(57)【要約】  【課題】  光学部品とオプチカルベンチとの接着強度を高め、信頼性の高い光学部品搭載モジュールを提供する。  【解決手段】  少なくとも一つの光学部品とこの光学部品を搭載するオプチカルベンチとを備え、この光学部品の一部は、所定の膜で覆われ、光学部品がこの膜を介してオプチカルベンチに接着剤で固定されており、この膜は、貴金属よりも酸化し易い元素からなるＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｌａの中から選ばれる少なくとも１種類の元素を母元素とし、この母元素の含有率が９０重量％以上であることを特徴としている。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部品と、
前記光学部品を搭載するオプチカルベンチとを備え、
前記光学部品の一部は貴金属よりも酸化し易い元素からなる膜で覆われ、当該光学部品が当該膜を介して前記オプチカルベンチに接着剤で固定されていることを特徴とする光学部品搭載モジュール。
【請求項２】
前記光学部品の一部を覆う前記膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｌａの中から選ばれる少なくとも１種類の元素を母元素としていることを特徴とする請求項１記載の光学部品搭載モジュール。
【請求項３】
前記光学部品の一部を覆う前記膜は、前記母元素の含有率が９０重量％以上であることを特徴とする請求項２記載の光学部品搭載モジュール。
【請求項４】
前記光学部品は、ガラスまたはプラスチックの加工品であることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の光学部品搭載モジュール。
【請求項５】
前記オプチカルベンチは、Ｓｉ元素を含む部材からなることを特徴とする請求項１乃至４何れか１項記載の光学部品搭載モジュール。
【請求項６】
前記オプチカルベンチは、表面に深溝が形成され、前記光学部品を当該深溝に位置決めして搭載することを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載の光学部品搭載モジュール。
【請求項７】
前記接着剤は、水酸基、カルボキシル基、およびアミノ基の中から選ばれる少なくとも１種類の官能基を含む化学構造を有することを特徴とする請求項１乃至６何れか１項記載の光学部品搭載モジュール。
【請求項８】
オプチカルベンチに接着剤を用いて固定される光学部品であって、
ガラスまたはプラスチックの加工品からなる本体と、
前記本体の前記接着剤が付着される箇所の少なくとも一部を覆う位置に形成され、貴金属よりも酸化し易い元素からなる膜と
を含む光学部品。
【請求項９】
前記膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｌａの中から選ばれる少なくとも１種類の元素を母元素としていることを特徴とする請求項８記載の光学部品。
【請求項１０】
前記膜は、膜厚が１〜３００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項８記載の光学部品。
【請求項１１】
前記膜は、膜厚が５〜５０ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項８記載の光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オプチカルベンチに光学部品が搭載された光学部品搭載モジュール等に係り、より詳しくは、光学部品がオプチカルベンチに接着剤で固定された光学部品搭載モジュール等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットなどのネットワーク技術が急速に発展し、ネットワークを介して動画像などの大量の情報を高速に送受信することが要求されている。この大量の情報を高速に送受信する技術として、光ファイバを用いたデータの送受信が特に注目されている。この光ファイバを用いたデータの送受信では、転送速度が例えば家庭用でも１００Ｍｂｐｓ以上であり、古くから一般家庭に用いられている電話回線を用いたモデムやＩＳＤＮに比べ、約３桁程度高速にデータを送受信することが可能である。また、近年、ネットワークの容量を更に画期的に増加させるものとして、光多重通信方式の開発が求められている。この光多重通信方式としては、光時分割多重(光ＴＤＭ)や波長多重(ＷＤＭ)などが広く用いられている。更には、超高速の光符号化・復号化を可能にとし、従来に比べて信号対干渉雑音比を大幅に改善するために、光符号分割多重(ＯＣＤＭ)方式なども開発されている。かかる状況下、光通信部品の需要はますます増加傾向にあり、光通信部品の供給メーカにとって、部品のコスト低減と信頼性の向上が課題となっている。
