JP2004336025A - 光モジュール、光モジュール実装基板、光伝送モジュール、双方向光伝送モジュール、光モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 受発光素子と、光ファイバおよび電子回路との高精度な結合を可能とし、かつ、モジュール全体を小型化した光モジュールを提供する。
【解決手段】 光ファイバ１０と、前記光ファイバ１０を保持する溝２１、および、該溝２１の長手方向と略垂直をなす端面２２に設けられた電極Ａ２３を備えた基材２０と、受発光部３１および電極Ｂ３２を同一面内に設けた受発光素子３０と、を少なくとも有する光モジュール１であって、前記受発光素子３０は、前記溝２１に保持された光ファイバ１０と前記受発光部３１とが光学的に結合し、かつ前記電極Ａ２３と前記電極Ｂ３２とが電気的に接続されるように配置された状態で、前記電極Ａ２３によって電気的に接続されるとともに機械的に接合された構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パッシブアライメント実装技術を適用した光モジュールに関し、特に、受光素子または発光素子（以下、これらを合わせて「受発光素子」と記す。）と光ファイバとの光結合、および、受発光素子と他の電子回路との電気結合を可能にする光モジュール、及びそれを用いた光モジュール実装基板、光伝送モジュール、双方向光伝送モジュール、並びに光モジュールの製造方法に関するものである。

情報通信が高速化・大容量化するに伴って、光通信技術の開発が進んでいる。
光通信では、電気信号を光素子によって光信号に変換し、この光信号を光ファイバで送信して、光素子で受信し、受信した光信号を光素子によって電気信号に変換する。

このような光素子と、光ファイバまたは電子回路との接続をするために、光素子を基板に搭載し、光ファイバを光素子に対して位置決めして、基板に固定してなるパッシブアライメント構造の光モジュールが提案されている。
パッシブアライメント構造とは、光ファイバと光素子との間の光結合を得るために、高精度に形成されたＶ溝や画像処理を活用した装置制御により、光出力をモニタしての調芯作業を行わずに、光ファイバを光素子に近接させて光結合を得る構造のことをいう。

このような光モジュールとしては、例えば、光ファイバとフォトダイオードとを光結合するために、シリコン基板に異方性エッチングにより形成されたＶ溝に光ファイバを固定し、シリコン基板とは別体のサブキャリアにフォトダイオードを実装して、さらに、サブキャリアをシリコン基板に実装することにより、光ファイバとフォトダイオードとを精度よく配置するものが実施されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、プラットホームに設けられた配線層と光素子に設けられた電極とを電気的に結合するために、配線層をプラットホームに設けられた凸部の少なくとも一部に至るように設け、光素子の電極が設けられた面をプラットホームの凸部に向けて配置し、配線層と電極とを凸部で電気的に接続するように構成された光モジュールが提示されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
特開２００１−１３５８３３号公報 特開２００１−１５９７２４号公報 特開２０００−３４７０７２号公報

しかしながら、特許文献１で開示されている光モジュールでは、シリコン基板に設けられたＶ溝とサブキャリアとを、１つのシリコン基板に高精度に配置しなければならないという問題がある。また、光ファイバのシリコン基板の厚み方向における位置と、フォトダイオードのシリコン基板の厚み方向における位置にも精度が要求されるため、それぞれの部品にも高い精度が要求されるという問題がある。

さらに、シリコン基板に設けられたＶ溝は、光ファイバを固定する目的にのみ使用可能で、配線以外の電気的な機能を持たせることは行われていない。そのため、光モジュールに用いられる半導体部品などの電子部品を、Ｖ溝の側面に配置しなければならないため、光モジュールの各種部品の実装面積も大きくなる。
また、特許文献１では、シリコン基板を異方性エッチングしてＶ溝を形成しているが、溝の角度や深さに極めて高い精度が必要となるため、材料や加工法は限られたものとなってしまう。

また、特許文献２、特許文献３で開示されている光モジュールでは、光ファイバの先端位置を、プラットホームの外部から観察することができない。そのため、光ファイバの先端が光素子に強くぶつかり、素子や光ファイバに破壊が起こったり、光ファイバの先端と光素子との距離が離れ過ぎたりするおそれがあるばかりでなく、光ファイバをプラットホームの貫通孔に挿入する際に破損するおそれがある。

