JP2002043591A

JP2002043591A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2002043591A
Application number: JP2000229405A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Hisayoshi; 豊久芳
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】面受発光素子を実装基板上へフェイスダウン
実装する光モジュールにおいて、接合強度を十分に確保
するとともに電気的接続構造を簡略化し、安定に動作す
る光モジュールを提供すること。【解決手段】基板１１上に、光導波体１２と該光導波
体１２の一端部に光接続させる面受光型または面発光型
の光半導体素子１６とを配設して成る光モジュールＭ１
において、光導波体１２の一端部に形成した溝１３内
に、光半導体素子１６と光導波体１２との間で伝搬する
光線を反射させる反射面１４を形成するとともに、反射
面１４に光半導体素子１６の受光面または発光面を対向
させた状態で、光半導体素子１６を保持するキャリア基
体１８を基板１１に接合した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主に光通信機器等に
使用され、発光素子や受光素子の光半導体素子及びこれ
に光接続させる光ファイバ等の光導波体を備えた光モジ
ュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光モジュールにおける面受発光素
子の実装方法は、面受発光素子とは異なるキャリア基体
に搭載され、面受発光素子の入出射面の法線ベクトル方
向（以下、面方向という）と光ファイバの光軸方向を一
致させるように搭載されていた。ここで、代表的な面受
光素子としてフォトダイオード（ＰＤ）が挙げられる。
以後、ＰＤを例にとり説明を行うが、面発光型レーザダ
イオード（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface E
mitting Laser）等、他の面受発光素子についても全く
同様の議論を行うことが可能である。

【０００３】図４に従来の光モジュールＪ１の概略図を
示す。光モジュールＪ１は光ファイバ７２を実装するた
めのＶ溝７３と、ＰＤ７６が設けられたキャリア基体７
５を実装するためのテラス(段差部)７４を有する実装基
板７１を使用し、ＰＤ７６の受光面７７の面方向が光フ
ァイバ７２の光軸方向と平行（反射対策のため若干の角
度を意図的につけている場合もある）に配置して、Ｖ溝
７３上へ配置した光ファイバ７２とＰＤ７６との光結合
を得ていた。この際、キャリア基体７５はＰＤ７６の受
光面７７の面方向を調整するために利用していた。

【０００４】また、実装基板に形成した斜面を利用し
て、光ファイバから出射した光を曲げ、ＰＤの受光面を
実装基板面と平行に実装する方法も提案されている（例
えば、特開平２０００−１０５３２７号公報を参照）。
この提案によれば、ＰＤを実装したキャリア基体をモジ
ュールの実装基板上へ高精度実装しなければないといっ
た、上記キャリア基体を用いた場合に生じる問題を解消
することができる。

【０００５】すなわち、図５に示す光モジュールＪ２で
は、端部が斜面８７で終端したＶ溝８３を有する実装基
板８１上に光ファイバ８２が実装されており、光ファイ
バ８２から水平方向へ出射した光はＶ溝８３の斜面８７
で曲げられ、その直上に配置されるＰＤ８５の入射面８
６へ光結合する。これにより、ＰＤ８５の受光面８６を
光ファイバ８２の光軸に対し平行となるように、ＰＤ８
５を実装基板８１上に実装することができ、ビジュアル
アライメントの手法を用いるなどしてＰＤ８５の受光面
８６の形状を直接見ながら基板との相対位置精度を確保
して実装することが可能となり、上記の問題を解消する
ことができる。なお、光電作用を有する（光活性層を備
えた）面が光の入射面と反対側の面に存在する裏面入射
型とよばれるＰＤで説明したが、一般的に用いられる表
面入射型ＰＤをフェイスダウン実装することで同様に実
施できる。

【０００６】次に、図６を用いて、表面入射型ＰＤ（図
６（ａ）〜（ｃ））と裏面入射型ＰＤ（図６（ｄ）〜
（ｆ））の相違について説明する。図６は表面入射型及
び裏面入射型ＰＤのそれぞれの電極構成を示したもので
ある。

【０００７】裏面入射型ＰＤは光活性層４１の直上に電
極４２を配置し、裏面には光を取り込むための窓を設け
た、すなわち枠状の電極４３が配置されている。一方、
表面入射型ＰＤは光活性層の直上に電極を設けることが
できないため、光活性層から一部引き出した領域に電極
４４を設けており、反対面は全面に電極４５を配置して
いる。そして、ＰＤを基板に実装する際には、裏面入射
型ＰＤでは電極４３をハンダ４７などで基板に固定する
が、表面入射型ＰＤでは実装のための電極を有していな
いので、光活性層以外への光の進入を防ぐために設けら
れた遮光用のメタルマスク４６を用いて基板へ固定する
などの手法を採用する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなＰＤの実装において、キャリア基体等を用いるＰ
Ｄの実装方法と比較して、裏面入射型及び表面入射型Ｐ
Ｄを用いた実装では、接合面積が絶対的に小さいので、
必要な接合強度が得られない。また、表面入射型ＰＤを
用いた実装においては、光活性層から引き出した電極４
４と遮光用メタルマスク４６はショートしてはならない
が、ＰＤと実装基板上へ半田等で接合する際、遮光用メ
タルマスク４６及び電極４４の間隔は非常に狭く、両者
がショートしてしまい、所望の特性を満足しなくなる等
の重大な問題が生じる。

