JP2002006181A

JP2002006181A - 集積化光モジュールおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2002006181A
Application number: JP2000185491A
Authority: JP
Inventors: Toru Nishikawa; 透西川; Masahiro Mitsuta; 昌弘光田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2002-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】より高速な通信を実現する。【解決手段】光ファイバ２２で伝送された光信号が入
射される受光素子２４にて光電変換される光回路部５の
出力部としての光回路側バンプ５５と、前記集積回路部
６の入力または出力部としての電極パッド６１とが対向
して直に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光ファイバ
を用いて光信号を伝送するいわゆる光ファイバ通信に用
いられる光通信用モジュールなどの集積化光モジュール
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光通信用モジュールにおいて
は、現行の電話線を光ファイバに置き換えることによ
り、一般家庭でも高速・大容量の通信を可能とする光加
入者系システムと呼ばれる通信システムの構築が急速な
勢いで進行している。

【０００３】この光加入者系システムは、２１世紀のネ
ットワーク社会を実現するインフラストラクチャとし
て、その通信能力を考えた場合に最も有力なシステムで
あり、光ファイバの本来持つ広帯域性を生かすことによ
り、現行電話線の数千倍の非常に高速な通信を一般家庭
にまで配信することができるものである。

【０００４】また、光加入者系システムでは、光ファイ
バを一般家庭にまで導入するため、一般の加入者宅に設
置される端末に内蔵され、光信号と電気信号とを相互に
変換する光通信用モジュールが必要不可欠である。

【０００５】現在、構築が進められている光加入者系シ
ステムは、５０Mbpsのベースバンドデジタル信号を送受
信することにより、一般家庭においても、メタル線と比
較して１０倍〜１００倍近い非常に高速な通信を実現す
ることができるようになっている。

【０００６】この種の目的に使用される集積化光モジュ
ールの構成例として、参考文献（1998年電子情報通信学
会エレクトロニクスソサエティ大会予稿集SC-3-105）
には図１０に示すような光受信用モジュールが提案され
ている。

【０００７】図１０は従来の光受信用モジュールの構成
図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図
である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）において、集
積化光モジュールとしての光受信用モジュール２００
は、外部伝送路２０１からパッケージベース２０２内に
引き込まれた光ファイバ２０３と、光ファイバ２０３か
らの光信号が受光される光導波路２０４ａの上部に実装
されたSi-V溝基板２０４と、光導波路２０４ａからの広
帯域な光信号を忠実に電気信号に変換する受光素子２０
５と、受光素子２０５に電気的に接続された電極パッド
２０６と、集積回路用の入力部としての電極パッド２０
７と、電極パッド２０７が電気的に接続された信号処理
用の集積回路２０８とを有している。この場合、光受信
用モジュール２００は光受信機能のみを持っている。こ
れらの光ファイバ２０３、基板２０４、受光素子２０５
および電極パッド２０６により光回路部２１１が構成さ
れ、電極パッド２０７および集積回路２０８により集積
回路部２１２が構成されている。この集積回路２０８と
しては、信号処理として例えば信号増幅処理を行うため
のプリアンプなどが使用されている。

【０００８】上記構成により、まず、外部伝送路２０１
から送信されてきた光信号は、光伝送路である光ファイ
バ２０３から光導波路２０４ａを通して受光素子２０５
に入射する。この入射した光信号は受光素子２０５にて
電気信号に変換される。次に、変換された電気信号は、
電極パッド２０６，２０７間のワイヤ２０９を通して集
積回路２０８に入力され、その入力電気信号は集積回路
２０８にて例えば信号増幅処理などが為される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、次世代および
次々世代の光通信システムで必要とされる更に高速な通
信サービスを実現するためには、現行の光通信用モジュ
ールおよびその周辺電気回路の構成では、必要とされる
動作速度に対応することができない。このため、次世代
および次々世代の仕様に適応したより高速な光通信用モ
ジュールおよびその周辺電気回路の構成を新たに考える
必要がある。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みて為されたもの
で、より高速な通信を実現することができる集積化光モ
ジュールおよびその製造方法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】本発明の集積化光モジュ
ールは、基板と、基板に形成された溝と、溝に配置され
た光ファイバと、基板上に形成された受光素子と、基板
上に形成された集積回路と、受光素子と集積回路とを電
気的に接続するために基板上に形成された一または複数
の配線とを有することを特徴とするものである。

【００１２】現行の構成でその通信速さを制限する最大
の要因は、光通信用モジュール内の光回路と電気信号を
処理する集積回路間の配線長さおよびその間の電気的な
回路の整合性にある。そこで、より高速な通信を実現す
るために、光通信用モジュール内の光回路と電気信号を
処理する集積回路間をより近い位置に実装し、その距離
を短くすることが１つの方法となる。これらの光回路と
集積回路間の距離を短くすることにより、その距離によ
って生じるキャパシタンスＣとインダクタンスＬによる
発振成分を抑制することができるものである。

【００１３】したがって、上記構成により、受光素子と
集積回路とを電気的に接続するために基板上に形成され
た一または複数の配線（例えばパターン配線）とを有す
るので、従来のワイヤによる空中配線のものに比べて、
生じるキャパシタンスＣとインダクタンスＬによる発振
成分（高周波通信ロス）も抑制可能（受光素子と集積回
路間の電気的な回路の整合性がよくなる）となると共
に、配線接続長さも短くなって、より高速な通信にも対
応することが可能となる。

