JPWO2008153140A1 - 光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

配線基板（９）に形成された第１の開口（１０）と受光領域（１３）とを位置合わせして、受光素子（１２）を配線基板（９）上に実装する。配線基板（９）には、前記第１の開口（１０）と同一プロセスで形成された２個の第２の開口（１１）が設けられている。一方、光配線基板には、光導波路のコア（３）を有する光導波路及びダミーの光導波路のコア（５）を有する２個の基板マークが設けられている。受光領域（１３）と光導波路のコア（３）とを光学的に結合する際には、開口（１１）と基板マークとを、配線基板（９）の受光素子（１２）側から同時に観察し、観察されたそれらの位置に基づいて、配線基板（９）と光配線基板とを相互に位置合わせする。これにより、実装組立を容易かつ高精度に行うことができ、量産性が向上する。

Description

本発明は、受光素子及び発光素子等の光素子と光導波路及び光ファイバ等の光配線とを光学的に結合させた光モジュール及びその製造方法に関する。

近年、高速化・省電力化を目的として、光モジュールの小型化が求められており、それに伴って光モジュールの組立精度の向上が求められている。

従来の光モジュールの構造及びそれに関連する製造方法については、例えば、特許文献１及び２に開示されている。以下、光モジュールの従来例について説明する。

図１０は、特許文献１に記載されている光モジュール（第１の従来例）の構造を示す斜視図である。図１０に示すように、この第１の従来例の光モジュール１０１は、ベース基板１１０上に、受発光素子１０２を含むパッケージ１２０と、信号用コア１０４、位置調整用コア１０５、基板クラッド１３１及びカバークラッド１３２を含む光導波路板１０３とが設けられている。光導波路板１０３の端面１３０に形成された信号用コア１０４の端部を、受発光素子１０２の受発光部１２１に対向させて配置することにより、受発光素子１０２と光導波路板１０３とが光学的に結合されている。また、光導波路板１０３は、位置調整用コア１０５を備え、端面１３０には信号用コア１０４の端面から所定距離だけ離れた位置調整用コア１０５の端部が配置されている。受発光素子１０２には、この位置調整用コア１０５の端部に対向する位置にアライメントマーク１０６が配置されている。

光モジュール１０１の製造の際には、アライメントマーク１０６に光を照射して、その反射光を、位置調整用コア１０５を通して他端Ｐにおいて測定する。本従来例は、測定された反射光の強度変化に基づいて、受発光素子１０２と光導波路板１０３との相対的な位置を調整できるというものである。

図１１は、特許文献２に記載されているチップ部品接合装置（第２の従来例）の構造を示す斜視図である。本従来例は、チップ部品接合装置に関する技術であるが、以下に説明するように、光モジュールの製造方法に適用することも可能である。

図１１に示すように、本従来例のチップ部品接合装置は、チップ部品２０２を被搭載基板２０３に搭載する際に使用するカメラＡ２０７、カメラＢ２０８及びカメラＣ２１０を有している。図１１において、被搭載基板２０３を固定する搭載ステージ（図示せず）を＋ｙ方向にオフセット量δｙだけ動作させる。この際、チップ部品２０２の画像パターン２０２ａと被搭載基板２０３の接合面２０３ｂ内にある位置決め対象物２０３ｃとの位置がｘ軸及びｙ軸方向に関して一致する場所を、夫々チップ部品２０２及び被搭載基板２０３の基準位置とする。また、基準位置において、カメラＡ２０７、カメラＢ２０８及びカメラＣ２１０で観察されるべきチップ部品２０２及び被搭載基板２０３の画像を基準画像とする。

被搭載基板２０３が、カメラＡ２０７及びカメラＢ２０８で撮像されることにより、この認識画像と基準画像とのズレｄｂｘ及びｄｂｙが得られる。また、チップ部品２０２が、カメラＣ２１０で撮像されることにより、この認識画像と基準画像とのズレ量ｄｈｘ及びｄｈｙが得られる。チップ部品２０２は、これらのズレ量ｄｂｘ、ｄｂｙ、ｄｈｘ、ｄｈｙ及びオフセット量δｙから計算された量だけ位置補正され、被搭載基板２０３に搭載される。

