(57)【要約】      （修正有）【課題】硬化収縮、及び／または熱膨張等にともなう位置ずれの影響を抑制して高効率の光結合を実現することのできる光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール１０Ａは、光導波路３２の端部に設けられた回折格子３４を有する光配線基板３０Ａと、前記光配線基板に固定された第１フェルール１１Ａと、光ファイバ２１を保持し前記第１フェルールの開口の中で所定の角度に調整された第２フェルール１２と、を有し、前記第２フェルールは、前記光ファイバの端面と前記回折格子の間で所望の光結合が得られる角度で前記第１フェルールに固定されている。【選択図】図２
2019078813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路の端部に設けられた回折格子を有する光配線基板と、
前記光配線基板に固定された第１フェルールと、
光ファイバを保持し、前記第１フェルールの開口の中で所定の角度に調整された第２フェルールと、
を有し、
前記第２フェルールは、前記光ファイバの端面と前記回折格子の間で所望の光結合が得られる角度で前記第１フェルール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】
前記光配線基板は、前記第１フェルールが搭載される領域を取り囲む第１ストッパを有し、
前記第１フェルールは外周に第２ストッパを有し、
前記第１フェルールは、前記第１ストッパと前記第２ストッパの間に延在する接着層により前記光配線基板に固定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】
前記開口は、前記第２フェルールが挿入される上面位置から前記光配線基板と対向する底面位置に向かって狭くなるテーパ形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記第２フェルールの端面は、前記光ファイバの端面を頂点として湾曲または傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記第２フェルールの端面は前記光ファイバの端面を頂点とする第１湾曲面を有し、
前記第１フェルールは前記開口の底面に前記第１湾曲面を受け取る第２湾曲面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光モジュールと、
前記光モジュールに光を入射する光源と、
前記光モジュールを駆動する電気回路部品と、
を有する光トランシーバ。
【請求項７】
電子部品と、
前記電子部品と同一のボード上に配置される請求項６に記載の光トランシーバと、
を有する電子機器。
【請求項８】
光配線基板の表面の所定の領域に接着層を形成し、
前記接着層の上に、第１フェルールと、光ファイバを保持し前記第１フェルールの開口の中に配置される第２フェルールとを搭載し、
前記光配線基板に入力されるテスト光をモニタしながら、前記第１フェルールの開口の中で前記光配線基板に対する前記第２フェルールの角度を調整し、
モニタ光のパワーが最大になる角度で、前記第２フェルールを前記第１フェルールの前記開口内で固定する、
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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール、光トランシーバ、及び光モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スーパーコンピュータ、サーバシステム等の高性能演算システムでは、ＬＳＩ回路間、ＬＳＩとメモリ間、及びＬＳＩとストレージ間のデータ通信において、電気信号による高速通信が行われてきた。しかし、電気配線では長距離から中距離へと伝送損失やクロストークによる波形劣化が顕在化しており、波形補償のための電力が増大している。将来的には、電気配線はパッケージ基板内の配線程度の距離に限定されるであろうと予測される。
【０００３】
一方、電気信号を光信号に変換し、光配線で通信を行う光インターコネクトが注目されている。光インターコネクトを用いることで、電気伝送にともなう課題を解決しつつ、広帯域化が可能である。現在、電気伝送の問題が顕著な長距離配線から順に光配線に置き換わりつつある。近い将来の光インターコネクトの形態としては、微小な光電気変換部品である光トランシーバをＬＳＩの直近に配置（たとえばパッケージ基板に搭載）する形態になってくると予測される。
【０００４】
このようなパッケージ基板上でのチップ形態の微小光トランシーバを実現する技術として、シリコンフォトニクスと呼ばれる技術が注目されている。シリコンフォトニクスではシリコン基板上に光制御機能を有する微細な光回路を、電子回路と同様のＣＭＯＳプロセスで形成することができる。微細な光回路としては、光変調器、光検出器等があり、これらを接続する細線導波路がすでに実現している。チップ上の細線導波路を外部光配線である光ファイバと接続する光インタフェースの形成技術も、いくつかの方式が開発されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２４３６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１に示すように、光インタフェースの一形態として、光配線基板３０の光導波路３２の端部に形成された回折格子３４と、光ファイバ２１との間で直接光結合させる構成がある。光ファイバ２１を保持するフェルール２０１の嵌合面２０２は、設計された回折角度に合わせて研磨されている。
