(57)【要約】【課題】小型・低背化を図ると共に伝送速度の高周波化および高速化に対応できる安価な光通信用光電気変換モジュールを提供することを目的とするものである。【解決手段】光通信用光電気変換モジュールにおいて、基板２７の一方の面に形成する第一の溝部２８と、もう一方の面に形成する第二の溝部２９とを対向させ、かつ第一の溝部２８と第二の溝部２９の底面の間を貫通するように貫通孔３０を設け、第一の溝部２８に実装する発光素子２１または受光素子２２の面と第二の溝部２９に実装する光学素子３２〜３４の面とを平行かつ対向するようにして気密封止する光通信用光電気変換モジュールであり、基板２７の厚みを利用して発光素子モジュールまたは受光素子モジュールを形成するため、小型化および低背化が実現できる。【選択図】  図１
2004253534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極とカソード電極とを同じ面に設けた発光素子または受光素子と、この発光素子または受光素子を制御する半導体素子および受動部品からなる光電気変換回路と、光学的な結合に用いる少なくとも１つのレンズ体、光学的絞り、窓等の光学部品と、前記発光素子または受光素子と光電気変換回路および光学素子を実装する基板とからなる光通信用光電気変換モジュールにおいて、前記基板の一方の面に形成する第一の溝部と、もう一方の面に形成する第二の溝部とを対向させ、かつ第一の溝部と第二の溝部の底面の間を貫通するように貫通孔を設け、前記第一の溝部に実装する発光素子または受光素子の面と第二の溝部に実装する光学素子の面と対向するようにして気密封止する光通信用光電気変換モジュール。
【請求項２】
基板上の光電気変換回路と同じ面に発光素子または受光素子を実装し、かつ前記光電気変換回路を基板の長手方向の所定範囲の端部に実装しないようにした請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュール。
【請求項３】
基板上の光電気変換回路と異なる面に発光素子または受光素子を実装するようにした請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュール。
【請求項４】
第二の溝部の大きさを第一の溝部の大きさより大きくした請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュール。
【請求項５】
第一の溝部の大きさが発光素子または受光素子とほぼ等しく第二の溝の大きさが光学部品とほぼ等しくかつ第一の溝と第二の溝の中心が同じとする請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュール。
【請求項６】
第一の溝部の底面に電極を設け、この電極と発光素子または受光素子のアノード電極とカソード電極とを金バンプまたははんだバンプにより電気的に接続をした請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュール。
【請求項７】
第一の溝部と第二の溝部および貫通孔を真空または窒素雰囲気となるように気密封止する請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュール。
【請求項８】
発光素子または受光素子を第一の溝部の蓋として用いて気密封止する請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュール。
【請求項９】
光学素子を第二の溝部の蓋として用いて気密封止する請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュール。
【請求項１０】
発光素子または受光素子と第一の溝部の底面との間に異方性導電シートを配して電気的接続と気密封止をするようにした請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュール。
【請求項１１】
光学素子、発光素子、受光素子の少なくとも１つに樹脂、低融点ガラスまたははんだを用いて気密封止する請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュール。
【請求項１２】
基板にセラミック積層基板またはポリイミド積層基板を用いた請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信システムに使用される発光素子（ＬＥＤ，ＬＤ）または受光素子（ＰＩＮ−ＰＤ，ＡＰＤ）を用いた光通信用光電気変換モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信用に用いられる光通信用光電気変換モジュールとしては、図７に示すものがある。
【０００３】
図７（ａ）は光通信用光電気変換モジュールの斜視図、図７（ｂ）は従来の発光素子モジュールまたは受光素子モジュールの斜視図、図７（ｃ）は従来の発光素子モジュールまたは受光素子モジュールの断面図である。
【０００４】
図７（ａ）において、１，２は受光素子モジュールまたは発光素子モジュール、３は受光素子モジュールまたは受光素子モジュール１，２を制御するドライバーＩＣ、プリアンプ、メインアンプなどのＬＳＩを示している。４は回路を構成するチップ抵抗、積層セラミックコンデンサなどの受動部品、５はそれらを実装するための基板、６は外部取り出し用の電極を示している。
