JP2001100062A - 光通信装置 - Google Patents
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Abstract
ル、送受信モジュールのコストをさらに低減すること。 【構成】 光ファイバと光学部品と、光結合のための基
板とよりなる光通信装置において、光ファイバの片側と
光学部品の結合部がエッチングによって形成されたV溝
を有する半導体基板によって固定され、光ファイバの反
対側の一部分が上記半導体基板とは異なる保持基板によ
って固定されている。
Description
信モジュール、受信モジュールもしくは送受信モジュー
ルに関する。特に基板コストを低減できる光通信装置に
係る。
る。これは現在盛んに製造販売され主流になっている送
信モジュールである。 [1.従来例にかかる金属パッケージ半導体発光素子の
説明(図1)]図1によって従来例にかかる半導体発光
素子1の例を説明する。これは半導体レ−ザチップ(L
D)2と、モニタ用のフォトダイオード(PD)チップ
3を円筒形金属パッケージに収容したモジュールであ
る。半導体レ−ザチップ2はヘッダ4の隆起部(ポー
ル)5の側面に固定される。チップの面に平行に光を発
生するからである。ヘッダ4の底面には、レ−ザチップ
2の背面発光の入射する位置に、フォトダイオードチッ
プ3が固定される。ヘッダ4の下面には適数のリードピ
ン6がある。ヘッダ4の素子取り付け面は、キャップ7
によって覆われる。
る。半導体レ−ザ2の光はチップから上下方向に出る。
窓8の直上にはレンズ9がある。レンズ9はレンズホル
ダ−10によって支持される。レンズホルダ−10の上
にはハウジング11があって、これの上頂部にはフェル
ール12が固定される。フェルール12は光ファイバ1
3の先端を保持する。フェルール12と光ファイバ13
の端部は斜め(8度)に研磨してある。戻り光が半導体
レ−ザ2に入るのを防止するためである。半導体レ−ザ
2の光を光ファイバ13の他端において監視しながらホ
ルダ−10をヘッダ4に対して位置決めする。さらにハ
ウジング11をレンズホルダ−10に対して位置決めす
る。半導体レ−ザチップ2、フォトダイオードチップ3
の各電極はワイヤによってリードピン6の何れかに接続
される。
って絞られ、光ファイバ13の端部に入射する。半導体
レ−ザ2は信号によって変調されているから、この光は
信号を伝送することになる。半導体レ−ザ2の出力は反
対側にあるモニタ用フォトダイオード3によってモニタ
される。1.3μm〜1.55μmの発振波長は半導体
層の材料によって決まる。これは金属製のパッケージを
用いるので外部ノイズに対して強いし、外部へノイズを
与えないので優れたものである。信頼性も高いし実績も
ある。
高価であるから部品コストが高い。それに光はヘッダ面
に対し垂直に進むので、ヘッダ、LD、ホルダ−、ハウ
ジング、フェルールなどをxy面(ファイバに対し直角
の面)とz軸方向に調芯しなければならない。調芯に時
間がかかるので製造コストも高くなる。プリント基板に
取り付けるとパッケージが飛び出て邪魔になる。現在こ
の形状が主流であるがコスト削減の要求が強い。
(WDMフィルタ、PD、LD内蔵)] 小楠正大、富岡多寿子、大島茂「レセプタクル型双
方向波長多重光モジュール」1996年電子情報通信学
会エレクトロニクスソサイエティ大会C−208、p2
08によって提案されたものである。図10に平面図を
示す。直方体のハウジング130の内部に斜め45度の
方向にWDMフィルタ131を取り付け、二方の壁にL
D132、PD133を取り付けている。PDは表面入
射型、LDは表面出射型である。もう一方の壁には外部
光ファイバ134の端部に取り付けたロッドレンズ13
5が固定される。PD133の直前にはドラムレンズ1
36が設けられる。光ファイバから出た受信光はWDM
フィルタで反射されレンズ136で収束されてPD13
3に入る。LD132の直前にはドラムレンズ137が
設けられる。LDから出た送信光はドラムレンズ137
で絞られてレンズ135にはいり光ファイバ134を伝
搬してゆく。送信光は1.3μm帯、受信光は1.55
μm帯の光を用いる。三次元的な構造であり軸合わせが
不可欠である。WDMフィルタ、LD、PDがあり軸合
わせの箇所が多くて調芯に時間が掛かる。ハウジングに
もコストがかかる。材料コスト、製造コストともに嵩
む。安価な送受信モジュールというわけにはゆかない。
高価な装置になるから光加入者系の装置として広く普及
する見込みはない。
ール]さらに低コスト化、小型化するために、図2のよ
うな表面実装形態のモジュール14が開発されつつあ
る。これはパッケージ面と光ファイバ面が平行で光は基
板面近傍を水平に伝搬する。ファイバとLD、PDの間
に空隙が殆ど存在しない。小型であるしプリント基板に
