(57)【要約】光ファイバを支持している光学ベンチと光集積回路（ＰＩＣ）との間の再接続可能な接続であり、基台と、基台に位置合わせされた状態で基台に再接続させるために取外し可能に取付けできるよう構成および構造化された、コネクタである。基台を、ＰＩＣ内の電気−光学素子に位置合わせすることができる。基台は光電子デバイスに対して恒久的に取り付けてもよい。光学ベンチは基台に取外し可能に取り付けることができる。基台とコネクタとの間の位置合わせは、キネマティック結合、擬似キネマティック結合、または弾性平均結合により達成される。
2017516152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学ベンチと光電子デバイスとの間の接続構造であって、
第１組の位置合わせ機構を備えた第１の本体を有する、光学ベンチと、
第２組の位置合わせ機構を備えた第２の本体を有する、前記光電子デバイスに提供された基台と、
を備え、前記第１組の位置合わせ機構および前記第２組の位置合わせ機構が受動的位置合わせ結合を形成して、前記光学ベンチを前記光電子デバイスに取外し可能に取り付けることができることを特徴とする接続構造。
【請求項２】
前記光学ベンチの前記第１の本体が、前記第１組の位置合わせ機構のスタンピングを含む、スタンピングによって形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の接続構造。
【請求項３】
前記基台の前記第２の本体が、前記第２組の位置合わせ機構のスタンピングを含む、スタンピングによってさらに形成されたものであることを特徴とする請求項２記載の接続構造。
【請求項４】
前記光学ベンチが構造化反射面を備え、かつ該光学ベンチが光ファイバを、前記構造化反射面に光学的に位置合わせされた状態で支持するものであり、さらに光路が、前記構造化反射面を介して前記光ファイバと前記光電子デバイスとの間で画成され、さらに前記受動的位置合わせ結合によって、前記基台に対するコネクタの取外し時および再取付け時に前記光路が維持されるよう、前記光学ベンチが前記光電子デバイスに位置合わせされることを特徴とする請求項１記載の接続構造。
【請求項５】
前記光電子デバイスが光集積回路であることを特徴とする請求項４記載の接続構造。
【請求項６】
前記受動的位置合わせ結合が、キネマティック結合、擬似キネマティック結合、および弾性平均結合のうちの、少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項１記載の接続構造。
【請求項７】
前記基台が、前記光電子デバイスの一体部分であることを特徴とする請求項１記載の接続構造。
【請求項８】
光学ベンチと光電子デバイスとの間の接続を提供する方法であって、
前記光学ベンチの第１の本体に第１組の位置合わせ機構を提供するステップ、
前記光電子デバイスに基台を提供するステップ、
前記基台の第２の本体に第２組の位置合わせ機構を提供するステップ、
を含み、前記第１組の位置合わせ機構および前記第２組の位置合わせ機構が受動的位置合わせ結合を形成して、前記光学ベンチを前記光電子デバイスに取外し可能に取り付けることができることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記光学ベンチの前記第１の本体が、前記第１組の位置合わせ機構のスタンピングを含む、スタンピングによって形成されたものであることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記基台の前記第２の本体が、前記第２組の位置合わせ機構のスタンピングを含む、スタンピングによってさらに形成されたものであることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記光学ベンチが構造化反射面を備え、かつ該光学ベンチが光ファイバを、前記構造化反射面に光学的に位置合わせされた状態で支持するものであり、さらに光路が、前記構造化反射面を介して前記光ファイバと前記光電子デバイスとの間で画成され、さらに前記受動的位置合わせ結合によって、前記基台に対するコネクタの取外し時および再取付け時に前記光路が維持されるよう、前記光学ベンチが前記光電子デバイスに位置合わせされることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記光電子デバイスが光集積回路であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記受動的位置合わせ結合が、キネマティック結合、擬似キネマティック結合、および弾性平均結合のうちの、少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１４】
