JP2008026679A - 光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤を蓋部材と基板の間においてＶ溝に沿って確実に配置して蓋部材の接着作業を早めて製造コストを下げて、蓋部材を基板に対して確実に固定して多心光ファイバを基板側に確実に固定することで、製造する際の歩留まりを向上できる光デバイスを提供する。
【解決手段】Ｖ溝３０は、第１溝部分３０−１と第２溝部分３０−２を有しており、第１溝部分３０−１と第２溝部分３０−２は、多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０の長さ方向Ｙに沿って連続して形成されており、第１溝部分３０−１の断面面積は、第２溝部分３０−２の断面面積に比べて大きく設定されている。蓋部材１２は、基板１１の搭載面２２に対して接着剤Ｂを用いて固定されている。
【選択図】図１１

Description

本発明は、光デバイスおよび光デバイスの製造方法に関し、特に少なくとも多心光ファイバと光素子アレイと蓋部材および基板を備える光デバイスに関する。

多心光ファイバと光素子アレイを備える光デバイスが提案されている。この光素子アレイは、基板に搭載されており、多心光ファイバの各光ファイバは、基板に形成されているＶ溝に沿ってそれぞれ位置決めされている。各光ファイバの端面は光素子アレイの光素子に対応してそれぞれ配置されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第２９８４７４７号公報

ところで、特許文献１に開示されている光デバイスでは、多心光ファイバの各光ファイバが基板のＶ溝から浮いてしまう可能性があるために、本発明者らは、ガラス蓋を多心光ファイバの上に載せて、基板とガラス蓋の間には接着剤を塗布することで、基板とガラス蓋が多心光ファイバを挟んで固定できるようにすることを提案している。

しかし、接着剤は基板とガラス蓋の間をＶ溝に沿って毛細管現象により広がっていくが、粘着性を有する接着剤が基板とガラス蓋の間をＶ溝に沿って移動していくのには時間がかかってしまい接着工程が長くなり、光デバイスの製造コストを下げることが難しい。

また、接着剤は基板とガラス蓋の間においてＶ溝の全長にわたって確実に配置して、ガラス蓋を基板に対して固定することで多心光ファイバの位置を基板に対して固定しなければならない。ガラス蓋を基板に対して確実に固定することができないと、多心光ファイバがＶ溝から浮いてしまって光デバイスは不良品となってしまうことから、光デバイスを製造する際の歩留まりが低下してしまう。

そこで、本発明は上記課題を解消するために、接着剤を蓋部材と基板の間においてＶ溝に沿って確実に配置して蓋部材の接着作業を早めて製造コストを下げて、蓋部材を基板に対して確実に固定して多心光ファイバを基板側に確実に固定することで、製造する際の歩留まりを向上できる光デバイスを提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明の光デバイスは、複数の光ファイバからなる多心光ファイバと、
複数の光素子をアレイ状に配置した光素子アレイと、
前記光素子アレイを搭載している搭載面を有しており、前記搭載面には、前記多心光ファイバの各前記光ファイバの端面を前記各光素子に対応するように位置決めして前記多心光ファイバの各光ファイバの端面と前記各光素子とを光結合するためのＶ溝を有する基板と、
前記多心光ファイバを前記基板の前記搭載面との間に固定するための蓋部材と、を備え、
前記Ｖ溝の第１溝部分と第２溝部分を有しており、前記第１溝部分と前記第２溝部分は、前記多心光ファイバの各光ファイバの長さ方向に沿って連続して形成されており、前記第１溝部分の断面面積は、前記第２溝部分の断面面積に比べて大きく設定され、
前記蓋部材は、前記基板の前記搭載面に対して接着剤を用いて固定されていることを特徴とする。

本発明の光デバイスは、好ましくは前記蓋部材は板状部材であり、前記蓋部材の内面には、前記基板の前記Ｖ溝に対応する位置に蓋部材Ｖ溝が形成されており、前記多心光ファイバの前記各光ファイバは前記基板の前記Ｖ溝と前記蓋部材Ｖ溝内に収容されて固定されていることを特徴とする。

