(57)【要約】【課題】発熱に伴う応力に起因する発光素子のダメージの低減、およびミラー部や隙間部分の内部導波路に剥離が発生しにくいように工夫した光モジュールを提供する。【解決手段】  基板１の表面に形成された溝１ａ内に設けられた内部導波路１６と、この溝１ａの先端部に形成された光路変換用のミラー部１５とを備えている。このミラー部１５と対向するように基板１の表面に実装され、ミラー部１５を介して内部導波路１６のコア部１７に光信号を発光し、若しくはミラー部１５を介して内部導波路１６のコア部１７からの光信号を受光する光素子１２ａ，１２ｂとを少なくとも備えている。光素子１２ａ，１２ｂの内の発光素子１２ａとミラー部１５との間の隙間部分Ｓの内部導波路１６の材料は、それ以外の内部導波路１６の材料よりも低応力な別材料である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成された溝内に設けられた内部導波路と、この溝の先端部に形成された光路変換用のミラー部と、このミラー部と対向するように基板の表面に実装され、ミラー部を介して内部導波路のコア部に光信号を発光し、若しくはミラー部を介して内部導波路のコア部からの光信号を受光する光素子とを少なくとも備えた光モジュールにおいて、
前記光素子の内の発光素子と前記ミラー部との間の隙間部分の前記内部導波路の材料は、それ以外の内部導波路の材料よりも低応力な別材料であることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記基板の溝内に、前記隙間部分以外の前記内部導波路が予め形成されていて、前記隙間部分に前記低応力な別材料が充填されることで、隙間部分の内部導波路が形成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。
【請求項３】
前記基板の溝内に、前記隙間部分以外の前記内部導波路が予め形成されていて、前記隙間部分に、前記光素子と基板の表面との間に充填される、前記低応力な別材料である封止材料が同時に充填されることで、隙間部分の内部導波路が形成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、光素子を備えた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光モジュールは、基板の表面に形成された溝内に設けられた内部導波路と、この溝の先端部に形成された光路変換用のミラー部とを備えている。また、このミラー部と対向するように基板の表面に実装され、ミラー部を介して内部導波路のコア部に光信号を発光し、若しくはミラー部を介して内部導波路のコア部からの光信号を受光する光素子とを少なくとも備えているものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、内部導波路のコア部とクラッド部は合成樹脂製であり、ミラー部は金メッキのような金属製である。また、内部導波路のコア部は、光素子とミラー部との間の隙間部分の直前まで延在し、この隙間部分にはクラッド部と同じ材料が充填されている。
【０００４】
ところで、光モジュールが動作している場合、金属製のミラー部と隙間部分の合成樹脂製の内部導波路は、光吸収によって発熱することがある。特に光素子が発光素子であるときは、これに近いミラー部付近は、光が拡がる前であるので、光のパワー密度が高いために、発熱温度が高くなる傾向になる。
【０００５】
このような光モジュールにおいて、短距離や低速伝送であれば、発光素子からの光のパワー密度が低いために、ミラー部や隙間部分の内部導波路の発熱温度は、問題となるほど高くならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６０２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、長距離や高速伝送であれば、伝送信頼性を確保するために、より高い光出力が必要となり、その分、ミラー部や隙間部分の内部導波路の発熱温度も高くなる。
【０００８】
そのため、ミラー部や隙間部分の内部導波路の温度上昇で発生した応力のために、発光素子がダメージを受け、あるいはミラー部や隙間部分の内部導波路に剥離が発生する可能性がある。
【０００９】
ここで、隙間部分の内部導波路は、光結合効率をより良くするためであるが、発光素子とミラー部との間の隙間部分程度の短距離に限れば、内部導波路が無くても、光結合効率の低下は僅かなものと考えられる。
【００１０】
したがって、光モジュール全体の信頼性や寿命を考えると、光素子とミラー部との間の隙間部分は、光結合効率に優れた材料よりも、温度上昇に対して低応力な材料で構成することが望ましいことになる。
【００１１】
