(57)【要約】【課題】光モジュールとＪスリーブとを接着材で固定してなるＯＳＡであって、湿熱環境下においても、外部応力により破損することがないものを提供する。【解決手段】送信用光アセンブリ１は、光電変換素子が搭載されたステム２ａをレンズ２ｂを設けたキャップ２ｃで覆って成る光モジュール２に光ファイバを挿入保持するスリーブ部材３を嵌合して樹脂接着材により固定したものである。スリーブ部材５の樹脂接着材の塗布面にアンカー手段が設けられており、キャップ２ｃの樹脂接着材の塗布面に、Ｎｉメッキを施してＮｉ−Ｐ系の分散メッキを施すことにより形成される微細な凹凸を有する被膜が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子が搭載されたステムを光学窓を設けたキャップで覆って成る光モジュールに光ファイバを挿入保持するスリーブ部材を嵌合して樹脂接着材により固定した光サブアセンブリであって、
前記スリーブ部材は、前記樹脂接着材の塗布面にアンカー手段が設けられており、
前記キャップは、少なくとも前記樹脂接着材の塗布面に、Ｎｉメッキを施してＮｉ−Ｐ系の分散メッキを施すことにより形成される微細な凹凸を有する被膜が設けられていることを特徴とする光サブアセンブリ。
【請求項２】
前記被膜の厚さが、０.８より大きく３.０μｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載の光サブアセンブリ。
【請求項３】
前記スリーブ部材の前記アンカー手段に代えて、Ｎｉメッキを施してＮｉ−Ｐ系の分散メッキを施すことにより形成される微細な凹凸を有する被膜を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光サブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を送信及び／又は受信する光サブアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
光サブアセンブリ（ＯＳＡ：Optical Sub-Assembly）は、例えば、半導体発光素子（ＬＤ：Laser Diode）及び／又は半導体受光素子（ＰＤ：Photo Diode）が搭載されたステム上に光学窓付きのキャップを固定したＣＡＮパッケージ型の光モジュールと、光ファイバを接続するスリーブ部材と、から構成される。このＯＳＡを組み立てる場合、光モジュールとスリーブ部材とは調芯後に、例えば、樹脂接着材等により接着固定される。
【０００３】
特許文献１には、図７に示すように、ＯＳＡ１１を構成する光モジュール１２の外周部１２ａとスリーブ部材１３の端部１３ａとの接合面に紫外線硬化及び熱硬化性の接着材を塗布し、これらを硬化することにより光モジュール１２とスリーブ部材１３を接着固定する技術が開示されている。
また、特許文献２には、図８に示すように、ＯＳＡ２１として、光軸に垂直方向の調芯を行うために必要となる、光モジュール２２とスリーブ部材２３との間に設けられた広い隙間（３００μｍ）に、紫外線硬化型の樹脂接着材を充填し、光軸の調芯が終了した後に、紫外線を照射して光モジュール２２とスリーブ部材２３とを固着するものが開示されている。
【０００４】
特許文献３には、図９に示すような光モジュールが開示されている。このＯＳＡ３１は、スリーブ部材３２をスリーブ本体３３と接続スリーブ（ジョイントスリーブ）３４との２体構成としている。このＯＳＡ３１では、スリーブ本体３３がジョイントスリーブ（Ｊスリーブ）３４の平坦の上面３４ａ上を光軸と垂直方向（図のＸＹ方向）にスライドすることで、光軸と垂直方向の調芯を行っている。一方、Ｊスリーブ３４が光モジュール３５の外周に沿ってスライドすることで光軸と平行方向（Ｚ方向）の調芯を行っている。そして、調芯終了後、ＹＡＧ溶接により各部品を固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９０５８７号公報