実装したとき光ファイバがプリント基板に平行でかさば
らない。部品コストを削減できるし調芯も不要であると
いう利点が期待される。マウント15の内部にSiベン
チ16があってチップや光ファイバはSiベンチ16に
取り付けられ、これがマウント(パッケージ)内部に収
容される。
V溝17、小V溝18が異方性エッチングによって形成
されている。V溝のある部分とは一段高くなった部分2
0に光電変換素子(LD、PD、LED、APD)19
が取り付けられる。ここにはメタライズパターンが印刷
されている。素子19は位置合わせマークによって定位
置に固定される。大V溝17には光ファイバ又はフェル
ール21が小V溝18にはその先端の光ファイバ芯線2
2が押し込まれて固定される。Siについてはフォトリ
ソグラフィ技術が成熟しているから光ファイバと光電変
換素子の間の正確な位置合わせが可能である。Si単結
晶をベンチに使うのはそのような利点がある。
精度フォトエッチング技術を利用してSiベンチ上にフ
ァイバを固定するV溝17、18と、LD(又はPD)
19を固定するメタライズパターンと、位置合わせマー
クとを精度良く形成することができる。光ファイバはV
溝で位置決めされLD、PDはマークを見て正しい位置
に取り付けるから光ファイバの軸線上に正しくLD、P
Dが存在する。LDを発光させて調芯しなくても実装で
きるのでパッシブアライメントと呼ばれる。この技術に
より、実装が自動化でき低コスト化が図られる。
Si基板上のより広いV溝に固定されたフェルールと外
部にある光コネクタのフェルールとのコンタクトによっ
てなされる。外部との電気的なインターフェイスはSi
ベンチ全体を金属製リードフレームのベースメタル15
(マウント)に固定し、LD(又はPD)のp電極、n
電極をAuワイヤでフレームのリード部分24(図4)
に結線することによってなされる。その後、全体を樹脂
23によってモールドすると、図4、図5に示すような
小型の送信機、受信機が製造される。パッケージも金属
でなく樹脂である。これは図1のモジュールに比べ材料
コスト、組立コストなどが削減されている。だから表面
実装によって小型低価格の送信器受信機を実現できると
考えられた。
ト化が要求されるようになり、このための新たなる発明
が必要となってきた。表面実装にはベースとしてSiベ
ンチを使う。ところがSiベンチの材料コストがモジュ
ール価格を押し上げる。端末機器が低価額でなければ光
加入者系は普及しない。だから低コストということがす
こぶる重要である。光加入者系に用いるためには、Si
ベンチといえどもコストは無視できない。およそ半導体
素子の生産では1枚のウエハから、何個チップがとれる
か?ということが最終的なコストを決める。チップ面積
が大きいとコストも比例して高くなる。
えられるLDチップのサイズは例えば0.3mm角程度
(0.09mm2)で非常に小さいものである。これに
対して、Siベンチのサイズは大きい。例えば長さ約5
mmのフェルールの半分の長さと、同じく約5mmのフ
ァイバ露出部分の長さと、かつLDチップの実装スペー
スを加えると、Siベンチのサイズは長さ約10mm程
度となる。LDやPDのチップ長さの30倍にもなる。
外形が1.25mm若しくは2.0mmであるが、実装
時のハンドリングや、リードフレームへの実装しやすさ
も考慮すると、4mmから5mm必要である。必要なS
iベンチの面積は40mm2〜50mm2にもなる。従っ
てSiベンチの必要面積は、LDチップの約500倍も
の大面積となる。もちろんPDやLDの基板はInPや
GaAsであることが多く必ずしもSiでない。単位面
積あたりの半導体コストは同一でない。半導体の中では
Siウエハが最も単位面積コストは低い。が、それでも
50mm2もの大面積のSi単結晶を必要とする表面実
装型モジュールはそれだけで高コストになってしまう。
広い面積のSiを必要とするSiベンチはモジュールの
中で全コストを左右する高価な部品となってしまう。
ケージ)、リードフレーム、Siベンチなど表面実装型
送受信モジュールを構成する要素の中で最も高価なもの
はSiベンチである。送信モジュール、受信モジュー
ル、送受信モジュールの価格をさらに低減するにはSi
ベンチコストを下げるということが不可欠だということ
である。本発明はSiベンチコスト低減を第1の目的と
する。Siベンチの価格低減を通してより安価な光通信
装置を提供することが本発明の第2の目的である。
点に関して種々考察した。図2、図3の表面実装モジュ
ールにおいてどうしてμm単位の高精度が要求されるの
か?全体に高精度が必須なのだろうか?一部だけに厳し
い精度が必要なのではないか?高精度でなくても良い部
分があるのではないか?というふうに視点をかえて考え
てみた。
位の精度が要求されるのはどこであろうか?それは破線
