(57)【要約】【課題】  短時間で精度の良い光軸の調芯を実現できる光結合部品を提供することを目的とする。【解決手段】  光導波体１２の端部を保持する凹部が形成された第一の基板１３と、受光素子１４ａと接合用凸部１７が設けられた第二の基板１６とを接合し、反射ミラー部品２１の反射面１８ａを介して、前記第一の基板１３に保持された光導波体１２の前記端部の光軸と、前記第二の基板１６に設けられた受光素子１４ａの光軸とを一致させるように偏向する。【選択図】  図１
2006030916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波体の端部と受光素子あるいは発光素子とを光学的に結合する光結合部品であって、
光導波体の前記端部を保持する凹部が形成された第一の基板と、
前記受光素子あるいは発光素子が設けられた第二の基板と、
前記第一の基板と第二の基板の間に配設されて、前記第一の基板に保持された光導波体の前記端部の光軸と、前記第二の基板に設けられた受光素子あるいは発光素子の光軸と、を一致させるように偏向する反射面が形成された反射ミラー部品と
を設け、かつ前記第一の基板と第二の基板の対向面の内の一方には、接合用凹部を設け、前記第一の基板と第二の基板の対向面の内の他方には、組み立て状態で前記接合用凹部に係合して両者間の相対位置を決定する接合用凸部を設けた
光結合部品。
【請求項２】
光導波体の端部と受光素子あるいは発光素子とを光学的に結合する光結合部品であって、
光導波体の前記端部を保持する凹部が形成された第一の基板と、
前記受光素子あるいは発光素子が設けられた第二の基板と
を有し、光導波体の前記端部に、光導波体の光軸を前記第二の基板に設けられた受光素子あるいは発光素子の光軸とを一致させるように偏向する反射面が形成され、かつ前記第一の基板と第二の基板の対向面の内の一方には、接合用凹部を設け、前記第一の基板と第二の基板の対向面の内の他方には、組み立て状態で前記接合用凹部に係合して両者間の相対位置を決定する接合用凸部を設けた
光結合部品。
【請求項３】
前記接合用凸部を第二の基板の前記第一の基板との対向面に設け、
第一の基板に形成された前記凹部を、第一の基板に弾性を有する複数のガイド構造体を並設して隣接する前記ガイド構造体との間に形成し、
前記接合用凹部を第一の基板の第二の基板との対向面に弾性を有する複数のガイド構造体を並設して隣接する前記ガイド構造体との間に形成した
請求項１または請求項２に記載の光結合部品。
【請求項４】
前記受光素子あるいは発光素子を前記第２の基板の前記第一の基板との対向面とは反対側の面に設け、
前記第２の基板の前記第一の基板との対向面に前記反射ミラー部品を設けた
請求項１記載の光結合部品。
【請求項５】
第二の基板の材質が、取り扱い光の波長に対して透光性である
請求項４に記載の光結合部品。
【請求項６】
第二の基板には、前記受光素子あるいは発光素子の光軸上に貫通孔を形成した
請求項４に記載の光結合部品。
【請求項７】
反射面が凹面であることを特徴とする
請求項５または請求項６に記載の光結合部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送用モジュールにおける発光・受光素子と光ファイバ等の光導波体との調芯を伴う光結合部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１０は従来の光結合部品を示す。
１はアライメントマーク２が形成されているプリント基板で、その上に光ファイバ等の光導波体３、反射ミラー４、セラミックからなるサブマウント構造体５が、アライメントマーク２を位置基準として配設されている。
【０００３】
そして、光導波体３の片端には発光手段８ａが接続されている。光導波体３のコア部から出射した光は、反射ミラー４の反射面にて偏向し、サブマウント構造体５に予め配設された受光素子７ａへ入射する。光導波体３の片端に発光手段８ａに代わって受光手段８ｂが接続されている場合には、サブマウント構造体５には発光素子７ｂが配設されており、この発光素子７ｂから出射した光が、反射ミラー４の反射面にて偏向し、光導波体３のコア部に入射して受光手段８ｂに入射する。
【０００４】
なお、サブマウント構造体５は半田バンプ６でプリント基板１上に固定されている。
