JP2015079061A - Optical module, electronic instrument using the same, and assembly method of optical module - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造で、光導波路チップの導波路と光ファイバ等の外部伝送路を高精度に位置合わせする構成を提供する。【解決手段】光モジュールは、導波路基板19に形成された第1光導波路12を有する光導波路部品11と、第2光導波路を有し前記光導波路部品に接続される光伝送路と、第2光導波路を第1光導波路12にアラインさせるガイド部品30と、を有し、導波路基板19はガイド部品30との接合面に開口17を有し、ガイド部品30は開口17と嵌合する突起33を有し、ガイド部品30の熱膨張係数は導波路基板19の熱膨張係数よりも大きい。【選択図】図4The present invention provides a configuration that aligns a waveguide of an optical waveguide chip and an external transmission line such as an optical fiber with high accuracy with a simple structure. An optical module includes: an optical waveguide component having a first optical waveguide formed on a waveguide substrate; an optical transmission path having a second optical waveguide connected to the optical waveguide component; A guide component 30 for aligning the two optical waveguides with the first optical waveguide 12, the waveguide substrate 19 has an opening 17 on a joint surface with the guide component 30, and the guide component 30 is fitted to the opening 17. The guide component 30 has a thermal expansion coefficient larger than that of the waveguide substrate 19. [Selection] Figure 4
Description
本発明は、光モジュールとこれを用いた電子機器、及び光モジュールの組立方法に関する。 The present invention relates to an optical module, an electronic device using the same, and an assembling method of the optical module.
近年、サーバシステムやスーパーコンピュータシステムの演算速度の高速化に伴い、LSI間を低損失かつ低消費電力で広帯域伝送する光インターコネクションが注目されている。LSI間を接続する光トランシーバの光電変換技術として、シリコン(Si)フォトニクスが注目されている。Siフォトニクスは変調器、光検出器が形成されたシリコン導波路デバイスであり、変調用ドライバや光源とともに用いられる。 2. Description of the Related Art In recent years, attention has been paid to an optical interconnection that performs broadband transmission between LSIs with low loss and low power consumption as the calculation speed of server systems and supercomputer systems increases. Silicon (Si) photonics has attracted attention as a photoelectric conversion technique for optical transceivers that connect LSIs. Si photonics is a silicon waveguide device in which a modulator and a photodetector are formed, and is used together with a modulation driver and a light source.
光導波路が形成されたSiフォトニクスチップは、外部伝送路である光ファイバと高精度に光接続される。Siフォトニクスチップの端部には、一般にスポットサイズコンバータと呼ばれるモード変換機構が形成されており、バッドジョイントにより光ファイバと光導波路が接続される。 The Si photonics chip on which the optical waveguide is formed is optically connected with an optical fiber which is an external transmission path with high accuracy. A mode conversion mechanism generally called a spot size converter is formed at the end of the Si photonics chip, and the optical fiber and the optical waveguide are connected by a bad joint.
外部伝送路と光導波路のアライメントとして、光信号のパワー強度をモニタするアクティブアライメントが知られている。しかし、アクティブアライメントは高コストであり、量産に適用することは困難である。生産性の観点からはパッシブアライメントが利用しやすい。一般的なパッシブアライメントのために、光ファイバをガイドするV溝が利用されている。 As an alignment between an external transmission line and an optical waveguide, active alignment for monitoring the power intensity of an optical signal is known. However, active alignment is expensive and difficult to apply to mass production. Passive alignment is easy to use from the viewpoint of productivity. For general passive alignment, a V-groove for guiding an optical fiber is used.
光ファイバをV溝内に接着剤で固定する際に、接着剤の収縮により多心ファイバのピッチが狭くなる。これを防止するために、あらかじめV溝ピッチを拡げた構成が知られている(たとえば、特許文献1参照)。また、光導波路部品とフェルールを、両者の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有するクリップ部材で挟み込んで加熱状態で固定し、冷却時の熱収縮を利用して、光ファイバ先端と光導波路端面との密着力を高める構成が知られている(たとえば、特許文献2参照)。 When the optical fiber is fixed in the V-groove with an adhesive, the pitch of the multi-fiber is reduced due to the shrinkage of the adhesive. In order to prevent this, a configuration in which the V-groove pitch is widened in advance is known (see, for example, Patent Document 1). In addition, the optical waveguide part and the ferrule are sandwiched between clip members having a thermal expansion coefficient larger than the thermal expansion coefficient of both, and fixed in a heated state, and the optical fiber tip and the end face of the optical waveguide are utilized by utilizing thermal contraction during cooling. The structure which raises the contact | adhesion power with is known (for example, refer patent document 2).
簡単な構造で、光導波路チップの導波路と光ファイバ等の外部伝送路を高精度に位置合わせする構成を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a configuration that aligns a waveguide of an optical waveguide chip and an external transmission line such as an optical fiber with high accuracy with a simple structure.
ひとつの態様では、光モジュールは、
導波路基板に形成された第1光導波路を有する光導波路部品と、
第2光導波路を有し前記光導波路部品に接続される光伝送路と、
前記第2光導波路を前記第1光導波路にアラインさせるガイド部品と、
を有し、
前記導波路基板は前記ガイド部品との接合面に開口を有し、
前記ガイド部品は、前記開口と嵌合する突起を有し、
前記ガイド部品の熱膨張係数は、前記導波路基板の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする。
In one aspect, the optical module is
An optical waveguide component having a first optical waveguide formed on a waveguide substrate;
An optical transmission line having a second optical waveguide and connected to the optical waveguide component;
A guide component for aligning the second optical waveguide with the first optical waveguide;
Have
The waveguide substrate has an opening in a joint surface with the guide component;
The guide component has a protrusion that fits into the opening,
The guide component has a thermal expansion coefficient larger than that of the waveguide substrate.
