JP5931687B2 - マルチチップ光集積モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光通信等で用いられる光導波路や受発光素子を複数用いて構成されるマルチチップ光集積モジュールに関するものである。

データ通信の高速大容量化に伴い、光通信や、光インターコネクション技術の高度化が進展している。こうした中で光通信デバイスも、従来のレーザダイオード（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）、光導波路フィルタといった単一機能の光デバイスをそのまま使用することは少なくなり、これら複数の素子を組み合わせてワンパッケージに収容した、多チャネル、多機能、高機能なマルチチップ光集積モジュールの必要性が高まっている。

図１７〜２０に、従来のマルチチップ光集積モジュールの構成例を示す。

図１７は、従来のアレイ送信器と光導波路とからなるマルチチップ光集積モジュールの一例である（非特許文献１参照）。発光素子アレイ１２、駆動用ＩＣ１４が基板１１上に実装され、同基板１１上に設けたスペーサ１５が形成するギャップに光導波路１６が搭載されている。光導波路１６の発光素子アレイ１２との接続端部は、光路変換ミラー１７が形成されており、基板１１に垂直方向に面型光素子１３ａ〜１３ｄとの光接続が行われている。

尚、このような形態は通常、最大数Ｇｂ／ｓのボード内光インターコネクション用に検討されており、光導波路はマルチモードのポリマー導波路であり、ＬＤはスポットサイズの大きい面発光レーザ、ＰＤも５０μｍ〜１００μｍ程度と大きな受光径を有する素子であり、光接続に要する光導波路と光素子間の相対位置精度は１０〜数１０μｍと極めて緩い。

図１８は、従来の面型ＰＤの光導波路への実装構造の一例である（特許文献１参照）。面型ＰＤ２２はあらかじめ小型のパッケージ２１に封入されて、光路変換ミラー２４を形成した光導波路２３上に直接搭載されている。

図１９も、従来の面型ＰＤと光導波路との実装構造の一例である（特許文献２参照）。図１８と異なるのは、パッケージ３１に封入された面型ＰＤ３２が、光路変換ミラーを介することなく、光導波路３３の端面に直接接着されている点である。図１８、１９の形態は、可変光減衰器アレイの後段に光合波用フィルタをワンチップに集積化した光導波回路などで用いられる。ＰＤは、可変光減衰器の出力光の一部をタップして強度をモニターし、可変光減衰器をフィードバック制御するためのものである。この場合、ＰＤは光強度をモニターすれば良いだけなので、５０μｍ〜数１００μｍ程度の大面積のＰＤを用いれば良く、高速光信号用のトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）を直近に配置する必要もない。

図２０は、従来の３つの光導波路チップ４１ａ〜４１ｃを直接、端面接続した例である（特許文献３参照）。本例ではＬＮの高速位相シフタアレイ４２ａ〜４２ｃの両側に、それぞれ分岐回路４３ａ〜４３ｃ、合成回路４４ａ〜４４ｃと一定の位相付与部４５ａ〜４５ｄを設けた２つの石英系ＰＬＣを接続することにより、ＶＳＢ変調器を構成している。

光導波路どうしであっても、このように各々材料の特性を生かして別チップで構成することにより、全体として良好な性能を達成することができる。また、同様に、石英系ＰＬＣ同士を複数直接接続する構成も検討されている。かようなマルチチップ構成により、構成要素となる回路ブロックの性能最適化が容易となる点や、ウエハサイズを大きくすることなく大面積の大規模集積回路を実現できるという利点がある。

特開２００８−００９３０２号公報 特開２００７−２６６２５１号公報 特開２００３−１２１８０６号公報

村田佳一、外５名、「面発光レーザと４５度ミラー付きファイバとの光結合」、社団法人 電子情報通信学会、信学技報、２００２年６月、ＯＰＥ２００２−３９、ＬＱＥ２００２−９４

ところで、高速・大容量光通信システムの急速な高度化に伴い、光部品に対しても従来よりも格段に高い機能・性能の要求が顕在化しており、こうした要求に応えるためにも、マルチチップ光集積モジュールへの期待が高まっている。

しかしながら、これら光部品の高機能化・高性能化にあたって、図１７〜２０に示した従来の技術をそのまま適用することは困難である。

その理由は、第１に高速信号を扱うため、光導波路はコア径の小さいシングルモードとなり、受発光素子のスポットサイズも極めて小さくなることである。例えば３０Ｇｂ／ｓ用の面型ＰＤでは受光径（直径）は５〜１５μｍ程度であり、ＬＤも通信波長帯で単一縦モード動作のため、スポットサイズ（半値）が０．５〜２μｍ程度のストライプレーザを用いることになる。シングルモード光導波路としては、高速光信号を安定・低損失に伝播できることが必要であるため、石英系ＰＬＣが適しているが、スポットサイズ（半値）は２〜６μｍ程度である。さらに、アクティブ素子と一体集積化したＩｎＰ、Ｓｉなどの光導波路の場合、スポットサイズはより小さくなる。

したがって、各光接続部における光素子の接続端同士の位置合わせ精度を数μｍ以下に抑える必要があり、図１７のような従来の単純な実装構造の適用は極めて難しい。なぜなら、光導波路１６は光接続される光デバイスと離れたスペーサ１５上に固定されているため、環境温度が変化すると、基板１１と光導波路１６の熱膨張係数の違いから面型光素子１３ａ〜１３ｄの光接続端と、光導波路１６の光接続端の相対位置が数μｍを超えて変化してしまうためである。

尚、通信用光デバイスで要求される温度範囲は、デバイスの種類によるが、−５〜７０℃や−４０〜８５℃など、約１００℃であるので、たとえ熱膨張係数差が１×１０^−６であったとしても、光接続端と、固定部位が１０ｍｍ離れると、上記温度範囲で最大１μｍの位置ずれが生じる結果となる。

第２の理由は、光素子とそれに付随する電子部品の放熱や温度調整が必要となることである。すなわち、高速信号の劣化を避けるためには、ＴＩＡ、ＬＤ駆動用ＩＣ、周辺の抵抗やコンデンサ等のチップ部品を、対応する光素子の直近に配置する必要があることに加え、一般にこれらのデバイスは温度特性を有するため、十分な放熱経路を確保する必要がある。このことは、図１８、１９の従来の形態をそのまま適用できないことを示している。つまり、図１７の構成と異なり、図１８、１９では、小型パッケージ２１、３１に収容したＰＤ２２、３２を直接ＰＬＣ２３、３３に接続し、加えて、光接続端位置と、ＰＤ２２、３２とＰＬＣ２３、３３との固定部位とがほぼ一致した構成としてある。そのため、１００℃の温度変化があっても、ＰＤ２２、３２と光導波路２３、３３の光接続端の相対位置ずれはほとんど生じない構成である。しかし、この構成ではＰＬＣ２３、３３に接続した光デバイスはＰＬＣ２３、３３以外への放熱経路を持たないため、例えば小型パッケージ２１、３１内のＰＤ２２、３２直近に発熱デバイスを配置しても放熱に問題があるため、必要な温度範囲で安定な動作を得ることができない。

