JPH0688918A - 光導波路デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

光導波路デバイスおよびその製造方法

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JPH0688918A
JPH0688918A JP29027391A JP29027391A JPH0688918A JP H0688918 A JPH0688918 A JP H0688918A JP 29027391 A JP29027391 A JP 29027391A JP 29027391 A JP29027391 A JP 29027391A JP H0688918 A JPH0688918 A JP H0688918A
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JP
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optical
optical waveguide
optical fiber
substrate
solder
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JP29027391A
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English (en)
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Masaaki Iwasaki
正明 岩崎
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NEC Corp
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4228Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements
    • G02B6/4232Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements using the surface tension of fluid solder to align the elements, e.g. solder bump techniques

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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】光実装における高精度な光軸位置合わせを簡略
化し、信頼性及び生産性を考慮した無調整で光導波路と
光ファイバとを低損失結合できる光導波路素子と光ファ
イバ端末とを接続した光導波路デバイス。 【構成】光導波路素子端面の金属パッド15に、はんだ
バンプと呼ばれる突起状はんだ17を形成し、光ファイ
バ端末端面の金属パッド16の一部がはんだバンプ17
に接触するように仮接続する。バンプ17を加熱溶融さ
せると、溶融はんだ18の表面張力によるセルライメン
ト作用で、光導波路12に対して光ファイバ配列させる
V溝14が正規の位置に自動的に移動し固定されるた
め、光ファイバをV溝に沿って突き当てるだけで光導波
路と光ファイバとを結合することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光通信等において光波の
変調、光路の切り替え等を行う光通信モジュールを構成
する光導波路素子と光ファイバ端末を接続した光導波路
デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】光通信システムの実用化が進み、大容量
や多機能をもつさらに高度のシステムへと開発が進めら
れている。光伝送路網の交換機能、光データバスにおけ
る端末間の接続、切り替え等の新たな機能が求められて
おり、それらを可能にする光通信ネットワークの必要性
が高まっている。
【0003】このような大容量、広帯域の特長を有する
光伝送の実現において、例えば、現在実用されている光
スイッチは、プリズム、ミラー、ファイバ等を機械的に
移動させるものであり、低速であること、信頼性が不十
分なこと、形状が大きくマトリクス化に不適なこと等の
欠点がある。これを解決する手段として開発が進められ
ているものは基板上に設置した光導波路を用いた導波形
の光スイッチであり、高速、多素子の集積化が可能、高
信頼等の特長がある。特にLiNb03 結晶等の強誘電
体材料を用いたものは、光吸収が小さく低損失であるこ
とと大きな電気光学効果を有しているため光効率である
等の特長があり、光伝送、光交換などの分野への適用が
期待されている。このような導波路型光デバイスと光伝
送網との接続では、温度変動等の周囲の環境変動に対し
て安定、光損失が小さいことが要求され、そのため光導
波路−光ファイバ間の高精度(1〜10μm)の位置合
わせ、固定が必要とされており、最も単純な構成として
光導波路端面と光ファイバ端面との突き合わせにより実
現されている。
【0004】従来の光導波路デバイスの斜視図を図4に
示す。基板11上に光導波路12が形成されており、光
ファイバ端末20に配列された光ファイバ19を光軸調
整により、光導波路12に突き合わせ、この状態を保持
しながらUV効果樹脂などの接着剤21で光ファイバ端
末20を基板11を固定する。固定方法に関しては、接
着剤の他に半田溶接、レーザ溶接がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように光導波
路素子と光ファイバ端末とを高精度で位置合わせ、固定
をする必要がある。しかしながら、従来の光軸調整、固
定方法では、固着時の位置ずれ、経時変化が大きいの
で、長期安定性を要求されるものには不適であり、生産
性も悪い。レーザ溶接を用いた場合でも、高精度の光軸
調整を要求される課題は解消されない。今後、光デバイ
スモジュールに対してより以上の高精度化、光損失低減
の要求が予想され、光実装における高精度光軸合わせの
簡略化が必要である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、2つありその
1つは、光導波路素子と光ファイバが基板上に配列され
ている光ファイバ端末とが端面結合されている光導波路
デバイスにおいて、前記光ファイバ端末を構成する基板
が少なくとも2つ以上の基板の接続により構成されてい
ることを特長とする光導波路デバイスである。
【0007】第2の発明は、光導波路素子に形成された
光導波路と光ファイバが基板上に配列された光ファイバ
端末とを端面結合により接続して光導波路デバイスを製
造する方法であって、前記光導波路素子の接合端面及び
