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    公开号:WO1989008374A1
    申请号:PCT/JP1989/000176
    申请日:1989-02-22
    公开日:1989-09-08
    发明作者:Takashi Yokota；Eiji Kikuchi；Shoichi Miura；Hirosuke Furuta；Masayuki Shiga
    申请人:Fujitsu Limited；
    IPC主号:H05K1-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 技 f 光学部品 · 電気回路部品搭載用基板
    [0002] 及び， その製造方法
    [0003] 術野
    [0004] 本発明は、 光学部品 · 電気回路部品を混成 して 搭載する こ と の出来 る基板及びその製造方法に関 する
    [0005] 本明細書に於いて光学部品と は、 任意の媒質 (ガ ラ ス 、 空気等） 中を伝搬 して きた光の強度、 波長、 位相、 偏光状態、 ビ ー ム形状 も し く は方向 を変化 させ も し く は制御する単一又は複数の光学 を適当 な構造部材に搭載又は収容 してな る 部 品を言 う 。 こ のよ う な光学要素の例と しては、 レ ンズ、 プ リ ズム、 ミ ラ ー、 光フ ァ イ バ等力 あげ ら れる
    [0006] 光フ ァ イ バの伝送路と しての有利性か ら、 光通 信、 光伝送技術が多方面で用い られる に至 っ てい る。 例えば、 ―般的な光通信 シ ス テ ム においては 送 i側で伝送情報 ( 気信号） に基づき強度変調 さ れた光を送出 し、 受信側では伝送 さ れてき た光 号を直接検波 して、 も と の伝送情報を再生する よ う に してい る。 このよ う な光通信 シ ス テ ムにお いては、 送信側、 受信側或いは中継部で電気信号 を処理するための電気回路が不可欠な構成要素と な っ てお り 、 その配線形態等に起因する周波数帯 域特性の劣化の防止が必要とな ってい る。
    [0007] 従来、 送信側における電気 Z光変換部分は、 例 えば第 1 図に示すよ う に構成されていた。 L D
    [0008] (半導体 レーザ） 又は L E D (発光ダイ オ ー ド） 等の光半導体素子をパ ッ ケ ー ジ内に封入 した光半 導体素子封入部品 1 を、 第 1 レ ン ズ 2 、 光ァ イ ソ レ ー タ 3 、 第 2 レ ン ズ 4 及びフ ァ イ ノ ア セ ン ブ リ 5 と所定の位置関係で固定保持 して光半導体モ ジ ユ ー ル 6 と し、 こ の光半導体モ ジ ュ ー ル 6 と駆動 回路 7 とを電気的に接続 した ものであ る。 こ の様 に光半導体素子封入部品 1 を レ ン ズ、 光ア イ ソ レ ータ 等の光学部品とモ ジ ュ ール化 してい るのは、 特に光伝送路が シ ン グルモ ー ド フ ア イ バであ る場 合に、 各部品間の相对的位置関係を 1 m以下の 精度で設定する必要があ るか らであ る。
    [0009] しかしなが ら上記構造では、 電気回路を構成す る駆動回路及び光半導体素子封入部品問の配線部 分の短縮に は限度があ り 、 周波数帯域特性に制約 が生 じる と い う 問題があ っ た。 更に、 駆動回路部 分と光半導体モ ジ ュ 一ル と を別体と して構成する 必要上、 装置が大型化する と い う 問题 も冇 してい o