上記構成により、光導波路チップの導波路と光ファイバ等の外部伝送路を高精度に位置合わせすることができる。 With the above configuration, the waveguide of the optical waveguide chip and the external transmission path such as an optical fiber can be aligned with high accuracy.
図1は、実施形態の光モジュール10が適用される電子機器の例として、光インターコネクト用パッケージ1を示す。図1(A)は上面図、図1(B)は側面図である。ボード2上に1つ以上の光インターコネクト用パッケージ1(以下、「パッケージ1」と略称する)が配置される。パッケージ基板3に、電子部品であるLSI(Large-Scaled Integrated circuit)4が搭載され、LSI4の周囲にインターコネクト用の光モジュール10が配置されている。
FIG. 1 shows an
光モジュール10は、シリコン(Si)フォトニクスによる光トランシーバ20と、外部伝送路である光伝送路40を含む。光トランシーバ20と光伝送路40の接続は、ガイド部品30(図2参照)により担保されている。光トランシーバ20は、光伝送路40を介してボード2上に搭載された図示しない他のLSIやメモリ、ストレージ等の電子部品に接続され、あるいは別ラック(別のシステムボード)に搭載された電子部品に接続されている。光伝送路40は、たとえば多心の光ファイバケーブル40である。
The
LSI4と光トランシーバ20は、パッケージ基板3上の図示しない高速電気配線により接続され、ボード(プリント配線板)2から半田バンプ6を介して給電されている。一般に、パッケージ1の上部に冷却機構が配置される。空冷の場合は、点線で示されるヒートシンク7がパッケージ1上に搭載される。水冷の場合は、冷却水が循環するクーリングプレート(不図示)が配置される。
The LSI 4 and the
図2は、光モジュール10の詳細図である。光モジュール10は、光トランシーバ20と、光伝送路40と、光伝送路40の光ファイバ42の先端を光トランシーバ20の導波路12の端面に案内するガイド部品30を含む。光伝送路40は、多心の光ファイバ42がテープ被覆41で保持されたテープファイバ40である。テープファイバ40の先端のテープ被覆41は剥離されて、個々の光ファイバ42が露出している。露出した光ファイバ42の各々は、ガイド部品30の本体31に形成された溝32に保持されている。
FIG. 2 is a detailed view of the
パッケージ基板3に搭載される光トランシーバ20は、光導波路チップ11、光源15、変調用ドライバ16などを含む。この例では、光源15と変調用ドライバ16は、光導波路チップ11の外部に配置されている。変調用ドライバ16と光導波路チップ11はパッケージ基板3上の高速電気配線により接続され、光源15と光導波路チップ11は光接続されている。
The
光導波路チップ11は、導波路基板19上に、変調器や光検出器といったSiフォトニクスデバイス13と、導波路12を有する。導波路基板19はパッケージ基板3に半田18等で固定され、電気的に接続されている。Siフォトニクスデバイス(変調器、光検出器等)13との導通をとるために、たとえば導波路基板19内にTSV(through-silicon via:シリコン貫通ビア)等の高速電気配線が形成される。TSVに替えてワイヤボンディング等を用いてもよい。図示はしないが、半田18はアンダーフィルにより樹脂封止されている。
The
導波路12は、Siフォトニクスデバイス13と外部とのインタフェースの役割を果たす。導波路12の端面にはスポットサイズコンバータと呼ばれるモード変換機構(不図示)が形成されており、バットジョイントにより光ファイバ42を導波路12に接続することができる。光ファイバ42の先端部は、ガイド部品30上で溝32に案内されて、対応する導波路12に精度良く位置合わせされている。
The
パッシブアライメントで高精度の位置合わせを実現するために、凹凸構造を用いてガイド部品30の溝32を光導波路チップ11の導波路12に対して位置決めすることが考えられる。
In order to achieve highly accurate alignment by passive alignment, it is conceivable to position the
図3は、光導波路チップ11とガイド部品30の接続模式図である。一般に、光導波路チップ11を構成する基板には凸部を形成するよりも凹部を形成する方が容易なので、導波路基板19に開口17を形成し、ガイド部品30に突起33を形成する。ガイド部品30はプラスチック等で高精度に製作することができる。光コネクタではプラスチックの射出成型でシングルモードファイバ(SMF)用のフェルールが実現できていることから、ガイド部品30においても射出成型で同程度の精度が達成できる。
FIG. 3 is a connection schematic diagram of the
問題となるのは、導波路基板19の開口17の加工精度である。露光プロセスで、ステッパによる導波路12の配列中心位置とピッチが保証されるため、開口17の中心位置とピッチも同様に保証される。しかしながら、次工程の深堀ドライエッチングで開口17内の側壁の傾き等が発生し、開口幅の制御が困難である。開口17が狙い値より狭く形成されてクリアランスが小さくなると、ガイド部品30の突起33を開口17内にスムーズに挿入することが困難になり、突起33や開口17で破損が発生するおそれがある。逆に、開口17の幅が広く形成されてクリアランスが大きくなると、位置ずれによりパッシブアライメントが実現できなくなるおそれがある。
The problem is the processing accuracy of the
そこで、実施形態では、ガイド部品30の熱膨張係数を、導波路基板19の熱膨張係数よりも大きく設定する。ガイド部品30の少なくとも二か所に突起33を設け、導波路基板19のガイド部品30との接合面に形成された開口(凹部)17とパッシブに嵌合させる。光導波路チップ11の開口17を、ガイド部品30の突起33よりも幅広に形成し、熱膨張係数の違いを利用してアライメントと係止を実現する。突起33は、溝32の配列中心の両側、好ましくは配列中心に対して左右対称の位置に配置されるのが望ましい。同様に、開口17は、導波路12の配列中心の両側、好ましくは左右対称の位置に配置されるのが望ましい。
