JPH07199006A - 光サブアセンブリ及び光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】組立コストを低減し、かつ実装密度を向上した
光サブアセンブリ及び光モジュールを提供する。 【構成】光サブアセンブリは、面方位〈１００〉のシリ
コン配線基板１０と、〈１１１〉面２１，２２，２３か
ら成り、表面１１の所定位置から側面１２へ達する〈１
１０〉方向の溝２０と、所定位置の近傍に載置される光
素子３０と、溝に平行な光軸とを有する。 【効果】光素子は、結晶異方性エッチングにより加工さ
れた溝を基準にして配線基板に載置される。したがっ
て、光素子を動作させて光軸合わせを行う必要がなく、
組立コストを低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光素子と配線基板から成
る光サブアセンブリ、及びこれをパッケージングした光
モジュールに係り、特に、多数の光素子を用いる光イン
タコネクション技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、光インタコネクションに
用いられる光サブアセンブリと光モジュールとして、ア
イ・イー・イー・イー トランザクションズ オン コ
ンポーネンツ、ハイブリッズ、アンド マニュファクチ
ャリング テクノロジー、第１６巻，第１号，１９９３
年，第８９頁から第９４頁（IEEE Transactions onComp
onents,Hybrids,and Manufacturing Technology,vol.1
6,no.1,1993,pp.89−94）、またはプロシーディングス
オブ ４３ エレクトロニック コンポーネンツ ア
ンド テクノロジー コンファレンス、１９９３年、第
７９５頁から第８０１頁（Proceedings of 43rd Electr
onic Components and Technology Conference ,199
3,pp.795−801）に記載のものが知られている。

【０００３】前者の文献の光サブアセンブリは、レーザ
ダイオードアレイとシリコン製サブマウント（配線基
板）、またはホトダイオードアレイとガラス製サブマウ
ント（配線基板）から成る。光素子はサブマウントに半
田固定されている。光モジュールは、光サブアセンブリ
とパッケージとピグテイル光ファイバリボンから成る
（通常、ピグテイル型モジュールと呼ばれる）。リボン
を構成するファイバは、シリコン製Ｖ溝基板により配列
され、ファイバアレイとしてバット（突合せ）または先
球レンズにより光素子に結合されている。光サブアセン
ブリとファイバアレイは、光軸合わせの後、パッケージ
に搭載される。パッケージは半田により気密封止されて
いる。パッケージ外部では、ピグテイルの先端にファイ
バコネクタが取り付けられている。

【０００４】後者の文献の光サブアセンブリは、レーザ
ダイオードアレイまたはホトダイオードアレイと、シリ
コン製サブマウント（配線基板）と、シリコン製キャッ
プから成る。光素子は、サブマウントとキャップに挟ま
れて半田固定されている。光モジュールは、光サブアセ
ンブリとパッケージとピグテイルファイバリボンから成
る。ピグテイルの一端では、シリコン製Ｖ溝基板により
配列されたファイバアレイが、光サブアセンブリにガイ
ドピンとねじにより接続され、光素子にバット結合され
ている。ピグテイルのもう一端には、ファイバコネクタ
が取り付けられている。パッケージは気密封止されてい
ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、多数の光素子と
光ファイバケーブルを用いる並列光インタコネクション
技術が注目されている。この技術は、電気同軸ケーブル
に比べて、高速または長距離のデータ転送と高密度の信
号配線を行える利点がある。但し、同軸ケーブルでは送
受信端にコネクタだけが取り付けられているが、光イン
タコネクションでは電気／光変換または光／電気変換を
行う光モジュールと光ファイバコネクタを取り付ける必
要がある。したがって、光モジュールとファイバコネク
タの高密度実装と低コスト製造が重要な課題になってい
る。

【０００６】従来技術では、光モジュールにピグテイル
ファイバが付随しており、ピグテイルの先端にファイバ
コネクタが取り付けられている。これらを実装する場合
には、モジュールとコネクタの実装面積に加えてピグテ
イルの敷設面積が余分に必要になる。すなわち、ピグテ
イルが高密度実装の妨げになっている。

【０００７】実装密度を向上させるには、ピグテイルフ
ァイバを除去してモジュールとコネクタを一体化するこ
とが有利である。このようなモジュールは、パッケージ
にコネクタのレセプタクル（雌側）が直接取り付けられ
るので、レセプタクル型モジュールと呼ばれる。従来技
術のうち後者の文献には、将来計画としてレセプタクル
型モジュールの外観概念図が描かれている。しかし、詳
細な構造は明らかにされていない。

【０００８】レセプタクル型モジュールでは、レセプタ
クルはパッケージ外部に取り付けられ、光素子は信頼性
を確保するためにパッケージ内部に気密封止される。ピ
グテイル型のようにファイバをパッケージ内部に導入し
て、光素子に近接させることはできない。パッケージに
封止固定される光学窓（ガラス板）は、通常０.２mm以
上の厚みを有している。従来技術では、光結合方式とし
てバット方式または先球レンズ方式を採用しているが、
光素子とファイバ間の距離が数１０ミクロン以上離れる
場合には結合損失が極端に増大してしまう。したがっ
て、従来技術の結合方式は、レセプタクル型モジュール
に適していない。

