JP2016053679A - 光ファイバの接続構造、光ファイバホルダおよび光ファイバの接続方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】導波路チップの表面に設けた光入出力部と光ファイバとの接続が容易な光ファイバの接続構造、光ファイバホルダおよび光ファイバの接続方法を提供する。
【解決手段】光ファイバの接続構造であって、光入出力部16を表面に配置した導波路チップ12と、導波路チップ12に固定される光ファイバホルダ15であって、光入出力部16に先端を接触させるテープファイバ8の光ファイバを保持する保持部23と、光ファイバが挿通される孔を有する支持部24であり、保持部23から離間して保持部23よりも光ファイバの先端側に配置される支持部24と、を有する光ファイバホルダ15と、を備える。
【選択図】図7
【解決手段】光ファイバの接続構造であって、光入出力部16を表面に配置した導波路チップ12と、導波路チップ12に固定される光ファイバホルダ15であって、光入出力部16に先端を接触させるテープファイバ8の光ファイバを保持する保持部23と、光ファイバが挿通される孔を有する支持部24であり、保持部23から離間して保持部23よりも光ファイバの先端側に配置される支持部24と、を有する光ファイバホルダ15と、を備える。
【選択図】図7
Description
本願は、光ファイバの接続構造、光ファイバホルダおよび光ファイバの接続方法に関する。
サーバやスーパーコンピュータの分野では、信号の伝送速度の高速化が求められている。そこで、近年では、電気配線よりも高速な伝送を実現できる技術として、光インターコネクションが提案されている。光インターコネクションは、光を使った配線技術であり、高周波領域での損失が大きく十分な帯域が取れない従来の電気配線に代わる技術である。光インターコネクションは、光トランシーバと呼ばれる部品をLSI(Large Scale Integration)の周囲に配置し、電気信号を一旦光信号に変換して送信し、別のLSI周辺の
光トランシーバで受信後に電気信号に戻すものである。
光トランシーバで受信後に電気信号に戻すものである。
光トランシーバとしては、例えば、特許文献1に開示されているように、シリコンフォトニクスと呼ばれる光要素部品を基板上に形成する技術を用い、電気信号を光信号に変換するものが提案されている。シリコンフォトニクスと繋がる光ファイバは、シリコンフォトニクスを形成した基板に光ファイバホルダで直接接続される形になる。また、光ファイバを収容する光ファイバホルダが、基板上に設けられた回析格子の出射角度に応じた角度で基板に搭載される形になる。
光入出力部を表面に設けた導波路チップに光ファイバを実装する場合、光ファイバと光入出力部との位置合わせが行われる。位置合わせの手法としては、例えば、光ファイバと光入出力部との位置関係を変化させて光の強度が最大となる位置関係を特定する実装技術(アクティブアライメント)が考えられる。光軸の位置を合わせる作業は、例えば、端部を光入出力部に突き合わせた状態の光ファイバを導波路チップの表面上でスライドさせながら光の強度が増大する箇所を探れば済むので、位置合わせが比較的容易である。一方、光ファイバの端部が光入出力部を突くように光ファイバと回析格子とを位置合わせするには、光ファイバ端部の長さの調整作業を伴う場合があり、光軸の位置合わせよりも煩わしい。
そこで、本願は、導波路チップの表面に設けた光入出力部と光ファイバとの接続が容易な光ファイバの接続構造、光ファイバホルダおよび光ファイバの接続方法を提供する。
本願は、次のような光ファイバの接続構造を開示する。
光入出力部を表面に配置した導波路チップと、
前記導波路チップに固定される光ファイバホルダであって、前記光入出力部に先端を接触させる光ファイバを保持する保持部と、前記光ファイバが挿通される孔を有する支持部であり、前記保持部から離間して前記保持部よりも前記光ファイバの先端側に配置される
支持部と、を有する光ファイバホルダと、を備える、
光ファイバの接続構造。
光入出力部を表面に配置した導波路チップと、
前記導波路チップに固定される光ファイバホルダであって、前記光入出力部に先端を接触させる光ファイバを保持する保持部と、前記光ファイバが挿通される孔を有する支持部であり、前記保持部から離間して前記保持部よりも前記光ファイバの先端側に配置される
支持部と、を有する光ファイバホルダと、を備える、
光ファイバの接続構造。
また、本願は、次のような光ファイバホルダを開示する。