【０００７】
シリコンフォトニクスで形成された回折格子３４の回折角度（または放射角度）は、溝の深さ、幅、及びピッチ等の形状と寸法に非常に敏感である。実際のウェハ製造プロセスでは、製造ばらつきの影響で回折格子３４の放射角度はチップごとにわずかに異なる。光ファイバ２１を光配線基板３０の回折格子３４に位置合わせする際には、最大光結合が得られるように未硬化の接着層１４１の上でフェルール２０１の角度が調整される。この方法では、接着層１４１のフィレット１４２を均一に形成することが困難であり、接着層１４１の硬化収縮時や熱膨張時に位置ずれ、及び／または角度ずれが増大して、許容できない光損失が発生する。
【０００８】
本発明は、硬化収縮、及び／または熱膨張等にともなう位置ずれ、及び／または角度ずれの影響を抑制して高効率の光結合を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一つの態様では、光モジュールは、
光導波路の端部に設けられた回折格子を有する光配線基板と、
前記光配線基板に固定された第１フェルールと、
光ファイバを保持し前記第１フェルールの開口の中で所定の角度に調整された第２フェルールと、
を有し、
前記第２フェルールは、前記光ファイバの端面と前記回折格子の間で所望の光結合が得られる角度で前記第１フェルールに固定されている。
【発明の効果】
【００１０】
一つの側面として、光モジュールにおいて硬化収縮、熱膨張等にともなう位置ずれ、及び／または角度ずれの影響を抑制して、高効率の光結合を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の光インタフェースの課題を説明する図である。
【図２】第１実施形態の光モジュールの主要部の概略構成図である。
【図３】図２の光モジュールの上面図である。
【図４】光モジュールの第１フェルールの構成例を示す図である。
【図５】光配線基板の構成例を示す図である。
【図６】光モジュールの組み立て工程図である。
【図７】第２実施形態の光配線基板を示す図である。
【図８】第２実施形態の光モジュールの概略図である。
【図９】第３実施形態の光モジュールの構成例である。
【図１０】第３実施形態の光モジュールの変形例を示す図である。
【図１１】第３実施形態のさらに別の変形例を示す図である。
【図１２】第３実施形態のさらに別の変形例を示す図である。
【図１３】実施形態で用いられる第２フェルールの構成例を示す図である。
【図１４】実施形態で用いられる第２フェルールの別の構成例を示す図である。
【図１５】第１フェルールの開口の変形例を示す図である。
【図１６】実施形態の光モジュールを用いた光トランシーバの構成例である。
【図１７】光トランシーバが適用される電子機器の一例としてのシステムボードの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施形態では、フェルールを第１フェルールと第２フェルールの二重構造とし、光ファイバを保持する第２フェルールの角度を第１フェルールの開口内で調整して、光配線基板上の回折格子に対する光ファイバ端面の位置を最適位置に固定する。第２フェルールの角度を第１フェルールの開口内で調整可能とすることで、角度調整の間、第１フェルールの周囲の接着層の形状が不均一に変形することを抑制できる。角度調整後の接着固定時の硬化収縮、及びその後の熱膨張により力が発生しても、第１フェルールの位置ずれ、及び／または第２フェルールの角度姿勢に対する力の影響を最小限にすることができる。
【００１３】
光配線基板に接着固定される第１フェルールの外周に、均一な断面形状の接着層のフィレットを形成することで、硬化収縮、及び／または熱膨張による力は、第１フェルールの中心に対して対称または等方的なものになる。これにより、光配線基板上での第１フェルールの位置ずれを抑制し、第１フェルールの開口内に固定された第２フェルールの角度姿勢への影響を防止する。
【００１４】
回折格子に対する光ファイバの端面位置を調整する際に、第２フェルールの角度とともに第１フェルールの面内方向での位置も調整される。このとき、第１フェルールを固定する接着層の外縁を規定することで、第１フェルールの外周に均一で等方的（または対称）な接着層フィレットが形成される。これにより、硬化収縮と熱膨張にともなう位置ずれと角度ずれの影響を最小にする。
【００１５】
第１フェルールの開口の形状を工夫することで、必要最小限の角度範囲で第２フェルールの角度を調整し、固定後の第１フェルールと第２フェルールの間の間隙を最小にする。また、第２フェルールの先端面の形状を工夫することで、第１フェルールの開口内での角度調整を円滑にする。
【００１６】
＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態の光モジュール１０Ａの主要部の概略構成図、図３は光モジュール１０Ａの上面図である。図２は、図３のＡ−Ａ’ラインに沿った垂直断面の構成を示している。光モジュール１０Ａは、光配線基板３０Ａと、光ファイバ２１を保持して光配線基板３０Ａに搭載されるフェルール１３を有する。
【００１７】