【０００５】
また、図７（ｂ），（ｃ）に受光素子モジュールまたは発光素子モジュールを示し、７は金属製キャップ、８は金属製キャップ７に封着されているレンズ、９はチップを実装するための金属ベース、１０は金属ベース９の主面から裏面に取り出すための外部取り出し電極、１１は外部取り出し電極６を金属ベース９に気密封止するための低融点ガラス、１２はＬＥＤまたはＰＤなどの発光素子または受光素子、１３は発光素子または受光素子１２の電極を外部取り出し電極１０に電気的に接続させるための金属ワイヤを示している。
【０００６】
金属製キャップ７および金属ベース９は通常はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏなどの合金が用いられ、その表面は酸化防止のためのＮｉ−Ａｕなどでメッキ処理されている。この金属製キャップ７と金属ベース９を抵抗溶接して気密封止する構造となっている。気密封止された内部は通常は窒素に置換または真空として発光素子または受光素子１２の経年劣化を防止している。
【０００７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６３−２８２７１０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の発光素子モジュールまたは受光素子モジュール１，２のサイズがＬＳＩ３や受動部品４に比べて非常に大きいため、基板５の上に実装した場合、基板５が大きくなり、結果モジュール全体が大きくなる。
【００１０】
また、発光素子モジュールまたは受光素子モジュール１，２と基板５を電気的に接続している外部取り出し電極１０を折り曲げることにより、発光素子モジュールまたは受光素子モジュール１，２を基板５の側面に設置する場合も同様である。
【００１１】
また、発光素子または受光素子１２の電極を外部取り出し電極１０に電気的に接続させるために金属ワイヤ１３を使用するが、金属ワイヤ１３のインダクタンスおよび浮遊容量により伝送する信号の高周波化、高速化への対応が困難になる。
【００１２】
本発明は小型・低背化を図ると共に伝送速度の高周波化および高速化に対応できる安価な光通信用光電気変換モジュールを提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【００１４】
本発明の請求項１に記載の発明は、アノード電極とカソード電極とを同じ面に設けた発光素子または受光素子と、この発光素子または受光素子を制御する半導体素子および受動部品からなる光電気変換回路と、光学的な結合に用いる少なくとも１つのレンズ体、光学的絞り、窓等の光学部品と、前記発光素子または受光素子と光電気変換回路および光学素子を実装する基板からなる光通信用光電気変換モジュールにおいて、前記基板の一方の面に形成する第一の溝部と、もう一方の面に形成する第二の溝部とを対向させ、かつ第一の溝部と第二の溝部の底面の間を貫通するように貫通孔を設け、前記第一の溝部に実装する発光素子または受光素子の面と第二の溝部に実装する光学素子の面とを平行かつ対向するようにして気密封止する光通信用光電気変換モジュールであり、基板の厚みを利用して発光素子モジュールまたは受光素子モジュールを形成するため、小型化および低背化が実現できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、基板上の光電気変換回路と同じ面に発光素子または受光素子を実装し、かつ前記光電気変換回路を基板の長手方向の所定範囲の端部に実装しないようにした請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュールであり、レセプタクルに設けた溝に挿入することにより、光電気変換モジュールと光導波路または光ファイバ等との光軸合わせおよび実装が同時にできるため、製造コストを低減することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、基板上の光電気変換回路と異なる面に発光素子または受光素子を実装するようにした請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュールであり、発光素子または受光素子の実装面を平坦にできるため、他の基板に光通信用光電気変換モジュールを面実装することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、第二の溝部の大きさを第一の溝部の大きさより大きくした請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュールであり、レンズ体、光学絞り、窓等の光学素子を実装する第二の溝部が発光素子または受光素子を実装する第一の溝部より大きいため、広範囲の光が集光でき光ファイバと発光素子または受光素子との結合効率を高くすることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、第一の溝部の大きさが発光素子または受光素子とほぼ等しく第二の溝の大きさが光学部品とほぼ等しくかつ第一の溝と第二の溝の中心が同じとする請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュールであり、光学素子と発光素子の発光面または受光素子の受光面との光軸調整が容易にできるため、製造コストが低減できる