JPS6311788B2 - - Google Patents

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JPS6311788B2
JPS6311788B2 JP6267680A JP6267680A JPS6311788B2 JP S6311788 B2 JPS6311788 B2 JP S6311788B2 JP 6267680 A JP6267680 A JP 6267680A JP 6267680 A JP6267680 A JP 6267680A JP S6311788 B2 JPS6311788 B2 JP S6311788B2
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opto
optical
substrate
package
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JP6267680A
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Peeji Aarubo Niiru
Maaku Suteitsuto Robaato
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Texas Instruments Tucson Corp
Original Assignee
Burr Brown Corp
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Publication date
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Publication of JPS6311788B2 publication Critical patent/JPS6311788B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般にオプトデバイス及び該オプトデ
バイスへ光学的に結合する手段に係る。
特に本発明はオプトデバイスの薄型パツケージ
及びそれに関連したオプチカルカプラに係る。
更に本発明はプレーナ基体に係り、このプレー
ナ基体はモジユールパツケージにおいてこれに一
般的にプレーナマウントされたオプトデバイスを
有し、上記プレーナ基体と本質的に平行な線に沿
つてオプチカル光フアイバが上記モジユールパツ
ケージへ導入される。
オプトデバイスは光学ポートと電気ポートとを
結合した電子装置である。オプトデバイスはホト
ダイオードの様な受光器であつてもよいし、又は
発光ダイオード（LED）の様な発光器であつて
もよい。オプトデバイスは集積回路装置の１部と
してオプトエレクトロニツクセルで形成されても
よいし、ハイブリツド回路装置における個別部品
であつてもよい。
一般に、公知技術には、オプトエレクトロニツ
クモジユールに光結合を与える方法が２つある。
第１の方法においては、オプトエレクトロニツク
装置がその関連回路の基体と一般的にプレーナ
（平ら）である。このプレーナ位置が用いられる
場合は、従来の製造技術を用いてオプトデバイス
の電気ポートへ必要な電気接続を与えることがで
きる。最も多くは光導通フアイバの形態である光
結合手段は、オプトデバイスが置かれた基体平面
に対して実質的に直角にオプトエレクトロニツク
パツケージへ導入される。光フアイバはオプチカ
ルフアイバコネクタに支持され、そしてオプチカ
ルコネクタ及びモジユールパツケージの全組立体
は、１階建ての建物の屋根から煙突が高くそびえ
た工場の外観を思い起こすものである。
オプトデバイスパツケージの厚さを減少するた
め、光学結合を与える第２の解決策が用いられ
る。この別の解決策では、オプトデバイスは、そ
の光学ポートの平面が基体の平面に対して一般的
に垂直になる様にその関連回路の基体より上で絶
縁分離体にマウントされた個別部品である。この
形態は、オプトデバイスの電気ポートへの接続を
作る標準製造技術がもはや利用できないという点
で明確な欠点がある。この型式のモジユールを首
尾よく作るためには特殊な製造手法を案出して利
用しなければならない。然し乍ら、この形態で
は、オプチカルコネクタによつてオプチカルフア
イバを基体の平面と本質的に平行な平面において
導入することができ、従つて薄さを維持しつつも
パツケージの長さを若干増加することができる。
ホト検出器パツケージ及び光学結合システムに
関連した公知技術が米国特許第3757127号、第
4112308号及び第4136357号に開示されている。こ
れらの公知技術の中で、オプトデバイスパツケー
