JP2008020620A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】小型の光モジュールを提供する。
【解決手段】上部が開口したパッケージ２の上部に光透過部材３を設け、パッケージ２に光透過部材３を接合した光モジュール１において、回路パターンを透明なフレキシブル基板４の少なくとも片面に形成し、そのフレキシブル基板４を光透過部材３の裏面に設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光インターコネクションに用いられる光モジュールに関する。

近年、システム装置内および装置間の信号を高速に伝送する技術である光インターコネクションが広がっている。すなわち、光インターコネクションとは、光部品をあたかも電気部品のように扱って、パソコン、車両、光トランシーバなどのマザーボードや回路基板に表面実装する技術をいう。

光インターコネクションに用いられる従来の光モジュールとして、図１９に示すような光モジュール１９１がある（例えば、特許文献１参照）。

この光モジュール１９１は、上部が開口したキャビティを有する基板１９２の上部に、片面に回路パターン１９３を有するガラスやサファイアガラスなどからなる透光性板１９４を設け、回路パターン１９３に光素子（光電変換素子）１９５を搭載（実装）し、基板１９２に透光性板１９４を接合して気密封止したものである。さらに光モジュール１９１の上にはファイバブロック１９６が搭載される。

特開２００５−２９２７３９号公報

しかしながら、従来の光モジュール１９１は、透光性板１９４に回路パターン１９３自体を形成することが難しいという問題がある。

また、従来の光モジュール１９１は、ガラスやサファイアガラスなどからなる透光性板１９４に回路パターン１９３を形成する場合、透光性板１９４にスルーホールを形成することが困難なので、両面に回路パターン１９３を形成することができず、片面だけの回路パターン１９３となってしまう。

よって、透光性板１９４の回路面積が大きくなり、透光性板１９４ひいては光モジュール１９１全体が大きくなってしまう。

透光性板１９４にスルーホールを形成することが困難である理由の１つは、ガラス、サファイアガラスなどの部材は硬く、微細な穴を設けることが困難で、かつ微細な穴を開けたとしても透光性板１９４にクラックが発生することがあるからである。

また、透光性板１９４にスルーホールを形成したとしても、基板１９２内に光素子１９５を収納して気密封止するために、スルーホールの内部にＣｕやＡｕなどの金属をメッキなどで充填するのだが、ガラス、サファイアガラスの線膨張係数が金属に比べて非常に小さいため、温度サイクルによって金属の剥離が生じ、気密が壊れてしまうからである。

そこで、本発明の目的は、小型の光モジュールを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、上部が開口したパッケージの上部に光透過部材を設け、上記パッケージに上記光透過部材を接合した光モジュールにおいて、回路パターンを透明なフレキシブル基板の少なくとも片面に形成し、そのフレキシブル基板を上記光透過部材の裏面に設けた光モジュールである。

請求項２の発明は、上記パッケージの表縁面にパッケージ側電極を形成すると共に、そのパッケージ側電極に対応して上記フレキシブル基板の裏面に基板側電極を形成し、上記パッケージの上記パッケージ側電極の周囲にパッケージ側接合枠を形成し、上記光透過部材の裏縁面に上記パッケージ側接合枠に対応して透過部材側接合枠を形成し、上記パッケージ側電極と上記基板側電極を半田接合すると共に、上記パッケージに上記光透過部材を接合した請求項１記載の光モジュールである。

請求項３の発明は、上記フレキシブル基板の裏面に、受光用の光素子または発光用の光素子を搭載し、上記フレキシブル基板に開口部を形成し、その開口部を覆うように、上記受光用の光素子の出力を増幅する増幅回路または上記発光用の光素子を駆動する駆動回路を搭載し、上記光透過部材と上記増幅回路の隙間にアンダーフィルを充填した請求項１または２記載の光モジュールである。

請求項４の発明は、上記フレキシブル基板の裏面に、受光用の光素子または発光用の光素子を搭載し、上記フレキシブル基板にサーマルビアを複数個形成し、これらサーマルビア上に、上記受光用の光素子の出力を増幅する増幅回路または上記発光用の光素子を駆動する駆動回路を搭載し、上記光透過部材と上記増幅回路の隙間にアンダーフィルを充填した請求項１または２記載の光モジュールである。

