JP3937819B2 - Resin-sealed optical module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信に用いられる光モジュールに関し、特に、レーザダイオードやフォトダイオード等の光半導体素子と光ファイバとを有し、樹脂で封止された光モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、光モジュールは、信頼性の観点から、光半導体素子と光ファイバとをセラミックの箱に固定し、このセラミックの箱を金属やセラミックの板で蓋をし、その内部を気密に保つ構造としていた。そして、光半導体素子と光ファイバとの光軸を合わすのは、光ファイバを予めピグテールに固定し、このピグテールをセラミックの箱に溶接する時に調整していた。しかし、このセラミック気密構造の光モジュールは製造コストが高いので、低コスト化の観点から、樹脂で封止する光モジュールの開発が行われている。
【0003】
図5は、特開平9−127376号公報に開示されている樹脂封止光モジュールの縦断面模式図である。図5において、31はレーザダイオード(LDと記す)、32はフォトダイオード(PDと記す)、33は光ファイバ、34は素子搭載用基板部材、35はフレーム基板、36は押さえ基板、37は光ファイバ支持部材、38は光ファイバの樹脂被覆、39は透明樹脂、40はモールド樹脂、41は樹脂封止光モジュールである。
【0004】
特開平9−127376号公報に開示されている樹脂封止光モジュール41は、光ファイバ33が内挿された光ファイバ支持部材37を固定する押え基板36と、LD31やPD32等の光半導体素子が搭載された素子搭載用基板部材34とをフレーム基板35に固定し、光半導体素子と光ファイバ33との光結合部を透明樹脂39で覆い、さらに、全体をモールド樹脂40で封止するものである。
【0005】
また、特開平11−68254号公報には、LDと光ファイバとを固定しているシリコン基板及びこのシリコン基板を保持するリードフレームを、金型内で熱硬化性液状樹脂により注形にてモールドされた樹脂封止光モジュールが開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平9−127376号公報に開示されている樹脂封止光モジュール41のモールド樹脂での封止を、生産性の観点から、多数のモジュールを同時に、しかも短時間でモールドができるトランスファー成形で行う場合、光半導体素子と光ファイバ33とが光学的に結合された後、すなわち、光ファイバ33を取り付けた状態で成形することになるので、モールド樹脂40の成形圧力により、光ファイバ33に外力が加わり、光半導体素子と光ファイバ33とのアライメントがずれるという問題があった。また、トランスファー成形は金型が用いられ、しかも金型は成形時の圧力によりモールド樹脂が洩れないように、高い型締め力で押さえられているので、金型に挟まれている光ファイバの樹脂被覆38が破損し、光ファイバの信頼性が低下するという問題があった。それと、光ファイバ33が取り付けられているので、光モジュールの金型へのセット及び金型からの取り出しに時間がかかり生産性が低下するという問題があった。
【0007】
特開平11−68254号公報に開示されている注形による樹脂封止光モジュールでは、光ファイバの樹脂被覆が劣化するという不具合から、注形温度を高くすることができず、樹脂封止に長時間を要し、光モジュールの生産性が低くなるとの問題があった。
【0008】
それと、従来の樹脂封止光モジュールは、全体が樹脂で封止されているので、光ファイバを取り付けたピグテールの光モジュールへの固定に、短時間で固定でき、固定部の密閉性に優れた溶接を用いることができないとの問題があった。
本発明は、前記のような、従来の樹脂封止光モジュールの課題を解決するためになされたものであり、樹脂モールド時に、光半導体素子と光ファイバとのアライメントのずれ及び光ファイバの破損や劣化を生じない、信頼性の高い、それと、生産性に優れた樹脂封止光モジュールを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる第1の樹脂封止光モジュールは、素子搭載用基板部材に搭載された光半導体素子と、光ファイバとが同一光軸上に配置された構成の樹脂封止光モジュールにおいて、前記光ファイバが内設され保持固定されたピグテールと、前記光ファイバと前記光半導体素子との間の光導波路部の一部を形成する孔を有し、前記ピグテールが接合されたスぺーサと、前記スぺーサの孔を塞ぐ光学透明の栓と、前記光軸上にあり、前記光半導体素子と前記栓との間に設けられたレンズと、前記素子搭載用基板部材と前記スペーサとを同一面に設けた配線基板とが備えられており、前記光導波路部の少なくとも前記光半導体素子と前記栓との間が透明な樹脂で封止され、前記ピグテールを除いて前記透明な樹脂の外側が不透明なモールド樹脂で封止されたものである。
【0010】
本発明に係わる第2の樹脂封止光モジュールは、第1の樹脂封止光モジュールにおいて、栓が、レンズであるものである。
【0011】
本発明に係わる第3の樹脂封止光モジュールは、第1または2の樹脂封止光モジュールにおいて、レンズが、素子搭載用基板部材に設けられたものである。
【0012】
本発明に係わる第4の樹脂封止光モジュールは、素子搭載用基板部材に搭載された光半導体素子と光ファイバとが同一光軸上に配置された構成の樹脂封止光モジュールにおいて、前記光ファイバが内設され保持固定されたピグテールと、前記光ファイバと前記光半導体素子との間の光導波路部の一部を形成する孔を有し、前記ピグテールが接合されたスぺーサと、前記スぺーサの孔を塞ぐ光学透明のレンズと、前記素子搭載用基板部材と前記スペーサとを同一面に設けた配線基板とが備えられており、前記光導波路部の少なくとも前記光半導体素子と前記レンズとの間が透明な樹脂で封止され、前記ピグテールを除いて前記透明な樹脂の外側が不透明なモールド樹脂で封止されたものである。
