JP5104581B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールに関するものである。

従来から、光信号の送受信を行う発光素子および受光素子を備えた光モジュールが種々提案されている。
特許文献１には、光電素子による光信号の発信又は受信及び電子回路素子による電気信号の発信又は受信は光・電子回路基板で行う一方、光信号を所定の光路上で導くことは光導波回路基板で行う光・電子回路モジュールが開示されている。

特許文献２には、一端に複数の光ファイバが光結合され、所定の方向に配列された複数の導波路コアを有する平板状の光導波路と、前記光導波路の他端に光結合される発光素子および受光素子とを有する光モジュールにおいて、前記光導波路は、前記導波路コアとして、互いに直交する方向の外径が異なる断面形状を有し、小なる外径が前記所定の方向に配置された発光導波路コアと、前記導波路コアとして、互いに直交する方向の外径が異なる断面形状を有し、大なる外径が前記所定の方向に配置された前記受光導波路コアと、前記所定の方向に垂直な方向に傾斜して、前記発光導波路コアと前記発光素子とを光結合させ、前記受光導波路コアと前記受光素子とを光結合させるミラー面とを備えた光モジュールが開示されている。

特許文献３には、回路基板と、発光素子と、該発光素子を駆動するドライブＩＣと、受光素子と、該受光素子からの信号を受信するレシーバＩＣと、該発光素子及び該受光素子に光学的に結合する導波路部材とを有する光電変換モジュールにおいて、前記発光素子、及び、前記ドライブＩＣ、及び、前記受光素子、並びに、前記レシーバＩＣは、ベアチップから構成され、ベアチップのまま前記回路基板に搭載され、前記導波路部材は、前記発光素子、及び、前記ドライブＩＣ、及び、前記受光素子、並びに、前記レシーバＩＣを覆うように配置され、前記導波路部材の周囲を樹脂により封止することにより、前記発光素子、及び、前記ドライブＩＣ、及び、前記受光素子、並びに、前記レシーバＩＣを前記導波路部材及び前記樹脂により封止した光電変換モジュールが開示されている。
特開２００２−９０５８６号公報 特開２００８−１５０４０号公報 特開２００８−１５２６５号公報

本発明の目的は、受光素子とそれに接続される電子回路素子との間の電気配線および発光素子とそれに接続される電子回路素子との間の電気配線の少なくとも一方を、その配線経路と導光板との位置関係を工夫することにより短くすることができる光モジュールを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の光モジュールを提供する。
（１）基板と、前記基板上に配置された受光素子と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に配置され前記受光素子と電気配線で接続された第１の電子回路素子と、前記基板上に配置され前記発光素子と電気配線で接続された第２の電子回路素子と、前記受光素子および前記発光素子を覆うとともに前記第１の電子回路素子および前記第２の電子回路素子の少なくとも一方の全部または一部を覆うように前記基板上に支持部材を介して配置され、端部に設けられた傾斜面を介して前記受光素子と光学的に結合される第１の光導波路および端部に設けられた傾斜面を介して前記発光素子と光学的に結合される第２の光導波路が並列して設けられ、前記第１および第２の光導波路の前記端部の前方領域をそれぞれ前記電気配線が通ることができる空間とした導光板とを備えた光モジュール。
（２）前記第１の電子回路素子の最上部が前記受光素子の最上部よりも前記基板側に位置する上記（１）記載の光モジュール。
（３）前記第２の電子回路素子の最上部が前記発光素子の最上部よりも前記基板側に位置する上記（１）または（２）記載の光モジュール。
（４）前記導光板の前記第１および第２の光導波路の一方が他方よりも短く形成され、前記第１の光導波路の前記端部と前記第２の光導波路の前記端部が、前記光導波路の長手方向に段差をもって配置される上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光モジュール。
（５）前記短く形成された前記第１の光導波路または前記第２の光導波路の端部の側部において、それよりも長く形成された前記第２の光導波路または前記第１の光導波路が外側へ屈曲して配置される上記（４）記載の光モジュール。
（６）前記短く形成された前記第１の光導波路または前記第２の光導波路が、前記対応する光導波路の端部に向かって外側に傾斜して配置される上記（４）または（５）記載の光モジュール。
（７）前記導光板の前記第１の光導波路および前記第２の光導波路がそれぞれ複数設けられ、前記複数の第１の光導波路の各端部の配列方向と前記複数の第２の光導波路の各端部の配列方向とに角度をもたせた上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光モジュール。
（８）前記導光板の前記第１の光導波路の前記端部の前方領域および前記第２の光導波路の前記端部の前方領域の少なくとも一方が前記導光板に形成された開口部である上記（１）〜（７）のいずれかに記載の光モジュール。
（９）前記導光板の前記第１の光導波路の前記端部の前方領域および前記第２の光導波路の前記端部の前方領域の少なくとも一方が前記導光板に形成された切り欠き部である上記（１）〜（７）のいずれかに記載の光モジュール。
（１０）前記導光板の前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の一方が他方よりも短く形成され、前記第１の光導波路の前記端部と前記第２の光導波路の前記端部が、前記光導波路の長手方向に段差をもって配置され、前記導光板が前記段差に対応した形状を有する上記（１）記載の光モジュール。

