JPH08334655A

JPH08334655A - 光素子実装方法

Info

Publication number: JPH08334655A
Application number: JP14180195A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Hashimoto; 俊和橋本; Yasubumi Yamada; 泰文山田; Yoshinori Nakasuga; 好典中須賀; Hiroshi Terui; 博照井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1995-06-08
Publication date: 1996-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】光素子になんら制約を加えることなくパッシ
ブアライメントを可能とする光素子実装方法を提供す
る。【構成】光導波路が形成された基板上に、活性層が光
非活性層に囲まれた光素子を搭載時の映像をモニタしな
がら搭載する光素子実装方法において、前記光素子の側
面から活性層中心までの距離を光学的に測定し、前記光
素子を前記活性層を下にして基板上に配置し、前記光導
波路の端面付近をモニタしながら、当該光導波路の端面
と前記光素子の活性層が露出した端面を直線上にのせ、
かつ、前記光導波路の基準点に前記光素子の角を合わ
せ、予め設定した前記光導波路と光素子の距離と、前記
基準点と光素子の端面におけるコア中心の距離と、当該
光素子の側面から活性層中心までの距離の和だけ当該光
素子を水平移動させて搭載する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路を有する基板
上に光導波路と光結合するように光素子を搭載するハイ
ブリッド光集積回路の作製のための光素子実装方法及び
その実施装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ハイブリッド光集積回路において、光素
子を光導波路に簡便、かつ、精度よく光結合させて実装
することは、きわめて重要である。このための手段とし
て従来から以下のようなアクティブアライメント法とパ
ッシブアライメント法が検討されてきた。

【０００３】（１）アクティブアライメント法図５はアクティブアライメント法による実装方法の一例
（Y.Yamada et al. “Hybrid-Integrated 4×4 Optical
Gate Matrix Switch Using Silica-Based Optical Wav
eguides and LD Array Chips" J.LightwaveTechnol.,38
3 VOL 10, NO.3(1992)）を説明するための図である。

【０００４】図５において、１は基板であり、この基板
１に設けられている光導波路４の途中には、光素子（Ｌ
Ｄゲートアレイ）２を搭載するための溝が設けられてい
る。溝の底部には、光素子２を駆動し、かつ、固定する
ためのＡｕＳｎ半田による電気配線３が設けられてあ
る。光導波路４の中心部から溝底部の電気配線３上まで
の高さ方向の距離は、光素子（ＬＤゲートアレイ）２の
活性層を下向きに搭載したとき、光素子（ＬＤゲートア
レイ）２の底面から活性層中心までの距離に一致するよ
うに調整されている。

【０００５】光素子（ＬＤゲートアレイ）２の実装の手
順は以下のとおりである。

【０００６】はじめに、光素子（ＬＤゲートアレイ）２
を光素子搭載部上に活性層が下側にくるように置く。こ
のとき、光素子搭載部の底部に形成された電気配線３の
部分の上面は、高さ方向の基準面となっており、高さ方
向に関する光素子（ＬＤゲートアレイ）２の位置は正確
に決定される。つぎに、光素子（ＬＤゲートアレイ）２
を光ディテクターとして用い、光素子（ＬＤゲートアレ
イ）２の活性層と光導波路４の位置ずれを受光電流とし
て測定することにより、ｘ方向及びθ方向が決定され
る。ｙ方向は顕微鏡を用いた目視によって決定される。
±１μｍ程度の位置合わせの後、その位置を保持しなが
ら半田による固定を行い実装が完了する。

【０００７】アクティブアライメント法では、前述のよ
うに実装を調心しながら行い、所望の位置合わせ精度で
光素子を搭載することで、高精度な実装が実現される。

【０００８】（２）パッシブアライメント法図６はパッシブアライメント法による実装方法の一例
（山内賢治ほか，“画像認識によるＬＤ位置決め実装
方式”，1994年電子情報通信学会春期大会C-292,4-28
9）を説明するための図である。図６において、１は基
板、２は光素子（ＬＤゲートアレイ）、３は電気配線、
４は光導波路、５はＳｉＶ溝、６は基板側電極をパター
ン化して形成されたマーカー、７は素子側電極をパター
ン化して形成されたマーカーである。

