JP2002043675A - 光モジュール - Google Patents

光モジュール

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JP2002043675A
JP2002043675A JP2000223328A JP2000223328A JP2002043675A JP 2002043675 A JP2002043675 A JP 2002043675A JP 2000223328 A JP2000223328 A JP 2000223328A JP 2000223328 A JP2000223328 A JP 2000223328A JP 2002043675 A JP2002043675 A JP 2002043675A
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optical semiconductor
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Hiroyuki Tanaka
裕之 田中
Hideki Hashizume
秀樹 橋爪
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 細径化してＬＣ型やＭＵ型など小型の光コネ
クタにも対応できるようにする。ダブレットタイプなど
にも容易に適用できるように小型化する。 【解決手段】 キャップ封止型の光半導体素子１４が、
内部に光部品を収容しているハウジング１２に対して、
該光部品の光軸上に位置するように芯だしして取り付け
られている。その際、光半導体素子のキャップ上面とハ
ウジングの端面が衝き合わされて接着（紫外線硬化型接
着剤２０）固定されている。この構造の光モジュール本
体を用い、光半導体素子のキャップ側面とハウジング側
面の少なくとも一部を覆うようにケーシングを被せて樹
脂封止することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、キャップ封止型の
光半導体素子と、内部に光部品を収容しているハウジン
グとを、光学的最適位置関係で衝き合わせ接着固定した
細径構造の光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光モジュールは、光半導体素子（例えば
レーザダイオード等の半導体発光素子あるいはフォトダ
イオード等の半導体受光素子）と光部品（例えばレンズ
や光ファイバフェルール等）とを調芯保持したデバイス
である。光通信分野において使用されている光モジュー
ルとしては、例えば、光半導体素子と、レンズと、前記
光半導体素子やレンズを保持すると共に接続相手の光プ
ラグのフェルールを嵌合保持するハウジングから構成さ
れ、光プラグ接続時に光半導体素子とフェルールの光フ
ァイバとがレンズを介して光学的に結合する構造があ
る。光ファイバとの光学的結合は、通常、各種光コネク
タの標準規格に準拠した機械的構造による。
【０００３】光モジュールに組み込むレンズとしては、
機械加工のみによって高精度の製品を容易に製造できる
ため安価であり、且つ方向性が全く無いためにレンズ実
装の際の方位調整が不要で組み立て易いという利点もあ
って、球レンズが多用されている。その他、非球面レン
ズや屈折率分布型ロッドレンズ等も用いられる。光半導
体素子やレンズを保持するハウジングは、かつては金属
製のハウジングが多用されていたが、最近はレンズをイ
ンサートモールドで内蔵したり複数の爪状突起で抱持す
ることが可能なことなど、製作性が優れ且つコストを低
減できるといった観点から樹脂製のハウジングが用いら
れることも多い。光半導体素子としては、通常、素子本
体を窓付きキャップ内に装着して封止した所謂キャップ
封止構造のものが多く用いられている。
【０００４】光モジュールを製造する際には、通常、光
半導体素子、レンズ、ファイバを光学的に最適な位置関
係に調芯し、レンズを内蔵しているハウジングに光半導
体素子を固定する。例えば光半導体素子がレーザダイオ
ードの場合、レーザダイオードを動作させ、その出射光
を光ファイバから取り出し、取り出したレーザ出射光の
光量が最大になる位置で、ハウジングと光半導体素子を
固定する。
【０００５】キャップ封止型光半導体素子を用いた従来
の光モジュールでは、ハウジング内に光半導体素子のキ
ャップを挿入可能な構造になっており、光半導体素子の
ステム部とハウジングの端面とを接合している。ハウジ
ングが樹脂製の場合には各種の接着剤を用い、金属製の
場合にはＹＡＧ溶接することもある。いずれにしてもハ
ウジングの一部が光半導体素子のキャップ側面全周を覆
うような状態で接合されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】近年、光通信容量の増
