JPH1020158A - 光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光モジュールにおいて受光素子支持用キャリ
アの実装時間を短縮するとともに、部品を高密度に実装
して低コスト化および小型化を図る。 【解決手段】 位置決め基準（マーク２１）が石英系ガ
ラス光導波路１３と共通の凹陥部１８をシリコン基板１
３に形成する。前記凹陥部１８に、受光素子１７を有す
るキャリア１４を嵌合させて実装した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信装置に用い
る光モジュールおよびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、受光素子を実装した光モジュール
としては、図４および図５に示す構造のものがある。図
４は従来の石英ガラス光導波路モジュールの受光素子実
装部の断面図、図５は従来の発光モジュールを示す図
で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は平面図である。

【０００３】図４に符号１で示す石英ガラス光導波路モ
ジュールは、パッケージ２の底部にシリコン基板３と、
受光素子４を有するキャリア５とを搭載することによっ
て形成している。前記シリコン基板３の上面には、導波
路パターンを構成する受光用コア６を設けている。前記
キャリア５は、セラミックによって形成し、予め定めた
位置に受光素子４を半田付けしている。また、このキャ
リア５は、受光素子４の光軸と前記受光用コア６の光軸
とが同一軸線上に位置づけられるように光軸調整を行っ
た状態でパッケージ２に半田付けしている。

【０００４】図５に符号７で示す発光モジュールは、発
光素子としての半導体レーザ素子８および光ファイバ９
を実装したシリコン基板３をパッケージ２の底部に搭載
することによって形成している。また、この発光モジュ
ール７は、前記半導体レーザ素子８が発光しているか否
かを監視するため、受光素子４をキャリア５に固着した
状態で半導体レーザ素子８に対して光ファイバ９とは反
対側に配設している。このキャリア５も、受光素子４の
光軸と前記半導体レーザ素子８の光軸とが同一軸線上に
位置づけられるように光軸調整を行った状態でパッケー
ジ２に半田付けしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述したよ
うに構成した従来の光モジュールは、前記光軸調整に時
間がかかり過ぎるため、組立コストを低く抑えるにも限
界があった。光軸調整に時間がかかるのは、受光素子４
の光軸が受光用コア６や半導体レーザ素子８の光軸に一
致するように、キャリア５を光軸と直交する水平方向へ
微少な移動量をもって移動させるとともに、光軸と直交
する２方向（水平方向および鉛直方向）の軸線回りにそ
れぞれ微少な角度をもって回動させなければならないか
らである。なお、この光軸調整を精度よく行わないと、
歩留まりが低下してしまう。

【０００６】また、従来の光モジュールは、前記光軸調
整を行うときにキャリア５の移動代になるスペースが必
要であるため、小型化するにも限界があり、この点から
も低コスト化を図ることができなかった。

【０００７】上述したような不具合は、例えば特開昭６
１−４６９１１号公報に示されたような位置決め用ガイ
ドを使用することによって、ある程度は解消することが
できる。この公報に開示された光モジュールは、シリコ
ン基板から突出する位置決め用ガイドに発光素子を嵌合
させることによって位置決めする構造を採っている。こ
の位置決め用ガイドは、シリコン基板上に設けた光導波
膜をエッチングするときにこの光導波膜の一部を残すこ
とによって、シリコン基板から突出するように形成して
いる。

【０００８】しかし、この位置決め用ガイドは、シリコ
ン基板の表面に接着しているだけであるので、発光素子
を実装するときにこれが当たって無理な力が加えられる
と、シリコン基板から剥離してしまうおそれがある。こ
のため、実装作業を慎重に実施しなければならないの
で、実装時間を短縮できるといえどもそれは僅かでしか
ない。

【０００９】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、光モジュールにおいて受光素子支持
用キャリアの実装に要する時間を短縮するとともに、部
品を高密度に実装して低コスト化および小型化を図るこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る光モジ
ュールは、シリコン基板に位置決め基準が導光部と共通
の凹陥部を形成し、この凹陥部に、受光素子を有するキ
ャリアを嵌合させて実装したものである。本発明によれ
ば、凹陥部が導光部に対して位置決めされるから、この
凹陥部にキャリアを嵌合させることにより、受光素子と
導光部の光軸が一致する。また、凹陥部はシリコン基板
の一部を凹ませて形成しているので、実装時にキャリア
が衝突しても位置がずれることがない。さらに、キャリ
アをシリコン基板上で移動させなくても受光素子と導光
部の光軸が一致するため、キャリアの移動代になるスペ
ースを形成しなくてよい。