【0013】
本発明に係わる第5の樹脂封止光モジュールは、本発明の第1ないし4のいずれかの樹脂封止光モジュールにおいて、素子搭載用基板部材が、シリコン基板のものである。
【0014】
本発明に係わる第6の樹脂封止光モジュールは、本発明の第1ないし5のいずれかの樹脂封止光モジュールにおいて、スペーサが、金属のものである。
【0015】
本発明に係わる第7の樹脂封止光モジュールは、本発明の第1ないし6のいずれかの樹脂封止光モジュールにおいて、透明な樹脂がシリコーン樹脂のものである。
また、本発明に係わる樹脂封止光モジュールの製造方法は、素子搭載用基板部材に搭載された光半導体素子と、光ファイバとが同一光軸上に配置された構成の樹脂封止光モジュールの製造方法において、前記光半導体素子とレンズとを前記素子搭載用基板部材に搭載する工程と、光導波路部の一部を形成する孔と該孔を塞ぐ光学透明の栓とを有するスペーサと前記素子搭載用基板部材とを前記光半導体素子から出射した光が前記レンズを通過した後に前記孔を通過するように配線基板の同一面に設置する工程と、前記光半導体素子と前記栓との間を透明な樹脂で封止する工程と、前記透明な樹脂の外側を不透明なモールド樹脂で封止する工程と、前記モールド樹脂で封止する工程の後に前記光ファイバが内設され保持固定されたピグテールを前記光ファイバの光軸と前記光半導体素子および前記レンズの光軸とが一致するように前記スペーサに接合する工程と、を有するものである。
また、本発明に係わる他の樹脂封止光モジュールの製造方法は、素子搭載用基板部材に搭載された光半導体素子と、光ファイバとが同一光軸上に配置された構成の樹脂封止光モジュールの製造方法において、前記光半導体素子を前記素子搭載用基板部材に搭載する工程と、光導波路部の一部を形成する孔と該孔を塞ぐ光学透明のレンズとを有するスペーサと前記素子搭載用基板部材とを前記光半導体素子から出射した光が前記孔を通過するように配線基板の同一面に設置する工程と、前記光半導体素子と前記レンズとの間を透明な樹脂で封止する工程と、前記透明な樹脂の外側を不透明なモールド樹脂で封止する工程と、前記モールド樹脂で封止する工程の後に前記光ファイバが内設され保持固定されたピグテールを前記光ファイバの光軸と前記光半導体素子および前記レンズの光軸とが一致するように前記スペーサに接合する工程と、を有するものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における樹脂封止光モジュールの構造を表す断面模式図である。図1において、1はLD、2はPD、3は光半導体素子、4は素子搭載用基板部材、5は光ファイバ、6はピグテール、7はスペーサ、8は光導波路の孔、9は配線基板、10は第1のレンズ、11は栓、12は光ファイバの樹脂被覆、13は透明樹脂、14はモールド樹脂、15は外部電極、20は樹脂封止光モジュールである。
【0017】
図1に示すように、本実施の形態の樹脂封止光モジュール20は、内部電極(図示せず)と内部電極に電気的に接続されている外部電極15とを備えた配線基板9の同一面に、素子搭載用基板部材4とスペーサ7とが、接して載置されている。図1には示していないが、配線基板9には、素子搭載用基板部材4とスペーサ7以外に、その他の半導体素子及び抵抗やコンデンサ等の部品を搭載しても良い。
素子搭載用基板部材4には、スペーサ7に接する端とは反対側の所定位置にLD1やPD2等の光半導体素子3が設置されており、LD1の出射光の光軸に略一致するとともに、且つLD1の出射光面に焦点を結ぶ位置に第1のレンズ10が設置されている。本実施の形態では、第1のレンズ10は球状レンズであるが、球状レンズ以外の非球面レンズ等であっても良く、レンズが予めホルダ等で固定されていても良い。また、第1のレンズ10は1個であるが、複数のレンズ群とし、その合成焦点がLD1の出射光面に結ぶように設置しても良い。
図1には示していないが、素子搭載用基板部材4にも、光半導体素子3やレンズ10により形成される光導波路部以外の場所に、その他の半導体素子及び抵抗やコンデンサ等の部品を搭載しても良い。
【0018】
スペーサ7には、LD1から出射され、第1のレンズ10で略平行になった光を通過させる寸法の光導波路の孔8が設けられている。本実施の形態では、孔8の形状は円形としたが、この形状に限定されるものではなく、例えば楕円や四角形等であっても良い。
この孔8には、封止時に透明樹脂13が洩れるのを防止するための栓11が、スペーサ7の第1のレンズ10に対向する面と略同一面となるようにして設けられている。この栓11はLD1の出射光に対して光学透明である。
本実施の形態では、栓11はスペーサ7の第1のレンズ10に対向する面と略同一面となるように設けているが、孔8の内部に設けても良い。
スペーサ7には、第1のレンズ10と対向する面との反対側の面に、光ファイバ5が内設され保持固定されたピグテール6が、光ファイバ5の光軸と、LD1及び第1のレンズ10の光軸とが一致するようにして設けられている。
【0019】
LD1やPD2等の光半導体素子3が設けられた部分と、光導波路部におけるLD1から第1のレンズ10及びスペーサの栓11までの部分は、透明樹脂13で封止されている。そして、透明樹脂13の外側と、素子搭載用基板部材4と、配線基板9の素子搭載用基板部材4の搭載面と、スペーサ7の第1のレンズ10に対向する面とは、不透明なモールド樹脂14で封止されている。
