JPH11218646A - 光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シリコン製のＶ溝基板に、面入射型のホトダイ
オードを他の部品を用いることなく、ファイバ端の近傍
に搭載する。 【解決手段】縁に斜面のあるＵ溝をＶ溝と直交して設
け、斜面から基板表面に接続用の電極を形成し、はんだ
バンプを付けたホトダイオードをＵ溝に挿入して加熱固
定する構造の光モジュールとする。はんだバンプ高さは
ホトダイオード厚さと合計してＵ溝幅より大きくしてあ
り、Ｕ溝斜面部の電極は深い側で先細りとなる形状とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はホトダイオードと光
ファイバとを同一基板上に搭載してなる光モジュールに
関し、特に面入射型のホトダイオードを搭載してなる光
モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンの異方性エッチングを用いて形
成されるＶ溝は高い精度で形成することができ、ホトリ
ソグラフィの技術を適用することで、レーザダイオード
を搭載する電極や位置合わせのためのマーカも同様に高
い精度で形成できる。したがって光素子を搭載する基板
にＶ溝を形成し、このＶ溝に光ファイバを挿入固定する
ことで、光素子と光ファイバとの高精度位置決めが容易
に実現できる。したがって、光素子とファイバとからな
る光モジュールの構成手段の一つとして、Ｖ溝基板を用
いることは近年頻繁に用いられるようになってきた。

【０００３】ファイバをＶ溝基板に搭載して、ホトダイ
オードと光結合する構成の一従来例を図４に示す。基板
１０のＶ溝部には光ファイバ３０のクラッド部３１が搭
載され接着材（図示せず）で固定されてある。薄板状の
ホトダイオード２０はキャリア２３に予め固定されてあ
る。ファイバを搭載したＶ溝基板とホトダイオードを固
定したキャリア２３は別の基板またはパッケージ４０に
取り付けられる。

【０００４】この従来の構成例でホトダイオード２０は
面入射型であり、薄板面の垂直方向からの光を効率よく
受光できる。そのため、キャリア２３の側面にホトダイ
オード２０を固定し、受光面が光ファイバ３０からの光
軸に対し垂直となるように別基板またはパッケージ４０
に取り付けることによって、光ファイバからの光を受け
ることができる。

【０００５】このような構成の例は、たとえば１９９７
年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会
のＣ−３−８７「表面実装型プリアンプ内蔵ＰＤモジュ
ール」、１９９６年電子情報通信学会総合大会のＳＣ−
２−７「表面実装型光モジュールの開発」に見られる。

【０００６】別の例として、ミラー構造を組み込み光路
を折り曲げることで面入射型ホトダイオードへの光入射
を実現する場合がある。１９９６年電子情報通信学会総
合大会のＳＣ−２−６「Ｓｉプラットフォームを用いた
モニタＰＤ付きＬＤモジュール」はその例であり、斜め
の鏡面を有するキャリアにホトダイオードを搭載する構
成例である。

【０００７】さらに別の例として、ファイバを搭載する
Ｖ溝形成技術を用いて、ホトダイオードを搭載するピッ
トを形成し、その斜面に電極形成を行い、その斜面に面
入射型のホトダイオードを搭載する構成がある。雑誌
「ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ」の１９９６年Ｎｏ．７「シリコ
ンプラットフォームを用いた光素子の実装技術」にその
例が記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の例の光モジュー
ルでは、ホトダイオードの受光面を光軸と垂直にするた
め、ホトダイオードをキャリアと呼ぶ別部品に固定し
て、モジュール内に搭載するため、部品数が増えまた組
立に要する労力も増えるという問題点がある。またＶ溝
形成技術によってピットを形成し、その斜面にホトダイ
オードを搭載する構成では、ピットの面積が大きくなる
ため、ホトダイオードと光ファイバ端面との間隔が大き
くなり、結合効率の低下を生じ易いという問題点があ
る。

【０００９】本発明の目的は、別の部品を用いることな
く、ファイバと面入射型のホトダイオードとを近接して
配置搭載できる光モジュールを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、ファイバ
搭載用のＶ溝と直交する方向に、面入射型ホトダイオー
ドを挿入するＵ溝を形成し、ファイバの非搭載側のＵ溝
の縁に電極を形成し、Ｕ溝にホトダイオードを挿入し
て、ホトダイオードの電極とＵ溝縁の電極とで接続を行
い、しかる後に光ファイバをそのクラッドの端がホトダ
イオード近傍に位置するよう配置する構成のモジュール
とすることで達成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例である。
図１（ａ）は光ファイバとホトダイオードをシリコン製
のＶ溝基板に搭載する前の部品の構成を示しており、図
１（ｂ）は搭載後の構成を示す図である。基板１０には
光ファイバ３０のクラッド部３１を挿入搭載するＶ溝１
１、光ファイバ１０の外皮部３２を搭載するテラス部１
２，ホトダイオード２０を挿入するＵ溝１３、ホトダイ
オードと接続をとる電極１４が形成されてある。

