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技術 光電子モジュール

出願人 京セラ株式会社
発明者 松原孝宏
出願日 2000年4月28日 (20年1ヶ月経過) 出願番号 2000-131334
公開日 2001年11月9日 (18年7ヶ月経過) 公開番号 2001-313438
状態 未査定
技術分野 ライトガイドの光学的結合 ライトガイドの光学的結合 半導体または固体装置の組立体 半導体容器とその封止 チップ間配線 半導体レーザ 半導体レーザ
主要キーワード 導通配線 光電子モジュール 樹脂製接着剤 電気信号用 電気信号配線 導通構造 光伝送機器 樹脂製パッケージ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年11月9日)のものです。
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図面 (6)

課題

小型で取り扱いが容易であるうえに高速動作の優れた光電子モジュールを提供すること。

解決手段

基体50の上面に、光半導体素子10と該光半導体素子10に光結合させる光伝送体20とを搭載した光実装基板30を配設するとともに、基体50の下面に形成した凹部57内に、光半導体素子10の駆動回路60を形成し、該駆動回路60と光半導体素子10を、基体50を貫通する導体59aを介して接続して成る光電子モジュールとした。

概要

背景

近年、光ファイバ通信の普及においては、光半導体素子光伝送体、光半導体素子を駆動する電子集積回路及び電子部品を備えた光電子モジュールの小型化や低コスト化、さらには高い生産性が要求される。

そのため、光半導体素子と光ファイバ光導波路といった光伝送体の光結合には、V型矩形の溝、電極が高精度に形成された実装基板を用いる構造が実用されている。

また、上記の実装基板を用いる構造はモジュール全体の小型化が可能であり、電気信号用配線が従来よりも短く出来るため、同じく光電子モジュールに要求される高速化においても大変有効である。

さらに、光電子モジュールの高生産性低価格化に対しては、従来のセラミック製や金属製のパッケージを用いた気密封止構造ではなく、樹脂製パッケージを用いたり、トランスファーモールドと呼ばれる樹脂充填方法による非気密構造が用いられている。あるいは、基体上に実装された各素子部品樹脂で覆うといった方法も用いられている。

図5はその一例を図示したものであり、光半導体素子110と光ファイバ120を搭載した光実装基板130、光半導体素子110を駆動する電子集積回路160及び電子部品を光電子実装基板150上に搭載し、それらを樹脂170で覆うことによって高生産性と低コスト化を実現した実装構造とされている(特開平10−227953号公報を参照)。

概要

小型で取り扱いが容易であるうえに高速動作の優れた光電子モジュールを提供すること。

基体50の上面に、光半導体素子10と該光半導体素子10に光結合させる光伝送体20とを搭載した光実装基板30を配設するとともに、基体50の下面に形成した凹部57内に、光半導体素子10の駆動回路60を形成し、該駆動回路60と光半導体素子10を、基体50を貫通する導体59aを介して接続して成る光電子モジュールとした。

目的

そこで本発明では、小型で取り扱いが容易であるうえに高速動作の優れた光電子モジュールを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
6件

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請求項1

基体の上面に、光半導体素子と該光半導体素子に光結合させる光伝送体とを搭載した光実装基板を配設するとともに、前記基体の下面に形成した凹部内に、前記光半導体素子の駆動回路実装し、該駆動回路と前記光半導体素子を、前記基体を貫通する導体を介して接続して成る光電子モジュール

請求項2

前記基体の上面に凹部を形成するとともに、該凹部内に前記光実装基板を収容したことを特徴とする請求項1に記載の光電子モジュール。

請求項3

前記基体の下面に形成した凹部は、前記基体の上面に形成した凹部の裏面側に形成されており、前記基体を貫通する導体は、前記基体の上面及び下面の双方に形成された凹部に連通していることを特徴とする請求項2に記載の光電子モジュール。

請求項4

前記基体の上面に、開口面積が前記光実装基板の外形より狭く前記光半導体素子の外形より広い凹部を形成するとともに、該凹部内に前記光半導体素子を収容するように、前記光実装基板の前記光半導体素子の搭載側を下にして、前記光実装基板を前記凹部に配設したことを特徴とする請求項1に記載の光電子モジュール。

技術分野

0001

本発明は、光半導体素子光伝送体光結合させた光半導体モジュールと、その光半導体素子の駆動回路である電子集積回路及び電子部品などを同一基体上に搭載した光ファイバ通信用の光電子モジュールに関するものである。

背景技術

0002

近年、光ファイバ通信の普及においては、光半導体素子、光伝送体、光半導体素子を駆動する電子集積回路及び電子部品を備えた光電子モジュールの小型化や低コスト化、さらには高い生産性が要求される。

0003

そのため、光半導体素子と光ファイバ光導波路といった光伝送体の光結合には、V型矩形の溝、電極が高精度に形成された実装基板を用いる構造が実用されている。

0004

また、上記の実装基板を用いる構造はモジュール全体の小型化が可能であり、電気信号用配線が従来よりも短く出来るため、同じく光電子モジュールに要求される高速化においても大変有効である。

0005

さらに、光電子モジュールの高生産性低価格化に対しては、従来のセラミック製や金属製のパッケージを用いた気密封止構造ではなく、樹脂製パッケージを用いたり、トランスファーモールドと呼ばれる樹脂充填方法による非気密構造が用いられている。あるいは、基体上に実装された各素子部品樹脂で覆うといった方法も用いられている。

0006

図5はその一例を図示したものであり、光半導体素子110と光ファイバ120を搭載した光実装基板130、光半導体素子110を駆動する電子集積回路160及び電子部品を光電子実装基板150上に搭載し、それらを樹脂170で覆うことによって高生産性と低コスト化を実現した実装構造とされている(特開平10−227953号公報を参照)。

発明が解決しようとする課題

0007

上記の実装構造においては、従来使用していたパッケージを用いないために、光電子モジュールとしての高生産性と低コスト化には効果があるが、光実装基板と電子集積回路及び電子部品を組合わせて一枚の基体上で一体化した構造であるので、光電子モジュールがどうしても大型になる。ひいては、光電子モジュールを光伝送機器に組み込むにあたっては、実装面積を大きくとり、取扱いには多大な手間が必要となる。

0008

また、使用される基板自体も大型になるため、その生産性が低く、光電子モジュールの低コスト化に自ずと限界を生じさせる。

0009

さらに、光実装基板と電子集積回路が平面上に配置されているため、電気信号配線が長くなり、電気信号損失が増大する。この損失は高周波信号ほど大きく、ひいては光電子モジュールの高速動作に限界、または支障を生じる。光実装基板を極めて小さくすれば配線長も短くできるが、実装のクリアランスなどを含めると配線長は長くならざるを得ない。

0010

そこで本発明では、小型で取り扱いが容易であるうえに高速動作の優れた光電子モジュールを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

以上の課題を解決するため、本発明の光電子モジュールは、基体の上面に、光半導体素子と該光半導体素子に光結合させる光伝送体とを搭載した光実装基板を配設するとともに、前記基体の下面に形成した凹部内に、前記光半導体素子の駆動回路を実装し、該駆動回路と前記光半導体素子を、前記基体を貫通する導体を介して接続して成る。

0012

また、基体の上面に凹部を形成するとともに、該凹部内に前記光実装基板を収容したことを特徴とする。特に、基体の下面に形成した凹部は、前記基体の上面に形成した凹部の裏面側に形成されており、前記基体を貫通する導体は、前記基体の上面及び下面の双方に形成された凹部に連通していることを特徴とする。

0013

また、基体の上面に、開口面積が前記光実装基板の外形より狭く前記光半導体素子の外形より広い凹部を形成するとともに、該凹部内に前記光半導体素子を収容するように、前記光実装基板の前記光半導体素子の搭載側を下にして、前記光実装基板を前記凹部に配設したことを特徴とする。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、図を用いて本発明の実施形態を説明する。

0015

図1は本発明の光電子モジュールの一実施形態を模式的に示す図であり、(a)は斜め上方からみた斜視図、(b)は斜め下方からみた斜視図である。また、図2はその断面図である。

0016

単結晶シリコンガラス等から成る光実装基板30には、半導体レーザーなどの発光素子である光半導体素子10と光伝送体である光ファイバ20が実装されている。光実装基板30の実装面31には光半導体素子10に給電するための電極32(例えばチタン白金、金等の積層体)が予め形成されている。光半導体素子10は電極32上に正確に位置決めされ、これも電極32上に予め形成されたハンダ(不図示)を用いて接合され、金属ワイヤ40aを用いて給電ラインが形成される。

0017

一方、光半導体素子10と光結合状態となる光ファイバ20は光実装基板30上に精密に形成された溝(不図示)に沿って搭載され、樹脂製接着剤やハンダなどによって固定される。尚、光実装基板30としては、シリコン単結晶などの異方性エッチングが可能な材料を用いると、異方性エッチングによって溝が正確に形成でき好都合である。

0018

基体であるアルミナ等のセラミックス製の光電子実装基板50の第1主面(上面)51には、上記の光実装基板30の外形よりも開口面積が若干大きめの凹部52が形成されている。凹部52の底面53には光実装基板30に合わせた配線パターン54a、54bが形成されている。

0019

この凹部52の所定の位置に光実装基板30を搭載し、電極32と配線パターン54a、54bをそれぞれ金属ワイヤ40bと40cによって接続し、両者が導通状態となる。

0020

また、光電子実装基板50の第1主面51と反対に位置する第2主面(下面)55にも凹部57が形成されている。また、この凹部の底面58にも配線パターン54c、54dが、そこに搭載される光半導体素子の駆動回路であり、例えば単結晶シリコンやガリウムヒ素等から成るLSIの電子集積回路60と電子部品(不図示)の配線パターンに合わせて形成されている。電子集積回路60と電子部品はハンダや導電性接着剤(80)などを用い、凹部57の所定の位置に実装される。この実装は回路面を底部に向けたフリップチップ実装接続ワイヤを省略できるので好ましい。

0021

第1主面51側に形成される配線パターン54aと第2主面55側に形成される配線パターン54cは、光電子実装基板50を貫通する様に形成された導体(例えばタングステン合金)である導通配線59aによって接続されている。また、配線パターン54dとリード56も同様に導体である導通配線59bによって接続されている。従って、リード56から電子集積回路60、光半導体素子10までが所定の回路として接続されている。尚、リード56は図示の様に薄い板状であっても良いし、ピン形状、あるいはハンダなどによるボール型でも良い。いずれの場合も金属によって導通が確保される。

0022

そして、光実装基板30と電子集積回路60は例えばエポキシ系の樹脂70a及び70bによって覆われ外部環境から保護される。ここで、光半導体素子10と光ファイバ20の光結合部21には、光信号を透過する透明な樹脂を予め付与しておくことが良好な光結合を得るために有効である。

0023

図3は光電子モジュール他の実施形態を示す図であり、(a)は斜め上方からみた斜視図、(b)は斜め下方からみた斜視図である。また、図4にその断面図である。

0024

光実装基板30への光半導体素子10と光ファイバ20の実装は、上記実施形態の場合と同様である。また、光結合部21には上記と同様に透明な樹脂を付与しておくことも有効である。

0025

光電子実装基板50の第1主面51には、光実装基板30の外形より開口面積が小さい凹部52が形成されている。凹部52の周囲には光実装基板上の電極32に合わせて配線パターンが形成されている。

0026

この配線パターンに対して、光実装基板30の実装面31を対向させて実装する。実装においては電極32と配線パターン54aを直接接合する。この接合にはハンダを用いても良いし、導電性接着剤を用いても良い。あるいは、実装面31の外周に環状の金属パターンを形成しておき、同じパターンを第1主面51に形成しておけば、ハンダを用いて接合することで光結合部21の気密封止が可能となる。

0027

光電子実装基板50は上記実施形態と同様に、導通のための第2主面55に電子集積回路60に合わせた凹部57が形成され、その部分に電子集積回路60及び電子部品が実装されている。配線パターン54aと54c、リード56と配線パターン54dの導通についても上記実施形態と同様である。リード56から電子集積回路60、そして光半導体素子10までの導通構造が形成される。

0028

そして、光実装基板30と電子集積回路60は樹脂70a及び70bによって覆われ外部環境から保護される。

発明の効果

0029

本発明の光電子モジュールによれば、光実装基板と光半導体素子の駆動回路とを面方向に接合した構造となるので、全体をいっそう小型化でき、ひいては、光伝送機器への実装面積も小さくなり、取扱いも簡便・容易になる。

0030

さらに、光実装基板上に実装した光半導体素子から、その駆動回路やその他の電子部品、さらには基体に設けるリードまでの距離が極めて短距離に配置できるため、電気信号の配線長を短くでき、電気信号の損失が少なくなる。これにより、高速動作が可能な優れた光電子モジュールを提供できる。

図面の簡単な説明

0031

図1本発明の光電子モジュールの一実施形態を模式的に説明する図であり、(a)は斜め上方からみた斜視図、(b)は斜め下方からみた斜視図である。
図2図1の光電子モジュールを模式的に説明する断面図である。
図3本発明の光電子モジュールの他の実施形態を模式的に説明する図であり、(a)は斜め上方からみた斜視図、(b)は斜め下方からみた斜視図である。
図4図3の光電子モジュールを模式的に説明する断面図である。
図5従来の光電子モジュールを模式的に示す斜視図である。

--

0032

10:光半導体素子
20:光ファイバ(光伝送体)
21:光結合部
30:光実装基板
31:実装面
32:電極
40a〜40c:金属ワイヤ
50:光電子実装基板(基体)
51:第1主面(基体の上面)
52:第1主面の凹部
53:凹部の底面
54a〜54d:配線パターン
55:第2主面(基体の下面)
56:リード
57:第2主面の凹部
58:凹部の底面
59a、59b:導通配線(導体)
60:電子集積回路
70a、70b:樹脂
80:ハンダあるいは導電性接着剤
110:光半導体素子
120:光ファイバ
130:光実装基板
150:光電子実装基板
160:電子集積回路
170:樹脂

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