(57)【要約】【課題】ガラスレンズを必要とせず、光結合度が高く、位置ズレが生じ難く、また、光学長の設定が可能な光モジュールとその製造方法を提供する。【解決手段】リードフレーム２上に搭載された半導体光素子３を樹脂モールド体８により封止したパッケージ１を備えた光モジュールで、半導体光素子３の光軸上に、樹脂と気体の界面に集光機能を持たせたレンズ面５ａ，５ｂを、少なくとも２箇所に備えている。前記のレンズ面は、樹脂モールド体８内に埋め込まれた形態で形成されるか、または、樹脂モールド体８の光軸上に位置する外面と、その外面に対向して組付けられる樹脂成型補助部とにそれぞれ形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレーム上に搭載された半導体光素子を樹脂モールド体により封止したパッケージを備えた光モジュールであって、
前記半導体光素子の光軸上に、樹脂と気体の界面に集光機能を持たせたレンズ面を、少なくとも２箇所に備えていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記レンズ面が、前記樹脂モールド体内に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記レンズ面が、前記樹脂モールド体の光軸上に位置する前端面と、該前端面に対向して組付けられる樹脂成型補助部とに、それぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項４】
リードフレーム上に搭載された半導体光素子を樹脂モールド体により封止したパッケージを備える光モジュールの製造方法であって、
樹脂と気体相の界面に集光機能を持たせたレンズ面を有する１対の樹脂成型品を、レンズ面が対向するように貼り合わせてレンズ部品として準備し、
前記リードフレーム上に予め半導体光素子を搭載し、所定のリード部分にワイヤ配線を施した後、前記リードフレーム上の所定箇所に前記レンズ部品を搭載し、
次いで、前記リードフレーム、前記半導体光素子、前記レンズ部品を一体に樹脂モールド体で封止することを特徴とする光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の送受信に用いられる半導体光素子を搭載し、樹脂によりモールド封止したモールドパッケージを備えた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号の送受信等に用いられる光モジュールは、発光または受光用の半導体光素子を搭載したパッケージに、光ファイバを接続するためのレセプタクルスリーブを結合した構造のものが一般的である。標準的な形状のパッケージとしては、リードピンを埋設したステムに半導体光素子を搭載し、その外側を、集光レンズを取付けた金属製のハウジングで覆って封止するＣＡＮパッケージが知られている。しかしながら、この形態のパッケージは、部品数が多く、組付け工程が複雑で、製造コストが高くなるという問題があった。
【０００３】
このため、金属製の封止ハウジングに変えて、リードフレーム上に半導体光素子を搭載し、プラスチック樹脂でモールドして封止した構造のモールドパッケージが知られている。この場合、半導体光素子と共に集光レンズを、モールド樹脂内に一体に埋設させる形態のものがある（例えば、特許文献１参照）。また、半導体光素子を封止するモールド樹脂の光軸上に、レンズ作用を成す作用面部を一体成型する形態のものもある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０３ー２８６５７４号公報
【特許文献２】特開平０３−２８８４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の技術によれば、樹脂モールドによる封止でパッケージの製造が容易であり、製品のバラツキを少なくすることが可能となる。しかし、埋設される集光用のガラスレンズは、モールド樹脂の屈折率が１.５程度であるので、これ以上の屈折率を有するガラスレンズを用いる必要があるが、高価なものとなり、レンズ部品としてのコストがかかる。