本実施の形態では、配線基板9の素子搭載用基板部材4搭載面とスペーサ7の第1のレンズ10に対向する面とが不透明なモールド樹脂14で封止されているが、配線基板9やスペーサ7の側面部もモールド樹脂14で封止されていても良い。配線基板9やスペーサ7の側面部までがモールド樹脂14で封止されると、樹脂封止光モジュール20の耐湿性がさらに向上する。
【0020】
配線基板9には、有機系の基板、セラミック基板またはガラスセラミック基板等を用いることができるが、高周波信号の電気的損失が小さく、高周波回路の設計が比較的容易なセラミック基板やガラスセラミック基板が好ましい。そして、セラミック基板では、汎用的で低コストなアルミナ基板が、特に好ましい。ガラスセラミック基板も、アルミナをベースとしたものが汎用的で低コストであるので、特に好ましい。
【0021】
素子搭載用基板部材4には、シリコン基板、金属キャリアまたはセラミック基板を用いることができる。シリコン基板は、半導体プロセスにて加工できるので加工精度が良く、LD1やPD2の光半導体素子3及び第1のレンズ10を精度良く位置決めすることができる。そのため、シリコン基板は、光学的に位置合わせを行うアクティブアライメントを実施せずに、その所定位置に固定することで光学的な精度を確保できるパッシブアライメントが可能となり、製造時間が短縮でき、生産性が向上するので好ましい。
【0022】
スペーサ7には、ピグテール6を短時間でかつ精度良く接合できる溶接が可能な金属やセラミックが用いられる。特に、スペーサ7には光導波路となる孔8が設けられており、孔加工の容易性やコストの面から金属が好ましい。金属としては、特に限定されないが、加工性と汎用性との面からステンレス鋼が、低熱膨張性の面から鉄−ニッケル合金である42アロイが、特に好ましい。
【0023】
栓11は、光学透明性の面から、光モジュールのレンズに用いられるものと同じ材質のものであれば良い。
【0024】
透明樹脂13としては、シリコーン系樹脂が用いられる。シリコーン系樹脂は水を拡散させるが水を吸着させる機能は小さい、すなわち吸水量が少ないので、光半導体素子の腐食が起こりにくいので好ましい。
また、透明樹脂13としては、紫外線硬化型の樹脂あるいは熱硬化型の樹脂が用いられる。透明樹脂13は、塗布してから硬化するまでの間に広がると光導波路を形成することが困難になるので、凸状に形状保持することが必要である。塗布後、紫外線照射により、保持したい形状が崩れる前に直ちに硬化させ、形状を保持することが可能なので、紫外線硬化型樹脂が好ましい。
熱硬化型の樹脂でも、半透明になるが透過率を満たす範囲で微細なシリカを少量添加して、チクソ性を向上させ形状保持性を付与して用いられる。すなわち、透明樹脂13としては、光半導体素子3が発光または受光する光信号の波長域にて、透過率が30%以上(1mm厚)確保できれば良い。
【0025】
不透明なモールド樹脂14としては、成形性と接着性とが良いエポキシ樹脂が好ましい。
【0026】
次に、本実施の形態の樹脂封止光モジュール20の製造工程を説明する。
まず、素子搭載用基板部材4上面の所定位置にLD1と、PD2と、第1のレンズ10とを固定する。LD1とPD2とは、半田または接着剤等で固定する。第1のレンズ10は、素子搭載用基板部材4の上面に光導波路に沿って溝を形成し、この溝の所定位置に、接着剤を用いて固定する。
【0027】
スペーサ7は、光導波路となる位置を孔加工し、この孔8に、孔の直径より大きく栓11が挿入できる段差部を設け、この段差部に光学透明の栓11を接着する。
次に、配線基板9に、前記素子搭載用基板部材4と前記スペーサ7とを設置し半田で固定する。この時、前記素子搭載用基板部材4と前記スペーサ7とは、素子搭載用基板部材4設けられたLD1から出射した光が第1のレンズ10を通過した後、スペーサ7の孔8を通過するように設置される。
そして、LD1、PD2、素子搭載用基板部材4に搭載された半導体素子や部品及び、配線基板9に搭載された半導体素子や部品は、配線基板の外部電極15に連通する内部電極にワイヤボンド等で電気的に接続される。
【0028】
次に、LD1やPD2等の光半導体素子3と、LD1から第1のレンズ10を経てスペーサ7の孔8を塞ぐ栓11までの光導波路部とを、ディスペンサーを用い透明樹脂13で封止する。さらに、この光モジュールの半完成品を、金型にセットし、透明樹脂13の外側と、素子搭載用基板部材4と、配線基板9の素子搭載用基板部材4の搭載面と、スペーサ7の第1のレンズ10に対向する面とを、トランスファー成形により、不透明なモールド樹脂で封止する。この時、外部電極が覆われない範囲で配線基板9の側面部も封止して良い。スペーサ7も、その側面部を封止して良い。
本実施の形態では、光モジュールの不透明なモールド樹脂での封止は、トランスファー成形で行われるが、金型を用い注形により行っても良い。
【0029】
最後に、スペーサ7に、光ファイバ4を固定したピグテール5をYAG溶接により、光学的にアライメントを取りながら固定し、樹脂封止光モジュール20を完成する。
【0030】
本実施の形態の樹脂封止光モジュール20は、素子搭載用基板部材4上に、LD1とPD2とが搭載されているが、LD1またはPD2のどちらか一つであっても良い。PD2のみが搭載されている場合は、第1のレンズ10はPD2の受光面に焦点を結ぶ位置に設置される。
【0031】
本実施の形態の樹脂封止光モジュール20は、光モジュールを樹脂封止した後に光ファイバを取り付ける構造であり、トランスファー成形によるモールド樹脂の封止においても、光ファイバに無理な力が加わらないので光軸をずらすことがなく、金型による光ファイバの樹脂被覆の破損もないので、不良の発生率が小さく、しかも、高い生産性で、樹脂封止光モジュールを生産できる。
また、金型を用いた注形によるモールド樹脂の封止においても、金型温度を高くできるので、硬化時間を短くでき、高い生産性で、樹脂封止光モジュールを生産できる。
【0032】
実施の形態2.
