(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバ及び光導波路の破損を防止する光ファイバの実装方法を提供する。【解決手段】複数の光ファイバ１７０ａを基板１１０に実装する光ファイバ実装方法であって、複数の光ファイバを結束部材１８０によって結束し、結束部材の基板面からの高さ又は基板面に対する傾斜角θを調整し、結束部材によって結束される複数の光ファイバの端面を、基板上のそれぞれ対応する光導波路１４０の端面に接触させ、複数の光ファイバの端面と光導波路の端面とが接触した状態で複数の光ファイバを基板に接着する工程を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバを基板に実装する光ファイバ実装方法であって、
前記複数の光ファイバを結束部材によって結束し、
前記結束部材の基板面からの高さ又は基板面に対する傾斜角を調整し、
前記結束部材によって結束される前記複数の光ファイバの端面を、前記基板上のそれぞれ対応する光導波路の端面に接触させ、
前記複数の光ファイバの端面と前記光導波路の端面とが接触した状態で前記複数の光ファイバを前記基板に接着する
工程を有することを特徴とする光ファイバ実装方法。
【請求項２】
前記調整する工程は、
端面が前記光導波路の端面に接触することによって座屈する光ファイバの曲率半径が大きくなるように前記結束部材の基板面からの高さ又は基板面に対する傾斜角を調整することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ実装方法。
【請求項３】
前記調整する工程は、
前記結束部材を保持するヘッドと、前記基板を載置するステージとを有する実装装置を用いて、前記ヘッドを移動又は回転させることにより、前記結束部材の基板面からの高さ又は基板面に対する傾斜角を調整することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ実装方法。
【請求項４】
前記調整する工程は、
前記結束部材を収納するケースと、前記ケースに収納された結束部材を回転可能に挟持する一対のピンとを有する実装治具を用いて、前記結束部材の基板面からの高さ又は基板面に対する傾斜角を調整することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ実装方法。
【請求項５】
光導波路が形成された基板と、
複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバを結束する結束部材とを有し、
前記複数の光ファイバは、
前記基板へ接続される際に、前記結束部材の基板面からの高さ又は基板面に対する傾斜角が調整された状態で、端面をそれぞれ対応する光導波路の端面に接触させて接着される
ことを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ実装方法及び光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば光変調器などの光モジュールには、シリコンフォトニクスと呼ばれる光集積技術が用いられることがある。シリコンフォトニクスでは、例えばＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）プロセスを用いて、高集積の光制御機能を有する極微小の光チップを製造することが可能となる。
【０００３】
このような光チップ上には、光信号を伝送する光導波路が形成される。そして、例えばレーザダイオードなどの光源から発生して光変調された光信号は、光導波路を通過して、光チップに接続された光ファイバへ出射される。光導波路と光ファイバの接続部においては、例えば光チップ上に光ファイバの位置決めをする溝が形成されており、溝によって案内される光ファイバの端面が光導波路の端面に突き当てられる。すなわち、光チップ上において、光導波路と光ファイバが直結される。
【０００４】
光ファイバの位置決めをする溝は、ウェハプロセスによって形成可能であるため位置誤差が小さく、製造ばらつきも小さい。また、光導波路と光ファイバを直結する構造は、光チップ上に接着材で固定されるフェルールが光ファイバを保持する構造と比較して、接着材の硬化によるフェルールの位置ずれがないため、光ファイバを高精度に位置合わせすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１７８９７１号公報
【特許文献２】特開平８−２４８２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、光チップ上に形成される光導波路は１つとは限らず、複数の光導波路が光チップ上の形成されることがある。そして、複数の光導波路には、それぞれ異なる光ファイバが接続される。このとき、複数の光ファイバは、結束されて光ファイバ束を形成し、光ファイバ束が光チップに接続される。
【０００７】
しかしながら、光ファイバ束を形成する光ファイバの長さは必ずしも一致しておらず、光ファイバの端面の位置がばらつくことがある。したがって、すべての光ファイバの端面を光導波路の端面に接触させるためには、長い光ファイバを座屈させることにより、短い光ファイバの端面を光導波路の端面に接触させる。このとき、長い光ファイバは、端面が光導波路の端面に突き当てられた状態で押し込まれることにより座屈するため、光ファイバ及び光導波路の端面が押圧され、光ファイバ又は光導波路が破損することがあるという問題がある。
