CN1319774A - 光模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是以低成本制作以规定角度使光轴相互间交叉而结合了面发光激光器与光纤的光模块。使用贯通孔31的贯通方向与光纤端部侧的面32正交的支撑构件作为支撑光纤2的端部的支撑构件3。用高度不同的金属制的突起41、42结合面发光激光器1与支撑构件3之间,以使面发光激光器1的发光面11a与支撑构件3的面32以规定角度α相对地配置。在电极12和金属图形13上形成了突起41、42后,利用超声波熔接将其前端部固定在支撑构件3的金属图形33上。

Description

光模块及其制造方法
本发明涉及结合了具有与基板面平行的受光面或发光面的光元件(面发光激光器或面受光型光二极管)与光纤的光模块。
在结合了激光器与光纤的光发送模块中，来自激光器的输出光被光纤端面等反射，该反射光入射到激光器内，由此产生返回光噪声。作为减少该返回光噪声的方法，在特开平11-44831号公报中公开了使朝向光纤的入射光的光轴与光纤的光轴以规定角度交叉的技术。因此，在光纤的端面在长度方向上为直角的面的情况下，使来自激光器的输出光的光轴与光纤的光轴以规定角度交叉。
在该公报中，作为实施例，只记载了结合了端面发光型激光器与光纤的模块。因此，在固定了端面发光型激光器的基板上的激光器输出面一侧用激光器输出面与光纤的端面成为规定角度的配置固定了光纤。通常，在结合了端面发光型激光器与光纤的模块中，通过在基板上的激光器输出面一侧设置槽、将光纤固定在该槽内，使激光器输出面与光纤的端面对置。
但是，在上述公报中，关于结合了面发光激光器与光纤的模块，没有记载使光轴相互间以规定角度交叉用的具体的方法。
本发明的课题在于在结合了具有与基板面平行的受光面或发光面的光元件(面发光激光器或面受光型光二极管)与光纤的光模块中提供一种光轴相互间以规定角度交叉了的光模块和提供一种能以低成本获得该光模块的制造方法。
为了解决上述课题，本发明是一种光模块，具备：具有与基板面平行的受光面或发光面的光元件；光纤；以及支撑光纤的端部的支撑构件，其特征在于：上述支撑构件具有插入光纤的端部的贯通孔，该支撑构件的光纤的端部侧的面与贯通孔的贯通方向正交，以互相不平行的规定角度相对地配置上述光元件的受光面或发光面和支撑构件的光纤的端部侧的面，用保持上述角度的角度保持构件结合光元件与支撑构件之间，将上述光元件和光纤配置成两者的光轴以规定角度交叉。
上述角度保持构件最好是突起，特别是具有导电性的突起。该突起可利用基于以下示出的引线键合法的方法来形成。首先，使金等的金属引线通过引线键合装置的毛细管，利用电焊等使该前端熔融，形成金属球。其次，使该毛细管朝向形成突起的金属面下降，将金属球热压接到该金属面上。其次，将毛细管向上提起，在金属球的根部切断金属引线。由此，在金属面上以铆钉状形成金属制的突起。此外，该突起也可以是在由例如绝缘性材料构成的突起的表面上形成了由导电性材料构成的金属层的突起。作为获得这样的突起用的具体的方法，可举出利用喷墨法等以突起状喷出液状的合成树脂后通过对该突起的表面进行金属化来形成导电性层的方法。特别是，如利用喷墨法，由于可自由地形成各种大小的突起，故可容易地进行突起的高度调整。
上述角度保持构件最好用光透过性材料形成、且是具有与上述光元件的受光面或发光面与支撑构件的光纤的端部侧的面的角度的设定值对应的斜面的块体。作为光透过性材料，可举出聚酰亚胺树脂、有机玻璃、紫外线硬化树脂等。
本发明是一种光模块的制造方法，该光模块中结合了具有与基板面平行的受光面或发光面的光元件与光纤，其特征在于：使用具有插入光纤的端部的贯通孔且被构成为光纤的端部侧的面与贯通孔的贯通方向正交的支撑构件，作为支撑光纤的端部的支撑构件，在用角度保持构件结合了光元件与支撑构件之间以便以互相不平行的规定角度相对地配置光元件的受光面或发光面和支撑构件的光纤端部侧的面后，通过将光纤的端部插入到支撑构件的贯通孔中，配置成光元件的光轴与光纤的光轴以规定角度交叉。