【特許文献２】特開平８−１２９１１８号公報
【特許文献３】特開２００５−２６０２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図７のＯＳＡ１１は、スリーブ部材１３と光モジュール１２との接着面が光モジュール１２の外周部１２ａとスリーブ部材１３の端部１３ａに限定されており、その面積が小さいため接着強度が低くなる。また、光軸方向の調芯が無く、光結合の精度が劣る。
また、図８のＯＳＡ２１では、光モジュール２２とスリーブ部材２３との間に、光軸と垂直方向の調芯を行うための広い隙間が設けられており、調芯を行うと、通常、光モジュール２２とスリーブ部材２３のそれぞれの中心軸が一致しないことが多く、光モジュール２２とスリーブ部材２３との隙間が不均一になる。この不均一な隙間に充填された接着材を硬化させると不均一な応力が発生し、光モジュール２２とスリーブ部材２３がこの応力により容易に移動してしまう。その結果、調芯されていない状態に陥ってしまうという問題がある。
【０００７】
また、図９のＯＳＡ３１は、Ｊスリーブ３４と光モジュール３５とをＹＡＧ溶接で固定しているが、ＹＡＧ溶接を用いると製造工程が煩雑になる。また、特許文献３には、Ｊスリーブ３４等に樹脂材料を用いると共にＹＡＧ溶接に代えて接着材を用いてＪスリーブ３４と光モジュール３５とを固定する容易な方法も開示されているが、単に接着手段を樹脂による接着に替えるのみでは、外部応力に対する強度を保つことが困難である。
【０００８】
すなわち、ＯＳＡには、光トランシーバの筐体内で保持されたときに、該筐体から色々な外力が働くが、湿熱環境下において上述の外力によりＯＳＡが破損しないように接着強度を保たなければならないが、特許文献３にはそれらについて言及されていない。なお、ＯＳＡに加わる外力としては、（１）光コネクタを装着した際にスリーブ本体３３に働く押圧力、（２）リードピン３５ａを外部回路基板に半田付けしたときに働く引張力、（３）ＯＳＡ３１を光トランシーバに押さえつける為の部品（フィンガ）によりスリーブ本体３３又はＪスリーブ３４に加わる力、（４）光モジュール３５の側面に放熱シートを圧着したときの押圧力等が考えられる。
【０００９】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、光モジュールとＪスリーブとを接着材で固定してなるＯＳＡであって、湿熱環境下においても、外部応力により破損することがないものを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、光電変換素子が搭載されたステムを光学窓を設けたキャップで覆って成る光モジュールに光ファイバを挿入保持するスリーブ部材を嵌合して樹脂接着材により固定した光サブアセンブリであって、スリーブ部材が、樹脂接着材の塗布面にアンカー手段が設けられており、キャップが、少なくとも樹脂接着材の塗布面に、Ｎｉメッキを施してＮｉ−Ｐ系の分散メッキを施すことにより形成される微細な凹凸を有する被膜が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
被膜の厚さは、０.８より大きく３.０μｍより小さいことが好ましく、また、スリーブ部材のアンカー手段に代えて、Ｎｉメッキを施してＮｉ−Ｐ系の分散メッキを施すことにより形成される微細な凹凸を有する被膜を設けることも好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光サブアセンブリによれば、湿熱環境下、かつ、外力が加わった状態においても、高い接着信頼性（高い接着力、高い接着力維持性）を有するので、水分の浸入を防止でき、また、破損（例えば光軸の変動）を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のＴＯＳＡの一例の概略を説明する図である。
【図２】本発明のＴＯＳＡのキャップシェルの外周面の凹凸状態を説明する図である。
【図３】本発明のＴＯＳＡの抜強度について説明する図である。
