(57)【要約】【課題】発光または受光素子と光ファイバとを透明樹脂で封止したモジュールにおいて、温度変化時の封止樹脂の膨張または収縮による光ファイバの位置ずれを抑制して、発光または受光素子と光ファイバとの結合効率の変化を小さくし、特性の安定した光半導体モジュールを提供する。【解決手段】本発明に係る光半導体モジュールは、光導波路７と、上記光導波路と光学的に結合された光半導体素子６と、上記光導波路と上記光半導体素子とが第１の樹脂１により係合された係合部と、上記係合部を覆う第２の樹脂２とを備え、上記第２の樹脂の硬度は、上記第１の樹脂の硬度よりも低いこととした。【選択図】図１
2007234963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路と、
上記光導波路と光学的に結合された光半導体素子と、
上記光導波路と上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、
上記係合部を覆う第２の樹脂と
を備え、
上記第２の樹脂の硬度は、上記第１の樹脂の硬度よりも低いこと
を特徴とする光半導体モジュール。
【請求項２】
装着部材と、
上記装着部材を支持するリードフレームと、
上記リードフレームを支持する枠体と
を備え、
上記光半導体素子は、上記装着部材に装着されること
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】
リードフレームと、
上記リードフレームを支持する枠体と
を備え、
上記リードフレームは、上記光半導体素子を支持する支持部を有すること
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４】
上記第２の樹脂は、上記枠体内に充填されること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光半導体モジュール。
【請求項５】
上記光導波路は、光ファイバであること
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光半導体モジュール。
【請求項６】
上記光導波路は、レンズであること
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光半導体モジュール。
【請求項７】
上記光半導体素子は、レーザダイオードまたはフォトダイオードであること
を特徴とする請求項１ないし請求項６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は、光ファイバと、それに対向して配置される光半導体素子とを一緒にして全体を透明樹脂にて封止し、その外側を透湿度の低い遮光樹脂により封止していた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０８４１２２号公報（第２−３頁、図１）
【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においては、周囲温度が変化すると、封止樹脂の膨張または収縮により、光半導体素子と対向した光ファイバが変位するため、その先端の位置が変位していた。その結果、発光または受光する光半導体素子と光ファイバとの相対位置にずれが生じ、光結合効率が変化して、光半導体モジュールの特性が変化するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、温度変化に対して特性の安定した光半導体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】
【０００６】
この発明に係る光半導体モジュールは、
光導波路と、
上記光導波路と光学的に結合された光半導体素子と、
上記光導波路と上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、
上記係合部を覆う第２の樹脂と
を備え、
上記第２の樹脂の硬度は、上記第１の樹脂の硬度よりも低いこと
としたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る光半導体モジュールは上記のように構成されているので、光導波路と光半導体素子との間に少量の第１の樹脂が充填され、その外側を硬度の低い第２の樹脂で覆っているため、温度が変化しても第１の樹脂の熱変形は絶対値が小さく、従って光導波路の位置変動が少ない。また、第２の樹脂の硬度が第１の樹脂より低いため光導波路の位置変動に影響を与えない。このため光導波路と光半導体モジュールとの光結合効率の変化が少なく、安定した特性の光半導体モジュールが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１による光半導体モジュールの構成を示す概略斜視図である。図１に第２の樹脂は示していない。図２は、光半導体素子の一例であるフォトダイオード（ＰＤ素子）と光導波路の一例である光ファイバとを透明樹脂である第１の樹脂によって接合した状態を示す側面図である。図３は、第２の樹脂を形成した光半導体モジュールの構成を示す断面図である。
【０００９】
