(57)【要約】【課題】光ファイバの先端部および光半導体素子を封止した透明樹脂の外側を覆う遮光樹脂が熱変形しても、光半導体素子に対する光ファイバの先端部の位置ずれが小さく、光ファイバと光半導体素子との光結合効率の変化が小さい、特性が安定した光半導体モジュールを得る。【解決手段】光ファイバ１と光半導体素子である受光素子２とが第１の樹脂に３より係合された係合部と、受光素子２をはさんで係合部に対向する側面と側面に略垂直で相互に対向する１対の面とで係合部を囲む囲み部と、囲み部に充填された第２の樹脂８とを備え、受光素子２を囲み部に装着する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
前記光ファイバと光学的に結合された光半導体素子と、
前記光ファイバと前記光半導体素子とが第１の樹脂により係合された係合部と、
前記光半導体素子をはさんで前記係合部に対向する側面と前記側面に略垂直で相互に対向する１対の面とで前記係合部を囲む囲み部と、
前記囲み部に充填される第２の樹脂とを備え、
前記光半導体素子は、前記囲み部に装着されたことを特徴とする光半導体モジュール。
【請求項２】
係合部は、１対の面のそれぞれの面からの距離が等しくなるように設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光半導体モジュール。
【請求項３】
囲み部は、側面および１対の面に略垂直で相互に対向する第２の１対の面を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体モジュール。
【請求項４】
係合部は、第２の１対の面のそれぞれの面からの距離が等しくなるように設けられたことを特徴とする請求項３に記載の光半導体モジュール。
【請求項５】
囲み部は、金属部材によって形成され、
１対の面は、前記金属部材の平面部である底面と前記金属部材が切り起こされた部分の先端側で前記底面に平行になるように形成された面とによって構成され、
側面は、前記切り起こされた部分の前記底面側の面によって構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体モジュール。
【請求項６】
囲み部は、金属部材によって形成され、
１対の面は、前記金属部材の平面部である底面と前記金属部材が切り起こされた部分の先端側で前記底面に平行になるように形成された面とによって構成され、
側面は、前記切り起こされた部分の前記底面側の面によって構成され、
第２の１対の面は、前記切り起こされた部分の先端側の両側をそれぞれ係合部側に折り曲げて形成された面によって構成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の光半導体モジュール。
【請求項７】
囲み部は、金属部材によって形成され、
１対の面は、前記金属部材の平面部である底面と前記金属部材が切り起こされた部分の先端側で前記底面に平行になるように形成された面とによって構成され、
側面は、前記切り起こされた部分の前記底面側の面によって構成され、
第２の１対の面は、前記底面の両側の平面部を切り起こして形成された面によって構成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の光半導体モジュール。
【請求項８】
金属部材は、リードフレームであることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の光半導体モジュール。
【請求項９】
光半導体素子は、一対の面のいずれか一方または側面に装着されたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光半導体モジュール。
【請求項１０】
光半導体素子は、フォトダイオードを用いたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光半導体モジュール。
【請求項１１】
光半導体素子は、端面発光型レーザダイオードまたは面発光型レーザダイオードを用いたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光半導体モジュール。
【請求項１２】
