JP3720650B2 - Optical coupling device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光通信の光源に用いられ、レンズを介して半導体素子と光ファイバとを光学的に結合させる光結合装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光結合装置として、特開平5−37024号公報に記載の構造のものがある。
【0003】
特開平5−37024号公報に記載の光結合装置は、半導体発光素子と光ファイバとの光結合を球レンズを介して行うものである。すなわち、半導体発光素子を固定するための位置合せパターンを付けた台形溝、球レンズを固定するためのV溝が、2枚の半導体ウェハからなる光結合用基板にそれぞれ形成されている。そして、それら台形溝及びV溝の深さは、半導体発光素子のレーザ出射部と、球レンズの中心部、及び光ファイバのコアの中心部が一致するように、個々の光デバイスの大きさや形状に応じて設定されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下の課題が存在する。
【0005】
すなわち、特開平5−37024号公報に記載の光結合装置は、光結合用基板の台形溝やV溝の深さを個々に設定し、半導体発光素子のレーザ出射部と、球レンズの中心部、及び光ファイバのコア中心部を無調整で一致させるようにしているため、極めて高い精度で組立てて光結合させる必要がある。そのため、歩留りや組立てコストの低減が困難となる。また、半導体発光素子やレンズ及び光ファイバが、台形溝やV溝に対して接する位置は、それぞれの部材の高さや径によって異なる。
【0006】
このため、温度変化が生じるとそれぞれの部材の熱膨張率によって中心軸の位置がわずかに変化する場合がある。すなわち、半導体発光素子、レンズ及び光ファイバ間で高さ方向に位置ずれが起き、それに伴いファイバ光出力が変動して安定な光伝送を得ることができなくなる。特に、レンズを使った光結合系の場合、例えば、半導体発光素子とレンズ間で高さ方向に位置ずれが起きると、レンズで集光されたレーザ焦点位置がレンズ縦倍率の関係で増大されて位置変化するので、光ファイバのコア中心部から集光点が外れてしまい、ファイバ光出力が大幅に変動することとなる。このように、レンズを使った光結合系では、わずかな位置変化でもレンズ倍率によって集光点が大きく位置変化するので、安定な光結合状態を維持できる構造が望まれていた。
【0007】
本発明の目的は、容易な作業で半導体素子と光ファイバとを光結合させ、温度変化による光出力変動を防止することができる光結合装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の参考例では、半導体発光素子及び半導体受光素子のうち少なくとも一方からなる半導体素子と、この半導体素子を搭載する基板部材と、前記半導体素子と光学的に結合されレーザ光を内部伝送する光ファイバと、前記基板部材に搭載され、前記半導体素子と前記光ファイバとを光学的に結合させるレンズとを有し、前記半導体素子がシート膜を介して前記基板部材に取付けられる構成としている。尚、前記シート膜は金属膜による導電性膜あるいは樹脂系材料膜による絶縁性膜である。さらに、半導体素子は、基板部材の表面に施されたメタライズ膜を介して光結合装置の外部端子に接続されている。
【0009】
このように、半導体素子が搭載される部分に、導線性シート膜あるいは絶縁性シート膜を施すことで、温度変化が生じた際にこのシート膜の熱膨張による膨張・収縮によって、基板部材に搭載した半導体素子の高さ位置を変化させる。すなわち、同じように温度変化で高さ位置が変化したレンズの中心位置に対して、半導体素子のレーザ出射位置を一致させるように、半導体素子の高さ位置を補正し、半導体素子とレンズ間の相対的な高さ変化をなくする。これにより、レンズを通ったレーザ集光点の位置ずれ量を最小限に抑えることができ、半導体素子と光ファイバの安定な光結合状態を維持することができる。また、シート膜は、基板部材の表面に形成するメタライズ配線のプロセスの追加によって容易に形成することができ、特殊な設備や困難なプロセス作業を必要とすることはない。さらに、シート膜の厚さ及び材質を任意に変えることで、半導体素子の高さ変化量を適宜設定することができるので、レンズの種類や材質あるいは固定位置など、様々な状況に応じて簡単かつ容易に設定することができる。
【0010】
また、上記目的を達成するために、本発明は、前記参考例において、基板部材のレンズ設置位置に、レンズを位置決めし保持固定するための略矩形溝を設け、レンズを矩形溝に対して略対角線上に接して直接固定する構成としている。
【0011】
このように、レンズを矩形溝に略対角線上に固定することで、従来のようなV溝に固定する場合と異なり、基板部材の表面付近でレンズを固定することができる。これにより、温度変化が生じてもレンズ及び接着剤の熱膨張によってレンズ中心位置が大幅に位置変化することはなく、基板部材表面に実装した半導体素子のレーザ出射部との相対的な高さ変化を低減でき、レンズを通ったレーザ集光点の位置ずれ量を最小にできる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。なお、各図においては、煩雑を避けるために一部のメタライズ配線やワイヤボンディング及び接合部分等の図示を適宜省略している。
