JP2000294835A - 光半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
共に、安価で信頼性を向上させることができる光半導体
モジュール及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 ファイバ取り出し口10が形成されたケ
ース8内に半導体レーザ素子1が載置されている。そし
て、ファイバ取り出し口10を貫通して半導体レーザ素
子1と外部の素子との間で光伝送を行う光ファイバ芯線
4が設けられ、ファイバ取り出し口10が紫外線硬化性
樹脂202により封止されている。
Description
ダイオード:LD)又は受光素子(フォトダイオード:
PD)からなる光素子とこの光素子と光学的に結合され
た光ファイバとを備えた光半導体モジュール及びその製
造方法に関し、特に、容易かつ確実に気密封止をするこ
とが可能な光半導体モジュール及びその製造方法に関す
る。
ファイバ通信に使用される光半導体モジュールにおいて
は、組み立てプロセスを簡略化した安価なものが求めら
れている。この目的のために、通常、発光素子としての
半導体レーザ素子と光ファイバとを同一のSi基板上に
実装したものが使用されている。この場合、光ファイバ
の素線は、Si基板上に設けられたV字型の溝の所定の
位置に接着剤として樹脂又はろう材(AuSn等)を使用
して接着され、光ファイバ押さえ板により固定されてい
る。そして、光ファイバはハウジングに設けられた光フ
ァイバ取り出し口よりハウジングの外に引き出されてい
る。なお、光ファイバ取り出し口の封止材としては、A
uSn若しくはPbSn等からなるソルダペースト、低
融点ガラス又は樹脂が使用されている。
は、光ファイバとソルダペーストとの密着性を高めるた
めに、光ファイバの表面にAuメッキ等の金属加工を行
う必要があり、処理工程が増加する。このため、光半導
体モジュールは高価なものとなる。また、低融点ガラス
を使用する場合には、光ファイバ取り出し口を低融点ガ
ラスが溶融する430乃至470℃まで加熱する必要が
あるので、ハウジング内で半導体レーザを固定している
ソルダペーストが溶融するため、半導体レーザと光ファ
イバとの位置関係がずれて、所望の光ファイバ出力が得
られないという欠点がある。
は、光ファイバ取り出し口の封止方法として樹脂を使用
した方法が開示されている。図6は、特開平9−695
85号公報における従来の光半導体モジュールを示す断
面図である。この従来の光半導体モジュールにおいて
は、半導体レーザアレイ301の一部がSi基板303
に形成されたV字型の溝に固定されている。光ファイバ
アレイ343は、その上部のファイバアレイ押え板30
6によりSi基板303に固定されている。なお、Si
基板303はAuSnソルダペーストによりケース30
8の底部に固定されている。また、キャップ309がケ
ース308上に配設されており、ケース8及びキャップ
309から構成されるハウジングにファイバ取り出し口
310が設けられている。このファイバ取り出し口31
0から光ファイバアレイ343の一端がハウジングの外
部に取り出されている。
め熱硬化性樹脂312が塗布されており、ケース308
及びキャップ309を加熱することにより、熱硬化性樹
脂312を硬化させてファイバ取り出し口310が封止
されている。ファイバ取り出し口310には、ハウジン
グ内部の熱膨張により熱硬化性樹脂312が外部に漏れ
出さないように、液化樹脂溜め用溝311が設けられて
いる。
は、光硬化性及び熱硬化性を具備する樹脂を使用して上
述のようなファイバ取り出し口を封止する方法が開示さ
れている。
9−69585号公報に開示された従来の光半導体モジ
ュールにおいては、ケース308及びキャップ309の
光ファイバ取り出し口310の構造が複雑であり、ケー
ス308及びキャップ309を製造するための工程数が
多く、光半導体モジュールが高価なものとなるという問
題点がある。また、液化樹脂溜め用溝311に熱硬化性
樹脂312が均一に流れないために、熱硬化性樹脂31
2中に気泡が混入し、硬化したときにその内部に空気の
抜け道が形成される。このため、この空気の抜け道を経
由して光半導体モジュール内に外部から湿気が入り込み
やすい。従って、光半導体モジュール300内部の光半
導体素子(レーザアレイ301)が破損し、信頼性が低
下するという問題点もある。
示された方法においては、紫外線照射による光硬化プロ
セス及び熱硬化プロセスの二重のプロセスにより、組み
立て工程数が増加し、高価な光半導体モジュールとなる
という問題点がある。
のであって、容易かつ確実に気密封止することができる
と共に、安価で信頼性を向上させることができる光半導
体モジュール及びその製造方法を提供することを目的と
