電極構造は、図７Ａに示すような、空孔構造ファイバ１０１ａを利用して、次のようにして得ることができる。
まず、空孔構造ファイバ１０１ａを用意する。空孔構造ファイバ１０１ａは、コア１０２に加えて、複数本（図７Ａにおいては４本）横穴７０１を備えている。横穴７０１は、ファイバ１０１ａのクラッド部分にコア１０２と平行に形成された空間である。

次に、ファイバ１０１ａに、一端が各横穴７０１にそれぞれ接続し、他端がファイバ１０１ａの表面に開口する複数（図７Ａにおいては４本）の縦穴７０２を形成する。このような縦穴７０２は、レーザ等によりファイバ１０１ａを加工して形成することができる。図７Ａに示すように、複数の縦穴７０２は、ファイバ１０１ａの軸線方向に沿って互いに異なる位置に形成される。

縦穴７０２を形成した後、図示していないが、ファイバ１０１ａの側面にその周方向に電極（円周電極）を形成する。このような円周電極は、例えば、ファイバ１０１ａの側面にレジストパターンを形成し、Ｎｉを下地にＡｕをマスク蒸着することによって、形成することができる。円周電極は、４本の縦穴７０２それぞれの開口部を含むように形成される。その結果、ファイバ１０１ａの側面には、都合４本の円周電極がストライプ状に形成される。

次に、ファイバ１０１ａの端部を下向きにして、横穴７０１の開口をふさぐように、溶融したはんだに浸漬し、縦穴７０２を開放した状態で、気圧を低下させる。すると、横穴７０１の内部をはんだが充填していき、ファイバ１０１ａの側面に開口する縦穴７０２からはんだがあふれた状態で気圧の低下を停止し、溶融したはんだから引きあげて温度を室温まで下げる。このとき、はんだは、Ａｕとの濡れ性は高く、下地のガラスとの濡れ性は悪いので、縦穴７０２からあふれ出てきたはんだの一部は、上述した円周電極のＡｕには広がる一方、円周電極が形成されていないファイバ１０１ａのクラッドの表面にはんだがつくことはない。このようにして円周電極に対応して選択的に形成された外部電極１１１と、横穴７０１と縦穴７０２とを通って外部電極１１１と接続される内部配線７１４とを形成することができる。

この後、図５に示したようなチップ５１３を搭載する場合は、はんだボール等をチップにあらかじめ積載し、ファイバ１０１ａの端面に露出する内部配線７１４とはんだ同士の接続をすればよい。

以上のように、内部配線７１４がファイバ１０１ａの内部を通るように形成したので、チップを搭載する前に外部電極１１１を形成することができる。したがって、第４の実施の形態と同様に、ファイバ１０１ａのコア１０２とチップ５１３とを光接続した後の工程による負荷を低減できる。また、配線がファイバ１０１ａの内部を通っているので、配線や外部電極による凹凸がなくなり、よりファイバ外径の真円形状に近い形にすることができる。

なお、上述した第１～第５の実施の形態においては、チップとともに電気部を構成する充填部が円柱状に形成され、ファイバとほぼ同じ径を有する例について説明したが、充填部は必ずしも円柱状である必要はなく、例えば、角柱状に形成されてもよい。また、充填部は必ずしもファイバと同じ径でなくてもよく、例えば、ファイバより太く形成してもよい。さらに、外部電極が充填部またはファイバの表面に形成されて外部と接続できるのであれば、チップとともにファイバの端部を充填部内に取り込む態様も、電気部をファイバと連続して形成したことに含まれることはいうまでもない。

本発明は、光通信、光センシングその他、光信号の伝送や光電変換を伴う処理を行う分野において利用することができる。

１０１…ファイバ、１０２…コア、１１０…電気部、１１１…外部電極、１１３…光電変換チップ、１１４…配線、１１５…光入出力部、１１７…充填部。

Claims (10)