光配線基板３０Ａは、基板３１上に形成された光導波路３２と、光導波路３２の端部に設けられた回折格子３４を有する。光配線基板３０Ａはシリコンフォトニクス技術を適用して作製されており、シリコンフォトニクスチップと呼ばれることもある。基板３１は、たとえばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板であり、光導波路３２と回折格子３４は、シリコン酸化膜上のシリコン層を利用して形成されている。光配線基板３０Ａの回折格子３４を光インタフェースとして用いることで、ウェハ製造中に光導波路３２の検査を実際の光を用いて行えるという利点がある。
【００１８】
光導波路３２と回折格子３４が形成された基板３１の全面は、保護層３５で覆われている。保護層３５は、シリコン酸化物（ＳｉＯ2）、シリコン窒化物（SiNx）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）等、使用波長の光に対して透明な材料で形成されており、回折格子３４と光ファイバ２１の間の光結合を可能にする。無機絶縁層の表面をさらに樹脂膜でコートした保護層３５を用いてもよい。保護層３５の表面で回折格子を取り囲む領域に、バンク３７が設けられている。バンク３７は、金属、樹脂、絶縁物等で形成することができる。バンク３７は、フェルール１３の搭載領域を区画するとともに、フェルール１３を光配線基板３０Ａに固定する接着層４１のフィレットの形状を規定する基板側のストッパとして機能する。
【００１９】
フェルール１３は、外側の第１フェルール１１Ａと、第１フェルール１１Ａの開口１１３内に配置される第２フェルール１２を有する。光ファイバ２１は第２フェルール１２に実装されており、第２フェルールは、光ファイバ２１の端面が回折格子３４に対して最大結合を実現する角度となる位置で固定されている。
【００２０】
第１フェルール１１Ａにおいては、光配線基板３０Ａの主面の法線方向への傾きまたは角度変化はほとんど生じない。第１フェルール１１Ａの開口１１３の中で第２フェルール１２の角度姿勢を調整することで、回折格子３４に対する光ファイバ２１の光軸の角度が調整される。これにより、第２フェルール１２への位置ずれの影響を最小にして、製造プロセスに起因する回折光の放射角度のばらつきを吸収することができる。
【００２１】
第１フェルール１１Ａは接着層４１により光配線基板３０Ａに固定されている。第１フェルール１１Ａの外周に、接着層４１のフィレット４２が均一または等方的に形成されており、第１フェルール１１Ａと光配線基板３０Ａ、及び第１フェルール１１Ａと第２フェルール１２は、接着層４１により相互に接着されている。
【００２２】
第１フェルール１１Ａは、その外周に突起１１２を有する。突起１１２は、接着層４１のフィレット４２の上端を規定するフェルール側のストッパとして機能する。突起１１２と、光配線基板３０Ａに設けられたバンク３７で、フェルール１３の位置及び角度調整中に接着層４１の形状が規定される。接着層４１は、未硬化の状態でもその表面張力により突起１１２とバンク３７の間で一定の形状を維持する。第１フェルール１１Ａと第２フェルール１２の位置決め及び角度決めの後に接着層４１を硬化することで、第１フェルール１１Ａの外周に均一な形状のフィレット４２が形成される。
【００２３】
フィレット４２は第１フェルールの中心に対して対称または等方的な形状を有し、図中の双方向の矢印で示すように、硬化収縮時に、第１フェルール１１Ａに等方的または中心に対して対称な引っ張り力がかかる。この等方的な力により、光配線基板３０Ａ上での第１フェルール１１Ａの位置ずれは抑制される。第２フェルール１２は、第１フェルール１１Ａの開口内で、最大光結合が得られる角度に固定されているので、第２フェルール１２は直接的な力の影響は受けず、角度ずれの影響はほとんどない。これにより、回折格子３４と光ファイバ２１との間で正確な光結合位置が維持される。
【００２４】
図３に示すように、フェルール１３は複数の光ファイバ２１の配列を保持して、多チャンネルの光伝送に用いられてもよい。光ファイバ２１の配列を保持するファイバリボン２３の先端の樹脂テープ２２が剥離され、ファイバ心線が第２フェルール１２に形成されたファイバ挿入孔に通されている（図２参照）。ファイバ心線の根元は、ファイバリボン２３ごと接着剤２６で第２フェルール１２のファイバ挿入側に固定されている。光ファイバ２１の各々は、光配線基板３０Ａの対応する光導波路３２に光接続されている。ここでは、光導波路３２（または光ファイバ２１）の配列方向をＸ方向、光導波路３２の光軸方向をＹ方向とする。
【００２５】
フェルール１３の寸法とバンク３７の寸法は、光モジュール１０Ａの適用態様に応じて適宜設計される。一例として、第１フェルール１１ＡのＺ方向の高さは２〜３ｍｍ、第２フェルール１２のＺ方向の高さは４ｍｍ、第１フェルール１１Ａの外周に形成される突起１１２の幅は１００〜２００μｍ、厚さは１００〜２００μｍである。突起１１２が形成される高さ位置は、接着層４１の量、粘度等によって適宜設計されるが、たとえば、第１フェルール１１の高さの１／５〜３／５の位置に形成される。
【００２６】
光配線基板３０Ａの上のバンク３７の幅は、一例として１００〜２００μｍ、高さは５０〜１００μｍである。バンク３７のＸ方向の長さは２．５ｍｍ、Ｙ方向の長さは２．０ｍｍである。この設計で、第１フェルール１１とバンク３７の間に、平面視で幅２００〜３００μｍのフィレット４２が形成される。
【００２７】
図４は、第１フェルール１１Ａの構成例を示す。左上が上面図、左下がそのＡ−Ａ’断面図、右側の図がＹ方向に見た第１フェルール１１Ａの正面図である。第１フェルール１１Ａは、本体１１１と、本体１１１の外周に設けられた突起１１２と、本体１１１の中央部の開口１１３を有する。
