WO2000008505A1 - Optical module - Google Patents

Description

明細書

光モジュール

技術分野

この発明は、 光素子、 光導波路等がハイブリッ ド集積される光モジュールに関 する。

背景技術

光モジュールは、 電気から光、 又は光から電気への変換を行う装置のことであ る。 光モジュールは、 光素子、 光導波路、 電気回路等がハイブリッド集積された 構造をしている。 光モジュールは、 例えば、 光ファイバ通信システムにおいて使 われる。

図 3は、 従来の光モジュ一ルの光導波路と光素子との配置関係を示す模式図で ある。 これは、 光技術コンタクト Vol. 3 6、 No.4 ( 1 9 9 8 ) に開示されてい る。 実装基板 4 0の主表面には、 凹部 4 2が設けられている。 凹部 4 2に光素子 4 4が載置されている。 実装基板 4 0の主表面上には、 光導波路 4 6が取り付け られている。 光導波路 4 6の端部 4 8は、 光素子 4 4上に位置している。 端部 4 8は、 ミラ一となっている。 光素子 4 4から出射された光 5 0は、 端部 4 8で反 射されて、 光導波路 4 6のコア 5 2に入る。 光 5 0は、 コア 5 2内を矢印方向に 進み、 光ファイバ等に伝送される。

しかしながら、 光素子と実装基板との実装の際のァライメント精度、 並びに光 素子の実装された実装基板と光導波路とのァライメント精度の両方が要求される。 特に、 光ファイバ等のプラスマイナス l〜5〃m程度の位置合わせ精度が要求さ れる光モジュールについては、 ァライメント精度が要求される箇所をできるだけ 減らしたい要請がある。

また、 電子機器の小型、 軽量化の要求により、 光モジュールの小型化、 軽量化 並びに低コスト化が求められている。

この発明は、 かかる課題を解決するためになされたものである。 この発明の目 的は、 小型軽量化が可能な光モジュールを提供することである。 発明の開示

( 1 ) この発明に係る光モジュールは、 主表面を有する実装部材と、 前記実装 部材に形成された配線と、 前記主表面上に取り付けられ、 前記配線と電気的に接 続された光素子と、 を備え、

前記実装部材が、 前記光素子から出射された光又は前記光素子へ入射される光 を導波する光導波路である。

従来の光モジュールは、 実装部材の上に、 実装部材とは別体の光導波路を取り 付けていた。 これに対して、 この発明は、 実装部材と光導波路とが同一部材であ る。 よって、 光モジュールを薄くできる。 この結果、 光モジュールの小型化及び 軽量化が可能となる。

また、 従来の光モジュールでは、 位置合わせに関係する部材は、 実装部材、 光 導波路及び光素子の三つである。 これに対して、 この発明は、 実装部材 （光導波 路） と光素子の二つである。 よって、 この発明では、 光素子の位置合わせが容易 となり、 接合精度を向上させることができる。

この発明において、 前記光素子の光の入射口又は出射口は、 前記主表面に相対 向するように配置されていてもよい。 このような光素子として、 例えば、 面発光 レーザがある。

この発明において、 光導波路に光反射部材が設けられてもよい。 光反射部材を 介して、 光素子と光導波路とにおける光の伝送がおこなわれる。

( 2 ) この発明は、 光を出射又は入射する光素子と、 主表面を有し、 光素子が 主表面に実装され、 かつ光素子から出射又は光素子に入射するべく光を導波する 光導波路と、 を有する光モジュールである。

この発明は、 （ 1 ) の発明と同じ効果を有する。

この発明において、 光素子の光を出射又は入射する部位が光導波路に対して相 対向する向きになるように、 かつベアチップ実装されるとともに、 光素子と光導 波路との間には、 光透過性の接着部材が介在された状態で光素子と光導波路とが 固定されてもよい。

