WO2022044180A1 - 光モジュールのための支持構造、及び光モジュール - Google Patents

光モジュールのための支持構造、及び光モジュール Download PDF

Info

Publication number
WO2022044180A1
WO2022044180A1 PCT/JP2020/032292 JP2020032292W WO2022044180A1 WO 2022044180 A1 WO2022044180 A1 WO 2022044180A1 JP 2020032292 W JP2020032292 W JP 2020032292W WO 2022044180 A1 WO2022044180 A1 WO 2022044180A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bump
bumps
stage
optical module
support structure
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/032292
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
敬太 望月
清智 長谷川
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to PCT/JP2020/032292 priority Critical patent/WO2022044180A1/ja
Publication of WO2022044180A1 publication Critical patent/WO2022044180A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction

Definitions

  • the present disclosure relates to a support structure for an optical module and an optical module having the same support structure.
  • Non-Patent Document 1 a filtering circuit board that transmits a high-frequency electric signal and a terminating circuit board on which a terminating resistor is mounted are flip-chip mounted on an MZM (Mach-Zehunder Modulator) chip via Au bumps.
  • the optical module is disclosed. According to this optical module, since the filtering circuit board and the terminal circuit board are mounted on the MZM chip, the mounting area is reduced as compared with the case where these components are arranged in a plane. Further, since the filtering circuit board or the terminal circuit board and the MZM chip are connected via bumps, the parasitic inductance is suppressed and the high frequency signal is suppressed as compared with the case where these components are connected by wires. The transmission characteristics of the are improved.
  • the conventional optical module has a structure in which an optical semiconductor element supports a substrate on which the optical semiconductor element is placed. Therefore, when the optical semiconductor element is miniaturized, there arises a problem that it is difficult to use the miniaturized optical semiconductor element. That is, since the area in which the optical semiconductor element supports the substrate is reduced, there is a problem that the substrate on which the optical semiconductor element is mounted cannot be stably supported.
  • the present disclosure has been made to solve such problems, and one aspect of the embodiment provides a support structure for an optical module such that a miniaturized optical semiconductor device can be provided.
  • the purpose is to do.
  • One aspect of the support structure for an optical module is a mount on which an optical semiconductor element is mounted, a substrate with electrical wiring electrically connected to a driver IC, and the mount of the substrate.
  • a first bump portion electrically connected to the electrical wiring which is provided on a surface facing the electric wiring, is arranged between the board and the mount so as to be in contact with both the mount and the substrate, and the electrical wiring is provided.
  • the optical semiconductor element can be driven by arranging the optical semiconductor element so as to be in contact with the first bump portion. Further, since the second bump portion which is in contact with both the mount and the substrate and is not electrically connected to the electric wiring is provided, the portion where the substrate is not supported by the optical semiconductor element via the first bump portion is provided. , Can be supported by a mount via a second bump portion. Therefore, according to the support structure for this optical module, it is possible to provide a miniaturized optical semiconductor element.
  • FIG. 1 is a top view of the optical module according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view of the optical module of FIG.
  • FIG. 3 is a side view of the optical module viewed so as to face the direction of the optical output of
  • FIG. 4A and 4B are diagrams showing a first arrangement example of bumps included in the optical module of the first embodiment.
  • 4A is a top view and FIG. 4B is a side view.
  • 4A and 4B are diagrams showing a first arrangement example of bumps included in the optical module of the first embodiment.
  • 4A is a top view and
  • FIG. 4B is a side view.
  • 5A and 5B are diagrams showing a second arrangement example of bumps included in the optical module of the first embodiment. 5A is a top view and FIG.
  • 5B is a side view.
  • 5A and 5B are diagrams showing a second arrangement example of bumps included in the optical module of the first embodiment.
  • 5A is a top view and
  • FIG. 5B is a side view.
  • FIG. 6 is a top view of the optical module according to the second embodiment. For ease of understanding, bumps that are not visible from the top of the optical module are shown through.
  • FIG. 1 is a top view of the optical module OM1.
  • FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view drawn along the line 31a of the differential line pair 31 of the optical module OM1, the electrode 11a of the electrode arm pair 11, and the line 41a of the differential line pair 41.
  • FIG. 3 is a side view of the optical module OM1 viewed so as to face the direction of the optical output 101 in FIG.
  • the optical module OM1 roughly includes an optical semiconductor element 1, a mount 2, a high frequency electric signal transmission board 3, a terminating resistor board 4, and a driver IC 5.
  • the optical semiconductor device 1 is, for example, an optical semiconductor device made of indium phosphide (InP).
  • the optical semiconductor device 1 may be formed of another semiconductor such as silicon or gallium arsenide (GaAs), or a ferroelectric substance.
  • the shape of the optical semiconductor element 1 is a rectangular parallelepiped.
  • the length (length along the X direction) of the optical semiconductor element 1 is shorter than the length of the mount 2, and the width (length in the Y direction) is also shorter than the width of the mount 2.
  • Each electrode arm pair 11 to 14 is a traveling wave electrode provided so as to run in parallel with an optical waveguide (not shown) formed in the optical semiconductor element 1, and two optical waveguides and two electrode arm pairs are one Mach zender type modulation. It constitutes a device (MZ type modulator). Therefore, the optical module OM1 includes two MZ type modulators.
  • the electrode arm pairs 11 and 12 correspond to one polarization mode (for example, horizontal polarization mode), and either one of the electrode arm pairs 11 or 12 is an in-phase component of the polarization mode.
  • the other modulates the light of the orthogonal component of its polarization mode.
  • the electrode arm pairs 13 and 14 correspond to another polarization mode (for example, the vertical polarization mode), and either one of the electrode arm pairs 13 or 14 is in the polarization mode.
  • the light of the in-phase component is modulated by the light of the orthogonal component of the polarization mode of the other.
  • each electrode is electrically connected to a corresponding line of four differential line pairs 31 to 34, which will be described later, formed on the high frequency electric signal transmission substrate 3 via a bump.
  • the other end of each electrode is electrically connected to the corresponding lines of the four differential line pairs 41 to 44 described later, which are formed on the terminating resistance substrate 4, via bumps.
  • the mount 2 is a mount (not shown), for example, a sub-mount mounted on a thermoelectric cooler (TEC) made of a Pelche element, and is made of a material having good thermal conductivity such as aluminum nitride. Since the coefficient of thermal expansion of aluminum nitride is close to the coefficient of thermal expansion of the semiconductor material, by forming the mount 2 with aluminum nitride, it is possible to suppress the strain due to heat generated when the optical semiconductor element 1 performs optical modulation.
  • TEC thermoelectric cooler
  • a recess 2a is formed in the mount 2.
  • the recess 2a has walls at one end in the length direction (X direction) and both ends in the width direction (Y direction) of the mount 2, and the other end in the length direction (X direction) is opened. It has a shape that does not have a wall.
  • the optical semiconductor element 1 is mounted in the recess 2a using an adhesive (not shown).
  • an adhesive not shown.
  • the difference between the upper surface 1a of the optical semiconductor element 1 and the upper surface of the ridge portion 2b in which the concave portion 2a of the mount 2 is not formed is 30 to 80 ⁇ m.
  • the mount 2 is engraved to form a recess 2a.
  • the recess 2a is formed so that the upper surface 1a of the optical semiconductor element 1 is higher than the upper surface of the ridge portion 2b.
  • a one-stage bump is arranged between the optical semiconductor element 1 and the high-frequency electric signal transmission board 3 or the terminating resistance board 4, and the mount 2 and the high-frequency electric signal transmission board 3 or the terminating resistance board 4 are arranged.
  • the mount 2 and the high-frequency electric signal transmission board 3 or the terminating resistance board 4 are arranged.
  • the number of bumps provided between them is reduced to reduce the number of bumps provided between the optical semiconductor element 1 and the high-frequency electric signal.
  • An electrical connection with the electrical signal transmission board 3 or the terminating resistor board 4 can be ensured.
  • the mount 2 and the high frequency electric signal transmission board 3 or the terminating resistor board 4 are not electrically connected, the mount 2 and the high frequency electric signal transmission board 3 or the high frequency electric signal transmission board 3 or by increasing the number of bumps provided between them.
  • the mechanical connection with the terminating resistor substrate 4 can be enhanced.
  • the high-frequency electric signal transmission substrate 3 is a substrate that transmits a high-frequency signal to the optical semiconductor element 1, and is formed of, for example, aluminum nitride. Since the coefficient of thermal expansion of aluminum nitride is close to the coefficient of thermal expansion of the semiconductor material, by forming the high-frequency electric signal transmission substrate 3 from aluminum nitride, it is possible to suppress the distortion due to heat generated when the optical semiconductor element 1 performs optical modulation. ..
  • the high frequency electric signal transmission board 3 includes four differential line pairs 31 to 34 for transmitting high frequency signals.
  • the lines of the differential line pairs 31 to 34 are electrically connected to the corresponding electric output ports 51 to 58 of the driver IC 5 via wires 61 to 68.
  • the width of the entire differential line pairs 31 to 34 in the alignment direction (Y direction) is about the same as the width of the entire electrical output ports 51 to 58 of the driver IC 5 in the alignment direction (Y direction), whereas the optical semiconductor element 1
  • the width of the entire electrode arm pairs 11 to 14 in the alignment direction (Y direction) is smaller than the width of the entire electrical output ports 51 to 58 of the driver IC 5 in the alignment direction (Y direction).
