JP2007072007A - 光導波路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路におけるクラックの発生を抑制し、かつ光ファイバと光導波路の結合損失を抑制した光導波路モジュールを提供する。
【解決手段】導波路フィルム５は、コア８ａ，８ｂが形成された平面型の光導波路で、実装基板６に実装される。導波路フィルム５は、コア８ａ，８ｂの延長線上にそれぞれファイバガイド溝１０が形成され、光ファイバ４は、ファイバガイド溝１０に挿入されて、導波路フィルム５に接着剤１８で固定される。そして、導波路フィルム５は、ファイバガイド溝１０に挿入された光ファイバ４と導波路フィルムが結合されるファイバ結合部１６と、ファイバガイド溝１０の非形成位置が、固定蓋部７で一括して被覆固定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、平面型の光導波路を介して光ファイバと光素子等を接続した光導波路モジュールに関する。詳しくは、光導波路に形成されたファイバガイド溝に挿入された光ファイバと、ファイバガイド溝の非形成位置の光導波路を、板状の蓋部で一括して被覆固定することで、光導波路のクラックの発生を抑えると共に、光ファイバと光導波路の位置ずれによる結合損失の増加を抑えたものである。

従来より、電子機器内のボード間、チップ間等の情報伝達は電気信号により行われてきたが、更に超高速、大容量の情報伝送を実現するために、光配線技術が注目されており、光配線技術として平面型の光導波路を用いた導波路型の光モジュールが提案されている。

このような導波路型の光モジュールとしては、光導波路の端部に４５度の反射部を形成し、反射部の下に光素子を配置した光導波路モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、導波路型の光モジュールとして、光導波路を介して光ファイバを接続する技術が提案され、光ファイバの端部を固定した光ファイバ固定部品を光導波路の端面に突き当てて、光導波路に光ファイバを接続した光導波路モジュールが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

更に、シリコン基板に形成されたコア溝に導波路材が流し込まれ、コア溝がガラス板で被覆されると共に、シリコン基板にＶ溝を形成して光ファイバを接続した光導波路モジュールが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−３８２７０号公報 特許第３１６１５９９号公報 特許第２５８２０６６号公報

導波路型の光モジュールとしては、光導波路をフィルム化し、基板上に接着固定して光導波路モジュールを構成する技術が提案されている。このような光導波路モジュールでは、光導波路としては高分子系の有機材料を使用し、基板としては無機金属からなるシリコン基板を使用する構成が考えられている。

但し、有機材料からなる光導波路と、無機金属からなるシリコン基板では、熱膨張係数の差が大きく、急激な熱衝撃が加わると、光導波路が収縮して光導波路にクラックが発生するという問題があった。

また、光導波路が収縮すると、光素子や光ファイバとの位置合わせにずれが生じ、結合損失が増加するという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、光導波路のクラックの発生及び結合損失の増加を抑制した光導波路モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る光導波路モジュールは、光が伝送される少なくとも１本のコアを有した平面型の光導波路と、光導波路に形成され、光ファイバが挿入されて、該光ファイバをコアに対して位置合わせして結合させるファイバガイド溝と、ファイバガイド溝に光ファイバが挿入された光導波路が実装される実装基板と、ファイバガイド溝に挿入された光ファイバと光導波路との結合部、及びファイバガイド溝の非形成位置の光導波路を、一括して被覆固定する固定蓋部とを備えたことを特徴とする。

本発明の光導波路モジュールでは、ファイバガイド溝に光ファイバが挿入されて接着固定されることで、光導波路のコアと光ファイバが光学的に結合されており、光ファイバと光導波路の間で光信号が送受される。

光導波路は、温度変化によって伸縮しようとするが、ファイバガイド溝に挿入された光ファイバと光導波路との結合部、及びファイバガイド溝の非形成位置の光導波路が、固定蓋部で一括して被覆固定されることで、光導波路の伸縮は抑えられる。

本発明の光導波路モジュールによれば、実装基板に実装された光導波路を固定蓋部で被覆固定することで、温度変化による光導波路の伸縮が抑えられ、光導波路と実装基板の熱膨張係数の違いにより生じるクラックの発生を抑えることができる。

また、ファイバガイド溝に挿入された光ファイバと光導波路との結合部を固定蓋部で被覆することで、光ファイバと光導波路との結合部の周辺部位での光導波路の伸縮が抑えられ、光ファイバと光導波路の位置合わせにずれが生じず、結合損失を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の光導波路モジュールの実施の形態について説明する。