図１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３を設け、この樹脂枠３にリードフレーム４を支持させている。樹脂枠３は、側面枠３１と、底板３２とからなる構造とし、側面枠３１に底板３２を接着固定して、硬化前の樹脂を注入しても流れ出さない箱状構造としている。なお、側面枠３１と底板３２とは一体成形されたものでもよい。また、樹脂枠３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。
【００１０】
受光素子であるＰＤ素子６は上述した例えばフォトダイオードによって構成され、装着部材である絶縁材からなるサブマウント８に装着固定されている。サブマウント８には一対の電極８１、８２が装着されており、ＰＤ素子６はそのカソードが一方の電極８１を介してサブマウント８に装着されている。ＰＤ素子６のアノードはワイヤ８３によって電極８２に接続されている。
【００１１】
サブマウント８はリードフレーム４に支持され、固定されている。サブマウントの固定方法は接着でも半田付けでもよい。サブマウント８を固定した後、サブマウント８の電極８１を、端子となるリード４２にワイヤ８５によって接続し、電極８２を端子となる別のリード４１にワイヤ８４によって接続する。その後、ＰＤ素子６と光導波路を構成する光ファイバ７とを接合する。ＰＤ素子６は、光導波路を構成する光ファイバ７と光学的に結合されている。
【００１２】
ＰＤ素子６と光ファイバ７とは、光ファイバ７の調心を行い、調心完了後に、第１の樹脂１によりお互いが係合するように固定される。上記調心は、光ファイバ７の一端をＰＤ素子６の受光面に例えば１００μｍ程度の間隔で対向させ、ＰＤ素子６に逆バイアスを印加した状態で、光ファイバ７の他端から信号光を入射し、ＰＤ素子６に流れるＰＤ電流をモニタしておき、ＰＤ電流の値がピークになる位置で光ファイバ７を第１の樹脂１により固定するという手順で行う。
【００１３】
光ファイバ７とＰＤ素子６とを固定する第１の樹脂１は、光ファイバ７経由で入射する光に対して透明な樹脂を用いる。例えば、透明シリコーン樹脂や透明エポキシ系樹脂が適用可能である。ここで、第１の樹脂１の注入量は、図２に示すように、極力少量とする。即ち、直径１２５μｍ程度の光ファイバ７の先端をＰＤ素子６のアノードに対して例えば１００μｍ程度の間隔を保って保持し、その間に第１の樹脂１を注入し、光ファイバ７側ではその直径を超えない程度の状態に保持し、ＰＤ素子６側に向かってやや拡がる程度の量とする。なお、ここでの「直径を超えない程度」とは、少量であることの目安であり、光ファイバ７の温度による位置変動が必要範囲内に抑制されていればよい。
【００１４】
第１の樹脂１の注入量を少量とする理由は、第１の樹脂１の注入量が多いほど、樹脂の熱変形による光ファイバ７先端の位置変動が大きくなるためである。例えば、多量の樹脂で光ファイバ７を覆っている場合には、ＰＤ素子６に対する透明モールド樹脂の変形量は、リードフレーム４上面を起点として、リードフレーム４から光ファイバ７までの距離に比例するため、温度変化時の光ファイバ７とＰＤ素子６との結合効率が低下する可能性があるが、上述のように、樹脂の量を極力減らすと温度変化時の光ファイバ７の位置変動の絶対値が小さくなり、光結合効率の低下を防止することができる。
【００１５】
図３に示すように、光ファイバ７とＰＤ素子６との間を第１の樹脂１で固定した後、少なくとも、光ファイバ７、ＰＤ素子６及び第１の樹脂１が埋まるように第２の樹脂２を樹脂枠３に注入して硬化させる。つまり、第２の樹脂２は、樹脂枠３内に充填され、ＰＤ素子６と光ファイバ７との係合部を覆っている。ここで、第２の樹脂２には、第１の樹脂１よりも、硬度の低い材料を使用する。例えば、第１の樹脂１には、硬さ３３（ＪＩＳ  タイプＡ）、第２の樹脂２には、硬さ４（ＪＩＳ  タイプＡ）のものを用いるとよい。
【００１６】
なお、第１の樹脂１にＵＶ硬化型を用いてもよい。この場合には、光ファイバ７を第１の樹脂１でＵＶ光により固定した後、第２の樹脂２を注入及び硬化できるため、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となる。つまり、第２の樹脂２の硬度が第１の樹脂１の硬度より低ければ、第１の樹脂１と第２の樹脂２との組合せはどんな組合せでもよい。
【００１７】
実施の形態１によれば、光ファイバ７及び光半導体素子であるＰＤ素子６の外側を覆う第２の樹脂２が温度変化によって熱変形しても、光ファイバ７とＰＤ素子６との間に充填した少量の第１の樹脂１の熱変形が光ファイバ７の位置変動の主要因となるため、光ファイバ７の位置変動への影響が小さく、従って光ファイバ７とＰＤ素子６との結合効率の変化が少なく、安定した特性の光半導体モジュールが得られる。
【００１８】
なお、上述した実施の形態１では光導波路の一例として光ファイバを使用した構成を示したが、他の例として光導波路にレンズを使用しても光ファイバの場合と同様な効果を得ることができる。
【００１９】
また、ＰＤ素子６は波長を選択的に透過するためのフィルタを例えば第１の樹脂によって表面に貼り付けた形で使用することも可能であり、このような形態においては上記フィルタと光ファイバとの間に第１の樹脂が充填されることになる。この場合も当然この発明の範疇に含まれるものである。
