JP2001124952A - 光導波路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光導波路基板の端面に光導波路と接続される
光ファイバを接合する場合、補強用基板と下地の基板と
がずれたり離れたりして機械的な接続信頼性が低かっ
た。 【解決手段】 基板１上に光導波路２・３を端面同士が
同一面をなすように形成するとともに、光導波路２・３
の端面に光ファイバ６を接続するための補強用基板４
を、光導波路２・３を挟んで基板１の端面と端面同士が
同一面をなすように基板１の上面に接着した光導波路基
板である。補強用基板４が基板１の上面と直接接着され
ている部分を有していることから補強用基板４と基板１
とが極めて強固に接着固定され、両者がずれたり離れた
りすることがなくなり、光ファイバの接合強度が高く機
械的な接続信頼性に優れたものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信モジュール等
に用いられる光導波路基板に関し、詳細には、基板上に
端面が同一面をなすように形成された光導波路の端部に
光ファイバを接合して接続する際の接合強度を高めた、
機械的な接続信頼性に優れる光導波路基板に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、光導波路としては、例えば石英ガ
ラス基板やシリコン基板上に火炎堆積法により成膜した
シリカ膜を利用して３次元形状のクラッド部およびコア
部を形成したシリカ系光導波路や、ニオブ酸リチウム単
結晶基板をクラッド部とし、この基板上にチタンを熱拡
散して３次元導波路形状にコア部を形成した光導波路等
が用いられている。

【０００３】また、これら無機系光導波路に代えて、低
温形成が可能な有機系材料による光導波路も実用化が検
討されている。この光導波路に利用される有機系材料と
しては、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレー
ト）樹脂・ポリカーボネート樹脂・ポリイミド樹脂・ポ
リシロキサン樹脂・ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂
・フッ素樹脂などが検討されている。

【０００４】これらの光導波路と、光導波路外部との光
信号の入出力を行なうための光ファイバとを接続する場
合には、光ファイバ心線や、セラミックスあるいはガラ
スなどのフェルールに挿入されたフェルール付き光ファ
イバや、複数の光ファイバを基板に整列させた光ファイ
バアレイなどを、光導波路が形成された光導波路基板の
光信号入出力用端部に、光軸を調整して紫外線硬化型接
着剤などを用いて接合することが行なわれていた。

【０００５】図３に従来の光導波路基板に対してフェル
ール付き光ファイバを接合した例を斜視図で示す。ま
た、この光導波路基板の光ファイバを接合する端面の様
子を図４に側面図で示す。これらの図において、11は基
板、13は基板11上に形成された光導波路のクラッド部、
12はクラッド部13中に形成された光導波路のコア部、14
は基板11上に形成されたクラッド部13上に接着剤15を介
して接着された補強用基板であり、これらは互いに端面
が同一面をなすように形成され、あるいは接着されてい
る。また、16は光ファイバ、17はフェルールであり、光
ファイバ16はフェルール17に挿入固定されるとともに、
その端面を光導波路のコア部12の端面と位置合わせして
フェルール17を基板11・クラッド部13・補強用基板14の
端面に接合することにより光導波路のコア部12と接続さ
れている。

【０００６】この際、フェルール17と光導波路基板の基
板11との接合強度を向上させて機械的な接続信頼性を高
めるために、図４に示すように、基板11にガラス基板な
どの補強用基板14を接着して、フェルール17の端面との
接合面積を大きくする工夫がなされていた。なお、光フ
ァイバ16の接続には、フェルール17を用いずに光ファイ
バ16の端面を直接に光導波路基板に接合することも行な
われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光導波路基板においては、有機系材料による
光導波路と、光導波路外部との光信号の入出力を行なう
ための光ファイバとを接続する場合において、図３・図
４に示すように光導波路基板と光ファイバ16との接合強
度を向上させるために接合面積を大きくする目的で光導
波路基板の基板11に光導波路のクラッド部13を介して補
強用基板14を接着した場合、光導波路に使われている有
機系材料と光導波路の下地である基板11との密着強度
や、光導波路に使われている有機系材料と補強用基板14
との接着剤15による接着強度が十分大きくなく、補強用
基板14と光導波路のクラッド部13とが、あるいはクラッ
ド部13と下地の基板11とが離れてしまい、光ファイバ16
と光導波路のコア部12との光軸がずれてしまうことがあ
り、光ファイバ16を接合した場合の接合強度の信頼性に
欠けるという問題点があった。特に、有機系材料の中で
もフッ素を含んだ樹脂材料は、赤外光の透過性に優れる
といった利点があるものの、他材料との接着性が著しく
悪いため、さらに接続信頼性に劣るものとなるという問
題点があった。