【図４】湿熱環境下で外力を加え続けたときの本発明のＴＯＳＡの光出力変動について説明する図である。
【図５】湿熱環境下で外力を長時間に亘って加え続けた前後での本発明のＴＯＳＡの抜強度の変化について説明する図である。
【図６】本発明のＴＯＳＡのキャップシェルの一例の作製方法の例について説明する図である。
【図７】従来のＯＳＡの一例について説明する図である。
【図８】従来のＯＳＡの他の例について説明する図である。
【図９】従来のＯＳＡの別の例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の光サブアセンブリ（ＯＳＡ）は、例えば、ＬＤを備える送信用光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitting ＯＳＡ）や、ＰＤを備える受信用光サブアセンブリ（ＲＯＳＡ：Receiving ＯＳＡ）として構成される。以下では、本発明のＯＳＡについて、ＴＯＳＡとして構成した例で説明する。
【００１５】
図１（Ａ）は、本発明のＴＯＳＡの一例の概略を説明する外観図で、図１（Ｂ）は同部分拡大部分断面図である。
ＴＯＳＡ１は、例えば、図１（Ａ）に示すように、電気信号を光信号に変換し後述のスリーブ部材３に挿入されるフェルール内の光ファイバへ送信する光モジュール２と、フェルールを嵌合保持するスリーブ部材３とを備え、スリーブ部材３が、フェルールをガイドし光モジュール２に対して当該フェルールを整列させるスリーブ本体４と、スリーブ本体４と光モジュール２とを連結するＪスリーブ５を有する。
【００１６】
このＴＯＳＡ１では、スリーブ本体４とＪスリーブ５との間の位置合わせを行うことで、光軸と垂直方向（図のＸＹ方向）の調芯を行うことができ、Ｊスリーブ５と光モジュール２との間の位置合わせを行うことで、光軸と平行方向（Ｚ方向）の調芯を行うことができる。また、ＴＯＳＡ１において、図１（Ｂ）に示すように、光モジュール２は、Ｊスリーブ５に対して、当該Ｊスリーブ５の収納部５ａに挿入された状態で接着材により固定される。接着材としては、例えば熱硬化型のものを用いることができる。なお、Ｊスリーブ５は、例えば、金属材料を切削加工して作製されするもので、図示は省略するが、光モジュール２とＪスリーブ５との接着強度を高めるために、そのの内周面には溝や段差等のアンカー手段が設けられている。
【００１７】
光モジュール２は、例えば、ＬＤ（不図示）が搭載されたステム２ａと、光学窓としてレンズ２ｂが取付けられたキャップ（レンズキャップ）２ｃとを有する。
ステム２ａは、レンズキャップ２ｃが取付けられてＣＡＮパッケージを構成し、当該ステム２ａに設けられたリードピン２ｄ（図１（Ａ）参照）を介して、ＬＤに電気信号が供給される。
【００１８】
レンズキャップ２ｃは、例えば、スリーブ部材３に保持されたフェルールの光ファイバに集光するレンズ２ｂが、低融点ガラスを用いたガラス封止により、キャップシェル２ｅの開口（不図示）に取付けられて成る。キャップシェル２ｅは、本発明の特徴部に係るものであり、例えば、板金をプレス加工し、１次メッキとしてＮｉメッキ（下地無電界Ｎｉメッキ）を施し、一般的に知られるＮｉ−Ｐ系の分散メッキを２次メッキとして施して作製される。分散メッキ（複合メッキ）とは一般的には、電気メッキ浴あるいは無電界メッキ浴に不溶性の微粒子（炭化物、酸化物、窒化物）を混ぜ、メッキ金属と共に共析させる技術で、メッキ液中の粒子（分散粒子）は析出する金属に引っ張られるように被膜内に埋め込まれていき、金属マトリックス中で均一な分散相を形成する。このメッキで形成する被膜の表面近傍の粒子は、その一部分が金属中に埋め込まれ、残りが被膜の表面に露出した状態になる。
【００１９】
上述のようにしてキャップシェル２ｅを作製することで、安価なプレス加工で作製可能なキャップシェル２ｅの外周表面に、アンカー手段として機能する露出した微粒子による凹凸を形成でき、キャップシェル２ｅとＪスリーブ５との間の樹脂による接着強度を増加させることができ、湿熱環境下においても、外力によりＴＯＳＡ１が破損することがない。
