JPH08181388A

JPH08181388A - 光伝送モジュール

Info

Publication number: JPH08181388A
Application number: JP6324276A
Authority: JP
Inventors: Masami Sasaki; 誠美佐々木; Kazunori Miura; 和則三浦
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1996-07-12
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: JP3613290B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光伝送モジュールに関し、光部品を再現性よ
く高精度に位置決めできる実装手段を提供する。【構成】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、好ましくは（１００）面を有
するシリコン実装基板１の上に光素子８の実装位置を示
す１個以上の位置合わせマーカ４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５を形
成し、顕微鏡で観察して実装基板上の位置合わせマーカ
と光素子側マーカ９を合わせ、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。回転合わせマーカを直線または曲線の両側に振
り分けて配置して、一方の側の回転合わせマーカが光素
子の縁によって隠れ、他方の側の回転合わせマーカが見
えるように位置合わせする。光ファイバ実装溝７を凸条
７₁₁，７₂₁，・・・によって分割して、エッチング形状
の実装基板結晶方位依存性を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、２１₁は光ファイバ実装用Ｖ溝、２２は光集
積回路装置、２２₁は光導波路、２３は光ファイバ、２
３₁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
２２₁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２１₁に位置決めして実装
し、光導波路２２₁と光ファイバのコア２３₁を位置合
わせしている（ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＯ
ＮＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ，ＨＹＢＲＩＤＳＡＮＤ
ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ．
ＶＯＬ．１３，ＮＯ．４，ｐｐ７８０−７８６，１９９
０参照）。

【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、３１₁は光ファイバ実装用Ｖ溝、３２₂，３
２₃，３２₄は位置合わせ用凸部、３３は電極、３４は
半導体レーザアレイ、３４₁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３２₂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３
２₃，３２₄、光ファイバ実装用Ｖ溝３１₁、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３４₁を位置合わせ用
凸部３２₂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３２₃，３２₄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（ＩＥＥ
ＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＯＮＣＯＭＰＯＮＥＮＴ
Ｓ，ＨＹＢＲＩＤＳＡＮＤＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩ
ＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ．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２２₁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２２₁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
₂，３２₃，３２₄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３２₂，３２₃，３２
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３２₂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１
μｍ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】本発明にかかる光伝送モ
ジュールにおいては、実装基板の上には光素子の実装位
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
有し、光素子にはマーカを１個以上有し、該実装基板上
の位置合わせマーカと該光素子のマーカとが位置合わせ
され、該実装基板上の回転合わせマーカと光素子の縁で
位置決めされて実装されている構成を採用した。

【００２２】この場合、光素子の縁と合わせるための回
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
置することができる。またこれらの場合、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ことが
できる。

【００２３】また、本発明の他の、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
装基板の表面に、実装する少なくとも１つの光素子の縁
部を載置する高台を有する構成を採用した。この場合、
実装基板上の光素子の縁部を載置する高台を絶縁膜によ
って形成し、また、実装基板上の高台の高さを１０μｍ
以下にすることができる。

【００２４】また、本発明にかかる他の、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、光ファイバを実装する溝内の光ファイバ支持部分を
分割した構成を採用した。

【００２５】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し、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し、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る、さらに、両構
成を併用することができる。

【００２６】これらの場合、実装基板として（１００）
シリコン基板を用い、異方性エッチングによって光ファ
イバを実装する分割された溝を形成することができる。
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ができる。

【００２７】また、本発明にかかる他の、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、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して光ファ
イバを固定し、かつ光素子を気密封止した構成を採用す
ることができる。

【００２８】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
ングによって形成することができる。これらの場合、実
装基板の電極上の電気接続部分以外に絶縁膜を形成し、
実装基板と光ファイバ押さえ基板の接着領域に金属層を
形成し、金属層をハンダによって接着して光ファイバを
固定し、光素子を気密封止することができる。

【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（１０
０）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（１
００）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Ｓｉ
Ｏ₂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、７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂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ＳｉＯ₂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７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂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、１₁はアース接続部、２はＳｉＯ₂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、７₁₁，
７₂₁，７₃₁，７₄₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂，７₄₂は凸条、８
は光素子、８₁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、１３₁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ＳｉＯ₂膜２
を形成する。

