JPH1195062A

JPH1195062A - 光接続構造

Info

Publication number: JPH1195062A
Application number: JP25082997A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Kaneko; 勝弘金子
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 1999-04-09
Anticipated expiration: 2017-09-16
Also published as: JP3652080B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＰＣＬプラットフォームの基板として多層セ
ラミック回路基板等を用いた場合、基板上面が平坦なた
め光導波路と光ファイバとを位置精度よく光接続するこ
とが困難であった。【解決手段】上面に光電変換素子が実装もしくは形成
されており、かつ一端が光電変換素子に接続され、他端
が上面端部に導出する光導波路12が形成されている実装
用基板11と、下面の光ファイバ固定用溝13ａに光ファイ
バ14が固定されている固定用基板13とから成り、実装用
基板11の上面端部に固定用基板13を、光導波路12の端面
と光ファイバ14の端面とを各々の光軸中心が一致するよ
うに当接させて固定した光接続構造である。平坦な基板
11に対しても光接続の際のアライメントが簡易化できて
光導波路12と光ファイバ14とを位置精度よく接続するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信システムある
いはコンピュータ・交換機等に使用される光信号−電気
信号変換モジュールにおける受光／発光素子と光ファイ
バとの光信号伝送のための接続構造に関し、詳しくは光
電変換素子と光ファイバとを光導波路を介して位置精度
よく接続するための光接続構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムやコンピュータ・交換機
等の光信号伝送システムにおいては、伝送された光信号
の信号処理は電子デバイスが担っているため、光信号と
電気信号との変換を行なう光電変換装置が必要であり、
そのような光信号と電気信号の境界領域には光ファイバ
や光導波路などの光の伝送路と、レーザダイオード等の
発光素子・フォトダイオード等の受光素子などの光電変
換素子と、それら光電変換素子や電子素子の制御や電気
信号の処理を行なうためのＬＳＩ・電子部品を駆動させ
るための電気回路等が混在することとなる。

【０００３】このような光電変換装置として、例えば雑
誌O plus E・1997年７月，ｐ94「ＰＬＣプラットフォー
ムによる光モジュール構成技術」に紹介されているよう
に、シリコン基板上に光回路を形成し、半導体レーザや
受光素子等の光電変換素子をハイブリッド集積実装する
ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）プラットフォーム
技術が、光モジュールの部品点数削減や無調芯接続・小
型化等の点から注目されている。

【０００４】このようなＰＬＣプラットフォームの例を
図９に斜視図で示す。図９において１はシリコン基板、
２は光電変換素子であり、シリコン基板１の表面や内部
には光電変換素子２を搭載するための電気配線（図示せ
ず）が形成されている。３はシリコン基板１上に形成さ
れた光導波路であり、クラッド部３ａ中にコア部３ｂが
形成され、半導体素子２はこのコア部３ｂと光軸中心が
一致するように搭載される。４は光ファイバであり、シ
リコン基板１の上面に異方性エッチングにより形成され
た光ファイバ４固定用のＶ溝１ａに光導波路３のコア部
３ｂと光軸中心が一致するように固定されて、外部の光
回路との光信号の伝送を行なう。

【０００５】このＰＬＣプラットフォームによれば、モ
ジュールの作製の効率化や小型化を図ることができ、Ｖ
溝１ａの形成等はサブミクロン精度の加工技術を利用し
たものであることから、光導波路３を介しての光電変換
素子２と光ファイバ４との接続においてサブミクロン精
度の位置合わせが可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなシリコン基板を用いたＰＬＣプラットフォームに
おける電気配線は、寄生容量やシリコンの大きな誘電正
接（ｔａｎδ）のために高周波領域での電気信号の伝搬
特性が悪いという問題点がある。

【０００７】例えば、"Assembly and Wiring Technolog
ies in PLC Platforms for Low-Cost and High-Speed A
pplications" IEEE 1997 Electronic Components and T
echnology Conference Proceedings, p632には、シリコ
ン基板上にシリカ膜を誘電体層として形成し、その上に
形成したコプレーナ型の電気配線の場合であれば、10Ｇ
Ｈｚの電気信号に対してシリカ膜の厚さが1.5 μｍの時
の伝搬損失が17ｄＢ／ｃｍと極めて大きく、シリカ膜の
厚さが15μｍの時でも伝搬損失は４ｄＢ／ｃｍという大
きな損失となることが報告されている。

【０００８】これに対し、高周波電気特性に優れる多層
セラミック回路基板や銅ポリイミド等の有機系薄膜多層
回路を積層したセラミック回路基板等の高周波電気回路
基板を用い、その上に光導波路を形成したＰＬＣプラッ
トフォーム技術が要求されている。

【０００９】しかしながら、ＰＣＬプラットフォームの
基板として多層セラミック回路基板や有機系薄膜多層回
路を積層したセラミック回路基板等を用いた場合には、
通常は基板上面が平坦であって微細な溝加工が難しく、
また光ファイバ固定用のガイド溝としてシリコン基板の
ように異方性エッチングにより高精度なＶ溝を形成する
方法が利用できないため、新たな光ファイバの位置合わ
せ・固定方法が必要であった。

【００１０】本発明は以上のような従来技術の問題点な
らびに要求に鑑みて案出されたものであり、その目的
は、セラミック回路基板等のように上面が平坦で微細な
加工が困難な基板を用いたＰＣＬプラットフォームに対
して有用で、光接続の際のアライメントが簡易化できて
光電変換素子と光ファイバとを光導波路を介して位置精
度よく接続することができ、さらに高密度集積実装化が
可能であり、しかも生産性が高い光接続構造を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の光接続構造は、
上面に光電変換素子が実装もしくは形成されており、か
つ一端が前記光電変換素子に接続され、他端が前記上面
端部に導出する光導波路が形成されている実装用基板
と、下面に形成した光ファイバ固定用溝に光ファイバが
固定されている固定用基板とから成り、前記実装用基板
の上面端部に前記固定用基板を、前記光導波路の端面と
前記光ファイバの端面とを各々の光軸中心が一致するよ
うに当接させて固定したことを特徴とするものである。