また、特許文献２の技術によれば、モールド樹脂により集光レンズが形成されるのでガラスレンズを用いる必要がなくなる。しかし、集光面が１面であるため、集光性（効率）の観点で設計の幅が小さく、十分な光結合度が得られない、あるいは、位置ズレにより弱い光学系となる恐れがある。
【０００６】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、ガラスレンズを必要とせず、光結合度が高く、位置ズレが生じ難く、また、光学長の設定が可能な光モジュールとその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光モジュールは、リードフレーム上に搭載された半導体光素子を樹脂モールド体により封止したパッケージを備えた光モジュールで、半導体光素子の光軸上に、樹脂と気体の界面に集光機能を持たせたレンズ面を、少なくとも２箇所に備えている。
前記のレンズ面は、樹脂モールド体内に埋め込まれた形態で形成されるか、または、樹脂モールド体の光軸上に位置する外面と、その外面に対向して組付けられる樹脂成型補助部とにそれぞれ形成することができる。
【０００８】
また、本発明による光モジュールの製造方法は、リードフレーム上に搭載された半導体光素子を樹脂モールド体により封止したパッケージを備える光モジュールの製造方法で、樹脂と気体の界面に集光機能を持たせたレンズ面を有する１対の樹脂成型品を、レンズ面が対向するように貼り合わせたレンズ部品を準備する。そして、リードフレーム上に予め半導体光素子を搭載し、所定のリード部分にワイヤ配線を施した後、リードフレーム上の所定箇所に前記のレンズ部品を搭載する。次いで、リードフレーム、半導体光素子、レンズ部品を一体に樹脂モールド体で封止する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高価なガラスレンズを用いないため安価な光モジュールとすることができる。また、２つのレンズ面を有するため、光学系の設計上の幅が広がり、光学長を大きくすることが可能となり、また、高結合で位置ズレを少なくし、バラツキのない光モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の概略と、実施形態の一例を示す図である。
【図２】本発明における搭載部品の組立て状態を示す図である。
【図３】本発明におけるパッケージの概略を示す図である。
【図４】本発明の光モジュールの組立て状態を示す図である。
【図５】他の実施形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図による本発明の実施の形態を説明する。図１（Ａ）は本発明の概略を示す模式図、図１（Ｂ）はその具体例の一例を示す図、図２（Ａ）〜図３（Ｂ）は図１（Ｂ）のパッケージの組立て例を説明する図、図４は光モジュールの組立て例を示す図である。図中、１はパッケージ、２はリードフレーム、２ａ〜２ｄはリード端子、２ｅ，２ｆは位置決め溝、２ｇは治具挿入孔、３は半導体光素子（ＬＤ）、４はフォトダイオード、５はレンズ部品、５ａ，５ｂはレンズ面、６は樹脂成型品、６ａは凸面、６ｂは凹面、６ｃは接合面、７は気体層、８は樹脂モールド体、８ａは傾斜面、９はボンディングワイヤ、１０はサブマウント、１１はレセプタクルスリーブ、１１ａはレセプタクル部、１１ｂは結合部、１２はフェルールを示す。
【００１２】
光モジュールは、図１（Ａ）の模式図で示すように、例えば、半導体光素子３としてレーザダイオード（以下、ＬＤという）を搭載した光送信モジュールとして構成され、その信号光を光コネクタのフェルール１２に入射し、フェルールに接続された光ケーブルにより外部に送信される。光モジュールが、光受信モジュールとして構成される場合は、半導体光素子３として、フォトダイオード（ＰＤ）が搭載され、外部から送信された信号光をフェルール１２から出射させて、ＰＤで受光する。
【００１３】
