JP3990090B2 - 光電子装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光電子装置（半導体光モジュール）およびその製造方法に係わり、特に、パッケージ内で延在するコアとクラッドからなる光ファイバ芯線の破損を防止するとともに、光の伝送効率低下を防止できる光電子装置の製造技術に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報処理装置用光源や光通信用光源として、半導体レーザ（半導体レーザ素子：半導体レーザチップ）を組み込んだ光電子装置が使用されている。
光電子装置の一つとして、箱型パッケージ構造の光電子装置が知られている。例えば、工業調査会発行「電子材料」1999年11月号、Ｐ56〜Ｐ57には、光伝送に使用される波長が１３１０ｎｍのＭｉｎｉ ＤＩＬトランスミッタ（ミニ・デュアルインライン・トランスミッタ）が開示されている。このＭｉｎｉ ＤＩＬトランスミッタはセラミックによる箱型パッケージ構造である。
【０００３】
一方、特開平１０−２８２３６９号公報や特開平１０−３０７２３５号公報には、トランスファモールド法等によって形成したプラスチック（樹脂）からなるケースと蓋（キャップ）とでパッケージを形成し、この内部に半導体レーザ（レーザダイオード）や光検知器（フォトダイオード）等を収容するとともに、パッケージの内外に亘って光ファイバを延在させた光通信装置（半導体レーザモジュール）が開示されている。
【０００４】
また、シリコン基板を固定するパッド（パッド部）やリードフレームの一部は、前記トランスファモールド時に同時にケースに埋め込まれる。前記シリコン基板には半導体レーザ等が固定される。パッケージの内外に亘って延在する光ファイバは、パッケージの途中までは光ファイバ芯線を被覆体で覆った構造であり、その先端は被覆体を除去して光ファイバ芯線を露出した裸の光ファイバである。光ファイバ芯線は、コアとこのコアを被覆するクラッドで構成され、例えば、いずれも石英で構成されていて外力に対して脆く折れ易い。
また、パッケージ内において、半導体レーザ等はシリコーン樹脂等からなる透明なゲル状樹脂で覆われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は半導体レーザを組み込んだ光電子装置の開発において、半導体レーザ素子で発生する熱をパッケージ外部に放散するために、リードフレームとして熱伝導性が良好な銅フレーム（熱膨張係数α＝１７×１０^-6／℃）を使用することを検討した。
しかし、この構造では、半田リフローによる実装テスト（２６０℃で１０秒）時、光ファイバ剥がれが発生することがあることが判明した。
【０００６】
光電子装置の製造においては、トランスファモールド等でリードフレームの一部を埋め込むようにしてケースを形成する。ケースの底内面には銅板からなるベース板（パッド）が形成され、このベース板上にはシリコン基板（熱膨張係数α＝３．０×１０^-6／℃）が固定される。このシリコン基板上には、半導体レーザ素子，受光素子，光ファイバ等が固定される。光ファイバはその先端が前記半導体レーザ素子の出射面に対面するように位置決めされた後、その先端部分がシリコン基板に接着剤で固定される。また、光ファイバの途中の一部はケースに接着剤によって固定される。
【０００７】
ここで、光ファイバは、コアとこのコアを被覆する石英等で形成される光ファイバ芯線、前記光ファイバ芯線をジャケット等の被覆体で被覆した光ファイバケーブルをも指す。光ファイバ芯線または光ファイバケーブルと特に特定しなくてもよい場合、または特定しない方がよい場合は、以下において単に光ファイバと呼称する。
【０００８】
光ファイバ（光ファイバ芯線）の支持構成が、光ファイバの先端部分とその途中を固定する２点支持構成では、前記半田実装テスト時の熱によって発生するベース板の熱変形により光ファイバ芯線に引っ張り力が働き、この引っ張り力がシリコン基板と光ファイバ芯線との接着力を上回り光ファイバ芯線が剥離する。光ファイバの先端部分での光ファイバの剥離は、半導体レーザ素子との間の光の授受効率の低下を引き起こしたり、あるいは全く光を先端から取り込まなくなる現象を起こす。
【０００９】
本出願人はこのような問題を解決するために、前記リードフレームを熱膨張係数がシリコンに近い材質で形成することを検討した。熱膨張係数がシリコンに近い材質としては、コバールや４２アロイ等がある。そこで本出願人はリードフレームを４２アロイ（α＝５×１０^-6／℃）で形成した。従って、ケースに組み込まれるベース板やリードも４２アロイとなる。４２アロイは熱伝導率がＣｕの１４６Ｗ／ｍ・ｋに比較し１３．４Ｗ／ｍ・ｋと小さく、ベース板自体の温度上昇を抑えることができベース板の変形を抑える効果もあった。これにより、前記光ファイバの剥離が起き難い構造を得た。
【００１０】
一方、本出願人はケースを構成する樹脂の適正についても検討した。ケースが短時間でも高温に晒されることから、ケースを構成する樹脂としては耐熱温度が２００℃以上のものを検討した。樹脂としては、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂があるが、熱硬化性樹脂は成形時間が長い、再生ができないという欠点がある故に熱可塑性樹脂を使用することにした。熱可塑性樹脂はエンジニアリングプラスチックとして広く使われている。
【００１１】
耐熱温度が２００℃以上の樹脂としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ），ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ），ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ），液晶ポリマー（ＬＣＰ）がある。
ＰＥＳ，ＰＥＥＫ，ＬＣＰは価格が高く、ＰＰＳは耐熱性と価格の点でバランスがとれている。
【００１２】
液晶ポリマー（ＬＣＰ）は価格が高いが、耐熱性が高く（熱変形温度２６０℃以上）、曲げ強度が高い（曲げ強さ：２５℃で２１．１ｋｇ／ｍｍ²）という特長がある。そして、特に成形時の樹脂の流れ方向の線膨張係数が小さいという特長がある。樹脂の流れ方向の線膨張係数は２．０×１０^-6／℃であり、流れに交差する方向の線膨張係数は６６×１０^-6／℃である。
【００１３】
そこで、本出願人においては、光ファイバ芯線の延在方向に樹脂を流してケースを成形し、これによってケースの光ファイバ芯線延在方向の熱膨張係数を光ファイバ芯線の熱膨張係数に近似させ、光ファイバ芯線の熱応力に起因する破損を防止することを考えた。
【００１４】
しかし、液晶ポリマーは、その熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・ｋと小さいとともに、成形後のウエルド引張り強度が各種エンジニアリングプラスチックの５５ＭＰａ以上に比較して、２５ＭＰａよりも小さい。放熱性を良好とするためには、半導体レーザ素子が固定されるベース板の下の樹脂厚さ、即ちケース底の厚さは薄い程よい。しかし、前述のように液晶ポリマーはウエルド引張り強度が低く、ケース底は脆くなる。そこで、本発明者はケース底を部分的に厚くして強度を増大させることを考えた。
【００１５】
他方、本発明者等の分析検討によって、以下のような理由から光ファイバ芯線が破損する場合があることが判明した。
【００１６】
図２１は本出願人検討による光電子装置のパッケージ５の一部を示す拡大断面図である。パッケージ５は、ケース１０とこのケース１０に重ねられて接着固定されるキャップ１１とで構成されている。
【００１７】
ケース１０はケース本体部１０ａと、このケース本体部１０ａに連なる細いケースガイド部１０ｂとからなっている。キャップ１１は前記ケース本体部１０ａに重なるキャップ本体部１１ａと、前記ケースガイド部１０ｂに重なるキャップガイド部１１ｂとからなっている。
