JP5966915B2 - Optical bonding apparatus and optical component connecting method - Google Patents
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Description
本発明は、光接合装置及び光部品接続方法に関する。 The present invention relates to an optical bonding apparatus and an optical component connecting method.
光通信装置間のデータ伝送において電気伝送を光伝送に置き換え、複数の系統に光を送信する必要から、光信号を並列に伝送できる光導波路を備えたデバイスが要求されている。光通信装置は、電気通信を光に変換する光半導体装置や光導波路などを備えている。光導波路の光入出力端部では、他の光部品との相互間で光信号を送受信するために光ファイバに接続されることがある。この場合、光導波路と光ファイバを互いに調心して接続するが、信号の高密度化に伴い、次のような要求がある。 Since it is necessary to replace electrical transmission with optical transmission and transmit light to a plurality of systems in data transmission between optical communication apparatuses, a device having an optical waveguide capable of transmitting optical signals in parallel is required. The optical communication device includes an optical semiconductor device that converts electrical communication into light, an optical waveguide, and the like. The optical input / output end of the optical waveguide may be connected to an optical fiber in order to transmit / receive optical signals to / from other optical components. In this case, although the optical waveguide and the optical fiber are aligned and connected to each other, there are the following requirements as the signal density increases.
例えば、光ファイバのコアは細線化のために数μmレベルの径のものが使用される場合、光導波路との間で互いの光軸のズレによる接続損失を抑える必要がある。このため、光導波路と光ファイバの接続にはサブミクロンレベルの高い位置合わせ精度が要求される。また、光通信で使用される通信波長帯域の増大により通信ラインの多重化が進んでおり、高いスループットで光導波路と光ファイバを接合することが求められている。 For example, when an optical fiber core having a diameter of several μm is used for thinning, it is necessary to suppress a connection loss due to a shift of the optical axes between the optical waveguides. For this reason, high alignment accuracy at the submicron level is required for the connection between the optical waveguide and the optical fiber. Also, communication lines have been multiplexed due to an increase in the communication wavelength band used in optical communication, and it is required to join an optical waveguide and an optical fiber with high throughput.
光導波路を備えた光導波路チップと光ファイバが取り付けられた光ファイバアレイの接続方法として、双方に位置決め用のピン溝を形成し、互いのピン溝にガイドピンを挿入することにより位置決めしながら光導波路と光ファイバを接合する方法がある。ピン溝の加工方法には、スライサなどを使用する機械加工方法や、半導体プロセスを用いたエッチング方法があるが、機械加工方法では高い精度が得られない。 As a method of connecting an optical waveguide chip provided with an optical waveguide and an optical fiber array to which an optical fiber is attached, a positioning pin groove is formed on both, and a guide pin is inserted into each pin groove while positioning. There is a method of joining a waveguide and an optical fiber. The pin groove processing method includes a machining method using a slicer and the like, and an etching method using a semiconductor process, but high accuracy cannot be obtained by the machining method.
半導体プロセスを用いる方法においては、まずシリコン基板の(100)面を主面とし、その上に開口部を有するマスクを形成し、シリコン基板の主面を露出させる。その後に、開口部を通してシリコン基板をエッチングすると、結晶異方性により、ガイドピンが載置されるV溝が形成される。 In a method using a semiconductor process, first, a mask having an opening is formed on the (100) plane of the silicon substrate, and the main surface of the silicon substrate is exposed. Thereafter, when the silicon substrate is etched through the opening, a V-groove on which the guide pin is placed is formed due to crystal anisotropy.
しかしながら、結晶異方性のエッチングによりV溝を形成する場合、主面に対するV溝の斜面の角度は結晶異方性により約54.7度となり、V溝の幅、即ちマスクの幅によりV溝の深さが一義的に決定する。このため、マスクの開口部の大きさにズレがあったり、或いはエッチング時に基板の向きにずれがあったりすると、V溝の幅が本来想定している大きさと相違する。これにより、V溝の深さにもズレが生じ、V溝に挿入するガイドピンの中心と光導波路の中心の配置に高さ方向のズレが発生し、光接続損失が大きくなってしまう。 However, when the V-groove is formed by etching with crystal anisotropy, the angle of the slope of the V-groove with respect to the main surface is about 54.7 degrees due to crystal anisotropy, and the V-groove depends on the width of the V-groove, that is, the width of the mask. The depth of is determined uniquely. For this reason, if the size of the opening of the mask is deviated or the direction of the substrate is shifted during etching, the width of the V-groove differs from the originally assumed size. As a result, the depth of the V-groove is also deviated, and a deviation in the height direction occurs between the center of the guide pin inserted into the V-groove and the center of the optical waveguide, resulting in a large optical connection loss.
本発明の目的は、光部品に形成されるピン溝に取り付けられるガイドピンの高さ方向のズレを抑制し、光部品同士を良好に光接続することができる光接合装置及び光部品接続方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical joining device and an optical component connecting method capable of suppressing the deviation in the height direction of a guide pin attached to a pin groove formed in an optical component and satisfactorily optically connecting the optical components. It is to provide.