ＬＤ３から出射された信号光を、フェルール１２内の光ファイバに効率よく入射させるためには、光軸を合わせると共に集光レンズを用いて集光する。通常、信号光は、第１のレンズで平行光とした後に、第２のレンズで集光させてフェルール１２内の光ファイバに入射させている。
【００１４】
本発明においては、上記の第１および第２のレンズを、図１（Ａ）に示すように、樹脂層（樹脂成型品）６と気体層７（空気）との屈折率差を利用して、その界面に集光機能を持たせたレンズ面５ａまたは５ｂで形成している。これらのレンズ面は、信号光が透過する光軸上の少なくとも２箇所に設けることにより、ＬＤ３からの信号光を第１のレンズ面５ａで平行光とした後、第２のレンズ面５ｂで集光させる光学系を形成することができる。
【００１５】
図１（Ｂ）は、本発明による上記の光送信モジュールを具体化した一例を示し、ＬＤ３を搭載したパッケージ１と光ケーブルとの接続を形成するレセプタクルスリーブ１１とで構成される。パッケージ１には、搭載部品を樹脂モールド体８により一括して封止し、製造コストを抑えたモールドパッケージが用いられる。パッケージ１は、後述するように、リードフレーム２にＬＤ３およびモニタ用のフォトダイオード４（以下、ＰＤという）を搭載するとともに、上述したレンズ面を有するレンズ部品５を搭載して構成される。レセプタクルスリーブ１１は、パッケージ１に結合固定される円筒体で形成され、光コネクタのフェルール１２が挿入されるレセプタクル部を有している。
【００１６】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、樹脂モールド体８で封止する前のパッケージ内の構成部品の組付け状態示している。先ず、リードフレーム２上に、サブマウント１０を介してＬＤ３が搭載され、また、ＬＤ３の発光状態をモニタするＰＤ４が搭載される。リードフレーム２は、電気的に絶縁分離された複数のリード端子２ａ〜２ｄを有するとともに、部品実装等の位置決めをするための位置決め溝２ｅ，２ｆが設けられている。また、この他、後述する樹脂モールド体８を成型する金型の位置決めをする治具挿入孔２ｇ等が設けられている。
【００１７】
ＬＤ３及びＰＤ４等の実装は、リードフレーム２のうちのフレーム面積の大きいリード端子２ａに、半田（例えば、ＡｕＳｎ）あるいは接着剤により行われ、所定のリード端子２ｂ〜２ｄにボンディングワイヤ９により電気的に接続される。また、ＬＤ３の光軸上には、別に準備されるレンズ部品５が位置決め用の溝２ｆを利用して位置合わせされ、紫外線硬化接着剤等により設置固定される。
【００１８】
レンズ部品５は、例えば、図２（Ｃ）に示すような少なくとも一方の面に凸面６ａを有する同形の樹脂成型品６を２個用意し、図２（Ｄ）に示すように、凸面６ａが対向するように貼り合わせて形成される。なお、凸面６ａと反対側の面には、凹面６ｂが形成されていてもよい。２つの樹脂成型品６を貼り合わせてレンズ部品５とするときに、互いに対向する凸面６ａ間に、空洞ないしは気体層７が生じるように、凸面６ａは樹脂成型品６の接合面６ｃより奥まった位置に形成される。そして、気体層７を挟んで対抗する一方の凸面６ａを、図１（Ａ）における第１のレンズ面５ａとし、他方の凸面６ａを第２のレンズ面５ｂとすることができる。
【００１９】
樹脂成型品６の貼り合わせは、完成後の光モジュールの信頼性を高めるために、乾燥窒素雰囲気で、且つ、減圧下で行なわれるのが好ましい。
上記の樹脂成型品６は、透光性の樹脂材で成型されるが、例えば、樹脂モールド体８の屈折率（例えば、１.５程度）と同じであってもよいが、異なっていてもよい。すなわち、空気の屈折率「＝１」に対して、レンズ機能を生じさせるのに有意な屈折率差を生じるものが用いられる。
【００２０】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、リードフレーム２に搭載部品をそれぞれ実装した後、鎖線で示す樹脂モールド体８で封止して、パッケージ１とした状態を示している。樹脂モールド体８の成型には、注型金型が用いられ、リードフレーム２に予め形成されている治具挿入孔２ｇを利用して、金型とリードフレームとを位置決めするインサートモールドによる成型方法が採用される。
