JP2003107301A

JP2003107301A - 光通信用モジュール

Info

Publication number: JP2003107301A
Application number: JP2001301371A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Tagami; 雄一田上; Reiji Ono; 玲司小野
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】より低コストで製造でき、小型化が可能で、
信頼性の高い光通信用モジュールを提供する。【解決手段】第１基板と、第１基板の第１面上に配設
された第２基板と、第１，第２基板相互間に配設され、
第１，第２基板間に気密空間を形成する封止部材と、第
１及び第２基板間に挿入され、気密空間内において端部
が露出された光ファイバと、気密空間で、第１面と対向
する面である第２基板の第２面上に配設され、光ファイ
バからの信号を受光し、電気信号に変換する受光素子
と、第２基板の第２面上に配設され、受光素子と封止部
材外部の端子とを接続する第１配線パターンと、を具備
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光通信用モ
ジュールに関し、詳しくは、光ファイバ、光素子、電子
部品を一体化した光通信用モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】光加入者システムの本格的導入に伴い伝
送装置の経済化が検討されており、中でも光通信用モジ
ュールの低価格化が大きな課題となっている。これを実
現する手段として、ハイブリッド実装型の光通信用モジ
ュールが用いられている。このハイブリッド実装型の光
通信用モジュールは、平坦な基板に光ファイバ、光デバ
イス、電子部品をハイブリッドに配置し半導体と同様の
パッケージング技術を適用したものである。また、同様
に、送信側、受信側の各ユニットを共通にパッケージ
し、１つのモジュールとすると共に、これを小型化する
ことも必須となっている。

【０００３】さらに、信頼性、経済性においても市場の
要求は厳しく、高信頼性の製品が求められている。これ
は現在のインターネットにみられる様な高度情報網の普
及により、通信業者に対し、通信の高速、大容量化のサ
ービスをより低価格で供給することが求められているか
らである。

【０００４】図１４（ａ），（ｂ）は、上記したハイブ
リッド実装型の受信用光通信用モジュールの第１の従来
例を概略的に示している。図１４（ａ）は、光通信用モ
ジュールの上面断面図であり、図１４（ｂ）は、側面断
面図である。

【０００５】図１４（ａ），（ｂ）に示すように、図示
せぬ配線パターンを有するシリコン製の配線基板１０２
上に光ファイバ１０３が設けられる。配線基板１０２上
には、受光面が光ファイバ１０３と対向するように受光
素子１０４、及び増幅用アンプ１０５、電極パッド１０
６、回路部品１０７等が設けられる。１０８は配線基板
１０１を覆う筐体で、金属、セラミック、樹脂などによ
り形成される。１０９は筐体１０８の蓋である。筐体１
０８の一部にはガラスによって気密封止された封止部１
１０が設けられ、この封止部１１０からリードピン１１
１が突出する。１１２は各配線部等を電気的に接続する
ワイヤである。

【０００６】上記構成の光通信用モジュールにおいて、
光ファイバ１０３を介して入射された光信号は、受光素
子１０４に入射する。受光素子１０４は、受光した光信
号を電気信号に変換し、増幅用アンプ１０５に電気信号
を送る。増幅用アンプ１０５からは増幅された電気信号
が出力され、配線基板１０２上の図示せぬ配線等によっ
てリードピン１１１から出力される。

【０００７】図１５（ａ）〜（ｃ）は、送信用の光通信
用モジュールの第２の従来例を概略的に示しおり、図１
５（ａ）は光通信用モジュール１２１の上面図であり、
図１５（ｂ）は側面図、図１５（ｃ）は前面図である。
図１５（ａ）〜（ｃ）において、１２２は、プラットフ
ォームと呼ばれる基板であり、この配線基板１２２に
は、固定溝１２３が設けられ、この溝１２３に光ファイ
バ１２４が固定・保持される。固定溝１２３は、パター
ニング技術とウエットエッチング技術で形成され、溝の
断面はＶ字形状となる。光ファイバ１２４は固定溝１２
３の斜面と線接触し、半田等で固着される。１２５は、
光ファイバ１２３に対して発光する発光素子である。１
２７は、発光素子１２５、及びこれをモニタする受光素
子１２６等の素子が設けられる配線パターンである。

【０００８】図示せぬ電極パッド、及び配線パターン１
２７を介して発光素子１２５に電気信号が供給され、発
光素子１２５はこの電気信号を光信号に変換して、光フ
ァイバ１２４に対して発光する。

