(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバアレイと光導波路チップの位置ずれまたは光損失を抑制することのできる接合技術を提供する。【解決手段】光ファイバアレイの接合装置１０は、断熱材で形成されて光ファイバアレイ６０のフェルール６１を把持する把持部（吸着部３５）、及び把持部よりもフェルールの先端側に配置されてフェルールと接合対象物との接合箇所を加熱する加熱部３３を有する光ファイバアレイ把持接合器具３０と、接合箇所に適用される接着剤１５の光硬化の開始後に接合箇所の加熱が開始されるように加熱部３３を制御する加熱制御部７２と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱材で形成されて光ファイバアレイのフェルールを把持する把持部と、前記把持部よりも前記フェルールの先端側に配置されて前記フェルールと接合対象物との接合箇所を加熱する加熱部とを有する光ファイバアレイ把持接合器具と、
前記接合箇所に適用される接着剤の光硬化の開始後に前記接合箇所の加熱が開始されるように前記加熱部を制御する加熱制御部と、
を有することを特徴とする光ファイバアレイの接合装置。
【請求項２】
前記加熱制御部は、前記接着剤の前記光硬化の開始後、かつ前記光硬化の完了前に前記加熱が開始されるように前記加熱部を制御することを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項３】
前記加熱部は、前記把持部から離れて配置される電熱器を有し、
前記加熱制御部は、電熱制御器であることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項４】
前記加熱部は、前記把持部から離れて配置される赤外線加熱器を有し、
前記加熱制御部は、赤外光制御器であることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
【請求項５】
断熱材で形成され、光ファイバアレイのフェルールを把持する把持部と、
前記把持部よりも前記フェルールの先端側に位置して、前記フェルールと接合対象物との接合箇所を加熱する加熱部と、
を有し、前記加熱部は、前記接合箇所に適用される接着剤の光硬化の開始後に加熱を開始するように制御される、
ことを特徴とする光ファイバアレイ把持接合器具。
【請求項６】
前記加熱部は、前記接着剤の光硬化の開始後、かつ光硬化の完了前に加熱を開始するように制御されることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバアレイ把持接合器具。
【請求項７】
光ファイバアレイを把持器具で把持して接合対象物に対して位置決めし、
前記位置決め後に、前記光ファイバアレイと前記接合対象物との接合面に位置する接着剤を照射して光硬化を開始させ、
前記光硬化の開始後に、前記光ファイバアレイを前記把持器具で把持したまま、前記把持器具に設けられた加熱器で前記接着剤の加熱を開始して熱硬化させる、
ことを特徴とする接合方法。
【請求項８】
前記加熱は、前記光硬化の開始後、かつ前記光硬化の完了前に開始されることを特徴とする請求項７に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバアレイの接合装置、光ファイバアレイ把持接合器具、及び光ファイバアレイの接合方法に関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバアレイの一般的な構成として、一定ピッチでＶ溝が形成されたフェルールに複数本の光ファイバを並べて固定し、フェルールをファイバアレイの一端とする形態がある。光ファイバアレイと光導波路チップを接合する場合、一般的には、フェルールを真空吸着し、光ファイバの光軸を光導波路の光軸に対してサブミクロンオーダーで位置決めして光硬化樹脂を塗布する。光硬化樹脂に紫外（ＵＶ）光を照射して硬化を行い、その後、接合された対象物を接合装置から取り外して恒温槽に移動し、熱キュアにより本硬化と硬化の安定を行う。
