JP2005039141A

JP2005039141A - 光学モジュール

Info

Publication number: JP2005039141A
Application number: JP2003276658A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Umebayashi; 信弘梅林
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】
高周波駆動しても浮遊容量の発生しない光学モジュールを提供すること。
【解決手段】
本発明にかかる光学モジュールは、基板と、基板の上面の一端部から中央部にかけて形成されたレンズ及び／又は光導波体を配置するための搭載溝と、基板の上面の中央部から他端部にかけて形成された表面導体層と、表面導体層に配置された素子と、基板の下面に形成された裏面導体層とを有するものである。さらに、表面導体層と裏面導体層を電気的に導通させる導体層接続部を備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ及び／又は光導波体を配置するための搭載溝を有する光学モジュールに関する。

近年、ブロードバンド通信の高速化、大容量化に伴い、従来のメタリックケーブル等に代わり光ファイバーを用いた通信が普及し始めている。光ファイバーを用いた通信では、伝送損失の低減などのため、光学素子と光学レンズ及び光ファイバーを正確な位置で固定し接続できる光学モジュールが使われている。

従来の光学モジュールとして、例えば、図７に示すものが知られている。ここで、図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は断面図、図７（ｃ）は下面図、図７（ｄ）は図７（ｂ）のＢ矢視図を示している。

図７において、７１は基板、７２は光学レンズを配置するためのレンズ溝、７３は上面ＧＮＤ（グラウンド）部、７４は発光素子であるＬＤ（レーザーダイオード）や受光素子であるＰＤ（フォトダイオード）等の光学素子、７５は裏面ＧＮＤ部を示している。

この光学モジュールでは、例えば、光学素子７４をＬＤとして、１０ＧＨｚ等の高周波で駆動させた場合、表面ＧＮＤ部７３と裏面ＧＮＤ部７５の間の基板７２内部が、浮遊容量をもつコンデンサとして働き、電気信号にノイズがのるなど、高周波駆動の妨げとなっていた。

尚、従来の光学モジュールとして特許文献１が知られている。

特開平２−９１８３号公報

このように、従来の光学モジュールでは、高周波駆動した場合、基板内部に浮遊容量が発生するという問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、高周波駆動しても浮遊容量の発生しない光学モジュールを提供することを目的とする。

本発明にかかる光学モジュールは、基板と、前記基板の上面の一端部から中央部にかけて形成されたレンズ及び／又は光導波体（例えば、光ファイバ）を配置するための搭載溝と、前記基板の上面の中央部から他端部にかけて形成された表面導体層と、前記表面導体層の上に配置された素子（例えば、ＬＤやＰＤ）と、前記基板の下面に形成された裏面導体層とを有する光学モジュールであって、前記表面導体層と前記裏面導体層を電気的に導通させる導体層接続部を備えるものである。これにより、基板内部に浮遊容量が発生することを防ぐことができる。

上述の光学モジュールにおける前記導体層接続部は、導線であってもよい。これにより、既存の光学モジュールに容易に前記導体接続部を形成することができる。

上述の光学モジュールにおける前記導体層接続部は、前記表面導体層及び前記裏面導体層と同じ材料であってもよい。これにより、前記表面導体層及び前記裏面導体層と同じ製造工程で前期導体層接続部を形成することができる。もちろん、前記導体層接続部は、前記表面導体層及び前記裏面導体層と異なった材料であってもよい。

上述の光学モジュールにおける前記導体層接続部は、薄膜金属であってもよい。これにより、貫通穴などの表面にも、容易に前記導体層接続部を形成することができる。

上述の光学モジュールにおける前記導体層接続部は、前記基板の他端面の全体もしくは、一部に形成されていてもよい。これにより、浮遊容量の発生を、さらに効率よく防止することができる。