【0013】
本発明の参考例を図1から図3を用いて説明する。
【0014】
図3に、本参考例による光結合装置の全体構造の水平断面図を示す。
【0015】
図3において、光結合装置は、半導体発光素子としてのレ−ザダイオ−ド1と、半導体受光素子としてのフォトダイオード10とを備えている。これらレーザダイオード1及びフォトダイオード10は、基板部材であるシリコン基板3上に搭載されている。また、レーザダイオード1とフォトダイオード10とに、光学的に結合されレーザ光を内部伝送する光ファイバ14と、シリコン基板3に搭載されレーザダイオード1とフォトダイオード10と光ファイバ14とを光学的に結合させるレンズ4とが設けられている。また、レ−ザダイオ−ド1及びフォトダイオ−ド10と装置外部と電気的に接続するためのメタライズ配線(図示せず)及びリード端子(図示せず)と、シリコン基板3を収納するケース11とがある。このケース11の内部を外部と遮断し気密封止するためのキャップ12及び気密ガラス窓13と、光ファイバ14と光ファイバ被覆17を内設するジルコニアスリーブ16及び金属スリーブ18から構成されるフェルール19と、ケース11一端の側壁に取り付けられ、かつフェルール19を保持固定するホルダ15とを有している。本装置は、レ−ザダイオ−ド1及びフォトダイオ−ド10と光ファイバ14との光結合をレンズ4の単体で行うものである。
【0016】
ケース11は、箱型形状を備えた例えばセラミックス材で構成されており、リ−ド端子(図示せず)を両側に例えば4本づつ計8本備えている。このケース11の上面には、ケース11内部を外部と遮断するためのキャップ12が、またケース11一端の側壁にもケース11内部を外部と遮断するための気密ガラス窓13が取り付けられている。またこの箱型ケース11の寸法は、例えば、高さ(図3中紙面に上下方向)が4.6mm、横幅(図3中紙面に垂直方向)が7.4mm、長さ(図3中紙面に横方向)が10.0mmとなっている。
【0017】
ホルダ15は、金属部材であり、ケース11にフェルール19を接続させる中継部材の役割を果たしている。
【0018】
フェルール19は、光ファイバ14を内設して固定しているジルコニアスリーブ16と、光ファイバ被覆17を固定している金属スリーブ18とから構成されている。このフェルール19の取り付けは、レンズ4から通ってきたレーザ光を光ファイバ14に入射させ、そのときの光ファイバ14からの出力光が最大となるように、ホルダ15とフェルール19を3軸方向に位置調整した後、金属スリーブ18とホルダ15をレーザ溶接(図示せず)で固定し、さらにホルダ15をケース11側壁に同じようにレーザ溶接(図示せず)で固定している。
【0019】
図1に、本参考例の光結合装置の特徴の1つであるレーザダイオード1とレンズ4の搭載構造を表す水平断面図を示す。また図2に、温度変化によるレンズ4の位置ずれを表した水平断面図を示す。
【0020】
図1において、レーザダイオード1は、シリコン基板3の表面6に形成したメタライズ配線(図示せず)及び金属膜による導電性のシート膜2、あるいは樹脂系材料膜による絶縁性のシート膜2が施された部分に搭載されている。レーザダイオード1の搭載位置は、メタライズ配線(図示せず)及びシート膜2が施された部分に記したマーカ(図示せず)を目印に、所定位置に位置決めして搭載される。また、レーザダイオード1は、ワイヤーボンディング(図示せず)を介して、シリコン基板3の表面6のメタライズ配線(図示せず)にそれぞれ電気的に接続されている。導電性あるいは絶縁性のシート膜2は、メタライズ配線(図示せず)を形成する蒸着及びスパッタプロセスの一連の作業の中で形成されている。このシート膜2は、例えば本参考例では樹脂系材料によるシート膜2の場合は厚さを略50μm、あるいは金属膜(アルミニウム又は銅等の膜)によるシート膜2の場合は厚さを略100μmとしている。
【0021】
なお、本参考例で使用したレンズの熱膨張係数αは5〜10×10-6/℃で、屈折率1.5〜1.9のものを用いている。また接着剤として、紫外線硬化性又は熱硬化性のエポキシ樹脂系のもので、熱膨張率が30〜100×10-6/℃のものを用いている。更にシート膜として、金属膜としては、熱膨張係数αが17×10-6/℃の銅、または熱膨張係数αが23×10-6/℃のアルミニウムを、樹脂系材料膜とした場合はポリイミド、ポリエ−テルイミド、ポリアミドイミド等の材料を用い、熱膨張係数αが20〜200×10-6/℃のものを用いた。
【0022】
シリコン基板3には、レンズ搭載面7となる溝あるいは段差が異方性エッチングによって形成され、この搭載面7にレンズ4が接着剤5で固定されている。このシリコン基板3は、例えば、レーザダイオード1の搭載部の厚さ(図3中上下方向)が1.0mm、レンズ搭載面7部分の厚さが0.3mmであり、基板表面6に搭載されたレーザダイオード1のレーザ出射部とレンズ4の中心が一致するように、外径1.4mmのレンズ4が搭載されている。
【0023】
レンズ4は、ガラス材料で製作されておりモールド成形などで加工が施されている。図中では球状レンズ4を示した説明図となっているが、これに限らず、円筒状のロッドレンズ、あるいは非球面形状のレンズを用いた場合でも、同様の構成でレンズ搭載面7にレンズ4を設置する構成とできる。
