JP2982816B2 - Optical wiring structure and optical wiring mounting method - Google Patents
Optical wiring structure and optical wiring mounting methodInfo
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Description
本発明は光素子の実装法に係り、特に自動位置合わせ
の可能な光配線の実装方法および光素子形成基板に関す
る。The present invention relates to an optical element mounting method, and more particularly to an optical wiring mounting method and an optical element forming substrate capable of automatic alignment.
光素子と複数の光配線（光ファイバ）との位置合わせ
を行う手法に関して、等が報告されている（「加藤、
他：光スイッチとファイバアレイの高効率結合、昭和62
年11月、信学全大,No401」）。 この手法の特徴はSi基板上に異方性エッチング技術を
用いて形成した穴に先球ファイバを挿入することで光フ
ァイバ相互の位置合わせを行っていることにある。これ
により光ファイバ相互間の横方向（光の伝搬方向に対し
て）及び縦方向の位置合わせを同時に行うことが可能と
なり、複数の光ファイバと光素子との一括位置合わせを
容易にしている。また、穴の位置はリソグラフィ技術に
より高精度に形成可能であるので、位置決めの精度は高
い。There have been reports on techniques for aligning an optical element with a plurality of optical wirings (optical fibers) ("Kato,
Others: High efficiency coupling between optical switch and fiber array, 1987
November, IEICE, No401 ”). The feature of this method is that the positioning of the optical fibers is performed by inserting a spherical fiber into a hole formed on the Si substrate using an anisotropic etching technique. This makes it possible to simultaneously perform horizontal (with respect to the light propagation direction) and vertical alignment between the optical fibers, thereby facilitating the collective alignment of a plurality of optical fibers and optical elements. Further, since the position of the hole can be formed with high precision by the lithography technique, the positioning precision is high.
上記従来技術は光ファイバ相互の位置決めを行うこと
により、複数の光ファイバの一括実装を可能にしたもの
である。しかし、この手法を用いても光ファイバアレイ
と光素子の間の位置合わせの問題は残っている。 一般にこれらの実装ではμｍオーダの精度が要求され
るため、自動化が難しく実装コスト及び実装時間の低減
が困難である。IC間または基板間の伝送を光で行う場合
には、実装を出来る限り簡単に行う必要があり、現状の
技術でも十分では無い。 一方、IC間（基板間）光伝送を実現するためには、電
子素子と光素子の集積化が必要となる。これを実現する
手法としては電子素子と光素子のモノリシック集積化
（OEIC化）がある。しかし、作成プロセスが複雑となる
ため、電子素子のみで集積化した場合と同程度の性能を
期待することは難しい。その為、高性能化を目指す場
合、電子素子と光素子をハイブリッドに集積化する手法
が必要となる。ハイブリッド集積化において問題となる
のは光素子と電子素子の接続部（パッド）のアライメン
ト法及び、接続部のボンディングワイヤで発生する寄生
インダクタンス、電極パッドの付加容量である。高速化
を図るためには、これらの寄生インピーダンスを出来る
限り低減することが必要である。しかし、ボンディング
ワイヤの長さ、パッドの面積には通常の実装法のとる限
り一定の制限があり、寄生インピーダンス低減には限界
があった。In the above-mentioned prior art, a plurality of optical fibers can be packaged at a time by positioning the optical fibers. However, even with this method, the problem of alignment between the optical fiber array and the optical element remains. In general, these mountings require an accuracy on the order of μm, which makes it difficult to automate and difficult to reduce mounting cost and mounting time. When transmission between ICs or between substrates is performed by light, mounting must be performed as simply as possible, and current technology is not sufficient. On the other hand, in order to realize optical transmission between ICs (between substrates), it is necessary to integrate electronic elements and optical elements. As a technique for realizing this, there is monolithic integration (OEIC) of electronic elements and optical elements. However, since the fabrication process is complicated, it is difficult to expect the same level of performance as when integrated only with electronic elements. Therefore, when aiming for high performance, a method of hybridly integrating the electronic element and the optical element is required. The problems in the hybrid integration are the alignment method of the connection part (pad) between the optical element and the electronic element, the parasitic inductance generated by the bonding wire of the connection part, and the additional capacitance of the electrode pad. In order to increase the speed, it is necessary to reduce these parasitic impedances as much as possible. However, the length of the bonding wire and the area of the pad have certain restrictions as long as a normal mounting method is used, and there is a limit in reducing the parasitic impedance.