さらに、この例の光モジュールでは、光ファイバを保持している部分が短い上に、光ファイバのクラッドのみを保持しているため、強度にも問題がある。光ファイバの被覆層を保持すれば、光モジュールとしての強度は向上するが、位置精度を高くするのが困難となる。また、この光モジュールでは、駆動用の電子部品を光ファイバから離れた位置に配置しなければならないため、光モジュール全体として必要な実装面積も大きくなる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、受発光素子と、光ファイバとを高精度に結合することを可能とすると同時に、受発光素子と電子回路との電気的接続をとり、かつ、モジュール全体を小型化した光モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、光ファイバと、前記光ファイバを保持する溝、および、該溝の長手方向と略垂直をなす端面に設けられた電極Ａを備えた基材と、受発光部および電極Ｂを同一面内に設けた受発光素子と、を少なくとも有する光モジュールであって、前記受発光素子は、前記溝に保持された光ファイバと前記受発光部とが光学的に結合し、かつ前記電極Ａと前記電極Ｂとが電気的に接続されるように配置された状態で、前記電極Ａによって電気的に接続されるとともに機械的に接合されている光モジュールを提供する。
基材に形成された溝に光ファイバが保持されたことによって、高精度に光ファイバの端面を位置決めした状態で、保持、固定できる。また、溝の長手方向と略垂直をなす端面に電極Ａが設けられ、この電極Ａによって受発光素子が電気的に接続されるとともに機械的に接合されたことによって、受発光素子と、光ファイバとを高精度に結合することを可能とすると同時に、受発光素子と電子回路との電気的接続をとることができる。
更に、このような構成とすることによって、１つの基材にて受発光素子と光ファイバとを光結合でき、モジュール全体を小型化できる。

上記光モジュールにおいて、前記溝は、前記電極Ａが設けられた端面と連通しており、前記光ファイバの裸線部を一定の位置に保持する裸線保持部を有することが好ましい。
前記裸線保持部としては、Ｖ溝や、光ファイバの裸線部の外径と同等の幅、深さを有する矩形状の溝等のように、光ファイバを押さえつけることによって光ファイバの端部の位置が一意的に決定されるものが挙げられる。この裸線保持部への嵌め込みによる光ファイバの固定、又は接着剤あるいは機械的手段により光ファイバを裸線保持部へ保持、固定することによって、光ファイバの裸線部を一定の位置に保持できる。
これにより、光ファイバの端部の位置ずれ（位置変動）を抑え、光ファイバと受発光素子間の光損失の変動を抑えることができる。
また、再現性良く光ファイバを一定の位置に位置決め保持、固定できる。

上記光モジュールにおいて、前記溝は、前記電極Ａが設けられた端面と対向する端面側に前記光ファイバの被覆部を保持する被覆保持部を有することが好ましい。
これにより、光ファイバのうち、端部から離れた部分（光ファイバの被覆部）においても、溝に保持、固定されるため、光ファイバは強固に基材に固定される。このため、例えば、光モジュールを基板等に搭載する際、光モジュールにかかる応力等によって光ファイバが基材から脱落することを防止できる。

上記光モジュールにおいて、前記基材は、並列に設けられた複数の溝を有し、該複数の溝はそれぞれ光ファイバを保持して、複数の光ファイバが前記基材に配列されて光ファイバアレイをなしていることが好ましい。
これにより、複数の光ファイバを１つの基材に集約できる。

上記光モジュールにおいて、前記基材には、受発光素子駆動用半導体素子が搭載され、該受発光素子駆動用半導体素子と前記受発光素子とが電極Ａを介して電気的に接続されていることが好ましい。
これにより、基材に受発光素子駆動用半導体も集約できる。このため、例えば光モジュールを基板等に搭載して利用する際、基板上に新たに受発光素子駆動用半導体を実装する必要が無く、この光モジュールを用いた電子機器の更なる小型化が実現できる。

本発明は、上記光モジュールと、電子部品とが、１つの基板に実装されてなる光モジュール実装基板を提供する。
本発明の光モジュールが電子部品と１つの基板に実装されたことによって、光損失が少なく、小型の光モジュール実装基板が実現できる。

本発明は、光ファイバの一端に上記光モジュールからなる発光モジュールが接続され、前記光ファイバの他端に上記光モジュールからなる受光モジュールが接続されてなる光通信モジュールを提供する。

本発明は、光ファイバの両端に上記光モジュールからなる送受信モジュールが接続されてなる双方向光通信モジュールを提供する。
本発明の光モジュールが光ファイバに接続されたことによって、光損失が少なく、小型の光通信モジュールや双方向光通信モジュールが実現できる。

本発明は、光ファイバと、前記光ファイバを保持する溝、および、該溝の長手方向と略垂直をなす端面に設けられた電極Ａを備えた基材と、受発光部および電極Ｂを同一面内に設けた受発光素子と、を少なくとも有する光モジュールの製造方法において、前記基材に設けられた溝の形状から、該溝に保持される光ファイバの中心位置を判定して、前記受発光素子の位置決めをする光モジュールの製造方法を提供する。

本発明の光モジュールによると、受発光素子と、光ファイバとを高精度に結合することを可能とすると同時に、受発光素子と電子回路との電気的接続をとり、かつ、モジュール全体を小型化できる。
この本発明の光モジュールを用いることによって、光損失が少なく、小型の光モジュール実装基板、光通信モジュール、双方向光通信モジュールが実現できる。
本発明の光モジュールの製造方法によれば、１つの溝を基準として、光ファイバと受発光素子を位置決めするので、光強度を測定しながらの調芯作業を行う必要がなくなり、光ファイバと受発光素子との接続部分の製造コストを大幅に削減できる。また、１つの基材に、光ファイバおよび受発光素子を実装することによって、光モジュールの小型化を実現することができる上に、その実装方法も極めて簡便となる。さらに、光ファイバを基材に固定する際に、光ファイバのクラッドよりも外径の大きい被覆部が被覆保持部に収まるため、光ファイバに曲げの力がかかることがなく、高い信頼性を有する光モジュールを得ることができる。