【０００９】図１６は、図１５に示す送信用の光通信用
モジュール１２１を共通の配線基板１２２上に複数個搭
載した光通信用モジュールを示している。また、図１７
は、送信用の光通信用モジュール１２１、及び送受信用
光通信用モジュール１３１を共通の配線基板１２２上に
搭載した光通信用モジュールである。図１７に示すよう
に、送信部の光ファイバ１２４ａは、一般に、例えばキ
ャリア等の上に配置される。このため、送信部の光ファ
イバ１２４ａと受信部の光ファイバ１２４ｂとは、相互
に相違する高さに設けられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うに、図１４（ａ），（ｂ）に示す光通信用モジュール
において、筐体１０８は、金属、セラミック、樹脂など
により形成される。金属の筐体１０８を使用する場合、
外部電源等の外部機器と接続するために、ガラスにより
気密封止されたリードピン１１１を用いる。または、配
線パターンを筐体１０８に接着して配置するなどの方法
が採られる。筐体１０８を金属とすることにより、低コ
スト化が可能である。また、金属でモジュール内部を包
み込めるため、外部のノイズ成分の影響を受けにくいと
いう長所がある。一方で、リードピン１１１はガラスに
よる気密封止とされるため、リードピン１１１への配線
に制約がある。また、信号出力ラインとして用いられる
リードピン１１１は、インピーダンスマッチングを取る
ため封止部１１０の径が所定の値に制限される。また
は、封止部１１０の信頼性を確保する観点からパッケー
ジの壁を厚く形成する必要があり、さらに各リードピン
１１１の間隔を十分設ける必要がある。このため、光通
信用モジュール全体の小型化が制限される。

【００１１】また、セラミックの筐体１０８は、セラミ
ックの層を積層することにより形成する。このような筐
体１０８を用いる場合、配線基板１０２をセラミックと
し、この配線基板１０２に配線パターンを形成すること
により、シリコンによる配線基板１０２の場合に比べ、
パッケージ内部での配線の引き回しが容易であるという
長所がある。一方、セラミックを積層する際に生ずる積
層ずれなどにより、高い精度を要求する光学系の形成が
難しいなどの問題がある。

【００１２】樹脂を筐体１０８とする方法として、樹脂
で全体を封止する方法と、樹脂で成型した筐体を用いる
方法がある。樹脂により封止する場合、低コストで作製
できるとともに小型化が可能である。しかし、受光素子
１０４は半田バンプ等を用いてシリコン基板と固定され
ているのみであり、気密封止されていない。したがっ
て、このまま受光素子１０４を含む配線基板１０４を樹
脂により封止できず、気密性を十分に確保できない。ま
た、樹脂で成形した筐体１０８を用いる場合、高い信頼
性を要する用途では使用できず、使用環境が限定されて
しまう。

【００１３】さらに、実装面積の縮小化、配線の短縮
化、及び良好な特性を得るため、受光素子１０４や増幅
用アンプ１０５などは、個別にパッケージングすること
なく実装（ベアで実装）している。このため、それらを
気密封止した筐体とする必要がある。また、上記したよ
うに、第２の従来例の光通信用モジュールにおいて、光
ファイバ１２４は、Ｖ字形状の固定溝１２３に半田等を
介して固着されている。このため、半田量が少ない場合
は接着強度が低下する。接着強度が低下すると、光通信
用モジュールが振動等した際、光ファイバ１２４の剥離
を招き、光通信用モジュールの信頼性を損なう。

【００１４】一方、半田量が多い場合は光ファイバの浮
き上がり、溶融半田の流出等の問題が発生する。固定溝
１２３と光ファイバ１２４間に過剰の半田層が介在する
と環境温度が変化した際に光ファイバ１２４の位置にず
れが生じ、光軸が狂う問題を誘発し、光通信用モジュー
ルの信頼性が低下する。

【００１５】また、図１７に示す送受信用光通信用モジ
ュールでは、発光素子１２５及び受光素子１２６を共通
の配線基板１２２上に配置している。このとき、発光素
子１２５と、受光素子１２６を同一平面上に設置すると
発光素子の発光点と受光素子の受光点の高さが構造上異
なるため、光ファイバ１２４の設置高さを各々調整しな
ければならない。そこで、固定溝１２３の溝幅を変える
ことで溝深さを調整し、各光ファイバ１２４ａ，１２４
ｂの設置高さを調整している。しかしながら、この方法
によると、光ファイバ１２４ａ，１２４ｂを半田により
固着する際に、光ファイバ１２４ａ，１２４ｂの高さに
応じた力により、それぞれ上部から押圧する必要があ
る。このため、固定を一括に行うことができず、組み立
て工程が煩雑となるとともに製造コストが増大する。

