JP4090512B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

技術分野
本発明は光素子と光ファイバを樹脂にてパッケージングした樹脂モールド型光モジュールおよびこの樹脂モールド型光モジュールを用いた光ファイバ伝送装置および光伝送システムに係わるものである。
背景技術
近年、光ファイバ伝送システムの加入者ネットワークへの本格的導入の為、光モジュールの低コスト化に対する強い要求がある。この観点からパッケージング技術に関しては、これまで光素子分野で主流であったメタルパッケージあるいはセラミックパッケージの気密封止方法に代わり、樹脂封止方法（プラスチックパッケージ方法）が有力である。これは樹脂封止方法が大量廉価生産に適している為である。
従来から、ＬＳＩやハイブリッドＩＣの一般的な半導体装置の分野では樹脂封止の方法として、下記の各種方法が知られている。即ち、（１）トランスファ成形法（予備加熱した粉末状樹脂を加圧して金型に移送する方法）、（２）キャスティング注型法（液状樹脂を型枠に注入する方法）、（３）ポッティング注型法（液状樹脂を樹脂ケースに注入する方法）、（４）キャップ封止法（中空のケースにキャップを樹脂で接着する方法）、（５）浸漬法（素子を樹脂液槽に浸漬する方法）、（６）滴下法（液状樹脂を素子上に滴下する方法）などである。
また、これらの樹脂封止方法を光モジュールへ適用した例として次のようなものが知られている。例えば、特開平２−２７１３０８号公開特許公報（記事１）、特開平１−３０４４０５号公開特許公報（記事２）、特開平７−３２１４０７号公開特許公報（記事３）、１９９６年電子情報通信学会総合大会講演論文集、分冊エレクトロニクス１、第４７８頁から第４７９頁（記事４）、同誌、第２１６頁（記事５）、同誌、第２０７頁（記事６）などである。
記事１の光ファイバ伝送用レセプタクル型モジュールは、メタルパッケージによる気密封止とトランスファ成形による樹脂封止が併用されている。レーザダイオードやフォトダイオードが一旦キャン型メタルパッケージに気密封止され、更にこのキャン型メタルパッケージが電子回路部品やリードフレームと共にトランスファ成形法により成形されている。
記事２のレセプタクル型モジュールはポッティング注型法が用いられている。樹脂ケースは黒色エポキシ樹脂の成形品であり、その一部に円筒状のレセプタクルが設けられている。発光ダイオードや受光ダイオードがリードフレームに設置され、これらが上記樹脂ケースに収容されている。そして、樹脂ケース内部は透明エポキシ樹脂のポッティングによって充填されている。発光ダイオードあるいは受光ダイオードはこの透明樹脂によって直接封止されている。
記事３は光ディスクのピックアップ光源に関するものである。この例はキャスティング注型法（またはトランスファ成形法）と滴下法による樹脂封止方法が併用されている。レーザダイオードはヒートシンクを介してリードフレームに固着され、これらが透明エポキシ樹脂のキャスティングによって封止されている。レーザ出射光による封止樹脂の光損傷と、レーザダイオードと封止樹脂の界面剥離を防止するため、レーザダイオードの表面にはシリコーン樹脂が滴下法によって塗布されている。
記事４の光ファイバ伝送用ピグテイル型モジュールはキャスティング注型法が採用されている。この例ではレーザダイオードとピグテイルファイバの素線部分が樹脂封止されている。即ち、レーザダイオードとファイバ素線の先端がヒートシンクに固定され、このヒートシンクがメタルステムに固定されている。そして、これらが透明エポキシ樹脂のキャスティングによって成形されている。ピグテイルファイバのジャケット部分は樹脂封止されていない。
記事５のピグテイル型モジュールは中空の樹脂ケースがキャップ封止法により密閉されている。レーザダイオードとピグテイルファイバの素線部分がシリコン基板に固定され、この基板とジャケット部分が樹脂ケースに固定されている。樹脂ケースにはリードフレームがインサート成形されている。ファイバ素線と基板、ジャケットと樹脂ケース、キャップと樹脂ケースは紫外線硬化樹脂によって互いに接着されている。
記事６のレセプタクル型モジュールはキャップ封止法とトランスファ成形法が併用されている。レーザダイオードとファイバ付きフェルールの先端とリードフレームとがシリコン基板に固定され、基板アセンブリが構成されている。レーザダイオードとフェルールはシリコンキャップを基板上にエポキシ樹脂で接着することにより一旦封止され、さらに、基板アセンブリはフェルールの後端とリードフレームのアウターリード部分とを除いて黒色エポキシ樹脂のトランスファ成形によって封止されている。レセプタクルはトランスファ成形品の一部分とフェルールの後端と別部品で供給されるハウジングによって構成されている。
プラスチックパッケージはメタルパッケージあるいはセラミックパッケージに比べて光モジュールの低コスト化に有力であるが、これらに比較して一般的に透湿性が高く、熱膨張係数が大きいという難点がある。これらの要因は総合的にプラスッチクパッケージの信頼性を低いものとなす。したがって、プラスチックモジュールの実用化を進めるためには、プラスッチクパッケージの低コストという利点を活かしながら、いかにしてその信頼性を確保するかが重要な課題になる。
上記課題に対して具体的に次の２面から考慮する必要がある。第１点は、光素子、光ファイバ、基板等のモジュールの構成部品それぞれに関して耐湿性を向上させることである。第２点は光素子と光ファイバとの光結合に関して、熱応力、外力、成形圧力等に起因する位置ずれを極めて高度に抑制する必要がある。特に半導体レーザモジュールでは、こうした位置に対する要求が厳しくなる。それはレーザダイオードのスポットサイズが発光ダイオードのスポットサイズやフォトダイオードの受光径に比べて小さい為である。
しかし、これらの要求に対して上記従来技術は何れも一長一短があり、現今の産業界の要請に答えていない。本願発明はこれらの諸事項に関する新たな発明である。本願発明の背景を理解しめる為、以下、前述の従来技術での問題点を略述する。
記事１では部品点数と組立工程数が多くなり、低コストというプラスチックパッケージの利点を活かしていない。それは、メタルパッケージとプラスチックパッケージが併用されている為である。
記事２の円筒状レセプタクルは樹脂ケースの一部に成形されている。レセプタクル自体の寸法精度と、コネクタ挿抜力や熱膨張によるレセプタクルの変形を考慮すると、記事２のモジュールはスポットサイズの大きい発光ダイオードには適用できるが、スポットサイズの小さいレーザダイオードには適さない。
記事３は光ディスク用光源であり、本願発明のごとき光ファイバ伝送用に関するものではない。当然ながら記事３ではファイバの封止や光結合の信頼性に対する配慮はなされていない。
記事４では、ピグテイルファイバの素線部分だけが樹脂封止され、ジャケット部分が外部に露出している。したがって、素線部分とジャケット部分の境界に熱応力や外力が集中し、ファイバ素線が破断するという問題が発生する。また、キャスティングを行う際に気泡が混入しやすいので、この経路から水分が内部に浸入して、光素子の光学端面や電極が腐食する難点がある。
記事５では、ピグテイルファイバが中空の樹脂ケースに収容されているが、樹脂ケースの熱応力や耐湿性に関する言及がない。また、樹脂ケースの材料や成形方法にも言及がないが、この技術は、こうした諸項目を十分選択しないと、種々の諸問題を生ずる。即ち、ファイバ素線（石英ガラス）と樹脂ケースの熱膨張係数差により、ファイバ素線がジャケットから突き出たり、応力集中によってファイバ素線にクラックが発生する。また、中空のケースの内部に浸透した水蒸気が光素子やファイバ素線の表面に結露し、光素子の腐食を引き起こしたり、クラックの成長を進行させてファイバ素線を破断させる。
記事６では、光素子とファイバ付きフェルールがシリコン基板とシリコンキャップによって挟まれて封止されている。しかし、樹脂パッケージ部材の弾性率および熱膨張率の異方性は考慮されていない。
以上に概要を説明した通り、従来技術はコストに係わる部品点数や熱応力、耐湿性等に関して何らか配慮に欠けるところがある。本発明は、プラスチックパッケージング技術によって低コスト化と高信頼化を両立させた光モジュールを提供するものである。
発明の開示
本発明の第１の目的は、樹脂ケース型パッケージの成形コストを低減しつつ、光モジュールの信頼性を確保することである。
本発明の第２の目的は、樹脂ケース型の成形コストを低減しつつ、光素子と光ファイバ間の光結合の長期安定性を確保することである。即ち、温度変化及び外力による樹脂ケースの変形を抑制し、光モジュールの構成部材に加わる応力を低減する手段を提供するものである。
本発明の第３の目的は、樹脂ケース型の成形コストを低減しつつ、光素子と光ファイバ等の光モジュールの構成部材の耐湿性をより向上させる手段を提供することである。もって、光モジュールの長期安定性を確保することである。前記第２の目的に述べた光素子と光ファイバ間の光結合の長期安定性を確保する手段との併用によって、光モジュールのより充分に且つ長期安定性を確保することが可能となる。
本発明の第４の目的は、一括成形型パッケージの成形コストを低減しつつ、光モジュールの信頼性を確保することである。
本発明の第５の目的は、一括成形型パッケージの成形コストを低減しつつ、素子と光ファイバ間の光結合の長期安定性を確保することである。即ち、温度変化及び外力による樹脂ケースの変形を抑制し、光モジュールの構成部材に加わる応力を低減する手段を提供するものである。
本発明の第６の目的は、一括成形型パッケージの成形コストを低減しつつ、光素子と光ファイバ等の光モジュールの構成部材の耐湿性をより向上させる手段を提供することである。もって、光モジュールの長期安定性を確保することである。前記第５の目的に述べた光素子と光ファイバ間の光結合の長期安定性を確保する手段との併用によって、光モジュールのより充分に且つ長期安定性を確保することが可能となる。
本発明の第７の目的は、樹脂ケース型パッケージの成形コストの低減と、光モジュールの信頼性を確保しつつ、光素子への最適な電気接続を構成する手段提供することである。