第１の樹脂と第２の樹脂とは、同一の材料であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の光半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ファイバ等の光導波路を用いた光信号の送受信に使用される光半導体モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光半導体モジュールでは、光ファイバと光ファイバ先端部に対向して配置される光半導体素子である受光素子とを光学的に結合させて、光ファイバ先端部と光半導体素子とを一緒に透明樹脂にて封止し、透明樹脂の外側を透湿度の低い遮光性樹脂により封止していた。また、受光素子をリードフレームの切り起こした素子搭載部に搭載していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０８４１２２（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の光半導体モジュールでは、光ファイバと光半導体素子とを封止した遮光性樹脂が、周囲温度の変化に合わせて膨張または収縮していた。樹脂の膨張または収縮によって、光ファイバの位置が変位するため、光半導体素子に対向した光ファイバ先端部の位置も変位していた。また、光半導体素子と光ファイバとの光軸に対して、遮光性樹脂が対称に形成されていないので、光ファイバ先端部の光半導体素子に対する位置ずれは、樹脂の膨張または収縮の影響を大きく受けやすい。このため、周囲温度の変化によって、半導体素子と光ファイバ先端部との相対位置がずれて、光半導体素子と光ファイバとの間での光結合効率が変化するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、光ファイバ先端部および光半導体素子を封止した透明樹脂の外側を覆う遮光樹脂が熱変形しても、光ファイバ先端部と光半導体素子との光学的結合部分における光ファイバ先端部の位置ずれが小さく、光ファイバと光半導体素子との光結合効率の変化が小さい、温度変化時にも特性が安定した光半導体モジュールを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る光半導体モジュールは、光ファイバと、光ファイバと光学的に結合された光半導体素子と、光ファイバと光半導体素子とが第１の樹脂により係合された係合部と、光半導体素子をはさんで係合部に対向する側面と側面に略垂直で相互に対向する１対の面とで係合部を囲む囲み部と、囲み部に充填される第２の樹脂とを備え、光半導体素子は、囲み部に装着されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る光半導体モジュールは、光半導体素子をはさんで係合部に対向する側面と側面に略垂直で相互に対向する１対の面とで係合部を囲む囲み部と、囲み部に充填される第２の樹脂とを備えたので、周囲温度の変化で光ファイバ先端部および光半導体素子を封止した透明樹脂の外側を覆う樹脂が熱変形しても、光半導体素子に対する光ファイバ先端部の位置ずれを小さくすることによって、温度変化に対する光ファイバと光半導体素子との光結合効率の変化が小さく、安定な特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における光半導体モジュールの構成図である。図２は、図１に示す光半導体モジュールのＡ−Ａ断面図である。図１に第２の樹脂は示していない。図１および図２において、光導波路である光ファイバ１は、光半導体素子である受光素子２と光学的に結合されている。光ファイバ１および受光素子２は、透明樹脂である第１の樹脂３によって係合されている。第１の樹脂３によって係合された箇所が係合部である。本実施の形態では、受光素子２は、フォトダイオードである。
【０００９】
図１および図２に示すように、光半導体モジュールの外形を構成する枠体である樹脂枠４を設け、この樹脂枠４にリードフレーム５およびリード６，７を支持させている。図１において、リードフレーム５のひさし面５ｃは外形のみ示している。受光素子２は、金属部材であるリードフレーム５に装着されている。樹脂枠４は、側面枠および底板からなる構造とし、側面枠に底板を接着固定して形成されている。硬化前の樹脂を樹脂枠４の枠内に注入しても、樹脂がモジュール外部へ流れ出さないに、樹脂枠４は箱状構造となっている。なお、樹脂枠４は、一体成形されたものでもよい。また、樹脂枠４の形成方法は、ダム剤によるポッティングでもよいし、トランスファモールドでもよい。樹脂枠４で囲まれた領域は、第２の樹脂８によって充填されている。光ファイバ１の一部、受光素子２、第１の樹脂３、およびリードフレーム５は、第２の樹脂８に覆われている。
【００１０】
図３は、実施の形態１におけるリードフレームの斜視図である。金属部材であるリードフレーム５の平面部の一部を略９０度切り起こし、更に切り起こされた部分の先端側を折り曲げることによって、囲み部が形成される。囲み部は、リードフレーム５の平面部のうちの切り起こさない部分の一部である底面５ａ、リードフレーム５の切り起こされた部分の先端側で底面５ａに平行になるように形成されたひさし面５ｃ、およびリードフレーム５の切り起こされた部分の底面５ａ側である側面５ｂによって構成され、係合部を囲んでいる。側面５ｂは、受光素子２をはさんで光ファイバ１と受光素子２との係合部に対向している。底面５ａとひさし面５ｃとは、１対の面であり、側面５ｂに略垂直で相互に対向している。なお、受光素子２は、囲み部を構成する側面５ｂに装着されている。
