JPH088818A - 電子回路一体型光送受信モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンパクトで低価格な電子回路一体型光送受
信モジュールを提供する。 【構成】 １枚の基板２の片面に配線パターン５を形成
してこの配線面６に光源７、受光器８及び電子回路９を
搭載し、この基板２の反対面に光回路１０を形成し、こ
の光回路１０と上記光源７及び受光器８とを基板２の両
面間で光結合し、この基板２をパッケージ１に収容し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光送受信を行うために
光源、受光器、光回路及び電子回路を内蔵した光送受信
モジュールに係り、特に、コンパクトで低価格な電子回
路一体型光送受信モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４（ａ）〜図４（ｃ）に従来の光送受
信モジュールを示す。光送受信モジュールは光信号の合
分波又は分岐を行う光回路４１、送信用の電気信号を光
信号に変換するレーザダイオード４２、受信した光信号
を電気信号に変換するフォトダイオード４３、レーザダ
イオード４２からの光信号を光回路４１に入射するため
のレンズ４４、レーザダイオード４２を駆動するための
ドライバ４５、フォトダイオード４３からの電気信号を
取り出すためのプリアンプ４６、光信号のやりとりを行
う光ファイバ４７、電気信号のやりとりを行う電気配線
４８及び電極４９から構成されている。以上の各部は、
ハンダ等の固定手段５０により金属製のパッケージ５１
に固定されている。このパッケージ５１は気密封止され
ている。光回路４１は半導体又はガラスからなる基板５
３上に形成されたガラス導波路である。レーザダイオー
ド４２及びフォトダイオード４３、ドライバ４５、プリ
アンプ４６は、いずれもモジュール部品、即ち、素子や
ＩＣチップをパッケージに収容し、配線端子を付けたも
のが使用されている。

【０００３】図４（ｂ）に示されるように、送信する電
気信号は電極４９に入力され、ドライバ４５，電気配線
４８を経由してレーザダイオード４２に至り、レーザダ
イオード４２で光信号に変換される。この光信号はレン
ズ４４で集光され、導波路端面４１ｂから光回路４１に
入射し、光回路４１を経由して導波路端面４１ａから光
ファイバ４７へ出射する。

【０００４】図４（ｃ）に示されるように、受信した光
信号は、光ファイバ４７，導波路端面４１ａ，光回路４
１，導波路端面４１ｃを経由してフォトダイオード４３
に入射し、フォトダイオード４３で電気信号に変換され
る。この電気信号は、電気配線４８，プリアンプ４６を
経由して電極４９に出力される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の光送受信モジュ
ールは、これを構成する光回路、光素子（光源、受光
器）、電子回路（ドライバ、プリアンプ）がそれぞれ独
立したモジュール部品であり、これらのモジュール部品
をパッケージに組み込むものであった。各モジュール部
品がそれなりの大きさを持っているので、これらを配置
するためにパッケージの寸法が大きくなる欠点があっ
た。また、各モジュール部品の価格が高いことや、パッ
ケージが大きいことから光送受信モジュールの価格が高
くなるという欠点があった。

【０００６】光送受信モジュールのコンパクト化と低価
格化とを図るために、１枚の基板上に光素子と電子回路
を搭載するものが提案されているが、基板の片面に光回
路と配線パターンとを複合して形成するために基板加工
工程が複雑になってしまう。また、光回路と配線パター
ンとが交差するような部品配置はできないので、基板面
積の縮小には限界がある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、コンパクトで低価格な電子回路一体型光送受信モジ
ュールを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、光源、受光器、光回路及び電子回路を１つ
のパッケージに収容し、光信号及び電気信号の授受のた
めに光ファイバ及び電極をパッケージの外へ引き出した
光送受信モジュールにおいて、１枚の基板の片面に配線
パターンを形成してこの配線面に光源、受光器及び電子
回路を搭載し、この基板の反対面に光回路を形成し、こ
の光回路と上記光源及び受光器とを基板の両面間で光結
合し、この基板をパッケージに収容したものである。

【０００９】上記基板を上記パッケージに固定し、上記
光ファイバ及び電極を上記基板に固定し、上記光ファイ
バ及び電極を上記パッケージに固定し、上記パッケージ
を気密封止してもよい。

【００１０】上記光回路に少なくとも１つの入出力端と
対応する入力端及び出力端とを形成し、この入出力端に
上記光ファイバを光結合して１つの光ファイバで送信と
受信とができるようにしてもよい。

