JP4720374B2 - Optical module - Google Patents
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Description
本発明は、光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical module.
従来、図18に示すように、光モジュール8は、光素子5と、この光素子5と光学的に結合する光導波路基板3と、光素子5と光導波路基板3とを実装する配線基板7とを備えている。光導波路基板3は、光を導波するコア2がクラッド1a,1bの内部に構成されている。光導波路基板3を支持する基板4には、光素子5と光導波路基板3とを低損失で光学的に結合させるために、ヒートシンク6に埋め込まれた光素子5の位置決めを行うための段差または溝からなる位置決め部4aが設けられている。具体的には、位置決め部4aは、光素子5の光軸中心と光入出力部2aにおけるコア2の光軸中心とが一致する位置に、基板4を介して光導波路基板3を位置決めするものである(特許文献1参照)。
しかしながら、前記背景技術では、光導波路基板3と光素子5との位置決めは、光素子5が埋め込まれたヒートシンク6と基板4の位置決め部4aとの間で行うために、光素子5をヒートシンク6に埋め込む際に位置ずれが生じると、光素子5とコア2との光軸中心にずれが発生する。
However, in the background art, the positioning of the
また、基板4の位置決め部4aは、後加工で形成されるので、位置決めの精度は加工精度が大きく影響するため、高精度の位置決めが期待できない。
In addition, since the
さらに、基板4の位置決め部4aは、段差または溝であるために、光素子5の発熱あるいは周辺温度変化に対して位置ずれが生じやすい。特に、光素子5がガラス等のヒートシンク6に埋め込まれているので、温度変化に対して、線膨張係数の差から位置ずれが生じやすい。
Further, since the
本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、光素子と光導波路基板のコアとの光軸中心を高精度で位置決めできる光モジュールを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical module capable of positioning the optical axis center between the optical element and the core of the optical waveguide substrate with high accuracy.
前記課題を解決するために、本発明の光モジュールは、発光部または受光部を有する光素子と、この光素子と光学的に結合する光導波路基板と、前記光素子が実装され、前記光導波路基板と接合される配線基板とを備えた光モジュールであって、前記光素子は、四角形状であり、配線基板上に実装され、前記光導波路基板は、コアと、コアを内部に構成するクラッドとを備え、コアの延在方向の一端部のクラッドの端部は、45度でカットして、90度反射のミラー部を形成して、前記光導波路基板は、光素子の発光部または受光部の光軸中心と、ミラー部で90度反射されたコアの光軸中心とを一致させるように、光素子の上にセットするとともに、前記光導波路基板のクラッドの下部に、四角形状である光素子の対向する端部に直接嵌合して係合する凹部である位置決め部を一体形成して、この位置決め部により、光素子が発光または受光する方向と直交する一方向で位置決めを行うことを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, an optical module of the present invention includes an optical element having a light emitting part or a light receiving part, an optical waveguide substrate optically coupled to the optical element, and the optical element mounted thereon. An optical module including a wiring board to be bonded to a board, wherein the optical element is rectangular and mounted on the wiring board, and the optical waveguide board includes a core and a clad that constitutes the core inside. The end of the clad at one end in the extending direction of the core is cut at 45 degrees to form a mirror section reflecting at 90 degrees, and the optical waveguide substrate is a light emitting section or a light receiving section of an optical element. The center of the optical axis is set on the optical element so that the center of the optical axis of the core reflected by 90 degrees on the mirror part coincides, and the lower part of the clad of the optical waveguide substrate has a rectangular shape. Fitting directly to the opposite end of the optical element Integrally forming a positioning portion is a recess that engages Te, by the positioning unit, in which the optical device is characterized in that for positioning in one direction perpendicular to the direction in which the light-emitting or receiving.
光素子と光導波路基板との光結合効率を向上させるために、前記コアは、光入出力部を備え、この光入出力部から光素子の近傍まで延在する延在コアを設けた構成とすることが好ましい。 In order to improve the optical coupling efficiency between the optical element and the optical waveguide substrate, the core includes an optical input / output unit, and an extended core extending from the optical input / output unit to the vicinity of the optical element is provided. It is preferable to do.
光素子と光導波路基板との光結合効率を向上させるために、前記光素子と光導波路基板とは、光素子を封止する封止剤を利用して直接接合する構成とすることが好ましい。 In order to improve the optical coupling efficiency between the optical element and the optical waveguide substrate, it is preferable that the optical element and the optical waveguide substrate are directly bonded using a sealing agent that seals the optical element.
光導波路基板の取り扱いを容易にするために、前記光導波路基板は、フレキシブルなフィルム状である構成とすることが好ましい。 In order to facilitate handling of the optical waveguide substrate, the optical waveguide substrate is preferably configured to be a flexible film.