【００１１】
次に、囲み部の製造方法について説明する。囲み部は、リードフレーム５によって形成されている。切り起こす前のリードフレーム５に、受光素子２をダイボンドおよびワイヤボンドする。そして、受光素子２をダイボンドしたリードフレーム５の平面部の一部を略９０度切り起こして、折り曲げ部を形成する。折り曲げ部は、光ファイバ１を実装する領域よりも離れた所から切り起こす。更に、折り曲げ部の先端側を折り曲げて、底面５ａに平行であるひさし面５ｃを形成する。つまり、ひさし面５ｃは、金属部材であるリードフレーム５が切り起こされた部分の先端側で底面５ａに平行になるように形成された面である。また、側面５ｂは、リードフレーム５が切り起こされた部分の底面５ａ側の面である。図１に示すように、光半導体モジュールの上部（樹脂枠４の開放側）から見て、ひさし面５ｃは、少なくとも光ファイバ１と受光素子２との係合部および受光素子２を覆う幅を有する。これによって、光ファイバ１と受光素子２との係合部は、上下方向から同じリードフレーム部材によってはさまれた状態になる。
【００１２】
光ファイバ１は、受光素子２との光結合効率が最大となるように調心される。調心完了後に、図１に示すように、第１の樹脂３によって光ファイバ１の先端部および受光素子２が固定される。第１の樹脂３は、光ファイバ１経由で入射する光に対して透明である樹脂を用いる。第１の樹脂３としては、例えば、透明シリコーン樹脂または透明エポキシ系樹脂が適用可能である。
【００１３】
光ファイバ１の先端部を第１の樹脂３によって固定した後、ワイヤボンドによって配線されたワイヤおよびその他の部品を異物などから保護するために、少なくとも、光ファイバ１の先端部および受光素子２が埋まるように第２の樹脂８を注入し、硬化させる。なお、第１の樹脂３にＵＶ硬化型を用いた場合には、光ファイバ１の先端部を第１の樹脂３でＵＶ光により固定した後に、第２の樹脂８を注入および硬化できるので、熱硬化型を用いた場合に比べてキュア槽への出し入れなどの工数削減が可能である。第１の樹脂３と第２の樹脂８とは、同一の材料であってもよい。
【００１４】
囲み部の中が第２の樹脂８によって充填されることによって、囲み部の一対の面は、光ファイバ１の光軸に対して互いに平行な状態で第２の樹脂８を拘束することができる。このため、光ファイバ１の光軸に対して第２の樹脂８がほぼ対称に形成されるので、第２の樹脂８の膨張または収縮が光ファイバ１の光軸に対して均等に発生する。このため、光ファイバ１の先端部の位置ずれは小さくなる。
【００１５】
囲み部がない場合には、光ファイバ１の先端部の位置変動は、光ファイバ１をはさんで対向する樹脂枠４の側面枠のうちの一方の面から光ファイバ１までの距離ともう一方の面から光ファイバ１までの距離との差に比例した量になり、光ファイバ１の先端部の位置変動が大きくなる。一方、囲み部を設けた場合には、温度変化に対する第２の樹脂８の熱変形が対向する一対の面によって拘束されているため、光ファイバ１の先端部の位置変動は、一対の面のうちの底面５ａから光ファイバ１までの距離とひさし面５ｃから光ファイバ１までの距離との差に比例した量になる。
【００１６】
本実施の形態では、光ファイバ１の先端部の位置ずれを小さくするために、光ファイバ１と受光素子２との係合部が、底面５ａとひさし面５ｃとの中間に位置するように、リードフレーム５を折り曲げる。つまり、係合部は、１対の面である底面５ａとひさし面５ｃとのそれぞれの面からの距離が等しくなるように設けられる。ひさし面５ｃから係合部における光ファイバ１までの距離をｄ１、底面５ａから係合部における光ファイバ１までの距離をｄ２と定義する。ｄ１とｄ２とがほぼ等しい長さとなるように、係合部の位置が設定される。少なくともｄ１とｄ２との差は、０．１ｍｍ以下程度であることが望ましい。ｄ１とｄ２との差を０．１ｍｍ以下に設定することによって、第２の樹脂８として線膨張係数１×１０−４［１／Ｋ］程度のシリコーン樹脂を用いた場合でも、例えば温度変動４５℃に対して光ファイバ１の先端部の位置ずれを５μｍ程度に抑制することができ、光ファイバ１と受光素子２との光結合効率の低下を抑えることができる。
【００１７】
なお、受光素子２の実装箇所は、樹脂枠４の側面枠の中間点であるほうが良い。これによって、第２の樹脂８の熱変形によって、光ファイバ１が樹脂枠４の側面方向への位置ずれすることを抑制できる。また、ひさし面５ｃは、リードフレーム５の折り曲げによって形成されるものでなくでもよい。例えば、新たな部材をひさし面として接着または溶接などによって取付けたものでもよい。
【００１８】