Therefore, in the embodiment, the thermal expansion coefficient of the
図4は、光導波路チップ11とガイド部品30の結合状態を示す。図4(A)は上面図及びX方向(導波路12の配列方向)の前面図、図4(B)はY方向(導波路12の光軸方向)の側面図である。光導波路チップ11の開口17のX方向の幅は、ガイド部品30の突起33の径よりも大きく構成されている。開口17の高さ(Z方向のサイズ)は、ガイド部品30の径と同等またはそれ以上である。
FIG. 4 shows a coupled state of the
組立後の状態として、ガイド部品30の突起33は、導波路12の配列の両側に形成された開口17の両外側または両内側の側壁に当接し、ガイド部品30の中心が光導波路チップ11の中心に対してセンタリングされる。その結果、ガイド部品30の溝32の中心が光導波路チップ11の導波路12の中心にアラインする。この状態で、ガイド部品30は接合材料36により導波路基板19またはパッケージ基板3に固定される。図4の例では、ガイド部品30はその側壁でパッケージ基板3に接着固定されている。接合材料36として、接着剤、半田材料などを用いることができる。この例では、接合材料36として熱硬化性接着剤もしくは常温硬化型の接着剤を用いる。
As a state after assembly, the
ガイド部品30は、光導波路チップ11と高さを合わせるための高さ調整部材34を有する。高さ調整部材34は、庇あるいはビームの形状であってもよい。この例では、高さ調整部材34として、ビーム34がガイド部品30の上面の両側から突出し、光導波路チップ11の上面に接している。ビーム34でガイド部品30を光導波路チップ11に対して支持することで、溝32を所定の高さ位置に保持することができる。
The
ここで所定の高さとは、テープ被覆41から露出した光ファイバ42を溝32内に配置した際に、光導波路チップ11の導波路12のコアと、光ファイバ42のコアが幾何学的に一致する高さを示す。
Here, the predetermined height means that when the
ガイド部品30の突起33により溝32の水平方向(X方向)の位置が規定され、高さ調整部材34により、溝32の高さ方向(Z方向)の位置が規定される。突起33と高さ調整部材34は、射出成型により一体成型することができる。
The position of the
図5は、光導波路チップ11の概略図である。導波路基板19として、たとえばSOI(Silicon-On-Insulator)基板19を用いる。SOI基板19の上面に導波路12が形成され、下部のシリコン部に開口17が形成されている。この例では、導波路基板19の幅(X)方向のサイズは5mm、光軸(Y)方向のサイズは5mm、厚さは500ミクロンである。変調器、光検出器などのSiフォトニクスデバイス13は、一般的な半導体プロセスを用いてSOI基板19上に形成されている。開口17は、SOI基板19の上面の露光用アライメントマーク(不図示)を基に、両面アライナを用いてSOI基板19の底面に開口17のレジストパターンを形成し、エッチングにより形成する。両面アライナでは両面での位置精度に関して1ミクロン以内の高精度で露光できる。その後、レジストパターンをマスクとして、ドライエッチングを行う。ドライエッチングにより、たとえば深さ250ミクロン、開口幅206ミクロン、長さ2mmの開口17が形成される。
FIG. 5 is a schematic view of the
一般にドライエッチングでの深堀では、サブミクロン精度で開口幅を形成することは困難である。再付着や僅かなプロセス揺らぎにより、開口幅側面には傾き等が発生するためである。開口17のピッチは、露光プロセスで形成したレジストパターンの精度により保証されている。
In general, in deep etching by dry etching, it is difficult to form an opening width with submicron accuracy. This is because an inclination or the like occurs on the side surface of the opening width due to redeposition or slight process fluctuation. The pitch of the
図6はガイド部品30の四面図である。中央が上面図、左側(突起33側)が前面図、右側が後面図、下が側面図である。ガイド部品30を射出成型により作製する場合は、高精度の金型によりサブミクロンのシングルモード用光コネクタの寸法精度が実現できる。材料はたとえばプラスチックであり、エポキシ系、アクリル系、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアセタール(POM:Polyoxymethylene)、PEEK(Polyether ether ketone)等が挙げられる。プラスチックに限らず、AlやNi等の金属でもよい。
FIG. 6 is a four-side view of the
ガイド部品30の本体31の上面に形成される溝32は、一例としてV溝とする。溝32の角度は60°、ピッチは250ミクロン、長さを1.8mmとする。溝32に搭載される光ファイバ42(図2参照)のコア中心が、ガイド部品30の表面と一致するように設計されている。
As an example, the
ガイド部品30の突起33およびビーム(高さ調整部材)34の表面粗さは1ミクロン以内で実現されている。突起33のサイズは一例として、直径200ミクロン、突起部の長さ1.8mmの円柱形状であり、先端部は面取りされている。ビーム34のサイズは、一例として幅200ミクロン、高さ200ミクロン、溝32が形成された本体31から突出する部分の長さは1.8mmとする。突起33の中心と、各溝32との位置関係は保証されている。ビーム34の下面と各溝32との位置関係も前述のピッチと同様保証されている。
The surface roughness of the