図2は、本発明の実施の形態2における樹脂封止光モジュールの構造を表す断面模式図である。図2において、21は第2のレンズである。
【0033】
図2に示すように、本実施の形態の樹脂封止光モジュール20は、実施の形態1の樹脂封止光モジュールの栓11に換えて、第2のレンズ21を設けて、スペーサ7の孔8を塞ぐ以外、実施の形態1と同様な構造である。第2のレンズ21も第1のレンズ10と同様、球状レンズや非球面レンズが用いられる。
本実施の形態では、光ファイバ5の近くに第2のレンズ21が設けられているので、光を集光して光ファイバ5に伝送することができ、光ファイバ5と光半導体素子3との光学的結合が強くなる。
【0034】
実施の形態3.
図3は、本発明の実施の形態3における樹脂封止光モジュールの構造を表す断面模式図である。
図3に示すように、本実施の形態の樹脂封止光モジュール20では、孔8の直径より大きい第2のレンズ21を、素子搭載用基板部材4のスペーサ7と接する端部近傍に設ける。そして、配線基板9に素子搭載用基板部材4とスペーサ7とを設置した時に、第2のレンズ21が、孔8を覆うようにして配置され、第2のレンズ21がスペーサ7に接着されている以外、実施の形態2と同様な構造である。
本実施の形態では、第2のレンズ21を素子搭載用基板部材4に設けることができ、光半導体素子3と第2のレンズ21とのアライメントが容易である。
【0035】
実施の形態4.
図4は、本発明の実施の形態4における樹脂封止光モジュールの構造を表す断面模式図である。
本実施の形態では、素子搭載用基板部材4上に第1のレンズ10が設けられていない以外、実施の形態2と同様な構造であり、素子搭載用基板部材4を短くできるので、樹脂封止光モジュール20をさらに小型化できる。
【0036】
【実施例】
本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。
【0037】
実施例1.
素子搭載用基板部材として、表面に配線回路が形成され、裏面に金めっきが施されたシリコン基板4(長さ5mm×幅3mm×厚さ0.5mm)が用いられる。シリコン基板4は、所定位置に、LD1とPD2と球状の第1のレンズ10(直径1mm)とが固定される。第1のレンズ10の固定は、位置決め後に、シリコン基板4に設けられたV溝に接着剤等で行われる。
配線基板9としては、配線や電極部分にニッケル/金メッキが施されたアルミナ基板(長さ12mm×幅10mm×厚さ1mm)が用いられる。このアルミナ配線基板9には、まず、所定位置に、LD1、PD2及び第1のレンズ10を搭載したシリコン基板4が、半田によりに固定される。
【0038】
スペーサ7としては、ステンレス鋼板(幅6mm×高さ5mm×厚さ2mm)が用いられる。スペーサ7には、光導波路用の孔8(直径1.5mm)が設けられ、この孔8は、第1のレンズ10と対向する側の孔の周囲が直径2mmで段差加工がなされ、この段差部に光学透明の栓11が接着剤で接着される。
光導波路用の孔8を有し、この孔8が光学透明の栓11で塞がれたスペーサ7は、栓11が設けられた面を第1のレンズ10と対向するようにして、アルミナ配線基板9に半田で接合される。
【0039】
その他、必要に応じて半導体素子や電子部品が配線基板9の所定位置に半田で固定される。そして、光半導体素子3や半導体素子や電子部品と、シリコン基板やアルミナ配線基板9の電極との間は、金線ワイヤーにて接続される。
【0040】
LD1、PD2、第1のレンズ10及び栓11間の光導波路部分は、光学的に透明なシリコーン樹脂13で封止される。この封止は、光導波路部分にシリコーン樹脂13をディスペンサ−で塗布し、所定の温度と時間で加熱硬化して行う。
透明樹脂13の封止部の外側はエポキシの不透明なモールド樹脂で封止される。不透明なモールド樹脂による封止は、光モジュールの半完成品を、多数個取の金型にセットし、90秒間のトランスファー成形で行われる。トランスファー成形後、封止された光モジュールは、金型から取り出され、160℃で6時間の条件でモールド樹脂の後硬化が行われる。
【0041】
不透明なモールド樹脂で封止した後、光モジュールは、スペーサー7に光ファイバ5を固定したピグテール6を、光学的なアライメントを取りながら、YAG溶接により取り付ける。
【0042】
実施例2.
本実施例では、シリコン基板4に、LD1とPD2と球状の第1レンズ10(直径1mm)と球状の第2レンズ21(直径3mm)とが固定されており、ステンレス鋼板のスペーサ7の光導波路用の孔8(直径1.5mm)には、栓11は設けられておらず、シリコーン基板4のスペーサ7と接する端部に設けられた第2のレンズ21でスペーサの孔8が塞がれていること以外、実施例1と同様な構造の樹脂封止光モジュール20である。
【0043】
【発明の効果】
本発明に係わる第1の樹脂封止光モジュールは、素子搭載用基板部材に搭載された光半導体素子と、光ファイバとが同一光軸上に配置された構成の樹脂封止光モジュールにおいて、前記光ファイバが内設され保持固定されたピグテールと、前記光ファイバと前記光半導体素子との間の光導波路部の一部を形成する孔を有し、前記ピグテールが接合されたスぺーサと、前記スぺーサの孔を塞ぐ光学透明の栓と、前記光軸上にあり、前記光半導体素子と前記栓との間に設けられたレンズと、前記素子搭載用基板部材と前記スペーサとを同一面に設けた配線基板とが備えられており、前記光導波路部の少なくとも前記光半導体素子と前記栓との間が透明な樹脂で封止され、前記ピグテールを除いて前記透明な樹脂の外側が不透明なモールド樹脂で封止されたものであり、光モジュールを樹脂封止した後に光ファイバを取り付けることができる構造であり、樹脂封止時における不良の発生率が小さく、しかも、高い生産性で、樹脂封止光モジュールを生産できる。
【0044】
本発明に係わる第2の樹脂封止光モジュールは、第1の樹脂封止光モジュールにおいて、栓が、レンズであり、光ファイバの近くにレンズが設けられているので、光を集光して光ファイバに伝送することができ、光ファイバと光半導体素子との光学的結合を強くできる。
【0045】
本発明に係わる第3の樹脂封止光モジュールは、第1または2の樹脂封止光モジュールにおいて、レンズが、素子搭載用基板部材に設けられたものであり、光半導体素子とレンズとのアライメントが容易であり、製造時間が短縮でき、生産性が向上する。
【0046】
本発明に係わる第4の樹脂封止光モジュールは、素子搭載用基板部材に搭載された光半導体素子と光ファイバとが同一光軸上に配置された構成の樹脂封止光モジュールにおいて、前記光ファイバが内設され保持固定されたピグテールと、前記光ファイバと前記光半導体素子との間の光導波路部の一部を形成する孔を有し、前記ピグテールが接合されたスぺーサと、前記スぺーサの孔を塞ぐ光学透明のレンズと、前記素子搭載用基板部材と前記スペーサとを同一面に設けた配線基板とが備えられており、前記光導波路部の少なくとも前記光半導体素子と前記レンズとの間が透明な樹脂で封止され、前記ピグテールを除いて前記透明な樹脂の外側が不透明なモールド樹脂で封止されたものであり、レンズがスペーサの孔に設けられているので、素子搭載用基板部材を短くでき、樹脂封止光モジュールをさらに小型にできる。