本実施形態の1つの観点によれば、ファイバ用V溝と、前記ファイバ用V溝の側方で前記ファイバ用V溝の長手方向に沿って配置される第1ピン用V溝が形成された固定チップと、前記ファイバ用V溝に嵌められる光ファイバと、前記第1ピン用V溝に一端が外方に突出して嵌められるガイドピンと、を含む光ファイバ部品と、端部から内部に向けて段階的に幅が狭く変化する連続した複数の段を有し、前記複数の段のいずれかに前記ガイドピンの前記一端が嵌められる第2ピン用V溝が形成された基板と、前記基板のうち前記第2ピン用V溝の側方に形成され、前記光ファイバの端部に光接続される光導波路と、を含む光導波路部品と、を有する光接続装置が提供される。
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解されるものである。
According to one aspect of the present embodiment, a fiber V-groove and a first pin V-groove disposed along the longitudinal direction of the fiber V-groove on the side of the fiber V-groove are formed. An optical fiber component including a fixed chip, an optical fiber fitted in the fiber V-groove, and a guide pin fitted with one end protruding outward in the first pin V-groove, from the end toward the inside A substrate having a plurality of successive steps, the width of which changes narrowly in stages, and a second pin V-groove in which the one end of the guide pin is fitted in any of the plurality of steps; Among these, there is provided an optical connecting device having an optical waveguide component including an optical waveguide formed on a side of the second pin V-groove and optically connected to an end portion of the optical fiber.
The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims. It is to be understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention.
本実施形態によれば、光部品に形成されるピン溝に取り付けられるガイドピンの高さ方向のズレを抑制し、光部品同士を良好に光接続することができる。 According to the present embodiment, it is possible to suppress the deviation in the height direction of the guide pins attached to the pin grooves formed in the optical component, and to optically connect the optical components with each other.
以下に、図面を参照して実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
図1は、実施形態に係る光接続装置における光部品を接続する前の状態を示す斜視図である。図2(a)は、実施形態に係る光接続装置における光部品を接続する前の状態を示す平面図、図2(b)は、図2(a)のI−I線断面図、図2(c)は図2(a)のII−II線断面図である。
図1、図2において、光接続する光部品として光ファイバフェルール11と光導波路チップ21を使用する。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. In the drawings, similar components are given the same reference numerals.
FIG. 1 is a perspective view illustrating a state before optical components are connected in the optical connection device according to the embodiment. 2A is a plan view showing a state before optical components are connected in the optical connecting apparatus according to the embodiment, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 2A, and FIG. (C) is the II-II sectional view taken on the line of Fig.2 (a).
1 and 2, an
光ファイバフェルール11は、立方体形状の固定チップ12、複数の光ファイバ16a〜16d、円柱状の一対のガイドピン17、18及びクランプ19を有している。固定チップ12の主面には、幅方向(図中x方向)に等間隔で複数のファイバ用V溝13a〜13dが平行に形成されている。ファイバ用V溝13a〜13dが形成される領域の両側には間隔をおいて一対のピン用V溝14、15が形成されている。ファイバ用V溝13a〜13dとピン用V溝14、15は、長手方向(図中z方向)に直線状に形成され、それらの幅、深さは例えば同じになるように形成されることが好ましい。しかし、使用されるガイドピンの直径が光ファイバの直径よりも大きい場合には、ピン用V溝14、15はファイバ用V溝13a〜13dより大きく形成される。
The
複数のファイバ用V溝13a〜13dのそれぞれには光ファイバ16a〜16dの先端部が接着剤により接着され、それらの先端面は固定チップ12の先端面に揃うように位置合わせされている。また、一対のピン用V溝14、15には、ガイドピン17、18がそれぞれ長手方向に移動可能に嵌め込まれ、ガイドピン17、18の先端部及び後端部は固定チップ12から前後の外方に突出する状態で取り付けら、その先端の突出量は揃えられる。ガイドピン17、18の後端には、図2(a)に示すように、直径の大きなフランジ部17a、18aが形成されてもよい。
