(57)【要約】【課題】光学部品を基板上に接合した光モジュールにて、組み立て工程が容易で精度が高く、かつ環境温度変化に対して光学部品の位置ずれを起こさない信頼性の高い光モジュールを提供する。【解決手段】半導体レーザ素子、球レンズおよびそれらを実装する半導体基板とからなる光モジュールにおいて、球レンズが搭載される半導体基板上に形成される溝が四角錐台形の溝形状になっており、特に、球レンズの中心と四角錐台溝の斜面を延長した場合にできる交点とを通る断面にて、球レンズの最下点から四角錐台溝底面までの距離が、球レンズの最下点から溝斜面を延長した場合にできる交点までの距離の０．３倍未満となっている。【選択図】図１
2004126319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に設置される半導体レーザ素子と、
前記基板に設置され、前記半導体レーザ素子からの光を受けるレンズと、
前記基板に形成された、前記基板表面より低い底面と、前記底面と前記基板表面とを連絡する斜面を有するレンズ固定部と、を有し、
前記レンズ固定部は、前記レンズの両側に前記斜面が位置し、前記レンズの中心と前記斜面の前記レンズの中心に最も近接する領域を通る断面形状における、斜面を延長して交わる交点と前記レンズ中心を結ぶ線分についての、前記底面と前記レンズの前記交点側の端部との距離は前記交点と前記レンズの前記交点側の端部との距離の０．４倍未満になるよう形成されることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
基板と、
前記基板に設置される半導体レーザ素子と、
前記基板に設置され、前記半導体レーザ素子からの光を受けるレンズと、
前記基板に形成された、前記基板表面より低い底面と、前記底面と前記基板表面とを連絡する斜面を有するレンズ固定部と、を有し、
前記レンズ固定部は、前記底面の幅が前記レンズと前記底面との最も短い距離の２倍より大きくなるよう形成されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項１において、前記レンズは球状レンズであることを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項１において、前記レンズは円柱状レンズであり、前記中心は前記レンズの両端に形成される円の中心を通り円柱の高さの半分の位置に位置する領域を前記中心として測定されることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
基板と、
前記基板上に設置されるレーザ素子と、
前記基板上に設置されるレンズと、
前記基板の基板表面に対して斜面を有する凹状のレンズ固定部と、
前記レンズ固定部は、設置される前記レンズと前記レンズ固定部を形成する前記基板との間に配置され、前記レンズを固定する接着剤と、
前記接着剤と前記固定部を形成する前記基板との間に配置される充填剤と、を有することを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
請求項５において、前記充填剤は、前記接着剤より線膨張係数が小さいことを特徴とする光モジュール。
【請求項７】
請求項５において、前記接着剤は金属はんだであることを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
基板と、
前記基板上に設置されるレーザ素子と、
前記基板上に設置されるレンズと、
前記基板の基板表面に対して斜面を有する凹状のレンズ固定部と、
前記レンズ固定部は、設置される前記レンズと前記レンズ固定部を形成する前記基板との間に配置され、前記レンズを固定する接着剤と、を備え、
前記レンズは球状レンズであって、前記接着剤は前記レンズの下部から前記レンズの下部の外側にまで及ぶよう形成されていることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムの拡大に伴い、光モジュールの需要が急速に高まっている。このため、光モジュールの高速化、小型化、低コスト化および高信頼化が必要となっている。特に、低コスト化のため光モジュールの組み立てを簡略化する必要があり、半導体基板上に光半導体部品、レンズ等の光学部品を搭載する技術が注目されている。例えば、シリコン基板を選択エッチングすることによって、基板表面に精度よく溝を形成し、この溝上に光学部品を配置することにより、光学部品を高精度に位置決めして組み立てることができる。
