JP2003101118A - 光伝送モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一基板に表面実装が可能であり、光の利用
効率を向上できる。 【解決手段】 モールド樹脂３５における半導体レーザ
素子３２の出射端面の側方にミラ一部３７を形成すると
共に、出射光３９の光路と入射光４０の光路とを独立に
設ける。こうして、半導体レーザ素子３２からの出射光
を効率よく上方に光路変喚する。したがって、表面入射
形の受光素子３３と端面出射形の半導体レーザ素子３２
とを同一回路基板３１上に表面実装することができる。
その場合、出射光３９のみがミラ一部３７で反射される
ため、送信光のみに上記反射による約３２％の損失が生
ずる。したがって、発光素子から受光素子までのミラー
ロスを十分小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、データを光に載
せて空間を伝送する光伝送モジュールに関し、特に光源
として半導体レーザ素子を用いた光伝送モジュールに関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは、高速変調が可能である
ため、発光ダイオードに比して電力‐光変換効率が高
い。そのために、光伝送用光源として有望である。半導
体レーザ素子を発光素子として用いた空間伝送用の光伝
送モジュールを構成する際には、上記半導体レーザ素子
としては、低価格な端面出射タイプのものが用いられ
る。一方において、受光素子は大面積のものが要求さ
れ、表面受光形の素子が用いられる。

【０００３】通常、光伝送モジュールにおいては、上記
半導体レーザ素子と受光素子とは互いに対向して用いら
れるため、半導体レーザ素子からの光信号の放射方向
と、受光素子における最大の受信信号が得られる受光方
向とを一致させておく必要がある。しかしながら、端面
出射形半導体レーザ素子と表面受光形受光素子とは、夫
々の光軸を素子基板に対して平行および垂直にして光の
入出力を行う為、上記素子基板上に実装した際に、互い
の光の入出力方向が９０度ずれるという問題が生じる。

【０００４】この問題を解決する方法として、例えば特
開２０００‐４０６７号公報に開示されているような光
半導体モジュールがある。図１０は、上記光半導体モジ
ュールの側面図であり、半導体レーザ１と受光素子２と
がモールド樹脂３によって一体に封止されている。モー
ルド樹脂３の上面における受光素子２の直上には、受光
素子２と対向する傾斜面５を有する切り欠き部４が形成
されており、傾斜面５は反射ミラーの役割を担ってい
る。

【０００５】本光半導体モジュールにおいて、上記半導
体レーザ１から出射された光は、切り欠き部４の垂直面
６から一旦モールド樹脂３の外へ出る。そして、傾斜面
５でその一部が上方に反射され、光７となってもう一対
の光半導体モジュール(図示せず)に向って進む。一方、
上記他方の光半導体モジュールから放射されて、光７に
平行逆向きに進む信号光８は、その一部が切り欠き部４
の傾斜面５を透過して受光素子２に入射するようになっ
ている。

【０００６】さらに、上記特開２０００‐４０６７号公
報には、図１１(a)に示す受光素子部と図１１(b)に示す
発光素子部とを有する光半導体モジュールが開示されて
いる。本光半導体モジュールにおける発光素子部は、発
光ダイオード１１によって構成されている。したがっ
て、受光素子１２と同じく表面入出力形素子である。こ
の光半導体モジュールにおける受光素子１２に入射する
光１３は、モールド樹脂１４に形成されたレンズ１５を
通って切り欠き部１６の反射面１７で反射されて、回路
基板１８に実装された受光素子１２へ入射される。一
方、発光ダイオード１１から出射した光１９は大部分が
上方へ放射され、モールド樹脂２０に形成された切り欠
き部２１の反射面２２で反射された後、レンズ２３を通
って空間へ放射される。その場合に、レンズ２３によっ
て放射角度の制御が行われる。

【０００７】尚、図１１に示す光半導体モジュールの場
合には、発光素子として半導体レーザを用いた例の説明
はない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光半導体モジュールには以下のような問題がある。
すなわち、図１１に示す光半導体モジュールは、受光素
子部および発光素子部にはモールド樹脂１４,２０にレ
ンズ１５,２３が形成されており、切り欠き部１６,２１
の反射面１７,２２の反射率を上げることで受光素子部
および発光素子部共に光の利用効率を向上させることが
できる。しかしながら、次のような問題がある。

【０００９】１．上記発光素子部に端面出射形半導体レ
ーザ素子を適用させる場合には、上記切り欠き部２１の
反射面２２で反射させずに、出射端面から水平方向に出
射された光をそのままレンズ２３から出射させることが
考えられる。しかしながら、その場合には、出射端面を
レンズ２３における光軸中心に合わせる必要があり、図
１０に示す光半導体モジュールの場合と同様に、端面出
射形半導体レーザ素子を台座に乗せる必要が生ずる。

【００１０】２．光出射時および受光時の何れの場合
も、モールド樹脂１４,２０における反射面１７,２２の
反射率が７０％程度にとどまり、発光素子から受光素子
へ到達するまでのミラーロスが０.７×０.７＝約３dＢ
にもなる。

【００１１】また、図１０に示す光半導体モジュールの
場合には次の様な問題がある。 １．図１１に示す光半導体モジュールのようなレンズが
形成されていないため、出射光の放射角度を制御するこ
とができない。 ２．上記半導体レーザ１と受光素子２との実装の高さを
変える必要があり、半導体レーザ１を台座９に乗せる必
要がある。 ３．上記半導体レーザ１からの出射光の経路と受光素子
への入射光の経路とが完全に分離されておらず、傾斜面
(反射ミラー)５を共有している。そのために、上記半導
体レーザ１から出射された光を効率よく空間へ放射する
ために傾斜面５の反射率を上げると、他の光半導体モジ
ュールからの信号光８の透過率が下がり、逆に受信光８
の透過率を上げると半導体レーザ１の出射光を効率よく
空間へ放射できない。そのために、光を有効に利用する
ことができない。