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、第一の溝部の底面に電極を設け、この電極と発光素子または受光素子のアノード電極とカソード電極とを金バンプまたは半田バンプにより電気的に接続をした請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュールであり、発光素子または受光素子の電極と基板の電極との間の配線が短くできると共にめっき法により容易にバンプが形成でき、浮遊容量およびインダクタンスが軽減できると共に実装コストが低減できる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、第一の溝部と第二の溝部および貫通孔を真空または窒素雰囲気となるように気密封止する請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュールであり、Ｈ２Ｏによる発光素子または受光素子の特性劣化が防止できると共に外部取り出し電極の表面酸化が防止でき、高い信頼性が得られる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、発光素子または受光素子を第一の溝部の蓋として用いて気密封止する請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュールであり、請求項６と同様の効果が得られると共に発光素子または受光素子を蓋代わりにできるため、コストを低減できる。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、光学素子を第二の溝部の蓋として用いて気密封止する請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュールであり、請求項６と同様の効果が得られると共に光学素子を蓋代わりにできるため、コストを低減できる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、発光素子または受光素子と第一の溝部の底面との間に異方性導電シートを配して電気的接続と気密封止をするようにした請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュールであり、気密封止と電気接続を同時に行うことができるため、製造コストが削減できる。
【００２４】
請求項１１に記載の発明は、光学素子、発光素子、受光素子の少なくとも１つに樹脂、低融点ガラスまたははんだを用いて気密封止する請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュールであり、Ｈ２Ｏによる発光素子または受光素子の特性劣化が防止できると共に外部取り出し電極の表面酸化が防止でき、高い信頼性が得られる。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、基板にセラミック積層基板またはポリイミド積層基板を用いた請求項１に記載の光通信用光電気変換モジュールであり、基板の吸湿が抑制できると共に発光素子の発熱を拡散または放熱できるため、発光素子または受光素子として高い信頼性が得られる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１による光通信用光電気変換モジュールの全体構成について図１および図２を用いて説明する。
【００２８】
図１（ａ）は本発明の光通信用光電気変換モジュール全体の斜視図、図１（ｂ）〜（ｅ）は図１（ａ）の光通信用光電気変換モジュールのＡ−Ａ断面斜視図、図２（ａ）は本発明の他の光通信用光電気変換モジュール全体の斜視図、図２（ｂ）〜（ｅ）は図２（ａ）の光通信用光電気変換モジュールのＢ−Ｂ断面斜視図である。
【００２９】
図１において、２１は発光素子、２２は受光素子、２３は抵抗、コンデンサ、インダクタなどの受動部品、２４は発光素子２１または受光素子２２を制御するＬＳＩを示している。２５は外部取り出し電極、２７は基板をそれぞれ示している。２６は基板２７の主表面に形成した電極であり、発光素子２１または受光素子２２と電気的に接続されている。３０は貫通孔、３１は内部配線パターンまたは層間の電気的接続を行なうためのスルーホール、３２〜３４はそれぞれ光学素子、２８は基板２７の主表面に形成した第一の溝部、２９は第一の溝部２８が形成された基板２７の主表面に相対する主面に形成された第二の溝部を示している。
【００３０】
図１（ａ）〜（ｅ）において、発光素子２１は代表的なものとしてＬＥＤ，ＬＤおよび面発光型のレーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）があり、また受光素子２２はＰＩＮ−ＰＤやＡＰＤなどがある。これらはアノード電極とカソード電極とを同じに設けた構成となっている。
【００３１】
ＬＳＩ２４の一例として、発光素子２１を駆動させるためのドライバー、受光素子２２からの光電流を電圧に変換して増幅するアンプなどがある。
【００３２】
光学素子３２〜３４は例えば球面あるいは非球面、半球などの屈折型レンズ、フレネルレンズなどの回折型レンズ、平板ガラスなどがあり用いる素子や用途により適宜選択する。光通信用光電気変換モジュール全体を低背化するためには屈折型レンズよりも平板ガラス上に回折パターンを形成した回折型レンズが有利である。また、屈折型レンズを選択する場合は封止性を考慮すると、平坦面を有する半球形状が有利である。平板ガラスを用いる場合はその主表面に無反射（ＡＲ）コートを施すことで反射戻り光による発光素子２１または受光素子２２への影響や反射損失を低減することができる。