The end portions of the
固定チップ12に取り付けられたガイドピン17、18は、固定チップ12を上下から挟むクランプ19の内側の平坦な底面により固定チップ12に向けて押圧、仮固定され、上下方向(y方向)、側方(x方向)への移動が規制される。
The
クランプ19は、弾性材から形成され、その前後端が開放され、その内側の上面と底面により固定チップ12上のガイドピン17、18、光ファイバ16a〜16dをバネ性により挟み込む構造を有している。クランプ19の上部には、両側を分断するスリット19aが形成され、固定チップ12とガイドピン17、18の位置に応じて開き量が変化する構造になっている。
The
光導波路チップ21は、基板22とその上に載置される天板29を有している。基板22の主面には、複数の直線状の光導波路23a〜23dが幅方向(x方向)に等間隔で平行に形成され、それらの端面が光ファイバ16a〜16dのコアCに光結合する間隔で配置される。また、その主面のうち光導波路23a〜23dが形成される領域の両側方には、一対のピン用V溝27、28が基板22の端面に対して垂直方向に長く形成されている。
The
天板29は、一対のピン用V溝27、28のそれぞれに嵌め込まれるガイドピン17、18の端部を基板22に向けて押圧する下面を有し、その両側端には基板22上に接着される脚部29a、29bを有している。ここで、一対のガイドピン17、18の半径をRとし、光導波路23a〜23dの基板22主面からの垂直向の中心の高さをH0とすると、天板29の下面のうち基板22の主面からの高さは(R+H0)〜(R+H0±0.5μm)の範囲になるように設定することが望ましい。
The
光導波路チップ21における一対のピン用V溝27、28は、光ファイバフェルール11から突出するガイドピン17、18の先端部を基板22内部に向けて案内する大きさと深さを有している。一対のピン用V溝27、28の幅と深さは、ガイドピン17、18の挿入端から内部に向けて段階的に小さくなるように複数の階段状に変化する形状を有している。一対のピン用V溝27、28の長さ方向で、幅のn段(2<n:自然数)のそれぞれの片側での変化量を例えば0.5μmとする。なお、ピン用V溝27、28の幅は、基板22主面における幅を示す。
The pair of
ここで、図3に例示するように、ガイドピン17、18の半径をRとし、基板22の主面に対するガイドピン17、18の中心の高さをH0とし、ピン用V溝27、28の幅をWとし、それらの斜面の主面に対する溝内側の角度をθ度とする。この場合、H0は、基板22の主面から垂直方向の光導波路23a〜23dの中心までの高さに設定されることが好ましい。また、基板22の主面の垂直方向において、ピン用V溝27、28の底部からその上のガイドピン17、18の中心までの距離をH1とし、ピン用V溝17、18の底部から基板22の主面までの距離をH2とする。
Here, as illustrated in FIG. 3, the radius of the guide pins 17 and 18 is R, the height of the center of the guide pins 17 and 18 with respect to the main surface of the
これにより、H1=R/cosθ、H2=H1−H0、W/2=H2/tanθの関係が成立し、ピン用V溝27、28の幅Wは次の式により求められる。
As a result, the relationship of H 1 = R / cos θ, H 2 = H 1 −H 0 , W / 2 = H 2 / tan θ is established, and the width W of the pin V-
W=2×H2/tanθ=2×(R/cosθ−H0)/tanθ W = 2 × H 2 / tan θ = 2 × (R / cos θ−H 0 ) / tan θ
従って、ピン用V溝27、28の斜面の角度θを54.7度、ガイドピン17、18の直径2Rを125μmとし、基板22の主面に対するガイドピン17、18の中心の高さH0を15μmとすると、ピン用V溝27、28の上端の幅Wは約131.9μmとなる。また、基板22の主面に対する光導波路23a〜23dの中心の高さH0とピン用V溝27、28の幅Wの関係は次式のようになり、図4のグラフで示される。
Accordingly, the angle θ of the inclined surfaces of the pin V-
H0=108.1−0.706W H 0 = 108.1-0.706W
ピン用V溝27、28の長手方向に対して幅Wを変化させる段数を図2(a)に示すように例えば「3」とすると、ガイドピン17、18の挿入端から第2段目27b、28bの幅Wをそれぞれ131.9μmとなるように設計する。この場合、第2段目27b、28bの上に嵌め込まれる直径125mのガイドピン17、18の中心の高さH0は15μmとなる。
If the number of steps for changing the width W with respect to the longitudinal direction of the pin V-
これに対し、実際に作製されたピン用V溝27、28の幅Wが加工誤差で片側0.5μm拡大する場合には、第2段27b、28bの幅Wは132.9μmとなり、その上に載置したガイドピン17、18の中心の高さH0は14.27μmとなり、目標値15μmより低くなる。これに対し、ピン用V溝27、28の長手方向の奥の第3段27c、28cの幅Wは、第2段27b、28bの幅Wに比べて片側で0.5μm狭くなるように設計されたので、実際にできあがったその幅Wは131.9μmとなるので、ガイドピンを第3段27c、28cに嵌めることにより、ガイドピン17、18の中心の高さH0を15μmにすることができる。
On the other hand, when the width W of the actually produced pin V-
また、実際に加工されたピン用V溝27a、28aの幅Wが加工誤差により片側で0.5μm縮小する場合には、第2段27b、28bの幅Wは130.9μmとなり、その上に嵌めるガイドピン17、18の中心の高さH0が15.68μmとなり、目標値15μmより高くなる。これに対し、ピン用V溝27、28の長手方向の第1段27a、28aの幅Wは、第2段27b、28bに比べて片側で0.5μm広くなるように設計されたので、実際にできあがったその幅Wは131.9μmとなる。これにより、ガイドピン17、18を第1段27a、28aに嵌めることにより、ガイドピン17、18の中心の高さH0を目標値の15μmにすることができる。
Further, when the width W of the actually processed pin V-