の円で囲んだファイバ先端とLDチップ発光部の光結合
部分だけである、ということに気づいた。ここがずれる
とLDの光が光ファイバに入ってゆかない。だから光結
合部の位置合わせは重要である。
い。フェルール自体の位置は多少ずれていても差し支え
ない。受光モジュールにおいて受信用PDも入射面積が
充分に広いからPD位置ズレもたいして問題でない。送
信モジュールでLDの背後にモニタPDがある場合、モ
ニタPDは広い受光面があるから左右前後の多少のずれ
は許容できる。受光モジュールで増幅器を傍らに付ける
場合増幅器チップの位置が多少狂っていても差し支えな
い。このように表面実装素子において高精度が必須でな
い部分が幾らもある。
フェルールをまとまった一つの部品と考え、その全体を
精度良く固定しなければ、という固定概念に捕らわれて
いたのである。本発明はそのような牢固たる既成概念を
打ち破ろうと思う。
の構造上の難点を改善し、より低コストの表面実装形態
を提供することが本発明の目的である。本発明は高精度
の必要な光結合部だけをSiベンチにのせて、その他の
素子やSiベンチ自体は他のより安価な保持基板に乗せ
ることにする。保持基板の単位面積あたりコストがSi
の単位面積あたりコストより低いので基板コストを削減
することができる。保持基板はセラミックまたは樹脂製
とする。Si基板は半導体としては成熟し結晶性よく完
成度が高く最も安価であるが、それでも単に基板とする
には未だ高価である。受動的な基板とするにはもったい
ない、と思う。
し、残りの部分はSi以外の材料、例えばセラミック、
樹脂で置き換えた複合的な基板構造とする。光結合部は
高精度が要るのでSi基板の上に形成する。それ以外は
低精度でよいから低コストの保持基板にのせる。Si基
板と保持基板とを組み合わせ、コスト、精度の要求を満
足させる。それが本発明の骨子である。
部品と、光結合のための基板とよりなる光通信装置にお
いて、光ファイバの片側と光学部品の結合部がエッチン
グによって形成されたV溝を有する半導体基板によって
固定され、光ファイバの反対側の一部分が上記半導体基
板とは異なる保持基板によって固定されている。
からなる2重構造の光通信装置を提供している。光ファ
イバと光学部品(LD、PD)の結合部を提供する半導
体基板というのはSi、GaAs、InP基板などを意
味する。Siの場合がもっとも多い。異方性エッチング
によって溝を彫るのであるからSi以外の半導体単結晶
でも使うことができる。
あるが、フェルール付きの光ファイバを保持基板で支持
することができる。或いは光ファイバの被覆自体を保持
基板によって支持するようにしても良い。
基板に固定するため保持基板に溝を切っておき個々へ光
ファイバ或いはフェルールを埋め込んで固定することが
できる。光ファイバ被覆、フェルールを接着剤によって
保持基板に固定することもできる。
例えばアルミナ、ジルコニヤなどのセラミックであって
もよい。或いは樹脂製の保持基板であっても良い。液晶
ポリマーによって保持基板を作製することもできる。
ュール、発光素子だけを有する送信モジュール、あるい
は受光素子と発光素子をともに有する送受信モジュール
のいずれにも適用することができる。
の近傍に設けることもできる。送信モジュールとする場
合、LDの背後にモニタ用PDを設けることもできる。
場合、任意の波長の光を通信光として利用できる。例え
ば1.3μm帯、1.55μm帯などの波長の光を用い
ることができる。
多重通信の光加入者系モジュールとすることができる。
波長多重というのは、送信光と受信光の波長が異なる通
信ということである。波長の異なる光を送受信に使うと
双方向同時通信が可能である。例えば送信光が1.3μ
m帯、受信光が1.55μm帯とすることができる。あ
るいは反対に送信光が1.55μm帯、受信光が1.3
μm帯とすることもできる。送受信モジュールの場合は
送信光と受信光がWDMフィルタで分離され、経路を異
にする形式も可能である。あるいは送信光と受信光が同
一の経路を通り、WDMフィルタで分離してPDに入射
するようにもできる。
長の光を送受信に使うことができる。その場合同時双方
向通信はできないから、時分割して交互に送信受信する
ことになる。この場合も送信光と受信光を異なる経路に
伝搬させるようにすることができる。その場合WDMフ
ィルタでなくて光の分離にはハーフミラ−が使われる。
あるいは送信光と受信光がほぼ同一の経路を反対向きに
伝搬するようにしてもよい。この時もハーフミラーによ
って光を分離する。そのような近赤外光に対して、In
GaAsPまたはInGaAs受光層を持つPDやAP
Dを受光素子とすることができる。あるいはInGaA
sP系のLDを発光素子として用いることができる。
ァイバ固定溝成形)]実施例1の平面図を図6に縦断面
図を図7に示す。保持基板(マウント)25は、浅い矩