  • the distance between the differential line pairs 31 to 34 is from the side facing the driver IC 5 toward the optical semiconductor element 1. It is formed to be narrow.
  • each line of the differential line pairs 31 to 34 is electrically connected to the corresponding electrodes of the electrode arm pairs 11 to 14 formed on the optical semiconductor element 1 via the upstream bump. Is connected. More specifically, between the high frequency electric signal transmission substrate 3 and the optical semiconductor element 1, both the lines of the differential line pairs 31 to 34 and the corresponding electrodes of the electrode arm pairs 11 to 14 are electrically connected. Eight one-stage upstream bumps, for example made of Au, are arranged to be connected. In addition to Au bumps, Cu bumps and SnAg bumps may be used. The same applies to the following bumps. In FIG.
  • each bump has, for example, an overall spherical shape and has a maximum diameter of, for example, 30 to 80 ⁇ m.
  • the shape of the bump may be another shape, for example, a columnar shape.
  • the bump is formed by a known technique such as a stud method or an electrolytic plating method. The same applies to the following bumps.
  • Each differential line pair 31 to 34 is formed on the front and back surfaces of the high frequency electric signal transmission board 3. This will be described in line with the line 31a, which is one line of the differential line pair 31.
  • the line 31a is formed from one end of the high frequency electric signal transmission board 3 facing the driver IC 5 of the high frequency electric signal transmission board 3 formed on the upper surface (the surface in the Z direction) of the high frequency electric signal transmission board 3.
  • the upper surface line 311 extending in the opposite direction (X direction) by a certain distance, and the direction of one end from the other end on the opposite side to the one end formed on the lower surface (the surface in the ⁇ Z direction) of the high frequency electric signal transmission substrate 3 (the surface in the ⁇ Z direction).
  • each of the differential line pairs 31 to 34 of the high-frequency electric signal transmission substrate 3 configured in this way has an electrode arm pair of the optical semiconductor element 1 via an upstream bump (for example, the upstream bump 71U in FIG. 2). It is electrically and mechanically connected to the corresponding electrodes 11-14.
  • none of the differential line pairs 31 to 34 or the electrode arm pairs 11 to 14 is electrically connected, for example, one made of Au.
  • the above one-stage bump (bump 81 in FIG. 2) is arranged.
  • the high-frequency electric signal transmission substrate 3 is mechanically connected to the optical semiconductor element 1 via such a bump (bump 81 in FIG. 2).
  • neither the differential line pairs 31 to 34 or the electrode arm pairs 11 to 14 are electrically connected between the high frequency electric signal transmission board 3 and the mount 2.
  • multi-stage bump portions 91 to 93 in which a plurality of bumps made of Au are laminated in at least two stages in the height direction (Z direction) are arranged.
  • the multi-stage bump portions 91 to 93 are arranged at arbitrary positions of the ridge portion 2b in which the recess 2a is not formed.
  • the multi-stage bump portions 91 to 93 are arranged between the driver IC 5 and the optical semiconductor element 1, but the multi-stage bumps 94 in FIG. 3 are formed on the ridge portions 2b at both ends in the width direction ( ⁇ Y direction) of the mount 2.
  • the high-frequency electric signal transmission substrate 3 is mechanically supported by the mount 2 via the multi-stage bump portions 91 to 93.
  • the terminating resistor substrate 4 is a substrate on which a terminating resistor is mounted, and is formed of, for example, aluminum nitride. Since the coefficient of thermal expansion of aluminum nitride is close to the coefficient of thermal expansion of the semiconductor material, by forming the terminating resistance substrate 4 from aluminum nitride, it is possible to suppress the strain due to heat generated when the optical semiconductor element 1 performs optical modulation.
  • the terminating resistor substrate 4 includes four differential line pairs 41 to 44 for transmitting high frequency signals, and terminating resistors 411 to 414 including, for example, a thin film resistor and a capacitor.
  • each line of the differential line pairs 41 to 44 is electrically connected to the corresponding electrodes of the electrode arm pairs 11 to 14 formed on the optical semiconductor element 1 via the downstream bump. Is connected.
  • FIG. 3 between the terminating resistor substrate 4 and the optical semiconductor element 1, each line of the differential line pair 41 to 44 and the electrode arm pair 11 to 14 correspond to each other.
  • the eight upstream bumps described above are located behind the downstream bumps 71D-78D shown in FIG.
  • Each differential line pair 41 to 44 is formed on the front and back surfaces of the terminating resistor substrate 4. This will be described in line with the line 41a, which is one line of the differential line pair 41.
  • the line 41a is constant from one end of the terminating resistance board 4 formed on the lower surface (the surface in the ⁇ Z direction) of the terminating resistance board 4 in the direction opposite to the one end (X direction).
  • a bottom line 401 extending a distance and one end formed on the upper surface (Z-direction surface) of the terminating resistance substrate 4 are electrically connected to the terminating resistance 411 and are constant in the direction opposite to the terminating resistance 411 (-X direction).
  • each line of the differential line pairs 41 to 44 of the terminating resistor substrate 4 configured in this way is electrically connected to the corresponding electrodes of the electrode arm pairs 11 to 14 of the optical semiconductor element 1 via the downstream bumps 71D to 78D. It is connected mechanically and mechanically.
  • none of the differential line pairs 41 to 44 or the electrode arm pairs 11 to 14 is electrically connected, for example, one or more made of Au.
  • One stage of bumps (bumps 82 and 83 in FIG. 2) are arranged.
  • the terminating resistor substrate 4 is mechanically connected to the optical semiconductor element 1 via such bumps (bumps 82 and 83 in FIG. 2).
  • the termination resistor substrate 4 and the mount 2 are not electrically connected to either the differential line pairs 41 to 44 or the electrode arm pairs 11 to 14, for example.
  • Multi-stage bump portions 94 and 95 in which a plurality of bumps made of Au are laminated in at least two stages in the height direction (Z direction) are arranged. These multi-stage bump portions 94 and 95 are arranged at ridge portions 2b located at both ends in the width direction ( ⁇ Y direction) of the mount 2. Two or more multi-stage bump portions may be provided on each ridge portion 2b.
  • the terminating resistor substrate 4 is mechanically supported by the mount 2 via the multi-stage bump portions 94 and 95.
  • the driver IC 5 is an IC that supplies a high-frequency electric signal that drives the optical semiconductor element 1, and is mounted on a base 6 made of metal, ceramic, or the like as shown in FIG.
  • the driver IC 5 includes electric output ports 51 to 58 that output high-frequency electric signals.
  • the driver IC 5 is a high-frequency electric signal transmission board so that the end of the driver IC 5 provided with the electric output ports 51 to 58 is close to one end of each line of the differential line pairs 31 to 34 of the high-frequency electric signal transmission board 3. It is arranged opposite to 3. More specifically, the bumps connecting the differential line pairs 31 to 34 and the electrode arm pairs 11 to 14 of each of the differential line pairs 31 to 34 (eight upstream bumps including the bump 71U in FIG.
  • the driver IC 5 is arranged to face the high frequency electric signal transmission board 3 so as to be close to one end not connected to the high frequency electric signal transmission board 3.
  • the electric output ports 51 to 58 and the lines of the differential line pairs 31 to 34 are electrically connected via wires 61 to 68.
  • each multi-stage bump portion may be turned upside down.
  • FIGS. 4A, 4B, 5A, and 5B show an embodiment in which the first stage (upper stage) of the multi-stage bump portion has a single bump 914 and the second stage (lower stage) has three bumps 911 to 913.
  • 4A is a top view and FIG. 4B is a side view.
  • the bumps 911 to 913 of the second stage are arranged so as to be in contact with each other. Therefore, the bumps 911 to 913 in the second stage have a triangular shape as shown in FIG. 4A when viewed from above.
  • the bump 914 of the first stage is arranged so as to be in contact with any of the bumps 911 to 913 of the second stage. Therefore, as shown in FIG. 4A, the center of the bump 914 in the first stage coincides with the geometric center of the triangle formed by connecting the centers of the bumps 911 to 913 in the second stage in a top view. Placed in.
  • 5A and 5B show an embodiment in which the first stage (upper stage) of the multi-stage bump portion has a single bump 925 and the second stage (lower stage) has four bumps 921 to 924.
  • 5A is a top view and FIG. 5B is a side view.
  • the bumps 921 to 924 of the second stage are arranged so as to have a quadrangular shape as shown in FIG. 5A when viewed from above.
  • Each of the bumps 921 to 924 in the second stage is arranged so as to be in contact with the two nearest bumps.
  • the bump 925 of the first stage is arranged so as to be in contact with any of the bumps 921 to 924 of the second stage. Therefore, as shown in FIG. 5A, the center of the bump 925 of the first stage coincides with the geometric center of the quadrangle formed by connecting the centers of the bumps 921 to 924 of the second stage in the top view. Is placed in.
  • the multi-stage bump portion may have three or more stages.
  • the new step to be added has a shape like a polygon having a larger number of strokes than the polygon of the second step.
  • the third stage has seven bumps and has a hexagonal shape when viewed from above.
  • the new step is arranged so that the center of the bump of the first step and the geometric center of the polygon of the added step coincide with each other in the top view.
  • the mounted member can be stably supported.
  • the bumps in the first stage of the present disclosure have three or four bumps in the second stage. Since it is supported by the bump, the stability of the bump portion is improved. Therefore, by arranging the multi-stage bump portion of the present disclosure as shown in FIG. 2 or 3, the high-frequency electric signal transmission board 3 or the terminating resistor board 4 can be stably supported by the mount 2.
  • the bumps in the first stage should be arranged so as to coincide with the geometric center of the polygon formed by connecting the centers of the bumps in the second stage in the top view.
  • the bumps in the first stage should be arranged so as to coincide with the geometric center of the polygon formed by connecting the centers of the bumps in the second stage in the top view.
  • the input 100 and the optical output 101 of the electric signal are schematically shown.
