(57)【要約】【課題】使用環境の温度の変化による光学モジュールの性能低下を抑制して信頼性を維持するとともに、光学モジュールの破損を回避して耐久性の向上を図ることを目的とする。【解決手段】Ｓｉ基板１１に搭載される第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３は、Ｓｉ基板１１とは少なくとも１ヶ所で固定されるとともに、少なくとも１ヶ所でＳｉ基板１１に対し移動自由度をもって担持される。【選択図】      図１
2005024697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に搭載される光学部品とを含み、
前記光学部品は、前記基板とは少なくとも１ヶ所で固定されるとともに、少なくとも１ヶ所で当該基板に対し移動自由度をもって担持されたことを特徴とする光学モジュール。
【請求項２】
前記光学部品は、前記基板とは少なくとも１ヶ所で接着剤によって固定されたことを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記光学部品は、前記基板とは少なくとも１ヶ所でハンダによって固定されたことを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記光学部品は、前記基板とは少なくとも１ヶ所で載置されただけの状態で当接していることを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記光学部品は、前記基板とは少なくとも１ヶ所で変形可能な接合部材で接合されていることを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
【請求項６】
凹部が形成された基板と、
前記凹部において複数の当接部で担持されて前記基板に搭載される光学部品とを備え、
前記複数の当接部は、少なくとも１が前記基板と前記光学部品とを固定し、少なくとも１が当該基板と当該光学部品とを固定しないことを特徴とする光学モジュール。
【請求項７】
前記凹部は断面形状が台形またはＶ字形の溝であることを特徴とする請求項６記載の光学モジュール。
【請求項８】
前記当接部は、少なくとも前記凹部の両側部に形成されたことを特徴とする請求項６記載の光学モジュール。
【請求項９】
凹部が形成された基板の当該凹部に光学部品を載置し、当該光学部品と当該凹部との当接部を、少なくとも１ヶ所は固定するとともに、少なくとも他の１ヶ所は固定しないことで、当該光学部品および当該基板に生じる応力を緩和することを特徴とする光学モジュールの応力緩和方法。
【請求項１０】
少なくとも前記凹部の一方の側部で前記光学部品を前記基板に固定することを特徴とする請求項９記載の光学モジュールの応力緩和方法。
【請求項１１】
少なくとも前記凹部の一方の側部で前記光学部品を前記基板に固定しないことを特徴とする請求項９記載の光学モジュールの応力緩和方法。
【請求項１２】
異方性エッチングにより単結晶シリコン基板に溝を形成する溝形成工程と、
前記溝形成工程により形成された前記溝に光学部品を載置する光学部品載置工程と、
前記光学部品載置工程によって載置された光学部品と前記溝形成工程によって形成された前記溝との少なくとも１の当接部を固定し、少なくとも１の当接部を当該光学部品と当該基板とが移動可能となるように形成する光学部品接合工程と
を含むことを特徴とする光学モジュール製造方法。
【請求項１３】
前記光学部品接合工程は、固定する前記当接部に紫外線硬化型樹脂を塗布し、当該紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射することを特徴とする請求項１２記載の光学モジュール製造方法。
【請求項１４】
前記光学部品接合工程は、固定する前記当接部にハンダボールを載置し、当該ハンダボールにレーザ光を照射することを特徴とする請求項１２記載の光学モジュール製造方法。
【請求項１５】
前記光学部品接合工程は、前記光学部品と前記基板とが移動可能となるように形成された前記当接部を、当該基板に当該光学部品を載置しただけで形成することを特徴とする請求項１２記載の光学モジュール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光学部品が実装された光学モジュール等に関し、より詳しくは、光通信に用いられる光学モジュール等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信技術の進展に伴い、例えば光ファイバを用いたデータ通信では大量の情報を高速に送受信することが可能となっている。特に、光多重通信等の新たな技術も登場して、さらなる高速化と大容量化が推し進められている。このような状況の中で、光通信に用いられる種々の光学部品、例えば光ファイバ、レンズ、レーザダイオード等を適宜組み合わせた光学モジュールのニーズはますます増加傾向にあり、活発な研究開発が行われている。
【０００３】