【0047】
本発明に係わる第5の樹脂封止光モジュールは、本発明の第1ないし4のいずれかの樹脂封止光モジュールにおいて、素子搭載用基板部材が、シリコン基板のものであり、シリコン基板は、半導体プロセスにて加工できるので加工精度が良く、光半導体素子やレンズを精度良く位置決めすることができる。そのため、光学的に位置合わせを行うアクティブアライメントを実施せずに、その所定位置に固定することで光学的な精度を確保できるパッシブアライメントが可能となり、製造時間を短縮でき、生産性が向上する。
【0048】
本発明に係わる第6の樹脂封止光モジュールは、本発明の第1ないし5のいずれかの樹脂封止光モジュールにおいて、スペーサが、金属のものであり、孔加工が容易であり、接合時間が短い溶接でピグテールを接合できるため、製造時間を短縮でき生産性が向上する。溶接によるピグテールの接合は、接合部の気密性が高いので、樹脂封止光モジュールの信頼性が向上する。
【0049】
本発明に係わる第7の樹脂封止光モジュールは、本発明の第1ないし6のいずれかの樹脂封止光モジュールにおいて、透明な樹脂がシリコーン樹脂のものであり、光導波路部の透明性に優れ、湿度による光半導体素子の腐蝕に対する影響が少ない。
また、本発明に係わる樹脂封止光モジュールの製造方法は、素子搭載用基板部材に搭載された光半導体素子と、光ファイバとが同一光軸上に配置された構成の樹脂封止光モジュールの製造方法において、前記光半導体素子とレンズとを前記素子搭載用基板部材に搭載する工程と、光導波路部の一部を形成する孔と該孔を塞ぐ光学透明の栓とを有するスペーサと前記素子搭載用基板部材とを前記光半導体素子から出射した光が前記レンズを通過した後に前記孔を通過するように配線基板の同一面に設置する工程と、前記光半導体素子と前記栓との間を透明な樹脂で封止する工程と、前記透明な樹脂の外側を不透明なモールド樹脂で封止する工程と、前記モールド樹脂で封止する工程の後に前記光ファイバが内設され保持固定されたピグテールを前記光ファイバの光軸と前記光半導体素子および前記レンズの光軸とが一致するように前記スペーサに接合する工程と、を有するので、樹脂封止時における不良の発生率が小さく、しかも、高い生産性で、樹脂封止光モジュールを生産できる。
また、本発明に係わる他の樹脂封止光モジュールの製造方法は、素子搭載用基板部材に搭載された光半導体素子と、光ファイバとが同一光軸上に配置された構成の樹脂封止光モジュールの製造方法において、前記光半導体素子を前記素子搭載用基板部材に搭載する工程と、光導波路部の一部を形成する孔と該孔を塞ぐ光学透明のレンズとを有するスペーサと前記素子搭載用基板部材とを前記光半導体素子から出射した光が前記孔を通過するように配線基板の同一面に設置する工程と、前記光半導体素子と前記レンズとの間を透明な樹脂で封止する工程と、前記透明な樹脂の外側を不透明なモールド樹脂で封止する工程と、前記モールド樹脂で封止する工程の後に前記光ファイバが内設され保持固定されたピグテールを前記光ファイバの光軸と前記光半導体素子および前記レンズの光軸とが一致するように前記スペーサに接合する工程と、を有するので、樹脂封止時における不良の発生率が小さく、しかも、高い生産性で、樹脂封止光モジュールを生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1における樹脂封止光モジュールの構造を表す断面模式図である。
【図2】 本発明の実施の形態2における樹脂封止光モジュールの構造を表す断面模式図である。
【図3】 本発明の実施の形態3における樹脂封止光モジュールの構造を表す断面模式図である。
【図4】 本発明の実施の形態4における樹脂封止光モジュールの構造を表す断面模式図である。
【図5】 特開平9−127376号公報に開示されている樹脂封止光モジュールの縦断面模式図である。
【符号の説明】
1 LD、2 PD、3 光半導体素子、4 素子搭載用基板部材、5 光ファイバ、6 ピグテール、7 スペーサ、8 光導波路の孔、9 配線基板、10 第1のレンズ、11 栓、12 光ファイバの樹脂被覆、13 透明樹脂、14 モールド樹脂、15 外部電極、20 樹脂封止光モジュール、21 第2のレンズ、35 フレーム基板、36 押さえ基板、37 光ファイバ支持部材。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical module used for optical communication, and particularly to an optical module having an optical semiconductor element such as a laser diode or a photodiode and an optical fiber and sealed with a resin.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an optical module has a structure in which an optical semiconductor element and an optical fiber are fixed to a ceramic box from the viewpoint of reliability, and the ceramic box is covered with a metal or ceramic plate to keep the inside airtight. It was. The optical axes of the optical semiconductor element and the optical fiber are adjusted when the optical fiber is fixed to the pigtail in advance and the pigtail is welded to the ceramic box. However, since this optical module having a ceramic hermetic structure is expensive to manufacture, an optical module that is sealed with a resin has been developed from the viewpoint of cost reduction.
