JP3764573B2

JP3764573B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP3764573B2
Application number: JP33069197A
Authority: JP
Inventors: 豊久芳; 孝宏松原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2017-12-01
Also published as: JPH11160585A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は受光する光素子を基板へ実装した光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信を各家庭やオフィスにまで適用することが急速に進められている。このような光通信の広範囲な適用発展は情報化社会実現の鍵を握ることになる。そして、光通信技術の中心である光素子搭載モジュールを高精度に且つ歩留まりよく安価に生産する技術が光通信の発展のためには不可欠となる。
【０００３】
従来、光ファイバに対し平面で光結合を行なうＰＤ（フォトダイオード）などの光素子を高精度に位置合わせした光モジュールが知られおり、その構成を図１に示す。すなわち、Ｖ溝１２が形成された基板１１上へ光ファイバ１３が載置固定されており、基板１１上に固定された板状のサブキャリア１４に受光素子である光素子１５が実装され、光素子１５の受光面は光ファイバ１３の端面１３ａ側へ配向していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の光モジュールＪ１では、サブキャリア１４の固定位置もしくは光ファイバ１３の固定位置は、目視によって距離を認識し決定されていたため、光素子１５と光ファイバ１３の距離を精密に且つ再現性良く制御することが困難であった。
【０００５】
また、サブキャリア１４上へ光素子１５、特に、ＰＤチップの受光面側に存在するワイヤボンディング用のパッドが数十μｍ径程度でごく小さいため、ワイヤボンディングが非常に困難であった。
【０００６】
そこで、本発明では、光素子と光ファイバとの距離を精密に且つ再現性よく設定することができ、しかも光素子の実装を極めて簡便に行なうことが可能な光モジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光モジュールは、Ｖ溝と、電極パッドとが設けられた基板と、
両主面に端部を有する導光路と、一主面にキャリア電極パッドと、底面に底面電極と、該キャリア電極パッドと該底面電極とを結ぶ配線パターンとを有するとともに、該底面電極を前記基板の前記電極パッドにバンプ接合した板状体と、
受光面側に表面電極を有するとともに、該表面電極を前記板状体の前記キャリア電極パッドにフェイスダウンでバンプ接合した受光素子と、
前記基板の前記Ｖ溝に載置され、一端が前記板状体の他主面側に当接して、前記受光素子の前記受光面と光結合する光ファイバとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、前記板状体の前記導光路は、前記受光素子の前記受光面とほぼ同じ、もしくは前記受光面よりも小さい貫通孔によって構成されたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記板状体の前記配線パターンは、上面にも配線され、該上面に前記受光素子を駆動するプリアンプのＩＣチップが搭載されていることを特徴とする。
【００１０】
また、板状体の両主面が非平行であることを特徴とする。
【００１１】
なお従来、面受光型の受光素子は結合面の反対側をサブキャリアへ固定していたが、本発明では、受光部分に例えば貫通孔を設けたサブキャリア（板状体）上へ受光面側を固定することを特徴としている。
【００１２】
また、板状体には受光素子を固定した際に電気配線をするための配線パターンが施してあり、受光素子の受光面側に有る電極パッドと電気的に接続がとられる。この電気的接続は板状体へ受光素子を搭載する場合に、例えばはんだバンプ等を用いたフリップチップボンディングの手法にて行なわれ、キャリア実装と電気接続を同時に行なうことが可能になる。
【００１３】
このように板状体に配線パターンが施されているため、基板上へはんだ固定することによって基板上の配線パターンと電気的接触が得られ、受光素子の実装後のワイヤリングなどの必要が無くなるメリットがあり、光モジュールの組み立てを大いに簡素化する効果がある。
【００１４】
