(57)【要約】【課題】  高精度な実装が可能であるとともに，生産性を向上させることの可能な光モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】  基板１１０上に，レンズ素子１４０および光ファイバ１７０を実装するための溝部１１０ａを形成する工程（Ｓ１１）と，溝部の形状と，レンズ素子の形状とに基づいて，ＰＤ１３０とレンズ素子との位置関係を算出する工程（Ｓ１２）と，算出結果に応じて，光軸を調整したレンズ素子を作製する工程（Ｓ１３）と，ＰＤを基板上に実装するとともに，光軸が調整されたレンズ素子および光ファイバを基板に形成された溝部に実装する工程（Ｓ１４）とを含む。溝部の形状およびレンズ素子の形状に基づいて，レンズ素子とＰＤとの位置関係を算出し，光軸を調整したレンズ素子を設計することができる。このようにして，光ファイバとレンズ素子との位置関係を問わず，高精度な実装が可能となる。【選択図】  図７
2006154534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に光素子，レンズ素子，および光ファイバが実装された光モジュールの製造方法であって，
基板上に，レンズ素子および光ファイバを実装するための溝部を形成する工程と，
前記溝部の形状と，レンズ素子の形状とに基づいて，光素子とレンズ素子との位置関係を算出する工程と，
前記算出結果に応じて，光軸を調整したレンズ素子を作製する工程と，
前記光素子を前記基板上に実装するとともに，前記光軸が調整されたレンズ素子および前記光ファイバを前記基板に形成された溝部に実装する工程と，
を含むことを特徴とする，光モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記溝部を形成する工程において，
前記光ファイバから出射された光が前記レンズ素子で変換され，前記溝部の端部で反射されて前記光素子へ導かれる形状に，前記溝部を形成することを特徴とする，請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記レンズ素子に，回折光学素子を形成することを特徴とする，請求項１または２に記載の光モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記レンズ素子を，シリコンで作製することを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の光モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記溝部を形成する工程において，前記溝部をエッチング形成することを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の光モジュールの製造方法。
【請求項６】
溝部が形成された基板と，
前記基板上の実装された受光素子と，
前記溝部に実装されたレンズ素子と，
前記溝部に実装された光ファイバと，
を備え，
前記光ファイバから出射された光は，前記レンズ素子で変換され，前記溝部の端部で反射されて前記受光素子へ導かれることを特徴とする，光モジュール。
【請求項７】
前記レンズ素子には回折光学素子が形成されていることを特徴とする，請求項６に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記レンズ素子は，シリコン製マイクロレンズ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光モジュールの製造方法，および，光モジュールにかかり，特に，単一の光ファイバからの出射光を受光素子に受光させるのに好適な光受信モジュールとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信の分野では，光を出射する送信モジュールと受光する受信モジュールの双方の低価格化が必須となってきている。受信モジュールは受光素子と光ファイバを突き当てで調芯することが多かったが，近年，入射効率の高い受信モジュールが望まれていることから，レンズを用いて調芯することで受信モジュールを作製している。また，低価格化のためにＶ字状に形成された溝に光ファイバをパッシブに実装する方法が知られている（例えば，特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０００６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，上記のような構成では，レンズが適用できないことが多く，効率を上げるため樹脂で埋めたり，光ファイバ先端を加工したりする必要があった。このため，高精度な実装が困難であり，また，生産性にも問題があった。
【０００５】