【００１２】そこで、この発明の目的は、同一基板に表
面実装が可能であり且つ光の利用効率を向上できる半導
体レーザを用いた光伝送モジュールを提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、回路基板上に半導体レーザ素子およ
び受光素子が実装され,上記回路基板上における半導体
レーザ素子および受光素子が樹脂で封止された光伝送モ
ジュールにおいて、上記樹脂の表面で構成されると共
に,上記半導体レーザ素子から出射されて上記樹脂内を
進む光を上記回路基板の表面に対して略垂直方向へ反射
させるミラー部を備えて、上記樹脂の表面における上記
受光素子に対向する部分は,外部より到来した信号光を
上記回路基板の素子実装面側から上記受光素子へ入射さ
せるようになっており、上記半導体レーザ素子からの出
射光の経路と上記受光素子への入射光の経路とは互いに
分離して設けられていることを特徴としている。

【００１４】上記構成によれば、回路基板上に実装され
た半導体レーザ素子から出射された光は、上記半導体レ
ーザ素子を封止している樹脂内を進み、この樹脂の表面
で構成されたミラー部によって上記回路基板の表面に対
して略垂直方向へ反射されて放射される。一方、外部よ
り到来した信号光は、上記受光素子に対向している上記
樹脂の表面によって、上記回路基板の素子実装面側から
上記受光素子へ入射される。

【００１５】したがって、表面入射形の受光素子と端面
出射形の半導体レーザ素子とを同一の回路基板上に表面
実装することが可能になる。さらに、上記半導体レーザ
素子からの出射光のみがミラー部によって反射されるた
め、上記出射光と上記受光素子への入射光との両方が反
射される図１１に示す従来の光半導体モジュールの場合
に比してミラーロスが低減される。したがって、光の利
用効率が向上される。

【００１６】また、１実施例では、上記第１の発明の光
伝送モジュールにおいて、上記ミラー部の反射面に対す
る法線と上記半導体レーザ素子からの出射光の光軸とが
成す角度は５０度以上であり、上記樹脂の表面で構成さ
れると共に,上記ミラー部で反射された光の上記樹脂の
外部へ放射方向を上記回路基板の表面に対して略垂直方
向に制御するレンズを備えている。

【００１７】この実施例によれば、上記ミラー部の反射
面に対する法線と上記半導体レーザ素子からの出射光の
光軸とが成す入射角度は５０度以上である。したがっ
て、図４に示すように、８０％以上の反射率を得ること
ができ、光の利用効率が更に向上される。さらに、上記
入射角度の広角度化に起因して上記回路基板の表面に対
して垂直方向からずれた上記ミラー部による反射方向
が、上記樹脂の表面で構成されたレンズによって上記垂
直方向に向くように制御される。

【００１８】また、１実施例では、上記第１の発明の光
伝送モジュールにおいて、上記レンズの焦点は、上記半
導体レーザ素子における光出射点の上記ミラー部の反射
面に対する虚像の位置の近傍に位置するようになってい
る。

【００１９】この実施例によれば、上記半導体レーザ素
子における光出射点の上記ミラー部の反射面に対する虚
像の位置の近傍に、上記レンズの焦点が位置している。
従って、上記半導体レーザ素子から出射して上記ミラー
部で反射された光は、上記回路基板の表面に対してより
垂直方向へ放射される。

【００２０】また、１実施例では、上記第１の発明の光
伝送モジュールにおいて、上記ミラー部は複数の反射面
を有しており、上記半導体レーザ素子からの出射光は,
上記複数の反射面で順次反射されて上記回路基板の表面
に対して垂直方向へ放射されるようになっている。

【００２１】この実施例によれば、上記半導体レーザ素
子からの出射光は上記ミラー部の複数の反射面で順次反
射されるため、個々の反射面の傾斜角度を小さく(つま
り、入射角度を大きく)して高い反射率を得ることと、
上記ミラー部で反射された光を上記回路基板の表面に対
して垂直方向へ放射することとが、両立される。

【００２２】また、１実施例では、上記第１の発明の光
伝送モジュールにおいて、上記ミラー部における複数の
反射面は、上記回路基板の表面に対する傾斜角度がβで
ある第１反射面と、上記第１反射面に連なると共に,上
記回路基板の表面に対する傾斜角度が(β＋４５度)であ
る第２反射面とで構成されている。

【００２３】この実施例によれば、第１反射面の入射角
αと第１反射面の傾斜角度βとの間には「α＝９０度−
β」の関係があり、第２反射面の入射角α'と上記傾斜角
度βとの間には「α'＝４５度＋β」の関係がある。した
がって、上記傾斜角度βを１５度≦β≦３０度に設定す
ることによって、端面出射形半導体レーザ素子を用いた
場合に、上記第１,第２反射面の何れにおいても入射角
度α,α'を６０度以上にして高い反射率を得ると共に、
上記第２反射面からの反射光の方向を上記回路基板の表
面に対して垂直にすることが可能になる。

【００２４】また、第２の発明は、回路基板上に半導体
レーザ素子および受光素子が実装され,上記回路基板上
における半導体レーザ素子および受光素子が樹脂で封止
された光伝送モジュールにおいて、上記半導体レーザ素
子の少なくとも光出射端面はゼリー状樹脂によって覆わ
れていることを特徴としている。

【００２５】上記構成によれば、回路基板上に実装され
た半導体レーザ素子の少なくとも光出射端面がゼリー状
樹脂によって覆われているため、効果的に応力歪から保
護される。こうして、長期信頼性が向上される。

【００２６】また、第３の発明は、回路基板上に半導体
レーザ素子および受光素子が実装され,上記回路基板上
における半導体レーザ素子および受光素子が樹脂で封止
された光伝送モジュールにおいて、上記樹脂は、少なく
とも上記半導体レーザ素子および受光素子を覆う第１樹
脂と、上記半導体レーザ素子からの出射光の経路および
上記受光素子への入射光の経路のうち少なくとも何れか
一方が貫通されると共に,上記第１樹脂とは異なる機能
を有する第２樹脂で構成されていることを特徴としてい
る。