さらに、板状体に光ファイバを突き当てることによって光ファイバと受光素子の受発光面との距離を正確に決めることができるため、正確かつ再現性の良い実装が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面に基づき詳細に述べる。なお、ここでは主に面受光型の光素子として窒化ガリウムやアモルファスシリコン等を用いたフォトダイオード（以下、ＰＤという）を例にとり説明する。
【００１６】
図２に本発明の受光素子搭載サブキャリアＳ１の分解斜視図を示す。この図に示すように、板状体であるサブキャリア２１には、その両主面に端部を有する導光路である貫通孔２２が形成されている。この貫通孔２２の開口部は実装すべきＰＤチップ２７の受光部２７ｃとほぼ同程度としている。また、サブキャリア２１の一主面側には、ＰＤチップ２７の電極パッド２７ａと相応する位置へ配線２３が設けられている。
【００１７】
なお、サブキャリア２１を構成する材料としては、セラミックモールド、積層セラミック配線基板、プラスチック、ガラス等が使用可能であるが、特に限定されるものではない。また、サブキャリア２１に設けられた導光路は貫通孔である必要はなく、受光面を遮らないようなものであれば問題なく本発明のサブキャリアとして使用可能である。また、配線方法も印刷や積層焼成（積層セラミック基板）など方法は問わない。
【００１８】
サブキャリア２１の一主面にはＰＤチップ２７の裏面電極２７ｂとワイヤ２３とを接続するための配線パターン２４も設けられている。その際、サブキャリア２１上の配線２３，２４はサブキャリア２１の底面にまで引き回されている。ＰＤチップ２７の電極パッド２７ａとサブキャリア２１上の配線２３とをはんだバンプを用いてフェイスダウンでフリップチップ実装する。そして、このフリップチップ実装の後、ＰＤチップ２７の裏面電極２７ｂとサブキャリア２１上の配線２４をワイヤボンディングによって接続する。
【００１９】
このようにして、図３に示すようにＰＤチップ２７を実装したサブキャリア２１の他主面側は、Ｖ溝３２上に載置された光導波路体である光ファイバ１３の一端面と当接され、底面部をシリコン等から成る基板３１に形成された凹部３４上に固定されて、受光素子実装基板に光ファイバ１３が配設されて光モジュールＭ１が完成する。ここで、サブキャリア２１の底面部は基板３１の凹部３４上に半田等の適当な接着部材により固定されている。ここで、光ファイバ１３を除く構成を受光素子実装基板とする。
【００２０】
以上のように、本発明の受光素子搭載サブキャリアでは、受光素子の受光面（光機能面）側に貫通孔が開けられたサブキャリアを有しているため、受光素子の受光面と光ファイバの距離とを光ファイバの突き当てによって精密に制御することが可能となる。また、サブキャリアに受光面を遮らないように受光素子がフェイスダウンで実装されていることによって、サブキャリアへの突き当てが可能となる。また、サブキャリアに配線パターンを施し、サブキャリアの基板上への実装をフリップチップボンディングの技術が使用できるためワイヤボンディングの手間が省ける。また、サブキャリアの貫通孔の大きさを受光素子の受光面とほぼ同じ、もしくは、受光面より小さくすることによって、受光素子の受光面外への光結合を押さえることも可能となり、受光素子の性能を良好なまま使用することが可能となる。また、貫通孔の内壁を暗色にしたり粗面状にするなどして、ＰＤチップからの反射光が光ファイバへ戻らないようにすることができる。また、この貫通孔に透明体で埋めるようにしてもよく、これによればサブキャリア上で局所的な封止が可能となる。
【００２１】
次に本発明の他の実施形態について詳細に説明する。
〔変形例１〕図４（ａ）は、本発明のサブキャリアの一変形例を示す斜視図である。（ｂ）は受光素子の斜視図である。サブキャリア４１には搭載するＰＤチップ４７の受光面と同一もしくは受光面より小さい面積の貫通孔４２が設けられている。また、ＰＤチップ４７の表面電極４８と相応するサブキャリア４１の一主面４９にはキャリア電極パッド４３が設けられており、キャリア電極パッド４３はサブキャリア４１の底面までパターニングされている。また、サブキャリア４１のチップ搭載面はＰＤチップ４７の全体の面より若干大きく設計され、ＰＤチップ４７の面しないサブキャリア４１の一部にはＰＤチップ４７の裏面電極からワイヤボンドするための電極パッド４４がキャリア電極パッド４３と同様にキャリア底面までパターニングされている。
【００２２】
上記サブキャリア４１にＰＤチップ４７をフェイスダウンでパンプ接合で一体化し、ＰＤチップ４７の裏面電極とサブキャリア４１の電極パッド４４をワイヤボンドにて接続する。このように作製したサブキャリア４１とＰＤチップ４７のサブアセンブリは電極パッド４３、４４の底面電極を用いて、別に作製したプラットフォーム上の電極パッドとバンプ接合により電気的接続と固定を行なう。また、サブキャリア４１の厚み４５はＰＤチップ４７に結合する光ファイバとの光軸方向のトレランスから決定される値に設計されており、ファイバ端面をキャリア面４６に突き当てることによって正確に位置決めされる。
