JP2012233932A - 光サブアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】光モジュールとスリーブ部材とをＪスリーブにより連結してなるもので、スリーブ部材とＪスリーブとを接着する樹脂接着剤の固化時に調心状態が損なわれず且つせん断応力に対する耐性の高いＯＳＡの提供。
【解決手段】ＴＯＳＡは、光電変換素子を内蔵する光モジュールと、光コネクタのフェルールをガイドし光モジュールに対して上記フェルールを整列させるスリーブ部材と、をＪスリーブ４により連結してなる。Ｊスリーブ４は、スリーブ部材との接着面が、紫外線硬化型樹脂接着剤が塗布される平坦な凸部４ｃと、熱硬化型樹脂接着剤が塗布される凹部４ｄで形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光信号を送信及び／又は受信する光通信用の光サブアセンブリに関する。

光通信に用いられる光サブアセンブリ（ＯＳＡ：Optical Sub-Assembly）は、例えば、光コネクタのフェルールをガイドし後述の光モジュールに対して上記フェルールを整列させるスリーブ部材と、電気信号を光信号に変換しスリーブ部材に挿入される上記フェルール内の光ファイバへ送信する光モジュールと、スリーブ部材と光モジュールを連結するジョイントスリーブ（Ｊスリーブ）と、を備える（例えば特許文献１参照）。なお、スリーブ部材とＪスリーブとは位置合わせすなわち調芯された後、紫外線硬化型接着剤により固定される。紫外線硬化型接着剤としては、硬化した時に調芯状態が損なわれないよう、硬化時の収縮量が小さいものが使用される。

特開２００６−１０６６８０号公報

しかし、紫外線硬化型接着剤の収縮量を小さくするには、樹脂材料にフィラーを多く混入する必要があるが、フィラー含有率の高い接着剤は、接着強度が一般的には低い。
接着強度が低いと、ＯＳＡに対してせん断応力が加わったときに、スリーブ部材とＪスリーブとの接着固定部分にダメージが加わりスリーブ部材が外れてしまう虞がある。

本発明は、上述のような実情を鑑み、光モジュールとスリーブ部材とをＪスリーブにより連結してなるもので、スリーブ部材とＪスリーブとを接着する樹脂接着剤の固化時に調心状態が損なわれず、且つ、せん断応力に対する耐性の高いＯＳＡを提供することをその目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光サブアセンブリは、光電変換素子を内蔵する光モジュールと、光コネクタのフェルールをガイドし光モジュールに対して上記フェルールを整列させるスリーブ部材と、をジョイントスリーブにより連結してなるものであって、該ジョイントスリーブにおけるスリーブ部材との接着面が、紫外線硬化型樹脂接着剤が塗布される平坦な凸部と、熱硬化型樹脂接着剤が塗布される凹部で形成されていることを特徴とする。

なお、ジョイントスリーブの凸部は、該凸部の先端の平面がスリーブ部材との接着面の半分以下になるよう形成されているとよい。

また、本発明は、光電変換素子を内蔵する光モジュールと、光コネクタのフェルールをガイドし光モジュールに対して上記フェルールを整列させるスリーブ部材と、をジョイントスリーブにより連結してなる光サブアセンブリの組立方法であって、該ジョイントスリーブが、スリーブ部材との接着面が平坦な凸部と凹部で形成されており、該凸部に紫外線硬化型樹脂接着剤を塗布してスリーブ部材を該凸部の先端面上を摺動することによりフェルールの光ファイバ軸と垂直方向の位置合わせを行い、該位置合わせ後に、ジョイントスリーブとスリーブ部材とを仮固定し、上記凹部により形成されるジョイントスリーブとスリーブ部材の互いの接着面間の隙間に形成される隙間に熱硬化型樹脂接着剤を充填して本固定することを特徴とする。

本発明の光サブアセンブリによれば、ジョイントスリーブを、スリーブ部材との接着面が、紫外線硬化型樹脂接着剤が塗布される平坦な凸部と、熱硬化型樹脂接着剤が塗布される凹部で形成されている為、高い接着強度が得られるだけでなく、スリーブとジョイントスリーブとを固定させた際における段差形状の効果により、光サブアセンブリに付与されるせん断応力でスリーブ部材等が脱落するのを防止することができる。

本発明のＯＳＡの一例の側面図である。 図１のＯＳＡのＪスリーブの斜視図である。 比較例のＪスリーブの斜視図である。 他の比較例のＪスリーブの斜視図である。

本発明のＯＳＡは、光コネクタが接続されるレセプタクル部材と、光電変換を行う光モジュールと、これらを連結するＪスリーブとを備える。本ＯＳＡは、例えば、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）を有する送信用光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitting ＯＳＡ）やフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）を有する受信用光サブアセンブリ（ＲＯＳＡ：Receiving ＯＳＡ）等として構成されるが、以下の説明では、ＴＯＳＡとして構成されたものとする。