請求項５の発明は、上記フレキシブル基板の裏面に、発光用の光素子と受光用の光素子とを搭載すると共に、上記増幅回路を搭載し、上記パッケージの内底面に上記駆動回路を搭載した請求項１〜４いずれかに記載の光モジュールである。

請求項６の発明は、上記フレキシブル基板の裏面に、発光用の光素子と受光用の光素子とを搭載すると共に、上記駆動回路を搭載し、上記パッケージの内底面に上記増幅回路を搭載した請求項１〜４いずれかに記載の光モジュールである。

請求項７の発明は、上記光透過部材と上記光素子の隙間に透明なアンダーフィルを充填した請求項１〜６いずれかに記載の光モジュールである。

請求項８の発明は、上記光透過部材として、熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の無機材料基板を用いる請求項１〜７いずれかに記載の光モジュールである。

請求項９の発明は、上記光透過部材として、結晶の面方位の少なくとも１つが０．５°を超えてずれたサファイアガラス基板を用いる請求項１〜８いずれかに記載の光モジュールである。

本発明によれば、フレキシブル基板を用いることで、光モジュールを小型にできる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適な第１の実施形態を示す光モジュールの分解斜視図、図２は図１を上方から見た分解斜視図、図９は図１に示した光モジュールの完成状態を示す断面図とその拡大断面図である。

図１、図２、図９に示すように、第１の実施形態に係る光モジュール（気密封止型パラレル光モジュール）１は、パソコン、車両、光トランシーバなどの機器のマザーボードや回路基板に表面実装するものであり、面積が１ｃｍ×１ｃｍ未満の大きさを有する。

この光モジュール１は、上部が開口したキャビティ（空洞、凹み、部屋）を有し、断面が凹状のセラミックパッケージ２と、そのセラミックパッケージ２の上部を覆う光透過部材（封止用透明板あるいはフタ）３と、透明なフレキシブル基板４とで主に構成される。光透過部材３は光通信波長帯域の光に対して透明な（界面反射を含み、厚さ１ｍｍのとき光透過率８０％以上の）部材であり、フレキシブル基板４は光通信波長帯域の光に対して透明な基板である。

パッケージとしてセラミックパッケージ２を用いたのは、後述するようにパッケージ内を気密封止した際、気密封止のレベルを、Ｈｅリーク試験おいて１０^-9Ｐａ・ｍ³ ／ｓ［Ｈｅ］以下に保つ必要があるからである。

セラミックパッケージ２内には、パッケージ側回路パターン５（図９参照）が形成される。回路パターン５の一部は、セラミックパッケージ２の表縁面と裏面を結んで形成される。セラミックパッケージ２の裏面には、機器のマザーボードや回路基板に光モジュール１を実装するための半田ボール６（図９参照）が複数個格子状に並べて取り付けられる。つまり、セラミックパッケージ２はＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）はんだを構成する。

セラミックパッケージ２の表縁面には、回路パターン５と導通するパッケージ側電極７が複数個並べて形成される。セラミックパッケージ２のパッケージ側電極７の周囲には、パッケージ側接合枠（パッケージ側の封止用メタライズ）８がＡｕ／Ｎｉなどの金属で形成される。これらパッケージ側電極７とパッケージ側接合枠８は、例えば、Ａｕ／Ｎｉ箔をフォトエッチングして一括形成される。

光透過部材３には、例えば、石英系ガラス、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）の単結晶（いわゆるサファイアガラス）、ルビー、工業用ダイアモンドのいずれかからなる無機材料基板を用いる。

特に、光透過部材３として、熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは２０〜５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の無機材料基板を用いるとよい。このため、本実施形態では、光透過部材３としてサファイアガラス基板を用いた。

また、光透過部材としては、発光用の光素子（例えば、後述するＶＣＳＥＬアレイ１０）の出力が０．１ｍＷ、発光用の光素子を駆動する駆動回路（例えば、後述するドライバＩＣ１４）の消費電力が０．５ｍＷのとき、発光用あるいは受光用の光素子などの各光部品や、半導体チップなどの各電気部品の温度上昇を、光透過部材３の裏面を基準位置にし、その裏面の温度に対して１０℃以下に抑える無機材料基板を用いるとよい。