【０００８】また、光導波路に使われている有機系材料
と下地の基板11との密着強度や、光導波路に使われてい
る有機系材料と補強用基板14との接着強度が十分大きい
場合であっても、有機系材料はシリカなどの無機系材料
に比べて、熱により軟化しやすい、常温でも柔らかい、
機械的な強度が低いなどの特性があることから、光導波
路のクラッド部13を介して補強用基板14と光導波路の下
地の基板11とがずれる可能性が高いため、光ファイバ16
あるいはフェルール17を接合した場合の接合強度の信頼
性が劣るという問題点があった。

【０００９】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて案
出されたものであり、その目的は、基板上に端面が同一
面をなすように形成された光導波路の端部に光ファイバ
を接合して接続する際の接合強度を高めた、機械的な接
続信頼性に優れる光導波路基板を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の光導波路基板
は、基板上に光導波路を端面同士が同一面をなすように
形成するとともに、該光導波路の端面に光ファイバを接
続するための補強用基板を、前記光導波路を挟んで前記
基板の端面と端面同士が同一面をなすように前記基板の
上面に接着したことを特徴とするものである。

【００１１】本発明の光導波路基板によれば、基板上に
形成した光導波路の光信号入出力用端部に光ファイバを
接合するための、基板と共通の端面を持つ補強用基板
が、光導波路を挟んで基板の上面に直接に接着されてい
る部分を有するものであることから、補強用基板と基板
とが直接強固に接着固定され、補強用基板と光導波路の
下地の基板とがずれることがなく、光ファイバを接合し
た場合の機械的な接続信頼性に優れた光導波路基板を得
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光導波路基板につ
いて図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の光導波
路基板の実施の形態の一例を示す斜視図であり、図３と
同様に、本発明の光導波路基板に対してフェルール付き
光ファイバを接合した例を示している。また、この光導
波路基板の光ファイバを接合する端面の様子を図２に側
面図で示す。なお、図２においては、光導波路基板の片
側の端部のみを示してある。

【００１３】これらの図において、１は光導波路基板の
母基板となり、光導波路を形成する際の下地となる基
板、２は基板１上に形成された光導波路のコア部、３は
基板１上でコア部２の周囲に形成されたクラッド部であ
り、これらコア部２およびクラッド部３から成る光導波
路は、基板１と端面同士が同一面をなすように形成され
ている。４は光導波路の端面に光ファイバを接続するた
めの補強用基板であり、本発明の光導波路基板において
は、補強用基板４は、光導波路のコア部２およびクラッ
ド部３を挟んで、基板１の端面と端面同士が同一面をな
すように、基板１の上面に直接接着される部分を有する
ように接着されている。なお、５は補強用基板４を基板
１の上面に接着固定するための接着剤である。

【００１４】また、６は光ファイバ、７は光ファイバ６
が挿入固定されているフェルールである。光ファイバ６
は、その端面を光導波路のコア部２の端面と位置合わせ
してフェルール７を主に基板１および補強用基板４の端
面に接合することにより光導波路のコア部２の端面と接
続されている。

【００１５】このように、本発明の光導波路基板は、光
導波路の端面に光ファイバ６を接続するための補強用基
板４が、光導波路を挟んで基板１の上面に接着され、す
なわち光導波路の両側において基板１の上面と直接接着
されていることから、補強用基板４と基板１とが直接強
固に接着固定され、従来のように補強用基板４と光導波
路の下地の基板１とがずれることがなくなるので、光導
波路のコア部２およびクラッド部３に有機系材料を用い
た場合であってもその利点を活かしつつ、光ファイバ６
ならびにフェルール７を光導波路基板に精度良く確実に
かつ安定に接合することができ、光ファイバ６との機械
的な接続信頼性に優れたものとなる。

【００１６】基板１には、光集積回路基板や光電子混在
基板等の光信号を扱う基板として使用される、光導波路
が形成される種々の基板、例えばシリコン基板やアルミ
ナ基板、ガラスセラミックス基板、多層セラミック配線
基板、プラスチック電気配線基板等が使用できる。

【００１７】基板１上に形成される光導波路は、クラッ
ド部３中にコア部２が形成された三次元導波路形状の光
導波路であり、その形成材料としては、有機系材料であ
ればＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）樹脂・ポ
リカーボネート樹脂・ポリイミド樹脂・ポリシロキサン
樹脂・ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂・フッ素樹脂
等を用いれば良い。また、シリカやニオブ酸リチウムな
どの無機系材料を用いても良い。