本従来例のチップ部品接合装置を光モジュールの製造に適用した場合は、図１１において、チップ部品２０２は配線基板、画像パターン２０２ａはピンホール、被搭載基板２０３は光導波路基板、位置決め対象物２０３ｃは光導波路入出射端となる。配線基板（２０２）の−ｚ側の面には配線電極が形成されており、ピンホール（２０２ａ）に合わせて受発光素子の受発光面が＋ｚの方向に向かうように実装されている。カメラＣ２１０は配線基板（２０２）に対して図示と対称の位置に−ｚ方向を向くように配置されている。配線基板（２０２）の画像パターンとしては、ピンホール（２０２ａ）を介して観察される受発光素子の受発光領域を登録する。このような構成とすることにより、第２従来例を適用しても、光モジュールの位置合わせが可能である。

特開２００５−１３４４４４号公報 特開２００３−２４３８９１号公報

しかしながら、上述した従来の光モジュール及びその製造方法には、以下に示すような問題点がある。

第１の従来例では、アライメントマーク１０６に光を照射して、その反射光を、位置調整用コア１０５を通して他端Ｐにおいて測定している。この測定を行うためには、アライメントマーク１０６と照射光の光軸との位置合わせをする必要がある。また、位置調整用コア１０５と光を測定するための光ファイバ等を位置合わせする必要がある。これらの調整には、高精度かつ複雑な装置及び複雑な部品のセッティングを必要とする。このため、装置が高価になり、量産性が低下してしまうこととなる。

また、第２の従来例では、受発光素子の受発光面及び光導波路基板の光導波路入出射端の夫々を画像パターンとして認識、位置合わせし、その認識した画像パターンの面同士を接合することになる。そのため、接合後は認識に使用する画像パターンが隠れてしまい、位置ズレを測定できない。従って、位置決め、接合の過程において、高精度化が困難であるだけでなく、位置ズレが発生した場合にはその修正ができず、不良の原因となってしまう。

また、本従来例に基づく光モジュールの製造方法では、予め登録した基準画像における位置とカメラによって認識された画像における位置とを比較して配線基板２０２又は光導波路基板２０３の位置を補正することになる。しかし、カメラの位置又は方向は、装置の機械精度又は周囲の温度変化等によって変化するため、基準画像を登録した位置からの変化分は認識誤差として位置補正に影響する。更に、前記の理由によって位置ズレを測定できないため、認識誤差を発見しにくい。従って、高精度化が困難であるだけでなく、不良の原因となる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、実装組立を容易かつ高精度に行うことができ、量産性に優れた光モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る光モジュールは、光通路が形成された電気配線基板と、この電気配線基板に実装された光素子と、前記光通路を介して前記光素子と光学的に結合された光配線を有する光配線基板と、を有し、前記電気配線基板は、前記光通路の位置を特定するための複数の第１の位置決め形状を有し、前記光配線基板は、前記光配線の端部の位置を特定するための複数の第２の位置決め形状を有し、前記第１及び第２の位置決め形状は、同時に観察可能であることを特徴とする。

この場合に、前記第１の位置決め形状は、前記電気配線基板に形成された凸部、凹部、貫通孔、開口又はマークを含むように構成することができ、前記開口が形成された前記電気配線基板は、光透過性基材を有するように構成することができる。また、前記光通路は、前記第１の位置決め形状と同一工程で形成され前記第１の位置決め形状とは異なる貫通孔又は開口を有することとしてもよい。更に、前記第１の位置決め形状を構成する貫通孔又は開口を通して、前記第２の位置決め形状を、前記電気配線基板の前記光素子側から観察可能とするように構成することができる。

また、前記第２の位置決め形状は、前記光配線基板に形成された凸部、凹部、貫通孔、開口又はマークを含むように構成することができ、前記光配線は、前記第２の位置決め形状と同一工程で形成され前記第２の位置決め形状とは異なる凸部、凹部又は貫通孔を有することとしてもよい。この場合に、前記第２の位置決め形状の凸部は、ダミーの光導波路であり、前記光配線の凸部は、信号用光導波路であるように構成することができる。また、前記第２の位置決め形状の凹部は、位置決め用のＶ溝形状であり、前記光配線の凹部は、光ファイバを固定するための光ファイバ用Ｖ溝であるように構成することができる。

