JP4923712B2 - Optical module and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、光インターコネクションに用いられる光モジュール及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an optical module used for optical interconnection and a method for manufacturing the same.

近年、システム装置内および装置間の信号を高速に伝送する技術である光インターコネクションが広がっている。すなわち、光インターコネクションとは、光部品をあたかも電気部品のように扱って、パソコン、車両、光トランシーバなどのマザーボードや回路基板に表面実装する技術をいう。   In recent years, optical interconnection, which is a technique for transmitting signals within a system apparatus and between apparatuses at high speed, has been spreading. In other words, the optical interconnection is a technology in which an optical component is handled as if it were an electrical component and surface-mounted on a mother board or circuit board such as a personal computer, a vehicle, or an optical transceiver.

光インターコネクションに用いられる従来の光モジュールとして、図９に示すような光モジュール９１がある。   As a conventional optical module used for optical interconnection, there is an optical module 91 as shown in FIG.

この光モジュール９１は、上部が開口したキャビティを有するセラミックパッケージ９２内に回路パターンを形成し、その回路パターンに光素子（例えば、半導体レーザ（ＬＤ）もしくはフォトダイオード（ＰＤ））９３を１個以上搭載し、セラミックパッケージ９２の上部を、光通路となるガラス窓９４を低融点ガラスで接合した金属製の蓋９５で覆うと共に気密封止したものである。   In this optical module 91, a circuit pattern is formed in a ceramic package 92 having a cavity with an open top, and one or more optical elements (for example, a semiconductor laser (LD) or a photodiode (PD)) 93 are formed in the circuit pattern. The upper part of the ceramic package 92 is mounted and covered with a metal lid 95 in which a glass window 94 serving as an optical path is joined with low-melting glass and hermetically sealed.

光モジュール９１では、光素子９３がＬＤの場合、光素子９３からの光信号はガラス窓９４を通して出力され、レンズ９６で集光されて外部へ伝送される。光素子９３がＰＤの場合には、外部からの光信号はガラス窓９４を通して入力され、レンズ９６で集光されて光素子９３で受信される。   In the optical module 91, when the optical element 93 is an LD, an optical signal from the optical element 93 is output through the glass window 94, collected by the lens 96, and transmitted to the outside. When the optical element 93 is a PD, an optical signal from the outside is input through the glass window 94, collected by the lens 96 and received by the optical element 93.

光素子９３は、回路パターンにワイヤボンディングによってワイヤｗで電気的に接続される。蓋９５は、セラミックパッケージ９２の金属枠９７にろう材ｂを介して抵抗溶接で接合される。   The optical element 93 is electrically connected to the circuit pattern by wire w by wire bonding. The lid 95 is joined to the metal frame 97 of the ceramic package 92 by resistance welding via the brazing material b.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。   The prior art document information related to the invention of this application includes the following.

特開２００５−２９２７３９号公報JP 2005-292739 A

しかしながら、従来の光モジュール９１は、抵抗溶接用の金属枠９７をセラミックパッケージ９２の上縁面に取り付けなくてはならない。金属枠９７の厚みの精度、金属枠９７とセラミックパッケージ９２を固着するロウ材ｂの厚み精度、さらに、金属枠９７上面の突起部の溶け量のバラツキまで考慮して、予めガラス窓９４の裏面と光素子９３との距離Ｌ１は、余裕を持って離しておく必要がある。   However, in the conventional optical module 91, the metal frame 97 for resistance welding must be attached to the upper edge surface of the ceramic package 92. In consideration of the accuracy of the thickness of the metal frame 97, the accuracy of the thickness of the brazing material b that fixes the metal frame 97 and the ceramic package 92, and the variation in the melting amount of the protrusions on the upper surface of the metal frame 97, The distance L1 between the optical element 93 and the optical element 93 needs to be separated with a margin.

より詳細には、ワイヤｗの高さＬ２（約０．５ｍｍ）、ガラス窓９４の厚さｔ（約０．３ｍｍ）、セラミックパッケージ９２に蓋９５を抵抗溶接で溶接するときの高さ方向の変動ΔＬ（約０．１ｍｍ）とすると、光素子９３とレンズ９６の距離Ｌは、
Ｌ＞Ｌ２＋ｔ＋ΔＬ
を満たすことが必要であり、その他の部材の寸法精度なども考慮すると１．０ｍｍ以上必要となる。 More specifically, the height L2 of the wire w (about 0.5 mm), the thickness t (about 0.3 mm) of the glass window 94, and the height direction when the lid 95 is welded to the ceramic package 92 by resistance welding. If the variation ΔL (about 0.1 mm), the distance L between the optical element 93 and the lens 96 is
L> L2 + t + ΔL
In view of the dimensional accuracy of other members, 1.0 mm or more is required.

一般的に、光素子９３はＬＤやＰＤが狭ピッチ（例えば、２５０μｍ）でアレイ状に配置されて構成されるため、距離Ｌが長くなるほど、隣のチャネルに光が漏れ込み、光モジュール９１が正常に動作しないという問題がある。   In general, since the optical element 93 is configured by arranging LDs and PDs in an array with a narrow pitch (for example, 250 μm), the longer the distance L, the more light leaks into the adjacent channel, and the optical module 91 There is a problem that it does not work properly.

そこで、本発明の目的は、信頼性が高く、隣のチャネルへの光の漏れ込みがない光モジュール及びその製造方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical module that is highly reliable and that does not leak light into an adjacent channel, and a method for manufacturing the same.

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、上部が開口したパッケージの上部に光透過部材を設け、上記パッケージ内に１個以上の光素子を収納して気密封止した光モジュールにおいて、上記光透過部材となる透明基板の裏面に回路パターンを形成し、その回路パターンに１個以上の光素子を実装し、上記パッケージの上縁面にパッケージ側電極を形成すると共に、そのパッケージ側電極に対応して上記透明基板の裏面に基板側電極を形成し、他方、光通路となる窓を有する金属製のフタを上記透明基板の表面に固定して設けると共に、そのフタを上記透明基板の周縁から張り出すように形成し、上記パッケージ側電極と上記基板側電極を接合した状態で、上記パッケージに上記フタの周縁を接合すると共に気密封止した光モジュールである。 The present invention was devised to achieve the above object, and the invention of claim 1 is characterized in that a light transmitting member is provided in the upper part of a package having an open top, and one or more optical elements are accommodated in the package. In the optically sealed optical module, a circuit pattern is formed on the back surface of the transparent substrate serving as the light transmitting member, one or more optical elements are mounted on the circuit pattern, and the package side is mounted on the upper edge surface of the package. In addition to forming an electrode, a substrate-side electrode is formed on the back surface of the transparent substrate corresponding to the package-side electrode, and a metal lid having a window serving as an optical path is fixed to the surface of the transparent substrate. When the lid is formed so as to protrude from the peripheral edge of the transparent substrate and the package side electrode and the substrate side electrode are joined, the lid is joined to the package. An optical module that is hermetically sealed.