石英系ガラスは熱伝導率が１〜２Ｗ／（ｍ・Ｋ）と低いため、光透過部材３に光素子や半導体チップを実装する際、光素子や半導体チップが１００℃以上上昇してしまい、製品化後、誤作動することがある。光透過部材３を厚くしてその熱抵抗を下げる方法もあるが、光素子と外部光学系（レンズなど）間の距離が長くなるので、光透過部材３の厚さは、強度が許される限り、極力薄くしたい。これに対し、サファイアガラスは熱伝導率が３３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）と極めて高いため、上述した駆動条件において、光素子や半導体チップの温度上昇を１０℃以下に抑えることができる。また、サファイアガラスは広い波長帯域の光に対して透明性が優れており、光信号を低損失で伝送することができる。

さらに、使用するサファイアガラスとしては、光透過率および熱伝導性などが重要であり、半導体薄膜用基板として用いる場合に重要である結晶性（結晶方位の揃った単結晶）は重要とはならない。従って、光透過部材３としては、結晶の面方位の少なくとも１つが０．５°を超えてずれたサファイアガラス基板を用いるとよい。これにより、光モジュール１を低コストで作製することができる。

ここで、本実施形態で用いたサファイアガラス基板をより詳細に説明する。「サファイア」とはアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）の単結晶で面方位を有しており、透明である。アルミナは多結晶になるといわゆる「アルミナセラミックス」となる。「サファイア」は、主にＧａＮ系などの半導体成膜用基板として用いられる。半導体成膜用基板では面方位を厳しく管理しており、一般的に０．５°以下である。すなわち、図７に示すサファイア単結晶７１のように、六方晶において面方位のＡ面、Ｃ面、Ｒ面からのずれが、いずれも０．５°以下である。

本実施形態に係る光透過部材３では、例えば、ＥＦＧ（Ｅｄｇｅ−Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｆｉｌｍ−ｆｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ）法などで半導体成膜用基板として作製したサファイア基板のうち、ＮＧ（不良）品として安価で入手できるものを使用できる。「サファイア」は面方位によって線膨張係数が異なる（Ｃ軸に平行：７．７×１０^-6、Ｃ軸に垂直：７．０×１０^-6）が、本実施形態に係る用途では問題にならない。

さて、図５に示すように、フレキシブル基板４は、可とう性かつ絶縁性を有し、光通信波長帯域の光に対して透明な基材（絶縁フィルム）５１の少なくとも片面に、基板側回路パターン９を形成して構成される。本実施の形態では、１層の基材５１の両面に基板側回路パターン９を形成してなる２層のフレキシブル基板４を用いた。フレキシブル基板４の厚さは、０．１ｍｍ以下である。

ここで、フレキシブル基板の層数は、図６（ａ）に示す１層の基材５１の片面に回路パターン９を形成したものが１層、図６（ｂ）に示す１層の基材５１の両面に回路パターン９を形成したフレキシブル基板４が２層、このフレキシブル基板４上に図６（ｃ）に示すように２層目の基材５１ｃを積層し、２層目の基材５１ｃ上に回路パターン９ｃを形成したものが３層となる。

基材５１の材質としては、慣用のポリイミド等を用いる。ポリイミドは、例えば、波長λ＝７００ｎｍの光に対して、膜厚１μｍのときの透過率が９８．５〜１００％であり、ほとんど透明である（光通信波長帯域の光がほとんど減衰しない）。基板側回路パターン９は、例えば、Ｃｕ箔をフォトエッチングして一括形成される。図１および図２では、基材５１の片面に基板側回路パターン９を形成した例を示した。

基材５１の両面に基板側回路パターン９を形成する場合は、基材５１に表裏の基板側回路パターン９同士を導通するメッキスルーホール５２を形成する。メッキスルーホール５２は、基材５１に形成したスルーホールの内部に、ＣｕやＡｕなどの金属をメッキなどで充填して形成される。

この場合、基材５１の光通路Ｒ（図９参照）以外となる表面に、基板側回路パターン９としてベタＧＮＤ層（全面グランド層）を形成してもよい。このベタＧＮＤ層は、メッキスルーホール５２を介して、セラミックパッケージ２内のパッケージ側回路パターン５、あるいはマザーボードや回路基板のＧＮＤと導通させる。