【００１２】ホトダイオード２０には、接続用のはんだ
バンプ２１が形成されてある。ホトダイオード２０をＵ
溝１６に挿入後、加熱してはんだが溶融しはんだフィレ
ット２４が形成されて、ホトダイオード２０と電極１４
とが接続される。その後に光ファイバ３０のクラッド部
３１をＶ溝１１に挿入して接着剤で固定する。

【００１３】光ファイバ３０の外皮３２も同様にテラス
部１１で基板１０に固定する。接着固定の信頼度をたか
め、またクラッド部３１の位置決め精度を上げるため、
クラッド部３１の上に保護板（図示せず）と呼ぶ板材を
搭載して接着剤で固定する場合があるが、本発明には関
係無いのでこれ以上の記載はしない。

【００１４】基板１０のＶ溝は異方性エッチングで形成
出来、テラス部とＵ溝は機械加工によって形成する。そ
の手法については既知であり記載は省略する。

【００１５】ホトダイオードのバンプの高さは、ホトダ
イオードの厚みと合計してＵ溝の幅よりも大きくとる。
こうすることで、ホトダイオードをＵ溝に挿入した際
に、ホトダイオードがＵ溝の底まで落ちないようにな
る。これによりホトダイオードのＵ溝挿入後、ホトダイ
オードを把持することなく加熱が可能となる。

【００１６】図２はＶ溝基板のＵ溝部と電極を光ファイ
バ側から見た図である。Ｕ溝１３の電極側の縁には、斜
面１５が形成してあり電極はこの斜面にも形成する。ホ
トダイオードをＵ溝に挿入すると、ホトダイオードのは
んだバンプと斜面の電極とが平面で接することになるの
で、斜面が無くエッジで接する場合と比較して、はんだ
溶融固定時の接続の確実性が高くなる。斜面そのものは
Ｖ溝形成時に同時に形成することができる。

【００１７】はんだバンプの上下方向の位置はホトダイ
オードの受光部中心位置でもあるので、こうすることで
ほぼ基板表面の位置にある光軸とホトダイオードの受光
部中心とを合わせることが可能になる。図２では、Ｕ溝
全長にわたって斜面を形成してあるが、これは電極近傍
の一部だけで合っても良い。電極１４は斜面の深い側で
細くなる形状としてあり、先端は一定幅の細い帯とす
る。先細り形状とした理由は次で説明する。

【００１８】図３はホトダイオード２０を基板１０のＵ
溝１３に挿入して加熱し、はんだ溶融固定する工程を基
板側面から見た模式図である。図３（ａ）はホトダイオ
ード２０をチャッキング治具（図示せず）で把持しＵ溝
１３に部分的に挿入した状況の模式図である。ホトダイ
オード２０の受光部中心２２はホトダイオード外形のほ
ぼ中心にあり、またはんだバンプ２１は図３（ａ）で上
下方向の中心に位置する。したがって、はんだバンプと
受光部中心と図３（ａ）では同じ高さの位置にある。

【００１９】図３（ｂ）では、ホトダイオード２０がチ
ャッキング治具から開放され、Ｕ溝１３内に収まった状
況の模式図である。ホトダイオード２０のはんだバンプ
２１がＵ溝斜面１５に接触し、ホトダイオード自体は少
し傾いた状態で、Ｕ溝に収まっている。

【００２０】はんだバンプ高さとホトダイオードの厚み
の合計はＵ溝幅より大きいので、ホトダイオードはＵ溝
の底まで落ち込むことなく途中の位置にある。ここでは
んだバンプ２１と電極１４との接続を確実ならしめるた
め、ホトダイオード挿入後上から荷重をかけ、はんだバ
ンプと電極とをこするようにすると良い。

【００２１】図３（ｃ）と図３（ｄ）は加熱しはんだが
溶融してホトダイオードと基板との接続がなされた状況
の模式図である。加熱によってはんだが溶融すると、は
んだと接している電極を伝ってはんだは濡れ広がろうと
する。濡れ広がるとはんだの表面張力のため、ホトダイ
オード２０は基板電極側に引っ張られる。このため、ホ
トダイオード２０はＵ溝の電極側壁面に張り付く（図３
（ｃ））ように固定されるか、ホトダイオード２０の下
端がＵ溝の光ファイバ搭載側の壁面に接触して傾いた状
態（図３（ｃ））で固定される。