図7は、実施形態の光導波路チップ11とガイド部品30の接合シーケンスを示す。図7(A)は仮組立工程を示している。光導波路チップ11は、図4に示したようにパッケージ基板3に半田18で実装されている。パッケージ基板3の熱膨張係数はガイド部品30の熱膨張係数より小さいものを用いている。パッケージ基板3上の光導波路チップ11の導波路基板19の側面下部に形成した開口17へ、ガイド部品30の突起33を挿入する。この段階では、開口17の幅が突起33の幅(あるいは径)よりも広く形成されているため、XY面内での位置精度は出ていない。ガイド部品30の上部に形成されたビーム34により高さ方向(Z方向)の位置合わせは行なわれている。仮組み立て状態では、ガイド部品30のX方向の中心は光導波路チップ11のX方向の中心に対してオフセットしている場合が多い。
FIG. 7 shows a joining sequence of the
図7(B)は、接着剤塗布及び熱硬化の工程を示している。一例として、接着剤36として熱硬化性接着剤36を用い、ガイド部品30の両側面に塗布する。接着剤36は、パッケージ基板3とガイド部品30に接触するようにし、ディスペンサを用いて所定量滴下する。この状態で、光導波路チップ11、ガイド部品30およびパッケージ基板3をオーブン中で昇温する。昇温中に導波路基板19、ガイド部品30およびパッケージ基板3は熱膨張する。導波路基板19をシリコン(Si)、ガイド部品30をアクリル、パッケージ基板3をガラスエポキシで形成した場合、熱膨張係数はそれぞれ、3ppm/K、70ppm/K、および20ppm/Kである。加熱前のガイド部品30の突起33の中心間距離は3mmである。昇温中に、大きな熱膨張係数を持つガイド部品30が最も大きく熱膨張し、等方性の熱膨張では幅方向(X方向)が最も広がる。このため、突起33は導波路基板19の開口17の外側の側壁に当接し、ガイド部品30のX方向の中心位置が光導波路チップ11の中心位置と一致する。この状態で熱硬化が進み、XY面内でのセンタリングが完了する。
FIG. 7B shows the steps of adhesive application and thermosetting. As an example, a
高さ方向(Z方向)では、ガイド部品30のビーム34下面と光導波路チップ11の表面が接触した状態で熱硬化するため、高さ方向の位置合わせがなされる。硬化温度を120℃とした場合、導波路基板19の開口17のX方向の幅206ミクロンに対し、4ミクロンの幅のばらつきが許容される。開口17の幅が突起33の直径よりも6ミクロン大きく、4ミクロンのバラツキを許容できる。開口17の形成工程および図7(A)の仮組立工程で十分な嵌合クリアランスとばらつきを許容できるため、図7(B)の熱硬化プロセスでガイド部品30を高精度に位置決めすることができる。
In the height direction (Z direction), since the thermosetting is performed in a state where the lower surface of the
図7(C)は、降温工程を示している。接着剤36がガイド部品30を両側からパッケージ基板3に固定しているため、位置決めの後に温度を下げても昇温時の位置は保持される。その後、ガイド部品30上のV溝32にテープファイバ40の先端部のテープ被覆41を剥離して個々の光ファイバ42を搭載する(図2参照)。
FIG. 7C shows a temperature lowering process. Since the adhesive 36 fixes the
光ファイバ42の先端部のカットは、ファイバカッタ、レーザ加工等を用いる。V溝32内の光ファイバは別途接着剤を用いて固定される。この接着剤はガイド部品30の接着剤36よりも低温で硬化させる。また、光ファイバ42のコアと導波路12のコアの屈折率に近い屈折率を持つ光学接着剤の利用も考えられる。光ファイバと導波路12のコアの間隙を光学接着剤で充填することにより、反射光強度の小さな低損失接続が実現できる。
For cutting the tip of the
上述した構成及び手法によると、光導波路チップ11とガイド部品30の結合時に、光導波路チップ11の開口17の幅方向のばらつきを許容しながら、ガイド部品30の突起33を開口17内にスムーズに挿入することができる。これにより、低コストかつ高精度のパッシブアライメントが実現可能となる。
According to the above-described configuration and method, when the
図8は、光導波路チップ11とガイド部品30の別の接合シーケンスを示す。光導波路チップ11の導波路基板19、ガイド部品30およびパッケージ基板3は、図7の例と同じ熱膨張係数を持つ。導波路基板19、開口17、突起33のサイズ及び形成位置も図7と同じである。
FIG. 8 shows another joining sequence of the
図8(A)において、ガイド部品30を加熱した後に、突起33を導波路基板19の開口17に挿入する。この仮組立では、開口17が図7と同じクリアランスを持つため、突起33はスムーズに挿入される。仮組立の状態では、ガイド部品30のX方向の中心位置は光導波路チップ11のX方向の中心位置から僅かにオフセットされている場合が多い。
In FIG. 8A, after the
図8(B)は、降温工程を示している。ガイド部品30の突起33を光導波路チップ11の開口17に挿入した後、温度が室温に近づくにつれて突起33の間の距離が縮まって突起33が開口17の内側の側壁に当接する。図7と逆の熱収縮プロセスにより、ガイド部品30のX方向の中心位置は光導波路チップ11のX方向の中心位置と一致する。図8(A)の加熱は、ガイド部品30だけでなく、光導波路チップ11やパッケージ基板3とともに行っても、図8(B)の降温工程による位置決めは原理的に実現できる。この場合も突起33は開口17の内側の側壁に接触する。
FIG. 8B shows a temperature lowering process. After the
図8(C)で、降温後、接着によるガイド部品30の固定を行う。接着剤36の硬化は常温で行うことが望ましく、一例として紫外線硬化樹脂等を利用する。常温以外でも仮組立時の温度より低い硬化温度の熱硬化接着剤も利用できる。接着工程により、突起33が開口17の内側の側壁でセンタリングされた状態で、光導波路チップ11とガイド部品30が結合される。