ベアチップ実装は、 パッケージ実装よりも小型軽量化を図ることができる。 こ の態様では、 光素子がベアチップ実装されているので、 光モジュールをより小型 軽量化することが可能となる。 また、 光透過性の接着部材で、 光素子と光導波路 とを固定している。 これにより、 光素子と光導波路とを固定し、 かつ光素子と光 導波路との間の光路を確保することができる。

この発明において、 光導波路は、 光の進行方向を変更する変更部を有し、 光素 子は、 変更部と相重なる位置にあってもよい。 これにより、 光の進行方向の変更 を効率的に行える。

また、 光導波路に変更部が形成されており、 光素子は変更部を有する光導波路 に直接実装される。 これにより、 光素子と変更部との相対的位置 （距離等） を常 に一定に保つことができるので、 変更部に対して焦点がずれることがなくなる。 —方、 先行例では、 光導波路上に直接光素子が搭載され実装されていないので、 光導波路と光素子とは離れて配置されることになる。 このため、 両者は、 仮に他 の部位において固定したとしても、 両者間の相対的位置が変わる可能性がある。 よって、 たとえ位置合わせの際に、 位置を合わせることができたとしても、 その 後の各種要因 （熱、 外力等） により、 位置ずれが生じる可能性がある。

なお、 「変更部と相重なる位置に」 とある力 ^s、 ここでいう 「相重なる」 とは、 光素子又は変更部から投影状にみたときに、 双方が重なる状態にみえる位置に双 方が配置されることをいうのである。

この発明において、 光導波路の主表面には、 光素子とは異なる半導体素子がさ らに搭載されるとともに、 光素子及び半導体素子を一体封止する樹脂を有しても よい。

光素子及び半導体素子を光導波路の主表面に搭載すると、 両者を接続する配線 を短くできる。 また、 実装基板側の配線形成が単層で可能となり、 配線形成が容 易となる。 また、 樹脂で光素子及び半導体素子を一体封止すると、 光モジュール の強度を向上させることができる。 また、 光素子及び半導体素子をハイブリッ ト すると、 光モジュールの集積度を向上させることができる。 また、 この集積度の 向上により、 コストを下げることができる。

樹脂は、 遮光性を有してもよい。 半導体素子に光があたると、 半導体素子が誤 動作する可能性がある。 遮光性を有する樹脂で、 半導体素子を封止することによ り、 誤動作を防ぐことができる。

半導体素子は、 光素子を駆動する機能を有してもよい。

光素子及び光素子を駆動又は制御する半導体素子が、 光導波路の主表面に搭載 されているので、 光モジュールを高付加のモジュールにすることができる。 また、 光モジュールの高集積化及び低コスト化を図ることもできる。

光導波路の主表面上に直接回路を積層形成していてもよい。 光導波路の主表面 上に直接回路を積層形成すると、 半導体素子の実装が不要となる。 よって、 異な る部品どうしの接続信頼性を考慮する必要がなくなる。 また、 I C素子どうしの 接続において、 接続箇所をなくすことができ、 これにより、 配線のインピーダン ス特性及びノィズ特性を良好にできるとともに、 遅延の影響を最小限にすること ができる。 また、 光導波路の主表面における集積度を向上させることができ、 光 モジュ一ルの高集積化及び低コスト化を図ることができる。

( 3 ) この発明は、 光素子と、 光素子から出射された光又は光素子へ入射され る光を導波する光導波機能を含むとともに、 光素子又はそれに付随する半導体素 子に対し電気的な接続がなされる実装部材と、 を有する光モジュールである。 この発明は、 （ 1 ) の発明と同じ効果を有する。

( 4 ) この発明は、 主表面及び側面を有する実装部材と、 主表面に実装された 光素子と、 を備えた光モジュールにおいて、 実装部材が光導波路の機能を有し、 光導波路の光入出力端子が実装部材の側面にある。

この発明は、 （ 1 ) の発明と同じ効果を有する。 なお、 光入出力端子とは、 光 が入力する端子、 光が出力する端子又は光が入出力する端子を意味する。

なお、 光素子には、 光を発光する素子、 光を受光する素子のいずれの素子も含 まれる。 実装部材は、 光素子を実装することができる部材であれば、 板状、 フィ ルム状等どのような形態でもよい。 図面の簡単な説明