光結合効率を向上させるために、前記光導波路基板の光素子と反対側の端部に、他の光導波路基板を接続するときに、この反対側の端部にコネクタ部を一体成形するとともに、他の光導波路基板の端部にコネクタ部を一体成形して、両光導波路基板のコアの光軸中心が一致するように各コネクタを結合する構成とすることが好ましい。 In order to improve the optical coupling efficiency, when another optical waveguide substrate is connected to the end of the optical waveguide substrate opposite to the optical element, a connector portion is integrally formed at the opposite end, It is preferable that the connector portion is integrally formed at the end portion of the other optical waveguide substrate, and the connectors are coupled so that the optical axis centers of the cores of both optical waveguide substrates coincide.
光結合効率を向上させるために、前記光導波路基板の光素子と反対側の端部に、他の光素子を接続するときに、前記光導波路基板に、前記他の光素子と直接係合する位置決め部を一体形成するとともに、光素子と他の光素子との間を少なくとも1本のコアで接続する構成とすることが好ましい。 In order to improve the optical coupling efficiency, when another optical element is connected to the end of the optical waveguide substrate opposite to the optical element, the optical waveguide substrate is directly engaged with the other optical element. It is preferable that the positioning portion is integrally formed and at least one core connects between the optical element and another optical element.
位置ずれが発生しても光結合効率の低下を抑制するために、前記位置決め部は、前記光素子が発光または受光する方向と直交する一方向で位置決めを行うものであり、前記コアを、前記光素子に近づくに連れて前記一方向と略直交する方向の寸法が大きくなるような形状にすることが好ましい。 In order to suppress a decrease in optical coupling efficiency even if a positional deviation occurs, the positioning unit performs positioning in one direction orthogonal to the direction in which the optical element emits light or receives light, and the core is It is preferable to make the shape such that the dimension in the direction substantially perpendicular to the one direction increases as the optical element is approached.
本発明によれば、光導波路基板のクラッドの凹部である位置決め部を、配線基板上に実装された四角形状の光素子の対向する端部に直接係合(嵌合)させるようにセットするだけで、この位置決め部により、光素子が発光または受光する方向と直交する一方向で位置決めを行うことができるから、光素子の発光部または受光部の光軸中心とコアの光軸中心とを一致させて、高精度で位置決めできるようになるので、光素子と光導波路基板との光結合効率が向上するようになる。 According to the present invention, the positioning portion, which is the concave portion of the clad of the optical waveguide substrate, is only set so as to be directly engaged (fitted) with the opposing end portions of the rectangular optical element mounted on the wiring substrate. in, this positioning part, because the optical element can be positioned in one direction perpendicular to the direction in which the light-emitting or receiving, coincide with the center of the optical axis of the optical axis center and the core of the light-emitting portion or the light receiving portion of the optical element As a result, positioning can be performed with high accuracy, so that the optical coupling efficiency between the optical element and the optical waveguide substrate is improved.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、第1実施形態の光モジュール10Aであり、(a)は側面図、(b)は平面図である。図2は、光素子12と光導波路基板15であり、(a)は分解状態の斜視図、(b)は結合状態の斜視図である。
