JP4134942B2 - 光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は光モジュールに関し、特に透明プレートの一面に実装される面型光素子および反対面に配置される光結合手段を備え、この光結合手段を介して面型光素子から又は面型光素子へ光を入出力する光モジュールに関する。
光ファイバ通信等で使用する発光、受光および増幅等を行うユニット又は装置は、半導体レーザ(発光素子)又は受光素子およびレンズ等の光学系を光モジュールとして一体化するのが一般的である。
また、光通信や光インターコネクション等の分野において、光モジュール内部における発光素子や受光素子等の光素子と、レンズ等の光結合系、更には光ファイバ又は光コネクタとを高精度でアライメントし、光信号を有効に取り出すことが必要である。また、上述した部品又はデバイス間の位置が環境温度変動により変化すると、通信における誤りの原因となるため、それら部品間の位置精度は温度変動に対して一定であることが必須である。
斯かる光モジュールの従来例は、種々の文献に開示されている。光機能素子をその素子の基板以外の別基板を使用して実装する場合に、電極パッドを使用して歩留まりおよび生産性を上げる光機能素子装置等を開示している(例えば、特許文献1参照)。また、耐熱性を有する光透過性基板の凹部にチップ(光素子)を配置すると共に、この光透過性基板にレンズを一体的に形成することにより耐熱サイクル性を向上させる光デバイスおよびその製造方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
図3は、上述した特許文献1に開示される従来の光機能素子装置(又は光モジュール)の実装構造を示す。図3に示す光モジュール30は、下面に電極34を有する光素子32、それぞれ上下面に電極36およびレンズ38が形成されたサブマウント39および電極34および電極36間を相互接続するバンプ(接合用金属)33により構成される。
即ち、図3に示す光モジュール30では、面発光レーザ(Vertical
Cavity Surface Emitting Laser : VCSEL)である光素子32が、その発光領域に対応する電極パッド34に合うようにサブマウント39の上に形成された電極36に接合用金属33により実装されている。ここで、サブマウント39は、ガラス基板により屈折率分布を形成したマイクロレンズ38がアレイ化されている。電極34、36の接合により形成された空隙35には、そのまま又はレーザ光に対して吸収、散乱の少ない樹脂等を充填する。VCSEL32およびサブマウント39を、VCSEL32を光らせながらマイクロレンズ38を通して出力光をモニタすることで相互のアライメントを精度良く行うことを可能にしている。
また、図4は、上述した特許文献2に開示される従来の光モジュールの実装構造を示す。この光モジュール40は、上面に凹部47および下面にレンズ48が形成された光透過性基材41、その凹部47に沿って形成された電極46、凹部47内に配置されるチップ(光素子)42を有するモールド部49により構成される。
即ち、図4に示す光モジュール40は、受光部を備えるチップ42が、レンズ部48を備える基材41の凹部47にバンプ43により実装されている。レンズ部48を有する基材41の下面の反対側に凹部47を設け、この凹部47にチップ42を搭載したモールド部49を挿入した構成となっている。モールド部49は、フィラー抜きのエポキシ樹脂でモールドされている。基材41の材料は、フィラー抜きのエポキシ樹脂よりも熱膨張率が小さい材料であり、そのため熱応力が発生しにくくなり、温度変化に対する基材41の変形量を小さくしてチップ42が基材41から剥離するのを防止している。
更に、関連する従来技術として、透明シート上の電極にバンプを介して接続された光素子からの光を、透明シートを介して取り出すレンズによる光取り出し部を設ける光電気複合モジュールが開示されている(例えば、特許文献3参照)。
特開2000−49414号公報(第9−10頁、第11図) 特開2002−118270号公報(第3頁、第3図) 特開2004−31508号公報(第5頁、第1図)
