JP3284771B2 - 光結合装置の光素子搭載部構造 - Google Patents

光結合装置の光素子搭載部構造

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JP3284771B2 JP19143394A JP19143394A JP3284771B2 JP 3284771 B2 JP3284771 B2 JP 3284771B2 JP 19143394 A JP19143394 A JP 19143394A JP 19143394 A JP19143394 A JP 19143394A JP 3284771 B2 JP3284771 B2 JP 3284771B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信装置等に用いら
れる光結合装置の光素子搭載部構造に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】光素子アレイと光ファイバアレイとを結
合したアレイモジュールは、多軸に亙る高精度な位置合
わせ技術が必要なため、調整、組立工程に多大な時間を
要している。一方、モジュールの低価格化、量産化のた
めには、光軸調整、組立工程の簡略化が必要である。そ
のため、部品の加工精度および実装精度の向上を図り、
無調整化の検討が進められている。
【0003】図7にこの一例を示し、,(A)は光結合
装置の斜視図,(B)は基板の平面図を各々示す。この
例は、同一のSi−V溝基板01上には、光素子搭載部
02と光ファイバ搭載部03とが設けられており、図示
していない高精度ダイボンディング装置により端面型の
発光素子アレイ04が光素子搭載部02にあらかじめ形
成されているAu−Sn共晶はんだパターン05上に位
置合わせし、固定したものである。一方、光ファイバ0
6は、光ファイバ搭載部03に設けたファイバ整列用V
溝07に整列、固定されている。
【0004】Si−V溝基板01上には、図7(B)の
ように、光素子アレイ04に導通するためのグランドと
なり、基板01の軸方向に突出する凸部08aを有する
疑似凸型Au導体パターン08(凸部08aの一部に開
口08bを有している)と、疑似凸型Au導体パターン
08の凸部に臨接するAu−Sn共晶はんだパターン0
5を薄膜技術により形成し、また光ファイバ整列用V溝
07をフォトリソ技術およびエッチッグによりサブμm
オーダの精度で形成している。該V溝07への光ファイ
バの整列、固定は、図示していない治具の使用により、
μm以下の精度で行うことができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】光軸の無調整化のため
には高精度の部品加工技術および実装技術が要求され、
特に光素子搭載部02への光素子アレイ04の高精度ダ
イボンディングが要求されている。市販の高精度ボンデ
ィング装置を用いると、光素子搭載部02のはんだパタ
ーン05に対して、1μm以下の精度で位置合わせする
ことができる。この場合、はんだが溶融した状態で光素
子アレイ04を位置合わせすると、光素子アレイ04を
吸着するピンセットと加熱ステージとの熱膨張率差のた
めに、精度良く位置合わせすることは困難である。
【0006】従って、室温状態で光素子アレイ04をは
んだパターン05へ高精度位置合わせした後にはんだを
溶融させると、溶融したはんだが光素子を導通するため
のグランドとなる疑似凸型導体パターン08に流れ広が
るため、位置合わせした光素子もそれに追従して下記
「表1」のように、10μm以上の位置ずれを生じると
いう問題があった。
【0007】
【表1】
【0008】また、導体パターン08にはんだが流れ込
むため、図示していない後段の電気回路のグランド導体
および信号線とワイヤ09aおよび09bを用いてボン
ディングすることができなくなる恐れもあった。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の構成は、 光素子搭載部と光ファイバ搭載部とを
同一基板上に配置した光結合装置の光素子搭載部におい
て、上記光素子搭載部の上面に設けられ光ファイバ搭載
部側へ突出し光素子の搭載面と同一寸法の凸部及び該凸