【００１８】光導波路の作製方法としては、まず基板１
の上面にクラッド部３のうち下部クラッド層を形成す
る。このとき、有機系材料を用いる場合にはＰＭＭＡ樹
脂・ポリカーボネート樹脂・ポリイミド樹脂・ポリシロ
キサン樹脂・ＢＣＢ樹脂・フッ素樹脂等の有機系材料の
有機溶媒溶液を基板１の上面にスピンコート法等により
所定厚みに塗布し、熱処理することにより形成すればよ
い。

【００１９】次に、コア部２は下部クラッド層上に、例
えば同様の有機系材料の有機溶媒溶液を基板１にスピン
コート法等により所定厚みに塗布し、熱処理することに
よりコア部２となる層を形成した後、フォトリソグラフ
ィやＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）等の周知
の薄膜微細加工技術を用いて所定の形状に成形すればよ
い。このとき、コア部２にはクラッド部３よりも高い屈
折率を有する材料を用いる。

【００２０】次に、コア部２を形成した後に、ＰＭＭＡ
樹脂・ポリカーボネート樹脂・ポリイミド樹脂・ポリシ
ロキサン樹脂・ＢＣＢ樹脂・フッ素樹脂等の有機系材料
の有機溶媒溶液を基板１上にスピンコート法等により所
定厚みに塗布し、熱処理することにより、クラッド部３
のうち上部クラッド層を被覆形成する。

【００２１】ここで、コア部２の高さ・幅・屈折率や下
部クラッド層の厚さ・屈折率、上部クラッド層の厚さ・
屈折率は、周知の光導波路理論を用いて所望の仕様で設
計すばよい。

【００２２】以上のようにして、クラッド部３中にコア
部２が形成された３次元構造の光導波路を作製する。

【００２３】次に、補強用基板４を光導波路を挟んで基
板１の上面に接着剤５により接着固定する。このとき、
補強用基板４を接着固定する部分の基板１上面に被着し
ている光導波路層、主にクラッド層があれば、ドライエ
ッチングや切削等により除去して補強用基板４を接着固
定する部分の基板１の上面を露出させる。また、接着剤
５にはエポキシ樹脂やアクリル樹脂等の樹脂製接着剤
や、ＡｕＳｎやＡｕＧｅ、ＩｎＳｎ等の半田などを使用
すればよい。補強用基板４を接着固定する部分の基板１
の上面の面積は、接着剤５の材質やそれによる基板１と
補強用基板４との接着強度、光ファイバ６・フェルール
７を基板１および補強用基板４の端面に接合した際に加
わる荷重等から、十分な接合強度が得られるように検討
して決定すればよい。

【００２４】補強用基板４の材質としては、シリカ等の
ガラス・セラミックス・シリコン・ＳＵＳ等の金属など
を基板１や光導波路の材質に応じて選択して用いれば良
い。

【００２５】また、その形状としては、補強用基板４を
基板１の上面に接着固定した際に、基板１上に形成され
たコア部２およびクラッド部３から成る光導波路が干渉
しないように、補強用基板４の基板１との間で光導波路
を挟む部分に、光導波路を収容するような凹部を設ける
のが望ましい。このとき、光導波路のクラッド部３表面
と補強用基板４との間には空隙があっても、基板１およ
び補強用基板４の端面の光ファイバ６・フェルール７を
接合する接合面積が十分大きければ、特に問題はない。

【００２６】また、補強用基板４の大きさは、光ファイ
バ６・フェルール７を接合する接合面積が、光ファイバ
６・フェルール７を接合した際に十分な接合強度が得ら
れるような大きさになるように検討し決定すればよい。

【００２７】

【実施例】次に、本発明の光導波路基板について具体例
を説明する。

【００２８】厚さ１ｍｍのシリコン基板上に、クラッド
部がシロキサンポリマ、コア部がチタン含有シロキサン
ポリマから成るステップインデックス型の直線パターン
の光導波路を形成した。このときコア部およびクラッド
部の屈折率をそれぞれ1.444および1.440 として、コア
の幅を８μｍ、高さを８μｍとし、コア部の上側のクラ
ッド部（上部クラッド層）の厚さを４μｍとした。ま
た、基板とコア部との間のクラッド部（下部クラッド
層）の厚さは12μｍとした。

【００２９】次に、この基板をダイシングによって幅５
ｍｍ、長さ30ｍｍのチップ状に切り分けた。この際、光
導波路のコア部から150 μｍの範囲内を残してその外側
のクラッド部をダイシングブレードで切削して除去し、
光導波路の両側においてシリコン基板の上面を露出し
た。

