JP2010156885A - 光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子と光ファイバとの相対位置を容易に調整することができる、光通信モジュールを提供する。
【解決手段】光送信モジュール１では、ガラスエポキシ基板２の表面およびＩＣチップ７を封止する樹脂パッケージ１１に、発光素子１５の配置用の凹部１２が形成されている。そして、凹部１２の底面には、ガラスエポキシ基板２の一部が発光素子１５との電気接続のための端子１３として露出している。そのため、凹部１２内に発光素子１５を配置することにより、発光素子１５とガラスエポキシ基板２との電気的な接続を達成することができる。そして、凹部１２内において発光素子１５の位置に自由度があるので、発光素子１５に対して光ファイバ１９を光学的に接続する際に、発光素子１５および光ファイバ１９の両方の絶対位置（樹脂パッケージ１１に対する位置）を調整して、それらの相対位置を容易に調整することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信モジュールに関する。

最近、インターネットを利用した動画配信の普及などに伴って、サーバやルータだけでなく、携帯電話機などにおいても、高速で大容量の信号伝送が要求されてきている。しかし、プリント配線板を用いた電気配線では、信号伝送速度が限界に近づいており、システム性能の向上が困難になってきている。
そのため、光インターコネクションが注目を集めている。光インターコネクションは、電気信号を光信号に変換し、光ファイバなどを用いて、高速かつ大容量の信号伝送を可能とする技術である。光インターコネクションでは、データの伝送の高速化を図ることができるだけでなく、電磁干渉（ノイズの発生）などの問題も解決することができる。

光インターコネクションに用いられる光通信モジュールでは、１つのパッケージ内に、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振器面発光レーザ）またはＰＤ（Photo Diode）などの光学素子とその制御のためのＩＣチップとが収容されている。光通信モジュールは、マザーボードなどに実装される。そして、光通信モジュールに、光信号伝送のための光ファイバが光学素子に対して位置合わせされながら接続される。
特開２００７−１７８５３７号公報

ところが、光ファイバの接続時に光学素子の位置がすでに固定されているため、光学素子と光ファイバとの相対位置の調整（位置合わせ）が困難である。
そこで、本発明の目的は、光学素子と光ファイバとの相対位置を容易に調整することができる、光通信モジュールを提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板と、前記基板の一方面上に配置され、光学素子を制御するための半導体チップと、前記基板の前記一方面を前記半導体チップとともに封止するパッケージとを含み、前記パッケージに、前記光学素子を配置するための凹部が形成され、前記凹部の底面に、前記基板の一部が前記光学素子との電気接続のための端子として露出している、光通信モジュールである。

この光通信モジュールでは、基板の一方面および半導体チップを封止するパッケージに、光学素子配置用の凹部が形成されている。そして、凹部の底面には、基板の一部が光学素子との電気接続のための端子として露出している。そのため、凹部内に光学素子を配置することにより、光学素子と基板との電気的な接続を達成することができる。そして、凹部内において光学素子の位置に自由度があるので、光学素子に対して光ファイバを光学的に接続する際に、光学素子および光ファイバの両方の絶対位置（パッケージに対する位置）を調整して、それらの相対位置を容易に調整することができる。

前記光通信モジュールは、請求項２に記載のように、凹部内に配置される光学素子をさらに備えていてもよい。光通信モジュールが光学素子をすでに備えている場合であっても、その光学素子を凹部から取り出し、他の光学素子を凹部内に配置することができる。すなわち、光学素子が半導体チップとともに封止された構成とは異なり、光学素子の交換が容易に可能である。そのため、光学素子が故障したり、光学素子の仕様が変更になっても、光学素子を交換することにより、半導体チップなどを無駄にすることなく再利用することができる。

たとえば、光学素子と光ファイバとの間にレンズが介在される場合、光学素子の光軸が基板の一方面と垂直をなすように光学素子が配置されると、光通信モジュールの高さが大きくなる。そのため、請求項３に記載のように、光学素子は、その光軸が基板の一方面と平行をなすように配置されることが好ましい。
また、請求項４に記載のように、パッケージには、光学素子に光学的に接続される光ファイバを配置するための凹溝が形成されていることが好ましい。凹溝が形成されていることにより、光ファイバをパッケージに対して容易に位置決めすることができる。その結果、光学素子と光ファイバとの相対位置をより容易に調整することができる。

前記光通信モジュールは、請求項５に記載ように、前記凹溝内に配置される光ファイバをさらに備えていてもよい。
その場合、前記凹溝の長手方向の両端部は、前記光ファイバの径に対応した幅（光ファイバの径よりも若干大きい幅）に形成され、前記凹溝の前記両端部間の中央部は、前記光ファイバの径よりも大きい幅に形成されていてもよい。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る光送信モジュールの模式的な平面図である。図２は、図１に示す光送信モジュールから発光素子および光ファイバを取り除いた状態を示す模式的な平面図である。図３は、図１に示す光送信モジュールを切断線III−IIIで切断したときの模式的な断面図である。図４は、図１に示す光送信モジュールを切断線IV−IVで切断したときの模式的な断面図である。

