JP2003043311A

JP2003043311A - 光モジュール及び光受信機

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Publication number: JP2003043311A
Application number: JP2001227892A
Authority: JP
Inventors: Koji Oura; 浩二大浦; Hiroo Uchiyama; 博夫内山; Hitomaro Togo; 仁麿東郷; Masaki Kobayashi; 正樹小林; Yuichi Fujita; 裕一藤田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】光受信機の光−電気変換部分での放熱特性、
高周波特性を向上させる。【解決手段】プリアンプＩＣ１４より発生する熱は、
本体樹脂基板１７に設けたサーマルビアホール（スルー
ホール）２１４を介して背面の放熱板２１６に拡散され
る。また、光ファイバ被覆部１１０を有し先端部が被覆
除去されている光ファイバ１０については、光ファイバ
素線１１とセラミックキャリア基板１６とを光ファイバ
素線固定用接着剤１３によって接着固定するとともに、
光ファイバ被覆部を本体樹脂基板上に接着固定する光フ
ァイバ保持構造により、本体樹脂基板の変形による応力
が光ファイバ素線剥き出し部１１ａによって緩和され
る。さらに、セラミックキャリア基板の裏面に形成され
た電極を本体樹脂基板の表面に形成されたランド上にＬ
ＧＡ又はＢＧＡで半田付けする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャリア基板上に
構成された光電変換された信号を増幅する素子が実装さ
れた光モジュール及び光受信機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信の適用領域は基幹系から加
入者網やＬＡＮ（Local Area Network）に拡大してきて
おり、光送受信モジュールの小型化、低価格化が重要な
課題となっている。中でも、部品コストを含めたモジュ
ール実装コストの低減のために生産性を考慮した光モジ
ュール設計が必要である。この課題をクリアするため
に、表面実装型光モジュ−ルの開発が盛んに行われてい
る。

【０００３】従来、このような分野の技術としては、信
学技報ＯＰＥ９８−５９（１９９８−０８）（発行：情
報通信学会），pp６７〜７２に記載されているものが知
られている。図１１はこの文献において、表面実装型光
モジュールの中で最も基本となるプリアンプ内蔵型ＰＤ
モジュールの組立イメージを示す。セラミックのフラッ
トパッケージ（以下、セラミックパッケージ）１１０６
内には、単品では扱いが難しい受光素子（以下、ＰＤ素
子）１１０２をあらかじめ受光素子キャリア１１０３に
実装した受光部（１１０２、１１０３）と、光ファイバ
Ｆの結合部を含む光学部を実装し、また、ＰＤ素子１１
０２からの電気信号を増幅するプリアンプＩＣ１１０７
が実装されている。なお、光ファイバＦはファイバ押さ
え１１０５により、その端部の結合素はブロック１１０
９により固定されている。

【０００４】光ファイバＦはＳｉ（シリコン）基板１１
０４上に精密加工されたＶ字型の溝に配置するだけで位
置決めされ、複雑な位置調整を必要としない。セラミッ
クパッケージ１１０６内にはプリアンプＩＣ１１０７の
安定動作に必要なチップコンデンサ１１０８も同時に内
蔵されている。また、光ファイバＦの着脱が可能な簡易
型光コネクタを採用することにより、半田リフロー工程
の作業や光ファイバＦの取扱いが極めて簡単となる。ま
た、光学系の構築後に、セラミックパッケージ１１０６
にフタ１１１０をかぶせ、その隙間に樹脂を充填するこ
とにより気密封止している。また、この表面実装型光モ
ジュールを外部電気回路基板に表面実装する場合には、
セラミックパッケージ１１０６に設けられたリードフレ
ーム１１０６ａと、不図示の外部電気回路基板表面の配
線導体とを半田などの導電性接続部材により電気的に接
続する。

【０００５】表面実装型光モジュ−ルは、電気部品と同
様にほとんどの構成部品がパッケ−ジ上方から実装可能
なため非常に製造し易く、複雑な生産装置も必要としな
いため、電気デバイス並の量産性が得られる。また完成
したモジュ−ルは、自動実装、リフローが可能なことか
ら、プリント基板上への実装コストも大幅に低減するこ
とができるため、光送受信機の製造コストを低く抑える
ことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の表面実装型光モジュールを適用した光受信機におい
ては、セラミックパッケージ１１０６内に搭載されたプ
リアンプＩＣ１１０７より発生する熱はリードフレーム
１１０６ａからのみしか外部に放出することができず、
放熱特性を上げることが困難であるという問題を有して
いた。また、上記従来の表面実装型光モジュールを外部
電気回路基板に表面実装する場合には、セラミックパッ
ケージ１１０６に設けられたリードフレーム１１０６ａ
と、外部電気回路基板表面の配線導体とを半田などの導
電性接続部材により電気的に接続するが、半田接続部で
高周波信号の反射が起こってしまい、高周波特性が悪化
するという問題を有していた。