【００２３】
このような構成にすることにより、ＰＤチップ４７と光ファイバ端面との距離を正確に位置決めすることが可能となる。また、プラットフォーム（図３では基板３１）上へのサブアセンブリの電気的接続と固定が一括で行なうことが可能となり、工程が簡素化され量産性が向上する。また、プラットフォーム上への固定がはんだバンプであるため、プラットフォーム上の電極パターンとサブアセンブリのはんだセルフアライメントが可能であり、位置決め等の工程の省略が可能となる。
【００２４】
〔変形例２〕図５は本発明のサブキャリアの他の変形例を示す斜視図である。図５に示すように、搭載するＰＤチップの受光面の電極パッドに相応する部分に電極パッド５２がサブキャリア５１の底面まで伸びる配置で形成されている。また、電極パッド５２のＰＤ実装面と同一面にＰＤ裏面電極からのワイヤボンディングのための電極５３が電極パッド５２と同様にサブキャリア底面まで形成されている。サブキャリア５１はＰＤチップを実装した際に受光面を遮らない高さ５４となっており、ＰＤチップをサブキャリア面５５へ搭載した後、搭載面とは反対の面５６へ光ファイバを突き当てることによりサブキャリア厚５７で制御された光軸方向へ光ファイバが位置合わせされる。このような構造にすることによって、変形例１で示したような貫通孔を形成する必要が無くなり、量産性に優れたサブキャリアを形成することが可能となる。
【００２５】
〔変形例３〕図６は本発明のサブキャリアのさらに他の変形例を示す斜視図である。図６では変形例２で示したサブキャリア５１のキャリア高さ５４を若干高くし、しかも、受光面を遮らないように窪み６２を形成することで、ワイヤボンド用の電極パッド６３の面積を大きくすることができ、ＰＤチップをサブキャリア６１上へ実装する際に、ワイヤボンドが容易になり実装時の不良を低減することが可能となる。なお、図中６４はＰＤチップの受光面側と接続される電極パッドである。
【００２６】
〔変形例４〕図７（ａ）は本発明のサブキャリアのさらに他の変形例を示す斜視図であり、図７（ｂ）はサブキャリア８１に光ファイバ８９，受光素子８８を結合させた様子を説明する上面図である。変形例２で示したものと同様な電極パッド８２、８３が形成されたサブキャリア８１に、ＰＤチップ８８の受光面を遮らないような貫通孔８４が形成されている。ＰＤチップ８８の実装面８５と光ファイバの突き当て面８６は数度から数十度の角度が設けられている。このような設計にすることによって、ＰＤチップ８８の受光面での反射光が光ファイバ８９へ戻ることが避けられ、光通信で非常に問題となる反射光を避けることができる。ここで、反射光を効果的に防止するために角度８７は１°以上が望ましく、より好適には１°〜１０°とする。
【００２７】
〔変形例５〕図８（ａ）は本発明のサブキャリアのさらに他の変形例を示す斜視図であり、図８（ｂ）はサブキャリア９１に光ファイバ９９，受光素子９８を結合させた側面図である。変形例４で示したファイバ突き当て面とＰＤ実装面の角度を図８に示したように上下方向へつけることも可能である。この際キャリア底面側を広くすることによって実装時のキャリアの安定性が増すというメリットが得られる。なお、図中９４は導光路であり、９２，９３は電極パッドである。
【００２８】
〔変形例６〕図９はサブキャリア１０１に光ファイバ１０９，受光素子１０８を光結合させた様子を示す横断面図である。
【００２９】
このように、例えば変形例１で示したサブキャリアのファイバ突き当て面に光ファイバ径とほぼ同等もしくは若干大きめの径を持つ窪み１０２を形成する。この窪み１０２に光ファイバ１０９をはめ込むことによって光ファイバ１０９の光軸と垂直な方向の位置合わせを簡便に行なうことが可能となる。なお、図中１０４は導光路である。
【００３０】
〔変形例７〕図１０はサブキャリア１１２に光ファイバ１１１，受光素子１１８を光結合させた横断面図である。
【００３１】
このように、変形例１で示したサブキャリアのファイバ実装側にファイバを保持するＶ溝１１１を形成する。光ファイバの実装の際、Ｖ溝１１１によりファイバを固定することでファイバ接続部分を安定に保持することが可能となる。なお、図中１１４は導光路である。
【００３２】
〔変形例８〕図１１は本発明のサブキャリアに受光素子を実装させた受光素子実装用サブキャリアＳ２の斜視図である。
【００３３】