本発明は，従来の光モジュールの製造方法が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，高精度な実装が可能であるとともに，生産性を向上させることの可能な，新規かつ改良された光モジュールの製造方法，および，光モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，基板上に光素子，レンズ素子，および光ファイバが実装された光モジュールの製造方法が提供される。本発明の光モジュールの製造方法は，基板上に，レンズ素子および光ファイバを実装するための溝部を形成する工程と；溝部の形状と，レンズ素子の形状とに基づいて，光素子とレンズ素子との位置関係を算出する工程と；算出結果に応じて，光軸を調整したレンズ素子を作製する工程と；光素子を基板上に実装するとともに，光軸が調整されたレンズ素子および光ファイバを基板に形成された溝部に実装する工程と；を含むことを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
かかる光モジュールの製造方法によれば，基板上に溝部（例えば，断面がＶ字形状の溝部）を形成し，その溝部にレンズ素子を実装するので，溝部の形状およびレンズ素子の形状に基づいて，レンズ素子と光素子（例えば，発光素子や受光素子）との位置関係を正確に算出することができる。そして，この位置関係の算出結果に合わせて光軸を調整したレンズ素子を設計することができる。このようにして，光ファイバとレンズ素子との位置関係を問わず，高精度な実装が可能となる。
【０００８】
さらに，同一の基板上に，光素子，レンズ素子，および光ファイバを一括して実装できる（例えば，自動実装器にて実装できる）ため，実装時における光学アライメントの時間が不要となる。このため，量産性を格段に向上させることができ，モジュール価格の低減が可能である。
【０００９】
本発明の光モジュールの製造方法において，以下のような応用が可能である。ただし，本発明はこれに限定されるものではない。
【００１０】
溝部を形成する工程において，光ファイバから出射された光がレンズ素子で変換され，溝部の端部で反射されて受光素子へ導かれる形状に，溝部を形成するようにしてもよい（請求項２）。これにより，例えば光素子として受光素子を用いる場合に，受光素子の受光面を下面に設けた面入射型の受光素子を用いることができる。面入射型の受光素子は，端面入射型の受光素子と比較して価格が低いため，価格の低減を図ることが可能である。
【００１１】
レンズ素子に，回折光学素子を形成するようにしてもよい（請求項３）。レンズ素子に回折光学素子を形成することにより，通常のレンズと同様に光を集光する機能を有するほか，光を自在に曲げることも可能である。従って，上述のように受光素子の受光面を下面に設け，溝部の端部で光を反射する構成などへの応用が可能であり，光モジュールの設計の自在性が高まる。
【００１２】
レンズ素子を，シリコンで作製するようにしてもよい（請求項４）。レンズ素子をシリコンで作製したシリコン製マイクロレンズとすることにより，エッチングにより高精度に作製できる，一度に大量に作製できる，従来のボールレンズに比べて小型化を図ることができるなどの利点がある。なお，本明細書におけるシリコン製マイクロレンズの構成例としては，例えば特開２００２−３２８２０４号公報に開示のものを採用することができる。また，レンズ素子の他の素材としては，例えば石英でレンズ素子を作製することも可能である。
【００１３】
溝部を形成する工程において，溝部をエッチング形成するようにしてもよい（請求項５）。溝部をエッチングで形成することにより，所望の形状（例えば，断面がＶ字形状の溝部）を高精度に形成することが可能であり，溝部の形状を容易に制御可能である。このことにより，レンズ素子および光ファイバを実装する溝部の形成を容易に行うことができ，生産性の向上を図ることが可能である。
【００１４】
上記課題を解決するため，本発明の第２の観点によれば，光モジュールが提供される。本発明の光モジュールは，溝部（１１０ａ）が形成された基板（１１０）と；基板上の実装された受光素子（１３０）と；溝部に実装されたレンズ素子（１４０）と；溝部に実装された光ファイバ（１７０）と；を備え，光ファイバから出射された光は，レンズ素子で変換され，溝部の端部で反射されて受光素子へ導かれることを特徴とする（請求項６）。
【００１５】
かかる光モジュールによれば，受光素子の受光面を下面に設けた面入射型の受光素子を用いることができる。面入射型の受光素子は，端面入射型の受光素子と比較して価格が低いため，価格の低減を図ることが可能である。
【００１６】
本発明の光モジュールにおいて，以下のような応用が可能である。ただし，本発明はこれに限定されるものではない。
【００１７】
レンズ素子（１４０）には回折光学素子が形成されている構成としてもよい（請求項７）。レンズ素子に回折光学素子を形成することにより，通常のレンズと同様に光を集光する機能を有するほか，光を自在に曲げることも可能である。従って，上述のように受光面を下面に設けた受光素子などへの応用が可能であり，光モジュールの設計の自在性が高まる。
【００１８】
