JP2005017388A - Optical module and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光モジュールの実装技術及び構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、光加入者系通信網といった高度情報化社会に向けて、半導体レーザを代表とする光能動素子や光機能モジュールの開発が急速に進められている。さらに今後は、家庭にまで光ファイバの敷設を行うことで、各家庭への光通信端末の普及が見込まれている。光通信端末の普及には、低価格で量産性に優れた光モジュールを実現することが重要であり、このような光モジュールの実現が望まれている。
【0003】
しかしながら、上記のような光モジュールの実現には、いくつかの問題がある。特に、光素子(例えば、半導体レーザ、発光ダイオード等の発光素子、フォトダイオード等の受光素子、光導波路、光増幅器等)と光ファイバとの光学的な結合(以下、光結合)を高精度で簡易にする光結合方法を実現しようとした場合、次のような問題ある。光結合方法としては、発光素子を発光させ、光ファイバのx、y、z位置を動かし、光ファイバ通過後の出力光強度をモニタで確認し、良好な光強度及び光結合効率が得られる位置で光ファイバを保持している台を固定するアクティブアライメント実装方法が一般的に用いられている。しかし、この方法では製造設備が大規模となり、かつ、光軸調整の作業時間が掛かるため、コスト性、量産性等に問題が生じるのである。
【0004】
このような問題を解決するための先行事例として、パッシブアライメント実装技術(特許文献1参照)がある。この文献によれば、予め半導体基板上に形成されたV溝を用いることにより、アクティブアライメント実装方法のような光軸調整を行わない光結合を実現している。
【0005】
図8(a)は、従来の光モジュールの斜視図であり、図8(b)は、光モジュールの発光素子810が実装された発光素子実装部における断面図であり、図8(c)は、光モジュールの光ファイバ820が実装された光ファイバ実装部における断面図である。
【0006】
従来の光モジュールは、図8(a)、(b)、(c)に示されるように、半導体レーザや発光ダイオード等の光を出射する発光素子810と、光ファイバ820と、V溝基板830と、電気配線840と、光ファイバ820を高精度で実装するためにV溝基板830に高精度に形成されたV溝850と、マスクパターン技術により形成されたアライメントマーカ860と、発光素子810の発光する領域である発光領域870と、光ファイバコア880とから構成される。ここで、V溝基板830は平坦性が良い半導体基板である。
【0007】
以上のような構成を有する光モジュールにおいて、発光素子810と光ファイバ820との光結合は、V溝850に光ファイバ820を実装した後、アライメントマーカ860によりV溝基板830における発光領域870の平面位置を高精度に決定し、ジャンクションダウン実装で発光素子810をV溝基板830上面に実装してV溝基板830上面に対する発光領域870の高さを高精度に決定することにより行われる。
【0008】
このように、従来の光モジュールにおいて、V溝基板830は平坦性が良い半導体基板であるため、アライメントマーカ860により平面方向の高精度実装を得ることができ、かつ、ジャンクションダウン実装により発光素子810がV溝基板830に実装され、異方性エッチングにより形成される半導体基板のV字状のエッチング溝は角度が決まっているため、高さ方向の高精度実装を得ることができる。また更に、光結合は発光素子810および光ファイバ820を機械的に実装することにより行われるため、低コストの光モジュールを実現することができる。
【0009】
ここで、ジャンクションダウン実装により発光素子810をV溝基板830上面に実装した場合、V溝基板830上面に対する発光素子810の発光領域870の高さを高精度に決定できることについて図9を用いて説明する。
【0010】
図9(a)は、発光素子810の斜視図であり、図9(b)、(c)は、発光素子実装部における光モジュールの断面図である。なお、図8と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【0011】
図9(a)に示されるように、発光素子810は、発光素子アライメントマーカ910と、発光素子810のプロセスが施された面、つまり、発光素子810の発光領域870に近い面に形成された実電流の広がりを抑え、また、光閉じ込めを行うストライプ溝920とから構成され、図9(b)に示されるように、ジャンクションダウン実装とは、発光素子810のプロセスが施された面とV溝基板830上面とを接触させる実装であり、図9(c)に示される発光素子810のプロセスが施されていない面、つまり、発光素子810の発光領域870に遠い面とV溝基板830上面とを接触させるジャンクションアップ実装とは対極的な実装である。このとき、ジャンクションダウン実装で用いられる電極パット930は、ジャンクションアップ実装で用いられる電極パット930よりも大きな面積を有し、寄生容量940の大きさは電極パット930の面積によって決まるため、ジャンクションダウン実装において形成される寄生容量940はジャンクションアップ実装において形成される寄生容量940よりも大きくなる。
【0012】
このように、ジャンクションダウン実装は発光素子810のプロセスが施された面とV溝基板830上面とを接触させることにより行われるため、発光領域870とV溝基板830上面との間隔が発光素子810における発光領域870と発光素子810上面との間の薄い膜厚となり、ジャンクションダウン実装によりV溝基板830上面に対する発光素子810の発光領域870の高さを高精度に決定することができるのである。
【0013】
【特許文献1】
特開平10−311936号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、光通信デバイスは高速化が急速に進んでおり、超高速な光通信デバイスにおいて、高周波での特性劣化が問題となっている。しかし、従来の光モジュールでは発光素子810をV溝基板830上面に実装する際に、ジャンクションダウン実装が用いられているため電極パット930領域で大きな寄生容量940が形成され、発光素子810の駆動の高速化を行うことができず、光通信デバイスの高速化に対応することができない。このとき、電極パット930の面積を極力小さくすることで寄生容量940を削減することができるが、ジャンクションダウン実装ではV溝基板830と発光素子810との接合強度が弱くなり剥離してしまうため、ある程度大きな電極領域が必要となり、発光素子810の駆動の高速化を行うことができない。
【0015】
また、デバイスの高速化が進むにつれて、デバイスの発熱量増加によるデバイス特性の悪化が問題となる。しかし、従来の光モジュールではV溝基板830が平坦性の良い半導体基板に限定されてしまうため、発光素子810で生じた熱を逃がすことができず、発光素子810で生じた熱により発光素子810の発振周波数が変化し、発振が不安定になる。
【0016】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、低価格で量産性に優れ、かつ、高周波数特性に優れた光モジュールを実現することを第1の目的とする。
また、本発明は、デバイスの発熱を原因とするデバイス特性の悪化を防ぐ、つまり、長期安定性および信頼性に優れた光モジュールを実現することを第2の目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に関わる光モジュールは、光結合した光ファイバおよび光素子と、前記光ファイバおよび光素子が実装される実装基板とを備える光モジュールであって、前記実装基板は、段差を有する2つの上面を有し、前記光ファイバは、前記実装基板の2つの上面のうちの高い方の第1上面に形成されたV溝に実装され、前記光素子は、前記実装基板の2つの上面のうちの低い方の第2上面に実装され、前記実装基板の第1上面と前記光素子の上面とが略面一であることを特徴とする。
【0018】
これによって、光ファイバはV溝に実装され、光素子はV溝が形成された面よりも低い面に実装されるので、ジャンクションアップ実装により光素子を実装基板に実装することが可能な低価格で量産性に優れた光モジュールを実現することができるという効果が発揮される。
【0019】
また、前記光素子は、前記第2上面にジャンクションアップ実装により実装されてもよい。
これによって、ジャンクションダウン実装で形成される寄生容量を除去することができるので、高周波数特性に優れた光モジュールを実現することができるという効果が発揮される。
【0020】
また、前記実装基板は前記V溝が形成された面を有する第1の基板と、前記光素子と接する面を有する第2の基板とを備えてもよい。
これによって、光素子が実装される実装基板には平坦性が要求されず、熱伝導性の良い実装基板を使用できるので、光素子の発熱を原因とする光素子特性の悪化を防ぐ、つまり長期安定性および信頼性に優れた光モジュールを実現することができるという効果が発揮される。
【0021】
また、前記光モジュールは、さらに、前記第1の基板と第2の基板との間に、実装基板に対する光素子の相対位置を固定する第1固定部材を備えてもよい。ここで、前記光モジュールは、さらに、前記光素子と実装基板との間に、実装基板に対する光素子の相対位置を固定する第2固定部材を備えてもよい。
【0022】
これによって、実装基板に対する最適な相対位置で光素子を固定することできるという効果が発揮される。
また、前記第2固定部材は接着性を有し、前記実装基板と光素子とを接着してもよい。
【0023】
これによって、実装基板と光素子とを接着することできるという効果が発揮される。
また、前記第2固定部材は熱硬化性又は光硬化性を有してもよい。
これによって、実装基板と光素子とを一体化することできるという効果が発揮される。
【0024】
また、前記第2固定部材は熱伝導性を有してもよい。
これによって、光素子で生じた熱を実装基板に逃がすことができるという効果が発揮される。
【0025】
本発明は、また、光結合した光ファイバおよび光素子と、前記光ファイバおよび光素子が実装される実装基板とを備えた光モジュールの製造方法であって、前記光素子と光ファイバとを光結合させる前記実装用基準基板の上面に光素子を載置する光素子載置工程と、前記実装用基準基板の上面と前記実装基板のV溝が形成された上面とを対向させ、前記実装用基準基板の上面に実装基板を載置する実装基板載置工程と、前記実装用基準基板と実装基板とを接触させ、前記光素子の実装用基準基板と接する面と前記実装基板の上面とを略面一にする面一工程と、前記V溝に光ファイバを実装する光ファイバ実装工程とを含むことを特徴とする光モジュールの製造方法とすることもできる。
【0026】
これによって、光ファイバをV溝に実装し、実装基板に実装される光素子の上面と実装基板の上面とを略面一にするので、ジャンクションアップ実装により光素子を実装基板に実装可能な低価格で量産性に優れた光モジュールを製造することできるという効果が発揮される。
【0027】
また、前記光素子載置工程において、前記実装用基準基板の上面と前記光素子のプロセスが施された面とを対向させ、前記実装用基準基板の上面に光素子を載置し、前記面一工程において、前記光素子のプロセスが施された面と前記実装基板の上面とを略面一にしてもよい。
【0028】
これによって、ジャンクションアップ実装により光素子を実装基板に実装するので、高周波数特性に優れた光モジュールを製造することできるという効果が発揮される。
【0029】
また、前記実装基板はV溝が形成された面を有する光ファイバ基板と、V溝が形成された面を有しない光素子基板とを備え、前記光モジュールの製造方法は、さらに、前記光ファイバ基板と光素子基板とを接合する工程を含み、前記面一工程において、前記光素子の実装用基準基板と接する面と反対側の面は、前記光素子基板と接してもよい
【0030】
これによって、光素子が実装される実装基板には平坦性が要求されず、熱伝導性の良い実装基板を利用できるので、光素子の発熱を原因とする光素子特性の悪化を防ぐ、つまり、長期安定性および信頼性に優れた光モジュールを製造することができるという効果が発揮される。
【0031】
また、前記光モジュールの製造方法は、さらに、前記光素子基板と光ファイバ基板との間に第1固定部材を塗布する工程を含み、前記面一工程において、前記第1固定部材により前記略面一状態を固定してもよい。ここで、前記光モジュールの製造方法は、さらに、前記光素子と実装基板との間に第2固定部材を塗布する工程を含み、前記面一工程において、前記第2固定部材により前記略面一状態を固定してもよい。
