CN101317113B - 光学模块及光学模块的制造方法 - Google Patents

光学模块及光学模块的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明回避光纤的断裂，并提高组装工序时的操作性、耐冲击性等的机械可靠性。在同一基板(2)上安装了PD(3)、光纤(5a)的光学模块中，在从形成有用于安装光纤(5a)的V槽的V槽形成面在Z2方向具有规定深度的深沟部(24)，放置覆盖光纤(5a)的覆盖部(6)。从PD(3)的端面(3a)到深沟部(24)的端面(24a)的距离h和从光纤(5a)的端面(51a)到覆盖部(6)的端面(6a)的距离k满足h＞k的关系，使覆盖部(6)的端面(6a)与深沟部(24)的端面(24a)接触而进行光纤(5a)的安装。

Description

光学模块及光学模块的制造方法
技术领域
本发明涉及在基板上一体集成光纤和光学部件的光学模块及光学模块的制造方法。
背景技术
近年来，伴随着数据通信的高速化，取代利用金属电缆的通信，普及了以低损失便可进行宽带通信的光通信。就光通信而言，连接电缆时的定位很重要，例如，在基板上形成V字形状的槽(以下，称之为V槽)，并将光纤固定在该V槽中，从而进行光纤的定位(例如，参照专利文献1)。
另外，对于在基板上一体集成了光纤及各种光学部件的光学模块来说，也要进行使用了光纤安装用V槽的光轴对齐。所谓光学部件是指用于光通信的部件，包括激光二极管(Laser Diode：以下用LD表示)等发光元件、光电二极管(Photo Diode：以下用PD表示)等受光元件、光波导、反射镜、偏振镜等。
图6A、图6B、图6C表示现有的光学模块31的结构。图6A是现有的光学模块31的俯视图，图6B是图6A的P-P线剖视图，图6C是图6A的Q-Q线剖视图。
如图6A所示，光学模块31是在基板32上安装PD33、LD34、光纤35a、35b而构成的。如图6C所示，在基板32上形成有V槽323a、323b，通过将光纤35a、35b安装在V槽323a、323b中，从而将PD33及LD34与光纤35a、35b的光轴位置对齐。
专利文献1：特开平11-211928号公报
但是，如图6B所示，在现有的光学模块31中，由于在V槽323a、323b的端部36上接触未覆盖的光纤35a、35b，所以在光纤35a、35b固定于基板32上的部分与未固定的部分的边界部发生应力集中，光纤35a、35b有可能断裂。由此，组装工序时的操作性、耐冲击性等的机械可靠性存在问题。
发明内容
本发明鉴于上述现有技术中的问题而提出，目的在于回避光纤的断裂，并提高组装工序时的操作性、耐冲击性等的机械可靠性。
为了解决上述问题，根据本发明的第一方案，在同一基板上安装光学部件和光纤，并且上述光学部件的入射或射出光的端面与上述光纤的轴向端面以相对的状态进行安装的光学模块中，在上述基板上形成有用于安装上述光纤的V槽，在上述基板的端部形成有从上述基板的V槽形成面的位置具有规定深度的深沟部，在上述深沟部放置有覆盖上述光纤的覆盖部。
另外，最好从上述光学部件的与上述光纤的端面相对的端面到上述深沟部的端面的距离h、和从上述光纤的与上述光学部件的端面相对的端面到上述覆盖部的面对上述光纤露出侧的端面的距离k满足h＞k的关系。
另外，最好上述基板及上述覆盖部分别具有定位用凹凸部。
使上述覆盖部的端面与上述深沟部的端面接触而进行上述光纤的安装，
上述光学部件和上述光纤的互相相对的端面间的距离z为20μm以下，满足z＝h-k的关系，
上述定位用凹凸部在上述距离z为20μm以下的位置设置，
安装光电二极管和激光二极管来作为上述光学部件，将上述光电二极管和上述光纤在上述光电二极管的光入射的端面和上述光纤的轴向端面相对的状态下安装，将上述激光二极管和上述光纤在上述激光二极管的光出射的端面和上述光纤的轴向端面相对的状态下安装。
