JP2014503858A - 光インタポーザ - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明の光インタポーザ１００は、（ａ）平坦上面１０２を有する基板１０１、（ｂ）平坦上面１０２に画定され、基板１０１の一縁１０６から終端部１０７まで延びる少なくとも１個の溝１０３であって、両側壁１０４と、終端部１０７で両側壁１０４に直交する第１ファセット１０５とを有し、第１ファセット１０５が平坦上面１０２に対して約45°の第１角度αを有する溝１０３、及び（ｃ）第１ファセット１０５上の反射コーティングを具備する。

Description

本発明は光ファイバ基板に関し、特に、光結合構造及び整列構造を有する光インタポーザに関する。

光ファイバは、幅広い用途で用いられている。（音声、インタネット及びＩＰビデオデータを含む）デジタルデータを伝送するための媒体としての光ファイバの使用は、光信頼性や、光伝送システムに利用できる大きなバンド幅のため、ますます一般的になりつつある。これらのシステムに必須なものは、光信号を送信したり受信したりするための光副組立体である。

光副組立体は光インタポーザを具備するのが代表的である。本明細書で用いられているように、光インタポーザは、光部品、光電部品及び電気部品用の基板として機能すると共に、光部品、光電部品及び電気部品を光学的や電気的に相互接続する相互接続部を提供する。例えば、典型的な光インタポーザは、例えばケイ素製で、光ファイバを固定するために形成された１個以上の溝を有する基板を具備する。従来の溝は、光ファイバの長さに沿って光ファイバを保持する２側面と、鏡デバイスとして用いられる端面とを有するよう、基板をウェットエッチングすることにより、「Ｖ」形状に形成される。従来のＶ溝は特定ピッチαを有する。このαは、Ｖ溝の側壁と、Ｖ溝がエッチングされる上面すなわち基準面との間の角度である。側壁及び端面の各々は、ケイ素の結晶構造のため、基準面から54.7°の精確な角度で形成されるのが代表的である。

作業の際、従来の光インタポーザのＶ溝の端面は、光部品や光電部品と光ファイバとの間で光を反射する鏡として使用できるように、金属化される。例えば、送信器の場合、光電光源は、Ｖ溝端面鏡上に円錐状光ビームを放出する。Ｖ溝端面鏡は、Ｖ溝に保持された光ファイバの一端を通って光を反射する。上述したように、Ｖ溝端面の表面は、基準面から精確に54.7°の角度である。このように、光は、基準面から、及びＶ溝に保持された光ファイバの縦軸から約−9.3°で光ファイバを通ってＶ溝端面鏡で反射される。従って、光ファイバの一端を通って光を発射するためにＶ溝の端面鏡を用いる今日のデバイスは、多くの光を光ファイバの軸から離れる方向に反射させるので、非光信号伝送性能という結果となる。

従って、本出願人は、光部品や光学部品と、光ファイバ又は光平坦導波路との間の光結合を改良する必要があると認識している。さらに、本出願人は、この光結合は、副組立体の経済的製造を容易にするために、能動整列ではなく受動整列により達成されるべきであると認識している。この目的のために、本出願人は、光結合用の多面ファセットされたファイバ端面鏡を開示する特許出願（米国特許出願第１２／５１０９５４号）を最近出願した。具体的には、ファイバ端面鏡のファセットは、Ｖ溝の端面に機械的に接触し、縦軸に沿って光電デバイスの放出開口の下でＶ溝内で光ファイバ端面鏡を精確に配置するために、54.7°のファセットを含んでいた。さらに、別のファセットは、ファイバの光軸及び光電デバイスの光軸の間の最適な光結合を容易にする45°ファセットであった。性能を強化するために、追加のファセットも開示されている。各ファセットは、次に、反射鏡面として作用するよう金属でコーティングされる。

この展開は光性能を改善し、副組立体の受動整列を容易にしたが、多数の異なるファセット上のファイバ端面を金属コーティングや反射コーティングでコーティングすることが要求される。本出願人は、このような方法は困難でコスト高となる傾向があり、大量生産の用途では時間が許さないので、ファイバ端面に反射コーティングを付着させる必要を無くす追加の必要性があることを確認した。

従って、光ファイバ又は光平坦導波路への良好な光結合を有し、受動整列によりこの光結合を実行する光組立体の簡略化された作成手段に対するニーズがある。本発明は、とりわけこのニーズを満たすものである。

