JP2001318283A - Optical module - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡便な構成で、光ファイバの破断を極力防止
し、光ファイバと光素子との接続を正確に行なうことが
できる上に小型化が図れ、しかも長期信頼性に耐え、高
速性にも優れた光モジュールを提供すること。
【解決課題】 光ファイバ2、光ファイバ2に光接続さ
せる光半導体素子1、及び光半導体素子1に接続された
導体をそれぞれ設けた第1の基体3と、第1の基体3を
載置し前記導体に通電するための導体を設けた第2の基
体5とを備えた光モジュールMであって、少なくとも光
ファイバ2光半導体素子1との間隙を耐湿性の透明樹脂
で封止し、かつ少なくとも透明樹脂17を不透明樹脂1
8で被覆したことを特徴とする。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To prevent breakage of an optical fiber as much as possible with a simple configuration, to accurately connect an optical fiber to an optical element, to achieve miniaturization, and to achieve long-term reliability. To provide an optical module that can withstand high speed. SOLUTION: An optical fiber 2, an optical semiconductor element 1 to be optically connected to the optical fiber 2, a first base 3 provided with a conductor connected to the optical semiconductor element 1, and the first base 3 are placed. An optical module M comprising: a second substrate 5 provided with a conductor for supplying electricity to the conductor, wherein at least a gap between the optical fiber 2 and the optical semiconductor element 1 is sealed with a moisture-resistant transparent resin; and Transparent resin 17 should be at least opaque resin 1
8 coated.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光ファイバ
通信や光インターコネクションといった光伝送の送受信
に使用される光モジュールに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical module used for transmitting and receiving optical transmission such as optical fiber communication and optical interconnection.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、光信号の送受信に使用される光モ
ジュールにおいては、部品構成を簡素化してコストを低
減したり、その組立て性を向上させる為に、光半導体素
子の給電用金属電極や光ファイバの固定用V溝が各々精
密に形成された実装基板が使用されている。2. Description of the Related Art In recent years, in an optical module used for transmitting and receiving an optical signal, a metal electrode for power supply of an optical semiconductor element or the like has been proposed in order to simplify the component structure and reduce the cost and to improve the assemblability thereof. A mounting substrate in which V-grooves for fixing optical fibers are precisely formed is used.
【0003】また、従来、光半導体素子と光ファイバの
接続には、所望の結合効率を得るために集光レンズが用
いられてきたが、精密に加工された実装基板に両者を固
定することで、光半導体素子と光ファイバを極めて近接
させて配置でき、集光レンズを少なくとも所望の結合効
率が得られるようにしている。Conventionally, a condensing lens has been used to connect an optical semiconductor element and an optical fiber in order to obtain a desired coupling efficiency. However, by fixing the two to a precision-processed mounting substrate. The optical semiconductor element and the optical fiber can be arranged very close to each other, and the condenser lens can at least obtain a desired coupling efficiency.
【0004】実装基板を用いる光結合系の場合、光半導
体素子と光接続する光ファイバを、そのまま筐体へ引き
出し、光ファイバとそれを挿通させるパッケージに形成
された孔の間隙を何らかの方法で封止せざるを得ない。In the case of an optical coupling system using a mounting substrate, an optical fiber to be optically connected to an optical semiconductor element is pulled out to a housing as it is, and a gap between the optical fiber and a hole formed in a package through which the optical fiber is inserted is sealed by some method. I have to stop.
【0005】例えば、従来図に示す光パッケージJで
は、パッケージ71の上面部に形成された切り欠き81
とパイプ溝75に、一部が保護被覆83で覆われた光フ
ァイバ82と保護被覆83を覆うガラスパイプ溝78と
が配設され、さらにこの実装基板80上に光半導体素子
である半導体レーザ72が実装固定され、光ファイバ8
2と半導体レーザ72とを光接続されるようにしてい
る。For example, in a conventional optical package J shown in the drawing, a notch 81 formed on the upper surface of a package 71 is provided.
An optical fiber 82 partially covered with a protective coating 83 and a glass pipe groove 78 covering the protective coating 83 are provided in the pipe groove 75 and a semiconductor laser 72 as an optical semiconductor element on the mounting substrate 80. Is fixed and the optical fiber 8
2 and the semiconductor laser 72 are optically connected.
【0006】そして、パッケージ71の上面において、
封止用金属板77と蓋体85が封着された後に、切り欠
き81に配置された低融点ガラスの紛失(不示図)を加
熱・溶融させて気密構造を実現している。この低融点ガ
ラスの加熱には、CO2(炭酸ガス)レーザ等の手段によ
って部分加熱を行なうことが提案されている(例えば、
特開平7−63957号公報を参照)。Then, on the upper surface of the package 71,
After the sealing metal plate 77 and the lid 85 are sealed, the loss (not shown) of the low melting point glass disposed in the notch 81 is heated and melted to realize an airtight structure. In order to heat the low melting point glass, it has been proposed to perform partial heating by means such as a CO 2 (carbon dioxide gas) laser (for example,
See JP-A-7-63957).
【0007】また、光素子と光ファイバの光結合系にお
いて、屈折率が空気よりも高くかつ光ファイバよりも低
く、光学的に透明なゲル状樹脂を充填し、ゲル状樹脂周
囲を湿度を通さない樹脂て覆った気密封止構造が提案さ
れている(例えば特開平10−227953号公報を参
照)。In an optical coupling system between an optical element and an optical fiber, an optically transparent gel resin having a refractive index higher than that of air and lower than that of the optical fiber is filled, and moisture around the gel resin is passed through. There has been proposed an airtight sealing structure covered with a resin (see, for example, JP-A-10-227953).
【0008】また、光信号の送受信に使用される光モジ
ュールにおいては、その安定動作を確保するために、光
半導体素子や電子回路の発熱による温度上昇を抑制し
て、光半導体素子の温度を低温かつ一定に保つ必要があ
る。In an optical module used for transmitting and receiving an optical signal, in order to ensure stable operation, a temperature rise due to heat generation of an optical semiconductor element or an electronic circuit is suppressed, and the temperature of the optical semiconductor element is lowered. And must be kept constant.
【0009】例えば、図7に示す光モジュールKでは、
パッケージ51内に光半導体素子である半導体レーザ5
2が搭載された基板53、及び駆動回路54が搭載され
た基板55がそれぞれ実装され、光ファイバ56がレン
ズ57を介して半導体レーザ52に光結合されている。
半導体レーザ52は基板53に作製された電極58、5
9やボンディングワイヤ60を介して基板55に搭載さ
れた駆動回路54と電気接続され駆動される(特開平1
0−282373号公報を参照) 上記駆動回路は、半導体レーザを駆動・制御するための
電流が生じるので高温になり発熱する。半導体レーザも
同様に電流が注入され光が出力されると、駆動回路の発
熱が半導体レーザをさらに発熱させ、発振波長の変化や
光出力の低下を誘発し、半導体レーザが故障する原因と
なる。光モジュールJでは、この問題を解決するために
半導体レーザと駆動回路が搭載される基板を別にしてい
る。For example, in the optical module K shown in FIG.
A semiconductor laser 5 as an optical semiconductor element in a package 51;
A substrate 53 on which the circuit 2 is mounted and a substrate 55 on which the drive circuit 54 is mounted are mounted, respectively, and an optical fiber 56 is optically coupled to the semiconductor laser 52 via a lens 57.
The semiconductor laser 52 includes electrodes 58, 5 formed on a substrate 53.
9 and a driving circuit 54 mounted on a substrate 55 via a bonding wire 60 and driven (see Japanese Patent Laid-Open No.
The above driving circuit generates a current for driving and controlling the semiconductor laser, so that the driving circuit becomes high temperature and generates heat. Similarly, when a current is injected and light is output to the semiconductor laser, the heat generated by the drive circuit causes the semiconductor laser to further generate heat, which causes a change in the oscillation wavelength and a decrease in the optical output, thereby causing a failure of the semiconductor laser. In the optical module J, in order to solve this problem, a semiconductor laser and a substrate on which a drive circuit is mounted are separated.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6に
示す光モジュールJの構造では、光ファイバ82とそれ
に装着されたガラスパイプ78がパッケージ71に配設
される構造を採用しているために、通常用いられる多層
セラミックパッケージにおいては、薄板を積層する製法
が用いられることから、光ファイバ82が配設される切
り欠き81とガラスパイプ78が配設されるパイプ溝7
5の中心軸がパッケージ71に対して大きくずれる。However, the structure of the optical module J shown in FIG. 6 employs a structure in which the optical fiber 82 and the glass pipe 78 attached thereto are disposed in the package 71. In a commonly used multilayer ceramic package, since a manufacturing method of laminating thin plates is used, a notch 81 in which an optical fiber 82 is provided and a pipe groove 7 in which a glass pipe 78 is provided.
The central axis of 5 is largely shifted with respect to the package 71.
【0011】また、パッケージ71内に半導体レーザ7
2と光ファイバ82を搭載する実装基板80を固定する
が、この実装基板80上に形成されるV溝86は外形を
基準にする固定方法では、V溝86に対する切り欠き8
1の中心軸とV溝86の中心軸との位置関係が大きくず
る。すなわち、シリコン等の実装基板は一般に数インチ
サイズのウエハーにエッチングでV溝を形成した後に、
ダイシングにより個別の基板に分断するが、このような
ダイシング工法では、V溝を基準にして外形精度を高く
加工することは困難である。A semiconductor laser 7 is provided in a package 71.
2 and the mounting substrate 80 on which the optical fiber 82 is mounted, the V-groove 86 formed on the mounting substrate 80 is notched in the V-groove 86 by a fixing method based on the outer shape.
The positional relationship between the central axis of the first and the central axis of the V-groove 86 is greatly shifted. That is, a mounting substrate such as silicon is generally formed with a V-groove by etching a wafer of several inches in size,
Although the substrate is divided into individual substrates by dicing, it is difficult to process the outer shape with high precision based on the V-groove by such a dicing method.
【0012】従って、V溝を基準に光ファイバを実装し
た場合、パッケージの切り欠きとパイプ溝とV溝の位置
関係が大きくずれるため、光ファイバとそれに装着した
フェルールの軸が直線的に固定されない。これにより、
光ファイバに対し不要な曲げ、いわゆるマイクロベンド
が生じ、光モジュールが受ける環境変化により、その曲
げの位置から破断するという重大な問題を抱えている。Therefore, when the optical fiber is mounted on the basis of the V groove, the positional relationship between the notch of the package, the pipe groove, and the V groove is largely displaced, and the optical fiber and the axis of the ferrule mounted on the optical fiber are not fixed linearly. . This allows
There is a serious problem that unnecessary bending, so-called microbending, occurs in the optical fiber and the optical module breaks from the bending position due to an environmental change.
