JP2001343562A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化が可能で、生産性、検査性に優れ、さ
らに将来の高周波化に対応可能な光送受信モジュールに
好適な光モジュールを提供すること。 【解決手段】 整列用基板Ｓに形成した一方の溝内に、
発光素子１及び発光素子１に一端部を光接続させる送信
用光ファイバ３ａを配設した無調芯実装基板５と、光フ
ァイバ３ａの他端部を保持する第１のフェルール１１
と、発光素子１の出射光をモニターするための受光素子
２を配設した第１のチップキャリア２０とを配設し、他
方の溝内に受信用受光素子３を配設した第２のチップキ
ャリア２１と、一端部を受光素子に光接続させる受信用
光ファイバ３ｂを配設した無調芯実装基板６と、光ファ
イバ３ｂの他端部を保持する第２のフェルール１２を配
設して成る光モジュールＭ１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、テレコムやデータ
コム（光ＬＡＮ、ＭＡＮ，ＷＡＮ）等の光通信システム
に用いられる光モジュールに関する。特に小型化が可能
で、生産性に優れ、さらに高周波化に対応可能で送受信
光モジュールに好適な光モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信システム等に用いられる光
モジュールにおいては、小型、薄型、低コスト化を目的
とした、高精度シリコンプラットフォームを用いた無調
芯実装技術、いわゆるパッシブアライメント技術が注目
されている。特に、このパッシブアライメント技術を用
いた、電子部品並の半田リフローを可能とする表面実装
型光モジュールは、ボード実装までの工程を効率的に行
なえる光モジュールとして特に注目されている。

【０００３】図４に、このような従来の表面実装型光モ
ジュールＪ１の構造を示す。セラミック等で作製された
表面実装型のパッケージ４０に、レーザーダイオードで
ある発光素子１を実装したシリコンプラットフォーム
（無調芯実装基板）１０を搭載し、ファイバスタブ３を
構成する（裸）光ファイバ３ａと発光素子１がパッシブ
アライメントで実装されている。すなわち、予め光ファ
イバ３ａのコア中心軸と、発光素子１の活性層中心軸が
一致するように設計された、光ファイバ搭載用Ｖ溝と発
光素子搭載用電極（または、位置決め用マーカー）が高
精度に作製された無調芯実装基板１０上に、各々光ファ
イバ３ａと発光素子１を搭載するだけで、両者の位置決
めがなされる。発光素子１からの後方光出力をモニター
するためのモニター用フォトダイオードの受光素子２は
別体のチップキャリア２０上に実装され、さらにパッケ
ージ４０上に調芯の上固定されている。なお、図中３ｂ
はファイバスタブ３を構成するフェルールであり、光フ
ァイバ３ａを保持している。

【０００４】また、図５（ａ）に示すように、さらなる
低コスト化のために、パッケージを前述の表面実装型パ
ッケージを用いずに、無調芯実装基板５０上に発光素子
１やモニター受光素子２、ファイバスタブ等の全ての部
品を実装し、樹脂で一括トランスファーモールドする光
モジュールＪ２が提案されている。

【０００５】このような光モジュールＪ２において、モ
ールド時や実装後の長期信頼性を確保するために、図５
（ｃ）に示すように、ファイバスタブ３の外径を保持す
るための深いＶ溝５１と、図５（ｂ）に示すように、光
ファイバ３ａを保持するための浅いＶ溝５２をともにシ
リコンプラットフォーム上に作製し、搭載する構造が好
ましいとされている（特開平１１−３２６７１３号公報
を参照）。

【０００６】また、図６に従来の光ファイバチャンネル
等の送受信モジュールの構造を示す。ここでは、発光素
子及び受光素子とも面型のものが用いられており、セラ
ミック等のチップキャリア上に実装され、ファイバスタ
ブの光ファイバと調芯固定されている。しかしながら、
ＷＡＮ等の用途では、伝送距離の増大や、高周波化に伴
ない、こうした従来のＬＡＮ等で用いられてきた面型の
短波長（例えば８５０ｎｍ）の発光素子とマルチモード
光ファイバの組み合わせではなく、テレコムで使用され
るような長波長の端面発光レーザとシングルモードファ
イバの組み合わせで、しかも高周波で使用される事が増
大してきている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記光
モジュールの構成では、以下のような問題が生ずる。先
ず、図４の光モジュールＪ１では、パッケージ４０の構
成が複雑になるだけでなく、パッケージ４０の作製精度
が十分でないため，フィアバスタブ３の光ファイバ３ａ
にマイクロベンド（微小な屈曲）が生じたり、チップキ
ャリア２０上にモニター受光素子２を別途搭載している
ため、モニター受光素子２を調芯しなければならないと
いう問題点を有する。