以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光モジュールの一実施形態を示す概略斜視図である。
光モジュール１は、光ファイバ１０と、これを保持するための溝２１および溝２１の長手方向と略垂直をなす端面２２に設けられた電極（電極Ａとも言う。）２３、２３を備えた基材２０と、受発光部３１および電極（電極Ｂとも言う。）３２、３２を同一面内に設けた受発光素子３０とから概略構成されている。
そして、光ファイバ１０と受発光素子３０とが光学的に結合し、かつ電極２３、２３と、電極３２、３２とが電気的に接続されるように、基材２０に対して受発光素子３０が配置された状態で、受発光素子３０は、電極２３、２３によって基材２０に電気的に接続されるとともに機械的に接合されている。

ここで、溝２１の長手方向と端面２２とが略垂直をなすとは、溝２１の長手方向と端面２２とがほぼ垂直に交わっていることをいう。
また、光ファイバ１０と受発光素子３０とが光学的に結合しているとは、光ファイバ１０と受発光素子３０とが、受発光素子３０からの出射光を光ファイバ１０に導波でき、また光ファイバ１０からの出射光を受発光素子３０に受光可能な状態を言う。具体的には、光ファイバの端面１０ａのコア１１と受発光素子３０の受発光部３１とが、互いの光軸が重なったなるように相対して位置決め固定された状態である。

光モジュール１において、光ファイバ１０は、その端面１０ａが、端面２２と同一面内に存在するか、あるいは、端面２２の近傍の適正な位置に存在するように位置決めされた状態で、基材２０の溝２１に接着剤あるいは機械的手段によって保持、固定されている。
なお、光ファイバ１０のうち、基材２０の端面２６近傍の溝２１と接する部分に、例えば、シリコン樹脂などのストレインレリーフのための樹脂を塗布しておいても構わない。これにより基材２０に対して光ファイバ１０の付け根部分（基材２０の端面２６近傍の溝２１と接する部分）の固定強度（接着強度）を高めることができる。

図２は、図１に示した光モジュール１を構成する光ファイバ１０を示す概略斜視図である。
この光ファイバ１０は、コア１１とクラッド１２からなる裸線部１３と、クラッド１２の外周上に被覆された紫外線硬化型樹脂やシリコンなどからなる１次被覆部１４と、１次被覆部１４の外周上に被覆されたナイロン樹脂などからなる２次被覆部１５とから構成されている。
ここで、裸線部１３を構成するコア１１は、通常、石英系ガラスにゲルマニウムなどを添加してわずかに屈折率を高くしたものであり、クラッド１１は、コア１１を包囲する外径１２５μｍの石英系ガラスからなる。また、光ファイバ１０の一次被覆部１４の外径は通常、２５０μｍまたは４００μｍであり、２次被覆部１５での外径は９００μｍである。
なお、２次被覆部１５をもたない光ファイバを使用することもできる。

光ファイバ１０の端面１０ａ近傍では、クラッド１２が露出するように１次被覆部１４および２次被覆部１５が除去されている。この１次被覆部１４および２次被覆部１５が除去されて露出した裸線部１３の長さは、基材２０の形状に応じて適宜設定されるが、光モジュール１の機械的強度を向上するためには、１ｍｍ以上が望ましく、１ｍｍ〜６ｍｍ程度がより望ましい。
この裸線部１３が露出している部分よりも端面１０ａから離れた部分では、１次被覆部１４が露出するように２次被覆部１５が除去されている。２次被覆部１５が除去されて露出した１次被覆部１４の長さは、基材２０の形状に応じて適宜設定されるが、光モジュール１の機械的強度を向上するためには、１ｍｍ以上が望ましく、１ｍｍ〜６ｍｍ程度がより望ましい。

さらに、光ファイバ１０の端面１０ａや受発光素子３０の表面における光の反射によって光学特性が不安定となるのを避けるためには、光ファイバ１０の端面１０ａをあらかじめ斜めに切断しておくことが有効である。光ファイバ１０の端面１０ａを斜めに切断する場合の角度は、４〜１５°が望ましく、光の反射を防ぎ、光を光ファイバに入射させるためには、８°程度がより望ましい。

なお、この実施形態では、光ファイバ１０には、２次被覆部１５が設けられた光ファイバ心線の例を示したが、本発明の光モジュールはこれに限定されず、光ファイバは１次被覆部のみが設けられた光ファイバ素線であってもよい。また、各部分の外径も限定されるものではない。