【００１１】第２の発明に係る光モジュールは、シリコ
ン基板に位置決め基準が発光素子と共通の凹陥部を形成
し、この凹陥部に、受光素子を有するキャリアを嵌合さ
せて実装したものである。本発明によれば、凹陥部が発
光素子に対して位置決めされるから、この凹陥部にキャ
リアを嵌合させることにより、受光素子と発光素子とが
位置決めされる。また、凹陥部はシリコン基板の一部を
凹ませて形成しているので、実装時にキャリアが衝突し
ても位置がずれることがない。さらに、キャリアをシリ
コン基板上で移動させなくても受光素子と発光素子の光
軸が一致するから、キャリアの移動代になるスペースを
形成しなくてよい。

【００１２】第３の発明に係る光モジュールの製造方法
は、シリコン基板上に、このシリコン基板に設けた位置
決め基準を用いて凹陥部形成用エッチングマスクを位置
決めして重ね、次いで、前記シリコン基板に異方性エッ
チングによって凹陥部を形成し、この凹陥部の底に、受
光素子を有するキャリアを嵌合させて実装するものであ
る。本発明によれば、凹陥部がシリコン基板の正確な位
置に形成されるから、受光素子がシリコン基板における
キャリア実装面に沿う方向に対して正確に位置決めされ
る。また、凹陥部の深さはエッチング時間で制御するこ
とができるので、前記キャリア実装面に垂直な方向に対
しても受光素子を正確に位置決めすることができる。さ
らに、シリコン基板に異方性エッチングを施すことによ
って凹陥部を形成すると、この凹陥部の側壁は開口側に
向かうにしたがって開口寸法が次第に大きくなるように
傾斜する。このため、前記側壁がキャリアを凹陥部の底
に導くガイドになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

第１の実施の形態 以下、第１の発明に係る光モジュールおよび第３の発明
に係る光モジュールの製造方法の一実施の形態を図１お
よび図２によって詳細に説明する。図１は第１の発明に
係る光モジュールの斜視図、図２は要部の断面図であ
る。

【００１４】図１および図２において、符号１１はこの
実施の形態による光モジュールを示す。この光モジュー
ル１１は、シリコン基板１２上に石英系ガラス光導波路
１３を設けるとともに、受光素子支持用キャリア１４を
実装することによって形成している。前記石英系ガラス
光導波路１３は、シリコン基板１２上に形成した受光用
コア１５と、この受光用コア１５の周囲に設けた保護層
１６とから構成している。受光用コア１５は、分岐路１
５ａ，１５ｂを有し、導波路パターンが上方から見てＹ
形になるように形成している。なお、この石英系ガラス
光導波路１３が第１の発明に係る導光部を構成してい
る。

【００１５】前記キャリア１４は、この実施の形態では
セラミックによって角柱形に形成して外面にメタライズ
処理を施してあり、一側面に受光素子１７を半田付けす
るとともに、底面をシリコン基板１２の凹陥部１８に半
田付けしている。前記受光素子１７は、受光面がシリコ
ン基板１２の主面と直交する状態でキャリア１４に固着
させている。また、この受光素子１７の固着位置は、キ
ャリア１４をシリコン基板１２に実装した状態で受光面
が前記分岐路１５ａの端面に対向するように設定してい
る。

【００１６】前記凹陥部１８は、シリコン基板１２に異
方性エッチングを施すことによって上方から見て四角形
になるように形成している。前記キャリア１４は、この
凹陥部１８の底部に、受光素子１７を実装した側面と、
この側面に連なる二つの側面とを嵌合させている。ま
た、この凹陥部１８の形成位置および深さは、上述した
ようにキャリア１４を嵌合させた状態で受光素子１７が
前記分岐路１５ａの先端と対向するように設定してい
る。