  • Externally input electrical signal pairs for example, in the first embodiment, four differential signals are input to the electrical input port of the driver IC5, amplified by the driver IC5, and then output from the electrical output ports 51 to 58. It is transmitted to the differential line pairs 31 to 34 on the high frequency electric signal transmission board 3 via the wires 61 to 68.
  • the MZ type modulation propagating through the upper surface line (311), via (312), and lower surface line (313) and formed on the optical semiconductor element 1 via the upstream bump (71U).
  • the refractive index of the optical waveguide changes due to the electro-optical effect (EO effect) of the optical semiconductor element 1, the light propagating in the optical waveguide is phase-modulated, and the phase-modulated light interferes. As a result, the light propagating through the optical waveguide is intensity-modulated.
  • the electric signal is transmitted to the differential line pairs 41 to 44 on the terminating resistor substrate 4 via the downstream bumps 71D to 78D, propagates through the bottom line (401), via (402), and top line (403), and finally. Is terminated with a terminating resistor 411.
  • the optical signal modulated by the electrode arm pairs 11 to 14 is taken out as an optical output 101 through an optical waveguide formed inside the optical semiconductor element 1.
  • the support structure for the optical module OM1 is a high-frequency electric signal including a mount 2 on which the optical semiconductor element 1 is mounted and a differential line pair 31 to 34 electrically connected to the driver IC 5.
  • the termination resistance board 4 provided with the transmission board 3 or the differential line pairs 41 to 44 is provided on the surface facing the mount 2 of the high frequency electric signal transmission board 3 or the termination resistance board 4, and the differential line pairs 31 to 34 or
  • the high-frequency electric signal transmission board 3 is in contact with both the mount 2 and the high-frequency electric signal transmission board 3 or the terminating resistor board 4 with the first bump portions (71U, 71D to 78D) electrically connected to 41 to 44.
  • a multi-stage bump portion 91 to 95 which is arranged between the terminating resistor board 4 and the mount 2 and is not electrically connected to the differential line pairs 31 to 34 or 41 to 44, is provided.
  • the optical semiconductor element can be driven by arranging the optical semiconductor element 1 so as to be in contact with the first bump portion (71U, 71D to 78D). can. Further, a multi-stage bump portion 91 to 95 which is in contact with both the mount 2 and the high frequency electric signal transmission board 3 or the terminating resistance board 4 and is not electrically connected to the differential line pairs 31 to 34 or 41 to 44 is provided. Therefore, the portion where the high-frequency electric signal transmission substrate 3 or the terminating resistor substrate 4 is not supported by the optical semiconductor element 1 via the first bump portion (71U, 71D to 78D) is mounted via the multi-stage bump portions 91 to 95. Can be supported by 2.
  • the support structure for the optical module OM1 it is possible to provide a miniaturized optical semiconductor element.
  • the optical semiconductor element 1 supports the entire high-frequency electric signal transmission board 3 or the terminating resistance board 4. In that there is no such thing, it is smaller than the MZM chip of Non-Patent Document 1.
  • the driver IC 5 for driving the optical semiconductor element 1 is located at a position away from the optical semiconductor element 1. It is possible to place it in. Therefore, the operation of the optical module OM1 provided with this support structure is more stable.
  • the support structure for the optical module OM1 when the optical semiconductor element is made smaller, the high frequency electric signal transmission substrate 3 or the terminating resistance substrate 4 can be supported by providing more multi-stage bump portions. Therefore, among the members of the optical module OM1, it is possible to adapt to a smaller optical semiconductor element while maintaining the specifications of the members other than the optical semiconductor element 1 as much as possible.
  • the multi-stage bump portions 91 to 95 are the first-stage bump portions having a single bump 914 or 925 and the second-stage bump portions having three bumps 911 to 913 or four bumps 921 to 924. It comprises at least one set of multi-stage bump portions with a bump portion, and the three or four bumps of the second-stage bump portion are arranged in a plane so as to be in contact with adjacent bumps.
  • the single bump of the bump portion of the second stage is arranged so as to be in contact with any of the three or four bumps of the bump portion of the second stage and to be in contact with the high frequency electric signal transmission board 3 or the terminating resistance board 4. ing. Therefore, mechanical stability can be improved as compared with the case where each of the plurality of stages has a single bump.
  • the mount 2, the high-frequency electric signal transmission substrate 3, and the terminating resistance substrate 4 may be made of alumina, glass such as quartz, or glass ceramics.
  • the coefficient of thermal expansion is different from that of the optical semiconductor material, so that the effect of strain due to heat is large, but since the thermal conductivity is small, there is an effect that the amount of heat flowing into the optical semiconductor material can be suppressed. ..
  • FIG. 6 is a top view of the optical module OM2.
  • bumps 261 and multi-stage bumps 262 which are not actually visible from above the optical module OM2, and bumps 271 and 272 are also shown.
  • the bump 261 and the multi-stage bump portion 262 are arranged so as to be circular in the top view with respect to the center of the high frequency electric signal transmission board 3.
  • the eight bumps 261 painted in black on the lower side of the high-frequency electric signal transmission board 3 are one-stage bumps that electrically and mechanically connect the high-frequency electric signal transmission board 3 and the optical semiconductor element 1.
  • the bumps 261 are arranged in a plane so as to draw an arc in a top view.
  • the multi-stage bump portion 262 shown by the dotted line under the high frequency electric signal transmission board 3 mechanically connects the high frequency electric signal transmission board 3 and the mount 2.
  • FIG. 6 shows only a single bump in the upper stage of the multi-stage bump portion 262. It is the same as the case of the first embodiment that the multi-stage bump portion does not electrically connect the high frequency electric signal transmission board 3 and the mount 2.
  • the multi-stage bump portion 262 is arranged in a plane so as to draw an arc when viewed from above.
  • the bumps 271 and 272 are arranged so as to be elliptical in the top view with respect to the center of the terminating resistor substrate 4.
  • the eight black-filled bumps 271 under the terminating resistor substrate 4 are one-stage bumps that electrically and mechanically connect the terminating resistor substrate 4 and the optical semiconductor element 1.
  • the bumps 271 are arranged in a plane so as to draw an arc when viewed from above.
  • the bump 272 shown by the dotted line under the terminating resistance board 4 is a one-stage bump that mechanically connects the terminating resistance board 4 and the optical semiconductor element 1.
  • the bumps 272 are arranged in a plane so as to draw an arc when viewed from above.
  • the multi-stage bumps 94 and 95 shown in FIG. 3 may be provided between the terminating resistor board 4 and the mount 2.
  • One aspect of the support structure for the optical module is the mount (2) on which the optical semiconductor element (1) is mounted and the electrical wiring (31 to 34, 41 to 44) electrically connected to the driver IC (5). ), And a first bump portion (71U, 71D to 78D; 261, 271) provided on the surface of the substrate facing the mount and electrically connected to the electrical wiring. ), And a second bump portion (91-93, 94-95; 262) and.
  • One aspect of the support structure for the optical module is the support structure for the optical module according to Appendix 1, wherein the second bump portion is a first with a single bump (914, 925).
  • the second step is provided with at least one set of multi-step bumps comprising a step bump portion and a second step bump portion comprising three or four bumps (911-913, 921-924).
  • the three or four bumps of the bump portion of the first step are arranged in a plane so as to be in contact with adjacent bumps, and the single bump of the bump portion of the first step is the second bump. It is arranged so as to be in contact with any of the three or four bumps of the bump portion of the step and to be in contact with the substrate.
  • One aspect of the support structure for the optical module is the support structure for the optical module according to Appendix 1 or 2, wherein the mount has a recess (2a) in which a recess is formed on a surface facing the substrate. And a ridge portion (2b) in which a dent is not formed, and the second bump portion is provided so as to be in contact with the ridge portion.
  • One aspect of the support structure for the optical module is the support structure for the optical module according to Appendix 2 or 3, wherein the at least one set of multi-stage bump portions includes a plurality of sets of multi-stage bump portions.
  • the plurality of sets of multi-stage bump portions are arranged in a plane so as to draw an arc.
  • One aspect of the support structure for the optical module is the support structure for the optical module according to any one of Supplementary note 1 to 4, wherein the first bump portion includes a plurality of bumps, and the first bump portion is provided.
  • the plurality of bumps of the bump portion of 1 are arranged in a plane so as to draw an arc.
  • One side surface of the optical module includes a support structure for the optical module according to any one of Supplementary note 1 to 5, an optical waveguide and electrodes (11 to 14), and is mounted on the mount. 1), and the electrode is electrically and mechanically connected to the first bump portion.
  • the support structure according to the embodiment of the present disclosure is provided with a second bump portion that is in contact with both the mount and the substrate and is not electrically connected to the electrical wiring of the substrate, so that the substrate is the first bump portion.
  • a portion that is not supported by the optical semiconductor element can be supported by a mount via a second bump portion. Therefore, this support structure can be used for an optical module including a miniaturized optical semiconductor element.
  • Optical semiconductor element 2 mount, 2a recess, 2b ridge part, 3 high frequency electric signal transmission board (board), 4 terminating resistance board (board), 11-14 electrode arm pair (electrode), 31-34 differential line pair (Electrical wiring), 41-44 differential line pair (electrical wiring), 71U upstream side bump (first bump part), 71D-78D downstream side bump (first bump part), 91-95 multi-stage bump part (1st bump part) 2nd bump part), 261 bump (1st bump part), 262 multi-stage bump part (2nd bump part), 271 bump (1st bump part) OM1 optical module, OM2 optical module.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