光モジュール機能が複雑化するにつれて、光接続する素子数、光接続のポート数が多数になるとともに、光導波路の回路構成が複雑化・大規模化する場合にも放熱、温度調整が必要になることがある。すなわち、多数の光素子間を結ぶためのパッシブな光導波路数、光接続ポート数が増えることに加え、分岐・合成回路、フィルタ、光遅延線、光位相器、可変減衰器等の回路が必要になる。そのため、受発光素子や、ＬＮ等のアクティブ光導波路と比較して、ＰＬＣ等のパッシブ光導波路を基本とする光導波路チップに盛り込む機能が増加して回路が大型化する。また、光位相器や光減衰器を駆動する熱光学位相ヒータのための放熱経路を確保したり、回路特性の温度依存性を補償するため、ペルチェに接続して温度調整を行う等の必要が生じる。図２０の従来例のように、光導波路チップ同士を直接端面接続する場合、両端の光導波路チップが十分小さく、かつ発熱や温度依存性がない場合には、機械的な強度は光導波路端面の接着だけでも十分である。そのため、両端の光導波路チップを浮かせて中央の光導波路チップ４１ｂの底面をパッケージ筐体に接続すれば良い。しかし、このような実装構造は、上記のように、個々の光導波路サイズが大きくなり、かつそれぞれに放熱や温度調整が必要となる場合には適用できない。

図２１〜２３は、上述の課題を端的に説明する図である。

図２１（ａ）は、常温時における従来の石英系ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０からなる第１のマルチチップ光集積モジュールの実装構造を示す断面模式図である。高速光受信器５２０は、図１８、１９と同様の小型のパッケージに面型ＰＤ５２３、ＴＩＡ５２４、付随するチップ部品を収容した形態であり、アルミナセラミックパッケージの中央にＣｕＷヒートシンク５２５を埋め込み、この上部にＴＩＡ５２４が搭載されている。パッケージ上面はサファイア窓５２１で封止され、サファイア窓５２１の上面には、分布屈折率型のマイクロレンズアレイ５２２が、面型ＰＤ５２３の受光部と位置を合わせて紫外線硬化接着剤によって接着されている。

一方、光導波路はシリコン基板上に形成した石英系ＰＬＣ５１０を用い、ＰＤ５２３と接続されるＰＬＣ端には紫外線硬化接着剤によって、分布屈折率型のマイクロレンズアレイ５１２、光路変換ミラー５１３が接続されている。ＰＬＣ端からの出射光はマイクロレンズアレイ５１２でコリメート光に変換され、光路変換ミラー５１３で垂直下方向に向かう。次いでサファイア窓５２１上部のマイクロレンズアレイ５２２で集光されて、受光径約１５μｍのＰＤ素子５２３で受光される。

さて、ＰＬＣ５１０、ＰＤ素子５２３ともに、固定の機械強度と放熱経路を確保するため、共通となるＣｕＷ共通マウント５３１上に各々図示するように固定する。発熱の大きいＰＤ素子５２３は、小型パッケージに埋め込んだＣｕＷヒートシンク５２５を介してＣｕＷ共通マウント５３１上に金属系熱伝導接着剤にて強固に固定する。一方、ＰＬＣ５１０は接着応力による回路特性の変化を避けるため、ＣｕＷ共通マウント５３１上に比較的柔らかい熱伝導ペースト５３３で貼り付け、かつ回路中央から対称となる端点を数箇所、弾性接着剤５３２にて接着してある。尚、この構成は、用いているＰＤ素子５２３の詳細が異なるだけで、問題となる点は、図１７に示した従来例と同様である。

図２１（ｂ）は、環境温度が上昇した際の従来の石英系ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０からなるマルチチップ光集積モジュールの実装構造を、光接続端のずれを視覚的に分かるように強調して示した断面模式図である。温度上昇とともに、各部材は熱膨張する。ＣｕＷ共通マウント５３１は熱膨張係数がおおよそ７〜１３×１０^−６程度であり、アルミナは約７×１０^−６なので、簡単のためＣｕＷ共通マウント５３１とアルミナは熱膨張係数が等しいとし、ＰＤ素子５２３の受光面はＣｕＷ共通マウント５３１上では固定位置として考える。一方、ＰＬＣ５１０は３×１０^−６程度とＣｕＷ共通マウント５３１との熱膨張係数差は大きいため、ＰＬＣ５１０はＣｕＷ共通マウント５３１ほど膨張せず、回路中央をＣｕＷ共通マウント５３１との固定点として、図示するように接着剤５３２の変形が発生する。同時に、ＰＤ素子５２３の受光面とＰＬＣ５１０のチップ中央との距離は、ＣｕＷ共通マウント５３１の熱膨張によって離れる方向に動くため、図示するように光接続の光軸がずれて受光できなくなってしまう。

尚、ＰＬＣ端に接続したマイクロレンズ５１２やミラー５１３の熱膨張は材料によって大きく異なるが、パイレックスガラス系ではほぼＰＬＣ５１０の熱膨張係数に等しいことと、ＰＬＣ５１０の回路サイズに比べて小さいことから、説明は省略した。また、簡単のため、本明細書を通して、同様の光素子を用いた場合で説明するが、詳細構成はこれに限らない。すなわち、マイクロレンズ５１２やミラー５１３の有無、ミラー５１３がＰＬＣ５１０側についているか、高速光受信器５２０側についているか、ＰＤ素子５２３の種類、ＰＤ素子５２３が小型パッケージに収容されているか否か等は本質的な問題ではなく、例えば、図１７の従来例のように、ＰＤ、ＴＩＡ、ＬＤ、駆動ＩＣがベアチップでボードに実装されていても上記と同様の議論ができる。

図２２（ａ）は常温時における従来の石英系ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０からなる第２のマルチチップ光集積モジュールの実装構造を示す断面模式図である。図２１（ａ）と異なるのは、図２１（ａ）ではミラー５１３と高速光受信器５２０側のマイクロレンズアレイ５２２間に空隙があり、ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０は直接固定された関係にないのに対し、図２２（ａ）ではＰＬＣ側マイクロレンズアレイ５１２、ミラー５１３、高速光受信器５２０側マイクロレンズアレイ５２２が全て紫外線硬化接着剤で接続されることで、ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０とがＣｕＷ共通マウント５３１を介さずに直接固定された構成となっている点である。すなわち、ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０とは光接続端で直接接続されているのと同時に、各々別個にＣｕＷ共通マウント５３１にも固定されていることになる。このような状況は、図１８、図１９に示したＰＬＣと光素子とを直接接続する従来構成であり、ＰＬＣ５１０側、高速光受信器５２０側ともに放熱経路を確保することが必要な構成に相当する。

図２２（ｂ）は、環境温度が上昇した際の従来の石英系ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０からなる第２のマルチチップ光集積モジュールの実装構造を示す断面模式図である。環境温度の上昇に伴ってマルチチップ光集積モジュールの温度が上昇すると、ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０の光接続端を引き離す方向にＣｕＷ共通マウント５３１が熱膨張する。そのため、ＰＬＣ５１０とＣｕＷ共通マウント５３１、高速光受信器５２０とＣｕＷ共通マウント５３１、ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０の間の接着界面に応力が加わり、結果として、もっとも強度の弱い箇所が変形または剥離することになる。幸い、この場合はＰＬＣ５１０とＣｕＷ共通マウント５３１の界面を弾性接着剤５３２で固定しているため、弾性接着剤５３２の変形で熱膨張係数差を吸収することになり、簡単には光接続性能の劣化や、高速光受信器５２０底面の熱伝導接着層の剥離のような問題には至らないが、ヒートサイクルや高温高湿環境下での長時間動作では、常に各接着界面への応力がかかり続けることになるため、光接続性能が徐々に劣化するなど、信頼性上の問題が発生する。

図２３（ａ）は、常温時における従来の石英系ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０からなる第３のマルチチップ光集積モジュールの実装構造を示す断面模式図であり、３つのＰＬＣ７０４ａ〜７０４ｃを共通のアルミ共通マウント７０６に実装した様子を示している。ＰＬＣ７０４ａ〜７０４ｃは紫外線硬化接着剤７０５で直接端面同士を接着されるとともに、固定の機械強度と放熱経路を確保するため、それぞれ別個に共通のサブマウントに熱伝導ペースト７０３と弾性接着剤７０２にて固定されている。