＜本実施の形態の光導波路モジュールの構成例＞
図１は本実施の形態の光導波路モジュールの一例を示す構成図で、図１（ａ）は本実施の形態の光導波路モジュール１Ａの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す光導波路モジュール１ＡのＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示す光導波路モジュール１ＡのＢ−Ｂ断面図である。

本実施の形態の光導波路モジュール１Ａは、面発光レーザ２やフォトダイオード３等の光素子と光ファイバ４を接続する導波路フィルム５と、導波路フィルム５を実装基板６に押さえる固定蓋部７を備える。

導波路フィルム５は光導波路の一例で、複数本のコア８ａ，８ｂと、各コア８ａ，８ｂを覆うクラッド９を備える。コア８ａ，８ｂ及びクラッド９は、例えば感光性を有する紫外線硬化型のアクリル系高分子材料で構成され、クラッド９を構成するアンダークラッド層９ａ上に、本例では２本の直線状のコア８ａ，８ｂが所定のピッチで並列に配置され、アンダークラッド層９ａ上のコア８ａ，８ｂが、クラッド９を構成するオーバークラッド層９ｂで覆われた埋め込み型導波路である。

導波路フィルム５は、各コア８ａ，８ｂの屈折率が、アンダークラッド層９ａ及びオーバークラッド層９ｂの屈折率より若干大きくなるように構成され、コア８ａ，８ｂに結合された光は、コア８ａ，８ｂに閉じ込められて伝送される。

導波路フィルム５は四角形状で、各コア８ａ，８ｂの延長線上にそれぞれファイバガイド溝１０を備える。ファイバガイド溝１０は、コア８ａ，８ｂの長手方向に沿って直線状に延びて、導波路フィルム５の一方の端面に到達し、各ファイバガイド溝１０の先端は開口している。また、一方のファイバガイド溝１０の後端にはコア８ａの端面が露出し、他方のファイバガイド溝１０の後端にはコア８ｂの端面が露出している。

ファイバガイド溝１０は、断面形状が四角形で、導波路フィルム５の厚み方向においては、導波路フィルム５の表面であるオーバークラッド層９ｂの上面から、導波路フィルム５の裏面であるアンダークラッド層９ａの下面まで到達している。

また、ファイバガイド溝１０の幅は、導波路フィルム５に結合される光ファイバ４の直径と略同等である。

これにより、導波路フィルム５は、ファイバガイド溝１０に光ファイバ４が挿入されると、光ファイバ４の外周面とファイバガイド溝１０の内壁面との間にはほとんど隙間が形成されず、光ファイバ４の径方向の移動が規制される。

従って、ファイバガイド溝１０に光ファイバ４が挿入された場合に、導波路フィルム５の各コア８ａ，８ｂと、光ファイバ４のコア４ａの位置が合うように、ファイバガイド溝１０の形成位置等を設定することで、光ファイバ４がファイバガイド溝１０に挿入されると、光ファイバ４のコア４ａが、導波路フィルム５の各コア８ａ，８ｂに対して位置調芯される構成となっている。

導波路フィルム５は、各コア８ａ，８ｂが交差する他方の端面に傾斜端面１１を備える。傾斜端面１１は、導波路フィルム５の面に対して略４５度の傾斜を有した斜面で、各コア８ａ，８ｂの端面が露出して反射面１２が形成される。反射面１２は、各コア８ａ，８ｂの端面が傾斜端面１１と同一面に露出することで形成され、各コア８ａ，８ｂの延びる方向に対して略４５度の傾斜を有する。

また、導波路フィルム５は、コア８ａ，８ｂの並び方向に沿って対向する端面である左右両側の側端面５Ｓに、応力緩和溝１３を備える。応力緩和溝１３の形成位置は、コア８ａ，８ｂの非形成位置で、本例では、導波路フィルム５の側端面５Ｓの中央部付近としてある。

応力緩和溝１３は、導波路フィルム５の側端面５Ｓからコア８ａ，８ｂの並び方向に沿って凹状となった直方体形状で、導波路フィルム５の側端面５Ｓに開口を有すると共に、オーバークラッド層９ｂの上面からアンダークラッド層９ａの下面まで到達している。