【００１６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、より低コス
トで製造でき、小型化が可能で、信頼性の高い光通信用
モジュールを提供しようとするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の光通信用モジュ
ールは、上記課題を解決するため、第１基板と、前記第
１基板の第１面上に配設された第２基板と、前記第１，
第２基板相互間に配設され、前記第１，第２基板間に気
密空間を形成する封止部材と、前記第１及び第２基板間
に挿入され、前記気密空間内において端部が露出された
光ファイバと、前記気密空間で、前記第１面と対向する
面である前記第２基板の第２面上に配設され、前記光フ
ァイバからの信号を受光し、電気信号に変換する受光素
子と、前記第２基板の前記第２面上に配設され、前記受
光素子と前記封止部材外部の端子とを接続する第１配線
パターンと、を具備することを特徴とする本発明の別の
観点によれば、第１面と、前記第１面と隣接し且つ前記
第１面より低い第２面とを有する半導体基板と、前記第
１面の下の前記半導体基板内に埋設され、端部が前記第
２面に突出した第１光ファイバと、前記第１光ファイバ
上から前記半導体基板の表面に亘って配設され、前記半
導体基板と同一の材料からなる埋め込み部と、前記第２
面上に配設され、前記第１光ファイバからの光信号を電
気信号に変換する受光素子と、を具備することを特徴と
する光通信用モジュールを提供できる。

【００１８】本発明の別の観点によれば、光ファイバか
らの光信号を電気信号に変換するための光通信用モジュ
ールの製造方法であって、半導体基板の第１面に、前記
光ファイバが配置される埋設溝を形成する工程と、前記
埋設溝の底部に前記光ファイバを配置する工程と、表面
拡散により、前記光ファイバを内在したまま前記埋設溝
を埋設する工程と、前記光ファイバの端部が露出するよ
うに、前記半導体基板の前記第１面の一部を除去して、
前記第１面と隣接し且つ前記第１面と高さが異なる第２
面を形成する工程と、前記第２面上に、前記光ファイバ
からの光が入射するように受光素子を形成する工程と、
を具備することを特徴とする光通信用モジュールの製造
方法を提供できる。

【００１９】更に、本発明に係る実施の形態には種々の
段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件
における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され
得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾
つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場
合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が
周知慣用技術で適宜補われるものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、以下の説明におい
て、略同一の機能及び構成を有する構成要素について
は、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行
う。

【００２１】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係る光通信用モジュールを概略的に示す断
面図である。図１に示すように、本発明の光通信用モジ
ュール１は、例えばシリコンによる本体基板２を有し、
この本体基板２上に第１の配線パターン３が形成され
る。この第１の配線パターン３上には、受光部４が形成
される。この受光部４は、光ファイバ、受光素子等が配
置され、入射する光信号を受信し、電気信号に変換する
ものである。受光部４の各部分の構成、及び接続関係に
ついては、後に詳述する。第１の配線パターン３上に
は、さらに積層セラミックコンデンサ、チップ抵抗等の
回路部品５が配置される。６は、例えば樹脂を流し込む
ことにより本体基板２、第１の配線パターン３、受光部
４、回路部品５を覆うように形成される筐体である。７
は、光通信用モジュール１を外部と接続するためのリー
ドピンである。光通信用モジュール１内部でリードピン
７は、第１の配線パターン２と図示せぬボンディングワ
イヤ等により接続される。８は、光ファイバ１４を保護
する保護チューブである。この保護チューブ８は、筐体
６を形成する前に配置される。９は、コネクタであり、
このコネクタ９を介して、光通信用モジュール１が他の
素子等の光ファイバ１４ａと接続される。

【００２２】図２（ａ），（ｂ）は、上記光通信用モジ
ュール１の受光部４を拡大して概略的に示す図である。
図２（ａ）は、受光部４の上面図であり、図２（ｂ）は
図２（ａ）のIIＢ−IIＢに沿った断面図である。

【００２３】図２（ａ），（ｂ）に示すように、例えば
シリコンによる配線基板１２は、端部に断面がＶ字形状
の固定溝１３を有する。固定溝１３内には、光ファイバ
１４が固着して形成される。固定溝１３は、光ファイバ
１４を固着した後、例えば樹脂により気密封止される。
また、固定溝１３の長手方向の端部の配線基板１２との
境界部に傾斜部が形成され、この傾斜部に反射ミラー１
５が形成される。