1A and 1B show an
光モジュール10Aは、光素子12と光導波路基板15とプリント配線基板11とを備えて構成されている(後述の実施形態に係る各光モジュールでも同様。)。
The optical module 10 </ b> A includes an
プリント配線基板11上の所定位置に実装される光素子12は、例えば、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)である。このVCSELは、例えば、外径寸法が0.27×0.22mm、高さ0.185mm、発光エリアが15μmφで、発振波長が850nmである。
The
光素子12のボンディングパッド12aは、プリント配線基板11上の電気配線11aにワイヤーボンディング13で電気的に接続されている。
The
光導波路基板15は、コア16とクラッド17とを備え、ミラー部15aと位置決め部15bとが形成されている。光を導波するコア16は、クラッド17の内部に構成されている。コア16の屈折率は、例えば1.53、クラッド17の屈折率は、例えば1.51である。
The
コア16は、例えば40μm□である。クラッド17の厚みは、例えば光素子12に近い下部分が20μm、上部分が40μmである。光導波路基板15の幅は例えば200μmである。このように、光導波路基板15の厚みが薄いと、フレキシブルなフィルム状になるので、曲げることも可能となる。
The
コア16の延在方向の一端部(図1では左端部)のクラッド17の端部は、45度でカットして、90度反射のミラー部15aを形成している。このカット面に金属膜や誘電体膜をコートして反射率を向上させている。
The end of the
光素子12の発光部12b〔図2(a)参照〕の光軸中心と、ミラー部15aで90度反射されたコア16の光軸中心とを一致させるように、光素子12の上に光導波路基板15をセットすると、光素子12と光導波路基板15とが光学的に結合されるようになる。そして、発光部12bから真上に発光された光は、矢印で示すように、ミラー部15aで90度方向に反射されて、コア16内をコア16の延在方向の他端部(図1では右端部)の方向に伝搬されるようになる。
The optical axis center of the
ここで、発光部12bの光軸中心とコア16の光軸中心とを一致させるために、クラッド17の下部には、光素子12と直接係合する位置決め部15bを一体形成している。この位置決め部15bは、四角形状の光素子12の対向する端部12c,12dに直接係合(嵌合)する凹部である。すなわち、位置決め部15bは、光素子12が発光する方向と直交する一方向(本実施形態ではコア16の延在方向)で位置決めを行うものである。
Here, in order to make the optical axis center of the
そして、光導波路基板15のクラッド17の凹部である位置決め部15bを、プリント配線基板11上に実装された四角形状の光素子12の対向する端部12c,12dに直接係合(嵌合)させるようにセットするだけで、この位置決め部15bにより、光素子12が発光する方向と直交する一方向で位置決めを行うことができるから、光素子12の発光部12bの光軸中心とコア16の光軸中心とを一致させて、高精度で位置決めできるようになるので、光素子12と光導波路基板15との光結合効率が向上するようになる。
And the
光導波路基板15は、フレキシブルなフィルム状であるので、光導波路基板15の取り扱いが容易になる。すなわち、プリント配線基板11上にある他の実装部品と干渉することなく光導波路基板15を光素子12に実装することが可能となる。
Since the
図3は、第1実施形態の変形例の光モジュール10A´の側面図であり、光導波路基板15の上下を逆にしてプリント配線基板11上にセットしたものである。この場合、光素子12は、プリント配線基板11上の電気配線11aにバンプ18等で電気的に接続すれば良い。
FIG. 3 is a side view of an
各光モジュール10A,10A´において、光素子12は、プリント配線基板11に実装した後に、信頼性を確保する目的で封止剤で封止するのが一般的である(後述の実施形態に係る光モジュールでも同様。)。この封止剤は、光学的特性も求められるが、光が伝搬される距離は数百μmレベルであるので、光学特性が極端に悪くなければ、この封止剤を利用して、光素子12と光導波路基板15とを直接接合すると、光素子12と光導波路基板15との光結合効率が向上するようになる。
In each of the
次に、第1実施形態の光モジュール10Aの製造方法を図4および図5を用いて説明する。なお、クラッド17に使用する樹脂(例えば、エポキシ系樹脂やフッ素ポリイミド樹脂)によって、用いるベース基板20(A,B)が異なるので、光硬化性樹脂使用の場合と、熱硬化性樹脂使用の場合とに分けて説明する。
Next, a method for manufacturing the
(光硬化性樹脂使用の場合)
ベース基板20(A,B)には平面性と透明性とが要求されるので、鏡面加工した石英ガラスを用いるのが好ましい。また、クラッド17の樹脂の種類は、制御する光信号の波長により選択する必要があり、例えば600〜1000μmの波長では、エポキシ樹脂を用い、例えば1300〜1600μmでは、シロキサン樹脂を用いることが好ましい。
(When using photo-curing resin)
Since the base substrate 20 (A, B) is required to have flatness and transparency, it is preferable to use mirror-finished quartz glass. Moreover, it is necessary to select the resin type of the clad 17 according to the wavelength of the optical signal to be controlled. For example, an epoxy resin is used at a wavelength of 600 to 1000 μm, and a siloxane resin is preferably used at 1300 to 1600 μm.