小型化された光半導体素子を備えることが可能となるような光モジュールのための支持構造を提供する。　光モジュールのための支持構造は、光半導体素子（１）が実装されるマウント（２）と、ドライバＩＣ（５）に電気的に接続される電気配線（３１～３４、４１～４４）を備えた基板（３、４）と、前記基板の前記マウントと対向する面に設けられ、前記電気配線と電気的に接続された第１のバンプ部（７１Ｕ、７１Ｄ～７８Ｄ；２６１、２７１）と、前記マウント及び前記基板の両方に接するように前記基板と前記マウントの間に配置され、前記電気配線と電気的に接続されていない第２のバンプ部（９１～９３、９４～９５）と、を備える。

Description

光モジュールのための支持構造、及び光モジュール
　本開示は、光モジュールのための支持構造、及び同支持構造を備えた光モジュールに関する。
　非特許文献１には、ＭＺＭ（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）チップ上に、高周波電気信号を伝送するフィルタリング回路基板と、終端抵抗が搭載された終端回路基板とが、Ａｕバンプを介してフリップチップ実装された光モジュールが開示されている。この光モジュールによれば、フィルタリング回路基板と終端回路基板がＭＺＭチップに載置されているので、これらのコンポーネントが平面状に配置された場合と比べると実装面積が抑制されている。また、フィルタリング回路基板又は終端回路基板とＭＺＭチップとはバンプを介して接続される構成となっているので、これらのコンポーネントがワイヤで接続された場合と比べると、寄生インダクタンスが抑制されて高周波信号の伝送特性が改善されている。
　このように、従来の光モジュールでは、光半導体素子がその上に載置された基板を支持する構造となっている。そのため、光半導体素子が小型化された場合、小型化された光半導体素子を用いることが困難であるという問題が生じる。すなわち、光半導体素子が基板を支持する面積が縮小されるので、載置される基板を安定して支持することができなくなってしまうという問題がある。
　本開示はこのような問題を解消するためになされたものであり、実施形態の一側面は、小型化された光半導体素子を備えることが可能となるような光モジュールのための支持構造を提供することを目的とする。
　本開示の実施形態による光モジュールのための支持構造の一側面は、光半導体素子が実装されるマウントと、ドライバＩＣに電気的に接続される電気配線を備えた基板と、前記基板の前記マウントと対向する面に設けられ、前記電気配線と電気的に接続された第１のバンプ部と、前記マウント及び前記基板の両方に接するように前記基板と前記マウントの間に配置され、前記電気配線と電気的に接続されていない第２のバンプ部と、を備える。
　本開示の実施形態による光モジュールのための支持構造の前記一側面によれば、光半導体素子を第１のバンプ部に接するように配置することにより、光半導体素子を駆動することができる。また、マウント及び基板の両方に接し、電気配線と電気的に接続されていない第２のバンプ部が備えられているので、基板が第１のバンプ部を介して光半導体素子により支持されない部分について、第２のバンプ部を介してマウントにより支持することができる。したがって、この光モジュールのための支持構造によれば、小型化された光半導体素子を備えることが可能となる。
図１は、実施の形態１による光モジュールの上面図である。 図２は、図１の光モジュールの概念的な断面図である。 図３は、図２の光出力の方向と対向するように見た、光モジュールの側面図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、実施の形態１の光モジュールが備えるバンプの第１の配置例を示す図である。図４Ａが上面図であり、図４Ｂが側面図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、実施の形態１の光モジュールが備えるバンプの第１の配置例を示す図である。図４Ａが上面図であり、図４Ｂが側面図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、実施の形態１の光モジュールが備えるバンプの第２の配置例を示す図である。図５Ａが上面図であり、図５Ｂが側面図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、実施の形態１の光モジュールが備えるバンプの第２の配置例を示す図である。図５Ａが上面図であり、図５Ｂが側面図である。 図６は、実施の形態２による光モジュールの上面図である。理解を容易にするため、光モジュールの上面からは見えないバンプが透視されて示されている。
　以下、本開示の光モジュールのための支持構造、及び同構造を備えた光モジュールについて、添付の図面を参照しつつより詳細に説明する。特に明示的に述べられていない限り、図面において、部材のサイズ、位置、及び部材間の距離は必ずしも縮尺とおりでなく、理解しやすいように誇張されている。
実施の形態１．
１．　構成
　以下、図１から図５を参照して、実施の形態１による光モジュールＯＭ１について説明する。まず、図１から図３を参照して、光モジュールＯＭ１の全体的な構成について説明する。図１は光モジュールＯＭ１の上面図である。図２は、光モジュールＯＭ１の差動線路対３１の線路３１ａ、電極アーム対１１の電極１１ａ、及び差動線路対４１の線路４１ａに沿って描かれた概念的な断面図である。図３は、図２における光出力１０１の方向と対向するように見た光モジュールＯＭ１の側面図である。
　図１及び図２に示されているように、光モジュールＯＭ１は、概略、光半導体素子１と、マウント２と、高周波電気信号伝送基板３と、終端抵抗基板４と、ドライバＩＣ５とを備える。
＜光半導体素子＞
　光半導体素子１は、例えばインジウムリン（ＩｎＰ）からなる光半導体素子である。光半導体素子１は、シリコンやガリウムひ素（ＧａＡｓ）などの他の半導体、又は強誘電体から形成されていてもよい。図１～図３から理解できるように、光半導体素子１の形状は直方体をしている。光半導体素子１の長さ（Ｘ方向に沿った長さ）はマウント２の長さよりも短く、幅（Ｙ方向の長さ）もマウント２の幅よりも短い。
　光半導体素子１上には４つの電極アーム対１１～１４が備えられている。各電極アーム対は光半導体素子１に形成された不図示の光導波路と並走するように設けられた進行波電極であり、２つの光導波路と２つの電極アーム対が１つのマッハツェンダー型変調器（ＭＺ型変調器）を構成する。したがって、光モジュールＯＭ１は２つのＭＺ型変調器を備えている。
　電極アーム対１１及び１２（一方のＭＺ型変調器）が１つの偏波モード（例えば、水平偏波モード）に対応し、電極アーム対１１又は１２の何れか一方がその偏波モードの同相成分の光を、他方がその偏波モードの直交成分の光を変調する。また、電極アーム対１３及び１４（他方のＭＺ型変調器）が他の偏波モード（例えば、垂直偏波モード）に対応し、電極アーム対１３又は１４の何れか一方がその偏波モードの同相成分の光を、他方がその偏波モードの直交成分の光を変調する。
　各電極の一端は、高周波電気信号伝送基板３に形成された、後述する４つの差動線路対３１～３４の対応する線路とバンプを介して電気的に接続されている。各電極の他端は、終端抵抗基板４上に形成された、後述する４つの差動線路対４１～４４の対応する線路とバンプを介して電気的に接続されている。
＜マウント＞
　マウント２は、不図示のマウント、例えばペルチェ素子でできた熱電クーラ（ＴＥＣ）に搭載されるサブマウントであり、例えば窒化アルミニウムなどの熱伝導性の良い材料から形成されている。窒化アルミニウムの熱膨張係数は半導体材料の熱膨張係数と近いため、マウント２を窒化アルミニウムで形成することにより、光半導体素子１が光変調を行う際に生じる熱による歪を抑制できる。
　図２及び図３に示されているように、マウント２には凹部２ａが形成されている。凹部２ａは、マウント２の長さ方向（Ｘ方向）の一方端部と幅方向（Ｙ方向）の両端部とに壁を有し、長さ方向（Ｘ方向）の他端部が開放されて壁を有しない形状をしている。図２及び図３に示されているように、マウント２の高周波電気信号伝送基板３がマウントされる端部には凹部２ａの壁があるが、終端抵抗基板４がマウントされる端部には壁がなく開放されている。