【0032】
これによって、光素子の実装基板に対する相対位置が最適な関係で固定された光モジュールを製造することができるという効果が発揮される。
また、前記第2固定部材は接着性を有し、前記面一工程において、前記光素子と実装基板とを接着してもよい。
【0033】
これによって、光素子と実装基板とが接着した光モジュールを製造することができるという効果が発揮される。
また、前記第2固定部材は熱硬化性又は光硬化性を有し、前記光モジュールの製造方法は、さらに、紫外線又は熱により前記第2固定部材を硬化させる工程を含んでもよい。
【0034】
これによって、実装基板と光素子とが一体化された光モジュールを製造することができるという効果が発揮される。
【0035】
また、前記実装用基準基板は、光素子アライメントマーカと、実装基板アライメントマーカと、固定手段とを備え、前記光素子載置工程において、前記光素子アライメントマーカにより前記実装用基準基板の上面における光素子の載置位置を決定し、前記固定手段により前記実装用基準基板の上面に載置された光素子を一時的に固定し、前記実装基板載置工程において、前記実装基板アライメントマーカにより前記実装用基準基板の上面における実装基板の載置位置を決定してもよい。ここで、前記実装用基準基板は、光透過性の基板であり、前記光素子載置工程において、前記光素子アライメントマーカを前記実装用基準基板の上面と反対側の面から確認し、前記実装基板載置工程において、前記実装基板アライメントマーカを前記実装用基準基板の上面と反対側の面から確認してもよい。
【0036】
これによって、実装基板における光素子の平面位置が高精度に決定された光モジュールを製造することができるという効果が発揮される。
【0037】
本発明は、また、光結合した光ファイバおよび光素子と、V溝が形成された面を有する光ファイバ基板とV溝が形成された面を有しない光素子基板とからなり、前記光結合した光ファイバおよび光素子が実装される実装基板とを備えた光モジュールの製造方法であって、前記光素子を前記光素子基板の上面に実装する光素子実装工程と、前記光素子と光ファイバとを光結合させる実装用基準基板の上面と、光ファイバ基板のV溝が形成された上面とを対向させ、前記実装用基準基板の上面に前記光ファイバ基板を載置する光ファイバ基板載置工程と、前記実装用基準基板の上面と前記光素子のプロセスが施された面とを対向させ、前記実装用基準基板の上面に光素子を載置する光素子載置工程と、前記光素子と実装用基準基板とを接触させ、前記光素子のプロセスが施された面と、前記光ファイバ基板の上面とを略面一にする面一工程と、前記V溝に光ファイバを実装する光ファイバ実装工程とを含むことを特徴とする光モジュールの製造方法とすることもできる。
【0038】
これによって、予め光素子を光素子基板に実装したものを用いて、光モジュールの製造途中で光素子の特性試験や、信頼性試験を行い、良好な光素子のみを選別することができるので、低コストの光モジュールを製造することができるという効果が発揮される。
【0039】
また、前記光モジュールの製造方法は、さらに、前記光ファイバ基板と光素子基板との間に固定部材を塗布する工程を含み、前記面一工程において、前記固定部材により前記略面一状態を固定してもよい。
これによって、光素子の実装基板に対する相対位置が最適な関係で固定された光モジュールを製造することができるという効果が発揮される。
【0040】
また、前記固定部材は接着性を有し、前記面一工程において、前記光ファイバ基板と光素子基板とを接着してもよい。
これによって、光ファイバ基板と光素子基板とが接着した光モジュールを製造することができるという効果が発揮される。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態おける光学機能材料について、図面を参照しながら説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本実施の形態における光モジュールの斜視図である。
【0042】
本実施の形態の光モジュールは、低価格で量産性に優れ、かつ、高周波数特性に優れた光モジュールを実現することを目的とするものであって、半導体レーザや発光ダイオード等の光を出射する発光素子110と、光ファイバ120と、V溝基板130と、発光素子110のプロセスが施されていない面に形成された発光素子電極(図外)と電気的に接続されたV溝基板電極140aと、発光素子電極150と電気的に接続されたV溝基板電極140bと、発光素子110のプロセスが施された面に形成された発光素子電極150と、V溝基板電極140bと発光素子電極150とを電気的に接続するワイヤー160と、光ファイバ120を高精度で実装するためにV溝基板130に高精度に形成されたV溝170と、マスクパターン技術により形成されたアライメントマーカ180とから構成される。本発明の光モジュールは、発光素子110がジャンクションアップ実装によりV溝基板130に実装されているという点と、V溝基板130において発光素子110が実装された面がV溝170の頂面よりも低く位置し、発光素子110のV溝基板130と接する面、つまり、プロセスが施された面と反対側の面とV溝基板130の頂面とが略面一であるという点で従来の光モジュールと異なる。
【0043】
ここで、V溝基板130は、平坦性が良い半導体基板であり、例えば、シリコン半導体基板である。なお、V溝基板130は、金属基板あるいは樹脂基板であってもよい。
【0044】
次に、以上のような構成を有する光モジュールの製造方法について図2に示す断面図(斜視図の発光素子110の実装部における断面図)および図3に示すフローチャートに沿って説明する。なお、図1と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【0045】
まず、図2(a)に示されるように、発光素子110のプロセスが施された面、つまり、発光素子110の発光領域210に近い面と実装用基準基板220上面とを対向させ、発光素子110のプロセスが施された面に形成されたアライメントマーカおよび実装用基準基板220上面に形成された発光素子載置用アライメントマーカにより、実装用基準基板220上面での発光素子110の載置位置を高精度で決定する(S300)。そして、実装用基準基板220上面に発光素子110を載置する(S310)。そして、真空チャック230により発光素子110を実装用基準基板220上面に固定する(S320)。そして、発光素子110のプロセスが施された面と反対側の面に固定部材240を塗布する(S330)。なお、発光素子110のプロセスが施された面に形成されたアライメントマーカにより実装用基準基板220上面での発光素子110の載置位置を高精度で決定したが、発光素子110の載置位置を高精度で決定できればそれに限られず、他の方法、例えば、発光素子110のプロセスが施された面に形成されたストライプ溝の凸凹、あるいはエッチング等で形成されたアライメント用の凸凹により、発光素子110の載置位置を高精度で決定してもよい。また、真空チャック230により発光素子110を実装用基準基板220上面に固定したが、発光素子110を実装用基準基板220上面に固定できればそれに限られず、他の固定方法で発光素子110を実装用基準基板220上面に固定してもよい。
【0046】
ここで、実装用基準基板220は、本実施の形態の光モジュールを製造する際に用いられるものであり、図4のような構成を有する。
図4は、実装用基準基板220の上面図である。なお、図1、2と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【0047】
実装用基準基板220は、実装用基準基板220上面での発光素子110の載置位置を高精度に制御する発光素子載置用アライメントマーカ410と、実装用基準基板220上面でのV溝基板130の載置位置を高精度に制御するV溝基板載置用アライメントマーカ250と、真空チャック230とから構成される。なお、実装用基準基板220は、石英基板等の光透過性の基板であることが好ましい。
【0048】
また、固定部材240は、接着性および熱硬化性を有する導電性の材料であり、例えば、Agペーストやクリーム半田等である。なお、固定部材240は実装における調整用外部圧力で、V溝基板130に対する発光素子110の相対的な高さ位置を調節し、その位置を固定するために用いられるので、適度に高い粘度あるいは反発力を有することが好ましい。また、固定部材240は熱硬化性を有するとした。しかし、固定部材240は熱硬化性では無く、光硬化性を有してもよい。
【0049】
次に、図2(b)に示されるように、V溝170が形成されたV溝基板130上面と実装用基準基板220上面とを対向させ、V溝基板載置用アライメントマーカ250およびアライメントマーカ180により、実装用基準基板220上面でのV溝基板130の載置位置を決定する(S340)。
【0050】
次に、図2(c)に示されるように、実装用基準基板220上面にV溝基板130を載置する(S350)。そして、V溝基板130と実装用基準基板220とを強く接触させ、固定部材240により発光素子110とV溝基板130とを接着し、V溝基板130上面と発光素子110のプロセスが施された面とを略面一にする(S360)。そして、加熱により固定部材240を硬化させ、発光素子110とV溝基板130とを一体化する(S370)。
【0051】
次に、図2(d)に示されるように、一体化した発光素子110およびV溝基板130を実装用基準基板220から分離する(S380)。
【0052】
次に、図2(e)に示されるように、V溝基板電極140bと発光素子電極150とをワイヤー160により電気的に接続させ、V溝170に光ファイバ120を実装し、光ファイバ120の光ファイバコア260と発光素子110の発光領域210とを一致させる(S390)。
【0053】
以上のように本実施の形態によれば、光結合は予めV溝基板130上に形成されたV溝170を用いることにより行われる。よって、アクティブアライメント実装方法のような光軸調整を行わないので、本実施の形態の光モジュールは、低価格で量産性に優れた光モジュールを実現することができる。
【0054】
また、本実施の形態によれば、発光素子110はジャンクションアップ実装によりV溝基板130に実装される。よって、ジャンクションダウン実装で形成される寄生容量を除去することができるので、本実施の形態の光モジュールは、高周波数特性に優れた光モジュールを実現することができる。
【0055】
また、本実施の形態によれば、光モジュールの製造工程において用いる実装用基準基板220を光透過性の基板とし、発光素子110上面に形成されたアライメントマーカおよびV溝基板130上面に形成されたアライメントマーカ180を実装用基準基板220上面と反対側の面から確認することができる。よって、X線や赤外カメラによるのではなく、CCDカメラ等の簡易な装置によりアライメントマーカを確認することができるので、本実施の形態の光モジュールは、調整の簡易化、実施設備の低コスト化が可能な光モジュールを実現することができる。
【0056】
なお、本実施の形態において、光モジュールは光ファイバ120と発光素子110とを光結合するとした。しかし、光モジュールは、受光素子、光導波路あるいは光増幅器等の他の光素子と光ファイバとを光結合してもよい。
【0057】
また、本実施の形態において、固定部材240は接着性および可塑性を有し、固定部材240により発光素子110とV溝基板130とを接着し、一体化するとした。しかし、固定部材240は接着性および可塑性を有さず、接着性および可塑性を有する別の固定部材により発光素子110とV溝基板130とを接着し、一体化してもよい。このような別の固定部材を用いた発光素子110およびV溝基板130の一体化は、接着性および可塑性を有さない固定部材240によりV溝基板130に対する発光素子110の相対位置を固定し、その後、接着性および可塑性を有する別の固定部材をV溝基板130と発光素子110との間に塗布し、発光素子110とV溝基板130とを接着し、一体化することにより行われる。
【0058】
(第2の実施の形態)
