JP2007140179A - 光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】素子を簡単な工程で密閉し、光軸方向における光素子の位置を精密に調整することのできる光モジュールおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る光モジュール100は、ベース部12と、当該ベース部上に設けられた枠部14とを有し、セラミックスからなる筐体10と、前記枠部の内側に設けられている光素子30と、透明基板からなる前記筐体の蓋部材40と、前記筐体の上方にレンズが配置されるように設けられたレンズ付コネクタ50と、を含む。また、光モジュール100は、筐体10と蓋部材40とを接合するためのシール部材20をさらに含んでもよい。
【選択図】図1

Description

本発明は、光モジュールおよびその製造方法に関する。
発光素子や受光素子のような光素子は、ほこりや湿気等の外部環境によってダメージを受けることにより、性能が劣化することがある。このような性能劣化を防止するために、パッケージ内に光素子を密閉封止する方法が開発されている。たとえば、特許文献1は、基板上の光子装置を覆うように接着剤層と金属層とを形成する密閉封止方法を開示している。
一方、光素子と光ファイバ等の他のデバイスと光結合する際、良好な結合効率を得るためには、光軸方向における光素子の位置を精密に調整しなければならない。しかしながら、光素子を収容するパッケージ自体の構造が精密に形成されていない等の理由により、光素子の位置を精密に調整することは困難であった。
特表2002−534813号公報
本発明の目的は、光素子を簡単な工程で密閉し、光軸方向における光素子の位置を精密に調整することのできる光モジュールおよびその製造方法を提供することにある。
本発明に係る光モジュールは、
ベース部と、当該ベース部上に設けられた枠部とを有し、セラミックスからなる筐体と、
前記枠部の内側に設けられている光素子と、
透明基板からなる前記筐体の蓋部材と、
前記筐体の上方にレンズが配置されるように設けられたレンズ付コネクタと、
を含む。
本発明に係る光モジュールによれば、光素子を簡単な工程で密閉し、光軸方向における光素子の位置を精密に調整することができる。
本発明に係る光モジュールにおいて、
前記枠部の上面に設けられ、前記筐体と、前記蓋部材とを接合するためのシール部材をさらに含み、
前記透明基板は、ガラス基板からなり、
前記シール部材は、低融点ガラスからなることができる。
本発明に係る光モジュールにおいて、
前記枠部の内側であって、前記ベース部の上方に設けられたスペーサをさらに含み、
前記光素子は、前記スペーサの上方に設けられていることができる。
本発明に係る光モジュールにおいて、
前記スペーサは、導電性材料からなることができる。
本発明に係る光モジュールにおいて、
前記ベース部の上面に形成された導電層をさらに含み、
前記スペーサは、前記導電層の上面に形成され、2箇所で前記導電層と接合されているワイヤからなることができる。
本発明に係る光モジュールにおいて、
前記光素子は、基板と、基板上に設けられた光学的部分と、当該光素子を駆動するための第1電極および第2電極とからなり、
前記第1電極は、基板の前記スペーサ側の面に形成されていることができる。
本発明にかかる光モジュールの製造方法は、
光素子を備える光モジュールの製造方法であって、
(a)ベース部と、当該ベース部上に設けられた枠部とを有し、セラミックスからなる筐体を準備する工程と、
(b)光素子を、前記筐体のベース部の上方に設ける工程と、
(c)前記筐体と前記蓋部材とを接合するためのシール部材を、前記枠部の上面に設ける工程と、
(d)前記筐体の枠部と、透明基板からなる蓋部材を接合する工程と、
(e)前記透明基板の上方にレンズが配置されるように、レンズ付きコネクタを設ける工程と、
を含む。
本発明にかかる光モジュールの製造方法において、
前記工程(a)は、
前記筐体の枠部を構成する枠部材と、前記筐体のベース部を構成する板部材とを焼成により一体化する工程と、
を含むことができる。
本発明にかかる光モジュールの製造方法において、
前記工程(b)の前に、
スペーサを、前記筐体のベース部上に設ける工程と、
前記スペーサを押圧することにより塑性変形させる工程と、
をさらに含み、