図 1は、 この発明の一実施の形態にかかる光モジュールの断面の模式図であり、 図 2は、 この発明の一実施の形態にかかる光モジュ一ルの平面の模式図であり、 図 3は、 従来の光モジュールの光導波路と光素子との配置関係を示す模式図であ る o 発明を実施するための最良の形態

(構造の説明）

図 1は、 この発明の一実施の形態にかかる光モジュールの断面の模式図である。 図 2は、 その平面の模式図である。 ガラス製の実装基板 1 0は、 光導波路を兼ね ている。 よって、 実装基板 1 0の内部には、 実装基板 1 0における光素子の搭載 面に沿ってコア 1 2、 クラッ ド 1 4が形成されている。 コア 1 2、 クラッド 1 4 は、 薄膜形成技術、 フォトリソグラフィ等を用いて、 実装基板 1' 0中に形成され る。

光導波路の一方の端部 1 8は、 光を 9 0度屈折する 4 5度ミラ一となっている。 4 5度ミラ一は、 例えば 9 0度 V字型ダイヤモンドソ一を用いて、 光導波路の端 部 1 8を切削加工することにより作製される。 実装基板 1 0の側面であって光導 波路の他方の端部に、 光出力端子 2 9が位置している。 光はコア 1 2を導波し、 光出力端子 2 9から出力される。

実装基板 1 0には、 金属箔等からなる配線 1 6 a、 1 6 b、 1 6 cが形成され ている。 本実施の形態では、 実装基板 1 0の主表面上に配線 1 6 a、 1 6 b、 1 6 cが形成されている力 これらは、 実装基板 1 0の側面に形成してもよい。 あ るいは、 実装基板 1 0の主表面とは反対側の面 （裏面） に、 配線を形成し、 実装 基板 1 0に形成されたスルーホールなどを介して、 主表面との電気的な接続を図 つてもよい。 または、 実装基板 1 0の主表面、 側面及び裏面のうち、 いずれかの 2面又は全ての面に配線を形成してもよい。 なお、 実装基板 1 0の最も広い面が 主表面であることが多いが、 最も広い面でなくても光素子を実装可能な面が主表 面である。

半導体チップ 2 0が、 フリップチップによって配線 1 6 a、 1 6 cに電気的に 接続されている。 すなわち、 半導体チップ 2 0の電極に金属バンプが形成され、 半導体チヅプ 2 0がフヱ一スダウンで、 配線基板となる実装基板 1 0に接続され ている。 半導体チップ 2 0には、 例えば C M O S回路が形成されている。 配線 1 6 cは、 電気入出力端子となる。 本実施の形態では、 1つの半導体チップ 2 0が 取り付けられているが、 複数の半導体チップ 2 0を取り付けてもよい。 例えば、 複数の光素子の個々に対応するように、 複数の半導体チップ 2 0を取り付けても よい。

面発光レーザ 2 2は、 フリップチップによって配線 1 6 bに電気的に接続され ている。 面発光レーザ 2 2の一方の面には、 電極 2 4が形成されている。 他方の 面には、 電極 2 6、 光の出射口 2 8が形成されている。 出射口 2 8から出た光が 端部 1 8で反射してコア 1 2を通るように、 面発光レーザ 2 2が実装基板 1 0の 主表面上に配置されている。 電極 2 6と配線 1 6 bとが電気的に接続されている。 出射口 2 8、 電極 2 6は、 光透過性を有する透明樹脂 3 4によって封止されてい る。 透明樹脂 3 4は、 光透過性シリコーン樹脂である。 電極 2 4は、 ワイヤ 3 0 によって配線 1 6 aに電気的に接続されている。 本実施の形態では、 複数の光素 子の例として、 複数の面発光レーザ 2 2が設けられているが、 本発明はこれに限 定されない。 例えば、 1つの光素子を設け、 この光素子が複数の光の入射口又は 出射口を有していてもよい。 もちろん、 単数の光の入射口又は出射口を有する 1 つの光素子を設けてもよい。

