JP2001305393A - 光学装置 - Google Patents
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Abstract
と樹脂間での屈折率差による反射戻り光の少ない表面実
装型光モジュールを提供すること。 【解決手段】 光ファイバ・光導波路と光素子の間の基
板面に凹部を設け、光ファイバ・光導波路と全温度範囲
で屈折率の近似した流動性のある透光性の内部樹脂を凹
部にこぼれないように入れて硬化し、その上を柔軟性の
ある中間樹脂によって覆い、更に硬度のある外殻樹脂に
よって基板と中間樹脂、光ファイバ・光導波路を覆い外
形を与えるようにした樹脂三重構造の光学装置。
Description
信器、受信器、送受信器、及びこれらを構成するための
光学部品、あるいはこれらを組み合わせた装置に関す
る。
チップ、LDチップ、レンズを内蔵しパッケージの中心
軸線上に光ファイバを設けた三次元構造の送受信用素子
が用いられている。現状の素子において、光は空気中を
長く伝搬するのでレンズが必要である。現在、利用され
ている素子は気密性に優れ、対ノイズ性能も良く信頼性
に富み実績がある。しかし三次元金属容器収容の素子は
調芯が必要で容積が大きく高価でありプリント基板上で
広い面積を占有するなどの欠点がある。
器、光受信器などの小型化低コスト化が進みつつある。
最近では、表面実装型(PLC:Planar Lightguide Ci
rcuit)という非常に小型化された光学系が検討されて
いる。光の向きは基板表面に平行で二次元構成であり、
調芯不要、レンズ不要という利点がある。
実装型受光モジュールの一例を示す。縦型金属パッケー
ジではなくて、全体が平坦なSiベンチ1の上に構成さ
れている。平面状の縦長Siベンチ1に中心縦方向に大
V溝2、小V溝3を穿つ。大V溝2にフェルール4を挿
入し、小V溝3には光ファイバ5を挿入する。フェルー
ル4、光ファイバ5は接着剤によってV溝2、3に固定
される。小V溝3の終端が側方に露呈するようにSiベ
ンチ1の前方を低く削り、段部6としてある。段部6に
は光素子、ここではPD7をマウントしてある。側方か
ら光が入るから、このPDは導波路型PDである。水平
に広がった受光層8を持ち、その上に導波路が形成され
ている。受信光は横から受光層8に入って感受される。
を例示したが、裏面入射型PD、上面入射型PDをも表
面実装することができる。裏面入射型、上面入射型とす
ると光ファイバ光軸とこれら素子の関係が少し異なる。
また発光素子(LD、LED)を光ファイバの延長上に
固定し送信器としたものも提案されている。受光素子で
も発光素子でもよく似た平面的な構成になる。さらに、
光ファイバを素子の直近まで引っ張ってくるかわりにS
iベンチ1の上に光導波路を設けて光導波路の始端に外
部の光ファイバを接着するという場合もある。
バ、光導波路を設け、その延長上の基板面に光学部品
(PD、LD、LED、APD)を配置する。レンズを
使わずに、直接光ファイバや導波路と光素子(PD、L
D等)を突き合わせて、部品点数を減らし小型化してい
る。
よってV溝を形成し、また、マスク合わせでPDチップ
を固定する位置合わせマークを形成することにより、光
ファイバもPDも位置精度よく固定される。積極的に調
芯する必要はなく、V溝にフェルール、光ファイバを挿
入し、マークに合わせてPD、LD、LEDなどを取り
付けるだけでよいので、これをパッシブアライメントと
言う。現在広く用いられている金属容器の三次元的な素
子のような調芯が不要である。
になり実装コスト自体も下がる。材料コスト、部品コス
トが削減でき低コストモジュールとなる。それに小型に
なってプリント基板への取り付けも容易である。平面実
装型光装置は低コスト、小型という優れた特徴が期待さ
れる。希望に満ちた実装方式だと言える。しかし実用化
のためには克服すべき様々の問題がある。同じ図1、図