前記工程(b)では、光素子と前記スペーサとを接合することで前記光素子を、前記筐体のベース部の上方に設けることができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
1.光モジュール
まず、本実施の形態にかかる光モジュールの構造を説明する。図1は、光モジュールを模式的に示す断面図である。
光モジュール100は、筐体10と、シール部材20と、光素子30と、蓋部材40と、レンズ付きコネクタ50とを含む。筐体10は、ベース部12と、ベース部12上に設けられた枠部14とを有する。ベース部12および枠部14は、セラミックスからなる。また筐体10は、第1の配線16および第2の配線18をさらに含む。第1の配線16および第2の配線18は、ベース部12の上面から穴を介して下面にかけて形成される。第2の配線18は、ベース部12の上面において、光素子が接合される領域に形成されることができる。シール部材20は、枠部14の上面に形成され、たとえば矩形の枠形状を有する。シール部材20は、蓋部材40と、筐体10とを接合する。
光素子30は、基板32と、基板32上に設けられた光学的部分34とを含む。光素子30は、発光素子または受光素子であることができる。光学的部分34は、光を発光または受光する部分である。発光素子の光学的部分34は、たとえば面発光型半導体レーザの共振器部分等であることができる。受光素子の光学的部分34は、たとえば光吸収領域であることができる。光素子30は、光素子30を駆動するための第1電極37および第2電極をさらに有する。第1電極37は、基板32の第2の配線18側の面に形成されている。第2電極35は、基板32上に形成されている。ワイヤ36は、第2電極35と第1の配線16とを電気的に接続する。
蓋部材40は、筐体10の枠部14で囲まれた開口部を覆うようにシール部材20上に設けられる。蓋部材40は、光素子30が発光または受光する光を透過する透明基板からなることができ、たとえばガラス基板からなることができる。
レンズ付きコネクタ50は、レンズ部52およびスリーブ54を有し、図1に示すように一体型に成形されている。レンズ付きコネクタ50は、たとえば樹脂を用いて形成されている。スリーブ52には、たとえばフェルールが挿入される。レンズ部54は、光素子30の上方に設けられ、光学的部分34が発光した光または外部からの光を集光する。レンズ付きコネクタ50は、枠部14の周囲を取り囲むように設けられる。
本実施の形態にかかる光モジュール100によれば、光素子30を気密封止することができる。また、枠部14の高さを調整することにより、光素子30の光学的部分34からレンズ部52との距離を調整することができる。これにより、光素子30が発光または受光する光の外部との結合効率を向上させることができる。
2.光モジュールの製造方法
まず、本実施の形態にかかる光モジュールの製造方法を説明する。図2〜図5は、光モジュールの製造方法を示す断面図である。
(1)まず、図2に示すように、筐体10を準備する。ベース部12を構成する板部材および枠部14を構成する枠部材は、たとえばアルミナを含む未焼結セラミックスであるグリーンシートの単層または積層からなることができる。枠部14を構成する枠部材は、グリーンシートに穴が形成されたものである。グリーンシートは、打ち抜き型やパンチングマシーン等により所望の形状に加工することができる。ベース部12および枠部14において用いるグリーンシートの数量を調整することにより、筐体10のサイズを調整することができる。また各グリーンシートの表面には、印刷等により配線が形成されていてもよい。ベース部12を構成する板部材と枠部14を構成する枠部材とを積層し、焼結して一体化することにより、筐体10を形成することができる。なお、筐体10と後述するシール部材20が密着しやすいように、筐体10の枠部14の上面の表面処理を行ってもよい。
第1の配線16および第2の配線18は、ベース部12を構成する板部材に穴を形成した後に、導電性材料を用いて形成される。
(2)次に、図3に示すように、枠部14の上面にシール部材20を設ける。シール部材20は、後述する蓋部材40と、筐体10とを接合するために設けられる。シール部材20は、筐体10と蓋部材40とを接合する材質であれば特に限定されないが、熱可塑性の絶縁性材料または金属材料からなることができ、たとえば低融点ガラスのプリフォームからなることができる。