光素子と複数のファイバの接続時の位置決めの問題
は、光素子側及び電子素子側に穴（溝）を形成し、同様
に穴（溝）を設けた光配線アレイとの間を位置決め用ロ
ッドで結び、両者の位置合わせを行うことにより解決す
ることが出来る。 光素子と電子素子の間の接続にも同様な位置決め手法
を導入すれば、パッド面積を飛躍的に縮小することが可
能となる。The problem of positioning when connecting an optical element and a plurality of fibers is that a hole (groove) is formed on the optical element side and the electronic element side, and a positioning rod is similarly provided between the optical wiring array and the hole (groove). Can be solved by aligning the two and aligning them. If a similar positioning method is introduced to the connection between the optical element and the electronic element, the pad area can be significantly reduced.
穴（溝）の位置は素子作製と同様のリソグラフィ技術
により高精度に形成可能であるので、光素子（電子素
子）側での穴（溝）と素子との相互の位置決めの精度は
高い。同様に、光ファイバアレイ側でもファイバ相互間
の位置及び、それらと穴（溝）の位置も高精度で設定可
能である。従って、両者の間を一定の径及び長さを持つ
ロッドで接続することで、相互の位置決めを充分に高い
精度で行うことが可能となる。 また、穴（溝）の形成に異方性エッチングを用いて、
その形状を適切に制御した上で、位置決め用ロッドをそ
れに合わせて作製すれば、光ファイバと光素子間の位置
合わせを横方向だけでなく、縦方向にも同時に行うとが
可能となり、位置合わせ作業が一層の簡略かつ高精度な
ものとなる。Since the positions of the holes (grooves) can be formed with high precision by the same lithography technique as in the element production, the mutual positioning accuracy between the holes (grooves) and the elements on the optical element (electronic element) side is high. Similarly, on the optical fiber array side, the positions between the fibers and the positions of the fibers and the holes (grooves) can be set with high accuracy. Therefore, by connecting them with rods having a constant diameter and length, mutual positioning can be performed with sufficiently high accuracy. Also, using anisotropic etching to form holes (grooves),
By properly controlling the shape and manufacturing the positioning rod in accordance with it, positioning between the optical fiber and the optical element can be performed not only in the horizontal direction but also in the vertical direction at the same time. The work becomes simpler and more accurate.
第１図は本発明の一実施例である。ファイバアレイ３
はフォトリソグラフィと異方性エッチングにより基板上
にファイバ位置決め用の穴41〜44とアレイ位置決め用の
穴51〜52を形成したものであり、通常はSi基板が用いら
れる。８は発光（受光）素子９を形成した基板である。
この基板上にも穴（溝）51、52と同様の形成プロセスに
よって位置決め用の穴71〜72が設けられている。 ファイバアレイ３と基板８はロッド１を穴（溝）51、
と71に、ロッド２を52と72に、それぞれ貫通するように
差し込むことで位置合わせが自動的に行われるので、組
立時の光軸調整が実質的に不要となり、組立工程の簡略
化を図ることが可能になる。 第２図は本発明の別の実施例をしめたものである。フ
ァイバアレイ３及び発光（受光）素子を形成した基板８
は先の実施例の場合と同様である。本実施例の特徴は発
光（受光）素子の駆動回路14を形成した基板11を同時に
位置合わせを行うことにある。121〜122はこのために基
板11上に形成した位置決め用の穴であり、その形成プロ
セスは穴51あるいは71等と同様である。この様に駆動回
路までも合わせて位置決めを行うことによって、組立工
程の簡略化が達成される。また電子素子と光素子を、接
続パッド10及び13の直接接触（もしくは半田付け）及
び、光素子形成基板中のスルーホールにより電気的に接
続している。これにより、ボンディングワイヤが不要と
なり配線のインダクタンスを無くすことが出来ると同時
にボンディングパッド13を縮小して浮遊容量を大幅に低
減することが可能となり高速化をも図るとが可能にな
る。 第３図は本発明の別の実施例をしめたものである。フ
ァイバアレイ３、発光（受光）素子を形成した基板８及
び駆動回路14を形成した基板11は第２の実施例と同様で
ある。本実施例の特徴は、位置合わせを行うロッドの両
端を円錐上の形状とし、これをファイバアレイト基板８
の間におくことにより、両者の間隔を一定に設定するよ
うにしたことにある。光ファイバと発光（受光）素子と
の光結合を最適にするためには、両者の間隔を所定の距
離に保つことが必要である。 本実施例を用いれば、この距離をロッド及び位置決め