【００２１】
樹脂モールド体８は、透光性樹脂で形成され、リードフレーム２、Ｌｄ３、ＰＤ４、レンズ部品５間の隙間を埋めて封止する。樹脂モールド体８の外形は、円形または矩形などの任意の形状とすることができる。また、樹脂モールド体８の前端面は、傾斜面８ａで形成することで、ＬＤ３から出射された信号光が、樹脂と空気の屈折率差でフレネル反射し、その反射光がＬＤ３に戻って結合するのを防止することができる。樹脂モールド体８の後端部からは、電気的に分離されたリード端子２ａ〜２ｄが露出され、光トランシーバ等の回路基板との電気接続に供せられる。
【００２２】
信号光を集光するレンズ部品５は、樹脂の成型により形成されるので、ガラスレンズを用いるパッケージと比べて、安価に形成することができる。また、第１のレンズ面５ａで平行光とし、第２のレンズ面５ｂで集光する構成であるので、レンズ面５ａ，５ｂ間の距離を変えて光学長を制御することが可能となる。この場合、例えば、平行光の距離を長くし、樹脂モールド体の全長を延ばし、次に説明するレセプタクルスリーブとの接着範囲を大きくして、強固な接着固定が可能となる。
【００２３】
図４は、上述のように構成されたパッケージ１に、レセプタクルスリーブ１１を結合して、光モジュールとする例を示している。レセプタクルスリーブ１１は、通常、光ケーブルに取付けられた光コネクタのフェルールが挿入されるレセプタクル部１１ａと、半導体光素子３を封止したパッケージ１と結合する結合部１１ｂとを備えている。パッケージ１の樹脂モールド体８の前部は、上記の結合部１１ｂの嵌合孔に挿入され、接着剤２１により接着固定される。この接着には、例えば、紫外線硬化接着剤を用いて仮固定（例えば、３点塗布）し、熱硬化性接着剤で補強（全周塗布）する方法を用いることができる。
【００２４】
通常、パッケージ１とレセプタクルスリーブ１１とを接着剤２１で結合固定する前に、調芯が行われる。この調芯は、ＬＤ３から出射された信号光を、レンズ部品５を経て効率よく光ケーブルに入射させるためのもので、光軸方向のＺ方向及び径方向のＸＹ方向で行われる。Ｚ方向の調芯は、パッケージ１とレセプタクルスリーブ１１の嵌合量を光軸方向で調整することで行われる。ＸＹ方向の調芯は、パッケージ１の外周とレセプタクルスリーブ１１の結合部１１ｂの内径との間の隙間部分を調整することで行われる。
【００２５】
パッケージ１とレセプタクルスリーブ１１間の調芯は、パッケージ１、レセプタクルスリーブ１１を調整可能な支持装置によりそれぞれ個別に支持して行われる。そして、例えば、パッケージ１内のＬＤ３で試験光を発光出射させ、レセプタクル部１１ａに光ファイバの一方の端部に設けられた光コネクタを挿着し、他方の端部に光パワーメータ等を接続してＬＤ３からの受光パワーが最大になるように、それぞれの位置が調整される。
【００２６】
上記の如くに構成された光モジュールは、ＬＤ３から出射された信号光を、レンズ部品５を介して、レセプタクルスリーブ１１に挿入された光ケーブルに、効率よく入射させることができる。なお、ＬＤ３に代えて、ＰＤ（モニタ用のＰＤ４とは異なる）が搭載された受信用光モジュールにおいては、光ケーブルから出射された信号光を、レンズ部品５を介してＰＤで受光する形態となる。
【００２７】
図５は、他の実施形態を説明する図で、図５（Ａ）は組付け前の状態を示し、図５（Ｂ）は組付け後の状態を示す。図中、１’はパッケージ、１３は本体部、１３ａは前端面、１４は樹脂成型補助部、１５ａ，１５ｂはレンズ面、１６は凹部、１６ａは接合面、１７，１８は係合部、１９は気体層、２０は傾斜面を示す。その他の符号は、図１で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。
【００２８】
図５（Ａ）に示すように、本例は、半導体光素子３を搭載するパッケージを、樹脂モールド体８で封止した本体部１３と、本体部１３とは別体で形成される樹脂成型補助部１４で構成している。本体部１３の基本構造は、図２で説明したのと同様で、リードフレーム２上に、サブマウント１０を介してＬＤ３が搭載され、また、ＬＤ３の発光状態をモニタするＰＤ４が搭載される。リードフレーム２は、電気的に絶縁分離された複数のリード端子２ａ〜２ｄを有する。ＬＤ３及びＰＤ４等の実装は、半田（例えば、ＡｕＳｎ）あるいは接着剤により行われ、所定のリード端子２ｂ〜２ｄにボンディングワイヤ９により電気的に接続される。