(3)次に、図4に示すように、光素子30と筐体10とを接合する。具体的には光素子30を第2の配線18上に接合する。まず、接合部材24を塗布し、光素子30を接合部材24の上面に配置して、適切な荷重を下方にかけながらダイボンディングを行う。接合部材24としては、たとえば銀ペーストを用いることができる。
接合部材24としての銀ペーストが硬化した後に、公知の方法を用いてワイヤ36およびワイヤ38のワイヤボンディングを行う。ワイヤ36は、基板32上に形成された電極と第1の配線16とを電気的に接続し、ワイヤ38は、基板32上に形成された電極と第2の配線18とを電気的に接続する。
(4)次に、図5に示すように、蓋部材40と筐体10とをシール部材20により接合する。蓋部材40をベース部12方向(下方)に押圧しながら、シール部材20を加熱する。たとえば、シール部材20に上方からレーザ光を照射することにより加熱することができる。蓋部材40としてガラス基板を用いる場合に、シール部材20として低融点ガラスを用いることにより、シール部材20と蓋部材40との密着性を向上させることができる。
(5)次に、図1に示すように、レンズ付きコネクタ50を筐体10に装着する。レンズ付きコネクタ50は、樹脂からなることができる。具体的には、硬化前のレンズ付きコネクタ50を蓋部材40および筐体10に押し付けて接着硬化させることにより、レンズ付きコネクタ50を装着することができる。このようにレンズ付きコネクタ50を筐体10に嵌め込むことにより、接着剤を用いた場合に生じる接着剤の硬化収縮の影響を軽減することができる。したがって、
以上の工程により光モジュール100を製造することができる。よって、光素子30の光学的部分34からレンズ部52との距離を精密に調整することができ、光素子30が発光または受光する光の外部との結合効率を向上させることができる。
3.変形例
3.1.第1の変形例
第1の変形例にかかる光モジュール200について説明する。図6および図7は、第1の変形例にかかる光モジュールの製造方法を示す断面図である。図8は、第1の変形例にかかる光モジュールを模式的に示す断面図である。
第1の変形例にかかる光モジュール200は、スペーサ22をさらに有する点で本実施の形態にかかる光モジュール100と異なる。光モジュール200の製造工程は以下のとおりである。
筐体10の上面にシール部材20を形成した後に、図6に示すように、筐体10の内部のベース部12の上にスペーサ22aを形成する。スペーサ22aは、上方に突起する突起部を有する。スペーサ22aは、塑性変形可能な材質からなり、たとえばボールバンプからなることができる。ボールバンプは、ワイヤボンダを用いてキャピラリの先端に形成したボールを筐体10に1st接合し、ボールから突起したワイヤを切断することにより形成される。ここでボールバンプは、ベース部12上に形成された第2の配線18上に第1接合されるのみである。スペーサ22aは、金属材料からなることが好ましく、たとえば金からなることができる。ボールバンプは、光素子30が設けられる領域に形成される。たとえば、光素子30の底面のサイズが0.3mm×0.3mmである場合には、直径0.1mmのボールバンプが3×3個形成される。
次に、図7に示すように、高さ調整治具60により押圧することにより、スペーサ22aを塑性変形させる。高さ調整治具60は、スペーサ22aに対向する第1の部分62と、枠部14に対向する第2の部分64とを含み、図7に示すように凸型形状を有する。第1の部分62の上面は、第2の部分64の上面より高い位置にある。高さ調整治具60は、第1の部分62の上面と第2の部分64の上面との差が任意の長さaになるように設けられている。高さ調整治具60の材質は、シール部材20およびスペーサ22aより硬い材質であれば特に限定されない。
具体的には、高さ調整治具60を用いて、図7に示す矢印の方向にスペーサ22aとシール部材20を押圧する。具体的には第1の部分62がスペーサ22aを押圧し、第2の部分64がシール部材20を押圧する。これにより、スペーサ22aが押しつぶされることにより塑性変形してスペーサ22が形成される。これによりスペーサ22と、シール部材20との高さの差を長さaに調整することができる。ここで、高さ調整治具60は、第1の部分62によってスペーサ22aを押圧しながら、第2の部分64をシール部材20の上面に押し当てている。よって、シール部材20も押しつぶされることにより塑性変形してもよい。シール部材20が、スペーサ22aより著しく硬い場合には、塑性変形せず、スペーサ22aの押圧を制限し、スペーサ22aが塑性変形し過ぎるのを防止することができる。