ここで、各応力緩和溝１３の先端位置からコア８ａ及びコア８ｂまでの距離は、コア８ａ，８ｂから応力緩和溝１３への光の漏洩を防ぐのに十分な距離に設定されている。

面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）２は、図示しないドライバＩＣ（Integrated Circuit）と接続され、ドライバＩＣから入力された電気信号を光信号に変換して出射する。また、フォトダイオード（ＰＤ）３は、図示しないレシーバＩＣに接続され、入射した光信号を電気信号に変換して、レシーバＩＣに出力する。

実装基板６は、例えばシリコン（Ｓｉ）で作製され、表面に導波路フィルム５が実装される。また、実装基板６は、面発光レーザ２とフォトダイオード３の実装位置に素子搭載凹部１４が形成されて、実装基板６に実装された導波路フィルム５の傾斜端面１１の下側に、面発光レーザ２とフォトダイオード３が実装される空間が形成される。

実装基板６は、素子搭載凹部１４の所定の位置に面発光レーザ２とフォトダイオード３が半田等により実装され、面発光レーザ２及びフォトダイオード３が実装された実装基板６の所定の位置に、導波路フィルム５が接着剤１５で接着固定される。

そして、実装基板６の所定の位置に導波路フィルム５が実装されると、導波路フィルム５の本例ではコア８ａの反射面１２が面発光レーザ２に対向し、面発光レーザ２は、反射面１２を介してコア８ａと光学的に結合する。また、導波路フィルム５の本例ではコア８ｂの反射面１２がフォトダイオード３に対向し、フォトダイオード３は、反射面１２を介してコア８ｂと光学的に結合する。

固定蓋部７は、実装基板６に実装された導波路フィルム５と、各ファイバガイド溝１０に挿入された光ファイバ４の双方を、一括して被覆固定する。固定蓋部７は、例えばガラス等の透明無機材料から構成され、導波路フィルム５の外形形状に応じた相似形であり、本例では四角形である。

そして、固定蓋部７は、各ファイバガイド溝１０に挿入された光ファイバ４と、各光ファイバ４と導波路フィルム５が光学的に結合されるファイバ結合部１６と、面発光レーザ２及びフォトダイオード３と導波路フィルム５が光学的に結合される光素子結合部１７の近傍を一括して被覆できる大きさを有する。

ここで、導波路フィルム５を構成するアクリル系高分子材料の熱膨張係数は、約８０［ｐｐｍ／ｋ］である。これに対して、固定蓋部７を構成するガラスの熱膨張係数は、０．４〜１０［ｐｐｍ／ｋ］であり、固定蓋部７の熱膨張係数は、導波路フィルム５の熱膨張係数に比べて小さい。

また、実装基板６を構成するシリコンの熱膨張係数は、約２．４［ｐｐｍ／ｋ］であり、固定蓋部７の熱膨張係数は、実装基板６の熱膨張係数に近い。

固定蓋部７及び光ファイバ４は、接着剤１８で導波路フィルム５に固定される。接着剤１８は、固定蓋部７の裏面全体と導波路フィルム５との間、及びファイバガイド溝１０に挿入された光ファイバ４の周囲に塗布される。

更に、接着剤１８は、ファイバガイド溝１０に挿入された光ファイバ４の先端と、コア８ａ，８ｂの端面が露出するファイバガイド溝１０の後端との間にも塗布される。

このため、接着剤１８としては、光ファイバ４のコア４ａ及び導波路フィルム５のコア８ａ，８ｂと屈折率が近いものが用いられる。更に、接着による導波路フィルム５の実装工程で、導波路フィルム５に熱を加えないようにするため、熱硬化型ではなく、例えば紫外線硬化型の接着剤が用いられる。

ファイバ結合部１６では、ファイバガイド溝１０に光ファイバ４が挿入されることで、光ファイバ４のコア４ａと導波路フィルム５のコア８ａ，８ｂが対向するが、光ファイバ４のコア４ａと導波路フィルム５のコア８ａ，８ｂの間に屈折率が近い接着剤１８を介在させることで、光ファイバ４のコア４ａと導波路フィルム５のコア８ａ，８ｂの結合損失を抑える。

なお、導波路フィルム５を実装基板６に実装する際に、面発光レーザ２及びフォトダイオード３との位置合わせを画像認識等を利用してパッシブアライメントで行うため、導波路フィルム５及び実装基板６には、基準位置を示すマーカ１９が形成されている。

＜導波路フィルムの製造工程例＞
本実施の形態の光導波路モジュール１Ａを構成する導波路フィルム５は、フォトリソグラフィプロセスによってファイバガイド溝１０と応力緩和溝１３を備えて作製される。