上記第1の実施の形態に関わる光モジュールにおいて、発光素子のプロセスが施されていない面およびプロセスが施された面のそれぞれに形成された発光素子電極とV溝基板の電極とを電気的に接続させるとした。しかし、発光素子のプロセスが施された面に形成された発光素子電極だけとV溝基板の電極とを電気的に接続させても、発光素子のプロセスが施されていない面およびプロセスが施された面のそれぞれに形成された発光素子電極とV溝基板の電極とを電気的に接続させたときと同様の効果が得られ、更にこの場合、発光素子のプロセスが施されていない面に形成された発光素子電極とV溝基板の電極とを電気的に接続させる必要がないので、固定部材は導電性を有する必要が無く、高い自由度を持って固定部材の材料を選択することができる。そこで、第2の実施の形態に関わる光モジュールにおいて、発光素子のプロセスが施された面に形成された発光素子電極だけとV溝基板の電極とを電気的に接続させた。以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【0059】
図5は、本実施の形態における光モジュールの斜視図である。図5において、図1と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【0060】
本実施の形態の光モジュールは、発光素子110と、光ファイバ120と、V溝基板130と、V溝170と、アライメントマーカ180と、発光素子電極520a、520bと電気的に接続されたV溝基板電極510a、510bと、発光素子110のプロセスが施された面に形成された発光素子電極520a、520bと、V溝基板電極510aと発光素子電極520aとを電気的に接続するワイヤー530aと、V溝基板電極510bと発光素子電極520bとを電気的に接続するワイヤー530bとから構成される。
【0061】
以上のような構成を有する本実施の形態の光モジュールは、第1の実施の形態と同様の方法により製造されるが、図3に示されるフローチャートのS330において、導電性を有する固定部材240では無く、導電性を有しない固定部材を発光素子110のプロセスが施された面と反対側の面に塗布し、また、S390において、ワイヤー160によりV溝基板電極140bと発光素子電極150とを電気的に接続させるのでは無く、ワイヤー530a、ワイヤー530bによりV溝基板電極510aと発光素子電極520a、V溝基板電極510bと発光素子電極520bとを電気的に接続させるという点で第1の実施の形態の製造方法と異なる。
【0062】
ここで、本実施の形態の固定部材は、接着性および熱硬化性を有する材料であり、例えば、シリコーンやポリエチレン等である。なお、固定部材は実装における調整用外部圧力で、V溝基板130に対する発光素子110の相対的な高さ位置を調節し、その位置を固定するために用いられるので、適度に高い粘度あるいは反発力を有することが好ましい。また、本実施の形態の固定部材は高い熱伝導性を有することが好ましい。また、固定部材は熱硬化性を有するとした。しかし、固定部材は熱硬化性では無く、光硬化性を有してもよい。
【0063】
以上のように本実施の形態によれば、固定部材は導電性を有する必要が無い。よって、本実施の形態の光モジュールは、高い自由度を持って固定部材を選択できる光モジュールを実現することができる。
【0064】
また、本実施の形態によれば、固定部材として高い熱導伝性を有する固定部材を使用することができる。よって、本実施の形態の光モジュールは、発光素子110で生じた熱をV溝基板130に逃がすことができる。
【0065】
(第3の実施の形態)
上記第2の実施の形態に関わる光モジュールにおいて、発光素子および光ファイバは同一のV溝基板に実装されるとした。しかし、発光素子および光ファイバが別々のV溝基板に実装されても、発光素子および光ファイバが同一のV溝基板に実装されたときと同様の効果が得られ、更にこの場合、発光素子が実装されるV溝基板に平坦性を要しないので、高い自由度を持って発光素子が実装されるV溝基板の材料を選択することができる。そこで、第3の実施の形態に関わる光モジュールにおいて、発光素子および光ファイバを別々のV溝基板に実装した。以下、第2の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【0066】
図6(a)は、本実施の形態における光モジュールの斜視図であり、図6(b)は、斜視図のA‐A’線における光モジュールの断面図である。図6において、図5と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
【0067】
本実施の形態の光モジュールは、発光素子110と、光ファイバ120と、V溝170と、アライメントマーカ180と、V溝基板電極510a、510bと、発光素子電極520a、520bと、ワイヤー530a、530bと、光ファイバ120が実装される第1のV溝基板610と、発光素子110が実装される第2のV溝基板620と、発光素子110と第2のV溝基板620との間にあり、第1のV溝基板610に対する発光素子110の相対的な高さ位置を調節し、その位置を固定し、また、発光素子110と第2のV溝基板620とを接着し、一体化する固定部材630とから構成される。なお、固定部材630は、更に第1のV溝基板610と第2のV溝基板620との間にもあってもよいし、あるいは発光素子110と第2のV溝基板620との間には無く、第1のV溝基板610と第2のV溝基板620との間、若しくは、発光素子110と第1のV溝基板610との間にあってもよい。
【0068】
ここで、第1のV溝基板610は、平坦性が良い半導体基板であり、例えば、シリコン半導体基板である。なお、第1のV溝基板610は、金属基板あるいは樹脂基板であってもよい。
また、第2のV溝基板620は、高熱伝導率の金属基板である。なお、第1のV溝基板610は、半導体基板あるいは樹脂基板であってもよい。
【0069】
また、固定部材630は、接着性、熱硬化性および高い熱伝導性を有する材料であり、例えば、シリコーンやポリエチレン等である。なお、固定部材は実装における調整用外部圧力で、第1のV溝基板610に対する発光素子110の相対的な高さ位置を調節し、その位置を固定するために用いられるので、適度に高い粘度あるいは反発力を有することが好ましい。また、固定部材は熱硬化性を有するとした。しかし、固定部材は熱硬化性では無く、光硬化性を有してもよい。
【0070】
以上のような構成を有する本実施の形態の光モジュールは、第2の実施の形態と同様の方法により製造されるが、図3に示されるフローチャートのS340において、図7(a)に示されるように、V溝基板130では無く、第1のV溝基板610と第2のV溝基板620とが接合したV溝基板の実装用基準基板220上面での載置位置を決定するという点で第2の実施の形態の製造方法と異なる。
【0071】
なお、固定部材630が発光素子110と第2のV溝基板620との間にあり、更に第1のV溝基板610と第2のV溝基板620との間にもある場合、光モジュールは、図3に示されるフローチャートのS340において、図7(b)に示されるように、第1のV溝基板610のV溝170が形成された上面と実装用基準基板220上面とを対向させ、V溝基板載置用アライメントマーカ250およびアライメントマーカ180により、実装用基準基板220上面での第1のV溝基板610の載置位置を決定し、また、S350において、実装用基準基板220上面に第1のV溝基板610を載置し、また、S360において、第1のV溝基板610の上面と反対側の面に固定部材710a、710bを塗布し、第2のV溝基板620と第1のV溝基板610、第2のV溝基板620と発光素子110とを強く接触させ、固定部材710a、710bにより第2のV溝基板620と第1のV溝基板610とを、固定部材630により第2のV溝基板620と発光素子110とを接着し、第1のV溝基板610上面と発光素子110のプロセスが施された面とを略面一にし、また、S370において、加熱により固定部材630、710a、710bを硬化させ、発光素子110、第1のV溝基板610および第2のV溝基板620を一体化することにより製造される。
【0072】
また、固定部材630が発光素子110と第2のV溝基板620との間には無く、第1のV溝基板610と第2のV溝基板620との間にある場合、光モジュールは、図3に示されるフローチャートのS330において、固定部材630を発光素子110のプロセスが施された面と反対側の面に塗布せず、また、S340において、図7(c)に示されるように、第1のV溝基板610のV溝170が形成された上面と実装用基準基板220上面とを対向させ、V溝基板載置用アライメントマーカ250およびアライメントマーカ180により、実装用基準基板220上面での第1のV溝基板610の載置位置を決定し、また、S350において、実装用基準基板220上面に第1のV溝基板610を載置し、また、S360において、発光素子110のプロセスが施された面と反対側の面と第2のV溝基板620上面とを対向させた状態で発光素子110と第2のV溝基板620とを接合し、第1のV溝基板610上面と反対側の面に固定部材710a、710bを塗布し、発光素子110のプロセスが施された面と実装用基準基板220上面とを対向させた状態で、発光素子110と第2のV溝基板620とが接合してなる接合基板と実装用基準基板220とを強く接触させ、固定部材710a、710bにより第1のV溝基板610と接合基板とを接着し、第1のV溝基板610上面と発光素子110のプロセスが施された面とを略面一にし、また、S370において、加熱により固定部材710a、710bを硬化させ、第1のV溝基板610と接合基板とを一体化することにより製造される。
【0073】
また、固定部材630が発光素子110と第2のV溝基板620との間にはなく、発光素子110と第1のV溝基板610との間にある場合、光モジュールは、図3に示されるフローチャートのS330において、固定部材630を発光素子110のプロセスが施された面と反対側の面に塗布せず、また、S340において、図7(d)に示されるように、第1のV溝基板610のV溝170が形成された上面と実装用基準基板220上面とを対向させ、V溝基板載置用アライメントマーカ250およびアライメントマーカ180により、実装用基準基板220上面での第1のV溝基板610の載置位置を決定し、また、S350において、実装用基準基板220上面に第1のV溝基板610を載置し、また、S360において、発光素子110のプロセスが施された面と反対側の面と第2のV溝基板620上面とを対向させた状態で発光素子110と第2のV溝基板620とを接合し、発光素子110のプロセスが施された面と実装用基準基板220上面とを対向させた状態で、発光素子110と第2のV溝基板620とが接合してなる接合基板を実装用基準基板220上面に載置し、第1のV溝基板610と接合基板との間に固定部材720a、720bを塗布し、第1のV溝基板610と接合基板とを接着し、第1のV溝基板610と実装用基準基板220、接合基板と実装用基準基板220とを強く接触させることにより、第1のV溝基板610上面と発光素子110のプロセスが施された面とを略面一にし、また、S370において、加熱により固定部材720a、720bを硬化させ、第1のV溝基板610と接合基板とを一体化することにより製造される。
【0074】
ここで、固定部材710a、710b、720a、720bは、固定部材630と同様の材料である。
【0075】
以上のように本実施の形態によれば、第2のV溝基板620は高熱伝導率の金属基板であり、固定部材630、710a、710bは高い熱伝導性を有する。よって、発光素子110で生じた熱を固定部材630、710a、710bおよび第2のV溝基板620を介して逃がし、発光素子110の発振周波数の変化等、発振の不安定性を除去することができるので、本実施の形態の光モジュールは、発光素子110の発熱を原因とする発光素子110の特性の悪化を防ぐ、つまり、長期安定性および信頼性に優れた安価な光モジュールを実現することができる。
【0076】
また、本実施の形態によれば、第2のV溝基板620には平坦性を要しない。よって、本実施の形態の光モジュールは、発光素子が実装されるV溝基板を高い自由度を持って選択できる光モジュールを実現することができる。
【0077】
また、本実施の形態によれば、第2のV溝基板620として高周波数特性に優れたセラミック基板を使用することができる。よって、本実施の形態の光モジュールは、高周波数特性に優れた光モジュールを実現することができる。
【0078】
また、本実施の形態によれば、予め第2のV溝基板620と発光素子110とを接合させた接合基板を用いて光モジュールを製造することができる。よって、光モジュールの製造途中で発光素子の特性試験や信頼性試験を行い、良好な発光素子のみを選別することができるので、本実施の形態の光モジュールは、歩留まり等の損害を大幅に軽減し、低コストの光モジュールを実現することができる。
【0079】