【０００７】また、セラミックパッケージ１１０６、異
方性エッチング技術を用いて高精度に形成されたＶ溝を
有するＳｉ基板１１０４と、このＶ溝に対してさらに高
精度に形成された光半導体素子搭載用電極、又は位置決
め用マーカからなる実装用基板、及び簡易型光コネクタ
を用いることにより、製造費用の削減と量産性の向上は
図れるが、部品費用が高くなるため、これら部品の大量
生産を行わなければ利益が出ないという問題を有してい
た。

【０００８】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、放熱特性に優れた光モジュール及び光受信機を提供
することを目的とする。本発明はまた、高周波特性に優
れた光モジュール及び光受信機を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光モジュールは
上記目的を達成するために、キャリア基板上に光ファイ
バの素線の先端面と受光素子が光結合して固定されると
ともに、前記受光素子により光電変換された信号を増幅
するプリアンプ素子が実装されるように構成した。上記
構成により、高周波特性に優れた光モジュールを実現す
ることができる。

【００１０】本発明の光受信機は、請求項１記載の光モ
ジュールをサーマルビアホールが形成された本体基板の
表面上に実装するとともに、前記本体基板の裏面に放熱
板を取り付けように構成した。上記構成により、キャリ
ア基板上の部品が発生する熱が本体基板のサーマルビア
ホール及び放熱板を介して外部に放熱されるので、放熱
特性に優れた光受信機を実現することができる。

【００１１】本発明はまた、前記光ファイバの被覆部を
前記本体基板上に固定するように構成した。上記構成に
より、光ファイバの素線の先端面と受光素子がキャリア
基板上に固定されるとともに、キャリア基板と光ファイ
バの被覆部が本体基板上に固定されているので、熱によ
り本体基板が反った場合の変形による応力が光ファイバ
の素線と被覆部の隙間により吸収され、したがって、放
熱特性に優れた光受信機を実現することができる。ま
た、高価なセラミックキャリア基板を小型化して安価に
構成することができる。

【００１２】本発明はまた、前記キャリア基板の裏面に
形成されたリードレス形状の電極を前記本体基板の表面
に形成されたランド上に半田付けした。上記構成によ
り、半田接続部をリードフレームの半田付け部の長さよ
りも短くすることができ、高周波特性に優れた光受信機
を実現することができる。本発明は、請求項２から４の
いずれか１つに記載の光受信機であって、防塵、放熱作
用を有するケースをさらに備えた構造とした。上記構成
により、放熱特性に優れた光受信機及び光モジュールを
実現することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の第
１の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る
光モジュール（光受信機）における光―電気変換部分の
拡大斜視図を示す。図１において、光ファイバ１０の光
ファイバ素線１１の先端は、斜めに研磨して全反射面で
形成され、アルミナなどのようなセラミックからなる誘
電体基板であるキャリア基板（以下、セラミックキャリ
ア基板）１６上に搭載されている。セラミックキャリア
基板１６上にまた、フリップ・チップ・ボンディングに
より直接実装されているＰＩＮ−ＰＤなどからなる受光
素子１２が搭載され、光ファイバ素線１１の下側と受光
素子１２との間には、光ファイバ素線１１のクラッドと
屈折率の等しい屈折率整合接着剤の機能を有する光ファ
イバ素線固定用接着剤１３が充填されており、光ファイ
バ素線固定用接着剤１３は信号光の導波路を形成してい
る。このため、光ファイバ素線１１のコア間を伝搬して
きた信号光は、その先端の傾斜研磨面より全反射されて
受光素子１２の受光面に入射して光電変換される。