【００１８】
ケース本体部１０ａは上部が開口する箱型構造となり、その両側からは外部電極端子となる図示しないリードが複数それぞれ突出する構造になっている。ケース本体部１０ａの内底には金属板からなるベース板１５が設けられているとともに、このベース板１５上には図示しない支持基板（シリコンプラットフォーム）が固定されている。
【００１９】
この支持基板には半導体レーザ素子，受光素子，光ファイバ芯線３ａの先端部分がそれぞれ固定されている。また、前記ケース本体部１０ａ内にはゲル状樹脂３６が充填され、前記半導体レーザ素子，受光素子，光ファイバ芯線等を被っている。
【００２０】
ケースガイド部１０ｂ及びキャップガイド部１１ｂは、光ファイバケーブルと光ファイバケーブルのジャケット（被覆体）を取り除いて裸となった光ファイバ芯線を案内する構造になっている。即ち、ケースガイド部１０ｂ及びキャップガイド部１１ｂは両者の合わせ面にそれぞれ溝が設けられている。この溝は、光ファイバケーブルを案内するケーブルガイド溝と、このケーブルガイド溝に連なる芯線ガイド溝１０ｄ，１１ｄとからなっている。ケーブルガイド溝はケースガイド部１０ｂ及びキャップガイド部１１ｂの端からその途中まで延在し、残りの部分が芯線ガイド溝１０ｄ，１１ｄになっている。光ファイバケーブルはコアとクラッドとからなる光ファイバ芯線３ａを被覆体（ジャケット）で被った構造になっている。従って、光電子装置に組み込む光ファイバケーブルは、その先端側を所定の長さに亘ってジャケットを取り除き、光ファイバ芯線３ａの状態としてある。
【００２１】
前記ケースガイド部１０ｂ及びキャップガイド部１１ｂには、光ファイバ芯線３ａ部分と光ファイバケーブル部分が挿入されるとともに、この部分は接着剤３８を介してケースガイド部１０ｂ及びキャップガイド部１１ｂに固定されている。また、光ファイバ芯線３ａの先端部分はシリコンプラットフォームに接着剤を介して固定されている。
【００２２】
このような構造では、ケースガイド部１０ｂ及びキャップガイド部１１ｂに挿入された光ファイバ芯線３ａが断線不良を起こし、光伝送ができなくなる場合があることが判明した。
【００２３】
この点について分析検討した結果以下のことが判明した。即ち、前記ゲル状樹脂３６の形成時、ケース本体部１０ａ内に流動性のあるシリコーン樹脂を供給するが、このシリコーン樹脂は光ファイバ芯線３ａの外周部分の芯線ガイド溝１０ｄとの隙間に流れ込む。この結果、ゲル状樹脂３６と接着剤３８は芯線ガイド溝１０ｄ，１１ｄ内において、長い距離に亘って接触するようになる。
【００２４】
前記ゲル状樹脂３６はシリコーン樹脂を用い、前記接着剤３８はアミン系のエポキシ樹脂を用いている。また、ケース１０とキャップ１１を固定する接着剤も前記アミン系のエポキシ樹脂を用いている。このアミン系のエポキシ樹脂はプラスチックケースとの接着力が優れている故に用いている。しかし、ゲル状のシリコーン樹脂とアミン系のエポキシ樹脂は密着性が良好ではない。
【００２５】
この結果、光ファイバがケースガイド部に固定されないため、温度変化に起因して光ファイバ芯線３ａに引っ張り応力等が作用し、光ファイバ芯線３ａが折れたりする現象が発生することが分かった。
【００２６】
また、前記界面７に水分が溜まった場合、光電子装置を寒冷地で使用すると、前記界面に溜まった水分が氷となり、その体積増大によって光ファイバ芯線が破損する等の現象が発生することも判明した。
【００２７】
本発明の目的は、光ファイバの破損が防止できる光電子装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、光電変換素子と光ファイバ間の光結合効率が高い光電子装置およびその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、熱放散性が高い光電子装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００２９】
（１）内部に光電変換素子を含む部品を収容した本体部と、前記光電変換素子に先端を臨ませて前記光電変換素子との間で光の授受を行う光ファイバを貫通状態で案内するガイド部とを有するパッケージを有し、前記ガイド部では前記光ファイバは接着剤で前記ガイド部に固定され、前記本体部では前記光電変換素子や光ファイバの先端部分を含む部分は前記光に対して透明な樹脂で形成される保護膜で被われてなる光電子装置であって、前記保護膜と前記接着剤との間には前記保護膜と前記接着剤が接触しないようにダムが設けられている。
【００３０】
前記パッケージはケースとこのケースに重ねて接着されたキャップとで形成され、前記ケースはケース本体部とこのケース本体部に連なるケースガイド部とで形成され、前記キャップはキャップ本体部とこのキャップ本体部に連なるキャップガイド部とで形成され、前記ケース本体部には所定形状の金属板が埋め込まれ、一部は前記本体部の内底に露出するベース板を形成し、残りは本体部の内外に亘って延在する複数のリードを形成し、前記ベース板上には支持基板（シリコン基板：シリコンプラットフォーム）が固定され、前記支持基板上には光電変換素子とこの光電変換素子との間で光の授受を行う光ファイバが固定されている。
【００３１】
前記支持基板には半導体レーザ素子及び受光素子並びに光ファイバの先端部分が固定され、前記光ファイバは前記半導体レーザ素子から出射される一方のレーザ光を先端から内部に取り込むように位置決め固定され、前記受光素子は前記半導体レーザ素子から出射される他方のレーザ光を受光するように位置決め固定されている。また、前記光ファイバの先端部分は紫外線硬化接着剤によって前記支持基板に固定されているとともに、熱硬化性接着剤によって前記支持基板に固定されている。
【００３２】
前記保護膜はゲル状樹脂で形成され、前記接着剤はアミン系のエポキシ樹脂で形成され、前記ダムはエポキシ樹脂系の紫外線硬化接着剤で形成されている。また、前記本体部において前記保護膜の上部には空隙が存在している。
【００３３】
前記ベース板やリードを形成する金属板は前記支持基板や前記光ファイバの熱膨張係数に近似した４２アロイやコバールで形成され、前記パッケージを構成するケース及びキャップは成形時の樹脂の流れに沿う方向の熱膨張係数が流れ方向に直交する方向の熱膨張係数よりも小さくなる樹脂（液晶ポリマー）で形成され、前記ケース及びキャップは光ファイバの延在方向の熱膨張係数が小さくなるように成形されている。
【００３４】
前記樹脂で形成される前記ケースのケース本体部の底はその周縁部分が内側部分よりも突出して厚くなるとともに、前記ベース板の中央において前記光ファイバの延在方向に沿って所定の長さに亘って樹脂が設けられず前記ベース板の裏面が露出している。前記パッケージの本体部の底はその周縁部分が内側部分よりも突出して厚くなっている。
【００３５】
このような光電子装置は以下の方法で製造する。
内部に光電変換素子を含む部品を収容した本体部と、前記光電変換素子に先端を臨ませて前記光電変換素子との間で光の授受を行う光ファイバを貫通状態で案内するガイド部とを有するパッケージを有し、前記ガイド部では前記光ファイバは接着剤で前記ガイド部に固定され、前記本体部では前記光電変換素子や光ファイバの先端部分を含む部分は前記光に対して透明な樹脂で形成される保護膜で被われてなる光電子装置の製造方法であって、前記保護膜と前記接着剤との間には前記保護膜と前記接着剤が接触しないようにダムを設ける。
【００３６】
具体的には以下の方法で製造する。