更に、前記光素子は、受光素子であってもよく、発光素子であってもよい。

本発明に係る光モジュールの製造方法は、光素子を、電気配線基板に形成された光通路と位置合わせして、前記電気配線基板に実装する工程と、光配線を有する光配線基板と前記電気配線基板とを重ね合わせた状態で、前記電気配線基板に形成された複数の第１の位置決め形状と、前記光配線基板に形成された複数の第２の位置決め形状と、を同時に観察する工程と、観察された前記第１の位置決め形状の位置から前記光通路の位置を算出し、前記第２の位置決め形状の位置から前記光配線の端部の位置を算出する工程と、算出された前記光通路の位置及び前記光配線の端部の位置に基づいて、前記光素子と前記光配線とが前記光通路を介して光学的に結合されるように前記電気配線基板と前記光配線基板とを相互に位置合わせして固定する工程と、を有することを特徴とする。

この場合に、前記第１の位置決め形状は、前記電気配線基板に形成された凸部、凹部、貫通孔、開口又はマークを含んでいてもよく、前記第１の位置決め形状を構成する貫通孔又は開口と、前記光通路を構成する貫通孔又は開口と、を前記電気配線基板に対して同一工程で形成することとしてもよい。また、前記第１の位置決め形状を構成する貫通孔又は開口を通して、前記第２の位置決め形状を、前記電気配線基板の前記光素子側から観察することとしてもよい。

また、前記第２の位置決め形状は、前記光配線基板に形成された凸部、凹部、貫通孔、開口又はマークを含んでいてもよく、前記第２の位置決め形状を構成する凸部、凹部又は貫通孔と、前記光配線を構成する凸部、凹部又は貫通孔と、を前記光配線基板に対して同一工程で形成することとしてもよい。また、前記第２の位置決め形状の凸部は、ダミーの光導波路であり、前記光配線の凸部は、信号用光導波路であってもよい。更に、前記第２の位置決め形状の凹部は、位置決め用Ｖ溝であり、前記光配線の凹部は、光ファイバを固定するための光ファイバ用Ｖ溝であってもよい。

更に、前記光素子は受光素子であり、前記光素子の受光領域が、前記光通路の断面の領域を全て含むように前記光素子と前記光通路とを位置合わせすることとしてもよく、前記光素子は発光素子であり、前記光通路の断面の領域が、前記光素子の発光領域を全て含むように前記光素子と前記光通路とを位置合わせすることとしてもよい。

本発明によれば、光モジュールの実装組立を容易かつ高精度に行うことができ、量産性に優れた光モジュールを得ることができる。

本発明の第１の実施の形態である光モジュールの光導波路と受光素子との光結合構造を示す図であり、光導波路のコアの光軸を通る面で切断した断面図である。 本発明の第１の実施の形態である光モジュールを図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。 本発明の第１の実施の形態である光モジュールを図１のＢ−Ｂ線又はＣ−Ｃ線で切断した断面図である。 本発明の第１の実施の形態である光モジュールの配線基板の電極パターンを示した図である。 本発明の第１の実施の形態である光モジュールの光導波路基板の、配線基板が固定される側の側面断面図である。 本発明の第１の実施の形態である光モジュールの光導波路と受光素子との位置合わせ方法を示す図である。 本発明の第２の実施の形態である光モジュールを示す図であり、光導波路のコアの光軸を通る面で切断した断面図である。 本発明の第３の実施の形態である光モジュールの光導波路基板を示す図であり、光ファイバと受光素子との結合に適用した例の光導波路基板を示す。 本発明の第４の実施の形態である光モジュールを示す図であり、発光素子の光軸を通る面で切断した断面図である。 特許文献１に記載されている第１の従来例の構造を示す図である。 特許文献２に記載されている第２の従来例の構造を示す図である。