このような光学モジュールの従来技術として、例えば、Ｓｉ基板上に溝を設け、その溝に球状のレンズを位置決めして固定し、また、Ｓｉ基板上に所定の配線が形成される光素子モジュールが開示されている（例えば、特許文献１参照）。かかる光学モジュールには幾つかの形態が存在するが、その中でも、３次元加工技術であるマイクロマシニング（ＭＥＭＳ）によりＳｉウェハに対して溝を形成し、これに光ファイバやレンズ等の光学部品を埋め込み固定する方式が、実装精度および量産性に優れた方法として注目されている。このＭＥＭＳにより形成された光学モジュール用の基板は、シリコンオプティカルベンチ（ＳｉＯＢ）と呼ばれ、一つのキーデバイスとなって実用化されている。
【０００４】
ここで、ＳｉＯＢを用いた従来の光学モジュールの具体例として、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）用３端子フィルタモジュールの構成について述べる。図６はＷＤＭ用３端子フィルタモジュール（以下、フィルタモジュールという。）の構成を説明する平面図である。図６に示したように、フィルタモジュール３０では、異方性エッチングにより単結晶シリコン基板（Ｓｉ基板）１１の表面中央部に台形型溝１２と、台形型溝１２を挟んで一方の側には２本の平行なＶ字型溝１３ａ、１３ｂと、他方の側にはＶ字型溝１３ｃとが形成されたシリコンオプティカルベンチ（ＳｉＯＢ）１０を台座として用いている。そして、ＳｉＯＢ１０の台形型溝１２には、２本のＶ字型溝１３ａ、１３ｂが形成された側から順に第１コリメートレンズ２１、薄膜フィルタ２２、第２コリメートレンズ２３が所定の間隔を持って搭載されている。また、Ｖ字型溝１３ａには入射光用光ファイバ２４、Ｖ字型溝１３ｂには反射光用光ファイバ２５、さらにＶ字型溝１３ｃには透過光用光ファイバ２６が搭載されている。
【０００５】
このようなフィルタモジュール３０等の光学モジュールでは、ＳｉＯＢ１０に形成された台形型溝１２やＶ字型溝１３ａ、１３ｂ、１３ｃの位置および深さは異方性エッチングにより高い精度を持って形成でき、またレンズ２１、２３や光ファイバ２４、２５、２６等の光学部品はこの台形型溝１２やＶ字型溝１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中に搭載されて収まることにより自動的にアライメントされるため実装効率も高いという利点を有している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１６２５４２号公報（第３〜４頁、図７）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示したような従来の光学モジュールでは、ＳｉＯＢ１０に形成された台形型溝１２に第１コリメートレンズ２１、薄膜フィルタ２２、第２コリメートレンズ２３等の光学部品を搭載する際には、光学部品の光軸を調整・整合した後、この状態を高い精度で維持しつつその光学的性質を長期に亘って保持するため、樹脂接着剤やハンダ等の金属のように硬度が高く接着力の強い材料を用いて堅固に固定する必要がある。図７は図６に示したフィルタモジュール３０のＡＡ’断面図であるが、光学部品とＳｉＯＢ１０とを堅固に固定するために、図７に示したように、例えば第１コリメートレンズ２１とＳｉＯＢ１０との接合部では、第１コリメートレンズ２１と台形型溝１２との間に樹脂接着剤やハンダ等を全面的に充填した接着剤層１５によって接着固定する方法を採用していた。
【０００８】
しかしながら、光学部品と台形型溝１２との間に樹脂接着剤やハンダ等を全面的に充填して固定する方法では、光学部品を構成する材料（例えば、光学ガラス）とＳｉＯＢ１０を構成するシリコン（Ｓｉ）の熱膨張係数がそれぞれ異なるため、高温または低温環境下におかれると、光学部品とＳｉＯＢ１０との膨張量・収縮量に差が生じて、両者の接合部において応力が発生することとなる。そのため、光弾性効果により光学部品の屈折率や複屈折率に変化が生じる等、光学部品の光学的性質に影響が生じ、光学モジュールの性能を低下させるという問題が生じていた。また、光学部品とＳｉＯＢ１０との接合部に生じる応力は、ＳｉＯＢ１０にクラックを発生させて、光学モジュールの破損を引き起こすという問題もあった。
【０００９】
さらに、温度の上昇と下降とが繰り返されるいわゆるヒートサイクルによって光学モジュール内に応力が残留し、温度が室温に戻った状態においても光学モジュールの光学特性が元に戻らないといった不都合もあった。
また、ＳｉＯＢ１０の台形型溝１２に第１コリメートレンズ２１等の光学部品を樹脂接着剤やハンダ等で固定する際に、接着面の面積が大きいと接着剤やハンダ等が凝固する際に発生する収縮により、光学部品の光学的性質の変化や設置位置のずれ、さらにはＳｉＯＢ１０にクラックが発生する等の問題もあった。
【００１０】
なお、従来より、上記した問題を回避するために、光学部品とＳｉＯＢ１０等の基板といった、接着させる部材同士の熱膨張係数が可能な限り近くなるようにそれぞれの材質を選択するなど、温度変化時に発生する応力を緩和する措置が講じられてきたが、特に光学部品はその光学的な性質から材料の物性を特定する必要があるため、その材質の選択には限度があり、光学部品と基板との間に生じる応力を緩和することは困難であった。
