(57)【要約】【課題】外部導波路基板に外部からの引張応力が作用しても接着部分が剥離しないように補強することにより、マウント基板の内部導波路に対する外部導波路基板の外部導波路の光軸がずれにくくなる光モジュールを提供する。【解決手段】光素子１２ａが設けられるマウント基板１と、このマウント基板１と連結する外部導波路基板２とを備えている。マウント基板１のコア部１６と外部導波路基板２のコア部２１とが光学的に結合された状態で、外部導波路基板２の連結片５がマウント基板１の表面１１に重ね合わされて固定されている。マウント基板１を表面に設けたサブマウント基板７と、このサブマウント基板７またはサブマウント基板の他の部品または外部導波路基板２に設けられ、外部導波路基板２をサブマウント基板１に固定する固定部材４０とが設けられている。【選択図】図２
2011081157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子とこの光素子と光学的に結合するコア部を有する内部導波路が設けられたマウント基板と、前記マウント基板の内部導波路と光学的に結合し得るコア部を有する外部導波路とが設けられ、マウント基板のコア部と外部導波路基板のコア部とが光学的に結合された状態で、外部導波路基板の連結片がマウント基板の表面に重ね合わされて固定されてなる光モジュールにおいて、
前記マウント基板を表面に設けたサブマウント基板と、このサブマウント基板またはサブマウント基板の他の部品または外部導波路基板に設けられ、前記外部導波路基板をサブマウント基板に固定する固定部材とが設けられていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記固定部材は、サブマウント基板に固定されて、前記外部導波路基板を固定し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】
前記固定部材は、マウント基板の側面近傍に位置されて、前記外部導波路基板とマウント基板の双方を固定していることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記マウント基板、信号処理部等を包囲するシールドカバーが前記サブマウント基板に固定され、前記固定部材は、シールドカバーに形成され、外部導波路基板を導入して固定する導入孔であ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５】
前記固定部材は、外部導波路基板に設けられて、前記サブマウント基板に固定し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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を送信あるいは受信する光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光モジュールとしては、光素子が設けられるマウント基板と、このマウント基板と連結する外部導波路基板とを備えたものがある。このマウント基板には、光素子と光学的に結合するコア部を有する内部導波路が設けられている。また、外部導波路基板には、マウント基板の内部導波路と光学的に結合し得るコア部を有する外部導波路が設けられている。そして、マウント基板のコア部と外部導波路基板のコア部とが光学的に結合された状態で、外部導波路基板の連結片がマウント基板の表面に重ね合わされて接着固定されている（特許文献１参照）。
【０００３】
このマウント基板と外部導波路基板とは、接着剤で接着固定するだけの構造であるから、外部導波路基板に外部から引張応力が作用すると、接着部分が剥離しやすくなる。また、使用環境変化により外部導波路基板の収縮による引張応力が作用することもある。このために、接着剤の接着力向上や応力負荷の低減対策が必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３１７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に、マウント基板の表面に外部導波路基板の連結片の片面のみを接着する特許文献１のような重ね合わせ構造では、外部からの引張応力により、マウント基板から外部導波路基板が剥離しやすくなる。その結果、マウント基板の内部導波路に対する外部導波路基板の外部導波路の光軸がずれるという問題がある。