本発明の第８の目的は、一括成形型パッケージの成形コストの低減と、光モジュールの信頼性を確保しつつ、光素子への最適な電気接続を構成する手段を提供することである。
本発明の第９の目的は、低コスト且つ高信頼性なる光モジュールを搭載した光伝送装置および光伝送システムを提供することである。
本明細書に開示される諸発明は、上記課題を解決するに当たって、特に下記の２つの技術的側面に係わるものである。第１は樹脂パッケージの形成方法の側面である。第２はその樹脂パッケージの内部への光素子および光ファイバの搭載方法の側面である。本明細書では、樹脂パッケージの成形方法を大別し、この成形方法別に発明の詳細を説明する。
樹脂パッケージの成形方法には大別して２種類ある。第１はあらかじめ成形された樹脂ケースを用いる方法（以下、樹脂ケース型と略称する）である。第２は光素子を他の諸構成部品と共に一括してインサートモールドする方法（以下、一括成形型法と略称する）である。上記の樹脂ケース型の場合、樹脂ケースの成形はインジェクション法（Injection Method）が好適である。一方、一括成形法ではトランスファ・モールド（Transfer Molding）が好適である。
尚、本明細書における光素子は、半導体レーザ装置や光増幅器や光変調器や光スイッチ等の能動光素子、半導体受光装置や光カップラや光合分波器等の受動光素子、光導波路基板や電子回路基板に光素子を搭載したハイブリッド光集積回路、光素子と電子回路を集積したモノリシック光集積回路、光素子がファイバである場合等を含む意味である。更に、上述の各種光素子として、主として半導体材料で形成された活性領域を持つ半導体光素子の他に、誘電体材料で形成された活性領域を持つ誘電体光素子をも用いることが出来る。
光ファイバは、シングルモード石英ファイバの他、マルチモードファイバ、プラスチックファイバ等を用いることが出来る。光ファイバは１本に限らず複数本用いてよい。また、ファイバの形態として、ファイバアレイやテープファイバとして使用する形態や、パッケージの幾つかの面でファイバを取り出したり接続したりする形態がある。
次に、本願発明の詳細について、先ず樹脂ケース型の方法を説明し、ついで、一括成形法を説明する。
＜樹脂ケース型成形方法＞
樹脂ケース型に属する本発明の主要な形態を列挙すれば下記の通りである。尚、これらに伴なう仔細な発明、重なる改良発明、および変形発明等の内容が合わせて説明される。
本発明の光モジュルの第１の形態は次の構成を有する。即ち、それは、光素子と、前記光素子に光結合される光ファイバと、前記光素子と前記光ファイバとを少なくとも搭載する樹脂ケース部材とを有し、前記樹脂ケース部材の少なくとも前記光ファイバの光軸に沿う主要部分の、前記光ファイバの光軸に沿う方向がこの樹脂材料の高弾性率の方向となっている。
樹脂ケース部材、特にそのベースの少なくとも光ファイバの光軸に沿う主要部分に対して、光ファイバの方向が、弾性率に異方性を有する樹脂における高弾性率の方向になっている為、機械的な外力や熱膨張の差による樹脂ケースの変形が抑えられる。樹脂ケース部材はセラミック・パッケージに比較して安価であり、且つこのように樹脂ケースの変形が無いことにより、その製造部留りの向上と相まって製造原価の低減を図ることが出来る。
本発明の光モジュルの第２の形態は、光素子と、前記光素子に光結合される光ファイバと、前記光素子と前記光ファイバとを少なくとも搭載する樹脂ケース部材とを有し、前記樹脂ケース部材の少なくとも前記光ファイバの光軸に沿う主要部分の、前記光ファイバの光軸に沿う方向がこの樹脂材料の低熱膨張係数の方向となっている。
樹脂ケース部材の少なくとも光ファイバの光軸に沿う主要部分の、光ファイバの光軸に沿う方向がこの樹脂材料の低熱膨張係数の方向となっている為、熱によるベースの変形が小さく光素子と光ファイバの位置ずれなどが発生しない。尚、このような問題現象を発生する熱の発生源は、例えば外部環境の温度変化であり、また、パッケージ内部の光素子自体の発熱である。
樹脂ケース部材はセラミック・パッケージに比較して安価であり、且つこのように樹脂ケースの変形が無いことにより、その製造部留りの向上と相まって製造原価の低減を図ることが出来る。
本発明の光モジュルの第３の形態は、光素子と、前記光素子に光結合される光ファイバと、前記光素子と前記光ファイバとを少なくとも搭載する樹脂ケース部材とを有し、前記樹脂ケースの少なくとも前記光ファイバの光軸に沿う主要部分は、この樹脂の分子鎖の配向が前記光ファイバの光軸に略平行となっている。
樹脂ケースの少なくとも光ファイバの光軸に沿う主要部分が、この樹脂の分子鎖の配向が前記光ファイバの光軸に略平行となっている為、この分子鎖の配向の方向のケースの弾性率を高め、結果として熱膨張率を低減出来る。従って、外圧や熱によるベースの変形が小さく光素子と光ファイバの位置ずれなどが発生しない。尚、このような問題現象を発生する熱の発生源は、例えば外部環境の温度変化であり、また、パッケージ内部の光素子自体の発熱である。
樹脂ケース部材はセラミック・パッケージに比較して安価であり、且つこのように樹脂ケースの変形が無いことにより、その製造部留りの向上と相まって製造原価の低減を図ることが出来る。
本発明の光モジュルの第４の形態は、光素子と、前記光素子に光結合される光ファイバと、前記光素子と前記光ファイバとを少なくとも搭載し且つ樹脂の主たる流動方向を前記光ファイバの光軸に略平行として成形した樹脂ケース部材を有する。
この成形方法によれば、上述の光ファイバの光軸方向と樹脂ケースの長手方向を構成する樹脂の分子鎖の配向とが概ね平行となる。この為、この分子鎖の配向の方向のケースの弾性率を高め、結果として熱膨張率を低減出来る。
こうした樹脂ケースの成形に際しては、ファイバの取り出し部およびその近傍の部位、またはこの取り出し部に対向する部位に樹脂を注入する為のゲートを設けて、樹脂を金型に注入するのが良い。この部位より樹脂を注入することにより、光ファイバの光軸方向と樹脂ケースの長手方向を構成する樹脂の分子鎖の配向とが概ね平行となすことが出来る。この成形方法は（１）ピグテイル型光モジュール、および（２）レセプタクル型光モジュールに用いて好適である。
この成形方法による樹脂ケース部材はセラミック・パッケージに比較して安価であり、且つこのように樹脂ケースの変形が無いことにより、その製造部留りの向上と相まって製造原価の低減を図ることが出来る。
尚、この場合、より実際的にはリードフレームを樹脂パッケージ部材に予め一体成形しておくことが好適である。即ち、光ファイバの光軸に略平行に樹脂を流動させて樹脂パッケージ部材を成形する際、リードフレームを予め所定位置にインサートしておき、熱可塑性樹脂を流動させてインジェクション成形するものである。
この手段によれば、樹脂ケースと電気端子であるリードフレームと一体にして供給できるので、モジュールの組立における取り扱いが簡便になる。また、光素子と光ファイバを基板に強固に位置決めできるので、外力や温度変化によるケースの歪みが光素子とファイバ間のアライメントを狂わせることがなく、光結合をより安定化できる。また、光素子の発生した熱はリードフレームを介して放熱される。
樹脂ケース型を用いて光モジュルを製造する場合、上記樹脂パッケージの形成方法の趣旨からして、樹脂ケースをインジェクション成形する際、金型内での熱可塑性樹脂の流動方向と光ファイバの光軸方向とが概ね平行になるように、光ファイバをその樹脂ケースに載置することが肝要である。このケースに諸部材を封止した時、外力や温度変化によるケースの変形を抑制でき、温度変化および外圧によるケースの変形を抑制することが出来る。この為、光素子とファイバ間の位置ずれによる光結合特性の劣化やファイバ表面のクラックの発生を防止でき、結果として光モジュールの信頼性を向上できる。光素子とファイバの間の光結合を長期間わたって安定に維持出来る。
樹脂ケース型のケース材料としては２つの種類がある。それは、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂である。熱硬化性樹脂の代表例としてエポキシ樹脂をあげることが出来る。熱可塑性樹脂の例を挙げると、ガラス繊維強化型グレードの液晶ポリマー（ＬＣＰ）、フィラー強化型グレード、カーボン繊維強化型グレード、架橋型ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、直鎖型ＰＰＳ樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂等を挙げることが出来る。
上記樹脂ケース法に用いる樹脂としては、熱可塑性樹脂が特に好ましい。熱可塑性樹脂は次のような利点がある為である。（１）熱硬化性樹脂に比べて成形サイクル時間が短い。（２）樹脂ロス率が低い。（３）再生材を利用できる。即ち、上記（１）の利点とあいまって、樹脂使用量を削減できるので、コストの低減に有用である。（４）低圧インジェクション成形によりバリが少ない。（５）アフタキュアが不要である。こうした利点に基づき樹脂ケースの製造に対する低コスト化が可能である。尚、成形温度が比較的高いことは樹脂ケースの製造に際してはあまり問題にならない。
また、この樹脂でインジェクション成形を行うことにより分子鎖の配向を容易に揃えることができる。特に例えば直鎖型ＰＰＳや液晶ポリマーではさらに容易に分子鎖の配向を容易に揃えることができる。従って、この配向に沿ってケース内にファイバを載置することにより低応力化を実現し、結果として高信頼化を達成できる。上述の通り、熱可塑性樹脂は成形時に樹脂の流動方向に分子鎖が配向するので、機械的及び熱的な異方性に配慮することが肝要である。弾性率や熱膨張係数が流動方向に依存することに留意していないと、外力に対して変形しやすくなったり、熱応力によって光素子とファイバ間の経時的な位置ずれ（クリープ）やファイバのクラックを誘起する場合がある。
尚、本樹脂ケース型の方法に熱硬化性樹脂を用いることも可能である。しかし、前述の熱可塑性樹脂を用いる方が、熱硬化性樹脂を用いることに比較して価格的に有利である。