本発明は、光部品や光電部品を固定するための基板として機能しながら、光部品を光ファイバ又は光平坦導波路に光結合するための構成可能な反射面を提供する光インタポーザを提供する。具体的には、本出願人は、ドライエッチングされたファセットを有する溝を構成するためにドライエッチング技法を使用することができることを認識している。ドライエッチングされたファセットは、光部品及びファイバ／平坦導波路を光結合するには従来の54.7°のウェットエッチングされたファセットよりもより適している。例えば、ファイバ／平坦導波路の光軸が光部品の光軸に対してほぼ直角である一実施形態において、45°ファセットが基板にドライエッチングされる。このファセットは、次に、反射面や光結合鏡として作用するよう反射材料でコーティングされる。

一実施形態において、反射面及びファイバ／平坦導波路の端面の間の空隙は、溝の終端部で反射ファセットとほぼ同じ角度を有する対応する相手ファセットでファイバ／平坦導波路の端面を構成することにより、減少する。このように、ファイバ／平坦導波路が光インタポーザ溝内に配置されると、基板及びファイバ／平坦導波路の端面のファセットは相互に機械的に接触する。追加の接触ファセット又は非接触ファセットは、光結合を改良するために、光インタポーザ光結合鏡及びファイバ／平坦導波路の端面に追加されてもよい。

一実施形態において、光インタポーザはまた、受動整列を容易にする構造を有する。例えば、上述したように、溝は、ファイバ／平坦導波路の端面を受容する１個以上のファセットを有する。この構成により、ファイバ／平坦導波路が溝内で前方に押圧されることができ、対応するファセットが接触する際に、ファイバ／平坦導波路は、光インタポーザ上で精確に位置決めされる。さらに、光インタポーザは、光部品をファイバ／平坦導波路の位置に対して平坦上面に位置決めするために、コンタクトパッド、可視マーカー又は突起等の基準を具備してもよい。

さらに別の実施形態において、光インタポーザは、副組立体をより高いレベルの光源／受信部品に接続するために、光部品及び関連する駆動／受信回路の間を電気的相互接続する。

上述したことを踏まえると、本発明の一側面は、ファイバ／平坦導波路を光部品に光結合するために構成可能な反射面を具備する光インタポーザである。一実施形態において、光インタポーザは、（ａ）平坦上面を有する基板、（ｂ）平坦上面に画定され、基板の一縁から終端部まで延びる少なくとも１個の溝であって、両側壁と、終端部に両側壁に直交する第１ファセットとを有し、第１ファセットが平坦上面に対して約45°の第１角度を有する溝、及び（ｃ）第１ファセット上の反射コーティングを具備する。

本発明の別の側面は、光部品と一体の光インタポーザと、ファイバ／平坦導波路等の光コンジットとを具備する副組立体である。一実施形態において、副組立体は、
（ａ）少なくとも（i）平坦上面を有する基板、（ii）平坦上面に画定され、基板の一縁から終端部まで延びる少なくとも１個の溝であって、両側壁と、終端部に両側壁に直交する第１ファセットとを有し、第１ファセットが平坦上面に対して約45°の第１角度を有する溝、及び（iii）第１ファセット上の反射コーティングを具備する光インタポーザと、
（ｂ）光軸及び端面を有し、溝内に配置された光ファイバ／平坦導波路と、
（ｃ）平坦上面に直交する光軸を有する光部品と
を具備し、
光デバイスが終端部で平坦上面上に配置され、その結果、光軸が第１ファセット上に精確に配置され、光部品が光ファイバ／平坦導波路のコアと高効率で光結合する。一実施形態において、光ファイバ／平坦導波路は、光軸に対してほぼ同じ第１角度を有する第１嵌合ファセットを有し、その結果、第１嵌合ファセット及び第１ファセットは、互いに物理的接触する。一実施形態において、光ファイバ／平坦導波路の端面は、終端部で別のファセットに当接し、光ファイバ／平坦導波路の軸方向の位置を位置決めする。

本発明のＵ溝を有する基板の概略図である。 本発明のＵ溝の終端部のイメージを示す断面図である。 光電デバイス及び関連する電気回路を受容する多数の段状Ｖ溝及びコンタクトパッドパターンを示す、本発明の一実施形態の図である。 光電デバイスと、光ファイバ／平坦導波路のアレーに接続された関連する電気回路を示す完成後の光電光インタポーザを示す図である。 本発明の光インタポーザに着座するために突出した端面を有するファイバの側面図である。 ファイバが各溝に配置された状態の図１の光インタポーザを示す図である。 平坦導波路が溝内に配置された状態の図４の光インタポーザの断面図である。 終端部が追加のファセットを有する溝に沿った光インタポーザの断面を示す図である。 突出していないファイバが内部に配置された、図８の光インタポーザの基板を示す図である。 突出していないファイバが内部に配置された、図８の光インタポーザの基板を示す図である。 溝が図８の追加のファセットと同様な追加のファセットを有する、本発明の光インタポーザの別の実施形態を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を例示により説明する。