請求項２の発明は、上記パッケージは、底面より１段高い上記透明基板を搭載するためのテラスと、上記テラスに形成された上記パッケージ側電極としてのテラス上電極と、上記テラス上電極より１段高い第２の上縁面と、上記第２の上縁面に形成された接合枠と、を備え、上記透明基板の上記基板側電極と上記パッケージの上記テラス上電極とを接合し、上記フタの周縁と上記パッケージの上記接合枠とを接合した、請求項１記載の光モジュールである。 According to a second aspect of the present invention, the package has a terrace for mounting the transparent substrate that is one step higher than the bottom surface, an upper terrace electrode as the package-side electrode formed on the terrace, and an upper terrace electrode than the terrace upper electrode. A stepped second upper edge surface and a joining frame formed on the second upper edge surface, joining the substrate-side electrode of the transparent substrate and the terrace electrode of the package, The optical module according to claim 1 , wherein a peripheral edge of the lid and the joint frame of the package are joined .

請求項３の発明は、上記フタは厚さが０．３ｍｍ未満の金属板からなり、上記フタの周縁部に、上記パッケージに上記フタを接合する際変形する可変部を形成した請求項１または２に記載の光モジュールである。 The invention of claim 3, the lid is Ri Do the thickness 0.3mm less than the metal plate, the periphery of the lid, according to claim 1, the variable portion is formed to deform when bonding the lid to the package Or it is an optical module of 2 .

請求項４の発明は、上記フタの周縁部に、上記パッケージに上記フタを接合する際変形する盛り上がり部からなる可変部を形成した請求項１または２に記載の光モジュールである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical module according to the first or second aspect, a variable portion including a raised portion that is deformed when the lid is joined to the package is formed at a peripheral portion of the lid .

請求項５の発明は、上記透明基板の表面に上記フタを低融点ガラスで固定した請求項１〜４いずれかに記載の光モジュールである。   A fifth aspect of the present invention is the optical module according to any one of the first to fourth aspects, wherein the lid is fixed to the surface of the transparent substrate with a low melting point glass.

請求項６の発明は、上記パッケージの上記パッケージ側電極の周囲に接合枠を形成し、上記パッケージ側電極と上記基板側電極をＡｕバンプまたは半田バンプを介して接合すると共に、上記接合枠に上記フタの周縁を抵抗溶接で接合した請求項１〜５いずれかに記載の光モジュールである。   According to a sixth aspect of the present invention, a bonding frame is formed around the package side electrode of the package, the package side electrode and the substrate side electrode are bonded via Au bumps or solder bumps, and the bonding frame is The optical module according to claim 1, wherein the periphery of the lid is joined by resistance welding.

請求項７の発明は、上記接合枠の上縁面に、その上縁面に沿って上記パッケージに上記フタを接合する際溶融する突起部を形成した請求項６記載の光モジュールである。   A seventh aspect of the present invention is the optical module according to the sixth aspect, wherein a protrusion is formed on the upper edge surface of the joint frame and melts when the lid is joined to the package along the upper edge surface.

請求項８の発明は、上記フタを上記透明基板に近い線膨張係数を有する金属で形成した請求項１〜７いずれかに記載の光モジュールである。   The invention of claim 8 is the optical module according to any one of claims 1 to 7, wherein the lid is made of a metal having a linear expansion coefficient close to that of the transparent substrate.

請求項９の発明は、上記透明基板の裏面の回路パターン上に受信用光素子を配置すると共に、その受信用光素子の出力を増幅する受信用アンプＩＣを配置し、上記透明基板の裏面の回路パターン上に送信用光素子を配置し、その送信用光素子を駆動する送信用ドライバＩＣを上記パッケージの内底面に配置した請求項１〜８いずれかに記載の光モジュールである。   According to the ninth aspect of the present invention, a receiving optical element is disposed on a circuit pattern on the back surface of the transparent substrate, and a receiving amplifier IC for amplifying the output of the receiving optical element is disposed. 9. The optical module according to claim 1, wherein a transmission optical element is disposed on the circuit pattern, and a transmission driver IC for driving the transmission optical element is disposed on the inner bottom surface of the package.

請求項１０の発明は、上部が開口したパッケージの上部に光透過部材を設け、上記パッケージ内に１個以上の光素子を収納して気密封止した光モジュールの製造方法において、上記光透過部材となる透明基板の裏面に回路パターンを形成し、その回路パターンに１個以上の光素子を実装し、上記パッケージの上縁面にパッケージ側電極を形成すると共に、そのパッケージ側電極に対応して上記透明基板の裏面に基板側電極を形成し、他方、光通路となる窓を有する金属製のフタを上記透明基板の表面に固定して設けると共に、そのフタを上記透明基板の周縁から張り出すように形成し、上記パッケージ側電極と上記基板側電極をＡｕバンプまたは半田バンプを介して接合した状態で、上記パッケージに上記フタの周縁を接合すると共に気密封止することを特徴とする光モジュールの製造方法である。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an optical module manufacturing method in which a light transmitting member is provided on an upper portion of a package having an open top, and one or more optical elements are housed in the package and hermetically sealed. A circuit pattern is formed on the back surface of the transparent substrate, and one or more optical elements are mounted on the circuit pattern, and a package side electrode is formed on the upper edge surface of the package, and corresponding to the package side electrode A substrate-side electrode is formed on the back surface of the transparent substrate, and a metal lid having a window serving as a light path is fixed to the surface of the transparent substrate , and the lid extends from the periphery of the transparent substrate. The package side electrode and the substrate side electrode are joined via Au bumps or solder bumps, and the periphery of the lid is joined to the package and hermetically sealed. A method of manufacturing an optical module, characterized by.

本発明によれば、信頼性が高いという優れた効果を発揮する。   According to the present invention, an excellent effect of high reliability is exhibited.

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１は本発明の好適な第１の実施形態を示す光モジュールの斜視図、図２はその断面図である。   FIG. 1 is a perspective view of an optical module showing a preferred first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof.

図１および図２に示すように、第１の実施形態に係る光モジュール（気密封止型パラレル光モジュール）１は、パソコン、車両、光トランシーバなどの機器のマザーボードや回路基板に表面実装するものであり、面積が１ｃｍ×１ｃｍ程度の大きさを有する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the optical module (hermetic sealed parallel optical module) 1 according to the first embodiment is surface-mounted on a motherboard or a circuit board of a device such as a personal computer, a vehicle, or an optical transceiver. The area is about 1 cm × 1 cm.

この光モジュール１は、上部が開口したキャビティ（空洞、凹み、部屋）を有し、縦断面が凹状のセラミックパッケージ２と、そのセラミックパッケージ２に収納される光透過部材となる透明基板３と、セラミックパッケージ２の上部を覆う金属製のフタ４とで主に構成される。   This optical module 1 has a cavity (cavity, dent, room) having an open top, a concave longitudinal section, and a transparent substrate 3 serving as a light transmission member housed in the ceramic package 2. It is mainly composed of a metal lid 4 that covers the upper part of the ceramic package 2.

パッケージとしてセラミックパッケージ２を用いたのは、後述するようにパッケージ内を気密封止した際、気密封止のレベルを、Ｈｅリーク試験おいて１０-9Ｐａ・ｍ3 ／ｓ［Ｈｅ］以下に保つ必要があるからである。 The ceramic package 2 was used as the package when the inside of the package was hermetically sealed as described later, and the hermetic sealing level was 10 −9 Pa · m 3 / s [He] or less in the He leak test. Because it is necessary to keep.

