JP3845076B2

JP3845076B2 - Optical module, method for releasing thermal stress of optical module, and optical substrate for optical module

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Publication number: JP3845076B2
Application number: JP2003197123A
Authority: JP
Inventors: 和子井上; 勝輔島崎
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2023-07-15
Also published as: JP2005037444A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光学部品が実装された光学モジュール等に関し、より詳しくは、光通信に用いられる光学モジュール等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の進展に伴い、例えば光ファイバを用いたデータ通信では大量の情報を高速に送受信することが可能となっている。特に、光多重通信等の新たな技術も登場して、さらなる高速化と大容量化が推し進められている。このような状況の中で、光通信に用いられる種々の光学部品、例えば光ファイバ、レンズ、レーザダイオード等を適宜組み合わせた光学モジュールのニーズはますます増加傾向にあり、活発な研究開発が行われている。
【０００３】
このような光学モジュールの従来技術として、例えば、Ｓｉ基板上に溝を設け、その溝に球状のレンズを位置決めして固定し、また、Ｓｉ基板上に所定の配線が形成される光素子モジュールが開示されている(例えば、特許文献１参照)。かかる光学モジュールには幾つかの形態が存在するが、その中でも、３次元加工技術であるマイクロマシニング(ＭＥＭＳ)によりＳｉウェハに対して溝を形成し、これに光ファイバやレンズ等の光学部品を埋め込み固定する方式が、実装精度および量産性に優れた方法として注目されている。このＭＥＭＳにより形成された光学モジュール用の基板は、シリコンオプティカルベンチ(ＳｉＯＢ)と呼ばれ、一つのキーデバイスとなって実用化されている。
【０００４】
ここで、ＳｉＯＢを用いた従来の光学モジュールの具体例として、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）用３端子フィルタモジュールの構成について述べる。図７はＷＤＭ用３端子フィルタモジュール（以下、フィルタモジュールという。）の構成を説明する平面図である。図７に示したように、フィルタモジュール５０では、単結晶シリコン基板（Ｓｉ基板）１１の一方の面において、異方性エッチングを用いて、表面中央部に台形型溝１２と、台形型溝１２を挟んで一方の側には２本の平行なＶ字型溝１３ａ、１３ｂと、他方の側にはＶ字型溝１３ｃとが形成されたシリコンオプティカルベンチ(ＳｉＯＢ)１０を台座として用いている。そして、ＳｉＯＢ１０の台形型溝１２には、２本のＶ字型溝１３ａ、１３ｂが形成された側から順に第１コリメートレンズ２１、薄膜フィルタ２２、第２コリメートレンズ２３が所定の間隔を持って搭載されている。また、Ｖ字型溝１３ａには入射光用光ファイバ２４、Ｖ字型溝１３ｂには反射光用光ファイバ２５、さらにＶ字型溝１３ｃには透過光用光ファイバ２６が搭載されている。
【０００５】
このようなフィルタモジュール５０等の光学モジュールでは、ＳｉＯＢ１０に形成された台形型溝１２やＶ字型溝１３ａ、１３ｂ、１３ｃの位置および深さは異方性エッチングによりミクロン単位の高い精度を持って形成でき、またコリメートレンズ２１、２３や光ファイバ２４、２５、２６等の光学部品はこの台形型溝１２やＶ字型溝１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中に搭載されて収まることにより自動的にアライメントされるため実装効率も高いという利点を有している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１６２５４２号公報(第３〜４頁、図７)
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７に示したような従来の光学モジュールでは、ＳｉＯＢ１０に形成された台形型溝１２に第１コリメートレンズ２１、薄膜フィルタ２２、第２コリメートレンズ２３等の光学部品を搭載する際には、光学部品の光軸を調整・整合した後、この状態を高い精度で維持しつつその光学的性質を長期に亘って保持するため、樹脂接着剤やハンダ等の金属のように硬度が高く接着力の強い材料を用いて堅固に固定する必要がある。図８は図７に示したフィルタモジュール５０のＡＡ'断面図であるが、光学部品とＳｉＯＢ１０とを堅固に固定するために、図８に示したように、例えば第１コリメートレンズ２１とＳｉＯＢ１０との接合は、第１コリメートレンズ２１と台形型溝１２とが当接する２ヶ所の接触部Ｐ、Ｑにおいて、樹脂接着剤やハンダ等で形成された接着剤層１５により接着固定する方法を採用していた。
【０００８】
しかしながら、光学部品とＳｉＯＢ１０とを２ヶ所以上で固定する従来の方法では、光学部品を構成する材料（例えば、光学ガラス）とＳｉＯＢ１０を構成するシリコン（Ｓｉ）の熱膨張係数がそれぞれ異なるため、高温または低温環境下におかれると、光学部品とＳｉＯＢ１０との膨張量・収縮量に差が生じて、両者の接合部において応力が発生することとなる。そのため、光弾性効果により光学部品の屈折率や複屈折率に変化が生じる等、光学部品の光学的性質に影響が生じ、光学モジュールの性能を低下させるという問題が生じていた。
また、光学部品とＳｉＯＢ１０との接合部に生じる応力は、ＳｉＯＢ１０にクラックを発生させて、光学モジュールの破損を引き起こすという問題もあった。
さらに、温度の上昇と下降とが繰り返されるいわゆるヒートサイクルによって光学モジュール内に応力が残留し、温度が室温に戻った状態においても光学モジュールの光学特性が元に戻らないといった不都合もあった。
【０００９】
なお、従来より、上記した問題を回避するために、光学部品とＳｉＯＢ１０等の基板といった、接着させる部材同士の熱膨張係数が可能な限り近くなるようにそれぞれの材質を選択するなど、温度変化時に発生する応力を緩和する措置が講じられてきたが、特に光学部品はその光学的な性質から材料の物性を特定する必要があるため、その材質の選択には限度があり、光学部品と基板との間に生じる応力を緩和することは困難であった。
【００１０】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、使用環境の温度の変化による光学モジュールの性能低下を抑制して信頼性を維持するとともに、光学モジュールの破損を回避して耐久性の向上を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明の光学モジュールでは、基板と、基板に搭載される光学部品とを備えており、基板には、一方の面に光学部品を担持する凹部と、他方の面に光学部品と基板とに生じる応力を解放する凹部とが形成されたことを特徴としている。これによって、基板と基板に搭載される光学部品との間に生じる熱応力を、凹部を設けることによって解放することができる。ここで、光学部品と基板とに生じる応力を解放する凹部は、光学部品を担持する凹部の側部に形成された構成とすることもできる。このように基板面から見て光学部品が担持される凹部の側部であって、光学部品が担持される凹部が形成された面とは反対の面に凹部を形成することによって、光学部品と基板とに生じる応力を開放する構成が実現できる。
【００１２】
また、本発明の光学モジュールは、両面に凹部が形成された基板と、基板に形成された凹部に担持される光学部品とを備えており、光学部品が担持される第１の凹部は、異なる面に形成された第２の凹部との間に側壁を形成することを特徴としている。これによって、基板と基板に搭載される光学部品との間に生じる熱応力を、光学部品を担持する凹部を構成する側壁によって吸収することができる。ここで、基板は、側壁が、斜面壁であることを特徴とすることができる。また、基板は、光学部品を担持する凹部を構成する内部壁が略均一な厚みを有することを特徴とすれば、基板と基板に搭載される光学部品との間に生じる熱応力を、内部壁によって均一に吸収することができる。また、基板は、凹部が台形またはＶ字形の溝であることを特徴とすれば、略均一な厚みを有する内部壁が形成されて熱応力を均一に吸収することができる。さらに、基板は、側壁が互いに異なる面に形成された隣接する凹部によって形成されたことを特徴とすれば、側壁の厚みを略均一に形成できる。
【００１３】
さらに、光学部品が担持される第１の凹部が、厚みｄ'の側壁と厚みｄの底面壁とで形成され、側壁の厚みｄ'と底面壁の厚みｄとは、
０．５×ｄ≦ｄ'≦２．５×ｄ
なる関係を満たすことを特徴とすれば、応力解放の観点から優れた構成を実現できる。加えて、基板は、側壁が側壁と略同一の厚みの支持壁で支持されていることを特徴とすれば、応力解放の観点から特に優れた構成とすることができる。
【００１４】
一方、本発明を光学モジュールの応力解放方法として捉えれば、両面に凹部が形成された基板の一方の面の凹部に光学部品を担持し、光学部品が担持される面とは反対の面に凹部を形成することで、光学部品および基板に生じる熱応力を解放することを特徴としている。ここで、光学部品を担持する凹部を形成する側壁は、光学部品が担持される面とは反対の面に形成された凹部によって略均一な厚みで構成されることを特徴とすれば、基板と光学部品との間に生じる熱応力を側壁によって均一に解放することができる。
【００１５】
一方、本発明を光学モジュール用光学基板として捉えれば、当該光学基板は光学部品を載置する基板であって、一方の面に光学部品を担持する凹部と、他方の面に光学部品と基板とに生じる応力を解放する凹部とを含む。ここで、凹部は、台形またはＶ字形の溝であることを特徴とすれば、光学部品の実装効率を高めるとともに、光学部品と基板とに生じる応力を開放する構成が実現できる点で好ましい。また、光学部品を担持する凹部を形成する側壁は、応力を解放する凹部によって略均一な厚みで構成されることを特徴とすれば、基板と光学部品との間に生じる熱応力を側壁によって均一に解放することができる点から優れている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
[実施の形態１]
図１および図２は、本実施の形態が適用される光学モジュールとしてＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）用３端子フィルタモジュール１の構成を示した図である。ＷＤＭ用３端子フィルタモジュール（以下、フィルタモジュールという。）は波長多重伝送方式の光通信に用いられるモジュールの一つであり、ある特定の波長のみを選択的に取り出すモジュールである。図１はこのフィルタモジュール１の平面図であり、図２はこのフィルタモジュール１のＸＸ'断面図である。
本実施の形態が適用されるフィルタモジュール１は、シリコンウェハである単結晶シリコン基板（Ｓｉ基板）１１の一方の面の表面中央部に台形型溝１２と、台形型溝１２を挟んで一方の側には２本の平行なＶ字型溝１３ａ、１３ｂと、他方の側にはＶ字型溝１３ｃとが形成されたシリコンオプティカルベンチ（ＳｉＯＢ）１０、ＳｉＯＢ１０の台形型溝１２に配設され、２本のＶ字型溝１３ａ、１３ｂが形成された側から順に所定の間隔を持って搭載された第１コリメートレンズ２１、薄膜フィルタ２２、および第２コリメートレンズ２３、Ｖ字型溝１３ａに搭載された入射光用光ファイバ２４、Ｖ字型溝１３ｂに搭載された反射光用光ファイバ２５、さらにＶ字型溝１３ｃに搭載された透過光用光ファイバ２６を備えている。
【００１７】
そして、図１および図２に示したように、本実施の形態が適用されるフィルタモジュール１は、ＳｉＯＢ１０において第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３や薄膜フィルタ２２が搭載される台形型溝１２等が形成された第１面とは反対の第２面に、２本の凹部が形成されている点に特徴がある。この凹部はＶ字型溝３１ａ、３１ｂとして形成され、台形型溝１２の両側部裏側であって少なくとも第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３等の光学部品が搭載される位置を含む領域に、台形型溝１２の配置方向(長手方向)に沿って形成されている。
【００１８】
すなわち、ＳｉＯＢ１０は、第１面には、第１コリメートレンズ２１、薄膜フィルタ２２、第２コリメートレンズ２３が搭載される台形型溝１２と、入射光用光ファイバ２４が搭載されるＶ字型溝１３ａと、反射光用光ファイバ２５が搭載されるＶ字型溝１３ｂと、透過光用光ファイバ２６とが搭載されるＶ字型溝１３ｃとが形成され、第２面には、２本のＶ字型溝３１ａ、３１ｂが形成された構成を特徴としている。
【００１９】
まず、ＳｉＯＢ１０の製造方法について説明する。ＳｉＯＢ１０においては、最初に結晶面が（１００）面であるＳｉ基板１１の表面に酸化層を形成する。酸化層の厚みは台形型溝やＶ字型溝の深さの設計値により決定される。典型値としては２μｍである。
次にＳｉ基板１１の上にフォトレジストを塗布する。ここで、フォトレジストとしては、例えば東京応化製ＯＥＰＲ−８００であって粘度５０ｃｐのものを用い、Ｓｉ基板１１を回転速度１５００ｒｐｍで回転させながら塗布する。塗布厚は典型値として６μｍとする。
【００２０】
Ｓｉ基板１１にフォトレジストを塗布した後に、１１０℃で２分間のプリベークを行い、フォトレジストを硬化させる。そしてクロム（Ｃｒ）製のフォトマスクを使って、Ｓｉ基板１１の第１面、続いて第２面を順に密着露光する。この露光工程では、露光光としては波長３５０〜４００ｎｍの紫外線を用いる。
次に、現像液により、露光済みのＳｉ基板１１を現像する。現像液としては、例えば東京応化製ＮＭＤ−３のアルカリ溶液が用いられる。この現像工程では、上記のフォトレジストとしてポジレジストが用いられているため、露光部のフォトレジストが除去される。そしてさらに、１２０℃で５分間のポストべークを行う。
【００２１】
その後、フッ素系のガスでドライエッチングを行い、フォトレジストで覆われていない領域のＳｉ酸化膜を除去する。さらに、アセトンでフォトレジストを溶解し、除去する。
そして水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液(３０〜３５ｗｔ％、６０〜７０℃)により、エッチングを行なう。純粋なＳｉのエッチングレートはＳｉ酸化膜のエッチングレートよりも約２桁速い。このため、エッチング領域では、Ｓｉの結晶面のうちの（１１１）面が表面に現われて、傾斜角が５４．７°のＶ字型ないし台形型の溝が形成される。なお、エッチング液としてはＴＭＡＨ（テトラメチル水酸化アンモニウム液）を用いてもよい。
このようにして、第１面には台形型溝１２およびＶ字型溝１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、また第２面にはＶ字型溝３１ａ、３１ｂが同時に形成されたＳｉＯＢ１０が製造される。ここで、台形型溝１２では、薄膜フィルタ２２が配置される部分において薄膜フィルタ２２を配設できるように幅広に形成されている。
なお、上記のようなプロセスは異方性エッチングと呼ばれ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を実現する上で重要な技術となっている。
【００２２】
かかるＳｉＯＢ１０を用いたフィルタモジュール１では、ＳｉＯＢ１０のＶ字型溝１３ａに搭載される入射光用光ファイバ２４は、複数の異なる波長が多重化された光を伝送し、第１コリメートレンズ２１に出射する。
第１コリメートレンズ２１は、レンズ面の曲率が中心部と周辺部とで異なる非球面相面レンズであり、光学ガラスＢＫ−７を材料として金型でプレス成型されて製造されたものである。そして、入射光用光ファイバ２４から入射された光を平行光に変換して、薄膜フィルタ２２に出射する。
薄膜フィルタ２２は、ガラス基板の上に誘電体の薄膜をスパッタ法や真空蒸着法等のプロセスで多層に積層した薄膜フィルタ素子であり、所定の波長λ_ｍの光のみを透過して、その波長λ_ｍ以外の光を反射する機能を有する。そして、薄膜フィルタ２２は、波長λ_ｍの光を透過して第２コリメートレンズ２３に出射し、波長λ_ｍ以外の光を反射して第１コリメートレンズ２１に出射する。
【００２３】
第２コリメートレンズ２３は、第１コリメートレンズ２１と同様に構成されている。そして、薄膜フィルタ２２を透過した波長λ_ｍの光を透過光用光ファイバ２６の端面に集光させて透過光用光ファイバ２６に波長λ_ｍの光を導く。
一方、薄膜フィルタ２２によって反射された波長λ_ｍ以外の光は第１コリメートレンズ２１によって反射光用光ファイバ２５の端面に集光させて反射光用光ファイバ２５に波長λ_ｍ以外の光を導く。
【００２４】
次に、本実施の形態のフィルタモジュール１の特徴である、ＳｉＯＢ１０の第２面に形成された２本のＶ字型溝３１ａ、３１ｂについて説明する。
上記した異方性エッチングにより、ＳｉＯＢ１０には第１面の台形型溝１２およびＶ字型溝１３ａ、１３ｂ、１３ｃと同時に、第２面にはＶ字型溝３１ａ、３１ｂが形成されている。第２面のＶ字型溝３１ａ、３１ｂは、第１面の台形型溝１２の両側部裏側であって少なくとも第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３等の光学部品が搭載される位置を含む領域に、台形型溝１２の配置方向(長手方向)に沿って形成されている。
【００２５】
異方性エッチングでは、上記したように、エッチング領域においてＳｉの結晶面のうちの（１１１）面が表面に現われて、Ｖ字型溝および台形型溝の傾斜角が全て５４．７°に形成される。このため、第２面に形成されるＶ字型溝３１ａ、３１ｂの斜面と第１面に形成される台形型溝１２の斜面とは、互いに隣接する側の斜面が平行となって形成される。したがって、Ｖ字型溝３１ａ、３１ｂの斜面と台形型溝１２の斜面とで形成される台形型溝１２の側壁１２ａ、１２ｂの厚みｄ'は均一に形成することができる。
そこで、この特性を利用して、異方性エッチングの露光工程において、フォトマスクに形成する露光パターンの形状と配置位置とを調整することにより、Ｖ字型溝３１ａ、３１ｂの開口幅を台形型溝１２の開口幅の１／２以下としてＶ字型溝３１ａ、３１ｂの深さを制御し、さらに台形型溝１２の側壁１２ａ、１２ｂの厚みｄ'を台形型溝１２の底面壁１６の厚みｄと略同様となるようにＶ字型溝３１ａ、３１ｂを位置させることによって、上記した位置に配置された第２面のＶ字型溝３１ａ、３１ｂは、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３が略均一な厚みの側壁１２ａと底面壁１６と側壁１２ｂとからなる内部壁で担持するような構成を形成している。
【００２６】
ところで、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とが当接する台形型溝１２の接触部Ｐ、Ｑでは、光軸がずれる等してフィルタモジュール１の光学特性が低下するのを防ぐため、接着剤層１４により両者を強固に固定している。この接着剤層１４は、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３の回転や並進により光軸調整等を行って設置位置を決定した後に、例えばマイクロディスペンサを用いて紫外線硬化型樹脂が塗布され、紫外線を集光照射して硬化させることで形成される。ここで、接着剤としての紫外線硬化型樹脂は、粘度が低いので塗布し易く、また硬化に際し熱を必要としないため作業性が良く、さらに強固に固定できるという利点を有している。
なお、紫外線硬化型樹脂としては、エポキシ変性アクリレート系、ポリウレタン系、ポリエステル系等を用いることができるが、紫外線硬化型樹脂のほか、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることもできる。
【００２７】