    [0010] こ の様な問題に鑑み、 第 2 図に示さ れる よ う な 構造が提案さ れてい る。 絶縁性基板 1 0 上に光半 導体素子及びその駆動回路又は増幅回路とを接続 して電気回路を形成する こ と の出来る配線パタ ー ン 1 1 を形成 し、 更に絶縁性基板 1 0 上に、 フ ァ ィ バ ア セ ン ブ リ 1 3 を接着剤によ り 直接固定する か、 或いは図示する よ う に、 配線パタ ー ン 1 1 と 同様に形成さ れた金属パタ ー ン 1 2 を介 して半田 付けによ り 固定する。 光学部品と してのフ ァ イ バ ア セ ン ブ リ 1 3 は、 例えば、 光フ ァ イ バ 1 4 を揷 入固定 してな る フ ヱ ル ー ル 1 5 を、 レ ン ズ 1 6 を 圧入固定さ れた円筒状の筐体 1 7 に揷入固定 して 構成さ れる。 光学要素 と しての レ ン ズ 1 6 は、 光 を導波する光学要素であ る光フ ァ イ バ 1 4 の出射 端か ら 出射さ れ、 空気中に放射 さ れた光の ビ ー ム 形状を例えば平行ビ ー ム に変化 さ せる よ う 機能す る 0
    [0011] しか し、 第 2 図に示 した従来例に於いては、 光 学部品と しての フ ァ イ バ ア セ ン ブ リ を接着剤によ り 絶縁性基板上に Ε接固定す る場合に は、 信頼性 が低い と い う 問題があ り 、 又、 金属パタ ー ン上に 半田付けによ り 固定する場合に は、 長期間の使用 によ る 半田付け部の ク リ ーブによ り 、 光結合効率 が経時的に変化する と い う 問題があ っ た。 よ っ て本発明の目的は、 上述 した従来技術の問 題点を克服し、 周波数帯域特性の改善、 装置の小 型化及び光結合効率の長期安定化を可能にする光 学部品 · 電気回路部品搭載用基板を提供する こ と 、あ る。
    [0012] 本発明の他の目的は、 周波数帯域特性の改善、 装置の小型化及び光結合効率の長期安定化を可能 にする光学部品 · 電気回路部品搭載基板の製造方 法を提供する こ とであ る。 発 明 の 開 示
    [0013] 本発明の 1 側面によ る と、 電気回路が形成さ れ る絶緣性基板に、 光学部品が溶接固定さ れる金属 部分を設けてな る光学部品 · 電気回路部品搭載用 基板が提供さ れる。 この基板は、 例えば金属部分 を絶緣性基板に接合 して構成さ れるか、 又は金属 ラ ン ドを絶縁性基板に埋め込むか或いは圧入 して 構成される。
    [0014] 本発明の他の側面によ る と 、 光学部品が溶接固 定 さ れる金属板に、 電気回路が形成さ れる絶縁体 層を設けてな る光学部品 · 電気回路部品搭載用基 板が提供さ れる。 こ の S板は、 例えば絶緑休層を 絶緣性基板によ り 形成 し、 該絶緣性基板を金属板 に接合 して構成さ れる。
    [0015] 本発明の更に他の側而によ る と 、 絶緣性基板に その表面か ら裏面に貫通する挿入孔を形成 し、 刖 記揷入孔中に前記絶縁性基板の厚みよ り 長い円柱 状金厲部材を密着嵌合させ、 前記円柱状金属部材 の端部に衝撃を加えて変形させる と によ り 、 前 記円柱状金属部材を前記絶縁性基板に強固に固定 し、 前記円柱状金属部材を前記絶縁性基板の表面 と概略同一平面と な る よ う に切断する光チ 口 ό ロロ. * 電気回路部品搭載用基板の製造方法が提供さ れる 本発明の更に他の側面によ る と、 金属板の光学 部品が固定さ れるべき部分に凸部を形成 し、 前記 金属板の凸部形成側に セ フ ッ ク 層を溶射によ り 形成 し、 前記セ ラ ミ ッ ク 層を研磨 して前記凸部を 露出 させ、 研磨 したセ ラ ッ ク 層表面に配線バタ 一 ン を形成する光学部 ΠΠ 気回路部品搭載用基 板の製造方法が提供 さ れる。 図面の簡単な説明
    [0016] 第 1 図は送信側における従来の電気 Ζ光変換部 分模式図、
    [0017] 第 2 図は絶縁性基板上に配線パタ ー ンを形成す る と 共に、 光学部品を固定 した従来の光学部品 * 電気回路部品搭載用 δ板の斜視図、
    [0018] 笫 3 図は木発明実施例の光学部品 · 電気回路部 品搭載 ffl基板斜視図、
    [0019] 第 4 図は本発叨の他の実施例の基板斜視図、 第 5 図は本発明の更に他の実施例の基板斜視図， 第 6 図は第 5 図の実施例の基板製造方法を示す 説明図、
