JPH09145961A - 半導体光結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体発光素子とこれに光結合する光ファイバ
の実装及び光コネクタの装着を容易にし、組み立ての自
動化や量産性に優れた半導体光結合装置を提供する。 【解決手段】半導体光結合装置１００と光コネクタ１２
とは、二本の金属ピンからなるガイドピン１８を介し
て、半導体光結合装置１００内の光ファイバ４と光コネ
クタ１２内の光ファイバ１５との光軸が一致するように
位置決めされ接続される。半導体光結合装置１００に
は、あらかじめ、光コネクタ１２に設けられたガイドピ
ン挿入孔の位置間隔と同等になるように、光ファイバ４
の両側等間隔に離れた位置にガイドピン１８を挿入する
ための孔１８ａが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光通信に用
いられ、半導体発光・受光素子とこれに光結合する光フ
ァイバとを備え、かつ、光コネクタが着脱できる半導体
光結合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体光結合装置に係わ
る技術として、例えば、実開平5−20015 号公報に記載
のものが知られている。

【０００３】この従来技術では、光半導体素子を封入し
たパッケージを、ホルダを介して、光コネクタが嵌合保
持されるレセプタクルに固定する。レセプタクルの内部
には、低融点ガラスによってガラス板が固定され、さら
にこのガラス板には光半導体素子側の端面を斜めに研磨
したロッドレンズが接着剤で固定されている。すなわ
ち、パッケージは、ホルダを介して、レセプタクルに嵌
合保持した光コネクタのファイバと、パッケージ内の光
半導体素子とが、ロッドレンズを介して光学的に結合す
るように調整され、レセプタクルに固定する。

【０００４】また、この種の半導体光結合装置に係わる
技術として、例えば１９９４年報告のＮＥＣ技報、ＶＯ
Ｌ．４７，Ｎo.１２，Ｐ２７〜Ｐ３１に記載のものが知
られている。

【０００５】この従来技術では、ＬＤ素子を、シリコン
基板上に形成した光ファイバ整列用のＶ溝形成のマスク
パターンと同時にＬＤ素子位置決め用のマークを同一マ
スクでフォトリソグラフィによりパターニングし、ＬＤ
素子のマークとシリコン基板のマーク位置とが一致する
ように実装するパッシブアライメント方式によってシリ
コン基板上にＡｕＳｎで接合する。一方、光ファイバの
配置は、光ファイバ素線の一端部を露出したフェルール
付き光ファイバのファイバ素線部を、シリコン基板上に
異方性エッチングにより形成したＶ溝によって整列し、
パッケージの側壁に設けたスリットから光ファイバを外
部に引き出し、パッケージ上にフェルールを配置して固
定する。ＬＤ素子と光ファイバの光学的な結合は、パッ
シブアライメント実装及びＶ溝への位置決め固定により
高精度に調整される。光ファイバ取り出し部は、光コネ
クタと同様な構成となっており、光ファイバ取り出し部
のフェルールに光コネクタを接続してＬＤ素子からの発
振レーザ光を光ファイバ内に伝送する。モジュールの形
状は、プリント基板への実装を容易に行えるフラットリ
ードタイプの表面実装型で、基板実装後に光コネクタを
装着できるモジュール構造としたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術に
は、以下の問題点が存在する。

【０００７】すなわち、第１の従来技術の半導体光結合
装置の構造では、半導体光結合装置の実装は、直接プリ
ント基板に実装するのではなく、例えば、プリント基板
収納ケースに、外部から光コネクタが着脱できるよう
に、レセプタクルを取り付け孔により固定し、基板との
電気的接続をリード線を介して行う。半導体光結合装置
を直接プリント基板へ実装する場合、プリント基板と平
行に光ファイバを取り出すには、複数本のリード端子を
基板の取り付け孔に合うようにそれぞれ直角に折り曲げ
て取り付ける必要があり、基板への実装の自動化が困難
となる。また、光半導体素子と光ファイバの光結合をロ
ッドレンズを介して行う光学系であるため、光結合光学
系に関連する部材や接合箇所が多くなり、接合固定の不
十分による光結合劣化を起こしやすくなる。