形状の嵌込穴26と、中心軸方向に嵌込穴まで延びるフ
ァイバ固定溝27とを表面にもうけた長方形平板であ
る。嵌込穴26には同じ寸法のSiベンチ28が埋め込
んである。Siベンチ28と保持基板25の表面はほぼ
同じ高さである。Siベンチ28には前低部33におい
て中心軸方向に細いV溝29が異方性エッチングによっ
て形成されている。V溝29の延長線上のSiベンチの
上に光電変換素子(PD/LD)30が固定される。
ァイバ固定溝27に、ファイバ芯線32がV溝29に挿
入されている。この部分は接着剤で固定される。光ファ
イバ芯線32はV溝によって横方向の位置決めがなされ
る。また先端がSiベンチの段部34に当たって軸方向
の位置決めがなされる。光電変換素子30がLDの場合
は送信モジュールとなりLDから送信光が出て光ファイ
バの中へ入る。光電変換素子30がPDの場合は光ファ
イバから出た受信光がPDに側方から入る。この場合P
Dは側方入射型とするか、あるいはPDを縦に設置する
か、受信光をさらに反射屈折させて裏面、表面に導くよ
うな工夫が必要になる。
いる。従来提案されていたものはSiベンチが9mm×
5mm=45mm2程度であった。実施例では面積にし
て約1/3のSiベンチを用いることになる。Si基板
のコストが約1/3に減少する。
る保持基板(マウント)としては、エポキシ樹脂、液晶
ポリマー、プラスチック成形品、セラミックなどが利用
できる。エポキシ樹脂はプリント基板として頻用され電
気回路の基板として実績がある。プラスチックとしては
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも利用できる。セ
ラミックとしてはアルミナ、ジルコニヤ、ガーネットな
ど任意の物を選ぶことができる。保持基板には予め嵌込
穴やファイバ固定溝を形成する必要がある。成形性がよ
いことが望まれる。
っている。液晶ポリマーは精度良く成形することができ
る。メタライズも可能である。保持基板として好適な材
料である。実施例1において保持基板は11mm(L)
×7mm(W)×2mm(t)の寸法を持っている。
の上に光ファイバ先端とInGaAsPの1.3μmL
Dを取り付け、Si基板を液晶ポリマーで固定し、リー
ドフレームを付けてパッケージに実装した。このLDモ
ジュールは、図2、図3のものと遜色のない結合パワー
と温度安定性があるのを確認した。
リードフレーム、固定爪)]リードフレームはモジュー
ルにするため必須のものである。実施例2はリードフレ
ームそのものを保持基板としても利用しようとする。コ
スト削減効果が一層大きい。実施例2の平面図を図8に
縦断面図を図9に示す。保持基板(マウント)35はリ
ードフレーム自身である。リードフレームであるから薄
い良導体の金属板であり多数のピンを四辺内向きに備え
ている。ここではピンの図示を略した。リードフレーム
35の一部を切り欠いて起こし固定爪37とする。平坦
な金属板であり嵌込穴のようなものを穿つことができな
い。適当な取付部36を選んでSiベンチ38を導電性
接着剤で固定する。Siベンチ38は保持基板(リード
フレーム)35の表面より厚み分だけ高い。Siベンチ
38には前低部43において中心軸方向に細いV溝39
が異方性エッチングによって形成されている。V溝39
の延長線上のSiベンチの上に光電変換素子(PD/L
D)40が固定される。
定爪37によってリードフレーム35に固定される。フ
ァイバ芯線42がV溝39に挿入接着されている。光フ
ァイバ芯線42はV溝39によって正確に横方向の位置
決めがなされる。また先端がSiベンチの段部に当たっ
て軸方向の位置決めがなされる。光電変換素子40がL
Dの場合は送信モジュールとなり、LDから送信光が出
て光ファイバの中へ入る。光電変換素子40がPDの場
合は光ファイバから出た受信光がPDに側方から入る。
この場合PDは側方入射型とするか、あるいはPDを縦
に設置するか、受信光をさらに反射屈折させて裏面、表
面に導くような工夫が必要になる。
いる。実施例1と同様である。保持基板としてプラスチ
ック、セラミック、液晶ポリマーなどを使わない。直接
にリードフレームに取り付ける。リードフレームは必ず
使う物である。実施例1でも液晶ポリマーをリードフレ
ームに取り付けるのであるから、実施例2で直接にリー
ドフレームを保持基板として利用すると、保持基板分を
まるまる節減できることになる。価格的には極めて有望
な構造である。
先端とLDを取り付ける。このSiベンチ38を、メタ
ル(Cu、Alなど)のリードフレームのベースメタル
に導電性樹脂でボンディングする。ベースメタルの一部
に爪を立てて置き、この爪によってフェルールを挟んで
固定する。固定爪37とSiベンチ38間の余裕空間4
4を広く取り、光ファイバの露出部を1〜2mm長くし
ている。フェルール固定部と光結合部の中心位置が多少