【００３３】
本発明による光通信用光電気変換モジュールでは基板２７としてセラミック積層基板を用いる。基板２７としてセラミック積層基板を用いる理由は比較的自由な配線設計と局所的な溝部、貫通孔などが容易に成形できる点である。セラミック積層基板はグリーンシートを積層して焼成して形成する。それぞれの層に独立した配線が形成でき、またスルーホール３１により各層間を結線することも比較的容易である。そのため第一の溝部２８の内部に実装して封止した発光素子２１または受光素子２２の電極を基板２７の主表面へと取り出すことが可能である。また積層において、グリーンシートにダイスやポンチを用いて貫通孔を形成することにより、所定の位置に溝形状や貫通孔を形成することが可能となる。このように全体の小型化や部品の位置決め実装に有利であり、製造コストの低減が図れる。
【００３４】
所定の位置に部品実装用の溝部を形成することで以下に示す利点がある。
【００３５】
第一の溝部２８と第二の溝部２９は基板２７を挟んで対向し、かつ第一の溝部２８および第二の溝部２９の中心が一致するように形成されている。また第一の溝部２８の大きさは実装するＬＥＤ，ＬＤ，ＶＣＳＥＬなどの発光素子２１またはＰＩＮ−ＰＤ，ＡＰＤなどの受光素子２２の外形形状とほぼ等しく形成され、第二の溝部２９の大きさは光学素子３２〜３４とほぼ等しく形成されている。そして第一の溝部２８は第二の溝部２９より小さい形状となっている。したがって発光素子２１または受光素子２２を第一の溝部２８に実装し、さらに第二の溝部２９に光学素子３２〜３４を実装することにより容易に発光素子２１または受光素子２２と光学素子３２〜３４との光軸調整が可能となると共に第二の溝部２９の形状を大きくしているため、広範囲の光が集光でき高い結合効率が実現できる。
【００３６】
この場合、第一の溝部２８と第二の溝部２９は各々底部を貫通する貫通孔３０が形成されており、この貫通孔３０を介して発光素子２１からの光を光学素子３２〜３４へ効率よく導き、また光学素子３２〜３４を通過した光が受光素子２２の受光面へと導かれる。図２に示す本発明による光電気変換モジュールは発光素子２１または受光素子２２および光学素子３２〜３４の基板２７への実装面のみが図１と異なるだけであり、図１と同じ効果が得られる。
【００３７】
また、図１は発光素子２１または受光素子２２を光電気変換回路と同じ面に実装され、かつ光電気変換回路を基板２７の長手方向の所定範囲Ｌ１の端部に実装しないため、レセプタクル（図示せず）等の溝に挿入することにより、光学素子３２〜３４と光導波路または光ファイバとの光軸合わせと実装とが同時に行うことができ製造コストが低減できる。
【００３８】
図２は発光素子２１または受光素子２２を光電気変換回路と異なる面に実装する構成であり、発光素子２１または受光素子２２の実装面が平坦となるため、他の基板に光通信用光電気変換モジュールとして簡単に面実装することができる。
【００３９】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２による光通信用光電気変換モジュールの光学素子と発光素子または受光素子の実装部の詳細な構成について図３を用いて説明する。
【００４０】
図３（ａ），（ｂ）は本発明の発光素子２１の実装部の断面図、図３（ｃ）は本発明の受光素子２２の実装部の断面図、また図３（ｄ）は図３（ａ）〜（ｃ）の実施の形態２に用いた発光素子または受光素子の上面図である。
【００４１】
図３（ａ）〜（ｄ）において２１は発光素子、３６は内部の配線パターン、３７はスルーホール、３８は発光素子２１の発光面または受光素子２２の受光面に設けられた取り出し電極、３９は第一の封止材料、４０は第二の封止材料、４１は金属バンプ、２８は基板２７の主表面に形成した第一の溝部、２９は第一の溝部２８が形成された基板２７の主表面に相対する主面に形成された第二の溝部をそれぞれ示している。３２〜３４は光学素子を示しており、例えば球面あるいは非球面、半球などの屈折型レンズ、フレネルレンズなどの回折型レンズ、平板ガラスなどであり、用いる素子や用途により適宜選択する。３５は発光素子２１または受光素子２２と光学素子３２〜３４により気密封止された内部空洞、３０は貫通孔をそれぞれ示している。４２は第一の溝部２８の底面、４３は基板２７に設けられた内部電極を示している。
【００４２】
発光素子２１または受光素子２２と基板２７との電気的接続には金属バンプ４１を用いる。金属バンプ４１の材料は形成の容易さや長期信頼性を含めた安定性、発光素子２１または受光素子２２の耐熱性を考慮して選択する。代表的な材料としては金、ニッケル、はんだ等がある。これらの材料はめっき法により比較的安価で容易にバンプが形成できる。ニッケルを材料とする場合には表面の酸化を防止するため金などで被覆することが望ましい。金属バンプ４１は基板２７の内部電極４３に形成してもよいし、発光素子２１の発光面または受光素子２２の受光面に設けられた取り出し電極３８の上に形成してもよい。基板２７の内部電極４３および発光素子２１または受光素子２２の取り出し電極３８は金属バンプ４１と接続して形成される金属間化合物を考慮して選択する。基板２７の内部電極４３に関しては焼成温度が高いため、通常タングステンなどを電極材料として用いるが表面には金で被覆することが望ましい。