【００１１】上記基板に半導体基板を用い、この半導体
基板の片面にガラス又は半導体からなる平面型導波路を
設けて上記光回路とし、上記半導体基板の両面間を少な
くとも上記光結合のために光が透過するようにしてもよ
い。

【００１２】上記光回路に光信号を配線面に向けて反射
する反射面を形成してもよい。

【００１３】上記基板にＶ字状溝を形成し、このＶ字状
溝に上記光回路に光結合される上記光ファイバを固定で
きるようにしてもよい。

【００１４】上記基板の配線面にマイクロレンズを設
け、このマイクロレンズを覆うように上記光源及び受光
器を搭載し、上記光源及び受光器がマイクロレンズを介
して上記光回路に臨むようにしてもよい。

【００１５】上記光回路に、少なくとも、異なる波長の
光を合分波する合分波器又はひとつの光信号を複数に分
岐する光分岐器のいずれかを用いてもよい。

【００１６】上記光源に半導体レーザダイオードのベア
チップを用い、上記受光器にフォトダイオードのベアチ
ップを用い、上記電子回路に上記半導体レーザダイオー
ドのための駆動回路ＩＣのベアチップと上記フォトダイ
オードのためのプリアンプＩＣのベアチップとを用いて
もよい。

【００１７】上記基板の配線面に金属膜を形成し、この
金属膜に球状のハンダバンプを介して上記各ベアチップ
を固定してもよい。

【００１８】上記ハンダバンプをリフローすることによ
り上記各ベアチップを位置合わせしてもよい。

【００１９】

【作用】上記構成によれば、基板の片面を配線パターン
と回路部品の実装とに利用し、反対面を光回路に利用し
ているため利用面積を集約することができる。このよう
に基板の両面を光用と電気用とに切り分ける場合、光と
電気とを使用する光素子をどのようにするかが問題とな
るが、本発明にあっては、光素子を配線面に置き、光回
路と光素子とを基板の両面間で光結合したので、配線面
には光回路が全く不要となり、基板の両面を光用と電気
用とに明確に切り分けることができた。

【００２０】さて、本発明にあっては、基板の片面に配
線パターンが形成され、その反対面に光回路が形成され
る。光源、受光器及び電子回路は基板の配線面に搭載さ
れる。光回路と光源及び受光器とが基板の両面間で光結
合される。この構成により、光回路を経由して送受され
る光信号は光源及び受光器に入出射される。電気信号は
配線パターンを経由して電子回路に入出力される。

【００２１】この構成にあっては、光回路と配線パター
ンとが別々の面に形成されるので基板加工工程が複雑に
ならない。また、光回路と配線パターンとが交差しても
よいので部品配置が自由になり、基板面積が縮小でき、
従って、基板を収容するパッケージも小さくできる。

【００２２】また、光源、受光器、光回路及び電子回路
が１枚の基板に一体化されているので、基板をパッケー
ジに固定し、光ファイバ及び電極を基板に固定し、光フ
ァイバ及び電極をパッケージに固定するという簡単な工
程で電子回路一体型光送受信モジュールを組み立てるこ
とができる。

【００２３】１つの光ファイバで送信と受信とを行うた
めに、光回路に少なくとも１つの入出力端と対応する入
力端及び出力端とを形成する。この入出力端に光ファイ
バを光結合すれば、入力端及び出力端より送信及び受信
いずれかの光信号をそれぞれ入出射することができる。

【００２４】基板には半導体基板を用いることができ
る。この半導体基板の片面にガラス又は半導体からなる
平面型導波路を設ける。即ち、平面型導波路で光回路が
構成される。光回路と光源及び受光器とを光結合するた
めには、半導体基板の両面間を光が透過する必要があ
る。例えば、使用される光信号の帯域において光が半導
体基板を透過するようにしてもよいし、光源及び受光器
の光結合に要する部分だけ半導体基板に孔を開けてもよ
い。

【００２５】光回路に光信号を配線面に向けて反射する
反射面を形成することにより、この反射面を介して光回
路と光源及び受光器とを光結合することができる。

【００２６】基板にＶ字状溝を形成することにより、こ
のＶ字状溝に光回路に光結合される光ファイバを安定に
かつ位置決めして固定することができる。

【００２７】基板の配線面にマイクロレンズを設け、こ
のマイクロレンズを覆うように上記光源及び受光器を搭
載する。光源及び受光器がマイクロレンズを介して光回
路に臨むようにする。即ち、光源及び受光器は、その発
光面、受光面を基板に向けて搭載される。これにより、
光回路と光源及び受光器とをマイクロレンズを介して光
結合することができる。