【００１４】また、受光素子１２からの電気信号を増幅
するプリアンプＩＣ１４と、プリアンプＩＣ１４の安定
動作に必要なチップコンデンサ１５がセラミックキャリ
ア基板１６上に実装されて受光部・高周波部が集積化さ
れている。この受光部・高周波部を集積化したセラミッ
クキャリア基板１６は、光受信機の電気回路を形成する
本体樹脂（例えばガラスエポキシ）基板１７上に実装さ
れている。本体樹脂基板１７上には光ファイバ固定用ブ
ロック１８が設けられており、光ファイバ固定用ブロッ
ク１８と光ファイバ固定用接着剤（以下、単に接着剤）
１９により光ファイバ被覆部１１０を本体樹脂基板１７
上に固定している。

【００１５】さらに上記の光受信機について詳細に説明
する。図２は図１の光受信機の側面断面図を示す。ここ
で、光通信などに使用される光−電気変換部分を含む受
光モジュール部は、高速応答特性、高周波特性、雑音特
性が良好で、光ファイバ素線１１と受光素子１２との光
結合効率が高く小型なものが必要とされる。図２におい
て、セラミックキャリア基板１６の部品搭載面上には、
ホトエッチング法、マスク蒸着などのような公知の方法
により金、銅、アルミニウムなどの（ストリップ）導体
材料のパターンによりマイクロ波などの高周波回路が形
成される。

【００１６】受光素子１２と、受光素子１２からの電気
信号を増幅するプリアンプＩＣ１４のベアチップを同一
セラミックキャリア基板１６上にフリップ・チップ実装
して、寄生インダクタンスの影響を除去している。ま
た、セラミックキャリア基板１６上には、プリアンプＩ
Ｃ１４の安定動作に必要なチップコンデンサ１５、及び
その他の必要なチップ部品が搭載される。セラミックキ
ャリア基板１６の内部には導体による高周波用伝送路が
形成され、セラミックキャリア基板１６の上面に形成さ
れている高周波回路と下面に設けられたキャリアパッド
２１１とを電気的に接続している。

【００１７】また、セラミックキャリア基板１６の下面
にあるリードレス形状の電極であるキャリアパッド２１
１は、光受信機の電気回路を形成する本体樹脂基板１７
上にある基板ランド２１３に半田バンプ２１２などの導
電性接続部材によりＢＧＡ（ボール・グリッド・アレ
イ）又はＬＧＡ（ランド・グリッド・アレイ）で電気的
に接続され、受光素子１２、及びプリアンプＩＣ１４な
どの高周波用半導体素子と本体樹脂基板１７との間で高
周波信号の入出力が行われる。このため、受光素子１
２、プリアンプＩＣ１４を含む受光部・高周波部を集積
化したセラミックキャリア基板１６は、図１１に示すよ
うなリードフレーム１１０６ａではなく、光受信機の電
気回路を形成する本体樹脂基板１７に対して半田バンプ
２１２などの導電性接着部材により短い長さの半田で電
気的に接続することによって、セラミックキャリア基板
１６と本体樹脂基板１７との間の電気的容量を極めて小
さく押さえることができるため、高周波特性を高めつつ
高密度実装が可能となる。

【００１８】本体樹脂基板１７は、例えばガラス繊維入
りエポキシ階層板などの印刷配線基板であって、ガラス
繊維入りエポキシ階層板の熱伝導率が小さいことに起因
する放熱性の低さを解決するためにサーマルビアホール
（スルーホール）２１４が設けられている。さらに、本
体樹脂基板１７の下面には、放熱グリース２１５を介し
てネジなどの締め付け方法で放熱板２１６が取り付けら
れている。セラミックキャリア基板１６の熱伝導率は、
本体樹脂基板１７の熱伝導率より非常に大きいので、プ
リアンプＩＣ１４より発生した熱は、セラミックキャリ
ア基板１６を介して本体樹脂基板１７に容易に伝達さ
れ、さらにセラミックキャリア基板１６の搭載部に設け
られたサーマルビアホール２１４及び放熱グリース２１
５を介してアルミなどの熱伝導率の大きい材質からなる
放熱板２１６から外部に放出される。