また、実際に作製されたピン用V溝27、28の幅Wが加工誤差により片側で0.3μm拡大する場合には、第2段27b、28bの幅Wは132.5μmとなり、その上に嵌め込むガイドピン17、18の中心の高さH0が約14.56μmと目標値より低くなる。これに対し、ピン用V溝27、28の第3段27c、28cの幅は、第2段28b、28bに比べて片側では0.5μm小さくなるように設計されたので、実際にできあがったその幅Wは131.5μmとなる。これにより、第3段27c、28cに嵌め込むガイドピン17、18の高さH0は15.26μmと目標値よりも高くなる。さらに、ピン用V溝27、28の第1段27a、28aの幅Wは、第2段27b、28bに比べて片側では0.5μm広くなるように設計されたので、実際にできあがったその幅は133.5μmとなり、その上に嵌め込むガイドピン17、18の中心の高さH0は13.85μmと目標値より低くなる。
Further, when the width W of the actually produced pin V-
このような状態で、ガイドピン17、18の中心が目標高さに近いのは第3段27c、28cとなるのでガイドピン17、18をピン用V溝27、28の第3段28c、28cに嵌め込む。なお、天板29と基板22との間隔に生じる誤差により、ガイドピン17、18が第3段27c、28c上に挿入できない場合には、第2段27b、28bに嵌め込まれることになる。なお、ピン用V溝27、28の階段状の幅の段差の値は、高さ方向についてガイドピン17、18の中心と光導波路23a〜23dの中心の誤差の許容範囲に基づいて決定されてもよい。
In such a state, the center of the guide pins 17 and 18 is close to the target height in the
以上のように、ガイドピン17、18が嵌め込まれる位置が決まった状態で、ガイドピン17、18の先端をピン用V溝27、28の段の端部に突き当てる。その後に、ガイドピン17,18の表面に沿って光ファイバフェルール11の固定チップ12とクランプ19を滑らせながら移動し、光ファイバフェルール11の先端面を光導波路チップ21のピン挿入端面に接触させる。その後に、光導波路チップ21と光ファイバフェルール11の対向端面同士を接着剤により接着する。
As described above, with the positions where the guide pins 17 and 18 are fitted are determined, the tips of the guide pins 17 and 18 abut against the end portions of the
このように、光導波路チップ21のピン用V溝27、28の幅及び深さを長手方向に複数段に分け、端から内部へと遠ざかるにつれて幅と深さを段階的に順次小さくなるように変化させている。これにより、ピン用V溝27、28の幅と深さについて加工上の誤差が発生しても、ピン用V溝27、28には最適又は誤差範囲の大きさの領域が存在することになり、ガイドピン17、18の中心の高さを目標値に調整することが可能になる。
In this way, the width and depth of the pin V-
これにより、ガイドピン17、18の中心の高さに合わせて調整された光ファイバ13a〜13dが、光導波路23a〜23dに対してサブミクロンレベルで位置合わせできる。また、光ファイバ13a〜13dと光導波路23a〜23dを光接続する際に、光計測によるアライメントが不要になり、高いスループットでの光接合が可能になる。
Thereby, the
なお、上記の説明では、光導波路チップ21のピン用V溝28、29の幅、深さを変化させる段数を3段として説明したが、その段数は3つに限るものではなく、基板22のガイドピン挿入端から内部方向に向けて2段又は4以上の段数を有する構造であってもよい。例えば4段の場合に段差を片側で0.5μmとすると、ピン用V溝28、29の加工誤差による2μmの位置決めのズレを0.5μm以内に調整することができる。また、それらの段差は幅の片側で0.5μmに限るものではなく、光ファイバ13a〜13dと光導波路23a〜23dの互いの中心の高さ方向のズレの許容範囲に基づいて設定される。
In the above description, the number of stages for changing the width and depth of the
次に、光導波路チップ21における基板22に光導波路23a〜23dとピン用V溝27、28を形成する工程の一例を図5、図6を参照して説明する。
Next, an example of a process of forming the
光導波路チップ21が作製される基板22として、図5(a)の断面に示すようなSOI基板20を用意する。SOI基板20は、上記の基板22として適用されるシリコン基板20aと、その上に順に形成される酸化シリコン層20b、シリコン層20cとを有している。SOI基板20は略円形状のウエーハであるが、以下の説明では1つの光導波路チップが形成される領域を抽出して説明する。ウエーハは最終的に光導波路チップ毎に分割される。
As the
まず、シリコンコン層20cの主面となる(100)面の上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等を施すことにより、互いに平行な複数の光導波路形状のレジストパターン31a〜31dを形成する。この場合、導波路形状のレジストパターン31a〜31dの長手方向は(110)面に垂直な方向に配置する。また、導波路形状のレジストパターン31a〜31dの端面の幅の中心は、図1、図2に示した光ファイバフェルール11内の複数の光ファイバ13a〜13dのコアCと同じ間隔に配置される。
First, a photoresist is applied on the (100) surface which is the main surface of the silicon-
この後に、レジストパターン31a〜31dをマスクに使用し、シリコン層20cをエッチングする。これによりレジストパターン31の下に残されたシリコン層20cを光導波路23a〜23dとして使用する。その後に、図5(b)に示すように、レジストパターン31a〜31dを除去する。
Thereafter, using the resist patterns 31a to 31d as a mask, the