このように、接触部Ｐ、Ｑにおいて第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３を接着剤層１４によりＳｉＯＢ１０に固定させた状態では、環境温度の変化により、両者に膨張・収縮が生じて、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３やＳｉＯＢ１０の内部に応力が発生し易い。
【００２８】
すなわち、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３を構成する光学ガラスＢＫ−７の熱膨張係数は７．１×１０^−６／ｄｅｇであり、ＳｉＯＢ１０のＳｉ基板１１を構成するシリコン（Ｓｉ）の熱膨張係数は２．５×１０^−６／ｄｅｇであって、両者は異なる熱膨張係数を有する。そのため、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とが接触部Ｐ、Ｑの双方において接着剤層１４により固定されると、温度の変動により第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３は大きく膨張・収縮し、Ｓｉ基板１１は第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３ほど膨張・収縮せず、両者の膨張量・収縮量とに差異が生じる。例えば、使用環境温度が常温（２０℃）から７０℃に変化すると、両者にはサブミクロン単位の膨張量差が生じることとなる。
【００２９】
その結果、特にＳｉＯＢ１０の台形型溝１２には、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３の膨張・収縮により図２中矢印Ｔに示したように両斜面に対し略直交する方向の力が働くこととなる。台形型溝１２の底面壁１６は薄く形成され、しかも台形型溝１２の両斜面に力を受けると底面壁１６には応力が集中し易い構造となっていることから、底面壁１６には歪みが生じ易く、その歪みが繰り返し発生するとクラックが生じて、フィルタモジュール１の破損の原因となる。
一方、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３には内部応力が発生し、光弾性効果により屈折率や複屈折率に変化が生じる等、光学的性質に影響が生じて、フィルタモジュール１の性能を低下させることとなる。
【００３０】
これに対して、本実施の形態のフィルタモジュール１では、台形型溝１２の両側部において、台形型溝１２が形成された第１面とは反対の第２面にＶ字型溝３１ａ、３１ｂを形成することで、台形型溝１２に搭載された第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３は略均一な厚みの側壁１２ａと底面壁１６と側壁１２ｂとからなる内部壁で担持するように構成されている。これによって、使用環境の温度が変化した際に第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３がＳｉＯＢ１０に対して大きく膨張・収縮しても、側壁１２ａ、１２ｂおよび底面壁１６の全体が変形することができる。そのため、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との間の異なる膨張量・収縮量に対して、台形型溝１２の側壁１２ａ、１２ｂおよび底面壁１６が膨張・収縮を吸収して、両者への応力の蓄積を抑制することができる。つまり、接触部Ｐ、Ｑでは、図２に示したように、側壁１２ａ、１２ｂは受けた力の方向（矢印Ｔ）に変形することができるため、両者に体積変動差が生じても側壁１２ａ、１２ｂと底面壁１６を加えた内部壁全体の変形により応力が解放され、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３やＳｉＯＢ１０に加わる力は極めて小さいものとなる。
その結果、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３の光学的性質に影響を与えず、またＳｉＯＢ１０においてもクラックの発生が抑えられる。
【００３１】
特に、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３を取り囲む側壁１２ａと底面壁１６と側壁１２ｂとは厚みが均一に構成されていることから、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３が膨張・収縮して側壁１２ａ、１２ｂに力が加わっても、１ヶ所に応力が集中することなく、側壁１２ａと底面壁１６と側壁１２ｂとが均等に変形して、全体に力を分散させることが可能となる。
ここで、側壁１２ａ、１２ｂの厚みｄ'と台形型溝１２の底面壁１６の厚みｄとは、略同様の厚みとするのが応力解放の観点から優れているが、実験により、
０．５×ｄ≦ｄ'≦２．５×ｄ
の関係を満たす範囲においては、フィルタモジュール１の使用環境温度の変化範囲が−４０〜８０℃の領域においても、ＳｉＯＢ１０にクラックが生じることなく、フィルタモジュール１が破損しないという知見が得られている。
さらに、側壁１２ａ、１２ｂおよび底面壁１６の変形は、使用環境温度が常温に戻った際には元の位置に戻ることができるので、フィルタモジュール１の光学特性に殆ど影響することもない。
【００３２】
以上のとおり、本実施の形態のフィルタモジュール１によれば、台形型溝１２が形成された第１面とは反対の第２面に凹部であるＶ字型溝３１ａ、３１ｂを形成して、台形型溝１２に搭載された第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３が略均一な厚みの側壁１２ａと底面壁１６と側壁１２ｂとからなる内部壁で担持されるように構成することにより、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３の内部に熱応力が発生することを抑制できるので、光学的性質に影響を与えず、フィルタモジュール１の性能を維持できる。さらに、ＳｉＯＢ１０では台形型溝１２の両側からの力を受けると応力が集中し易い台形型溝１２の底面壁１６においてもクラックの発生が抑えられ、フィルタモジュール１の耐久性の向上を図ることが可能となる。
【００３３】
なお、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３は、略均一な厚みの側壁１２ａと底面壁１６と側壁１２ｂとで取り囲まれるようにしてＳｉＯＢ１０に担持されることで、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との間の異なる膨張量・収縮量に対して、側壁１２ａ、１２ｂおよび底面壁１６の全体が変形することができる。第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３のような種々の光学部材が搭載されるＳｉＯＢ１０において、光学部品を略均一な厚みの内部壁で担持する構成を実現するためには、Ｖ字型溝３１ａ、３１ｂのような凹部は台形型溝１２が形成された第１面とは反対の第２面に形成されることが必要となる。ただし、厚みのある基板を用いる場合には、基板の側面に応力解放用の凹部を形成して、光学部品を略均一な厚みの内部壁で担持する構成を形成することも可能である。
【００３４】
[実施の形態２]
実施の形態１では、ＳｉＯＢ１０の第２面に凹部としてＶ字型溝３１ａ、３１ｂを形成したフィルタモジュール１を例に挙げて説明した。しかしながら、第２面に形成する凹部としては台形型溝で形成することも可能である。この実施の形態２では、ＳｉＯＢ１０の第２面に凹部として台形型溝を形成する場合について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３５】
図３および図４は、本実施の形態が適用されるフィルタモジュール２の構成を説明する図であり、図３はこのフィルタモジュール２の平面図、図４はこのフィルタモジュール２のＹＹ'断面図である。本実施の形態が適用されるフィルタモジュール２では、実施の形態１と同様に、Ｓｉ基板１１の一方の面の表面中央部に台形型溝１２と、台形型溝１２を挟んで一方の側には２本の平行なＶ字型溝１３ａ、１３ｂと、他方の側にはＶ字型溝１３ｃとが形成されたシリコンオプティカルベンチ（ＳｉＯＢ）１０、ＳｉＯＢ１０の台形型溝１２に配設され、２本のＶ字型溝１３ａ、１３ｂが形成された側から順に所定の間隔を持って搭載された第１コリメートレンズ２１、薄膜フィルタ２２、および第２コリメートレンズ２３、Ｖ字型溝１３ａに搭載された入射光用光ファイバ２４、Ｖ字型溝１３ｂに搭載された反射光用光ファイバ２５、さらにＶ字型溝１３ｃに搭載された透過光用光ファイバ２６を備えている。
【００３６】
そして、後段で述べるハンダ層１８を形成するため、ＳｉＯＢ１０の表面であって第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３を搭載する領域に金属膜（メタライズ膜）１７が形成され、また、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３の側面２１ａ、２３ａにも金属膜が形成されている。ここで、金属膜を形成する金属としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。なお、金属膜の形成に際しては、ＳｉＯＢ１０の表面に形成された台形型溝１２の隅々まで均一にメッキできることから、無電解メッキを施すことが好ましい。
また、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３については、ＳｉＯＢ１０と当接する側面のみを無電解メッキによって金属膜被覆を行っている。
【００３７】
そして、図３および図４に示したように、本実施の形態が適用されるフィルタモジュール２では、ＳｉＯＢ１０において第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３や薄膜フィルタ２２が搭載される台形型溝１２等が形成された第１面とは反対の第２面に、２本の凹部として台形型溝３２ａ、３２ｂが形成されている点に特徴がある。この台形型溝３２ａ、３２ｂは、台形型溝１２の両側部裏側であって少なくとも第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３等の光学部品が搭載される位置を含む領域に、台形型溝１２の配置方向(長手方向)に沿って形成されている。
【００３８】
このように、第２面に形成された台形型溝３２ａ、３２ｂにより、実施の形態１の場合と同様に、台形型溝１２に搭載された第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３は略均一な厚みの側壁１２ａと底面壁１６と側壁１２ｂとからなる内部壁で担持されるように構成されるので、使用環境の温度が変化した際に第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３がＳｉＯＢ１０に対して大きく膨張・収縮しても、側壁１２ａ、１２ｂおよび底面壁１６の全体が変形することができる。そのため、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との間の異なる膨張量・収縮量に対しても、台形型溝１２の側壁１２ａ、１２ｂおよび底面壁１６が膨張・収縮を吸収して、両者への応力の蓄積を抑制することができる。
【００３９】
さらに、本実施の形態のフィルタモジュール２では、第２面に形成される凹部として台形型溝３２ａ、３２ｂを形成したことにより、台形型溝３２ａ、３２ｂの底面壁１９ａ、１９ｂが台形型溝１２の側壁１２ａ、１２ｂおよび底面壁１６を支持する支持壁となる。この底面壁１９ａ、１９ｂによる弾性によって台形型溝１２の側壁１２ａ、１２ｂおよび底面壁１６が吸収する膨張・収縮による応力をさらに吸収することができる。したがって、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とが当接する台形型溝１２の接触部Ｐ、Ｑにおいて両者を強固に固定しても、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０といった異なる部材の間に生じる異なる膨張量・収縮量を、台形型溝１２の側壁１２ａ、１２ｂおよび底面壁１６と、これらに加えて台形型溝３２ａ、３２ｂの底面壁１９ａ、１９ｂとが柔軟に変形して吸収し、それぞれの部材の内部に生じる熱応力を解放することができる。そのため、接触部Ｐ、Ｑにおいて、接着部の強度を上げてもフィルタモジュール２の光学特性の低下や破損を招くことがないので、ハンダのような強固な材料で固定することも可能となる。
【００４０】
ここで、第２面に形成される台形型溝３２ａ、３２ｂは、異方性エッチングにより上記したＶ字型溝３１ａ、３１ｂと同様に形成されるが、特に台形型溝３２ａ、３２ｂでは、異方性エッチングの露光工程において、フォトマスクに形成する露光パターンの形状と配置位置とを調整することにより、台形型溝３２ａ、３２ｂの開口幅を台形型溝１２の開口幅と同じに形成して台形型溝３２ａ、３２ｂの深さを制御して、台形型溝３２ａ、３２ｂの底面壁１９ａ、１９ｂの厚みｄ''を台形型溝１２の底面壁１６の厚みｄと略同様となるように形成した。これによって、底面壁１９ａ、１９ｂは側壁１２ａ、底面壁１６、側壁１２ｂと略同様の厚みで構成される。
【００４１】
底面壁１９ａ、１９ｂと、側壁１２ａ、底面壁１６、側壁１２ｂとが略同様の厚みで構成されることにより、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３が膨張・収縮して側壁１２ａ、１２ｂに力が加わっても、１ヶ所に応力が集中することなく、側壁１２ａ、底面壁１６、側壁１２ｂに底面壁１９ａ、１９ｂを含めた内部壁全体が均等に変形するので、さらに大きな力に対しても力を分散して吸収することが可能となる。
【００４２】
上記したように、接触部Ｐ、Ｑにおいて第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との固定はハンダ層１８によって行うことが可能となる。ハンダ層１８の固定プロセスの例としては、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３の回転や並進により光軸調整等を行って設置位置を決定した後に、図５に示したように、接触部Ｐ、Ｑの上部にハンダボール１８ａ、１８ｂを載置し、その状態でハンダボール１８ａ、１８ｂに炭酸ガスレーザをパルス的に集光照射して、ハンダボール１８ａ、１８ｂを瞬時に溶融し、冷却することで形成される。
このようなハンダ層１８の形成方法を採用することにより、ハンダの凝固による収縮応力が発生し難いため、モジュールとしての光学的精度を高めることができる利点がある。
【００４３】
次に、ＳｉＯＢ１０において第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３や薄膜フィルタ２２が搭載される台形型溝１２等が形成された第１面とは反対の第２面に、２本の凹部としてＶ字型溝３１ａ、３１ｂや台形型溝３２ａ、３２ｂが形成された本発明のフィルタモジュール１、２と、第２面には凹部が形成されない従来のフィルタモジュール５０（図７、８参照）とを比較する試験を行った。
この試験では、本発明のフィルタモジュール１、２と従来のフィルタモジュール５０にヒートショック試験を施して耐久性を比較した。試験条件は、−４０℃と８０℃の環境下に、ぞれぞれ交互に放置するヒートショックサイクルを繰り返し行うものである。
【００４４】
その結果を図６に示す。図６に示すように、従来のフィルタモジュール５０では、２０回のヒートショックサイクルでＳｉＯＢ１０にクラックが発生して破損が生じたのに対し、本発明のフィルタモジュール１、２では、いずれも１００回のヒートショックサイクルにおいてもＳｉＯＢ１０にクラックは発生せず、使用環境温度の変化によってモジュール内に生じる応力がかなり緩和され、フィルタモジュール１、２の耐久性が向上していることが確認された。
また、フィルタモジュール１、２の光学特性も試験前と試験後とで殆ど変化しないことも確認できた。
【００４５】
以上、詳述したように、本実施の形態のフィルタモジュール１、２のような光学モジュールによれば、台形型溝１２が形成された第１面とは反対の第２面にＶ字型溝３１ａ、３１ｂや台形型溝３２ａ、３２ｂ等の凹部が形成されることで、台形型溝１２に搭載された第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３は略均一な厚みの側壁１２ａと底面壁１６と側壁１２ｂとからなる内部壁で担持される。これによって、使用環境の温度が変化した際に第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３がＳｉＯＢ１０に対して大きく膨張・収縮しても、側壁１２ａ、１２ｂおよび底面壁１６、さらには底面壁１９ａ、１９ｂの全体が変形することができるので、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との間の異なる膨張量・収縮量に対しても、台形型溝１２の側壁１２ａ、１２ｂおよび底面壁１６、さらには底面壁１９ａ、１９ｂが膨張・収縮を吸収して、両者への応力の蓄積を抑制することができる。そのため、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３の内部に熱応力が発生することを抑制できるので、光学的性質に影響を与えず、フィルタモジュール１、２の性能を維持できる。さらに、ＳｉＯＢ１０では台形型溝１２の両側からの力を受けると応力が集中し易い台形型溝１２の底面壁１６においてもクラックの発生が抑えられて、フィルタモジュール１、２の耐久性の向上を図ることが可能となる。
【００４６】
なお、上記した実施の形態１、２では、基板としてシリコンで構成されるＳｉＯＢ１０を用いた場合を例に説明したが、本発明は光学部品が異なる材質の基板に接合された構成であれば如何なるものでも適用可能であり、基板としてはシリコンのほか、例えばセラミック、ガラス、プラスチック等の硬質材料を用いた構成でも、同様の効果を得ることができる。
また、ＳｉＯＢ１０を用いたＷＤＭ用３端子フィルタモジュールを例に取り上げて説明したが、本発明は材質の異なる基板と部品とが接合されて構成される全てのモジュールに適合でき、特に使用環境の温度変化に対する信頼性を向上させることができる点において優れたものである。
【００４７】
また、台形型溝１２の両側にＶ字型溝３１ａ、３１ｂまたは台形型溝３２ａ、３２ｂを形成したが、台形型溝１２の片側のみにＶ字型溝または台形型溝を形成した構成においても、一定の応力解放効果を得ることができる。ここで、光学部品を担持する凹部として台形型溝１２を例に挙げたが、Ｖ字型溝やその他の形状の溝であってもよい。
さらに、光学部品の担持方法として樹脂接着剤やハンダを用いて接着固定する方法を例に説明したが、これに限定されず、例えば凹部と凸部とを嵌合させて固定する方法等を用いることもできる。
【００４８】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、使用環境の温度の変化による光学モジュールの性能低下を抑制して信頼性を維持するとともに、光学モジュールの破損を回避して耐久性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィルタモジュールの構成を示した平面図である。
【図２】本発明のフィルタモジュールのＸＸ'断面図である。
【図３】本発明のフィルタモジュールの構成を示した平面図である。
【図４】本発明のフィルタモジュールのＹＹ'断面図である。
【図５】本発明のフィルタモジュールでのハンダ層の形成を説明する図である。
【図６】比較試験の結果を示した図である。
【図７】従来のフィルタモジュールの構成を示した平面図である。
【図８】従来のフィルタモジュールのＡＡ'断面図である。
【符号の説明】
