JP3274972B2 - 光学素子保持部材の製造方法 - Google Patents

光学素子保持部材の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光コネクタや光モ
ジュール等に用いられる光ファイバや光半導体素子等を
保持するための光学素子保持部材の製造方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光ファイバの保持部材として
複数の溝を備えた基板が用いられている。例えば、図６
（ａ）（ｂ）に示す保持部材１０は、光ファイバ保持用
のＶ字状の溝１３を形成した板状体であって、上記Ｖ字
状の溝１３中に光ファイバ２０の被覆を剥がした素線２
１を並べて保持し、これを蓋体１５で覆って、両者の隙
間にガラス１６を充填して固定すれば、各素線２１は３
点で確実に支持され、複数の光ファイバ２０を高精度に
整列して保持することができる。また、上記光ファイバ
保持用の溝１３の両端部に位置決め用のガイドピンを挿
入するための溝１４を備えておくこともできる（特開昭
６２−２１５２０８号公報等参照）。
【０００３】そして、この保持部材１０の端面１０ａ同
士を当接させて光コネクタとしたり、あるいは保持部材
１０の端面１０ａに光導波路を接続したり、受発光素子
を接続して光モジュールとしたりすることができる。
【０００４】上記保持部材１０及び蓋体１５の材質とし
ては、各種セラミックスやガラスが用いられており、上
記保持部材１０上に精密加工を施すことによって、高精
度に位置決めされた溝１３を形成してある。しかし、保
持部材１０に精密加工を施して溝１３を形成する工程は
非常に手間がかかるため、できるだけ簡単な工程で溝１
３を高精度に加工することが求められている。
【０００５】これに対し、近年、シリコン基板を用い
て、エッチングによりＶ字状の溝を形成することが行わ
れている。これは、図７（ａ）に示すように、所定の結
晶方位となるように作製した単結晶シリコンの板状体か
らなる保持部材１０に、熱酸化膜を形成してマスキング
３１とし、溝１３を形成する部分の熱酸化膜を除去する
ためにレジスト３２をパターニングした後、バッファフ
ッ酸を用いて熱酸化膜をエッチングして開口部３３を形
成する。さらに水酸化カリウム等を用いて異方性エッチ
ングを施すことにより、マスキング３１のない部分のみ
がエッチングされ、しかもシリコンの結晶面にそってＶ
字状にエッチングされ、Ｖ字状の溝１３が形成されるこ
とになる。したがって、エッチング条件を管理すること
により、所定の深さのＶ字状の溝１３を高精度に形成す
ることができる。
【０００６】また、このシリコン製の保持部材１０に
は、図７（ｂ）に示すように、直接受発光素子２２を搭
載して、溝１３に光ファイバ２０を保持して光モジュー
ルを構成することもできる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図７に示すシ
リコン製の保持部材１０では、エッチングを行うために
溝１３の加工に時間がかかるという問題があった。ま
た、エッチングで溝１３を形成するため、深さの異なる
複数の溝１３を同時に形成することができなかった。例
えば図６に示すように、光ファイバ保持用の溝１３とガ
イドピン挿入用の溝１４の二種類を同時に形成すること
ができなかった。さらに、シリコンをエッチングする際
には結晶面に沿ってエッチングが進むため、Ｖ字状にし
か加工できず、角溝や丸溝を形成することができなかっ
た。また、シリコン製の保持部材１０は強度が低いため
補強板が必要であるという不都合もあった。
【０００８】一方、セラミックスやガラスの保持部材１
０では、強度は高いものの、前述したように溝１３の加
工に手間がかかるという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、セラミ
ックス、ガラス、シリコンの一種からなる粉体と溶媒及
び有機性添加物から成るバインダーとの混合物を、隔壁
用の凹部を有する成形型中に充填した後、これらの混合
物をセラミックス、ガラス、シリコンの一種からなる基
板に接合し、同時焼成して一体化することにより複数の
隔壁を形成し、これらの隔壁間の凹部で光ファイバや光
半導体素子等の光学素子を保持するようにして光学素子
保持部材を製造することを特徴とする。
【００１０】即ち、本発明では、基板から溝等の凹部を
削り出すのではなく、基板上の所定位置に隔壁を接合一
体化することによって、これら隔壁の間を光学素子保持
用の凹部としたのである。そのため、エッチングや精密