半導体チップ 2 0、 面発光レーザ 2 2は遮光性を有する樹脂 3 6によって封止 されている。 ただし、 樹脂 3 6は、 光素子 （例えば面発光レーザ 2 2 ) と光導波 路 （例えばコア 1 2 ) との間の光の経路を妨げないように設けられている。 樹脂 3 6は、 エポキシレジンである。 エポキシレジンの成分は、 1 0〜5 0パーセン 卜のエポキシと 9 0〜5 0パ一セントのフイラ一 （シリカ等） である。 この実施 の形態では、 三本の光導波路が並列配置されている。 すなわち、 三本の光導波路 となる三本のコア 1 2が、 実装基板 1 0の内部に形成されている。 また、 三本の コア 1 2 (光導波路） は平行に配置されており、 それそれのコア 1 2 (光導波 路） の光出力端子 2 9は、 実装基板 1 0の同一の側面に形成されている。 そして、 各光導波路と接続される三個の面発光レーザ 2 2力、 実装基板 1 0において、 光 P99/03927

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出力端子 2 9から離れた端部上に実装されている。

(動作の説明）

半導体チヅプ 2 0からの電気信号が、 面発光レーザ 2 2に伝わる。 これにより、 面発光レーザ 2 2が光 3 2を発振する。 光 3 2は、 出射口 2 8から出射され、 光 導波路の端部 1 8で、 9 0度反射される。 そして、 コア 1 2中を矢印方向に進み、 光出力端子 2 9を介して光ファイバ等に伝送される。

(効果の説明）

この実施の形態では、 実装基板 1 0は、 光導波路を兼ねている。 よって、 光モ ジュールを薄くできる。 この結果、 光モジュールの小型化及び軽量化が可能とな る。

また、 この実施の形態において、 光導波路と面発光レーザ 2 2とを位置合わせ するときに、 位置合わせに関係する部材は、 実装基板 1 0 (光導波路） と面発光 レーザ 2 2の二つである。 よって、 従来は複雑で、 時間のかかった面発光レーザ と光導波路との接合が簡略化され、 かつ接合強度も向上させることができる。 ま た、 それに伴い、 接合に関するコストを低減させることができる。

(その他）

この実施の形態では、 4 5度ミラーで光の進行方向を変更している。 しかしな がら、 この発明はこれに限定されず、 この発明に適用可能な光の進行方向を変更 できる部品ならば、 他の部品でもよい。

この実施の形態では、 導波路の端部で光の進行方向を変更している。 しかしな がら、 この発明はこれに限定されず、 導波路の端部以外の部分で、 光の進行方向 を変更してもよい。

この実施の形態において、 面発光レーザ 2 2は、 光導波路に光を入射させなけ らばならないので、 面発光レーザ 2 2の実装位置は制限される。 しかし、 半導体 チップ 2 0は、 実装基板 1 0の主表面ならば、 どの位置でも、 実装可能である。 この実施の形態では、 面発光レーザ 2 2、 半導体チップ 2 0をフリヅプチップ によって、 実装基板 1 0に実装している。 しかしながら、 この発明はこれに限定 されず、 面発光レーザ 2 2又は半導体チップ 2 0の実装には、 フヱ一スアップボ ンディング等を適用してもよい。

この実施の形態では、 半導体チップ 2 0が実装基板 1 0に実装されている。 し かしながら、 この発明はこれに限定されず、 実装基板 1 0の主表面上に、 薄膜ト ランジス夕で回路を形成し、 これを半導体チップ 2 0の代わりにしてもよい。 ま た、 この薄膜トランジスタの回路と半導体チップ 2 0とで、 面発光レーザ 2 2に 信号を送る回路としてもよい。

