CN103576236A - 集成型光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集成型光模块，其在湿度变化时，避免PLC芯片的位移变动的发生，使得没有剥离。该集成型光模块的特征在于，具备：PLC芯片；台座，用涂布在黏接面上的胶黏剂与上述PLC芯片的底面的一部分黏接固定；以及支承部，支承上述台座；设有用憎水材料掩蔽上述支承部的顶面的憎水处理部。上述憎水处理部只被设在上述台座的周围的规定宽度上。上述憎水处理部被设在上述台座的周围100μm以上的宽度上。

Description

集成型光模块

技术领域

本发明涉及集成型光模块(Integrated Optical Module)，涉及与发光元件或受光元件一起被集成而构成光收发机的、装载有平面型光波回路的集成型光模块。

背景技术

随着光通信技术的进展，光部件的开发变得越来越重要。尤其是光收发器在研究传输速度和响应速度的高速化，通信容量在扩大。一般的收发器的结构是由用光半导体制作的发光元件或受光元件、和输出用或输入用的光纤构成，它们经透镜光耦合。例如，在光接收器的情况下，从输入端的光纤射出的光由透镜成像到受光元件上，直接被检波（强度检波）。

将目光转向光传输系统中的调制解调处理技术：使用相位调制方式的信号传输在被广泛实用化。相移键控（PSK）方式是通过调制光的相位来传输信号的方法。PSK方式通过调制的多值化等，与现有相比，能够飞跃性地扩大传输容量。

为了接收这种PSK信号，需要检测光的相位。受光元件能够检测信号光的强度，但是不能直接检测光的相位。因此，需要将光的相位变换为光强度的手段。因此，有通过使用光的干涉来检测相位差的方法等。通过使信号光和其他光（参考光）干涉，用受光元件检测其干涉光的光强度，从而能够得到光的相位信息。有使用另外准备的光源作为参考光的相干检波、和将信号光本身分路出一部分作为参考光并使两者干涉的差动检波。这样，与现有的只使用强度调制方式的光接收机不同，近年来的PSK方式的光接收机需要通过光的干涉而将相位信息变换为强度信息的光干涉回路。

这种光干涉回路可以用平面型光波回路（PLC：Planar Light Circuit）来实现。PLC在量产性、低成本性及高可靠性方面具有优良的特征，能够实现各种各样的光干涉回路。实际上，作为PSK方式的光接收机所用的光干涉回路，实现并实用化了光延迟干涉回路、90度混合回路等。这种PLC通过标准的照相法、蚀刻技术及FHD（Flame Hydrolysis Deposition，火焰水解沉积）等玻璃沉积技术来制作。

在具体的制造工艺中，首先，在Si等衬底上，沉积以石英玻璃等为主原料的下包层、和具有比该下包层高的折射率的核心层。然后，在核心层上形成各种图形的波导。最后用外包层来掩埋该波导。通过这种工艺，来制作具有波导型的光功能回路的PLC芯片。信号光被封闭在经上述这样的工艺而制作的波导内，在PLC芯片内部传播。

图1示出现有的PLC和光接收器的光连接方法。PSK方式的光接收机中的PLC和光接收器的基本的连接方法是图1所示那样的简单光纤连接。通过将输入端上连接了光纤3a的平面型光波回路（PLC）1、和光接收器2用光纤3b相连来进行光耦合。光耦合所使用的光纤3b的根数由从PLC输出的输出光的数目来决定。光耦合所使用的光纤的根数有时也为多根。因此，在这种使用光纤连接的光接收机的结构中，有尺寸增大这一问题。于是，通过将PLC的输出和光接收器的输入不经光纤而直接光耦合，将整体集成为1个封装，从而能够将光接收机小型化。这种将PLC和光接收器直接光耦合的方式的光接收机称为集成型光模块。

为了实现集成型光模块，PLC芯片的固定方法特别重要。在使从PLC芯片输出的光传播到空间中、用透镜等光耦合到受光元件的情况下，如果来自PLC芯片的光的射出端、透镜、受光元件的位置关系变化，则不能用受光元件接收所有光，造成损耗。特别是在环境温度发生变化而容纳光接收机的封装的温度、各个元件温度等变化了的情况下，由于热膨胀的影响而使它们位置变动，所以这种损耗问题变得显著。为了实现低损耗的光耦合，需要使得即使在环境温度等变化了的情况下，也是各个的位置关系至少相对不变动。

特别是PLC芯片在光接收机中所占的面积比受光元件大1个量级至2个量级左右，热膨胀引起的形状变化大。此外，由于构成平面型光波回路的衬底和沉积的薄膜玻璃具有大的热膨胀系数差，所以会因温度变化而发生大的翘曲。因此，来自PLC芯片的射出光相对于受光元件的位置位移及射出角度变化非常成问题。由于这2个变化而使来自平面型光波回路的射出光的位置和角度变化，发生光轴偏移。光轴偏移使到受光元件的光耦合恶化，发生损耗。为了实现集成型光模块，消除这种光轴偏移、或者使其无害化很重要。