【0013】また、上記マイクロベンドを防止するため
に、光ファイバとフェルールを切り欠き81及びパイプ
溝75に対して精密に軸を位置決めすることも考えられ
るが、これには、観察が容易なように光ファイバ自身に
表面処理を施したり、上記軸を位置決めするための複雑
で高機能な装置を容易する必要がある。そしてこのこと
は、光モジュールの組立てが煩雑となるので問題であ
る。In order to prevent the micro-bend, it is conceivable to precisely position the shaft with respect to the notch 81 and the pipe groove 75 by cutting the optical fiber and the ferrule. In addition, it is necessary to easily provide a complicated and high-performance device for performing surface treatment on the optical fiber itself and positioning the axis. This is a problem because the assembly of the optical module becomes complicated.
【0014】また、上記マイクロベンドを防止するため
の別の手段として、シリコン基板に光ファイバを搭載す
るV溝と、フェルールを搭載固定するためのV溝を予め同
一に形成した構成も考えられるが、光ファイバを搭載す
るためのV溝の幅は通常140μm程度に比べ、フェル
ールを搭載するV溝幅は、1500μm程度と広く、ま
た、深さも600μm程度と大きくなってしまう。した
がって、これらを形成するための工程も複雑化し、ま
た、シリコン基板自体も大きくなり、実用的でなく、さ
らに、低コスト化を実現することは困難である。As another means for preventing the micro-bend, a configuration in which a V-groove for mounting an optical fiber on a silicon substrate and a V-groove for mounting and fixing a ferrule are preliminarily formed may be considered. The width of the V-groove for mounting the optical fiber is usually about 140 μm, whereas the width of the V-groove for mounting the ferrule is as large as about 1500 μm and the depth is as large as about 600 μm. Therefore, the steps for forming these are also complicated, and the silicon substrate itself is also large, which is not practical, and it is difficult to reduce the cost.
【0015】また、簡便に気密封止を行なう手段とし
て、光素子と光ファイバの光結合系において、屈折率が
空気よりも高くかつ光ファイバよりも低く、光学的に透
明なゲル状樹脂を充填し、ゲル状樹脂周囲を湿度を通さ
ない樹脂で覆った気密封止構造が提案されているが、光
結合部に、空気より高くかつ光ファイバよりも低い透明
のゲル状樹脂を充填することにより光結合のトレランス
を向上させても、光結合効率が低下することから一般的
でない。As a means for easily performing airtight sealing, an optical coupling system between an optical element and an optical fiber is filled with an optically transparent gel resin having a refractive index higher than that of air and lower than that of optical fiber. However, an airtight sealing structure in which the periphery of the gel resin is covered with a resin impermeable to humidity has been proposed, but by filling the optical coupling portion with a transparent gel resin higher than air and lower than the optical fiber. Improving the tolerance of optical coupling is not common because optical coupling efficiency is reduced.
【0016】また、透明樹脂周囲を湿度を通さない樹脂
で覆うことにより気密封止を行なっているが、基板や光
ファイバと樹脂の隙間から湿度が浸透する可能性があ
り、十分ではない。Although the airtight sealing is performed by covering the periphery of the transparent resin with a resin impermeable to humidity, the humidity may penetrate through a gap between the substrate and the optical fiber and the resin, which is not sufficient.
【0017】さらに、樹脂を用いたパッケージング法と
して、トランスファーモールドを用いた光モジュールも
提案されているが、樹脂を用いて成形することにより内
部に大きな歪みが生じることが問題となっている。Further, as a packaging method using a resin, an optical module using a transfer mold has been proposed. However, there is a problem that a large distortion is generated inside by molding using a resin.
【0018】図5は、樹脂のヤング率に対する、成形前
を0として、成形後における内部に実装された光素子と
光ファイバとの相対的な位置ずれを変形量として示した
グラフである。樹脂のヤング率が高くなるにつれ変形量
が大きくなることがわかる。FIG. 5 is a graph showing the relative displacement between the optical element mounted inside and the optical fiber after molding as a deformation amount with respect to the Young's modulus of the resin as 0 before molding. It can be seen that the deformation increases as the Young's modulus of the resin increases.
【0019】また、通常のトランスファー成形可能な樹
脂はヤング率が20000N/mm2程度と大きく、樹脂
を充填する際の充填圧や成形時の高温により、さらに大
きな歪みが光結合部周辺に生じることも考えられ、光結
合特性が大きく劣化するといった問題もある。Further, a resin which can be usually transfer-molded has a large Young's modulus of about 20,000 N / mm 2 , and further large distortion occurs around the optical coupling portion due to a filling pressure at the time of filling the resin or a high temperature at the time of molding. However, there is also a problem that the optical coupling characteristic is greatly deteriorated.
【0020】また、図7の光モジュールKのような構造
では、光半導体素子が搭載された基板と、駆動回路が搭
載された基板とが同一パッケージ内に離れて実装されて
いるが、実装される基体が同一であるため、駆動回路で
発生した熱や光半導体素子で発生した熱がパッケージに
伝達される。この時、熱抵抗の大きい材質(例えばエポ
キシ等の樹脂やガラス等)で作製されたパッケージを用
いると、光半導体素子や駆動回路の熱が効率良く放熱で
きず、安定した動作が得られないばかりか、温度上昇に
より破壊するといった深刻な問題を引き起こす。In a structure such as the optical module K of FIG. 7, the substrate on which the optical semiconductor element is mounted and the substrate on which the drive circuit is mounted are mounted separately in the same package. Since the same base is used, heat generated in the drive circuit and heat generated in the optical semiconductor element are transmitted to the package. At this time, if a package made of a material having a high thermal resistance (for example, a resin such as epoxy or glass) is used, the heat of the optical semiconductor element and the driving circuit cannot be efficiently dissipated, and a stable operation cannot be obtained. Or cause serious problems such as destruction due to temperature rise.
【0021】また、熱抵抗の小さい材質(例えば銅やア
ルミ等の金属もしくはアルミナや窒化アルミ等のセラミ
ック)で作製されたパッケージを用いると、駆動回路で
発生した熱が光半導体素子へ、光半導体素子で発生した
熱が駆動回路へと伝達し、同様にそれぞれの温度上昇を
引き起こす恐れがある。これは、パッケージが低温雰囲
気で使用されるのであれば比較的緩和されるが、高温雰
囲気で使用されると問題となる。When a package made of a material having a low thermal resistance (for example, a metal such as copper or aluminum or a ceramic such as alumina or aluminum nitride) is used, the heat generated in the drive circuit is transmitted to the optical semiconductor element. The heat generated in the elements is transmitted to the drive circuit, which may cause the respective temperatures to rise. This is relatively mitigated if the package is used in a low temperature atmosphere, but poses a problem when used in a high temperature atmosphere.
【0022】また、光モジュールKでは、光半導体素子
と駆動回路とを離して実装しなくてはならないため、電
気配線が長尺となり光半導体素子の高速動作は困難であ
る。また、光モジュール自体の小型化も期待できない。In the optical module K, since the optical semiconductor element and the drive circuit must be mounted separately from each other, the electric wiring becomes long, and it is difficult to operate the optical semiconductor element at high speed. In addition, miniaturization of the optical module itself cannot be expected.
【0023】さらに、光半導体素子と光ファイバが各々
異なった基体に搭載されているため、光結合特性が温度
変化に伴う基体の熱膨張差により変動するといった問題
もある。Further, since the optical semiconductor element and the optical fiber are mounted on different substrates, there is a problem that the optical coupling characteristics fluctuate due to a difference in thermal expansion of the substrate due to a temperature change.
【0024】そこで、本発明は、、光ファイバと光半導
体素子との光接続を正確に行うことができる上に実装基
板と同程度の小型化が計れしかも、長期信頼性や高速性
に優れた光モジュールを提供することを目的とする。Therefore, according to the present invention, the optical connection between the optical fiber and the optical semiconductor element can be accurately performed, the size can be reduced to the same degree as the mounting substrate, and the long-term reliability and the high speed are excellent. An object is to provide an optical module.
【0025】そこで、本発明は、簡便な構成で上述した
光ファイバの破断を極力防止できるだけでなく、上述し
た放熱の問題を極力防止でき、光ファイバと光素子の光
接続を正確に行なうことができる上に、実装基板と同程
度の小型化が図れ、しかも長期安定性にも優れた光モジ
ュールを提供することを目的とする。Therefore, according to the present invention, not only the above-mentioned breakage of the optical fiber can be prevented as much as possible with a simple configuration, but also the above-described problem of heat radiation can be prevented as much as possible, and the optical connection between the optical fiber and the optical element can be accurately performed. It is another object of the present invention to provide an optical module which can be reduced in size as much as a mounting substrate and has excellent long-term stability.
【0026】[0026]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光モジュールは、光ファイバ、該光ファイ
バに光接続される光半導体素子、及び該光半導体素子に
接続された導体をそれぞれ設けた第1の基体と、該第1の
基体を載置し前記光半導体素子に接続された導体に通電
するための導体を設けた第2の基体とを備え、少なくと
も前記光ファイバと前記光半導体素子との間隙を耐湿性
の透明樹脂で封止し、かつ少なくとも前記透明樹脂を不
透明樹脂で被覆したことを特徴とする。In order to solve the above problems, an optical module according to the present invention comprises an optical fiber, an optical semiconductor device optically connected to the optical fiber, and a conductor connected to the optical semiconductor device. A first base provided respectively, and a second base provided with a conductor on which the first base is mounted and a conductor for supplying a current to a conductor connected to the optical semiconductor element is provided, and at least the optical fiber and the second base are provided. A gap with the optical semiconductor element is sealed with a moisture-resistant transparent resin, and at least the transparent resin is covered with an opaque resin.
