JP2004342675A - 光素子モジュールおよび光素子モジュール装置 - Google Patents

光素子モジュールおよび光素子モジュール装置 Download PDF

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Abstract

【課題】光素子と光ファイバとの位置合わせを容易にし、光学的な結合ロスを抑えて、基板等に搭載してモジュール装置を構成することが容易な光素子モジュールを提供する。
【解決手段】素子形成面に、発光あるいは受光用の素子部15と該素子部に電気的に接続する端子12とが設けられた光素子10に、前記素子部15に位置合わせして端面を当接させた状態で光ファイバ20を接合することにより、光素子10と光ファイバ20とを光学的に結合してなる光素子モジュールであって、前記光ファイバ20の外周面に、光ファイバ20の端面から光ファイバの軸線方向に向けて延び、前記端子12と電気的に接続される配線パターン22が設けられ、前記素子形成面に光ファイバ20の端面を当接した状態で光素子10と光ファイバ20とが接合され、前記端子12と配線パターン22とが電気的に接続されてなることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は面発光のレーザ素子やフォトダイオード等の発光用あるいは受光用の光素子と光ファイバとを組み合わせて構成した光素子モジュールおよびこの光素子モジュールを基板に搭載してなる光素子モジュール装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
面発光のレーザ素子あるいはフォトダイオードといった発光用あるいは受光用の光素子を用いた光素子モジュールには、図6に示すように、光素子10の発光面あるいは受光面に端面を対向させるようにして光ファイバ20を配置し、光素子10と光ファイバ20との間で投受光するようにした製品がある。図6で12が光素子10の端子、13が端子12にボンディングしたボンディングワイヤ、14が実装基板の接続電極である。
また、図7は光素子10の素子形成面を示すもので、素子形成面の中央に発光部あるいは受光部となる素子部15が設けられ、素子部15の外側に端子12が設けられていることを示す。16は素子部15と端子12とを電気的に接続するための配線パターンである。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−220383号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した面発光のレーザ素子あるいはフォトダイオード等の光素子と光ファイバとを組み合わせた光素子モジュールでは、光素子10と光ファイバ20との間に光学レンズを配置せずに投受光させる配置とすることが可能であり、その場合には、光素子10の素子部15に光ファイバ20の端面をできるだけ接近させて配置するようにする。
【0005】
しかしながら、図6に示すような従来の光素子モジュールでは、光素子10と外部回路との電気的接続をワイヤボンディングによって行っているから、ボンディングワイヤ13と干渉しないように光ファイバ20を配置する必要があり、光素子10の素子形成面と光ファイバ20の端面とは離間させて配置せざるを得ないという問題があった。
このため、光素子10と光ファイバ20との投受光の際にロスが生じたり、光素子10と光ファイバ20とを離間させて配置するため、光素子10の光軸に一致させるように光ファイバ20を位置合わせして配置することが難しいといった問題があった。
【0006】
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、光素子と光ファイバとを直接的に接続することを可能とし、光素子と光ファイバとの位置合わせを容易にし、光学的な結合ロスを抑えることができ、基板に搭載してモジュール装置を構成することが容易に可能な光素子モジュールおよびこの光素子モジュールを用いた光素子モジュール装置を提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、素子形成面に、発光あるいは受光用の素子部と該素子部に電気的に接続する端子とが設けられた光素子に、前記素子部に位置合わせして端面を当接させた状態で光ファイバを接合することにより、光素子と光ファイバとを光学的に結合してなる光素子モジュールであって、前記光ファイバの外周面に、光ファイバの端面から光ファイバの軸線方向に向けて延び、前記端子と電気的に接続される配線パターンが設けられ、前記光素子の端子が、前記光ファイバの端面における配線パターンと位置合わせして、前記素子形成面に当接する光ファイバの端面の外周線と交差する配置に設けられ、前記素子形成面に光ファイバの端面を当接した状態で光素子と光ファイバとが接合され、前記端子と配線パターンとが電気的に接続されてなることを特徴とする。
