JP2007199254A - 光モジュール及び光モジュールの製造方法 - Google Patents

光モジュール及び光モジュールの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光ファイバの断裂を回避し、組立工程時のハンドリング性、耐衝撃性等の機械的信頼性を向上させる。
【解決手段】同一基板2上にPD3、LD4、光ファイバ5a,5bが実装されている光モジュール1において、光ファイバ5a,5bを実装するためのV溝23a,23bが形成されているV溝形成面23cよりZ2方向に所定深さを有する深堀部24に、光ファイバ5a,5bを覆う被覆部6が載置されている。PD3及びLD4の端面3a,4aから深堀部24の端面24aまでの距離hと、光ファイバ5a,5bの端面51a,51bから被覆部6の端面6aまでの距離kと、がh>kの関係を満たしており、被覆部6の端面6aを深堀部24の端面24aと当接させて光ファイバ5a,5bの実装を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、光ファイバと光部品とを一体基板上に集積した光モジュール及び光モジュールの製造方法に関する。
近年、データ通信の高速化に伴い、メタリックケーブルによる通信に代わって、低損失で広帯域の通信が可能な光通信が普及している。光通信においては、ケーブルを接続する際の位置合わせが重要であり、例えば、基板上にV字形状の溝(以下、V溝という。)を形成し、このV溝に光ファイバを固定することにより、光ファイバの位置合わせが行われている(例えば、特許文献1参照。)。
また、光ファイバ及び各種光部品を一体基板上に集積した光モジュールにおいても、光ファイバ実装用のV溝を用いた光軸合わせが行われている。光部品とは、光通信に用いる部品をいい、レーザダイオード(Laser Diode:以下、LDと記す。)等の発光素子、フォトダイオード(Photo Diode:以下、PDと記す。)等の受光素子、光導波路、ミラー、偏光子等を含む。
図6(a)、(b)及び(c)に、従来の光モジュール31の構成を示す。図6(a)は、従来の光モジュール31の上面図であり、図6(b)は、図6(a)のP−P線の断面図であり、図6(c)は、図6(a)のQ−Q線の端面図である。
図6(a)に示すように、光モジュール31は、基板32に、PD33、LD34、光ファイバ35a,35bが実装されて構成されている。図6(c)に示すように、基板32上にはV溝323a,323bが形成されており、V溝323a,323bに光ファイバ35a,35bを実装することにより、PD33及びLD34と、光ファイバ35a,35bとの光軸の位置が合うようになっている。
特開平11−211928号公報
しかし、図6(b)に示すように、従来の光モジュール31においては、V溝323a,323bの端部36に、被覆されていない光ファイバ35a,35bが当たるため、光ファイバ35a,35bが基板32上に固定されている部分と固定されていない部分の境界部に応力集中が生じ、光ファイバ35a,35bが断裂するおそれがあった。そのため、組立工程時のハンドリング性、耐衝撃性等の機械的信頼性に問題があった。
本発明は、上記従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、光ファイバの断裂を回避し、組立工程時のハンドリング性、耐衝撃性等の機械的信頼性を向上させることを課題とする。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、同一基板上に光部品と光ファイバとが実装されており、前記光部品における光が入射又は出射する端面と前記光ファイバの軸方向の端面とが対向した状態で実装されている光モジュールにおいて、前記基板には、前記光ファイバを実装するためのV溝が形成されており、前記基板の端部には、前記基板におけるV溝形成面の位置より所定深さを有する深堀部が形成されており、前記深堀部には、前記光ファイバを覆う被覆部が載置されていることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光モジュールにおいて、前記光部品における前記光ファイバの端面と対向する端面から前記深堀部の端面までの距離hと、前記光ファイバにおける前記光部品の端面と対向する端面から前記被覆部における前記光ファイバの露出側に面する端面までの距離kと、がh>kの関係を満たしていることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の光モジュールにおいて、前記基板及び前記被覆部は、それぞれ位置決め用凹凸部を有することを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