【０００９】レセプタクル型において低損失光結合を行
うためには、光素子とファイバとは別個のレンズ光学系
を採用する必要がある。但し、従来技術のバット結合ま
たは先球レンズ結合では光素子とファイバとの位置合わ
せだけを行えばよいのに対して、レンズ光学系では光素
子とレンズ、及びレンズとファイバの光軸合わせを行う
必要がある。すなわち、従来より光軸合わせ箇所が増え
るので、モジュール組立コストが増大してしまう可能性
がある。したがって、レンズ光学系の光軸合わせを簡略
化することが課題である。

【００１０】なお、レセプタクルには、ファイバコネク
タのプラグ（雄側）が直接着脱されるので、機械的応力
に対する配慮が必要である。また、パッケージ外部に固
定されるので、温度や湿度に対する耐環境性に対する配
慮も必要になる。

【００１１】本発明の主な目的は、高密度かつ低コスト
の実装と、低損失な光結合を実現する光サブアセンブリ
及び光モジュールを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による基本的な光サブアセンブリは、面方位
〈１００〉のシリコン配線基板に、三つの〈１１１〉面
から成り、基板表面の所定位置から側面へ達する〈１１
０〉方向の溝を設け、光素子を所定位置の近傍に載置
し、溝に平行な光軸を備えたものである。

【００１３】また、上記サブアセンブリにおいて、三つ
の〈１１１〉面に接するボールレンズを設けたものであ
る。

【００１４】さらに、サブアセンブリにおいて、端面発
光型レーザダイオードから成る光素子を、配線基板へジ
ャンクションダウン形式で載置したものである。

【００１５】また、基本的サブアセンブリにおいて、三
つの〈１１１〉面のうちの一つの〈１１１〉面により光
軸を反射したものである。

【００１６】さらに、サブアセンブリにおいて、裏面入
射型ホトダイオードから成る光素子を、配線基板へジャ
ンクションアップ形式で載置したものである。

【００１７】本発明による光モジュールは、光学窓に側
面を接した状態で面方位〈１００〉のシリコン配線基板
をパッケージに搭載し、この基板には三つの〈１１１〉
面から成り、基板表面の所定位置から側面へ達する〈１
１０〉方向の溝を設け、光素子を所定位置の近傍に載置
し、溝に平行な光軸を備えたものである。

【００１８】また、上記モジュールにおいて、光ファイ
バコネクタレセプタクルを光学窓周辺のパッケージ外面
に堅固に固定し、光素子に光ファイバを結合させたもの
である。

【００１９】さらに、上記モジュールにおいて、レセプ
タクルに接続される光ファイバコネクタプラグの端面に
プレーナレンズを設けたものである。

【００２０】

【作用】本発明による光サブアセンブリでは、シリコン
配線基板の〈１００〉表面から側面にかけて〈１１０〉
方向の溝が加工される。溝を成す三つの〈１１１〉面の
加工は、結晶異方性エッチングによりサブミクロン精度
で行われる。この溝を位置決めマークとして、光素子の
ボンディングパッドと配線が基板上にホトリソグラフィ
により形成される。その後、光素子がパッド上に載置さ
れ、固定される。溝に対する光素子の位置は、ほぼリソ
グラフィ精度とボンディング精度で決まる。リソグラフ
ィは、通常の半導体プロセスで行われているようにサブ
ミクロン精度で行われる。ボンディングは、装置（顕微
鏡，ステージ等）の分解能を上げることにより容易にミ
クロン以下の精度で行われる。したがって、このサブア
センブリでは、光素子と溝とがミクロンまたはそれ以下
の精度で位置決めされる。光軸合わせは実質的に省略さ
れ、光素子を動作させて位置を捜す必要がなくなる。光
素子の出射光または入射光は、溝の中及びその周辺を伝
播し、基板側面を通過する。

【００２１】ボールレンズを設けたサブアセンブリで
は、三つの〈１１１〉面から成る溝によりレンズが保持
される。レンズにより光素子の出射光のコリメート、ま
たは入射光のフォーカスが行われる。溝に対するレンズ
の位置は、レンズ自身の形状精度で決まる。光素子に対
するレンズの位置は、レンズの形状精度と上記のリソグ
ラフィ／ボンディング精度で決まる。ボールレンズの研
磨加工は他の形状のレンズに比べて行い易いので、量産
が容易であり、直径，真球度ともに１ミクロン以下の精
度が得られる。したがって、光素子とレンズとの光軸合
わせを行う必要はない。