前記基台が、前記光電子デバイスの一体部分であることを特徴とする請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２０１４年５月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／９９４，０９７号の優先権を主張するものである。この出願は、あたかも全体が本書に明記されているかのように、参照することにより全体が組み込まれる。以下に記される全ての刊行物が、あたかも全体が本書に明記されているかのように、参照することにより全体が組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、光電子デバイス（例えば光集積回路（ＰＩＣ））との光の入出力結合に関し、より具体的には、光ファイバのＰＩＣへの光学的接続に関する。
【背景技術】
【０００３】
光集積回路（ＰＩＣ）は、レーザ、フォトダイオード、変調器、および導波路などの多様な電気−光学デバイスを、単一チップに集積したものである。こういったＰＩＣは他のＰＩＣに光学的に接続させる必要があり、それは光信号通信の構造化ネットワークの形をとることが多い。その接続距離は、チップ間通信の場合の数ミリメートルから、長距離アプリケーションの場合には最大で何キロメートルにも及ぶことがある。光は低損失光ファイバにより長距離に亘って非常に高データレート（２５Ｇｂｐｓ超）で光ファイバ内を伝送し得るため、光ファイバは効果的な接続方法を実現することができる。
【０００４】
光ネットワークの中で最も高価な部品の一つにファイバ光コネクタがある。適切な動作のために、ＰＩＣは典型的には、外部の光ファイバと１以上のオンチップ導波路との間で効率的に光を結合させる必要がある。ほとんどのＰＩＣでは、光ファイバとＰＩＣとの間で、典型的には１μｍ未満の厳しい位置合わせ公差が要求される単一モードの光学的接続が必要となる。これは難題であり、そのため多くの光ファイバは、ファイバとＰＩＣとの間で伝送される光量が最大になるまで機械によって光ファイバの位置と向きとを調整する能動位置合わせ手法を用いて、ＰＩＣ上の素子に位置合わせされる。これは時間のかかる工程であり、一般にＰＩＣがウェハからダイシングされパッケージ内に実装された後に行われる。このため、ファイバの光接続は生産工程の最後に先送りされてしまう。一旦接続されると恒久的であり、光ファイバをＰＩＣに再び取り付けたいといういかなる要望に対しても、恐らく接続の完全性を破壊せずに取外し、分離、または分解を行うことはできなくなる。言い換えれば、光ファイバはＰＩＣに取外し可能に取り付けることはできず、ファイバの接続および分離は破壊的であり可逆的ではない（すなわち、再接続できない）ものになる。
【０００５】
ウェハから個々のＰＩＣにダイシングする前にファイバの光接続を生じさせることができれば有利になり、これはしばしばウェハレベルでの取付けと称される。集積回路とＰＩＣの製造者は、サブミクロンの位置合わせ能力のある高価な資本設備（例えば集積回路のテスト用のウェハプローバおよびウェハハンドラ）を保有していることが多く、一方でチップをパッケージ化する会社では一般に能力の低い機械（シングルモードデバイスには適していない典型的には数μｍの位置合わせ公差）を保有し、マニュアル作業を使用することが多い。しかしながら、ダイシング前に光ファイバをＰＩＣに恒久的に取り付けることは現実的ではなく、というのも光ファイバがもつれたり、ダイシング作業およびパッケージング手順の際に邪魔になったりすることになり、さらにＰＩＣがプリント回路基板（ＰＣＢ）へピックアンドプレースされて次いで高温でＰＣＢにはんだ付けされる際に光ファイバを取り扱うことは実際不可能であるためである。
【０００６】
現在最先端では、ポリマーコネクタ部品を用いて厳しい位置合わせ公差を達成する試みが行われているが、ポリマーはいくつかの根本的な欠点を有する。第１に、ポリマーは弾性的に柔軟であり、そのため外部から負荷が与えられると簡単に変形してしまう。第２に、ポリマーは寸法的に不安定であり、特にコンピュータ機器やネットワーク機器で見られるような高温に曝されると、サイズや形状が変化する可能性がある。第３に、ポリマーの熱膨張係数（ＣＴＥ）は、ＰＩＣで一般に使用される材料のＣＴＥよりもかなり大きい。そのため温度サイクルにより、光ファイバとＰＩＣ上のデバイスとの間で位置ずれを発生させることになる。