図１を参照すると、本発明の光インタポーザ１００の一実施形態が示される。光インタポーザ１００は基板１０１を具備し、基板１０１は、平坦上面１０２と、この平坦上面１０２に画定され、基板１０１の一縁１０６から終端部１０７まで延びる少なくとも１個の溝１０３とを有する。溝１０３は、両側壁１０４と、これら両側壁１０４にほぼ直交する、終端部の第１ファセット１０５とを有する。第１ファセット１０５は、平坦上面１０２に対して第１角度αで構成される。反射コーティング（図示せず）は第１ファセット１０５に配置される。これらの要素及び別の実施形態の各々は、以下に詳細に説明される。

光インタポーザ１００の主機能は、光コンジット、光部品及び支持電気回路を支持及び固定するために基板すなわち基幹を提供することである。本明細書で用いられているように、光コンジットは、所定の向きでの光信号の伝播を容易にする任意の公知媒体を指す。一般的な光コンジットには、例えば光ファイバ及び平坦導波路が含まれる。光コンジットを支持するために、基板は、溝を画定するようエッチング加工又は機械加工することができ、熱的に安定して典型的には半田リフロー用途での温度まで加熱されることに適する硬質基板を具備する。適当な材料の例には、結晶の形態、高分子材料、ガラス、セラミック（すなわち、金属又は半金属の酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物及びそれらの組み合わせ）、水晶及び金属を有する基本材料が含まれる。

各溝１０３内には、光ファイバ／平坦導波路が配置される。例えば、図６を参照すると、光インタポーザ６００は、基板６０２の上面に画定された複数の溝６０１を有して示される。ファイバ６０３は、その端面６０６が溝６０１の終端部の第１ファセット６０５と物理的接触するように各溝６０１内に配置される。（また、以下に説明するように、光部品と電気接続し整列するためのコンタクトパッド６０４が図６に示される。）図５を参照すると、光ファイバ５００は、光軸５０１、コア５０２、及び光軸５０１に対してほぼ第１角度αの少なくとも第１嵌合ファセット５０４を有する端面５０３を有する。その結果、第１嵌合ファセット５０４及び終端部の第１ファセットは、ファイバが図６に示されるように溝に配置される際に、互いに物理的接触する。

一実施形態において、溝の互いに平行な側壁は、ファイバを所定位置に保持する。（単一のファイバ用途が図示され説明されているが、本発明は単一のファイバ用途に限定されず、ファイバアレー及びリボンファイバや、平坦導波路アレーやリボンにも同様に適用可能である。）両側壁は、従来のＶ溝の両壁となるか、或いはＵ溝の大部分を形成するように平坦上面に直交してもよい。上述したように、Ｖ溝を形成するためにウェットエッチングが用いられるが、任意の側壁構成を形成するために以下に説明するドライエッチングを用いることができる。というのは、エッチング工程は、基板の結晶構造に依存しないからである。

一実施形態において、両側壁は、被覆が剥がされたファイバを固定するよう構成される。例えば、図３を参照すると、光インタポーザ３００は段状Ｖ溝３０３を有して示される。図１の光インタポーザ１００と同様に、光インタポーザ３００は基板３０１を具備し、基板３０１は、平坦上面３０２と、平坦上面３０２に画定された複数の段状溝３０３とを有する。各溝は、両側壁３０４と、両側壁３０４に直交する終端部３０７とを具備する。終端部３０７は、上述したように第１ファセット３０５を具備する。しかし、図１の実施形態とは異なり、溝は、段状に形成されると共に幅広部３０９及び幅狭部３０８を有するＶ溝３０３である。幅広部３０９はファイバ及びそのバッファコーティングの双方を受容するよう構成されるのに対し、幅狭部３０８は裸のファイバのみを受容するよう構成される。当業界で公知であるように、バッファコーティングは、「裸ファイバ」と称されるコア及びクラッドを残してファイバから剥ぐことができる。

ファイバは、様々な公知の方法で溝に固定される。例えば、ファイバは、金属化され、所定位置に半田付け又は接着剤付けされる。一実施形態において、ファイバ／平坦導波路を溝内に固定するために、紫外線硬化型の光透過接着剤が用いられる。光部品、溝の終端部及びファイバ／平坦導波路の端面間のいかなる間隙も光透過接着剤で充填されるので、このようなアプローチはフレネル損失を低減するのに好適である。