【００２２】端面発光型レーザダイオードを用いたサブ
アセンブリでは、レーザのｐｎジャンクション側の電極
を下、半導体基板側の電極を上にして、シリコン配線基
板の上にレーザが半田固定される。共振器端面における
レーザのスポットサイズは通常１ミクロン程度である。
配線基板の表面からスポットまでの高さは、半田層の厚
さと、ジャンクション側電極から活性層までの厚さによ
り決まる。半田層は蒸着により配線基板に形成される。
活性層までの厚さは、半導体基板上にエピタキシャル結
晶成長を行うときに制御される。したがって、配線基板
の表面に対する光軸の高さはサブミクロン精度で決ま
る。なお、半導体基板は、レーザチップを劈開する前に
１００ミクロン程度の厚さになるように研磨される。基
板側の電極からスポットまでの高さには通常１０μｍ程
度のばらつきがある。したがって、ジャンクションアッ
プ形式でレーザを配線基板上に固定した場合には、本発
明のようにジャンクションダウン形式で固定した場合と
異なり、光軸がずれてしまうことになる。

【００２３】溝により光軸を反射させるサブアセンブリ
では、三つの〈１１１〉面のうち二つの面は光軸の〈１
１０〉方向に平行であるから、残りの〈１１１〉面が光
軸を反射する。配線基板の〈１００〉表面に対して、
〈１１１〉面は約５５度の角度で交わっており、反射さ
れた光軸は約７１度傾く。したがって、面発光／面受光
型光素子を配線基板に垂直に立てて載置する必要はな
く、配線基板の表面に平行に搭載した状態で光素子の活
性領域に光軸がつながる。溝に対する光素子の位置はリ
ソグラフィ／ボンディング精度で決まり、光素子を動作
させて光軸合わせを行う必要はない。

【００２４】面受光型の裏面入射型ホトダイオードを用
いたサブアセンブリでは、ホトダイオードのｐｎジャン
クション側を上、半導体基板側（裏面側）を下にして、
シリコン配線基板の上にホトダイオードが固定される。
〈１１１〉面により反射された光軸は、半導体基板を通
ってホトダイオードの受光面のほぼ中心にくる。受光面
の直径は、通常、数１０ミクロン以上あり、溝に対する
ホトダイオードの位置はリソグラフィとボンディングに
よりミクロン以下の精度で決まる。したがって、光軸合
わせを行う必要はない。半導体基板の厚さは、通常、数
１００ミクロンであり、１０μｍ程度のばらつきがある
が、光軸方向の位置ずれに対するトレランスは大きいの
で支障はない。

【００２５】本発明による光モジュールでは、光サブア
センブリのシリコン配線基板の側面が光学窓に接してお
り、光軸は光学窓に垂直になる。光軸方向に関して、パ
ッケージ外側の光学窓表面に対する光素子の位置は、配
線基板のサイズ（溝の長さ）と光学窓の厚さの精度で決
まる。配線基板は、ダイシングソーによりシリコンウエ
ハから１０ミクロン以下の精度で切り出される。光学窓
の厚さは、通常、数１００ミクロンであり、精度は約１
０ミクロンである。したがって、このモジュールでは、
光学窓の外面に対して光素子の位置が１０ミクロンオー
ダの精度で決まる。光軸方向の精度としては十分であ
る。配線基板の側面を光学窓に押し当てて光サブアセン
ブリをパッケージに搭載するだけで、特別な位置調整を
行う必要はない。

【００２６】光ファイバコネクタレセプタクルを設けた
モジュールでは、サブアセンブリを内蔵したパッケージ
を気密封止した後、光素子と光ファイバが結合するよう
に光軸合わせを行い、レセプタクルをパッケージ外面に
ＹＡＧレーザ溶接により堅固に固定する。パッケージと
レセプタクルは一体化されており、ファイバコネクタプ
ラグが直接モジュールに接続される。レセプタクル型モ
ジュールの実装では、ピグテイル型モジュールのように
ピグテイルファイバの敷設面積を必要としない。また、
パッケージ内部の組立では光軸合わせを行わないので、
モジュール組立に必要な光軸合わせは１回だけで済む。
サブアセンブリに対するファイバの光軸の位置はレーザ
溶接により決まる。通常、溶接は１０ミクロン以下の精
度で行われる。溶接では、半田のようなクリープ変形，
熱疲労，樹脂のような変質，膨潤等が生じない。レセプ
タクルにプラグを着脱するときの応力，温度，湿度等に
対する信頼性が確保され、長期的に安定に光軸が維持さ
れる。

【００２７】プレーナレンズには、ガラス基板の表面か
らドーパントを拡散させて、屈折率分布が形成されてい
る。ファイバ端面の画像またはファイバ端面からの出射
光に対して位置合わせを行った後、レンズをプラグの端
面に数ミクロン以下の精度で固定する。レンズ付きファ
イバでは、サブアセンブリに対する位置のトレランスが
拡大される。したがって、レセプタクルをパッケージに
溶接したときの位置ずれによる過剰結合損失が抑制され
る。