本発明は、前記のような知見に基づいてなされたもので、発熱に伴う応力に起因する発光素子のダメージの低減、およびミラー部や隙間部分の内部導波路に剥離が発生しにくいように工夫した光モジュールを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、本発明は、基板の表面に形成された溝内に設けられた内部導波路と、この溝の先端部に形成された光路変換用のミラー部と、このミラー部と対向するように基板の表面に実装され、ミラー部を介して内部導波路のコア部に光信号を発光し、若しくはミラー部を介して内部導波路のコア部からの光信号を受光する光素子とを少なくとも備えた光モジュールにおいて、前記光素子の内の発光素子と前記ミラー部との間の隙間部分の前記内部導波路の材料は、それ以外の内部導波路の材料よりも低応力な別材料であることを特徴とする光モジュールを提供するものである。
【００１３】
前記基板の溝内に、前記隙間部分以外の前記内部導波路が予め形成されていて、前記隙間部分に前記低応力な別材料が充填されることで、隙間部分の内部導波路が形成されている構成とすることができる。
【００１４】
前記基板の溝内に、前記隙間部分以外の前記内部導波路が予め形成されていて、前記隙間部分に、前記光素子と基板の表面との間に充填される、前記低応力な別材料である封止材料が同時に充填されることで、隙間部分の内部導波路が形成されている構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光素子の内の発光素子とミラー部との間の隙間部分の内部導波路の材料を、それ以外の内部導波路の材料よりも低応力な別材料としたものである。
【００１６】
したがって、ミラー部や光素子とミラー部との間の隙間部分の発熱温度が高くなっても、隙間部分は低応力な別材料であるから、応力に起因する発光素子のダメージが低減されるとともに、ミラー部や隙間部分の内部導波路に剥離が発生しにくいようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る光モジュールの概略側面図である。
【図２】図１の発光側の光モジュールの第１基板であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図２の第１基板であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は内部導波路を形成した斜視図である。
【図４】第１基板であり、（ａ）は発光素子を実装した斜視図、（ｂ）は光ファイバーを挿入した斜視図である。
【図５】（ａ）は第１基板に押さえブロックを固定した斜視図、（ｂ）は光ファイバーの斜視図である。
【図６】（ａ）は第１実施形態の第１基板の側面断面図、（ｂ）は第２実施形態の第１基板の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明に係る光モジュールの概略側面図である。図２は図１の発光側の光モジュールの第１基板１であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００１９】
図３は第１基板１であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は内部導波路１６を形成した斜視図である。図４は第１基板１であり、（ａ）は発光素子１２ａを実装した斜視図、（ｂ）は光ファイバー２を挿入した斜視図である。
【００２０】
図５（ａ）は押さえブロック２４を固定した斜視図、図５（ｂ）は光ファイバー２の斜視図である。
【００２１】
図１において、光モジュール（光モジュール）は、発光側の第１基板（マウント基板）１と、受光側の第１（マウント）基板３と、この第１基板１，３を光学的に結合する光ファイバー２とを備えている。
【００２２】
第１基板１，３は、実装時の熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、剛性が必要である。また、光伝送の場合は、発光素子１２ａから受光素子１２ｂまでの光結合効率が必要になるので、光素子（発光素子１２ａと受光素子１２ｂ）を高精度に実装することや使用中の位置変動を極力抑制する必要がある。このため、第１基板１，３として、本実施形態ではシリコン（Ｓｉ）基板が採用されている。
【００２３】
特にシリコン基板であれば、シリコンの結晶方位を利用して表面に高精度のエッチング溝加工が可能〔この溝を利用して高精度なミラー部１５（後述）、溝内に内部導波路１６（後述）を形成する。〕となる。また、シリコン基板は、平坦性も良好である。
【００２４】
第１基板１，３は、それよりもサイズが大きい第２基板（インタポーザ基板）６の表面（上面）にそれぞれ設置されている。各第２基板６の裏面（下面）には、他の回路装置に電気的に接続するためのコネクタ７がそれぞれ取付けられている。
【００２５】
第１基板１の表面（上面）には、電気信号を光信号に変換する発光素子１２ａが発光面を下向きとしてバンプ１２ｃ（図２参照）でフリップチップ実装されている。また、第２基板６の表面には、この発光素子１２ａに電気信号を送信するためのＩＣ回路が形成されたＩＣ基板（信号処理部）４ａが実装されている。
【００２６】
発光素子１２ａとして、本実施形態では、半導体レーザである面発光レーザ〔ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）〕が採用されている。この発光素子１２ａはＬＥＤ等でもよい。
【００２７】