光部品は、ファイバ／平坦導波路に光結合される任意の公知部品であってもよい。光部品は、例えば（ａ）光エネルギーを他の形態に変換せず、且つ状態を変えない受動部品（例えば、ファイバ、レンズ、追加／脱落フィルタ、アレー導波路回折格子（ＡＷＧ）、ＧＲＩＮレンズ、スプリッタ／カプラ、平坦導波路又は減衰器）、（ｂ）光エネルギー及び電気エネルギー間で変換する能動デバイス（例えば、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、二重溝平坦埋め込みヘテロ構造（ＤＣ−ＰＢＨ）、埋め込み三日月（ＢＣ）、分布帰還（ＤＦＢ）、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）等のレーザ）、面発光ＬＥＤ（ＳＬＥＤ）、縁発光ＬＥＤ（ＥＬＥＤ）、高輝度ダイオード（ＳＬＤ）発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＰＩＮダイオード及びアバランシェダイオード（ＡＰＤ）等のフォトダイオード、又は（ｃ）光エネルギーを他の形態に変換しないが、制御信号に応答して状態を変更するハイブリッドデバイス（例えば、スイッチ、変調器、減衰器及び同調フィルタ）であってもよい。光部品は、単一の個別デバイスであってもよいし、デバイスのアレーとして組立又は一体化されてもよいことを理解されたい。

光部品は少なくとも１本の光軸を有し、この光軸に沿って、光が光部品に又は光部品から伝搬する。光部品はファイバ／平坦導波路上に配置され、光インタポーザ内に画定された反射面により光結合されるので、一般的には必ずしも必要ではないが、光軸は、平坦面にほぼ直交する。光部品は単一の光軸に限定されないことを理解されたい。例えば、図４に示される実施形態において、光部品は、光部品が複数の光軸を有する面発光レーザアレー又はＰＩＮアレーのいずれかである。

一実施形態において、光インタポーザは、ファイバ／平坦導波路及び光部品を支持するばかりでなく、それらを高効率で光結合するよう機能する。この目的のために、本発明の重要な特徴は、光部品及びファイバ／平坦導波路の間の光結合を容易にするよう特に構成された第１ファセット１０５を有する溝１０３である。本出願人は、溝の終端を特に構成して最適な第１角度αを提供するために、ドライエッチングが使用可能であることを認識している。ドライエッチングとは、露出面から材料の一部を除去するイオン照射（通常、フッ化炭素、酸素、塩素、三塩化ホウ素等の反応ガスのプラズマであり、時には窒素、アルゴン、ヘリウム及び他のガスを追加）に材料をさらすことにより、典型的にはマスクされたパターンを用いて材料を除去することを指す。典型的なウェットエッチングとは異なり、ドライエッチングは、指向性又は異方性をもってエッチングするので、基板の結晶構造に依存しない。

ドライエッチングは、（上述したように、一般的に54.7°の壁の傾斜を有するＶ溝となる従来のシリコンのウェットエッチングとは異なり）基板下層の結晶構造により限定されない、すなわち制御されないので、幅広い範囲の基板材料で任意の所望の角度の壁の傾斜を作るのに用いることができる。従って、一実施形態において、第１ファセット１０５は、最適角度で構成され、光部品及びファイバ／平坦導波路のコアの間の効率的な光結合という結果となる。一般的に、必ずしも必要ではないが、この角度は、ファイバ／平坦導波路の光軸が光部品の光軸に対して直角である場合、約45°の角度になるであろう。

少なくとも第１ファセットは、反射するものとして取り扱われる。例えば、当業界で公知であるように、第１ファセットは金属又は他の反射材料でコーティングしてもよい。適当な反射材料には、例えば金、銀、アルミニウム及び誘電体が含まれる。これらの材料は、蒸発、スパッタリング及び蒸着を含む公知の技法を用いてファセットに付着される。

追加のファセットを溝に追加し、光結合や受動整列を改良してもよい。例えば、図２を参照すると、Ｕ溝断面のイメージが示される。基板２０１は、平坦上面２０４に対してほぼ45°の第１ファセット２０２を有する終端部を画定する。このイメージはまた、平坦上面に対してより急峻な（すなわち大きな）角度の第２ファセット２０３を示す。必要という訳ではないが、第２ファセット２０３は、溝にファイバ／平坦導波路の配置強化を提供するためにある環境下で好適である。具体的には、第２ファセット２０３の角度は第１ファセット２０２の角度より大きいので、第２ファセット及びファイバ／平坦導波路の対応する相手ファセット間の上方への楔力を低減することにより、第１ファセットよりも効率的にファイバ／平坦導波路の軸の前方移動を防止する機械的停止部として作用する傾向がある。