【００２８】

【実施例】図１は本発明による第一実施例の光サブアセ
ンブリの斜視図、図２は部分断面図である。第一実施例
の光サブアセンブリは、面方位〈１００〉のシリコン結
晶から成る配線基板１０と、三つの〈１１１〉面２１，
２２，２３と〈１００〉面２４から成り、配線基板１０
の表面１１の所定位置から側面１２へ達する〈１１０〉
方向の溝２０と、所定位置の近傍に載置される光素子３
０と、三つの〈１１１〉面２１，２２，２３に接するボ
ールレンズ４０と、溝２０に平行光軸５０とを有してい
る。

【００２９】溝２０の三つの〈１１１〉面２１，２２，
２３は、化学気相堆積による窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）
マスクを用いて、〈１００〉シリコン基板１０を水酸化
カリウム（ＫＯＨ）溶液中で異方性エッチングすること
により加工されている。溝２０の幅は２３５μｍであ
り、〈１１１〉面２１，２２，２３は〈１００〉表面１
１に対して５４.７ 度傾いている。溝２０の幅及び深さ
に関する加工精度は±０.５μｍ である。

【００３０】基板１０に形成された配線（ボンディング
パッド）１３，１４はチタン／ニッケル／金（Ｔｉ／Ｎ
ｉ／Ａｕ）から成り、溝２０を位置決めマークとしてホ
トリソグラフィにより±０.５μｍ の精度でパターンニ
ングされている。配線１３の光素子が搭載される位置に
は金／錫（Ａｕ／Ｓｎ）共晶半田が３±０.２μｍ の厚
さで蒸着されている。

【００３１】基板１０は、溝２０の加工と配線１３，１
４の形成が終了したシリコン結晶ウエハから、ダイシン
グソーにより溝２０を位置基準として所定のサイズで切
り出される。基板１０の側面１２はこのとき同時に研磨
される。ダイシングソーの加工精度すなわち溝２０の長
さの精度は±５μｍである。

【００３２】光素子３０は端面発光型レーザダイオード
から成り、ＩｎＰ半導体基板上にエピタキシャル結晶成
長によりＩｎＧａＡｓＰ活性層３１が形成されている。
発振波長は１.３μｍ 、ファーフィールドパターンの半
値全角は３０度（活性層３１に平行）×４０度（垂直）
である。活性層３１からジャンクション側の電極までの
高さは４±０.２μｍ である。光素子３０はジャンクシ
ョン側の電極を下に向けてジャンクションダウン形式で
配線１３の上にダイボンディングされている。ＩｎＰ基
板側の電極は、配線１４に金（Ａｕ）ワイヤによりボン
ディングされている。

【００３３】ダイボンディングでは、光素子３０を真空
チャックにより保持し、面２３のエッジから８μｍ離れ
て溝２０の中心に位置するようにモニタカメラ付き顕微
鏡と微動ステージにより調節する。その後、ヒータによ
り配線１３の半田を溶融し、光素子３０を固定する。顕
微鏡とステージの分解能はそれぞれ０.５μｍと０.１μ
ｍである。溝２０に対する活性層３１の位置の精度は、
基板１０に平行な方向に関して±１.５μｍ 、垂直な方
向に関して±１μｍである。

【００３４】ボールレンズ４０は屈折率１.７８の光学
ガラスから成る。直径は０.２mm±１μｍ、真球度は０.
５μｍ 、焦点距離は１１４μｍである。レンズ４０の
表面には無反射コーティングが施されている。溝２０の
中に予め低融点ガラスを塗布しておき、レンズ４０を真
空チャックにより保持して三つの〈１１１〉面２１，２
２，２３に押し当てながら、低融点ガラスを加熱により
硬化させてレンズ４０を固定する。溝２０に対するレン
ズ４０の位置の精度は±１.５μｍ である。

【００３５】光学系では、光素子３０の出射端面とレン
ズ４０の主面との距離が１２６μｍに設定されており、
像倍率は９.７ である。光素子３０の出射光は、溝２０
の中及び上側を伝播し、側面１２を抜け、レンズ４０の
主面から１.２mm の位置にフォーカスされる。光学設計
値に対する光素子３０とレンズ４０間の相対的な位置ず
れは、光軸５０及び基板１０に平行な方向に関して±３
μｍ、光軸５０に垂直かつ基板１０に平行な方向に関し
て±３μｍ、光軸５０及び基板１０に垂直な方向に関し
て±２．５μｍに抑えられている。これらの値はレンズ
４０のサイズに対して十分小さいから、収差とパワーロ
スの小さいフォーカッシングが行われる。

【００３６】第一実施例によれば、光素子３０及びレン
ズ４０を配線基板１０に載置するとき、光素子３０を動
作させて位置合わせを行う必要がない。すなわち、光素
子３０とレンズ４０との光軸合わせを実質的に省略する
ことができ、光サブアセンブリの組立コストを低減する
ことができる。

【００３７】図３は本発明による第二実施例の光サブア
センブリの斜視図、図４は部分断面図である。第二実施
例の光サブアセンブリは、面方位〈１００〉のシリコン
結晶から成る配線基板６０と、三つの〈１１１〉面７
１，７２，７３と〈１００〉面７４から成り、配線基板
６０の表面６１の所定位置から側面６２へ達する〈１１
０〉方向の溝７０と、前記所定位置の近傍に載置される
光素子８０と、溝７０に平行であり、〈１１１〉面７３
により反射される光軸９０とを有している。