ジへ光学的に結合した時にオプトデバイスをその
関連回路の基体と本質的にプレーナに維持しつつ
もパツケージの厚さを小さく保持する装置又は方
法について開示したものはない。
そこで、本発明の目的は、光結合を与えるため
にオプチカルフアイバを用いそして薄型形態を与
える様なオプトエレクトロニツクモジユールを提
供することである。
本発明の更に別の目的は、オプトデバイスへの
オプチカルフアイバ光結合を用いた薄型パツケー
ジを提供することであり、上記オプトデバイスが
上記パツケージ内の関連回路の基体と本質的にプ
レーナである様なパツケージを提供することであ
る。
本発明の更に特定の目的は、オプチカルフアイ
バがオプチカルフアイバ／オプトデバイスモジユ
ールの製造及び組立てを簡単化するという第２の
機能を果たす様にオプトデバイスを通してオプチ
カルフアイバ光結合を与えることである。
本発明はハイブリツド又は集積回路のいずれか
である基体を含むモジユールパツケージを提供す
るものであり、上記基体はこれと本質的にプレー
ナであるオプトデバイスを有している。このオプ
トデバイスへ光結合を与えるオプチカルフアイバ
は上記基体に対して実質的に平行な平面に支持さ
れる。この光フアイバとオプトデバイスとの結合
は、この光フアイバをそれが通常存在する平面か
らはずれる様にして上記オプトデバイスの光学ポ
ートに実質的に直角に出合わさせる様に光フアイ
バを形成することによつて達成される。オプチカ
ルフアイバの端をオプトデバイスの光学ポートに
接触させた時には、オプチカルフアイバがオプト
デバイスに圧着力を及ぼす。従つてオプチカルフ
アイバとオプトデバイスとの確実な接触がなされ
る。更に、オプトデバイスがハイブリツド回路に
個別部品を構成する時には、モジユールの製造中
オプチカルフアイバの圧着力を用いてオプトデバ
イスが位置保持される。オプトデバイスは光子放
射装置でよいし、光子受け取り装置でもよい。
公知技術について再検討することが本発明の新
規性及び効果を理解する上で助けとなろう。第１
図は基体１１に対してプレーナマウントされたオ
プトデバイス１０を示しており、該オプトデバイ
ス及び基体は保護パツケージ１２内にマウントさ
れている。基体１１にある関連回路と電気信号を
やり取りする手段はピン端子１３によつて示唆さ
れている。
オプトデバイス１０の光学ポートは本質的に平
坦な性質をした光学的に活性な面である。パツケ
ージ１２のカバー１２１は立ち上つたボス１２２
を有し、これはオプチカルフアイバコネクタ１４
を装着する手段をなす。このコネクタ１４はオプ
チカルフアイバ１５を支持し、且つ該フアイバを
パツケージ１２の中へと導入し、オプトデバイス
１０の光活性プレーナ面部分即ち光学ポートと実
質的に直角に且つ直接的にオプチカルフアイバを
結合させる。
第１図のパツケージの構造では、良く知られた
従来技術を用いて基体１１に回路を作ることがで
きる。然し乍ら、パツケージ１２の上面に対して
直角に立ち上がるコネクタ１４はこのパツケージ
が用いられるシステムの実装密度を低下させる。
第２図には、パツケージの厚みを減少させそれ
によつて図示された装置を用いるシステムの実装
密度を高くする公知の解決策が示されている。こ
の解決策においては、絶縁分離体１６にオプトデ
バイス１０をマウントすることによりこの装置１
０が基体１１の面より上に置かれる。この構成で
は、オプトデバイス１０の電気ポートと電気信号
をやり取りするのに特殊な技術を用いることが必
要である。従つて、第１図に示した装置の製造に
用いられるものとは異なつた特殊な製造技術が案
出されねばならない。
第２図のパツケージの薄さは、パツケージ１２
の側壁１２３を通してオプチカルコネクタ１４を
導入することによつて保持される。このコネクタ
１４は基体１１の面と本質的に平行な平面にオプ
チカルフアイバ１５を支持する。オプチカルフア
イバ１５はオプトデバイス１０へ直接導かれそし
てその光学ポートに対して実質的に直角に装置１
０に結合される。前記した様にこのパツケージの
場合は薄さ及び高実装密度特性は保持されるが、
オプトデバイス１０の電気ポートへ電気接続をす
る際に用いねばならない付加的な製造工程及び特
殊な技術に欠点がある。
第３図には本発明の技術が示されている。オプ
チカルコネクタ１４はパツケージ壁１２３を通し
てオプチカルフアイバ１５を支持する。従つてオ
プチカルフアイバ１５はオプトデバイス１０の光
活性プレーナ面に対して本質的に平行な平面内に
おいてモジユールへ導入される。オプチカルフア
イバ１５とオプトデバイス１０との間の光結合を
許すためオプチカルフアイバ１５には滑らかな半
径の曲げ部１５１が与えられる。オプチカルフア
イバと、パツケージ１２へ入るコネクタ１４の部