パッケージがケースとこのケースに重ねて接着されたキャップとで形成され、前記ケースはケース本体部とこのケース本体部に連なるケースガイド部とで形成され、前記キャップはキャップ本体部とこのキャップ本体部に連なるキャップガイド部とで形成され、前記ケース本体部には所定形状の金属板が埋め込まれ、一部は前記ケース本体部の内底に露出するベース板を形成し、残りはケース本体部の内外に亘って延在する複数のリードを形成し、前記ベース板上には支持基板（シリコン基板：シリコンプラットフォーム）が固定され、前記支持基板上には電極が前記リードに電気的に接続される光電変換素子が固定され、前記ガイド部には光ファイバが貫通状態に支持されるとともに接着剤で固定され、前記光ファイバの先端は前記光電変換素子との間で光の授受が行えるように前記支持基板に固定され、前記本体部内には前記光に対して透明な保護膜が前記光電変換素子や光ファイバ等を被う構成の光電子装置の製造方法であって、
前記光電変換素子を含む部品を固定した前記支持基板を前記本体部内に位置決め固定する工程と、
前記光電変換素子の各電極と前記リードの内端を電気的に接続する工程と、
前記支持基板に固定された前記光電変換素子に対して前記光ファイバを光結合調整した後前記光ファイバの先端部分を接着剤で支持基板に固定する工程と、
前記ケース本体部内に樹脂を充填して前記保護膜を形成する工程と、
前記ケース本体部内に充填する樹脂が前記ケースガイド部内に浸入しないように前記ケース本体部とケースガイド部との境界部分に接着剤を塗布するとともに硬化させてダムを形成する工程と、
前記ケース本体部に樹脂を充填するとともに硬化させて前記保護膜を形成するとともに、前記ケースガイド部に接着剤で光ファイバを固定する工程とを有する。
【００３７】
前記支持基板に半導体レーザ素子を固定するとともに、前記半導体レーザ素子から出射される一方のレーザ光を先端から内部に取り込むように光ファイバの先端部分を位置決め固定し、前記半導体レーザ素子から出射される他方のレーザ光を受光するように受光素子を位置決め固定する。前記光ファイバの光結合調整後前記光ファイバの先端部分を紫外線硬化接着剤によって接合するとともに、熱硬化性接着剤によって固定する。
【００３８】
前記ケースはトランスファモールドのモールド型にリードフレームを型締めした後前記ケースの一端側から他端側に向かって液晶ポリマー樹脂が流れるようにしてモールドを行うとともに、不要なリードフレーム部分を切断除去することによって形成する。前記トランスファモールド時、モールド上型に対してリードフレームのベース板となる部分を加圧ピンで押し付けてモールドを行うとともに、前記加圧ピンは前記ベース板の中央において前記光ファイバの延在方向に沿って所定の長さに亘って延在し、流れる樹脂は前記加圧ピンの一端側で分岐されて前記加圧ピンの両側に沿って流れ、その後前記加圧ピンの他端側で再び合流して流れるようにする。前記ケースのケース本体部では底の周縁の樹脂厚さが厚くなるようにモールドする。前記リードフレームは４２アロイまたはコバールで形成する。
【００３９】
前記保護膜を前記光に対して透明なゲル状樹脂で形成し、前記ケースガイド部に光ファイバを固定する前記接着剤はアミン系のエポキシ樹脂で形成し、前記ダムはエポキシ樹脂系の紫外線硬化接着剤で形成する。
【００４０】
前記（１）の手段によれば、（ａ）ダムが存在するため、シリコーン樹脂がダムを越えてケースガイド部に流れ出ることはない。従って、シリコーン樹脂との密着性が良好でないアミン系のエポキシ樹脂とシリコーン樹脂が接することがなく、ケースガイド部がアミン系エポキシ樹脂で充填され、ケースとキャップの接着力も保持されるため、しっかりとしたファイバ固定ができ、熱変動に起因する熱応力が光ファイバ（光ファイバ芯線）に加わり難くなり、光ファイバ芯線の破断が起き難くなり、光伝送不良が発生し難くなる。
【００４１】
（ｂ）ケース及びキャップの光ファイバの延在方向の熱膨張係数は４．０×１０^-4／℃（液晶ポリマー）であり、４２アロイからなるベース板の熱膨張係数は５×１０^-6／℃であり、シリコンプラットフォームの熱膨張係数は３．０×１０^-6／℃であり、光ファイバ芯線の熱膨張係数は０．５×１０^-6／℃であり、いずれも銅（α＝１７×１０^-6／℃）に比較して小さく、相互に近似する数値であることから、シリコンプラットフォームとケースガイド部で固定される光ファイバのベース板変形に起因した剥がれが起き難くなる。また、光ファイバの先端部分は紫外線硬化接着剤及び熱硬化性接着剤によってそれぞれ支持基板に固定されているので、接着強度が高く光ファイバの剥離が起き難い。この結果、光ファイバの先端では半導体レーザ素子との間の光の授受効率の低下を引き起こさなくなるとともに、ケースガイド部での光ファイバ（光ファイバ芯線）の破断が発生し難くなる。
【００４２】
（ｃ）液晶ポリマー（ＬＣＰ）は耐熱性が高く（熱変形温度２６０℃以上）、曲げ強度が高い（曲げ強さ：２５℃で２１．１ｋｇ／ｍｍ²）という特長があるが、成形後のウエルド引張り強度が小さい。従って、放熱性を良好とするためにベース板下の樹脂厚さ（液晶ポリマー厚さ）を薄くすると、脆くなり破損し易くなるが、ケース底周縁を厚くすることによって強度の増大が図られていることから、機械的強度の信頼性の高いパッケージとなる。
【００４３】
（ｄ）前記保護膜の上部には空隙が存在していることから、熱によって保護膜が膨張してもこの膨張分は前記空隙部分に伸びるだけであり、上側のキャップに接することがないため、パッケージ変形により光ファイバに応力が加わらなくなり、光ファイバの破断等が起き難くなる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００４５】
（実施形態１）
図１乃至図２０は本発明の一実施形態（実施形態１）である光電子装置及びその製造方法に係わる図である。
【００４６】
本実施形態１の光電子装置（半導体光モジュール）１は、図２及び図３に示すように、外観的にはモジュール本体２と、このモジュール本体２を構成する光ファイバケーブル３の先端に取り付けられた光コネクタ４とからなっている。
【００４７】
モジュール本体２は偏平直方体構造のパッケージ５と、前記パッケージ５の一端から突出する光ファイバケーブル３と、前記パッケージ５の両側から並んで複数突出する外部電極端子になるリード６とで構成されている。このリード６は、本実施形態１では図４に示すようにデュアルインライン型に成形されている。本実施形態１ではリード６はパッケージ５の両側からそれぞれ４本突出する構造になっている。
【００４８】
図５はリード６のレイアウトを示す模式図である。パッケージ２内には半導体レーザ素子（レーザダイオード：ＬＤ）と、受光素子（ホトダイオード：ＰＤ）が組み込まれている。図５ではリード６に１から８に及ぶ数字を付してある。１，３，８のリードは接続されていないＮＣピン、２のリードはパッケージグランドピン、４のリードはホトダイオードのカソードピン、５のリードはホトダイオードのアノードピン、６のリードはレーザダイオードのカソードピン、７のリードはレーザダイオードのアノードピンである。
【００４９】
従って、６及び７のリードに所定の電圧を印加すると、レーザダイオードはレーザ光を出射する。このレーザ光は光ファイバケーブル３によってパッケージ５の外に伝送され、光コネクタ４で接続される図示しない光ファイバケーブルに伝送される。
【００５０】
パッケージ５はプラスチック（樹脂）製のケース１０と、このケース１０上に固定されたプラスチック製のキャップ１１とで形成されている。ケース１０は、矩形状のケース本体部１０ａと、このケース本体部１０ａの一端中央から細長く突出するケースガイド部１０ｂとで構成され、キャップ１１は、矩形状のキャップ本体部１１ａと、このキャップ本体部１１ａの一端中央から細長く突出するキャップガイド部１１ｂとで構成されている。従って、ケース１０にキャップ１１が接着固定された場合には、ケース本体部１０ａとキャップ本体部１１ａによって本体部が形成され、ケースガイド部１０ｂとキャップガイド部１１ｂによってガイド部が形成されることになる。ケース１０及びキャップ１１は絶縁性樹脂からなる液晶ポリマーによって形成されている。
【００５１】