【０００８】これらのように、プリント基板への実装や
光結合の安定性の面で問題があった。

【０００９】また、第２の従来技術の半導体光結合装置
の構造では、ＬＤ素子と光ファイバを直接光結合する光
学系とし、プリント基板への実装の自動化を図れる表面
実装型とすることにより第１の従来技術のような問題点
はない。しかし、シリコン基板上のＶ溝に設置する光フ
ァイバは、光ファイバ素線の一端部が露出し他端部がフ
ェルールに内設保持された形状であり、光ファイバ素線
をシリコン基板上に取り付け、フェルールをパッケージ
上に設置する構造としているため、光ファイバ及びフェ
ルールの取り付け時に光ファイバ破断を起こす危険性が
あり、取り扱いや作業性が容易ではない。また、光コネ
クタの装着時にフェルール内の光ファイバと低損失で接
続するためには、数kgの荷重が加わって光ファイバ同士
が接続されるが、上記の記述ではフェルールの接合固定
方法についての記載はなく、例えば、接着剤で固定する
方法が考えられるが、光コネクタから常に加わる数kgの
荷重に対し、フェルールの接着が不十分であると位置ず
れを起こし光結合劣化を引き起こすことになり、さらに
光ファイバ素線にも荷重が加わり光ファイバ破断の危険
が生じる。

【００１０】これらのように、光ファイバやフェルール
の取り付け方法など、外部から光コネクタを装着した際
に生じる種々の問題について考慮されていない。

【００１１】本発明の目的は、半導体発光素子とこれに
光結合する光ファイバの実装及び光コネクタの装着を容
易にし、かつ組み立ての自動化や量産性に優れる半導体
光結合装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】半導体光結合装置は、光
ファイバ通信の光源に用いられ半導体発光・受光素子と
光ファイバを光学的に結合させるものである。半導体光
結合装置を低コスト化するには、構成部材や製造コスト
等を低減する必要があるが、主に金属材料から構成され
ていた部材をろう付けやはんだ接合あるいはレーザ溶接
により組み立てていた従来の構造では低コスト化に限界
があった。また、プリント基板への実装についても、光
ファイバ付きであった従来の構造では、光ファイバが実
装時の障害となって自動化が困難であり手作業であっ
た。半導体発光・受光素子と光ファイバをシリコン基板
上にハイブリッド実装し接着剤で接合固定した後、全体
をモールド樹脂でパッケージングし、かつ光コネクタが
着脱できる表面実装型構造とすることにより、製造及び
実装の面での低コスト化を図ることができるが、安定な
光ファイバ内伝送を得るには、光ファイバの取り付け構
造や光コネクタの装着構造を適切にする必要があった。

【００１３】本発明は、シリコン基板上に半導体発光・
受光素子とこれに光結合する光ファイバを容易かつ高精
度に実装するとともに、光コネクタを安定に装着でき、
かつ、組み立ての自動化や量産性に優れた構造としたも
のである。

【００１４】上記目的を達成するために、本発明は、半
導体発光素子及び半導体受光素子からなる半導体素子
と、この半導体素子と光学的に結合され光伝送を行うた
めの光ファイバとを有した半導体光結合装置であり、前
記半導体素子を搭載する素子搭載用基板と、前記光ファ
イバを保持固定する光ファイバ支持部材と、この光ファ
イバ支持部材を接合固定する光ファイバ固定用基板及び
押さえ基板と、前記半導体素子と電気的に接続され外部
接続するリード端子とから構成され、前記半導体素子か
らの発振レーザ光が前記光ファイバを通して外部に放出
するように前記光ファイバの一端面が外部に露出され、
かつ、この光ファイバに、外部から前記半導体光結合装
置に直接装着し光伝送するように光コネクタを接続した
半導体光結合装置を特徴とする。

【００１５】また、上記目的を達成するために、本発明
は、半導体発光素子及び半導体受光素子からなる半導体
素子と、この半導体素子と光学的に結合され光伝送を行
うための光ファイバとを有した半導体光結合装置であ
り、前記半導体素子を搭載する素子搭載用基板と、前記
光ファイバを保持固定する光ファイバ支持部材と、この
光ファイバ支持部材を接合固定する光ファイバ固定用基
板及び押さえ基板と、前記半導体素子と電気的に接続さ
れ外部接続するリード端子とを有し、これら全体をＬＳ
Ｉパッケージと同様に樹脂で覆うようにパッケージング
するとともに、前記半導体素子からの発振レーザ光が前
記光ファイバを通して外部に放出するように前記光ファ
イバの一端面が外部に露出され、かつ、この光ファイバ
に、外部から前記半導体光結合装置に直接装着し光伝送
するように光コネクタを接続した半導体光結合装置を特
徴とする。

【００１６】さらに、本発明は、前記半導体光結合装置
と前記光コネクタとを接続する詳細な構造として、
（Ａ）前記半導体光結合装置には、光コネクタを接続し
保持する突起あるいは孔が設けられた半導体光結合装置
が、（Ｂ）前記半導体光結合装置と前記光コネクタは、
少なくとも二本の金属ピンからなるガイドピンを介して
装着し接続される半導体光結合装置を特徴とする。

