JP2012108538A

JP2012108538A - 光素子パッケージの製造方法

Info

Publication number: JP2012108538A
Application number: JP2012022356A
Authority: JP
Inventors: Yuji Sato; 勇治佐藤; Kenji Kono; 健治河野; Masaya Nanami; 雅也名波; Nobuhiro Igarashi; 信弘五十嵐
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2012-06-07
Anticipated expiration: 2027-12-10
Also published as: JP5214042B2

Abstract

【課題】気密封止作業の作業性を向上させることができる光素子パッケージの製造方法を提供する。
【解決手段】筐体１２に支持された光ファイバ挿通パイプ１４に、光ファイバ素線からなる光ファイバ素線部１３ｂ、および、光ファイバ素線を被覆する光ファイバ被覆部１３ｃを有する光ファイバ１３を挿通させ、光ファイバ素線部１３ｂと筐体１２に収容された光素子１１とを接着する光ファイバ接着工程と、光ファイバ被覆部１３ｃを保持部材１６によって光ファイバ挿通パイプ１４に仮止め固定する仮止め工程と、光ファイバ素線部１３ｂと光ファイバ挿通パイプ１４との間で筐体１２を気密封止部材１７によって気密封止する封止工程と、光ファイバ挿通パイプ１４に仮止め固定されている光ファイバ被覆部１３ｃを光ファイバ挿通パイプ１４に補強用接着剤１８で補強固定する補強工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、光素子パッケージの製造方法に係り、特に、光ファイバを気密にパッケージ外に引き出す光素子パッケージの製造方法に関する。

近年、高速かつ大容量の光通信システムが実用化されており、このような光通信システムに組み込むための発光素子、受光素子、変調素子などの高速かつ小型な光素子の開発が盛んに進められている。光通信システムにおいては、光素子は２０年を超える期間に渡って安定に動作することが要求される。このため、光素子の劣化を抑制するために、光素子は気密封止される必要がある。

光素子を収容する筐体を有し、光素子と結合された光ファイバを光ファイバ挿通パイプを介して筐体内から引き出す（または内に引き込む）従来の光素子パッケージとしては、光ファイバ挿通パイプの内部で光ファイバを含めてパッケージ内部を気密に封止するものがある（例えば、特許文献１参照）。従来の光素子パッケージの光ファイバ引出し封止部の構造を図７に示す。

図７に示すように、封止部は、（１）予め溶接等によって光ファイバ挿通パイプ１０４が固定された筐体１０２の内部に光素子１０１を接着固定する工程と、（２）一部に金属コート１０３ａが施された光ファイバ素線１０３ｂからなる光ファイバ素線部と、光ファイバ素線１０３ｂに被覆１０３ｃが施されてなる光ファイバ被覆部とを備えた光ファイバ１０３を、光ファイバ挿通パイプ１０４に挿通させ、光ファイバ調芯装置上で、光ファイバ１０３の光ファイバ素線１０３ｂと光素子１０１とを接着剤１０５で接着する工程と、（３）光ファイバ調芯装置上で、光ファイバ挿通パイプ１０４と金属コート１０３ａとの間で半田１０６によって筐体１０２を気密封止する工程と、（４）被覆１０３ｃと光ファイバ挿通パイプ１０４とを補強用接着剤１０７で固定する工程と、（５）蓋部材（図示しない）をシーム溶接等により筐体１０２に固定する工程を経て形成される。

なお、場合によっては、上記工程（２）と工程（３）の間に、光ファイバ調芯装置上で光ファイバ１０３を光素子方向に押し込み、筐体１０２内および光ファイバ挿通パイプ１０４内において光ファイバ１０３に余長を持たせる工程が加わる。