図１および図４に示すように、フレキシブル基板４は光透過部材３の裏面に、予め光通信波長帯域の光に対して透明な接着剤で貼り付けられて固定される。接着剤としては、ＵＶ（紫外線）硬化型接着剤、熱硬化型接着剤を用いる。接着剤の材質はエポキシ系、アクリル系、シリコーン系等である。

図１、図４、図９に示すように、フレキシブル基板４の基板側回路パターン９には、発光用（送信用）の光素子として、ＬＤを狭ピッチ（例えば、２５０μｍ）でアレイ状に４個並べた面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬアレイ）１０と、受光用（受信用）の光素子として、フォトダイオード（ＰＤ）を狭ピッチ（例えば、２５０μｍ）でアレイ状に４個並べたＰＤアレイ１１と、ＰＤアレイ１１の各ＰＤから出力される電気信号を増幅する増幅回路としてのプリアンプＩＣ（ＰＤ駆動回路ＩＣ）１２と、抵抗やコンデンサなどのチップ受動部品１３とが搭載される。

ＶＣＳＥＬアレイ１０は、フレキシブル基板４の裏面にフリップチップ実装される。すなわち、ＶＣＳＥＬアレイ１０は、各ＬＤの発光領域がフレキシブル基板４と対向するように搭載される。同様に、ＰＤアレイ１１も、フレキシブル基板４の裏面にフリップチップ実装される。すなわち、ＰＤアレイ１１は、各ＰＤの受光領域がフレキシブル基板４と対向するように搭載される。

図２および図９に示すように、セラミックパッケージ２の内底面２ｂには、ＶＣＳＥＬアレイ１０の各ＬＤを駆動する駆動回路としてのドライバＩＣ（ＬＤ駆動回路ＩＣ）１４が搭載される。

図１、図４、図９に示すように、フレキシブル基板４の裏面の周縁には、基板側電極１５が複数個形成される。これら基板側電極１５は、基板側回路パターン９、ＶＣＳＥＬアレイ１０、ＰＤアレイ１１、プリアンプＩＣ１２と導通される。基板側電極１５は、例えば、Ａｕ／Ｎｉ箔をフォトエッチングして一括形成される。

光透過部材３の裏面の周縁には、パッケージ側接合枠８に対応して同じ形状の透過部材側接合枠（フタ側接合枠、フタ側の封止用メタライズ）１６がＡｕ／Ｎｉなどの金属で形成される。このフタ側接合枠１６は、例えば、Ａｕ／Ｎｉ箔をフォトエッチングして一括形成される。

図９に示すように、光透過部材３とＶＣＳＥＬアレイ１０の隙間には、光透過部材３とほぼ同じ屈折率１．５を有する光通信波長帯域の光に対して透明なアンダーフィルｒが充填される。アンダーフィルｒとしてはエポキシ樹脂を用いる。アンダーフィルｒは、充填された後、熱処理によって硬化される。同様に、光透過部材３とＰＤアレイ１１の隙間にも、透明なアンダーフィルが充填される。

さらに、光モジュール１には、光通路Ｒ上となる光透過部材３の表面に、ＶＣＳＥＬアレイ１０の各ＬＤの出射光あるいはＰＤアレイ１１の各ＰＤへの入射光を集光する８個のレンズを備えた一体型のレンズブロック（図示せず）が実装される。このレンズブロックには、８心の光ファイバが接続されたＭＴ光コネクタ（図示せず）が接続される。

次に、光モジュール１の製造方法（組み立て方法）を説明する。

まず、図１に示すように、光透過部材３の裏面にフレキシブル基板４の表面を接着剤で貼り付けて固定する。図３に示すように、貼り付けたフレキシブル基板４の裏面に各光部品、各電気部品をフリップチップ実装し、他方、セラミックパッケージ２の内底面２ｂにドライバＩＣ１４を搭載する（図２参照）。

その後、予めパッケージ側電極７あるいは基板側電極１５のどちらか一方に回路導通用の半田１７（図９参照）を溶融塗布すると共に、パッケージ側接合枠８あるいはフタ側接合枠１６のどちらか一方に封止用の半田１８（図９参照）を溶融塗布しておく。