【０００３】
例えば、このような光モジュールの例としては、以下の文献がある。
【０００４】
前記特開２００２−１９０６３６号公報では、光学部品を支持基盤の表面上に接着する樹脂を有する構造が開示されている。
【０００５】
また、特開２００２−１４１５９７号公報では、エッチングにより角錐溝を形成し、角錐穴の球レンズの出射側の一部を削除される構造がが開示されている。
【特許文献１】
特開２００２−１９０６３６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４１５９７号公報
【０００６】
【発明が解明しようとする課題】
しかしながら、上記文献の形態では、環境温度の変化、あるいは半導体レーザ素子の駆動時に発生する熱による温度変化により、光モジュールに搭載されている球レンズが位置ずれを起こし、その結果、光結合効率が低下するという課題に対する対策について十分でない。
【０００７】
本発明者は、検討の結果、レンズ、シリコン基板、および球レンズとシリコン基板を接合するためのはんだの熱膨張係数の違いに起因して、レンズが基板により位置が拘束されると、はんだと球レンズとの界面部にはく離が発生する恐れがあることに起因することを見出した。
【０００８】
そこで、本発明では、環境温度変化に対して光学部品の位置ずれを起こさない信頼性の高い光モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光モジュールは、例えば以下の形態をとることができる。これにより、球レンズ下に発生する応力値を低減し、環境温度が変化しても、基板とレンズとの界面での剥離を防止して、高信頼性の製品を提供できる。また、これにより組み立て工程が容易で精度が高い製品を形成することができる。
（１）基板と、前記基板に設置される半導体レーザ素子と、前記基板に設置され、前記半導体レーザ素子からの光を受けるレンズと、前記基板に形成された、前記基板表面より低い底面と、前記底面と前記基板表面とを連絡する斜面を有するレンズ固定部と、を有し、前記レンズ固定部は、前記レンズの両側に前記斜面が位置し、前記レンズの中心と前記斜面の前記レンズの中心に最も近接する領域を通る断面形状における、斜面を延長して交わる交点と前記レンズ中心を結ぶ線分についての、前記底面と前記レンズの前記交点側の端部との距離は前記交点と前記レンズの前記交点側の端部との距離の０．４倍未満になるよう形成されることを特徴とする光モジュールである。
（２）または、前記レンズ固定部は、前記底面の幅が、前記レンズと前記底面との最も短い距離の２倍より大きくなるよう形成されていることを特徴とする光モジュールである。
【００１０】
また例えば、前記球レンズの中心、前記四角錐台溝の斜面を延長した場合にできる交点及び前記球レンズと溝斜面との任意の接点を通る断面にて、溝底面の長さが、前記球レンズの最下点から四角錐台溝底面までの距離の４倍より大きくなっていることを特徴とする光モジュールである。
（３）前記（１）或は（２）において、前記レンズは球状レンズであることを特徴とする光モジュールであることが好ましい。
（４）前記（１）或は（２）において、前記レンズは円柱状レンズであり、前記中心は前記レンズの両端に形成される円の中心を通り円柱の高さの半分の位置に位置する領域を前記中心として測定されることを特徴とする光モジュールであることが好ましい。
（５）基板と、前記のレーザ素子と、前記のレンズと、前記基板の基板表面に対して斜面を有する凹状のレンズ固定部と、を有し、前記レンズ固定部は、設置される前記レンズと前記レンズ固定部を形成する前記基板との間に配置され、前記レンズを固定する接着剤と、前記接着剤と前記固定部を形成する前記基板との間に配置される充填剤と、を有することを特徴とする光モジュールである。
【００１１】
