JP2001272570A

JP2001272570A - 光ファイバアレイ

Info

Publication number: JP2001272570A
Application number: JP2000086177A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Inoue; 正勝井上
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2001-10-05
Also published as: US20010024560A1; EP1139130A1; US6512877B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバー等の光伝送部材を所定位置に固
定する光ファイバアレイにおいて、各光伝送部材を溝中
に半田を使用して確実に固定できるようにし、光伝送部
材と溝との間に空隙が生じにくい光ファイバアレイを提
供する。【解決手段】メタライズ層を形成されていない光ファ
イバ２の芯線２ｂを、断面をＶ字状に形成した固定用溝
７に収容し、メタライズ層を各々形成した支持基板３の
保持部３ｂと上基板４とにより半田８を充填して固定さ
れている。メタライズ層３ｃを形成する支持基板３とメ
タライズ層４ａを形成する上基板４とは、半田８が各々
のメタライズ層に沿って濡れているので半田との接合に
より固定されるとともに、その間に挟持される光ファイ
バ２は、メタライズ層が無く半田との接合力が無く上下
の両面からの挟持力により確実に固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ等の光伝送
部材を所定位置に保持するための光ファイバアレイに関
するものであって、特に光伝送部材保持装置のパッケー
ジ内に、光学伝送部材と接続した光学素子とともに気密
封止される光ファイバアレイに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光伝送部材である光ファイバを所定位置
に固定し他の部材と接続するための光ファイバアレイと
しては、Ｖ溝等の固定用溝を複数列に形成した支持基板
を利用したものが知られている。支持基板に、リボン状
被覆を取り除いた裸線を各々固定用溝に収容して整列さ
せた光ファイバを上基板で保持し固定した後、この光フ
ァイバアレイを他の光学部品に、例えば発光ダイオード
又は受光素子に対して結合させたり、又は他の光ファイ
バやロッドレンズに対して光学的に結合させている。そ
の固定用溝の形成方法としては、支持基板の材質に適す
るようにシリコン基板にはエッチング法が実施され、光
学ガラス基板やセラミックス基板には研削法が実施され
ている。