【0008】
また、前記端子と前記配線パターンの外面との間に導電材が塗布され、導電材を介して前記端子と配線パターンとが電気的に接続されるとともに、導電材により光素子と光ファイバとが一体に接合されていることを特徴とする。
また、前記素子形成面に当接する光ファイバの端面に沿った外周に接着剤が塗布され、接着剤を介して光素子と光ファイバとが接着固定されていることを特徴とする。
また、前記光素子の素子形成面に、光ファイバの端面の外周線と交差する配置にダミーの端子が設けられ、該ダミーの端子と光ファイバの外面との間に導電材あるいは接着剤が塗布されて、光素子と光ファイバとが接合されていることを特徴とする。
また、前記端子と光ファイバの外面との間に塗布された導電材が、フリップチップ接続形式により基板に実装可能な接続用バンプとして形成されていることを特徴とする。
【0009】
また、前記光素子モジュールが基板に搭載されてなる光素子モジュール装置であって、前記基板に設けられた装着孔に、前記光素子モジュールの光ファイバが挿通され、前記装着孔の縁部で、前記基板に設けられた配線パターンと前記光ファイバの外面に設けられた配線パターンとの間に導電材が塗布されて、前記基板に設けられた配線パターンと前記光ファイバの外面に設けられた配線パターンとが電気的に接続されるとともに、光ファイバが基板に接合されることにより、光素子モジュールが基板に搭載されていることを特徴とする。
また、前記基板に設けられた装着孔に、前記光素子モジュールの光ファイバが挿通され、前記装着孔の縁部で、接続用バンプが基板に設けられた配線パターンと接合されることにより、前記基板に設けられた配線パターンと前記光ファイバの外面に設けられた配線パターンとが電気的に接続された状態で光素子モジュールが基板に搭載されていることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面にしたがって詳細に説明する。
図1は本発明に係る光素子モジュールの構成を示す説明図であり、図1(a)は光素子10と光ファイバ20とからなる光素子モジュールを側面方向から見た状態を示し、図1(b)は光素子10の素子形成面における平面配置を示す。
図1(a)に示すように、本発明に係る光素子モジュールは、光素子10の素子形成面に光ファイバ20の端面を当接させた状態で光素子10と光ファイバ20とを接合して成るものである。
【0011】
図1(b)に示すように、光素子10の素子形成面には発光部あるいは受光部としての素子部15と、素子部15と配線パターン16を介して電気的に接続する端子12が素子形成面に露出するように形成されている。光素子10と光ファイバ20とを接合する際には、素子部15の中心と光ファイバ20のコアの中心とを位置合わせして接合する。 光素子10の素子形成面に形成されている端子12は、光ファイバ20の中心を素子部15の中心に位置合わせして接合した際に、光ファイバ20の端面の外周線(図1(b)の破線)が端子12上を通過するように設けられている。
光ファイバ20の端面の外周線が端子12上を通過するようにしているのは、光ファイバ20を光素子10に位置決めして接合する際に、光ファイバ20の外面に形成されている配線パターン22と端子12とが電気的に導通するようにするためである。
【0012】
一方、光ファイバ20の外面に形成する配線パターン22は、光素子10の素子形成面に形成されている端子12の位置に合わせて光ファイバ20の外周面における位置(周方向位置)が設定されている。実施形態においては、配線パターン22は、光ファイバ20の端面から光ファイバ20の軸線方向に平行に所定の長さに形成している。光ファイバ20の外面に配線パターン22を形成しているのは、配線パターン22を介して光素子10と外部回路とを電気的に接続して光素子モジュールを搭載できるようにするためである。したがって、端子12に接続する配線パターン22は互いに短絡しないように配置すればよく、光ファイバ20の軸線に平行に設けなければならないものではない。
【0013】
本実施形態の光素子モジュールでは光ファイバ20の端面を光素子10の素子形成面に当接させるようにして接合するとともに、光ファイバ20の外面に形成した配線パターン22と端子12とを電気的に導通させるようにする。このため、光ファイバ20と光素子10とを接合する際には、光ファイバ20の光軸と光素子10の素子部15の中心とを位置合わせした状態で、端子12と配線パターン22とが接触している部位(境界位置)にはんだあるいは導電性ペースト等の導電材24を塗布して配線パターン22と端子12とを電気的に接続させる。なお、導電材24は少なくとも光ファイバ20と素子部15との間の投受光を阻害しないよう、光ファイバ20の端面と素子形成面との間に侵入しないようにする。