セラミックパッケージ２内には、パッケージ側回路パターン５が形成される。回路パターン５の一部は、セラミックパッケージ２の上縁面と底面を結んで形成されていてもよい。セラミックパッケージ２の底面には、機器のマザーボードや回路基板に光モジュール１を実装するための半田ボールが複数個格子状に並べて取り付けられる。つまり、セラミックパッケージ２はＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）はんだを構成する。   A package-side circuit pattern 5 is formed in the ceramic package 2. A part of the circuit pattern 5 may be formed by connecting the upper edge surface and the bottom surface of the ceramic package 2. On the bottom surface of the ceramic package 2, a plurality of solder balls for mounting the optical module 1 on the motherboard or circuit board of the device are arranged in a grid. That is, the ceramic package 2 constitutes BGA (Ball Grid Array) solder.

さて、図５（ａ）に示すように、セラミックパッケージ２には、その底面より１段高い透明基板３を搭載するためのテラス６が設けられる。テラス６には、回路パターン５と導通するパッケージ側電極として、テラス上電極７が複数個並べて形成される。テラス上電極７は、例えば、Ｃｕ箔をフォトエッチングした後、Ａｕめっきを施して一括形成される。   Now, as shown in FIG. 5A, the ceramic package 2 is provided with a terrace 6 for mounting the transparent substrate 3 higher than the bottom surface thereof. On the terrace 6, a plurality of terrace-side electrodes 7 are formed side by side as package-side electrodes that are electrically connected to the circuit pattern 5. The terrace upper electrode 7 is formed in a lump by, for example, photo-etching a Cu foil and then performing Au plating.

セラミックパッケージ２のテラス上電極７より１段高い上縁面に、フタ４の受け皿となる接合枠８がＡｕ／Ｎｉなどの金属で形成される。図３に示すように、接合枠８の上縁面には、その上縁面に沿ってセラミックパッケージ２にフタ４を接合する際溶融する枠状の突起部８ｐが一体形成される。   A joining frame 8 serving as a tray for the lid 4 is formed of a metal such as Au / Ni on the upper edge surface one step higher than the terrace upper electrode 7 of the ceramic package 2. As shown in FIG. 3, a frame-shaped protrusion 8 p that is melted when the lid 4 is bonded to the ceramic package 2 along the upper edge surface is integrally formed on the upper edge surface of the bonding frame 8.

図２に示すように、透明基板３としては、石英系ガラスやアルミナ単結晶Ａｌ2 Ｏ3 （いわゆるサファイアガラス）などの光通信波長帯域の光に対して透明な無機材料からなる基板を用いる。本実施形態では、透明基板としてサファイアガラスを用いた。 As shown in FIG. 2, as the transparent substrate 3, a substrate made of an inorganic material transparent to light in the optical communication wavelength band such as quartz glass or alumina single crystal Al 2 O 3 (so-called sapphire glass) is used. In this embodiment, sapphire glass is used as the transparent substrate.

石英系ガラスは熱伝導率が１〜２Ｗ／（ｍ・Ｋ）と低いため、透明基板３に光素子や半導体チップを実装する際、光素子や半導体チップが１００℃以上上昇してしまい、製品化後、誤作動することがある。透明基板３を厚くしてその熱抵抗を下げる方法もあるが、光素子と外部光学系（レンズなど）間の距離が長くなるので、透明基板３の厚さは、強度が許される限り、極力薄くしたい。これに対し、サファイアガラスは熱伝導率が３３．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）と極めて高いため、光素子や半導体チップの温度上昇を１０℃以下に抑えることができる。また、サファイアガラスは広い波長帯域の光に対して透明性が優れている。   Since quartz glass has a low thermal conductivity of 1 to 2 W / (m · K), when an optical element or a semiconductor chip is mounted on the transparent substrate 3, the optical element or the semiconductor chip rises by 100 ° C. or more. May malfunction after conversion. Although there is a method of increasing the thickness of the transparent substrate 3 to reduce its thermal resistance, since the distance between the optical element and the external optical system (lens, etc.) becomes longer, the thickness of the transparent substrate 3 is set as much as possible as long as the strength is allowed. I want to make it thinner. On the other hand, since sapphire glass has a very high thermal conductivity of 33.5 W / (m · K), the temperature rise of the optical element and the semiconductor chip can be suppressed to 10 ° C. or less. Further, sapphire glass is excellent in transparency with respect to light in a wide wavelength band.

図２および図４（ｄ）に示すように、透明基板３の裏面には、基板側回路パターンが形成される。基板側回路パターンは、光素子や半導体チップを搭載するための搭載用電極を含む。基板側回路パターンは、搭載用電極を除き、例えば、Ｃｕ箔をフォトエッチングして一括形成される。搭載用電極は、例えば、Ｃｕ箔をフォトエッチングした後、Ａｕめっきを施して一括形成される。   As shown in FIGS. 2 and 4 (d), a substrate-side circuit pattern is formed on the back surface of the transparent substrate 3. The substrate-side circuit pattern includes mounting electrodes for mounting optical elements and semiconductor chips. The substrate-side circuit pattern is formed in a lump by, for example, photoetching a Cu foil except for the mounting electrodes. The mounting electrodes are formed in a lump by, for example, photoetching a Cu foil and then performing Au plating.

透明基板３の基板側回路パターン上には、送信用光素子として、ＬＤを狭ピッチ（例えば、２５０μｍ）でアレイ状に４個並べた面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬアレイ）９と、受信用光素子として、フォトダイオード（ＰＤ）を狭ピッチ（例えば、２５０μｍ）でアレイ状に４個並べたＰＤアレイ１０と、ＰＤアレイ１０の出力を増幅する受信用プリアンプＩＣ（例えば、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ））１１と、抵抗やコンデンサなどの電気部品とが実装される。   On the substrate-side circuit pattern of the transparent substrate 3, as a transmitting optical element, a surface emitting laser array (VCSEL array) 9 in which four LDs are arranged in an array with a narrow pitch (for example, 250 μm), and a receiving optical element PD array 10 in which four photodiodes (PD) are arranged in an array at a narrow pitch (for example, 250 μm), and a receiving preamplifier IC (for example, transimpedance amplifier (TIA)) for amplifying the output of PD array 10 11 and electrical components such as resistors and capacitors are mounted.

ＶＣＳＥＬアレイ９は、透明基板３の裏面に形成した搭載用電極に、Ａｕバンプ１２もしくは半田バンプ等を介してフリップチップ実装される。すなわち、ＶＣＳＥＬアレイ９は、各ＬＤの発光領域が透明基板３と対向するように実装される。同様に、ＰＤアレイ１０も、透明基板３の裏面に形成した搭載用電極に、Ａｕバンプ１２もしくは半田バンプ等を介してフリップチップ実装される。すなわち、ＰＤアレイ１０は、各ＰＤの受光領域が透明基板３と対向するように実装される。   The VCSEL array 9 is flip-chip mounted on mounting electrodes formed on the back surface of the transparent substrate 3 via Au bumps 12 or solder bumps. That is, the VCSEL array 9 is mounted such that the light emitting region of each LD faces the transparent substrate 3. Similarly, the PD array 10 is also flip-chip mounted on the mounting electrodes formed on the back surface of the transparent substrate 3 via Au bumps 12 or solder bumps. That is, the PD array 10 is mounted such that the light receiving area of each PD faces the transparent substrate 3.

