(57)【要約】【課題】  光半導体素子と光伝送路保持部材との間に充填される接着剤材が電極上に流れ出して汚染するのを抑制でき、素子信頼性の向上に寄与する。【解決手段】  光半導体素子と光伝送路を結合するための光モジュールにおいて、光伝送路２が挿入保持される保持穴３を有し、保持穴３の一方の開口端を含む素子搭載面１ａに電気配線４が形成され、素子搭載面１ａに凹部７が形成され、凹部７の外側から内側まで電気配線４が連続して形成され、凹部７の底面に電気配線４の素子接続部を有する光伝送路保持部材１と、保持穴３内に挿入され光入出力端が開口端近傍に位置するように保持された光伝送路２と、電気配線４の素子接続部に電気的に接続され、光伝送路２の光入出力端に光結合された光半導体素子６と、光半導体素子６と光伝送路２の開口端面及び凹部７の底面との間の空隙の少なくとも一部に充填された接着剤８とを備えた。【選択図】      図１
2007003906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路が挿入されて保持される保持穴を有し、該保持穴の一方の開口端を含む光半導体素子搭載面に電気配線が形成された光伝送路保持部材であって、
前記光半導体素子搭載面に凹部が形成され、該凹部の外側から内側まで前記電気配線が連続して形成され、前記凹部の底面に前記電気配線の光半導体素子接続部を有することを特徴とする光伝送路保持部材。
【請求項２】
光伝送路が挿入されて保持される保持穴を有し、該保持穴の一方の開口端を含む光半導体素子搭載面に電気配線が形成され、前記光半導体素子搭載面に凹部が形成され、該凹部の外側から内側まで前記電気配線が連続して形成され、前記凹部の底面に前記電気配線の光半導体素子接続部を有する光伝送路保持部材と、
前記保持穴内に挿入され、光入出力端が前記光半導体素子搭載面の開口端近傍に位置するように保持された光伝送路と、
前記凹部の底面に形成された前記光半導体素子接続部に電気的に接続され、前記光伝送路の光入出力端に光結合された光半導体素子と、
前記光半導体素子の前記電気配線側の面と前記光伝送路の開口端面及び前記凹部の底面との間の空隙の少なくとも一部に充填された接着剤と、
を具備したことを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
前記電気配線は、前記光半導体素子搭載面に隣接する他の面又は前記光半導体素子搭載面の外側まで延長されていることを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
【請求項４】
前記光半導体素子搭載面の法線方向と前記光伝送路の軸方向が傾いていて、且つ前記光伝送路の端面が前記軸方向にほぼ垂直な面であることを特徴とする請求項２又は３記載の光モジュール。
【請求項５】
前記接着剤の前記光半導体素子の使用波長での屈折率が、前記光伝送路の前記波長での等価屈折率とほぼ等しいことを特徴とする請求項２〜４の何れか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、光通信や光伝送技術などに用いられる光半導体装置に係わり、特に配線部分の改良をはかった光伝送路保持部材と光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子や受光素子などの光半導体素子と光ファイバとを直近の位置に対向させてレンズを用いないで光結合を得る、いわゆる直接光結合（バットジョイント）と呼ばれる結合方式によって、実装コストの低減をはかる技術が研究開発されている。
【０００３】
直接光結合を用いる場合、光半導体素子からの出射光、或いは光ファイバからの出射光は、特別にレンズ効果を持たせない限り導波機構を持たないほぼ等屈折率の媒質中（例えば空気中や屈折率整合材中）を透過するため、ビームが拡がっていく。そのため、光ファイバの導波部（コア）や受光素子の活性領域（受光領域）以外の部分に到達する光が増加し、光結合効率が低下して耐雑音性が低下すると共に、迷光が増えることで別の雑音（例えばクロストークノイズ）を増加させ、信号伝送に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００４】
従って、なるべく光半導体素子と光ファイバとを直近に配置して余分な部分に光が到達しないようにすることが重要になってくる。例えば、開口率（ＮＡ）＝０．２１、コア直径５０μｍのマルチモード光ファイバからの出射光は、空気中で広がり角約１２度を持つ。このため、光ファイバとの距離は数十μｍ程度にまで近づける必要がある。さらに、光ファイバの曲げ半径は標準で３０ｍｍ程度必要であり、直角には曲げられないことから、光ファイバの軸方向を光モジュールの搭載面と平行な面内に置くことで、実装基板に対して垂直な方向への光ファイバの突出を無くし、全体の装置の厚さを低減する必要がある。
【０００５】