大に伴って、光伝送装置などでは光ファイバを高密度実
装する必要性が高まっている。このため、これらに搭載
される光モジュールも、より一層の小型化が要求されて
いる。具体的には、従来のＳＣ型光コネクタからＬＣ型
やＭＵ型など小型の光コネクタへの対応が求められてい
る。
【０００７】しかし、上記のようにキャップ封止型光半
導体素子を用いた従来の光モジュールでは、光モジュー
ルの外径は、必然的に光半導体素子のステム部の直径よ
りも大きくなり、小型化・細径化が制限されていた。
【０００８】本発明の目的は、小型の光モジュールを提
供することである。本発明の他の目的は、ＬＣ型やＭＵ
型など小型の光コネクタにも対応できる光モジュールを
提供することである。本発明の更に他の目的は、ダブレ
ットタイプなどにも容易に適用できる小型の光モジュー
ルを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、キャップ封止
型の光半導体素子が、内部に光部品を収容しているハウ
ジングに対して、該光部品の光軸上に位置するように芯
だしして取り付けられている光モジュールである。ここ
で本発明では、光半導体素子のキャップ上面とハウジン
グの端面が衝き合わされた状態で接着固定されており、
その点に特徴がある。従って、光モジュールの最大外径
を光半導体素子の最大外径以下に収めることが可能とな
る。
【００１０】ハウジング内に収容する光部品としては、
例えばレンズや光ファイバフェルールなどがある。ハウ
ジングは、レンズを内蔵するだけの構造でもよいし、レ
ンズを内蔵すると共に接続相手の光プラグのフェルール
を嵌合保持する構造などでもよい。後者の場合には、キ
ャップ封止型光半導体素子をレンズ及びフェルールの光
軸上に位置するように芯だししてハウジングと光半導体
素子とを固定する。本発明は、光半導体素子とフェルー
ルボアを直接接着する光モジュールにも適用できる。通
常、ハウジングは合成樹脂製であり、ハウジングと光半
導体素子のキャップ上面との接合には紫外線硬化型接着
剤が好ましいが、他の接着剤を用いてもよい。
【００１１】また本発明には、上記の光モジュールを用
い、光半導体素子のキャップ側面とハウジング側面の少
なくとも一部を覆うようにケーシングを被せて間隙部を
樹脂封止した構成もある。この構成においては、光半導
体素子のキャップ上面とハウジングの端面は紫外線硬化
型接着剤で接着固定され、ケーシング内面と光半導体素
子のキャップ側面及びハウジング側面の少なくとも一部
の間隙部は熱硬化性樹脂で封止されている構造が好まし
い。紫外線硬化型接着剤による接着は、極く短時間で接
着できるため光学的最適位置での結合作業が容易となる
し、熱硬化性樹脂を用いた封止により接着強度及び耐候
性能の向上を図ることができる。
【００１２】更に本発明には、上記の光モジュールを複
数個並置し、それらに共通のケーシングを被せ、間隙部
が熱硬化性樹脂で封止されている構造もある。この典型
的な例は、半導体発光素子と半導体受光素子を組として
一体化したダブレットタイプの光モジュールである。
【００１３】
【実施例】図１は本発明に係る光モジュールの一実施例
を示す説明図である。この例は、ＬＣ型又はＭＵ型の規
格に準拠した設計例である。球レンズ１０を内蔵すると
共に接続相手の光プラグのフェルール（図示せず）を嵌
合保持する樹脂ハウジング１２に、素子本体を上面窓付
きのキャップで気密封止した光半導体素子（例えばレー
ザダイオード）１４を接合することで製造する。その接
合操作の際、光プラグ接続時に前記光半導体素子１４と
フェルールの光ファイバとが前記球レンズ１０によって
光学的に結合するように光軸の芯だしを行う。
【００１４】樹脂ハウジング１２は、全体がほぼ筒形状
を呈する一体成形品であり、一方の端面１２ａが光半導
体素子１４の取り付け面、一端内側部分が球レンズ固定
部、反対側がレセプタクル部１６となっており、球レン
ズ固定部の外周には全周にわたって溝１２ｂが形成され
ている。レセプタクル部１６は、接続相手の光プラグの
フェルールが丁度嵌入するボア（空洞部）１８を有する
部分である。この例では、フェルールを受け入れるボア
１８の内径は直径１．２５mmである。
【００１５】球レンズ固定部は、球レンズ１０をスナッ
プイン圧入あるいは接着・溶着等により固定できる構造
である。例えばスナップイン圧入構造の場合は、この球
レンズ固定部は、中心軸の周囲に、先端部が光半導体素
子の方に向かって突出し且つ内周側に膨出（オーバーハ
ング）した複数の爪状突起によって構成される。これら
の爪状突起は、樹脂ハウジング本体部分とともに射出成
形法によって一体的に成形される。球レンズ圧入時に、
爪状突起は、樹脂の靭性によって外向きに撓んで内部に
球レンズを受け入れ、該球レンズはレンズ着座面に当接
して位置決めされる。その状態で、爪状突起は元の形状
に戻ろうとし、その復元反力で該球レンズは抱持固定さ
れる。