また、セラミックパッケージ２の内底面２ｂには、ＶＣＳＥＬアレイ９の各ＬＤを駆動する送信用ドライバＩＣ１６が実装される。   A transmission driver IC 16 for driving each LD of the VCSEL array 9 is mounted on the inner bottom surface 2 b of the ceramic package 2.

透明基板３のＶＣＳＥＬアレイ９、ＰＤアレイ１０、受信用プリアンプＩＣ１１の周囲には、基板側電極として、下面電極１３が複数個形成される。これら下面電極１３は、ＶＣＳＥＬアレイ９、ＰＤアレイ１０、受信用プリアンプＩＣ１１と導通される。下面電極１３は、例えば、Ｃｕ箔をフォトエッチングした後、Ａｕめっきを施して一括形成される。各下面電極１３、もしくはテラス上電極７には、Ａｕバンプ１４もしくは半田バンプ等が設けられる。   A plurality of lower surface electrodes 13 are formed as substrate-side electrodes around the VCSEL array 9, the PD array 10, and the reception preamplifier IC 11 on the transparent substrate 3. These lower surface electrodes 13 are electrically connected to the VCSEL array 9, the PD array 10, and the reception preamplifier IC 11. For example, the lower electrode 13 is formed in a lump by photo-etching a Cu foil and then performing Au plating. Each lower surface electrode 13 or terrace upper electrode 7 is provided with Au bumps 14 or solder bumps.

図２および図４（ｂ）に示すように、透明基板３の表面には、光通路となる窓１５を有する金属製のフタ４が設けられる。このフタ４は、透明基板３の周縁から張り出すように形成したものであり、例えば、金属板を打ち抜き加工して形成される。フタ４は、透明基板３の表面に低融点ガラスｇで固定される。   As shown in FIGS. 2 and 4B, a metal lid 4 having a window 15 serving as an optical path is provided on the surface of the transparent substrate 3. The lid 4 is formed so as to protrude from the peripheral edge of the transparent substrate 3, and is formed by punching a metal plate, for example. The lid 4 is fixed to the surface of the transparent substrate 3 with a low melting point glass g.

フタ４の周縁部には、セラミックパッケージ２にフタ４を接合する際変形する可変部を形成する。第１の実施形態では、フタ４は厚さ０．３ｍｍ未満、好ましくは１０〜１００μｍ（一例として２０μｍ）の金属板からなるので、この薄い金属板の周縁部が可変部を構成する。   A variable portion that is deformed when the lid 4 is joined to the ceramic package 2 is formed at the peripheral portion of the lid 4. In the first embodiment, since the lid 4 is made of a metal plate having a thickness of less than 0.3 mm, preferably 10 to 100 μm (for example, 20 μm), the peripheral portion of the thin metal plate forms a variable portion.

フタ４は、透明基板３に近い線膨張係数を有する材料で形成される。本実施形態では、透明基板はサファイアガラスからなる。サファイアガラスの線膨張係数は６．７×１０-6／℃なので、フタ４を線膨張係数が５×１０-6／℃のコバール（登録商標）で形成する。コバール（登録商標）は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏからなる合金である。また、透明基板３が石英系ガラスからなる場合には、フタ４を、石英系ガラスの線膨張係数０．５×１０-6／℃に近い線膨張係数を有するスーパーインバーで形成する。 The lid 4 is made of a material having a linear expansion coefficient close to that of the transparent substrate 3. In the present embodiment, the transparent substrate is made of sapphire glass. Since the linear expansion coefficient of sapphire glass is 6.7 × 10 −6 / ° C., the lid 4 is formed of Kovar (registered trademark) having a linear expansion coefficient of 5 × 10 −6 / ° C. Kovar (registered trademark) is an alloy composed of Fe, Ni, and Co. When the transparent substrate 3 is made of quartz glass, the lid 4 is formed of Super Invar having a linear expansion coefficient close to 0.5 × 10 −6 / ° C. of quartz glass.

次に、光モジュール１の製造方法を図４（ａ）〜図４（ｄ）、図５（ａ）〜図５（ｃ）、および図６のフローチャートで説明する。   Next, a method for manufacturing the optical module 1 will be described with reference to FIGS. 4A to 4D, FIGS. 5A to 5C, and a flowchart of FIG.

まず、裏面にＡｕバンプ１４を有する透明基板３の表面に低融点ガラスｇを塗布し、これにフタ４の裏面を押し付け、透明基板３にフタ４を低融点ガラスｇで接続して固定する。実装温度は４３０℃、耐熱温度は約５００℃である（図４（ａ）、図４（ｂ）、Ｓ６１）。   First, the low melting point glass g is applied to the surface of the transparent substrate 3 having the Au bumps 14 on the back surface, the back surface of the lid 4 is pressed against this, and the lid 4 is connected and fixed to the transparent substrate 3 with the low melting point glass g. The mounting temperature is 430 ° C., and the heat-resistant temperature is about 500 ° C. (FIGS. 4A, 4B, and S61).

他方、ＶＣＳＥＬアレイ９、ＰＤアレイ１０、受信用プリアンプＩＣ１１の各端子にＡｕバンプ１２もしくは半田バンプ（図２参照）を設けておく（図４（ｃ））。その後、透明基板３の裏面に形成した搭載用電極に、ＶＣＳＥＬアレイ９、ＰＤアレイ１０、受信用プリアンプＩＣ１１をフリップチップ実装する。実装温度は、Ａｕ−Ａｕ超音波接合で１５０℃くらい、半田バンプ接合で２２０℃くらい、Ａｕ−Ｓｎ半田接合で３００℃くらいである。   On the other hand, Au bumps 12 or solder bumps (see FIG. 2) are provided on the terminals of the VCSEL array 9, the PD array 10, and the receiving preamplifier IC 11 (FIG. 4C). Thereafter, the VCSEL array 9, the PD array 10, and the reception preamplifier IC 11 are flip-chip mounted on the mounting electrodes formed on the back surface of the transparent substrate 3. The mounting temperatures are about 150 ° C. for Au—Au ultrasonic bonding, about 220 ° C. for solder bump bonding, and about 300 ° C. for Au—Sn solder bonding.

透明基板３とＶＣＳＥＬアレイ９、ＰＤアレイ１０、制御用ＩＣ１１間の隙間に、位置ずれを防止すると共に、接合部の強度を補強する透明なアンダーフィルを充填し、そのアンダーフィルを加熱硬化して透明基板にＶＣＳＥＬアレイ９、ＰＤアレイ１０、制御用ＩＣ１１を固定する（Ｓ６３）。このアンダーフィルにより、後工程においてＡｕ接合部間の強度を向上できる。   The gap between the transparent substrate 3 and the VCSEL array 9, the PD array 10, and the control IC 11 is filled with a transparent underfill that prevents misalignment and reinforces the strength of the joint, and the underfill is heated and cured. The VCSEL array 9, the PD array 10, and the control IC 11 are fixed to the transparent substrate (S63). This underfill can improve the strength between the Au joints in a later step.