光入出力部を表面に配置した導波路チップに固定される光ファイバホルダであって、
前記光入出力部に先端を接触させる光ファイバを保持する保持部と、
前記光ファイバが挿通される孔を有する支持部であり、前記保持部から離間して前記保持部よりも前記光ファイバの先端側に配置される支持部と、を備える、
光ファイバホルダ。
光入出力部を表面に配置した導波路チップに固定される光ファイバホルダであって、
前記光入出力部に先端を接触させる光ファイバを保持する保持部と、
前記光ファイバが挿通される孔を有する支持部であり、前記保持部から離間して前記保持部よりも前記光ファイバの先端側に配置される支持部と、を備える、
光ファイバホルダ。
また、本願は、次のような光ファイバの接続方法を開示する。
光入出力部を表面に配置した導波路チップに、前記導波路チップに固定される光ファイバホルダであって、前記光入出力部に先端を接触させる光ファイバを保持する保持部と、前記光ファイバが挿通される孔を有する支持部であり、前記保持部から離間して前記保持部よりも前記光ファイバの先端側に配置される支持部と、を有する光ファイバホルダを固定する、
光ファイバの接続方法。
光入出力部を表面に配置した導波路チップに、前記導波路チップに固定される光ファイバホルダであって、前記光入出力部に先端を接触させる光ファイバを保持する保持部と、前記光ファイバが挿通される孔を有する支持部であり、前記保持部から離間して前記保持部よりも前記光ファイバの先端側に配置される支持部と、を有する光ファイバホルダを固定する、
光ファイバの接続方法。
上記の光ファイバの接続構造、光ファイバホルダおよび光ファイバの接続方法であれば、導波路チップの表面に設けた光入出力部と光ファイバとの接続が容易になる。
以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本開示の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。
図1は、光インターコネクションを用いた半導体パッケージの一例を示した図である。図1(A)は半導体パッケージ1の側面図を示し、図1(B)は半導体パッケージ1の上面図を示している。パッケージ基板2に搭載されたLSI3を備える半導体パッケージ1は、ボード基板4に半田バンプを介して実装されている。LSI3は、LSI3を搭載したパッケージ基板2に設けられた光トランシーバ6を通じて、光ファイバを束ねたテープファイバ8と接続されている。半導体パッケージ1には、LSI3を冷却するヒートシンク5が搭載されている。半導体パッケージ1には、8つの光トランシーバ6が設けられており、8本のテープファイバ8が接続されている。光トランシーバ6は、LSI3と交換
する信号の伝送経路が短距離になるよう、LSI3の周囲に配置されている。光トランシーバ6をLSI3の周囲に配置することにより、パッケージ基板2に形成される電気配線を出来るだけ短距離にすることができる。なお、図1(A)ではヒートシンク5が図示されていたが、図1(B)では、LSI3や光トランシーバ6が見えやすいようにヒートシンク5が省略されている。
する信号の伝送経路が短距離になるよう、LSI3の周囲に配置されている。光トランシーバ6をLSI3の周囲に配置することにより、パッケージ基板2に形成される電気配線を出来るだけ短距離にすることができる。なお、図1(A)ではヒートシンク5が図示されていたが、図1(B)では、LSI3や光トランシーバ6が見えやすいようにヒートシンク5が省略されている。
図2は、光トランシーバ6を示した図である。図2(A)は光トランシーバ6の上面図を示し、図2(B)は図2(A)において符号A−Aで示す線で光トランシーバ6を切断した場合の断面図である。例えば、シリコンフォトニクスと呼ばれるシリコン基板を用い、変調器としてマッハツェンダー型を用いる場合、光トランシーバ6には、サブパッケージ基板7に搭載される光モジュール9やドライバ・アンプ10、光源11が設けられる。そして、光モジュール9には、導波路チップ12の表面に導波路13、導波路13に繋がる変調器・検出器14が形成される。光トランシーバ6は、半田を介してパッケージ基板2に実装されている。よって、LSI3は、パッケージ基板2に形成されている電気配線や、サブパッケージ基板7に形成されているビア、ビアの上下に設けられた半田を経由して光モジュール9に接続されることになる。