また、本実施の形態によれば、第1のV溝基板610と接合基板との間に固定部材720a、720bを流し込み、接合基板をその側面で固定することができる。よって、固定部材720a、720bを硬化させる際に、収縮等による発光素子110の高さ方向のアライメント変化が無いので、本実施の形態の光モジュールは、信頼性に優れた光モジュールを実現することができる。
【0080】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る光モジュールによれば、光結合は予めV溝基板上に形成されたV溝を用いることにより行われ、アクティブアライメント実装方法のような光軸調整を行わないので、低価格で量産性に優れた光モジュールを実現することができるという効果が奏される。また、発光素子はジャンクションアップ実装によりV溝基板に実装され、ジャンクションダウン実装で形成される寄生容量を除去することができるので、高周波数特性に優れた光モジュールを実現することができるという効果が奏される。また、本発明に係る光モジュールによれば、実装用基準基板を光透過性の基板とすることにより、発光素子およびV溝基板が載置される面と反対側の面から発光素子上に形成されたアライメントマーカおよびV溝基板上に形成されたアライメントマーカを確認することができ、X線や赤外カメラによるのではなく、カメラ等の簡易な方法によりアライメントマーカを確認することができるので、調整の簡易化、実施設備の低コスト化が可能な光モジュールを実現することができるという効果が奏される。また、本発明に係る光モジュールによれば、固定部材は導電性を有する必要が無いので、高い自由度を持って固定部材を選択できる光モジュールを実現することができるという効果が奏される。
【0081】
また、本発明に係る光モジュールによれば、発光素子および光ファイバを別々のV溝基板に実装し、発光素子が実装されるV溝基板として高熱伝導率の金属基板を使用し、固定部材として高い熱導伝性を有する固定部材を使用することにより、発光素子で生じた熱をV溝基板に逃がし、発光素子の発振周波数の変化等、発振の不安定性を除去することができるので、長期安定性および信頼性に優れた安価な光モジュールを実現することができるという効果が奏される。また、本発明に係る光モジュールによれば、発光素子および光ファイバを別々のV溝基板に実装し、発光素子が実装されるV溝基板として高周波数特性に優れたセラミック基板を使用することができるので、高周波数特性に優れた光モジュールを実現することができるという効果が奏される。また、本発明に係る光モジュールによれば、発光素子および光ファイバを別々のV溝基板に実装することができるので、高い自由度を持って発光素子が実装されるV溝基板を選択できる光モジュールを実現することができるという効果が奏される。また、本発明に係る光モジュールによれば、発光素子と光ファイバとを別々のV溝基板に実装し、予めV溝基板と発光素子とを接合させたものを用いて光モジュールを製造することにより、光モジュールの製造途中で発光素子の特性試験や信頼性試験を行い、良好な発光素子のみを選別することができるので、歩留まり等の損害を大幅に軽減し、低コストの光モジュールを実現することができるという効果が奏される。また、本発明に係る光モジュールによれば、発光素子および光ファイバを別々のV溝基板に実装し、発光素子が実装されるV溝基板と光ファイバが実装されるV溝基板との間に固定部材を塗布し、発光素子が実装されるV溝基板および発光素子をその側面で固定することにより、固定部材を硬化させる際に、収縮等による発光素子の高さ方向のアライメント変化が無いので、信頼性に優れた光モジュールを実現することができるという効果が奏される。
【0082】
よって、本発明により、優れた量産性および優れた高周波数特性を有するとともに、優れた長期安定性および信頼性をも有する光モジュールを実現することが可能となり、本発明の光モジュールの実用的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における光モジュールの斜視図である。
【図2】同実施の形態における光モジュールの製造方法を示す同光モジュールの断面図である。
【図3】同実施の形態における光モジュールの製造方法を示すフローチャートである。
【図4】同実施の形態における光モジュールの製造方法において用いられる実装用基準基板220の上面図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態における光モジュールの斜視図である。
【図6】(a)は、本発明の第3の実施の形態における光モジュールの斜視図である。
(b)は、同実施の形態における光モジュールの断面図である。
【図7】同実施の形態における光モジュールの製造工程を示す同光モジュールの断面図である。
【図8】(a)従来の光モジュールの斜視図である。
(b)は、同光モジュールの発光素子810が実装された発光素子実装部における断面図である。
(c)は、同光モジュールの光ファイバ820が実装された光ファイバ実装部における断面図である。
【図9】(a)は、発光素子810の斜視図である。
(b)、(c)は、発光素子実装部における光モジュールの断面図である。
【符号の説明】
110、810 発光素子
120、820 光ファイバ
130、830 V溝基板
140a、140b、510a、510b V溝基板電極
150、520a、520b 発光素子電極
160、530a、530b ワイヤー
170、850 V溝
180、860 アライメントマーカ
210、870 発光領域
220 実装用基準基板
230 真空チャック
240、630、710a、710b、720a、720b 固定部材
250 V溝基板載置用アライメントマーカ
260、880 光ファイバコア
410 発光素子載置用アライメントマーカ
610 第1のV溝基板
620 第2のV溝基板
840 電気配線
910 発光素子アライメントマーカ
920 ストライプ溝
930 電極パット
940 寄生容量[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical module mounting technique and structure.
[0002]
[Prior art]
In recent years, development of optical active devices and optical functional modules typified by semiconductor lasers has been rapidly progressing toward an advanced information society such as an optical subscriber network. In the future, the spread of optical communication terminals to each home is expected by laying optical fibers up to homes. For the spread of optical communication terminals, it is important to realize an optical module that is inexpensive and excellent in mass productivity, and the realization of such an optical module is desired.
[0003]
However, there are several problems in realizing the optical module as described above. In particular, optical coupling (hereinafter referred to as optical coupling) between an optical element (for example, a semiconductor laser, a light emitting element such as a light emitting diode, a light receiving element such as a photodiode, an optical waveguide, an optical amplifier, etc.) and an optical fiber with high accuracy. When trying to realize a simple optical coupling method, there are the following problems. As an optical coupling method, the light emitting element is made to emit light, the x, y, and z positions of the optical fiber are moved, the output light intensity after passing through the optical fiber is confirmed on a monitor, and a good light intensity and optical coupling efficiency can be obtained. In general, an active alignment mounting method for fixing a table holding an optical fiber is generally used. However, this method requires a large-scale manufacturing facility and takes a long time to adjust the optical axis, which causes problems in cost and mass productivity.
[0004]
As a prior example for solving such a problem, there is a passive alignment mounting technique (see Patent Document 1). According to this document, optical coupling without optical axis adjustment as in the active alignment mounting method is realized by using a V-groove formed in advance on a semiconductor substrate.
[0005]
FIG. 8A is a perspective view of a conventional optical module, FIG. 8B is a cross-sectional view of a light emitting element mounting portion on which the
[0006]
As shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C, the conventional optical module includes a
[0007]
In the optical module having the above-described configuration, optical coupling between the
[0008]
As described above, in the conventional optical module, since the V-
[0009]
Here, when the
[0010]
9A is a perspective view of the
[0011]
As shown in FIG. 9A, the
[0012]
As described above, junction down mounting is performed by bringing the surface of the
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-10-311936