部と一の接合辺で隣接するパターン本体からなる凸型導
体パターンと、該凸型導体パターンの凸部上面に光素子
の搭載面と同一寸法のはんだパターンと、上記凸部とパ
ターン本体との隣接面に沿って少なくとも接合辺以上の
長さに亙って設けられ、はんだの流れを防止する帯状の
はんだ流れ防止膜とからなると共に、上記はんだパター
ンに光素子が搭載した際、光ファイバ搭載部に固定した
光ファイバの光軸と該光素子の光軸とが一致するよう
に、上記凸型導体パターンの凸部が形成されていること
を特徴とし、 また、上記光結合装置の光素子搭載部
構造において、上記はんだ流れ防止膜を白金(Pt)膜
とするようにしてもよい。
【0010】すなわち本発明では、凸型のAu系導体パ
ターンの凸部の上面に該凸部の寸法と同一の例えばAu
/Su共晶はんだパターンを形成するとともに、該はん
だパターンの1辺と接するように、凸型Au系導体パタ
ーン上にAu−Sn共晶はんだとヌレ性の悪い例えば白
金(Pt)等から成る「はんだ流れ防止膜」を形成す
ととしたものである。
【0011】
【作用】はんだ材質に対してヌレ性の悪い材料を用いて
はんだ流れ防止膜を形成することにより、導体パターン
上で溶融はんだがはんだパターン以上に広がるのを防ぐ
ことができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の好適な一実施例を説明する。
【0013】(実施例1)以下、本発明の第一の実施例
を図1〜図3により説明する。図1は光結合装置を、図
2(A)は光結合装置に用いる基板の平面図、(B)は
そのII−II線断面図を、図3は光素子搭載部構造の
概略を示す。これらの図面において、符号11は基板、
12は光素子搭載部、13は光ファイバ搭載部、14は
光素子である端面型発光素子アレイ、15はAu−Sn
共晶はんだパターン、16は光ファイバ、17は光ファ
イバ整列用V溝、18は凸型導体パターン、19a,1
9bはワイヤ、20は酸化膜及び21ははんだ流れ防止
膜を各々図示する。すなわち、本実施例では、光素子搭
載部12と光ファイバ搭載部13とを同一基板11上に
配置した光結合装置の光素子搭載部において、上記光素
子搭載部12の上面に設けられ光ファイバ搭載部13側
へ突出し光素子アレイ14の搭載面と同一寸法の第一の
導体である凸部18a及び該凸部18aと一の接合辺で
隣接する第二の導体であるパターン本体18bからなる
凸型導体パターン18と、該凸型導体パターン18の凸
部18aの上面に光素子アレイ14の搭載面と同一寸法
の第三の導体であるAu−Sn共晶はんだパターン(以
下「はんだパターン」という)15と、上記凸部18a
とパターン本体18bとの隣接面に沿って少なくとも接
合辺以上の長さに亙って設けられ、はんだパターン15
からのはんだの流れを防止する第四の導体である帯状の
はんだ流れ防止膜21とからなると共に、上記はんだパ
ターン15に光素子アレイ14が搭載した際、光ファイ
バ搭載部13に固定した光ファイバ16の光軸と該光素
子アレイ14の光軸とが一致するように、上記凸型導体
パターン18の凸部18aが形成されているものであ
る。
【0014】ここで、本実施例では、基板11は、例え
ば幅3mm×長さ10mm×厚さ400μmのSi(1
00)基板を用い、フォトリソ技術、異方性エッチング
により、μmオーダ以下の精度で幅178μm、深さ1
27μm、ピッチ250μmのV溝17を4本形成し
た。さらに、基板11の表面の一部に形成した酸化膜2
0上には、図2(B)に示すように、Auの厚みが1μ
m以上となるようにAu/Cr膜を蒸着・エッチングし
て光素子アレイ14のグランドとなる凸型の導体パター
ン18を形成し、凸型導体パターン18の第一の導体パ
ターンである凸部18aの上面に第三の導体となる3μ
m厚のAu/Sn(80/20)共晶はんだパターン1
5を、また第三の導体に接するように導体パターン18
の第二の導体パターンであるパターン本体18b上に、
第四の導体として0.2μm厚以上のPtはんだ流れ防
止膜21を、それぞれ蒸着・エッチングにより形成し
た。
【0015】第三の導体となるはんだパターン15は、
光素子アレイ14の搭載面と等しい寸法とし、また第三
の導体となるはんだパターン15の位置は光素子アレイ