【０００３】そして、いずれの材質の基板においても、
支持基板と上基板とで固定した光ファイバの光軸が所定
位置からずれると、光ファイバと他の光伝送手段との間
での伝送損失が大きくなる。従って、光ファイバ支持基
板における固定用溝の加工精度としては、例えば０．５
μｍ以下といった、きわめて高い加工精度が要求されて
いる。そのため、支持基板と上基板とを固定する手段
は、光ファイバをＶ溝中に樹脂系接着材で固定する手段
が実施されてきた。また、樹脂系接着材から発生する有
機ガスが発光ダイオードの発光界面に対し付着して発光
特性が劣化することを回避するために、光ファイバをＶ
溝中に半田により固定する手段に改良された。更に、光
ファイバの直径は１２５μｍ程度であり、Ｖ溝と光ファ
イバとの極めて小さい間隙のＶ溝中へ、支持基板の末端
面から半田を流入させると、Ｖ溝と光ファイバとの間隙
に半田を流入していない空隙が発生し易いために、光伝
送部材を溝に収容して溝及び光伝送部材上に半田シート
を設置し、この半田シートを溝の方へと向かって上基板
を介して加圧しながら加熱することによって、溝と光伝
送部材との間隙に半田を流入させて充填する手段に改良
された。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、半田シートに
より支持基板と上基板とを固定した光ファイバアレイで
あっても、半田が、メタライズ層を形成している光ファ
イバの円周方向へ濡れて充填していくより長手方向へ濡
れていく方が早いため、急激に上基板を押し下げた特殊
な場合など、固定用溝内に半田が十分に充填されずに残
留した空隙が溝に沿って長く延びると、溝内の空隙を伝
わって不活性ガスが漏れだし、レーザー等の光学素子の
劣化を防止するパッケージ又はケースの気密性を保持す
ることができないおそれがあった。つまり、前記のよう
な光ファイバアレイを収容したパッケージ等は屋外の過
酷な環境下に置かれることが多く、６０℃の高温から−
４０℃もの低温にさらされたり、砂漠環境から高湿環境
にさらされたりするので、こうした過酷な周囲環境下で
長期間安定して動作しなければならない。そのため、前
記のように溝中の半田に空隙が残留していると、この空
隙内に残留する空気が膨張と収縮とを繰り返して周囲の
半田を動かすことや、空隙の中に湿気が侵入したするこ
とがあり、この影響で光ファイバの固定位置が僅かでも
変動することがあった。そして、光ファイバの固定位置
が変動すると、たとえ変動の大きさが僅かであっても、
その光軸が光学素子の光軸とずれるために結合損失の増
大又は変動がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の課題
は、光ファイバ等の光伝送部材を所定位置に固定するた
めの光ファイバアレイにおいて、各光伝送部材を溝中に
半田を使用して確実に固定できるようにし、この際光伝
送部材と溝との間に空隙が生じにくいようにすることで
ある。請求項１に係る本発明は、固定用溝に光伝送部材
を収容する支持基板と該光伝送部材を保持する上基板と
を有し、光伝送部材光ファイバアレイのパッケージに、
光学伝送部材と接続した光学素子とともに気密封止され
る光ファイバアレイにおいて、メタライズ層を形成され
ていない光伝送部材を、メタライズ層を形成された支持
基板の固定用溝に収容し、メタライズ層を形成されてい
る上基板により半田固定されていることを特徴とする光
ファイバアレイである。これにより、メタライズ層を形
成された支持基板とメタライズ層を形成されている上基
板とは、半田がメタライズ層に沿って濡れているので半
田との接合により固定されるとともに、その間に挟持さ
れる光伝送部材は、メタライズ層が無く半田との接合力
が無く両面からの挟持力により固定される。一方、光伝
送部材の外周面を包囲する半田は、光伝送部材光に対す
る濡れ性が小さくて接合力は無いので光伝送部材に沿っ
て濡れていく前に、支持基板と上基板との挟持力により
押圧されて円周方向に動き固定用溝の内側に充填されて
いく。したがって、光伝送部材と溝との間に空隙が生じ
ることが無いので、レーザー等の光学素子の劣化を防止
するパッケージ又はケースの気密性を確実に保持でき
た。また、光ファイバの整列位置も固定できたので、従
来のように、光ファイバの光軸が光学素子の光軸とずれ
るために結合損失の増大又は変動を生じることが皆無に
なった。なお、光伝送部材は、光ファイバが好ましく、
ロッドレンズ等の受動的な光伝送部材であって良い。光
伝送部材と光学的に結合される光学素子には特に限定は
ないが、レーザー光を発振するレーザー発光素子や、レ
ーザー光を受光する受光素子が好ましい。

【０００６】また、メタライズ層を形成されていない光
伝送部材の表面粗さＲａは、０．１〜１μｍである光フ
ァイバアレイが好適である。これにより、表面粗さが
０．１より小さいと、経年変化で接合力が弱まり光ファ
イバの固定位置がずれるから、光学素子の光軸ともずれ
て結合損失の増大又は変動を生じるおそれがある一方、
表面粗さが１より大きいと、半田の濡れ性が大きくなり
長手方向への移動が円周方向への充填より早くなって充
填されなかった空隙で気密性が劣る可能性がある。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態を
図面に従って説明する。図１（ａ）は、本発明に係る光
ファイバアレイを概略的に示す正面図であり、図１
（ｂ）は（ａ）の平面図であり、図１（ｃ）は（ａ）の
左側面図である。図２は光ファイバ付近の断面図であ
り、図３は、光ファイバアレイを製造する１工程を示す
説明図である。なお、光ファイバ径や各種層の厚みは小
さい又は薄いので誇張して図示している部分がある。こ
の光ファイバアレイ１は、光ファイバ２を載置した支持
基板３に対し、光ファイバ２の被覆部２ａと光ファイバ
２の被覆部２ａを除いた芯線２ｂとを各々挟持する被覆
蓋部５と上基板４とを備えている。まず支持基板３に
は、光ファイバ２の被覆部２ａを載置するための被覆載
置部３ａと、被覆部２ａの厚み分の段差を有する保持部
３ｂとを備える一方、被覆蓋部５の下面は溝部を形成
し、被覆載置部３ａの光ファイバ２を覆うようにして被
覆部２ａを固定するとともに、支持基板３の保持部３ｂ
には所定列数の固定用溝７が、それぞれ保持部３ｂの端
面６から被覆載置部３ａへと向かって形成され、各溝７
の中にそれぞれ光ファイバ２の芯線２ｂを収容して本発
明に従って半田８で上基板４と固定されている。