符号の説明

１；光導波路基板
２；光導波路
２ａ；下部クラッド層
２ｂ；上部クラッド層
３；光導波路のコア
４；ダミーの光導波路
５；ダミーの光導波路のコア
６、２６、４２；表面電気配線
７、２７、４１；基材
９、２９、４３；配線基板
１０、１１、２１、２２、４６、４７；開口
１２；受光素子
１３；受光領域
１４、４８；バンプ
１５；樹脂
１６、５３；基板マーク
１７；光導波路のコアの光軸
１８；開口の中心
３１；光導波路基板
３２；ファイバ用Ｖ溝
３３；アライメント用Ｖ溝
３４；光ファイバ
４４；発光素子
４５；発光領域
５１；基板
５２，５３；貫通穴
１０１；光モジュール
１０２；受発光素子
１０３；光導波路板
１０４；信号用コア
１０５；位置調整用コア
１０６；アライメントマーク
１２１；受発光部
１３０；端面
２０２；チップ部品（配線基板）
２０２ａ；画像パターン（ピンホール）
２０３；被搭載基板（光導波路基板）
２０３ｂ；接合面
２０３ｃ；位置決め対象（光導波路入出射端）
２０７；カメラＡ
２０８；カメラＢ
２１０；カメラＣ
Ｐ；他端
δｙ；オフセット量

本発明においては、受光素子及び発光素子等の光素子と光導波路及び光ファイバ等の光配線とを光学的に結合させる際に、先ず、電気配線基板に設けられた光通路と光素子とを位置合わせして、電気配線基板に光素子を実装する。次に、電気配線基板に設けられ光通路の位置を特定するための複数の第１の位置決め形状と、光配線とともに光配線基板に設けられ光配線の端部の位置を特定するための複数の第２の位置決め形状とを同時に観察する。そして、観察された第１及び第２の位置決め形状の位置から、光通路及び光配線の端部の位置を算出し、これらの算出された位置に基づいて、電気配線基板と光配線基板とを相互に位置合わせする。

このようにして位置合わせすることにより、光素子と光配線とを直接位置合わせすることなく、間接的に相互に高精度に位置合わせすることができる。また、第１及び第２の位置決め形状の観察は、例えば撮像処理によって行うことができるが、基準画像等を用いることなく位置決め形状を同時に観察するため、撮像条件等による位置の補正を行う必要がない。以上により、特別な位置合わせ用の装置を必要とせず、比較的容易な方法でかつ高精度に、光通路を介して光素子と光配線とを光学的に結合させることができる。また、本発明によれば、一旦光結合を行った後の調整においても、光素子の実装後の状態で容易に行うことができるため、位置合わせ精度が所定の許容範囲に入るまで、繰り返し位置合わせを行うことができる。このため、不良の発生も抑制することができる。

なお、本発明の特徴は、光通路及び光配線の位置を、これらの位置との関係が予め定められた複数の位置決め形状を用いて間接的に把握することである。従って、第１及び第２の位置決め形状は、例えば、凸部、凹部、貫通孔、開口又はマーク等の種々の形態をとることができる。また、第１の位置決め形状を貫通孔、又は開口と透明基材との構成による窓として、その窓を通して電気配線基板の光素子側から第２の位置決め形状を観察することとしてもよい。このような第１及び第２の位置決め形状は、光通路及び光配線と同一工程で形成することにより、より高精度に位置関係を把握することができるため好ましい。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本第１実施形態に係る光モジュールを示し、光導波路のコアの光軸を通る面で切断した平面断面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線による縦断面図であり、図３は、図１に示すＢ−Ｂ線による縦断面図である。なお、図１のＣ−Ｃ線による縦断面図は、樹脂１５が見えていないことを除いて図３とほぼ同様である。図４は、配線基板９の電極パターンを示した図である。図５は、光導波路基板を配線基板９が固定された側からみた側面断面図である。

図１に示すように、本実施形態の光モジュールは、受光領域１３を有する受光素子１２と光導波路のコア３を有する光導波路とが光学的に結合されている。光導波路のコア３の両側には、２本のダミーの光導波路のコア５が配置されている。光導波路基板１上に、下部クラッド層２ａが形成されており、この下部クラッド層２ａ上にコア３，５が形成されており、これらのコア３，５を挟むようにして下部クラッド層２ａ上に上部クラッド層２ｂが形成されている。光導波路のコア３は光導波路２の一部を構成し、ダミーの光導波路のコア５はダミーの光導波路４の一部を構成している。なお、ダミーの光導波路４及びダミーの光導波路のコア５は、後述する位置合わせにおいて基板マーク１６としての役割を有している。