【0024】
なお、レンズ外径が上記の半分の0.7mm程度に小さくするとシート膜2の厚さも、半分の程度にすることができる。すなわち、樹脂系材料の場合は25μm程度であり、金属材料の場合50μm程度とすればよい。
【0025】
以上のように構成した本参考例の作用効果を以下に説明する。
【0026】
導電性あるいは絶縁性シート膜2を施すことによる作用効果としては、レーザダイオード1が搭載される部分に、導線性あるいは絶縁性シート膜2を施すことで、温度変化が生じた際にこのシート膜2の熱膨張による膨張・収縮によって、基板部材に搭載したレーザダイオード1の高さ位置を変化させる。すなわち、図2に示すように、温度変化が生じた場合に、レンズ4及び接着剤5の熱膨張によってレンズ4の中心位置20が変化する場合がある。
【0027】
本発明の参考例は、このレンズ4の高さ変化に対して、レーザダイオード1のレーザ出射位置を一致させるように、シート膜2の膨張・収縮を利用してレーザダイオード1の高さ位置を補正して、レーザダイオード1とレンズ4間の相対的な高さ変化をなくすものである。すなわち、レンズ4と接着剤5の熱膨張量と、シート膜2の熱膨張量が略同じとなる材料及び厚みのシート膜を選定して使用することにより、高さ補正を容易にしたものである。これにより、レンズ4を通ったレーザ集光点と光ファイバ14の位置ずれ量を許容範囲内に抑えることができ、レーザダイオード1と光ファイバ14の安定な光結合状態を維持することができる。
【0028】
レーザ集光点と光ファイバ14の位置ずれ量の許容範囲としては、例えばファイバ出力光の変動を10%以内に確保するのには±1μm程度の位置ずれ範囲内であり、上述で示したように、レーザダイオード1とレンズ4間の相対的な高さ変化をなくすることで実現できる。また、シート膜2は、シリコン基板3の表面6に形成するメタライズ配線(図示せず)のプロセスの追加によって容易に形成することができ、特殊な設備や困難なプロセス作業を必要とすることはない。さらに、シート膜2の厚さ及び材質を任意に変えることで、レーザダイオード1の高さ変化量を適宜設定することができるので、レンズ4の種類や材質あるいは固定位置など、様々な状況に応じて簡単かつ容易に設定することができる。
【0029】
これらの結果、温度変化が生じてもレーザダイオード1とレンズ4間の相対的な高さ変化をなくすることができ、レーザダイオード1と光ファイバ14の安定な光結合状態を維持することができる。従って、従来構造のように、高さや径が異なった部材で光結合を行う場合でも、シート膜2をシリコン基板3に所定の厚さで形成することで足り、容易な作業でレーザダイオード1と光ファイバ14とを光結合させ、温度変化による光出力変動を防止することができる。
【0030】
本発明の実施例を図4と図5により説明する。図4には、本実施例の光結合装置の特徴の1つであるレンズ搭載構造を表す水平断面図を示す。図5には、種々のレンズ搭載構造によるレンズ高さ変化の比較を表す図を示す。
【0031】
図4において、図示していないが、レーザダイオード1は、レーザ出射部とレンズ4の中心位置が一致するように、シリコン基板3の所定位置に搭載されている。シリコン基板3には、レンズ4が保持固定される一段の段差9を有する矩形溝8が異方性エッチングで形成されている。このシリコン基板3は、例えば厚さ(図中紙面の上下方向)が1.0mmとなっている。また、矩形溝8は、例えばレンズ外径が1.5mmの場合、深さ(図中紙面の上下方向)が0.8mm、幅(図中紙面の横方向)が1.51mmとなっており、溝幅がレンズ4外径より若干大きめに形成されている。矩形溝8中の段差部9は、例えば深さが0.27mm、幅が0.05mmとなっており、レンズ4は、矩形溝8の段差部9に接して保持され、段差部9に接着剤5が充填されて固定されている。
【0032】
これにより、レンズ4は矩形溝8及び段差部9に対してレンズ4の対角線上に近い格好で接して固定される。矩形溝8及び段差部9の形成は、異方性エッチングで行っており、まず段差部9の深さまでエッチング形成した後、マスキングを施しさらに矩形溝8の深さまでエッチングする方法で形成されている。これにより、シリコン基板3の表面6に搭載したレーザダイオード1のレーザ出射部位置と矩形溝8に設置したレンズ4中心位置とをほぼ一致させている。
【0033】
図5は、種々のレンズ搭載構造別にレンズ高さの変化量を比較した図であり、筆者らが実測で確認した結果である。レンズ4の搭載構造を、平坦部にレンズ4を接着剤5で固定した場合(図1と同様)、V溝にレンズを接着固定した場合(従来技術と同様)、矩形溝8にレンズ4を接着剤5で固定した場合(図4に示した構造)、の3つの搭載構造について、それぞれ室温から85度まで加熱したときのレンズ4中心の位置ずれを測定した結果である。85度までの加熱は、光結合装置の使用環境温度の仕様から決めた条件である。図5によれば、平坦部にレンズ4を固定したときのレンズ4中心の位置ずれ量を1.0とした相対値で表しており、V溝に固定した場合は0.7、矩形溝の場合は0.2と、矩形溝8にレンズ4を固定することでレンズ4中心の位置ずれを少なくできることが確認できている。
【0034】