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, the speed of optical communication devices has been rapidly increased, and in ultra-high speed optical communication devices, characteristic degradation at high frequencies has become a problem. However, in the conventional optical module, when the
[0015]
Further, as device speed increases, deterioration of device characteristics due to an increase in the amount of heat generated by the device becomes a problem. However, in the conventional optical module, since the V-
[0016]
Accordingly, in view of the above problems, the first object of the present invention is to realize an optical module that is low in price, excellent in mass productivity, and excellent in high frequency characteristics.
Another object of the present invention is to realize an optical module that prevents deterioration of device characteristics due to heat generation of the device, that is, has excellent long-term stability and reliability.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical module according to the present invention is an optical module including an optical fiber and an optical element that are optically coupled, and a mounting substrate on which the optical fiber and the optical element are mounted. Has two upper surfaces having steps, and the optical fiber is mounted in a V-groove formed on the first upper surface of the two upper surfaces of the mounting substrate, and the optical element is mounted on the mounting surface. It is mounted on the lower second upper surface of the two upper surfaces of the substrate, and the first upper surface of the mounting substrate and the upper surface of the optical element are substantially flush with each other.
[0018]
As a result, the optical fiber is mounted in the V-groove, and the optical element is mounted on a surface lower than the surface on which the V-groove is formed, so that the optical element can be mounted on the mounting substrate by junction-up mounting. The effect that an optical module excellent in mass productivity can be realized is exhibited.
[0019]
The optical element may be mounted on the second upper surface by junction-up mounting.
As a result, the parasitic capacitance formed by the junction-down mounting can be removed, so that an effect of realizing an optical module excellent in high frequency characteristics is exhibited.
[0020]
The mounting substrate may include a first substrate having a surface on which the V-groove is formed, and a second substrate having a surface in contact with the optical element.
As a result, the mounting substrate on which the optical element is mounted is not required to be flat, and a mounting substrate with good thermal conductivity can be used, thereby preventing deterioration of the optical element characteristics caused by the heat generation of the optical element, that is, long-term The effect that an optical module excellent in stability and reliability can be realized is exhibited.
[0021]
The optical module may further include a first fixing member that fixes a relative position of the optical element with respect to the mounting substrate between the first substrate and the second substrate. Here, the optical module may further include a second fixing member that fixes a relative position of the optical element with respect to the mounting substrate between the optical element and the mounting substrate.
[0022]
Thereby, the effect that the optical element can be fixed at the optimum relative position with respect to the mounting substrate is exhibited.
The second fixing member may have adhesiveness, and the mounting substrate and the optical element may be bonded.
[0023]
Thereby, the effect that the mounting substrate and the optical element can be bonded is exhibited.
The second fixing member may have thermosetting property or photo-curing property.
Thereby, the effect that the mounting substrate and the optical element can be integrated is exhibited.
[0024]
The second fixing member may have thermal conductivity.
Thereby, the effect that the heat generated in the optical element can be released to the mounting substrate is exhibited.
[0025]
The present invention is also a method of manufacturing an optical module comprising an optical fiber and an optical element that are optically coupled, and a mounting substrate on which the optical fiber and the optical element are mounted. An optical element mounting step of mounting an optical element on the upper surface of the mounting reference substrate to be coupled, and the upper surface of the mounting reference substrate and the upper surface of the mounting substrate on which the V-groove is formed are opposed to each other. A mounting substrate mounting step of mounting the mounting substrate on the upper surface of the reference substrate; bringing the mounting reference substrate and the mounting substrate into contact with each other; and contacting the mounting reference substrate of the optical element with the upper surface of the mounting substrate. A method of manufacturing an optical module, comprising a step of making the surfaces substantially flush and an optical fiber mounting step of mounting an optical fiber in the V-groove can be provided.
[0026]
As a result, the optical fiber is mounted in the V-groove, and the upper surface of the optical element mounted on the mounting substrate and the upper surface of the mounting substrate are substantially flush, so that the optical element can be mounted on the mounting substrate by junction-up mounting. The effect that an optical module excellent in mass productivity at a price can be produced is exhibited.