上述の如き従来技術には、次の如き課題を有する。即ち、特許文献1に開示される如くサブマウント内にレンズが埋め込まれた構造では、温度変動によりレンズを搭載したサブマウントおよび光素子を搭載した基板の膨張に差が生じてレンズの光軸と光素子の光軸のずれが避けられない。また、特許文献2に開示される如くレンズ部を有する基材のレンズ部を設けた面の反対側に凹部を設け、この凹部にチップを搭載したモールド部を挿入した構成とすると、チップへの配線は、このモールド部と凹部の隙間に位置する。このため、この配線を通すための隙間が必要なため、モールド部の熱膨張により、レンズ部の光軸とチップ内の光素子の光軸のずれを防止できない。また、特許文献3に開示される如く透明プレートの光素子実装面との反対面に、光素子実装領域より小さい面積の光結合系を配置する構成では、光素子および光結合系のアライメントが困難であると共に光結合系と透明プレートの十分な固着強度を得るのが困難である。特に、複数の光素子が並列に配置されているアレイ状の光素子を含む場合には、製造作業が困難である。以上のように、従来技術では、熱膨張に起因する、光素子の光軸とレンズの光軸との変位を防止することができず、高精度の光モジュールを得るのが困難であるのみならず、製造作業性に劣る等の課題を有する。
本発明は従来技術の、上術した課題に鑑みなされたものであり、温度変化に対して安定し且つ製造が容易である光モジュールを提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため本発明による光モジュールは次のような特徴的な構成を採用している。
(1)透明プレートの一面に面型光素子を実装し、前記透明プレートの前記面型光素子の実装面と反対面に前記面型光素子に対して光軸結合をとることができる光結合手段を固着し、該光結合手段を介して前記面型光素子から又は該面型光素子へ光を入出力する光モジュールにおいて、
前記光結合手段は、前記透明プレートよりも熱膨張係数の小さい材料とし、前記光結合手段の前記透明プレートとの接触面積を前記面型光素子の実装領域より大きくする光モジュール。
(2)前記光結合手段は、レーザ光を透過する接着剤により前記透明プレートに固着される上記(1)の光モジュール。
(3)前記透明プレートへの前記光結合手段の固着は、塗布型ガラス、UV硬化樹脂、エポキシ系樹脂により行う上記(2)の光モジュール
(4)前記面型光素子は、アレイ状の複数の面型光素子であり、前記光結合手段は、前記複数の面型光素子に対応する複数のレンズが形成された一体構造であり、該複数のレンズを前記複数の面型光素子に光軸結合して前記透明プレートに固着される上記(1)乃至(3)のいずれかの光モジュール
本発明の光モジュールによると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、透明プレートの一面に面型光素子を接続し、反対面にレンズ等の光結合系を配置して面型光素子からの又は面型光素子への光の入出力を行う光モジュールにおいて、光結合系の面積を面型光素子の実装領域の面積と同等以上の面積にすると共に光結合系として熱膨張係数の小さい材料を選定するので、面型光素子および光結合系の光軸を温度変化に対して安定化した高精度の光モジュールが得られる。また、本発明によると、アレイ状の複数の面型光素子を含む光モジュールであっても、光結合系を一体的構成として、優れた作業性で製造可能である。
以下、本発明による光モジュールの好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
先ず、図1は、本発明による光モジュールの好適実施例の側断面図である。この光モジュール10は、電極14が形成された光素子12、この光素子12の電極14に対応する電極16を有する透明プレート17、電極14および16間に配置され、これら電極14、16間を相互接続するバンプ(接合用金属)13およびレンズ18が形成された光結合系11により構成される。尚、面型光素子12および透明プレート17間には、バンプ13により両者が相互接続された状態で、間隙15が生じる。
透明プレート17の片側(図1中の下側)に、面型の発光素子又は受光素子(以下、面型光素子という)12を、光信号が透明プレート17を透過する向きに実装する。そして、透明プレート17の反対側(図1中の上面)に、熱膨張係数の小さなレンズ18等の光信号を入出力する光結合系11の片面を面型光素子が実装された領域と同等以上の面積で一様に固着する。
ここで、透明プレート17には、光通信又は光インターコネクションにおいて一般に使用される波長帯である850nm〜1550nmの光に対して吸収の少ない、例えばポリイミド系材料を使用する。レンズ18を形成する光結合系11の材料としては、熱膨張率の小さな材料、例えば石英系材料を使用する。また、光結合系11の透明プレート17への固着用の接着剤には、透明プレート17の材料に対して十分に熱膨張率の小さく、レーザ光に対して吸収、散乱の少ない、例えば塗布型ガラス、UV(紫外線)硬化樹脂又はエポキシ系樹脂を使用する。
