JP2006350136A

JP2006350136A - 光学部品

Info

Publication number: JP2006350136A
Application number: JP2005178526A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kamitoku; 正樹神徳; Takeshi Kurosaki; 武志黒崎; Hiroshi Watanabe; 啓渡邊; Yoshinobu Hirota; 栄伸廣田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】導波路回路素子を基板へ実装する際に、基板および導波路回路素子の面内方向、および高さ方向において、高精度に位置決め可能な光学部品を提供すること。
【解決手段】Ｖ溝３２が形成された基板３１と、ノッチ構造３５が形成された導波路回路素子３４とを備える。ノッチ構造３５は、加熱されると、ノッチ構造３５のうち、少なくともＶ溝３２の壁面と接する領域が変形するような材料を含む。このような構成において、Ｖ溝３２とノッチ構造３５との嵌合により基板３１の面内方向の位置決めを行い、該嵌合後に、ノッチ構造３５に対して加熱することにより、ノッチ構造３５の上記領域を変形させて、基板３１の高さ方向の位置決めを行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学部品に関し、より詳細には、光素子が設けられた基板と導波路回路素子とを正確に実装させる光学部品に関する。

近年、高度情報化に伴い大容量の情報を伝達したいという要望から、高速で大容量の情報が伝達可能な光通信システムが注目されている。このような光通信システムにおいて、高速で大容量な通信網を構築する伝送媒体として光ファイバが用いられており、この光ファイバを大容量化するための技術として、ＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術が注目されている。

このＷＤＭでは、例えば半導体レーザや光ファイバ等の光素子と導波路回路素子とを光モジュール上に実装する場合がある。このような実装の場合、半導体レーザ等の光素子と導波路回路素子が有する導波路コアとの光の結合を精度良く行わなければならない。

このような多数の光部品を集積した素子では、個々の光部品の間の光結合状態をモニタしながら、光の結合が最適な状態となるように調整を行う、いわゆるアクティブアライメントと呼ばれる実装が主流である。しかしながら、上記アクティブアライメントによる実装では、高度なモニタ機構やアライメントに掛かる工程の手間により、素子の更なる低コスト化の妨げとなりつつある。

このような観点から、個々の光部品についてモニタを行わないで実装を行う、パッシブアライメント（パッシブ実装）という手法が、低コスト化に対する有望な技術である。

J. Sasaki, M. Itoh, T. Tamanuki, H. Hatakeyama, S. Kitamura, T. Shimoda, T. Kato, "Multiple-chip precise self-aligned assembly for hybrid integrated optical modules using Au-Sn solder bumps" Advanced Packaging, IEEE Transactions on, Volume:24, Issue:4, Nv. 2001 Pages: 569-575

しかしながら、導波路回路素子と基板とのパッシブ実装においては、簡単な手法により、より高精度な位置決めが行えることが最も重要な課題であるが、これらの両立は容易ではない。

具体的には、
［１］実装時の位置決め機構として３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ；Ｘ、Ｙ軸は、基板表面の面内方向を規定する２軸であり、Ｚ軸は、高さ方向を規定する軸）に対して高精度な実装ができる。
［２］機械的な位置決め精度（〜１０μｍ）程度で搭載を行ったときに、素子が高精度に自動的に移動して位置決めできる。
という２つの矛盾する要請を満たすことが必要となる。

つまり、これらの構造により実装を行った場合、安定な構造を有する位置決め機構を用いた場合、［１］に記載した高精度な実装は実現できるものの、［２］に示した、素子の自動的な移動という観点からは問題がある。

一方、不安定な構造を有する位置決め構造を用いた場合、［２］に示すように、素子の自動的な位置決めの実現は容易なものの、［１］に示すように、素子の高精度な実装という点では問題がある。例えば、弱い力で簡単に素子が移動するので、パッシブ実装後の固定時に生じる応力によって、その位置が簡単にずれてしまい、実装精度（素子の損失）が変化してしまう。

さて、[１]のような実装には、導波路回路素子の基板への実装時に、導波路回路素子がしっかりと固定されることが必要であり、かつ、各素子の高精度な作りこみによる位置決め構造の制御が必要である。また、［２］のような実装では、弱い力で簡単に素子が移動することが必要となる。

［２］のような実装は、非特許文献１に記載されている。非特許文献１では、Ａｕ−Ｓｎバンプによるセルフアライメントという方法を用いて、光デバイスを基板上に実装している。図１（ａ）〜（ｃ）は、従来の、セルフアライメント実装を説明する図である。

