(57)【要約】導波路基板に光電子部品を正確な位置に搭載して伝播する光の損失を軽減し、かつ導波路基板と光電子部品の電極同士を電気的に接続する。光偏向素子（２０）には、光導波路（２２）を挟んで導電性基板（２１）とプリズム型電極（２３ａ），（２３ｂ）が形成されている。導波路基板（１０）は、光導波路（１２ａ），（１２ｂ）と光偏向素子（２０）が搭載される凹部（１３）とを有し、凹部（１３）底面には電極（１４ａ），（１４ｂ）が設けられている。この凹部（１３）の底面上に導電性を有する球状弾性体（３０）を多数分散させて配置する。この後、凹部（１３）内に光偏向素子（２０）を配設して球状弾性体（３０）を押圧し、導波路基板（１０）の光導波路（１２ａ），（１２ｂ）と光偏向素子（２０）の光導波路（２２）との位置を調整する。正しく調整された状態を保持したまま、光学接着剤（４０）により光偏向素子（２０）を導波路基板（１０）に固定する。
2003104868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路が形成された導波路基板上の凹部に光電子部品が搭載され、前記凹部の底面上の電極と前記光電子部品の底部の電極とが電気的に接続される光モジュールの製造方法において、
前記導波路基板の前記凹部の底面上に導電性を有する複数の球状弾性体を分散させて配置し、
前記凹部に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記導波路基板の前記凹部の底面には、その前記光導波路における光の伝播方向の両端部に、前記球状弾性体の直径以上の幅を有する溝があらかじめ設けられることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記凹部の底面、および前記光電子部品の底部にそれぞれ複数の前記電極が設けられている場合、前記凹部に配置される前記球状弾性体の直径は、隣接する前記電極間の間隔より小さいことを特徴とする請求の範囲第１項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記球状弾性体は、弾性を有する球状の有機物が導電性の金属で被覆されてなることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記光電子部品と前記導波路基板とは光学接着剤によって固着されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記光電子部品は、導電性の基板上に電気光学効果を有する材料によって形成された光導波路と、前記光導波路に対して前記基板に対向して設けられた１つまたは複数のプリズム型電極とを有する光偏向素子であり、
前記光偏向素子は、前記プリズム型電極を前記凹部の底面側に向けて、前記光偏向素子上の光導波路と前記導波路基板の光導波路との位置合わせを行った状態で前記導波路基板に固定されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項７】
導波路基板上に光電子部品が搭載された光モジュールにおいて、
前記導波路基板上には前記光電子部品を配設する凹部が設けられ、前記凹部の底面上には電極が設けられ、
前記光電子部品の底部には前記凹部の底面上に設けられた電極に対応する電極が設けられ、
前記凹部の底面上には導電性を有する複数の球状弾性体が分散して配置され、
前記光電子部品が前記球状弾性体を押圧した状態で前記導波路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８】
光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続される光モジュールの製造方法において、
前記導波路基板の電極部に集中して前記球状弾性体を配置し、
前記導波路基板に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記導波路基板の前記電極部に集中して前記球状弾性体を配置する際には、
前記導波路基板上に複数の電極が形成されている場合には、前記電極部間に前記導波路基板上に突出する凸部を形成し、前記導波路基板上に前記球状弾性体を分散させ、前記凸部によって隔離された前記電極部に前記球状弾性体を配置することを特徴とする請求の範囲第８項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記凸部上に残存する前記球状弾性体は接着面を有する部材を用いて除去することを特徴とする請求の範囲第９項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記凸部は、前記導波路基板上に突出する高さが前記球状弾性体の直径より小さく直径の半値より大きいことを特徴とする請求の範囲第９項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記凸部は、絶縁材料で形成されていることを特徴とする請求の範囲第９項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記導波路基板の前記電極部に集中して前記球状弾性体を配置する際には、
前記電極部に接着剤を塗布し、前記導波路基板上に前記球状弾性体を分散させ、前記接着剤に前記球状弾性体を接着させて配置することを特徴とする請求の範囲第８項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項１４】
光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続される光モジュールの製造方法において、
前記導波路基板上の前記電極部を除く領域を保護するマスクを形成し、
前記マスクが形成された前記導波路基板上に前記球状弾性体を含有する第１の接着剤を塗布し、
前記マスクを除去し、
前記導波路基板上に第２の接着剤を塗布し、
前記導波路基板に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で、前記第１の接着剤と前記第２の接着剤とを硬化して前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項１５】
前記第１の接着剤の粘度が、前記第２の接着剤の粘度に等しいかまたは前記第２の接着剤の粘度より高いことを特徴とする請求の範囲第１４項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記マスクを除去した後に、
前記第１の接着剤を半硬化し、前記第１の接着剤を半硬化した前記導波路基板上に第２の接着剤を塗布することを特徴とする請求の範囲第１４項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項１７】
前記第１の接着剤に熱硬化型樹脂を用い、前記第２の接着剤に紫外線硬化型樹脂を用いることを特徴とする請求の範囲第１４項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項１８】
前記第１の接着剤に紫外線硬化型樹脂を用い、前記第２の接着剤に熱硬化型樹脂を用いることを特徴とする請求の範囲第１４項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項１９】
前記第１の接着剤および前記第２の接着剤に熱硬化型樹脂を用いた場合には、
前記第１の接着剤を加熱することによって半硬化し、
前記第１の接着剤を半硬化した前記導波路基板上に前記第２の接着剤を塗布し、
前記導波路基板に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で、前記第１の接着剤と前記第２の接着剤とを前記第１の接着剤を半硬化したときの温度よりも高い温度で加熱することによって硬化して前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、
ことを特徴とする請求の範囲第１４項記載の光モジュールの製造方法。
【請求項２０】
光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続された光モジュールにおいて、
前記導波路基板の電極部に集中して前記球状弾性体が配置され、
前記球状弾性体を介して前記光電子部品が前記導波路基板に電気的に接続されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２１】
前記導波路基板上に複数の電極が形成されていて、前記電極部間に前記導波路基板上に突出する凸部が形成されていることを特徴とする請求の範囲第２０項記載の光モジュール。
【請求項２２】
前記導波路基板と前記光電子部品との間に接着剤として機能する２種以上の樹脂が充填されていることを特徴とする請求の範囲第２０項記載の光モジュール。
【請求項２３】
前記導波路基板に形成された前記光導波路と前記光電子部品との間の光路となる部分に、光学接着剤として機能する樹脂が用いられていることを特徴とする請求の範囲第２２項記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、導波路基板上に光電子部品が搭載された光モジュールとその製造方法に関し、特に、導波路基板上の光導波路と光電子部品との位置合わせを正確に行うことが可能な光モジュールの製造方法および光モジュールに関する。
背景技術
近年、大容量の信号の送受信が可能な光通信システムに関する開発が進められている。特に、光信号のスイッチングや合分波や光信号の光電変換等を実現するための光モジュールでは、実装される光電子部品や導波路の性能向上とともに、製造効率の向上が求められている。
光モジュールは、例えば、石英や樹脂系材料で構成される光導波路をＳｉ等の基板上に形成し、同じ基板表面に光偏向素子等の光電子部品を実装することによってなる。このような光モジュールでは、基板側と光電子部品側との間で伝播する光の損失をできるだけ少なくするために、それぞれの光軸を厳密に一致させる必要がある。特に、光通信システムで一般的に使用されているシングルモード光導波路の場合、サブミクロンオーダでの高精度な光軸の一致が要求される。
一般に、石英基板上に光導波路を形成する際には、基板面からのコアの高さを厳密に制御することが難しいため、光電子部品の実装の際に正確なアライメントをとることが必要となる。これに対して、基板からの光電子部品の高さの制御が可能な実装方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この提案によれば、基板上における光電子部品の搭載面に石英の球状スペーサを多数配置し、この上に光電子部品を実装して接着剤で固定している。この場合、球状スペーサの直径に応じて光電子部品の高さを調節して実装することが可能となる。
特許文献１
特開２００１−３３０７６２号公報
しかし、上記の球状スペーサを用いた光電子部品の実装方法では、球状スペーサの直径に応じた一様な高さで光電子部品が固定されるため、光電子部品の実装角度の微調整を行うことができない。また、光電子部品を基板上に実装する場合には、通常、実装面において光電子部品側と基板側の各電極を接合させて導通させる必要がある。しかし、上記の実装方法では電極間に球状スペーサが配置されることから、対応する電極同士を接続することができない。
通常、光電子部品側と基板側の各電極は、半田バンプによって接続および固定されることが多い。しかしこの場合は、半田の温度に対する収縮応力が発生することから、シングルモード光導波路に対して要求されるサブミクロンオーダでの高精度な位置合わせを行うことができなかった。
発明の開示
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、導波路基板に対して光電子部品を正確な位置に搭載して伝播する光の損失を軽減し、かつ導波路基板側と光電子部品側の対応する電極同士を接続することが可能な光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、導波路基板に対して光電子部品を正確な位置に搭載して伝播する光の損失が軽減され、かつ導波路基板側と光電子部品側の対応する電極同士が接続された光モジュールを提供することである。
本発明では上記課題を解決するために、図１に示すように、光導波路１２ａおよび１２ｂが形成された導波路基板１０上の凹部１３に光電子部品が搭載され、前記凹部１３の底面上の電極１４ａおよび１４ｂと前記光電子部品の底部の電極２３ａおよび２３ｂとが電気的に接続される光モジュールの製造方法において、前記導波路基板１０の前記凹部１３の底面上に導電性を有する複数の球状弾性体３０を分散させて配置し、前記凹部１３に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板１０と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で前記光電子部品を前記導波路基板１０に固定することを特徴とする光モジュールの製造方法が提供される。
このような光モジュールの製造方法では、導波路基板１０の凹部１３に、球状弾性体３０を介して光電子部品が配設される。この状態で光電子部品を押圧することにより、球状弾性体３０が変形して、導波路基板１０に対する光電子部品の高さと角度を微調節することができる。また、球状弾性体３０が導電性を有し、凹部１３に分散して配置されることにより、導波路基板１０側と光電子部品側の対応する電極同士が球状弾性体３０を介して電気的に接続される。
また、本発明では、導波路基板上に光電子部品が搭載された光モジュールにおいて、前記導波路基板上には前記光電子部品を配設する凹部が設けられ、前記凹部の底面上には電極が設けられ、前記光電子部品の底部には前記凹部の底面上に設けられた電極に対応する電極が設けられ、前記凹部の底面上には導電性を有する複数の球状弾性体が分散して配置され、前記光電子部品が前記球状弾性体を押圧した状態で前記導波路基板に固定されていることを特徴とする光モジュールが提供される。
このような光モジュールでは、導波路基板の凹部に、球状弾性体を介して光電子部品が配設される。この状態で光電子部品が球状弾性体を押圧することにより、球状弾性体が変形して、導波路基板に対する光電子部品の高さと角度が微調節される。また、球状弾性体が導電性を有し、凹部に分散して配置されることにより、導波路基板側と光電子部品側の対応する電極同士が球状弾性体を介して電気的に接続される。
また、本発明では、光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続される光モジュールの製造方法において、前記導波路基板の電極部に集中して前記球状弾性体を配置し、前記導波路基板に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、ことを特徴とする光モジュールの製造方法が提供される。
このような光モジュールの製造方法によれば、例えば電極部間に段差を形成したり電極部に接着剤を塗布したりするなどして、導電性を有する球状弾性体が導波路基板の電極部に集中して配置される。これにより、光電子部品を導波路基板に固定したときに、それぞれの電極がより確実に球状弾性体を介して電気的に接続されるようになる。