【００４３】
本発明による光通信用光電気変換モジュールでは基板２７としてセラミック積層基板を用いる。基板２７としてセラミック積層基板を用いる理由は、比較的自由な配線設計と局所的な溝部、貫通孔などが容易に成形できる点である。
【００４４】
光学素子３２〜３４の材料にはガラスやプラスチックを用いるが、屈折率の温度特性などを考慮するとガラスが望ましい。光学素子３２〜３４の材料にガラスを用いる場合、第二の封止材料４０とガラスのぬれ性を考慮した上で必要に応じてガラスにメタライズ加工を施す。メタライズ加工は真空蒸着法、スパッタ蒸着法、メッキ法などを用いて行う。メタライズに用いる材料の例としてＮｉ，Ｃｒ，Ｃｕ等が挙げられる。同様に基板２７にもメタライズ加工を施す。メタライズの代表的な材料としては、Ｍｏ−Ｍｎ，Ｎｉ−Ｃｒ，Ｔｉ−Ｃｕ等がある。メタライズ加工を施すことにより、光学素子３２〜３４と基板２７の封止性が高くなる。
【００４５】
光学素子３２〜３４の形状および発光素子２１と光学素子３２〜３４との距離Ｌ２はＬＥＤ，ＶＣＳＥＬ等の発光素子２１の光の放射角と焦点位置、また結合させる光導波線路の種類および光学特性を考慮して設計する。またＰＩＮ−ＰＤ，ＡＰＤ等の受光素子２２の場合は受光面への入射光量を考慮して設計する。
【００４６】
発光素子２１または受光素子２２と基板２７との気密封止には第一の封止材料３９を用いる。第一の封止材料３９の材料は封止工法、耐湿性、発光素子２１または受光素子２２、基板２７との密着性や長期信頼性を考慮して選択する。代表的な材料としてエポキシ、シリコーン、ポリエステル、フェノールなどの樹脂やそれらを基材にガラス繊維や無機充填材を充填したもの、低融点ガラス材料またははんだなどの金属材料が挙げられる。はんだなどの金属材料を選択する場合、特に光学素子３２〜３４が平面型の場合にメタライズパターンを容易に形成できるため封止工程を簡略化できる効果がある。
【００４７】
次に実装方法の一例について説明する。
【００４８】
基板２７の第一の溝部２８の底面４２の内部電極４３の上に第一の封止材料３９を形成する。次に発光素子２１または受光素子２２の取り出し電極３８の上に金属バンプ４１を形成する。そして基板２７の第一の溝部２８に発光素子２１または受光素子２２を位置決めして固定し、加熱・加圧を行う。このときの加熱温度は金属バンプ４１がはんだの場合は液相点温度以上、金バンプの場合は再結晶化温度以上にすることが望ましい。また加圧は金属バンプ４１と第一の溝部２８の底面４２の内部電極４３の間にある第一の封止材料３９を排除し、電気的接続が得られるように適宜設定する。次に第二の溝部２９の底面に第二の封止材料４０を形成して光学素子３２〜３４を第二の溝部２９へ位置決めして固定する。さらに光学素子３２〜３４を加圧および加熱して封止を完了する。発光素子２１または受光素子２２を位置決めしてからは窒素置換雰囲気または真空中で行なうことが望ましい。
【００４９】
上記は実装方法の一例であり、例えば第一の封止材料３９を発光素子２１または受光素子２２の取り出し電極３８の上に形成してもよく、第二の封止材料４０を光学素子３２〜３４の外周部に形成してもよい。また金属バンプ４１を基板２７の第一の溝部２８の底面４２の内部電極４３の上に形成してもよく、光学素子３２〜３４および発光素子２１または受光素子２２の実装する順番を入れ替えてもよい。
【００５０】
上記の実装方法において、第一の封止材料３９に樹脂材料を用いる場合について説明する。封止材料３９は液状またはペースト状の熱硬化性樹脂やシート状の樹脂等である。液状またはペースト状の樹脂を塗布する方法として、開口部を設けたスクリーンの開口部だけに樹脂を塗布するスクリーン印刷法やシリンジを用いて塗布するディスペンス法、スタンプピンを用いて転写するスタンピング法等がある。第一の溝部２８の底面４２の内部電極４３の上に第一の封止材料３９を形成する場合はディスペンス法またはスタンピング法が有利である。また発光素子２１または受光素子２２の上に第一の封止材料３９を形成する場合はシート状の樹脂あるいはスクリーン印刷法が作業性に優れている。シート状の樹脂を用いる場合は、あらかじめ貼り付けたい形状にシートを加工し発光素子２１または受光素子２２の取り出し電極３８の上に形成するため、工程を簡略化することができる。これらの方法で基板２７の上に第一の封止材料３９を形成することにより、第一の封止材料３９の塗布量を制御することが可能であり、第二の溝部２９への第一の封止材料３９の漏出を防止することができる。
【００５１】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３による光通信用光電気変換モジュールの光学素子と発光素子または受光素子の実装部について図４を用いて説明する。
【００５２】
図４（ａ），（ｂ）は本発明の他の発光素子の実装部の断面図、図４（ｃ）は本発明の他の実施の形態における受光素子の実装部の断面図、また図４（ｄ）は図４（ａ）は実施の形態３に用いた発光素子または受光素子の上面図である。
【００５３】