【０００８】
開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、光ファイバ及び光導波路の破損を防止することができる光ファイバ実装方法及び光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願が開示する光ファイバ実装方法は、１つの態様において、複数の光ファイバを基板に実装する光ファイバ実装方法であって、前記複数の光ファイバを結束部材によって結束し、前記結束部材の基板面からの高さ又は基板面に対する傾斜角を調整し、前記結束部材によって結束される前記複数の光ファイバの端面を、前記基板上のそれぞれ対応する光導波路の端面に接触させ、前記複数の光ファイバの端面と前記光導波路の端面とが接触した状態で前記複数の光ファイバを前記基板に接着する工程を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本願が開示する光ファイバ実装方法及び光モジュールの１つの態様によれば、光ファイバ及び光導波路の破損を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、一実施の形態に係る光モジュールの構成を示す図である。
【図２】図２は、接続部の構成を示す図である。
【図３】図３は、ファイバ案内溝の構成例を示す図である。
【図４】図４は、光ファイバ実装時の状態を説明する図である。
【図５】図５は、結束部材の位置と光ファイバの形状の具体例を示す図である。
【図６】図６は、一実施の形態に係る光ファイバ実装方法を示すフロー図である。
【図７】図７は、光ファイバ実装方法の具体例を示す図である。
【図８】図８は、実装治具の構成を示す図である。
【図９】図９は、光ファイバ実装方法の他の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本願が開示する光ファイバ実装方法及び光モジュールの一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１３】
図１は、一実施の形態に係る光モジュール１００の構成を示す図である。図１に示す光モジュール１００は、基板１１０、ＬＳＩ（Large  Scale  Integration）１２０、光電変換部１３０、光導波路１４０、接続部１５０、光コネクタ１６０、光ファイバ束１７０及び結束部材１８０を有する。
【００１４】
基板１１０は、例えばガラスエポキシ系樹脂などを材料とする基板である。基板１１０には、種々の電気部品及び光部品が搭載される。また、基板１１０には、光導波路１４０が形成される。
【００１５】
ＬＳＩ１２０は、種々の処理を実行する集積回路である。ＬＳＩ１２０による処理は、電気信号によって実行される。したがって、ＬＳＩ１２０は、電気信号を光電変換部１３０へ出力し、光電変換部１３０から出力される電気信号を受信する。
【００１６】
光電変換部１３０は、ＬＳＩ１２０から出力される電気信号を光信号に変換し、光導波路１４０へ出力する。また、光電変換部１３０は、光導波路１４０から入力される光信号を電気信号に変換し、ＬＳＩ１２０へ出力する。
【００１７】
光導波路１４０は、基板１１０の上面に形成される光導波路であり、光信号を伝送する。光導波路１４０は、例えば感光性樹脂を所望の導波路パターンの形状に露光することにより形成される。光導波路１４０は、複数の光電変換部１３０から基板１１０端部の接続部１５０まで延伸する。したがって、接続部１５０には、複数の光導波路１４０が到達する。
【００１８】
接続部１５０は、基板１１０の端部に形成され、光ファイバ束１７０の各光ファイバを位置決めし、光ファイバの端面と光導波路１４０の端面とを接続する。具体的には、図２に示すように、接続部１５０は、周囲の基板１１０の面よりも低い凹部を有し、凹部の底面にファイバ案内溝１５０ａを有する。ファイバ案内溝１５０ａは、光ファイバの端面と光導波路１４０の端面とが正対して接続する位置に光ファイバを案内する。すなわち、例えば図３（ａ）に示すように、ファイバ案内溝１５０ａは、光導波路１４０の端面に応じた位置に形成される∨字溝である。そして、例えば図３（ｂ）に示すように、光ファイバ１７０ａが∨字溝によって支持されることにより、光ファイバ１７０ａの端面が光導波路１４０の端面と正対するように位置決めされる。
【００１９】
図１に戻って、光コネクタ１６０は、光ファイバ束１７０の一端を保持し、外部のコネクタ等に接続可能な形状を有する。そして、光コネクタ１６０は、光ファイバ束１７０の各光ファイバ１７０ａから外部へ光信号を出射したり、外部から各光ファイバ１７０ａへ光信号を入射したりする。
【００２０】
光ファイバ束１７０は、複数の光ファイバ１７０ａを一列に並べて結束したものである。光ファイバ束１７０の一端は光コネクタ１６０によって保持され、他端は接続部１５０において光導波路１４０に接続する。接続部１５０においては、各光ファイバ１７０ａがファイバ案内溝１５０ａによって案内され、光ファイバ１７０ａの端面が光導波路１４０の端面に正対して接触する。そして、光ファイバ１７０ａの端部は、例えば紫外線硬化樹脂又は光硬化樹脂などの接着材によって、接続部１５０に固定されている。
