(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、光素子と、該光素子に光接続させる光ファイバと、該光ファイバの上面を覆う押さえ板とを配設して成る光モジュールであって、前記押さえ板は、前記光ファイバの両側に貫通孔及び／又は切り欠きを有しており、前記貫通孔及び／又は切り欠きに対応して配置された光硬化性で且つ熱硬化性の接着材を介して前記基板に固定されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記押さえ板に形成されている前記貫通孔及び／又は切り欠きは、前記光ファイバの光軸に対し対称位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記基板及び前記押さえ板は異方性エッチングが可能な材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項４】
基板上に光ファイバを配設する工程と、該光ファイバの両側に光硬化性で且つ熱硬化性の接着材を配設する工程と、前記光ファイバの上面及び前記接着材の上面に、前記光ファイバの両側に貫通孔及び／又は切り欠きを有する押さえ板を前記貫通孔及び／又は切り欠きが前記接着材の配設位置に一致するように配設する工程と、前記接着材に少なくとも前記押さえ板の貫通孔及び／又は切り欠きから光を照射し硬化させる工程と、前記接着材を加熱し硬化させる工程とを含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば光通信分野等において好適に使用可能な光モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光通信機器等において半導体レーザからの出射光を光ファイバへ導入し、この光ファイバから光を伝送する光モジュールが使用されている。そして、この種の光モジュールを作製するために、いわゆるシリコンプラットフォームと称する基板を用いたパッシブアライメント実装が一般的に行われている。
【０００３】
上記パッシブアライメント実装において、シリコンプラットフォームの表面に設けられたＶ溝に光ファイバを載置し、この光ファイバを押さえ板で固定することが行われる。そして、この際に熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂を用い、光ファイバ及び押さえ板をシリコンプラットフォーム上へ固定する。
【０００４】
すなわち、シリコンプラットフォームに形成したＶ溝に配設され正確に位置決めされた光ファイバの先端部と、シリコンプラットフォーム上に固定した半導体レーザチップの光出射部との光結合を行った後に光ファイバを固定するのであるが、この固定に熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂等の接着材を用いる技術と、押さえ板で光ファイバをシリコンプラットフォーム側へ押さえつけ固定する技術とが採用されている（例えば、特開平9-69585 号公報等を参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱硬化性樹脂で光ファイバを固定する場合、上記光結合の調整を行った後、光ファイバをシリコンプラットフォームに押さえつけ不動とさせ、この状態で熱硬化性樹脂の塗布及び硬化処理を行う必要があるが、熱硬化性樹脂はその硬化に時間がかかるため、樹脂の硬化中は常に光ファイバを押さえ続ける必要がある。さらに、押さえた状態でのシリコンプラットフォームの移動中や樹脂硬化の最中に光ファイバの位置ずれ等が生じやすいので、これにより歩留まりが低下する。
【０００６】
また、光ファイバとシリコンプラットフォームに紫外線硬化性樹脂を塗布した後、紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射しこれを硬化させて、光ファイバをシリコンプラットフォームに固定する技術では、紫外線照射による硬化処理により光ファイバの固定を短時間で行うことができても、紫外線が照射されない部分は硬化しないので、光ファイバが好適に固定されず信頼性が低下する。また、この固定が紫外線照射による硬化で行うことから、光ファイバの反りを防止するための押さえ板の材料として紫外線を透過するものを選択する必要がある。しかも、紫外線を透過する材料はごく限られており、通常は石英ガラスを用いる。ところが、石英ガラスは硬質であることから加工精度が悪く、しかも加工時間を多大に要するなど使い勝手が悪い。
【０００７】
そこで本発明は、従来の諸問題を解消し、光結合の際の光ファイバの実装構造及びその方法を改善することで、信頼性が高くしかも簡便に作製が可能な優れた光モジュール及びその製造法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題は、以下の光モジュール及びその製造方法により解決される。
【０００９】
すなわち、本発明の光モジュールは、基板上に、光素子と、光素子に光接続させる光ファイバと、光ファイバの上面を覆う押さえ板とを配設して成り、押さえ板は貫通孔及び／又は切り欠きを有しており、前記貫通孔及び／又は切り欠きに対応して配置された光硬化性で且つ熱硬化性の接着材を介して前記基板に固定されている。
【００１０】
また、押さえ板に形成されている貫通孔及び／又は切り欠きは、光ファイバの光軸に対し対称位置に配設されていることを特徴とする。
【００１１】