【００２８】光回路に異なる波長の光を合分波する合分
波器を用いることにより、送信と受信との光信号の波長
帯域が異なる方式において、１つの光ファイバで送信と
受信とを行うことができる。また、光回路にひとつの光
信号を複数に分岐する光分岐器を用いることにより、同
一波長帯域で送受信する方式において、１つの光ファイ
バで送信と受信とを行うことができる。

【００２９】光源には半導体レーザダイオードが、受光
器にはフォトダイオードが好適である。電子回路には、
半導体レーザダイオードのための駆動回路とフォトダイ
オードのためのプリアンプが必要である。これらの電子
回路は、それぞれＩＣで構成できる。これらの光素子、
電子回路ＩＣは、配線パターンと同じ面に実装されるの
で、リードを持たないチップで構成するのがよく、ま
た、基板をパッケージに収容するので、部品にはモジュ
ール化されたものを使用する必要がなく、ベアチップを
使用することができる。ベアチップを使用することによ
り、部品が占める面積が小さくなり、基板面積が縮小さ
れる。

【００３０】基板の配線面に金属膜を形成する。この金
属膜は配線パターンの一部であってもよい。この金属膜
に球状のハンダバンプを介して各ベアチップを固定す
る。ハンダバンプで固定することにより、同時に、配線
パターンとベアチップとの電気的導通を図ることができ
る。

【００３１】ハンダバンプをリフローすることにより、
表面張力の作用によってベアチップが自動的に位置合わ
せされる。従って、実装工程が簡素化される。

【００３２】

【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。

【００３３】図１（ａ）、図１（ｂ）は、本発明の電子
回路一体型光送受信モジュール（以下、光送受信モジュ
ールという）を表裏から見た図であり、それぞれ一部を
破断して内部を示してある。

【００３４】図１（ａ）に示されるように、光送受信モ
ジュールは、パッケージ１内に基板２を収容したもので
あり、パッケージ１の内外を貫く光ファイバ３及び電極
４が設けられている。基板２の片面にプリント配線によ
る配線パターン５が形成され、この配線面６に各種部品
が搭載されている。

【００３５】配線面６に搭載されている部品は、光源７
として面発光レーザダイオードチップ７ａ、受光器８と
してフォトダイオードチップ８ａ、電子回路９として光
源７を駆動するドライバＩＣチップ９ａ及び受光器８の
電気信号を増幅するプリアンプＩＣチップ９ｂである。
これらのチップ７ａ，８ａ，９ａ，９ｂは全てベアチッ
プである。各チップは、それぞれ対応する配線パターン
５に対してハンダで固定されている。また、面発光レー
ザダイオードチップ７ａ及びフォトダイオードチップ８
ａは、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示されるように、そ
れぞれ発光面、受光面を基板２に向けて搭載されてお
り、この発光面、受光面に対向する配線面６に、それぞ
れマイクロレンズ２４が設けられている。マイクロレン
ズ２４は光軸に直角な平坦面を有する凸レンズであり、
その平坦面が配線面６に接するように固定されている。

【００３６】基板２の反対面には、図１（ｂ）に示され
るように、光回路１０が形成されている。即ち、基板２
は、シリコン基板２ａ上にガラス又は半導体からなる平
面型導波路２ｂを設けたものである。この実施例では、
光回路１０として、Ｙ字状に形成された光分岐器１１が
形成されている。この光分岐器１１は、入出力端１１ａ
と入力端と出力端とを有し、入出力端１１ａが光ファイ
バ３に光結合されている。この光分岐器１１の入力端及
び出力端側には、４５°に傾斜して設けられたスリット
１２によって反射面１３が形成されている。反射面１３
による光の反射方向は配線面６を向いており、従って、
光分岐器１１の入力端及び出力端は、図１（ｂ）には表
れず、基板２内にあって配線面６に臨んでいることにな
る。

【００３７】基板２の表裏の対応関係としては、上記入
力端が面発光レーザダイオードチップ７ａに対応する位
置にあり、上記出力端がフォトダイオードチップ８ａに
対応する位置にある。