図３は、図１に示した光モジュール１を構成する基材２０を示す概略斜視図である。
基材２０は、その長手方向全長にわたって光ファイバを保持するための溝２１が形成された略直方体のものである。
基材２０の大きさは、光モジュールの用途やこの基材に実装する素子の種類に応じて設定され、例えば、長さ１ｍｍ〜数ｃｍ程度、また、光ファイバを保持するためには、幅および厚さは０．５ｍｍ〜数ｃｍ程度であることが望ましい。

基材２０の材質としては、セラミックス、各種ガラス、各種樹脂材料、シリコンなどが挙げられるが、これらの中から、加工性、電極の形成のし易さ、受発光素子、光ファイバや、他の部品との接続などの都合から、適宜選択される。

溝２１は、溝２１の斜面２１ａ、２１ａの基材２０の底面２０ａに対する角度が６０°をなすように、断面Ｖ字状に形成されている。
図２に示すように、基材２０の溝２１の一部は、電極２３、２３が設けられた端面２２と連通している。より詳細には、溝２１は、基材２０の端面２２と略垂直をなす上面に、基材２０の端面２２に対して略垂直方向に延在し、溝２１の開口が基材２０の端面２２に臨むように形成されている。
この溝２１のうち、基材２０の端面２２近傍には、光ファイバ１０の裸線部１３が露出している部分を保持する裸線保持部２４が設けられている。溝２１に光ファイバ１０が収納されると、光ファイバ１０の裸線部１３が露出している部分が、裸線保持部２４に保持され、光ファイバ１０の端面１０ａが所定の位置に位置決めされるようになっている。
この裸線保持部２４の長さは、特に限定されないが、光モジュール１の機械的強度を向上するためには、０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。

また、基材２０の溝２１の底部には、電極２３、２３が設けられた端面２２と対向する端面２６から溝２１の中途まで形成され、光ファイバ１０の１次被覆部１４が露出している部分と接するように溝の深さが調整された断面矩形状の溝からなる被覆保持部２５が設けられている。溝２１に光ファイバ１０が収納されると、光ファイバ１０の１次被覆部１４が露出している部分が、被覆保持部２５に保持、固定されるようになっている。
この被覆保持部２５の長さは、特に限定されないが、光モジュール１の機械的強度を向上させるためには、１ｍｍ以上とすることが望ましい。
なお、クラッド保持部２４と被覆保持部２５との長さの比は特に限定されず、所望の強度などに応じて、適宜設定される。

電極２３、２３は、例えば、下地がニッケル、表面付近が金で形成された金属薄膜からなり、メッキ法、蒸着法、スパッタリング法などを用いて、所定の形状（間隔、厚さなど）に形成されている。この電極２３、２３は、受発光素子を電気的に接続すると共に機械的に接合するためのものである。また、電極２３、２３は、これに電気的に接続された受発光素子３０と、受発光素子駆動用半導体素子等の他の電子素子や外部回路等とを電気的に接続する機能も有する。
電極２３、２３の大きさや間隔は、これに接続される受発光素子３０の電極３２、３２の大きさや間隔に応じて適宜設定される。

この実施形態では、２つの電極２３、２３を、基材２０の端面２２のみに設けたが、本発明の光モジュールはこれに限定されず、必要に応じて、電極２３、２３を、端面２２から基材２０の他の面、例えば、底面２０ａまで延長して設けてもよい。このように、電極２３、２３を端面２２から基材２０の他の面まで延長して設け、この他の面に、例えば、ドライバ回路、プリアンプ、シリアライザなどの半導体素子を実装したり、別の回路基板などを接続してもよい。
光モジュール１では、光ファイバ１０が溝２１に保持、固定されているため、光ファイバ１０にかかる曲げ応力を抑え高い強度を有する。このため、基材２０には、電子部品（受発光素子駆動用半導体素子）を搭載することも可能である。これにより、例えば光モジュール１を基板等に搭載して利用する際、基板上に新たに受発光素子駆動用半導体を実装する必要が無く、この光モジュール１を用いた電子機器の更なる小型化が実現できる。

基材２０を作製するには、原材料を研削する機械加工法、射出成形法、押出成形法のいずれか、あるいは、これらを組み合わせた方法などが用いられる。
例えば、原材料として、板状または棒状のガラス材料、シリコン材料、セラミックス材料などを用いた場合、溝２１、クラッド保持部２４、被覆保持部２５などを、各種の旋盤、研削機などを用いて高精度に研削加工する。

また、例えば、原材料として、セラミックス粉末、各種樹脂材料などを用いた場合、基材２０の外形を、射出成形または押出成形で形成した後、精度が要求される溝２１、クラッド保持部２４、被覆保持部２５などを研削加工する。この研削加工としては、例えば、端面２２から、基材２０の長手方向全長にわたって溝２１を形成した後、端面２２と対向する端面２６から、基材２０の長手方向に沿って、基材２０の全長の半分程度まで形成する方法が挙げられる。また、溝２１も射出成形または押出成形により、成形型で形成してもよい。