【００２７】上記構成によれば、例えば、回路基板上に
実装された半導体レーザ素子および受光素子を覆うと共
に、上記受光素子への入射光の経路によって貫通される
ように第１樹脂を形成する一方、上記半導体レーザ素子
からの出射光の経路によって貫通されるように第２樹脂
を形成することが可能になる。その場合には、上記第
１,第２樹脂がエポキシ系樹脂で構成され、上記第２樹
脂にのみ放射光の指向半値角度の補正用にシリコン系樹
脂のフィラーが混入されることによって、フィラーの吸
湿性に起因する上記半導体レーザ素子および受光素子の
信頼性低下、フィラーの光散乱性に起因する上記受光素
子に対する受光量の低下が防止される。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。 ＜第１実施の形態＞図１は、本実施の形態の光伝送モジ
ュールにおける断面図である。図１において、３１は回
路基板、３２は半導体レーザ素子、３３は受光素子、３
４はレーザ駆動用回路および受信信号増幅用プリアンプ
を構成するＩＣ(集積回路)、３５はモールド樹脂、３
６,３６'はモールド樹脂一体形成形レンズである。本実
施の形態における特徴は、回路基板３１一端部に位置す
るモールド樹脂３５における半導体レーザ素子３２の出
射端面の側方に設けられた４５度反射ミラー部３７であ
る。この４５度反射ミラー部(以下、単にミラー部と言
う)３７は、半導体レーザ素子３２から出射されたレ―
ザ光を反射してモールド樹脂一体形成形レンズ(以下、
単にレンズと言う)３６に導くものである。

【００２９】上記半導体レーザ素子３２は、回路基板３
１表面における一側部に出射端面を外側のミラー部３７
に向けて搭載されて、プリコート樹脂３８で覆われてい
る。受光素子３３は、回路基板３１表面における他側が
わに受光面を上方に向けて搭載されている。ＩＣ３４
は、回路基板３１表面における半導体レーザ素子３２と
受光素子３３との間に搭載されている。半導体レーザ素
子３２,受光素子３３,ＩＣ３４及び回路基板３１表面
は、モールド樹脂３５で覆われている。さらに、モール
ド樹脂３５は、半導体レーザ素子３２側においてミラー
部３７を形成すると共に、回路基板３１の上記一側端か
ら外側に突出している。レンズ３６はモールド樹脂３５
表面におけるミラー部３７の直上に形成されており、レ
ンズ３６'はモールド樹脂３５表面における受光素子３
３の受光面の直上に形成されている。

【００３０】以下、本光伝送モジュールにおける更に詳
細な構造および発光時の動作について説明する。本光伝
送モジュールの発光素子は、回路基板３１としてのＧa
Ａs基板上に形成された発振波長８９０nmの半導体レー
ザ素子３２であり、通常の端面出射形レーザ素子であ
る。回路基板３１上には電極パターン(図示せず)がフィ
ルム転写されて形成されており、半導体レーザ素子３
２,受光素子３３およびＩＣ３４は夫々上記電極パター
ン上に実装されている。その際に、半導体レーザ素子３
２の出射端面は、回路基板３１の上記一側端から１００
μm程度内側の位置に配置されている。

【００３１】通常、上記半導体レーザ素子３１からの出
射光は、垂直方向に約１５度以下の広がりに収まってお
り、本半導体レーザ素子３２の出射端面から出射した光
は回路基板３１で反射・吸収されることはない。すなわ
ち、総ての出射光は、モールド樹脂３５に形成された空
気との界面(ミラー部３７)へ到達するのである。ミラー
部３７は反射ミラーの役割を有しており、樹脂の屈折率
が１.５程度の場合における入射角度が４５度での反射
ミラー部３７の反射率は約６８％である。そして、ミラ
ー部３７で反射された６８％の光はそのまま回路基板３
１に垂直な方向へ進み、モールド樹脂３５の上部に形成
されたレンズ３６でその進行角度が制御された後、空間
へと放射される。尚、本実施の形態においては、ミラー
部３７の垂直方向の幅を２００μmとした。この場合、
半導体レーザ素子３２の出射端面は回路基板３１の上記
一側端から１００μm程度の位置に配置されているた
め、±１５度程度の指向半値角度のレーザ光であれば略
総ての光がミラー部３７に到達する。尚、ミラー部２７
での反射率は樹脂の屈折率とレーザ光の出射角度広がり
とに依存するが、樹脂の屈折率が１.５でレーザ光の指
向半値角が±１０度程度であれば、反射率は６８％とな
る。

【００３２】次に、本光伝送モジュールの製造方法につ
いて説明する。先ず、回路基板３１上に、半導体レーザ
素子３２,受光素子３３およびＩＣ３４を実装して、ワ
イヤボンディングを行う。その後、半導体レーザ素子３
２は、シリコン系樹脂で成るプリコート樹脂３８によっ
て、レーザチップ全体が覆われる程度にコーティング
(プリコート)される。このシリコン系樹脂３８は、硬化
時の状態がゼリー状であり、レーザチップを応力歪から
保護する役割を有している。

【００３３】尚、実験的に、上記プリコート樹脂３８と
してゼリー状の樹脂が優れていることを見出しており、
それより硬度が高いゴム状の樹脂では良好な特性が得ら
れない。ＪＩＳ‐Ａ硬度で表せば、上記ゼリー状樹脂は
硬度が略０であり、ゴム状樹脂は硬度が約２０以上とな
る。ゼリー状樹脂の場合には、ゼリー状の度合を表わす
方法として針入度((mm×１０)：針はＪＩＳ Ｋ２２３５
使用)が用いられ、とりわけプリコート樹脂３８として
は針入度５０以上が望ましい。本実施の形態において
は、一例として東レ・ダウコーニング・フリコーン社のオ
ルガノポリシロキサンを主成分とするシリコン系樹脂
(ＪＣＲ６１０９Ｓ)を用いた。このシリコン系樹脂の針
入度は１５０(mm×１０)である。半導体レーザ素子３２
に対するゼリー状シリコン系樹脂３８でのプリコートに
よる信頼性向上効果は、どのようなレンズ構造であって
も得ることができ、本実施の形態のレンズ３６,３６'の
構造に限ったものではない。