2の受光モジュールについて問題点を説明するが、発光
モジュール(送信器)や送受信器でも同様の問題が潜ん
でいる。
構成では、光ファイバ端面の反射が問題になる。光ファ
イバの端面は光軸と直角の方向に切断されるので反射戻
り光が発生する。光ファイバ端面反射光は光ファイバ5
を伝搬して送信側のレ−ザに戻り、レ−ザ発振を不安定
にするからである。反射戻り光の量は内外の屈折率差に
よる。PD7の受光面は反射防止膜があり反射はないの
で問題にしない。
戻り光と言う。反射戻り光と入射光の比の対数を反射減
衰量(ORL)と呼ぶ。これは
を通して出射端面に向かってくる光強度である。Prは
端面で反射されて戻ってきた光強度である。常にPr<
Pinであるから、ORLは必ず負の値である。マイナ
ス無限大であるのが理想であるが実際にはなかなかそう
はゆかない。
も、内外媒質の屈折率差によってORLは異なる。具体
的な例として、屈折率n1=1.46のSiO2系光フ
ァイバの場合、空気(n0=1)に出射される場合は、
屈折率の違いに比例する反射が界面でおこる。界面での
反射率Refは
れは大きすぎる値である。実際には使えない。
いうことは、システムによって異なる。光受信器の場合
は、ORLは−27dB以下でなければならない。製造
のマージンを−3dBとすると−30dB以下というよ
うな小さい値が要求される。しかもそれは使用温度範囲
の全体で要求される。たとえば−40℃〜+85℃とい
った広い温度範囲でORLが−30dB以下というよう
な厳しいものである。
要求を満たす事ができない。図1のモジュールは用途が
極狭く限定されることになる。図1のようなモジュール
に実効性を持たせるためにはさらなる工夫が必要であ
る。
を減らす為には屈折率の差を減らせばよいという事が分
かる。図3、図4のように光ファイバとPDの間を光フ
ァイバの屈折率n1に近い屈折率n2の透光性の樹脂で
満たす(ポッティング)ということが可能である。屈折
率の近似した透明媒質を外部に満たせば反射が減少す
る。その場合の反射率は式(2)のn0をn2によって
置き換える事により計算できる。
てシリコーン系やアクリレート系の樹脂がよく用いられ
る。これらの樹脂は、光通信で用いられる波長である
1.3μm光や1.55μm光に対して透明である。
(n1=1.46)に近いものもある。例えば熱硬化シ
リコーン系樹脂では室温で屈折率がn=1.4程度であ
り、石英光ファイバの屈折率に近い。UV(紫外線;ul
traviolet rays)硬化アクリレート系では室温で屈折率
がn=1.5付近である。現在知られている樹脂で光フ
ァイバに最も接近した屈折率を持つものはこの二つしか
ない。
Lが−30dB以下という条件を満足することができよ
う。しかし屈折率は温度によって変化する。先述のよう
にモジュールが動作しなければならない温度は−40℃
〜+85℃という広い範囲である。温度が変化すると屈
折率が変わりORLが増加する。このような広い温度範
囲で常にORLが−30dB以下でなければならないと
いうことになると、それは極めて難しい条件である。そ
のような好都合の樹脂がなかなかないからである。
と、熱硬化シリコーン系樹脂(○)とで光ファイバ端を
ポッティングした時の式(1)で決まるORLを測定し
グラフに表したものである。
40℃)で最小のORL−39dBをとる。温度が上が
るとともにORLが上がり25℃で−34dBになる。
最高温度域+85℃では−30dBに上がってしまう。
そのような温度変化は、−40℃で屈折率が光ファイバ
屈折率(常温:1.46)に最も近く、温度上昇ととも
に遠ざかってゆくからである。実際には製造のばらつき
などがあり余裕(マージン)をみる必要がある。だか
ら、これは高温の85℃付近で条件を満足できない。
温度域(+85℃)で最小のORL−37dBを与え
る。温度下降とともにORLが上がり、常温(25℃)
では−34dBに上がる。最低温度−40℃では−30
