JP2023052818A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路チップと光ファイバとの接続点に与えられる、光ファイバの変形からの復元力を低減し、接続点での光損失を抑制できる光モジュールの提供。【解決手段】本発明の光モジュールは、キャリアと、キャリアに設けられた光導波路チップと、光導波路チップに光ファイバブロックを介して接続され、湾曲した部分を有するようキャリア上に配置された光ファイバと、キャリア上で、光ファイバに接して配置された壁構造と、キャリアに設けられ、光ファイバの光導波路チップと接続される端部と反対側端部を保持して固定するファイバ保持構造とを備え、壁構造は、光ファイバの湾曲において光導波路チップから最も遠い部分で２つに分けられる光ファイバのうち光導波路チップに接続する側の位置で、かつ、壁構造から光ファイバが受ける抗力により、光導波路チップと光ファイバブロックの光接続部に与えられる光ファイバの復元力を低減させる位置に配置されている。【選択図】図４

Description

本開示は、高周波電気信号及び光信号を伝達および信号処理するための光通信用部品に関し、より詳細には、光ファイバブロックが取り付けられた光ファイバと光導波路チップとの光学接続部に働く応力を低減する構造を持つ、光モジュールに関する。

通信需要の急速な増大を背景として、通信網の大容量化に向けた検討が精力的に行われている。光モジュールに関しても、通信設備の単位体積あたりのビットレート向上を目的とし、機能の高集積化・小型化が強く要求されている。ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ:Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）は、多数の電気的インターフェースを高密度に実現できるため、光モジュールの小型化のためのキー技術である（非特許文献１）。また、ＢＧＡパッケージは、リフロー実装により基板へ実装されるので、従来光モジュールで用いられていた側面出しのピンパッケージやＦＰＣパッケージを半田付けで実装する場合に比べ、実装コストの低減も期待される。

特開２００８－２４４２２３号公報 特開２０１２－５３２１７号公報

H. Tanobe, Y. Kurata, Y. Nakanishi, H. Fukuyama, M. Itoh, and E. Yoshida, "Compact 100Gb/s DP-QPSK integrated receiver module employing three-dimensional assembly technology," OPTICS EXPRESS 22(5), (2014) pp. 6108-6113.

図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、従来の光ファイバ付き光デバイスの上面図と、図１（ａ）のＩＢ-ＩＢ’における断面図である。電子デバイスと異なり、光デバイス１００は、基板１０５上の光導波路チップ１０２及びＩＣチップ１０３と、光信号を入出力するための光ファイバ２００と光導波路チップ１０２とを光学的に結合する光ファイバブロック２０１とを備えることが一般的である。なお、基板１０５の裏面に、ボールグリッドアレイ電極１０１が設けられている場合がある。また、光デバイス１００において、光導波路チップ１０２及びＩＣチップ１０３の上部に、リッド１０４が配置されていてもよい。

光デバイス１００は加熱されると、その形状が変化してしまうため、光ファイバ２００が接続された光デバイス１００をリフロー工程に通すと、光ファイバ２００が炉内で暴れてしまう恐れがある。

そこで、特許文献１のように、光ファイバ２００を光モジュール上でリールに巻いた状態で保持する形態が容易に考えられる。このとき、他の部品への影響を最小限にするため、小さな領域に光ファイバを保持しようとすると、光ファイバを小さな曲率半径（例えば５ｍｍ）を有する空間を形成するように湾曲する必要がある。しかし、図２（ａ）で示すとおり、光ファイバ２００と光導波路チップ１０２との光接続部（作用点１に相当）へ、特許文献２で述べられているような、光ファイバ２００を湾曲することによる復元力が与えられる。この応力が光導波路チップ１０２と光ファイバ２００との光接続部に働くと、この光接続部を固定している接着剤が変形することにより、光接続点の位置関係が移動してしまい、光接続損失が増大するという問題が発生してしまう。なお、光モジュールの他端側を保持する光ファイバ保持機構の部分に光ファイバ２００が押し当てられる部分が作用点２に相当する。

本発明の実施形態にかかる発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光導波路チップと光ファイバとの光学的な接続点に与えられる、光ファイバにおける変形からの復元力を低減し、当該接続点での光損失を抑制することができる光モジュールを提供することである。