【０００３】
光ファイバと光導波路の位置決めの方法として、光ファイバと光導波路の接続箇所をカメラで観察しながら位置調整を行う方法や、光ファイバと光導波路の接合部を通る光の強度を計測しながら調整する方法などがある。
【０００４】
前者の方法のうち、光ファイバアレイと光導波路チップの間隙を所定の幅に設定し、間隙に光硬化樹脂を充填して２以上の方向から照射して照射時間を短縮し、かつ光軸ずれを抑制する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。後者の方法のうち、未硬化のＵＶ硬化樹脂を塗布した状態で、光ファイバアレイと光導波路間の接続部位を通過する光の変化を観測しながら所定のアルゴリズムで調芯を行い、実用的な時間内に一括して調芯を行う方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００５】
近年の光モジュールの小型化にともない、接合対象であるフェルールの小型化、薄型化が進んでいる。光導波路と光ファイバアレイの端面接合のように微小な面積で接合する場合、ＵＶ硬化後の接合装置からの取り外し時や恒温槽への搬送時に外力がかかると、光ファイバアレイと光導波路の位置ずれが発生する。また、恒温槽での熱キュアにかかる時間が長い。
【０００６】
接合装置そのものを加熱する方法も考えられるが、この場合、光導波路基板が熱で反ったり、接合装置のステージに熱ドリフトが発生するため、やはり位置ずれが発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２７１５６１号公報
【特許文献２】特開２００６−１９５９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
位置ずれが発生すると、光軸ずれが起こり、光損失が増大する。光損失を軽減するためには、接合装置上の光導波路基板やステージの温度上昇を防ぎつつ、光ファイバアレイと光導波路基板を接合する接着剤の光硬化と熱硬化を行うことが望ましい。
【０００９】
そこで、位置ずれまたは光損失を抑制することのできる光ファイバアレイの接合技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ひとつの態様では、光ファイバアレイの接合装置は、
断熱材で形成されて光ファイバアレイのフェルールを把持する把持部と、前記把持部よりも前記フェルールの先端側に配置されて前記フェルールと接合対象物との接合箇所を加熱する加熱部と、を有する光ファイバアレイ把持接合器具と、
前記接合箇所に適用される接着剤の光硬化の開始後に前記接合箇所の加熱が開始されるように前記加熱部を制御する加熱制御部と、
を有する。
【発明の効果】
【００１１】
光ファイバアレイを接合する際に位置ずれまたは光損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の接合装置の概略構成図である。
【図２】接合装置で用いられるフェルール把持接合器具の基本構成を示す図である。
【図３】フェルール把持接合器具の具体例を示す図である。
【図４】フェルール把持接合器具の別の具体例を示す図である。
【図５】実施形態の光ファイバアレイと光導波路チップの接合工程図である。
【図６】実施形態の光ファイバアレイと光導波路チップの接合工程図である。
【図７】実施形態の接合方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施形態では、光ファイバアレイと光導波路基板（光導波路チップ）の接合体を接合装置から取り外す前に、光ファイバアレイと光導波路基板の接合部の光硬化と加熱処理とを短時間で行う。これにより、接合装置上の光導波路基板やステージの温度上昇を防いて、位置ずれ等による光損失を軽減する。