【００２１】
結束部材１８０は、光ファイバ束１７０を構成する複数の光ファイバ１７０ａを結束する。すなわち、結束部材１８０は、光コネクタ１６０と接続部１５０の間において複数の光ファイバ１７０ａを保持し、光ファイバ束１７０を成形する。結束部材１８０から光導波路１４０の端面までの光ファイバ１７０ａの長さは一致しておらず、最も短い光ファイバ１７０ａに合わせて他の光ファイバ１７０ａは座屈している。つまり、光ファイバ束１７０の一部の光ファイバ１７０ａは、座屈した状態で接続部１５０に接着されている。
【００２２】
光ファイバ束１７０が接続部１５０に実装される際には、結束部材１８０は、基板１１０の面の高さよりも上方に位置するとともに、基板１１０の面に対して傾斜角を有する状態で支持される。具体的には、図４に示すように、基板１１０の面からオフセットｄを設けた位置において、基板１１０の面に対する傾斜角θを有して結束部材１８０が支持される。これらのオフセットｄ及び傾斜角θは、座屈する光ファイバ１７０ａの曲率半径が大きくなるように調整される。これにより、光ファイバ１７０ａの端面と光導波路１４０の端面にかかる荷重を低減することができるとともに、光ファイバ１７０ａの曲げ応力を低減することができる。結果として、光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０の破損を防止することができる。
【００２３】
ここで、結束部材１８０の位置と光ファイバ１７０ａの形状との関係について説明する。
【００２４】
図５（ａ）に示すように、結束部材１８０が基板１１０の面と同じ高さに位置しオフセットが無い場合、座屈する光ファイバ１７０ａの形状を波形で表現すると、１波長に相当する。これに対して、結束部材１８０が基板１１０の面より上方に位置しオフセットが有る場合、座屈する光ファイバ１７０ａの形状を波形で表現すると、０．５波長に相当する。換言すれば、オフセット無しの場合よりもオフセット有りの場合の方が座屈する光ファイバ１７０ａの曲率半径が大きくなる。この結果、光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０の端面にかかる荷重の大きさは、オフセット有りの場合の方が１／４となる。つまり、光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０の端面にかかる荷重が小さくなり、光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０の破損を防止することができる。
【００２５】
また、図５（ｂ）に示すように、結束部材１８０が基板１１０の面に対して傾斜角を有していない場合、座屈する光ファイバ１７０ａの形状を波形で表現すると、１．５波長に相当する。これに対して、結束部材１８０が基板１１０の面に対して傾斜角を有する場合、座屈する光ファイバ１７０ａの形状を波形で表現すると、０．７５波長に相当する。換言すれば、傾斜角無しの場合よりも傾斜角有りの場合の方が座屈する光ファイバ１７０ａの曲率半径が大きくなる。この結果、光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０の端面にかかる荷重の大きさは、傾斜角有りの場合の方が１／４となる。さらに、光ファイバ１７０ａの曲げ応力も、傾斜角有りの場合の方が１／４となる。つまり、光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０にかかる荷重及び応力が小さくなり、光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０の破損を防止することができる。
【００２６】
このように、光モジュール１００は、結束部材１８０の位置にオフセットを設けるとともに、傾斜角を有する状態で実装される光ファイバ束１７０を有する。このため、実装時に光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０にかかる荷重及び応力を小さくすることができ、光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０が破損することがない。
【００２７】
次いで、光ファイバ実装方法について、図６に示すフロー図を参照しながら具体的に説明する。
【００２８】
まず、基板１１０にＬＳＩ１２０及び光電変換部１３０が搭載され、光導波路１４０が形成されることにより、光チップが形成される（ステップＳ１０１）。基板１１０の端部には、接続部１５０が設けられ、接続部１５０の底面にはファイバ案内溝１５０ａが形成される。ファイバ案内溝１５０ａの位置は、光電変換部１３０から延びる光導波路１４０の端面の位置に対応する。
【００２９】
一方、光コネクタ１６０に接続された複数の光ファイバ１７０ａは、結束部材１８０によって結束され（ステップＳ１０２）、光ファイバ束１７０が形成される。このとき、それぞれの光ファイバ１７０ａの結束部材１８０から光コネクタ１６０とは反対側の端部までの長さは等しくなく、各光ファイバ１７０ａの端部の位置は不揃いである。
【００３０】
