(57)【要約】【課題】金属パッケージに代わって樹脂製又は非金属製パッケージを採用して、表面実装型光結合器の信頼性を向上し製造コストを大幅に下げる。【解決手段】Ｖ字溝１４が設けられたシリコン基板１２に高精度実装した光半導体デバイス１０と、Ｖ字溝の長さより短い短尺ベアファイバ３８をＶ字溝に実装し光結合させる。光半導体デバイスと、短尺ベアファイバとをＶ字溝へ整列後、上部から封止カバー４０で同カバーに形成した半田又は低融点ガラス４２によりシリコン基板と熱圧着固定する。封止カバーから突出した短尺ベアファイバの一部とピグテールベアファイバ１６とは、同じＶ字溝上の封止カバーの外部で直接光結合される。【選択図】図１
2007294523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、
該シリコン基板の上面に配設された光半導体デバイスと、
前記シリコン基板の上面に、該シリコン基板の一方の端面から前記光半導体デバイスの発光端面に向けて、該発光端面と直交する方向に設けられた直線状のＶ字溝と、
該Ｖ字溝によって支持され、一方の端面が前記発光端面内の発光部と光結合し、及び前記Ｖ字溝の長さよりも短い石英ガラス製の短尺ベアファイバと
を具えることを特徴とする表面実装型光結合器。
【請求項２】
請求項１に記載の表面実装型光結合器において、
前記光半導体デバイスと、前記短尺ベアファイバの該光半導体デバイス側の部分とを、前記シリコン基板との間で気密封止する封止カバーを具えることを特徴とする表面実装型光結合器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の表面実装型光結合器において、
前記短尺ベアファイバは、半田又は低融点ガラスで前記シリコン基板の前記Ｖ字溝に溶融接続されていることを特徴とする表面実装型光結合器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の表面実装型光結合器において、
さらに、前記封止カバーの外側で、前記Ｖ字溝に支持されているとともに、前記短尺ベアファイバの他方の端面に直接光結合されているピグテールベアファイバを具えていることを特徴とする表面実装型光結合器。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の表面実装型光結合器において、
さらに、ピグテールベアファイバとボールレンズとを具え、前記短尺ベアファイバと前記ピグテールベアファイバとは、前記ボールレンズを介して光結合されていることを特徴とする表面実装型光結合器。
【請求項６】
請求項４に記載の表面実装型光結合器において、
前記短尺ベアファイバをシングルモードのファイバとし、前記ピグテールベアファイバをマルチモードのファイバとし、両ベアファイバの光結合は、両者の光軸をずらして行われることを特徴とする表面実装型光結合器。
【請求項７】
請求項１に記載の表面実装型光結合器を形成するに当たり、
前記短尺ベアファイバを前記シリコン基板のＶ字溝に電気回路基板への実装時にリフロー可能であるように搭載することを特徴とする表面実装型光結合器の実装方法。
【請求項８】
（ａ）シリコンウエハから矩形状に個片化される領域のシリコン基板の上面に、該領域の一辺から直線状のＶ字溝を該領域の中途まで形成する工程と、
（ｂ）前記シリコン基板の上面に、前記Ｖ字溝の延在方向に対して発光端面を直交させて、該Ｖ字溝の延長線上に光半導体デバイスを搭載する工程と、
（ｃ）前記Ｖ字溝の長さよりも短い石英ガラス製の短尺ベアファイバを、その一方の端面を前記発光端面と光結合させて、前記Ｖ字溝に搭載する工程と、
（ｄ）封止カバーで、前記光半導体デバイスと前記短尺ベアファイバとを気密封止する工程と