そして、図８に示すように、Ｈｅや窒素などの不活性ガスの雰囲気下において、パッケージ側電極７と基板側電極１５を半田接合すると同時に、パッケージ側接合枠８にフタ側接合枠１６を半田接合することで、セラミックパッケージ２に光透過部材３を接合すると共に気密封止（ハーメチックシール）する。

パッケージ側接合枠８とフタ側接合枠１６の接合に半田を用いたのは、気密封止のレベルを、Ｈｅリーク試験において１０^-9Ｐａ・ｍ³ ／ｓ［Ｈｅ］以下に保つためである。半田としては、例えばＡｕ−Ｓｎ半田、Ｓｎ−Ａｇ半田を用いる。

ここで、接着剤や合成樹脂はノンハーメチックシールなので使用できない。特に、合成樹脂は膨潤するため、ＶＣＳＥＬアレイ１０やＰＤアレイ１１を外気や水分に晒すことになり、適さない。また、低融点ガラスは、融点が高く、フレキシブル基板４に搭載したＶＣＳＥＬアレイ１０、ＰＤアレイ１１、プリアンプＩＣ１２を壊すおそれがあるため、適していない。

最後に、セラミックパッケージ２の裏面に、半田ボール６を複数個格子状に並べて取り付けてＢＧＡを構成すると、図９に示した光モジュール１が得られる。

第１の実施形態の作用を説明する。

光モジュール１では、マザーボードや回路基板から伝送するＶＣＳＥＬアレイ１０駆動用の４つの電気信号は、セラミックパッケージ２の回路パターン５、ドライバＩＣ１４、ＶＣＳＥＬアレイ１０の順で伝送され、ＶＣＳＥＬアレイ１０で光信号にそれぞれ変換され、ＶＣＳＥＬアレイ１０から４つの光信号として光通路Ｒ、光透過部材３を通して上方に出力される。

一方、光モジュール１では、光透過部材３の上方から光透過部材３、光通路Ｒを通して入力された４つの光信号は、ＰＤアレイ１１で電気信号にそれぞれ変換され、ＰＤアレイ１１から４つの電気信号としてプリアンプＩＣ１２、セラミックパッケージ２の回路パターン５、マザーボードや回路基板の順で伝送される。

光モジュール１は、フレキシブル基板４を用いた点に特長があり、従来、光透過部材３に形成した回路パターン９をフレキシブル基板４の少なくとも片面に形成し、そのフレキシブル基板４を光透過部材３の裏面に接着して設けている。

このため、従来に比べて回路パターン９自体を形成することが簡単であり、光モジュール１の生産性を向上し、製造コストを低くすることができる。

特に、フレキシブル基板４の両面に回路パターン９を形成すれば、図１９の従来の透光性板１９４に比べてフレキシブル基板４を小さくでき、光モジュール１を小型にできる。本実施の形態では、１層のフレキシブル基板４を用いた例で説明したが、多層配線のフレキシブル基板を用いることで、実装密度をさらに上げることができ、光モジュール１のさらなる小型化も可能になる。

フレキシブル基板４の厚さは０．１ｍｍ以下であり、従来の透光性板１９４の厚さ０．３〜１．０ｍｍに比べてかなり薄い。このため、光モジュール１は、ＶＣＳＥＬアレイ１０やＰＤアレイ１１と、ＶＣＳＥＬアレイ１０の出射光あるいはＰＤアレイ１１の入射光を集光するレンズとの距離が従来の光モジュール１９１とほとんど変わらない。したがって、光モジュール１は、狭ピッチでＬＤやＰＤをアレイ状に配置しても、光信号のビーム径が大きくならないため隣のチャネルに光が漏れ込むことはなく、常に正常に動作する。

また、光モジュール１は、セラミックパッケージ２にパッケージ側電極７とパッケージ側接合枠８を形成し、フレキシブル基板４に基板側電極１５を形成し、光透過部材３にフタ側接合枠１６を形成している。

光モジュール１では、パッケージ側電極７と基板側電極１５を半田接合すると共に、パッケージ接合枠８とフタ側接合枠１６を半田接合してセラミックパッケージ２に光透過部材３を接合することで、セラミックパッケージ２とフレキシブル基板４を電気的に接続すると同時に、セラミックパッケージ２内を気密封止できる。