【０００６】
なお、特許文献１には、接着剤の充填中に、マウント基板と外部導波路基板の連結片との重ね合わせ方向の位置ずれを防止するために、押さえ板で押さえ付ける構造が開示されている（段落〔０１１３〕参照）。しかし、この構造は、接着剤の充填中の重ね合わせ方向の位置ずれを防止するためだけであって、実使用環境では押さえ板は存在しないため、相変わらず剥離が発生しやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、外部導波路基板に外部からの引張応力が作用しても接着部分が剥離しないように補強することにより、マウント基板の内部導波路に対する外部導波路基板の外部導波路の光軸がずれにくくな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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、光素子とこの光素子と光学的に結合するコア部を有する内部導波路が設けられたマウント基板と、前記マウント基板の内部導波路と光学的に結合し得るコア部を有する外部導波路とが設けられ、マウント基板のコア部と外部導波路基板のコア部とが光学的に結合された状態で、外部導波路基板の連結片がマウント基板の表面に重ね合わされて固定されてなる光モジュールにおいて、前記マウント基板を表面に設けたサブマウント基板と、このサブマウント基板またはサブマウント基板の他の部品または外部導波路基板に設けられ、前記外部導波路基板をサブマウント基板に固定する固定部材とが設けられていることを特徴とする光モジュールを提供するものである。
【０００９】
請求項２のように、請求項１において、前記固定部材は、サブマウント基板に固定されて、前記外部導波路基板を固定している構成とすることができる。
【００１０】
請求項３のように、請求項２において、前記固定部材は、マウント基板の側面近傍に位置されて、前記外部導波路基板とマウント基板の双方を固定している構成とすることができる。
【００１１】
請求項４のように、請求項１において、前記マウント基板、信号処理部等を包囲するシールドカバーが前記サブマウント基板に固定され、前記固定部材は、シールドカバーに形成され、外部導波路基板を導入して固定する導入孔である構成とすることができる。
【００１２】
請求項５のように、請求項１において、前記固定部材は、外部導波路基板に設けられて、前記サブマウント基板に固定している構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、サブマウント基板等に設けた固定部材で、外部導波路基板をマウント基板側に固定している。これにより、外部導波路基板に外部から引張応力が作用しても、外部導波路基板がマウント基板から剥離しないように補強されているから、マウント基板の内部導波路に対する外部導波路基板の外部導波路の光軸がずれにくくなる。
【００１４】
請求項２によれば、サブマウント基板に固定した固定部材に外部導波路基板を固定するだけであるから、構造がきわめて簡単でコスト安である。また、外部導波路基板をマウント基板に接着固定する接着剤とは異なって、接着強度の高い接着剤の使用が可能になる。
【００１５】
請求項３によれば、外部導波路基板は、固定部材とマウント基板の双方に固定されることになるから、接着強度が向上するようになる。
【００１６】
請求項４によれば、サブマウント基板の他の部品であるシールドカバーを利用して、外部導波路基板をシールドカバーの導入孔に固定している。これにより、外部導波路基板に外部から引張応力が作用しても、外部導波路基板がマウント基板から剥離しないように補強されるようになる。
【００１７】
請求項５によれば、外部導波路基板に設けた固定部材をサブマウント基板に固定している。これにより、外部導波路基板に外部から引張応力が作用しても、外部導波路基板がマウント基板から剥離しないように補強されるようになる。また、固定部材は、外部導波路基板の製造工程で外部導波路基板に設けることができ、構造がきわめて簡単でコスト安である。さらに、外部導波路基板をマウント基板の固定する接着剤とは異なって、接着強度の高い接着剤の使用が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る光モジュールの概略側面図である。