【００２８】
開口１１３は、本体１１１の上面から底面１１６に向かって幅が若干狭くなるテーパ形状を有する。開口１１３の内側で対向する側壁１１４と側壁１１９のうち、光ファイバ２１の挿入方向で前側にある側壁１１４は、底面１１６に対して垂直に近い角度を有し、後側にある側壁１１９は側壁１１４よりも緩やかな角度で傾斜している。
【００２９】
開口１１３のＺ方向の軸は、回折格子３４の回折角度（放射角度）の設計値に合わせて決定されている。側壁１１４と１１９の角度を非対称とすることで、チップに切断された各光配線基板３０の回折角度のばらつきの分だけ、第２フェルール１２が開口１１３内で角度調整されるように設計されている。回折格子の放射角度のばらつきに合わせて開口１１３の形状を設計することで、角度ばらつきを吸収し、かつ第１フェルール１１Ａと第２フェルール１２の間隙を最小にすることができる。
【００３０】
図５は、光配線基板３０Ａの構成例である。上側が上面図、下側がＡ−Ａ’断面図である。基板３１上に形成された光導波路３２の端部に回折格子３４が形成されている。この例では、光ファイバ２１の配列に対応して、４チャンネルの光導波路３２が形成されている。回折格子３４は、各光導波路３２の端部から扇状態に広がって、導波光のモード径を拡張する。回折格子３４のサイズ、形状、溝の深さ、ピッチ、デューティ比等は、回折光のモード径と光ファイバ２１のモード径が一致するように設計されている。回折格子３４は、基板面と垂直方向または垂直に近い角度で光を入出力し、光導波路３２と光ファイバ２１との間の光インタフェースとして機能する。
【００３１】
回折格子３４を含む所定の領域を囲んで、バンク３７が形成されている。バンク３７の内側がフェルール１３の搭載領域である。バンク３７の幅、高さ、周長等は、接着層４１の端部位置を規定するダムとして機能できる適切な値に設計されている。バンク３７は、フェルール１３の搭載時に、第１フェルール１１Ａの突起１１２とともに接着層４１を均一な断面形状のフィレット４２に成形する。これにより、接着層４１の硬化収縮時、及び熱膨張時に第１フェルール１１Ａにかかる力を対称または等方的なものとし、第１フェルール１１Ａの位置ずれを防止する。
【００３２】
図６は、光モジュール１０Ａの組み立て工程図である。図６（Ａ）で、光配線基板３０の所定領域を囲むバンク３７の内側に接着剤を塗布して、接着層４１を形成する。接着剤は使用波長において材料による光吸収が少なく、使用波長に対して少なくとも半透明である。接着層４１の液面は、表面張力によりバンク３７よりも高く盛り上がっても、バンク３７の中に収まっている。
【００３３】
図６（Ｂ）で、第１フェルール１１Ａと第２フェルール１２を個別に把持するアームを持つ搭載機構を用いて、第１フェルール１１Ａと第２フェルール１２を接着層４１上の設計位置に搭載する。第１フェルール１１の開口１１３内に第２フェルール１２が挿入されており、第１フェルール１１Ａと第２フェルールの荷重で、第１フェルール１１Ａの下方の接着層４１の厚さ（ｔ）は、５〜３０μｍ程度に減少する。押し出された接着剤は、第１フェルール１１の開口１１３内に侵入するとともに、表面張力により第１フェルール１１の外壁に沿って上昇する。第１フェルール１１の外周に設けられた突起１１２は、接着層４１のＺ方向のストッパとして機能する。図６（Ａ）の場合で、接着剤が不足する場合は、フェルールを搭載後に接着剤を追加しても良い。
【００３４】
光導波路３２からテスト光を入力し、回折格子３４で反射され光ファイバ２１に結合する光の強度をモニタしながら、最大受光強度となるように、第１フェルール１１Ａの面内位置と、第２フェルール１２の角度姿勢を調整する。第１フェルール１１Ａは、光配線基板３０の主面と平行な面内で位置調整はされるが、法線方向への傾斜は生じない。第２フェルール１２は、第１フェルール１１の開口１１３内で角度調整がされる。第１フェルール１１Ａの面内位置と第２フェルール１２の角度姿勢が調整される間、接着層４１の外周はバンク３７で規定され、接着層４１の上端は第１フェルール１１Ａの突起１１２で規定されている。
【００３５】
図６（Ｃ）で、最大受光強度が得られる位置で紫外線を照射して、第１フェルール１１Ａと第２フェルール１２を接着固定する。接着層４１の硬化収縮時に引っ張り力が生じる場合でも、バンク３７と突起１１２で規定される均一な形状の接着層４１のフィレット４２により、第１フェルール１１Ａにかかる力は中心に対して等方的な力である。したがって、光配線基板３０Ａ上での第１フェルール１１Ａの位置ずれは抑制される。第２フェルール１２は、第１フェルール１１Ａの開口１１３内で、最適な角度に調整されているので、光ファイバ２１と回折格子３４の間の位置ずれも抑制される。この構成と本実装方法により、接着固定時（すなわち硬化収縮時）の位置ずれ及び／または角度ばらつきの影響だけでなく、必要に応じて行われる熱硬化や光モジュール１０Ａの使用時（すなわち熱膨張時）の位置ずれ及び／又は角度ずれの影響も抑制することができる。これにより、低損失の光接続を維持することができる。
【００３６】
＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態で用いる光配線基板３０Ｂの概略図である。第２実施形態でも、第１フェルール１１と第２フェルール１２の二重構造を採用し、第１フェルール１１の内部で第２フェルールの角度調整を可能にする。第１実施形態では、基板側のストッパとしてバンク３７を設けたが、第２実施形態の光配線基板３０Ｂは、第１フェルール１１の搭載領域に親水性領域Ａ１を有する。親水性領域Ａ１は、撥水性領域Ａ２で取り囲まれている。親水性領域Ａ１の周囲に撥水性領域Ａ２を設けることで、親水性領域Ａ１に形成された接着層４１の濡れ広がりを防止して接着層４１の外縁を規定する。
【００３７】
親水性領域Ａ１の表面は、たとえば平滑な表面を有し、接着層４１との接着性が高い。撥水性領域Ａ２は、たとえば接着剤に対する接触角度が大きくなるように表面処理されており、接着層４１が付着しにくい。
【００３８】
光配線基板３０Ｂの表面がＳｉＮの保護層３５である場合、フェルール搭載領域以外の部分をマスクで覆ってフッ素プラズマを照射し、水洗浄することで、親水性領域Ａ１を形成することができる。撥水性領域Ａ２は、たとえばフッ素系樹脂で表面コーティングすることで形成される。撥水性領域Ａ２は、少なくとも親水性領域Ａ１を取り囲む領域に形成されていればよい。光配線基板３０Ｂの表面の親水性がすでに高い場合は、フェルール搭載領域の内側の領域にアルゴン等のプラズマを照射して表面を粗化し、親水性領域Ａ１と接着層４１との密着性を高めてもよい。親水性領域Ａ１と撥水性領域Ａ２は、相対的に一方が他方に対して接着層４１との密着度に差があればよいので、いずれか一方の領域を形成するだけでもよい。
【００３９】
図８は、図７の光配線基板３０Ｂを用いた光モジュール１０Ｂの解略図である。フェルール１３は、図２のフェルール１３と同様の構成である。図８の構成では、光配線基板３０Ｂ上の親水性領域Ａ１の端部と、第１フェルール１１Ａの突起１１２の間で接着層４１のフィレット４２が形成される。親水性領域Ａ１と撥水性領域Ａ２の境界がフィレット４２の裾の外縁を規定する基板側のストッパとなり、突起１１２は、フィレット４２の上端を規定するフェルール側のストッパとなる。
【００４０】
親水性領域Ａ１に接着剤を塗布して接着層４１を形成し、独立制御が可能な２つのアームを用いて接着層４１の上に第１フェルール１１Ａと第２フェルール１２を配置する。第１フェルール１１Ａの面内方向の位置と、第２フェルール１２の角度姿勢を同時に調整しながら、モニタ光のパワーが最大になる位置で、接着層４１を硬化する。第１フェルール１１Ａと第２フェルール１２の位置及び角度調整の間、接着層４１はＸ−Ｙ面内で親水性領域Ａ１の中に維持される。Ｚ方向では接着層４１はその表面張力により第１フェルール１１Ａの外周に沿って上昇するが、突起１１２でその上端位置が規定される。
【００４１】
これにより、第１フェルール１１Ａの外周にほぼ均一で等方的な接着層４１のフィレット４２が形成され、接着層４１の硬化収縮時の角度ばらつきの影響と、熱膨張時の角度ずれの影響を抑制することができる。
＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態の光モジュール１０Ｃの概略図である。第３実施形態では、接着層４１のフィレット４２を規定する手段として、溝構造を用いる。フェルール１３は、第１実施形態及び第２実施形態と同様に二重構造であり、第１フェルール１１Ｃと第２フェルール１２を有する。第１フェルール１１Ｃは、突起１１２に替えて、外周に溝１１５を有する。溝１１５は、接着層４１のフィレット４２の上端位置を規定するフェルール側ストッパとして機能する。溝１１５の位置、サイズ、形状は、接着層４１の量、粘度等によって適宜設計される。たとえば、溝１１５の深さは１００〜２００μｍ、幅は１００〜２００μｍである。
【００４２】
光モジュール１０Ｃの光配線基板３０Ｃは、フェルール１３の搭載領域を規定する溝３８を有する。溝３８で区画される領域にフェルール１３が搭載され、接着層４１で固定される。接着層４１は、光配線基板３０Ｃに塗布された時点では、それ自身の粘度と表面張力により、フェルール１３の搭載領域内に一定の厚さを持って存在する。フェルール１３が搭載され、その位置と角度が調整されるときに、接着層４１の一部が溝３８内に入り込む場合もあるが、その場合も溝３８の外側にあふれ出ないように、溝の深さと幅は設計されている。溝３８は、接着層４１のフィレット４２の外縁を規定する基板側ストッパとして機能する。
【００４３】
最大光結合が得られるように、第１フェルール１１Ｃの面内位置と第２フェルール１２の角度姿勢が調整される間、フェルール１３の荷重で接着層４１の一部がフェルール１３の底面から押し出される。押し出された接着層４１は、表面張力により第１フェルール１１Ｃの外周に沿って上昇し、その一部は溝１１５内に取り込まれる。第１フェルール１１Ｃの面内方向での変位量によっては、接着層４１の一部が光配線基板３０Ｃの溝３８に入り込む。接着層４１は、フェルール１３の位置と角度調整の間、第１フェルール１１Ｃの溝１１５と光配線基板３０Ｃの溝３８の間で、ほぼ均一なフィレット形状に維持される。
【００４４】
最大の光結合位置で接着層４１が硬化されると、第１フェルール１１Ｃは接着層４１の収縮方向に引っ張られる。接着層４１は、第１フェルール１１Ｃの外周に沿ってほぼ均一なフィレット４２を有するため、第１フェルール１１Ｃにかかる力は、等方的なものとなる。接着層４１の硬化収縮時に、光配線基板３０Ｃ上での第１フェルール１１Ｃの位置ずれと第２フェルール１２の角度ずれの影響は抑制され、最大の光結合位置が維持される。光モジュール１０Ｃの使用時の熱膨張時にも同様のことが当てはまる。
【００４５】