(1)図4(a)のように、下ベース基板20A上に下部のクラッド17用の樹脂を塗布する。
(1) As shown in FIG. 4A, a resin for the lower clad 17 is applied on the
(2)図4(b)のように、コア16の溝パターン21aが形成された成形用型21を下部のクラッド17用の樹脂に押付けて、この状態で下ベース基板20A側から紫外線を例えば30mW/cm2の強度で10分間照射して、下部のクラッド17用の樹脂を硬化させ、その後、成形用型21を離型させる。なお、使用する樹脂によっては、下部のクラッド17とコア16と上部のクラッド17の各層間で密着性が問題となることがある。この層間での剥離発生を抑制するために、各樹脂の硬化後にプラズマ処理を行って、各層間の密着性を向上させる方法をとることが好ましい。プラズマの条件として、例えば、樹脂表面を荒らさない程度で、例えばAr雰囲気中、10Pa、100W、90秒の条件が適当である。
(2) As shown in FIG. 4B, the molding die 21 in which the
(3)図4(c)のように、下部のクラッド17に形成されたコア16の溝パターン内に、コア16用の樹脂を充填して、ブレード22で過剰樹脂をスキージングにより排出した後に、前記(2)の工程と同条件で下ベース基板20A側から紫外線を照射して、コア16用の樹脂を硬化させる。
(3) After filling the resin for the core 16 into the groove pattern of the core 16 formed in the lower clad 17 and discharging the excess resin by squeezing with the
(4)図4(d)のように、下部のクラッド17の上に、上部のクラッド17用の樹脂を塗布した後に、上部のクラッド17用の樹脂に上ベース基板20Bを押し当てた状態で、前記(2)の工程と同条件で上ベース基板20B側から紫外線を照射して、上部のクラッド17用の樹脂を硬化させる。
(4) As shown in FIG. 4D, after the resin for the upper clad 17 is applied on the lower clad 17, the
(5)図5(a)のように、上下のベース基板20A,20Bを下部のクラッド17と上部のクラッド17とから剥離させて、ミラー部15aや位置決め部15b等の形状を切削加工と研磨により機械加工する。また、ミラー部15aに金属膜や誘電体膜をコートする。
(5) As shown in FIG. 5A, the upper and
(6)図5(b)のように、プリント配線基板11に光素子12を実装する。実装は、例えばダイボンディングとワイヤーボンディングとで行う。
(6) The
(7)図5(c)のように、プリント配線基板11に実装された光素子12に、前記(5)の工程で製造した光導波路基板15をセットする。この光素子12と光導波路基板15とは、光学接着剤を用いて接着するか、前述した光素子12の封止剤を兼ねた樹脂を接着剤代わりとして接着する。なお、光学接着剤もエポキシ樹脂の光硬化性接着剤を使用することが好ましく、その屈折率をクラッド樹脂に合わせることが好ましい。
(7) As shown in FIG. 5C, the
(熱硬化性樹脂使用の場合)
ベース基板には、透明性が要求されないので、鏡面加工したシリコン基板を用いるのが好ましい。なお、樹脂材料や光導波路基板の厚み等は、前記光硬化性樹脂使用の場合と同じである。前記(1)の工程は同じである。前記(2)の工程において、コア16の溝パターンが形成された成形用型21を下部のクラッド17用の樹脂に押付けた状態で、例えば100℃、1時間オーブン中で加熱して、下部のクラッド17用の樹脂を硬化させ、その後、成形用型21を離型させる。
(When using thermosetting resin)
Since the base substrate is not required to be transparent, it is preferable to use a mirror-finished silicon substrate. The thickness of the resin material and the optical waveguide substrate is the same as in the case of using the photocurable resin. The step (1) is the same. In the step (2), the molding die 21 in which the groove pattern of the
前記(3)の工程において、下部のクラッド17に形成されたコア16の溝パターン内に、コア16用の樹脂を充填して、ブレード22で過剰樹脂をスキージングにより排出した後に、例えば100℃、1時間オーブン中で加熱して、コア16用の樹脂を硬化させる。
In the step (3), the resin for the
前記(4)の工程において、下部のクラッド17の上に、上部のクラッド17用の樹脂を塗布した後に、上部のクラッド17用の樹脂に上ベース基板20Bを押し当てた状態で、例えば100℃、1時間オーブン中で加熱して、上部のクラッド17用の樹脂を硬化させる。前記(5)〜(7)の工程は同じである。
In the step (4), after the resin for the upper clad 17 is applied on the lower clad 17, the
光素子12と光導波路基板15とを光学的に結合させる光モジュール10Aの製造方法をまとめると、成形用型21を用いて下部のクラッド17とともに、下部のクラッド17にコア16用の溝を形成する工程と、このコア16用の溝でコア16を形成する工程と、コア16の上に上部のクラッド17を形成する工程と、端面加工をしてミラー部15aを形成する工程と、下部のクラッド17を加工して位置決め部15bを形成する工程と、位置決め部15bに光素子12を接合するように、光素子12と光導波路基板15とプリント配線基板11とを接合する工程とを含むものである。
When the manufacturing method of the
なお、最後の工程は、光導波路基板15と光素子12とを予め接合した後に、プリント配線基板11と接合する方法、光導波路基板15とプリント配線基板11とを予め接合した後に、光素子12を接合する方法、光素子12とプリント配線基板11とを予め接合した後に、光導波路基板15を接合する方法のいずれであっても良い。
The last step is a method of joining the
図6は、第2実施形態の光モジュール10Bの側面図である。第1実施形態の光モジュール10Aと相違するのは、光入出力部16aから光素子12の近傍まで延在する延在コア16´を設けたことである。
FIG. 6 is a side view of the
すなわち、第1実施形態の光モジュール10Aのように、ミラー部15aと光素子12との間が下部のクラッド17だけであると、下部のクラッド17中で光が広がって、光結合効率が低下する。そこで、光入出力部16aから光素子12の近傍まで延在する延在コア16´を設けることで、下部のクラッド17中で光が広がらないので、光素子12と光導波路基板15との光結合効率が向上するようになる。
That is, as in the
第2実施形態の光モジュール10Bの製造方法は、第1実施形態の光モジュール10Aの製造方法と同じであるが、前記(2)の工程の成形用型21には、図8(a)のように、コア16の溝パターン21aと延在コア16´の穴パターン21bとがそれぞれ形成されている。
The manufacturing method of the
また、前記(3)の工程で、特に延在コア16´の穴パターンに樹脂を充填する際は、気泡が入らないように時間をかけることが好ましい〔図8(b)参照〕。場合によっては、樹脂を塗布した後、真空チャンバー内で脱泡しても良い。前記(4)の工程は、図8(c)に示し、前記(5)の工程は、図8(d)に示す。前記(6)(7)の工程は同じである。 Further, in the step (3), when filling the hole pattern of the extended core 16 'with resin, it is preferable to take time so that bubbles do not enter (see FIG. 8B). In some cases, after applying the resin, defoaming may be performed in a vacuum chamber. The step (4) is shown in FIG. 8C, and the step (5) is shown in FIG. 8D. The steps (6) and (7) are the same.
