(57)【要約】【課題】光導波路型モジュールにおいて、裏面受光型素子を適用可能にするとともに、光導波路から出射され受光素子に至るまでの間の光透過ロスを抑える。【解決手段】光導波路基板１の一端部に、光導波路２のコア３の端面が露出しているフィルタ接合面２２と、それよりも外側に出っ張った位置にある配線基板接合面２３が存在する。フィルタ接合面２２にはフィルタ膜２８が直接形成されている。配線基板接合面２３には、配線基板７に実装された裏面受光型受光素子１０の光入射面（受光領域１１と反対側の面）が光導波路２のコア３に対向するように、配線基板７が固定されている。光導波路基板１と受光素子１０の間には、配線基板７の基材５や、光導波路基板１と配線基板７の接合用の樹脂１４や、フィルタ接合用の樹脂９が介在していないため、光透過ロスを抑制できる。【選択図】図３
2008170868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路が形成された光導波路基板と受光素子とを有する光導波路型モジュールにおいて、
前記光導波路基板の一端部には、前記光導波路に交差する方向の面であり、前記光導波路のコアの端面が露出しているフィルタ接合面と、前記フィルタ接合面に対して平行な面であり、前記フィルタ接合面よりも外側に出っ張った位置にある配線基板接合面とが設けられており、
前記フィルタ接合面にはフィルタが接合されており、前記配線基板接合面には前記配線基板の一部が接合されており、
前記配線基板には前記受光素子が、該受光素子の受光領域が形成されている面が前記配線基板の前記フィルタ接合面側の面に対向するように実装されており、
前記配線基板は前記光導波路基板に対して、前記受光素子の前記受光領域が形成されている面と反対側の面が、前記光導波路の前記コアの前記端面と対向するように位置決めされて固定されている、
ことを特徴とする光導波路型モジュール。
【請求項２】
前記配線基板は前記光導波路基板に対して、前記受光領域の中心と前記コアの光軸とが所定の誤差の範囲内で実質的に一致するように位置決めされて固定されている、請求項１に記載の光導波路型モジュール。
【請求項３】
前記フィルタは、前記光導波路基板の前記フィルタ接合面に直接形成されたフィルタ膜である、請求項１または２に記載の光導波路型モジュール。
【請求項４】
前記受光素子の、前記受光領域が形成された面に電極パッドが形成されており、
前記配線基板の、少なくとも前記フィルタ接合面側の面に電気配線が形成されており、
前記受光素子は、前記受光領域が前記配線基板の前記電気配線が形成されている面と対向し、かつ前記電極パッドが前記電気配線に接続されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の光導波路型モジュール。
【請求項５】
前記配線基板の、前記受光素子が実装されている面と反対側の面に裏面配線パターンが形成され、前記裏面配線パターンが金属メッキ層により構成されている、請求項４に記載の光導波路型モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関し、特に波長多重伝送に用いられる光導波路型モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長多重伝送に用いられる光導波路型モジュールは、特許文献１に示されているように、外部から受光領域に入射する光を検出する受光素子（表面受光型素子）が配線基板に実装されている。そして、配線基板の、受光素子が実装されている面と反対側の面が、波長フィルタを介して光導波路基板に接合されている。この時、受光素子は光導波路基板に対して、受光領域の中心が光導波路基板の光導波路のコアの光軸と、配線基板を介して光学的に結合するように位置決めされている。
【０００３】
【特許文献１】国際公開２００５／１２１８５５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記した従来の光導波路型モジュールの第１の問題点は、受光領域の反対面側から受光素子自体の内部を通過してくる光を検出する受光素子（裏面受光型素子）を適用できないことである。一般に、受光素子には、受光領域と、駆動に必要な電力を供給する電極パッドとが同一面に形成されている。表面受光型素子は、受光領域および電極パッドの形成面側から受光領域に入射する光を検出するのに対し、裏面受光型素子は、受光領域および電極パッドの形成面の反対側から受光素子自体の内部を通過してくる光を検出する。すなわち、両受光素子が検出できる光の入射方向は、１８０°異なっている。従って、従来の構造において、表面受光型素子を裏面受光型素子に単純に入れ替えた構成では、光導波路基板から出射される光を裏面受光型素子により受光することはできない。
【０００５】
従来の光導波路型モジュールの第２の問題点は、配線基板の基材や、光導波路基板と波長フィルタと配線基板とを接合している接合用樹脂による光透過ロスが大きいことである。これは、受光素子により検出される光は配線基板の基材や接合用樹脂を通過するため、基材や樹脂による光の吸収および散乱と、光導波路基板と樹脂と基材の各接合界面における反射とによって、光導波路から出射して受光素子の受光領域に到達するまでの間に光の強度が低下するからである。