図２３（ｂ）は、環境温度が上昇した際の従来の石英系ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０からなる第３のマルチチップ光集積モジュールの実装構造を示す断面模式図である。図２２（ｂ）と同様に、ＰＬＣチップ間を引き離すようにアルミ共通マウント７０６は熱膨張するが、ＰＬＣチップ間が直接接着されているために、ＰＬＣ７０４ａ〜７０４ｃとアルミ共通マウント７０６間の弾性接着剤が変形してＰＬＣ同士の位置が保たれている。この場合も図２２（ｂ）と同様であって、ヒートサイクルや高温高湿動作時に常にＰＬＣ同士の接着界面に応力が加わることになるため、光接続に関する信頼性上の懸念がある。

尚、本明細書では説明を簡単にするため、温度上昇時の問題として説明するが、当然温度低下時はサブマウントの逆の変位になるだけで、接着界面に働く応力方向も引っ張りと圧縮が逆になるだけで問題としては同じである。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、環境温度の変化に対する光接続性能や信頼性の劣化が小さい、高機能・高性能なマルチチップ光集積モジュールを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、光導波路および受発光部の少なくとも一方を有する光素子を複数個備え、該光素子の少なくとも一対が少なくとも一対以上の光接続端で光接続されたマルチチップ光集積モジュールであり、前記一対の光素子の一方は第１の調整部材を介し、他方は直接、１つの共通固定部材に接続されており、前記共通固定部材は第１の調整部材と熱膨張係数が異なり、前記一対の光素子の一対以上の光接続端の相対的な距離が、所望の温度範囲に対して所望の変動範囲内に収まるように、前記光素子および前記共通固定部材の熱膨張係数に対して、前記第１の調整部材の熱膨張係数が設定されており、前記第１の調整部材とそれに接続された前記光素子とが第１の相対位置固定点の位置で接続され、前記第１の調整部材と前記共通固定部材とが第２の相対位置固定点の位置で接続され、前記共通固定部材に直接接続された光素子と前記共通固定部材とが第３の相対位置固定点の位置で接続され、前記第２および第３の相対位置固定点と前記光接続端を含む一断面において、前記第２の相対位置固定点と第３の相対位置固定点との間の、前記光接続端での光軸と平行方向の距離または垂直方向の距離うち、距離が大きい方の方向に対して、前記一対の光素子の一方の第１の光素子は、該第１の光素子の第１の光接続端からの距離ｘ１１の前記第１の相対位置固定点において、第１の調整部材と固定され、該第１の調整部材は前記第１の光接続端からの距離ｘ１ｃの前記第２の相対位置固定点において前記共通固定部材に固定され、前記一対の光素子の他方の第２の光素子は、該第２の光素子の第２の光接続端からの距離ｘ２ｃにおいて、前記第２の光接続端から前記第１の光素子の方向に前記距離ｘ１ｃとなる点から距離ｘ１２となる前記第３の相対位置固定点で前記共通固定部材に固定されており、前記第１の光素子の第１の光接続端と前記距離ｘ１１の前記第１の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ１、前記第２の光素子の第２の光接続端と前記距離ｘ２ｃの前記第３の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ２、前記第１の調整部材の前記距離ｘ１１の前記第１の相対位置固定点と前記距離ｘ１ｃの前記第２の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ１ｃ、前記共通固定部材の前記距離ｘ１ｃの前記第２の相対位置固定点と前記距離ｘ２ｃの前記第３の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ１２として、
ｋ１＊ｘ１１＋ｋ１ｃ＊（ｘ１ｃ−ｘ１１）＋ｋ１２＊ｘ１２＝ｋ２＊ｘ２ｃ
となる関係を満たすように熱膨張係数ｋ１ｃ、距離ｘ１１，ｘ１ｃ，ｘ２ｃ，ｘ１２が決定されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、光導波路および受発光部の少なくとも一方を有する光素子を複数個備え、該光素子の少なくとも一対が少なくとも一対以上の光接続端で光接続されたマルチチップ光集積モジュールであり、前記一対の光素子の一方は第１の調整部材を介し、他方は第２の調整部材を介して、１つの共通固定部材に接続されており、前記共通固定部材は第１の調整部材と熱膨張係数が異なり、前記一対の光素子の一対以上の光接続端の相対的な距離が、所望の温度範囲に対して所望の変動範囲内に収まるように、前記光素子および前記共通固定部材の熱膨張係数に対して、前記第１、第２の調整部材の熱膨張係数が設定されており、前記第１の調整部材とそれに接続された前記光素子とが第１の相対位置固定点の位置で接続され、前記第２の調整部材とそれに接続された前記光素子とが第２の相対位置固定点の位置で接続され、および前記第１の調整部材と前記共通固定部材とが第３の相対位置固定点の位置で接続され、前記第２の調整部材と前記共通固定部材とが第４の相対位置固定点の位置で接続され、前記第３、第４の相対位置固定点と前記光接続端を含む一断面において、前記第３の相対位置固定点と第４の相対位置固定点との間の、前記光接続端での光軸と平行方向の距離または垂直方向の距離のうち、距離が大きい方の方向に対して、前記一対の光素子の一方の第１の光素子は、該第１の光素子の第１の光接続端からの距離ｘ１１の前記第１の相対位置固定点において、第１の調整部材と固定され、該第１の調整部材は前記第１の光接続端からの距離ｘ１ｃの前記第３の相対位置固定点において前記共通固定部材に固定され、前記一対の光素子の他方の第２の光素子は、該第２の光素子の第２の光接続端からの距離ｘ２２の前記第２の相対位置固定点において、第２の調整部材と固定され、該第２の調整部材は前記第２の光接続端からの距離ｘ２ｃにおいて、前記第２の光接続端から前記第１の光素子の方向に前記距離ｘ１ｃとなる点から距離ｘ１２の前記第４の相対位置固定点で前記共通固定部材に固定されており、前記第１の光素子の第１の光接続端と前記距離ｘ１１の前記第１の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ１、前記第２の光素子の第２の光接続端と前記距離ｘ２２の前記第２の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ２、前記第１の調整部材の前記距離ｘ１１の前記第１の相対位置固定点と前記距離ｘ１ｃの前記第３の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ１ｃ、前記第２の調整部材の前記距離ｘ２２の前記第２の相対位置固定点と前記距離ｘ２ｃの前記第４の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ２ｃ、前記共通固定部材の前記距離ｘ１ｃの前記第３の相対位置固定点と前記距離ｘ２ｃの前記第４の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ１２として、
ｋ１＊ｘ１１＋ｋ１ｃ＊（ｘ１ｃ−ｘ１１）＋ｋ１２＊ｘ１２
＝ｋ２＊ｘ２２＋ｋ２ｃ＊（ｘ２ｃ−ｘ２２）
となる関係を満たすように熱膨張係数ｋ１ｃ、ｋ２ｃ、距離ｘ１１，ｘ２２，ｘ１ｃ，ｘ２ｃ，ｘ１２が決定されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のマルチチップ光集積モジュールにおいて、前記一対の光素子の光接続端同士が、前記共通固定部材を介することなく接着固定されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のマルチチップ光集積モジュールにおいて、前記一対の光素子は、いずれも光導波路であることを特徴とする。