前記ケース本体部１０ａ内には半導体レーザ素子，受光素子等が配置されている。また、ガイド部、即ち、ケースガイド部１０ｂ及びキャップガイド部１１ｂは接着状態で光ファイバケーブルと光ファイバケーブルのジャケット（被覆体）を取り除いて裸となった光ファイバ芯線（クラッドとこのクラッドの中心を貫くコアからなる）を貫通状態で案内する構造になっている。光ファイバケーブル３のケースガイド部１０ｂ，キャップガイド部１１ｂからの突出部分は接着剤１２によって固定されている。この接着剤１２はケースガイド部１０ｂに光ファイバケーブル３を仮固定するためのものである。
【００５２】
つぎに、モジュール本体２について図１及び図６乃至図１０を参照しながら説明する。図６はモジュール本体２の光ファイバの延在方向に沿う拡大断面図、図７はモジュール本体２のキャップ１１を外した状態の拡大平面図、図８は底面図である。また、図９はケース本体部１０ａとケースガイド部１０ｂの境界部分における光ファイバ芯線の支持構造を示す拡大断面図、図１０は支持基板とその支持基板に固定した光部品を示す拡大平面図である。
【００５３】
図６及び図７に示すように、ケース本体部１０ａの内底には金属板からなるベース板１５が設けられている。また、ベース板１５の周囲には、リード６の内端がそれぞれ位置している。ベース板１５及びリード６はケース１０の成形時にケース１０に組み込まれる。
【００５４】
前記ケースガイド部１０ｂには光ファイバケーブル３が案内されるが、この光ファイバケーブル３の光ファイバ軸の延長線上の前記ベース板１５上には一般にシリコンプラットフォームと呼称されるシリコン基板からなる支持基板１６が接合材１７、たとえば銀ペーストによって固定されている。
【００５５】
光ファイバケーブル３はナイロン等からなる被覆体（ジャケット）で被われている。ケース１０のケースガイド部１０ｂの途中までは前記被覆体が存在するが、その先端側は被覆体が剥がされ、コアとクラッドとからなる光ファイバ芯線３ａが露出されている。この光ファイバ芯線３ａ部分は、図１０に示すように、前記支持基板（シリコンプラットフォーム）１６に設けられている溝２０に這うように嵌め込まれている。そして、その延長上のシリコンプラットフォーム１６上には、光電変換素子としての半導体レーザ素子（半導体レーザチップ）２１と受光素子（ホトダイオード）２２が直列に並んで固定される構造になっている。
【００５６】
前記半導体レーザ素子２１の一方の出射面から出射したレーザ光（一方のレーザ光）は光ファイバ芯線３ａの先端から光ファイバ内に取り込まれ、他方の出射面から出射したレーザ光（他方のレーザ光）は受光素子２２によってその光出力強度を受光されてモニタされるようになっている。
【００５７】
シリコンプラットフォーム１６の一面には、図１０に示すように、パターン化された導電性のメタライズ層２５が設けられている。このメタライズ層２５は前記半導体レーザ素子２１や受光素子２２を搭載する搭載部や導電性のワイヤを接続するボンディングパッドを構成している。そして、前記搭載部上には半導体レーザ素子２１及び受光素子２２が導電性の接着層を介して固定されている。半導体レーザ素子２１及び受光素子２２は共に電極が上面と下面に設けられていることから、下部電極はそれぞれ所定のメタライズ層２５に電気的に接続されることになる。
【００５８】
前記搭載部に連なるメタライズ層の一部と前記所定のリード６の内端部分は、図６及び図７に示すように導電性のワイヤ２６で接続されている。また、半導体レーザ素子２１及び受光素子２２の上面電極は導電性のワイヤ２６を介してそれぞれ独立したメタライズ層に固定されるとともに、このメタライズ層の一部はワイヤ２６を介して前記所定のリード６の内端部分に電気的に接続されている。
【００５９】
また、シリコンプラットフォーム１６の一面に設けられた溝２０に交差して排出溝２７が設けられている（図１０参照）。光ファイバ芯線３ａ（光ファイバ）はこの排出溝２７を通り越した状態になるが、通り越して突出する長さは極めて短い。たとえば、その突出長さは１００μｍ程度である。また光ファイバ芯線３ａの直径、即ちクラッドの直径は、例えば１２５μｍ程度である。
【００６０】
光ファイバ芯線３ａは前記排出溝２７の近傍に、図１０に示すように、第一次固定部３０と第二次固定部３１の二種類の接着剤による固定によってシリコンプラットフォーム１６に固定されている。第一次固定部３０は紫外線硬化接着剤によるものであり、第二次固定部３１は熱硬化性樹脂によるものである。
【００６１】
前記第一次固定部３０は、図１０に示すように光ファイバ芯線３ａの光軸に沿って細長く形成される。溝２０に光ファイバ芯線３ａを這うように挿入しかつ位置決めした後、紫外線硬化接着剤を塗布し、その後紫外線を照射して紫外線硬化接着剤を硬化させて第一次固定（仮固定）を行う。この第一次固定で光ファイバ芯線３ａは確実にシリコンプラットフォーム１６に固定される。従って、その後に本固定である第二次固定を行う。この第二次固定は、第一次固定部３０によって固定された光ファイバ部分の半導体レーザ素子２１から遠い部分に熱硬化性樹脂を塗布し、その後熱硬化させることにより行われる。この第二次固定処理はバッチ処理が可能であり、生産性を高めることができる。
【００６２】
前記第一次固定処理及び第二次固定処理において、目安として前記排出溝２７を越えないように紫外線硬化接着剤や熱硬化性樹脂等の接着剤の塗布を行う。また、排出溝２７内に入った接着剤は排出溝２７を通ってシリコンプラットフォーム１６の側部に案内されるため、光ファイバ芯線３ａの先端面と半導体レーザ素子２１の出射面との間に接着剤が入り込むことがなく光の授受を阻害しない。
【００６３】
一方、ケース本体部１０ａ内にはゴム特性を示すゲル状樹脂が充填されて保護膜３６が形成されている。この保護膜３６は、半導体レーザ素子２１から出射して光ファイバ芯線３ａの先端に到達するレーザ光の透過損失を低下させなくするために、前記レーザ光に対して透明であるとともに、耐湿性に優れた保護体でもある。この保護膜３６は、ベース板１５，シリコンプラットフォーム１６，光ファイバ芯線３ａ，半導体レーザ素子２１，受光素子２２等を被い、半導体レーザ素子２１や受光素子２２の耐湿性向上が図られている。
【００６４】
他方、図１，図６，図７に示すように、ケースガイド部１０ｂ及びキャップガイド部１１ｂは両者の合わせ面にそれぞれ溝が設けられている。この溝は、光ファイバケーブル３を案内するケーブルガイド溝１０ｃ，１１ｃと、このケーブルガイド溝１０ｃ，１１ｃに連なる芯線ガイド溝１０ｄ，１１ｄとからなっている。ケーブルガイド溝１０ｃ，１１ｃはケースガイド部１０ｂ及びキャップガイド部１１ｂの端からその途中まで延在し、残りの部分が芯線ガイド溝１０ｄ，１１ｄになっている。ケーブルガイド溝１０ｃ，１１ｃには樹脂をより多く充填して光ファイバケーブル３の固定強度を上げるため、周方向に溝１０ｅ，１１ｅが設けられている。
【００６５】
そして、これが本発明の特徴の一つであるが、前記芯線ガイド溝１０ｄ，１１ｄの半導体レーザ素子２１寄りの先端部分（内端部分）には樹脂によってダム３５が形成されている。このダム３５は樹脂の滴下とその硬化処理によって形成され、芯線ガイド溝１０ｄ，１１ｄに挿入された光ファイバ芯線３ａの外周の隙間を埋め尽くすようになり、ケース本体部１０ａ内に充填するシリコーン樹脂が、その充填時に光ファイバ芯線３ａの外周の隙間を伝わってケースガイド部１０ｂ及びキャップガイド部１１ｂに浸入しないダムの働きを担っている。
【００６６】
このダム効果を高めるため、芯線ガイド溝１０ｄの内端は芯線ガイド溝１１ｄよりもケース本体部の中央側に長く突出する構造が採用されている。従って、ダム３５を形成する際の樹脂の滴下時、前記突出部３７上にも樹脂が載り、図９に示すように、小高く盛り上がるダム３５が形成されるようになり、保護膜３６を形成するときの樹脂の充填時、樹脂の浸入を防止することができる。