【特許文献１】特開平１０−１９７７６０号公報
【特許文献２】特開２０００−１９３４１号公報
【非特許文献１】日経エレクトロニクス  ２００１  １２．３号  第１１８頁〜第１２７頁  「ここまで来た光部品電気伝送の助っ人に」中の第１２４頁〜第１２５頁の図７  日経ＢＰ社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の構造では、サブマウント構造体５に受光素子７ａあるいは発光素子７ｂを実装する時に、実装機の機械的位置決め性能に依存した実装誤差±ａ１を生じる。また、サブマウント構造体５をプリント基板１に実装する時にも実装機の機械的位置決め性能に依存した実装誤差±ａ２が生じるため、光導波体３の光軸９に対する受光素子７ａあるいは発光素子７ｂの位置ずれ量のばらつきの誤差が前記２つの実装誤差の和±（ａ１＋ａ２）と大きくなってしまう。そのため、光結合損失を低く抑えるには、長時間をかけて精度良く位置合わせする必要がある。
【０００６】
本発明は、光軸の調芯が簡単で、しかも高精度な位置決めを実現できる光結合部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１記載の光結合部品は、光導波体の端部と受光素子あるいは発光素子とを光学的に結合する光結合部品であって、光導波体の前記端部を保持する凹部が形成された第一の基板と、前記受光素子あるいは発光素子が設けられた第二の基板と、前記第一の基板と第二の基板の間に配設されて、前記第一の基板に保持された光導波体の前記端部の光軸と、前記第二の基板に設けられた受光素子あるいは発光素子の光軸と、を一致させるように偏向する反射面が形成された反射ミラー部品とを設け、かつ前記第一の基板と第二の基板の対向面の内の一方には、接合用凹部を設け、前記第一の基板と第二の基板の対向面の内の他方には、組み立て状態で前記接合用凹部に係合して両者間の相対位置を決定する接合用凸部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２記載の光結合部品は、光導波体の端部と受光素子あるいは発光素子とを光学的に結合する光結合部品であって、光導波体の前記端部を保持する凹部が形成された第一の基板と、前記受光素子あるいは発光素子が設けられた第二の基板とを有し、光導波体の前記端部に、光導波体の光軸を前記第二の基板に設けられた受光素子あるいは発光素子の光軸とを一致させるように偏向する反射面が形成され、かつ前記第一の基板と第二の基板の対向面の内の一方には、接合用凹部を設け、前記第一の基板と第二の基板の対向面の内の他方には、組み立て状態で前記接合用凹部に係合して両者間の相対位置を決定する接合用凸部を設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３記載の光結合部品は、請求項１または請求項２において、前記接合用凸部を第二の基板の前記第一の基板との対向面に設け、第一の基板に形成された前記凹部を、第一の基板に弾性を有する複数のガイド構造体を並設して隣接する前記ガイド構造体との間に形成し、前記接合用凹部を第一の基板の第二の基板との対向面に弾性を有する複数のガイド構造体を並設して隣接する前記ガイド構造体との間に形成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４記載の光結合部品は、請求項１において、前記受光素子あるいは発光素子を前記第２の基板の前記第一の基板との対向面とは反対側の面に設け、前記第２の基板の前記第一の基板との対向面に前記反射ミラー部品を設けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項５記載の光結合部品は、請求項４において、第二の基板の材質が、取り扱い光の波長に対して透光性であることを特徴とする。