    [0020] 第 7 図は更に他の製造方法を示す説明図、 第 8 図は本発明によ る基板の金属部分上に光学 部品を搭載 し、 絶縁性基板上に電気回路部品を搭 載 した様子を示す斜視図、
    [0021] 第 9 図は本発明の更に他の実施例の光学部品 · 電気回路部品搭載用基板斜視図、
    [0022] 第 1 0 図は第 9 図に示 した基板の製造工程説明 図、
    [0023] 第 1 1 図は第 9 図に示 した基板の金属板の露出 部分に光学部品を搭載 し、 絶縁体層上に電気回路 部品を搭載 した様子を示す斜視図であ る。 発明を実施する ための最良の態様
    [0024] 以下、 本発明を図面に示 した実施例に基づぃて よ り 詳細に説明する。
    [0025] 第 3 図を参照する と、 本発明の光学部品 · 電気 回路部品搭載用基板の実施例斜視図が示さ れてい ' る 。 こ の実施例では、 フ ラ ッ ト チ ッ プ I C 及びチ ッ プ抵抗等の電気部品を平面実装 して電気回路を 形成する こ との出来る配線パタ ー ン 2 1 が形成さ れた絶縁性基板 2 2 を、 その端面 2 3 にて金属ブ ロ ッ ク 2 4 と接合 してい る。 絶緣性基板 2 2 と し ては、 金属プロ ッ ク 2 4 と の接合時の耐熱性並び に寸法及び形状の安定性等の観点か ら、 セ ラ ミ ッ ク 板、 セ ラ ミ ッ ク の多層板等が適 してい る。 特に 形成さ れる電気回路が高周波特性を要求さ れる場 合に は、 容易にス ト リ ッ プラ イ ンを形成する こ と の出来る セ ラ ミ ッ ク 多層板が望ま しい。 金属プロ ッ ク 2 4 と しては、 光学部品と の溶接部分にお け る ク ラ ッ ク 発生防止の観点よ り 、 S U S 3 0 4 ( 日 本工業規格） 等のス テ ン レ ス 鋼、 ベ リ リ ウ ム 銅、 コ バ ー ル等が適 してい る。 絶緣性基板 2 2 と 金厲ブ σ ッ ク 2 4 の接合手段と しては、 絶縁性基 板の接合端面 2 3 の表面及び必要に応 じて金属ブ ロ ッ ク 2 4 の接合端面に、 蒸着或いは メ ツ キ によ り 接合容易な金属層を形成 し、 金属 ソ ルダー及び 金属 ♦ 酸化物混合ソ ルダ一等のろ う 付け剤を用い て接合する方法、 又は高融点金属法等を用い る こ と が出来る。
    [0026] 第 4 図に示さ れる実施例では、 配線パタ ー ン 2 1 が形成さ れた絶縁性基板 2 5 の端部近傍に薄肉 部 2 5 a を形成 し、 こ の薄肉部 2 5 a に金厲ブロ ッ ク 2 6 を接合 してい る。 各部材の性質及び接合 方法と しては、 上述 した実施例にお け る も のの他 に、 溶射に よ る金属ブ ロ ッ ク 2 6 の直接形成 も採 川 し ί る。 こ の実施例によれば、 接合強度に拘わ らず全休 と して高い強度を得 る こ と がて出来、 又 . 絶緣性基板 2 5 の裏面側に電気回路を形成する場 合には、 裏面の全面に電気回路を形成する こ とが 出来 。
    [0027] 第 3 図及び第 4 図に示さ れる実施例によれば、 電気回路は通常の平面実装技術によ り 形成する こ とが出来、 又、 光学部品は レーザ溶接等の溶接技 術によ り 直接金属ブロ ッ ク 上に固定する こ とが出 来る ので、 これ らを相互に近接させる こ とが出来 周波数帯域特性の改善及び装置の小型化が可能と な る。 又、 溶接固定部分にお け る ク リ ーブ現象は 極めて微小であ るか ら、 光学部品が金属ブロ ッ ク に対 して経時的に変位する こ とが防止され、 光結 合効率の長期安定化が達成さ れる。