、同一基板上に光部品と光ファイバとが実装されており、前記光部品における光が入射又は出射する端面と前記光ファイバの軸方向の端面とが対向した状態で実装されている光モジュールの製造方法において、前記基板に、前記光ファイバを実装するためのV溝を形成し、前記基板の端部に、前記基板におけるV溝形成面の位置より所定深さを有する深堀部を形成し、前記V溝に前記光ファイバを実装するとともに、前記深堀部に前記光ファイバを覆う被覆部を載置することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の光モジュールの製造方法において、前記光部品における前記光ファイバの端面と対向する端面から前記深堀部の端面までの距離hと、前記光ファイバにおける前記光部品の端面と対向する端面から前記被覆部における前記光ファイバの露出側に面する端面までの距離kと、がh>kの関係を満たしており、前記被覆部の端面を前記深堀部の端面と当接させて前記光ファイバの実装を行うことを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項4又は5に記載の光モジュールの製造方法において、前記基板及び前記被覆部に、それぞれ位置決め用凹凸部を形成し、前記基板に形成された位置決め用凹凸部と前記被覆部に形成された位置決め用凹凸部とを嵌合させることにより、前記光ファイバの位置を決定することを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項4〜6のいずれか一項に記載の光モジュールの製造方法において、前記基板に異方性ウェットエッチング処理を行うことにより、前記V溝及び前記深堀部を形成することを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項4〜6のいずれか一項に記載の光モジュールの製造方法において、前記基板に対して切削加工を行うことにより、前記V溝及び前記深堀部を形成することを特徴とする。
請求項1、4に記載の発明によれば、基板の端部に形成された深堀部に被覆部が載置され、基板の端部に光ファイバが直接当たらないので、光ファイバの断裂を回避し、組立工程時のハンドリング性、耐衝撃性等の機械的信頼性を向上させることができる。
請求項2、5に記載の発明によれば、光ファイバの端面と光部品の端面との接触による素子破壊を回避することができ、被覆部の端面を深堀部の端面と当接させて光ファイバの実装を行うことで、光ファイバを正確な位置に配置することができる。
請求項3、6に記載の発明によれば、基板及び被覆部の位置決め用凹凸部により、光ファイバを正確な位置に配置することができる。
請求項7に記載の発明によれば、基板に異方性ウェットエッチング処理を行うことにより、V溝及び深堀部を同時に形成することが可能となるため、製造工程を簡略化することができる。
請求項8に記載の発明によれば、基板に対して切削加工を行うことにより、V溝及び深堀部を形成することができる。
[第1の実施の形態]
まず、本発明の第1の実施の形態における光モジュール1について説明する。
図1(a)は、第1の実施の形態の光モジュール1を示す上面図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A線の断面図であり、図1(c)は、図1(a)のB−B線の端面図であり、図1(d)は、図1(a)のC−C線の端面図である。
図1(a)に示すように、光モジュール1は、基板2に、PD3、LD4、光ファイバ5a,5bが実装されて構成されている。光ファイバ5a,5bは、被覆部6に覆われており、その一部が露出している。光ファイバ5a,5bの露出部分は、上部からカバーガラス8により固定されている。
基板2は、単結晶シリコン(Si)で形成された板状基板であり、図1(a)及び(b)に示すように、光部品載置部21、溝部22、V溝形成部23、深堀部24から構成される。
光部品載置部21には、光部品としてPD3及びLD4が載置されている。
溝部22は、基板2上に、基板2の延在方向(図1(a)に示すX1−X2方向)と直交する方向(図1(a)に示すY1−Y2方向)に設けられた溝である。
図1(c)に示すように、V溝形成部23のV溝形成面23cには、V溝23a,23bが形成されている。V溝23a,23bは、基板2の延在方向(図1(a)に示すX1−X2方向)に、筋状に設けられている。V溝23a,23bは、V溝23a,23bに光ファイバ5a,5bが実装された際に、PD3及びLD4と、光ファイバ5a,5bのコアとの光軸が一致するように設計されている。
深堀部24は、図1(b)及び(d)に示すように、基板2の端部に形成され、V溝形成面23cの位置よりZ2方向に所定深さdだけ低くなっている。深堀部24の深さdは、V溝23a,23bに光ファイバ5a,5bが実装された場合に、光ファイバ5a,5bを覆う被覆部6の下面がちょうど接するように設計されている。