図7は、第2実施形態の変形例の光モジュール10B´の側面図であり、光導波路基板15を光素子12と垂直となるように配置して、コア16,16´とともに略90度で曲げたものである。なお、光素子12の発光方向とコア16,16´の光伝搬方向とが一致する場合には、二点鎖線aで示すように、光導波路基板15を曲げる必要は無い。
FIG. 7 is a side view of an
この場合、第1実施形態の光モジュール10Aで説明したように、光導波路基板15の厚みが薄いと、フレキシブルなフィルム状になるので、曲げることが可能であるが、曲げる場合は、コア16,16´とクラッド17との屈折率の差によっては光が漏洩することがあるので、例えばコア16,16´の屈折率は、1.56、クラッド17の屈折率は、1.51として、屈折率の差を大きくすることが好ましい。この屈折率の差によって、例えば曲げ半径R=10mmでも光の漏洩が無く、良好な光伝搬特性を得ることができる。
In this case, as described in the
この光モジュール10B´であれば、光入出力部16aにミラー部15aが不要であるために、ミラー部15aが有る場合に生じる光損失が無いため、高効率に光を取り出すことが可能となる。
With this
ここで第1、第2実施形態の光モジュール10A,10Bの製造方法では、前記(5)の工程において、位置決め部15bの形状を切削加工と研磨により機械加工するものであったが、図9に示すように、前記(1)の工程において、下ベース基板20A上に下部のクラッド17用の樹脂を塗布する際に、位置決め部15bを同時に形成することができる。
Here, in the manufacturing method of the
すなわち、図9(a)のように、下ベース基板20Aの上に位置決め部15bを成形する凹凸部20aを予め形成しておく。この凹凸部20aは、機械加工で施す方法や下ベース基板20A上にレジストを塗布して、パターンを露光・現像する方法で形成することができる。
That is, as shown in FIG. 9A, an
そして、前記(1)の工程のように、下ベース基板20A上に下部のクラッド17用の樹脂を塗布する。特に凹凸部20aに樹脂を充填する際は、気泡が入らないように時間をかけることが好ましい。場合によっては、樹脂を塗布した後、真空チャンバー内で脱泡しても良い。
Then, as in the step (1), a resin for the lower clad 17 is applied on the
ついで、図9(b)に示すように、前記(2)の工程のように、コア16の溝パターン21aが形成された成形用型21を下部のクラッド17用の樹脂に押付ける。この場合、クラッド17の厚みは、成形用型21と下ベース基板20Aとの間の隙間を管理して、一定になるように制御する。この隙間の管理は、成形用型21の周囲のスペーサ部21cを用いた管理でも良いし、成形用型21の昇降位置を検出する方法でも良い。
Next, as shown in FIG. 9B, as in the step (2), the molding die 21 in which the
前記(3)の工程は、図9(c)に示し、前記(4)の工程は、図9(d)に示し、前記(5)の工程は、図9(e)に示す。前記(6)(7)の工程は同じである。 The step (3) is shown in FIG. 9 (c), the step (4) is shown in FIG. 9 (d), and the step (5) is shown in FIG. 9 (e). The steps (6) and (7) are the same.