本発明は、環境温度の変化があっても、マルチチップ光集積モジュールの光接続性能や信頼性を劣化させない効果を奏する。

本発明の実施形態１に係るマルチチップ光集積モジュールの実装構造の断面図であって、（ａ）は常温時の様子、（ｂ）は温度上昇時の変形後の様子を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）は常温時の様子、（ｂ）は温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態３に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態４に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態５に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）は常温時の様子、（ｂ）は温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態６に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）は常温時の様子、（ｂ）は温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態７に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）は常温時の様子、（ｂ）は温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態８に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）は常温時の様子、（ｂ）は温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態９に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）は常温時の様子、（ｂ）は温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態１０に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）は常温時の様子、（ｂ）は温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態１０に係るマルチチップ光集積モジュールの斜視模式図である。 本発明の実施形態１１に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）は常温時の様子、（ｂ）は温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態１２に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）は常温時の様子、（ｂ）は温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態１３に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）は常温時の様子、（ｂ）は温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態１５に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図であって、（ａ）は常温時の様子、（ｂ）は温度上昇時の変形後の様子を強調して示す図である。 本発明の実施形態１５に係るマルチチップ光集積モジュールの斜視模式図である。 従来のアレイ送信器と光導波路とからなるマルチチップ光集積モジュールの一例を示す図である。 従来の面型ＰＤの光導波路への実装構造の一例を示す図である。 従来の面型ＰＤと光導波路との実装構造の一例を示す図である。 従来の３つの光導波路チップ４１ａ〜４１ｃを直接、端面接続した例を示す図である。 （ａ）は、常温時における従来の石英系ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０からなる第１のマルチチップ光集積モジュールの実装構造を示す断面模式図であり、（ｂ）は、環境温度が上昇した際の従来の石英系ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０からなるマルチチップ光集積モジュールの実装構造を示した断面模式図である。 （ａ）は常温時における従来の石英系ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０からなる第２のマルチチップ光集積モジュールの実装構造を示す断面模式図であり、（ｂ）は、環境温度が上昇した際の従来の石英系ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０からなる第２のマルチチップ光集積モジュールの実装構造を示す断面模式図である。 （ａ）は、常温時における従来の石英系ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０からなる第３のマルチチップ光集積モジュールの実装構造を示す断面模式図であり、（ｂ）は、環境温度が上昇した際の従来の石英系ＰＬＣ５１０と高速光受信器５２０からなる第３のマルチチップ光集積モジュールの実装構造を示す断面模式図である。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係るマルチチップ光集積モジュールの実装構造の断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。

本実施形態の構成は、従来例の図１７と似ているが、ＰＬＣ１１０が直接ＣｕＷ共通マウント１３１上に接着されているのではなく、アルミサブマウント１３４を介してＣｕＷ共通マウント１３１に固定されている点が異なる。すなわちＰＬＣ１１０はアルミサブマウント１３４上に弾性接着剤１３２と熱伝導ペースト１３３によって貼り付けられ、アルミサブマウント１３４はＣｕＷ共通マウント１３１上に搭載され、図面左手の一端部を固定されている。

用いた部品、部材の寸法等は次の通りである。高速光受信器１２０はＩｎＰ基板上に形成した外形２５０μｍ角で受光径（直径）１５μｍの４アレイの面型ＰＤ１２３、４アレイのＴＩＡ１２４、および付随するチップコンデンサをアルミナセラミック筐体と上面のサファイア窓１２１からなる小型パッケージに収容したものである。小型パッケージの外形は約１０ｍｍ×１０ｍｍ、高さ２ｍｍである。また、サファイア窓１２１上面には分布屈折率型のマイクロレンズアレイ１２２（厚さ約５００μｍ）を調芯して紫外線硬化接着剤で貼り付けた。ＴＩＡ１２４は小型パッケージ中央付近に埋め込んだＣｕＷヒートシンク１２５上に半田固定されており、ヒートシンク１２５の底面は、ＰＬＣ１１０と共通の固定部材となるＣｕＷ共通マウント１３１に金属系の熱伝導性接着剤で強固に接着固定してある。尚、常温時（図１（ａ））において、面型ＰＤ１２３の受光面とＣｕＷヒートシンク１２５中央からの距離は約２ｍｍである。

ＰＬＣ１１０は図面長手方向が２０ｍｍであり、高速光受信器１２０側の端面には５００μｍ厚のマイクロレンズアレイ１１２と光路変換ミラー１１３を取り付けてあり、ＰＬＣ導波路１１１端からミラー反射点までの距離は約３ｍｍである。また、ＰＬＣ１１０の底面は、アルミサブマウント１３４上にチップ底面の中心から等距離の位置を弾性接着剤１３２で接着している。

アルミサブマウント１３４はＰＬＣ１１０回路中央から左手に距離３．３ｍｍの点をタッピンネジでＣｕＷ共通マウント１３１と固定してある。

さて、図１（ｂ）は環境温度上昇時の変位を示したものである。以下、簡単のため概算の数値を示して本発明の概要を説明する。

まず、高速光受信器１２０はＣｕＷヒートシンク１２５の中央を相対位置固定点としてＣｕＷ共通マウント１３１と固定されており、ＣｕＷヒートシンク１２５から面型ＰＤ１２３の受光面までの距離は２ｍｍである。ここでＣｕＷとアルミナとの熱膨張係数は、いずれも７×１０^−６と同程度であるので、高速光受信器１２０の受光位置はＣｕＷに対してほぼ固定されていると考えてよい。

次ぎにＰＬＣ１１０側であるが、共通固定部材となるＣｕＷ共通マウント１３１の熱膨張に伴い、ＣｕＷ共通マウント１３１はＰＬＣ１１０と光素子とを引き離す方向に膨張する。例えば、常温時にＰＬＣ１１０のチップ中央と面型ＰＤ１２３の受光面間の距離は１３ｍｍであるが、１００℃の温度上昇を仮定すると、常温時にＰＬＣ１１０のチップ中央と一致する位置にあるＣｕＷ共通マウント１３１の一点と、面型ＰＤ１２３の受光面間の距離は、常温時に比べて９．１μｍ離れることになり、仮にＣｕＷ共通マウント１３１上にＰＬＣ１１０を直接固定している場合には、光接続部で約５．２μｍと大きな光軸ずれが発生してしまうことになる。

これに対して、本発明は、調整部材を介して共通固定部材に接続することによって、共通固定部材の熱膨張変位を調整部材の熱膨張変位で補償する構成であり、本実施形態では調整部材としてアルミサブマウント１３４にＰＬＣ１１０を固定している。

ＰＬＣ１１０はＳｉ基板で代表すると熱膨張係数は３×１０^−６である。一方アルミサブマウント１３４の熱膨張係数は２３×１０^−６と大きく異なるため、環境温度上時には両者の熱膨張係数の違いにより、アルミサブマウント１３４がＰＬＣ１１０よりも大きく変位し、ＰＬＣ１１０を固定している弾性接着剤１３２と熱伝導ペースト１３３の変形によって歪みを吸収することになる。ここでＰＬＣ１１０のチップ底面をほぼ等方的にアルミサブマウント１３４に接着固定しており、弾性接着剤の変形に伴う応力が均等に働くため、ＰＬＣ１１０はチップの中央を相対位置固定点としてアルミサブマウント１３４に固定されていることになる。

したがってＰＬＣ１１０とアルミサブマウント１３４との相対位置固定点とＰＬＣ１１０側の光接続端（ミラー反射点）間の距離は１３ｍｍである。マイクロレンズアレイ１１２、ミラー１１３の主材料を熱膨張係数がＳｉとほぼ同様であるパイレックスガラスとしたため、ＰＬＣ１１０とアルミサブマウント１３４との相対位置固定点とＰＬＣ１１０側の光接続端（ミラー反射点）間における実効的な熱膨張係数は３×１０^−６である。尚、レンズ、ミラー材料として石英ガラスを用いる場合など、複合材料であっても、その比率に応じて実効的な熱膨張係数を算定すれば良い。