In FIG. 8C, after the temperature is lowered, the
図8の方法では、各部材の熱膨張係数の違い利用した熱収縮により、ガイド部品30と光導波路チップ11を高精度にアライメントすることができる。
In the method of FIG. 8, the
図9は、ガイド部品30の接着固定の別の例を示す。図9では、ガイド部品30をパッケージ基板3ではなく、光導波路チップ11に対して固定する。ビーム34に接着剤46を塗布して、光導波路チップ11とガイド部品30を接着固定する。導波路基板19の熱膨張係数は、ガイド部品30の熱膨張係数よりも小さいので、図7と図8のいずれの接合シーケンスを利用してもよい。図7のように加熱膨張した状態で接着固定する場合は接着剤46として熱硬化接着剤を用いる。図8のように熱収縮後に接着固定する場合は接着剤46として常温硬化型接着剤を用いる。
FIG. 9 shows another example of the adhesive fixing of the
図10は、ガイド部品30の変形例30Aを示す。ガイド部品30Aの本体31の表面にリセス61が形成され、リセス61にU溝62が形成されている。U溝62からガイド部品30の先端(突起33側)まで貫通するマイクロホール65が形成されている。マイクロホール65が形成されたガイド部品30Aは、MTフェルールの先端部に類似する形状を持っている。マイクロホール65の外径は使用する光ファイバの外径とほぼ同一の径である。光ファイバの挿入側は半円状のU溝62であり、U溝62の幅(径)はマイクロホール65の径に比べて広い。U溝62とマイクロホール65の間はテーパ63で接続されている。
FIG. 10 shows a modified example 30A of the
一例として、光ファイバの径は125ミクロン、マイクロホール65の径は125.3ミクロン、U溝62の径は240ミクロンとする。テープファイバの配置ピッチは250ミクロンとしている。ガイド部品30の溝の形状はテーパ付きのU溝に限定されず、光ファイバ若しくは導波路を整列させることができる形状であれば任意の形状を採用することができる。
As an example, the diameter of the optical fiber is 125 microns, the diameter of the
図11は、ガイド部品30の別の変形例30Bを示す。ガイド部品30Bは、光軸方向に沿って本体31を貫通するマイクロホール65と、マイクロホール65内にあらかじめ収容した光ファイバ72と、コネクタ接続用のガイドピン75を持つ。ガイドピン75の直径は一例として300ミクロンとする。ガイドピン75を利用することにより、光導波路チップ11と多心のテープファイバを実装した光コネクタ(不図示)との接続が可能となる。この場合、光コネクタは対応する位置にガイドピン穴をもち、ガイド部品30のガイドピンとの嵌合で接続される構造となっている。ガイドピン接続用穴の形状は一例として円孔であり、直径300.3ミクロンとする。この場合の光コネクタは一般的なMTコネクタの小型品のような形状をしており、そのコネクタも射出成型により製造される。逆にガイド部品30にコネクタ接続用ガイドピン穴(不図示)を設け、光コネクタ側にガイド部品接続用ガイドピン形状突起を設けた構成としてもよい。ガイド部品30Bのファイバ端面の加工に、ファイバカッタやレーザ加工が用いられる。
FIG. 11 shows another
ガイド部品30Bは、図7または図8の接合シーケンスにより熱膨張または熱収縮を利用したセンタリングで光導波路チップ11に対して高精度に位置合わせされる。ガイド部品30Bと光コネクタ(不図示)とは、ガイドピン75とガイドピン穴(不図示)の嵌合により位置合わせされる。光ファイバ72の光導波路チップ11側は、屈折率が導波路12や光ファイバ72のコア屈折率に近い光学接着剤により接着され、反射を抑制できる。また、光ファイバ72の光コネクタ側は屈折率整合フィルムの貼付けやARコートで接続部の反射を抑制できる。使用可能であれば粘性の高いマッチングオイル等でもよい。
The
上記で例示に基づいて実施形態の光モジュール10と電子機器1を説明してきたが、本発明はこれらの例に限定されない。ガイド部品30と結合される光導波路チップ11はSiフォトニクス導波路が形成された光導波路チップ11だけでなく、石英基板上に導波路が形成された光導波路チップや、ポリマー導波路が形成された光導波路チップでもよい。光伝送路40は、伝送する光のモードに応じてシングルモード光ファイバだけでなく、マルチモードファイバでもよい。また、POF(Plastic Optical Fiber)やHPCF(Hard Plastic Clad Fiber)等のファイバも利用可能である。さらにはフィルム導波路形態での利用も考えられる。その際、ガイド部品30に形成される溝構造はフレキシブル導波路の外形を保持する形状となる。熱膨張または熱収縮を利用してガイド部品30の光導波路チップ11に対する連結及び自動センタリングを行った後に、溝部にフレキシブル導波路を配置する。これにより、フレキシブル導波路のコアを光導波路チップ11の導波路12に精度よくアラインさせることができる。
Although the
実施例では、導波路基板19の開口17と、ガイド部品30の突起33をそれぞれ2つずつ設けたが、結合面のコーナー近傍に4つずつ配置してもよい。ガイド部品30を光導波路チップ11と光コネクタとの接続に適用する場合は、上述したMTコネクタライクのものに限定されず、コネクタとの接続形態に応じてガイド部品30の突起部や穴形状を変更することが可能である。
In the embodiment, two
以上のように、ガイド部品30の光導波路チップ11に対するX方向(導波路配列方向)の中心位置は、熱膨張または熱収縮により自動的にセンタリングされる。この結果、導波路12の配列とガイド部品30のファイバ搭載位置とがXY面内で正確に位置決めされる。また、ガイド部品30に高さ調整部材34を設けることで、ガイド部品30の高さ方向の光ファイバ搭載位置が規定される。ガイド部品30の溝形状を変えることで様々な光伝送路(光配線)を搭載することが可能となる。
As described above, the center position of the
