JP2004233594A - 光電気回路基板及びそれを用いた光電気回路モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】例えば光送受信モジュール等、複数の光半導体素子による複数の光及び電気回路の実装に関し、電気クロストークを極力抑制し小型な光電気回路を再現性良く、しかも、高信頼であるように組み立て可能であり、電子回路基板への実装性に優れた光電気回路基板及び光電気回路モジュールを提供すること。
【解決手段】表面に異方性エッチング溝２１と導体として単一の導体のみからなる共通電極３４を形成した光電気回路基板Ｓ１とし、異方性エッチング溝２１を画像認識用マーカもしくは当て止め用ストッパーとして用いてＳ１上にＬＤ１１、ＰＤ２２、レンズ４３及び異方性エッチングによる斜面を有したハーフミラー４５を配設し、第１光路４７ａ及び第２光路４７ｂを有する光電気回路を構成した光電気回路モジュールＭ１とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光送受信モジュール等において、複数の光半導体素子の光電気回路への実装に係る技術に関し、電気クロストークを極力抑制し、小型な光電気回路を再現性良く、しかも、高信頼であるように組み立て可能であり、電子回路基板への実装性に優れた光電気回路基板及びそれを用いた光電気回路モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットに代表されるデータ通信ネットワークの普及にともない、公衆通信や構内通信（ＬＡＮ）の分野において、光ファイバ通信が広く普及し発展してきている。特に、ファイバートゥーザホーム（ＦＴＴＨ）と呼ばれる光通信システムに代表されるように、加入者宅までの所謂ラストワンマイルと呼ばれる領域にも光ファイバ通信の普及が進んでいる。また、大規模事業者においては、構内に構築されたコンピュータネットワークを用いて、データの大容量化／転送速度の高速化がすすめられており、光ファイバ通信の普及が進んでいる。特に、イーサネット（Ｒ）と呼ばれる通信のための手順が一般に利用されている。
【０００３】
こうした光ファイバ通信では、電気信号と光信号を双方に変換するための光電気回路をパッケージにモジュール化した光電気回路モジュールが必要不可欠であり、一般に、光トランシーバ、メディアコンバータ等の名称で製品化されている。
【０００４】
ＦＴＴＨにおいては、多くの場合、１芯の（または同一の）光ファイバに波長の異なる２つの光信号を、それぞれ送信用信号と受信用信号として伝送し、光送受信を行う方式（波長分割多重方式）が用いられる。
【０００５】
イーサネット（Ｒ）においては、多くの場合、２芯の光ファイバのそれぞれ別々に光信号を送信用信号と受信用信号として伝送し、光送受信を行う方式が用いられる。また、波長分割多重方式が上記と別の形式で用いられることもある。この場合には、送信用信号と受信用信号のそれぞれについて、同一の光ファイバに波長の異なる複数の光信号を送信用信号あるいは受信用信号として伝送する。
【０００６】
これらの方式では、コンピュータやネットワーク機器等に設置された上記光電気回路モジュールが光ファイバに接続され、それをインターフェースに複数の機器間で光送受信が行われるのが一般的である。そして特に、複数の光信号を用いる波長分割多重方式は、機能性が高いこと等の理由から利用価値が高まっている。
【０００７】
一般に光電気回路モジュールには、低い符号誤り率（ビットエラーレート）、高い転送速度（ビットレート）、及び高信頼であること等が要求される。また、利用者の利便性から特に小型であることが重要である。
【０００８】
また特に、波長分割多重方式に用いられる光電気回路モジュールには、その構成において、複数の光半導体素子や光半導体素子と光ファイバを光接続し光学系を構成するための複数の光部品を正確かつ再現良く配置する手段、低クロストーク、及び小型であること等が要求される。特に電気信号は干渉性が高いため、複数の光半導体素子間の電気クロストークを低減することがビットエラーレート等の特性上課題であり、また、モジュールを小型化する上において重要な課題である。
【０００９】
＜従来例１＞
従来、波長分割多重方式で用いることのできる光電気回路モジュールについて、例えば特許文献１〜５等に技術が開示されている。
【００１０】
これらの光電気回路モジュールでは、パッケージ内に、第１光信号を発生する手段としての発光素子、第２光信号を受光する手段としての受光素子、第１光信号及び第２光信号を共に光ファイバに光結合させるための多層膜フィルタや部分反射器等（以後、これらを総称しハーフミラーと記述する）を実装し、光ファイバの光軸を調整、保持しパッケージに固定する方法が用いられる。ハーフミラーの反射／透過面は光信号の波長によって反射もしくは透過するように構成されており、反射光が第１光路を構成し、透過光が第２光路を構成するか、又は逆に、透過光が第１光路を構成し、反射光が第２光路を構成する。
【００１１】