このように、下ベース基板20A上に下部のクラッド17用の樹脂を塗布する際に、位置決め部15bを同時に形成することで、製造工程を削減することができる。
Thus, when the resin for the lower clad 17 is applied onto the
ここで第1、第2実施形態の光モジュール10A,10Bの製造方法では、前記(5)の工程において、ミラー部15aの形状を切削加工と研磨により機械加工するものであったが、図10に示すように、前記(1)の工程において、成形用型21を下部のクラッド17用の樹脂に押付ける際に、ミラー部15aを同時に形成することができる。
Here, in the manufacturing method of the
すなわち、図10(a)のように、成形用型21にミラー部15aを成形するミラー用傾斜部21dを予め形成しておく。そして、前記(2)の工程のように、コア16の溝パターン21aとミラー用傾斜部21dとが形成された成形用型21を下部のクラッド17用の樹脂に押付ける。
That is, as shown in FIG. 10A, a mirror
前記(3)の工程は、図10(b)に示し、前記(4)の工程は、図10(c)に示す。前記(5)〜(7)の工程は同じである。 The step (3) is shown in FIG. 10B, and the step (4) is shown in FIG. 10C. The steps (5) to (7) are the same.
このように、成形用型21を下部のクラッド17用の樹脂に押付ける際に、ミラー部15aを同時に形成することで、製造工程を削減することができる。
In this way, when the molding die 21 is pressed against the resin for the lower clad 17, the manufacturing process can be reduced by forming the
なお、図10(d)に、ミラー部15aとコア16との関係を拡大して示すように、成形の都合からコア16の端部とミラー部15aとの間にクラッド17の樹脂bがある状態となるが、矢印、つまりA部拡大図で示すように、コア16を伝搬してきた光は、クラッド17の樹脂bで僅かに反射されるが、大部分はクラッド17に伝搬してミラー部15aで反射されるので問題とならない。
As shown in FIG. 10 (d), the relationship between the
図11(a)は、第1実施形態の光モジュール10Aの光導波路基板15に、他の光導波路基板を接続した〔光素子/光導波路基板/光導波路基板(光ファイバー)〕第3実施形態の光モジュール10Cであり、図11(b)は、第1実施形態の光モジュール10Aの光導波路基板15に、他の光素子を接続した(光素子/光導波路基板/光素子)第4実施形態の光モジュール10Dであって、これらの接続では、他の部分との光結合効率が問題となる。
FIG. 11A shows another optical waveguide substrate connected to the
図11(a)の第3実施形態の光モジュール10Cでは、コア16の延在方向の他端部(右端部)に、クラッド17と同じ材質でコネクタ部15Aを一体成形して、コア16をコネクタ部15Aの右端部まで延在させるとともに、光ファイバー24の端部に、クラッド17と同じ材質でコネクタ部24Aを一体成形して、ファイバー25をコネクタ部24Aの左端部まで延在させる。
In the optical module 10 </ b> C of the third embodiment in FIG. 11A, the
各コネクタ部15A,24Aには、ガイド穴15c,24aをそれぞれ形成して、各ガイド穴15c,24aにガイドピン26を差し込みながら、各コネクタ部15A,24Aを接近させることで、各コネクタ部15A,24Aを結合することができる。このコネクタ結合部では、コア16とファイバー25との光軸中心を高精度で位置決めすることができる。
Guide holes 15c and 24a are formed in the
図11(b)の第4実施形態の光モジュール10Dでは、プリント配線基板11を光導波路基板15のコア16の延在方向に長くして、プリント配線基板11の一側(左側)に光素子(例えば発光素子であるVCSEL)12を配置するとともに、他側(右側)に光素子〔例えば受光素子であるPD(フォトダイオード)〕12´を配置して、この間を少なくとも1本のコア16で接続する。この光導波路基板15では、コア16が少なくとも1本であるから、光軸中心の不一致の問題が生じない。なお、1つの信号を分岐して2つ以上のディテクタに信号を送る場合には、コア16が2本以上の場合がある。
In the
図12(a)は、第5実施形態の光モジュール10Eの平面図であり、図12(b)は、(a)のA−A線断面図である。なお、本実施形態では、図12(a)の左右方向を前後方向、上下方向を左右方向と称して説明する。
FIG. 12A is a plan view of an
この光モジュール10Eにおいては、光導波路基板15が配線基板11を保持するようになっている。具体的には、光導波路基板15には、上面から平面視で略矩形状で窪む窪み部15hが形成されており、この窪み部15hに配線基板11が嵌り込んでいる。
In the optical module 10 </ b> E, the
配線基板11は、図13に示すように、3mm□程度の断面形状で左右方向に延びる直方体状をなしており、前面(図13では右側面)には、光素子12,12´が左右に並んで実装されている。なお、配線基板11の上面には、PD用のアンプ31とVCSEL用のIC32が実装されており、これらの各々が電気配線11aによって光素子12,12´に電気的に接続されている。また、配線基板11の下面には、前面から後方に所定長さで延びるとともに下方に開口する溝状の凹部11bが左右に並んで設けられている。
As shown in FIG. 13, the