図１０は、第３実施形態の変形例の光モジュール１０Ｄを示す。光モジュール１０Ｄは図９と同じ第１フェルール１１Ｃと、第１実施形態の光配線基板３０Ａを用いる。光配線基板３０Ａのフェルール搭載領域には、バンク３７が形成されており、接着層４１のフィレット４２の端部は、バンク３７によって規定される。
【００４６】
図１０の構成では、第１フェルール１１Ｃの溝１１５の幅と深さの少なくとも一方を大きくすることで余剰の接着層４１を吸収して、第１フェルール１１Ｃの周りに接着層４１の均一なフィレット４２を形成する。フィレット４２の形状は、溝１１５とバンク３７により規定される。
【００４７】
この構成でも、接着層４１の硬化収縮で生じる力をフェルール１３の中心に対して対称または等方的にして、光配線基板３０Ａ上での第１フェルール１１Ｃの位置ずれを抑制できる。また、第１フェルール１１Ｃの開口１１３内に保持される第２フェルール１２は接着層４１の硬化収縮の影響をほとんど受けず、光ファイバ２１の端面は正確な光結合位置に保持される。
【００４８】
図１１は、第３実施形態のさらに別の変形例として、光モジュール１０Ｅを示す。光モジュール１０Ｅは、図９と同じ第１フェルール１１Ｃと、第２実施形態の光配線基板３０Ｂを用いる。光配線基板３０Ｂのフェルール搭載領域は、周囲の領域と比較して親水性の領域Ａ１となっている。逆にいうと、周囲の領域は、フェルール搭載領域と比較して撥水性の領域Ａ２となっている。
【００４９】
接着層４１は、撥水性領域Ａ２と比較して親水性領域Ａ１に対する密着度が高く、フェルール１３の位置と角度が調整される間、親水性領域Ａ１内に維持される。フェルール１３の底面から押し出された余剰の接着層４１は、第１フェルール１１Ｃの溝１１５内に吸収され、第１フェルール１１Ｃの外周に均一な断面形状のフィレット４２が形成される。接着層４１の硬化収縮時に、第１フェルール１１Ｃは光配線基板３０Ｂ上で等方的または対称に引っ張られ、回折格子３４に対する最大光結合位置が維持される。
【００５０】
図１２は、第３実施形態のさらに別の変形例として、光モジュール１０Ｆを示す。光モジュール１０Ｆは、光配線基板３０Ｃに固定された第１フェルール１１Ｄを有する。第１フェルール１１Ｄは、第１フェルール１１Ｃと同様に外周に溝１１８を有するが、溝１１８の断面形状が異なる。
【００５１】
第１フェルール１１Ｄの溝１１８は、断面形状で底面側に向かって深く切り込まれたポケット１１７を有する。ポケット１１７は、フェルール１３の位置調整時に、フェルール１３の底面から押し出された余剰の接着層４１を効率的に吸収することができる。溝１１８を有する第１フェルール１１Ｃを、親水性領域Ａ１が形成された光配線基板３０Ｂに搭載してもよい。いずれの場合も、第１フェルール１１Ｃの外周に均一（対称）な断面形状のフィレット４２を形成して、接着層４１の硬化収縮と熱膨張時に第１フェルールにかかる力を等方的にすることができる。
【００５２】
＜その他の変形例＞
図１３は、第２フェルール１２の構成例を示す。第２フェルール１２は、第１実施形態から第３実施形態のいずれの構成にも用いられる。第２フェルール１２は、光ファイバ２１を挿入するファイバ挿入孔１２１を有する。
【００５３】
第２フェルール１２の光配線基板３０と対向する先端面に、光ファイバ２１の端面を頂点とする湾曲面１２３を有する。湾曲面１２３の湾曲は、光ファイバ２１の光軸に対して角度調整方向に対称である。この構成により、接着層４１上の第１フェルール１１の開口１１３内で、回折格子３４に対する角度調整が容易になる。
【００５４】
第１フェルール１１の底面１１６での開口１１３の中心を、第２フェルール１２の先端の湾曲面１２３の揺動の中心とすることで、回折格子３４に対する光ファイバ２１の位置ずれを抑制しながら角度調整することができる。
【００５５】
図１４は、図１３の変形例として第２フェルール１２ａの構成を示す。第２フェルール１２ａの先端は、光ファイバ２１の端面を頂点する傾斜面１２４を有する。傾斜面１２４は、第２フェルール１２ａの角度調整方向に対して対称である。第１フェルール１１の底面１１６での開口１１３の中心を、第２フェルール１２ａの先端の傾斜面１２４の揺動の中心とすることで、回折格子３４に対する光ファイバ２１の位置ずれを抑制しながら角度調整することができる。
【００５６】
図１５は、第１フェルール１１の変形例である。第１フェルール１１の開口１１３は、疎の底面に湾曲面１０９を有する。この構成は、図１３の第２フェルール１２の先端の湾曲面１２３の形状に適しており、第２フェルール１２の高さを定位置に保持したまま、角度姿勢を調整することができる。開口１１３内で対向する側壁１１４と１１９は、回折格子３４の放射角度のばらつきの範囲内で第２フェルール１２の角度調整が行われるように設計されている。第１フェルール１１と第２フェルール１２の間隙を最小とすることで、フェルール搭載時（硬化収縮時）の放射角度のばらつきの影響と、熱膨張時の角度ずれの影響を抑制することができる。
【００５７】
第１フェルール１１と第２フェルールを透明材料で形成し、紫外線硬化樹脂で第１フェルール１１と光配線基板３０、及び第１フェルール１１と第２フェルール１２を同時に接着することで、作業時間を短縮することができる。
【００５８】
＜光モジュールの適用例＞
図１６は実施形態の光モジュール１０が適用される光トランシーバ１００を示す。図１６の（Ａ）が上面図、図１６の（Ｂ）が側面図である。光トランシーバ１００は、光信号の送受信機能と、光電気変換機能を有する。
【００５９】