レンズ素子（１４０）は，シリコン製マイクロレンズからなる構成としてもよい（請求項８）。レンズ素子をシリコンで作製したシリコン製マイクロレンズとすることにより，エッチングにより高精度に作製できる，一度に大量に作製できる，従来のボールレンズに比べて小型化を図ることができるなどの利点がある。なお，レンズ素子の他の素材としては，例えば石英でレンズ素子を作製することも可能である。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように，本発明によれば，基板上に溝部（例えば，断面がＶ字形状の溝部）を形成し，その溝部にレンズ素子を実装するので，溝部の形状およびレンズ素子の形状に基づいて，レンズ素子と光素子（例えば，発光素子や受光素子）との位置関係を正確に算出することができる。そして，この位置関係の算出結果に合わせて光軸を調整したレンズ素子を設計することができる。このようにして，光ファイバとレンズ素子との位置関係を問わず，高精度な実装が可能となる。
【００２０】
さらに，同一の基板上に，光素子，レンズ素子，および光ファイバを一括して実装できる（例えば，自動実装器にて実装できる）ため，実装時における光学アライメントの時間が不要となる。このため，量産性を格段に向上させることができ，モジュール価格の低減が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる光モジュールの製造方法，および，光モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は，本実施形態にかかる光モジュール１００の構成を概略的に示す斜視図である。また，図２は，図１のＡ−Ａ断面図である。なお，図１では，受光素子とその周辺部分のみを示しているが，発光素子など他の光学素子が同一基板上に一体に構成されていてもよい。このような場合，図１は，光モジュールにおいて，受光素子とその周辺のみを部分的に示した図として捉えることができる。
【００２３】
本実施形態にかかる光モジュール１００は，図１，図２に示したように，溝部１１０ａを有する基板１１０上に，光素子の一例としてフォトダイオード（Photo Diode，以下，ＰＤという）１３０が実装され，溝部１１０ａにレンズ素子１４０および光ファイバ１７０が実装されて構成されている。以下，各構成要素について詳細に説明する。
【００２４】
（基板１１０）
基板１１０としては，例えばプラットフォームとして加工技術の成熟しているシリコン基板を採用することができる。基板１１０の上面には，図１に示したように，横断面形状がＶ字形状である溝部１１０ａが形成されている。この溝部１１０ａは，基板１１０をエッチングすることにより形成され，シリコンの（１１１）面群を斜面に持つような構成で精密に作製されている。従って，溝部１１０ａの横断面形状は，図１に示したように，５４．７°の角度を有する。
【００２５】
また，図２に示したように，溝部１１０ａの端部１１５も５４．７°の角度を有する。この端部１１５には，金などの反射膜が成膜されている。従って，図２に示したように，光ファイバ１７０からレンズ素子１４０を介して端部１１５に入射した光は，同様の角度を有して反射され，ＰＤ１３０の入射面１３２へ入射される。
【００２６】
（ＰＤ１３０）
ＰＤ１３０は，図２に示したように，光を入射面１３２で受光する面入射型の受光素子である。本実施形態では，ＰＤ１３０は，入射面１３２が下側（基板１１０側）に向くように半田等で接合されて，基板１１０上に実装されている。そして，上述のように，光ファイバ１７０からの出射光が，レンズ素子１４０で変換され，溝部１１０ａの端部１１５で反射されて入射面１３２から入射されるように，ＰＤ１３０が位置決めされている。ＰＤ１３０の位置決めについてはさらに後述する。
【００２７】
（レンズ素子１４０）
図３は，レンズ素子１４０の構成を概略的に示す斜視図である。レンズ素子１４０は，光ファイバ１７０から出射される光を集光し，ＰＤ１３０へ入射する集光用レンズとしての機能を有する。本実施形態では，レンズ素子１４０としてシリコン製マイクロレンズを採用している。レンズ素子１４０は，図３に示したように，一方の面にレンズ部１４２が形成されている。このレンズ部１４２には，例えば１１０μｍの直径を有する回折光学素子が形成されている。レンズ部１４２に回折光学素子を用いることにより，レンズ素子１４０はマスクパターンの変更で，光を任意の方向へ容易に曲げることができる。
【００２８】
上記のように，レンズ素子１４０は，通常のレンズと同様に光を集光する機能を有するほか，光を自在に曲げることも可能である。このため，図２に示すような光学系で光を下方向に曲げ，溝部１１０ａの端部１１５に任意のスポット径で入射することができる。
図４は，レンズ素子１４０のレンズ部１４２の詳細を示す説明図である。図４において，（ａ）は通常のレンズを示しており，（ｂ）は，本実施形態のレンズ部１４２を示している。レンズ部１４２を図４（ｂ）に示した形状で作製することで，光を下方向に曲げることができる。
【００２９】
焦点距離４００μｍのレンズの集光点を下方へ７０μｍオフセットした場合，溝部１１０ａの端部１１５では入射角６４．６度で入射する。溝部１１０ａの端部１１５には，金などの反射膜が成膜されており，入射した光は同様の角度を有して反射され，ＰＤ１３０の入射面１３２へ入射される。
【００３０】