dBに増えてしまう。これは+85℃で最も光ファイバ
屈折率に近くて、温度下降とともに屈折率が光ファイバ
から離れてゆくからである。これは低温の−40℃でO
RLの条件を満たすことができない。
コーン系樹脂のいずれも温度によってORLが変化し
て、製造マージンなどを考慮すると常に−30dB以下
であるという条件を満たすことは難しい。
温度変化に起因する。熱硬化シリコーン系樹脂のある種
類は−40℃〜+85℃という範囲で屈折率が1.48
から1.37まで変化する。UV硬化アクリレート系樹
脂のあるものは、この温度範囲で屈折率が1.56から
1.49まで変化する。いずれの樹脂も温度によって屈
折率が変わるので、−40℃〜+85℃という広範囲で
ORLを満足できるレベルに押さえる事が難しい。ある
温度で光ファイバ屈折率に近くて温度係数(δn/δ
T)(Tは温度)が小さければ良いのであるが、なかな
かそのようなものは見出せないのが現状である。
樹脂がある。それはUV硬化シリコーン系樹脂である。
石英(SiO2)光ファイバの屈折率により近くて温度
変動も石英により近い。それにある温度で光ファイバの
屈折率を横切る。これがこの樹脂の好都合なところであ
る。屈折率が横切る温度の近傍でORLが著しく下が
る。その温度の前後ではORLが下がるので全温度範囲
(−40℃〜+85℃)でORLが小さくなる。ORL
を温度ごとに測定したものを図5に△で示す。
つまり0℃の近傍で光ファイバ屈折率とUV硬化シリコ
ーン系樹脂屈折率が交差するのである。厳密に一致する
と式(2)からはマイナス無限大になるが、図5では測
定点(温度)が−40℃、0℃、+25℃、+70℃、
+85℃に限定されているから無限大の点(0℃より少
し下にある)が現れていない。極小点より温度が上がっ
ても下がっても屈折率差が増えるからORLは増える。
温度範囲(−40℃〜+85℃)内に屈折率交差点(n
1=n2)を持つというのは有利な事で、この極小がO
RL曲線を引き下げるので全温度範囲で−30dBをゆ
うに下回る。げんに最大の+85℃でも−39dBであ
り所望の条件を満たす。
ン系樹脂といってもいくつもの種類がある。紫外線で硬
化するものをUV硬化と言い、熱を掛けて硬化するもの
を熱硬化と言う。UV硬化、熱硬化シリコーン系といっ
てもさらに幾つかの種類がある。それに原料の混合比を
変えると屈折率もある程度変えることができる。つまり
屈折率に関してある程度の自由度がある。
うわけにゆかない。例えば光ファイバの屈折率により近
い例としてUV硬化シリコーン系樹脂がある。しかしU
V硬化シリコーン系樹脂には物理的な難点がある。UV
硬化シリコーン系樹脂はUV硬化後でもゲル状であり不
定形である。だから外部の圧力によって形状がなお自由
に変化する。であるから、エポキシ樹脂で成形した場
合、図3、図4の樹脂のように立体的な形状を維持でき
ない。だから、屈折率の点からは申し分のない樹脂であ
るが、不定形のために成形時に自らの形状を保持できな
いのである。
部樹脂、中間樹脂、外殻樹脂の3層樹脂構造となってい
る。内部樹脂が光ファイバ・光導波路と屈折率がほぼ同
一であるが流動性を有するために基板に凹部を設けて内
部樹脂が流出しないようにし、その外部を中間樹脂で覆
い、さらに硬度のある外殻樹脂で包囲し形状を与えるよ
うにする。
波路と光素子の結合部近傍に凹部を形成し、凹部に光導
波路、光ファイバと屈折率がほぼ同一で流動性のある内
部樹脂(ゲル状のUV硬化シリコーン系樹脂、流動性の
シリコーン系マッチングオイルなど)を充填し凹部によ
って変形や流動を防ぐ。内部樹脂の貯留池として凹部を
利用するだけでなく、この凹部を光ファイバ・光導波路
と光素子との光路とすることもできる。Si基板に光フ
ァイバ固定のために設けるV溝を樹脂貯留凹部としても
よい。その場合は既存の構造を利用して内部樹脂(ゲル
状樹脂、流動状樹脂)を貯留する。V溝を設けない場合
は新たに凹部を基板上に設ける。凹部によってゲル状或