以上のように構成した本実施例の作用効果を以下に説明する。
【0035】
レンズ4を矩形溝8及び段差部9に略対角線上に固定することで、従来のようなV溝に固定する場合と異なり、シリコン基板3の表面6付近でレンズ4中心を固定することができる。これにより、温度変化が生じてもレンズ4及び接着剤5の熱膨張によってレンズ4中心位置が大幅に位置変化することはなく、シリコン基板3表面6に実装したレーザダイオード1のレーザ出射部との相対的な高さ変化を低減でき、レンズ4を通ったレーザ集光点の位置ずれ量を最小にできる。また、矩形溝8及び段差部9を異方性エッチングで形成することで、溝幅や段差を精度良く形成することができ、矩形溝8及び段差部9にレンズ4を設置することで、レーザダイオード1のレーザ出射位置とレンズ4の中心位置を無調整で一致させることができ、またレンズ4固定後の温度変化による高さずれもなくすることができる。
【0036】
さらに、矩形溝8及び段差部9と接するレンズ4の位置を、レンズ4中心に対して成す角度を、従来のような異方性エッチングで形成したV溝に搭載される角度よりも大きくすることで、レンズ4及び接着剤5の熱膨張で変化するレンズ4中心の位置ずれを最小限に抑えることができる。つまり、レンズ4中心に対して成す角度を、140度から180度の範囲とすることで、レンズ4を通ったレーザ集光点位置と光ファイバ14のコア中心位置の相対的な位置ずれを許容範囲内に収めることができる。これらの結果、レーザダイオード1と光ファイバ14の安定な光結合状態の維持、及び温度変化による光出力変動を防止することができる。
【0037】
なお、本発明の参考例では、半導体素子としてレーザダイオード1とフォトダイオード10との両方を備えている光結合装置を例にとって説明してきたが、これに限られず、いずれか一方のみを備えている光結合装置にも適用でき、同様の効果を得る。
【0038】
また、本発明の実施例では、矩形溝8と段差部9の異方性エッチングによる形成手順について示したが、これに限られるものではなく、手順を入れ替えてもあるいは他の方法で形成しても障害はなく、これらの場合も同様の効果を得る。
さらに、本発明の実施例では、段差部9の形状について記しているが、これに限られるものではなく、本発明の実施例でも記しているように、レンズ4と接する角度が140度から180度の範囲内になるような段差部9の形状寸法に設定すればよく、これらの場合も同様の効果を得る。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、容易な作業で半導体素子と光ファイバとを光結合させ、温度変化による光出力変動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例の光結合装置の要部である半導体素子及びレンズ搭載構造を表す水平断面図である。
【図2】温度変化によるレンズの高さ変化を表す水平断面図である。
【図3】図1に示した光結合装置の全体構造の水平断面図である。
【図4】 本発明の実施例による光結合装置の要部であるレンズ搭載構造を表す水平断面図である。
【図5】レンズ搭載構造別でのレンズ高さ変化の比較を表した図である。
【符号の説明】
1…レーザダイオード、2…シート膜、3…シリコン基板、4…レンズ、5…接着剤、6…基板表面、7…レンズ搭載面、8…矩形溝、9…段差部、10…フォトダイオード、11…ケース、12…キャップ、13…気密ガラス窓、14…光ファイバ、15…ホルダ、16…ジルコニアスリーブ、17…光ファイバ被覆、18…金属スリーブ、19…フェルール、20…レンズ中心。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical coupling device that is used, for example, as a light source for optical communication and optically couples a semiconductor element and an optical fiber via a lens.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an optical coupling device has a structure described in JP-A-5-37024.
[0003]
The optical coupling device described in JP-A-5-37024 performs optical coupling between a semiconductor light emitting element and an optical fiber via a spherical lens. That is, a trapezoidal groove with an alignment pattern for fixing the semiconductor light emitting element and a V groove for fixing the ball lens are formed on the optical coupling substrate composed of two semiconductor wafers. The trapezoidal grooves and the V-grooves are sized and shaped so that the laser emitting portion of the semiconductor light emitting element, the central portion of the spherical lens, and the central portion of the core of the optical fiber coincide with each other. It is set according to.