【００３８】溝７０の〈１１１〉面７１，７２，７３と
〈１００〉面７４は、第１実施例と同様に、結晶異方性
エッチングにより加工されている。〈１１１〉面７３の
表面には高反射コーティングが施されている。配線６
３，６４はホトリソグラフィによりパターンニングされ
ている。配線６３の光素子８０が搭載される位置には半
田が蒸着されている。

【００３９】光素子８０は裏面入射型ホトダイオードか
ら成り、ＩｎＰ基板上にエピタキシャル成長によりＩｎ
ＧａＡｓ活性領域（受光面）８１が形成されている。検
出波長領域は１μｍ帯、受光面８１の直径は５０μｍで
ある。ＩｎＰ基板の厚さは２００±１０μｍである。Ｉ
ｎＰ基板側の表面（受光面８１の裏面）には無反射コー
ティングが施されている。

【００４０】光素子８０は、溝７０に対する受光面８１
の位置を顕微鏡と微動ステージにより調節した後、Ｉｎ
Ｐ基板側の電極を下に向けてジャンクションアップ形式
で配線６３の上にダイボンディングされる。光素子８０
は溝７０の上にオーバーハングしており、受光面８１の
中心が面７３のエッジから約１００μｍの位置にある。
ジャンクション側の電極は、ワイヤ６５により配線６４
に接続されている。

【００４１】光軸９０に沿って基板６０の側面６２から
入射した光は、〈１１１〉面７３により表面６１の方に
反射される。このとき光軸９０は表面６１に対して７
０.５度傾く。光はさらに光素子８０の裏面から入射
し、ＩｎＰ基板での屈折により表面６１に対して１７
４.４ 度傾き、受光面８１にほぼ垂直に入射する。光軸
９０に対する受光面８１の位置ずれは、基板６０に垂直
な方向に関して±１０μｍ、平行な方向に関して±１.
５μｍ に抑えられている。前者は光軸９０の方向の位
置ずれであり、後者は受光面８１のサイズに対して十分
小さいから、ホトダイオードとして支障はない。

【００４２】第二実施例によれば、光素子８０を配線基
板６０に載置するとき、光素子８０を動作させて光軸合
わせを行う必要がなく、光サブアセンブリの組立コスト
を低減することができる効果がある。

【００４３】図５は本発明による第三実施例の光モジュ
ールの上面図、図６は光モジュールの側面図、図７は光
モジュールに接続される光ファイバコネクタプラグの斜
視図、図８は光ファイバコネクタプラグが接続された状
態の光モジュールの部分側面図である。

【００４４】第三実施例の光モジュールは、光学窓２１
０を有するパッケージ２００と、配線基板１１０と溝１
２０と光素子１３０とボールレンズ１４０から成り、光
学窓２１０に配線基板１１０の側面を接してパッケージ
２００に搭載される光サブアセンブリと、光素子１３０
を駆動する半導体素子１５０と、光サブアセンブリと半
導体素子１５０が接続される配線基板１６０と、光素子
１３０と光ファイバコネクタプラグ２４０の光ファイバ
２５１とを結合するための光ファイバコネクタレセプタ
クル２２０とを有している。

【００４５】第三実施例の光サブアセンブリは、第一実
施例と同様に、面方位〈１００〉のシリコン結晶から成
る配線基板１１０と、三つの〈１１１〉面から成り、配
線基板１１０の表面の所定位置から側面へ達する〈１１
０〉方向の溝１２０と、前記所定位置の近傍に載置され
る光素子１３０と、三つの〈１１１〉面に接するボール
レンズ１４０と、溝１２０に平行な光軸とを有してい
る。

【００４６】光素子１３０は、１０個のレーザダイオー
ドが２５０μｍピッチでモノリシックに集積されたレー
ザダイオードアレイから成る。光素子１３０に対応し
て、配線基板１１０には１０本の溝１２０が同じピッチ
で加工されており、溝１２０には１０個のボールレンズ
１４０が固定されている。光素子１３０は、レンズ140
と光学窓２１０を経て、レセプタクル２２０とプラグ２
４０により１０本のファイバ２５１に結合される。光素
子１３０とレンズ１４０の光学的配置は、第１実施例と
同様である。光軸は配線基板１１０の側面すなわち光学
窓２１０に垂直である。配線基板１１０の側面までの溝
１２０の長さは約８００μｍ，精度は±５μｍである。

【００４７】シリコン製半導体素子１５０には、１０個
のレーザダイオードを独立に駆動する集積回路が形成さ
れている。半導体素子１５０の入力側電極は、配線基板
160とフレーム２０３を介してリード２０４に接続され
ている。出力側電極は、配線基板１１０を介して光素子
１３０に接続されている。