前記光ファイバ端末を構成する基板の接合端面に少なく
とも一対の金属パッドをそれぞれに設け、はんだバンプ
を介して前記光導波路素子と前記光ファイバ端末を構成
する基板とを端面結合させた後、前記はんだバンプを加
熱溶融した固定し、次いで前記光ファイバ端末容器板に
光ファイバを固定配列させることを特長とする光導波路
デバイスの製造方法である。この製造方法は、さらに、
光ファイバ端末を構成する基板を、複数の基板をはんだ
バンプにより結合して構成し、各結合面のはんだバンプ
の融点が光導波路素子から離れるにつれて低くした構成
にすることでさらに優れた効果が得られる。
【0008】
【作用】光導波路素子端面の金属パッドに、はんだバン
プと呼ばれる突起状はんだを形成し、光ファイバを配列
する基板の端面を仮接続する。このとき端面の金属パッ
トの一部がはんだバンプに接触するように接続していれ
ば、バンプを加熱溶融させると、溶融はんだの表面張力
によるセルフアラメント作用で、光導波路に対して該当
する光ファイバが結合するように基板が正規の位置に自
動的に移動し固定される。この状態で光ファイバ配列用
に基板表面に設けられたガイド(V溝など)に沿って光
ファイバを突き当てて行くことにより、光導波路と光フ
ァイバが結合される。従って、光実装における高精度光
軸合わせの大幅な簡略化が図れる。
【0009】ここで、光ファイバを配列する基板を複数
個に分割して、それぞれの切断面に金属パッドを設け、
はんだバンプにより接続すると、一つの接合面に割り振
られる重量が軽減されるため一つの接合面に必要とされ
る金属パッドの数あるいはバンプの量等を少なくするこ
とができる。この場合、接合面が光導波路素子から離れ
るに連れて、各々のはんだバンプの融点を低くしておく
と、先に固定した接合面の影響を与えることなく新たな
接合面の高精度位置合わせ結合が実現する。
【0010】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係る光導波路素子
と光ファイバを配列する基板とをはんだバンプを介して
端面結合した後、光ファイバを突き合わせて光導波路と
ファイバとを接続する方法を示す説明図である。
【0011】基板11の表面に光導波路12が形成され
た光導波路素子の端面には、数十〜数百μm角程度の金
属パッド15、およびはんだバンプ17が形成されてい
る。バッド15の金属材料は、用いるはんだバンプ17
の材料により異なるが、PbSnはんだであればCr−
Ni、AuSuはんだならばCr−Auでよい。はんだ
バンプの高さは数十〜数百μm程がよい。光ファイバ1
9が配列されるV溝14が表面に設けられているSi基
板13の端面にも光導波路素子と同様の金属パッド16
が形成されている。光ファイバ19(およびV溝14)
と金属パッド16との位置関係は、光導波12と金属パ
ッド15とのそれに一致するようになっている。
【0012】先ず、図1(a)に示すように、光導波路
素子端面のはんだバンプに、光ファイバ19を配列して
いないSi基板13を当接して仮接続する。このときの
位置合わせは、Si基板13端面の金属パッド16の一
部がはんだバンプ17に接触する程度でよいので、従来
要求されていた高精度の位置合わせは不要となる。次
に、バンプ17を溶融させると、図1(b)に示すよう
に、溶融はんだ18の表面張力により、光導波路12と
光ファイバ19を配列するV溝14との高精度位置合わ
せが自動的に行われ、同時に固定することができる。光
導波路12とV溝14の位置合わせが完了後、図1
(c)に示すように、光ファイバ19をV溝14に沿っ
て光導波路12端面に突き合わせることにより光導波路
12と光ファイバ19との接続ができる。
【0013】図2は本発明の一実施例に係るはんだバン
プ用の金属パッドを設けた光導波路素子および光ファイ
バを配列するSi基板の斜視図である。光導波路素子1
0及び光ファイバ端末20の端面にそれぞれ対となる金
属パッド15,16を形成することにより、はんだバン
プ17を用いた結合方法により簡易な高精度の光軸位置
合わせが実現できる。
【0014】図3は本発明の一実施例に係るはんだバン
プ用の金属パッドを設けた光ファイバを配列するSi基
板を二つ以上で構成した場合の斜視図である。光ファイ
バ19を配列するSi基板13を、光の伝搬方向の幅が
狭い複数に分割されたSi基板を用いてはんだバンプ1
7より順次位置合わせ結合させる基板に置き替えると、
一つの接合面に割り振られるはんだバンプへの加重は軽
減され、接合面の金属パッド15,16の対の数の省
略、はんだの量の低減などが図れる。また、光導波路素
子10端面から順次位置合わせを有効に行うための一つ
の方法として、各接合面の溶融結合を重ねるごとに用い
るはんだバンプの融点を低くしておく。このようにする
と、新たに接合するはんだの融点が低いため先に位置合
わせした接合面の状態を変えずにSi基板13を多段に
はんだバンプで結合することができる。このときの融点
の差は40℃程度あれば良く、例えば、220℃、18
0℃、140℃に融点を選ぶことができる。融点の操作
については、例えば、高いものでは鉛すずはんだ(18
0℃)に銀を混ぜ、低いものではインジウム、或はビス
マスを混ぜることにより各々得られることが知られてい
る。金すずはんだに関しても同様な手法がある。なお、
接合する素材の温度に対する制限が緩やかであれば、融
点の差は大きい方がよい。
【0015】このように光ファイバを配列する基板を複
数に分割する方法では、はんだバンプによる結合以外に
も、ガイドピンなどを用いて結合を図っても光導波路素
子と光ファイバを配列する基板との結合面への加重軽減
効果は得られる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、光実装に
おける高精度な光軸位置合わせの簡略化が図れ、光導波
路と光ファイバとを容易に低損失で結合させることがで
きる。また、温度変化等に対する信頼性が高く、生産性
も優れているので実用的でもある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る光導波路素子と光ファ
イバを配列する基板とを含んだバンプを介して端面結合
した後、光ファイバを突き合わせて導波路とファイバと
を接続する方法を示す説明図である。
【図2】本発明の一実施例に係るはんだバンプ用の金属
パッドを設けた光導波路素子および光ファイバを配列す
るSi基板の斜視図である。
【図3】本発明の一実施例に係るはんだバンプ用の金属
パッドを設けた光ファイバを配列するSi基板を二つ以
上で構成した場合の斜視図である。
【図4】従来例の斜視図である。
【符号の説明】
10 光導波路素子 11 基板 12 光導波路 13 Si基板 14 V溝 15,16 はんだパッド 17 はんだバンプ 18 溶融はんだ 19 光ファイバ 20 光ファイバ端末 21 接着剤