根据本发明的第二方案，在同一基板上安装光学部件和光纤，并且上述光学部件的入射或射出光的端面与上述光纤的轴向端面以相对的状态进行安装的光学模块的制造方法中，在上述基板上形成用于安装上述光纤的V槽，在上述基板的端部形成从上述基板的V槽形成面的位置具有规定深度的深沟部，在上述V槽上安装上述光纤，并且在上述深沟部放置覆盖上述光纤的覆盖部。
另外，最好从上述光学部件的与上述光纤的端面相对的端面到上述深沟部的端面的距离h、和从上述光纤的与上述光学部件的端面相对的端面到上述覆盖部的面对上述光纤露出侧的端面的距离k满足h＞k的关系，使上述覆盖部的端面与上述深沟部的端面接触而进行上述光纤的安装。
另外，最好在上述基板及上述覆盖部上分别形成定位用凹凸部，通过使形成于上述基板上的定位用凹凸部与形成于上述覆盖部上的定位用凹凸部嵌合，从而决定上述光纤的位置。
使上述覆盖部的端面与上述深沟部的端面接触而进行上述光纤的安装，
上述光学部件和上述光纤的互相相对的端面间的距离z为20μm以下，满足z＝h-k的关系，
上述定位用凹凸部在上述距离z为20μm以下的位置设置，
安装光电二极管和激光二极管来作为上述光学部件，将上述光电二极管和上述光纤在上述光电二极管的光入射的端面和上述光纤的轴向端面相对的状态下安装，将上述激光二极管和上述光纤在上述激光二极管的光出射的端面和上述光纤的轴向端面相对的状态下安装。
另外，通过对上述基板进行各向异性湿蚀刻处理，从而形成上述V槽及上述深沟部也可以。
另外，通过对上述基板进行切削加工，从而形成上述V槽及上述深沟部也可以。
对本发明的效果进行说明。
根据本发明，由于在形成于基板端部的深沟部放置覆盖部，光纤不会直接接触基板的端部，所以可回避光纤的断裂，并可提高组装工序时的操作性、耐冲击性等的机械可靠性。
另外，可回避因光纤的端面和光学部件的端面接触而引起的元件破坏，通过使覆盖部的端面与深沟部的端面接触而进行光纤的安装，从而可将光纤配置在准确的位置上。
另外，利用基板及覆盖部的定位用凹凸部，可将光纤配置在准确的位置上。
另外，通过对基板进行各向异性湿蚀刻处理，从而可同时形成V槽及深沟部，因而可简化制造工序。
另外，通过对基板进行切削加工，可形成V槽及深沟部。
附图说明
图1A是表示第一实施方式的光学模块1的俯视图。
图1B是图1A的A-A线剖视图。
图1C是图1的B-B线端面图。
图1D是图1的C-C线端面图。
图2A是表示在基板2上形成了掩模7的状态的图。
图2B是表示各向异性湿蚀刻处理后的基板2的图。
图3A是表示基板2上的切削加工位置的图。
图3B是切削加工后的基板2的俯视图。
图3C是图3B的F-F线剖视图。
图4是表示光纤端面的距光学部件端面的距离z(μm)和损失(dB)的关系的图表。
图5A是表示第二实施方式的光学模块11的俯视图。
图5B是图5A的G-G线剖视图。
图6A是现有的光学模块31的俯视图。
图6B是图6A的P-P线剖视图。
图6C是图6A的Q-Q线端面图。
具体实施方式
对第一实施方式进行说明。
首先，对本发明的第一实施方式的光学模块1进行说明。
图1A是表示第一实施方式的光学模块1的俯视图，图1B是图1A的A-A线剖视图，图1C是图1A的B-B线端面图，图1D是图1A的C-C线端面图。
如图1A所示，光学模块1是在基板2上安装PD3、LD4、光纤5a、5b而构成的。光纤5a、5b被覆盖部6覆盖，且其部分露出。光纤5a、5b的露出部分从上部用盖玻片8固定。
基板2是用单晶硅(Si)形成的板状基板，且如图1A及图1B所示，由光学部件放置部21、槽部22、V槽形成部23、和深沟部24构成。
在光学部件放置部21上，作为光学部件放置PD3及LD4。
槽部22是在基板2上并在与基板2的延长方向(图1A所示的X1-X2方向)正交的方向(图1A所示的Y1-Y2方向)上设置的槽。