具体的なケーシング方法としては、気密封止された半導体レーザ（以下、ＬＤともいう）モジュールとフォトダイオード（以下、ＰＤともいう）モジュールを、ハーフミラーが取付けられた別の筐体に固定し、その筐体に光ファイバが保持具によって位置決め固定される技術が知られている。
【００１２】
＜従来例２＞
また、例えば特許文献６〜１３等に開示されているように、半導体基板上に上記のような光学系を構成する技術が知られている。半導体基板上に小型のレンズ、ハーフミラー等の微小光学部品を配置する技術であり、受光素子やハーフミラーが半導体基板の領域の一部に形成される場合もある。
【００１３】
また、半導体基板に異方性エッチング溝を形成し、その溝に光学部品を実装し、同基板上に実装した光半導体素子と精密な光学位置合わせをする技術は、例えば特許文献１４に開示されている。
【００１４】
＜従来例３＞
また、上記光学系を光集積回路として、基板上の光導波路及びＷＤＭフィルタで構成する技術も多数、提案されており、代表的なものとして、例えば特許文献１５，非特許文献１等に記載がある。この種の光電気回路モジュールでは光電気回路の主用な機能が１つの基板上に実現される。基板材料としては、シリコン（Ｓｉ）等の半導体が一般的である。この場合には、前述したものと同様に異方性エッチング溝を形成し、その溝に光ファイバが再現性良く精密に実装される。また、半導体基板以外に誘電体基板が用いられる場合もある。
【００１５】
なお、従来例２，３に示されるように、一主面に光半導体素子に通電するための電極等の電気配線が形成され、光半導体素子とその他の光素子が実装されて光学系を構成した基板を、以後、光電気回路基板という。
【００１６】
〔特許文献１〕
特開昭６０−１５３０１１号公報
〔特許文献２〕
特開昭６０−２３０１０８号公報
〔特許文献３〕
米国特許４，７６７，１７１号明細書
〔特許文献４〕
米国特許５，１２７，０７５号明細書
〔特許文献５〕
米国特許５，８３８，８５９号明細書
〔特許文献６〕
特開平９−３１８８５３号公報
〔特許文献７〕
特開平１０−３９１８０号公報
〔特許文献８〕
特開平１０−３９１８１号公報
〔特許文献９〕
特開平１０−１５３７２０号公報
〔特許文献１０〕
特開平１１−２３７５３５号公報
〔特許文献１１〕
特開平１１−３５２３６３号公報
〔特許文献１２〕
特開２００１−１４１９６７号公報
〔特許文献１３〕
米国特許４，２９３，８２６号明細書
〔特許文献１４〕
米国特許５，８８１，１９３号明細書
〔特許文献１５〕
特開平１１−２０２１４０号公報
〔非特許文献１〕
電子情報通信学会論文誌Ｃ，Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｃ，Ｎｏ．９，ｐ．８３１−８３８
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来例１では、小型な光学系を再現性良く、精密に組み立てるための特別の手段が何ら与えられておらず、光学系の位置決め調整に多数の労力を要し、組み立てが非常に困難とならざるをえない。従って十分な光送受信レベルを安定的に確保することが難しい。また、生産性が良くない上に、ケーシングされた光半導体素子をさらにケーシングすることから、モジュールサイズを小さくすることについても困難である。
【００１８】
また従来例２では、絶縁性の高くない半導体基板上に複数の光半導体素子を配置するため、素子間の電気クロストークが問題となる。素子間の物理的な距離を長くすることによって、電気クロストークを小さくすることができるが、光学系が大きくなる問題がある。その他にも、半導体基板の絶縁性を高くすることや信号電極間の容量結合を小さくする方法が考えられるが、絶縁性の高くない同一の基板上で複数電極間の漏話を防ぐことは本質的に困難である。
【００１９】
また、ハーフミラーとフォトダイオードを半導体基板の一部に形成する場合、ハーフミラー傾斜面へのフォトダイオードの作製は非常に困難であり、現実的でない。また、フォトダイオードのみを半導体基板の一部に形成する場合、発光素子との電気クロストークを抑制することがさらに困難である。また、ハーフミラーを半導体基板に形成しない場合、半導体基板面に対するハーフミラーの傾斜面の角度を精密に一定にすることが困難である。
【００２０】
また従来例３では、従来例２と同様に電気クロストークの問題があり、基板サイズを小さくすることが困難である。さらに、光導波路に伝播する導波光のスポットサイズを、光ファイバと発光素子の両方のそれと整合させることが難しく、結合効率が低いことも問題である。
【００２１】