1. 光が導波するコアを有するファイバと、
   前記ファイバと連続して形成されて、高周波対応の光電変換素子を有する光電変換チップを収容した、円柱状の電気部と、
   前記電気部の表面に形成された複数の円環状の外部電極と
   を備え、
   前記光電変換チップは、前記コアと光学的に接続され、
   前記ファイバの軸線方向と平行な前記光電変換チップの一の面に形成されて、前記外部電極と電気的に接続する電極パッドと、
   前記一の面と接続する、前記ファイバの軸線方向と垂直な側面に設けられ、前記コアと光学的に接続する光入出力部と
   を備え、
   前記外部電極と前記電極パッドとを接続する配線を備え、
   前記光電変換チップが、前記電気部内に配置され、
   前記配線が、前記電気部内で、前記一の面に垂直方向に配置され、
   前記光電変換チップと前記配線との周囲が絶縁体により充填されている
   ことを特徴とする光電ファイバ。
2. 請求項１に記載の光電ファイバにおいて、
   前記複数の円環状の外部電極のうち２つの外部電極が、前記光電変換素子の差動信号線の端子に電気的に接続され、
   前記複数の円環状の外部電極のうち他の２つの外部電極それぞれが、前記光電変換素子の電源グラウンドの端子と電源の端子に電気的に接続されている
   ことを特徴とする光電ファイバ。
3. 請求項１に記載の光電ファイバにおいて、
   前記複数の円環状の外部電極の一方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源の端子に電気的に接続され、
   前記複数の円環状の外部電極の他方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源グラウンドの端子に電気的に接続されている
   ことを特徴とする光電ファイバ。
4. 光が導波するコアを有するファイバと、
   前記ファイバと連続して形成されて、光電変換素子を有する光電変換チップを収容した電気部と、
   前記電気部の表面に形成された複数の外部電極と
   を備え、
   前記光電変換チップは、前記コアと光学的に接続され、
   前記光電変換チップの一の面に形成されて、前記外部電極と電気的に接続する電極パッドと、
   前記一の面および前記一の面と平行な他の面のいずれか一方に設けられ、前記コアと光学的に接続する光入出力部と
   を備え、
   前記外部電極と前記電極パッドとを接続する配線を備え、
   前記光電変換チップと前記配線との周囲が絶縁体により充填され、
   前記複数の外部電極が、前記ファイバの軸方向に並んで配置され、
   前記複数の外部電極のうち前記光電変換素子の信号線の端子に電気的に接続される外部電極が、前記光電変換素子の信号グラウンドの端子に電気的に接続される外部電極に挟まれるように配置され、
   前記複数の外部電極の一方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源の端子に電気的に接続され、
   前記複数の外部電極の他方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源グラウンドの端子に電気的に接続されている
   ことを特徴とする光電ファイバ。
5. 光が導波するコアと前記コアの周囲のクラッドを有し、前記クラッドの側面の一部に凹部を有するファイバと、
   外部電極と、
   光電変換素子を有する光電変換チップと
   を備え、
   前記凹部の底面が、平面であり、
   前記凹部の側面が、前記ファイバの軸線方向に垂直であり、前記コアの端面を含み、
   前記外部電極が、前記底面と前記ファイバの表面とに連続して配置され、
   前記光電変換チップが、
   前記ファイバの軸線方向と平行な前記光電変換チップの一の面に配置される電極パッドと、
   前記一の面と接続する、前記ファイバの軸線方向と垂直な側面に配置される光入出力部と
   を備え、
   前記光入出力部が、前記コアと光学的に接続し、
   前記電極パッドが、前記外部電極と、前記底面で電気的に接続する
   ことを特徴とする光電ファイバ。
6. 光が導波するコアを有するファイバと、
   前記ファイバと連続して形成されて、光電変換素子を有する光電変換チップを収容した電気部と、
   前記ファイバの表面に形成された複数の外部電極と、
   前記ファイバの端面に形成され、前記複数の外部電極それぞれと電気的に接続する複数の第１の電極パッドと
   を備え、
   前記光電変換チップは、前記コアと光学的に接続され、
   前記光電変換チップの一の面に形成され、前記複数の第１の電極パッドそれぞれと電気的に接続する複数の第２の電極パッドと、