【００２０】
また、実施の形態１では、樹脂枠３にリードフレーム４を支持させ、このリードフレーム４にＰＤ素子を支持させた例を示したが、リードフレーム４および樹脂枠３の代わりに金属筐体を使用し、この金属筐体にＰＤ素子を実装して、光ファイバとの結合を行う構成としても、同様の効果を期待することができる。
【００２１】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態２の構成を示す概略斜視図である。図４に第２の樹脂は示していない。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、リードフレーム４の一部を折り曲げて折り曲げ部４４を形成し、この折り曲げ部４４にＰＤ素子６を実装した点である。折り曲げ部４４は、光半導体素子であるＰＤ素子６を支持する支持部である。この支持部を有するリードフレーム４は枠体である樹脂枠３に支持されている。
【００２２】
実施の形態２では、ＰＤ素子６のカソード側の電極面をリードフレーム４にダイボンドし、ＰＤ素子６のアノードをワイヤ８４によって端子となるリード４１に接続した後、リードフレーム４の一部を折り曲げて、折り曲げ部４４を形成する。ワイヤボンディング装置によっては、折り曲げ部４４を形成した後に、ワイヤボンディングしてもよい。
【００２３】
このような構成とすることにより、実施の形態１で用いているサブマウント８を省略することができ、かつ、ＰＤ素子６をリードフレーム４に直接ボンディングすることができるため、ボンディング点数を減らすことができ、低コスト化が可能となる。なお、リードフレームを折り曲げる代わりに、折り曲げ部相当の部材とリードフレームと一体化したものでもよい。
【００２４】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図５は、実施の形態３の構成を示す概略斜視図である。図５に第２の樹脂は示していない。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、ＰＤ素子の代わりに光半導体素子としてのレーザダイオードであるＬＤ素子１０を用いた点である。
【００２５】
封止方法は図１と同様である。先ず、リードフレーム４上に、ＬＤ素子１０を実装する。ここで、ＬＤ素子１０だけでなく、窒化アルミなどの材料からなるサブマウントにＬＤ素子１０を実装し、上記サブマウントをリードフレーム４に実装してもよい。
【００２６】
ＬＤ素子１０と端子となるリード４１、４２との間をワイヤ８４、８５でそれぞれ接続した後、ＬＤ素子１０を電流駆動して発光させ、光ファイバ７からの光出力をモニタしながら調心を行った後に、ＬＤ素子１０と光ファイバ７との間を、実施の形態１と同様に、透明の第１の樹脂１によって固定する。
【００２７】
更に、樹脂枠３に第２の樹脂（図示せず）を充填して光ファイバ７とＬＤ素子１０の周囲とを透明の第２の樹脂によって覆う。第１の樹脂１と第２の樹脂との硬度の関係は、実施の形態１と同様である。実施の形態３によれば、ＰＤ素子だけでなく、ＬＤ素子に対しても温度の変化に対する結合効率の変化を小さくすることができる。
【００２８】
なお、この実施の形態においても、実施の形態１と同様に、金属筐体にＬＤ素子１０を実装して、光ファイバ７との結合を行うことが可能であり、このような構成においても実施の形態１と同様な効果を期待することができる。
【００２９】
また、光ファイバ７の代わりにレンズを使用する場合、あるいはＬＤ素子の表面に上述したフィルタを貼り付けて使用する場合についても、実施の形態１と同様な効果を期待することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施の形態１による光半導体モジュールの構成を示す概略斜視図である。
【図２】実施の形態１におけるＰＤ素子と光ファイバとの接合状態を説明するための側面図である。
【図３】実施の形態１における第２の樹脂を形成した光半導体モジュールの構成を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２による光半導体モジュールの構成を示す概略斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態３による光半導体モジュールの構成を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  第１の樹脂、  ２  第２の樹脂、  ３  樹脂枠、  ３１  側面枠、  ３２  底板、  ４、リードフレーム、  ４１、４２  リード、４４  折り曲げ部、  ６  ＰＤ素子、
７  光ファイバ、  ８  サブマウント、  ８１、８２  電極、
８３、８４、８５  ワイヤ、  １０  ＬＤ素子。
【図１】
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【図２】
2007234963.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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