(57)【要約】【課題】光学系の歩留まりを向上させ、低コスト化を実現し、実装面積の小さな並列伝送用光モジュールを提供する。【解決手段】単チャンネル型の光半導体素子２を実装し、光半導体素子２に相対向する位置に光ファイバ固定部を有する基板１と、基板１を複数並列して搭載する整列用基板４とを備える並列伝送用光モジュール。光ファイバ固定部をＶ溝１ａとし、光半導体素子２を実装した基板１は、整列用基板４との接続面に整列用ガイド溝１ｂ、１ｃを備え、整列用基板４は、光半導体素子２を実装した基板１との接続面に、整列用ガイド溝１ｂ、１ｃと勘合する整列用レール４ａまたは整列用突起４ｂあるいはこれらの両方を備えることが好適である。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単チャンネル型の光半導体素子を実装し、該光半導体素子に相対向する位置に光ファイバ固定部を有する基板と、
該基板を複数並列して搭載する整列用基板とを備えることを特徴とする並列伝送用光モジュール。
【請求項２】
前記光ファイバ固定部はＶ溝であることを特徴とする請求項１記載の並列伝送用光モジュール。
【請求項３】
前記光半導体素子を実装した基板は、前記整列用基板との接続面に整列用ガイド溝を備え、
前記整列用基板は、前記光半導体素子を実装した基板との接続面に、前記整列用ガイド溝と勘合する整列用レールまたは整列用突起あるいはこれらの両方を備えることを特徴とする請求項１または２記載の並列伝送用光モジュール。
【請求項４】
前記光ファイバ固定部に固定される光ファイバは、リボンファイバの端部を分解したものであって、
分解前のリボンファイバ部を整列させるピッチ変換前溝と、分解後のリボンファイバ部を整列させるピッチ変換後溝と、前記ピッチ変換前溝と前記ピッチ変換後溝との間に設けた中空部とを備えるベースブロックと、
該ベースブロックに整列したリボンファイバを固定する押さえブロックとを備えることを特徴とする請求項１、２または３記載の並列伝送用光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、並列伝送用光モジュールに関し、特に、単チャンネル型の光半導体素子を実装した光学ユニットを複数備えた並列伝送用光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の並列伝送用光モジュール（アレイモジュール）の一例として、特許文献１に記載の光モジュールは、複数チャンネル分の素子がバー状に一体となったアレイＬＤまたはアレイＰＤを、複数チャンネル分が一体となったシリコンウェハ、またはガラス、セラミックで構成された光学実装用基板上に実装し、光学実装用基板にリボンファイバを実装して光モジュール機能を構成している。
【０００３】
このような並列伝送用光モジュールは、一つのパッケージ内に複数チャンネル分の光モジュール機能を有することで、単チャンネルの光モジュールを同チャンネル数並べたものと比較して実装面積及びコスト面において優位である。
【０００４】
しかしながら、このような並列伝送用光モジュールでは、一体となった光半導体素子、すなわちアレイＬＤまたはアレイＰＤがすべてのチャンネルで良品でなければならない。仮に素子１チャンネル分の良品率が９５％であったとしても、アレイ型光半導体を構成する際には、０．９５の必要チャンネル数乗となり、１２チャンネルであれば良品率が５４％程度まで低下する。また、チャンネル間の光半導体素子特性のばらつきが大きければ、後段回路での制御が困難となり、調整工数が増え、最悪の場合には調整不能となる。さらに、アレイ型光半導体は物理的に繋がっているため、各チャンネル間での電気的なクロストークが大きくなるという弊害がある。さらに、実装精度面から見ても、光半導体が横方向に繋がって長くなることにより、単チャンネルでは許容された光学実装用基板と半導体素子間の寸法のずれが、端のチャンネルに行く程大きくなって光結合が取れなくなるおそれがある。
【０００５】
