(57)【要約】【課題】  本発明によれば、温度変動の影響を受け難く高い位置精度を実現でき、かつ量産性にすぐれた２次元ファイバアレイを提供することを可能とする。【解決手段】  シリコンウェハー上にフォトリソグラフィーによるマスキングおよびエッチングにより穴を形成する。シリコンウエハーより切り出した基板２には、ファイバ挿入穴５がたとえば２次元配列４穴Ｘ４穴計１６穴配置される。エッチング後のファイバ挿入穴５直径は、１２５μｍ程度とする。この基板を複数個積層、固定し必要に応じてファイバ挿入穴５をラップにより後加工する。さらに、ファイバ挿入穴にＣ面および小径Ｒ加工し、ファイバを挿入固定する。また、ファイバ挿入穴５以外に直径１ｍｍ程度の位置決め穴６が２個配置されている。位置決め穴６は必ずしも必要ではないが、基板２を積層するための位置決めや、ファイバアレイが接続される機器への位置決めに利用する【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の穴を有するシリコン板が、穴位置を合わせて複数枚積層され、前記複数個の穴により複数個の貫通孔が形成されるシリコン板積層体と、前記シリコン板積層体に固定され、前記貫通孔に挿入された光ファイバとからなる２次元ファイバアレイにおいて、前記複数個の穴はフォトリソグラフィーによるマスキングおよびエッチングにより形成したことを特徴とした２次元ファイバアレイ。
【請求項２】
前記シリコン板の複数個の穴または前記積層体の孔内面がラップ加工されていることを特徴とした請求項１記載の２次元ファイバアレイ。
【請求項３】
前記積層体のファイバ挿入側の孔入口にＲまたはＣ面取りを施したことを特徴とした請求項１および２記載の２次元ファイバアレイ。
【請求項４】
前記シリコン板にファイバ挿入穴の他に、フォトリソによるマスキングおよびエッチングによりファイバ挿入穴と同時に形成した位置決め穴を設けたことを特徴としたす請求項１、２および３記載の２次元ファイバアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野における光伝送に係り、特に光スイッチ、VICSEL光源（面発光レーザー光源）、光クロスコネクト、光アドドロップ、プロテクションスイッチ等光通信機器に組込まれ、光ファイバの出射光端面あるいは入射光端面が縦横に２次元的に配列される２次元光ファイバアレイに関する発明である。 
【背景技術】
【０００２】
現在、２次元ファイバアレイの要求位置精度は、±１μｍ以下といった、非常に高い精度が要求されている。
従来の２次元光ファイバアレイの構造については、等間隔の"Ｖ"形溝の１次元アレイを積層する方法、複数のキャピラリを２次元的に配置する方法が提案されているが、共に良好な位置精度を得る事は非常に困難である。これらの課題に対しては、位置精度の高い複数の穴をあけたセラミクス板を穴位置を合わせて積層し、積層により形成された孔に光ファイバアレイを固定して作成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
しかし、セラミクス板は一般的に難加工材料であり、高精度な穴精度を確保して量産することは非常に困難である。さらに、光ファイバアレイが光通信機器に組込まれ、この機器自体の環境温度が変動した場合にも、位置精度の変化が少ない事が要求される。
このため、光スイッチやVICSEL光源等の素子はシリコンで製作される事が多かった。
【特許文献１】特開平１０−２６８１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、シリコンで製作された光スイッチやVICSEL光源等の素子と、セラミクス板で製作された光ファイバアレイを組み合わせて使用した場合、シリコンとセラミクスの線膨張係数に差があるため、温度変動により、位置精度が変化するといった問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、温度変動の影響を受け難く高い位置精度を実現でき、かつ量産性にすぐれた２次元ファイバアレイを提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明によれば、ファイバアレイを装着される装置の素子と同じ材料であるシリコン板を複数枚積層する構造とし、シリコン板の複数個の穴をフォトリソグラフィーによるマスキングおよびエッチングにより形成する事により、穴の位置精度±１μｍ以下を保証する高精度を確保しながら、一度に多数のシリコン板に穴を容易に形成する事を可能にした。
