JP4038853B2

JP4038853B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP4038853B2
Application number: JP35738197A
Authority: JP
Inventors: 剛入江; 俊雄水江
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: JPH11186608A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用される光モジュールに関し、特に、樹脂にてモールド封止した光モジュールの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
旧来の光モジュールは、集光レンズを取り付けたカン形状のＴＯ（Total Outline）型標準パッケージ内に発光素子や受光素子を内蔵し、光ファイバフェルールを受容するためのスリーブとＴＯ型標準パッケージとを接着剤で固着することにより、一体化構造にしたものがあった。
【０００３】
しかし、ＴＯ型標準パッケージが金属製であるため、光モジュールの高コスト化や大型化を招くと共に、所望の形状に加工し難く設計の自由度が低いという問題があった。
【０００４】
そこで、旧来技術の課題を解決するために、発光素子や受光素子、電子素子をリードフレーム上に直接搭載し、必要な配線を施してこれらをプラスチック樹脂でモールド封止することにより、一体化構造にした光モジュールが提案された。
【０００５】
即ち、従来の光モジュールは、図６（ａ）に示すように、リードフレーム上に搭載された発光素子や受光素子を透明樹脂にてモールド封止して成る第１のモールド部２と、リードフレーム上に搭載された電子素子を不透明樹脂にてモールド封止して成る第２のモールド部４と、これらのモールド部２，４間を電気的且つ機械的に接続する複数本の内部リードピン６とを備えて構成されている。
【０００６】
更に、第１のモールド部２の先端部２ａに、光ファイバーフェルールを受容するための不透明な円筒状スリーブ８を固着することにより、円筒状スリーブ８の先端部から光ファイバーフェルールを挿入するだけで、光ファイバーと第１のモールド部２中の発光素子や受光素子との光軸合わせが自動的に行える構造となっている。
【０００７】
この第１のモールド部２と円筒状スリーブ８とを固着するためには、図６（ｂ）に示すように、円筒状スーリブ８の後端部に形成されている嵌合穴８ａ中に第１のモールド部２の先端部２ａを嵌合させ、嵌合穴８ａの内壁と先端部２ａの外壁との間に充填された紫外線硬化樹脂ＵＶを紫外線照射によって硬化させることで行っていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の光モジュールにあっては、次のような問題点があった。図６（ａ）（ｂ）に示したように、第１のモールド部２は、円錐台形状の先端部２ａと、この先端部２ａより大きな方形状の基部２ｂとがトランスファモールドによって一体成型された構造を有しており、第１のモールド部２と円筒状スリーブ８を紫外線硬化樹脂ＵＶで固着する際に、円筒状スリーブ８の後端部を基部２ｂに当接させていた。また、円筒状スリーブ８は紫外線に対して不透明であるため、紫外線硬化樹脂ＵＶを硬化させるためには、基部２ｂの後方から円筒状スリーブ８の嵌合穴８ａと第１のモールド部２の先端部２ａとの間に向けて紫外線を照射していた。しかし、紫外線の照度が基部２ｂによって低下してしまい、紫外線硬化樹脂ＵＶを十分に固化させるのに長時間を要する等の問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の課題を克服するためになされたものであり、発光素子や受光素子をモールド封止したモールド部とスリーブとを固着するための紫外線硬化樹脂に紫外線を直接照射することができる構造を有する光モジュールを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため本発明は、光素子を樹脂封止して成り一体化された基部および台部を有するモールド部を有し、円筒状のスリーブ内にモールド部の台部が嵌合されると共に紫外線硬化樹脂により固着される構造を有する光モジュールであって、光モジュールでは、前記モールド部の前記基部は前記台部に連続しており、モールド部の台部が、台部の頂上部分に行くにしたがって次第に細くなり、前記嵌合孔は前記モールド部の前記台部の側壁形状に合わせられた内周壁を有し、前記紫外線硬化樹脂は、前記台部の前記側壁上に塗布されており、モールド部の基部が、円錐台形状であり、台部に連なる部分の外径とほぼ同径またはそれより小径である。