图1是示出本发明的光模块的第1实施例的剖面图。
图2是示出构成图1的光模块的支撑构件的光纤端部一侧的面的平面图。
图3是示出构成图1的光模块的面发光激光器的表面(射出口一侧的面)的平面图。
图4是示出本发明的光模块的第2实施例的剖面图。
图5是示出构成图2的光模块的面发光激光器的表面(射出口一侧的面)的平面图。
图6是示出构成图2的光模块的块体的形成方法的剖面图。
以下，说明本发明的实施例。
图1是示出本发明的光模块的第1实施例的剖面图。该图相当于后述的图2的a-a线剖面图、图3的b～b线剖面图。
该光模块是光发送模块，主要由下述部分构成：面发光激光器(光元件)1；光纤2；支撑光纤2的端部的支撑构件3；金制的突起41、42、43、44；基体5；以及半导体芯片8。与光纤2的光轴(芯子的中心线)成直角地形成了光纤2的端面。
支撑构件3是被构成为在正方体的中心具有剖面为圆的贯通孔31、贯通孔31的贯通方向两端的开口面与贯通孔31的贯通方向(剖面为圆的中心轴)正交的构件。由此，支撑构件3的光纤端部一侧的面32与贯通孔31的贯通方向正交。将该贯通孔31的直径形成为比光纤2的直径稍大。
因而，通过将光纤2的端部插入到支撑构件3的贯通孔31中，光纤2的端部被支撑构件3支撑，在该状态下，光纤2的端面与支撑构件3的光纤端部一侧的面32平行。
图2是示出支撑构件3的光纤端部一侧的面32的平面图。如该图中所示，支撑构件3的光纤端部一侧的面32为正方形，在该面32的4个角部上形成了长方形的金属图形33。这4个金属图形33成为支撑构件3侧的定位构件。
该支撑构件3经布线图形6被固定在基体5上。在配置在支撑构件3的基体5侧的面(下表面)和该面的相反一侧的面(上表面)上形成了上下一对金属层34、35。该金属层34、35与上下一对金属图形33连续地被形成。此外，在该基体5上用粘接剂7固定了半导体芯片8。在该半导体芯片8上形成了面发光激光器1的驱动电路。利用金属线82的引线键合，在该半导体芯片8上形成的电极81与支撑构件3的上表面的金属层35连接。
图3是示出面发光激光器1的表面(射出口一侧的面)侧的平面图。在面发光激光器1的表面上，在中心处形成了圆柱状的发光部11，再者，形成了面发光激光器1的电极12和金属图形13。在面发光激光器1的背面(与发光侧相反的面)上形成了电极14。利用金属线83的引线键合，该电极14与支撑构件3的上侧的金属图形33连接。
表面侧的电极12由包围发光面(射出口)11a的接触部12a、在射出口的外侧形成的大致正方形的焊区部12b和连结12a、12b的连结部12c构成。金属图形13的形状是大致与电极12的焊区部12b相同的形状，如图3中所示，在3个部位上被形成。这3个金属图形13和电极12的焊区部12b成为与支撑构件3的4个金属图形33对应的面发光激光器1侧的定位构件。
在以互相不平行的规定角度α相对地配置了发光面11a和支撑构件3的面32的状态下，利用设置在面发光激光器1和支撑构件3的定位构件间(金属图形13与金属构件33之间)的Au制的突起41、42，将面发光激光器1固定在支撑构件3的面32上。这些突起41、42与角度α相对应，使配置在支撑构件的面32的贯通孔31上侧的突起41的高度比配置在下侧的突起42的高度高。这些突起41、42相当于角度保持构件。
在面发光激光器1的金属图形13上，与这些突起41、42一起，在发光部11侧的端部上形成了由基于上述的引线键合法的方法形成的Au制的突起43、44。将这些突起43、44配置在成为支撑构件3的贯通孔31的内侧的位置(即，光纤2的端面内的位置、且成为芯子的外侧的位置)上。这些突起43、44的高度被设定为，在使插入到支撑构件3的贯通孔31中的光纤2的端面接触这些突起43、44时，使光纤2的端面与面发光激光器1的发光面11a之间确保规定的距离。
