JPS63501393A - 基板への素子の取付け方法および構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 基板への素子の取付は方法および構造 〔技術分野〕 基板への素子の取付は方法および構造 本発明は基板へ素子を取付ける方法、たとえば、基板へレーザーチップのような 光素子を取付ける方法に関する。

〔発明の背景〕

光技術における最近の進歩により、比較的に小さい寸法として２００ミクロン程 度のレーザーチップや光センサ−チップが開発されたこれらの素子は、基板上に 取付けられ、性格に光導波路または他の光素子に対して整列されることが必要で ある。この整列作業の難点の一つは、基板へ素子を取付ける間に、マイクロマニ ピュレータまたは同様の装置を使って正確な位置に素子を保持することが難しい ことである。小林他の［光導波路のゲートマトリクス・スイッチ」と題する。光 伝達に関する第１１回ヨーロッパ会議の資料第７３頁〜第７６頁には（Ｐｒｏｃ 、１１ｔｈ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　０ｐｔｉｃａｌ 　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、シリコンヒートシンクに対するレーザーダイ オードの取付けが記述されている。そのシリコンヒートシンクは、明らかに基板 に取付けられたシリコンの平板である。しかしながら、この技術ではレーザーダ イオードが、その基板上に正確に位置されることは従来と同様に困難である。

〔発明の開示〕

この発明の第一面は、基板に素子を取付ける方法であり、サポート上に素子を取 付け、基板上にサポートを位置し、サポートと基板の少なくとも一方に、サポー トが基板に対し少なくとも相対的に一方向に位置するよう位置設定を行い、その 後、素子を基板に対し固定する技術とを含む。

基板に対し少なくとも一方向にサポートを位置することは、自動的にその方向に も素子を位置させる。従って、位置設定手段は、素子から離れて位置することが でき、素子の取付けと干渉しない。

この発明の第二面は素子を基板に取付ける構造において、素子が搭載されたサポ ートを備え、少なくとも一つのサポートおよび基板に、その基板に対して少なく とも相対的な一方向にサポートを位置させる位置設定手段を含む方法および構造 を提供することである。

一つの簡単な配置において、サポートが、脚の長さで決められた先決量分だけ基 板から離れた脚上に位置するなら、位置設定手段は、サポートまたは基板のどち らかの上に位置した二つかそれ以上の脚を含む。

しかしながら、むしろ相補的に位置する部分は、サポートと基板内において成形 されている。これは、基板に相対して二方向にサポートが位置する利点を持つ。

一例として位置を定める手法は、相補的な５所と凹所とを含む。

基板がシリコンのような単結晶である場合には、もし相補的な５所と凹所とが、 Ｖ形横断面をもつならば、特に好都合である。なぜなら、これらは、公知のマス キングや異方性エツチング技術を使用することにより形成されうるからである。

素子は、たとえばハンダによって直接に基板に対し結合されるが、または、間接 的に基板にサポートを介して結合させることによって取付けられる。むしろ、サ ポートと素子の双方が、基板に対し結合される。

〔実施例〕

本発明に従った方法と組み合わせのいくつかの例示が、次図を参照して述べられ ている。

第１図は、第一例の側面図であり、わかりやすくするためにいくつかの部分を省 いである。

第２図はこの第一例の平面図である。これもわかりやすくするためにいくつかの 部分を省いである。

第３図、第４図および第５図は、それぞれ、第二例の側面図、部分的な側面図お よび平面図である。

第１図と第２図は、リチウムとニオブとの化合物の基板１を模式化して示してい る。基板１の頂点面の狭い線状の断面が長方形状である領域２にチタンが拡散さ れ、この領域は、チタンが基板の屈折率を緩和することによって光導波路を定義 している。一般的なＵ形凹所である溝３が、基板１の表面に、導波路２に直角方 向に、イオンビームミリングまたは反応性イオンエツチングのような適当な技術 を使うことによって成形される。第１図に見られるように、溝３は直角の横断面 をもつ。溝３の成形は、光導波路２を自動的に互いに軸合わせされた二つの光導 波路５．６へ分割していることになる。