[0003]
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of a resin-sealed optical module disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-127376. In FIG. 5, 31 is a laser diode (referred to as LD), 32 is a photodiode (referred to as PD), 33 is an optical fiber, 34 is an element mounting substrate member, 35 is a frame substrate, 36 is a pressing substrate, and 37 is optical. A fiber support member, 38 is an optical fiber resin coating, 39 is a transparent resin, 40 is a mold resin, and 41 is a resin-encapsulated optical module.
[0004]
The resin-encapsulated
[0005]
In Japanese Patent Laid-Open No. 11-68254, a silicon substrate for fixing an LD and an optical fiber and a lead frame for holding the silicon substrate are molded by casting with a thermosetting liquid resin in a mold. A resin-encapsulated optical module is disclosed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
From the viewpoint of productivity, the sealing of the resin-encapsulated
[0007]
In the resin-sealed optical module by casting disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-68254, the casting temperature cannot be increased due to the problem that the resin coating of the optical fiber deteriorates, and the resin-sealed optical module is long. Time-consuming and low optical module productivityKunaThere was a problem.
[0008]
Also, the conventional resin-encapsulated optical module is entirely sealed with resin, so it can be fixed in a short time to fix the pigtail to which the optical fiber is attached, and it has excellent sealing performance. There was a problem that welding could not be used.
The present invention was made in order to solve the problems of the conventional resin-encapsulated optical module as described above, and during resin molding, the misalignment between the optical semiconductor element and the optical fiber, the damage of the optical fiber, It is an object of the present invention to provide a resin-encapsulated optical module that does not cause deterioration, has high reliability, and is excellent in productivity.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A first resin-encapsulated optical module according to the present invention is the resin-encapsulated optical module having a configuration in which an optical semiconductor element mounted on an element mounting substrate member and an optical fiber are disposed on the same optical axis. A pigtail in which an optical fiber is provided and held and fixed, a spacer that forms a part of an optical waveguide portion between the optical fiber and the optical semiconductor element, and a spacer to which the pigtail is joined; The optically transparent plug that closes the hole of the spacer, the lens that is on the optical axis and is provided between the optical semiconductor element and the plug, the element mounting substrate member, and the spacer are the same. A wiring board provided on the surface, and at least a gap between the optical semiconductor element and the plug of the optical waveguide portion is transparent.TreeSealed with grease,Except the pigtailSaidTransparentThe outside of the resin is opaquemoldIt is sealed with resin.
[0010]
The second resin-encapsulated optical module according to the present invention is the first resin-encapsulated optical module in which the plug is a lens.
[0011]
A third resin-encapsulated optical module according to the present invention is the first or second resin-encapsulated optical module, in which a lens is provided on an element mounting substrate member.
[0012]
A fourth resin-encapsulated optical module according to the present invention is the resin-encapsulated optical module having a configuration in which an optical semiconductor element mounted on an element mounting substrate member and an optical fiber are disposed on the same optical axis. A pigtail in which a fiber is internally held and fixed; a spacer that forms a part of an optical waveguide portion between the optical fiber and the optical semiconductor element; and the spacer to which the pigtail is joined, An optically transparent lens that closes the hole of the spacer, and a wiring board on which the element mounting substrate member and the spacer are provided on the same surface, and at least the optical semiconductor element of the optical waveguide portion and the Transparent to the lensTreeSealed with grease,Except the pigtailSaidTransparentThe outside of the resin is opaquemoldIt is sealed with resin.
[0013]
A fifth resin-encapsulated optical module according to the present invention is the resin-encapsulated optical module according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, wherein the element mounting substrate member is a silicon substrate.
[0014]
A sixth resin-encapsulated optical module according to the present invention is the resin-encapsulated optical module according to any one of the first to fifth inventions, wherein the spacer is made of metal.
[0015]
A seventh resin-encapsulated optical module according to the present invention is the resin-encapsulated optical module according to any one of the first to sixth aspects of the present invention.TransparentThe resin is a silicone resin.
In addition, a method for manufacturing a resin-encapsulated optical module according to the present invention includes a resin-encapsulated optical module having a configuration in which an optical semiconductor element mounted on an element mounting substrate member and an optical fiber are arranged on the same optical axis. In the manufacturing method, the spacer having the step of mounting the optical semiconductor element and the lens on the element mounting substrate member, a hole forming a part of the optical waveguide portion, and an optically transparent plug for closing the hole, and the element A step of installing a mounting board member on the same surface of the wiring board so that light emitted from the optical semiconductor element passes through the hole after passing through the lens; and between the optical semiconductor element and the plug A pigtail in which the optical fiber is installed and held and fixed after the step of sealing with a transparent resin, the step of sealing the outside of the transparent resin with an opaque mold resin, and the step of sealing with the mold resin The A step of the optical axis of the serial optical fiber and the optical axis of said optical semiconductor element and the lens is joined to the spacer so as to coincide, and has a.