穴51、52、71、72の形状を制御することにより、一定に
保つことが可能になる。ロッドの形状は高精度プレスな
どを用いればμｍ単位の精度で再現性良く形成すること
が可能である。また、位置決め穴５、７は異方性エッチ
ングで形成することで、同じく高い再現性をもって形成
することが可能であり、ファイバアレイと基板８の間隔
は充分に高い精度で設定することが可能である。 第４図は本発明の別の実施例をしめしたものである。
本実施例の特徴は、駆動回路用の基板にファイバ位置合
わせ用の穴41〜44を形成することで、駆動回路基板とフ
ァイバアレイ基板の一体化を図ったことにある。41〜44
は両面ステッパ等を用いて、基板の裏面にパターニング
を行うことで、容易に作製することが可能である。ま
た、この構成をとれば、発光（受光）素子を搭載した基
板８の表面側にパッド13を形成できるので、パッドと素
子を結ぶスルーホールを形成する必要が無く、作製プロ
セスを簡単にすることが可能になる。 第５図は本発明の別の実施例のしめしたものである。
本実施例の特徴は位置合せ用の穴（溝）に嵌合させるロ
ッドの形状を円錐（角錐等でも可）としていることにあ
る。これにより、位置合せ用の穴（溝）の径にバラツキ
が生じても、しっかりとロッドを嵌合させることが可能
となる。また、位置合せ用の穴（溝）の径を適切に設定
することで、各基板間の距離を所定の値に保つことが可
能になる。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. Fiber array 3
Are holes 41 to 44 for fiber positioning and holes 51 to 52 for array positioning formed on the substrate by photolithography and anisotropic etching. Usually, a Si substrate is used. Reference numeral 8 denotes a substrate on which a light emitting (light receiving) element 9 is formed.
Holes 71 to 72 for positioning are also provided on this substrate by the same forming process as the holes (grooves) 51 and 52. The fiber array 3 and the substrate 8 make the rod 1 a hole (groove) 51,
And 71, the rod 2 is inserted into 52 and 72 so as to penetrate them, respectively, so that the alignment is automatically performed, so that the optical axis adjustment at the time of assembling is substantially unnecessary, and the assembling process is simplified. It becomes possible. FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. Substrate 8 on which fiber array 3 and light emitting (light receiving) element are formed
Is the same as in the previous embodiment. The feature of this embodiment is that the substrate 11 on which the drive circuit 14 of the light emitting (light receiving) element is formed is simultaneously positioned. 121 to 122 are positioning holes formed on the substrate 11 for this purpose, and the forming process is the same as that of the holes 51 or 71. By thus positioning the drive circuit, the assembly process can be simplified. The electronic element and the optical element are electrically connected by direct contact (or soldering) of the connection pads 10 and 13 and through holes in the optical element forming substrate. This eliminates the need for a bonding wire and eliminates the wiring inductance, and at the same time makes it possible to reduce the bonding pad 13 and greatly reduce the stray capacitance, thereby increasing the speed. FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. The fiber array 3, the substrate 8 on which the light emitting (light receiving) element is formed, and the substrate 11 on which the drive circuit 14 is formed are the same as in the second embodiment. This embodiment is characterized in that both ends of a rod for positioning are formed in a conical shape, and this is formed into a fiber array substrate 8.