如图1C所示，在V槽形成部23的V槽形成面23c上形成有V槽23a、23b。在基板2的延长方向(图1A所示的X1-X2方向)以条状设置V槽23a、23b。V槽23a、23b设计成如下，在V槽23a、23b上安装了光纤5a、5b时，PD3和LD4与光纤5a、5b的芯的光轴一致。
深沟部24如图1B及图1D所示，形成于基板2的端部并从V槽形成面23c的位置在Z2方向低规定深度d。深沟部24的深度d设计成如下，在V槽23a、23b上安装了光纤5a、5b的场合，正好接触覆盖光纤5a、5b的覆盖部6的下面。
PD3是将在光纤5a传播来的光转换为电信号的受光元件。LD4是按照从外部供给的电信号而发光的发光元件。PD3的光入射的端面3a和光纤5a的轴向端面51a相对，LD4的光射出的端面4a和光纤5a的轴向端面51b相对。
光纤5a、5b具有芯和覆盖该芯的包层的双重结构，通过做成芯比包层的折射率高，从而利用全反射使光传播。
覆盖部6是覆盖光纤5a、5b的覆盖材料。
另外，如图1B所示，从PD3的与光纤5a的端面51a相对的端面3a到深沟部24的端面24a的距离h、和从光纤5a的与PD3的端面3a相对的端面51a到覆盖部6的面对光纤5a的露出侧的端面6a的距离k满足h＞k的关系。再有，从LD4的与光纤5b的端面51b相对的端面4a到深沟部24的端面24a的距离与距离h相等，从光纤5b的与LD4的端面4a相对的端面51b到覆盖部6的端面6a的距离与距离k相等。
其次，参照图2A、图2B、图3A、图3B及图3C，对光学模块1的制造方法进行说明。
首先，如图2A所示，利用光刻法和蚀刻法，在基板2的表面上形成由光纤安装用开口区域7a、7b和覆盖部安装用开口区域7c邻接而形成的掩模7。
然后，如图2B所示，对深沟部24进行各向异性蚀刻处理，以形成期望的蚀刻量。作为蚀刻液，使用氢氧化钾(KOH)和四甲基氢氧化铵(TMAH)等。此时，在光纤安装用开口区域7a、7b，在形成了V槽23a、23b的V字形状的时刻停止蚀刻的进行，所以不存在因过蚀刻引起的形状变化。因此，可同时形成V槽23a、23b和深沟部24。
然后，为了切割成芯片，如图3A所示，在D1-D1、D2-D2、D3-D3、D4-D4的位置对基板2的周边部4个边实施切削加工，与邻接芯片分离。再有，对V槽23a、23b的两端部E1、E2，以不分离基板2的切入深度进行切削加工。
图3B是切削加工后的基板2的俯视图，图3C是图3B的F-F线剖视图。切削了V槽23a、23b的端部E1的部分成为槽部22。另外，切削了V槽23a、23b的端部E2的部分成为深沟部24的一部分。这样，在基板2上形成光学部件放置部21、槽部22、V槽形成部23及深沟部24。如图3C所示，深沟部24从V槽形成面23c的位置在Z2方向低规定深度d。
其次，如图1A及图1B所示，将PD3及LD4放置在光学部件放置部21上，使覆盖部6的端面6a与深沟部24的端面24a接触而进行光纤5a、5b的安装。这里，从PD3的端面3a到深沟部24的端面24a的距离(从LD4的端面4a到深沟部24的端面24a的距离)h比从光纤5a的端面51a到覆盖部6的端面6a的距离(从光纤5b的端面51b到覆盖部6的端面6a的距离)k长，PD3的端面3a和光纤5a的端面51a的距离(LD4的端面4a和光纤5b的端面51b的距离)z＝h-k由距离h及距离k决定。
图4表示光纤5a的端面51a距PD3的端面3a的距离(光纤5b的端面51b距LD4的端面4a的距离)z(μm)和损失(dB)的关系。图4是芯的折射率为1.534、包层的折射率为1.525、粘接剂的折射率为1.570时的计算结果。从距离z的损失减去接触状态(z＝0μm)的损失的值、即由间隙引起的过剩损失的值在z＝10μm时为0.04dB，在z＝20μm时为0.12dB，在z＝30μm时为0.26dB。为了使自接触状态(z＝0μm)的损失增加成为0.1dB以下，最好将距离z设为20μm以下。