図１は、本発明のＴＯＳＡの一例を説明する側面図、図２は、図１のＴＯＳＡに用いられるＪスリーブの斜視図である。
図１のＴＯＳＡ１は、光モジュール２とスリーブ部材３とＪスリーブ４とを備える。

光モジュール２は、電気信号を光信号に変換しスリーブ部材３に挿入される上記フェルール内の光ファイバへ送信するもので、光電変換を行うＬＤをＣＡＮパッケージ２ａ内にＬＤを有する。ＣＡＮパッケージ２ａとは、ＬＤが載置される金属ステム２ｂを、キャップ２ｃで覆って成る筺体である。キャップ２ｃは、ＬＤからの送信光を透過する光学レンズ等の光学窓を、金属製で円筒形状のフレームで支持して成る。ＣＡＮパッケージ２ａ内のＬＤへの電気信号はステム３ｂに設けられているリードピン２ｄを介して入力される。なお、金属ステム２ｂの直径は例えば３.８ｍｍである。
スリーブ部材３は、光コネクタのフェルール（不図示）をガイドし光モジュール２に対して上記フェルールを整列させるもので、金属材料や樹脂部材等で形成される。

本発明の特徴部に関わるＪスリーブ４は、スリーブ部材３と光モジュール２を連結するもので、スリーブ部材３同様に、金属材料や樹脂部材等から形成される。
なお、スリーブ部材３とＪスリーブ４に用いる樹脂材料は、剛性の観点から、フィラーが高充填されたポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）等のエンジニアリングプラスチックが好ましい。また、スリーブ部材３とＪスリーブ４を金属材料（ステンレス合金等）で形成してもよい。

Ｊスリーブ４は、スリーブ部材３に挿着されるフェルールの光ファイバの軸方向すなわち光軸方向から光モジュール２が挿入され固定されるモジュール固定部４ａを一方に有する。モジュール固定部４ａと光モジュール２とは、光モジュール２の周囲に塗布された紫外線硬化型樹脂接着剤により固定する。

また、Ｊスリーブ４は、モジュール固定部４ａとは反対側にスリーブ部材３が固定されるスリーブ固定部４ｂを有し、該スリーブ固定部４ｂは、図２に示すように、スリーブ部材３との接着面に、先端面が平面である凸部４ｃと、凹部４ｄとを有する。ＯＳＡ１では、凸部４ｃの先端平面とスリーブ部材３の底面とを接触させた状態で、スリーブ部材３を凸部４ｃの先端平面上を摺動することにより、光軸と垂直方向の調芯を行う。凸部４ｃとスリーブ部材３とは、調芯後、凸部４ｃの先端平面上に塗布済みの紫外線硬化型樹脂接着剤Ｂにより固定する。この固定を仮固定という。仮固定後は、凹部４ｄにより形成されるＪスリーブ４のスリーブ固定部４ｂとスリーブ部材３の互いの接着面間の隙間Ｇ（図１参照）を熱硬化型樹脂接着剤で充填し、該接着剤で、Ｊスリーブ４とスリーブ部材３とを固定する。この固定を本固定という。

このようにＴＯＳＡ１では、Ｊスリーブ４とスリーブ部材３との固定は、紫外線硬化型樹脂接着剤のみで行うのではなく、Ｊスリーブ４のスリーブ固定部４ｂの凸部４ｃの先端面と光モジュール２の底面との間に塗布された紫外線硬化型樹脂接着剤と、凹部４ｄにより形成されるＪスリーブ４のスリーブ固定部４ｂとスリーブ部材３の互いの接着面間の隙間Ｇを充填する熱硬化型樹脂接着剤とで固定する。特に、紫外線硬化型接着剤を用いた精密固定を実施した後に、熱硬化型接着剤を用いて本固定を行い、更に、後者の接着面積が前者に比べて広くなる為、Ｊスリーブ４とスリーブ部材３との間の接着強度は一般的に高くなる。その結果、ＴＯＳＡ１はせん断応力に対する耐性が高い。尚、仮固定には、硬化時の収縮量が小さい紫外線硬化型樹脂接着剤を用いているので、硬化時に調芯状態が維持することが出来る。