【0027】特に、透明樹脂は光半導体素子の周囲及び
該光半導体素子に接続された導体をも封止した。また、
第1の基体が異方性エッチングが可能な単結晶シリコン
から成り、かつ第2の基体がセラミックスから成ること
を特徴とする。また、透明樹脂は屈折率が光ファイバと
同等以上であり、光半導体素子の光導波層より低い熱硬
化型樹脂であることを特徴とする。In particular, the transparent resin also sealed the periphery of the optical semiconductor element and the conductor connected to the optical semiconductor element. Also,
The first base is made of single crystal silicon capable of anisotropic etching, and the second base is made of ceramics. Further, the transparent resin is a thermosetting resin having a refractive index equal to or higher than that of the optical fiber and lower than the optical waveguide layer of the optical semiconductor element.
【0028】また、該不透明樹脂は、ビスフェノール型
エポキシ樹脂15から20%、酸無水物硬化材10から
15%、フェノール樹脂系硬化材3から10%、シリコ
ーン樹脂改質材3から10%、無水珪酸60から65%
の混合樹脂とすし固化後のヤング率が5000N/mm
2以下とするとよい。The opaque resin is composed of bisphenol type epoxy resin 15 to 20%, acid anhydride hardener 10 to 15%, phenol resin hardener 3 to 10%, silicone resin modifier 3 to 10%, anhydrous Silicic acid 60-65%
Young's modulus after solidification with sushi solidified resin is 5000 N / mm
It is good to be 2 or less.
【0029】なお、ここで、透明、不透明とは、光半導
体素子と光ファイバとの間で伝達される光に対し、透明
か不透明を示すものである。また、光ファイバは、ジル
コニアやアルミナ等のセラミックを主原料としたフェル
ールで支持され、第2の基体にフェルール固定部を形成
してもよい。Here, the terms “transparent” and “opaque” indicate whether the light transmitted between the optical semiconductor element and the optical fiber is transparent or opaque. Further, the optical fiber may be supported by a ferrule mainly made of ceramic such as zirconia or alumina, and a ferrule fixing portion may be formed on the second base.
【0030】また、光半導体素子は、光半導体素子に接
続された導体が配設された第3の基体に実装され、第1の
基体に載置されたてもよい。なお、ここで、第1の基体
には、該光半導体素子が実装された第3の基体を収容す
るための凹部が形成されており凹部に透明樹脂が充填さ
れるとよい。Further, the optical semiconductor element may be mounted on a third base provided with a conductor connected to the optical semiconductor element, and may be mounted on the first base. Here, the first base is provided with a recess for accommodating the third base on which the optical semiconductor element is mounted, and the recess is preferably filled with a transparent resin.
【0031】また、特に第2の基体の一主面側に第1の
基体を配設し、他主面側に光半導体素子用の電気回路を
形成した凹部を設けるとともに、凹部に電気回路に接続
される放熱用基体を配設するとよい。また、特に第2の
基体の凹部内に貫通孔が形成され、貫通孔に放熱用基体
が収容されているとよい。これにより、電気回路で発生
した熱を第2の基体の一主面側へ逃がすことが可能とな
り、放熱効果を高めることができる。Further, in particular, the first base is provided on one main surface side of the second base, and a concave portion on which an electric circuit for an optical semiconductor element is formed is provided on the other main surface side. It is preferable to dispose a heat dissipation base to be connected. In addition, it is preferable that a through hole is formed in the concave portion of the second base, and the heat dissipation base is accommodated in the through hole. Thereby, heat generated in the electric circuit can be released to the one main surface side of the second base, and the heat radiation effect can be enhanced.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面に基づいて詳細に説明する。図1に本発明に係
わる光モジュールMを模式的に示す斜視透視図を、図2
に分解斜視図を、図3に斜視断面透視図をそれぞれ示
し、図4に完成した光モジュールの斜視図を示す。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective perspective view schematically showing an optical module M according to the present invention, and FIG.
3 shows an exploded perspective view, FIG. 3 shows a perspective sectional perspective view, and FIG. 4 shows a perspective view of the completed optical module.
【0033】光モジュールMは、異方性エッチングが可
能なシリコン単結晶等からなる第1の基体3と、配線を
備えたセラミック等からなる第2の基体5とから構成さ
れている。第1の基体3には、少なくとも光半導体素子
である半導体レーザ等の発光素子1と、この発光素子1
に光接続される光導波体である光ファイバ2を設けてい
る。また、第2の基体5には対照的に複数本からなる外
部導体であるリード4が設けられ、このリード4のうち
特定のものが第2の基体5の電気配線に接続されてい
る。The optical module M is composed of a first base 3 made of silicon single crystal or the like which can be anisotropically etched and a second base 5 made of ceramic or the like provided with wiring. A light emitting element 1 such as a semiconductor laser which is at least an optical semiconductor element and a light emitting element 1
The optical fiber 2 which is an optical waveguide optically connected to the optical fiber 2 is provided. The second base 5 is provided with a plurality of external conductor leads 4, in contrast, and a specific one of the leads 4 is connected to the electric wiring of the second base 5.
【0034】また、第1の基体3には、フォトダイオー
ド等のモニター用の受光素子11が発光素子1の近傍に
配設されており、発光素子1の後方側からの出射光をモ
ニターして発光側には、異方性エッチング等によりV溝
9が形成されており、このV溝9に光ファイバ2を搭載
するようにしている。これにより精度の高いファイバ実
装を行うことができ、ウエハプロセスにより簡便・迅速
に大量生産を行なうことができる。A light receiving element 11 for monitoring, such as a photodiode, is disposed on the first base 3 in the vicinity of the light emitting element 1, and monitors light emitted from the rear side of the light emitting element 1. On the light emitting side, a V groove 9 is formed by anisotropic etching or the like, and the optical fiber 2 is mounted in the V groove 9. As a result, high-precision fiber mounting can be performed, and mass production can be performed simply and quickly by a wafer process.
【0035】また、第1の基体3には、発光素子1の通
電パターン(電極パッド)6a、6bと、受光素子11
の通電用の電極パターン(電極パッド)12a、12b
が形成されており、これら導体パターン6a、6b、1
2a、12bは電気信号の送受を行なうために、薄膜作
製プロセス等によりAu(金)メタライズが施され形成
されている。The first base 3 has current-carrying patterns (electrode pads) 6a and 6b of the light-emitting element 1 and light-receiving elements 11
Electrode patterns (electrode pads) 12a, 12b
Are formed, and these conductor patterns 6a, 6b, 1
2a and 12b are formed by performing Au (gold) metallization by a thin film manufacturing process or the like in order to transmit and receive electric signals.
【0036】発光素子1は、導体パターン6a上でV溝
9に対し正確な位置にパッシブアライメントされ、導体
パターン6a上に予め形成されたAu−Sn合金からな
るはんだを溶融することで実装固定される。また、同様
にして受光素子11も導体パターン12a上に実装固定
される。さらに、各光素子は、例えばφ25μm程度の
Auワイヤ等のボンディングワイヤにより、各光素子の
チップ上面電極と導体パターン6b、12bとがそれぞ
れ接続される。The light emitting element 1 is passively aligned on the conductor pattern 6a at an accurate position with respect to the V groove 9, and is mounted and fixed by melting a solder made of an Au-Sn alloy formed on the conductor pattern 6a in advance. You. Similarly, the light receiving element 11 is mounted and fixed on the conductor pattern 12a. Further, in each optical element, a chip upper surface electrode of each optical element and the conductor patterns 6b and 12b are connected by a bonding wire such as an Au wire having a diameter of about 25 μm, for example.
【0037】発光素子1と光接続される光ファイバは、
例えばφ125μm程度の石英系のシングルモード光フ
ァイバが適用され、その一部外周には、不図示の外部光
コネクタと光接続を行なうためのジルコニア等で精密成
形された、φ1.25mm、長さ6mm程度のセラミッ
ク製のフェルール10が装着され、これにより支持固定
される光ファイバスタブとなっている。The optical fiber optically connected to the light emitting element 1 is
For example, a quartz-based single mode optical fiber having a diameter of about 125 μm is applied, and a part thereof is precisely formed with zirconia or the like for optically connecting to an external optical connector (not shown). An optical fiber stub that is supported and fixed by a ceramic ferrule 10 of a certain degree is mounted.
【0038】第2の基体5には、リード4に接続される
導体パターン7a、7b、14a、14bが設けられ、
第1の基体3を収容するため、第1の基体3の厚さ程度
の深さをもつ凹部13及びフェルール10を実装固定す
るためのフェルール支持用凹部16が形成されている。
尚、第1の基体3及びフェルール10が第2の基体5に
実装収容された時に生じる光ファイバのマイクロベンド
を解消するための長さ1mm深さ0.4mmのマイクロ
ベンド抑制溝15が形成されている。The second base 5 is provided with conductor patterns 7a, 7b, 14a, 14b connected to the leads 4,
To accommodate the first base 3, a recess 13 having a depth about the thickness of the first base 3 and a ferrule supporting recess 16 for mounting and fixing the ferrule 10 are formed.
A microbend suppressing groove 15 having a length of 1 mm and a depth of 0.4 mm is formed to eliminate the microbend of the optical fiber generated when the first base 3 and the ferrule 10 are mounted and accommodated in the second base 5. ing.
【0039】ここで、第2の基体5を例えばアルミナを
主成分とするセラミックスで形成されることにより、シ
リコン単結晶等で形成される第1の基体3の機械的な強
度を補うことができ、熱伝導性にも優れているので、外
部に電極をとる構造として最適であり、信頼性に優れた
光モジュールを提供することができる。Here, by forming the second base 5 from a ceramic mainly composed of, for example, alumina, the mechanical strength of the first base 3 formed of silicon single crystal or the like can be compensated. Also, since it is excellent in thermal conductivity, it is optimal as a structure having external electrodes, and an optical module with excellent reliability can be provided.
【0040】第2の基体5に形成するリード4に接続さ
れる導体パターンは、高周波電気設計により最適化さ
れ、最短の経路で配線されることにより、高周波特性の
優れた光モジュールとすることができる。The conductor pattern connected to the lead 4 formed on the second base 5 is optimized by high-frequency electrical design, and is wired in the shortest path, so that an optical module having excellent high-frequency characteristics can be obtained. it can.