次に、上述した方法により、接合部材24をスペーサ22の隙間を埋めるようにして塗布し、光素子30をスペーサ22上に接合する。以後の工程については、上述した光モジュール100の製造方法と同様であるので説明を省略する。
第1の変形例にかかる光モジュール200の製造方法では、高さ調整治具60を用いてスペーサ22aを押しつぶし、その上に光素子30を配置する。これにより、光素子30と蓋部材40との高さの差を長さaに調整することができる。このように、光素子30と蓋部材40との距離を精密に調整することによりレンズ部52と光素子30との距離を精密に調整できるため、光の経路の制御性を高めることができる。よって、光素子30と光ファイバ等の外部のデバイスとの光結合効率を向上させることができる。
また、第1の変形例にかかる光モジュール200の製造方法において、スペーサ22aは、突起部を有するため、高さ調整治具60によって塑性変形しやすい。よって、適切な高さを有するスペーサ22を形成することができる。またスペーサ22aは、一般に熱伝導率の高い導電性材料からなるため、放熱性を高めることができる。また、第1電極37がスペーサ22側の面(裏面)に設けられている。このように光素子30の裏面に電極が設けられ、かつスペーサ22aが導電性材料からなる場合には、第2の配線18と、光素子30とを電気的に接続することができるため、光素子30の上面から第2の配線18へのワイヤボンディング工程を省略することができる。
また、図7に示すような高さ調整治具60を用いることによって、スペーサ22aと、シール部材20とを同時に押圧することができる。これにより、シール部材20の上面と、スペーサ22の上面の高さの差を精密に調整することができるため、たとえば筐体10のベース部12の高さを微調整できない場合であっても、光素子30とレンズ部52との距離を精密に調整することができる。
上記以外の光モジュール200の構成および製造工程については、上述した光モジュール100の構成および製造工程と同様であるので説明を省略する。
なお、第1の変形例にかかる光モジュールの製造方法では、シール部材20を設けた後に、スペーサ22aを塑性変形させているが、これにかえて、シール部材20を設ける前に、スペーサ22aを塑性変形させてもよい。この場合には、高さ調整治具60は、第1の部分62によってスペーサ22aを押圧しながら、第2の部分64を枠部14の上面に押し当てている。これにより、枠部14はスペーサ22aの押圧を制限し、スペーサ22aが塑性変形し過ぎるのを防止することができる。
3.2.第2の変形例
第2の変形例にかかる光モジュール300について説明する。図9および図10は、第2の変形例にかかる光モジュールの製造方法を示す断面図である。図11は、第2の変形例にかかる光モジュールを模式的に示す断面図である。第2の変形例にかかる光モジュール300は、それぞれのスペーサ122が2箇所で第2の配線18と接合している点で、第1の変形例にかかる光モジュールと異なる。
筐体10の上面にシール部材20を形成した後に、図9に示すように、筐体10の内部のベース部12の上にスペーサ122aを形成する。ワイヤボンダを用いてキャピラリの先端に形成されたボールを第2の配線18上に第1接合し、ついでワイヤの他方の端部を第2の配線18上に第2接合することによって、図8に示すようにスペーサ122aが得られる。
次に、図10に示すように、高さ調整治具60を用いて押圧することにより、スペーサ122aを塑性変形させてスペーサ122を形成する。ついで上述した工程により、蓋部材40およびレンズ付きコネクタ50を設けて図11に示すように光モジュール300を得ることができる。このように、スペーサ122は、2箇所で第2の配線18と接合していることにより、電気抵抗を低減し、放熱性を向上させることができる。
上記以外の光モジュール300の構成および製造工程については、上述した光モジュール200の構成および製造工程と同様であるので説明を省略する。
3.3.第3の変形例