其次，在基板2上安装了光纤5a、5b及覆盖部6的状态下，利用盖玻片8按压固定光纤5a、5b，并流入粘接剂，将光纤5a、5b粘贴在V槽23a、23b内，并将覆盖部6粘贴在深沟部24上。
如上所述，由于做成在基板2的端部不直接接触光纤5a、5b，而接触覆盖部6的结构，所以在光纤5a、5b固定于基板2上的部分和未固定的部分的边界部不会发生应力集中。再有，由于将覆盖部6放置在深沟部24上，所以可防止光纤5a、5b的弯曲。因此，可回避光纤5a、5b的断裂，并可提高组装工序时的操作性、耐冲击性等的机械可靠性。
另外，通过进行各向异性湿蚀刻处理，可同时形成V槽23a、23b和深沟部24，所以可简化制造工序。
另外，通过使覆盖部6的端面6a与深沟部24的端面24a接触而进行光纤5a、5b的安装，从而决定光纤5a、5b的端面51a、51b和PD3及LD4的端面3a、4a的距离z。由此，可回避因光纤5a、5b的端面51a、51b和PD3及LD4的端面3a、4a的接触而引起的元件破坏，再有，可准确配置成光纤5a、5b的端面51a、51b位于距PD3及LD4的端面3a、4a为距离z的位置。因此，能够以简单的方法提高安装成品率，且供给低损失的光学模块1。
对第二实施方式进行说明。
其次，对应用了本发明的第二实施方式进行说明。
图5A是表示第二实施方式的光学模块11的俯视图，图5B是图5A的G-G线剖视图。光学模块11由于构成与第一实施方式所示的光学模块1相同的结构，所以对于相同的构成部分标注相同的符号，关于该结构省略说明。另外，实际上在光学模块11中，光纤5a、5b也是从上部利用盖玻片8按压固定，但是在图5A及图5B中省略图示。以下，对第二实施方式的特征结构进行说明。
光学模块11在基板2及覆盖部6上设有定位用凹凸部。如图5A及图5B所示，在基板2的深沟部24的端部形成有定位用凸部25。定位用凸部25在第一实施方式所说明的光学模块1的制造方法的切削加工工序中，以留下通过各向异性湿蚀刻处理而形成的倾斜面的方式进行切削即可。
另外，在覆盖部6上形成有定位用凹部61，以与定位用凸部25嵌合。定位用凹部61通过切削覆盖部6而形成。
并且，通过使形成于基板2上的定位用凸部25和形成于覆盖部6上的定位用凹部61嵌合，从而决定覆盖部6的位置。
如此，最好在覆盖部6一侧设置定位用凹部61，在基板2一侧设置定位用凸部25。另外，定位用凸部25和定位用凹部61在将光纤5a、5b及覆盖部6安装在基板2上的场合，最好设置在光纤5a、5b的端面51a、51b和PD3及LD4的端面3a、4a的距离为20μm以下的位置上(参照图4)。
如上所述，通过以使定位用凸部25及定位用凹部61嵌合的方式进行光纤5a、5b及覆盖部6的安装，从而决定光纤5a、5b的端面51a、51b和PD3及LD4的端面3a、4a的距离。由此，可回避因光纤5a、5b的端面51a、51b和PD3及LD4的端面3a、4a接触而引起的元件破坏，再有，可将光纤5a、5b配置在准确的位置上。因此，以简单的方法便可提高安装成品率，且可供给低损失的光学模块11。
再有，光学模块11虽然是定位用凸部25位于深沟部24的端部上的例子，但定位用凹凸部可以存在于深沟部24的中途部分，也可以对1根光纤具有多个凹凸部。
上述各实施方式的记载是涉及本发明的光学模块的例子，但并不局限于此。对于构成光学模块的各部的详细结构，在不脱离本发明的主要内容的范围内可进行适当改变。
例如，在上述各实施方式中，对作为光学部件具备PD3和LD4的情况进行了说明，但放置在光学模块上的光学部件还可以是光波导、反射镜、偏振镜等。
另外，在上述各实施方式中，说明了通过对基板2进行各向异性湿蚀刻处理而形成V槽23a、23b及深沟部24的方法，但也可以通过对基板2进行切削加工而形成V槽23a、23b及深沟部24。