１,２,５０…フィルタモジュール、１０…シリコンオプティカルベンチ（ＳｉＯＢ）、１１…Ｓｉ基板、１２…台形型溝、１２ａ,１２ｂ…側壁、１３ａ,１３ｂ,１３ｃ…Ｖ字型溝、１４,１５…接着剤層、１６,１９ａ,１９ｂ…底面壁、１７…金属膜（メタライズ膜）、１８…ハンダ層、２１…第１コリメートレンズ、２１ａ…第１コリメートレンズ側面、２２…薄膜フィルタ、２３…第２コリメートレンズ、２３ａ…第２コリメートレンズ側面、２４…入射光用光ファイバ、２５…反射光用光ファイバ、２６…透過光用光ファイバ、３１ａ,３１ｂ…Ｖ字型溝（凹部）、３２ａ,３２ｂ…台形型溝（凹部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, an optical module on which an optical component is mounted, and more particularly to an optical module used for optical communication.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the progress of optical communication technology, for example, data communication using an optical fiber can transmit and receive a large amount of information at high speed. In particular, new technologies such as optical multiplex communication have been introduced, and further increases in speed and capacity are being promoted. Under these circumstances, the need for optical modules that appropriately combine various optical components used in optical communications, such as optical fibers, lenses, laser diodes, etc., has been increasing, and active research and development has been conducted. ing.
[0003]
As a prior art of such an optical module, for example, there is an optical element module in which a groove is provided on a Si substrate, a spherical lens is positioned and fixed in the groove, and a predetermined wiring is formed on the Si substrate. It is disclosed (for example, see Patent Document 1). There are several types of such optical modules. Among them, a groove is formed on the Si wafer by micromachining (MEMS), which is a three-dimensional processing technique, and optical components such as optical fibers and lenses are formed on the grooves. A method of embedding and fixing is drawing attention as a method excellent in mounting accuracy and mass productivity. The substrate for the optical module formed by the MEMS is called a silicon optical bench (SiOB) and is put into practical use as one key device.
[0004]
Here, a configuration of a three-terminal filter module for WDM (Wavelength Division Multiplexing) will be described as a specific example of a conventional optical module using SiOB. FIG. 7 is a plan view illustrating the configuration of a WDM three-terminal filter module (hereinafter referred to as a filter module). As shown in FIG. 7, in the filter module 50, a trapezoidal groove 12 and a trapezoidal groove 12 are formed in the center of the surface of one surface of a single crystal silicon substrate (Si substrate) 11 using anisotropic etching. A silicon optical bench (SiOB) 10 having two parallel V-shaped grooves 13a and 13b formed on one side and a V-shaped groove 13c formed on the other side is used as a base. . In the trapezoidal groove 12 of SiOB 10, the first collimating lens 21, the thin film filter 22, and the second collimating lens 23 are sequentially spaced from the side where the two V-shaped grooves 13 a and 13 b are formed. It is installed. An incident light optical fiber 24 is mounted in the V-shaped groove 13a, a reflected light optical fiber 25 is mounted in the V-shaped groove 13b, and a transmitted light optical fiber 26 is mounted in the V-shaped groove 13c.
[0005]
In such an optical module such as the filter module 50, the positions and depths of the trapezoidal grooves 12 and the V-shaped grooves 13a, 13b, and 13c formed in the SiOB 10 have high accuracy in micron units by anisotropic etching. Optical components such as collimating lenses 21 and 23 and optical fibers 24, 25, and 26 can be formed, and are automatically aligned by being mounted in the trapezoidal groove 12 and V-shaped grooves 13a, 13b, and 13c. Therefore, it has an advantage of high mounting efficiency.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-162542 A (3rd to 4th pages, FIG. 7)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional optical module as shown in FIG. 7, when mounting optical components such as the first collimating lens 21, the thin film filter 22, and the second collimating lens 23 in the trapezoidal groove 12 formed in the SiOB 10. After adjusting and aligning the optical axis of the optical component, the optical properties are maintained over a long period of time while maintaining this state with high accuracy, so that it has high hardness like metal such as resin adhesive and solder. It is necessary to fix firmly using a strong material. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the filter module 50 shown in FIG. 7. In order to firmly fix the optical component and the SiOB 10, as shown in FIG. 8, for example, the first collimating lens 21 and the SiOB 10 For the bonding, a method is adopted in which the first collimating lens 21 and the trapezoidal groove 12 are bonded and fixed by an adhesive layer 15 formed of resin adhesive or solder at two contact portions P and Q where the first collimating lens 21 abuts. It was.
[0008]
However, in the conventional method of fixing the optical component and SiOB10 at two or more locations, the thermal expansion coefficients of the material (for example, optical glass) constituting the optical component and silicon (Si) constituting the SiOB10 are different from each other. Alternatively, when placed in a low temperature environment, a difference occurs in the amount of expansion / contraction between the optical component and SiOB 10, and stress is generated at the joint between the two. Therefore, there has been a problem that the optical properties of the optical component are affected, such as a change in the refractive index and birefringence of the optical component due to the photoelastic effect, and the performance of the optical module is degraded.
Further, the stress generated at the joint between the optical component and the SiOB 10 causes a problem that the SiOB 10 is cracked to break the optical module.
Further, there is a problem that stress remains in the optical module due to a so-called heat cycle in which the temperature is repeatedly raised and lowered, and the optical characteristics of the optical module are not restored even when the temperature returns to room temperature.
[0009]
Conventionally, in order to avoid the above-described problems, each material is selected so that the thermal expansion coefficient between members to be bonded, such as an optical component and a substrate such as SiOB10, is as close as possible. Measures have been taken to relieve the stress generated, but optical components, in particular, need to specify the physical properties of the materials based on their optical properties, so there are limits to the choice of materials. It was difficult to relieve the stress generated during
[0010]
The present invention has been made in order to solve the technical problems as described above, and the object of the present invention is to maintain the reliability by suppressing the performance degradation of the optical module due to the temperature change of the use environment. In addition, the durability of the optical module is improved by avoiding damage to the optical module.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
For this purpose, the optical module of the present invention includes a substrate and an optical component mounted on the substrate. The substrate has a concave portion for holding the optical component on one surface and an optical component on the other surface. A recess is formed to release stress generated in the component and the board. Thereby, the thermal stress generated between the substrate and the optical component mounted on the substrate can be released by providing the recess. Here, the concave portion for releasing the stress generated in the optical component and the substrate may be formed on the side portion of the concave portion for supporting the optical component. In this way, by forming a concave portion on the side of the concave portion where the optical component is carried when viewed from the substrate surface and opposite to the surface on which the concave portion on which the optical component is carried is formed, A configuration for releasing stress generated in the substrate can be realized.
[0012]
The optical module of the present invention includes a substrate having recesses formed on both sides and an optical component carried by the recesses formed on the substrate, and the first recesses carrying the optical components are different. A side wall is formed between the second concave portion formed on the surface. As a result, the thermal stress generated between the substrate and the optical component mounted on the substrate can be absorbed by the side wall that forms the recess that holds the optical component. Here, the substrate may be characterized in that the side wall is an inclined wall. Further, if the substrate is characterized in that the inner wall constituting the concave portion for supporting the optical component has a substantially uniform thickness, the thermal stress generated between the substrate and the optical component mounted on the substrate is reduced. Can be absorbed uniformly. Further, if the concave portion is a trapezoidal or V-shaped groove, an inner wall having a substantially uniform thickness can be formed to uniformly absorb thermal stress. Furthermore, if the substrate is formed by adjacent recesses formed on different surfaces, the side wall can be formed with a substantially uniform thickness.
