(57)【要約】      （修正有）【課題】光素子と光ファイバとの位置合わせを容易にし、光学的な結合ロスを抑えて、基板等に搭載してモジュール装置を構成することが容易な光素子モジュールを提供する。【解決手段】素子形成面に、発光あるいは受光用の素子部１５と該素子部に電気的に接続する端子１２とが設けられた光素子１０に、前記素子部１５に位置合わせして端面を当接させた状態で光ファイバ２０を接合することにより、光素子１０と光ファイバ２０とを光学的に結合してなる光素子モジュールであって、前記光ファイバ２０の外周面に、光ファイバ２０の端面から光ファイバの軸線方向に向けて延び、前記端子１２と電気的に接続される配線パターン２２が設けられ、前記素子形成面に光ファイバ２０の端面を当接した状態で光素子１０と光ファイバ２０とが接合され、前記端子１２と配線パターン２２とが電気的に接続されてなることを特徴とする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子形成面に、発光あるいは受光用の素子部と該素子部に電気的に接続する端子とが設けられた光素子に、前記素子部に位置合わせして端面を当接させた状態で光ファイバを接合することにより、光素子と光ファイバとを光学的に結合してなる光素子モジュールであって、
前記光ファイバの外周面に、光ファイバの端面から光ファイバの軸線方向に向けて延び、前記端子と電気的に接続される配線パターンが設けられ、
前記光素子の端子が、前記光ファイバの端面における配線パターンと位置合わせして、前記素子形成面に当接する光ファイバの端面の外周線と交差する配置に設けられ、
前記素子形成面に光ファイバの端面を当接した状態で光素子と光ファイバとが接合され、前記端子と配線パターンとが電気的に接続されてなることを特徴とする光素子モジュール。
【請求項２】
前記端子と前記配線パターンの外面との間に導電材が塗布され、導電材を介して前記端子と配線パターンとが電気的に接続されるとともに、導電材により光素子と光ファイバとが一体に接合されていることを特徴とする請求項１記載の光素子モジュール。
【請求項３】
前記素子形成面に当接する光ファイバの端面に沿った外周に接着剤が塗布され、接着剤を介して光素子と光ファイバとが接着固定されていることを特徴とする請求項１または２記載の光素子モジュール。
【請求項４】
光素子の素子形成面に、光ファイバの端面の外周線と交差する配置にダミーの端子が設けられ、該ダミーの端子と光ファイバの外面との間に導電材あるいは接着剤が塗布されて、光素子と光ファイバとが接合されていることを特徴とする請求項１または２記載の光素子モジュール。
【請求項５】
端子と光ファイバの外面との間に塗布された導電材が、フリップチップ接続形式により基板に実装可能な接続用バンプとして形成されていることを特徴とする請求項４記載の光素子モジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項記載の光素子モジュールが基板に搭載されてなる光素子モジュール装置であって、
前記基板に設けられた装着孔に、前記光素子モジュールの光ファイバが挿通され、
前記装着孔の縁部で、前記基板に設けられた配線パターンと前記光ファイバの外面に設けられた配線パターンとの間に導電材が塗布されて、前記基板に設けられた配線パターンと前記光ファイバの外面に設けられた配線パターンとが電気的に接続されるとともに、光ファイバが基板に接合されることにより、光素子モジュールが基板に搭載されたことを特徴とする光素子モジュール装置。
【請求項７】
請求項５記載の光素子モジュールが基板に搭載されてなる光素子モジュール装置であって、
前記基板に設けられた装着孔に、前記光素子モジュールの光ファイバが挿通され、
前記装着孔の縁部で、接続用バンプが基板に設けられた配線パターンと接合されることにより、前記基板に設けられた配線パターンと前記光ファイバの外面に設けられた配線パターンとが電気的に接続された状態で光素子モジュールが基板に搭載されていることを特徴とする光素子モジュール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は面発光のレーザ素子やフォトダイオード等の発光用あるいは受光用の光素子と光ファイバとを組み合わせて構成した光素子モジュールおよびこの光素子モジュールを基板に搭載してなる光素子モジュール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
面発光のレーザ素子あるいはフォトダイオードといった発光用あるいは受光用の光素子を用いた光素子モジュールには、図６に示すように、光素子１０の発光面あるいは受光面に端面を対向させるようにして光ファイバ２０を配置し、光素子１０と光ファイバ２０との間で投受光するようにした製品がある。図６で１２が光素子１０の端子、１３が端子１２にボンディングしたボンディングワイヤ、１４が実装基板の接続電極である。