【００１１】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、使用環境の温度の変化による光学モジュールの性能低下を抑制して信頼性を維持するとともに、光学モジュールの破損を回避して耐久性の向上を図ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明の光学モジュールでは、基板に搭載される光学部品は、基板とは少なくとも１ヶ所で固定されるとともに、少なくとも１ヶ所で基板に対し移動自由度をもって担持されたことを特徴としている。これによって、光学部品と基板との間に生じる応力を緩和して、光学モジュールの性能を維持するとともに、光学モジュールの破損を回避することができる。ここで、光学部品は、基板とは少なくとも１ヶ所で接着剤によって固定されたことや、ハンダによって固定されたことを特徴とすることもできる。この構成により、光学部品を基板に担持するとともに両者の相対位置を維持することができる。また、光学部品は、基板とは少なくとも１ヶ所で載置されただけの状態で当接していることや、変形可能な接合部材で接合されていることを特徴とすることもできる。この構成において、使用環境の温度が変化した際の光学部品と基板との間の膨張・収縮を自由に生じさせることができ、両者の間に生じる応力の緩和が実現できる。
【００１３】
また、本発明の光学モジュールは、凹部が形成された基板と、凹部において複数の当接部で担持されて基板に搭載される光学部品とを備え、複数の当接部は、少なくとも１が基板と光学部品とを固定し、少なくとも１が基板と光学部品とを固定しないことを特徴としている。これによって、光学部品と基板との間に生じる応力を緩和することができる。ここで、凹部は断面形状が台形またはＶ字形の溝であることを特徴とすれば、光学部品はこの溝に搭載されて収まることで自動的に設置位置が決定できる点から優れている。さらに、当接部は、少なくとも凹部の両側部に形成されたことを特徴とすれば、特に応力の緩和効果が大きい。
【００１４】
一方、本発明を光学モジュールの応力緩和方法として捉えれば、凹部が形成された基板の凹部に光学部品を載置し、光学部品と凹部との当接部を、少なくとも１ヶ所は固定するとともに、少なくとも他の１ヶ所は固定しないことで、光学部品および基板に生じる応力を緩和することを特徴としている。これにより、光学モジュールの性能を維持するとともに、光学モジュールの破損を回避することが可能となる。  ここで、少なくとも凹部の一方の側部で光学部品を基板に固定することを特徴とすれば、光学部品の設置位置の決定や、基板と光学部品とを固定することが容易となる点で好ましい。また、少なくとも凹部の一方の側部で光学部品を基板に固定しないことを特徴とすれば、光学部品の設置位置の決定や、光学部品および基板に生じる応力の緩和を効率的に行える点に優れている。
【００１５】
一方、本発明を光学モジュール製造方法として捉えれば、異方性エッチングにより単結晶シリコン基板に溝を形成する溝形成工程と、溝形成工程により形成された溝に光学部品を載置する光学部品載置工程と、光学部品載置工程によって載置された光学部品と溝形成工程によって形成された溝との少なくとも１の当接部を固定し、少なくとも１の当接部を光学部品と基板とが移動可能となるように形成する光学部品接合工程とを含む。ここで、光学部品接合工程は、固定する当接部に紫外線硬化型樹脂を塗布し、紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射することを特徴とすれば、例えば容易にかつ強固に光学部品と基板とを固定できる点で好ましい。また、光学部品接合工程は、固定する当接部にハンダボールを載置し、ハンダボールにレーザ光を照射することを特徴とすれば、光学部品へはハンダの凝固による収縮応力が発生し難いためモジュールとしての光学的精度を高めることができる点から特に優れている。
また、光学部品接合工程は、光学部品と基板とが移動可能となるように形成された当接部を、基板に光学部品を載置しただけで形成することを特徴とすることもできる。これによって、光学部品と基板との間に生じる応力を容易に緩和することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
［実施の形態１］
図１および図２は、本実施の形態が適用される光学モジュールとしてＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）用３端子フィルタモジュール１の構成を示した図である。ＷＤＭ用３端子フィルタモジュール（以下、フィルタモジュールという。）は波長多重伝送方式の光通信に用いられるモジュールの一つであり、ある特定の波長のみを選択的に取り出すモジュールである。図１はこのフィルタモジュール１の平面図であり、図２はこのフィルタモジュール１のＸＸ’断面図である。
本実施の形態が適用されるフィルタモジュール１は、シリコンウェハであるＳｉ基板１１の表面中央部に台形型溝１２と、台形型溝１２を挟んで一方の側には２本の平行なＶ字型溝１３ａ、１３ｂと、他方の側にはＶ字型溝１３ｃとが形成されたシリコンオプティカルベンチ（ＳｉＯＢ）１０、ＳｉＯＢ１０の台形型溝１２に配設され、２本のＶ字型溝１３ａ、１３ｂが形成された側から順に所定の間隔を持って搭載された第１コリメートレンズ２１、薄膜フィルタ２２、および第２コリメートレンズ２３、Ｖ字型溝１３ａに搭載された入射光用光ファイバ２４、Ｖ字型溝１３ｂに搭載された反射光用光ファイバ２５、さらにＶ字型溝１３ｃに搭載された透過光用光ファイバ２６を備えている。
