JP2001343560A

JP2001343560A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2001343560A
Application number: JP2000161274A
Authority: JP
Inventors: Keiko Nakajima; 恵子中島
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】光量の劣化や光ファイバの破断を極力防止で
きるだけでなく、光ファイバと光素子の光接続を正確に
行うことができる上に、光モジュールの生産性を向上さ
せ、小型で性能の優れた光モジュールを提供すること。【解決手段】主面上に光導波体７を配設する光導波体
用溝１ａと光導波体用溝１ａに対し位置決めされた光半
導体素子搭載部とを備えた光部品実装用基板１を、基体
２上に位置決めして成る光モジュールＭ１であって、光
部品実装用基板１の一端部は光導波体７の光軸方向が先
細となるように形成するとともに、基体２に光部品実装
用基板１の先細部の側面を当接させて位置決め支持する
ガイド部９を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバや光導
波路などの光導波体と、レーザーダイオードやフォトダ
イオードなどの光半導体素子を、精度よく光学的に結合
させ得る光部品実装用基板を基体に備えた光モジュール
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信システムの大容量化及び多
機能化が求められており、それに伴って光送信器や光受
信器などの光デバイスの小型化、集積化、低コスト化が
要望されている。

【０００３】特に、光デバイスの組み立てコストを削減
する目的で、同一の光部品実装用基板上に光ファイバや
光半導体素子などの光部品を搭載する技術、いわゆる光
ハイブリッド実装技術やシリコンプラットフォームなど
の技術が注目されている。

【０００４】上記技術によれば、例えば基板上に形成さ
れた溝に光ファイバを実装し、同一の基板上に形成され
た導体パターンに光半導体素子を実装するだけで、光フ
ァイバと光半導体素子とを無調芯で位置合わせし、高い
結合効率が得られることが可能とされている。

【０００５】このように光部品実装基板を用いる場合、
光半導体素子と光接続される光ファイバを、そのまま筐
体へ引き出し、光ファイバとそれを挿通させる穴とを位
置合わせにより固定しなければならない。

【０００６】例えば、図６に示す光パッケージでは、基
体７１の上面部に形成された切り欠き８１とパイプ溝７
５に、一部が保護被覆８３で覆われた光ファイバ８２と
保護被膜８３を覆うガラスパイプ７８とが配設され、さ
らにこの光部品実装用基板８０上に光半導体素子である
半導体レーザ７２が実装固定され、光ファイバ８２と半
導体レーザ７２とを光接続されるようにしている。光部
品実装用基板は、基体上に作られた広い凹部内にマーカ
などを用いて目視で位置合わせを行い、実装するように
なっている。（特開平７−６３９５７号公報を参照）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、基体に光
部品実装用基板を収容して光モジュールを構成する場合
に、基体に位置合わせマーカを設けて、そのマーカと光
部品実装用基板の位置合わせを目視で行う場合、この位
置合わせに時間を要したり、基体と光部品実装用基板の
中心軸を高精度に合わせるのが困難であるため、光ファ
イバに不要な曲げ、いわゆるマイクロベンドを生じさ
せ、光量低下の原因となる恐れがあるだけでなく、光モ
ジュールが受ける環境変化により、その曲げの位置から
破断するという重大な問題が生じる。

【０００８】また、光部品実装用基板の幅部分をはめる
ように成した基体の場合には、この幅部分が正確に合わ
ないと光部品実装用基板の中心軸が所定位置からずれる
ことがある。さらに、基体に正確なはめ込み部分を作製
することは困難であった。

【０００９】したがって、光部品実装用基板の位置合わ
せが面倒であるだけでなく、その基体に対する位置合わ
せが正確に行われずに性能の悪い光モジュールが作製さ
れることがあった。

【００１０】そこで本発明は、上述した光量の劣化とと
もに光ファイバの破断を極力防止できるだけでなく、光
ファイバと光素子の光接続を正確に行うことができる上
に、光モジュールの生産性を向上させ、小型で性能の優
れた光モジュールを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光モジュールは、主面上に光導波体を配設
する光導波体用溝と該光導波体用溝に対し位置決めされ
た光半導体素子搭載部とを備えた光部品実装用基板を、
基体上に位置決めして成る光モジュールであって、光部
品実装用基板の一端部は光導波体の光軸方向が先細とな
るように形成するとともに、基体に前記光部品実装用基
板の先細部の側面を当接させて位置決め支持するガイド
部を設けたことを特徴とする。

【００１２】また、光部品実装用基板の主面を四角形状
に形成するとともに、主面の１本の対角線上に光導波体
用溝の長手方向と光半導体素子搭載部とを位置させたこ
とを特徴とする。