また、基板及び前記押さえ板は異方性エッチングが可能な材料から成ることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光モジュールの製造方法は、基板上に光ファイバを配設する工程と、該光ファイバの両側に光硬化性で且つ熱硬化性の接着材を配設する工程と、光ファイバの上面及び接着材の上面に、前記光ファイバの両側に貫通孔及び／又は切り欠きを有する押さえ板を貫通孔及び／又は切り欠きが接着材の配設位置に一致するように配設する工程と、接着材に少なくとも押さえ板の貫通孔及び／又は切り欠きから光を照射し硬化させる工程と、接着材を加熱し硬化させる工程とを含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明に係る光モジュール及びその製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、同様な部材には同一符号を付し、それに関する繰り返しの説明等は省略する。
【００１４】
〔実施形態１〕
後記する押さえ板を実装する前（もしくは押さえ板を実装していない状態）の光モジュールを図１（ａ）に示す。すなわち、例えば異方性エッチングにより形成したＶ字状やＵ字状を成す溝４を備えた基板１上において、この溝４の端部に、例えば半導体レーザ等の発光素子である光素子２を配設し、溝４には光素子２に高効率で光結合（光接続）させる光ファイバ３を配設して成り、さらに、基板１において光ファイバ３の光軸（＝コア軸３ａ）に対しほぼ対称の位置に、光硬化性で且つ熱硬化性の接着材５が設けられている。
【００１５】
そして、図１（ｂ）に示すように、この接着材５の一部、及び光ファイバ３の上面を覆う押さえ板７が配設されて光モジュールＭ１が構成される。なお、図中６は光ファイバ３の先端部（光入射部）を当接させるためのストッパー溝であり、ダイシング等で形成したものである。
【００１６】
ここで、基板１は溝４を好適に形成するために、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液などで異方性エッチングが可能な、例えば（１００）面等を主面とするシリコン単結晶基板を用いるものとするが、これ以外に異方性エッチングが可能な材料としてＧａＡｓ単結晶やＩｎＰ単結晶材料等が使用可能である。特に異方性エッチングが可能な材料を用いなくともよく、この場合は各種材料におけるレーザ加工，ダイシング，研磨等の切削加工により溝等を形成してもよい。また、モールド成形された樹脂材料を用いて溝を形成してもよい。
【００１７】
光素子２は例えば波長１．３μｍ又は１．５μｍのファブリペロー型又はＤＦＢ型半導体レーザ等の各種半導体レーザを用いることができる。
【００１８】
接着材５には、光硬化性で且つ熱硬化性のエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂で、例えばＵＶ（紫外線：波長約３６５ｎｍ）や可視光（波長４００〜４８０ｎｍ程度）に硬化するものを用いる。なお、例えば蛍光灯などの光で容易に硬化しないように、特定の波長の光でのみ硬化するものを使用するとよい。
【００１９】
押さえ板７は異方性エッチングにより容易に作製が可能なものが好ましく、シリコン単結晶等が好適に使用可能である。押さえ板７の下面には、光ファイバ３の上面に当接させるＶ字状やＵ字状を成す溝９が形成されており、この溝９の底部に対しほぼ対称の位置、すなわち、光ファイバ３の光軸（＝コア軸３ａ）に対してほぼ対称の位置に、貫通孔８及び／又は後記する切り欠きを異方性エッチングにより形成する。
【００２０】
このように、押さえ板７に形成された貫通孔８及び／又は切り欠きに接着材５が入り込んだ状態で固着が可能なため、接着材５の接着力以外に接着材５と貫通孔及び／又は切り欠きとの嵌合等を含む係止による固定がなされることになり、押さえ板７さらには光ファイバ３を全く位置ずれさせることなく、確実にかつ堅固に固定することができる。また、押さえ板７には貫通孔８及び／又は切り欠きが形成されているので、紫外線等の光を透過させることができ、例えば紫外線硬化性樹脂を使用しても、押さえ板７に紫外線を透過する材質を選択する必要がなく、加工の容易なステンレスやアルミニウム等の金属材料を好適に使用することができる。これにより、切削や折り曲げなどの機械加工で作製が可能であり、押さえ板の加工形状の自由度を大幅に向上させることができる。
【００２１】
また、特に異方性エッチングが可能なシリコン単結晶基板を押さえ板として用いることができ、貫通孔８や光ファイバのガイド溝９を異方性エッチングにより容易に且つ高精度に形成することが可能となる。またこれにより、押さえ板７の溝９の深さや貫通孔８の径（大きさ）の制御が容易となるとともに、溝９及び貫通孔８をフォトプロセス及びエッチング工程により一括形成することが可能になり、量産性に優れた光モジュールを提供できる。さらに、複数の貫通孔及び／切り欠きが光ファイバ３の光軸に対して対称位置に形成されているので、接着材５により光ファイバ３に対して安定的に押圧することができ、光ファイバ３に対して確実で正確な固定が実現される。
【００２２】
次に、上記光モジュールＭ１の製造方法の一例について説明する。
【００２３】
まず、表面に溝を有する基板を用意し、この溝の一端側に半導体レーザチップ等の光素子を固定するとともに、溝に光ファイバを沿うように載置する。そして、図２（ａ）に示すように、光素子が固定された基板１の溝４に、光素子と光の授受を行う光ファイバ３が正確に位置決め配置される。次に、押さえ板７を固定するための紫外線硬化性であるとともに熱硬化性である接着材５が塗布される。ここで、接着材５は光ファイバ３の光軸（＝コア軸）３ａに対しほぼ対称位置に塗布形成される。
【００２４】