図２〜図４は導波路フィルム５の製造工程の一例を示す説明図で、以下に、ファイバガイド溝１０及び応力緩和溝１３等を備えた導波路フィルムの製造工程について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、アンダークラッド層９ａを構成する感光性の高分子材料により、シリコン（Ｓｉ）等のウェハ基板２１上にアンダークラッド形成薄膜２２ａを所定の膜厚で塗布する。本例では、コア８とクラッド９を構成する高分子材料として、紫外線硬化型のアクリル系高分子材料を用いる。

次に、ファイバガイド溝１０及び応力緩和溝１３のパターンが形成されたマスク２３を介してアンダークラッド形成薄膜２２ａに紫外線（ＵＶ）を照射し、ファイバガイド溝１０及び応力緩和溝１３を形成する部位以外のアンダークラッド形成薄膜２２ａを硬化させる。

そして、図２（ｂ）に示すように、例えば溶液現像によって、ファイバガイド溝１０及び応力緩和溝１３の形成部位２４を除去し、熱処理を行って、アンダークラッド層９ａを形成する。ここで、溶液現像で使用される現像液としては、例えばＴＭＡＨ（Tetramethyl ammonium hydroxide）水溶液を使用する。次に、アンダークラッド層９ａ上の所定の位置に、図１で説明したマーカ１９を蒸着等により形成する。

次に、図２（ｃ）に示すように、ウェハ基板２１上に形成されたアンダークラッド層９ａ上に、コア８を構成する感光性の高分子材料により、コア形成薄膜２５を所定の膜厚で塗布する。コア８を構成する高分子材料は、クラッド９を構成する高分子材料より若干屈折率が大きい材料を用いる。

次に、コア８のパターンが形成されたマスク２６を介してコア形成薄膜２５に紫外線を照射し、コア８を形成する部位のコア形成薄膜２５を硬化させる。そして、図３（ａ）に示すように、溶液現像によって、コア８の形成部位以外を除去し、熱処理を行って、図１に示すような所定のパターンでコア８を形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、ウェハ基板２１上に形成されたアンダークラッド層９ａ及びコア８上に、オーバークラッド層９ｂを構成する感光性の高分子材料により、オーバークラッド形成薄膜２２ｂを所定の膜厚で塗布する。

次に、ファイバガイド溝１０及び応力緩和溝１３のパターンが形成されたマスク２３を介してオーバークラッド形成薄膜２２ｂに紫外線を照射し、ファイバガイド溝１０及び応力緩和溝１３を形成する部位以外のオーバークラッド形成薄膜２２ｂを硬化させる。そして、図３（ｃ）に示すように、溶液現像によって、ファイバガイド溝１０及び応力緩和溝１３の形成部位を除去し、熱処理を行って、オーバークラッド層９ｂを形成する。

これにより、コア８が所定のパターンで形成されると共に、ファイバガイド溝１０及び応力緩和溝１３が形成された導波路シート２７Ａが、ウェハ基板２１上に作製される。

次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、導波路シート２７Ａをダイシングによりカットする。ここで、図１で示した反射面１２を形成するため、ミラーカット位置Ｃ１は、断面形状がＶ字型の刃部を有する図示しないミラーカットブレードでカットする。これにより、ミラーカット位置Ｃ１では、図４（ａ）に示すように、コア８を横切って導波路シート２７Ａの端面が略４５度の傾斜でカットされて、反射面１２を有する傾斜端面１１が形成される。

傾斜端面１１を形成しない他の分割カット位置Ｃ２は、断面形状が垂直な刃部を有する図示しないダイシングブレードによりカットする。これにより、分割カット位置Ｃ２では、導波路シート２７Ａの端面が略９０度にカットされて、導波路シート２７Ａが導波路フィルム５として分割される。なお、図４（ｂ）において、１枚のウェハ基板上に形成される導波路フィルム５の数は一例である。

次に、導波路フィルム５として分割された導波路シート２７Ａをウェハ基板２１から剥離する。これにより、図１に示すように、コア８が所定のパターンで形成されると共に、ファイバガイド溝１０及び応力緩和溝１３と、反射面１２を有する傾斜端面１１が形成された導波路フィルム５が作製される。