【００２４】上記反射ミラー１５が形成される固定溝１
３の端部の周囲を囲むように、例えばセラミックからな
るスペーサ基板（封止部材）１６が接着剤を介して配置
される。スペーサ基板１６上には例えばセラミックから
なるベース基板１７が形成される。このスペーサ基板１
６とベース基板１７により、上記固定溝１３の端部を覆
い、気密封止された気密空間１８が形成される。この気
密空間１８は、後述する受光素子が収納されるような深
さ、面積を有するように形成される。気密空間１８内の
ベース基板１７上には、第２の配線パターン１９が設け
られる。この第２の配線パターン１９は、ベース基板１
７からスペーサ基板１６上まで延出した接続部（封止部
材外部の端子）１９ａを有する。ベース基板１７とスペ
ーサ基板１６との間であって、第２の配線パターン１９
が設けられていない部分は、配線パターン１９を設けた
後、例えばベース基板１７及びスペーサ基板１６とを焼
き固めることにより気密封止される。

【００２５】気密空間１８内の第２の配線パターン１９
上には、上記反射ミラー１５を介して光ファイバ１４か
ら発せられた光が入射するように、光ファイバ１４と対
向した面に受光面が形成される受光素子２０が設けられ
る。この受光素子２０は、反対面に図示せぬ配線が形成
され、カソード端子が第２の配線パターン１９と接続さ
れるとともに、受光面上のアノード端子が例えば金から
なるワイヤ２１により第２の配線パターン１９と接続さ
れる。

【００２６】上記配線基板１２のスペーサ基板１６が形
成されていない面上の略中央部に第３の配線パターン２
２を介して増幅用アンプ２３が形成される。なお、この
第３の配線パターン２２は、図２において全体の輪郭の
みを概略的に示しており、実際は、種々の配線パターン
が設けられている。第３の配線パターン２２は、上記第
２の配線パターン１９の接続部１９ａとワイヤ２１によ
り接続される。増幅用アンプ２３周囲には、配線を出力
するための複数の接続パッド２４が形成される。増幅用
アンプ２０は、第３の配線パターン２２及び２２により
接続パッド２４と電気的に接続される。この接続パッド
２４は、上記第１の配線パターン３と図示せぬワイヤ等
を介して接続される。

【００２７】図３は、上記ベース基板１７と、このベー
ス基板１７上に設けられた受光素子２０及び第２の配線
パターン１９とを示す平面図である。このベース基板１
７を上記スペーサ基板１６上に重ねて配置し、図２
（ａ）に示す構造を形成する。

【００２８】上記構成の光通信用モジュール１の動作に
ついて説明する。光ファイバ１４を介して入射し、光フ
ァイバ１４の端部から発せられた光信号は、固体溝１３
終端の反射ミラー１５により反射され、受光素子２０に
て受光される。受光素子２０は入射した光信号を電気信
号に変換し、変換された電気信号は第２の配線パターン
１９、ワイヤ２１を介して第３の配線パターン２２に伝
搬される。その後、この電気信号は増幅用アンプ２３に
入力され、所定の値に増幅された後、ワイヤ２１及び第
３の配線パターン１９を介して電極パッド２４より出力
される。次に、電極パッド２４、第１の配線パターン３
を介して、電気信号はリードピン７より光通信用モジュ
ール１の外部に取り出される。

【００２９】上記第１の実施形態によれば、スペーサ基
板１６とベース基板１７により形成された気密空間１８
内に受光素子２０を形成し、光ファイバ１４からの光が
反射ミラー１５を介して受光素子２０に入射するように
それぞれ配置し、スペーサ基板１６とベース基板１６を
配線基板１２上に配置する。これら配線基板１２とスペ
ーサ基板１６とは接着されるため、外部から気密封止さ
れ気密空間１８が形成される。すなわち、光ファイバ１
４、受光素子２０、及び反射ミラー１５が気密封止され
る。したがって、後の工程で受光部３を筐体６により直
接、封止することができる。

【００３０】また、受光部３を気密封止しているため、
樹脂を用いた封止により筐体６を形成できる。このた
め、従来のような箱型の筐体を必要とせず、光通信用モ
ジュール１全体を薄く形成できる。さらに、リードピン
７の形成部分を、ガラスによる気密封止としていないた
め、この部分の大きさが制約されず、筐体６を小型化で
きる。よって、光通信用モジュールの小型化が可能であ
る。

【００３１】また、固定溝上部に受光素子を実装する場
合、従来は受光素子と光ファイバの端部とを対向して形
成する構造ではなかった。すなわち、配線と受光部とが
形成された面と反対の面より受光する裏面構造とし、受
光面側を配線基板に実装するための特殊な加工が必要で
あった。これに対し、本発明の光通信用モジュール１に
よれば、表面に受光部があり、裏面に電極が形成された
既存の受光素子を固定溝上に実装することができる。し
たがって、低価格で受光素子を入手し、上記構造を実現
できる。

【００３２】（第２の実施形態）図４は、本発明に係る
第２の実施形態に係る光通信用モジュール３１を概略的
に示す断面図である。第２の実施形態は、第１の実施形
態と受光部のみが異なる。このため、図４において、受
光部３２以外の部分の説明は省略する。