セラミックパッケージ２のテラス上電極７に、フタ４を固定した透明基板３を、裏面側がセラミックパッケージ２側となるように載置してセラミックパッケージ２に透明基板３を収納し、テラス上電極７と透明基板３の下面電極１３をＡｕバンプ１４もしくは半田バンプを介して接合する。実装温度は、Ａｕ−Ａｕ超音波接合で１５０℃くらい、半田バンプ接合で２２０℃くらい、Ａｕ−Ｓｎ半田接合で３００℃くらいである。この段階では、セラミックパッケージ２内は気密封止されていない（図５（ａ）、図５（ｂ）、Ｓ６４）。   The transparent substrate 3 having the lid 4 fixed thereon is placed on the terrace electrode 7 of the ceramic package 2 so that the back surface is on the ceramic package 2 side, and the transparent substrate 3 is accommodated in the ceramic package 2. The lower surface electrode 13 of the transparent substrate 3 is joined through Au bumps 14 or solder bumps. The mounting temperatures are about 150 ° C. for Au—Au ultrasonic bonding, about 220 ° C. for solder bump bonding, and about 300 ° C. for Au—Sn solder bonding. At this stage, the ceramic package 2 is not hermetically sealed (FIGS. 5A, 5B, and S64).

そして、Ｈｅや窒素などの不活性ガスの雰囲気下において、セラミックパッケージ２にフタ４を接合する。すなわち、リング状の抵抗溶接治具（ジグ）５１を用いて、接合枠８に抵抗溶接治具５１を接触させた状態で、抵抗溶接治具５１の上からフタ４の周縁を加圧し、抵抗溶接治具５１に電流を流す（あるいは電圧を印加する）。これにより、接合枠８の突起部８ｐが溶けてフタ４の周縁と密着し、接合枠８にフタ４の周縁を接合すると共に気密封止する（図５（ｃ）、Ｓ６５）。   Then, the lid 4 is bonded to the ceramic package 2 in an atmosphere of an inert gas such as He or nitrogen. That is, using the ring-shaped resistance welding jig (jig) 51, the periphery of the lid 4 is pressed from above the resistance welding jig 51 in a state where the resistance welding jig 51 is in contact with the joining frame 8, and the resistance is reduced. An electric current is passed through the welding jig 51 (or a voltage is applied). Thereby, the protrusion 8p of the joining frame 8 melts and adheres closely to the periphery of the lid 4, and the periphery of the lid 4 is joined to the joining frame 8 and hermetically sealed (FIG. 5 (c), S65).

このとき、フタ４は、厚さが０．３ｍｍ未満の金属板からなるため変形し、セラミックパッケージ２の上縁面と透明基板３の段差を吸収してセラミックパッケージ２内を確実に気密封止する。以上のようにして図１の光モジュール１が完成する。   At this time, since the lid 4 is made of a metal plate having a thickness of less than 0.3 mm, the lid 4 is deformed and absorbs a step between the upper edge surface of the ceramic package 2 and the transparent substrate 3 to securely seal the inside of the ceramic package 2. To do. As described above, the optical module 1 shown in FIG. 1 is completed.

接合枠８とフタ４の接合に抵抗溶接を用いたのは、気密封止のレベルを、Ｈｅリーク試験において１０-9Ｐａ・ｍ3 ／ｓ［Ｈｅ］以下に保つためである。 The reason why resistance welding is used for joining the joining frame 8 and the lid 4 is to keep the hermetic sealing level at 10 −9 Pa · m 3 / s [He] or less in the He leak test.

ここで、接着剤や合成樹脂はノンハーメティックシールなので使用できない。特に、合成樹脂は膨潤するため、ＶＣＳＥＬアレイ９やＰＤアレイ１０を外気や水分に晒すことになり、適さない。   Here, adhesives and synthetic resins cannot be used because they are non-hermetic seals. In particular, since the synthetic resin swells, the VCSEL array 9 and the PD array 10 are exposed to the outside air and moisture, which is not suitable.

最後に、セラミックパッケージ２の底面に、半田ボールを複数個格子状に並べて取り付けてＢＧＡを構成し、これを機器のＰＣＢ（プリント回路基板）もしくはＦＰＣ（フレキシブルプリント回路基板）上に実装する。実装温度は２１０℃、耐熱温度は２３０℃である（Ｓ６６）。   Finally, a plurality of solder balls are arranged in a grid on the bottom surface of the ceramic package 2 to form a BGA, which is mounted on a PCB (printed circuit board) or FPC (flexible printed circuit board) of the device. The mounting temperature is 210 ° C. and the heat-resistant temperature is 230 ° C. (S66).

また、光モジュール１には、透明基板３の光通路となる窓１５上に、ＶＣＳＥＬアレイ９の各ＬＤの出射光あるいはＰＤアレイ１０の各ＰＤの入射光を集光する８個のレンズを備えた図７に示すような一体型のレンズブロック７１が実装される。このレンズブロック７１には、８心の光ファイバが接続されたＭＴ光コネクタが接続される。   In addition, the optical module 1 is provided with eight lenses for condensing the emitted light of each LD of the VCSEL array 9 or the incident light of each PD of the PD array 10 on the window 15 serving as an optical path of the transparent substrate 3. An integrated lens block 71 as shown in FIG. 7 is mounted. The lens block 71 is connected to an MT optical connector to which eight optical fibers are connected.

さらに、透明基板３の上面に、フタ４の上面を覆うようにシールド板としてインナーシールド７２を設けると共に、そのインナーシールド７２を透明基板３の周縁から張り出すように形成する。インナーシールド７２の周縁には、透明基板３側に折り曲げられた突起（ヒレ）７３が複数個形成される。このインナーシールド７２は、プレス成型で形成できる。   Further, an inner shield 72 is provided on the upper surface of the transparent substrate 3 as a shield plate so as to cover the upper surface of the lid 4, and the inner shield 72 is formed so as to protrude from the periphery of the transparent substrate 3. A plurality of protrusions 73 that are bent toward the transparent substrate 3 are formed on the periphery of the inner shield 72. The inner shield 72 can be formed by press molding.

レンズブロック７１とインナーシールド７２を取り付けた光モジュール１は、光トランシーバなどの機器が備えるフレキ基板などの回路基板７５に実装され、光トランシーバなどの機器のケース７４に収納される。このとき、ケース７４の内面にインナーシールド７２の突起７３が接触するようにする。   The optical module 1 to which the lens block 71 and the inner shield 72 are attached is mounted on a circuit board 75 such as a flexible board provided in a device such as an optical transceiver, and is housed in a case 74 of the device such as an optical transceiver. At this time, the protrusion 73 of the inner shield 72 is brought into contact with the inner surface of the case 74.

第１の実施形態の作用を説明する。   The operation of the first embodiment will be described.