いは流動性のある内部樹脂(UV硬化シリコーン系樹
脂、シリコーン系マッチングオイルなど)の変形や流出
流動を防止するのである。UV硬化シリコーン系樹脂は
硬化後もゲル状であるが、凹部によってせき止められる
から変形しない。
から、別のより強固な中間樹脂によって、内部樹脂(U
V硬化シリコーン系樹脂、シリコーン系マッチングオイ
ルなど)と発光素子(LD、LED)、受光素子(P
D)、その他の光学部品を覆う。中間樹脂は、弾性体で
あって発光素子、受光素子、光学部品に強い応力がかか
らないようなものを選ぶ。それに電気的に絶縁性がある
ということが必要である。たとえば熱硬化シリコーン系
樹脂、UV硬化アクリレート系樹脂などである。この中
間樹脂は柔軟であって外形を長く保持できない。
て被覆して外殻構造を与える。外殻の樹脂は硬度が高
く、水分などを通さず、絶縁性を持つことが必要であ
る。プラスチックパッケージの原料となるエポキシ系樹
脂などを使う事ができる。外殻形成は全体をケースに入
れて樹脂を充填してモールドすることもできるし、ケー
スなしで金型に全体を入れ樹脂を充填してモールドする
こともできる。
は流動性の樹脂を溜めることと樹脂三層構造ということ
の二つの特徴がある。光ファイバと極めて近似した屈折
率を持つ樹脂は硬化不完全であるが、その上を二層の樹
脂で囲むようにしたので全温度範囲においてORLが所
望の値以下であり表面実装型で小型安価の送信器、受信
器、送受信器を提供することができる。
れは誰しもがこのようなゲル状や流動状の液体では、光
学系の光路を安定して満たすことはできないと思われた
からであろう。自分の形状を保持できる樹脂で全使用温
度範囲で光ファイバと屈折率が充分に近似したものは存
在しなかった。硬化後も流動性を残したゲル状の樹脂で
光ファイバに近似したものがあるということすら気付か
れていないというのが現状である。しかし、たとえ光フ
ァイバに近似した屈折率の樹脂を製造できたとしても、
それがゲル状であれば光ファイバ、光素子の封止に用い
ようとする着想は浮かばなかったことであろう。基板上
を流動する樹脂、或いは容易に形状が変わってしまう樹
脂では封止ができないからである。
むしろ、ゲル状や流動性を積極的に生かすことを考え
た。流れるものや形の変わり易いものは器に入れれば良
いのである。器が作りにくい時は基板に穴を彫れば良い
のである。そして器、凹部、穴に流動性の樹脂を注入
し、上から別のより硬化性のある樹脂などで蓋をすれば
よいのである。樹脂がゲル状或いは流動性を維持し(流
動状)ていても、それを隙間無く別異の樹脂によって囲
めば変形や流出の恐れはない。固体で封じ込めれば良い
のである。するとゲル状或いは流動状であっても隙間に
存在し続けることができる。光ファイバとほぼ同一の屈
折率を持つ樹脂がたとえゲル状や流動性の樹脂であって
も充分に利用できる。
はLDやPDなどの光素子を同時に覆うから電気的、熱
的に安定でなければならない。被蓋用樹脂としては、半
導体ICの固定に用いられる熱硬化シリコーン系などが
適する。流動性はなく、熱的安定性、電気的安定性に富
む樹脂だからである。しかし、この樹脂はなおまだ柔ら
かくて機械的強度に難がある。最外表面を覆う樹脂とし
ては、なお硬度に欠ける。
の高い樹脂を用いる。そのためには丈夫なエポキシ系樹
脂を用いると良い。エポキシ系樹脂は不透明であり硬化
した後の硬度は高い。堅牢であって自分の形状を頑固に
維持する。堅固でありすぎるためにエポキシ系樹脂は熱
による変形によって内部の部品などにストレスを与え、
劣化、損傷を引き起こすという欠点がある。しかし本発
明のように、エポキシ系樹脂の内部に柔らかい熱硬化シ
リコーン系樹脂があってLDやPDなどの光学部品を包
んでいるから、光学部品に直接にストレスが掛からな
い。光学部品や光路はストレスから保護される。巧みな
樹脂三重構造よりなるモジュールである。
受信器(PD)、光送受信器(LD+PD)に応用する