以上のような構成で、１００℃の温度上昇がある場合のＰＬＣ１１０側光接続端の変位は次ぎのようになる。まず、面型ＰＤ１２３の受光面と、ＣｕＷ共通マウント１３１とアルミサブマウント１３４の相対固定点（タッピンネジ位置）の間の距離は、常温時に１６．３ｍｍであり、１００℃温度上昇後に１１．４μｍ大きくなる。一方、ＣｕＷ共通マウント１３１とアルミサブマウント１３４の相対固定点と、アルミサブマウント１３４とＰＬＣ１１０の相対固定点の間の距離は常温時に３．３ｍｍであり、１００℃温度上昇後に７．６μｍ大きくなり、アルミサブマウント１３４とＰＬＣ１１０の相対固定点とＰＬＣ１１０側光接続端の間の距離は常温時に１３ｍｍであり、１００℃温度上昇時に３．９μｍ大きくなる。アルミサブマウント１３４とＰＬＣ１１０の合計で１１．５μｍのＣｕＷ共通マウント１３１と逆方向の変位を生み出すことになり、１００℃の温度変化があっても、光接続端の光軸ずれがほとんど生じない。

このＰＬＣ１１０、高速光受信器１２０、ＣｕＷ共通マウント１３１、アルミサブマウント１３４の熱膨張係数、相対固定点の関係をまとめると、以下のようになる。
ｋ１＊ｘ１１＋ｋ１ｃ＊（ｘ１ｃ−ｘ１１）＋ｋ１２＊ｘ１２＝ｋ２＊ｘ２ｃ
ここで、ｋ１はＰＬＣ１１０の熱膨張係数、ｋ２は高速光受信器１２０の熱膨張係数、ｋ１ｃはアルミサブマウント１３４の熱膨張係数、ｋ１２はＣｕＷ共通マウント１３１の熱膨張係数、ｘ１１はＰＬＣ１１０のチップ中央からミラー反射点までの距離、ｘ１ｃはタッピングネジ１３５からミラー反射点までの距離、ｘ１２はタッピングネジ１３５からＣｕＷヒートシンク１２５の中央までの距離、ｘ２ｃはＣｕＷヒートシンク１２５の中央から面型ＰＤ１２３の受光面までの距離である。

このように、本発明によれば、高速受信ＰＤと光導波路との接続など、光接続の精度を要求され、かつ放熱や機械強度確保のために、光素子をそれぞれ固定部材に接続する必要がある場合でも、環境温度変化に対して光軸ずれの生じない結果が得られる。

尚、図１では、ＰＬＣ１１０と高速光受信器１２０とが、マイクロレンズアレイ１１２と光路変換ミラー１１３を介して４つの光接続端対で光接続されているが、本発明は、少なくとも一対の光素子が１つ以上の光接続端対で光接続されているマルチチップ光集積モジュールにおいて同様に成り立つものである。

（実施形態２）
図２に、本発明の実施形態２に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。実施形態１と異なるのはアルミサブマウント１３４が弾性接着剤１３２と熱伝導ペースト１３３を介してＣｕＷ共通マウント１３１に固定されている点である。特にＰＬＣ１１０に放熱や温度調節の必要性がない場合にはＰＬＣ１１０下面にもアルミサブマウント１３４の下面にも熱伝導ペースト等は不要であり、逆に放熱等が必要であれば、本実施形態のように熱伝導ペーストを用いても良い。

（実施形態３）
図３に、本発明の実施形態３に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。実施形態１、２と異なる点は、本実施形態では梁状に形成したＣｕＷ支持部材１３１ｂをアルミサブマウント１３４の上面から抑えるようにＣｕＷ共通マウント１３１ａに固定している点である。尚、ＰＬＣ１１０は、実施形態１、２と同様に、アルミサブマウント１３４上に弾性接着剤１３２と熱伝導ペースト１３３で固定されおり、ＰＬＣ１１０と高速光受信器１２０の位置関係は実施形態１と同じである。

この形態では、あらかじめアルミサブマウント１３４上面にＣｕＷ支持部材１３１ｂを取り付けておき、しかる後に熱伝導ペースト１３３をＣｕＷ共通マウント１３１ａ上に塗布した上から均等にアルミサブマウント１３４を押し付けアルミサブマウント１３４に対して対称の位置でＣｕＷ支持部材１３１ｂとＣｕＷ共通マウント１３１ａを固定すれば良いので、熱伝導ペースト層の厚みを均一に、かつ、アルミサブマウント１３４が傾斜することなく実装できる利点がある。

尚、本実施形態の場合、支持部材にＣｕＷを用いており、ＣｕＷ共通マウント１３１ａと強固に固定しているため、実質的にＣｕＷ共通マウント１３１の一部とみなして、実施形態１と同様の設計を行えばよい。

ところで、本明細書では、図示する上で分かり安いように、強固な固定部にタッピンネジ１３５を用いる構成で説明するが、これに限るものではない。例えば一部の部位を強固に固定するには、半田付けでも溶接でも、または弾性接着剤と比較して固定強度の高く変形の少ない金属系やエポキシ系の接着剤を用いても良い。

（実施形態４）
図４に、本発明の実施形態４に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。実施形態３とほぼ同様であるが、一対のＰＬＣ１１０と高速光受信器１２０の光接続端同士が、共通の共通マウント１３１ａを介することなく、直接接着されている点が異なる。尚、ＰＬＣ１１０と高速光受信器１２０の位置関係は実施形態１と同じである。

このように光接続端同士を接着すると、光路に空隙を挟む必要がないため、組立て上もゴミの付着等を心配する必要がないし、光路中での結露による光学特性劣化の問題も避けられる。また、空隙がある場合には、空隙との界面で大きな反射が生じてしまうため、無反射コート等の対策が必要となりコストが嵩む問題がある。これに対して空隙を避けてほぼ均質な屈折率媒体で光路を構成できる場合には、界面での無反射化対策が格段に容易になるという利点がある。

以上のように、本発明を用いれば、光接続端同士の位置ずれが生じないので、光接続端同士を直接接着する構成が可能となり、上述のような有益な効果が得られる。尚、本発明を用いずに、光接続端同士を接着してしまうと、動作温度範囲で光軸ずれを生じ、特性が劣化する以上の問題が生じる。というのは、一般に光部品・電子部品は使用動作温度範囲よりも格段に厳しい保管温度範囲の要求があるためである。光接続端同士を接着しない場合には、保管温度範囲で光軸がずれていても問題はないが、光接続端同士を接着した構成では、動作時でなくても保管時の環境温度条件によって、光接続部に常に応力が加わった状態になるため、接着部の剥離等、信頼性を確保する条件が極めて厳しい。これに対して、本発明では保管時にも動作時と同様のメカニズムが働くので、本実施形態のような形態をとることも十分可能となる。

（実施形態５）
図５に、本発明の実施形態５に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。実施形態１〜４と異なるのは、調整部材としてアルミサブマウント１３４を用いるのではなく、コバール材（熱膨張係数５×１０^−６）で形成した調整部材１３６を直接ＰＬＣ１１０および高速光受信器１２０に取り付けた点である。尚、ＰＬＣ１１０と高速光受信器１２０の位置関係は実施形態１と同じである。

すなわち、ＰＬＣ１１０のチップ底面は弾性接着剤１３２と熱伝導ペースト１３３でＣｕＷ共通マウント１３１上面に接着してある。一方、Ｌ字型のコバール調整部材１３６を用い、面型ＰＤ１２３の受光面から右側に約３ｍｍの位置でＣｕＷ共通マウント１３１とタッピングネジ１３５で固定するとともに、他方の端をＰＬＣ１１０のチップ端部に高強度の接着剤で固定している。

