JP4018852B2

JP4018852B2 - 光導波路基板

Info

Publication number: JP4018852B2
Application number: JP30600699A
Authority: JP
Inventors: 勝弘金子
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JP2001124952A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信モジュール等に用いられる光導波路基板に関し、詳細には、基板上に端面が同一面をなすように形成された光導波路の端部に光ファイバを接合して接続する際の接合強度を高めた、機械的な接続信頼性に優れる光導波路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光導波路としては、例えば石英ガラス基板やシリコン基板上に火炎堆積法により成膜したシリカ膜を利用して３次元形状のクラッド部およびコア部を形成したシリカ系光導波路や、ニオブ酸リチウム単結晶基板をクラッド部とし、この基板上にチタンを熱拡散して３次元導波路形状にコア部を形成した光導波路等が用いられている。
【０００３】
また、これら無機系光導波路に代えて、低温形成が可能な有機系材料による光導波路も実用化が検討されている。この光導波路に利用される有機系材料としては、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）樹脂・ポリカーボネート樹脂・ポリイミド樹脂・ポリシロキサン樹脂・ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂・フッ素樹脂などが検討されている。
【０００４】
これらの光導波路と、光導波路外部との光信号の入出力を行なうための光ファイバとを接続する場合には、光ファイバ心線や、セラミックスあるいはガラスなどのフェルールに挿入されたフェルール付き光ファイバや、複数の光ファイバを基板に整列させた光ファイバアレイなどを、光導波路が形成された光導波路基板の光信号入出力用端部に、光軸を調整して紫外線硬化型接着剤などを用いて接合することが行なわれていた。
【０００５】
図３に従来の光導波路基板に対してフェルール付き光ファイバを接合した例を斜視図で示す。また、この光導波路基板の光ファイバを接合する端面の様子を図４に側面図で示す。これらの図において、11は基板、13は基板11上に形成された光導波路のクラッド部、12はクラッド部13中に形成された光導波路のコア部、14は基板11上に形成されたクラッド部13上に接着剤15を介して接着された補強用基板であり、これらは互いに端面が同一面をなすように形成され、あるいは接着されている。また、16は光ファイバ、17はフェルールであり、光ファイバ16はフェルール17に挿入固定されるとともに、その端面を光導波路のコア部12の端面と位置合わせしてフェルール17を基板11・クラッド部13・補強用基板14の端面に接合することにより光導波路のコア部12と接続されている。
【０００６】
この際、フェルール17と光導波路基板の基板11との接合強度を向上させて機械的な接続信頼性を高めるために、図４に示すように、基板11にガラス基板などの補強用基板14を接着して、フェルール17の端面との接合面積を大きくする工夫がなされていた。なお、光ファイバ16の接続には、フェルール17を用いずに光ファイバ16の端面を直接に光導波路基板に接合することも行なわれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の光導波路基板においては、有機系材料による光導波路と、光導波路外部との光信号の入出力を行なうための光ファイバとを接続する場合において、図３・図４に示すように光導波路基板と光ファイバ16との接合強度を向上させるために接合面積を大きくする目的で光導波路基板の基板11に光導波路のクラッド部13を介して補強用基板14を接着した場合、光導波路に使われている有機系材料と光導波路の下地である基板11との密着強度や、光導波路に使われている有機系材料と補強用基板14との接着剤15による接着強度が十分大きくなく、補強用基板14と光導波路のクラッド部13とが、あるいはクラッド部13と下地の基板11とが離れてしまい、光ファイバ16と光導波路のコア部12との光軸がずれてしまうことがあり、光ファイバ16を接合した場合の接合強度の信頼性に欠けるという問題点があった。特に、有機系材料の中でもフッ素を含んだ樹脂材料は、赤外光の透過性に優れるといった利点があるものの、他材料との接着性が著しく悪いため、さらに接続信頼性に劣るものとなるという問題点があった。
【０００８】