利用突起41、42的面发光激光器1与支撑构件3的结合如以下那样来进行。
首先，利用基于上述的引线键合法的方法，在面发光激光器1的金属图形13上的各位置上形成突起41～44。此时，如上所述，以与角度α对应的高度形成各突起。其次，利用图像识别法并利用面发光激光器1的金属图形13和支撑构件3的金属图形33，进行面发光激光器1与支撑构件3的定位。图的2点划线示出面发光激光器1的表面与突起41、42的对于支撑构件3的面32的位置关系。
如果定位结束后，则在用规定的力将面发光激光器1侧的突起41、42压到支撑构件3侧的金属图形33上的状态下，一边对突起41、42进行加热，一边进行超声波熔接。由此来接合突起41、42与金属图形33。其结果，就以规定的角度α来接合面发光激光器1与支撑构件3。
再有，可通过在形成突起41、42时使各自的金属球的大小不同和使金属球的形成次数有差别来进行因突起引起的角度α的调整。此外，通过用相同的高度形成突起41、42而在突起41和42中改变压到支撑构件3的面32上的力，也可使两突起41、42的高度成为与角度α对应的高度。可利用同样的方法对于突起43、44进行高度调整。
这样，在将面发光激光器1固定在支撑构件3上后，将光纤2插入到支撑构件3的贯通孔31中，使光纤2的端面与突起43、44接触。由此，面发光激光器1的光轴L1与光纤2的光轴L2交叉，该交叉角度β与发光部11侧的面与支撑构件3的面32的夹角α相同。此外，在光纤2的端面与面发光激光器1的发光面11a之间确保规定的距离。
由来自光纤2的端面的反射光量和光纤的光耦合效率(光纤内传送的光量对入射到光纤内的光量的比)的平衡来设定面发光激光器1的光轴L1与光纤2的光轴L2的角度。
如上所述，按照本实施例，提供一种结合了面发光激光器1与光纤2的光发送模块，其中光轴相互间以规定角度β交叉。因此，该光发送模块成为可减少返回光噪声的光模块。
作为使面发光激光器与光纤的光轴相互间以规定角度交叉的方法，也有下述方法：使用贯通孔的贯通方向与光纤端部侧的面为倾斜的支撑构件，将端面被倾斜地形成的光纤的端部插入到该贯通孔中并进行固定，使该倾斜的面与面发光激光器的发光面对置。但是，由于在这样的结构的支撑构件中难以倾斜地加工贯通孔，故成本提高了。
与此不同，在本实施例中，使用了支撑光纤2的端部的支撑构件3的贯通孔31的贯通方向与支撑构件3的光纤端部侧的面32正交的支撑构件3。由于利用采用了塑料或陶瓷的成形加工或机械加工，能容易制造该加工的支撑构件3，故可将成本抑制得较低。
此外，按照该光模块，利用基于引线键合法的方法形成的金属制的突起结合了面发光激光器1与支撑构件3之间。因此，能以低成本简单地制作该光模块。
此外，按照该光模块，通过设置突起43、44，可防止光纤2的端面与面发光激光器1的接触。再有，为该目的而设置的突起的数目不一定限定于二个，也可以例如只是一个。
图4是示出本发明的光模块的第2实施例的剖面图。该图相当于图2的a-a线剖面图和后述的图5A-C线剖面图。
该光模块是光发送模块，主要由下述部分构成：面发光激光器(光元件)1；在面发光激光器的表面(射出口侧的面)上形成的块体15；光纤2；支撑光纤2的端部的支撑构件30；基体5；以及半导体芯片8。与光纤2的光轴(芯子的中心线)成直角地形成了光纤2的端面。
支撑构件30是被构成为在正方体的中心具有剖面为圆的贯通孔31、贯通孔31的贯通方向两端的开口面与贯通孔31的贯通方向(剖面为圆的中心轴)正交的构件。由此，支撑构件30的光纤端部一侧的面32与贯通孔31的贯通方向正交。将该贯通孔31的直径形成得比光纤2的直径稍大。