Another method for manufacturing a resin-encapsulated optical module according to the present invention is a resin-encapsulated light having a configuration in which an optical semiconductor element mounted on an element mounting substrate member and an optical fiber are disposed on the same optical axis. In the module manufacturing method, a spacer having a step of mounting the optical semiconductor element on the element mounting substrate member, a hole forming a part of the optical waveguide portion, and an optically transparent lens closing the hole, and the element mounting And a step of installing the substrate member on the same surface of the wiring board so that light emitted from the optical semiconductor element passes through the hole, and sealing between the optical semiconductor element and the lens with a transparent resin A step of sealing the outer side of the transparent resin with an opaque mold resin, and a step of sealing the mold resin with the mold resin. When And bonding the spacers so that the optical axis coincides the serial optical semiconductor element and the lens, and has a.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a resin-encapsulated optical module according to
[0017]
As shown in FIG. 1, the resin-encapsulated
The element mounting
Although not shown in FIG. 1, other semiconductor elements and components such as resistors and capacitors are mounted on the element mounting
[0018]
The
A
In the present embodiment, the
The
[0019]
A portion where the optical semiconductor element 3 such as
In the present embodiment, the element mounting
[0020]
As the
[0021]
As the element mounting
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
A silicone resin is used as the
Moreover, as the
Even a thermosetting resin is translucent, but it is used by adding a small amount of fine silica within a range that satisfies the transmittance to improve thixotropy and impart shape retention. That is, as the
[0025]
The
[0026]
Next, the manufacturing process of the resin-encapsulated
First, the
[0027]
The
Next, the element mounting
The semiconductor elements and components mounted on the
[0028]
Next, the optical semiconductor element 3 such as LD1 or PD2 and the optical waveguide portion from LD1 to the
In this embodiment, the optical module is sealed with an opaque mold resin by transfer molding, but may be cast by using a mold.
[0029]
Finally, the
[0030]
In the resin-encapsulated
[0031]
The resin-encapsulated
Also, in molding resin sealing by casting using a mold, since the mold temperature can be increased, the curing time can be shortened, and a resin-encapsulated optical module can be produced with high productivity.
[0032]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the resin-encapsulated optical module according to
[0033]
As shown in FIG. 2, the resin-encapsulated
In the present embodiment, since the
[0034]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the resin-encapsulated optical module according to Embodiment 3 of the present invention.
As shown in FIG. 3, in the resin-encapsulated
In the present embodiment, the
[0035]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the resin-encapsulated optical module according to
In this embodiment, except that the
[0036]
【Example】
The present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0037]
Example 1.
As the element mounting substrate member, a silicon substrate 4 (
As the
[0038]
As the
A
[0039]
In addition, a semiconductor element or an electronic component is fixed to a predetermined position of the
[0040]
The optical waveguide portion between the
The outside of the sealing portion of the
[0041]
After sealing with an opaque mold resin, the optical module attaches the
[0042]
Example 2
In this embodiment, LD1, PD2, a spherical first lens 10 (
[0043]
【The invention's effect】
A first resin-encapsulated optical module according to the present invention is the resin-encapsulated optical module having a configuration in which an optical semiconductor element mounted on an element mounting substrate member and an optical fiber are disposed on the same optical axis. A pigtail in which an optical fiber is provided and held and fixed, a spacer that forms a part of an optical waveguide portion between the optical fiber and the optical semiconductor element, and a spacer to which the pigtail is joined; The optically transparent plug that closes the hole of the spacer, the lens that is on the optical axis and is provided between the optical semiconductor element and the plug, the element mounting substrate member, and the spacer are the same. A wiring board provided on the surface, and at least a gap between the optical semiconductor element and the plug of the optical waveguide portion is transparent.TreeSealed with grease,Except the pigtailSaidTransparentThe outside of the resin is opaquemoldIt is sealed with resin and has a structure in which an optical fiber can be attached after the optical module is sealed with resin. The incidence of defects during resin sealing is small, and the resin sealing is performed with high productivity. Can produce light-stop modules.
[0044]
The second resin-encapsulated optical module according to the present invention is the same as the first resin-encapsulated optical module, since the plug is a lens and a lens is provided near the optical fiber. It can be transmitted to an optical fiber, and the optical coupling between the optical fiber and the optical semiconductor element can be strengthened.
[0045]
A third resin-encapsulated optical module according to the present invention is the first or second resin-encapsulated optical module, wherein the lens is provided on the element mounting substrate member, and the alignment between the optical semiconductor element and the lens is performed. Is easy, manufacturing time can be shortened, and productivity is improved.
[0046]
A fourth resin-encapsulated optical module according to the present invention is the resin-encapsulated optical module having a configuration in which an optical semiconductor element mounted on an element mounting substrate member and an optical fiber are disposed on the same optical axis. A pigtail in which a fiber is internally held and fixed; a spacer that forms a part of an optical waveguide portion between the optical fiber and the optical semiconductor element; and the spacer to which the pigtail is joined, An optically transparent lens that closes the hole of the spacer, and a wiring board on which the element mounting substrate member and the spacer are provided on the same surface, and at least the optical semiconductor element of the optical waveguide portion and the Transparent to the lensTreeSealed with grease,Except the pigtailSaidTransparentThe outside of the resin is opaquemoldSince it is sealed with resin and the lens is provided in the hole of the spacer, the element mounting substrate member can be shortened, and the resin-sealed optical module can be further reduced in size.
[0047]
A fifth resin-encapsulated optical module according to the present invention is the resin-encapsulated optical module according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, wherein the element mounting substrate member is a silicon substrate, Since it can be processed by a semiconductor process, the processing accuracy is good, and the optical semiconductor element and the lens can be positioned with high accuracy. Therefore, it is possible to perform passive alignment that can ensure optical accuracy by fixing at a predetermined position without performing active alignment that optically aligns, shortening manufacturing time, and improving productivity.
[0048]
A sixth resin-encapsulated optical module according to the present invention is the resin-encapsulated optical module according to any one of the first to fifth embodiments of the present invention, wherein the spacer is made of metal, and hole processing is easy. However, because pigtails can be joined by short welding, manufacturing time can be shortened and productivity can be improved. Since the pigtail is joined by welding, the airtightness of the joint is high, so that the reliability of the resin-encapsulated optical module is improved.