本発明の請求項６記載の光結合部品は、請求項４において、第二の基板には、前記受光素子あるいは発光素子の光軸上に貫通孔を形成したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項７記載の光結合部品は、請求項５または請求項６において、反射面が凹面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この構成によると、第一の基板の凹部に光導波体を保持させ、この第一の基板と前記受光素子あるいは発光素子が設けられた第二の基板とを、前記接合用凹部と接合用凸部とを係合させることによって、第一の基板と第二の基板との間の相対位置を高精度に位置決めすることが可能となり、前記受光素子あるいは発光素子の光軸と前記光導波体の光軸との精度の良い調芯を短時間で実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の光結合部品を図１〜図９に示す各実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図７は本発明の（実施の形態１）を示す。
【００１５】
図１は本発明の光結合部品の断面図、図２は図１の線Ａ−Ａ´における断面図である。
図１と図２に示すように、第一の基板１３の上には、光導波体１２１〜１２５の端部を保持する凹部３０ａを形成するために、弾性体からなるガイド構造体１０３〜１０８が並行に一定間隔で形成されている。このガイド構造体１０３〜１０８の端面形状は、第一の基板１３との接合面から離れるに従って幅広になり、隣接するガイド構造体との間隔が第一の基板１３との接合面から離れるに従って狭くなるように両側面が下すぼまりに傾斜している。第一の基板１３の上には、ガイド構造体１０３〜１０８を中央にしてガイド構造体１０１，１０２とガイド構造体１０９，１０１０がその両側に配設されている。ガイド構造体１０１〜１０１０は同一材質、同一形状である。具体的には、この第一の基板１３は、感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィー技術によりガイド構造体１０１〜１０１０を第一の基板１３にパターニング形成されている。
【００１６】
第一の基板１３と組み合わせて使用される第二の基板１６の下面には、非弾性体である接合用凸部１７と反射ミラー部品２１が設けられている。第二の基板１６の上面には、受光素子１４ａが配設されている。１５は光が通るために第二の基板１６に形成された貫通孔である。図３（ａ）は第二の基板１６を、接合用凸部１７が形成された側を表にして示したものである。図３（ｂ）は反射ミラー部品２１を貼り合わせ後の様子を示す。
【００１７】
なお、この第二の基板１６と反射ミラー部品２１との貼り合わせ工程は、図４に示すように、第二の基板１６が多数取りされた第１のウェハ１６Ｍと、反射ミラー部品２１が多数取りされた第２のウェハ２１Ｍとを用意する。
【００１８】
第１のウェハ１６Ｍをダイシングして後に箇々の第二の基板１６となるエリアには、レジストの露光・現像にてパターニングした後、ドライエッチングによりそれぞれ接合用凸部１７が形成されている。さらに、後述のように第一の基板１３と第二の基板１６とが接合されて、図２に示すように組み上がり状態で、光導波体１２１〜１２５の光軸が反射ミラー部品２１の反射面１８ａを介して第二の基板１６と交わるところに受光素子１４ａの受光部を配置できるよう、両面露光機によりアライメントマーク１９（図１を参照）が形成されており、その後、アライメントマーク１９を位置基準として貫通孔１５を形成するためのレジストパターニングを行い、ドライエッチングにより貫通孔１５が形成されている。
【００１９】
第２のウェハ２１Ｍをダイシングして後に箇々の反射ミラー部品２１の反射面となるエリアには、結晶異方性のウエットエッチングにて単結晶シリコンの１１１面を形成し、そこに金属を蒸着して反射面１８ａが形成されている。
【００２０】
このように第二の基板１６が多数取りされた第１のウェハ１６Ｍと、反射ミラー部品２１が多数取りされた第２のウェハ２１Ｍとを、図４に示すように第１のウェハ１６Ｍの位置合わせマーク１６Ｓと、第２のウェハ２１Ｍの位置合わせマーク２１Ｓとが一致するように位置合わせして位置精度良く貼り合わせた後、ダイシングにより図３（ｂ）のように個片化する。その後に、前記アライメントマーク１９を参照しながら受光素子１４ａを位置決めして第二の基板１６に半田バンプ１１等により固定する。
【００２１】
基端部が発光手段８ａの発光部に光学的に連結された光導波体１２１〜１２５の先端部と、第一の基板１３ならびに第二の基板１６とは次のように組み立てられて光結合部品を構成している。
