JP2000310725A

JP2000310725A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2000310725A
Application number: JP11120402A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Matsubara; 孝宏松原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-07

Abstract

(57)【要約】【課題】アセンブリを樹脂中に収容した光モジュール
において、基板の変形を極力防止し、しかもフェルール
の固定強度を向上させ、さらに放熱性が良好な優れた光
モジュールを提供すること。【解決手段】基板３上に、光素子１と、光素子１に光
結合させる光ファイバ４と、光ファイバ４を保持するフ
ェルール５とを配設して成るとともに、フェルール５を
基板３の端部より突出させた状態で基板３の裏面に接す
る良熱伝導性の支持体７に固定して成るアセンブリＡ１
を、フェルール５及び支持体７の一部が露出するように
パッケージ１０内に収容して成る光モジュールＭ１とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信や
光インターコネクションといった光伝送の送受信に使用
される光モジュールに関し、特に、光素子や光ファイバ
等の光部品を基板に実装したアセンブリをパッケージ内
に収容して成る光モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光ファイバ通信において、光
信号の送受信に使用される光モジュールは、その小型化
と低価格化の要求から、光半導体素子を固定しこれに給
電するための電極や、光ファイバを固定するＶ溝が精密
に形成された実装基板を使用し、その実装基板上に、光
半導体素子や光ファイバ等の光部品を搭載して成るアセ
ンブリが提案されている。

【０００３】図１０（ａ）にこのようなアセンブリＡの
斜視図を、図１０（ｂ）にアセンブリＡをパッケージ６
０内に収容した光モジュールＪの斜視図を示す。

【０００４】ここで、実装基板５３上には、光半導体素
子である発光素子５１，モニター用の受光素子５８を実
装するための電極５２ａ，５２ｂ、及び、発光素子５１
に光接続される光ファイバ５４を位置決めするためのＶ
溝５７が形成されている。電極５２ｂ上にはハンダ（不
図示）を介して発光素子５１と受光素子５８の裏面側が
接続され、これら素子の表面電極には給電用のワイヤ５
０を介して電極５２ｂに接続されている。なお、電極５
２ａ，５２ｂは実装基板５３の下面に接続されたリード
フレーム５９に内部導体（不図示）を介して導通されて
いる。

【０００５】また、発光素子５１の光出射端には、光フ
ァイバ５４の先端（光入射端）が対向して配置され、所
望の光結合が得られる。光ファイバ５４の他端（光出射
端）には予めジルコニア製等のフェルール５５が装着さ
れている。

【０００６】また、光ファイバ５４はシリコン製または
ガラス製等から成る押さえ板６１でもって、実装基板５
３上に樹脂製接着材を用いて固定される。また、フェル
ール５５は実装基板５３の端部に形成された溝５６に配
置され、樹脂製接着材を介して固定される。

【０００７】次に、発光素子５１，受光素子５８、そし
て光ファイバ５４で構成される光結合部に、シリコーン
などの透明樹脂６２をポッティングし光結合部全体を覆
う。これにより、次のような効果が期待できる。

【０００８】・透明樹脂６２に屈折率が空気よりも高く
光ファイバよりも低いものを用いることで、結合トレラ
ンスを緩和する。

【０００９】・透明樹脂６１で光結合部を覆うことによ
り、次工程でトランスファーモールド（樹脂封止）を行
った際に、不透明な封止用樹脂が入り込むのを防止す
る。

【００１０】・アセンブリＡは、リードフレーム５９と
共に成形用金型に配置され、エポキシ樹脂等の熱硬化性
樹脂６０によってトランスファーモールドされ、所定の
形状に仕上がる。

【００１１】トランスファーモールド後には、リードフ
レーム５９は所定の長さに揃えて切断され折曲げられ
る。また、光モジュールＪの光出射側には光ファイバコ
ードとを接続するためのコネクタが取り付けられる。出
射端のフェルールはそのままコネクタ用に用いられ、割
スリーブや精密スリーブを用いて光コネクタプラグ側の
フェルールと整列して嵌合させる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記光
モジュールＪの構造では、その製法上の理由から以下の
ような問題点がある。