【００１７】また、本発明は、前記半導体光結合装置の
詳細な構造として、（Ｃ）外部に露出する前記光ファイ
バの端面は、４度から８度の範囲内で斜めに研磨された
半導体光結合装置が、（Ｄ）外部に露出する前記光ファ
イバの端面は、前記半導体光結合装置の側壁と同一面上
に配置した半導体光結合装置を特徴とする。

【００１８】また、本発明は、前記半導体光結合装置を
構成する部材の材料に関し、（Ｅ）前記半導体光結合装
置を構成しパッケージングする樹脂は、２００度以下、
望ましくは１５０度以下の温度で溶融，硬化される半導
体光結合装置が、（Ｆ）前記光ファイバ支持部材は、セ
ラミックスあるいはガラスのうちのいずれか一つの材料
で構成している半導体光結合装置を特徴とする。

【００１９】以上のように構成した本発明では、光ファ
イバを光ファイバ支持部材内に固定し、この光ファイバ
支持部材を光ファイバ固定用基板に形成した溝に接合固
定することにより、光ファイバ素線を直接シリコン基板
に固定する従来のような構成ではなくなるので、光ファ
イバ破断の危険性はなく、しかも溝への光ファイバ設置
や取り扱い及び位置合わせ作業が容易になる。すなわ
ち、光ファイバの素線を外部に露出させずに外径の大き
い光ファイバ支持部材を介して接合固定できるため、取
り扱いや位置合わせ作業を容易にでき、光ファイバ破断
を防止することができる半導体光結合装置が提供され
る。また、外部からの光コネクタの装着に対し、光ファ
イバの端面を半導体光結合装置の側壁面と同一面上に配
置することにより、光コネクタ装着時に加わる荷重を光
ファイバが直接受けるのではなく、半導体光結合装置の
側壁面全体で受けることができるため、光ファイバ破断
や光コネクタ装着時の印加荷重による位置ずれを防止す
ることができる。さらに、光ファイバの端面を斜めに研
磨し光コネクタを装着することにより、端面での反射戻
り光及び光コネクタとの接続損失を低減することができ
る。また、半導体光結合装置に光コネクタを接続し保持
するための突起あるいは孔を設け、少なくとも二本の金
属ピンからなるガイドピンを介して接続することによ
り、半導体光結合装置と光コネクタの接続及び光伝送を
安定に維持することができる。また、半導体素子と光フ
ァイバを、素子搭載用基板及び光ファイバ固定用基板上
にハイブリッド実装し、全体を樹脂で覆うようにパッケ
ージングする表面実装型構造とすることにより、取り扱
いを容易にでき、しかも外部回路基板への電気的な接続
や実装の自動化を図ることができる。

【００２０】以上により、半導体発光・受光素子とこれ
に光結合する光ファイバの実装及び光コネクタの装着を
容易にでき、しかも組み立ての自動化や量産性に優れる
半導体光結合装置を得ることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、その例を図面を参照しつつ説明する。なお、以下の
記載では、記載の煩雑を避けるために、一部のワイヤボ
ンディングリード及び電気配線の図示を省略している。

【００２２】まず、本発明の第１の実施例について、図
１ないし図５により説明する。

【００２３】なお、これらの図で、図１には本実施の形
態における半導体光結合装置１００の斜視図が、図２に
は半導体光結合装置１００と光コネクタ１２との接続構
造を表す斜視図が、図３には半導体光結合装置１００と
光コネクタ１２を接続した内部詳細構造が、そして図４
及び図５には半導体光結合装置１００の組み立て手順を
表す斜視図が示されている。なお、図３に示される断面
図は、図２に示される半導体光結合装置１００と光コネ
クタ１２を接続した光ファイバ４を中心軸とした断面図
である。