【００１９】受光素子１２と光ファイバ素線１１との光
結合部においては、コアを有する光ファイバ素線１１の
先端部を斜めに研磨して全反射を起こさせるか、あるい
は、その研磨面に金などの反射特性が良好な物質を蒸着
することにより反射を起こさせ、その研磨面で反射して
光ファイバ素線１１の下から出射した光をセラミックキ
ャリア基板１６上面に実装されている受光素子１２に入
射させる。光ファイバ素線１１の下側と受光素子１２と
の間には、光ファイバ素線１１のクラッドと屈折率の等
しい光ファイバ素線固定用接着剤１３が充填されてお
り、信号光の導波路を形成することによって、光の発
散、及び空気層と受光素子１２の受光面との境界面で起
こる光の反射を抑制するため、高い光結合効率が得られ
る。

【００２０】光ファイバ素線固定用接着剤１３は、例え
ば紫外線硬化型樹脂を使用し、光軸調整後に紫外線を照
射することによって、短時間に硬化作業を行うことがで
きる。また、光ファイバ素線１１は光ファイバ素線固定
用接着剤１３によりセラミックキャリア基板１６上面に
固定されるので、本体樹脂基板が反った場合であって
も、経時変化による受光感度の劣化が低減される。この
構成によれば、受光素子１２の受光面と電気信号の流れ
る方向（セラミックキャリア基板１６を介して受光素子
１２からプリアンプＩＣ１４への電気の流れる方向）が
同一であるから、電気信号の流れが途中で曲がることな
く直線的に流れるため、高速化・広帯域化が可能にな
り、また、光ファイバ素線１１の光軸の方向と電気信号
の流れる方向が同一であるから、装置の小型化が可能に
なる。

【００２１】光ファイバ１０は光ファイバ素線１１を覆
う光ファイバ被覆部１１０を有し、光ファイバ被覆部１
１０の先端が除去されて光ファイバ素線１１の先端が露
出している。そして、残った光ファイバ被覆部１１０の
先端部は、光受信機の電気回路を構成する本体樹脂基板
１７上に並列に２つ設けられている光ファイバ固定用ブ
ロック１８間に光ファイバ固定用接着剤１９によって接
着固定され、光ファイバ１０が自由に動くのを規制して
いる。光ファイバ固定用ブロック１８は、例えばミニモ
ールド、又は角型チップ部品などの汎用電子部品を用
い、他の電気部品と同様に本体樹脂基板１７上に実装す
る。光ファイバ固定用ブロック１８によって光ファイバ
固定用接着剤１９の溜まりをつくり、接着剤塗布・硬化
作業の向上を図り、また接着面積を確保して接着強度の
向上を図っている。

【００２２】光ファイバ固定用接着剤１９は粘度が高く
（１５００ＣＰ以上）、紫外線で硬化する樹脂が望まし
い。これは、上述のような光ファイバ固定用接着剤１９
をミニモールド、光ファイバ固定用ブロック１８間に搭
載された光ファイバ被覆部１１０に塗布する場合、光フ
ァイバ素線１１の剥き出し部１１ａ（図３参照）に光フ
ァイバ固定用接着剤１９が流れにくく、接着剤の塗布・
硬化作業を容易にするためである。（なお、光ファイバ
固定用接着剤１９が流れて被覆のない被覆除去部分にか
かると、光ファイバ固定用接着剤１９の温度特性による
熱収縮により光ファイバ１０の光結合部の受光感度の損
失変動が大きくなる。）

【００２３】図３は図１、図２に示す光受信機におい
て、本体樹脂基板１７の変形時におけるイメージ図を示
す。光受信機の電気回路を形成する本体樹脂基板１７
は、アルミなどからなる放熱板２１６上にネジ止めによ
り固定されている。本体樹脂基板１７とアルミ放熱板２
１６は熱膨張係数が異なるために、温度などの環境変化
によって本体樹脂基板１７は反ってしまう。この場合、
光ファイバ被覆部１１０は本体樹脂基板１７上に接着固
定されているため、熱変形などが生じれば光軸ずれを引
き起こす可能性が高くなる。

【００２４】そこで、本発明における光モジュール及び
光受信機では、（１）光ファイバ素線１１とセラミック
キャリア基板１６は光ファイバ素線固定用接着剤１３に
よって強固に固定されていること、（２）光ファイバ被
覆部１１０を本体樹脂基板１７上に接着固定することに
より、（光ファイバ被覆部１１０及び光ファイバ固定用
接着剤１９の弾性などにより）、例えばナイロン光ファ
イバ被覆部１１０により覆われている光ファイバ素線１
１の変位は、光ファイバ素線剥き出し部１１ａによって
緩和される。したがって、温度変化があっても光ファイ
バ素線１１と受光素子１２との光結合部１２ａに大きな
熱応力は発生せず、環境変化に対しても、光ファイバ素
線１１とセラミックキャリア１７上に実装された受光素
子１２間の光学的結合特性の劣化を防止することができ
る。（３）上記（１）、（２）により、高価なセラミッ
クキャリア基板１６を小型化して安価に構成することが
できる。