公知のレーザーチップ４は、（下に述べられた方法によって）おのおの２つの補 助光導波路６．５に一列整列した対向面７．８を向けて溝３内に取付けられてい る。

溝３の深さくＤ）は、レーザーチップ４内の発光領域が、光導波路５および６に 整合するように選択される。溝３の幅（Ｌ）は、レーザーチップ４と基板１との 間の最大能力光伝達を許容するよう小さく選ばれ、また、基板１との間に与えら れたチップ長を適合させるように調整することができる程度に成形される。第三 のサイズ（Ｗ）は、厳密性を要さない。そして、溝３に沿ってレーザーチップ４ が光導波路５．６に最適に位置するよう、同じく、多くのチップが導波路に並列 的に最適に位置するよう選択配置される。

典型的に、Ｌは約２００μ田で、Ｄは１５μｍより小さい値をとる。

レーザーチップ４を取付けるため、レーザーチップは、初めに金属ブリッジ９の 下面にハンダづけされる。ブリッジ９は、溝３内につるされたレーザーチップ４ をもつ基板１の上面に配置された一対の完全に支持された脚をもつ。これは、レ ーザーチップ４を、それが溝３内で受け入れられる範囲を調節することによって 垂直方向に位置させる。その上、マイクロマニピュレータにとって、レーザーチ ップそのものを把むよりブリッジ９を把持することが簡単である。

レーザーチップ４と光導波路５および６との最適な軸合わせはレーザーを発光さ せながらレーザーチップを溝３に沿って動かし、導波路に伝送されるパワーを監 視することによる光手段を使用することにより、達成される。導波路５および６ との最大能力結合に一致する最適位置が発見されると、ブリッジ９のレーザーチ ップ４と脚１０が、基板１にハンダづけされる。

二つの光導波路５．６を成形しておくことには多くの利点が存在する。一般に、 通常のレーザーチップのスペクトルは、適正に制御されることを必要とし、これ は、主レーザー出力が、面７がら生ずる一方、面８からのレーザー出力を監視す ることにより、達成されることができる。加えて、両面の接近は、結合した送信 機または受信機において、あるいはまた単に出力パワーを監視するために使用さ れることができる。

レーザーチップ４に対する横断下部接続１１は、溝３の基底部に沿って延びてい る（第２図）。

長手の溝３を成形する利点の一つは、多数のレーザーチップを並べて取付けるこ とを可能にしたことである。これは、第２図に示すように、複数のレーザーチッ プ１２．１３がおのおの光導波路１４．１５．１６．１７に一列整列して取付け られ、おのおの対は、先導波路５．６に似た形状をもっている。第２図において 、ブリッジ９に対応するレーザーチップ１２．１３を支えるブリッジは、図から 省かれている。

リチウムとニオブの化合物を用いることの利点は、溝３に隣接した領域に電気− 光変換素子を成形し、それが光導波路に対して好ましい接続をもつように構成す ることが可能であるからである。

第３図ないし第５図は、本発明がシリコン基板１８が使用される第二例を模式化 して示している。シリコンを用いる利点の一つは、深さが正確に１ミクロンであ り、正確に決められた夾角をもつ溝を異方性エツチング特性を使って、正確に蝕 刻できることである。第３図ないし第５図に示す例において、初めに、平らな底 部を持つ溝１９が、結晶の１１１面を蝕刻することによって成形される。この溝 は傾斜した側面をもつ一般的なＵ形横断面をもって成形される。次いで、一対の 平行Ｖ形溝２０が溝１９に平行に、溝１９の両側に蝕刻される。さらに、Ｖ形溝 ２１が、溝１９と溝２０に直角に、はぼ、溝内に連接して取付けられる単一モー ド光ファイバ２２の直径の半分の深さをもつよう１こ、介虫刻される。

光ダイオード２３が、光ファイバ２２に面した溝１９の傾斜表面に配置され、た とえば、ハンダづけされる。

第二のシリコン基板であるチップ２４が、前の例におけるブリッジ９に相当する 。

チップ２４は、二対のＶ形凸部２５と、中央に成形された凸部２６とを持つ。お のおのの凸部２５の夾角は、実質的に基板１８内のＶ形溝２０の夾角に等しく成 形される。

レーザーダイオード２７は、凸部２６に取付けられる。

基板２４は、対応する溝２０に受け入れられ、溝２１にまたがる。凸部２５のへ りによって基板１８上に取付けられる。溝２０の深さと凸部２６の高さは、基板 ２４が基板１８上に取付けられたとき、レーザーダイオード２７が正確に溝２１ 内の光ファイバ２２に軸合わせされて設定されるように選択される（第４図）。