光モジュール１では、機器のマザーボードや回路基板からの４つの電気信号は、セラミックパッケージ２の回路パターン５、制御用ＩＣ１１、ＶＣＳＥＬアレイ９の順で伝送され、ＶＣＳＥＬアレイ９で光信号にそれぞれ変換され、ＶＣＳＥＬアレイ９から４つの光信号として透明基板３、窓１５を通して上方に出力される。   In the optical module 1, four electrical signals from the motherboard and circuit board of the device are transmitted in the order of the circuit pattern 5 of the ceramic package 2, the control IC 11, and the VCSEL array 9, and are converted into optical signals by the VCSEL array 9, respectively. The VCSEL array 9 outputs four optical signals upward through the transparent substrate 3 and the window 15.

一方、光モジュール１では、透明基板３の上方から窓１５、透明基板３を通して入力された４つの光信号は、ＰＤアレイ１０で電気信号にそれぞれ変換され、ＰＤアレイ１０から４つの電気信号として制御用ＩＣ１１、セラミックパッケージ２の回路パターン５、機器のマザーボードや回路基板の順で伝送される。   On the other hand, in the optical module 1, the four optical signals input from above the transparent substrate 3 through the window 15 and the transparent substrate 3 are converted into electric signals by the PD array 10 and controlled as four electric signals from the PD array 10. The IC 11 is transmitted in the order of the IC 11, the circuit pattern 5 of the ceramic package 2, the motherboard of the device and the circuit board.

光モジュール１は、透明基板３の表面にフタ４を設けると共に、そのフタ４を透明基板３の周縁から張り出すように形成し、セラミックパッケージ２にフタ４の周縁を接合することで、セラミックパッケージ２内の気密封止を行っている。   The optical module 1 is provided with a lid 4 on the surface of the transparent substrate 3, the lid 4 is formed so as to protrude from the periphery of the transparent substrate 3, and the periphery of the lid 4 is joined to the ceramic package 2. 2 is hermetically sealed.

したがって、光モジュール１は、光素子や半導体チップが外気や水分に晒されることがなく、信頼性が高い。   Therefore, the optical module 1 has high reliability because the optical element and the semiconductor chip are not exposed to the outside air or moisture.

特に、セラミックパッケージ２にフタ４を接合する際、厚さが０．３ｍｍ未満の薄いフタ４が変形するため、セラミックパッケージ２の上縁面と透明基板３の段差を吸収し、セラミックパッケージ２内を確実に気密封止できる。   In particular, when the lid 4 is joined to the ceramic package 2, the thin lid 4 having a thickness of less than 0.3 mm is deformed, so that the step between the upper edge surface of the ceramic package 2 and the transparent substrate 3 is absorbed, and the inside of the ceramic package 2 is absorbed. Can be reliably hermetically sealed.

また、光モジュール１は、透明基板３の裏面の回路パターン上にＶＣＳＥＬアレイ９、ＰＤアレイ１０を実装しているので、ＶＣＳＥＬアレイ９やＰＤアレイ１０と、ＶＣＳＥＬアレイ９の出射光あるいはＰＤアレイ１０の入射光を集光するレンズとの距離を極力短くできる。このため、狭ピッチでＬＤやＰＤをアレイ状に配置しても、隣のチャネルに光が漏れ込むことはなく、常に正常に動作する。   Further, since the optical module 1 has the VCSEL array 9 and the PD array 10 mounted on the circuit pattern on the back surface of the transparent substrate 3, the VCSEL array 9 and the PD array 10 and the light emitted from the VCSEL array 9 or the PD array 10. The distance from the lens that collects the incident light can be made as short as possible. For this reason, even if LDs and PDs are arranged in an array at a narrow pitch, light does not leak into the adjacent channel and always operates normally.

さらに、光モジュール１は、セラミックパッケージ２のテラス上電極７と透明基板３の下面電極１３をＡｕバンプ１４もしくは半田バンプを介して接合した後、セラミックパッケージ２の接合枠８にフタ４の周縁を抵抗溶接で接合する。   Furthermore, the optical module 1 joins the upper electrode 7 of the ceramic package 2 and the lower electrode 13 of the transparent substrate 3 via Au bumps 14 or solder bumps, and then attaches the periphery of the lid 4 to the joining frame 8 of the ceramic package 2. Join by resistance welding.

この抵抗溶接の際、フタ４が変形し、Ａｕバンプ１４もしくは半田バンプに加わった過剰な応力を逃がすため、Ａｕバンプ１４もしくは半田バンプに過剰な応力が加わらず、Ａｕバンプ１４もしくは半田バンプの損傷を防止できる。これにより、光素子や半導体チップとセラミックパッケージ２の電気的接続も確実に行うことができる。   When the resistance welding is performed, the lid 4 is deformed and excessive stress applied to the Au bump 14 or the solder bump is released, so that excessive stress is not applied to the Au bump 14 or the solder bump. Can be prevented. Thereby, the electrical connection between the optical element or the semiconductor chip and the ceramic package 2 can also be reliably performed.

また、光モジュール１は、透明基板３の裏面にＶＣＳＥＬアレイ９、ＰＤアレイ１０、受信用プリアンプＩＣ１１を実装しているため、セラミックパッケージ２の内底面２ｂにおいて、光部品や電気部品の実装面積を拡大できる。   In addition, since the optical module 1 has the VCSEL array 9, the PD array 10, and the reception preamplifier IC 11 mounted on the back surface of the transparent substrate 3, the mounting area for optical components and electrical components is reduced on the inner bottom surface 2 b of the ceramic package 2. Can be expanded.

光モジュール１では、透明基板３の裏面の基板側回路パターン上にＶＣＳＥＬアレイ９、ＰＤアレイ１０、受信用プリアンプＩＣ１１を配置し、セラミックパッケージ２の内底面２ｂに送信用ドライバＩＣ１６を配置している。   In the optical module 1, the VCSEL array 9, the PD array 10, and the reception preamplifier IC 11 are disposed on the substrate-side circuit pattern on the back surface of the transparent substrate 3, and the transmission driver IC 16 is disposed on the inner bottom surface 2 b of the ceramic package 2. .

このため、光モジュール１は、図９の従来の光モジュール９１に比べて放熱特性が大幅に向上する。すなわち、パッケージ側に送信用ドライバＩＣ１６を配置することで、熱がセラミックパッケージ２の下側に逃げるため、送信用ドライバＩＣ１６の放熱がよくなり、受信用プリアンプＩＣ１１も送信用ドライバＩＣ１６から離れることで放熱がよくなる。 Therefore, the optical module 1, the heat dissipation characteristics can be greatly improved as compared with the conventional optical module 91 of FIG. That is, by disposing the transmission driver IC 16 on the package side, the heat escapes to the lower side of the ceramic package 2, so that the transmission driver IC 16 can dissipate heat, and the reception preamplifier IC 11 is also separated from the transmission driver IC 16. Better heat dissipation.

この際、パッケージ側に受信用プリアンプＩＣ１１を配置することも考えられるが、ＰＤアレイ１０と受信用プリアンプＩＣ１１の距離は受信の性能に大きく影響するので、本実施形態のように、受信用プリアンプＩＣ１１はＰＤアレイ１０と近距離の透明基板３上に配置する必要がある。   At this time, it is conceivable to arrange the reception preamplifier IC 11 on the package side. However, since the distance between the PD array 10 and the reception preamplifier IC 11 greatly affects the reception performance, the reception preamplifier IC 11 is used as in this embodiment. Needs to be arranged on the transparent substrate 3 at a short distance from the PD array 10.