そして、光ファイバ束１７０が光チップに実装される。具体的には、光ファイバ１７０ａの端部が接続部１５０のファイバ案内溝１５０ａに案内され、光ファイバ１７０ａの端面と光導波路１４０の端面とが正対して接触する。このとき、結束部材１８０の基板１１０の面からのオフセットが調整されるとともに（ステップＳ１０３）、結束部材１８０の基板１１０の面に対する傾斜角が調整される（ステップＳ１０４）。オフセット及び傾斜角を有する状態で結束部材１８０が光導波路１４０へ接近する方向へ移動することにより、光ファイバ１７０ａの端面が光導波路１４０の端面に接触する。
【００３１】
すなわち、結束部材１８０からの長さが長い光ファイバ１７０ａから順に端面が光導波路１４０の端面に接触し、より短い光ファイバ１７０ａの端面が光導波路１４０の端面に接触する際には、すでに光導波路１４０に接触済みの光ファイバ１７０ａが座屈する。本実施の形態では、結束部材１８０のオフセット及び傾斜角が調整されることにより、座屈する光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０にかかる荷重が低減されているため、光ファイバ１７０ａが座屈する過程で光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０が破損することがない。
【００３２】
光ファイバ束１７０を構成するすべての光ファイバ１７０ａの端面が光導波路１４０の端面に正対して接触すると、各光ファイバ１７０ａの端部は、例えば紫外線硬化樹脂又は光硬化樹脂などの接着材によって接続部１５０に接着される（ステップＳ１０５）。光ファイバ１７０ａの端部が接続部１５０に接着されることにより、結束部材１８０のオフセット及び傾斜角が無くなっても、光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０にかかる荷重は変化せず、光ファイバ１７０ａ及び光導波路１４０が破損することはない。したがって、光ファイバ１７０ａが接着された後は、結束部材１８０の位置及び姿勢は制限されなくても良い。
【００３３】
次に、結束部材１８０のオフセット及び傾斜角を調整する方法の具体例について説明する。結束部材１８０のオフセット及び傾斜角を調整する第１の方法は、実装装置を用いる方法である。図７は、実装装置を用いて光ファイバ１７０ａの端部を接続部１５０に実装する方法を示す図である。
【００３４】
実装装置は、光チップを載置するステージ２１０と、結束部材１８０を保持するヘッド２２０とを有する。ステージ２１０には、光導波路１４０が形成されるとともに接続部１５０を有する基板１１０が載置され、ヘッド２２０には、光ファイバ１７０ａを結束する結束部材１８０が保持される。ヘッド２２０は、例えば結束部材１８０を吸着することによって保持しても良い。そして、ヘッド２２０は、紙面向かって上下左右に移動可能であるとともに、紙面向かって奥行方向を回転軸として回転可能である。ヘッド２２０は、結束部材１８０を吸着して保持した状態で移動及び回転し、ステージ２１０上の基板１１０の面に対するオフセット及び傾斜角を調整する。さらに、ヘッド２２０は、オフセット及び傾斜角が調整された結束部材１８０をステージ２１０上の基板１１０に接近させていき、光ファイバ１７０ａの端部を接続部１５０へ案内する。これにより、結束部材１８０のオフセット及び傾斜角を調整しつつ、光ファイバ１７０ａを光チップに接続することができる。
【００３５】
結束部材１８０のオフセット及び傾斜角を調整する第２の方法は、実装治具を用いる方法である。図８は、実装治具の構成を示す図であり、上図は平面図、下図は側面図である。図８に示すように、実装治具は、結束部材１８０を収納するケース３１０と、結束部材１８０を回転可能に支持するピン３２０とを有する。ケース３１０には、光ファイバ１７０ａを結束する結束部材１８０が収納され、ケース３１０の内部において結束部材１８０が一対のピン３２０によって回転可能に挟持される。この状態でピン３２０が回転されることにより、結束部材１８０の傾斜角が調整されつつ、図９に示すように実装治具の位置が調整されて光ファイバ１７０ａと光導波路１４０の位置合わせが行われる。これにより、結束部材１８０のオフセット及び傾斜角を調整しつつ、光ファイバ１７０ａを光チップに接続することができる。なお、図７に示した実装装置のヘッド２２０として、図８に示した実装治具が用いられても良い。
【００３６】
以上のように、本実施の形態によれば、複数の光ファイバを結束部材によって結束し、結束部材のオフセット及び傾斜角を調整しながら、すべての光ファイバの端面を基板上の光導波路の端面に接触させる。このため、長い光ファイバの端面が光導波路の端面に接触した後、短い光ファイバの端面が光導波路の端面に接触するまでの間、長い光ファイバが座屈しても光ファイバ及び光導波路にかかる荷重を低減することができる。結果として、光ファイバ及び光導波路の破損を防止することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１１０  基板
１２０  ＬＳＩ
１３０  光電変換部
１４０  光導波路
１５０  接続部
１５０ａ  ファイバ案内溝
１６０  光コネクタ
１７０  光ファイバ束
１７０ａ  光ファイバ
１８０  結束部材
２１０  ステージ
２２０  ヘッド
３１０  ケース
３２０  ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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