JP4028243B2

JP4028243B2 - 樹脂充填型光導波路デバイス

Info

Publication number: JP4028243B2
Application number: JP2002004214A
Authority: JP
Inventors: 康浩安間; 達志久納
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: JP2003207658A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッケージ内に樹脂を充填した構造の光導波路デバイスに関し、更に詳しく述べると、光導波路素子部のほぼ全体がパッケージ内で、注入硬化されたゲル状樹脂により包み込まれて保持されている樹脂充填型光導波路デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信などの分野では、基板に光回路を形成した光導波路基板と、１本以上の光ファイバを整列固定した光ファイバアレイを、光軸調芯して接着固定した光導波路素子が用いられている。形成する光回路の代表的な例としては、光分岐回路や光合分波回路などがある。このような光導波路素子は、通常、ガラス材料やシリコン単結晶材料などで形成されるため、外部からの機械的応力や環境変化などに起因する部品損傷を受け易い。そこで、部品損傷を防ぎ、また取り扱いを容易にするために、何らかの外装保護手段が必要となる。
【０００３】
外装保護手段の代表的な従来例としては、パッケージ収容構造と樹脂モールド構造がある。パッケージ収容構造は、光導波路素子部をパッケージ（金属製の保護容器）内に収容し、接着剤により直接接着する構造である。この構造は、光導波路素子部をパッケージに高強度接着固定できるために、接着剤の効果により機械的強度を高くできる利点がある。他方、樹脂モールド構造は、光導波路素子部を金型内に設置し、樹脂を射出成形することにより埋め込む構造である。樹脂材料としては、通常、広い温度範囲にわたって化学的に安定であり且つ比較的低硬度のゴム状シリコーン樹脂が用いられている。この構造は、光導波路素子部を樹脂中に埋め込むことで、モールド樹脂によって機械的耐久性や耐環境性を確保しようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のパッケージ収容構造は、導波路基板材料に対してパッケージ材料や接着剤の熱膨張係数が異なると、温度変化による歪みの影響で光学特性が変化する恐れがある。使用温度範囲を拡大しようとすると、材料の組み合わせが大きく制限されるため、それら材料の選定が難しい。また、接着剤の硬化時における体積収縮率や内部応力に対する配慮も不可欠である。更に、光導波路基板とファイバアレイとの接着箇所などの水分に対する耐久性を確保するために、パッケージを気密封止することが不可欠であり、そのためコストが高くなる。
【０００５】
他方、樹脂モールド構造では、温度変化などの耐環境性や機械的応力などに対する耐久性については、モールド樹脂自体の特性に直接影響されることになる。またコストを考慮して簡易封止を採用するため、耐湿性についてもモールド樹脂自体の特性に直接影響される。しかし、モールド樹脂として多用されているゴム状シリコーン樹脂は、透湿性や吸湿率が高い問題がある。更に、樹脂自体に接着性や粘着性が無いために、湿度に対する耐久性を改善するには、前記のように射出成形が必要であり、そのため成形作業など量産性の負荷が大きく、部品が大型化する問題もあった。
【０００６】
本発明の目的は、低コスト化でき、量産性に優れ、且つ高信頼性を実現できるパッケージ構造の光導波路デバイスを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板に光回路を形成した光導波路基板と、１本以上の光ファイバを整列固定した光ファイバアレイとを、光軸調芯して接着固定した光導波路素子部が、パッケージ内に収容されている光導波路デバイスにおいて、光ファイバ貫通部と光ファイバアレイ載置部が連続した構造を有し光ファイバの端部近傍を保護すると共に光ファイバアレイを支える光ファイバ保護部を設け、少なくとも光導波路基板はパッケージに対して非接触状態であり、光導波路素子部とパッケージとの隙間部に付加型反応によるゲル状フッ素樹脂が充填されていて、該ゲル状フッ素樹脂によって光導波路素子部のほぼ全体が包み込まれて保持されていることを特徴とする樹脂充填型光導波路デバイスである。
【０００９】
ここで使用するゲル状フッ素樹脂は、隙間部に注入した樹脂の反応前混合物を、９５℃以下で加熱処理することによって付加型反応により硬化するものがよく、例えばパーフルオロポリエーテル樹脂が好ましい。
【００１０】
光導波路基板は、典型的にはＮａ又はＫイオンの一方もしくは両方を含むアルカリ含有シリケート系多成分ガラスからなる基板内に、所望の光回路を形成した構造である。光回路は、Ａｇ，Ｋ，Ｔｌイオンから選ばれる少なくとも１種のイオン交換により形成された光導波路からなる。他方、光ファイバアレイは、Ｖ溝を形成したアレイ基板に１本以上の光ファイバ芯線部を整列させて接着固定した構造とする。アレイ基板は、光導波路基板材料と熱膨張係数が整合し、２．０×１０^-6〜９．０×１０^-6の熱膨張係数を有するガラス材料で作製するのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光導波路デバイスは、基板に光回路を形成した光導波路基板と、１本以上の光ファイバを整列固定した光ファイバアレイを、光軸調芯して接着固定した光導波路素子部が、金属製あるいは樹脂製のパッケージ内に収容され、光導波路基板はパッケージ内壁に対して非接触状態を保ち、光導波路素子部とパッケージとの隙間部に低透湿性、低吸湿性のゲル状樹脂が充填されていて、該ゲル状樹脂によって光導波路素子部のほぼ全体が包み込まれて保持されている構造である。
【００１２】
このように光導波路素子部のほぼ全体をゲル状樹脂によって包み込むようにしてパッケージ内で保持することにより、耐環境性（温度変化、湿度などに対する耐久性）及び耐機械的特性を改善している。
【００１３】
従来の樹脂モールド構造で用いられているゴム状樹脂（２種類のゴム状シリコーン樹脂Ａ及びＢ）と本発明の樹脂充填構造で用いるゲル状樹脂（ゲル状シリコーン樹脂及びゲル状フッ素樹脂）の特性比較結果を表１に示す。なお、ゲル状樹脂の硬度については針入度で表しており、そのことを示すために［］内に数値を表記している。
【００１４】
【表１】