そこで本発明は、前述の諸問題に鑑み提案されたものであり、例えば光送受信モジュール等、複数の光半導体素子の光電気回路への実装に係る技術において、電気クロストークを極力抑制し小型な光電気回路を再現性良く、しかも、高信頼であるように組み立て可能な光電気回路基板及び光電気回路モジュールを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光電気回路基板は、基体の主面に形成された異方性エッチング溝を画像認識用マーカもしくは当て止め用ストッパーとして用いて少なくとも複数の光半導体素子を含む光素子を光学的に配置するための基板であって、前記主面に導体として単一の導体のみからなる共通電極を形成し、該共通電極を用いて前記複数の光半導体素子に単極の電源を供給するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
また、前記構成において、前記主面の全面をほぼ覆うように前記共通電極を形成するとよい。
【００２４】
また、前記いずれかの構成において、前記基体全体に高濃度の不純物をドープし前記基体全体の電気伝導性を高めるとよい。
【００２５】
また、前記いずれかの構成において、前記異方性エッチング溝が前記主面の対向面まで貫通させ、前記共通電極を前記対向面側に配置された導体に前記貫通を通じて電気的に接続するとよい。
【００２６】
また、前記いずれかの構成において、前記主面以外の面に電極を形成し該電極と前記共通電極を電気的に接続するとよい。
【００２７】
また、前記いずれかの構成において、前記共通電極上に前記光素子を固定し前記共通電極と前記光素子を電気的に接続するための半田電極を形成するとよい。
【００２８】
また、本発明の別の光電気回路基板は、基体の主面に形成された精密加工溝を画像認識用マーカもしくは当て止め用ストッパーとして用いて少なくとも複数の光半導体素子を含む光素子を光学的に配置するための基板であって、前記主面に導体として単一の導体のみからなる共通電極を形成し、該共通電極を用いて前記複数の光半導体素子に単極の電源を供給するようにしたことを特徴とする。
【００２９】
また、前記構成において、前記主面の全面をほぼ覆うように前記共通電極を形成するとよい。
【００３０】
また、前記いずれかの構成において、前記精密加工溝もしくはスルーホールを前記主面の対向面まで貫通させ、前記共通電極を前記対向面側に配置された導体に前記貫通を通じて電気的に接続するようするとよい。
【００３１】
また、前記いずれかの構成において、前記主面以外の面に電極を形成し該電極と前記共通電極を電気的に接続するとよい。
【００３２】
また、前記別の光電気回路基板の前記基体は、電気的に良導体である金属からなるとよい。
【００３３】
また、前記いずれかの構成において、前記共通電極上に前記光素子を固定し前記共通電極と前記光素子を電気的に接続するための半田電極を形成するとよい。
【００３４】
また、本発明の第１の光電気回路モジュールは前記いずれかの光電気回路基板に複数の光半導体素子を実装したことを特徴とする。
【００３５】
また、本発明の第２の光電気回路モジュールは、異方性エッチングにより斜面が形成された複数の基体と複数の光素子とからなる光学配置であって、前記斜面によって前記光素子の光学位置決め及び複数の光路を確保したことを特徴とする。
【００３６】
また、前記構成において、前記基体の前記光学配置がなされる主面に導体として単一の導体のみからなる共通電極を形成し、該共通電極を用いて前記複数の光半導体素子に単極の電源を供給するようにするとよい。
【００３７】
また、本発明の第３の光電気回路モジュールは、基体の主面に発光素子と集光用レンズと光学フィルタと受光素子を光学的に配置し、前記基体の外部の光導波体と前記発光素子を光接続する第１光路及び前記光導波体と前記受光素子を光接続する第２光路を備えた光電気回路であって、前記集光用レンズと前記受光素子は前記主面に異方性エッチングにより形成されたＶ溝上に配置し、前記光学フィルタは異方性エッチング面を有し、波長選択的に光波が透過もしくは反射するように該異方性エッチング面に誘電体膜を形成し、前記第１光路及び前記第２光路を構成するようにしたことを特徴とする。
【００３８】
また、前記構成において、前記主面の上方に設けた前記光導波体に前記第１光路及び前記第２光路を接続するようにするとよい。
【００３９】
また、前記第３の光電気回路モジュールにおいて、前記主面に水平方向に設けた前記光導波体に前記第１光路及び前記第２光路を接続するようにするとよい。
【００４０】
また、本発明の第４の光電気回路モジュールは前記第３の光電気回路モジュールにおいて、前記主面に水平方向に設けた前記光導波体に前記第１光路及び前記第２光路を接続するようにしたものを除く前記いずれかの光電気回路モジュールを別の基体の表面に前記主面の対向面を下に配設し、前記共通電極及び前記光半導体素子の前記共通電極に接続されていない電極を前記別の基体の電極に電気的に接続し、前記主面の上方に前記光導波体を配置するように支持体によって前記別の基体に固定し、前記別の基体の表裏面を除く面を外部回路基板に固定し、前記外部回路基板に配設された電気配線と前記別の基体に配設された電気配線を電気的に接続したことを特徴とする。
【００４１】
また、前記構成において、前記支持体は金属からなり、金属溶接により前記複数の光半導体素子を気密封止するようにし、前記光導波体と前記複数の光半導体素子が光学的に結合するように前記支持体の一部に光学窓を設けるとよい。