さらに、本発明では、光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続される光モジュールの製造方法において、前記導波路基板上の前記電極部を除く領域を保護するマスクを形成し、前記マスクが形成された前記導波路基板上に前記球状弾性体を含有する第１の接着剤を塗布し、前記マスクを除去し、前記導波路基板上に第２の接着剤を塗布し、前記導波路基板に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で、前記第１の接着剤と前記第２の接着剤とを硬化して前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、ことを特徴とする光モジュールの製造方法が提供される。
このような光モジュールの製造方法によれば、導電性を有する球状弾性体を含んだ第１の接着剤が導波路基板の電極部に選択的に塗布されるので、その電極部に集中して球状弾性体が配置されるようになる。これにより、光電子部品と導波路基板のそれぞれの電極がより確実に球状弾性体を介して電気的に接続されるようになる。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の光モジュールの実施の形態例を示す図である。図１（Ａ）は、光モジュールの平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。
図１に示す光モジュールは、基板１１上に光導波路１２ａおよび１２ｂが形成された導波路基板１０に、光電子部品として光偏向素子２０が搭載された構成を有する。また、導波路基板１０と光偏向素子２０との間には、球状弾性体３０が配置され、導波路基板１０と光偏向素子２０とは光学接着剤４０によって固着されている。
導波路基板１０は、例えば石英等によってなる基板１１上に、Ｇｅ等をドープした石英によってクラッド層、コア層およびクラッド層が積層された光導波路１２ａおよび１２ｂが形成された構造を有する。なお図１では、この光導波路１２ａおよび１２ｂはスラブ導波路として実現されているが、それぞれがチャネル導波路として実現されていてもよい。
この導波路基板１０上には、光偏向素子２０を搭載するための凹部１３が、光導波路１２ａおよび１２ｂを断絶するように設けられている。また、凹部１３内の底面には、光導波路１２ａおよび１２ｂの形成方向の両端部に溝部１３ａおよび１３ｂが形成されている。さらに、凹部１３の底面には電極１４ａおよび１４ｂが設けられている。
光偏向素子２０では、導電性基板２１上に、電気光学効果を有する材料によってなる光導波路２２が形成されている。また、光導波路２２の導電性基板２１との反対面には、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂが設けられている。これらのプリズム型電極２３ａおよび２３ｂは、それぞれ導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂに接続するために設けられている。
導波路基板１０の凹部１３の底面には、多数の球状弾性体３０が分散して配置されている。この球状弾性体３０は導電性を有している。また、各球状弾性体３０は同じ大きさとなっているが、その直径は、電極１４ａおよび１４ｂの間隔、およびプリズム型電極２３ａおよび２３ｂの間隔より小さくされている。
光偏向素子２０は、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂが設けられた面を導波路基板１０側に向けて、導波路基板１０の凹部１３内に球状弾性体３０を介して配設されている。ここで、球状弾性体３０が導電性を有し、凹部１３の底面に分散されていることから、導波路基板１０側に設けられた電極１４ａおよび１４ｂと、光偏向素子２０側に設けられた対応するプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとがそれぞれ電気的に接続される。
また、光偏向素子２０は、自身の光導波路２２を伝播する光と、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂを伝播する光とが正確に光結合するように、球状弾性体３０を押圧した状態のまま、光学接着剤４０によって導波路基板１０に固着されている。球状弾性体３０は、光偏向素子２０による押圧によって変形し、光偏向素子２０の底部および導波路基板１０の底面に反力を与える。光学接着剤４０は、この反力によって導波路基板１０に対する位置が動かないように光偏向素子２０を保持している。
このような構成を有する光モジュールは、以下のように動作する。例えば、図中左側から光導波路１２ａに対して、コリメート光とされた光信号が入射される。光導波路１２ａを伝播した光信号は、光学接着剤４０を介して、光偏向素子２０の光導波路２２に入射する。この光導波路２２は電気光学効果を有する材料により形成されていることから、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂと導電性基板２１との間に電界が印加されることにより光導波路２２内の屈折率が変化し、伝播する光信号が偏向する。偏向した光信号は、光導波路２２から光学接着剤４０を介して導波路基板１０側の光導波路１２ｂに入射し、この中を伝播する。
以上のような光モジュールでは、導波路基板１０の凹部１３に、球状弾性体３０を介して光偏向素子２０が配設され、この状態で光偏向素子２０が球状弾性体３０を押圧することにより、球状弾性体３０が変形する。このような球状弾性体３０の弾性を利用することで、光偏向素子２０の光導波路２２と、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂとの間の位置合わせをサブミクロンオーダで微調節することが可能となり、正しく位置合わせされた状態のまま光学接着剤４０により保持される。
また、球状弾性体３０は導電性を有し、凹部１３の底面に分散して配置されるため、導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂと光偏向素子２０側の対応するプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとが球状弾性体３０を介して電気的に接続される。ここで、球状弾性体３０の直径を、隣接する電極１４ａおよび１４ｂの間隔、およびプリズム型電極２３ａおよび２３ｂの間隔より小さくすることで、隣接する電極同士が球状弾性体３０によって導通することが防止される。
従って、導波路基板１０側と光偏向素子２０側の電極同士の電気的接続が確実に行われながら、導波路基板１０の光導波路１２ａおよび１２ｂと、光偏向素子２０の光導波路２２との光結合をより確実にし、これらの間を伝播する光の損失を低減させることが可能となる。
また、凹部１３の底面の両端に溝部１３ａおよび１３ｂを設けたことにより、底面の両端部に配置された球状弾性体３０はこの溝部１３ａおよび１３ｂに落ち込む。これにより、光偏向素子２０を配設したときに、光偏向素子２０側の光導波路２２の端面と、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂの端面との間に球状弾性体３０が配置されて、光導波路間の光路が塞がれることが防止される。このため、溝部１３ａおよび１３ｂの幅は、球状弾性体３０の直径以上とされることが望ましい。
次に、上記の光モジュールの実施例およびその製造工程について説明する。この光モジュールの製造方法では、導波路基板１０に対して光偏向素子２０が搭載される前に、図２および図３にそれぞれ示すような光偏向素子２０および導波路基板１０があらかじめ形成される。
図２は、光偏向素子２０の構成例を示す図である。図２（Ａ）は光偏向素子２０の平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。
光偏向素子２０は、導電性基板２１上に光導波路２２が形成され、さらにプリズム型電極２３ａおよび２３ｂが設けられた構造を有する。導電性基板２１としては、強誘電体であるＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ３）の単結晶にＮｂをドープして、導電性を持たせたものを使用する。また、光導波路２２には、強誘電体である鉛系ペロブスカイトであるＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３）、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ０．９１Ｌａ０．０９）（Ｚｒ０．６５Ｔｉ０．３５））をそれぞれコア、クラッドとして使用する。
光導波路２２は、導電性基板２１上にＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＰＺＴの順で、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ゾルゲル法、スパッタリング法またはＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いてヘテロエピタキシャル成長させることで積層される。コアおよび上下クラッドを含む光導波路２２の膜厚は、例えば９μｍとする。
この後、光導波路２２の導電性基板２１に対向する面に、三角形状のプリズム型電極２３ａおよび２３ｂを形成する。このプリズム型電極２３ａおよび２３ｂは、白金膜をメタルマスクを用いてスパッタリング法により形成され、厚みが２０００Åとされる。なお、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂの互いの間隔は、後に使用する球状弾性体３０の直径より大きくする必要がある。例えば、直径が７μｍである球状弾性体３０を使用した場合、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂの間の最小間隔を１００μｍとする。１００μｍの間隔があれば、球状弾性体３０が数個〜１０個程度並んだとしても、短縮しないで済む。
また、図２の例では偏向方向の異なる２つのプリズム型電極２３ａおよび２３ｂが形成されているが、これらのいずれかのみが形成される場合もある。
図３は、導波路基板１０の構成例を示す図である。図３（Ａ）は導波路基板１０の平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。
本実施例では、導波路基板１０の基板１１として石英を使用し、導波路基板１０の光導波路１２ａおよび１２ｂのコアには、Ｇｅを拡散させて屈折率を高めた石英を使用する。まず、平板状の基板１１上に、Ｇｅを拡散させた石英によりコア領域を形成した後、この上にスパッタリング法によってオーバクラッドとなる石英を積層して、基板１１上に一様な導波路構造を形成する。ここで、光導波路の膜厚は、光偏向素子２０の光導波路２２の膜厚と同じとされる。
次に、光偏向素子２０を搭載するための凹部１３を形成する。この凹部１３は、基板１１上に形成された光導波路のオーバクラッドの上面から、基板１１方向に１５μｍの深さで、フッ素系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により形成される。ここで、凹部１３の光路方向の長さは、光偏向素子２０の配設時に余裕を持たせるために、光偏向素子２０の光導波路２２の光路方向の長さより１００μｍだけ長く形成する。
またこの後、凹部１３の底面の光路側両端に溝部１３ａおよび１３ｂを形成する。この溝部１３ａおよび１３ｂは、凹部１３の底面にレジストを塗布してパターニングを施した後、反応性イオンエッチングにより光路方向の両端面から５０μｍずつの幅で、１０μｍの深さで形成される。
さらに、この凹部１３の底面に、光偏向素子２０のプリズム型電極２３ａおよび２３ｂと接続するための電極１４ａおよび１４ｂを設ける。これらの電極１４ａおよび１４ｂは、凹部１３の底面にレジストを塗布してパターニングを施した後、まずスパッタリング法で厚さ５００Åのチタン膜を積層した後、さらにリフトオフ法により厚さ２０００Åの白金膜を積層することで形成される。なお、光偏向素子２０側のプリズム型電極２３ａおよび２３ｂと同様に、電極１４ａおよび１４ｂの互いの間隔は、後に使用する球状弾性体３０の直径より大きくしておく必要がある。
以下、図４〜図６を用いて、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の実装方法の例について説明する。図４は、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の実装方法を説明するための第１の図である。また、図５は、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の実装方法を説明するための第２の図である。さらに、図６は、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の実装方法を説明するための第３の図である。
まず、図４（Ａ）に示すように、直径７μｍの球状弾性体３０をエタノール５０中に混入・分散させ、このエタノール５０を導波路基板１０の凹部１３の底面に塗布する。なお、球状弾性体３０についての具体的な説明は、後の図７において説明することにする。また、図中ではわかりやすくするために、球状弾性体３０の直径や光導波路１２ａ、１２ｂおよび２２の膜厚を大きく示しているが、実際にはこれらの大きさは光導波路２２の光路方向の長さと比較して極めて小さく、さらに球状弾性体３０は多数存在している。
次に、図４（Ｂ）に示すように、エタノール５０を乾燥させる。これにより、球状弾性体３０は、凹部１３の底面上にランダムに分散して配置される。また、凹部１３の底面上において、光導波路１２ａおよび１２ｂの端面付近に位置した球状弾性体３０は、溝部１３ａおよび１３ｂに落とし込まれる。
ここで、配置された球状弾性体３０が凹部１３の底面に敷き詰められず、球状弾性体３０同士に間隔が開くように、エタノール５０中に混入する球状弾性体３０の量を調整する必要がある。
次に、図５（Ａ）に示すように、導波路基板１０の凹部１３内に、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂの接地面を導波路基板１０側に向けた状態で光偏向素子２０を配設する。これにより、凹部１３の底面と光偏向素子２０との間、および導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂとこれらに対応するプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとの間に、多数の球状弾性体３０が挟み込まれる。
次に、図５（Ｂ）に示すように、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の搭載位置を調整するための調整治具６０を用いて、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂと光偏向素子２０側の光導波路２２との間の位置調整を行う。調整治具６０は、板バネ６１によって光偏向素子２０の導電性基板２１に密着された押圧盤６２と、押圧盤６２の高さ方向の移動量を微調整するためのマイクロメータ６３を有し、導波路基板１０に固定される。
また、マイクロメータ６３は、光導波路１２ａ、１２ｂおよび２２を伝播する光の光軸に対して、前後方向および左右方向（図５において紙面に向かって前後方向）の端部にそれぞれ１つずつで合計４つ設けられている。これにより、光偏向素子２０が搭載される高さとともに、光軸方向に対する光導波路２２の前後方向および左右方向の角度についても調整することができる。なお、光導波路１２ａおよび１２ｂと、光導波路２２との間の位置調整方法の例は、後に図８および図９において詳述する。