【００２４】まず、図１で、半導体光結合装置１００
は、全体が樹脂９で覆われＬＳＩパッケージと同様にパ
ッケージングされた立方体形状となっており、外部回路
基板に、機械的かつ電気的にも接続されるように、複数
のリード端子１１が側壁から取り出され、光ファイバ４
がその端面を露出するようにリード端子１１取り出し面
と垂直の側壁面に配備され、さらに、半導体光結合装置
１００の上下面には、光コネクタ１２との接続保持を行
う突起１０が備えられている。すなわち、半導体光結合
装置１００は、全体が樹脂９で覆われＬＳＩパッケージ
と同様にパッケージングされており、立方体形状を形成
する複数の面のうちの一つの面（図の左側面）には、内
部のレーザダイオード１からの発振レーザ光が光ファイ
バ４を通して外部に放出されるように、光ファイバ４が
その端面を光結合装置１００の側壁面と同一面となるよ
うに露出され配備されているとともに、光ファイバ４の
両側等間隔に離れた位置には、光コネクタ１２との位置
決めあるいは接続保持するためのガイドピン１８を挿入
する孔１８ａが設けられ、光ファイバ４及びガイドピン
挿入孔１８ａが設けられた面と直交する面（ここでは図
の上下面）には、光コネクタ１２が接続保持される突起
１０が備えられ、さらに、突起１０が設けられた面と直
交する面には、外部回路基板に機械的かつ電気的に接続
される複数のリード端子１１を配備している。そして、
複数のリード端子１１を通して、半導体光結合装置１０
０が外部回路基板に実装され、半導体光結合装置１００
の内部に搭載されたレーザダイオード１及びフォトダイ
オード２が電気的に配線されるとともに、光結合装置１
００の上下面の突起１０及びガイドピン１８を介して半
導体光結合装置１００と光コネクタ１２が接続され、レ
ーザダイオード１からの発振レーザ光が内部光ファイバ
４を通して光コネクタ１２内の光ファイバ１５に光伝送
される。なお、半導体光結合装置１００の上下面に形成
された突起１０は、光結合装置１００を樹脂９でパッケ
ージングする際に同時に形成されており、光コネクタ１
２との接続は、光コネクタ１２に設けた接続ストッパ１
４と噛み合わされて接続される。また、光ファイバ４の
端面及びガイドピン挿入孔１８ａが設けられた光結合装
置１００の側壁面は、光コネクタ１２内の光ファイバ１
５と低損失で接続できるように、光ファイバ４端面を含
むように４度から８度の範囲内で斜めに研磨されてい
る。

【００２５】次に、図２で、半導体光結合装置１００と
光コネクタ１２との接続構造について説明する。

【００２６】半導体光結合装置１００と光コネクタ１２
とは、二本の金属ピンからなるガイドピン１８を介し
て、半導体光結合装置１００内の光ファイバ４と光コネ
クタ１２内の光ファイバ１５との光軸が一致するように
位置決めされ接続される。半導体光結合装置１００に
は、あらかじめ、光コネクタ１２に設けられたガイドピ
ン挿入孔（図示せず）の位置間隔と同等になるように、
光ファイバ４の両側等間隔に離れた位置にガイドピン１
８を挿入するための孔１８ａが、半導体光結合装置１０
０をパッケージングする際の樹脂９により形成されてい
る。ガイドピン挿入用の孔１８ａに二本の金属ピンから
なるガイドピン１８を挿入し、半導体光結合装置１００
と光コネクタ１２との位置決めを行い、半導体光結合装
置１００内のレーザダイオード１から発振したレーザ光
を内部の光ファイバ４を通して、光コネクタ１２内の光
ファイバ１５に光伝送する。光コネクタ１２には、半導
体光結合装置１００を保持するための保持部１３が備え
られ、さらに保持部１３には、半導体光結合装置１００
の上下面に設けられた突起１０と噛み合い接続される孔
部からなる接続ストッパ１４が設けられており、光コネ
クタ１２と半導体光結合装置１００のそれぞれの光ファ
イバ４，１５を良好に接続するように、一定の荷重で接
触し光ファイバ同士が突き合うように接続保持される。
すなわち、半導体光結合装置１００と光コネクタ１２の
光伝送接続は、光コネクタ１２と半導体光結合装置１０
０の位置決めをガイドピン１８を介して行うことによ
り、光結合装置１００の側面に露出した光ファイバ４と
光コネクタ１２に内設された光ファイバ１５との中心軸
を一致させ、さらに突起１０部と接続ストッパ１４とを
噛み合わせ半導体光結合装置１００に光コネクタ１２を
装着することにより、半導体光結合装置１００の光ファ
イバ４と光コネクタ１２の光ファイバ１５とを常に接触
させた状態で接続し、半導体光結合装置１００内からの
発振レーザ光を光コネクタ１２内の光ファイバ１５に光
伝送する。光コネクタ１２は、略立方体形状であり、ほ
ぼ半導体光結合装置１００と同等の大きさで、半導体光
結合装置１００を外部回路基板に実装した際に光コネク
タ１２が基板に接触しないように、高さが半導体光結合
装置１００と同等あるいはそれ以下となっている。