PD3は、光ファイバ5aを伝播してきた光を電気信号に変換する受光素子である。LD4は、外部から供給された電気信号に応じて光を発する発光素子である。PD3における光が入射する端面3aと光ファイバ5aの軸方向の端面51aとは対向し、LD4における光が出射する端面4aと光ファイバ5bの軸方向の端面51bとは対向している。
光ファイバ5a,5bは、コアとそれを覆うクラッドの二重構造を有し、クラッドよりもコアの屈折率を高くすることで、全反射により光を伝播させる。
被覆部6は、光ファイバ5a,5bを覆う被覆材である。
また、図1(b)に示すように、PD3における光ファイバ5aの端面51aと対向する端面3aから深堀部24の端面24aまでの距離hと、光ファイバ5aにおけるPD3の端面3aと対向する端面51aから被覆部6における光ファイバ5aの露出側に面する端面6aまでの距離kと、がh>kの関係を満たしている。なお、LD4における光ファイバ5bの端面51bと対向する端面4aから深堀部24の端面24aまでの距離は距離hと等しく、光ファイバ5bにおけるLD4の端面4aと対向する端面51bから被覆部6の端面6aまでの距離は距離kと等しい。
次に、図2及び図3を参照して、光モジュール1の製造方法を説明する。
まず、図2(a)に示すように、フォトリソグラフィとエッチングにより、基板2の表面に、光ファイバ実装用の開口領域7a,7bと、被覆部実装用の開口領域7cとが隣接して形成されたマスク7を形成する。
次に、図2(b)に示すように、深堀部24に対して所望のエッチング量となるように、異方性ウェットエッチング処理を行う。エッチング液としては、水酸化カリウム(KOH)や水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等が用いられる。この際、光ファイバ実装用の開口領域7a,7bでは、V溝23a,23bのV字形状が形成された時点でエッチングの進行が停止するため、オーバーエッチングによる形状の変化はない。したがって、V溝23a,23bと、深堀部24とを同時に形成することができる。
次に、チップとして切り出すために、図3(a)に示すように、D1−D1、D2−D2、D3−D3、D4−D4の位置で、基板2の周辺部4辺に切削加工を施し、隣接チップと分離する。さらに、V溝23a,23bの両端部E1,E2に対して、基板2が分離しない切り込み深さにて切削加工を行う。
図3(b)は、切削加工後の基板2の上面図であり、図3(c)は、図3(b)のF−F線の断面図である。V溝23a,23bの端部E1を切削した部分は、溝部22となる。また、V溝23a,23bの端部E2を切削した部分は、深堀部24の一部となる。このように、基板2に、光部品載置部21、溝部22、V溝形成部23、深堀部24が形成される。図3(c)に示すように、深堀部24は、V溝形成面23cの位置よりZ2方向に所定深さdだけ低くなっている。
次に、図1(a)及び(b)に示すように、PD3及びLD4を光部品載置部21に載置し、被覆部6の端面6aを深堀部24の端面24aと当接させて光ファイバ5a,5bの実装を行う。ここで、PD3の端面3aから深堀部24の端面24aまでの距離(LD4の端面4aから深堀部24の端面24aまでの距離)hは、光ファイバ5aの端面51aから被覆部6の端面6aまでの距離(光ファイバ5bの端面51bから被覆部6の端面6aまでの距離)kより長く、PD3の端面3aと光ファイバ5aの端面51aとの距離(LD4の端面4aと光ファイバ5bの端面51bとの距離)z=h−kの値は、距離h及び距離kにより決定する。
図4に、光ファイバ5aの端面51aのPD3の端面3aからの距離(光ファイバ5bの端面51bのLD4の端面4aからの距離)z(μm)と、損失(dB)との関係を示す。図4は、コアの屈折率が1.534、クラッドの屈折率が1.525、接着剤の屈折率が1.570の場合の計算結果である。距離zにおける損失から接触状態(z=0μm)における損失を引いた値、すなわち、ギャップによる過剰損失の値は、z=10μmのとき0.04dB、z=20μmのとき0.12dB、z=30μmのとき0.26dBであった。接触状態(z=0μm)からの損失増加を0.1dB以下とするために、距離zを20μm以下とすることが望ましい。
次に、基板2に光ファイバ5a,5b及び被覆部6が実装された状態で、カバーガラス8により光ファイバ5a,5bを押圧して固定し、接着剤を流し込み、光ファイバ5a,5bをV溝23a,23bに、被覆部6を深堀部24に接着する。