【００１２】また本発明の光接続構造は、高さの異なる
２段の上面を有し、高い方の第１上面に光電変換素子が
実装もしくは形成されており、かつ一端が前記光電変換
素子に接続され、他端が前記実装面の前記第１上面の端
部に導出する光導波路が形成されている実装用基板と、
下面に形成した光ファイバ固定用溝に光ファイバが固定
されている固定用基板とから成り、前記実装用基板の前
記２段の上面の低い方の第２上面に前記固定用基板を、
前記光導波路の端面と前記光ファイバの端面とを各々の
光軸中心が一致するように当接させて固定したことを特
徴とするものである。

【００１３】また、本発明の光接続構造は、上記各構成
において、前記光導波路が複数本独立して形成され、そ
れら光導波路間が光導波路のクラッド部より低屈折率の
分離層または空隙により光学的に分離されていることを
特徴とするものである。

【００１４】さらに本発明の光接続構造は、上記各構成
において、前記固定用基板の下面に形成された凹部内に
接合用パッドが形成され、および／または前記実装用基
板の上面または第２上面に形成された凹部内に接合用パ
ッドが形成されており、前記固定用基板の下面と前記実
装用基板の上面または第２上面とが前記各接合用パッド
を介在させずに接触していることを特徴とするものであ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の光接続構造によれば、実
装用基板の上面に、一端が光電変換素子に接続され他端
がこの上面の端部に導出する光導波路が形成され、この
光導波路の端面に、固定用基板の下面に形成した光ファ
イバ固定用溝に固定された光ファイバの端面をそれらの
光軸中心が一致するように、実装用基板の上面端部に固
定用基板を固定して当接させたことから、その上面端部
において光導波路と光ファイバとの相対的な位置を精度
よく規定することができ、上面が平坦でまた微細な加工
が困難な実装用基板を用いた場合でも、光電変換素子に
接続された光導波路と光ファイバとをその上面端部にお
いて位置精度よく接続することができる。

【００１６】また本発明の光接続構造によれば、実装用
基板上の光導波路や固定用基板の光ファイバ固定用溝は
従来周知の薄膜加工技術を用いてサブミクロンの寸法精
度で形成することができるので、上面が平坦でまた微細
な加工が困難な実装用基板に対しても、サブミクロンの
位置精度で上面の端部での光導波路と光ファイバとの良
好な光接続を行なうことができる。

【００１７】また、本発明の光接続構造によれば、実装
用基板の第１上面に、一端が光電変換素子に接続され他
端がこの第１上面の端部に導出する光導波路が形成さ
れ、この光導波路の端面に、固定用基板の下面に形成し
た光ファイバ固定用溝に固定された光ファイバの端面を
それらの光軸中心が一致するように、実装用基板の第２
上面に固定用基板を固定して当接させたことから、第１
上面の端部において光導波路と光ファイバとの相対的な
位置を精度よく規定することができ、第１上面や第２上
面が平坦でまた微細な加工が困難な実装用基板を用いた
場合でも、光電変換素子に接続された光導波路と光ファ
イバとをその第１上面端部において位置精度よく接続す
ることができる。

【００１８】また上記と同様に、実装用基板の第１上面
上の光導波路や固定用基板の光ファイバ固定用溝は従来
周知の薄膜加工技術を用いてサブミクロンの寸法精度で
形成することができるので、上面が平坦でまた微細な加
工が困難な実装用基板に対しても、サブミクロンの位置
精度で第１上面の端部での光導波路と光ファイバとの良
好な光接続を行なうことができる。

【００１９】さらに本発明の光接続構造によれば、実装
用基板の上面または第１上面に光導波路が複数本独立し
て形成されている場合に、それら光導波路間が光導波路
のクラッド部より低屈折率の分離層または空隙により光
学的に分離されていることから、クラッド部から分離層
または空隙に漏洩し伝搬しようとする光はクラッド部と
これら低屈折率の分離層または空隙との界面で反射され
るため分離層または空隙に侵入することができず、従っ
て、クラッド部との界面を透過した光が別の光導波路に
侵入してその光導波路内を通り、本来伝搬すべき受光素
子以外の受光素子や本来伝搬すべき光ファイバ以外の光
ファイバに入射して発生するクロストークを十分に抑制
することができる。

【００２０】さらにまた、本発明の光接続構造によれ
ば、固定用基板と実装用基板とに両者を接合するための
接合用パッドを形成する場合に、固定用基板側の接合用
パッドを固定用基板の下面に凹部を形成してその凹部内
に形成し、および／または実装用基板側の接合用パッド
を実装用基板の上面または第２上面に凹部を形成してそ
の凹部内に形成することにより、固定用基板の下面と実
装用基板の上面または第２上面とがそれら接合用パッド
を介在させずに接触しているときには、それら基板同士
の垂直方向の位置合わせ精度が接合用パッドや接合用パ
ッド同士を接合する接合材の厚さや高さ等の変動に影響
されることがないため、より高い位置精度でもって実装
用基板の上面または第１上面の端部での光導波路と光フ
ァイバとの良好な光接続を行なうことができる。

【００２１】以下、本発明の光接続構造について図面に
基づいて詳細に説明する。図１は本発明の光接続構造の
実施の形態の一例を示す分解斜視図である。図１におい
て11は実装用基板、12は実装用基板11の上面に形成され
た光導波路であり、光導波路12はその一端が実装用基板
11の上面に実装もしくは形成された受光素子あるいは発
光素子等の光電変換素子（図示せず）に接続され、他端
が図１に示すように上面の端部に導出している。

【００２２】13は固定用基板、14は光ファイバであり、
光ファイバ14は固定用基板13の下面に形成された光ファ
イバ固定用溝13ａに固定されている。また、固定用基板
13の下面には、光導波路12の端面と光ファイバ14の端面
とを当接させつつ固定用基板13を実装用基板11の上面に
固定する際に実装用基板11上の光導波路12との接触を避
けるための光導波路用溝13ｂも形成しておくとよく、こ
の例では複数本の光導波路12をまとめて囲うような光導
波路用溝13ｂとしている。また、15は実装用基板11の上
面に設けられた接合用パッド、16は固定用基板13の下面
の実装用基板11の上面に固定される部位に設けられた接
合用パッドである。これら接合用パッド15・16はそれぞ
れ必要に応じて設けられ、それぞれの基板の面上あるい
は基板に形成した凹部内に形成される。