サブキャリア１２１に貫通孔１２２と電気接続用配線１２３が引き回されている。配線１２３はサブキャリア１２１の底面にまで引き回されておりプラットフォーム上で電気的接触が可能となっている。また、サブキャリア１２１の上面へも配線されており、ＰＤチップ１２８の駆動に必要となるプリアンプなどのＩＣチップ１２４を実装する。このような構造をとることによって光軸方向の位置決めだけでなくプリアンプの搭載をＰＤチップ１２８の近距離で行なうことができるため、高速度の通信に好適なＰＤチップやＩＣ実装が可能となる。
【００３４】
〔変形例９〕図１２は本発明のサブキャリアの一変形例を示す斜視図である。サブキャリア１３１は少なくとも導光路となる領域がガラスなどの光（特に、光通信で使用される１．３〜１．５μｍの光）を透過する材質で形成されており、変形例１と同様な電極１３２、１３３が底面まで形成されている。このようにすることで、実施例１で必要となる貫通孔が必要なくなりサブキャリアの量産性が向上する。なお１３８はＰＤチップである。この変形例の場合、ＰＤとしてアモルファスＳｉシリコン等のｐｉｎ型の薄膜光センサーを使用するとガラス基板等に容易に成膜することができ好適である。
【００３５】
なお、本実施の形態において例えば配線をＩＴＯ等の透明電極で構成してもよく、また基板、板状体、導光路、受光素子、光導波路体等の構成部材及びそれらの態様等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更し実施が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明の本発明によれば、光ファイバと面受光を行なう受光素子とを簡便にかつ最適な距離で精度よく再現性よく位置決めすることが可能な優れた光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光モジュールを説明する全体概略斜視図である。
【図２】本発明を構成する受光素子実装サブキャリアを説明する斜視図である。
【図３】本発明の光モジュールを説明する全体概略斜視図である。
【図４】（ａ）は本発明を構成するサブキャリアの斜視図であり、（ｂ）は受光素子の斜視図である。
【図５】本発明を構成するサブキャリアの一変形例を示す斜視図である。
【図６】本発明を構成するサブキャリアの一変形例を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は本発明を構成するサブキャリアの一変形例を示す斜視図であり、（ｂ）はサブキャリアに光ファイバ及び受光素子を結合させた様子を説明する上面図である。
【図８】（ａ）は本発明を構成するサブキャリアの一変形例を示す斜視図であり、（ｂ）はサブキャリアに光ファイバ及び受光素子を結合させた様子を説明する側面図である。
【図９】本発明を構成するサブキャリアに光ファイバ及び受光素子を結合させた様子を説明する断面図である。
【図１０】本発明を構成するサブキャリアに光ファイバ及び受光素子を結合させた様子を説明する断面図である。
【図１１】本発明を構成するサブキャリアに受光素子を実装させた様子を説明する斜視図である。
【図１２】本発明を構成する受光素子実装サブキャリアを説明する斜視図である。
【符号の説明】
２１，４１，５１，６１，８１，９１，１０１，１１２，１２１，１３１：サブキャリア（板状体）
２２，４２，６２，８４，９４，１２２：貫通孔（導光路）
２７，４７，８８，９８，１０８，１１８，１２８，１３８：ＰＤチップ（受光素子）
３１：基板
３３，８９，９９，１０９，１１９：光ファイバ（光導波路体）
Ｍ１：光モジュール

Claims

Ｖ溝と、電極パッドとが設けられた基板と、
両主面に端部を有する導光路と、一主面にキャリア電極パッドと、底面に底面電極と、該キャリア電極パッドと該底面電極とを結ぶ配線パターンとを有するとともに、該底面電極を前記基板の前記電極パッドにバンプ接合した板状体と、
受光面側に表面電極を有するとともに、該表面電極を前記板状体の前記キャリア電極パッドにフェイスダウンでバンプ接合した受光素子と、
前記基板の前記Ｖ溝に載置され、一端が前記板状体の他主面側に当接して、前記受光素子の前記受光面と光結合する光ファイバとを備えたことを特徴とする光モジュール。
前記板状体の前記導光路は、前記受光素子の前記受光面とほぼ同じ、もしくは前記受光面よりも小さい貫通孔によって構成されたことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
前記板状体の前記配線パターンは、上面にも配線され、該上面に前記受光素子を駆動するプリアンプのＩＣチップが搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
前記板状体の両主面が非平行であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。