光トランシーバ１００では、第１実施形態の光モジュール１０Ａが用いられているが、光モジュール１０Ｂ〜１０Ｆのいずれも適用可能である。光モジュール１０Ａの光配線基板３０Ａは、光導波路３２に接続される光回路１６を有し、光変調器、光検出器等の光機能素子が形成されている。光モジュール１０Ａは、サブパッケージ基板１０１に実装されている。サブパッケージ基板１０１には、変調器ドライバとトランスインピーダンスアンプを含む電気回路チップ１０３が搭載されおり、はんだバンプ及び光配線基板３０Ａに形成されたＴＳＶ（Through-Silicon Via：シリコン貫通ビア）により、光回路１６と電気的に接続されている。また、光源となるレーザ１０２もサブパッケージ基板１０１に搭載されており、光配線基板３０Ａと光学的に接続されている。
【００６０】
光トランシーバ１００は、二重構造のフェルール１３を実装した光モジュール１０Ａを用いており、硬化収縮及び／または熱膨張にともなう位置ずれの影響を最小にして、最大の光結合効率を維持することができる。
【００６１】
図１７は、光トランシーバ１００が用いられる電子機器の一例としてのシステムボード１の概略図である。図１７の（Ａ）がシステムボード１の上面図、図１４の（Ｂ）がＡ−Ａ’断面図である。システムボード１は、スーパーコンピュータやサーバ等の大型計算装置に用いられる。
【００６２】
電子部品であるＬＳＩチップ５がパッケージ基板３に搭載されており、複数の光トランシーバ１００がＬＳＩチップ５の近傍に配置される。図示の便宜上、単一のパッケージ基板３が描かれているが、複数のパッケージ基板３がボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）４によってボード基板２に搭載されていてもよい。
【００６３】
ＬＳＩチップ５により生成された電気信号は、パッケージ基板３を介して光トランシーバ１００に伝送され、電気回路チップ７３と光モジュール１０により、高速変調された光信号として出力される。光信号は外部光配線となるファイバリボン２３により、たとえば他のパッケージ基板に搭載されたＬＳＩの近傍の光トランシーバに伝送される。また、他の光トランシーバから光モジュール１０で受信された光信号は、光配線基板３０及び電気回路チップ１０３により電気信号に変換されて、ＬＳＩチップ５に伝送される。
【００６４】
ＬＳＩチップ５と光トランシーバ１００の電気回路チップ１０３の上面にヒートシンク９を搭載して、システムボード１の動作時に冷却を行ってもよい。冷却装置として、ヒートシンク９に限らず、水冷用のクーリングプレート等を用いてもよい。
【００６５】
この構成により、電気信号の伝送はパッケージ基板３の内部配線の距離に短縮され、電気信号の波形歪み補償のための消費電力を低減することができる。各光トランシーバ１００で、接着層の硬化収縮による位置ずれと、回折角度のばらつきは抑制されており、安定した光結合効率で光送信の送受信が行われる。
【００６６】
以上、特定の実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した例に限定されない。変形例を含め、実施形態の構成の２つ以上を相互に組み合わせてもよい。たとえば、光配線基板３０Ｂの親水性領域Ａ１の外周にバンク３７または溝３８を形成して、接着層４１のフィレット４２の外縁位置をより確実に規定してもよい。また、いずれの実施形態においても、第１フェルール１１の底面に親水性の処理を施して、接着層４１との密着性を高めてもよい。
【００６７】
突起１１２の形状は、第１フェルール１１の側面から水平方向に突出したフランジに限定されず、下方に折れ曲がった断面Ｌ字型の突起であってもよい。第１フェルール１１の開口は、回折格子３４の放射角度のばらつきの範囲内で第２フェルールの角度姿勢を調整することができ、かつ光ファイバと回折格子の間の光結合を妨げない形状であれば、所望のサイズと断面形状に成形されてもよい。
【００６８】
第１フェルール１１と第２フェルールの双方を透明材料で形成し、第１フェルールと光配線基板、及び第１フェルールと第２フェルールを同時に接着固定する替わりに、少なくとも第２フェルールを透明材料で形成し、順次固定してもよい。たとえば、第２フェルールだけを透明材料で形成し、最大光結合が得られる位置と角度で第１フェルールに対する第２フェルールの角度位置をまず固定し、その後の熱硬化で第１フェルールと光配線基板の間の接着硬化を促進して所望の密着強度を実現してもよい。
【００６９】
これらの変更を加えても、第１フェルールの外周に断面形状が均一な接着層のフィレットが形成され、第２フェルールに対する硬化収縮と熱膨張による位置ずれと角度ずれの影響を抑制することができる。これにより、光ファイバと回折格子の間の光結合を最大に維持することできる。
【００７０】
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
光導波路の端部に設けられた回折格子を有する光配線基板と、
前記光配線基板に固定された第１フェルールと、
光ファイバを保持し、前記第１フェルールの開口の中で所定の角度に調整された第２フェルールと、
を有し、
前記第２フェルールは、前記光ファイバの端面と前記回折格子の間で所望の光結合が得られる角度で前記第１フェルールに固定されていることを特徴とする光モジュール。
（付記２）
前記光配線基板は、前記第１フェルールが搭載される領域を取り囲む第１ストッパを有し、
前記第１フェルールは外周に第２ストッパを有し、