なお、従来のキャップシェルには、本発明の１次メッキ（Ｎｉメッキ）に相当する処理のみを行っていた。
【００２０】
図２は、２次メッキとして分散メッキを用いて作製した本発明のキャップシェルの外周面の凹凸状態を説明する図である。図２（Ａ），（Ｃ）はそれぞれ、２次メッキ前のキャップシェルの外周表面及び断面を電子顕微鏡で撮影したものであり、図２（Ｂ），（Ｄ）はそれぞれ、２次メッキ後のキャップシェルの外周表面及び断面を図２（Ａ），（Ｃ）と同倍率で撮影したものである。
キャップシェルにＮｉメッキのみを施した状態（すなわち、従来のＴＯＳＡのキャップシェル）では、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、微細な凹凸の密度及び高低差が小さく、表面は平滑となるが、Ｎｉメッキに加え分散メッキを施した本発明のキャップシェルでは、図２（Ｃ），（Ｄ）に示すように、微細な凹凸の密度及び高低差が大きく、表面は粗くなっている。
【００２１】
また、２次メッキ（Ｎｉ−Ｐ系の分散メッキ）の厚みは、被着体（キャップシェル）との密着性の観点（剥離試験（ピール試験）結果）から０.８μｍ以上、メッキ時間、コストの観点から、３.０μｍ以下が好ましい。
なお、以下の全ての実験結果は、金属製のＪスリーブの内周面にアンカー手段として溝を設け、樹脂性接着剤として、エポキシ系のUV硬化、熱硬化併用型の接着剤を用いたＴＯＳＡについてのものである。また、本発明のＴＯＳＡについては、キャップシェルに形成する１次メッキによる被膜の厚さが２〜６μｍ、２次メッキによる被膜の厚さが１μｍ程度となるようにメッキ処理したものを作製し、実験結果を得た。
【００２２】
図３は、従来のＴＯＳＡと本発明のＴＯＳＡにおける、雰囲気中の温度が８５度で湿度が８５％（以下、８５度８５％と省略）の環境に保存した時間と、抜強度（Ｊスリーブと光モジュールとの接着を引き剥すのに必要な力）との関係をプロットしたグラフを示す図である。図において、横軸が保存時間（０〜２０００時間）、縦軸が抜強度を表す。保存時間は０時間（初期状態は、８５度８５％の環境に未だ曝していない状態を意味する）から２０００時間である。なお、光トランシーバ筐体に保持された状態のＴＯＳＡに必要な抜強度は最低でも４９Ｎである。
【００２３】
図に示すように、従来のＴＯＳＡ（キャップシェルに本発明でいう１次メッキのみを施したＴＯＳＡ）では、８５度８５％の環境に曝される前の抜強度（初期抜強度）の平均値は２２５Ｎであるが、保存時間が５００時間となったときに抜強度が４９Ｎ以下となることがあり、１０００時間では全てのものの抜強度が４９Ｎ以下となっている。したがって、従来のＴＯＳＡでは、保存時間が１０００時間持たないうちに、光トランシーバ筐体に保持された状態でその接着固定部が破断してしまうことが予想される。
【００２４】
一方、本発明のＴＯＳＡでは、初期抜強度の平均値は５７９Ｎ（４２７〜７２５Ｎ）で従来のＴＯＳＡよりも強固であり、更に８５度８５％の環境に２０００時間に亘って保存した後でも、抜強度の平均値は５４９Ｎ、（４１７〜６８６Ｎ）であり、劣化量は５％程度である。このように本発明のＴＯＳＡは高い接着維持力を有し、接着信頼性に優れている。
【００２５】
なお、上述の実験では、ＴＯＳＡに外力を加えなかったが、実際には、トランシーバ筐体に把持した時には当該筐体からＴＯＳＡに外力が加わるため、無外力状態よりも劣化が加速されることになる。したがって、ＴＯＳＡ単体の評価においても、特に接着固定部の信頼性を問うためには、上記筐体からの外力に相当する荷重をＴＯＳＡに掛けた状態で８５度８５％試験を行う必要がある。
【００２６】