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art has the following problems.
[0005]
That is, in the optical coupling device described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-37024, the depths of the trapezoidal grooves and V-grooves of the optical coupling substrate are individually set, and the laser emitting portion of the semiconductor light emitting element and the central portion of the spherical lens In addition, since the core central part of the optical fiber is matched without adjustment, it is necessary to assemble and optically couple with extremely high accuracy. For this reason, it is difficult to reduce yield and assembly cost. Further, the position where the semiconductor light emitting element, the lens, and the optical fiber are in contact with the trapezoidal groove or the V groove differs depending on the height and diameter of each member.
[0006]
For this reason, when a temperature change occurs, the position of the central axis may slightly change depending on the coefficient of thermal expansion of each member. That is, positional deviation occurs in the height direction among the semiconductor light emitting element, the lens and the optical fiber, and the fiber light output fluctuates accordingly, and stable light transmission cannot be obtained. In particular, in the case of an optical coupling system using a lens, for example, when a positional shift occurs between the semiconductor light emitting element and the lens in the height direction, the laser focal position focused by the lens is increased due to the lens vertical magnification. Since the position changes, the condensing point is deviated from the center of the core of the optical fiber, and the fiber light output fluctuates greatly. As described above, in the optical coupling system using the lens, the condensing point is largely changed by the lens magnification even if the position is slightly changed. Therefore, a structure capable of maintaining a stable optical coupling state has been desired.