【００２７】次に、半導体光結合装置１００に光コネク
タ１２を装着し接続した詳細な内部構造を、図３により
説明する。図３で、半導体光結合装置１００と光コネク
タ１２は、二本のガイドピン１８と光コネクタ１２の保
持部１３及び接続ストッパ１４と突起１０部の噛み合わ
せにより接続保持するように構成されており、半導体光
結合装置１００内の光ファイバ４と光コネクタ１２内の
光ファイバ１５との中心軸を一致するように接続され
る。半導体光結合装置１００は、概略的に言うと、半導
体発光素子からなる例えばレーザダイオード１と、半導
体受光素子からなる、例えば、フォトダイオード２と、
レーザダイオード１と光学的に結合されて光伝送を行う
シングルモードファイバからなる光ファイバ４と、光フ
ァイバ４を内設し支持固定する光ファイバ支持部材５
と、レーザダイオード１及びフォトダイオード２が上面
に搭載された素子搭載用基板からなるステム７と、光フ
ァイバ支持部材５を設置し接合固定するための溝１７
ａ，１７ｂが形成された光ファイバ固定用基板３及び上
部から押さえ付けて固定する押さえ基板６と、ステム７
と光ファイバ固定用基板３が接合固定されるリード端子
１１付きフレーム基板２０とを備えており、レーザダイ
オード１と光ファイバ４の光結合部が透明な樹脂８で覆
われ、さらに全体がＬＳＩパッケージと同様に樹脂９で
パッケージングされている。なお、半導体光結合装置１
００を樹脂９でパッケージングする際には、光コネクタ
１２を接続保持する突起１０及び光コネクタ１２との位
置決めを行うガイドピン挿入用の孔１８ａを同時に形成
する。

【００２８】光コネクタ１２は、略立方体形状であり、
半導体光結合装置１００を周囲から保持するための保持
部１３が設けられており、保持部１３の上下面には、半
導体光結合装置１００の突起１０と噛み合うように孔部
からなる接続ストッパ１４が備えられている。光ファイ
バ４の端面が露出した光結合装置１００の側壁面と接す
る面は、光ファイバ１５の端面がその面と同一面となる
ように露出され配備されており、光結合装置１００の側
壁面の光ファイバ４端面と良好に接触するように、曲率
を有した平面形状に構成されている。光コネクタ１２の
内部には、光ファイバ１５の素線及び樹脂被覆１６部が
内設されるように接着剤あるいは樹脂（図示せず）によ
り接続固定されている。

【００２９】次に、半導体光結合装置１００の組み立て
方法あるいは手順を図４及び図５により説明する。ここ
では、ステム７，光ファイバ固定用基板３及び押さえ基
板６は、シリコンからなる材料で構成している。また、
光ファイバ支持部材５は、外径がφ１.２５mm の円筒形
状のガラスからなる材料で構成している。

