JP3692226B2

JP3692226B2 - 光パッケージ及び光モジュールの組立て方法

Info

Publication number: JP3692226B2
Application number: JP33069097A
Authority: JP
Inventors: 裕司岸田; 恭史佐藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2017-12-01
Also published as: JPH11160584A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信及び光情報処理分野等において使用される光モジュールに関し、構成部品である光パッケージ及びそれを用いた光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
近年、有線通信の分野において主に基幹伝送系から光ファイバ通信が実用化され、通信の大容量化がはかられてきた。今日、光ファイバ通信はアクセス系や、オフィスや家庭を結ぶ加入者系にまで導入されつつあり、さらには、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ），ＣＡＴＶの分野にまで応用が広がり、次第に社会に必要不可欠な基盤システムとして発展しつつある。
【０００３】
このため、光ファイバ通信のさらなる発展には、システムに用いられる光デバイスの高性能化はもとより、その一方で、光デバイスをモジュール化するときのコストや、生産性が課題となっている。
【０００４】
従来の光モジュールの組立方法では、光変調器等の光素子をパッケージに搭載固定する工程と、光素子とパッケージ内部の配線を接続するワイヤボンド等の工程と、光ファイバを光素子に調芯，固定する工程と、パッケージを封止する工程とからなり、光ファイバと光素子の接続は、顕微鏡下、手作業により光軸を合わせた後、光素子に光を導波させ、接続した光ファイバからの出射光を受光器でモニターして光量が最大になるように光ファイバ位置を微調整することにより行われていた。
【０００５】
しかしながら、上記方法では、多くは人手による接続作業に非常に時間がかかり生産性を低下させる最大の要因になっていた。この問題を解決するために、光素子及びファイバーの相対位置を機械的に精度よく配置し、光学接続を行う技術、すなわちパッシブアラインメントが、近年盛んに研究されている。
【０００６】
パッシブアラインメントでは、光素子及び光ファイバ位置は機械的な精度のみで決まり、容易に光ファイバの位置決めが可能になる。また光素子や光ファイバに光を導波させる必要がないため、量産効果が極めて大きいのが特徴である。例えば、異方性エッチングを用い、ＳｉにＶ溝を形成した基板（Ｓｉサブマウント）上にマーカ等を用いて正確に光素子を位置決めした後、ＡｕＳｎ半田等で固定し、Ｖ溝上に光ファイバを搭載するのみで光接続を行う方法が提案されている。
【０００７】
従来、この方法を用いた光モジュールの組立には次に示す２通りの方法があった。第１の方法は、最初にＳｉサブマウント上に光素子と光ファイバとを順次実装した後、そのＳｉサブマウントをパッケージに実装し封止を行うものである。また、第２の方法は、最初にＳｉサブマウント上に光素子のみ実装した後、そのＳｉサブマウントをパッケージに実装し、最後に光ファイバの実装，封止を行うものである。
【０００８】
しかしながら、上記第１の方法では、Ｓｉサブマウントのパッケージへの実装は、Ｓｉサブマウントの搭載位置及び光ファイバの搭載位置を確認しながら、光素子や光ファイバを傷つけないように行う必要があり、作業性が悪いといった問題があった。また、パッケージの気密封止部の一部に、光ファイバを通すための不連続部を設ける必要があり、素子構造によっては封止面積が広がり、作業性もしくは特性を悪化させる問題があった。さらに、Ｓｉサブマウントのパッケージへの固定は光素子や光ファイバの固定温度以下で行う必要があり、固定材料が制約されたり信頼性等の点で問題があった。