ここで、光偏向素子２０の底面が球状弾性体３０に最初に触れた時点では、光導波路２２が、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂよりわずかに高い位置となるように、球状弾性体３０の直径を選択することが必要となる。
そして、この状態からマイクロメータ６３によって押圧盤６２をさらに下げ、光偏向素子２０を導波路基板１０側に押圧することで、球状弾性体３０が変形して、光偏向素子２０の高さが下げられる。このように、球状弾性体３０の弾性を利用することで、光導波路１２ａおよび１２ｂと光導波路２２との間の光結合状態を、サブミクロンオーダで微調整することが可能となる。
またこのとき、球状弾性体３０が導電性を有することから、導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂと光偏向素子２０側の対応するプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとが電気的に接続される。さらに、球状弾性体３０の直径が、隣接する電極１４ａと１４ｂの間隔、およびプリズム型電極２３ａと２３ｂの間隔より小さいため、隣接する電極同士が球状弾性体３０によって導通することが防止される。従って、導波路基板１０側と光偏向素子２０側の対応する電極同士の確実な電気的接続が行われる。
また、導波路基板１０の凹部１３に溝部１３ａおよび１３ｂが形成されていることにより、凹部１３内の光路方向の端部に位置する球状弾性体３０がこの溝部１３ａおよび１３ｂに収容され、光導波路２２と光導波路１２ａおよび１２ｂとの間の光路が確実に確保される。
以上のように、光導波路間の位置調整が正しく行われた状態で、光偏向素子２０は調整治具６０によって保持される。そしてこの状態のまま、図６（Ａ）に示すように、光偏向素子２０と、導波路基板１０の光導波路１２ａおよび１２ｂの端面との間の間隙に光学接着剤４０を流し込み、光偏向素子２０を導波路基板１０に対して仮固定する。光学接着剤４０としては、例えば紫外線硬化型のエポキシ樹脂等を使用し、この光学接着剤４０が完全に固化した後、調整治具６０を導波路基板１０から取り外す。そして、図６（Ｂ）に示すように、光学接着剤４０をさらに付与して、光偏向素子２０と導波路基板１０とを完全に固定する。
以上の実装方法では、光学接着剤４０の付与を２度に分けて行い、光偏向素子２０を固定させているが、光導波路間の位置調整後に調整治具６０で光偏向素子２０を保持した状態で、光学接着剤４０の付与を１度だけ行うことにより光偏向素子２０の固定を行ってもよい。
ここで、本発明に適用可能な球状弾性体３０の例を挙げる。図７は、球状弾性体３０の構造例を示す断面図である。
本発明では、球状弾性体３０として、弾性を有する球状の樹脂等の有機物を、導電性の金属によって被覆したものを使用することができる。ここでは図７に示すように、中心樹脂３１の周りに２層の金属膜３２および３３を設けたものを例示する。中心樹脂３１は、例えばポリスチレンによってなり、またこの周りに金属膜３２および３３としてそれぞれＮｉ、Ａｕが順次成膜されて形成される。このような球状弾性体３０としては、例えば積水化学工業製の「ミクロパール（商品名、登録商標）」を好適に使用することができ、上記の導波路基板１０と光偏向素子２０の位置合わせに適した直径を有するものを選択して使用する。
次に、図８は、調整治具６０を使用した光導波路間の位置調整方法について説明するための図である。図８（Ａ）は、調整治具６０を含む機構全体の平面図を示し、図８（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図を示している。
なお、図中に示すように、光導波路内の光路方向をＸ軸、光導波路面に対する高さ方向をＹ軸、光導波路面内の左右方向をＺ軸とする。
光偏向素子２０および導波路基板１０の光導波路間の位置調整を行う際には、例えば、図８に示すように、光導波路内に光を入射するための光ファイバ７１ａおよび７１ｂと、これらにそれぞれ対応するフォトディテクタ（ＰＤ）７２ａおよび７２ｂが使用される。ここで、各光ファイバ７１ａおよび７１ｂをＺ軸方向に並列させ、導波路基板１０側の光導波路１２ａに光を平行に入射させ、光偏向素子２０側の光導波路２２を通り、再び導波路基板１０側の光導波路１２ｂを伝播したそれぞれの光を、フォトディテクタ７２ａおよび７２ｂで受光する。そして、各フォトディテクタ７２ａおよび７２ｂにおける受光量を検出しながらマイクロメータ６３を調節し、受光量が最も多くなることによって光導波路間の位置が正しい位置となったことを判断する。
ここで、調整治具６０には、押圧盤６２の四隅の押圧量を独立して調整するための４つのマイクロメータ６３ａ、６３ｂ、６３ｃおよび６３ｄを設ける。これにより、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の高さや角度を微調整することが可能となる。
図９は、マイクロメータ６３ａ〜６３ｄを用いた導波路基板間の位置調整手順を示す状態遷移図である。
まず、４つのマイクロメータ６３ａ〜６３ｄによる各変位量がすべて同じになるように回転させ、フォトディテクタ７２ａおよび７２ｂの受光量が最大となる位置に調整する（ステップＳ９１）。これにより、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の高さが大まかに調整される。
次に、マイクロメータ６３ａおよび６３ｂ、マイクロメータ６３ｃおよび６３ｄの各組み合わせて独立して回転させ、フォトディテクタ７２ａおよび７２ｂにおける各受光量が等しくなるように調整する。これにより、光偏向素子２０のＸ軸まわりの角度が調整される（ステップＳ９２）。
次に、マイクロメータ６３ａおよび６３ｃ、マイクロメータ６３ｂおよび６３ｄの各組み合わせて独立して回転させ、フォトディテクタ７２ａおよび７２ｂの各受光量が最大となるように調整する。これにより、光偏向素子２０のＹ軸まわりの角度が調整される（ステップＳ９３）。
次に、ステップＳ９１に戻って、再び光偏向素子２０全体の一様な高さを調整する。この後、ステップＳ９３での調整と、ステップＳ９１での調整とを例えば３回以上繰り返して（ステップＳ９４）、調整終了とする。
このような調整手順により、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂに対する、光偏向素子２０側の光導波路２２の高さおよび角度を調整することが可能となり、各光導波路間で伝播する光の光結合を確実にすることができる。
以上のような光モジュールの製造工程では、導波路基板１０の凹部１３に、球状弾性体３０を介して光偏向素子２０が配設され、この状態で光偏向素子２０を押圧して球状弾性体３０を変形させることにより、光偏向素子２０の高さと角度が微調整される。このような調整方法では、球状弾性体３０の弾性を利用することにより、光偏向素子２０の光導波路２２と、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂとの間の位置合わせの精度を高めることが可能となる。
また、球状弾性体３０は導電性を有し、凹部１３の底面に分散して配置されるため、導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂと光偏向素子２０側の対応するプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとが球状弾性体３０を介して電気的に接続される。従って、導波路基板１０側と光偏向素子２０側の電極同士の電気的接続が確実に行われながら、導波路基板１０の光導波路１２ａおよび１２ｂと光偏向素子２０の光導波路２２の間でより確実な光結合が行われ、伝播する光の損失が低減される。
上記の光モジュールの製造工程においては、一例として、導波路基板１０の凹部１３底面に、球状弾性体３０を混入したエタノール５０を塗布し、これを乾燥することにより、球状弾性体３０をランダムに分散させて配置するようにしている。ただし、このようにエタノール５０を用いて球状弾性体３０を分散させる場合には、前述のようにエタノール５０中の球状弾性体３０の量を調整し、導波路基板１０上での球状弾性体３０の分散密度を適切に制御する必要がある。これは、分散密度が適切でない場合には、例えば次の図１０あるいは図１１に示すような問題が発生する可能性があるためである。
図１０は球状弾性体の分散密度が高い場合に起こり得る問題を示した図である。球状弾性体３０の分散密度が高すぎると、導波路基板１０側の隣接する電極１４ａと１４ｂの間、光偏向素子２０側の隣接するプリズム型電極２３ａと２３ｂの間にも数珠つなぎで球状弾性体３０が配置されてしまい、短絡する可能性がでてきてしまう。また、図１１は球状弾性体の分散密度が低い場合に起こり得る問題を示した図である。球状弾性体３０の分散密度が低すぎると、導波路基板１０側の電極１４ａと光偏向素子２０側のプリズム型電極２３ａの間に球状弾性体３０が全く存在せず、導通がとれないといった問題が発生する可能性がでてきてしまう。
このような点を考慮し、短絡や導通不良を発生させることなく、電極間をより確実に電気的に接続するためには、球状弾性体３０を電極部（電極が形成されている領域、または電極とその近傍の周辺部を含む領域）に集中して配置するようにすることが有効である。図１２は導波路基板に光偏向素子を実装したときの電極接合部分の要部模式図である。すなわち、この図１２に示すように、導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂとこれらにそれぞれ対向する光偏向素子２０側のプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとの間に、集中して球状弾性体３０を存在させるようにすればよい。以下、このように球状弾性体３０を配置する方法について詳細に説明する。
図１３は導波路基板の電極部に球状弾性体を配置して光偏向素子を実装した形態の一例を示す電極接合部分の要部模式図である。この例では、導波路基板１０側の電極１４ａと１４ｂの間に、感光性ポリマーや感光性樹脂あるいはＳｉＯ２等の絶縁材料を用いて、導波路基板１０表面から球状弾性体３０の直径よりも小さな高さで突出する凸部１００が形成されている。このような段差構造を形成することにより、電極１４ａおよび１４ｂ上に配置された球状弾性体３０は、側方への自由な移動が規制されてそこに留まるようになる。そのため、対向する電極１４ａとプリズム型電極２３ａ、電極１４ｂとプリズム型電極２３ｂが、それぞれ球状弾性体３０を介して確実に電気的に接続されるようになる。さらに、このような段差構造により、隣接する電極１４ａと１４ｂの間、プリズム型電極２３ａと２３ｂの間で短絡することがなくなる。
ここで、図１４から図１６を用いて、段差構造を利用した球状弾性体３０の配置方法について説明する。図１４は段差構造の形成工程を説明するための要部模式図、図１５は不要な球状弾性体を除去する工程を説明するための要部模式図、図１６は電極上に配置した球状弾性体を介して光偏向素子を実装する工程を説明するための要部模式図である。
まず、例えば感光性ポリイミドをスピンコートによって導波路基板１０上に塗布する。その際、使用する球状弾性体３０が例えば直径約１０μｍであれば、感光性ポリイミドは膜厚が例えば約７μｍになるよう塗布する。次いで、塗布した感光性ポリイミドを、フォトマスクを用いて電極１４ａと１４ｂの間にのみ感光性ポリイミドが残るようパターン露光し、図１４に示すような凸部１００を形成する。なお、ここでは凸部１００の高さを、球状弾性体３０の直径よりも小さな約７μｍに設定したが、この高さは任意に変更可能である。ただし、球状弾性体３０の側方への自由な移動を規制するためには、使用する球状弾性体３０の直径のおよそ半値以上の高さとなるように形成しておくことが好ましい。
凸部１００の形成後、導波路基板１０上に球状弾性体３０をそのまま散布するか、あるいは球状弾性体３０を含んだエタノールを塗布し、球状弾性体３０を分散させる。導波路基板１０には凸部１００によって段差構造が形成されているため、球状弾性体３０は、電極１４ａおよび１４ｂ上に集中的に配置され、電極１４ａおよび１４ｂ上から自由に転がっていってしまうことがない。
ただし、図１５に示すように、球状弾性体３０は凸部１００上に残る場合があるので、電極１４ａおよび１４ｂ上にのみ球状弾性体３０を配置させるために、図１６に示すように、接着面１０１ａを有する接着部材１０１を用いて凸部１００上の球状弾性体３０を除去することが好ましい。その場合、接着部材１０１は、球状弾性体３０が直径約１０μｍであれば、導波路基板１０表面から例えば約１５μｍの高さまで下降させ、そこから再び上昇させるようにする。これにより、接着部材１０１には電極１４ａおよび１４ｂ上の球状弾性体３０は接着せず、凸部１００上の導通に寄与しない不要な球状弾性体３０のみが接着して導波路基板１０から除去されるようになる。また、このように接着部材１０１を用いるほか、球状弾性体３０を直接散布した後あるいは球状弾性体３０を含んだエタノールを塗布して乾燥した後に、導波路基板１０に振動を与えるなどして凸部１００上の球状弾性体３０をそこから移動させるようにすることも可能である。
凸部１００上の不要な球状弾性体３０を除去した後は、上記図１３に示した光偏向素子２０を導波路基板１０側へ下降させる。そして、そのプリズム型電極２３ａおよび２３ｂを導波路基板１０に配置された球状弾性体３０に接触させた状態で、上記調整治具６０あるいはフリップチップボンダーを用いて位置合わせを行いながら押圧して保持する。最後に、その状態のまま、熱硬化型あるいは紫外線硬化型の光学接着剤を用い、図６に示したようにして光偏向素子２０を導波路基板１０に固定する。なお、この光学接着剤の付与は、前述のように１度で行ってもよい。また、球状弾性体３０の配置後で光偏向素子２０の実装前に導波路基板１０上に光学接着剤を付与しておき、その後、光偏向素子２０を導波路基板１０に固定するようにしてもよい。
また、球状弾性体３０を電極１４ａおよび１４ｂ上に配置するために、電極１４ａおよび１４ｂ上に薄膜状に接着剤を塗布しておき、これに球状弾性体３０を接着させるようにしてもよい。ここで、図１７から図２０を用いて、電極１４ａおよび１４ｂ上に接着剤を塗布して球状弾性体３０を配置する方法について説明する。図１７は接着剤を塗布する工程を説明するための要部模式図、図１８は球状弾性体を接着する工程を説明するための要部模式図、図１９は未接着の球状弾性体を除去する工程を説明するための要部模式図、図２０は接着した球状弾性体を介して光偏向素子を実装する工程を説明するための要部模式図である。
まず、図１７に示すように、導波路基板１０の電極１４ａおよび１４ｂ上に接着剤１０２を薄膜状に塗布する。接着剤１０２の塗布には、例えばメタルマスクを用いたスクリーンプリンティング法を用いることができる。
次いで、導波路基板１０上に球状弾性体３０をそのまま散布するか、あるいは導波路基板１０を球状弾性体３０が撹拌されている空間内を通過させ、図１８に示すように、導波路基板１０上に球状弾性体３０を分散させる。これにより、電極１４ａおよび１４ｂ上の球状弾性体３０は接着剤１０２に接着されるようになる。接着剤１０２に未接着の球状弾性体３０は、図１９に示すように、例えば振動や送風、あるいは上下反転等の適当な手段で導波路基板１０から除去する。