前記第１フェルールは、前記第１ストッパと前記第２ストッパの間に延在する接着層により前記光配線基板に固定されていることを特徴とする付記１に記載の光モジュール。
（付記３）
前記第１ストッパは、前記配線基板の表面で前記領域を取り囲むバンクまたは溝であることをと特徴とする付記２に記載の光モジュール。
（付記４）
前記第１ストッパは、前記領域に形成された親水性領域と、前記領域を取り囲む撥水性領域の少なくとも一方であることを特徴とする付記２に記載の光モジュール。
（付記５）
前記第２ストッパは、前記第１フェルールの外周に沿って形成された突起または溝であることを特徴とする付記２〜４のいずれかに記載の光モジュール。
（付記６）
前記第１フェルールの外周に形成された前記溝は、内側に向かって深くなるポケットを有することを特徴とする付記５に記載の光モジュール。
（付記７）
前記開口は、前記第２フェルールが挿入される上面位置から前記光配線基板と対向する底面位置に向かって狭くなるテーパ形状であることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の光モジュール。
（付記８）
前記開口の内側で対向する一対の側壁のうち、前記第２フェルールの挿入方向の後方にある側壁は、前記挿入方向の前方にある側壁よりも緩やかな角度で傾斜していることを特徴とする付記７に記載の光モジュール。
（付記９）
前記第２フェルールの端面は、前記光ファイバの端面を頂点として湾曲または傾斜していることを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の光モジュール。
（付記１０）
前記第２フェルールの端面は前記光ファイバの端面を頂点とする第１湾曲面を有し、
前記第１フェルールは前記開口の底面に前記第１湾曲面を受け取る第２湾曲面を有することを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の光モジュール。
（付記１１）
付記１〜１０のいずれかに記載の光モジュールと、
前記光モジュールに光を入射する光源と、
前記光モジュールを駆動する電気回路部品と、
を有する光トランシーバ。
（付記１２）
電子部品と、
前記電子部品と同一のボード上に配置される付記１１に記載の光トランシーバと、
を有する電子機器。
（付記１３）
光配線基板の表面の所定の領域に接着層を形成し、
前記接着層の上に、第１フェルールと、光ファイバを保持し前記第１フェルールの開口の中に配置される第２フェルールとを搭載し、
前記光配線基板に入力されるテスト光をモニタしながら、前記第１フェルールの開口の中で前記光配線基板に対する前記第２フェルールの角度を調整し、
モニタ光のパワーが最大になる角度で、前記第２フェルールを前記第１フェルールの前記開口内で固定する、
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
（付記１４）
前記第２フェルールの角度調整と同時に、第１フェルールの面内方向の位置を調整し、
前記モニタ光のパワーが最大になる位置で前記接着層を硬化して前記第１フェルールを前記光配線基板に固定することを特徴とする付記１３に記載の光モジュールの製造方法。
（付記１５）
前記光配線基板に前記所定の領域を取り囲む第１ストッパを形成し、
前記第１ストッパと前記第１フェルールの外周に設けられた第２ストッパとの間に延存在する前記接着層を硬化して、前記接着層のフィレットを形成することを特徴とする付記１３または１４に記載の光モジュールの製造方法。
（付記１６）
前記第１ストッパとして、前記所定の領域を取り囲むバンクまたは溝を形成することを特徴とする付記１５に記載の光モジュールの製造方法。
（付記１７）
前記第１ストッパとして、前記所定の領域を規定する親水性領域と、前記所定の領域を取り囲む撥水性領域の少なくとも一方を形成することを特徴とする付記１５に記載の光モジュールの製造方法。
【符号の説明】
【００７１】
１  システムボード（電子機器）
３  パッケージ基板
５  ＬＳＩチップ（電子部品）
１０、１０Ａ〜１０Ｆ  光モジュール
１１、１１Ａ〜１１Ｄ  第１フェルール
１０９  湾曲面
１１１  本体
１１２  突起
１１３  開口
１１４、１１９  側壁
１１５、１１８  溝
１１６  底面
１１７  ポケット
１２、１２ａ  第２フェルール
１２１  ファイバ挿入孔
１２３  湾曲面
１２４  傾斜面
１３  フェルール
２１  光ファイバ
２３  ファイバリボン
３０、３０Ａ〜３０Ｃ  光配線基板
３１  基板
３２  光導波路
３４  回折格子
３７  バンク
３８  溝
Ａ１  親水性領域
Ａ２  撥水性領域
４１  接着層
４２  フィレット
１００  光トランシーバ
１０２  レーザ（光源）
１０３  電気回路チップ（電気回路部品）
【図１】
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【図２】
2019078813.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019078813.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2019078813.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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