【０００９】そこで本発明は、上記従来技術における問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光モジ
ュール構造を改善し、表面実装型素子の実装を十分な強
度で、かつ、ショートなどの不良が生じないように確実
に実装することが可能であり信頼性にも優れた光モジュ
ール構造を提供することにある。

【００１０】

【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、基板上に、光導波体と該
光導波体の一端部に光接続させる面受光型または面発光
型の光半導体素子とを配設して成り、前記光導波体の一
端部に形成した溝内に、前記光半導体素子と前記光導波
体との間で伝搬する光線を反射させる反射面を形成する
とともに、該反射面に前記光半導体素子の受光面または
発光面を対向させた状態で、前記光半導体素子を保持す
るキャリア基体を前記基板に接合したことを特徴とす
る。

【００１１】また、前記キャリア基体は、前記光半導体
素子を配設する凹部が形成され、且つ前記キャリア基体
の前記基板への接合面が、前記光半導体素子の受光面ま
たは発光面の面位置とほぼ同一としたことを特徴とす
る。

【００１２】さらに、前記キャリア基体が導電体から成
ることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる光モジュー
ルの実施形態について模式的に図示した図面に基づき詳
細に説明する。

【００１４】[第１の実施形態]図１（ａ）に光モジュー
ルＭ１の分解斜視図を、図１（ｂ）に光モジュールＭ１
の斜視図を示す。このように、光モジュールＭ１は、基
板１１上に面受光型または面発光型の光半導体素子とこ
の光半導体素子に光接続させる光導波体とを配設して成
るものであるが、簡単のため、面受光型の光半導体素子
であるＰＤ１６と、これに光接続させる光ファイバ１２
とを例にとり説明する。

【００１５】例えば、所定の面方向を有する単結晶シリ
コンから成る実装基板１１に、アルカリ水溶液等による
異方性エッチングで高精度に形成された例えば断面Ｖ字
状をなすＶ溝１３上に、光導波体である光ファイバ１２
が実装されている。この実装基板１１としては、Ｖ溝１
３の作製精度の高さ及び量産性から異方性エッチングが
可能な材質、例えば単結晶Ｓｉが好適に用いられる。ま
た、光ファイバ１２はＳＭＦ、ＭＭＦ、プラスチックフ
ァイバ等、光モジュールの用途により使い分けられる。

【００１６】実装基板１１上に形成されたＶ溝１３にお
いて、ＰＤ１６に光接続させる光ファイバ１２の一端部
には終端する斜面１４が形成されており、この斜面１４
に例えば後記する電極等の材料と同一の材料を被着形成
して反射面としている。なお、この斜面１４は反射率の
高い材料を被着しなくとも十分な反射率が要求されない
場合には、何も形成しなくともよい。すなわち、この斜
面１４でもってＰＤ１６と光ファイバ１２との間で伝搬
する光線を反射させるようにしており、光ファイバ１２
から出射した光は斜面１４で反射しＰＤ１６の受光面１
５に入射されることになる。

【００１７】ここで、キャリア基体１８の接合面１７
は、凹部１８ａにＰＤ１６を接着・固定した際に、その
受光面１５と面位置がほぼ一致する。そして、反射面で
ある斜面１４にＰＤ１６の受光面１５を対向させた状態
で、キャリア基体１８の接合面１７を実装基板１１に接
合する。

【００１８】キャリア基体１８はセラミックス、ガラ
ス、プラスチック等が好適に用いられる。キャリア基体
１８の裏面には、固定したＰＤ１６の裏面電極とキャリ
ア基体１８内に形成された貫通導体（不図示）を介して
接続された電極１９が配置されており、この電極１９は
ボンディングワイヤ２３を介して実装基板１１上に形成
された電極２１と接続されている。なお、ＰＤ１６の裏
面電極はキャリア基体１８に形成された貫通導体と例え
ばハンダ、導電性接着剤等により接続されている。

【００１９】また、ＰＤ１６の受光面１５と接続されて
いるボンディングパッド１０は、実装基板１１上に形成
された電極２１と接合するようにハンダ固定されると同
時に、キャリア基体１８の接合面１７は同じく実装基板
１１上へ配置された固定用パッド２２にハンダ固定され
る。各電極及び固定用パッドは信号を通すために必要な
電気的接触を得るため、及び、各部品を強固に固定する
ために用いられるので、実装基板１１及びキャリア基体
１８に形成される電極及び固定用パッドは、実装基板１
１及びキャリア基体１８に十分な密着強度を有するよう
に、積層構造をなしたＣｒ／Ａｕ、またはＴｉ／Ｐｔ／
Ａｕなどの電極材料を用いる。なお、上記積層構造は下
層／上層の順で示している。

【００２０】かくして、光モジュールＭ１によれば、Ｐ
Ｄ１６を実装基板１１上へフェイスダウンで実装する際
に、ＰＤ１６の受光面１５とほぼ同一の面位置となる接
合面１７を有するキャリア基体１８を用いることで、Ｐ
Ｄ１６の電気的接続を行うことができると同時に、十分
な面積を有する接合面１７による機械的接合をＰＤ１６
とは離れた位置で行うことにより、電極同士のショート
を防止することができ、かつ、機械的接合に必要十分な
接合面積を得ることが可能となる。 [第２の実施形態]次に、図２に基づき本発明に係わる光
モジュールの第２の実施形態について説明する。図２
(ａ)はＰＤ３２の受光面３４側からみたＰＤ３２をキャ
リア基体５１の凹部５１ａ内に固定した様子を示す斜視
図であり、図２（ｂ）はこのキャリア基体５１を実装基
板３１に搭載・固定した光モジュールＭ２の断面を図示
したものである。なお、光モジュールＭ２は主にキャリ
ア基体５１及びその周囲の構造を除けば、他の構成につ
いては光モジュールＭ１と大きく相違するものではない
ものとする。

【００２１】ここで、キャリア基体５１は第１の実施形
態において説明したキャリア基体と同様な外形のものを
用いる。キャリア基体５１ではＰＤ３２の裏面電極５２
がキャリア基体５１の裏面側に設けた電極５４に、キャ
リア基体５１を貫く貫通導体５５を介して電気的に接続
される。また、電極５４はキャリア基体５１を貫く別の
貫通導体５５及びそれに接続される接合電極５３を介し
て、実装基板３１上に形成された電極５８に電気的に接
続される。一方、電気的にはＰＤ３２と接続されていな
い接合用パッド５９は実装基板３１に形成された固定用
パッド３３に接合される。なお、セラミックス等の絶縁
性材料から成るキャリア基体５１は、複数の貫通導体５
５を形成するために一般的なスルーホール作製技術を用
いて容易に作製することが可能となる。

【００２２】かくして、光モジュールＭ２によれば、通
常ワイヤボンドなどにより行われるＰＤの裏面電極から
実装基板上への電気的接続を、キャリア基体のフェイス
ダウン実装のみで同時に簡便に行うことで低背化が実現
できる上に、接続強度も十分な実装を行える。 [第３の実施形態]次に、図３に基づき本発明に係わる光
モジュールの第３の実施形態について説明する。図３
(ａ)はＰＤ７０の受光面６５側からみたキャリア基体６
１の斜視図、図３（ｂ）はこのキャリア基体６１の一部
を省略した断面図、（ｃ）はこのキャリア基体６１を実
装基板６６に搭載・固定した光モジュールＭ３の断面図
である。なお、主にキャリア基体の除く構成部材の材質
は上記実施形態と同一材料で構成されるものとする。

【００２３】筐体状をなすキャリア基体６１の凹部６１
ａにおける底面６２にＰＤ７０の裏面電極６３をハンダ
固定する。本実施形態においては、キャリア基体６１の
材質は、ＳＵＳ、銅、アルミニウム等の導電体で構成す
る。また、固定材料もハンダに限らず、導電性接着剤、
銀ペースト等の導電体材料で構成しても同様の議論が可
能である。

【００２４】キャリア基体６１の接合面６４は、凹部６
１ａ内に配設したＰＤ７０の受光面６５と面位置がほぼ
同一となっている。これらを実装基板６６上へフェイス
ダウンで実装し、ＰＤ７０のボンディングパッド６７と
実装基板６６上に形成した電極６８と電気的に接合さ
れ、キャリア基体６１の接合面６４は実装基板６６上に
形成された電極６９に接合される。

【００２５】かくして、光モジュールＭ３によれば、キ
ャリア基体自体が導電体であるため、第２の実施形態で
説明した光モジュールＭ２と同様にワイヤボンディング
などを介することなく、ＰＤ裏面電極６３と実装基板６
６との導通を取ることができ、光モジュールＭ２のよう
にスルーホールや貫通導体など複雑な構成を採用するこ
となく、きわめて簡便にキャリア基体を作製することが
できる。

