JP4951691B2 - 光伝送モジュールおよびこれを用いた光通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送モジュールおよび、これを用いた光通信装置に関し、特に、光伝送モジュールの放熱性の向上に適用して有効な技術に関するものである。

特開２００９−２５９２９９号公報（特許文献１）には、ホログラム再生装置に組み込む発光装置が記載されている。特許文献１では、面発光レーザ（発光素子）が支持板に搭載され、面発光レーザの電極と支持板に形成された電極と、がワイヤを介して電気的に接続されている。

特開２００９−２５９２９９号公報

電気信号を光信号に変換し、光ファイバなどを介して伝送する光伝送技術がある。この光伝送技術を用いた光通信装置では、例えば、半導体レーザなどの光素子が搭載された光伝送モジュールにより電気信号を光信号に変換し、複数の光通信装置間で光信号を通信する。このような光通信装置は、適用分野の拡大に伴い、伝送速度（通信速度）の高速化に向けた取り組みがなされている。

高速信号伝送技術において、伝送媒体の抵抗、容量成分等に起因する波形劣化のため、伝送速度が大幅に律速される。具体的には、伝送路中の寄生素子（Ｒ（抵抗）、Ｌ（インダクタ）、Ｃ（容量）成分等）に起因する帯域制限の影響により高周波成分が失われ、連続する信号が互いに干渉する符号間干渉の影響のため、原信号の情報が忠実に再現できず、誤動作を引き起こす原因となる。

例えば、光伝送モジュールに組み込まれた光素子の電極と配線基板の電極とを、ワイヤを介して電気的に接続する方式（以下ワイヤボンディング方式と記載する）の場合、ワイヤのインダクタ成分に起因して、波形劣化を引き起こす可能性が高い。このため、伝送速度が大幅に律速される。また、複数チャネルを同時に伝送する場合は、さらに問題となる。隣接チャネルのワイヤ間のインダクタが相互に干渉するため、クロストークが大きく、隣接チャネルの影響により上記のような信号の誤動作が発生する。

このような伝送路中の寄生素子による波形劣化を低減する観点から、光素子の電極と配線基板の電極とを、所謂、フリップチップ接続方式により接続することが有効である。フリップチップ接続方式では、例えば、半田などから成るバンプ電極を介して、光素子と配線基板を電気的に接続するので、ワイヤよりも伝送距離を短くし、インダクタ成分を低減することができるからである。

ところが、フリップチップ接続方式を適用した場合、以下に示す新たな課題が生じることが判った。すなわち、光素子を搭載する光伝送モジュールの放熱性の低下である。

前記したワイヤボンディング方式を適用する場合、例えば光素子の受光面、または発光面（以下、受発光面と記載する）側に電極を形成し、該電極にワイヤを接合する。また、受発光面の反対側に位置する裏面側は、配線基板上に接着材（ダイボンド材）を介して配線基板に固定することができる。光素子の放熱性は、伝熱経路（放熱経路）の断面積に比例して向上するので、光素子の裏面全体を接着材と密着させれば、伝熱経路の断面積を広くとることができる。

一方、フリップチップ接続方式の場合、光素子の裏面と配線基板の上面の間にバンプ電極が介在するので、光素子と配線基板の間に隙間（中空空間）が生じる。したがって、光素子−配線基板間の主な伝熱経路は、バンプ電極の径によって決定される。つまり、前記したワイヤボンディング方式の場合と比較して伝熱経路（放熱経路）の断面積が小さく、放熱性が低下する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光伝送モジュールの放熱性を向上させる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、本願発明の一態様である光伝送モジュールは、素子搭載面、前記素子搭載面に形成された複数の端子、および前記複数の端子と電気的に接続される複数の配線を有する配線基板を有している。また、第１主面、前記第１主面とは反対側の第２主面、および前記第２主面に形成された複数のバンプ電極を有し、前記バンプ電極を介してフリップチップ接続方式により前記配線基板上に搭載される光素子を有している。また、前記光素子の前記第１主面側に固定される光学レンズを有している。また、前記光素子の前記第１主面に当接する第１の面を有し、前記光素子と前記光学レンズの間に固定される放熱部材を有するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。

すなわち、光伝送モジュールの放熱性を向上させることができる。

本発明の一実施の形態の光通信装置を含むルータ装置（通信装置）の構成を模式的に示す説明図である。 図１に示す光伝送モジュールの概要構成を示す要部拡大断面図である。 図２に示す光モジュールの上面（素子搭載面）側を示す平面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図４および図５に示す光素子（半導体レーザ素子）の斜視図である。 図６に示す半導体レーザ素子の裏面側の構造を示す平面図である。 図６のＣ面に沿った断面図である。 図８に示す半導体レーザ素子上に図４に示す放熱ブロックを固定した状態を示す拡大断面図である。 図３に示す光学レンズを取り除いた状態で、光素子の周辺を拡大して示す拡大平面図である。 図９に示す放熱ブロックの第１の変形例を示す拡大断面図である。 放熱ブロックの断面積と、光素子（半導体レーザ素子）の温度上昇の関係を示す説明図である。 図９に示す放熱ブロックの第２の変形例を示す拡大断面図である。 図３に示す光伝送モジュールの変形例である実施の形態２の光伝送モジュールの上面側の内部構造を示す平面図である。 図１４のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 図３に示す光伝送モジュールの変形例である実施の形態３の光伝送モジュールの上面側の内部構造を示す平面図である。 図１６のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。 図６に示す光素子の変形例である光素子を搭載した光伝送モジュールの上面側の内部構造を示す平面図である。 図１８のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。

（本願における記載形式・基本的用語・用法の説明）
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、光伝送モジュールが搭載された光通信装置の例として、本発明者が具体的に検討した、ルータ装置に組み込む光通信装置について説明する。

＜ルータ装置＞
図１は、本実施の形態に係る光通信装置を含むルータ装置（通信装置）の構成を模式的に示す説明図である。

図１に示すルータ装置１は、複数の光ケーブル（光ファイバケーブル）３を介して接続される複数のボード（光通信装置）２を有している。詳しくは、ルータ装置１のバックプレーン（基板）４には、複数のインタフェースボード（光通信装置）２ａと、スイッチボード（光通信装置）２ｂが取り付けられ、複数の光ケーブル３は、このバックプレーン４のコネクタ（バックプレーン側コネクタ）５に接続されている。そして、スイッチボード２ｂは、コネクタ５に接続される複数の光ケーブル３を介して複数のインタフェースボード２ａと、それぞれ接続されている。つまり、各ボード２は、光伝送路（光ケーブル３）によりボード２間が接続された、光通信装置である。

ルータ装置１のように複数のボード２を有するルータ装置では、一般に、各ボード間をバックプレーンに形成された配線を介して、電気信号を伝送する。しかし、本実施の形態のように、ルータ装置１を構成する、各ボード２間を光ケーブル３で接続することにより、信号の伝送速度を高速化することができる。また、伝送損失を低減することができる。また、装置サイズを小型化することができる。

なお、図１では、図を見易くするため、２枚のインタフェースボード２ａと、１枚のスイッチボード２ｂで構成する例を示したが、ボード２の数はこれに限定されない。例えば、インタフェースボード２ａは、ルータ装置１に要求される仕様に応じて、任意の枚数とすることができる。

各ボード２は、複数の配線６ａが形成されたマザーボード（配線基板、実装基板）６と、マザーボード６に搭載される半導体装置７および光伝送モジュール１０を有している。半導体装置７と光伝送モジュール１０は配線６ａを介して電気的に接続されている。また、インタフェースボード２ａのマザーボード６には、インタフェースカード８が搭載され、インタフェースカード８と半導体装置７は、配線６ａを介して電気的に接続されている。

また、各ボード２とバックプレーン４は、電気的に接続されている。例えば、各ボード２には、バックプレーン４と電気的に接続される電源コネクタ９が形成され、この電源コネクタ９を介して、各ボード２に電源電位を供給している。