【0041】発光素子1と、これに光接続される光ファ
イバ2の端面との間隙及び周辺、さらに受光素子11周
辺と各光素子のワイヤリング周囲さらには、第1の基体
3と第2の基体5間のワイヤリング周辺部を吸湿率が1%
以下の湿度を通しにくく、屈折率が光ファイバと同じか
光ファイバより高く発光素子の光導波層より低い(例え
ば、1.4〜3)熱硬化型の透明なシリコーン樹脂、ア
クリル系樹脂、または、エポキシ系樹脂等で覆い固化さ
れている。これにより、光ファイバでの反射を低減し、
光結合特性や光結合のトレランスを向上させることがで
きる。また、熱硬化型の樹脂は取り扱いが容易でしかも
光結合部での劣化に何ら問題がないからである。The gap and periphery between the light emitting element 1 and the end face of the optical fiber 2 optically connected thereto, the periphery of the light receiving element 11 and the periphery of the wiring of each optical element, the first base 3 and the second base Moisture absorption rate of 1% around the wiring area between 5
The following humidity is difficult to pass through, and the refractive index is the same as or higher than that of the optical fiber and lower than the optical waveguide layer of the light emitting element (for example, 1.4 to 3): a thermosetting transparent silicone resin, acrylic resin, or , And is solidified by covering with an epoxy resin or the like. This reduces the reflection on the optical fiber,
Optical coupling characteristics and optical coupling tolerance can be improved. Further, the thermosetting resin is easy to handle and has no problem in deterioration at the optical coupling portion.
【0042】さらに、上記シリコーン樹脂、第2の基体
5上に搭載されたフェルール17を覆うように第2の基
体5上面をヤング率が5000N/mm2以下の低応力で
不透明なエポキシ樹脂、アクリル樹脂またはシリコーン
樹脂でポッティング・固化されている。これにより、光
結合部の発光素子と光ファイバの位置ずれを、図5から
明らかなように0.5μm以下に抑えることができる。
ここで、樹脂は着色等することにより、光半導体素子で
使用される光の波長を吸収するようにして不透明樹脂に
している。Further, the upper surface of the second substrate 5 is coated with the above-mentioned silicone resin, a low stress opaque epoxy resin having a Young's modulus of 5000 N / mm 2 or less so as to cover the ferrule 17 mounted on the second substrate 5, Potted and solidified with resin or silicone resin. Thereby, the displacement between the light emitting element and the optical fiber in the optical coupling portion can be suppressed to 0.5 μm or less as is clear from FIG.
Here, the resin is colored or the like to make it opaque resin so as to absorb the wavelength of light used in the optical semiconductor element.
【0043】次に、上記光モジュールMの組み立て手順
の一例について説明する。ます、第1の基体3に発光素
子1、受光素子11を実装固定し、これら光素子に対し
てワイヤリングを行う。Next, an example of an assembling procedure of the optical module M will be described. First, the light emitting element 1 and the light receiving element 11 are mounted and fixed on the first base 3, and wiring is performed on these optical elements.
【0044】第1の基体3を第2の基体5の凹部13には
んだもしくはエポキシ樹脂等で主要固定する。The first base 3 is mainly fixed to the recess 13 of the second base 5 with solder or epoxy resin.
【0045】光ファイバ2を第1の基体3のV溝9に搭載
し、紫外線硬化型接着剤やエポキシ接着剤樹脂等を用い
石英ガラス等からなる押さえ板8で押圧しながら接着剤
を硬化させる。これにより、光ファイバ2はV溝9上に
整列支持され固定実装される。また、フェルール10も
第2の基体5に設けられたフェルール支持凹部16に収
容し、同様に紫外線硬化型接着剤やエポキシ樹脂等で固
定実装される。The optical fiber 2 is mounted in the V-shaped groove 9 of the first base 3, and the adhesive is cured while being pressed by a pressing plate 8 made of quartz glass or the like using an ultraviolet curing adhesive or an epoxy resin. . Thus, the optical fibers 2 are aligned and supported on the V-grooves 9 and fixedly mounted. The ferrule 10 is also accommodated in a ferrule supporting recess 16 provided in the second base 5 and is similarly fixedly mounted with an ultraviolet-curing adhesive, an epoxy resin or the like.
【0046】第2の基体5に設けられた導体パターン7
a、7b、14a、14bと第1の基体3上の導体パタ
ーン6a、6b、12a、12bをワイヤリングする。The conductor pattern 7 provided on the second base 5
a, 7b, 14a, 14b and the conductor patterns 6a, 6b, 12a, 12b on the first base 3 are wired.
【0047】発光素子1と光接続される光ファイバの一
部、受光素子11、及びワイヤリングを含めた部分を湿
度を通しにくく、屈折率が光ファイバと同じか光ファイ
バより高く発光素子の光導波層より低い熱硬化型のシリ
コーン樹脂等で覆い固化する。The part including the optical fiber optically connected to the light emitting element 1, the light receiving element 11, and the part including the wiring is hardly permeable to humidity, and the refractive index is the same as or higher than that of the optical fiber and the optical waveguide of the light emitting element. Cover with a thermosetting silicone resin or the like lower than the layer and solidify.
【0048】そして、第2の基体5上面を例えばエポキ
シ系の不透明樹脂で覆い固化することにより、図4に示
すような光モジュールMが完成する。Then, the upper surface of the second base 5 is covered with, for example, an epoxy-based opaque resin and solidified, whereby the optical module M as shown in FIG. 4 is completed.
【0049】かくして、光半導体素子に光接続される光
ファイバとの間隙及び光半導体素子周囲を湿度を通さな
い透明樹脂で封止し、かつ透明樹脂周囲並びに第2の基
体5の上面を不透明樹脂で封止したことにより、長期に
わたり信頼性が確保できる。また、図示していないがフ
ェルール17に嵌合させるための光コネクタに合致する
構造(例えば切り欠き部)を第2の基体5に形成すると
好適である。Thus, the gap between the optical semiconductor element and the optical fiber to be optically connected to the optical semiconductor element and the periphery of the optical semiconductor element are sealed with a transparent resin impermeable to humidity, and the periphery of the transparent resin and the upper surface of the second substrate 5 are sealed with an opaque resin. , The reliability can be ensured for a long time. Although not shown, it is preferable to form a structure (for example, a notch) in the second base member 5 that matches the optical connector to be fitted to the ferrule 17.
【0050】また、本発明の実施形態では、ワイヤリン
グによる電気的接続の形態について述べたが、リボンワ
イヤ等の高周波特性に優れたワイヤリングを行うことに
よりさらなる高周波化が可能となる。Further, in the embodiment of the present invention, the form of the electrical connection by the wiring has been described. However, it is possible to further increase the frequency by performing the wiring such as a ribbon wire having excellent high frequency characteristics.
【0051】[0051]
【実施例】次に、本発明の第1の実施例である光モジュ
ールM1について図面を用いて詳細に説明する。Next, an optical module M1 according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0052】図8は本発明の第1の実施例における光モ
ジュールM1の斜視図であり、図9は光モジュールM1
の分解斜視図であり、図10は光結合部周囲の透視断面
図である。FIG. 8 is a perspective view of the optical module M1 according to the first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 10 is a transparent cross-sectional view around the optical coupling portion.
【0053】第1の基体として、表面が(100)方位
をもつシリコン単結晶基板103を用いた。また、その
主面側には異方性エッチングにより、光ファイバを搭載
するためのV溝109、光半導体素子である300μm
角で厚み150μmのファブリペロー型半導体レーザ1
01を収容実装するための凹部106a、及び凹部10
6bを形成した。この凹部106bは、ファブリーペロ
型半導体レーザの後方からの光出力を監視するための光
受光素子であるPIN型フォトダイオード111が実装
された、第3の基体であるアルミナを主原料としたセラ
ミックスで作製された800μm角のチップキャリア1
19を収容実装する。凹部106a及び106b内に
は、ファブリペロー型半導体レーザ101を実装固定、
並びにチップキャリア119を固定実装するため、及び
外部導体に電気的に接続を行なうため、上面にAu−S
n合金(厚さ3μm)が形成されたCr/Au(ただ
し、下層/上層)電極をフォトリソプロセスにより形成
した(不図示)。As a first base, a silicon single crystal substrate 103 whose surface has a (100) orientation was used. On the main surface side, a V-groove 109 for mounting an optical fiber was formed by anisotropic etching.
Fabry-Perot type semiconductor laser 1 with a corner thickness of 150 μm 1
01 for accommodating and mounting recess 01 and recess 10
6b was formed. The recess 106b is made of ceramics mainly composed of alumina as a third base, on which a PIN type photodiode 111 which is a light receiving element for monitoring light output from behind a Fabry-Perot type semiconductor laser is mounted. 800 μm square chip carrier 1 produced
19 is accommodated and mounted. The Fabry-Perot semiconductor laser 101 is mounted and fixed in the recesses 106a and 106b.
In order to fixedly mount the chip carrier 119 and electrically connect to the external conductor, Au-S
A Cr / Au (however, lower / upper) electrode on which an n alloy (thickness: 3 μm) was formed was formed by a photolithography process (not shown).
【0054】ファブリペロー型半導体レーザ101を、
光導波層側を上面側に配置させたジャンクションアップ
でシリコン基板103にフリップチップ実装機にて、ビ
ジュアルアライメント実装固定し、電極間をφ25μm
のAuワイヤにてワイヤリングした(不図示)。The Fabry-Perot semiconductor laser 101 is
The optical waveguide layer side is arranged on the upper surface side, and is visually aligned and fixed on the silicon substrate 103 by flip-chip mounting with a junction up, and the distance between the electrodes is φ25 μm.
(Not shown).
【0055】この時、光導波層がシリコン基板103の
主面より30μm下になるように、予め凹部106aの
深さは180μmとして形成した。At this time, the depth of the concave portion 106a was previously set to 180 μm so that the optical waveguide layer was 30 μm below the main surface of the silicon substrate 103.
【0056】光ファイバ102が搭載されるV溝109
は、光ファイバ102を搭載した際に、コア中心(不図
示)が、ファブリーペロ型半導体レーザ101の光導波
層中心(不図示)と一致するように、V溝109の幅を
196μmとすることによりシリコン基板103の凹部
106a内で主面下30μmの位置にて光結合が行なわ
れる。V-groove 109 on which optical fiber 102 is mounted
Is to set the width of the V-groove 109 to 196 μm so that the core center (not shown) coincides with the center of the optical waveguide layer (not shown) of the Fabry-Perot semiconductor laser 101 when the optical fiber 102 is mounted. Accordingly, optical coupling is performed at a position 30 μm below the main surface in the concave portion 106a of the silicon substrate 103.
【0057】同様に、PIN型フォトダイオード111
をチップキャリア119に実装固定し、受光面側電極と
チップキャリア側電極をφ25μmのAuワイヤ120
bにてワイヤリングした。Similarly, PIN type photodiode 111
Is mounted and fixed on the chip carrier 119, and the light receiving surface side electrode and the chip carrier side electrode are connected to the Au wire 120 of φ25 μm.