また、本発明は、主に光通信用に使用される光モジュール、特に光学部品を基板上に接合した光モジュールに好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に幾つかの実施例を挙げ、本発明の光モジュールについて、詳細に説明する。
なお、本発明は、本明細書に記載した形態に限定するのではなく、当業者における既存の公知例或は新たに生じる公知例を組合せることを妨げるものではない。（実施例１）
本発明における第一の実施例である光モジュールを図１、５、９を用いて説明する。
図１は、本発明の光モジュールにおいて、基板として例えばシリコン基板１に半導体レーザ素子２およびレンズとして球レンズ３を搭載した場合におけるレンズ固定部である球レンズ搭載部を示す。本光モジュールでは、基板１に形成され、基板１の表面より低い底面と、前記底面と基板１の表面とを連絡する斜面を有するレンズ固定部を形成している。具体的には、シリコン基板１に断面が台形状の溝（以降、四角錐台溝４）が形成されて、そしてこの台形溝の斜面上に球レンズ３が接着剤で固定されて形成される。接着剤としては例えば金属はんだで固定される。また、破線２２は台形溝の稜線、破線２３は、台形溝の底面と斜面によってつくられる交線を示す。図１のハッチングは、はんだ部５とシリコン基板１およびレンズ３との区別を明確にするために付けたものであり、断面部分を示すものではない。このことは後述する図２、図４、図７、図１２、図１５及び図１６においても同様である。
【００１３】
図５は、図１のＡ−Ａ’断面である。前記レンズ搭載部の具体構造を示している。シリコン基板には、四角錐台溝４があり、球レンズ３はこの四角錐台溝部に配置され、例えばＳｎＡｇはんだ５で固定する。四角錐台溝４は、通常ホトエッチングの手法で形成でき、例えば、深さの精度は約±１２μｍでコントロールする。異方性エッチングのためのエッチャントとしては、例えばＫＯＨを用いることができる。
【００１４】
また、図５に示した断面は、前記レンズ搭載部は、レンズ３の両側に前記斜面が位置し、レンズ３の中心と前記斜面の前記レンズ３の中心に最も近接する領域を通る断面として以下の規定をすることができる。この断面形状において、斜面を延長して交わる交点Ａとレンズ３中心を結ぶ線分における、前記底面Ｃと前記レンズ１の前記交点側の端部Ｂとの距離ｈ４は前記交点Ａと前記レンズ１の前記交点側の端部Ｂとの距離ｈ３の０．４倍未満になるよう形成されることができる。（ｈ４／ｈ３＜０．４）。これにより、前記本願発明の課題の解決に寄与することができる。
【００１５】
十分な効果を得る好ましい形態としては、本光モジュールでは、ｈ４／ｈ３＜０．３となっていることが好ましい。これにより、以下に説明するように、球レンズ３とシリコン基板１とを接合しているはんだ５にき裂や剥離が発生することを抑制でき、レンズの位置ずれを防止することが出来る。また、Ｂはレンズ最下点として測定することもできる。
【００１６】
また、図９は、本発明の第一の実施形態である光モジュールの全体図を示している。光モジュール内には、光ファイバ１２の連結部が枠体３２に設置されている。およびペルチェ素子１１は搭載基板３１に設置され、ペルチェ素子１１に搭載されたステム１０が形成されており、そのステム１０上には、アイソレータ９、フォトダイオード８およびシリコン基板１が搭載されている。ステム１０としては、ＣｕＷ合金などを用いることができる。
【００１７】
次に、本発明の光モジュールによるレンズ位置ずれ防止効果を、比較例の光モジュール構造と比較して説明する。
図２は比較例の構造である光モジュールの球レンズ搭載部を示す図であり、シリコン基板２６に四角錐状の溝（以降、四角錐溝６）が形成されており、このＶ溝の斜面上に球レンズ３がはんだ付けされている。破線２４は、Ｖ溝の稜線を示している。また、図３は、図２中のＢ−Ｂ’断面である。以下、このような四角錐溝６の溝構造をＶ溝構造と記す。また、図１および図５に示した本発明の四角錐台溝４の溝構造を台形溝構造と記す。
【００１８】
まず、比較例の構造である図２，３のＶ溝構造で光モジュールの動作温度範囲である−４０℃と８５℃で温度を変化させた場合に、球レンズの位置ずれの原因となる球レンズとはんだの界面でのはく離が発生する場合がある理由についての検討内容を説明する。
【００１９】