【００１３】また、光部品実装用基板の主面を三角形状
に形成するとともに、該主面の任意の辺に対する垂線上
に、光導波体用溝の長手方向と前記光半導体素子搭載部
とを位置させたことを特徴とする。

【００１４】また、基体に設けたガイド部は、前記光部
品実装用基板の先細部の側面が当接する壁面を有する切
り欠きから成ることを特徴とする。

【００１５】また、基体に設けたガイド部は、前記光部
品実装用基板の先細部の側面が当接する複数の突起体か
ら成ることを特徴とするまた、本発明の光モジュール
は、上記各種態様の基板の光導波体用溝に光導波体を、
光半導体素子搭載部に光半導体素子をそれぞれ配設し、
この基板を基体に作り込んだガイドに直接押し当てて位
置合わせすると同時に接着固定してなる。

【００１６】ここで、光導波体とは、光が導波する構成
のものであればよく、例えば光ファイバやその外周をフ
ェルールで包囲してなるファイバスタブやその他の光導
波体を含むものとする。また、光半導体素子とは、いわ
ゆる発光素子や受光素子をいうものとする。また、光半
導体素子搭載部とは、光半導体素子が搭載される領域を
いい、光半導体素子の下面に形成される導体（電極）パ
ターンや下地接着層を含まない領域もさすものとする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づき詳細に説明する。

【００１８】図１に本発明に係わる光モジュールＭ１の
斜視図を示す。

【００１９】光モジュールＭ１は、異方性エッチングが
可能なシリコン単結晶などからなる光部品実装用基板１
と、配線を備えたセラミックスなどからなる基体２とか
ら構成されている。光部品実装用基板１の一端部は光導
波体７の光軸方向が先細となるように形成され、基体２
に光部品実装用基板１の先細部の側面を当接させて位置
決め支持するガイド部９を設けている。

【００２０】ここで、光部品実装用基板１の主面を四角
形状に形成する場合、主面の１本の対角線上に光導波体
用溝の長手方向と光半導体素子搭載部とを位置させる。
また、光部品実装用基板１の主面を三角形状に形成する
場合、主面の任意の辺に対する垂線上に、光導波体用溝
１ａの長手方向と光半導体素子搭載部とを位置させる。
そして、この光部品実装用基板１には、少なくとも光半
導体素子である半導体レーザなどの発光素子５と、この
発光素子５に光接続される光導波体である光ファイバ７
を設けている。また、基体２には対称的に複数本からな
る外部導体であるリード３が設けられ、このリード３の
うち特定のものが基体２の電気配線に接続されている。

【００２１】また、光部品実装用基板１には、フォトダ
イオードなどのモニター用の受光素子６が発光素子５の
近傍に配設されており、発光素子５の後方側からの出射
光をモニターして発光素子５の発光強度を制御すること
ができる。そして、発光素子５の前方側には、異方性エ
ッチングなどにより光導波体用溝であるＶ溝１ａが形成
されており、このＶ溝１ａに光ファイバ７を搭載する。
これにより精度の高いファイバ実装を行うことができ、
ウエハプロセスにより簡便・迅速に大量生産を行うこと
ができる。なお、Ｖ溝１ａは断面が必ずしもＶ字状に限
定されるものではない。

【００２２】また、光部品実装用基板１の光半導体素子
搭載部には、発光素子５の通電用の導体パターン４Ｂ
（電極パッド）と受光素子６の通電用導体パターン４Ｂ
（電極パッド）が形成されており、これら導体パターン
は電気信号の送受を行うために、薄膜作製プロセスなど
によりＡｕ（金）メタライズが施され形成されている。

【００２３】発光素子５は、導体パターン４Ｂ上でＶ溝
１ａに対し正確な位置にパッシブアライメントされ、導
体パターン４Ｂ上にあらかじめ形成されたＡｕ−Ｓｎ合
金からなるはんだを溶融することで実装固定される。ま
た、同様にして受光素子６も導体パターン４Ｂ上に実装
固定される。さらに、各光素子は、例えばφ２５μｍ程
度のＡｕワイヤなどのボンディングワイヤにより、各光
素子のチップ上面電極と導体パターン４Ｂとがそれぞれ
接続される。

【００２４】発光素子５と光接続される光ファイバ７
は、例えばφ１２５μｍ程度の石英系のシングルモード
光ファイバなどが適用され、その一部外周には、外部光
コネクタと光接続を行うためのジルコニアなどで精密成
形された、φ１．２５ｍｍ、長さ６ｍｍ程度のセラミッ
ク製のフェルール８が装着され、これにより支持固定さ
れる光ファイバスタブとなっている。