【０００３】
ここで、光通信部品の一つとして、シリコンウェハに異方性エッチングを施して作製されるシリコンオプチカルベンチの溝部に、少なくとも一つのガラス光学部品が搭載された光学部品搭載モジュールがある。この光学部品搭載モジュールは、光通信部品の中で中枢となるパーツであり、基幹系光通信関連部品と同程度の信頼性が求められている。
これまで、この光学部品搭載モジュールを製造する際に、シリコンオプチカルベンチの溝部に、レンズなどのガラス光学部品を搭載し、両者を紫外線硬化型樹脂で固定していた。しかしながら、この方法では、常温常湿下では大きな問題は生じないものの、高温高湿度の環境下に長時間接すると、接着部が破壊し、ガラス光学部品がシリコンオプチカルベンチから離脱する問題があった。接着部の破壊は、主にガラス光学部品と接着剤との界面で起こっていた。
かかる問題に対処するために、出願人は、ガラス光学部品の末端にエポキシ基を有するシランカップリング剤を設け、このシランカップリング剤が設けられた部分をシリコンオプチカルベンチの溝部にエポキシ系接着剤で接着する技術を提案している(例えば、特許文献１参照。)。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３７６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この上記各特許文献１に提案されている方法によれば、ガラス光学部品とシリコンオプチカルベンチの接着強度を高めることが可能となり、信頼性の高い光学部品搭載モジュールを提供することができる。しかしながら、かかる方法では、シランカップリング剤を設けるためのウェット処理が必要となり、このウェット処理は比較的煩雑な工程を含むことから、ランニングコストの低減のためには更に解決すべき課題が残されている。
【０００６】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、光学部品とオプチカルベンチとの接着強度を高め、信頼性の高い光学部品搭載モジュールを提供することにある。
また他の目的は、低コストからなる光学部品搭載モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもと、本発明が適用される光学部品搭載モジュールは、少なくとも一つの光学部品とこの光学部品を搭載するオプチカルベンチとを備え、この光学部品の一部は貴金属よりも酸化し易い元素からなる膜で覆われ、光学部品がこの膜を介してオプチカルベンチに接着剤で固定されていることを特徴としている。
【０００８】
ここで、この光学部品の一部を覆う膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｌａの中から選ばれる少なくとも１種類の元素を母元素としていることを特徴とすることができる。また、この膜は、母元素の含有率が９０重量％以上であることを特徴とすることができる。これらの構成によれば、酸化し易い金属またはＳｉ等の半金属の表面に発生し得る水酸基(−ＯＨ)を用いて、接着剤との接合を強化することができる点で好ましい。
更に、この光学部品は、ガラスまたはプラスチックの加工品であることを特徴とすることができる。
また更に、このオプチカルベンチは、Ｓｉ元素を含む部材からなることを特徴とすることができる。また、表面に深溝が形成され、光学部品をこの深溝に位置決めして搭載することを特徴とすることができる。
更に、この接着剤は、水酸基(−ＯＨ)、カルボキシル基(−ＣＯＯＨ)、およびアミノ基(−ＮＨ２)の中から選ばれる少なくとも１種類の官能基を含む化学構造を有することを特徴とすれば、表面に水酸基(−ＯＨ)を有する被着物を、高い強度で接着できる点で優れている。
【０００９】
他の観点から把えると、本発明は、オプチカルベンチに接着剤を用いて固定される光学部品であって、ガラスまたはプラスチックの加工品からなる本体と、この本体の接着剤が付着される箇所の少なくとも一部を覆う位置に形成され、貴金属よりも酸化し易い元素からなる膜とを含む。
【００１０】