光送信モジュール１は、長方形板状のガラスエポキシ基板２を備えている。
ガラスエポキシ基板２の表面上には、配線パターン３が形成されている。配線パターン３は、たとえば、銅からなる。配線パターン３には、アイランド４、複数のリード５および複数の外部端子６などが含まれる。
アイランド４は、ガラスエポキシ基板２の長手方向の中央よりもやや一方側に片寄った位置に配置されている。リード５は、アイランド４の周囲に配置されている。外部端子６は、ガラスエポキシ基板２の長手方向の一方側端部に配置されている。

アイランド４上には、後述する発光素子１５の制御のためのＩＣチップ７がダイボンディングされている。ＩＣチップ７の表面には、複数のパッド８が形成されている。各パッド８は、ボンディングワイヤ９を介して、リード５および外部端子６などと電気的に接続されている。図１では、パッド８と２つのリード５との接続状態のみが示されている。この２つのリード５は、アイランド４に対して他方側（外部端子６が配置される側と反対側）に配置されている。

また、ガラスエポキシ基板２上には、ソルダレジスト１０が形成されている（図３参照）。ソルダレジスト１０は、ガラスエポキシ基板２の表面を被覆している。アイランド４、リード５の一部および外部端子６などは、ＩＣチップ７やボンディングワイヤ９との接続のために、ソルダレジスト１０から選択的に露出している。
そして、ガラスエポキシ基板２の表面は、外部端子６が配置された一方側端部を除いて、樹脂パッケージ１１によりＩＣチップ７とともに封止されている。

樹脂パッケージ１１には、ＩＣチップ７を被覆する部分に対する他方側に、平面視四角形状の凹部１２が形成されている。凹部１２は、ガラスエポキシ基板２の表面まで掘り下がっており、凹部１２内において、ガラスエポキシ基板２の表面が露出している。パッド８と接続された２つのリード５の一部は、凹部１２内において、後述する発光素子１５との電気接続のための端子１３として露出している。

また、樹脂パッケージ１１には、凹部１２に対する他方側に、断面略Ｕ字状の凹溝１４が形成されている。凹溝１４は、凹部１２と連通し、樹脂パッケージ１１の他方側端面において開放されている。凹溝１４は、後述する光ファイバ１９の径よりも若干大きい幅を有している。
凹部１２内には、発光素子１５が配置される。発光素子１５は、たとえば、ＶＣＳＥＬである。発光素子１５は、その光軸が凹溝１４内を延び、ガラスエポキシ基板２の表面と平行をなすように横向きに配置されている。発光素子１５の側面（凹部１２内に配置された状態でガラスエポキシ基板２と対向する面）には、２つの端子１６が設けられている。各端子１６は、ガラスエポキシ基板２上の端子１３と導電ペースト１７（たとえば、銀ペースト）を介して接合される。

また、凹部１２内において、２つの端子１３の間には、ソルダレジスト１０の一部からなる短絡防止壁１８が形成されている。短絡防止壁１８は、ソルダレジスト１０における樹脂パッケージ１１に被覆されている部分よりも高さが小さく、端子１３と平行に延びている。これにより、図３に示すように、ガラスエポキシ基板２の表面と発光素子１５との間隔Ｄは、ガラスエポキシ基板２の表面に対するソルダレジスト１０の高さＨよりも小さくなっている。さらに、短絡防止壁１８は、発光素子１５の側面と接触しておらず、ガラスエポキシ基板２の表面に対する高さがガラスエポキシ基板２の表面と発光素子１５との間隔Ｄよりも小さい。

短絡防止壁１８を有するソルダレジスト１０は、たとえば、ガラスエポキシ基板２の表面にソルダレジスト１０の材料を短絡防止壁１８の高さ分だけ塗り、ソルダレジスト１０の下層および短絡防止壁１８を形成し、短絡防止壁１８となる部分を除いて、ソルダレジスト１０の下層上にソルダレジスト１０の材料をさらに重ねて塗ることにより形成することができる。

凹溝１４内には、光ファイバ１９の一端が配置される。光ファイバ１９の先端は、発光素子１５の光出射面と対向している。これにより、光ファイバ１９は、発光素子１５と光学的に接続されている。
図５は、本発明の実施形態に係る光受信モジュールの模式的な平面図である。
光受信モジュール２１は、発光素子１５が受光素子２２と入れ替わっている点以外、光送信モジュール１と同様の構成である。そのため、図５において、図１に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付している。そして、以下では、その同一の参照符号を付した各部（図１の構成と同様の構成について）の説明を省略する。

受光素子２２は、たとえば、ＰＤである。受光素子２２の光受光面には、半球状のレンズ２３が形成されている。受光素子２２は、レンズ２３が凹溝１４と対向するように横向きに配置されている。受光素子２２の側面（凹部１２内に配置された状態でガラスエポキシ基板２と対向する面）には、２つの端子が設けられている。各端子は、ガラスエポキシ基板２上の端子１３と導電ペースト（たとえば、銀ペースト）を介して接合される。

