JP6065764B2 - 光電変換サブマウント基板 - Google Patents

Description

本発明は、光と電気の信号を相互に変換する光電変換サブマウント基板に関する。

近年、通信インフラの急速な広帯域化、コンピュータ等の情報処理能力の飛躍的な増大等に伴って、非常に高速な情報伝送路を有する情報処理回路へのニーズが高まっている。このような背景のもと、電気信号の伝送速度限界を突破する一つの手段として、光信号による伝送が考えられており、電気回路に光回路を混載することが種々検討されている。そして、光信号を電気信号に、またはその逆に変換するユニットとして光電変換サブマウント基板が知られている。

図３は、従来の光電変換サブマウント基板であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部側面断面図である。

この光電変換サブマウント基板は、基板３０と、基板３０の表面に形成された第１Ｖ字状溝３１と、第１Ｖ字状溝３１の端部に設けられた光路変換用の反射ミラー３２とを備えている。また、反射ミラー３２と対向するように基板３０の表面に実装された光素子（発光素子または受光素子）３３とを備えている。

さらに、基板３０の表面に形成された第２Ｖ字状溝３４内に配置されて、接着剤３５で固定される光ファイバー３６と、第１Ｖ字状溝３１と第２Ｖ字状溝３４の間に形成され、基板３０の幅方向に延在し、両端面に達して貫通する間隙溝３７とを備えている。

そして、光ファイバー３６の先端と間隙溝３７と光素子３３とに跨って光学（透光性）樹脂接着剤３８が充填（塗布）され、その上から光ファイバー３６の固定用接着剤３５が充填（塗布）されている。

この光電変換サブマウント基板では、第１Ｖ字状溝３１と第２Ｖ字状溝３４と間に間隙溝３７を形成することを特徴とする。すなわち、間隙溝３７により、光学特性が要求される光素子３３の周りの光学樹脂接着剤３８と、固定強度が要求される光ファイバー３６の固定用接着剤３５とが混在しないように、空間的に分離して接着性を確実にするものである。

特開２０００−９８１９２号公報

しかしながら、間隙溝３７は、基板３０の両端面に達して貫通する形状であるから、各接着剤３８，３５が間隙溝３７を通って基板３０の両端面から外部に流出するおそれがある。そして、光ファイバー３６の固定用接着剤３５が流出すると、充分な接着面積が得られないので、接着強度の低下が懸念される。また、光学樹脂接着剤３８が流出すると、光素子３３と光ファイバー３６との間に光学樹脂接着剤３８の無い部分が生じるので、大きな光学損失が懸念される。背景技術では、図３（ｂ）からも明らかなように、大量の接着剤３８，３５を充填したポッティング形状とすることで、これらの懸念を解決しているようであるが、小型の基板３０では、充填（塗布）量の管理はきわめて困難である。

しかも、接着剤３８，３５が間隙溝３７の基板３０の両端面から外部に流出すると、流出した分の接着剤３８，３５が余分に必要となる。また、流出した接着剤３８，３５が基板３０の両端面や下面に回り込んで汚すので、除去対策が必要となる。

本発明は前記問題を解消するためにされたもので、光ファイバーの接着剤の余剰分を確実に溜め止めすることで、基板端面から流出しないようにして、接着剤の節約と除去対策を不要にできる光電変換サブマウント基板を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、基板と、前記基板の表面に形成された第１Ｖ字状溝内に設けられたコア層、および前記コア層を被覆して形成されたクラッド層からなる内部導波路とを備えている。前記第１Ｖ字状溝の端部に設けられた光路変換用の反射ミラーを備えている。前記反射ミラーと対向するように前記基板の表面に実装され、前記反射ミラーを介して、前記内部導波路のコア層に光信号を発光し、若しくは内部導波路のコア層からの光信号を受光する光素子を備えている。前記基板の表面に形成された第２Ｖ字状溝内に配置されて、接着剤で固定される光ファイバーを備えている。そして、前記第１Ｖ字状溝と第２Ｖ字状溝との間に、前記基板の両端面に達しない幅で、前記基板の幅方向に延在し、前記第１Ｖ字状溝と第２Ｖ字状溝よりも幅が広い幅広溝が形成されていることを特徴とする光電変換サブマウント基板である。