ことができる。光ファイバ、光導波路の終端にある光素
子が、それぞれ括弧書きした素子に代わるだけの事であ
る。
のようである。光ファイバを信号導入のために用いる場
合はそれをパッシブアライメントするためにV溝を設け
るが、そのV溝を内部樹脂の溜のために用いることがで
きる。光導波路を信号の導入のために用いる場合は、光
導波路の終端部に内部樹脂を溜める凹部を穿ち凹部の反
対側に光素子を取り付けるようにする。その他に光を反
射してPD裏面に導く凹部などがある。
凹部を形成できる。基板をセラミック、プラスチックに
した場合は金型によって凹部も一挙に造形できる。内
部、中間、外殻樹脂の性質は次のようである。
端部と光素子の間の空間を満たす。所定の全温度範囲に
おいて光ファイバと屈折率が殆ど同じ。透光性である。
硬化後もゲル状であるか流動性である。例えばUV硬化
シリコーン系樹脂、シリコーン系マッチングオイル。
導波路端、光素子を覆う。硬化後も柔軟性がある。柔軟
性があって光素子にストレスを与えない。例えば熱硬化
シリコーン系樹脂、UV硬化アクリレート系樹脂。
間樹脂、光ファイバ・光導波路の全体を覆い、外殻の形
状を与える。パッケージの主要部をなす。形状を維持で
き、硬くて気密性に富む。水分の侵入をも防ぐことがで
きる。例えばエポキシ系樹脂。
図によって本発明を光受信器に応用した例を説明する。
基板構造と光ファイバや光素子の取付の構造は本発明者
の先願において提案したものである。樹脂封止構造が新
規なのであるが、取付構造についても述べる。平坦なS
i基板11の上面に前端から下段部12、上段部13、
横溝14、後面部15などが設けてある。下段部12に
は中心軸線上に大V溝16を縦に穿つ。中段部13には
小V溝17を穿つ。さらにその延長に小さい小溝18を
穿つ。これらの溝16、17、18はSi基板の場合異
方性エッチングによって一挙に形成することができる。
段差はフェルールの外径と内径の差によって決まる。
ターン19、20、21、22が形成される。これはリ
ードフレームとワイヤによって接続される配線パターン
である。光素子や増幅器などのチップを載せるパターン
もある。大V溝16にはフェルール25を挿入し、小V
溝17には光ファイバ26を挿入して固定する。光ファ
イバ26の先端部に予めフェルール25を差し込んでお
いたものをV溝16、17において固定するのである。
ーン19にはPD27が固定される。これは裏面入射型
のPDである。その後ろのパターン21上には前置増幅
ICチップ28があり、電源インピーダンスを下げるた
めのキャパシタ29、30がメタライズパターンにボン
ドしてある。これらのPD、IC、キャパシタなどはワ
イヤ(金ワイヤ)によってメタライズと接続される。こ
れらのメタライズは後にワイヤによってリードフレーム
と接続される。
樹脂封止の構造を断面図によって示す。V溝17、横溝
14、小溝18などの凹部に、屈折率が光ファイバとほ
ぼ同一の透明で柔軟な内部樹脂31を注ぐ。内部樹脂3
1は例えばUV硬化シリコーン系樹脂である。これはゲ
ル状である。斜め方向より紫外線(UV)を当てて硬化
させる。硬化してもゲル状であるがV溝17、小溝1
8、横溝14などのように周りより低くなった凹部にあ
るから位置ずれしたり流出したりする心配はない。これ
が本発明の重要な工夫である。
度範囲(−40℃〜+85℃)において屈折率が光ファ
イバに極近い。透明であるのは光を通す必要があるから
当然である。それに加え屈折率が光ファイバ屈折率に極
めて近いので光ファイバと内部樹脂の界面での反射が0
に近い。つまりORLが極めて小さくて−30dB以下
だという要求を軽々と満たすことができる。その点でU
V硬化シリコーン系樹脂のような内部樹脂は好都合なの
であるが硬化後もゲル状であるという欠点がある。これ
が基板面を広く浸すとその上部の樹脂が基板に接着しな
くなる。ところが本発明はV溝、小溝などの凹部だけに
内部樹脂を注いでいるから基板面が内部樹脂によって汚