【０００９】光ファイバーは先球ファイバーであり、光
素子（ＬＤ素子）２から適切な位置に設けたＳｉＶ溝５
の端部に付きあてて無調心で固定する。光素子（ＬＤ素
子）２の調心は、高さ方向に関しては基板１側の電極に
ＡｕＳｎ多層薄膜半田を適用し、位置精度を確保してい
る。基板１の面内の位置合わせはマーカー６を用いて行
う。マーカー７は基板下側から赤外光を透過させ非透過
となる電極金属部分の影により認識され、それぞれの中
心を一致させることにより、基板１の面内方向の位置合
わせがなされる。赤外光を使用することによる輪郭の不
明瞭さは、画像処理で面積重心を求めることにより低減
されている。以上の方法による位置合わせ後、電極部分
の半田をリフローし、光素子（ＬＤ素子）２を固定して
実装が完了する。この実装方法によって位置決め精度平
均０．５μｍ、光結合損失平均５ｄＢが実現される。

【００１０】このように前述のパッシブアライメント法
によれば、光素子（ＬＤ素子）２を活性化させることな
く実装が可能となり、実装時間の短縮と手間の低減が可
能となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
のアクティブアライメント法とパッシブアライメント法
を検討した結果、以下の問題点を見いだした。

【００１２】前記従来のアクティブアライメント法で
は、実装の際に、光導波路４に光を入射するための光フ
ァイバーと光導波路４との調心が必要であり、この光フ
ァイバーと光導波路４との結合で時間や手間がかかりす
ぎるという問題があった。

【００１３】一方、従来のパッシブアライメント法で
は、マーカーを用いるためには光素子２及びそれを実装
するための基板１の電極をパターン化するなど特別の構
造が必要である。また、マーカー部分のパターンが歪ん
だり汚れたりした場合、位置合わせが困難になるという
問題があった。このため使用できる光素子に限定があっ
た。

【００１４】本発明の目的は、光素子になんら制約を加
えることなくパッシブアライメントを可能とする光素子
実装方法を提供することにある。

【００１５】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。

【００１７】（１）光導波路が形成された基板上に、活
性層が光非活性層に囲まれた光素子を搭載時の映像をモ
ニタしながら搭載する光素子実装方法において、前記光
素子の側面から活性層中心までの距離を光学的に測定す
る工程と、前記光素子を前記活性層を下にして基板上に
配置する工程と、前記光導波路の端面付近をモニタしな
がら、当該光導波路の端面と活性層が露出した端面を直
線上にのせ、かつ、前記光導波路の基準点に前記光素子
の角を合わせる工程と、予め設定した前記光導波路と光
素子の距離と、前記基準点と光素子の端面におけるコア
中心の距離と、当該光素子の側面から活性層中心までの
距離の和だけ当該光素子を水平移動させる工程とからな
る。

【００１８】（２）前記基準点が、前記光導波路の端面
における前記コアの外縁部である。

【００１９】

【作用】前述の手段によれば、光導波路が形成された基
板上に、活性層が光非活性層に囲まれた光素子を搭載時
の映像をモニタしながら搭載する光素子実装方法におい
て、前記光素子の側面から活性層中心までの距離を光学
的に測定し、前記光素子を前記活性層を下にして基板上
に配置し、前記光導波路の端面付近をモニタしながら、
当該光導波路の端面と前記光素子の活性層が露出した端
面を直線上にのせ、かつ、前記光導波路の基準点に前記
光素子の角を合わせ、予め設定した前記光導波路と光素
子の距離と、前記基準点と光素子の端面におけるコア中
心の距離と、当該光素子の側面から活性層中心までの距
離の和だけ当該光素子を水平移動させることにより、光
素子の側面をマーカーとして用いているので、従来のパ
ッシブアライメント法で必要であった光素子への要求条
件がなくなり、どのような光素子に対してもパッシブア
ライメントを適用することが可能となる。

【００２０】以下、本発明について、実施例とともに図
面を参照して詳細に説明する。

【００２１】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００２２】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明の光素子実装方法の実施例１
を説明するための図であり、（ａ）図は埋め込み型石英
系光導波路基板と光素子の実装前の全体の構成を示す
図、（ｂ）図は（ａ）図を横から見た図で高さ方向の位
置合わせ基準面を説明するための図である。