続いて、図5(c)に示すように、光導波路23a〜23d及び酸化シリコン膜20bの上に絶縁膜26として例えば酸化シリコン膜を形成する。その後に、絶縁膜26の上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等を施すことにより、光導波路23a〜23bが形成される領域を覆うレジストパターン32を形成する。その後に、レジストパターン32をマスクに使用し、絶縁膜26をエッチングし、続いてレジストパターン32を除去する。これにより、図5(d)に示すように、光導波路23a〜23dは絶縁膜26に覆われ、その他の領域で酸化シリコン膜23cが露出する。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, a silicon oxide film, for example, is formed as the insulating
次に、図6(a)に示すように、絶縁膜26及び酸化シリコン膜20bの上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等をすることによりV溝形成用レジストパターン33を形成する。V溝形成用レジストパターン33は、図7の平面図に例示するように、光ファイバが挿入される側の端部から内部に向けて複数段階で幅が狭く変化する溝形成用開口部33a、33bを絶縁膜26の両側方に有している。溝形成用開口部33a、33bの長手方向はシリコン基板20aの(110)面に垂直な方向となっている。図7では、図1、図2と異なる5段を示し、その3断目の幅は目標値になるように設計される。また、各段毎の幅の変化量は、片側で例えば0.5μmとし、各段の長さを例えば数mmとする。なお、段数は5に限られるものではない。
Next, as shown in FIG. 6A, a photoresist is applied on the insulating
次に、図6(b)に示すように、V溝形成用レジストパターン33の開口部33a、33bを通して酸化シリコン膜20bをエッチングし、開口部34a、34bを形成する。エッチングはドライでもウエットでもよく、ドライエッチング、例えば反応性イオンエッチング(RIE)による場合にはフッ素含有ガスを使用し、ウエットエッチングによる場合には希釈フッ酸を使用する。
Next, as shown in FIG. 6B, the
続いて、図6(c)に示すようにV溝形成用レジストパターン33を除去した後に、絶縁膜26と酸化シリコン膜20bをマスクに使用し、開口部34a、34bを通してシリコン基板20aをウエットエッチングする。ウエットエッチングには、例えば水酸化カリウム(KOH)液を使用するがこれに限るものではなく、その他のアルカリエッチング液、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム(TMHA)液を使用してもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, after removing the V-groove forming resist
(100)面を主面にしているシリコン基板20aのエッチングには結晶異方性があるために、図6(d)に示すように、エッチングにより形成される溝はV字状になり、斜面が(111)面のピン用V溝27、28が形成され、シリコン基板20aの主面に対するピン用V溝27、28の斜面の角度θは54.7度となる。このため、ピン用V溝27、28はV溝形成用レジストパターン33の開口部33a、33bの幅に合わせてその深さも変化し、その長手方向には開口部33a、33b(34a、34b)の形状が転写されて幅と深さの異なる複数段で形成される。
Since the etching of the
次に、図1、図2に示した光ファイバフェルール11の形成方法を図8を参照して説明する。
Next, a method of forming the
まず、図8(a)に示すように、主面である(100)面の上に酸化シリコン膜42が形成されたシリコン基板41を使用する。そして、主面の上に、フォトレジストを塗布し、これを露光、現像等をすることにより、複数の光ファイバ13a〜13dと第1、第2のガイドピン17、18が配置される領域に複数のV溝形成用開口部43a〜43fを有するレジストパターン43を形成する。V溝形成用開口部43a〜43fの長手方向は、シリコン基板41の(110)面に垂直方向に合わせる。また、V溝形成用開口部43a〜43fの幅の中心は、図6(d)に示した光導波路23a〜23dとV溝27、28の中心に合わせて配置される。
First, as shown in FIG. 8A, a
ガイドピン17、18の中心と光ファイバ13a〜13dの中心のずれを防止するためにそれらの直径を同じにする場合には、全てのV溝形成用開口部43a〜43fを同じ幅に形成する。例えば、直径が125μmの光ファイバ13a〜13dとガイドピン17、18を使用する場合には、上記のようにV溝形成用開口部43a〜43fの幅を例えば131.9μmとする。
When the diameters of the guide pins 17 and 18 and the centers of the
この後に、図8(b)に示すように、レジストパターン43をマスクに使用してV溝形成用開口部43a〜43fを通して酸化シリコン膜42をエッチングする。これにより、レジストパターン43の複数のV溝形成用開口部43a〜43fを酸化シリコン膜42に転写して、複数のV溝形成用開口部42a〜42fを形成する。この後に、図8(c)に示すように、レジストパターン43を除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 8B, the
次に、図8(c)に示すように、酸化シリコン膜42をマスクに使用し、V溝形成用開口部42a〜42fを通してシリコン基板41をウエットエッチングし、ファイバ用V溝13a〜13dとピン用V溝14、15を形成する。ウエットエッチングには、例えばKOH液を使用するがこれに限るものではなく、その他のアルカリエッチング液を使用してもよい。
Next, as shown in FIG. 8C, using the
これにより、図8(d)に示すように、主面が(100)面のシリコン基板41のエッチングには結晶異方性があるため、エッチングにより形成される溝はV字状になり、斜面が(111)面のV溝が形成され、その斜面はシリコン基板20の主面に対する角度は54.7度となる。これらのV溝のうち最も外側の2つはピン用V溝14、15として使用され、それらの間のV溝はファイバ用V溝13a〜13dとして使用される。ピン用V溝14、15、ファイバ用V溝13a〜13dが形成されたシリコン基板41は、チップ状に切断され、図1、図2に示した光ファイバフェルール11の固定チップ12として使用される。
As a result, as shown in FIG. 8D, the etching of the
ファイバ用V溝13a〜13dには光ファイバ16a〜16dの先端面を固定チップ12の一面に揃えた状態で接着剤により接着する。ガイドピン17、18は、ピン用V溝14、15に嵌められ、接着剤により固定されず、図1、図2に示したクランプ19により固定チップ12に押し付けられ、ピン用V溝14、15に沿って移動可能なように仮固定されている。ガイドピン17、18は、金属、例えば、炭化タンタルとコバルトなどを結合した超硬合金、或いは、炭素鋼をベースにタングステン・モリブデン・クロムなどを結合したハイス系合金から形成してもよいし、短く切断した光ファイバを使用してもよい。