ここで、この膜は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｌａの中から選ばれる少なくとも１種類の元素を母元素としていることを特徴とすることができる。また、この膜は、膜厚が１〜３００ｎｍの範囲であることを特徴とし、更に好ましくは、膜厚が５〜５０ｎｍの範囲であることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光学部品とオプチカルベンチとの接着強度を高めて信頼性の高い光学部品搭載モジュールを提供することが可能となり、低コストからなる光学部品搭載モジュールの提供が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１〜図３は、本実施の形態が適用される光学部品搭載モジュール１００の全体構成例を示した図である。図１は光学部品搭載モジュール１００の全体構成を外観から見た図である。また、図２はオプチカルベンチ１０を図１のＡＡ断面で切断した状態にて光学部品搭載モジュール１００を眺めた図を示し、図３はオプチカルベンチ１０を図１のＢＢ断面で切断した状態にて光学部品搭載モジュール１００を眺めた図を示している。
【００１３】
図１〜図３に示す光学部品搭載モジュール１００は、オプチカルベンチ(シリコンオプチカルベンチ)１０と、このオプチカルベンチ１０に搭載される光学部品として、光学ガラス製結合レンズ２０と、半導体レーザチップ３０と、光ファイバ(マルチモード光ファイバ)４０とを備えている。光学ガラス製結合レンズ２０は、オプチカルベンチ１０の台形溝１１(後述)に、図２および図３に示す接着剤２５を用いて接着固定される。半導体レーザチップ３０は、オプチカルベンチ１０上に形成される電極(図示せず)に対して半田３１で位置精度良く固定される。光ファイバ４０は、図示しない接着剤でオプチカルベンチ１０のＶ溝１２(後述)に位置精度良く固定される。半導体レーザチップ３０から出射した光は、光学ガラス製結合レンズ２０で集光されて光ファイバ４０に入射する。
【００１４】
このオプチカルベンチ１０は、シリコンウェハであるＳｉ基板に、光学ガラス製結合レンズ２０を位置決めするための深溝である台形溝１１と、光ファイバ４０を位置決めするためのＶ溝１２とが形成されている。シリコンウェハであるＳｉ基板としては、厚さ１.０ｍｍ程度のものが採用され、その表面に、ＫＯＨ等の強アルカリを用いて、３次元加工技術であるマイクロマシニング(ＭＥＭＳ)による深溝の形成が行われる。より具体的には、まず、Ｓｉ基板にレジスト塗布とパターニングが実行される。次いで、フッ酸エッチング工程にて、溝が形成されるパターンに合わせて、Ｓｉ基板上に当初から形成されている酸化膜(ＳｉＯ２)がフッ酸を用いて除去される。その後、レジストが除去された後、強アルカリであるＫＯＨを用いた異方性エッチングが行われ、台形溝１１とＶ溝１２とを有するオプチカルベンチ１０が形成される。この台形溝１１は、例えば、表面部の幅１.７５ｍｍ、深さ０.８４ｍｍ、長さ１.７１ｍｍ程度である。
【００１５】
オプチカルベンチ１０に接着される被着物としての光学ガラス製結合レンズ２０の本体は、ガラスの加工品として、例えば外径１.５ｍｍ、長さ１.２ｍｍの石英製結合レンズで構成される。そして、そのレンズの光透過面に、反射防止膜２１と、Ｓｉ膜２２とが形成されている。レンズの硝材としては、例えば一般的なＢＫ７が用いられる。反射防止膜２１は、スパッタリング法により例えばＳｉＯ/ＴｉＯ誘電体多層膜が成膜されて形成される。Ｓｉ膜２２は、本実施の形態における特徴的な構成であり、レンズの側面の一部に、例えばＳｉ膜２２がスパッタリング法により成膜されて形成される。
【００１６】
この光学ガラス製結合レンズ２０自体(本体)は、接着剤２５との接着力が弱いことが知られている。ここで、一般に、表面に水酸基(−ＯＨ)がある被着物は、エポキシ系接着剤やアクリレート系接着剤の中に含まれる水酸基(−ＯＨ)やカルボキシル基(−ＣＯＯＨ)、あるいはアミノ基(−ＮＨ２)と結合して、接着剤により強固に接着される。本実施の形態では、かかる点に着目し、接着剤２５との接着力の弱い被着剤である光学ガラス製結合レンズ２０の表面に、貴金属よりも酸化し易い元素からなる膜としてＳｉ膜２２を被着物として成膜することで、被着剤である光学ガラス製結合レンズ２０の表面に水酸基(−ＯＨ)が生成され、接着強度を向上させることが可能となった。
【００１７】