また、光モジュール１では、送信用ドライバＩＣ１６と受信用プリアンプＩＣ１１をはなして配置しているため、送信と受信間のクロストークも低減できる。   In the optical module 1, since the transmission driver IC 16 and the reception preamplifier IC 11 are arranged apart from each other, crosstalk between transmission and reception can be reduced.

フタ４は、光トランシーバなどの機器に実装した際、インナーシールド７１を介して機器のケース７４に接触して導通している。このため、光モジュール１は、インナーシールド７１を介して機器に実装することで、電磁波の出入射を防止でき、ＥＭＩ（電磁波障害）に対して強く、ＥＭＩ特性に優れている。   When mounted on a device such as an optical transceiver, the lid 4 is in contact with the case 74 of the device via the inner shield 71 and is conductive. For this reason, the optical module 1 can be prevented from entering and exiting electromagnetic waves by being mounted on a device via the inner shield 71, is strong against EMI (electromagnetic interference), and has excellent EMI characteristics.

光モジュール１は、透明基板３とＶＣＳＥＬアレイ９の隙間に透明なアンダーフィルが充填され、透明基板３とＰＤアレイ１０の隙間にも透明なアンダーフィルが充填される。このため、透明基板３の裏面の光の反射を抑えることができ、同時に透明基板３とＶＣＳＥＬアレイ９の接合部、透明基板３とＰＤアレイ１０の接合部も補強できる。   In the optical module 1, a transparent underfill is filled in a gap between the transparent substrate 3 and the VCSEL array 9, and a transparent underfill is also filled in a gap between the transparent substrate 3 and the PD array 10. Therefore, reflection of light on the back surface of the transparent substrate 3 can be suppressed, and at the same time, the joint between the transparent substrate 3 and the VCSEL array 9 and the joint between the transparent substrate 3 and the PD array 10 can be reinforced.

光モジュール１は、フタ４を透明基板３に近い線膨張係数を有する金属で形成しているため、周囲温度が変化しても、透明基板３とフタ４が低融点ガラスｇで密着し、セラミックパッケージ２内の気密が保たれる。   In the optical module 1, the lid 4 is formed of a metal having a linear expansion coefficient close to that of the transparent substrate 3, so that even if the ambient temperature changes, the transparent substrate 3 and the lid 4 are in close contact with the low melting point glass g. The airtightness inside the package 2 is maintained.

次に、第２の実施形態を説明する。   Next, a second embodiment will be described.

図８に示すように、光モジュール８１は、フタ８４の周縁部に形成した可変部が、フタ８４を折り曲げて形成した盛り上がり部８５からなる。この盛り上がり部８５は、接合枠８との接合部となるフタ８４の周縁よりも内側に形成される。光モジュール８１のその他の構成は図１の光モジュール１と同じである。 As shown in FIG. 8, an optical module 81, a variable portion formed on the peripheral portion of the lid 84 consists of a raised part 85 formed by bending the cover 84. The raised portion 85 is formed on the inner side of the periphery of the lid 84 that becomes a joint portion with the joint frame 8. Other configurations of the optical module 81 are the same as those of the optical module 1 of FIG.

光モジュール８１によっても、セラミックパッケージ２にフタ８４を接合する際、フタ８４の盛り上がり部８５が変形するため、セラミックパッケージ２の上縁面の凹凸（段差）を吸収し、セラミックパッケージ２内を確実に気密封止できる。したがって、光モジュール８１も、光素子や半導体チップが外気や水分に晒されることがなく、信頼性が高い。 Also when the lid 84 is joined to the ceramic package 2 by the optical module 81 , the raised portion 85 of the lid 84 is deformed, so that irregularities (steps) on the upper edge surface of the ceramic package 2 are absorbed, and the inside of the ceramic package 2 is reliably secured. Can be hermetically sealed. Therefore, the optical module 81 is also highly reliable because the optical element and the semiconductor chip are not exposed to the outside air or moisture.

また、セラミックパッケージ２の接合枠８にフタ８４を抵抗溶接する際、フタ８４の盛り上がり部８５が変形し、Ａｕバンプ１４もしくは半田バンプに加わった過剰な応力を逃がすため、Ａｕバンプ１４もしくは半田バンプに過剰な応力が加わらず、Ａｕバンプ１４もしくは半田バンプの損傷を防止できる。これにより、光素子や半導体チップとセラミックパッケージ２の電気的接続も確実に行うことができる。 In addition, when the lid 84 is resistance-welded to the joint frame 8 of the ceramic package 2, the raised portion 85 of the lid 84 is deformed to release excessive stress applied to the Au bump 14 or the solder bump. As a result, the Au bump 14 or the solder bump can be prevented from being damaged without applying excessive stress. Thereby, the electrical connection between the optical element or the semiconductor chip and the ceramic package 2 can also be reliably performed.

フタ８４の可変部は盛り上がり部８５からなるため、フタ８４は従来と同程度の厚さ（０．３ｍｍを超えるもの）でもよい。 Since the variable portion of the lid 84 includes the raised portion 85 , the lid 84 may have the same thickness as that of the conventional one (over 0.3 mm).

フタ８４の可変部としては、上述した盛り上がり部８５を複数個形成したジャバラからなるものを用いてもよい。また、フタ８４の可変部としては、フタ８４の周縁を上方に若干反らせたものでもよい。
As the variable portion of the lid 84, a member made of bellows in which a plurality of the raised portions 85 described above are formed may be used. Further, as the variable portion of the lid 84, it may be one warped slightly periphery of the lid 84 upward.

本発明の好適な第１の実施形態を示す光モジュールの斜視図である。1 is a perspective view of an optical module showing a preferred first embodiment of the present invention. 図１に示した光モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the optical module shown in FIG. 図２に示した光モジュールのフタ接合前の部分拡大断面図である。FIG. 3 is a partial enlarged cross-sectional view of the optical module shown in FIG. 2 before lid bonding. 図４（ａ）〜図４（ｄ）は、図１に示した光モジュールの製造方法を示す斜視図である。FIG. 4A to FIG. 4D are perspective views showing a method for manufacturing the optical module shown in FIG. 図５（ａ）〜図５（ｃ）は、図１に示した光モジュールの製造方法を示す斜視図である。FIG. 5A to FIG. 5C are perspective views showing a method for manufacturing the optical module shown in FIG. 図１に示した光モジュールの製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method of the optical module shown in FIG. 図１に示した光モジュールを機器に実装した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which mounted the optical module shown in FIG. 1 in the apparatus. 本発明の第２の実施形態を示す光モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the optical module which shows the 2nd Embodiment of this invention. 従来の光モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the conventional optical module.