次に、図１を用いてルータ装置１での動作を簡単に説明する。まず、図示しない入出力端子（ポート）を介して外部機器からの信号（入力信号）が入力される。入力信号および出力信号（入出力信号）は、電気信号あるいは光信号のどちらでも良いが、ここでは、電気信号が入出力信号となる場合を例として説明する。

入力信号は、各インタフェースボード２ａに形成されたインタフェースカード８、配線６ａおよび半導体装置７を介して、例えば電気信号として光伝送モジュール１０（詳しくは、電気信号を光信号に変換する光伝送モジュール１０ａ）に伝送される。半導体装置７には、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路が形成されている。本実施の形態では、インタフェースカード８から光伝送モジュール１０までの伝送経路は、例えば、１０Ｇｂｐｓ（Giga Bits Per Second）の伝送速度の回線が１０ｃｈ（channel）分、つまり、合計で１００Ｇｂｐｓの伝送速度で伝送される。

次に光伝送モジュール１０に伝送された入力信号（電気信号）は、光伝送モジュール１０で光信号に変換され、光ケーブル３を介してスイッチボード２ｂに伝送される。光信号の伝送速度は、電気信号の伝送速度よりも高速化することができるので、本実施の形態では、例えば、光ケーブル３による伝送経路では、それぞれ２５Ｇｂｐｓの伝送速度を有する回線が４ｃｈ分となっている。言い換えれば４本の光ケーブル３により入力信号を伝送している。このように電気信号を光信号に変換することで、伝送経路の伝送速度を高速化し、これにより回線数を低減できるので、装置を小型化することができる。

スイッチボード２ｂに伝送された入力信号は、スイッチボード２ｂの光伝送モジュール１０（詳しくは、光信号を電気信号に変換する光伝送モジュール１０ｂ）で電気信号に変換され、スイッチボード２ｂに搭載された半導体装置７に伝送される。光伝送モジュール１０と半導体装置７間の伝送経路は、例えば、１０Ｇｂｐｓの伝送速度の回線が１０ｃｈ分となっている。半導体装置７は、入力信号のデータ処理を行い、データ処理された出力信号を、伝送するインタフェースボード２ａを決定する。そして、伝送するインタフェースボード２ａに接続される光伝送モジュール１０（詳しくは、電気信号を光信号に変換する光伝送モジュール１０ａ）に出力信号を伝送する。

そして、出力信号が伝送された光伝送モジュール１０では、電気信号を光信号に変換し、光ケーブル３を介して、所定のインタフェースボード２ａに伝送する。なお、本実施の形態では、入力信号を伝送する伝送経路と、出力信号を伝送する伝送経路を、それぞれ独立して設けている。したがって、例えば、光ケーブル３を例に説明すると、入力信号を伝送するための光ケーブル３が４本（４ｃｈ分）と、出力信号を伝送するための光ケーブル３が４本（４ｃｈ分）で合計８本（８ｃｈ分）１組の光ケーブル３を、インタフェースボード２ａの数に対応して（例えば、図１に示す例では２組）設けている。

インタフェースボード２ａに伝送された出力信号は、インタフェースボード２ａの光伝送モジュール１０（詳しくは、光信号を電気信号に変換する光伝送モジュール１０ｂ）で電気信号に変換される。そして、インタフェースボード２ａに搭載されたインタフェースカード８に伝送され、図示しない入出力端子（ポート）を介して、外部機器に信号（出力信号）が出力される。

＜光伝送モジュール＞
次に、図１に示す光伝送モジュール１０の詳細な構造について説明する。図２は、図１に示す光伝送モジュールの概要構成を示す要部拡大断面図である。

図２に示すように、光伝送モジュール１０は、配線基板１１と、配線基板１１の上面（素子搭載面）１１ａ上に搭載される光素子２０と、光素子２０の主面（第１主面）２０ａ上に固定されるレンズ（光学レンズ）１２と、を有している。レンズ１２は、配線基板１１の上面１１ａにおいて、光素子２０の周囲に、例えば図示しない接着材を介して固定されるレンズホルダ１３により支持されている。また、レンズ１２上にはコネクタ１４が固定され、コネクタ１４に引き込まれる光ケーブル（光ファイバケーブル）１４ａを介して、図１に示すコネクタ５と光伝送モジュール１０（詳しくは図２に示すコネクタ１４）間を接続している。また、配線基板１１の上面１１ａ上には、光素子２０を駆動する駆動回路が形成された半導体装置（半導体集積回路装置、駆動装置）１５が搭載されている。半導体装置１５は、主面１５ａと、配線基板１１の上面（素子搭載面）１１ａが対向するように、半田ボール（バンプ電極）１５ｂを介して搭載されている。

なお、図１に示す各ボード２には、電気信号を光信号に変換する光伝送モジュール１０ａと、光信号を電気信号に変換する光伝送モジュール１０ｂが、それぞれ搭載されているが、図２に示す光素子２０の種類が異なる点を除き、両者は略同様の構造となっている。電気信号を光信号に変換する光伝送モジュール１０ａに搭載される光素子２０は、半導体レーザ（ＬＤ（Laser Diode）と呼ばれる）などの発光素子である。一方、光信号を電気信号に変換する光伝送モジュール１０ｂに搭載される光素子２０は、フォトダイオード（ＰＤ（Photodiode）と呼ばれる）やフォトトランジスタなどの受光素子である。

２種類の光伝送モジュール１０それぞれの動作を簡単に説明する。光伝送モジュール１０ａに伝送された入力信号（前記した図１に示すインタフェースカード８、配線６ａおよび半導体装置７を介して伝送された入力信号）は光素子（半導体レーザ素子）２０により、光信号に変換される。そして、光素子２０の主面（発光面）２０ａ側に形成された発光領域からレンズ１２に向けてレーザ光が出射される。さらにレンズ１２を通過したレーザ光は、コネクタ１４に引き込まれた光ケーブル１４ａに入り、図１に示すコネクタに伝送される。

一方、光伝送モジュール１０ｂでは、光伝送モジュール１０ａと反対の動作が行われる。すなわち、まず、出力信号（前記した図１に示すスイッチボード２ｂから伝送された出力信号）が、光ケーブル１４ａからレンズ１２に伝送される。そしてレンズ１２では、光（出力信号）を光素子（受光素子）２０の受光領域に集光させて、光結合させる。そして、光素子２０に入射され、光結合した出力信号は、電気信号に変換され、例えば、図１に示す半導体装置７に伝送される。

次に、光伝送モジュール１０を構成する各部材について順に説明する。図３は、図２に示す光モジュールの上面（素子搭載面）側を示す平面図である。また、図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図、図５は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、図３では、光素子２０と、レンズ１２、レンズホルダ１３の平面的位置関係を判り易く示すため、図２に示すコネクタ１４を取り除いた状態で示している。また、図３の断面図である図４および図５についても同様に図２に示すコネクタ１４の図示は省略している。

光伝送モジュール１０の配線基板１１は、図４および図５に示すように上面（素子搭載面）１１ａ、および上面１１ａの反対側の下面（外部端子形成面）１１ｂを有している。そして、上面１１ａには、複数のボンディングパッド（端子）１１ｃが形成されている。配線基板１１の上面１１ａには、光素子２０および半導体装置１５を搭載するので、光素子２０を搭載する光素子搭載領域、および半導体装置１５を搭載する駆動装置搭載領域のそれぞれに、複数のボンディングパッド１１ｃが形成されている。また、配線基板１１にはボンディングパッド１１ｃと電気的に接続される複数の配線１１ｄが形成されている。一方、配線基板１１の下面１１ｂには、複数のランド（端子、外部端子）１１ｅが形成されている。複数のランド１１ｅと、複数のボンディングパッド１１ｃは配線１１ｄを介してそれぞれ電気的に接続されている。そして、ランド１１ｅの表面には、配線基板１１を図２に示すマザーボード６（詳しくはマザーボード６の実装面側に形成された端子６ｂ）と電気的に接続するための導電性部材である半田ボール（バンプ電極）１１ｆが接続（接合）されている。