その後、図２０に示すように、光偏向素子２０を導波路基板１０側へ下降させ、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂを球状弾性体３０に接触させた状態で位置合わせを行いながら押圧して保持する。それにより、球状弾性体３０は、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂに押されて接着剤１０２を押し退けて電極１４ａおよび１４ｂに接触するようになる。最後に、導波路基板１０と光偏向素子２０の間に光学接着剤を付与し、これを硬化する。これにより、電極１４ａとプリズム型電極２３ａ、電極１４ｂとプリズム型電極２３ｂが球状弾性体３０を介して電気的に接続された状態で、光偏向素子２０が導波路基板１０に固定されるようになる。なお、光学接着剤の付与は１度で行っても２度に分けて行ってもよく、また、球状弾性体３０の配置後で光偏向素子２０の実装前に導波路基板１０上に光学接着剤を付与し、光偏向素子２０を導波路基板１０に固定するようにしてもよい。
このように、導波路基板１０の電極１４ａおよび１４ｂ上に集中して球状弾性体３０が配置されるようにすることにより、短絡や導通不良を発生させることなく、光偏向素子２０を導波路基板１０に実装することが可能になる。なお、球状弾性体３０は、厳密に電極１４ａおよび１４ｂ上にのみ配置されていることは必ずしも必要ではない。上記凸部１００を形成する場合であれば、電極１４ａと１４ｂの間が絶縁材料を用いて形成される段差構造で隔離されている限り、球状弾性体３０は電極１４ａおよび１４ｂ上とそれらのそれぞれの近傍周辺部に配置されていて構わない。また、上記接着剤１０２は、電極１４ａと１４ｂの間で分断され、電極１４ａ側に接着した球状弾性体３０と電極１４ｂ側に接着した球状弾性体３０とが接触しない限り、電極１４ａおよび１４ｂ上とそれらのそれぞれの近傍周辺部に塗布されていて構わない。
球状弾性体３０を導波路基板１０上に分散させるには、上記のような球状弾性体３０の直接散布や球状弾性体３０を含む揮発性溶媒の塗布のほか、球状弾性体３０を光学接着剤の中に混入してこれを導波路基板１０に塗布してもよい。その場合は、光偏向素子２０の実装前に導波路基板１０上に球状弾性体３０を含んだ光学接着剤を塗布し、その後、光偏向素子２０を押圧して位置合わせをした状態でその光学接着剤を固化すればよい。導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂとこれらに対向する光偏向素子２０側のプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとの間にある球状弾性体３０が導通に寄与するようになる。
しかし、この場合も図１０および図１１に示したのと同様に、光学接着剤中の球状弾性体３０の含有量が多すぎれば短絡する可能性があり、含有量が少なすぎれば導通不良が発生する可能性がある。また、図２１は球状弾性体を含んだ光学接着剤を用いた場合に生じ得る問題を説明するための光偏向素子実装状態の模式図である。この図２１に示すように、球状弾性体３０を含んだ光学接着剤４０を用いた場合には、電極周辺以外に存在して導通に寄与しない球状弾性体３０が、光導波路１２と２２の間の光路を塞いでしまうことがある。
このように球状弾性体３０を含んだ接着剤を用いる場合であっても、電極部に集中して球状弾性体３０を配置させるようにすることが可能である。ここで、図２２から図２６を用いて、球状弾性体３０を含む接着剤を用いた球状弾性体３０の配置方法について説明する。図２２はマスクの形成工程を説明するための要部模式図、図２３は第１の接着剤を塗布する工程を説明するための要部模式図、図２４はマスクを除去する工程を説明するための要部模式図、図２５は第２の接着剤を塗布する工程を説明するための要部模式図、図２６は球状弾性体を含んだ接着剤を用いた場合の光偏向素子の実装工程を説明するための要部模式図である。
まず、図２２に示すように、導波路基板１０上の電極１４ａおよび１４ｂ以外の領域をマスク１１０で保護する。マスク１１０には、例えばメタルマスクやメッシュマスクを用いることができる。
マスク１１０の形成後、図２３に示すように、球状弾性体３０が例えば５体積％〜２０体積％程度含まれている第１の接着剤１１１を、スクリーン印刷機を用いて塗布する。この第１の接着剤１１１には、一般的なエポキシ系の熱硬化型樹脂や紫外線硬化型樹脂を用いることができ、これに所定量の球状弾性体３０が含有されるように調製する。第１の接着剤１１１の塗布後は、図２４に示すように、マスク１１０を剥離して除去する。第１の接着剤１１１には、マスク１１０を除去した後に、電極１４ａおよび１４ｂ上からその側方へ流れてしまって互いに混じり合わないような粘度を有するものを用いるようにすることが望ましい。
次いで、図２５に示すように、導波路基板１０上に第２の接着剤１１２を塗布する。この第２の接着剤１１２は、第１の接着剤１１１に用いた樹脂と同じでもよく、異なっていてもよい。さらに、熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂のいずれであっても構わない。
接着剤として用いる樹脂の選定にあたっては、第１の接着剤１１１の粘度ρ１と第２の接着剤１１２の粘度ρ２との間に、ρ１≧ρ２、の関係が満たされるようにすることが好ましい。例えば、第１の接着剤１１１に粘度ρ１が２０００ｍＰａ・ｓ〜５０００ｍＰａ・ｓ程度のものを用い、第２の接着剤１１２に粘度ρ２が１０００ｍＰａ・ｓ程度のものを用いることができる。
第２の接着剤１１２の塗布後は、フリップチップボンダー等を用いて光偏向素子２０を導波路基板１０側に押圧する。その際は、図２６に示すように、電極１４ａとプリズム型電極２３ａ、電極１４ｂとプリズム型電極２３ｂはそれぞれ球状弾性体３０を介して接続され、第１の接着剤１１１および第２の接着剤１１２が混じり合った接着剤１１３のうち余分なものは側方へと流出する。光偏向素子２０の位置合わせを行ってこれを保持し、接着剤１１３が熱硬化型樹脂のみを含んでいる場合には加熱によって硬化し、接着剤１１３が紫外線硬化型樹脂のみを含んでいる場合には紫外線照射によって硬化し、光偏向素子２０を導波路基板１０に固定する。また、第１の接着剤１１１に熱硬化型樹脂を用い、第２の接着剤１１２に紫外線硬化型樹脂を用いている場合には、第１の接着剤１１１を加熱によって硬化した後、第２の接着剤１１２を紫外線照射によって硬化する。第１の接着剤１１１に紫外線硬化型樹脂を用い、第２の接着剤１１２に熱硬化型樹脂を用いている場合は、第１の接着剤１１１を紫外線照射によって硬化した後、第２の接着剤１１２を加熱によって硬化すればよい。
なお、導波路基板１０の上記基板１１が透明材料からなる場合には、基板１１を透過させて紫外線照射を行うことができるので、第２の接着剤１１２あるいは第１の接着剤１１１には紫外線硬化型樹脂が好適に用いられる。その点で、基板１１が透明でない場合には、第２の接着剤１１２あるいは第１の接着剤１１１には熱硬化型樹脂を好適に用いることができる。
図２７は球状弾性体を含んだ接着剤を用いた光偏向素子実装状態の模式図である。上記方法によれば、図２７に示すように、導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂとこれらに対向する光偏向素子２０側のプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとの間に球状弾性体３０が配置され、さらに光導波路１２と２２の間には球状弾性体３０を存在させないようにすることができる。これにより、導波路基板１０と光偏向素子２０の間で導通に寄与しない球状弾性体３０によって光路が塞がれてしまうことがなくなる。このように接着剤１１３が導波路基板１０と光偏向素子２０の光導波路間に存在することとなる場合には、第２の接着剤１１２には光学接着剤を用いるようにする。あるいは電極１４ａおよび１４ｂの周囲には第１の接着剤１１１および第２の接着剤１１２として通常の熱硬化型樹脂や紫外線硬化型樹脂を用い、光導波路部分には光学接着剤を用いるようにしてもよい。
なお、図２４に示したマスク１１０を除去した後に、第１の接着剤１１１が電極１４ａおよび１４ｂ上から側方へ流れて混じり合ってしまうことによる短絡を防止するため、マスク１１０の除去後で第２の接着剤１１２の塗布前に、第１の接着剤１１１を半硬化させるようにしてもよい。例えば、第１の接着剤１１１および第２の接着剤１１２に熱硬化型樹脂を用いた場合には、第１の接着剤１１１を適当な温度で加熱して半硬化した後、それよりも高い温度で第２の接着剤１１２を加熱して完全に硬化させるようにする。一例として、硬化温度が１６０℃程度の熱硬化型樹脂であれば、硬化が開始する１００℃〜１２０℃程度の温度条件で半硬化するようにすればよい。
ただし、熱硬化型樹脂を半硬化するための条件は、使用する樹脂の種類は勿論、加熱時間や加熱処理雰囲気、球状弾性体３０のサイズやその含有量でも変化する。そのため、半硬化条件を設定する際には、まず、第１の接着剤１１１が球状弾性体３０と一緒に電極１４ａおよび１４ｂ上から流れてしまって互いに混じり合わないような半硬化条件の設定が必要になる。さらに、光偏向素子２０の押圧時には、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂが第１の接着剤１１１を押し退けて球状弾性体３０に接触することができるような半硬化条件の設定が必要になる。紫外線硬化型接着剤を用いた場合も同じであり、紫外線照射によって半硬化するための条件を適当に設定することになる。
また、第１の接着剤１１１に含まれる球状弾性体３０は、厳密に電極１４ａおよび１４ｂ上にのみ配置されていることは必ずしも必要ではなく、第１の接着剤１１１は、電極１４ａおよび１４ｂとその近傍周辺部に塗布することが可能である。
このように、導波路基板１０に対して光偏向素子２０を実装する際に、導波路基板１０の電極１４ａおよび１４ｂ上にのみ、あるいは電極１４ａおよび１４ｂ上とそれらの周辺部上に球状弾性体３０を配置することにより、短絡や導通不良の発生をより確実に防ぎ、光路を確保して光偏向素子２０を導波路基板１０に実装することが可能になる。また、電極間ピッチがいっそう狭くなった場合であっても、より確実な電気的接続と光路確保とが可能である。
なお、上記の球状弾性体３０の配置方法についての説明では、直径約１０μｍの球状弾性体３０を用いた場合を例にして述べたが、球状弾性体３０のサイズはこれに限定されるものではない。球状弾性体３０のサイズを変更した場合には、それに応じて導波路基板１０に形成する凸部１００の高さや接着部材１０１の下降位置も適当に変更することができる。また、球状弾性体３０のサイズや電極１４ａおよび１４ｂの面積に応じて、光学接着剤４０に含まれる球状弾性体３０の量も適当に変更することが可能である。
なお、上記のような光モジュールは、例えば光信号の入出力チャネルを切り換える光スイッチ回路として用いられる。この場合例えば、導波路基板１０の入射側には入力チャネル数に応じたチャネル導波路がそれぞれコリメートレンズを介して接続され、この入力チャネル数に応じて光偏向素子が設けられる。さらにその出射側にはスラブ導波路を介して、光偏向素子、コリメートレンズおよび出力側のチャネル導波路がそれぞれ出力チャネル数に応じて設けられる。ここで例えば、入力側および出力側のチャネル導波路およびコリメートレンズと、光偏向素子間のスラブ導波路とが、図１の基板１１に相当する同一基板上に設けられて、この基板上に入力側および出力側の光偏向素子が搭載される。そして、入力側のチャネル導波路から入射した光信号は、光偏向素子２０で偏向することにより任意の出力チャネルに伝播される。従って、本発明を適用することにより、伝播する光の減衰量が少ない高性能な光スイッチ回路が実現される。
また、以上の実施の形態例では、光電子部品として光偏向素子を適用した場合について説明したが、これに限ったことではない。本発明の光モジュールでは、光電子部品としてこのほかに、例えば、半導体レーザを用いた発光素子や、半導体によるフォトディテクタ等を用いた受光素子等を適用することが可能である。この場合、半導体レーザから発光される光の光軸や、受光効率が最も高くなるようなフォトディテクタに対する入射光の光軸が、導波路基板側の光導波路内の光の伝播方向に正確に一致するように、光電子部品の搭載される高さや角度を微調整することができる。
以上説明したように、本発明の光モジュールの製造方法では、導波路基板の凹部に、球状弾性体を介して光電子部品が配設される。この状態で光電子部品を押圧することにより、球状弾性体が変形して、導波路基板に対する光電子部品の高さと角度を微調節することができる。また、球状弾性体が導電性を有し、凹部に分散して配置されることにより、導波路基板側と光電子部品側の対応する電極同士が球状弾性体を介して電気的に接続される。従って、これらの電極同士を電気的に接続させながら、導波路基板の光導波路における光の伝播方向と光電子部品の光軸とを正確に一致させることができ、伝播する光の損失が低減される。
また、本発明の光モジュールでは、導波路基板の凹部に、球状弾性体を介して光電子部品が配設される。この状態で光電子部品が球状弾性体を押圧することにより、球状弾性体が変形して、導波路基板に対する光電子部品の高さと角度が微調節される。また、球状弾性体が導電性を有し、凹部に分散して配置されることにより、導波路基板側と光電子部品側の対応する電極同士が球状弾性体を介して電気的に接続される。従って、これらの電極同士が電気的に接続されながら、導波路基板の光導波路における光の伝播方向と光電子部品の光軸とが正確に一致し、伝播する光の損失が低減される。
また、本発明では、光モジュールの製造方法において、球状弾性体を導波路基板の電極部に集中して配置するようにしたので、電極間の短絡や導通不良の発生をより確実に防ぎ、光路を確保して光電子部品を導波路基板に実装することが可能になる。
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の光モジュールの実施の形態例を示す図である。
図２は、光偏向素子の構成例を示す図である。
図３は、導波路基板の構成例を示す図である。
図４は、導波路基板に対する光偏向素子の実装方法を説明するための第１の図である。
図５は、導波路基板に対する光偏向素子の実装方法を説明するための第２の図である。
図６は、導波路基板に対する光偏向素子の実装方法を説明するための第３の図である。
図７は、球状弾性体の構造例を示す断面図である。
図８は、調整治具を使用した光導波路間の位置調整方法について説明するための図である。
図９は、マイクロメータを用いた導波路基板間の位置調整手順を示す状態遷移図である。
図１０は、球状弾性体の分散密度が高い場合に起こり得る問題を示した図である。
図１１は、球状弾性体の分散密度が低い場合に起こり得る問題を示した図である。
図１２は、導波路基板に光偏向素子を実装したときの電極接合部分の要部模式図である。
図１３は、導波路基板の電極部に球状弾性体を配置して光偏向素子を実装した形態の一例を示す電極接合部分の要部模式図である。
図１４は、段差構造の形成工程を説明するための要部模式図である。
図１５は、不要な球状弾性体を除去する工程を説明するための要部模式図である。
図１６は、電極上に配置した球状弾性体を介して光偏向素子を実装する工程を説明するための要部模式図である。
図１７は、接着剤を塗布する工程を説明するための要部模式図である。
図１８は、球状弾性体を接着する工程を説明するための要部模式図である。
図１９は、未接着の球状弾性体を除去する工程を説明するための要部模式図である。
図２０は、接着した球状弾性体を介して光偏向素子を実装する工程を説明するための要部模式図である。
図２１は、球状弾性体を含んだ光学接着剤を用いた場合に生じ得る問題を説明するための光偏向素子実装状態の模式図である。
図２２は、マスクの形成工程を説明するための要部模式図である。
図２３は、第１の接着剤を塗布する工程を説明するための要部模式図である。
図２４は、マスクを除去する工程を説明するための要部模式図である。