する。
ジュールは、開口部が設けられたハウジングと、このハ
ウジング内に載置された光半導体素子と、前記開口部を
貫通し前記光半導体素子と前記ハウジングの外側に設け
られた素子との間で光伝送を行う光ファイバと、前記開
口部を封止する光硬化性樹脂材と、この光硬化性樹脂材
と前記ハウジングの外部との間に設けられた透明板と、
を有することを特徴とする。
開口部が光硬化性樹脂により封止されているので、気泡
の形成等がなく確実な気密が確保され、信頼性が高い。
また、透明板を通して紫外線の光を照射すれば光硬化性
樹脂は硬化するので、製造工程を低減し、コストを低減
することが可能である。
記光半導体素子が載置されるケースと、このケース上に
配置されるキャップと、を有し、前記光硬化性樹脂材の
線膨張係数と前記ケースの線膨張係数との差が1×10
-5/℃未満であってもよい。線膨張係数の差を1×10
-5/℃未満とすることにより、外部温度の変化等に対し
てクラックが生じることを防止し、気密封止の確実性を
向上させることができる。
であってもよい。透明板の光透過率を98%以上とする
ことにより、光ファイバの芯線を固定する光硬化性樹脂
をより一層容易に硬化することができる。
の凹状開口部を有し、前記光ファイバと前記透明板とが
前記凹状開口部の相互に異なる段に配置されていること
ができる。
法は、ケース内に光半導体素子を載置する工程と、前記
光半導体素子と前記ケースの外部に設けられた素子との
間で光伝送を行う光ファイバを前記ケース上に配置する
工程と、前記ケースの側壁と前記光ファイバとが交差す
る領域に光硬化性樹脂材を設ける工程と、前記光硬化性
樹脂材上に透明板を載置する工程と、前記透明板を介し
て前記光硬化性樹脂材に光を照射して前記光硬化性樹脂
材を硬化させる工程と、を有することを特徴とする。
化により光ファイバをケースに固定するため、工程数が
少ないと共に、気泡の混入等がなく信頼性が高い。
材の線膨張係数と前記ケースの線膨張係数との差が1×
10-5/℃未満であってもよく、また、前記透明板の光
透過率は98%以上であってもよい。
る光半導体モジュールについて、添付の図面を参照して
具体的に説明する。図1は、本発明の第1の実施例に係
る光半導体モジュールを示す平面図、図2は図1のX−
X線における断面図、図3は図1のY−Y線における断
面図である。なお、図1においては、光半導体モジュー
ルの内部構造の把握を容易にするために、キャップ9を
2点鎖線で示して省略している。
示すように、Si基板3がケース8の底部に、例えば銀
ペースト又はAuSnソルダペースト等の導電性接着剤
205により固定されている。Si基板3には、V字型
のV溝32が形成されており、V溝32の先端には、V
溝32が延びる方向と直交する方向に延びる溝31が形
成されている。そして、V溝32に光ファイバ芯線4が
紫外線硬化性樹脂203により固定されている。その一
方の先端部には丸められた光ファイバ先球部41が形成
されており、この光ファイバ先球部41は溝31に突き
出している。また、発光素子である半導体レーザ素子1
が光ファイバ先球部41と対向してSi基板3上に配置
されている。なお、半導体レーザ素子1は、Si基板3
に設けられたパターン電極にAuSnソルダペーストに
より固定されている。また、半導体レーザ素子1の光軸
と光ファイバ芯線4の光軸とは一致している。
プキャリア5が、例えば銀ペースト又はAuSnソルダ
ペースト等の導電性接着剤206によりケース8の底部
に固定されており、モニタ用フォトダイオード搭載チッ
プキャリア5上に半導体レーザ素子1の発光を検知する
モニタ用フォトダイオード2が搭載されている。また、
Si基板3及びモニタ用フォトダイオード搭載チップキ
ャリア5に設けられた金属端子とケース8内部に設けら
れた所望の金属端子とを接続するボンディングワイヤ4
4が設けられている。
は、選択的に紫外線硬化性樹脂203により光ファイバ
芯線押さえ用ガラス板6が固定されている。キャップ9
がケース8上に紫外線硬化性樹脂201により固定され
ており、ケース8及びキャップ9からハウジングが構成
され、ケース8にファイバ取り出し口10が設けられて
いる。ファイバ取り出し口10には、例えば2段の凹部
が形成されており、上段の凹部10aの幅が下段の凹部
10bの幅より広く形成されている。
し口10において紫外線硬化性樹脂204によりケース
8の凹部に固定されている。更に、ガラス板7が紫外線
硬化性樹脂204によりキャップ9と光ファイバ芯線4
との間に固定されている。キャップ9により、半導体レ
ーザ素子1,モニタ用フォトダイオード搭載チップキャ
リア5及び光ファイバ間の光学的結合部分が外乱光から
保護されている。
ファイバ芯線4は光ファイバ被覆材42により被覆され