を含むことを特徴とする表面実装型光結合器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シリコン基板を用いた表面実装型光結合器、その実装方法及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表面実装型光結合器は、その構成要素としての光半導体デバイス及び光部品がシリコン基板上の所定位置に画像認識又は機械的位置決めなどにより高精度実装され構成されている。そして、その光半導体デバイス及び光部品の実装方法の特徴は、両者間の光結合を達成するための軸合わせに要する調芯工程が省略又は簡単化されている点にある（特許文献１及び２）。
【０００３】
以下、表面実装型光結合器の従来例を図９及び図１０を参照して説明する。
【０００４】
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、光半導体デバイス１０と光部品である光ファイバ６０とを具える従来の表面実装型光結合器の構造及び組立手順の説明に供する図である。まず、この従来例においては、シリコン基板１２の表面にアルカリエッチング加工によりＶ字溝１４を形成する。次に、光半導体デバイス（レーザダイオード又はフォトダイオード）１０をシリコン基板１２の所定位置に画像認識又は機械的位置決めなどにより高精度実装を行う。そして、この光半導体デバイス１０の発光あるいは受光端面と光ファイバ６０の先端面との間の距離が適切な光学結合長となるように、Ｖ字溝１４にピグテールベアファイバ１６を配置させて実装することにより表面実装型前駆光結合器を形成する。その結果、以下、簡単に説明するように、光半導体デバイス１０と光ファイバ６０の無調芯実装が可能となっている。すなわち、ピグテールベアファイバ１６は、光ファイバ６０の先端側の部分をベア加工して、光ファイバ素線の樹脂層を除去することによって、ガラスを剥き出しにした裸光ファイバの状態となっている。一方、このピグテールベアファイバ１６は、ベアファイバ外径とコア中心との偏心量が極めて小さい。よって、Ｖ字溝１４にピグテールベアファイバ１６を配置させることにより高精度実装された光半導体デバイス１０と機械的な位置合わせが可能となる（特許文献３）。
【０００５】
又、被覆コード１８は、光ファイバの強度と取扱い性を向上させるために裸光ファイバを軟性プラスチックあるいは紫外線硬化樹脂で補強するとともに、裸光ファイバに柔軟性を持たせた構造となっている。
【０００６】
上述の表面実装型前駆光結合器をパッケージ２０に搭載した後、気密封止して表面実装型光結合器を得る。その場合には、ピグテールベアファイバ１６に予め蒸着しておいたＡｕメタル部２２を金属パイプ２４に挿入し、然る後、金属パイプ２４に半田充填２６すること、又カバー２８をパッケージ２０にシーム溶接する。又、このような表面実装型光結合器を電気回路基板へ取り付ける際には、被覆コード１８に過剰な熱が伝わらないように、パッケージリード３０を電気回路基板にコテにより半田接続することが一般的である。
【０００７】
図１０にコリメータ系レンズ結合型の従来の表面実装型光結合器を示す。この従来例では、シリコン基板１２に実装された光半導体デバイス（レーザダイオード）１０の出力発散光をコリメータレンズ３２で平行光に変換し、この平行光を集光レンズ３４で再び収束してピグテールベアファイバ１６に光結合している（特許文献４）。二つのレンズ間のスペースは、主にアイソレータなどの実装スペースとして用いられる。ピグテールベアファイバ１６はＶ字溝１４へ機械的に位置決めされ、又各レンズ３２及び３４も同様にそれぞれシリコン基板１２に形成したレンズ搭載用Ｖ字溝３６に無調芯実装されるため、光部品の調芯工程を大幅に削減することができる。
【特許文献１】特開平１１−６９４１号公報
【特許文献２】特開２００３−３４４７１１号公報
【特許文献３】特開２００５−５５４７５号公報
【特許文献４】特開２００１−９４１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
背景技術で説明した従来例の図９及び図１０について、それぞれ課題を以下に説明する。
【０００９】