本発明によれば、第１Ｖ字状溝と第２Ｖ字状溝との間（接続部）に幅広溝を形成することで、この幅広溝が液溜まりとなって、光ファイバーの接着剤の余剰分を確実に溜め止めしておくことができる。

特に、幅広溝は、基板端面に達しない幅としているから、接着剤が基板端面から流出しなくなる。すなわち、幅広溝が基板端面に達するものであると、接着剤が幅広溝の基板端面から外部に流出するおそれがあるので、流出した分の接着剤が余分に必要となる。しかも、流出した接着剤が基板の端面や下面に回り込んで汚すので、除去対策が必要となる。

これに対して、接着剤が基板端面から流出しなければ、流出する余分な接着剤が節約でき、流出した接着剤の除去対策も不要となる。

また、幅広溝内に光ファイバーの端部を入り込ませることが可能となるから、光ファイバーの端部が光導波路の端部に接近するので、光ファイバーと光導波路との光結合効率が向上するようになる。

さらに、光ファイバーと光素子との間に光導波路を介在させるから、光導波路の長さを充分に設定すれば、光素子の封止に用いる光学樹脂（アンダーフィル）が光ファイバー固定用の接着剤に混入するのを抑制することができる。また、光導波路内では、光信号が広がることなく、しかも光導波路は、光素子の真下から光ファイバーの端部まで形成されているため、光結合損失を低減することができる。

前記幅広溝は、平面視で、前記基板の端面に向かって窄まる略Ｖ字形状である構成とすることができる。

この構成であれば、接着剤の余剰分が幅広溝から基板端面の方向に流動しても、略Ｖ字形状の先端に向かうに従って接着剤が集束されるようになるから、流動速度が低下して硬化が早まるので、幅広溝から流出しにくくなる。また、幅広溝の斜面を｛１１１｝面で構成すると、略Ｖ字形状の先端（頂部）位置は、ほとんど変動しないから、光ファイバーの端部を第２Ｖ字状溝内に配置する際の目安とすることができる。さらに、画像処理検査装置による完成した基板の良・不良の検査をする際の目安とすることもできる。

前記基板は、｛１００｝面のシリコン基板で構成され、前記反射ミラーおよび前記第１Ｖ字状溝と第２Ｖ字状溝の各斜面は、｛１１０｝面で構成される構成とすることができる。

この構成であれば、シリコンの結晶方位を利用して、反射ミラーおよび第１Ｖ字状溝と第２Ｖ字状溝の各斜面を、基板表面に対して高精度な４５度の斜面を形成することができる。特に反射ミラーを高精度な４５度の斜面とすることで、優れた光路変換効率を有するようになる。

前記第１Ｖ字状溝と第２Ｖ字状溝および前記幅広溝の各斜面は、前記シリコン基板をウェットエッチングすることで同時に形成される構成とすることができる。

この構成であれば、第１Ｖ字状溝と第２Ｖ字状溝および幅広溝をウェットエッチングで一括形成できるので、アライメントずれ等の問題が発生せず、工程増も抑制できるようになる。

本発明によれば、光ファイバーの接着剤の余剰分を確実に溜め止めすることで、基板端面から流出しないようにして、接着剤の節約と除去対策を不要にできるようになる。

本発明に係る光電変換サブマウント基板であり、（ａ）は全体側面断面図、（ｂ）は基板の斜視図である。 （ａ）は基板の斜視図、（ｂ）は（ａ）の幅広溝の平面図、（ｃ）は参考用基板の斜視図、（ｄ）は（ｃ）の幅狭溝の平面図である。 従来の光電変換サブマウント基板であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部側面断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明に係る光電変換サブマウント基板であり、（ａ）は全体側面断面図、（ｂ）は基板の斜視図である。