特開平３−２５９１０５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来の光素子パッケージにおいては、光ファイバと光素子の接着後の気密封止作業（上記工程（３））、さらには被覆と光ファイバ挿通パイプとを補強用接着剤で固定する作業（上記工程（４））を光ファイバ調芯装置上で１つの筐体ごとに行うことにより製造されるため、作業性が悪く、例えば、調芯作業と封止作業を複数の筐体に対してまとめて行うことができないという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであって、気密封止作業の作業性を向上させることができる光素子パッケージの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光素子パッケージの製造方法は、筐体に支持された光ファイバ挿通パイプに、光ファイバ素線からなる光ファイバ素線部、および、前記光ファイバ素線を被覆する光ファイバ被覆部を有する光ファイバを挿通させ、前記光ファイバ素線部と前記筐体に収容された光素子とを接着する光ファイバ接着工程と、前記光ファイバ被覆部を保持部材によって前記光ファイバ挿通パイプに仮止め固定する仮止め工程と、前記光ファイバ素線部と前記光ファイバ挿通パイプとの間で前記筐体を気密封止部材によって気密封止する封止工程と、前記光ファイバ挿通パイプに前記仮止め固定されている前記光ファイバ被覆部を前記光ファイバ挿通パイプに補強用接着剤で補強固定する補強工程と、を含むことを特徴とするものである。
この方法により、気密封止作業の作業性を向上させることができる。

また、本発明の光素子パッケージの製造方法は、前記保持部材が紫外線照射により硬化する接着剤であり、かつ、前記気密封止部材が金属封止剤である構成を有していてもよい。

また、本発明の光素子パッケージの製造方法は、前記金属封止剤が半田である構成を有していてもよい。

また、本発明の光素子パッケージの製造方法は、前記仮止め工程において、前記光素子と前記光ファイバ素線部の結合部分と、前記光ファイバ挿通パイプと前記光ファイバ被覆部の前記保持部材による固定箇所との間で前記光ファイバが余長を有するようにして前記仮止め固定を行う方法を有している。
この方法により、光素子と光ファイバの結合特性が環境温度の変化の影響を受けなくなるため、使用可能な環境温度範囲が拡大された光素子パッケージを製造することができる。

また、本発明の光素子パッケージの製造方法は、前記光ファイバ接着工程および前記仮止め工程を光ファイバ調芯装置上で行い、前記封止工程と前記補強工程とを前記光ファイバ調芯装置外で行うものである。
この方法により、気密封止作業の作業性を向上させることができる。

本発明は、光ファイバ挿通パイプにおける気密封止作業に先立って、光ファイバ被覆部を光ファイバ挿通パイプに仮止め固定することにより、光ファイバ被覆部と光ファイバ挿通パイプとを補強用接着剤で固定する作業までを光ファイバ調芯装置上で行う必要がなく、気密封止作業の作業性を向上させることができるという効果を有する光素子パッケージの製造方法を提供することができるものである。

本発明の第１の実施形態の光素子パッケージの断面図および分解斜視図本発明の光素子パッケージの製造方法の光素子接着工程および光ファイバ準備工程を示す断面図本発明の光素子パッケージの製造方法の光ファイバ接着工程および仮止め工程を示す断面図本発明の光素子パッケージの製造方法の封止工程および補強工程を示す断面図本発明の第２の実施形態の光素子パッケージの断面図本発明の参考実施形態としての第３の実施形態の光素子パッケージの断面図従来の光素子パッケージの光ファイバ引出し封止部の構造を示す断面図

以下、本発明に係る光素子パッケージの実施形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
本発明に係る光素子パッケージの第１の実施形態を図１に示す。図１（ａ）は光素子パッケージ１の断面図、図１（ｂ）は光素子パッケージ１の構成を示す分解斜視図である。

即ち、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、第１の実施形態の光素子パッケージ１は、光素子１１を収容する筐体１２と、一部に金属コート１３ａが施された光ファイバ素線１３ｂからなる光ファイバ素線部、および、光ファイバ素線１３ｂを被覆１３ｃによって被覆する光ファイバ被覆部を有し、光素子１１と光結合する光ファイバ１３と、筐体１２の少なくとも１側面から延伸し、筐体１２内に光ファイバ１３を挿通させるための光ファイバ挿通パイプ１４とを備える。

そして、詳細は後述するが、光ファイバ挿通パイプ１４と光ファイバ１３の金属コート１３ａとの間で、気密封止部材としての半田１７によって筐体１２が気密封止され、光ファイバ１３の被覆１３ｃが光ファイバ挿通パイプ１４において保持部材としての速乾性接着剤１６によって仮止め固定される。