されない。
イバ26などをより硬い中間樹脂32によって覆う。中
間樹脂は透明である必要はない。屈折率も光ファイバと
近似する必要はない。しかしPDやAMP-IC、光フ
ァイバに強いストレスを与えてはいけないので硬化した
後もある程度柔軟であることが望まれる。中間樹脂32
は例えば熱硬化シリコーン系樹脂、UV硬化アクリレー
ト系樹脂などが適する。これは透明であって屈折率が光
ファイバに近似する樹脂であるが、そのような属性は本
発明では必須でない。
などをかけて硬化する。この樹脂は外殻形状を決めるも
のであるから硬化した後の硬度は充分に高いものである
ことが必要である。先述のように外殻樹脂33にはエポ
キシ系樹脂などを用いる。任意の色の顔料を付けて着色
することができる。通常は黒の顔料を入れて外部の光を
遮断しPDに入るのを防ぐようにする。
ができる。樹脂は3重構造であって隙間がない。いたる
ところの空間が樹脂によって満たされる。樹脂の作用は
それぞれ特異なものである。内部樹脂の屈折率は光ファ
イバ屈折率と同じでORLを減少させるという重要な役
目がある。中間樹脂は、内部樹脂を封じ込めるという役
割があるし、外殻樹脂の歪によって光素子(PDな
ど)、AMPなどにストレスがかからないように保護す
るという役目を持つ。外殻樹脂は、構造物を保持し硬度
を与え、形状を保ち外気湿気を遮断するという機能を持
つ。外観は図8に示すようであり、断面図は図9に示
す。外殻樹脂33が外部から見える。これは基板に対し
てリードフレーム35やフェルール25など構造物を固
定する作用をも持つし、形状を保持する作用もある。さ
らには水分や外気の内部への侵入を防ぐというような保
護作用もある。
全温度範囲(−40℃〜+85℃)で、−35dB以下
であった。−30dB以下という目標を軽々と越えてい
る。所期の目的通りである。
Wで充分に高い。−40℃〜+85℃のヒートサイクル
にも耐え、半田耐熱試験にも耐えた。プリント基板に半
田リフローで実装した後も感度低下や、クラックの発生
も無かった。優れたパッケージ構造であることがわか
る。それでいて樹脂封止であるから安価である。表面実
装なので小型軽量低コストである。
によって本発明を送信装置に適用した場合を説明する。
基板40の上に縦にV溝41を設ける。V溝41の延長
上に反射溝42を穿つ。基板40はその他にメタライズ
パターンを有する。これは実施例1と同様である。
2と、光ファイバ43を固定するV溝41が内部樹脂5
1を溜めるための凹部となる。光ファイバ43の先端部
をV溝41に挿入する。その延長上の基板面にInGa
AsP系LD44をエピダウンの状態でボンドする。こ
れが送信光を発生するLDである。反射溝42の上方に
は裏面入射型のPD45が取り付けてある。このPD4
5はLD44のパワーを監視するためのモニタ用PDで
ある。
に内部樹脂51(例えばUV硬化シリコーン系樹脂)を
充填した。これは屈折率が光ファイバと同じであり透明
だという条件を満たす樹脂である。内部樹脂51はV溝
41や反射溝42に注入し基板面ぎりぎりまで満たすよ
うに分量を調節する。だから基板面上へ流出しない。こ
れを紫外線によって硬化した。硬化したといってもゲル
状で柔らかい。
ーン系樹脂、あるいはUV硬化アクリレート系樹脂)で
光学系を覆った。中間樹脂52はLD44全体、PD4
5全体、光ファイバ43の一部、基板面の一部を覆う。
リードフレームに載せてメタライズパターンとリードフ
レームのピンを接続する。
のパッケージ56に収納してから、空間を外殻樹脂(例
えばエポキシ系樹脂)53で充填した。これは外殻がプ
ラスチックパッケージ56であり、その内部がエポキシ
系樹脂53ということになる。エポキシ系樹脂53は基
板とリードフレーム55とフェルール50を固定する。
LD44に駆動電流を与えると、LDはパルス信号光を
発生する。信号光の一部は前へ進行して光ファイバ43
に入る。信号光の一部は後ろへ抜けて溝42の反射面4