以上のように、係合部を囲む囲み部を設け、囲み部が第２の樹脂８で充填されるので、周囲温度の変化によって光ファイバ１と受光素子２との外側を覆う第１の樹脂３および第２の樹脂８が熱変形した場合でも、受光素子２に対する光ファイバ１の先端部の位置ずれを抑制できるので、光ファイバ１と受光素子２との光結合効率の変化が小さく、温度変化時にも特性が安定な光半導体モジュールを得ることができる。また、金型などを用いてリードフレーム５を折り曲げることにより囲み部を形成できる。このため、複数の部材や複雑な機械加工を行う必要がなく、囲み部を容易に作製することができる。
【００１９】
なお、受光素子２の代わりに端面発光型レーザダイオードまたは面発光型レーザダイオードを用いることによって、光半導体モジュールを発光モジュールとして構成することも可能である。
【００２０】
実施の形態２．
図４は、この発明を実施するための実施の形態２における光半導体モジュールの構成図である。図５は、図４に示した光半導体モジュールのＢ−Ｂ断面図である。図４および図５において、囲み部の構成が実施の形態１と異なる。図４および図５において、図１および図２と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の態様は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。なお、図４において、リードフレーム１１のひさし面１１ｃは外形のみを示している。
【００２１】
実施の形態１においては、１対の面および側面の３面で構成された囲み部によって、光ファイバ１と発光素子２との係合部を囲み、第２の樹脂が囲み部に充填される。本実施の形態においては、図４および図５に示すように、側面１１ｂおよび１対の面である底面１１ａ，ひさし面１１ｃに略垂直で相互に対向する第２の１対の面である両側面１１ｄ，１１ｅをこの囲み部に加えた。これによって、光ファイバ１が延伸する方向以外の５面を囲むことができる。
【００２２】
図６は、実施の形態２におけるリードフレームの斜視図である。囲み部は、金属部材であるリードフレーム１１よって形成される。リードフレーム１１の平面部の一部を略９０度切り起こし、切り起こされた部分の先端側を折り曲げる。更に、切り起こされた部分の先端側の両側をそれぞれ係合部側に折り曲げることによって、囲み部が形成される。囲み部は、リードフレーム１１の平面部のうちの切り起こさない部分の一部である底面１１ａ、リードフレーム１１の切り起こされた部分の先端側で底面１１ａに平行になるように形成されたひさし面１１ｃ、リードフレーム１１の切り起こされた部分の底面１１ａ側である側面１１ｂ、および切り起こされた部分の先端側の両側を折り曲げた両側面１１ｄ，１１ｅによって構成されている。
【００２３】
囲み部の一対の面および第２の１対の面は、光ファイバ１の光軸に対して互いに平行な状態で透明樹脂を拘束することができる。このような、囲み部を設けることによって、囲み部に第２の樹脂８が拘束され、光ファイバ１の光軸に対して第２の樹脂８がほぼ対称に形成されるので、第２の樹脂８の膨張または収縮が光ファイバ１の光軸に対して均等に発生する。このため、光ファイバ１の先端部の位置ずれは小さくなる。
【００２４】
本実施の形態では、光ファイバ１の先端部の位置ずれを小さくするために、光ファイバ１と受光素子２との係合部が、底面１１ａとひさし面１１ｃとの中間に位置するように、リードフレーム１１を折り曲げる。つまり、係合部は、１対の面である底面１１ａとひさし面１１ｃとのそれぞれの面からの距離が等しくなるように設けられる。ひさし面１１ｃと係合部における光ファイバ１との距離をｄ１、底面１１ａと係合部における光ファイバ１との距離をｄ２と定義する。ｄ１とｄ２とがほぼ等しい長さとなるように、係合部の位置が設定される。少なくともｄ１とｄ２との差を、０．１ｍｍ以下程度にすることによって、例えば温度変動４５℃に対して光ファイバ１の先端部の位置ずれを５μｍ程度に抑制することができる。
【００２５】
さらに、光ファイバ１と受光素子２との係合部が、お互いに対向する両側面１１ｄ，１１ｅの中央に位置するように、リードフレーム１１の切り起こし部の形状を設定し、折り曲げ加工を行ってもよい。つまり、係合部は、第２の１対の面である両側面１１ｄ，１１ｅのそれぞれの面からの距離が等しくなるように設けられている。これによって、第１の樹脂３および第２の樹脂８が熱変形した場合でも、更に、受光素子２に対する光ファイバ１の先端部の位置ずれを抑制できる。
【００２６】
以上のような構成によって、光ファイバ１と受光素子２との外側を覆う第１の樹脂３および第２の樹脂８が熱変形した場合でも、受光素子２に対する光ファイバ１の先端部の位置ずれを抑制できるので、光ファイバ１と受光素子２との光結合効率の変化が少なく、温度変化時にも特性が安定な光半導体モジュールを得ることができる。
【００２７】
実施の形態３．