【００４２】
また、前記いずれかの構成において、前記光導波体は、光ファイバと該光ファイバを保持するフェルール、該光ファイバからの反射戻り光を抑制するための光アイソレータ、前記発光素子から発光された光信号を、該光アイソレータを透光し該光ファイバに光結合するためのレンズから構成するとよい。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光電気回路基板及び光電気回路モジュールの実施形態を模式的に示した図面に基づき詳細に説明する。
【００４４】
図１は本発明に係る光電気回路モジュールＭ１の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ’線断面図、図３は光電気回路モジュールＭ１における他の光回路構造を示す断面図、図４は光電気回路モジュールＭ１の分解斜視図、図５は本発明に係る光電気回路基板Ｓ１を示す斜視図であり、光電気回路モジュールＭ１を構成する基体１部分を示す斜視図、図６は本発明に係る光電気回路モジュールＭ２を示す斜視図であり、光電気回路モジュールＭ１をさらにケーシング内に収容した様子を示す斜視図、図７は図６の分解斜視図、図８は本発明に係る光電気回路モジュールＭ２を構成する基体２の斜視図、図９は光電気回路モジュールを外部電子回路基板に実装した様子を示す側面図である。
【００４５】
本発明の光電気回路モジュールＭ１は、光電気回路基板Ｓ１である基体１にＬＤ１１、第１レンズ４３、ハーフミラー４５、ＰＤ２２を配設して構成される。
【００４６】
光電気回路モジュールＭ２は、さらに光電気回路モジュールＭ１を、ＬＤ１１とモニターＰＤ１８に通電するための内部電極パッド１２が形成された基体２のキャビティ内に搭載し、基体２の表面１６の上方に、ＬＤ１１に光接続する光導波体（主に、光ファイバ４２とこれを収容したフェルール４１、光アイソレータ１０、第２レンズ４４で構成）を支持体である金属金具１７、透明窓金具３、第１の金属保護体４、及び第２の金属保護体９によって取り付け、基体２の表面１６とその背面２０とを除く面、すなわち、基体２の側面のいずれかの面に、ＬＤ１１とモニターＰＤ１８に通電するための外部配線が形成された不図示の外部回路基板に固定し、この外部回路基板に形成された外部配線と基体２に形成された電気配線に電気的に接続できるようにして構成される。
【００４７】
具体的には、光電気回路モジュールＭ１は、ＬＤ１１と球状のレンズ４３と柱状のハーフミラー４５とＰＤ２２を、光電気回路基板Ｓ１を構成する基体１の表面１ａ上に配置して光サブアセンブリを構成する。
【００４８】
このとき、図２に示すように、ＬＤ１１の出射光はレンズ４３を通過し（第１光路４７ａ）、ハーフミラー４５で反射して、信号光光路４７として光ファイバ４２に結合する。逆に、光ファイバ４２からの出射光はＰＤ２２へ、ハーフミラー４５を透過して第２光路４７ｂとして入射するように光学配置を行う。
【００４９】
もしくは、図３に示すように、ＬＤ１１の出射光はレンズ４３を通過して、ハーフミラー４５で透過し光ファイバ４２に結合し、逆に光ファイバ４２からの出射光はＰＤ２２へ、ハーフミラー４５を反射して入射するように光学配置を行う。
【００５０】
そして、このように構成された光サブアセンブリを、実装用基体である基体２のキャビティに配置し、光サブアセンブリを囲い環状をなす金属からなる透明窓金具３を配設する。この透明窓金具３の上部開口には透明サファイヤ窓４６が配設してある。そして透明窓金具３上に、光ファイバ４２中を伝播してきた反射戻り光を取り除くための光アイソレータ１０を配設し、それを覆うようにして、円筒状で鍔部４ａが一端側に形成された第１の金属保護体４を、鍔部４ａが基体２側になるように配設する。この第１の金属保護体４の内部に、第２レンズ４４を収容し、透明接着剤にて接着固定する。さらに、第１の金属保護体４と同様にして、円筒状の第２の金属保護体９内に、ＬＤ１１に光接続させる光ファイバ４２が内部配置された円柱状のフェルール４１に収容されて、この第２の金属保護体９を第１の金属保護体４内に収容する。このように、第１及び第２の金属保護体４，９において鍔部４ａ、９ａを備えることにより、不図示の光コネクタレセプタクルを嵌合できるようにしている。
【００５１】
ここで、光アイソレータ１０は、不図示の偏光子、ファラデー回転子、偏光子の３つの光学素子を透明接着剤等にて貼り合わせたものをドーナツ型磁石内に収容してなり、フェルール端面および光ファイバ端面は反射光がＬＤ１１に戻るのを防ぐために４度〜８度の範囲で斜め研磨されている。
【００５２】
基体２に形成された電気配線は、図８に示すように、内部電極パッド１２、内部接地電極パッド１３、及び外部電極リード１４と、それらを電気的に接続するように基体２の内部に形成した不図示のスルーホール電極や内部電極パターンとから構成されており、外部回路基板に形成した外部配線が内部電極パッド１２に電気的に接続できるようにしている。電極パッド１２は金リボン３１と電極パッド３３を介してＬＤ１１、モニターＰＤ１８に電気的に接続される。