【００２２】
先ず、図５と図６および図２に示すように、第一の基板１３に光導波体１２１〜１２５をセットする。光導波体１２１〜１２５としては、具体的には、石英製光ファイバーを用いている。なお、ＰＯＦ（プラスチック製光ファイバー）や、シート状でアレイ構造を持った高分子導波路を用いてもよい。この実施の形態では、ガイド構造体１０３〜１０８を弾性変形させて各光導波体１２１〜１２５を、隣接するガイド構造体の間に形成されている凹部３０ａに挿入する。詳しくは、図２に示すように、ガイド構造体１０３とガイド構造体１０４の間に光導波体１２１をセットし、ガイド構造体１０４とガイド構造体１０５の間に光導波体１２２をセットし、ガイド構造体１０５とガイド構造体１０６の間に光導波体１２３をセットし、ガイド構造体１０６とガイド構造体１０７の間に光導波体１２４をセットし、ガイド構造体１０７とガイド構造体１０８の間に光導波体１２５をセットして、ガイド構造体１０３〜１０８の弾性力で光導波体１２１〜１２５を保持している。
【００２３】
このようにして図６に示す状態になると、最後に、第一の基板１３と第二の基板１６とを接合させる。詳しくは、図２に示すように、第二の基板１６の非弾性体の接合用凸部１７を、第一の基板１３の側に設けられた接合用凹部３０ｂを構成しているガイド構造体１０１と１０２の間、ガイド構造体１０２と１０３の間、ガイド構造体１０８と１０９の間、ガイド構造体１０９と１０１０の間に挿入して、ガイド構造体１０の間の間隔を押し広げながら隙間なく接合用凸部１７が前記接合用凹部３０ｂに嵌合して、ガイド構造体１０１〜１０３，１０８〜１０１０の弾性力によって保持して第一の基板１３と第二の基板１６とを接合させる。
【００２４】
このように構成することによって、弾性体で形成されたガイド構造体１０１〜１０３〜１０８で形成された第一の基板１３の凹部３０ａに挿入することによって光導波体１２１〜１２５の端部を短時間で適正に保持することができる。しかも、この第一の基板１３と前記受光素子１４ａが設けられた第二の基板１６とを、前記接合用凹部３０ｂと接合用凸部１７とを係合させることによって、第一の基板１３と第二の基板１６との間の相対位置を高精度に位置決めすることが可能となり、受光素子１ａの光軸と光導波体１２１〜１２５の光軸との精度の良い調芯を短時間で実現できる。２０は成立した光線経路を表している。
【００２５】
さらに、受光素子１４ａを第二の基板１６の前記第１の基板１３との対向面とは反対側の上面に設けたため、第二の基板１６の下面に反射ミラー部品２１を取り付けることができ、受光素子１４ａと反射ミラー部品２１との正確な位置合わせを完了した状態の第２の基板１６を供給することによって、精度の良い短時間での調芯をより確実なものにできる。
【００２６】
なお、接合用凸部１７の形状については、図７に示したような角部が丸みを帯びた形状でもよい。この場合は接合がより楽にできるようになる。
（実施の形態２）
図８は本発明の（実施の形態２）を示す。
【００２７】
図８（ａ）では、反射ミラー部品２１の具体的な構造が（実施の形態１）と異なり、その他は（実施の形態１）と同じである。この（実施の形態２）の反射ミラー部品２１の反射面１８ａは、凹面に形成されており、この凹面の反射面１８ａで反射して集光可能となるため、より高精度の調芯が実現できた。
【００２８】
図８（ｂ）は凹面の反射面１８ａを形成した具体例を示す。これは、シリコン基板の１１１面にメッキ３１を施した後、そのメッキ上に型押しすることで形成されたものであり、メッキ上に型押しすることにより、１１１面が基板表面と５４．７度の順テーパ形状の斜面であっても、光を受光素子１４ａ側に集光できた。なお、順テーパの角度については、凹面の形状および凹面の位置に依存して変更は可能である。
【００２９】
（実施の形態３）
図９は本発明の（実施の形態３）を示す。
上記の各実施の形態では反射ミラー部品２１が設けられていたが、この（実施の形態３）では、光導波体１２１〜１２５の先端形状を工夫することによって、前記反射ミラー部品２１を不要にしている。具体的には、光導波体光導波体１２１〜１２５の端部に、光導波体１２１〜１２５の光軸を第二の基板１６に設けられた受光素子１４ａの光軸とを一致させるように偏向する反射面１８ｂを形成するようにカットしたものである。第一の基板１３と第二の基板１６とはスペーサ２１Ｂを介して貼り合わされている。