【０００９】
また、上記第２方法では、Ｓｉサブマウントのパッケージへの実装は、Ｓｉサブマウントの搭載位置を確認しながら、光素子を傷つけないように行う必要があり作業性が悪いといった問題があった。また、光素子の実装と光ファイバの実装とがそれぞれ、Ｓｉサブマウント上とパッケージ上とに分かれることから、精密作業が分散して作業効率が悪化する問題が生じていた。さらに、光ファイバのＳｉサブマウントへの固定は光素子やＳｉサブマウントの固定温度以下で行う必要があり、上記第１の方法と同様に固定材料が制約されたり信頼性等の点で問題があった。
【００１０】
そこで本発明では、上述した従来の諸問題を解消し、光モジュールの組立作業を簡便かつ高精度に実現することができ、しかも量産性に優れた光パッケージ及びそれを用いた光モジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の光パッケージは、光ファイバが通されその一部が封止された側壁を備えたパッケージ本体の内側に、前記光ファイバと光接続する光素子が搭載される光素子搭載領域及び前記光ファイバを設置するためのＶ溝を有する素子搭載用基板を固定し、前記Ｖ溝に対向させた下面に前記光ファイバの先端部を固定したファイバ固定基板を前記素子搭載用基板に融点の低い接合部材で仮固定し、前記素子搭載用基板と前記ファイバ固定基板との間に融点の高い接合部材を配設してなるとともに、前記ファイバ固定基板を前記光素子搭載領域側へ付勢するための前記光ファイバの撓み部を前記側壁と前記光ファイバの先端部との間に形成したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光モジュールの組立て方法は、上記光パッケージの前記素子搭載用基板の前記光素子搭載領域に光素子を搭載した光モジュールの組立て方法であって、前記光素子を前記素子搭載領域に位置決めした後に、前記融点の高い接合部材を溶融させる加熱により前記光ファイバを前記素子搭載用基板の前記Ｖ溝に設置するとともに、前記光素子の端面に前記光ファイバの端面をつきあてるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、光素子とは例えば光導波路体である光変調器等，発光素子や受光素子等を含むものとする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１〜図４に、本発明の典型的な例としてニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）を本体とする光変調器に使用される光パッケージＰの構造を示す。ここで、図１（ａ）〜（ｂ）に光パッケージＰの全体的な概略構成を示し、図２〜図４は光パッケージＰの構成を成す素子搭載用基板（サブマウント）１上の拡大図を示す。
【００１５】
光パッケージＰの基本構成は、例えば光変調器や受発光素子等の光素子２が搭載される光素子搭載領域１ａ及び光ファイバ載置用のＶ溝１ｂを併設した素子搭載用基板であるサブマウント１と、該サブマウント１のＶ溝１ｂに対向させ下面に光ファイバ３をＶ溝４ｂに固定したファイバ固定基板であるＶ溝基板４と、このＶ溝基板４を上記光素子搭載領域１ａ側へ付勢，押圧する付勢手段と、サブマウント１−Ｖ溝基板４間に配設した融点の異なる複数の接合部材５，６とを少なくとも具備して成るものである。なお、光モジュールとはこの光パッケージＰに光素子２が搭載されたものをいうものとする。
【００１６】
また、光パッケージＰを構成するサブマウント１とＶ溝基板４とは、融点が低い方の接合部材５で仮固定されているが、光素子搭載領域１ａに光素子２を搭載後、融点が高い方の接合部材６を溶融せしめ、光ファイバ３を上記付勢手段により光素子２側へ移動させ複数の接合部材５，６でもって固定するように成している。
【００１７】
パッケージ本体７は、例えばステンレスのＳＵＳ３０７の全体に金のメタライズが施されており、パッケージ本体７の内側の所定位置にＳｉ製の素子搭載用基板であるサブマウント１がろう付け、または低融点ガラス付けされる。これにより、光素子２及び光ファイバ３の接合温度の自由度が広がる。