【００２２】表面張力が働くためには、はんだが濡れて
いない綿が必要であり、Ｕ溝斜面の電極が深い側で先細
りになっているのは、この細い部分ではんだの濡れてい
ない面を作り出し、表面張力を働かせるようにするため
である。こうすることにより、溶融時のはんだフィレッ
ト２４の２４ａ、２４ｂの両面で表面張力が働き、ホト
ダイオードはＵ溝内で電極側引っ張られて壁に接する様
になる。２４ａの側の表面張力が大きすぎると図３
（ｄ）の様に傾いて接続される。

【００２３】接続時には光軸とホトダイオードの受光部
中心とのずれが微小たとえば１０μｍ以下というような
位置精度の要求がある。ところが部品寸法や溝幅のばら
つきがあるので、このばらつきの影響を考慮する。Ｕ溝
幅と光素子の厚みのばらつきは、図３（ｂ）においてホ
トダイオードを挿入した状態での深さ方向の位置にはば
らつきとなって現れる。この状態ではんだバンプ２１と
電極１４とが確実に接触するためには、電極が斜面１５
とＵ溝１４の壁面との境界（エッジ）まで存在している
ことが必要である。

【００２４】はんだが溶融し電極と濡れた状態では、ホ
トダイオードのはんだ電極の中心と基板側電極のはんだ
で濡れた面の中心の位置を一致させようとする力が働く
（セルフアライメント効果）。もしＵ溝斜面の電極が一
様な幅で形成されていると、Ｕ溝位置のばらつきによっ
てＵ溝斜面電極の中心位置がばらつき、セルフアライメ
ント効果によってホトダイオードの溝深さ方向の位置が
変わることになる。

【００２５】ここで、図２に示すようにＵ溝斜面の電極
を基板表面側で幅広にしＵ溝側で細くすると、Ｕ溝位置
がばらついても、はんだで電極が濡れた場合の中心位置
のばらつきは小さくなり、これゆえにホトダイオードの
溝深さ方向の位置ばらつきは低減できることになる。

【００２６】Ｕ溝斜面の壁面側のはんだを無くし基板表
面側だけにすると、Ｕ溝位置、Ｕ溝の幅、ホトダイオー
ドの厚みのばらつきによっては、ホトダイオードのＵ溝
挿入時にホトダイオードのはんだバンプが電極と接触せ
ず、したがって加熱時にホトダイオードと基板電極の接
続が不良となる可能性がある。したがって電極は細い帯
でＵ溝の壁面まで形成する。図２では斜面の電極形状を
基板上面から三角形状に先細としてあるが、先細という
概念でとらえると、図２に示した形状だけに限られるも
のではないことは当然である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に依れば他
の部品を用いることなく面入射型ホトダイオードをＶ溝
基板に搭載した構成の光モジュールを提供でき、経済性
を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光モジュールの構成を示す分解斜
視図。

【図２】本発明による光モジュールの実施例の主要部を
説明する部分斜視図。

【図３】本発明による光モジュールの製造工程を示す模
式図。

【図４】従来の光モジュールの構成例を示す断面図。

【符号の説明】

１０…基板、１１…Ｖ溝、１２…テラス部、１３…Ｕ
溝、１４…電極、１５…斜面、２０…ホトダイオード、
２１…はんだバンプ、２２…受光部中心、２３…
キャリア、 ２４…はんだフィレット、３０…光フ
ァイバ、３１…クラッド部、 ３２…外皮部、４０…
パッケージの一部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板表面に基板の途中までのＶ溝を形成
   し、そのＶ溝の終端位置にＶ溝と直交する方向にＵ溝を
   形成し、Ｕ溝の縁の基板表面に電極を設け、Ｖ溝に光フ
   ァイバをその端の位置がＵ溝の近傍に位置するように挿
   入固定し、Ｕ溝に平板型の光素子を挿入して、その光素
   子と基板表面の電極と接続してなる光モジュール。
2. 【請求項２】光素子を挿入するＵ溝の光素子接続側の縁
   に斜面を形成し、斜面部に基板上面と連続した電極を設
   け、光素子との接続をこの斜面で行うことを特徴とする
   光モジュール。
3. 【請求項３】光素子と接続するＵ溝縁斜面の電極の形成
   が、光素子側で細く基板表面側で幅広になっていること
   を特徴とする光モジュール。
4. 【請求項４】光素子にはんだを付け、そのはんだの高さ
   が光素子の厚さと合わせてＵ溝の溝幅よりも大きくなる
   ような寸法とし、その光素子をＵ溝に挿入してはんだ盛
   り付け部がＵ溝のエッジに当たって挿入方向の位置決め
   がなされ、その状態ではんだを溶融固定する方式である
   ことを特徴とする光モジュール製造方法。