【００４１】次いで、このＳｉＯ₂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
７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₄₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂，７₄₂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１₁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ＣＦ₄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７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₄₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂，
７₄₂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１₁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ＳｉＯ₂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
７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₄₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂，７₄₂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１₁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１₁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８₁をア
ース接続部１₁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７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₄₁，
７₁₂，７₂₂，７₃₂，７₄₂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７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₄₁，
７₁₂，７₂₂，７₃₂，７₄₂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７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₄₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂，７₄₂
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７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₄₁，
７₁₂，７₂₂，７₃₂，７₄₂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ＳｉＯ₂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、７₁₁，７₂₁，
７₃₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂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
₁₁，７₂₁，７₃₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂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ＳｉＯ₂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
₁₁，７₂₁，７₃₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂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、７₁₁，７₂₁，７₃₁，７
₄₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂，７₄₂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７₁₁，７₂₁，
７₃₁，７₄₁，７₁₂，７₂₂，７ ₃₂，７₄₂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７₁₁と７₁₂、７₂₁と
７₂₂、７₃₁と７₃₂、７₄₁と７₄₂の間隔を徐々に拡げて、
光ファイバ１１の外周面が凸条７₁₁と７₁₂、７₂₁と
７₂₂、７₃₁と７₃₂、７₄₁と７₄₂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、７₁₁，７₂₁，７₃₁，７
₄₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂，７₄₂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７₁₁，７₂₁，
７₃₁，７₄₁，７₁₂，７₂₂，７ ₃₂，７₄₂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７₁₁と７₁₂、７₂₁と７
₂₂、７₃₁と７₃₂、７₄₁と７₄₂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７₁₁と７₁₂、７₂₁
と７₂₂、７₃₁と７₃₂、７₄₁と７₄₂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７₁₁と７₁₂、７₂₁
と７₂₂、７₃₁と７₃₂、７₄₁と７₄₂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、７₁₁，
７₂₁，７₃₁，７₄₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂，７₄₂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７₁₁，７₂₁，７ ₃₁，７₄₁，７₁₂，７
₂₂，７₃₂，７₄₂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、１₁はアース接続部、２，
１５はＳｉＯ₂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、７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₄₁，７₁₂，
７₂₂，７₃₂，７₄₂は凸条、８は光素子、８₁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、１７₁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（１０
０）面上に厚さ１μｍのＳｉＯ₂膜２を形成した後、こ
のＳｉＯ₂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ＳｉＯ₂膜１
５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
１₁、凸条７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₄₁，７₁₂，７₂₂，
７₃₂，７₄₂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７₁₁，７₂₁，
７₃₁，７₄₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂，７₄₂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１₁と光ファイバ１
１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１₁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１
７₁に金属層１６を残す。

【００６８】第４工程（図９（Ｄ）参照）アース接続部１₁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１７₁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３₁と入出力回路形成電極３₂を形成する電極用
金属層３が露出するまでＳｉＯ₂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３₁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８₁をアース接続部１₁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７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₄₁，７₁₂，７₂₂，
７₃₂，７₄₂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１７₂を有し、縁に錫鉛ハンダ層１７₃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１７₃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１７₃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１₁ アース接続部２，１５ＳｉＯ₂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７₁₁，７₂₁，７₃₁，７₄₁，７₁₂，７₂₂，７₃₂，７₄₂ 凸
条８光素子８₁ 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１３₁ Ｖ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１７₁ 封止容器兼光ファイバ押さえ基板接着領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実装基板の上には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有し、
光素子にはマーカを１個以上有し、該実装基板上の位置
合わせマーカと該光素子のマーカとが位置合わせされ、
該実装基板上の回転合わせマーカと光素子の縁で位置決
めされて実装されていることを特徴とする光伝送モジュ
ール。
【請求項２】光素子の縁と合わせるための回転合わせ
マーカを直線または曲線の両側に振り分けて配置したこ
とを特徴とする請求項１に記載された光伝送モジュー
ル。
【請求項３】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（１１
１）面からなる溝を実装基板上の位置合わせマーカと回
転合わせマーカとしたことを特徴とする請求項１または
請求項２に記載された光伝送モジュール。
【請求項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おいて、実装基板の表面に、実装
する少なくとも１つの光素子の縁部を載置する高台を有
することを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項５】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したことを特徴とする光
伝送モジュール。
【請求項６】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し、光ファイバを実装
基板の表面に対して傾斜させて実装したことを特徴とす
る請求項５に記載された光伝送モジュール。
【請求項７】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し、光ファイバを実装基板の
面内で任意の方向に実装したことを特徴とする請求項５
に記載された光伝送モジュール。
【請求項８】光ファイバを実装する分割された溝の幅
を徐々に拡大し、かつ実装基板の面内で徐々にずらし、
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したことを特
徴とする請求項５に記載された光伝送モジュール。
【請求項９】実装基板として（１００）シリコン基板
を用い、異方性エッチングによって光ファイバを実装す
る分割された溝を形成したことを特徴とする請求項５か
ら請求項８までのいずれかに記載された光伝送モジュー
ル。
【請求項１０】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したことを特徴と
する請求項９に記載された光伝送モジュール。
【請求項１１】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材
料を介して接着して光ファイバを固定し、かつ光素子を
気密封止したことを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項１２】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に
よって形成したことを特徴とする請求項１１に記載され
た光伝送モジュール。
【請求項１３】実装基板の電極上の電気接続部分以外
に絶縁膜を形成し、実装基板と光ファイバ押さえ基板の
接着領域に金属層を形成し、金属層をハンダによって接
着して光ファイバを固定し、光素子を気密封止すること
を特徴とする請求項１１または請求項１２に記載された
光伝送モジュール。