符号の説明Explanation of symbols

１ 光モジュール
２ セラミックパッケージ
３ 透明基板（光透過部材）
４ フタ
７ テラス上電極（パッケージ側電極）
９ ＶＣＳＥＬアレイ（光素子）
１０ ＰＤアレイ（光素子）
１３ 下面電極（基板側電極）
１５ 窓
1 Optical module 2 Ceramic package 3 Transparent substrate (light transmission member)
4 Lid 7 Terrace top electrode (package side electrode)
9 VCSEL array (optical device)
10 PD array (optical element)
13 Bottom electrode (Substrate side electrode)
15 windows

Claims (10)

上部が開口したパッケージの上部に光透過部材を設け、上記パッケージ内に１個以上の光素子を収納して気密封止した光モジュールにおいて、
上記光透過部材となる透明基板の裏面に回路パターンを形成し、その回路パターンに１個以上の光素子を実装し、上記パッケージの上縁面にパッケージ側電極を形成すると共に、そのパッケージ側電極に対応して上記透明基板の裏面に基板側電極を形成し、他方、光通路となる窓を有する金属製のフタを上記透明基板の表面に固定して設けると共に、そのフタを上記透明基板の周縁から張り出すように形成し、上記パッケージ側電極と上記基板側電極を接合した状態で、上記パッケージに上記フタの周縁を接合すると共に気密封止したことを特徴とする光モジュール。 In an optical module in which a light transmitting member is provided at the top of a package having an open top, and one or more optical elements are accommodated in the package and hermetically sealed.
A circuit pattern is formed on the back surface of the transparent substrate serving as the light transmitting member, one or more optical elements are mounted on the circuit pattern, a package side electrode is formed on the upper edge surface of the package, and the package side electrode The substrate side electrode is formed on the back surface of the transparent substrate correspondingly, and on the other hand , a metal lid having a window serving as an optical path is fixed to the surface of the transparent substrate , and the lid is provided on the transparent substrate. An optical module, wherein the optical module is formed so as to protrude from a peripheral edge, and the peripheral edge of the lid is bonded and hermetically sealed to the package in a state where the package side electrode and the substrate side electrode are bonded. 上記パッケージは、底面より１段高い上記透明基板を搭載するためのテラスと、上記テラスに形成された上記パッケージ側電極としてのテラス上電極と、上記テラス上電極より１段高い第２の上縁面と、上記第２の上縁面に形成された接合枠と、を備え、
上記透明基板の上記基板側電極と上記パッケージの上記テラス上電極とを接合し、上記フタの周縁と上記パッケージの上記接合枠とを接合した、
請求項１記載の光モジュール。 The package includes a terrace for mounting the transparent substrate that is one step higher than the bottom surface, a terrace upper electrode as the package-side electrode formed on the terrace, and a second upper edge that is one step higher than the terrace upper electrode. And a joining frame formed on the second upper edge surface,
The substrate side electrode of the transparent substrate and the terrace electrode of the package are joined, and the periphery of the lid and the joint frame of the package are joined.
The optical module according to claim 1. 上記フタは厚さが０．３ｍｍ未満の金属板からなり、上記フタの周縁部に、上記パッケージに上記フタを接合する際変形する可変部を形成した請求項１または２に記載の光モジュール。 The lid Ri is Do a metal plate of less than 0.3mm thick, the periphery of the cover, the optical module according to claim 1 or 2 to form a variable region that deforms when bonding the lid to the package . 上記フタの周縁部に、上記パッケージに上記フタを接合する際変形する盛り上がり部からなる可変部を形成した請求項１または２に記載の光モジュール。 The optical module according to claim 1, wherein a variable portion including a raised portion that is deformed when the lid is joined to the package is formed at a peripheral portion of the lid . 上記透明基板の表面に上記フタを低融点ガラスで固定した請求項１〜４いずれかに記載の光モジュール。   The optical module according to any one of claims 1 to 4, wherein the lid is fixed to the surface of the transparent substrate with low-melting glass. 上記パッケージの上記パッケージ側電極の周囲に接合枠を形成し、上記パッケージ側電極と上記基板側電極をＡｕバンプまたは半田バンプを介して接合すると共に、上記接合枠に上記フタの周縁を抵抗溶接で接合した請求項１〜５いずれかに記載の光モジュール。   A bonding frame is formed around the package side electrode of the package, and the package side electrode and the substrate side electrode are bonded via Au bumps or solder bumps, and the periphery of the lid is bonded to the bonding frame by resistance welding. The optical module according to claim 1, which is joined. 上記接合枠の上縁面に、その上縁面に沿って上記パッケージに上記フタを接合する際溶融する突起部を形成した請求項６記載の光モジュール。   The optical module according to claim 6, wherein a protrusion that melts when the lid is joined to the package along the upper edge surface is formed on the upper edge surface of the joining frame. 上記フタを上記透明基板に近い線膨張係数を有する金属で形成した請求項１〜７いずれかに記載の光モジュール。   The optical module according to claim 1, wherein the lid is made of a metal having a linear expansion coefficient close to that of the transparent substrate. 上記透明基板の裏面の回路パターン上に受信用光素子を配置すると共に、その受信用光素子の出力を増幅する受信用アンプＩＣを配置し、上記透明基板の裏面の回路パターン上に送信用光素子を配置し、その送信用光素子を駆動する送信用ドライバＩＣを上記パッケージの内底面に配置した請求項１〜８いずれかに記載の光モジュール。   A receiving optical element is disposed on the circuit pattern on the back surface of the transparent substrate, a receiving amplifier IC for amplifying the output of the receiving optical element is disposed, and the transmitting light is disposed on the circuit pattern on the back surface of the transparent substrate. The optical module according to claim 1, wherein an element is disposed and a transmission driver IC for driving the transmission optical element is disposed on an inner bottom surface of the package. 上部が開口したパッケージの上部に光透過部材を設け、上記パッケージ内に１個以上の光素子を収納して気密封止した光モジュールの製造方法において、上記光透過部材となる透明基板の裏面に回路パターンを形成し、その回路パターンに１個以上の光素子を実装し、上記パッケージの上縁面にパッケージ側電極を形成すると共に、そのパッケージ側電極に対応して上記透明基板の裏面に基板側電極を形成し、他方、光通路となる窓を有する金属製のフタを上記透明基板の表面に固定して設けると共に、そのフタを上記透明基板の周縁から張り出すように形成し、上記パッケージ側電極と上記基板側電極をＡｕバンプまたは半田バンプを介して接合した状態で、上記パッケージに上記フタの周縁を接合すると共に気密封止することを特徴とする光モジュールの製造方法。 In a method of manufacturing an optical module in which a light transmitting member is provided on an upper portion of a package having an open top and one or more optical elements are accommodated in the package and hermetically sealed, the transparent substrate serving as the light transmitting member is formed on the back surface of the transparent substrate. A circuit pattern is formed, one or more optical elements are mounted on the circuit pattern, a package side electrode is formed on the upper edge surface of the package, and a substrate is formed on the back surface of the transparent substrate corresponding to the package side electrode. The side cover is formed, and on the other hand , a metal lid having a window serving as an optical path is fixed to the surface of the transparent substrate , and the lid is formed so as to protrude from the peripheral edge of the transparent substrate. In the state where the side electrode and the substrate side electrode are bonded via Au bumps or solder bumps, the periphery of the lid is bonded to the package and hermetically sealed. The method of manufacturing an optical module.
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