【００１７】
そして、図２に示したように、本実施の形態が適用されるフィルタモジュール１は、ＳｉＯＢ１０において第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３と台形型溝１２とは各々２ヶ所の接触部Ｐ、Ｑで当接するが、本実施の形態では、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３と台形型溝１２との接合は、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３と台形型溝１２との２ヶ所の接触部Ｐ、Ｑのうち、一方の接触部Ｐにおいて両者を固定し、他方の接触部Ｑにおいて第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３と台形型溝１２との相対位置にずれが生じることが可能なように移動自由度をもって担持されている点に特徴がある。
【００１８】
ＳｉＯＢ１０は、第１コリメートレンズ２１、薄膜フィルタ２２、第２コリメートレンズ２３が搭載される台形型溝１２と、入射光用光ファイバ２４が搭載されるＶ字型溝１３ａ、反射光用光ファイバ２５が搭載されるＶ字型溝１３ｂと、透過光用光ファイバ２６が搭載されるＶ字型溝１３ｃとが形成された構成を有している。
ここで、ＳｉＯＢ１０の製造方法について説明する。ＳｉＯＢ１０においては、まず結晶面が（１００）面であるＳｉ基板１１の表面に酸化層を形成する。酸化層の厚さは台形型溝やＶ字型溝の深さの設計値により決定される。典型値としては２μｍである。
次にＳｉ基板１１の上にフォトレジストを塗布する。ここで、フォトレジストとしては、例えば東京応化製ＯＥＰＲ−８００であって粘度５０ｃｐのものを用い、Ｓｉ基板１１を回転速度１５００ｒｐｍで回転させながら塗布する。塗布厚は典型値として６μｍとする。
【００１９】
Ｓｉ基板１１にフォトレジストを塗布した後に、１１０℃で２分間のプリベークを行い、フォトレジストを硬化させる。そしてクロム（Ｃｒ）製のフォトマスクを使って密着露光する。ここで、露光光としては波長３５０〜４００ｎｍの紫外線を用いる。
次に、現像液により、露光済みのＳｉ基板１１を現像する。現像液としては、例えば東京応化製ＮＭＤ−３のアルカリ溶液が用いられる。この現像工程では、上記のフォトレジストとしてポジレジストが用いられているため、露光部のフォトレジストが除去される。そしてさらに、１２０℃で５分間のポストべークを行う。
【００２０】
その後、フッ素系のガスでドライエッチングを行い、フォトレジストで覆われていない領域のＳｉ酸化膜を除去する。さらに、アセトンでフォトレジストを溶解し、除去する。
そして水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液（３０〜３５ｗｔ％、６０〜７０℃）により、エッチングを行なう。純粋なＳｉのエッチングレートはＳｉ酸化膜のエッチングレートよりも約２桁速い。このため、エッチング領域では、Ｓｉの結晶面のうちの（１１１）面が表面に現われて、傾斜角が５４．７°のＶ字型ないし台形型の溝が形成される。なお、エッチング液としてはＴＭＡＨ（テトラメチル水酸化アンモニウム液）を用いてもよい。
このようにして、台形型溝１２およびＶ字型溝１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成されたＳｉＯＢ１０が製造される。ここで、台形型溝１２では、薄膜フィルタ２２が配置される部分において薄膜フィルタ２２を配設できるように幅広に形成されている。
なお、上記のようなプロセスは異方性エッチングと呼ばれ、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）を実現する上で重要な技術となっている。
【００２１】
かかるＳｉＯＢ１０を用いたフィルタモジュール１では、ＳｉＯＢ１０のＶ字型溝１３ａに搭載される入射光用光ファイバ２４は、複数の異なる波長が多重化された光を伝送し、第１コリメートレンズ２１に出射する。
第１コリメートレンズ２１は、レンズ面の曲率が中心部と周辺部とで異なる非球面相面レンズであり、光学ガラスＢＫ−７を材料として金型でプレス成型されて製造されたものである。そして、入射光用光ファイバ２４から入射された光を平行光に変換して、薄膜フィルタ２２に出射する、
薄膜フィルタ２２は、ガラス基板の上に誘電体の薄膜をスパッタ法や真空蒸着法等のプロセスで多層に積層した薄膜フィルタ素子であり、所定の波長λｍの光のみを透過して、その波長λｍ以外の光を反射する機能を有する。そして、薄膜フィルタ２２は、波長λｍの光を透過して第２コリメートレンズ２３に出射し、波長λｍ以外の光を反射して第１コリメートレンズ２１に出射する。
【００２２】
第２コリメートレンズ２３は、第１コリメートレンズ２１と同様に構成されている。そして、薄膜フィルタ２２を透過した波長λｍの光を透過光用光ファイバ２６の端面に集光させて透過光用光ファイバ２６に波長λｍの光を導く。