図１（ａ）に示されるように、基板１上には、半田パッド２が形成されており、半田パッド２上には、半田バンプが形成されている。光デバイス４には、半田パッド５が形成されている。図１（ａ）に示すように、半田パッド２と半田パッド５とがずれるように、基板１上に光デバイス４を実装しても、リフローにより半田バンプ３が溶融すると、図１（ｂ）に示すように、矢印方向Ｐに力が働き、セルフアライメント効果が起こる。このセルフアライメント効果により、光デバイス１は、自動的に移動して位置決めされる（図１（ｃ））。

しかしながら、非特許文献１では、光デバイス１を自動的に移動させるために、半田の表面張力という弱い力を用いているため、光デバイス１の大きさは制限される。すなわち、小さなチップのみに適用が限られる等の問題点があった。

ところで、Ｖ溝と直方体からなるノッチ構造とを嵌合させることにより、導波路回路素子の基板への実装を行うことがある。

しかしながら、この場合、導波路回路素子および基板に対して、Ｖ溝やノッチ構造の作成精度にばらつきがあると、基板や導波路回路素子の高さ方向（Ｚ軸方向）に対して大きな位置ずれが生じてしまう。このため、導波路回路素子と光素子との結合損失の原因となる場合がある。すなわち、導波路回路素子を基板に対する、Ｖ溝やノッチ構造の高精度な作りこみ制御が必要となる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、導波路回路素子を基板へ実装する際に、基板および導波路回路素子の面内方向、および高さ方向において、高精度に位置決め可能な光学部品を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の一方が形成された基板と、前記Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の他方が形成された導波路回路素子と、前記ノッチ構造を加熱する加熱手段とを備え、前記ノッチ構造は、加熱されると、前記ノッチ構造のうち、少なくとも前記Ｖ溝構造の壁面と接する領域が変形するような材料を含み、前記Ｖ溝構造と前記ノッチ構造との嵌合により前記基板の面内方向の位置決めを行い、前記嵌合後に、前記ノッチ構造に対して前記加熱手段によって加熱することにより、前記ノッチ構造の前記領域を変形させて、前記基板の高さ方向の位置決めを行うことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の一方が形成された基板と、前記Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の他方が形成された導波路回路素子と、前記基板に前記導波路回路素子を固定するための接着剤とを備え、前記ノッチ構造は、前記接着剤に含まれる溶剤に接すると、前記ノッチ構造のうち、少なくとも前記Ｖ溝構造の壁面と接する領域が変形するような材料を含み、前記Ｖ溝構造と前記ノッチ構造との嵌合により前記基板の面内方向の位置決めを行い、前記嵌合後に、前記ノッチ構造に前記溶剤が接することにより、前記ノッチ構造の前記領域を変形させて、前記基板の高さ方向の位置決めを行うことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記変形は、前記ノッチ構造のうちの前記領域が少なくとも溶けることによって生じることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記変形は、前記ノッチ構造が収縮することによって生じることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記基板または前記導波路回路素子の少なくとも一方には、所望の厚さを有するスペーサが設けられており、前記高さ方向の調整は、前記基板と前記導波路回路素子との間の距離が、前記スペーサにより前記所望の厚さになるように行われることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の一方が形成された基板と、前記Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の他方が形成された導波路回路素子と、前記ノッチ構造に圧力を印加する加圧手段を備え、前記ノッチ構造は、加圧されると、前記ノッチ構造のうち、少なくとも前記Ｖ溝構造の壁面と接する領域が変形するような材料を含み、前記Ｖ溝構造と前記ノッチ構造との嵌合により前記基板の面内方向の位置決めを行い、前記嵌合後に、前記ノッチ構造に対して前記加圧手段により加圧することにより、前記ノッチ構造の前記領域を変形させて、前記基板の高さ方向の位置決めを行うことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記変形したノッチ構造の量に応じて、前記高さ方向の調節を行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、Ｖ溝構造とノッチ構造とを嵌合した後に、ノッチ構造のうち、少なくともＶ溝構造の壁面と接する領域を変形させているので、導波路回路素子を基板へ実装する際に、基板および導波路回路素子の面内方向、および高さ方向において、高精度に位置決めを行うことが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、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。