【００１３】フェルールの固定強度の脆弱さ：光ファ
イバの出射端に取り付けられるフェルールは、実装基板
の端部に形成されたＶ溝に樹脂製接着材で固定される
が、実装基板上にはわずかな長さを固定し、残る部分を
光コネクタの機能に使用する。例えば、フェルールを直
径φ１．２５ｍｍ，長さ６ｍｍとし、プラグ側フェルー
ルとの嵌合長さを３ｍｍ、モールドされる部分の長さを
２ｍｍとすれば、実装基板上に固定する長さはせいぜい
１ｍｍ程度である。この固定長さではフェルールの固定
強度の向上に限界がある。つまり、トランスファーモー
ルドはエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂でアセンブリの周
囲を覆うものであるが、樹脂とフェルールの接合硬度は
コネクタの着脱に伴う繰り返し押圧に対して不十分であ
るため、モールド後もフェルールに加わる力がこの実装
基板との接合部分にかかることになる。

【００１４】また、実際の製造工程においては、各工程
で発生した不良を除去して次の工程に投入しない様、随
時、工程内で検査が実施される。アセンブリにおいて
も、次の透明樹脂ポッティング工程前に、光ファイバか
らの出射光量を検査することが十分考えられる。その際
には、フェルール部分からの出射光を検査用のセンサに
導くために、実際に割スリーブや精密スリーブを用いて
光コネクタプラグと接続するが、アセンブリにおけるフ
ェルール固定強度が低いので、割スリーブの挿抜におい
て、基板に固定したフェルール又は光ファイバ部分を損
傷させる危険性が大きい。

【００１５】さらに、フェルールを固定する長さが短い
ことは、フェルールの固定時における傾きを大きくする
という不具合も内在させる。これは、光モジュールとし
て完成した後、コネクタ部分の装着時に機械的に影響
し、最悪の場合はモジュールとして組み立てられない状
態となる。

【００１６】なお、固定強度を向上させるためにフェル
ールを長くすることが考えられるが、それではフェルー
ル自体の製造コストを高くすることになる。

【００１７】放熱性の不良：発光素子は電気信号を光
信号に変換する素子であるが、変換効率に応じた熱を発
する。発光素子が搭載される基板には一般にシリコンが
用いられ、シリコンは比較的熱伝導性の高い材料である
が、トランスファーモールド用樹脂は熱伝導性が低い
（シリコンの熱伝導率：１６８Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1，封止用
エポキシ樹脂の熱伝導率：０．４４Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1）。

【００１８】したがって、発光素子から発生した熱はシ
リコン基板を介して金属製のリードフレームに流出する
ことになる。しかし、幅が１ｍｍ以下のリードフレーム
ではその量は十分とはいえず、発光素子から発生する熱
を十分に逃がしきれず、発光素子自体の寿命を損なって
しまう。

【００１９】基板の変形：トランスファーモールドの
工程においては、樹脂粘度を低くして成型性を向上させ
るために、１５０〜２００℃の高温に金型を加熱する。
そして、高い圧力でキャビティから樹脂を注入する。

【００２０】実装基板としては、完成した光モジュール
の高さを３〜５ｍｍに抑えるために、厚さが０．５〜１
ｍｍ程度のものを一般的に用いる。そのため、金型の高
温加熱，高圧力の樹脂注入によって、基板自体に容易に
歪みや変形を生じさせてしまう。特に、発光素子と光フ
ァイバの光結合においては、２〜３μｍの位置ズレによ
っても結合光量が半減する特性を持つため、実装基板の
歪みや変形は無視することはできない。

【００２１】そこで本発明は、アセンブリを樹脂中に収
容した光モジュールにおいて、フェルールの固定強度を
向上させ、さらに放熱性が良好で、しかも実装基板の変
形を極力防止しうる、非常に優れた光モジュールを提供
することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光モジュールは、基板上に光素子と該光素
子に一端側を光接続させ他端側の外周にフェルールが装
着された光ファイバを配設するとともに、フェルールを
基板に取着させた良熱伝導性の支持体で支持体して成る
アセンブリを、支持体の少なくとも一部が露出するよう
にパッケージ内に収容した。