次に、樹脂ケース型の場合における樹脂パッケージの内部の光素子および光ファイバの封止について説明する。
樹脂ケース型の場合、製造方法の手順自体は通例の手順で良い。樹脂パッケージのベースに少なくとも光素子および光ファイバを載置し、キャップを用いてパッケージを完成させる。尚、より実際的には、リードフレームをアウターリード部を除いてインサートしてインジェクション成形した樹脂ケースに、光素子と光ファイバが固着された基板を載置する。
樹脂ケース型において、パッケージの内部における光素子や光ファイバの封止方法は主に３つに分類できる。第１はポッティング注型法により樹脂ケースの内部に透明樹脂を充填する方法、第２は樹脂ケースにキャップを取り付けてケース内部を中空のまま封止する方法、第３は光素子やファイバに透明樹脂を滴下した後に樹脂ケースとキャップで封止する方法である。これらの方法の中で、第１のポッティング注型法が一層望ましい。
第２の方法は光素子やファイバへの結露と、これに伴う光素子の劣化やファイバの破断が問題になる。第１と第３の方法とを比べると、樹脂ケースの変形やファイバの応力をなるべく抑えるためには、ケース内部が樹脂で充填されている第１のポッティング注型法が一層望ましい。この場合、光素子と光ファイバを透明樹脂で直接被覆する。
この手段によれば、光素子と光ファイバを透明樹脂で直接被覆することにより、樹脂ケース内へ浸入した水分（長期間の高温高湿環境では避けられない）が光素子の光学端面および電極やファイバの表面へ付着することを回避できる。
さらに、このパッケージ内部の光素子および光ファイバの封止方法と、上記本願発明の各種樹脂パッケージ部材の形成方法との併用によって次の効果を得ることが出来る。即ち、樹脂パッケージ部材の形成方法に基づく低応力化等の効果と相まって光素子、光ファイバと透明樹脂との密着性を確保できる。樹脂ケースが高弾性、低熱膨張であることにより光素子自体の応力が緩和され、光素子、光ファイバと透明樹脂との密着性を確保できる。したがって、水膜形成による光素子の腐食やファイバのクラックを防止でき、耐湿性を向上できる効果がある。
また、外部環境の温度変化は樹脂ケース内部では緩和される。更に、加えて光ファイバの封止に用いる透明樹脂による耐環境性の向上が著しい。
光素子やファイバを直接被覆する透明樹脂として、熱硬化性樹脂、例えば、シリコーン系樹脂のシリコーンゲル、シリコーンゴム、低応力エポシキ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等を用いることが出来る。
尚、上述の従来の技術の欄の記事３の光ディスク用レーザダイオードは光損傷対策のためにシリコーン樹脂で直接被覆されている。しかし、光ファイバ伝送用レーザダイオードは発振波長が長く、光出力が比較的小さいので、光ディスクのような光の吸収と熱分解に起因する光損傷は生じにくい。したがって、光伝送システムでは、記事３のようにパッケージング樹脂に対し光損傷対策としての役割を期待する必要はあまりない。記事３と本発明とではその選択の観点が異なるものである。
＜一括成形法＞
次に、一括成形法の場合について説明する。
一括成形法による本発明の第５の形態である光モジュールは次の構成を有する。即ち、光素子と光ファイバをインサートしてトランスファ成形する際に、金型内で光ファイバの光軸方向と概ね平行になるように熱硬化性樹脂を流動させて成形させるものである。この方法は樹脂からファイバが受ける抵抗を減少させ、ファイバの位置ずれや残留歪みを低減できる。したがって、光素子とファイバ間の位置ずれによる光結合特性の劣化やファイバ表面のクラックの発生を防止でき、結果として光モジュールの信頼性を向上できる。
また、本手段によれば、トランスファ成形により光素子や光ファイバを安定且つ短時間に一括成形でき、低コスト化できる効果がある。また、金型内に設置したファイバに沿って溶融した熱硬化性樹脂を流動させることにより、成形時の光結合特性の変動を抑制でき（例えば低粘度樹脂や低速成形はさらに有効）、成形後にファイバに加わる残留応力を低減できる。例えば低弾性樹脂や低熱膨張樹脂はさらに有効である。これに伴って耐湿性を含めた光モジュールの信頼性を向上できる。
尚、成形時には、例えば低粘度樹脂を用いることや低速成形することは、本発明の効果を発揮する為にさらに有効である。また、成形後の問題の解決には例えば低弾性樹脂、低熱膨張樹脂を用いることがさらに有効である。
一括成形法に用いる樹脂としては、熱硬化性樹脂が好ましい。ベース樹脂の代表例はエポキシ樹脂、シリコーン樹脂を挙げることが出来る。勿論、通例の熱硬化性樹脂の実用の場合と同様に所望の充填剤、可撓化剤を添加することが出来る。
一括成形型には一般的に２つの方法がある。それらはキャスティング注型法とトランスファ成形法である。前者には主として液状のエポキシ樹脂、後者には主として粉末状のエポキシ樹脂を固めたタブレットが用いられる。
トランスファ成形法は低コスト化と大量生産に適している。それは、トランスファ成形法がキャスティング注型法と比較し次の利点を有するからである。即ち、（１）成形時間が短いこと、（２）真空脱泡処理が不要であること、（３）形状寸法や信頼性が安定していることなどである。
但し、メタルパッケージやキャップが無い場合のトランスファ成形では樹脂の移送圧力が光素子やファイバに加わり、光素子とファイバとの位置ずれやファイバや光素子搭載基板の歪みの原因になる。したがって、モールド時の樹脂の流動方向に対して配慮する必要がある。この位置ずれは光素子とファイバの結合特性を劣化させる。更に、歪みは内部残留応力として作用するので光モジュールの長期的な信頼性に影響を及ぼす。
なお、上述したように樹脂ケース型でも流動方向による分子鎖の配向が要点になっており、流動方向が樹脂ケース型と一括成形型双方にとって重要であることがわかる。
尚、この場合、より実際的にはトランスファ成形する場合、リードフレームを予め所定位置にインサートしておき、光ファイバの光軸に概ね平行に熱硬化性樹脂を流動させてトランスファ成形するのが好適である。
この手段によれば、光素子と光ファイバを基板で安定に保持できる上、この基板をリードフレームの上または下に固着してトランスファ成形を行うことにより電気接続を簡便に取り出すことができる。
一括成形型における光素子やファイバの封止方法は主に４つに分類できる。第１は光素子や光ファイバを透明樹脂で直接モールドする方法、第２は光素子やファイバをキャップで封止した後に不透明樹脂（着色、主に黒色）でモールドする方法、第３は透明樹脂を滴下した後にさらに透明樹脂でモールドする方法、第４は透明樹脂の滴下後にさらに不透明樹脂でモールドする方法である。
部品点数を下げて低コスト化するためにはキャップを省いた方が良いので、光素子を直接被覆する樹脂が透明である必要がある。また、モジュールに入出射する迷光を防止するためには最外面が不透明である方が良い。したがって、滴下した透明樹脂の上に不透明樹脂をモールドするという、従来にない第４の方法が一層望ましい。
一括成形方法の場合、次の工程を取る。パッケージのベースに少なくとも光素子および光ファイバを載置し、光素子とファイバに透明樹脂を滴下し固定する。こうして光素子とファイバを透明樹脂で直接被覆した後、トランスファ成形を行うものである。
より実際的には、少なくとも光素子とファイバとリードフレームを基板に固着し、この基板アセンブリをインサートしてファイバの取出し部とリードフレームのアウターリード部とを除いてトランスファ成形するものである。
この光素子や光ファイバを透明樹脂で直接被覆する手段によれば、トランスファ成形パッケージの吸湿による光素子やファイバの劣化を防止できる上、透明樹脂によって光素子と光ファイバの結合部に加わる成形圧力を分散でき、成形後の残留応力を吸収できる。したがって、光素子と光ファイバとの光結合特性をより安定させ、光モジュールの信頼性をより向上できる効果がある。
光ファイバ伝送用モジュールではシリコーン樹脂が光損傷防止用として必要になることはない。しかし、シリコーン樹脂は次の点で有利である。即ち、シリコーン樹脂の弾性率がエポキシ樹脂に比べて低いということに着目すれば、光素子やファイバに加わる熱応力が緩和され、光素子と樹脂の界面剥離が抑止される。したがって、それらの界面での水膜形成に伴う腐食が防止される。
なお、一括成形型でトランスファ成形を採用する場合には透明樹脂に移送圧力が加わるので、変形を防止するために透明樹脂の弾性率が或る程度高くなくてはならない。すなわち、低熱応力化と変形防止を両立させる弾性率を持つ透明樹脂を選択する必要がある。
上述した各種光モジュールを光伝送装置の配線基板に実装し、光伝送装置を高信頼性にして且つ安価に実現することが出来る。こうして、高信頼性にして且つ安価な光伝送システムを提供することが出来る。
本願発明の効果を整理すれば、以下の通りである。
本発明の第１の形態によれば、樹脂ケース部材、特にそのベースの少なくとも光ファイバの光軸に沿う主要部分の、光ファイバの方向が樹脂の高弾性率の方向になっている為、外的な熱によるベースの変形が小さく光素子と光ファイバの位置ずれなどが発生しない。
本発明の第２の形態によれば、樹脂ケース部材の少なくとも光ファイバの光軸に沿う主要部分の、光ファイバの光軸に沿う方向がこの樹脂材料の低熱膨張係数の方向となっている為、外的な熱によるベースの変形が小さく光素子と光ファイバの位置ずれなどが発生しない。
本発明の第３の形態によれば、樹脂ケースの少なくとも光ファイバの光軸に沿う主要部分が、この樹脂の分子鎖の配向が前記光ファイバの光軸に略平行となっている為、この分子鎖の配向の方向のケースの弾性率を高め、結果として熱膨張率を低減出来る。従って、外圧や外的な熱によるベースの変形が小さく光素子と光ファイバの位置ずれなどが発生しない。
本発明の第４の形態によれば、光ファイバの光軸方向と樹脂ケースの長手方向を構成する樹脂の分子鎖の配向とが概ね平行となる。この為、この分子鎖の配向の方向のケースの弾性率を高め、結果として熱膨張率を低減出来る。したがって、温度変化および外圧によるケースの変形を抑制することが出来、光モジュールの構成部材に加わる応力が低減される。結果として、光素子とファイバの間の光結合を長期間わたって安定に維持出来る。