【００１８】
また、サブマウント１上には、光ファイバ３を半田セルフアライメント固定するための接合部材である複数箇所に半田バンプが形成される。これら半田バンプには（例えば融点が１８０℃程度のＳｕ−Ｐｂ等から成る）第１の半田バンプ５、及び第１の半田バンプ５より融点が高い（例えば融点が２８０℃程度のＡｕ−Ｓｎ等から成る）第２の半田バンプ６が用いられる。
【００１９】
さらに、予め先端に小型のＳｉ製のファイバ固定基板であるＶ溝基板４を半田等により接合した光ファイバ３がパッケージ本体７の側壁を通して、サブマウント１上の所定位置に、第１の半田バンプ５による半田セルフアライメントで位置決め，仮固定され、パッケージ本体７の側壁はフェルール８により封止された構造を成す。この光ファイバ３の仮固定時には、第１の半田バンプ５のみ溶融させ、第２の半田バンプ６は溶融させない状態とする。
【００２０】
また、光ファイバ３には予めその素線にフェルール８が通され、所定の長さだけ突き出すように成し、その先端部はＶ溝基板４に固定され、Ｖ溝基板４とともに端面研磨される。これにより、光ファイバ３及び導波路が斜め研磨された端面同士を突き合わせることができたり、光ファイバ３として偏波面保存ファイバを用いる場合に、回転方向に対するアライメントを容易に行うことができる。
【００２１】
また、光ファイバ３の素線のフェルール８からの突き出し量は、光ファイバ３がパッケージ本体７の仮固定位置に実装され、フェルール８がパッケージ本体７の側壁の封止部に押し込まれた際に、パッケージ本体７の側壁の封止部と光ファイバ３の先端の仮固定部との間で、所定量だけ光ファイバ３が撓むように制御される（図中Ｆが撓み部）。この撓み部を形成している付勢手段により、光ファイバ３の端面の位置を仮固定位置から容易に移動させることができる。ここで、パッケージ本体７の光ファイバ３の通し穴には、フェルール８を押し込んだ際にフェルール８が適当な位置で止まるように段差が形成される。これにより、簡単な作業で光ファイバ３に適当な量の撓みを持たせることができる。
【００２２】
また、光ファイバ３の素線が通るフェルール８の内壁と光ファイバ３の素線との隙間は、フェルール８とパッケージ本体７の封止温度に耐える半田や低融点ガラス等の封止材で封止される。これにより、光ファイバ３の導入部の気密を完全にとることができる。なお、フェルール８の材質としてはジルコニア，ガラス，金属等を用いることができる。光ファイバ３の仮固定位置については、光素子２を搭載する際、光素子２の端面と光ファイバ３の端面とが接触しないように、約３０μｍ程度のクリアランスを確保できるように第１の半田バンプ５の半田パッド位置が予め調整される。なお、このクリアランスは、光素子２，パッケージ本体７，その他の構造により適宜最適な値に変更すればよい。なお、図中１１，１２は半田パッドである。
【００２３】
また、第２の半田バンプ６の半田パッド位置は、光モジュールの組立時に光ファイバ３を光素子２に付き当てる際、十分に半田の復元力が端面に作用するように予め配置される。
【００２４】
また、第２の半田バンプ６の高さは、第１の半田バンプ５の溶融時に、光ファイバ３とサブマウント１のＶ溝との間にクリアランスを確保できる高さに調節される。これにより、第２の半田バンプ６による光ファイバ３の半田セルフアライメント時に、光ファイバ３の水平移動の際の光ファイバ３とＶ溝との接触を防止することができる。
【００２５】
以上の光パッケージＰの構造により、光素子２をパッケージ本体７に搭載するのみの簡単な工程で、光モジュールの組立が可能となり、大幅に生産性が向上する。
【００２６】
次に、図５（ａ）〜（ｃ）に基づいて光パッケージを用いた光モジュールＭの組み立て方法の実施の形態について説明する。なお、この図では第２の半田バンプ６の溶融状態を明確にするために、第１の半田バンプ５等を省略している。
【００２７】