まず、図９に示す表面実装型光結合器のパッケージを気密封止する場合、光ファイバ６０の取り出し口部分を半田充填２６により金属封止するためにピグテールベアファイバ１６にＡｕメタル２２を蒸着すること、又パッケージ２０の側面にピグテールベアファイバ１６を挿入するための金属パイプ２４を取り付けることなどが必要で、これらの特殊部品に要する高い加工費用が最大の問題となっている。
【００１０】
しかしながら、光ファイバ６０の取り出し口部分を樹脂封止したり、あるいは、安価なプラスチックパッケージを使用したりすることも想定されるが、そのような場合には、コストメリットは大きいものの気密性が低く、要求される信頼性を充分満足することが難しいなどの問題も多いため、コストと信頼性の両立が課題となる。
【００１１】
又、電気回路基板への実装工程では、光ファイバ６０の反発力によりパッケージを基板に静置したときの安定性が悪く、コテによる半田接続作業が容易でないといった作業性の問題が指摘される。電気回路基板に実装される他電子部品は全てリフロー方式による一括半田接続であるので、光結合器も同工程でリフロー実装することが可能であれば作業効率の大幅な改善が期待できる。
【００１２】
しかし、リフロー方式では一般的に２３０℃〜２５０℃程度の温度での加熱処理が必要であるため、光ファイバを補強している被覆コード１８の耐熱温度を大きく上回るという問題以外に、パッケージ全体としての静置性にも問題がある。これらの理由により、依然として半田コテによる接続が通例となっている。
【００１３】
一方、図１０のコリメータ系レンズ結合においては、レーザダイオードと光ファイバとのモード不整合を補正するために、レンズによるレーザダイオードのスポット像を光ファイバと同程度にまで像倍変換することが必要となる。ただし、モード不整合を完全に補正することは難しいため、結合効率が低下する要因になっている。又、コリメータ系レンズ結合ではレンズ間の角度トレランスが厳しいため、レーザダイオード及びレンズの実装に極めて高い位置精度が要求される。従って、無調芯実装した場合の歩留まりの低下が懸念される。
【００１４】
そこで、この発明の第１の目的は、安価で信頼性の高い表面実装型光結合器を提供することにある。また、この発明の第２の目的は、作業効率を向上させる表面実装型光結合器の実装方法及び製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、この表面実装型光結合器の発明は下記の特徴を有している。
【００１６】
すなわち、表面実装型光結合器は、シリコン基板と、このシリコン基板の上面に配設された光半導体デバイスと、石英ガラス製の短尺ベアファイバとを具えている。このシリコン基板の上面には、直線状のＶ字溝が設けられている。このＶ字溝はシリコン基板の一方の端面から光半導体デバイスの発光端面に向けて、この発光端面と直交する方向に設けられている。一方、短尺ベアファイバは、Ｖ字溝によって支持されている。また、この短尺ベアファイバの一方の端面は、発光端面内の発光部と光結合している。さらに、短尺ベアファイバの長さは、Ｖ字溝の全長よりも短い。
【００１７】
上述の短尺ベアファイバをＶ字溝に実装する方法の発明は、短尺ベアファイバをＶ字溝に電気回路基板への実装時にリフロー可能であるように搭載することに特徴を有している。
【００１８】
さらに、表面実装型光結合器の製造方法の発明によれば、下記の工程を含むことを特徴としている。
（ａ）シリコンウエハから矩形状に個片化される領域のシリコン基板の上面に、この領域の一辺から直線状のＶ字溝をこの領域の中途まで形成する工程と、
（ｂ）シリコン基板の上面に、Ｖ字溝の延在方向に対して発光端面を直交させて、Ｖ字溝の延長線上に光半導体デバイスを搭載する工程と、
（ｃ）Ｖ字溝の長さよりも短い石英ガラス製の短尺ベアファイバを、その一方の端面を光半導体デバイスの発光端面と光結合させて、Ｖ字溝に搭載する工程と、