光電変換サブマウント基板は、基板１と、基板１の表面に形成された浅い第１Ｖ字状溝１ａ内に設けられたコア層２、およびコア層２を被覆して形成されたクラッド層３からなる内部導波路４を備えている。また、第１Ｖ字状溝１ａの内端部に設けられた光路変換用の反射ミラー１１を備えている。

さらに、反射ミラー１１と対向するように基板１の表面に実装され、反射ミラー１１を介して、内部導波路４のコア層２に光信号を発光し、若しくは内部導波路４のコア層２からの光信号を受光する光素子５を備えている。

また、光素子５と内部導波路４との間の隙間に充填されたアンダーフィル（光学樹脂）６と、基板１の表面に形成された深い第２Ｖ字状溝１ｂ内に配置されて、光学樹脂接着剤７で固定された光ファイバー（外部導波路）１２とを備えている。

光ファイバー１２は、円形断面であり、基板１の第２Ｖ字状溝１ｂに端部を嵌め込み、この端部を押さえる押さえ板１３と第２Ｖ字状溝１ｂとの間に光学樹脂接着剤７を充填する。これにより、基板１に光ファイバー１２の端部が接着固定されるようになる。なお、アンダーフィル（光学樹脂）６と光学樹脂接着剤７は透明であるが、光学樹脂接着剤７は、内部導波路４と光ファイバー１２の端部との間の隙間に浸入しないのであれば、透明でなくてもよい。

第１Ｖ字状溝１ａと第２Ｖ字状溝１ａとの間の基板１の表面には、基板１の両端面１ｃ，１ｄに達しない幅Ｗで、基板１の幅方向に延在し、第１Ｖ字状溝１ａと第２Ｖ字状溝１ｂよりも幅が広い幅広溝１ｅが形成されている。

ここで、幅広溝１ｅは、図２（ｂ）を参照すれば、平面視で、基板１の両端面１ｃ，１ｄに向かって窄まる略Ｖ字形状である。そして、光軸位置を境にして、各側の溝部分は、複数個の斜面（例えばａ〜ｅ）を組み合わせて形成されている。なお、斜面の個数はこれに限るものではない。

基板１は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板であり、基板１の表面には、内部導波路４を設けるための第１Ｖ字状溝１ａと、光ファイバー２０の端部を嵌め込むための第２Ｖ字状溝溝１ｂと、幅広溝１ｅとが形成されている。なお、基板１の表面と裏面には、薄い酸化膜（ＳｉＯ_２）がそれぞれ形成されており、基板１の表面や裏面と言うときは、酸化膜の表面や裏面の意味であると理解されたい。

ここで、基板１を｛１００｝面のシリコン基板で構成すると、反射ミラー１１および第１Ｖ字状溝１ａと第２Ｖ字状溝１ｂの各斜面は、｛１１０｝面で構成することができる。

この場合、第１Ｖ字状溝１ａと第２Ｖ字状溝１ｂおよび幅広溝１ｅの各斜面は、シリコンの基板１をウェットエッチングすることで同時に形成することができる。

内部導波路４は、光信号を伝送するためのものであり、コア層２およびクラッド層３により構成される。コア層２およびクラッド層３としては、例えば、屈折率の高い樹脂組成物をコア層２の材料とし、屈折率の低い樹脂組成物をクラッド層３の材料とすることができる。具体的には、コア層２およびクラッド層３の材料として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素化樹脂、ポリイミド等を挙げることができる。例えばエポキシ樹脂を用いる場合には、コア層２の材料として高屈折率のビスフェノール型エポキシ化合物の配合割合を高めたものを用い、クラッド層３の材料として低屈折率の脂環式エポキシ化合物の配合割合を高めたものを用いることができる。