The fiber V-
次に、光導波路23a〜23dと光ファイバ13a〜13dの接続方法を説明する。
まず、図2(a)に示すように、光ファイバフェルール11においてクランプ19とピン用V溝14、15間に挟まれたガイドピン14、15を、光ファイバフェルール21の基板22と天板29の間のピン用V溝27、28の間に挿入する。この場合、天板29の下面に摺動しながら挿入することが好ましい。
Next, a method for connecting the
First, as shown in FIG. 2A, the guide pins 14 and 15 sandwiched between the
ピン用V溝27、28の幅と深さは前述の通り、加工誤差などにより誤差が生じることがある。例えば、ピン用V溝27、28の加工を誤差なく形成できた場合、図9(a)に示すように、ガイドピン17、18を天板29の内部上面に当てながらピン用V溝に挿入すると、設計通りに、階段状に変化するピン用V溝27、28の中央の段にガイドピン17、18が載置され、その奥の段との壁に突き当たりそれ以上進まなくなる。
As described above, errors may occur in the width and depth of the pin V-
これに対し、例えば、ピン用V溝27、28の幅、深さが加工の誤差により当初の予定よりも大きく形成された場合、図9(b)に示すように、階段状のピン用V溝27、28の中央の段よりも奥の段、即ち挿入端面よりも奥に離れた段でガイドピン27、28が突き当たる。
On the other hand, for example, when the width and depth of the
また、ピン用V溝27、28の幅、深さが加工の誤差により当初の予定よりも小さく形成された場合は、図9(c)に示すように、階段状のピン用V溝27、28の中央の段よりも手前の段、即ち挿入端面に近い段でガイドピン27、28が突き当たる。
If the width and depth of the pin V-
それらのように、ピン用V溝27、28のうち突き当たりの位置まで到達した後は、ガイドピン27、28に沿って光ファイバフェルール11をその端面が光導波路チップ21の挿入端面と接する位置まで移動し、光導波路チップ21と光ファイバフェルール11の端面同士を接着する。接着の方法としては、光硬化性樹脂による接着、陽極接合などがあるが特に限定されるものではない。
After reaching the end of the pin V-
上記のように複数段に形成されたガイドピン用溝27、28内でガイドピン17、18が突き当たる位置が変わることによって、ピン用V溝27、28の幅、深さに加工誤差が生じたとしてもガイドピン17、18は好適なサイズのピン用V溝27、28の段に嵌ることになる。これにより、光導波路23a〜23dとガイドピン17、18の中心の高さが精度よく一致する。
As described above, the position where the guide pins 17 and 18 abut on each other in the
また、図10(a)、(b)に示すように、光ファイバフェルール11側のファイバ用V溝13a〜13d、ピン用V溝14、15を同時に加工することにより、それらのV溝13a〜13d、14、15の幅、深さに加工誤差が発生しても、それぞれのV溝の相対位置が変化しないため、固定チップ12の主面に対するガイドピン17、18と光ファイバ16a〜16dの高さが精度よく一致する。なお、図10(a)、(b)において破線は理想状態で形成されるファイバ用V溝13a〜13d、ピン用V溝14、15を示している。従って、V溝13a〜13d、14、15、27、28の加工誤差が発生しても光導波路23a〜23bと光ファイバ16a〜16dの高さが精度よく一致する。
Further, as shown in FIGS. 10A and 10B, by simultaneously processing the fiber V-
以上、説明したように本発明により、ガイドピン17、18による位置決めにおいて、ピン用V溝27、28の加工時に溝幅、深さの誤差が発生しても、光導波路23a〜23dと光ファイバ16a〜16dをサブミクロンレベルで位置合わせすることができる。また、以上のような構造の光接合装置によれば、光計測によるアライメントが不要であり、高いスループットでの光部品の光接合が可能となる。
As described above, according to the present invention, the
上記した説明では、光導波路13a〜13dを直線状として説明したが、長手方向に互いの間隔が変化する形状であってもよい。また、光導波路チップには半導体レーザ、フォトダイオード等が搭載されていてもよい。さらに、光ファイバフェルールにも部品が搭載されていてもよい。
In the above description, the
ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈され、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解される。 All examples and conditional expressions given here are intended to help the reader understand the inventions and concepts that have contributed to the promotion of technology, such examples and It is interpreted without being limited to the conditions, and the organization of such examples in the specification is not related to the superiority or inferiority of the present invention. While embodiments of the present invention have been described in detail, it will be understood that various changes, substitutions and variations can be made thereto without departing from the spirit and scope of the invention.