ずれてもズレを吸収できるためである。
固定溝成形、PD・LD接近)]これまで説明した物は
送信だけ或いは受信だけを行う装置であった。本発明は
送受信の両方を兼ねる装置にも適用できる。実施例3は
送受信モジュールである。図10によって従来例にかか
る送受信モジュールを示した。これは送信光と受信光の
経路を変えているが、ここで提案する実施例は、送信光
受信光の経路がほぼ同一である送受信モジュールであ
る。実施例3の平面図を図11に縦断面図を図12に示
す。
の嵌込穴46と、中心軸方向に嵌込穴まで延びるファイ
バ固定溝47とを表面に穿った長方形平板である。嵌込
穴46には同じ寸法のSiベンチ48が埋め込んであ
る。Siベンチ48と保持基板45の表面はほぼ同じ高
さである。Siベンチ48には前低部57において中心
軸方向に細いV溝49が異方性エッチングによって形成
されている。Siベンチにはメタライズパターン(図示
しない)が印刷されている。V溝49の延長線上のSi
ベンチ48の上に半導体レ−ザLD50が固定される。
LD50のすぐ後ろにモニタ用PD53が固定される。
ァイバ固定溝47に、ファイバ芯線52がV溝49に挿
入されている。この部分は接着剤で固定される。光ファ
イバ芯線52はV溝によって横方向の位置決めがなされ
る。また先端がSiベンチの段部に当たって軸方向の位
置決めがなされる。Siベンチ48の前低面57にはV
溝49とファイバ芯線52を跨るように受信用PD54
とWDMフィルタ55が取り付けられる。傍らの増幅器
56が設けられる。受信光を増幅するためにあるが、こ
れはSiベンチの上でなく保持基板45にある。だから
Siベンチの面積を大きくする必要がない。
これが送信光である。送信光はLD50から出てファイ
バ芯線52に入りファイバ51を伝搬してゆく。ファイ
バの中を伝搬してきた受信光はWDMフィルタ55で選
択的に反射され斜め上に進みPDに入射する。送信光λ
1と受信光λ2が異なるから同時双方向通信が可能であ
る。λ1は例えば1.3μm帯、λ2は例えば1.55
μm帯とすることができる。WDMフィルタは両者を分
離するために挿入される。
に3mm程度にできる。しかし、PD2つとWDMフィ
ルタが増えるから長さは実施例1、2より長くなる。6
mm〜8mmになる。
タPD/受信PD/WDMフィルタなど光学部品、電気
光学素子を実装している。光ファイバ又はフェルール5
1と増幅器56は保持基板45に付けてある。図2、3
の物に比較してSiベンチを節約できる。
固定溝成形、PDは保持基板に)]次も送受信モジュー
ルの例である。図11〜図12の実施例3では、送信用
LDと受信用PDがやや接近している。両者が接近して
いるので、特に長距離伝送で微弱になった光信号を正確
に受信するときに、送信LDからの漏れ光や、LDの駆
動電気信号の電磁気ノイズが、高感度のPDの受信回路
に混入する事が有り得る。そのような難点に対して解決
を与えるものが実施例4である。図13、図14によっ
て説明する。
の嵌込穴62と、中心軸方向に嵌込穴62まで延びるフ
ァイバ固定溝60と通し溝61とを表面に穿った長方形
平板である。嵌込穴62には同じ寸法のSiベンチ63
が埋め込んである。Siベンチ63と保持基板59の表
面はほぼ同じ高さである。Siベンチ63には前低部7
0において中心軸方向に細いV溝64が異方性エッチン
グによって形成されている。Siベンチ63には配線の
ためメタライズパターン(図示しない)が印刷されてい
る。V溝64延長線上のSiベンチ63の上に半導体レ
−ザLD65が取り付けられる。LD65のすぐ後ろの
保持基板59にモニタ用PD66が固定される。モニタ
PD66をSiベンチから排除してSiベンチ面積を節
減する。
持基板59のファイバ固定溝60に挿入される。ファイ
バ芯線72が保持基板59の通し溝61とSiベンチ6
3のV溝64に挿入されている。この部分は接着剤で固
定される。光ファイバ芯線72はV溝64によって横方
向の位置決めがなされる。また先端がSiベンチの段部
に当たって軸方向の位置決めがなされる。Siベンチ6
3の前低部70にはV溝64とファイバ芯線72がある
だけで、PDやWDMフィルタがない。そのため一層S
iベンチ面積を減縮できる。
信用PD67とWDMフィルタ69が取り付けられる。
PD67の傍らに増幅器68が設けられる。受信光を増
幅するためにあるが、これもSiベンチの上でなく保持
基板59にある。
これが送信光である。送信光はLD65から出てファイ
バ芯線72に入りファイバ71を伝搬してゆく。一方フ
ァイバの中を伝搬してきた受信光はWDMフィルタ69
で選択的に反射され斜め上に進みPD67に入射する。
送信光λ1と受信光λ2が異なるから同時双方向通信が
可能である。λ1は例えば1.3μm帯、λ2は例えば
1.55μm帯とすることができる。反対にλ1を1.