【００２３】また特に、支持体が基板の下面に取着され
ていることを特徴とし、パッケージが樹脂から成るもの
とするとよい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る光モジュー
ルの実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

【００２５】図１に本発明に係る光モジュールＭ１の構
造を、図２（ａ）〜（ｅ）に光モジュールＭ１を構成す
るアセンブリＡ１を模式的に示す。ここで、基板３は光
ファイバ４を載置するためのＶ字状やＵ字状等を成す溝
１１（例えば、幅約１４０μｍ程度の細溝）を、例えば
水酸化カリウムや水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液
等により異方性エッチングで容易に形成できるシリコン
単結晶やガリウム砒素単結晶等の材料から成るものであ
る。なお、基板３は上記材料以外の各種半導体、セラミ
ックス、または高分子材料等が使用可能である。また、
光素子には、例えば端面発光型の半導体レーザである発
光素子１と、この発光素子１のモニター用で例えば面受
光型のフォトダイオードである受光素子８とを用い、こ
れらは、基板３上に形成された電極パターン２ａとワイ
ヤを介して接続され、また電極２ｂにハンダ（例えば、
ＡｕＳｎ合金，ＳｎＰｂ合金等）を介して実装される。

【００２６】光ファイバ４はその一端側を発光素子１と
光結合状態にて、その溝１１にシリコン製もしくはガラ
ス製の押さえ板で押さえられ、この押さえ板を樹脂製接
着材等で固定する（図１においては簡単のためこの押さ
え板の図示を省略している）。

【００２７】光ファイバ４の光出射側の端部（他端側の
外周）には、ジルコニア製等のフェルール５が装着され
ている。このフェルール５は、その光素子側の端部を基
板３に予めフェルール５の外形に合わせ、例えばＵ字状
に形成された固定用の溝６（図２に図示）に一部を突出
させた状態で配設され、この溝６にエポキシ樹脂等の熱
硬化性樹脂やＵＶ硬化性樹脂等の光硬化性樹脂などの接
着材等を介して固定される。例えば、フェルール５の直
径がφ１．２５ｍｍの場合、溝６は幅１．５ｍｍ，深さ
０．６３ｍｍ程度とする。この程度の大きさであれば、
フェルール５の中心軸がほぼ基板３の表面と同一になる
ため、基板３上に固定した発光素子１の光軸と光ファイ
バ４の光軸が一致し高効率の光結合に都合が良い。

【００２８】このような状態にて、耐腐食性の高いＦｅ
−Ｎｉ合金や黄銅等から成る良熱伝導性である支持体７
によりフェルール５を保持する。支持体７は基板３に取
着されたものであり、特に、後記する樹脂封止の工程
（トランスファーモールド）等において基板３の反り等
の変形を極力防止するために、支持体７は基板３の下面
に沿った状態で取着するのが好適であり、例えば断面Ｌ
字状を成すものとする。そして、フェルール５を支持体
７の垂直な壁面に形成された貫通孔７ａに挿入しなが
ら、基板３を支持体７に固定する。この固定には樹脂製
接着材やハンダ等を用いても良いが、基板３と電気的な
導通を確保することによって電気的特性を向上させるた
めには、導電性樹脂かハンダを用いることが好都合であ
る。フェルール５も支持体７の貫通孔７ａ内に接着材で
固定される。

【００２９】なお、光ファイバ４及びフェルール５を基
板３へ固定する前に、基板３を支持体７へ取付けてもよ
い。

【００３０】次いで、このように構成されたアセンブリ
Ａ１の光結合部にシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの
透明樹脂１２をポッティングし光結合部全体を覆う。ま
た、透明樹脂１２の上に導電性の樹脂（例えば、銀等の
導電性フィラーをエポキシ樹脂に混入させた導電性エポ
キシ樹脂）を塗布すれば、良好な電磁シールドが得ら
れ、モジュールの耐ノイズ性を向上させることも可能で
ある。