加工を行う必要がなく、簡単な工程で高精度の凹部を形
成することができる。
【００１１】なお、本発明における光学素子とは、光フ
ァイバや光半導体素子以外に、レンス、フィルタ、ミラ
ー、光アイソレータ、光ファイバを保持するフェルール
などの光学素子全般をいう。また、本発明における凹部
とは、溝に限らず、周囲よりも低くなった形状の部位を
いう。
【００１２】
【００１３】また、本発明によれば、予め用意した隔壁
用の凹部を有する成形型に隔壁用材料の混合物を充填
し、この混合物を基板上に接合一体化することによっ
て、上記成形型の形状がそのまま基板上に転写されるこ
とになる。そのため、予め成形型を高精度に作製してお
けば、隔壁及びその間に形成される凹部を高精度に形成
することが可能となるのである。
【００１４】なお、ここで隔壁と基板を接合一体化する
とは、上記凹部を有する成形型中に混合物を充填し、基
板に密着し固化させた後、離形し焼成する工程や、成形
型に混合物を充填し固化させた後に離形し、その後基板
と密着して焼成する工程や、成形型に混合物を充填し、
固化した後に離形して焼成し、基板に接着または熱圧着
する工程等を含むものである。その他、一般的なガラス
やセラミックスの接合方法を使用することも可能であ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を説明す
る。
【００１６】図１に示す光ファイバ用の保持部材１０
は、光学素子である光ファイバ２０を保持するための凹
部として、複数の溝１３を備えた板状体である。また、
図２に示すように、上記保持部材１０は、セラミック
ス、ガラス、シリコン等からなる基板１１の上面に、セ
ラミックス、ガラス、シリコン等からなる複数の隔壁１
２を接合一体化したものであり、各隔壁１２の間をＶ字
状の溝１３としてある。
【００１７】そして、この溝１３に光ファイバ２０の被
覆を剥がした素線２１を配置し、素線２１の端面と保持
部材１０の端面１０ａが同一面となるようにして、蓋体
１５で覆い、両者の隙間にガラス（不図示）を充填する
ことによって、複数の光ファイバ２０を整列して高精度
に位置決めし、保持することができる。
【００１８】そして、この保持部材１０の端面１０ａ同
士を当接させて光コネクタとしたり、あるいは保持部材
１０の端面１０ａに光導波路を接続したり、受発光素子
を接続して光モジュールとしたりすることができる。
【００１９】このように、本発明の保持部材１０は、溝
１３を精密加工やエッチングで削り出すのではなく、隔
壁１２を形成してその間を溝１３とすることによって、
簡単な工程で高精度の溝１３を形成することができる。
【００２０】次に、本発明の保持部材１０の製造方法を
説明する。
【００２１】まず、図３（ａ）に示すように、隔壁１２
の形状に合致した凹部３０ａを有する成形型３０を用意
し、この成形型３０の凹部３０ａに、隔壁１２を成す材
質としてセラミックス、ガラス、シリコン等の粉末と溶
媒及び有機性添加物のバインダーとの混合物１２’を充
填する。
【００２２】一方、セラミックス、ガラス、シリコン等
から成る基板１１を別に用意し、この基板１１に上記混
合物１２’の成形体を接合一体化し、隔壁１２を形成す
るが、具体的には以下のように製造する。
【００２３】まず、上記成形型３０に充填した混合物１
２’の表面に基板１１を押し当てて加圧接着し、混合物
１２’を反応硬化するか又は乾燥して固化させる。その
後、図３（ｂ）に上下を逆にして示すように、成形型３
０を離型することによって、基板１１上に混合物１２’
の成形体からなる隔壁１２を転写する。最後に全体を脱
バインダー処理した後、同時焼成して一体化することに
より、図１、２に示す保持部材１０を製造することがで
きる。
【００２４】また他の方法としては、成形型３０に充填
した混合物１２’を反応硬化又は乾燥固化した後、成形
型３０から離型し、混合物１２’の成形体を基板１１に
固着する。最後に全体を脱バインダー処理した後、同時
焼成して一体化することによっても保持部材１０を得る
ことができる。
【００２５】さらに他の方法としては、成形型３０に充
填した混合物１２’を反応硬化又は乾燥固化した後、成
形型３０から離型し、脱バインダー処理した後でこの成
形体を基板１１に接着する。最後に全体を同時焼成して
一体化することによっても保持部材１０を得ることがで
きる。
【００２６】あるいは、成形型３０に充填した混合物１
２’を反応硬化又は乾燥固化した後、成形型３０から離
型し、脱バインダー処理して焼成した後でこの焼結体を
基板１１に接着、熱圧着又は同時焼成により接合するこ