光結合をさらに強化するために、溝の終端部に他のファセットを追加してもよい。例えば、ファイバ端面の反射ファセットに関して米国特許出願第１２／５１０９５４号に記載されているように、第１ファセットから徐々に（例えば５°の増加量で）離れるファセットは、分岐光の焦点を合わせることにより、光結合を強化する傾向がある。本開示を考慮すると、依然として他の実施形態の溝及び終端部ファセットも可能である。

図８を参照すると、別の実施形態の光インタポーザ８００が示される。ここで、Ｕ溝８０２は、複数の傾斜面により画定される終端部と共に基板８０１に画定される。本実施形態において、終端部は、Ｕ溝の前の基板にエッチングされる。本実施形態の終端部が正方形にマスクされ、次に、４側面が正方形の各辺からエッチングされる（図９における上面参照）。各側面は、基板８０１の上面に対して45°の角度でエッチングされる。これらの側面のうち一側面は、図示されるように第１ファセット８０３である。終端部がエッチングされた後、Ｕ溝がエッチングされる。本実施形態において、第２ファセット８０４が画定されるように、Ｕ溝は終端部より深い。

図８の実施形態において終端部を画定するために正方形が使用されているが、五角形以上の多角形を含む他の形状も可能であることを理解されたい。多数の辺を有する多角形、特に第１ファセット付近又は第１ファセットに隣接する辺の集中は、上述したように光の焦点を合わせる追加のファセットを設けるのに望ましい。すなわち、第１ファセットから徐々に離れる角度のファセットは、光の焦点を有効に合わせることにより光結合を改良する傾向がある。

図１１を参照すると、図１に示されるＵ溝とは別の実施形態が示される。具体的には、図１１に示される光インタポーザ１１００はＵ溝１１０２を具備し、Ｕ溝１１０２は、上述した前の実施形態に開示されたように第１ファセット１１０３が上面１１０４に対して45°である終端部１１０２を有する。しかし、図８の実施形態のように、本実施形態は、図８に示された第２ファセットに関して説明したように、溝１１０２内での軸方向の位置や整列を強化するファイバ／平坦導波路用の停止部として使用可能な第２ファセット１１０５を画定する。

光結合の有効性を強化するために、或る用途では、光部品、溝のファセット及びファイバ／平坦導波路の端面間の空隙を減少させると好適である。従って、一実施形態において、ファイバ／平坦導波路の端面は、溝の終端部の輪郭と同じ輪郭を有するよう構成される。この目的のために、ファイバ／平坦導波路の端面は、ファイバ／平坦導波路が溝内に配置されて溝の終端部に押圧される際に、第１ファセットに接触するよう構成された少なくとも第１嵌合ファセットを有する。具体的には、図５に本発明のファイバの断面の概略が示される。ファイバ５００は、光軸５０１及びコア５０２を具備する。第１嵌合ファセット５０３は、ファイバの端面に画定される。第１嵌合ファセット５０３の少なくとも一部は、ファイバのコア５０２により画定される。

上述したように、或る用途では、追加の光性能や受動整列のためにファイバの端面をさらに突出させる（profile）ことが望ましい。例えば、ファイバ５００は、第１嵌合ファセット５０３の角度より大きな角度を有する第２嵌合ファセット５０４を具備する。このような構成は、ファイバを受動的に位置決めするために好ましい。というのは、溝の終端部へのファイバの前方移動は、溝の第２ファセット及びファイバの第２嵌合ファセット５０４間の楔作用のため、上方への力が小さくなるという傾向があるからである。さらに、第１嵌合ファセットより角度が大きい第３嵌合ファセット５０５で光端面をさらに強化することが好ましい。また、光結合を強化するために、第１嵌合ファセットの各側面上でファイバ端面に側面ファセットを追加してもよい。（例えば、米国特許出願第１２／５１０９５４号参照。）一実施形態において、ファイバ端面が複数のファセットを有する程度まで、ファイバの端面が最小限の空隙で溝の終端部に受容されるように、溝の終端部は対応するファセットを有する形状である。

ファイバ／平坦導波路の第１嵌合ファセット及び終端部のファセット間の物理的接触が望ましいが、必要ではなく、或る用途では製造を容易にするために空間があることが望ましい。例えば、図９及び図１０には本発明の光インタポーザの別の一実施形態が示される。具体的には、本実施形態の光インタポーザ９００は、端面９０２が突出しないファイバを具備する。より具体的には、図１０を参照すると、突出しないファイバ端面９０２が第２ファセット８０４に当接して光インタポーザ９００内でファイバを軸方向に整列させるように、ファイバ９０１が溝８０２内に配置される（光インタポーザ９００は、図８に開示されたものと同じ基板及び溝を有することに留意されたい）。このようにして、ファイバ９０１のコアは、第１ファセット８０３を介して終端部（簡単にするため不図示）上に配置された光部品に光結合される。上述したように、第１ファセット８０３は金属面でコーティングされる。本実施形態は、図５に開示された突出したファイバを凌駕する或る利点を提供する。特に、光軸に対して法線方向の端面は、比較的製造が容易であり、標準的な機械切断（cleaving）技法又はレーザ切断技法を用いて処理することができる。