図２５は、第２の接着剤を塗布する工程を説明するための要部模式図である。
図２６は、球状弾性体を含んだ接着剤を用いた場合の光偏向素子の実装工程を説明するための要部模式図である。
図２７は、球状弾性体を含んだ接着剤を用いた光偏向素子実装状態の模式図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年7月15日(2004.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路が形成された導波路基板上の凹部に光電子部品が搭載され、前記凹部の底面上の電極と前記光電子部品の底部の電極とが電気的に接続される光モジュールの製造方法において、
前記導波路基板の前記凹部の底面上に導電性を有する複数の球状弾性体を分散させて配置し、
前記凹部に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記導波路基板の前記凹部の底面には、その前記光導波路における光の伝播方向の両端部に、前記球状弾性体の直径以上の幅を有する溝があらかじめ設けられることを特徴とする請求項１記載の光モジュールの製造方法。
【請求項３】
導波路基板上に光電子部品が搭載された光モジュールにおいて、
前記導波路基板上には前記光電子部品を配設する凹部が設けられ、前記凹部の底面上には電極が設けられ、
前記光電子部品の底部には前記凹部の底面上に設けられた電極に対応する電極が設けられ、
前記凹部の底面上には導電性を有する複数の球状弾性体が分散して配置され、
前記光電子部品が前記球状弾性体を押圧した状態で前記導波路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４】
光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続される光モジュールの製造方法において、
前記導波路基板の電極部に集中して前記球状弾性体を配置し、
前記導波路基板に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記導波路基板の前記電極部に集中して前記球状弾性体を配置する際には、
前記導波路基板上に複数の電極が形成されている場合には、前記電極部間に前記導波路基板上に突出する凸部を形成し、前記導波路基板上に前記球状弾性体を分散させ、前記凸部によって隔離された前記電極部に前記球状弾性体を配置することを特徴とする請求項４記載の光モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記導波路基板の前記電極部に集中して前記球状弾性体を配置する際には、
前記電極部に接着剤を塗布し、前記導波路基板上に前記球状弾性体を分散させ、前記接着剤に前記球状弾性体を接着させて配置することを特徴とする請求項４記載の光モジュールの製造方法。
【請求項７】
光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続される光モジュールの製造方法において、
前記導波路基板上の前記電極部を除く領域を保護するマスクを形成し、
前記マスクが形成された前記導波路基板上に前記球状弾性体を含有する第１の接着剤を塗布し、
前記マスクを除去し、
前記導波路基板上に第２の接着剤を塗布し、
前記導波路基板に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で、前記第１の接着剤と前記第２の接着剤とを硬化して前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記第１の接着剤の粘度が、前記第２の接着剤の粘度に等しいかまたは前記第２の接着剤の粘度より高いことを特徴とする請求項７記載の光モジュールの製造方法。
【請求項９】
光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続された光モジュールにおいて、
前記導波路基板の電極部に集中して前記球状弾性体が配置され、
前記球状弾性体を介して前記光電子部品が前記導波路基板に電気的に接続されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
前記導波路基板上に複数の電極が形成されていて、前記電極部間に前記導波路基板上に突出する凸部が形成されていることを特徴とする請求項９記載の光モジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、導波路基板上に光電子部品が搭載された光モジュールとその製造方法に関し、特に、導波路基板上の光導波路と光電子部品との位置合わせを正確に行うことが可能な光モジュールの製造方法および光モジュールに関する。
背景技術
近年、大容量の信号の送受信が可能な光通信システムに関する開発が進められている。特に、光信号のスイッチングや合分波や光信号の光電変換等を実現するための光モジュールでは、実装される光電子部品や導波路の性能向上とともに、製造効率の向上が求められている。
光モジュールは、例えば、石英や樹脂系材料で構成される光導波路をＳｉ等の基板上に形成し、同じ基板表面に光偏向素子等の光電子部品を実装することによってなる。このような光モジュールでは、基板側と光電子部品側との間で伝播する光の損失をできるだけ少なくするために、それぞれの光軸を厳密に一致させる必要がある。特に、光通信システムで一般的に使用されているシングルモード光導波路の場合、サブミクロンオーダでの高精度な光軸の一致が要求される。
一般に、石英基板上に光導波路を形成する際には、基板面からのコアの高さを厳密に制御することが難しいため、光電子部品の実装の際に正確なアライメントをとることが必要となる。これに対して、基板からの光電子部品の高さの制御が可能な実装方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この提案によれば、基板上における光電子部品の搭載面に石英の球状スペーサを多数配置し、この上に光電子部品を実装して接着剤で固定している。この場合、球状スペーサの直径に応じて光電子部品の高さを調節して実装することが可能となる。
特許文献１
特開２００１−３３０７６２号公報
しかし、上記の球状スペーサを用いた光電子部品の実装方法では、球状スペーサの直径に応じた一様な高さで光電子部品が固定されるため、光電子部品の実装角度の微調整を行うことができない。また、光電子部品を基板上に実装する場合には、通常、実装面において光電子部品側と基板側の各電極を接合させて導通させる必要がある。しかし、上記の実装方法では電極間に球状スペーサが配置されることから、対応する電極同士を接続することができない。
通常、光電子部品側と基板側の各電極は、半田バンプによって接続および固定されることが多い。しかしこの場合は、半田の温度に対する収縮応力が発生することから、シングルモード光導波路に対して要求されるサブミクロンオーダでの高精度な位置合わせを行うことができなかった。
発明の開示
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、導波路基板に対して光電子部品を正確な位置に搭載して伝播する光の損失を軽減し、かつ導波路基板側と光電子部品側の対応する電極同士を接続することが可能な光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、導波路基板に対して光電子部品を正確な位置に搭載して伝播する光の損失が軽減され、かつ導波路基板側と光電子部品側の対応する電極同士が接続された光モジュールを提供することである。
本発明では上記課題を解決するために、図１に示すように、光導波路１２ａおよび１２ｂが形成された導波路基板１０上の凹部１３に光電子部品が搭載され、前記凹部１３の底面上の電極１４ａおよび１４ｂと前記光電子部品の底部の電極２３ａおよび２３ｂとが電気的に接続される光モジュールの製造方法において、前記導波路基板１０の前記凹部１３の底面上に導電性を有する複数の球状弾性体３０を分散させて配置し、前記凹部１３に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板１０と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で前記光電子部品を前記導波路基板１０に固定することを特徴とする光モジュールの製造方法が提供される。
このような光モジュールの製造方法では、導波路基板１０の凹部１３に、球状弾性体３０を介して光電子部品が配設される。この状態で光電子部品を押圧することにより、球状弾性体３０が変形して、導波路基板１０に対する光電子部品の高さと角度を微調節することができる。また、球状弾性体３０が導電性を有し、凹部１３に分散して配置されることにより、導波路基板１０側と光電子部品側の対応する電極同士が球状弾性体３０を介して電気的に接続される。
また、本発明では、導波路基板上に光電子部品が搭載された光モジュールにおいて、前記導波路基板上には前記光電子部品を配設する凹部が設けられ、前記凹部の底面上には電極が設けられ、前記光電子部品の底部には前記凹部の底面上に設けられた電極に対応する電極が設けられ、前記凹部の底面上には導電性を有する複数の球状弾性体が分散して配置され、前記光電子部品が前記球状弾性体を押圧した状態で前記導波路基板に固定されていることを特徴とする光モジュールが提供される。
このような光モジュールでは、導波路基板の凹部に、球状弾性体を介して光電子部品が配設される。この状態で光電子部品が球状弾性体を押圧することにより、球状弾性体が変形して、導波路基板に対する光電子部品の高さと角度が微調節される。また、球状弾性体が導電性を有し、凹部に分散して配置されることにより、導波路基板側と光電子部品側の対応する電極同士が球状弾性体を介して電気的に接続される。
また、本発明では、光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続される光モジュールの製造方法において、前記導波路基板の電極部に集中して前記球状弾性体を配置し、前記導波路基板に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、ことを特徴とする光モジュールの製造方法が提供される。
このような光モジュールの製造方法によれば、例えば電極部間に段差を形成したり電極部に接着剤を塗布したりするなどして、導電性を有する球状弾性体が導波路基板の電極部に集中して配置される。これにより、光電子部品を導波路基板に固定したときに、それぞれの電極がより確実に球状弾性体を介して電気的に接続されるようになる。
さらに、本発明では、光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続される光モジュールの製造方法において、前記導波路基板上の前記電極部を除く領域を保護するマスクを形成し、前記マスクが形成された前記導波路基板上に前記球状弾性体を含有する第１の接着剤を塗布し、前記マスクを除去し、前記導波路基板上に第２の接着剤を塗布し、前記導波路基板に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で、前記第１の接着剤と前記第２の接着剤とを硬化して前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、ことを特徴とする光モジュールの製造方法が提供される。
このような光モジュールの製造方法によれば、導電性を有する球状弾性体を含んだ第１の接着剤が導波路基板の電極部に選択的に塗布されるので、その電極部に集中して球状弾性体が配置されるようになる。これにより、光電子部品と導波路基板のそれぞれの電極がより確実に球状弾性体を介して電気的に接続されるようになる。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の光モジュールの実施の形態例を示す図である。図１（Ａ）は、光モジュールの平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。
図１に示す光モジュールは、基板１１上に光導波路１２ａおよび１２ｂが形成された導波路基板１０に、光電子部品として光偏向素子２０が搭載された構成を有する。また、導波路基板１０と光偏向素子２０との間には、球状弾性体３０が配置され、導波路基板１０と光偏向素子２０とは光学接着剤４０によって固着されている。
導波路基板１０は、例えば石英等によってなる基板１１上に、Ｇｅ等をドープした石英によってクラッド層、コア層およびクラッド層が積層された光導波路１２ａおよび１２ｂが形成された構造を有する。なお図１では、この光導波路１２ａおよび１２ｂはスラブ導波路として実現されているが、それぞれがチャネル導波路として実現されていてもよい。
この導波路基板１０上には、光偏向素子２０を搭載するための凹部１３が、光導波路１２ａおよび１２ｂを断絶するように設けられている。また、凹部１３内の底面には、光導波路１２ａおよび１２ｂの形成方向の両端部に溝部１３ａおよび１３ｂが形成されている。さらに、凹部１３の底面には電極１４ａおよび１４ｂが設けられている。
光偏向素子２０では、導電性基板２１上に、電気光学効果を有する材料によってなる光導波路２２が形成されている。また、光導波路２２の導電性基板２１との反対面には、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂが設けられている。これらのプリズム型電極２３ａおよび２３ｂは、それぞれ導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂに接続するために設けられている。
導波路基板１０の凹部１３の底面には、多数の球状弾性体３０が分散して配置されている。この球状弾性体３０は導電性を有している。また、各球状弾性体３０は同じ大きさとなっているが、その直径は、電極１４ａおよび１４ｂの間隔、およびプリズム型電極２３ａおよび２３ｂの間隔より小さくされている。
光偏向素子２０は、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂが設けられた面を導波路基板１０側に向けて、導波路基板１０の凹部１３内に球状弾性体３０を介して配設されている。ここで、球状弾性体３０が導電性を有し、凹部１３の底面に分散されていることから、導波路基板１０側に設けられた電極１４ａおよび１４ｂと、光偏向素子２０側に設けられた対応するプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとがそれぞれ電気的に接続される。
また、光偏向素子２０は、自身の光導波路２２を伝播する光と、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂを伝播する光とが正確に光結合するように、球状弾性体３０を押圧した状態のまま、光学接着剤４０によって導波路基板１０に固着されている。球状弾性体３０は、光偏向素子２０による押圧によって変形し、光偏向素子２０の底部および導波路基板１０の底面に反力を与える。光学接着剤４０は、この反力によって導波路基板１０に対する位置が動かないように光偏向素子２０を保持している。
このような構成を有する光モジュールは、以下のように動作する。例えば、図中左側から光導波路１２ａに対して、コリメート光とされた光信号が入射される。光導波路１２ａを伝播した光信号は、光学接着剤４０を介して、光偏向素子２０の光導波路２２に入射する。この光導波路２２は電気光学効果を有する材料により形成されていることから、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂと導電性基板２１との間に電界が印加されることにより光導波路２２内の屈折率が変化し、伝播する光信号が偏向する。偏向した光信号は、光導波路２２から光学接着剤４０を介して導波路基板１０側の光導波路１２ｂに入射し、この中を伝播する。