【００３４】その後、上記回路基板３１上に、金型を用
いて樹脂をトランスファーモールドしてモールド樹脂３
５を形成する。その際に、レンズ３６,３６'が同時に形
成されるような金型を用いることができる。図２は、図
１に示すモールド樹脂３５を形成するための金型４１,
４２を例示したものである。基板固定用金型４１の凹部
４３に、半導体レーザ素子３２,受光素子３３およびＩ
Ｃ３４が実装された回路基板３１を嵌合し、上部より金
型４２を押圧する。その場合における金型４１,４２の
面精度としては、ミラー部３７に対応する個所４５に関
してはレンズ３６,３６'に対応する個所４４,４５'の面
精度と同等のものであればよく、従来の金型作製技術を
適用することが可能である。金型４１と金型４２との間
には樹脂を流し込むための注入口(図示せず)があり、こ
の注入口より樹脂がトランスファーされてモールドされ
る。そして、樹脂が硬化した後、モールド樹脂３５と一
体化された回路基板３１を取り出し、破線４６の位置で
ダイシング分割して各光伝送モジュールに切り出され
る。

【００３５】上述したように、本実施の形態において
は、モールド樹脂３５における半導体レーザ素子３２の
出射端面の側方に４５度の傾斜面でなるミラ一部３７を
形成すると共に、ミラ一部３７を含む半導体レーザ素子
３２からの出射光３９の光路と受光素子３３への入射光
４０の光路とを互いに分離するように設けている。した
がって、半導体レーザ素子３２から出射した光を効率よ
く上方に光路変喚することができる。これによって、表
面入射形の受光素子３３と端面出射形の半導体レーザ素
子３２とを同一回路基板３１上に表面実装することが可
能になり、低価格な端面出射形半導体レーザ素子３２を
光伝送モジュールに適用することが可能になるのであ
る。

【００３６】その場合、上記半導体レーザ素子３２から
の出射光３９はミラ一部３７で反射されるため、送信光
には上記反射によって約３２％の損失が生ずる。しかし
ながら、受信光はミラーを通過することなく受光素子３
３に到達するために損失は生じない。したがって、半導
体レーザ素子３２から対向する光伝送モジュールの受光
素子までのミラーロスは約０.６８＝約１.５dＢであ
り、上記従来の光半導体モジュールに比して十分小さく
できるのである。

【００３７】また、上記ミラ一部３７をモールド樹脂３
５の側面に形成している。したがって、半導体レーザ素
子３２からの出射光３９用のレンズ３６をモールド樹脂
３５の表面に形成することが可能になり、モールド樹脂
３５の形成時にレンズ３６を形成することが可能にな
る。

【００３８】尚、本実施の形態においては、上記モール
ド樹脂３５の形成後に、ミラー部３７にＡl等の金属膜
を蒸着することでミラー部３７での反射率を向上させる
ことも可能である。また、本実施の形態においては、半
導体レーザ素子３２を回路基板３１の一端部に実装して
いるが、回路基板３１の上記一端部は更に側方に延在し
ていても差し支えない。また、ミラー部３７の垂直方向
の幅を２００μmとしているが、勿論さらに垂直方向に
４５度の角度で延在していても構わない。

【００３９】また、本実施の形態においては、上記半導
体レーザ素子３２と受光素子３３とを同一回路基板３１
の同一平面上に実装するようにしているが、平行な異な
る高さの平面に実装することも可能である。

【００４０】＜第２実施の形態＞本実施の形態は、上記
第１実施の形態におけるミラー部３７の反射面の傾斜角
度を大きくして反射率を向上させて、更なる低損失化を
実現するものである。図３は、本実施の形態における光
伝送モジュールにおける回路基板５１端部の部分拡大図
である。回路基板５１,半導体レーザ素子５２,ＩＣ５
３,モールド樹脂５４,レンズ５５およびプリコート樹脂
５７は、上記第１実施の形態における図１に示す回路基
板３１,半導体レーザ素子３２,ＩＣ３４,モールド樹脂
３５,レンズ３６およびプリコート樹脂３８と同様であ
る。

【００４１】ミラー部５６は、上記第１実施の形態の場
合と同様に、回路基板５１一端部に位置するモールド樹
脂５４における半導体レーザ素子５２の出射端面の側方
に、モールド樹脂５４形成時に形成される。但し、反射
面の法線と光線とが成す角度αを６０度としている。図
４は、反射面の法線と光線とが成す角度(入射角度α)と
光の反射率との関係を示す。図４より、６０度以上の入
射角度αで９４％以上の反射率を得ることができ、実用
上有効であることが分る。

【００４２】但し、上記ミラー部５６の入射角度αが、
上記第１実施の形態における４５度から本実施の形態の
ごとく６０度に変化すると、図３に示すように反射後の
光軸の進行方向が上記第１実施の形態の場合よりも右回
りに３０度傾斜する。したがって、半導体レーザ素子５
２の光出射点のミラー部５６の反射面に対する虚像の位
置が、レンズ５５の焦点位置ＧよりもＩＣ５３側(図中
左側)にずれてしまう。そこで、本実施の形態において
は、光出射点の上記虚像の位置がレンズ５５の焦点位置
Ｇの近傍になるように、ミラー部５６の位置を回路基板
５１の外側(図中右側)にずらしておくのである。そうす
ることによって、レンズ５５を通過したミラー部５６の
反射光は、略上方へ向って放射されるのである。これ
は、レンズ５５の焦点位置Ｇが上記光出射点の位置と光
学的に等価であることを意味している。尚、上述のごと
くミラー部５６の位置を外側(図中右側)ずらす代りに、
レンズ５５の位置を内側(図中左側)にずらしても構わな
い。

【００４３】また、実際の光伝送モジュールにおいて
は、各光伝送モジュール間における位置合わせの冗長度
を高めるために、放射光の指向半値角度を±１０度〜±
１５度程度に設定している。しかしながら、本実施の形
態においては、半導体レーザ素子５２の光出射点のミラ
ー部５６の反射面に対する虚像の位置が、レンズ５５の
焦点位置Ｇになるようになっている。そのために、放射
光の指向半値角度は殆ど０度である。そこで、レンズ５
５の形状はそのままでフィラー５９をモールド樹脂５４
中に混入するのである。そして、混入するフィラー５９
の濃度を変えることによって、簡単に指向半値角度を制
御することが可能になるのである。