光導波路のコア３と受光素子１２との間には、配線基板９が設けられている。配線基板９は、表面電気配線６及び基材７を有している。表面電気配線６としては、例えば銅等の金属を使用することができる。表面電気配線６には、表面入射型の受光素子１２がバンプ１４によりフリップチップ実装されている。図４に示すように、配線基板９は、表面電気配線６と基材７とで形成された例えばＵ字型の溝で区分された電極を有しており、受光素子１２はこの電極と電気的に接続されている。バンプ１４としては、例えば金スタッドバンプを使用することができる。

また、図１乃至４に示すように、表面電気配線６は、光導波路のコア３の位置にその断面より大きい開口１０を有しており、ダミーの光導波路のコア５の位置にその断面より大きい２個の開口１１を有している。基材７としては種々の材料を使用することができるが、本実施形態においては、光透過性を有する材料、例えば、ガラスのような透明材料が使用される。これにより、開口１１を通して、配線基板９の受光素子１２側からダミーの光導波路４及びダミーの光導波路のコア５を観察することができる。なお、基材７と光導波路基板１側とは、樹脂１５により固定されている。

受光素子１２は、その受光領域１３が表面電気配線６に設けられた開口１０と対向する位置に設けられている。上述のように、本実施形態においては基材７が光透過性を有しているため、開口１０及び基材７が光通路を構成し、この光通路を介して光導波路のコア３を有する光導波路と受光素子１２とが光学的に結合されている。

次に、本実施形態の光モジュールの製造方法のうち、特に光導波路と受光素子との位置合わせ方法について、図６を参照して説明する。図６は、表面電気配線６に設けられた２個の開口１１を、受光素子１２の側から観察した図である。

先ず、受光素子１２を、配線基板９にバンプ１４を使用してフリップチップ実装する。配線基板９の厚さは、例えば５０μｍである。この際、受光素子１２は表面電気配線６側に配置するものとし、基材７側から開口１０と受光領域１３とを位置合わせする。受光領域１３の大きさは、例えば直径５０μｍであり、開口１０の大きさは、例えば直径３０μｍである。また、バンプ１４は、その高さが例えば２０μｍ程度である。本実施形態においては、上述したように基材７に透明材料を使用しているため、容易に位置合わせを行うことができる。位置合わせ精度としては、開口１０が受光領域１３の範囲内に入る程度の誤差でよく、本実施形態においては、例えば±１０μｍである。

次に、光導波路のコア３と開口１０とを位置合わせする。ここでは、図６に示すように、開口１０の両側に設けられた２個の開口１１、及びこの開口１１を通して基板マーク１６を、受光素子１２の側から図示しない撮像装置により同一画像として撮像する。画像上では、２個の開口１１内に夫々基板マーク１６が観察される。なお、開口１１の大きさは、例えば直径１００μｍである。本実施形態では、基板マーク１６のうち、コア５同士を結んだ線の中心が、光導波路２のコア３の位置となる。ここで、光導波路２のコア３及びダミーの光導波路４のコア５は、下部クラッド層２ａ上に同一プロセスで形成されているため、光導波路のコア３と２個のダミーの光導波路のコア５とが夫々所定の距離を有するように高精度に形成することができる。

また、本実施形態では、開口１０の位置については、２個の開口１１の各中心位置を結んだ線の中心とする。ここで、開口１０及びその両側の開口１１についても、表面電気配線６を形成する際に同一プロセスで形成されるので、これらが所定の中心間距離を有するように高精度に形成することができる。このようにして、画像処理等の計算により求めた光導波路のコア３及び開口１０の中心位置のズレが許容範囲内となるように位置を調整する。本実施形態においては、例えば±５μｍとする。その後、樹脂１５により、光導波路基板１側と配線基板９とを固定する。以上により、本実施形態の光モジュールが得られる。

次に、本実施形態の光モジュールの製造方法について説明する。本実施形態においては、光導波路のコア３と開口１０との位置合わせを、基板マーク１６と、開口１１とを利用して行う。基板マーク１６は、光導波路２及び光導波路のコア３との位置関係が予め定められていればよい。本実施形態においては、基板マーク１６は、光導波路２及び光導波路２のコア３と同一プロセスで形成されているので、光導波路２及び光導波路のコア３との関係で極めて高い位置精度で形成されているため、より好適である。また、開口１１も、開口１０との位置関係が予め定められていれば、開口１０の位置を特定することができる。本実施形態においては、開口１１は開口１０と同一プロセスで形成されているので、同様に開口１０に対して極めて高い精度で形成されている。従って、開口１１及び基板マーク１６について取得された画像から、高精度に開口１０の中心１８及び光導波路２の光軸１７を算出できる。即ち、開口１０及び光導波路２を直接観察しなくても、間接的に開口１０と光導波路２との位置合わせが行える。