【０００７】
さらに、請求項２記載の発明によれば、シリコン板の複数個の穴または積層体の孔内面をラップ加工することにより、シリコン板または積層体の深さ方向の穴径精度を高め、穴位置精度を確保するとともに、穴内面粗さを良好にする事により組立時、容易にファイバーを挿入できるようにし、かつ挿入時のファイバ折れや曲がりを防止する。
【０００８】
また、請求項３記載の発明では、ファイバーを穴に挿入するガイドとして積層体のファイバ挿入側の孔入口にＲまたはＣ面取りを施すことにより、組立時、容易にファイバーを挿入する事ができ、挿入時のファイバ折れや曲がりを防止する。このＲまたはＣとファイバ挿入側の孔との接点は、エッジが残らない様に微小のＲ加工を施してあることが重要である。
【０００９】
さらに、請求項４記載の発明では、シリコン板にファイバ挿入穴の他にフォトリソによるマスキングおよびエッチングによりファイバ挿入穴と同時に形成した位置決め穴を設ける。この位置決め穴を基準に積層する事により、積層の精度はシリコン板の外形精度に依存しないため高い精度で積層することができる。またこの基準穴は、機器とファイバアレイの組立に利用すれば機器とファイバアレイを高精度に位置決めできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、温度変動の影響を受け難く高い位置精度を実現でき、かつ量産性にすぐれた２次元ファイバアレイを提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、ファイバアレイの加工、組立工程順に図を用いて、説明する。
【００１２】
図１は、シリコンウェハー上にフォトリソグラフィーによるマスキングおよびエッチングにより穴を形成するためのマスク形状の例を示す図である。
本実施例では、厚み０．５ｍｍ、直径１５０ｍｍ程度の円板形状のシリコンウエハー１を例に説明する。シリコンウェハーは、通常、円板であるため、マスクは図１のように基板２を複数個配置した穴配置とする。シリコンウェハー１を、このマスクを使用して露光させた後、エッチングにより穴３を形成する。穴を形成後、シリコンウエハーから配置にしたがって基板を切り出し、複数個の基板２を作成する。あらかじめ、基板境界となる部分にもマスクを作成し、穴と同時にエッチングにより境界部に溝４を形成しておけば、基板切り出しが容易に行なえる。
【００１３】
図２は、シリコンウエハーより切り出した基板２の形状を示す正面図である。
ファイバ挿入穴５が２次元配列４穴Ｘ４穴計１６穴配置される。エッチング後のファイバ挿入穴５直径は、１２５μｍ程度とする。なお、ファイバ挿入穴５をラップにより後加工する場合には、ラップによる取り代を確保するため、穴径は１２５μｍより数μｍ程度小さくする。また、ファイバ挿入穴５芯ピッチは、用途によって変わるが、略２５０μから１２５０μm程度の範囲である。また、この例では、ファイバ挿入穴５以外に直径１ｍｍ程度の位置決め穴６が２個配置されている。位置決め穴６は必ずしも必要ではないが、基板２を積層するための位置決めや、ファイバアレイが接続される機器への位置決めに利用する。実施例では、基板形状は正方形であるが、長方形または円形等どのような形状でも製作は可能である。ただし、シリコンウエハーへの配置や組立性等を考慮した場合には、正方形または長方形の基板形状が適切である。
【００１４】
図３は、シリコンウエハーより切り出した基板２の形状を示す側面図である。
シリコンウエハーにエッチングにより穴を形成する場合には、板厚０．５mmに１２５μｍといった微細穴を径精度１μｍといった高精度で貫通させるのは、非常に困難である。
【００１５】
そこで、図３のようにファイバ挿入穴５および位置決め穴６は貫通させずに、深さ０，４ｍｍ程度でエッチングを終了させる。その後に、この基板２を底面７を０．１ｍｍ程度研削し、０．４ｍｍの深さで貫通したファイバ挿入穴５および位置決め穴６を持つ基板２を作成する。ここで、ファイバ挿入穴５にファイバを挿入した時のファイバ間の平行度、基板の強度、ファイバ挿入時の作業性等から、基板の厚みは、少なくとも１ｍｍ程度以上である事が望ましい。
【００１６】
そこで、基板２を精度よく複数枚積層し１枚の積層基板８を作製する。積層の際の基板間の位置決めには、基板２の外形基準で位置決めする方法や位置決め穴６を基準に位置決めする方法、さらに、ファイバ挿入穴５を基準に位置決めする方法等があり、基板２の仕上り精度や要求される精度に合わせて最適な方法を選択する。