請求項１に係る光モジュールによれば、受光素子とそれに接続される電子回路素子との間の電気配線および発光素子とそれに接続される電子回路素子との間の電気配線の少なくとも一方を、その配線経路と導光板との位置関係を工夫することにより短くすることができる。これにより、高周波特性の低下を抑制することができる。
請求項２に係る光モジュールによれば、本構成を有していない場合に比べ、第１の電子回路素子と受光素子間の電気配線の実装を容易にすることができる。
請求項３に係る光モジュールによれば、本構成を有していない場合に比べ、第２の電子回路素子と発光素子間の電気配線の実装を容易にすることができる。
請求項４に係る光モジュールによれば、第１の電子回路素子と第２の電子回路素子を光導波路の長手方向に互いに離して配置することができ、光モジュールの幅方向の寸法を小さくすることができる。これにより、例えば光モジュールに適用するコネクタとして一般的な規格品または汎用品を使用することができる。
請求項５に係る光モジュールによれば、短く形成された光導波路の端部の側部において、それよりも長く形成された光導波路の逃げ領域を確保することができ、また短く形成された光導波路の端部の前方領域の幅方向の空間を広げることができる。
請求項６に係る光モジュールによれば、短く形成された光導波路の端部の側部において、それよりも長く形成された光導波路の逃げ領域を確保することができ、また短く形成された光導波路の端部の前方領域の幅方向の空間を広げることができる。
請求項７に係る光モジュールによれば、本構成を有していない場合に比べ、第１の電子回路素子と第２の電子回路素子を光導波路の幅方向に互いに離して配置することができ、各素子の電気配線の実装を容易にすることができる。
請求項８に係る光モジュールによれば、電気配線が通ることができる空間を導光板内に確保することができる。
請求項９に係る光モジュールによれば、開口部を形成する場合と比べ、電気配線が通ることができる空間を幅方向に広く確保することができる。
請求項１０に係る光モジュールによれば、本構成を有していない場合に比べ、導光板を小さくすることができる。

図１は本発明に係る光モジュールの一実施例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。図２は、図１（ｂ）のａ部の拡大図である。図３は、図１（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。

本実施例の光モジュールは、基板１と、基板１上にサブマウント２を介して配置された受光素子３と、基板１上にサブマウント４を介して配置された発光素子５と、基板１上に配置され受光素子３と電気配線６で接続された受光素子３からの信号を増幅する第１の電子回路素子としての増幅回路素子７と、基板１上に配置され発光素子５と電気配線８で接続された発光素子５を駆動する第２の電子回路素子としての駆動回路素子９と、受信用および送信用にそれぞれ複数の光導波路（コア）を有する導光板１０とを備える。導光板１０は、図示のように、受信用および送信用にそれぞれ４ｃｈ（４ビット）の光導波路を有するが、これに限定されない。本実施例では、サブマウント２，４を備えることで、受光素子３と増幅回路素子７および発光素子５と駆動回路素子９との間で高さ方向の段差をもって実装する。サブマウント２，４に代えて別の手段で高さ方向の段差を設けてもよい。これにより、増幅回路素子７の最上部は受光素子３の最上部よりも基板１側に位置するようにされ、また駆動回路素子９の最上部は発光素子５の最上部よりも基板１側に位置するするようにされる。受光素子３としては例えばフォトダイオード（ＰＤ）を用いることができ、また発光素子５としては例えば半導体レーザ（ＶＣＳＥＬなど）を用いることができる。