図７は、この発明を実施するための実施の形態３におけるリードフレームの斜視図である。本実施の形態において、リードフレームの構成のみが、実施の形態２と異なる。本実施の形態においても、光ファイバ１と受光素子２との係合部を、囲み部によって、光ファイバ１が延伸する方向以外の５面を囲むことができる。本実施の形態では、第２の一対の面である両側面１２ｄ，１２ｅを、底面１２ａの両側の平面部を切り起こして形成された２つの面によって構成している。
【００２８】
囲み部は、金属部材であるリードフレーム１２よって形成される。リードフレーム１２の平面部の一部を略９０度切り起こし、切り起こされた部分の先端側を折り曲げる。更に、切り起こされた部分とは異なる平面部のうちの２箇所を切り起こすことによって、囲み部が形成される。囲み部は、リードフレーム１２の平面部のうちの切り起こさない部分の一部である底面１２ａ、リードフレーム１２の切り起こされた部分の先端側で底面１２ａに平行になるように形成されたひさし面１２ｃ、リードフレーム１２の切り起こされた部分の底面１２ａ側である側面１２ｂ、および底面１２ａの両側で側面１２ｂとは異なるリードフレーム１２の平面部を切り起こして形成された両側面１２ｄ，１２ｅによって構成されている。囲み部の中には、第２の樹脂８が充填されている。
【００２９】
以上のような構成によって、光ファイバ１と受光素子２との外側を覆う第１の樹脂３および第２の樹脂８が熱変形した場合でも、光ファイバ１の先端部の位置ずれを抑制できるので、光ファイバ１と受光素子２との光結合効率の変化が少なく、温度変化時にも特性が安定な光半導体モジュールを得ることができる。
【００３０】
実施の形態４．
図８は、この発明を実施するための実施の形態４における光半導体モジュールの構成図である。図８において、光半導体素子の設置形態が実施の形態１と異なる。本実施の形態においては、１対の面のいずれか一方であるリードフレーム５の底面５ａに、放熱用のサブマウント２１を設け、サブマウント２１の上に光半導体素子である端面発光型レーザダイオード２２を装着する。つまり、端面発光型レーザダイオード２２は、一対の面のいずれか一方である底面５ａにサブマウント２１を介して装着されている。端面発光型レーザダイオード２２をワイヤボンディングした後に、光ファイバ１を調心して、光ファイバ１の先端部と端面発光型レーザダイオード２２とを第１の樹脂２３で固定する。第１の樹脂２３によって係合された箇所が係合部である。そして、リードフレーム５の平面部の切り起こしによって、側面５ｂおよびひさし面５ｃを形成した後に、光ファイバ１の一部、サブマウント２１、端面発光型レーザダイオード２２、および第１の樹脂２３を第２の樹脂８で封止する。
【００３１】
なお、光ファイバ１の先端部の位置ずれを小さくするために、光ファイバ１と端面発光型レーザダイオード２２との係合部が、底面５ａとひさし面５ｃとの中間に位置するように、リードフレーム５を折り曲げてもよいし、サブマウント２１の高さを調整してもよい。
【００３２】
以上のような構成によって、光ファイバ１と受光素子２との外側を覆う第１の樹脂２３および第２の樹脂８が熱変形した場合にも、光ファイバ１の先端部の位置ずれを抑制できるので、光ファイバ１と端面発光型レーザダイオード２２との光結合効率の変化が少なく、温度変化時にも特性が安定な光半導体モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施の形態１を示す光半導体モジュールの構成図である。
【図２】図１に示す光半導体モジュールのＡ−Ａ断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるリードフレームの斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２を示す光半導体モジュールの構成図である。
【図５】図２に示す光半導体モジュールのＢ−Ｂ断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるリードフレームの斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態３を示すリードフレームの斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態４を示す光半導体モジュールの断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  光ファイバ、２  受光素子、３，２３  第１の樹脂、４  樹脂枠、５，１１，１２  リードフレーム、５ａ，１１ａ，１２ａ  底面、５ｂ，１１ｂ，１２ｂ  側面、５ｃ，１１ｃ，１２ｃ  ひさし面、６，７  リード、８  第２の樹脂、１１ｄ，１１ｅ，１２ｄ，１２ｅ  両側面、２１  サブマウント、２２  端面発光型レーザダイオード。
【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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