【００３１】そして、アセンブリＡ１はリードフレーム
９と共に成形用金型内に配置され、エポキシ樹脂等の熱
硬化性樹脂によってトランスファーモールドされ、所定
形状の樹脂製パッケージ１０内に収容される。このトラ
ンスファーモールド後には、複数のリードフレーム９は
所定の長さに揃えて切断され折曲げられる。

【００３２】その後、フェルール５の光出射側には、上
記のように構成された光モジュールＭ１と光ファイバコ
ード（不図示）とを接続するためのコネクタが取り付け
られる。ここで、出射端のフェルール５はそのまま光コ
ネクタの一部分として用いられ、ジルコニア製等の割ス
リーブや精密スリーブを用いて光コネクタプラグ側のフ
ェルールと整列され、光信号を光ファイバ内に入力させ
ることができる。

【００３３】図２は図１におけるアセンブリＡ１を第三
角法によって示したものであり、トランスファーモール
ド前のアセンブリ状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）
は正面図、（ｃ）は左側面図、（ｄ）は右側面図、
（ｅ）は底面図を示す。図３は支持体７を示した図であ
り、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が底面図
である。この支持体７は基板３を支持する横板部７ｃと
基板３に垂直でフェルール５を支持する貫通孔７ａを有
する縦板部７ｂとからなる。横板部７ｃの幅Ｌ２は基板
３の幅よりも若干狭く、リードフレーム９のグランド部
を除いて電気的な接続を行わない構造となっている。

【００３４】縦板部７ｂにはフェルール５を挿入して保
持する貫通孔７ａが形成されているが、この貫通孔７ａ
の直径はフェルール５の外径よりも若干大きく設定され
ており、さらに、支持体７におけるフェルール５側の端
部の幅Ｌ１は光素子配置側の端部の幅Ｌ２より大きく形
成されており、これによりフェルール５の挿入に対して
スムーズかつ安定した保持が可能となる。

【００３５】図３（ｄ），（ｅ）は縦板部７ｂの変形例
を示したものである。すなわち、フェルール５を保持す
る貫通孔７ａは、図３（ｄ）に示すように矩形溝７ｄ、
あるいはＵ字型溝７ｅであってもフェルール５の保持が
上記と同様に可能であり、その形成法も簡便である。ま
た、矩形溝７ｄ又はＵ字型溝７ｅを形成する場合に、図
示より狭く形成しフェルール５の外周部にこの狭く形成
した溝部分が嵌まるレール状部を形成してもよく、これ
によりフェルール５を堅固に保持することができる。

【００３６】上記支持体７の一部、例えば縦板部７ｂや
横板部７ｃの一部などをパッケージ１０の外部に露出さ
せることにより、パッケージ１０が放熱性の悪い樹脂か
ら成るものであっても、この支持体７の露出部分におい
て光素子等からの発熱を良熱伝導性のシリコン等から成
る基板３を介して好適に放出させることができる。

【００３７】図４は本発明の他の実施形態である光モジ
ュールＭ２を図１と同様にして模式的に示したものであ
り、図５（ａ）〜（ｅ）は図４のアセンブリＡ２を第三
角法で表記したものである。なお、簡単のため、図５
（ｅ）にはリードフレーム９を図示しているが、図５
（ａ）〜（ｄ）はその図示を省略している。

【００３８】光モジュールＭ２は、支持体７の縦板部７
ｂにはフェルール５の搭載部の周辺に肉厚構造７ｆを有
し、トランスファーモールドによる熱硬化性樹脂製パッ
ケージ１０の完成後に、この肉厚構造７ｆがパッケージ
から露出する構造としたものである。この肉厚構造７ｆ
に設けられた孔にフェルール５が正確に位置決めされて
固定される構造であるため、光コネクタ用のハウジング
が光モジュールに正確かつ強固に取付けることができ
る。すなわち、ハウジングの装着においてフェルール５
に余計な捻りやひねりを生じさせず、安定かつ強固な装
着が可能となり、光コネクタによる接続を安定したもの
にできる。