【００１４】
図１は、実施形態の光ファイバアレイの接合装置１０の概略構成図である。接合装置１０は、光ファイバアレイ６０の先端を光導波路チップ５２に接合する際に用いられる。光ファイバアレイ６０は、複数の光ファイバ６２と、光ファイバ６２の先端側を保持するフェルール６１を含む。光ファイバ６２は難燃性の被覆材に支持されたテープファイバ６２であってもよい。光導波路５３が形成された光導波路チップ５２は、図示しない他の電子部品や光モジュールとともに基板５１上に搭載されている。光導波路チップ５２を搭載した基板５１は、保持テーブル１１上に配置されている。
【００１５】
接合装置１０は、光ファイバアレイ６０を把持して光導波路チップ５２に接合する光ファイバアレイ把持接合器具３０を有する。光ファイバアレイ把持接合器具３０はステージ４５に支持され、位置制御部７３とステージ４５によって光ファイバアレイ把持接合器具３０の位置が制御される。光ファイバアレイ把持接合器具３０には、吸着ポンプ７１と加熱制御部７２が接続されている。接合部に紫外線を照射する光照射器４１は、光照射器４１には光制御部７４が接続されている。
【００１６】
位置制御部７３は、ステージ４５の位置と角度を制御して、フェルール６１の先端の光ファイバ６２の光軸を、光導波路チップ５２に形成された光導波路５３の光軸に位置決めする。位置制御部７３として、たとえば６軸ゴニオメータを用いてもよい。
【００１７】
光照射器４１は、位置決めされた光ファイバアレイ６０と光導波路チップ５２の接合面（端面）に塗布された接着剤を照射して、光硬化させる。接着剤は、位置決め後に塗布されてもよいし、あらかじめ光ファイバアレイ６０の接合面に塗布されていてもよい。光ファイバアレイ把持接合器具３０は、光照射が開始された後、かつ光硬化が完了する前に、そのままの位置で接合面の加熱を開始する。
【００１８】
図２は、光ファイバアレイ把持接合器具３０の基本構成を示す図である。図２（Ａ）は光ファイバアレイ把持接合器具３０の側面図、図２（Ｂ）は底面図である。光ファイバアレイ把持接合器具３０は、光ファイバアレイ６０のフェルール６１を吸着する吸着部３５と、フェルール６１の先端を加熱する加熱部３３を有する。
【００１９】
吸着部３５は、断熱材で形成される吸着部本体３４と、吸着部本体３４に形成される吸着孔３６及びフェルールガイド３７を有する。断熱材として、たとえば断熱性、耐熱性に優れ、熱膨張の少ないポリイミド樹脂を用いることができる。吸着孔３６は、光ファイバ６２の配列面に対して垂直方向に吸着部本体３４を貫通する。吸着孔３６は吸着ポンプ７１に接続され、吸着ポンプ７１によりフェルール６１の吸着のオン・オフが制御される。フェルールガイド３７は、吸着孔３６に吸着されるフェルール６１が光ファイバ６２の配列面内で回転、あるいは光ファイバ６２の配列方向に並行移動することを防止する。
【００２０】
加熱部３３は、吸着部３５の先端側に配置されている。加熱部３３は、加熱器３１と加熱器３１を収容するハウジング３２を有する。加熱器３１は、加熱制御部７２に接続されて加熱が制御される。加熱時には、フェルール６１の先端の加熱領域Ｈを介して、フェルール６１の端面と光導波路チップ５２（図１参照）の端面の間に適用された接着剤１５が加熱される。
【００２１】
加熱器３１による接着剤１５の加熱は、接着剤１５に対する光照射の開始後の近接した時間に開始される。接着剤１５の光硬化の完了時に、連続してそのまま加熱を開始してもよいが、処理時間の短縮の観点からは、接着剤１５の光硬化の開始後、かつ光硬化の完了前に加熱を開始するのが望ましい。
【００２２】
加熱の終了は光硬化の完了と同時であってもよいし、光硬化の完了後であってもよい。加熱処理により、光照射による硬化が安定し、光ファイバアレイ６０と光導波路チップ５２の接合が安定する。
【００２３】
また、フェルール６１と光導波路チップ５２の接合部だけが局所的に加熱されるので、光導波路チップ５２に対する熱の影響や、光ファイバアレイ把持接合器具３０を支持するステージ４５に対する熱の影響が少なく、光軸ずれを防止することができる。