この光モジュールでは、スリーブは樹脂で成形されていることが好ましい。この光モジュールでは、光素子は発光素子であり、モールド部は、リードフレームの光素子搭載部上において発光素子を封止し、リードフレームはモールド部外にある内部リードピンを有することができる。この光モジュールでは、モールド部は、リードフレームの光素子搭載部上において光素子を封止し、リードフレームはモールド部外にある内部リードピンを有しており、内部リードピンはリードフレームの電子素子搭載部に接続されており、電子素子搭載部には電子素子が実装されており、電子素子は別のモールド部により封止されていることができる。
【００１１】
【作用】
光モジュールは、光素子を樹脂封止して成るモールド部を有し、円筒状のスリーブ内にモールド部の一端部が嵌合される構造を有する光モジュールであって、モールド部の一端部を除く部分を、一端部の外径とほぼ同径またはそれより小径に形成した。円筒形のスリーブとモールド部の一端部との嵌合部分に紫外線硬化樹脂を充填し、この紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させることにより、スリーブとモールド部を固着させる際に、モールド部の一端部を除く部分が、その一端部の外径とほぼ同径またはそれより小径に形成されているため、紫外線を紫外線硬化樹脂に直接照射することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の光モジュールの実施の形態を図面を参照して説明する。尚、光信号を受光し電気信号に変換して出力する受信用光モジュールＲｘと、電気信号を光信号に変換して送出する送信用光モジュールＴｘについて説明する。
【００１３】
まず、図１に基づいて、受信用光モジュールＲｘの構造を製造工程と共に説明する。
【００１４】
図１（ａ）において、受信用光モジュールＲｘを製造するための金属製リードフレーム１０を用意する。このリードフレーム１０には、光受光素子を搭載するための光素子搭載部１２と、電子素子を搭載するための電子素子搭載部１４と、これらの搭載部１２，１４間を電気的且つ機械的に連結する４本の内部リードピン１６と、電子素子搭載部１４の後方に位置する５本の外部リードピン１８が形成されており、光素子搭載部１２と電子素子搭載部１４の表面には、銀メッキが施されている。
【００１５】
次に、光素子搭載部１２にサブマウント部材２０を固着し、更にサブマウント部材２０上にベアチップの形態のままの光受光素子２２を固着する。電子素子搭載部１４には、光受光素子２２から出力される電気信号を増幅等するための電子素子を実装する。そして、光受光素子２２と内部リードピン１６の間と、電子素子と外部リードピン１８の間を夫々ボンディングワイヤーで配線する。
【００１６】
尚、サブマウント部材１４として、平行型のコンデンサ（ダイキャップ）等が用いられ、光受光素子２２として、１．３μｍ帯の波長の光信号に対して感度を有するＩｎＧａＡｓフォトダイオード等が用いられている。また、光受光素子２２には、その受光面と光軸合わせされた微小な集光レンズＬＮが形成されており、この集光レンズＬＮは、半導体製造プロセスにおいて、受光面上の被覆絶縁膜をエッチング処理することにより形成されている。
【００１７】
次に、図１（ｂ）において、前記の光受光素子２２及び電子素子等を実装したリードフレーム１０を所定形状の樹脂成型用金型２４中に収容し、光信号に対して透明な樹脂で光素子搭載部１２と電子素子搭載部１４を個々に樹脂封止（トランスファモールド）する。
【００１８】
これにより、図１（ｃ）に示すように、光素子搭載部１２とサブマウント部材２０及び光受光素子２２を一体封止する第１のモールド部２６と、電子素子搭載部１４と電子素子とを一体封止する第２のモールド部２８が成型される。
【００１９】
次に、リードフレーム１０の不要な部分を裁断して除去することにより、図１（ｄ）に示すような中間部品を形成する。
【００２０】