【００２３】図２は本実施例１の光導波路基板上での位
置合わせの手順を示す図であり、（ａ）図はアライメン
ト前、（ｂ）図は光導波路基板上に形成されたマーカー
まで光素子を動かした状態、（ｃ）図はマーカーから光
素子を素子搭載位置に移動させた状態を示す図である。

【００２４】図１及び図２において、１は基板（Ｓｉ基
板）、２は光素子、３は基板側電極（電気配線）、４は
光導波路、８は光導波路クラッド、９は光導波路基板上
に形成されたマーカー、１０は光素子活性層、１１，１
２は光素子側面（端面）、１３は光導波路２の基板１上
に形成されたマーカーから抽出される光素子２の側面
（端面）との位置合わせ基準線、１４は光導波路４の基
板１上に形成されたマーカーから抽出される光素子２の
側面（端面）との位置合わせ基準線、１５は光導波路４
と光素子２の活性層を合わせる光軸、１６は光導波路１
４の端面からあらかじめ所望の距離だけ離した位置に光
素子２の側面（端面）を置くための基準線である。

【００２５】本実施例１の光素子実装方法は、図１の
（ａ）図に示すように、光素子搭載部が基板（Ｓｉ基
板）１の上に堆積したクラッド８及び光導波路４のコア
を基板（Ｓｉ基板）１の表面（Ｓｉ表面）まで選択エッ
チして形成される。このとき、基板（Ｓｉ基板）１の表
面（Ｓｉ表面）はエッチングされず光導波路４のコアと
の距離ｈは正確に保たれる。基板（Ｓｉ基板）１の表面
（Ｓｉ表面）には電極及び光素子２を固定するためのＡ
ｕＳｎ半田の薄膜（基板側電極３）を堆積し、膜厚制御
により正確に厚さｔとする。以上の工程により、図１の
（ｂ）図に示すように、光導波路４のコアからＡｕＳｎ
半田の薄膜（基板側電極３）の上面までの距離ｈ−ｔが
正確に決められ、光素子２の底面から光素子２の活性層
１０までの距離とこれを等しく調整することにより、Ａ
ｕＳｎ半田の薄膜（基板側電極３）の上面は、光素子２
の搭載の際に高さ方向の基準面として機能する。

【００２６】光導波路４の基板１上での位置合わせの手
順を図２に示す。図２の上側の図は光導波路４の基板１
と光素子２を上方からみたものであり、図２の下側の図
がそれを正面から見た図である。まず、光素子２の活性
層側を観察し、光素子２の活性層中心と光素子２の側面
（端面）との距離ベクトルｄを測定する。つぎに、光素
子２の活性層と光導波路４のコアの高さが合うように活
性層を下側に向けピックアップにより保持し、光導波路
４の基板１上に移動する。図２の（ａ）図に示すよう
に、光導波路４の基板１上では、光導波路４の基板１上
に形成したマーカー９から画像認識により抽出した基準
線１３，１４と、光素子２の側面（端面）１１，１２と
を上方から観察し両者を一致させる。このとき、光素子
の側面（端面）１１が基準線１３と合わせられることに
より、基板面内方向の角度が合わせられた状態になる
（図２の（ｂ)図）。その後、マーカー９から光導波路
４の中心までの距離と光導波路４の端面と光素子２の端
面とのあらかじめ設定した間隙とを合成したベクトルｓ
と、光素子２の側面（端面）から光素子２の活性層の中
心部までの距離ベクトルｄとの、ベクトル和ｓ＋ｄだけ
光素子２を移動させ、半田膜上に光素子２を降ろす（図
２の（ｃ)図）。図２の（ｃ）図にあるように、基板１
の面内方向の位置合わせがここで完了する。高さ方向に
関しては上記のとおり、半田膜上面が高さ方向の位置決
め基準面となり、光導波路４と光素子２の活性層の高さ
は一致する。以上の手順で光素子２の位置決めが完了
し、最後に、基板１を加熱して半田により光素子２を固
定後、実装が完了する。

