(57)【要約】【課題】ＣＡＮパッケージ構造を備え、パッシブアライメント方式による実装を可能とした光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュールは、光コネクタのフェルールをガイドするスリーブと、該フェルールと光学的に結合するスタブ５と、ＰＤ６及びＴＩＡ７を実装するステム３と、ＰＤ６及びＴＩＡ７を封止するキャップとを有する。スタブ５は、ステム３に気密封止可能な構造で接続され、スタブ５のフェルール側と反対の面にＰＤ６を実装する。スタブ５の光デバイス実装面側には、メタライズにより光デバイス実装用のマーキングＭが施されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと該光ファイバの先端に付属するフェルールとを有する光コネクタを受納する光モジュールであって、
前記光ファイバと光学的に結合する光デバイスと、
前記フェルールを受納するスリーブと、
前記フェルールと光学的に調芯され前記光ファイバと一端において光学的に結合するスタブと、
前記光デバイスを搭載するステムと、
前記光デバイスを前記ステムとの間の空間に封止するキャップとを有し、
前記スタブは、前記空間を気密封止しつつ前記ステムを貫通し、前記スタブの前記一端とは反対の面に前記光デバイスを実装したことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記スタブの前記反対の面には、光デバイス実装用のマーキングがメタライズされていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッシブアライメント方式により実装され、気密封止可能な光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバと半導体光素子における光結合の調心方法として、アクティブアライメント方式、パッシブアライメント方式が知られている。前者のアクティブアライメント方式は、光デバイスと光ファイバ間の最適な位置関係を割り出すために、アウトプットをモニタしながら調心するもので、半導体レーザ、フォトダイオードや平面導波路等とコア径が９μｍ程度の光ファイバをミクロン、サブミクロンオーダーで精度よく光結合させるのに適している。しかし、最高出力やカップリングの検出にかなりの時間を必要とし、調心装置も精度の高い高価なものが必要とされる。また、光結合の調心後に位置固定の接着や溶接を行うが、そのための機械的強度の確保と精密固定を満足させる必要があり、このための材料、設備上の制約からコスト高なものとなっていた。
【０００３】
一方、後者のパッシブアライメント方式は、アウトプットをモニタせずに機械的な位置決めにより調心を行うもので、自動化が容易である。このパッシブアライメント方式は、アクティブアライメント方式と比べ、短時間での実装が可能となる。
【０００４】
光デバイスと光ファイバを光学的に結合する光モジュールにおいては、製造コストおよび製造装置コストの削減を図り、効率よく組み立てを行うことが求められる。このため、光結合の調心方法はアクティブアライメント方式に代わってパッシブアライメント方式が主流となりつつある。
【０００５】
しかしながら、一般的なパッシブアライメント方式を採用した光モジュールでは、光ファイバの位置決めをするためＶ字溝を有するベンチ（シリコンベンチやガラスベンチ）や、光デバイスの気密性を確保するためのパッケージ（セラミックスパッケージ）等の部品を必要とする。これらの部品はアクティブアライメント方式を採用した光モジュールで多用されているＣＡＮパッケージ（同軸型パッケージ）と比較すると、部品単体のコスト増が問題となる。
【０００６】
また、光デバイスの気密性を確保する場合、ＣＡＮパッケージでは既存の封止技術（金属パッケージのプロジェクション溶接による封止方法）が確立されているが、セラミックスパッケージでは箱形パッケージに対する蓋部品のシーム溶接による封止、セラミックス部品の樹脂接合（接着剤）による封止、トランスファモールドによる樹脂封止といった方法が検討されているが、いずれも一長一短があり、製造性と気密性を両立できる構造に至っていない。
【０００７】
従来のパッシブアライメントを用いた光モジュールの例として、例えば、特許文献１には、セラミックスパッケージであるサブストレートとリッドにて光デバイスと光ファイバの位置決めを行い、熱可塑性レジンによる気密封止を行う光アセンブリが記載されており、光デバイスと光ファイバの位置決めは、サブストレートで行っている。
【０００８】
また、特許文献２には、光ファイバを搭載した金属フェルールの端面に半導体レーザ（光デバイス）を搭載した半導体基板をセットすることで光モジュールを形成したものが記載されている。
【０００９】
また、特許文献３には、光ファイバを搭載したキャピラリの後方部をカットし、その部分にフォトダイオード（光デバイス）を搭載した光モジュールが記載されている。
【特許文献１】特開平８−１６６５２３号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１９９６号公報
【特許文献３】特開２００４−１９１７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載の構造では、サブストレートに光デバイスを実装する作業と、サブストレートに光ファイバをセットする作業が必要であるために、パッシブアライメントでの実装作業性が悪い。また、光モジュールの光デバイスに対する気密封止はレジンで行われているため、長期信頼性に問題がある。