第3の変形例にかかる光モジュールの製造方法について説明する。図12および図13は、第3の変形例にかかる光モジュールの製造方法を示す断面図である。
第3の変形例にかかる光モジュールは、スペーサ222をさらに有する点で本実施の形態にかかる光モジュール100と異なる。また、第3の変形例にかかる光モジュールの製造方法は、光素子30を、高さ調整治具260による押圧の前にスペーサ222a上に配置する点で、第1の変形例および第2の変形例にかかる光モジュールの製造方法と異なる。なお、第3の変形例にかかる光モジュールの製造方法で用いられるスペーサ222aは、第2の変形例で用いたスペーサ122aと同様のものであるが、スペーサの形状はこれに限定されない。
スペーサ222aを形成した後、図12に示すように、光素子30をスペーサ222aの上に配置する。このとき、スペーサ222aは、光素子30が水平に配置可能なように、それぞれのスペーサ222aの高さが一定になるように形成されることが好ましい。また、光素子30の配置前に接合部材24をスペーサ222aの隙間や上面に塗布されてもよい。
次に、高さ調整治具260を用いて、光素子30の基板32およびシール部材20を押圧する。高さ調整治具260は、図13に示すように、スペーサ222aに対向する第1の部分262に凹部263を有する。具体的には、第1の部分262の凹部263以外の領域で光素子30の基板32を押圧し、第2の部分264でシール部材20を押圧する。
凹部263は、押圧時において内部に光学的部分34を収容できる位置に設けられる。これにより、押圧によるダメージを光学的部分34に与えることなく、光素子30を押圧することができる。また凹部263は、平面視において基板32より小さい領域に形成されることが好ましい。第1の部分262において、凹部263の周囲は、平坦な形状を有することが好ましい。これにより、光素子30の光学的部分34の周囲を均等な押圧力で押圧することができる。また、光素子30を押圧することにより、光素子30の基板32の上面と、シール部材20の上面との高さの差を精密に調整することができる。これにより、基板32の厚さを考慮することなく、光学的部分34とレンズ部52との距離を調整することができる。
蓋部材40を配置する工程以後の光モジュールの製造方法については、本実施の形態にかかる光モジュールの製造方法と同様であるので、説明を省略する。
3.4.第4の変形例
次に第4の変形例にかかる光モジュールの製造方法について説明する。図14および図15は、第4の変形例にかかる光モジュールの製造方法を示す断面図である。第4の変形例にかかる光モジュールの製造方法は、光素子30にスペーサ322aを形成した後にスペーサ322aを筐体10上に配置している点で、本実施の形態にかかる光モジュールの製造方法と異なる。
まず、図14に示すように、光素子30の裏面にスペーサ322aを形成する。スペーサ322aは、本実施の形態におけるスペーサ22aの形成方法と同様の方法で形成される。具体的にはスペーサ322aは、ワイヤボンダを用いてキャピラリの先端に形成したボールを光素子30の裏面(下面)に第1接合し、ボールから突起したワイヤを切断することにより形成される。ここでボールバンプは、基板32の裏面上に第1接合されるのみである。なお、基板32の裏面上には光素子30を駆動するための電極が形成されていてもよい。
次に、光素子30を筐体10内のベース部12上に配置し、接合部材24をスペーサ322aの隙間や上面に塗布し、スペーサ側を下方に向けて光素子30を第2の配線18上に配置する。ついで、高さ調整治具260を用いて光素子30を押圧し、加熱して光素子30と筐体10とを接合する。第3の変形例にかかる高さ調整治具260は、第3の変形例にかかる高さ調整治具260と同様の構成を有するので説明を省略する。
このように光素子30に予めスペーサ322aを形成することにより、スペーサ322を光素子30上の適切な位置に配置することができる。また、光素子30を押圧することにより、光素子30の基板32の上面と、シール部材20の上面との高さの差を精密に調整することができる。これにより、基板32の厚さを考慮することなく、光学的部分34とレンズ部52との距離を調整することができる。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