ＩＣ基板４ａは、前記ＶＣＳＥＬを駆動させるドライバＩＣであり、発光素子１２ａの近傍に配設されている。そして、発光素子１２ａおよびＩＣ基板４ａは、第１基板１の表面に形成されたメタル回路（銅や金スパッタによるパターニング回路）に接続されている。
【００２８】
第１基板１の表面には、図３（ａ）に示すように、略台形状の第１溝（導波路形成用溝）１ａと、第１溝１ａよりも深い略Ｖ字形状の第２溝１ｂが前後方向に連なって形成されている。
【００２９】
第１溝１ａの先端部には、発光素子１２ａの真下となる位置に、光路を９０度屈曲させるための光路変換用のミラー部１５が形成されている。このミラー部１５には、反射率の向上のための金メッキ等が施されている。
【００３０】
第１基板１の第１溝１ａ内には、図３（ｂ）に示すように、第１基板１の発光素子１２ａと光学的に結合する内部導波路１６が設けられている。この内部導波路１６は、ミラー部１５から第２溝１ｂの方向に延在していて、第１溝１ａの後端部１ｄと面一となっている。
【００３１】
内部導波路１６は、光が伝播する屈折率の高い断面略正方形状のコア部１７と、それよりも屈折率の低いクラッド部１８とから構成されている。図２（ｃ）のように、コア部１７の左右の両面は、クラッド部１８で覆われている。
【００３２】
図４（ａ）のように、内部導波路１６が設けられた第１基板１の表面の所定位置には、発光素子１２ａが実装され、この発光素子１２ａと第１基板１の表面との間には、図２（ａ）のように、光学透明樹脂（封止部材…アンダーフィル材）１３が充填されている。
【００３３】
図１に戻って、受光側の第１基板３について説明する。この受光側の第１基板３の基本的な構成は、発光側の第１基板１と同様に構成されている。ただし、受光側の第１基板３の表面（上面）に、光信号を電気信号に変換する受光素子１２ｂが受光面を下向きとしてバンプでフリップチップ実装されている。また、第２基板６の表面に、この受光素子１２ｂに電気信号を送信するためのＩＣ回路が形成されたＩＣ基板（信号処理部）４ｂが実装されている点で、発光側の第１基板１と異なる。この受光素子１２ｂとしては、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）が採用されており、ＩＣ基板４ｂは、電流・電圧の変換を行うＴＩＡ（Ｔｒａｎｓ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの素子である。
【００３４】
発光側の第１基板１と受光側の第１基板３およびＩＣ基板４ａ，４ｂは、第２基板６の表面に取付けたシールドケース８でそれぞれシールドされていて、光ファイバー２は、シールドケース８の貫通孔８ａを貫通させている。
【００３５】
次に、光ファイバー２を説明する。光ファイバー２は、図１および図５に示すように、発光側の第１基板１の内部導波路１６のコア部１７と、受光側の第１基板３の内部導波路１６のコア部１７とを光学的に結合可能なファイバーコア部２１を内部に有している。そして、このファイバーコア部２１の外周を包囲するファイバークラッド部２２と、このファイバークラッド部２２の外周を被覆する被覆部２３とで構成されるコードタイプである。このファイバーコア部２１とファイバークラッド部２２と被覆部２３は円形状である。
【００３６】
光ファイバー２は、図１のように、シールドケース８の貫通孔８ａを貫通して第１基板１の第２溝１ｂの手前付近で被覆部２３が剥がされて、ファイバークラッド部２２が露出されている。
【００３７】
そして、図２（ａ）（ｃ）および図４（ｂ）のように、第１基板１の第２溝１ｂに光ファイバー２のファイバークラッド部２２を設置して、第１溝１ａとの境部分の立ち上がり傾斜部でファイバークラッド部２２の位置決めをする。このときに、第１基板１の内部導波路１６のコア部１７と光ファイバー２のファイバーコア部２１の光軸が一致した位置決め状態で光学的に結合されるようになる。
【００３８】
第１基板１の表面の位置において、図２（ａ）および図５のように、光ファイバー２のファイバークラッド部２２の上部には押えブロック２４が配置され、この押えブロック２４と第２溝１ｂとの間の空間には、接着剤１４が充填されている。
【００３９】
このように、光ファイバー２のファイバークラッド部２２の先端側は、押えブロック２４で第２溝１ｂに押え付けられた状態で、押えブロック２４とともに第１基板１に接着剤１４で接着固定されるようになる。
【００４０】
図６（ａ）は、発熱対策を施した第１実施形態の第１基板１の側面断面図である。発光素子１２ａとミラー部１５との間の隙間部分（側面視で略三角形部分）Ｓの内部導波路１６のクラッド部１８´の材料は、それ以外のクラッド部１８の材料よりも低応力な別材料としたものである。
【００４１】
この隙間部分Ｓのクラッド部１８´の材料は、例えばウレタンゴム系またはシリコンゴム系の樹脂とすることができる。
【００４２】
第１実施形態は、発光素子１２ａとミラー部１５との間の隙間部分Ｓの内部導波路１６のクラッド部１８´の材料を、それ以外の内部導波路１６のクラッド部１８の材料よりも低応力な別材料としたものである。
【００４３】
したがって、ミラー部１５や、発光素子１２ａとミラー部１５との間の隙間部分Ｓの発熱温度が高くなっても、隙間部分Ｓは低応力（低αＥ  αは線膨張率  Ｅは弾性率）な別材料であるから、応力に起因する発光素子１２ａのダメージが低減されるとともに、ミラー部１５や隙間部分Ｓの内部導波路１６のクラッド部１８´に剥離が発生しにくいようになる。