【０００８】また、図５の光モジュールＪ２では、光フ
ァイバ３ａとフェルール３ｂを同時に無調芯実装基板５
０上に搭載固定するため、高精度を要求される基板（シ
リコンプラットフォーム）のチップサイズが大きくなっ
てしまう。さらに、光半導体素子のバーンインは、一般
にシリコンプラットフォーム上に実装した後に行なうた
め、光半導体素子が不良の場合はシリコンプラットフォ
ーム自身も廃棄されてしまうため、できるだけ低コスト
でチップサイズの小さいことが、生産性や検査性を考慮
した場合に重要となってくる。

【０００９】また、モニター受光素子についても、面受
光型の受光素子を用いる場合、基板の表面に異方性エッ
チングでＶ溝を形成したり、金属の蒸着等を施すことに
よりミラー部を形成し、このミラー部から反射した光を
受光素子で受けるような構成を採らなければならず、非
常に複雑な構成になってしまうという問題があった。

【００１０】さらに、このような光送信モジュールの高
速化（高周波化）が要求される場合、シリコン単結晶基
板上に直接に光半導体素子を単純に実装する構成では寄
生容量が大きくなり、特に受光素子の良好な受光特性を
発揮することができない。

【００１１】また、送受信光モジュールのような構成に
おいては、これら構造を採用しようとすると、受信部も
含めた構造の簡便化、検査性の向上、高周波化への対応
を考える必要がある。そこで本発明は、発光素子や受光
素子といった光半導体素子の実装が簡便に行うことがで
き、しかも小型化に適しさらに高周波化に好適な優れた
光モジュールを提供することを目的とする。

【００１２】

【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、整列用基板に形成した二
つの溝の一方に、発光素子及び該発光素子に一端部を光
接続させる送信用光ファイバを配設した第１の実装基板
と、送信用光ファイバの他端部側を保持する第１のフェ
ルールと、発光素子の出射光をモニターするためのモニ
ター用受光素子を配設した第１のチップキャリアとを嵌
め込むとともに、他方の溝に、受光素子を配設した第２
のチップキャリアと、受光素子に一端部を光接続させる
受信用光ファイバを配設した第２の実装基板と、受信用
光ファイバの他端部側を保持する第２のフェルールとを
嵌め込んで成る。

【００１３】また特に、整列用基板と、第１及び第２の
実装基板が異方性エッチングが可能な材料で構成され、
かつ整列用基板の溝及び第１及び第２の実装基板の嵌め
込み面が異方性エッチングより形成されていることを特
徴とする。さらに、整列用基板に、発光素子、モニター
用受光素子、及び受光素子に電気的に接続される外部電
極が形成されていることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施形態を
図面を用いて詳細に説明する。

【００１５】図１（ａ）、（ｂ）に模式的に示す光モジ
ュールＭ１、Ｍ２は、整列用基板Ｓ上に形成されたＶ溝
等の溝（凹部）３１の一方に、半導体レーザ等の発光素
子１及びこの一端部を光接続させる（裸）送信用光ファ
イバ１０ａを配設した無調芯実装基板５、発光素子１の
後方光出力をモニターするモニター用受光素子２をその
側面に配設したセラミック等で作製された第１のチップ
キャリア２０、光ファイバ１０ａの他端部側を保持する
第１のフェルール１１がそれぞれこの順序で実装、固定
されている。なお、図中４は発光素子１や受光素子２に
通電するためのボンディングワイヤである。また、もう
一方には、受信用の受光素子３をその側面に配設した第
２のチップキャリア２１と、この受光素子と接続する受
信用光ファイバ１０ｂを配設した無調芯実装基板６（単
純なＶ溝基板）及び、光ファイバ１０ｂの他端部側を保
持する第２のフェルール１２がそれぞれ順に実装、固定
されている。

【００１６】光モジュールＭ２は、整列用基板Ｓに発光
素子１及び受光素子２、３に電気的に接続されるリード
端子（外部電極）Ｌが形成されており、この点で光モジ
ュールＭ１と異なる。また、Ｐは発光素子１からの迷光
や、電磁波を遮蔽するためのプレートＰで、金属等で形
成し、整列用基板ＳのＶ溝間に設けられた矩形の溝等に
設置するのが好ましい。

【００１７】光軸方向の位置関係及び組立方法について
は、送信側では先ず発光素子１を予め固定、ワイヤリン
グ、バーンイン検査した無調芯実装基板５を整列用基板
Ｓの溝３１に、マーカ等（図示せず）を用いて固定す
る。