場合によっては、ポリマーは、プリント回路基板上にＰＩＣをはんだ付けする際に使用される処理温度に耐えられない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光ファイバの入力／出力をＰＩＣに光結合させるための改善された手法が必要であり、これにより、公差、製造性、使いやすさ、機能性、信頼性を、コストを減少させて改善する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光学ベンチ（例えば光ファイバを支持）と光電子デバイス（例えば光集積回路（ＰＩＣ）の格子カプラ）との間に、取外し可能／分離可能で再接続可能な接続を提供することにより、従来技術の欠点を克服するものである。この新規の接続は、基台と、基台に位置合わせされた状態で基台に再接続させるために取外し可能に取付けできるよう構成および構造化された、コネクタとを含んでいる。基台は、光電子デバイスの一体部分（例えばＰＩＣパッケージングの一部）でもよく、または光電子デバイスに取り付けられた別個の部品でもよい。
【０００９】
本発明の一実施の形態によれば、基台は最初に、光電子デバイス（例えばＰＩＣ）の支持材（例えば筐体）に取り付けられる。この基台は、デバイス内の電気−光学素子に対して位置合わせされ得る。基台は、光電子デバイスに対して恒久的に取り付けられ得る。光学ベンチ（例えば光ファイバを支持）は、光学ベンチ内の光部品／光素子を所望の光路に沿って光電子デバイスに光学的に正確に位置合わせさせる「分離可能」、「取外し可能」、または「分解可能」な動作によって、基台に取外し可能に取り付けることができる。本発明によれば、取外し可能なコネクタが光学ベンチを支持している、またはこの取外し可能なコネクタが光学ベンチの一部である。接続、切離し、および再接続の夫々に対して光学的位置合わせを維持するために、このコネクタは基台に対して精密かつ正確に位置合わせされる必要がある。本発明の一実施の形態において、コネクタと基台は、この２つの本体の幾何学的特徴により構成された受動的機械的位置合わせを用いて互いに位置合わせされる。
【００１０】
さらなる実施形態において本発明は、キネマティック結合、擬似キネマティック結合、または弾性平均結合を用いた、受動的位置合わせのための構造および方法を提供する。１つの手法として、コネクタと基台との間に６つの接触点を有するキネマティック結合がある。剛体の静的平衡のために６つの点が最低限必要であり、結果として本体間の決定的かつ繰返し可能な位置合わせを提供する。接触面でさらなる剛性を付与しコネクタの曲げ剛性への依存性を低減する代わりの手法は、さらに接触点を追加し、または接触点を接触ラインに置き換える、擬似キネマティック手法を用いるものである。追加された接触点および接触ラインにより、接触面の剛性が増加し、再現性の低下が穏やかになる。この実施形態において接触は、２つの本体間のより広い領域に亘って広がり、コネクタの曲げモードを強固にする。第３の実施形態では、可能な限り広い領域に亘って広がる、恐らく数百または数千もの多くの接触点または小さな面（例えば４面体）を用いて、接触面の剛性を最大化する。これには嵌合面の正確な配置と、面の形状およびサイズに対するより厳しい公差とが必要になる。しかしながらこれは、極めて高精度のスタンピングにより実現可能である。
【００１１】
本発明の他の態様において、基台およびコネクタの受動的位置合わせ機構は、精密スタンピングにより一体的に／同時に形成することができ、これにより部品を大量にまたは少量で経済的に生産することが可能になると同時に、公差、製造性、使いやすさ、機能性、信頼性が改善される。さらに基台とコネクタ（例えばマイクロ光学ベンチ（ＭＯＢ））の一方または両方を、高精度スタンピングにより精密に形成することができる。基台および／または光学ベンチの部品は、コバール、インバー、ステンレス鋼、アルミニウムなどの延性金属のようなスタンピング可能な材料により作られるべきである。この光学ベンチおよび基台は、温度サイクル中に位置ずれが生じず、かつ応力／歪みを発生させないように、ともに近い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するべきである。
【００１２】
本発明の本質および利点、並びに好適な使用形態の、より完全な理解のために、添付の図面とあわせて以下の詳細な説明を参照されたい。以下の図面においては、図面を通じて、同じまたは類似の部分を同じ参照番号で示す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態による光コネクタを示した図
【図１Ｂ】本発明の一実施の形態による光コネクタを示した図
【図２Ａ】光電子デバイス上の基台への光コネクタの結合を示した図
【図２Ｂ】光電子デバイス上の基台への光コネクタの結合を示した図
【図２Ｃ】光電子デバイス上の基台への光コネクタの結合を示した図
【図２Ｄ】光電子デバイス上の基台への光コネクタの結合を示した図
【図３Ａ】受動的位置合わせ結合の様々な実施形態を示した図
【図３Ｂ】受動的位置合わせ結合の様々な実施形態を示した図