フレキシブル基板４の両面に回路パターン９を形成する場合には、例えば、表面のほぼ全面（少なくとも光通路Ｒ以外の表面）に形成した回路パターン９を全面ＧＮＤ層として利用できる。このため、光モジュール１は、その全面ＧＮＤ層をマザーボードや回路基板のＧＮＤやセラミックパッケージ２のＧＮＤ層と導通させることで、電磁波の出入射を防止でき、ＥＭＩ（電磁波障害）に対して強い。

さらに、光モジュール１は、フレキシブル基板４の裏面にＶＣＳＥＬアレイ１０を搭載し、そのＶＣＳＥＬアレイ１０を駆動するドライバＩＣ１４をセラミックパッケージ２の内底面２ｂに搭載し、フレキシブル基板４の裏面にＰＤアレイ１１を搭載すると共に、ＰＤアレイ１１の出力を増幅するプリアンプＩＣ１２を搭載して３次元実装、配線している。

光モジュール１では、セラミックパッケージ２の内底面２ｂにドライバＩＣ１４を搭載してプリアンプＩＣ１２とドライバＩＣ１４を分離することで、フレキシブル基板４の部品実装面積を小さくし、セラミックパッケージ２の大型化を防いでいる。しかも、ドライバＩＣ１４で発生した熱を、ガラスやサファイアガラスに比べて放熱性が高いセラミックパッケージ２を通して逃げやすくすることで、光モジュール１の温度上昇を抑え、製品の信頼性を高めている。

また、ＰＤアレイ１１の各ＰＤに入力される光信号は強度が小さく、各ＰＤから出力される電流は微弱であるため、ノイズに弱い。そこで、光モジュール１では、ＰＤアレイ１１にプリアンプＩＣ１２を近接させてノイズの影響を低減するため、フレキシブル基板４にプリアンプＩＣ１２を配置した。

光モジュール１は、３次元実装、配線を行っているため、セラミックパッケージ２やフレキシブル基板４を小さくでき、図１９の従来の光モジュール１９１に比べて光モジュール１の小型化が図れ、非常に有用である。

光モジュール１は、光透過部材３とＶＣＳＥＬアレイ１０の隙間に透明なアンダーフィルｒを充填し、光透過部材３とＰＤアレイ１１の隙間にも透明なアンダーフィルを充填している。このため、光透過部材３の裏面の光の反射を抑えることができ、同時にフレキシブル基板４とＶＣＳＥＬアレイ１０の接合部、フレキシブル基板４とＰＤアレイ１１の接合部も補強できる。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。

図１０〜図１４に示す光モジュール１０１では、フレキシブル基板４のプリアンプＩＣ１２の搭載部分に、プリアンプＩＣ１２の面積よりも小さい開口部１０２を形成し、その開口部１０２を覆うようにプリアンプＩＣ１２を搭載し、図１４に示すように、光透過部材３とプリアンプＩＣ１２の隙間に熱伝導率の高いフィラー入りアンダーフィルｒ１４を充填した。

これは、プリアンプＩＣ１２が、ＶＣＳＥＬアレイ１０やＰＤアレイ１１に比べて特に消費電力が大きいからである。光モジュール１０１のその他の構成は、図１の光モジュール１と同じである。

アンダーフィルｒ１４は、主剤（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等）に比べ、フィラー（例えば、アルミナ等）の熱伝導率の方が断然高い。よって、フィラー入りアンダーフィルｒ１４は熱伝導率が高い。アンダーフィルｒ１４としては、フィラーとしてアルミナを用い、その含有量を２０〜５０重量％程度にするとよい。これは、フィラーの含有量が５０重量％を超えると流動性が悪く、固化しづらくなり、また、フィラーの含有量が２０重量％未満だと放熱性が悪くなるためである。

第２の実施形態の作用を説明する。

図１５（ｂ）に示すように、プリアンプＩＣ１２とフレキシブル基板４の間が空気であると、プリアンプＩＣ１２で発生した熱ｈｂは半田を介して伝熱するしかなく、伝熱パス（伝熱面積）が小さいため、熱抵抗が大きい。