【００１１】
また、上記特許文献２に記載の構造では、光デバイスの気密性確保が困難な上、光モジュールを形成する主要なパッケージの役割を果たす金属フェルール側面に溝付き加工および電極線の取り付け等が必要であり、製造性が悪い。また、受光モジュールとして使用することを考えた場合、受光素子の近傍にデバイス部品であるＴＩＡ（Trans Impedance Amplifier）を搭載することが望ましいが、このパッケージ構造ではそれは困難となる。
【００１２】
また、上記特許文献３に記載の構造では、光デバイスの気密性を確保することが困難である。また、光モジュールと光ファイバの結合を考えた場合、キャピラリの外径は光コネクタのフェルール外径と同等であることが望ましく、φ１．２５ｍｍもしくはφ２．５０ｍｍとなる。そのような部品に対してキャピラリ後方部の加工および電極形成などを行う必要があり、やはり製造性が悪い。
【００１３】
このように、上記特許文献１〜３をはじめとする従来の技術では、パッシブアライメントを用いた光モジュールの製造性と気密性を両立させることができなかった。
【００１４】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、ＣＡＮパッケージ構造を備え、パッシブアライメント方式による実装を可能とした光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明による光モジュールは、光ファイバと光ファイバの先端に付属するフェルールとを有する光コネクタを受納する光モジュールであって、光ファイバと光学的に結合する光デバイスと、フェルールを受納するスリーブと、フェルールと光学的に調芯され光ファイバと一端において光学的に結合するスタブと、光デバイスを搭載するステムと、光デバイスをステムとの間の空間に封止するキャップとを有する。このスタブは、空間を気密封止しつつステムを貫通し、スタブの一端とは反対の面に光デバイスを実装する。また、スタブの光デバイス実装面側には、光デバイス実装用のマーキングがメタライズされていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＣＡＮパッケージ構造を備え、パッシブアライメント方式による実装を可能としたため、光デバイスの気密性確保に、既存技術であるプロジェクション溶接を用いることができ、信頼性を確保すると共に、既存設備を用いて光モジュールを製造することができる。
また、光パワーをモニタしながらの調心（すなわちアクティブアライメント方式）が不要となり、半導体実装機による光モジュール製造を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る光モジュールの好適な実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は本発明の光モジュールが備えるステムアセンブリの一例を示す斜視図で、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）はステムアセンブリの断面図である。図中、１は光ファイバ、２ａはスタブ封止ガラス，２ｂはリード封止ガラス、３はステム、４ａはケースリード、４ｂはアイソレートリード、５はスタブを示す。以下、これらのケースリード４ａ及びアイソレートリード４ｂをまとめてリード４と呼ぶ。
【００１９】
図１及び図２に示すように、本発明に係る光モジュールは、ＣＡＮパッケージで構成され、ＬＤ（Laser  Diode）やＰＤ（Photo  Diode）といった光デバイスや、ＬＤＤ（Laser  Diode Driver）やＴＩＡ等のデバイス部品を実装するスペースを持つステム３に、電気的接続用途のリード４と、光学的接続用途のスタブ５を搭載する。
【００２０】
リード４は、ステム３と電気的に絶縁する必要があるので、リード封止ガラス２ｂでガラス封止されている。また、スタブ５は、中心部に光ファイバ１を備えた状態で、ステム３に搭載されている。スタブ５とステム３の接続は、気密性を確保できれば良いことから、スタブ封止ガラス２ａによるガラス封止による接続以外に、例えば、樹脂接着による接続や、半田ガラス等による接続も可能である。
【００２１】
ステム３およびリード４の各部品は電気的接続が必要となることから例えば鉄系の合金で構成される。ステム３とリード４の間は気密封止のためガラス材料にて封止されているが、材料の線膨張係数の違いによる気密封止の破壊を防ぐために、適切な材料を選定する必要がある。既存の技術では、ＫＯＶＡＲ（コバール）等の低線膨張材を用いたマッチドシールと、ＳＰＣ等の通常の鉄系材料を用いたコンプレッションシールがある。各金属部品は酸化等の影響を排除するためにＡｕメッキ加工されている。Ａｕメッキされることで、ワイヤボンディング性も良好となる。
【００２２】
スタブ５は、光コネクタ（図示せず）と嵌合するため、光コネクタ側端面の耐性（硬度）が重要となることから、光コネクタのフェルールと同じジルコニアや結晶化ガラスを用いることが望ましい。また、これ以外にＮｉからなるフェルールやほう珪酸ガラスといったガラスフェルールを用いることも可能である。
【００２３】
図３は、ステムアセンブリに光デバイス部品を実装した状態の一例を示す図である。図３（Ａ）は斜視図で、図３（Ｂ）は上面図である。図中、６はＰＤ（フォトダイオード）、７はＴＩＡ、Ｍは光デバイス実装用のマーキングを示す。