【図３Ｃ】受動的位置合わせ結合の様々な実施形態を示した図
【図４Ａ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【図４Ｂ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【図４Ｃ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【図３Ｄ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【図３Ｅ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【図３Ｆ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【図３Ｇ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を、図を参照し種々の実施形態を参照して以下に説明する。本発明を、本発明の目的を達成するための最良のモードに関して説明するが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、これらの教示を考慮して変形が得られ得ることは当業者には明らかであろう。
【００１５】
本発明は、光学ベンチ（例えば光ファイバを支持）と光電子デバイス（例えば光集積回路（ＰＩＣ）の格子カプラ）との間の光結合の新規手法を提供する。この新規の接続は、基台と、基台に位置合わせされた状態で基台に再接続させるために取外し可能に取付けできるよう構成および構造化された、コネクタとを含む。
【００１６】
本発明の概念を、光電子デバイスとしての一例のＰＩＣと、光学ベンチ内で支持される光学部品（例えば光ファイバ）の入力／出力端を光電子デバイスに光学的に結合させるために使用される、光結合デバイス（コネクタ）としての光学ベンチとを参照して議論する。本発明は、他の分野で使用される取外し可能／再接続可能な形の構造および部分を提供するために適用可能である。
【００１７】
図１Ａ〜１Ｂは、光ファイバの形を成す光学部品に接続して使用されるマイクロ光学ベンチ１１を組み込んだ、光コネクタ１０の形を成す光結合デバイスを示している。光ファイバケーブル２４は、保護バッファおよびジャケット層２３により保護された、４つの光ファイバ２０を含んでいる。コネクタ１０は、光ファイバ２０の（保護バッファおよびジャケット層２３がなくクラッドが露出された）ベア部分を保持する開口溝２５を備えた、位置合わせ構造を含む構造化機構を画成するベース１６と、ベース１６の主面に対してある角度で傾斜した平面を有する、構造化反射面１２（すなわち４つの反射体）とを含む。各構造化反射面１２は、平面、凸面、または凹面形状を有し得、および／または、ミラー、集光レンズ、発散レンズ、回折格子、またはこれらの組み合わせ、に同等な光学素子の少なくとも１つに相当する光学特性を有し得る。構造化反射面１２は、異なる同等の光学素子に相当する２以上の領域を画成する、複合的な形状を有していてもよい（例えば、発散する環状域に囲まれた、集束する中央領域など）。一実施の形態において、構造化反射面１２は凹状の非球面反射面形状を有していてもよく、これによりレンズを必要とせずに発散入射光を反射および再成形（例えばコリメートまたは集光）する、両方の機能を果たす。したがって各構造化反射面１２は、種々の光学部品および光学素子（すなわち、光ファイバ２０、構造化反射面１２、およびＰＩＣ２）の光軸に対して位置合わせされた、画成された光路１００（図２Ｄに概略的に図示）に沿って、光を光ファイバ２０の出力端２１から／入力端２１へと、反射により外部光学部品（この場合、光集積回路（ＰＩＣ）２などの光電子部品）へと／から導く、光学素子として機能する。
【００１８】
開口溝２５は、光路１００に沿って構造化反射面１２に対して位置合わせされている光ファイバ２０の端部部分を、受け入れるような大きさであり、かつこの端部部分を精密に位置付けるよう配置されている。各光ファイバ２０の端面２１（入力／出力端）は、対応する構造化反射面１２に対し、予め画成された距離で保持される。
【００１９】