【００１５】
樹脂を用いた埋込品への発生応力は、樹脂自体の密度に比例する。一般に、応力は、任意の温度域での樹脂内の歪み状態と硬度に依存する。表１から分かるように、ゲル状樹脂はゴム状樹脂に比べて、低温側でも高温側でも歪みが小さく、且つ硬度も低い。これらの理由から、ゲル状樹脂で光導波路素子部を覆い保持すると、広い温度範囲にわたって低応力で安定した状態が得られることになる。更に、ゲル状樹脂の中でシリコーン系とフッ素系を比べた時、吸湿率はフッ素樹脂で低く、透湿率でもフッ素樹脂はシリコーン樹脂の約１／１０であることが確認されている。従って、本発明では、ゲル状フッ素樹脂を使用する。
【００１６】
以上のことから、広範な温度域で信頼性が問われる光導波路デバイスでは、その保護材として、低硬度ではあっても粘弾性を保有するゲル状樹脂が望ましいことが分かる。また、耐湿性についても、剥離性を有するゴム状樹脂を使用するよりも、粘弾性を保有するゲル状樹脂を採用する方が有利であることが分かる。更に、本発明の樹脂充填構造は、ゲル状樹脂の注入操作のみでよく、射出成形が不要なために、金型などが不要であり、量産性の面でも優れている。
【００１７】
【実施例】
本発明に係る樹脂充填型光導波路デバイスの一実施例を図１に示す。なお、図１のＢはＡにおけるｘ−ｘ断面を表している。基板に光回路を形成した光導波路基板１０の両側に、１本以上の光ファイバを整列固定した光ファイバアレイ１２が位置し、それらが光軸調芯されて接着固定され光導波路素子部１４が構成されている。
【００１８】
光導波路基板１０は、Ｎａを主成分とするアルカリ含有シリケート系多成分ガラスを基板とし、イオン交換法によりガラス中のＮａイオンをＡｇイオンと交換して必要な光導波路を形成する。光回路は、例えばＹ分岐回路などである。
【００１９】
光ファイバアレイ１２は、アレイ基板１６に光ファイバ１８を整列させて接着固定した構造である。具体的には、アレイ基板１６に必要本数のＶ溝を平行に規定のピッチで形成し、そのＶ溝に光ファイバ１８の芯線部を収容するように配列してエポキシ系紫外線硬化接着剤により接着固定する。なお、アレイ基板１６は光導波路基板材料と熱膨張係数の整合するガラス材料からなり、２．０×１０^-6〜９．０×１０^-6の熱膨張係数を有する。この場合、光回路がＹ分岐回路の場合には、片側には１本の光ファイバを有する光ファイバアレイが位置し、反対側には２本の光ファイバを有する光ファイバアレイが位置することになる。
【００２０】
そして、光導波路素子部（光ファイバの一部を含む）１４が、アルミニウム製のパッケージ２０の中に収容される。なおパッケージ２０は、容器部２０ａと蓋部２０ｂとの組み合わせからなる。
【００２１】
その際、両方の光ファイバアレイ１２の近傍に、パッケージ２０に対して光ファイバ１８の端部近傍を保護すると共に光ファイバアレイ１２を支持する光ファイバ保護部２２を装着する。ここでは、光ファイバ保護部２２は、光ファイバ貫通部２２ａと光ファイバアレイ載置部２２ｂが連続した構造であり、例えば樹脂材料などからなる成形品である。従って、光ファイバアレイ１２が光ファイバアレイ載置部２２ｂ上に載置され、光導波路基板１０はパッケージ２０から浮いた状態となる。
【００２２】
両端に光ファイバ保護部２２を装着した光導波路素子部１４をパッケージ２０の容器部２０ａ内に収容し、光導波路素子部１４とパッケージ２０の容器部２０ａとの隙間部にゲル状樹脂２４を充填する。ここではゲル状樹脂２４として、低粘性のパーフルオロポリエーテル樹脂の反応前混合物を用い、前記隙間部に注入した。この注入により、光導波路素子部１４には、少なくとも厚み１mm以上の樹脂被覆が形成された。樹脂の反応前混合物は、光導波路基板１０の全周のみならず、光ファイバアレイ１２の周囲（光ファイバアレイ載置部２２ｂに接する部分を除く）も覆う。この反応前混合物を、８５℃で２時間の加熱処理を施し、付加型反応により硬化させた。このようにして、少なくとも光導波路基板１０はパッケージ内壁に対して非接触状態であり、ゲル状樹脂２４によって光導波路素子部１４のほぼ全体が包み込まれてパッケージ２０の容器部２０ａに保持される。その後、パッケージ２０の容器部２０ａにアルミニウム製の蓋部２０ｂを取り付けることにより組立を完了した。
【００２３】
このような本発明に係る樹脂充填型パッケージ構造の光導波路デバイスは、課せられている振動・衝撃試験、温度サイクル試験、高温高湿試験を全て満足することができた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は上記のように、光導波路基板がパッケージに対して非接触であり、光導波路素子部とパッケージとの隙間部にゲル状樹脂が充填されていて、該ゲル状樹脂によって光導波路素子部のほぼ全体が包み込まれて保持されている構造としたことにより、樹脂の注入操作のみで済み射出成形が不要となるため、コストを低減でき、量産性に優れ、またゲル状樹脂を使用することで温度範囲が拡大し、耐湿性が向上する。それらによって振動や衝撃などの耐機械的特性も向上し、高信頼性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る樹脂充填型光導波路デバイスの一実施例を示す説明図。
【符号の説明】
１０光導波路基板
１２光ファイバアレイ
１４光導波路素子部
１６アレイ基板
１８光ファイバ
２０パッケージ
２２光ファイバ保護部
２４ゲル状樹脂