以上説明したように、基板2の端部に光ファイバ5a,5bが直接当たらず、被覆部6が当たる構造とするので、光ファイバ5a,5bが基板2上に固定されている部分と固定されていない部分の境界部に応力集中が生じることがない。さらに、深堀部24に被覆部6を載置するので、光ファイバ5a,5bの曲がりを防ぐことができる。したがって、光ファイバ5a,5bの断裂を回避し、組立工程時のハンドリング性、耐衝撃性等の機械的信頼性を向上させることができる。
また、異方性ウェットエッチング処理を行うことにより、V溝23a,23bと深堀部24とを同時に形成することが可能となるため、製造工程を簡略化することができる。
また、被覆部6の端面6aを深堀部24の端面24aと当接させて光ファイバ5a,5bの実装を行うことにより、光ファイバ5a,5bの端面51a,51bとPD3及びLD4の端面3a,4aとの距離zが決定する。これにより、光ファイバ5a,5bの端面51a,51bとPD3及びLD4の端面3a,4aとの接触による素子破壊を回避することができ、さらには、光ファイバ5a,5bの端面51a,51bがPD3及びLD4の端面3a,4aから距離zの位置になるように正確に配置することが可能となる。したがって、容易な方法で実装歩留まりが向上し、かつ、低損失な光モジュール1を供給することができる。
[第2の実施の形態]
次に、本発明を適用した第2の実施の形態について説明する。
図5(a)は、第2の実施の形態の光モジュール11を示す上面図であり、図5(b)は、図5(a)のG−G線の断面図である。光モジュール11は、第1の実施の形態に示した光モジュール1と同様の構成によってなるため、同一の構成部分については同一の符号を付し、その構成については説明を省略する。また、実際は、光モジュール11においても、光ファイバ5a,5bは上部からカバーガラスにより押圧固定されているが、図5(a)及び(b)では図示を省略する。以下、第2の実施の形態に特徴的な構成について説明する。
光モジュール11は、基板2及び被覆部6に位置決め用凹凸部が設けられている。図5(a)及び(b)に示すように、基板2の深堀部24の端部には位置決め用凸部25が形成されている。位置決め用凸部25は、第1の実施の形態で説明した光モジュール1の製造方法の切削加工工程において、異方性ウェットエッチング処理により形成された傾斜面を残すように切削すればよい。
また、被覆部6には、位置決め用凸部25と嵌合するように位置決め用凹部61が形成されている。位置決め用凹部61は、被覆部6を切削することにより、形成する。
そして、基板2に形成された位置決め用凸部25と被覆部6に形成された位置決め用凹部61とを嵌合させることにより、被覆部6の位置を決定する。
このように、被覆部6側に位置決め用凹部61を設け、基板2側に位置決め用凸部25を設けることが加工上好ましい。また、位置決め用凸部25及び位置決め用凹部61は、光ファイバ5a,5b及び被覆部6を基板2に実装した場合に、光ファイバ5a,5bの端面51a,51bとPD3及びLD4の端面3a,4aとの距離が20μm以下となる位置に設けることが望ましい(図4参照)。
以上説明したように、位置決め用凸部25及び位置決め用凹部61が嵌合するように光ファイバ5a,5b及び被覆部6の実装を行うことにより、光ファイバ5a,5bの端面51a,51bとPD3及びLD4の端面3a,4aとの距離が決定する。これにより、光ファイバ5a,5bの端面51a,51bとPD3及びLD4の端面3a,4aとの接触による素子破壊を回避することができ、さらには、光ファイバ5a,5bを正確な位置に配置することが可能となる。したがって、容易な方法で実装歩留まりが向上し、かつ、低損失な光モジュール11を供給することができる。
なお、光モジュール11は、深堀部24の端部に位置決め用凸部25が位置する例であるが、位置決め用凹凸部は深堀部24の途中の部分に存在してもよく、1本の光ファイバに対して複数の凹凸部を有していてもよい。
上記各実施の形態における記述は、本発明に係る光モジュールの例であり、これに限定されるものではない。光モジュールを構成する各部の細部構成に関しても本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記各実施の形態では、光部品としてPD3及びLD4を備えた場合について説明したが、光モジュールに載置される光部品は、光導波路、ミラー、偏光子等であってもよい。
また、上記各実施の形態では、基板2に異方性ウェットエッチング処理を行うことにより、V溝23a,23b及び深堀部24を形成する方法を説明したが、基板2に対して切削加工を行うことにより、V溝23a,23b及び深堀部24を形成することとしてもよい。
また、基板2に載置される光ファイバの芯数は、1芯、2芯、4芯等、いくつであってもよい。また、光ファイバは石英製ファイバでもプラスチックファイバでもよく、また、シングルモードファイバでも、マルチードファイバでもよい。