なお、配線基板１１の上面１１ａおよび下面１１ｂは、絶縁膜であるソルダレジスト膜（図示は省略）に覆われ、各ボンディングパッド１１ｃの少なくとも一部、あるいは各ランド１１ｅの少なくとも一部がソルダレジスト膜に形成された開口部において露出している。そして、配線１１ｄは、ソルダレジスト膜に覆われている。同様に、図２に示すマザーボード６の上面も絶縁膜であるソルダレジスト膜（図示は省略）に覆われ、各端子６ｂの少なくとも一部が、ソルダレジスト膜に形成された開口部において、露出している。そして配線６ａは、ソルダレジスト膜に覆われている。このように、例えば、半田から成る導電性接合材（例えば図２に示す半田ボール１１ｆ）を接合する領域以外の領域をソルダレジスト膜で覆うことにより、隣り合う導電性接合材同士の短絡を防止することができる。また、配線１１ｄや図２に示す配線６ａをソルダレジスト膜で覆うことにより、これらを保護することができる。

配線基板１１の上面１１ａ上には、光素子２０が搭載されている。光素子２０は、主面（第１主面）２０ａと、その反対側の主面（第２主面）２０ｂを有している。主面２０ａは、レンズ１２に向かってレーザ光を出射する発光面、あるいはレンズ１２からの光信号を受光する受光面となっている。一方、主面２０ｂには、光素子２０の外部電極となる複数の電極パッド（電極）２０ｃ（図５参照）が形成され、複数の電極パッド２０ｃの表面には、光素子２０と配線基板１１を電気的に接続するための導電性部材である半田ボール（バンプ電極）２０ｄが接合（形成）されている。そして、光素子２０は、配線基板１１の上面１１ａ上に、所謂フリップチップ接続方式により搭載されている。すなわち、光素子２０は、配線基板１１の上面１１ａと光素子２０の主面２０ｂが対向するように、複数の半田ボール２０ｄを介して配線基板１１の上面１１ａ上に搭載されている。そして、光素子２０は、複数の半田ボール２０ｄを介して配線基板１１の複数のボンディングパッド１１ｃと電気的に接続されている。

このように、光素子２０をフリップチップ接続方式により配線基板１１上に搭載することで、前記したように、ワイヤボンディング方式で接続する場合と比較して、伝送路中の寄生素子による波形劣化を低減することができる。

本実施の形態のようにＧｂｐｓ級の高速信号伝送を行う場合には、特に、伝送媒体の抵抗、容量成分等に起因する波形劣化のため、伝送速度が大幅に律速されることが問題となる。具体的には、伝送路中の寄生素子（Ｒ（抵抗）、Ｌ（インダクタ）、Ｃ（容量）成分等）に起因する帯域制限の影響により高周波成分が失われ、連続する信号が互いに干渉する符号間干渉の影響のため、原信号の情報が忠実に再現できず、誤動作を引き起こす原因となる。

このため、本実施の形態では、光素子２０をフリップチップ接続方式で配線基板１１に搭載することにより、光素子２０と配線基板１１の間の伝送距離を短くし、インダクタ成分を低減している。

ところが、光素子２０をフリップチップ接続方式により配線基板１１上に搭載すると、放熱性が低下するという新たな課題が生じる事が判った。光素子２０の主面２０ａ側に電極パッドを形成し、該電極パッドにワイヤを接続するワイヤボンディング方式の場合、例えば、熱伝導性の良好な接着材（例えば金属粒子を含有させた樹脂接着材）を介して光素子２０の主面２０ｂ側を配線基板１１上に搭載することができる。したがって、光素子２０で発生した熱は、主面２０ｂ全体から配線基板１１に伝達することができる。しかし、フリップチップ接続方式の場合、光素子２０の主面２０ｂと、配線基板１１の上面１１ａの間に隙間（中空空間）が形成される。また、光素子２０から出射、あるいは光素子２０に入射される光の光路への影響を低減する観点から、半田ボール２０ｄの周囲を、例えばアンダフィル樹脂などで埋めることができない。このため、光素子２０−配線基板１１間の主な伝熱経路は、半田ボール２０ｄを介した経路となる。つまり、ワイヤボンディング方式を適用した場合と比較して伝熱経路の断面積が小さくなるので、放熱性が低下してしまう。

そこで、本願発明者は、光素子２０をフリップチップ接続方式で配線基板１１上に搭載した光伝送モジュール１０の放熱性を向上する技術について検討を行い、光素子２０の主面２０ａ（すなわち、発光面または受光面）側に放熱ブロック（放熱部材）１６（図４および図５においてドット模様を付した領域）を当接させる構造を見出した。

図４および図５に示すように、放熱ブロック１６は、光素子２０の主面２０ａに当接する下面１６ａを有し、光素子２０と、レンズ１２の間に固定されている。また、放熱ブロック１６は、例えば、アルミニウム系、銅系、あるいは鉄系など、光素子２０を構成する半導体材料よりも熱伝導度が高い金属からなる。このように、光素子２０の主面２０ａ側に放熱ブロック１６を当接させることにより、光素子２０の主面２０ａ側に放熱経路（伝熱経路）を形成することができる。つまり、フリップチップ接続方式を採用することにより不足する伝熱経路の断面積を、放熱ブロック１６により補うことができる。また、本実施の形態のように、金属板である放熱ブロック１６を主面２０ａに当接させることにより、前記したワイヤボンディング方式の場合よりも、さらに放熱性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、放熱ブロック１６は、レンズホルダ１３と一体に形成されている。このように放熱ブロック１６とレンズホルダ１３とを、一体に形成することにより、光伝送モジュール１０の部品点数を低減することができる。また、レンズホルダ１３は、レンズ１２を支持するための支持部材なので、その外形寸法は、図３に示すように光素子２０、あるいはレンズ１２の外形寸法よりも大きい。このように外形寸法が大きい部材と、放熱ブロック１６を一体に形成することで、光素子２０で発生した熱を、効率的に外部に逃がすことができる。また、本実施の形態では、レンズホルダ１３の支持面（レンズ１２を支持する面；レンズ支持面）１３ａを光素子２０の搭載領域方向に延在させて、放熱ブロック１６の上面１６ｂとしている。言い換えれば、レンズホルダ１３の支持面１３ａと放熱ブロック１６の上面１６ｂが同一平面となっている。このように、支持面１３ａと放熱ブロック１６の上面１６ｂを同一平面とすることで、放熱ブロック１６の厚さを厚くすることができる。そして、放熱効率は、伝熱経路（放熱経路）の断面積に比例して大きくなるので、本実施の形態では、放熱ブロック１６を経由する放熱経路の放熱効率を向上させることができる。

図２に示す光伝送モジュール１０は、例えば以下のように組み立てることができる。まず、配線基板１１と光素子２０を準備して、配線基板１１の上面１１ａ上に光素子２０を搭載する。この時、図４に示すように光素子２０の外部電極形成面である主面２０ｂと配線基板１１の上面１１ａとが対向するように、半田ボール２０ｄを介して、所謂、フリップチップ接続方式により搭載する。これにより、光素子２０の電極パッド２０ｃと、配線基板１１のボンディングパッド１１ｃは電気的に接続される。

次に、配線基板１１の上面１１ａ上にレンズホルダ１３を固定する。レンズホルダ１３には、放熱ブロック１６が一体に形成されており、レンズホルダ１３を光素子２０の周囲に固定すると、放熱ブロック１６の下面１６ａ（図４参照）を光素子２０の主面２０ａと当接させることができる。なお、配線基板１１上における、レンズホルダ１３および放熱ブロック１６の位置合わせは、例えば配線基板１１の上面１１ａに位置合わせ用の穴（図示は省略）を形成し、この位置合わせ用の穴にレンズホルダ１３の位置決めピン（図示は省略）を挿入して行うことができる。