【００１４】また、好ましくは、本発明の集積化光モジ
ュールにおいて、配線が集積回路側パッドに接続され、
受光素子が電極を有し、集積回路側パッドと電極とが対
向して電気的に接続されている。この場合、光ファイバ
および集積回路などからなる光回路部と集積回路とが同
一基板内に集積化されていてもよい。

【００１５】この構成により、集積回路側パッドと電極
とが対向して電気的に接続されているので、従来のよう
にワイヤを介することなく、集積回路側パッドと電極間
のワイヤ距離が０となって、配線接続長さを最大限短く
することが可能となり、より高速な通信に対応すること
が可能となる。

【００１６】さらに、好ましくは、本発明の集積化光モ
ジュールにおいて、少なくとも一つの配線は、溝によっ
て分断された基板表面の片側のみに形成されていてもよ
い。また、本発明の集積化光モジュールにおける集積回
路が基板にモノリシックに形成されていてもよい。

【００１７】本発明の集積化光モジュールの製造方法
は、基板の表面に溝を形成する工程と、溝に光ファイバ
を配置する工程と、基板の表面に配線を形成する工程と
を有し、その後、基板上に前記溝をまたぐように受光素
子を形成する工程と、基板上に集積回路を形成する工程
とをさらに有することを特徴とするものである。

【００１８】この構成により、より高速な通信を実現す
る集積化光モジュールを、容易かつ効率的に製造するこ
とが可能となる。

【００１９】さらに、本発明の集積化光モジュールは、
光ファイバ通信における光信号の受信および送信の少な
くとも何れかを行う光回路部と、その光信号に対応した
電気信号をデータ処理する集積回路部とを有した集積化
光モジュールにおいて、光回路部の出力部または入力部
と集積回路部の入力部または出力部との間の配線長さが
最小長さになるように配設されているものである。

【００２０】この構成により、光回路部の出力部または
入力部と、集積回路部の入力部または出力部とが、従来
のものよりも配線接続長さが短くなった分だけ、生じる
キャパシタンスＣとインダクタンスＬによる発振成分も
抑制可能となって、より高速な通信にも対応することが
可能となる。

【００２１】また、好ましくは、集積化光モジュールに
おいて、光回路部の出力または入力部と、前記集積回路
部の入力または出力部とが互いに対向しかつ直接接続さ
れている。

【００２２】この構成により、光回路部と集積回路部の
各入力部または出力部が互いに対向して直接接続してい
れば、従来のようにワイヤを介することなく、光回路部
と集積回路部のワイヤ距離が０となって、配線接続長さ
を最大限短くすることが可能となり、より高速な通信に
対応することが可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態１〜３
について、図面を用いて詳細に説明する。（実施形態１）図１は本発明の実施形態１の集積化光モ
ジュールの構成を示す図であって、（ａ）はその上面
図、（ｂ）はそのＡＡ’断面図、（ｃ）はそのＢＢ’断
面図である。図１（ａ）〜図１（ｃ）において、集積化
光モジュール１は、光回路部２と、この光回路部２を上
部に重ねて載置した集積回路部３と、これらの光回路部
２および集積回路部３を収容するパッケージ４とを有し
ている。

【００２４】光回路部２は、ガラス基板２１と、ガラス
基板２１に先端部分が埋め込まれた光ファイバ２２と、
光ファイバ２２の先端部分途中に設けられたダイシング
スリット・全反射ミラー２３と、ダイシングスリット・
全反射ミラー２３からの光信号を受信する受光素子２４
と、受光素子２４からの電気信号の出力用の光回路側電
極パッド２５とを有している。集積回路部３上に重ね合
わされる光回路部２の大きさは、後述する集積回路チッ
プ３２程度の大きさとし、後述する集積回路側電極パッ
ド３３が、配線のために光回路部２とできるだけ重なら
ないようにすることが望ましい。

【００２５】ガラス基板２１は光回路基板として使用さ
れ、集積回路部３にハイブリッド、即ちいっしょに混合
して実装されている。ガラス基板２１の上面には光ファ
イバ２２を収容するための光ファイバ埋込用トレンチ溝
２１ｄが形成されている。

【００２６】光ファイバ２２は、ガラス基板２１の光フ
ァイバ埋込用トレンチ溝２１ｄ内に埋め込まれて位置決
めされ、光学接着剤により固定されている。光ファイバ
２２の光学接着材は、後述するダイシングスリット・全
反射ミラー２３で反射した信号光の反射点をできるだけ
少なくするために、光ファイバ２２のクラッド部の屈折
率に屈折率整合した接着材を使用している。

【００２７】ダイシングスリット・全反射ミラー２３の
ダイシングスリットは、光信号をガラス基板表面に立ち
上げるために光ファイバ２２の光軸に対して斜めに加工
されており、そのスリットに全反射ミラーの反射フィル
タを挿入することにより、正確に立ち上げ角度を決定す
ることができるようになっている。以上の光ファイバ埋
込用トレンチ溝２１ｄ、光ファイバ２２、ダイシングス
リット・全反射ミラー２３により集積度の高いファイバ
埋込光回路が構成されている。