本発明の光デバイスは、好ましくは前記光素子アレイの複数の前記光素子は、発光素子であることを特徴とする。

本発明の光デバイスは、好ましくは前記Ｖ溝の前記第１溝部分は断面Ｖ字型形状であり、前記第２溝部分は断面台形状であることを特徴とする。

本発明の光デバイスは、好ましくは前記基板には、前記蓋部材の前記光素子アレイに面する端面と前記光素子アレイとの間の位置に前記光素子アレイに平行になるようにスリットが設けられていることを特徴とする。

本発明の光デバイスによれば、接着剤を蓋部材と基板の間においてＶ溝に沿って確実に配置して蓋部材の接着作業を早めて製造コストを下げて、ガラス蓋を基板に対して確実に固定して多心光ファイバを基板側に確実に固定することで、製造する際の歩留まりを向上できる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の光デバイスの好ましい実施形態を示す図である。

図１に示す光デバイス１は、少なくとも多心光ファイバと光素子アレイと基板を備え、例えば光通信に用いられる光素子アレイおよび多心光ファイバを実装した実装装置である。 図１に示す光デバイス１は、概略的にはフェルール５と、多心光ファイバ１０と、蓋部材１２と、基板１１と、光素子アレイ２０を有している。

図１のフェルール５は、基板１１を保持するホルダーであり、中央部１３と左右の端部１４，１５を有しており、Ｘ１方向から見るとほぼＵ字型に形成されている。フェルール５は、例えばプラスチックにより作られており、中央部１３と左右の端部１４，１５の間には、基板を挿入して固定するための開口部１６を有している。

図１の基板１１は、例えば板状のシリコン基板であり、基板１１の上には多心光ファイバ１０の固定の対象となる一部分と、蓋部材１２と、光素子アレイ２０が搭載されている。このように搭載された多心光ファイバ１０の一部分と、蓋部材１２と、基板１１と、光素子アレイ２０は、フェルール５の開口部１６内に位置されている。

図２は、基板１１の単体の形状例を示す斜視図である。

図２に示す基板１１の搭載面２２には、光素子アレイ２０がＺ方向に沿って搭載されており、光素子アレイ２０はＺ方向に沿って配列された複数の発光素子２１を有している。発光素子２１は一例としてレーザダイオードである。各発光素子２１は、配線パターン２３にそれぞれ接続されており、外部の回路基板に対して電気的に接続することで各発光素子２１を駆動できる。配線パターン２３は搭載面２２に形成されている。蓋部材１２は例えば正方形あるいは長方形のガラス板であり、基板１１の上に多心光ファイバ１０の固定の対象となる一部分を固定するための部材である。

図２の基板１１の搭載面２２には、複数本のＶ溝３０がＹ方向に沿って並んで形成されている。Ｖ溝３０の内端部３１は、光素子アレイ２０の各発光素子２１に対応した位置にある。Ｖ溝３０の内端部３１と光素子アレイ２０の間の位置には、スリット３５がＺ方向に沿って形成されている。つまり、スリット３５の形成方向と光素子アレイ２０の配置方向は、共にＺ方向に対して平行である。

このスリット３５は断面矩形を有し、内壁３６，３７と底面３８を有している。Ｖ溝３０の内端部３１は、スリット３５の内壁３７に達しており、Ｖ溝３０の外端部３２は、基板１１の端面１１Ｒに達している。スリット３５の内壁３６は、光素子アレイ２０の各発光素子２１のレーザ光射出面２０Ｐ付近に位置している。

次に、図３〜図１０と図１を参照して、図１に示す光デバイス１の組み立て製造手順について説明する。

図３は、組み立て前のフェルール５と多心光ファイバ１０と基板１１を示しており、図４は、多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆを基板１１のＶ溝３０に沿って初期の位置合わせをした状態を示している。図５は、多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆが光素子アレイ２０の各発光素子に対面する位置に位置決めされた状態を示している。すでに、基板１１には光素子アレイ２０とその配線パターンが搭載されている。