ている。光ファイバ被覆材42の一部は、紫外線硬化性
樹脂202によりケース8に固定されている。
例の光半導体モジュールの動作について説明する。
1に所定の電圧を印加すると、半導体レーザ素子1はレ
ーザ光を発光する。このレーザ光は光ファイバ先球部4
1に当たり、光ファイバ芯線4を通って光ファイバ芯線
4の他端に接続された素子等に出力される。また、前記
レーザ光は受光素子であるモニタ用フォトダイオード2
に受光されて電気信号に変換される。そして、この電気
信号はモニタ用フォトダイオード搭載チップキャリア5
及びボンディングワイヤ44を介してケース8に設けら
れた端子から出力される。
を製造する方法について説明する。図4は本発明の第1
の実施例に係る光半導体モジュールを製造する方法を示
す分解斜視図である。
ペーストをSi基板3の溝31を間に挟んでV溝32に
対向する位置に設けられたパターン電極に蒸着し、半導
体レーザ素子1をAnSnソルダペーストにより電極上
に固定する。このとき、V溝32の中心と半導体レーザ
素子1の中心とのずれが、例えば±1.5μm以内とな
る精度で固定する。
イオード搭載チップキャリア5を銀ペースト又はAuS
nソルダペースト等の導電性接着剤205及び206に
よりケース8に固着する。その後、Si基板3及びモニ
タ用フォトダイオード搭載チップキャリア5の金属端子
とケース8の内部の所望の金属端子とをボンディングワ
イヤ44で接続する。次いで、半導体レーザ素子1の通
電スクリーニング(ACC)を行い、半導体レーザ素子
1のうち初期不良が生じたものの除去を行う。
出し口10からSi基板3のV溝32に挿入する。その
後、紫外線硬化性樹脂203をV溝32内に位置する光
ファイバ芯線4の上部に滴下し、光ファイバ芯線押さえ
用ガラス板6を光ファイバ芯線4上に配置する。そし
て、光ファイバ芯線押さえ用ガラス板6に上部から所定
の圧力をかけながら、例えば強度が95mW/cm2、
照射時間が60秒の照射条件で紫外線を照射することに
より、光ファイバ芯線4をSi基板3のV溝32に固定
する。この際、光ファイバ被覆材42の周囲に紫外線硬
化性樹脂202を滴下し、これを硬化させることによ
り、光ファイバ被覆材42のケース8への仮固定を行
う。
部10bに位置する光ファイバ芯線4の周囲に紫外線硬
化性樹脂204を滴下し、例えば光を98%以上透過す
るガラス板8をファイバ取り出し口10の上段の凹部1
0aに載置する。そして、ガラス板8を凹部10aに押
圧した後、例えば強度が200mW/cm2、照射時間
が60秒の照射条件で紫外線を3方向から紫外線硬化性
樹脂204に均一に照射する。これにより、最下段の凹
部10bに十分紫外線が行きわたり、紫外線硬化性樹脂
204が硬化して光ファイバ芯線4がケース8に固定さ
れる。次いで、ケース8及びガラス板7の所定の領域に
紫外線硬化性樹脂201を塗布し、キャップ9をケース
8の所定の位置に載置する。次に、紫外線照射により、
紫外線硬化性樹脂201を硬化することにより、キャッ
プ9をケース8上に固定する。これにより、ファイバ取
り出し口10が封止される。
紫外線硬化性樹脂202を塗布し、これを硬化すること
により、光ファイバ42をケース8に固定する。
化性樹脂204の滴下及び紫外線照射による紫外線硬化
性樹脂204の硬化のみで、ファイバ取り出し口10を
封止することが可能である。また、ガラス板7により紫
外線硬化性樹脂204の流れ出しの防止及び光ファイバ
芯線4の位置決めが可能であるので、外部からの湿気の
混入及び出力の低下が防止される。
光半導体素子として発光素子である半導体レーザ素子を
使用しているが、光半導体素子として他の発光素子、受
光素子及び半導体光アンプ等の素子を使用することも可
能である。また、光ファイバ42の固定のために紫外線
硬化性樹脂202を使用しているが、例えば熱硬化性樹
脂を使用してもよい。
ーザ素子から出力されるレーザ信号を1本の光ファイバ
で光伝送を行う構成となっているが、複数の発光素子を
有する装置、例えば半導体レーザアレイを使用して、複
数のレーザ信号を複数の光ファイバを有する光ファイバ
アレイで光伝送を行う構成としてもよい。
レーザアレイを使用した構成の光半導体モジュールにつ
いて説明する。図5は、本発明の第2の実施例に係る光
半導体モジュールを示す平面図である。なお、図5にお
いては、半導体モジュールの内部構造の把握を容易にす
るために、キャップ9を2点鎖線で示して省略してい
る。また、図5に示す第2の実施例において、図1に示
す第1の実施例と同一の構成要素には、同一符号を付し
てその詳細な説明は省略する。
字型の複数個の溝が形成されており、これらの溝に複数
本の光ファイバ素線が、例えば紫外線硬化樹脂により固
定されている。複数本の光ファイバ素線からテープ型光