図５はファイバガイド溝１０と光ファイバ４の寸法の関係を示す構成図で、導波路フィルム５の寸法の一例について説明する。

以上のように作製された導波路フィルム５の外形寸法は、例えば、コア８（ａ，ｂ）の長手方向の長さを４ｍｍ、コア８に直交する方向の長さ７ｍｍとした。

各コア８のコア径は約４０×４０μｍで、コア層の厚みは約４０μｍである。また、アンダークラッド層９ａの厚みは約４０μｍ、オーバークラッド層９ｂのコア８より上側の部分の厚みは約３０μｍとし、導波路フィルム５の厚みは約１１０μｍとした。

ファイバガイド溝１０及び応力緩和溝１３は、本例では導波路フィルム５の表面から裏面まで到達しているので、ファイバガイド溝１０及び応力緩和溝１３の深さは、導波路フィルム５の厚さと同等で、本例では、約１１０μｍである。

更に、光ファイバ４として、基本モードと少なくとも１つ以上の高次のモードが伝送されるマルチモードの光ファイバが用いられる場合、光ファイバ４の直径は約１２５μｍである。このため、ファイバガイド溝１０の幅を約１３０μｍとした。

そして、光ファイバ４のコア４ａの直径は約５０μｍで、光ファイバ４をファイバガイド溝１０に挿入すると、光ファイバ４のコア４ａの中心Ｏと、導波路フィルム５のコア８の中心Ｏが一致するように構成されている。

＜本実施の形態の光導波路モジュールの製造工程例＞
光導波路モジュール１Ａは、実装基板６に面発光レーザ２及びフォトダイオード３等を実装し、面発光レーザ２及びフォトダイオード３等が実装された実装基板６に図２〜図４で説明した工程で作製した導波路フィルム５を実装し、更に、実装基板６に実装された導波路フィルム５に光ファイバ４と固定蓋部７を実装することで作製される。

上述した光導波路モジュール１Ａの製造工程の一例について説明すると、まず、実装基板６の素子搭載凹部１４に、図示しないマーカを基準位置にして面発光レーザ２とフォトダイオード３を実装し、ドライバＩＣ等の図示しない電子部品との間でワイヤボンディングで電気的な接続を行う。

次に、導波路フィルム５の一方の反射面１２が面発光レーザ２の発光部の真上に位置し、他方の反射面１２がフォトダイオード３の受光部の真上に位置するように、導波路フィルムをマーカ１９に合わせて実装基板６に接着固定する。導波路フィルム５を実装基板６に接着固定する接着剤１５としては、導波路フィルム５が光を透過するので、紫外線硬化型の接着剤を用いる。

次に、光ファイバ４を導波路フィルム５のファイバガイド溝１０に挿入し、固定蓋部７で光ファイバ４を押し付ける。上述したように、導波路フィルム５は、ファイバガイド溝１０に光ファイバ４が挿入されると、光ファイバ４の外周面とファイバガイド溝１０の内壁面との間にはほとんど隙間が形成されず、光ファイバ４の径方向の移動が規制される。

また、ファイバガイド溝１０の深さは、光ファイバ４の直径より若干小さく構成されている。これにより、ファイバガイド溝１０に光ファイバ４を挿入して、固定蓋部７で押し付けると、導波路フィルム５の各コア８ａ，８ｂと、光ファイバ４のコア４ａが位置合わせされる。

そして、ファイバガイド溝１０に挿入された光ファイバ４を固定蓋部７で押し付けて位置合わせをした状態で、固定蓋部７の下面に接着剤１８として紫外線効果型接着剤を注入し、紫外線を照射して硬化させて、固定蓋部７を導波路フィルム５に接着固定する。

これにより、各光ファイバ４は、コア４ａが導波路フィルム５のコア８ａ，８ｂに位置合わされて、導波路フィルム５に固定される。固定蓋部７の下面に注入された接着剤１８は、光ファイバ４が挿入されたファイバガイド溝１０、ファイバガイド溝１０より突出した光ファイバ４と固定蓋部７との間、及びファイバガイド溝１０の非形成位置の導波路フィルム５と固定蓋部７との隙間に浸透して、導波路フィルム５に光ファイバ４と固定蓋部７を固定する。

よって、各光ファイバ４のコア４ａと導波路フィルム５のコア８ａ，８ｂが対向するファイバ結合部１６の上面を含めて、導波路フィルム５の上面が固定蓋部７によって被覆固定される。