[0007]
An object of the present invention is to provide an optical coupling device capable of optically coupling a semiconductor element and an optical fiber by an easy operation and preventing light output fluctuation due to temperature change.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in a reference example of the present invention , a semiconductor element composed of at least one of a semiconductor light emitting element and a semiconductor light receiving element, a substrate member on which the semiconductor element is mounted, and the semiconductor element optically An optical fiber coupled to transmit laser light internally; and a lens mounted on the substrate member for optically coupling the semiconductor element and the optical fiber, wherein the semiconductor element is interposed between the substrate and the substrate. It is set as the structure attached to a member. The sheet film is a conductive film made of a metal film or an insulating film made of a resin material film. Further, the semiconductor element is connected to an external terminal of the optical coupling device through a metallized film applied to the surface of the substrate member.
[0009]
In this way, by applying a conductive sheet film or insulating sheet film to the part where the semiconductor element is mounted, when the temperature changes, the sheet film is mounted on the board member by expansion / contraction due to thermal expansion. The height position of the semiconductor element is changed. That is, the height position of the semiconductor element is corrected so that the laser emission position of the semiconductor element coincides with the center position of the lens whose height position has changed in the same manner due to temperature change, and between the semiconductor element and the lens. Eliminate relative height changes. Thereby, the amount of positional deviation of the laser condensing point that has passed through the lens can be minimized, and a stable optical coupling state between the semiconductor element and the optical fiber can be maintained. Further, the sheet film can be easily formed by adding a process of metallization wiring formed on the surface of the substrate member, and does not require special equipment or difficult process work. Furthermore, by changing the thickness and material of the sheet film arbitrarily, the amount of change in the height of the semiconductor element can be set as appropriate, so it can be easily and easily adapted to various situations such as the type and material of the lens or the fixed position. It can be set easily.
[0010]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the reference example, a substantially rectangular groove for positioning, holding, and fixing the lens is provided at the lens installation position of the substrate member, and the lens is substantially arranged with respect to the rectangular groove. It is configured to be fixed directly in contact with the diagonal line.
[0011]
Thus, by fixing the lens to the rectangular groove substantially diagonally, unlike the conventional case of fixing to the V groove, the lens can be fixed near the surface of the substrate member. As a result, the lens center position does not change significantly due to thermal expansion of the lens and adhesive even when temperature changes occur, and the relative height change with the laser emitting part of the semiconductor element mounted on the substrate member surface And the amount of positional deviation of the laser condensing point that has passed through the lens can be minimized.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing, in order to avoid complications, illustration of some metallized wirings, wire bonding, and bonding portions is omitted as appropriate.
[0013]
A reference example of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0014]
FIG. 3 is a horizontal sectional view of the overall structure of the optical coupling device according to this reference example .
[0015]
In FIG. 3, the optical coupling device includes a
[0016]
The case 11 is made of, for example, a ceramic material having a box shape, and includes eight lead terminals (not shown), for example, four on each side. A
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
FIG. 1 is a horizontal sectional view showing a mounting structure of a
[0020]
In FIG. 1, a
[0021]
The lens used in this reference example has a thermal expansion coefficient α of 5 to 10 × 10 −6 / ° C. and a refractive index of 1.5 to 1.9. Further, as the adhesive, an ultraviolet curable or thermosetting epoxy resin-based one having a thermal expansion coefficient of 30 to 100 × 10 −6 / ° C. is used. Further, as the sheet film, when the metal film is a resin material film made of copper having a thermal expansion coefficient α of 17 × 10 −6 / ° C. or aluminum having a thermal expansion coefficient α of 23 × 10 −6 / ° C. A material having a thermal expansion coefficient α of 20 to 200 × 10 −6 / ° C. was used using a material such as polyimide, polyetherimide, or polyamideimide.
[0022]
In the
[0023]
The
[0024]
When the lens outer diameter is reduced to about 0.7 mm, which is half of the above, the thickness of the
[0025]
The operational effects of this reference example configured as described above will be described below.
[0026]
The effect of applying the conductive or insulating
[0027]
In the reference example of the present invention , the height position of the
[0028]
The allowable range of the positional deviation amount between the laser condensing point and the
[0029]
As a result, even if the temperature changes, the relative height change between the
[0030]
The actual施例of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a horizontal sectional view showing a lens mounting structure which is one of the features of the optical coupling device of this embodiment. In FIG. 5, the figure showing the comparison of the lens height change by various lens mounting structures is shown.