　凹部２ａには、光半導体素子１が不図示の接着剤を用いて搭載されている。光半導体素子１が凹部２ａに搭載された場合に、光半導体素子１の上面１ａと、マウント２の凹部２ａが形成されていないリッジ部２ｂの上面との差が３０～８０μｍとなるように、マウント２が彫り込まれて凹部２ａが形成されている。光半導体素子１の上面１ａの方がリッジ部２ｂの上面よりも高くなるように、凹部２ａが形成されている。このように凹部２ａを形成することにより、光半導体素子１の厚みがばらついた場合であっても、高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４を安定的に接続することができる。すなわち、後述するように、光半導体素子１と高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４との間には１段のバンプを配置し、マウント２と高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４との間には２段以上の多段バンプ部を配置することにより、高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４を安定的に接続することができる。
　また、光半導体素子１と高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４との間では高周波電気信号が伝搬されるので、これらの間に設けるバンプの数を少なくすることにより光半導体素子１と高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４との間の電気的接続を確実にすることができる。一方、マウント２と高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４との間は電気的に接続されないので、これらの間に設けるバンプの数を多くすることによりマウント２と高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４との間の機械的接続を高めることができる。
＜高周波電気信号伝送基板＞
　高周波電気信号伝送基板３は光半導体素子１に高周波信号を伝送する基板であり、例えば窒化アルミニウムから形成されている。窒化アルミニウムの熱膨張係数は半導体材料の熱膨張係数と近いため、高周波電気信号伝送基板３を窒化アルミニウムで形成することにより、光半導体素子１が光変調を行う際に生じる熱による歪を抑制できる。
　高周波電気信号伝送基板３は、高周波信号を伝送する４つの差動線路対３１～３４を備える。差動線路対３１～３４の各線路は、ワイヤ６１～６８を介して、ドライバＩＣ５の対応する電気出力ポート５１～５８と電気的に接続されている。差動線路対３１～３４全体の並び方向（Y方向）の幅はドライバＩＣ５の電気出力ポート５１～５８全体の並び方向（Y方向）の幅と同程度であるのに対し、光半導体素子１の電極アーム対１１～１４全体の並び方向（Y方向）の幅は、ドライバＩＣ５の電気出力ポート５１～５８全体の並び方向（Y方向）の幅よりも小さくなっている。これに応じて、高周波電気信号伝送基板３上に形成された差動線路対３１～３４は、差動線路対３１～３４間の間隔がドライバＩＣ５に対面する側から光半導体素子１に向かって狭くなるように形成されている。
　図２に示されているように、差動線路対３１～３４の各線路は、上流側バンプを介して、光半導体素子１上に形成された電極アーム対１１～１４の対応する電極と電気的に接続されている。より詳しく説明すると、高周波電気信号伝送基板３と光半導体素子１の間には、差動線路対３１～３４の各線路と、電極アーム対１１～１４の対応する電極との両方に電気的に接続される、例えばＡｕでできた８つの１段の上流側バンプが配置されている。Ａｕバンプ以外にも、Ｃｕバンプ、ＳｎＡｇバンプであってもよい。以下のバンプも同様である。図２では、これら８つの１段のバンプのうちの一つである上流側バンプ７１Ｕだけが示されているが、差動線路対３１～３４の８つの線路（又は電極アーム対１１～１４の８つの電極）に対応して８つの上流側バンプが備えられている。各バンプは、例えば全体的に球の形状をしており、最大径が例えば３０～８０μｍである。バンプの形状は、他の形状であってもよく、例えば円柱状であってもよい。バンプはスタッド法や電解めっき法などの公知の技術により形成される。以下のバンプも同様である。
　各差動線路対３１～３４は、高周波電気信号伝送基板３の表裏面に形成される。このことを、差動線路対３１の一線路である線路３１ａに即して説明する。図２に示されているように、線路３１ａは、高周波電気信号伝送基板３の上面（Ｚ方向の面）に形成された、高周波電気信号伝送基板３のドライバＩＣ５と対向する一端からこの一端と反対方向（Ｘ方向）に一定距離延伸する上面線路３１１と、高周波電気信号伝送基板３の下面（－Ｚ方向の面）に形成された、その一端と反対側の他端からその一端の方向（－Ｘ方向）に一定距離延伸する下面線路３１３と、上面線路３１１と下面線路３１３を電気的に接続するビア３１２とを備える。下面線路３１３に上流側バンプ７１Ｕは接続される。差動線路対３１～３４の他の線路も、線路３１ａと同様の構成を有する。このように構成された高周波電気信号伝送基板３の差動線路対３１～３４の各線路は、上流側バンプ（例えば、図２の上流側バンプ７１Ｕ）を介して光半導体素子１の電極アーム対１１～１４の対応する電極と電気的かつ機械的に接続されている。
　また、高周波電気信号伝送基板３と光半導体素子１の間には、差動線路対３１～３４又は電極アーム対１１～１４の何れとも電気的に接続されていない、例えばＡｕでできた１つ以上の１段のバンプ（図２のバンプ８１）が配置されている。高周波電気信号伝送基板３は、このようなバンプ（図２のバンプ８１）を介して光半導体素子１と機械的に接続されている。
　さらに、図２に示されているように、高周波電気信号伝送基板３とマウント２の間には、差動線路対３１～３４又は電極アーム対１１～１４の何れとも電気的に接続されていない、例えばＡｕでできた複数のバンプが高さ方向（Ｚ方向）に少なくとも２段積層された多段バンプ部９１～９３が配置されている。多段バンプ部９１～９３は、凹部２ａが形成されていないリッジ部２ｂの任意の位置に配置される。図２では多段バンプ部９１～９３はドライバＩＣ５と光半導体素子１の間に配置されているが、マウント２の幅方向（±Ｙ方向）の両端のリッジ部２ｂに、図３の多段バンプ９４、９５のような不図示の多段バンプ部が設けられていてもよい。多段バンプ部の数は３つより少なくても多くてもよい。高周波電気信号伝送基板３は、多段バンプ部９１～９３を介してマウント２により機械的に支持されている。
＜終端抵抗基板＞
　終端抵抗基板４は、終端抵抗が搭載された基板であり、例えば窒化アルミニウムから形成されている。窒化アルミニウムの熱膨張係数は半導体材料の熱膨張係数と近いため、終端抵抗基板４を窒化アルミニウムで形成することにより、光半導体素子１が光変調を行う際に生じる熱による歪を抑制できる。
　終端抵抗基板４は、高周波信号を伝送する４つの差動線路対４１～４４と、例えば薄膜抵抗やキャパシタからなる終端抵抗４１１～４１４とを備える。図２に示されているように、差動線路対４１～４４の各線路は、下流側バンプを介して、光半導体素子１上に形成された電極アーム対１１～１４の対応する電極と電気的に接続されている。より詳しく説明すると、図３に示されているように、終端抵抗基板４と光半導体素子１の間には、差動線路対４１～４４の各線路と、電極アーム対１１～１４の対応する電極との両方に電気的に接続される、例えばＡｕでできた８つの１段の下流側バンプ７１Ｄ～７８Ｄが配置されている。なお、図３では、下流側バンプ７１Ｄ～７８Ｄを図示するため、図２に示されているバンプ８２、８３は省略されている。上述した８つの上流側バンプは、図３で示されている下流側バンプ７１Ｄ～７８Ｄの背後に位置している。
　各差動線路対４１～４４は、終端抵抗基板４の表裏面に形成される。このことを、差動線路対４１の一線路である線路４１ａに即して説明する。図２に示されているように、線路４１ａは、終端抵抗基板４の下面（－Ｚ方向の面）に形成された、終端抵抗基板４の一端からこの一端と反対方向（Ｘ方向）に一定距離延伸する下面線路４０１と、終端抵抗基板４の上面（Ｚ方向の面）に形成された、一端が終端抵抗４１１に電気的に接続され、終端抵抗４１１と反対方向（－Ｘ方向）に一定距離延伸する上面線路４０３と、下面線路４０１と上面線路４０３を電気的に接続するビア４０２とを備える。差動線路対４１～４４の他の線路も、線路４１ａと同様の構成を有する。このように構成された終端抵抗基板４の差動線路対４１～４４の各線路は、下流側バンプ７１Ｄ～７８Ｄを介して、光半導体素子１の電極アーム対１１～１４の対応する電極と電気的かつ機械的に接続されている。