突出しないファイバ端面９０２による改良された製造可能性及び第２ファセット８０４がファイバ端面９０２に当接することによる良好な軸方向の整列に加えて、図９及び図１０の実施形態は、ファイバコア９０３及び第１ファセット８０３間の比較的短い光路の利点をも有する。というのは、第１ファセットの下部は、溝８０２により先端が除去されているからである。すなわち、第１ファセット８０３の下部をエッチングで除去することにより、ファイバのコアが反射面に接近することができ、光の分散を低減することで光結合を改善させる。従って、図８、図９及び図１０に示される溝及び終端部の構成は、溝内にファイバの軸方向の位置決めのために第２ファセットを作るばかりでなく、第１ファセットを短くしてファイバのコアを反射面に接近させることができる。

にもかかわらず、突出しない端面９０２及び第１ファセット８０３間に空隙があるので、光性能は依然としてある程度まで具備されることを理解されたい。しかし、この空隙は、ファイバ９０１と溝８０２の終端部上に配置された光部品（図示せず）との間の光結合を向上又は強化するために、光透過型のジェル／接着剤又は同様の物質で充填されてもよい。

本発明の光インタポーザはまた、ファイバ／平坦導波路及び光部品を受動整列するための構造を具備する。光組立体の製造、特により高レベルの統合を提供するシステムに関連する主な技術的課題の一つは、部品の光整列である。これは、能動デバイス（例えば半導体レーザ）、受動デバイス（例えばフィルタ）や、ＭＯＥＭＳ（マイクロ光電機械システム）（例えば、同調フィルタ及びスイッチ）等の個別光部品が精確な誤差で、典型的にはサブテンミクロンからサブミクロンの範囲に至るまで、共通の実装システム上に統合される空き領域相互接続光システムにおいて特に適用可能である。

一般的に、光部品の整列には２通りの整列方法、すなわち能動整列及び受動整列がある。受動整列では、光部品と、光部品が実装されるプラットフォームとに、位置決め構造すなわち整列構造が直接作製されるのが代表的である。次に、光部品は、整列構造を用いてプラットフォームに配置され、所定位置に取り付けられる。能動整列では、光部品はプラットフォームに載置されるが、プラットフォームに取り付けられる前に光信号が光部品を通って伝送されながら、最適な光性能となるよう操作される。最適な性能が一旦達成されると、光部品がプラットフォームに取り付けられる。能動整列は受動整列よりも精確になる傾向があるが、受動整列は、高速で大量の自動生産を容易にするので、好ましい。しかし、特に例外的に良好な整列が必要な場合は、受動整列を用いて３軸を光整列することは過度に困難になる傾向がある。にもかかわらず、２軸又は１軸に沿って容認できる整列を得るよう受動整列が用いられる結果、残りの軸又は微調整のためのみに能動整列が必要となる場合は、製造時間及びコストの著しい低減が実現可能である。

本発明の光インタポーザは、ファイバ／平坦導波路や光部品の受動整列を容易にする多数の特徴を有する。例えば、既に上述したように、光インタポーザ内でファイバ／平坦導波路の受動整列を容易にするために、溝の終端部は、ファイバ／平坦導波路の端面を受容するよう突出する。これにより、端部が溝の終端部に当接するまで、ファイバ／平坦導波路を光インタポーザ内へ押圧することができる。終端部はファイバ／平坦導波路の端面を受容するよう突出しているので、ファイバ／平坦導波路の端面は、１個以上の嵌合ファセットに沿って終端部に着座することにより、精確な位置決めが確保される。この整列をさらに強化するために、一実施形態において、終端部の少なくとも第２ファセットは、平坦上面に対して比較的急峻な角度を有し、溝の終端部内に前方へ押圧されるとファイバ／平坦導波路上の上方への楔力を減少させる。この目的のために、第２ファセットは、図２に示されるように45°より大きい。溝の第１嵌合ファセットに対する第１ファセットの楔作用により生ずるファイバ／平坦導波路の上方への移動を制限する別のやり方は、溝の終端部の直ぐ上に第１光部品を配置し、この結果、ファイバ／平坦導波路の上面及び光部品の下面間のクリアランスがきつくなり、これにより上方への移動量を制限し、溝内でのファイバ／平坦導波路の軸方向を移動を制限することである。