【００２５】図４（ａ）は本発明の第１の実施の形態に
おける光受信機の光ファイバ被覆部１１０の固定部を側
面断面図で示している。光ファイバ被覆部１１０を、本
体樹脂基板１７上に並列に２つ設けられている光ファイ
バ固定用ブロック１８間に紫外線硬化型接着剤を光ファ
イバ固定用接着剤１９として配置し、光ファイバ固定用
接着剤１９に紫外線（ＵＶ光）４５ａを真上から照射し
て接着固定する場合、ＵＶ光照射方向の反対側の光ファ
イバ被覆部１１０の下部に溜まる光ファイバ固定用接着
剤１９は、光ファイバ被覆部１１０によってＵＶ光４５
ａが遮れ、硬化しにくい。また、光ファイバ固定用ブロ
ック１８があるために、光ファイバ被覆部１１０の側面
方向からＵＶ光４５ａを照射して光ファイバ被覆１１０
の下部に溜まる接着剤１９を完全に硬化することも困難
である。

【００２６】このために、接着剤１９は、ＵＶ・熱併用
型接着剤を用いることが望ましい。ＵＶ照射により接着
剤１９の仮硬化を行った後、加熱することによって光フ
ァイバ被覆部１１０の下部に溜まる接着剤１９の未硬化
部を硬化させることができる。

【００２７】なお、上述する方法は、熱硬化工程が必要
となり、硬化炉などの設備、及び工数がかかりコスト的
には高くなる可能性がある。そこで別の方法として、機
械的強度は若干劣るが、光ファイバ被覆部１１０として
ＵＶが透過する材料、例えば透明シリコン樹脂とする方
法もある。また、光ファイバ固定用ブロック１８として
ミニモールドなどの汎用電子部品を用いず、ＵＶが透過
する材質のもの、例えばアクリルブロック、ガラスブロ
ックを適用することにより、光ファイバ被覆部１１０の
下部に溜まる紫外線硬化型接着剤１９を光ファイバ固定
用ブロック１８側面からのＵＶ照射により硬化させるこ
とができる。

【００２８】次に本発明の光モジュール及び光受信機の
第２の実施の形態について図４（ｂ）を用いて説明す
る。光結合部は第１の実施の形態と同様であり、特に光
ファイバ被覆部１１０の固定方法について説明する。図
４（ｂ）は光ファイバ被覆部１１０の固定方法を斜視図
で示し、光ファイバ被覆部１１０を跨いで並行に配置さ
れた２つの光ファイバ固定用ブロック１８を斜向かいに
配置した。斜向かいに配置された光ファイバ固定用ブロ
ック１８間に光ファイバ被覆部１１０を搭載し、光ファ
イバ被覆部１１０と光ファイバ固定用ブロック１８に紫
外線硬化型接着剤１９が付着するように塗布する。光フ
ァイバ固定用ブロック１８の側面から光ファイバ被覆部
１１０の下部に溜まる接着剤１９にＵＶ光４５ｂを照射
することが可能となり、ＵＶ硬化時における接着剤１９
の未硬化を防ぐことができる。

【００２９】次に本発明の光モジュール及び光受信機の
第３の実施の形態について説明する。本発明における光
モジュール及び光受信機では、光ファイバ１０の伝搬光
が先端の研磨面で全反射する場合、研磨面に塵埃・結露
が付着すると伝搬光の反射角・効率が変化し、受光感度
の劣化が生じる。また、受光素子１２、プリアンプＩＣ
１４などは、特性の安定化、高信頼性のため、湿気から
保護する必要がある。このため、通常、受光素子１２、
プリアンプＩＣ１４の光結合部１２ａ（図３参照）とこ
れらの半導体素子１２、１４はケース内に収納され、そ
のケースを気密封止することにより、外部の塵埃・湿気
から保護されている。