14が搭載された時に、V溝17に固定した光ファイバ
16の光軸と光素子アレイ14の光軸とが一致するよう
に設定した。
【0016】さらに、図7に示す従来例で説明した高精
度ダイボンディング装置を用いて、エアピンセットに吸
着した光素子アレイ14を基板11上の第三の導体とな
るはんだパターン15に位置合わせした後、はんだを3
00℃以上に加熱、溶融し、不活性雰囲気中で光素子ア
レイ14を固定した。
【0017】この結果、ダイボンディングによる光素子
アレイ14の位置ずれは、「表2」に示すように、ほぼ
1μm以下となり、第四の導体パターンとなるはんだ流
れ防止膜21を使用していない、従来の図7(b)に示
した基板上への光素子アレイボンディングを行う場合に
比べて、位置ずれを1/10以下に抑制することができ
た。
【0018】
【表2】
【0019】さらに、V溝17に図示していない治具を
用いて光ファイバ16を整列・固定し、最後に光素子ア
レイ14と図示していない後段の電気回路のグランド面
とワイヤ19aで、また信号線とワイヤ19bで接続す
ることにより、本光素子搭載部を持つ光結合装置を完成
することができる。
【0020】(参考例) 次に、本発明の参考例を図4〜図6を用いて説明する。
図中、図4は光結合装置を、図5(A)は光結合装置に
用いる基板の平面図、(B)はそのV−V線断面図を、
図6は光素子搭載部構造の概略を示す。これらの図面
中、符号31は第五の導体から成る導体パターン、32
は第六の導体となるはんだパターン、33は開口33a
を有する第七の導体となるロ型はんだ流れ防止膜を各々
図示し、実施例1と同一のものには同符号を付してい
る。すなわち、本例では、光素子搭載部12と光ファイ
バ搭載部13とを同一基板11上に配置した光結合装置
の光素子搭載部において、上記基板11の光素子搭載部
12の上面に設けられ光素子アレイ14の搭載面より大
きい面積を有する第五の導体からなる導体パターン31
と、該導体パターン31の上面に設けられ光素子アレイ
14の搭載面と同一寸法の第六の導体からなるはんだパ
ターン32と、該はんだパターン32を取り囲む開口部
33aを有し、上記導体パターン31上に設けられはん
だパターン32からのはんだの流れを防止するロ型のは
んだ流れ防止膜33とからなると共に、上記はんだパタ
ーン32に光素子アレイ14が搭載した際、光ファイバ
搭載部13に固定した光ファイバ16の光軸と該光素子
アレイ14の光軸とが一致するように、上記はんだパタ
ーン32が形成されているものである。
【0021】ここで、本例では、基板11は、例えば幅
3mm×長さ10mm×厚さ400μmのSi(10
0)基板を用い、フォトリソ技術、異方性エッチングに
より、μmオーダ以下の精度で幅178μm、深さ12
7μm、ピッチ250μmのV溝17を4本形成した。
【0022】さらに、基板11の表面の一部に形成した
酸化膜20上にAu厚が1μmになるようにAu/Cr
膜を蒸着・エッチングして光素子アレイ14のグランド
となる長方形の導体パターン31を形成し、さらに導体
パターン31上に3μm厚のAu/Sn(80/20)
共晶はんだパターン32と、はんだパターン32の外周
にその内側各辺が接するように0.2μm厚のPtはんだ
流れ防止膜33を、それぞれ蒸着・エッチングにより形
成した。はんだパターン32は、光素子アレイ14の搭
載面と等しい寸法とした。
【0023】本例の基板11を用いて上述第1の実施例
と同様の方法により、光素子アレイ14をダイボンディ
ングしても、上述第1の実施例と同様に位置ずれはほぼ
1μm以下となり、はんだ流れ防止膜33を使用してい
ない図7(b)に示した従来の基板上への光素子アレイ
ボンディングの場合に比べて、位置ずれを1/10以下
に抑制することができる。
【0024】さらに、V溝17に図示していない治具を
用いて光ファイバ16を整列・固定し、最後に光素子ア
レイ14と図示していない後段の電気回路のグランド面
とワイヤ19aで、また信号線とワイヤ19bで接続す
ることにより、本光素子搭載部を持つ光結合装置を完成
することができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、光素
子への導通に必要な導体パターン上に設けた光素子搭載