　また、終端抵抗基板４と光半導体素子１の間には、差動線路対４１～４４又は電極アーム対１１～１４の何れとも電気的に接続されていない、例えばＡｕでできた１つ以上の１段のバンプ（図２のバンプ８２、８３）が配置されている。終端抵抗基板４は、このようなバンプ（図２のバンプ８２、８３）を介して光半導体素子１と機械的に接続されている。
　さらに、図３に示されているように、終端抵抗基板４とマウント２の間には、差動線路対４１～４４又は電極アーム対１１～１４の何れとも電気的に接続されていない、例えばＡｕでできた複数のバンプが高さ方向（Ｚ方向）に少なくとも２段積層された多段バンプ部９４及び９５が配置されている。これらの多段バンプ部９４及び９５は、マウント２の幅方向（±Ｙ方向）の両端に位置するリッジ部２ｂに配置されている。多段バンプ部は各リッジ部２ｂに２つ以上設けられていてもよい。終端抵抗基板４は、多段バンプ部９４及び９５を介してマウント２により機械的に支持されている。
＜ドライバＩＣ＞
　ドライバＩＣ５は光半導体素子１を駆動する高周波電気信号を供給するＩＣであり、図２に示されているように金属やセラミックなどで構成される土台６上に実装されている。ドライバＩＣ５は、高周波電気信号を出力する電気出力ポート５１～５８を備える。ドライバＩＣ５の電気出力ポート５１～５８が設けられた端部が、高周波電気信号伝送基板３の差動線路対３１～３４の各線路の一端と近接するように、ドライバＩＣ５は高周波電気信号伝送基板３と対向して配置されている。より具体的には、差動線路対３１～３４の各線路の、差動線路対３１～３４と電極アーム対１１～１４とを接続するバンプ（図２のバンプ７１Ｕを含む８つの上流側バンプ）と接続されていない一端と近接するように、ドライバＩＣ５は高周波電気信号伝送基板３と対向して配置されている。電気出力ポート５１～５８と差動線路対３１～３４の線路とは、ワイヤ６１～６８を介して電気的に接続されている。
＜多段バンプ部＞
　図２及び図３に示されている多段バンプ部９１～９５は、多段バンプ部の第１の段（上段）が単一のバンプを、第２の段（下段）が複数のバンプを備えている。他の形態では、各多段バンプ部が上下反転されていてもよい。
　以下、多段バンプ部が取り得る複数の態様について、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、及び図５Ｂを参照して説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、多段バンプ部の第１の段（上段）が単一のバンプ９１４を、第２の段（下段）が３つのバンプ９１１～９１３を備える態様を示す。図４Ａが上面図、図４Ｂが側面図である。第２の段のバンプ９１１～９１３は互いに接するように配置されている。したがって、第２の段のバンプ９１１～９１３は、上面視では図４Ａに示されているように三角形のような形状である。第１の段のバンプ９１４は、第２の段のバンプ９１１～９１３の何れとも接するように配置されている。したがって、図４Ａに示されているように、第１の段のバンプ９１４の中心は、第２の段のバンプ９１１～９１３の各中心を結んでできる三角形の幾何中心と上面視で一致するように配置される。
　図５Ａ及び図５Ｂは、多段バンプ部の第１の段（上段）が単一のバンプ９２５を、第２の段（下段）が４つのバンプ９２１～９２４を備える態様を示す。図５Ａが上面図、図５Ｂが側面図である。第２の段のバンプ９２１～９２４は、上面視では図５Ａに示されているように四角形のような形状となるように配置されている。第２の段のバンプ９２１～９２４の各バンプは、最近傍の２つのバンプと接するように配置されている。第１の段のバンプ９２５は、第２の段のバンプ９２１～９２４の何れとも接するように配置されている。したがって、図５Ａに示されているように、第１の段のバンプ９２５の中心は、第２の段のバンプ９２１～９２４の各中心を結んでできる四角形の幾何中心と上面視で一致するように配置される。
　図４及び図５では、多段バンプ部が２段の場合の例について説明したが、多段バンプ部は３段以上であってもよい。３段以上になる場合は、追加される新たな段は、第２の段の多角形よりも多い画数の多角形のような形状を備える。例えば、図４Ａ、図４Ｂに新たな第３段が追加される場合、この第３段は７つのバンプを備え、上面視で六角形のような形状となる。第１の段のバンプの中心と追加される段の多角形の幾何中心とが上面視で一致するように、新たな段は配置される。
　このような多段バンプ部によれば、マウントされる部材を安定して支持することができる。例えば、第１の段及び第２の段の何れも単一のバンプを備える不図示の多段バンプ部と比べると、本開示の第１の段のバンプは第２の段の３つ又は４つのバンプにより支持されているので、バンプ部の安定性が向上されている。したがって、本開示の多段バンプ部を図２又は図３のように配置することにより、高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４をマウント２により安定して支持することができる。
　また、バンプの形状が球状である場合には、第１の段のバンプが第２の段のバンプの各中心を結んでできる多角形の幾何中心と上面視で一致するような配置とすることにより、実装位置にずれがあった場合でも、ある程度は自己補正して機械的に接合することができる。すなわち、球状の１つのバンプを、三角形状又は四角形状に配置された球状の複数のバンプ上であって三角形又は四角形の中心から少しずれた位置に載置した場合は、載置した１つのバンプは自然とその複数のバンプが形成する三角形又は四角形の中心に移動する。このような自己補正の効果が得られる。
２．　動作
　次に、図２を参照して、光モジュールＯＭ１の動作について説明する。図２において、電気信号の入力１００と光出力１０１が模式的に示されている。外部から入力された電気信号対、例えば実施の形態１では４つの差動信号は、ドライバＩＣ５の電気入力ポートに入力され、ドライバＩＣ５で増幅されたのち、電気出力ポート５１～５８から出力され、ワイヤ６１～６８を介して高周波電気信号伝送基板３上の差動線路対３１～３４に伝わる。差動線路対３１～３４では、上面線路（３１１）、ビア（３１２）、下面線路（３１３）を伝搬し、上流側バンプ（７１Ｕ）を介して光半導体素子１上に形成されたＭＺ型変調器の電極アーム対１１～１４に入射する。電極アーム対１１～１４では、光半導体素子１がもつ電気光学効果（ＥＯ効果）により光導波路の屈折率が変化し、光導波路を伝搬する光が位相変調され、位相変調された光が干渉することにより光導波路を伝搬する光が強度変調される。電気信号は、下流側バンプ７１Ｄ～７８Ｄを介して終端抵抗基板４上の差動線路対４１～４４に伝わり、下面線路（４０１）、ビア（４０２）、上面線路（４０３）を伝搬し、最後は終端抵抗４１１で終端される。一方、電極アーム対１１～１４で変調された光信号は、光半導体素子１内部に形成された光導波路を通って光出力１０１として外部に取り出される。
３．　作用効果
　以上のとおり、光モジュールＯＭ１のための支持構造は、光半導体素子１が実装されるマウント２と、ドライバＩＣ５に電気的に接続される差動線路対３１～３４を備えた高周波電気信号伝送基板３又は差動線路対４１～４４を備えた終端抵抗基板４と、高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４のマウント２と対向する面に設けられ、差動線路対３１～３４又は４１～４４と電気的に接続された第１のバンプ部（７１Ｕ、７１Ｄ～７８Ｄ）と、マウント２及び高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４の両方に接するように高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４とマウント２の間に配置され、差動線路対３１～３４又は４１～４４と電気的に接続されていない多段バンプ部９１～９５と、を備える。