【００２９】
リードフレーム２に搭載部品をそれぞれ実装した後、樹脂モールド体８で封止してパッケージ１’の本体部１３とされる。樹脂モールド体８の成型には、注型金型が用いられ、インサートモールドによる成型方法が採用される。樹脂モールド体８は、図３の例と同様に透光性樹脂で形成され、リードフレーム２、Ｌｄ３、ＰＤ４の隙間を埋めて封止する。また、本体部１３の外形は、円形または矩形などの任意の形状とすることができ、ＬＤ３の光軸上で前端面１３ａには、樹脂モールド体８の一部として凸形のレンズ面１５ａが一体成型で形成される。なお、本体部１３の後端部側から、電気的に分離されたリード端子２ａ〜２ｄが露出され、光トランシーバ等の回路基板に電気接続に供される。
【００３０】
本体部１３と別体で形成される樹脂成型補助部１４は、本体部１３の樹脂モールド体８と同じ透光性樹脂の樹脂で形成され、本体部１３の前端部１３ａに接合される。本体部１３と樹脂成型補助部１４とは、本体部１３の前端部１３ａに形成された係合部１７と、樹脂成型補助部１４の接合面１６ａに形成された係合部１８と、を係合することにより接合することができる。
【００３１】
樹脂成型補助部１４は、本体部１３との接合面１６ａ側に凹部１６が形成され、その底部に凸形のレンズ面１５ｂが一体成型で形成される。また、接合面１６ａと反対側の面は、傾斜面２０で形成することで、ＬＤ３から出射された信号光が、樹脂と空気の屈折率差でフレネル反射し、その反射光がＬＤ３に戻って結合するのを防止することができる。
【００３２】
図５（Ｂ）に示すように、樹脂成型補助部１４が本体部１３に接合されたとき、本体部１３の前端面１３ａに一体成型されたレンズ面１５ａと樹脂成型補助部１４に一体成型されたレンズ面１５ｂとは、光軸上で一致すると共に、空洞ないしは気体層１９を介して対抗配置されるように形成される。レンズ面１５ａと１５ｂは、それぞれ樹脂と気体層１９との界面で、気体と樹脂との屈折率差により集光作用を生じ、レンズとして機能する。
【００３３】
上記の如く構成されたパッケージ１’では、気体層１９を挟んで対抗する一方のレンズ面１５ａを第１のレンズ面として、ＬＤ３から出射される信号光を平行光とし、もう一方のレンズ面１５ｂを第２のレンズ面として、平行光が集光されてケーブルに入射される。これらの、レンズ面１５ａ，１５ｂは、樹脂の成型により形成されるので、ガラスレンズを用いるものと比べて、安価に形成することができる。
【００３４】
また、本体部１３の構成を変更せず、樹脂成型補助部１４側の凹部１６の深さを変えてレンズ面１５ｂの位置を変更することにより、レンズ面１５ａ，１５ｂ間の距離を変えて光学長を制御することが可能となる。この場合、例えば、平行光の距離を長くし、パッケージの全長を延ばし、図４で説明したレセプタクルスリーブとの接着範囲を大きくして、強固な接着固定が可能となる。
【符号の説明】
【００３５】
１，１’…パッケージ、２…リードフレーム、２ａ〜２ｄ…リード端子、２ｅ，２ｆ…位置決め溝、２ｇ…治具挿入孔、３…半導体光素子（ＬＤ）、４…フォトダイオード（ＰＤ）、５…レンズ部品、５ａ，５ｂ…レンズ面、６…樹脂層（樹脂成型品）、６ａ…凸面、６ｂ…凹面、６ｃ…接合面、７…気体層、８…樹脂モールド体、８ａ…傾斜面、９…ボンディングワイヤ、１０…サブマウント、１１…レセプタクルスリーブ、１１ａ…レセプタクル部、１１ｂ…結合部、１２…フェルール、１３…本体部、１３ａ…前端面、１４…樹脂成型補助部，１５ａ，１５ｂ…レンズ面、１６…凹部、１６ａ…接合面、１７，１８…係合部、１９…気体層、２０…傾斜面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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