    [0028] 第 5 図に示される実施例では、 配線パタ ー ン 2 1 が形成された絶緣性基板 2 7 の光学部品を固定 する部分に、 複数の金厲 ラ ン ド 2 8 を分散配置 し てい る 。 金属 ラ ン ド 2 8 の形成手段と しては、 絶 縁性基板 2 7 を切出す焼結母材を作成する際に、 金厲ラ ン ド 2 8 と なる複数の金属棒を埋め込んで 焼結 し、 これを所望の厚さ に切断する ものがあげ られる。 他の形成手段と しては、 絶縁性基板 2 7 に円 1 ^状の孔を貫通させるか若 し く は途中ま で形 成 してお き、 こ の孔の内部で金属を溶融 · 凝固さ せる よ う に して も良い し、 或いは以下に説明する よ う に金厲 ラ ン ドを圧入によ り 形成 して も良い。 第 6 図は圧入によ り 金属 ラ ン ドを形成する 方法 を説明するための図であ る。 絶緣性基板 2 7 に は 予め焼結時に中子を入れてお く か、 或い は焼結後 に研削する こ と によ り その表面か ら裏面に貫通す る挿入孔 2 7 a を形成 してお き、 この挿入孔 2 7 a に絶縁性基板 2 7 の厚みよ り 長い円柱状金属部 材 2 9 を密着嵌合さ せる。 次いで、 金属部材 2 9 の両端面側か ら図面に示す矢印方向に衝撃力を与 えて変形させる こ と によ り 、 揷入孔 2 7 a に対す る摩擦力を増大 さ せて強固に固定 した後に、 金属 部材 2 9 の絶縁性基板 2 7 表面及び裏面か ら突出 した部分を切断する こ と によ り 、 金属 ラ ン ドが形 成さ れる。
    [0029] 第 7 図は金属 ラ ン ドの他の形成方法を説明する ための図であ る。 こ の形成方法では、 絶緑性基板 2 7 の挿入孔 2 7 a に、 その一端に大径部 3 0 a が形成さ れた リ ベ ッ ト 状の金属部材 3 0 を挿入 し これを第 6 図に示さ れる方法と 同様に変形 した後 に、 絶縁性基板 2 7 の表面で切断する よ う に して い る。
    [0030] 第 5 図に示さ れる実施例においては、 金属 ラ ン ド 2 8 を分散配置 してい る ので、 光学部品を同一 基板上に複数個離散 して配置する場合や比較的大 き な光学部品を搭載する場合に、 金属部を小 さ く す る こ と が出来、 金属部と絶緣性基板と の接合部 に生 じる応力を小さ く する とが出来る。 又、 複数 の光学部品を固定 した と きの固定部間の離間距離 は、 絶緣性基板の線熱膨張係数がー般的に小さ い こ と によ り 環境温度変化に対 して安定であ るか ら 光学部品間の光軸ずれを最小に抑え る こ とが出来 る。 尚、 金属 ラ ン ド 2 8 と絶縁性基板 2 7 の接合 部を予めァニール してお く か、 或いは、 絶縁性基 板 2 7 の材質と して線熱膨張係数の小さ な ものを 用い る こ と によ り 、 上述 した光軸ずれを最小に抑 元 る こ とカ 出来る。
    [0031] 第 8 図は、 配線パタ ー ン 3 1 が形成さ れた絶緣 性基板 3 2 に上述 したいずれかの方法によ り 金属 部分 3 3 を形成 し、 絶縁性基板 3 2 上に搭載 した 電気回路部品を配線パタ ー ン 3 1 で接続 して電気 回路を形成する と共に、 金属部分 3 3 に光学部品 を固定 した状態を示す斜視図であ る。 絶緣性基板 3 2 上への電気回路の形成は、 例えば、 配線パタ ー ン 3 1 に対する リ フ ロ ー半田付け又はボ ンディ ン グワ イ ヤ によ る配線によ り 、 L D等の光半導体 素子 3 4 、 その駆動回路用 I C 3 5 、 モニ タ 用の 受光素子 3 6 、 その検出信号に基づいて駆動制御 を行 う ための I C 3 7 、 チ ッ プ抵抗 3 8 、 3 9 、 その他の図示 しない電気回路部品を相互接続する こ と によ り 達成される。
    [0032] 又、 金属部分 3 3 への光学部品の固定は、 光フ ア イ バ 4 0 を支持する金属性の フ ヱ ル ー ル 4 1 及 び金属筐体を有する光ア イ ソ レー タ 4 2 を、 光半 導体素子 3 4 に対 して所定の位置関係で金属部分 3 3 上に載置 し、 最良位置で レーザ溶接を行 う こ と によ り 達成さ れる。 一般に光半導体素子 3 4 周 辺の配線は、 高周波特性を考慮する な ら ば短い方 が望ま し く 、 本発明によれば、 光回路及び電気回 路の構成要素であ る光半導体素子 3 4 を電気回路 の他の構成要素に極めて接近 さ せる こ とが出来る ので、 上記要求を良好に満足する こ と が出来、 周 波数帯域特性が良好な光デバイ ス を提供する こ と が出来る。