図４（ａ）〜（ｄ）において２１は発光素子、３６は内部の配線パターン、３７はスルーホール、３８は発光素子２１の発光面または受光素子２２の受光面に設けられた取り出し電極、３９は第一の封止材料、４０は第二の封止材料、４１は金属バンプ、２８は基板２７の主表面に形成した第一の溝部、２９は第一の溝部２８が形成された基板２７の主表面に相対する主面に形成された第二の溝部をそれぞれ示している。また図４（ｃ）では２２は受光素子を示している。３２〜３４は光学素子を示しており、例えば球面あるいは非球面、半球などの屈折型レンズ、フレネルレンズなどの回折型レンズ、平板ガラスなどであり、用いる素子や用途により適宜選択する。３５は発光素子２１または受光素子２２と光学素子３２〜３４により気密封止された内部空洞、３０は貫通孔をそれぞれ示している。図４（ｄ）では４２は第一の溝部２８の底面、４３は基板２７に設けられた内部電極を示している。
【００５４】
本発明による光通信用光電気変換モジュールの実装方法の一例について説明する。
【００５５】
基板２７の第二の溝部２９の底面に第二の封止材料４０を形成して、光学素子３２〜３４を第二の溝部２９へ位置決めして固定する。次に光学素子３２〜３４を加圧および加熱する。そして第一の封止材料３９を第一の溝部２８から流し込み、第二の溝部２９、貫通孔３０および第一の溝部２８を第一の封止材料３９で充填する。第一の封止材料３９の塗布量は少なくとも第一の溝部２８の底面４２より上になるように調整する。次に発光素子２１または受光素子２２の取り出し電極３８の上に金属バンプ４１を形成する。そして基板２７の第一の溝部２８に発光素子２１または受光素子２２を位置決めして固定する。さらに発光素子２１または受光素子２２を加圧しながら、基板２７を加熱することにより封止を完了する。以上の工程により発光素子２１の発光面または受光素子２２の受光面と光学素子３２〜３４との空隙が完全に第一の封止材料３９で充填されるため、発光素子２１の受光面または受光素子２２の受光面はダストなどから保護することができ、高い信頼性を得ることができる。
【００５６】
上記は実装方法の一例であり、例えば第二の封止材料４０を光学素子３２〜３４の外周部に形成してもよく、金属バンプ４１を第一の溝部２８の底面４２の内部電極４３の上に形成してもよい。
【００５７】
上記の実装方法において、第一の封止材料３９に樹脂材料を用いる場合について説明する。第一の封止材料３９は液状またはペースト状の透明な熱硬化性樹脂等である。第一の封止材料３９の塗布方法としては、温度、塗布圧力、塗布時間の制御ができるディスペンス法が有利である。ディスペンス法で第一の封止材料３９の内に気泡が入らないように制御して塗布することにより、気泡による内部空洞３５の内部での光の屈折を防止することができ、発光素子２１からの出射光と光導波線路の結合効率および光導波線路からの入射光と受光素子２２の結合効率が高くできる。本実装方法では加温工程を一回で済ますことができるため、プロセスの単純化、発光素子２１および受光素子２２の熱破壊の防止および実装工程中の接合部の破壊を防ぐことができる。また第一の封止材料３９の供給に高い精度が要求されないため、工程の簡略化が可能になる。その他の効果については実施の形態２と同じであるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００５８】
また、実施の形態３の実装方法の他の例について説明する。基板２７の第二の溝部２９の底面に第二の封止材料４０を形成して、光学素子３２〜３４を第二の溝部２９へ位置決めして固定する。そして光学素子３２〜３４を加圧および加熱する。次に発光素子２１または受光素子２２の取り出し電極３８の上に金属バンプ４１を形成する。次に基板２７の第一の溝部２８に発光素子２１または受光素子２２を位置決めして固定し加熱・加圧を行い、発光素子２１または受光素子２２と基板２７の電気的接続をとる。そして第一の封止材料３９を第一の溝部２８と発光素子２１または受光素子２２の隙間から流し込み、第二の溝部２９、貫通孔３０および第一の溝部２８の底面４２を第一の封止材料３９で充填する。第一の封止材料３９は実装する発光素子２１の発光面または受光素子２２の受光面が十分に充填される量を塗布する。そして基板２７を加熱することにより、第一の封止材料３９を硬化させて封止を完了する。
【００５９】
上記は実装方法の一例であり、例えば第二の封止材料４０を光学素子３２〜３４の外周部に形成してもよく、金属バンプ４１を第一の溝部の底面４２の内部電極４３の上に形成してもよい。
【００６０】
上記の実装方法において、第一の封止材料３９に樹脂材料を用いる場合について説明する。第一の封止材料３９は液状またはペースト状の透明な熱硬化性樹脂等である。第一の封止材料３９を第一の溝部２８と発光素子２１または受光素子２２の隙間から流し込むことを考慮すると、粘度が低く、表面張力の弱い液状の熱硬化性樹脂を用いると有利である。第一の封止材料３９の供給方法としてはディスペンス法が有利である。樹脂供給の際に基板２７を傾けることも、第一の封止材料３９の中の気泡の混入を防ぐのに有効である。
【００６１】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４による光通信用光電気変換モジュールの光学素子と発光素子または受光素子の実装部の詳細な構成について図５を用いて説明する。
【００６２】
図５（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態４における発光素子の実装部の断面図、図５（ｃ）は本発明の他の実施の形態における受光素子の実装部の断面図、また図５（ｄ）は実施の形態４で用いた発光素子または受光素子の上面図である。
【００６３】