図４は、図１に示した光モジュール１を構成する受発光素子３０を示す概略斜視図である。
受発光素子３０は、その中央部近傍に設けられた受発光部３１と、この受発光部３１を中心として、受発光部３１が設けられた面と同一面内に略対称に配置された電極３２、３２とから概略構成されている。
受発光素子３０としては、例えば、受光素子のフォトディテクター（ＰＤ）や、発光素子のレーザダイオード（ＬＤ）、垂直共振器型面発光半導体レーザ（Vertical Cavity Surface-Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）などが挙げられる。
受発光部３１は、受発光素子３０が受光素子の場合は受光部、発光素子の場合は発光部として機能する。

この受発光素子３０は、前述したように、光ファイバ１０と光学的に結合し、かつ電極２３、２３と、電極３２、３２とが電気的に接続されるように配置された状態で、電極２３、２３によって基材２０に電気的に接続されるとともに機械的に接合されている。
具体的には、受発光素子３０に設けられた電極３２、３２は、それぞれ金バンプ、半田や、銀ペーストなどの導電性接着剤などによって、端面２２に設けられた電極２３、２３に電気的に接続されるとともに機械的に接合されている。

次に、この実施形態の光モジュールに係る製造方法について説明する。
この実施形態の光モジュールに係る製造方法では、基材２０に、光ファイバ１０および受発光素子３０を固定する順序は特に限定されない。
ここでは、光ファイバ１０を先に固定する場合について説明する。

まず、光ファイバ１０を、基材２０に固定する。この際、光ファイバ１０の端面１０ａの位置を、溝２１の上方から観察しながら、端面１０ａを、基材２０の端面２２と同一面内に存在するか、あるいは、端面２２の近傍の適正な位置に存在するように、光ファイバ１０を位置決めして配置する。このように光ファイバ１０を位置決めした状態で維持したまま、裸線部１３が露出している部分を裸線保持部２４の底部に嵌め込み、１次被覆部１４が露出している部分を被覆保持部２５に嵌め込んで、裸線部１３が露出している部分および１次被覆部１４が露出している部分をそれぞれ接着剤あるいは機械的手段により溝２１に固定する。

次いで、基材２０に設けられた溝２１の形状から、この溝２１に保持される光ファイバ１０の中心位置を判定し、この光ファイバ１０の中心と、受発光素子３０の受発光部３１の中心が一致するように画像から判定して位置決めする。そして、この状態を維持したまま受発光素子３０を基材２０の端面２２に固定する。この際、受発光素子３０の電極３２、３２を、それぞれ、金バンプ、半田、銀ペーストなどの導電性接着剤などにより、端面２２に設けられた電極２３、２３に接続、固定する。
これにより図５に示すように、光ファイバ１０と受発光素子３０とが高精度に位置合わせされた光モジュール１を得る。なお、基材や電極パターンの精度が十分高い場合には、これらを基準としても問題ない。

次に、光ファイバ１０を基材２０の溝２１に保持、固定させる前に、受発光素子３０を基材２０に固定する場合について、以下に説明する。
受発光素子３０を基材２０に固定する際には、基材２０の端面２２のＣＣＤカメラなどによる観察画像から溝２１（裸線保持部２４）の形状を認識して、光ファイバ１０の中心がくるべき位置を判定して、受発光素子３０を置く位置を定める。この場合、溝２１のうち、光ファイバ１０が接することになる特定の領域において、その角度にのみ精度が出ていれば、深さや位置の精度が悪くても、光結合には影響を与えないため、光モジュール１の製造を簡略化することができる。
なお、フリップチップボンダを用いて受発光素子３０を基材２０に固定する場合には、予め位置決め用の目印を基材２０側に設けておいても構わない。
次に、溝２１に光ファイバ１０の裸線部１３が露出している部分を裸線保持部２４の底部に嵌め込み、裸線部１３，１次被覆部１４が露出している部分を接着剤あるいは機械的手段により固定する。
なお、少なくとも受発光部３１と光ファイバ１０との接合には、透光性の樹脂を用いるとよい。

フリップチップボンダによる接続方法の一例を以下に示す。
基材２０の電極２３が設けられた端面２２を上に向けて装置のステージ上に固定する。受発光素子３０の受発光部３１が下を向くように、真空吸着などにより、受発光素子３０を装置のアームで保持する。なお、受発光素子３０にはあらかじめ、基材２０の電極２３と接合するために金バンプなどを形成しておく。双方が所定の位置関係になるように位置と角度の微調整を行う。この際、受発光素子３０と基材２０の接合する面をそれぞれＣＣＤカメラなどにより観察し、精密に位置合わせを行う。なお、画像を元に判定を行うので、位置決め条件は比較的自由に設定することが可能である。
次に、ステージとアームの一方あるいは両方を所定の距離だけ移動させて受発光素子３０と基材２０が鉛直線上に並ぶようにする。受発光素子３０と基材２０を接近させ、接触させてから所定の圧力をかけながら加熱する。接合が終わったら、アームを離し、基材２０（この時点では受発光素子３０も固定されている）を取り出す。