【００３０】図５（ａ）は本発明における光受信機の第
３の実施の形態、特に気密封止構造の側面断面図を示
し、斜視図を図５（ｂ）に示している。光結合部、光フ
ァイバの固定構造については第１、第２の実施の形態と
同様である。受光素子１２、プリアンプＩＣ１４を含む
受光部・高周波部を集積化したセラミックキャリア基板
１６を金属材よりなるシールドケース５３で覆うこと
で、外部の塵埃・湿気から保護するとともに、ノイズの
放出、あるいはノイズの侵入を防止している。シールド
ケース５３は光受信機の電気回路を形成する本体樹脂基
板１７上に半田５６などにより固定され、シールドケー
ス５３より引き出される光ファイバの導入部、及びシー
ルドケース５３と本体樹脂基板１７との隙間には、例え
ばシリコン樹脂５２のような軟質樹脂により封止を行
う。本発明の光受信機における受光部・高周波部は、１
枚の小型セラミックキャリア基板１６（１１×１１mm）
に集積化され、シールドケース５３の小型・薄型化が可
能となる。

【００３１】気密封止構造の別の形態を図６に示す。図
６に示す気密封止構造では、金属材よりなるシールドケ
ース５３を本体樹脂基板１７上に搭載する際、シールド
ケース５３と本体樹脂基板１７の間にゴムパッキン６６
を介し、ビス６７によりシールドケース５３を本体樹脂
基板１７に押し当てて固定する。また、シールドケース
５３より引き出される光ファイバ１０導入部にもゴムブ
ッシュ６８を介し、塵埃・湿気の侵入を防止する。

【００３２】次に本発明の光モジュール及び光受信機の
第４の実施の形態について説明する。本発明の光モジュ
ールでは、図２に示したようにプリアンプＩＣ１４より
発生する熱を本体樹脂基板１７に設けられたサーマルビ
アホール２１４、放熱グリース２１５、及びアルミなど
からなる放熱板２１６を介して外部に放出する。第４の
実施の形態として更なる放熱性の改善を目的としたシー
ルドケース５３による放熱構造を図７に示す。この放熱
構造ではプリアンプＩＣ１４より発生する熱を、プリア
ンプＩＣ１４の上面から、熱伝導率の大きい金属材から
なるシールドケース５３を介して外部への放熱を行う。
受光素子１２、プリアンプＩＣ１４を含む受光部・高周
波部を集積化したセラミックキャリア基板１６を金属材
からなるシールドケース５３により囲う場合、プリアン
プＩＣ１４の上面にシールドケース５３を押し当てるこ
とにより、プリアンプＩＣ１４より発生した熱はシール
ドケース５３に拡散され、シールドケース５３より外部
に放出される。

【００３３】さらに、シールドケース５３を半導体素子
であるプリアンプＩＣ１４に押し当てる場合、このプリ
アンプＩＣ１４の破壊を防止するため、プリアンプＩＣ
１４上面とシールドケース５３の間には熱伝導性オイル
７２を充填する。また、図７（ｂ）に示すように、シー
ルドケース５３のプリアンプＩＣ１４上面への押し当て
部には孔５３ａを設け、シールドケース５３を本体樹脂
基板１７上に搭載した後、シールドケース５３に設けら
れた孔５３ａよりディスペンサ７３を用いて熱伝導性オ
イル７２を塗布・充填する。上述した放熱構造により、
プリアンプＩＣ１４の上下面より発生した熱が拡散され
るため、特性の安定化、高信頼性が得られる。

【００３４】次に、本実施の形態の光受信機の組立工程
について、図８及び図９を参照して説明する。（１）ストリップ導体材料のパターンによりマイクロ波
などの高周波回路が形成された小型セラミックキャリア
基板（単にセラミックキャリアともいう）１６（１１×
１１mm）上に、受光素子１２、プリアンプＩＣ１４をベ
アチップ実装する。次に、プリアンプＩＣ１４の安定動
作に必要なチップコンデンサ１５、及びその他の必要な
チップ部品を実装し、受光部・高周波部を集積化したセ
ラミックキャリア基板１６が完成する。（２）光受信機の電気回路を形成する本体樹脂基板１７
上に、セラミックキャリア基板１６と他の電気部品とを
同時に搭載し、ＢＧＡ又はＬＧＡでリフロー実装を行
う。（３）アルミ放熱板２１６上に放熱グリース２１５を塗
布した後、セラミックキャリア基板１６を含む全ての電
気部品が実装された本体樹脂基板１７を放熱板２１６の
上に搭載し、ネジ止めを行う。