また、光導波路に使われている有機系材料と下地の基板11との密着強度や、光導波路に使われている有機系材料と補強用基板14との接着強度が十分大きい場合であっても、有機系材料はシリカなどの無機系材料に比べて、熱により軟化しやすい、常温でも柔らかい、機械的な強度が低いなどの特性があることから、光導波路のクラッド部13を介して補強用基板14と光導波路の下地の基板11とがずれる可能性が高いため、光ファイバ16あるいはフェルール17を接合した場合の接合強度の信頼性が劣るという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、基板上に端面が同一面をなすように形成された光導波路の端部に光ファイバを接合して接続する際の接合強度を高めた、機械的な接続信頼性に優れる光導波路基板を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光導波路基板は、上面上に、端面に光ファイバを接続するための光導波路を有する基板であって、前記光導波路がこの基板を下地として前記光導波路の端面とこの基板の端面同士が同一面をなすように形成された基板と、凹部を有する補強用基板であって、この凹部に前記光導波路を接着・収容して挟んで、前記基板の端面とこの補強用基板の端面同士が同一面をなすように前記光導波路の両側において前記基板の上面に直接接着された補強用基板と、を具備することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の光導波路基板によれば、基板の上面上にこの基板を下地として形成した光導波路の光信号入出力用端部に光ファイバを接合するための、基板と共通の端面を持つ、光導波路を収容する凹部を設けた補強用基板が、光導波路を凹部に接着・収容して挟んで、光導波路の両側において基板の上面に直接に接着されている部分を有するものであることから、補強用基板と基板とが直接強固に接着固定され、補強用基板と光導波路の下地の基板とがずれることがなく、光ファイバを接合した場合の機械的な接続信頼性に優れた光導波路基板を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光導波路基板について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の光導波路基板の実施の形態の一例を示す斜視図であり、図３と同様に、本発明の光導波路基板に対してフェルール付き光ファイバを接合した例を示している。また、この光導波路基板の光ファイバを接合する端面の様子を図２に側面図で示す。なお、図２においては、光導波路基板の片側の端部のみを示してある。
【００１３】
これらの図において、１は光導波路基板の母基板となり、光導波路を形成する際の下地となる基板、２は基板１上に形成された光導波路のコア部、３は基板１上でコア部２の周囲に形成されたクラッド部であり、これらコア部２およびクラッド部３から成る光導波路は、基板１と端面同士が同一面をなすように形成されている。４は光導波路の端面に光ファイバを接続するための補強用基板であり、本発明の光導波路基板においては、補強用基板４は、光導波路のコア部２およびクラッド部３を挟んで、基板１の端面と端面同士が同一面をなすように、基板１の上面に直接接着される部分を有するように接着されている。なお、５は補強用基板４を基板１の上面に接着固定するための接着剤である。
【００１４】
また、６は光ファイバ、７は光ファイバ６が挿入固定されているフェルールである。光ファイバ６は、その端面を光導波路のコア部２の端面と位置合わせしてフェルール７を主に基板１および補強用基板４の端面に接合することにより光導波路のコア部２の端面と接続されている。
【００１５】
このように、本発明の光導波路基板は、光導波路の端面に光ファイバ６を接続するための補強用基板４が、光導波路を挟んで基板１の上面に接着され、すなわち光導波路の両側において基板１の上面と直接接着されていることから、補強用基板４と基板１とが直接強固に接着固定され、従来のように補強用基板４と光導波路の下地の基板１とがずれることがなくなるので、光導波路のコア部２およびクラッド部３に有機系材料を用いた場合であってもその利点を活かしつつ、光ファイバ６ならびにフェルール７を光導波路基板に精度良く確実にかつ安定に接合することができ、光ファイバ６との機械的な接続信頼性に優れたものとなる。
【００１６】
基板１には、光集積回路基板や光電子混在基板等の光信号を扱う基板として使用される、光導波路が形成される種々の基板、例えばシリコン基板やアルミナ基板、ガラスセラミックス基板、多層セラミック配線基板、プラスチック電気配線基板等が使用できる。
【００１７】