本発明の実施形態にかかる発明は、このような課題を解決するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の実施形態にかかる光モジュールの一態様は、キャリアと、前記キャリアに設けられた光導波路チップと、前記光導波路チップに光ファイバブロックを介して接続された光ファイバであって、湾曲した部分を有するよう前記キャリア上に配置された光ファイバと、前記キャリア上で、前記光ファイバに接して配置された壁構造と、前記キャリアに設けられ、前記光ファイバの前記光導波路チップと接続される端部と反対側の端部を保持して固定するファイバ保持構造と、を備えた光モジュールであって、前記壁構造は、前記光ファイバの前記湾曲において前記光導波路チップから最も遠い部分で２つに分けられる前記光ファイバのうち前記光導波路チップに接続する側の位置で、かつ、前記壁構造から前記光ファイバが受ける抗力により、前記光導波路チップと前記光ファイバブロックの光接続部に与えられる前記光ファイバの復元力を低減させる位置に配置されていることを特徴とする。また、前記壁構造は、前記光ファイバが前記湾曲した部分のうちで前記光ファイバブロックにもっとも近い部分、または前記湾曲した部分よりも前記光ファイバブロックに近い部分において、光ファイバが接触する位置に配置されていることを特徴とする。

本発明の実施形態にかかる発明を用いれば、光ファイバを湾曲させたとき、壁構造と接触する部分に光ファイバが接触することにより、光導波路チップと光ファイバとの光学的な接続点に与えられ、光ファイバ変形による復元力を低減し、本接続点の光損失増大を抑制することができる。

（ａ）従来の光ファイバ付き光デバイスの上面図である。（ｂ）従来の光ファイバ付き光デバイスの断面図である。 （ａ）本発明の原理を示す図である。（ｂ）本発明の原理を示す図である。 （ａ）従来の光モジュールの底面図である。（ｂ）従来の光モジュールの側面図である。 （ａ）本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの底面図である。（ｂ）本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの側面図である。 （ａ）本発明の第２の実施形態に係る光モジュールの底面図である。（ｂ）本発明の第２の実施形態に係る光モジュールの側面図である。 （ａ）本発明の第３の実施形態に係る光モジュールの底面図である。（ｂ）本発明の第３の実施形態に係る光モジュールの側面図である。 （ａ）本発明の第４の実施形態に係る光モジュールの底面図である。（ｂ）本発明の第４の実施形態に係る光モジュールの側面図である。 （ａ）本発明の第５の実施形態に係る光モジュールの上面図である。（ｂ）本発明の第５の実施形態に係る光モジュールの側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、図面においては同一の機能を有する部分は同一の番号を付することで、説明の明瞭化を図っている。但し、本発明は以下に示す実施形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施形態１）
図４（ａ）,（ｂ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態による光モジュールの構成を示す底面図と側面図である。本発明の第１の実施形態による光モジュール３００は、光導波路チップ１０２を含む光デバイス１００と、光導波路チップ１０２の端面に接着配置される光ファイバブロック２０１と、光ファイバブロック２０１を介して一端が光導波路チップと光学的に接続された光ファイバ２００と、光ファイバ２００の他端側を保持する光ファイバ保持機構５０１と、光デバイス１００および光ファイバ保持機構５０１がその表面に固定されるキャリア５００とを備える光モジュールであって、光ファイバ保持機構５０１から光ファイバブロック２０１にかけて光ファイバ２００はＵ字状に曲げられて配置され、光ファイバ２００のＵ字状の曲部の外側など（光ファイバの復元力を低減させる位置）に光ファイバ２００に接して壁構造４００がキャリアの表面に形成されている。

図４（ａ）,（ｂ）に示すように、本発明の実施形態１に係る光モジュール３００は、光デバイス１００と、光デバイス１００と光ファイバブロック２０１が取り付けられた光ファイバ２００と、光デバイス１００の上部にリフロー可能な粘着層５０２で固定されたキャリア５００と、キャリア５００の下部に配置された壁構造４００とを含む。

光デバイス１００に含まれる光導波路チップ１０２は光ファイバブロック２０１の光学端面と接着剤で固定され、光ファイバブロック２０１が取り付けられた光ファイバ２００と光学的に接続されている。なお、光導波路チップ１０２は、シリコンフォトニクスチップであってもよい。