[0027]
In the optical element mounting step, the upper surface of the mounting reference substrate and the surface subjected to the process of the optical element are opposed to each other, the optical element is mounted on the upper surface of the mounting reference substrate, and the surface In one step, the surface subjected to the process of the optical element and the upper surface of the mounting substrate may be substantially flush.
[0028]
Thus, since the optical element is mounted on the mounting substrate by junction-up mounting, an effect that an optical module excellent in high frequency characteristics can be manufactured is exhibited.
[0029]
The mounting substrate includes an optical fiber substrate having a surface on which a V-groove is formed, and an optical element substrate not having a surface on which a V-groove is formed, and the method for manufacturing the optical module further includes the optical fiber A step of bonding the substrate and the optical element substrate, wherein the surface opposite to the surface contacting the reference substrate for mounting of the optical element may be in contact with the optical element substrate.
[0030]
As a result, the mounting substrate on which the optical element is mounted is not required to have flatness, and a mounting substrate with good thermal conductivity can be used, thereby preventing deterioration of the optical element characteristics caused by the heat generation of the optical element. The effect that the optical module excellent in long-term stability and reliability can be manufactured is exhibited.
[0031]
The manufacturing method of the optical module further includes a step of applying a first fixing member between the optical element substrate and the optical fiber substrate, and the substantially fixed surface is formed by the first fixing member in the surface step. One state may be fixed. Here, the method for manufacturing the optical module further includes a step of applying a second fixing member between the optical element and the mounting substrate, and in the step, the surface is substantially flush with the second fixing member. The state may be fixed.
[0032]
As a result, the effect that the optical module in which the relative position of the optical element with respect to the mounting substrate is fixed in an optimal relationship can be manufactured is exhibited.
Further, the second fixing member may have adhesiveness, and the optical element and the mounting substrate may be bonded in the same step.
[0033]
As a result, the effect that an optical module in which the optical element and the mounting substrate are bonded can be produced.
The second fixing member may be thermosetting or photocurable, and the method for manufacturing the optical module may further include a step of curing the second fixing member with ultraviolet rays or heat.
[0034]
As a result, an effect that an optical module in which the mounting substrate and the optical element are integrated can be produced.
[0035]
The mounting reference board includes an optical element alignment marker, a mounting board alignment marker, and a fixing unit. In the optical element mounting step, the light on the upper surface of the mounting reference board is formed by the optical element alignment marker. The mounting position of the element is determined, and the optical element mounted on the upper surface of the mounting reference substrate is temporarily fixed by the fixing means, and the mounting substrate alignment marker is used to mount the mounting device in the mounting substrate mounting step. The mounting position of the mounting board on the upper surface of the reference board for use may be determined. Here, the mounting reference substrate is a light transmissive substrate, and in the optical element mounting step, the optical element alignment marker is confirmed from a surface opposite to the upper surface of the mounting reference substrate, and the mounting is performed. In the substrate mounting step, the mounting substrate alignment marker may be confirmed from a surface opposite to the upper surface of the mounting reference substrate.
[0036]
As a result, an effect of being able to manufacture an optical module in which the planar position of the optical element on the mounting substrate is determined with high accuracy is exhibited.
[0037]
The present invention also includes an optical fiber and an optical element that are optically coupled, an optical fiber substrate having a surface on which a V-groove is formed, and an optical element substrate that does not have a surface on which a V-groove is formed. An optical module manufacturing method comprising an optical fiber and a mounting substrate on which the optical element is mounted, the optical element mounting step for mounting the optical element on an upper surface of the optical element substrate, the optical element and the optical fiber, An optical fiber substrate placement step of placing the optical fiber substrate on the upper surface of the mounting reference substrate so that the upper surface of the mounting reference substrate that optically couples the optical fiber substrate and the upper surface of the optical fiber substrate on which the V-groove is formed are opposed to each other. And an optical element mounting step of placing an optical element on the upper surface of the mounting reference substrate, with the upper surface of the mounting reference substrate facing the surface on which the process of the optical element has been performed, and the optical element; Contact the mounting reference board, A step of making the surface of the optical recording element substantially flush with an upper surface of the optical fiber substrate, and an optical fiber mounting step of mounting the optical fiber in the V-groove. It can also be set as the manufacturing method of the optical module to do.
[0038]
With this, by using the optical element mounted in advance on the optical element substrate, the optical element characteristic test and the reliability test can be performed during the manufacturing of the optical module, so that only good optical elements can be selected. The effect that a low-cost optical module can be manufactured is exhibited.
[0039]
The manufacturing method of the optical module further includes a step of applying a fixing member between the optical fiber substrate and the optical element substrate, and the substantially flush state is fixed by the fixing member in the surface step. May be.
As a result, the effect that the optical module in which the relative position of the optical element with respect to the mounting substrate is fixed in an optimal relationship can be manufactured is exhibited.
[0040]
Further, the fixing member may have adhesiveness, and the optical fiber substrate and the optical element substrate may be bonded in the same step.
Thereby, an effect that an optical module in which the optical fiber substrate and the optical element substrate are bonded can be produced.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an optical functional material according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of an optical module according to the present embodiment.
[0042]
The optical module of the present embodiment is intended to realize an optical module that is low in price, excellent in mass productivity, and excellent in high frequency characteristics, and emits light from a semiconductor laser, a light emitting diode, or the like. Light-emitting
[0043]
Here, the V-
[0044]
Next, a method for manufacturing the optical module having the above-described configuration will be described with reference to a cross-sectional view shown in FIG. 2 (a cross-sectional view of the mounting portion of the light-emitting
[0045]
First, as shown in FIG. 2A, the surface on which the process of the
[0046]
Here, the mounting
FIG. 4 is a top view of the mounting
[0047]
The mounting
[0048]
The fixing
[0049]
Next, as shown in FIG. 2B, the upper surface of the V-
[0050]
Next, as shown in FIG. 2C, the V-
[0051]
Next, as shown in FIG. 2D, the integrated
[0052]
Next, as shown in FIG. 2 (e), the V-groove substrate electrode 140 b and the light emitting
[0053]
As described above, according to the present embodiment, optical coupling is performed by using the
[0054]
Further, according to the present embodiment, the
[0055]
Further, according to the present embodiment, the mounting
[0056]
In the present embodiment, the optical module optically couples the
[0057]
In this embodiment, fixing
[0058]
(Second Embodiment)
In the optical module according to the first embodiment, the light emitting element electrode formed on each of the non-processed surface and the processed surface of the light emitting element and the electrode of the V-groove substrate are electrically connected. It was supposed to be connected. However, even if only the light emitting element electrode formed on the surface subjected to the process of the light emitting element is electrically connected to the electrode of the V-groove substrate, the surface and process where the process of the light emitting element is not performed are performed. The same effect as when the light emitting element electrode formed on each of the surfaces and the electrode of the V-groove substrate are electrically connected can be obtained, and in this case, the light emitting element is not formed on the surface. Since it is not necessary to electrically connect the formed light emitting element electrode and the electrode of the V-groove substrate, the fixing member does not need to have conductivity, and the material of the fixing member can be selected with a high degree of freedom. . Therefore, in the optical module according to the second embodiment, only the light emitting element electrode formed on the surface subjected to the process of the light emitting element is electrically connected to the electrode of the V-groove substrate. The following description will focus on differences from the first embodiment.
[0059]
FIG. 5 is a perspective view of the optical module in the present embodiment. 5, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted here.
[0060]
The optical module of the present embodiment includes a
[0061]
The optical module of the present embodiment having the above-described configuration is manufactured by the same method as that of the first embodiment. However, in S330 of the flowchart shown in FIG. In addition, a non-conductive fixing member is applied to the surface opposite to the surface subjected to the process of the
[0062]
Here, the fixing member of the present embodiment is a material having adhesiveness and thermosetting properties, such as silicone or polyethylene. The fixing member is used for adjusting the relative height position of the
[0063]
As described above, according to the present embodiment, the fixing member does not need to have conductivity. Therefore, the optical module of the present embodiment can realize an optical module that can select a fixing member with a high degree of freedom.
[0064]
Moreover, according to this Embodiment, the fixing member which has high heat conductivity can be used as a fixing member. Therefore, the optical module of the present embodiment can release heat generated in the
[0065]
(Third embodiment)
In the optical module according to the second embodiment, the light emitting element and the optical fiber are mounted on the same V-groove substrate. However, even when the light-emitting element and the optical fiber are mounted on separate V-groove substrates, the same effect as when the light-emitting element and the optical fiber are mounted on the same V-groove substrate is obtained. Since the V-groove substrate to be mounted does not require flatness, the material of the V-groove substrate on which the light emitting element is mounted can be selected with a high degree of freedom. Therefore, in the optical module according to the third embodiment, the light emitting element and the optical fiber are mounted on separate V-groove substrates. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the second embodiment.
[0066]
FIG. 6A is a perspective view of the optical module in the present embodiment, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the optical module taken along line AA ′ in the perspective view. 6, the same elements as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted here.