【００２３】そして、図中に矢印で示したように、光導
波路12の端面と光ファイバ14の端面とを各々の光軸中心
が一致するように実装用基板11の上面端部において当接
させて、接合用パッド15・16同士を接合し、実装用基板
11の上面端部に固定用基板13を固定することにより、光
導波路12と光ファイバ14とが、また光導波路12を介して
光電変換素子と光ファイバ14とが、それぞれ光接続され
る。

【００２４】また、図２に本発明の光接続構造の実施の
形態の他の例を図１と同様の分解斜視図で示す。図２に
おいて、21は実装用基板、22は実装用基板21の上面に形
成された光導波路であり、光導波路22はその一端が実装
用基板21の上面に実装もしくは形成された光電変換素子
（図示せず）に接続され、他端が図２に示すように上面
の端部に導出している。

【００２５】23は固定用基板、24は光ファイバであり、
光ファイバ24は固定用基板23の下面に形成された光ファ
イバ固定用溝23ａに固定されている。また、固定用基板
23の下面には、光導波路22の端面と光ファイバ24の端面
とを当接させつつ固定用基板23を実装用基板21の上面に
固定する際に実装用基板21上の光導波路22との接触を避
けるための光導波路用溝23ｂも形成しておくとよく、こ
の例では複数本の光導波路22をそれぞれ独立して囲うよ
うな複数の光導波路用溝23ｂとしている。また、25は実
装用基板21の上面に設けられた接合用パッド、26は固定
用基板23の下面の実装用基板21の上面に固定される部位
に設けられた接合用パッドである。これら接合用パッド
25・26もそれぞれ必要に応じて設けられ、それぞれの基
板の面上あるいは基板に形成した凹部内に形成される。

【００２６】そして、図中に矢印で示したように、光導
波路22の端面と光ファイバ24の端面とを各々の光軸中心
が一致するように実装用基板21の上面端部において当接
させて、接合用パッド25・26同士を接合し、実装用基板
21の上面端部に固定用基板23を固定することにより、光
導波路22と光ファイバ24とが、また光導波路22を介して
光電変換素子と光ファイバ24とが、それぞれ光接続され
る。

【００２７】なお、図１および図２の例ではそれぞれ光
導波路12・22を複数本独立して形成し、それらの間が空
隙17・27により光学的に分離されている。これら空隙17
・27は、光導波路12・22のクラッド部より低屈折率の分
離層により置き換えてもよい。また、図１および図２の
例は、光導波路12・22と光ファイバ14・24とがそれぞれ
１本ずつであってもよいことは言うまでもない。

【００２８】これら図１および図２の例について、その
光ファイバ12・22に沿った断面図を図３に示す。図３に
おいて図１および図２と同様の箇所には同じ符号を付し
ている。ここで、実装用基板11（21）として多層セラミ
ック回路基板を用いた例を示しており、複数の絶縁層11
ａ（21ａ）が積層され、各層の間または表面に配線導体
11ｂ（21ｂ）が配設されている。また、12ａ（22ａ）は
光導波路12（22）のクラッド部、12ｂ（22ｂ）はコア部
であり、14ａ（24ａ）は光ファイバ14（24）のクラッド
部、14ｂ（24ｂ）はコア部であり、本発明の光接続構造
によれば、光導波路12（22）の光軸中心であるコア部12
ｂ（22ｂ）と光ファイバ14（24）の光軸中心であるコア
部14ｂ（24ｂ）とが一致するように、実装用基板11（2
1）の上面の端部において当接され固定用基板13（23）
により固定されている。

【００２９】実装用基板11・21としては多層セラミック
回路基板の他にも、ポリイミド樹脂・フッ素樹脂・オレ
フィン樹脂・エポキシ樹脂等の絶縁層と銅等の配線導体
とによる有機系薄膜多層回路を積層したセラミック回路
基板や多層有機回路基板等も用いることができ、その上
面には光ファイバ固定用の溝を形成する必要がないた
め、種々の基板を用いることができる。

【００３０】実装用基板11・21として多層セラミック回
路基板を用いる場合であれば、従来周知の技術を利用し
て、例えば、アルミナ・シリカ等のセラミックス原料粉
末に適当な溶媒を混合してシート状となした絶縁層11ａ
・21ａと成るセラミックグリーンシートを製作し、この
セラミックグリーンシート上にタングステン・モリブデ
ン等の高融点金属を含有する配線導体11ｂ・21ｂと成る
導電ペーストを所定パターンにスクリーン印刷するとと
もに順次積層し、しかる後、セラミックグリーンシート
と導電ペーストとを同時に一体焼成して多層セラミック
回路基板11・21を製作する。また、光電変換素子を実装
するための搭載部と成るキャビティを形成し、その内部
に光電変換素子の搭載固定用の金属パッドを形成し、樹
脂接着剤やＡｕＳｎ半田等により光電変換素子をキャビ
ティ内の所定位置に搭載・固定して、ボンディングワイ
ヤ等の電気的接続手段により配線導体11ｂ・21ｂと光電
変換素子との電気的な接続を行なう。

【００３１】なお、光電変換素子は、実装用基板11・21
の上面に搭載実装されるのが一般的であるが、実装用基
板11・21の上面にこれらの素子を形成可能な半導体層を
設けた場合などは、実装用基板11・21の上面に光電変換
素子を直接形成することもできる。

【００３２】光導波路12・22としては基板上に形成され
る一般的な埋め込み型光導波路を用いることができ、例
えば、クラッド部12ａ・22ａにＳｉＯ₂膜を用い、コア
部12ｂ・22ｂにＳｉＯ₂−ＧｅＯ₂を用いたシリカ系の
ものや、クラッド部12ａ・22ａとコア部12ｂ・22ｂとに
シロキサンポリマを用いたもの、ポリイミド・ベンゾシ
クロブテン・ＰＭＭＡ・ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂等を用いた
ものを使用することができる。

【００３３】中でも、シロキサンポリマから成る光導波
路を用いると、下地の平坦化材料を兼ねた光導波路12・
22の下部のクラッド部12ａ・22ａ用材料としてキュア前
後の膜厚の収縮率が99％程度と極めて小さいため、深さ
や高さが100 μｍ程度もあるような基板上の段差や溝あ
るいは光電変換素子と基板との段差等があっても下部の
クラッド部12ａ・22ａの形成後には１μｍ程度の段差が
生じるだけとなり、光導波路12・22を形成した場合の損
失がほとんど問題とならなくなり、十分低損失な光伝送
が可能となる。併せて、下地基板の起伏形状による散乱
が極めて小さくなり、クロストーク発生の原因となるよ
うな散乱光の発生を抑制することもできる。また、シロ
キサンポリマが下地の平坦化層と光導波路12・22の下部
のクラッド部12ａ・22ａとを兼ねているものであること
から、製造上の容易性ならびに経済性にも優れたものと
なる。

【００３４】このようなシロキサンポリマから成る光導
波路12・22を形成するには、例えば以下のようにすれば
よい。まず、実装用基板11・21の上面にシロキサンポリ
マ溶液をスピンコート法により塗布し、100 ℃／30分＋
270 ℃／60分の熱処理を行ない、厚さ15μｍのシロキサ
ンポリマ膜（屈折率1.441 、λ＝1.3 μｍ）から成る下
部のクラッド部12ａ・22ａを形成する。次に、テトラｎ
ブトキシチタン／シロキサンポリマ固形分重量比＝0.08
2 として調整したテトラｎブトキシチタン／シロキサン
ポリマ混合液をスピンコート法・ロールコート法・スプ
レーコート法等により塗布し、100 ℃／30分＋270 ℃／
60分の熱処理を行ない、厚さ８μｍのシロキサンポリマ
膜（屈折率1.445 、λ＝1.3 μｍ）から成るコア部12ｂ
・22ｂを形成する。続いてＲＩＥ加工を行なうためのマ
スクとなるＡｌ膜をスパッタリング法により形成し、コ
ア部12ｂ・22ｂのパターンとなるライン幅８μｍのレジ
ストパターンをフォトリソグラフィの手法により形成し
てＨ₃ＰＯ₄／ＣＨ₃ＣＯＯＨ／ＨＮＯ₃の混合溶液に
よりＡｌ膜をエッチングしてレジストパターンをＡｌ膜
に転写する。次いでレジストパターンを除去した後フッ
素ガスを用いたＲＩＥ加工によりコア部12ｂ・22ｂのエ
ッチングを行ない、その後Ａｌ膜を除去してクラッド部
12ａ・22ａを形成する。

【００３５】以上により、コア部12ｂ・22ｂの高さが８
μｍで幅が８μｍ、屈折率が1.445であり、クラッド部1
2ａ・22ａの屈折率が1.441 のシロキサンポリマから成
る埋め込み型光導波路12・22を得ることができる。そし
て、コア部12ｂ・22ｂの形成方法と同様にして、Ａｌマ
スクパターンの形成とＲＩＥ加工を行ない光導波路12・
22の不要部をエッチング除去して、光ファイバ14・24と
の当接部となる端面を実装用基板11・21の上面端部にて
露出させる。

【００３６】さらに、反射端の反射面にはＡｌ・Ａｕ・
Ｎｉ等の金属膜をコートすると、広い反射角にわたって
反射率が高くなり好適である。なお、反射端の加工は、
各光導波路を分離する加工と同時に行なってもよい。

【００３７】また、光電変換素子の受発光面と接続され
る光導波路12・22の一端は、光電変換素子が平面型であ
る場合はその受発光面上の下部のクラッド部12ａ・22ａ
を除去してコア部12ａ・22ａが直接に受発光面を覆うよ
うに形成することにより光接続を行なってもよい。

【００３８】なお、光導波路12・22のコア部12ｂ・22ｂ
ならびに上部のクラッド部12ａ・22ａには、前述のよう
に以下のような種々の材料を使用することができる。材料屈折率成膜方法ポリイミド 1.53〜1.60 スピンコート法・ロールコート法等ベンゾシクロブテン 1.53〜1.58 同上ＰＭＭＡ 1.53〜1.56 同上ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂ 1.44〜2.00 スパッタリング法・ＣＶＤ法等ＳｉＯ₂−ＧｅＯ₂ 1.44〜2.00 同上これらの材料の中からコア部12ｂ・22ｂの屈折率が下部
のクラッド部12ａ・22ａおよび上部のクラッド部12ａ・
22ａの屈折率よりも大きくなるようにそれぞれ選択して
使用すればよい。そして、これらの材料によるコア部12
ｂ・22ｂの加工には上記の例と同様にフォトリソグラフ
ィ法およびＲＩＥ加工を利用すればよく、例えば前述の
ように下部のクラッド部12ａ・22ａとしてシロキサンポ
リマ膜を形成した後に屈折率1.45・厚さ８μｍのＳｉＯ
₂−ＴｉＯ₂膜をスパッタリング法により形成し、その
後、コア部12ｂ・22ｂの加工等を同様に行なえばよい。

【００３９】固定用基板13・23としては、例えば、切削
により光ファイバ固定用溝13ａ・23ａを形成したセラミ
ック基板やガラス基板、あるいはシリコン異方性エッチ
ングによるＶ溝によって光ファイバ固定用溝13ａ・23ａ
を形成したシリコン基板など周知の光ファイバ固定用基
板を用いることができる。この固定用基板13・23により
光導波路12・22の水平方向の間隔に対応して光ファイバ
14・24を精度よく配置することが容易となり、複数の光
導波路12・22と光ファイバ14・24とを一括して実装用基
板11・21の上面端部で当接させて光接続することができ
る。

【００４０】このような固定用基板13・23として、例え
ばシリコン基板を使用しＶ溝加工技術を利用して光ファ
イバ固定用溝13ａ・23ａを形成する場合であれば、下面
となる表面に＜１００＞面が出ているシリコン基板にシ
リカ膜を形成し、フォトリソグラフィの手法を用いて光
ファイバ固定用溝13ａ・23ａならびに光導波路12・22と
の干渉を避けるための光導波路用溝13ｂ・23ｂとなるパ
ターンを開口したシリカパターンを形成して、ＫＯＨに
よりシリコンのエッチングを行ない光ファイバ固定用溝
13ａ・23ａならびに光導波路用溝13ｂ・23ｂを形成す
る。その後、リフトオフ法により接合用パッド15・25と
なるＣｒ／Ａｕ金属層ならびにＡｕＳｎ半田膜を形成す
る。