本発明のさらなる態様において、光コネクタ内におけるミラー／構造化反射面および光ファイバの位置合わせ構造は、原料（例えば、金属素板または金属帯板）の精密スタンピングにより一体的に／同時に形成することができ、これによりコネクタ部品を大量にまたは少量で経済的に生産することが可能になると同時に、公差、製造性、使いやすさ、機能性、信頼性が改善される。構造化反射面、受動的位置合わせ機構（以下で論じる）、および光ファイバ位置合わせ構造を、同一の単一の最終スタンピング作業で同時に形成することにより、同じワークピース／部分で位置合わせを必要とする全ての特徴の寸法の関係を、最終スタンピングステップで維持することができる。単一のパンチの打ち抜きで光学ベンチの全ての特徴を形成するパンチ作業の代わりに、光学ベンチの進行中の予め形成された特定の特徴に対して多様な打ち抜きを実施してもよいと考えられ、その最終の打ち抜きでは、設計の光路に沿った夫々の部品／構造の適切な位置合わせを確実にする（あるいは確実にするのに重要な役割を果たす）ために必要とされる、ミラー、光ファイバ位置合わせ構造／溝、以下で論じる受動的位置合わせ機構などを含む、光学ベンチの種々の構造化機構の最終寸法、配置、および／または仕上げを同時に画成する。
【００２０】
本発明の譲受人であるnanoPrecision Products, Inc.は、光データ伝送に関連して使用される光学ベンチを備えた種々の専有の光結合／接続デバイスを開発した。本発明は、より具体的には、以前に光結合デバイスで実施したミラーのスタンピングなどの、光学ベンチのスタンピングに関する同様の概念を採用しながら、光ファイバをＰＩＣ内の格子カプラに取外し可能／再接続可能に結合させるものに関する。
【００２１】
例えば、米国特許出願公開第２０１３／０３２２８１８（Ａ１）号明細書では、光データ信号ルーティング用のスタンピング形成された構造化面を有する光結合デバイス、特に光信号ルーティング用光結合デバイスを開示しており、これは、ベースと、入射光を再成形および／または反射する表面形状を有している、ベース上に画成された構造化面と、光学部品を構造化面に光学的に位置合わせしてベース上に位置付けるのを助けるような表面特徴を備えて構成された、ベース上に画成された位置合わせ構造であって、これにより光を構造化面と光学部品との間で画成された光路に沿って伝送するのを可能にする、位置合わせ構造とを備え、この構造化面および位置合わせ構造は、ベースの可鍛性材料をスタンピングすることによりベース上に一体的に画成されたものである。
【００２２】
米国特許出願公開第２０１３／０２９４７３２（Ａ１）号明細書ではさらに、集積化された光学素子を有する密封光ファイバ位置合わせアセンブリ、特に光ファイバの端部部分を受容する複数の溝を有するフェルール部を含む、密封光ファイバ位置合わせアセンブリを開示しており、この溝は、フェルール部に対する端部部分の位置および向きを画成する。このアセンブリは、光電子モジュール内の光電子デバイスに光ファイバの入力／出力を結合させるための、集積光学素子を含む。この光学素子は、構造化反射面の形を成すものとすることができる。光ファイバの端部は、構造化反射面から画成された距離だけ離れており、かつ構造化反射面に位置合わせされる。構造化反射面およびファイバ位置合わせ溝は、スタンピングにより形成することができる。
【００２３】
米国特許出願第１４／６９５，００８号明細書ではさらに、光通信モジュールで使用される光信号ルーティング用の光結合デバイス、特に入射光を再成形および／または反射する表面形状を有する構造化面がベース上に画成されている光結合デバイスと、光学部品を構造化面に光学的に位置合わせしてベース上に位置付けるのを助けるような表面特徴を備えて構成された、ベース上に画成された位置合わせ構造であって、これにより光を構造化面と光学部品との間で画成された光路に沿って伝送するのを可能にする、位置合わせ構造とを開示している。この構造化面および位置合わせ構造は、ベースの可鍛性材料をスタンピングすることによりベース上に一体的に画成されたものである。位置合わせ構造は、光学部品を構造化面に光学的に位置合わせしてベース上で受動的に位置合わせするのを助け、これにより光を構造化面と光学部品との間で画成された光路に沿って伝送するのを可能にする。構造化面は、入射光を反射および／または再成形する、反射面形状を有している。
【００２４】
米国特許第７，３４３，７７０号明細書では、公差の小さいパーツを製造するための新規の精密スタンピングシステムを開示している。この発明のスタンピングシステムは、上述したnanoPrecisionの特許文献において開示されたデバイスを製造するための、種々のスタンピング工程において実施可能であり、（上述した光学ベンチの構造の他、以下で論じる基台１の構造など）本書で開示される構造を製造するためにも同様に実施可能である。このスタンピング工程は、バルク材料（例えば金属素材または金属帯板）をスタンピングして、他の画成された表面特徴に精密に位置合わせされている所望形状を有する反射面を含む、最終的な表面特徴を、厳しい（すなわち小さい）公差で形成するものである。
【００２５】