また、位置合わせ精度を確認しながら、位置ズレが許容範囲内になるまで繰り返し位置合わせできるので、位置合わせ工程での不良を抑制することができる。このため、高価な光導波路基板を無駄に廃棄することなく有効に使用することができる。この際、２組の開口１１及び基板マーク１６を同時に同一画像として取得できるため、基準画像を別途設ける場合のように撮像条件による誤差が生じることがない。更に、固定後にも精度を確認できるので、固定の工程における位置ズレの情報を次回以降の位置決めに、搭載オフセットとして活用することができる。このように、特別な位置合わせ装置を必要とすることなく、容易に光モジュールの位置合わせを行うことができるため、量産性にも優れた光モジュールが得られる。

更に、本実施形態においては、受光素子１２の受光領域１３が信号通過用の開口１０の領域を全て含むため、開口１０を通過した信号光は全て受光素子１２に入射する。従って、信号通過用の開口１０と光導波路との位置関係が高精度であればよく、厳密な精度を要求される工程が少なくなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、実装組立が容易かつ高精度で、量産性に優れた光モジュール及びその製造方法を提供することができる。

次に、本実施形態の第２の実施形態について、図７を参照して説明する。図７は、本第２実施形態に係る光モジュールを示し、光導波路のコアの光軸を通る面で切断した平面断面図である。なお、以下の各実施形態において、図１に示す第１の実施形態と同一構成物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図７に示すように、本実施形態の光モジュールは、表面電気配線２６及び基材２７を有する配線基板２９を備えている。このうち、基材２７には、不透明材料が使用されている。表面電気配線２６及び基材２７は、光導波路のコア３の位置にコア３の断面より大きい例えば直径３０μｍの開口２１を有しており、ダミーの光導波路のコア５の位置にコア５の断面より大きい例えば直径１００μｍの開口２２を有している。上記以外の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様である。

本実施形態の構成とすることにより、電気配線基板の特性上、ガラス等以外の基材が適している場合にも、上述の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

次に、本実施形態の第３の実施形態について、図８を参照して説明する。本実施形態の光モジュールは、光ファイバと受光素子との光結合を行う例である。図８は、本第３実施形態に係る光モジュールの光導波路基板を示す図であり、図５に対応する図である。

図８に示すように、光導波路のコア３に相当する位置に、光ファイバ３４が設けられている。この光ファイバ３４は、光導波路基板３１に設けられたファイバ用Ｖ溝３２内に位置決めされて固定されている。また、図５の基板マーク１６に相当する位置に、２箇所のアライメント用Ｖ溝３３が設けられている。上記以外の構成は、第１又は第２の実施形態と同様である。

本実施形態においては、光導波路基板３１に対して、光ファイバ用Ｖ溝３２及びアライメント用Ｖ溝３３が形成されている。これらのＶ溝は、例えば異方性エッチングにより形成することができ、同一マスク同一プロセスで形成されているので、位置精度は極めて高い。また、光ファイバ３４のコアの位置は、光ファイバ３４がファイバ用Ｖ溝３２内に嵌合して位置決めされているので、このファイバ用Ｖ溝３２との関係で精度良く求められる。従って、第１の実施形態で説明したような方法と同様に、アライメント用Ｖ溝３３（基板マーク）の位置から、極めて高い精度で光ファイバ３４のコアの位置を計算できる。

次に、本実施形態の第４の実施形態について、図９を参照して説明する。本実施形態の光モジュールは、光ファイバと発光素子との光結合を行う例であり、図９は、本第４実施形態に係る光モジュールを、発光素子の光軸を通る面で切断した平面断面図である。