とによっても保持部材１０を得ることができる。
【００２７】即ち、基板１１に混合物１２’の成形体を
接合するのは、互いの部材が未焼成体、脱バインダー状
態、焼結体のいずれの段階であっても良い。
【００２８】このような本発明の製造方法によれば、簡
単に隔壁１２を形成し、溝１３を形成できるため製造工
程を極めて簡略化できる。しかも、隔壁１２及び溝１３
は成形型３０の凹部３０ａの形状が転写されるため、凹
部３０ａを必要な溝１３に合致した形状に精密加工して
おけば、所定の溝１３を容易に形成することができる。
【００２９】ここで、基板１１及び隔壁１２を成すセラ
ミックス粉体としては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、ジル
コニア（ＺｒＯ2 ）等の酸化物系セラミックスや、窒化
珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭
化珪素（ＳｉＣ）等の非酸化物系セラミックス等、ある
いはアパタイト（Ｃａ5 （ＰＯ4 ）3 （Ｆ，Ｃｌ，Ｏ
Ｈ））等のいずれをも用いることができ、これらのセラ
ミックス粉体には各種焼結助剤を所望量添加することが
できる。
【００３０】上記焼結助剤としては、アルミナ粉末には
シリカ（ＳｉＯ2 ）、カルシア（ＣａＯ）、イットリア
（Ｙ2 Ｏ3 ）及びマグネシア（ＭｇＯ）等を、ジルコニ
ア粉末にはイットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）やセリウム（Ｃ
ｅ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）、イッテルビウム（Ｙ
ｂ）等の希土類元素の酸化物を、また窒化珪素粉末には
イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）とアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等
を、窒化アルミニウム粉末には周期律表第３ａ族元素酸
化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）等を、炭化珪素粉末にはホウ素
（Ｂ）とカーボン（Ｃ）等を所望量添加することができ
る。
【００３１】また、基板１１及び隔壁１２をなすガラス
粉体としては、ケイ酸塩を主成分とし、鉛（Ｐｂ）、硫
黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、明礬等の一種以上を含有し
た各種ガラスを用いることができる。さらに、基板１１
及び隔壁１２をシリコン粉末から形成することもでき
る。あるいは、基板１１及び隔壁１２を上記各材料の複
合粉体から形成したり、上記と同様の特性を持った他の
粉体で形成することもできる。
【００３２】なお、これらセラミックス、ガラス、シリ
コン等の粉体の粒径は、数十ミクロンからサブミクロン
のものが好適に用いることができ、具体的には０．２〜
１０μｍ、好ましくは０．２〜５μｍの範囲のものが良
い。
【００３３】さらに、これらのセラミックス、ガラス、
シリコンの粉末に添加する有機性添加物としては、尿素
樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹
脂、エボナイト、ポリシロキ酸シリケート等が挙げられ
る。そしてこれらの有機性添加物を反応硬化させる手段
としては、加熱硬化、紫外線照射硬化、Ｘ線照射硬化等
がある。なお、作業上、装置上の点からは加熱硬化が最
適であって、とりわけポットライフの点からは不飽和ポ
リエステル樹脂が好適である。
【００３４】前記有機性添加物の含有量は、セラミック
ス、ガラス、シリコン等の粉体と焼結助剤等との混合物
の流動性及び成形性を維持するためには、粘性が高くな
らないようにする必要があり、一方、硬化時には十分な
保形性を有していることが望ましい。このような点か
ら、有機性添加物の含有量は、セラミックス、ガラス、
シリコン等の粉体１００重量部に対して０．５重量部以
上で、かつ硬化による成形体の収縮という点からは３５
重量部以下がより望ましく、なかでも焼成時の収縮を考
慮すると、１〜１５重量部が最も好適である。
【００３５】また、混合物１２’中に加えられる溶媒と
は、前記有機性添加物を相溶するものであれば特に限定
するものではなく、例えば、トルエン、キシレン、ベン
ゼン、フタル酸エステル等の芳香族溶剤や、ヘキサノー
ル、オクタノール、デカノール、オキシアルコール等の
高級アルコール類、あるいは酢酸エステル、グリセライ