[0013]
Furthermore, the first recess for carrying the optical component is formed of a sidewall having a thickness d ′ and a bottom wall having a thickness d, and the thickness d ′ of the sidewall and the thickness d of the bottom wall are:
0.5 × d ≦ d ′ ≦ 2.5 × d
It is possible to realize an excellent configuration from the viewpoint of stress release. In addition, if the side wall is supported by a support wall having substantially the same thickness as the side wall, the substrate can have a particularly excellent configuration from the viewpoint of stress release.
[0014]
On the other hand, if the present invention is regarded as a stress relieving method for an optical module, an optical component is supported on a concave portion on one side of a substrate having concave portions formed on both sides, and the concave portion is formed on a surface opposite to the surface on which the optical component is supported. It is characterized in that the thermal stress generated in the optical component and the substrate is released. Here, if the side wall forming the concave portion for supporting the optical component is configured with a substantially uniform thickness by the concave portion formed on the surface opposite to the surface on which the optical component is supported, The thermal stress generated between the optical components can be uniformly released by the side wall.
[0015]
On the other hand, if the present invention is regarded as an optical substrate for an optical module, the optical substrate is a substrate on which an optical component is placed, and a concave portion that carries the optical component on one surface and an optical component and a substrate on the other surface. And a recess for releasing stress generated in the substrate. Here, if the concave portion is a trapezoidal or V-shaped groove, it is preferable in that the mounting efficiency of the optical component can be increased and the stress generated in the optical component and the substrate can be released. In addition, if the side wall forming the concave portion for supporting the optical component is configured to have a substantially uniform thickness by the concave portion for releasing stress, the thermal stress generated between the substrate and the optical component is made uniform by the side wall. Excellent in that it can be released.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
[Embodiment 1]
1 and 2 are diagrams showing a configuration of a three-terminal filter module 1 for WDM (Wavelength Division Multiplexing) as an optical module to which the present embodiment is applied. A WDM three-terminal filter module (hereinafter referred to as a filter module) is one of the modules used for wavelength division multiplexing optical communication, and is a module that selectively extracts only a specific wavelength. FIG. 1 is a plan view of the filter module 1, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the filter module 1 XX ′.
The filter module 1 to which the present embodiment is applied includes a trapezoidal groove 12 and a trapezoidal groove 12 sandwiched between the trapezoidal groove 12 at the center of one surface of a single crystal silicon substrate (Si substrate) 11 that is a silicon wafer. It is disposed in a trapezoidal groove 12 of silicon optical bench (SiOB) 10 and SiOB 10 in which two parallel V-shaped grooves 13a and 13b are formed on the side and a V-shaped groove 13c is formed on the other side. The first collimating lens 21, the thin film filter 22, the second collimating lens 23, and the V-shaped groove 13a that are mounted with a predetermined interval in order from the side where the two V-shaped grooves 13a and 13b are formed. The optical fiber 24 for incident light mounted, the optical fiber 25 for reflected light mounted in the V-shaped groove 13b, and the optical fiber 26 for transmitted light mounted in the V-shaped groove 13c are provided.
[0017]
As shown in FIGS. 1 and 2, the filter module 1 to which the present embodiment is applied is a trapezoidal groove in which the first collimating lens 21, the second collimating lens 23, and the thin film filter 22 are mounted in the SiOB 10. A feature is that two concave portions are formed on the second surface opposite to the first surface on which 12 and the like are formed. The concave portions are formed as V-shaped grooves 31a and 31b, and are located on the back side of both side portions of the trapezoidal groove 12 and in an area including a position where at least optical components such as the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are mounted. The trapezoidal groove 12 is formed along the arrangement direction (longitudinal direction).
[0018]
That is, the SiOB 10 has, on the first surface, a trapezoidal groove 12 in which the first collimating lens 21, the thin film filter 22, and the second collimating lens 23 are mounted, and a V-shaped groove in which the incident light optical fiber 24 is mounted. 13a, a V-shaped groove 13b in which the reflected light optical fiber 25 is mounted, and a V-shaped groove 13c in which the transmitted light optical fiber 26 is mounted are formed on the second surface. It is characterized by a configuration in which V-shaped grooves 31a and 31b are formed.
[0019]
First, the manufacturing method of SiOB10 is demonstrated. In the SiOB 10, an oxide layer is first formed on the surface of the Si substrate 11 whose crystal plane is the (100) plane. The thickness of the oxide layer is determined by the design value of the depth of the trapezoidal groove or the V-shaped groove. A typical value is 2 μm.
Next, a photoresist is applied on the Si substrate 11. Here, as the photoresist, for example, OEPR-800 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. having a viscosity of 50 cp is used, and the Si substrate 11 is applied while rotating at a rotational speed of 1500 rpm. The coating thickness is typically 6 μm.
[0020]
After applying a photoresist to the Si substrate 11, pre-baking is performed at 110 ° C. for 2 minutes to cure the photoresist. Then, using a chromium (Cr) photomask, the first surface of the Si substrate 11 and then the second surface are contact-exposed in order. In this exposure step, ultraviolet light having a wavelength of 350 to 400 nm is used as exposure light.
Next, the exposed Si substrate 11 is developed with a developer. As the developer, for example, an alkaline solution of NMD-3 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. is used. In this development step, since a positive resist is used as the above-mentioned photoresist, the photoresist in the exposed portion is removed. Further, post-baking is performed at 120 ° C. for 5 minutes.
[0021]
Thereafter, dry etching is performed with a fluorine-based gas to remove the Si oxide film in a region not covered with the photoresist. Further, the photoresist is dissolved and removed with acetone.
Etching is then performed with an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution (30 to 35 wt%, 60 to 70 ° C.). The etching rate of pure Si is about two orders of magnitude faster than the etching rate of Si oxide film. For this reason, in the etching region, the (111) plane of the Si crystal plane appears on the surface, and a V-shaped or trapezoidal groove having an inclination angle of 54.7 ° is formed. Note that TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide solution) may be used as the etching solution.
In this way, the SiOB 10 having the trapezoidal groove 12 and the V-shaped grooves 13a, 13b and 13c on the first surface and the V-shaped grooves 31a and 31b on the second surface is manufactured. Here, the trapezoidal groove 12 is formed wide so that the thin film filter 22 can be disposed in a portion where the thin film filter 22 is disposed.
The process as described above is called anisotropic etching and is an important technique for realizing MEMS (Micro Electro Mechanical Systems).
[0022]
In the filter module 1 using the SiOB 10, the incident light optical fiber 24 mounted in the V-shaped groove 13 a of the SiOB 10 transmits light in which a plurality of different wavelengths are multiplexed and emits the light to the first collimating lens 21. To do.
The first collimating lens 21 is an aspherical phase lens in which the curvature of the lens surface is different between the central portion and the peripheral portion, and is manufactured by press molding with a mold using the optical glass BK-7 as a material. Then, the light incident from the optical fiber 24 for incident light is converted into parallel light and emitted to the thin film filter 22.