そこで、このような問題点に鑑み、特許文献２には、光学系の歩留まりを向上させ、低コスト化を実現することを目的として、図８に示すように、複数の半導体レーザ素子１５３が互いに間隔をおいて並列に配列された光源部１１０と、半導体レーザ素子１５３と同数の光ファイバ１５２が所定のピッチで並列に配列されて固定された光ファイバ固定部１３０と、半導体レーザ素子１５３から発せられた光を光ファイバ１５２に伝送する複数の導波路１２１が形成されたピッチ変換部１２０とを有し、光源部１１０、光ファイバ固定部１３０及びピッチ変換部１２０が同一の基板上に構成されている半導体レーザモジュール１５０が開示されている。ここで、実装用パッド１１１への半導体レーザ素子１５３の実装は、パッシブアライメント（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ）実装により行われる。また、Ｖ溝１３１への光ファイバ１５２の固定は、接着剤により行われる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−３３３２５１号公報
【０００７】
【特許文献２】
特許第３１０４６５４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許公報１に記載の半導体レーザモジュール１５０では、特開平５−３３３２５１号公報に記載の光モジュールにおける種々の問題点を解消することができるものの、複数の導波路１２１が形成されたピッチ変換部１２０を備えるため、その分だけ実装面積が大きくなるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、光学系の歩留まりを向上させ、低コスト化を実現するとともに、実装面積を小さく抑えることも可能な並列伝送用光モジュールを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、並列伝送用光モジュールであって、単チャンネル型の光半導体素子を実装し、該光半導体素子に相対向する位置に光ファイバ固定部を有する基板と、該基板を複数並列して搭載する整列用基板とを備えることを特徴とする。
【００１１】
そして、請求項１記載の発明によれば、単チャンネル型の光半導体素子を実装した基板を整列用基板に複数並列させて並列伝送用光モジュールを構成するため、光半導体素子が不良品の場合には、その光半導体素子のみを取り替えるだけで済み、特性のばらつきが大きい光半導体素子を使用しなくて済み、クロストークを小さく抑さえることができ、光結合を容易に行うことができて、光学系の歩留まりを向上させ、低コスト化を実現することができるとともに、従来のようなピッチ変換部を必要としないため、実装面積を小さく抑えることもできる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の並列伝送用光モジュールにおいて、前記光ファイバ固定部はＶ溝であることを特徴とする。これによって、Ｖ溝に光ファイバを挿入、固定することによって、容易に光ファイバを位置決めして固定することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の並列伝送用光モジュールにおいて、前記光半導体素子を実装した基板は、前記整列用基板との接続面に整列用ガイド溝を備え、前記整列用基板は、前記光半導体素子を実装した基板との接続面に、前記整列用ガイド溝と勘合する整列用レールまたは整列用突起あるいはこれらの両方を備えることを特徴とする。これによって、容易かつ高精度に整列用基板に光半導体素子を実装した基板を位置決めすることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１、２または３記載の並列伝送用光モジュールにおいて、前記光ファイバ固定部に固定される光ファイバは、リボンファイバの端部を分解したものであって、分解前のリボンファイバ部を整列させるピッチ変換前溝と、分解後のリボンファイバ部を整列させるピッチ変換後溝と、前記ピッチ変換前溝と前記ピッチ変換後溝との間に設けた中空部とを備えるベースブロックと、該ベースブロックに整列したリボンファイバを固定する押さえブロックとを備えることを特徴とする。これによって、ファイバ先端の位置を揃えることができるとともに、芯線ファイバの巻き癖も矯正することができ、中空部において、光ファイバが緩やかな曲率でピッチ変換されるため、応力集中及び熱膨張によるファイバの破断を回避することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明にかかる並列伝送用光モジュールに用いられる光学ユニット３を示し、この光学ユニット３は、単チャンネル型のＶ溝基板１に、単チャンネル型の光半導体素子２を実装することにより形成される。
【００１７】
Ｖ溝基板１は、表面（光半導体素子２を実装する面）に、ファイバの位置を決めるためのファイバ搭載用Ｖ溝１ａを有し、裏面（整列用基板４（図２参照）と接続される面）に整列用ガイド溝１ｂ、１ｃを有する。ファイバ搭載用Ｖ溝１ａは、搭載するファイバ芯線のコア中心と光半導体素子２の活性層位置が一致するような幅を有する。
【００１８】
図２に示すように、整列用基板４は、光学ユニット３を必要チャンネル数並列して実装するものであって、表面（Ｖ溝基板１と接触する面）に整列用レール４ａと、整列用突起４ｂを備える。整列用レール４ａ及び整列用突起４ｂに、Ｖ溝基板１の整列用ガイド溝１ｂ、１ｃを合わせることにより、光学ユニット３を所定の位置に整列させることができ、Ｖ溝基板１上の光半導体素子２が高精度に整列される。これによって、アレイ型の光学部が形成される。
【００１９】
上述のような単チャンネル型の光学ユニット構造にした場合には、光半導体素子２の間隔が広がり、一般に使われている０．２５ｍｍピッチのリボンファイバと、整列されている光半導体素子２のピッチが一致しなくなるという問題が発生する。そこで、図３に示すように、予め、図示しないコネクタに接続されていない側を分解したリボンファイバ８をベースブロック１２に形成されたピッチ変換前溝１２ａに整列させ、ファイバ先端側を中空部１２ｂを通してピッチ変換後溝１２ｃに整列させる。次に、押さえブロック１３をリボンファイバ８に被せて接着固定する。これによって、リボンファイバ８を所定のファイバピッチに変換することができ、リボンファイバ８のピッチ変換後、ファイバの先端を一括でダイシングカットし、先端位置を揃えてダイシングカット部１４を形成し、ファイバ端末９を構成する。
【００２０】
このような構成とすることにより、ファイバ先端の位置を揃えることができるとともに、芯線ファイバの巻き癖も矯正することができる。また、中空部１２ｂを設けたことにより、押さえブロック１３及びベースブロック１２の中でファイバは緩やかな曲率でピッチ変換され、応力集中及び熱膨張によるファイバの破断を回避することができる。
【００２１】
次に、図４を参照しながら、上記並列伝送用光モジュールの組立手順について詳細に説明する。
【００２２】
まず、図４（ａ）に示すように、Ｖ溝基板１に光半導体素子２を実装する。次に、図４（ｂ）に示すように、ワイヤボンディング１６で光半導体素子２とＶ溝基板１とを電気的に接続し、光学ユニット３を構成する。そして、図４（ｃ）に示すように、試験用ファイバ１７をファイバ搭載用Ｖ溝１ａに搭載し、Ｖ溝基板１上のパッド１ｄを経由して光半導体素子２に給電し、光学ユニット３の特性を測定する。特性データに従い、光学ユニット３の良否判定及びグループ分けを行う。
【００２３】
次に、図４（ｄ）に示すように、選別済みの光学ユニット３を整列用基板４上に整列させる。その際、Ｖ溝基板１の裏の整列用ガイド溝１ｂ、１ｃを整列用基板４上の整列用レール４ａ、整列用突起４ｂに各々勘合させ、半田または接着剤で固定する。
【００２４】
そして、図４（ｅ）に示すように、光学ユニット３を実装済みの整列用基板４をパッケージ７に実装する。その後、ＬＳＩ６との接続等の配線処理を行う。
【００２５】
次に、図４（ｆ）に示すように、リボンファイバ８を加工したファイバ端末９のファイバ芯線９ａをＶ溝基板１上のファイバ搭載用Ｖ溝１ａ（図４（ｃ）参照）に実装し、ファイバ押さえ１０を介して半田または接着剤で固定する。その後、ワイヤボンディング等で配線工事を施し、図４（ｇ）及び図５に示すような並列伝送用光モジュール１１が完成する。尚、光学系実装部の構造の詳細については、図６に示されている。
【００２６】
次に、光半導体素子２の実装精度の概念について、図７を参照しながら説明する。
【００２７】
並列伝送用光モジュールにおいて、Ｘ方向、Ｙ方向のずれに関しては、アレイ状の光半導体素子２の実装、単チャンネル型光半導体素子１の実装のどちらも同程度の精度が要求されるが、角度精度に関しては、より厳しい精度が要求される。図７では、上面から見た角度ずれを示しているが、本発明で採用したような単チャンネル型で、仮に１°のずれがあった場合には、光半導体素子２とファイバ芯線９ａとの間の距離の広がりは、２μｍ程度である。しかし、これが８チャンネルであれば、端のチャンネルで約３３μｍの広がりとなる。ファイバ芯線９ａから見た角度ずれに関しては、単チャンネルで０．１°程度であった場合には、光軸ずれは、０．２μｍ程度であるが、８チャンネルでは３．３μｍとなる。そのため、ＬＤとシングルモードファイバの直接結合での横方向トレランスは±２μｍ程度であるため、端のチャンネルでは所要の結合損が確保できない。
【００２８】
そこで、光半導体素子２を分離し、個別に実装することにより、ファイバから見た素子の実装位置のばらつきが大きくなる弊害があるが、本発明では、従来のアレイ型光半導体素子方式と同等の実装精度を実現している。