55μm帯、λ2を1.3μm帯としてもよい。異なる
波長の光を分離するためWDMフィルタが必要である。
要求される光ファイバ先端とLDのみを実装する。モニ
タPD/受信PD/WDMフィルタなどの光学部品、電
気光学部品および増幅器は保持基板に実装している。こ
うすると受信PDと送信LDの距離をより広くとること
ができる。Siベンチの前底部70がPDとLDを空間
的に離隔している。クロストークを減らす上で効果的で
ある。
1、2などと同じサイズで、3mm×5mmである。こ
れは3mm×3mmにまで縮減できる。保持基板は液晶
ポリマーで11mm×7mm×2mmである。送信用L
Dは、1.3μmのInGaAsP−FP−LDであ
る。モニタPDは、受光層がInGaAsのPDであ
る。WDMフィルタはポリイミド薄膜に誘電体多層膜を
形成したものである。一定角で入射する1.3μm光を
透過させ1.55μm光を反射させるという特性を持っ
ている。LDとファイバ先端だけをSi基板に設ける。
モニタPD、受信PD、WDMフィルタなどを保持基板
に割り振った大胆な送受信モジュールである。Siベン
チはまことに小さい。
る。保持基板をリードフレームに乗せて結合する。P
D、LDなどの電気光学的素子の電極とリードフレーム
をワイヤボンディングで接続する。LD、受信PD、モ
ニタPD、増幅器をシリコーン系の樹脂によって、トラ
ンスファーモールド技術によってモールドした。樹脂パ
ッケージに収容される図4のような形態に加工した。そ
の結果、図10の個別部品を組み合わせた送受信器と同
じ性能を得た。
ファイバ固定溝成形)]実施例1は信号を外部に伝達す
る部分がファイバ又はファイバを保持するフェルールで
あった。いずれにしても素子端から僅かに突出している
だけであった。だから樹脂モールドすると図4、図5の
ようになる。本発明は連続する光ファイバの端部に設け
た装置とすることもできる。実施例5のモジュールの平
面図を図15に縦断面図を図16に示す。光ファイバの
長さが異なる他は実施例1と同じである。
にファイバ固定溝74とその終端に浅い矩形状の嵌込穴
75を表面に設けた長方形平板である。嵌込穴75には
同じ寸法のSiベンチ76が埋め込んである。Siベン
チ76と保持基板73の表面はほぼ同じ高さである。S
iベンチ76には前低部79において中心軸方向に細い
V溝77が異方性エッチングによって形成されている。
V溝77の延長線上のSiベンチの上に光電変換素子
(PD/LD)78が固定される。
バ固定溝74に、ファイバ芯線82がV溝77に挿入さ
れている。この部分は接着剤で固定される。光ファイバ
芯線82はV溝77によって横方向の位置決めがなされ
る。また先端がSiベンチの段部80に当たって軸方向
の位置決めがなされる。光電変換素子78がLDの場合
は送信モジュールとなる。LDから送信光が出て光ファ
イバの中へ入る。光電変換素子78がPDの場合は受信
モジュールとなる。光ファイバから出た受信光がPDに
側方から入る。
基板は11mm×7mm×2mmである。保持基板の材
質はエポキシ樹脂、液晶ポリマー、プラスチック成形
品、セラミックなどである。これはピグテイル型の光コ
ネクタに連結する場合に有用な形状である。
リードフレーム、樹脂固定)]実施例2はリードフレー
ムそのものを保持基板として利用した。その際リードフ
レームの一部を切り欠き折立てて固定爪とした。爪の代
わりに樹脂によってファイバを固定することもできる。
実施例6はそのような例である。平面図を図17に縦断
面図を図18に示す。保持基板(マウント)83はリー
ドフレーム自身である。リードフレームであるから薄い
良導体の金属板であり多数のピンを四辺内向きに備えて
いる。ここではピンの図示を略した。適当な取付部84
を選んでSiベンチ85を導電性接着剤で固定する。S
iベンチ85は保持基板(リードフレーム)83の表面
より厚み分だけ高い。Siベンチ85には前低部87に
おいて中心軸方向に細いV溝86が異方性エッチングに
よって形成されている。V溝86の延長線上のSiベン
チの上に光電変換素子(PD/LD)88が固定され
る。
脂91によってリードフレーム83に固定される。ファ
イバ芯線90がV溝86に挿入接着されている。光ファ
イバ芯線90はV溝86によって正確に横方向の位置決
めがなされる。光電変換素子88がLDの場合は送信モ
ジュールとなる。光電変換素子88がPDの場合は受信
モジュールとなる。
形が起こりにくい。接着剤によるからファイバ固定がよ
り容易である。リードフレーム83の上において、接着
用樹脂91とSiベンチ85間の余裕空間92を広く取
り、光ファイバの露出部を1〜2mm長くしている。フ
ェルール固定部と光結合部の中心位置が多少ずれてもズ
レを吸収できるようにするためである。
リードフレーム、部品固定)]リードフレームを保持基
板とした場合、爪や接着剤の代わりに特別の固定部品を
用いてファイバをリードフレームに固定することができ
る。実施例7は部品固定の例である。図19が平面図、
図20が断面図、図21が固定部品の部分の縦断面図で
ある。
る。リードフレームであるから薄い良導体の金属板であ
り、多数のピンを四辺内向きに備えている。ここではピ
ンの図示を略した。適当な取付部84を選んでSiベン
チ85を導電性接着剤で固定する。Siベンチ85は保
持基板(リードフレーム)83の表面より厚み分だけ高
い。Siベンチ85には前低部87において中心軸方向
に細いV溝86が異方性エッチングによって形成されて