一方、薄膜フィルタ２２によって反射された波長λｍ以外の光は第１コリメートレンズ２１によって反射光用光ファイバ２５の端面に集光させて反射光用光ファイバ２５に波長λｍ以外の光を導く。
【００２３】
次に、本実施の形態のフィルタモジュール１の特徴である、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との接合について説明する。
上記したように異方性エッチングによりＳｉ基板１１に溝を形成すると、形成された溝の斜面にはＳｉの結晶面のうちの（１１１）面が現われて、傾斜角が５４．７°の台形型溝１２およびＶ字型溝１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成される。したがって、台形型溝１２に第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３のような断面形状が円形の光学部品を載置すると、図２に示したように、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３と台形型溝１２とは台形型溝１２の斜面１２ｂ、１２ｃの２ヶ所の接触部Ｐ、Ｑで当接する。なお、例えば井戸型をも含めた台形型溝１２および光学部品の大きさ、形状によっては、底面１２ａとの接触も含めた３ヶ所以上で当接する場合もある。
この第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との接触部Ｐ、Ｑは、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３の光軸と平行な線となる。そして、この２ヶ所の接触部Ｐ、Ｑにより、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３の設置位置が決定される。
【００２４】
本実施の形態では、２ヶ所の接触部Ｐ、Ｑのうち、一方の接触部Ｐにおいて第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とを接着剤層１４で固定し、他方の接触部Ｑにおいて第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との相対位置にずれを生じることが可能なように移動自由度をもって担持している。すなわち、一方の接触部Ｐでは両者は固着されそれぞれ相対位置にずれが生じることはないが、他方の接触部Ｑでは両者はそれぞれが相対位置にずれを生じることができるように担持されている。
【００２５】
接触部Ｐにおける第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との固定は接着剤層１４によって行われるが、接着剤層１４は、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３の回転や並進により光軸調整等を行って設置位置を決定した後に、例えばマイクロディスペンサを用いて紫外線硬化型樹脂が塗布され、紫外線を集光照射して硬化させることで形成される。この接着剤層１４によって、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とは、互いに一体的に固着される。なお、紫外線硬化型樹脂は粘度が低いので塗布し易く、また硬化に際し熱を必要としないため作業性が良いという利点を有している。
ここで、紫外線硬化型樹脂としては、エポキシ変性アクリレート系、ポリウレタン系、ポリエステル系等を用いることができるが、紫外線硬化型樹脂のほか、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることもできる。
【００２６】
一方、接触部Ｑでは、接着剤層を形成せず、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とは固定されずに接触しただけの状態で担持されている。
なお、接触部Ｑにおいても接合部材によって接合させた構成とすることもできるが、その場合に接合部材に使用される材質は、所定の弾性を持った状態で安定するものが用いられる。ここで、所定の弾性とは、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とが、使用環境の温度変化等により膨張・収縮量に差を生じた際にその差に応じて自由に移動できる程度に変形可能であることをいう。
このように接触部Ｑを構成することで、接触部Ｑでは第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とは固定されず、それぞれが相対位置にずれを生じることが可能なように移動自由度をもって担持される。
【００２７】
このように、一方の接触部Ｐでは第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とを接着剤層１４によって固定させ、他方の接触部Ｑでは移動自由度をもって担持することによって、接触部Ｐは第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３をＳｉＯＢ１０に担持するとともに両者の相対位置を維持する一方で、接触部Ｑは使用環境の温度が変化した際の両者の膨張・収縮によるずれを自由に生じさせることができる。