変調器・検出器14は、ドライバ・アンプ10によって駆動される。光モジュール9には、テープファイバ8を保持する光ファイバホルダ15が固定される。サブパッケージ基板7に搭載される光源11は、光源11の連続光を導波路チップ12へ導く光ファイバと接続されている。変調器・検出器14によって変調された光(以下、「変調光」という)は、導波路チップ12に形成されている細線の導波路13を通り、導波路13の末端に形成された回折格子で上方に所定の角度で出射される。出射された変調光は、テープファイバ8を所定の角度で保持する光ファイバホルダ15に収容された光ファイバ8aにより、他のLSI近傍に配置された他の光モジュールへ伝送される。他の光モジュールにも回折格子が形成されており、回折格子に入射された変調光は、細線の導波路を通して検出器で検出される。検出された変調光の光信号は電気信号に変換され、トランスインピーダンスアンプ等により増幅され、他のLSIに電気信号として入力される。このような形で光モジュール9を用いた光インターコネクションが実現される。
図3は、光モジュール9の表面の光入出力部を拡大した図である。図3(A)は上面図を示し、図3(B)は図3(A)において符号B−Bで示す線で光入出力部16を切断した場合の断面図である。各導波路13の末端には、光入出力部16を形成する回析格子16aが各々設けられている。そして、光モジュール9の表面には、各回析格子16aを取り囲む壁面17を形成する光ファイバガイド18が設けられている。なお、図3(A)では、4つの回析格子16aを2列に配列した8つの回析格子16aが図示されているが、光モジュール9は8つの回析格子16aを設けたものに限定されるものではない。
図4は、光ファイバホルダ15の一例を示した図である。図4(A)は光モジュール9に対向する面(以下、「嵌合面」という)を示し、図4(B)は光ファイバホルダ15の上面を示し、図4(C)は図4(B)において符号C−Cで示す線で光ファイバホルダ15を切断した場合の断面図である。光ファイバホルダ15は、光モジュール9に形成された8つの回析格子16aに対応して、4本の光ファイバ8aを2列に配列した8芯のテープファイバ8を保持している。テープファイバ8の端部は、被覆が除去されている。そして、レーザ加工によってカットされた各光ファイバ8aの先端面は、光ファイバ8aの長手方向に直交する面に対して10度程度傾いている。この角度は、光入出力部16から出射する光の出射角に応じた角度となっている。各光ファイバ8aの先端面の傾斜角は、光ファイバ8aの先端を回析格子16aの表面を保護する保護層19に押し付けた際に、回析格子16aからの射出角度と一致している。また、各光ファイバ8aの先端は、光ファイバホルダ15から少々(70ミクロン程度)突き出している。光ファイバホルダ15は
、光ファイバ8aの端部側から見て前側に位置する前部ホルダ20と、前部ホルダ20よりも後方に位置する後部ホルダ21の2部品から形成されている。光ファイバホルダ15の導波路チップ12側の面には、光ファイバガイド18と嵌合するリセス22が設けられている。
、光ファイバ8aの端部側から見て前側に位置する前部ホルダ20と、前部ホルダ20よりも後方に位置する後部ホルダ21の2部品から形成されている。光ファイバホルダ15の導波路チップ12側の面には、光ファイバガイド18と嵌合するリセス22が設けられている。
後部ホルダ21には、光入出力部16に先端を接触させる光ファイバ8aを保持する保持部23が形成されている。保持部23は、テープファイバ8の端部が挿入される凹部や、テープファイバ8の端部から突き出ている光ファイバ8aが通る孔を凹部の奥に配した構造を有しており、テープファイバ8が挿入された凹部や光ファイバ8aが挿入された孔に非弾性接着剤が充填される。非弾性接着剤とは、光ファイバ8aに長手方向に沿った力が作用しても光ファイバホルダ15内で光ファイバ8aが動かないようにする接着剤であり、例えば、硬化するとほとんど変形不能な接着剤を適用できる。非弾性接着剤としては、例えば、エポキシあるいはアクリル等を主成分とする接着剤を用いることができる。