いる。V溝86の延長線上のSiベンチの上に光電変換
素子(PD/LD)88が固定される。
定部品93によってリードフレーム83に固定される。
ファイバ芯線90がV溝86に挿入接着されている。光
ファイバ芯線90はV溝86によって正確に横方向の位
置決めがなされる。図21は固定部品の部分の縦断面図
である。固定部品93は光ファイバ又はフェルール89
の外形に等しい穴94をもつ凹型の治具である。穴94
で光ファイバ又はフェルール89を抑える。脚部95に
おいてリードフレーム83の半田付けされる。
形が起こりにくい。接着剤によらないから経年変化によ
る劣化が少ない。ファイバをより正確な位置に固定する
ことができる。
固定溝成形、PD・LD接近)]同一波長の光を用いる
送受信モジュールの例を述べる。同一波長の光を使うか
らWDMフィルタの代わりにハーフミラーを用いる。送
信と受信は時分割し異なる時刻に行う。ピンポン伝送で
ある。実施例3と似ているがWDMフィルタがハーフミ
ラーに置き換えられている。平面図を図22に縦断面図
を図23に示す。
バ固定溝97と矩形状の嵌込穴98とを表面に穿った長
方形平板である。嵌込穴98には同じ寸法のSiベンチ
99が埋め込んである。Siベンチ99と保持基板96
の表面はほぼ同じ高さである。Siベンチ99には前低
部102において中心軸方向に細いV溝103が異方性
エッチングによって形成されている。Siベンチ99に
はメタライズパターン(図示しない)が印刷されてい
る。V溝103の延長線上のSiベンチ99の上にLD
100が固定される。LD100のすぐ後ろのSi基板
上にモニタ用PD101が固定される。
ファイバ固定溝97に、ファイバ芯線107がV溝10
3に挿入され、接着剤によって固定されている。光ファ
イバ芯線107はV溝103によって位置決めがなされ
る。Siベンチ99の前低面102にはV溝103とフ
ァイバ芯線107を跨るように受信用PD104とハー
フミラー105が取り付けられる。傍らに増幅器109
がもうけられる。受信光を増幅するためにあるが、これ
はSiベンチの上でなく保持基板96にある。だからS
iベンチの面積を大きくする必要がない。
えば、1.3μm帯の光を用いる。或いは1.55μm
帯の光を用いることもできる。同一波長であるからWD
Mフィルタで選択反射透過ということはできない。一つ
の波長の光を半分ずつ透過し反射するハーフミラー10
5を使っている。
固定溝成形、PDは保持基板に)]実施例9は一波長ピ
ンポン伝送送受信モジュールの例である。図24、図2
5によって説明する。
11と、中心軸方向に穿たれたファイバ固定溝112と
通し溝113とを表面に穿った長方形平板である。嵌込
穴111には同じ寸法のSiベンチ114が埋め込んで
ある。Siベンチ114には前低部116において中心
軸方向に細いV溝115が異方性エッチングによって形
成されている。Siベンチ114には配線のためメタラ
イズパターン(図示しない)が印刷されている。V溝1
15延長線上のSiベンチ114の上にLD117が取
り付けられる。LD117のすぐ後ろの保持基板110
にモニタ用PD118が固定される。モニタPD118
をSiベンチ上114から排除してSiベンチ面積を節
減する。
保持基板110のファイバ固定溝112に挿入される。
ファイバ芯線123が保持基板110の通し溝113と
Siベンチ114のV溝115に挿入固定されている。
Siベンチ114の前低面116にはV溝115とファ
イバ芯線123があるだけで、PDやハーフミラーがな
い。そのため一層Siベンチ面積を減縮できる。
に受信用PD119とハーフミラー120が取り付けら
れる。PD119の傍らに増幅器121が設けられる。
PD118、119、増幅器121、ハーフミラー12
0が保持基板にあり、Siベンチを小さいものにするこ
とができる。
重基板構造の素子である。高精度が要求される部分にの
みSi基板等半導体単結晶基板を用い、それ以外の低精
度で良い部分にはプラスチック、セラミック、液晶ポリ
マーなど安価な保持基板を用いている。全体をSiベン
チとするこれまでの表面実装モジュールよりも材料コス
トが低減される。より安価な表面実装型送信モジュー
ル、受信モジュール、送受信モジュールを提供すること
ができる。
ールの縦断面図。
面実装型モジュールの平面図。
面実装型モジュールの縦断面図。
樹脂モールドした素子の斜視図。
ール又は受信モジュールとしての実施例1の平面図。
ール又は受信モジュールとしての実施例1の断面図。
ル又は受信モジュールとしての実施例2の平面図。
ル又は受信モジュールとしての実施例2の断面図。
に係る送受信モジュールの平面図。
た送受信モジュールである実施例3の平面図。
た送受信モジュールである実施例3の断面図。
ない送受信モジュールである実施例4の平面図。
ない送受信モジュールである実施例4の断面図。
ファイバを接続している送信モジュール又は受信モジュ
ールとしての実施例5の平面図。
ファイバを接続している送信モジュール又は受信モジュ
ールとしての実施例5の断面図。
イバを固定した送信モジュール又は受信モジュールとし
ての実施例6の平面図。
イバを固定した送信モジュール又は受信モジュールとし
ての実施例6の断面図。
ファイバを固定した送信モジュール又は受信モジュール
としての実施例7の平面図。
ファイバを固定した送信モジュール又は受信モジュール
としての実施例7の断面図。
た一波長時分割伝送型送受信モジュールである実施例8