【００２８】
すなわち、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３を構成する光学ガラスＢＫ−７の熱膨張係数は７．１×１０−６／ｄｅｇであり、ＳｉＯＢ１０のＳｉ基板１１を構成するシリコン（Ｓｉ）の熱膨張係数は２．５×１０−６／ｄｅｇであって、両者は異なる熱膨張係数を有する。そのため、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とが接触部Ｐ、Ｑの双方において接着剤層により固定されると、温度の変動により第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉ基板１１との膨張量・収縮量とに差異が生じる。例えば、使用環境温度が常温（２０℃）から７０℃に変化すると、両者にはサブミクロン単位の膨張量差が生じることとなる。
【００２９】
その結果、固定されている両者にその体積変動差による大きな力が加わり、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３には内部応力が発生し、光弾性効果により屈折率や複屈折率に変化が生じる等、光学的性質に影響が生じて、フィルタモジュール１の性能を低下させる。またＳｉＯＢ１０においては溝１２の底部１６は薄く形成され、しかも台形型溝１２の両側の壁面部からの力を受けると応力が集中し易い構造となっている。そのため、台形型溝１２の底部１６には歪みが生じ易く、その歪みが繰り返し発生するとクラックが生じて、フィルタモジュール１の破損の原因となる。
【００３０】
これに対し、本実施の形態のフィルタモジュール１では、一方の接触部Ｑにおいては使用環境の温度が変化した際にも第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とは膨張・収縮を自由に生じさせることができるように構成されているので、温度の変動により両者に異なる膨張量・収縮量が生じても、それぞれが自由に膨張・収縮することで、両者に応力が加わることを抑制することができる。つまり、接触部Ｑでは、図２に示したように、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３は膨張・収縮に応じて概ね矢印Ｓの方向に移動することができ、またＳｉＯＢ１０は概ね矢印Ｔの方向に移動することができる。そのため、両者に体積変動差が生じてもそれぞれの移動により応力が開放され、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３やＳｉ基板１１に加わる力は極めて小さいものとなる。また、接触部Ｑに生じるそれぞれの位置のずれは、使用環境温度が常温に戻った際には、元の位置に戻ることができる。
特に、接触部Ｐと接触部Ｑとは、台形型溝１２の対向する両側部に位置するため、接触部Ｐで固定した場合には最も離れた接触部Ｑでの膨張量・収縮量が大きくなるため、接触部Ｑが移動自由度をもって担持されることによる応力の緩和効果は大きい。
【００３１】
その結果、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３に内部応力が発生することを抑制できるので、光学的性質に影響を与えず、フィルタモジュール１の性能を維持できる。さらに、ＳｉＯＢ１０では台形型溝１２の両側からの力を受けると応力が集中し易い台形型溝１２の底部１６においてもクラックの発生が抑えられ、フィルタモジュール１の耐久性の向上を図ることが可能となる。
【００３２】
［実施の形態２］
実施の形態１では、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とを２ヶ所の接触部Ｐ、Ｑのうち、一方の接触部Ｐにおいて接着剤を用いて固定したフィルタモジュール１を例に挙げて説明した。しかしながら、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とはハンダを用いて固定することも可能である。この実施の形態２では、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とを、２ヶ所の接触部Ｐ、Ｑのうち、一方の接触部Ｐにおいてハンダを用いて固定する場合について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３３】
図３および図４は、本実施の形態が適用されるフィルタモジュール２の構成を説明する図であり、図３はこのフィルタモジュール２の平面図、図４はこのフィルタモジュール２のＹＹ’断面図である。本実施の形態が適用されるフィルタモジュール２では、実施の形態１と同様に、シリコンウェハであるＳｉ基板１１の表面中央部に台形型溝１２と、台形型溝１２を挟んで一方の側には２本の平行なＶ字型溝１３ａ、１３ｂと、他方の側にＶ字型溝１３ｃとが形成されたシリコンオプティカルベンチ（ＳｉＯＢ）１０と、ＳｉＯＢ１０の台形型溝１２に配設され、２本のＶ字型溝１３ａ、１３ｂが形成された側から順に所定の間隔を持って搭載された第１コリメートレンズ２１、薄膜フィルタ２２、第２コリメートレンズ２３、Ｖ字型溝１３ａに搭載された入射光用光ファイバ２４、Ｖ字型溝１３ｂに搭載された反射光用光ファイバ２５、さらにＶ字型溝１３ｃに搭載された透過光用光ファイバ２６を備えている。そして、ＳｉＯＢ１０の表面であって第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３を搭載する領域に金属膜（メタライズ膜）１７が形成され、また、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３の側面２１ａ、２３ａにも金属膜が形成されている。