以上のような光モジュールでは、導波路基板１０の凹部１３に、球状弾性体３０を介して光偏向素子２０が配設され、この状態で光偏向素子２０が球状弾性体３０を押圧することにより、球状弾性体３０が変形する。このような球状弾性体３０の弾性を利用することで、光偏向素子２０の光導波路２２と、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂとの間の位置合わせをサブミクロンオーダで微調節することが可能となり、正しく位置合わせされた状態のまま光学接着剤４０により保持される。
また、球状弾性体３０は導電性を有し、凹部１３の底面に分散して配置されるため、導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂと光偏向素子２０側の対応するプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとが球状弾性体３０を介して電気的に接続される。ここで、球状弾性体３０の直径を、隣接する電極１４ａおよび１４ｂの間隔、およびプリズム型電極２３ａおよび２３ｂの間隔より小さくすることで、隣接する電極同士が球状弾性体３０によって導通することが防止される。
従って、導波路基板１０側と光偏向素子２０側の電極同士の電気的接続が確実に行われながら、導波路基板１０の光導波路１２ａおよび１２ｂと、光偏向素子２０の光導波路２２との光結合をより確実にし、これらの間を伝播する光の損失を低減させることが可能となる。
また、凹部１３の底面の両端に溝部１３ａおよび１３ｂを設けたことにより、底面の両端部に配置された球状弾性体３０はこの溝部１３ａおよび１３ｂに落ち込む。これにより、光偏向素子２０を配設したときに、光偏向素子２０側の光導波路２２の端面と、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂの端面との間に球状弾性体３０が配置されて、光導波路間の光路が塞がれることが防止される。このため、溝部１３ａおよび１３ｂの幅は、球状弾性体３０の直径以上とされることが望ましい。
次に、上記の光モジュールの実施例およびその製造工程について説明する。この光モジュールの製造方法では、導波路基板１０に対して光偏向素子２０が搭載される前に、図２および図３にそれぞれ示すような光偏向素子２０および導波路基板１０があらかじめ形成される。
図２は、光偏向素子２０の構成例を示す図である。図２（Ａ）は光偏向素子２０の平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。
光偏向素子２０は、導電性基板２１上に光導波路２２が形成され、さらにプリズム型電極２３ａおよび２３ｂが設けられた構造を有する。導電性基板２１としては、強誘電体であるＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3）の単結晶にＮｂをドープして、導電性を持たせたものを使用する。また、光導波路２２には、強誘電体である鉛系ペロブスカイトであるＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3）、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ0.91Ｌａ0.09）（Ｚｒ0.65Ｔｉ0.35））をそれぞれコア、クラッドとして使用する。
光導波路２２は、導電性基板２１上にＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＰＺＴの順で、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ゾルゲル法、スパッタリング法またはＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法等を用いてヘテロエピタキシャル成長させることで積層される。コアおよび上下クラッドを含む光導波路２２の膜厚は、例えば９μｍとする。
この後、光導波路２２の導電性基板２１に対向する面に、三角形状のプリズム型電極２３ａおよび２３ｂを形成する。このプリズム型電極２３ａおよび２３ｂは、白金膜をメタルマスクを用いてスパッタリング法により形成され、厚みが２０００Åとされる。なお、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂの互いの間隔は、後に使用する球状弾性体３０の直径より大きくする必要がある。例えば、直径が７μｍである球状弾性体３０を使用した場合、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂの間の最小間隔を１００μｍとする。１００μｍの間隔があれば、球状弾性体３０が数個〜１０個程度並んだとしても、短縮しないで済む。
また、図２の例では偏向方向の異なる２つのプリズム型電極２３ａおよび２３ｂが形成されているが、これらのいずれかのみが形成される場合もある。
図３は、導波路基板１０の構成例を示す図である。図３（Ａ）は導波路基板１０の平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。
本実施例では、導波路基板１０の基板１１として石英を使用し、導波路基板１０の光導波路１２ａおよび１２ｂのコアには、Ｇｅを拡散させて屈折率を高めた石英を使用する。まず、平板状の基板１１上に、Ｇｅを拡散させた石英によりコア領域を形成した後、この上にスパッタリング法によってオーバクラッドとなる石英を積層して、基板１１上に一様な導波路構造を形成する。ここで、光導波路の膜厚は、光偏向素子２０の光導波路２２の膜厚と同じとされる。
次に、光偏向素子２０を搭載するための凹部１３を形成する。この凹部１３は、基板１１上に形成された光導波路のオーバクラッドの上面から、基板１１方向に１５μｍの深さで、フッ素系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）により形成される。ここで、凹部１３の光路方向の長さは、光偏向素子２０の配設時に余裕を持たせるために、光偏向素子２０の光導波路２２の光路方向の長さより１００μｍだけ長く形成する。
またこの後、凹部１３の底面の光路側両端に溝部１３ａおよび１３ｂを形成する。この溝部１３ａおよび１３ｂは、凹部１３の底面にレジストを塗布してパターニングを施した後、反応性イオンエッチングにより光路方向の両端面から５０μｍずつの幅で、１０μｍの深さで形成される。
さらに、この凹部１３の底面に、光偏向素子２０のプリズム型電極２３ａおよび２３ｂと接続するための電極１４ａおよび１４ｂを設ける。これらの電極１４ａおよび１４ｂは、凹部１３の底面にレジストを塗布してパターニングを施した後、まずスパッタリング法で厚さ５００Åのチタン膜を積層した後、さらにリフトオフ法により厚さ２０００Åの白金膜を積層することで形成される。なお、光偏向素子２０側のプリズム型電極２３ａおよび２３ｂと同様に、電極１４ａおよび１４ｂの互いの間隔は、後に使用する球状弾性体３０の直径より大きくしておく必要がある。
以下、図４〜図６を用いて、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の実装方法の例について説明する。図４は、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の実装方法を説明するための第１の図である。また、図５は、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の実装方法を説明するための第２の図である。さらに、図６は、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の実装方法を説明するための第３の図である。
まず、図４（Ａ）に示すように、直径７μｍの球状弾性体３０をエタノール５０中に混入・分散させ、このエタノール５０を導波路基板１０の凹部１３の底面に塗布する。なお、球状弾性体３０についての具体的な説明は、後の図７において説明することにする。また、図中ではわかりやすくするために、球状弾性体３０の直径や光導波路１２ａ、１２ｂおよび２２の膜厚を大きく示しているが、実際にはこれらの大きさは光導波路２２の光路方向の長さと比較して極めて小さく、さらに球状弾性体３０は多数存在している。
次に、図４（Ｂ）に示すように、エタノール５０を乾燥させる。これにより、球状弾性体３０は、凹部１３の底面上にランダムに分散して配置される。また、凹部１３の底面上において、光導波路１２ａおよび１２ｂの端面付近に位置した球状弾性体３０は、溝部１３ａおよび１３ｂに落とし込まれる。
ここで、配置された球状弾性体３０が凹部１３の底面に敷き詰められず、球状弾性体３０同士に間隔が開くように、エタノール５０中に混入する球状弾性体３０の量を調整する必要がある。
次に、図５（Ａ）に示すように、導波路基板１０の凹部１３内に、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂの接地面を導波路基板１０側に向けた状態で光偏向素子２０を配設する。これにより、凹部１３の底面と光偏向素子２０との間、および導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂとこれらに対応するプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとの間に、多数の球状弾性体３０が挟み込まれる。
次に、図５（Ｂ）に示すように、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の搭載位置を調整するための調整治具６０を用いて、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂと光偏向素子２０側の光導波路２２との間の位置調整を行う。調整治具６０は、板バネ６１によって光偏向素子２０の導電性基板２１に密着された押圧盤６２と、押圧盤６２の高さ方向の移動量を微調整するためのマイクロメータ６３を有し、導波路基板１０に固定される。
また、マイクロメータ６３は、光導波路１２ａ、１２ｂおよび２２を伝播する光の光軸に対して、前後方向および左右方向（図５において紙面に向かって前後方向）の端部にそれぞれ１つずつで合計４つ設けられている。これにより、光偏向素子２０が搭載される高さとともに、光軸方向に対する光導波路２２の前後方向および左右方向の角度についても調整することができる。なお、光導波路１２ａおよび１２ｂと、光導波路２２との間の位置調整方法の例は、後に図８および図９において詳述する。
ここで、光偏向素子２０の底面が球状弾性体３０に最初に触れた時点では、光導波路２２が、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂよりわずかに高い位置となるように、球状弾性体３０の直径を選択することが必要となる。
そして、この状態からマイクロメータ６３によって押圧盤６２をさらに下げ、光偏向素子２０を導波路基板１０側に押圧することで、球状弾性体３０が変形して、光偏向素子２０の高さが下げられる。このように、球状弾性体３０の弾性を利用することで、光導波路１２ａおよび１２ｂと光導波路２２との間の光結合状態を、サブミクロンオーダで微調整することが可能となる。
またこのとき、球状弾性体３０が導電性を有することから、導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂと光偏向素子２０側の対応するプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとが電気的に接続される。さらに、球状弾性体３０の直径が、隣接する電極１４ａと１４ｂの間隔、およびプリズム型電極２３ａと２３ｂの間隔より小さいため、隣接する電極同士が球状弾性体３０によって導通することが防止される。従って、導波路基板１０側と光偏向素子２０側の対応する電極同士の確実な電気的接続が行われる。
また、導波路基板１０の凹部１３に溝部１３ａおよび１３ｂが形成されていることにより、凹部１３内の光路方向の端部に位置する球状弾性体３０がこの溝部１３ａおよび１３ｂに収容され、光導波路２２と光導波路１２ａおよび１２ｂとの間の光路が確実に確保される。
以上のように、光導波路間の位置調整が正しく行われた状態で、光偏向素子２０は調整治具６０によって保持される。そしてこの状態のまま、図６（Ａ）に示すように、光偏向素子２０と、導波路基板１０の光導波路１２ａおよび１２ｂの端面との間の間隙に光学接着剤４０を流し込み、光偏向素子２０を導波路基板１０に対して仮固定する。光学接着剤４０としては、例えば紫外線硬化型のエポキシ樹脂等を使用し、この光学接着剤４０が完全に固化した後、調整治具６０を導波路基板１０から取り外す。そして、図６（Ｂ）に示すように、光学接着剤４０をさらに付与して、光偏向素子２０と導波路基板１０とを完全に固定する。
以上の実装方法では、光学接着剤４０の付与を２度に分けて行い、光偏向素子２０を固定させているが、光導波路間の位置調整後に調整治具６０で光偏向素子２０を保持した状態で、光学接着剤４０の付与を１度だけ行うことにより光偏向素子２０の固定を行ってもよい。
ここで、本発明に適用可能な球状弾性体３０の例を挙げる。図７は、球状弾性体３０の構造例を示す断面図である。
本発明では、球状弾性体３０として、弾性を有する球状の樹脂等の有機物を、導電性の金属によって被覆したものを使用することができる。ここでは図７に示すように、中心樹脂３１の周りに２層の金属膜３２および３３を設けたものを例示する。中心樹脂３１は、例えばポリスチレンによってなり、またこの周りに金属膜３２および３３としてそれぞれＮｉ、Ａｕが順次成膜されて形成される。このような球状弾性体３０としては、例えば積水化学工業製の「ミクロパール（商品名、登録商標）」を好適に使用することができ、上記の導波路基板１０と光偏向素子２０の位置合わせに適した直径を有するものを選択して使用する。
次に、図８は、調整治具６０を使用した光導波路間の位置調整方法について説明するための図である。図８（Ａ）は、調整治具６０を含む機構全体の平面図を示し、図８（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図を示している。
なお、図中に示すように、光導波路内の光路方向をＸ軸、光導波路面に対する高さ方向をＹ軸、光導波路面内の左右方向をＺ軸とする。
光偏向素子２０および導波路基板１０の光導波路間の位置調整を行う際には、例えば、図８に示すように、光導波路内に光を入射するための光ファイバ７１ａおよび７１ｂと、これらにそれぞれ対応するフォトディテクタ（ＰＤ）７２ａおよび７２ｂが使用される。ここで、各光ファイバ７１ａおよび７１ｂをＺ軸方向に並列させ、導波路基板１０側の光導波路１２ａに光を平行に入射させ、光偏向素子２０側の光導波路２２を通り、再び導波路基板１０側の光導波路１２ｂを伝播したそれぞれの光を、フォトディテクタ７２ａおよび７２ｂで受光する。そして、各フォトディテクタ７２ａおよび７２ｂにおける受光量を検出しながらマイクロメータ６３を調節し、受光量が最も多くなることによって光導波路間の位置が正しい位置となったことを判断する。
ここで、調整治具６０には、押圧盤６２の四隅の押圧量を独立して調整するための４つのマイクロメータ６３ａ、６３ｂ、６３ｃおよび６３ｄを設ける。これにより、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の高さや角度を微調整することが可能となる。