本質的に、光コネクタ１０においてベース１６は、光ファイバ２０を構造化反射面１２に対して位置合わせするための光学ベンチ１１を画成する。構造化反射面１２をさらに画成する同一の単一構造に溝２５を含むことで、構造化反射面１２に対する光ファイバ２０の端部部分２１の位置合わせは、別個のパーツまたは構造で画成された特徴に基づいて同様の位置合わせを得るよう試みるものに比べると、最終構造を単一パーツで同時に画成する単一最終スタンピングによって比較的小さい公差で、より精密に達成することができる。構造化反射面１２と光ファイバ位置合わせ構造／溝２５を、同一の単一の最終スタンピング作業で同時に形成することにより、同じワークピース／部分で位置合わせを必要とする（あるいは、位置合わせを実現する役割を果たす）全ての特徴／部品の寸法関係を、最終スタンピングステップにおいて維持することができる。
【００２６】
光学ベンチ１１の全体的な機能的構造は、概して上述したnanoPrecisionの以前の特許文献において開示された、光学ベンチのいくつかの実施形態の構造に類似している（すなわち、構造化反射面に位置合わせされたファイバ位置合わせ溝、および適切な光学的位置合わせを助ける追加の特徴）。ただし本発明において光学ベンチは、スタンピング形成された受動的位置合わせ機構である。図１Ａおよび１Ｂの図では、機械的基準すなわち位置合わせ機構１４がベース１６の平面１５上に形成されており、これが後に以下で説明するように、光学ベンチ１１をＰＩＣ２に対して位置合わせするおよび／または正確に位置付けるのを助ける。
【００２７】
図２Ａから２Ｄは、光コネクタ１０の光学ベンチ１１と機械的に結合して光学ベンチ１１をＰＩＣ２と光学的に位置合わせされた状態にする、コネクタ体としての役割を果たす基台１の存在を示している。コネクタ１０が基台１に接続されると、光学ベンチ１１が下にあるＰＩＣ２の電気−光学部品に光学的に位置合わせされるよう、基台１はＰＩＣ２上面に、精密な位置に取り付けられる。基台１は、ダイシング工程前にウェハレベルでＰＩＣ２に最初に取り付けられることが好ましい。基台１を、高精度の機械を用いてＰＩＣ２の素子に位置合わせし、次いでエポキシまたははんだによってＰＩＣに恒久的に接合してもよい。基台１はダイシングおよびパッケージング工程中、ＰＩＣ２に取り付けたままとなる。パッケージされたダイは、その後プリント回路基板（ＰＣＢ）３上に、従来のＰＣＢアセンブリ方法（例えばピックアンドプレースおよびウェーブソルダリング）を用いてマウントされる。これには、はんだ付け工程中の高温に基台が耐え得ることが必要となる。
【００２８】
基台は、コネクタ１０の下に設けられた位置合わせ機構１４に一致する／相補的な、溝を備えている。この態様を、受動的位置合わせ手法に関連付けて図３Ａから３Ｃを参照して以下で論じる。
【００２９】
図２Ｂを参照すると、ＰＣＢ３（図２Ａで符号が付されていない他のアイテム）が装着された後、光コネクタ１０により支持された光ファイバケーブル２４を、光ファイバの端部をＰＩＣ２の能動電気−光学素子に正確に位置合わせする「分離可能」、「取外し可能」、「分解可能」、または「再取付け可能」な動作を介して、ＰＩＣ２に恒久的にマウントされた基台１に取外し可能に取り付ける、あるいはこの基台１から取り外すことができる。図２Ｄは図２Ｃの状態の断面図であり、このときコネクタ１０は、ＰＣＢ３に支持されたＰＩＣ２上の基台１に取り付けられている。基台１および光学ベンチ１１を、光学ベンチ１１／光コネクタ１０を基台１に対して保持するよう、適切な付勢デバイスを用いて結合状態で維持してもよい。例えば、図４Ａから図４Ｇの実施形態を参照されたい。
【００３０】
本発明は、コネクタ（光学ベンチ）を基台に対して位置合わせするための、様々な実施形態を用いることができる。本発明によれば、コネクタ１０および基台１は、その２つの本体の幾何学的特徴により構成される、受動的な機械的位置合わせを用いて互いに位置合わせされる。本発明は、この位置合わせの構造および方法を、その夫々が異なる構成の相補的な受動的位置合わせ機構を有する、キネマティック結合、擬似キネマティック結合、または弾性平均結合を用いて提供する。図３Ａから３Ｃは、種々の結合手法を採用した、受動的位置合わせの種々の実施形態を示している。
【００３１】
図３Ａは、光学ベンチ１１と基台１との間に６つの接触点を有するキネマティック結合である、第１の手法を示している。図３Ａは、図１および図２に示した実施形態に類似している。表面１５上には３つの半円形の突起１４が存在し、また基台１の上面には３つの相補的な溝６（概してＶ字状の断面を有し得る）が存在している。溝６の向きは、基台１の中心から放射状に広がっている。剛体の静的平衡のためには６つの点が最低限必要であり、結果として本体間の決定的かつ繰返し可能な位置合わせを提供する。存在している接触点は６つのみであるため、光学ベンチ１１と基台１の嵌合面間の粒子に位置合わせが影響される機会は最小限である。欠点は、２つの本体間の接触面の剛性が、６つの点でのヘルツ接触に依存することである。さらに、接触点のすぐ近傍ではない光学ベンチ１１の部分を強固にさせるのは、光学ベンチ１１の曲げ剛性のみである。