【００２８】受光素子２４は、決定された光路の終端
部、即ちダイシングスリット・全反射ミラー２３の配設
位置からの信号光を効率よく受光できるように、ガラス
基板２１上に位置決めされて実装されている。受光素子
２４は光ファイバ２２からの光信号を光電変換するよう
になっている。

【００２９】光回路側電極パッド２５（光回路部の出力
部または入力部）は、受光素子２４の出力端に接続さ
れ、受光素子２４で光電変換された電気信号が出力され
るようになっている。

【００３０】集積回路部３は、集積回路基板３１と、集
積回路基板３１上に固定された集積回路チップ３２と、
その出力電極用の集積回路側電極パッド３３とを有して
いる。

【００３１】集積回路チップ３２は、例えば信号増幅処
理などの信号処理を行うものである。

【００３２】集積回路側電極パッド３３（集積回路部３
の入力部または出力部）は、集積回路チップ３２の周囲
に信号入力および出力用に複数個配設されており、光回
路側電極パッド２５とワイヤ３４にてワイヤリングされ
ている。集積回路側電極パッド３３とパッケージ側電極
パッド２５との位置は、高速通信に対応するために、ワ
イヤリングの距離をできるだけ短くするべく、それぞれ
の配設位置を最適化することが望ましい。また、光回路
側電極パッド２５と集積回路側電極パッド３３とを、光
回路部２と集積回路部３間の配線長さが最小長さになる
ように配設することが望ましい。

【００３３】パッケージ４は、中央部分に段付きの凹部
が形成された外郭部材４１と、外郭部材４１の側壁部分
にに設けられ光ファイバ２２を固定して上記凹部内に導
くフェルール４２と、外部入出力用の外部電極端子４３
ａに接続された信号出力用のパッケージ側電極パッド４
３と、集積回路側電極パッド３３と接続されているワイ
ヤ４４とを有している。

【００３４】パッケージ側電極パッド４３は、複数個の
集積回路側電極パッド３３の周囲に複数個配設され、集
積回路側電極パッド３３とワイヤ４４にてワイヤリング
されている。

【００３５】上記構成により、以下、その動作を説明す
る。まず、外部伝送路から集積化光モジュール１に入射
された光信号Ｌは、受光素子２４直下のダイシングスリ
ット・全反射ミラー２３にて真上に光路を変えられて受
光素子２４に入射される。受光素子２４において入射さ
れた光信号は電気信号へと変換される。

【００３６】次に、受光素子２４で変換された電気信号
は、光回路側電極パッド２５からワイヤ３４さらに集積
回路側電極パッド３３を介して集積回路チップ３２に伝
送され、集積回路チップ３２内にて信号増幅処理などの
信号処理が為される。

【００３７】さらに、集積回路チップ３２内で信号処理
された信号は、集積回路側電極パッド３３からワイヤ４
４さらにパッケージ側電極パッド４３から外部電極端子
４３ａに出力されて、システムへと伝送される。

【００３８】以上により、本実施形態１によれば、光フ
ァイバ２２やダイシングスリット・全反射ミラー２３、
受光素子２４および光回路側電極パッド２５などの各光
回路部品と、集積回路チップ３２とを上下に重ね合わせ
て配置したため、集積化光モジュール１の省面積化およ
び小型化を図ることができる。よって、集積回路基板３
１上に光回路部２および集積回路部３を配置し、それを
パッケージ４内に収容しているため、コンパクトなパッ
ケージ４で取扱いも容易なものとすることができる。ま
た、その各光回路部品を集積回路部３内の領域、本実施
形態１では集積回路チップ３２上に配置しており、光回
路側電極パッド２５と集積回路側電極パッド３３とがよ
り近い位置になるように最適化することによって、ワイ
ヤ３４による配線接続長さが短くなった分だけ、生じる
キャパシタンスＣとインダクタンスＬによる発振成分も
抑制することができて、より高速な通信にも対応するこ
とができる。

【００３９】また、光回路部２として、受信用光ファイ
バ埋め込み型光回路を用いたため、従来の光導波路を用
いることなく、光ファイバ２２から直に受光素子２４に
光信号を入射させることができて光伝送効率を良好なも
のとすることができる。

【００４０】さらに、光回路部２を集積回路部３に接着
剤で固定するため、光回路部２の保持部材を集積回路部
３側に設ける必要もなく、よりコンパクトなものとする
ことができる。しかも、接着剤がゴムなどの弾性樹脂類
などの応力緩和型のものであるため、集積回路部３側の
集積回路基板３１に歪が生じた場合にも光回路部２への
影響を緩和できて、光信号の受光素子２４への入射位置
が外れないなど光回路部２の良好な光回路機能を維持す
ることができるものである。

【００４１】（実施形態２）上記本実施形態１では、図
１（ａ）および図１（ｃ）に示すように、光回路部２の
配線（光回路側電極パッド２５）を上向きに実装してワ
イヤ３４にて光回路側電極パッド２５と集積回路側電極
パッド３３とを配線することで、光回路部２を集積回路
部３と電気的に接続するようにしたが、本実施形態２で
は、図２（ａ）に示すように、光回路配線部である光回
路側バンプ５５を矢印Ｄのように１８０度回転させて下
向きに実装する場合である。