これに対し、光モジュール１０１では、図１５（ａ）に示すように、プリアンプＩＣ１２とフレキシブル基板４の間にアンダーフィルｒ１４を充填しているため、プリアンプＩＣ１２で発生した熱ｈがアンダーフィルｒ１４の全体を介して伝熱し、伝熱パスが大きくなるため、熱抵抗が小さくなる。

熱抵抗についてより詳細に説明すると、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、開口部もアンダーフィルもない場合（比較例）、プリアンプＩＣ１２〜サファイア基板３間の熱抵抗ＲＢ（℃／Ｗ）は、ｔｘを各部材の厚さ、λｘを各部材の熱伝導率、Ｓｘを各部材の面積とおくと、
ＲＢ＝（ｔ１／λ１×Ｓ１）＋（ｔ２／λ２×Ｓ２）＋…＋（ｔ４／λ４×Ｓ４）
ただし、添え字１〜４はそれぞれ順に半田、回路パターン９、基材（ポリイミド）５１、接着剤ａを示す。

これに対し、光モジュール１０１では、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、プリアンプＩＣ１２〜サファイア基板３間の熱抵抗ＲＡ（℃／Ｗ）は、上述と同じ符号を用いて
ＲＡ＝｛（１／ＲＢ）＋（１／Ｒ５）｝^-1
Ｒ５＝ｔ５（＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４）／λ５×Ｓ５
ただし、添え字５はアンダーフィルｒ１４を示す。

つまり、ＲＡ＜ＲＢとなる。

したがって、光モジュール１０１では、プリアンプＩＣ１２で発生した熱を、開口部１０２やアンダーフィルｒ１４を通して逃げやすくすることで、光モジュール１０１の温度上昇を抑え、製品の信頼性をより高めている。光モジュール１０１のその他の作用効果は、光モジュール１と同じである。

また、光モジュール１０１の変形例として、図１８に示すように、フレキシブル基板４のプリアンプＩＣ１２の搭載部分にサーマルビア１８１を複数個形成し、これらサーマルビア１８１上にプリアンプＩＣ１２を搭載し、光透過部材３とプリアンプＩＣ１２の隙間にアンダーフィルｒ１４を充填してもよい。

サーマルビア１８１は、スルーホールの内壁を銅メッキ等の金属（導体）で覆うと共に、スルーホール表面及び／又は裏面の周囲を銅メッキ等の金属で覆ったものである。

これによっても、プリアンプＩＣ１２で発生した熱を、サーマルビア１８１やアンダーフィルｒ１４を通してフレキシブル基板４の表面及び／又は裏面に逃げやすくすることで、プリアンプＩＣ１２の温度上昇を抑え、製品の信頼性をより高めることができる。

上記実施の形態では、フレキシブル基板４にＶＣＳＥＬアレイ１０、ＰＤアレイ１１、プリアンプＩＣ１２、チップ受動部品１３をフリップチップ実装した例で説明したが、これらをフレキシブル基板にフェイスアップ実装してもよい。

また、開口部１０２やサーマルビア１８１上にプリアンプＩＣ１２を搭載した例で説明したが、開口部１０２やサーマルビア１８１上にドライバＩＣ１４を搭載してもよい。

フレキシブル基板４の裏面に、ＶＣＳＥＬアレイ１０及びＰＤアレイ１１並びにプリアンプＩＣ１２を搭載し、セラミックパッケージ２の内底面２ｂにドライバＩＣ１４を搭載した実施形態を示した（図９参照）が、他の実施形態として、フレキシブル基板４の裏面に、ＶＣＳＥＬアレイ１０及びＰＤアレイ１１並びにドライバＩＣ１４を搭載し、セラミックパッケージ２の内底面２ｂにプリアンプＩＣ１２を搭載してもよい。この場合は、プリアンプＩＣ１２とＰＤアレイ１１の電気配線が図９の実施形態よりも長くなるため、信号伝送速度が１Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ程度以下であれば、問題なく用いることができる。