The interval between them is set to be constant. In order to optimize the optical coupling between the optical fiber and the light-emitting (light-receiving) element, it is necessary to maintain a predetermined distance between them. By using this embodiment, it is possible to keep this distance constant by controlling the shapes of the rod and the positioning holes 51, 52, 71, 72. The rod shape can be formed with high reproducibility with an accuracy of μm unit by using a high precision press or the like. Further, by forming the positioning holes 5 and 7 by anisotropic etching, the holes can be formed with high reproducibility, and the interval between the fiber array and the substrate 8 can be set with sufficiently high precision. is there. FIG. 4 shows another embodiment of the present invention.
This embodiment is characterized in that the drive circuit board and the fiber array board are integrated by forming holes 41 to 44 for positioning the fiber in the board for the drive circuit. 41-44
Can be easily manufactured by patterning the back surface of the substrate using a double-sided stepper or the like. Further, with this configuration, the pads 13 can be formed on the front surface side of the substrate 8 on which the light emitting (light receiving) elements are mounted, so that it is not necessary to form through holes connecting the pads and the elements, thereby simplifying the manufacturing process. Becomes possible. FIG. 5 shows another embodiment of the present invention.
The feature of this embodiment is that the shape of the rod to be fitted into the positioning hole (groove) is a cone (a pyramid or the like is also possible). Thus, even if the diameter of the positioning hole (groove) varies, the rod can be firmly fitted. In addition, by appropriately setting the diameter of the positioning hole (groove), the distance between the substrates can be maintained at a predetermined value.
本発明によれば、光ファイバと光素子及び光素子駆動
用の電子回路の間の位置合わせを自動的に行うことが可
能になる。また、電子回路と光素子間の接続部のボンデ
ィングワイヤのインダクタンスを無くすことが可能にな
ると同時に、接続パッドの面積縮小による浮遊容量の低
減が達成され、光素子の高速駆動が可能になる。According to the present invention, it becomes possible to automatically perform alignment between an optical fiber, an optical element, and an electronic circuit for driving the optical element. Further, it is possible to eliminate the inductance of the bonding wire at the connection between the electronic circuit and the optical element, and at the same time, to reduce the stray capacitance by reducing the area of the connection pad, thereby enabling high-speed driving of the optical element.
第１図は本発明の基本となる光ファイバと光素子間の接
続方を示した実施例の斜視図、第２図は電子回路との一
括接続法を示した別の実施例の斜視図、第３図は光ファ
イバと光素子間の距離を所定の値に設定する様に構成し
た別の実施例の斜視図および縦断面図、第４図は光ファ
イバ固定用のＶ溝を電子回路を形成する基板上に設けて
光ファイバアレイと電子回路基板を一体化し、構成の簡
略化を図った実施例の組立の概要を示す斜視図および組
上がり断面図、第５図はロッドの形状を円錐状にしたこ
とを特徴とする別の実施例の斜視図および縦断面図であ
る。 符号の説明 1,2……位置決め用ロッド、21〜24……光ファイバ、３
……光ファイバ固定用のＶ溝基板、４−１〜44……光フ
ァイバ固定用のＶ溝、51,52,71,72,121,122……基板間
位置合わせ用の穴（溝）、６……パッドと光素子間の接
続用のスルーホール、８……光素子を形成した基板、９
……光素子、10,13……接続パッド、14……電子回路。FIG. 1 is a perspective view of an embodiment showing a basic connection method between an optical fiber and an optical element of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of another embodiment showing a collective connection method with an electronic circuit, FIG. 3 is a perspective view and a longitudinal sectional view of another embodiment in which the distance between the optical fiber and the optical element is set to a predetermined value. FIG. An optical fiber array and an electronic circuit board are provided on a substrate to be formed, and an electronic circuit board is integrated therewith to simplify the configuration. FIG. 9 is a perspective view and a vertical cross-sectional view of another embodiment characterized in that it is formed into a shape. Description of reference numerals 1,2 ... positioning rod, 21 to 24 ... optical fiber, 3