また、図７は光素子１０の素子形成面を示すもので、素子形成面の中央に発光部あるいは受光部となる素子部１５が設けられ、素子部１５の外側に端子１２が設けられていることを示す。１６は素子部１５と端子１２とを電気的に接続するための配線パターンである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２２０３８３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した面発光のレーザ素子あるいはフォトダイオード等の光素子と光ファイバとを組み合わせた光素子モジュールでは、光素子１０と光ファイバ２０との間に光学レンズを配置せずに投受光させる配置とすることが可能であり、その場合には、光素子１０の素子部１５に光ファイバ２０の端面をできるだけ接近させて配置するようにする。
【０００５】
しかしながら、図６に示すような従来の光素子モジュールでは、光素子１０と外部回路との電気的接続をワイヤボンディングによって行っているから、ボンディングワイヤ１３と干渉しないように光ファイバ２０を配置する必要があり、光素子１０の素子形成面と光ファイバ２０の端面とは離間させて配置せざるを得ないという問題があった。
このため、光素子１０と光ファイバ２０との投受光の際にロスが生じたり、光素子１０と光ファイバ２０とを離間させて配置するため、光素子１０の光軸に一致させるように光ファイバ２０を位置合わせして配置することが難しいといった問題があった。
【０００６】
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、光素子と光ファイバとを直接的に接続することを可能とし、光素子と光ファイバとの位置合わせを容易にし、光学的な結合ロスを抑えることができ、基板に搭載してモジュール装置を構成することが容易に可能な光素子モジュールおよびこの光素子モジュールを用いた光素子モジュール装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、素子形成面に、発光あるいは受光用の素子部と該素子部に電気的に接続する端子とが設けられた光素子に、前記素子部に位置合わせして端面を当接させた状態で光ファイバを接合することにより、光素子と光ファイバとを光学的に結合してなる光素子モジュールであって、前記光ファイバの外周面に、光ファイバの端面から光ファイバの軸線方向に向けて延び、前記端子と電気的に接続される配線パターンが設けられ、前記光素子の端子が、前記光ファイバの端面における配線パターンと位置合わせして、前記素子形成面に当接する光ファイバの端面の外周線と交差する配置に設けられ、前記素子形成面に光ファイバの端面を当接した状態で光素子と光ファイバとが接合され、前記端子と配線パターンとが電気的に接続されてなることを特徴とする。
【０００８】
また、前記端子と前記配線パターンの外面との間に導電材が塗布され、導電材を介して前記端子と配線パターンとが電気的に接続されるとともに、導電材により光素子と光ファイバとが一体に接合されていることを特徴とする。
また、前記素子形成面に当接する光ファイバの端面に沿った外周に接着剤が塗布され、接着剤を介して光素子と光ファイバとが接着固定されていることを特徴とする。
また、前記光素子の素子形成面に、光ファイバの端面の外周線と交差する配置にダミーの端子が設けられ、該ダミーの端子と光ファイバの外面との間に導電材あるいは接着剤が塗布されて、光素子と光ファイバとが接合されていることを特徴とする。
また、前記端子と光ファイバの外面との間に塗布された導電材が、フリップチップ接続形式により基板に実装可能な接続用バンプとして形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記光素子モジュールが基板に搭載されてなる光素子モジュール装置であって、前記基板に設けられた装着孔に、前記光素子モジュールの光ファイバが挿通され、前記装着孔の縁部で、前記基板に設けられた配線パターンと前記光ファイバの外面に設けられた配線パターンとの間に導電材が塗布されて、前記基板に設けられた配線パターンと前記光ファイバの外面に設けられた配線パターンとが電気的に接続されるとともに、光ファイバが基板に接合されることにより、光素子モジュールが基板に搭載されていることを特徴とする。