【００４４】その場合における上記フィラー５９の材料
としては、使用レーザ光の波長において吸収がなく、モ
ールド樹脂５４の材料と若干屈折率が異なるものを用い
ればよい。例えば、モールド樹脂５４としてエポキシ系
樹脂(屈折率≒１.５５)を用いる場合には、フィラー５
９としてはＳiＯ₂樹脂(屈折率≒１.４５)を用いればよ
い。その場合の混入率は、エポキシ系樹脂(モールド樹
脂５４)に対するＳiＯ₂樹脂(フィラー５９)の重量比が
２パーセント程度になるようにする。

【００４５】本実施の形態においては、上記第１実施の
形態の場合と同様に、半導体レーザ素子５２と受光素子
(図示せず)とは同一のモールド樹脂５４で覆われてお
り、上記受光素子への光路の部分にもフィラー５９が存
在している。したがって、フィラー５９の混入量が増加
すると上記受光素子前面(図中上面)での光散乱が増える
ため受信光量が減少するという問題が生ずる。更には、
フィラー５９として用いられるシリコン系樹脂は、モー
ルド樹脂５４としてのエポキシ系樹脂と比較して水分透
過率が２０倍程度高い。したがって、シリコン系樹脂を
含有したモールド樹脂５４によって半導体レーザ素子５
２,上記受光素子およびＩＣ５３が覆われていると、高
湿度環境において各素子が水分に曝され、著しく信頼性
が低下する懸念がある。

【００４６】上記懸念を解決するために、本実施の形態
においては、図５に示す方法によって、受光素子の部分
にフィラー５９が入らないようにモールド樹脂５４を形
成するのである。そうすることによって、受光素子部に
フィラーが入らず且つ各素子が外部環境に対してエポキ
シ系樹脂で覆われて、受光量の減少が少なく、耐湿性が
高く、指向半値角度を簡単に制御できるモールド構造を
得ることができるのである。

【００４７】すなわち、図５(a)に示すように、上記回
路基板５１上に、半導体レーザ素子５２,受光素子６０
およびＩＣ５３を実装した後、上記第１実施の形態の場
合と同様に、半導体レーザ素子５２を、シリコン系樹脂
で成るプリコート樹脂５７でプリコートする。このシリ
コン系樹脂５７は、上記第１実施の形態の場合と同様
に、ＪＩＳ‐Ａ硬度が略０のゼリー状樹脂である。

【００４８】続いて、基板固定用金型６１の凹部６３に
各素子５２,６０,５３が実装された回路基板５１を嵌合
し、上部より半導体レーザ素子５２側のレンズ５５に対
応する凹部が無い金型６２を押圧する。そして、注入口
よりエポキシ系樹脂５４がトランスファーモールドされ
る。こうして、半導体レーザ素子５２,受光素子６０お
よびＩＣ５３がエポキシ系樹脂によって覆われる。

【００４９】次に、上記金型６２を除去し、図５(b)に
示すように、半導体レーザ素子５２側のレンズ５５に対
応する凹部が有る金型６４を押圧する。そして、先にト
ランスファーモールドされたモールド樹脂５４と金型６
４との間の空間(つまり、半導体レーザ素子５２側のレ
ンズ５５の部分)のみに、エポキシ系樹脂５４をトラン
スファーモールドする。その際に、後にモールドされる
モールド樹脂５４にフィラー５９を混入させておけば、
受光素子６０の側のレンズ５５'にはフィラー５９を含
まない光伝送モジュールを作製することができるのであ
る。

【００５０】尚、図５においては、１回目のトランスフ
ァーモールド工程において、半導体レーザ素子５２側の
レンズ５５以外の部分を総てモールドするようにしてい
る。しかしながら、実際には必ずしもそうする必要はな
なく、望ましくは１回目のモールド工程においては、受
光素子６０と受光素子６０側のレンズ５５'とＩＣ５３
と半導体レーザ素子５２とミラー部５６が覆われればよ
いのである。そうすることによって、レーザ光がミラー
部５６に達するまでに散乱されることがなく、設計どお
り所望の反射率が得られる。それと共に、半導体レーザ
素子５２,ＩＣ５３および受光素子６０の耐湿性が高め
られるのである。

【００５１】また、図６は、受光量の減少が少なく、耐
湿性が高く、指向半値角度を簡単に制御できるモールド
構造が得られる他のモールド樹脂形成方法を示す。図６
(a)に示すように、図５と同じ基板固定用金型６１の凹
部６３に、図５と同様に半導体レーザ素子５２,受光素
子６０およびＩＣ５３が実装されてプリコート樹脂５７
でプリコートされた回路基板５１を嵌合する。そして、
上部より半導体レーザ素子５２側のレンズ５５に対応す
る凹部が無い金型６５を押圧してエポキシ系樹脂５４a
トランスファーモールドする。その場合の金型６５にお
ける受光素子６０側のレンズ５５'に対応する凹部の内
面は、所望のレンズ５５'を形成するための内面よりも
５０μm以上外側に形成している。

【００５２】次に、上記金型６５を除去し、図６(b)に
示すように、半導体レーザ素子５２側のレンズ５５に対
応する凹部が有る図５(b)と同じ金型６４を押圧する。
そして、先にトランスファーモールドされたモールド樹
脂５４aと金型６４との間の空間(つまり、受光素子６０
側のレンズ５５'の外周部６６と半導体レーザ素子５２
側のレンズ５５の部分)のみに、フィラー５９が混入さ
たエポキシ系樹脂５４bをトランスファーモールドす
る。こうして、半導体レーザ素子５２側のレンズ５５と
受光素子６０側のレンズ５５'の外周部６６とにのみフ
ィラー５９が混入さたエポキシ系樹脂５４が形成される
のである。

【００５３】図５に示す上記モールド樹脂５４の形成方
法の場合には、２回目のトランスファーモールド工程に
おいて、１回目にトランスファーモールドされたモール
ド樹脂５４と金型６４との間の空間にエポキシ系樹脂５
４をトランスファーモールドする際に、半導体レーザ素
子５２側のレンズ５５の部分のみならず、受光素子６０
側のレンズ５５'の表面の隙間にまで這い上がって薄膜
が形成される。この膜は剥がれ易く、レンズ５５'の光
学的特性を損ねる可能性がある。