【００３８】各部の固定方法は、基板２が、光回路面１
４の四隅に設けられた金属膜１５をレーザ溶接すること
によってパッケージ１に固定されている。光ファイバ３
は、光回路面１４に形成されたＶ字状溝１６にはめ込ま
れて固定されている。電極４は、配線パターン５にハン
ダ等により固定されている。さらに、光ファイバ３及び
電極４は、パッケージ１に固定されている。パッケージ
１は気密封止されている。

【００３９】図２は、フォトダイオードチップ８ａの搭
載される部分を拡大して示し、実装時の固定方法を説明
するための図である。フォトダイオードチップ８ａは受
光面２１と電極２２とが同一面に設けられている。受光
面２１はほぼ中央にあり、電極２２は四隅に配置されて
いる。これと対応するように基板２の配線面６には、金
属膜による円形の金属パッド２３がマイクロレンズ２４
を囲む四隅に設けられている。金属パッド２３のうち必
要なものには配線パターン５が繋がっている。各金属パ
ッド２３には直径約１００μｍのＡｕ−Ｓｎからなるハ
ンダバンプ２５が付着されており、フォトダイオードチ
ップ８ａを実装するときには、各電極２２を各ハンダバ
ンプ２５上に載置する。ハンダバンプ２５をリフローす
ることにより、溶融したハンダバンプ２５に表面張力が
生じ、この表面張力でフォトダイオードチップ８ａが移
動し、自動的に光軸の合う位置に位置合わせされ、その
位置で固定される。

【００４０】面発光レーザダイオードチップ７ａ、ドラ
イバＩＣチップ９ａ、プリアンプＩＣチップ９ｂも上記
したフォトダイオードチップ８ａと同様にして実装され
ている。

【００４１】次に実施例の作用を述べる。

【００４２】図３（ａ）、図３（ｂ）は、光送受信モジ
ュールの基板２の表裏を示し、図３（ｃ）、図３（ｄ）
は、光送受信モジュールの側断面を示している。符号は
図１、図２に共通である。これらの図を用いて動作を説
明する。

【００４３】まず、送信においては、図３（ａ）に示さ
れるように、送信信号３１が電極４に入力され、配線パ
ターン５を経由してドライバＩＣチップ９ａに入力され
る。ドライバＩＣチップ９ａはこの送信信号３１を面発
光レーザダイオードチップ７ａを駆動するための電気信
号３２に変換し、図３（ｃ）に示されるように、配線パ
ターン５を介して面発光レーザダイオードチップ７ａに
出力する。面発光レーザダイオードチップ７ａは電気信
号３２を光信号３３に変換して発光する。この光信号３
３はマイクロレンズ２４で集光され、シリコン基板２ａ
を透過して光回路１０、即ち光分岐器１１の入力端１１
ｂに入射する。次いで、光信号３３は反射面１３で反射
され、図３（ｂ）に示されるように、光分岐器１１を経
由し、入出力端１１ａから光ファイバ３へ向けて出射さ
れる。以上のようにして光送信が行われる。

【００４４】受信においては、図３（ｂ）に示されるよ
うに、光ファイバ３からの光信号３４が入出力端１１ａ
に入射され、光分岐器１１で分岐される。この光信号３
４は、図３（ｄ）に示されるように、反射面１３で反射
され、光分岐器１１の出力端１１ｃから出射され、シリ
コン基板２ａを透過し、マイクロレンズ２４で集光さ
れ、フォトダイオードチップ８ａに受光される。フォト
ダイオードチップ８ａは光信号３４を電気信号３５に変
換する。この電気信号３５はプリアンプＩＣチップ９ｂ
に入力され、図３（ａ）に示されるように、増幅されて
電気信号３６となり配線パターン５を経由して電極４に
出力される。

【００４５】なお、上記実施例にあっては、光ファイバ
を１本として１チャンネルの光送受信を行うものであっ
たが、光ファイバを複数本として複数チャンネルの光送
受信を行うようにしてもよい。

【００４６】本発明の光送受信モジュールにあっては、
光回路と配線パターンとを別々の面に形成するので基板
加工工程が複雑にならないという利点がある。

【００４７】また、基板の表裏の位置関係は、入力端が
面発光レーザダイオードチップに、出力端が配線面のフ
ォトダイオードチップにそれぞれ対応する位置にある
が、ほかには表裏の位置関係の制約はなく、配線パター
ンや電子回路が光回路と表裏で交差していても構わな
い。従って、部品配置が自由になり、チップ部品を使用
したことと相俟って基板面積が縮小でき、基板を収容す
るパッケージも小さくできるという利点がある。