　このように、光モジュールＯＭ１のための支持構造によれば、光半導体素子１を第１のバンプ部（７１Ｕ、７１Ｄ～７８Ｄ）に接するように配置することにより、光半導体素子を駆動することができる。また、マウント２及び高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４の両方に接し、差動線路対３１～３４又は４１～４４と電気的に接続されていない多段バンプ部９１～９５が備えられているので、高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４が第１のバンプ部（７１Ｕ、７１Ｄ～７８Ｄ）を介して光半導体素子１により支持されない部分について、多段バンプ部９１～９５を介してマウント２により支持することができる。したがって、この光モジュールＯＭ１のための支持構造によれば、小型化された光半導体素子を備えることが可能となる。なお、非特許文献１に開示された光モジュールと本開示の光モジュールＯＭ１との対比から明らかなように、光半導体素子１が高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４の全体を支持していない点で、非特許文献１のＭＺＭチップよりも小型化されている。
　また、多段バンプ部９１～９５は、差動線路対３１～３４又は４１～４４と電気的に接続されていないので、光半導体素子１を駆動するドライバＩＣ５を、光半導体素子１から離れた位置に配置することが可能となる。したがって、本支持構造を備えた光モジュールＯＭ１の動作がより安定する。
　また、この光モジュールＯＭ１のための支持構造によれば、光半導体素子がより小型化された場合には多段バンプ部をより多く設けることにより高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４を支持できるので、光モジュールＯＭ１の部材のうち、光半導体素子１以外の部材の仕様を可及的に維持したまま、より小型化された光半導体素子に適応することができる。
　また、多段バンプ部９１～９５は、単一のバンプ９１４又は９２５を備えた第１の段のバンプ部と、３つのバンプ９１１～９１３又は４つのバンプ９２１～９２４を備えた第２の段のバンプ部と、を備えた少なくとも１組の多段バンプ部を備え、第２の段のバンプ部の３つ又は４つのバンプは、隣り合うバンプに接するように面状に配置されており、第１の段のバンプ部の単一のバンプは、第２の段のバンプ部の３つ又は４つのバンプの何れにも接し、かつ高周波電気信号伝送基板３又は終端抵抗基板４に接するように配置されている。したがって、複数の段の各々が単一のバンプを備える場合に比して、機械的安定性を向上することができる。
　なお、マウント２、高周波電気信号伝送基板３、終端抵抗基板４については、アルミナでできていてもよいし、石英のようなガラス、ガラスセラミックスでできていてもよい。これらの材料では、熱膨張係数は光半導体材料とは異なるため、熱による歪の影響は大きくなってしまうが、熱伝導率が小さいため、光半導体材料に流入する熱量を抑制できるという効果がある。
実施の形態２．
　次に、実施の形態１の変形例である実施の形態２について、図６を参照して説明する。実施の形態１の部材と同様の部材については同様の番号を付して重複する説明を省略する。図６は、光モジュールＯＭ２の上面図である。理解を容易にするため、光モジュールＯＭ２の上方からは実際には見えないバンプ２６１及び多段バンプ部２６２、並びにバンプ２７１、２７２についても併せて示されている。
　光モジュールＯＭ２では、バンプ２６１及び多段バンプ部２６２は、高周波電気信号伝送基板３の中心を基準として、上面視で円形となるように配置されている。高周波電気信号伝送基板３の下側にある黒く塗りつぶされた８つのバンプ２６１は、高周波電気信号伝送基板３と光半導体素子１を、電気的かつ機械的に接続する１段のバンプである。バンプ２６１は、上面視で弧を描くように面状に配置されている。
　高周波電気信号伝送基板３の下側にある点線で示された多段バンプ部２６２は、高周波電気信号伝送基板３とマウント２を機械的に接続する。図６では、多段バンプ部２６２の上段の単一バンプのみを示している。多段バンプ部が高周波電気信号伝送基板３とマウント２を電気的に接続しないこと、実施の形態１の場合と同様である。多段バンプ部２６２は、上面視で弧を描くように面状に配置されている。
　また、バンプ２７１、２７２は、終端抵抗基板４の中心を基準として、上面視で楕円となるように配置されている。終端抵抗基板４の下側にある黒く塗りつぶされた８つのバンプ２７１は、終端抵抗基板４と光半導体素子１を、電気的かつ機械的に接続する１段のバンプである。バンプ２７１は、上面視で弧を描くように面状に配置されている。
　終端抵抗基板４の下側にある点線で示されたバンプ２７２は、終端抵抗基板４と光半導体素子１を機械的に接続する１段のバンプである。バンプ２７２は、上面視で弧を描くように面状に配置されている。
　なお、図示は省略しているが、終端抵抗基板４とマウント２の間に、図３に示した多段バンプ９４、９５が設けられていてもよい。
　熱による膨張又は収縮は部材の中心から放射状に広がるようにして生じるため、このようなバンプの配置構成とすることで、熱による歪に対して高い機械的安定性を得ることができる。
付記．
　上記で説明した光モジュールのための支持構造、及び光モジュールの態様の側面の幾つかについて、以下にて整理する。
＜付記１＞
　光モジュールのための支持構造の一側面は、光半導体素子（１）が実装されるマウント（２）と、ドライバＩＣ（５）に電気的に接続される電気配線（３１～３４、４１～４４）を備えた基板（３、４）と、前記基板の前記マウントと対向する面に設けられ、前記電気配線と電気的に接続された第１のバンプ部（７１Ｕ、７１Ｄ～７８Ｄ；２６１、２７１）と、前記マウント及び前記基板の両方に接するように前記基板と前記マウントの間に配置され、前記電気配線と電気的に接続されていない第２のバンプ部（９１～９３、９４～９５；２６２）と、を備える。
＜付記２＞
　光モジュールのための支持構造の一側面は、付記１に記載の光モジュールのための支持構造であって、前記第２のバンプ部は、単一のバンプ（９１４、９２５）を備えた第１の段のバンプ部と、３つ又は４つのバンプ（９１１～９１３、９２１～９２４）を備えた第２の段のバンプ部と、を備えた少なくとも１組の多段バンプ部を備え、前記第２の段のバンプ部の前記３つ又は４つのバンプは、隣り合うバンプに接するように面状に配置されており、前記第１の段のバンプ部の前記単一のバンプは、前記第２の段のバンプ部の前記３つ又は４つのバンプの何れにも接し、かつ前記基板に接するように配置されている。
＜付記３＞
　光モジュールのための支持構造の一側面は、付記１又は２に記載の光モジュールのための支持構造であって、前記マウントは、前記基板と対向する面に凹みが形成された凹部（２ａ）と、凹みが形成されていないリッジ部（２ｂ）とを備え、前記第２のバンプ部は前記リッジ部に接するように設けられている。
＜付記４＞
　光モジュールのための支持構造の一側面は、付記２又は３に記載の光モジュールのための支持構造であって、前記少なくとも１組の多段バンプ部は、複数の組の多段バンプ部を備え、前記複数の組の多段バンプ部は、弧を描くように面状に配置されている。
＜付記５＞
　光モジュールのための支持構造の一側面は、付記１から４の何れか１つに記載の光モジュールのための支持構造であって、前記第１のバンプ部は複数のバンプを備え、前記第１のバンプ部の前記複数のバンプは、弧を描くように面状に配置されている。
＜付記６＞
　光モジュールの一側面は、付記１から５の何れか１つに記載の光モジュールのための支持構造と、光導波路と電極（１１～１４）を備え、前記マウントに実装された光半導体素子（１）と、を備え、前記電極は前記第１のバンプ部と電気的かつ機械的に接続されている。
　なお、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
　本開示の実施の形態による支持構造は、マウント及び基板の両方に接し、基板の電気配線と電気的に接続されていない第２のバンプ部が備えられているので、基板が第１のバンプ部を介して光半導体素子により支持されない部分について、第２のバンプ部を介してマウントにより支持することができる。したがって、この支持構造は、小型化された光半導体素子を備える光モジュールに利用することができる。
１　光半導体素子、２　マウント、２ａ　凹部、２ｂ　リッジ部、３　高周波電気信号伝送基板（基板）、４　終端抵抗基板（基板）、１１～１４　電極アーム対（電極）、３１～３４　差動線路対（電気配線）、４１～４４　差動線路対（電気配線）、７１Ｕ　上流側バンプ（第１のバンプ部）、７１Ｄ～７８Ｄ　下流側バンプ（第１のバンプ部）、９１～９５　多段バンプ部（第２のバンプ部）、２６１　バンプ（第１のバンプ部）、２６２　多段バンプ部（第２のバンプ部）、２７１　バンプ（第１のバンプ部）ＯＭ１　光モジュール、ＯＭ２　光モジュール。