導光板１０は、受光素子３および発光素子５を覆うとともに増幅回路素子７および駆動回路素子９の少なくとも一方の全部または一部を覆うように基板１上に支持部材１１を介して配置される。本実施例の導光板１０は、図示のように、増幅回路素子７と駆動回路素子９の全部を覆っている。導光板１０は、光信号受信用の複数の光導波路（コア）１２と光信号送信用の複数の光導波路（コア）１３とを有し、各光導波路は並列配置されている。本実施例では、光導波路１２が光導波路１３よりも長い。すなわち、光導波路１３が光導波路１２よりも短く形成され、光導波路１２の端部と光導波路１３の端部が、光導波路の長手方向に段差をもって配置される。本実施例の場合は、光導波路１３が光導波路１２よりも短く形成されているが、逆にしてもよい。

光導波路１２は、端部に設けられた傾斜面を介して受光素子３とそれぞれ光学的に結合され、光導波路１３は、端部に設けられた傾斜面を介して発光素子５とそれぞれ光学的に結合される。傾斜面については後述する。導光板１０の光導波路１２，１３の端部の前方領域は、それぞれ電気配線６，８が通ることができる空間とされる。本実施例では、導光板１０の開口部１４，１５がこれに当たる。

図２に導光板１０の開口部１５と電気配線８との関係を示す。基板１上にサブマウント４を介して配置された発光素子５は、光導波路１３の端部に設けられた例えば４５度反射面（４５度ミラー）である傾斜面２１を介して光導波路１３と光学的に結合される。また、発光素子５は、例えばボンディングワイヤ等の電気配線８を介して駆動回路素子９と電気的に接続される。電気配線８は、図示のように、上方にループを描くようにして駆動回路素子９と発光素子５間を接続するが、光導波路１３の端部の前方領域に設けられた開口部１５により導光板１０との干渉が避けられる。駆動回路素子９は別のボンディングワイヤ等の電気配線２２を介して基板１上の図示しない電気配線に接続される。図２は、発光素子５についての例であるが、受光素子３の場合も同様である。

導光板１０の構造を次に説明する。図３は、図１（ａ）の導光板１０のＹ−Ｙ’断面を示す図である。図示のように、導光板１０は３層からなる。層Ａは光導波路（コア）１２，１３を含む層であり、層Ｂ（クラッド）と層Ｃ（クラッド）に挟まれている。このような導光板は例えば次のようにして作製される。すなわち、所望の光導波路（コア）パターンに対応したフォトマスクを用いてベースとなる樹脂フィルム（層Ａ）をＵＶ光で露光し、光導波路（コア）パターン部分の屈折率を変化させる（大きくする）方法（フォトブリーチング法）で形成可能である。その後、変化させたパターン部分の屈折率を熱処理により固定させる。次に、光導波路（コア）パターンを形成した樹脂フィルム（層Ａ）の上下にクラッドとなる樹脂フィルム（層Ｂ、層Ｃ）を貼り合わせ、所望の形状に切り出して、導光板を作製する。また、図２に示す傾斜面２１は、例えば既知のレーザ加工法により形成することができる。

図４は本発明に係る光モジュールの他の実施例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。本実施例は、導光板１０における長い方の光導波路１２の配置および短い方の光導波路１３の配置が上述した図１の実施例と異なり、その他の点では図１の実施例と同様である。以下、本実施例が図１の実施例と異なる点について主として述べる。図示のように、長く形成された光導波路１２は、短く形成された光導波路１３の端部（開口部１５）を避けるように、光導波路１３の端部の側部において外側へ屈曲して配置される。また、短く形成された光導波路１３は、光導波路１３の端部に向かって外側に傾斜して配置される。これにより光導波路の配置に関しクリアランスを拡大する。本実施例の場合は、光導波路１２が光導波路１３よりも長くされているが、逆にした場合も同様である。

図５は本発明に係る光モジュールの他の実施例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、（ｃ）は（ａ）の部分拡大図である。本実施例は、導光板１０における光導波路１２，１３の配置、並びに受光素子３と増幅回路素子７および発光素子５と駆動回路素子９の配置が上述した図１の実施例と異なり、その他の点では図１の実施例と同様である。以下、本実施例が図１の実施例と異なる点について主として述べる。本実施例では、図示のように、複数の光導波路１２の各端部の配列方向と複数の光導波路１３の各端部の配列方向とに角度をもたせている。本実施例では、各端部の配列方向をそれぞれ４５度傾斜させて「ハ」の字状に配置しており、光導波路１２と１３の各端部の配列方向がなす角度は９０度となるが、これに限定されない。本実施例では、導光板１０は、図５（ａ）に示すように、増幅回路素子７および駆動回路素子９の一部をそれぞれ覆うように配置される。