【００５３】
内部電極バッド１２、内部接地電極パッド１３、外部電極リード１４、不図示のスルーホール電極、不図示の内部電極パターンの一部は、電気信号を伝送するための高周波線路であり、外部回路基板に形成された外部配線の特性インピーダンス（例えば２５Ωもしくは５０Ω等）に整合するように、各導体の寸法と各導体間の距離を調整する。外部電極リード１４は、グランド電極，シグナル電極，グランド電極の配置でリードを引き出す。これにより、外部回路基板から基体２の内部に形成された電気配線の途中で高周波信号が反射しないように好適に配線でき、高速伝送が可能となる。
【００５４】
ここで、図示では基体１の前記外部回路基板に固定する面３０（光電気回路モジュールの外部回路基板への実装面）に、外部電極リード１４を設けているが、これら外部電極リード１４の代わりに、グリッド状の複数の端子電極から成る端子電極群を、少なくとも３つの領域に形成してもよい。そして、この端子電極群は光導波体の光軸方向に沿って形成する。
【００５５】
外部電極リード１４の代わりに電極端子として、はんだボールを付加したボール状のグリッドアレイを用いることにより、光電気回路モジュールＭ２を実装する際の利便性が向上する。
【００５６】
基体１は例えば単結晶シリコン基板からなり、その表面１ａ（結晶方位｛１００｝面）に、ＫＯＨ等のアルカリ性溶液を用いた異方性エッチングによりＶ溝２１が形成され、表面１ａのほぼ全面に真空蒸着やスパッタリングによりＡｕ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｃｒ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｐｂ等のいずれかを含む複数の薄膜からなる共通電極３４とさらにその上にＡｕ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｐｂ等のいずれかを含む複数の薄膜からなる半田電極パターン３３が形成されている。Ｖ溝２１上に、レンズ４３及びハーフミラー４５を実装し、Ｖ溝２１の斜面を用いてそれらがメカニカルに光学配置をとるように、Ｖ溝２１は所定位置に高精度に形成される。また、Ｖ溝２１はＬＤ１１とハーフミラー４５を位置合わせするためのマーカとして用いることもできる。基体１に形成される電極等の導体は、共通電極３４とそれに電気的に接続された半田電極パターン３３のみである。
【００５７】
これによって、基体１を通じてＬＤ１１とＰＤ２２が電気的に干渉しなくなり、電気クロストークを大幅に抑制することができる。また、共通電極３４を好ましくは表面１ａの全面に形成することによって、ＬＤ１１及びＰＤ２２の各共通電極との接続部の電位を安定にすることができ、さらに、電気クロストークを抑制できる。また、Ｓｉにリン（Ｐ）やホウ素（Ｂ）等の不純物を多量にドープするか、基体１の表面１ａを除く面にも共通電極３４に電気的に接続される電極を形成するか、Ｖ溝２１の一部を表面１ａの対向面に貫通させて、この貫通を通して表面１ａの共通電極３４をその背面側の導体に接続するか、または、これらのいくつかを組合せることによっても、さらに効果的にＬＤ１１及びＰＤ２２の各共通電極との接続部の電位を安定にし、電気クロストークを抑制する効果がある。
【００５８】
なお、共通電極３４を表面１ａの全面に形成することが、電気クロストークの抑制と共通電極３４の電位の安定性にとって好ましいが、表面１ａの一部小領域に何らかの識別のための模様等を入れるために基体１の表面が露出する部分があっても実用上支障がない。
【００５９】
基体２はアルミナ，窒化アルミニウム，ガラスセラミック等のセラミックス材料からなる多層積層構造からなり、内部電極パッド１２、内部接地電極１３、不図示の内部電極パターンとして、Ａｕ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ等のいずれかを含む導体膜が印刷により形成され、それらはＣｕ，Ｗ等からなる不図示のスルーホール電極で接続される。
【００６０】
基体１は単結晶シリコン以外にもセラミックや金属を精密加工して用いることができる。
【００６１】
金属金具１７はコバール等から成り、これを基体２にろうづけする。さらに、この上にコバールやステンレス等から成り、サファイア窓４６を設けた金属環状体の透明窓金具３を、光サブアセンブリを実装した後、金属金具１７に対してシーム溶接し、光サブアセンブリを気密封止している。これにより、ＬＤ１１を長寿命に保護することができる。
【００６２】
また、第１の金属保護体４はコバールやステンレス等で構成されている。
【００６３】
ＬＤ１１には、不図示の活性層上部の上表面及び下表面に電気信号を印加するために下層／上層でＴｉ／Ｐｔ／Ａｕメタル等からなる電極が形成されている。
【００６４】