次に、レンズホルダ１３の支持面１３ａ（図４参照）上にレンズ１２を固定する。レンズ１２は、光素子２０の発光領域または受光領域と高精度に位置合わせを行う必要があるが、例えば以下のように行うことができる。配線基板１１の上面１１ａ、またはレンズホルダ１３の支持面１３ａ（図４参照）に位置合わせ用の穴（図示は省略）を形成し、この位置合わせ用の穴にレンズ１２の位置決めピン（図示は省略）を挿入して行うことができる。

次に、レンズ１２上に、コネクタ１４を固定する。コネクタ１４に引き込まれる光ケーブル１４ａは、光素子２０の発光領域または受光領域と高精度に位置合わせを行う必要があるが、例えば以下のように行うことができる。配線基板１１の上面１１ａ、またはレンズホルダ１３の上面に位置合わせ用の穴（図示は省略）を形成し、この位置合わせ用の穴にコネクタ１４の位置決めピン（図示は省略）を挿入して行うことができる。

なお、図２に示す光伝送モジュール１０は、配線基板１１上に半導体装置１５も搭載するので、光伝送モジュール１０の組み立て工程には、半導体装置１５を配線基板１１上に搭載する工程も含まれる。本実施の形態では、半導体装置１５の外部電極形成面である主面１５ａが、配線基板１１の上面１１ａと対向するように、半田ボール１５ｂを介して搭載する、所謂フリップチップ接続方式により搭載する。これにより、半導体装置１５の電極（図示は省略）と、配線基板１１のボンディングパッド１１ｃは電気的に接続される。半導体装置１５を搭載する工程の順序は、特に限定されず、例えば、光素子２０を搭載する前に行うことができる。

また、光伝送モジュール１０の組み立て工程には、配線基板１１の下面１１ｂ側において露出する複数のランド１１ｅに、半田ボール１１ｆをそれぞれ接合する工程（ボールマウント工程）も含まれる。ボールマウント工程の工程順序は特に限定されないが、半導体装置１５および光素子２０を搭載する工程は、半田ボール１１ｆが接合される前に行う方が、半導体装置１５および光素子２０を容易に搭載することができる点で好ましい。また、半田ボール１１ｆを搭載する際に、光ケーブル１４ａを損傷してしまうことを防止する観点からは、コネクタ１４を固定する工程の前に、ボールマウント工程を行うことが好ましい。

ところで、本実施の形態では、前記したように搭載する光素子２０の種類が異なる２種類の光伝送モジュール１０ａ、１０ｂを用いているが、光素子２０として半導体レーザ素子を用いた光伝送モジュール１０ａにおける、放熱性低下は特に大きな問題となる。半導体レーザ素子は、フォトダイオードなどの受光素子よりも発熱量が大きく、熱影響による誤動作が発生しやすいからである。以下、本実施の形態で用いる半導体レーザ素子の構造について説明した後、半導体レーザ素子の発光面上に当接させる放熱ブロック１６の好ましい態様について説明する。

＜半導体レーザ素子＞
図６は図４および図５に示す光素子（半導体レーザ素子）の斜視図、図７は、図６に示す半導体レーザ素子の裏面側の構造を示す平面図、図８は図６のＣ面に沿った断面図である。

一般に、半導体レーザ素子は、その内部に、光を発生する活性層と、光導波路とを備えている。通常、活性層は光導波路の内部に配置され、光導波路の両端を反射鏡で挟んでレーザ発振に必要な共振器が形成される。レーザ発振に必要な反転分布を形成するための励起機構としては、半導体のｐｎ接合領域に電圧をかけることで電子と正孔を注入し、これらが再結合する時に光子としてバンドギャップに相当するエネルギーを放出する事を利用する。量子井戸構造などを用いて電子と正孔を接合部の狭い領域（活性層内の量子井戸領域）に高密度に注入することで、誘導放出が継続的に生じ、放出された電磁波（光）は雪崩的に増加する。誘導放出によって増幅された電磁波（光）を共振器でフィードバックすることで、電磁波（光）は発振し、レーザ光が形成される。そして、光導波路の反射鏡に到達する光のうち、反射されずに透過する光をレーザ光として出射する。

上記のように活性層と共振器を内蔵する半導体レーザ素子では、光を発生させる活性層、および発生した光を発振させる共振器が主たる熱源となる。

上記のような半導体レーザ素子は、半導体層の積層方向に対する共振器の方向により、水平共振器型と、垂直共振器型とに分類される。水平共振器型の半導体レーザ素子は、半導体層の積層面に沿って（平行に）活性層および共振器を形成するので、利得を生む活性層の体積を大きくすることができる。このため、得られるレーザ光の出力を大きくすることができる。一方、垂直共振器型の半導体レーザ素子は、半導体基板の主面に対して垂直方向に光導波路を形成し主面側からレーザ光を出射する。このため、活性層および共振器の距離が短く、水平共振器型と比較して得られるレーザ光の出力は小さいが、多くの半導体レーザ素子を集積し易いというメリットがある。

さらに、上記半導体レーザ素子は、レーザ光を出射する出射面により、水平出射型（端面発光型とも呼ばれる）と、垂直出射型（面発光型とも呼ばれる）に分類できる。通常、前記した水平共振器型の半導体レーザ素子は、水平出射型、垂直共振器型の半導体レーザ素子は垂直出射型となる。

また、上記した水平共振器型の半導体レーザ素子のうち、レーザ光を半導体レーザ素子に設けた反射鏡で９０度回転させて半導体レーザ素子の主面から出射する垂直出射型の半導体レーザ素子もある。この水平共振器型で、かつ、垂直出射型（以下、水平共振器垂直出射型と記載する）の半導体レーザ素子は、得られるレーザ光の出力を大きくすることができる。また、レーザ光を主面から出射するので、複数の半導体レーザ素子を集積し易い。

本実施の形態では、図２に示す光伝送モジュール１０ａの光素子２０として、水平共振器垂直出射型の半導体レーザ素子２１（図６〜図８参照）を用いている。

半導体レーザ素子２１は、発光面（レーザ光出射面）となる主面（第１主面）２０ａに、図４に示すレンズ１２に向かってレーザ光を出射する発光領域２０ｅを有している。図６に示すように、本実施の形態では、回線数（ｃｈ数）に対応して、複数（例えば４個）の半導体レーザ素子（半導体レーザ素子領域）２１ａが一体に形成され、半導体レーザ素子２１を構成している。そして、各半導体レーザ素子２１ａに発光領域２０ｅがそれぞれ形成されるので、半導体レーザ素子２１には、複数（４個）の発光領域２０ｅが形成されている。また、各発光領域２０ｅには、窪み部（凹部）が形成され、その表面には、図８に示すようにレンズ（マイクロレンズ）２０ｆが形成されている。このように、複数の半導体レーザ素子２１ａを一体に形成することにより、各半導体レーザ素子２１ａを別体として形成する場合と比較して集積度を向上させることができる。また、複数の半導体レーザ素子２１ａを一括して搭載することができるので、製造効率を向上させることができる。

一方、図７に示すように主面２０ａ（図６参照）の反対側の主面（第２主面）２０ｂには、半導体レーザ素子２１（半導体レーザ素子２１ａ）の外部電極となる複数の電極パッド（電極）２０ｃが形成され、複数の電極パッド２０ｃの表面には、半田ボール（バンプ電極）２０ｄがそれぞれ接合（形成）されている。本実施の形態では、各半導体レーザ素子２１ａに基準電位を供給する電極パッドＧＮＤと、各半導体レーザ素子２１ａに信号電流を供給する電極パッドＳＩＧがそれぞれ形成されている。