【００３５】（４）セラミックキャリア基板１６上にあ
る受光素子１２の受光面に光ファイバ素線固定用接着剤
１３を塗布する。塗布後、光ファイバ被覆部１１０を本
体樹脂基板１７上に２つ並列に実装された光ファイバ固
定用ブロック１８の間に載置し、光ファイバ素線１１の
先端部を受光素子１２の受光面に近接させ、受光素子１
２上に塗布された光ファイバ素線固定用接着剤１３に光
ファイバ素線１１の先端部を浸す。この時、光ファイバ
素線固定用接着剤１３が光ファイバ素線１１の先端の全
反射面に付着しないように注意を促す。受光素子１２に
逆バイアス電圧を印加させるとともに、光ファイバの片
端コネクタに赤外光源を接続し、受光素子１２の光入射
平面に対して、斜め研磨された光ファイバ素線１１を走
査する。斜め研磨された光ファイバ素線１１の先端部よ
り出射する光によって受光素子１２に生じる光電流を検
出し、最大光結合効率が得られるように光ファイバ素線
１１の位置を調整・位置決めする。調整後、光ファイバ
素線固定用接着剤１３にＵＶ光を照射して硬化させる。
また、光ファイバ素線固定用接着剤１３を硬化した後、
光ファイバ固定用ブロック１８間に載置してある光ファ
イバ被覆部１１０に紫外線硬化型樹脂１９を塗布し、Ｕ
Ｖ照射による硬化を行う。

【００３６】（５）光ファイバ１０が接続された本体樹
脂基板１７において、セラミックキャリア基板１６を囲
うようにシールドケース５３を搭載する。シールドケー
ス５３を半田５６などにより固定した後、シールドケー
ス５３と本体樹脂基板１７との隙間、及び光ファイバ１
０の導入部をシリコン樹脂５２あるいはゴムブッシュ６
８などにより気密封止する。（６）放熱板２１６に本体上ケース８６を被せてねじ止
めを行い、全ての組立工程が完了する。

【００３７】次に、上述した本発明の第４の実施の形態
の光受信機について、（４）光ファイバ素線１１の光軸
調整・組立工程に関し、工数を短縮する方法として、光
ファイバ素線１１と受光素子１２との光結合構造につい
て、受光素子１２をあらかじめ受光素子取り付け用キャ
リアに実装した素子（以下、受光素子チップキャリア）
と、精密加工されたＶ字型の溝を有するＳｉ基板を用い
る方法を第５の実施の形態として図１０を用いて説明す
る。

【００３８】図１０は上述する光結合構造を用いた、本
発明の第５の実施の形態における光受信機の側面断面図
を示す。精密加工されたＶ字型の溝を有するＳｉ基板１
００７と受光素子チップキャリア１００３を高精度にセ
ラミックキャリア１６上に実装し、光ファイバ素線１１
はＳｉ基板１００７上に精密加工されたＶ字型の溝に配
置するだけで位置決めされるようにした。位置決め後、
光ファイバ素線１１は接着剤１３によりＶ溝Ｓｉ基板１
００７上に固定される。

【００３９】以上のように本発明の第１〜第４の実施の
形態によれば、プリアンプＩＣ１４より発生する熱は、
本体樹脂基板１７に設けたサーマルビアホール（スルー
ホール）２１４を介して背面の放熱板２１６に拡散され
るため、光受信機の雑音特性、信頼性が改善される。ま
た、光ファイバ被覆部１１０を有し端部が被覆除去され
ている光ファイバ１０については、光ファイバ素線１１
とセラミックキャリア基板１６とを光ファイバ素線固定
用接着剤１３によって接着固定するとともに、光ファイ
バ被覆部１１０を本体樹脂基板１７上に接着固定する光
ファイバ保持構造により、本体樹脂基板１７の変形によ
る応力は光ファイバ素線剥き出し部１１ａによって緩和
されるので、高温・高湿下でも受光感度の特性劣化が起
こらない。また、セラミックキャリア基板１６を小型化
して安価にすることができる。