ＬＤ１１は、基体１の表面１ａ上の所定位置に活性層側を上面に半田電極パターン３３に実装される。ＬＤ１１の実装位置決めはＶ溝２１のエッジもしくは基体１の表面１ａ上に形成されたマーキングによって行うことができる。ＬＤ１１の活性層側上表面電極は、Ａｕワイヤ３２を介して基体２の内部電極パッド１２に接続される。ＬＤ１１の基板側下表面電極は、基体１上の共通電極３３に半田電極パターン３３を介して接続され、さらに共通電極３３は基体２の内部接地電極１３に金リボン３１により接続される。これにより、基体２の外部電極リード１４に電気信号を入力することで活性層から光信号を発生させることができる。
【００６５】
ＰＤ２２の実装についてもＬＤ１１と同様に行う。
【００６６】
第１レンズ４３は、ＢＫ７，ＴａＦ３，ＬａＳＦ０９，ルビー等からなる、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の直径のボールレンズを用いる。第１レンズ４３はＶ溝２１上に透明樹脂接着剤または圧着により固定する。Ｖ溝２１上に実装された第１レンズ４３と基体１に実装されたＬＤ１１はその出射光がコリメートされるように配置する。第１レンズ４３にはボールレンズ以外にもＧＲＩＮレンズや非球面レンズ等も用いることができる。
【００６７】
Ｖ溝２１と上記マーキングはシリコン基板上にフォトリソグラフィー技術により正確な配置で形成される。これにより、第１レンズ４３をＬＤ１１に近接して実装できるため、光学系を小型にできて、なおかつ組立てが容易である。
【００６８】
ハーフミラー４５は単結晶シリコンからなり、反射／透過面４５ａは上面４５ｂをＫＯＨ等のアルカリ性溶液を用いた異方性エッチングにより形成する。反射／透過面４５ａの表面には複数層の誘電体薄膜が形成してあり、光学フィルタを構成する。光学フィルタは特定の波長で光波が反射又は透過するように誘電体薄膜の屈折率やその周期構造、層数により決定できる。反射／透過面４５ａと下面４５ｃとが成す角度は、例えば単結晶シリコンの方位面（１００）と上面４５ｂとが成す角度を変化させることにより任意に決定できる。また、ハーフミラー４５は基体１表面上の所定位置実装される。このとき反射／透過面４５ａはＬＤ１１の出射端面に対し任意の角度で配置できる。基体１上に実装されたＬＤ１１の出射光をハーフミラー４５で反射させて、基体１の表面の上方に９０度変換するには、反射／透過面４５ａが下面４５ｃに対し４５度となるように、上面４５ｂを単結晶シリコンの方位面（１００）に対し９．７度傾斜させ、ハーフミラー４５は反射／透過面４５ａがＬＤ１１の出射端面に対抗するように基体１表面に実装する。これにより、細径のコリメート光を端面発光型光半導体素子の実装位置に対し正確な方向に出射させることができ、小型な空間光学系を形成できる。また、さらに、これを用いた光電気回路モジュールを容易に小型化でき、光導波体を自由な位置に取付けられる。
【００６９】
なお、この実施形態では、光アイソータ１０を用いたが、ＬＤ１１の種類によっては光アイソレータ１０を排除し、実施を容易にできる場合もある。
【００７０】
次に、光電気回路モジュールＭ２の外部電子回路基板に実装について、その実施形態を説明する。図８に示すように、光電気回路モジュールＭ２である光送受信光モジュールＢは、外部電子回路基板である実装基体８の一端側に搭載される。また、光送受信モジュールＢを駆動するためのＩＣ５、及びコンデンサや抵抗等の付加電子デバイス６も実装基体８に実装され電子回路が構成される。
【００７１】
このように、光送受信モジュールＢの光軸と平行な位置に電極を配設した構造とすることにより、実装基体８の実装電極に予めクリームはんだ等のはんだを塗布し、光送受信モジュールＢと、電子デバイス６、ＩＣ５等を配置させることが可能となり、２６０℃程度のはんだリフロー工程を施すことができ、一括にて実装固定された光電気回路モジュールが完成される。
【００７２】
以上のように、本実施形態によれば、光電気回路モジュールを外部回路基板に付加電子回路とともにはんだリフロー等により自動化された一括したアセンブルを行うことができ、実装性に優れる。
【００７３】
かくして、光電気回路基板Ｓ１、光電気回路モジュールＭ１及びＭ２によれば、例えば光送受信モジュール等、複数の光半導体素子による複数の光及び電気回路の実装に係る技術に関し、電気クロストークを極力抑制し小型な光電気回路を再現性良く、しかも、高信頼であるように組み立て可能であり、電子回路基板への実装性に優れた光電気回路基板及び光電気回路モジュールを提供することができる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の光電気回路基板及び光電気回路モジュールによれば、以下に示す顕著な効果を奏することができる。
【００７５】
請求項１の光電気回路基板によれば、複数の光路からなる光学系を小型かつ高精度に再現性良く配置できる上、複数の光半導体間の電気クロストークを抑制できる。
【００７６】
請求項２の光電気回路基板によれば、電極形成が容易であり、さらに複数の光半導体間の電気クロストークを抑制できる。
【００７７】
請求項３の光電気回路基板によれば、基体全体の電気伝導性を高めたため、さらに複数の光半導体間の電気クロストークを抑制できる。