【００６７】
前記保護膜３６よりも外側の芯線ガイド溝１０ｄ，１１ｄ及びケーブルガイド溝１０ｃ，１１ｃには接着剤３８，４２が充填されて光ファイバ芯線３ａ及び光ファイバケーブル３を固定している。
【００６８】
前記保護膜３６は、例えばレーザ光が透過できる透明なシリコーン樹脂で（α＝４．０×１０^-4／℃）形成されている。接着剤３８，４２はアミン系のエポキシ樹脂で形成されている。ダム３５は、前記保護膜３６とアミン系のエポキシ樹脂からなる接着剤３８，４２を分離するために用いている。例えばダム３５はエポキシ樹脂系の紫外線硬化接着剤（α＝６．２×１０^-5／℃）で形成されている。
なお、保護膜３６は、シリコーンゲルに限らずいずれも透明なシリコーンゴム，低応力エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ウレタン樹脂であっても良い。
【００６９】
このようにダム３５が存在するため、本体部に設けられるゲル状樹脂からなる保護膜３６と、ガイド部に光ファイバを固定する接着剤３８は接触することがないため、熱変動に起因する熱応力が光ファイバ芯線に加わり難くなり、光ファイバ芯線の破断が起き難くなり、光伝送不良が発生し難くなる。
【００７０】
前記ダム３５を形成する樹脂は紫外線硬化型のエポキシ樹脂からなるので、光ファイバをシリコン基板に固定する際の紫外線照射の工程と同じ工程で行うことができる。
【００７１】
接着剤３８，４２としてアミン系のエポキシ樹脂が使用されるのは、下記の理由による。即ち、プラスチックケースとの接着力が優れているためである。プラスチックケースとの接着力を保持できれば、この接着力の種類は限られない。
【００７２】
図１はケース１０にキャップ１１を取り付ける前の状態の光電子装置１の平面図である。この図ではダム３５の存在によって保護膜３６と接着剤３８とが直接接触していない状態がよくわかる。なお、図７では保護膜３６は一部を取り除いて説明してある。
【００７３】
また、ケース１０にはキャップ１１が接着剤４２によって固定されている。この接着剤は、前記接着剤３８と同じ材質のアミン系のエポキシ樹脂が使用されている。ケースガイド部１０ｂとキャップガイド部１１ｂでは接着剤３８に接着剤４２が重なるようになる。
【００７４】
本実施形態１では、ケース１０に組み込んだベース板１５やリード６は、熱膨張係数がシリコン（α＝３．０×１０^-6／℃）や光ファイバ芯線３ａを構成する石英（α＝０．５×１０^-6／℃）に近似した熱膨張係数（α＝５×１０^-6／℃）を有する４２アロイで形成するとともに、トランスファモールド等によって形成するケース１０やキャップ１１は異方性の液晶ポリマーで形成してある。即ち、液晶ポリマーはトランスファモールド時の樹脂の流れ方向の熱膨張係数が２．２×１０^-6／℃と小さく、シリコンや石英の熱膨張係数に近似している。そこで、光ファイバの延在方向に沿って樹脂を流すようにしてケース１０は形成されている。図８は、トランスファモールド時のゲート跡４０と、トランスファモールド時の樹脂の流れ（矢印で示す）を示してある。トランスファモールド時、ベース板１５の裏面側に加圧ピンを接触させるため、トランスファモールド後は、ベース板１５は図８のように露出する。露出部分は細長い領域となり、面積が広いため熱放散性はさらに良好になる。
【００７５】
ケース１０及びキャップ１１が液晶ポリマーで形成され、ベース板１５が４２アロイで形成され、パッケージ５及びベース板１５の光ファイバの延在方向の熱膨張係数が、光ファイバ芯線の熱膨張係数と近似するため、光電子装置１の実装時の熱によってベース板１５に固定されたシリコンプラットフォーム１６に固定された光ファイバ芯線部分や、ケースガイド部１０ｂ及びキャップガイド部１１ｂに固定された光ファイバ芯線部分の剥離が発生し難くなり、半導体レーザ素子２１と光ファイバ芯線３ａとの光結合効率の低下が発生し難くなる。また、固定されない故に発生する光ファイバ芯線３ａの断線不良も発生し難くなる。
【００７６】
本実施形態１では、ベース板１５の下のケース１０の厚さを薄く（例えば、０．２５ｍｍ）して、大気への熱放散効果を大きくしているが、前述のように液晶ポリマーはウエルド引張り強度が低い。従って、ケース１０の底の液晶ポリマー厚さを薄くすると、脆く機械的強度が低くなることから、図６，図８，図９（図１３参照）に示すように、周縁部分を厚くしてリブ４１を形成してある。強度を向上させるための補強は、このような周縁を厚くするだけの構造だけでなく、更に部分的に厚くする構造、あるいは厚い箇所をそれぞれ複数箇所設ける等の構造でもよい。
これにより、パッケージ５の機械的強度を高めることができ、パッケージの信頼性を高めることができ、光電子装置１の長寿命化も達成できる。
【００７７】
つぎに、光電子装置（半導体光モジュール）１の製造方法について説明する。最初に、各部品や組立品を用意する。即ち、光ファイバをガイドするガイド付きのプラスチック製のケース１０及び前記ケース１０を塞ぐように取り付けられるプラスチック製のキャップ１１ならびに一面に半導体レーザ素子２１や受光素子２２を搭載しかつ半導体レーザ素子２１に向かって延在する光ファイバ芯線３ａを案内する溝２０を有するシリコンプラットフォーム１６等を用意する。前記ケース１０，キャップ１１は前述のような構造になっている。
【００７８】
シリコンプラットフォーム１６は、前述したように図１０に示すように半導体レーザ素子２１や受光素子２２が固定されているが、この段階ではシリコンプラットフォーム１６に光ファイバ芯線３ａは固定されておらず、かつワイヤ２６による接続もなされていない。
【００７９】
ここで、リード付き樹脂ケース１０の製造方法について説明する。図１１はトランスファモールド法によってリードフレーム５０にケース１０を形成した平面図であり、図１２は底面図、図１３は断面図である。また、図１４はリードフレームをモールド下型とモールド上型に型締めしてトランスファモールドを行っている状態を示す断面図である。
【００８０】
リードフレーム５０は、熱膨張係数をシリコン等に近似させるため、銅に代えて４２アロイで形成されている。４２アロイの代わりにコバール等でもよい。特に限定はされないが、リードフレーム５０は厚さ０．２５ｍｍのものを使用する。リードフレーム５０は、図１１に示すように、相互に平行に延在する一対の外枠５１と、これら外枠５１に直交する相互に平行に延在する一対の内枠５２からなる枠構造のリードフレーム枠５３を有している。
【００８１】
前記一対の内枠５２の左側半分の内側からは所定間隔に４本のリード６が前記外枠５１に平行に延在している。内枠５２から延在するリード６のうち少なくとも１本は中央のベース板１５に繋がるパターンになっている。ベース板１５に連なるリード６はパッケージグランドとなる。残りのリード６の先端は前記ベース板１５の近傍に臨むようなパターンになっている。図１１では内枠５２からそれぞれ４本のリード６が突出するようになっている。
【００８２】
平行に並ぶ４本のリード６はダム片５４で連結されている。このダム片５４はケース１０の外周に沿うようなパターンとなり、左側の４本のリード６の部分では細くなり、左側では中央側に張り出して幅広となっている。左側の部分にケース本体部１０ａが形成され、右側にケースガイド部１０ｂが形成されている。ケース本体部１０ａは上部が開口した箱型構造となり、ケースガイド部１０ｂは光ファイバ芯線を案内する細い芯線ガイド溝１０ｄと、この芯線ガイド溝１０ｄに直線状に連なるケーブルガイド溝１０ｃとが設けられている。ケーブルガイド溝１０ｃには溝１０ｅが設けられている。
【００８３】
また、図１５に示すように、芯線ガイド溝１０ｄの内端側では突出部３７が設けられ、この部分が前記ダム３５を形成する部分になっている。従って、この突出部３７上に樹脂をポッティングするとともに硬化させてダム３５を形成した場合（図１及び図６参照）、ケース本体部１０ａの保護膜３６を充填する開口部５５と、ケースガイド部１０ｂの芯線ガイド溝１０ｄはダム３５によって分断されることになる。