溝２０と相補的な凸部２５を用意することにより、正確に二方向にレーザーダイ オード２７を位置させることを助け、これは、前述の例でブリッジ９が溝３に一 定程度の動きを許容するものと同等である。

この例の特徴は、光ファイバ２２に対するレーザーダイオード２７の位置が、光 ファイバに対し最大能力結合を得るため溝２０の方向に調整されうることである 。加えて、光ファイバ２２の末端をレーザーダイオード２７から分離することが でき、溝２７内にファイバをすべらすことによっても、その正確な配置を改善す ることが可能である。ひとたび、正確な相対位置がみつけられると、上部と下部 のシリコン基板１８．２４は、上部のシリコンチップ２４に付着されたレーザー ダイオードが影響を受けない方法で固定される。加えて、光ファイバ２２が、溝 ２１に結合される。これらの結合は、ハンダまたは他の既知の技術を使用して達 成される。

光ダイオード２３は、光ファイバ２２に対面するレーザーダイオード２７の他面 からのレーザー光放出を監視するもので、前述の例において略述された目的と類 似した多様な目的に対し使用される。

この例の修正構造として（これは図示されてないが）、上部の基板２４が、光フ ァイバ２２を溝２１に対しクランプする別の支持されたヘリを含むようにするこ とができる。

国際調査報告 ＩＰｔ・＋ＩτＬｏ＾１＾ａ＋ｕ１１＋−−ｗ−、ＰＣＴ／ＧＢ８６１００６２ ７ンご詣三χ　ＴＯτＨ三　エミ１τ＝でＩ入τ：Ｃ二ＩＡＬ　ＳＥλＲＣ’Ａ 　ス！ＦＯＲτ　ＯＮ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．素子をサポートに取付け、このサポートを基板に対して位置合わせして、素 子を基板に取付ける方法において、サポートと基板の少なくとも一方に、基板に 対して相対的な少なくとも一方向に対してサポートを位置させる手段を設けて位 置合わせを行い、位置合わせの後にその素子を基板に固着させる方法を含むこと を特徴とする基板の素子への取付け方法。
2. ２．位置合わせの前に前記位置させる手段としてサポートおよび基板に相補的な 位置設定部分を成形しておく方法を含む請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．基板およびサポートが単結晶であり、基板およびサポートに前記相補的な位 置設定部分を成形するために異方性エッチングを施す請求の範囲第２項に記載の 方法。
4. ４．前記固着させる方法は、サポートを基板に固着させる方法を含む請求の範囲 第１項ないし第３項のいずれかに記載の方法。
5. ５．素子か搭載されたサポートがブリッジ形状である請求の範囲前記各項のいず れかに記載の方法。
6. ６．素子が基板に取付けられた構造において、素子が搭載されたサポートを備え 、少なくとも一つのサポートおよび基板に、その基板に対して相対的に少なくと も一方向にサポートを位置させる手段が設けられたことを特徴とする基板の素子 への取付け構造。
7. ７．位置させる手段は、サポートを基板に対して相対的に二方向に位置させる手 段である請求の範囲第６項に記載の構造。
8. ８．サポートおよび基板が相補的に位置させる手段を成形する請求の範囲第７項 に記載の構造。
9. ９．位置させる手段は相補的な凸部および凹部である請求の範囲第８項に記載の 構造。
10. １０．位置させる手段は相補的なＶ字形状の凸部およびＶ字形状の凹部である請 求の範囲第９項に記載の構造。
11. １１．素子は光学素子である請求の範囲第７項ないし第１０項のいずれかに記載 の構造。
12. １２．素子はレーザーチップまたは光検出チップである請求の範囲第１１項に記 載の構造。
13. １３．基板およびサポートの一方または双方が単結晶物質である請求の範囲第７ 項ないし第１２項のいずれかに記載の構造。
14. １４．基板およびサポートの一方または双方がシリコンである請求の範囲第１３ 項に記載の構造。
15. １５．サポートがブリッジ形状である請求の範囲第７項ないし第１４項のいずれ かに記載の構造。