以下の説明に対し、以下の付記を提示する。
(付記1)
導波路基板に形成された第1光導波路を有する光導波路部品と、
第2光導波路を有し前記光導波路部品に接続される光伝送路と、
前記第2光導波路を前記第1光導波路にアラインさせるガイド部品と、
を有し、
前記導波路基板は前記ガイド部品との接合面に開口を有し、
前記ガイド部品は、前記開口と嵌合する突起を有し、
前記ガイド部品の熱膨張係数は、前記導波路基板の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする光モジュール。
(付記2)
前記導波路基板は少なくとも2つの前記開口を有し、前記開口は前記第1光導波路の配列中心の両側に配置され、
前記ガイド部品は少なくとも2つの前記突起を有し、前記突起は前記第2導波路の配列中心の両側に配置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)
前記突起の各々は、対応する前記開口内で前記第1光導波路の前記配列中心に対して外側の開口内壁に接触し、内側の開口内壁との間に空間を有することを特徴とする付記2に記載の光モジュール。
(付記4)
前記突起の各々は、対応する前記開口内で前記第1光導波路の前記配列中心に対して内側の開口内壁に接触し、外側の開口内壁との間に空間を有す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)
前記ガイド部品は、前記導波路基板の表面、または前記導波路基板が搭載された第2基板に対して熱硬化性接着剤で接着固定されていることを特徴とする付記3に記載の光モジュール。
(付記6)
前記ガイド部品は、前記導波路基板の表面、または前記導波路基板が搭載された第2基板に対して、常温硬化型接着剤で接着固定されていることを特徴とする付記4に記載の光モジュール。
(付記7)
前記ガイド部品は、前記第2光導波路を前記導波路基板に対して高さ方向に位置決めするための高さ調整部材を有することを特徴とする付記1に記載の光モジュール。
(付記8)
前記ガイド部品は、前記第2光導波路を収容する溝を有することを特徴とする付記1〜7のいずれかに記載の光モジュール。
(付記9)
前記ガイド部品は、前記第2導波路を収容するマイクロホールを有することを特徴とする付記1〜7のいずれかに記載の光モジュール。
(付記10)
前記ガイド部品は、マイクロホールと、前記マイクロホール内にあらかじめ収容された光ファイバを有し、前記第2導波路を有する光伝送路は光コネクタであることを特徴とする付記1〜7のいずれかに記載の光モジュール。
(付記11)
前記ガイド部品は、前記突起と反対側の面に、前記光コネクタと嵌合する凹凸構造を有することを特徴とする付記10に記載の光モジュール。
(付記12)
付記1〜11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接続される電子部品と、
を有し、前記光モジュールの前記光導波路部品は光電気変換部を有することを特徴とする電子機器。
(付記13)
導波路基板に形成された第1光導波路と、前記第1光導波路の配列中心の両側に形成された開口とを有する光導波路部品を準備し、
前記導波路基板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料で、外部伝送路の第2光導波路を前記第1光導波路に対して位置合わせするガイド部品を形成し、前記ガイド部品は前記開口と対向する位置に突起を有し、
前記ガイド部品の前記突起を前記光導波路部品の前記開口内に挿入し、
加熱と降温のプロセスにより、前記ガイド部品と前記導波路基板の熱膨張係数の違いを利用して、前記ガイド部品を前記第1光導波路の配列中心に対して自動的にセンタリングし、
前記センタリングされた前記ガイド部品に前記第2光導波路を有する前記外部伝送路を配置する、
ことを特徴とする光モジュールの組立方法。
(付記14)
前記突起を前記開口に挿入した後に前記ガイド部品を加熱することによって、熱膨張により前記突起を前記開口の外側の内壁に当接させ、
前記当接位置で前記ガイド部品を前記光導波路部品に対し、または前記光導波路部品を搭載する基板に対して接着固定し、
その後、温度を室温に下げることを特徴とする付記13に記載の光モジュールの組立方法。
(付記15)
前記突起を前記開口に挿入する前または挿入した後に前記ガイド部品を加熱し、
前記加熱後、前記突起を前記開口に挿入した状態で温度を室温に下げることによって、熱収縮により前記突起を前記開口の内側の内壁に当接させ、
前記当接位置で前記ガイド部品を前記光導波路部品に対し、または前記光導波路部品を搭載する基板に対して接着固定する、
ことを特徴とする付記13に記載の光モジュールの組立方法。
The following notes are presented for the following explanation.
(Appendix 1)
An optical waveguide component having a first optical waveguide formed on a waveguide substrate;
An optical transmission line having a second optical waveguide and connected to the optical waveguide component;
A guide component for aligning the second optical waveguide with the first optical waveguide;
Have
The waveguide substrate has an opening in a joint surface with the guide component;
The guide component has a protrusion that fits into the opening,
The optical module according to
(Appendix 2)
The waveguide substrate has at least two of the openings, and the openings are disposed on both sides of the array center of the first optical waveguides.