【０００８】光ファイバ付近の保持部３ｂ及び上基板４
の断面図である図２に示すように、メタライズ層を形成
されていない光ファイバ２の芯線２ｂを、断面をＶ字状
に形成した固定用溝７に収容し、メタライズ層を各々形
成した支持基板３の保持部３ｂと上基板４とにより半田
８を充填して固定されている。これにより、メタライズ
層３ｃを形成する支持基板３とメタライズ層４ａを形成
する上基板４とは、半田８が各々のメタライズ層に沿っ
て濡れているので半田との接合により固定されるととも
に、その間に挟持される光ファイバ２は、メタライズ層
が無く半田との接合力が無く上下の両面からの挟持力に
より確実に固定されている。

【０００９】次に、本発明の光ファイバアレイを製造す
る方法について述べる。まず支持基板３を製造する。こ
れは、シリコン、セラミックス、ガラスを原料として、
各溝を、例えば深さ１２５μｍ程度の微細なものを形成
する。つまり、支持基板３に溝を形成する方法として
は、第１にシリコン材料をエッチングすることによって
溝を形成する方法がある。第２に、加工精度の高いＶ溝
を形成するためには、アルミナ、メノウ、ジルコニア等
のセラミックス材料やガラス材料により焼成した平板状
の基板を、研削加工して各溝を形成する方法を使用でき
る。詳しくは、例えば、セラミックスの成形体を焼結さ
せて焼結体を製造し、この焼結体を平面研削加工して平
坦面を形成し、次いでこの平坦面をダイヤモンド砥石で
研削加工することによって、各溝を形成する。第３に、
支持基板の固定用溝をプレス成形法によって形成するこ
とができる。このガラス材料としては、ＢＫ−７：光学
ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、イオン
交換ガラス、ＬｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系のガラ
スが特に好ましい。

【００１０】そして、支持基板３の材質がセラミックス
材料やガラス材料である場合には、半田を溝の表面に対
して直接に濡らして溝の内部まで半田を行き渡らせるた
めに、少なくとも溝の表面にはメタライズ層を形成す
る。また、支持基板３と上基板４を半田により固着させ
るために、相互当接面にメタライズ層を形成する。メタ
ライズ層の材質は特に限定されないが、メタライズ層を
複数の金属層によって形成し、メタライズ層の下地側の
層は支持持基板の材質に対して良好な付着力を有してい
る金属によって形成することが好ましい。また、メタラ
イズ層の表面側の層は、使用する半田の材質と同種とす
ることが好ましく、特に金または金の合金とすることが
好ましい。例えば、支持基板の母材から、クロム層／金
層、チタン層／白金層／金層の順番とすることが望まし
い。また、メタライズ層の全体の厚さは、溝中における
光ファイバーの光軸の位置精度を一層向上させるという
観点からは、１．５μｍ以下とすることが好ましく、濡
れ性を向上させるという観点からは、０．５μｍ以上と
することが好ましい。例えば、厚さ０．１μｍのチタン
層／厚さ０．１μｍの白金層／厚さ１μｍの金層を順次
に積層する。ここで、光ファイバ等の光伝送部材の表面
にはメタライズ層を形成しない。通信用の光ファイバ
は、通常石英製であり半田には直接に濡れにくいため
に、冷却・固着時に半田が収縮して半田に外周面を包囲
された光ファイバに対して、内側へと向かって強く把握
するように加圧する。この加圧力が大きく、且つ半田が
充填されない空隙が存在する場合には、半田からの圧力
が円周方向から不均一に付与され光ファイバの材質に軽
微な異方性が生じ、光ファイバを伝搬する光信号に影響
を与える可能性もあった。そこで、光ファイバーの表面
にメタライズ層を形成しないことによって、加圧されて
充填されていく半田が長手方向へ早く移動させず空隙を
生じさせないようことでこうした半田の収縮による圧力
の影響が光ファイバーには及びにくくした。