Ｊスリーブ４とスリーブ部材３との固定及びＪスリーブ４と光モジュール２との固定に用いられる紫外線硬化型樹脂接着剤は、例えば、ベース樹脂１００重量部に対して、シリカ・炭酸カルシウム等のフィラーの充填率が４０〜８０重量部と高い接着剤である。ここで、ベース樹脂としては、ビスフェノールＡ／Ｆに官能基（グリシジルエーテル）が縮重合されたプレポリマー、アミン系硬化剤及びカチオン系光重合開始剤等から成る、樹脂粘度が５０００〜１００００ｃｐｓでガラス転移温度が概ね９０℃以上のエポキシ樹脂を採用することが好ましく、中でも、ガラス転移温度が１００℃以上のエポキシ樹脂を採用することがより好ましい。

一方、Ｊスリーブ４とスリーブ部材３との固定に用いられる熱硬化型樹脂接着剤は、例えば、ベース樹脂１００重量部に対して、シリカ・炭酸カルシウム等のフィラーの充填率が１０〜３０重量部な接着剤である。ここで、ベース樹脂としては、ビスフェノールＡ／Ｆに官能基（グリシジルエーテル）が縮重合されたプレポリマー、アミン系硬化剤等から成る、樹脂粘度が１０００〜１００００ｃｐｓであるエポキシ樹脂を採用することが好ましい。

また、Ｊスリーブ４のモジュール固定部４ａは、光モジュール２挿入側の端部にスリット４ｄを有する。該スリット４ｄがあることにより、光モジュール２とモジュール固定部４ａとの固定に用いる紫外線硬化型樹脂接着剤に効果的に紫外線を照射することができる。スリット４ｄは、図２の例のように、複数でＵ字形状であっても良く、また、１つであっても良く、Ｖ字形状等他の形状であっても良い。

次に、ＴＯＳＡ１の組立て方法の一例を説明する。

（第一工程）
Ｊスリーブ４の３つの凸部３ｃの先端平面に、一定量の紫外線硬化型樹脂接着剤（概ね、０.０５〜０.５ｍｇ程度）を塗布する。また、光モジュール外周に、一定量の紫外線硬化型樹脂接着剤（概ね、１.０〜５.０ｍｇ程度）を周状に塗布する。

（第二工程）
スリーブ部材３に光ファイバ付フェルールを挿入した状態で、調心設備の所定位置に固定、同時に光モジュール２を調心設備の通電ソケット内に挿入する。そして、一定量の電流（Ｉｏｐ≒２５ｍＡ）を光モジュール２内部のＬＤに通電する。

（第三工程）
紫外線硬化型樹脂接着剤が周状に塗布された光モジュール２にＪスリーブ４を軽く乗せ、これにより構成される構造体上でスリーブ部材３を摺動させ、ＬＤからの光結合効率が最大になるように位置合わせすなわち調芯を行う。

（第四工程）
これまでの工程によりスリーブ部材３・Ｊスリーブ４・光モジュール２の３部品が一体になった構造体に対して、外部から一定強度（２００ｍＷ）を有する紫外線を一定時間（〜２分）照射し、紫外線硬化型樹脂接着剤を硬化させ、上記３部品を互いに固定する。なお、紫外線光源としては、ハロゲンランプ・水銀ランプ等を使用することができる。

（第五工程）
上記のように固定された上記構造体を調芯設備から取り外し、スリーブ部材３とＪスリーブ４の界面に開いた隙間から熱硬化型樹脂接着剤を塗布した後、所定時間（例えば〜３時間程度）にわたって高温環境下（例えば１２０〜１８０℃程度）に置いて、熱硬化型樹脂接着剤を硬化することによりＴＯＳＡ１が完成する。

（実施例）
上述の方法の第三工程を終了した時点でのＬＤからの光出力（Ｐｉ）を計測し、また、完成した時点でのＬＤからの光出力（Ｐｏ）を計測した。図２のＪスリーブ４を用いたＴＯＳＡ１では、第三工程から完成までにおける損失量（１０×Ｌｏｇ（Ｐｏ／Ｐｉ））すなわちデバイスの組立て時のＰｆ変動が０.５ｄＢ未満であり良好であった。

また、上述の方法で作製したＴＯＳＡ１のスリーブ部材３のフランジ３ａとフランジ３ｂとの間を横荷重試験装置の冶具で固定し、リードピン２ｄを０.３ｋｇｆ程度の力で引っ張り、スリーブ部材３とＪスリーブ４との間にせん断応力が付与されるようにし、この状態で高温高湿（８５℃８５％ＲＨ）環境下に２０００時間投入した。投入後に、スリーブ部材が外れて欠損することがなく、また、投入前後での光結合損失を計測したところ、０.５ｄＢ未満であり良好であった。