【図２】第１実施形態の固定部材を備えた発光側のマウント基板と外部導波路基板であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】図２のマウント基板と外部導波路基板の斜視図である。
【図４】（ａ）は図２の外部導波路基板の下面側要部斜視図、（ｂ）は図２のマウント基板の上面側要部斜視図である。
【図５】図２のマウント基板であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は正面図である。
【図６】第１実施形態の変形例の固定部材を備えた発光側のマウント基板と外部導波路基板の側面断面図である。
【図７】第２実施形態の固定部材を備えた発光側のマウント基板と外部導波路基板であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は変形例の側面断面図である。
【図８】第３実施形態の固定部材を備えた発光側のマウント基板と外部導波路基板の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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は本発明に係る光モジュールの概略側面図である。図２は発光側のマウント基板１と外部導波路基板２であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は平面図である。図３はマウント基板１と外部導波路基板２の斜視図である。図４（ａ）は外部導波路基板２の下面側要部斜視図、図４（ｂ）はマウント基板１の上面側要部斜視図である。図５はマウント基板１であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は正面図である。
【００２０】
図１において、光モジュールは、発光側のマウント基板１と、受光側のマウント基板３と、このマウント基板１，３を光学的に結合する外部導波路基板２とを備えている。発光側のマウント基板１はサブマウント基板７の表面に設置され、受光側のマウント基板３はサブマウント基板８の表面に設置されている。なお、以下の説明において、図１の上下方向を上下方向、紙面と直交する方向を左右方向、図１の左側を前方、右側を後方という。
【００２１】
発光側のマウント基板１は、前後方向に延びる長方体をなしており、厚さが２００μｍ〜２ｍｍ程度のものである。このマウント基板１は、実装時の熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、剛性が必要である。また、光伝送の場合は、発光素子から受光素子までの光伝送効率が必要になるので、光素子を高精度に実装することや使用中の位置変動を極力抑制する必要がある。このため、マウント基板１として、本実施形態ではシリコン基板が採用されている。
【００２２】
マウント基板１は、後述の発光素子（光素子）１２ａと線膨張係数の近い材料で構成されていることが好ましく、シリコン以外には、後述するＶＣＳＥＬ材料と同系統のＧａＡｓ等の化合物半導体で構成されていてもよい。あるいは、セラミックス基板や使用環境によっては樹脂基板でもよい。
【００２３】
マウント基板１の上面（表面）１１には、電気信号を光信号に変換する発光素子１２ａが実装されている。また、サブマウント基板７の上面（表面）には、発光素子１２ａに電気信号を送信するためのＩＣ回路が形成されたＩＣ基板（信号処理部）４ａが実装されている。
【００２４】
発光素子１２ａとして、本実施形態では、半導体レーザである面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ））が採用されている。この発光素子１２ａはＬＥＤ等でもよい。
【００２５】
ＩＣ基板４ａは、前記ＶＣＳＥＬを駆動させるドライバＩＣであり、発光素子１２ａの近傍に配設されている。そして、発光素子１２ａは、マウント基板１の上面１１に形成された配線パターンに接続され、ＩＣ基板４ａは、サブマウント基板７の上面に形成された配線パターンに接続されている。このマウント基板１の配線パターンとサブマウント基板７の配線パターンとは、別の配線パターン等で電気的に接続されている。
【００２６】
マウント基板１には、発光素子１２ａの真下となる位置に、光路を９０°屈曲させるためのミラー部１５が形成されている。