基材２０に設けられた溝２１の形状から、この溝２１に保持される光ファイバ１０の中心位置を判定する方法について、具体例を例示して更に詳細に説明する。
図６は、裸線部１３の外径が１２５μｍの光ファイバ１０を保持するように形成された溝２１を基材２０の端面２２側から見た模式図である。
図６に示されたように、溝２１を基材２０の端面２２側から観察する。この観察画像において、溝２１の側面から、光ファイバ１０の裸線部１３の半径（６２．５μｍ）の距離離れ、溝２１の側面に平行な線分を各溝２１について描く。
この２つの線分の交点が、溝２１に保持される光ファイバ１０の中心位置となる。
このように溝２１を基材２０の端面２２側から観察して得られる観察画像をもとにすることによって、溝２１に保持される光ファイバ１０の中心位置を見出すことができる。

このように、この実施形態の光モジュール１にあっては、１つの溝２１を基準として、光ファイバ１０と受発光素子３０を位置決めするので、光強度を測定しながらの調芯作業を行う必要がなくなり、光ファイバ１０と受発光素子３０との接続部分の製造コストを大幅に削減できる。また、１つの基材２０に、光ファイバ１０および受発光素子３０を実装することによって、光モジュール１の小型化を実現することができる上に、その実装方法も極めて簡便となる。
さらに、光ファイバ１０を基材２０に固定する際に、クラッド１２よりも外径の大きい１次被覆部１４が被覆保持部２５に収まるため、光ファイバ１０に曲げの力がかかることがなく、高い信頼性を有する光モジュール１を得ることができる。

なお、この実施形態では、端面２６から基材２０の長手方向の中途まで、溝２１底部の一部を被覆保持部２５とし、被覆保持部２５の断面形状を矩形としたが、本発明の光モジュールはこれに限定されない。光ファイバの被覆部を適切な位置に保持できれば、被覆保持部２５の断面形状はＶ字型、円弧型、平面型などであってもよい。

図７は、本発明の光モジュールを構成する基材の他の例を示す概略斜視図である。
図７（ａ）に示すように、基材４０において、溝４１とは別に、電極４３、４３が設けられた端面４２と対向する端面４６から基材４０の長手方向の中央部近傍まで形成された平面型の被覆保持部４５が設けられていてもよい。
また、図７（ｂ）に示すように、基材５０において、溝５１とは別に、電極５３、５３が設けられた端面５２と対向する端面５６から基材５０の長手方向の中央部近傍まで形成された断面略Ｕ字型の被覆保持部５５が設けられていてもよい。

また、光ファイバが２層以上の被覆部を有する場合、被覆保持部に長手方向の段差を設けたり、テーパをつけたりするなどして、各被覆部を全て被覆保持部で保持できるようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、溝２１および裸線保持部２４の断面形状はＶ字型としたが、本発明の光モジュールはこれに限定されず、光ファイバの裸線部を適切な位置に保持できれば、溝および裸線保持部の断面形状は矩形、円弧型などであってもよい。

図８は、本発明の光モジュールを構成する基材の他の例を示す概略正面図である。
図８（ａ）に示すように、基材６０において、断面矩形の溝６１を基材６０の長手方向全長にわたって形成し、溝６１の底部６１ａに断面Ｖ字型の裸線保持部６４を設けてもよい。この基材６０では、溝６１を被覆保持部６５としても使用することができる。
また、図８（ｂ）に示すように、基材７０において、断面矩形の溝７１を基材７０の長手方向全長にわたって形成し、溝７１の底部７１ａに断面矩形の裸線保持部７４を設けてもよい。この基材７０では、溝７１を被覆保持部７５としても使用することができる。

図９は、本発明の光モジュールを構成する基材の他の例を示す概略側面図である。
図９（ａ）に示すように、基材８０において、受発光素子が接続される電極が設けられた端面８２と光ファイバ端面との間に、所定の間隔を隔てるための厚さを有する突起８３を設けてもよい。このようにすれば、光ファイバを基材８０に固定する際に、光ファイバが溝８１からはみ出すのを防止することができる。
この突起８３は、基材８０を一体に成形しても、後から樹脂などで形成してもよい。

あるいは、図９（ｂ）に示すように、基材８０において、端面８５に受発光素子が接続される電極側で、光ファイバの裸線部を固定する溝が設けられている部分の一部に長手方向と垂直な間隙８７が設けられているものとすれば、この間隙８７から光ファイバを押さえることができるから、効果的に光ファイバを溝８１の底に固定することができる。

また、上述の実施形態では、受発光素子３０の電極３２、３２を、受発光部３１の設けられた面と同一面内に受発光部３１を中心として、略対称に配置したが、本発明の光モジュールはこれに限定されない。必要に応じて電極と受発光部の配置を適宜変えることができる。

図１０は、本発明の光モジュールを構成する受発光素子の他の例を示す概略斜視図である。
図１０（ａ）に示すように、受発光素子９０において、２つの電極９２、９２を、その間に受発光部９１を挟み込まずに、隣接して設けてもよい。
また、図１０（ｂ）に示すように、受発光素子１００において、一方の電極１０２が設けられている面の裏面に、他方の電極（図示略）を設けてもよい。あるいは、両方の電極が裏面に設けられている場合には、固定のみを行う。この場合、基材の電極と直接接触させることができない電極は、ワイヤボンディングなどにより、基材の電極と電気的に接続される。