2. The optical module according to
(Appendix 3)
Each of the protrusions is in contact with the inner wall of the outer opening with respect to the arrangement center of the first optical waveguide in the corresponding opening, and has a space between the inner wall of the inner opening. The optical module as described in.
(Appendix 4)
Each of the protrusions is in contact with the inner wall of the inner opening with respect to the arrangement center of the first optical waveguide in the corresponding opening, and has a space between the inner wall of the outer opening. The optical module as described in.
(Appendix 5)
The optical module according to
(Appendix 6)
The light according to appendix 4, wherein the guide component is bonded and fixed to the surface of the waveguide substrate or a second substrate on which the waveguide substrate is mounted with a room temperature curable adhesive. module.
(Appendix 7)
The optical module according to
(Appendix 8)
The optical module according to any one of
(Appendix 9)
The optical module according to any one of
(Appendix 10)
Any one of
(Appendix 11)
The optical module according to
(Appendix 12)
The optical module according to any one of
Electronic components connected to the optical module;
And the optical waveguide component of the optical module has a photoelectric conversion part.
(Appendix 13)
Preparing an optical waveguide component having a first optical waveguide formed on a waveguide substrate and openings formed on both sides of an array center of the first optical waveguide;
A material having a thermal expansion coefficient larger than that of the waveguide substrate is used to form a guide component for aligning the second optical waveguide of the external transmission path with the first optical waveguide, and the guide component is Has a protrusion at a position facing the opening,
Inserting the protrusion of the guide component into the opening of the optical waveguide component;
By using the difference between the thermal expansion coefficients of the guide component and the waveguide substrate by a heating and cooling process, the guide component is automatically centered with respect to the arrangement center of the first optical waveguide,
Disposing the external transmission line having the second optical waveguide in the centered guide component;
An optical module assembling method.
(Appendix 14)
By heating the guide component after inserting the protrusion into the opening, the protrusion is brought into contact with the outer inner wall of the opening by thermal expansion;
Adhering and fixing the guide component to the optical waveguide component or the substrate on which the optical waveguide component is mounted at the contact position,
14. The method for assembling an optical module according to
(Appendix 15)
Heating the guide part before or after inserting the protrusion into the opening;
After the heating, by lowering the temperature to room temperature with the protrusion inserted into the opening, the protrusion is brought into contact with the inner wall of the opening by heat shrinkage,
Adhering and fixing the guide component to the optical waveguide component or the substrate on which the optical waveguide component is mounted at the contact position,
14. The method of assembling an optical module according to
1 パッケージ(電子機器)
2 ボード
3 パッケージ基板
4 LSI(電子部品)
10 光モジュール
11 光導波路チップ(光導波路部品)
12 導波路(第1光導波路)
13 シリコンフォトニクスデバイス(光デバイス)
17 開口
19 導波路基板
20 光トランシーバ
30 ガイド部品
32 溝
33 突起
40 テープファイバ(光伝送路)
41 テープ被覆
42 光ファイバ(第2光導波路)
1 Package (electronic equipment)
2
10
12 Waveguide (first optical waveguide)
13 Silicon photonics devices (optical devices)
17
41
Claims (8)
第2光導波路を有し前記光導波路部品に接続される光伝送路と、
前記第2光導波路を前記第1光導波路にアラインさせるガイド部品と、
を有し、
前記導波路基板は前記ガイド部品との接合面に開口を有し、
前記ガイド部品は、前記開口と嵌合する突起を有し、
前記ガイド部品の熱膨張係数は、前記導波路基板の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする光モジュール。 An optical waveguide component having a first optical waveguide formed on a waveguide substrate;
An optical transmission line having a second optical waveguide and connected to the optical waveguide component;
A guide component for aligning the second optical waveguide with the first optical waveguide;
Have
The waveguide substrate has an opening in a joint surface with the guide component;
The guide component has a protrusion that fits into the opening,
The optical module according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the guide component is larger than a thermal expansion coefficient of the waveguide substrate.
前記ガイド部品は少なくとも2つの前記突起を有し、前記突起は前記第2導波路の配列中心の両側に配置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。 The waveguide substrate has at least two of the openings, and the openings are disposed on both sides of the array center of the first optical waveguides.
2. The optical module according to claim 1, wherein the guide component has at least two protrusions, and the protrusions are disposed on both sides of an array center of the second waveguide.
前記光モジュールに接続される電子部品と、
を有し、前記光モジュールの前記光導波路部品は光電気変換部を有することを特徴とする電子機器。 An optical module according to any one of claims 1 to 4,
Electronic components connected to the optical module;
And the optical waveguide component of the optical module has a photoelectric conversion part.