本発明の第５の形態によれば、トランスファ成形により光素子やファイバを安定且つ短時間に一括成形でき、低コスト化でき、且つ金型内に設置したファイバに沿って溶融した熱硬化性樹脂を流動させることにより、成形時の光結合特性の変動を抑制でき、成形後にファイバに加わる残留応力を低減できる。したがって、耐湿性を含めた光モジュールの信頼性を向上できる。
本発明は低価格且つ高信頼性なる光伝送装置および光伝送システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図は本発明の第１の実施例のピグテイル型光モジュールを説明する平面図である。第１Ｂ図は本発明の第１の実施例のピグテイル型光モジュールを説明する光軸に平行な方向の断面図である。第１Ｃ図は本発明の第１の実施例のピグテイル型光モジュールを説明する光軸に交差する方向の断面図である。第２Ａ図は本発明の第２の実施例のピグテイル型光モジュールを説明する平面図である。第２Ｂ図は本発明の第２の実施例のピグテイル型光モジュールを説明する光軸に平行な方向の断面図である。第２Ｃ図は本発明の第２の実施例のピグテイル型光モジュールを製造する形態を示す平面図である。第３Ａ図は本発明の第３の実施例のレセプタクル型光モジュールを説明する平面図である。第３Ｂ図は本発明の第３の実施例のレセプタクル型光モジュールを説明する光軸に平行な方向の断面図である。第４Ａ図は本発明の第４の実施例のレセプタクル型光モジュールを説明する平面図である。第４Ｂ図は本発明の第４の実施例のレセプタクル型光モジュールを説明する光軸に平行な方向の断面図である。第５図は本発明の第５の実施例のカード型光モジュールを説明する斜視図である。第６図は本発明に係わる光伝送システムを説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
実施例１
第１の実施例は上記「樹脂ケース型」の例、より具体的には樹脂ケース型パッケージによるピグテイル型光送信モジュールの例である。その主な特徴は、パッケージのベースとキャップを成形する時に、液晶ポリマーの流動方向を光ファイバの光軸方向に平行とした。こうして、液晶ポリマーの分子鎖が光軸方向に沿って配向する。これにより、この方向の光パッケージおよびキャップの弾性率を向上させ、熱膨張係数を低減できる。尚、この例は、パッケージ成形方法としてインジェクション成形する方法をとり、更に、光素子と光ファイバの封着方法として滴下法を採用する。この滴下には低弾性樹脂を用いる。
本発明の第１の実施例を図面を用いて詳細に説明する。第１Ａ図、第１Ｂ図および第１Ｃ図は本発明による第１の実施例の光モジュールを説明する図である。同図は樹脂ケース型パッケージによるピグテイル型光送信モジュールを示している。第１Ａ図は上面から見た部分的な平面図、第１Ｂ図は側面から見た部分的な断面図、第１Ｃ図は光ファイバの光軸に交差する方向の断面図である。
第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図に示す通り、樹脂ケース型プラスチックパッケージには光素子１０、１１とピグテイル型光ファイバの先端部の素線２０と光素子等の部材搭載用の基板３０が収容されている。そして、これらの部材がキャビティ４４内に密封されている。このキャビティ４４は主として上記のベース４０とキャップ８０とにより形成される。尚、リードフレーム５０は樹脂ケース型プラスチックパッケージ４０と一体化されて形成されている。
光素子１０、１１は基板３０にダイボンディングされ、ファイバ素線２０は基板３０に設けられたＶ溝３１に固着されている。こうして光素子１０とファイバ２０及び光素子１０と光素子１１が互いに光結合されている。光素子１０、１１とファイバ２０の先端は透明樹脂６０によって被覆されている。こうして光素子１０、１１とファイバ２０が載置された基板３０は、リードフレーム５０より延在するダイパッド５１に固着されている。ダイパッド５１は上記キャビティ４４の内部に設置される。
プラスチックパッケージのベース４０の一端には、通例Ｕ溝の光ファイバホルダ部４１が設けられる。このＵ溝４２にはファイバ素線２０が、また、Ｕ溝４３には素線２０を被覆したジャケット２１が、それぞれ固着されている。キャップ８０はプラスチックパッケージ４０の凸部４５に嵌め合わされ、固着されている。
光素子１０はＩｎＰ系半導体から成る端面発光型レーザダイオードである。発振波長は１．３μｍ、前方出力は例えば７ｍＷ、ファーフィールドパターンの半値全角は例えば２５×３０°（スポットサイズに換算して約１．１×０．９μｍ）である。
光素子１１はＩｎＰ系半導体から成る端面受光型（導波路型）フォトダイオードであり、光素子１０の後方出力をモニターするためにある。光素子１０、１１は、基板３０の所定の位置にジャンクションダウンでＡｕ−Ｓｎ半田によりダイボンディングされている。光素子１０、１１のジャンクション側の表面には、基板３０に対してアライメントを行うためのマーカーが形成されている。Ａｕ−Ｓｎ半田層の厚さは例えば３μｍであり、基板３０の表面からの光素子１０、１１の活性層の高さが例えば８μｍになるように設定されている。
光ファイバ２０はシングルモード石英ファイバである。外径は例えば１２５μｍ、スポットサイズは例えば５μｍである。光素子１０の出射光はファイバ２０に結合され、光軸方向２３に沿って光ファイバ２０の中を伝播して出力される。光ファイバ２０の端面を垂直に切断し、光素子１０にバットジョイント方式により結合させた場合には最大約−８ｄＢの結合効率が得られている。光ファイバ２０の端面に緩衝フッ酸液によるエッチングや放電溶融加工によりレンズを形成し、先球レンズ結合方式により結合させた場合には最大約−３ｄＢの値が得られている。光ファイバ２０の後方はジャケット２１により保護され、ピグテイルファイバを構成している。ジャケット２１はナイロンから成り、例えば外径は０．９ｍｍである。ジャケット２１のＵ溝４３に固着される部分には接着性を高めるために粗面化加工や化学処理を施す場合がある。
基板３０は例えば結晶面方位（１００）のシリコン基板から成る。基板３０は、光ファイバ２０を高精度に位置決めするためのＶ溝３１と、光素子１０、１１を駆動するための配線３３を備えている。また、光素子１０、１１を固定する位置にはアライメント用マーカー（図示せず）が形成されている。Ｖ溝３１とマーカーはシリコン結晶の（１１１）結晶面およびこれと等価な面を用いて構成する。
このＶ溝はＫＯＨ水溶液によるシリコン結晶面に対する異方性エッチングにより同時に形成されている。Ｖ溝３１の幅は例えば１４２μｍであり、基板３０の表面から見てファイバ２０の先端の光軸の高さが光素子１０、１１の活性層の高さに一致するように加工されている。
配線３３は通例のＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ膜またはＡｕ／Ｎｉ／Ｃｒ膜等から成り、基板３０の表面の絶縁膜の上に蒸着されている。第１Ａ図１の配線パターンは模式的に描かれているが、配線３３の幅や厚さ、絶縁膜の厚さは光素子１０、１１の負荷容量や熱抵抗を考慮して決められていることは勿論のことである。
パッケージのベース４０は８ピンのデュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）から成る。本例のパッケージ４０の外形を例示すれば、長さ１４．６ｍｍ（ファイバホルダ部の長さ５ｍｍを含む）、幅６．３ｍｍ、高さ３ｍｍである。パッケージのベース４０にはキャビティ４４とＵ溝４２、４３と凸部４５が設けられている。Ｕ溝４２、４３の幅はそれぞれに固着されるファイバ２０とジャケット２１の外径に対応している（第１Ｃ図を参酌）。こうしてパッケージ４０の封止性を高め、ジャケット２１からのファイバ２０の突き出しを防止している。Ｕ溝４２、４３の深さは、ファイバ２０の高さがその先端（Ｖ溝３１）からＵ溝４２にかけて増加するように設計されている。これは、ファイバ２０の撓みによって外力による歪みや熱変位を吸収するためである。パッケージ４０の外周の凸部４５は、パッケージのベース４０の剛性を高め、キャップ８０との密着性を向上させるためにある。
パッケージのベース４０とキャップ８０は熱可塑性樹脂の一種である黒色の液晶ポリマーから出来ている。それぞれ、モールド金型において液晶ポリマーをゲート部４６、８１から矢印４７、８７の方向に流動させることによりインジェクション成形されている。第１実施例の金型ではピンゲートを用いており、ゲート部４６、８１はファイバホルダ部４１の上下面にある。樹脂の流動方向４７、８７はファイバ２０の光軸方向２３に実質的に平行である。尚、モールド金型自体は通例のもので良い。第１Ｂ図にはモールド金型は図示が省略されている。
液晶ポリマーには様々なグレードがあるが、第１の実施例では高剛性、低熱膨張、成形性の観点でガラス繊維強化型グレードを選定した。また、液晶ポリマーの成形では分子鎖が流動方向に強く配向することから、流動方向（//）と直角方向（⊥）に対する異方性にも留意した。第１の実施例に使用した液晶ポリマーの弾性率は１４ＧＰａ（//）と４ＧＰａ（⊥）、熱膨張係数は５ｐｐｍ／℃（//）と６０ｐｐｍ／℃（⊥）、成形収縮率は０．１％（//）と０．５％（⊥）である。この他の代表的特性として比誘電率は約４、吸水率は０．０１％、半田付け耐熱性は３００℃で３０秒である。成形性に関してはシリンダー温度３５０℃、金型温度８０℃、射出圧力４０ＭＰａ、成形サイクル時間２０秒の条件でバリの少ない良好な成形を行えている。
リードフレーム５０はパッケージのベース４０にインサート成形されている。リードフレーム５０の材料として、光素子１０を高出力／高温で使用する場合には高熱伝導性のＣｕ合金、比較的低出力／低温で使用する場合には低熱膨張性のＦｅ−Ｎｉ合金を用いている。基板３０が固着されるダイパッド５１とインナーリード５２−１〜８とはキャビティ４４の内面に露出しており、アウターリード５３−１〜８はパッケージ４０の外部に伸び出ている。アウターリード５３−１〜８のピッチは例えば２．５４ｍｍ、５３−１〜４と５３−５〜８の間の幅は例えば３００ｍｉｌ（７．６２ｍｍ）である。ダイパッド５１はアウターリード５２−２、５２−７につながっている。アウターリード５３−６、７は配線３３とＡｕワイヤ７０、７１を介して光素子１０に電気接続され、アウターリード５３−４、５は光素子１１に電気接続されている。