また、主面２０ａと主面２０ｂの間には、活性層２０ｇが形成されている。図６に示すように活性層２０ｇは主面２０ａに沿って延在している。詳しくは、主面２０ｂ側から、クラッド層２０ｈ、活性層２０ｇ、クラッド層２０ｈが順に積層され、活性層２０ｇは、クラッド層２０ｈに挟まれるように配置されている。このように、クラッド層２０ｈ／活性層２０ｇ／クラッド層２０ｈの積層構造により、半導体レーザ素子２１ａの光導波路が構成される。つまり、活性層２０ｇの延在方向に沿って光導波路が形成される。なお、図６および図７に示すように活性層２０ｇは、下層のクラッド層２０ｈ（図８参照）の上面全体を覆わず、一部（略中央部）に帯状に形成されている。そして、図７に示すように、主面２０ｂには、活性層２０ｇと厚さ方向に重なる位置に電極パッドＳＩＧが形成されている。このため、電極パッドＳＩＧから信号電流を供給すると、活性層２０ｇ内の量子井戸領域に効率的に電子と正孔を注入することができる。

また、光導波路の両端には、ミラー面２０ｊが形成され、活性層２０ｇで発生した光を発振させる共振器を構成している。つまり、本実施の形態の半導体レーザ素子２１ａは主面２０ａに沿って、活性層２０ｇおよび共振器が形成された、所謂、水平共振器型の半導体レーザ素子である。

光導波路の両端に形成されたミラー面２０ｊのうち、半導体レーザ素子２１ａの端面側に形成されたミラー面２０ｊは反射鏡となっている。一方、発光領域２０ｅに近い側に形成されたミラー面２０ｊは、レーザ発振側のミラー面であり、半導体レーザ素子２１ａの端面側に形成されたミラー面２０ｊよりも反射率が低い。このため、レーザ光の一部は反射されずに透過する。そして、ミラー面２０ｊを透過したレーザ光２２は、レーザ光２２に対して透明な半導体領域２０ｋを透過して、その端面に形成された光路変換ミラー面（反射鏡面、傾斜面）２０ｍで反射して、主面２０ａに向かう方向に光路変換される。光路変換ミラー面２０ｍは、主面２０ａと４５度の角度を成す傾斜面として形成されている。このため、光路変換ミラー面２０ｍで反射されたレーザ光２２は、主面２０ａの発光領域２０ｅから上方に向かって出射される。つまり、本実施の形態の半導体レーザ素子２１ａは主面２０ａからレーザ光２２を出射する、水平共振器垂直出射型の半導体レーザ素子である。

次に半導体レーザ素子２１の主面２０ａ上に固定する放熱ブロック１６（図４参照）の好ましい態様について説明する。図９は図８に示す半導体レーザ素子上に図４に示す放熱ブロックを固定した状態を示す拡大断面図である。また、図１０は図３に示す光学レンズを取り除いた状態で、光素子の周辺を拡大して示す拡大平面図である。

図９に示すように、半導体レーザ素子２１の主面２０ａ上に放熱ブロック１６の下面１６ａを当接させて固定する場合、主面２０ａにおいて、半導体レーザ素子２１の発光領域２０ｅを露出させるように、放熱ブロック１６が配置されることが好ましい。放熱ブロック１６が、レーザ光２２に対して透明な材料から成る場合には、発光領域２０ｅを覆うように放熱ブロック１６を配置することもできるが、この場合、放熱ブロック１６の材料選択に制約が生じる。一方、本実施の形態のように、発光領域２０ｅを露出させることにより、レーザ光２２に対して非透明な材料を用いることができるので、金属材料など、熱伝導度の高い材料を用いることができる。

また、レーザ光２２の光路が放熱ブロック１６により遮蔽されてしまうことを防止する観点から、放熱ブロック１６は、下面１６ａと上面１６ｂの間に、下面１６ａに対して傾斜する傾斜面（側面）１６ｃを有していることが好ましい。そして、下面１６ａと傾斜面１６ｃが成す角度θ１は、発光領域２０ｅから出射されるレーザ光２２と主面２０ａが成す角度θ２以下であることが好ましい。これにより、放熱ブロック１６によるレーザ光２２の遮蔽を確実に防止することができる。

一方、放熱性向上の観点からは、前記したように伝熱経路（放熱経路）の断面積を出来る限り広くとることが好ましい。したがって、この観点からは、角度θ１と角度θ２が等しい角度となっていることが特に好ましい。

また、半導体レーザ素子２１で発生する熱を効率的に逃がす観点から、放熱ブロック１６は、活性層２０ｇと厚さ方向に重なる位置に配置されていることが好ましい。前記したように、半導体レーザ素子２１で発生する熱の主たる熱源は活性層２０ｇ、およびこれに沿って配置される共振器である。したがって、放熱ブロック１６を、活性層２０ｇと厚さ方向に重なる位置に配置することにより、主な熱源に近づけることができる。

また、水平共振器型の半導体レーザ素子では、高出力のレーザ光２２を得るため、活性層２０ｇの長さを長くすることが好ましい。このため、図６に示すように、発光領域２０ｅは、主面２０ａにおいて、光軸方向（活性層２０ｇの延在方向）と交差する辺２０ｐに寄せて配置されている。したがって、活性層２０ｇと厚さ方向に重なる位置に放熱ブロック１６を配置することにより、放熱ブロック１６の下面１６ａと半導体レーザ素子２１の主面２０ａが当接する領域の面積を広くとることができる。すなわち、放熱経路の断面積を広くとることができる。

なお、放熱効率をさらに向上させる観点からは、レンズホルダ１３の半導体レーザ素子２１側の側面（内面）１３ｂと、半導体レーザ素子の端面２０ｒを、当接させる構造も考えられる。ただし、端面２０ｒの内側は、前記したように、半導体レーザ素子２１ａの共振器を構成するミラー面２０ｊとなる。したがって、レーザ光２２のノイズを低減する観点からは、本実施の形態のように、レンズホルダ１３の半導体レーザ素子２１側の側面（内面）１３ｂと、半導体レーザ素子の端面２０ｒを離間して配置することが好ましい。

また、図６に示すように、本実施の形態では、回線数（ｃｈ数）に対応して、複数（例えば４個）の半導体レーザ素子２１ａが一体に形成され、半導体レーザ素子２１を構成している。そして、各半導体レーザ素子２１ａに発光領域２０ｅがそれぞれ形成される。言い換えれば、半導体レーザ素子２１（光素子２０）の主面２０ａは、活性層２０ｇの延在方向に沿った辺（短辺）２０ｎと、辺２０ｎと交差する辺（長辺）２０ｐを有し、辺２０ｐに沿って複数の発光領域２０ｅが形成されている。そして図１０に示すように、放熱ブロック１６は、辺２０ｐに沿って延在している。このように、発光領域２０ｅの配列方向に沿って、放熱ブロック１６を延在させることにより、放熱ブロックは、複数の半導体レーザ素子２１ａ（図６参照）の主面２０ａを覆う板状部材となる。このため、図６に示す半導体レーザ素子２１ａ毎に、個別に放熱ブロック１６を配置する場合と比較して、放熱効率を向上させることができる。

以上、フリップチップ接続方式を適用したことによる放熱性の低下が特に問題となる半導体レーザ素子２１を有する光伝送モジュール１０ａ（図１参照）について詳しく説明した。しかし、図９および図１０に示す放熱ブロック１６の構造は、フォトダイオードなどの受光素子を光素子２０として用いる光伝送モジュール１０ｂ（図１）にも適用することができる。