前記のトランスファモールドで成型された第１のモールド部２６は、サブマウント部材２０と光受光素子２２を封止する円錐台形状の台部２６ａと、台部２６ａの頂上部分に形成された非球面レンズ２６ｂと、光素子搭載部１２の裏面側に突出する円錐台形状又は円柱形状の基部２６ｃとが一体化された構造を有している。
【００２１】
更に、非球面レンズ２６ｂと光受光素子２２の受光面と集光レンズＬＮの光軸が一致しており、台部２６ａは、非球面レンズ２６ｂと集光レンズＬＮと光受光素子２２の受光面に対して同心円状で、頂上部分に行くにしたがって次第に細くなるように、所定の傾斜角を持った側壁と所定の高さを有する円錐台となっている。基部２６ｃは、台部２６ａに連なる部分を最大直径として次第に細くなる円錐台形状や、台部２６ａに連なる部分と同じ直径の円柱形状となっている。
【００２２】
次に、前記中間部品の内部リードピン１６を鈎形状に曲げることにより、台部２６ａに形成されている非球面レンズ２６ｂを第２のモールド部２８に対して反対側に向け、更に、外部リードピン１８を曲げることにより、同図（ｅ）に示すような、ＳＩＰ（シングルインラインパッケージ）型の受信用光モジュールＲｘを形成する。
【００２３】
次に、光ファイバーフェルールを受容するための円筒状スリーブ３０を第１のモールド部２６の台部２６ａに固着することにより、スリーブ３０が一体化された受信用光モジュールＲｘを完成する。
【００２４】
ここで、次に述べる固着工程により、前記の円筒状スリーブ３０と台部２６ａとを固着している。
【００２５】
図２（ａ）において、ｘｙｚ直交座標系に沿って移動自在な第１のステージＳＴ１に、未だスリーブ３０の固着されていない受信用光モジュールＲｘを支持し、同様にｘｙｚ直交座標系に沿って移動自在な第２のステージＳＴ２に、固着すべきスリーブ３０を支持する。
【００２６】
第２のステージＳＴ２は、図２（ｂ）の断面図に示すように、角度６０°で形成されたＶ字状の溝部３２を有するブロック部３４と、鉛直方向より溝部３２に対向する挟持体３６とを備えており、溝部３２中に配置したスリーブ３０を挟持体３６では挟むことにより３点支持するようになっている。
【００２７】
円筒状スリーブ３０は不透明樹脂で成型されており、図２（ａ）の断面図に示すように、先端側からフェルールを嵌挿させるための貫通孔３８と、後端部から受信用光モジュールＲｘの台部２６ａを嵌合させるための嵌合孔４０と、これらの貫通孔３８と嵌合孔４０間を連通する連通孔４２を有している。嵌合孔４０は、台部２６ａの側壁形状に合わせられた円錐台形状の内周壁を有し、その内周壁の深部側に環状の凸部４４と、凹環状の樹脂だまり部４６が形成されている。
【００２８】
このように、受信用光モジュールＲｘとスリーブ３０を第１，第２のステージＳＴ１，ＳＴ２にて支持し、更に、マルチモード光ファイバーＦＬを受容した調整用フェルール４８をスリーブ３０の貫通孔３８中に嵌挿し、受信用光モジュールＲｘを実際に作動させた状態で、受信用光モジュールＲｘとスリーブ３０を固着させるための処理を行う。
【００２９】
まず、図２（ｃ）に示すように、台部２６ａの側壁の３箇所に、等間隔で紫外線硬化樹脂ＵＶを塗布し、台部２６ａをスリーブ３０の嵌合孔４０中に嵌合させる。更に、図３に示すように、光ファイバーＦＬに光信号ｈνを導入し、受信用光モジュールＲｘから出力される電気信号が最大振幅となるように、第１，第２のステージＳＴ１，ＳＴ２の位置を調整することにより、台部２６ａに設けられた非球面レンズ２６ｂと光ファバーＦＬとの光軸Ｑを一致させる。
【００３０】
この光軸調整が完了した後、基部２６ｃの斜め後方から、嵌合孔４０と台部２６ａとの間に充填されている紫外線硬化樹脂ＵＶに対して紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂ＵＶを固化させる。これにより、スリーブ３０と第１のモールド部２６が光軸合わせされた状態で固着される。
【００３１】
次に、スリーブ３０の嵌合孔４０と第１のモールド部２６の台部２６ａとの間に熱硬化樹脂を充填して、スリーブ３０と第１のモールド部２６をより強固に固着することにより、スリーブ３０が一体化された受信用光モジュールＲｘを完成する。
【００３２】
このように、この受信用光モジュールＲｘによれば、第１のモールド部２６の基部２６ｃを、台部２６ａに較べて小径の円錐台形状又は円柱形状にしたため、スリーブ３０と台部２６ａを紫外線硬化樹脂ＵＶで固着する際に、基部２６が邪魔することなく、紫外線を紫外線硬化樹脂ＵＶに直接照射することができ、紫外線硬化樹脂ＵＶを短時間で確実に固化させることができる。