The thin film filter 22 is a thin film filter element in which a dielectric thin film is laminated in a multilayer on a glass substrate by a process such as sputtering or vacuum deposition, and has a predetermined wavelength λ. _m The wavelength λ _m It has a function of reflecting other light. The thin film filter 22 has a wavelength λ. _m Is transmitted to the second collimating lens 23, and the wavelength λ _m Light other than those is reflected and emitted to the first collimating lens 21.
[0023]
The second collimating lens 23 is configured in the same manner as the first collimating lens 21. Then, the wavelength λ transmitted through the thin film filter 22 _m Is condensed on the end face of the transmitted light optical fiber 26, and the wavelength λ is transmitted to the transmitted light optical fiber 26. _m Guide the light.
On the other hand, the wavelength λ reflected by the thin film filter 22 _m The other light is condensed on the end face of the reflected light optical fiber 25 by the first collimating lens 21 and the wavelength λ is reflected on the reflected light optical fiber 25. _m Non-guided light.
[0024]
Next, the two V-shaped grooves 31a and 31b formed on the second surface of the SiOB 10 that are features of the filter module 1 of the present embodiment will be described.
By the anisotropic etching described above, the trapezoidal groove 12 and the V-shaped grooves 13a, 13b and 13c on the first surface are formed on the SiOB 10 and the V-shaped grooves 31a and 31b are formed on the second surface. The V-shaped grooves 31a and 31b on the second surface are on the back sides of both sides of the trapezoidal groove 12 on the first surface, and are positions where optical components such as at least the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are mounted. It is formed along the arrangement direction (longitudinal direction) of the trapezoidal groove 12 in the including region.
[0025]
In anisotropic etching, as described above, the (111) plane of the Si crystal plane appears in the etching region, and the inclination angles of the V-shaped groove and the trapezoidal groove are all formed at 54.7 °. Is done. For this reason, the slopes of the V-shaped grooves 31a and 31b formed on the second surface and the slopes of the trapezoidal groove 12 formed on the first surface are formed so that the slopes on the sides adjacent to each other are parallel to each other. . Therefore, the thickness d ′ of the side walls 12a and 12b of the trapezoidal groove 12 formed by the inclined surfaces of the V-shaped grooves 31a and 31b and the inclined surface of the trapezoidal groove 12 can be formed uniformly.
Therefore, by utilizing this characteristic, the opening width of the V-shaped grooves 31a and 31b is changed to a trapezoidal shape by adjusting the shape and arrangement position of the exposure pattern formed on the photomask in the exposure step of anisotropic etching. The depth of the V-shaped grooves 31 a and 31 b is controlled to be ½ or less of the opening width of the groove 12, and the thickness d ′ of the side walls 12 a and 12 b of the trapezoidal groove 12 is set to the thickness of the bottom wall 16 of the trapezoidal groove 12. By positioning the V-shaped grooves 31a and 31b so as to be substantially the same as d, the V-shaped grooves 31a and 31b on the second surface arranged at the above-described positions are formed on the first collimating lens 21 and the second collimating lens. The lens 23 is configured to be supported by an inner wall composed of a side wall 12a, a bottom wall 16 and a side wall 12b having a substantially uniform thickness.
[0026]
By the way, at the contact portions P and Q of the trapezoidal groove 12 where the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 come into contact with the SiOB 10, the optical characteristics of the filter module 1 are prevented from deteriorating due to the optical axis being shifted. Therefore, both are firmly fixed by the adhesive layer 14. The adhesive layer 14 is coated with an ultraviolet curable resin using, for example, a microdispenser after the optical axis is adjusted by rotating or translating the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 to determine the installation position. It is formed by condensing and irradiating ultraviolet rays. Here, the ultraviolet curable resin as an adhesive has an advantage that it is easy to apply because it has a low viscosity, has good workability because it does not require heat during curing, and can be firmly fixed.
In addition, as the ultraviolet curable resin, epoxy-modified acrylate type, polyurethane type, polyester type, and the like can be used. In addition to the ultraviolet curable resin, thermosetting resins such as epoxy resin, phenol resin, and melamine resin are used. You can also.
[0027]
Thus, in the state where the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are fixed to the SiOB 10 by the adhesive layer 14 at the contact portions P and Q, the expansion and contraction of both occur due to the change of the environmental temperature. Stress is easily generated inside the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 and the SiOB 10.
[0028]
That is, the thermal expansion coefficient of the optical glass BK-7 constituting the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 is 7.1 × 10. ^-6 / Deg, and the thermal expansion coefficient of silicon (Si) constituting the Si substrate 11 of SiOB10 is 2.5 × 10 ^-6 / Deg, both of which have different coefficients of thermal expansion. Therefore, when the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 and the SiOB 10 are fixed by the adhesive layer 14 at both the contact portions P and Q, the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are caused by temperature fluctuations. Is greatly expanded and contracted, and the Si substrate 11 is not expanded and contracted as much as the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23, and there is a difference between the amount of expansion and contraction of both. For example, if the use environment temperature changes from room temperature (20 ° C.) to 70 ° C., a difference in expansion amount in submicron units occurs between the two.
[0029]
As a result, in particular, the trapezoidal groove 12 of SiOB 10 has a force in a direction substantially orthogonal to both inclined surfaces as indicated by an arrow T in FIG. 2 due to expansion and contraction of the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23. Will work. Since the bottom wall 16 of the trapezoidal groove 12 is formed thin, and stress is easily concentrated on the bottom wall 16 when force is applied to both slopes of the trapezoidal groove 12, the bottom wall 16 is distorted. When the distortion is repeatedly generated, a crack is generated and the filter module 1 is damaged.
On the other hand, internal stress is generated in the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23, and the optical properties are affected, such as a change in refractive index and birefringence due to the photoelastic effect. Performance will be reduced.
[0030]
On the other hand, in the filter module 1 of the present embodiment, the V-shaped grooves 31a and 31b are formed on the second surface opposite to the first surface where the trapezoidal groove 12 is formed on both sides of the trapezoidal groove 12. The first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 mounted in the trapezoidal groove 12 are supported by the inner wall composed of the side wall 12a, the bottom wall 16 and the side wall 12b having a substantially uniform thickness. It is configured. As a result, even if the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are greatly expanded and contracted with respect to the SiOB 10 when the temperature of the use environment changes, the entire side walls 12a, 12b and the bottom wall 16 are deformed. Can do. Therefore, the side walls 12a and 12b and the bottom wall 16 of the trapezoidal groove 12 absorb the expansion and contraction with respect to the different expansion and contraction amounts between the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 and the SiOB 10. , Accumulation of stress on both can be suppressed. That is, at the contact portions P and Q, as shown in FIG. 2, the side walls 12a and 12b can be deformed in the direction of the received force (arrow T). , 12b and the bottom wall 16 plus the deformation of the entire inner wall, the stress is released, and the force applied to the first collimating lens 21, the second collimating lens 23 and the SiOB 10 is extremely small.
As a result, the optical properties of the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are not affected, and the occurrence of cracks can be suppressed in the SiOB 10.
[0031]