上述した製造工程で光導波路モジュール１Ａの組み立てを行うと、面発光レーザ２及びフォトダイオード３等の電気的な実装が終了した後に、導波路フィルム５を実装基板６に実装することができる。これにより、電気部品の実装で必要なリフローやワイヤボンディングによる高温の熱履歴を導波路フィルム５に与えることなく実装が可能となる。

また、面発光レーザ２及びフォトダイオード３と、導波路フィルム５の位置合わせは２次元方向の移動で行えるので、マーカ１９等を利用することで、光素子を駆動することなく、パッシブアライメントで実現できる。

更に、導波路フィルム５にファイバガイド溝１０を形成して、光ファイバ４を実装することで、導波路フィルム５と光ファイバ４との光結合を、パッシブアライメントによって実現できる。

さて、フォトリソグラフィプロセスで作成されたファイバガイド溝１０の幅の精度は、±数μｍ単位である。これに対して、マルチモードの光ファイバ４では、光結合時に±１０μｍ程度の誤差が許容される。これにより、図２〜図４で説明したフォトリソグラフィプロセスでファイバガイド溝１０を形成することで、高精度な位置合わせが可能である。

また、導波路フィルム５を紫外線硬化型の接着剤１５を使用して実装基板６に接着固定すると共に、固定蓋部７及び光ファイバ４を紫外線硬化型の接着剤１８を用いて導波路フィルム５に接着固定することで、導波路フィルム５に熱履歴をかけることなくかつ短時間で接着が可能となる。

＜本実施の形態の光導波路モジュールの動作例＞
次に、本実施の形態の光導波路モジュール１Ａの動作例について説明する。面発光レーザ２は、図示しないドライバＩＣから入力された電気信号を光信号に変換して出射する。

面発光レーザ２から出射される光信号は、導波路フィルム５に対して略垂直な向きで出射され、導波路フィルム５の傾斜端面１１の下面から入射する。導波路フィルム５の傾斜端面１１の下面から略垂直に入射した光信号は、反射面１２で反射してコア８ａに結合されて、コア８ａを伝送される。

コア８ａを伝送された光信号は、ファイバ結合部１６で一方の光ファイバ４に入射して、光ファイバ４を伝送されて図示しない対向装置で受信される。

これに対して、図示しない対向装置から出力され、他方の光ファイバ４を伝送される光信号は、ファイバ結合部１６でコア８ｂに入射して、コア８ｂを伝送される。

コア８ｂを伝送される光信号は、反射面１２で反射して、導波路フィルム５の傾斜端面１１の下面から略垂直に出射する。そして、導波路フィルム５の傾斜端面１１の下面から略垂直に出射した光信号は、フォトダイオード３に入射し、電気信号に変換される。そして、フォトダイオード３から出力される電気信号は、図示しないレシーバＩＣに伝送される。

これにより、光導波路モジュール１Ａは、面発光レーザ２を導波路フィルム５を介して一方の光ファイバ４と結合して、光信号を送信する機能と、フォトダイオード３を導波路フィルム５を介して他方の光ファイバ４と結合して、光信号を受信する機能を備えたパラレル送受信モジュールとして機能する。

＜本実施の形態の光導波路モジュールの効果＞
フィルム化した導波路を基板に接着固定して光導波路モジュールを構成する場合、導波路としては高分子系の有機材料を使用し、基板としては無機金属からなるシリコン基板を使用する構成が考えられている。

但し、有機材料からなる導波路と、無機金属からなるシリコン基板では、上述したように熱膨張係数の差が大きく、急激な熱衝撃が加わると、導波路が収縮して光素子との位置がずれたり、導波路にクラックが発生するという問題があった。

これに対して、本実施の形態の光導波路モジュール１Ａでは、導波路フィルム５より熱膨張係数が小さく、シリコン基板である実装基板６と熱膨張係数が近く、かつ耐熱性の高いガラス等の透明無機材料からなる固定蓋部７で導波路フィルム５を被覆固定した。

これにより、熱膨張係数の小さい実装基板６と固定蓋部７との間に導波路フィルム５が挟み込まれる形態となり、熱衝撃が加わった場合の導波路フィルム５の収縮を防いで、光素子との位置のずれや、クラックの発生を防ぐことができる。

また、フィルム化した導波路に光ファイバを結合する場合、導波路に光ファイバが挿入されるファイバガイド溝を形成し、ファイバガイド溝に光ファイバを挿入して接着固定する構成が考えられている。