上述の光学モジュールにおける前記導体層接続部は、貫通穴の内側面に形成されていてもよい。

上述の光学モジュールにおける前記基板は、電気抵抗率が１０Ωｃｍ以下であってもよい。

本発明によれば、高周波駆動しても浮遊容量の発生しない光学モジュールを提供することができる。

本発明の実施の形態１．
まず、図１を用いて、本発明の実施の形態１にかかる光学モジュールの構成について説明する。ここで、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は断面図、図１（ｃ）は下面図、図１（ｄ）は図１（ｂ）のＢ矢視図を示している。図１に示されるように、この光学モジュールは、基板１１、基板１１の上面の一端部から中央部にかけて形成されたレンズ溝１２、基板１１の上面に他端部から中央部にかけて形成された表面ＧＮＤ部１３、基板１１の上面の中心部に位置し表面ＧＮＤ部１３の上に配置された光学素子１４、基板１１の下面の全体に形成された裏面ＧＮＤ部１５及び基板１１のＢ矢視される他端面の一端部に形成されたＧＮＤ接続部１６により構成されている。また、表面ＧＮＤ部１３や裏面ＧＮＤ部１５の上にさらに他の素子などが配置されていてもよい。

基板１１の材料は、基板１１の表面に図に示す構成を形成できるものであればよく、ＳｉやＧａＳ等の半導体でもよいし、セラミック等でもよい。また、基板１１の電気抵抗率は、１０Ωｃｍ以下であることが好ましいが、１０Ωｃｍより大きくてもよい。

レンズ溝１２は、図に示すように台形状の溝であり、光学レンズを固定して配置するものである。また、レンズ溝１２は、光ファイバーを配置してもよいし、光学レンズと共に光ファイバーを配置してもよい。レンズ溝１２は、凹型でもよいし、Ｖ字状の溝でもよい。レンズ溝１２に配置される光学レンズは、例えば、非球面相面レンズやコリメーターレンズなどのガラス成形レンズでもよい。尚、レンズ溝１２の傾斜Θは、光学レンズを正確な位置に配置するため、５４．７°であることが好ましい。

表面ＧＮＤ部１３は、表面ＧＮＤ部１３の上に配置された光学素子１４等と接続されており、光学素子１４等にグラウンド電位や電源を供給する。また、表面ＧＮＤ部１３は、ＧＮＤ接続部１６とも接続されている。例えば、グラウンド電位にするためには、さらに大地とも接続されている。表面ＧＮＤ部１３は、ヒートシンクとして用いられてもよい。表面ＧＮＤ部１３は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕやＮｉ／Ａｕなどの多層構造を有するように、スパッタ等により蒸着されてもよい。

光学素子１４は、例えば、１ＧＨｚから１０ＧＨｚなどの高周波で動作可能なＬＤ又はＰＤである。光学素子１４は、表面ＧＮＤ部１３と接続され、さらに、電極が接続されていてもよい。例えば、光学素子１４がＬＤであれば、電極を通して電気信号がＬＤに入力され、ＬＤにより当該電気信号が光に変換され、レンズ溝１２に配置された光学レンズを通して当該光が出力される。また、光学素子１４がＰＤであれば、レンズ溝１２に配置された光学レンズを通して光がＰＤに入力され、ＰＤにより当該光が電気信号に変換され、電極を通して当該電気信号が出力される。

裏面ＧＮＤ部１５は、表面ＧＮＤ部１３と同様に、グラウンド電位や電源を供給するものであり、ＧＮＤ接続部１６とも接続されている。裏面ＧＮＤ部１５の材料は、表面ＧＮＤ部１３と同じ材料でもよいし、違う材料としてもよい。例えば、表面ＧＮＤ部１３をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕとし、裏面ＧＮＤ部１５をＣｒ／Ａｕとしてもよい。また、裏面ＧＮＤ部１５は、表面ＧＮＤ部１３と対向して形成されていればよく、基板１１の下面全体に限らず、表面ＧＮＤ部１３と同じ大きさや、表面ＧＮＤ部１３より小さい形状でもよい。