... V-groove substrate for fixing optical fiber, 4-1 to 44 ... V-groove for fixing optical fiber, 51, 52, 71, 72, 121, 122 ... holes (grooves) for positioning between substrates, 6 ... pads 8 through-hole for connection between optical element and optical element 8 substrate on which optical element is formed 9
…… Optical elements, 10,13 …… Connection pads, 14 …… Electronic circuits.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/42 - 6/43 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02B 6 /42-6/43
Claims (6)
少なくとも搭載され、且つ所定の位置決め用開孔を有す
る第１の基板と、電子回路素子と前記電子回路素子の接
続用パッドとが少なくとも搭載され、且つ光ファイバを
挿入する開孔と、所定の位置決め用開孔を少なくとも有
する第２の基板とを有し、前記光素子の接続用パッドと
前記電子回路素子の接続用パッドとの各々が各基板で対
向する面に搭載され、前記第１の基板と前記第２の基板
とが前記第１の基板の位置決め用開孔と前記第２の基板
の位置決め用開孔とに支持棒を嵌合され、且つ前記光素
子の接続用パッドと前記電子回路素子の接続用パッドと
が前記支持棒の嵌合された状態によって直接接触もしく
は半田付けがなされて電気的接続がなされる如く構成さ
れていることを特徴とする光配線構造体。A first substrate having at least an optical element and a connection pad for the optical element mounted thereon and having a predetermined positioning opening; an electronic circuit element; and a connection pad for the electronic circuit element. Has at least a hole for inserting an optical fiber, and a second substrate having at least a predetermined positioning hole, and a connection pad for the optical element and a connection pad for the electronic circuit element. Are mounted on opposing surfaces of the respective substrates, and the first substrate and the second substrate are supported by the positioning holes of the first substrate and the positioning holes of the second substrate. A rod is fitted, and the connection pad of the optical element and the connection pad of the electronic circuit element are directly contacted or soldered depending on the fitted state of the support rod so that electrical connection is made. Specially Light wiring structure to be.
なくとも搭載され、且つ所定の位置決め用開孔を有する
第１の基板と、光ファイバを挿入する開孔と、所定の位
置決め用開孔とを少なくとも有する第２の基板と、電子
回路素子と前記電子回路素子の接続用パッドを搭載し、
且つ所定の位置決め用開孔とを少なくとも有する第３の
基板とを有し、前記光素子の接続用パッドと前記電子回
路素子の接続用パッドとが、前記電子回路素子の接続用
パッドが前記第１の基板に対向する面となるように搭載
され、前記第１の基板、前記第２の基板および第３の基
板とが各基板の位置決め用開孔に支持棒を嵌合され、且
つ前記光素子の接続用パッドと前記電子回路素子の接続
用パッドとが前記支持棒の嵌合された状態で直接接触も
しくは半田付けがなされて電気的接続がなされる如く構
成されていることを特徴とする光配線構造体。A first substrate having at least an optical element and a connection pad for the optical element mounted thereon and having a predetermined positioning opening; an opening for inserting an optical fiber; and a predetermined positioning opening. A second substrate having at least a hole, mounted with an electronic circuit element and a connection pad for the electronic circuit element,
And a third substrate having at least a predetermined positioning opening, wherein the connection pad for the optical element and the connection pad for the electronic circuit element are connected to each other, and the connection pad for the electronic circuit element is connected to the third pad. The first substrate, the second substrate, and the third substrate are mounted so as to be opposed to one substrate, a support rod is fitted into a positioning opening of each substrate, and the light The connection pad of the element and the connection pad of the electronic circuit element are configured to be directly contacted or soldered in a state where the support rod is fitted, so that electrical connection is made. Optical wiring structure.