【００１８】次に、ファイバスタブの光ファイバ３ａの
一端部側を、無調芯実装基板５上に形成されたＶ溝に、
接着剤及びガラス板等の押さえ板（図示せず）などを用
いて固定する。また、フェルール１１の外周を整列用基
板Ｓの溝３１に接着固定する。

【００１９】最後に受光素子２を予めその側面に実装し
たチップキャリア２１を、整列用基板Ｓの溝３１に接着
固定する。そして、無調芯実装基板５に形成した電極及
びチップキャリアの電極と、整列用基板の電極パターン
（図示せず）をワイヤボンドする。

【００２０】次に、受信側では、無調芯実装基板６を整
列用基板Ｓの溝３１に固定する。次に、ファイバスタブ
の光ファイバ３ｂの一端部側を、無調芯実装基板６上に
形成されたＶ溝に、先程と同様固定し、フェルール１２
の外周を整列用基板Ｓの溝３１に接着固定し、光モジュ
ールＭ１が完成する。

【００２１】図２に，図１の（ａ）Ａ−Ａ断面図及び
（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図を示す。各基板及びチップキャリア
の位置関係（高さ及び水平方向）をこの図を用いて説明
する。先ず、無調芯実装基板５とチップキャリア２０に
ついては、発光素子１の後方出力光中心と、モニター用
の受光素子２の受光面中心がほぼ一致する位置にくるよ
うに設計されている。また、無調芯実装基板６とチップ
キャリア２０については、光ファイバ３ｂの光軸中心と
受光素子３の受光面中心がほぼ一致するように設計され
ている。

【００２２】次に、無調芯実装基板５，６とファイバス
タブを構成するフェルール１１は、ファイバスタブを構
成する光ファイバ３ａ、３ｂが、無調芯実装基板５，６
のＶ溝にそれぞれ固定され、ファイバスタブの外周（フ
ェルール１１の外周）が整列用基板Ｓの溝３１に固定さ
れた際に、光ファイバ３ａ、３ｂに大きなマイクロベン
ドが生じない位置に設計されている。すなわち、整列用
基板Ｓの溝３１の斜面３２と無調芯実装基板５（または
６）の溝配設面５２（または６２）が正確に形成されて
おり、これらの面どうしが正確に合致し、さらに、フェ
ルール１１の外周が整列用基板Ｓの溝３１の斜面３２に
正確な位置に当接されるようにしているのである。後記
するように、溝３１の斜面及び無調芯実装基板１０の溝
配設面を異方性エッチングで形成すれば光ファイバ３ａ
のマイクロベンドの防止をよりいっそう好適に行うこと
ができる。

【００２３】図３は、無調芯実装基板５（または６）の
作製方法を説明するための図である。先ず、図３（ａ）
に示すように、基板５（または６）を準備しその表面に
Ｖ溝及び電極パターンを、裏面に当接用（又は嵌め合わ
せ用）の斜面を形成するための溝パターンを、両面マス
クアライナを用いてパターンニングする。基板材料とし
ては、アルカリ水溶液等による異方性エッチングで高精
度な加工が可能で、なおかつ熱放散性に優れた単結晶シ
リコンを用いるのが有効である。

【００２４】次に、図３（ｂ）に示すように、基板５
（または６）の裏面をカバーし、公知の半導体製造プロ
セスを用いて表面のＶ溝５１（または６１）及び電極パ
ターンを形成し、図３（ｃ）に示すように、表面をカバ
ーし、裏面の溝（溝配設面）５２（または６２）の形成
を行なう。この際、溝形成については、基板５（または
６）に単結晶シリコンを用いたのであれば、水酸化ナト
リウムや水酸化カリウム等のアルカリ水溶液による異方
性エッチングを行う。そして、図３（ｄ）に示すよう
に、最後にダイシングにより切断線Ｄにおいて個々のチ
ップに分断すれば、容易に無調芯実装基板５（または
６）を作製することができる。

【００２５】図１（ａ）の光モジュールＭ１において
は、整列用基板Ｓとして無調芯実装基板１０と同じシリ
コン単結晶基板で形成し、同様の異方性エッチングを行
なうことにより、溝３１を形成することができる。この
際、結晶方位により、無調芯実装基板５（または６）の
裏面の斜面角度と、整列用基板Ｓの溝３１斜面角度が規
定されるため、ファイバスタブ１１と無調芯実装基板５
（または６）を高精度に位置決めすることができる。ま
た、整列用基板Ｓにおいて溝３１は単純な直線状の凹部
となるので、上記の異方性エッチングを用いても良い
し、ダイシング等の機械加工を利用することで、さらに
効率よく作製することもできる。