これらの各種の機構を実現するために、光ファイバを挿入可能な保持穴を有する光伝送路保持部材を用い、光ファイバを保持穴に保持すると共に、保持穴の開口を含む面に光半導体素子を搭載した光モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３４７０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の例では次のような問題があった。即ち、光伝送路保持部材の光伝送路の光入出端が位置する面に電極を設け、電極上に光半導体素子を近接させて搭載する場合、光伝送路保持部材の熱膨張係数と光半導体素子の熱膨張係数が異なるため、熱サイクルや熱衝撃などにより両者の電気的接続部にストレスが集中しやすく、金属疲労等により破壊する可能性が高くなる。そのため、光伝送路保持部材の光半導体素子搭載面と光半導体素子との間に、樹脂等からなるアンダーフィル材（接着剤）を充填することにより、ストレスを緩和して信頼性を向上する必要がある。
【０００７】
このとき、光半導体素子の光入出力部と光伝送路の光入出力端面との間は近接して配置することが好ましいため、充填する隙間は非常に狭い（例えば、５μｍ〜５０μｍ程度）。そのため、用いる樹脂の粘性は低い材料を用いる必要がある。一方、光モジュールとして完成後は、これを外部の実装基板やＩＣなどと電気的に接続する必要がある。アンダーフィル材に低粘度の材料を用いると、樹脂が電極を伝わり電極の接続点を汚染する可能性がある。特に、高周波特性を要求されるモジュールにおいては、電極長はできるだけ短くする必要があるため、汚染される可能性が高くなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、光半導体素子と光伝送路保持部材との間に充填される樹脂等からなる接着剤が電極上に流れ出して汚染するのを抑制でき、素子信頼性の向上に寄与し得る光伝送路保持部材及び光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【００１０】
即ち、本発明の一態様は、光伝送路が挿入されて保持される保持穴を有し、該保持穴の一方の開口端を含む光半導体素子搭載面に電気配線が形成された光伝送路保持部材であって、前記光半導体素子搭載面に凹部が形成され、該凹部の外側から内側まで前記電気配線が連続して形成され、前記凹部の底面に前記電気配線の光半導体素子接続部を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の別の一態様は、光モジュールにおいて、光伝送路が挿入されて保持される保持穴を有し、該保持穴の一方の開口端を含む光半導体素子搭載面に電気配線が形成され、前記光半導体素子搭載面に凹部が形成され、該凹部の外側から内側まで前記電気配線が連続して形成され、前記凹部の底面に前記電気配線の光半導体素子接続部を有する光伝送路保持部材と、前記保持穴内に挿入され、光入出力端が前記光半導体素子搭載面の開口端近傍に位置するように保持された光伝送路と、前記凹部の底面に形成された前記光半導体素子接続部に電気的に接続され、前記光伝送路の光入出力端に光結合された光半導体素子と、前記光半導体素子の前記電気配線側の面と前記光伝送路の開口端面及び前記凹部の底面との間の空隙の少なくとも一部に充填された接着剤と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光伝送路保持部材の光半導体素子搭載面に凹部を形成することによって、光半導体素子と光半導体素子搭載面の間に充填された低粘度の接着剤が毛細管現象や濡れ性により電気配線上に流れ出して汚染を招くのを防止できる。従って、電気配線における電気的コンタクトが阻害される可能性を低くでき、光半導体装置としての信頼性向上をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる光モジュールの概略構成を示す断面図である。
【００１５】
図中の１は光伝送路保持部材であり、光ファイバや光導波路といった光伝送路２を保持するための保持穴３を有する部材である。光伝送路保持部材１は、エポキシ樹脂，ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂，ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂，フェノール樹脂，ポリエステル樹脂，ポリイミド樹脂，フッ素樹脂等からなっている。特に、５〜３０μｍ程度のガラスフィラーを８０％程度混入したエポキシ樹脂により構成すれば、金型による樹脂成型で簡単に形成できるので好適である。
【００１６】
光伝送路保持部材１の保持穴３は貫通穴であり、一方の開口には光伝送路２の光入出力端面が突き出している。この光入出力端面は、応力破断により形成された垂直端面を持ち、研磨などを用いた端面を利用する場合に比して製造コストが大幅に低減可能である。
【００１７】