Claims

基板に光回路を形成した光導波路基板と、１本以上の光ファイバを整列固定した光ファイバアレイを、光軸調芯して接着固定した光導波路素子部が、パッケージ内に収容されている光導波路デバイスにおいて、
光ファイバ貫通部と光ファイバアレイ載置部が連続した構造を有し光ファイバの端部近傍を保護すると共に光ファイバアレイを支える光ファイバ保護部を設け、少なくとも光導波路基板はパッケージに対して非接触状態であり、光導波路素子部とパッケージとの隙間部に付加型反応によるゲル状フッ素樹脂が充填されていて、該ゲル状フッ素樹脂によって光導波路素子部のほぼ全体が包み込まれて保持されていることを特徴とする樹脂充填型光導波路デバイス。
ゲル状フッ素樹脂が、パーフルオロポリエーテル樹脂である請求項１記載の樹脂充填型光導波路デバイス。
光導波路基板が、Ｎａ又はＫイオンの一方もしくは両方を含むアルカリ含有シリケート系多成分ガラスからなる基板内に、光回路を形成した構造である請求項１又は２記載の樹脂充填型光導波路デバイス。
光回路が、Ａｇ，Ｋ，Ｔｌイオンから選ばれる少なくとも１種のイオン交換により形成された光導波路からなる請求項３記載の樹脂充填型光導波路デバイス。
光ファイバアレイは、Ｖ溝を形成したアレイ基板に光ファイバ芯線部を整列させて接着固定した構造であり、該アレイ基板は光導波路基板材料と熱膨張係数が整合し、２．０×１０^-6〜９．０×１０^-6の熱膨張係数を有するガラス材料からなる請求項１乃至４のいずれかに記載の樹脂充填型光導波路デバイス。