受光素子の場合、半導体レーザ素子と比較して発熱量が小さいので、フリップチップ接続方式を適用しても放熱性低下による問題は顕在化しない場合もある。しかし、図６〜図１０に示す半導体レーザ素子２１を受光素子に置き換えて適用することにより、光伝送モジュール１０ｂの放熱性を向上させることができる。また、図１に示すように、２種類の光伝送モジュール１０ａ、１０ｂを備えるボード（光通信装置）２の場合、光伝送モジュール１０ａ、１０ｂを同じパッケージ形状とすることにより、パッケージのレイアウトを簡略化（例えば、コネクタ５の兼用化など）を行うことができる。光伝送モジュール１０ａ、１０ｂを同じパッケージ形状とすることにより、搭載する光素子２０の種類を除き、構成部品を兼用化することができるので、製造効率を向上させることができる。図４に示す光素子２０が受光素子である場合には、主面２０ａは受光面となる。そして放熱ブロック１６は、主面２０ａに形成された受光領域を露出させるように配置することが好ましい。これにより、放熱ブロック１６の材料は、受光素子に入射される光に対して非透明な材料（例えば金属材料）を選択することができるので、放熱性を向上させることができる。

＜変形例＞
次に、図９に示す放熱ブロック（放熱部材）１６の変形例について説明する。図１１は、図９に示す放熱ブロックの第１の変形例を示す拡大断面図である。また、図１２は、放熱ブロックの断面積と、光素子（半導体レーザ素子）の温度上昇の関係を示す説明図である。また、図１３は図９に示す放熱ブロックの第２の変形例を示す拡大断面図である。

図９では、レンズホルダ１３の支持面１３ａと放熱ブロック１６の上面１６ｂが同一平面となるような厚さの放熱ブロック１６とすることで、放熱効率を向上させる構成について説明した。一方、図１１に示す本実施の形態の放熱ブロック１６ｄは、上面１６ｂが、レンズホルダ１３の支持面１３ａよりも低い位置に配置されている。言い換えれば、レンズ１２の下面１２ａと放熱ブロック１６の上面１６ｂの間に隙間が形成されている。

図１２は、熱抵抗と発熱量の積で求められる計算式（式Ａ）で求めた温度上昇のヒートブロックの断面積依存性である。式Ａに示すように熱抵抗Ｒｔは、熱伝導度の逆数である。また、熱伝導度は、熱伝導率と熱広がり面積ＳＴの積から厚さｔ（２．５ｍｍとした）で割った値である。ここで、ＬＤ（１ｃｈ分）と放熱ブロックから熱広がり面積ＳＴを求めると図１２に示すようにＬＤ幅（０．２５ｍｍ）と放熱ブロックの断面積Ｓの積から厚さｔ（２．５ｍｍ）で割った値になる。また、図１２は放熱ブロックにアルミニウムを用いた場合の計算結果で、熱伝導率は２３６（Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた。

図１２に示すように、放熱ブロックの断面積を増加させることにより、半導体レーザ素子の温度上昇を抑制することができる。したがって、温度上昇を抑制する観点からは、図９に示す放熱ブロック１６のように、レンズホルダ１３の支持面１３ａと放熱ブロック１６の上面１６ｂが同一平面とすることが特に好ましい。しかし、その温度上昇抑制効果は、放熱ブロックの断面積が比較的小さい領域で大きく変化する。例えば、図１２において、放熱ブロックの断面積Ｓが、０．２ｍｍ^２から０．４ｍｍ^２まで増加すると、半導体レーザ素子の温度上昇を半分程度とすることができる。したがって、図１１に示すように、放熱ブロック１６ｄのように、レンズ１２の下面１２ａと放熱ブロック１６の上面１６ｂの間に隙間が形成されている場合であっても、半導体レーザ素子の温度上昇を抑制することはできる。ただし、放熱ブロック１６ｄの厚さを極端に薄くすると、放熱ブロック１６ｄが変形し易くなる。したがって、図１１に示すように、放熱ブロック１６ｄの上面１６ｂと下面１６ａを略平行な面とする場合には、放熱ブロック１６ｄの厚さは、光素子２０（半導体レーザ素子２１）の厚さと同等以上とすることが、変形を抑制する観点から好ましい。

また、別の変形例として、図１３に示す放熱ブロック１６ｅのように、上面１６ｂを傾斜面１６ｃとした場合であっても、半導体レーザ素子の温度上昇を抑制することはできる。また、このように上面１６ｂを傾斜面１６ｃとした場合には、レンズホルダ１３と連結する付け根部の厚さを厚くすることができるので、放熱ブロック１６ｅの変形を抑制することができる。ただし、放熱ブロック１６ｅの先端を鋭角にすると、鋭角な先端により、半導体レーザ素子２１の発光領域２０ｅを傷つけてしまう場合がある。したがって、この場合には、図１３に示すように、放熱ブロック１６ｅの先端に、側面１６ｆを設けることが好ましい。そして、下面１６ａと側面１６ｆが成す角度θ３は、下面１６ａと傾斜面１６ｃが成す角度θ１よりも鈍角とすることが好ましい。

（実施の形態２）
本実施の形態では、前記実施の形態１で説明した光素子２０を１つのパッケージ内に複数搭載して、回線数を増加させた光伝送モジュールについて説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１で説明した光伝送モジュール１０との相違点を中心に説明し、共通する部分は、説明を省略する。図１４は、図３に示す光伝送モジュールの変形例である本実施の形態の光伝送モジュールの上面側の内部構造を示す平面図である。また、図１５は、図１４のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。なお、図１４では、光素子２０と、レンズ１２、レンズホルダ１３の平面的位置関係を判り易く示すため、図２に示すレンズ１２およびコネクタ１４を取り除いた状態で示している（レンズ１２は２点鎖線で示している）。また、図１４の断面図である図１５については、図２に示すコネクタ１４の図示は省略している。

図１４および図１５に示す光伝送モジュール３０と図３および図４に示す光伝送モジュール１０の相違点は、回線数である。光伝送モジュール３０では、配線基板１１の上面１１ａ上に複数（図１４では例えば２個）の光素子２０を搭載し、これにより、回線数（ｃｈ数）は、例えば８ｃｈとなっている。

図１４に示すように、各光素子２０は、前記実施の形態１で説明した図６に示す光素子２０（半導体レーザ素子２１）と同様に、主面２０ａにおいて、複数の発光領域または複数の受光領域が光素子２０の主面２０ａの一辺（辺２０ｐ）に寄せて配置されている。そして、主面２０ａにおいて、複数の発光領域または複数の受光領域が寄せて配置される辺２０ｐが対向するように、配線基板１１上に搭載されている。

また、レンズホルダ１３は、平面視において、四角形（詳しくは長方形）の枠形状を成し、複数の光素子２０が搭載される領域を取り囲むように配置（固定）されている。そして、レンズホルダ１３には、レンズホルダ１３の四辺のうち対向する二辺（詳しくは長辺）に沿って配置される放熱ブロック１６がそれぞれ形成されている。また、各放熱ブロック１６は、レンズホルダ１３との連結部から、対向辺に向かって延在している。

本実施の形態のように、複数の光素子２０を搭載して、回線数を増加させた光伝送モジュール３０においては、各光素子２０の主面２０ａに、それぞれ放熱ブロック１６を当接させることにより、各光素子２０の放熱性を向上させることができるので、光伝送モジュール３０全体としての放熱性を向上させることができる。

なお、本実施の形態２で説明した光伝送モジュール３０において、前記実施の形態１で説明した各種変形例を適用することができる。例えば、図１４および図１５に示す光伝送モジュール３０の構造は、光素子２０として半導体レーザ素子２１（図６参照）などの発光素子を有する光伝送モジュール、あるいは光素子２０として受光素子を有する光伝送モジュールのいずれか一方、または両方に適用することができる。特に、光素子２０として半導体レーザ素子２１（図６参照）などの発光素子を有する光伝送モジュールに適用した場合には、放熱性向上の効果が大きい。

また、本実施の形態のように、複数の光素子２０を１つのパッケージ内に搭載する光伝送モジュールの場合には、一方の光素子２０を半導体レーザ素子２１（図６参照）などの発光素子、他方の光素子２０を受光素子とすることにより、１つのパッケージで、光送信機能と光受信機能を併せ持った、送受一体型パッケージとすることもできる。つまり、前記実施の形態１で説明した図１に示す各ボード２に搭載される１対の光伝送モジュール１０ａ、１０ｂを、１パッケージにまとめることができる。