【００１７】前記シリコン基板１２には、前記凹陥部１
８の他に断面がＶ形の溝（以下、この溝をＶ溝という）
１９と、断面が矩形の溝（以下、この溝を矩形溝とい
う）２０とを形成している。前記Ｖ溝１９は、光ファイ
バ（図示せず）をシリコン基板１２上に保持するために
設けてあり、前記分岐路１５ｂの先端と対向する位置か
ら直線状に形成している。

【００１８】前記矩形溝２０は、受光素子１７と前記分
岐路１５ａの端面との間隔を最適な寸法に設定するため
に設けてあり、図示してないダイシング装置でシリコン
基板１２および前記石英系ガラス光導波路１３の端部を
研削することによって直線状に形成している。この実施
の形態では、前記凹陥部１８における石英系ガラス光導
波路１３側の側壁の一部が削除されるように矩形溝２０
を形成している。なお、シリコン基板１２上に設けた符
号２１で示すものは、前記石英系ガラス光導波路１３や
凹陥部１８、Ｖ溝１９などを位置決めするときの基準と
なるマークである。

【００１９】次に、このように構成した光モジュール１
１を組立てる手順について説明する。先ず、シリコン基
板１２上に石英系ガラス光導波路１３を形成する。この
とき、受光用コア１５を形成するために使用するマスク
（図示せず）は、シリコン基板１２上のマーク２１を用
いて位置決めする。その後、凹陥部１８およびＶ溝１９
を異方性エッチングによって形成する。

【００２０】この異方性エッチングは、凹陥部１８およ
びＶ溝１９に対応する開口を形成したエッチングマスク
（図示せず）をシリコン基板１２に重ねた状態で行う。
このエッチングマスクも前記マーク２１を用いて位置決
めする。このようにしてエッチングを行うことにより、
シリコン基板１２における前記開口から露出する部分が
除去され、凹陥部１８やＶ溝１９が形成される。

【００２１】エッチング時間は、凹陥部１８の深さが最
適になるように設定する。ここでいう最適な深さとは、
凹陥部１８の底にキャリア１４を実装した状態で受光素
子１７が前記分岐路１５ａの先端に対向するような深さ
のことをいう。すなわち、エッチングにより形成される
凹陥部１８が前記最適な深さに達するまでの時間を予め
実験などによって求めておき、この時間だけエッチング
処理を行う。異方性エッチングによって形成された凹陥
部１８やＶ溝１９は、側壁が図２に示すように、開口側
へ向かうにしたがって開口幅が次第に大きくなるように
傾斜する。

【００２２】エッチング終了後、凹陥部１８の底にキャ
リア１４を嵌合させて半田付けする。このとき、凹陥部
１８の側壁が上述したように傾斜しているので、キャリ
ア１４は側壁に案内されるようにして凹陥部１８の底に
嵌入する。なお、キャリア１４を嵌入させるには、受光
素子実装面およびこの両側の側面が凹陥部１８の底に嵌
合するように行う。キャリア１４の半田付け工程が終了
した後、ダイシング装置で矩形溝２０を形成することに
よって、光モジュール１１の製造工程が終了する。

【００２３】したがって、この光モジュール１１は、石
英系ガラス光導波路１３を形成するときの位置決め基準
となるマーク２１を使用してエッチングマスクを位置決
めし、凹陥部１８を形成したため、この凹陥部１８が石
英系ガラス光導波路１３に対して位置決めされるから、
この凹陥部１８にキャリア１４を嵌合させることによっ
て、受光素子１７と分岐路１５ａの光軸が一致する。

【００２４】また、凹陥部１８はシリコン基板１２の一
部を凹ませて形成しているので、実装時にキャリア１４
が衝突しても位置がずれることがない。さらに、キャリ
ア１４をシリコン基板１２上で移動させなくても受光素
子１７と分岐路１５ａの光軸が一致するため、この光モ
ジュール１１ではキャリア１４の移動代になるスペース
を形成しなくてよい。

【００２５】第２の実施の形態 第２の発明に係る光モジュールを図３によって詳細に説
明する。図３は第２の発明に係る光モジュールを示す図
で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は平面図である。
これらの図において前記図１および図２、図５で説明し
たものと同一もしくは同等部材については、同一符号を
付し詳細な説明は省略する。