図４は、従来のＴＯＳＡと本発明のＴＯＳＡにおける、外力を加えた状態で８５度８５％の環境に保存した時間と、その保存を開始したときからの光出力変動との関係をプロットしたグラフを示す図で、図４（Ａ）は従来のＴＯＳＡのものを示し、図４（Ｂ）は本発明のＴＯＳＡのもの示す。図において、横軸が保存時間、縦軸が光出力変動の大きさを表す。なお、ＴＯＳＡに対する外力は、光モジュールのステムを押さえた状態でＪスリーブのフランジ部（図１（Ａ）の符号５ｂ参照）に力を加えて引っ張ることで与え、その大きさは９.８Ｎとした。この外力の大きさ（９.８Ｎ）は、（１）光コネクタを装着した際にスリーブ本体に働く押圧力、（２）リードピンを外部回路基板に半田付けしたときに働く引張力、（３）ＯＳＡを光トランシーバに押さえつける為の部品（フィンガ）によりスリーブ本体又はＪスリーブに加わる力とを合わせたものに相当する。
【００２７】
従来のＴＯＳＡでは、図４（Ａ）に示すように、保存時間が１００時間を過ぎた辺りから光出力が大きく変動し始め、保存時間が５００時間となるまでに５台全てのＪスリーブが抜け破断した。一方、本発明のＴＯＳＡでは、図４（Ｂ）に示すように、保存時間が２０００時間となるまで１５台全てにおいて光出力の変動が±１０％以内であった。
【００２８】
図５は、本発明のＴＯＳＡにおける、外力を加えた状態で８５度８５％の環境に２０００時間に亘って保存する前と後の、抜強度の試験結果を示すグラフである。横軸は抜強度、縦軸は同じ試験を行った総数に対する当該範囲内の抜強度を有するＴＯＳＡの占める割合（比率）を示す。
本発明のＴＯＳＡでは、図に示すように、保存前の抜強度の平均値が５７９Ｎであるのに対し、２０００時間に亘って保存した時には、抜強度の平均値が４９４Ｎ（３８４−６２３Ｎ）であり、初期抜強度からの劣化量は１５％以下である。このことから、本発明のＴＯＳＡは、外力が掛かった状態でも高い接着維持力を持ち、接着信頼性に優れていることが実証された。
【００２９】
なお、キャップシェルへのレンズの取付は、２次メッキ終了後に行われるが、２次メッキにより上述のようにその表面が凹凸になるので、レンズを取付固定するための低融点ガラスの濡れ性が悪くなり接着性が低下する恐れがある。接着性が低下し、低融点ガラスとキャップシェルとが乖離しリークが発生するのを防ぐため、キャップシェルのレンズ固定部分には２次メッキが施されないように、キャップシェルを作製することが好ましい。
【００３０】
図６を用いて、本発明に関わるキャップシェルの好ましい作製方法の例について説明する。まず、図６（Ａ）に示すように、１次メッキのみを施したキャップシェル６ａを用意する。そして、図６（Ｂ）に示すように、このキャップシェル６ａのレンズ固定部分である上部（上端面（天面）を含む）にマスク６ｂを形成し、図６に示すように、２次メッキ（無電界メッキ）を施し表面に微細な凹凸面６ｃを形成する。その後、図６（Ｄ）に示すように、マスク６ｂを除去（洗浄）することで、キャップシェル６ｄを作製することができる。このキャップシェル６ｄにレンズ２ｂを低融点ガラス７で取付けることで本発明のレンズキャップが完成する。
【００３１】
なお、以上の例では、Ｊスリーブの内周面に設けるアンカー手段として、溝や段差を設けるものとして説明したが、これに代えて又はこれに加えて、上記のＮｉ−Ｐ系の分散メッキを施して、内周表面を凹凸状態にして、当該凹凸を接着強度を高めるアンカー手段として機能させるようにしてもよい。また、Ｊスリーブは、金属材料を切削加工することにより作製されるものとして説明したが、樹脂材料から作製することもできる。
本発明で用いる接着材は、例えば、熱硬化型接着材や紫外線硬化型、紫外線，熱併用型の接着材である。ただし、紫外線硬化型の接着材や、紫外線，熱併用型の接着材を用いる場合は、Ｊスリーブを紫外線に対して透明な材料で作製する必要がある。
【符号の説明】
【００３２】
１…ＴＯＳＡ、２…光モジュール、２ａ…ステム、２ｂ…レンズ、２ｃ…レンズキャップ、２ｄ…リードピン、２ｅ…キャップシェル、３…スリーブ部材、４…スリーブ本体、５…Ｊスリーブ。
【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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