【００３０】
このように構成した場合には、反射ミラーが光導波体１２１〜１２５と一体でなされるため、反射面を有する部品の実装工程を削減することができる。
上記の各実施の形態では、光導波体１２１〜１２５の基端部に発光手段８ａを光学的に結合し、光導波体１２１〜１２５を介して前記第二の基板１６に設けられた受光素子１４ａに光を導く場合を例に挙げて説明したが、光導波体１２１〜１２５の基端部に受光手段８ｂを光学的に結合し、第二の基板１６に設けられた発光素子１４ｂから出射した光を、光導波体１２１〜１２５を介して前記受光手段８ｂに導く場合も同様に実施することができる。さらに、上記の各実施の形態では第二の基板１６には受光素子１４ａまたは発光素子１４ｂの何れかが設けられていた場合を例に挙げて説明したが、第二の基板１６に受光素子１４ａと発光素子１４ｂを混在して設け、光導波体１２１〜１２５の基端部に設けた発光手段８ａ，受光手段８ｂと通信する場合にも同様に実施できる。
【００３１】
上記の各実施の形態では、第２の基板１６に貫通孔１５を形成して光が通るように構成したが、第二の基板１６の材質が、取り扱い光の波長に対して光学的に透明である場合には前記貫通孔１５は不要である。この場合の第二の基板１６の具体的な材質としては、取り扱い光の波長が１２００ｎｍ以上の場合には第二の基板１６としてシリコンを使用することができる。また、この場合には、シリコンの曲げに強い機械特性から第二の基板１６の薄板化が可能となり、光導波体１２と受光素子１４ａまたは発光素子１４ｂ間の光線経路を短くできるので、光結合損失を低く抑えることができる。第二の基板１６としてシリコンを使用した場合であっても、前記貫通孔１５を形成して構成することもできる。
【００３２】
上記の各実施の形態では、第一の基板１３と第二の基板１６の対向面の内の、第一の基板１３の側に接合用凹部３０ｂを設け、第二の基板１６の側に組み立て状態で前記接合用凹部３０ｂに係合して両者間の相対位置を決定する接合用凸部１７を設けたが、第一の基板１３の側に接合用凸部１７を設け、第二の基板１６の側に接合用凹部３０ｂを設けて、組み立て状態で前記接合用凹部３０ｂに係合して両者間の相対位置を決定するように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は光ファイバーの端部と受光素子または発光素子とを良好な調芯精度で簡単に接合できるので、プリント配線基板内またはプリント配線基板間の伝送システムなどにおける光結合損失の低減に寄与することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の（実施の形態１）の光結合部品の断面図
【図２】図１におけるＡ−Ａ´断面の拡大図
【図３】同実施の形態の第２の基板に反射ミラー部品を貼り付ける前後の斜視図
【図４】第二の基板１６が多数取りされた第１のウェハ１６Ｍと反射ミラー部品２１が多数取りされた第２のウェハ２１Ｍとの貼り合わせ工程の説明図
【図５】同実施の形態の分解斜視図
【図６】同実施の形態の組み立て途中の斜視図
【図７】図２の変形例の説明図
【図８】本発明の（実施の形態２）の光結合部品の断面図と別の具体例の断面図
【図９】本発明の（実施の形態３）の光結合部品の断面図
【図１０】従来例の光結合部品の断面図
【符号の説明】
【００３５】
８ａ    発光手段
８ｂ    受光手段
１０１〜１０１０    ガイド構造体
１１    半田バンプ
１２１〜１２５    光導波体  
１３    第一の基板
１４ａ    受光素子
１４ｂ    発光素子
１５    貫通孔
１６    第二の基板
１７    接合用凸部
１８ａ，１８ｂ    反射面
１９    アライメントマーク
２０    光線経路
２１    反射ミラー部品
３０ａ    凹部
３０ｂ    接合用凹部
３１    メッキ
【図１】
2006030916.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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