コア層２は、基板１の第１Ｖ字状溝１ａの内部に、光ファイバー１２のコア１２ｂと同芯となるように直線状に形成されている。コア層２の表面は、基板１の表面とほぼ同じ高さに設定されている。クラッド層３は、第１Ｖ字状溝１ａ内のコア層２の周囲を取り囲んで封止している。

光素子５と光学的に結合する側のコア層２の内端部側の第１Ｖ字状溝１ａには、光を反射させるために、４５°ミラーの反射ミラー１１が設けられている。コア層２の外端部には、光ファイバー１２のコア１２ｂが光学的に結合されている。

光素子５は、光信号と電気信号とを相互に変換する素子である。この光素子５は、反射ミラー１１の上方で、コア層２と光学的に結合するように、クラッド層３と僅かの隙間を開けた状態で、基板１の表面にＡｕバンプ５ａを介して実装されている。

光素子５と内部導波路４のクラッド層３との間の隙間には、異物の浸入を防ぐためにアンダーフィル６が充填されている。

アンダーフィル６の材料としては、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーンゴム、シリコーンゲル等を用いることができる。

また、光ファイバー１２を固定する光学樹脂接着剤７としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。

前記のような光電変換サブマウント基板であれば、第１Ｖ字状溝１ａと第２Ｖ字状溝１ｂとの間（接続部）に幅広溝１ｅを形成している。したがって、未硬化状態の光学樹脂接着剤７を、第２Ｖ字状溝１ｂに充填する際に、この幅広溝１ｅが液溜まりとなるので、光ファイバー１２の光学樹脂接着剤７の余剰分を確実に溜め止めしておくことができる。

特に、幅広溝１ｅは、基板１の両端面１ｃ，１ｄに達しない幅Ｗとしているから、光学樹脂接着剤７が基板１の両端面１ｃ，１ｄから流出しなくなる。すなわち、図３の背景技術のように、間隙溝３７は、基板３０の両端面に達するものであると、接着剤３５が間隙溝３７の基板３０の両端面から外部に流出するおそれがあるので、流出した分の接着剤３５が余分に必要となる。しかも、流出した接着剤３５が基板１の両端面や下面に回り込んで汚すので、除去対策が必要となる。

これに対して、本実施形態のように、接着剤７が基板１の両端面１ｃ，１ｄから流出しなければ、流出する余分な光学樹脂接着剤７が節約でき、流出した接着剤７の除去対策も不要となる。

また、幅広溝１ｅ内に光ファイバー１２の端部１２ａを入り込ませることが可能となるから、光ファイバー１２の端部１２ａが光導波路４のコア層２の端部に接近するので、光ファイバー１２と光導波路４との光結合効率が向上するようになる。

ここで、図２（ｃ）は、第１Ｖ字状溝１ａと第２Ｖ字状溝１ｂとの間（接続部）に幅広溝１ｅを形成しておらず、その代わりに幅狭溝１ｆが形成された参考用の基板１’である。

このような幅狭溝１ｆでは、光ファイバー１２の端部１２ａが幅狭溝１ｆに当たることで、第２Ｖ字状溝１ｂの端部１ｇより先に入り込ませることができない。そのため、光ファイバー１２の端部１２ａと光導波路４のコア層２の端部２ａとの間に大きな隙間Ｔ１が生じる。

これに対して、図２（ａ）の基板１のような幅広溝１ｅでは、光ファイバー１２の端部１２ａが斜面ｃ若しくはｄに当たるまで幅広溝１ｅ内に深く入り込ませることができる。そのため、光ファイバー１２の端部１２ａを隙間Ｔ２（Ｔ１＞Ｔ２）まで光導波路４のコア層２の端部２ａに接近させることができるのである。

さらに、背景技術と異なり、光ファイバー１２と光素子５との間に光導波路４を介在させる。したがって、光導波路４の長さを充分に設定すれば、光素子５の封止に用いるアンダーフィル６が光ファイバー固定用の光学樹脂接着剤７に混入するのを抑制することができる。また、光導波路４内では、光信号が広がることなく、しかも光導波路４は、光素子５の真下から光ファイバー１２の端部１２ａまで形成されているため、光結合損失を低減することができる。