In particular, since the side wall 12a, the bottom wall 16 and the side wall 12b surrounding the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are configured to have a uniform thickness, the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are expanded. Even if a force is applied to the side walls 12a and 12b due to contraction, the side wall 12a, the bottom wall 16 and the side wall 12b can be uniformly deformed and the force can be dispersed throughout without causing concentration of stress in one place. It becomes possible.
Here, the thickness d ′ of the side walls 12a and 12b and the thickness d of the bottom wall 16 of the trapezoidal groove 12 are excellent from the viewpoint of stress release to be approximately the same thickness.
0.5 × d ≦ d ′ ≦ 2.5 × d
In the range satisfying the above relationship, the knowledge that the filter module 1 is not damaged without cracking in the SiOB 10 even in the region where the change range of the operating environment temperature of the filter module 1 is −40 to 80 ° C. has been obtained. .
Furthermore, the deformation of the side walls 12a, 12b and the bottom wall 16 can return to the original position when the use environment temperature returns to room temperature, and therefore hardly affects the optical characteristics of the filter module 1.
[0032]
As described above, according to the filter module 1 of the present embodiment, the V-shaped grooves 31a and 31b that are concave portions are formed on the second surface opposite to the first surface on which the trapezoidal groove 12 is formed, By configuring the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 mounted in the trapezoidal groove 12 to be supported by the inner wall composed of the side wall 12a, the bottom wall 16 and the side wall 12b having a substantially uniform thickness, Since it is possible to suppress the occurrence of thermal stress inside the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23, the performance of the filter module 1 can be maintained without affecting the optical properties. Further, in the case of SiOB 10, when the force from both sides of the trapezoidal groove 12 is received, the occurrence of cracks is also suppressed in the bottom wall 16 of the trapezoidal groove 12 where stress tends to concentrate, and the durability of the filter module 1 can be improved. It becomes possible.
[0033]
The first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are supported on the SiOB 10 so as to be surrounded by the side wall 12a, the bottom wall 16 and the side wall 12b having a substantially uniform thickness. The side walls 12a and 12b and the entire bottom wall 16 can be deformed with respect to different expansion and contraction amounts between the second collimating lens 23 and the SiOB 10. In the SiOB 10 on which various optical members such as the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are mounted, in order to realize a configuration in which an optical component is supported by an inner wall having a substantially uniform thickness, a V-shaped groove is used. Recesses such as 31a and 31b need to be formed on the second surface opposite to the first surface on which the trapezoidal groove 12 is formed. However, when a thick substrate is used, it is possible to form a structure in which a concave part for stress release is formed on the side surface of the substrate and the optical component is supported by an inner wall having a substantially uniform thickness.
[0034]
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the filter module 1 in which the V-shaped grooves 31a and 31b are formed as the recesses on the second surface of the SiOB 10 has been described as an example. However, the concave portion formed on the second surface can be formed as a trapezoidal groove. In the second embodiment, a case where a trapezoidal groove is formed as a recess on the second surface of SiOB 10 will be described. In addition, about the structure similar to Embodiment 1, the same code | symbol is used and the detailed description is abbreviate | omitted here.
[0035]
3 and 4 are diagrams for explaining the configuration of the filter module 2 to which the present embodiment is applied. FIG. 3 is a plan view of the filter module 2. FIG. 4 is a YY ′ sectional view of the filter module 2. It is. In the filter module 2 to which the present embodiment is applied, the trapezoidal groove 12 is formed at the center of the surface of one surface of the Si substrate 11 and the trapezoidal groove 12 is sandwiched between the trapezoidal groove 12 as in the first embodiment. Is disposed in a trapezoidal groove 12 of silicon optical bench (SiOB) 10 and SiOB 10 in which two parallel V-shaped grooves 13a and 13b and a V-shaped groove 13c are formed on the other side. The first collimating lens 21, the thin film filter 22, the second collimating lens 23, and the V-shaped groove 13a are mounted in order from the side where the V-shaped grooves 13a and 13b are formed with a predetermined interval. The optical fiber for incident light 24, the optical fiber for reflected light 25 mounted in the V-shaped groove 13b, and the optical fiber for transmitted light 26 mounted in the V-shaped groove 13c are provided.
[0036]
Then, in order to form the solder layer 18 described later, a metal film (metallized film) 17 is formed on the surface of the SiOB 10 on the region where the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are mounted. Metal films are also formed on the side surfaces 21 a and 23 a of the collimating lens 21 and the second collimating lens 23. Here, gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), copper (Cu), or the like can be used as a metal for forming the metal film. In forming the metal film, electroless plating is preferably performed because the metal film can be uniformly plated to every corner of the trapezoidal groove 12 formed on the surface of the SiOB 10.
Moreover, about the 1st collimating lens 21 and the 2nd collimating lens 23, only the side surface which contact | abuts SiOB10 is coated with the metal film by electroless plating.
[0037]
3 and 4, in the filter module 2 to which the present embodiment is applied, the trapezoidal groove in which the first collimating lens 21, the second collimating lens 23, and the thin film filter 22 are mounted in the SiOB 10. A feature is that trapezoidal grooves 32a and 32b are formed as two concave portions on the second surface opposite to the first surface on which 12 and the like are formed. The trapezoidal grooves 32a and 32b are located on the back sides of both sides of the trapezoidal groove 12 and include at least a region where optical components such as the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are mounted. It is formed along the arrangement direction (longitudinal direction).
[0038]
As described above, the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 mounted in the trapezoidal groove 12 are substantially formed by the trapezoidal grooves 32a and 32b formed on the second surface as in the case of the first embodiment. Since the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are configured to be supported by the inner wall including the side wall 12a, the bottom wall 16 and the side wall 12b having a uniform thickness, the temperature of the usage environment changes. Even if the SiOB 10 is greatly expanded and contracted, the entire side walls 12a and 12b and the bottom wall 16 can be deformed. Therefore, the side walls 12a and 12b and the bottom wall 16 of the trapezoidal groove 12 absorb the expansion / contraction even with respect to the different expansion / contraction amounts between the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 and the SiOB 10. Thus, accumulation of stress in both can be suppressed.
[0039]
Furthermore, in the filter module 2 of the present embodiment, the trapezoidal grooves 32a and 32b are formed as the concave portions formed on the second surface, so that the bottom walls 19a and 19b of the trapezoidal grooves 32a and 32b are trapezoidal grooves 12. It becomes a support wall which supports side wall 12a, 12b and bottom wall 16 of this. Due to the elasticity of the bottom walls 19a and 19b, the stress caused by the expansion and contraction absorbed by the side walls 12a and 12b and the bottom wall 16 of the trapezoidal groove 12 can be further absorbed. Therefore, even if the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are firmly fixed at the contact portions P and Q of the trapezoidal groove 12 where the SiOB 10 abuts, the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are also fixed. And the different expansion / contraction amounts generated between different members such as SiOB 10 and the side walls 12a and 12b and the bottom wall 16 of the trapezoidal groove 12, and the bottom walls 19a and 19b of the trapezoidal grooves 32a and 32b in addition to these. It can be flexibly deformed and absorbed, and the thermal stress generated in each member can be released. Therefore, in the contact portions P and Q, even if the strength of the adhesive portion is increased, the optical characteristics of the filter module 2 are not deteriorated or damaged, and therefore, it can be fixed with a strong material such as solder.