一般に、はんだの熱膨張係数は球レンズとシリコン基板の熱膨張係数と比較して大きい。よって、高温から低温に環境温度を変化させた場合に、はんだには引張応力が発生し、球レンズとはんだとの界面において剥離が発生する場合がある。そこで、はんだに発生する応力値を求めるため、図４に示す球レンズとＶ溝が接する断面ＣＣ’および稜線を通る断面ＤＤ’の２断面において２次元軸対象モデルで応力解析を行った。解析条件は、球レンズの接合を行う２４０℃から−４０℃への冷却とした。応力解析に用いた材料定数を表１に示す。
【００２０】
【表１】
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球レンズ直下の応力値は断面ＣＣ’のモデルで２５７（ＭＰａ）、断面ＤＤ’のモデルで３５（ＭＰａ）となった。実際の球レンズ直下の応力値はこの値の平均値程度にあると考えられ、はんだの破断応力値（ＳｎＡｇはんだの場合、約８０　ＭＰａ）を越えている。このため界面部において剥離が生じたと考えられる。そこで、本実施例では、Ｖ溝構造を台形溝構造とすることによって、レンズ最下点から溝底面部までの距離を短くし、レンズ直下に発生する応力値を下げるものである。
【００２１】
次に、本発明の光モジュールにおいて、レンズ最下点から溝底面部までの距離を短くすると応力値が低減する理由について説明する。はんだのヤング率は、レンズおよびシリコン基板のヤング率と比較して約４分の１程度と小さいため、温度変化によるレンズの変位は、溝の形状によらず、レンズとシリコンの線膨張係数の差に依存している。この差でほぼ一意に決定することができる。
【００２２】
例えば、環境温度を高温から低温に下げた場合には、球レンズの線膨張係数はシリコン基板の線膨張係数より大きいため、球レンズは下方へ移動する。この移動した距離分だけ、はんだに発生する引張応力は低減される。溝形状に依らずレンズの移動する距離は同じであるため、はんだ部長さの短い台形溝の方がはんだに発生する引張応力が低減される。
【００２３】
図１０に、応力解析で得られたｈ４／ｈ３値とレンズ直下の応力値との関係を示す。実際にレンズ直下に発生する応力値は断面ＣＣ’での応力値と断面ＤＤ’での応力値の平均値程度になると考えられる。図１０には、断面ＣＣ’での応力値と断面ＤＤ’での応力値の平均値も示した。図１０に示すように、曲線の傾向からはんだに発生する応力が低減し始めるのは、ｈ４／ｈ３＜０．４である。ｈ４／ｈ３＜０．３にすることにより、実用に好ましい効果が出始める、例えばレンズ直下に発生するはんだの応力値が、安定してはんだの破断応力値８０（ＭＰａ）以下とすることができる。さらに好ましくは、ｈ４／ｈ３＜０．２にすることにより破断応力とのマージンが大きくなるので、高信頼性の形態にすることができるので好ましい。なお、これらの値の下限は、ｈ４が０の場合であることが考えられる。また、製造上の精度やその他の都合により０．１未満で０に近い値を選択することも考えられる。
【００２４】
すなわち本実施例で例示したように、少なくとも、レンズの最下点から四角錐台溝底面までの距離ｈ４が、球レンズの最下点から溝斜面を延長した場合にできる交点までの距離ｈ３の０．３倍未満となっている場合には、はんだにはき裂が発生することを効果的に抑制することができることがわかった。熱負荷が加わっても、球レンズ３とシリコン基板１とを接合しているはんだ５に破断応力以上の応力が加わることを効果的に抑制し、はんだ５にき裂や剥離が発生することを抑制できる。これにより、レンズの位置ずれを効果的に防止することが出来る。
【００２５】
上記応力解析は、はんだ材が金属はんだのＳｎＡｇの場合について示したが、他のはんだ材の場合についても、適応することができる。図１０に示した曲線の位置は多少上下方向に移動することが考えられるが、多少の変動があったとしても前記規定によりき裂や剥離の抑制に寄与することができる。なお、例えば、レーザ端面の汚染の観点からは樹脂の接着剤より金属接着剤を用いることが好ましい。
【００２６】
このような距離ｈ４と距離ｈ３との関係を満たす台形溝を形成することによって、環境温度の変化、あるいは半導体レーザ素子の駆動時に発生する熱により温度変化が生じても、光モジュールに搭載されている球レンズが位置ずれを起こすことを効果的に抑制できる。