本発明による光パッケージを用いた光モジュールＭの組立ては、まず、図５（ａ）に示すように、光パッケージ内のサブマウント１上で、光素子２の位置決めを行う。これには、光素子２とサブマウント１の双方に予め形成された位置合わせ用のマーカを観察しながら行う方法、もしくは、光素子２とサブマウント１の双方に予め形成された半田パッドと第１の半田バンプを用いて、半田セルフアライメント効果により位置決めする方法がある。
【００２８】
次に、図５（ｂ）〜図５（ｃ）に示すように、Ｖ溝４ａ上に仮固定された光ファイバ３及び光素子２をパルスヒート加熱し、サブマウント１上の第２の半田バンプ６を溶融し、光ファイバ３をセルフアライメントにより、サブマウント１のＶ溝１ａ上に設置させるとともに、光素子２の端面に光ファイバ３の端面をつきあてる。これにより、光素子２及び光ファイバ３の実装と光ファイバ３のパッケージ導入部（図１における光ファイバ３とフェルール８との間、フェルール８の外周とパッケージ本体７との隙間部）の封止をほぼ同時に行うことができる。このときの加熱は、Ｖ溝基板４及び光素子２の露出面から局所加熱する。これにより、光ファイバ３のパッケージ本体７への導入封止部と光ファイバ３の被覆の劣化を防止する。最後にパッケージ本体７にリッドを取り付けて光モジュールＭが完成する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光パッケージ及び光モジュールの組立て方法によれば、光モジュールの組立時には既に光ファイバが光パッケージにほぼ実装及び封止された状態になっているため、光素子を光パッケージ内の所定位置に位置決めし、加熱するだけの簡単な工程で、高精度の光接続及び実装が可能であり、量産性に優れた光モジュールを提供できる。
【００３０】
また、特に複数本のファイバを光素子に光接続する場合、一度に光素子と光ファイバの光接続を行うことができる。
【００３１】
さらに、周囲の環境条件の変化に対しても、信頼性の高い光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は光パッケージの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は光パッケージの正面図である。
【図２】光パッケージの部分拡大平面図である。
【図３】光パッケージの部分拡大側面図である。
【図４】光パッケージの部分拡大正面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ光素子搭載後に第２の接合部材を溶融させて光ファイバを光素子側へ移動固定する様子を説明する一部省略側面図である。
【符号の説明】
１：サブマウント（素子搭載用基板）
１ａ：光素子搭載領域
１ｂ：Ｖ溝
２：光素子
３：光ファイバ
４：Ｖ溝基板（ファイバ固定基板）
４ａ：Ｖ溝
５：第１の半田バンプ（接合部材）
６：第２の半田バンプ（接合部材）
７：パッケージ本体
８：フェルール
Ｆ：撓み部
Ｐ：光パッケージ
Ｍ：光モジュール

Claims

光ファイバが通されその一部が封止された側壁を備えたパッケージ本体の内側に、前記光ファイバと光接続する光素子が搭載される光素子搭載領域及び前記光ファイバを設置するためのＶ溝を有する素子搭載用基板を固定し、前記Ｖ溝に対向させた下面に前記光ファイバの先端部を固定したファイバ固定基板を前記素子搭載用基板に融点の低い接合部材で仮固定し、前記素子搭載用基板と前記ファイバ固定基板との間に融点の高い接合部材を配設してなるとともに、前記ファイバ固定基板を前記光素子搭載領域側へ付勢するための前記光ファイバの撓み部を前記側壁と前記光ファイバの先端部との間に形成したことを特徴とする光パッケージ。
請求項１に記載の光パッケージの前記素子搭載用基板の前記光素子搭載領域に光素子を搭載した光モジュールの組立て方法であって、前記光素子を前記素子搭載領域に位置決めした後に、前記融点の高い接合部材を溶融させる加熱により前記光ファイバを前記素子搭載用基板の前記Ｖ溝に設置するとともに、前記光素子の端面に前記光ファイバの端面をつきあてるようにしたことを特徴とする光モジュールの組立て方法。