【００３９】図６は支持体７の変形例を示したものであ
り、光モジュールＭ３（ただし、樹脂パッケージは図示
を省略）の底面図である。このように、支持体７にフェ
ルール５の搭載部の反対側に平板状の延出部７ｇをパッ
ケージ１０の外部へ露出させるように形成してもよく、
これにより、パッケージ１０の内部の発光素子１から放
射される熱等を基板３を介して支持体７の横板部７ｃを
通って延出部７ｇへ伝達されることによって、効率良く
放熱を行わせることができる。

【００４０】また、支持体７の縦板部７ｂにおいて、図
７に示すように、パッケージ１０の外部に露出させたフ
ェルール５の両側に、放熱フィン７ｈを配設するように
してもよく、また、図８に示すように、縦板部７ｂにパ
ッケージ１０の外部に露出させる側のフェルール５の一
部を導く貫通孔７ｊを備えた円錐台状の突出部７ｉを設
けるようにしてもよく、これによりフェルール５を堅固
に保持することができる上に、放熱性が良好な支持体７
とすることができる。このように、発光素子１等の発熱
量に合わせて、支持体７の形状を適宜変更することがで
きる。

【００４１】この放熱をさらに好適に行うために、図９
に示すように、光モジュールＭ３の延出部７ｆに放熱フ
ィン７ｋを有する構造を備えた光モジュールＭ６として
もよい。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の光モジュ
ールによれば、支持体がフェルールを堅固に保持する構
造であるので、コネクタの挿抜によって働く応力が基板
とフェルールの接合部分に直接働くことを極力回避で
き、その接合部分の耐久性を向上させることができる。

【００４３】また、支持体を良熱伝導性とし、その一部
をパッケージ外に露出させるようにしたので、光素子等
から発生した熱がパッケージ内に留まることがなく、熱
が基板を介してパッケージ外へ放出しやすく、十分な放
熱効果を持たせることができ、ひいては特性が安定で長
寿命の光モジュールを提供できる。

【００４４】さらに、基板上に半導体レーザ等の光素子
と光ファイバ及びそれを保持するフェルールを実装して
成るアセンブリを、樹脂等のパッケージ内に収容した光
モジュールにおいて、基板に沿った状態で配設した支持
体でもってフェルールを保持することができるので、基
板を堅固に補強することができ、例えばアセンブリのト
ランスファーモールド工程における基板の歪みや変形を
極力防止することができ、ひいては特性が安定で長寿命
の光モジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光モジュールの一実施形態を模式
的に説明する斜視図である。

【図２】本発明に係るアセンブリを模式的に説明する図
であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左
側面図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は底面図である。

【図３】本発明に係る支持体を説明する図であり、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図、
（ｄ），（ｅ）はそれぞれ縦板部の変形例を示す正面図
である。

【図４】本発明に係る他の光モジュールの一実施形態を
模式的に説明する斜視図である。

【図５】本発明に係る他の光モジュールを説明する図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側
面図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は底面図である。

【図６】本発明に係る他の光モジュールの一実施形態を
模式的に説明する底面図である。

【図７】本発明に係る支持体の変形例を模式的に説明す
る部分斜視図である。

【図８】本発明に係る支持体の変形例を模式的に説明す
る部分斜視図である。

【図９】本発明に係る支持体の変形例を模式的に説明す
る部分平面図である。

【図１０】従来の光モジュールを模式的に説明する図で
あり、（ａ）はアセンブリ、（ｂ）はトランスファーモ
ールドした光モジュールの斜視図である。

【符号の説明】

１：発光素子２：電極３：基板４：光ファイバ５：フェルール６：溝７：支持体７ａ：貫通孔７ｂ：縦板部７ｃ：横板部８：受光素子９：リードフレーム１０：樹脂製パッケージ１１：溝１２：透明樹脂Ａ１〜Ａ２：アセンブリＭ１〜Ｍ６：光モジュール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に光素子と該光素子に一端側を光
接続させ他端側の外周にフェルールが装着された光ファ
イバを配設するとともに、前記フェルールを基板に取着
させた良熱伝導性の支持体で支持体して成るアセンブリ
を、前記支持体の少なくとも一部が露出するようにパッ
ケージ内に収容したことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】前記支持体が前記基板の下面に取着され
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】前記パッケージが樹脂から成ることを特
徴とする請求項１に記載の光モジュール。