図１に示した光素子１１は、例えば導波路型ＬＮ光変調器チップである。ＬＮ光変調器チップは、電気光学効果を有する強誘電体であるＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）基板にＴｉ等を熱拡散させて基板表面に相対的に高屈折率の光導波路を形成し、さらに基板上にマイクロ波を伝播させるマイクロ波伝播導波路（例えばコプレーナ線路）を形成し、光導波路を伝播する光波にマイクロ波による電界を作用させて、電気光学効果によって変調を行う光素子である。

筐体１２は、ステンレス（ＳＵＳ）やコバール等の金属材料などで構成され、例えば導波路型ＬＮ光変調器チップなどの光素子１１を内部に固定するものである。

光ファイバ１３は、光波を閉じ込め伝播させるコアを有する光ファイバ素線１３ｂと、光ファイバ素線１３ｂを包み込んで素線への傷を保護するとともに、光ファイバ自体の強度を補強するためのナイロンなどの被覆１３ｃを含む。

また、光ファイバ１３の金属コート１３ａとしては、半田の濡れ性を向上させるためにメッキ法や蒸着法によって形成されるＡｕなどの金属コートが用いられる。

以下、本発明に係る光素子パッケージの製造方法について、図面を用いて説明する。

本発明に係る光素子パッケージの製造方法は、図２〜図４に示すように、（１）光素子１１を筐体１２の内部に接着固定する光素子接着工程と、（２）光ファイバ１３の所定箇所の被膜を除去し、所定箇所に金属コートを施す光ファイバ準備工程と、（３）光ファイバ調芯装置上で光ファイバ１３を筐体１２に固定された光ファイバ挿通パイプ１４内に挿通させ、光ファイバ１３の光ファイバ素線１３ｂと筐体１２に固定された光素子１１とを接着剤１５によって接着する光ファイバ接着工程と、（４）光ファイバ１３の被覆１３ｃを光ファイバ挿通パイプ１４に速乾性接着剤１６によって仮止め固定する仮止め工程と、（５）光ファイバ挿通パイプ１４と光ファイバ１３の金属コート１３ａとの間に、気密封止部材として金属封止剤である融解した半田１７を流し込んで筐体１２を気密封止する封止工程と、（６）光ファイバ１３の被覆１３ｃと光ファイバ挿通パイプ１４とを補強用接着剤１８で固定する補強工程とを含む。

即ち、上記の光素子接着工程（１）においては、光ファイバ挿通パイプ１４が予め溶接等によって固定された筐体１２の内部に光素子１１を接着固定する（図２（１））。

光ファイバ準備工程（２）においては、光ファイバ１３の所定箇所の被膜を除去し、その被膜を除去した箇所に、半田の濡れ性を向上させるためにＡｕなどでメタライズ（金属コート）を行う（図２（２））。

光ファイバ接着工程（３）においては、光素子１１が接着固定された筐体１２を光ファイバ調芯装置に固定し、光ファイバ１３を光ファイバ挿通パイプ１４に挿通させて筐体１２内に引き込んで光素子１１の端面１１ａに近接させる。光軸調芯を行い端面１１ａと光ファイバ１３の光ファイバ素線１３ｂとを十分な光結合が得られる位置に調整し、この状態で光ファイバ素線１３ｂと端面１１ａとを接着剤１５で接着固定する（図３（３））。

なお、通常は光ファイバ素線１３ｂと端面１１ａとの接続面積を増やすために、光ファイバ素線１３ｂの先端にガラス製のビーズ形状の補強部材（図示しない）が取り付けられる。また、光ファイバ挿通パイプ１４の内部で、後述の封止工程（５）において半田によって気密封止される箇所に予めＡｕなどの金属コートを施しておいてもよい。

仮止め工程（４）においては、光ファイバ１３の被覆１３ｃを光ファイバ挿通パイプ１４にＵＶ硬化接着剤などの速乾性接着剤１６で仮止め固定する（図３（４））。なお、筐体１２が光ファイバ挿通パイプを複数有する場合は、それぞれの光ファイバ挿通パイプに対して光ファイバ接着工程（３）および仮止め工程（４）を繰り返す。そして、光ファイバ接着工程（３）および仮止め工程（４）を全て経た後の筐体１２を光ファイバ調芯装置から取り外す。

封止工程（５）においては、半田ごて、高周波加熱器、レーザなどを用いて金属封止剤としての半田を融解し、光ファイバ１３の金属コート１３ａと光ファイバ挿通パイプ１４との間で半田１７によって筐体１２を気密封止する（図４（５））。