前部ホルダ20には、光ファイバ8aが挿通される孔を有する支持部24であり、保持部23から離間して保持部23よりも光ファイバ8aの先端側に配置される支持部24が形成されている。支持部24は、光入出力部16への接触によって座屈する光ファイバ8aの座屈部分の長さ分だけ保持部23から離間して光ファイバ8aの端部側に形成されており、支持部24と保持部23との間に弾性接着剤を充填可能なスペースを形成している。そして、前部ホルダ20には、弾性接着剤が充填されている。弾性接着剤とは、光ファイバ8aに長手方向に沿った力が作用した場合に光ファイバホルダ15内で光ファイバ8aが座屈するのを許容する接着剤であり、例えば、硬化しても変形可能な接着剤を適用できる。弾性接着剤としては、例えば、シリコーン樹脂を主成分とする接着剤を用いることができる。支持部24が有する孔の内径は、少なくとも光ファイバ8aの外径よりも大きければ支障は無いが、光ファイバガイド18の開口部より大きい方が好ましい。支持部24が有する孔の内径が光ファイバガイド18の開口部より大きければ、光ファイバ8aを前部ホルダ20内で座屈させつつ光ファイバ8aの先端部を光入出力部16に高精度に位置合わせすることができる。
図5は、光ファイバホルダ15の実装方法の一例を示した図である。図5では、光ファイバホルダ15を実装する際の光ファイバ8aの状態が判りやすいように、光ファイバホルダ15の内部構造を図示している。光ファイバホルダ15を光入出力部16に接続する際は、まず、光ファイバホルダ15を光ファイバガイド18に上側から嵌め込む(図5の(A)から(B))。図5(B)の段階において、光ファイバ8aの端部は、光ファイバガイド18に収納されておらず、光ファイバガイド18に押し付けられた状態である。そして、光ファイバ8aの端部が光ファイバホルダ15から少々突き出ているため、各光ファイバ8aは、光ファイバホルダ15内で座屈した状態になる。この状態において、光ファイバホルダ15を光ファイバガイド18が形成された導波路チップの表面と平行に摺動させ、光ファイバ8aの端部が光ファイバガイド18の開口部に来ると、座屈している光ファイバ8aの反発力により、光ファイバ8aの端部が光ファイバガイド18の開口部に入る。
図5(C)は、光ファイバガイド18内に光ファイバ8aの端部が挿入された状態を示している。光ファイバ8aの端部が光ファイバガイド18内に挿入された後も、光ファイバ8aは光ファイバホルダ15の内部で僅かに座屈しており、レーザ加工した光ファイバ8aの端面を導波路チップ12上の回析格子16aの保護層19の表面に押し付けた状態を維持する。
図6は、光ファイバガイド18と光ファイバ8aの端部との位置関係の一例を示した模式図である。図6(A)は、光ファイバガイド18の外枠と光ファイバホルダ15のリセ
ス22とを嵌合しただけの粗調整後(図5(B)の状態)の光ファイバ8aと光ファイバガイド18との位置関係を示している。また、図6(B)は、光ファイバホルダ15を摺動させた後(図5(C)の状態)の光ファイバ8aと光ファイバガイド18との位置関係を示している。光ファイバガイド18の外枠と光ファイバホルダ15のリセス22とを嵌合させた後、光ファイバホルダ15を摺動させると、光ファイバ8aの先端が光ファイバガイド18の開口部内に落ちる。そして、光ファイバホルダ15の内部で座屈している光ファイバ8aの復元力により、光ファイバ8aの先端が回析格子16aの保護層19の表面に押し付けられる。光ファイバホルダ15のリセス22や光ファイバ8aの先端面が、光ファイバ8aの長手方向と直交する面に対してやや傾斜しているため、光ファイバ8aの先端は、回析格子16aの保護層19の表面に斜めに押し付けられて光ファイバガイド18の開口部内の壁面に寄った状態になる(例えば、図6(B)では光ファイバ8aの開口部内で左側に寄った状態が図示されている)。光ファイバ8aの先端が回析格子16aの保護層19の表面に押し付けられることにより、光ファイバ8aと回析格子16aとの間の低損失な光接続状態が実現される。また、光ファイバ8aの先端が押し付けられることにより、各光ファイバ8aの長さのばらつきも実質的に解消されるので、光ファイバ8aと回析格子16aとの光接続状態が各光ファイバ8aでばらつくことなく、全ての光ファイバ8aが回析格子16aとの間で低損失な光接続状態が実現できる。なお、図6に示されるように、光ファイバガイド18の開口部は、上面視楕円形になっている。これは、回析格子16aの保護層19の表面に押し付けられた光ファイバ8aの先端が動く範囲を考慮したものである。