図９は、マイクロメータ６３ａ〜６３ｄを用いた導波路基板間の位置調整手順を示す状態遷移図である。
まず、４つのマイクロメータ６３ａ〜６３ｄによる各変位量がすべて同じになるように回転させ、フォトディテクタ７２ａおよび７２ｂの受光量が最大となる位置に調整する（ステップＳ９１）。これにより、導波路基板１０に対する光偏向素子２０の高さが大まかに調整される。
次に、マイクロメータ６３ａおよび６３ｂ、マイクロメータ６３ｃおよび６３ｄの各組み合わせて独立して回転させ、フォトディテクタ７２ａおよび７２ｂにおける各受光量が等しくなるように調整する。これにより、光偏向素子２０のＸ軸まわりの角度が調整される（ステップＳ９２）。
次に、マイクロメータ６３ａおよび６３ｃ、マイクロメータ６３ｂおよび６３ｄの各組み合わせて独立して回転させ、フォトディテクタ７２ａおよび７２ｂの各受光量が最大となるように調整する。これにより、光偏向素子２０のＹ軸まわりの角度が調整される（ステップＳ９３）。
次に、ステップＳ９１に戻って、再び光偏向素子２０全体の一様な高さを調整する。この後、ステップＳ９３での調整と、ステップＳ９１での調整とを例えば３回以上繰り返して（ステップＳ９４）、調整終了とする。
このような調整手順により、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂに対する、光偏向素子２０側の光導波路２２の高さおよび角度を調整することが可能となり、各光導波路間で伝播する光の光結合を確実にすることができる。
以上のような光モジュールの製造工程では、導波路基板１０の凹部１３に、球状弾性体３０を介して光偏向素子２０が配設され、この状態で光偏向素子２０を押圧して球状弾性体３０を変形させることにより、光偏向素子２０の高さと角度が微調整される。このような調整方法では、球状弾性体３０の弾性を利用することにより、光偏向素子２０の光導波路２２と、導波路基板１０側の光導波路１２ａおよび１２ｂとの間の位置合わせの精度を高めることが可能となる。
また、球状弾性体３０は導電性を有し、凹部１３の底面に分散して配置されるため、導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂと光偏向素子２０側の対応するプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとが球状弾性体３０を介して電気的に接続される。従って、導波路基板１０側と光偏向素子２０側の電極同士の電気的接続が確実に行われながら、導波路基板１０の光導波路１２ａおよび１２ｂと光偏向素子２０の光導波路２２の間でより確実な光結合が行われ、伝播する光の損失が低減される。
上記の光モジュールの製造工程においては、一例として、導波路基板１０の凹部１３底面に、球状弾性体３０を混入したエタノール５０を塗布し、これを乾燥することにより、球状弾性体３０をランダムに分散させて配置するようにしている。ただし、このようにエタノール５０を用いて球状弾性体３０を分散させる場合には、前述のようにエタノール５０中の球状弾性体３０の量を調整し、導波路基板１０上での球状弾性体３０の分散密度を適切に制御する必要がある。これは、分散密度が適切でない場合には、例えば次の図１０あるいは図１１に示すような問題が発生する可能性があるためである。
図１０は球状弾性体の分散密度が高い場合に起こり得る問題を示した図である。球状弾性体３０の分散密度が高すぎると、導波路基板１０側の隣接する電極１４ａと１４ｂの間、光偏向素子２０側の隣接するプリズム型電極２３ａと２３ｂの間にも数珠つなぎで球状弾性体３０が配置されてしまい、短絡する可能性がでてきてしまう。また、図１１は球状弾性体の分散密度が低い場合に起こり得る問題を示した図である。球状弾性体３０の分散密度が低すぎると、導波路基板１０側の電極１４ａと光偏向素子２０側のプリズム型電極２３ａの間に球状弾性体３０が全く存在せず、導通がとれないといった問題が発生する可能性がでてきてしまう。
このような点を考慮し、短絡や導通不良を発生させることなく、電極間をより確実に電気的に接続するためには、球状弾性体３０を電極部（電極が形成されている領域、または電極とその近傍の周辺部を含む領域）に集中して配置するようにすることが有効である。図１２は導波路基板に光偏向素子を実装したときの電極接合部分の要部模式図である。すなわち、この図１２に示すように、導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂとこれらにそれぞれ対向する光偏向素子２０側のプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとの間に、集中して球状弾性体３０を存在させるようにすればよい。以下、このように球状弾性体３０を配置する方法について詳細に説明する。
図１３は導波路基板の電極部に球状弾性体を配置して光偏向素子を実装した形態の一例を示す電極接合部分の要部模式図である。この例では、導波路基板１０側の電極１４ａと１４ｂの間に、感光性ポリマーや感光性樹脂あるいはＳｉＯ2等の絶縁材料を用いて、導波路基板１０表面から球状弾性体３０の直径よりも小さな高さで突出する凸部１００が形成されている。このような段差構造を形成することにより、電極１４ａおよび１４ｂ上に配置された球状弾性体３０は、側方への自由な移動が規制されてそこに留まるようになる。そのため、対向する電極１４ａとプリズム型電極２３ａ、電極１４ｂとプリズム型電極２３ｂが、それぞれ球状弾性体３０を介して確実に電気的に接続されるようになる。さらに、このような段差構造により、隣接する電極１４ａと１４ｂの間、プリズム型電極２３ａと２３ｂの間で短絡することがなくなる。
ここで、図１４から図１６を用いて、段差構造を利用した球状弾性体３０の配置方法について説明する。図１４は段差構造の形成工程を説明するための要部模式図、図１５は不要な球状弾性体を除去する工程を説明するための要部模式図、図１６は電極上に配置した球状弾性体を介して光偏向素子を実装する工程を説明するための要部模式図である。
まず、例えば感光性ポリイミドをスピンコートによって導波路基板１０上に塗布する。その際、使用する球状弾性体３０が例えば直径約１０μｍであれば、感光性ポリイミドは膜厚が例えば約７μｍになるよう塗布する。次いで、塗布した感光性ポリイミドを、フォトマスクを用いて電極１４ａと１４ｂの間にのみ感光性ポリイミドが残るようパターン露光し、図１４に示すような凸部１００を形成する。なお、ここでは凸部１００の高さを、球状弾性体３０の直径よりも小さな約７μｍに設定したが、この高さは任意に変更可能である。ただし、球状弾性体３０の側方への自由な移動を規制するためには、使用する球状弾性体３０の直径のおよそ半値以上の高さとなるように形成しておくことが好ましい。
凸部１００の形成後、導波路基板１０上に球状弾性体３０をそのまま散布するか、あるいは球状弾性体３０を含んだエタノールを塗布し、球状弾性体３０を分散させる。導波路基板１０には凸部１００によって段差構造が形成されているため、球状弾性体３０は、電極１４ａおよび１４ｂ上に集中的に配置され、電極１４ａおよび１４ｂ上から自由に転がっていってしまうことがない。
ただし、図１５に示すように、球状弾性体３０は凸部１００上に残る場合があるので、電極１４ａおよび１４ｂ上にのみ球状弾性体３０を配置させるために、図１６に示すように、接着面１０１ａを有する接着部材１０１を用いて凸部１００上の球状弾性体３０を除去することが好ましい。その場合、接着部材１０１は、球状弾性体３０が直径約１０μｍであれば、導波路基板１０表面から例えば約１５μｍの高さまで下降させ、そこから再び上昇させるようにする。これにより、接着部材１０１には電極１４ａおよび１４ｂ上の球状弾性体３０は接着せず、凸部１００上の導通に寄与しない不要な球状弾性体３０のみが接着して導波路基板１０から除去されるようになる。また、このように接着部材１０１を用いるほか、球状弾性体３０を直接散布した後あるいは球状弾性体３０を含んだエタノールを塗布して乾燥した後に、導波路基板１０に振動を与えるなどして凸部１００上の球状弾性体３０をそこから移動させるようにすることも可能である。
凸部１００上の不要な球状弾性体３０を除去した後は、上記図１３に示した光偏向素子２０を導波路基板１０側へ下降させる。そして、そのプリズム型電極２３ａおよび２３ｂを導波路基板１０に配置された球状弾性体３０に接触させた状態で、上記調整治具６０あるいはフリップチップボンダーを用いて位置合わせを行いながら押圧して保持する。最後に、その状態のまま、熱硬化型あるいは紫外線硬化型の光学接着剤を用い、図６に示したようにして光偏向素子２０を導波路基板１０に固定する。なお、この光学接着剤の付与は、前述のように１度で行ってもよい。また、球状弾性体３０の配置後で光偏向素子２０の実装前に導波路基板１０上に光学接着剤を付与しておき、その後、光偏向素子２０を導波路基板１０に固定するようにしてもよい。
また、球状弾性体３０を電極１４ａおよび１４ｂ上に配置するために、電極１４ａおよび１４ｂ上に薄膜状に接着剤を塗布しておき、これに球状弾性体３０を接着させるようにしてもよい。ここで、図１７から図２０を用いて、電極１４ａおよび１４ｂ上に接着剤を塗布して球状弾性体３０を配置する方法について説明する。図１７は接着剤を塗布する工程を説明するための要部模式図、図１８は球状弾性体を接着する工程を説明するための要部模式図、図１９は未接着の球状弾性体を除去する工程を説明するための要部模式図、図２０は接着した球状弾性体を介して光偏向素子を実装する工程を説明するための要部模式図である。
まず、図１７に示すように、導波路基板１０の電極１４ａおよび１４ｂ上に接着剤１０２を薄膜状に塗布する。接着剤１０２の塗布には、例えばメタルマスクを用いたスクリーンプリンティング法を用いることができる。
次いで、導波路基板１０上に球状弾性体３０をそのまま散布するか、あるいは導波路基板１０を球状弾性体３０が撹拌されている空間内を通過させ、図１８に示すように、導波路基板１０上に球状弾性体３０を分散させる。これにより、電極１４ａおよび１４ｂ上の球状弾性体３０は接着剤１０２に接着されるようになる。接着剤１０２に未接着の球状弾性体３０は、図１９に示すように、例えば振動や送風、あるいは上下反転等の適当な手段で導波路基板１０から除去する。
その後、図２０に示すように、光偏向素子２０を導波路基板１０側へ下降させ、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂを球状弾性体３０に接触させた状態で位置合わせを行いながら押圧して保持する。それにより、球状弾性体３０は、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂに押されて接着剤１０２を押し退けて電極１４ａおよび１４ｂに接触するようになる。最後に、導波路基板１０と光偏向素子２０の間に光学接着剤を付与し、これを硬化する。これにより、電極１４ａとプリズム型電極２３ａ、電極１４ｂとプリズム型電極２３ｂが球状弾性体３０を介して電気的に接続された状態で、光偏向素子２０が導波路基板１０に固定されるようになる。なお、光学接着剤の付与は１度で行っても２度に分けて行ってもよく、また、球状弾性体３０の配置後で光偏向素子２０の実装前に導波路基板１０上に光学接着剤を付与し、光偏向素子２０を導波路基板１０に固定するようにしてもよい。
このように、導波路基板１０の電極１４ａおよび１４ｂ上に集中して球状弾性体３０が配置されるようにすることにより、短絡や導通不良を発生させることなく、光偏向素子２０を導波路基板１０に実装することが可能になる。なお、球状弾性体３０は、厳密に電極１４ａおよび１４ｂ上にのみ配置されていることは必ずしも必要ではない。上記凸部１００を形成する場合であれば、電極１４ａと１４ｂの間が絶縁材料を用いて形成される段差構造で隔離されている限り、球状弾性体３０は電極１４ａおよび１４ｂ上とそれらのそれぞれの近傍周辺部に配置されていて構わない。また、上記接着剤１０２は、電極１４ａと１４ｂの間で分断され、電極１４ａ側に接着した球状弾性体３０と電極１４ｂ側に接着した球状弾性体３０とが接触しない限り、電極１４ａおよび１４ｂ上とそれらのそれぞれの近傍周辺部に塗布されていて構わない。
球状弾性体３０を導波路基板１０上に分散させるには、上記のような球状弾性体３０の直接散布や球状弾性体３０を含む揮発性溶媒の塗布のほか、球状弾性体３０を光学接着剤の中に混入してこれを導波路基板１０に塗布してもよい。その場合は、光偏向素子２０の実装前に導波路基板１０上に球状弾性体３０を含んだ光学接着剤を塗布し、その後、光偏向素子２０を押圧して位置合わせをした状態でその光学接着剤を固化すればよい。導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂとこれらに対向する光偏向素子２０側のプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとの間にある球状弾性体３０が導通に寄与するようになる。
しかし、この場合も図１０および図１１に示したのと同様に、光学接着剤中の球状弾性体３０の含有量が多すぎれば短絡する可能性があり、含有量が少なすぎれば導通不良が発生する可能性がある。また、図２１は球状弾性体を含んだ光学接着剤を用いた場合に生じ得る問題を説明するための光偏向素子実装状態の模式図である。この図２１に示すように、球状弾性体３０を含んだ光学接着剤４０を用いた場合には、電極周辺以外に存在して導通に寄与しない球状弾性体３０が、光導波路１２と２２の間の光路を塞いでしまうことがある。
このように球状弾性体３０を含んだ接着剤を用いる場合であっても、電極部に集中して球状弾性体３０を配置させるようにすることが可能である。ここで、図２２から図２６を用いて、球状弾性体３０を含む接着剤を用いた球状弾性体３０の配置方法について説明する。図２２はマスクの形成工程を説明するための要部模式図、図２３は第１の接着剤を塗布する工程を説明するための要部模式図、図２４はマスクを除去する工程を説明するための要部模式図、図２５は第２の接着剤を塗布する工程を説明するための要部模式図、図２６は球状弾性体を含んだ接着剤を用いた場合の光偏向素子の実装工程を説明するための要部模式図である。
まず、図２２に示すように、導波路基板１０上の電極１４ａおよび１４ｂ以外の領域をマスク１１０で保護する。マスク１１０には、例えばメタルマスクやメッシュマスクを用いることができる。
マスク１１０の形成後、図２３に示すように、球状弾性体３０が例えば５体積％〜２０体積％程度含まれている第１の接着剤１１１を、スクリーン印刷機を用いて塗布する。この第１の接着剤１１１には、一般的なエポキシ系の熱硬化型樹脂や紫外線硬化型樹脂を用いることができ、これに所定量の球状弾性体３０が含有されるように調製する。第１の接着剤１１１の塗布後は、図２４に示すように、マスク１１０を剥離して除去する。第１の接着剤１１１には、マスク１１０を除去した後に、電極１４ａおよび１４ｂ上からその側方へ流れてしまって互いに混じり合わないような粘度を有するものを用いるようにすることが望ましい。
次いで、図２５に示すように、導波路基板１０上に第２の接着剤１１２を塗布する。この第２の接着剤１１２は、第１の接着剤１１１に用いた樹脂と同じでもよく、異なっていてもよい。さらに、熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂のいずれであっても構わない。