【００３０】次に、下面に幅310 μｍ×深さ25μｍ×長
さ３ｍｍの溝を形成した厚さ１ｍｍ×幅５ｍｍ×長さ３
ｍｍの２つの補強用石英ガラス基板のその溝の両側の部
分を、端面同士が同一面をなすように光導波路が形成さ
れた上記シリコン基板のその端面側の光導波路の両側の
上面に、補強用石英ガラス基板の端面がシリコン基板の
端面と同一面をなすように、溝の部分に光導波路を挟む
ようにしてそれぞれ接着した。その際、熱硬化性のエポ
キシ系接着剤を石英ガラス基板の接着面全体に塗布した
後、補強用石英ガラス基板とシリコン基板の端面同士を
合わせ、補強用石英ガラス基板に形成した溝内に光導波
路が収まるように配置して、150 ℃で１時間加熱して接
着剤を硬化させて接着固定した。

【００３１】続いて、光ファイバを接続した際に問題と
ならないような程度に、補強用石英ガラス基板とシリコ
ン基板の両方の端面が平坦・平滑な同一面となるように
研磨を行なった。

【００３２】このようにして作製した光導波路基板の光
入出をする端面に、先端を外径１ｍｍのガラス製フェル
ールに挿入した光ファイバを、エポキシ系の紫外線硬化
樹脂を塗布し、光導波路のコア部と光軸を調整して光導
波路基板の端面に当接した後、紫外線を照射し紫外線硬
化樹脂を硬化させて光導波路基板に接合した。

【００３３】このようにして、図２に示すような、フェ
ルールの付いた光ファイバを接合した本発明の光導波路
基板を作製した。

【００３４】本例では、光ファイバの接合面積は、シリ
コン基板の上面に補強用石英ガラス基板を端面同士を揃
えて接着したことによりガラス製フェルールの外径寸法
と同じ十分大きな面積となり、約0.8 ｍｍ² であった。
これは補強用石英ガラス基板が無い場合の２倍の接合面
積であり、これによって10Ｎ程度の接合強度となって十
分な値が得られている。さらに、補強用石英ガラス基板
と光導波路基板とは、光導波路の両側に14ｍｍ² 程度の
接合面積で接着剤により直接接着された部分を持ってい
ることから、150 Ｎ程度以上の十分に大きな接着強度を
有しており、図３・図４に示す従来の光導波路基板の構
成においては補強用基板の接着強度が３Ｎ程度であった
のに比べて、補強用石英ガラス基板の位置ずれが発生し
たり補強用基板が基板から離れたりするおそれがないも
のであった。

【００３５】以上の結果、本発明によれば、補強用基板
の位置ずれ等のおそれがなく、光導波路に接続すべく光
ファイバを基板端面に接合した場合の接合強度を高める
ことができ、光ファイバとの機械的な接続信頼性に優れ
た光導波路基板を作製できることが確認できた。

【００３６】なお、本発明は以上の例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更
・改良を加えることは何ら差し支えない。例えば、上記
の実施の形態では主に光導波路の材料として有機系材料
を用いた場合について説明したが、光導波路を無機系材
料から成るものとした場合にも同様に補強用基板と下地
の基板とを強固に接着させることができ、光ファイバと
の機械的な接続信頼性に優れた光導波路基板を作製でき
ることはいうまでもない。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明の光導波路基板に
よれば、基板上に光導波路を端面同士が同一面をなすよ
うに形成するとともに、この光導波路の端面に光ファイ
バを接続するための補強用基板を、光導波路を挟んで基
板の端面と端面同士が同一面をなすように基板の上面に
接着しており、基板と共通の端面を持つ補強用基板が基
板の上面と直接接着されている部分を有するものである
ことから、補強用基板と基板とが極めて強固に接着固定
され、補強用基板と光導波路の下地基板とがずれたり離
れたりすることがなくなり、基板端面に光ファイバを接
合して接続する際の接合強度を高めた、機械的な接続信
頼性に優れた光導波路基板を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路基板の実施の形態の一例とし
て、光導波路基板に対してフェルール付き光ファイバを
接合した例を示す斜視図である。

【図２】図１の光導波路基板の端面の様子を示す側面図
である。

【図３】従来の光導波路基板の実施の形態の例として、
光導波路基板に対してフェルール付き光ファイバを接合
した例を示す斜視図である。

【図４】図４の光導波路基板の端面の様子を示す側面図
である。

【符号の説明】

１・・・基板 ２・・・光導波路のコア部 ３・・・光導波路のクラッド部 ４・・・補強用基板 ６・・・光ファイバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に光導波路を端面同士が同一面を
   なすように形成するとともに、該光導波路の端面に光フ
   ァイバを接続するための補強用基板を、前記光導波路を
   挟んで前記基板の端面と端面同士が同一面をなすように
   前記基板の上面に接着したことを特徴とする光導波路基
   板。