補強工程（６）においては、光ファイバ１３と光ファイバ挿通パイプ１４を高信頼性の光部品として要求される光ファイバの引張試験の指針である１ｋｇｆ以上を十分に満足させるため、被覆１３ｃと光ファイバ挿通パイプ１４をエポキシ系などの補強用接着剤１８で補強固定する（図４（６））。

最後に、図１（ｂ）に示した蓋部材２０をシーム溶接等により筐体１２に固定して、光素子パッケージ１が完成する。

以上説明したように、第１の実施形態の光素子パッケージは、光ファイバ挿通パイプにおける気密封止作業に先立って、光ファイバ被覆部を光ファイバ挿通パイプに仮止め固定することにより、調芯作業を終えた後の筐体を光ファイバ調芯装置から取り外すことができるため、気密封止作業の作業性を向上させることができる。

具体的に言えば、例えば複数個の光素子パッケージに対して光ファイバ調芯装置で仮止め工程まで行った後、その仮止め工程を経た複数個の光素子パッケージに対して光ファイバ調芯装置外で封止工程および補強工程をまとめて行うことができ、作業性を向上させることができる。また、当該封止工程および補強工程時には光ファイバ調芯装置は空き状態であるので、別の複数個の光素子パッケージに対して仮止め工程まで上記複数個の光素子パッケージの封止工程等と並行して行うことができ、生産性の効率化も図ることができる。

（第２の実施形態）
本発明に係る光素子パッケージの第２の実施形態を図５に示す。本実施形態では、光素子１１と光ファイバ素線１３ｂとの結合部分と、光ファイバ挿通パイプ１４と被覆１３ｃとの速乾性接着剤１６による固定箇所との間で光ファイバ１３に図５の断面図に示すような余長を持たせる。その他の構成に関しては、第１の実施形態と同様である。

また、第２の実施形態の光素子パッケージ２の製造方法は、仮止め工程において、光ファイバ１３の被覆１３ｃを光ファイバ挿通パイプ１４に速乾性接着剤１６で仮止め固定する際に、光素子１１と光ファイバ素線１３ｂとの結合部分と、光ファイバ挿通パイプ１４と被覆１３ｃとの速乾性接着剤１６による固定箇所との間で光ファイバ１３に図５に示すような余長を持たせる点を除いて、第１の実施形態と同様である。

一般に、金属からなる筐体の線膨張係数は、石英ガラス等からなる光ファイバの線膨張係数より大きい。しかしながら、室温での封止作業時に上記のように光ファイバに余長を持たせることにより、環境温度が上昇したとしても光ファイバが切断されることがなく、逆に環境温度が低下したとしても余長が僅かに増えるだけであり、光ファイバと光素子の結合状態は大きく変化しない。このため、光ファイバの破断を防ぐことができ、光素子パッケージの使用可能な環境温度範囲が拡大される。

以上説明したように、第２の実施形態の光素子パッケージは、第１の実施形態に記載の効果に加えて、光ファイバに余長を持たせることにより、環境温度の変化に依存しない良好な接続特性を得ることができる。

（第３の実施形態）
本発明に係る光素子パッケージの参考実施形態としての第３の実施形態を図６に示す。

即ち、図６の断面図に示すように、第３の実施形態の光素子パッケージ３は、光素子１１を収容する筐体１２と、光ファイバ素線３３ａからなる光ファイバ素線部と、光ファイバ素線３３ａに被覆３３ｂが施されてなる光ファイバ被覆部とを備え、光素子１１と光結合する光ファイバ３３と、筐体１２の少なくとも１側面から延伸し、筐体１２内に光ファイバ３３を挿通させるための光ファイバ挿通パイプ１４とを備える。

そして、気密封止部材としての樹脂封止剤３１によって、光ファイバ挿通パイプ１４と光ファイバ３３の光ファイバ素線３３ａとの間で、筐体１２が気密封止されるとともに、光ファイバ３３の被覆３３ｂが光ファイバ挿通パイプ１４において補強固定される。