ス22とを嵌合しただけの粗調整後(図5(B)の状態)の光ファイバ8aと光ファイバガイド18との位置関係を示している。また、図6(B)は、光ファイバホルダ15を摺動させた後(図5(C)の状態)の光ファイバ8aと光ファイバガイド18との位置関係を示している。光ファイバガイド18の外枠と光ファイバホルダ15のリセス22とを嵌合させた後、光ファイバホルダ15を摺動させると、光ファイバ8aの先端が光ファイバガイド18の開口部内に落ちる。そして、光ファイバホルダ15の内部で座屈している光ファイバ8aの復元力により、光ファイバ8aの先端が回析格子16aの保護層19の表面に押し付けられる。光ファイバホルダ15のリセス22や光ファイバ8aの先端面が、光ファイバ8aの長手方向と直交する面に対してやや傾斜しているため、光ファイバ8aの先端は、回析格子16aの保護層19の表面に斜めに押し付けられて光ファイバガイド18の開口部内の壁面に寄った状態になる(例えば、図6(B)では光ファイバ8aの開口部内で左側に寄った状態が図示されている)。光ファイバ8aの先端が回析格子16aの保護層19の表面に押し付けられることにより、光ファイバ8aと回析格子16aとの間の低損失な光接続状態が実現される。また、光ファイバ8aの先端が押し付けられることにより、各光ファイバ8aの長さのばらつきも実質的に解消されるので、光ファイバ8aと回析格子16aとの光接続状態が各光ファイバ8aでばらつくことなく、全ての光ファイバ8aが回析格子16aとの間で低損失な光接続状態が実現できる。なお、図6に示されるように、光ファイバガイド18の開口部は、上面視楕円形になっている。これは、回析格子16aの保護層19の表面に押し付けられた光ファイバ8aの先端が動く範囲を考慮したものである。
図7は、導波路チップ12に固定された光ファイバホルダ15を示した図である。光ファイバホルダ15は、サブパッケージ基板7に接着剤で固定される。光ファイバホルダ15の固定に用いる接着剤としては、例えば、熱硬化性の接着剤が挙げられる。熱硬化性の接着剤を使う場合、硬化時の接着剤の熱収縮により、光ファイバホルダ15に力が加わり、例えば、図7の矢印で示すように、サブパッケージ基板7に対する光ファイバホルダ15の取付角度や取付位置を僅かにずらしてしまう可能性がある。しかし、本実施形態に係る光ファイバホルダ15は、光ファイバホルダ15内で座屈している光ファイバ8aの復元力で光ファイバ8aの先端を回析格子16aの保護層19の表面に押し付けるので、サブパッケージ基板7に対する光ファイバホルダ15の取付角度や取付位置が僅かにずれても、取付角度や取付位置のずれを吸収できる。また、各光ファイバ8aは、光ファイバホルダ15内で個々に座屈することにより長さのずれを吸収するので、光ファイバホルダ15から突き出ている各光ファイバ8aの突き出し量にばらつきがあっても、光ファイバホルダ15の端面を研磨するなどして各光ファイバ8aの突き出し量を揃えなくてよい。
サブパッケージ基板7の光ファイバガイド18は、例えば、以下のようにして作製することができる。図8は、光ファイバガイド18の作製法を例示した図である。図8の(A)から(E)までの各々に示す左右の図のうちの左側の図は、サブパッケージ基板7の表面のうち光ファイバホルダ15を取り付ける位置を拡大した上面図を示している。また、図8の(A)から(E)までの各々に示す左右の図のうちの右側の図は、図8(A)の左図の符号D−Dの線で切断した場合の断面図を示している。
光ファイバガイド18を作製する場合、シリコンフォトニクスチップの作製用に用意したウェハ25の表面に回析格子16A等の光回路を形成し、次にシリカ等で保護層19を形成する(図8(A)を参照)。そして、回析格子16Aの直上、及び、光ファイバガイド18を形成する部位の周囲をレジスト26で覆う(図8(B)を参照)。レジスト26を形成する際は、例えば、ステッパー等を用いた露光プロセスを用いることにより、パターン形成されたレジスト26を形成することができる。レジスト26を形成した後は、シード・めっき層27を形成する。シード・めっき層27は、例えば、スパッタによって形成したCuやTi等の薄膜を形成し、ウェハ25をメッキ浴内に入れ、CuやNi等の金
属でメッキを施すことにより形成できる(図8(C)を参照)。メッキを施した後は、ウェハ25の表面をレジスト26が露出するまで研磨する。ウェハ25の表面の研摩は、例えば、化学機械研磨(CMP)等のプロセスにより実現できる。研磨後のウェハ25の表面の状態を図8(D)に示す。ウェハ25の表面を研磨することにより、パターニングされたレジスト26の表面が露出している状態となっている。ウェハ25の表面を研磨してレジスト26の表面が露出したら、レジスト26を除去する。レジスト26は、例えば、レジスト剥離剤やNMP(N−メチル−2−ピロリドン)等の薬剤を用いてレジスト26を溶解することにより、ウェハ25から除去することができる。レジスト26を除去した後は、リンス、洗浄を入念に行うことにより、所望の光ファイバガイド18が形成される(図8(E)を参照)。