（比較例１）
図３は比較例のＪスリーブの斜視図である。
図３のＪスリーブ１０は、スリーブ部材３に挿着されるフェルールの光ファイバの軸方向すなわち光軸方向から光モジュール２が挿入され固定されるモジュール固定部１０ａを一方に有する。モジュール固定部１０ａには、図２のＪスリーブ４と異なり、スリットが形成されていない。
また、Ｊスリーブ１０は、モジュール固定部１０ａとは反対側にスリーブ部材３が固定されるスリーブ固定部１０ｂを有し、該スリーブ固定部１０ｂは、スリーブ部材３との接着面１０ｃに凸部が形成されておらず平面となっている。

図２のＪスリーブ４の代わりにこのＪスリーブ１０を用いて、上述の方法と同様に、ＴＯＳＡを作製した。なお、Ｊスリーブ１０とスリーブ部材３との間には、熱硬化性樹脂接着剤を用いず紫外線硬化型接着剤を用いた。そのため、上述の第五工程は省略された。作製したＴＯＳＡのデバイスの組立て時のＰｆ変動は、紫外線硬化型接着剤の塗布状況に応じて変わり、０.１〜１.０ｄＢであり、０.５ｄＢ以上となる時、すなわち不良となる場合がある。また、デバイスの組立て時のＰｆ変動が０.５ｄＢ未満と良好であった場合でも、せん断応力を付与した状態で高温高湿（８５℃８５％ＲＨ）環境下に２０００時間投入すると、スリーブ部材３が外れてしまった。

（比較例２）
図４は他の比較例のＪスリーブの斜視図である。なお、図２のＪスリーブと同様の部分については同じ参照符号を付すことによりその説明を省略する。
図４のＪスリーブ２０は、モジュール固定部４ａとは反対側にスリーブ部材３が固定されるスリーブ固定部２０ｂを有し、該スリーブ固定部２０ｂは、図４のＪスリーブ４と同様に、スリーブ部材３との接着面に、先端面が平面である凸部２０ｃと凹部２０ｄを有するが、図４のＪスリーブ４とは異なり、凸部２０ｃの先端の平面の総面積がスリーブ部材３との接着面の半分以下となっており、言い換えれば、凸部２０ｃの総面積が凹部２０ｄの総面積より大きくなっている。

図２のＪスリーブ４の代わりにこのＪスリーブ２０を用いて、上述の方法と同様に、ＴＯＳＡを作製した。作製したＴＯＳＡのデバイスの組立て時のＰｆ変動は０.５ｄＢ未満であり良好であったが、せん断応力を付与した状態で高温高湿（８５℃８５％ＲＨ）環境下に２０００時間投入すると、スリーブ部材３が外れてしまった。

１…ＴＯＳＡ、２…光モジュール、３…スリーブ部材、４…Ｊスリーブ、４ａ…モジュール固定部、４ｂ…スリーブ固定部、４ｃ…凸部、４ｄ…スリット。

Claims (3)

1. 光電変換素子を内蔵する光モジュールと、光コネクタのフェルールをガイドし前記光モジュールに対して上記フェルールを整列させるスリーブ部材と、をジョイントスリーブにより連結してなる光サブアセンブリであって、
   前記ジョイントスリーブにおける前記スリーブ部材との接着面が、紫外線硬化型樹脂接着剤が塗布される平坦な凸部と、熱硬化型樹脂接着剤が塗布される凹部で形成されていることを特徴する光サブアセンブリ。
2. 前記ジョイントスリーブの前記凸部は、該凸部の先端の平面が前記スリーブ部材との接着面の半分以下になるよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光サブアセンブリ。
3. 光電変換素子を内蔵する光モジュールと、光コネクタのフェルールをガイドし前記光モジュールに対して上記フェルールを整列させるスリーブ部材と、をジョイントスリーブにより連結してなる光サブアセンブリの組立方法であって、
   前記ジョイントスリーブは、前記スリーブ部材との接着面が平坦な凸部と凹部で形成されており、
   前記凸部に紫外線硬化型樹脂接着剤を塗布して前記スリーブ部材を該凸部の先端面上を摺動することによりフェルールの光ファイバ軸と垂直方向の位置合わせを行い、該位置合わせ後に、前記ジョイントスリーブと前記スリーブ部材とを仮固定し、
   前記凹部により形成される前記ジョイントスリーブと前記スリーブ部材の互いの接着面間の隙間に熱硬化型樹脂接着剤を充填して本固定することを特徴とする光サブアセンブリの組立方法。

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