本実施形態では、光ファイバ２００は１本であるが、光ファイバ２００は複数本光ファイバブロック２０１に取り付けられており、複数点で光導波路チップ１０２と光学的に接続されても良い。

本実施形態では、壁構造４００はキャリア５００と同一の材料で作製されている。例えば、軽量な金属であるアルミの切削加工で形成することも可能であるし、樹脂で形成されていてもよい。また、壁構造４００はキャリア５００と異なる材料で作製され、キャリア５００に耐熱性接着剤等で固定されていてもよい。

本実施形態では、キャリア５００と光デバイス１００はリフロー可能な粘着層で固定されているが、接着剤等他の方法で固定されていてもよい。

光ファイバ２００は、光ファイバコアを保護するための被覆の材質や形状によっては、強い弾性をもつ。つまり、小さな曲率半径、例えば５ｍｍ程度を有する空間を形成するように湾曲させられると、直線形状に戻ろうとする復元力が働く。図３に示すように壁構造４００が無い構造では、光ファイバ保持機構５０１に光ファイバ２００が押し当てられる部分（作用点２）及び光ファイバブロック２０１と光導波路チップ１０２との接続面１０６（作用点１）の２部分が光ファイバの変形を拘束し、復元力がこの２つの部分に与えられる。この復元力は変形が大きくなるほど大きくなり、光ファイバを小さな領域に保持しようとすればするほど、この復元力は大きくなる。

光ファイバブロック２０１と光導波路チップ１０２との接続面１０６は、接着剤により固定されている。そのため、復元力が接着剤を変形させ、光学的接続位置を移動させてしまい、光接続部で光損失が増大してしまうことがある。

本実施形態の光モジュールでは、図２（ｂ）に示すとおり、変形による復元力は、壁構造４００と光ファイバ２００が接する部分の抗力とつりあう。よって、光導波路チップ１０２と光ファイバブロック２０１の接続面１０６に働く復元力を低減させることができ、光学的接続位置の移動による、光導波路チップ１０２と光ファイバブロック２０１との光接続部での光損失増大を防ぐことが可能となる。

本発明の実施形態にかかる発明を用いれば、図２（ｂ）に示すように、光ファイバを湾曲させたとき、壁構造４００と接触する部分（作用点部３）に光ファイバが接触することにより、光導波路チップ１０２と光ファイバ２００との光学的な接続点に与えられ、光ファイバ２００の変形による復元力を低減し、本接続点の光損失増大を抑制することができる。なお、壁構造４００は、光ファイバ２００が湾曲した部分のうちで光ファイバブロック２０１にもっとも近い部分に配置されている。光デバイス１００から最も遠い箇所で光ファイバ２００の部位を２部分に分けるとすると、概ね光ファイバブロック２０１のある側の部分に壁構造４００が形成されている。

また、本実施形態の光モジュールでは、壁構造４００と光ファイバ２００は接着剤やテープ等では固定されておらず、壁構造４００と物理的に接触しているのみである。本実施形態の光モジュールはＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄ Ａｒｒａｙ）電極１０１を含み、リフロー実装等の高温プロセスによって、別の電子基板に実装されることを想定している。そのため、壁構造４００と光ファイバ２００が例えば接着剤で固定されてしまうと、壁構造４００を含むキャリア５００と光ファイバ２００の熱膨張係数とが一致しない場合、光モジュール３００が高温となる実装プロセス時に光接続部に引っ張りまたは押し込み応力が働き、本光接続部の光損失が増大するおそれがある。そのため、キャリアの材料選定の自由度が低くなり、安価な材料を選択することができなくなってしまう。そのため、本実施形態の光モジュールでは、接着剤で固定されていない例を示した。

（実施形態２）
図５（ａ）,（ｂ）は、それぞれ、本発明の第２の実施形態による光モジュールの構成を示す底面図と側面図である。図５（ａ）,（ｂ）に示すように、本発明の実施形態２に係る光モジュール３００は、実施形態１に示した構成について、壁構造４００が、複数の箇所、例えば、２か所に分割されて配置されたものである。このように、壁構造４００は複数に分割されても、接続面１０６に働く復元力を低減する効果がある。