図３に示すように、多心光ファイバ１０はフェルール５の開口部１６に挿入され、多心光ファイバ１０の端部１０Ｄはフェルール５の挿入用の穴に通してある。多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆは基板１１のＶ溝３０の上方位置に位置決めする。

図４に示すように、多心光ファイバ１０は基板１１に対して角度θで傾斜して、多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆは基板１１の複数のＶ溝３０の途中位置にそれぞれ配置される。

図５に示すように、フェルール５と多心光ファイバ１０は基板１１に対してＹ１方向に沿って移動させて、図７に例示するようにして多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆをスリット３５の内壁３６に突き当てることで、多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆは、光素子アレイ２０の各発光素子に対面する位置に位置決めされる。

次に、図６に示すように、蓋部材１２が基板１１の搭載面２２の上に搭載される。図７は、図６のＸ１方向から見た基板１１と蓋部材１２と多心光ファイバ１０と光素子アレイ２０を示している。

図８は、基板１１と蓋部材１２の間にトラボンドのような接着剤Ｂを塗布する直前の状態を示している。図９は、接着剤Ｂを塗布し終わった状態を示している。

図８に示すように、接着剤Ｂは、接着剤供給部１００からシリンジ１０１を介して、蓋部材１２の後端部１２Ｄの端面１２Ｇ付近において基板１の搭載面２２に必要量だけ塗布するようになっている。この接着剤Ｂの塗布の際には、シリンジ１０１は図示しない移動手段により、図８と図９に示すようにＺ方向に直線移動することで、多心光ファイバ１０を交差する方向に接着剤Ｂを塗布するようになっている。

接着剤Ｂの塗布が終了すると、接着剤Ｂは図２に示す基板１１のＶ溝３０に沿ってＹ１方向に毛細管現象により、蓋部材１２の後端部１２Ｄの端面１２Ｇ側から先端部１２Ｆの端面１２Ｈに向かって、基板１１と蓋部材１２の内面との間を進んで行く。この接着剤ＢがＹ１方向に広がって塗布される様子は、後で詳しく説明する。この接着剤Ｂは蓋部材１２を基板１１の搭載面２２側に固定でき、多心光ファイバ１０の固定しようとする一部分は、蓋部材１２と基板１１の搭載面２２の間において確実に固定される。

その後、図１０に示すように、封止剤としての例えばシリコーン４４が、基板１１の搭載面２２と蓋部材１２の先端部１２Ｆと多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆとスリット３５と光素子アレイ２０とリード線３９の領域に塗布される。シリコーン４４は光の屈折率整合剤として機能する。

また、図１０に示すように、フェルール５の中央部１３の端面１３Ｔには多心光ファイバ１０を通している挿入用の貫通穴４９が形成されているが、端面１３Ｔと内面１３Ｇ側に、それぞれ接着剤Ｂを塗布する。そして、基板１１をＹ方向に沿って往復移動させることで、多心光ファイバ１０が、接着剤Ｂによりフェルール５の中央部１３に対して固定される。図１に示すように基板１１をフェルール５の開口部１６内に配置して、基板１１とフェルール５の間にさらに接着剤を塗布して固定することで、光デバイス１の製造が完了する。

次に、図１１〜図１４を参照して、上述した基板１１の複数のＶ溝３０の好ましい形状例を説明する。

一般に基板に形成されているＶ溝は、全長にわたって同じ大きさの断面形状を有している。しかし、本発明の実施形態の基板１１では、Ｖ溝３０は、図１１に示すような特徴的な構造を有している。

図１１は、基板１１の複数のＶ溝３０の構造例を示す斜視図であり、図１２は図１１のＸ１方向から見たＶ溝３０の形状を示す平面図である。図１３は、図１１のＭ−Ｍ線から見たＶ溝３０の形状を示す図であり、図１４は、図１１のＮ−Ｎ線から見たＶ溝３０の形状を示す図である。