Wired at b.
【0058】さらに、チップキャリア111は、シリコ
ン基板103の凹部106bに実装固定し、た。シリコ
ン基板103は、第2の基体であるアルミナを主原料と
したセラミックス多層配線基体105の凹部113にエ
ポキシ樹脂(エポテック353ND)にて実装収容し、
シリコン基板103上に形成され光半導体素子の電気接
続された電極112とセラミックス多層配線基体105
に形成された外部配線であるはんだボール104と電気
的に接続された電極114間をφ25μmのAuワイヤ
120aにてワイヤリング接続した。Further, the chip carrier 111 was mounted and fixed in the concave portion 106b of the silicon substrate 103. The silicon substrate 103 is mounted and accommodated in the recess 113 of the ceramic multilayer wiring substrate 105 mainly made of alumina as the second substrate with an epoxy resin (Epotech 353ND).
An electrode 112 formed on a silicon substrate 103 and electrically connected to an optical semiconductor device and a ceramic multilayer wiring substrate 105
The electrodes 114 electrically connected to the solder balls 104, which are external wirings formed in the above, were connected by wiring with Au wires 120a having a diameter of 25 μm.
【0059】光ファイバ102はジルコニアで作製した
φ1.25mm長さ6mmのセラミックスフェルールに
搭載されたファイバスタブ構造となっており、シリコン
基板103に形成されたV溝109に石英ガラス押さえ
板108を用い実装搭載し、紫外線硬化型接着剤(UV
1100:ダイキン工業製)にて接着固定した。The optical fiber 102 has a fiber stub structure mounted on a ceramic ferrule having a diameter of 1.25 mm and a length of 6 mm made of zirconia, and a quartz glass pressing plate 108 is used for a V groove 109 formed in a silicon substrate 103. Mounting and mounting, UV curable adhesive (UV
1100: manufactured by Daikin Industries, Ltd.).
【0060】シリコン基板103の凹部内106aの半
導体レーザ101、及び、これに光結合される光ファイ
バとの間隙、並びに凹部106b内のPIN型フォトダ
イオードと半導体レーザ101との間隙、さらには、凹
部106a、106b内を、屈折率1.47の透明シリ
コーン樹脂を充填し、150度60分の熱硬化条件によ
り固化した。The gap between the semiconductor laser 101 in the recess 106a of the silicon substrate 103 and the optical fiber optically coupled thereto, the gap between the PIN type photodiode and the semiconductor laser 101 in the recess 106b, and the recess 106a and 106b were filled with a transparent silicone resin having a refractive index of 1.47, and were solidified under the thermosetting conditions of 150 degrees and 60 minutes.
【0061】さらに、セラミック多層配線基体の主面側
をビスフェノール型エポキシ樹脂10%、酸無水物硬化
材15%、フェノール樹脂系硬化材5%、シリコーン樹
脂改質材10%、無水珪酸60%の混合樹脂を用いて、
150度4時間の熱硬化条件により固化することにより
光モジュールM1が完成した。Further, the main surface side of the ceramic multilayer wiring substrate is made of 10% of a bisphenol type epoxy resin, 15% of an acid anhydride curing material, 5% of a phenol resin curing material, 10% of a silicone resin modifier, and 60% of silicic anhydride. Using a mixed resin,
The optical module M1 was completed by solidifying under the thermosetting conditions of 150 degrees for 4 hours.
【0062】この光モジュールM1の特性評価を行なっ
たところ良好な特性が得られた。その1例として、−4
0度から85度の温度条件にて光出力変動を観察したト
ラッキングエラーの結果を図11に示す。この結果よ
り、光出力変動は、±0.3dB以内と非常に良好な特
性であることが確認された。When the characteristics of the optical module M1 were evaluated, good characteristics were obtained. As an example, -4
FIG. 11 shows the result of tracking error when observing light output fluctuation under a temperature condition of 0 to 85 degrees. From this result, it was confirmed that the optical output fluctuation was very good, within ± 0.3 dB.
【0063】さらに、凹部106a、106bの存在に
より、低背化を図ることができる上に、外部からの応力
が加わりにくい構造であるので、安定した光接続が可能
となった。Furthermore, the presence of the concave portions 106a and 106b allows the height to be reduced, and the structure to which external stress is less likely to be applied, thereby enabling stable optical connection.
【0064】次に、本発明の第2の実施例である光モジ
ュールM2について詳細に説明する。Next, an optical module M2 according to a second embodiment of the present invention will be described in detail.
【0065】図12に本発明の第2の実施例における面
発光型光半導体素子の斜視図、図13に本発明の第2の
実施例における第3の基体の斜視図、図14に本発明の
第2の実施例における光サブアセンブリの分解斜視図、
図15に本発明の第2の実施例における光モジュールM
2の斜視図を示す。光モジュールM2は4つの光出力を
得ることのできる並列伝送光モジュールである。FIG. 12 is a perspective view of a surface-emitting type optical semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 13 is a perspective view of a third substrate according to the second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 14 is an exploded perspective view of the optical subassembly according to the second embodiment;
FIG. 15 shows an optical module M according to the second embodiment of the present invention.
2 shows a perspective view of FIG. The optical module M2 is a parallel transmission optical module that can obtain four optical outputs.
【0066】面発光型光半導体素子として、4つの発光
部220a、220b、220c、220dをもつ、幅
250μm長さ1000μm厚さ100μmで、発光部
間隔250μmのアレイ型VCSELチップ201を用
いた。VCSELチップには、発光面側に各々電極20
6a、206b、206c、206dが設けられ、裏面
側に共通電極(不図示)をもつ構造となっている。ま
た、発光面側にはVCSELチップ201を実装する際
にマークとなるメタル(Au)マーカ221a、221
b、221c、221dが10μm角で形成されてい
る。An array type VCSEL chip 201 having four light-emitting portions 220a, 220b, 220c, and 220d and having a width of 250 μm, a length of 1000 μm, a thickness of 100 μm, and a light-emitting portion interval of 250 μm was used as a surface-emitting type optical semiconductor device. The VCSEL chip has electrodes 20 on the light emitting surface side.
6a, 206b, 206c, and 206d are provided, and have a structure having a common electrode (not shown) on the back surface side. Metal (Au) markers 221a and 221 serving as marks when the VCSEL chip 201 is mounted on the light emitting surface side.
b, 221c and 221d are formed in a 10 μm square.
【0067】第3の基体として、アルミナを主原料とし
たセラミックスからなるチップキャリア219を用い、
チップキャリア219には、薄膜プロセスにより、VC
SELチップ201と通電を行なうTi(0.1μm厚
み)Pd(0.2μm厚み)Au(2μm厚み)コプレ
ーナ電極207a、207b、207c、207dが形
成されている。尚、信号電極の幅は200μm、接地電
極212との間隔は50μmとした。As a third base, a chip carrier 219 made of ceramics mainly composed of alumina was used.
The chip carrier 219 is provided with a VC by a thin film process.
Ti (0.1 μm thick) Pd (0.2 μm thick) Au (2 μm thick) coplanar electrodes 207 a, 207 b, 207 c, and 207 d that conduct electricity with the SEL chip 201 are formed. The width of the signal electrode was 200 μm, and the distance between the signal electrode and the ground electrode 212 was 50 μm.
【0068】VCSELチップ201は、チップキャリ
ア接地電極212上にビジュアルアライメントにてアラ
イメントし、同じく接地電極212上に予め作製してあ
る不図示のAu−Sn合金はんだ(3μm厚み)を溶融
し固定実装した。The VCSEL chip 201 is aligned by visual alignment on the chip carrier ground electrode 212, and an Au—Sn alloy solder (thickness: 3 μm) (not shown) previously formed on the ground electrode 212 is melted and fixedly mounted. did.
【0069】その後、φ25μmのAuワイヤにて、V
CSELチップ側電極とチップキャリア側電極をワイヤ
リング接続した。Thereafter, the V wire was connected to a φ25 μm Au wire.
The CSEL chip side electrode and the chip carrier side electrode were connected by wiring.
【0070】第1の基体として、表面が(100)方位
をもつシリコン単結晶基板を用い、異方性エッチングに
より、光ファイバ202を搭載する250μm間隔で4
つの光ファイバ搭載用V溝209、及び、2mm角で深
さ1mmのVCSELチップ201を収容する凹部20
6aを形成したシリコン基板203を用いた。尚、凹部
206a斜面は、異方性エッチングにより54.7度の
{111}面の斜面を形成している。また、凹部表面側
には、チップキャリア219を嵌合実装させるための、
凹部206bを幅1mm深さ10μmにわたりダイシン
グにより形成した。As a first base, a silicon single crystal substrate having a surface having a (100) orientation was used, and anisotropic etching was used to mount optical fibers 202 at intervals of 250 μm.
V-groove 209 for mounting two optical fibers and concave portion 20 for accommodating a 2 mm square VCSEL chip 201 having a depth of 1 mm
The silicon substrate 203 on which 6a was formed was used. The inclined surface of the concave portion 206a forms an inclined surface of {111} plane of 54.7 degrees by anisotropic etching. Further, on the surface side of the concave portion, the chip carrier 219 is fitted and mounted.
The concave portion 206b was formed by dicing over a width of 1 mm and a depth of 10 μm.
【0071】光ファイバ202は、GI50のマルチモ
ード光ファイバとし250μm間隔の4芯のテープ芯線
をエポキシ樹脂で予め形成された樹脂フェルール210
に挿入されたファイバスタブ構造となっている。尚、フ
ァイバ間隔は250μmである。また、樹脂フェルール
210の端面には、外部コネクタと嵌合させるための嵌
合ピン穴が配置されている。The optical fiber 202 is a multi-mode optical fiber of GI50, and a resin ferrule 210 in which four cores of tape at intervals of 250 μm are formed of epoxy resin in advance.
It has a fiber stub structure inserted into the stub. The fiber interval is 250 μm. Further, a fitting pin hole for fitting with an external connector is arranged on an end face of the resin ferrule 210.
【0072】光ファイバ202をV溝209に実装し、
チップキャリア219を凹部206bに嵌合実装した場
合、光ファイバのコアの中心とVCSELチップの発光
部中心が一致するようにシリコン基板のV溝幅を予め2
24μmとした。このとき、VCSELチップの発光部
中心は、シリコン基板主面から50μm下の位置とな
る。The optical fiber 202 is mounted in the V groove 209,
When the chip carrier 219 is fitted and mounted in the concave portion 206b, the V groove width of the silicon substrate is set in advance so that the center of the core of the optical fiber and the center of the light emitting portion of the VCSEL chip coincide.