ＧＮＤ接続部１６は、表面ＧＮＤ部１３及び裏面ＧＮＤ部１５と接続され、表面ＧＮＤ部１３と裏面ＧＮＤ部１５を同じ電位とし浮遊容量を防ぐものである。ＧＮＤ接続部１６の材料は、表面ＧＮＤ部１３及び裏面ＧＮＤ部１５と同様でもよいし、表面ＧＮＤ部１３もしくは裏面ＧＮＤ部１５と同様でもよく、無電解メッキ、あるいはリード線やワイヤー等の導線でもよい。表面ＧＮＤ部１３と同様の場合は、例えば、スパッタにより表面ＧＮＤ部１３及び裏面ＧＮＤ部１５と同時に形成される。また、導線の場合は、例えば、表面ＧＮＤ部１３及び裏面ＧＮＤ部１５と、はんだ等により接続される。ＧＮＤ接続部１６は、表面ＧＮＤ部１３及び裏面ＧＮＤ部１５と接続されていればよく、図示した位置に限らず、基板１１の他端面の中央部でもよいし、さらに他の側面でもよい。基板１１の上面あるいは下面と垂直ではなく、斜めに形成されてもよい。また、ＧＮＤ接続部１６は、１箇所ではなく複数の箇所に形成されていてもよい。

このような構成により、浮遊容量の発生を防ぐことができ、高周波による駆動が可能となる。

本発明の実施の形態２．
次に、図２を用いて、本発明の実施の形態２にかかる光学モジュールの構成について説明する。ここで、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は断面図、図２（ｃ）は下面図、図２（ｄ）は図２（ｂ）のＢ矢視図を示している。図２において、図１と同様の符号を付された要素は、図１と同様の要素である。図２に示されるように、この光学モジュールは、図１の光学モジュールに加えて、基板１１の他端面の上角部２１ａ及び下角部２１ｂを面取りしたものである。

上角部２１ａ及び下角部２１ｂは、角を面取り加工されていればよく、基板１１の上面及び下面に対し斜めの平面状でもよいし、角を基板１１の外側方向あるいは内側方向に円弧状としてもよい。また、基板１１の他端面ではなく、例えば図２（ｄ）の右側面や左側面の上角部及び下角部を面取りし、ＧＮＤ接続部を形成してもよい。

ＧＮＤ接続部１６は、図１と比べて、基板１１の他端の側面全体に形成されていることを特徴とする。ＧＮＤ接続部１６の面積が広いため、表面ＧＮＤ部１３と裏面ＧＮＤ部１５がより導通し易くなり、浮遊容量の発生をさらに抑えることができる。

本発明の実施の形態３．
続いて、図３を用いて、本発明の実施の形態３にかかる光学モジュールの製造方法について説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ等からなる基板３０１の表面に熱酸化等によりＳｉＯ_２膜３０２を形成し、さらに、基板３０１の上面に、レンズ溝となる開口部３０４及び貫通穴の上凹部となる開口部３０５の領域を形成するように、レジスト３０３を塗布する。ここで、ＳｉＯ_２膜３０２の厚さは、１μｍから２μｍの範囲であることが好ましいが、これ以外の厚さでもよい。

次に、図３（ｂ）に示すように、レンズ溝３０６及び貫通穴の上凹部３０７ａをエッチングにより形成する。このとき、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチングなどのドライエッチングにより、図３（ａ）の開口部３０４及び開口部３０５のＳｉＯ_２膜３０２を除去し、ＫＯＨ（水酸化カリウム）エッチングなどのウェットエッチングにより、レンズ溝３０６及び貫通穴の上凹部３０７ａの形状に、基板３０１を溶解し削り取ってもよい。

そして、図３（ｃ）に示すように、レンズ溝３０６及び貫通穴の上凹部３０７ａに熱酸化等を用いてＳｉＯ_２膜３０２を形成する。このＳｉＯ_２膜３０２により、ウェットエッチング等による基板３０１の溶解を防ぐことができる。

続いて、図３（ｄ）に示すように、基板３０１の下面に、貫通穴の下凹部となる開口部３０９の領域を形成するように、レジスト３０８を塗布する。

さらに、図３（ｅ）に示すように、貫通穴の下凹部３０７ｂをエッチングにより形成する。このとき、ＩＣＰエッチングなどのドライエッチングにより、図３（ｄ）の開口部３０９のＳｉＯ_２膜３０２を除去し、ＫＯＨエッチングなどのウェットエッチングにより、貫通穴の下凹部３０７ｂの形状に、基板３０１を溶解し削り取ってもよい。