図９に示すように、発光領域４５を有する発光素子４４が、基材４１及び表面電気配線４２を有する配線基板４３にバンプ４８により実装されている。基材４１は、例えばガラス等の透明材料により形成されている。表面電気配線４２は、発光領域４５と位置合わせされる開口４６を有しており、その両側には、２個の開口４７を有している。上記の構成は、図１に示す第１の実施形態とは、受光素子と発光素子との違いを除いて同様である。但し、発光素子４４の場合には、開口４６の大きさが発光領域４５の大きさより大きい方が好適である。本実施形態においては、発光素子４４は、発光領域４５の直径が例えば１０μｍであり、開口４６は、その直径が例えば５０μｍである。なお、開口４６の大きさは、光ファイバ（図示せず）のコアの断面の大きさよりも小さい。配線基板４３に対する発光素子４４の実装精度は、発光領域４５が開口４６の範囲内に入る程度の誤差でよく、本実施形態においては、例えば±２０μｍである。

また、図９に示すように、基板５１に対し、貫通穴５２が設けられており、その両側には２個の貫通穴５３が設けられている。このうち、貫通穴５２は、発光素子４４の光軸が通る穴であり、発光素子４４は、この穴を介して光ファイバと光結合される。また、貫通穴５３は、位置決めのための基板マークとして機能するものである。そして、基板５１における貫通穴５２の一方の開口が設けられた側の面と、基材４１とが、樹脂１５により固定されている。

本実施形態においては、基板マークを貫通穴５３として構成している。貫通穴５２及び貫通穴５３は、基板５１に対して同一プロセスで形成されているため、極めて高い位置精度で貫通穴を形成することができる。従って、前述の各実施形態と同様に図６に示す方法で位置合わせを行うことができる。本実施形態においては、図６の光導波路のコア３が貫通穴５２の中心に相当し、ダミーの光導波路のコア５が貫通穴５３の中心に相当する。これにより、発光素子４４の発光領域４５と貫通穴５２とを正確に位置合わせすることができる。また、発光素子４４を配線基板４３に実装する際の開口４６と発光領域４５との位置ズレを補正して基板マーク（貫通穴５３）と開口４７を位置合わせすれば、光導波路又はシングルモード光ファイバ等、コア径の小さいものにも適用可能である。

また、発光素子においては、発光素子４４の発光領域４５が信号通過用の開口４６に全て含まれるように構成することで、受光素子の場合と同様に、信号通過用の開口４６と光ファイバとの位置関係が高精度であればよく、厳密な精度を要求される工程が少なくなる。なお、本実施形態においては、光配線が光ファイバの場合であるが、光導波路を使用する場合でも同様である。

なお、上述した各実施形態において、光通路及び光配線（例えば、光導波路又は光ファイバ）の位置を特定するための位置決め形状として、開口、Ｖ溝及び貫通孔の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の趣旨は、光通路及び光配線の位置を、これらの位置との関係が予め定められた複数の位置決め形状を用いて間接的に把握することである。従って、電気配線基板又は光配線基板に設けられた位置決め形状は、例えば、光導波路以外の凸部又はＶ溝以外の凹部とすることとしてもよく、観察面に認識用パターン等のマークを形成することとしてもよい。

また、上述の各実施形態においては、電気配線基板に形成された位置決め形状を貫通孔、又は開口と透明基材との構成による窓としている。そして、その窓を通して電気配線基板の光素子側から光配線基板に形成された位置決め形状を観察することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。上述の各実施形態によれば、光配線基板をコンパクトに構成できる点で好適であるが、例えば、光配線基板に形成された複数のダミーの光導波路を、電気配線基板の外側等、観察時に電気配線基板に遮られない位置に配置することとしてもよい。

この出願は、２００７年６月１４日に出願された日本出願特願２００７−１５７８５１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明の光モジュール及びその製造方法は、受光素子及び発光素子等の光素子と光導波路及び光ファイバ等の光配線とを光学的に結合させる際に、光素子と光配線とを直接位置合わせすることなく、間接的に相互に高精度に位置合わせすることができる。

Claims (21)