【００４１】このとき、光導波路12・22を前述のシロキ
サンポリマから成るものとした場合、そのコア部12ｂ・
22ｂの中心は実装用基板11・21上面からの高さが19μｍ
の位置にあるので、固定用基板13・23に光ファイバ14・
24を固定して実装用基板11・21に当接・固定した際の光
ファイバ14・24のコア部14ｂ・24ｂの中心が固定用基板
13・23の下面の実装用基板11・21の上面と接合される面
から19μｍ基板内部側となるように、光ファイバ固定用
溝13ａ・23ａや光ファイバ14・24の固定高さを設定する
必要がある。またこのとき、例えば接合用パッド16の厚
さが３μｍあれば、光ファイバ14・24のコア部14ｂ・24
ｂの中心は固定用基板13・23の実装用基板11・21との接
合部の下面から16μｍの位置となり、これに対してはシ
リコン基板のエッチング時のマスク開口幅を175.7 μｍ
としておけば所望の光ファイバ固定用溝13ａ・23ａが得
られる。

【００４２】光ファイバ14・24としては、従来周知の光
ファイバあるいはそれらと同様の構成のものであれば、
どのような種類の光ファイバであっても差し支えない。

【００４３】接合用パッド15・16・25・26としては、例
えば多層セラミック回路基板に対してはリフトオフ法に
より形成したＣｒ／ＡｕやＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属層
を用いればよく、それらの接合はＡｕＳｎ半田やＡｕＧ
ｅ半田・ＡｕＳｉ半田・ＡｇＳｎ半田・ＳｎＰｂ半田等
の半田により行なえばよい。これらのうちＡｕ系の半田
は耐腐食性に優れるため高い信頼性が得られ、中でも、
ＡｕＳｎ半田は接合後のクリープ性が小さく、すなわち
接合前後の位置の変位が極めて小さいため、高い位置精
度が要求される光学部品の接合にはＡｕＳｎ半田が好適
である。

【００４４】また、接合用パッド15・16・25・26同士の
半田等の接合材による接合は、図３に示したように膜状
の半田層による接合の他にも、図４に図３と同様の断面
図で示すように、半田ボール18による接合としてもよ
い。このように半田ボール18による接合とした場合は、
最近の半田ボールを用いたマイクロソルダリング技術の
進歩により半田ボール18の球径・真球度は高精度で制御
できるので、本発明のような実装方法に利用した場合、
半田層を利用した場合よりも高さ方向の位置精度を向上
させることが期待できる。また、半田層よりも半田ボー
ル18の方が表面張力によるセルフアライメント効果が大
きくなるので、これを利用して実装時の位置精度を向上
させることも期待できる。なお、図４において図３と同
様の箇所には同じ符号を付している。

【００４５】前述のように、光導波路12・22を複数本形
成する場合には、それらを独立して形成し、それら光導
波路12・22の間にクラッド12ａ・22ａより低屈折率の分
離層または空隙17を形成することにより、光学的に分離
しておくことが望ましい。

【００４６】このような分離層または空隙については、
一般的なシングルモード光導波路においては光導波路12
・22の壁面の汚れや光導波路12・22中の屈折率分布の揺
らぎに起因する散乱光、または段差による光導波路12・
22の曲がり部や屈曲部で発生する放射光・光ファイバ14
・24と光導波路12・22との接続部分で光ファイバ14・24
の伝搬光と光導波路12・22の伝搬光とのモードフィール
ド径のミスマッチのために生じる迷光など、クロストー
クの発生原因となるような光がクラッド部12ａ・22ａと
分離層または空隙17との界面に入射する際の角度は数度
以下であると考えられるため、全反射の臨界角から考え
ると、低屈折率部である分離層または空隙17の屈折率は
1.43程度（臨界角７°）で有効である。なお、低屈折率
部である分離層または空隙17の屈折率は小さい程有効で
あることは言うまでもない。

【００４７】また、光導波路12・22と光電変換素子のう
ち発光素子との接続部分で発光素子から発せられる光と
光導波路12・22との伝搬光のモードフィールド径のミス
マッチのために生じる迷光については15°程度の角度を
持つことが考えられるため、分離層または空隙17の屈折
率は1.3 以下とすることが好ましい。

【００４８】一方、分離層または空隙17の幅について
は、大きい程分離が確実なものとなるので、幅の上限値
についてはＰＬＣプラットフォームや光電変換装置の仕
様に応じて適宜設定すればよい。また、幅の下限値につ
いては以下のように考えればよい。

【００４９】一般に、屈折率の大きい媒質から屈折率の
小さい媒質に向かって光が入射し全反射を起こしている
場合において、光の電磁界は屈折率の小さい媒質に侵入
し、その電磁界の強さは指数関数的に減少する。このと
き、屈折率の大きい媒質と小さい媒質の屈折率をそれぞ
れｎ₁，ｎ₂（ｎ₁＞ｎ₂）とすると、電磁界の強さが
１／ｅとなる侵入深さは（λ／２π）×（ｎ₁ ²ｃｏｓ
²θ−ｎ₂ ²）^1/2となる。ここで、λは光の波長、θ
は界面と光の伝搬方向との間の角度である。

【００５０】屈折率が大きい媒質から小さい媒質に光が
入射した場合の光の侵入深さ（電磁界の強さが１／ｅと
なる深さ）を入射角に対して計算すると、侵入深さは入
射角が増加するに連れて徐々に増加し、臨界角に近づく
と急激に増加する。この全反射時の光のしみ出しによる
別の光導波路12・22との結合を避けるためには、分離層
または空隙17の幅をこの侵入深さより大きくとる必要が
ある。

【００５１】前述のように、屈折率が1.44の媒質と屈折
率が1.43の媒質との臨界角は７°程度、屈折率が1.3 の
媒質との臨界角は15°程度であり、また屈折率が１の媒
質（例えば空気）との臨界角は46°程度である。侵入深
さが10μｍに相当する角度はこれら臨界角からわずかに
0.05°程度小さいだけであるので、分離層または空隙17
の幅を10μｍ以上とすれば、臨界角内の角度で光導波路
12・22外部に向かう光のほぼ全てを分離層または空隙17
で遮断することができる。従って、分離層または空隙17
の幅は10μｍ以上に設定することが好ましい。

【００５２】また、光導波路12・22の伝搬光の電磁界の
クラッド部12ａ・22ａへの広がりを考慮し、コア部12ｂ
・22ｂと空隙17または分離層との間のクラッド部12ａ・
22ａの厚みは10μｍ以上とすることが好ましい。また、
全反射時の光のしみ出しによるトンネリングをさけるた
め、前述のように空隙17または分離層の幅を10μｍ以上
に設定する。

【００５３】また、光ファイバ14・24との接続部におい
ては、接続されるべきでない光ファイバ14・24と光導波
路12・22とは部分的にも、すなわちそれぞれのクラッド
部12ａ・22ａ同士も重ならないようにする必要がある。
これは、光導波路12・22のクラッド部12ａ・22ａからの
漏れ光が接続されるべきでない光ファイバ14・24のクラ
ッド部14ａ・24ａに進入し伝搬する可能性があるからで
ある。

【００５４】次に、本発明の光接続構造の実施の形態の
さらに他の例を、図５に図３・図４と同様の断面図で示
す。図５において、31は実装用基板、32は実装用基板31
の上面に形成された、クラッド部32ａとコア部32ｂとを
具備する光導波路、33は固定用基板、34は固定用基板33
の下面に形成された光ファイバ固定用溝に固定された、
クラッド部34ａとコア部34ｂとを具備する光ファイバで
ある。この例においては、固定用基板35の下面の実装用
基板31と接合される部位に凹部33ｃが形成され、その凹
部33ｃ内に接合用パッド36が形成されている。このよう
な凹部33ｃは、例えばシリコン基板の異方性エッチング
を利用して形成すればよい。

【００５５】そして、実装用基板31の上面にはそれら接
合用パッド36に対応して接合用パッド35が形成されてお
り、これら接合用パッド35と接合用パッド36とを接合材
37により接合することで、光導波路32を形成した実装用
基板31の上面と光ファイバ34を固定した固定用基板33の
下面とが、接合用パッド35・36や接合材37を介在させる
ことなく直接接触して固定される。

【００５６】このように、本例においては凹部33ｃが実
装用基板31と固定用基板33との接合部材用空隙となり、
実装用基板31と固定用基板33との接合における垂直方向
の位置合わせ精度が接合用パッド35・36や接合材37の厚
さや高さの変動に影響されることがなく、極めて高い位
置精度でもって実装用基板31の上面の端部での光導波路
32と光ファイバ34との良好な光接続を行なうことができ
る。

【００５７】また、本発明の光接続構造の実施の形態の
さらに他の例を、図６に図３〜図５と同様の断面図で示
す。図６において、41は実装用基板、42は実装用基板41
の上面に形成された、クラッド部42ａとコア部42ｂとを
具備する光導波路、43は固定用基板、44は固定用基板43
の下面に形成された光ファイバ固定用溝に固定された、
クラッド部44ａとコア部44ｂとを具備する光ファイバで
ある。この例においては、実装用基板41の上面の固定用
基板45と接合される部位に凹部41ｃが形成され、その凹
部41ｃ内に接合用パッド45が形成されている。このよう
な凹部41ｃは、例えば多層セラミック回路基板を構成す
るセラミックグリーンシートを積層する際に上面となる
セラミックグリーンシートに所定の打ち抜き加工を施し
たり、あるいは切削加工により形成すればよい。

【００５８】そして、固定用基板43の下面にはそれら接
合用パッド45に対応して接合用パッド46が形成されてお
り、これら接合用パッド45と接合用パッド46とを接合材
47により接合することで、光導波路42を形成した実装用
基板41の上面と光ファイバ44を固定した固定用基板43の
下面とが、接合用パッド45・46や接合材47を介在させる
ことなく直接接触して固定される。

【００５９】このように、本例においても凹部41ｃが実
装用基板41と固定用基板43との接合部材用空隙となり、
実装用基板41と固定用基板43との接合における垂直方向
の位置合わせ精度が接合用パッド45・46や接合材47の厚
さや高さの変動に影響されることがなく、極めて高い位
置精度でもって実装用基板41の上面の端部での光導波路
42と光ファイバ44との良好な光接続を行なうことができ
る。

【００６０】次に、本発明の光接続構造の実施の形態の
さらに他の例を、図７に図１・図２と同様の分解斜視図
で、また図８に図３〜図６と同様の断面図で示す。

【００６１】図７・図８において、51は実装用基板であ
り、この実装用基板51は高さの異なる２段の上面とし
て、高い方の第１上面51Ａおよび低い方の第２上面51Ｂ
を有している。52は実装用基板51の第１上面51Ａに形成
された光導波路であり、光導波路52はその一端が実装用
基板51の第１上面51Ａに実装もしくは形成された光電変
換素子（図示せず）に接続され、他端が図７・図８に示
すように第１上面51Ａの端部に導出している。

【００６２】53は固定用基板、54は光ファイバであり、
光ファイバ54は固定用基板53の下面に形成された光ファ
イバ固定用溝53ａに固定されている。また、55は実装用
基板51の第２上面51Ｂに設けられた接合用パッド、56は
固定用基板53の下面の実装用基板51の第２上面51Ｂに固
定される部位に、接合用パッド55に対応して設けられた
接合用パッドである。これら接合用パッド55・56もそれ
ぞれ必要に応じて設けられ、それぞれの基板の面上ある
いは基板に形成した凹部内に形成される。

【００６３】そして、図中に矢印で示したように、光導
波路52の端面と光ファイバ54の端面とを各々の光軸中心
が一致するように実装用基板51の第１上面51Ａの端部に
おいて当接させて、接合用パッド55・56同士を接合し、
実装用基板51の第２上面51Ｂに固定用基板53を固定する
ことにより、光導波路52と光ファイバ54とが、また光導
波路52を介して光電変換素子と光ファイバ54とが、それ
ぞれ光接続される。