【００１１】次に、支持基板３の保持部３ｂに形成した
溝７の中に各光ファイバの芯線８を収容し、溝７及びそ
こに収容した光ファイバ芯線２ｂを覆うように保持部３
ｂの上面に半田シート８ａを載せ、半田シート８ａの上
に上基板４を載せる。そして、図４に示すように、支持
基板３をホットプレート９に載置し、少なくとも半田シ
ート８ａの部分を加熱する。この加熱の間に、矢印Ｐで
示すように上方から所定の圧力を加える。上方の半田シ
ート８ａから溶解した半田８は、上基板４の圧力により
下方へ移動するが、メタライズ層を形成しない光ファイ
バ２の表面よりメタライズ層３ｃを形成した支持基板３
側へ濡れ性が高く移動してくる。特に、光ファイバ２の
外周面を包囲する半田８は、光ファイバ２に対する濡れ
性が小さくて接合力は無いので光ファイバ２に沿って濡
れていく前に、支持基板３と上基板４との挟持力により
押圧されて円周方向に動き溝７のＶ底まで充填されてい
く。したがって、光ファイバ２と溝７との間に空隙が生
じることが無いので、レーザー等の光学素子の劣化を防
止するパッケージ又はケースの気密性を確実に保持でき
た。そして、光ファイバの整列位置も固定できたので、
従来のように、光ファイバの光軸が光学素子の光軸とず
れるために結合損失の増大又は変動を生じることが皆無
になった。

【００１２】この加熱処理の後に、光ファイバアレイ１
の全体をホットプレート１１から取り外し、各光ファイ
バ２の芯線２ｂの端面を光学研磨して、各端面を支持基
板３の保持部３ｂの端面６に露出させて光ファイバとし
て仕上げる。そして、この光ファイバアレイを、光学伝
送部材で光学素子と接続するともにパッケージ内に気密
封止して光伝送部材保持装置として使用される。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
ファイバ等の光伝送部材を所定位置に固定するための光
ファイバアレイにおいて、メタライズ層を形成されてい
ない光伝送部材を溝中に半田を使用して確実に固定でき
るようにし、この光伝送部材と溝との間に半田が充填さ
れない空隙が生じにくいようにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は光ファイバアレイを概略的に示す正面
図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図であり、（ｃ）は
（ａ）左側面図である。

【図２】図１（ａ）のＡ線における断面図の光ファイバ
付近を部分的に拡大した説明図である。

【図３】上基板４上から圧力を加え、半田シート８ａを
溶融させている、製造方法の１工程を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１・・光ファイバアレイ、２・・光ファイバ、２ａ・・
被覆部、２ｂ・・芯線、３・・支持基板、３ａ・・被覆
載置部、３ｂ・・保持部、、３ｃ・・メタライズ層、４
・・上基板、４ａ・・メタライズ層、６・・端面、７・
・Ｖ溝、８・・半田、８ａ・・半田シート、９・・ホッ
トプレート。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定用溝に光伝送部材を収容する支持基
板と該光伝送部材を保持する上基板とを有し、光伝送部
材保持装置のパッケージに、光学伝送部材と接続した光
学素子とともに気密封止される光ファイバアレイにおい
て、メタライズ層を形成されていない光伝送部材を、メタラ
イズ層を形成された支持基板の固定用溝に収容し、メタ
ライズ層を形成されている上基板により半田固定されて
いることを特徴とする光ファイバアレイ。
【請求項２】メタライズ層を形成されていない光伝送
部材の表面粗さＲａは、０．１〜１μｍである請求項１
記載の光ファイバアレイ。