の平面図。
た一波長時分割伝送型送受信モジュールである実施例8
の断面図。
ない一波長時分割伝送型送受信モジュールである実施例
9の平面図。
ない一波長時分割伝送型送受信モジュールである実施例
9の断面図。
Claims (19)
- 【請求項1】 光ファイバ付きフェルール又は光ファイ
バと、光学部品と、光結合のための基板とよりなる光通
信装置において、基板が半導体ベンチと保持基板よりな
り、光ファイバ付きフェルール又は光ファイバの片側と
光学部品の結合部がエッチングによって形成されたV溝
を有する半導体ベンチを用いて行われ、光ファイバ付き
フェルール又は光ファイバの反対側の一部分が上記半導
体ベンチとは異なる保持基板によって固定されている事
を特徴とする光通信装置。 - 【請求項2】 保持基板へのフェルール若しくは光ファ
イバの固定手段が、保持基板に穿たれたファイバ固定溝
にフェルール或いは光ファイバを挿入し樹脂によって固
定するものであることを特徴とする請求項1に記載の光
通信装置。 - 【請求項3】 該半導体ベンチが、Si単結晶もしくは
GaAs単結晶、InP単結晶基板であることを特徴と
する請求項1〜2の何れかに記載の光通信装置。 - 【請求項4】 該保持基板が、セラミック、もしくはプ
ラスチック或いは液晶ポリマーである事を特徴とする請
求項1〜3の何れかに記載の光通信装置。 - 【請求項5】 上記保持基板が、金属製のリ−ドフレー
ムであることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載
の光通信装置。 - 【請求項6】 保持基板への光ファイバ若しくはフェル
ールの固定手段が、金属製のリードフレームと一体化さ
れた固定爪によることを特徴とする請求項5に記載の光
通信装置。 - 【請求項7】 保持基板への光ファイバもしくはフェル
ールの固定手段が、平坦なリードフレームの一部分に光
ファイバ或いはフェルールを置き樹脂若しくは金属の固
定部品によって固定することを特徴とする請求項5に記
載の光通信装置。 - 【請求項8】 上記光学部品が、発光素子(LD、LE
D)、受光素子(PD、APD)、ミラー、WDMフィ
ルタ、分光素子のいずれか、あるいはこれらの組み合わ
せであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記
載の光通信装置。 - 【請求項9】 半導体ベンチがSiベンチであり、Si
ベンチの片側にV溝を形成して単一モードの光ファイバ
を固定し、同じSi基板上の残る片側に、InGaAs
P系の半導体レ−ザ(LD)を固定し、さらにフェルー
ル又は光ファイバを固定するファイバ固定溝を有する樹
脂製の保持基板にフェルール又は光ファイバとSiベン
チを固定した事を特徴とする請求項1に記載の光通信装
置。 - 【請求項10】 半導体ベンチがSiベンチであり、S
iベンチの片側にV溝を形成して単一モードの光ファイ
バを固定し、同じSi基板上の残る片側に、InGaA
sP系の受光素子(PDもしくはAPD)を固定し、さ
らにフェルール又は光ファイバを固定するファイバ固定
溝を有する樹脂製の保持基板にフェルール又は光ファイ
バとSiベンチを固定した事を特徴とする請求項1に記
載の光通信装置。 - 【請求項11】 Siベンチ上に光ファイバ芯線、送信
LD、モニタPD、受信PD、WDMフィルタを実装
し、Siベンチと光ファイバもしくはフェルールを保持
基板に固定してなる一芯双方向通信用の請求項1に記載
の光通信装置。 - 【請求項12】 Siベンチ上に光ファイバ芯線、送信
LD、モニタPD、受信PD、ハーフミラーを実装し、
Siベンチと光ファイバもしくはフェルールを保持基板
に固定してなる一芯双方向通信用の請求項1に記載の光
通信装置。 - 【請求項13】 Siベンチ上に光ファイバ芯線と送信
LDを実装し、Siベンチと光ファイバもしくはフェル
ール、モニタPD、受信PD、ハーフミラーを保持基板
に固定してなる一芯双方向通信用の請求項1に記載の光
通信装置。 - 【請求項14】 Siベンチ上に光ファイバ芯線と送信
LDを実装し、Siベンチと光ファイバもしくはフェル
ール部分、モニタPD、受信PD、WDMフィルタを保
持基板に固定してなる一芯双方向通信用の請求項1に記
載の光通信装置。 - 【請求項15】 PDの信号を増幅する増幅器を保持基
板に設けた事を特徴とする請求項11、12、13、1
4の何れかに記載の光通信装置。 - 【請求項16】 送信光が1.3μm帯で受信光が1.
55μm帯であるか、或いは送信光が1.55μm帯で
受信光が1.3μm帯である一芯双方向通信用の請求項
11或いは請求項14の何れかに記載の光通信装置。 - 【請求項17】 送信光、受信光とも1.3μm帯若し
くは1.55μm帯である一芯双方向通信用の請求項1
2又は請求項13に記載の光通信装置。 - 【請求項18】 送信LDがInGaAsP系半導体レ
−ザで、受信PDがInGaAsP系PD若しくはAP
Dであることを特徴とする一芯双方向通信用の請求項1
6又は請求項17に記載の光通信装置。 - 【請求項19】 リードフレームの上にSiベンチ、保
持基板の全体をマウントし、フェルール又は光ファイバ
の先端と、リード部分とが露出するように、樹脂でモー
ルドした事を特徴とする請求項1〜18の何れかに記載
の光通信装置。
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