It was 24 μm. At this time, the center of the light emitting portion of the VCSEL chip is located 50 μm below the main surface of the silicon substrate.
【0073】光ファイバ202は不図示の石英押さえ板
を用い紫外線硬化型接着剤(UV1100)にて実装固
定し、チップキャリア219は、エポキシ樹脂接着剤
(エポテック353ND)にて接着固定し、光サブアセ
ンブリS1を作製した。The optical fiber 202 is mounted and fixed with an ultraviolet curing adhesive (UV1100) using a quartz pressing plate (not shown), the chip carrier 219 is bonded and fixed with an epoxy resin adhesive (Epotek 353ND), Assembly S1 was made.
【0074】第2の基体として、アルミナを主原料とし
た長さ14mm、幅10mm、厚さ2.5mmのセラミ
ック多層配線基体205を用いた。セラミック多層配線
基体205は、主面側に光サブアセンブリS1を実装収
容するための凹部、並びに光半導体素子と電気接続を行
なうための信号線幅200μm、接地電極間隔100μ
mとしたコプレーナ電極が形成され、裏面側に内部配線
を通して外部と電気的接続を行ない、かつ基板を回路実
装基板に固定実装するためのはんだボールが配置された
BGA構造(不図示)となっている。また、樹脂フェル
ールを固定するためのテラス部221を設けた。As the second substrate, a ceramic multilayer wiring substrate 205 having a length of 14 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2.5 mm, which was mainly made of alumina, was used. The ceramic multilayer wiring substrate 205 has a concave portion for mounting and housing the optical subassembly S1 on the main surface side, a signal line width of 200 μm for electrical connection with the optical semiconductor element, and a ground electrode interval of 100 μm.
A BGA structure (not shown) in which a coplanar electrode having a length of m is formed, a back surface side is electrically connected to the outside through internal wiring, and solder balls for fixing and mounting the substrate to a circuit mounting substrate is provided. I have. Further, a terrace 221 for fixing the resin ferrule was provided.
【0075】光サブアセンブリS1は、セラミック多層
配線基体205の凹部にエポキシ樹脂接着剤(エポテッ
ク353ND)で固定実装し、チップキャリア219の
コプレーナ電極と、セラミック多層基体のコプレーナ電
極間を、幅175μmのAuリボンワイヤ220にてワ
イヤリング接続した。The optical subassembly S1 is fixedly mounted on the concave portion of the ceramic multilayer wiring substrate 205 with an epoxy resin adhesive (Epotech 353ND), and the gap between the coplanar electrode of the chip carrier 219 and the coplanar electrode of the ceramic multilayer substrate is 175 μm. Wiring connection was made with an Au ribbon wire 220.
【0076】また、樹脂フェルールも210エポキシ樹
脂接着剤(エポテック353ND)にてテラス部に固定
実装した。The resin ferrule was also fixedly mounted on the terrace with 210 epoxy resin adhesive (Epotek 353ND).
【0077】シリコン基板203凹部内206aのVC
SELチップ201及びこれに光結合される光ファイバ
202との間隙を屈折率1.47の透明シリコーン樹脂
を充填し、150度60分の熱硬化条件により固化した
(不図示)。VC in silicon substrate 203 recess 206a
A gap between the SEL chip 201 and the optical fiber 202 optically coupled to the SEL chip 201 was filled with a transparent silicone resin having a refractive index of 1.47, and was solidified under a thermosetting condition of 150 degrees and 60 minutes (not shown).
【0078】また、セラミック多層配線基体205の主
面側をビスフェノール型エポキシ樹脂10%、酸無水物
硬化材15%、フェノール樹脂系硬化材5%、シリコー
ン樹脂改質材10%、無水珪酸60%の混合樹脂(不図
示)を用いて、150度4時間の熱硬化条件により固化
することにより光モジュールM2が完成した。Further, the main surface side of the ceramic multilayer wiring substrate 205 is composed of 10% of bisphenol type epoxy resin, 15% of acid anhydride curing material, 5% of phenol resin curing material, 10% of silicone resin modifier, 60% of silicic anhydride. The optical module M2 was completed by using the mixed resin (not shown) of the above and solidifying it under a thermosetting condition of 150 ° C. for 4 hours.
【0079】光モジュールM2の特性評価を行なったと
ころ、業界で標準的に試験されるベルコア規格を満足す
る信頼性が得られた。さらに、アレイ型VCSELチッ
プを用いたので、並列多芯型の光モジュールとすること
ができ、小型で高速な光伝送を実現した。When the characteristics of the optical module M2 were evaluated, it was found that the optical module M2 had reliability satisfying the Bellcore standard which is standardly tested in the industry. Furthermore, since an array type VCSEL chip is used, a parallel multi-core optical module can be realized, and small and high-speed optical transmission is realized.
【0080】次に、本発明の第3の実施例である光モジ
ュールM3についてさらに図面を用いて詳細に説明す
る。Next, an optical module M3 according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0081】図16に本発明の第3の実施例である光モ
ジュールM3の分解斜視図を、図17に光モジュールM
3の構成要素である後記する第2基体の裏面側を示す斜
視図を、図18に完成させた光モジュールMの斜視図
を、図19に図18におけるA−A線断面図を示す。FIG. 16 is an exploded perspective view of an optical module M3 according to a third embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 18 is a perspective view showing the back surface side of a second base, which will be described later, which is a component of No. 3, FIG. 18 is a perspective view of the completed optical module M, and FIG. 19 is a sectional view taken along line AA in FIG.
【0082】光モジュールM3は、発光型半導体素子で
あるファブリーペロー型半導体レーザ、受光素子である
PIN型フォトダイオードを備えた異方性エッチングが
可能なシリコン単結晶(熱伝導率:168W/m・K)
基体303と、配線を備えたアルミナを主原料とした、
セラミックス多層配線基体306とから主に構成した。The optical module M3 is an anisotropically-etchable silicon single crystal having a Fabry-Perot semiconductor laser as a light-emitting semiconductor device and a PIN photodiode as a light-receiving semiconductor device (thermal conductivity: 168 W / m · K)
A base 303 and alumina having wiring as a main raw material;
It mainly comprises a ceramic multilayer wiring substrate 306.
【0083】シリコン単結晶基体303には、ファブリ
ーペロー型半導体レーザ301、PIN型フォトダイオ
ード302、ファブリーペロー型半導体レーザ301に
光接続される光導波体であるシングルモード光ファイバ
304を設けた。On a silicon single crystal substrate 303, a Fabry-Perot semiconductor laser 301, a PIN photodiode 302, and a single mode optical fiber 304 as an optical waveguide optically connected to the Fabry-Perot semiconductor laser 301 are provided.
【0084】また、セラミックス多層配線基体306に
は複数個からなる外部導体(すなわち外部回路(不図
示)に電気接続する)であるはんだボール309、31
0等を設け、このはんだボール309、310のうち特
定のものをセラミックス多層配線基体306の電気配線
に接続した。On the ceramic multilayer wiring substrate 306, solder balls 309 and 31 which are a plurality of external conductors (that is, electrically connected to an external circuit (not shown)) are provided.
0 and the like, and a specific one of the solder balls 309 and 310 was connected to the electric wiring of the ceramic multilayer wiring substrate 306.
【0085】また、シリコン単結晶基体303には、モ
ニター用の受光素子であるPIN型フォトダイオード3
02がファブリーペロー型半導体レーザ301の近傍に
配設し、レーザ301からの後方側からの出射光をモニ
タしてレーザ301の発光強度を制御した。そして、レ
ーザ301の前方側には、異方性エッチングによりV溝
316を形成し、このV溝316に光ファイバ304を
石英ガラスの押さえ板305で固定実装し搭載した。こ
れにより精度の高いファイバ実装を行うことができ、ウ
エハプロセスにより簡便・迅速に大量生産を行うことが
できた。The silicon single crystal substrate 303 has a PIN photodiode 3 serving as a light receiving element for monitoring.
Numeral 02 is disposed near the Fabry-Perot type semiconductor laser 301, and the emission intensity of the laser 301 is controlled by monitoring the light emitted from the rear side of the laser 301. Then, a V-groove 316 was formed on the front side of the laser 301 by anisotropic etching, and the optical fiber 304 was fixedly mounted on the V-groove 316 with a pressing plate 305 made of quartz glass and mounted. As a result, high-precision fiber mounting could be performed, and mass production could be performed easily and quickly by a wafer process.
【0086】また、シリコン単結晶基体303には、レ
ーザ301の通電パターン(電極パッド)317a、3
17bとフォトダイオード302の通電用パターン(電
極パッド)318a、318bを形成し、これら導体パ
ターン317a、317b、318a、318bは電気
信号の送受を行うために、薄膜プロセス等によりAu
(金)メタライズを施さし形成した。On the silicon single crystal substrate 303, the current supply patterns (electrode pads) 317a,
The conductive patterns (electrode pads) 318a, 318b of the photodiode 17b and the photodiode 302 are formed. These conductive patterns 317a, 317b, 318a, 318b are formed by a thin film process or the like in order to transmit and receive electric signals.
(Gold) Metallized and formed.
【0087】レーザ301は、導体パターン317a上
でV溝316に対して正確な位置にパッシブアライメン
トし、導体パターン317a上に予め形成されたAu−
Sn合金からなるはんだを溶融することで実装固定し
た。また、同様にしてフォトダイオード302も導体パ
ターン318a上に実装固定した。さらに、各光素子
は、φ25μm程度のAuワイヤのボンディングワイヤ
により、各光素子のチップ上面電極と導体パターン31
7b、318bとをそれぞれ接続した。The laser 301 is passively aligned at an accurate position with respect to the V-groove 316 on the conductor pattern 317a, and Au-formed in advance on the conductor pattern 317a.
It was mounted and fixed by melting a solder made of a Sn alloy. Similarly, the photodiode 302 was mounted and fixed on the conductor pattern 318a. Further, each optical element is connected to a chip upper surface electrode of each optical element and a conductive pattern 31 by a bonding wire of Au wire of about φ25 μm.
7b and 318b, respectively.
