JPH024204A - 光・電子回路の実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光フアイバ伝送システムにおける光・電子回路
の実装方法に関する。

〔従来の技術〕

近年の光フアイバ伝送の急速な普及に伴い。

Ｇ　ｂ　／　ｓ以上、数十−以上の長距離・大容量の光
伝送の検討が活発である。このような長距離・大容量光
ファイバ伝送において、従来の半導体レーザ（以下ＬＤ
と略す）への注入電流の変調による直接変調方式では、
いわゆるＬＤのチャーピングやＬＤへの戻り光雑音等に
より著しい伝送特性の劣化を引き起こす。すなわちＬＤ
への注入電流の変調により光の波長に若干のゆらぎを生
ずるいわゆるチャーピング現象を起こしたり、光回路の
反射がＬＤに戻ることにより発振が不安定になったりす
ることによって伝送特性の劣化を起こす。このため、例
えばλ／　４−　Ｄ　Ｆ　Ｂ　（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ
ｄ　Ｆ−ｅｅｄｂａｃｋ）　−Ｌ　Ｄを用いるようなＬ
Ｄの改良や光アイソレータの導入等の対策・検討が行な
われているが、一方ＬＤとは別に光変調器を設け、ＬＤ
をＤＣ光源として用いる低チャーピングな外部変調方式
が注目されている。

この外部変調方式に用いる光変調器として有望なデバイ
スに、オプトエレクトロニクス、第１巻、第２号、第１
３７頁から第１５２頁（１９８６年）　　（Ｏｐｔｏ　
−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、　ｖｏｌ、１．　Ｎｏ　２
　、　ｐｐ１３７−１５２　（１９８６）　）において
論じられているような光導波路型のものがある。このよ
うなデバイスを伝送システムで用いる場合、従来は上記
論文にも示されているが、第２図に示すような構成にな
る。すなわち、光送信器７は、光変調器１、電気配線パ
ターンを有する基板２、光源５．光源５と光変調器１の
光学的結合を行う光導波路、ここではとくに光ファイバ
３、光変調器１と伝送路８の光学的結合を行う光ファイ
バ６とから構成される。光源５から出た光は光ファイバ
３を介して光変調器１に入る。ここで光ファイバ３と光
変調器の光学結合はとくに光学素子を用いることなしに
単純に両者を突き合わせるいわゆるバットジヨイント（
ｂｕｔｔ　ｊｏｉｎｔ）と呼ばれる方法で行われる。回
路間の結合を具体的にするための説明図を第３図に示す
。

第３図では基板２はとくに入力データを光変調器１用に
波形整形する駆動回路をモノリシック集積化している場
合を示す。基板２は入力データをボンディングワイヤ４
を介して光変調器１に信号として送る。光変調器１は例
えば方向性結合器形の光回路で構成され、基板２から送
られてくる信号に基づき結合部分の屈折率を変え、これ
により光導波路間の結合係数を変えるという形で光変調
信号を得るものである。光変調信号は光ファイバ６を介
して伝送路８に出力される。ここで光変調器１と光ファ
イバ６の結合も、前述のようにバット・ジヨイントで行
われる。

上記のような光変調器の場合に限らず、光回路と電子回
路との間で信号の授受が行われ、光を伝送する光ファイ
バが光回路に結合する光・電子回路として、例えば電気
信号によって光導波路間の結合係数を制御して光分岐を
行う場合や、受光器から電気信号を得る光復調器等の場
合にも、従来、光ファイバと光回路との間に単純な突き
合わせによるバットジヨイントが行われ、また電子回路
と光回路との間にはボンディングワイヤを介して信号の
授受が行われていた。そのため実装上次のような問題が
あり、その解決を要する課題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、光入出力部でバット・ジヨイ
ントによる光結合系を高効率で行うためには、入出力部
のそれぞれで精密な光軸合わせが必要になる。このよう
な精密な光軸合わせは、現在半導体レーザモジュールの
生産においても行なわれているが、自動化が困難で人手
による調整で生産コストを高くする原因になっている。