（第１の実施形態）
本実施形態では、導波路回路素子のシリコン等の基板（シリコンベンチなど）への実装を、導波路回路素子に形成された、方形形状または台形形状のノッチ構造と、基板に形成されたＶ溝構造とを嵌合させることによって行っている。よって、基板上の所望の位置に導波路回路素子を実装できるように、ノッチ構造を導波路回路素子に形成するので、上記ノッチ構造は、位置決めの役割を果たす、位置決めノッチ構造となる。

なお、本明細書において、「Ｖ溝構造」とは、ノッチ構造と嵌合する溝であって、該溝の長手方向に略垂直な断面において、ノッチ構造との嵌合時に、該ノッチ構造と接する壁面が斜面である溝構造を指す。「斜面」とは、溝が形成された基板の平面と、溝の壁面との内角θ（図２（ａ）〜（ｃ）において角度θ）が９０°より大きく１８０°未満である、溝の壁面である。

すなわち、Ｖ溝構造には、図２（ａ）に示すような、斜面２２を有するＶ溝状の溝２１であっても良い。このとき、ノッチ構造２４は、嵌合時に斜面２２と接するようになる。また、Ｖ溝構造には、図２（ｂ）に示すように、斜面２２と平面状の底面２３とを有する溝２１も含まれる。この斜面２２の範囲内で、嵌合時にノッチ構造２４と接するように設定されている。また、図２（ｃ）に示すように、嵌合時にノッチ構造２４と接する範囲外は、垂直壁２５としても良い。すなわち、嵌合時にノッチ構造と接する溝の壁は、斜面であることが重要である。

本実施形態では、基板および導波路回路素子の表面の面内方向（該表面内の２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）軸方向）の位置決めを、上記位置決めノッチ構造と、Ｖ溝構造の嵌合により行う。本実施形態では、位置決めノッチ構造を、加熱や溶剤により溶ける、または加熱により収縮する材料で作製している。加熱により収縮する材料としては、極度に収縮する材料であることが望ましい。

なお、本明細書において、「（ノッチ構造を構成する材料が）溶ける、溶融する」とは、加熱や溶剤により、ノッチ構造を構成する材料の少なくとも一部の流動性を高くすることを指す。その流動性の度合いとしては、溶けた材料の粘度が高いものから低いものまで含まれる。よって、加熱や溶剤によって上記材料を液状にすることも含むし、また、加熱や溶剤によって上記液体が液状とまではいかないが、ゲル状にすることも含む。

また、本明細書において、「（ノッチ構造を構成する材料が）収縮する」とは、加熱により、少なくとも、ノッチ構造の高さ方向が小さくなるようにノッチ構造が収縮することを指す。すなわち、「（ノッチ構造を構成する材料が）収縮する」とは、加熱によって、ノッチ構造のうち、少なくともＶ溝構造の壁面と接する領域を変形させることである。

次いで、上記嵌合後に基板または導波路回路素子の少なくとも一方を加熱することによって、ノッチ構造を溶かす、または収縮させて、高さ方向（Ｚ軸方向）の調整を行うことにより、Ｚ軸方向の高さ基準面で強固に位置決めされる。ノッチ構造が加熱により溶融する場合、ノッチ構造を構成する材料のうち、熱により溶けたものは、Ｖ溝構造の底部の方へと溶けて広がる。後述するが、加熱時間や熱量と、ノッチ構造の溶融量との関係を求めておき、該関係に応じて加熱量や熱量を制御すれば、所望の高さに調節することができる。

図３（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る、導波路回路素子を基板に実装する様子を示す図である。図３（ａ）は、ノッチ構造を加熱する前の導波路回路と基板との嵌合の様子を示している。

図３（ａ）において、シリコン等の基板３１には、Ｖ溝３２が形成されている。また、基板３１上の、Ｖ溝が形成されていない領域の少なくとも一部分には、接着剤だめ３３が形成されている。すなわち、導波路回路素子の実装の前に、予め接着剤３３を基板３１に塗布しておくのである。接着剤３３の塗布厚は、Ｖ溝３２にノッチ構造３５を嵌合させたとき、接着剤３３が導波路回路素子３４の表面と接しない程度に薄い厚さである。

導波路回路素子３４には、導波路回路素子３４を基板３１に貼り合わせたときに、Ｖ溝構造３２に嵌合されるように、方形形状のノッチ構造３５が形成されている。このノッチ構造３５は、加熱することによって溶融する材料、例えば、レジストや樹脂等で構成されている。また、ノッチ構造３４は、Ｖ溝３２に嵌合した際、全部溶けたとしてもＶ溝３２から溢れない程度の体積を有している。