また、上記各実施の形態では、光部品の一端にV溝が形成されている光モジュールについて説明したが、1つの光信号を複数の出力に分岐するスプリッタ等の光部品の入力側・出力側の両端にV溝が形成されていてもよい。
(a)は、第1の実施の形態の光モジュール1を示す上面図である。(b)は、図1(a)のA−A線の断面図である。(c)は、図1(a)のB−B線の端面図である。(d)は、図1(a)のC−C線の端面図である。 (a)は、基板2にマスク7が形成された状態を示す図である。(b)は、異方性ウェットエッチング処理後の基板2を示す図である。 (a)は、基板2における切削加工の位置を示す図である。(b)は、切削加工後の基板2の上面図である。(c)は、図3(b)のF−F線の断面図である。 光ファイバ端面の光部品端面からの距離z(μm)と、損失(dB)との関係を示すグラフである。 (a)は、第2の実施の形態の光モジュール11を示す上面図であり、(b)は、図5(a)のG−G線の断面図である。 (a)は、従来の光モジュール31の上面図である。(b)は、図6(a)のP−P線の断面図である。(c)は、図6(a)のQ−Q線の端面図である。
符号の説明
1,11 光モジュール
2 基板
21 光部品載置部
22 溝部
23 V溝形成部
23a,23b V溝
23c V溝形成面
24 深堀部
24a 端面
25 位置決め用凸部
3 PD
3a 端面
4 LD
4a 端面
5a,5b 光ファイバ
51a,51b 端面
6 被覆部
6a 端面
61 位置決め用凹部
7 マスク
8 カバーガラス
31 光モジュール
32 基板
323a,323b V溝
33 PD
34 LD
35a,35b 光ファイバ

Claims (8)

  1. 同一基板上に光部品と光ファイバとが実装されており、前記光部品における光が入射又は出射する端面と前記光ファイバの軸方向の端面とが対向した状態で実装されている光モジュールにおいて、
    前記基板には、前記光ファイバを実装するためのV溝が形成されており、
    前記基板の端部には、前記基板におけるV溝形成面の位置より所定深さを有する深堀部が形成されており、
    前記深堀部には、前記光ファイバを覆う被覆部が載置されていることを特徴とする光モジュール。
  2. 前記光部品における前記光ファイバの端面と対向する端面から前記深堀部の端面までの距離hと、前記光ファイバにおける前記光部品の端面と対向する端面から前記被覆部における前記光ファイバの露出側に面する端面までの距離kと、がh>kの関係を満たしていることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  3. 前記基板及び前記被覆部は、それぞれ位置決め用凹凸部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の光モジュール。
  4. 同一基板上に光部品と光ファイバとが実装されており、前記光部品における光が入射又は出射する端面と前記光ファイバの軸方向の端面とが対向した状態で実装されている光モジュールの製造方法において、
    前記基板に、前記光ファイバを実装するためのV溝を形成し、
    前記基板の端部に、前記基板におけるV溝形成面の位置より所定深さを有する深堀部を形成し、
    前記V溝に前記光ファイバを実装するとともに、前記深堀部に前記光ファイバを覆う被覆部を載置することを特徴とする光モジュールの製造方法。
  5. 前記光部品における前記光ファイバの端面と対向する端面から前記深堀部の端面までの距離hと、前記光ファイバにおける前記光部品の端面と対向する端面から前記被覆部における前記光ファイバの露出側に面する端面までの距離kと、がh>kの関係を満たしており、
    前記被覆部の端面を前記深堀部の端面と当接させて前記光ファイバの実装を行うことを特徴とする請求項4に記載の光モジュールの製造方法。
  6. 前記基板及び前記被覆部に、それぞれ位置決め用凹凸部を形成し、
    前記基板に形成された位置決め用凹凸部と前記被覆部に形成された位置決め用凹凸部とを嵌合させることにより、前記光ファイバの位置を決定することを特徴とする請求項4又は5に記載の光モジュールの製造方法。
  7. 前記基板に異方性ウェットエッチング処理を行うことにより、前記V溝及び前記深堀部を形成することを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の光モジュールの製造方法。
  8. 前記基板に対して切削加工を行うことにより、前記V溝及び前記深堀部を形成することを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の光モジュールの製造方法。
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