さらに、幅広溝１ｅは、平面視で、基板１の端面１ｃ，１ｄに向かって窄まる略Ｖ字形状である。したがって、光学樹脂接着剤７の余剰分が幅広溝１ｅから基板１の端面１ｃ，１ｄの方向に流動しても、略Ｖ字形状の先端に向かうに従って光学樹脂接着剤７が集束されるようになるから、流動速度が低下して硬化が早まるので、幅広溝１ｅから流出しにくくなる。また、幅広溝１ｅの斜面を｛１１１｝面で構成すると、略Ｖ字形状の先端（頂部）位置は、ほとんど変動しないから、光ファイバー１２の端部１２ａを第２Ｖ字状溝１ｂ内に配置する際の目安とすることができる。さらに、画像処理検査装置による完成した基板の良・不良の検査をする際の目安とすることもできる。

さらに、基板１は、｛１００｝面のシリコン基板で構成し、反射ミラー１１および第１Ｖ字状溝１ａと第２Ｖ字状溝１ｂの各斜面は、｛１１０｝面で構成することができる。このようにすれば、シリコンの結晶方位を利用して、反射ミラー１１および第１Ｖ字状溝１ａと第２Ｖ字状溝１ｂの各斜面を、基板１の表面に対して高精度な４５度の斜面を形成することができる。特に反射ミラー１１を高精度な４５度の斜面とすることで、優れた光路変換効率を有するようになる。

さらに、第１Ｖ字状溝１ａと第２Ｖ字状溝１ｂおよび幅広溝１ｅの各斜面は、シリコンの基板１をウェットエッチングすることで同時に形成することができる。このようにすれば、第１Ｖ字状溝１ａと第２Ｖ字状溝１ｂおよび幅広溝１ｅをウェットエッチングで一括形成できるので、アライメントずれ等の問題が発生せず、工程増も抑制できるようになる。

１ 基板
１ａ 第１Ｖ字状溝
１ｂ 第２Ｖ字状溝
１ｃ，１ｄ 端面
１ｅ 幅広溝
２ コア層
２ａ 端部
３ クラッド層
４ 内部導波路
５ 光素子
６ アンダーフィル（光学樹脂）
７ 光学樹脂接着剤
１１ 反射ミラー
１２ 光ファイバー
１２ａ 端部
Ｗ 幅

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板の表面に形成された第１Ｖ字状溝内に設けられたコア層、および前記コア層を被覆して形成されたクラッド層からなる内部導波路と、
   前記第１Ｖ字状溝の端部に設けられた光路変換用の反射ミラーと、
   前記反射ミラーと対向するように前記基板の表面に実装され、前記反射ミラーを介して、前記内部導波路のコア層に光信号を発光し、若しくは内部導波路のコア層からの光信号を受光する光素子と、
   前記基板の表面に形成された第２Ｖ字状溝内に配置されて、接着剤で固定される光ファイバーとを備え、
   前記第１Ｖ字状溝と第２Ｖ字状溝との間に、前記基板の両端面に達しない幅で、前記基板の幅方向に延在し、前記第１Ｖ字状溝と第２Ｖ字状溝よりも幅が広い幅広溝が形成されていることを特徴とする光電変換サブマウント基板。
2. 前記幅広溝は、平面視で、前記基板の端面に向かって窄まる略Ｖ字形状であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換サブマウント基板。
3. 前記基板は、｛１００｝面のシリコン基板で構成され、前記反射ミラーおよび前記第１Ｖ字状溝と第２Ｖ字状溝の各斜面は、｛１１０｝面で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換サブマウント基板。
4. 前記第１Ｖ字状溝と第２Ｖ字状溝および前記幅広溝の各斜面は、前記シリコン基板をウェットエッチングすることで同時に形成されることを特徴とする請求項３に記載の光電変換サブマウント基板。

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