因而，通过将光纤2的端部插入到支撑构件30的贯通孔31中，光纤2的端部被支撑构件30支撑，在该状态下，光纤2的端面与支撑构件30的光纤端部一侧的面32平行。
该支撑构件30的光纤端部侧的面32与第1实施例相同。如图2中所示，支撑构件30的光纤端部一侧的面32为正方形，在该面32的4个角部上形成了长方形的金属图形33。这4个金属图形33成为支撑构件30侧的定位构件。
该支撑构件30经布线图形6固定在基体5上。该支撑构件30与第1实施例的支撑构件3相比，将光纤2的长度方向的尺寸形成得较长。因此，在支撑构件30的基体5侧被配置的面(下表面)上形成了与上述的定位用的金属图形33连续的金属层34和与其独立的金属层36。
将半导体芯片8固定在该支撑构件30的上表面上。因此，在支撑构件30的上表面上形成了与上述的定位用的金属图形33连续的金属层35和与其独立的金属层37。利用电极38结合了这些金属层35、36与半导体芯片8。
在以互相不平行的规定角度α相对地配置了发光面11a和支撑构件3的面32的状态下，经块体15和金属图形13，将面发光激光器1固定在支撑构件3的面32上。
图5是示出面发光激光器1的表面一侧的平面图。在面发光激光器1的表面上，在中心处形成了圆柱状的发光部11，再者，形成了面发光激光器1的电极12。该电板12由包围发光面(射出口)11a的接触部12a、在射出口的外侧形成的大致正方形的焊区部12b和连结12a、12b的连结部12c构成。
在面发光激光器1的背面(与发光侧相反的面)上形成了电极14。利用金属线83的引线键合，该电极14与支撑构件3的上侧的金属图形33连接。
此外，在面发光激光器1的表面上形成了用光透过性材料形成的块体15，在该块体15的下侧形成了发光部11和电极12。在该块体15的上表面上形成了4个金属图形13。再者，在面发光激光器1的表面上并在电极12的焊区部12b的位置上形成了贯通块体15的电极16。
例如可用以下的方法形成块体15。使用图6说明该方法。图6的(a)和(b)示出图5的A-B剖面图，(c)和(d)示出图5的A-C剖面图。
首先，如图6(a)中所示，在面发光激光器1的表面上以发光部11的高度的约1.5倍的厚度形成由感光性聚酰亚胺树脂构成的树脂层15a。其次，在该树脂层15a的成为电极12的焊区部12b的上方的位置上形成接触孔15b。例如在利用光刻工序将孔图形转移到树脂层15a后，通过进行干法刻蚀工序来形成该接触孔15b。
其次，在该接触孔15b内淀积铝等的电极材料，形成电极16。图6(b)示出该状态。其次，与角度α(发光面11a与支撑构件30的面32之间的角度)的设定值相对应，倾斜地研磨树脂层15a的上表面。由此，在面发光激光器1的表面上形成具有与角度α的设定值对应的斜面的块体15。图6(c)示出该状态。
其次，如图6(d)中所示，在该块体15的上表面上以图5中示出的平面形状形成4个金属图形13。这些金属图形13的形状与电极12的焊区部12b的形状大致相同，如图5中所示，在4个部位上被形成。以均匀的厚度形成这4个金属图形13，以使块体15的斜面准确地转移到4个金属图形13的表面上。这4个金属图形13成为与支撑构件30的4个金属图形33对应的面发光激光器1侧的定位构件。
在电极12的焊区部12b上经块体15形成4个金属图形13中的1个，用电极16连接了该金属图形13A与焊区部12b。即，该金属图形13A兼作面发光激光器1的电极和定位构件。
面发光激光器1与支撑构件30的结合例如如下述那样来进行。首先，利用图像识别法，并利用面发光激光器1的金属图形13和支撑构件30的金属图形33，进行面发光激光器1与支撑构件30的定位。在定位结束后，用粘接剂接合金属图形13与金属图形33。
这样，在将面发光激光器1固定在支撑构件30上后，将光纤2插入到支撑构件30的贯通孔31中，使光纤2的端面与块体15的斜面接触。由此，面发光激光器1的光轴L1与光纤2的光轴L2交叉，该交叉角度β与发光部11侧的面与支撑构件30的面32的夹角α相同。