【００２５】基体２には、リード３に接続される導体パ
ターン４Ａが設けられ、光部品実装用基板１を当接・支
持するための凹部９（以下ガイド）およびフェルール８
を実装固定するためのフェルール支持用の凹部２ａが形
成されている。なお、ガイド９は、光部品実装用基板１
の光導波体用溝を挟む２辺がつくる側面と嵌合するよう
に形成されている。

【００２６】ここで、基体２を例えばアルミナを主成分
とするセラミックスで形成されることにより、シリコン
単結晶などで形成される光部品実装用基板１の機械的な
強度を補うことができ、熱伝導性にも優れているので、
外部に電極をとる構造として最適であり、信頼性に優れ
た光モジュールを提供できる。

【００２７】基体２に形成するリード３に接続される導
体パターン４Ａは、高周波電気設計により最適化され、
最短の経路で配線されることにより、高周波特性の優れ
た光モジュールとすることもできる。

【００２８】次に、上記光モジュールＭ１の組立手順の
一例について説明する。

【００２９】まず、光部品実装用基板１に発光素子５、
受光素子を６実装固定し、これらの光素子に対してワイ
ヤリングを行う。

【００３０】基体２に形成されたガイド９，凹部２ａに
光導波体溝を挟む側面を差し込んで位置合わせを行い、
はんだもしくはエポキシ接着剤または低融点ガラスなど
で固定する。このようにすることで、光導波体用溝１ａ
の中心軸と基体２の中心軸が左右にずれることなく高精
度に合わせることが可能となる光ファイバ７を光部品実
装用基板１のＶ溝１ａに搭載し、紫外線硬化型接着剤や
エポキシ接着剤樹脂などを用い、石英ガラスなどからな
る押さえ板で押圧しながら接着剤を硬化させる。これに
より、光ファイバ７はＶ溝１ａ上に整列支持され固定実
装される。また、フェルール８も基体２に設けられた凹
部２ａに収容し、同様に紫外線硬化型接着剤やエポキシ
樹脂などで固定実装する。

【００３１】基体２に設けられた導体パターン４Ａと光
部品実装用基板１上の導体パターン４Ｂをワイヤリング
する。

【００３２】その後、発光素子５と光接続される光ファ
イバ７の一部、受光素子６の部位を透明な樹脂で覆い、
最後に全体を樹脂で成形するか、またはパッケージの蓋
をして封止することにより光モジュールＭ１が完成す
る。

【００３３】かくして、光部品実装用基板１上の光導波
体を挟む側面を用いて、基体２側に作り込まれたガイド
９に基板１の側面を押し当てるだけで、簡便且つ正確に
位置合わせを行うことができ、信頼性を確保できるとと
もに性能の優れた光モジュールとなる。

【００３４】基体２の形状として、前述した図１以外
に、例えば図２に示す形状が考えられる。図１の基体２
は通常の作製方法が適用できるという点で有利である
が、図２に示す光モジュールＭ２では、突起状ガイド１
０Ａ，１０Ｂを基体２とは別材料でできるという利点が
ある。

【００３５】例えば、はんだメッキした突起状ガイド１
０Ａ，１０Ｂを基体２にあらかじめ作り込まれた穴に差
し込み、基板１をガイドに挿入後、全体に熱をかけるだ
けで、溶融したはんだで基体を引き込んで固定すること
が可能である。突起状ガイド１０Ａ，１０Ｂは、ここで
は点で光部品実装用基板１を支持する円柱状で表してい
るが、面で前記基板１を支持する直方体や立方体などの
角柱状でも形成可能である。

【００３６】また、図１に示すように、光部品実装用基
板１をひし形とし、ひし形内に形成可能な２本の対角線
のうち、一方の対角線上に光導波体用溝をもうけ、光導
波体用溝に垂直にファイバストッパー溝を設けることに
より、基板１の一つ当たりの溝入れおよび基板切り分け
加工（ダイシング）回数を増加させることなく、ウエハ
１枚あたりの取れ数も増え、光部品実装用基板の生産性
も大幅に向上できると同時に、前記基板をひし形とする
ことで空いた基体の上面に電気配線を引くことが可能と
なるため、光モジュールの小型化が図れる。

【００３７】この時、光部品実装用基板に搭載される光
半導体素子は、基板面積の大きい中心部付近に実装され
るため、光半導体素子で発生した熱がこもることなく、
放熱性はほぼ従来の状態を保てる。

【００３８】三角形および台形の光部品実装用基板１に
おいても、ひし形同様、従来に比べて大幅に生産性が向
上できるだけでなく、光モジュールの小型化が図れる。
三角形の光部品実装用基板１を用いたときのモジュール
の様子を図３に示す。

【００３９】図３に示す光モジュールＭ３では、基板１
に作り込んだ凹部９をガイドとしているが、図２同様、
突起１０を用いることもできる。図４に示す光モジュー
ルＭ４のように、光導波体の光軸が基板１の一辺に平行
な台形状の光部品実装用基板１においても、上述した基
体２を用いて位置合わせを行うことができる。この時、
一辺を面または２点の突起１０で合わせて他辺を一点の
突起１０で位置を固定することが可能なので、突起１０
の個数を減らすことができる。

【００４０】また、図５に示す光モジュールＭ５のよう
に、従来のパッケージ１１においても、パッケージ１１
の基板実装面に突起状ガイド１０を形成し、上述した方
法での位置合わせを行うこともできる。なお、図５にお
いてパッケージ１１の裏面に外部回路接続用の導体が形
成される。

【００４１】本発明における光部品実装用基板１はシリ
コン単結晶以外に、ＧａＡｓ単結晶、水晶、樹脂、セラ
ミックスなどでも使用可能であるが、光導波体用溝を異
方性エッチングにより位置精度良く形成しやすい点でシ
リコン単結晶が好ましい。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の光モジュ
ールによれば、光部品実装用基板の外形を用いた基体へ
の位置合わせにより、簡便に高効率な光結合が得られる
ので、非常に生産性の優れた光モジュールを提供でき
る。

【００４３】また、光部品実装用基板の基体への固定
は、光部品実装用基板の先細部の側面を当接させて位置
決め支持するガイド部を用いるため、基体に正確な幅を
必要とせず、光部品実装用基板の差し込み量により位置
を調整できる。さらに、このような基体の作製も容易に
行うことができる。

【００４４】また、光導波体と光半導体素子が光部品実
装用基板上に精度良く光結合される上、モジュールに成
したときの光量の低下および光ファイバの破断を極力抑
えることができ、非常に性能の優れた信頼性の高い光モ
ジュールを提供することができる。

【００４５】また、光部品実装用基板の主面をひし形、
三角形、または台形とすることで、光部品実装用基板の
生産性を著しく向上させることができるだけでなく、空
いた基体の上面に光配線を配設でき、基板と同程度まで
光モジュールを小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる光モジュールの実施形態を模式
的に説明する斜視図である。（ひし形の光部品実装用基
板＋凹部ガイドを有する基体）

【図２】本発明に係わる光モジュールの実施形態を模式
的に説明する斜視図である。ひし形の光部品実装用基板
＋突起状ガイドを有する基体）

【図３】本発明に係わる光モジュールの実施形態を模式
的に説明する斜視図である。（三角形の光部品実装用基
板＋凹部ガイドを有する基体）

【図４】本発明に係わる光モジュールの実施形態を模式
的に説明する斜視図である。（ひし形の光部品実装用基
板＋突起状ガイドを有する基体）

【図５】本発明に係わる光モジュールの実施形態を模式
的に説明する斜視図である。（ひし形の光部品実装用基
板＋突起状ガイドを有する従来型パッケージ）

【図６】従来の光モジュールを模式的に説明するための
分解斜視図である。

【符号の説明】

１：光部品実装用基板１ａ：Ｖ溝（光導波体用溝）２：基体３：リード４：導体パターン５：発光素子（光半導体素子）６：受光素子（光半導体素子）７：光ファイバ（光導波体）８：フェルール９：ガイド（切り欠き凹部）１０：ガイド（突起体）１１：従来型パッケージＭ１〜Ｍ５：光モジュール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主面上に光導波体を配設する光導波体用
溝と該光導波体用溝に対し位置決めされた光半導体素子
搭載部とを備えた光部品実装用基板を、基体上に位置決
めして成る光モジュールであって、前記光部品実装用基
板の一端部は前記光導波体の光軸方向が先細となるよう
に形成するとともに、前記基体に前記光部品実装用基板
の先細部の側面を当接させて位置決め支持するガイド部
を設けたことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】前記光部品実装用基板の主面を四角形状
に形成するとともに、該主面の１本の対角線上に前記光
導波体用溝の長手方向と前記光半導体素子搭載部とを位
置させたことを特徴とする請求項１に記載の光モジュー
ル。
【請求項３】前記光部品実装用基板の主面を三角形状
に形成するとともに、該主面の任意の辺に対する垂線上
に前記光導波体用溝の長手方向と前記光半導体素子搭載
部とを位置させたことを特徴とする請求項１に記載の光
モジュール。
【請求項４】前記基体に設けたガイド部は、前記光部
品実装用基板の先細部の側面が当接する壁面を有する切
り欠きから成ることを特徴とする請求項１に記載の光モ
ジュール。
【請求項５】前記基体に設けたガイド部は、前記光部
品実装用基板の先細部の側面が当接する複数の突起体か
ら成ることを特徴とする請求項１に記載の光モジュー
ル。