【００３０】まず、上面と下面３ａを有する段差付きの
シリコン基板からなる光ファイバ固定用基板３の上面
に、光ファイバ支持部材５設置用の溝１７ａと、その両
側等間隔に離れた位置にガイドピン１８設置用の溝１９
を形成する。溝１７ａ，１９の形成は、ダイシング加工
により高精度に行い、あらかじめ基板３上に形成した溝
形成用のマーキング（図示せず）位置を目印にして行わ
れる。光ファイバ固定用基板３の下面３ａには、同じく
シリコン基板からなるステム７を設置する。この時、あ
らかじめステム７上面と光ファイバ固定用基板３の上面
とが、ほぼ同一面となるようにステム７の厚さが調整さ
れ、また、レーザダイオード１の設置位置と光ファイバ
支持部材５を接合保持する溝１７ａとが所定の位置に一
致するように調整する。ステム７上面の所定位置にレー
ザダイオード１とフォトダイオード２をそれぞれ接合固
定するとともに、ステム７付き光ファイバ固定用基板３
をリード端子１１を備えたフレーム基板２０上に設置す
る。レーザダイオード１及びフォトダイオード２と電気
的に接続するように、ステム７及びリード端子１１をそ
れぞれワイヤーボンディングリード２１で配線する。一
方、光ファイバ４素線を内設し固定した光ファイバ支持
部材５を、光ファイバ固定用基板３に形成した溝１７ａ
に、端面がステム７側面に接触するように設置し、光フ
ァイバ支持部材５を上部から押さえ基板６で押さえ付け
るように溝１７ａ，１７ｂ内に樹脂（図示せず）を充填
して接合固定する。ここで、光ファイバ支持部材５は、
略円筒状形状であり、軸中心位置近傍に設けられた貫通
孔に光ファイバ４が内設挿入され、接着剤（図示せず）
が充填され接合固定されている。光ファイバ支持部材５
を構成する材料は、ここではホウケイ酸ガラスを使用し
ている。光コネクタ１２との位置決めを行うガイドピン
１８を光ファイバ固定用基板３上に形成した溝１９に設
置し樹脂（図示せず）で仮固定する。このとき、ガイド
ピン１８には後で取り外せるように離型剤を塗布してい
る。レーザダイオード１と光ファイバ４の光結合を行う
ための位置調整では、高さ調整は、ステム７の上面が光
ファイバ固定用基板３の上面に一致するようにステム７
の厚さを調整しているため、光ファイバ支持部材５を保
持接合する溝１７ａの深さ及び幅を精度良く形成するこ
とにより無調整で行える。横方向の調整は、ステム７を
設置するときに、ステム７のレーザダイオード１設置位
置と光ファイバ支持部材５を保持接合する溝１７ａとを
所定の位置で一致させることにより無調整で行える。軸
方向の調整は、ステム７上面の所定の位置にレーザダイ
オード１を接合し、光ファイバ支持部材５の端面をステ
ム７側面に接触させることにより、所定の距離を保った
状態で調整を行える。次に、レーザダイオード１と光フ
ァイバ４の光結合部及びフォトダイオード２を、それぞ
れが光結合できるような透明な樹脂８で覆う。ここで使
用する樹脂８は、外部から侵入した湿気をレーザダイオ
ード１やフォトダイオード２に浸透させにくく、しかも
ガラス転移温度や耐熱性が高く、変質のない樹脂が好ま
しい。レーザダイオード１等を樹脂８で覆った後、フレ
ーム基板２０を含む全体をＬＳＩパッケージと同様に樹
脂９で覆いパッケージングする。パッケージングした
後、光コネクタ１２との位置決めを行う二本のガイドピ
ン１８を取り外し、光ファイバ４の端面を露出させ、４
度から８度の範囲内で傾斜させるために、光コネクタ１
２が装着される側壁面を斜めに研磨する。その後、リー
ド端子１１同士を接続しているフレーム部分を切断しリ
ード端子１１を折り曲げ、外部回路基板と接続できるよ
うにする。

【００３１】このように、その内部構造の詳細及び組み
立て方法や光コネクタ１２の装着構造を説明した半導体
光結合装置１００については、図１から図５で説明した
ように、光ファイバ４を光ファイバ支持部材５内に固定
し、光ファイバ支持部材５を光ファイバ固定用基板３に
形成した溝１７ａに接合固定することにより、光ファイ
バ４素線を直接シリコン基板に固定する従来のような構
成ではなくなるので、光ファイバ４の破断の危険性はな
く、溝１７ａへの光ファイバ４の設置や取り扱い及び位
置合わせ作業が容易になる。すなわち、光ファイバ４の
素線を外部に露出させずに外径の大きい光ファイバ支持
部材５を介して接合固定できるため、取り扱いや位置合
わせ作業を容易にでき、光ファイバ４の破断を防止する
ことができる。また、外部からの光コネクタ１２の装着
に対し、光ファイバ４の端面を半導体光結合装置１００
の側壁面と同一面上に配置することにより、光コネクタ
１２の装着時に加わる荷重を光ファイバ４が直接受ける
のではなく、半導体光結合装置１００の側壁面全体で受
けることができるため、光ファイバ４の破断や光コネク
タ１２装着時の印加荷重による位置ずれを防止すること
ができる。さらに、光ファイバ４の端面を斜めに研磨し
光コネクタ１２を装着することにより、端面での反射戻
り光及び光コネクタ１２との接続損失を低減して接続す
ることができる。また、半導体光結合装置１００に光コ
ネクタ１２を接続し保持するための突起１０あるいは孔
を設け、複数本の金属ピンからなるガイドピン１８を介
して接続する構造とすることにより、半導体光結合装置
１００と光コネクタ１２の接続及び光伝送を安定に維持
することができる。また、レーザダイオード１と光ファ
イバ４を、ステム７及び光ファイバ固定用基板３上にハ
イブリッド実装し、全体をＬＳＩパッケージと同様に樹
脂９で覆うようにパッケージングする表面実装型の光コ
ネクタ装着構造とすることにより、取り扱い性や実装性
に優れる効果があり、しかも外部回路基板への実装後に
光コネクタ１２を接続できるため、外部回路基板への電
気的な接続や実装の自動化を図ることができるととも
に、組み立て工程の光特性の検査でも、光結合装置１０
０からの発振レーザ光を直接測定することにより、光コ
ネクタ１２の装着をせずに光特性検査を行えるため、検
査工程の大幅な時間短縮ができ、さらに、フォトダイオ
ード２やレーザダイオード１及び光ファイバ４との光結
合部を外部と遮断でき気密封止することができる。ま
た、半導体光結合装置１００あるいは外部回路基板の交
換時でも、光コネクタ１２を共通で使用できる。