属でメッキを施すことにより形成できる(図8(C)を参照)。メッキを施した後は、ウェハ25の表面をレジスト26が露出するまで研磨する。ウェハ25の表面の研摩は、例えば、化学機械研磨(CMP)等のプロセスにより実現できる。研磨後のウェハ25の表面の状態を図8(D)に示す。ウェハ25の表面を研磨することにより、パターニングされたレジスト26の表面が露出している状態となっている。ウェハ25の表面を研磨してレジスト26の表面が露出したら、レジスト26を除去する。レジスト26は、例えば、レジスト剥離剤やNMP(N−メチル−2−ピロリドン)等の薬剤を用いてレジスト26を溶解することにより、ウェハ25から除去することができる。レジスト26を除去した後は、リンス、洗浄を入念に行うことにより、所望の光ファイバガイド18が形成される(図8(E)を参照)。
光ファイバホルダ15は、例えば、以下のようにしてテープファイバ8に取り付けることができる。図9は、光ファイバホルダ15の取付方法を例示した図である。例えば、射出成型によって製作した光ファイバホルダ15に、先端の被覆を除去したテープファイバ8を後部ホルダ21側から挿入する。そして、光ファイバホルダ15の前部ホルダ20側から突き出たテープファイバ8の各光ファイバ8aの先端を、光ファイバ8aの長手方向に対して所望の角度に傾けたレーザ光で切り揃える(図9(A)を参照)。次に、平らな面を有する治具28を、所望の角度に切り揃えた各光ファイバ8aの先端面に押し当てて、光ファイバホルダ15からの各光ファイバ8aの突き出し量を適宜調整する(図9(B)を参照)。そして、治具28で各光ファイバ8aの突き出し量を調整した状態のまま、光ファイバホルダ15の後部ホルダ21内に非弾性接着剤を充填し、テープファイバ8を後部ホルダ21に固定する(図9(C)を参照)。なお、光ファイバホルダ15の前部ホルダ20と後部ホルダ21が別体の場合、テープファイバ8を後部ホルダ21に固定するついでに、前部ホルダ20を後部ホルダ21に非弾性接着剤で接着してもよい。テープファイバ8を後部ホルダ21に固定した後は、治具28を外し、光ファイバホルダ15の前部ホルダ20内に弾性接着剤を充填する(図9(D)を参照)。後部ホルダ21内に非弾性接着剤が充填される一方、前部ホルダ20内に弾性接着剤が充填されることにより、光ファイバホルダ15から突き出ている各光ファイバ8aの先端面が押されると、前部ホルダ20内で光ファイバ8aが座屈する光ファイバホルダ15が実現されることになる。
なお、光ファイバガイド18や光ファイバホルダ15の寸法は、光ファイバ8aの外径等によるが、例えば、外径が125μmの光ファイバ8aを用いる場合、保護層19の厚さを5μm程度とし、光ファイバガイド18の厚さを30〜50μm程度にすれば、光ファイバ8aが光ファイバガイド18内で座屈しても回析格子16aを保護層19が適切に保護し、また、光ファイバガイド18が光ファイバ8aの先端を開口部内へ適切に導くことができると考えられる。このような寸法の光ファイバガイド18は、レジスト26の形成において露光プロセスを用いれば1μmの精度のものを実現できる。なお、厚さが50μm程度の光ファイバガイド18を形成する場合、光ファイバガイド18を設ける際は、厚さ60μm程度のレジスト26を形成することになる。また、ウェハ25の表面を研磨する際は、レジスト26の表面より10μm程度低い高さまで研摩することになる。
なお、光ファイバホルダ15を射出成型で製作する場合、1μmの寸法および位置精度のものを実現することは技術的に難しく、また、歩留まりも考慮するとコストが非常に高くなってしまう。そこで、例えば、外径が125μmの光ファイバ8aを保持するものを製作する場合には、光ファイバ8aが通る孔の内径を、光ファイバ8aの外径よりも5μm程度大きい130μm程度にしておけば、歩留まりの低下やコストの増大を招くことなく光ファイバホルダ15を製作できる。
また、外径が125μmの光ファイバ8aを用いる場合、光ファイバガイド18がリセス22に嵌った状態の光ファイバホルダ15を導波路チップ12の表面と平行に摺動させ
て、座屈している光ファイバ8aの先端部を光ファイバガイド18の開口部に入るようにするには、光ファイバホルダ15が導波路チップ12の表面と平行に50μm程度摺動できることが好ましい。光ファイバ8aの外径が125μmのシングルモード光ファイバの場合、光ファイバコアの外径は10μm程度なので、中心から50μm程度の摺動であれば光ファイバコアに傷がつかない。光ファイバホルダ15が50μm程度摺動できるようにするには、リセス22に嵌る光ファイバガイド18の外縁の寸法をリセス22より50μm程度小さくしておけばよい。