但し、高温環境下では、光ファイバを固定している接着剤が収縮し、光ファイバと導波路のコア間に隙間が生じて結合損失が増加するという問題があった。

これに対して、本実施の形態の光導波路モジュール１Ａでは、光ファイバ４と導波路フィルム５が結合されるファイバ結合部１６を含めて、導波路フィルム５を固定蓋部７で被覆固定した。

これにより、導波路フィルム５は、高温環境下でもファイバ結合部１６の周辺部位での収縮が抑えられ、光ファイバ４を固定している接着剤１８の収縮が抑えられて、結合損失を抑制することができる。

更に、本実施の形態の光導波路モジュール１Ａでは、固定蓋部７は、各ファイバガイド溝１０に挿入された光ファイバ４と、各光ファイバ４と導波路フィルム５が結合されるファイバ結合部１６と、面発光レーザ２及びフォトダイオード３と導波路フィルム５が結合される光素子結合部１７の近傍を一括して被覆できる大きさとした。

これにより、熱衝撃が加わった場合の導波路フィルム５全体の収縮を防ぐことができると共に、一枚の固定蓋部７を実装すれば良いので、実装工程の簡略化が可能で、かつ、部品点数の削減によるコスト削減が可能である。

＜本発明を適用した光導波路モジュールと比較例の光導波路モジュールの対比＞
次に、本発明の実施例及びその比較例として、固定蓋部の外形寸法を異ならせた光導波路モジュールを作製した。

実施例１〜実施例３の光導波路モジュール１Ａでは、導波路フィルム５の外形寸法は上述したように４ｍｍ×７ｍｍとした。また、固定蓋部７は、厚さ０．５ｍｍのガラス板とした。そして、実施例１は、固定蓋部７の外形寸法を４ｍｍ×６ｍｍとした。実施例１では、固定蓋部７による導波路フィルム５の被覆率は約８６％である。

実施例２は、固定蓋部７の外形寸法を３．４ｍｍ×６ｍｍとした。実施例２では、固定蓋部７による導波路フィルム５の被覆率は約７３％である。実施例３は、固定蓋部７の外形寸法を２．５ｍｍ×５．６ｍｍとした。実施例３では、固定蓋部７による導波路フィルム５の被覆率は約５０％である。

これに対して、比較例１〜比較例３の光導波路モジュールにおいても、導波路フィルムの外形寸法は上述したように４ｍｍ×７ｍｍとした。また、固定蓋部は、厚さ０．５ｍｍのガラス板とした。そして、比較例１は、固定蓋部の外形寸法を２ｍｍ×５．６ｍｍとした。比較例１では、固定蓋部による導波路フィルムの被覆率は約４０％である。

比較例２は、固定蓋部の外形寸法を１．５ｍｍ×６ｍｍとした。比較例２では、固定蓋部による導波路フィルムの被覆率は約３２％である。比較例３は、固定蓋部の外形寸法を３．４ｍｍ×６ｍｍとした。比較例３では、固定蓋部による導波路フィルムの被覆率は約７３％である。但し、比較例３では、光ファイバと導波路フィルムが結合されるファイバ結合部を固定蓋部で被覆しない構成とした。

上述した実施例１〜実施例３の光導波路モジュールと、比較例１〜比較例３の光導波路モジュールにおける導波路フィルムのクラックの発生の有無と、ファイバ結合部における導波路フィルムと光ファイバとの間隔の変化を比較した結果を表１に示す。また、図６は導波路フィルムの固定蓋部による被覆率と、導波路フィルムのクラック発生率の相関を示すグラフである。

表１において、固定蓋部の被覆率は、導波路フィルムの固定蓋部による被覆率で、導波路フィルムの面積に対する固定蓋部の面積の割合を示している。

また、クラック発生率は、実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例３の光導波路モジュールの保存温度を、−４０℃〜８５℃に５分で遷移させる条件で、複数個のサンプルで試験をした場合のクラックの発生率を示している。

更に、導波路とファイバ結合部の間隔は、実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例３の光導波路モジュールを８５℃環境に５００時間保存した後に、導波路フィルムと光ファイバが結合されるファイバ結合部を光学顕微鏡で観察した結果である。

固定蓋部７による導波路フィルム５の被覆率が５０パーセント以上の実施例１〜実施例３の光導波路モジュール１Ａでは、クラックは発生しなかった。また、ファイバ結合部１６における導波路フィルム５と光ファイバ４の間隔は生じなかった。