次に、本発明の実施形態について付記する。
(付記1)ファイバ用V溝と、前記ファイバ用V溝の側方で前記ファイバ用V溝の長手方向に沿って配置される第1ピン用V溝が形成された固定チップと、前記ファイバ用V溝に嵌められる光ファイバと、前記第1ピン用V溝に一端が外方に突出して嵌められるガイドピンと、を含む光ファイバ用部品と、端部から内部に向けて段階的に幅が狭く変化する連続した複数の段を有し、前記複数の段のいずれかに前記ガイドピンの前記一端が嵌められる第2ピン用V溝が形成された基板と、前記基板のうち前記第2ピン用V溝の側方に形成され、前記光ファイバの端部に光接続される光導波路と、を含む光導波路部品と、を有する光接続装置。
(付記2)前記固定チップはシリコン基板から形成され、前記ファイバ用V溝、前記第1ピン用V溝は前記シリコン基板の(100)面に形成され、前記ファイバ用V溝の長手方向は前記シリコン基板の(110)面の垂直方向に配置されることを特徴とする付記1に記載の光接続装置。
(付記3)前記基板はシリコン基板であり、前記第2ピン用V溝と前記光導波路は前記シリコン基板の(100)面に形成され、前記第2ピン用V溝の長手方向は前記シリコン基板の(110)面に対して垂直方向に配置されることを特徴とする付記1又は付記2に記載の光接続装置。
(付記4)前記光導波路部品において、前記ガイドピンは前記第2ピン用V溝と天板により挟まれることを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1つに記載の光接続装置。
(付記5)前記第2ピン用V溝の前記複数の段において、隣接する前記段同士の幅の段差は等しく形成されていることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1つに記載の光接続装置。
(付記6)前記ガイドピンと前記光ファイバの直径が等しいことを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1つに記載の光接続装置。
(付記7)前記第2ピン用V溝の前記複数の段のいずれかに嵌められた前記ガイドピンの中心と前記光導波路の高さ方向の中心は、前記基板の主面に対して同じ高さか許容範囲内の誤差を有することを特徴とする付記1乃至付記6のいずれか1つに記載の光接続装置。
(付記8)ファイバ用V溝と、前記ファイバ用V溝の側方で前記ファイバ用V溝の長手方向に沿って配置される第1ピン用V溝が形成された固定チップと、前記ファイバ用V溝に嵌められる光ファイバと、前記第1ピン用V溝に一端が突出して嵌められるガイドピンと、を含む光ファイバ部品と、端部から内部に向けて段階的に幅が狭く変化する連続した複数の段を有する第2ピン用V溝が形成された基板と、前記基板のうち前記第2ピン用V溝の側方に形成され、前記光ファイバの端部に光接続される光導波路と、前記第2ピン用V溝の上に間隔をおいて取り付けられる天板と、を含む光導波路部品と、を用意し、前記光ファイバ部品の前記ガイドピンを前記光導波路部品の前記第2ピン用V溝と前記天板の間に挿入しながら前記第2ピン用V溝の前記複数の段のいずれかに突き当たる位置まで差し込む工程を有する光部品接続方法。
(付記9)前記光ファイバ部品において、少なくとも前記ガイドピンはクランプにより前記第1ピン用V溝に押圧され、仮固定されることを特徴とする付記8に記載の光部品接続方法。
(付記10)前記第2ピン用V溝の前記複数の段において、隣接する前記段同士の幅の段差は等しく形成されていることを特徴とする付記8又は付記9に記載の光部品接続方法。
(付記11)前記ガイドピンと前記光ファイバの直径が等しいことを特徴とする付記8乃至付記10のいずれか1つに記載の光部品接続方法。
(付記12)
前記第2ピン用V溝の前記複数の段のいずれかに嵌められた前記ガイドピンの中心と前記光導波路の高さ方向の中心は、前記基板の主面に対して同じ高さか許容範囲内の誤差をもって合わせられることを特徴とする付記8乃至付記11のいずれか1つに記載の光部品接続方法。
Next, embodiments of the present invention will be additionally described.
(Supplementary Note 1) A V-groove for a fiber, a fixed chip in which a V-groove for a first pin disposed along a longitudinal direction of the fiber V-groove on the side of the fiber V-groove is formed, and the fiber An optical fiber component including an optical fiber fitted into a V-groove, a guide pin with one end projecting outwardly into the first pin V-groove, and a width that gradually decreases from the end toward the inside. A substrate having a plurality of continuously changing steps, and a second pin V-groove in which the one end of the guide pin is fitted in any of the plurality of steps; and for the second pin among the substrates An optical connection device comprising: an optical waveguide component including an optical waveguide formed on a side of the V-groove and optically connected to an end of the optical fiber.