【００４８】配線基板１６０は、窒化アルミ（ＡｌＮ）
セラミックから成る。基板材料として通常よく使用され
るアルミナに比べて、高い熱伝導率と半導体に近い熱膨
張係数を有している。配線基板１６０はパッケージ２０
０に鉛／錫(Ｐｂ／Ｓｎ)共晶半田により固定されてい
る。光サブアセンブリは、光学窓２１０に側面を接した
状態で、同じ半田により配線基板１６０上に固定されて
いる。半導体素子１５０は、配線基板１６０に金／シリ
コン（Ａｕ／Ｓｉ）ろう材により固定されている。光素
子１３０と半導体素子１５０が発生した熱は、配線基板
１６０を介してパッケージ２００のベース２０１に放出
される。

【００４９】パッケージ２００はベース２０１，フレー
ム２０２，２０３，リード２０４から成り、これらは互
いにろう付けされている。ベース２０１は高熱伝導率を
有する銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）複合材料から成
る。フレーム２０２とリード２０４は鉄−ニッケル−コ
バルト合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）から成り、フレーム２
０３は絶縁性のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックから成
る。リッド２０６はフレーム２０２と同じ材料から成
り、フレーム２０２にシーム溶接により固定されてい
る。光学窓２１０は屈折率１.４９、厚さ０.３±０.０
１mm の光学ガラスから成り、フレーム２０２に低融点
ガラスにより封止固定されている。光学窓210があるフ
レーム２０２の側面には、貫通孔２０５が加工されてい
る。なお、パッケージ２００のサイズは、リッド２０６
を含めて長さ１１×幅８×高さ５.５mm³である。

【００５０】レセプタクル２２０は鉄−ニッケル−コバ
ルト合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）から成り、フレーム２０
２にＹＡＧレーザ溶接により±１０μｍの精度で固定さ
れている。サイズは長さ８×幅７×高さ３.２mm³であ
る。レセプタクル２２０の中にはソケット２３０が機械
的に嵌め込まれている。ソケット２３０は精密樹脂成型
により加工されており、ガイド孔２３１と貫通孔２３２
が形成されている。

【００５１】プラグ２４０は、ソケット２３０と同じく
精密樹脂成型により加工されている。先端にはフェルー
ル２４２が形成されており、ファイバ２５１が２５０μ
ｍピッチで固定されている。ファイバ２５１は外径１２
５μｍ、コア径５０μｍの屈折率分布型マルチモードフ
ァイバから成り、光ファイバリボン２５０として被覆さ
れている。フェルール２４２の横にはガイドピン２４１
が固定されている。

【００５２】プラグ２４０とレセプタクル２２０は、ガ
イドピン２４１をガイド孔２３１に挿入することにより
接続される。このとき、フェルール２４２は貫通孔２３
２，２０５に挿入され、ファイバ２５１の端面は光学窓
２１０の表面から１００±５μｍの位置にくる。レセプ
タクル２２０に対するファイバ２５１の配列精度は±１
μｍである。

【００５３】光モジュールの組立では、予め、光サブア
センブリの組立と、半導体素子150の組立を行ってお
く。半導体素子１５０を配線基板１６０に固定し、ワイ
ヤボンディングを行っておく。次に、配線基板１６０を
パッケージ２００に固定し、配線基板１１０の側面を光
学窓２１０に押し当てながら光サブアセンブリを配線基
板１６０に固定する。光サブアセンブリと半導体素子１
５０，配線基板１６０とフレーム２０３との間にワイヤ
ボンディングを行う。その後、フレーム２０２にリッド
２０６をシーム溶接し、パッケージ２００を気密封止す
る。最後に、レセプタクル２２０とプラグ２４０を接続
した状態で、光素子１３０を動作させてファイバ２５１
に結合した光パワーをモニタしながらレセプタクル２２
０の位置を調節し、レセプタクル２２０をフレーム２０
２にＹＡＧレーザにより溶接する。

【００５４】組立後のモジュールでは、レンズ１４０の
主面からファイバ２５１の端面までの光路長は１.２mm
であり、光素子１３０から出射した光はファイバ２５１
の端面にフォーカスされる。光サブアセンブリに対する
ファイバ２５１の位置ずれは、光軸に平行な方向に関し
て±２０μｍ、垂直な方向に関して±１１μｍである。
光素子１３０とファイバ２５１との結合損失は５±１ｄ
Ｂという低い値に抑えられている。

【００５５】第三実施例のレセプタクル型モジュールに
よれば、光サブアセンブリをパッケージ２００に搭載す
るとき、配線基板１１０と光学窓２１０を密着させるだ
けでよく、光軸合わせ作業を行う必要がない。すなわ
ち、組立コストを低減することができる効果がある。ま
た、モジュールのサイズは１９×８×５.５mm³に小型化
されている上、モジュールにプラグ２４０が直接着脱さ
れるので、ピグテイル型モジュールのようなファイバの
敷設面積が不要である。したがって、モジュールの実装
密度を向上することができる効果がある。さらに、レセ
プタクル２２０はパッケージ２００に溶接により堅固に
固定されており、半田や樹脂による固定方法に比べて外
部環境に対する信頼性に優れている。