なお、後述するように、ノッチ構造３５の溶けた量によって高さを調節できるが、所望の高さに対応するノッチ構造３５の溶融量を収納できる程度に、Ｖ溝３２の幅、深さ等の大きさを設定しても良い。

このような導波路回路素子３４を基板３１へと実装する際に、ノッチ構造３４とＶ溝３２とにより、基板３１の面内方向（Ｘ、Ｙ軸方向）の位置決めを行う（図３（ａ））。このとき、基板３１と導波路回路素子３４との間には、数μｍの隙間ｌ_１が形成されている。

なお、図３（ａ）では、接着剤３３を予め基板３１に塗布しているが、これに限定されず、上記面内方向の位置決めを行った後に、接着剤を毛細管現象によって基板３１と導波路回路素子３４との間に浸透させても良い。

このように、Ｖ溝３２とノッチ構造３５とによる嵌合によって、導波路回路素子３４の基板３１への面内方向（Ｘ，Ｙ軸方向）の位置決めを高精度に行うことができる。

次いで、基板３１または導波路回路素子３４の少なくともいずれか一方を加熱すると、ノッチ構造３５が溶けてＶ溝３２の底部へと広がり、基板３１と導波路回路素子３４との間の隙間ｌ_１は小さくなる。図３（ｂ）において、比較のために、溶融が起こっていないノッチ構造を破線３５で示し、溶融後のノッチ構造を符号３６で示す。図３（ｂ）より分かるように、上記加熱により、ノッチ構造３５のうち距離（高さ）ｈ_１の領域が、Ｖ溝３２の領域Ａの下部へと溶けて広がったことになる。すなわち、上記加熱によって、隙間ｌ_１を距離ｈ_１だけ小さくしている。

なお、上記加熱は、ヒータやホットプレートにより基板３１を熱することによって行えばよい。すなわち、実装前に、予め基板３１をヒータの上に置き、実装後に、基板３１を加熱すれば、ノッチ構造３５は加熱される。または、基板３１の裏面から、ランプにより上記加熱を行うようにしても良い。

よって、加熱により溶ける、ノッチ構造３５の体積を変えることにより、隙間ｌ_１の大きさも変わるので、ノッチ構造３５の溶融量（体積）を加熱時間や熱量により制御することによって、導波路回路素子３４を基板３１に所望の高さで実装することができる。このようにして、ノッチ構造３５を加熱することにより、自動的に高さ方向（Ｚ軸方向）の位置決めが高精度に行われる。これは、加熱によりノッチ構造３５の一部が溶けて広がったノッチ構造３６は、Ｖ溝３２に対して、ノッチの長手方向に沿った線でしか固定されないが、Ｚ軸方向については、面で固定されるようになるため、高さ位置の精度が良くなるのである。

このように、本実施形態では、導波路回路素子３４の基板３１への実装の際に、面内方向（Ｘ，Ｙ軸方向）の位置決めと、高さ方向（Ｚ軸方向）の位置決めとを別個に行っている。

なお、図３（ｂ）では、加熱により溶けた後のノッチ構造３６において、領域Ａから下部の、Ｖ溝３２の底部へと溶けて広がった部分は、図面を見やすくするため省略している。

上述のように、ノッチ構造の溶融により隙間ｌ_１が小さくなると、接着剤３３は、導波路回路素子３４の表面に接する。これにより、Ｘ，Ｙ、Ｚ軸方向に高精度に位置決めされた、基板３２と導波路回路素子３４とを接着固定する。

ところで、本実施形態では、導波路回路素子のシリコン等の基板（シリコンベンチなど）への実装を、導波路回路素子の形成された、方形形状または台形形状のノッチ構造と、基板に形成されたＶ溝構造とを嵌合させることによって行っているが、このような嵌合を行う際に、従来では、実装後の固定時の応力で実装精度が変化してしまう（位置ずれを起こす）ことが起こる場合があった。図４は、従来の、導波路回路素子の基板への実装の様子を示す断面図である。