保持穴３の一方の開口端を含む光半導体素子搭載面１ａには、メッキによって電気配線４が形成されており、この電気配線４は搭載面１ａに隣接する別の面まで延長されている。電気配線４には、バンプ５により面発光レーザや面型受光素子といった光半導体素子６が電気接続されている。そして、光半導体素子６の光入出力部が、光伝送路２の光入出力端面とほぼ対向する位置に配置され、これにより光半導体素子６と光伝送路２が光結合するものとなっている。このとき、搭載面１ａの法線方向が、光伝送路２の軸方向と例えば４°〜１０°といった傾きを持っていることが好ましい。この場合、光伝送路２としての光ファイバ端面での反射光が光半導体素子６の光入出力部に再入射することによる雑音を抑制する効果がある。
【００１８】
搭載面１ａには、光半導体素子６とバンプ５とが電気接続している点が底面となるような凹部７が形成されている。従って、電気配線４は、凹部７の底面から凹部７の斜面を経て搭載面１ａの表面を通って、別の面に渡って形成されている。この凹部７の全部或いは底面から所定の高さまでの一部分は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等からなるアンダーフィル材（接着剤）８で充填されている。このアンダーフィル材８により、光半導体素子６と光伝送路保持部材１の熱膨張係数の違いによる応力を緩和することが可能であり、金属疲労などによる電気接続部の破断を抑制する効果がある。
【００１９】
さらに、アンダーフィル材８は、光半導体素子６の光入出力部と光伝送路２の光入出力端面との間に充填されていることが望ましい。その場合、アンダーフィル材８は光半導体素子６の使用波長で透明な方が望ましく、更には光伝送路２のコアの等価屈折率と等しい屈折率（例えば、１．４〜１．６）を持たせることにより、光伝送路端面での光のフレネル反射を低減することができ、システム全体の反射光雑音を低減することができる。
【００２０】
ここで、アンダーフィル材８は、光半導体素子６の面と光伝送路２の光入出力端面との間や、バンプの周りといった非常に狭い領域を充分に充填する必要がある。例えば、接続部にＡｕワイヤを用いたスタッドバンプを用いた場合、接続後のバンプの高さは４０〜５０μｍ程度である。そのため、充填に用いられるアンダーフィル材８の粘度は低いものが用いられ、かつ比較的濡れ性の良い材料が選択される。つまり、濡れ性と毛細管現象による流れ性が良い材料であるため、平坦部でも広がりやすく、更には電極メタルのエッジのような狭い部位でも毛細管現象により広がる性質がある。
【００２１】
そこで、不要な部分への流れを防止するため、凹部７のような段差を施して、表面張力の不連続部を形成することで一定の領域で流れを止めることが可能となる。この構造により、電気配線４の引き出した部分への樹脂の流出を防止することができ、外部との電気接続時に不要な樹脂が無い、良好な接続部を得ることができる。特に、高周波信号を扱う場合には、電極長が極力短く設定されるため、光半導体素子６からの引き出す長さが短くなるため、樹脂の流出が問題となりやすく、凹部７による効果が顕著となる。
【００２２】
また、反射光の影響を抑制するために、光半導体素子搭載面１ａを光伝送路２の軸に対して傾斜させる場合、傾きの大きい方が反射防止の効果が高いが、傾きが大きいほど、電極を引き出す別の側面との境界縁部の角度が鈍角となるため、樹脂の流れ出しが問題となりやすいため、より一層の効果が見られる。
【００２３】
図２は、光半導体素子６の搭載部のより詳細な構造を示す断面図である。凹部７の境界や光半導体素子搭載面１ａとその他の面との境界は、厳密には鋭いエッジとはなっておらず、むしろ、なだらかな曲率を持つ。そのため、表面張力の変化が不連続とならず、なだらかに変化することになる。従って、明確な、流れ出し防止境界線となりにくく、何らかの傷や形状の変動により境界線を乗り越えて流れ出す部分が発生しやすい。また、図３に示すように、電気配線４のメッキ金属のエッジ部は、毛細管現象が生じやすい部位となっており、電極を凹部７の底部から斜面を経て外側に引き出す構造の場合、特に境界線を乗り越える確率が高くなる。
【００２４】
このような場合でも、図２及び図３に示すように凹部７の底面から一定の高さで、凹部７の斜面を乗り越えない程度まで樹脂を充填することにより、境界部を乗り越えての流れ出しの確率を減らすことが可能となる。充填する樹脂の量により、充填高さをコントロール可能であるが、凹部７とすることにより、多少の注入量の多寡が生じたとしても、凹部７境界を乗り越えない量で抑えておけば、同様の流れ出し防止の効果が得られるため、アンダーフィルするのに充分な量の樹脂を注入することが可能となる。
【００２５】
図４は、光伝送路２として複数のファイバを持つ光モジュールの構成例を示す斜視図である。ここでは、光伝送路２として４本の光ファイバの場合を示しているが、本数に特別制限は無い。複数の光半導体素子６がアレイ状に形成されている場合には、図４に示したような一括の凹部７を形成しておき、一度にアンダーフィル材８を充填することが望ましい。
【００２６】
図５は、本実施形態の光モジュールを実装基板に実装した様子を示す断面図である。
【００２７】
光伝送路保持部材１の光伝送路２の光軸とほぼ平行な面の一つが、実装基板１１の上面に接着剤１２によって固定されている。実装基板１１上にはＩＣ１３がマウントされており、このＩＣ１３と電気配線４はＡｕワイヤ１４によって接続されている。