【００２４】
図３は、光ファイバアレイ把持接合器具３０の具体例としての光ファイバアレイ把持接合器具３０Ａを有する接合装置１０Ａを示す。図３では、加熱器３１として電熱器３１Ａを用いる。電熱器３１Ａは、電熱制御部７２Ａに接続されて加熱が制御される。電熱器３１Ａによる加熱動作によりフェルール６１の先端部の加熱領域Ｈを介して、フェルール６１の端面で光硬化中の、あるいは光硬化された接着剤１５が熱硬化される。
【００２５】
図４は、光ファイバアレイ把持接合器具３０の別の具体例として、光ファイバアレイ把持接合器具３０Ｂを有する接合装置１０Ｂ示す。図４では、加熱器３１として赤外線加熱器３１Ｂを用いる。赤外線加熱器３１Ｂは、赤外線照射器３８と集光器３９を有する。集光器３９は赤外線照射器３８から照射される光を集光して、接合部のスポット加熱を行う（加熱領域Ｈ）。図４の構成は、スポット加熱ができることから、図３の構成と比較して加熱の面積がさらに小さくなり、ステージ４５における熱ドリフトの発生や、光導波路チップ５２の反りを抑制することができる。
【００２６】
図３と図４のいずれの構成でも、光ファイバアレイ把持接合器具３０の位置合わせのみで、正確な位置で局所加熱を行うことができる。光ファイバアレイ６０と光導波路チップ５２の間の接着剤１５を光硬化させた後に、外部からスポット加熱することも考えられるが、この場合、別途、スポット加熱器の位置合わせが必要になる。これに対して、光ファイバアレイ把持接合器具３０（３０Ａ又は３０Ｂ）を用いると、各光ファイバ６２の光軸を光導波路チップ５２の光導波路５３の光軸に対して位置決めすることで、加熱の位置も同時に制御できることから、制御の工程数と時間を低減できる。
【００２７】
図５及び図６は、実施形態の光ファイバアレイ６０の接合方法の手順を示す図である。まず、図５（Ａ）で、ステージ４５（図１参照）に支持された光ファイバアレイ把持接合器具３０により、光ファイバアレイ６０を把持する。把持する際に、吸着部３５でフェルール６１を矢印の方向に吸着する。光ファイバアレイ６０のサイズは種類によって異なるが、たとえば、１２５μｍ径の光ファイバ６２が２５０μｍピッチで１２本配置され、先端に幅４ｍｍ、長さ８ｍｍ、厚さ１ｍｍのフェルール６１を備えたものである。位置制御部７３により、光ファイバアレイ把持接合器具３０を、基板５１上の光導波路チップ５２に向けて搬送する。
【００２８】
図５（Ｂ）で、位置制御部７３により、フェルール６１に保持される光ファイバ６２の光軸を、光導波路チップ５２に形成されている光導波路５３の光軸に対して位置あわせする。位置あわせは、カメラにより観察しながらの調整でもよいし（パッシブアライメント）、光ファイバアレイ６を介して光パワーを計測しながらの調整（アクティブアライメント）でもよい。
【００２９】
図５（Ｃ）で、位置あわせされたフェルール６１と光導波路チップ５２の間に、接着剤１５（図２参照）としてＵＶ硬化樹脂を0.1〜0.2μＬ塗布する。塗布方法はシリンジによる主導塗布でも、ポンプによる自動塗布でもよい。
【００３０】
次に、図６（Ａ）で、ＵＶ光照射器４１でＵＶ硬化樹脂の照射を開始する。ＵＶ光の照射によりＵＶ硬化樹脂は硬化を開始する。ＵＶ光の強度はＵＶ硬化樹脂の種類に応じて適宜設定される。たとえば、ＵＶ硬化樹脂としてＮＴＴ−ＡＴ社製のGA-700Hを用いる場合、３０ｍＷ／ｃｍ2の強度で１０〜２０分間照射する。
【００３１】
図６（Ｂ）で、ＵＶ照射の開始後に加熱を開始する。加熱の開始は、光硬化完了後であってもよいが、硬化処理時間短縮の観点からは、ＵＶ照射開始後、かつ光硬化完了前に、加熱を開始するのが望ましい。ＵＶ光照射の開始から加熱が開始されるまでの時間や加熱温度は、ＵＶ硬化樹脂の種類やＵＶ光の強度によって異なる。GA-700Hを３０ｍＷ／ｃｍ2の強度で照射する場合は、ＵＶ光照射の開始から５分後に加熱を開始し、加熱温度は８０℃とする。