図４において、基板としてのシリコンベンチ４１には、Ｖ溝４２が形成されている。また、シリコンベンチ４１の表面およびＶ溝４２には、接着剤４５が形成されている。一方、導波路回路素子としてのＰＬＣ（ＰｌａｎｅｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）４３には、方形状のノッチ構造４４が形成されている。このような構成において、Ｖ溝４２にノッチ構造４４を嵌合することにより、導波路回路素子４３をシリコンベンチ４１へと実装している。

このように、接着剤４５を充填した構造で上記固定を行うと、固定時の応力により実装位置ずれが生じる。また、実装後の光モジュールは様々な環境化で利用することが想定されるため、外部環境温度が変化しても、特性の安定化が求められるが、接着剤４５の熱的な膨張収縮によっても応力が発生し、実装位置ずれ（損失の変化）が発生する。すなわち、例えば、外部環境温度変化により、シリコンベンチ４１とＰＬＣ４３との間にある接着剤４５が収縮した場合、その接着剤の収縮によって、シリコンベンチ４１およびＰＬＣ４３は引っ張られる形になる。この引っ張る力が上記応力であり、実装位置ずれの原因となる。

しかしながら、本実施形態によれば、接着剤が充填されていないＶ溝３２にノッチ構造３５を嵌合させてから、距離ｌ_１が自動的に徐々に小さくなるようにして高さ調節を行っているので、固定時の応力の影響は低減し、実装位置ずれを抑えることができる。

また、接着剤３３の厚さを薄くできるので、外部環境温度の変化による応力の発生を低減することができ、実装位置ずれ（損失の変化）を抑えることができる。

なお、ノッチ構造３５の材料として、加熱により収縮する材料を用いる場合は、加熱による収縮の度合いにより隙間ｌ_１を調節できる。よって、所望の高さに応じて、加熱時間や熱量を設定すればよい。

また、ノッチ構造３５を構成する材料として、接着剤の溶剤で溶けるものであっても良い。この場合は、接着剤３３の溶剤がノッチ構造３５を溶かすことになる。ノッチ構造３５を溶かすために、加熱による溶融と、溶剤による溶融とを組み合わせても良い。

本実施形態において、図５に示すように、高さ調整構造としてスペーサ３７を形成することは、基板の反りや表面の汚れ（表面に付着したゴミなど）の影響を低減する上で有効である。スペーサ３７は、基板３１と導波路回路素子３４との間の間隔を確保するための手段であり、実装前においては、基板３１または導波路回路素子３４のいずれに設けても良い。すなわち、スペーサ３７は、実装前において、基板３１または導波路回路素子３４の少なくとも一方に設けていれば良い。

本実施形態では、ノッチ構造とＶ溝構造との嵌合時における高さ方向の位置の調節を行うにあたって、加熱や溶剤によりノッチ構造を溶かすことが本質ではない。面内の方向の位置決めが終了した後に、導波路回路素子と基板との間の間隔を自動的に減少させることにより高さ方向（Ｚ軸方向）の位置決めを行うことが重要である。そのために、加熱、または溶剤により、ノッチ構造のうち、少なくともＶ溝構造の壁面と接する領域を変形させている。この変形により、導波路回路素子と基板との間の間隔は小さくなるので、高さ方向の調節を自動的に行うことができる。

また、基板の面内方向（Ｘ、Ｙ軸方向）と高さ方向（Ｚ軸方向）の位置決めを別個に行っているので、高い実装精度と、自動的な位置決めを両立することが可能となる。さらに、ノッチ構造とＶ溝構造との嵌合後に、ノッチ構造の一部を変形させることにより、高さ方向の位置決めを行うので、Ｖ溝構造やノッチ構造の精度的なトレランスを拡大することができる。

図６（ａ）〜（ｄ）に、ノッチ構造の熱による変形の度合いを示す。図６（ａ）は、熱変形が起こる前のノッチ構造の様子を示す。図６（ａ）に示されるように、ノッチ構造が熱変形する前は、方形形状のノッチ構造６４は、基板６１に形成されたＶ溝６２と嵌合しており、ノッチ構造６４とＶ溝６２の壁面とは領域Ｂにて接している。この嵌合により、基板６１と導波路回路素子６３とは所定の間隔だけ離れている。

このとき、ノッチ構造６４を加熱すると、図６（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、その加熱の熱量や加熱時間によってノッチ構造の熱変形の度合いも変わってくる。図６（ｂ）〜（ｄ）において、比較のために、熱変形が起こっていないノッチ構造を破線６４で示し、熱変形後のノッチ構造を符号６５で示す。図６（ｂ）〜（ｄ）から分かるように、加熱によってノッチ構造６４のうち、少なくともＶ溝６２の壁面と接する領域Ｂを含む領域が変形している。ノッチ構造のうち上記変形した分だけ、基板６１と導波路回路素子６３との間の間隔が小さくなり、高さ方向の位置決めが行われる。