【００３４】
金属膜１７を形成する金属としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。なお、金属膜１７の形成に際しては、ＳｉＯＢ１０の表面に形成された台形型溝１２の隅々まで均一にメッキできることから、無電解メッキを施すことが好ましい。
また、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３については、ＳｉＯＢ１０と当接する側面のみを無電解メッキによって金属膜被覆を行っている。
【００３５】
次に、本実施の形態のフィルタモジュール２の特徴である、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との接合について説明する。本実施の形態では、図４に示すように、ＳｉＯＢ１０の台形型溝１２における２ヶ所の接触部Ｐ、Ｑのうち、一方の接触部Ｐにおいて第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とをハンダで固定し、他方の接触部Ｑにおいて第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との相対位置にずれを生じることが可能なように移動自由度をもって担持している。
【００３６】
接触部Ｐにおいて第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との固定はハンダ層１８によって行われるが、ハンダ層１８は、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３の回転や並進により光軸調整等を行って設置位置を決定した後に、接触部Ｐの近傍にハンダボールを載置し、その状態でハンダボールに炭酸ガスレーザをパルス的に集光照射して、ハンダボールを瞬時に溶融し、冷却することで形成される。
このようなハンダ層１８の形成方法を採用することにより、ハンダの凝固による収縮応力が発生し難いためモジュールとしての光学的精度を高めることができる利点がある。
【００３７】
一方、接触部Ｑでは、実施の形態１と同様に、接着剤層やハンダ層を形成せず、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とは固定されず接触しただけの状態で担持されている。
なお、接触部Ｑにおいて所定の弾性を持った接合部材を用いて接合させた構成とすることもできる。ここで、所定の弾性とは、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とが、使用環境の温度変化等により膨張・収縮量に差を生じた際にその差に応じて自由に移動できる程度に変形可能であることをいう。
このように移動自由度をもつ接触部に充填する接合部材としては、所定の弾性を有する材料、例えばシリコーン系接着剤や合成ゴム系接着剤を用いることができる。また、前述した紫外線硬化型樹脂や熱可塑性樹脂、或いは各種エポキシ系、アクリレート系接着剤においても、その材料組成の調整や他の材料の混融等の手段により、所定の柔軟性をもたせた材料があり、それらを接触部Ｑに充填することができる。或いは、各接着剤において硬化温度や紫外線照射強度・時間等の硬化条件を調整することにより、所定の弾性を付与することも可能である。
このような接触部Ｑを構成することで、接触部Ｑでは第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とは固定されず、それぞれが相対位置にずれを生じることが可能なように移動自由度をもって担持されるとともに、移動自由度を持つ接触部Ｑへの異物等の侵入を防ぎ、モジュール性能を安定に保つことができる。
【００３８】
このように、一方の接触部Ｐでは第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とをハンダ層１８によって固定させ、他方の接触部Ｑでは移動自由度をもって担持することによって、接触部Ｐは第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３をＳｉＯＢ１０に担持するとともに両者の相対位置を維持する一方で、接触部Ｑは使用環境の温度が変化した際の両者の膨張・収縮によるずれを自由に生じさせることができる。これによって、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３に内部応力が発生することを抑制できるので、光学的性質に影響を与えず、フィルタモジュール２の性能を維持できるとともに、ＳｉＯＢ１０では台形型溝１２の両側の壁面部からの力を受けると応力が集中し易い台形型溝１２の底部１６においてもクラックの発生が抑えられ、フィルタモジュール２の耐久性の向上を図ることが可能となる。