て、座屈している光ファイバ8aの先端部を光ファイバガイド18の開口部に入るようにするには、光ファイバホルダ15が導波路チップ12の表面と平行に50μm程度摺動できることが好ましい。光ファイバ8aの外径が125μmのシングルモード光ファイバの場合、光ファイバコアの外径は10μm程度なので、中心から50μm程度の摺動であれば光ファイバコアに傷がつかない。光ファイバホルダ15が50μm程度摺動できるようにするには、リセス22に嵌る光ファイバガイド18の外縁の寸法をリセス22より50μm程度小さくしておけばよい。
なお、光ファイバガイド18は、例えば、次のように変形してもよい。図10は、光ファイバガイド18の変形例を示した図である。
光ファイバガイド18の開口部内は、例えば、図10(A)の断面図に示すように壁面が開口方向側へ傾斜しており、テーパ状になっていてもよい。光ファイバガイド18の開口部内の壁面が傾斜していれば、光ファイバ8aを回析格子16aの直上へ導きやすい。開口部内の壁面が傾斜した光ファイバガイド18を形成するには、例えば、回析格子16aの直上を覆う部分のレジスト26を、上側へ向かうに従って拡径する逆テーパ状に形成することで得られる。なお、逆テーパ状のレジストは、露光で作製することも可能であるが、例えば、ナノインプリントの技術で用いられるような、金属鋳型をレジストやレジスト以外の溶解しやすい樹脂層に押し付ければ容易に形成できる。
また、光ファイバガイド18の開口部内は、例えば、図10(B)の断面図に示すように壁面が段階的に形成されており、二層構造の開口部を形成していてもよい。本変形例に係る光ファイバガイド18の開口部は、例えば、上層側の開口部の大きさが光ファイバ8aの外径に対応し、下層側の開口部の大きさが回析格子16aより射出される光路を阻害しない程度(光ファイバのコア程度)に絞られている。光ファイバガイド18の開口部がこのように形成されている場合、光ファイバ8aの先端が保護層19に接触しない。よって、例えば、保護層19が、光ファイバ8aの接触に耐える程度の強度を有しておらず、座屈した光ファイバ8aの復元力で保護層19の表面に傷が生じる可能性が否定できないものであったとしても、保護層19の表面が光ファイバ8aで傷つくことを抑制することが可能である。二層構造の開口部は、例えば、レジスト26を形成する際のメッキおよび研磨工程を、回析格子16aの直上の部分のレジストのサイズを変えながら2回繰り返して積層のレジストを形成した後、シード層27の形成やメッキ浴、ウェハ25表面の研摩等を経れば得ることができる。
なお、光ファイバホルダ15は、例えば、次のように変形してもよい。図11は、光ファイバホルダ15の変形例を示した図である。例えば、光ファイバホルダ15の前部ホルダ20と後部ホルダ21との間をバネ機構や弾性接着剤で伸縮可能にすると、サブパッケージ基板7に対する光ファイバホルダ15の取付角度や取付位置がずれても、取付角度や取付位置のずれを効果的に吸収できる。図11(A)は、光ファイバホルダ15の前部ホルダ20と後部ホルダ21との間にバネ機構29を配置し、前部ホルダ20と後部ホルダ21との間を伸縮可能にしたものを例示している。また、図11(B)は、光ファイバホルダ15の前部ホルダ20と後部ホルダ21とを弾性接着剤で接着し、前部ホルダ20と後部ホルダ21との間を伸縮可能にしたものを例示している。前部ホルダ20と後部ホルダ21との間の伸縮は、光ファイバ8aの外径や光ファイバ8aの先端を切断する際の加工精度にもよるが、例えば、100μm程度伸縮可能であれば、取付角度や取付位置のずれを極めて効果的に吸収できると考えられる。なお、前部ホルダ20と後部ホルダ21との間を弾性接着剤で接着した場合に、光ファイバホルダ15全体の剛性を維持できない場合には、例えば、光ファイバ8aの長手方向に沿った前部ホルダ20と後部ホルダ21との相対移動を許容し、それ以外の相対移動を規制するレールやガイド等の機械構造的な規制手段を設けてもよい。このような規制手段を設ければ、光ファイバホルダ15全体の剛
性を維持しながら、前部ホルダ20と後部ホルダ21との間を埋める弾性接着剤が前部ホルダ20と後部ホルダ21との間の伸縮を可能にすることができる。
性を維持しながら、前部ホルダ20と後部ホルダ21との間を埋める弾性接着剤が前部ホルダ20と後部ホルダ21との間の伸縮を可能にすることができる。