【００３２】以上により、本発明の第１の実施の形態に
おける半導体光結合装置１００の構造や組み立て方法に
よれば、レーザダイオード１とこれに光結合する光ファ
イバ４の実装及び光コネクタ１２の装着を容易にでき、
しかも組立ての自動化や量産性に優れる半導体光結合装
置１００を得ることができる。

【００３３】次に、本発明の半導体光結合装置２００の
第２の実施の形態を図６により説明する。なお、第２の
実施の形態では、図からも明らかとなるように、光コネ
クタ１２を接続保持するためのへこみ部１０ａを、半導
体光結合装置２００のリード端子１１取り出し方向と同
一方向に配備した構造を採用したものである。すなわ
ち、半導体光結合装置２００の構造が、斜視図を表す図
６により示されている。

【００３４】このように、図６に示す半導体光結合装置
２００で、第１の実施の形態と異なる主要な点は、光コ
ネクタ１２を接続保持するためのへこみ部１０ａを、半
導体光結合装置２００のリード端子１１取り出し方向と
同一方向に配備することである。すなわち、半導体光結
合装置２００と光コネクタ１２とは、半導体光結合装置
２００から取り出されるリード端子１１取り出し方向と
同一方向に備えられたへこみ部１０ａと、光コネクタ１
２に備えた接続ストッパ１４とを噛み合わせることによ
り接続保持するものである。

【００３５】本発明の第２の実施の形態における半導体
光結合装置２００は、その他の構造及びその他の組み立
て方法や手順は、第１の実施の形態とほぼ同等である。
すなわち、これにより、第２の実施の形態によっても、
第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また、これ
に加え、光コネクタ１２を接続保持するためのへこみ部
１０ａを、リード端子１１取り出し面と同一方向に配備
することにより、半導体光結合装置２００に光コネクタ
１２を装着し、外部回路基板に実装する際の取り付け高
さをより低くすることができるとともに、基板実装後の
光コネクタ１２の着脱を容易にすることができる。

【００３６】なお、第１及び第２の実施例では、半導体
発光素子としてレーザダイオード１を用いたが、これに
限定されるものでなく、例えば半導体発光素子からなる
発光ダイオード、あるいは半導体受光素子からなるフォ
トダイオードなどの他の半導体発光・受光素子でも良
く、これらを用いた場合でも、上記実施例と同様の効果
を得る。

【００３７】また、第１及び第２の実施例では、半導体
光結合装置１００，２００をＬＳＩパッケージと同様に
樹脂９で覆いパッケージングしているが、これに限定さ
れるものでなく、例えば半導体光結合装置１００，２０
０の外枠を樹脂あるいは金属で構成し、内部に他の樹脂
を充填して構成しても良く、これらを用いた場合でも、
上記実施例と同様の効果を得る。

【００３８】さらに、第１及び第２の実施例では、光フ
ァイバ支持部材５をホウケイ酸ガラスからなる材料で構
成したものとして説明しているが、これに限定されるも
のでなく、例えばこれをセラミックスで構成しても良
く、これらを用いた場合でも、同様の効果を得る。

【００３９】本実施例によれば、光ファイバを光ファイ
バ支持部材内に固定し、光ファイバ支持部材を光ファイ
バ固定用基板に形成した溝に接合固定することにより、
外径の大きい光ファイバ支持部材を介して接合固定でき
るため、光ファイバの取り扱いや溝への位置合わせ作業
を容易にでき、光ファイバ破断を防止することができ、
光ファイバの端面を半導体光結合装置の側壁面と同一面
上に配置し、光コネクタ装着時に加わる荷重を光ファイ
バが直接受けるのではなく、半導体光結合装置の側壁面
全体で受けることができ、光ファイバ破断や光コネクタ
装着時の印加荷重による位置ずれを防止することがで
き、しかも、半導体光結合装置に光コネクタを接続し保
持するための突起あるいは孔を設け、複数本の金属ピン
からなるガイドピンを介して接続することにより、半導
体光結合装置と光コネクタの接続及び光伝送を安定に維
持することができ、さらに、レーザダイオードと光ファ
イバを、ステム及び光ファイバ固定用基板上にハイブリ
ッド実装し、全体を樹脂で覆うようにパッケージングす
る表面実装型の光コネクタ装着構造とすることにより、
取り扱い性や実装性に優れる効果があり、しかも外部回
路基板への電気的な接続や実装の自動化を図ることがで
き、組み立て工程毎の光特性検査の大幅な時間短縮を図
れる。