さらに精密な光軸合わせ後ファイバ固定の際に、ファイ
バ固定用の接着剤の硬化過程でファイバが動くことなど
による光軸ずれにより歩留りが低下している。

また電子回路と光回路との間の結合はボンディングワイ
ヤで行われるためそのインダクタンスの影響で高周波特
性の劣化を招くなどの不都合な問題があった。

本発明の目的はこのような問題を解決し、容易に所要精
度の軸合わせができ、かつ回路結合のためのインダクタ
ンスの悪影響もない実装方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため本発明では、光・電子回路の
実装方法において光回路の電極端子パターンと電子回路
の配線端子パターンとを重ね合わせはんだ付けし、該両
回路の接続・位置合わせをする工程と、上記電子回路の
基板上に設けたＶ溝に沿って光ファイバを装着し、該光
ファイバと上記光回路とを結合・位置合わせをする工程
とを備える実装方法によることとした。

〔作　用〕

本発明の方法では、電子回路のパターン配線を有する基
板にＶ溝を設ける。ここで、このＶ溝は電子回路の配線
端子パターンと光回路の電極端子パターンとを所定の通
りに重ね合わせ、かつＶ溝に沿って光ファイバを所定の
通りに装着した場合に光ファイバと光回路とが十分所要
の結合が得られるよう設定されるもので、■溝を電子回
路の配線端子パターンとの関係位置付けにおいて１μ■
以内の精度で設置することは容易である。

電子回路の配線端子パターンと光回路の電極端子パター
ンとの重ね合わせ接続ははんだ付けで行う。ここで両端
子パターン間のはんだは高温の熔融状態におかれた場合
にその表面張力により両端子パターンの接触面積が最大
となるように作用するので、この作用を利用して両端子
パターンを１μｍ以内の精度で再現性よく相互に所定の
位置に固定することが容易である。

したがって本発明における、光回路の電極端子パターン
と電子回路の配線端子パターンとを重ね合わせはんだ付
けし、該両回路の接続・位置合わせをする工程は、該両
回路を接続するだけではなく、基板に光回路と光ファイ
バとを所要の位置付は精度で一体的に搭載接続すること
を可能とする基本工程である。

そして電子回路の基板上に設けたＶ溝に沿って光ファイ
バを装着し、該光ファイバと光回路とを結合・位置合わ
せをする工程は、■溝が光ファイバの装着に当ってガイ
ドの作用を果たし、その所要の位置付けでの装着を容易
にするとともに、前段の工程に続くこの工程により、基
板に光回路と光ファイバとを一体的に搭載し、電子回路
と光回路と光ファイバとの所要の位置付は精度での接続
を完了することとなる。

前述のように単純な突き合わせのバットジヨイント接続
とボンディングワイヤ接続で代表される従来の方法では
接続が容易ではなくまた高周波特性にも問題があったの
に比べ、上記のように基板上に一体的に搭載接続される
本発明の実装方法は。

位置決め接続を容易にし、再現性をよくする。またボン
ディングワイヤによるインダクタンスの挿入を不要にす
るだけでなく、接続に要する端子パターンはボンディン
グワイヤ接続のためのような特別の大きさを要すること
もないので浮遊容量を減少し高周波特性を良好にする作
用も有する。