【００７８】
請求項４の光電気回路基板によれば、複数の光半導体間の電気クロストークを抑制できる。
【００７９】
請求項５の光電気回路基板によれば、複数の光半導体間の電気クロストークを抑制できる。
【００８０】
請求項６の光電気回路基板によれば、光半導体素子を確実に固定することができ、光学特性の長期信頼性が良好である。
【００８１】
請求項７の光電気回路基板によれば、複数の光路からなる光学系を小型かつ高精度に再現性良く配置できる上、複数の光半導体素子間の電気クロストークを抑制できる。
【００８２】
請求項８の光電気回路基板によれば、電極形成が容易であり、さらに複数の光半導体間の電気クロストークを抑制できる。
【００８３】
請求項９の光電気回路基板によれば、複数の光半導体素子間の電気クロストークを抑制できる。
【００８４】
請求項１０の光電気回路基板によれば、複数の光半導体素子間の電気クロストークを抑制できる。
【００８５】
請求項１１の光電気回路基板によれば、電気的に良導体である金属からなるため、さらに複数の光半導体間の電気クロストークを抑制できる。
【００８６】
請求項１２の光電気回路基板によれば、光半導体素子を確実に固定することができ、光学特性の長期信頼性が良好である。
【００８７】
請求項１３の光電気回路モジュールによれば、電気クロストークを極力抑制し小型な光電気回路を再現性良く、しかも、高信頼であるように組み立て可能である。
【００８８】
請求項１４の光電気回路モジュールによれば、電気クロストークを極力抑制し小型な光電気回路を再現性良く、しかも、高信頼であるように組み立て可能である。
【００８９】
請求項１５の光電気回路モジュールによれば、ケーシングを容易にできる。
【００９０】
請求項１６の光電気回路モジュールによれば、薄型にできる。
【００９１】
請求項１７の光電気回路モジュールによれば、光電気回路基板を基体に実装する面と第１光路及び第２光路を光ファイバに向かって取り出す面とが同一であるため、構成を単純化できる上、その面以外は小さくできるため小型となる。またシーリングが一箇所で済むため組立てが簡便である。また、基体の側面のいずれかに外部電極リードが取り付けられ、その面が外部回路基板に固定される構造であるため、基体は容易かつ強固に外部回路基板に実装できる上、外部電極リードと外部回路基板との配線接合部において特性インピーダンス及び高周波電磁界分布の整合性を良好とすることができる。したがって、単純な構成にでき、小型かつ組立てが簡便で、実装性に優れ、しかも電気クロストークが小さいことからビットエラーレート特性に優れた効果を発揮する。
【００９２】
請求項１８の光電気回路モジュールによれば、光半導体素子を長寿命に保護することができる。
【００９３】
請求項１９の光電気回路モジュールによれば、高効率で光導波体に光信号を入力することができるとともに、反射戻り光が発光素子に再入力された際に生じる発光強度の変動、発光波長の変動を抑制することができ、波長安定性に優れ、高出力かつ高速伝送可能で安定した光信号の発光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光電気回路モジュールの実施形態を模式的に説明する斜視図である。
【図２】本発明に係る光電気回路モジュールの実施形態を模式的に説明する図であり、図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】本発明に係る光電気回路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、図２と同様な断面図である。
【図４】本発明に係る光電気回路モジュールの実施形態を模式的に説明する図であり、図１に関する分解斜視図である。
【図５】本発明に係る光電気回路基板の実施形態を模式的に説明する斜視図である。
【図６】本発明に係る光電気回路モジュールの実施形態を模式的に説明する図であり、特に、光電気回路モジュールを最終的にケーシングしたときの様子を示す斜視図である。
【図７】図６の分解斜視図である。
【図８】図６における光電気回路モジュールを構成する基体２部分における実装構造等を説明するための斜視図である。
【図９】本発明に係る光電気回路モジュールを外部電子回路基板に実装したときの様子を模式的に説明する側面図である。
【符号の説明】
１：基体１
２：基体２
３：透明窓金具（支持体を構成）
４：第１の金属保護体（支持体を構成）
５：ＩＣ
６：電子デバイス
８：実装基体（外部電子回路基板）
９：第２の金属保護体（支持体を構成）
１０：光アイソレータ
１１：ＬＤ（送信用レーザダイオード）
１２：内部電極パッド（基体２）
１３：内部接地電極パッド（基体２）
１４：外部電極リード（基体２）
１５：キャビティ
１６：基体２の表面
１７：金属金具（支持体を構成）
１８：モニタＰＤ
１９：ＰＤキャリア
２０：基体２の背面
２１：Ｖ溝
２２：ＰＤ（受信用フォトダイオード）
３０：光モジュールの外部回路基板への実装面