また、光素子12の電極14、透明プレート17の電極16、透明プレート17およびそれに固着されている面型光素子12は、熱膨張の小さな光結合系11が透明プレート17に面型光素子12が実装された領域と同等以上の面積で一様に固着されていることにより、膨張量が制限される。そのため、温度変化に対しても面型光素子12、透明プレート17および光結合系11の相互の位置関係が崩れることがなく、温度変化に対して安定した光結合が実現される
次に、図2は、本発明の第2の実施例を示す図である。図2(A)は光モジュール20の上面図(又は平面図)であり、(B)は光モジュール20の側断面図である。尚、この第2実施例の光モジュール20は、上述した第1実施例の光モジュール10と類似するので、対応する構成要素には、類似の参照符号を使用する。
この光モジュール20も、電極24が形成された面型光素子22、この電極24に対応する電極26を有する透明プレート27、これら電極24、26間を相互接続するバンプ23および面型光素子22の発光又は受光部に対応する位置にレンズ28が形成された光結合系21により構成される。しかし、この光モジュール20は、複数(図示の特定例では4個)の面型光素子22が透明プレート27に並列に配置され、それぞれの電極に接続される。そして、光結合系21は、これら複数の面型光素子22に対応する個数および位置関係で複数のレンズが形成された共通(即ち、1個)の光結合系である。
即ち、透明プレート27の片側(下面)には、複数の面型光素子22をアレイ化した面型光素子アレイを光信号が透明プレート27を透過する向きに実装している。そして、透明プレート27の反対側(上面)には、熱膨張係数の小さなレンズアレイ28を有する光結合系21の片面(下面)を、アレイ状の面型光素子22が実装された領域と同等以上の面積で一様に固着する。
透明プレート27には、光通信において一般に使用される波長帯である850nm〜1550nmの光に対して吸収の少ない透明材料、例えばポリイミド系材料を使用する。レンズアレイ28が形成された光結合系21の材料としては、熱膨張率の小さな材料、例えば石英系材料を使用する。また、光結合系21を透明プレート27に固着する接着剤には、透明プレート27の材料に対して十分に熱膨張率が小さく且つレーザ光に対して吸収、散乱の少ない、例えば塗布型ガラス、UV硬化樹脂又はエポキシ系樹脂を使用する。
透明プレート27およびそれに固着されているアレイ状の面型光素子22は、熱膨張の小さな光結合系21が透明プレート27に面型光素子22が実装された領域と同等以上の面積で一様に固着されていることにより膨張量が制限される。そのために、温度変化に対しても面型光素子22、透明プレート27および光結合系21の相互の位置関係が崩れることがなく、温度変化に対して光結合が安定した光モジュールが得られる
以上、本発明による光モジュールの好適実施例の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。例えば、面型光素子の個数は、1個以上の任意個数であってもよく、また必ずしも1列に配置する必要もなく、例えば2列に配置してもよいこと勿論である。更に、各構成素子の材料は、実施例に基づき例示した材料に限定されるものではない。
本発明による光モジュールの第1実施例の構成を示す側断面図である。 本発明による光モジュールの第2実施例の構成を示し、(A)は上面図、(B)は側断面図である。 光モジュールの第1従来例の側断面図である。 光モジュールの第2従来例の側断面図である。
符号の説明
10、20 光モジュール
11、21 光結合系
12、22 面型光素子
13、23 バンプ(又は接合用金属)
14、16、24、26 電極
17、27 透明プレート
18、28 レンズ(又はマイクロレンズ)

Claims (3)

  1. 透明プレートの一面にひとつまたはアレイ状に配置された複数の面型光素子を実装し、前記透明プレートの前記面型光素子の実装面と反対面に前記面型光素子のひとつひとつに対して光軸結合をとることができる光結合手段を固着し、該光結合手段を介して前記面型光素子から又は該面型光素子へ光を入出力する光モジュールにおいて、
    前記光結合手段は、ひとつまたは複数のレンズを備えたプレート状の部品であって、前記透明プレートとの接触面積が、少なくとも前記面型光素子の実装領域より大きくなるような大きさを有することを特徴とする光モジュール。
  2. 前記光結合手段は、レーザ光を透過する接着剤により前記透明プレートに固着されることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  3. 前記透明プレートへの前記光結合手段の固着は、塗布型ガラス、UV硬化樹脂、エポキシ系樹脂により行うことを特徴とする請求項2に記載の光モジュール。
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