【００３３】図５（ａ），（ｂ）は、光通信用モジュー
ル３１の受光部３２を拡大して概略的に示す断面図であ
る。図５（ａ）は、受光部３２の上面図であり、図５
（ｂ）は図５（ａ）のＶＢ−ＶＢに沿った断面図であ
る。

【００３４】図５（ａ），（ｂ）に示すように、上記固
定溝１３の端部を覆うように配線基板１２上に、例えば
金属からなる気密封止用の第１の封止パターン（封止部
材）３３が設けられる。この第１の封止パターン３３上
に第２の封止パターン３４を介して、例えばシリコンか
らなる封止基板３５が設けられる。この封止基板３５
は、表面部３５ａと、表面部３５ａの略中央部に設けら
れた窪み部３５ｂを有する。この窪み部３５ｂは、斜辺
と底部から構成され、すなわち断面が略台形の形状を有
する。この窪み３５ｂと配線基板１２が対向する部分に
気密空間１８が形成される。この気密空間１８は、第
１，第２の封止パターン３３，３４により気密封止され
る。封止基板３５は、窪み部３５ｂ内に第２の配線パタ
ーン１９が設けられ、この第２の配線パターン１９は窪
みの底部から斜辺に沿って延在し、表面部３５ａまで延
出する。

【００３５】上記封止基板３５の窪み部３５ｂの底であ
って、第２の配線パターン１９には受光素子２０が設け
られる。この受光素子２０は、上記反射ミラー１５を介
して光ファイバ１４から発せられた光が入射するよう
に、光ファイバ１４と対向した面に受光面が形成され
る。受光素子２０は、受光面と反対面の図示せぬ配線に
より第２の配線パターン１９と接続されるとともに、受
光面上の端子からワイヤにより配線パターン１９と接続
される。

【００３６】上記第２の配線パターン１９は、封止基板
３５の表面部３５ａにおいて、配線基板１２上に設けら
れた接続パターン３６と接続される。この接続パターン
３６は、配線基板１２の表面内に設けられた第４の配線
パターン３７を介して第３の配線パターン２２と接続さ
れる。

【００３７】図６は、上記封止基板３５と、この封止基
板３５の表面部３５ａ及び底部３５ｂから斜辺に沿って
形成された第３の配線パターン１９と、この第３の配線
パターン１９上に設けられた受光素子２０と、をしめす
平面図である。この封止基板３５を、受光素子２０の受
光面と光ファイバ１４とが対向するように上記配線基板
１２上に配置し、図５（ａ）に示す構造を形成する。

【００３８】第２の実施形態によれば、封止基板３５
と、第１，第２の封止パターン３３，３４と、により気
密空間１８を構成し、この気密空間１８内の封止基板３
５上に、受光素子２０と光ファイバ１４とが対向し、反
射ミラー１５を介して光ファイバ１４からの光が入射す
るように受光素子２０を配置する。気密空間１８は、第
１，第２の封止パターン３３，３４により気密封止され
ている。したがって、第１の実施形態と同様の効果を得
られる。

【００３９】（第３の実施形態）図７（ａ）〜（ｃ）は
本発明の第３の実施形態に係る送信用の光通信用モジュ
ールを概略的に示している。図７（ａ）は、光通信用モ
ジュール５１の上面図であり、図７（ｂ），（ｃ）は、
それぞれ該光通信用モジュールの側面図、前面図であ
る。

【００４０】図７（ａ）に示すように、例えばシリコン
による配線基板５２は、後述する電子部品が実装される
主面５２ａと、主面より高く形成され、後述する光ファ
イバが埋設される埋設部５２ｂとを有する。この配線基
板５２の埋設部５２ｂ上には、例えばシリコン窒化膜か
らなる絶縁膜５３が形成される。配線基板５２の埋設部
５２ｂ内には、光ファイバ５４が埋設して形成される。
この光ファイバ５４の一端は配線基板５１より延出して
おり、その先は、図１に示したのと同様にコネクタ９等
（図示せぬ）を介して他の機器の光ファイバ１４ａ（図
示せぬ）と接続される。また、光ファイバ５４の他端は
一部が主面部５２ａに延出するように、埋設部５２ｂか
ら突出している。

【００４１】上記配線基板５２の主面５２ａ上に複数の
配線パターン５５が設けられる。この配線パターン５５
上において、発光面が光ファイバ５４の他端と対向し、
光ファイバ５４に光が入射するように（光学的に結合す
るように）、発光素子５６が設けられる。この発光素子
５６は、入力した電気信号を光信号に変換し、光ファイ
バ５４に発光する。配線バターン５４上で発光素子５６
と対向し、発光素子５６と光学的に結合するように、受
光素子５７が設けられる。この受光素子５７は、発光素
子５６をモニタするために設けられる。配線パターン５
５上には、さらにチップ抵抗５８、発光素子５６を駆動
する半導体チップ５９が設けられる。各配線パターン５
５は、ボンディングワイヤ６０により相互に接続され
る。