【００８４】
リード６はケース本体部１０ａから突出する部分は幅が広く、途中から細くなっている。ダム片５４は太いリード部分に設けられている。また、リードフレーム枠５３にはリードフレーム５０を移送したり、位置決めする際使用するガイド孔５７，５８である。
【００８５】
トランスファモールドにおいては、図１４に示すように、リードフレーム５０をモールド下型６１とモールド上型６２に型締めし、左端部分に設けたゲート６３から液状液晶ポリマー６４をモールド下型６１とモールド上型６２によって形成されたキャビティに注入してケース１０を形成する。
【００８６】
このトランスファモールドにおいて、リードフレーム５０のベース板１５、モールド下型６１に組み込れた加圧ピン６５によってモールド上型６２に弾力的に押し付けられる。これにより、液状液晶ポリマー６４が支持板１５の半導体レーザ素子等を固定する搭載面側に回り込まないようになる。
【００８７】
図１２はトランスファモールド法によってリードフレーム５０にケース１０を形成した底面図であり、ケース本体部１０ａの底面に残留する丸い部分はゲート跡４０である。そして、ベース板１５が露出する領域が加圧ピン６５が接触していた領域である。同図面で示す矢印は液状液晶ポリマー６４のキャビティ内での流れ状態を示す。この図から分かるように液状液晶ポリマー６４の流れ方向は、光ファイバの延在方向に沿っていることから、製造されたケース１０の光ファイバの延在方向での熱膨張係数は２．０×１０^-6／℃と小さくなるとともに、シリコン基板等に近似した数値になる。説明は省略するがキャップ１１も液晶ポリマーで製造するが、光ファイバの延在方向に沿う方向が熱膨張係数、２．０×１０^-6／℃のように小さくなるように成形する。
【００８８】
本実施形態１では細長い加圧ピン６５をベース板１５の裏面の中央に沿って位置させることから、この加圧ピン６５が当接する領域には、樹脂がぶつかり合って形成される、所謂ウエルドラインが発生しなくなる。この結果、ウエルドラインに起因したクラックの発生が無くなることになり、リード付きケースの製造歩留りが向上する。
【００８９】
また、このトランスファモールドによるケース１０の成形時、前記ベース板１５の下のケース１０の厚さを薄く（例えば、０．２５ｍｍ）して、大気への熱放散効果を大きくするが、前述のように液晶ポリマーはウエルド引張り強度が低いことから、図１３に示すように、ケース１０の底周縁は厚くリブ４１を形成して機械的強度を高める。これにより、パッケージ５の機械的強度を高めることができ、パッケージの信頼性を高めることができ、光電子装置１の長寿命化も達成できることになる。
【００９０】
つぎに、各リード６を連結するダム片５４を切断除去するとともに、リード６の外端部分を切断してリード６を内枠５２から分離することによってリード６がケース１０から真っ直ぐ横方向に延在する所謂バタフライ型のケースを作製することができる。また、リード６の切断分離と同時に、または単独でリード６を成形して同一方向に曲げることにより、図４に示すようにデュアルインライン型にすることができる。
【００９１】
つぎに、このようなケース１０及びキャップ１１を用いて光電子装置の組み立てについて説明する。
【００９２】
図１７に示すように、半導体レーザ素子２１及び受光素子２２を固定したシリコンプラットフォーム１６を、ケース１０の内底に露出するベース板１５上に接合材１７を介して位置決め固定する。また、図示はしないが、半導体レーザ素子２１及び受光素子２２の上部電極と所定の箇所をワイヤ２６で接続する。
【００９３】
つぎに、図１６に示すように、ケースガイド部１０ｂのケーブルガイド溝１０ｃに光ファイバケーブル３を挿入するとともに、先端側の光ファイバ芯線３ａを芯線ガイド溝１０ｄに挿入する。また、図１７に示すように、光ファイバ芯線３ａの先端を半導体レーザ素子２１の出射面に対面させ、かつシリコンプラットフォーム１６に設けられた図示しないマークを使用してパッシブアライメント方法で高精度にシリコンプラットフォーム１６に位置決め固定する。
【００９４】
なお、位置決め固定は所定のリード６間に所定の電位を印加して半導体レーザ素子２１を動作させてレーザ光を出射させ、この出射光を光ファイバ芯線３ａの先端から光ファイバ内に取り込み、かつ光出力を検出しながら光結合調整を行い固定する方法でもよい。
【００９５】
前記固定は、例えば、図１８（ａ）〜（ｃ）に示す方法で行う。即ち、図１８（ａ）に示すように、シリコンプラットフォーム１６の溝２０内に紫外線硬化接着剤３０ａを塗布した後、光ファイバ芯線３ａを紫外線硬化接着剤３０ａに押し付けるようにして溝２０の底に押し付ける。この押し付けは、図１８（ｂ）に示すように、押付片６６に所定の荷重を加えることによって行う。たとえば、１００ｇの荷重を加える。
【００９６】
つぎに、光ファイバ芯線３ａの両側の紫外線硬化接着剤３０ａに紫外線照射ファイバ６７，６８を使用して紫外線を照射させ、紫外線硬化接着剤３０ａを硬化させる。これにより硬化した紫外線硬化接着剤３０ａによって第一次固定部３０が形成され、光ファイバ芯線３ａは動くことなくシリコンプラットフォーム１６に固定されることになる。
【００９７】
つぎに、図１８（ｃ）に示すように、熱硬化性樹脂３１ａを光ファイバ芯線３ａの上からシリコンプラットフォーム１６の一面に亘るように塗布し、かつ熱硬化処理して熱硬化性樹脂３１ａによる第二次固定部３１を形成する。これにより、光ファイバ芯線３ａをシリコンプラットフォーム１６に高精度に固定する。
【００９８】
つぎに、図１９に示すように、ケースガイド部１０ｂから突出する光ファイバケーブル３部分を、エポキシ樹脂系の紫外線硬化接着剤１２によって固定するとともに、突出部３７の芯線ガイド溝１０ｄ部分にエポキシ樹脂系の紫外線硬化接着剤を充填するとともに硬化させてダム３５を形成する。このダム３５は、ケース本体部１０ａ内にシリコーン樹脂を注入した際、シリコーン樹脂が芯線ガイド溝１０ｄと光ファイバ芯線３ａとの隙間を伝わってケースガイド部１０ｂの中央側に向かって流れるのを防止し、後工程で光ファイバケーブル３及び光ファイバ芯線３ａを固定する接着剤（アミン系のエポキシ樹脂）との接触を防止するためである。
【００９９】
つぎに、図２０に示すように、ケース本体部１０ａ内にシリコーン樹脂を充填する。シリコーン樹脂を充填した後、紫外線を照射させ、ついで加熱養生（１２０℃で３０分）及び加熱硬化（１２０℃で１時間）を行い、ゲル状樹脂による保護膜３６を形成する。
【０１００】
つぎに、ダム３５から接着剤１２に至る芯線ガイド溝１０ｄ，ケーブルガイド溝１０ｃにアミン系のエポキシ樹脂を塗布して両溝内を満たし、かつベークさせて図１に示すように、接着剤３８で光ファイバケーブル３及び光ファイバ芯線３ａをケースガイド部１０ｂに固定する。
【０１０１】
つぎに、キャップ１１をケース１０に重ね、両者を接着剤４２（アミン系のエポキシ樹脂）で接着し、図６及び図２乃至図４に示すような光電子装置（半導体光モジュール）１を製造する。
【０１０２】
本実施形態１によれば、以下の効果を有する。
（１）ダム３５が存在するため、本体部に設けられるゲル状樹脂からなる保護膜３６と、ガイド部に光ファイバ（光ファイバ芯線３ａ及び光ファイバケーブル３）を固定する接着剤３８は接触することがない。前記ダム３５を形成する樹脂は紫外線硬化型のエポキシ樹脂からなる。これによりケースガイド部がアミン系のエポキシ樹脂で充填され、ケースとキャップの接着力も保持されるため、しっかりしたファイバ固定ができ、熱変動に起因する熱応力が光ファイバ（光ファイバ芯線）に加わり難くなり、光ファイバ芯線の破断が起き難くなり、光伝送不良が発生し難くなる。
【０１０３】