【００１７】
図４は位置決め穴６基準で基板２を積層する例を示した図である。
径・ピッチ精度の高い２本のピン９に基板の位置決め穴６を挿入し、必要枚数積層する。基板の固定には接着あるいはクランプ機構で機械的に固定する。シリコンのエッチング加工では、図４の位置決め穴６とファイバ挿入穴５の様に著しく穴径の異なる穴を同時に精度良く加工することは困難であるため、エッチングの条件は位置決め穴６に合わせる事が好ましい。
【００１８】
エッチング加工では、エッチングの条件にもよるが、穴深さにより数μｍ程度径が変化する事が多い。したがって、エッチングしたファイバー挿入穴にラップ加工を行なえば、加工前に比べ穴径精度を向上できる。また、ラップ加工により、穴内面の面租度も向上するため、ファイバをファイバ挿入穴５へ挿入する際の作業性も向上する。特に高精度が必要な場合には、前記積層作業が完了後、積層基板８にラップ加工を行なう事により、積層の位置決め誤差の影響もなくすこともできる。エッチング後、ラップ加工を行なった基板２を積層する方法も可能であることは言うまでもない。ラップ加工の手段としては、遊離砥粒とテーパーピンを利用したピンラップ、テーパーワイヤを利用したワイヤーラップ、砥粒を含んだ流体を高速で穴に通す流体ラップ等を用いる。
【００１９】
以上で、１ｍｍ程度の厚みで高精度のファイバ挿入穴５を有する積層基板８が完成した。しかし、このままでは、ファイバーを挿入する際に以下の問題が残る。
【００２０】
図５は、積層基板のファイバ挿入穴５にファイバ１０を挿入した例を示す図である。
図に示されるように、第一の問題はファイバの芯位置精度は±１μｍと高精度を要求されるため、ファイバ挿入穴５とファイバ１０のクリアランスは最大１μｍ程度であるが、この状態で複数のファイバ挿入穴５にファイバ１０を挿入するのは、作業性が非常に悪い。
また、第二の問題は、穴入口部１１はエッジ状の鋭い形状のため、挿入時ファイバ１０に傷が入り、折れてしまう可能性が大きい。
【００２１】
このため、図６は、積層基板８のファイバ挿入穴５にＣ面１２をつけファイバ１０を挿入した例を示す図のように、このＣ面１２がファイバ挿入時のガイドになり、挿入の作業性が向上する。
なおＣ面１２の寸法は、穴ピッチと積層基板８の厚みよる制約はあるが、大きいほど作業性は良好である。さらに、Ｃ面１２端のエッジ１３に小径Ｒをとる事により、鋭いエッジをなくす事ができ、挿入時のファイバ傷や折れを低減することができる。
【００２２】
また、挿入時のファイバ傷や折れを軽減するためには、ファイバクラッド部を樹脂被覆し強化してあるもの（例えば、昭和電線電機社製S-Tylusなど）を使用する方法もある。
ただし、精度が高い用途については、通常の樹脂被覆なしファイバのほうが望ましい。シリコン積層基板のＣ面１２および小径Ｒ加工方法としては、スクライバによる切削加工、研削・ラップ加工、基板面のウェットエッチング加工等を適用または併用する。
【００２３】
以上の加工がすべて完了後、全ファイバを接着固定、出射面を研磨し、機器接続に必要なガイド、カバーやコネクタを装着し、ファイバアレイが完成する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のシリコンウェハー上にフォトリソグラフィーによるマスキングおよびエッチングにより穴を形成するためのマスク形状の例を示す図である。
【図２】本発明のシリコンウエハーより切り出した基板の形状を示す正面図である。
【図３】本発明のシリコンウエハーより切り出した基板の形状を示す側面図である。
【図４】本発明の位置決め穴基準で基板を積層する例を示した図である。
【図５】本発明の積層基板のファイバ挿入面の穴にファイバを挿入した例を示す図である。
【図６】本発明の積層基板のファイバ挿入面の穴にＣ面をつけファイバを挿入した例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…シリコンウエハー
２…基板
３…穴
４…溝
５…ファイバ挿入穴
６…位置決め穴
７…底面
８…積層基板
９…ピン
１０…ファイバ
１１…穴入口部
１２…Ｃ面
１３…エッジ
【図１】
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【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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