図１１と図１２に示すように、各Ｖ溝３０は、第１領域１５１と第２領域１５２を有している。第１領域１５１と第２領域１５２は、基板１１の搭載面２２においてＹ方向に沿って連続して形成されており、Ｖ溝３０の第１領域１５１の断面面積は、Ｖ溝３０の第２領域１５２の断面面積に比べて大きく設定されている。第１領域１５１のＹ方向の長さと第２領域１５２のＹ方向の長さは任意に設定できる。

図１３は、図１１と図１２に示すＶ溝３０の第１領域１５１の断面形状例を示し、図１４は、Ｖ溝３０の第２領域１５２の断面形状例を示している。

図１３に示すように、Ｖ溝３０の第１領域１５１はほぼ断面Ｖ字型形状（Ｖ溝断面形状）を有している。図１４に示すように、Ｖ溝３０の第２領域１５２はほぼ断面台形状を有している。特徴的なのは、図１３の第１領域１５１の第１溝部分３０−１の断面面積が、図１４の第２領域１５２の第２溝部分３０−２の断面面積に比べて大きく設定されていることである。Ｖ溝３０の第１領域１５１を断面Ｖ字型形状に形成することで、断面台形状に形成することに比べて製作し易い。しかし、Ｖ溝３０の第１領域１５１は断面台形状に形成しても良い。

一方、図１３と図１４に示す蓋部材１２は、別のＶ溝６０を有しており、Ｖ溝６０はほぼ断面台形状を有している。Ｖ溝３０の第１溝部分３０−１の深さと第２溝部分３０−２の深さは、蓋部材１２のＶ溝６０の深さよりも大きい。

Ｖ溝３０の第１溝部分３０−１と第２溝部分３０−２と蓋部材１２のＶ溝６０は、互いに対面した位置においてＹ方向（図１１の紙面垂直方向）に沿って形成されている。多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０の外周面は、各組のＶ溝３０の第２溝部分３０−２と蓋部材１２のＶ溝６０内において固定ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３において、３点支持により安定して確実に固定されている。

図１０の接着剤Ｂは、図１３と図１４に示す光ファイバ７０の外周面と、基板１１側のＶ溝３０の第１溝部分３０−１と蓋部材１２のＶ溝６０の間に形成されている空間と、第２溝部分３０−２と蓋部材１２のＶ溝６０の間に形成されている空間に広がって配置される。また、図１０の接着剤Ｂは、図１３と図１４に示す基板１１の搭載面２２と蓋部材１２の内面５９との間にも広がって配置される。

基板１１の各Ｖ溝３０の構造を、図１１〜１４に示すように第１領域１５１と第２領域１５２に分けて特徴的な形状に形成することで、すでに図８と図９を参照して説明した接着剤Ｂは、図１２に示す第１溝部分３０−１の接着剤導入部分１６０から第１溝部分３０−１内に導入されて、毛細管現象によりさらに断面面積の小さい第２溝部分３０−２に対してＹ１方向に沿って進んでいく。このように、接着剤Ｂを導入する側の第１領域１５１の第１溝部分３０−１の断面面積が、図１４の第２領域１５２の第２溝部分３０−２の断面面積に比べて大きく設定されていることから、粘性を有する接着剤Ｂがスムーズに短時間で第１領域１５１の第１溝部分３０−１と第２領域１５２の第２溝部分３０−２において全長にわたって広げて配置することができる。

これにより、接着剤Ｂは蓋部材１２と基板１１の間において、Ｖ溝３０に沿ってスムーズに確実に配置でき、基板１１に対する蓋部材１２の接着作業を早めることができるので、製造コストを下げることができる。しかも、蓋部材１２は基板１１に対して確実に固定して、多心光ファイバ１０を基板１１側に確実に固定することで、光デバイス１を製造する際の歩留まりが向上できる。

本発明の実施形態の光デバイス１では、複数の光ファイバ７０からなる多心光ファイバ１０と、複数の光素子２１をアレイ状に配置した光素子アレイ２０と、光素子アレイ２０を搭載している搭載面２２を有している。