图2示出现有的集成型光模块的内部构造。为了不发生上述那样的温度变化引起的光轴偏移，已知有牢牢地固定PLC芯片的底面的大致整个面的方法。在图2所示的集成型光模块中，作为光功能回路而形成了光干涉回路的PLC芯片13、透镜14、以及受光元件15分别以固定用支架12a、12b、12c为支承部件，而被固定在底座基板11上。光纤16和PLC芯片13经光纤固定部件17连接。在集成型光模块中，从光纤16输入的光在PLC芯片13中干涉后，由透镜14耦合到受光元件15。

固定用支架12a和PLC芯片13由胶黏剂18或焊锡固定。通过将PLC芯片13的底面的大致整个面牢牢地固定到固定用支架上，从而抑制了温度引起的膨胀和翘曲变化。此外，通过将透镜14、受光元件15也固定到固定用支架上，从而使得不发生温度变化引起的光轴偏移。

然而，在图2所示的结构中，虽然能够抑制温度变化引起的光轴偏移以使其变得足够小，但是另一方面，温度变化引起的PLC芯片的特性变化变得显著。如上所述，平面型光波回路13由具有大的热膨胀系数差的Si衬底13a和石英玻璃层13b构成，所以温度变化引起的翘曲变化和热膨胀大。在图2所示那样的结构中，PLC芯片13的底面整个面被固定，所以抑制了热膨胀和翘曲变化。

另一方面，在此情况下，在Si衬底13a和石英玻璃层13b之间发生大的热应力。应力通过光弹性效应，而在石英玻璃层13b内部引起折射率变化。PLC芯片13内构成的光干涉回路为了控制干涉特性，而准确地调整了波导的长度和折射率。由于经应力而发生的折射率变化引起等效回路长度的变化，使干涉计的特性变化，所以会使光干涉回路的特性恶化。

对此，为了通过抑制热应力的发生来抑制光学特性的变化，作为胶黏剂18，如果使用了弹性胶黏剂、糊剂等柔软的胶黏剂、或固定用糊剂（例如参考专利文献1），则前述光轴偏移的影响会变得显著，会发生损耗。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－175364号公报

为了解决以上问题，提出了采用图3所示的结构作为集成了PLC芯片等光部件的集成型光模块。在该结构中，在使固定用支架32a的一部分隆起而形成的台座上涂布胶黏剂38而黏接固定了PLC芯片33。图3的其他结构与图2同样构成。即，光纤36用光纤固定部件37连接到PLC芯片33上，PLC芯片33、透镜34、受光元件35等光部件经固定用支架32a、32b、32c而装载在底座基板31上。通过该结构，即使由于温度变化而使PLC芯片发生变形或翘曲，光功能回路的部分的应力的影响也可为最小限度，能够抑制光功能回路的特性恶化。

然而，在该集成型光模块中，如果为了连接PLC芯片33和支架40的台座部分42而涂布的胶黏剂38的涂布量过多，则如图4A所示，胶黏剂38在溢出到台座部分42的周围的状态下固化。溢出的胶黏剂38由于其黏接力而容易集中存在于台座的周围，不扩展到支架上而积聚在溢出的黏接面的周围。图4B是支架的俯视图。如图4B所示，剖面为四边形的台座42被设在支架的一部分上，所以在台座的四边积聚溢出的胶黏剂。台座42和PLC芯片33的黏接面非常小，所以为了准确控制胶黏剂的量，需要进行μl单位的控制。此外，一般金属相对于湿度变化的体积变化不大，而树脂相对于湿度变化的体积变化大，在湿度变化时，由树脂构成的胶黏剂38溶胀，而由金属构成的支架40的台座42不发生体积变化。因此，如果在黏接面的周围积聚了溢出的胶黏剂的状态下湿度变化，则溢出的胶黏剂38溶胀，而产生将PLC芯片33向上方推起的力F，成为PLC芯片的位移变动/剥离的原因。

发明内容

鉴于以上，本发明的课题在于提供一种集成型光模块，在湿度变化时，避免PLC芯片的位移变动的发生，使得没有剥离。

为了解决上述课题，一实施方式记载的发明是一种集成型光模块，其特征在于，具备：PLC芯片；台座，用涂布在黏接面上的胶黏剂与上述PLC芯片的底面的一部分黏接固定；以及支承部，支承上述台座；设有用憎水材料掩蔽上述支承部的顶面的憎水处理部。