【００４２】図８（ａ）〜（ｃ）乃至図１０（ａ）〜
（ｃ）は、図７（ａ）〜（ｃ）に示す光通信用モジュー
ルの製造方法を順に示す工程図である。図８（ａ）は光
通信用モジュールの製造工程の一部を上面から見た図で
あり、図８（ｂ）は図８（ａ）の側面図であり、図８
（ｃ）は全面図である。同様に、図９（ａ），図１０
（ａ）は上面図であり、図９（ｂ），図１０（ｂ）は図
９（ｂ），図１０（ｂ）は側面図であり、図１０
（ｃ），図１０（ｃ）は全面図である。

【００４３】図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、配線基
板５１上の全面に、厚さが例えば３００ｎｍの例えばシ
リコン窒化膜等からなる絶縁膜５３をＣＶＤ（Chemical
Vapor Deposition）法等により形成する。次に、リソ
グラフィ工程及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を
用いて、配線基板５１の埋設部５１ａに対応するする位
置に、光ファイバ５４の直径より大きい深さ及び幅を有
する光ファイバ埋設溝６２を形成する。次に、この光フ
ァイバ埋設溝６２の底部に光ファイバ５４を設置する。
このとき、半田等による固着は行わない。

【００４４】次に、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、
光通信用モジュールを例えば水素雰囲気中で、例えば１
１００℃の温度で熱処理を施す。こうすることにより、
配線基板５１の表面でシリコン原子の表面拡散（マイグ
レーション現象）が起こる。

【００４５】一般に、表面拡散は表面エネルギーを極小
にする方向への変形となる。すなわち、最も曲率半径の
小さい箇所で始まり、この部分の曲率半径が大きくなる
ように、表面拡散が起こる。溝が形成してある場合は溝
底部の角、及び溝と表面との境界の角における曲率半径
が最も小さいため、これらの部分で表面拡散が独立して
起き、孤立した空洞が形成される。この変形の様子を図
１１（ａ）〜（ｆ）に模式的に示す。このような現象が
起こることにより、上記光ファイバ埋設溝６２は、光フ
ァイバ５４を内在したまま埋め込まれる。

【００４６】次に、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、例えばリソグラフィ工程及びＲＩＥ法を用いて、光
ファイバ５４の端部が一部露出するように上記絶縁膜６
１及び配線基板５１の一部を除去し、主面部５２ａを形
成する。

【００４７】次に、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、
配線基板５１の主面部５２ａ上に所定の配線パターン５
５を周知の技術を用いて形成する。次に、発光素子５
６、受光素子５７、チップ抵抗５８、半導体チップ５９
を配線パターン５５上に形成する。次に、所望の配線パ
ターン５５が接続されるように、ボンディングワイヤ５
９を形成する。この後、例えば第１の実施形態に示すよ
うに、樹脂等を用いて封止してもよい。

【００４８】上記第３の実施形態によれば、光ファイバ
５４を配線基板５１内に埋設して形成している。このた
め、第２の従来例で示したように光ファイバ１２４を固
定溝１２３に半田を用いて固着する必要が無い。このた
め、半田量が過多であるために半田が流出したり、光フ
ァイバが浮き上がることにより光ファイバ１２４の位置
がずれて光軸が狂うという問題を防止できる。また、半
田量が過少であるために、接着強度が低下して光ファイ
バが剥離等することを回避し、光通信用モジュールの信
頼性が損なわれるといった問題を防止できる。

【００４９】（第４の実施形態）上記第３の実施形態で
は、本発明を受信用の光通信用モジュールに適用した。
これに対し、第４の実施形態は、本発明を送受信兼用の
光通信用モジュールに適用したものである。

【００５０】図１２（ａ），（ｂ）は、本発明に係る光
通信用モジュールの第４の実施形態を概略的に示してい
る。図１２（ａ）は光通信用モジュール６３の上面図で
あり、図１２（ｂ）は、前面図である。

【００５１】図１２（ａ），（ｂ）に示すように、送信
部の光ファイバ５４ａ及び受信部の光ファイバ５４ｂと
が、発光素子５６及び受光素子５７と光学的にそれぞれ
結合するように、異なる高さを有して埋設される。すな
わち、受光素子の受光部と発光素子の発光部とは、構造
的に高さが異なるため、受信部の光ファイバ５４ｂは、
送信部の光ファイバ５４ａより高く配置される。