【００２７】
マウント基板１の上面１１には、発光素子１２ａと光学的に結合する内部導波路１６が設けられている。この内部導波路１６は、ミラー部１５から後方に延在していて、図４（ｂ）に示すように、マウント基板１の後端面１０まで延ばされている。
【００２８】
内部導波路１６は、図５に詳細に示すように、光が伝播する屈折率の高い断面略正方形状のコア部１７と、それよりも屈折率の低いクラッド部１８とから構成されており、マウント基板１の上面１１に形成された導波路形成用溝１６ａ内に配設されている。
【００２９】
コア部１７の左右の両面及び下面は、クラッド部１８に覆われている。コア部１７の上面は、マウント基板１の上面１１とほぼ面一に形成され、クラッド部１８に覆われずに露出している。
【００３０】
コア部１７の長手方向の後端面は、マウント基板１の後端面１０とほぼ面一とされて露出している。そして、このコア部１７の後端面は、後述する外部導波路基板２のコア部２１の突き合わせ面２１ａと突き合わされる突き合わせ面１７ａを構成する。
【００３１】
図３および図５に示すように、マウント基板１の上面１１には、内部導波路１６の左右両側に、接着剤を充填するための接着剤充填用凹部１９が形成されている。この接着剤充填用凹部１９には、内部導波路１６の左右両側に沿って、マウント基板１の後端面１０まで延ばされた接着剤充填用溝部１９ａが形成されている。
【００３２】
図１に戻って、受光側のマウント基板３について説明する。この受光側のマウント基板３の基本的な構成は、発光側のマウント基板１と同様に構成されている。ただし、受光側のマウント基板３の上面３１に、光信号を電気信号に変換する受光素子１２ｂが実装され、サブマウント基板８の上面に、受光素子１２ｂから電気信号を受信するためのＩＣ回路が形成されたＩＣ基板４ｂが実装されている点で、発光側のマウント基板１と異なる。この受光素子１２ｂとしては、ＰＤが採用されており、ＩＣ基板４ｂは、電流・電圧の変換を行うＴＩＡ（Ｔｒａｎｓ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの素子である。
【００３３】
次に、外部導波路基板２について、図１、図３、図４（ａ）に基づいて説明する。外部導波路基板２は、発光側のマウント基板１の内部導波路１６のコア部１７と、受光側のマウント基板３の内部導波路１６のコア部１７とを光学的に結合可能な外部導波路を備えている。
【００３４】
外部導波路基板２の外部導波路は、コア部２１とクラッド部２３とから構成されて、マウント基板１よりも幅狭なフレキシブルなフィルム状である。
【００３５】
コア部２１の長手方向の先端面は、マウント基板１の突き合わせ面１７ａと突き合わされる突き合わせ面２１ａを構成し、外部導波路基板２の前端面２０とほぼ面一とされて露出している。
【００３６】
クラッド部２３は、コア部２１の全周を被覆するようにして板状に形成されている。なお、外部導波路基板２の外部導波路を構成するコア部２１及びクラッド部２３は、マウント基板１のコア部１７、クラッド部１８のそれぞれと同じ材料から構成されていることが好ましいが、コアとクラッドの屈折率差が同程度であれば、別の材料であってもよい。
【００３７】
外部導波路基板２の長手方向の両端部には、発光側のマウント基板１に連結する連結片５と、受光側のマウント基板３に連結する連結片５がそれぞれ設けられている。連結の仕方は、発光側、受光側で同じであるので、以下では、発光側のマウント基板１に連結する連結片５についてのみ説明する。
【００３８】
連結片５は、図４（ａ）に示すように、外部導波路基板２の前端面２０から前方側に、外部導波路基板２と同じ幅、及び所定の厚さで突設された板状のものからなる。本実施形態では、連結片５は、クラッド部２３と同じ材料で、クラッド部２３と一体的に形成されている。連結片５の下面〔図４（ａ）では上側に表されている。〕は、発光側のマウント基板１の上面１１に重ね合わされる。
【００３９】
発光側のマウント基板１と外部導波路基板２とを連結させるには、外部導波路基板２の連結片５の下面をマウント基板１の上面１１に重ね合わせる。そして、マウント基板１のコア部１７の突き合わせ面１７ａと外部導波路基板２のコア部２１の突き合わせ面２１ａとを突き合わせて、コア部１７，２１の光軸を一致させる。
【００４０】