次に、下面に溝９及びこの溝９にほぼ対称位置に貫通孔８が形成された押さえ板７を用意し、図２（ｂ）に示すように、貫通孔８が接着材５の塗布位置に一致するように、また押さえ板７の下面に形成された溝９で光ファイバ３の上面を覆うように、押さえ板７を載置し押さえ板７を光ファイバ３側へ押圧する。これにより接着材５の貫通孔８の開口部において突出部５ａが形成されるが、これは表面張力や毛細管現象等の作用により上方へ少し突出したものである。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示すように、上方から紫外線光源Ｋにより押さえ板７に形成された貫通孔８が位置する箇所に紫外線Ｌを照射し、接着材５の一部５ｂが硬化する。これにより、押さえ板７が接着材５の突出部５ａと嵌合（係止）され位置決め固定される。その後、この接着材５を所定の温度，時間（例えば８０〜１２０℃，３０分間〜２時間）で加熱することにより接着材５の押さえ板７で覆われている領域（外側部）５ｃを硬化させ光モジュールＭ１を作製することができる。
【００２６】
上述した方法を採用することにより、紫外線硬化部分で押さえ板７を仮固定することができ、従来のように加熱硬化のためのハンドリング時に光ファイバ３の位置が変動することなく、信頼性の極めて高い光モジュールＭ１を作製することができる。
【００２７】
〔実施形態２〕
次に、本発明の他の実施形態の光モジュールＭ２について説明する。図３（ａ）に示すように、まず、光ファイバ３を実装するためのＶ溝１４と、接着材５を載置する載置溝１０を備えた基板１１を用意する。この基板１１上に上記と同様にして光ファイバ３をＶ溝１４へ載置し、光素子２を不図示の電極上に載置固定する。
【００２８】
そして、載置溝１０内に接着材５を基板１１の表面から盛り上がるように充填し、さらに、光素子２と光ファイバ３との光結合状態の調整を行った後に、光結合効率が最大となる状態で、図３（ｂ）に示すように、Ｖ溝１９が下面に形成された押さえ板１７を光ファイバ３の上面を覆うように載置し、上記と同様にして接着材５を硬化させる。この光モジュールＭ２によれば、押さえ板１７と接着材５との係止を堅固に行うことができ、より強固な光ファイバ３の固定が可能となり、いっそう信頼性の高い光モジュールＭ２を提供することができる。
【００２９】
〔実施形態３〕
さらに他の実施形態の光モジュールＭ３について説明する。図４に示すように、接着材５の進入が可能な切り欠き部２８をＶ溝１９に対して、すなわち、光ファイバ３の光軸（＝コア軸）３ａに対してほぼ対称位置に設け、この押さえ板２７の切り欠き部２８と接着材５との係止により光ファイバ３を堅固にかつ精度良く固定することができる。
【００３０】
このような切り欠き部２８の形成は、実施形態１，２において示した貫通孔の形成に比べ形成が容易であるので、種々の材質のものを利用することができる。
【００３１】
〔押さえ板の変形例〕さらに、本発明で使用可能な押さえ板の変形例について説明する。図５に示す押さえ板３７は、その四隅に切り欠き部３８を設けたものである。
【００３２】
上記押さえ板３７によれば、四隅に切り欠き部３８を備えているので、接着材に対して硬化用の光源で四方向より照射することで確実な硬化を期待することができる。このように、押さえ板に形成する貫通孔や切り欠きは種々の形態を採用することができ、また、貫通孔と切り欠きの両方を備える押さえ板としてもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更し実施が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の光モジュール及びその製造方法によれば、押さえ板の光ファイバの両側に形成された複数の貫通孔や切り欠きと接着材との係止を利用することにより、単に接着材の接着力だけを利用する従来の光ファイバの固定方法に比べ、より堅固で正確な固定が可能な優れた光モジュールを提供できる。
【００３４】
また、上記貫通孔や切り欠きは、光硬化性接着材の硬化用の光透過窓として利用することができるので、従来のように光透過性の材質に限定されていた押さえ板を専ら使用しなくともよく、押さえ板の材料選択の自由度を広げることが期待でき、汎用性がありしかも信頼性の高い優れた光モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光モジュールの一実施形態を説明するための模式図であり、（ａ）は押さえ板の実装前の光モジュールの斜視図、（ｂ）は押さえ板の実装後の光モジュールの斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の光モジュールの製造方法を説明するための模式的な断面図であり、図１（ｂ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明に係る光モジュールの他の実施形態を説明するための模式図であり、（ａ）は押さえ板の実装前の光モジュールの斜視図、（ｂ）は押さえ板の実装後の光モジュールの斜視図である。
【図４】本発明に係る光モジュールの他の実施形態を説明するための模式的な斜視図である。
【図５】  本発明に係る光モジュールに使用される押さえ板の一例を模式的に説明する斜視図である。
【符号の説明】
１，１１，２１：基板
２：光素子
３：光ファイバ
４，９：溝
１４，１９：Ｖ溝
５：接着材
７，１７，２７，３７，４７：押さえ板
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：光モジュール
【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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