【００１６】このように球レンズ１０を内蔵した樹脂ハ
ウジング１２に、光半導体素子１４を取り付ける。ここ
で光半導体素子１４は、そのキャップ上面（窓部１４ａ
の外周部分）１４ｂが樹脂ハウジング１２の端部１２ａ
に衝合し、最終的に最適な光学的位置になるように調芯
位置決めされた状態で接着固定される。
【００１７】本実施例では、この接着固定に紫外線硬化
型接着剤２０を用いている。光半導体素子のキャップ上
面とハウジング端面との接着は、光半導体素子の熱的損
傷を避けるために極力低温で行う必要があり、また光学
的調芯後、短時間で固定することが好ましい。紫外線硬
化型接着剤による接合は、このような条件を満たすこと
ができるため最適である。この接着で，後工程でのハン
ドリングに十分な強度（引っ張り強度は１９．６Ｎ以
上）を確保できる。
【００１８】紫外線硬化型接着剤の塗布状態を図２に示
す。Ａは樹脂ハウジングの半断面図であり、Ｂは平面図
である。樹脂ハウジング１２を、その一端面（光半導体
素子に接合する端面）が上方を向くようにして、粘度４
５Ｐａ・ｓ程度の紫外線硬化型エポキシ接着剤（白色不
透明、Ｔｇ＝１００℃）２０を、自動又は手動の回転塗
布機によって、ハウジング端面１２ａに円周状に塗布す
る。接着剤の塗布高さｈは０．１〜０．２５mm程度であ
る。
【００１９】図３に具体的な接着操作の状態を示す。図
２に示すように紫外線硬化型接着剤を塗布した樹脂ハウ
ジング１２を接着剤塗布面が上を向くように固定ステー
ジ（図示するのを省略）に固定し、他方、光半導体素子
（レーザダイオード）１４をキャップ上面（窓部を有す
る面）が下方を向くように素子保持工具３０で保持す
る。そして、ハウジング端面とキャップ上面とが５０〜
２５０μｍ程度の空隙を維持した状態で光学的な芯出し
を行う。即ち、光半導体素子（レーザダイオード）１４
からレーザ光を出射し、ボアに装着した光プラグフェル
ールの光ファイバ（図示せず）からの出射光をモニタし
て、最大光量が得られるように取付位置を調整する。
【００２０】光学的最適位置に設定したならば、紫外線
照射装置により紫外線を照射する。ここで紫外線照射装
置は、中心波長３６５nm、出力２００Ｗのメタルハライ
ドランプを備え、出射径５mm程度の２分岐光ファイババ
ンドル３２によって目的の領域を照射できるような構造
である。紫外線の照度は、光ファイバ１本当たり平均１
５００〜２０００ｍＷ／cm2 である。実際の照射は、こ
のような紫外線照射装置を２台用意し、４方向（９０度
ピッチ）から行った。紫外線照射は、図３に示すよう
に、水平面に置かれた樹脂ハウジング１２に対して水平
方向から約１０mm離れた位置に光ファイババンドル３２
の出射端を固定して１０秒間程度行った。紫外線照射
中、樹脂ハウジング１２と光半導体素子１４は調芯状態
が変化しないように、固定ステージと素子保持治具３０
によって保持し続けた。
【００２１】図４は本発明に係る光モジュールの他の実
施例を示す説明図である。この実施例では、図１に示し
た前記実施例の光モジュールをそのまま光モジュール本
体として用いており、それ故、対応する部材に同一符号
を付し、それらについての説明は省略する。
【００２２】この実施例は、前記の光モジュール本体４
０を構成している光半導体素子のキャップ側面とハウジ
ング側面の少なくとも一部を覆うように樹脂製のケーシ
ング４２を被せて間隙部を樹脂４４で封止した構造であ
る。図５に示す組立説明図から明らかなように、ケーシ
ング４２は、ほぼ円筒状をなし、内周に段差部４２ａが
形成されて薄肉部分４２ｂと厚肉部分４２ｃとが連続
し、厚肉部分４２ｃの外周面に全周にわたって溝４２ｄ
が形成されている。薄肉部分４２ｂの内径は、光半導体
素子１４のキャップ外径より若干大きく設定され、厚肉
部分４２ｃの内径は、ハウジング１２のレセプタクル部
１６の外径にほぼ一致し、薄肉部分４２ｂの長さは、ハ
ウジング１２のレセプタクル部端１２ｃの位置から光半
導体素子１４のステム部１４ｃまでの距離に一致する
か、それよりも若干短めに設定されている。従って、図
６に示すように、光モジュール本体４０にケーシング４
２を被せた時に、ケーシング内の段差部４２ａがハウジ
ング１２のレセプタクル部端１２ｃに当接し、厚肉部分
４２ｃの内周面がレセプタクル部１６の基端部分の外周
面に密接した状態となり、薄肉部分４２ｂと光半導体素
子１４のキャップ側面とは僅かな間隙を有し、薄肉部分
４２ｂと球レンズ固定部との間にはある程度の空間が形
成されることになる。
【００２３】ケーシング４２の薄肉部分４２ｂには、球
レンズ固定部に対向する１箇所もしくは複数箇所（周方
向で均等に）に、予め樹脂注入のために径方向の貫通穴
４６（例えば、直径０．７mm程度）を形成しておく。
【００２４】光モジュール本体４０をケーシング４２に
挿入し、該ケーシング側面に設けた貫通穴４６から、熱
硬化性エポキシ樹脂（粘度１５Ｐａ・ｓ、Ｔｇ＝１１０