Claims (15)

  1. 　光半導体素子が実装されるマウントと、
    　ドライバＩＣに電気的に接続される電気配線を備えた基板と、
    　前記基板の前記マウントと対向する面に設けられ、前記電気配線と電気的に接続された第１のバンプ部と、
    　前記マウント及び前記基板の両方に接するように前記基板と前記マウントの間に配置され、前記電気配線と電気的に接続されていない第２のバンプ部と、
    を備えた光モジュールのための支持構造。
  2. 　前記第２のバンプ部は、単一のバンプを備えた第１の段のバンプ部と、３つ又は４つのバンプを備えた第２の段のバンプ部と、を備えた少なくとも１組の多段バンプ部を備え、
    　前記第２の段のバンプ部の前記３つ又は４つのバンプは、隣り合うバンプに接するように面状に配置されており、
    　前記第１の段のバンプ部の前記単一のバンプは、前記第２の段のバンプ部の前記３つ又は４つのバンプの何れにも接し、かつ前記基板に接するように配置されている、請求項１に記載の光モジュールのための支持構造。
  3. 　前記マウントは、前記基板と対向する面に凹みが形成された凹部と、凹みが形成されていないリッジ部とを備え、
    　前記第２のバンプ部は前記リッジ部に接するように設けられている、請求項１に記載の光モジュールのための支持構造。
  4. 　前記マウントは、前記基板と対向する面に凹みが形成された凹部と、凹みが形成されていないリッジ部とを備え、
    　前記第２のバンプ部は前記リッジ部に接するように設けられている、請求項２に記載の光モジュールのための支持構造。
  5. 　前記少なくとも１組の多段バンプ部は、複数の組の多段バンプ部を備え、
    　前記複数の組の多段バンプ部は、弧を描くように面状に配置されている、請求項２に記載の光モジュールのための支持構造。
  6. 　前記少なくとも１組の多段バンプ部は、複数の組の多段バンプ部を備え、
    　前記複数の組の多段バンプ部は、弧を描くように面状に配置されている、請求項３に記載の光モジュールのための支持構造。
  7. 　前記少なくとも１組の多段バンプ部は、複数の組の多段バンプ部を備え、
    　前記複数の組の多段バンプ部は、弧を描くように面状に配置されている、請求項４に記載の光モジュールのための支持構造。
  8. 　前記第１のバンプ部は複数のバンプを備え、
    　前記第１のバンプ部の前記複数のバンプは、弧を描くように面状に配置されている、請求項１に記載の光モジュールのための支持構造。
  9. 　前記第１のバンプ部は複数のバンプを備え、
    　前記第１のバンプ部の前記複数のバンプは、弧を描くように面状に配置されている、請求項２に記載の光モジュールのための支持構造。
  10. 　前記第１のバンプ部は複数のバンプを備え、
    　前記第１のバンプ部の前記複数のバンプは、弧を描くように面状に配置されている、請求項３に記載の光モジュールのための支持構造。
  11. 　前記第１のバンプ部は複数のバンプを備え、
    　前記第１のバンプ部の前記複数のバンプは、弧を描くように面状に配置されている、請求項４に記載の光モジュールのための支持構造。
  12. 　前記第１のバンプ部は複数のバンプを備え、
    　前記第１のバンプ部の前記複数のバンプは、弧を描くように面状に配置されている、請求項５に記載の光モジュールのための支持構造。
  13. 　前記第１のバンプ部は複数のバンプを備え、
    　前記第１のバンプ部の前記複数のバンプは、弧を描くように面状に配置されている、請求項６に記載の光モジュールのための支持構造。
  14. 　前記第１のバンプ部は複数のバンプを備え、
    　前記第１のバンプ部の前記複数のバンプは、弧を描くように面状に配置されている、請求項７に記載の光モジュールのための支持構造。
  15. 　請求項１から１４の何れか１項に記載の光モジュールのための支持構造と、
    　光導波路と電極を備え、前記マウントに実装された光半導体素子と、
    を備え、
    　前記電極は前記第１のバンプ部と電気的かつ機械的に接続されている、光モジュール。
PCT/JP2020/032292 2020-08-27 2020-08-27 光モジュールのための支持構造、及び光モジュール WO2022044180A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/032292 WO2022044180A1 (ja) 2020-08-27 2020-08-27 光モジュールのための支持構造、及び光モジュール

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/032292 WO2022044180A1 (ja) 2020-08-27 2020-08-27 光モジュールのための支持構造、及び光モジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022044180A1 true WO2022044180A1 (ja) 2022-03-03

Family

ID=80352893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/032292 WO2022044180A1 (ja) 2020-08-27 2020-08-27 光モジュールのための支持構造、及び光モジュール

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2022044180A1 (ja)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001337242A (ja) * 2000-05-25 2001-12-07 Minolta Co Ltd 光結合回路の製造方法
JP2003179100A (ja) * 2001-10-05 2003-06-27 Nec Corp 電子部品の製造装置および電子部品の製造方法
JP2007134356A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体実装装置
US20070279077A1 (en) * 2006-05-30 2007-12-06 Touchdown Technologies, Inc Stacked Contact Bump
JP2009260247A (ja) * 2008-03-19 2009-11-05 Fujitsu Ltd 電子部品及び電子部品の製造方法
JP2015055669A (ja) * 2013-09-10 2015-03-23 株式会社フジクラ 光変調器モジュール
US20150131940A1 (en) * 2012-04-16 2015-05-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Integrated optical sub-assembly
JP2016034130A (ja) * 2014-07-30 2016-03-10 太陽誘電株式会社 弾性波デバイス及びその製造方法
US20170194308A1 (en) * 2016-01-04 2017-07-06 Infinera Corporation Photonic integrated circuit package
WO2019239683A1 (ja) * 2018-06-14 2019-12-19 三菱電機株式会社 光変調器及び光送信モジュール

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001337242A (ja) * 2000-05-25 2001-12-07 Minolta Co Ltd 光結合回路の製造方法
JP2003179100A (ja) * 2001-10-05 2003-06-27 Nec Corp 電子部品の製造装置および電子部品の製造方法
JP2007134356A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体実装装置
US20070279077A1 (en) * 2006-05-30 2007-12-06 Touchdown Technologies, Inc Stacked Contact Bump
JP2009260247A (ja) * 2008-03-19 2009-11-05 Fujitsu Ltd 電子部品及び電子部品の製造方法
US20150131940A1 (en) * 2012-04-16 2015-05-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Integrated optical sub-assembly
JP2015055669A (ja) * 2013-09-10 2015-03-23 株式会社フジクラ 光変調器モジュール
JP2016034130A (ja) * 2014-07-30 2016-03-10 太陽誘電株式会社 弾性波デバイス及びその製造方法
US20170194308A1 (en) * 2016-01-04 2017-07-06 Infinera Corporation Photonic integrated circuit package
WO2019239683A1 (ja) * 2018-06-14 2019-12-19 三菱電機株式会社 光変調器及び光送信モジュール

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9664979B2 (en) Hybrid integration using folded Mach-Zehnder modulator array block
US11940708B2 (en) Optical modulator
JP6567541B2 (ja) 電気光学変調器装置
US10558064B2 (en) Optical communication module and optical modulator used therein
WO2015122189A1 (ja) 光モジュール
JP2020178117A (ja) 光変調器キャリア組立体及び光モジュール
JP2014197054A (ja) 光変調器
JP6315041B2 (ja) 光変調器
JP5861724B2 (ja) 光デバイス
WO2022044180A1 (ja) 光モジュールのための支持構造、及び光モジュール
WO2014133193A1 (en) Optical module including semiconductor optical modulator
US7042306B2 (en) Three dimensional multimode and optical coupling devices
US20160216539A1 (en) Optical module
JP2015102686A (ja) 光変調器
CN114077009B (zh) 光波导器件
US11828995B2 (en) Silicon photonics based fiber coupler
JP2006072171A (ja) 光モジュール
US20220057661A1 (en) Optical waveguide element and optical waveguide device
JP2017181851A (ja) 光変調器
JP7468279B2 (ja) 光変調器とそれを用いた光送信装置
WO2021060087A1 (ja) 光変調器及びそれを用いた光送信装置
JP5745478B2 (ja) 光モジュール
JP7495359B2 (ja) 光モジュール
JP2017198908A (ja) 光送信装置及び光変調器
WO2023105641A1 (ja) 光回路

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20951433

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20951433

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP