JPH0355507A

JPH0355507A - 受光素子モジュール

Info

Publication number: JPH0355507A
Application number: JP1190605A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Horigome; 堀米　信良; Kaoru Moriya; 守谷　薫; Akira Okamoto; 明岡本; Makoto Fujiwara; 誠藤原; Kenji Tagawa; 憲治田川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-07-25
Filing date: 1989-07-25
Publication date: 1991-03-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】目　　　　次概　　　要産業上の利用分野従来の技術発明が解決しようとする課題課題を解決するための手段作　　　用実　　施　　例発明の効果概要光ファイバと受光素子を直接光結合する受光素子モジュ
ールに関し、受光素子と光ファイバを無調整で組み立てることのでき
る受光素子モジュールを提供することを目的とし、光ファイバと受光素子とを直接光結合する受光素子モジ
ュールにおいて、搭載すべき受光素子チップに外接する
大きさに形成された円形頂部を有する円錐状キャリアの
前記円形頂部に受光素子チップを搭載固定し、フェルー
ル挿入孔を中心部に有すると共に、前記円錐状キャリア
の傾斜面と同一角度の傾斜面を有し、その中心軸がフェ
ルール挿入孔の中心軸と一致する円錐状凹邪の形成され
た筐体を、両傾斜面同士をすり合わせて前記円錐状キャ
リア上に搭載固定し、光ファイバの接続された段付フエ
ルールを筐体の前記フェルール挿入孔に段差部が筐体端
面に当接するまで挿入し、固定して構或する。

産業上の利用分野本発明は光ファイバと受光素子を直接光結合する受光素
子モジュールに関する。

光ファイバからの出射光を受光素子に結合するには、レ
ンズを用いて受光素子の受光面に集光して結合する構造
と、テーバ先球ファイバ等を用いてレンズを使用するこ
となく光ファイバからの出射光を直接受光素子に結合す
る構造とがある。レンズを用いる受光素子の光結合構造
は、レンズにより光ファイバの出射光が集光されるため
、比較的小さな受光径の受光素子を用いることができる
ので、広帯域性及び低雑音性の確保が容易であるが、受
光素子モジュールの構造が複雑化、大型化するという問
題がある。

そこで近年、テーパ先球ファイバ等を使用してレンズを
省略した受光素子モジュールが提案されている。テーパ
先球ファイバを使用した直接結合型受光素子モジュール
においては、先球部がレンズの役目をして光ファイバか
らの出射光を受光素子の受光面上に集光できるため、レ
ンズを用いる受光素子モジュールと同様に広帯域性及び
低雑音性を確保することができる。

従来の技術第１２図に従来の直接結合型受光素子モジ一一ルの縦断
面図を示す。コバール等から形成されたステム１上に例
えばセラミック製のサブマウント２が搭載されており、
このサブマウント２上にフォトダイオード（ＰＤ）チッ
プ３が実装されている。４はコバール又はステンレス等
の金属から形成されたキャップであり、ステムエにプロ
ジェクション溶接されている。

このようにＦＤチップ３及びキャップ４等をステム１上
に予め組み立てた後、テーパ先球ファイバ５をＰＤチッ
プ３に向かい合わせ、ファイバ先端から光を出射させな
がらフェルール６とスリーブ７の位置関係を調整して、
光軸方向（Ｚ軸）の調整を行い、さらにスリーブ７とキ
ャップ４とをすり合わせて光軸と垂直な方向（Ｘ．ＹＭ
）の調整を行うことによって、最適な光結合位置を見つ
け、最後に半田でスリーブ７とキャップ４との間及びフ
ェルール６とスリーブ７との間の気密封止固定を行って
いる。第１２図において、８は端子であり、９はボンデ
ィングワイヤである。

発明が解決しようとする課題上述した従来の受光素子モジュールにおいては、ｘ，　
ｙ，　ｚの３軸調整が必要なため、構造が比較的複雑と
なり、又組み立てに非常に時間が掛かるいう問題があっ
た。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、受光素子と光ファイバを無調整
で組み立てることのできる受光素子モジュールを提供す
ることである。

課題を解決するための手段第１図は本発明の原理図である。先ず、第１図（八〉　
　に示された本発明の原理構戊によると、搭載すべき受
光素子チップ１１に外接する大きさに形成された円形頂
部１０ａを有する円錐状キャリア１０の円形頂部１０ａ
に受光素子チップ１１を搭載固定する。次いで、フェル
ール挿入孔１２ａを中心部に有するとともに、円錐状キ
ャリア１０の傾斜面１０ｂと同一角度の傾斜面１３ａを
有し、その中心軸がフェルール挿入孔１２ａの中心軸と
一致する円錐状凹部ｌ３の形成された筐体１２を、両傾
斜面１０ｂ．１３ａ同士をすり合わせて前記円錐状キャ
リア１０上に搭載固定する。さらに、光ファイバ１４の
接続された段付フェルール１５を筐体１２のフェルール
挿入孔１２Ｈに段差部１５ａが筐体端面に当接するまで
挿入して固定する。

第１図（Ａ）　　において、ｌ６は受光素子チップ１１
に電気的に接続された端子であり、円錐状キャリア１０
の傾斜面１０ｂはメタライズされていて、もう一方の端
子は筐体１２、円錐状キャリア１０のメタライズ表面、
ボンディングワイヤ１７を介して受光素子チップ１１に
接続されている。

第１図（Ｂ）　　に示された本発明の原理構或によると
、搭載すべき受光素子チップ１１に外接する大きさの円
形底部２１ａを有する円錐状凹部２１の形成されたキャ
リア２０の前記底部２１ａに受光素子チップ１１を搭載
固定する。次いで、フェルール挿入孔２２ａを中心部に
有するとともに、円錐状凹部２１の傾斜面２１ｂと同一
角度の円錐状傾斜面２２ｂを有し、この円錐状傾斜面２
２ｂの中心軸がフェルール挿入孔２２ａの中心軸と一致
する、頂部２２Ｃが切断された円錐状筐体２２を両傾斜
面２１ｔ）．２２ｂ同士をすり合わぜてキャリア２０上
に搭載固定する。さらに、光ファイバ１４の接続された
段付フェルール１５を筐体２２のフェルール挿入孔２２
ａに段差部１５ａが筐体端面に当接するまで挿入して固
定する。

第１図（Ｂ）　　において、２３．２４は端子であり、
端子２４はボンディングワイヤ１７を介して受光素子チ
ップ１１に接続されている。

作　　　用第１図（Ａ）　　に示した円錐状筐体１０の頂部１０ａ
及び（Ｂ）　　に示した円錐状凹部２１の底部２１ａは
、第２図に示すように搭載すべき受光素子チップ１１に
外接する大きさに形戒されている。このため、受光素子
チップ１１の位置出しが極めて容易である。また、第１
図（＾）においては、円錐状キャリア１０の傾斜面１０
ｂと筺体１２に形成された凹部１３の傾斜面１３ａが一
致しているため、両傾斜面１０ｂ，１３２同士をすり合
わせて筐体１２を円錐状キャリア１０上に搭載すると、
円錐状キャリア１０の中心軸と筐体１２の中心軸とを容
易に一致させることができる。

さらに、フェルール１５が筐体１２上に搭載固定された
とき、光ファイバ１４と受光素子チップ１１が最良の光
結合を提供するようにテーパ先球ファイバ等の光ファイ
バ１４を段付フェルール１５に予め接続固定しておき、
この段付フェルール１５を筐体ｌ２のフェルール挿入孔
１２ａに段差部１５ａが筐体端面に当接するまで挿入し
、半田等で固定する。これにより、何ら調整をすること
なく光ファイバ１４の中心軸を受光素子チップ１１の中
心に合致させることができる。また高さ方向くＺ軸）の
離間距離は予め最大の光結合効率を提供するように設定
されているため、何ら調整の必要はない。

第１図（Ｂ）　　に示した構或においては、キャリア２
０側に円錐状凹部２１を設け、筐体２２をこの円錐状凹
部２１に合致する形状に形成している。

この変形例においても第１図（Ａ）　　に示した構戊と
同様に、ｘ，ｙ，ｚ軸方向の調整を何らすることく、最
大の光結合効率で受光素子モジュールを容易に組み立て
ることができる。

実　　施　　例以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

先ず、第３図及び第４図を参照すると、第３図゛は本発
明の第１実施例縦断面図であり、第４図は第１実施例に
使用される円錐状キャリアの斜視図である。３０はＡＩ
２０３等のセラミックから形成された円錐状キャリアで
あり、搭載すべきフォトダイオード（ＦＤ）チップに外
接する大きさに形成された円形頂部３０ａと、円錐状傾
斜面３０ｂと、中間環状平面３０Ｃを有している。円形
頂部３０ａ１傾斜面３０ｂ，ｉｌ状平面３０Ｃにメタラ
イズ処理が施されている。円錐状キャリア３０の円形頂
部３０ａ上にＰＤチップ３１が搭載され、Ａｕ−Ｓｎに
よるグイボンディングにより固定されている。この場合
、円錐状キャリア３０の円形頂部３０ａがＦＤチップ３
１に外接する大きさに形成されているので、ＦＤチップ
３１の位置決めが極めて容易である。