在上述集成型光模块中，优选上述憎水处理部只被设在上述台座的周围。

在上述集成型光模块中，优选上述憎水处理部被设在上述台座的周围100μm以上的宽度上。

附图说明

图1是表示现有的平面型光波回路和光接收机的光连接方法的图。

图2是表示现有的集成型光模块的一例的内部构造的图。

图3是表示现有的集成型光模块的另一例的内部构造的图。

图4A是说明现有的集成型光模块中的PLC芯片的位移变动/剥离的图。

图4B是说明现有的集成型光模块中的PLC芯片的位移变动/剥离的图。

图5A是表示第1实施方式的光集成型光模块的一例的内部构造的侧剖面图。

图5B是表示第1实施方式的光集成型光模块的一例的内部构造的俯视图。

图6是表示在支架的一部分上设有憎水处理部的例子的图。

标号说明

33  PLC芯片

33a Si衬底

33b 石英玻璃层

36  光纤

37  光纤固定部件

38  胶黏剂

40  支架

41  支承部

42  台座

43  憎水处理部

具体实施方式

以下，详细说明本发明的实施方式。

图5A及5B是表示第1实施方式的集成型光模块的主要部分的图。图5A是表示第1实施方式的集成型光模块的主要部分的概略结构的侧剖面图，图5B是第1实施方式的集成型光模块所用的支架的俯视图。集成型光模块是将PLC芯片、透镜、受光元件或发光元件等光部件经支架装载到底座基板上、用封装来密封它们而构成的。形成了光干涉回路的PLC芯片33如图5A所示，经光纤固定部件37与光纤36连接，由胶黏剂38a黏接固定在支架40上。

PLC芯片33是在Si衬底33a上层叠石英玻璃层33b而构成的，在该石英玻璃层33b中形成了由核心、包层组成的波导型光功能回路。胶黏剂38例如可以是热固化型环氧系的胶黏剂、湿度固化型的胶黏剂、氧型的胶黏剂中的任一种。

支架40可以由Kovar等金属构成，包括：平板状的支承部41，用于装载到底座基板上；台座42，是在平板状的支承部41的顶面的一部分上隆起而形成的；以及憎水处理部43，被设在支承部41的顶面上。在作为支架40的台座42的顶面的黏接面上，涂布了胶黏剂38。此外，在台座42的顶面上，黏接固定着PLC芯片33的底面的一部分。本发明的集成型光模块通过在支架40的支承部41的顶面上设憎水处理部，使得从PLC芯片33和支架40的黏接面溢出的胶黏剂38不扩展到支架40的支承部41的顶面上，几乎没有横跨PLC芯片33和支架40的支承部41而存在的胶黏剂38。支架40由金属构成，而胶黏剂由树脂构成，在湿度变高的情况下，只有胶黏剂溶胀。通过在该台座42的周围设憎水处理部43，从而从黏接面溢出的胶黏剂38不扩展到支架40的支承部41的顶面上，胶黏剂38溶胀不会带来推起PLC芯片33的压力。因此，PLC芯片33不会位移变动/剥离。这是因为，几乎没有扩展到支架40的支承部41的顶面上的胶黏剂38，存在很多胶黏剂38与空间的界面，所以即使胶黏剂38溶胀，胶黏剂38也有膨胀而扩展的余地，压力被释放。

憎水处理部如图6所示，也可以不是设在支承部41整个顶面上，而只设在一部分上。图6除憎水处理部的配置以外与图5B相同。例如，只在台座42的周围的规定宽度上设憎水处理部43。例如，憎水处理部可以设在100微米以上的宽度上。

形成憎水处理部43所用的树脂材料采用对胶黏剂38具有憎水力的树脂。例如可以将硅酮树脂、氟树脂、丙烯酸树脂、石蜡等用作形成憎水处理部43所用的树脂材料。憎水处理部43是通过掩蔽台座、在支架顶面上涂布憎水处理剂而设的。

其中，台座42的剖面形状不限于如图5B所示，剖面是四边形，可以做成圆形等任意的剖面形状。如果如图5B所示剖面是四边形，则可以将黏接面积取得很大，所以与PLC芯片33的黏接稳定。

根据本实施方式，通过支架40的平板部41上所设的憎水处理部43，从而胶黏剂不扩展到支架40的平板部41上，所以胶黏剂38溶胀不会带来推起PLC芯片33的压力，所以PLC芯片33不会位移变动/剥离。

在以上的实施方式中，例举说明了将构成支架的支承部和台座一体构成的情况，但是也可以用胶黏剂将台座黏接到支承部的顶面上。

Claims (3)

1.一种集成型光模块，其特征在于，具备：

PLC芯片；

台座，用涂布在黏接面上的胶黏剂与上述PLC芯片的底面的一部分黏接固定；以及

支承部，支承上述台座，

设有用憎水材料掩蔽上述支承部的顶面的憎水处理部。

2.如权利要求1所述的集成型光模块，其特征在于，上述憎水处理部只被设在上述台座的周围的规定宽度上。

3.如权利要求2所述的集成型光模块，其特征在于，上述憎水处理部被设在上述台座的周围100μm以上的宽度上。

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