ノッチ構造に用いられる、加熱により変形する材料（熱可塑性材料）としては、低温で変形を起こすものが望ましい。そのような材料としては、１５０℃以下の温度で熱変形を起こすので、通常のレジストが望ましい。また、２００℃〜２５０℃程度で熱変形する熱可塑性ポリイミドも望ましい。さらに、その他のポリマーであっても、低温で熱変形するものであればいずれであっても良い。これらの材料は、通常、溶剤（アセトン、アルコール、シンナー等）にも可溶である。

本実施形態では、上記変形させるために、ノッチ構造として、加熱により収縮する材料により構成しても良い。このように加熱により収縮する材料としては、２００℃〜２５０℃程度で変形する熱可塑性ポリイミドが望ましい。また、熱可塑性プラスチックであっても良い。さらに、その他のポリマーであっても、低温で熱変形するものであればいずれであっても良い。上記のような、熱可塑性樹脂でなくても、例えば、低温半田ＡｇＳｎ、ＡｕＳｎ等の半田など、加熱により変形し、冷却後に基板と実装部材とを張力を以って接着する材料も適用可能である。

図７（ａ）は、熱変形が起こる前のノッチ構造の様子を示す図であり、図７（ｂ）は、加熱によりノッチ構造が収縮した様子を示す図である。

図７（ｂ）において、比較のために、熱変形が起こっていないノッチ構造を破線６４で示し、収縮後のノッチ構造を符号６６で示す。図７（ｂ）から分かるように、加熱によって、ノッチ構造６４が収縮することにより、ノッチ構造６４のうち、少なくともＶ溝６２の壁面と接する領域Ｂを含む領域が変形している。ノッチ構造のうち上記変形した分だけ、基板６１と導波路回路素子６３との間の間隔が小さくなり、高さ方向の位置決めが行われる。

なお、本実施形態では、ノッチ構造のうち、加熱や溶剤により溶けたもの（例えば、有機物）が、Ｖ溝構造から余分に広がるのを抑えるためには、ノッチ構造を構成する材料のうち、加熱や溶剤によって溶ける成分に対する親和性を、シリコン等の基板表面より、Ｖ溝構造の壁面部の方が高くなるように表面処理を行うことが有効である。例えば、Ｖ溝構造の近傍に金属膜を形成するか、Ｖ溝構造以外をＦ系ガスプラズマに暴露すればよい。このような表面処理を行うことにより、ノッチ構造のうち、加熱や溶剤により溶けたものの広がりを、Ｖ溝構造内に制限することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、導波路回路素子の基板への実装における、高さ方向の位置決めにおいて、ノッチ構造への加圧によって、ノッチ構造のうち、少なくともＶ溝構造の壁面と接する領域を変形させている。

図８（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る、加圧による高さ方向の位置決めの様子を示す図である。
図８（ａ）において、シリコン等の基板８１には、Ｖ溝８２が形成されている。一方、導波路コア８４を埋め込んだ導波路回路素子８３には、導波路回路素子８３を基板８１に貼り合わせたときに、Ｖ溝構造８２に嵌合されるように、方形形状のノッチ構造８５が形成されている。このノッチ構造８５は、Ｖ溝構造８２との嵌合時に加圧されると、少なくともＶ溝８２の壁面と接する領域が変形する材料で構成されている。

なお、ノッチ構造８３は、加圧の大きさによって、その変形具合が大きくなるので、所望の高さに応じて、加圧の大きさを設定すれば、高さを調節することができる。

このような加圧により変形する材料としては、例えば、ポリイミド、加熱やＵＶ光を照射して硬化させたレジスト等、ポリマー一般を用いることができる。また、熱可塑性プラスチックや熱硬化性プラスチック等であっても良い。

このような導波路回路素子８３を基板８１へと実装する際に、ノッチ構造８５とＶ溝８２とにより、基板８１の面内方向（Ｘ、Ｙ軸方向）の位置決めを行う（図８（ａ））。このとき、基板８１と導波路回路素子８３との間には、数μｍの隙間ｌ_２が形成されている。