（ｄ）封止カバーで、光半導体デバイスと短尺ベアファイバとを気密封止する工程。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の表面実装型光結合器によれば、シリコン基板に設けたＶ字溝よりも長さが短い短尺ベアファイバを採用し、この短尺ベアファイバを光半導体デバイスに光結合させているので、短尺ベアファイバの一方の端面側の部分と光半導体デバイスとを封止カバーで封止して短尺ベアファイバの他方の端面側部分を封止カバーから突出させることができる。従って、短尺ベアファイバとピグテールベアファイバとの光結合は任意の手法で達成すれば良く、しかもこの光結合を行うために、従来のように半田固定による気密封止の必要があった金属製パッケージにピグテールベアファイバを挿入させる必要がない。従って、この発明では、既に気密封止された表面実装型光結合器をパッケージへ搭載すれば良いので、金属パッケージに代わって樹脂製あるいは簡易的な非金属製のパッケージを使用することなどにより、製造コストを大幅に下げることができる。
【００２０】
さらに、この発明の表面実装型光結合器の実装方法によれば、短尺ベアファイバの全体が石英ガラスで構成されているため、融点が非常に高く、リフロー温度に対して充分な耐熱特性が得られること、又、短尺ベアファイバがＶ字溝へ搭載した状態でシリコン基板を静置したときの安定性に優れることから、この表面実装型光結合器を電子部品と同等の扱いでリフロー実装することが可能となる。
【００２１】
又、この発明の表面実装型光結合器の製造方法によれば、シリコンウエハ上でＶ字溝形成、光半導体デバイスの実装、短尺ベアファイバ搭載そして気密封止までの一連の工程を完結できるため、組立工程の効率化や短縮、又完全自動化が可能となり、製造コストの削減及び安定した品質の維持が実現できる等の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態例につき説明する。なお、これらの図は、この発明が理解できる程度に構成要素の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的及びその他の条件は単なる好適例であり、この発明はこの発明の実施の形態にのみ何等限定されるものではない。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、この発明の第１の実施形態を示す図である。
【００２４】
この発明の表面実装型光結合器は、シリコン基板１２と、このシリコン基板１２上に配設された光半導体デバイス１０と、このシリコン基板１２に設けられた直線状のＶ字溝１４と、短尺ベアファイバ３８とを具えている。
【００２５】
光半導体デバイス１０としては、例えば、半導体レーザや受光素子などを採用することができる。この光半導体デバイス１０は、従来と同様に、シリコン基板１２上に高精度実装されている。
【００２６】
Ｖ字溝１４は、シリコン基板１２の上面１２ａに設けられている。このＶ字溝１４は、シリコン基板１２の一方の端面１２ｂから光半導体デバイス１０の発光端面１０ａに向けて、この発光端面１０ａと直交する方向に延在している。
【００２７】
短尺ベアファイバ３８は、Ｖ字溝１４の長さよりも短いベアファイバである。この短尺ベアファイバ３８は、その一方の端面を発光端面１０ａ内の発光部と光結合させた状態で、Ｖ字溝１４によって支持されている。
【００２８】
この短尺ベアファイバ３８につき、さらに詳述する。短尺ベアファイバ３８はＶ字溝１４へ整列後上部から封止カバー４０で押圧され、同カバーに形成した半田もしくは低融点ガラス４２によりシリコン基板１２と熱圧着固定される。ただし半田を使用する場合は、短尺ベアファイバ３８、シリコン基板１２ならびに封止カバー４０の外周に半田接続用Ａｕメタルの蒸着が必要となること、又シリコン基板１２上の電気配線パターンが半田により短絡しないように、シリコンヴィアホールによる基板裏面からの電極取り出し、もしくは電気配線パターン上に絶縁膜を形成するなどの短絡防止策が必要である。一方、低融点ガラスを使用する場合には、シリコン基板１２表面の酸化膜と短尺ベアファイバ３８を直接ガラス接続することが可能である。