【００２７】本実施例１によれば、前記のように光素子
２の外形を光素子２の活性層中心の位置を知るためのマ
ーカー９として用いているため任意の光素子２に対応し
た実装が可能である。

【００２８】（実施例２）図３は本発明の光素子実装方
法の実施例２における光導波路基板上での位置合わせの
手順を示す図である。本実施例２の光導波路基板上での
位置合わせの手順は、図３に示すように、前記実施例１
と同様に形成した素子搭載部に光素子２を搭載した。こ
のとき、光導波路４の基板１上に形成するマーカー９と
して光導波路４そのものを採用する。光導波路４の基板
１上を観察することによって光導波路４の端の位置を決
定し、その場所をマーカー９として採用する（図３の
（ａ)図）。

【００２９】すなわち、実施例１（図２）におけるマー
カー９を光導波路４の端部中心とすることに対応してい
る。実施例１（図２の（ｂ)図）と同様の位置合わせを
行った後、光素子２の側面から光素子２の活性層中心部
までの距離ベクトルｄと、光導波路４の端面と光素子端
面とのあらかじめ設定した間隙距離ベクトルｓとの和ｓ
＋ｄだけ移動させ、素子搭載部に形成された半田膜から
なる基板側電極３の上面に光素子２をおろす（図３の
（ｃ)図）。

【００３０】ここで、ベクトルｓはマーカー９と光導波
路４の端部におけるコア中心との距離ベクトルｓ₁と、
光導波路４の搭載時の光素子２との距離ベクトルｓ₂と
の和である。高さ方向の位置合わせは実施例１と同様の
機構により調整されており、この状態で光素子２を固定
することにより実装が完了する。

【００３１】このように、光導波路４そのものを光導波
路４の基板１上のマーカー９として用いることにより、
光導波路４の基板１上のマーカー９として特別の構造が
不要になった。また、光導波路４の基板１上に形成され
たマーカー９と光導波路４の位置ずれが解消されること
により正確な実装が可能である。

【００３２】図４は本発明の光素子実装方法の実施装置
の一実施例の概略構成を示す模式図であり、１７は光素
子２をピックアップに吸着させるための光素子２を置く
ステージ（台）、１８は光素子２を吸着し、実装用ステ
ージまで移動させ、さらに、光素子２を動かしてアライ
メントさせるためのピックアップ・光素子移動手段、１
９は光素子２の移動途中に光素子２の底面側を観察し、
光素子２の側面から活性層までの距離を抽出するための
光素子計測手段、２０は光導波路４の基板１を固定し、
光素子２のアライメント及び半田をリフローするための
実装ステージからなる光素子搭載手段、２１は光導波路
４と光素子２を観察するための基板観察手段、２２は基
板観察手段２１からの画像を認識し、光素子２を搭載す
る際に必要な計測及び計算を行いそれをピックアップに
伝送する中央演算処理装置（ＣＰＵ）である。

【００３３】本実施例の実施装置は、図４に示すよう
に、光導波路４の基板１及び光素子２は、ステージ
（台）１７に置かれている。光素子２はピックアップ・
光素子移動手段１８から真空チャックによって光素子２
の活性層を下側にした状態で持ち上げられる。この際、
ピックアップ・光素子移動手段１８の先端の光素子２を
保持する部分は、石英により形成されており、光素子２
及び光導波路４の基板１を上方から観察することが可能
である。

【００３４】基板１が置かれているステージ（台）１７
にピックアップ・光素子移動手段１８が移動する途中
で、光素子２の画像が光素子計測手段１９のＣＣＤカメ
ラにより、光素子２の下方から取り込まれ、光素子２の
活性層から側面までの距離が検出される。

【００３５】次に、光素子２は、ステージ（台）１７に
固定された基板１上に形成されたマーカー９の位置まで
移動される。そこで、光導波路４の基板１上に形成され
たマーカー９と光素子２の側面の相対位置が実装ステー
ジからなる光素子搭載手段２０の上方に取り付けられた
基板観察手段２１のＣＣＤカメラにより認識され、完全
に一致するまで、ピックアップ・光素子移動手段１８に
組み込まれた光素子移動手段により位置合わせがなされ
る（図４のＢ）。