また、例えば、図１４および図１５に示す放熱ブロック１６の変形例として、前記実施の形態１で説明した図１１に示す放熱ブロック１６ｄ、あるいは図１３に示す放熱ブロック１６ｅを適用することもできる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、前記実施の形態１で説明した半導体装置１５上にも放熱ブロックを当接させた構造について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１で説明した光伝送モジュール１０との相違点を中心に説明し、共通する部分は、説明を省略する。図１６は、図３に示す光伝送モジュールの変形例である本実施の形態の光伝送モジュールの上面側の内部構造を示す平面図である。また、図１７は、図１６のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。なお、図１６では、光素子２０と、レンズ１２、レンズホルダ１３の平面的位置関係を判り易く示すため、図２に示すレンズ１２およびコネクタ１４を取り除いた状態で示している（レンズ１２は２点鎖線で示している）。また、図１６の断面図である図１７については、図２に示すコネクタ１４の図示は省略している。

図１６および図１７に示す光伝送モジュール３１と図３および図４に示す光伝送モジュール１０の相違点は、半導体装置１５の裏面側に放熱ブロック１７が当接している点である。

前記実施の形態で説明したように、半導体装置１５は、光素子２０を駆動する半導体装置である。言い換えると、半導体装置１５には、光素子２０を駆動する駆動回路が形成されている。また、半導体装置１５は、フリップチップ接続方式により配線基板１１上に搭載されている。詳しくは、半導体装置１５は、主面（第３主面）１５ａ、主面１５ａの反対側に位置する主面（第４主面、裏面）１５ｃ、および主面１５ａに形成された複数の半田ボール（バンプ電極）１５ｂを有している。そして、主面１５ａと配線基板１１の上面（素子搭載面）１１ａが対向するように、半田ボール（バンプ電極）１５ｂを介して配線基板１１上に搭載されている。これにより、半導体装置１５の主面１５ａに形成された複数の電極（図示は省略）と配線基板１１の複数のボンディングパッド１１ｃはそれぞれ電気的に接続されている。

このように、駆動回路が形成された半導体装置１５は、比較的発熱量が大きいため、光伝送モジュール全体の放熱性を向上させる観点から、半導体装置１５をフリップチップ接続方式により搭載する場合には、半導体装置１５側にも伝熱面積の広い放熱経路を備えていることが好ましい。

そこで、本実施の形態では、前記実施の形態２で説明した技術を応用し、半導体装置１５の主面１５ｃ上に放熱ブロック（第２の放熱部材）１７を配置した。詳しく説明すると、図１６に示すように、レンズホルダ１３は、平面視において、四角形の枠形状を成し、光素子２０および半導体装置１５が搭載される領域を取り囲むように配置（固定）されている。レンズホルダ１３には、レンズホルダ１３の四辺のうち半導体装置１５側の辺に沿って、放熱ブロック１７がレンズホルダ１３と一体に形成されている。そして、放熱ブロック１７の下面１７ａは、半導体装置１５の主面１５ｃと当接している。

これにより、半導体装置１５の主面１５ｃ側に放熱経路（伝熱経路）を形成することができる。つまり、フリップチップ接続方式を採用することにより不足する伝熱経路の断面積を、放熱ブロック１７により補うことができる。また、本実施の形態のように、金属板である放熱ブロック１７を主面１５ｃに当接させることにより、ワイヤボンディング方式で半導体装置１５と配線基板１１を電気的に接続する場合よりも、さらに放熱性を向上させることができる。

また、放熱ブロック１７とレンズホルダ１３とを、一体に形成することにより、光伝送モジュール３１の部品点数を低減することができる。また、レンズホルダ１３のように外形寸法が大きい部材と、放熱ブロック１７を一体に形成することで、半導体装置１５で発生した熱を、効率的に外部に逃がすことができる。

さらに、本実施の形態によれば、光素子２０から発生する熱、および半導体装置１５から発生する熱を効率的に放熱することができるので、前記実施の形態１で説明した光伝送モジュール１０と比較しても、さらに放熱性を向上させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態１〜前記実施の形態３では、光素子２０の発光領域または受光領域が光素子２０の主面２０ａにおいて、一方の辺に寄せて配置された例について説明した。しかし、例えば、図１８および図１９に示すように、主面２０ａの四辺のうち、対向する２辺の中心を結ぶ中心線（仮想線）に沿って、受発光領域３３ａ（受光領域または発光領域）が形成された光素子３３の場合、前記実施の形態２で説明した技術を応用して適用すると特に放熱性を向上させることができる。図１８は、図６に示す光素子の変形例である光素子を搭載した光伝送モジュールの上面側の内部構造を示す平面図である。また、図１９は、図１８のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。なお、図１８は、前記実施の形態２で説明した図１４に対応する平面図、図１９は図１５に対応する断面図であり、図２に示すコネクタ１４は図示を省略している。

図１８および図１９に示すように、主面２０ａの四辺のうち、対向する２辺の中心を結ぶ中心線（仮想線）に沿って、複数の受発光領域３３ａ（受光領域または発光領域）が配列されている光素子３３の場合、受発光領域３３ａを配列する配列ラインの両サイドに、放熱ブロック１６を当接させるスペースを広く確保することができる。このため、図１８および図１９に示す光伝送モジュール３４では、レンズホルダ１３は、平面視において、四角形（詳しくは長方形）の枠形状を成し、複数の光素子２０が搭載される領域を取り囲むように配置（固定）されている。そして、レンズホルダ１３には、レンズホルダ１３の四辺のうち対向する二辺（詳しくは長辺）に沿って配置される放熱ブロック１６がそれぞれ形成されている。また、各放熱ブロック１６は、レンズホルダ１３との連結部から、対向辺に向かって延在している。これにより、複数の放熱ブロック１６からの放熱経路を形成することができるので、放熱性をさらに向上させることができる。

また、例えば、前記実施の形態１で説明した各変形例を前記実施の形態２、あるいは前記実施の形態３で説明した放熱ブロック１６、１７に適用しても良い。

本発明は、光通信装置に利用可能である。

１ ルータ装置（通信装置）
２ ボード（光通信装置）
２ａ インタフェースボード（光通信装置）
２ｂ スイッチボード（光通信装置）
３ 光ケーブル（光ファイバケーブル）
４ バックプレーン（基板）
５ コネクタ（バックプレーン側コネクタ）
６ マザーボード（配線基板、実装基板）
６ａ 配線
６ｂ 端子
７ 半導体装置
８ インタフェースカード
９ 電源コネクタ
１０、１０ａ、１０ｂ、３０、３１ 光伝送モジュール
１１ 配線基板
１１ａ 上面（素子搭載面）
１１ｂ 下面（外部端子形成面）
１１ｃ ボンディングパッド（端子）
１１ｄ 配線
１１ｅ ランド（端子、外部端子）
１１ｆ 半田ボール（バンプ電極）
１２ レンズ（光学レンズ）
１２ａ 下面
１３ レンズホルダ
１３ａ 支持面
１４ コネクタ
１４ａ 光ケーブル（光ファイバケーブル）
１５ 半導体装置
１５ａ 主面
１５ｂ 半田ボール（バンプ電極）
１５ｃ 主面（裏面）
１６、１６ｄ、１６ｅ 放熱ブロック（放熱部材）
１６ａ 下面
１６ｂ 上面
１６ｃ 傾斜面
１６ｆ 側面
１７ 放熱ブロック（放熱部材）
１７ａ 下面
２０、３３ 光素子
２０ａ 主面（第１主面）
２０ｂ 主面（第２主面）
２０ｃ 電極パッド
２０ｄ 半田ボール（バンプ電極）
２０ｅ 発光領域
２０ｆ レンズ（マイクロレンズ）
２０ｇ 活性層
２０ｈ クラッド層
２０ｊ ミラー面
２０ｋ 半導体領域
２０ｍ 光路変換ミラー面
２０ｎ、２０ｐ 辺
２０ｒ 端面
２１ 半導体レーザ素子
２１ａ 半導体レーザ素子（半導体レーザ素子領域）
２２ レーザ光
３３ａ 受発光領域（受光領域または発光領域）
３４ 光伝送モジュール
ＧＮＤ 電極パッド
ＳＩＧ 電極パッド
θ１、θ２、θ３ 角度