窪み部15hの左右方向の寸法は、配線基板11の左右方向の寸法よりも僅かに大きく設定されているが、前後方向の寸法は、配線基板11の前後方向の寸法に対して大きめの程度に設定されている。そして、窪み部15hの前側の縁部には、光素子12,12´に対応する位置に一対の突出部15jが設けられていて、この突出部15jに位置決め部15bが形成されている。
The horizontal dimension of the
位置決め部15bは、光素子12,12´の上端部および下端部に直接係合(嵌合)する凹部であって、上下方向の位置決めを行うものである。そして、この位置決め部15bからコア16が前方に延在している。なお、位置決め部15bの上側突部および下側突部の突出量は僅かであり、配線基板11を上方から窪み部15hに無理嵌めすれば、光素子12,12´が位置決め部15bの上側突部を通過して、当該位置決め部15bに光素子12,12´が直接係合(嵌合)するようになる。
The
コア16は、上下方向の寸法(高さ寸法)は一定であるが、光素子12,12´の近傍では光素子12,12´に近づくに連れて左右方向の寸法(幅寸法)が大きくなるテーパー状に形成されている。具体的には、コア16の高さ寸法およびテーパー部分以外の部分の幅寸法は、約100μmに設定されており、テーパー部分の長さは約1mm、最大幅寸法は約200μmに設定されている。
The
また、窪み部15hの底面には、配線基板11の凹部11bに対応する位置に、前後方向に延びる突条の配線基板係合用位置決め部15iが設けられている。この配線基板係合用位置決め部15iは、凹部11bに嵌り込んで係合するようになっており、これにより配線基板11と光導波路基板15とが、換言すれば、光素子12,12´とコア16とが左右方向で位置決めされることになる。
Further, on the bottom surface of the
このように、本実施形態の光モジュール10Eでは、位置決め部15bと配線基板係合用位置決め部15iにより、光素子12,12´と光導波路基板15とを前後方向および左右方向で位置決めすることができるので、光素子12,12´とコア16との光軸中心をさらに高精度で位置決めできるようになる。
As described above, in the
また、コア16を光素子12,12´に近づくに連れて幅寸法が大きくなるテーパー状にしたから、たとえ光素子12,12´と光導波路基板15とが左右方向に位置ずれしたとしても、そのテーパー部分によって光素子12,12´から発光される光の大部分がコア16内に導かれるため、位置ずれによる光結合効率の低下を抑制することができる。
Further, since the
なお、光モジュール10Eでは、配線基板11を窪み部15hに無理嵌めするようにしているが、図14に示す変形例の光モジュール10E´のように、突出部15jが上下方向にフレキシブルになっていれば、光素子12,12´と位置決め部15bとを予め直接係合しておき、その状態のまま窪み部15hに嵌め込むことができる。
In the
このように、突出部15jを上下方向にフレキシブルとするには、図14に示すように突出部15jの下側に前方に延びる切り込みを入れればよい。あるいは導波路基板15を、窪み部15hが形成された本体部と、コア16を有するフレシキブルなフィルム状の導波路部との2分割構造として、この導波路部を窪み部15hの縁から突出するように本体部に接合してもよい。
Thus, in order to make the
また、前記実施形態では、配線基板係合用位置決め部15iが突条となっているが、配線基板11の下面に凸部が設けられていて、配線基板係合用位置決め部15iはこの凸部に係合可能な凹状となっていてもよい。
In the embodiment, the wiring board engaging positioning portion 15i is a protrusion, but a convex portion is provided on the lower surface of the
図15は、第6実施形態の光モジュール10Fの分解斜視図であり、図16(a)は、平面図、(b)は側面図である。この光モジュール10Fでは、光導波路基板15が光素子12と他の光導波路基板34とを接続するコネクタの役割を果している。
FIG. 15 is an exploded perspective view of the
具体的には、光導波路基板15の外形寸法は、長さ5mm、幅2mm、厚み150μmとなっている。そして、コア16の延在方向の中央部は幅1mmに設定されたくびれ部となっていて、くびれ部よりも一方(左側)の端部に位置決め部15bが形成され、他方(右側)の端部がコネクタ部15Aとなっている。位置決め部15bは、コア16の延在する方向と直交する方向で位置決めするようにその方向に延びる溝状の凹部となっており、コネクタ部15Aのコア16の延在方向と直交する方向の断面形状は、底辺が上辺よりも短い台形状となっている。
Specifically, the outer dimensions of the
光導波路基板34は、光導波路基板15と同様に、コア35とクラッド36とで構成されている。この光導波路基板34の一端部(左端部)には、当該一端部が切り欠かれてコネクタ部34Aが形成されている。このコネクタ部34Aの両側面は傾斜面となっていて、コネクタ部34Aに光導波路基板15のコネクタ部15Aが上方から嵌り込んで係合することが可能となっており、その係合状態では、コア16,35の光軸中心が一致するようになっている。
Similar to the
そして、配線基板11と光導波路基板34とを並列配置した状態で、その上に光導波路基板15を配置して、位置決め部15bを光素子12に直接係合させるとともに、コネクタ部15Aをコネクタ部34Aに嵌め込むことにより、光導波路基板15を介して光導波路基板34と光素子12とが光結合されるようになる。なお、光導波路基板15,34同士は、光導波路基板15を配置した後に、アクリレート系の光学接着剤を用いて固定する。この光学接着剤としては、コア16と同じ屈折率のものを用いる。
And in the state which arranged the