【0088】レーザ301と光接続される光ファイバ3
04は、φ125μmの石英系のシングルモード光ファ
イバを適用し、その一部外周には不図示の外部光コネク
タと光接続を行うためのジルコニア等で精密成型され
た、φ1.25mm、長さ6mmのジルコニアを主原料
としたセラミック製のフェルール319が装着され、こ
れにより支持固定される光ファイバスタブとした。Optical fiber 3 optically connected to laser 301
Reference numeral 04 is a quartz single-mode optical fiber having a diameter of 125 μm, and a part thereof is precisely molded with zirconia or the like for optically connecting to an external optical connector (not shown). An optical fiber stub supported and fixed by a ceramic ferrule 319 using zirconia as a main raw material was mounted.
【0089】セラミックス多層配線基体306は、電極
や内部配線パターンが形成され、アルミナ(熱伝導率:
20W/m・K)や窒化アルミニウム(熱伝導率:15
0W/m・K)を主原料とした、セラミックの薄膜シー
トを積層して作製された、セラミック多層基板で構成さ
れたものとした。そして、後記するように、一主面側に
シリコン単結晶基体303を収容するための凹部329
をが設け、他主面側には光半導体素子302、303を
駆動するための回路素子である駆動回路IC308が搭
載される凹部313、凹部313内には、セラミックス
多層配線基体306より熱伝導率が大きい放熱用基体3
21を予め設けた。The ceramic multilayer wiring substrate 306 has electrodes and internal wiring patterns formed thereon and is made of alumina (thermal conductivity:
20W / m · K) or aluminum nitride (thermal conductivity: 15
(0 W / m · K) as a main material, and was constituted by a ceramic multilayer substrate manufactured by laminating ceramic thin film sheets. Then, as described later, a concave portion 329 for accommodating the silicon single crystal substrate 303 is provided on one main surface side.
On the other main surface side, a concave portion 313 in which a drive circuit IC 308 which is a circuit element for driving the optical semiconductor elements 302 and 303 is mounted. Heat dissipation base 3
21 are provided in advance.
【0090】セラミックス多層配線基体306には、シ
リコン単結晶基体303を収容するため、基体303の
厚さの深さをもつ凹部329、フェルール319を固定
支持するための凹部330を形成した。また、凹部32
9周辺には、シリコン単結晶基体303と電気接続を行
うための電極パターン、及び、チップコンデンサやチッ
プ抵抗である電子部品314や電子部品315等を実装
固定するための電極パターン331a、331b等を形
成した。これら電極パターンは、セラミックス多層配線
基体306の内部配線パターンにより、セラミックス多
層配線基体306に形成された駆動回路IC308を搭
載するための凹部313に形成された電極パターンと接
続されている。また、同様に内部配線パターンにより外
部導体であるはんだボール309,310も接続されて
いる。凹部313は駆動回路IC308を実装搭載する
ため放熱性に優れたCuW(熱伝導率:250W/m・
K)、で形成された放熱用基体321をろう付けにてセ
ラミックス多層配線基体306に予め形成した。In the ceramic multilayer wiring substrate 306, a concave portion 329 having a depth of the thickness of the substrate 303 and a concave portion 330 for fixing and supporting the ferrule 319 are formed to accommodate the silicon single crystal substrate 303. Also, the recess 32
In the vicinity of 9, an electrode pattern for making electrical connection with the silicon single crystal substrate 303 and electrode patterns 331a and 331b for mounting and fixing electronic components 314 and 315, which are chip capacitors and chip resistors, are provided. Formed. These electrode patterns are connected to the electrode patterns formed in the concave portions 313 for mounting the drive circuit ICs 308 formed on the ceramic multilayer wiring substrate 306 by the internal wiring patterns of the ceramic multilayer wiring substrate 306. Similarly, solder balls 309 and 310 as external conductors are also connected by the internal wiring pattern. The concave portion 313 has CuW (heat conductivity: 250 W / m.
K), the heat dissipating base 321 was formed in advance on the ceramic multilayer wiring base 306 by brazing.
【0091】尚、放熱用基体として、アルミニウム(熱
伝導率:240W/m・K)、銅(熱伝導率:390W
/m・K)等を用い、接合剤としてはんだを用いてもよ
い。この放熱用基体321はより放熱性を向上させるた
め、アルミニウムで形成された外部放熱体7に、熱伝導
に優れた金属粉末が混入されたペースト材にて接続し
た。As the heat dissipation base, aluminum (thermal conductivity: 240 W / m · K), copper (thermal conductivity: 390 W)
/ M · K) or the like, and solder may be used as a bonding agent. In order to further improve the heat dissipation, the heat dissipation base 321 was connected to an external heat dissipation body 7 made of aluminum with a paste material mixed with a metal powder having excellent heat conductivity.
【0092】シリコン単結晶基体303を収容するため
の凹部329には、シリコン単結晶基体303で発生し
た熱を放熱するため、Auで形成された放熱パッドが設
けられている。この放熱パッドはCuWで形成された外
部放熱体322に接続されたサーマルヴィア323に予
め接続されている。In the concave portion 329 for accommodating the silicon single crystal substrate 303, a heat radiation pad made of Au is provided to radiate heat generated in the silicon single crystal substrate 303. This heat radiation pad is connected in advance to a thermal via 323 connected to an external heat radiator 322 made of CuW.
【0093】外部導体であるはんだボール310aは内
部配線パターン324e、325dを介して凹部313
内に形成された不図示の電極パッドに接続されており、
駆動回路IC308にAuボンディングワイヤにて接続
した。また、シリコン単結晶基体303の導体パターン
317aは基体306の導体パターン331bとでAu
ボンディングワイヤにて接続した。導体パターン331
bにはチップ抵抗やチップコンデンサ等の電子部品15
が実装固定され、電子部品315は内部配線パターン3
24a、325a、324bを介し、電子部品314に
接続され、さらに電子部品314は内部配線パターン3
24c、325b、324d、325cを介して凹部3
13内に形成された不図示の電極パッドに接続されボン
ディングワイヤにて駆動回路IC308に電気接続され
ている。駆動回路IC308の特定の電極は、同様に内
部配線パターン327、326を介してはんだボール3
10bに接続されており外部との信号の送受を行うこと
が可能となった。The solder balls 310a, which are the external conductors, are recessed through the internal wiring patterns 324e and 325d.
Connected to an electrode pad (not shown) formed in the
It was connected to the drive circuit IC 308 by an Au bonding wire. The conductor pattern 317a of the silicon single crystal substrate 303 is Au and the conductor pattern 331b of the substrate 306.
Connection was made with a bonding wire. Conductor pattern 331
b denotes electronic components 15 such as chip resistors and chip capacitors.
Is mounted and fixed, and the electronic component 315 is
24a, 325a, and 324b, and is connected to the electronic component 314.
24c, 325b, 324d, 325c
13 and is electrically connected to the drive circuit IC 308 by bonding wires. Similarly, specific electrodes of the drive circuit IC 308 are connected to the solder balls 3 via the internal wiring patterns 327 and 326.
10b, so that signals can be transmitted and received to and from the outside.
【0094】セラミックス多層配線基体306の凹部3
13は、コバールからなる金属キャップ328でシーム
溶接した。尚、はガラス、セラミック等のキャップで封
止するか、樹脂を充填・固化するすることにより封止し
てもなんら問題ない。Depression 3 of ceramic multilayer wiring base 306
No. 13 was seam-welded with a metal cap 328 made of Kovar. It should be noted that there is no problem in sealing with a cap made of glass, ceramic, or the like, or by filling and solidifying a resin.
【0095】レーザ301と光接続される光ファイバの
一部、フォトダイオード302、及びワイヤリングを含
めた部分は湿度を通しにくく、屈折率が光ファイバと同
じか光ファイバより高く、レーザの光導波層より低い熱
硬化型の不図示のシリコーン樹脂等で覆い固化した。A part of the optical fiber optically connected to the laser 301, the part including the photodiode 302 and the wiring is hardly permeable to humidity, has a refractive index equal to or higher than that of the optical fiber, and has an optical waveguide layer of the laser. It was covered with a lower thermosetting type silicone resin (not shown) or the like to be solidified.
【0096】そして、セラミックス多層配線基体306
の基体303実装部周囲を、エポキシ系の不透明樹脂3
12で覆い固化することにより、図17に示すような光
モジュールM3が完成した。Then, the ceramic multilayer wiring substrate 306
Around the mounting portion of the base 303 is an epoxy-based opaque resin 3
By solidifying with covering with 12, the optical module M3 as shown in FIG. 17 was completed.
【0097】かくして、駆動回路IC308はセラミッ
クス多層配線基体306に形成された凹部内の放熱用基
体321に実装されているため、駆動回路IC308で
発生した高熱が、シリコン単結晶基体303に実装され
た光半導体素子302,303に伝達することなしで動
作できた。Thus, since the drive circuit IC 308 is mounted on the heat dissipation base 321 in the recess formed in the ceramic multilayer wiring base 306, the high heat generated in the drive circuit IC 308 is mounted on the silicon single crystal base 303. It was possible to operate without transmitting to the optical semiconductor elements 302 and 303.
【0098】一方、シリコン単結晶基体303の光半導
体素子302,303が発生した熱は、凹部329に形
成された放熱パッド、サーマルヴィアを介し、外部放熱
体にて放熱することができるため、特性劣化の生じにく
い構成とすることができ、光半導体素子で生じた熱が内
部にこもることがなく、放熱性が良好な信頼性の高い光
モジュールとすることができた。On the other hand, the heat generated by the optical semiconductor elements 302 and 303 of the silicon single crystal substrate 303 can be radiated by the external heat radiator through the heat radiating pad and the thermal via formed in the concave portion 329. A configuration in which deterioration is unlikely to occur can be achieved, and the heat generated in the optical semiconductor element does not stay inside, and a highly reliable optical module with good heat dissipation can be obtained.
【0099】また、説明は省略したが、シリコン単結晶
基体303に形成する配線パターン及び、セラミックス
多層配線基体306に形成する配線パターン、内部配線
パターンは、高周波特性に優れたマイクロストリップラ
インやコプレーナ線路とし、要所にリボンワイヤを用い
ることで、高周波特性に優れ、2.5Gbps及び10
Gbpsの高周波特性が得られた。Although not described, the wiring pattern formed on the silicon single crystal substrate 303, the wiring pattern formed on the ceramic multilayer wiring substrate 306, and the internal wiring pattern are microstrip lines and coplanar lines having excellent high-frequency characteristics. By using a ribbon wire at a key point, it is excellent in high-frequency characteristics, 2.5 Gbps and 10 Gbps.