図５（ａ）〜（ｄ）において２１は発光素子、３６は内部の配線パターン、３７はスルーホール、３８は発光素子２１の発光面または受光素子２２の受光面に設けられた取り出し電極、３９は第一の封止材料、４０は第二の封止材料、４１は金属バンプ、２８は基板２７の主表面に形成した第一の溝部、２９は第一の溝部２８が形成された基板２７の主表面に相対する主面に形成された第二の溝部をそれぞれ示している。また図５（ｃ）では２２は受光素子を示している。３２〜３４は光学素子を示しており、例えば球面あるいは非球面、半球などの屈折型レンズ、フレネルレンズなどの回折型レンズ、平板ガラスなどであり、用いる素子や用途により適宜選択する。３５は発光素子２１または受光素子２２と光学素子３２〜３４により気密封止された内部空洞、３０は貫通孔をそれぞれ示している。図５（ｄ）では４２は第一の溝部２８の底面、４３は基板２７に設けられた内部電極を表している。
【００６４】
本発明による光通信用光電気変換モジュールの実装方法の一例について説明する。
【００６５】
基板２７の第二の溝部２９の底面に第二の封止材料４０を形成して、光学素子３２〜３４を第二の溝部２９へ位置決めして固定する。次に光学素子３２〜３４を加圧および加熱する。そして発光素子２１または受光素子２２の取り出し電極３８の上に金属バンプ４１を形成する。次に基板２７の第一の溝部２８に発光素子２１または受光素子２２を位置決めして固定し、加熱・加圧を行うことにより発光素子２１または受光素子２２と基板２７の電気的接続をとる。さらに基板２７の第一の溝部２８の底面４２に実装した発光素子２１または受光素子２２の上から第一の封止材料３９を塗布する。第一の封止材料３９は第一の溝部２８の底面４２まで漏出しないように塗布量を制御する。次に第一の封止材料３９を加熱することにより硬化させて封止を完了する。光学素子３２〜３４の加圧および加熱から窒素置換雰囲気または真空中で行なうことが望ましい。
【００６６】
上記は実装方法の一例であり、例えば第二の封止材料４０を光学素子３２〜３４の外周部に形成してもよく、金属バンプ４１を基板２７の第一の溝部２８の底面４２の内部電極４３の上に形成してもよい。また光学素子３２〜３４および発光素子２１または受光素子２２の実装する順番を入れ替えてもよい。
【００６７】
上記の実装方法において、第一の封止材料３９の樹脂材料を用いる場合について以下に説明する。
【００６８】
第一の封止材料３９には液状またはペースト状の熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を用いる。光硬化性樹脂を用いる場合は第一の封止材料３９にＵＶ照射を行なうことにより硬化させて封止を完了する。第一の封止材料３９に光硬化樹脂を用いた場合は加温工程を減らすことができるため、発光素子２１および受光素子２２の熱破壊を防止することができる。また第一の封止材料３９の中に熱伝導性の高いアルミナ、窒化アルミなどの微粒子を混合して分散させることにより発光素子２１の発熱を基板２７へ伝導または大気中に放散できるため発光素子２１の温度特性を改善し、高い信頼性を得ることができる。第一の封止材料３９の塗布方法としては滴下法またはディスペンス法が有利である。滴下法を用いることにより設備費コストを削減することができる。本実装方法では第一の封止材料３９の供給に高い精度が要求されないため、工程の簡略化ができる。
【００６９】
（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５による光通信用光電気変換モジュールの光学素子と発光素子または受光素子の実装部の詳細な構成について図６を用いて説明する。
【００７０】
図６（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態５における発光素子の実装部の断面図、図６（ｃ）は本発明の他の受光素子の実装部の断面図、また図６（ｄ）は実施の形態５で用いた発光素子または受光素子の上面図である。
【００７１】
図６（ａ）〜（ｄ）において２１は受光素子、３６は内部の配線パターン、３７はスルーホール、３８は発光素子２１の発光面または受光素子２２の受光面に設けられた取り出し電極、４４は異方性導電シート、４０は第二の封止材料、４１は金属バンプ、２８は基板２７の主表面に形成した第一の溝部、２９は第一の溝部２８が形成された基板２７の主表面に相対する主面に形成された第二の溝部をそれぞれ示している。また図６（ｃ）では２２は受光素子を示している。３２〜３４は光学素子を示しており、例えば球面あるいは非球面、半球などの屈折型レンズ、フレネルレンズなどの回折型レンズ、平板ガラスなどであり、用いる素子や用途により適宜選択する。３５は発光素子２１または受光素子２２と光学素子３２〜３４により気密封止された内部空洞、３０は貫通孔を示している。
【００７２】
図６（ｄ）では４２は第一の溝部２８の底面、４３は基板２７に設けられた内部電極を表している。
【００７３】
以下、本実施の形態の実装方法の一例について説明する。
【００７４】
基板２７の第一の溝部２８の底面４２の内部電極４３の上に異方性導電シート４４を形成する。次に発光素子２１または受光素子２２の取り出し電極３８の上に金属バンプ４１を形成する。そして基板２７の第一の溝部２８に発光素子２１または受光素子２２を位置決めして固定する。次に発光素子２１および受光素子２２を加圧および加熱して、発光素子２１および受光素子２２と基板２７の電気的接続と封止を同時に行う。さらに第二の溝部２９の底面に第二の封止材料４０を形成して光学素子３２〜３４を第二の溝部２９へ位置決めして固定する。