【００５４】しかしながら、図６に示す上記モールド樹
脂５４の形成方法の場合には、２回目のトランスファー
モールド工程において形成されるレンズ５５'の外周部
６６の厚さは５０μm以上である。したがって、外周部
６６が通常の使用において剥がれ落ちることはなく、レ
ンズ５５'の光学特性の劣化は見られない。尚、外周部
６６が受信光を散乱させる影響は小さく、その厚さが５
００μm程度であっても無いに等しく実用上全く問題は
ない。

【００５５】ところで、図５および図６に示す方法で形
成された光伝送モジュールの場合には、簡単な方法によ
って受光部と発光部とのモールド樹脂の一部を変更する
ことが可能であり、受光素子６０および半導体レーザ素
子５２の夫々に適したモールド構造にすることができ
る。上述のようなフィラー５９の有無以外に、１回目の
モールド時には放熱性の高いカーボンを含有させたモー
ルド樹脂を用い、２回目のモールド時にはフィラー５９
を混入したエポキシ系樹脂を用いてもよい。その場合に
は、カーボンを含有した樹脂は半導体レーザ素子５２や
ＩＣ５３からの放熱を促進し、素子温度の上昇を抑える
ことができるのである。このように、受光部と発光部と
を、夫々光学特性,熱伝導率,吸水率等の特性が異なる樹
脂によってモールドした場合に得られる効果は、言うま
でもなく、本実施の形態におけるレンズ形状に限定され
るものではない。

【００５６】上述したように、本実施の形態において
は、図４に示すように、反射面の法線と光線とが成す入
射角度αが６０度以上になると９４％以上の反射率を得
ることができることを利用して、上記ミラー部５６にお
ける入射角度αを６０度にしている。したがって、金属
膜の蒸着等の特別な工程を追加することなく、簡単に反
射率を高めることができるのである。尚、上記入射角度
αとしては、５０度以上であれば８０％以上に反射率を
向上できる効果を奏する。更に、望ましくは６０度以上
であれば反射率は９４％以上まで高めることができる。
また、その際に、レンズ５５の焦点位置Ｇを半導体レー
ザ素子５２の光出射点のミラー部５６に対する虚像の位
置近傍に配置することによって、レーザ光線の出射光５
８の方向を回路基板５１の表面に対して垂直方向にする
ことができるのである。

【００５７】さらに、上記半導体レーザ素子５２側のレ
ンズ５５にフィラー５９を混入することによって、放射
光５８の指向半値角度を±１０度〜±１５度内に制御す
ることができる。加えて、レンズ５５にフィラー５９を
混入することによって眼に対する安全性を高めることが
でき、商品の利用範囲を大幅に広げることができる。

【００５８】＜第３実施の形態＞本実施の形態は、上記
ミラー部の反射率をさらに向上させ、加えてミラー部で
反射した後の光軸を回路基板の表面に対して垂直にする
ものである。図７は、本実施の形態における光伝送モジ
ュールにおける回路基板７１端部の部分拡大図である。
回路基板７１,半導体レーザ素子７２,ＩＣ７３,モール
ド樹脂７４およびレンズ７５は、上記第１実施の形態に
おける図１に示す回路基板３１,半導体レーザ素子３２,
ＩＣ３４,モールド樹脂３５およびレンズ３６と同様で
ある。

【００５９】ミラー部７６は、上記第１,第２実施の形
態の場合と同様に、回路基板７１一端部に位置するモー
ルド樹脂７４における半導体レーザ素子７２の出射端面
の側方に、モールド樹脂７４形成時に形成される。但
し、本実施の形態においては、反射面の傾斜角度がβで
ある第１ミラー部７６aと反射面の傾斜角度が(β＋４５
度)である第２ミラー部７６bとの２つのミラー部で構成
されている。

【００６０】上記第１ミラー部７６aは、上記半導体レ
ーザ素子７２から放射される殆ど総てのレーザ光を反射
するようになっており、第１ミラー部７６aで反射され
たレーザ光の殆ど総ては第２ミラー部７６bで更に垂直
方向に反射されるようになっている。そして、こうして
垂直方向に放射された光は、モールド樹脂７４内を伝播
してレンズ７５によって放射角度制御が行われて空間へ
放射光７７として放射される。この場合、放射光７７の
光軸は垂直方向であるため、予めレンズ５５の焦点位置
Ｇは半導体レーザ素子７２の光出射点の位置と光学的に
等価になっている。したがって、レンズ７５のみで放射
角度を制御できるため、第２実施の形態の場合のように
必ずしもモールド樹脂７４にフィラーを混入する必要は
ない。但し、眼に対する安全性をより増大させるため
に、本実施の形態においてもフィラー７８をモールド樹
脂７４に混入しておくものとする。

【００６１】次に、上記第１ミラー部７６a及び第２ミ
ラー部７６bの傾斜角度について詳細に説明する。図７
に示すように、第１ミラー部７６aの傾斜角度をβとす
ると、第２ミラー部７６bによる反射光の光軸を垂直方
向に向けるためには第２ミラー部７６bの傾斜角度は(β
＋４５度)とする必要がある。ところで、第１ミラー部
７６aの傾斜角度βは、第１ミラー部７６aの反射面の法
線と光線とが成す入射角度αおよび第２ミラー部７６b
の入射角度α'とは β＝９０゜−α , β＝α'−４５゜ の関係があることから、第１ミラー部７６aの反射率を
より高めるためには傾斜角度βは小さい方がよく、上記
第２実施の形態のごとく入射角度α,α'を６０度以上に
して図４に示すごとく９４％以上の高反射率を得るため
には、傾斜角度βは １５度≦β≦３０度 である必要がある。