また、前記基板に設けられた装着孔に、前記光素子モジュールの光ファイバが挿通され、前記装着孔の縁部で、接続用バンプが基板に設けられた配線パターンと接合されることにより、前記基板に設けられた配線パターンと前記光ファイバの外面に設けられた配線パターンとが電気的に接続された状態で光素子モジュールが基板に搭載されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面にしたがって詳細に説明する。
図１は本発明に係る光素子モジュールの構成を示す説明図であり、図１（ａ）は光素子１０と光ファイバ２０とからなる光素子モジュールを側面方向から見た状態を示し、図１（ｂ）は光素子１０の素子形成面における平面配置を示す。
図１（ａ）に示すように、本発明に係る光素子モジュールは、光素子１０の素子形成面に光ファイバ２０の端面を当接させた状態で光素子１０と光ファイバ２０とを接合して成るものである。
【００１１】
図１（ｂ）に示すように、光素子１０の素子形成面には発光部あるいは受光部としての素子部１５と、素子部１５と配線パターン１６を介して電気的に接続する端子１２が素子形成面に露出するように形成されている。光素子１０と光ファイバ２０とを接合する際には、素子部１５の中心と光ファイバ２０のコアの中心とを位置合わせして接合する。  光素子１０の素子形成面に形成されている端子１２は、光ファイバ２０の中心を素子部１５の中心に位置合わせして接合した際に、光ファイバ２０の端面の外周線（図１（ｂ）の破線）が端子１２上を通過するように設けられている。
光ファイバ２０の端面の外周線が端子１２上を通過するようにしているのは、光ファイバ２０を光素子１０に位置決めして接合する際に、光ファイバ２０の外面に形成されている配線パターン２２と端子１２とが電気的に導通するようにするためである。
【００１２】
一方、光ファイバ２０の外面に形成する配線パターン２２は、光素子１０の素子形成面に形成されている端子１２の位置に合わせて光ファイバ２０の外周面における位置（周方向位置）が設定されている。実施形態においては、配線パターン２２は、光ファイバ２０の端面から光ファイバ２０の軸線方向に平行に所定の長さに形成している。光ファイバ２０の外面に配線パターン２２を形成しているのは、配線パターン２２を介して光素子１０と外部回路とを電気的に接続して光素子モジュールを搭載できるようにするためである。したがって、端子１２に接続する配線パターン２２は互いに短絡しないように配置すればよく、光ファイバ２０の軸線に平行に設けなければならないものではない。
【００１３】
本実施形態の光素子モジュールでは光ファイバ２０の端面を光素子１０の素子形成面に当接させるようにして接合するとともに、光ファイバ２０の外面に形成した配線パターン２２と端子１２とを電気的に導通させるようにする。このため、光ファイバ２０と光素子１０とを接合する際には、光ファイバ２０の光軸と光素子１０の素子部１５の中心とを位置合わせした状態で、端子１２と配線パターン２２とが接触している部位（境界位置）にはんだあるいは導電性ペースト等の導電材２４を塗布して配線パターン２２と端子１２とを電気的に接続させる。なお、導電材２４は少なくとも光ファイバ２０と素子部１５との間の投受光を阻害しないよう、光ファイバ２０の端面と素子形成面との間に侵入しないようにする。
【００１４】
導電材２４は配線パターン２２と端子１２とを電気的に導通させる作用と、光ファイバ２０と光素子１０とを一体的に接合する作用を有するものである。光素子１０は小型のチップであるから、接着性を有する導電材２４を用いることにより光ファイバ２０と光素子１０とを容易に一体的に接着することができる。接着力が不十分であるような場合には、導電材２４によって光ファイバ２０と光素子１０とを接着した後、光ファイバ２０と光素子１０とが当接している部位の周囲に電気的絶縁性を有する接着剤を塗布して固めることにより強固に接合することができる。
なお、導電材２４は端子１２と配線パターン２２の外面との間に塗布して、端子１２と配線パターン２２との電気的導通を確実にしているが、光ファイバ２０の端面を素子形成面に当接するだけで端子１２と配線パターン２２とを電気的に導通させることが可能である場合には、光ファイバ２０を素子形成面に当接させ接着剤により接着するだけで接合する方法も可能である。
【００１５】
図１に示す光素子モジュールは光素子１０の素子形成面に光ファイバ２０の端面が当接した状態で取り付けられた構造となっているから、光素子１０と光ファイバ２０との結合形態としてはもっとも接近した結合形態となり、これによって光素子１０と光ファイバ２０の接続部における光学的なロスを減らすことが可能になる。なお、光ファイバ２０の端面における光反射を抑えるために光ファイバ２０の端面を斜めカットしたような場合でも、光ファイバ２０の端面を光素子１０の素子形成面に当接させて接合することができる。この場合は、光ファイバ２０の軸線方向に対して光素子１０の素子形成面が垂直となる向きからわずかに傾くが、光ファイバ２０と光素子１０との接合が問題になることはない。