(Supplementary Note 2) The fixed chip is formed of a silicon substrate, the fiber V-groove and the first pin V-groove are formed on the (100) surface of the silicon substrate, and the longitudinal direction of the fiber V-groove is 2. The optical connection device according to
(Supplementary Note 3) The substrate is a silicon substrate, the second pin V-groove and the optical waveguide are formed on a (100) plane of the silicon substrate, and the longitudinal direction of the second pin V-groove is the silicon substrate. The optical connection device according to
(Supplementary note 4) The optical connection device according to any one of
(Supplementary Note 5) In any one of
(Supplementary note 6) The optical connection device according to any one of
(Appendix 7) The center of the guide pin fitted in any one of the plurality of steps of the V groove for the second pin and the center in the height direction of the optical waveguide are the same height with respect to the main surface of the substrate. The optical connection device according to any one of
(Appendix 8) A V-groove for a fiber, a fixed chip in which a V-groove for a first pin disposed along a longitudinal direction of the fiber V-groove is formed on a side of the fiber V-groove, and the fiber An optical fiber component including an optical fiber fitted into a V-groove, a guide pin fitted with one end projecting into the V-groove for the first pin, and a continuous width whose width gradually narrows from the end toward the inside. A substrate on which a second pin V-groove having a plurality of steps is formed; and an optical waveguide formed on a side of the second pin V-groove of the substrate and optically connected to an end of the optical fiber; An optical waveguide component including a top plate attached to the second pin V-groove at an interval, and the guide pin of the optical fiber component is used as the second pin of the optical waveguide component. The second pin while being inserted between the V-groove for use and the top plate Light component soldering method having the step of inserting to a position impinging on any one of said plurality of stages of the V-groove.
(Supplementary note 9) The optical component connecting method according to supplementary note 8, wherein in the optical fiber component, at least the guide pin is pressed against the first pin V groove by a clamp and temporarily fixed.
(Supplementary note 10) The optical component connection method according to supplementary note 8 or appendix 9, characterized in that, in the plurality of steps of the second pin V-groove, steps of adjacent widths are formed equally. .
(Additional remark 11) The diameter of the said guide pin and the said optical fiber is equal, The optical component connection method as described in any one of Additional remark 8 thru | or Additional remark 10.
(Appendix 12)
The center of the guide pin fitted in any one of the plurality of steps of the V groove for the second pin and the center in the height direction of the optical waveguide are the same height or within an allowable range with respect to the main surface of the substrate. The optical component connecting method according to any one of appendices 8 to 11, wherein the optical components are matched with each other.
11 光ファイバフェルール
12 固定チップ
13a〜13d ファイバ用V溝
14、15 ピン用V溝
16a〜16d 光ファイバ
17、18 ガイドピン
19 クランプ
21 光導波路チップ
22 基板
23a〜23d 光導波路
27、28 ピン用V溝
27a〜27c、28a〜28c 段
29 天板
DESCRIPTION OF
Claims (5)
端部から内部に向けて段階的に幅が狭く変化する連続した複数の段を有し、前記複数の段のいずれかに前記ガイドピンの前記一端が嵌められる第2ピン用V溝が形成された基板と、前記基板のうち前記第2ピン用V溝の側方に形成され、前記光ファイバの端部に光接続される光導波路と、を含む光導波路部品と、
を有する光接続装置。 A V-groove for fiber, a fixed chip formed with a first pin V-groove arranged along the longitudinal direction of the fiber V-groove on the side of the fiber V-groove, and fitted in the fiber V-groove An optical fiber component, and an optical fiber component including one end projecting outwardly into the first pin V-groove,
A second pin V-groove is formed which has a plurality of continuous steps whose width gradually decreases from the end toward the inside and into which one end of the guide pin is fitted. An optical waveguide component comprising: a substrate; and an optical waveguide formed on a side of the second pin V-groove of the substrate and optically connected to an end of the optical fiber;
An optical connection device.
端部から内部に向けて段階的に幅が狭く変化する連続した複数の段を有する第2ピン用V溝が形成された基板と、前記基板のうち前記第2ピン用V溝の側方に形成され、前記光ファイバの端部に光接続される光導波路と、前記第2ピン用V溝の上に間隔をおいて取り付けられる天板と、を含む光導波路部品と、
を用意し、
前記光ファイバ部品の前記ガイドピンを前記光導波路部品の前記第2ピン用V溝と前記天板の間に挿入しながら前記第2ピン用V溝の前記複数の段のいずれかに突き当たる位置まで差し込む工程
を有する光部品接続方法。
A V-groove for fiber, a fixed chip formed with a first pin V-groove arranged along the longitudinal direction of the fiber V-groove on the side of the fiber V-groove, and fitted in the fiber V-groove An optical fiber component, and an optical fiber component including one end projectingly fitted into the first pin V-groove,
A substrate on which a second pin V-groove having a plurality of continuous steps whose width gradually changes from the end toward the inside, and a side of the second pin V-groove of the substrate; An optical waveguide component comprising: an optical waveguide formed and optically connected to an end of the optical fiber; and a top plate mounted on the second pin V-groove at an interval;
Prepare
Inserting the guide pin of the optical fiber component between the second pin V-groove of the optical waveguide component and the top plate to a position where it abuts on any of the plurality of steps of the second pin V-groove. An optical component connecting method comprising:
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