（実施形態３）
図６（ａ）,（ｂ）は、それぞれ、本発明の第３の実施形態による光モジュールの構成を示す底面図と側面図である。

図６（ａ）,（ｂ）に示すように、本発明の実施形態３に係る光モジュール３００は、実施形態１に示した光モジュール３００の構成とは、壁構造４００の配置が異なる。壁構造４００は、光ファイバ２００が湾曲した部分のうちで光ファイバブロック２０１にもっとも近い部分よりも光ファイバブロック２０１に近い部分において、光ファイバが接触する位置に配置されている。図６に示した部分（光ファイバの直線形状の部分）に壁構造４００を配置したとき、光ファイバ２００は直線形状に戻ろうとする復元力により、壁構造４００に押し当てられる。壁構造４００と光ファイバ２００が接触している部分では、光ファイバは壁構造４００からの抗力を受けるので、本実施形態３の壁構造４００は、光ファイバブロック２０１と光導波路チップ１０２との接続面に働く復元力を低減する効果がある。

（実施形態４）
図７（ａ）,（ｂ）は、それぞれ、本発明の第４の実施形態による光モジュールの構成を示す底面図と側面図である。

図７（ａ）,（ｂ）に示すように、本発明の実施形態４に係る光モジュール３００は、実施形態３に示した構成について、壁構造４００がリッド１０４に配置されている。Ｖ_IIC－Ｖ_IIC´の断面図に示す通り、光ファイバ２００は復元力によりリッド１０４に配置された壁構造４００に押し当てられる。壁構造４００と光ファイバ２００が接触している部分では、光ファイバは壁構造４００からの抗力を受けるので、壁構造４００を用いた光モジュールは、光ファイバブロック２０１と光導波路チップ１０２との接続面に働く復元力を低減する効果がある。

（実施形態５）
図８（ａ）,（ｂ）は、本発明の第５の実施形態による光モジュール３００の構成を示す上面図と側面図である。

図８（ａ）,（ｂ）に示すように、本発明の実施形態５に係る光モジュール３００は、実施形態１に示した構成について、壁構造４００が光デバイス１００の搭載される電子基板６００に配置されているものである。光ファイバ２００は復元力により電子基板６００に配置された壁構造４００に押し当てられる。壁構造４００と光ファイバ２００が接触している部分では、光ファイバは壁構造４００からの抗力を受けるので、壁構造４００は、光ファイバブロックと光導波路チップとの接続面に働く復元力を低減する効果がある。本実施形態の壁構造４００は、光モジュール３００をリフロー実装した後に取り外しができるものでもよい。

本実施の形態では電子基板に壁構造が形成されているが、同様の方法で光導波路チップを搭載した基板１０５に壁構造４００が形成されていてもよい。

Claims (8)

1. キャリアと、
   前記キャリアに設けられた光導波路チップと、
   前記光導波路チップに光ファイバブロックを介して接続された光ファイバであって、湾曲した部分を有するよう前記キャリア上に配置された光ファイバと、
   前記キャリア上で、前記光ファイバに接して配置された壁構造と、
   前記キャリアに設けられ、前記光ファイバの前記光導波路チップと接続される端部と反対側の端部を保持して固定するファイバ保持構造と、
   を備えた光モジュールであって、
   前記壁構造は、前記光ファイバの前記湾曲において前記光導波路チップから最も遠い部分で２つに分けられる前記光ファイバのうち前記光導波路チップに接続する側の位置で、かつ、前記壁構造から前記光ファイバが受ける抗力により、前記光導波路チップと前記光ファイバブロックの光接続部に与えられる前記光ファイバの復元力を低減させる位置に配置されていることを特徴とする、光モジュール。
2. 前記壁構造と、前記光ファイバとは接着剤やテープで前記壁構造に拘束されていないことを特徴とする、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記壁構造は、前記光ファイバが前記湾曲した部分のうちで前記光ファイバブロックにもっとも近い部分、または前記湾曲した部分よりも前記光ファイバブロックに近い部分において、光ファイバが接触する位置に配置されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記壁構造は、複数に分割されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光モジュール。
5. 前記壁構造は、前記光導波路チップ上方のリッドに形成されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光モジュール。
6. 前記壁構造は、前記光導波路チップを搭載した基板に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光モジュール。
7. 前記壁構造は、前記光導波路チップの上部に配置された、前記光ファイバを保持するためのキャリアに形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光モジュール。
8. 前記壁構造は、前記光導波路チップを搭載する電子基板に形成されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光モジュール。

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