【００２９】
図２に示すように、Ｖ溝基板１の裏面に整列用ガイド溝１ｂ、１ｃを施している。これは、エッチングで作成した場合には、サブミクロンの精度を確保することができ、機械加工であっても±数ミクロンの精度を確保することができる。整列用ガイド溝１ｂ、１ｃを縦方向及び横方向に設けることで、光半導体素子２とファイバ芯線９ａとの間の距離、ファイバ実装位置に対する横ずれ、捻れを抑制している。この整列用ガイド溝１ｂ、１ｃを整列用基板４上の整列用レール４ａ、整列用突起４ｂに合わせることで実装精度を確保する。
【００３０】
整列用基板４は、Ｖ溝基板１と同じ材料、または屈折率の近似した異なった材料で作成される。整列用レール４ａ、整列用突起４ｂは、やはりエッチングで作成することによりサブミクロンの精度を確保することができ、機械加工であっても±数μｍの精度を確保することができる。
【００３１】
整列用基板４の材料にシリコンを使用した場合には、エッチングで整列用レールを形成するので、部品精度はサブミクロンオーダーとなり、組立後の実装精度でも±１μｍ以下と最も高精度に出来るため、シングルモードファイバとの光結合に適用することができる。
【００３２】
一方、整列用基板４の材料にガラス、金属を使用した場合には、切削やモールドでレールを形成する。これは、加工精度が支配的となるため、エッチングと同等の精度を求めると高価になるというデメリットはあるが、マルチモードファイバとの結合であれば、要求精度が±５〜１０μｍ程度となるため十分に対応することができる。尚、Ｖ溝基板１の固定には、接着剤または半田を使用するが、半田で固定する際には、Ｖ溝基板１の裏面と整列用基板４の表面にＡｕメッキを施す必要がある。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学系の歩留まりを向上させ、低コスト化を実現するとともに、実装面積を小さく抑えることも可能な並列伝送用光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる並列伝送用光モジュールの光学ユニットを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。
【図２】図１に示した光学ユニットを複数整列用基板に実装する要領を説明するための斜視図である。
【図３】本発明にかかる並列伝送用光モジュールのファイバ端末を示す分解斜視図である。
【図４】本発明にかかる並列伝送用光モジュールの組立手順を説明するための斜視図である。
【図５】本発明にかかる並列伝送用光モジュールを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。
【図６】本発明にかかる並列伝送用光モジュールの光学系実装部を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。
【図７】本発明にかかる並列伝送用光モジュールの光半導体素子の実装精度の概念を説明するための図である。
【図８】従来の半導体レーザモジュールの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１            Ｖ溝基板
１ａ        ファイバ搭載用Ｖ溝
１ｂ        整列用ガイド溝
１ｃ        整列用ガイド溝
１ｄ        パッド
２            光半導体素子
３            光学ユニット
４            整列用基板
４ａ        整列用レール
４ｂ        整列用突起
６            ＬＳＩ
７            パッケージ
８            リボンファイバ
９            ファイバ端末
９ａ        ファイバ芯線
１０        ファイバ押さえ
１１        並列伝送用光モジュール
１２        ベースブロック
１２ａ    ピッチ変換前溝
１２ｂ    中空部
１２ｃ    ピッチ変換後溝
１３        押さえブロック
１４        ダイシングカット部
１６    ワイヤボンディング
１７    試験用ファイバ
【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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