本構成では、１００℃の温度上昇があると、面型ＰＤ１２３の受光面からＣｕＷ共通マウント１３１のコバール調整部材１３６固定点までの距離が２．１μｍ伸びる。一方、コバール調整部材のＣｕＷ共通マウント１３１固定点からＰＬＣ１１０のチップ端までの距離は３μｍ増加し、ＰＬＣ１１０のチップ端からＰＬＣ１１０側光接続端までの距離は０．９μｍ増加するので、合計するとちょうど打ち消しあって、光接続端の光軸ずれは生じない。

（実施形態６）
図６に、本発明の実施形態６に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。実施形態５と異なるのは、コバールの調整部材１３６ａがＰＬＣ１１０に直接接続されるのではなく、コバールのサブマウント１３６ｂに接続され、ＰＬＣ１１０はチップ中央を相対的位置固定点としてコバールのサブマウント１３６ｂ上に搭載されている点である。尚、ＰＬＣ１１０と高速光受信器１２０の位置関係は実施形態１と同じである。

この構成では、面型ＰＤ１２３の受光面から右側１３ｍｍの位置でコバール調整材１３６ａとＣｕＷ共通マウント１３１をタッピングネジ１３５で固定するようにすれば、温度変化時にも光軸ずれの生じない設計ができる。すなわち、コバールの熱膨張係数が５×１０^−６で、タッピングネジ１３５からＰＬＣ１１０のチップ中央までの距離が２６ｍｍなので、タッピングネジ１３５とＰＬＣ１１０のチップ中央間の距離は１００℃の温度上昇があると、１５μｍ伸びる。また、ＰＬＣ１１０のチップ中央とＰＬＣ側光接続端間の距離は１００℃の温度上昇で３．９μｍ伸びるので、タッピングネジ１３５とＰＬＣ側光接続端間の距離は１００℃の温度上昇で１１．１μｍ伸びることになる。一方、タッピングネジ１３５と面型ＰＤ１２３の受光面間の距離は１００℃の温度上昇で９．１μｍ伸びる。そのため、１００℃の温度上昇があっても光接続端の光軸のずれは２μｍに抑えられる。

（実施形態７）
図７に、本発明の実施形態７に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。本実施形態の特徴点は、ＣｕＷ共通マウント１３１ｂの一部に穴が開いており、高速光受信器１２０のマイクロレンズアレイ１２２がこの穴を通してＰＬＣ１１０と光接続できるように下から固定されている点である。ＰＬＣ１１０はＣｕＷ共通マウント１３１ｂ上面にゆるく接着されるとともに、コバールの調整部材１３６によって光接続端位置の変位を補償される。尚、ＰＬＣ１１０、高速光受信器１２０、タッピングネジ１３５の位置関係は実施形態５と同じである。

このような構成をとれば、ＰＬＣ１１０と高速光受信器１２０とをＣｕＷ共通マウント１３１の互いに逆の面から取り付けることができるため、光接続時の調芯・固定が極めて容易になるという利点がある。すなわち、ＣｕＷ共通マウント１３１ｂにＰＬＣ１１０と高速光受信器１２０のどちらか一方を取り付けた後で、ＣｕＷ共通マウント１３１ｂの反対面から、調芯して他方を取り付け、しかる後に図示するようにＰＬＣ１１０および高速光受信器１２０が取り付けられたＣｕＷ共通マウント１３１ｂをＣｕＷ共通マウント１３１ａに搭載すればよい。

尚、高速光受信器１２０の放熱は、パッケージ筐体にもＣｕＷを用いてパッケージ筐体側に取れば温度上昇時に高速光受信器１２０の上下面から応力が発生するといった問題はない。

このように、共通の固定部材と、高速光受信器１２０の放熱経路は必ずしも同一部材である必要はない。

（実施形態８）
図８に、本発明の実施形態８に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。本実施形態は実施形態６、７をあわせた形態であり、下面から高速光受信器１２０を固定するＣｕＷ共通マウント１３１ｂの上面にタッピングネジ１３５で固定したコバールのサブマウント１３６上にＰＬＣ１１０を搭載する。尚、ＰＬＣ１１０、高速光受信器１２０、タッピングネジ１３５の位置関係は実施形態６と同じである。

（実施形態９）
図９に、本発明の実施形態９に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示す。本実施形態は、実施形態７、８で用いたＣｕＷ共通マウント１３１ｂがそのままモジュール筐体となっている例である。温度変化に対する光接続端位置の補正は、実施形態２と同様に、ＰＬＣ１１０がアルミサブマウント１３４を介してＣｕＷ共通マウント１３１に固定される構造であり、ＰＬＣ１１０、高速光受信器１２０の位置関係は実施形態２と同じである。

異なる点は、ＰＬＣ１１０のチップ底面全面を等方的に接着しているのではなく、ＰＬＣ１１０の光接続端側から２ｍｍの領域以外の底面の一部をアルミサブマウント１３４に接着している点である。このような場合も、ＰＬＣ１１０のアルミサブマウント１３４との固定点がずれるだけであるので、設計は同様に行えばよい。この場合には、ＰＬＣ１１０のチップ中央から左側４．５ｍｍの位置でアルミサブマウント１３４とＣｕＷ共通マウント１３１とをタッピングネジ１３５で固定することにより、光接続端位置の補正ができる。すなわち、アルミサブマウント１３４とＰＬＣ１１０との相対固定点は、ＰＬＣチップ中央からタッピングネジ１３５側に１ｍｍずれた個所にあり、この点とタッピングネジ１３５との距離は常温時に３．５ｍｍで１００℃の温度上昇時には８．１μｍ伸びる。さらに、アルミサブマウント１３４とＰＬＣ１１０との相対固定点からＰＬＣ側光接続端までの距離は常温時に１４ｍｍであり、１００℃の温度上昇で４．２μｍ伸びる。一方、アルミサブマウント１３４とＰＬＣ１１０との相対固定点から面型ＰＤ１２３の受光面までの距離は常温時に１７．５ｍｍであり、１００℃の温度上昇で１２．３μｍ長くなる。したがって、これらがちょうど打ち消しあうので、温度上昇時にも光接続端の光軸ずれは生じない。

（実施形態１０）
図１０に、本発明の実施形態１０に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。また、図１１に、実施形態１０の斜視模式図を示す。本実施形態は、実施形態３と同様にＰＬＣ１１０を固定したアルミサブマウント１３４を上面からＣｕＷの梁状部材１３１ｂで固定する構造と、実施形態７〜９で用いたＣｕＷ共通マウント１３１ａの両側から光素子を固定する構造とを合わせたものである。すなわち、アルミサブマウント１３４の上面から固定するＣｕＷの梁状部材１３１ｂはそのまま高速光受信器１２０の上面を固定する面状のサブマウントに連接されており、アルミサブマウント１３４、ＣｕＷ梁状部材１３１ｂ、ＰＬＣ１１０、高速光受信器１２０を一体とした後に、ＣｕＷ共通マウント１３１ａにＣｕＷ梁状部材１３１ｂの足を固定して構成される。

このような場合、光素子の共通の固定部材はアルミマウント上面から光素子上面まで連接されたＣｕＷと考えれば、設計は前述の実施形態と同様である。

（実施形態１１）
図１２は、本発明の実施形態１１に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。実施形態１１は、３つのＰＬＣ１１０ａ〜１１０ｃを光接続端面で接続した光モジュールの実装構造を示している。

従来の問題を説明した図７と異なる点は、ＰＬＣ１１０ａ〜１１０ｃはそれぞれアルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃを介して、ＣｕＷ共通マウント１３１に圧入ピン１３７ａ、１３７ｂで固定されている点である。