分１４２との間をメタルシールするためオプチカ
ルフアイバ１５とコネクタ１４との間にはガラス
によつてハーメチツクシールが与えられる。この
ハーメチツクシールは、オプチカルフアイバ１５
を金属化しそして半田シールを作ることによりコ
ネクタ部分１４２内にそれを固定するという金属
化技術を用いて達成される。
第３図に示されたモジユールの組立体において
は、オプチカルフアイバ１５がオプトデバイス１
０の光学ポートに圧着力を及ぼす。この圧着力
は、オプチカルフアイバ１５とオプトデバイス１
０の光学ポートとを単に整列させるのに用いられ
るだけでなく、装置１０の電気ポートへ所要の電
気接続をなす間に装置１０を基体１０上に位置保
持する手段も果たす。例えば、オプトデバイス１
０がLEDないしはホトダイオード検出器である
と仮定しよう。この様な個別部品を基体１１の回
路に組立てるためには、半田プレフオーム例えば
金―ゲルマニウム合金が下面に配置されたダイオ
ードが、オプチカルフアイバ１５に結合されそし
て基体１１上の適当な位置へ調整される。オプチ
カルフアイバ１５によつて与えられるわずかな圧
着力によりダイオード、オプトデバイス１０、及
びその半田プレフオームは基体１１上に位置保持
され、その間にパツケージ全体が充分な熱を受
け、上記金―ゲルマニウム合金を流して半田結合
を作り、且つ基体１１上の回路線からダイオー
ド、オプトデバイス１０の電気ポートへ至る電気
接続を作る。
結合効率を高くするためには、オプチカルフア
イバ１５の横面とオプトデバイス１０の電気ポー
トとの継ぎ目の界面を本質的に除去しなければな
らない。界面がないことは、オプチカルフアイバ
と装置１０の光学ポートとの屈折率が等しく、こ
れら２つの要素間にエアギヤツプがないことを意
味する。エポキシ、又はモールド樹脂、或いはオ
プチカルフアイバ及び光学ポートと同じ屈折率を
有したその他の適当な物質を用いることによつて
エアギヤツプをなくすことができる。この様な構
成にすれば、オプチカルフアイバと光学ポートと
の継ぎ目で反射による損失が生じない。
オプチカルフアイバ及び光学ポートが異なつた
屈折率を有している場合には、オプチカルフアイ
バのコア及び光学ポートの屈折率の幾何学的な平
均値を近似する屈折率“ｎ”を有するエポキシや
モールド樹脂やその他の適当な物質が用いられ
る。例えば、 ｎ＝√f＋p であり、但し“nf”はフアイバコアの屈折率で、
“np”は光学ポートの屈折率である。
別々のオプチカルフアイバ要素を示した第４Ａ
図及び第４Ｂ図を参照すれば、オプチカルフアイ
バ１５の外面を金属化１８することによつて更に
効率の改善が達成される。例えば、フアイバの表
面を金属化する場合に、約100μ厚みの金のフイ
ルムをオプチカルフアイバ１５の外面に初めに設
ければ、光線に対して鏡状の界面１９が与えら
れ、この界面に当たる屈折光線を反射してオプチ
カルフアイバ１５内に光線を保持する。これは、
オプチカルフアイバ１５を通してオプトデバイス
１０とやり取りされる光の正味量を増加させる。
第４Ａ図を参照されたい。オプチカルフアイバ１
５の外面に施した金属化膜１８は、前述したよう
に光伝達の効率を改善する効果を発揮するだけで
なく、次のような付加的な効果をも発揮する。す
なわち、オプチカルフアイバ１５の外面に施した
金属化膜１８は、オプチカルフアイバ１５自体の
有する弾性に更に若干の弾性を付加するものであ
り、従つて、前述したような滑らかな半径の曲げ
部１５１を有するオプチカルフアイバ１５による
弾性偏倚力がそれだけ増されるので、オプチカル
フアイバ１５のオプトデバイス１０に対する圧着
力が増されて、オプトデバイス１０を基体１１上
に保持する力も増すことになる。
オプチカルコネクタ１４の部分１４１はオプチ
カルフアイバ光伝送線を受け入れる様に用いら
れ、これは接合部１４３においてオプチカルフア
イバ１５に嵌合する。コネクタ１４の部分１４１
はオプチカルフアイバ光伝送線のコアがオプチカ
ルフアイバ１５のコアの本質的に中心に置かれる
様にオプチカルフアイバ光伝送線を保持する。光
伝送線のコアがオプチカルフアイバ１５のコアに
等しいか或いはそれより小さい場合には、光伝送
線に沿つてオプチカルフアイバ１５へ送られる光
の本質的に全部がオプトデバイス１０へ送られ
る。
然し乍ら、光伝送線のコアがオプチカルフアイ
バ１５のコアより大きい場合、或いはオプチカル
コネクタ１４の部分１４１及び１４２を組立てる
際に若干の不整列があつた場合には、光伝送線に
沿つて進む光のうちの或るものはオプチカルフア
イバ１５に結合されず、オプトデバイス１０へ送
られない。
外部の光伝送線とオプチカルフアイバ１５との
間の光伝達が充分でないというこの問題は本発明