Claims (18)

1. 素子搭載面、前記素子搭載面に形成された複数の端子、および前記複数の端子と電気的に接続される複数の配線を有する配線基板と、
   第１主面、前記第１主面とは反対側の第２主面、および前記第２主面に形成された複数のバンプ電極を有し、前記配線基板の前記素子搭載面と前記第２主面が対向するように、前記バンプ電極を介して前記素子搭載面上に搭載される光素子と、
   前記光素子の前記第１主面側に固定される光学レンズと、
   前記光素子の前記第１主面に当接する第１の面を有し、前記光素子と前記光学レンズの間に固定される放熱部材と、を有することを特徴とする光伝送モジュール。
2. 請求項１において、
   前記光伝送モジュールは、
   前記配線基板の前記素子搭載面上に固定され、前記光学レンズを支持するレンズホルダを有し、
   前記放熱部材は、前記レンズホルダと一体に形成されていることを特徴とする光伝送モジュール。
3. 請求項２において、
   前記光素子は、前記第１主面側に、前記光学レンズに向かってレーザ光を出射する発光領域を有する半導体レーザ素子であって、
   前記放熱部材は、前記第１主面において、前記発光領域を露出させるように配置されていることを特徴とする光伝送モジュール。
4. 請求項３において、
   前記放熱部材は、前記第１の面に対して傾斜する第２の面を有していることを特徴とする光伝送モジュール。
5. 請求項４において、
   前記放熱部材の前記第１の面と前記第２の面が成す第１の角度は、前記発光領域から出射される前記レーザ光と前記第１主面が成す第２の角度以下であることを特徴とする光伝送モジュール。
6. 請求項５において、
   前記光素子は、
   前記第１主面と前記第２主面の間において、前記第１主面に沿って延びる活性層と、
   前記第１主面に沿って延びるように形成され、前記活性層で形成された光を発振させて前記レーザ光を形成する共振器と、
   前記共振器で形成された前記レーザ光を前記第１主面の前記発光領域に向かって反射する反射鏡面と、を有し、
   前記放熱部材は、前記活性層と厚さ方向に重なる位置に配置されていることを特徴とする光伝送モジュール。
7. 請求項６において、
   前記光素子の前記第１主面は、
   前記活性層の延在方向に沿った第１辺、および前記第１辺と交差する第２辺を有し、
   前記光素子は、
   前記第１主面の前記第２辺に沿って複数の発光領域を有し、
   前記放熱部材は、前記第２辺に沿って延びていることを特徴とする光伝送モジュール。
8. 請求項２において、
   前記配線基板の前記素子搭載面上には、複数の光素子が搭載され、
   前記レンズホルダは、平面視において四角形の枠形状を成し、前記複数の光素子が搭載される領域の周囲を取り囲むように固定され、
   前記レンズホルダには、前記レンズホルダの四辺のうち対向する二辺に沿って、前記放熱部材がそれぞれ形成されていることを特徴とする光伝送モジュール。
9. 請求項２において、
   前記配線基板の前記素子搭載面上には、第３主面、前記第３主面とは反対側の第４主面、および前記第３主面に形成された複数のバンプ電極を有し、前記光素子を駆動する半導体装置が、前記配線基板の前記素子搭載面と前記第３主面が対向するように、前記バンプ電極を介して前記素子搭載面上に搭載され、
   前記レンズホルダは、平面視において四角形の枠形状を成し、前記光素子および前記半導体装置が搭載される領域の周囲を取り囲むように固定され、
   前記半導体装置の前記第４主面には、前記レンズホルダの前記半導体装置側の辺において、前記レンズホルダと一体に形成される他の放熱部材が当接していることを特徴とする光伝送モジュール。
10. 複数の第１配線が形成された第１配線基板、および前記第１配線基板上に搭載される光伝送モジュールを有し、
    前記光伝送モジュールは、
    素子搭載面、前記素子搭載面に形成された複数の端子、および前記複数の端子と電気的に接続される複数の第２配線を有する第２配線基板と、
    第１主面、前記第１主面とは反対側の第２主面、および前記第２主面に形成された複数のバンプ電極を有し、前記第２配線基板の前記素子搭載面と前記第２主面が対向するように、前記バンプ電極を介して前記素子搭載面上に搭載され、かつ、前記複数の端子と電気的に接続される光素子と、
    前記光素子の前記第１主面側に固定される光学レンズと、
    前記光素子の前記第１主面に当接する第１の面を有し、前記光素子と前記光学レンズの間に固定される放熱部材と、を有することを特徴とする光通信装置。
11. 請求項１０において、
    前記光伝送モジュールは、
    前記第２配線基板の前記素子搭載面上に固定され、前記光学レンズを支持するレンズホルダを有し、
    前記放熱部材は、前記レンズホルダと一体に形成されていることを特徴とする光通信装置。
12. 請求項１１において、
    前記光素子は、前記第１主面側に、前記光学レンズに向かってレーザ光を出射する発光領域を有する半導体レーザ素子であって、
    前記放熱部材は、前記第１主面において、前記発光領域を露出させるように配置されていることを特徴とする光通信装置。
13. 請求項１２において、
    前記放熱部材は、前記第１の面に対して傾斜する第２の面を有していることを特徴とする光通信装置。
14. 請求項１３において、
    前記放熱部材の前記第１の面と前記第２の面が成す第１の角度は、前記発光領域から出射される前記レーザ光と前記第１主面が成す第２の角度以下であることを特徴とする光通信装置。
15. 請求項１４において、
    前記光素子は、
    前記第１主面と前記第２主面の間において、前記第１主面に沿って延びる活性層と、
    前記第１主面に沿って延びるように形成され、前記活性層で形成された光を発振させて前記レーザ光を形成する共振器と、
    前記共振器で形成された前記レーザ光を前記第１主面の前記発光領域に向かって反射する反射鏡面と、を有し、
    前記放熱部材は、前記活性層と厚さ方向に重なる位置に配置されていることを特徴とする光通信装置。
16. 請求項１５において、
    前記光素子の前記第１主面は、
    前記活性層の延在方向に沿った第１辺、および前記第１辺と交差する第２辺を有し、
    前記光素子は、
    前記第１主面の前記第２辺に沿って複数の発光領域を有し、
    前記放熱部材は、前記第２辺に沿って延びていることを特徴とする光通信装置。
17. 請求項１１において、
    前記第２配線基板の前記素子搭載面上には、複数の光素子が搭載され、
    前記レンズホルダは、平面視において四角形の枠形状を成し、前記複数の光素子が搭載される領域の周囲を取り囲むように固定され、
    前記レンズホルダには、前記レンズホルダの四辺のうち対向する二辺に沿って、前記放熱部材がそれぞれ形成されていることを特徴とする光通信装置。
18. 請求項１１において、
    前記第２配線基板の前記素子搭載面上には、第３主面、前記第３主面とは反対側の第４主面、および前記第３主面に形成された複数のバンプ電極を有し、前記光素子を駆動する半導体装置が、前記第２配線基板の前記素子搭載面と前記第３主面が対向するように、前記バンプ電極を介して前記素子搭載面上に搭載され、
    前記レンズホルダは、平面視において四角形の枠形状を成し、前記光素子および前記半導体装置が搭載される領域の周囲を取り囲むように固定され、
    前記半導体装置の前記第４主面には、前記レンズホルダの前記半導体装置側の辺において、前記レンズホルダと一体に形成される他の放熱部材が当接していることを特徴とする光通信装置。

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