【００２７】
（実施例２）
本発明における第二の実施例である光モジュールを図１、６、９を用いて説明する。図９は、本発明の第二の実施形態である光モジュールの全体図を示しており、基本的には第一の実施例と同様にすることができる。図１は、光モジュールの球レンズ搭載部の構造を示しており、第一の実施例と同様である。また、図６に示した図１のＡ−Ａ’断面において、レンズが前記底面と最も短い距離ＢＣをｈ４とする。また、Ａ−Ａ’断面における台形溝の底辺部ＣＤの距離をａとする。本実施例の特徴としては、底面ＣＤの幅ａは、前記レンズが前記底面と最も短い距離ＢＣｈ４の少なくとも２より大きくなるよう形成されている（ａ／ｈ４＞２）。より好ましくは、ａ／ｈ４＞４である。なお、ＢＣは前記規定により測定することが困難な場合は、レンズ最下点から台形溝底面までの距離ということもできる。
【００２８】
ここで、レンズ直下でのはんだに発生する応力値とａ／ｈ４値との関係のグラフを図１１に示す。実際にレンズ直下に発生する応力値は断面ＣＣ’での応力値と断面ＤＤ’での応力値の平均値程度になると考えられる。図１１には、断面ＣＣ’での応力値と断面ＤＤ’での応力値の平均値も示した。
【００２９】
図１０に示すように、曲線の傾向からはんだに発生する応力が低減し始めるのは、ａ／ｈ４＞２である。ａ／ｈ４＞４にすることにより、実用に好ましい効果が出始める、例えばレンズ直下に発生するはんだの応力値が、安定してはんだの破断応力値８０（ＭＰａ）以下とすることができる。さらに好ましくは、ａ／ｈ４＞６にすることにより破断応力とのマージンが大きくなるので、高信頼性の形態にすることができるので好ましい。
【００３０】
前述した本光モジュールの好ましい形態は、上記条件ａ／ｈ４＞４を満たしており、熱負荷が加わっても、球レンズ３とシリコン基板１とを接合しているはんだ５に破断応力以上の応力が加わることがなく、はんだ５にき裂や剥離が発生することを効果的に抑制できる。これにより、レンズの位置ずれを防止することが出来る。
【００３１】
上記応力解析は、はんだ材がＳｎＡｇの場合について示したが、他のはんだ材の場合についても、同様に応力解析を行うことによって、球レンズ直下のはんだの応力が破断応力を超えない適正な距離ａと距離ｈ３との関係を導くことが出来る。そのような距離ａと距離ｈ３との関係を満たす台形溝を形成することによって、環境温度の変化、あるいは半導体レーザ素子の駆動時に発生する熱により温度変化が生じても、光モジュールに搭載されている球レンズが位置ずれを起こすことを抑制できる。
【００３２】
（実施例３）
本発明における第三の実施例である光モジュールを図７、８、９を用いて説明する。図９は、本発明の第三の実施形態である光モジュールの全体図を示しており、基本的には第一の実施例と同様であることができる。図７は、光モジュールの球レンズ搭載部の構造を示している。また、図８は、図７のＣ−Ｃ’断面である。本実施例の特徴は、基板の基板表面に対して斜面を有する凹状のレンズ搭載部が形成されており、レンズ３と前記レンズ搭載部の前記搭載部を形成する前記基板との間に配置される、前記レンズを固定する接着剤と、前記接着剤と前記搭載部を形成する前記基板との間に配置される充填剤を有する形態にした点である。具体例としては、レンズ搭載部の一例として四角錐溝６内に、線膨張係数が前記接着剤であるはんだ５より小さい充填剤として応力緩和剤７を挿入した。さらに好ましくは、ヤング率が接着剤であるはんだ５より小さい充填剤としての応力緩和材７を選択する。応力緩和材７は、図中では球形のものを表示しているがその形状はこれに限らない。このような応力緩和材７を挿入することによって、例えば、環境温度が高温から低温に低下する場合に、はんだに発生する引張応力を低減させることができる。これにより、はんだの剥離を防止することができる。
【００３３】
深さを充填剤で制御して実施例１の範囲にすることにより実施例１の作用効果を得ることができる。それにより、溝深さを容易にコントロールすることができる。
【００３４】
または、応力緩和材の線膨張係数を、はんだの線膨張係数より小さくすることにより、例えば環境温度を高温から低温に下げた場合に、応力緩和材の収縮によって発生するはんだの引張応力を低減できる。また、応力緩和材のヤング率をはんだのヤング率より小さくすることによって、例えば環境温度を高温から低温に下げた場合に、応力緩和材が大きく変形し、はんだに発生する引張応力は低減される。