【０００６】
本発明の目的は、裏面受光型素子を適用可能であり、かつ光透過ロスを抑制できる光導波路型モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光導波路が形成された光導波路基板と受光素子とを有する光導波路型モジュールにおいて、光導波路基板の一端部には、光導波路に交差する方向の面であり、光導波路のコアの端面が露出しているフィルタ接合面と、フィルタ接合面に対して平行な面であり、フィルタ接合面よりも外側に出っ張った位置にある配線基板接合面とが設けられており、フィルタ接合面にはフィルタが接合されており、配線基板接合面には配線基板の一部が接合されており、配線基板には受光素子が、受光素子の受光領域が形成されている面が配線基板のフィルタ接合面側の面に対向するように実装されており、配線基板は光導波路基板に対して、受光素子の受光領域が形成されている面と反対側の面が、光導波路のコアの端面と対向するように位置決めされて固定されていることを特徴とする。配線基板は光導波路基板に対して、受光領域の中心とコアの光軸とが所定の誤差の範囲内で実質的に一致するように位置決めされて固定されている。
【０００８】
この構成によると、配線基板上に実装された裏面受光型の受光素子の光入射面（受光領域が形成されている面の反対側の面）を光導波路のコアに対向させることが可能であるため、裏面受光型の受光素子を適用可能である。
【０００９】
また、光導波路から出射された光が受光素子の受光領域に到達するまでの間に、配線基板の基材を透過することがない。そして、光導波路基板と配線基板とは、光導波路のコアの端面が露出している面（フィルタ接合面）とは異なる面、すなわちフィルタ接合面よりも出っ張った位置にある配線基板接合面において接合されている。従って、光導波路から出射された光は、光導波路基板と配線基板との接合部の接合用樹脂を通ることなく、受光素子の受光領域に導かれる。その結果、光が接合用樹脂を配線基板の基材や接合用樹脂を通ることによる光透過ロスを抑制できる。
【００１０】
フィルタが、光導波路基板のフィルタ接合面に直接形成されたフィルタ膜であると、フィルタを固定するための樹脂が用いられていないので、光導波路から出射された光が樹脂を透過することがなく、光透過ロスをさらに抑制することができる。
【００１１】
受光素子の、受光領域が形成された面に電極パッドが形成されており、配線基板の、少なくともフィルタ接合面側の面に電気配線が形成されており、受光素子は、受光領域が配線基板の電気配線が形成されている面と対向し、かつ電極パッドが電気配線に接続されていてもよい。この構成によると、受光素子は、配線基板の電気配線から電極パッドを介して駆動電力を得ることができる。
【００１２】
配線基板の、受光素子が実装されている面と反対側の面に裏面配線パターンが形成され、裏面配線パターンが金属メッキ層により構成されている構成であってもよい。その場合、金属メッキ層が補強部材として機能するため、配線基板の基材がフレキシブルなものであっても、補強部材を別途設ける必要がない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光導波路型モジュールによれば、裏面受光型の受光素子の光入射面を光導波路のコアに対向させることが可能な実装構造であるため、裏面受光型の受光素子を適用可能である。また、光導波路から出射された光が受光素子の受光領域に到達するまでの間に生じる光透過ロスを抑制できる。その理由は、光導波路基板と受光素子の受光領域との間には、配線基板の基材や、光導波路基板と配線基板の接合用の樹脂が存在しないからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態の光導波路型モジュールの、光導波路２と受光素子１０との光結合構造を示す図であり、光導波路２のコア３の光軸を通る面で切断した断面図である。本実施形態では、配線基板７が、基材５と表面電気配線４と絶縁膜６から構成されている。基材５は、例えば厚さ２５μｍのポリイミドシートであってよい。表面電気配線４は、例えば厚さ８μｍの銅の薄膜をエッチングして得られた銅パターンにニッケルおよび金をメッキした配線パターンであってよい。絶縁膜６は、例えばソルダレジストとして汎用配線基板に用いられる厚さ２５μｍの絶縁シートであってよい。ただし、光導波路基板１の材質によっては、光導波路基板１と表面電気配線４との電気的短絡が生じる可能性が無く、絶縁膜６が不要な場合もある。
【００１６】
配線基板７の表面電気配線４上に、バンプ１３を用いて受光素子１０がフリップチップ実装されており、この受光素子１０の受光領域１１および配線パターン１２は配線基板７に対向している。受光素子１０は、受光領域１１および配線パターン１２の形成面の反対側の面から受光素子１０自体の内部を通過してくる光を検出する、いわゆる裏面受光型の受光素子１０である。バンプ１３は、例えば高さ２０μｍ程度の金スタッドバンプであってよい。受光素子１０の配線パターン１２は、バンプ１３に接続される電極パッドを含んでいる。