    [0033] 上述 した各実施例は、 絶縁性基板上に接合等に よ り 金属部分を形成 してい るが、 本発明の光学部 品 * 電気回路部品搭載用基板は これに限定さ れる ものではな く 、 例えば第 9 図に示さ れる よ う に、 金属板上に絶縁体層を形成 した もので も良い。 第 9 図において、 5 0 は金属板であ り 、 この金属板 5 0 上にはセ ラ ミ ッ ク 等か ら形成さ れた絶縁体層 5 1 が積層 さ れてお り 、 絶緣体層 5 1 上には配線 パタ ー ン 5 2 が形成さ れてい る。 5 0 a は金属板 5 0 の平面状凸部であ り 、 絶縁体層 5 1 と 凸部 5 0 a と は概略同一平面と な る よ う に形成さ れてい る 0
    [0034] m 1 0 図は第 9 図に示 した基板の製造工程の一 例を示す図であ る。 まず、 金属板 5 0 の光学部品 が固定されるべき部分に平面状凸部 5 0 a を形成 する （ A ) 。 こ こ で金属板 5 0 材質と しては、 光 学部品との溶接部分における ク ラ ッ ク 発生防止の 観点か ら、 S U S 3 0 4 ( 日本工業規格） 等のス テ ン レ ス鐧、 ベ リ リ ウ ム銅、 コ ノ、 ' ー ル等が適 して い る。 次に、 金属板 5 ϋ の凸部形成側にセ ラ ミ ツ ク ス層 5 3 を溶射によ り 直接形成する （ Β ) 。 そ して、 こ の セ ラ ミ ッ ク ス層 5 3 を研磨 して平面状 凸部 5 0 a を露出 させ、 セ ラ ミ ッ ク か ら形成され る絶緣体層 5 1 と凸部 5 0 a を概略同一平面と な る よ う にする （ C ) 。 最後に、 絶縁体層 5 1 の表 面に蒸着等によ り 配線パタ ー ン 5 2 を形成する ( D ) 。 このよ う な製造工程によ り 得 られる基板 は、 その表面側及び裏面側に平坦面を有 してい る ので、 取扱いが容易であ り 、 又、 光学部品の固定 位置を自 由に変更する こ とが出来る と い う 利点を 有 してい る。
    [0035] 絶縁体層の形成は、 上述 したセ ラ ミ ッ ク の直接 溶射の他に、 第 3 図及び第 4 図に示 した実施例と 同様に、 絶緣性基板を金属板に接合する こ と によ つ て も行う こ とが出来る。
    [0036] 第 1 1 図は第 9 図に示 した基板に第 8 図と 同様 な光学部品及び電気回路部品を搭載 した様子を示 す斜視図であ り 、 8 図の部品 と実質上同一な部 品については同一符号を付 し、 その説明を省略す る。 産業上の利用可能性
    [0037] 以上詳述 したよ う に、 本発明によれば、 光学部 品の位置決め固定及び電気回路の形成を単一の基 板上で行 う こ と が出来るので、 こ の基板を用いて 構成さ れる装置の周波数帯域特性の改善、 小型化 及び光結合効率の長期安定化が可能にな る。
    权利要求:
    Claims

    求 の 範
    1 . 電気回路部品が搭載される配線パタ ー ン (21)の形成された絶縁性基板（22， 25， 27)に、 光学 部品が溶接固定される金属部分 （24, 26， 28)を設け てな る光学部品 青 · 電気回路部品搭載用基板。
    2 . 前記金属部分を金属ブロ ッ ク （24， 26) か ら構成 し、 該金属プロ ッ ク （24， 26) を前記絶緣性 基板（22， 25) に接続固定 した請求の範囲第 1 項記 載の光学部品 · 電気回路部品搭載用基板。
    3. 前記金属ブロ ッ ク （24， 26) と前記絶縁性 基板 （22， 25) が金属層を介 して溶接固定された請 求の範囲第 2 項記載の光学部品 · 電気回路部品搭 載用基板。