基板１１の搭載面２２には、多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０の端面１０Ｔを各光素子２１に対応するように位置決めして多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０の端面１０Ｔと各光素子２１とを光結合するためのＶ溝３０を有する。蓋部材１２は、多心光ファイバ１０を基板１１の搭載面２２との間に固定するための部材である。

そして、Ｖ溝３０は、第１溝部分３０−１と第２溝部分３０−２を有しており、第１溝部分３０−１と第２溝部分３０−２は、多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０の長さ方向Ｙに沿って連続して形成されており、第１溝部分３０−１の断面面積は、第２溝部分３０−２の断面面積に比べて大きく設定されている。蓋部材１２は、基板１１の搭載面２２に対して接着剤Ｂを用いて固定されている。これにより、接着剤Ｂを蓋部材１２と基板１１の間においてＶ溝３０に沿って確実に配置して、基板１１に対する蓋部材１２の接着作業を早めることができるので、製造コストを下げることができる。

しかも、蓋部材１２は基板１１に対して確実に固定することで多心光ファイバ１０を基板１１側に確実に固定することで、光デバイス１を製造する際の歩留まりが向上できる。

本発明の実施形態の光デバイス１では、蓋部材１２は板状部材であり、蓋部材１２の内面５９には、基板１１のＶ溝３０に対応する位置に蓋部材Ｖ溝６０が形成されており、多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０は基板１１のＶ溝３０と蓋部材Ｖ溝６０内に収容されて固定されている。これにより、多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０は、基板１１の搭載面２２において蓋部材１２を用いて確実に固定することができる。

本発明の実施形態の光デバイス１では、光素子アレイ２０の複数の光素子２１は、発光素子である。これにより、発光素子が発光する光は、対応する光ファイバ７０の端面を通じて光伝送することができる。

本発明の実施形態の光デバイス１では、Ｖ溝の第１溝部分３０−１は断面Ｖ字型形状であり、第２溝部分３０−２は、断面台形状である。これにより、各光ファイバはＶ溝において確実に安定して固定できる。

本発明の実施形態の光デバイス１では、基板１１には、スリット３５が、蓋部材１２の光素子アレイ２０に面する端面１２Ｔと前記光素子アレイ２０のレーザ射出面２０Ｐとの間の位置において、光素子アレイ２０に平行になるように設けられている。これにより、各光ファイバ７０の端面１０Ｔは、スリッ３５の内壁３６に突き当てて位置決めすることができる。

本発明の実施形態の光デバイス１は、複数の光ファイバ７０からなる多心光ファイバ１０と、複数の光素子２１をアレイ状に配置した光素子アレイ２０と、光素子アレイ２０を搭載している搭載面２２を有している。光デバイス１の基板１１の搭載面２２には、多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０の端面１０Ｔを各光素子２１に対応するように位置決めして多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０の端面１０Ｔと各光素子２１とを光結合するためのＶ溝３０を有する。多心光ファイバ１０を基板１１の搭載面２２との間に固定するための蓋部材１２を備える。

基板１１には、蓋部材１２の光素子アレイ２０に面する端面１２Ｈと光素子アレイ２０との間の位置には、光素子アレイ２０に平行になるように好ましくはスリット３５が設けられ、蓋部材１２は、基板１１の搭載面２２に対して接着剤Ｂを用いて固定される。これにより、光ファイバ７０の端面１０Ｔは、このスリット３５の内壁３６に突き当てることにより光ファイバ７０の端面１０Ｔの位置決めが確実に行える。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。