前記導波路基板の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する材料で、外部伝送路の第2光導波路を前記第1光導波路に対して位置合わせするガイド部品を形成し、前記ガイド部品は前記開口と対向する位置に突起を有し、
前記ガイド部品の前記突起を前記光導波路部品の前記開口内に挿入し、
加熱と降温のプロセスにより、前記ガイド部品と前記導波路基板の熱膨張係数の違いを利用して、前記ガイド部品を前記第1光導波路の配列中心に対して自動的にセンタリングし、
前記センタリングされた前記ガイド部品に前記第2光導波路を有する前記外部伝送路を配置する、
ことを特徴とする光モジュールの組立方法。 Preparing an optical waveguide component having a first optical waveguide formed on a waveguide substrate and openings formed on both sides of an array center of the first optical waveguide;
A material having a thermal expansion coefficient larger than that of the waveguide substrate is used to form a guide component for aligning the second optical waveguide of the external transmission path with the first optical waveguide, and the guide component is Has a protrusion at a position facing the opening,
Inserting the protrusion of the guide component into the opening of the optical waveguide component;
By using the difference between the thermal expansion coefficients of the guide component and the waveguide substrate by a heating and cooling process, the guide component is automatically centered with respect to the arrangement center of the first optical waveguide,
Disposing the external transmission line having the second optical waveguide in the centered guide component;
An optical module assembling method.
前記当接位置で前記ガイド部品を前記光導波路部品に対し、または前記光導波路部品を搭載する基板に対して接着固定し、
その後、温度を室温に下げることを特徴とする請求項6に記載の光モジュールの組立方法。 By heating the guide component after inserting the protrusion into the opening, the protrusion is brought into contact with the outer inner wall of the opening by thermal expansion;
Adhering and fixing the guide component to the optical waveguide component or the substrate on which the optical waveguide component is mounted at the contact position,
7. The method of assembling the optical module according to claim 6, wherein the temperature is then lowered to room temperature.
前記加熱後、前記突起を前記開口に挿入した状態で温度を室温に下げることによって、熱収縮により前記突起を前記開口の内側の内壁に当接させ、
前記当接位置で前記ガイド部品を前記光導波路部品に対し、または前記光導波路部品を搭載する基板に対して接着固定する、
ことを特徴とする請求項6に記載の光モジュールの組立方法。 Heating the guide part before or after inserting the protrusion into the opening;
After the heating, by lowering the temperature to room temperature with the protrusion inserted into the opening, the protrusion is brought into contact with the inner wall of the opening by heat shrinkage,
Adhering and fixing the guide component to the optical waveguide component or the substrate on which the optical waveguide component is mounted at the contact position,
The method of assembling an optical module according to claim 6.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018021945A (en) * | 2016-08-01 | 2018-02-08 | 富士通株式会社 | Optical coupling module and method for manufacturing optical coupling module |
JP2020181024A (en) * | 2019-04-23 | 2020-11-05 | 富士通株式会社 | Optical transmission module |
JP2021529985A (en) * | 2018-06-29 | 2021-11-04 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Devices and methods for maintaining the alignment of optical ferrules during thermal expansion or contraction. |
WO2025028630A1 (en) * | 2023-08-01 | 2025-02-06 | 大日本印刷株式会社 | Opto-electric hybrid mounting substrate and method for producing opto-electric hybrid mounting substrate |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62215208A (en) * | 1986-03-14 | 1987-09-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Multicore optical connector ferrule |
US20010009597A1 (en) * | 2000-01-25 | 2001-07-26 | Alibert Guilhem J.M. | Self-alignment hybridization process and component |
JP2004086025A (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Fujikura Ltd | Polarization preservation type optical waveguide |
JP2005509186A (en) * | 2001-10-03 | 2005-04-07 | キネティック リミテッド | Mounting optical components |
JP2009031780A (en) * | 2007-06-26 | 2009-02-12 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Optical module |
JP2009122290A (en) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Opto-electronic hybrid package and optical connector, and opto-electronic hybrid module equipped with these |
JP2009522608A (en) * | 2006-10-02 | 2009-06-11 | ホアウェイ・テクノロジーズ・カンパニー・リミテッド | Method and system for integrated DWDM transmitter |
-
2013
- 2013-10-15 JP JP2013214976A patent/JP2015079061A/en not_active Ceased
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62215208A (en) * | 1986-03-14 | 1987-09-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Multicore optical connector ferrule |
US20010009597A1 (en) * | 2000-01-25 | 2001-07-26 | Alibert Guilhem J.M. | Self-alignment hybridization process and component |
JP2005509186A (en) * | 2001-10-03 | 2005-04-07 | キネティック リミテッド | Mounting optical components |
JP2004086025A (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Fujikura Ltd | Polarization preservation type optical waveguide |
JP2009522608A (en) * | 2006-10-02 | 2009-06-11 | ホアウェイ・テクノロジーズ・カンパニー・リミテッド | Method and system for integrated DWDM transmitter |
JP2009031780A (en) * | 2007-06-26 | 2009-02-12 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Optical module |
JP2009122290A (en) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Opto-electronic hybrid package and optical connector, and opto-electronic hybrid module equipped with these |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018021945A (en) * | 2016-08-01 | 2018-02-08 | 富士通株式会社 | Optical coupling module and method for manufacturing optical coupling module |
JP2021529985A (en) * | 2018-06-29 | 2021-11-04 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Devices and methods for maintaining the alignment of optical ferrules during thermal expansion or contraction. |
US12001066B2 (en) | 2018-06-29 | 2024-06-04 | 3M Innovative Properties Company | Apparatus and method for maintaining optical ferrule alignment during thermal expansion or contraction |
US12242119B2 (en) | 2018-06-29 | 2025-03-04 | 3M Innovative Properties Company | Apparatus and method for maintaining optical ferrule alignment during thermal expansion or contraction |
JP2020181024A (en) * | 2019-04-23 | 2020-11-05 | 富士通株式会社 | Optical transmission module |
WO2025028630A1 (en) * | 2023-08-01 | 2025-02-06 | 大日本印刷株式会社 | Opto-electric hybrid mounting substrate and method for producing opto-electric hybrid mounting substrate |
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