一実施形態において、光インタポーザはまた、各光軸が溝の各第１ファセットと整列するように、光部品の受動整列を容易にする基準を有する。基準は、光部品の受動整列のために設けられるいかなる構造又はマーキングであってもよい。様々な基準が使用可能である。一実施形態において、リフロー作業の間、光部品を受動整列する接触パッドのパターンが用いられる。具体的には、光部品はその下面に或るパターンのコンタクトパッドを具備し、光インタポーザはその平坦上面に同じパターンを有する。次に、光部品は、公知の吸着技法を用いて粗い整列でパッド上に載置される。そして、光インタポーザ及び光部品間の整列は、コンタクトパッドの表面張力により光部品のパターンが光インタポーザのパターン上に整列するように組立体がリフローされる際に達成され、これにより、光インタポーザの溝に対して光部品を精確に位置決めする。このような機構は周知であり、例えば米国特許第７５１１２５８号明細書に開示されている。

別の実施形態において、コンタクトパッドではなく、又はコンタクトパッドに加えて、受動整列を容易にするために光インタポーザ上の他の基準が用いられる。例えば、基準は、平坦面から突出する物理的構造であってもよい。これらの物理的構造は、光インタポーザ上に正しく配置されるよう光部品の縁が接触する位置決め面を提供する。或いは、基準は、例えばサス・マイクロテック・マシン（米国特許第７５１１２５８号明細書参照）等の市販の超高精度ダイボンディング装置を用いて光インタポーザ上への光部品の可視整列を可能にするマーキングであってもよい。

さらに、基準及びコンタクトパッドの組み合わせを用いてもよい。例えば、パッドは、光インタポーザの***した基準と接触した状態の光部品を引っ張ることに用いてもよい。本開示を考慮すると、当業者には依然として他の整列技法も明白である。

光インタポーザはまた、光部品を支持するための必要な相互接続を提供する（電気又は光）回路を有してもよい。例えば、図４及び図７を参照すると、基板４０１を具備する光インタポーザ４００が図示される。基板４０１は、平坦上面４０２及び一連の溝４０３を有する。本例の場合ＶＣＳＥＬ又はＰＩＮフォトダイオードのアレーである光部品４２０は、溝の終端部上に配置されると共にパッド３１０（図３参照）と整列し、ファイバ４０４と光結合する。光部品４２０に必要な集積回路４３０は、光部品４２０近傍に配置されると共にパッド３１１（図３参照）と整列する。パッド３１０，３１１は電気トレース（簡単にするため不図示）と相互接続される。加えて、他のトレース（簡単にするため不図示）は、集積回路４３０を光インタポーザ４００の周辺に沿ってスルー基板４０１のバイア４４０に電気接続する。バイアは、コンタクトパッド７０１を介してより高度の可撓性回路又は印刷回路基板７０２で光インタポーザと電気接続する。これは公知の技法である。

従って、本発明の光インタポーザは、光部品をファイバ／平坦導波路に光結合するための１個以上の構造、ファイバ／平坦導波路や光部品を受動整列するための構造、及び光部品を必要な回路に相互接続する共により高度の可撓性回路又は印刷回路基板に光インタポーザを接続するための電気／光相互接続部を有する。

本発明の光インタポーザはまた、それ自体を経済的で反復可能に製造することに役立つ。特に、全てとは言えないにしても殆どの重要な整列関係が、ウエハの規模で、１回から２−３回のフォトリソグラフィ工程で画定される。具体的には、ファイバ／平坦導波路を保持するための溝及び光部品を電気接続すると共に光部品を受動整列するためのコンタクトパッドの配置は、単一のマスキング工程で画定される。さらに、一実施形態において、様々な部品のうち光／電気相互接続部は、単一のマスキング工程で画定される。例えば、光部品用のパッド及び電気ドライバ回路用のパッドを相互接続する様々なトレース、並びにドライバ回路及びスルー基板のバイア間のトレースは、単一のマスキング工程で画定される。一実施形態において、光インタポーザの縁でさえも同じ単一のマスキング工程で画定される。単一のマスキング工程で画定される。換言すると、図３に示される光インタポーザの各縁３２０は、ウエハにエッチングされた溝の半分である。このウエハは、精確に制御された縁を有する光インタポーザを形成するために、各溝の下面で簡単に分けられる。このようにして、光インタポーザの縁３２０から溝３０３等の重要構造までの距離は、多くは単一工程で精確に制御されることにより、累積誤差をなくし、精確に制御された縁を用いることで光インタポーザを有する組立体の製造を簡単にする。