【００４０】また、受光素子１２、プリアンプＩＣ１４
を含む受光部・高周波部は１枚の小型セラミックキャリ
ア基板１６（１１×１１mm）に集積化されているため、
光受信機の電気回路を形成する本体樹脂基板１７上に、
他の電気部品と同時に自動実装、リフローが可能であ
る。また、受光部・高周波部を集積化したセラミックキ
ャリア基板１６を、光受信機の電気回路を形成する本体
樹脂基板１７に半田バンプ２１２などの導電性接着部材
により電気的に接続することにより、セラミックキャリ
ア基板１６と本体樹脂基板１７との間の電気的容量を極
めて小さく押さえることができるため、高周波特性を高
めつつ高密度実装が可能となる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、高周波特性に優れた光モジュールを実現する
ことができる。請求項２記載の発明によれば、キャリア
基板上の部品が発生する熱が本体基板のサーマルビアホ
ール及び放熱板を介して外部に放熱されるので、放熱特
性に優れた光受信機を実現することができる。請求項３
記載の発明によれば、光ファイバの素線の先端面と受光
素子がキャリア基板上に固定されるとともに、キャリア
基板と光ファイバの被覆部が本体基板上に固定されてい
るので、熱により本体基板が反った場合の変形による応
力が光ファイバの素線と被覆部の隙間により吸収され、
したがって、放熱特性に優れた光受信機を実現すること
ができる。また、高価なセラミックキャリア基板を小型
化して安価に構成することができる。請求項４記載の発
明によれば、半田接続部をリードフレームの半田付け部
の長さよりも短くすることができ、高周波特性に優れた
光受信機を実現することができる。請求項５記載の発明
によれば、放熱特性に優れた光受信機及び光モジュール
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光モジュール
及び光受信機における光―電気変換部分の拡大斜視図

【図２】図１の光モジュール及び光受信機の側面断面図

【図３】図２の光モジュール及び光受信機の本体樹脂基
板の変形を示す説明図

【図４】図１の光モジュール及び光受信機の光ファイバ
被覆固定部を示す図（ａ）側面断面図（ｂ）他の実施例を示す斜視図

【図５】図１の光モジュール及び光受信機の気密封止構
造を示す図（ａ）側面断面図（ｂ）内部構造概略図

【図６】図１の光モジュール及び光受信機の他の気密封
止構造を示す図（ａ）側面断面図（ｂ）内部構造概略図

【図７】図１の光モジュール及び光受信機の上方放熱構
造を示す図（ａ）側面断面図（ｂ）主要部の拡大斜視図

【図８】図１の光モジュール及び光受信機の光モジュー
ル内部構造を示す概略図

【図９】図１の光モジュール及び光受信機の組立工程を
示すフローチャート

【図１０】本発明の他の実施の形態の光モジュール及び
光受信機を示す側面断面図

【図１１】従来の光モジュール及び光受信機の主要部を
示す拡大斜視図

【符号の説明】

１０光ファイバ１１光ファイバ素線１１ａ光ファイバ素線剥き出し部１２受光素子１３光ファイバ素線固定用接着剤１４プリアンプＩＣ１５チップコンデンサ１６セラミックキャリア基板１７本体樹脂基板１８光ファイバ固定用ブロック１９光ファイバ固定用接着剤１１０光ファイバ被覆部２１１キャリアパッド２１２半田バンプ２１３基板ランド２１４サーマルビアホール２１５放熱グリース２１６放熱板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者東郷仁麿神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１号松下通信工業株式会社内 (72)発明者小林正樹神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１号松下通信工業株式会社内 (72)発明者藤田裕一神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１号松下通信工業株式会社内Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA11 CA10 DA03 DA04 DA06 5F088 AA01 BA02 BA15 BB01 EA07 JA03 JA14 JA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャリア基板上に光ファイバの素線の先
端面と受光素子が光結合して固定されるとともに、前記
受光素子により光電変換された信号を増幅するプリアン
プ素子が実装された光モジュール。
【請求項２】請求項１に記載の光モジュールをサーマ
ルビアホールが形成された本体基板の表面上に実装する
とともに、前記本体基板の裏面に放熱板を取り付けた光
受信機。
【請求項３】前記光ファイバの被覆部を前記本体基板
上に固定した請求項２に記載の光受信機。
【請求項４】前記キャリア基板の裏面に形成されたリ
ードレス状の電極を前記本体基板の表面に形成されたラ
ンド上に半田付けした請求項２又は３に記載の光受信
機。
【請求項５】請求項２から４のいずれか１つに記載の
光受信機であって、さらに防塵、放熱作用を有するケー
スを備えた光受信機。