【００３６】あらかじめマーカー９をパターン化する際
に決めてあるマーカーと光導波路４の距離ベクトルｓ、
及び基板観察手段２１によって得られた光素子４の側面
と光素子２の活性層中心部の距離ベクトルｄは、ＣＰＵ
２２に送られ（図４のＡ）、それらの和に対応した距離
ベクトルｓ＋ｄが算出される。この値は光素子２の移動
手段１８に送られ、前記位置合わせを行った後、ベクト
ルｓ＋ｄだけ光素子２を移動させる（図４のＣ）。

【００３７】これで、基板１の面内の位置合わせが完了
する。光素子搭載部分の底面上に形成された電気配線の
上面は、高さ方向の位置基準面となっているため高さ方
向の位置決めは不要である。最後に、その場所に光素子
２の活性層を下にしてを降下し光素子２を固定すること
により実装が完了する。

【００３８】このように本実施装置によれば、前述した
実施例１，２の光素子実装方法が高精度で実現される。
また、可視光による観察で実装ができるので、赤外光の
場合のようにマーカーの輪郭ぼけによる位置ずれという
問題がない。

【００３９】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得
ることはいうまでもない。

【００４０】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。

【００４１】（１）光導波路基板上に光素子を搭載する
にあたって、光素子の外形と活性層中心部の相対位置を
認識することにより、特別な構造を光素子側になんら要
求せず、精度の良い位置合わせが実現されるので、アク
ティブアライメントのように光を挿入し光素子を活性化
させるための光ファイバーを光導波路基板に接続するた
めの手間を省くことができる。

【００４２】（２）光導波路自体を位置合わせの基準と
して用いることにより、導波路基板側に位置合わせの基
準となる構造を作らずに位置合わせが実現されるので、
従来のパッシブアライメントと比べ、光素子及び光導波
路に特別な構造を要求しないため、光素子、光導波路基
板の小型化、作製工程の簡素化が期待される。また、任
意の形態の光素子及び導波路基板を利用できるため、目
的に合わせ既製の光素子と光導波路基板を選択し用いる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光素子実装方法の実施例１を説明する
ための図である。

【図２】本実施例１の光導波路基板上での位置合わせの
手順を示す図である。

【図３】本発明の光素子実装方法の実施例２における光
導波路基板上での位置合わせの手順を示す図である。

【図４】本発明の光素子実装方法の実施装置の一実施例
の概略構成を示す模式図である。

【図５】従来のアクティブアライメント法による光素子
実装方法の一例を説明するための図である。

【図６】従来のパッシブアライメント法による光素子実
装方法の一例を説明するための図である。

【符号の説明】

１…基板、２…光素子、３…基板側電極（電気配線）、
４…光導波路、５…シリコンＶ溝、６…基板側電極に形
成されたマーカー、７…素子側電極に形成されたマーカ
ー、８…光導波路のクラッド、９…光導波路基板上に形
成されたマーカー、１０…光素子の活性層、１１，１２
…光素子側面（端面）、１３，１４…位置合わせ基準
線、１５…光軸、１６…基準線、１７…ステージ
（台）、１８…ピックアップ・光素子移動手段、１９…
光素子計測手段、２０…光素子搭載手段、２１…基板観
察手段、２２…中央演算処理装置（ＣＰＵ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者照井博東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路が形成された基板上に、活性層
が光非活性層に囲まれた光素子を搭載時の映像をモニタ
しながら搭載する光素子実装方法において、前記光素子
の側面から活性層中心までの距離を光学的に測定する工
程と、前記光素子の前記活性層を下にして基板上に配置
する工程と、前記光導波路の端面付近をモニタしなが
ら、当該光導波路の端面と前記光素子の活性層が露出し
た端面を直線上にのせ、かつ、前記光導波路の基準点に
前記光素子の角を合わせる工程と、予め設定した前記光
導波路と光素子の距離と、前記基準点と光素子の端面に
おけるコア中心の距離と、当該光素子の側面から活性層
中心までの距離の和だけ当該光素子を水平移動させる工
程とからなることを特徴とする光素子実装方法。
【請求項２】前記基準点が前記光導波路の端面におけ
る前記コアの外縁部であることを特徴とする請求項１に
記載される光素子実装方法。