【００６４】なお、図７の例でも光導波路52を複数本独
立して形成し、それらの間が空隙57により光学的に分離
されており、この空隙57は光導波路52のクラッド部52ａ
より低屈折率の分離層により置き換えてもよい。また、
図７の例も、光導波路52と光ファイバ54とがそれぞれ１
本ずつであってもよいことは言うまでもない。

【００６５】また、実装用基板51として多層セラミック
回路基板を用いた場合は、図８に示すように、複数の絶
縁層51ａが積層され、各層の間または表面に配線導体51
ｂが配設されている。なお、52ａは光導波路52のクラッ
ド部、52ｂはコア部であり、54ａは光ファイバ54のクラ
ッド部、54ｂはコア部であり、本例においては、光導波
路52の光軸中心であるコア部52ｂと光ファイバ54の光軸
中心であるコア部54ｂとが一致するように、実装用基板
51の第１上面51Ａの端部において当接され、第２上面51
Ｂにおいて接合用パッド55と接合用パッド56とを半田等
の接合材58により接合して固定用基板53により固定され
ている。

【００６６】なお、本例における固定用基板53はその一
部を実装用基板51の第１上面51Ａ上に延長し、図１〜図
６に示した例と同様にして、光導波路52が形成された第
１上面51Ａ上においても実装用基板51と固定用基板53と
の接合を行なってもよい。また、固定用基板53の下面の
接合用パッド56が形成される部位に凹部を形成し、およ
び／または実装用基板51の第２上面51Ｂの接合用パッド
55が形成される部位に凹部を形成して、接合用パッド55
・56をそれら凹部内に形成することによって、図５・図
６に示したように、固定用基板53の下面と実装用基板51
の第２上面51Ｂとが各接合パッド55・56や接合材を介在
させずに直接接触するようにしてもよい。

【００６７】このような本発明の光接続構造によって
も、実装用基板51の第１上面51Ａの端部において光導波
路52と光ファイバ54との相対的な位置を精度よく規定す
ることができ、第１上面51Ａや第２上面51Ｂが平坦でま
た微細な加工が困難な実装用基板51を用いた場合でも、
光電変換素子に接続された光導波路52と光ファイバ54と
をその第１上面51Ａ端部において位置精度よく接続する
ことができる。

【００６８】このような第１上面51Ａと第２上面51Ｂを
有する実装用基板51は、第１上面51Ａを有する実装用基
板に固定用基板53を固定するための第２上面51Ｂを有す
る補助基板を付加したものとみなすこともでき、また、
第２上面51Ｂを有する実装用基板に光導波路52を形成す
る実装用の第１上面51Ａを有する補助基板を付加したも
のとみなすこともできる。また、これら第１上面51Ａと
第２上面51Ｂとの高さの差は光導波路52・光ファイバ54
や固定用基板53のサイズ等に応じ光接続構造の仕様に応
じて適宜設定される。このとき、第１上面51Ａと第２上
面51Ｂの高さを同一とすると、実装用基板51の平坦な上
面上で光導波路52と光ファイバ54とを当接させて固定用
基板54により光ファイバ54を固定するものとなる。

【００６９】第１上面51Ａと第２上面51Ｂの高さの差や
光導波路52のサイズ等の設定は、例えば、直径125 μｍ
の光ファイバ54を用いる場合であれば、光ファイバ54が
載置される第１上面51Ｂから光ファイバ54のコア部54ｂ
である光軸中心までの高さは62.5μｍであり、光導波路
52の下部のクラッド部52ａの厚さを15μｍ、コア部の厚
さを８μｍとした場合には、第１上面51Ａから第２上面
51Ｂまでの高さの差は43.5μｍとすればよい。

【００７０】また、光ファイバ54を光ファイバ固定用溝
53ａに固定した固定用基板53が実装用基板51の第２上面
51Ｂに固定され実装されたときに、光ファイバ54は固定
用基板53と実装用基板51とに接するようにして、固定用
基板53が実装用基板51の第２上面51Ｂと直接接触せずに
接合用パッド55・56と接合材58を介して接合されるよう
に設定してもよい。この際は、接合材58の高さを実装用
基板51の第２上面51Ｂから固定用基板53の下面（接合用
パッド56）までの高さを超えるような高さとし、固定用
基板53を実装用基板51の第２上面51Ｂに合わせたときに
接合材58が両基板51・53（両接合用パッド55・56）に接
するようにしておけばよい。

【００７１】さらに、接合用パッド55・56の大きさを、
両基板51・53が固定されたときに接合用パッド55・56に
囲まれる空間の体積が接合材58の体積よりも大きくなる
ように設定することにより、接合材58を溶融したときに
接合材58の表面張力により両基板51・53間に張力が働
き、光ファイバ54と固定用基板53と実装用基板51とを、
接合材58の厚さや高さ等の変動に影響されることなく位
置精度よく固定することができる。

【００７２】なお、以上はあくまで本発明の実施の形態
の例示であって、本発明はそれらに限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改
良を加えることは何ら差し支えない。

【００７３】例えば、以上の例では光導波路として波長
1.3 μｍの光がシングルモードで導波するものの例につ
いて述べたが、クラッド部ならびにコア部のサイズや屈
折率の設定は光信号の伝搬において要求される光導波路
ごとに設計されるべきものであり、上記の例に何ら限定
されるものではない。

【００７４】

【発明の効果】以上のように、本発明の光接続構造によ
れば、実装用基板の上面の端部に導出して形成された光
導波路の端面に、固定用基板の下面の光ファイバ固定用
溝に固定された光ファイバの端面をそれらの光軸中心が
一致するように、実装用基板の上面端部に固定用基板を
固定して当接させたことから、実装用基板の上面端部に
おいて光導波路と光ファイバとの相対的な位置を精度よ
く規定することができ、上面が平坦でかつ微細な加工が
困難な実装用基板を用いた場合でも、光電変換素子に接
続された光導波路と光ファイバとをその上面端部におい
て位置精度よく接続することができる。