この実施の形態では、 実装基板 1 0はガラス製である。 しかしながら、 この発 明はこれに限定されず、 ポリマ等からなるフィルムを実装基板 1 0としてもよい。 この実施の形態では、 面発光レーザ 2 2を光素子としている。 しかしながら、 この発明はこれに限定されず、 レーザダイオード、 フォトダイオード等他の光素 子を用いてもよい。

Claims

請求の範囲

1 . 主表面を有する実装部材と、 前記実装部材に形成された配線と、 前記主表面 上に取り付けられ、 前記配線と電気的に接続された光素子と、 を備え、

前記実装部材が、 前記光素子から出射された光又は前記光素子へ入射される光 を導波する光導波路である光モジュール。

2 . 請求項 1に記載の光モジュールにおいて、

前記光素子の光の入射口又は出射口は、 前記主表面に相対向するように配置さ れている光モジュール。

3 . 請求項 2に記載の光モジュールにおいて、

前記光導波路に光反射部材が設けられ、

前記光反射部材を介して、 前記光素子と前記光導波路とにおける光の伝送が行 われる光モジュール。

4 . 光を出射又は入射する光素子と、

主表面を有し、 前記光素子が前記主表面に実装され、 かつ前記光素子から出射 又は前記光素子に入射するべく前記光を導波する光導波路と、

を有する光モジュール。

5 . 請求項 4に記載の光モジュールにおいて、

前記光素子の前記光を出射又は入射する部位が前記光導波路に対して相対向す る向きになるように、 かつベアチップ実装されるとともに、 前記光素子と前記光 導波路との間には、 光透過性の接着部材が介在された状態で前記光素子と前記光 導波路とが固定されている光モジュール。

6 . 請求項 5に記載の光モジュールにおいて、

前記光導波路は、 前記光の進行方向を変更する変更部を有し、

前記光素子は、 前記変更部と相重なる位置にある光モジュ一ル。

7 . 請求項 4に記載の光モジュールにおいて、

前記主表面には、 前記光素子とは異なる半導体素子がさらに搭載されるととも に、 前記光素子及び前記半導体素子を一体封止する樹脂を有する光モジュール。

8 . 請求項 5に記載の光モジュールにおいて、 前記主表面には、 前記光素子とは異なる半導体素子がさらに搭載されるととも に、 前記光素子及び前記半導体素子を一体封止する樹脂を有する光モジュール。

9 . 請求項 6に記載の光モジュールにおいて、

前記主表面には、 前記光素子とは異なる半導体素子がさらに搭載されるととも に、 前記光素子及び前記半導体素子を一体封止する樹脂を有する光モジュール。

1 0 . 請求項 7に記載の光モジュールにおいて、

前記樹脂は、 遮光性を有する光モジュール。

1 1 . 請求項 8に記載の光モジュールにおいて、

前記樹脂は、 遮光性を有する光モジュール。

1 2 . 請求項 9に記載の光モジュールにおいて、

前記樹脂は、 遮光性を有する光モジュール。

1 3 . 請求項 7に記載の光モジュールにおいて、

前記半導体素子は、 前記光素子を駆動する機能を有する光モジュール。

1 4 . 請求項 8に記載の光モジュールにおいて、

前記半導体素子は、 前記光素子を駆動する機能を有する光モジュール。

1 5 . 請求項 9に記載の光モジュールにおいて、

前記半導体素子は、 前記光素子を駆動する機能を有する光モジュール。

1 6 . 請求項 4から 1 5のいずれかに記載の光モジュールにおいて、

前記主表面上に直接回路を積層形成している光モジュール。

1 7 . 光素子と、

前記光素子から出射された光又は前記光素子へ入射される光を導波する光導波 機能を含むとともに、 前記光素子又はそれに付随する半導体素子に対し電気的な 接続がなされる実装部材と、

を有する光モジュール。

1 8 . 主表面及び側面を有する実装部材と、

前記主表面に実装された光素子と、

を備え、

前記実装部材が光導波路の機能を有し、 前記光導波路の光入出力端子が前記側 面にあることを特徴とする光モジュール。