【００２６】また、実装強度を確保するための実装面積
を自由に設定することが可能であることは上記第２の実
施形態と同様である。特に、本実施形態においては、実
装基板上へフェイスダウン実装した場合に、導電体から
なるキャリア基体６１がＰＤ素子を覆うように配置され
る点に特徴がある。導電体により周囲を囲われているた
め、光モジュールの動作時にＰＤ７０の外部から入って
くる電磁波が遮断され、これによる特性劣化の悪影響を
極力防止することができる。

【００２７】さらに、実装基板としては単結晶Ｓｉ等の
材質を用いることで、下面からもある程度の遮蔽が行わ
れるため、ＰＤ７０は周囲をほぼ完全に覆われた状態と
なり、高周波の信号を扱うことの多い光モジュールにお
いて、本実施形態は特に有効であるといえる。

【００２８】なお、以上の各実施形態では、、面受光型
の光半導体素子としてＰＤを、また光導波体として光フ
ァイバを例にとり説明したが、面発光型の光半導体素子
やその他の面受光型の素子もＰＤと同様に理解すること
が可能であり、また、光導波体として光ファイバの代わ
りに、基板自体にクラッド層とコア層とから成る光導波
路を形成してもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
適宜変更し実施が可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
面受光型または面発光型の光半導体素子の光入射面また
は光出射面とほぼ同一の面位置に接合面を有するキャリ
ア基体を用いるので、光半導体素子をフェイスダウン実
装する際に問題となる実装強度不足がなく、しかも電気
的ショート不良のない信頼性に優れた光モジュールを提
供できる。

【００３０】また、光半導体素子の光入射面または光出
射面とほぼ同一面位置の接合面を有するキャリア基体の
接合面側に電極を導出することにより、従来ワイヤボン
ドにより行われていた光半導体素子の裏面電極における
電気的接合を光半導体素子のフェイスダウン実装と同時
に行うことが可能となり、実装工程を簡略化することが
可能となるだけでなく、低背化を実現した優れた光モジ
ュールを提供できる。

【００３１】また、キャリア基体として導電体を用いる
だけで、裏面電極の光半導体素子の光入射面側または光
出射面側への引き出しが容易となり、キャリア基体の作
製工程が簡略化され、生産性に優れた光モジュールを提
供できる。

【００３２】さらに、凹部を有するキャリア基体を導電
体とすることによって、電磁波の遮蔽効果を持たせるこ
とが可能となり、特にＰＤを備えた光モジュールではト
ランシーバなどでＬＤを備えた光モジュールと近接して
利用した場合等において、クロストークの原因となる外
部ノイズの影響を極力避けることが可能な特性にも優れ
た光モジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光モジュールの実施形態を模式的
に説明する図であり、（ａ）は光モジュールの分解斜視
図、（ｂ）は光モジュールの斜視図である。

【図２】本発明に係る光モジュールの他の実施形態を模
式的に説明する図であり、（ａ）はキャリア基体の受光
面側からみた斜視図、（ｂ）は光モジュールの断面図で
ある。

【図３】本発明に係る光モジュールの他の実施形態を模
式的に説明する図であり、（ａ）はキャリア基体の受光
面側からみた斜視図、（ｂ）はキャリア基体の端面図、
（ｃ）は光モジュールの断面図である。

【図４】従来の光モジュールの斜視図である。

【図５】（ａ）は従来の光モジュールの分解斜視図、
（ｂ）は従来の光モジュールの斜視図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は裏面入射型受光素子を説明す
る模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、
（ｃ）は受光素子を基板上に実装した様子を示す断面図
である。（ｄ）〜（ｆ）は表面入射型受光素子を説明す
る模式図であり、（ｄ）は平面図、（ｅ）は断面図、
（ｆ）は受光素子を基板上に実装した様子を示す断面図
である。

【符号の説明】

１１，３１，６６：実装基板（基板）１６，３２，７０：ＰＤ（光半導体素子）１２：光ファイバ（光導波体）１３：Ｖ溝（溝）１４：傾斜面（反射面）１５，３４，６５：受光面１８，５１，６１：キャリア基体Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：光モジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 5/183 Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、光導波体と該光導波体の一端
部に光接続させる面受光型または面発光型の光半導体素
子とを配設して成る光モジュールであって、前記光導波
体の一端部に形成した溝内に、前記光半導体素子と前記
光導波体との間で伝搬する光線を反射させる反射面を形
成するとともに、該反射面に前記光半導体素子の受光面
または発光面を対向させた状態で、前記光半導体素子を
保持するキャリア基体を前記基板に接合したことを特徴
とする光モジュール。
【請求項２】前記キャリア基体は前記光半導体素子の
受光面または発光面に対する裏面側を配設面とする凹部
が形成されているとともに、前記キャリア基体の前記基
板への接合面が前記光半導体素子の受光面または発光面
とほぼ同一面位置にあ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３】前記キャリア基体が導電体から成ること
を特徴とする請求項１に記載の光モジュール。