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光導波路素子と光ファイバが基板上に配
    列されている光ファイバ端末とが端面結合されている光
    導波路デバイスにおいて、前記光ファイバ端末を構成す
    る基板が少なくとも2つ以上の基板の接続により構成さ
    れていることを特徴とする光導波路デバイス。
  2. 【請求項2】 光導波路素子に形成された光導波路と光
    ファイバが基板上に配列された光ファイバ端末とを端面
    結合により接続して光導波路デバイスを製造する方法に
    おいて、前記光導波路素子の接合端面及び前記光ファイ
    バ端末を構成する基板の接合端面に少なくとも一対の金
    属パットをそれぞれに設け、はんだバンプを介して前記
    光導波素子と前記光ファイバ端末を構成する基板とを端
    面結合させた後、前記はんだバンプを加熱溶融して固定
    し、次いで前記光ファイバ端末容器板に光ファイバを固
    定配列させることを特徴とする光導波路デバイスの製造
    方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の光導波路デバイスの製造
    方法において、前記光ファイバ端末を構成する基板を、
    複数の基板をはんだバンプにより結合した構成したこと
    を特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の光導波路デバイスの製造
    方法において、前記光ファイバ端末容器板を構成する複
    数の基板の各結合面のはんだバンプの融点が光導波路素
    子から離れるにつれて低いことを特徴とする光導波路デ
    バイスの製造方法。
JP29027391A 1991-11-07 1991-11-07 光導波路デバイスおよびその製造方法 Withdrawn JPH0688918A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5499312A (en) * 1993-11-09 1996-03-12 Hewlett-Packard Company Passive alignment and packaging of optoelectronic components to optical waveguides using flip-chip bonding technology
JP2003255180A (ja) * 2002-03-06 2003-09-10 Yamaha Corp マイクロレンズアレイ結合系及びマイクロレンズアレイとその製法
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CN110286439A (zh) * 2019-07-02 2019-09-27 山东大学 采用质子交换方法在渐变周期极化钽酸锂上形成光波导量子芯片的方法

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