図５は，溝部１１０ａにレンズ素子１４０が実装された状態を概略的に示す説明図である。レンズ素子の縁部１４４は，図５に示したように，Ｖ溝１１０ａに接合すべき形状として略円弧状に形成されており，その直径は例えば約１２５μｍである。
【００３１】
以上のレンズ素子１４０の形状は一例に過ぎず，例えば，レンズ部として，直径が５０〜２５０μｍの回折光学素子を形成することも可能である。この場合には，レンズ素子１４０全体の形状および溝部１１０ａの形状も，レンズ部の形状に合わせて調整される。
【００３２】
（光ファイバ１７０）
図６は，溝部１１０ａに光ファイバ１７０が実装された状態を概略的に示す説明図である。光ファイバ１７０は，光の入出射に用いられる光学部材であり，図６に示したように，例えば１２５μｍの直径を持つ円柱形として構成することができる。光ファイバ１７０は，図６に示したように，基板１１０の溝部１１０ａにＵＶ硬化型樹脂等で固定される。
【００３３】
光ファイバ１７０からの出射光は，基板１１０の表面から一定の高さで出射し，レンズ素子１４０で変換される。光ファイバ１７０の直径を１２５μｍとし，溝部１１０ａの幅を１４４．５μｍとすると，図６に示したように，基板１１０の表面から６μｍの高さで光は出射される。
【００３４】
以上，本実施形態にかかる光モジュール１００の構成について説明した。
次いで，光モジュール１００の製造方法について，図７を参照しながら説明する。
【００３５】
まず，基板１１０およびレンズ素子１４０を作製する。その他のＰＤ１３０，光ファイバ１７０については，予め用意しておく。
【００３６】
＜溝部１１０ａの形成（ステップＳ１１）＞
基板１１０をエッチングして，レンズ素子１４０および光ファイバ１７０を実装するための溝部１１０ａを形成する（ステップＳ１１）。溝部１１０ａは，シリコンの（１１１）面群を斜面に持つような構成で精密に形成される。従って，溝部１１０ａの横断面形状は，図１に示したように，５４．７°の角度を有する。
【００３７】
＜ＰＤ１３０とレンズ素子１４０との位置関係を算出（ステップＳ１２）＞
次いで，ＰＤ１３０とレンズ素子１４０との位置関係を算出する（ステップＳ１２）。レンズ素子１４０は基板１１０の溝部１１０ａに実装されることから，レンズ素子１４０の位置は，溝部１１０ａの形状とレンズ素子１４０の形状とに基づいて正確に算出することができる。
【００３８】
＜レンズ素子１４０の設計（ステップＳ１３）＞
次いで，ＰＤ１３０とレンズ素子１４０との位置関係の算出結果に応じて，光軸を調整したレンズ素子１４０を設計する（ステップＳ１３）。すなわち，図２に示したように，光ファイバ１７０からの出射光がレンズ素子１４０を介し，さらに溝部１１０ａの端部１１５で反射してＰＤ１３０の受光面１３２に入射するように，レンズ素子１４０の光軸を調整する。
【００３９】
レンズ素子１４０には，図３に示したように，レンズ部１４２として１１０μｍの直径を有する回折光学素子を形成する。回折光学素子はマスクを用いて，光学基板の所望の個所にエッチング処理を施すことで形成される。レンズ素子１４０に対応する形状のパターンをフォトマスクパターンとして用いて，ディープエッチング（Ｄｅｅｐ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）などの手法を用いて任意の深さまで掘り下げることにより，レンズ素子１４０を作製できる。
【００４０】
本実施形態では，レンズ素子１４０にシリコン製マイクロレンズを採用しているので，エッチングにより高精度に作製できるのみならず，一度に大量に作製でき，また，従来のレンズ素子（例えば，ボールレンズ等）に比べて小型化を図ることができるなどの利点がある。
【００４１】
＜各構成要素の実装（ステップＳ１４）＞
次いで，ＰＤ１３０，光軸が調整されたレンズ素子１４０，光ファイバ１７０を基板１１０上に実装する（ステップＳ１４）。本実施形態では，例えば自動実装器により実装することができ，精密に作製された基板１１０上に各構成要素を単に実装するだけで，高精度な実装が可能であることを特徴とする。
【００４２】
まず，ＰＤ１３０を，基板１１０の上部からマーカーを用いて高精度に位置決めし，入射面１３２が下（基板１１０側）に来るようにボンディングし，半田などで接合する。
【００４３】
次に，基板１１０に対して，レンズ素子１４０を光軸方向に対してはマーカーを用いて位置決めし，図５に示したように，溝部１１０ａに熱硬化性樹脂を用いて接合する。なお，接合用の接着剤としては，熱硬化性樹脂に限らず，ＵＶ硬化型樹脂や半田により接着を行うことができる。
【００４４】
ＰＤ１３０およびレンズ素子１４０の実装精度はボンダの精度に依存し，±３μｍでの実装が容易に可能となる。一方，レンズ素子１４０の光軸とは垂直方向の精度については，±１μｍでの実装が可能となる。すなわち，レンズ素子１４０を溝部１１０ａに配置することにより，垂直方向の位置合わせが行われ，レンズ部１４２の中心部に位置する光軸がＬＤ１２０の出射点に対して配置されることから，レンズ素子１４０の溝接合部加工精度および溝加工精度に依存し，±１μｍでの実装が可能となる。
【００４５】