この状態で、マウント基板１の各接着剤充填用凹部１９に、毛細管現象が可能な低粘度の接着剤を充填すると、接着剤は毛細管現象によって連結片５の下面との間に侵入し、接着剤によってマウント基板１の上面１１に外部導波路基板２の連結片５が接着固定されるようになる。このとき、接着剤充填用溝部１９ａにも接着剤が充填されるので、連結片５は、内部導波路１６の左右両側に沿って、マウント基板１の後端面１０の位置まで接着固定されるようになり、接着強度が向上するようになる。なお、図２（ａ）において、ａは、接着剤充填用溝部１９ａの端部から外部にあふれて、マウント基板１の後端面１０と外部導波路基板２の下面とを接着固定する接着剤である。
【００４１】
この接着剤は、マウント基板１のコア部１７の上面を被覆する効果と、外部導波路基板２のコア部２１の突き合わせ面２１ａとマウント基板１のコア部１７の突き合わせ面１７ａの間の隙間を接着する効果がある。この場合、接着剤ａには、コア部と同等な光学特性も要求され、コア部の屈折率より低い屈折率の材料が必要である。マウント基板１と外部導波路基板２のコア部が同一材料であれば、そのコア部の材料より低いクラッド材料と同一屈折率が望ましい。それぞれのコア材料が異なる場合は、両者のコア材料より屈折率が低い材料が必要である。
【００４２】
本実施形態では、接着剤として前記光学特性と周辺環境温度変化による熱応力を低減可能な接着剤を選定した。具体的には、線膨張係数の小さなものか、ヤング率の小さなもので、アクリレート系とエポキシ系の２つのタイプのものである。
【００４３】
図２は第１実施形態の固定部材４０である。この固定部材４０は、サブマウント基板７側に設けられて、外部導波路基板２をサブマウント基板７側に固定するものである。
【００４４】
具体的には、固定部材４０は、サブマウント基板の上面に固定されて、マウント基板１の後端面１０の付近に位置する外部導波路基板２の下面を接着剤３４で接着固定している。
【００４５】
固定部材４０は、周囲の温度変化が大きくなると膨張量も大きくなるので、マウント基板１と同質のシリコン基板やガラス材料が望ましい。
【００４６】
固定部材４０に外部導波路基板２を接着固定する接着剤は、外部からの引張応力に耐えられる強度があれば、少量が望ましい。接着剤の量が多いと、接着剤そのものの膨張量が大きくなる。この接着剤は、前記アクリレート系やエポキシ系でもよく、さらに、弾力性があるものでもよく、例えば、スリーボンド社製の１５３０Ｂで良好な特性が得られた。
【００４７】
第１実施形態の固定部材４０であれば、サブマウント基板７の上面に設けた固定部材４０に、外部導波路基板２の下面を接着固定している。したがって、外部導波路基板２に外部から引張応力が作用しても、外部導波路基板２の連結片５がマウント基板１の上面１１から剥離しないように固定部材４０で補強されているから、マウント基板１の内部導波路１６に対する外部導波路基板２の外部導波路の光軸がずれにくくなる。
【００４８】
また、サブマウント基板７に固定した固定部材４０に外部導波路基板２を接着固定するだけであるから、構造がきわめて簡単でコスト安である。さらに、外部導波路基板２をマウント基板１に接着固定する接着剤とは異なって、接着強度の高い接着剤の使用が可能になる。
【００４９】
図６は、第１実施形態の変形例の発光側のマウント基板１と外部導波路基板２の側面断面図である。
【００５０】
この変形例の固定部材４０は、マウント基板１の後端面（側面）１０の近傍、具体的には、後端面（側面）１０に接触するように位置されている。これにより、接着剤３４は、外部導波路基板２の下面とマウント基板１の後端面１０の双方を接着固定するようになるので、接着強度が向上する。
【００５１】
この固定部材４０は、マウント基板１と同じシリコン基板であることが好ましく、接着剤は、マウント基板１に外部導波路基板２の連結片５を接着する接着剤と同じものが好ましい。例えば、紫外線硬化性の接着剤である。これは、マウント基板１と外部導波路基板２を接着する際に、部分的に接着剤が充填されていない箇所がある可能性もあり、その後に塗布する固定部材４０用の接着剤３４がこの箇所に流れ込んで、マウント基板１の内部導波路１６に接触すると光損失の原因になる可能性があるためである。つまり、後から充填する接着剤が同じものであれば、例え未充填接着部分があっても光学的な損失にはならないことによる。
【００５２】