【００６２】図８は、上記第１ミラー部７６aの傾斜角
度βを変化させた場合における半導体レーザ素子７２か
らの出射光の総てを垂直方向へ反射するのに必要な光出
射点と第２ミラー部７６b上端との高低差(以下、単に
「ミラー部７６の高さ」と言う)Ｈを計算したものであ
る。このミラー部の高さＨはレーザ光の放射角度によっ
て若干変化するが、一般の半導体レーザ素子(垂直方向
の広がり角度が±１５度以下)の場合には殆ど変化する
ことはない。図８より、傾斜角度βが２３度程度におい
てミラー部７６の高さＨを最小にすることができる。そ
の場合、第１ミラー部７６aの入射角度αは６７度(９０
度−２３度)であり、第２ミラー部７６bの入射角度α'
は６８度(４５度＋２３度)であるから、第１ミラー部７
６aと第２ミラー部７６bとによる全体の反射率は略１０
０％にできるのである。

【００６３】また、図７においては、第１ミラー部７６
aの下端Ａを回路基板７１の表面に位置させている。し
かしながら、図９に示すように、第１ミラー部７９aの
下端Ｂを回路基板７１の表面よりも上に位置させて、換
言すればミラー部７９全体を図７の場合よりも半導体レ
ーザ素子７２の出射端面に近づけて配置することによっ
て、第１ミラー部７９aの高さが低くなる分だけミラー
部７９の高さＨ'を更に低くすることができるのであ
る。但し、第１ミラー部７９aの下端Ｂの位置は、半導
体レーザ素子７２の出射光の総てが第１ミラー部７９a
に入射可能なように設定する必要がある。

【００６４】尚、本実施の形態場合にも、上記第１,第
２実施の形態の場合と同様に金型だけでモールド樹脂形
成時にミラー部７６,７９を形成することができ、低コ
スト化を実現することができるのである。

【００６５】上述したように、本実施の形態において
は、ミラー部７６,７９を、傾斜角度がβである第１ミ
ラー部７６a,７９aと反射面の傾斜角度が(β＋４５度)
である第２ミラー部７６b,７９bとの２つのミラー部で
構成している。したがって、第１ミラー部７６a,７９a
の入射角度αおよび第２ミラー部７６b,７９bの入射角
度α'を共に６０度以上に設定しつつ、第２ミラー部７
６b,７９bからの反射光の方向を回路基板７１の表面に
対して垂直にすることができる。すなわち、本実施の形
態によれば、ミラー部７６,７９の反射率を略１００％
にすることが可能である。また、レンズ７５からの放射
光７７の進行方向は回路基板７１に対して垂直方向であ
るためレンズ７５の設計の自由度が広がり、レンズ７５
の高さを下げることも可能となる。

【００６６】

【発明の効果】以上より明らかなように、第１の発明の
光伝送モジュールは、回路基板上における半導体レーザ
素子および受光素子を封止する樹脂の表面で、上記半導
体レーザ素子からの出射光を上記回路基板の表面に対し
て略垂直方向へ反射させるミラー部を構成し、外部より
上記受光素子に対向する上記樹脂の表面に到来した信号
光は上記受光素子へ入射されるので、表面入射形の受光
素子と端面出射形の半導体レーザ素子とを同一の回路基
板上に表面実装することができる。

【００６７】さらに、上記半導体レーザ素子からの出射
光の経路と上記受光素子への入射光の経路とを互いに分
離して設け、上記半導体レーザ素子からの出射光のみを
上記ミラー部によって反射するので、上記出射光と上記
受光素子への入射光との両方が反射される図１１に示す
従来の光半導体モジュールの場合に比してミラーロスを
低減することができる。したがって、光の利用効率を向
上できる。すなわち、この発明によれば、微弱な光信号
を送受信する光伝送モジュールに対して多大な効果を奏
することができる。

【００６８】また、１実施例の光伝送モジュールは、上
記ミラー部に対する上記半導体レーザ素子からの出射光
の入射角度は５０度以上であるので、８０％以上の反射
率を得ることができ、光の利用効率を更に向上させるこ
とができ。さらに、上記ミラー部で反射された光の上記
樹脂の外部へ放射方向を上記回路基板の表面に対して略
垂直方向に制御するレンズを上記樹脂の表面で構成した
ので、上記入射角度の広角度化に起因して上記回路基板
の表面に対して垂直方向からずれた上記ミラー部による
反射方向を、上記樹脂の表面で構成されたレンズによっ
て上記垂直方向に向くように制御することができる。

【００６９】また、１実施例の光伝送モジュールは、上
記レンズの焦点を、上記半導体レーザ素子における光出
射点の上記ミラー部の反射面に対する虚像の位置の近傍
に位置するようにしたので、上記半導体レーザ素子から
出射して上記ミラー部で反射された光を、上記レンズの
光軸に沿って上記回路基板の表面に対してより垂直方向
に放射することができる。

【００７０】また、１実施例の光伝送モジュールは、上
記ミラー部を複数の反射面で成し、上記半導体レーザ素
子からの出射光を上記複数の反射面で順次反射して上記
回路基板の表面に対して垂直方向へ放射するようにした
ので、個々の反射面の入射角度を大きくして高い反射率
を得ることと、上記ミラー部で反射された光を上記回路
基板の表面に対して垂直方向へ放射することとを、容易
に両立させることができる。こうして、上記回路基板の
表面に対して垂直方向に反射光を放射することによっ
て、フィラー等の混入を行うことなくレンズのみで放射
角度の制御を行うことができる。

【００７１】また、１実施例の光伝送モジュールは、上
記ミラー部の反射面を、上記回路基板の表面に対する傾
斜角度がβである第１反射面と、上記第１反射面に連な
ると共に,上記回路基板の表面に対する傾斜角度が(β＋
４５度)である第２反射面で構成したので、上記傾斜角
度βを１５度≦β≦３０度に設定することによって、端
面出射形半導体レーザ素子を用いた場合に、上記第１,
第２反射面の入射角度α,α'を６０度以上にして高い反
射率を得ることができる。それと共に、上記第２反射面
からの反射光の方向を上記回路基板の表面に対して垂直
にすることができる。

【００７２】また、第２の発明の光伝送モジュールは、
回路基板上に実装された半導体レーザ素子の少なくとも
光出射端面をゼリー状樹脂によって覆ったので、効果的
に応力歪から保護することができ、長期信頼性を向上す
ることができる。