円錐状キャリア３０の中心軸には貫通孔が形成されてお
り、この貫通孔中に端子３２が挿入固定され、端子３２
の先端がＰＤチップ３１に電気的に接続されている。３
３は例えば金等のボンディングワイヤであり、その一端
がＰＤチップ３１のパッド上にボンディングされ、他端
が円錐状キャリア３０の環状平面３０ｃ上にボンディン
グされている。

３４はコバール、ステンレス鋼等から形成された筐体で
あり、フェルール挿入孔３４ａが中心部に形成されてい
る。また筺体３４の下端部には円錐状キャリア３０の傾
斜面３０ｂと同一角度の傾斜面３５ａを有し、その中心
軸がフェルール挿入孔３４ａの中心軸と一致する円錐状
凹部３５が形成されている。円錐状キャリア３０のメタ
ライズされた傾斜面３０ｂにペースト半田を塗布してか
ら、筐体３４の円錐状凹部３５の傾斜面３５ａを円錐状
キャリア３０の傾斜面３０ｂにすり合わせるようにして
筐体３４を円錐状キャリア３０上に搭載し、半田を溶融
・凝固させて円錐状キャリア３０と筐体３４この間を気
密封止する。

次いで、テーパ先球ファイバ３６が接続された段付フェ
ルール３７を環状突起３７ａが筐体３４の上端面に当接
するまで筺体３４のフェルール挿入孔３４ａ中に挿入し
、環状突起３７ａと筐体３４との間を半田により気密封
止する。テーパ先球ファイバ３６は第３１！ｌに示す所
定位置にフエルール３７が搭載されたとき、ＰＤチップ
３１との光結合効率が最大となるように調整されてフエ
ルール３７に予め固着されている。本実施例におけるＰ
Ｄチップ３１への電気的導通は、端子３２がカソード側
、筐体３４がアノード側となる。

次に第５図乃至第７図を参照して本発明の第２実施例に
ついて説明する。本実施例は第３図及び第４図に示した
第１実施例とアノード側端子４８を別に設けた点及び気
密封止部材４６により気密封止をしている点が相違する
。

第５図を参照すると、本発明の第２実施例縦断面図が示
されており、セラミック製の円錐状キャリア４０の頂部
４０ａは搭載すべきＦＤチツブ３１に外接する大きさに
形成されており、メタライズ処理が施されている。円錐
状傾斜面４０ｂ及びその下の円周側面にわたり導電性パ
ターン４１が形成されており、中心部には端子挿入用の
貫通孔４　０　ｃ　’ｂ＜設けられている。ＰＤチップ
３１を円錐状キャリア４０の円形頂部４０ａ上に搭載し
てグイボンディングにより固定し、ＰＤチップ３１のパ
ッドと導電性パターン４１とをボンディングワイヤ４２
により接続する。端子３２を円錐状キャリア４０の中心
部に設けられた貫通孔４０Ｃ中に挿入し、端子３２の先
端とＦＤチップ３１とを電気的に接続する。

４４はコバール、ステレンス鋼等から形成された筐体で
あり、上述した第１実施例と同様にフェルール挿入孔４
４ａと円錐状キャリア４０の傾斜面４０ｂと合致する傾
斜面４５ａを有する円錐状凹部４５が形成されている。

筐体４４にはさらに、ボンディングワイヤ４２と筺体４
４との接触を回避するための逃げ溝４４ｂが設けられて
いる。テーバ先球ファイバ３６が接続されたフェルール
３７が筺体４４の７ェルール挿入孔４４ａ中に挿入され
、フェルール３７の環状突起３７ａと筐体４４の上端面
との間が半田により封止する。

４６は例えばセラミック等から形成された気密封止部材
であり、第７図に示すように大径の゛キャリア挿入孔４
６ａと、小径の端子挿入孔４６ｂが形成されている。端
子挿入孔４６ｂを覆うように気密封止部材４６に導電性
パターン４７が形成されている。導電性パターン４７の
部分を避けるように気密封止部材４６の上端面及びキャ
リア挿入孔４６ａの内周面をメタライズ処理し、第５図
に示すように気密封止部材４６を取りつけて、気密封止
部材４６と筺体４４との間及び円錐状キャリア４０との
間を半田により気密封止する。気密封止部材４６の端子
挿入孔４６ｂ中に第５図に示すように端子４８を挿入し
て固定する。これにより、端子４８は気密封止部材４６
上の導電性パターン４７、円錐状キャリア４０上の導電
性パターン４１及びボンディングワイヤ４２を介してＦ
Ｄチツプ３１のパッドに接続されたことになる。