第１実施形態の変形例であれば、外部導波路基板２は、固定部材４０とマウント基板１の双方に接着剤３４で接着固定されることになるから、接着強度が向上するようになる。
【００５３】
図７（ａ）は、第２実施形態の固定部材４１を備えた発光側のマウント基板１と外部導波路基板２の側面断面図である。
【００５４】
図７（ａ）に示すように、マウント基板１、信号処理部であるＩＣ基板４ａ等を包囲するシールドカバー４４の下端部がサブマウント基板７に半田付け固定されている。
【００５５】
シールドカバー４４の外部導波路基板２側の側壁４４ａには、後方に突出して、外部導波路基板２を導入する導入孔４４ｂが形成されている。そして、外部導波路基板２を導入孔４４ｂに導入後に、導入孔４４ｂを狭める加工をすることで、外部導波路基板２を導入孔４４ｂに固定することができる。この導入孔４４ｂが第２実施形態の固定部材４１となる。
【００５６】
また、導入孔４４ｂを狭める加工をせずに、導入孔４４ｂ内に接着剤を充填することで、外部導波路基板２を導入孔４４ｂに接着固定してもよい。
【００５７】
ここで、光モジュールは、変換部で外部電磁ノイズの影響を受けることやＩＣ基板４ａが電磁ノイズを放射することがあるため、デバイス全体を金属製のシールドカバー４４で覆うことが一般的である。そこで、このシールドカバー４４を利用して固定部材４１を設ける構造を採用した。
【００５８】
第２実施形態の固定部材４１であれば、サブマウント基板７側のシールドカバー４４を利用して、外部導波路基板２をシールドカバー４４の導入孔４４ｂ、つまり固定部材４１に固定している。したがって、外部導波路基板２に外部から引張応力が作用しても、外部導波路基板２がマウント基板１から剥離しないように補強されるようになる。
【００５９】
また、図７（ｂ）に示すように、シールドカバー４４の側壁４４ａの導入孔４４ｂに外部導波路基板２を固定すれば、シールドカバー４４の内部で外部導波路基板２を湾曲させる等することで、この湾曲部２ａにより予め余長を持たせて配置することができる。この場合には、シールドカバー４４の導入孔４４ｂとマウント基板１の接続部との間での周辺温度変化による外部導波路基板２の膨張を緩衝する効果がある。
【００６０】
図８は、第３実施形態の固定部材４３である。エポキシ樹脂製の固定部材４３は、外部導波路基板２の下面におけるマウント基板１の後端面（側面）１０の近傍、具体的には、後端面（側面）１０と僅かの隙間を隔てるように、外部導波路基板２の下面に固定されている。この固定部材４３は、外部導波路基板２の製造工程において、外部導波路基板２に固定することが可能である。
【００６１】
そして、外部導波路基板２の下面の固定部材４３をサブマウント基板７の上面に接着剤３４で接着固定する。このとき、接着剤３４は、外部導波路基板２の下面とマウント基板１の後端面１０の双方を接着固定するようになるので、接着強度が向上する。
【００６２】
第３実施形態の固定部材４３であれば、外部導波路基板２に設けた固定部材４３をサブマウント基板７に接着固定している。したがって、外部導波路基板２に外部から引張応力が作用しても、外部導波路基板２がマウント基板１から剥離しないように補強されるようになる。また、固定部材４３は、外部導波路基板２の製造工程で外部導波路基板２に設けることができ、構造がきわめて簡単でコスト安である。さらに、外部導波路基板２をマウント基板１に接着固定する接着剤とは異なって、接着強度の高い接着剤の使用が可能になる。
【符号の説明】
【００６３】
１      マウント基板
２      外部導波路基板
４ａ，４ｂ  ＩＣ基板（信号処理部）
５      連結片
７      サブマウント基板
１１    上面（表面）
１２ａ  受光素子（光素子）
１６    内部導波路
３４    接着剤
４０    固定部材
４１    固定部材
４３    固定部材
４４    シールドカバー
４４ｂ  導入孔（固定部材）
【図１】
2011081157.tif 000003
【図２】
2011081157.tif 000004
【図３】
2011081157.tif 000005
【図４】
2011081157.tif 000006
【図５】
2011081157.tif 000007
【図６】
2011081157.tif 000008
【図７】
2011081157.tif 000009
【図８】
2011081157.tif 000010