6にあたりモニタPD45に裏面から入射し検知され
る。モニタPD45はLDの出力を一定に保つためのも
のである。
ヒートサイクル後、半田リフロー後も良好な特性を示し
た。
バの端面で反射して戻ってきて動作が不安定になる心配
があったが、本発明の実施例では、2.5GHz、1m
W出力で何ら問題を生じなかった。
部というのは積極的に造形したものだけでなく、素子の
配列によって実質的に凹部になっているというような場
合であっても良い。素子配列によって実質的凹部が形成
されていれば、これを内部樹脂の溜めとして巧みに有効
利用することができる。図1、図2に簡単な表面実装の
従来例(光受信器)を示したが、これに対して本発明の
3層樹脂構造を適用した実施例を次に述べる。共通する
部品については図1、図2と同じ記号を用いた。図12
は一部横断平面図、図13は長手方向中央縦断面図、図
14は横方向縦断面図である。ただしリードフレームの
図示は略している。
坦なSiベンチ1の上に構成されている。平面状の縦長
Siベンチ1に中心縦方向に大V溝2、小V溝3を穿
つ。大V溝2にフェルール4を挿入し、小V溝3には光
ファイバ5を挿入する。フェルール4、光ファイバ5は
接着剤によってV溝2、3に固定される。小V溝3の終
端が側方に露呈するようにSiベンチ1の前方を低く削
り、段部6としてある。段部6には光素子、ここではP
D7をマウントしてある。側方から光が入るから、この
PDは導波路型PDである。水平に広がった受光層8を
持ち、その上に導波路が形成されている。受信光は横か
ら受光層8に入って感受される。
ターンとリードフレームのピンをワイヤボンディング
(図示しない)する。ここまでは図1、図2のものと同
様である。V溝3と段部6とPD7によって光ファイバ
端とPD7の間に狭い空間が区切られる。
あるから実質的な凹部によって閉じ込められる。UV硬
化シリコーン系樹脂などの内部樹脂61によって光ファ
イバ端とPD間をうずめる。UVによってこれを硬化さ
せる。まだ内部樹脂がゲル状であるが、さらに熱硬化シ
リコーン系樹脂や、UV硬化アクリレート系樹脂よりな
る中間樹脂62によって覆う。中間樹脂62はフェルー
ル4の半ばまで、PD7の全体と基板1の半ばを被覆す
る。さらに外殻樹脂63で基板やリードフレームを覆う
ようにし素子の全体を角型に造形する。この実施例では
光ファイバを位置決めするV溝と、PDと光ファイバの
高さを合わせるために付けた段部6が実質的に作る凹部
を、硬化前の流動性のある内部樹脂の実質的容器として
利用している。
化された光送受信モジュールにも同様に適用することが
できる。
子の間の基板面に凹部を設け、光ファイバ・光導波路と
全温度範囲で屈折率の近似した流動性のある透光性の内
部樹脂を凹部にこぼれないように入れて硬化し、その上
を柔軟性のある中間樹脂によって覆い、更に硬度のある
外殻樹脂によって基板と中間樹脂、光ファイバ・光導波
路を覆い外形を与えるようにした樹脂三重構造の光学装
置を提案する。本発明によれば、光ファイバと樹脂間で
の反射戻り光の少ない、温度変動があっても安定に動作
する表面実装モジュールを実現することができる。
かる表面実装型受信モジュールの平面図。
かる表面実装型受信モジュールの縦断面図。
ている従来例にかかる表面実装型受信モジュールの平面
図。
ている従来例にかかる表面実装型受信モジュールの縦断
面図。
クリレート系樹脂、熱硬化シリコーン系樹脂、UV硬化
シリコーン系樹脂)を接触させた場合のORLの温度変
化を示すグラフ。
布前の基板状態の斜視図。
布後のモジュールのPD付近の縦断面図。
斜視図。
図。
図。
図。
横断平面図。
方向縦断面図。
向縦断面図。
Claims (11)
- 【請求項1】 基板と、基板上に設けられる光ファイバ
又は光導波路である第1光学部品と、第1光学部品に対
向して基板上に設けられる光素子よりなる第2光学部品
と、第1光学部品と第2光学部品の中間部を含んで基板