３１：Ａｕリボン
３２：Ａｕワイヤ
３３：半田電極パターン
３４：共通電極
４１：フェルール（光導波体を構成）
４２：光ファイバ（光導波体を構成）
４３：第１レンズ
４４：第２レンズ
４５：ハーフミラー
４５ａ：反射／透過面
４５ｂ，４５ｃ：ハーフミラーの上面、側面
４６：透明サファイヤ窓
４７：信号光光路
４７ａ：第１光路
４７ｂ：第２光路
Ｓ１：光電気回路基板
Ｍ１：光電気回路モジュール
Ｍ２：光電気回路モジュール（Ｍ１がケーシングされた例）
Ｂ：光送受信モジュール

Claims (19)

1. 基板の一主面に形成された異方性エッチング溝を、位置合わせ用マーカもしくは当て止め用ストッパとして用いて、少なくとも複数の光半導体素子を光学的に配置するための光電気回路基板であって、前記基板の一主面に単一の導体領域から成る共通電極を形成し、該共通電極上に前記複数の光半導体素子を配設できるようにしたことを特徴とする光電気回路基板。
2. 前記共通電極は、前記基板の一主面の全面をほぼ覆うように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電気回路基板。
3. 前記基板に不純物をドープして該基板の導電性を高めたことを特徴とする請求項１または２に記載の光電気回路基板。
4. 前記異方性エッチング溝を前記基板の他主面にまで貫通させ、前記共通電極を前記基板の他主面側に形成された導体に、前記異方性エッチング溝を通じて電気的に接続するようしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光電気回路基板。
5. 前記基板の一主面以外の面に電極を形成し、該電極と前記共通電極を電気的に接続したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光電気回路基板。
6. 前記共通電極上に前記光半導体素子を固定する半田電極を配設したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光電気回路基板。
7. 基板の一主面に形成された非エッチングによる精密加工溝を位置合わせ用マーカもしくは当て止め用ストッパーとして用いて、少なくとも複数の光半導体素子を光学的に配置するための光電気回路基板であって、前記基板の一主面に単一の導体領域から成る共通電極を形成し、該共通電極上に前記複数の光半導体素子を配設できるようにしたことを特徴とする光電気回路基板。
8. 前記共通電極は、前記基板の一主面の全面をほぼ覆うように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の光電気回路基板。
9. 前記精密加工溝を前記基板の他主面にまで貫通させ、前記共通電極を前記基板の他主面側に形成された導体に、前記精密加工溝を通じて電気的に接続するようしたことを特徴とする請求項７または８に記載の光電気回路基板。
10. 前記基板の一主面以外の面に電極を形成し、該電極と前記共通電極を電気的に接続したことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の光電気回路基板。
11. 前記基板は電気的に良導体である金属からなることを特徴とする請求項７に記載の光電気回路基板。
12. 前記共通電極上に前記光半導体素子を固定する半田電極を配設したことを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の光電気回路基板。
13. 請求項１乃至１２のいずれかの光電気回路基板に複数の光半導体素子を実装したことを特徴とする光電気回路モジュール。
14. 請求項１乃至１２に記載の光電気回路基板の一主面に、発光素子と集光用レンズと光学フィルタと受光素子とを光学的に配置し、外部の光導波体と前記発光素子とを光接続する第１光路、及び前記光導波体と前記受光素子とを光接続する第２光路を備えた光電気回路モジュール。
15. 前記光電気回路基板の一主面の上方に、前記光導波体が配設されていることを特徴とする請求項１４に記載の光電気回路モジュール。
16. 前記光電気回路基板の一主面に対して水平方向に前記光導波体が配設されていることを特徴とする請求項１４に記載の光電気回路モジュール。
17. 請求項１５に記載の光電気回路基板を、外部回路基板に電気的に接続するための基体上に配設するとともに、該基体に前記光電気回路基板を覆う状態で前記光導波体を収容した支持体を配設したことを特徴とする光電気回路モジュール。
18. 前記支持体は金属からなり、金属溶接により前記光電気回路基板を気密封止するようにしたことを特徴とする請求項１７に記載の光電気回路モジュール。
19. 前記光導波体は、光ファイバ、該光ファイバを保持するフェルール、前記光ファイバからの反射戻り光を抑制するための光アイソレータ、及び集光用レンズを備えていることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載の光電気回路モジュール。

Images