【００２８】
このように本実施形態によれば、光伝送路保持部材１の素子搭載面１ａに凹部７を設けることにより、その境界で表面張力の不連続部を形成することとなり、光半導体素子６と光伝送路保持部材１との間に充填されるアンダーフィル材８を凹部７内に止めることができる。従って、アンダーフィル材８が電気配線４上に流れ出して電気接続点を汚染する等の不都合を無くすことができ、光半導体装置としての信頼性向上をはかることができる。
【００２９】
また、光伝送路保持部材１の素子搭載面１ａを光伝送路２の軸に対して僅かに傾けることにより、光半導体素子６の光入出力部や光伝送路２の光入出力端面での反射光の影響を低減することができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係わる光モジュールの概略構成を示す断面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００３１】
本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、凹部７とは別の凹部９が形成されていることである。即ち、素子搭載面１ａには凹部７の外側に溝状の凹部９が形成されている。この凹部９は、凹部７を囲むように環状に形成しても良い。
【００３２】
このような構成であれば、先の第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、素子搭載面１ａにより多くの表面張力不連続部が得られるため、流れ出し防止効果のより高い構造が得られる。即ち、何らかの形状や表面状態のばらつきにより凹部７から樹脂が流れ出した場合にも、凹部９が第２の防壁として機能するため、流れ出しによる不良確率を劇的に下げることが可能となる。
【００３３】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、電気配線は特定の面のみに引き出した形状を示したが、１つの面に限らず２面以上に引き出されていても良い。
【００３４】
また、電気配線は必ずしもメッキによって形成されるものに限るものではなく、ＴＡＢテープやリードフレームを用いても良い。図７は、ＴＡＢテープを用いた例である。電気配線としての金属膜２１はポリイミドテープ２２に接着されており、ポリイミドテープ２２がポリイミド接着剤によって光伝送路保持部材１に接着固定されている。図８は、リードフレームを用いた例であり、光伝送路保持部材１の素子搭載面１ａ及び凹部７にリードフレーム２３が接着されている。リードフレーム２３の場合、比較的膜厚が大きく光伝送路保持部材１の形状に沿って曲げるのが難しいため、図８に示すようにリードフレーム２３の一部が光伝送路保持部材１から突出するようにしても良い。そして、この突出部にＡｕワイヤなどをボンディングすればよい。
【００３５】
さらに、突出を極力短くして、光伝送路保持部材１の側面にはほぼリードの断面のみが露出する形態とし、この断面をボンディングエリアとして用いることにより、折り曲げなしで直角配線として利用可能である。この場合、突出が少ないことから工程状の取り扱いが容易となりリードの曲がり不良などの発生を抑制することが可能という効果もある。
【００３６】
また、実施形態では、光伝送路保持部材に光伝送路及び光半導体素子を一体化した光モジュールとしたが、必ずしもこれに限らず、光伝送路保持部材の単体として製品化することもできる。また、光伝送路は必ずしも光ファイバに限るものではなく、光導波路であっても良い。さらに、光伝送路保持部材の材料は、仕様に応じて適宜変更可能である。
【００３７】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態に係わる光モジュールの概略構成を示す断面図。
【図２】第１の実施形態における光半導体素子の搭載部のより詳細な構成を示す断面図。
【図３】第１の実施形態における電気配線部分の詳細を説明するための斜視図。
【図４】複数の光ファイバを有する光モジュールの概略構成を示す斜視図。
【図５】第１の実施形態の光モジュールを実装基板上に実装した状態を示す断面図。
【図６】第２の実施形態に係わる光モジュールの概略構成を示す断面図。
【図７】本発明の変形例を示す断面図。
【図８】本発明の別の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１…光伝送路保持部材
２…光伝送路
３…保持穴
４…電気配線
５…バンプ
６…光半導体素子
７…凹部
８…アンダーフィル材（接着剤）
９…凹部
１１…実装基板
１２…接着剤
１３…ＩＣ
１４…Ａｕワイヤ
２１…金属膜
２２…ポリイミドテープ
２３…リードフレーム
【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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