【００５６】図９は本発明による第四実施例を示す図で
あり、光コネクタプラグが接続された状態の光モジュー
ルの部分側面図である。第四実施例のパッケージ，レセ
プタクル等の基本的な構成は第三実施例と同様である
が、光素子１３０とファイバ２５１との間の光学系の構
成が異なっている。第三実施例ではボールレンズ140に
より単レンズ光学系が構成されていたのに対して、第四
実施例ではボールレンズ１４０とフェルール２４２の先
端のプレーナレンズ２６０とにより擬似共焦点光学系が
構成されている。

【００５７】プレーナレンズ２６０は、ガラス基板を溶
融塩中でイオン交換することにより屈折率分布すなわち
レンズが形成されている。レンズ２６０の直径と配列ピ
ッチは２５０μｍ，焦点距離は６００μｍである。レン
ズ２６０は、ファイバ２５１の端面自身または端面から
の出射光の像を観察しながら位置合わせを行った後、フ
ァイバ２５１と屈折率が等しい樹脂によりフェルール２
４２の端面に±３μｍの精度で固定されている。

【００５８】第四実施例の擬似共焦点光学系では、光素
子１３０とボールレンズ１４０の主面との距離がボール
レンズ１４０の焦点距離にほぼ等しくなるように、光サ
ブアセンブリにおける配線基板１１０への光素子１３０
の搭載位置、溝１２０の長さ等が設定されている。ま
た、プレーナレンズ２６０の主面とファイバ２５１の端
面との光路長がプレーナレンズ２６０の焦点距離にほぼ
等しくなるように、ガラス基板の厚さが設定されてい
る。厚さの精度は±１０μｍである。レンズ２６０とフ
ァイバ２５１との位置ずれは光軸に平行な方向に関して
±１０μｍ，垂直な方向に関して±４μｍである。

【００５９】光素子１３０からの出射光はボールレンズ
１４０を経てほぼ平行光になり、パッケージ２００の光
学窓２１０から出射され、プレーナレンズ２６０により
ファイバ２５１の端面にフォーカスされる。光学窓２１
０のところでは、スポットサイズが４０μｍ程度にまで
拡大されている。

【００６０】第四実施例のモジュールでは、パッケージ
２００の気密封止までの組立工程は第三実施例と同様で
ある。パッケージ２００へのレセプタクル２２０のレー
ザ溶接工程では、第三実施例よりもスポットサイズが拡
大されているので、位置ずれに対するトレランスが大き
い。したがって、位置ずれによる過剰結合損失が低減さ
れ、光素子１３０とファイバ２５１との結合損失として
第三実施例よりもさらに低い４±０.５ｄＢ という値が
実現されている。

【００６１】第四実施例によれば、第三実施例と同様に
パッケージ２００の組立における光軸合わせが省略され
ている。第三実施例に比べてプレーナレンズ２６０自身
のコスト、プレーナレンズ２６０とプラグ２４０との組
立コストは増加しているが、プレーナレンズ２６０によ
りトレランスが拡大されるので、パッケージ２００とレ
セプタクル２２０の組立における光軸合わせ作業を軽減
し、過剰結合損失を抑制することができる効果がある。

【００６２】図１０は本発明による第五実施例を示す図
であり、光コネクタプラグが接続された状態の光モジュ
ールの部分側面図である。第五実施例のパッケージ，レ
セプタクル等の基本的な構成は第三実施例と同様である
が、光サブアセンブリの構成と、フェルール２４２の先
端にプレーナレンズ２７０を設けた点とが異なってい
る。

【００６３】第五実施例の光サブアセンブリは、第２実
施例と同様に、面方位〈１００〉のシリコン結晶から成
る配線基板３１０と、三つの〈１１１〉面から成り、配
線基板３１０の表面の所定位置から側面へ達する〈１１
０〉方向の溝３２０と、所定位置の近傍に載置される光
素子３３０と、溝３２０に平行であり、〈１１１〉面に
より反射される光軸とを有している。

【００６４】光素子３３０は、１０個のホトダイオード
が２５０μｍピッチでモノリシックに集積されたホトダ
イオードアレイから成る。光素子３３０に対応して、配
線基板３１０には１０本の溝３２０が同じピッチで加工
されており、プレーナレンズ２７０には１０個のレンズ
が形成されている。プレーナレンズ２７０の直径，配列
ピッチ、焦点距離は第四実施例のレンズ２６０と同様で
ある。

【００６５】第五実施例の光学系では、ファイバ２５１
から光素子３３０への像倍率がほぼ２倍に等しくなるよ
うに、レンズ２７０のガラス基板の厚さ、光サブアセン
ブリの溝３２０の長さ等が設定されている。１０本のフ
ァイバ２５１から出射された光は、それぞれレンズ２７
０と光学窓２１０を経て光素子３３０の受光面にフォー
カスされ、半導体素子３５０に形成された集積回路によ
り電気信号に変換される。