【００２６】図３に示す発光モジュール３１は、受光素
子１７を有するキャリア１４を半導体レーザ素子８に対
して光ファイバ９とは反対側に配設し、半導体レーザ素
子８が発光しているか否かを監視できるように構成して
いる。前記半導体レーザ素子８は、光ファイバ９が存在
する方向と、これとは反対の方向に発光するものを使用
し、シリコン基板１２に設けたマーク３２に外縁を一致
させてシリコン基板１２に実装している。

【００２７】前記光ファイバ９は、シリコン基板１２に
形成したＶ溝１９に収容させてここに固着させている。
このＶ溝１９の形成位置は、光ファイバ９と半導体レー
ザ素子８の光軸が一致するように、前記マーク３２を用
いて位置決めしている。前記キャリア１４は、第１の実
施の形態を採るときと同様に、シリコン基板１２に形成
した凹陥部１８の底に嵌合させて半田付けしている。こ
の凹陥部１８も前記マーク３２を用いて位置決めしてい
る。

【００２８】このように構成した発光モジュール３１を
組立てるには、先ず、シリコン基板１２に凹陥部１８お
よびＶ溝１９を異方性エッチングによって形成する。こ
のときに用いるエッチングマスク（図示せず）は、凹陥
部１８とＶ溝１９に対応する開口を形成し、前記マーク
３２を用いて位置決めする。エッチング時間は、凹陥部
１８の深さが最適になるように設定する。ここでいう最
適な深さとは、凹陥部１８の底にキャリア１４を実装し
た状態で受光素子１７が半導体レーザ素子８に対向する
ような深さのことをいう。すなわち、エッチングにより
形成される凹陥部１８が前記最適な深さに達するまでの
時間を予め実験などによって求めておき、この時間だけ
エッチング処理を行う。

【００２９】異方性エッチングによって形成された凹陥
部１８やＶ溝１９は、開口側へ向かうにしたがって開口
幅が次第に大きくなるように側壁が傾斜する。エッチン
グ終了後、半導体レーザ素子８および光ファイバ９をシ
リコン基板１２に実装するとともに、凹陥部１８の底に
キャリア１４を嵌合させて半田付けする。このとき、凹
陥部１８の側壁が上述したように傾斜しているので、キ
ャリア１４は側壁に案内されるようにして凹陥部１８の
底に嵌入する。なお、キャリア１４を嵌入させるには、
受光素子実装面およびこの両側の側面が凹陥部１８の底
に嵌合するように行う。このようにキャリア１４をシリ
コン基板１２に半田付けすることによって、この発光モ
ジュール３１の製造工程が終了する。

【００３０】したがって、この発光モジュール３１は、
半導体レーザ素子８を実装するときの位置決め基準とな
るマーク３２を使用してエッチングマスクを位置決め
し、凹陥部１８を形成したため、この凹陥部１８が半導
体レーザ素子８に対して位置決めされるから、この凹陥
部１８にキャリア１４を嵌合させることによって、受光
素子１７と半導体レーザ素子８の光軸が一致する。

【００３１】また、凹陥部１８はシリコン基板１２の一
部を凹ませて形成しているので、実装時にキャリア１４
が衝突しても位置がずれることがない。さらに、キャリ
ア１４をシリコン基板１２上で移動させなくても受光素
子１７と半導体レーザ素子８の光軸が一致するため、こ
の発光モジュール３１ではキャリア１４の移動代になる
スペースを形成しなくてよい。

【００３２】なお、上述した第１、第２の実施の形態で
は、キャリア１４をシリコン基板１２に半田付けするこ
とによって実装する例を示したが、キャリア１４は接着
剤でシリコン基板１２に接着させることもできる。ま
た、受光素子１７をキャリア１４に固着させるために接
着剤を使用することもできる。さらに、位置決め基準と
なるマーク２１，３２の形状は図示した形状に限定され
ることがなく、どのような形状に形成しても同等の効果
を奏する。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明に係る光
モジュールは、シリコン基板に位置決め基準が導光部と
共通の凹陥部を形成し、この凹陥部に、受光素子を有す
るキャリアを嵌合させて実装したため、凹陥部が導光部
に対して位置決めされるから、この凹陥部にキャリアを
嵌合させることにより、受光素子と導光部の光軸が一致
する。