【００２９】
短尺ベアファイバ３８の外周は耐熱及び気密を確保するために石英ガラスクラッドとし、その一方の端面すなわち発光部に対面する側の端面は、光半導体デバイス１０との結合効率及び光学的仕様に応じて、フラット、斜め、先球又は反射防止膜などの加工を施すものとする。
【００３０】
短尺ベアファイバ３８の他方の端面には、光結合器の他の光部品あるいは光結合器外の光部品が光結合される。図１の構成例では、短尺ベアファイバ３８とピグテールベアファイバ１６とを同じＶ字溝１４上で直接光結合させた状態を示している。この場合には、短尺ベアファイバ３８の他方の端面とシリコン基板１２の端面１２ｂとの間のＶ字溝１４の空き部分にピグテールベアファイバ１６を搭載させている。短尺ベアファイバ３８とピグテールベアファイバ１６との光結合部に、結合損失並びに反射戻り光を低減するための透明シリコーン樹脂である屈折率整合材４４を充填してある。
【００３１】
さらに、この表面実装型光結合器は、短尺ベアファイバ３８の一方の端面側の部分と光半導体デバイス１０とを気密封止する封止カバー４０を具えている。この封止カバー４０は、光半導体デバイス１０を収容するスペースと、短尺ベアファイバ３８の一部分を収容してカバー外に導出させるための溝４０ａを有している。この封止カバー４０は、シリコン基板１２の上面１２ａに半田、樹脂、又は低融点ガラスで接着して設けられている。
【００３２】
したがって、短尺ベアファイバ３８の、発光端面１０ａとは反対側の部分が封止カバー４０外へと突出していて、この短尺ベアファイバ３８の他方の端面がピグテールベアファイバ１６と、封止カバー４０の外側で光結合されている。
【００３３】
図２は、第１の実施形態の変形例を説明する図であって、光半導体デバイス１０であるレーザダイオードと短尺ベアファイバ３８をボールレンズ４６により光結合させた例を示している。この図２に示す構成例では、ボールレンズ４６を含む光結合系及び光半導体デバイス１０を封止カバー４０によりシリコン基板１２上で気密封止したものである。
【００３４】
図１に示す構成例につき、既に説明したと同様に、光半導体デバイス１０と短尺ベアファイバ３８による表面実装型光結合器で、封止カバー４０により短尺ベアファイバ３８をシリコン基板１２に半田もしくは低融点ガラスを用いて熱圧着固定し、カバー内部を気密封止している。光信号の送受は光半導体デバイス１０とピグテールベアファイバ１６の間のボールレンズ４６及び短尺ベアファイバ３８とを介して行われることになる。
【００３５】
図１及び図２を参照して説明した表面実装型光結合器の構成によれば、短尺ベアファイバ３８とピグテールベアファイバ１６とを同じＶ字溝１４上での直接結合とし、結合損失並びに反射戻り光を低減するための透明シリコーン樹脂である屈折率整合材４４を結合部に充填する。
【００３６】
この実施の形態における表面実装型光結合器においては、短尺ベアファイバをシリコン基板に半田又は低融点ガラスを用いて接着する場合には、短尺ベアファイバを熱圧着方式でシリコン基板に固定できるので、シリコン基板上で気密封止することが可能となる。さらに、この表面実装型光結合器においては、金属パッケージに代わって樹脂製あるいは簡易な非金属製パッケージを採用することなどコストを大幅に下げることができる。
【００３７】
又、短尺ベアファイバ３８とピグテールベアファイバ１６との直接光結合は、封止カバー４０の外側で行われ、しかも、その場合、ピグテールベアファイバ１６は、封止カバー４０の外側においてＶ字溝１４に支持されているので、一旦、シリコン基板１２気密封止された封止カバー４０は、ピグテールファイバ１６の微動あるいは振動等の発生によって、その気密性に悪影響を受けることが無く、従って光結合器の信頼性は高い。
【００３８】