基板１上に形成される光導波路は、クラッド部３中にコア部２が形成された三次元導波路形状の光導波路であり、その形成材料としては、有機系材料であればＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）樹脂・ポリカーボネート樹脂・ポリイミド樹脂・ポリシロキサン樹脂・ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂・フッ素樹脂等を用いれば良い。また、シリカやニオブ酸リチウムなどの無機系材料を用いても良い。
【００１８】
光導波路の作製方法としては、まず基板１の上面にクラッド部３のうち下部クラッド層を形成する。このとき、有機系材料を用いる場合にはＰＭＭＡ樹脂・ポリカーボネート樹脂・ポリイミド樹脂・ポリシロキサン樹脂・ＢＣＢ樹脂・フッ素樹脂等の有機系材料の有機溶媒溶液を基板１の上面にスピンコート法等により所定厚みに塗布し、熱処理することにより形成すればよい。
【００１９】
次に、コア部２は下部クラッド層上に、例えば同様の有機系材料の有機溶媒溶液を基板１にスピンコート法等により所定厚みに塗布し、熱処理することによりコア部２となる層を形成した後、フォトリソグラフィやＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）等の周知の薄膜微細加工技術を用いて所定の形状に成形すればよい。このとき、コア部２にはクラッド部３よりも高い屈折率を有する材料を用いる。
【００２０】
次に、コア部２を形成した後に、ＰＭＭＡ樹脂・ポリカーボネート樹脂・ポリイミド樹脂・ポリシロキサン樹脂・ＢＣＢ樹脂・フッ素樹脂等の有機系材料の有機溶媒溶液を基板１上にスピンコート法等により所定厚みに塗布し、熱処理することにより、クラッド部３のうち上部クラッド層を被覆形成する。
【００２１】
ここで、コア部２の高さ・幅・屈折率や下部クラッド層の厚さ・屈折率、上部クラッド層の厚さ・屈折率は、周知の光導波路理論を用いて所望の仕様で設計すばよい。
【００２２】
以上のようにして、クラッド部３中にコア部２が形成された３次元構造の光導波路を作製する。
【００２３】
次に、補強用基板４を光導波路を挟んで基板１の上面に接着剤５により接着固定する。このとき、補強用基板４を接着固定する部分の基板１上面に被着している光導波路層、主にクラッド層があれば、ドライエッチングや切削等により除去して補強用基板４を接着固定する部分の基板１の上面を露出させる。また、接着剤５にはエポキシ樹脂やアクリル樹脂等の樹脂製接着剤や、ＡｕＳｎやＡｕＧｅ、ＩｎＳｎ等の半田などを使用すればよい。補強用基板４を接着固定する部分の基板１の上面の面積は、接着剤５の材質やそれによる基板１と補強用基板４との接着強度、光ファイバ６・フェルール７を基板１および補強用基板４の端面に接合した際に加わる荷重等から、十分な接合強度が得られるように検討して決定すればよい。
【００２４】
補強用基板４の材質としては、シリカ等のガラス・セラミックス・シリコン・ＳＵＳ等の金属などを基板１や光導波路の材質に応じて選択して用いれば良い。
【００２５】
また、その形状としては、補強用基板４を基板１の上面に接着固定した際に、基板１上に形成されたコア部２およびクラッド部３から成る光導波路が干渉しないように、補強用基板４の基板１との間で光導波路を挟む部分に、光導波路を収容するような凹部を設ける。
【００２６】
また、補強用基板４の大きさは、光ファイバ６・フェルール７を接合する接合面積が、光ファイバ６・フェルール７を接合した際に十分な接合強度が得られるような大きさになるように検討し決定すればよい。
【００２７】
【実施例】
次に、本発明の光導波路基板について具体例を説明する。
【００２８】
厚さ１ｍｍのシリコン基板上に、クラッド部がシロキサンポリマ、コア部がチタン含有シロキサンポリマから成るステップインデックス型の直線パターンの光導波路を形成した。このときコア部およびクラッド部の屈折率をそれぞれ1.444 および1.440 として、コアの幅を８μｍ、高さを８μｍとし、コア部の上側のクラッド部（上部クラッド層）の厚さを４μｍとした。また、基板とコア部との間のクラッド部（下部クラッド層）の厚さは12μｍとした。
【００２９】
次に、この基板をダイシングによって幅５ｍｍ、長さ30ｍｍのチップ状に切り分けた。この際、光導波路のコア部から150 μｍの範囲内を残してその外側のクラッド部をダイシングブレードで切削して除去し、光導波路の両側においてシリコン基板の上面を露出した。
【００３０】