透明樹脂６０は柔らかいゲル状のシリコーン樹脂から成る。透明樹脂６０の波長１．３μｍにおける屈折率は１．４であり、光ファイバ２０の屈折率と概ね整合している。透明樹脂６０は光素子１０、１１と光ファイバ素線２０の先端（信頼性仕様に応じて素線２０の表面全体）に塗布され、これらに密着している。また、光素子１０の前方端面と光ファイバ２０の端面の間と、光素子１０の後方端面と光素子１１の受光端面の間とに充填され、これらの間の光結合効率を向上させ（アライメントの許容精度を拡大し）、光ファイバ２０の端面から光素子１０への反射戻り光を無くしている。
次に、第１の実施例の光モジュール例１の組立工程の概略を説明する。
（１）予めパッケージのベース４０とキャップ８０を周知の方法によってインジェクション成形する。この場合、これまで詳細に説明したように、特にベース４０は、光ファイバの光軸に略平行となるように樹脂を流動させて成形することが肝要である。
（２）光素子１０、１１と基板３０のマーカーを、例えば赤外線画像により認識し、これら相互のアライメントを行う。そして、光素子１０、１１に荷重をかけ、予備加熱した基板３０に仮圧着する。
（３）Ａｕ−Ｓｎ半田をリフローし、光素子１０、１１を基板３０にダイボンディングする。
（４）基板３０をダイパッド５１に導電性（高熱伝導性）のエポキシ樹脂によって固着する。
（５）光素子１０、１１と基板３０の配線３３の間、配線３３とインナーリード５２−４〜７の間をワイヤ７０、７１によってボンディングする。
（６）光素子１０の前方端面とファイバ２０の端面の間隔が所定の距離になるように、光ファイバ２０の先端をＶ溝３１に紫外線硬化樹脂によって固着する。
（７）光ファイバ２０とジャケット２１をＵ溝４２、４３にエポキシ樹脂によって固着する。
（８）透明樹脂６０を光素子１０、１１と光ファイバ２０に滴下し、熱硬化させる。
（９）キャップ８０をパッケージ４０にエポキシ樹脂によって固着し（または超音波をかけて溶着し）、パッケージ４０を封止する。
（１０）リードフレーム５０のダムバー（図示せず）やタイバー（図示せず）を切断し、アウターリード５３−１〜８を所定の形状に折り曲げる。
こうしてモジュールの組立を完了する。
第１の実施例の光モジュール例１では、樹脂ケース型パッケージのベース４０とキャップ８０を熱可塑性樹脂の液晶ポリマーでインジェクション成形する。これにより、一般的な熱硬化性樹脂で成形した場合に比べて、樹脂硬化に要する時間が不要となり、結果として成形サイクル時間を約１／５に短縮できる。また、バリ取り加工やアフタキュアを省略できる。
また、熱可塑性樹脂の使用によって、材料使用量を削減できる。その主な理由は次の通りである。（１）成形時の樹脂材料の損失が少ない。（２）再生材料を再溶融して、その２０〜２５％まで使用することが出来る。こうして、パッケージ４０とキャップ８０の成形コストを低減できる効果がある。
第１の実施例では、パッケージのベース４０とキャップ８０を成形する時に液晶ポリマーの流動方向４７、８７が光ファイバ２０の光軸方向２３に平行になるので、液晶ポリマーの分子鎖が光軸方向２３に沿って配向する。これにより、この方向の光パッケージ４０とキャップ８０の弾性率を向上させ、熱膨張係数を低減できる。通常、ピグテイル型モジュールでは特にファイバホルダ部に光軸方向に関する引張り応力や曲げ応力が加わる。しかし、第１の実施例に示した光モジュールでは十分な機械強度を確保でき、光ファイバ２０に加わる外部応力を抑制できる。また、光軸方向２３のパッケージ４０とキャップ８０の熱膨張係数は５ｐｐｍ／℃である。この値は、直角方向の係数（６０ｐｐｍ／℃）や通常のプラスチック（１０ｐｐｍ／℃のオーダー）に比べてシリコン基板３０（３ｐｐｍ／℃）に近い。したがって、石英で構成される光ファイバ２０（０．５ｐｐｍ／℃）との差が小さいので、光ファイバ２０に加わる熱応力を低減できる。
さらに、第１の実施例では光ファイバ２０に撓みを持たせることにより、外部応力と熱応力双方を緩和できる。即ち、第１Ｂ図にみられるように、光素子１０の高さより光ファイバ２０を支えるＵ溝４２の底面の高さが高い為、光ファイバ２０に撓みを設けている。この撓みが外部応力と熱応力に基づく伸縮を吸収する。
したがって、第１の実施例によれば、応力集中による光ファイバ２０のクラックを防止できると共に応力による光ファイバ２０の先端の位置ずれに伴う光結合効率の変動（すなわちファイバ２０からの光出力の変動）を抑制できる効果がある。ちなみに、光モジュール１を温度サイクル試験（−４０℃〜＋８５℃、１ｈｒ／サイクル）にかけた結果、現時点で数千サイクルまでファイバ２０からの光出力の変動は±０．５ｄＢ以内におさまっており、十分な耐応力性を確認できている。
耐湿性対策として、第１の実施例ではパッケージのベース４０にＵ溝４２、４３と凸部４５を設けて、ベース４０とキャップ８０の外周、Ｕ溝４２とファイバ２０、Ｕ溝４３とジャケット２１との密着性を向上させている。これにより、パッケージのベース４０をキャップ８０で容易且つ確実に封止でき、キャビティ４４の内部への水分の浸入を抑制できる。
さらに、光素子１０、１１とファイバ素線２０に透明樹脂６０を滴下して封止することにより、もしキャビティ４４の内部に水分が浸入してもこれらの界面に水分が凝結することがなくなる。こうして、光素子１０、１１の腐食及びファイバ２０の劣化を防止できる。
また、透明樹脂６０として柔らかく可撓性を有するシリコーンゲルを用いることにより、光素子１０、１１やファイバ２０と透明樹脂６０との熱膨張差があってもこれらの界面に加わる応力を緩和できるので、透明樹脂６０の密着性を長期にわたって確保できる。したがって、第１の実施例によれば、キャップ封止法と滴下法を適切に併用することにより耐湿性を向上できる効果がある。上記温度サイクル試験と並行して光モジュール１を高温高湿動作試験（８５℃、８５％）にかけているが、数千時間までファイバ２０からの光出力の変動は±０．５ｄＢ以内であり、十分満足できる結果を得ている。
なお、第１の実施例ではパッケージ成形材料としてガラス繊維強化型グレードの液晶ポリマーを用いたが、剛性、低熱膨張性、成形性、耐熱性、帯電性、難燃性等の必要に応じて他の熱可塑性樹脂材料を用いることが出来る。これらを例示すれば、液晶ポリマーのグレード例えばフィラー強化型グレードやカーボン繊維強化型グレード等、架橋型ＰＰＳ樹脂、直鎖型ＰＰＳ樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等をあげることが出来る。また、メッキが可能なグレードを用いて、例えば電磁ノイズ対策としてキャップの内面にメッキを施すことも可能である。
第１の実施例のインジェクション成形の為の金型はピンゲートを採用し、ゲート部をファイバホルダ部の下面に設けた。しかし、樹脂の流動方向が光ファイバの光軸に概ね平行であればサイドゲートやサブマリンゲート等を用いてよい。ゲート部をファイバホルダ部の反対側（第１Ａ図で言えば左側）に設けても実質的に本発明の効果を発揮できる。第１Ａ図のようにモジュールを上面から見た場合に光軸上またはその延長線上にゲート部を設けてもよい。
また、成形金型に複数のキャビティと複数のゲートを設けて多連リードフレームを用いることにより、複数のパッケージを一度に成形することができる。例えば複数のキャビティを光軸に対して垂直に並べて金型を構成すれば、パッケージ取得数が増して生産性が向上する。
第１の実施例では、樹脂封止方法としてパッケージをキャップで封止し、且つ光素子とファイバを滴下法により封止した。しかし、より耐応力性と耐湿性を向上させるためにポッティング注型法によりパッケージ内部を透明樹脂で充填する場合がある。また、封止コストと信頼性を勘案した上でキャップまたは透明樹脂を省略する場合もある。
また、キャップ材料はパッケージのベースと同じ樹脂材料であったが、部材供給等の都合によりメタルキャップやセラミックキャップに変更することもある。光素子とファイバの封止材料には透明なシリコーンゲルを用いたが、弾性率、透湿率、屈折率、接着性等に配慮して他の被覆材料、例えばシリコーンゴム、低応力エポキシ樹脂（例えばシリコーン変性エポキシ）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等を採用してよい。
パッケージ及び端子の形態は、対象とする光素子、光ファイバ、光モジュールの使用条件に応じて、第１の実施例に例示したＤＩＰ型の他の形態も勿論可能である。これらを例示すれば、スモールアウトラインパッケージ（ＳＯＰ）型、プラスチックリーデッドチップキャリア（ＰＬＣＣ）型、リードレスチップキャリア（ＬＣＣ）型、ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）型、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型等をあげることが出来る。また、一方の光素子を駆動する必要がない場合、例えば受動光素子の場合には端子を設ける必要はない。
光素子に関しては、第１の実施例で示したレーザダイオードやフォトダイオードの他、光増幅器や光変調器や光スイッチ等の能動光素子、光カップラや光合分波器等の受動光素子、半導体光素子や誘電体光素子、光導波路基板や電子回路基板に光素子を搭載したハイブリッド光集積回路、光素子と電子回路を集積したモノリシック光集積回路、光素子がファイバである場合等も含めて、本発明の適用範囲は広い。
光ファイバは、シングルモード石英ファイバの他、マルチモードファイバ、プラスチックファイバ等を用いることが出来る。光ファイバは１本に限らず複数本用いてよい。また、ファイバの形態として、ファイバアレイやテープファイバとして使用する形態や、パッケージの幾つかの面でファイバを取り出したり接続したりする形態がある。