【００３２】
図３Ｂは、接触面でさらなる剛性を与えて光学ベンチ１１’の曲げ剛性依存を低減する、代わりの手法を示している。この手法は、さらなる接触点を追加する、あるいは接触点を接触ラインに置き換える、擬似キネマティック結合を使用している。この実施形態では、光学ベンチ１１’の表面１５’にさらに多くの半球形の突起を提供し、かつ基台１’の上面にさらに多くのＶ字状溝６’を提供する。追加された接触点および接触ラインにより、接触面の剛性が増加し、再現性の低下が穏やかになる。この実施形態において接触は、２つの本体間のより広い領域に亘って広がり、光学ベンチ１１’の曲げモードを強固にする。
【００３３】
図３Ｃは、可能な限り広い領域に亘って広がる、恐らく数百または数千もの多くの接触点または小さな面（例えば４面体）を用いて接触面の剛性を最大化する、第３の実施形態の弾性平均結合である。この実施形態では、嵌合面の正確な配置と、面の形状およびサイズに対するより厳しい公差とが必要になる。しかしながらこれは、多数の接触点（例えば４面体）を有する基台１”の上面と接触点（例えば４面体）を有する光学ベンチ１１”の上面１５”との、極めて高精度なスタンピングにより実現可能である。
【００３４】
受動的位置合わせ機構を含む基台およびコネクタ（例えば光学ベンチ）の一方または両方は、高精度スタンピングにより精密に形成可能である。基台および／または光学ベンチの部品は、コバール、インバー、ステンレス鋼、アルミニウムなどの延性金属のようなスタンピング可能な材料から作られるべきである。ＰＩＣへの基台の取付けにエポキシを用いた場合、その後の工程温度はエポキシの温度限界を超えるべきではない。基台を光学ベンチにはんだで取り付けると、より高い工程温度を設定することができる。光学ベンチおよび基台は、温度サイクル中に位置ずれが生じず、かつ応力／歪みを発生させないように、ともに近いＣＴＥを有するべきである。
【００３５】
本発明によればスタンピングは、こういった結合の幾何学特徴を経済的に大量生産する費用効率の高い手段であり、これはＰＩＣの商業化に必要である。
【００３６】
本発明の意図する商業用途の１つは、電気−光学トランシーバ分野におけるものである。
【００３７】
図４Ａから図４Ｇは、ＰＩＣパッケージの一体部品である基台（すなわち、パッケージが表面位置合わせ機構を含み、したがって上述した実施形態における「基台」と同様に機能する）に直接光学ベンチを取外し可能／再接続可能に結合させる別の実施形態を示したものであり、これは受動的位置合わせを伴う。
【００３８】
図４Ａは、蓋１５２を有する大きなエンクロージャ１５５内のＳｉＰＩＣパッケージ１０２に接続された、２つのジャンパー光ファイバケーブルを示している。図４Ｂは、光学ベンチ／コネクタとエンクロージャ１５５内のＳｉＰＩＣパッケージとのアセンブリ構造を、クリップにより一緒に保持された部品とともに示している。図４Ｃは、ＰＩＣ筐体から分離された状態のコネクタ１１０の１つを示し、図４Ｄおよび４Ｅは、これに画成された光学ベンチ１１１を有する、コネクタ１１０を示している。光ファイバ２０は、コネクタ１１０内の光学ベンチ１１１により支持および位置合わせされる。
【００３９】
図４Ｆおよび４Ｇを参照すると、ＳｉＰＩＣパッケージ１０２は格子カプラ用の領域７０を含む。位置合わせ機構は、ＳｉＰＩＣパッケージ１０２の先端にある格子カプラ領域７０に隣接する歯列５１を含み、これはＸ方向の位置の位置合わせに役立つ。３つの止め部５２（くぼみ）が上面１１５に、格子カプラ領域７０の横および後端近くに三角形の形で分配され、これはＹ方向の位置の位置合わせに役立つ。ＳｉＰＩＣパッケージ１０２の両側部の２つのノッチ５３は、Ｚ方向の位置の位置合わせに役立つ。図４Ｄおよび４Ｅを参照すると、コネクタ１１０の相補的位置合わせ機構は、Ｘ位置制御歯６１、３つのＹ位置制御パッド６２、および２つのＺ位置制御スナップ６３（例えばバネクリップ）を備えている。コネクタ１１０を図４Ｇに示されている領域上にクリップ留めおよびスナップ留めすることにより、コネクタ１１０をＳｉＰＩＣパッケージ１０２に結合させることができ、このとき制御パッド６２は止め部５２内に嵌合し、制御歯６１は歯５１に対して干渉し、さらにスナップ６３の伸びた先端はノッチ５３の位置にスナップ留めされる。これによりコネクタ１１０とＳｉＰＩＣパッケージ１０２との間で、上述した位置合わせ機構の受動的位置合わせに依拠した、取外し可能／再接続可能な結合が形成される。
【００４０】
上述したＳｉＰＩＣパッケージの位置合わせ機構は、シリコンエッチングにより形成することができる。コネクタ１１０／光学ベンチ１１１は、上記の実施形態で述べたように、スタンピングにより形成することができる。