如上所述，按照本实施例，提供一种结合了面发光激光器1与光纤2的光发送模块，其中光轴相互间以规定角度β交叉。因此，该光发送模块成为可减少返回光噪声的光模块。
此外，在本实施例中，使用了支撑光纤2的端部的支撑构件3的贯通孔31的贯通方向与支撑构件3的光纤端部侧的面32正交的支撑构件30。由于利用采用了塑料或陶瓷的成形加工或机械加工，能容易制造该加工的支撑构件30，故可将成本抑制得较低。
再有，在批量生产该光模块时，首先，最好形成使多个面发光激光器1与具有各面发光激光器1用的多个斜面的块体15一体化了的阵列构件，将该阵列构件切成各个面发光激光器1，使其与支撑构件30固定。
作为具体例，首先，在基板上以阵列状形成多个面发光激光器1，在该激光器阵列上形成树脂层。其次，在将剖面为锯齿状的模子挤压到该树脂层的表面上的状态下，通过使该树脂层固化，在该树脂层的表面上设置面发光激光器1用的多个斜面呈连续的凹凸。其次，对于已固化的树脂层，进行接触孔的形成、电极等的金属图形的形成。其次，通过将该阵列构件切成各个面发光激光器1，得到图6(d)中示出的结构。
此外，在这些实施例中，说明了具有1个面发光激光器1和1个光纤2的光发送模块，但本发明也适用于以阵列状并排了多个面发光激光器和光纤的光模块。此时，例如如上所述，最好在不切开的情况下按原样使用多个面发光激光器与具有各面发光激光器用的多个斜面的块体一体化了的阵列构件，将该阵列构件与具有多个光纤用的贯通孔的支撑构件固定。
此外，在这些实施例中，说明了使用面发光激光器的光发送模块作为光元件的情况，但本发明也适用于结合了面受光型光二极管与光纤的光接收模块。在这样的光接收模块中，也由于被光二极管的受光面反射的光经光纤返回到光源侧的激光器中而发生返回光噪声，但通过如本发明那样使光纤的光轴与光二极管的光轴交叉，可减少返回光噪声。
如以上所说明的那样，按照本发明，是一种结合了具有与基板面平行的受光面或发光面的光元件(面发光激光器或面受光型光二极管)与光纤的光模块，能以低成本得到光轴相互间以规定角度交叉的光模块。

Claims (6)

1．一种光模块，具备：具有与基板面平行的受光面或发光面的光元件；光纤；以及支撑光纤的端部的支撑构件，其特征在于：
上述支撑构件具有插入光纤的端部的贯通孔，该支撑构件的光纤的端部侧的面与贯通孔的贯通方向正交，
以互相不平行的规定角度相对地配置上述光元件的受光面或发光面和支撑构件的光纤的端部侧的面，用保持上述角度的角度保持构件结合光元件与支撑构件之间，
将上述光元件和光纤配置成两者的光轴以规定角度交叉。
2．如权利要求1中所述的光模块，其特征在于：
上述角度保持构件是突起。
3．如权利要求2中所述的光模块，其特征在于：
上述突起由导电性材料构成。
4．如权利要求2中所述的光模块，其特征在于：
在上述突起的表面上设置了由导电性材料构成的层。
5．如权利要求1中所述的光模块，其特征在于：
上述角度保持构件用光透过性材料形成、且是具有与上述光元件的受光面或发光面与支撑构件的光纤的端部侧的面的角度的设定值对应的斜面的块体。
6．一种光模块的制造方法，该光模块中结合了具有与基板面平行的受光面或发光面的光元件与光纤，其特征在于：
使用具有插入光纤的端部的贯通孔且被构成为光纤的端部侧的面与贯通孔的贯通方向正交的支撑构件，作为支撑光纤的端部的支撑构件，
在用角度保持构件结合了光元件与支撑构件之间以便以互相不平行的规定角度相对地配置光元件的受光面或发光面和支撑构件的光纤端部侧的面后，通过将光纤的端部插入到支撑构件的贯通孔中，配置成光元件的光轴与光纤的光轴以规定角度交叉。
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