[0049]
A seventh resin-encapsulated optical module according to the present invention is the resin-encapsulated optical module according to any one of the first to sixth aspects of the present invention.TransparentSince the resin is a silicone resin, the optical waveguide portion is excellent in transparency and has little influence on the corrosion of the optical semiconductor element due to humidity.
In addition, a method for manufacturing a resin-encapsulated optical module according to the present invention includes a resin-encapsulated optical module having a configuration in which an optical semiconductor element mounted on an element mounting substrate member and an optical fiber are arranged on the same optical axis. In the manufacturing method, the spacer having the step of mounting the optical semiconductor element and the lens on the element mounting substrate member, a hole forming a part of the optical waveguide portion, and an optically transparent plug for closing the hole, and the element A step of installing a mounting board member on the same surface of the wiring board so that light emitted from the optical semiconductor element passes through the hole after passing through the lens; and between the optical semiconductor element and the plug A pigtail in which the optical fiber is installed and held and fixed after the step of sealing with a transparent resin, the step of sealing the outside of the transparent resin with an opaque mold resin, and the step of sealing with the mold resin The And a step of bonding to the spacer so that the optical axis of the optical fiber coincides with the optical axis of the optical semiconductor element and the lens, so that the incidence of defects during resin sealing is small and high. With productivity, resin-encapsulated optical modules can be produced.
Another method for manufacturing a resin-encapsulated optical module according to the present invention is a resin-encapsulated light having a configuration in which an optical semiconductor element mounted on an element mounting substrate member and an optical fiber are disposed on the same optical axis. In the module manufacturing method, a spacer having a step of mounting the optical semiconductor element on the element mounting substrate member, a hole forming a part of the optical waveguide portion, and an optically transparent lens closing the hole, and the element mounting And a step of installing the substrate member on the same surface of the wiring board so that light emitted from the optical semiconductor element passes through the hole, and sealing between the optical semiconductor element and the lens with a transparent resin A step of sealing the outer side of the transparent resin with an opaque mold resin, and a step of sealing the mold resin with the mold resin. When And a step of bonding to the spacer so that the optical axis of the recording semiconductor element and the lens coincide with each other, so that the occurrence rate of defects during resin sealing is small, and the resin sealing is performed with high productivity. Can produce optical modules.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a resin-encapsulated optical module according to
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a resin-encapsulated optical module according to
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a resin-encapsulated optical module according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a resin-encapsulated optical module according to
FIG. 5 is a schematic vertical sectional view of a resin-sealed optical module disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-127376.
[Explanation of symbols]
1 LD, 2 PD, 3 optical semiconductor element, 4 element mounting substrate member, 5 optical fiber, 6 pigtail, 7 spacer, 8 optical waveguide hole, 9 wiring board, 10 first lens, 11 plug, 12 optical fiber Resin coating, 13 transparent resin, 14 mold resin, 15 external electrode, 20 resin-encapsulated optical module, 21 second lens, 35 frame substrate, 36 holding substrate, 37 optical fiber support member.
Claims (9)
前記光半導体素子とレンズとを前記素子搭載用基板部材に搭載する工程と、光導波路部の一部を形成する孔と該孔を塞ぐ光学透明の栓とを有するスペーサと前記素子搭載用基板部材とを前記光半導体素子から出射した光が前記レンズを通過した後に前記孔を通過するように配線基板の同一面に設置する工程と、前記光半導体素子と前記栓との間を透明な樹脂で封止する工程と、前記透明な樹脂の外側を不透明なモールド樹脂で封止する工程と、前記モールド樹脂で封止する工程の後に前記光ファイバが内設され保持固定されたピグテールを前記光ファイバの光軸と前記光半導体素子および前記レンズの光軸とが一致するように前記スペーサに接合する工程と、を有することを特徴とする樹脂封止光モジュールの製造方法。A spacer having a step of mounting the optical semiconductor element and the lens on the element mounting substrate member, a hole forming a part of the optical waveguide portion, and an optically transparent plug for closing the hole, and the element mounting substrate member Are disposed on the same surface of the wiring board so that light emitted from the optical semiconductor element passes through the hole after passing through the lens, and a transparent resin is provided between the optical semiconductor element and the plug. A step of sealing, a step of sealing the outer side of the transparent resin with an opaque mold resin, and a step of sealing with the mold resin after the optical fiber is installed and held and fixed. And a step of joining to the spacer so that the optical axes of the optical semiconductor element and the lens coincide with each other.
前記光半導体素子を前記素子搭載用基板部材に搭載する工程と、光導波路部の一部を形成する孔と該孔を塞ぐ光学透明のレンズとを有するスペーサと前記素子搭載用基板部材とを前記光半導体素子から出射した光が前記孔を通過するように配線基板の同一面に設置する工程と、前記光半導体素子と前記レンズとの間を透明な樹脂で封止する工程と、前記透明な樹脂の外側を不透明なモールド樹脂で封止する工程と、前記モールド樹脂で封止する工程の後に前記光ファイバが内設され保持固定されたピグテールを前記光ファイバの光軸と前記光半導体素子および前記レンズの光軸とが一致するように前記スペーサに接合する工程と、を有することを特徴とする樹脂封止光モジュールの製造方法。A step of mounting the optical semiconductor element on the element mounting substrate member; a spacer having a hole forming a part of the optical waveguide portion; and an optically transparent lens closing the hole; and the element mounting substrate member. A step of placing the light emitted from the optical semiconductor element on the same surface of the wiring board so as to pass through the hole, a step of sealing between the optical semiconductor element and the lens with a transparent resin, and the transparent A step of sealing the outside of the resin with an opaque mold resin; and a step of sealing the optical fiber with the mold resin after the step of sealing with the mold resin, the optical axis of the optical fiber, the optical semiconductor element, and the optical fiber And a step of bonding to the spacer so that the optical axis of the lens coincides with the lens.
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