ド等のエステル類を用いることができる。
【００３６】とりわけ、前記フタル酸エステル、オキシ
アルコール等は好適に使用でき、更に、溶媒を緩やかに
揮発させるために、前記溶媒を２種類以上併用すること
も可能である。
【００３７】また、前記溶媒の含有量は、成形性の点か
らは成形体の保形性を維持するために、セラミックス、
ガラス、シリコン等の粉体１００重量部に対して０．１
重量部以上必要であり、一方セラミックス、ガラス、シ
リコン等の粉体と有機性添加物の混合物の粘性を低くす
ることが望ましいことからは３５重量部以下がより望ま
しく、乾燥時と焼成時の収縮を考慮すると１〜１５重量
部であることが最も望ましい。
【００３８】なお本発明における成形型３０は、有機性
添加物を硬化させる時に何ら支障無きものであれば良
く、材質は特に限定されないが、例えば金属や樹脂、あ
るいはゴム等が使用でき、必要ならば離型性向上や磨耗
防止のために、表面被覆等の表面処理を行ってもよい。
【００３９】また、上記基板１１は、セラミックス、ガ
ラス、シリコン等の未焼成のグリーンシートあるいは焼
結体であり、例えば各種セラミックグリーンシートや各
種ガラス基板、磁器基板等を用い、隔壁１２と同じ材質
または熱膨張率が近似した材質を用いる。なお、ガラス
基板としては、例えばソーダライムガラスやその歪み点
を向上するために無機フィラーを分散させた物など比較
的安価なガラスを使用できる。
【００４０】また、前記混合物１２’と基板１１とを圧
着する際の接着性向上のために、シランカップリング剤
やチタネートカップリング剤、アルミネートカップリン
グ剤等の各種カップリング剤を使用することができ、な
かでも反応性が高いことからシランカップリング剤が好
適である。
【００４１】さらに、混合物１２’と基板１１との圧着
は、均一に圧力を加えるという点からは静水圧の装置を
用いるのが望ましく、加圧条件としては、成形型３０を
変形させない圧力範囲となり、該圧力範囲は成形型３０
の強度に左右されるが、例えばシリコンゴム製の成形型
３０を用いた場合、約１００ｇ／ｃｍ2 程度の加圧条件
で行うのが望ましい。
【００４２】また、混合物１２’において、セラミック
ス又はガラス粉体の分散性の向上のために、例えば、ポ
リエチレングリコールエーテル、アルギルスルホン酸
塩、ポリカルボン酸塩、アルキルアンモニウム塩等の界
面活性剤を添加してもよく、その含有量としては分散性
の向上及び熱分解性の点から、セラミックス又はガラス
粉体１００重量部に対して０．０５〜５重量部が望まし
い。
【００４３】さらに、混合物１２’中のバインダーには
硬化反応促進剤または重合開始剤等と称される硬化触媒
を添加することができる。前記硬化触媒としては、有機
過酸化物やアゾ化合物を使用することができ、例えば、
ケトンパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パー
オキシケタール、パーオキシエステル、ハイドロパーオ
キサイド、パーオキシカーボネート、ｔ−ブチルパーオ
キシ−２−エチルヘキサノエート、ビス（４−ｔ−ブチ
ルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート、ジクミ
ルパーオキサイド等の有機過酸化物や、アゾビス、イソ
ブチロニトリル等のアゾ化合物が挙げられる次に本発明
の他の実施形態を説明する。
【００４４】本発明によれば、保持部材１０の溝１３の
形状をＶ字状とする必要はなく、成形型３０の凹部３０
ａの形状を変えることによってさまざまな形状の溝１３
とすることができる。
【００４５】例えば、図４（ａ）に示すように溝１３を
光ファイバ２０の形状に合致した丸溝とすれば、光ファ
イバ２０を強固に保持できる。また、図４（ｂ）に示す
ように溝１３を角溝とすることもでき、この場合は一つ
の溝１３に複数の光ファイバ２０の素線２１を保持させ
たり、ＩＣ等の素子をこの溝１３に搭載することもでき
る。
【００４６】また、図４（ｃ）に示すように、深さ等の
異なる溝１３ａ、１３ｂ、１３ｃを同時に形成すること
もできる。この場合、溝１３ｂは光ファイバの素線２１
の保持に用い、溝１３ａは位置合わせのためのガイドピ
ン（不図示）の挿入に用い、溝１３ｃはガイドピンの挿
入や、複数の光ファイバの素線２１の保持や、ＩＣ等の
素子の搭載等に用いることができる。
【００４７】さらに、図４（ｄ）に示すように、Ｖ溝１
３ｄと矩形溝１３ｅなど異種の溝を任意の大きさで形成
することもできる。
【００４８】また、本発明の保持部材１０に光半導体素
子からなる受発光素子を搭載して光モジュールとするこ