【００６６】モジュールの組立は第三実施例とほぼ同様
に行われる。異なる点は、レンズ２７０が取り付けられ
たプラグ２４０をレセプタクル２２０に接続した状態
で、光素子３３０を動作させて受光パワーが最大になる
ようにレセプタクル２２０の位置を調節し、レセプタク
ル２２０をフレーム２０２にレーザ溶接することであ
る。レンズ２７０付きファイバ２５１と光サブアセンブ
リとの位置ずれは、光軸に平行な方向に関して±２０μ
ｍ、垂直な方向に関して±１０μｍである。ファイバ２
５１と光素子３３０の結合損失は３±０.５ｄＢ という
低い値に抑えられている。

【００６７】第五実施例によれば、光検出素子を搭載し
たレセプタクル型受信モジュールを簡便な組立工程によ
り製作することができる。第三実施例または第四実施例
に示したような発光素子を搭載したレセプタクル型送信
モジュールと共通のパッケージ２００やレセプタクル２
２０が使用されており、部品コストが軽減される。受信
モジュールのサイズは送信モジュールと同じく小型であ
り、実装密度を向上することができる。

【００６８】なお、本実施例の効果は光サブアセンブリ
または光モジュールの構成により発揮されるものであっ
て、実施例に示した光素子や光学系の設計により制限を
受けるものではない。本発明は、レセプタクル型モジュ
ールを用いる光インタコネクションに限らず、光素子を
配線基板に搭載する光サブアセンブリ及びこれを用いた
光モジュールにおいて広く適用され得る。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、光サブアセンブリ及び
レセプタクル型光送受信モジュールの光軸合わせを簡略
化し、組立コストを低減することができる。また、レセ
プタクル型モジュールは、ピグテイル型に比べて小型で
あり、ピグテイルファイバの敷設面積も不要であるか
ら、実装密度を向上することができる。したがって、本
発明の光サブアセンブリを搭載した送受信モジュールを
用いることにより、高密度かつ低コストの並列光インタ
コネクションを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の光サブアセンブリの斜視
図。

【図２】本発明の第一実施例の光サブアセンブリの部分
断面図。

【図３】本発明の第二実施例の光サブアセンブリの斜視
図。

【図４】本発明の第二実施例の光サブアセンブリの部分
断面図。

【図５】本発明の第三実施例の光モジュールの上面図。

【図６】本発明の第三実施例の光モジュールの側面図。

【図７】本発明の第三実施例の光モジュールに接続され
る光ファイバコネクタプラグの斜視図。

【図８】光ファイバコネクタプラグが接続された状態の
本発明の第三実施例の光モジュールの部分側面図。

【図９】光ファイバコネクタプラグが接続された状態の
本発明の第四実施例の光モジュールの部分側面図。

【図１０】光ファイバコネクタプラグが接続された状態
の本発明の第五実施例の光モジュールの部分側面図。

【符号の説明】

１０…配線基板、１１…表面、１２…側面、１３，１４
…配線、２０…溝、３０…光素子、４０…ボールレン
ズ、５０…光軸。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】面方位〈１００〉のシリコン結晶から成る
   配線基板と、三つの〈１１１〉面から成り、前記配線基
   板の表面の所定位置から側面へ達する〈１１０〉方向の
   溝と、前記所定位置の近傍に載置される光素子と、前記
   溝に平行な光軸とを有することを特徴とする光サブアセ
   ンブリ。
2. 【請求項２】請求項１において、前記三つの〈１１１〉
   面に接するボールレンズを有する光サブアセンブリ。
3. 【請求項３】請求項２において、端面発光型レーザダイ
   オードから成り、前記配線基板へジャンクションダウン
   形式により載置される光素子を有する光サブアセンブ
   リ。
4. 【請求項４】請求項１において、前記三つの〈１１１〉
   面のうち一つの〈１１１〉面により反射される光軸を有
   する光サブアセンブリ。
5. 【請求項５】請求項４において、裏面入射型ホトダイオ
   ードから成り、前記配線基板へジャンクションアップ形
   式により載置される光素子を有する光サブアセンブリ。
6. 【請求項６】光学窓を有するパッケージと、面方位〈１
   ００〉のシリコン結晶から成り、前記光学窓に側面を接
   して前記パッケージに搭載される配線基板と、三つの
   〈１１１〉面から成り、前記配線基板の表面の所定位置
   から前記側面へ達する〈１１０〉方向の溝と、前記所定
   位置の近傍に載置される光素子と、前記溝に平行な光軸
   とを有することを特徴とする光モジュール。
7. 【請求項７】請求項６において、前記光学窓の周辺の前
   記パッケージの外面に堅固に固定され、前記光素子と光
   ファイバとを結合する光ファイバコネクタレセプタクル
   を有する光モジュール。
8. 【請求項８】請求項７において、前記レセプタクルに接
   続される光ファイバコネクタプラグの端面にプレーナレ
   ンズを有する光モジュール。