また、光導波路１２の端部の前方領域および光導波路１３の端部の前方領域は、導光板１０に形成された切り欠き部５１，５２とされる。切り欠き部５２の周辺部の拡大図を図５（ｃ）に示す。導光板１０は、例えば上記で図３に関して説明したように作製されるが、光導波路（コア）１３の端部の例えば４５度反射面（４５度ミラー）である傾斜面５３は、例えば既知のレーザ加工法により形成され、その後、上下にクラッド層５４，５５を形成して作製される。上述のように、導光板１０は、３層樹脂フィルムで構成することができ、本実施例では、これを水平方向に４５度の角度で切り欠いている。電気配線８は、図示のように、上方にループを描くようにして駆動回路素子９と発光素子５間を接続するが、光導波路１３の端部の前方領域に設けられた切り欠き部５２により導光板１０との干渉が避けられる。以上、発光素子５についての例を説明したが、受光素子３の場合も同様である。

図６は本発明に係る光モジュールの他の実施例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。本実施例は、導光板１０の形状およびコネクタを設けた点で図４の実施例と異なり、その他の点では図４の実施例と同様である。以下、本実施例が図４の実施例と異なる点について主として述べる。図示のように、本実施例では、導光板１０が、光導波路１２，１３の長手方向に形成された段差に対応した形状を有し、光導波路１２，１３の端部の前方領域をそれぞれ電気配線が通ることができる空間としている。すなわち、導光板１０に開口部や切り欠き部を部分的に形成するのではなく、導光板１０自体を発光素子および受光素子の位置に対応して段差状に加工したものである。さらに、本実施例では、導光板１０は増幅回路素子７は覆わないが、駆動回路素子９の一部を覆うように配置される。そして、受光素子および発光素子との光学的結合側とは反対側の導光板１０の端部がコネクタ６１に収容される。このコネクタ６１は、例えばＭＴコネクタであり、これを介して外部の光ファイバ等の光伝送媒体と接続する。

図７は本発明に係る光モジュールの他の実施例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。本実施例は、受光素子と発光素子との配置を逆にした点および光導波路の屈曲や傾斜をなくした点で図６の実施例と異なり、その他の点では図６の実施例と同様である。以下、本実施例が図６の実施例と異なる点について主として述べる。図示のように、本実施例では、受光素子３と光学的に結合される光導波路１２が、発光素子５と光学的に結合される光導波路１３よりも短く形成される。受光素子３は増幅回路素子７（ＴＩＡ／ＬＩＭ）と接続され、発光素子５は駆動回路素子９（ＬＤＤ）と接続される。導光板１０は駆動回路素子９は覆わないが、増幅回路素子７の一部を覆うように配置される。光導波路１２，１３はそれぞれ屈曲や傾斜はなく、互いに並列配置され、ＭＴコネクタ６１に接続される。

本発明に係る光モジュールの一実施例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。 図１（ｂ）のａ部の拡大図である。 図１（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。 本発明に係る光モジュールの他の実施例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。 本発明に係る光モジュールの他の実施例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、（ｃ）は（ａ）の部分拡大図である。 本発明に係る光モジュールの他の実施例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。 本発明に係る光モジュールの他の実施例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。

符号の説明

１ 基板
２，４ サブマウント
３ 受光素子
５ 発光素子
６，８，２２ 電気配線
７ 増幅回路素子
９ 駆動回路素子
１０ 導光板
１１ 支持部材
１２，１３ 光導波路
１４，１５ 開口部
２１ 傾斜面

Claims (8)