エッチングはまた、ウエハ規模で実行してもよい。一実施形態において、溝、終端部ファセット、及び光インタポーザの縁は全て、ウエハ規模で画定されエッチングされる。更なる経済性は、同じフォトリソグラフィ手順でこれらの構造をエッチングすることにより、実現可能である。単一のエッチング工程が用いられるが、或る実施形態では、２以上のエッチング工程が利便性を有する。すなわち、光インタポーザのファセットは所望の傾斜を達成するためにドライエッチングを必要とする。しかし、光インタポーザの両側壁及び溝の縁を、ウェットエッチング技法又はドライエッチング技法を用いてエッチングしてもよい。従って、ドライエッチングがウェットエッチングほど経済的でない場合（例えば、時間やコストがかかる場合）、ドライエッチングを用いて終端部ファセットを、ウェットエッチングを用いて光インタポーザ及び溝の両側壁／縁をそれぞれエッチングすると好適である。

本発明の光インタポーザ組立体が、低コストで簡単な製造や、有効に光結合できる互いに嵌合する部品のタイプに対する強化された汎用性等の、従来の電光モジュール構成を凌駕する重要な利点を提供することは、上述の説明から明白であろう。

１００ 光インタポーザ
１０１ 基板
１０２ 平坦上面
１０３ 溝
１０４ 側壁
１０５ 第１ファセット
１０６ 縁
１０７ 終端部
２０３ 第２ファセット
４２０ 光部品
５０１ 光軸
５０３ 端面
５０４ 第２嵌合ファセット
６０３ ファイバ（光コンジット）
１１０５ 第２ファセット
α 第１角度

Claims (10)

1. 平坦上面（１０２）を有する基板（１０１）と、
   前記平坦上面に画定され、前記基板の一縁（１０６）から終端部（１０７）まで延びる少なくとも１個の溝（１０３）であって、両側壁（１０４）と、前記終端部に前記両側壁に直交する第１ファセット（１０５）とを有し、該第１ファセットが前記平坦上面に対して約45°の第１角度（α）を有する溝と、
   前記第１ファセット上の反射コーティングと
   を具備することを特徴とする光インタポーザ。
2. 前記基板はガラス製であることを特徴とする請求項１記載の光インタポーザ。
3. 前記基板はシリコン製であることを特徴とする請求項１記載の光インタポーザ。
4. 前記溝は、前記第１角度とは異なる第２角度を有する第２ファセット（２０３，１１０５）を前記終端部に有することを特徴とする請求項１記載の光インタポーザ。
5. 前記溝は、前記両側壁に直交していない終端部端面ファセットを有することを特徴とする請求項１記載の光インタポーザ。
6. 前記第１ファセットに対して光部品を受動整列するための基準をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の光インタポーザ。
7. 前記基準は、前記終端部近傍に前記第１ファセットに対して精確に配置された第１パターンのコンタクトパッドからなることを特徴とする請求項６記載の光インタポーザ。
8. 前記光部品と接続するために集積回路を受容する第２パターンのコンタクトパッドと、前記第１パターン及び前記第２パターンのコンタクトパッドと接触する一連のトレースとをさらに具備することを特徴とする請求項７記載の光インタポーザ。
9. 平坦上面（１０２）を有する基板（１０１）、前記平坦上面に画定され、前記基板の一縁（１０６）から終端部（１０７）まで延びる少なくとも１個の溝（１０３）であって、両側壁（１０４）、及び前記終端部に前記両側壁に直交する第１ファセット（１０５）を有し、該第１ファセットが前記平坦上面に対して約45°の第１角度（α）を有する溝、並びに前記第１ファセット上の反射コーティングを少なくとも具備する光インタポーザ（１００）と、
   前記溝内に配置され、光軸（５０１）及び端面（５０３）を有し、少なくとも第１嵌合ファセットが前記光軸に対してほぼ前記第１角度を有し、その結果、前記第１嵌合ファセット及び前記第１ファセットが互いに接触する光コンジット（６０３）と、
   前記平坦上面に直交する光軸を有する光部品（４２０）と
   を具備し、
   光デバイスが前記終端部で前記平坦上面上に配置され、その結果、前記光軸が前記第１ファセット上に配置され、前記光部品が前記光コンジットのコアと光結合することを特徴とする副組立体。
10. 前記終端部は、前記平坦上面に対して前記第１角度とは異なる第２角度の第２ファセット（２０３）を具備し、
    前記端面が前記光軸に対してほぼ前記第２角度の第２嵌合ファセット（５０４）を具備し、その結果、前記第２嵌合ファセットが前記第２ファセットに接触することを特徴とする請求項９記載の副組立体。

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