【００７５】
次に光学素子３２〜３４を加圧および加熱して封止を完了する。発光素子２１または受光素子２２の固定からは窒素置換雰囲気または真空中で行なうことが望ましい。
【００７６】
上記は実装方法の一例であり、例えば異方性導電シート４４を発光素子２１または受光素子２２の取り出し電極３８の上に形成してもよく、第二の封止材料４０を光学素子３２〜３４の外周部に形成してもよい。また金属バンプ４１を基板２７の第一の溝部の底面４２の内部電極４３の上に形成してもよく、光学素子３２〜３４および発光素子２１または受光素子２２の実装する順番を入れ替えてもよい。
【００７７】
実施の形態５において、発光素子２１または受光素子２２と基板２７との気密封止に異方性導電シート４４を用いている。異方性導電シート４４は樹脂シートの中に導電性粒子を分散させたものであるが、導電性粒子の密度は低いため、シートそのものには導電性は無い。導電性粒子の材料にはＮｉ単体、Ｃｕ単体、Ｎｉに金メッキを施したもの、樹脂を核にして金メッキを施したもの、銀粒子に絶縁樹脂コートを施したもの等を用いる。異方性導電シート４４は予め貼り付けたい形状に加工しておく。基板２７と発光素子２１または受光素子２２を加熱・加圧すると導電性粒子が電極間に挟み込まれて基板２７と発光素子２１または受光素子２２の電気的接続をとることができると同時に、樹脂が硬化して気密封止をすることができる。
【００７８】
実施の形態５ではシート状の異方性導電シート４４を用いることから作業性に優れており工程の簡素化を図ることができる。異方性導電シート４４の代わりにペースト状の異方性導電ペーストを用いる方法もある。この場合はスクリーン印刷法、ディスペンス法またはスタンピング法でペーストを基板２７の上または発光素子２１または受光素子２２の取り出し電極３８の上に供給する。その他の工程はシート状の異方性導電ペースト４４を用いた場合と同様である。ペースト状の異方性導電ペーストを用いることにより材料費を下げることが可能である。その他の効果については本発明の実施の形態３と同等であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、アノード電極とカソード電極とを同じ面に設けた発光素子または受光素子と、この発光素子または受光素子を制御する半導体素子および受動部品からなる光電気変換回路と、光学的な結合に用いる少なくとも１つのレンズ体、光学的絞り、窓等の光学部品と、前記発光素子または受光素子と光電気変換回路および光学素子を実装する基板からなる光通信用光電気変換モジュールにおいて、前記基板の一方の面に形成する第一の溝部と、もう一方の面に形成する第二の溝部とを対向させ、かつ第一の溝部と第二の溝部の底面の間を貫通するように貫通孔を設け、前記第一の溝部に実装する発光素子または受光素子の面と第二の溝部に実装する光学素子の面とを対向するようにして気密封止する光通信用光電気変換モジュールであり、基板の厚みを利用して発光素子モジュールまたは受光素子モジュールを形成するため、小型化および低背化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の光通信用光電気変換モジュールの斜視図
（ｂ）〜（ｅ）本発明の光通信用光電気変換モジュールの要部断面斜視図
【図２】（ａ）本発明の他の光通信用光電気変換モジュールの斜視図
（ｂ）〜（ｅ）本発明の他の光通信用光電気変換モジュールの要部断面斜視図
【図３】（ａ），（ｂ）本発明の発光素子の実装部の断面図
（ｃ）本発明の受光素子の実装部の断面図
（ｄ）実施の形態２で用いた発光素子または受光素子の上面図
【図４】（ａ），（ｂ）本発明の発光素子の実装部の断面図
（ｃ）本発明の受光素子の実装部の断面図
（ｄ）実施の形態３で用いた発光素子または受光素子の上面図
【図５】（ａ），（ｂ）本発明の発光素子の実装部の断面図
（ｃ）本発明の受光素子の実装部の断面図
（ｄ）実施の形態４で用いた発光素子または受光素子の上面図
【図６】（ａ），（ｂ）本発明の発光素子の実装部の断面図
（ｃ）本発明の受光素子の実装部の断面図
（ｄ）実施の形態５で用いた発光素子または受光素子の上面図
【図７】（ａ）従来の光通信用光電気変換モジュールの斜視図
（ｂ）従来の発光素子モジュールまたは受光素子モジュールの斜視図
（ｃ）従来の発光素子モジュールまたは受光素子モジュールの断面図
【符号の説明】
２１  発光素子
２２  受光素子
２３  受動部品
２４  ＬＳＩ
２５  外部取り出し電極
２６  電極
２７  基板
２８  第一の溝部
２９  第二の溝部
３０  貫通孔
３１  配線パターンまたはスルーホール
３２〜３４  光学素子
３５  内部空洞
３６  配線パターン
３７  スルーホール
３８  取り出し電極
３９  第一の封止材料
４０  第二の封止材料
４１  金属バンプ
４２  第一の溝部の底面
４３  内部電極
４４  異方性導電シート
【図１】
2004253534.tif 000003
【図２】
2004253534.tif 000004
【図３】
2004253534.tif 000005
【図４】
2004253534.tif 000006
【図５】
2004253534.tif 000007
【図６】
2004253534.tif 000008
【図７】
2004253534.tif 000009