【００３９】
ここで、一方の接触部Ｐは第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とを接着剤層１４やハンダ層１８によって固定させ、他方の接触部Ｑは移動自由度をもって担持する本発明のフィルタモジュール１、２と、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０とを台形型溝１２の間に接着剤やハンダ等を全面的に充填した接着剤層１５によって接着固定する従来のフィルタモジュール３０（図６、７参照）とを比較する試験を行った。
この試験では、本発明のフィルタモジュール１、２と従来のフィルタモジュール３０にヒートショック試験を施して耐久性を比較した。試験条件は、−２０℃と９０℃の環境下に、ぞれぞれ交互に放置するヒートショックサイクルを繰り返し行うものである。
【００４０】
その結果を図５に示す。図５に示すように、従来のフィルタモジュール３０では、２０回のヒートショックサイクルでＳｉＯＢ１０にクラックが発生して破損が生じたのに対し、本発明のフィルタモジュール１、２では、いずれも１００回のヒートショックサイクルにおいてもＳｉＯＢ１０にクラックは発生せず、使用環境温度の変化によってモジュール内に生じる応力がかなり緩和され、フィルタモジュール１、２の耐久性が向上していることが確認された。
【００４１】
以上、詳述したように、本実施の形態のフィルタモジュール１、２によれば、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３とＳｉＯＢ１０との２ヶ所の接触部Ｐ、Ｑのうち、一方の接触部Ｐでは接着剤層１４またはハンダ層１８によって固定させ、他方の接触部Ｑでは移動自由度をもって担持することにより、接触部Ｐは第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３をＳｉＯＢ１０に担持するとともに両者の相対位置を維持する一方で、接触部Ｑは使用環境の温度が変化した際の両者の膨張・収縮によるずれを自由に生じさせることができる。これによって、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３に内部応力が発生することを抑制できるので、光学的性質に影響を与えず、フィルタモジュール１、２の性能を維持できるとともに、ＳｉＯＢ１０では台形型溝１２の両側の壁面部からの力を受けると応力が集中し易い台形型溝１２の底部１６においてもクラックの発生が抑えられて、フィルタモジュール１、２の耐久性の向上を図ることが可能となる。
【００４２】
なお、上記した実施の形態１、２では、第１コリメートレンズ２１および第２コリメートレンズ２３等の光学部品とＳｉＯＢ１０との接触部が２ヶ所の場合を例に説明したが、接触部が３ヶ所以上の場合においても同様であって、少なくとも１ヶ所において固定され、少なくとも１ヶ所において移動自由度をもって担持された構成であれば、同様の効果を得ることができる。
また、ＳｉＯＢ１０を用いたＷＤＭ用３端子フィルタモジュールを例に取り上げて説明したが、本発明は材質の異なる基板と部品とが接合されて構成される全てのモジュールに適合でき、特に使用環境の温度変化に対する信頼性を向上させることができる点において優れたものである。
さらに、接着方法として接着剤とハンダとを例に説明したが、これに限定されないことはいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、使用環境の温度の変化による光学モジュールの性能低下を抑制して信頼性を維持するとともに、光学モジュールの破損を回避して耐久性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィルタモジュールの構成を示した平面図である。
【図２】本発明のフィルタモジュールのＸＸ’断面図である。
【図３】本発明のフィルタモジュールの構成を示した平面図である。
【図４】本発明のフィルタモジュールのＹＹ’断面図である。
【図５】比較試験の結果を示した図である。
【図６】従来のフィルタモジュールの構成を示した平面図である。
【図７】従来のフィルタモジュールのＡＡ’断面図である。
【符号の説明】
１，２，３０…フィルタモジュール、１０…シリコンオプティカルベンチ（ＳｉＯＢ）、１１…Ｓｉ基板、１２…台形型溝、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…Ｖ字型溝、１４，１５…接着剤層、１６…底部、１７…金属膜（メタライズ膜）、１８…ハンダ層、２１…第１コリメートレンズ、２１ａ…第１コリメートレンズ側面、２２…薄膜フィルタ、２３…第２コリメートレンズ、２３ａ…第２コリメートレンズ側面、２４…入射光用光ファイバ、２５…反射光用光ファイバ、２６…透過光用光ファイバ
【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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