さらに，光ファイバ１７０を溝部１１０ａに実装し，ＵＶ硬化型樹脂で固定する。
【００４６】
以上のようにして，光モジュール１００を容易かつ精密に製造することができる。
【００４７】
（第１の実施形態の効果）
以上説明したように，本実施形態によれば，基板１１０上にエッチングによりＶ字形状の溝部１１０ａを形成し，その溝部１１０ａにレンズ素子１４０を実装するので，溝部１１０ａの形状およびレンズ素子１４０の形状に基づいて，レンズ素子１４０とＰＤ１３０（受光面１３２）との位置関係を正確に算出することができる。そして，この位置関係の算出結果に合わせて光軸を調整したレンズ素子１４０を設計することができる。このようにして，光ファイバ１７０とレンズ素子１４０との位置関係を問わず，高精度な実装が可能となる。
【００４８】
さらに，同一の基板１１０上にＰＤ１３０，レンズ素子１４０，および光ファイバ１７０を，自動実装器にて一括して実装できるため，実装時における光学アライメントの時間が不要となる。このため，量産性が格段に向上するので，モジュール価格の低減が可能である。
【００４９】
なお，ＰＤ１３０からの反射戻り光は角度を有してＰＤ１３０へ入射するため，これによる光学的な影響はない。
【００５０】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態にかかる光モジュールは，図１に示した第１の実施形態と同様に，基板上にＰＤ１３０，レンズ素子１４０，光ファイバ１７０を実装した光モジュールである。
【００５１】
本実施形態では，レンズ素子１４０のレンズ部２４２の形成方法に特徴を有する。以下に説明する。
【００５２】
第１の実施形態では，図４（ｂ）に示したように，レンズ部１４２の回折光学素子により光を曲げたが，本実施形態では他の方法により光学系を形成する。すなわち，図８に示したように，まず，通常の集光レンズ２４２’を作製し，レンズ部２４２の形状を作製する際に上方向へオフセットしてエッチング形成することで，第１の実施形態で説明した光学系（図２）と同様の光学系が可能となる。
【００５３】
（第２の実施形態の効果）
以上説明したように，本実施形態によれば，第１の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち，光ファイバとレンズ素子との位置関係を問わず，高精度な実装が可能となる。さらに，同一の基板上にＰＤ，レンズ素子，および光ファイバを，自動実装器にて一括して実装できるため，実装時における光学アライメントの時間が不要となり，生産性が格段に向上する。
【００５４】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる光モジュールの製造方法，および，光モジュールの好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５５】
例えば，上記実施形態においては，光素子の一例として受光素子１３０を例に挙げて説明したが，本発明はこれに限定されない。例えば，光素子の他の一例として発光素子を用いることも可能である。この際，発光素子から出射された光は，溝部の端部で反射され，レンズ素子で変換されて光ファイバへ導かれることになる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は，光モジュールの製造方法，および，光モジュールにかかり，特に，単一の光ファイバからの出射光を受光素子に受光させるのに好適な光受信モジュールとその製造方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】光モジュール１００の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】レンズ素子１４０の構成を概略的に示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態のレンズ部１４２の説明図である。
【図５】溝部１１０ａにレンズ素子１４０が実装された状態を概略的に示す説明図である。
【図６】溝部１１０ａに光ファイバ１７０が実装された状態を概略的に示す説明図である。
【図７】光モジュールの製造方法を示すフローチャートである。
【図８】第２の実施形態のレンズ部２４２の説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００  光モジュール
１１０  基板
１１０ａ  溝部
１１５  溝部の端部
１３０  ＰＤ（受光素子）
１３２  入射面
１４０  レンズ素子
１４２  レンズ部
１４４  縁部
１７０  光ファイバ
【図１】
2006154534.tif 000003
【図２】
2006154534.tif 000004
【図３】
2006154534.tif 000005
【図４】
2006154534.tif 000006
【図５】
2006154534.tif 000007
【図６】
2006154534.tif 000008
【図７】
2006154534.tif 000009
【図８】
2006154534.tif 000010