次に第８図及び第９１！ｌを参照して本発明の第３実施
例について説明する。この第３実施例が上述した第１及
び第２実施例と相違する主な点は、キャリアと筐体との
関係を逆にして、キャリアに円錐状凹部を形成するとと
もに筐体をこの円錐状凹部に合致する形状の円錐状筐体
とした点である。

第８図は本発明の第３実施例縦断面図を示しており、第
９図は第８図のキャリア平面図を示している。セラミッ
ク製のキャリア５０には円錐状凹部５１が形成されてい
る。円錐状凹部５ｌの底面は２段に形成されており、低
い中心円形底面５１ａが搭載すべきＰＤチップ３１に外
接する大きさに形成されている。また、中心円形底面５
１ａの深さはＰＤチップ３１の高さと概略同一に形成さ
れている。

中心円形底面５１ａと１段高くなった環状底面５ｌｂに
、それぞれ電極５２．５３が埋めこまれている。電極５
２．５３及び端子５５．５６は、例えばセラミック製筐
体５０を焼結する前に所定位置に埋め込んでおくことに
より形成することができる。代案としては、電極５２．
５３及び端子５５．５６を導電性接着剤を使用して所定
位置に接着するようにしても良い。ＰＤチップ３１のパ
ッド部と電極５３にわたりボンディングワイヤ５４が接
続されている。

５７はコバール、ステンレス鋼等から形成された円錐状
筐体であり、その中心部にはフエルール挿入孔５７ａが
形成されているとともに、傾斜面５７ｂの角度はキャリ
ア５０の円錐状凹部５１の傾斜面５１Ｃの角度と同一に
形戒されている。また、円錐状傾斜面５７ｂの中心軸は
フェルール挿入孔５７ａの中心軸に一致している。円錐
状筐体５７の頂部く下端面）５７Ｃは上端面と平行とな
るように切断されている。筐体５７のフェルール挿入孔
５７ａ中にはテーバ先球ファイバ３６の接続された段付
フェルール３７が挿入されており、段付フェルール３７
の環状突起３７ａと円錐状筐体５７の上端面の間は例え
ば半田により気密封止されている。また、キャリア５０
の傾斜面５１Ｃと円錐状筐体５７の傾斜面５７ｂとは例
えば接着剤により接着固定されている。

次に、第１０図及び第１１図を参照して本発明の第４実
施例について説明する。第４実施例と上述した第３実施
例とは類似しており、第４実施例においては第１１図に
示すように、キャリア５０に形成された円錐状凹部５１
の環状底面５ｌｂと傾斜面５１Ｇにかけてメタライズ処
理を施し、キャリア５０のメタライズ面とＰＤチップ３
１のパッドとをボンディングワイヤ５４で接続して、第
３実施例の端子５６を省略している。この構戊により、
金属製の筐体５７、キャリア５０のメタライズ面及びボ
ンディングワイヤ５４を介してＦＤチップ３ｌとの導通
がとられることになる。キャリア５０と円錐状筐体５７
との間は半田により気密封止されている。第４実施例の
他の構或は上述した第３実施例と同様なののその説明を
省略することにする。