次に、下面に幅310 μｍ×深さ25μｍ×長さ３ｍｍの溝を形成した厚さ１ｍｍ×幅５ｍｍ×長さ３ｍｍの２つの補強用石英ガラス基板のその溝の両側の部分を、端面同士が同一面をなすように光導波路が形成された上記シリコン基板のその端面側の光導波路の両側の上面に、補強用石英ガラス基板の端面がシリコン基板の端面と同一面をなすように、溝の部分に光導波路を挟むようにしてそれぞれ接着した。その際、熱硬化性のエポキシ系接着剤を石英ガラス基板の接着面全体に塗布した後、補強用石英ガラス基板とシリコン基板の端面同士を合わせ、補強用石英ガラス基板に形成した溝内に光導波路が収まるように配置して、150 ℃で１時間加熱して接着剤を硬化させて接着固定した。
【００３１】
続いて、光ファイバを接続した際に問題とならないような程度に、補強用石英ガラス基板とシリコン基板の両方の端面が平坦・平滑な同一面となるように研磨を行なった。
【００３２】
このようにして作製した光導波路基板の光入出をする端面に、先端を外径１ｍｍのガラス製フェルールに挿入した光ファイバを、エポキシ系の紫外線硬化樹脂を塗布し、光導波路のコア部と光軸を調整して光導波路基板の端面に当接した後、紫外線を照射し紫外線硬化樹脂を硬化させて光導波路基板に接合した。
【００３３】
このようにして、図２に示すような、フェルールの付いた光ファイバを接合した本発明の光導波路基板を作製した。
【００３４】
本例では、光ファイバの接合面積は、シリコン基板の上面に補強用石英ガラス基板を端面同士を揃えて接着したことによりガラス製フェルールの外径寸法と同じ十分大きな面積となり、約0.8 ｍｍ²であった。これは補強用石英ガラス基板が無い場合の２倍の接合面積であり、これによって10Ｎ程度の接合強度となって十分な値が得られている。さらに、補強用石英ガラス基板と光導波路基板とは、光導波路の両側に14ｍｍ²程度の接合面積で接着剤により直接接着された部分を持っていることから、150 Ｎ程度以上の十分に大きな接着強度を有しており、図３・図４に示す従来の光導波路基板の構成においては補強用基板の接着強度が３Ｎ程度であったのに比べて、補強用石英ガラス基板の位置ずれが発生したり補強用基板が基板から離れたりするおそれがないものであった。
【００３５】
以上の結果、本発明によれば、補強用基板の位置ずれ等のおそれがなく、光導波路に接続すべく光ファイバを基板端面に接合した場合の接合強度を高めることができ、光ファイバとの機械的な接続信頼性に優れた光導波路基板を作製できることが確認できた。
【００３６】
なお、本発明は以上の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。例えば、上記の実施の形態では主に光導波路の材料として有機系材料を用いた場合について説明したが、光導波路を無機系材料から成るものとした場合にも同様に補強用基板と下地の基板とを強固に接着させることができ、光ファイバとの機械的な接続信頼性に優れた光導波路基板を作製できることはいうまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光導波路基板によれば、基板の上面上にこの基板を下地として光導波路を端面同士が同一面をなすように形成するとともに、この光導波路の端面に光ファイバを接続するための光導波路を収容する凹部を設けた補強用基板を、光導波路を凹部に接着・収容して挟んで、光導波路の両側において基板の端面と端面同士が同一面をなすように基板の上面に直接接着しており、基板と共通の端面を持つ補強用基板が基板の上面と直接接着されている部分を有するものであることから、補強用基板と基板とが極めて強固に接着固定され、補強用基板と光導波路の下地基板とがずれたり離れたりすることがなくなり、基板端面に光ファイバを接合して接続する際の接合強度を高めた、機械的な接続信頼性に優れた光導波路基板を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路基板の実施の形態の一例として、光導波路基板に対してフェルール付き光ファイバを接合した例を示す斜視図である。
【図２】図１の光導波路基板の端面の様子を示す側面図である。
【図３】従来の光導波路基板の実施の形態の例として、光導波路基板に対してフェルール付き光ファイバを接合した例を示す斜視図である。
【図４】図３の光導波路基板の端面の様子を示す側面図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・光導波路のコア部
３・・・光導波路のクラッド部
４・・・補強用基板
６・・・光ファイバ

Claims

上面上に、端面に光ファイバを接続するための光導波路を有する基板であって、前記光導波路がこの基板を下地として前記光導波路の端面とこの基板の端面同士が同一面をなすように形成された基板と、
凹部を有する補強用基板であって、この凹部に前記光導波路を接着・収容して挟んで、前記基板の端面とこの補強用基板の端面同士が同一面をなすように前記光導波路の両側において前記基板の上面に直接接着された補強用基板と、を具備する光導波路基板。