[0067]
The optical module of the present embodiment includes a
[0068]
Here, the first V-
The second V-
[0069]
The fixing
[0070]
The optical module of the present embodiment having the above-described configuration is manufactured by the same method as that of the second embodiment, but is shown in FIG. 7A in S340 of the flowchart shown in FIG. As described above, the mounting position on the upper surface of the mounting
[0071]
When the fixing
[0072]
When the fixing
[0073]
When the fixing
[0074]
Here, the fixing
[0075]
As described above, according to the present embodiment, the second V-
[0076]
Further, according to the present embodiment, the second V-
[0077]
Further, according to the present embodiment, a ceramic substrate having excellent high frequency characteristics can be used as the second V-
[0078]
Further, according to the present embodiment, an optical module can be manufactured using a bonded substrate in which the second V-
[0079]
Further, according to the present embodiment, the fixing
[0080]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the optical module of the present invention, optical coupling is performed by using a V-groove formed in advance on a V-groove substrate, and optical axis adjustment as in the active alignment mounting method is performed. Therefore, there is an effect that it is possible to realize an optical module that is inexpensive and excellent in mass productivity. In addition, since the light emitting element is mounted on the V-groove substrate by junction-up mounting and the parasitic capacitance formed by junction-down mounting can be removed, an effect of realizing an optical module with excellent high frequency characteristics can be realized. Played. Also, according to the optical module of the present invention, the mounting reference substrate is a light-transmitting substrate, so that it is formed on the light emitting device from the surface opposite to the surface on which the light emitting device and the V-groove substrate are placed. The alignment marker and the alignment marker formed on the V-groove substrate can be confirmed, and the alignment marker can be confirmed by a simple method such as a camera instead of using an X-ray or infrared camera. There is an effect that an optical module capable of simplifying the adjustment and reducing the cost of the implementation facility can be realized. In addition, according to the optical module of the present invention, since the fixing member does not need to have conductivity, there is an effect that an optical module that can select the fixing member with a high degree of freedom can be realized.
[0081]
In addition, according to the optical module of the present invention, the light emitting element and the optical fiber are mounted on separate V-groove substrates, a metal substrate having high thermal conductivity is used as the V-groove substrate on which the light emitting elements are mounted, and the fixing member is used. By using a fixing member having high thermal conductivity, heat generated in the light emitting element can be released to the V-groove substrate, and oscillation instability such as a change in the oscillation frequency of the light emitting element can be removed. There is an effect that an inexpensive optical module excellent in stability and reliability can be realized. According to the optical module of the present invention, the light emitting element and the optical fiber are mounted on separate V-groove substrates, and a ceramic substrate having excellent high frequency characteristics is used as the V-groove substrate on which the light emitting elements are mounted. Therefore, an effect that an optical module excellent in high frequency characteristics can be realized is achieved. Further, according to the optical module of the present invention, since the light emitting element and the optical fiber can be mounted on separate V-groove substrates, the light that can select the V-groove substrate on which the light emitting elements are mounted with a high degree of freedom. There is an effect that a module can be realized. In addition, according to the optical module of the present invention, the light emitting device and the optical fiber are mounted on separate V-groove substrates, and the optical module is manufactured by using the V-groove substrate and the light-emitting device previously bonded. This makes it possible to carry out characteristic tests and reliability tests of light emitting elements during the manufacturing of optical modules, and to select only good light emitting elements, greatly reducing yield and other damage and realizing a low-cost optical module The effect that it can be done is produced. According to the optical module of the present invention, the light emitting element and the optical fiber are mounted on separate V groove substrates, and the V groove substrate on which the light emitting elements are mounted and the V groove substrate on which the optical fiber is mounted are disposed. Since the fixing member is applied and the V-groove substrate on which the light emitting element is mounted and the light emitting element are fixed on the side surfaces, there is no alignment change in the height direction of the light emitting element due to shrinkage or the like when the fixing member is cured. As a result, an effect that an optical module excellent in reliability can be realized is produced.
[0082]
Therefore, according to the present invention, it becomes possible to realize an optical module having excellent mass productivity and excellent high frequency characteristics, and also having excellent long-term stability and reliability, and the practical value of the optical module of the present invention. Is extremely expensive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an optical module according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical module showing the method of manufacturing the optical module in the embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing a manufacturing method of the optical module in the embodiment.
FIG. 4 is a top view of a mounting
FIG. 5 is a perspective view of an optical module according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6A is a perspective view of an optical module according to a third embodiment of the present invention.
(B) is sectional drawing of the optical module in the embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the optical module showing a manufacturing process of the optical module in the same embodiment.
FIG. 8A is a perspective view of a conventional optical module.
(B) is sectional drawing in the light emitting element mounting part in which the
(C) is sectional drawing in the optical fiber mounting part in which the
FIG. 9A is a perspective view of a
(B), (c) is sectional drawing of the optical module in a light emitting element mounting part.
[Explanation of symbols]
110, 810 Light emitting element
120, 820 optical fiber
130,830 V-groove substrate
140a, 140b, 510a, 510b V-groove substrate electrode
150, 520a, 520b Light emitting device electrode
160, 530a, 530b wire
170, 850 V groove
180,860 Alignment marker
210,870 Light emitting area
220 Reference board for mounting
230 Vacuum chuck
240, 630, 710a, 710b, 720a, 720b fixing member
250 V-groove substrate placement alignment marker
260, 880 Optical fiber core
410 Alignment marker for light emitting element placement
610 First V-groove substrate
620 Second V-groove substrate
840 Electrical wiring
910 Light emitting element alignment marker
920 stripe groove
930 electrode pad
940 Parasitic capacitance
Claims (23)
前記実装基板は、段差を有する2つの上面を有し、
前記光ファイバは、前記実装基板の2つの上面のうちの高い方の第1上面に形成されたV溝に実装され、
前記光素子は、前記実装基板の2つの上面のうちの低い方の第2上面に実装され、
前記実装基板の第1上面と前記光素子の上面とが略面一である
ことを特徴とする光モジュール。An optical module comprising an optical fiber and an optical element that are optically coupled, and a mounting substrate on which the optical fiber and the optical element are mounted,
The mounting substrate has two upper surfaces having steps,
The optical fiber is mounted in a V-groove formed on the first upper surface of the two upper surfaces of the mounting substrate,
The optical element is mounted on the lower second upper surface of the two upper surfaces of the mounting substrate,
An optical module, wherein a first upper surface of the mounting substrate and an upper surface of the optical element are substantially flush.
ことを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。The optical module according to claim 1, wherein the optical element is mounted on the second upper surface by junction-up mounting.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光モジュール。3. The optical module according to claim 1, wherein the mounting substrate includes a first substrate having a surface on which the V-groove is formed, and a second substrate having a surface in contact with the optical element. .
前記第1の基板と第2の基板との間に、実装基板に対する光素子の相対位置を固定する第1固定部材を備える
ことを特徴とする請求項2に記載の光モジュール。The optical module further includes:
The optical module according to claim 2, further comprising a first fixing member that fixes a relative position of the optical element with respect to the mounting substrate between the first substrate and the second substrate.
前記光素子と実装基板との間に、実装基板に対する光素子の相対位置を固定する第2固定部材を備える
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光モジュール。The optical module further includes:
The optical module according to claim 1, further comprising a second fixing member that fixes a relative position of the optical element with respect to the mounting substrate between the optical element and the mounting substrate.
ことを特徴とする請求項5に記載の光モジュール。The optical module according to claim 5, wherein the second fixing member has adhesiveness, and bonds the mounting substrate and the optical element.
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の光モジュール。The optical module according to claim 5, wherein the second fixing member has thermosetting property or photo-curing property.
ことを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の光モジュール。The optical module according to claim 5, wherein the second fixing member has thermal conductivity.
前記光素子と光ファイバとを光結合させる実装用基準基板の上面に光素子を載置する光素子載置工程と、
前記実装用基準基板の上面と前記実装基板のV溝が形成された上面とを対向させ、前記実装用基準基板の上面に実装基板を載置する実装基板載置工程と、
前記実装用基準基板と実装基板とを接触させ、前記光素子の実装用基準基板と接する面と前記実装基板の上面とを略面一にする面一工程と、
前記V溝に光ファイバを実装する光ファイバ実装工程と
を含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。An optical module manufacturing method comprising an optically coupled optical fiber and an optical element, and a mounting substrate on which the optical fiber and the optical element are mounted,
An optical element mounting step of mounting the optical element on the upper surface of the mounting reference substrate for optically coupling the optical element and the optical fiber;
A mounting substrate placing step of placing the mounting substrate on the upper surface of the mounting reference substrate, with the upper surface of the mounting reference substrate facing the upper surface of the mounting substrate on which the V-groove is formed;
A step of bringing the mounting reference substrate and the mounting substrate into contact with each other, and making a surface of the optical element in contact with the mounting reference substrate substantially flush with an upper surface of the mounting substrate;
And an optical fiber mounting step of mounting an optical fiber in the V-groove.