1. 基板と、前記基板上に配置された受光素子と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に配置され前記受光素子と電気配線で接続された第１の電子回路素子と、前記基板上に配置され前記発光素子と電気配線で接続された第２の電子回路素子と、前記受光素子および前記発光素子を覆うとともに前記第１の電子回路素子および前記第２の電子回路素子の少なくとも一方の全部または一部を覆うように前記基板上に支持部材を介して配置され、端部に設けられた傾斜面を介して前記受光素子と光学的に結合される第１の光導波路および端部に設けられた傾斜面を介して前記発光素子と光学的に結合される第２の光導波路が並列して設けられ、前記第１および第２の光導波路の前記端部の前方領域をそれぞれ前記電気配線が通ることができる空間とした導光板とを備え、前記導光板の前記第１および第２の光導波路の一方が他方よりも短く形成され、前記第１の光導波路の前記端部と前記第２の光導波路の前記端部が、前記光導波路の長手方向に段差をもって配置され、前記短く形成された前記第１の光導波路または前記第２の光導波路が、前記対応する光導波路の端部に向かって外側に傾斜して配置される光モジュール。
2. 前記第１の電子回路素子の最上部が前記受光素子の最上部よりも前記基板側に位置する請求項１記載の光モジュール。
3. 前記第２の電子回路素子の最上部が前記発光素子の最上部よりも前記基板側に位置する請求項１または２記載の光モジュール。
4. 前記短く形成された前記第１の光導波路または前記第２の光導波路の端部の側部において、それよりも長く形成された前記第２の光導波路または前記第１の光導波路が外側へ屈曲して配置される請求項１〜３のいずれかに記載の光モジュール。
5. 基板と、前記基板上に配置された受光素子と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に配置され前記受光素子と電気配線で接続された第１の電子回路素子と、前記基板上に配置され前記発光素子と電気配線で接続された第２の電子回路素子と、前記受光素子および前記発光素子を覆うとともに前記第１の電子回路素子および前記第２の電子回路素子の少なくとも一方の全部または一部を覆うように前記基板上に支持部材を介して配置され、端部に設けられた傾斜面を介して前記受光素子と光学的に結合される第１の光導波路および端部に設けられた傾斜面を介して前記発光素子と光学的に結合される第２の光導波路が並列して設けられ、前記第１および第２の光導波路の前記端部の前方領域をそれぞれ前記電気配線が通ることができる空間とした導光板とを備え、前記導光板の前記第１の光導波路および前記第２の光導波路がそれぞれ複数設けられ、前記複数の第１の光導波路の各端部の配列方向と前記複数の第２の光導波路の各端部の配列方向とに角度をもたせた光モジュール。
6. 基板と、前記基板上に配置された受光素子と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に配置され前記受光素子と電気配線で接続された第１の電子回路素子と、前記基板上に配置され前記発光素子と電気配線で接続された第２の電子回路素子と、前記受光素子および前記発光素子を覆うとともに前記第１の電子回路素子および前記第２の電子回路素子の少なくとも一方の全部または一部を覆うように前記基板上に支持部材を介して配置され、端部に設けられた傾斜面を介して前記受光素子と光学的に結合される第１の光導波路および端部に設けられた傾斜面を介して前記発光素子と光学的に結合される第２の光導波路が並列して設けられ、前記第１および第２の光導波路の前記端部の前方領域をそれぞれ前記電気配線が通ることができる空間とした導光板とを備え、前記導光板の前記第１の光導波路の前記端部の前方領域および前記第２の光導波路の前記端部の前方領域の少なくとも一方が前記導光板に形成された開口部である光モジュール。
7. 基板と、前記基板上に配置された受光素子と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に配置され前記受光素子と電気配線で接続された第１の電子回路素子と、前記基板上に配置され前記発光素子と電気配線で接続された第２の電子回路素子と、前記受光素子および前記発光素子を覆うとともに前記第１の電子回路素子および前記第２の電子回路素子の少なくとも一方の全部または一部を覆うように前記基板上に支持部材を介して配置され、端部に設けられた傾斜面を介して前記受光素子と光学的に結合される第１の光導波路および端部に設けられた傾斜面を介して前記発光素子と光学的に結合される第２の光導波路が並列して設けられ、前記第１および第２の光導波路の前記端部の前方領域をそれぞれ前記電気配線が通ることができる空間とした導光板とを備え、前記導光板の前記第１の光導波路の前記端部の前方領域および前記第２の光導波路の前記端部の前方領域の少なくとも一方が前記導光板に形成された切り欠き部である光モジュール。
8. 基板と、前記基板上に配置された受光素子と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に配置され前記受光素子と電気配線で接続された第１の電子回路素子と、前記基板上に配置され前記発光素子と電気配線で接続された第２の電子回路素子と、前記受光素子および前記発光素子を覆うとともに前記第１の電子回路素子および前記第２の電子回路素子の少なくとも一方の全部または一部を覆うように前記基板上に支持部材を介して配置され、端部に設けられた傾斜面を介して前記受光素子と光学的に結合される第１の光導波路および端部に設けられた傾斜面を介して前記発光素子と光学的に結合される第２の光導波路が並列して設けられ、前記第１および第２の光導波路の前記端部の前方領域をそれぞれ前記電気配線が通ることができる空間とした導光板とを備え、前記導光板の前記第１の光導波路および前記第２の光導波路の一方が他方よりも短く形成され、前記第１の光導波路の前記端部と前記第２の光導波路の前記端部が、前記光導波路の長手方向に段差をもって配置され、前記導光板が前記段差に対応した形状を有する光モジュール。
   

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