[0031]
Although not shown in FIG. 4, the
[0032]
Accordingly, the
[0033]
FIG. 5 is a diagram comparing the amount of change in lens height for each of various lens mounting structures, and is a result confirmed by the authors through actual measurement. When the
[0034]
The operational effects of the present embodiment configured as described above will be described below.
[0035]
By fixing the
[0036]
Further, the angle of the
[0037]
In the reference example of the present invention, the optical coupling device including both the
[0038]
In the embodiment of the present invention, the procedure for forming the rectangular groove 8 and the stepped portion 9 by anisotropic etching is shown. However, the present invention is not limited to this, and the procedure may be changed or formed by another method. There is no obstacle, and the same effect is obtained in these cases.
Furthermore, in the embodiment of the present invention , the shape of the stepped portion 9 is described, but the shape is not limited to this, and as described in the embodiment of the present invention , the angle in contact with the
[0039]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to optically couple the semiconductor element and the optical fiber with an easy operation, and to prevent the light output fluctuation due to the temperature change.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a horizontal sectional view showing a semiconductor element and a lens mounting structure which are the main parts of an optical coupling device of a reference example of the present invention.
FIG. 2 is a horizontal sectional view showing a change in the lens height due to a temperature change.
3 is a horizontal sectional view of the overall structure of the optical coupling device shown in FIG. 1;
It is a horizontal cross-sectional view showing a lens mounting structure is a main part of an optical coupling device according to the real施例of the present invention; FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a comparison of changes in lens height by lens mounting structure.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基板部材は、前記レンズを位置決めし保持固定するための略矩形溝を有し、
前記レンズは、前記矩形溝により両側から支持され、前記支持部が前記レンズに対して略対角線上に位置することを特徴とする光結合装置。A semiconductor element comprising at least one of the semiconductor light emitting device and a semiconductor light receiving device, and the substrate member for mounting the semiconductor element, an optical fiber for internal transmitting the semiconductor element optically coupled to the laser beam, the substrate member In an optical coupling device that is mounted and has a lens that optically couples the semiconductor element and the optical fiber,
The substrate member has a substantially rectangular groove for positioning and holding and fixing the lens,
The optical coupling device , wherein the lens is supported from both sides by the rectangular groove, and the support portion is positioned on a substantially diagonal line with respect to the lens .
前記基板部材は、前記レンズを位置決めし保持固定するための略矩形溝を有し、
前記レンズは、両側から前記矩形溝の側壁側で支持され、前記レンズの下端と前記溝底面との間に間隔を介して位置するように配置されていることを特徴とする光結合装置。A semiconductor element comprising at least one of a semiconductor light emitting element and a semiconductor light receiving element; a substrate member on which the semiconductor element is mounted; an optical fiber that is optically coupled to the semiconductor element and transmits laser light; and In an optical coupling device that is mounted and has a lens that optically couples the semiconductor element and the optical fiber,
The substrate member has a substantially rectangular groove for positioning and holding and fixing the lens,
The optical coupling device , wherein the lens is supported on the side wall of the rectangular groove from both sides, and is disposed so as to be positioned between the lower end of the lens and the bottom surface of the groove .
前記半導体素子はシート膜を介して前記基板部材に取り付けられ、前記基板部材に前記レンズを位置決めし保持固定するための略矩形溝を設け、前記レンズは、前記矩形溝に固定され、前記溝の固定部が前記レンズに対して略対角線上に位置し、前記レンズと前記溝の底面とは間隔を介して配置されることを特徴とする光結合装置。A semiconductor element comprising at least one of a semiconductor light emitting element and a semiconductor light receiving element; a substrate member on which the semiconductor element is mounted; an optical fiber that is optically coupled to the semiconductor element and transmits laser light; and In an optical coupling device that is mounted and has a lens that optically couples the semiconductor element and the optical fiber,
The semiconductor element is attached to the substrate member via a sheet film, and is provided with a substantially rectangular groove for positioning, holding and fixing the lens on the substrate member, and the lens is fixed to the rectangular groove, The optical coupling device is characterized in that the fixing portion is positioned substantially diagonally with respect to the lens, and the lens and the bottom surface of the groove are arranged with a gap therebetween .
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