【００３５】
具体的材料としては、前記規定を具備する周知の材料を用いることができる。
【００３６】
また、このような構造を用いれば、基板の溝の作製はＶ溝構造にしておき、球レンズ、はんだ、基板のヤング率、線膨張係数が異なる場合においても、Ｖ溝に挿入する応力緩和材７の量を変化させることによって、はんだと球レンズとの界面での剥離を防止することができる。
（実施例４）
本発明における第四の実施例である光モジュールを図９、１２、１３、１４、１５を用いて説明する。図９は、本発明の第四の実施形態である光モジュールの全体図を示しており、第一の実施例と同様である。図１２は、光モジュールの球レンズ搭載部の詳細構造を示している。図１３は、図１２のＡ−Ａ’断面である。図１４は、図１２のＢ−Ｂ’断面である。本実施例の光モジュールは、シリコン基板１上に、半導体レーザ素子２、球レンズ３を有している。シリコン基板には、錐台溝１７があり、球レンズはこの錐台穴部に配置され、例えばＳｎＡｇはんだ５で固定する。
【００３７】
本実施例の特徴は、基板の基板表面に対して斜面を有する凹状の球状レンズを固定するレンズ搭載部を備え、前記レンズ搭載部は、設置される前記レンズと前記レンズ搭載部の前記搭載部を形成する前記基板との間に配置される、前記レンズを固定する接着剤と、を備える。そして、前記接着剤は前記レンズの下部から前記レンズの下部の外側にまで及ぶよう形成されている点である。例えば、レンズが搭載される前記半導体基板上に形成される溝形状が、四角錐台形の溝形状の４角の少なくとも１角に新たな溝部が形成されている。
【００３８】
錐台溝１７は、通常ホトエッチングの手法で形成できる。比較例の構造の四角錐溝を作製する場合には、図１６に示す四角形の斜線部１９を異方性エッチングしたが、本実施例では、図１５に示すような斜線部１８を異方性エッチングする。異方性エッチングのためのエッチャントとしては、例えばＫＯＨとＩＰＡを用いることができる。このように図１５に示すように、新たに追加エッチング領域２０を形成してエッチングを行うことによって、図１２に示すような錐台穴１７ができる。
このような穴形状によって、はんだ１７に自由表面を設けることによって、球レンズとシリコン基板の接合時に発生するレンズ直下の応力値を低下させることができる。これにより、はんだ中の剥離の発生を防止でき、レンズの位置ずれを防ぐことができる。
【００３９】
また、別の効果として、このような追加溝部２１を設けることによって、はんだ内に発生したボイドをレンズ直下からこの追加溝部２１へ移動させることができる。
【００４０】
図１５では、エッチング領域として、比較例の四角形部の４角全てに新たな四角形部を形成しているが、少なくとも１箇所に新たな四角形部を形成しておけば同様の効果を得ることができる。また、４角に設けるエッチング領域の形状は四角形である必要はない。
【００４１】
（実施例５）
本発明における第五の実施例である光モジュールを図１７、１８を用いて説明する。
【００４２】
図１７は、本発明の光モジュールにおいて、シリコン基板１に半導体レーザ素子２および円筒形レンズ３３を搭載した円筒形レンズ搭載部を示す。本発明の光モジュールでは、シリコン基板１に断面形状が台形状の溝（以下、レール状溝３４）が形成されている。このレール状溝３４の斜面上に円筒形レンズ３３がはんだ付けされている。また、破線２２はレール状溝の稜線、破線２３は、レール状溝の底面と斜面によってつくられる交線を示す。
【００４３】
図１８は、図１７のＡ−Ａ’断面である。シリコン基板には、レール状溝３４があり、円筒形レンズ３３はこのレール状溝部に配置され、例えばＳｎＡｇはんだ５で固定する。レール状溝３４は、通常ホトエッチングの手法で形成でき、深さの精度は約±１２μｍでコントロールできる。異方性エッチングのためのエッチャントとしては、例えばＫＯＨを用いることができる。
【００４４】