1. 光通路が形成された電気配線基板と、
   この電気配線基板に実装された光素子と、
   前記光通路を介して前記光素子と光学的に結合された光配線を有する光配線基板と、
   を有し、
   前記電気配線基板は、前記光通路の位置を特定するための複数の第１の位置決め形状を有し、
   前記光配線基板は、前記光配線の端部の位置を特定するための複数の第２の位置決め形状を有し、
   前記第１及び第２の位置決め形状は、同時に観察可能であることを特徴とする光モジュール。
2. 前記第１の位置決め形状は、前記電気配線基板に形成された凸部、凹部、貫通孔、開口又はマークを含むことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記開口が形成された前記電気配線基板は、光透過性基材を有することを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記光通路は、前記第１の位置決め形状と同一工程で形成され前記第１の位置決め形状とは異なる貫通孔又は開口を有することを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
5. 前記第１の位置決め形状を構成する貫通孔又は開口を通して、前記第２の位置決め形状を、前記電気配線基板の前記光素子側から観察可能であることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
6. 前記第２の位置決め形状は、前記光配線基板に形成された凸部、凹部、貫通孔、開口又はマークを含むことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
7. 前記光配線は、前記第２の位置決め形状と同一工程で形成され前記第２の位置決め形状とは異なる凸部、凹部又は貫通孔を有することを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
8. 前記第２の位置決め形状の凸部は、ダミーの光導波路であり、前記光配線の凸部は、信号用光導波路であることを特徴とする請求項７に記載の光モジュール。
9. 前記第２の位置決め形状の凹部は、位置決め用のＶ溝形状であり、前記光配線の凹部は、光ファイバを固定するための光ファイバ用Ｖ溝であることを特徴とする請求項７に記載の光モジュール。
10. 前記光素子は、受光素子であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
11. 前記光素子は、発光素子であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
12. 光素子を、電気配線基板に形成された光通路と位置合わせして、前記電気配線基板に実装する工程と、
    光配線を有する光配線基板と前記電気配線基板とを重ね合わせた状態で、前記電気配線基板に形成された複数の第１の位置決め形状と、前記光配線基板に形成された複数の第２の位置決め形状と、を同時に観察する工程と、
    観察された前記第１の位置決め形状の位置から前記光通路の位置を算出し、前記第２の位置決め形状の位置から前記光配線の端部の位置を算出する工程と、
    算出された前記光通路の位置及び前記光配線の端部の位置に基づいて、前記光素子と前記光配線とが前記光通路を介して光学的に結合されるように前記電気配線基板と前記光配線基板とを相互に位置合わせして固定する工程と、
    を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。
13. 前記第１の位置決め形状は、前記電気配線基板に形成された凸部、凹部、貫通孔、開口又はマークを含むことを特徴とする請求項１２に記載の光モジュールの製造方法。
14. 前記第１の位置決め形状を構成する貫通孔又は開口と、前記光通路を構成する貫通孔又は開口と、を前記電気配線基板に対して同一工程で形成することを特徴とする請求項１３に記載の光モジュールの製造方法。
15. 前記第１の位置決め形状を構成する貫通孔又は開口を通して、前記第２の位置決め形状を、前記電気配線基板の前記光素子側から観察することを特徴とする請求項１３に記載の光モジュールの製造方法。
16. 前記第２の位置決め形状は、前記光配線基板に形成された凸部、凹部、貫通孔、開口又はマークを含むことを特徴とする請求項１２に記載の光モジュールの製造方法。
17. 前記第２の位置決め形状を構成する凸部、凹部又は貫通孔と、前記光配線を構成する凸部、凹部又は貫通孔と、を前記光配線基板に対して同一工程で形成することを特徴とする請求項１６に記載の光モジュールの製造方法。
18. 前記第２の位置決め形状の凸部は、ダミーの光導波路であり、前記光配線の凸部は、信号用光導波路であることを特徴とする請求項１７に記載の光モジュールの製造方法。
19. 前記第２の位置決め形状の凹部は、位置決め用のＶ溝形状であり、前記光配線の凹部は、光ファイバを固定するための光ファイバ用Ｖ溝であることを特徴とする請求項１７に記載の光モジュールの製造方法。
20. 前記光素子は受光素子であり、前記光素子の受光領域が、前記光通路の断面の領域を全て含むように前記光素子と前記光通路とを位置合わせすることを特徴とする請求項１２に記載の光モジュールの製造方法。
21. 前記光素子は発光素子であり、前記光通路の断面の領域が、前記光素子の発光領域を全て含むように前記光素子と前記光通路とを位置合わせすることを特徴とする請求項１２に記載の光モジュールの製造方法。

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