用はんだパターンの1辺が、はんだ材質とぬれ性の悪い
材質から成るはんだ流れ防止膜に接する構造とすること
によって、光素子のダイボンディング時に溶融したはん
だがはんだパターン外の導体パターンに流れ込むのを防
ぐことができる。従って、はんだの流れ込みに伴う光素
子の位置ずれ固定の問題を解決することができ、光素子
アレイと光ファイバとの高効率な光結合装置を提供でき
るという効果を奏する。さらに、はんだパターン外の導
体パターンがはんだで覆われる虞れがなくなるため、別
の基板に形成された電気回路とワイヤボンディングによ
り電気的に接続することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に係る光結合装置の光素子搭載部の概
略図である。
【図2】実施例1に係る光結合装置に用いる基板の概略
図である。
【図3】実施例1に係る光素子搭載部構造の概略図であ
る。
【図4】参考例に係る光結合装置の光素子搭載部の概略
図である。
【図5】参考例に係る光結合装置に用いる基板の概略図
である。
【図6】参考例に係る光素子搭載部構造の概略図であ
る。
【図7】従来技術の概略図。
【符号の説明】
11 基板 12 光素子搭載部 13 光ファイバ搭載部 14 光素子アレイ 15 Au−Sn共晶はんだパターン(第三の導体パタ
ーン) 16 光ファイバ 17 V溝 18 凸型導体パターン 18a 凸部(第一の導体パターン) 18b パターン本体(第二の導体パターン) 19a,19b ワイヤ 20 酸化膜 21 はんだ流れ防止膜(第四の導体パターン) 31 導体パターン(第五の導体パターン) 32 はんだパターン(第六の導体パターン) 33 はんだ流れ防止膜(第七の導体パターン)
フロントページの続き (72)発明者 冨室 久 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 入田 幸男 東京都武蔵野市御殿山一丁目1番3号 エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロ ジ 株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−29627(JP,A) 特開 平5−164947(JP,A) 特開 平5−203840(JP,A) 特開 平2−192202(JP,A) 特開 平6−125203(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/26 - 6/27 G02B 6/30 - 6/35 G02B 6/42 - 6/43 H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 H05K 1/00 - 3/46 H01P 11/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光素子搭載部と光ファイバ搭載部とを同
    一基板上に配置した光結合装置の光素子搭載部におい
    て、 上記光素子搭載部の上面に設けられ光ファイバ搭載部側
    へ突出し光素子の搭載面と同一寸法の凸部及び該凸部と
    一の接合辺で隣接するパターン本体からなる凸型導体パ
    ターンと、 該凸型導体パターンの凸部上面に光素子の搭載面と同一
    寸法のはんだパターンと、 上記凸部とパターン本体との隣接面に沿って少なくとも
    接合辺以上の長さに亙って設けられ、はんだの流れを防
    止する帯状のはんだ流れ防止膜とからなると共に、 上記はんだパターンに光素子が搭載した際、光ファイバ
    搭載部に固定した光ファイバの光軸と該光素子の光軸と
    が一致するように、上記凸型導体パターンの凸部が形成
    されていることを特徴とする光結合装置の光素子搭載部
    構造。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光結合装置の光素子搭載
    部構造において、 上記はんだ流れ防止膜が白金(Pt)膜であることを特
    徴とする光結合装置の光素子搭載部構造。
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