【００１７】
配線基板７の、受光素子１０が実装された面と反対側の面には、配線基板７のたわみ等の変形を抑制する目的で、例えば厚さ０．３ｍｍのステンレス板による補強部材１５が接合されている。
【００１８】
光導波路基板１の一端部には段差が設けられており、この段差が設けられることによって、２つの面、すなわちフィルタ接合面２２と配線基板接合面２３が生じている。フィルタ接合面２２は、光導波路基板１を光導波路２に交差する方向にカットして形成された面であり、光導波路２の光導波路コア３が露出している面である。配線基板接合面２３はフィルタ接合面２２と平行な面であり、フィルタ接合面２２よりも外側に出っ張った位置にある。
【００１９】
フィルタ接合面２２には、フィルタ８が樹脂９によって固定されている。配線基板７は配線基板接合面２３に樹脂１４によって固定されている。そして、光導波路基板１と配線基板７は、光導波路コア３の光軸と受光素子１０の受光領域１１の中心とが誤差５〜１０μｍの範囲内で実質的に一致するように相対位置合わせされている。
【００２０】
さらに本実施形態では、配線基板７の基材５が例えばポリイミドなどのフレキシブルな材料からなり、図１に示すように、前記の通り、配線基板７の、受光素子１０が実装された部分が光導波路基板１の端面に樹脂１４によって固定された状態で、配線基板７の曲げ部１６がほぼ直角に屈曲させられている。そして、配線基板７の基板領域１７の表面電気配線４上に、受光素子１０の受光信号を増幅する信号増幅ＩＣ（集積回路チップ）１８が、バンプ１９を用いて実装されている。信号増幅ＩＣ１８の接合面と反対側の面が基板２０に対向しており、樹脂２１によって基板２０上に固定されている。また、光導波路基板１も、樹脂２１によって基板２０上に固定されている。
【００２１】
この構成によると、受光素子１０と光導波路２のコア３の端面との間に、配線基板７の基材５が介在していない。また、配線基板７と光導波路基板１との接合は、光導波路２のコア３の端面が露出している面（フィルタ接合面２２）とは異なる部分、すなわち、フィルタ接合面２２よりも出っ張った位置にある配線基板接合面２３において行われている。そのため、配線基板７と光導波路基板１の接合用の樹脂１４は、受光素子１０と光導波路２のコア３の端面との間に介在しない。従って、コア３の端面から出射した光が受光素子１０に到達するまでの間に、基材５や樹脂１４によって光強度が低下するのが防止される。
【００２２】
図２は、前記した本発明の第１の実施形態の光導波路型モジュールの光導波路２と受光素子１０との光結合構造を、波長多重伝送に用いられる光導波路型送受信モジュールに適用した例の平面図である。本例では、光導波路基板１に送信ポート２５用と共通ポート２６用の２つの光導波路２が形成されている。両光導波路２は、受光素子１０側の端部で互いに１０°〜３０°の角度をなすように交差している。光導波路基板１の、受光素子１０側と反対側の端部には、発光素子２４と光ファイバ２７が実装されている。送信ポート２５用の光導波路２の光導波路コア３の光軸と発光素子２４の光軸は誤差±１μｍ程度の精度で一致し、共通ポート２６用の光導波路２の光導波路コア３の光軸と光ファイバ２７の光軸は誤差±２μｍ程度の精度で一致している。発光素子２４から出射される波長λ１（例えば１．３μｍ）の光は、送信ポート２５用の光導波路２を伝搬してフィルタ８で反射され、さらに共通ポート２６用の光導波路２を伝搬して光ファイバ２７に導かれ光導波路型モジュールの外部へ伝送される。一方、光ファイバ２７により外部から伝送される波長λ２（例えば１．４９μｍ）の光は、共通ポート２６用の光導波路２を伝搬してフィルタ８を透過し、受光素子１０の内部を通って受光領域１１へ導かれる。
【００２３】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図３は、本発明の第２の実施形態の光導波路型モジュールの、光導波路２と受光素子１０との光結合構造を示す図であり、光導波路２のコア３の光軸を通る面で切断した断面図である。本実施形態では、光導波路基板１の光導波路コア３が露出しているフィルタ接合面２２に、例えば蒸着などの方法によりフィルタ膜２８が形成されている。前記した本発明の第１の実施形態に比較して、フィルタの接合のために樹脂９が用いられていないため、フィルタ８とフィルタ接合面２２との間に存在する樹脂９による光の透過損失や散乱によるロスといった特性劣化要因を抑えることができる。その結果、本実施形態によると光モジュール特性をさらに向上させることができる。なお、その他の構成については第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００２５】