ここで、ＰＬＣ１１０ａ〜１１０ｃの長手方向のサイズは３チップとも各３０ｍｍである。また、アルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃには、ＰＬＣ１１０ａ〜１１０ｃの各チップ底面を熱伝導ペーストと弾性接着剤で等方的に固定してあるので、ＰＬＣ１１０ａ〜１１０ｃの各チップ中央がアルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃとの固定点になる。両側のアルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃはそれぞれその一端を圧入ピン１３７ａ、１３７ｂにてＣｕＷ共通マウント１３１と固定されており、常温時にはＰＬＣ１１０ａ、１１０ｃの各チップ中央との距離は約７．５ｍｍに設定してある。

すなわち、圧入ピン１３７ａ又は１３７ｂからＰＬＣ１１０ｂのチップ中央までの距離は３７．５ｍｍであるので、圧入ピン１３７ａ又は１３７ｂと常温時にＰＬＣ１１０ｂのチップ中央に相当する位置にあるＣｕＷ共通マウント１３１の一点との間の距離は１００℃の温度上昇で２６．２５μｍ伸びる。一方、圧入ピン１３７ａ又は１３７ｂと常温時にＰＬＣ１１０ａ又は１１０ｃのチップ中央に相当する位置にあるアルミサブマウント１３４ａ又は１３４ｃの各一点との間の距離は１００℃の温度上昇で１７．２５μｍ伸び、ＰＬＣ１１０ａ又は１１０ｃのチップ中央とＰＬＣ１１０ｂのチップ中央間の距離は１００℃の温度上昇で９μｍ伸びるので、これらを合計すると２６．２５μｍとなる。

以上のような設計によれば、ＰＬＣ１１０ａ〜１１０ｃのチップ間の全ての接続端位置は環境温度の変化があっても概ね一定位置を保つので、光接続部接着界面の信頼性を確保することができる。

尚、中央のアルミサブマウント１３４ｂはサブマウント中央部でピン固定しても良いが、対称構造であるため、自然とサブマウント中央部がＣｕＷ共通マウント１３１との固定点となる。

（実施形態１２）
図１３は、本発明の実施形態１２に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。

実施形態１１と異なるのは、２つの５０ｍｍ長のＰＬＣ１１０ａ、１１０ｂを光接続端面で接続していることと、アルミサブマウント１３４ａ、１３４ｂとＣｕＷ共通サブマウントとの固定に特にピン等を用いずに行った点である。すなわちアルミサブマウント１３４ａ、１３４ｂの底面は一様にＣｕＷ共通マウント１３１に接着してあり、アルミサブマウント１３４ａ、１３４ｂの中央を固定点とするように、アルミサブマウント１３４ａ、１３４ｂのサイズと上部のＰＬＣ固定位置を設計した。

この場合は、各ＰＬＣ１１０ａ、１１０ｂのチップ中央とアルミサブマウント１３４ａ、１３４ｂの中央が６．３ｍｍ離れるように設計することで、光接続端の位置を保持することができる。すなわち、光接続端とＰＬＣ１１０ａ又は１１０ｂのチップ中央間の距離は１００℃の温度上昇で７．５μｍ伸び、ＰＬＣ１１０ａ又は１１０ｂのチップ中央とアルミサブマウント１３４ａ又は１３４ｂの中央間の距離は１００℃の温度上昇で１４．４９μｍ伸びる。よって、内側に向かって２１．９９μｍ伸びることになる。一方、光接続端とアルミサブマウント１３４ａ又は１３４ｂの中央間の距離は１００℃の温度上昇で２１．９１μｍ外側に向かって伸びる。そのため、ＰＬＣ１１０ａ、１１０ｂの接続端位置は環境温度の変化があっても概ね一定位置を保つので、光接続部接着界面の信頼性を確保することができる。

このＰＬＣ１１０ａ、１１０ｂ、ＣｕＷ共通マウント１３１、アルミサブマウント１３４ａ、１３４ｂの熱膨張係数、相対固定点の関係をまとめると、以下のようになる。
ｋ１＊ｘ１１＋ｋ１ｃ＊（ｘ１ｃ−ｘ１１）＋ｋ１２＊ｘ１２
＝ｋ２＊ｘ２２＋ｋ２ｃ＊（ｘ２ｃ−ｘ２２）
ここで、ｋ１はＰＬＣ１１０ａの熱膨張係数、ｋ２はＰＬＣ１１０ｂの熱膨張係数、ｋ１ｃはアルミサブマウント１３４ａの熱膨張係数、ｋ２ｃはアルミサブマウント１３４ｂの熱膨張係数、ｋ１２はＣｕＷ共通マウント１３１の熱膨張係数、ｘ１１はＰＬＣ１１０ａのチップ中央から光接続端までの距離、ｘ１ｃはアルミサブマウント１３４ａの中央から光接続端までの距離、ｘ２２はＰＬＣ１１０ｂのチップ中央から光接続端までの距離、ｘ２ｃはアルミサブマウント１３４ｂの中央から光接続端までの距離、ｘ１２はアルミサブマウント１３４ａの中央からアルミサブマウント１３４ｂの中央までの距離である。

（実施形態１３）
図１４は、本発明の実施形態１３に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。

実施形態１１と異なるのは、ＰＬＣ１１０ａ〜１１０ｃを搭載したアルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃが、その上面から共通のＣｕＷの梁状部材１３１とタッピングネジ１３５で固定され、共通マウント１３８とは弾性接着剤１３２と熱伝導ペースト１３３のみで固定されている点である。尚、ＰＬＣ１１０ａ〜１１０ｃ、アルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃ、圧入ピン１３７ａ、１３７ｂに相当するタッピングネジ１３５ａ、１３５ｃの位置関係は実施形態１１と同じである。

このような構成では、アルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃ上部のＣｕＷ梁状部材１３１が本発明の共通の固定部材に相当しており、アルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃの下面にある共通マウント１３８は実質的に放熱機能とパッケージ筐体との固定だけを担っているので、材料選択の自由度が高い。パッケージ筐体などサイズが大きい部材には、できるだけ安価な材料を用いることがコスト的に有利なので、本実施形態では共通マウント１３８をアルミで構成している。

（実施形態１４）
図１５に、本発明の実施形態１４に係るマルチチップ光集積モジュールの断面図を示し、（ａ）に常温時の様子、（ｂ）に温度上昇時の変形後の様子を強調して示す。また、図１６に、実施形態１４の斜視模式図を示す。

実施形態１３と異なるのは、ＰＬＣ１１０ａ〜１１０ｃを搭載したアルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃを上面からタッピングネジ１３５で固定するＣｕＷの梁状部材１３１ｂが延設されて、アルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃ下面のＣｕＷ共通マウント１３１ａとタッピングネジ１３５で固定されている点である。尚、ＰＬＣ１１０ａ〜１１０ｃ、アルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃ、アルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃとＣｕＷの梁状部材１３１ｂとを固定するタッピングネジ１３５の位置関係は実施形態１１、１３と同じである。

本構成では、上部から均等に押さえてアルミサブマウント１３４ａ〜１３４ｃを実装できるので、放熱性とパッケージ筐体との固定信頼性を高めることができる。

尚、実施形態１〜１０では、ＰＬＣ１１０と高速光受信器１２０とを接続した構成について説明したが、調整材と固定位置を適切に調整すれば、実施形態１１〜１４のようにＰＬＣ同士を接続する構成も可能である。

以上説明したように、本発明によれば、一対の光素子に共通の固定部材の熱膨張変位を調整部材によって補正することにより、放熱や機械強度の確保のための固定とは独立に光接続端の位置を保持することができるため、従来の問題点を解決し、環境温度の変化があっても、光接続性能や信頼性が劣化しない、高機能・高性能なマルチチップ光集積モジュールの実装構造を提供することができる。