また、図１８に示した断面において、基板の斜面を延長した場合に交わる交点Ａとレンズ最下点Ｂとの距離をｈ３とし、レンズ最下点から台形溝底面までの距離ＢＣをｈ４とした場合、本発明の光モジュールでは、ｈ４／ｈ３＜０．３となっている。これにより、以下に説明するように、円筒形レンズ３３とシリコン基板１とを接合しているはんだ５にき裂や剥離が発生することがなく、レンズの位置ずれを防止することが出来る。前記断面及び距離の測定は、実施例１で規定に対応させるとすれば、前記中心は前記レンズの両端に形成される円の中心を通り円柱の高さの半分の位置に位置する領域を前記中心として測定される。
【００４５】
実施例１および２と同様に、断面ＡＡ’での２次元応力解析を行い、レンズ直下でのはんだに発生する応力値とｈ４／ｈ３値との関係を求めた。そのグラフを図１９に示す。実際は、はんだは光軸方向に変形できるため、レンズ直下に発生する応力値は断面ＡＡ’での応力値よりも下がると考えられる。図１９より、はんだに発生する応力が低減し始めるのは、ｈ４／ｈ３＜０．４であり、はんだの破断応力値を超えない十分な効果が得られるのはｈ４／ｈ３＜０．３である。
【００４６】
上記応力解析は、はんだ材がＳｎＡｇの場合について示したが、他のはんだ材の場合についても、同様に応力解析を行うことによって、円筒形レンズ直下のはんだの応力が破断応力を超えない適正な距離ｈ４と距離ｈ３との関係を導くことが出来る。そのような距離ｈ４と距離ｈ３との関係を満たす台形溝を形成することによって、環境温度の変化、あるいは半導体レーザ素子の駆動時に発生する熱により温度変化が生じても、光モジュールに搭載されている球レンズが位置ずれを起こすことを抑制できる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の光モジュールは、環境温度が変化しても、基板とレンズとの界面での剥離を防止しできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第一の実施例である光モジュールの球レンズの搭載部図。
【図２】比較例の構造の光モジュールの球レンズ搭載部図。
【図３】比較例の構造の光モジュールの光軸に沿った断面Ｂ−Ｂ’。
【図４】比較例の構造の光モジュールの球レンズ搭載部図。
【図５】本発明における第一の実施例である光モジュールの光軸に沿った断面Ｂ−Ｂ’。
【図６】本発明における第二の実施例である光モジュールの光軸に沿った断面Ｂ−Ｂ’。
【図７】本発明における第三の実施例である光モジュールの球レンズ搭載部図。
【図８】本発明における第三の実施例である光モジュールの光軸に沿った断面Ｃ−Ｃ’。
【図９】本発明における第一、二、三および四の実施例である光モジュール全体図。
【図１０】本発明における第一の実施例での球レンズ直下に発生する応力値。
【図１１】本発明における第二の実施例での球レンズ直下に発生する応力値。
【図１２】本発明における第四の実施例である光モジュールの球レンズ搭載部図。
【図１３】本発明における第四の実施例である光モジュールの光軸に沿った断面Ａ−Ａ’。
【図１４】本発明における第四の実施例である光モジュールの断面Ｂ−Ｂ’。
【図１５】本発明における第四の実施例である光モジュールの基板部のエッチング領域図。
【図１６】比較例の構造における光モジュールの基板部のエッチング領域図。
【図１７】本発明における第五の実施例である光モジュールの円筒形レンズの搭載部図。
【図１８】本発明における第五の実施例である光モジュールの光軸に垂直な断面Ａ−Ａ’。
【図１９】本発明における第五の実施例での球レンズ直下に発生する応力値。
【符号の説明】
１…シリコン基板、
２…半導体レーザ素子、
３…球レンズ、
４…四角錐台溝、
５…はんだ、
６…四角錐溝、
７…応力緩和材、
８…フォトダイオード、
９…アイソレータ、
１０…ステム、
１１…ペルチェ素子、
１２…光ファイバ、
１３…ステム、
１７…錐台溝、
１８…エッチング領域、
１９…エッチング領域、
２０…追加エッチング領域、
２１…追加溝部、
２２…稜線、
２３…台形溝底面と斜面にの交線、
２４…Ｖ溝の稜線、
３１…搭載基板
３２…枠体
３３…円筒形レンズ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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