前記面一工程において、前記光素子のプロセスが施された面と前記実装基板の上面とを略面一にする
ことを特徴とする請求項9に記載の光モジュールの製造方法。In the optical element mounting step, the upper surface of the mounting reference substrate and the surface subjected to the process of the optical element are opposed, and the optical element is mounted on the upper surface of the mounting reference substrate,
10. The method of manufacturing an optical module according to claim 9, wherein in the step of flushing, a surface on which the process of the optical element is performed and an upper surface of the mounting substrate are substantially flush with each other.
前記光モジュールの製造方法は、さらに、
前記光ファイバ基板と光素子基板とを接合する工程を含み、
前記面一工程において、前記光素子の実装用基準基板と接する面と反対側の面は、前記光素子基板と接する
ことを特徴とする請求項9又は10に記載の光モジュールの製造方法。The mounting substrate includes an optical fiber substrate having a surface on which a V-groove is formed, and an optical element substrate having no surface on which a V-groove is formed,
The method for manufacturing the optical module further includes:
Bonding the optical fiber substrate and the optical element substrate,
11. The method of manufacturing an optical module according to claim 9, wherein, in the one surface step, a surface opposite to a surface in contact with the mounting reference substrate of the optical element is in contact with the optical element substrate.
前記光素子基板と光ファイバ基板との間に第1固定部材を塗布する工程を含み、
前記面一工程において、前記第1固定部材により前記略面一状態を固定する
ことを特徴とする請求項11に記載の光モジュールの製造方法。The method for manufacturing the optical module further includes:
Applying a first fixing member between the optical element substrate and the optical fiber substrate;
The method of manufacturing an optical module according to claim 11, wherein the substantially flush state is fixed by the first fixing member in the flush step.
前記光素子と実装基板との間に第2固定部材を塗布する工程を含み、
前記面一工程において、前記第2固定部材により前記略面一状態を固定する
ことを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の光モジュールの製造方法。The method for manufacturing the optical module further includes:
Applying a second fixing member between the optical element and the mounting substrate;
The method of manufacturing an optical module according to claim 9, wherein the substantially flush state is fixed by the second fixing member in the flush step.
前記面一工程において、前記光素子と実装基板とを接着する
ことを特徴とする請求項13に記載の光モジュール。The second fixing member has adhesiveness;
The optical module according to claim 13, wherein the optical element and the mounting substrate are bonded in the flush step.
前記光モジュールの製造方法は、さらに、
紫外線又は熱により前記第2固定部材を硬化させる工程を含む
ことを特徴とする請求項13又は14に記載の光モジュールの製造方法。The second fixing member has thermosetting property or photo-curing property,
The method for manufacturing the optical module further includes:
15. The method of manufacturing an optical module according to claim 13, further comprising a step of curing the second fixing member with ultraviolet rays or heat.
前記光素子載置工程において、前記光素子アライメントマーカにより前記実装用基準基板の上面における光素子の載置位置を決定し、前記固定手段により前記実装用基準基板の上面に載置された光素子を一時的に固定し、
前記実装基板載置工程において、前記実装基板アライメントマーカにより前記実装用基準基板の上面における実装基板の載置位置を決定する
ことを特徴とする請求項9〜15のいずれか1項に記載の光モジュールの製造方法。The mounting reference board includes an optical element alignment marker, a mounting board alignment marker, and a fixing unit.
In the optical element placement step, the optical element placement marker determines the placement position of the optical element on the upper surface of the mounting reference substrate, and the fixing device places the optical element on the upper surface of the mounting reference substrate. Is temporarily fixed,
The light according to any one of claims 9 to 15, wherein, in the mounting substrate mounting step, a mounting position of the mounting substrate on the upper surface of the mounting reference substrate is determined by the mounting substrate alignment marker. Module manufacturing method.
前記光素子載置工程において、前記光素子アライメントマーカを前記実装用基準基板の上面と反対側の面から確認し、
前記実装基板載置工程において、前記実装基板アライメントマーカを前記実装用基準基板の上面と反対側の面から確認する
ことを特徴とする請求項16記載の光モジュールの製造方法。The mounting reference substrate is a light-transmitting substrate,
In the optical element mounting step, confirm the optical element alignment marker from the surface opposite to the upper surface of the mounting reference substrate,
17. The method of manufacturing an optical module according to claim 16, wherein in the mounting substrate mounting step, the mounting substrate alignment marker is confirmed from a surface opposite to the upper surface of the mounting reference substrate.
前記光素子を前記光素子基板の上面に実装する光素子実装工程と、
前記光素子と光ファイバとを光結合させる実装用基準基板の上面と、光ファイバ基板のV溝が形成された上面とを対向させ、前記実装用基準基板の上面に前記光ファイバ基板を載置する光ファイバ基板載置工程と、
前記実装用基準基板の上面と前記光素子のプロセスが施された面とを対向させ、前記実装用基準基板の上面に光素子を載置する光素子載置工程と、
前記光素子と実装用基準基板とを接触させ、前記光素子のプロセスが施された面と、前記光ファイバ基板の上面とを略面一にする面一工程と、
前記V溝に光ファイバを実装する光ファイバ実装工程と
を含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。An optical fiber and an optical element that are optically coupled, an optical fiber substrate having a surface on which a V-groove is formed, and an optical element substrate that does not have a surface on which a V-groove is formed. An optical module manufacturing method comprising a mounting substrate to be mounted,
An optical element mounting step of mounting the optical element on the upper surface of the optical element substrate;
The upper surface of the mounting reference substrate for optically coupling the optical element and the optical fiber is opposed to the upper surface of the optical fiber substrate on which the V-groove is formed, and the optical fiber substrate is placed on the upper surface of the mounting reference substrate. An optical fiber substrate mounting step,
An optical element mounting step of placing an optical element on the upper surface of the mounting reference substrate, with the upper surface of the mounting reference substrate facing the surface on which the process of the optical element has been performed;
A step of bringing the optical element into contact with the mounting reference substrate and making the surface of the optical element processed and the upper surface of the optical fiber substrate substantially flush with each other;
And an optical fiber mounting step of mounting an optical fiber in the V-groove.
前記光ファイバ基板と光素子基板との間に固定部材を塗布する工程を含み、
前記面一工程において、前記固定部材により前記略面一状態を固定する
ことを特徴とする請求項18に記載の光モジュールの製造方法。The method for manufacturing the optical module further includes:
Applying a fixing member between the optical fiber substrate and the optical element substrate;
The method of manufacturing an optical module according to claim 18, wherein the substantially flush state is fixed by the fixing member in the flushing step.
前記面一工程において、前記光ファイバ基板と光素子基板とを接着する
ことを特徴とする請求項19に記載の光モジュール。The fixing member has adhesiveness;
The optical module according to claim 19, wherein the optical fiber substrate and the optical element substrate are bonded in the flush step.
前記光モジュールの製造方法は、さらに、
紫外線又は熱により前記固定部材を硬化させる工程を含む
ことを特徴とする請求項19又は20に記載の光モジュールの製造方法。The fixing member has thermosetting property or photocuring property,
The method for manufacturing the optical module further includes:
21. The method of manufacturing an optical module according to claim 19, further comprising a step of curing the fixing member by ultraviolet rays or heat.
前記光ファイバ基板載置工程において、前記実装基板アライメントマーカにより前記実装用基準基板の上面における光ファイバ基板の載置位置を決定し、
前記光素子載置工程において、前記光素子アライメントマーカにより前記実装用基準基板の上面における光素子の載置位置を決定する
ことを特徴とする請求項18〜21のいずれか1項に記載の光モジュールの製造方法。The mounting reference board includes an optical element alignment marker and a mounting board alignment marker,
In the optical fiber substrate mounting step, the mounting position of the optical fiber substrate on the upper surface of the mounting reference substrate is determined by the mounting substrate alignment marker,
The light according to any one of claims 18 to 21, wherein, in the optical element mounting step, a mounting position of the optical element on the upper surface of the mounting reference substrate is determined by the optical element alignment marker. Module manufacturing method.
前記光ファイバ基板載置工程において、前記実装基板アライメントマーカを前記実装用基準基板の上面と反対側の面から確認し、
前記光素子載置工程において、前記光素子アライメントマーカを前記実装用基準基板の上面と反対側の面から確認する
ことを特徴とする請求項22記載の光モジュールの製造方法。The mounting reference substrate is a light-transmitting substrate,
In the optical fiber substrate mounting step, confirm the mounting substrate alignment marker from the surface opposite to the upper surface of the mounting reference substrate,
23. The method of manufacturing an optical module according to claim 22, wherein in the optical element mounting step, the optical element alignment marker is confirmed from a surface opposite to the upper surface of the mounting reference substrate.
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US8811779B2 (en) | 2011-04-22 | 2014-08-19 | Nec Corporation | Laser module manufacturing method and laser module |
CN114256733A (en) * | 2020-09-25 | 2022-03-29 | 日本剑桥光电有限公司 | Optical module |
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