【００４２】図２は本発明の実施形態２における集積化
光モジュールであって、図１の光回路配線部を下向きに
実装する場合の基板ボンディング方法の説明図であっ
て、（ａ）は実装前の光回路部と集積回路部の断面図、
（ｂ）は実装後の光回路部と集積回路部の断面図、
（ｃ）は実装後の光回路部と集積回路部の上面図、
（ｄ）はスペーサ基板を用いた場合の実装後の光回路部
と集積回路部の断面図である。なお、図２（ａ）〜図２
（ｄ）において、図１（ａ）〜図１（ｄ）の各部材と同
一の作用効果を奏する部材には同一の符合を付してその
説明を省略する。

【００４３】図２（ａ）および図２（ｂ）に示すよう
に、光回路部５は、その配線部（光回路側バンプ５５）
を下向きに実装するものである。また、光回路部５側で
は、ダイシングスリット・全反射ミラー２３の反射フィ
ルタと受光素子２４とが基板２１の表面から下向きに突
き出た状態になっている。

【００４４】集積回路部６は、図２（ｃ）に示すよう
に、下向きの光回路側バンプ５５と上向きの集積回路側
パッド６１とは、位置が完全に重なるように、プロセス
時に光回路部５のバンプ５５に対して電極パッド６１の
形成を集積回路基板６２上に行う必要がある。また、集
積回路基板６２上には、パッケージ側電極パッド４３へ
のワイヤリングを行うための複数個の集積回路側電極パ
ッド６３が、集積回路側パッド６１の外側に配設されて
いる。したがって、この実装方法を使用する場合にも、
光回路側バンプ５５と接続される内側の集積回路側パッ
ド６１と外側の集積回路側電極パッド６３の２種類のパ
ッドが必要となる。

【００４５】また、集積回路基板６２の上面には、突き
出た受光素子２４やダイシングスリット・全反射ミラー
２３（反射フィルタ）が接触（干渉）しないように干渉
防止用凹部としての受光素子用収容穴６４が形成されて
いる。

【００４６】以上により、本実施形態２によれば、光回
路側バンプ５５と集積回路側パッド６１とを直接接続し
たため、上記実施形態１においてワイヤ３４により行っ
ていた配線距離を０にすることができて、更なる通信速
度の高速化に対応することができるものである。

【００４７】また、受光素子２４やダイシングスリット
・全反射ミラー２３の突出部分が集積回路部６の受光素
子用収容穴６４内に収容される分だけサイズを小さくす
ることができるものである。

【００４８】なお、本実施形態２の受光素子用収容穴６
４の代わりに、図２（ｄ）に示すように、集積回路基板
６５と同じ厚さのスペーサ基板６６を用いて、突き出た
受光素子２４および反射フィルタとの干渉を避けるため
に受光素子用収容空間６７を形成するようにしてもよ
い。

【００４９】なお、本実施形態２では、光回路部５側に
バンプ５５、集積回路部６側にパッド６１，６３を配設
したが、バンプとパッドの関係が入れ替わってもよい。

【００５０】なお、光回路部５と集積回路部６との回路
部同士の実装方法としては、マイクロバンプボンディン
グ（MBB）法やスタッブバンプボンディング（SBB）法お
よびソルダーバンプボンディング法などが考えられる
が、何れの方法であってもよく、接着を強化するため
に、光回路基板２１と集積回路基板６１の間には、樹脂
などを注入（充填）することが望ましい。また、接触抵
抗を小さくして電気的な接触安定性を補強するためにツ
インバンプなど複数個のバンプ構成（接触ポイント数の
増加）としたり、バンプ面積を広く取ることが望まし
い。また、接着強度の強化用にダミーバンプなどを、電
気的接続用のバンプとは別に使用することも望ましい。

【００５１】なお、上記実施形態１，２では、光回路部
２，５として、受光素子２４を一つ搭載したものについ
て説明したが、その他にも、図３（ａ）および図３
（ｂ）に示すような２波長多重受信光回路、図４（ａ）
〜図４（ｃ）に示すような送信光回路、図５（ａ）およ
び図５（ｂ）に示すような送受信光回路であってもよ
い。これらに示すような多様な光回路部を上記実施形態
１，２と同様の集積方法を用いることにより、光回路部
が集積回路部に対してより効率的に集積化することがで
きるものである。以下に、図３（ａ）および図３（ｂ）
〜図５（ａ）および図５（ｂ）について詳細に説明す
る。

【００５２】図３は、図１の集積化光モジュールにおい
て光回路として２波長受信用光回路を使用した場合の図
であって、（ａ）はその上面図、（ｂ）はそのＣＣ’断
面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）において、２
波長多重受信光回路７は、光ファイバ２２が埋め込まれ
たガラス基板２１ａ上に配設され、第１受光素子用電極
パッド７１が接続された第１受光素子７２と、光ファイ
バ２２の途中に設けられた第１波長反射フィルタ・スリ
ット７３と、集積回路基板３１ａ上に設けられた第１受
光素子用集積回路チップ７４とを有すると共に、光ファ
イバ２２が埋め込まれたガラス基板２１ａ上に配設さ
れ、第２受光素子用電極パッド７５が接続された第２受
光素子７６と、第２波長反射フィルタ・スリット７７
と、集積回路基板３１ａ上に設けられた第２受光素子用
集積回路チップ７８とを有している。