【００７５】また本発明の光接続構造によれば、実装用
基板上の光導波路や固定用基板の光ファイバ固定用溝は
薄膜加工技術を用いてサブミクロンの寸法精度で形成す
ることができるので、上面が平坦でかつ微細な加工が困
難な実装用基板に対しても、サブミクロンの位置精度で
上面の端部での光導波路と光ファイバとの良好な光接続
を行なうことができる。

【００７６】また、本発明の光接続構造によれば、実装
用基板の第１上面の端部に導出して形成された光導波路
の端面に、固定用基板の下面の光ファイバ固定用溝に固
定された光ファイバの端面をそれらの光軸中心が一致す
るように、実装用基板の第２上面に固定用基板を固定し
て当接させたことから、第１上面の端部において光導波
路と光ファイバとの相対的な位置を精度よく規定するこ
とができ、第１上面や第２上面が平坦でかつ微細な加工
が困難な実装用基板を用いた場合でも、光電変換素子に
接続された光導波路と光ファイバとをその第１上面端部
において位置精度よく接続することができる。

【００７７】また上記と同様に、実装用基板の第１上面
上の光導波路や固定用基板の光ファイバ固定用溝は薄膜
加工技術を用いてサブミクロンの寸法精度で形成するこ
とができるので、上面が平坦でかつ微細な加工が困難な
実装用基板に対しても、サブミクロンの位置精度で第１
上面の端部での光導波路と光ファイバとの良好な光接続
を行なうことができる。

【００７８】さらに本発明の光接続構造によれば、実装
用基板の上面または第１上面に光導波路が複数本独立し
て形成されている場合に、それら光導波路間が光導波路
のクラッド部より低屈折率の分離層または空隙により光
学的に分離されていることから、クラッド部から分離層
または空隙に漏洩し伝搬しようとする光はクラッド部と
これら低屈折率の分離層または空隙との界面で反射され
て分離層または空隙に侵入することができず、従って、
クラッド部との界面を透過した光が別の光導波路に侵入
して本来伝搬すべき受光素子以外の受光素子や本来伝搬
すべき光ファイバ以外の光ファイバに入射して発生する
クロストークを十分に抑制することができる。

【００７９】さらにまた、本発明の光接続構造によれ
ば、固定用基板と実装用基板とに両者を接合するための
接合用パッドを形成する場合に、固定用基板側の接合用
パッドを固定用基板の下面に凹部を形成してその凹部内
に形成し、および／または実装用基板側の接合用パッド
を実装用基板の上面または第２上面に凹部を形成してそ
の凹部内に形成することにより、固定用基板の下面と実
装用基板の上面または第２上面とがそれら接合用パッド
を介在させずに接触しているときには、それら基板同士
の垂直方向の位置合わせ精度が接合用パッドや接合用パ
ッド同士を接合する接合材の厚さや高さ等の変動に影響
されることがないため、より高い位置精度でもって実装
用基板の上面または第１上面の端部での光導波路と光フ
ァイバとの良好な光接続を行なうことができる。

【００８０】以上により、本発明によれば、セラミック
回路基板等のように上面が平坦で微細な加工が困難な基
板を用いたＰＣＬプラットフォームに対して有用で、光
接続の際のアライメントが簡易化できて光導波路と光フ
ァイバとを、ならびに光導波路を介して光電変換素子と
光ファイバとを位置精度よく接続することができ、さら
に高密度集積実装化が可能であり、しかも生産性が高い
光接続構造を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光接続構造の実施の形態の一例を示す
分解斜視図である。

【図２】本発明の光接続構造の実施の形態の他の例を示
す分解斜視図である。

【図３】図１および図２に示した本発明の光接続構造の
例の断面図である。

【図４】本発明の光接続構造の実施の形態のさらに他の
例を示す断面図である。

【図５】本発明の光接続構造の実施の形態のさらに他の
例を示す断面図である。

【図６】本発明の光接続構造の実施の形態のさらに他の
例を示す断面図である。

【図７】本発明の光接続構造の実施の形態のさらに他の
例を示す分解斜視図である。

【図８】図７に示した本発明の光接続構造の例の断面図
である。

【図９】従来のＰＣＬプラットフォームの例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

11、21、31、41、51・・・・・実装用基板 12、22、32、42、52・・・・・光導波路 13、23、33、43、53・・・・・固定用基板 13ａ、23ａ、53ａ・・・・・・光ファイバ固定用溝 14、24、34、44、54・・・・・光ファイバ 15、25、35、45、55・・・・・実装用基板側の接合用パ
ッド 16、26、36、46、56・・・・・固定用基板側の接合用パ
ッド 17、27、57・・・・・・・・・空隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面に光電変換素子が実装もしくは形成
されており、かつ一端が前記光電変換素子に接続され、
他端が前記上面端部に導出する光導波路が形成されてい
る実装用基板と、下面に形成した光ファイバ固定用溝に
光ファイバが固定されている固定用基板とから成り、前
記実装用基板の上面端部に前記固定用基板を、前記光導
波路の端面と前記光ファイバの端面とを各々の光軸中心
が一致するように当接させて固定したことを特徴とする
光接続構造。
【請求項２】高さの異なる２段の上面を有し、高い方
の第１上面に光電変換素子が実装もしくは形成されてお
り、かつ一端が前記光電変換素子に接続され、他端が前
記実装面の前記第１上面の端部に導出する光導波路が形
成されている実装用基板と、下面に形成した光ファイバ
固定用溝に光ファイバが固定されている固定用基板とか
ら成り、前記実装用基板の前記２段の上面の低い方の第
２上面に前記固定用基板を、前記光導波路の端面と前記
光ファイバの端面とを各々の光軸中心が一致するように
当接させて固定したことを特徴とする光接続構造。
【請求項３】前記光導波路が複数本独立して形成さ
れ、それら光導波路間が光導波路のクラッド部より低屈
折率の分離層または空隙により光学的に分離されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光接続
構造。
【請求項４】前記固定用基板の下面に形成された凹部
内に接合用パッドが形成され、および／または前記実装
用基板の上面または第２上面に形成された凹部内に接合
用パッドが形成されており、前記固定用基板の下面と前
記実装用基板の上面または第２上面とが前記各接合用パ
ッドを介在させずに接触していることを特徴とする請求
項１乃至請求項３記載の光接続構造。