〔実施例〕

以下、第１図に示す本発明の一実施例を説明する。第１
図は従来例と同様に外部変調方式の光送信器に本発明を
適用した場合の構成図である。光送信器７は、光変調器
１、光フアイバガイド溝（Ｖ溝）を設けた基板２、光源
５．光源５と光変調器１とを光結合する光ファイバ３、
光変調器１と伝送路８とを光結合する光ファイバ６とか
ら構成され、光源５からの光出力は光ファイバ３を経て
光変調器１に入力し、光変調器１で光変調されて光信号
となり、光ファイバ６を経て伝送路８へ送出される。入
力電気信号９は基板２を介して光変調器１へ入力される
。光変調器１はその電気信号入力部の電極端子パターン
を基板２の電気信号出力部の出力配線端子パターンに重
ね合わせてはんだ等で密着固定される。光ファイバ３の
光出力端と光ファイバ６の光入力端を基板２の各々の光
フアイバ用に設けたファイバガイド溝に沿って取り付け
る。このようにして光変調器１と光ファイバ３．６を基
板に取り付けることで、光変調器１の光入力部と光ファ
イバ３の出力端、光変調器１の光出力部と光ファイバ６
の入力端がそれぞれ対向し、安定でかつ高効率な光結合
を微妙な光軸合わせ調整をしなくても得られる。

第４図は本発明の光送信器適用例における光変調器光入
力部の拡大図で、とくに電子回路をパターン配線した基
板２への光変調器１と光ファイバ３との具体的な取り付
は方を説明する図である。

図中、光変調器１は方向性結合器形導波路回路を有する
デバイスで、その回路配線が図の中では下面に設けられ
ており、同一の下面に電気信号入力部の電極端子パター
ンも設けられている。基板２は光変調器１の駆動回路を
内蔵するモノリシックＩＣ基板である。ファイバガイド
用Ｖ溝は半導体基板の異方性を利用したエツチングによ
り形成される。また基板２の配線パターンには光回路に
信号を与えるための配線端子パターンを備えている。

光変調器１と基板２とのそれぞれの配線面を図示のよう
に向き合わせ、かつ光変調器１の電極端子パターンと基
板２の配線端子パターンとを重ね合わせはんだ接続する
。これにより光変調器１の光入力部すなわち導波路１０
がＶ溝の終端におのづからくるように上記の電極端子パ
ターンと配線端子パターンとＶ溝が位置付は設置されて
いる。また光ファイバ３の光出力端を基板２に設けられ
た■溝に沿って、その先端が導波路１０に対向するよう
固定する。次にこれら光変調器１と光ファイバ３の位置
関係を第５図を用いて説明する。

第５図（ａ）は第１図に示したＡ−Ａ’線の断面図、（
ｂ）はＢ−Ｂ’線の断面図である。第５図中、１１は光
ファイバ３のコア、１２は光ファイバ３のクラッド層、
１３は光変調器１の電極端子パターンと基板２の配線端
子パターンとを接続固定したはんだの部分である。基板
２のファイバガイドＶ溝は第５図（ａ）、（ｂ）に示す
ように光ファイバ３のコア１１と光変調器１の光入力導
波路１０とがちょうど真正面に対向し、その光結合効率
が最大となるようＶ溝の寸法をエツチング条件で調整決
定しＶ溝を設置する。このように−旦エッチング条件が
確立すれば、各部品の取り付は作業は１作業者が顕微鏡
による目視で取り付は位置を確認しながら行うだけで可
能となる−さらに光変調器１の位置決めは、基板２の配
線端子パターンと光変調器１の電極端子パターンを用い
て行う。すなわちこれらのパターン間にはんだを挿入し
熔融するとはんだの表面張力により、はんだに最も歪み
がかからない位置に光変調器１を動かした後固まる性質
を利用したいわゆるフリップチップ方式の接続を用いた
ものである。これにより重ね合わされた両端子パターン
の接触面積が最大となるような状態ではんだが固まり、
光変調器１を基板２の配線端子パターンに対しμｍ以内
の精度で固定できる。また、光ファイバの固定位置精度
は、ファイバガイドの仕上り精度すなわちエツチングの
再現性で決まる。現在のＳｉプロセス等で１μ■以内の
寸法精度の再現性は容易である。したがって、第５図に
示すように光変調器１、光ファイバ３、基板２の位置関
係が設定できるように光変調ｓ１と基板２の配線パター
ンを設計し、エツチング条件を決定すれば前記取り付は
作業でμｍオーダーの取り付は精度が十分達成できる。