（２）ケース１０及びキャップ１１の光ファイバ（光ファイバ芯線３ａ）の延在方向の熱膨張係数は４．０×１０^-4／℃（液晶ポリマー）であり、４２アロイからなるベース板１５の熱膨張係数は５×１０^-6／℃であり、シリコンプラットフォーム１６の熱膨張係数は３．０×１０^-6／℃であり、光ファイバ芯線３ａの熱膨張係数は０．５×１０^-6／℃であり、いずれも銅（α＝１７×１０^-6／℃）に比較して小さく、相互に近似する数値であることから、シリコンプラットフォームとケースガイド部で固定される光ファイバの熱変動に起因した剥がれが起き難くなる。また、光ファイバの先端部分は紫外線硬化接着剤及び熱硬化性接着剤によってそれぞれ支持基板に固定されているので、接着強度が高く光ファイバの剥離が起き難い。この結果、光ファイバの先端では半導体レーザ素子との間の光の授受効率の低下を引き起こさなくなるとともに、ケースガイド部での光ファイバ（光ファイバ芯線）の破断が発生し難くなる。
【０１０４】
（３）液晶ポリマー（ＬＣＰ）は耐熱性が高く（熱変形温度２６０℃以上）、曲げ強度が高い（曲げ強さ：２５℃で２１．１ｋｇ／ｍｍ²）という特長があるが、成形後のウエルド引張り強度が小さい。従って、放熱性を良好とするためにベース板下の樹脂厚さ（液晶ポリマー厚さ）を薄くすると、脆くなり破損し易くなるが、ケース底周縁を厚くすることによって強度の増大が図られていることから、機械的強度の信頼性の高いパッケージとなる。
【０１０５】
（ｄ）前記保護膜の上部には空隙が存在していることから、熱によって保護膜が膨張してもこの膨張分は前記空隙部分に伸びるだけであり、上側のキャップに接することがないため、パッケージ変形により光ファイバに応力が加わらなくなり、光ファイバの破断等が起き難くなる。
【０１０６】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。即ち、光電変換素子としての受光素子と光ファイバの接続構造であっても同様に適用でき同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【０１０８】
（１）光ファイバ芯線を固定するアミン系のエポキシ樹脂からなる接着剤と、ゲル状樹脂からなる保護膜は直接接触することがなく、両者の間には紫外線硬化接着剤からなるダムが設けられていることから、ケースガイド部がアミン系のエポキシ樹脂で充填されるため熱応力による光ファイバ芯線の破損が防止できる。
【０１０９】
（２）光ファイバ（光ファイバ芯線）は２点支持構成であるが、ケースは液晶ポリマーで形成するとともに光ファイバの延在方向での熱膨張係数を小さくして光ファイバ芯線の熱膨張係数に近似させ、かつシリコンプラットフォームを固定する金属製のベース板を４２アロイで形成してあることから、支持部で光ファイバ芯線が剥がれ難くなり、光ファイバの断線や半導体レーザ素子との間の光の授受効率が変動し難くなり、信頼性の高い光電子装置を提供することができる。
【０１１０】
（３）ケースは液晶ポリマーで形成するが、ケース底にベース板が露出するとともに、ベース板の下の樹脂の厚さを薄くしてあることから、光電子装置の熱放散性が良好になり、安定動作する光電子装置を提供することができる。
【０１１１】
（４）ケースはウエルド引張り強度が低い液晶ポリマーで形成するが、ケース底周縁の液晶ポリマーの厚さはリブとして厚く形成してあることから、ケースの機械的強度が高くなり、パッケージの信頼性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態（実施形態１）である光電子装置において、ダムによってゲル状樹脂とアミン系エポキシ樹脂との接触を阻止する構造を示す模式的平面図である。
【図２】本実施形態１の光電子装置の正面図である。
【図３】本実施形態１の光電子装置の平面図である。
【図４】本実施形態１の光電子装置の側面図である。
【図５】本実施形態１の光電子装置のピンレイアウトを示す模式図である。
【図６】本実施形態１の光電子装置の光ファイバ延在方向に沿う拡大断面図である。
【図７】本実施形態１の光電子装置のキャップを外した状態の拡大平面図である。
【図８】本実施形態１の光電子装置の一部を示す拡大底面図である。
【図９】本実施形態１の光電子装置の一部を示す拡大断面図である。
【図１０】本実施形態１の光電子装置におけるシリコン基板部分の拡大平面図である。
【図１１】本実施形態１の光電子装置の製造においてリードフレームに形成したケースを示す平面図である。
【図１２】前記リードフレームに形成したケースを示す底面図である。
【図１３】前記リードフレームに形成したケースの一部の拡大断面図である。
【図１４】前記ケースをトランスファモールド法によって形成する状態を示す断面図である。
【図１５】前記ケースの一部の拡大斜視図である。
【図１６】本実施形態１の光電子装置の製造においてケースに光ファイバを取り付ける状態を示す一部の斜視図である。
【図１７】本実施形態１の光電子装置の製造においてシリコン基板に光ファイバ芯線を位置決めする状態を示す模式図である。
【図１８】前記シリコン基板に光ファイバ芯線の固定方法を示す模式図である。
【図１９】前記溝に光ファイバを仮固定した状態を示す模式的斜視図である。
【図２０】本実施形態１の光電子装置の製造においてケース内にシリコーンゲルを入れた状態を示す拡大断面図である。
【図２１】本出願人の検討による光電子装置の一部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…光電子装置（半導体光モジュール）、２…モジュール本体、３…光ファイバケーブル、３ａ…光ファイバ芯線、４…光コネクタ、５…パッケージ、６…リード、７…界面、１０…ケース、１０ａ…ケース本体部、１０ｂ…ケースガイド部、１１…キャップ、１１ａ…キャップ本体部、１１ｂ…キャップガイド部、１２…接着剤、１５…ベース板、１６…支持基板（シリコンプラットフォーム）、１７…接合材、２０…溝、２１…半導体レーザ素子（半導体レーザチップ）、２２…受光素子、２５…メタライズ層、２６…ワイヤ、２７…排出溝、３０…第一次固定部、３０ａ…紫外線硬化接着剤、３１…第二次固定部、３１ａ…熱硬化性樹脂、３５…ダム、３６…保護膜、３７…突出部、３８…接着剤、４０…ゲート跡、４１…リブ、４２…接着剤、５０…リードフレーム、５１…外枠、５２…内枠、５３…リードフレーム枠、５４…ダム片、５５…開口部、５７，５８…ガイド孔、６１…モールド下型、６２…モールド上型、６３…ゲート、６４…液状液晶ポリマー、６５…加圧ピン、６７，６８…紫外線照射ファイバ。

Claims (23)

1. 内部に光電変換素子を含む部品を収容した本体部と、前記光電変換素子に先端を臨ませて前記光電変換素子との間で光の授受を行う光ファイバを貫通状態で案内するガイド部とを有するパッケージを有し、前記ガイド部では前記光ファイバは接着剤で前記ガイド部に固定され、前記本体部では前記光電変換素子や光ファイバの先端部分を含む部分は前記光に対して透明な樹脂で形成される保護膜で被われてなる光電子装置であって、前記保護膜と前記接着剤との間には前記保護膜と前記接着剤が接触しないようにダムが設けられていることを特徴とする光電子装置。
2. 前記保護膜はゲル状樹脂で形成され、前記接着剤はエポキシ樹脂で形成され、前記ダムは紫外線硬化接着剤で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
3. 前記本体部において前記保護膜の上部には空隙が存在していることを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