【００５２】上記構成の光通信用モジュール６３の製造
方法は、第３の実施形態の光通信用モジュール５１の製
造方法とほぼ同一である。すなわち、第２の実施形態で
示した方法と同様の方法により、送信部の光ファイバ５
４ａ、及び受信部の光ファイバ５４ｂを配置する位置に
合わせて、それぞれ深さの異なる埋設溝を形成する。こ
の埋設溝に各光ファイバ５４ａ，５４ｂを設置し、表面
拡散を用いて埋設溝を埋め込む。この後の工程について
は、第２の実施形態と同じであるため説明は省略する。

【００５３】第４の実施形態によれば、第３の実施形態
と同様の効果を得られる。さらに、各光ファイバ５４
ａ，５４ｂを埋め込むことにより配置しているため、半
田等を用いて固着する必要がない。このため、高さが相
互に相違する光ファイバ５４ａ，５４ｂに対して、それ
ぞれに応じた力により上から押圧する必要がなく、一括
して光ファイバ５４ａ，５４ｂを配置できる。したがっ
て、従来の製造方法に比べ、製造工程を削減し、製造コ
ストを低減することができる。

【００５４】（第５の実施形態）第４の実施形態では、
送受信用の光通信用モジュールの送信部と受信部をそれ
ぞれ独立に形成し、これらを共通の配線基板５２の同一
平面上にそれぞれ配置した。これに対し、第５の実施形
態では、送信部と受信部を一体化して形成したものであ
る。

【００５５】図１３（ａ），（ｂ）は、本発明に係る光
通信用モジュールの第５の実施形態を概略的に示してい
る。図１３（ａ）は光通信用モジュール６４を前面から
見た図であり、図１３（ｂ）は、光通信用モジュール６
４を側面から見た図である。図１３（ａ），（ｂ）に示
すように、配線基板５２の埋設部５２ｂ内に光ファイバ
５４ａが埋設して設けられる。さらに、埋設部５２ｂ内
の光ファイバ５４ａの上部に、所定の間隔を持って光フ
ァイバ５４ｂが埋設して設けられる。すなわち、２つの
光ファイバ５４ａ，５４ｂが上下に隣接して配置され
る。これら光ファイバ５４ａ，５４ｂとそれぞれ光学的
に結合されるように、配線基板５２の主面部５２ａ上に
発光素子５６、受光素子５７が設けられる。これら発光
素子５６、受光素子５７は相互に置換し、上側の光ファ
イバ５４ｄを送信用とし、下側の光ファイバ５４ｃを受
信用とするように構成してもよい。

【００５６】上記構成の光通信用モジュール６４の製造
方法は、第３の実施形態の光通信用モジュール５１の製
造方法とほぼ同一である。すなわち、第３の実施形態で
示した方法と同様の方法により、光ファイバ５４ａを埋
設して形成する。次に、光ファイバ５４ｂを形成する位
置に対応して、光ファイバ埋設溝６２を再び形成する。
後に形成される埋設溝６２は、先に形成される埋設溝６
２より浅く形成される。次に、後に形成された光ファイ
バ埋設溝６２内に光ファイバ５４ｂを設置した後、表面
拡散を利用して光ファイバ埋設溝６２が埋設される。こ
の後の工程については、第３の実施形態と同じであるた
め説明は省略する。

【００５７】第５の実施形態によれば、第３の実施形態
と同様の効果を得られる。さらに、第５の実施形態で
は、配線基板５２の埋設部５２ｂ内に、２つの光ファイ
バ５４ａ，５４ｂを所定の間隔を持って上下に隣接して
配置される。これら光ファイバ５４ａ，５４ｂに対応し
て、高さが相互に相違する発光素子５６、受光素子５７
を配線基板５１の同一の主面部５１ａ上に配置すること
により、発光用及び受光用の光通信用モジュール６４を
一体化して形成できる。このため、発光用と受光用の光
通信用モジュールをそれぞれ独立して形成した場合に比
べ、高密度な実装が可能となり、光通信用モジュール６
４全体を小型化することができる。

【００５８】また、第１または第２の実施形態と、第３
の実施形態を組み合わせて実施することも可能である。
すなわち、例えば第１，第２の実施形態の光ファイバ１
４を、第３の実施形態に示すように配線基板１２に埋設
することが出来る。こうすることにより、光ファイバ１
４を固定溝１３に半田を用いて固着する必要が無く、光
通信用モジュールの信頼性をさらに上げることができ
る。

【００５９】その他、本発明の思想の範疇において、当
業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るも
のであり、それら変更例及び修正例についても本発明の
範囲に属するものと了解される。