【００５３】第１波長の光路Ｃ１は実線で示されてお
り、光ファイバ２２から第１波長反射フィルタ・スリッ
ト７３で反射して第１受光素子７２に入射し、第１受光
素子７２で光電変換された信号は、第１受光素子用電極
パッド７１から集積回路側電極パッド３３を介して第１
受光素子用集積回路チップ７４に入力し、第１受光素子
用集積回路チップ７４で処理された信号は集積回路側電
極パッド３３からパッケージ側電極パッド４３を介して
外部電極端子４３ａに出力されるようになっている。

【００５４】また同様に、第２波長の光路Ｃ２は破線で
示されており、光ファイバ２２から第１波長反射フィル
タ・スリット７３を通過し、第２波長反射フィルタ・ス
リット７７で反射して第２受光素子７６に入射し、第２
受光素子７６で光電変換された信号は、第２受光素子用
電極パッド７５から集積回路側電極パッド３３を介して
第２受光素子用集積回路チップ７８に入力し、第２受光
素子用集積回路チップ７８で処理された信号は集積回路
側電極パッド３３からパッケージ側電極パッド４３を介
して外部電極端子４３ａに出力されるようになってい
る。

【００５５】図４は、図１の集積化光モジュールにおい
て光回路部として送信用光回路を使用した場合の図であ
って、（ａ）はその上面図、（ｂ）はそのＤＤ’断面
図、（ｃ）はそのＥＥ’断面図である。図４（ａ）〜図
４（ｃ）において、送信光回路８は、送信用光回路基板
８１上に、半導体レーザ素子８２と、半導体レーザ素子
出力モニタ用受光素子８３とを有している。また、送信
用光回路基板８１上にV溝８４を形成し、V溝８４内に光
ファイバ２２を収容した後にファイバ押え８５により光
ファイバ２２を上側から押えて固定（位置決め）するよ
うになっている。

【００５６】外部電極端子４３ａから入力される信号
は、パッケージ側電極パッド４３から集積回路側電極パ
ッド３３を介して送信素子用集積回路チップ８６に入力
し、送信素子用集積回路チップ８６にて処理された信号
は、集積回路側電極パッド３３から光回路側電極パッド
８７を介して半導体レーザ８２および半導体レーザ素子
出力モニタ用受光素子８３に入力される。半導体レーザ
素子８２からのレーザ光は、送信光の光路Ｄ１として、
光ファイバ２２を介して外部伝送路側に出力される一
方、半導体レーザ素子出力モニタ用受光素子８３にてモ
ニタされ、そのモニタ出力が、集積回路側電極パッド３
３を介して送信素子用集積回路チップ８６に入力される
ようになっている。

【００５７】図５は、図１の集積化光モジュールにおい
て光回路として送受信用光回路を使用した場合の図であ
って、（ａ）はその上面図、（ｂ）はそのＦＦ’断面図
であり、図３（ａ）および図３（ｂ）、図４（ａ）〜図
４（ｃ）の各部材と同一の作用効果を奏する部材には同
一の符号を付してその説明を省略する。図５（ａ）およ
び図５（ｂ）において、送受信光回路９は、図３の第１
受信光回路と、図４の送信光回路８とを有しており、送
信信号の光路は実線で示し、受信信号の光路は破線で示
している。

【００５８】（実施形態３）本実施形態３では、マルチ
モジュール集積回路（ＭＭＩＣ）に、光信号の送受信機
能を有する光回路部をハイブリッドに実装した場合であ
る。

【００５９】図６は本発明の実施形態３における集積化
光モジュールの構成図であって、（ａ）はその集積化光
モジュールの一部断面状態を示す上面図、（ｂ）は
（ａ）のＧＧ’断面図である。図６（ａ）および図６
（ｂ）において、集積化光モジュール１０は、ＭＭＩＣ
基板１１上の略中央部に形成された光回路位置決め用凹
部１１１内に、送信用光回路部１２および受信用光回路
部１３が収容されて構成されている。その凹部１１１の
周辺部分には、送信用光回路部１２および受信用光回路
部１３の各素子毎に信号処理用の集積回路部１４がフリ
ップチップでフェイスダウン実装されている。また、集
積化光モジュール１０のＭＭＩＣ基板１１には光ファイ
バ接続用光コネクタ１５が設けられている。

【００６０】送信用光回路部１２は、光ファイバ１２１
が埋め込まれた送信用光回路基板１２２上に、半導体レ
ーザ素子用電極パッド１２３が接続された半導体レーザ
素子１２４と、半導体レーザ素子出力モニタ用受光素子
用電極パッド１２５が接続された半導体レーザ素子出力
モニタ用受光素子１２６と、光ファイバ１２１を固定す
るファイバ押え１２７とを有している。

【００６１】また、受信用光回路部１３は、光ファイバ
１２１が埋め込まれた２波長多重型の送信用光回路基板
１３１上に、第１波長用受光素子電極パッド１３２が接
続された第１波長用受光素子１３３と、第２波長用受光
素子電極パッド１３４が接続された第２波長用受光素子
１３５と、第１波長用反射フィルタ・スリット１３６
と、第２波長用反射フィルタ・スリット１３７とを有し
ている。

【００６２】これらの送信用光回路部１２および受信用
光回路部１３からなる光回路部は、ＭＭＩＣ基板１１上
に加工された光回路位置決め用凹部１１１により、非常
に精度良く位置合わせが可能であるため、ワイヤリング
時に、非常に短い距離でＭＭＩＣ基板１１と結合できる
ようになっている。

【００６３】集積回路部１４は、半導体レーザ素子駆動
用集積回路１４１と、半導体レーザ素子出力モニタ用の
受光素子信号処理用集積回路１４２と、第１波長用の受
光素子信号処理用集積回路１４３と、第２波長用の受光
素子信号処理用集積回路１４４とを有している。

【００６４】また、集積回路部１４は、送信用光回路部
１２および受信用光回路部１３の近傍位置まで、および
ＭＭＩＣ電極パッド１４５に対して、マイクロストリッ
プライン１４６で結ばれており、マイクロストリップラ
イン１４６の途中に回路整合用コンデンサ１４７を入れ
ることにより、良好な周波数帯域を維持できるようにな
っている。また、高周波特性を安定化させるために、バ
イアホール１４８によりＭＭＩＣ基板１１の上面と下面
を短絡させてグランド１４９を共通化している。

【００６５】さらに、ＭＭＩＣ基板１１内の集積回路１
４１〜１４４同士で独立した信号処理を行うため、各集
積回路１４１〜１４４および光回路部には、クロストー
クや高周波ノイズ低減のためのメタルキャップまたはメ
タルパーティションなどの電磁遮蔽部材を取り付けるこ
とが望ましい。また、光回路部１２，１３側の各電極パ
ッドと集積回路１４１〜１４４側の電極パッドとをワイ
ヤリングしているが、各電極パッドは互いに対向（厚さ
部分が対向）しかつ光回路部１２，１３と集積回路１４
１〜１４４との間の配線長さが最小長さになるように、
出来る限り直線的に配線を配設することが望ましい。

【００６６】光ファイバ接続用光コネクタ１５は、ソケ
ット側光コネクタ１５ａとプラグ側光コネクタ１５ｂと
から構成されており、ＭＭＩＣ基板１１に固定されたソ
ケット側光コネクタ１５ａに対してプラグ側光コネクタ
１５ｂを挿入することで回路側の光ファイバ１２１と伝
送路１５ｃ側の光ファイバ（図示せず）とを接続するよ
うになっている。

【００６７】ソケット側光コネクタ１５ａは、ソケット
外郭部材１５１と、ソケット外郭部材１５１の中央部分
に貫通して光ファイバ１２１を固定するＭＭＩＣ側フェ
ルール１５２と、ＭＭＩＣ側のフェルール１５２の外周
に設けられた案内用のスリーブ１５３とを有している。

【００６８】また、プラグ側光コネクタ１５ｂは、有底
筒状のプラグ外郭部材１５４と、プラグ外郭部材１５４
内に出退自在に収容された伝送路１５ｃ側のフェルール
１５５と、伝送路側フェルール１５５を外側（出方向）
に付勢する押圧スプリング１５６とを有している。

【００６９】これらのソケット側光コネクタ１５ａとプ
ラグ側光コネクタ１５ｂによるファイバ接続は、ＭＭＩ
Ｃ側フェルール１５２と外部伝送路側フェルール１５５
をスリーブ１５３で案内しつつセンタリングし、押圧ス
プリング１５６にて両端面を押し付けることで、良好な
光接続を可能としている。これらの各フェルール１５
２，１５６はそれぞれ、プラスチック製の光コネクタ外
郭部材１５１，１５４にそれぞれ固定されており、この
光コネクタ外郭部材１５１，１５４を着脱することで、
各フェルール１５２，１５６も同時に着脱が行える仕組
みとなっている。

【００７０】以上により、本実施形態３によれば、マル
チモジュール集積回路（ＭＭＩＣ）に、光信号の送受信
機能を有する光回路部をハイブリッドに実装すれば、高
機能化に対応したマルチモジュール集積回路の更なる大
型化を抑制することができて、その省面積化および小型
化を図ることができると共に、高機能化にも対応するこ
とができる。

【００７１】なお、本実施形態３では、特に説明しなか
ったが、例えば図７（ａ）および図７（ｂ）に示すよう
に、各集積回路部１４１〜１４４の集積回路基板はＭＭ
ＩＣ基板１１にフリップチップボンドされている。その
実装方法としては、ＭＭＩＣ基板１１側のバンプ１５０
に集積回路基板の電極パッド１６１を直接接触させて実
装するものである。具体的には、マルチバンプボンディ
ング（ＭＭＢ）法、スタッブバンプボンディング（ＣＢ
Ｂ）法、ソルダーバンプボンディング法などにより、電
極同士を接触させ、それ以外の場所、つまりＭＭＩＣ基
板１１と集積回路基板間を、図７（ｂ）に示すように、
封止用樹脂１６２で充填することにより、良好な固定強
度および信頼性を実現している。

【００７２】なお、本実施形態３では、送信用光回路基
板１２２と二波長多重型の受信用光回路基板１３１から
なる光回路基板は、電極面を上にして実装したが、ワイ
ヤリングによる配線をなくすために、図２の集積回路部
６をＭＭＩＣ基板１１に置き換えることで、図２に示す
ように光回路基板（ガラス基板）の配線電極面を下向き
にして対向実装することもできる。

【００７３】なお、本実施形態３では、光回路部とし
て、非常に集積度の高い半導体レーザ素子１つ、受光素
子２つを搭載したものについて説明したが、他にも図１
の１波長受信光回路、図３の２波長多重受信光回路、図
４の送信光回路、図５の送受信光回路に示すような多様
な各種光回路に同様の集積方法を用いることにより、集
積回路部に対してより効率的に集積化することができ
る。

【００７４】なお、本実施形態３では、集積回路部と光
回路部をハイブリッドに実装する方法について説明を行
ってきたが、図８の受信光回路、図９の送信光回路に示
すように、光回路基板に集積回路をモノリシックに集積
化する方法も有効である。

【００７５】なお、本実施形態３では、ＭＭＩＣ基板１
１に光回路をハイブリッドに実装しているが、ＭＭＩＣ
基板にファイバを埋込みスリット形成することにより、
ＭＭＣＩ基板１１そのものを光回路基板として使用する
こともできる。

【００７６】また、上記実施形態１，２では、光回路部
と集積回路部とをハイブリッドに実装する方法について
説明を行ってきたが、図８の受信光回路、図９の送信光
回路に示すように、光回路基板に集積回路部をモノリシ
ックに集積化する方法も有効である。

【００７７】図８は、本発明の他の実施形態における光
集積化モジュールの構成図であって、シリコン基板上に
直に溝を切って受光素子を配置した場合の上面図であ
る。図８において、受信光回路部１７は、集積回路一体
型受信用光回路基板１７１の中央左右方向に光ファイバ
埋め込み用トレンチ溝１７２を形成し、その光ファイバ
埋め込み用トレンチ溝１７２内に光ファイバ２２を収容
し、光ファイバ２２の途中にダイシングスリット・全反
射ミラー１７３が設けられ、ダイシングスリット・全反
射ミラー１７３の真上に受光素子１７４が配設されてい
る。光ファイバ２２で仕切られる集積回路一体型受信用
光回路基板１７１上の両位置には各集積回路部１７５が
それぞれ配設されている。集積回路部１７５の周りに配
設された信号入出力用の電極パッド１７６の近傍位置に
は、受光素子１７４の出力用電極パッド１７７が配設さ
れている。

【００７８】図９は、本発明の更に他の実施形態におけ
る光集積化モジュールの構成図であって、受信用光回路
と集積回路とを同一基板上に一体化した場合の上面図で
ある。図９において、送信光回路部１８は、基板１８１
上に形成されたＶ溝１８２に光ファイバ２２を収容した
後に、ファイバ押え１８３により光ファイバ２２を固定
するようになっている。光ファイバ２２の端面部近傍位
置には、半導体レーザ素子１８４さらに半導体レーザ素
子出力モニタ用受光素子１８５が配設され、これらの半
導体レーザ素子１８４および半導体レーザ素子出力モニ
タ用受光素子１８５が集積回路チップ１８６の入出力用
の電極パッド１８７とワイヤ１８８と素子集積回路間電
極配線１８９などで接続されている。

【００７９】なお、上記実施形態１〜３では、光回路基
板としてガラス基板を用いたが、これに限らず、ガラス
基板２１の代わりに、絶縁性のセラミック基板やGaAs基
板であってもよく、また、シリコン（Ｓｉ）基板のよう
な絶縁性の低い基板であっても、その表面にＳｉＯ₂な
どの絶縁膜を数μｍ堆積させることで、ガラス基板と同
等の高周波性能を得ることができる。

【００８０】また、本発明の集積化光モジュールの製造
方法については、特に説明しなかったが、基板の表面に
溝を形成する工程と、溝に光ファイバを配置する工程
と、基板の表面上に付けて配線（例えばスパッタや蒸着
などによるマスクパターン配線など）を形成する工程と
を有し、その後、基板上に溝をまたぐように受光素子を
形成する工程と、基板上に集積回路を形成する工程とを
さらに有していてもよい。この構成により、より高速な
通信を実現する集積化光モジュールを、容易かつ効率的
に製造することができる。

【００８１】

【発明の効果】以上により、本発明によれば、受光素子
と集積回路とを電気的に接続するために基板上に形成さ
れた一または複数の配線とを有するため、従来のワイヤ
による空中配線のものに比べて、生じるキャパシタンス
ＣとインダクタンスＬによる発振成分（高周波通信ロ
ス）も抑制することができると共に、配線接続長さも短
くなって、より高速な通信にも対応することができる。

【００８２】また、集積回路側パッドと電極とが対向し
て電気的に接続されているため、従来のようにワイヤを
介することなく、集積回路側パッドと電極間のワイヤ距
離が０とすることができて、配線接続長さを最大限短く
することができ、より高速な通信に対応することができ
る。

【００８３】さらに、より高速な通信を実現する集積化
光モジュールを、容易かつ効率的に製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の集積化光モジュールの構
成を示す図であって、（ａ）はその上面図、（ｂ）はそ
のＡＡ’断面図、（ｃ）はそのＢＢ’断面図である。

【図２】本発明の実施形態２における集積化光モジュー
ルの光回路配線部を下向きにする場合の基板ボンディン
グ方法の説明図であって、（ａ）は実装前の光回路部と
集積回路部の断面図、（ｂ）は実装後の光回路部と集積
回路部の断面図、（ｃ）は実装後の光回路部と集積回路
部の上面図、（ｄ）はスペーサ基板を用いた場合の実装
後の光回路部と集積回路部の断面図である。

【図３】図１の集積化光モジュールにおいて光回路とし
て２波長受信用光回路を使用した場合の図であって、
（ａ）はその上面図、（ｂ）はそのＣＣ’断面図であ
る。

【図４】図１の集積化光モジュールにおいて光回路とし
て送信用光回路を使用した場合の図であって、（ａ）は
その上面図、（ｂ）はそのＤＤ’断面図、（ｃ）はその
ＥＥ’断面図である。

【図５】図１の集積化光モジュールにおいて光回路とし
て送受信用光回路を使用した場合の図であって、（ａ）
はその上面図、（ｂ）はそのＦＦ’断面図である。

【図６】本発明の実施形態３における集積化光モジュー
ルの構成図であって、（ａ）はその集積化光モジュール
の一部断面状態を示す上面図、（ｂ）は（ａ）のＧＧ’
断面図である。

【図７】図６のＭＭＩＣ基板上への集積回路の実装を説
明するための図であって、（ａ）はその実装前の状態
図、（ｂ）はその実装後の状態図である。

【図８】本発明の他の実施形態における集積化光モジュ
ールの構成図であって、シリコン基板上に直に溝を切っ
て受光素子を配置した場合の上面図である。

【図９】本発明の更に他の実施形態における集積化光モ
ジュールの構成図であって、受信用光回路と集積回路と
を同一基板上に一体化した場合の上面図である。

【図１０】従来の光受信用モジュールの構成図であっ
て、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。

【符号の説明】

１集積化光モジュール２光回路部３集積回路部２２光ファイバ２４受光素子２５光回路側電極パッド３２集積回路チップ３３集積回路側電極パッド４４ワイヤ５光回路部５５光回路側バンプ６集積回路部６１集積回路側パッド６３集積回路側電極パッド７２波長多重受信光回路７１第１受光素子用電極パッド７２第１受光素子７４第１受光素子用集積回路チップ７５第２受光素子用電極パッド７６第２受光素子７８第２受光素子用集積回路チップ８送信光回路８２半導体レーザ素子８３半導体レーザ素子出力モニタ用受光素子８６送信素子用集積回路チップ８７光回路側電極パッド１０集積化光モジュール１２送信用光回路部１２３半導体レーザ素子用電極パッド１２４半導体レーザ素子１２５半導体レーザ素子出力モニタ用受光素子用電
極パッド１２６半導体レーザ素子出力モニタ用受光素子１３受信用光回路部１３２第１波長用受光素子電極パッド１３３第１波長用受光素子１３４第２波長用受光素子電極パッド１３５第２波長用受光素子１４集積回路部１４１半導体レーザ素子駆動用集積回路１４２半導体レーザ素子出力モニタ用の受光素子信
号処理用集積回路１４３第１波長用の受光素子信号処理用集積回路１４４第２波長用の受光素子信号処理用集積回路１４５ＭＭＩＣ電極パッド１４６マイクロストリップライン１７受信光回路部１７４受光素子１７５集積回路部１７６，１７７電極パッド１８送信光回路部１８４半導体レーザ素子１８５半導体レーザ素子出力モニタ用受光素子１８６集積回路チップ１８７電極パッド１８８ワイヤ１８９素子集積回路間電極配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H037 AA01 BA04 BA13 DA12 DA35 5F073 AB13 AB15 AB28 BA01 EA14 FA02 FA06 FA11 5F088 BA02 BB01 EA07 EA11 JA03 JA14 KA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板に形成された溝と、前
記溝に配置された光ファイバと、前記基板上に形成され
た受光素子と、前記基板上に形成された集積回路と、前
記受光素子と集積回路とを電気的に接続するために前記
基板上に形成された一または複数の配線とを有すること
を特徴とする集積化光モジュール。
【請求項２】前記配線が集積回路側パッドに接続さ
れ、前記受光素子が電極を有し、前記集積回路側パッド
と前記電極とが対向して電気的に接続されていることを
特徴とする請求項１記載の集積化光モジュール。
【請求項３】少なくとも一つの前記配線は、前記溝に
よって分断された前記基板表面の片側のみに形成されて
いることを特徴とする請求項１または２記載の集積化光
モジュール。
【請求項４】前記集積回路が前記基板にモノリシック
に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れ
かに記載の集積化光モジュール。
【請求項５】基板の表面に溝を形成する工程と、前記
溝に光ファイバを配置する工程と、前記基板の表面に配
線を形成する工程とを有し、その後、前記基板上に前記
溝をまたぐように受光素子を形成する工程と、前記基板
上に集積回路を形成する工程とをさらに有することを特
徴とする集積化光モジュールの製造方法。