本実施の形態にかかる光モジュールを模式的に示す断面図。 本実施の形態にかかる光モジュールの製造方法を模式的に示す断面図。 本実施の形態にかかる光モジュールの製造方法を模式的に示す断面図。 本実施の形態にかかる光モジュールの製造方法を模式的に示す断面図。 本実施の形態にかかる光モジュールの製造方法を模式的に示す断面図。 第1の変形例にかかる光モジュールの製造方法を模式的に示す断面図。 第1の変形例にかかる光モジュールの製造方法を模式的に示す断面図。 第1の変形例にかかる光モジュールを模式的に示す断面図。 第2の変形例にかかる光モジュールの製造方法を模式的に示す断面図。 第2の変形例にかかる光モジュールの製造方法を模式的に示す断面図。 第2の変形例にかかる光モジュールを模式的に示す断面図。 第3の変形例にかかる光モジュールの製造方法を模式的に示す断面図。 第3の変形例にかかる光モジュールの製造方法を模式的に示す断面図。 第4の変形例にかかる光モジュールの製造方法を模式的に示す断面図。 第4の変形例にかかる光モジュールの製造方法を模式的に示す断面図。
符号の説明
10 筐体、12 ベース部、14 枠部、16 第1の配線、18 第2の配線、20 シール部材、22 スペーサ、24 接合部材、30 光素子、32 基板、34 光学的部分、36、38 ワイヤ、40 蓋部材、50 レンズ付きコネクタ、52 レンズ部、54 スリーブ、60 高さ調整治具、100 光モジュール、122 スペーサ、200 光モジュール、222 スペーサ、322 スペーサ

Claims (9)

  1. ベース部と、当該ベース部上に設けられた枠部とを有し、セラミックスからなる筐体と、
    前記枠部の内側に設けられている光素子と、
    透明基板からなる前記筐体の蓋部材と、
    前記筐体の上方にレンズが配置されるように設けられたレンズ付コネクタと、
    を含む、光モジュール。
  2. 請求項1において、
    前記枠部の上面に設けられ、前記筐体と、前記蓋部材とを接合するためのシール部材をさらに含み、
    前記透明基板は、ガラス基板からなり、
    前記シール部材は、低融点ガラスからなる、光モジュール。
  3. 請求項1または2において、
    前記枠部の内側であって、前記ベース部の上方に設けられたスペーサをさらに含み、
    前記光素子は、前記スペーサの上方に設けられている、光モジュール。
  4. 請求項3において、
    前記スペーサは、導電性材料からなる、光モジュール。
  5. 請求項4において、
    前記ベース部の上面に形成された導電層をさらに含み、
    前記スペーサは、前記導電層の上面に形成され、2箇所で前記導電層と接合されているワイヤからなる、光モジュール。
  6. 請求項4または5において、
    前記光素子は、基板と、基板上に設けられた光学的部分と、当該光素子を駆動するための第1電極および第2電極とからなり、
    前記第1電極は、基板の前記スペーサ側の面に形成されている、光モジュール。
  7. 光素子を備える光モジュールの製造方法であって、
    (a)ベース部と、当該ベース部上に設けられた枠部とを有し、セラミックスからなる筐体を準備する工程と、
    (b)光素子を、前記筐体のベース部の上方に設ける工程と、
    (c)前記筐体と前記蓋部材とを接合するためのシール部材を、前記枠部の上面に設ける工程と、
    (d)前記筐体の枠部と、透明基板からなる蓋部材を接合する工程と、
    (e)前記透明基板の上方にレンズが配置されるように、レンズ付きコネクタを設ける工程と、
    を含む、光モジュールの製造方法。
  8. 請求項7において、
    前記工程(a)は、
    前記筐体の枠部を構成する枠部材と、前記筐体のベース部を構成する板部材とを焼成により一体化する工程と、
    を含む、光モジュールの製造方法。
  9. 請求項7または8において、
    前記工程(b)の前に、
    スペーサを、前記筐体のベース部上に設ける工程と、
    前記スペーサを押圧することにより塑性変形させる工程と、
    をさらに含み、
    前記工程(b)では、光素子と前記スペーサとを接合することで前記光素子を、前記筐体のベース部の上方に設ける、光モジュールの製造方法。
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