この酸化し易い膜であるＳｉ膜２２は、例えば図２に示すように、光学ガラス製結合レンズ２０がオプチカルベンチ１０の台形溝１１に装着され、接着される際の接着部分(接着剤２５が付着される箇所の少なくとも一部を覆う位置)に成膜される。但し、膜の厚さを厚くする場合には、位置決め精度を確保するために、台形溝１１の位置決め部分には当接しない範囲に限られることが望ましい。尚、光学部品である光学ガラス製結合レンズ２０として、ガラス製レンズ以外に、プラスチックの加工品であるレンズ(プラスチック製レンズ)を用いることも可能である。
【００１８】
図２および図３に示すように、オプチカルベンチ１０の台形溝１１の底に、熱硬化性エポキシ系接着剤である接着剤２５が設けられる。そして、光学ガラス製結合レンズ２０のＳｉ膜２２で被覆した部分が接着剤２５と接するようにして、光学ガラス製結合レンズ２０が台形溝１１に固定される。この接着剤２５の水酸基(−ＯＨ)が、光学ガラス製結合レンズ２０の表面に形成されるＳｉ膜２２の水酸基(−ＯＨ)と水素結合した後、脱水縮合により化学結合する。この結果、光学ガラス製結合レンズ２０がオプチカルベンチ１０に対して高い接着強度で接合される。
【実施例】
【００１９】
以下、実施例に基づき、本実施の形態をより詳細に説明する。尚、本実施の形態は、実施例に限定されない。
(実施例１〜８、比較例１〜３)
実施例１として、外径１.５ｍｍ、長さ１.２ｍｍの光学ガラス製結合レンズ２０の本体の側面の一部に、膜厚２０ｎｍのＳｉ膜２２をスパッタリング法で成膜した。ここでは膜厚を２０ｎｍとしたが、膜厚１〜３００ｎｍの範囲で良好な結果が得られ、５〜５０ｎｍで実用上、最良となる結果が得られた。この膜厚は、過度に薄いと十分な接着性能が得られず、過度に厚いと膜の内部応力が大きくなり、光学部品への密着性が悪くなる。このＳｉ膜２２の作成には、Ｓｉをターゲットとし、Ａｒを放電ガスに用いたスパッタリング法を用いた。この膜のＳｉ含有率は９５重量％であった。
オプチカルベンチ１０の台形溝１１の底には、熱硬化性エポキシ系接着剤である接着剤２５を０.３ｍｇ滴下させた。そして、光学ガラス製結合レンズ２０のＳｉ膜２２で被覆した部分が接着剤２５と接するようにして、光学ガラス製結合レンズ２０を台形溝１１に固定した。その後、１２０℃のベーク炉に１時間放置して接着剤を硬化させた。ここで用いた接着剤２５は、協立化学産業(株)製ワードロックＮｏ.８７７４であり、水酸基(−ＯＨ)を含む。
【００２０】
実施例２として、光学ガラス製結合レンズ２０の側面の一部に、Ｓｉ膜２２の代わりにＡｌ膜を成膜した。実施例３ではＳｉ膜２２の代わりにＴｉ膜を成膜し、実施例４ではＳｉ膜２２の代わりにＣｒ膜を成膜した。また、実施例５ではＳｉ膜２２の代わりにＭｎ膜を成膜し、実施例６ではＳｉ膜２２の代わりにＦｅ膜を成膜した。更に、実施例７ではＳｉ膜２２の代わりにＣｅ膜を成膜し、実施例８ではＳｉ膜２２の代わりにＬａ膜を成膜した。この実施例２〜８において、他の条件は実施例１と同様である。また、実施例２〜８において、各金属膜の母元素の含有率は９０重量％以上であった。
【００２１】
比較例１では、光学ガラス製結合レンズ２０の側面にＳｉ膜２２を形成しない場合であり、他の条件は実施例１と同様である。即ち、光学ガラス製結合レンズ２０のガラス面と接着剤２５との間に膜が介在しておらず、ガラス面が直接、接着剤２５に接している。更に、比較例２では、光学ガラス製結合レンズ２０の側面の一部に、Ｓｉ膜２２ではなくＳｉＯ膜をスパッタリング法で成膜した。それ以外は実施例１と同様である。このＳｉＯ膜の作成には、Ｓｉをターゲットにし、Ａｒ/Ｏ２を放電ガスに用いた反応性スパッタリング法を用いた。この膜のＳｉ含有率は７０重量％であった。また比較例３では、光学ガラス製結合レンズ２０の側面の一部に、Ｓｉ膜２２ではなく、貴金属からなるＡｕ膜をスパッタリング法で成膜した。他の条件は実施例１と同様である。
【００２２】
以上のようにして作成した光学部品搭載モジュール１００の光学ガラス製結合レンズ２０について、オプチカルベンチ１０への接着強度を環境試験の前と環境試験の後とで測定した。接着強度は、光学ガラス製結合レンズ２０を針で押して、光学ガラス製結合レンズ２０がオプチカルベンチ１０から剥がれた瞬間の針にかかっている荷重で評価した。また、環境試験は、温度７５℃湿度９０％ＲＨ雰囲気中に、光学部品搭載モジュール１００を１００時間放置することで行った。結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