また、第３の実施形態の光素子パッケージ３の製造方法は、（１）光素子１１を筐体１２の内部に接着固定する光素子接着工程（図示せず）と、（２）光ファイバ調芯装置上で光ファイバ３３を筐体１２に固定された光ファイバ挿通パイプ１４内に挿通させ、光ファイバ３３の光ファイバ素線３３ａと筐体１２に固定された光素子１１とを接着剤１５によって接着する光ファイバ接着工程（図示せず）と、（３）光ファイバ３３の被覆３３ｂを光ファイバ挿通パイプ１４に速乾性接着剤１６によって仮止め固定する仮止め工程（図示せず）と、（４）樹脂封止剤３１によって、光ファイバ挿通パイプ１４と光ファイバ３３の光ファイバ素線３３ａとの間で筐体１２を気密封止するとともに、光ファイバ３３の被覆３３ｂを光ファイバ挿通パイプ１４において補強固定する封止工程（図示せず）とを含む。

即ち、第３の実施形態の光素子パッケージ３の製造方法においては、光ファイバ挿通パイプ１４内での封止作業を半田封止などの金属封止法から樹脂封止法に変更したことにより、半田の濡れ性を向上させるための金属コートが不必要となる。このため、光素子パッケージの製造に要するコストが低減される。さらに、樹脂封止剤として接着強度が十分な樹脂封止剤を選択することにより、封止作業と光ファイバの光ファイバ挿通パイプでの補強を同時に行うことができるため、さらにコストを低減することができる。

なお、光素子１１と光ファイバ素線３３ａとの結合部分と、光ファイバ挿通パイプ１４と被覆３３ｂとの速乾性接着剤１６による固定箇所との間で光ファイバ３３に余長を持たせてもよい。

以上説明したように、第３の実施形態の光素子パッケージは、第１の実施形態に記載の効果に加えて、気密封止部材として樹脂封止剤を用いることにより、光素子パッケージの製造に要するコストを低減することができる。

なお、上述の実施形態では、光素子として導波路型電気光学素子であるＬＮ変調器を例にとって説明を行ったが、本発明の光素子パッケージが収容する光素子はＬＮ変調器に限定されるものではなく、半導体レーザ（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）などの光ファイバとの結合を要する光素子全般に適用可能である。

また、光素子の端面と光ファイバ素線との接着固定、被覆と光ファイバ挿通パイプの仮止め固定および補強固定では同一の接着剤を用いてもよいし、適材適所で有効な接着剤を用いてもよいことは言うまでもない。

１、２、３光素子パッケージ
１１光素子
１２筐体
１３、３３光ファイバ
１３ｂ、３３ａ光ファイバ素線
１３ｃ、３３ｂ被覆
１４光ファイバ挿通パイプ
１６速乾性接着剤
１７半田
３１樹脂封止剤

Claims

筐体に支持された光ファイバ挿通パイプに、光ファイバ素線からなる光ファイバ素線部、および、前記光ファイバ素線を被覆する光ファイバ被覆部を有する光ファイバを挿通させ、前記光ファイバ素線部と前記筐体に収容された光素子とを接着する光ファイバ接着工程と、
前記光ファイバ被覆部を保持部材によって前記光ファイバ挿通パイプに仮止め固定する仮止め工程と、
前記光ファイバ素線部と前記光ファイバ挿通パイプとの間で前記筐体を気密封止部材によって気密封止する封止工程と、
前記光ファイバ挿通パイプに前記仮止め固定されている前記光ファイバ被覆部を前記光ファイバ挿通パイプに補強用接着剤で補強固定する補強工程と、を含むことを特徴とする光素子パッケージの製造方法。
前記保持部材が紫外線照射により硬化する接着剤であり、かつ、前記気密封止部材が金属封止剤である請求項１に記載の光素子パッケージの製造方法。
前記金属封止剤が半田である請求項２に記載の光素子パッケージの製造方法。
前記仮止め工程において、前記光素子と前記光ファイバ素線部の結合部分と、前記光ファイバ挿通パイプと前記光ファイバ被覆部の前記保持部材による固定箇所との間で前記光ファイバが余長を有するようにして前記仮止め固定を行う請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光素子パッケージの製造方法。
前記光ファイバ接着工程および前記仮止め工程を光ファイバ調芯装置上で行い、前記封止工程と前記補強工程とを前記光ファイバ調芯装置外で行う請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光素子パッケージの製造方法。