【００３４】したがって、本発明に係る光モジュール
は、組立時に光軸調整を行わなくてよいから、組立時間
を短縮することができ、低コスト化を図ることができ
る。しかも、凹陥部はシリコン基板の一部を凹ませて形
成しているので、実装時にキャリアが衝突しても位置が
ずれることがないから、実装作業を必要以上に慎重に実
施しなくてよい。この点からも時間短縮を図ることがで
きる。また、キャリアをシリコン基板上で移動させなく
ても受光素子と導光部の光軸が一致するため、キャリア
の移動代になるスペースを形成しなくてよく、小型化を
図ることができる。

【００３５】第２の発明に係る光モジュールは、シリコ
ン基板に位置決め基準が発光素子と共通の凹陥部を形成
し、この凹陥部に、受光素子を有するキャリアを嵌合さ
せて実装したため、凹陥部が発光素子に対して位置決め
されるから、この凹陥部にキャリアを嵌合させることに
より、受光素子と発光素子とが位置決めされる。

【００３６】したがって、本発明に係る光モジュール
は、組立時に光軸調整を行わなくてよいから、組立時間
を短縮することができ、低コスト化を図ることができ
る。しかも、凹陥部はシリコン基板の一部を凹ませて形
成しているので、実装時にキャリアが衝突しても位置が
ずれることがないから、実装作業を必要以上に慎重に実
施しなくてよい。この点からも時間短縮を図ることがで
きる。また、キャリアをシリコン基板上で移動させなく
ても受光素子と発光素子の光軸が一致するため、キャリ
アの移動代になるスペースを形成しなくてよく、小型化
を図ることができる。

【００３７】第３の発明に係る光モジュールの製造方法
は、シリコン基板上に、このシリコン基板に設けた位置
決め基準を用いて凹陥部形成用エッチングマスクを位置
決めして重ね、次いで、前記シリコン基板に異方性エッ
チングによって凹陥部を形成し、この凹陥部の底に、受
光素子を有するキャリアを嵌合させて実装するため、凹
陥部がシリコン基板の正確な位置に形成されるから、受
光素子がシリコン基板におけるキャリア実装面に沿う方
向に対して正確に位置決めされる。また、凹陥部の深さ
はエッチング時間で制御することができるので、前記キ
ャリア実装面に垂直な方向に対しても受光素子を正確に
位置決めすることができる。

【００３８】したがって、組立時に光軸調整を行わなく
てよいから、組立時間を短縮することができ、低コスト
化を図ることができる。また、シリコン基板に異方性エ
ッチングを施すことによって凹陥部を形成すると、この
凹陥部の側壁は開口側に向かうにしたがって開口寸法が
次第に大きくなるように傾斜する。このため、前記側壁
がキャリアを凹陥部の底に導くガイドになるから、キャ
リアを凹陥部に嵌合させる作業を不必要に慎重に実施し
なくてよい。この点からも時間短縮を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の発明に係る光モジュールの斜視図であ
る。

【図２】 要部の断面図である。

【図３】 第２の発明に係る光モジュールを示す図であ
る。

【図４】 従来の石英ガラス光導波路モジュールの受光
素子実装部の断面図である。

【図５】 従来の発光モジュールを示す図である。

【符号の説明】

８…半導体レーザ素子、１１…光モジュール、１２…シ
リコン基板、１３…石英系ガラス光導波路、１４…キャ
リア、１５…受光用コア、１７…受光素子、１８…凹陥
部、２１，３２…マーク、３１…発光モジュール。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導光部を設けたシリコン基板に位置決め
   基準が前記導光部と共通の凹陥部を形成し、この凹陥部
   に、受光素子を有するキャリアを嵌合させて実装したこ
   とを特徴とする光モジュール。
2. 【請求項２】 発光素子を実装したシリコン基板に位置
   決め基準が前記発光素子と共通の凹陥部を形成し、この
   凹陥部に、受光素子を有するキャリアを嵌合させて実装
   したことを特徴とする光モジュール。
3. 【請求項３】 シリコン基板上に、このシリコン基板に
   設けた位置決め基準を用いて凹陥部形成用エッチングマ
   スクを位置決めして重ね、次いで、前記シリコン基板に
   異方性エッチングを施すことにより凹陥部を形成し、こ
   の凹陥部の底に、受光素子を有するキャリアを嵌合させ
   て実装することを特徴とする光モジュールの製造方法。