【００７３】また、第３の発明の光伝送モジュールは、
回路基板上に実装された半導体レーザ素子及び受光素子
を封止する樹脂を、少なくとも上記半導体レーザ素子お
よび受光素子を覆う第１樹脂と、上記半導体レーザ素子
からの出射光の経路および上記受光素子への入射光の経
路のうち少なくとも何れか一方が貫通される第２樹脂と
で構成し、上記第１樹脂と第２樹脂とは異なる機能を有
するようにしたので、例えば、上記半導体レーザ素子お
よび受光素子を覆うと共に、上記受光素子への入射光の
経路によって貫通されるように第１樹脂を形成し、上記
半導体レーザ素子からの出射光の経路によって貫通され
るように第２樹脂を形成し、上記第１,第２樹脂をエポ
キシ系樹脂で構成し、上記第２樹脂にのみ放射光の指向
半値角度の補正用にシリコン系樹脂のフィラーを混入す
れば、フィラーの吸湿性に起因する上記半導体レーザ素
子および受光素子の信頼性低下、フィラーの光散乱性に
起因する上記受光素子に対する受光量の低下を防止でき
る。

【００７４】あるいは、上述と同様に形成された第１,
第２樹脂を形成し、そのうちの上記第１樹脂に放熱性の
有るカーボンを含有させる一方、上記第２樹脂に放射光
の指向半値角度補正用のフィラーを混入することによっ
て、上記半導体レーザ素子や受光素子やＩＣ等からの放
熱を促進し、素子温度の上昇を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の光伝送モジュールにおける断面図
である。

【図２】 図１に示すモールド樹脂を形成するための金
型を示す図である。

【図３】 図１とは異なる光伝送モジュールにおける回
路基板端部の部分拡大図である。

【図４】 ミラー部の入射角度と反射率との関係を示す
図である。

【図５】 図３におけるモールド樹脂形成方法を示す図
である。

【図６】 図５とは異なるモールド樹脂形成方法を示す
図である。

【図７】 図１および図３とは異なる光伝送モジュール
における回路基板端部の部分拡大図である。

【図８】 図７における第１ミラー部の傾斜角度とミラ
ー部の高さとの関係を示す図である。

【図９】 図１,図３および図７とは異なる光伝送モジ
ュールにおける回路基板端部の部分拡大図である。

【図１０】 従来の光半導体モジュールにおける側面図
である。

【図１１】 図１０とは異なる従来の光半導体モジュー
ルにおける受光素子部および発光素子部を示す図であ
る。

【符号の説明】

３１,５１,７１…回路基板、 ３２,５２,７２…半導体レーザ素子、 ３３,６０…受光素子、 ３４,５３,７３…ＩＣ、 ３５,５４,７４…モールド樹脂、 ３６,３６',５５,５５',７５…レンズ、 ３７,５６,７６,７９…ミラー部、 ３８,５７…プリコート樹脂、 ３９,５８,７７…出射光(放射光)、 ４０…入射光、 ４１,６１…基板固定用金型、 ４２,６２,６４,６５…金型、 ５９,７８…フィラー、 ６６…外周部、 ７６a,７９a…第１ミラー部、 ７６b,７９b…第２ミラー部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板上に半導体レーザ素子および受
   光素子が実装され、上記回路基板上における半導体レー
   ザ素子および受光素子が樹脂で封止された光伝送モジュ
   ールにおいて、 上記樹脂の表面で構成されると共に、上記半導体レーザ
   素子から出射されて上記樹脂内を進む光を上記回路基板
   の表面に対して略垂直方向へ反射させるミラー部を備え
   て、 上記樹脂の表面における上記受光素子に対向する部分
   は、外部より到来した信号光を上記回路基板の素子実装
   面側から上記受光素子へ入射させるようになっており、 上記半導体レーザ素子からの出射光の経路と上記受光素
   子への入射光の経路とは互いに分離して設けられている
   ことを特徴とする光伝送モジュール。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光伝送モジュールにお
   いて、 上記ミラー部の反射面に対する法線と上記半導体レーザ
   素子からの出射光の光軸とが成す角度は５０度以上であ
   り、 上記樹脂の表面で構成されると共に、上記ミラー部で反
   射された光の上記樹脂の外部へ放射方向を上記回路基板
   の表面に対して略垂直方向に制御するレンズを備えたこ
   とを特徴とする光伝送モジュール。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の光伝送モジュールにお
   いて、 上記レンズの焦点は、上記半導体レーザ素子における光
   出射点の上記ミラー部の反射面に対する虚像の位置の近
   傍に位置するようになっていることを特徴とする光伝送
   モジュール。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の光伝送モジュールにお
   いて、 上記ミラー部は、複数の反射面を有しており、 上記半導体レーザ素子からの出射光は、上記複数の反射
   面で順次反射されて上記回路基板の表面に対して垂直方
   向へ放射されるようになっていることを特徴とする光伝
   送モジュール。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の光伝送モジュールにお
   いて、 上記ミラー部における複数の反射面は、 上記回路基板の表面に対する傾斜角度がβである第１反
   射面と、 上記第１反射面に連なると共に、上記回路基板の表面に
   対する傾斜角度が(β＋４５度)である第２反射面とで構
   成されていることを特徴とする光伝送モジュール。
6. 【請求項６】 回路基板上に半導体レーザ素子および受
   光素子が実装され、上記回路基板上における半導体レー
   ザ素子および受光素子が樹脂で封止された光伝送モジュ
   ールにおいて、 上記半導体レーザ素子の少なくとも光出射端面は、ゼリ
   ー状樹脂によって覆われていることを特徴とする光伝送
   モジュール。
7. 【請求項７】 回路基板上に半導体レーザ素子および受
   光素子が実装され、上記回路基板上における半導体レー
   ザ素子および受光素子が樹脂で封止された光伝送モジュ
   ールにおいて、 上記樹脂は、 少なくとも上記半導体レーザ素子および受光素子を覆う
   第１樹脂と、 上記半導体レーザ素子からの出射光の経路および上記受
   光素子への入射光の経路のうち少なくとも何れか一方が
   貫通されると共に、上記第１樹脂とは異なる機能を有す
   る第２樹脂で構成されていることを特徴とする光伝送モ
   ジュール。