【0014】
導電材24は配線パターン22と端子12とを電気的に導通させる作用と、光ファイバ20と光素子10とを一体的に接合する作用を有するものである。光素子10は小型のチップであるから、接着性を有する導電材24を用いることにより光ファイバ20と光素子10とを容易に一体的に接着することができる。接着力が不十分であるような場合には、導電材24によって光ファイバ20と光素子10とを接着した後、光ファイバ20と光素子10とが当接している部位の周囲に電気的絶縁性を有する接着剤を塗布して固めることにより強固に接合することができる。
なお、導電材24は端子12と配線パターン22の外面との間に塗布して、端子12と配線パターン22との電気的導通を確実にしているが、光ファイバ20の端面を素子形成面に当接するだけで端子12と配線パターン22とを電気的に導通させることが可能である場合には、光ファイバ20を素子形成面に当接させ接着剤により接着するだけで接合する方法も可能である。
【0015】
図1に示す光素子モジュールは光素子10の素子形成面に光ファイバ20の端面が当接した状態で取り付けられた構造となっているから、光素子10と光ファイバ20との結合形態としてはもっとも接近した結合形態となり、これによって光素子10と光ファイバ20の接続部における光学的なロスを減らすことが可能になる。なお、光ファイバ20の端面における光反射を抑えるために光ファイバ20の端面を斜めカットしたような場合でも、光ファイバ20の端面を光素子10の素子形成面に当接させて接合することができる。この場合は、光ファイバ20の軸線方向に対して光素子10の素子形成面が垂直となる向きからわずかに傾くが、光ファイバ20と光素子10との接合が問題になることはない。
【0016】
また、図1に示す光素子モジュールは、光素子10と光ファイバ20とを相互に位置合わせした状態で接合する操作によって組み立てるから、組み立て作業が容易である。また、組み立て後には光素子10と光ファイバ20とは常に光軸等が位置合わせされた状態になっているから、光学的な調節が不要となり、取り扱いが簡便で光素子モジュールとして種々の用途に利用することが可能になる。また、光ファイバ20の外面に設けた配線パターン22と光素子10とが電気的に接続された状態で得られるから、光素子モジュールと外部回路との電気的接続が容易となり、光素子モジュールを基板に搭載するといった使い方が容易に可能になる。
【0017】
図2は上述した光素子モジュールを基板に搭載した光素子モジュール装置の例を示す。同図で30が光素子モジュールを搭載した基板であり、光素子モジュールの光ファイバ20を基板30を貫通して設けた装着孔32に挿通し、装着孔32の縁部で、導電性接着剤あるいははんだ等の導電材36を用いて配線パターン34と光ファイバ20の外面に設けられた配線パターン22とを電気的に接続することによって組み立てられている。導電材36は配線パターン22と配線パターン34とを電気的に導通させる作用と、光ファイバ20を基板30に接着して光素子モジュールを基板30に支持する作用をなす。
【0018】
配線パターン34には、光ファイバ20の外面に形成されている配線パターン22、22の配置に合わせて装着孔32の縁部に臨んで、配線パターン22と電気的に接続させる若干幅広に形成した接続電極が設けられている。接続電極と光ファイバ20の配線パターン22とを位置合わせし、導電材36を接続電極と配線パターン22との間に塗布するようにすることにより、光ファイバ20の配線パターン22と基板30の配線パターン34とを電気的に接続するとともに、光ファイバ20を基板30に接着して支持することができる。導電材36による接着力が十分でない場合には、電気的絶縁性を有する接着剤を装着孔32の周縁部に塗布して光ファイバ20を装着孔32により強固に固定するようにしてもよい。
38は基板30に搭載されている光素子10のドライバアンプ等の回路部品である。こうして、光素子10と回路部品38とが電気的に接続した状態で光素子モジュールを搭載することができる。
【0019】
図3は光素子モジュールを基板30に搭載した光素子モジュール装置の他の例を示す。この例では光素子モジュールの光素子10をフリップチップ接続形式によって基板に搭載している。