℃）をニードルによって注入する。その後、１００℃で
２時間以内の加熱処理を行い、硬化させる。これによっ
て、光半導体素子とハウジングの間隙部は紫外線硬化型
樹脂４４にり封止され、且つ全体が強固に結合される。
【００２５】つまり、この構成においては、光半導体素
子のキャップ上面とハウジングの端面は紫外線硬化型接
着剤で接着固定され、ケーシング内面と光半導体素子の
キャップ側面及びハウジング側面の少なくとも一部の間
隙部は熱硬化性樹脂で封止されている。従って、紫外線
硬化型接着剤による接着は、極く短時間で接着できるた
め光学的最適位置での結合作業が容易となるし、熱硬化
性樹脂を用いた封止により接着強度及び耐候性能の向上
を図ることができる。
【００２６】更に本発明の他の実施例としては、図示す
るのを省略するが、上記の光モジュール本体を複数個並
置し、それらが共通のケーシングで覆われ、熱硬化性樹
脂で封止されている構造もある。この典型的な例は、半
導体発光素子と半導体受光素子を組として一体化したダ
ブレットタイプの光モジュールである。これには、ケー
シングの構造を変えるだけで対応できる。
【００２７】なお、上記の各実施例では光モジュール本
体の組み立てに紫外線硬化型接着剤を用いているが、そ
れに限らず部材の材質などに応じて任意の接着剤、接合
方法を用いてよいことは言うまでもない。レンズの形状
や構造、レンズの固定構造なども任意でよい。ケーシン
グの構造、光モジュール本体の配列本数なども任意であ
る。
【００２８】
【発明の効果】本発明は上記のように、光半導体素子の
キャップ上面に直接、ハウジングの端面を接合固定した
構造であるため細径化が可能であり、従来技術では不可
能であった外径５．６mm以下の光モジュールを実現でき
る。そのため、ＬＣ型やＭＵ型など小型の光コネクタに
も対応可能となる。
【００２９】また本発明では、光モジュールの外殻を構
成するケーシングへの組み付けが、光半導体素子とハウ
ジングとの接合の後に独立に行えるために、ダブレット
タイプの光モジュールなどへも容易に適用でき、一層の
小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光モジュールの一実施例を示す説
明図。
【図２】ハウジングへの紫外線硬化型接着剤の塗布状態
を示す説明図。
【図３】接着工程を示す説明図。
【図４】本発明に係る光モジュールの他の実施例を示す
説明図。
【図５】その組立説明図。
【図６】光モジュール本体のケーシングへの挿入状態を
示す説明図。
【符号の説明】
１０ 球レンズ １２ 樹脂ハウジング １４ 光半導体素子 １６ レセプタクル部 １８ ボア ２０ 紫外線硬化型接着剤 ４２ ケーシング ４４ 熱硬化型樹脂
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 BA12 DA03 DA05 DA06 DA18 DA35 5F073 AB27 AB28 FA06 5F088 BA16 BA18 BB01 JA06 JA12 JA14 JA20

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 キャップ封止型の光半導体素子が、内部
    に光部品を収容しているハウジングに対して、該光部品
    の光軸上に位置するように芯だしして取り付けられてい
    る光モジュールにおいて、 光半導体素子のキャップ上面とハウジングの端面が衝き
    合わされた状態で接着固定されていることを特徴とする
    光モジュール。
  2. 【請求項２】 キャップ封止型の光半導体素子が、レン
    ズを内蔵すると共に接続相手の光プラグのフェルールを
    嵌合保持する構造のハウジングに対して、該レンズの光
    軸上に位置するように芯だしして取り付けられている光
    モジュールにおいて、 光半導体素子のキャップ上面とハウジングの端面が衝き
    合わされた状態で接着固定されていることを特徴とする
    光モジュール。
  3. 【請求項３】 光半導体素子のキャップ側面とハウジン
    グ側面の少なくとも一部を覆うようにケーシングを被せ
    て間隙部を樹脂封止した請求項１又は２記載の光モジュ
    ール。
  4. 【請求項４】 光半導体素子のキャップ上面とハウジン
    グの端面は紫外線硬化型接着剤で接着固定され、ケーシ
    ング内面と光半導体素子のキャップ側面及びハウジング
    側面の少なくとも一部の間隙部は熱硬化性樹脂で封止さ
    れている請求項３記載の光モジュール。
  5. 【請求項５】 請求項１又は２記載の光モジュールが複
    数個並置され、それらに共通のケーシングを被せ、間隙
    部が樹脂封止されている光モジュール。
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