【００３３】
また、図２（ｃ）に示したように、紫外線硬化樹脂ＵＶを台部２６ａの側壁に等間隔に塗布して嵌合孔４０中に固着させるので、各部位の紫外線硬化樹脂ＵＶが硬化する際にに均一に収縮することとなる。このため、スリーブ３０と第１のモールド部２６とを高精度で調芯することができる。
【００３４】
更に、Ｖ字状の溝部３２を有する第２のステージＳＴ２で円筒状スリーブ３０を３点支持するので、スリーブ３０と第１のモールド部２６とを高精度で調芯することができる。
【００３５】
次に、図４に基づいて、送信用光モジュールＴｘの構造を製造工程と共に説明する。
【００３６】
図４（ａ）において、送信用光モジュールＴｘを製造するためのリードフレーム５０には、発光素子を搭載するための光素子搭載部５２と、電子素子を搭載するための電子素子搭載部５４と、これらの搭載部５２，５４間を電気的且つ機械的に接続する２本の内部リードピン５６と、電子素子搭載部５４の後方に位置する４本の外部リードピン５８が形成されている。
【００３７】
光素子搭載部５２上にダイキャップ等のサブマウント部材６０を固着し、更に、サブマウント部材６０上にベアチップの形態のままの発光素子６２を固着する。電子素子搭載部５４には、発光素子６２に電気信号を供給するための電子素子を実装する。尚、発光素子６２として、１．３μｍ帯の光信号を出射する面発光型のＩｎＧａＡｓＰ発光ダイオードや、面発光型のＩｎＧａＡｓレーザーダイオードが用いられ、これらの発光面には光軸合わせされた微小な集光レンズＬＮ’が形成されている。
【００３８】
そして、発光素子６２と内部リードピン５６の間と、電子素子と外部リードピン５８の間をボンディングワイヤーで配線した後、図４（ｂ）に示すように、所定形状の樹脂成型用金型６４内に収容し、光信号に対して透明な樹脂で光素子搭載部５２と電子素子搭載部５４をトランスファモールドする。
【００３９】
これにより、図４（ｃ）に示すような、光素子搭載部５２とサブマウント部材６０と発光素子６２を封止して成る第１のモールド部６６と、電子素子搭載部５４と電子素子を封止して成る第２のモールド部６８を成型する。
【００４０】
次に、リードフレーム５０の不要な部分を裁断して除去することにより、図４（ｄ）に示すような中間部品を形成する。ここで、第１のモールド部６６は、図図１（ｄ）に示した受信用光モジュールＲｘと同様に、サブマウント部材６０と発光素子６２を封止する円錐台形状の台部６６ａと、台部６６ａの頂上部分に成型された非球面レンズ６６ｂと、光素子搭載部５２の裏面側に突出する円錐台形状又は円柱形状の基部６６ｃとが一体化された構造を有している。
【００４１】
また、非球面レンズ６６ｂと発光素子６２の受光面と集光レンズＬＮ’の光軸が一致しており、台部６６ａは、非球面レンズ６６ｂと集光レンズＬＮ’と発光素子６２の受光面に対して同心円状で、頂上部分に行くにしたがって次第に細くなるように、所定の傾斜角を持った側壁と所定の高さを有する円錐台となっている。基部６６ｃは、台部６６ａに連なる部分を最大直径として次第に細くなる円錐台形状や、台部６６ａに連なる部分と同じ直径の円柱形状となっている。
【００４２】
次に、前記中間部品の内部リードピン５６を鈎形状に曲げることにより、台部６６ａに形成されている非球面レンズ６６ｂを第２のモールド部６８に対して反対側に向け、外部リードピン５８を曲げることにより、図４（ｅ）に示すような、ＳＩＰ（シングルインラインパッケージ）型の送信用光モジュールＴｘを形成する。更に、図２及び図３に示したのと同じ形状のスリーブ３０を第１のモールド部６６の台部６６ａに固着することによって、スリーブ３０が一体化された受信用光モジュールＴｘを完成する。
【００４３】
尚、図２及び図３に示した受信用光モジュールＲｘの場合と同様の固着工程で、スリーブ３０と台部６６ａとを固着させる。即ち、未だスリーブ３０が固着されていない送信用光モジュールＴｘを第１のステージＳＴ１に支持すると共に、第２のステージＳＴ２にてスリーブ３０を挟持し、図２（ｃ）に示したのと同様に、台部６６ａの側壁に等間隔で紫外線硬化樹脂ＵＶを塗布して嵌合孔４０中に嵌合させる。更に、送信用光モジュールＴｘを実際に作動させて、調整用フェルール中に受容されているマルチモード光ファイバーＦＬに導入された光信号が最大強度となるように光軸調整を行う。そして、基部６６ｃの斜め後方から紫外線硬化樹脂ＵＶに向けて紫外線を照射することにより固化させ、更にスリーブ３０と第１のモールド部６６とを熱硬化脂でより強度に固着することにより、最終的な送信用光モジュールＴｘを完成する。