すなわち、図3(a)に示すように、基板30に設けた装着孔32に光ファイバ20を挿通し、光素子10と基板30の配線パターン34とを接続する際に、光ファイバ20を光素子10に接合して光素子モジュールを構成した際にバンプ状に形成した導電材24を基板30に接合する際に接続バンプとして使用して接続する。図3(a)は、光素子モジュールを基板30に搭載する際に、導電材24aを介して、配線パターン34と導通するように光素子モジュールを接合した状態を示す。配線パターン34の端部に端子12の配置に合わせて接続電極を形成しておき、接続電極に導電材24aを塗布して、光素子モジュールの導電材24を接続電極に位置合わせし、フリップチップ接続形式によって搭載することができる。
【0020】
図3(b)は、光素子モジュールをフリップチップ接続形式で基板に搭載する際に、光素子10が傾いて接合されたりしないように、光素子10の素子形成面にダミーの端子12aを設けた例を示す。ダミーの端子12aは素子部15と電気的に接続されている端子12と同様に、光ファイバ20の端面の外周線と交差するように周方向に均等配置に設ける。
光ファイバ20を光素子10の素子形成面に接合する際に、ダミーの端子12aにも導電材24を塗布し、導電材24によって光素子10の素子形成面に4個のバンプを形成するようにして基板30に搭載するようにすると、光素子10が傾かずに、配線パターン34と光素子10とを確実に接続することができる。
【0021】
なお、光素子10の素子形成面に図3(b)に示すようなダミーの端子12aを形成し、光ファイバ20と光素子10とを接合する際に、端子12とともにダミーの端子12aの位置においても光ファイバ20と光素子10とを接合するようにすれば光ファイバ20と光素子10との接合が確実になる。ダミーの端子12aを形成した位置に合わせて光ファイバ20の外面にダミーの配線パターンを形成し、光ファイバ20と光素子10とを接合する際に、同時にダミーの端子12aとダミーの配線とを接合するようにしてもよい。
このようなダミーの端子12aを利用して光ファイバ20と光素子10とを接合する方法は、図3に示す搭載形態の場合に限らず、図2に示すような搭載形態においても有効である。
【0022】
なお、図3(a)に示すように、基板30に対して光素子10が配置される側と同じ側に配線パターン34を形成した場合には、光ファイバ20の外面に配線パターン22を形成せずに光素子10と基板30に形成された配線パターン34とを電気的に接続することが可能である。ただし、光ファイバ20の外面に配線パターン22を形成しておく方が、端子12と光素子10との電気的接続の信頼性、基板30に形成されている配線パターン34と光素子10との電気的接続の信頼性を向上させる上で有効である。
また、図3(a)に示す搭載形態で、基板30に対して光素子10が配置される側と反対側に配線パターン34が設けられている場合には、光ファイバ20の外面に設けられた配線パターン22を介して配線パターン34と電気的に接続するようにすればよい。
【0023】
本発明に係る光素子モジュールでは、光ファイバ20の外面に配線パターン22を形成し、その配線パターン22を介して光素子10と基板30の配線パターン34等とを電気的に接続するように構成したことが特徴的である。この場合、光ファイバ20は配線パターン22を支持する支持体として作用している。光ファイバ20の外面に配線パターンを形成する方法としては、めっき等により光ファイバ20の外周面に導体層を形成し、導体層をエッチングする方法等によって所定のパターンに形成することができる。
【0024】
図4は、光ファイバ20の外面に配線パターン22を形成する際に、配線パターン22を挟んで平行に接地ライン23を形成し、コプレナーライン構造としたものである。このように光ファイバ20の外面に配線パターン22を形成する方法によれば、コプレナーライン構造とすることも可能であり、配線パターンのインピーダンスを調節することによって、高速信号の伝送特性の優れた配線構造とすることが可能である。
【0025】
なお、図5は面発光レーザ素子として、光素子10の端面に多数個の素子部15がアレイ状に配置されて形成されている例を示す。このように多数個の素子部15が微小間隔で配列されているような場合には、各々の素子部15に対応させて光ファイバ20を配置し、各素子部15との電気的接続をワイヤボンディングによって行う方法は現実的でない。これに対して、本発明に係る光素子モジュールの方法によれば、各々の素子部15に位置合わせして光ファイバ20を配置するだけで素子部15との電気的接続が可能であり、光ファイバ20の外面に設けた配線パターン22を介して外部回路との電気的接続が可能になる。
【0026】
【発明の効果】