に穿たれた凹部と、第1光学部品と近似した屈折率を有
しゲル状もしくは流動性を有する状態で凹部に充填され
第1光学部品と第2光学部品の間の光路を満たす透光性
の内部樹脂と、内部樹脂と第2光学部品、第1光学部品
の一部、基板の一部を覆い硬化後も柔軟性を残す中間樹
脂と、中間樹脂と基板の全体とリードフレームの一部を
覆い外形を与える外殻樹脂とよりなることを特徴とする
光学装置。 - 【請求項2】 第1光学部品である光ファイバ或いは光
導波路の屈折率と内部樹脂の屈折率が等しくなる温度が
−40℃〜+85℃の温度範囲において少なくとも一つ
存在する事を特徴とする請求項1に記載の光学装置。 - 【請求項3】 第2光学部品が発光素子(LD、LE
D)若しくは受光素子(PD、APD、PIN−AM
P)、或いはその双方よりなる事を特徴とする請求項1
又は請求項2に記載の光学装置。 - 【請求項4】 内部樹脂がUV硬化シリコーン系樹脂若
しくはシリコーン系マッチングオイルであり、中間樹脂
が熱硬化シリコーン系樹脂或いはUV硬化アクリレート
系樹脂であり、外殻樹脂がエポキシ系の樹脂である事を
特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光学装置。 - 【請求項5】 Si又はセラミック若しくは樹脂よりな
り凹部を有する基板上に、光ファイバ或いは光導波路よ
りなる第1光学部品を設け、第1光学部品の軸線上に凹
部が存在し、第1光学部品の軸線上に発光素子、受光素
子或いはモニタ素子よりなる第2光学部品が実装され、
凹部に透光性でかつ第1光学部品と屈折率の近似した硬
化後もゲル状のUV硬化シリコーン系、或いは流動性の
あるシリコーン系マッチングオイルの内部樹脂を充填
し、その上から熱硬化シリコーン系あるいはUV硬化ア
クリレート系の中間樹脂をポッティングして第1光学部
品の一部、第2の光学部品を覆うようにし、さらにエポ
キシ系の外殻樹脂で中間樹脂と基板の全体とリードフレ
ームの一部を覆い、外殻樹脂によって或いは外殻樹脂と
プラスチックパッケージとによって全体の構造を与える
ようにした光受信器、光送信器或いは光送受信器である
事を特徴とする光学装置。 - 【請求項6】 発光素子がGaAs系もしくはInGa
AsP系のLDであり光送信器或いは光送受信器である
事を特徴とする請求項5に記載の光学装置。 - 【請求項7】 受光素子がInP、InGaAsPある
いはInGaAs系であり光受信器或いは光送受信器で
あることを特徴とする請求項5に記載の光学装置。 - 【請求項8】 基板と、基板上に設けられる光ファイバ
又は光導波路である第1光学部品と、第1光学部品に対
向して基板上に設けられる光素子よりなる第2光学部品
と、第1光学部品と近似した屈折率を有し第1光学部品
と第2光学部品の間の光路を満たす透光性のゲル状の内
部樹脂と、内部樹脂と第2光学部品、第1光学部品の一
部、基板の一部を覆い硬化後も柔軟性を残す中間樹脂
と、中間樹脂と基板の全体とリードフレームの一部を覆
い外形を与える外殻樹脂とよりなることを特徴とする光
学装置。 - 【請求項9】 第1光学部品である光ファイバ或いは光
導波路の屈折率と内部樹脂の屈折率が等しくなる温度が
−40℃〜+85℃の温度範囲において少なくとも一つ
存在する事を特徴とする請求項8に記載の光学装置。 - 【請求項10】 第2光学部品が発光素子(LD、LE
D)若しくは受光素子(PD、APD、PIN−AM
P)、或いはその双方よりなる事を特徴とする請求項8
又は請求項9に記載の光学装置。 - 【請求項11】 内部樹脂がUV硬化シリコーン系樹脂
であり、中間樹脂が熱硬化シリコーン系樹脂或いはUV
硬化アクリレート系樹脂であり、外殻樹脂がエポキシ系
の樹脂である事を特徴とする請求項8〜10のいずれか
に記載の光学装置。
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