の以下に述べる技術によつて解消できる。
ガラスのオプチカルフアイバは一般的に２つの
型式に分けられる。どちらの型式のものも約８ミ
ル（0.2mm）直径の中心コア１６を有している。
又、どちらの型式のものもこの中心コアの上にガ
ラス被覆を有している。１方の型式のフアイバは
この被覆が薄く、約１ミル（0.025mm）であり、
約10ミル（0.25mm）直径の合成フアイバを与え
る。第２の型式のフアイバは約４ミル（0.1mm）
厚みの厚い被覆を有し、約16ミル（0.4mm）直径
の合成フアイバを与える。第４Ａ図及び第４Ｂ図
を各々参照されたい。
いずれの型式のフアイバを使用する場合も、コ
ア１６から被覆１７へと漏れ出る光は一般的に失
なわれると考えられる。技術的に考えれば、厚い
被覆のオプチカルフアイバと薄い被覆のオプチカ
ルフアイバとの最も顕著な相違は、フアイバがそ
れらの最終的な大きさへと引つ張られる時に厚い
被覆のフアイバを製造する方が相対的に容易だと
いうことである。
上記した厚い被覆のフアイバ（第４Ｂ図）とし
てオプチカルフアイバ１５を選択すれば、前記し
た以上に大きな光伝達効率の改善が達せられる。
次いで、この厚い被覆のオプチカルフアイバ１５
をその全長に沿つて金属化して１８、フアイバの
外面に鏡状界面１９を作る。今や被覆１７へ漏れ
出す又は導入される光は、その外面にある反射界
面１９によりこの被覆内に保持される。この場合
はコア及び被覆の両方が光エネルギの伝達に用い
られる。
従つて、オプチカルフアイバ１５の被覆へ光線
が入れられてもこの光線はもはや失なわれないか
ら、外部の光伝送線のコアとオプチカルフアイバ
１５のコアとの同軸整列はもはや厳密でなくても
よい。
更に、今度はより大きなコアの外部光伝送線を
用いて、装置の光“パワー”処理能力を有効に高
めることができる。なぜならば、外部伝送線のこ
の大きなコアはオプチカルフアイバ１５の中心コ
ア及び被覆の両方に光を結合できるからである。
オプトデバイス１０が光放射源であると仮定す
れば、オプトデバイス１０からオプチカルフアイ
バ１５の被覆へ結合された時にこれまで失なわれ
ると考えられていた光が、今や、オプチカルフア
イバ１５のコア及び被覆の両方を経て、オプチカ
ルコネクタ１４の連結部１４３で外部の光伝達線
へ伝達されるので、相互的な効率増加が得られ
る。
従つて本発明の技術によれば、オプチカルフア
イバ１５は例えば200μ（約８ミル）のコア直径を
有する単１のオプチカルフアイバで構成すること
ができる。このオプチカルフアイバは薄い被覆を
有してもよいし、厚い被覆を有してもよい。この
オプチカルフアイバはその外面に沿つて鏡状の界
面を与える様に金属化される。最も大きな効率及
び光処理能力に対して提案された実施例は、オプ
チカルフアイバ１５が厚い被覆のフアイバであつ
て前記した様に金属化されそして被覆が光伝達媒
体及び中心コアとして用いられる様なものであ
る。
オプチカルフアイバコネクタ１４は市販のコネ
クタであり、その典型的なものはAmphenolシリ
ーズ905及び906である。
平らにマウントされるオプトデバイスへの薄型
光学結合を達成する手段及び方法について以上に
述べた。オプトデバイス及びその関連回路がマウ
ントされる基体にこのオプトデバイスをプレーナ
に維持することにより、公知の標準製造組立技術
を利用することができ然も上記オプトデバイスの
電気ポートへ電気接続を与えることができる。オ
プチカルフアイバの光結合が用いられる。全パツ
ケージの薄さは上記オプトデバイスの光学ポート
の光活性面に対して一般的に平行な平面にオプチ
カルフアイバを導入することによつて達成され
る。実際の光学結合は、滑らかな半径の曲げ部を
オプチカルフアイバに与えてこのフアイバ及びオ
プトデバイスの光活性面を一般的な直交関係にす
ることによつて達成される。ハーメチツクシール
を与える様にオプチカルフアイバがパツケージに
入る場合にはガラス―金属シールが設けられる。
オプチカルフアイバと上記光活性面との継ぎ目に
おける反射損失のおそれを減少するためオプチカ
ルフアイバのコアと本質的に一致する屈折率を持
つた包囲媒体でパツケージ内の組立体を包囲する
ことによつて更に別の機械的及び環境的支持が与
えられる。
更に、オプチカルフアイバの全長に沿つて鏡状
界面を設け且つその中央コア及び被覆の両方を光
伝達媒体として用いることによりオプチカル光フ
アイバの効率及び光処理能力を高める手段及び方
法についても述べた。
更に、パツケージ内のオプトデバイスの光活性
面と本質的に平行な平面において上記パツケージ
に入りそして滑かに曲げられて上記光活性面と直
角に結合されるオプチカルフアイバは（即ちフア
イバ自体は）、パツケージを製造する間及びオプ