図１１は、図１〜図１０に示したような構成の光モジュールの基材に、電子部品（受発光素子駆動用半導体素子）が搭載された例を示す概略斜視図である。
図１１（ａ）に示すように、この光モジュール１５０では、基材１１０に、端面１１２から上面１１４まで延在する電極１１３、１１３が設けられており、この電極１１３、１１３と、上面１１４に搭載された電子部品１３０の電極１３１とが、ワイヤボンディング１４０を介して電気的に接続されている。また、電子部品１３０の電極１３１は、ワイヤボンディング１４０を介して、基材１１０の上面１１４に、電極１１３、１１３とは別に設けられた電極１１５と電気的に接続されている。

電子部品（受発光素子駆動用半導体素子）１３０は、例えば、受発光素子１２０を動作させるためのドライバ回路、プリアンプ、シリアライザなどの半導体チップや抵抗、コンデンサ、その他の電子素子からなるものである。基材と素子の大きさによっては、複数の素子を搭載してもよい。
基材１１０に電子部品１３０を搭載するには、金スズ共晶半田、接着剤、導電性接着剤などを利用することができる。また、金バンプや半田を用いて、電子部品１３０の電極面を基材側に向けて、電極１３１と基材１１０の電極１１３、１１５を接続、固定してもよい。

また、図１１（ａ）に示すように、受発光素子１２０、電子部品１３０およびこれらを接続している電気回路部分を保護するために、これらを被覆材１６０で被覆してもよい。
被覆材１６０の材質としては、エポキシ系樹脂などの樹脂が挙げられる。

図１２は、図１１に示した光モジュール１５０を、他の電子部品と共に専用の基板に搭載した光モジュール実装基板の例を示す概略斜視図である。
この例の光モジュール実装基板は、セラミックス、ガラスエポキシ、その他の樹脂などからなる基板１７０の同一面上に、光モジュール１５０と、受発光素子１２０を動作させるためのドライバ回路、プリアンプ、シリアライザなどの半導体素子チップやコンデンサなどのその他の電子部品１７１とが搭載されてなるものである。電子部品を複数搭載する場合、それらの間に必要な配線がなされる。
基材１１０の上面から側面１１６まで延在する電極１１７、１１７と、電子部品１７１の電極１７２、１７２とが、ワイヤボンディング１７３を介して接続され、光モジュール１５０と電子部品１７１とが電気的に接続されている。また、外部と電気的に接続するための端子も有する。

また、図１〜図１１に示したような構成の光モジュールを、必要に応じて、金属、セラミックス、樹脂などからなるパッケージに封止して、送信モジュールまたは受信モジュールとすることもできる。

図１３は、上記のような送信モジュールまたは受信モジュールを、１本の光ファイバの両端に接続してなる光通信モジュールの一例を示す概略斜視図である。
この例の光モジュール１８０は、光ファイバ１８１の一端に送信モジュール１８２が接続され、他端に受信モジュール１８３が接続されてなるものである。このような構成とすることにより、この光モジュールは、送信モジュール１８２から受信モジュール１８３への一方向に光の伝送がなされる一方向光伝送モジュールとなる。

図１４は、図１３に示した光モジュールを並列に配置してなる双方向光通信モジュールの一例を示す概略斜視図である。
この例の双方向光通信モジュールは、２つの光モジュール１８０と、この光モジュール１８０間に接続された２本の光ファイバ１８１とから構成されている。光モジュール１８０は、送信モジュール１８２と受信モジュール１８３とが隣り合うように、それぞれの側面で接合されてなる。一方の光モジュール１８０Ａの送信モジュール１８２と、他方の光モジュール１８０Ｂの受信モジュール１８３とが光ファイバ１８１で接続され、また一方の光モジュール１８０Ａの受信モジュール１８３と、他方の光モジュール１８０Ｂの送信モジュール１８２とが光ファイバ１８１で接続されている。
このような構成とすることにより、一方の光モジュール１８０Ａと、他方の光モジュール１８０Ｂとにおける、送信モジュール１８２から受信モジュール１８３へ向かう向きが逆向きとなるから、この光モジュールは双方向光伝送モジュールとなる。

また、図１５は、本発明の光モジュールの他の例として、アレイ型の光モジュールを示す概略斜視図である。この図では、説明を簡略化するために、一部を省略した。
この例の光モジュールでは、基材１９０が、複数の光ファイバ２００の裸線部２０３を保持するために並列に設けられた複数の断面Ｖ字型の溝からなる裸線保持部１９４と、複数の光ファイバ２００の被覆部（図示略）を保持するための断面矩形の被覆保持部１９５を有している。そして、裸線保持部１９４と被覆保持部１９５によって、複数の光ファイバ２００が保持され、これらが並列に配列されて光ファイバアレイをなしている。この基材１９０の端面１９２には受発光素子２１０が固定され、各光ファイバ２００の端面２００ａと、光ファイバ２００のピッチに合わせてほぼ等間隔に設けられた受発光部２１１が接続されている。