図４は、本発明の第３の実施形態の光導波路型モジュールの、光導波路２と受光素子１０との光結合構造を示す図であり、光導波路２のコア３の光軸を通る面で切断した断面図である。受光素子１０の受光領域１１および配線パターン１２の形成面の裏面側に、光導波路２の光導波路コア３よりも十分に大きい直径１００μｍ程度の開口３０を有する遮光膜２９が形成されている。遮光膜２９は、例えば金属の蒸着などの方法によって、開口３０の部分を除いて受光素子１０の裏面側全体に形成されている。この遮光膜２９により、開口３０を通過する光以外の、光導波路型モジュール内を乱反射している不要光を遮断でき、結果として光モジュール特性をさらに向上させることができる。なお、その他の構成については第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００２６】
図５は、本発明の第４の実施形態の光導波路型モジュールの、光導波路２と受光素子１０との光結合構造を示す図であり、光導波路２のコア３の光軸を通る面で切断した断面図である。本実施形態では、配線基板７が、基材５と表面電気配線４と絶縁膜６と裏面配線パターン３１から構成されている。配線基板７には、例えば表裏両面に電気配線を形成できる汎用の両面フレキシブル基板を適用できる。また、強度確保のために、裏面配線パターン３１に例えばニッケルメッキを施し、そのメッキ厚さを例えば０．３ｍｍにしている。このメッキ層が補強部材としても機能するため、第１の実施形態のようにステンレス板からなる補強部材１５を用いた場合と同等の、十分な強度確保が可能である。さらに、この裏面配線パターン３１の形成は配線基板７の量産工程の中で形成可能なため、第１の実施形態のように補強部材１５を用いた場合に比較して、補強部材１５の製作と接合に要する費用を削減でき、結果として光導波路型モジュールの製造コスト低減が見込める。なお、その他の構成については第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００２７】
図６は、本発明の第５の実施形態の光導波路型モジュールの、光導波路２と受光素子１０との光結合構造を示す図であり、光導波路２のコア３の光軸を通る面で切断した断面図である。本実施形態では、配線基板７に貫通穴３２（もしくは切欠き部）が設けられ、補強部材１５は、貫通穴３２（もしくは切欠き部）を介して光導波路基板１の端面に樹脂１４によって接合可能な突起部３３を有する形状になっている。
【００２８】
前述した各実施形態における絶縁膜６は、例えばソルダレジストとして汎用配線基板に用いられる絶縁シートであるが、配線基板７の加工時に加わった残留応力や受光素子１０を接合する際に加わった熱によって膨張や反りといった変形が生じる場合がある。その変形によって光導波路基板１の端面と表面電気配線４との距離が変動して設計値よりも大きくなると、受光素子１０とフィルタ８との距離も連動して大きくなるため、光導波路コア３から樹脂９およびフィルタ８を透過して出射される拡散光３４を受光素子１０が設計上の受光効率で受光できなくなる可能性がある。これに対し、本実施形態の光結合構造によれば絶縁膜６が存在しないため、絶縁膜６に起因する受光素子１０とフィルタ８との距離の変動の問題は無く、受光素子１０が拡散光３４を設計上の受光効率で受光可能となる。なお、その他の構成については第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態の光導波路型モジュールの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す光導波路型モジュールを送受信モジュールに適用した例の平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の光導波路型モジュールの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の光導波路型モジュールの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の光導波路型モジュールの構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施形態の光導波路型モジュールの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      光導波路基板
２      光導波路
３      光導波路のコア
４      表面電気配線
５      基材
６      絶縁膜
７      配線基板
８      フィルタ
９      樹脂
１０    受光素子
１１    受光領域
１２    配線パターン
１３    バンプ
１４    樹脂
１５    補強部材
１６    曲げ部
１７    基板領域
１８    信号増幅ＩＣ
１９    バンプ
２０    基板
２１    樹脂
２２    フィルタ接合面
２３    配線基板接合面
２４    発光素子
２５    送信ポート
２６    共通ポート
２７    光ファイバ
２８    フィルタ膜
２９    遮光膜
３０    開口
３１    裏面配線パターン
【図１】
2008170868.tif 000003
【図２】
2008170868.tif 000004
【図３】
2008170868.tif 000005
【図４】
2008170868.tif 000006
【図５】
2008170868.tif 000007
【図６】
2008170868.tif 000008