また、図８（ａ）では、基板８１上に形成された、導波路コア８４を結合させる、半導体レーザ等の光素子（不図示）の光軸８６（最適な光軸とも呼ぶ）と、導波路コア８４の光軸とは合っていない。

このように、Ｖ溝８２とノッチ構造８５とによる嵌合によって、導波路回路素子８３の基板８１への面内方向（Ｘ，Ｙ軸方向）の位置決めを高精度に行うことができる。

次いで、導波路回路素子８３の裏面から加圧を行うと、ノッチ構造８５にも圧力がかかることになる。この圧力の大きさに応じて、ノッチ構造８５のうち、Ｖ溝８２と接する領域がへこむことになり、このへこみ具合に応じて、距離ｌ_２は小さくなる。図８（ｂ）において、比較のために、加圧による変形が起こっていないノッチ構造を破線８５で示し、加圧による変形後のノッチ構造を符号８７で示す。図８（ｂ）より分かるように、上記加熱により、ノッチ構造８５のうち距離（高さ）ｈ_２の領域がへこんだことになる。すなわち、上記加熱によって、隙間ｌ_２を距離ｈ_２だけ小さくしている。

導波路回路素子８３の裏面に加圧するには、まずＶ溝中にノッチが収納されている事を確認した後、導波路回路素子と同程度の大きさを有する押さえ治具により、導波路回路素子８３の裏面に配置し押圧する。押さえ治具は、導波路回路素子８３を抑える抑え板と、抑え板を法線方向に支える棒と、治具全体を高さ方向に動かす微動機構と、バネの押圧を調整するバネおよびそれに繋がる微動機構に接続されている。また、加圧力を測定できるように圧力センサもしくはバネの変位量を測定できる測定器を有している事が望ましい。

このとき、導波路コア８４の光軸と最適な光軸８６との調芯は、導波路コア８４の長手方向の一方端に半導体レーザを配置し、他方端にパワーメータを配置し、半導体レーザからのレーザ光を導波路コア８４を介してパワーメータにてモニタして最適な調芯を行う、アクティブ調芯によって行えばよい。このとき、上記モニタ値が最大になったところで加圧をやめれば、導波路コア８４の光軸が最適な光軸８６と調芯された位置を得ることができる。よって、高さ方向（Ｚ軸方向）の位置決めを高精度に行うことができる。

上記アクティブ調芯に限らず、予めモニタ評価によって決定された圧力により、高さ方向の調節を行っても良い。

このように、調芯を行うと、調整軸の方向は、Ｚ軸方向の１軸なので、通常よりも容易に、高精度な調芯を行うことができる。

なお、本実施形態では、加圧を導波路回路素子８３上から行っているが、これに限定されない。すなわち、結果的に、ノッチ構造８５に圧力が印加されれば良いので、基板８１側から加圧しても良い。

次いで、多数の素子を実装する場合は、その素子毎に、ＵＶ硬化接着剤により、基板８１と導波路回路素子８３とを仮固定する。仮固定を行うＵＶ硬化接着剤は、Ｖ溝近傍に限定されて塗布される事が望ましい為、あらかじめ吐出量を調整した供給ノズルにより、導波路回路素子８３を設置する前に、仮固定を行うＶ溝近傍にのみ供給を行っている。続いて導波路回路素子８３の設置を行い、ＵＶ光を照射し仮固定を行う。個別に微調整を行う場合には、この時点で各素子に圧力を加えて調整を行う。

次いで、熱硬化接着剤により、基板８１と導波路回路素子８３とを完全固定する。熱硬化接着剤は、導波路回路素子８３と基板８１とを強固に接着する必要がある為、両者の間に充填されるように充分な供給量を供給ノズルから与える。ここで、両者の間隔は数μｍ程度と狭い為、基板８１部分に供給すれば毛細管現象により両者の間に充填される。その後、熱硬化接着剤の硬化が行われるように所定の温度および時間加熱を行う。

ノッチ構造８５に応力がかかったままだと、信頼性上問題が生じる場合があるため、導波路回路素子８３が実装された基板８１をホットプレートに乗せ、所定の温度で所定時間加熱する。所定時間経過後は、ホットプレートの温度を下げて、導波路回路素子８３が実装された基板８１を冷却する。この為、ＵＶ硬化樹脂の軟化温度は、熱硬化接着剤の硬化温度以下である事が望ましい。