另外，放置在基板2上的光纤的芯数可以是1芯，2芯，4芯，几个芯都可以。另外，光纤可以是石英制光纤也可以是树脂制光纤，并且，可以是单模光纤，也可以是多模光纤。
另外，在上述各实施方式中，对在光学部件的一端形成V槽的光学模块进行了说明，但也可以在将1个光信号分为多个输出的分离器等光学部件的输入侧、输出侧的两端形成V槽。
本发明具有以下产业上的可利用性
涉及本发明的光学模块及光学模块的制造方法可用于光通信领域。
符号说明
1、11-光学模块，2-基板，21-光学部件放置部，22-槽部，
23-V槽形成部，23a、23b-V槽，23c-V槽形成面，24-深沟部，
24a-端面，25-定位用凸部，3-PD，3a-端面，4-LD，4a-端面，
5a、5b-光纤，51a、51b-端面，6-覆盖部，6a-端面，
61-定位用凹部，7-掩模，8-盖玻片，31-光学模块，32-基板，
323a、323b-V槽，33-PD，34-LD，35a、35b-光纤。

Claims (4)

1.一种光学模块，在同一基板上安装光学部件和光纤，并且上述光学部件的入射或射出光的端面与上述光纤的轴向端面以相对的状态进行安装，其特征在于，
在上述基板上形成有用于安装上述光纤的V槽，
在上述基板的端部形成有从上述基板的V槽形成面的位置具有规定深度的深沟部，
在上述深沟部上放置覆盖上述光纤的覆盖部，
上述基板及上述覆盖部分别具有定位用凹凸部，该定位用凹凸部嵌合，
从上述光学部件的与上述光纤的端面相对的端面到上述深沟部的端面的距离h、和从上述光纤的与上述光学部件的端面相对的端面到上述覆盖部的面对上述光纤的露出侧的端面的距离k满足h＞k的关系，
上述光学部件和上述光纤的互相相对的端面间的距离z为20μm以下，满足z＝h-k的关系，
上述定位用凹凸部在上述距离z为20μm以下的位置设置，
安装光电二极管和激光二极管来作为上述光学部件，将上述光电二极管和上述光纤在上述光电二极管的光入射的端面和上述光纤的轴向端面相对的状态下安装，将上述激光二极管和上述光纤在上述激光二极管的光出射的端面和上述光纤的轴向端面相对的状态下安装。
2.一种光学模块的制造方法，用于制造在同一基板上安装光学部件和光纤，并且上述光学部件的入射或射出光的端面与上述光纤的轴向端面以相对的状态进行安装的光学模块，其特征在于，
在上述基板上形成用于安装上述光纤的V槽，
在上述基板的端部形成从上述基板的V槽形成面的位置具有规定深度的深沟部，
在上述基板及覆盖上述光纤的覆盖部上分别形成嵌合的定位用凹凸部，
在上述V槽安装上述光纤，并且在上述深沟部上放置覆盖上述光纤的覆盖部，
通过使形成于上述基板上的定位用凹凸部和形成于上述覆盖部上的定位用凹凸部嵌合，从而决定上述光纤的位置，
从上述光学部件的与上述光纤的端面相对的端面到上述深沟部的端面的距离h、和从上述光纤的与上述光学部件的端面相对的端面到上述覆盖部的面对上述光纤的露出侧的端面的距离k满足h＞k的关系，
使上述覆盖部的端面与上述深沟部的端面接触而进行上述光纤的安装，
上述光学部件和上述光纤的互相相对的端面间的距离z为20μm以下，满足z＝h-k的关系，
上述定位用凹凸部在上述距离z为20μm以下的位置设置，
安装光电二极管和激光二极管来作为上述光学部件，将上述光电二极管和上述光纤在上述光电二极管的光入射的端面和上述光纤的轴向端面相对的状态下安装，将上述激光二极管和上述光纤在上述激光二极管的光出射的端面和上述光纤的轴向端面相对的状态下安装。
3.根据权利要求2所述的光学模块的制造方法，其特征在于，
通过对上述基板进行各向异性湿蚀刻处理，从而形成上述V槽及上述深沟部。
4.根据权利要求2所述的光学模块的制造方法，其特征在于，
通过对上述基板进行切削加工，从而形成上述V槽及上述深沟部。
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