尚、図３（ａ）と図３（ｄ）及び図３（ｂ）と図３（ｅ）を同時に行い、貫通穴の上凹部３０７ａと下凹部３０７ｂを同時に形成してもよい。同時に形成することにより、製造工程を短縮することができる。

そして、図３（ｆ）に示すように、貫通穴の上凹部３０７ａの下面と貫通穴の下凹部３０７ｂの上面を、ＨＦ（フッ酸）等により除去して貫通させ、貫通穴３１０を形成する。このとき、ＳｉＯ_２膜３０２も同時に除去する。図に示す３１０ａは貫通穴３１０の上部、３１０ｂは貫通穴３１０の下部を示している。

最後に、図３（ｇ）に示すように、基板３０１の上面及び下面をスパッタにより、表面ＧＮＤ部３１１及び裏面ＧＮＤ部３１２を形成する。ここで、同時に、貫通穴３１０の表面全体にＧＮＤ接続部が形成され、表面ＧＮＤ部３１１及び裏面ＧＮＤ部３１２が導通する。ウェットエッチングを用いることにより、貫通穴３１０の上部３１０ａ及び下部３１０ｂが基板３０１の上面及び下面に対し斜めに形成されているため、スパッタにより貫通穴３１０の表面に容易に成膜することができる。また、表面ＧＮＤ部３１１及び裏面ＧＮＤ部３１２は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕでもよい。

このような製造方法により、浮遊容量が発生せず、高周波による駆動が可能な光学モジュールを製造することができる。

図４を用いて、本発明の実施の形態３にかかる光学モジュールの構成について説明する。図４は、光学モジュールの上面図であり、図３と同様の符号を付された要素は、図３と同様の要素である。図４において、４０１は光学素子、４０２は光学レンズを示している。この光学モジュールは、図３の製造方法により製造されたものの一例である。また、貫通穴３１０は、図示した位置に限らず、表面ＧＮＤ部３１１及び下面ＧＮＤ部と接していれば、他の位置でもよい。

本発明の実施の形態４．
図５を用いて、本発明の実施の形態４にかかる光学モジュールの構成について説明する。図５は、光学モジュールの上面図であり、図３又は図４と同様の符号を付された要素は、図３又は図４と同様の要素である。図５（ａ）は、図４と同様に図３の製造方法により製造された光学モジュールの一例である。この光学モジュールは、貫通穴３１０が、基板３０１の幅方向全体に形成されていることを特徴としている。図５（ｂ）は、図５（ａ）の貫通穴３１０の両端を切断したものである。この光学モジュールは、図２で示した光学モジュールと同様の構成であることがわかる。

従って、図３の製造方法により、図４のような貫通穴を有する光学モジュールを製造することができるし、さらに切断することにより、図２のような面取りされた角を有する光学モジュールを製造することもできる。

本発明の実施の形態５．
図６を用いて、本発明の実施の形態５にかかる光学モジュールの製造方法について説明する。

まず、図６（ａ）に示すように、Ｓｉ等からなる基板６０１の上面に、貫通穴となる開口部６０３の領域を形成するように、メタルマスク６０２を形成する。メタルマスク６０２は、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉを含んでいる。このメタルマスク６０２により、ドライエッチングにより基板３０１が溶解するのを防ぐことができる。また、メタルマスク６０２ではなく、レジストを用いてもよい。レジストを用いる場合は、貫通穴を形成するためのドライエッチングに耐えうる厚さが必要である。

次に、図６（ｂ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングにより、貫通穴６０４を形成する。図３の製造方法では、基板３０１の上面と下面の両方から、ウェットエッチングにより、貫通穴３１０を形成したが、図６の製造方法では、基板６０１の上面のみから、ドライエッチングにより、貫通穴６０４を形成する。また、ドライエッチングを用いることにより、基板６０１の上面及び下面と垂直方向に、貫通穴６０４を形成することができる。