【００１６】
また、図１に示す光素子モジュールは、光素子１０と光ファイバ２０とを相互に位置合わせした状態で接合する操作によって組み立てるから、組み立て作業が容易である。また、組み立て後には光素子１０と光ファイバ２０とは常に光軸等が位置合わせされた状態になっているから、光学的な調節が不要となり、取り扱いが簡便で光素子モジュールとして種々の用途に利用することが可能になる。また、光ファイバ２０の外面に設けた配線パターン２２と光素子１０とが電気的に接続された状態で得られるから、光素子モジュールと外部回路との電気的接続が容易となり、光素子モジュールを基板に搭載するといった使い方が容易に可能になる。
【００１７】
図２は上述した光素子モジュールを基板に搭載した光素子モジュール装置の例を示す。同図で３０が光素子モジュールを搭載した基板であり、光素子モジュールの光ファイバ２０を基板３０を貫通して設けた装着孔３２に挿通し、装着孔３２の縁部で、導電性接着剤あるいははんだ等の導電材３６を用いて配線パターン３４と光ファイバ２０の外面に設けられた配線パターン２２とを電気的に接続することによって組み立てられている。導電材３６は配線パターン２２と配線パターン３４とを電気的に導通させる作用と、光ファイバ２０を基板３０に接着して光素子モジュールを基板３０に支持する作用をなす。
【００１８】
配線パターン３４には、光ファイバ２０の外面に形成されている配線パターン２２、２２の配置に合わせて装着孔３２の縁部に臨んで、配線パターン２２と電気的に接続させる若干幅広に形成した接続電極が設けられている。接続電極と光ファイバ２０の配線パターン２２とを位置合わせし、導電材３６を接続電極と配線パターン２２との間に塗布するようにすることにより、光ファイバ２０の配線パターン２２と基板３０の配線パターン３４とを電気的に接続するとともに、光ファイバ２０を基板３０に接着して支持することができる。導電材３６による接着力が十分でない場合には、電気的絶縁性を有する接着剤を装着孔３２の周縁部に塗布して光ファイバ２０を装着孔３２により強固に固定するようにしてもよい。
３８は基板３０に搭載されている光素子１０のドライバアンプ等の回路部品である。こうして、光素子１０と回路部品３８とが電気的に接続した状態で光素子モジュールを搭載することができる。
【００１９】
図３は光素子モジュールを基板３０に搭載した光素子モジュール装置の他の例を示す。この例では光素子モジュールの光素子１０をフリップチップ接続形式によって基板に搭載している。
すなわち、図３（ａ）に示すように、基板３０に設けた装着孔３２に光ファイバ２０を挿通し、光素子１０と基板３０の配線パターン３４とを接続する際に、光ファイバ２０を光素子１０に接合して光素子モジュールを構成した際にバンプ状に形成した導電材２４を基板３０に接合する際に接続バンプとして使用して接続する。図３（ａ）は、光素子モジュールを基板３０に搭載する際に、導電材２４ａを介して、配線パターン３４と導通するように光素子モジュールを接合した状態を示す。配線パターン３４の端部に端子１２の配置に合わせて接続電極を形成しておき、接続電極に導電材２４ａを塗布して、光素子モジュールの導電材２４を接続電極に位置合わせし、フリップチップ接続形式によって搭載することができる。
【００２０】
図３（ｂ）は、光素子モジュールをフリップチップ接続形式で基板に搭載する際に、光素子１０が傾いて接合されたりしないように、光素子１０の素子形成面にダミーの端子１２ａを設けた例を示す。ダミーの端子１２ａは素子部１５と電気的に接続されている端子１２と同様に、光ファイバ２０の端面の外周線と交差するように周方向に均等配置に設ける。
光ファイバ２０を光素子１０の素子形成面に接合する際に、ダミーの端子１２ａにも導電材２４を塗布し、導電材２４によって光素子１０の素子形成面に４個のバンプを形成するようにして基板３０に搭載するようにすると、光素子１０が傾かずに、配線パターン３４と光素子１０とを確実に接続することができる。
【００２１】
なお、光素子１０の素子形成面に図３（ｂ）に示すようなダミーの端子１２ａを形成し、光ファイバ２０と光素子１０とを接合する際に、端子１２とともにダミーの端子１２ａの位置においても光ファイバ２０と光素子１０とを接合するようにすれば光ファイバ２０と光素子１０との接合が確実になる。ダミーの端子１２ａを形成した位置に合わせて光ファイバ２０の外面にダミーの配線パターンを形成し、光ファイバ２０と光素子１０とを接合する際に、同時にダミーの端子１２ａとダミーの配線とを接合するようにしてもよい。
このようなダミーの端子１２ａを利用して光ファイバ２０と光素子１０とを接合する方法は、図３に示す搭載形態の場合に限らず、図２に示すような搭載形態においても有効である。