ところで、従来は光ファイバにメタルを蒸着する場合、被覆コード付き光ファイバのピグテールベアファイバ部分へ局所的に蒸着処理していたため、ファイバコードの取扱い難さや一度に処理できる数量が限られていたことなどから作業性や生産性が悪く、コスト増加の要因となっていた。この問題の解決策として、図３に示すように、短尺ベアファイバ３８へのメタル蒸着５８については、長尺のベアファイバ５６へメタルを一括蒸着し、順に切り離して短尺化することにより、工程の簡単化、処理能力の向上及びコストの削減が見込まれる。
【００３９】
さらに、短尺ベアファイバ３８は全体が石英ガラスで構成されているため融点が非常に高く、リフロー温度に対して充分な耐熱性が得られること、又この短尺ベアファイバ３８は、Ｖ字溝へ搭載した状態でシリコン基板を静置したときの安定性に優れることから、電子部品と同等の扱いでリフロー実装することが可能となる。
【００４０】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態を説明するためのコリメータ系レンズ結合型の表面実装型光結合器の説明に供する図である。シリコン基板１２の上面１２ａに実装された光半導体デバイス（レーザダイオード）１０と、この光半導体デバイス１０及び短尺ベアファイバ３８の光結合部とが封止カバー４０により気密封止され、しかも、封止カバー４０の外部において短尺ベアファイバ３８とピグテールベアファイバ１６は、レンズ搭載用Ｖ字溝３６へ無調芯実装されたコリメータレンズ３２と集光レンズ３４を用いて光結合されている。この場合、ピグテールベアファイバ１６は、シリコン基板１２の上面１２ａに新たに設けられたＶ字溝６２に支持されている。このＶ字溝６２は、Ｖ字溝１４の延長線上に直線的に設けられている。
【００４１】
この実施形態は、光のスポットサイズが等しいモードの短尺ベアファイバ３８とピグテールベアファイバ１６とのコリメータ系レンズ結合であることが特徴である。シリコン基板１２の上面１２ａに実装した光半導体デバイス（レーザダイオード）１０とＶ字溝１４に実装した短尺ベアファイバ３８を無調芯にて結合し、短尺ベアファイバ３８とピグテールベアファイバ１６はレンズ搭載用Ｖ字溝３６へ実装したコリメータレンズ３２及び集光レンズ３４によりレンズ結合されるものである。
【００４２】
又、この実施形態においては、モードの等しいファイバ同士をレンズ結合することにより、結合効率の向上及び実装トレランスの緩和を可能としている。この点に関して図５を参照して説明する。図５は、レーザダイオードとピグテールベアファイバ、又短尺ベアファイバとピグテールベアファイバのコリメータ系レンズ結合について、シミュレーションにより得られたそれぞれの光結合損失のトレランス特性を示す図である。
【００４３】
シミュレーションの条件としては、レーザ波長は１３１０ｎｍ共通とし、レーザダイオードとピグテールベアファイバのコリメータ系レンズ結合においては、レーザダイオードのモード径はシングルモードのφ２μｍ、コリメータレンズはＴａＦ３製のφ０．６ｍｍボールレンズ、集光レンズはＢＫ７製のφ１ｍｍボールレンズ、及び、ピグテールベアファイバのモード径はシングルモードのφ１０μｍとした。一方、短尺ベアファイバとピグテールベアファイバのコリメータ系レンズ結合においては、短尺ベアファイバのモード径はシングルモードのφ１０μｍ、コリメータレンズ及び集光レンズはＢＫ７製のφ１ｍｍボールレンズ、及び、ピグテールベアファイバのモード径はシングルモードのφ１０μｍとした。
【００４４】
図５において、横軸は、レーザダイオード又は短尺ベアファイバの横方向軸ずれ量（単位：μｍ）をとって示してあり、又、縦軸は、光結合損失（単位：ｄＢ）をとって示してある。レーザダイオードとピグテールベアファイバのレンズ結合（グラフ点線Iで表示）では、横方向軸ずれ量が０のとき、光結合損失は約−５ｄＢであり、又、この軸ずれ量が±２μｍのとき、光結合損失はそれぞれ−１２ｄＢとなっている。一方、短尺ベアファイバとピグテールベアファイバのレンズ結合（グラフ実線IIで表示）では、横方向の軸ずれ量が０のとき、光結合損失は約−１．５ｄＢであり、又、この軸ずれ量が±５μｍのとき、光結合損失はそれぞれ約−６．３ｄＢとなっている。