【００４４】
また、第１実施形態では、第１基板１の第１溝１ａ内に、隙間部分Ｓ以外の内部導波路１６を予め形成しておく。その後、隙間部分Ｓにクラッド部１８´の材料である低応力な別材料を充填することで、隙間部分Ｓに内部導波路１６のクラッド部１８´を形成することができる。
【００４５】
このように、内部導波路１６を予め形成することで、パターニングが行えない隙間部分Ｓの内部導波路のクラッド部１８´を最小限にすることができる。つまり、隙間部分Ｓの内部導波路１６のクラッド部１８´を先に形成しようとすると、パターニング露光用の紫外線がミラー部１５で反射するために、それ以外の内部導波路１６側に漏れた別材料によって、それ以外の内部導波路１６の領域に、別材料による内部導波路１６のクラッド部１８´が形成される可能性があることによる。
【００４６】
図６（ｂ）は、発熱対策を施した第２実施形態の第１基板１の側面断面図である。第１実施形態と相違するのは、隙間部分Ｓにクラッド部１８´の材料である低応力な別材料を充填する工程を省略した点にある。
【００４７】
すなわち、図２（ａ）で説明したように、発光素子１２ａと第１基板１の表面との間には、光学透明樹脂（封止部材…アンダーフィル材）１３を充填するようにしている。この封止材料である光学透明樹脂１３は、発光素子１２ａに対する応力の影響を少なくするために、通常、低応力の材料が使用されることが多いことから、隙間部分Ｓのクラッド部１８´として兼用することが可能である。
【００４８】
そこで、光学透明樹脂１３を発光素子１２ａと第１基板１の表面との間に充填するのと同時に、隙間部分Ｓに光学透明樹脂１３を充填することで、隙間部分Ｓに内部導波路１６のクラッド部１８´を形成するものである。
【００４９】
このように、発光素子１２ａと第１基板１の表面との間に、低応力な別材料である光学透明樹脂（封止部材）１３を充填する工程で、隙間部分Ｓにも光学透明樹脂（封止部材）１３、つまりクラッド部１８´を同時に充填することができるから、別材料を充填する工程が不要になる。
【００５０】
以上のように、本発明に係る光モジュールは、基板の表面に形成された溝内に設けられた内部導波路と、この溝の先端部に形成された光路変換用のミラー部と、このミラー部と対向するように基板の表面に実装され、ミラー部を介して内部導波路のコア部に光信号を発光し、若しくはミラー部を介して内部導波路のコア部からの光信号を受光する光素子とを少なくとも備えた光モジュールにおいて、前記光素子の内の発光素子と前記ミラー部との間の隙間部分の前記内部導波路の材料は、それ以外の内部導波路の材料よりも低応力な別材料であることを特徴とするを特徴とするものである。
【００５１】
これによれば、光素子の内の発光素子とミラー部との間の隙間部分の内部導波路の材料を、それ以外の内部導波路の材料よりも低応力な別材料としたものである。
【００５２】
したがって、ミラー部や光素子とミラー部との間の隙間部分の発熱温度が高くなっても、隙間部分は低応力な別材料であるから、応力に起因する発光素子のダメージが低減されるとともに、ミラー部や隙間部分の内部導波路に剥離が発生しにくいようになる。
【００５３】
前記基板の溝内に、前記隙間部分以外の前記内部導波路が予め形成されていて、前記隙間部分に前記低応力な別材料が充填されることで、隙間部分の内部導波路が形成されている成とすることができる。
【００５４】
これによれば、内部導波路を予め形成することで、パターニングが行えない隙間部分の内部導波路を最小限にすることができる。つまり、隙間部分の内部導波路を先に形成しようとすると、パターニング露光用の紫外線がミラー部で反射するために、それ以外の内部導波路側に漏れた別材料によって、それ以外の内部導波路の領域に、別材料による内部導波路が形成される可能性があることによる。
【００５５】
前記基板の溝内に、前記隙間部分以外の前記内部導波路が予め形成されていて、前記隙間部分に、前記光素子と基板の表面との間に充填される、前記低応力な別材料である封止材料が同時に充填されることで、隙間部分の内部導波路が形成されている構成とすることができる。
【００５６】
これによれば、光素子と基板の表面との間に、低応力な別材料である封止材料（アンダーフィル材）を充填する工程で、隙間部分に封止材料を同時に充填することができるから、別材料を充填する工程が不要になる。
【符号の説明】
【００５７】
１      第１基板
１ａ    第１溝
１２ａ  発光素子（光素子）
１２ｂ  受光素子（光素子）
１３    光学透明樹脂（封止部材…アンダーフィル材）
１５    ミラー部
１６    内部導波路
１７    コア部
１８    クラッド部
１８´  クラッド部
Ｓ      隙間部分
【図１】
2013003549.tif 000003
【図２】
2013003549.tif 000004
【図３】
2013003549.tif 000005
【図４】
2013003549.tif 000006
【図５】
2013003549.tif 000007
【図６】
2013003549.tif 000008