ともできる。
【００４９】図５（ａ）に示すように、保持部材１０
は、基板１１上に隔壁１２を接合一体化し、その間を溝
１３としたものであり、光ファイバ２０の被覆部を保持
する溝１３と、被覆を剥がした素線２１を保持する溝１
３ｆを連続して備え、この溝１３ｆの端部に受発光素子
２２を搭載してある。
【００５０】そして、図５（ｂ）に示すように、上記溝
１３、１３ｄに光ファイバ２０を保持し、素線２１の端
面が受発光素子２２の受発光面と対向するようにして、
樹脂２３で全体をモールドすれば、光モジュールとする
ことができる。このとき、保持部材１０を強度の高いセ
ラミックスやガラスで形成すれば、補強部材等を備える
必要がなく、非常に簡単な構造とすることができる。
【００５１】以上の例では溝１３を形成したものを示し
たが、本発明の保持部材では溝１３以外の凹部を形成す
ることもでき、この凹部に各種光学素子を保持すること
ができる。
【００５２】なお、凹部に保持する光学素子としては光
ファイバ２０に限らず、さまざまなものを用いることが
できる。例えば、受発光素子を成す光半導体素子や、レ
ンズ、フィルタ、ミラー、光アイソレータ、あるいは光
ファイバ２０を保持したフェルールを上記凹部に保持さ
せることもできる。
【００５３】例えば、Ｖ字状の溝１３に金属膜等を形成
して、光信号を反射させるミラーとすることができる。
あるいは光ファイバ２０を保持したフェルールを一端が
突出するように溝１３に保持し、この突出部に他部材を
接続することもできる。
【００５４】
【発明の効果】叙上の如く、本発明によれば、セラミッ
クス、ガラス、シリコンの一種からなる粉体と溶媒及び
有機性添加物から成るバインダーとの混合物を、隔壁用
の凹部を有する成形型中に充填した後、これらの混合物
をセラミックス、ガラス、シリコンの一種からなる基板
に接合し、同時焼成して一体化することにより複数の隔
壁を形成し、これらの隔壁間の凹部で光ファイバや光半
導体素子等の光学素子を保持するようにして光学素子保
持部材を製造することによって、エッチングや精密加工
を行う必要がなく、簡単な工程で高精度の凹部を形成す
ることができる。
【００５５】また、本発明によれば、上記成形型の形状
がそのまま基板上に転写されることになるため、予め成
形型を高精度に作製しておけば、隔壁及びその間に形成
される凹部を簡単な工程で高精度に形成することが可能
となる。
【００５６】したがって、本発明によれば、高精度の光
学素子保持部材を極めて簡単な工程で作製することがで
き、光コネクタや光モジュール等として好適に使用する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子保持部材を示す斜視図であ
る。
【図２】図１中のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の光学素子保持部材の製
造方法を説明するための断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光学素子保持部材の
他の実施形態を示す断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の光学素子保持部材の他の実施
形態を示す斜視図、（ｂ）はこれを光モジュールに応用
した場合の縦断面図である。
【図６】（ａ）は従来の光学素子保持部材を示す斜視
図、（ｂ）は（ａ）中のＺ−Ｚ線拡大断面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）は従来のシリコンを用いた光学素
子保持部材を示す図である。
【符号の説明】
１０：保持部材 １１：基板 １２：隔壁 １３：溝 １４：溝 １５：蓋体 ２０：光ファイバ ２１：素線 ２２：受発光素子 ３０：成形型 ３０ａ：凹部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミックス、ガラス、シリコンの一種か
    らなる粉体と溶媒及び有機性添加物から成るバインダー
    との混合物を、隔壁用の凹部を有する成形型中に充填し
    た後、これらの混合物をセラミックス、ガラス、シリコ
    ンの一種からなる基板に接合し、同時焼成して一体化す
    ることにより複数の隔壁を形成し、これらの隔壁間の凹
    部で光ファイバや光半導体素子等の光学素子を保持する
    ようにしてなる光学素子保持部材の製造方法。
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