    4. 前記絶縁性基板 （22, 25) がセ ラ ミ ッ ク 基 板であ り 、 前記金属ブロ ッ ク （24， 26) をス テ ン レ ス綱か ら形成 した請求の範囲第 2項記載の光学部 品 · 電気回路部品搭載用基板。
    5 . 前記金属部分が前記絶縁性基板 （27)に分 散配置さ れた金属 ラ ン ド （28)から構成される請求 の範囲第 1 項記載の光学部品 · 電気回路部品搭載 用基板。
    6 . 前記金属 ラ ン ド （28)は、 前記絶縁性基板 (27)を形成する際に複数の金属棒を予め埋め込ん で焼結 し、 所定長に切断 した ものであ る請求の範 囲第 5 項記載の光学部品 · 電気回路部品搭載用基 板。
    7. 前記金属 ラ ン ド (28)は、 前記絶緣性基板
    (27)を形成する際に円筒形の孔を形成 し、 該孔に 金属を溶融 · 凝固させて形成 した請求の範囲第 5 項記載の光学部品 * 電気回路部品搭載用基板。
    8 . 前記金属 ラ ン ド (28)は、 前記絶縁性基板
    (27)に金属棒 （29)あ る いは金厲 リ ベ ッ ト （30)を圧 入 して形成 した請求の範囲第 5 項記載の光学部品 • 4 ¼回路部品搭載 ffl基板。
    9， 光学部品が溶接固定さ れる金属板 （50)に 電気回路部品が搭載さ れる配線パタ ー ン （52)の形 成さ れた絶縁体層 （51)を設けてな る光学部品 · 電 気回路部品搭載用 2¾板
    1 0 . 前記絶縁体層 （51)を絶緣性基板によ り 形成 し、 該絶緑性基板と前記金属板 （50)を金属曆 を介 して溶接 · 固定 して構成さ れる請求の範囲第 9項記載の光学部品 · 電気回路部品搭載用基板。 1 1 . 前記金属板 (50)はス テ ン レ ス鋼よ り 形 成さ れ、 前記絶緣体層 (51)はセ ラ ミ ッ ク か ら形成 さ れる請求の範 HI第 9項記載の光学部品 ♦ 電気回 itfl- π'Βロロ搭載用基板。
    1 2 . 絶縁性基板 (27)にその表面か ら裏面に 貫通する揷入孔 (27a) を形成 し、
    刖 挿入孔 （27a) 中に前記絶緑性基板 （27)の厚 みよ り 長い円柱状金属部材 （29)を密着嵌合させ、 前記円柱状金属部材 （29)の端部に衝擊を加えて 変形させる こ と に よ り 、 前記円柱状金属部材 （29) を前記絶緣性基板（27)に強固に固定 し、
    前記円柱状金厲部材 （29)を前記絶縁性基板 （27) の表面と概略同一平面と なる よ う に切断する光学 部品 · 電気回路搭載用基板の製造方法。
    1 3 . 金属板 （50)の光学部品が固定されるべ き部分に凸部 （50a) を形成 し、
    前記金属板 （50)の凸部形成側にセ ラ ミ ッ ク 層 （5 3)を溶射によ り 形成 し、
    前記セ ラ ミ ッ ク 層 （53)を研磨 して前記凸部 （50 a) を露出 させ、
    研磨 したセ ラ ミ ッ ク 層 （51)表面に配線パタ ー ン (52)を形成する光学部品 · 電気回路搭載用基板の 製造方法。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    EP0872748B1|2005-04-13|Method for hermetically sealing optical fiber feedthrough and hermetically sealed structure
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US5123074A|1992-06-16|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1989-09-08| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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