【００４５】
このグラフ点線Iとグラフ実線IIとの比較から、レーザダイオードとピグテールベアファイバのレンズ結合による場合には、モードの不整合により結合損失が低く、又レーザダイオードの位置ずれに対するトレランスも厳しいことから、光学調芯による実装が必須と考えられる。これに対し、短尺ベアファイバとピグテールベアファイバのレンズ結合の場合は、両者のファイバのモードが等しいため、光結合損失と実装トレランスの大幅な改善が観られ、無調芯実装の実現性を示している。
【００４６】
（第３の実施形態）
次に、図６（Ａ）及び（Ｂ）を参照して第３の実施形態の説明を行う。図６（Ａ）は、短尺ベアファイバによるパッチ接続例を説明するための図であり、図６（Ｂ）は、パッチ接続するための二つの光ファイバのオフセットの説明図である。図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す表面実装型光結合器は、シリコン基板１２の上面１２ａに実装した光半導体デバイス（レーザダイオード）１０と、前段Ｖ字溝４８ａへ搭載したシングルモードの短尺ベアファイバ３８及び後段Ｖ字溝４８ｂへ搭載したマルチモードのピグテールベアファイバ１６とで構成される。各ファイバは互いの端面を近接させた状態で直接光結合され、結合損失並びに反射戻り光を低減するための透明シリコーン樹脂である屈折率整合材４４が光結合部に充填されている。
【００４７】
シングルモードの短尺ベアファイバ３８は、マルチモードのピグテールベアファイバ１６に対してパッチコードとして機能する。外径の等しいファイバ同士を結合した例では、前段Ｖ字溝４８ａと後段Ｖ字溝４８ｂとを同じ溝幅（Ｗ１＝Ｗ２）とすることによりそれぞれのファイバコア中心高さが一致する（Δｈ＝０）ため、シングルモード光をマルチモードファイバのコア中心へ正確に進入させることができる。又、前段Ｖ字溝４８ａと後段Ｖ字溝４８ｂの溝幅に差を設けた場合は（Ｗ１≠Ｗ２）、それぞれのファイバコア中心高さの差Δｈを所定量シフトすることができるため、シングルモード光をマルチモードファイバのコア中心から所定量だけ正確にオフセット進入させることが可能となる。なお、光結合させるべき二つの光ファイバを互いに光軸をオフセットさせて光結合させる接続をパッチコード接続という。
【００４８】
次に図７を参照して、この発明によるパッチ接続と比較するために従来のパッチ接続につき簡単に説明する。図７にシングルモードパッチコードファイバを使用した、従来のマルチモードファイバ接続例を示す。従来のパッチコードファイバ５０はシングルモードファイバのコアを偏心させて、マルチモードファイバ５２のコア中心に対し光軸をオフセットして接続するものであり、シングルモード光をマルチモードファイバの特定位置に進入させることによりモードディレイやジッタを低減し、マルチモードファイバの伝送距離を延長することができるものとして知られている。
【００４９】
この従来のパッチ接続の形態では、レーザダイオードや送信器から出力されるシングルモードの光信号を直接、調芯又は画像認識などでマルチモードファイバのコア中心あるいは所定位置へ正確にオフセット接続することは極めて困難であり、現状では送信器とマルチモードファイバの間にパッチコードファイバを接続することが必須となるため、コスト及び実装スペースともに増大するなどの問題が生じている。
【００５０】
これに対し、上述したように、この発明の短尺ベアファイバをレーザダイオードとマルチモードベアファイバの間に搭載し、Ｖ字溝幅を制御してパッチコードとして機能させることにより、シングルモード光をマルチモードファイバコアの所定位置へ正確かつ簡単に進入させることができるため、従来のパッチコードファイバを接続することなく伝送距離の延長が可能となり、コストの削減及び省スペース化にも有効となる。
【００５１】
（第４の実施形態）