発明の効果本発明は以上詳述したようにキャリアと筐体の傾斜面同
士をすり合わせて受光素子モジュールを組み立てるよう
にしたので、受光素子と光ファイバを所定位置関係で無
調整で組み立てることができ、受光素子モジュールの組
み立ての容易化を図れるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構或を示す縦断面図、第２図はキ
ャリア頂部又は底部と受光素子チップの配置関係を示す
模式図、第３図は本発明の第１実施例縦断面図、第４図は第１実
施例の円錐状キャリア斜視図、第５図は本発明の第２実
施例縦断面図、第６図は第２実施例のキャリア斜視図、
第７図は気密封止部材を示す図であり、（Ａ）　　が平
面図、（Ｂ）　　が正面図をそれぞれ示している。第８図は本発明の第３実施例縦断面図、第９図は第３実
施例のキャリア平面図、第１０図は本発明の第４実施例
縦断面図、第１１図は第４実施例のキャリア平面図、第
１２図は従来の受光素子モジュールの縦断面図である。１［１．２０，３０．４０．５０・・・キャリア、２，
２２．３４，４４．５７・・・筐体、１・・・受光素子
チップ、Ｏａ．３０ａ．４０ａ・・・円形頂部、４・・・光ファ
イバ、５・・・段付フェルール、１ａ．５１ａ・・・円形底面、６・・・テーパ先球ファイバ、７・・・段付フェルール、１・・・導電性パターン、６・・・気密封止部材。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光ファイバと受光素子とを直接光結合する受光素
子モジュールにおいて、搭載すべき受光素子チップ（１１）に外接する大きさに
形成された円形頂部（１０ａ）を有する円錐状キャリア
（１０）の前記円形頂部（１０ａ）に受光素子チップ（
１１）を搭載固定し、フェルール挿入孔（１２ａ）を中心部に有するとともに
、前記円錐状キャリア（１０）の傾斜面（１０ｂ）と同
一角度の傾斜面（１３ａ）を有し、その中心軸がフェル
ール挿入孔（１２ａ）の中心軸と一致する円錐状凹部（
１３）の形成された筺体（１２）を、両傾斜面（１０ｂ
、１３ａ）同士をすり合わせて前記円錐状キャリア（１
０）上に搭載固定し、光ファイバ（１４）の接続された段付フェルール（１５
部（１５ａ）が筐体端面に当接するまで挿入し、固定し
たことを特徴とする受光素子モジュール。
（２）前記円錐状キャリア（１０）の傾斜面（１０ｂ）
をメタライズ処理し、円錐状キャリア（１０）の傾斜面
（１０ｂ）と筺体（１２）の傾斜面（１３ａ）とを半田
により気密封止するとともに、フェルール（１５）の段
差部（１５ａ）と筺体（１２）とを半田により気密封止
したことを特徴とする請求項１記載の受光素子モジュー
ル。
（３）前記円錐状キャリア（４０）の中心部に貫通孔（
４０ｃ）を形成するとともに側面に導電性パターン（４
１）を設け、該貫通孔（４０ｃ）内に第１端子（３２）
を挿入して受光素子チップ（３１）と第１端子（３２）
とを電気的に接続し、ボンディングワイヤ（４２）によ
り受光素子チップ（３１）と前記導電性パターン（４１
）とを接続するとともに該導電性パターン（４１）を第
２端子（４８）に接続せしめ、筐体（４４）にボンディ
ングワイヤ（４１）が筐体に接触しないように逃げ溝（
４４ｂ）を設けたことを特徴とする請求項１記載の受光
素子モジュール。
（４）第２端子挿入用の貫通孔（４６ｂ）を有するとと
もに所定位置に固定されたとき円錐状キャリア（４０）
に設けられた導電性パターン（４１）に電気的に接続さ
れる導電性パターン（４７）の設けられた気密封止部材
（４６）を、半田により円錐状キャリア（４０）の側面
及び筺体（４４）の他の端面に気密固定し、気密封止部
材（４６）の前記貫通孔（４６ｂ）中に第２端子（４８
）を挿入して気密封止部材（４６）の導電性パターン（
４７）に電気的に接続せしめたことを特徴とする請求項
３記載の受光素子モジュール。
（５）光ファイバと受光素子とを直接光結合する受光素
子モジュールにおいて、搭載すべき受光素子チップ（１１）に外接する大きさの
円形底部（２１ａ）を有する円錐状凹部（２１）の形成
されたキャリア（２０）の前記底部（２１ａ）に受光素
子チップ（１１）を搭載固定し、フェルール挿入孔（２２ａ）を中心部に有するとともに
、前記円錐状凹部（２１）の傾斜面（２１ｂ）と同一角
度の円錐状傾斜面（２２ｂ）を有し、該円錐状傾斜面（
２２ｂ）の中心軸がフェルール挿入孔（２２ａ）の中心
軸と一致する、頂部（２２ｃ）が切断された円錐状筺体
（２２）を、両傾斜面（２１ｂ、２２ｂ）同士をすり合
わせて前記キャリア（２０）上に搭載固定し、光ファイ
バ（１４）の接続された段付フェルール（１５）を筺体
（２２）の前記フェルール挿入孔（２２ａ）に段差部（
１５ａ）が筐体端面に当接するまで挿入し、固定したこ
とを特徴とする受光素子モジュール。
（６）キャリア（２０）の前記円錐状凹部（２１）の傾
斜面（２１ｂ）をメタライズ処理し、キャリア（２０）
の傾斜面（２１ｂ）と円錐状筐体（２２）の傾斜面（２
２ｂ）とを半田により気密封止するとともに、フェルー
ル（１５）の段差部（１５ａ）と筺体（２２）とを半田
により気密封止したことを特徴とする請求項５記載の受
光素子モジュール。