【００２４】
図３に示すように、スタブ５には光デバイスであるＰＤ６とデバイス部品であるＴＩＡ７が搭載され、それぞれの電気的な接続にはワイヤボンディング接続が用いられる。ＴＩＡ７等のデバイス部品はステム３の外周側に実装されており、ステム３に対して半田材料にて実装される。
【００２５】
また、ＰＤ６等の光デバイス部品は、スタブ５内の図示しない光ファイバの位置とＰＤ６の受光面の位置を合わせてパッシブアライメント方式により実装される。実装方法としては、例えば、スタブ５の実装側端面にあらかじめメタライズによるマーキングＭを施しておき、ＰＤ６の実装に用いる半田材料によるセルフアライメントによって位置決めするようにしてもよい。また、光ファイバとＰＤ６の受光面を画像認識により位置決めした後、熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂などにより固定するようにしてもよい。
【００２６】
このように、スタブ５内の光ファイバとＰＤ６は、パッシブアライメント方式により調心され、さらに、ＰＤ６は、ステム３と、後述の図４に示すキャップとをプロジェクション溶接することにより気密封止される。
【００２７】
実装するＰＤ６は、光ファイバとの光学結合を考慮した場合、光ファイバ端面とＰＤ受光面の距離は小さい方が望ましいことから、裏面受光型ＰＤを用いることが望ましい。この場合、裏面受光型ＰＤの裏面をスタブ５に向けて実装する。ただし、光ファイバ端面からの光の広がり（開口指数）と、光を伝搬させる物質の屈折率、ＰＤのダイサイズ（厚さ）、ＰＤ受光径を考慮することにより、表面受光型としてもよい。
【００２８】
図４は、本発明の光モジュールの気密封止後の状態の一例を示す図である。図４（Ａ）は斜視図で、図４（Ｂ）は部分断面斜視図である。図中、８はキャップを示す。光デバイス部品の気密封止の手法としては、ＣＡＮパッケージで採用されるプロジェクション溶接を用いて、キャップ８をステム３に固定するようにしてもよい。このように、光モジュールをＣＡＮパッケージ構造にすることで既存技術であるプロジェクション溶接を利用することができるため、光モジュールの構造変更に伴って新規に封止設備を準備する必要がない。
【００２９】
図５は、スリーブを搭載して、光ファイバのフェルールガイドを設けた状態の一例を示す図である。図５（Ａ）は側面図で、図５（Ｂ）は断面図である。図中、９はスリーブを示す。ここで図示するスリーブ９は、金属製の切削加工による一体スリーブを示しているが、それ以外のスリーブであってもよく、例えば、ジルコニア製割りスリーブや、ジルコニアや結晶化ガラスの精密スリーブなどを用いてもよい。
【００３０】
図５に示すように、本発明に係る光モジュールは、光ファイバと光ファイバの先端に付属するフェルールとを有する光コネクタを受納するものであり、光ファイバと光学的に結合する光デバイスと、光コネクタのフェルールを受納するスリーブ９と、フェルールと光学的に調芯され光ファイバと一端において光学的に結合するスタブ５と、光デバイスやデバイス部品を搭載するステム３と、光デバイスやデバイス部品をステム３との間の空間に封止するキャップ８とを有する。このスタブ５は、空間を気密封止しつつステム３を貫通し、スタブ５の上記一端（フェルール側）とは反対の面に光デバイスを実装する。
【００３１】
図６は、光モジュールとして用いる場合のＦＰＣ基板との接続状態の一例を示す図である。図６（Ａ）は側面図で、図６（Ｂ）は斜視図を示す。図中、１０は半田接続、１１はＦＰＣを示す。本発明の光モジュールは、取り扱いが容易なポリイミドフィルム等で構成されるＦＰＣ１１と半田接続１０により接続することができる。
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＡＮパッケージ構造を備え、パッシブアライメント方式による実装を可能としたため、光デバイスの気密性確保に、既存技術であるプロジェクション溶接を用いることができ、信頼性を確保すると共に、既存設備を用いて光モジュールを製造することができる。
また、光パワーをモニタしながらの調心（すなわちアクティブアライメント方式）が不要となり、半導体実装機による光モジュール製造を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の光モジュールが備えるステムアセンブリの一例を示す斜視図である。
【図２】ステムアセンブリの断面図である。
【図３】ステムアセンブリに光デバイス部品を実装した状態の一例を示す図である。
【図４】本発明の光モジュールの気密封止後の状態の一例を示す図である。
【図５】スリーブを搭載して、光ファイバのフェルールガイドを設けた状態の一例を示す図である。
【図６】光モジュールとして用いる場合のＦＰＣ基板との接続状態の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…光ファイバ、２ａ…スタブ封止ガラス、２ｂ…リード封止ガラス、３…ステム、４ａ…ケースリード、４ｂ…アイソレートリード、５…スタブ、６…ＰＤ、７…ＴＩＡ、８…キャップ、９…スリーブ、１０…半田接続、１１…ＦＰＣ。
【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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