これに対して、固定蓋部による導波路フィルムの被覆率が５０パーセント未満の比較例１及び比較例２の光導波路モジュールでは、それぞれクラックが発生した。但し、ファイバ結合部を固定蓋部で被覆したことで、ファイバ結合部において導波路フィルムと光ファイバの間隔は生じなかった。

また、固定蓋部による導波路フィルムの被覆率が５０パーセント以上の比較例３の光導波路モジュールでは、クラックは発生しなかった。しかし、ファイバ結合部を固定蓋部で被覆していないことで、接着剤が収縮してファイバ結合部において導波路フィルムと光ファイバの間隔が生じた。

以上のことから、固定蓋部による導波路フィルムの被覆率を５０％以上とすれば、導波路フィルムにクラックが発生しないことが判る。また、ファイバ結合部を固定蓋部で被覆すれば、ファイバ結合部において導波路フィルムと光ファイバの間隔が生じないことが判る。

＜光導波路モジュールの変形例＞
以上説明した本実施の形態の光導波路モジュール１Ａにおいて、導波路フィルム５の形状は四角形に限るものではなく、固定蓋部７の形状を、導波路フィルム５の形状に合わせれば良い。また、コア８のパターンも、分岐部を有したり曲線部を有したパターンでも良い。更に、応力緩和溝１３を備えていない構成でもよい。

また、導波路フィルムを構成する材料は、アクリル系高分子材料に限るものではなく、エポキシ系高分子材料や、ポリイミド、その他例えばシロキサン構造（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を有するような無機高分子材料でも良い。

更に、固定蓋部７は、複数枚の部材で構成することとしても良い。

本発明は、電子機器のボード間やチップ間の光通信モジュールや、光ファイバを利用した通信ケーブルのコネクタ等に適用される。

本実施の形態の光導波路モジュールの一例を示す構成図である。 導波路フィルムの製造工程の一例を示す説明図である。 導波路フィルムの製造工程の一例を示す説明図である。 導波路フィルムの製造工程の一例を示す説明図である。 ファイバガイド溝と光ファイバの関係を示す構成図である。 導波路フィルムの固定蓋部による被覆率と導波路フィルムのクラック発生率の相関を示すグラフである。

符号の説明

１Ａ・・・光導波路モジュール、２・・・面発光レーザ、３・・・フォトダイオード、４・・・光ファイバ、５・・・導波路フィルム、６・・・実装基板、７・・・固定蓋部、８ａ，８ｂ・・・コア、９・・・クラッド、１０・・・ファイバガイド溝、１１・・・傾斜端面、１２・・・反射面、１３・・・応力緩和溝、１４・・・素子搭載凹部、１５・・・接着剤、１６・・・ファイバ結合部、１７・・・光素子結合部、１８・・・接着剤、１９・・・マーカ

Claims (7)

1. 光が伝送される少なくとも１本のコアを有した平面型の光導波路と、
   前記光導波路に形成され、光ファイバが挿入されて、前記光ファイバを前記コアに対して位置合わせして結合させるファイバガイド溝と、
   前記ファイバガイド溝に前記光ファイバが挿入された前記光導波路が実装される実装基板と、
   前記ファイバガイド溝に挿入された前記光ファイバと前記光導波路との結合部、及び前記ファイバガイド溝の非形成位置の前記光導波路を、一括して被覆固定する固定蓋部と
   を備えたことを特徴とする光導波路モジュール。
2. 前記固定蓋部は、前記光導波路より熱膨張係数が小さく、かつ、前記実装基板に熱膨張係数が近い材質で構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の光導波路モジュール。
3. 前記光導波路と結合される光素子を備え、
   前記固定蓋部は、前記光素子と前記光導波路との結合部の近傍までを被覆する大きさを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の光導波路モジュール。
4. 前記固定蓋部は、前記光導波路の外形形状に応じた形状を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の光導波路モジュール。
5. 前記固定蓋部は、前記光導波路の表面の５０％以上を被覆する大きさを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の光導波路モジュール。
6. 前記光導波路は、前記コアの延びる方向に沿った端部に傾斜端面が形成され、前記傾斜端面に露出した前記コアの端面により反射面が形成されると共に、
   前記光素子として、面型光素子が前記反射面と対向して配置された
   ことを特徴とする請求項３記載の光導波路モジュール。
7. 前記光導波路は、高分子材料で構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の光導波路モジュール。
   

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