【００６０】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
低コストで製造でき、小型化が可能で、信頼性の高い光
通信用モジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る光通信用モジュ
ールを概略的に示す図。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る光通信用モジュ
ールの受光部を拡大して概略的に示す図。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る光通信用モジュ
ールのベース基板部を概略的に示す図。

【図４】本発明の第２の実施形態に係る光通信用モジュ
ールを概略的に示す図。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る光通信用モジュ
ールの受光部を拡大して概略的に示す図。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る光通信用モジュ
ールの封止基板部を概略的に示す図。

【図７】本発明の第３の実施形態に係る光通信用モジュ
ールを概略的に示す図。

【図８】本発明の第３の実施形態に係る光通信用モジュ
ールの製造工程を概略的に示す図。

【図９】図８に続く工程を示す図。

【図１０】図９に続く工程を示す図。

【図１１】表面拡散の様子を概略的に示す図。

【図１２】本発明の第４の実施形態に係る光通信用モジ
ュールを概略的に示す図。

【図１３】本発明の第５の実施形態に係る光通信用モジ
ュールを概略的に示す図。

【図１４】光通信用モジュールの第１の従来例を概略的
に示す図。

【図１５】光通信用モジュールの第２の従来例を概略的
に示す図。

【図１６】光通信用モジュールの第２の従来例の変形例
を示す図。

【図１７】光通信用モジュールの第２の従来例の変形例
を示す図。

【符号の説明】

１…光通信用モジュール、２…本体基板、３…第１の配線パターン、４…受光部、５…半導体チップ、６…筐体、７…リードピン、１２…配線基板、１３…固定溝、１４…光ファイバ、１５…反射ミラー、１６…スペーサ基板、１７…ベース基板、１８…気密空間、１９…第２の配線パターン、２０…受光素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小野玲司神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地東芝電子エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 2H037 BA02 BA11 CA38 DA03 DA04 DA06 DA12 DA17 DA36 5F088 BA16 BB01 EA07 JA03 JA10 JA14 JA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１基板と、前記第１基板の第１面上に配設された第２基板と、前記第１，第２基板相互間に配設され、前記第１，第２
基板間に気密空間を形成する封止部材と、前記第１及び第２基板間に挿入され、前記気密空間内に
おいて端部が露出された光ファイバと、前記気密空間で、前記第１面と対向する面である前記第
２基板の第２面上に配設され、前記光ファイバからの信
号を受光し、電気信号に変換する受光素子と、前記第２基板の前記第２面上に配設され、前記受光素子
と前記封止部材外部の端子とを接続する第１配線パター
ンと、を具備することを特徴とする光通信用モジュール。
【請求項２】前記第１配線パターンが、前記第２基板と
前記封止部材との間に配設されることを特徴とする請求
項１に記載の光通信用モジュール。
【請求項３】前記第１配線パターンの一部が前記第１基
板の表面内に配設され、前記第１基板上の第２配線パタ
ーンと接続されていることを特徴とする請求項１に記載
の光通信用モジュール。
【請求項４】前記第１基板及び前記第２基板の全体を封
止する樹脂をさらに具備することを特徴とする請求項１
乃至４のいずれかに記載の光通信用モジュール。
【請求項５】第１面と、前記第１面と隣接し且つ前記第
１面より低い第２面とを有する半導体基板と、前記第１面の下の前記半導体基板内に埋設され、端部が
前記第２面に突出した第１光ファイバと、前記第１光ファイバ上から前記半導体基板の表面に亘っ
て配設され、前記半導体基板と同一の材料からなる埋め
込み部と、前記第２面上に配設され、前記第１光ファイバからの光
信号を電気信号に変換する受光素子と、を具備することを特徴とする光通信用モジュール
【請求項６】前記埋め込み部材内に埋設された第２光フ
ァイバと、前記第２面上に配設され、電気信号を光信号に変換して
前記第２光ファイバへ発光する発光素子と、をさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の光
通信用モジュール。
【請求項７】光ファイバからの光信号を電気信号に変換
するための光通信用モジュールの製造方法であって、半導体基板の第１面に、前記光ファイバが配置される埋
設溝を形成する工程と、前記埋設溝の底部に前記光ファイバを配置する工程と、表面拡散により、前記光ファイバを内在したまま前記埋
設溝を埋設する工程と、前記光ファイバの端部が露出するように、前記半導体基
板の前記第１面の一部を除去して、前記第１面と隣接し
且つ前記第１面と高さが異なる第２面を形成する工程
と、前記第２面上に、前記光ファイバからの光が入射するよ
うに受光素子を形成する工程と、を具備することを特徴とする光通信用モジュールの製造
方法。