また、光モジュールがファイバを陽に有する場合だけではなく、レセプタクル型モジュールのようにファイバを陰に有する場合にも本発明は有効である。
第１の実施例では光素子とファイバのアライメント精度を向上し、光素子の放熱性を向上するためにシリコン基板を用いたが、加工精度、コスト、熱抵抗、比誘電率等の仕様に応じてプリント基板、セラミック基板、薄膜基板等でもよく、基板に配線がない場合や基板を用いない場合等にも本発明を適用できる。
ところで、光ファイバ伝送システムにおいて、光モジュールはＬＳＩや電子部品と共に配線基板（プリント基板、セラミック厚膜基板、薄膜基板等）に実装され、光伝送装置として使用される。第１の実施例や後述する実施例で示すように、本発明による光モジュールは成形性に加えて耐応力性や耐湿性等の点で優れており、光伝送装置としても低コスト化と高信頼化を実現できることは言うまでもない。
実施例２
第２の実施例は上記「一括成形型パッケージ」の例、より具体的には一括成形型パッケージによるピグテイル型光送信モジュールの例である。その主な特徴は、パッケージを成形する時に、エポキシ樹脂の流動方向をファイバの光軸方向と平行にしたものである。したがって、樹脂の流動圧力がファイバやジャケットの側面に直角に加わることがないので、ファイバやジャケットが直角方向に歪んだり、光素子とファイバのアライメントがずれた状態で成形されることがない。尚、この例では光素子とファイバの封止方法は低弾性樹脂を用いた滴下法を用いている。
第２Ａ図，第２Ｂ図は本発明による第２の実施例の光モジュールを説明する図である。本例は一括成形型パッケージによるピグテイル型光送信モジュールを示している。第２Ａ図は上面から見た部分的な平面図、第２Ｂ図は側面から見た部分的な断面図である。第２Ｃ図は本モジュールを多連リードフレームを用いて量産する場合の形態を示した平面図である。
第２Ａ図−第２Ｃ図に示した光モジュール１００は、光素子１１０、１１１と、光ファイバ１２０と、基板１３０と、一括成形されたプラスチックパッケージ１４０と、リードフレーム１５０から構成されている。光ファイバはピグテイルファイバ先端がインサートされ、樹脂封止されている。
光素子１１０、１１１は基板１３０にダイボンディングされている。光ファイバ素線１２０とこれを被覆するジャケット１２１の先端は、それぞれ基板１３０に設けられたＶ溝１３１と凹溝１３２に固着されている。光素子１１０と光ファイバ１２０及び光素子１１０と光素子１１１は互いに光結合されている。光素子１１０、１１１と光ファイバ１２０が載置された基板１３０はリードフレーム１５０より延在するダイパッド１５１の上に固着されている。ファイバホルダ部１４１にはジャケット２１がインサートされている。光素子１１０、１１１とファイバ素線１２０は透明樹脂１６０によって被覆されている。
光素子１１０、１１１、ファイバ１２０、基板１３０、リードフレーム１５０には、それぞれ、第１の実施例とほぼ同様の部品を用いている。但し、光素子１１０には高出力レーザダイオード（前方出力１０ｍＷ）を用いた。光素子１１０、１２０は第１の実施例と同様の方法により基板１３０にダイボンディングされている。光素子１１０から出射したレーザ光は光軸方向１２３に沿って出力される。光ファイバ１２０のジャケット１２１は、トランスファ成形を行うために第１の実施例より耐熱性の高いナイロン樹脂から成る。
基板１３０にはＶ溝３１と同様のＶ溝１３１、並びに配線３３と同様の配線１３３とが形成されている。しかし、凹溝１３２は第１の実施例にはない。凹溝１３２はジャケット１２１の外径に対応してダイシング加工により形成されている。これは、トランスファ成形時の樹脂の流動圧力を考慮してジャケット１２１及び光ファイバ１２０と基板１３０との接着性を向上させるためである。
リードフレーム１５０の材料には、光素子１１０の出力が光素子１０より高いので、Ｃｕ合金を用いている。インナーリード１５２−１〜８はパッケージ１４０に埋め込まれており、アウターリード１５３−１〜８がパッケージ１４０の外部に取り出されている。アウターリード１５３−６、７は配線１３３とワイヤ１７０、１７１を介して光素子１１０に電気接続されている。アウターリード１５３−４、５は光素子１１１に電気接続されている。
パッケージ１４０は、光素子１１０、１１１と光ファイバ１２０とジャケット１２１と基板１３０とリードフレーム１５０を一括してトランスファ成形することにより構成されている。８ピンのデュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）から成り、サイズは例えば長さ１３ｍｍ（ファイバホルダ部の長さ３．４ｍｍを含む）、幅６．３ｍｍ、高さ３ｍｍ、アウターリードピッチ２．５４ｍｍ、リード幅３００ｍｉｌである。
第１の実施例に比べて第２の実施例のパッケージが短くなった理由は、第１の実施例では光ファイバ２０をパッケージ４０のＵ溝４２に固着したのに対して、第２の実施例ではパッケージ１４０をトランスファ成形で封止するためにジャケット１２１を基板１３０の凹溝１３２に固着したからである。これは、第１の実施例ではパッケージ４０をキャップ８０で封止するためであり、第２の実施例ではパッケージ１４０をトランスファ成形で封止するためである。
パッケージ１４０のトランスファ成形材料は黒色の熱硬化性エポキシ樹脂から成る。第２の実施例では低温硬化性と低熱膨張性のエポキシ樹脂を使用した。それは、成形時に溶融した樹脂がジャケット１２１に直接触れることと、成形後に樹脂が光素子１００、１１０及びファイバ１２０の近傍までカバーすることを考慮した為である。この樹脂の弾性率は１３ＧＰａ、熱膨張係数は９ｐｐｍ／℃である。
このエポキシ樹脂を金型温度１５０℃、プランジャ圧力８ＭＰａ、成形サイクル時間９０秒の条件でゲート部１４６から金型に加圧封入することにより、パッケージ１４０を成形した。ゲート部１４６はファイバホルダ部１４１の対向部にあり、金型中のエポキシ樹脂の流動方向１４７はファイバ１２０の光軸方向１２３に概ね平行である。なお、金型からモジュールを取り外す際に光素子やファイバに余分な応力が加わらぬように、金型のエジェクタピンの配置には留意している。
トランスファ成形前に、透明樹脂１６０が光素子１１０、１１１とファイバ素線１２０のジャケット１２１で保護されていない部分とに滴下され、熱硬化される。透明樹脂１６０の材料は、光素子１１０、１１１やファイバ１２０への熱応力が問題にならない範囲で第１の実施例の透明樹脂６０より若干高い硬度を有するシリコーン樹脂を選定した。それは、トランスファ成形時に透明樹脂１６０が樹脂の流動方向１４７に変形することを防止するためである。透明樹脂１６０の屈折率はファイバ１２０とほぼ同じであり、第１の実施例と同様に光結合特性の改善とファイバ端面反射の防止に役立っている。
次に、第２実施例の光モジュール１００の組立工程の概略を説明する。第２の実施例の工程１〜５、７、９、１０はそれぞれ第１実施例の工程２〜６、９、１１、１２に対応している。
（１）光素子１１０、１１１と基板１３０のマーカーを赤外線画像により認識し、これら相互のアライメントを行う。
（２）光素子１１０、１１１に荷重をかけ、予備加熱した基板１３０に仮圧着する。そして、Ａｕ−Ｓｎ半田をリフローし、光素子１１０、１１１を基板１３０にダイボンディングする。
（３）基板１３０をダイパッド１５１に導電性（高熱伝導性）のエポキシ樹脂によって固着する。
（４）光素子１１０、１１１と基板１３０の配線１３３の間、配線１３３とインナーリード１５２−４〜７の間をワイヤ１７０、１７１によってボンディングする。
（５）光素子１１０の前方端面と光ファイバ１２０の端面の間隔が所定の距離になるように、光ファイバ１２０の先端をＶ溝１３１に、ジャケット１２１の先端を凹溝１３２に紫外線硬化樹脂または熱硬化性樹脂によって固着する。
（７）透明樹脂１６０を光素子１１０、１１１と光ファイバ１２０に滴下し、熱硬化させる。
（８）金型にリードフレーム１５０をセットし、パッケージ１４０をトランスファ成形して封止する。この場合、これまで説明したように、樹脂の導入の方向は、光ファイバの光軸方向に略平行となるようにすることが肝要である。
（９）リードフレーム１５０のダムバー（図示せず）やタイバー（図示せず）を切断し、アウターリード１５３−１〜８を所定の形状に折り曲げる。
こうして、モジュール１００の組立を完了する。通例この段階で所定の特性、信頼性検査を行う。
第２の実施例の光モジュール１００では、金型に樹脂を移送、封入してパッケージ１４０をトランスファ成形することにより、型枠に樹脂を流し込んでキャスティング注型法で成形する場合に比べて、成形サイクル時間を短縮し、ボイドの発生を防止し、精密に成形を行っている。したがって、モジュール１００の生産性が向上し、形状や信頼性等に関する品質が安定する効果がある。
第２の実施例では、パッケージ１４０を成形する時にエポキシ樹脂の流動方向１４７がファイバ１２０の光軸方向１２３に平行になるので、樹脂がファイバ１２０やジャケット１２１に沿って移動する。したがって、樹脂の流動圧力がファイバ１２０やジャケット１２１の側面に直角に加わることがないので、ファイバ１２０やジャケット１２１が直角方向に歪んだり、光素子１１０とファイバ１２０のアライメントがずれた状態で成形されることがない。
さらに、光素子１１０、１１１とファイバ１２０が透明樹脂１６０によって保護されているので、流動圧力がこれらに直接加わることがなく、成形後には内部応力が分散される。また、第２の実施例には第１の実施例のキャビティ４４のような中空部分がないので、パッケージ１４０の剛性が高い。さらに、パッケージ１４０の熱膨張係数（９ｐｐｍ／℃）が比較的低いので、ファイバ１２０に加わる熱応力が小さくなる。したがって、成形中の流動圧力及び成形後の外部応力と熱応力による光素子１１０、１１１や光ファイバ１２０の劣化を防止でき、光ファイバ１２０からの光出力を安定化できる効果がある。
なお、トランスファ成形前後及び温度サイクル試験後の光出力変動を測定した結果は、第１の実施例の試験結果と比べて有意差なく、どちらも長期にわたる耐応力性を示している。