１０ 光モジュール
１１ 基板
１２ 発光素子アレイ
１３ ＶＣＳＥＬ
１４ 駆動ＩＣ
１５ スペーサ
１６ 光導波路
１７ ミラー
２１、３１ パッケージ
２２、３２ ＰＤ
２３、３３、４１ ＰＬＣ
２４ ミラー
４２ 位相シフタ
４３ 分岐回路
４４ 合成回路
１００、５００ マルチチップ光集積モジュール
１０１、５０１、７０１ 光ファイバ
１１０、５１０、７０４ ＰＬＣ
１１１、５１１ 光導波路
１１２、５１２ マイクロレンズアレイ
１１３、５１３ 光路変換ミラー
１２０、５２０ 高速光受信器
１２１、５２１ サファイア窓
１２２、５２２ マイクロレンズアレイ
１２３、５２３ 面型ＰＤ
１２４、５２４ ＴＩＡ
１２５、５２５ ＣｕＷヒートシンク
１３１、５３１ ＣｕＷ共通マウント
１３２、５３２、７０２ 弾性接着剤
１３３、５３３、７０３ 熱伝導ペースト
１３４、 アルミサブマウント
１３５ タッピングネジ
１３６ 調整部材
１３７ 圧入ピン
１３８、７０６ アルミ共通マウント
７０５ 紫外線硬化接着剤

Claims (4)

1. 光導波路および受発光部の少なくとも一方を有する光素子を複数個備え、該光素子の少なくとも一対が少なくとも一対以上の光接続端で光接続されたマルチチップ光集積モジュールであり、
   前記一対の光素子の一方は第１の調整部材を介し、他方は直接、１つの共通固定部材に接続されており、前記共通固定部材は第１の調整部材と熱膨張係数が異なり、
   前記一対の光素子の一対以上の光接続端の相対的な距離が、所望の温度範囲に対して所望の変動範囲内に収まるように、前記光素子および前記共通固定部材の熱膨張係数に対して、前記第１の調整部材の熱膨張係数が設定されており、前記第１の調整部材とそれに接続された前記光素子とが第１の相対位置固定点の位置で接続され、前記第１の調整部材と前記共通固定部材とが第２の相対位置固定点の位置で接続され、前記共通固定部材に直接接続された光素子と前記共通固定部材とが第３の相対位置固定点の位置で接続され、
   前記第２および第３の相対位置固定点と前記光接続端を含む一断面において、前記第２の相対位置固定点と第３の相対位置固定点との間の、前記光接続端での光軸と平行方向の距離または垂直方向の距離うち、距離が大きい方の方向に対して、
   前記一対の光素子の一方の第１の光素子は、該第１の光素子の第１の光接続端からの距離ｘ１１の前記第１の相対位置固定点において、第１の調整部材と固定され、該第１の調整部材は前記第１の光接続端からの距離ｘ１ｃの前記第２の相対位置固定点において前記共通固定部材に固定され、
   前記一対の光素子の他方の第２の光素子は、該第２の光素子の第２の光接続端からの距離ｘ２ｃにおいて、前記第２の光接続端から前記第１の光素子の方向に前記距離ｘ１ｃとなる点から距離ｘ１２となる前記第３の相対位置固定点で前記共通固定部材に固定されており、
   前記第１の光素子の第１の光接続端と前記距離ｘ１１の前記第１の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ１、前記第２の光素子の第２の光接続端と前記距離ｘ２ｃの前記第３の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ２、前記第１の調整部材の前記距離ｘ１１の前記第１の相対位置固定点と前記距離ｘ１ｃの前記第２の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ１ｃ、前記共通固定部材の前記距離ｘ１ｃの前記第２の相対位置固定点と前記距離ｘ２ｃの前記第３の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ１２として、
   ｋ１＊ｘ１１＋ｋ１ｃ＊（ｘ１ｃ−ｘ１１）＋ｋ１２＊ｘ１２＝ｋ２＊ｘ２ｃ
   となる関係を満たすように熱膨張係数ｋ１ｃ、距離ｘ１１，ｘ１ｃ，ｘ２ｃ，ｘ１２が決定されている
   ことを特徴とするマルチチップ光集積モジュール。
2. 光導波路および受発光部の少なくとも一方を有する光素子を複数個備え、該光素子の少なくとも一対が少なくとも一対以上の光接続端で光接続されたマルチチップ光集積モジュールであり、
   前記一対の光素子の一方は第１の調整部材を介し、他方は第２の調整部材を介して、１つの共通固定部材に接続されており、前記共通固定部材は第１の調整部材と熱膨張係数が異なり、
   前記一対の光素子の一対以上の光接続端の相対的な距離が、所望の温度範囲に対して所望の変動範囲内に収まるように、前記光素子および前記共通固定部材の熱膨張係数に対して、前記第１、第２の調整部材の熱膨張係数が設定されており、前記第１の調整部材とそれに接続された前記光素子とが第１の相対位置固定点の位置で接続され、前記第２の調整部材とそれに接続された前記光素子とが第２の相対位置固定点の位置で接続され、および前記第１の調整部材と前記共通固定部材とが第３の相対位置固定点の位置で接続され、前記第２の調整部材と前記共通固定部材とが第４の相対位置固定点の位置で接続され、
   前記第３、第４の相対位置固定点と前記光接続端を含む一断面において、前記第３の相対位置固定点と第４の相対位置固定点との間の、前記光接続端での光軸と平行方向の距離または垂直方向の距離のうち、距離が大きい方の方向に対して、
   前記一対の光素子の一方の第１の光素子は、該第１の光素子の第１の光接続端からの距離ｘ１１の前記第１の相対位置固定点において、第１の調整部材と固定され、該第１の調整部材は前記第１の光接続端からの距離ｘ１ｃの前記第３の相対位置固定点において前記共通固定部材に固定され、
   前記一対の光素子の他方の第２の光素子は、該第２の光素子の第２の光接続端からの距離ｘ２２の前記第２の相対位置固定点において、第２の調整部材と固定され、該第２の調整部材は前記第２の光接続端からの距離ｘ２ｃにおいて、前記第２の光接続端から前記第１の光素子の方向に前記距離ｘ１ｃとなる点から距離ｘ１２の前記第４の相対位置固定点で前記共通固定部材に固定されており、
   前記第１の光素子の第１の光接続端と前記距離ｘ１１の前記第１の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ１、前記第２の光素子の第２の光接続端と前記距離ｘ２２の前記第２の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ２、前記第１の調整部材の前記距離ｘ１１の前記第１の相対位置固定点と前記距離ｘ１ｃの前記第３の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ１ｃ、前記第２の調整部材の前記距離ｘ２２の前記第２の相対位置固定点と前記距離ｘ２ｃの前記第４の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ２ｃ、前記共通固定部材の前記距離ｘ１ｃの前記第３の相対位置固定点と前記距離ｘ２ｃの前記第４の相対位置固定点との間の熱膨張係数をｋ１２として、
   ｋ１＊ｘ１１＋ｋ１ｃ＊（ｘ１ｃ−ｘ１１）＋ｋ１２＊ｘ１２
   ＝ｋ２＊ｘ２２＋ｋ２ｃ＊（ｘ２ｃ−ｘ２２）
   となる関係を満たすように熱膨張係数ｋ１ｃ、ｋ２ｃ、距離ｘ１１，ｘ２２，ｘ１ｃ，ｘ２ｃ，ｘ１２が決定されている
   ことを特徴とするマルチチップ光集積モジュール。
3. 前記一対の光素子の光接続端同士が、前記共通固定部材を介することなく接着固定されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のマルチチップ光集積モジュール。
4. 前記一対の光素子は、いずれも光導波路である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマルチチップ光集積モジュール。

Images