そして、凹溝１４には、光ファイバ１９の他端が配置される。光ファイバ１９の先端は、レンズ２３と対向している。これにより、光ファイバ１９は、受光素子２２と光学的に接続されている。
図１に示す光送信モジュール１の発光素子１５から出射される光は、光ファイバ１９を通過し、図５に示す光受信モジュール２１の受光素子２２にレンズ２３を介して受光される。この光の送受により、光送信モジュール１と光受信モジュール２１との間での光信号の伝送が達成される。

以上のように、光送信モジュール１および光受信モジュール２１では、ガラスエポキシ基板２の表面およびＩＣチップ７を封止する樹脂パッケージ１１に、それぞれ発光素子１５および受光素子２２（以下「光学素子」と総称する。）の配置用の凹部１２が形成されている。そして、凹部１２の底面には、ガラスエポキシ基板２の一部が光学素子との電気接続のための端子１３として露出している。そのため、凹部１２内に光学素子を配置することにより、光学素子とガラスエポキシ基板２との電気的な接続を達成することができる。そして、凹部１２内において光学素子の位置に自由度があるので、光学素子に対して光ファイバ１９を光学的に接続する際に、光学素子および光ファイバ１９の両方の絶対位置（樹脂パッケージ１１に対する位置）を調整して、それらの相対位置を容易に調整することができる。

光送信モジュール１および光受信モジュール２１では、光学素子を凹部１２から取り出し、他の光学素子を凹部１２内に配置することができる。すなわち、光学素子がＩＣチップ７とともに封止された構成とは異なり、光学素子の交換が容易に可能である。そのため、光学素子が故障したり、光学素子の仕様が変更になっても、光学素子を交換することにより、ＩＣチップ７などを無駄にすることなく再利用することができる。

また、光受信モジュール２１では、受光素子２２と光ファイバ１９との間にレンズ２３が介在されている。受光素子２２が光受光面（レンズ２３）を上方に向けて配置される場合、光受信モジュール２１の高さがレンズ２３の分だけ大きくなる。また、発光素子１５および受光素子２２がそれぞれ光出射面および光受光面を上方に向けて配置される場合、それらの光軸をガラスエポキシ基板２と平行にするためには、光出射面および光受光面の上方に光軸を屈曲させるためのミラーなどを配置しなければならず、光送信モジュール１および光受信モジュール２１の高さが大きくなる。そのため、光送信モジュール１および光受信モジュール２１では、光学素子が横向きに配置されている。これにより、光送信モジュール１および光受信モジュール２１の高さを小さく抑えることができる。

また、樹脂パッケージ１１には、光学素子に光学的に接続される光ファイバ１９を配置するための凹溝１４が形成されていることが好ましい。凹溝１４が形成されていることにより、光ファイバ１９を樹脂パッケージ１１に対して容易に位置決めすることができる。その結果、光学素子と光ファイバ１９との相対位置をより容易に調整することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することも可能である。

たとえば、発光素子１５として、ＶＣＳＥＬが用いられるとしたが、ＶＣＳＥＬ以外の面発光レーザが用いられてもよいし、半導体レーザに限らず、ＰＤが用いられてもよい。
また、短絡防止壁１８の高さは、ガラスエポキシ基板２の一方面と光学素子との間隔Ｄ以下であればよく、その上面が光学素子に接していてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

図１は、本発明の実施形態に係る光送信モジュールの模式的な平面図である。 図２は、図１に示す光送信モジュールから発光素子および光ファイバを取り除いた状態を示す模式的な平面図である。 図３は、図１に示す光送信モジュールを切断線III−IIIで切断したときの模式的な断面図である。 図４は、図１に示す光送信モジュールを切断線IV−IVで切断したときの模式的な断面図である。 図５は、本発明の実施形態に係る光受信モジュールの模式的な平面図である。

符号の説明

１ 光送信モジュール（光通信モジュール）
２ ガラスエポキシ基板（基板）
７ ＩＣチップ（半導体チップ）
１１ 樹脂パッケージ（パッケージ）
１２ 凹部
１３ 端子
１４ 凹溝
１５ 発光素子（光学素子）
１９ 光ファイバ
２１ 光受信モジュール（光通信モジュール）
２２ 受光素子（光学素子）

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板の一方面上に配置され、光学素子を制御するための半導体チップと、
   前記基板の前記一方面を前記半導体チップとともに封止するパッケージとを含み、
   前記パッケージに、前記光学素子を配置するための凹部が形成され、
   前記凹部の底面に、前記基板の一部が前記光学素子との電気接続のための端子として露出している、光通信モジュール。
2. 前記凹部内に配置される光学素子をさらに含む、請求項１に記載の光通信モジュール。
3. 前記光学素子は、その光軸が前記基板の前記一方面と平行をなすように配置される、請求項２に記載の光通信モジュール。
4. 前記パッケージに、前記光学素子に光学的に接続される光ファイバを配置するための凹溝が形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
5. 前記凹溝内に配置される光ファイバをさらに含む、請求項４に記載の光通信モジュール。

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