記位置決め用開孔が当該シリコン基板に対する異方性エ
ッチングによって形成された開孔なることを特徴とする
請求項第１項または請求項第２項に記載の光配線構造
体。3. The method according to claim 1, wherein each of the substrates is a silicon substrate, and wherein the positioning opening is an opening formed by anisotropic etching on the silicon substrate. 3. The optical wiring structure according to item 2.
なくとも搭載され、且つ所定の位置決め用開孔を有する
第１の基板と、電子回路素子と前記電子回路素子の接続
用パッドとが少なくとも搭載され、且つ光ファイバを挿
入し固定する開孔と、所定の位置決め用開孔とを少なく
とも有する第２の基板とを準備し、前記第１の基板と前
記第２の基板とを前記光素子の接続用パッドと前記電子
回路素子の接続用パッドが対向するように対向させ、前
記光素子の接続用パッドと前記電子回路素子の接続用パ
ッドとが支持棒の嵌合状態で直接接触もしくは半田付け
がなされて電気的接続がなされる如く、前記第１の基板
の位置決め用開孔と前記第２の基板の位置決め用開孔と
に支持棒を嵌合することを特徴とする光配線の実装方
法。4. A first substrate having at least an optical element and a connection pad for the optical element mounted thereon and having a predetermined positioning opening, and an electronic circuit element and a connection pad for the electronic circuit element. A second substrate having at least a hole for mounting and inserting and fixing an optical fiber, and a second substrate having at least a predetermined positioning hole is prepared, and the first substrate and the second substrate are separated from each other by the light. The connection pads of the element and the connection pads of the electronic circuit element are opposed to each other so that the connection pads of the optical element and the connection pads of the electronic circuit element are in direct contact or A support rod is fitted into a positioning opening of the first substrate and a positioning opening of the second substrate so that electrical connection is made by soldering. Implementation method.
なくとも搭載され、且つ所定の位置決め用開孔を有する
第１の基板と、光ファイバを挿入する開孔と、所定の位
置決め用開孔とを少なくとも有する第２の基板と、電子
回路素子と前記電子回路素子の接続用パッドを前記電子
回路素子の接続用パッドが前記第１の基板に対向する面
となるように搭載し、且つ所定の位置決め用開孔を少な
くとも有する第３の基板とを準備し、前記光素子の接続
用パッドと前記電子回路素子の接続用パッドとが対向す
る如く各基板面を対向させ、且つ前記光素子の接続用パ
ッドと前記電子回路素子の接続用パッドとが前記支持棒
の嵌合状態で直接接触もしくは半田付けがなされて電気
的接続がなされる如く、前記第１の基板、前記第２の基
板、および第３の基板とに各基板の位置決め用開孔に支
持棒を嵌合することを特徴とする光配線の実装方法。5. A first substrate on which at least an optical element and a connection pad for the optical element are mounted and which has a predetermined positioning opening, an opening for inserting an optical fiber, and a predetermined positioning opening. A second substrate having at least a hole, and an electronic circuit element and a connection pad for the electronic circuit element are mounted such that the connection pad for the electronic circuit element is a surface facing the first substrate; and Preparing a third substrate having at least a predetermined positioning opening, making the respective substrate surfaces face each other such that the connection pads of the optical element and the connection pads of the electronic circuit element face each other; The first substrate and the second substrate such that the connection pad of the electronic circuit element and the connection pad of the electronic circuit element are electrically connected by direct contact or soldering with the support rod being fitted. And the third Implementation of the optical wiring, characterized in that fitting the support rod to the positioning hole of the substrate and the plate.
記位置決め用開孔が当該シリコン基板に対する異方性エ
ッチングによって形成された開孔なることを特徴とする
請求項第４項または請求項第５項に記載の光配線の実装
方法。6. The substrate according to claim 4, wherein each of said substrates is a silicon substrate, and said positioning opening is an opening formed by anisotropic etching on said silicon substrate. Item 6. An optical wiring mounting method according to Item 5.
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Applications Claiming Priority (1)
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