トデバイス及びその電気ポートをパツケージの基
体の回路へ半田付け組み立てする間にオプトデバ
イスを位置保持するための保持装置として使用で
きることについても説明した。オプチカルフアイ
バはオプトデバイスの光学ポートに拘束圧着力を
与えるのに使用できる様な形状になつているか
ら、オプチカルフアイバをオプトデバイスへ堅固
に結合したり或いはオプトデバイスを基体及びそ
の関連回路に機械的及び電気的に接合したりする
のに外部取付具は必要とされない。
好ましい実施例を参照して本発明を特に説明し
たが、本発明の範囲から逸脱せずに種々の変更が
なされ得ることが当業者に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
第１図は公知のオプチカルフアイバ結合式のオ
プトデバイスモジユールを示す図であり、オプト
デバイスはその関連回路の基体と本質的にプレー
ナでありそしてオプチカルフアイバはオプトデバ
イスの光学ポート面に本質的に直角な線に沿つて
オプトデバイスへ直接導入されるところを示した
図、第２図はオプトデバイスへオプチカルフアイ
バ光結合を与えるのに用いられる別の公知解決策
を示した図であり、オプトデバイスは基体より上
に持ち上げられて絶縁分離体に支持され、一方オ
プチカルフアイバはオプトデバイスの光学ポート
面に直角な線に沿つて且つ基体に対して本質的に
平行な平面内に導かれるところを示した図、第３
図は本発明の技術を示した図であり、オプチカル
フアイバで結合されたオプトエレクトロニツクモ
ジユールは、その関連回路の基体に対して本質的
に平行な平面内でオプチカルフアイバをパツケー
ジの中へ導入しそしてオプトデバイスの光学ポー
ト面と本質的に直角に出合う様にオプチカルフア
イバを形成することによつて薄型を達成するとこ
ろを示した図、そして第４Ａ図及び第４Ｂ図はオ
プチカルフアイバの断面図である。 １０……オプトデバイス、１１……基体、１２
……パツケージ、１３……ピン端子、１４……オ
プチカルフアイバコネクタ、１５……オプチカル
フアイバ、１６……オプチカルフアイバの中心コ
ア、１７……オプチカルフアイバの被覆、１８…
…金属化部分、１９……鏡状界面、１５１……オ
プチカルフアイバの滑らかな曲げ部。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 表面部分を有する基体と、該基体の前記表面
    部分にマウントされそして光活性プレーナ表面部
    分を有した少なくとも１つのオプトデバイスとを
    備えた薄型フアイバオプチツクモジユールにおい
    て、中心コア及び被覆からなる光フアイバ手段を
    備え、該光フアイバ手段は、前記モジユールの側
    面部分のみによつて支持される第１部分と、該第
    １部分から滑らかな半径の曲げ部を介して前記オ
    プトデバイスにエキストラモジユラー光を実質的
    に直角に亘つて方向を変えて結合するため前記第
    １部分に対して実質的に直交関係にある第２部分
    とを有しており、前記光フアイバ手段の前記第１
    部分、曲げ部及び第２部分の外周面には、金属化
    膜が施されており、前記第２部分は、前記オプト
    デバイスによつてのみ支持されていて且つ前記オ
    プトデバイスに対して偏倚されており、前記光フ
    アイバ手段の前記中心コア及び被覆及び前記金属
    化膜による弾性偏倚力によつて前記オプトデバイ
    スに対して圧着力を及ぼして前記オプトデバイス
    を前記基体上に保持させることを特徴とする薄型
    フアイバオプチツクモジユール。
JP6267680A 1979-07-05 1980-05-12 Thin film optical coupling to opto device mounted in planar Granted JPS5615083A (en)

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US5503279A 1979-07-05 1979-07-05

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JPS5615083A (en) 1981-02-13
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GB2052785A (en) 1981-01-28
FR2464491A1 (fr) 1981-03-06
DE3022893A1 (de) 1981-01-22

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