図８を参照して、第４の実施形態としての光結合器のウエハ実装例を説明する。シリコンウエハ５４にはシリコン基板１２が個片化されるべき一単位として多数構成され、各シリコン基板１２には光半導体デバイス１０、短尺ベアファイバ３８及び気密封止するための封止カバー４０が全てシリコンウエハ５４上で実装される。
【００５２】
製造工程としては、まず、シリコンウエハ５４から矩形状に個片化される領域のシリコン基板１２の上面に、この領域の一辺から直線状のＶ字溝１４をフォトリソグラフィとアルカリエッチング法により、この領域の中途まで形成する。そして、シリコン基板１２の上面に、Ｖ字溝１４の延在方向に対して発光端面を直交させて、Ｖ字溝１４の延長線上に光半導体デバイス１０を搭載する。次に、このＶ字溝１４の長さよりも短い石英ガラス製の短尺ベアファイバ３８を、その一方の端面を光半導体デバイス１０の発光端面と光結合させて、Ｖ字溝１４に搭載し、封止カバー４０で、光半導体デバイス１０と短尺ベアファイバ３８とを気密封止する。
【００５３】
このように、シリコンウエハ５４を構成する各シリコン基板１２上へ光半導体デバイス１０及び短尺ベアファイバ３８を順次搭載し、封止カバー４０で気密封止するまでの一連の実装組立工程を全てシリコンウエハ５４上で行うことがこの実施形態の特徴である。全ての光部品がウエハ上に搭載された後、ダイシングカットによりシリコン基板１２毎にチップ化される。
【００５４】
この製造方法によれば、シリコンウエハ上で光半導体デバイスの実装から気密封止するまでの一連の工程を完結できるため、組立工程の効率化や短縮、又完全自動化が可能となり、製造コストの削減及び安定した品質の維持が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明に係る短尺ベアファイバ接続を示す表面実装型光結合器の分解斜視図である。
【図２】この発明に係る短尺ベアファイバ及びボールレンズ接続を示す表面実装型光結合器の分解斜視図である。
【図３】この発明に係るメタル付き短尺ベアファイバの製造例を示す図である。
【図４】この発明に係るコリメータ系レンズ結合器の説明に供する分解斜視図である。
【図５】この発明に係るコリメータ系レンズ結合特性を示す特性図である。
【図６】（Ａ）は、この発明に係るパッチ接続を説明するための表面実装型光結合器の斜視図であり、（Ｂ）は、光ファイバのオフセット説明図である。
【図７】従来のパッチコードファイバ接続例を示す図である。
【図８】この発明に係る表面実装型光結合器のウエハ実装工程を示す製造方法の一例である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、背景技術を説明するための表面実装型光結合器の構造及び組立手順を示す図である。
【図１０】背景技術を説明するためのコリメータ系レンズ結合型の表面実装型光結合器の斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０：光半導体デバイス
１０ａ：発光端面
１２：シリコン基板
１２ａ：シリコン基板の上面
１２ｂ：シリコン基板の端面
１４、６２：Ｖ字溝
１６：ピグテールベアファイバ
１８：被覆コード
２０：パッケージ
２２：Ａｕメタル部
２４：金属パイプ
２６：半田充填
２８：カバー
３０：パッケージリード
３２：コリメータレンズ
３４：集光レンズ
３６：レンズ搭載用Ｖ字溝
３８：短尺ベアファイバ
４０：封止カバー
４０ａ：溝
４２：半田
４４：屈折率整合材
４６：ボールレンズ
４８ａ：前段Ｖ字溝
４８ｂ：後段Ｖ字溝
５０：パッチコードファイバ
５２：マルチモードファイバ
５４：シリコンウエハ
５６：長尺ベアファイバ
５８：メタル蒸着
６０：光ファイバ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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