1・・半導体パッケージ:2・・パッケージ基板:3・・LSI:4・・ボード基板:5・・ヒートシンク:6・・光トランシーバ:7・・サブパッケージ基板:8・・テープファイバ:8a・・光ファイバ:9・・光モジュール:10・・ドライバ・アンプ:11・・光源:12・・導波路チップ:13・・導波路:14・・変調器・検出器:15・・光ファイバホルダ:16・・光入出力部:16a・・回析格子:17・・壁面:18・・光ファイバガイド:19・・保護層:20・・前部ホルダ:21・・後部ホルダ:22・・リセス:23・・保持部:24・・支持部:25・・ウェハ:26・・レジスト:27・・シード・めっき層:28・・治具:29・・バネ機構
Claims (13)
- 光入出力部を表面に配置した導波路チップと、
前記導波路チップに固定される光ファイバホルダであって、前記光入出力部に先端を接触させる光ファイバを保持する保持部と、前記光ファイバが挿通される孔を有する支持部であり、前記保持部から離間して前記保持部よりも前記光ファイバの先端側に配置される支持部と、を有する光ファイバホルダと、を備える、
光ファイバの接続構造。 - 前記支持部は、前記光入出力部への接触によって座屈する前記光ファイバの座屈部分の長さ分だけ前記保持部から離間して前記光ファイバの端部側に形成されている、
請求項1に記載の光ファイバの接続構造。 - 前記導波路チップには、前記光入出力部を取り囲む壁面を開口部内に有する光ファイバガイドが設けられている、
請求項1または2に記載の光ファイバの接続構造。 - 前記開口部は、上面視楕円形である、
請求項3に記載の光ファイバの接続構造。 - 前記壁面は、前記開口部の開口方向側へ傾斜している、
請求項3または4に記載の光ファイバの接続構造。 - 前記光ファイバホルダには、前記導波路チップ側の面に前記ファイバガイドと嵌合するリセスが設けられている、
請求項3から5の何れか一項に記載の光ファイバの接続構造。 - 前記支持部が有する孔は、前記開口部よりも大きい内径を有する、
請求項3から6の何れか一項に記載の光ファイバの接続構造。 - 前記光ファイバホルダが保持する前記光ファイバの先端面は、前記光入出力部から出射する光の出射角に応じた角度で傾斜している、
請求項1から7の何れか一項に記載の光ファイバの接続構造。 - 光入出力部を表面に配置した導波路チップに固定される光ファイバホルダであって、
前記光入出力部に先端を接触させる光ファイバを保持する保持部と、
前記光ファイバが挿通される孔を有する支持部であり、前記保持部から離間して前記保持部よりも前記光ファイバの先端側に配置される支持部と、を備える、
光ファイバホルダ。 - 前記支持部は、前記光入出力部への接触によって座屈する前記光ファイバの座屈部分の長さ分だけ前記保持部から離間して前記光ファイバの端部側に形成されている、
請求項9に記載の光ファイバホルダ。 - 前記保持部は、非弾性接着剤で前記光ファイバを保持し、
前記支持部と前記保持部との間には、弾性接着剤が充填されている、
請求項9または10に記載の光ファイバホルダ。 - 光入出力部を表面に配置した導波路チップに、前記導波路チップに固定される光ファイバホルダであって、前記光入出力部に先端を接触させる光ファイバを保持する保持部と、
前記光ファイバが挿通される孔を有する支持部であり、前記保持部から離間して前記保持部よりも前記光ファイバの先端側に配置される支持部と、を有する光ファイバホルダを固定する、
光ファイバの接続方法。 - 前記導波路チップには、前記光入出力部を取り囲む壁面を開口部内に有する光ファイバガイドが設けられ、
前記光ファイバホルダには、前記導波路チップ側の面に前記ファイバガイドと嵌合するリセスが設けられており、
前記導波路チップに前記光ファイバホルダを固定する際は、前記光ファイバホルダのリセスが前記ファイバガイドと嵌合した状態で前記ファイバホルダを前記導波路チップの表面に沿って摺動させ、前記ファイバガイドが保持する前記ファイバの先端を前記ファイバホルダの開口部内に挿入させる、
請求項12に記載の光ファイバの接続方法。
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JP2014180032A JP2016053679A (ja) | 2014-09-04 | 2014-09-04 | 光ファイバの接続構造、光ファイバホルダおよび光ファイバの接続方法 |
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