[0040]
Here, the trapezoidal grooves 32a and 32b formed on the second surface are formed by anisotropic etching in the same manner as the V-shaped grooves 31a and 31b described above, but are different particularly in the trapezoidal grooves 32a and 32b. In the exposure process of isotropic etching, the opening width of the trapezoidal grooves 32a and 32b is formed to be the same as the opening width of the trapezoidal groove 12 by adjusting the shape and arrangement position of the exposure pattern formed on the photomask. By controlling the depth of the trapezoidal grooves 32a and 32b, the thickness d ″ of the bottom walls 19a and 19b of the trapezoidal grooves 32a and 32b is made substantially the same as the thickness d of the bottom wall 16 of the trapezoidal grooves 12. Formed. As a result, the bottom walls 19a and 19b have substantially the same thickness as the side wall 12a, the bottom wall 16 and the side wall 12b.
[0041]
The bottom wall 19a, 19b and the side wall 12a, the bottom wall 16, and the side wall 12b are configured to have substantially the same thickness, so that the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are expanded and contracted to form the side walls 12a, 12b. Even if force is applied to the inner wall, the entire inner wall including the bottom wall 19a and 19b is deformed evenly on the side wall 12a, the bottom wall 16 and the side wall 12b without concentrating the stress on one place. However, the force can be dispersed and absorbed.
[0042]
As described above, the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 and the SiOB 10 can be fixed by the solder layer 18 at the contact portions P and Q. As an example of the fixing process of the solder layer 18, after the installation position is determined by adjusting the optical axis by rotating or translating the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23, as shown in FIG. Solder balls 18a and 18b are placed on top of the parts P and Q, and in this state, the solder balls 18a and 18b are condensed and irradiated in a pulsed manner with a carbon dioxide laser, and the solder balls 18a and 18b are instantaneously melted and cooled. It is formed by doing.
By adopting such a method for forming the solder layer 18, it is difficult to generate shrinkage stress due to solidification of the solder, and thus there is an advantage that the optical accuracy as a module can be increased.
[0043]
Next, two concave portions are formed on the second surface opposite to the first surface on which the trapezoidal groove 12 on which the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 and the thin film filter 22 are mounted in the SiOB 10. Filter modules 1 and 2 of the present invention in which V-shaped grooves 31a and 31b and trapezoidal grooves 32a and 32b are formed, and a conventional filter module 50 in which a concave portion is not formed on the second surface (see FIGS. 7 and 8). The test which compares was conducted.
In this test, a heat shock test was performed on the filter modules 1 and 2 of the present invention and the conventional filter module 50 to compare the durability. The test condition is to repeatedly perform a heat shock cycle in which each is left alternately in an environment of −40 ° C. and 80 ° C.
[0044]
The result is shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the conventional filter module 50, the SiOB 10 was cracked and damaged in 20 heat shock cycles, whereas in the filter modules 1 and 2 of the present invention, both were 100 times. In the heat shock cycle, it was confirmed that no cracks were generated in the SiOB 10 and the stress generated in the module was considerably relaxed by the change in the use environment temperature, and the durability of the filter modules 1 and 2 was improved.
It was also confirmed that the optical characteristics of the filter modules 1 and 2 hardly changed before and after the test.
[0045]
As described above in detail, according to the optical module such as the filter modules 1 and 2 of the present embodiment, the V-shaped groove is formed on the second surface opposite to the first surface on which the trapezoidal groove 12 is formed. By forming recesses such as 31a and 31b and trapezoidal grooves 32a and 32b, the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 mounted on the trapezoidal groove 12 have side walls 12a and bottom walls having a substantially uniform thickness. 16 and a side wall 12b. As a result, even if the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 are greatly expanded and contracted with respect to the SiOB 10 when the temperature of the usage environment changes, the side walls 12a and 12b and the bottom wall 16 and further the bottom wall 19a. , 19b can be deformed as a whole, so that the side walls 12a, 12b of the trapezoidal groove 12 and the different amount of expansion / contraction between the first collimating lens 21 and the second collimating lens 23 and the SiOB 10 can be reduced. The bottom wall 16 and further the bottom walls 19a and 19b absorb the expansion and contraction, and the accumulation of stress on both can be suppressed. Therefore, since it can suppress that a thermal stress generate | occur | produces inside the 1st collimating lens 21 and the 2nd collimating lens 23, the performance of the filter modules 1 and 2 can be maintained, without affecting an optical property. Further, in the SiOB 10, when the force from both sides of the trapezoidal groove 12 is received, cracks are also suppressed in the bottom wall 16 of the trapezoidal groove 12 where stress tends to concentrate, and the durability of the filter modules 1 and 2 is improved. It becomes possible to plan.
[0046]
In the first and second embodiments described above, the case where SiOB10 made of silicon is used as the substrate has been described as an example. However, the present invention is not limited as long as the optical component is bonded to a substrate made of a different material. Even a structure using a hard material such as ceramic, glass, plastic, etc. in addition to silicon can be obtained.
In addition, the WDM three-terminal filter module using SiOB10 has been described as an example. However, the present invention can be applied to all modules configured by joining substrates and components made of different materials, and in particular the temperature of the usage environment. This is excellent in that the reliability against changes can be improved.
[0047]
Further, although the V-shaped grooves 31a and 31b or the trapezoidal grooves 32a and 32b are formed on both sides of the trapezoidal groove 12, the V-shaped groove or the trapezoidal groove is formed only on one side of the trapezoidal groove 12. A certain stress releasing effect can be obtained. Here, the trapezoidal groove 12 is taken as an example of the concave portion for carrying the optical component, but a V-shaped groove or other shape groove may be used.
Further, the method of bonding and fixing using an adhesive or solder as an example of a method for supporting an optical component has been described as an example. However, the method is not limited to this, and for example, a method in which a concave portion and a convex portion are fitted and fixed is used. You can also.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to maintain the reliability by suppressing the performance degradation of the optical module due to the temperature change of the use environment, and to improve the durability by avoiding the damage of the optical module. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a filter module of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the filter module of the present invention taken along the line XX ′.
FIG. 3 is a plan view showing the configuration of the filter module of the present invention.
FIG. 4 is a YY ′ sectional view of the filter module of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating the formation of a solder layer in the filter module of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the results of a comparative test.
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a conventional filter module.
FIG. 8 is an AA ′ sectional view of a conventional filter module.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2, 50 ... Filter module, 10 ... Silicon optical bench (SiOB), 11 ... Si substrate, 12 ... Trapezoidal groove, 12a, 12b ... Side wall, 13a, 13b, 13c ... V-shaped groove, 14, 15 ... Adhesive layer, 16, 19a, 19b ... bottom wall, 17 ... metal film (metallized film), 18 ... solder layer, 21 ... first collimating lens, 21a ... side of first collimating lens, 22 ... thin film filter, 23 ... first 2 collimating lens, 23a ... second collimating lens side surface, 24 ... incident light optical fiber, 25 ... reflected light optical fiber, 26 ... transmitted light optical fiber, 31a, 31b ... V-shaped groove (concave), 32a, 32b ... Trapezoidal groove (concave)