A high frequency characteristic of Gbps was obtained.
【0100】[0100]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光モジュ
ールによれば、光半導体素子とこれと光接続される光フ
ァイバとを設けた第1の基体を、光半導体素子と電気的
に接続を行なう導体を有する第2の基体に載置し、光半
導体素子とこれに光接続される光ファイバの周辺を湿度
の通しにくい透明樹脂で保護し、さらにこれを低応力の
不透明樹脂で覆うことにより、非常に優れた封止構造と
することができる。As described above, according to the optical module of the present invention, the first substrate provided with the optical semiconductor element and the optical fiber optically connected to the optical semiconductor element is electrically connected to the optical semiconductor element. The optical semiconductor element and the optical fiber optically connected to the optical semiconductor element are protected with a transparent resin that is not easily permeable to moisture, and further covered with a low-stress opaque resin. Thereby, a very excellent sealing structure can be obtained.
【0101】また、第1の基体に透明樹脂を充填する凹
部を設け、その凹部内に光半導体素子を収容し透明樹脂
で覆うことにより、さらなる封止性を向上することがで
きる。Further, by providing a concave portion for filling the first substrate with the transparent resin, and accommodating the optical semiconductor element in the concave portion and covering it with the transparent resin, it is possible to further improve the sealing property.
【0102】また、面発光型光半導体素子、面受光型光
半導体素子を第3の基体に固定実装し、予め凹部を設け
た第1の基体に収容実装し、凹部内に透明樹脂を充填す
ることにより、封止構造を可能とした。Further, the surface-emitting type optical semiconductor element and the surface-receiving type optical semiconductor element are fixedly mounted on the third base, accommodated and mounted on the first base provided with a concave portion in advance, and the concave portion is filled with a transparent resin. This enabled a sealing structure.
【0103】また、第1基体と、一主面側に前記第1基
体を収容するための凹部が設けられ、他主面側には光半
導体素子を駆動するための駆動回路または信号処理回路
等の回路素子が搭載される凹部、さらには、前記駆動回
路または信号処理回路の外部導体である電気端子が設け
られた第2基体からなり、駆動回路または信号処理回路
を収容するための凹部には、第2基体より熱伝導率が大
きい放熱用基体が設けられ、駆動回路または信号処理回
路が放熱用基体に実装収容してなることにより、光半導
体素子で発生した熱を駆動回路に、また、駆動回路で発
生した熱を光半導体素子に伝達させることがなく、放熱
性に非常に優れ特性劣化のない光モジュールを提供でき
る。A first substrate and a concave portion for accommodating the first substrate on one main surface are provided, and a driving circuit or a signal processing circuit for driving an optical semiconductor element is provided on the other main surface. The concave portion in which the circuit element is mounted, and the concave portion for accommodating the drive circuit or the signal processing circuit, further comprising a second base provided with an electric terminal which is an external conductor of the drive circuit or the signal processing circuit. A heat dissipation base having a higher thermal conductivity than the second base is provided, and a drive circuit or a signal processing circuit is mounted and accommodated in the heat dissipation base, so that heat generated in the optical semiconductor element is transmitted to the drive circuit, It is possible to provide an optical module which does not transmit heat generated in the drive circuit to the optical semiconductor element, has excellent heat dissipation, and does not deteriorate characteristics.
【0104】また、高精度が要求されるシリコン基板等
の基体を極力小型化・軽量化でき、しかも高周波特性に
優れた光モジュールを提供できる。Further, it is possible to provide an optical module which can reduce the size and weight of a substrate such as a silicon substrate which requires high precision as much as possible and which is excellent in high frequency characteristics.
【0105】また、第1の基体が単結晶シリコンから成
り、第2の基体及び第3の基体がセラミックスから成るこ
とにより、高周波特性に優れ作製が容易で信頼性の優れ
た光モジュールを提供できる。Further, since the first base is made of single-crystal silicon and the second base and the third base are made of ceramics, it is possible to provide an optical module excellent in high-frequency characteristics, easy to manufacture, and excellent in reliability. .
【0106】また、透明な樹脂は屈折率が光ファイバと
同等以上であり、光半導体素子の光導波層より低い熱硬
化型とし、また、これを覆う不透明樹脂は、ビスフェノ
ール型エポキシ樹脂を15から20%、酸無水物硬化材
を10から15%、フェノール樹脂系硬化材を3から1
0%、シリコーン樹脂改質材を3から10%、無水珪酸
を60から65%の混合樹脂とすることによりヤング率
を5000N/mm2以下とすることができ、信頼性に
優れ、軽量化を図ることが可能な光モジュールを提供で
きる。The transparent resin has a refractive index equal to or higher than that of the optical fiber, and is of a thermosetting type lower than the optical waveguide layer of the optical semiconductor element. 20%, acid anhydride hardener 10 to 15%, phenolic resin hardener 3 to 1
By using a mixed resin of 0%, a silicone resin modifier of 3 to 10%, and a silicic anhydride of 60 to 65%, the Young's modulus can be reduced to 5,000 N / mm 2 or less, which is excellent in reliability and weight reduction. An optical module that can be provided can be provided.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明に係る光モジュールの実施形態を模式的
に説明するための斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating an embodiment of an optical module according to the present invention.
【図2】図1における分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view in FIG. 1.
【図3】図1における斜視断面図である。FIG. 3 is a perspective sectional view of FIG.
【図4】本発明に係る光モジュールの実施形態を模式的
に説明するための斜視図である。FIG. 4 is a perspective view schematically illustrating an embodiment of the optical module according to the present invention.
【図5】ヤング率と変形量との関係を示すグラフであ
る。FIG. 5 is a graph showing a relationship between a Young's modulus and a deformation amount.
【図6】従来の光モジュールを模式的に説明するための
分解斜視図である。FIG. 6 is an exploded perspective view for schematically explaining a conventional optical module.
【図7】従来の光モジュールを模式的に説明するための
斜視図である。FIG. 7 is a perspective view schematically illustrating a conventional optical module.
【図8】本発明の第1の実施例における光モジュールM
1の斜視図である。FIG. 8 is an optical module M according to the first embodiment of the present invention.
1 is a perspective view of FIG.
【図9】図8における分解斜視図である。FIG. 9 is an exploded perspective view of FIG.
【図10】図8における光結合部周囲の透視断面図であ
る。FIG. 10 is a perspective cross-sectional view around the optical coupling unit in FIG.
【図11】光モジュールM1のトラッキングエラー評価
結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing a tracking error evaluation result of the optical module M1.
【図12】本発明の第2の実施例における面発光型光半
導体素子の斜視図である。FIG. 12 is a perspective view of a surface-emitting type optical semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図13】本発明の第2の実施例における第3の基体の
斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of a third base according to the second embodiment of the present invention.
【図14】本発明の第2の実施例における光サブアセン
ブリの分解斜視図である。FIG. 14 is an exploded perspective view of an optical subassembly according to a second embodiment of the present invention.
【図15】本発明の第2の実施例における光モジュール
M2の斜視図である。FIG. 15 is a perspective view of an optical module M2 according to a second embodiment of the present invention.
【図16】本発明の第3の実施例における光モジュール
M3を模式的に説明するための斜視分解図である。FIG. 16 is an exploded perspective view schematically illustrating an optical module M3 according to a third embodiment of the present invention.
【図17】図16における下面斜視分解図である。FIG. 17 is an exploded bottom perspective view of FIG. 16;
【図18】本発明の第3の実施例における光モジュール
M3の斜視図である。FIG. 18 is a perspective view of an optical module M3 according to a third embodiment of the present invention.
【図19】本発明の第3の実施例における光モジュール
M3の断面図である。FIG. 19 is a sectional view of an optical module M3 according to a third embodiment of the present invention.
1:発光素子(光半導体素子) 2:光ファイバ 3:第1の基体 4:リード 5:第2の基体 6a、6b、7a、7b、12a、12b、14a、1
4b:導体パターン 8:石英板 10:フェルール 11:受光素子(光半導体素子) 17:シリコーン樹脂(透明樹脂) 18:エポキシ樹脂(不透明樹脂) M、M1〜M3:光モジュール1: light emitting element (optical semiconductor element) 2: optical fiber 3: first base 4: lead 5: second base 6a, 6b, 7a, 7b, 12a, 12b, 14a, 1
4b: Conductor pattern 8: Quartz plate 10: Ferrule 11: Light receiving element (optical semiconductor element) 17: Silicone resin (transparent resin) 18: Epoxy resin (opaque resin) M, M1 to M3: Optical module
Claims (5)
る光半導体素子、及び該光半導体素子に接続された導体
をそれぞれ設けた第1の基体と、該第1の基体を載置し前
記光半導体素子に接続された導体に通電するための導体
を設けた第2の基体とを備えた光モジュールであって、
少なくとも前記光ファイバと前記半導体素子との間隙を
耐湿性の透明樹脂で封止し、かつ少なくとも前記透明樹
脂を不透明樹脂で被覆したことを特徴とする光モジュー
ル。An optical fiber, an optical semiconductor device optically connected to the optical fiber, a first substrate provided with a conductor connected to the optical semiconductor device, and a first substrate mounted on the first substrate. An optical module comprising: a second base provided with a conductor for conducting electricity to a conductor connected to the optical semiconductor element,
An optical module, wherein at least a gap between the optical fiber and the semiconductor element is sealed with a moisture-resistant transparent resin, and at least the transparent resin is covered with an opaque resin.
及び該光半導体素子接続された導体をも封止したことを
特徴とする請求項1に記載の光モジュール。2. The optical module according to claim 1, wherein the transparent resin also seals around the optical semiconductor element and a conductor connected to the optical semiconductor element.
り、かつ前記第2の基体がセラミックスからなることを
特徴とする請求項1に記載の光モジュール。3. The optical module according to claim 1, wherein said first base is made of single-crystal silicon, and said second base is made of ceramics.
等以上であり、前記光半導体素子の光導波層より低い熱
硬化型樹脂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。4. The optical module according to claim 1, wherein the transparent resin is a thermosetting resin having a refractive index equal to or higher than that of an optical fiber and being lower than an optical waveguide layer of the optical semiconductor element.
/mm2以下の樹脂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。5. The opaque resin has a Young's modulus of 5000N.
2. The optical module according to claim 1, wherein the optical module is a resin of not more than / mm 2 .
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