【００２６】また、光モジュールＭ１の構成では、整列
用基板Ｓを通常の基板を用いてサブアセンブリとして作
製し、しかる後、部品実装部分をポッティングしたり、
別途準備したパッケージ内に実装したり、樹脂モールド
する等の方法を用いてパッケージングを行なうことにな
る。

【００２７】さらに、図１（ｂ）に示す光モジュールＭ
２では、リード端子（外部電極）Ｌを備えたセラミック
パッケージや、ポッティング用セラミックインターポー
ザ自体を整列用基板Ｓのような溝３１を有した構造を採
用してもよい。これにより、いっそう光モジュールの構
成を簡略にでき、光モジュールの生産性も向上する。

【００２８】さらに、図２（ｂ）の断面図で示すよう
に、発光素子１を搭載する無調芯実装基板５や、モニタ
ー用受光素子２を搭載するセラミックチップキャリアの
高さを、整列用基板Ｓの表面と略同一の高さで構成する
ことにより、ボンディングワイヤ４の配線長を短くで
き、配線のインダクタンスを低減することができ、高周
波化により好適な構成とすることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の光モジュー
ルによれば、発光素子とファイバスタブの光ファイバを
搭載する高精度シリコンプラットフォームなどの無調芯
実装基板を非常に小型にできかつ簡便に提供できる。

【００３０】また、発光素子のモニター用受光素子及び
受信用の受光素子を搭載するチップキャリアについて
も、例えばセラミックの粉体成形で高精度に所望の形状
が形成できるため、非常に容易に作製することが可能と
なる。従って、発光素子やモニター受光素子及び受信用
受光素子自体の実装後のバーンイン試験での歩留まりや
実装歩留まりが悪くても、光モジュールとしての生産性
に対し大きな影響を与えない。

【００３１】さらに、ファイバスタブを含むこれら光部
品を搭載する整列用基板や、受光素子と光ファイバを結
合するための無調芯実装基板についても、単純なＶ溝等
の溝を形成するのみでよいので生産性を向上させること
ができる。

【００３２】そして、整列用基板をパッケージ材料とす
ることで、構成をいっそう簡略化することができ、しか
も、セラミック製のチップキャリアを用い、なおかつ配
線長が短くできる構成であるため、高周波化にも好適で
ある。。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の光モジュールの一部又は全て
の構成を模式的に示す平面図（上面図）であり、（ｂ）
は他の光モジュールを模式的に示す平面図（上面図）で
ある。

【図２】（ａ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図
であり、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の光モジュールを構
成する、無調芯実装基板の作製方法の一例を説明するた
めの模式的な断面図である。

【図４】従来の表面実装型光モジュールの一例を説明す
るための斜視図である。

【図５】（ａ）は従来の表面実装型光モジュールの他の
例を説明するための平面図（上面図）、（ｂ）はＩ−Ｉ
線断面図、（ｃ）はＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図６】（ａ）は従来の送受信光モジュールの一例を説
明するための平面図（上面図）、（ｂ）はその側面図で
ある。

【符号の説明】

１：発光素子 ２：モニター用受光素子 ３：受光素子 ５，６：第１，第２の無調芯実装基板 １０ａ：送信用光ファイバ １０ｂ：受信用光ファイバ １１：第１のフェルール １２：第２のフェルール ２０：第１のチップキャリア ２１：第２のチップキャリア Ｓ：整列用基板 Ｇ：溝 Ｌ：リード端子 Ｍ１，Ｍ２：光モジュール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整列用基板に形成した二つの溝の一方
   に、発光素子及び該発光素子に一端部を光接続させる送
   信用光ファイバを配設した第１の実装基板と、前記送信
   用光ファイバの他端部側を保持する第１のフェルール
   と、前記発光素子の出射光をモニターするためのモニタ
   ー用受光素子を配設した第１のチップキャリアとを嵌め
   込むとともに、他方の溝に、受光素子を配設した第２の
   チップキャリアと、前記受光素子に一端部を光接続させ
   る受信用光ファイバを配設した第２の実装基板と、前記
   受信用光ファイバの他端部側を保持する第２のフェルー
   ルとを嵌め込んで成る光モジュール。
2. 【請求項２】 前記整列用基板と、前記第１及び第２
   の実装基板が異方性エッチングが可能な材料で構成さ
   れ、かつ前記整列用基板の溝及び前記第１及び第２の実
   装基板の嵌め込み面が異方性エッチングより形成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 【請求項３】 前記整列用基板に、前記発光素子、モ
   ニター用受光素子、及び受光素子に電気的に接続される
   外部電極が形成されていることを特徴とする請求項１に
   記載の光モジュール。