【００４８】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００４９】（１）基板の片面を配線パターンと回路部
品の実装とに利用し、反対面を光回路に利用して利用面
積を集約したので、コンパクトで低価格な光送受信モジ
ュールが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電子回路一体型光送受
信モジュールの表裏の斜視図である。

【図２】本発明の電子回路一体型光送受信モジュールの
受光器部分の拡大組立図である。

【図３】本発明の電子回路一体型光送受信モジュール内
部の表裏の平面図及びａ−ａ´，ｂ−ｂ´断面図であ
る。

【図４】従来例を示す光送受信モジュールの内部平面図
及びａ−ａ´，ｂ−ｂ´断面図である。

【符号の説明】

１ パッケージ ２ 基板 ３ 光ファイバ ４ 電極 ５ 配線パターン ６ 配線面 ７ 光源 ８ 受光器 ９ 電子回路 １０ 光回路

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 一雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 式田 光宏 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源、受光器、光回路及び電子回路を１
   つのパッケージに収容し、光信号及び電気信号の授受の
   ために光ファイバ及び電極をパッケージの外へ引き出し
   た光送受信モジュールにおいて、１枚の基板の片面に配
   線パターンを形成してこの配線面に光源、受光器及び電
   子回路を搭載し、この基板の反対面に光回路を形成し、
   この光回路と上記光源及び受光器とを基板の両面間で光
   結合し、この基板をパッケージに収容したことを特徴と
   する電子回路一体型光送受信モジュール。
2. 【請求項２】 上記基板を上記パッケージに固定し、上
   記光ファイバ及び電極を上記基板に固定し、上記光ファ
   イバ及び電極を上記パッケージに固定し、上記パッケー
   ジを気密封止したことを特徴とする請求項１記載の電子
   回路一体型光送受信モジュール。
3. 【請求項３】 上記光回路に少なくとも１つの入出力端
   と対応する入力端及び出力端とを形成し、この入出力端
   に上記光ファイバを光結合して１つの光ファイバで送信
   と受信とができるようにしたことを特徴とする請求項１
   〜２記載の電子回路一体型光送受信モジュール。
4. 【請求項４】 上記基板に半導体基板を用い、この半導
   体基板の片面にガラス又は半導体からなる平面型導波路
   を設けて上記光回路とし、上記半導体基板の両面間を少
   なくとも上記光結合のために光が透過するようにしたこ
   とを特徴とする請求項１〜３記載の電子回路一体型光送
   受信モジュール。
5. 【請求項５】 上記光回路に光信号を配線面に向けて反
   射する反射面を形成したことを特徴とする請求項１〜４
   記載の電子回路一体型光送受信モジュール。
6. 【請求項６】 上記基板にＶ字状溝を形成し、このＶ字
   状溝に上記光回路に光結合される上記光ファイバを固定
   できるようにしたことを特徴とする請求項１〜５記載の
   電子回路一体型光送受信モジュール。
7. 【請求項７】 上記基板の配線面にマイクロレンズを設
   け、このマイクロレンズを覆うように上記光源及び受光
   器を搭載し、上記光源及び受光器がマイクロレンズを介
   して上記光回路に臨むようにしたことを特徴とする請求
   項１〜６記載の電子回路一体型光送受信モジュール。
8. 【請求項８】 上記光回路に、少なくとも、異なる波長
   の光を合分波する合分波器又はひとつの光信号を複数に
   分岐する光分岐器のいずれかを用いたことを特徴とする
   請求項１〜７記載の電子回路一体型光送受信モジュー
   ル。
9. 【請求項９】 上記光源に半導体レーザダイオードのベ
   アチップを用い、上記受光器にフォトダイオードのベア
   チップを用い、上記電子回路に上記半導体レーザダイオ
   ードのための駆動回路ＩＣのベアチップと上記フォトダ
   イオードのためのプリアンプＩＣのベアチップとを用い
   たことを特徴とする請求項１〜８記載の電子回路一体型
   光送受信モジュール。
10. 【請求項１０】 上記基板の配線面に金属膜を形成し、
    この金属膜に球状のハンダバンプを介して上記各ベアチ
    ップを固定したことを特徴とする請求項９記載の電子回
    路一体型光送受信モジュール。
11. 【請求項１１】 上記ハンダバンプをリフローすること
    により上記各ベアチップを位置合わせしたことを特徴と
    する請求項１０記載の電子回路一体型光送受信モジュー
    ル。