【００２２】
なお、図３（ａ）に示すように、基板３０に対して光素子１０が配置される側と同じ側に配線パターン３４を形成した場合には、光ファイバ２０の外面に配線パターン２２を形成せずに光素子１０と基板３０に形成された配線パターン３４とを電気的に接続することが可能である。ただし、光ファイバ２０の外面に配線パターン２２を形成しておく方が、端子１２と光素子１０との電気的接続の信頼性、基板３０に形成されている配線パターン３４と光素子１０との電気的接続の信頼性を向上させる上で有効である。
また、図３（ａ）に示す搭載形態で、基板３０に対して光素子１０が配置される側と反対側に配線パターン３４が設けられている場合には、光ファイバ２０の外面に設けられた配線パターン２２を介して配線パターン３４と電気的に接続するようにすればよい。
【００２３】
本発明に係る光素子モジュールでは、光ファイバ２０の外面に配線パターン２２を形成し、その配線パターン２２を介して光素子１０と基板３０の配線パターン３４等とを電気的に接続するように構成したことが特徴的である。この場合、光ファイバ２０は配線パターン２２を支持する支持体として作用している。光ファイバ２０の外面に配線パターンを形成する方法としては、めっき等により光ファイバ２０の外周面に導体層を形成し、導体層をエッチングする方法等によって所定のパターンに形成することができる。
【００２４】
図４は、光ファイバ２０の外面に配線パターン２２を形成する際に、配線パターン２２を挟んで平行に接地ライン２３を形成し、コプレナーライン構造としたものである。このように光ファイバ２０の外面に配線パターン２２を形成する方法によれば、コプレナーライン構造とすることも可能であり、配線パターンのインピーダンスを調節することによって、高速信号の伝送特性の優れた配線構造とすることが可能である。
【００２５】
なお、図５は面発光レーザ素子として、光素子１０の端面に多数個の素子部１５がアレイ状に配置されて形成されている例を示す。このように多数個の素子部１５が微小間隔で配列されているような場合には、各々の素子部１５に対応させて光ファイバ２０を配置し、各素子部１５との電気的接続をワイヤボンディングによって行う方法は現実的でない。これに対して、本発明に係る光素子モジュールの方法によれば、各々の素子部１５に位置合わせして光ファイバ２０を配置するだけで素子部１５との電気的接続が可能であり、光ファイバ２０の外面に設けた配線パターン２２を介して外部回路との電気的接続が可能になる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る光モジュールは、光素子の素子形成面に光ファイバの端面をじかに当接して接合した配置としているから、コンパクトな形態のモジュールとして提供することができ、光素子と光ファイバとの間での投受光におけるロスを最小限にしたモジュールとして提供することができる。また、光素子と光ファイバとの光軸をあらかじめ位置合わせして形成されているから、光学的な調整といった煩雑な作業をせずにモジュール装置を組み立てることができる。また、光ファイバの外面に配線パターンを形成する構成としたことから、電気的接続が容易に可能となり、基板等への搭載が容易になる。
また、本発明に係る光素子モジュール装置は、光素子と光ファイバとを組み合わせたモジュールをコンパクトに搭載することを可能にし、実装が容易で取り扱いやすい光素子を搭載したモジュール装置として提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光素子モジュールの構成を示す説明図である。
【図２】光素子モジュール装置の構成を示す説明図である。
【図３】光素子モジュール装置の他の構成を示す説明図である。
【図４】配線パターンをコプレナーライン構造とした例を示す説明図である。
【図５】素子部がアレイ状に多数個形成された光素子の例を示す説明図である。
【図６】光素子モジュールの従来の構造を示す説明図である。
【図７】光素子の素子形成面の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  光素子
１２  端子
１２ａ  ダミーの端子
１５  素子部
１６  配線パターン
２０  光ファイバ
２２  配線パターン
２３  接地ライン
２４、２４ａ  導電材
３０  基板
３２  装着孔
３４  配線パターン
３６  導電材
３８  半導体装置
【図１】
2004342675.tif 000003
【図２】
2004342675.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004342675.tif 000008
【図７】
2004342675.tif 000009