くびれ部は、フレキシブルなフィルム状になっており、光素子12や光導波路基板34との結合のための位置合わせを容易にする構造となっている。すなわち、光素子12や光導波路基板34との位置ズレが発生しても、くびれ部が可動することで、全体的な位置ズレが生じない構造となっている。
The constricted portion is in the form of a flexible film and has a structure that facilitates alignment for coupling with the
このようにすれば、コネクタやガイドピンを用いることなく、光導波路基板15,34同士を安価に光学的に結合することができる。また、光導波路基板15,34のコネクタ部15A,34A同士の嵌合により高精度で位置決めできるため、それらの結合においても光結合効率を向上させることができる。なお、第6実施形態では、光導波路基板15のコア16は、ストレート状になっているが、第5実施形態の光モジュール10E等と同様に、テーパー状としても良い。
In this way, the
図17は、第6実施形態の変形例の光モジュール10F´の側面図であり、光導波路基板34の他端部(右端部)にもコネクタ部34Aが形成されており、このコネクタ部34Aに、光素子12´に光学的に結合された光導波路基板15のコネクタ部15Aが嵌め込まれている。このように、他の光導波路基板34の両端部にコネクタ部34Aを形成することにより、光素子12,12´同士の間を光導波路基板15および光導波路基板34で接続することも可能である。
FIG. 17 is a side view of an
10A,10A´,10B,10B´,10C,10D,10E,10E´,10F,10F´ 光モジュール
11 プリント配線基板
11b 凹部
12 光素子(VCSEL)
12´ 光素子〔PD(フォトダイオード)〕
15 光導波路基板
15a ミラー部
15b 位置決め部
15A コネクタ部
15h 窪み部
15i 配線基板係合用位置決め部
16 コア
16´ 延在コア
16a 光入出力部
17 クラッド
24 光ファイバー
24A コネクタ部
34 光導波路基板
34A コネクタ部
10A, 10A ', 10B, 10B', 10C, 10D, 10E, 10E ', 10F, 10F'
12 'optical element [PD (photodiode)]
15
Claims (7)
前記光素子は、四角形状であり、配線基板上に実装され、前記光導波路基板は、コアと、コアを内部に構成するクラッドとを備え、
コアの延在方向の一端部のクラッドの端部は、45度でカットして、90度反射のミラー部を形成して、
前記光導波路基板は、光素子の発光部または受光部の光軸中心と、ミラー部で90度反射されたコアの光軸中心とを一致させるように、光素子の上にセットするとともに、前記光導波路基板のクラッドの下部に、四角形状である光素子の対向する端部に直接嵌合して係合する凹部である位置決め部を一体形成して、この位置決め部により、光素子が発光または受光する方向と直交する一方向で位置決めを行うことを特徴とする光モジュール。 An optical module comprising: an optical element having a light emitting part or a light receiving part; an optical waveguide substrate optically coupled to the optical element; and a wiring board on which the optical element is mounted and joined to the optical waveguide substrate. And
The optical element has a quadrangular shape and is mounted on a wiring board, and the optical waveguide substrate includes a core and a clad that constitutes the core inside.
The end of the clad at one end in the extending direction of the core is cut at 45 degrees to form a mirror part that reflects 90 degrees,
The optical waveguide substrate is set on the optical element so that the optical axis center of the light emitting part or the light receiving part of the optical element coincides with the optical axis center of the core reflected by 90 degrees on the mirror part. the bottom of the cladding of the optical waveguide substrate, and integrally forming a positioning portion is a recess that engages directly fitted to the opposite ends of the optical element is a rectangular shape, by the positioning unit, the optical element emits light or An optical module characterized in that positioning is performed in one direction orthogonal to a light receiving direction.
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