本発明に係る光モジュールは、光素子の素子形成面に光ファイバの端面をじかに当接して接合した配置としているから、コンパクトな形態のモジュールとして提供することができ、光素子と光ファイバとの間での投受光におけるロスを最小限にしたモジュールとして提供することができる。また、光素子と光ファイバとの光軸をあらかじめ位置合わせして形成されているから、光学的な調整といった煩雑な作業をせずにモジュール装置を組み立てることができる。また、光ファイバの外面に配線パターンを形成する構成としたことから、電気的接続が容易に可能となり、基板等への搭載が容易になる。
また、本発明に係る光素子モジュール装置は、光素子と光ファイバとを組み合わせたモジュールをコンパクトに搭載することを可能にし、実装が容易で取り扱いやすい光素子を搭載したモジュール装置として提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光素子モジュールの構成を示す説明図である。
【図2】光素子モジュール装置の構成を示す説明図である。
【図3】光素子モジュール装置の他の構成を示す説明図である。
【図4】配線パターンをコプレナーライン構造とした例を示す説明図である。
【図5】素子部がアレイ状に多数個形成された光素子の例を示す説明図である。
【図6】光素子モジュールの従来の構造を示す説明図である。
【図7】光素子の素子形成面の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
10 光素子
12 端子
12a ダミーの端子
15 素子部
16 配線パターン
20 光ファイバ
22 配線パターン
23 接地ライン
24、24a 導電材
30 基板
32 装着孔
34 配線パターン
36 導電材
38 半導体装置

Claims (7)

  1. 素子形成面に、発光あるいは受光用の素子部と該素子部に電気的に接続する端子とが設けられた光素子に、前記素子部に位置合わせして端面を当接させた状態で光ファイバを接合することにより、光素子と光ファイバとを光学的に結合してなる光素子モジュールであって、
    前記光ファイバの外周面に、光ファイバの端面から光ファイバの軸線方向に向けて延び、前記端子と電気的に接続される配線パターンが設けられ、
    前記光素子の端子が、前記光ファイバの端面における配線パターンと位置合わせして、前記素子形成面に当接する光ファイバの端面の外周線と交差する配置に設けられ、
    前記素子形成面に光ファイバの端面を当接した状態で光素子と光ファイバとが接合され、前記端子と配線パターンとが電気的に接続されてなることを特徴とする光素子モジュール。
  2. 前記端子と前記配線パターンの外面との間に導電材が塗布され、導電材を介して前記端子と配線パターンとが電気的に接続されるとともに、導電材により光素子と光ファイバとが一体に接合されていることを特徴とする請求項1記載の光素子モジュール。
  3. 前記素子形成面に当接する光ファイバの端面に沿った外周に接着剤が塗布され、接着剤を介して光素子と光ファイバとが接着固定されていることを特徴とする請求項1または2記載の光素子モジュール。
  4. 光素子の素子形成面に、光ファイバの端面の外周線と交差する配置にダミーの端子が設けられ、該ダミーの端子と光ファイバの外面との間に導電材あるいは接着剤が塗布されて、光素子と光ファイバとが接合されていることを特徴とする請求項1または2記載の光素子モジュール。
  5. 端子と光ファイバの外面との間に塗布された導電材が、フリップチップ接続形式により基板に実装可能な接続用バンプとして形成されていることを特徴とする請求項4記載の光素子モジュール。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項記載の光素子モジュールが基板に搭載されてなる光素子モジュール装置であって、
    前記基板に設けられた装着孔に、前記光素子モジュールの光ファイバが挿通され、
    前記装着孔の縁部で、前記基板に設けられた配線パターンと前記光ファイバの外面に設けられた配線パターンとの間に導電材が塗布されて、前記基板に設けられた配線パターンと前記光ファイバの外面に設けられた配線パターンとが電気的に接続されるとともに、光ファイバが基板に接合されることにより、光素子モジュールが基板に搭載されたことを特徴とする光素子モジュール装置。
  7. 請求項5記載の光素子モジュールが基板に搭載されてなる光素子モジュール装置であって、
    前記基板に設けられた装着孔に、前記光素子モジュールの光ファイバが挿通され、
    前記装着孔の縁部で、接続用バンプが基板に設けられた配線パターンと接合されることにより、前記基板に設けられた配線パターンと前記光ファイバの外面に設けられた配線パターンとが電気的に接続された状態で光素子モジュールが基板に搭載されていることを特徴とする光素子モジュール装置。
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