例えば、光素子アレイ２０の複数の発光素子２１は一例としてレーザダイオードであるが、発光素子に代えて受光素子である例えばフォトダイオードであっても良い。

図１１に示す基板１１のＶ溝３０の第１溝部分３０−１と第２溝部分３０−２と、蓋部材１２のＶ溝６０は、断面台形形状に限らず他の形状を採用しても良い。

また、蓋部材１２は板状部材でなく、直方体のようなブロック体であっても良い。スリット３５の断面形状は矩形断面形状に限らず、他の形状であっても良い。スリット３５Ｈ、基板１１の搭載面２２に設けなくても良い。図１２おいて、蓋部材１２の後端部１２Ｄの位置は、Ｖ溝の第１溝部分３０−１と第２溝部分３０−２の境界接続部分にあるが、これに限らず、例えば蓋部材１２の後端部１２Ｄの位置は、第２溝部分３０−２の上にあっても良い。

本発明の好ましい実施形態を示す斜視図である。 基板の単体の形状例を示す図である。 組み立て前のフェルールと多心光ファイバと基板を示す図である。 多心光ファイバの先端部を基板のＶ溝に沿って初期の位置合わせした状態を示す図である。 多心光ファイバの先端部が光素子アレイの各発光素子に対面する位置に位置決めされた状態を示す図である。 基板に蓋部材が搭載された状態を示す図である。 図６のＸ１方向から見た基板と蓋部材と多心光ファイバと光素子アレイを示す図である。 基板と蓋部材の間に接着剤Ｂを塗布する直前の状態を示す図である。 接着剤Ｂを塗布し終わった状態を示す図である。 屈折率整合剤を塗布した状態を示す図である。 基板の複数のＶ溝の構造例を示す斜視図である。 図１１のＸ１方向から見たＶ溝の形状を示す平面を示す図である。 図１１のＭ−Ｍ線から見たＶ溝の形状を示す図である。 図１１のＮ−Ｎ線から見たＶ溝の形状を示す図である。

符号の説明

１ 光デバイス
５ フェルール
１０ 多心光ファイバ
１２ 蓋部材
１６ フェルールの開口部
２０ 光素子アレイ
２０Ｐ 光素子アレイの光射出端面
２２ 基板の搭載面
３０ 基板のＶ溝
３０−１Ｖ溝の第１領域の第１溝部分
３０−２Ｖ溝の第２領域の第２溝部分
３５ スリット
３６，３７ スリットの内壁
４４ 封止剤
５９ 蓋部材の内面
６０ 蓋部材のＶ溝
７０ 多心光ファイバの各光ファイバ
１５１ Ｖ溝の第１領域
１５２ Ｖ溝の第２領域
１６０ 接着剤導入部分
Ｂ 接着剤

Claims (5)

1. 複数の光ファイバからなる多心光ファイバと、
   複数の光素子をアレイ状に配置した光素子アレイと、
   前記光素子アレイを搭載している搭載面を有しており、前記搭載面には、前記多心光ファイバの各前記光ファイバの端面を前記各光素子に対応するように位置決めして前記多心光ファイバの各光ファイバの端面と前記各光素子とを光結合するためのＶ溝を有する基板と、
   前記多心光ファイバを前記基板の前記搭載面との間に固定するための蓋部材と、を備え、
   前記Ｖ溝の第１溝部分と第２溝部分を有しており、前記第１溝部分と前記第２溝部分は、前記多心光ファイバの各光ファイバの長さ方向に沿って連続して形成されており、前記第１溝部分の断面面積は、前記第２溝部分の断面面積に比べて大きく設定され、
   前記蓋部材は、前記基板の前記搭載面に対して接着剤を用いて固定されていることを特徴とする光デバイス。
2. 前記蓋部材は板状部材であり、前記蓋部材の内面には、前記基板の前記Ｖ溝に対応する位置に蓋部材Ｖ溝が形成されており、前記多心光ファイバの前記各光ファイバは前記基板の前記Ｖ溝と前記蓋部材Ｖ溝内に収容されて固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記光素子アレイの複数の前記光素子は、発光素子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光デバイス。
4. 前記Ｖ溝の前記第１溝部分は断面Ｖ字型形状であり、前記第２溝部分は断面台形状であることを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。
5. 前記基板には、前記蓋部材の前記光素子アレイに面する端面と前記光素子アレイとの間の位置に前記光素子アレイに平行になるようにスリットが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の光デバイス。
   

Images