【００３２】
図６（Ｃ）で、光硬化と、熱硬化が終わると、接合装置１０から光導波路チップ５２と光ファイバアレイ６０の接合体を基板５１ごと取り外し、恒温槽へ移動して最終的な加熱処理を４０分間行う。図６（Ｂ）の局所加熱で十分な加熱処理が行われ、硬化が安定する場合は、図６（Ｃ）の取り外し後の恒温槽での加熱処理を行わなくてもよい。
【００３３】
この方法により、光ファイバアレイ６０と光導波路チップ５２の光軸ずれを抑制でき、かつ作業時間を短縮することができる。
【００３４】
図７は、実施形態の光ファイバアレイの接合方法のフローチャートである。まず、光ファイバアレイ６０を光ファイバアレイ把持接合器具３０で把持し、フェルール６１と光導波路チップ５２の間の相対的な位置調整を行う（Ｓ１０１）。パッシブ法またはアクティブ法により、光ファイバ６２の光軸を光導波路５３の光軸に対して位置合わせする。
【００３５】
位置決めされたフェルール６１と接合対象物（この例では光導波路チップ５２）の間にＵＶ硬化樹脂を塗布し（Ｓ１０２）、ＵＶ光の照射を開始する（Ｓ１０３）。
【００３６】
ＵＶ光照射から暫時後、より具体的には、ＵＶ光照射開始後、かつＵＶ硬化完了前に、加熱を開始する（Ｓ１０４）。この加熱は、フェルール先端の接着剤を加熱ターゲットとする局所的な加熱である。
【００３７】
ＵＶ硬化後に、ＵＶ光照射を停止する（Ｓ１０５）。また、加熱を一定時間行った後に、加熱を停止する（Ｓ１０６）。この加熱は、光ファイバアレイ６０と光導波路チップ５２の接合にある程度の固定力を与える暫定的なものであってもよいし（仮硬化）、最終的に硬化を安定させるものであってもよい（本硬化）。
【００３８】
Ｓ１０６での加熱が最終的な硬化の安定に至らない場合は、接合装置１０から光ファイバアレイ６０と光導波路チップ５２の接合体を基板５１ごと取り外して恒温槽へ移動し、加熱処理（本硬化）を行う（Ｓ１０７）。
【００３９】
上記の構成と手法により、光ファイバ列と光導波路の接合の位置ずれを抑制でき、かつ作業時間を短縮できる。
【００４０】
特に、光ファイバアレイと光導波路基板を接合装置から取り外さずに加熱処理を行うことができるので、硬化が安定し、本硬化のために恒温槽へ搬送する際に位置ずれが発生しにくい。
【００４１】
局所加熱により、光導波路基板やステージの温度上昇を最小限に抑えることができ、基板の反りや熱ドリフトによる位置ずれを抑制できる。
【００４２】
局所加熱部とファイバアレイを個別に位置制御する必要がなく、タクトタイムとコストを抑えることができる。
【００４３】
光硬化と時間的に近接して（硬化完了前に）加熱処理を開始することで、工程時間を短縮できる。
【００４４】
上述した実施形態は多種の変形が可能である。加熱制御部７２は、必ずしも光ファイバアレイ把持接合器具３０の外部に配置する必要はなく、光ファイバアレイ把持接合器具３０の断熱材の吸着部本体３４に配置されてもよい。光ファイバアレイ把持接合器具３０による局所加熱は、必ずしも仮の熱硬化のための加熱である必要はなく、本加熱として用いてもよい。
【００４５】
フェルール６１の把持は必ずしも吸着でなくてもよく、機械的な把持であってもよい。パッシブアライメントのときは、磁気的あるいは静電的な把持であってもよい。加熱部３３に電熱器３１Ａを用いる場合、加熱器３１は必ずしもフェルール６１の上面と対向して配置される必要はなく、ハウジング３２の先端面にフェルール６１の上面と垂直方向に配置されてもよいてもよい。また、断熱材の吸着部本体３４からなるべく遠ざかるように、ハウジング３２の底部先端のコーナーに配置されてもよい。
【００４６】
以下の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
断熱材で形成されて光ファイバアレイのフェルールを把持する把持部と、前記把持部よりも前記フェルールの先端側に配置されて前記フェルールと接合対象物との接合箇所を加熱する加熱部とを有する光ファイバアレイ把持接合器具と、