4. 前記パッケージはケースとこのケースに重ねて接着されたキャップとで形成され、前記ケースはケース本体部とこのケース本体部に連なるケースガイド部とで形成され、前記キャップはキャップ本体部とこのキャップ本体部に連なるキャップガイド部とで形成され、前記ケース本体部には所定形状の金属板が埋め込まれ、一部は前記本体部の内底に露出するベース板を形成し、残りは本体部の内外に亘って延在する複数のリードを形成し、前記ベース板上には支持基板が固定され、前記支持基板上には光電変換素子とこの光電変換素子との間で光の授受を行う光ファイバが固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
5. 前記ベース板やリードを形成する金属板は前記支持基板や前記光ファイバの熱膨張係数に近似した４２アロイやコバールで形成され、前記パッケージを構成するケース及びキャップは成形時の樹脂の流れに沿う方向の熱膨張係数が流れ方向に直交する方向の熱膨張係数よりも小さくなる樹脂で形成され、前記ケース及びキャップは光ファイバの延在方向の熱膨張係数が小さくなるように成形されていることを特徴とする請求項４に記載の光電子装置。
6. 前記ケース及び前記キャップを形成する前記樹脂は液晶ポリマーであることを特徴とする請求項５に記載の光電子装置。
7. 前記樹脂で形成される前記ケースのケース本体部の底はその周縁部分が内側部分よりも突出して厚くなるとともに、前記ベース板の中央において前記光ファイバの延在方向に沿って所定の長さに亘って樹脂が設けられず前記ベース板の裏面が露出していることを特徴とする請求項５に記載の光電子装置。
8. 前記パッケージの本体部の底はその周縁部分が内側部分よりも突出して厚くなっていることを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
9. 前記光ファイバの先端部分は紫外線硬化接着剤によって前記支持基板に固定されているとともに、熱硬化性接着剤によって前記支持基板に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の光電子装置。
10. 前記支持基板はシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
11. 前記支持基板には半導体レーザ素子及び受光素子並びに光ファイバの先端部分が固定され、前記光ファイバは前記半導体レーザ素子から出射される一方のレーザ光を先端から内部に取り込むように位置決め固定され、前記受光素子は前記半導体レーザ素子から出射される他方のレーザ光を受光するように位置決め固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
12. 前記保護膜はいずれも前記光に対して透明なシリコーンゲル，シリコーンゴム，低応力エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ウレタン樹脂のいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電子装置。
13. 内部に光電変換素子を含む部品を収容した本体部と、前記光電変換素子に先端を臨ませて前記光電変換素子との間で光の授受を行う光ファイバを貫通状態で案内するガイド部とを有するパッケージを有し、前記ガイド部では前記光ファイバは接着剤で前記ガイド部に固定され、前記本体部では前記光電変換素子や光ファイバの先端部分を含む部分は前記光に対して透明な樹脂で形成される保護膜で被われてなる光電子装置の製造方法であって、前記保護膜と前記接着剤との間には前記保護膜と前記接着剤が接触しないようにダムを設けることを特徴とする光電子装置の製造方法。
14. パッケージがケースとこのケースに重ねて接着されたキャップとで形成され、前記ケースはケース本体部とこのケース本体部に連なるケースガイド部とで形成され、前記キャップはキャップ本体部とこのキャップ本体部に連なるキャップガイド部とで形成され、前記ケース本体部には所定形状の金属板が埋め込まれ、一部は前記ケース本体部の内底に露出するベース板を形成し、残りはケース本体部の内外に亘って延在する複数のリードを形成し、前記ベース板上には支持基板が固定され、前記支持基板上には電極が前記リードに電気的に接続される光電変換素子が固定され、前記ガイド部には光ファイバが貫通状態に支持されるとともに接着剤で固定され、前記光ファイバの先端は前記光電変換素子との間で光の授受が行えるように前記支持基板に固定され、前記本体部内には前記光に対して透明な保護膜が前記光電変換素子や光ファイバ等を被う構成の光電子装置の製造方法であって、
    前記光電変換素子を含む部品を固定した前記支持基板を前記本体部内に位置決め固定する工程と、
    前記光電変換素子の各電極と前記リードの内端を電気的に接続する工程と、
    前記支持基板に固定された前記光電変換素子に対して前記光ファイバを光結合調整した後前記光ファイバの先端部分を接着剤で支持基板に固定する工程と、
    前記ケース本体部内に樹脂を充填して前記保護膜を形成する工程と、
    前記ケース本体部内に充填する樹脂が前記ケースガイド部内に浸入しないように前記ケース本体部とケースガイド部との境界部分に接着剤を塗布するとともに硬化させてダムを形成する工程と、
    前記ケース本体部に樹脂を充填するとともに硬化させて前記保護膜を形成するとともに、前記ケースガイド部に接着剤で光ファイバを固定する工程とを有することを特徴とする光電子装置の製造方法。
15. 前記光ファイバの光結合調整後前記光ファイバの先端部分を紫外線硬化接着剤によって接合するとともに、熱硬化性接着剤によって固定することを特徴とする請求項１４に記載の光電子装置の製造方法。
16. 前記ケースはトランスファモールドのモールド型にリードフレームを型締めした後前記ケースの一端側から他端側に向かって液晶ポリマー樹脂が流れるようにしてモールドを行うとともに、不要なリードフレーム部分を切断除去することによって形成することを特徴とする請求項１４に記載の光電子装置の製造方法。
17. 前記トランスファモールド時、モールド上型に対してリードフレームのベース板となる部分を加圧ピンで押し付けてモールドを行うとともに、前記加圧ピンは前記ベース板の中央において前記光ファイバの延在方向に沿って所定の長さに亘って延在し、流れる樹脂は前記加圧ピンの一端側で分岐されて前記加圧ピンの両側に沿って流れ、その後前記加圧ピンの他端側で再び合流して流れるようにすることを特徴とする請求項１６に記載の光電子装置の製造方法。
18. 前記ケースのケース本体部では底の周縁の樹脂厚さが厚くなるようにモールドすることを特徴とする請求項１６に記載の光電子装置の製造方法。
19. 前記リードフレームは４２アロイまたはコバールで形成することを特徴とする請求項１６に記載の光電子装置の製造方法。
20. 前記支持基板をシリコン基板で形成することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の光電子装置の製造方法。
21. 前記支持基板に半導体レーザ素子を固定するとともに、前記半導体レーザ素子から出射される一方のレーザ光を先端から内部に取り込むように光ファイバの先端部分を位置決め固定し、前記半導体レーザ素子から出射される他方のレーザ光を受光するように受光素子を位置決め固定することを特徴とする請求項１４に記載の光電子装置の製造方法。
22. 前記保護膜をゲル状樹脂で形成し、前記ケースガイド部に光ファイバを固定する前記接着剤はエポキシ樹脂で形成し、前記ダムは紫外線硬化接着剤で形成することを特徴とする請求項１４に記載の光電子装置の製造方法。
23. 前記保護膜はいずれも前記光に対して透明なシリコーンゲル，シリコーンゴム，低応力エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ウレタン樹脂のいずれかで形成することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の光電子装置の製造方法。

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