   前記一の面および前記一の面と平行な他の面のいずれか一方に設けられ、前記コアと光学的に接続する光入出力部と
   を備え、
   前記複数の外部電極が、前記ファイバの軸方向に並んで配置され、
   前記複数の外部電極のうち前記光電変換素子の信号線の端子に電気的に接続される外部電極が、前記光電変換素子の信号グラウンドの端子に電気的に接続される外部電極に挟まれるように配置され、
   前記複数の外部電極の一方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源の端子に電気的に接続され、
   前記複数の外部電極の他方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源グラウンドの端子に電気的に接続されている
   ことを特徴とする光電ファイバ。
7. 光が導波するコアを有し、複数の空孔を有するファイバと、
   前記ファイバと連続して形成されて、光電変換素子を有する光電変換チップを収容した電気部と、
   前記ファイバの表面に形成された複数の外部電極と
   を備え、
   前記ファイバが、前記空孔と前記ファイバの表面とを貫通する縦穴と、前記空孔と前記縦穴に金属が充填された内部配線とを有し、
   前記光電変換チップは、前記コアと光学的に接続され、複数の電極パッドを備え、
   前記光電変換チップの前記電極パッドが、前記内部配線を介して、前記外部電極に電気的に接続され、
   前記複数の外部電極のうち２つの外部電極が、前記光電変換素子の差動信号線の端子に電気的に接続され、
   前記複数の外部電極のうち他の２つの外部電極それぞれが、前記光電変換素子の電源グラウンドの端子と電源の端子に電気的に接続されている
   ことを特徴とする光電ファイバ。
8. 光が導波するコアを有し、複数の空孔を有するファイバと、
   前記ファイバと連続して形成されて、光電変換素子を有する光電変換チップを収容した電気部と、
   前記ファイバの表面に形成された複数の外部電極と
   を備え、
   前記ファイバが、前記空孔と前記ファイバの表面とを貫通する縦穴と、前記空孔と前記縦穴に金属が充填された内部配線とを有し、
   前記光電変換チップは、前記コアと光学的に接続され、複数の電極パッドを備え、
   前記光電変換チップの前記電極パッドが、前記内部配線を介して、前記外部電極に電気的に接続され、
   前記複数の外部電極が、前記ファイバの軸方向に並んで配置され、
   前記複数の外部電極のうち前記光電変換素子の信号線の端子に電気的に接続される外部電極が、前記光電変換素子の信号グラウンドの端子に電気的に接続される外部電極に挟まれるように配置され、
   前記複数の外部電極の一方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源の端子に電気的に接続され、
   前記複数の外部電極の他方の端に配置された外部電極が、前記光電変換素子の電源グラウンドの端子に電気的に接続されている
   ことを特徴とする光電ファイバ。
9. プリント基板と、前記プリント基板に搭載された集積回路と、前記プリント基板に形成された電極および前記電極と前記集積回路とを接続する配線と、前記配線を介して前記集積回路と電気的に接続される光電ファイバとを含み、
   前記光電ファイバは、請求項１～８のいずれか一項に記載された光電ファイバであり、
   前記光電ファイバの前記外部電極は、前記プリント基板の前記電極および前記配線を介して前記集積回路に接続されている
   ことを特徴とする通信装置。
10. 光が導波するコアを有するファイバと、前記ファイバと連続して配置され光電変換チップを収容する電気部と、前記電気部の表面に配置される外部電極とを備える光電ファイバの製造方法であって、
    前記光電変換チップの表面に配置される電極パッド上に、スタッドバンプを作製する工程と、
    前記光電変換チップの側面に配置される光入出力部を、前記コアと光学的に調心して接続する工程と、
    樹脂を入れた円筒形容器に、前記光電変換チップと前記スタッドバンプを挿入した後に、前記樹脂を硬化して、充填部を形成する工程と、
    前記充填部を円柱形状に加工するとともに、前記スタッドバンプを加工して配線を形成する工程と、
    前記充填部の表面に、前記配線に電気接続するように前記外部電極を形成し、前記電気部を作製する工程と
    を備える光電ファイバの製造方法。

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