第２の実施例の耐湿性に関しては、光素子１１０、１１１と光ファイバ１２０が滴下された透明樹脂１６０とトランスファ成形になる樹脂とによって二重に封止されている。また、第２の実施例は第１の実施例に比べてパッケージ外部から光素子１１０、１１１やファイバ１２０の表面に到達する水分の浸入を抑制する効果は大きい。それは、第２の実施例のトランスファ成形になるパッケージ１４０には第１の実施例の樹脂ケース型パッケージ４０のような中空部分がなく、第２実の施例の樹脂厚が第１実施例の樹脂厚に比べて大きい為である。
但し、透明樹脂１６０とパッケージ１４０を構成するエポキシ樹脂との熱膨張差や接着性によっては両者の界面に水膜が形成される場合があるが、耐湿性は問題にならない。これは、光素子１１０、１１１と光ファイバ１２０に対する透明樹脂１６０の密着性が良いので、透明樹脂１６０の飽和水蒸気圧下においても透明樹脂１６０と光素子１１０、１１１、ファイバ１２０との界面には水膜が形成されないからである。したがって、第２の実施例は光素子１１０、１１１の腐食とファイバ１２０の破断を防止でき、耐湿性を確保できる効果がある。この効果は、第１の実施例と同様の高温高湿動作試験により検証されている。
第２の実施例と第１の実施例をコストで比較すると、第２の実施例は第１の実施例のようなキャップ８０がないので部品点数を削減でき、これに伴って第２の実施例の組立工程数は第１実施例の工程（７）、（９）の分だけ少なくなる。但し、第２の実施例の熱硬化樹脂によるトランスファ成形は第１の実施例の熱可塑性樹脂のインジェクション成形に比べて成形サイクル時間が長く、アフタキュアを要し、材料使用量が大きくなる。また、第２実施例は第１実施例より基板１３０を厚くして、耐熱性ジャケット１２１を用いる必要がある。
パッケージサイズで比較すると、第２の実施例は次の２点で有利である。即ち、（１）第１の実施例のような接着しろを設ける必要がないので小型化できることである。（２）キャップを貼り合わせる必要がないので形状精度を向上できることである。
放熱性で比較すると、第２の実施例は第１の実施例のような中空部分がないので熱伝導面積が大きくなり、熱抵抗を１〜２割程度低減できる。
具体的製造における第１の実施例と第２の実施例の選択は、成形／組立設備への投資、部材調達方法、光素子／ファイバ／モジュールの特性と信頼性の仕様等を総合的に勘案して決定される。
なお、第２の実施例ではトランスファ成形樹脂として低温硬化、低熱膨張性エポキシ樹脂を用いたが、所望の物性に応じてベース樹脂の組成を調整し、充填剤や可撓化剤を配合することができる。例えば、ベース樹脂にはエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、充填剤にはシリカフィラーや合成フィラー、可撓化剤にはシリコーンオイルやシリコーンゴムがある。成形時の光ファイバやワイヤの変形を減らす場合には低粘度、低速成形樹脂が適しており、成形後の熱応力を低減する場合には低弾性、低熱膨張樹脂が適している。また、成形性を向上するためにアフタキュアを不要にした樹脂を採用する場合がある。
第２の実施例を成形するためのゲート部は光ファイバ取出し位置の反対側にあるが、成形樹脂が光ファイバの光軸に沿って流れるように配慮しながらモジュール構造と成形性に応じてゲート部の位置を変更してよい。ゲートのタイプとしてはアンダーゲート、センターゲート、アッパーゲート、セパレートゲート等を使い分けてよい。
また、成形金型からモジュールの多数個取りを行う例を例示する。第２Ｃ図は本モジュールを多連リードフレームを用いて量産する場合の形態を示した平面図である。複数のキャビティ９３と複数のゲート９２を金型９０に設け、多連リードフレーム５０を用いる。ランナ（樹脂の主流路）９１に沿って複数のキャビティ９３を配置し、ランナ９１に対して光軸が垂直になるように金型９０を構成することにより、モジュール取得数をさらに増加させることができる。
第２の実施例は透明樹脂１６０の滴下とトランスファ成形により樹脂封止を行っているが、透明樹脂として第１の実施例の説明で述べたような樹脂材料を使用することも出来る。また、耐湿性をさらに向上させるため、透明樹脂１６０の上にオーバーコート樹脂を被覆することも可能である。
実施例３
第３の実施例は、パッケージ方法として一括成形型であるトランスファ成形方法を採用する。そして、光素子とファイバの固定方法として滴下法を採用する。パッケージをトランスファ成形する際にはゲート部からの樹脂を流動は、その流動方向とファイバの光軸方向が平行になるように留意している。これにより、成形圧力によってフェルールに位置ずれが生じることを防ぎ、レセプタクル部の加工精度（すなわちコネクタとの接続精度）を確保している。
本発明の第３の実施例を第３Ａ図，第３Ｂ図を用いて説明する。第３Ａ図は上面から見た部分的な平面図、第３Ｂ図は側面から見た部分的な断面図である。第３Ａ図−第３Ｂ図は一括成形法で形成されたパッケージによるレセプタクル型光送信モジュールを示している。
第３Ａ図−第３Ｂ図に示す通り、光モジュール２００は、光素子２１０、２１１と、光ファイバ２２０と、基板２３０と、一括成形型プラスチックパッケージ２４０と、リードフレーム２５０から構成されている。
光素子２１０、２１１は基板２３０にダイボンディングされている。光ファイバ素線２２０を内包するフェルール２２１の先端は、基板２３０に設けられたＶ溝２３１に固着され、同じく基板２３０に設けられた凹溝２３２の側面に突き当てられている。光素子２１０とファイバ２２０、及び光素子２１０と光素子２１１は互いに光結合されている。リードフレーム２５０のインナーリード２５２−１〜８の先端は、基板２３０の表面に固着されている。アウターリード２５３−１〜８のうち、２５３−４〜７はインナーリード２５２−４〜７とワイヤ２７０を介して光素子２１０、２１１に電気接続されている。アウターリード２５３−２と２５３−７はバスバー２５１を介してつながっている。光素子２１０、２１１の表面とファイバ２２０の端面は透明樹脂２６０によって被覆されている。パッケージ２４０のレセプタクル部２４１にはラッチ２４８と凹部２４２が設けられている。凹部２４２から取り出されたフェルール２２１の後端には、スリーブ２２２が嵌め込まれている。
光素子２１０、２１１、ファイバ２２０、基板２３０、リードフレーム２５０、パッケージ２４０の仕様は概ね第１の実施例または第２の実施例に用いた部材に対応している。
第３の実施例が第１の実施例または第２の実施例と異なる点は次の諸点である。（１）パッケージ２４０にレセプタクル部２４１を設けていること。（２）レセプタクル部２４１において光コネクタを接続するためにファイバ２２０をフェルール２２１で支持していること。（３）レセブタクル部２４１に加わるコネクタ挿抜力に配慮してフェルール２２１をＶ溝２３１と凹溝２３２で支持していること。（４）同じ配慮によりパッケージ２４０の構造をなるべく上下左右対称にしてリードフレーム２５０を基板２３０の上に配置していること。（５）これに伴って電気特性に関して光素子２１０、２１１の負荷容量（基板２３０の浮遊容量）を低減し、バスバー２５１によりリードフレーム２５０のインダクタンスを低減していること。
フェルール２２１の材料はジルコニアセラミック、ガラスまたはプラスチックから成り、コネクタ損失や接続回数の仕様によって選択する。外径は例えば０．９９ｍｍ、内径（ファイバ２２０が挿入されるスルーホールの直径）は例えば１２６μｍである。フェルール２２１のレセプタクル部２４１側の端面は、コネクタを接続するために研磨されている。スリーブはジルコニアセラミックまたはプラスチックから成る。レセプタクル部２４１にコネクタを接続すると、コネクタがラッチ２４８で機械的に把持され、コネクタ側のフェルールがスリーブ２２２の中に挿入され、このフェルールとフェルール２２１が密接する。
基板２３０のＶ溝２３１の幅は例えば１２０１μｍであり、第１の実施例や第２の実施例のＶ溝３１、１３１に比べてかなり幅が広い。このため、Ｖ溝２３１のエッチング精度とフェルール２２１の外径、内径精度を考慮に入れて、光素子２１０のファーフィールドパターンの半値全角を２０×２５°まで狭めている（スポットサイズに換算して約１．４×１．１μｍ）。凹溝２３２はフェルール２２１のストッパーとして働いており、光素子２１０の前方端面とフェルール２２１の端面の間隔が所定の距離になるようにダイシング加工によって形成されている。
パッケージ２４０の長さはレセプタクル部２４１を含めて１４ｍｍ、幅は６．３ｍｍ、高さは３ｍｍである。パッケージ２４０の成形材料としては、レセプタクル部２４１のラッチ２４８にバネ機能を持たせるため、適切な弾性率を有するエポキシ樹脂材料を用いている。
パッケージ２４０をトランスファ成形する際にはゲート部２４６から矢印２４７の方向に樹脂を流動させ、流動方向２４７とファイバ２２０の光軸方向２２３が平行になるように留意している。これにより、成形圧力によってフェルール２２１に位置ずれが生じることを防ぎ、レセプタクル部２４１の加工精度（すなわちコネクタとの接続精度）を確保している。光素子２１０、２１１はバスバー２５１によって囲われており、透明樹脂２６０で覆われているので、これらに成形圧力が直接加わることはない。バスバー２５１は透明樹脂２６０を滴下する時の流止めダムとして作用するとともに、透明樹脂２６０が成形圧力によって変形するのを防止する効果がある。
なお、第３の実施例に示したレセプタクル型モジュールは、モジュールをプリント配線基板等に実装する場合に自動化に有利である。それは第１の実施例や第２の実施例のようなピグテイル型モジュールに比べて、ピグテイルファイバを取り扱う必要がない為である。
実施例４
第４の実施例は樹脂ケース型パッケージの例である。樹脂ケースの成形はインジェクション成形を採用している。光素子および光ファイバの固定には低弾性樹脂を用いたポッティング法を用いている。インジェクション成形ではゲート部からの樹脂の流動は、ファイバの光軸方向になされている。従って、この方向にパッケージの剛性が向上し、熱膨張、熱収縮が低減されるので、ファイバやフェルールに加わる外部よりの熱応力を抑制できる。