【００４４】
このように、この送信用光モジュールＲｘによれば、第１のモールド部６６の基部６６ｃを、台部６６ａに較べて小径の円錐台形状又は円柱形状にしたので、スリーブ３０と台部６６ａを紫外線硬化樹脂ＵＶで固着する際に、基部６６が邪魔することなく、紫外線を紫外線硬化樹脂ＵＶに直接照射することができる。このため、紫外線硬化樹脂ＵＶを短時間で確実に固化させることができる。
【００４５】
尚、外部リードピンが一列に配列されたＳＩＰ型の受信用光モジュールＲｘと送信用光モジュールＴｘについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図５（ａ）（ｂ）に示すようなＤＩＰ（ディアルインラインパッケージ）型の受信用光モジュールＲｘと送信用光モジュールＴｘにも適用できる。
【００４６】
即ち、図１（ａ）に示したリードフレーム１０に、外部リードピン１８に代えて、電子素子搭載部１４の両側に複数本ずつの外部リードピンを設けることにより、ＤＩＰ型の受信用光モジュールＲｘを製造することができる。また、図４（ａ）に示したリードフレーム５０に、外部リードピン５８に代えて、電子素子搭載部５４の両側に複数本ずつの外部リードピンを設けることにより、ＤＩＰ型の送信用光モジュールＲｘを製造することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光モジュールによれば、光素子を樹脂封止して成るモールド部の一端部を除く部分を、その一端部の外径とほぼ同径またはそれより小径に形成したため、円筒形のスリーブとその一端部との嵌合部分に紫外線硬化樹脂を充填し、この紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させる際に、紫外線を紫外線硬化樹脂に直接照射することができる。これにより、短時間で確実に紫外線硬化樹脂を固化させて、スリーブとモールド部を一体化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】受信用光モジュールの構造を製造工程と共に示す説明図である。
【図２】スリーブの固着工程を説明するための説明図である。
【図３】スリーブの固着工程を更に説明するための説明図である。
【図４】送信用光モジュールの構造を製造工程と共に示す説明図である。
【図５】受信用モジュールと送信用モジュールの変形例を示す斜視図である。
【図６】従来の光モジュールの構造と、光モジュールとスリーブとの固着工程を説明するための説明図である。
【符号の説明】
２６，６６…第１のモールド部，２６ａ，６６ａ…台部、２６ｃ，６６ｃ…基部、３０…スリーブ、４０…嵌合孔、ＵＶ…紫外線硬化樹脂、Ｒｘ…受信用光モジュール、Ｔｘ…送信用光モジュール。

Claims

光素子を樹脂封止して成り一体化された基部および台部を有するモールド部を有し、円筒状のスリーブの嵌合孔内に前記モールド部の前記台部が嵌合されると共に紫外線硬化樹脂により固着される構造を有する光モジュールであって、
前記モールド部の前記基部は前記台部に連続しており、
前記モールド部の前記台部が、前記台部の頂上部分に行くにしたがって次第に細くなり、
前記嵌合孔は前記モールド部の前記台部の側壁形状に合わせられた内周壁を有し、
前記紫外線硬化樹脂は、前記台部の前記側壁上に塗布されており、
前記モールド部の前記基部が、円錐台形状であり、前記台部に連なる部分の外径とほぼ同径またはそれより小径であることを特徴とする光モジュール。
前記スリーブは樹脂で成形されている、請求項１に記載された光モジュール。
前記光素子は前記発光素子であり、
前記モールド部は、リードフレームの光素子搭載部上において前記発光素子を封止し、前記リードフレームは前記モールド部外にある内部リードピンを有する、請求項１または請求項２に記載された光モジュール。
前記モールド部は、リードフレームの光素子搭載部上において前記光素子を封止し、
前記リードフレームは前記モールド部外にある内部リードピンを有しており、
前記内部リードピンは前記リードフレームの電子素子搭載部に接続されており、
前記電子素子搭載部には電子素子が実装されており、前記電子素子は別のモールド部により封止されている、請求項１または請求項２に記載された光モジュール。