本発明の好適な第１の実施形態を示す光モジュールの分解斜視図である。 図１に示した光モジュールを上方向から見た分解斜視図である。 図１に示した光モジュールの製造方法を説明する分解斜視図である。 光素子や増幅回路を搭載したフレキシブル基板の斜視図である。 フレキシブル基板の断面図である。 図６（ａ）〜図６（ｃ）はフレキシブル基板の一例を示す断面図である。 サファイアのユニットセル図である。 図１に示した光モジュールの製造方法を説明する分解斜視図である。 図１に示した光モジュールの完成状態を示す断面図とその拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す光モジュールの分解斜視図である。 図１０に示した光モジュールを上方向から見た分解斜視図である。 図１０に示した光モジュールの製造方法を説明する分解斜視図である。 図１０に示した光モジュールの製造方法を説明する分解斜視図である。 図１０に示した光モジュールの完成状態を示す断面図とその拡大断面図である。 図１５（ａ）は図１０に示した光モジュールの放熱状態を示す拡大断面図、図１５（ｂ）はアンダーフィルがない場合の放熱状態を示す拡大断面図である。 図１６（ａ）は図１０に示した光モジュールのより詳しい拡大断面図、図１６（ｂ）はその熱抵抗を示す回路図である。 図１７（ａ）は比較例の光モジュールの拡大断面図、図１７（ｂ）はその熱抵抗を示す回路図である。 図１０に示した光モジュールの変形例を示す拡大断面図である。 従来の光モジュールの分解斜視図である。

符号の説明

１ 光モジュール
２ セラミックパッケージ
３ 光透過部材
４ フレキシブル基板
５ 基板側回路パターン
１０ ＶＣＳＥＬアレイ（発光用の光素子）
１１ ＰＤアレイ（受光用の光素子）

Claims (9)

1. 上部が開口したパッケージの上部に光透過部材を設け、上記パッケージに上記光透過部材を接合した光モジュールにおいて、回路パターンを透明なフレキシブル基板の少なくとも片面に形成し、そのフレキシブル基板を上記光透過部材の裏面に設けたことを特徴とする光モジュール。
2. 上記パッケージの表縁面にパッケージ側電極を形成すると共に、そのパッケージ側電極に対応して上記フレキシブル基板の裏面に基板側電極を形成し、上記パッケージの上記パッケージ側電極の周囲にパッケージ側接合枠を形成し、上記光透過部材の裏縁面に上記パッケージ側接合枠に対応して透過部材側接合枠を形成し、上記パッケージ側電極と上記基板側電極を半田接合すると共に、上記パッケージに上記光透過部材を接合した請求項１記載の光モジュール。
3. 上記フレキシブル基板の裏面に、受光用の光素子または発光用の光素子を搭載し、上記フレキシブル基板に開口部を形成し、その開口部を覆うように、上記受光用の光素子の出力を増幅する増幅回路または上記発光用の光素子を駆動する駆動回路を搭載し、上記光透過部材と上記増幅回路の隙間にアンダーフィルを充填した請求項１または２記載の光モジュール。
4. 上記フレキシブル基板の裏面に、受光用の光素子または発光用の光素子を搭載し、上記フレキシブル基板にサーマルビアを複数個形成し、これらサーマルビア上に、上記受光用の光素子の出力を増幅する増幅回路または上記発光用の光素子を駆動する駆動回路を搭載し、上記光透過部材と上記増幅回路の隙間にアンダーフィルを充填した請求項１または２記載の光モジュール。
5. 上記フレキシブル基板の裏面に、発光用の光素子と受光用の光素子とを搭載すると共に、上記増幅回路を搭載し、上記パッケージの内底面に上記駆動回路を搭載した請求項１〜４いずれかに記載の光モジュール。
6. 上記フレキシブル基板の裏面に、発光用の光素子と受光用の光素子とを搭載すると共に、上記駆動回路を搭載し、上記パッケージの内底面に上記増幅回路を搭載した請求項１〜４いずれかに記載の光モジュール。
7. 上記光透過部材と上記光素子の隙間に透明なアンダーフィルを充填した請求項１〜６いずれかに記載の光モジュール。
8. 上記光透過部材として、熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の無機材料基板を用いる請求項１〜７いずれかに記載の光モジュール。
9. 上記光透過部材として、結晶の面方位の少なくとも１つが０．５°を超えてずれたサファイアガラス基板を用いる請求項１〜８いずれかに記載の光モジュール。
   

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