続いて、図６（ｃ）に示すように、メタルマスク６０２を除去した後、熱酸化等により基板６０１の表面にＳｉＯ_２膜６０５を形成する。そして、図６（ｄ）に示すように、基板６０１の上面及び下面に、レジスト６０６を塗布する。このレジスト６０６は、リンを含んでいてもよい。このとき、貫通穴６０４の表面及び開口部には、触媒核を付着させるためレジスト６０６を塗布しない。

その後、図６（ｅ）に示すように、基板６０１の上面、下面及び貫通穴６０４の面に、触媒核６０７を付着させる。この触媒核６０７は、無電解メッキの触媒となるものであり、例えば、パラジウムなどである。

さらに、図６（ｆ）に示すように、レジスト６０６を除去し、貫通穴６０４の表面及び開口部に触媒核６０７が残るようにする。続いて、図６（ｇ）に示すように、触媒核６０７に対し無電解メッキにより成膜し、貫通穴６０４の表面及び開口部にメッキ膜６０８を形成する。このメッキ膜６０８は、例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕを含んでいる。

そして、図６（ｈ）に示すように、ＫＯＨエッチングなどのウェットエッチングにより、レンズ溝６０９を形成する。このとき、例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）と同様に、基板６０１の表面にレジストを塗布した後、ウェットエッチングを行ってもよい。また、レンズ溝６０９は、図３のレンズ溝３０６と同様の形状としてもよい。尚、図６（ａ）の前に、あらかじめレンズ溝６０９を形成しておいてもよい。

最後に、図６（ｉ）に示すように、基板６０１の上面及び下面をスパッタにより、表面ＧＮＤ部６１０及び裏面ＧＮＤ部６１１を形成する。表面ＧＮＤ部６１０及び裏面ＧＮＤ部６１１は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕでもよい。このとき、例えば、図３（ｆ）及び図３（ｇ）と同様に、ＨＦ等によりＳｉＯ_２膜６０５を除去した後、スパッタを行ってもよい。ここで、表面ＧＮＤ部６１０及び裏面ＧＮＤ部６１１は、メッキ膜６０８と接するように形成されることにより、導通可能となる。

このような製造方法により、図３と同様に、浮遊容量が発生せず、高周波による駆動が可能な、図２や図４、図５等の光学モジュールを製造することができる。

尚、上述の例では、基板にレンズが搭載された構成で説明されているが、レンズ及びレンズ搭載用基板は、必ずしも、ＬＤもしくはＰＤ、及びＬＤ、ＰＤを搭載した基板と一体となっていなくてもよい。また、上述の例では、表面ＧＮＤ部が形成された構成について述べたが、表面ＧＮＤ部と同時にＬＤ、ＰＤを駆動するための配線や抵抗が同時に形成されていてもよい。

本発明にかかる光学モジュールの構成図である。本発明にかかる光学モジュールの構成図である。本発明にかかる光学モジュールの製造方法を示す図である。本発明にかかる光学モジュールである。本発明にかかる光学モジュールである。本発明にかかる光学モジュールの製造方法を示す図である。従来の光学モジュールの構成図である。

符号の説明

１１基板
１２レンズ溝
１３表面ＧＮＤ部
１４光学素子
１５裏面ＧＮＤ部
１６ＧＮＤ接続部

Claims

基板と、
前記基板の上面の一端部から中央部にかけて形成されたレンズ及び／又は光導波体を配置するための搭載溝と、
前記基板の上面の中央部から他端部にかけて形成された表面導体層と、
前記表面導体層の上に配置された素子と、
前記基板の下面に形成された裏面導体層とを有する光学モジュールであって、
前記表面導体層と前記裏面導体層を電気的に導通させる導体層接続部を備えた光学モジュール。
前記導体層接続部は、導線であることを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
前記導体層接続部は、前記表面導体層及び前記裏面導体層と同じ材料であることを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
前記導体層接続部は、薄膜金属であることを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
前記導体層接続部は、前記基板の他端面の全体もしくは、一部に形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の光学モジュール。
前記導体層接続部は、貫通穴の内側面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光学モジュール。
前記基板は、電気抵抗率が１０Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６記載の光学モジュール。