2006119221.tif 000003
【００２４】
表１では、接着強度が２０Ｎ以上のものを◎、接着強度が１０〜２０Ｎのものを○、接着強度が５〜１０Ｎのものを△、接着強度が０〜５Ｎであるものを×で示している。
表１に結果を示すように、実施例１で作成した光学部品搭載モジュール１００が最も接着強度が高く、環境試験前後において、接着強度が２０Ｎを超えていた。実施例３および実施例４で作成した光学部品搭載モジュール１００でも、接着強度が２０Ｎ以上の高い接着強度を得ることができた。また、実施例２、実施例５〜８で作成した光学部品搭載モジュール１００では、接着強度が若干、低下するものの、１０〜２０Ｎの接着強度を得ることができ、実用上良好な接着強度が確保される光学部品搭載モジュール１００が得られた。一方、比較例１〜比較例３で作成した光学部品搭載モジュール１００は、環境試験前の接着強度が５〜１０Ｎと低く、更に、環境試験後の接着強度は０〜４Ｎと更に低くなり、実用上、十分な接着強度を得ることができなかった。
【００２５】
また、実施例１〜８の場合における破壊位置は、光学ガラス製結合レンズ２０の側面に成膜した膜(実施例１のＳｉ膜２２、実施例２〜８の金属膜)と接着剤２５との界面であった。一方、比較例１の場合には、光学ガラス製結合レンズ２０と接着剤２５との界面が破壊位置であった。また、比較例２の場合には、ＳｉＯ膜と接着剤２５との界面が破壊位置であった。更に、比較例３の場合には、Ａｕ膜と接着剤２５との界面が破壊位置であった。
また更に、光学ガラス製結合レンズ２０の接着部表面をＦＴ−ＩＲ(フーリエ変換赤外分光光度計)で測定したところ、比較例１や比較例２に比べて、実施例１〜８の場合の方が水酸基の量が多かった。即ち、実施例１〜８では、水酸基の量が多いために接着剤２５との結合が強く、高い接着強度が得られたものと考えられる。
【００２６】
以上、詳述したように、本実施の形態によれば、光学ガラス製結合レンズ２０など、少なくとも一つの光学部品がオプチカルベンチ１０に搭載された光学部品搭載モジュール１００において、この光学部品の一部を、貴金属よりも酸化し易い元素からなる膜で覆った。そして、この膜を介して光学部品をオプチカルベンチ１０に接着剤２５で固定させることで、接着強度が高く信頼性の高い、安価な光学部品搭載モジュール１００を提供することができる。ここで、この膜は、貴金属よりも酸化し易い膜として、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｌａの中から選ばれる少なくとも１種類の元素を母元素とするとよい。また、この膜のＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｌａの中から選ばれる少なくとも１種類の母元素の含有率は、９０重量％以上であることが好ましい。９０重量％以上であれば、例えば表１に示す中で接着強度が比較的低い母元素(例えばＡｌ等)であっても、より高い接着強度を得ることが可能となる。更に、オプチカルベンチ１０としては、Ｓｉ元素を含む部材からなることが好ましく、また、接着剤２５としては、水酸基(−ＯＨ)、カルボキシル基(−ＣＯＯＨ)、およびアミノ基(−ＮＨ２)から選ばれる少なくとも１種類の官能基を含むものであれば、接着強度を高めることができる点で優れている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施の形態が適用される光学部品搭載モジュールの全体構成例を示した図である。
【図２】オプチカルベンチを図１のＡＡ断面で切断した状態にて光学部品搭載モジュールを眺めた図を示した図である。
【図３】オプチカルベンチを図１のＢＢ断面で切断した状態にて光学部品搭載モジュールを眺めた図を示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０…オプチカルベンチ(シリコンオプチカルベンチ)、１１…台形溝、１２…Ｖ溝、２０…光学ガラス製結合レンズ、２１…反射防止膜、２２…Ｓｉ膜、２５…接着剤、３０…半導体レーザチップ、３１…半田、４０…光ファイバ、１００…光学部品搭載モジュール
【図１】
2006119221.tif 000004
【図２】
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【図３】
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