【００４１】
光学的位置合わせのための構造化機構を有する上述した光学ベンチは、スタンピングにより形成可能である。構造化反射面１２を光学ベンチにさらに画成する同一の単一構造に、上述した受動的位置合わせ機構（１４、１４’、または１４”）を含むことで、ＰＩＣ２およびＳｉＰＩＣ１０２に対する光ファイバ２０の端部部分２１の光学的位置合わせは、別個のパーツまたは構造で画成された特徴に基づいて同様の位置合わせを得るよう試みるものに比べると、最終構造を単一パーツで同時に画成する単一最終スタンピングによって比較的小さい公差で、より精密に達成することができる。位置合わせ構造と光学ベンチの残りの構造化機構を、同一の単一の最終スタンピング作業で同時に形成することにより、同じワークピース／部分で位置合わせを必要とする（あるいは、位置合わせを実現する役割を果たす）全ての特徴／部品の寸法関係を、最終スタンピングステップにおいて維持することができる。
【００４２】
受動的位置合わせ結合により、基台を介して、コネクタをＰＩＣに取外し可能に結合させることができる。コネクタは、基台から取外すことができ、また光学的位置合わせを損なわずに基台に再び取り付けることができる。
【００４３】
本発明を、特に好ましい実施形態を参照して図示および説明してきたが、本発明の精神、範囲、教示から逸脱することなく形および詳細を種々変化させ得ることを当業者は理解するであろう。したがって、開示される発明は単なる実例と考慮されるべきであり、添付の請求項で規定されるようにのみ、その範囲は限定される。
【符号の説明】
【００４４】
１    基台
２    ＰＩＣ
３    ＰＣＢ
１０    光コネクタ
１１    光学ベンチ
１２    構造化反射面
１４    位置合わせ機構
２０    光ファイバ
【図１Ａ】
2017516152.tif 000003
【図１Ｂ】
2017516152.tif 000004
【図２Ａ】
2017516152.tif 000005
【図２Ｂ】
2017516152.tif 000006
【図２Ｃ】
2017516152.tif 000007
【図２Ｄ】
2017516152.tif 000008
【図３Ａ】
2017516152.tif 000009
【図３Ｂ】
2017516152.tif 000010
【図３Ｃ】
2017516152.tif 000011
【図４Ａ】
2017516152.tif 000012
【図４Ｂ】
2017516152.tif 000013
【図４Ｃ】
2017516152.tif 000014
【図４Ｄ】
2017516152.tif 000015
【図４Ｅ】
2017516152.tif 000016
【図４Ｆ】
2017516152.tif 000017
【図４Ｇ】
2017516152.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月17日(2017.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の一実施の形態による光コネクタを示した図
【図１Ｂ】本発明の一実施の形態による光コネクタを示した図
【図２Ａ】光電子デバイス上の基台への光コネクタの結合を示した図
【図２Ｂ】光電子デバイス上の基台への光コネクタの結合を示した図
【図２Ｃ】光電子デバイス上の基台への光コネクタの結合を示した図
【図２Ｄ】光電子デバイス上の基台への光コネクタの結合を示した図
【図３Ａ】受動的位置合わせ結合の様々な実施形態を示した図
【図３Ｂ】受動的位置合わせ結合の様々な実施形態を示した図
【図３Ｃ】受動的位置合わせ結合の様々な実施形態を示した図
【図４Ａ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【図４Ｂ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【図４Ｃ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【図４Ｄ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【図４Ｅ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【図４Ｆ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【図４Ｇ】コネクタを光電子デバイスのパッケージに直接結合させる、受動的位置合わせ結合の代わりの実施形態を示した図
【国際調査報告】
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