アレイ型の光モジュールは、図１５に示したものに限定されない。裸線保持部１９４の形状および数、被覆保持部１９５の形状は光ファイバ２００の外径や本数に応じて適宜設定される。
また、光ファイバ２００としては、単心の光ファイバに限定されず、光ファイバテープを口出ししたものを用いてもよい。

本発明は、受発光素子と光ファイバが光結合されてマウント部材に実装された光モジュールや、この光モジュールが搭載された各種光通信機器などに利用できる。

本発明の光モジュールの一実施形態を示す概略斜視図である。 図１に示した光モジュールを構成する光ファイバを示す概略斜視図である。 図１に示した光モジュールを構成する基材を示す概略斜視図である。 図１に示した光モジュールを構成する受発光素子を示す概略斜視図である。 受発光素子が基材の端面に固定された状態を示す概略正面図である。 裸線部の外径が１２５μｍの光ファイバを保持するように形成された溝を基材の端面側から見た模式図である。 本発明の光モジュールを構成する基材の他の例を示す概略斜視図である。 本発明の光モジュールを構成する基材の他の例を示す概略正面図である。 本発明の光モジュールを構成する基材の他の例を示す概略側面図である。 本発明の光モジュールを構成する受発光素子の他の例を示す概略斜視図である。 光モジュールの基材に、電子部品が搭載された例を示す概略斜視図である。 図１１に示した光モジュールを、他の電子部品と共に専用の基板に搭載した例を示す概略斜視図である。 上記のような送信モジュールまたは受信モジュールを、１本の光ファイバの両端に接続してなる光モジュールの一例を示す概略斜視図である。 図１３に示した光モジュールを並列に配置してなる光モジュールの一例を示す概略斜視図である。 本発明の光モジュールの他の例として、アレイ型の光モジュールを示す概略斜視図である。

符号の説明

１・・・光モジュール、１０・・・光ファイバ、１１・・・コア、１２・・・クラッド、１３・・・裸線部、１４・・・１次被覆部、１５・・・２次被覆部、２０・・・基材、２１・・・溝、２２・・・端面、２３・・・電極、２４・・・裸線保持部、２５・・・被覆保持部、３０・・・受発光素子、３１・・・受発光部、３２・・・電極、８３・・・突起、８７・・・間隙、１３０・・・電子部品、１４０・・・ワイヤボンディング、１６０・・・被覆材、１７０・・・基板、１８１・・・光ファイバ、１８２・・・送信モジュール、１８３・・・受信モジュール。

Claims (9)

1. 光ファイバと、
   前記光ファイバを保持する溝、および、該溝の長手方向と略垂直をなす端面に設けられた電極Ａを備えた基材と、
   受発光部および電極Ｂを同一面内に設けた受発光素子と、を少なくとも有する光モジュールであって、
   前記受発光素子は、前記溝に保持された光ファイバと前記受発光部とが光学的に結合し、かつ前記電極Ａと前記電極Ｂとが電気的に接続されるように配置された状態で、前記電極Ａによって電気的に接続されるとともに機械的に接合されていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記溝は、前記電極Ａが設けられた端面と連通しており、前記光ファイバの裸線部を一定の位置に保持する裸線保持部を有することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記溝は、前記電極Ａが設けられた端面と対向する端面側に前記光ファイバの被覆部を保持する被覆保持部を有することを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記基材は、並列に設けられた複数の溝を有し、該複数の溝はそれぞれ光ファイバを保持して、複数の光ファイバが前記基材に配列されて光ファイバアレイをなしていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光モジュール。
5. 前記基材には、受発光素子駆動用半導体素子が搭載され、該受発光素子駆動用半導体素子と前記受発光素子とが電極Ａを介して電気的に接続されていることを特徴とする光モジュール。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の光モジュールと、電子部品とが、１つの基板に実装されてなることを特徴とする光モジュール実装基板。
7. 光ファイバの一端に請求項１ないし５のいずれかに記載の光モジュールからなる発光モジュールが接続され、
   前記光ファイバの他端に請求項１ないし５のいずれかに記載の光モジュールからなる受光モジュールが接続されてなることを特徴とする光伝送モジュール。
8. 光ファイバの両端に請求項１ないし５のいずれかに記載の光モジュールからなる送受信モジュールが接続されてなることを特徴とする双方向光伝送モジュール。
9. 光ファイバと、
   前記光ファイバを保持する溝、および、該溝の長手方向と略垂直をなす端面に設けられた電極Ａを備えた基材と、
   受発光部および電極Ｂを同一面内に設けた受発光素子と、を少なくとも有する光モジュールの製造方法において、
   前記基材に設けられた溝の形状から、該溝に保持される光ファイバの中心位置を判定して、前記受発光素子の位置決めをすることを特徴とする光モジュールの製造方法。

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