Claims

A substrate having recesses formed on both surfaces facing each other ;
An optical component carried in a recess formed in the substrate,
An optical module characterized in that the first recess for carrying the optical component forms a side wall between a surface on which the first recess is formed and a second recess formed on a surface facing the surface. .

The substrate, the side walls, the optical module according to claim 1, characterized in that a slope wall.

In the substrate, a first bottom wall composed of a bottom portion of a first recess for carrying the optical component and a surface facing the surface on which the first recess is formed has substantially the same thickness as the side wall. the optical module according to claim 1, wherein a.

The substrate, the optical module according to claim 1, wherein the recess is a groove of trapezoidal or V-shaped.

The substrate, the optical module according to claim 1, wherein said side wall is formed by the recess adjacent formed on different surfaces facing each other.

In the substrate, the first recess in which the optical component is carried is formed by a sidewall having a thickness d ′ and a bottom wall having a thickness d, and the thickness d ′ of the sidewall and the thickness d of the bottom wall are:
0.5 × d ≦ d ′ ≦ 2.5 × d
The optical module according to claim 1, wherein:

The substrate is characterized in that a second bottom wall composed of a bottom portion of the second recess and a surface facing the surface on which the second recess is formed has substantially the same thickness as the side wall. The optical module according to claim 3 .

The optical module according to claim 1, wherein the second recess is formed on both sides of the first recess.

Forming a first recess for carrying an optical component on the one surface of the substrate having one surface and the other surface facing each other, and forming a second recess on the other surface; A thermal stress releasing method for an optical module , wherein a side wall is formed between one concave portion and the second concave portion, and thermal stress generated in the optical component and the substrate is released through the side wall .

The side wall is configured to have substantially the same thickness as a first bottom wall formed by a bottom portion of the first recess and a surface facing the surface on which the first recess is formed. The method for releasing thermal stress of an optical module according to claim 9 .

A substrate on which an optical component is placed,
A first recess for carrying the optical component on one surface;
A second recess on the other surface opposite the one surface;
The optical substrate for an optical module, wherein the first recess and the second recess form a side wall for releasing stress generated in the optical component and the substrate.

The optical substrate for an optical module according to claim 11, wherein the first recess and the second recess are trapezoidal or V-shaped grooves.

The side wall is configured to have substantially the same thickness as a first bottom wall composed of a bottom portion of the first recess and a surface facing the surface on which the first recess is formed. The optical substrate for an optical module according to claim 11 .