本発明の第４の実施例を第４Ａ図，第４Ｂ図を用いて説明する。第４Ａ図−第４Ｂ図は樹脂ケース型パッケージによるレセプタクル型光受信モジュールを示している。第４Ａ図は下面から見た部分的平面図、第４Ｂ図は側面から見た部分的断面図である。
第４Ａ図、第４Ｂ図に示す通り、パッケージ３４０には、光素子３１１とＩＣ素子３１２とファイバ３２０と基板３３０が収容されており、これらが透明樹脂３６０のポッティングにより封止されている。
光素子３１１とＩＣ素子３１２は基板３３０にダイボンディングされている。光ファイバ素線３２０の先端は基板３３０に設けられたＶ溝３３１に固着されており、光素子３１１と光ファイバ３２０が光結合されている。光ファイバ３２０の後方はフェルール３２１により支持されている。フェルール３２１は基板３２０の凹溝３３２とパッケージ３４０のＵ溝３４２に固着されている。パッケージ３４０のレセプタクル部３４１はラッチ３４８とＵ溝３４３を備えており、スリーブ３２２はＵ溝３４３においてフェルール３２１に嵌め込まれている。
パッケージ３４０の下面のキャビティ３４４の表面にはダイパッド３５１と配線３５２−１〜７がメッキされ、側面の凹部には端子３５３−１〜８がメッキされ、上面のキャビティ３４９の表面もメッキされている。グランド端子３５３−１、３、５、７、８はダイパッド３５１と配線３５２−１、３、５、７につながっている。電源端子３５２−２、信号端子３５２−４、電源端子３５２−６は、それぞれ、基板３３０に形成された配線３３３とワイヤ３７０、３７１を介して、光素子３１１のバイアス電極、ＩＣ素子３１２の信号電極、ＩＣ素子３１２の電源電極に接続されている。
光素子３１１はフォトダイオードであり、ＩＣ素子３１２は光素子３１１のフォトカレント信号を増幅するプリアンプを含む受信回路である。ファイバ３２０、フェルール３２１、スリーブ３２２、基板３３０の仕様は第１〜第３の実施例に準ずる。
第４の実施例と第３の実施例との相違点は、次の通りである。
（１）パッケージ３４０が上下両面にキャビティ３４４、３４９を有する樹脂ケースである。
（２）配線３５２−１〜７と端子３５３−１〜８をメッキで形成することによりリードフレームを省略した（ＬＣＣ型であることを教えている）。
（３）レセプタクル部３４１に対する光コネクタの挿抜力とパッケージ３４０の熱応力を考慮してファイバ素線３２０をＶ溝３３１に固着し、フェルール３２１を凹溝３３２とＵ溝３４２に固着した。
モジュール３００すなわちパッケージ３４０のサイズは例えば、長さ１６．５ｍｍ（レセプタクル部３４１を含む）、幅６．３ｍｍ、高さ２．８ｍｍである。モジュール３００は、基板３３０の背面を上に向けて別構造体（例えばプリント基板やハウジング等）に取り付けられる。別構造体の一部をキャップとして利用できるので、第１の実施例に比べて部品点数を削減できる上、モジュール３００を薄型化できる。
端子３５３−１〜８は第１〜第３の実施例のようなリードフレームに比べて短いので、高周波特性に優れている。また、キャビティ３４９の表面に形成する配線に関して、グランド配線により電磁ノイズをシールドできる。また、グランド配線と電源配線間にバイパスコンデンサを接続することにより電源供給を安定化できる。受信モジュールに搭載されるフォトダイオードでは放熱があまり問題にならないが、第４の実施例の光素子３１１の代わりにレーザダイオード等を搭載する場合にはキャビティ３４９にヒートシンクや放熱フィンを取り付けてよい。
パッケージ３４０は液晶ポリマーをインジェクション成形し、その表面にＣｕやＡｕのメッキパターンを形成した物である。インジェクション成形ではゲート部３４６から矢印３４７の方向に樹脂を流動させている。これにより、ファイバ３２０の光軸方向３２３に対してパッケージ３４０の剛性が向上し、熱膨張、熱収縮が低減されるので、ファイバ３２０やフェルール３２１に加わる外部よりの熱応力を抑制できる。また、ラッチ３４８の剛性が確保できるので、レセプタクル部３４１へのコネクタ接続の繰り返しによって折損することがない。
光素子３１１、ＩＣ素子３１２、ファイバ素線３２０を被覆する透明樹脂３６０は、第１の実施例のようなシリコーンゲルに比べて硬めのシリコーンゴムを用いている。それはパッケージ３４０の下面の外装材も兼ねている為である。透明樹脂３６０を透過して光素子３１１に入射する迷光が問題になる場合には、透明樹脂３６０の表面に着色するか、または黒色のオーバーコートを被せればよい。
以上、本発明に係わる第１の実施例から第４の実施例の光モジュールを説明してきたが、本発明の最も重要なポイントは、プラスチックパッケージが樹脂ケース型か一括成形型かに拘わらず、モールド樹脂の流動方向がファイバの光軸に平行であることである。これによって、光モジュール特有の光素子及び光ファイバに対して低コスト化と高信頼化を実現することが可能になる。
実施例５
本例ではカード型光モジュールの例を説明する。樹脂ケース部材の製造方法に樹脂ケース型を用いた例である。
第５図はカード型光モジュールの例を示す斜視図である。光モジュール全体を支える樹脂ケース部材のベース４４０の上に各モジュール要素および電気系との接続部が搭載されている。光伝送系、光電変換素子部およびその駆動用集積回路部は、基板４３０上にカード型の配列されている。このようなカード型に対応した実装部品は、カード型に供する形態とする以外、これまでの例と基本的に同様の構成および特徴を有している。
光発光素子４１０（例えばレーザ・ダイオード）および光受光装置４１１（例えばフォトダイオード）が実装基板４３０にボンディングされ、これらは各々、光ファイバ素線４２０と光分岐導波部４３４によって光結合されている。光ファイバ素線４２０はジャケット４２１で覆われている。そして、このジャケット４２１はファイバ・フォルダ４４１で支えられている。こららの光受光素子４１０、４１１は透明樹脂４６０にて覆われている。尚、第５図ではこの透明樹脂の覆っている平面的な領域のみを示している。半導体集積回路装置４１２は発光素子４１０の駆動回路、一方、半導体集積回路装置４１３は光受光装置４１１よりのフォトカレントを増幅するプリアンプを含む受光回路である。各々の半導体集積回路装置４１２、４１３はプリント基板４９０に搭載され、電気的接続端子４９１とコネクタ４９２によって外部の電気信号回路に接続される。プリント基板４９０とコネクタ４９２は、樹脂ケース部材のベース４４０（ファイバ・フォルダ４４１もこの一部）に埋め込まれている。第５図では省略されているが、樹脂ケース部材のカード型のキャップがベース４４０に対抗して準備される。
樹脂ケース部材の製造方法は「樹脂ケース型」を用い、実施例１と基本的に同様である。樹脂ケース部材のベース４４０とキャップとは熱可塑性樹脂の一種であるガラス繊維強化型グレードの液晶ポリマーを用いた。そして、その成形に際しての流動方向を、光ファイバの光軸方向に略平行となるようにする。こうして、液晶ポリマーの分子鎖が光ファイバの光軸方向に略平行に配向する。これにより、樹脂ケース部材のベース４４０とキャップこの方向の弾性率を向上させ、熱膨張係数を低減できる。通常、特にファイバホルダ部に光軸方向に関する引張り応力や曲げ応力が加わる。しかし、本例では十分な機械強度を確保でき、光ファイバ４２１に加わる外部応力を抑制できる。
尚、カード型光モジュールの製造に、実施例１−４の述べた方法が適用できることは言うまでもない。
実施例６
本例では光伝送システムの典型的な例を説明する。第６図は光伝送システムの典型的な例を示す図である。光伝送システム５００において、５０１はサーバ、５１０は送信装置、５０２は光ファイバー、５０３は光分配器、５２０−５２３は各々受信装置、５５０−５５３は各々端末への伝送を示している。サーバ５０１からの情報は、光分配器５０３により複数の各端末に伝送される。尚、送信装置５１０は主として送信ＬＳＩ（集積回路装置）部５１１と、これからの電気信号を光に変換し、送信する為の光送信モジュール５１２により構成される。一方、受信装置５２０−５２３の各々は、主として光受信モジュール５３０−５３３、およびこれからの光を光電変換する為の受信ＬＳＩ（集積回路装置）部５４０−５４３により構成される。本願発明の各伝送装置は、こうした送信装置あるいは受信装置の構成に係わる。
各光送信モジュールあるいは光受信モジュールとして実施例１に例示した光モジュールを用いた。また、実施例２−４に例示した光モジュールを用いることが出来る。
こうして、本願発明によれば、高信頼性にして且つ安価な光伝送システムを提供することが出来る。
産業上の利用可能性
本発明は樹脂モールド型光モジュールおよびわけてもこの樹脂モールド型光モジュールを用いた光ファイバ伝送装置に用いることが出来る。又、本発明は光伝送システムに適用可能なものである。

Claims (2)

1. 光素子と、前記光素子に光結合される光ファイバと、前記光素子と前記光ファイバとを少なくとも搭載する樹脂ケース部材としてのベースおよびキャップとを有し、
   前記ベースおよび前記キャップはキャビティを形成し、少なくとも前記光素子および前記光ファイバは前記キャビティ内に設けられ、
   前記樹脂ケース部材の少なくとも前記光ファイバの光軸に沿う主要部分をみたとき、前記光軸に沿う方向の前記樹脂ケース部材の材料の弾性率は、前記光軸に沿う方向と垂直方向の前記樹脂ケース部材の材料の弾性率よりも高く構成されており、
   前記ベースおよび前記キャップは液晶ポリマーを用いてインジェクション法により形成されており、前記ベースおよび前記キャップそれぞれの金型のファイバ取り出し部近傍の部位に前記樹脂を注入するためのゲートが設けられ、それぞれの前記ゲートから前記樹脂を注入することにより前記ベースおよび前記キャップが形成されることを特徴とする光モジュール。
2. 前記樹脂ケースは熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。

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