ファイバアレイ443が構成されている。ケース8の外
部においては、テープ型光ファイバアレイ443の周囲
に被覆材(図示せず)が設けられており、これらにより
光ファイバ42aが構成されている。また、ハウジング
内部のテープ型光ファイバアレイ443の先端部と対向
して複数個の半導体レーザ素子からなる半導体レーザア
レイ401が配設されている。なお、半導体レーザアレ
イ401の光軸は、テープ型光ファイバアレイ443の
光軸と一致している。
443上には、選択的に紫外線硬化性樹脂により光ファ
イバアレイ押え板406が固定されており、ファイバ取
り出し口10においては、ガラス板7が紫外線硬化性樹
脂により固定されている。
モジュールは、第1の実施例の光半導体モジュールと同
様の工程により製造することができる。即ち、V溝内の
テープ型光ファイバアレイ443に紫外線硬化性樹脂を
滴下し、光ファイバアレイ押え板406をテープ型光フ
ァイバアレイ443に押しつけながら紫外線照射して紫
外線硬化性樹脂を硬化させる。その後、ファイバ取り出
し口10において、テープ型光ファイバアレイ443の
周囲に紫外線硬化性樹脂を滴下し、ガラス板7をファイ
バ取り出し口10の上段の凹部に載置して紫外線を照射
することにより、紫外線硬化性樹脂を硬化させればよ
い。
イバ取り出し口10の封止に使用される紫外線硬化性樹
脂の線膨張率とケースの線膨張率との差は、硬化の際の
クラック発生を防止するために、1×10-5/℃未満で
あることが望ましい。
光硬化性樹脂により光ファイバが貫通する開口部を封止
しているので、気泡の形成等がなく容易で確実に気密を
確保することができる。従って、信頼性を向上させるこ
とができる。また、製造工程数の低減によりコストを低
下させることができる。また、開口部に少なくとも2段
の凹状開口部を設けることにより、光ファイバの固定を
より一層容易なものとすることができる。
ルを示す平面図である。
ルを示す図1のX−X線における断面図である。
ルを示す図1のY−Y線における断面図である。
ルを製造する方法を示す分解斜視図である。
ルを示す平面図である。
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 開口部が設けられたハウジングと、この
ハウジング内に載置された光半導体素子と、前記開口部
を貫通し前記光半導体素子と前記ハウジングの外側に設
けられた素子との間で光伝送を行う光ファイバと、前記
開口部を封止する光硬化性樹脂材と、この光硬化性樹脂
材と前記ハウジングの外部との間に設けられた透明板
と、を有することを特徴とする光半導体モジュール。 - 【請求項2】 前記ハウジングは、前記光半導体素子が
載置されるケースと、このケース上に配置されるキャッ
プと、を有し、前記光硬化性樹脂材の線膨張係数と前記
ケースの線膨張係数との差が1×10-5/℃未満である
ことを特徴とする請求項1に記載の光半導体モジュー
ル。 - 【請求項3】 前記透明板の光透過率が98%以上であ
ることを特徴とする請求項1又は2に記載の光半導体モ
ジュール。 - 【請求項4】 前記開口部は、少なくとも2段の凹状開
口部を有し、前記光ファイバと前記透明板とが前記凹状
開口部の相互に異なる段に配置されていることを特徴と
する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光半導体モ
ジュール。 - 【請求項5】 ケース内に光半導体素子を載置する工程
と、前記光半導体素子と前記ケースの外部に設けられた
素子との間で光伝送を行う光ファイバを前記ケース上に
配置する工程と、前記ケースの側壁と前記光ファイバと
が交差する領域に光硬化性樹脂材を設ける工程と、前記
光硬化性樹脂材上に透明板を載置する工程と、前記透明
板を介して前記光硬化性樹脂材に光を照射して前記光硬
化性樹脂材を硬化させる工程と、を有することを特徴と
する光半導体モジュールの製造方法。 - 【請求項6】 前記光硬化性樹脂材の線膨張係数と前記
ケースの線膨張係数との差が1×10-5/℃未満である
ことを特徴とする請求項5に記載の光半導体モジュール
の製造方法。 - 【請求項7】 前記透明板の光透過率は98%以上であ
ることを特徴とする請求項5又は6に記載の光半導体モ
ジュールの製造法。
Priority Applications (3)
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JP09574599A JP3459787B2 (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 光半導体モジュール及びその製造方法 |
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