接着剤として用いる樹脂の選定にあたっては、第１の接着剤１１１の粘度ρ１と第２の接着剤１１２の粘度ρ２との間に、ρ１≧ρ２、の関係が満たされるようにすることが好ましい。例えば、第１の接着剤１１１に粘度ρ１が２０００ｍＰａ・ｓ〜５０００ｍＰａ・ｓ程度のものを用い、第２の接着剤１１２に粘度ρ２が１０００ｍＰａ・ｓ程度のものを用いることができる。
第２の接着剤１１２の塗布後は、フリップチップボンダー等を用いて光偏向素子２０を導波路基板１０側に押圧する。その際は、図２６に示すように、電極１４ａとプリズム型電極２３ａ、電極１４ｂとプリズム型電極２３ｂはそれぞれ球状弾性体３０を介して接続され、第１の接着剤１１１および第２の接着剤１１２が混じり合った接着剤１１３のうち余分なものは側方へと流出する。光偏向素子２０の位置合わせを行ってこれを保持し、接着剤１１３が熱硬化型樹脂のみを含んでいる場合には加熱によって硬化し、接着剤１１３が紫外線硬化型樹脂のみを含んでいる場合には紫外線照射によって硬化し、光偏向素子２０を導波路基板１０に固定する。また、第１の接着剤１１１に熱硬化型樹脂を用い、第２の接着剤１１２に紫外線硬化型樹脂を用いている場合には、第１の接着剤１１１を加熱によって硬化した後、第２の接着剤１１２を紫外線照射によって硬化する。第１の接着剤１１１に紫外線硬化型樹脂を用い、第２の接着剤１１２に熱硬化型樹脂を用いている場合は、第１の接着剤１１１を紫外線照射によって硬化した後、第２の接着剤１１２を加熱によって硬化すればよい。
なお、導波路基板１０の上記基板１１が透明材料からなる場合には、基板１１を透過させて紫外線照射を行うことができるので、第２の接着剤１１２あるいは第１の接着剤１１１には紫外線硬化型樹脂が好適に用いられる。その点で、基板１１が透明でない場合には、第２の接着剤１１２あるいは第１の接着剤１１１には熱硬化型樹脂を好適に用いることができる。
図２７は球状弾性体を含んだ接着剤を用いた光偏向素子実装状態の模式図である。上記方法によれば、図２７に示すように、導波路基板１０側の電極１４ａおよび１４ｂとこれらに対向する光偏向素子２０側のプリズム型電極２３ａおよび２３ｂとの間に球状弾性体３０が配置され、さらに光導波路１２と２２の間には球状弾性体３０を存在させないようにすることができる。これにより、導波路基板１０と光偏向素子２０の間で導通に寄与しない球状弾性体３０によって光路が塞がれてしまうことがなくなる。このように接着剤１１３が導波路基板１０と光偏向素子２０の光導波路間に存在することとなる場合には、第２の接着剤１１２には光学接着剤を用いるようにする。あるいは電極１４ａおよび１４ｂの周囲には第１の接着剤１１１および第２の接着剤１１２として通常の熱硬化型樹脂や紫外線硬化型樹脂を用い、光導波路部分には光学接着剤を用いるようにしてもよい。
なお、図２４に示したマスク１１０を除去した後に、第１の接着剤１１１が電極１４ａおよび１４ｂ上から側方へ流れて混じり合ってしまうことによる短絡を防止するため、マスク１１０の除去後で第２の接着剤１１２の塗布前に、第１の接着剤１１１を半硬化させるようにしてもよい。例えば、第１の接着剤１１１および第２の接着剤１１２に熱硬化型樹脂を用いた場合には、第１の接着剤１１１を適当な温度で加熱して半硬化した後、それよりも高い温度で第２の接着剤１１２を加熱して完全に硬化させるようにする。一例として、硬化温度が１６０℃程度の熱硬化型樹脂であれば、硬化が開始する１００℃〜１２０℃程度の温度条件で半硬化するようにすればよい。
ただし、熱硬化型樹脂を半硬化するための条件は、使用する樹脂の種類は勿論、加熱時間や加熱処理雰囲気、球状弾性体３０のサイズやその含有量でも変化する。そのため、半硬化条件を設定する際には、まず、第１の接着剤１１１が球状弾性体３０と一緒に電極１４ａおよび１４ｂ上から流れてしまって互いに混じり合わないような半硬化条件の設定が必要になる。さらに、光偏向素子２０の押圧時には、プリズム型電極２３ａおよび２３ｂが第１の接着剤１１１を押し退けて球状弾性体３０に接触することができるような半硬化条件の設定が必要になる。紫外線硬化型接着剤を用いた場合も同じであり、紫外線照射によって半硬化するための条件を適当に設定することになる。
また、第１の接着剤１１１に含まれる球状弾性体３０は、厳密に電極１４ａおよび１４ｂ上にのみ配置されていることは必ずしも必要ではなく、第１の接着剤１１１は、電極１４ａおよび１４ｂとその近傍周辺部に塗布することが可能である。
このように、導波路基板１０に対して光偏向素子２０を実装する際に、導波路基板１０の電極１４ａおよび１４ｂ上にのみ、あるいは電極１４ａおよび１４ｂ上とそれらの周辺部上に球状弾性体３０を配置することにより、短絡や導通不良の発生をより確実に防ぎ、光路を確保して光偏向素子２０を導波路基板１０に実装することが可能になる。また、電極間ピッチがいっそう狭くなった場合であっても、より確実な電気的接続と光路確保とが可能である。
なお、上記の球状弾性体３０の配置方法についての説明では、直径約１０μｍの球状弾性体３０を用いた場合を例にして述べたが、球状弾性体３０のサイズはこれに限定されるものではない。球状弾性体３０のサイズを変更した場合には、それに応じて導波路基板１０に形成する凸部１００の高さや接着部材１０１の下降位置も適当に変更することができる。また、球状弾性体３０のサイズや電極１４ａおよび１４ｂの面積に応じて、光学接着剤４０に含まれる球状弾性体３０の量も適当に変更することが可能である。
なお、上記のような光モジュールは、例えば光信号の入出力チャネルを切り換える光スイッチ回路として用いられる。この場合例えば、導波路基板１０の入射側には入力チャネル数に応じたチャネル導波路がそれぞれコリメートレンズを介して接続され、この入力チャネル数に応じて光偏向素子が設けられる。さらにその出射側にはスラブ導波路を介して、光偏向素子、コリメートレンズおよび出力側のチャネル導波路がそれぞれ出力チャネル数に応じて設けられる。ここで例えば、入力側および出力側のチャネル導波路およびコリメートレンズと、光偏向素子間のスラブ導波路とが、図１の基板１１に相当する同一基板上に設けられて、この基板上に入力側および出力側の光偏向素子が搭載される。そして、入力側のチャネル導波路から入射した光信号は、光偏向素子２０で偏向することにより任意の出力チャネルに伝播される。従って、本発明を適用することにより、伝播する光の減衰量が少ない高性能な光スイッチ回路が実現される。
また、以上の実施の形態例では、光電子部品として光偏向素子を適用した場合について説明したが、これに限ったことではない。本発明の光モジュールでは、光電子部品としてこのほかに、例えば、半導体レーザを用いた発光素子や、半導体によるフォトディテクタ等を用いた受光素子等を適用することが可能である。この場合、半導体レーザから発光される光の光軸や、受光効率が最も高くなるようなフォトディテクタに対する入射光の光軸が、導波路基板側の光導波路内の光の伝播方向に正確に一致するように、光電子部品の搭載される高さや角度を微調整することができる。
以上説明したように、本発明の光モジュールの製造方法では、導波路基板の凹部に、球状弾性体を介して光電子部品が配設される。この状態で光電子部品を押圧することにより、球状弾性体が変形して、導波路基板に対する光電子部品の高さと角度を微調節することができる。また、球状弾性体が導電性を有し、凹部に分散して配置されることにより、導波路基板側と光電子部品側の対応する電極同士が球状弾性体を介して電気的に接続される。従って、これらの電極同士を電気的に接続させながら、導波路基板の光導波路における光の伝播方向と光電子部品の光軸とを正確に一致させることができ、伝播する光の損失が低減される。
また、本発明の光モジュールでは、導波路基板の凹部に、球状弾性体を介して光電子部品が配設される。この状態で光電子部品が球状弾性体を押圧することにより、球状弾性体が変形して、導波路基板に対する光電子部品の高さと角度が微調節される。また、球状弾性体が導電性を有し、凹部に分散して配置されることにより、導波路基板側と光電子部品側の対応する電極同士が球状弾性体を介して電気的に接続される。従って、これらの電極同士が電気的に接続されながら、導波路基板の光導波路における光の伝播方向と光電子部品の光軸とが正確に一致し、伝播する光の損失が低減される。
また、本発明では、光モジュールの製造方法において、球状弾性体を導波路基板の電極部に集中して配置するようにしたので、電極間の短絡や導通不良の発生をより確実に防ぎ、光路を確保して光電子部品を導波路基板に実装することが可能になる。
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
（付記１）  光導波路が形成された導波路基板上の凹部に光電子部品が搭載され、前記凹部の底面上の電極と前記光電子部品の底部の電極とが電気的に接続される光モジュールの製造方法において、
前記導波路基板の前記凹部の底面上に導電性を有する複数の球状弾性体を分散させて配置し、
前記凹部に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
（付記２）  前記導波路基板の前記凹部の底面には、その前記光導波路における光の伝播方向の両端部に、前記球状弾性体の直径以上の幅を有する溝があらかじめ設けられることを特徴とする付記１記載の光モジュールの製造方法。
（付記３）  前記凹部の底面、および前記光電子部品の底部にそれぞれ複数の前記電極が設けられている場合、前記凹部に配置される前記球状弾性体の直径は、隣接する前記電極間の間隔より小さいことを特徴とする付記１記載の光モジュールの製造方法。
（付記４）  前記球状弾性体は、弾性を有する球状の有機物が導電性の金属で被覆されてなることを特徴とする付記１記載の光モジュールの製造方法。
（付記５）  前記光電子部品と前記導波路基板とは光学接着剤によって固着されることを特徴とする付記１記載の光モジュールの製造方法。
（付記６）  前記光電子部品は、導電性の基板上に電気光学効果を有する材料によって形成された光導波路と、前記光導波路に対して前記基板に対向して設けられた１つまたは複数のプリズム型電極とを有する光偏向素子であり、
前記光偏向素子は、前記プリズム型電極を前記凹部の底面側に向けて、前記光偏向素子上の光導波路と前記導波路基板の光導波路との位置合わせを行った状態で前記導波路基板に固定されることを特徴とする付記１記載の光モジュールの製造方法。
（付記７）  導波路基板上に光電子部品が搭載された光モジュールにおいて、
前記導波路基板上には前記光電子部品を配設する凹部が設けられ、前記凹部の底面上には電極が設けられ、
前記光電子部品の底部には前記凹部の底面上に設けられた電極に対応する電極が設けられ、
前記凹部の底面上には導電性を有する複数の球状弾性体が分散して配置され、
前記光電子部品が前記球状弾性体を押圧した状態で前記導波路基板に固定されていることを特徴とする光モジュール。
（付記８）  光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続される光モジュールの製造方法において、
前記導波路基板の電極部に集中して前記球状弾性体を配置し、
前記導波路基板に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
（付記９）  前記導波路基板の前記電極部に集中して前記球状弾性体を配置する際には、
前記導波路基板上に複数の電極が形成されている場合には、前記電極部間に前記導波路基板上に突出する凸部を形成し、前記導波路基板上に前記球状弾性体を分散させ、前記凸部によって隔離された前記電極部に前記球状弾性体を配置することを特徴とする付記８記載の光モジュールの製造方法。
（付記１０）  前記凸部上に残存する前記球状弾性体は接着面を有する部材を用いて除去することを特徴とする付記９記載の光モジュールの製造方法。
（付記１１）  前記凸部は、前記導波路基板上に突出する高さが前記球状弾性体の直径より小さく直径の半値より大きいことを特徴とする付記９記載の光モジュールの製造方法。
（付記１２）  前記凸部は、絶縁材料で形成されていることを特徴とする付記９記載の光モジュールの製造方法。
（付記１３）  前記導波路基板の前記電極部に集中して前記球状弾性体を配置する際には、
前記電極部に接着剤を塗布し、前記導波路基板上に前記球状弾性体を分散させ、前記接着剤に前記球状弾性体を接着させて配置することを特徴とする付記８記載の光モジュールの製造方法。
（付記１４）  光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続される光モジュールの製造方法において、
前記導波路基板上の前記電極部を除く領域を保護するマスクを形成し、
前記マスクが形成された前記導波路基板上に前記球状弾性体を含有する第１の接着剤を塗布し、
前記マスクを除去し、
前記導波路基板上に第２の接着剤を塗布し、
前記導波路基板に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で、前記第１の接着剤と前記第２の接着剤とを硬化して前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、
ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
（付記１５）  前記第１の接着剤の粘度が、前記第２の接着剤の粘度に等しいかまたは前記第２の接着剤の粘度より高いことを特徴とする付記１４記載の光モジュールの製造方法。
（付記１６）  前記マスクを除去した後に、
前記第１の接着剤を半硬化し、前記第１の接着剤を半硬化した前記導波路基板上に第２の接着剤を塗布することを特徴とする付記１４記載の光モジュールの製造方法。
（付記１７）  前記第１の接着剤に熱硬化型樹脂を用い、前記第２の接着剤に紫外線硬化型樹脂を用いることを特徴とする付記１４記載の光モジュールの製造方法。
（付記１８）  前記第１の接着剤に紫外線硬化型樹脂を用い、前記第２の接着剤に熱硬化型樹脂を用いることを特徴とする付記１４記載の光モジュールの製造方法。
（付記１９）  前記第１の接着剤および前記第２の接着剤に熱硬化型樹脂を用いた場合には、
前記第１の接着剤を加熱することによって半硬化し、
前記第１の接着剤を半硬化した前記導波路基板上に前記第２の接着剤を塗布し、
前記導波路基板に前記光電子部品を配設して押圧し、前記導波路基板と前記光電子部品との位置合わせを行った状態で、前記第１の接着剤と前記第２の接着剤とを前記第１の接着剤を半硬化したときの温度よりも高い温度で加熱することによって硬化して前記光電子部品を前記導波路基板に固定する、
ことを特徴とする付記１４記載の光モジュールの製造方法。
（付記２０）  光導波路が形成された導波路基板の電極と光電子部品の電極とが導電性を有する球状弾性体を介して電気的に接続された光モジュールにおいて、
前記導波路基板の電極部に集中して前記球状弾性体が配置され、
前記球状弾性体を介して前記光電子部品が前記導波路基板に電気的に接続されていることを特徴とする光モジュール。
（付記２１）  前記導波路基板上に複数の電極が形成されていて、前記電極部間に前記導波路基板上に突出する凸部が形成されていることを特徴とする付記２０記載の光モジュール。
（付記２２）  前記導波路基板と前記光電子部品との間に接着剤として機能する２種以上の樹脂が充填されていることを特徴とする付記２０記載の光モジュール。
（付記２３）  前記導波路基板に形成された前記光導波路と前記光電子部品との間の光路となる部分に、光学接着剤として機能する樹脂が用いられていることを特徴とする付記２２記載の光モジュール。
【国際調査報告】
2003104868.tif 000030
2003104868.tif 000031
2003104868.tif 000032
2003104868.tif 000033