以上より、従来のように光変調器１と光ファイバの光結
合効率を光変調器１の光出力パワーを七二りしながら光
軸合わせ調整する必要がなく、大幅な作業時間の短縮が
できる。光フアイバ先端が基板２のガイド溝に入ってい
るため、ファイバ固定中のファイバずれによる光軸ずれ
がなく信頼性。

歩留りがさらに向上する。

また、従来のように光変調器１と基板２の配線パターン
の結線に用いたボンディングワイヤが不要となるため、
ボンディングワイヤのインダクタンスやボンディングワ
イヤ接続用端子の設置による浮遊容量もなく、光送信器
の高周波特性やＳ／Ｎが改善され、高品質な超高速光伝
送が可能となる。

なお、光変調器１の出力部と光ファイバ６の入力部の光
結合も上記と同様である。

本実施例では、光変調器１を導波路デバイスを用いて説
明したが、第６図に示す様なバルク形電界吸収形光変調
器でも同様に可能である。この場合、第６図に示す光変
調部のＧａＩｎＡｓＰ層が第５図中の導波路１０の位置
にくるよう、光変調器１と基板２の配線パターンとガイ
ド溝の寸法を決定すればよい。

第６図のバルク形電界吸収形変調器はディジタル信号に
対応したパルス電界を図の上下の電極間に印加すると、
図中の光変調部がこの電界に対応して光の吸収係数を変
えることになり、光変調部の導波路を通過する光をこれ
により変調することになるものである。

他の実施例として、光変調器が光変調素子と駆動回路が
モノリシック集積化された場合、さらに光源がモノリシ
ック集積化された場合等いろいろな光・電子集積化光変
調器が考えられるが、いずれの場合も上記と同様に光結
合を考えればよい。

以上では光回路例として光変調器の場合を説明したが、
光分岐や光復調器のような光回路の場合にも第１図およ
び第４図、第５図の１をそれぞれ光分岐や光復調器に置
き換えることにより同様に実施できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光ファイバと光回路との光軸合わせの
調整が不要になり、光フアイバ固定中の光軸ずれかなく
なるため、作業時間が短縮し、歩留りが向上し、生産コ
ストの低減、信頼性の向上が図れる。さらに従来必要と
された光回路と基板の電子回路とを接続するボンディン
グワイヤが不要となるため、ボンディングワイヤのイン
ダクタンスはなくなり、またボンディングワイヤ接続の
ための端子の浮遊容量が減少され、高周波特性の劣化が
なくなり、Ｇ　ｂ　／　ｓ以上の超高速伝送下での送信
Ｓ／Ｎ劣化を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光送信器の実施例構成図、第２図は従
来の光送信器の概略構成図、第３図は従来例の光変調器
光入力部拡大図、第４図は本発明の光送信器例の光変調
器光入力部拡大図、第５図（ａ）は第１図のＡ−Ａ’線
断面図、（ｂ）はＢＢ／線断面図、第６図は本発明の実
施例に適用したバルク形電界吸収形光変調器例である。 ５・・・光源 ７・・・光送信器 ８・・・伝送路 ９・・・入力電気信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光回路と、基板上にパターン配線した電子回路と、
   光ファイバとの組合せ構成を有して、電子回路が光回路
   に信号を与え若しくは光回路から信号を受け、光ファイ
   バが光回路に結合して光を伝送する光・電子回路の実装
   方法において、上記光回路の電極端子パターンと上記電
   子回路の配線端子パターンとを重ね合わせはんだ付けし
   、該両回路の接続・位置合わせをする工程と、上記電子
   回路の基板上に設けたＶ溝に沿って光ファイバを装着し
   、該光ファイバと上記光回路とを結合・位置合わせをす
   る工程とを備えたことを特徴とする光・電子回路の実装
   方法。