このように、本実施形態では、導波路回路素子８３の基板８１への実装の際に、面内方向（Ｘ，Ｙ軸方向）の位置決めと、高さ方向（Ｚ軸方向）の位置決めとを別個に行っている。すなわち、基板に対して、導波路回路素子の面内方向の位置決めを高精度に行ってから、高さ方向の調節を行っているので、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に対して、高精度に位置決めを行うことができる。さらに、ノッチ構造とＶ溝構造との嵌合後に、ノッチ構造の一部を変形させることにより、高さ方向の位置決めを行うので、Ｖ溝構造やノッチ構造の精度的なトレランスを拡大することができる。

なお、図８（ｂ）では、加圧により変形した後のノッチ構造８７において、加圧によって変形した部分は、図面を見やすくするため省略している。

第１および第２の実施形態では、シリコン等の基板側にＶ溝構造を形成し、導波路回路素子上に方形形状または台形形状のノッチ構造を形成しているがこれに限定されない。すなわち、基板側に方形形状または台形形状のノッチ構造を形成し、導波路回路素子側にＶ溝構造を形成しても良い。

（ａ）〜（ｃ）は、従来の、セルフアライメント実装を説明する図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る、Ｖ溝構造を説明するための図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、導波路回路素子を基板に実装する様子を示す図である。従来の、導波路回路素子の基板への実装の様子を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る、基板への導波路回路素子の実装において、高さ調整構造によって高さ調整を行う様子を示す図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る、ノッチ構造の熱による変形を示す図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、ノッチ構造の熱による変形を示す図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、加圧による高さ方向の位置決めの様子を示す図である。

符号の説明

３１、８１基板
３２、８２Ｖ溝
３３接着剤
３４、８３導波路回路素子
３５、３６、８５、８７ノッチ構造
３７スペーサ
８４導波路コア
８６最適な光軸

Claims

Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の一方が形成された基板と、
前記Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の他方が形成された導波路回路素子と、
前記ノッチ構造を加熱する加熱手段とを備え、
前記ノッチ構造は、加熱されると、前記ノッチ構造のうち、少なくとも前記Ｖ溝構造の壁面と接する領域が変形するような材料を含み、
前記Ｖ溝構造と前記ノッチ構造との嵌合により前記基板の面内方向の位置決めを行い、前記嵌合後に、前記ノッチ構造に対して前記加熱手段によって加熱することにより、前記ノッチ構造の前記領域を変形させて、前記基板の高さ方向の位置決めを行うことを特徴とする光学部品。
Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の一方が形成された基板と、
前記Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の他方が形成された導波路回路素子と、
前記基板に前記導波路回路素子を固定するための接着剤とを備え、
前記ノッチ構造は、前記接着剤に含まれる溶剤に接すると、前記ノッチ構造のうち、少なくとも前記Ｖ溝構造の壁面と接する領域が変形するような材料を含み、
前記Ｖ溝構造と前記ノッチ構造との嵌合により前記基板の面内方向の位置決めを行い、前記嵌合後に、前記ノッチ構造に前記溶剤が接することにより、前記ノッチ構造の前記領域を変形させて、前記基板の高さ方向の位置決めを行うことを特徴とする光学部品。
前記変形は、前記ノッチ構造のうちの前記領域が少なくとも溶けることによって生じることを特徴とする請求項１または２記載の光学部品。
前記変形は、前記ノッチ構造が収縮することによって生じることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
前記基板または前記導波路回路素子の少なくとも一方には、所望の厚さを有するスペーサが設けられており、
前記高さ方向の調整は、前記基板と前記導波路回路素子との間の距離が、前記スペーサにより前記所望の厚さになるように行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学部品。
Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の一方が形成された基板と、
前記Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の他方が形成された導波路回路素子と、
前記ノッチ構造に圧力を印加する加圧手段を備え、
前記ノッチ構造は、加圧されると、前記ノッチ構造のうち、少なくとも前記Ｖ溝構造の壁面と接する領域が変形するような材料を含み、
前記Ｖ溝構造と前記ノッチ構造との嵌合により前記基板の面内方向の位置決めを行い、前記嵌合後に、前記ノッチ構造に対して前記加圧手段により加圧することにより、前記ノッチ構造の前記領域を変形させて、前記基板の高さ方向の位置決めを行うことを特徴とする光学部品。
前記変形したノッチ構造の量に応じて、前記高さ方向の調節を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光学部品。