前記接合箇所に適用される接着剤の光硬化の開始後に前記接合箇所の加熱が開始されるように前記加熱部を制御する加熱制御部と、
を有することを特徴とする光ファイバアレイの接合装置。
（付記２）
前記加熱制御部は、前記接着剤の前記光硬化の開始後、かつ前記光硬化の完了前に前記加熱が開始されるように、前記加熱部を制御することを特徴とする付記１に記載の接合装置。
（付記３）
前記加熱部は、前記把持部から離れて配置される電熱器を有し、
前記加熱制御部は、電熱制御器であることを特徴とする付記１に記載の接合装置。
（付記４）
前記加熱部は、前記把持部から離れて配置される赤外線加熱器を有し、
前記加熱制御部は、赤外光制御器であることを特徴とする付記１に記載の接合装置。
（付記５）
前記赤外線加熱器は、赤外線照射器と、前記赤外線照射器から照射される赤外光を前記フェルールの先端面に向けて集光する集光器とを有することを特徴とする付記４に記載の接合装置。
（付記６）
前記光ファイバアレイ把持接合器具の位置を制御する位置制御部と、
前記位置制御部による位置決め後に前記接合箇所の前記接着剤を照射する光照射部と、
をさらに有することを特徴とする付記１に記載の接合装置。
（付記７）
前記把持部は、前記フェルールを吸着保持する吸着孔を有することを特徴とする付記１に記載の接合装置。
（付記８）
断熱材で形成され、光ファイバアレイのフェルールを把持する把持部と、
前記把持部よりも前記フェルールの先端側に位置して、前記フェルールと接合対象物との接合箇所を加熱する加熱部と、
を有し、前記加熱部は、前記接合箇所に適用される接着剤の光硬化の開始後に加熱を開始するように制御される、
ことを特徴とする光ファイバアレイ把持接合器具。
（付記９）
前記加熱部は、前記接着剤の光硬化の開始後、かつ前記光硬化の完了前に前記加熱を開始するように制御されることを特徴とする光ファイバアレイ把持接合器具。
（付記１０）
光ファイバアレイを把持器具で把持して接合対象物に対して位置決めし、
前記位置決め後に、前記光ファイバアレイと前記接合対象物との接合面に位置する接着剤を照射して光硬化を開始させ、
前記光硬化の開始後に、前記光ファイバアレイを前記把持器具で把持したまま、前記把持器具に設けられた加熱器で前記接着剤の加熱を開始して熱硬化させる、
ことを特徴とする光ファイバアレイの接合方法。
（付記１１）
前記加熱は、前記光硬化の開始後、かつ前記光硬化の完了前に開始されることを特徴とする付記１０に記載の接合方法。
（付記１２）
前記加熱により、前記接着剤を暫定的に熱硬化させ、
前記光硬化の完了後に、前記光ファイバアレイと前記接合対象物を恒温槽へ搬送して本硬化させる、
ことを特徴とする付記１０に記載の接合方法。
（付記１３）
前記加熱は、前記把持器具に設けられた電熱器で行うことを特徴とする付記１０に記載の接合方法。
（付記１４）
前記加熱は、前記把持器具に設けられた赤外線加熱器で行うことを特徴とする付記１０に記載の接合方法。
（付記１５）
前記加熱は、赤外線照射器から赤外光を照射し、前記赤外光を前記接着剤に向けて集光することを特徴とする付記１４に記載の接合方法。
【符号の説明】
【００４７】
１０、１０Ａ、１０Ｂ  光ファイバアレイの接合装置
３０、３０Ａ、３０Ｂ  光ファイバアレイ把持接合器具
３１  加熱器
３１Ａ  電熱器
３１Ｂ  赤外線加熱器
３２  ハウジング
３３  加熱部
３４  吸着部本体
３５  吸着部（把持部）
３６  吸着孔
３７  光ファイバアレイガイド
４１  ＵＶ光照射器
５２  光導波路チップ
５３  光導波路
６０  光ファイバアレイ
６１  フェルール
６２  光ファイバ
７１  吸着ポンプ
７２  加熱制御部
７３  位置制御部
【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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