【００４０】

【発明の効果】本発明の半導体光結合装置によれば、従
来技術における問題点を解消し、半導体光結合装置の取
り扱い性や外部回路基板への実装の自動化に優れ、光コ
ネクタの装着接続の信頼性を確保することが可能な半導
体光結合装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である半導体光結合
装置の斜視図。

【図２】本発明の第１の実施の形態である半導体光結合
装置と光コネクタの斜視図。

【図３】本発明の第１の実施の形態である半導体光結合
装置と光コネクタの縦断面図。

【図４】本発明の第１の実施の形態である半導体光結合
装置の組み立て斜視図。

【図５】本発明の第１の実施の形態である半導体光結合
装置の組み立て手順及び内部構造を表す斜視図。

【図６】本発明の第２実施の形態例である半導体光結合
装置の斜視図。

【符号の説明】

４…光ファイバ支持部材、９…パッケージング用樹脂、
１０…光コネクタ接続用の突起、１１…リード端子、１
２…光コネクタ、１３…保持部、１４…光コネクタ接続
ストッパ、１６…光ファイバの樹脂被覆、１８…ガイド
ピン、１８ａ…ガイドピン挿入孔、１００…半導体光結
合装置。

フロントページの続き (72)発明者 高橋 正一 長野県小諸市大字柏木190番地 株式会社 日立製作所半導体事業部内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子及び受光素子からなる半導体素子
   と、前記半導体素子と光学的に結合され光伝送を行うた
   めの光ファイバとを含む半導体光結合装置であり、前記
   半導体素子を搭載する素子搭載用基板と、前記光ファイ
   バを保持固定する光ファイバ支持部材と、前記光ファイ
   バ支持部材を接合固定する光ファイバ固定用基板及び押
   さえ基板と、前記半導体素子と電気的に接続され外部接
   続するリード端子とを含むものにおいて、前記半導体素
   子からの発振レーザ光が前記光ファイバを通して外部に
   放出するように前記光ファイバの一端面が外部に露出さ
   れ、前記光ファイバに、外部から前記半導体光結合装置
   に直接装着し光伝送するように光コネクタを接続したこ
   とを特徴とする半導体光結合装置。
2. 【請求項２】発光素子及び受光素子からなる半導体素子
   と、前記半導体素子と光学的に結合され光伝送を行うた
   めの光ファイバとを含む半導体光結合装置であり、前記
   半導体素子を搭載する素子搭載用基板と、前記光ファイ
   バを保持固定する光ファイバ支持部材と、前記光ファイ
   バ支持部材を接合固定する光ファイバ固定用基板及び押
   さえ基板と、前記半導体素子と電気的に接続され外部接
   続するリード端子とを含むものにおいて、これら全体を
   ＬＳＩパッケージと同様に樹脂で覆うようにパッケージ
   ングし、前記半導体素子からの発振レーザ光が前記光フ
   ァイバを通して外部に放出するように前記光ファイバの
   一端面が外部に露出され、前記光ファイバに、外部から
   前記半導体光結合装置に直接装着し光伝送するように光
   コネクタを接続したことを特徴とする半導体光結合装
   置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記半導体光
   結合装置に、光コネクタを接続し保持する突起あるいは
   孔が設けられている半導体光結合装置。
4. 【請求項４】請求項１または２において、前記半導体光
   結合装置と前記光コネクタが、複数本の金属ピンからな
   るガイドピンを介して装着し接続される半導体光結合装
   置。
5. 【請求項５】請求項１または２において、外部に露出す
   る前記光ファイバの端面が、４度から８度の範囲内で斜
   めに研磨される半導体光結合装置。
6. 【請求項６】請求項１，２または５において、外部に露
   出する前記光ファイバの端面が、前記半導体光結合装置
   の側壁と同一面上に配置される半導体光結合装置。
7. 【請求項７】請求項２において、前記半導体光結合装置
   を構成しパッケージングする樹脂が、２００度以下、望
   ましくは１５０度以下の温度で溶融，硬化する半導体光
   結合装置。
8. 【請求項８】請求項１または２において、前記光ファイ
   バ支持部材が、セラミックスあるいはガラスのうちのい
   ずれか一つの材料で構成される半導体光結合装置。