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JP2001201669A - 光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

光モジュールおよびその製造方法

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Publication number
JP2001201669A
JP2001201669A JP2000009271A JP2000009271A JP2001201669A JP 2001201669 A JP2001201669 A JP 2001201669A JP 2000009271 A JP2000009271 A JP 2000009271A JP 2000009271 A JP2000009271 A JP 2000009271A JP 2001201669 A JP2001201669 A JP 2001201669A
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JP
Japan
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optical
optical fiber
resin substrate
wiring
optical module
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Application number
JP2000009271A
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English (en)
Inventor
Michiyuki Amano
道之 天野
Kenji Yokoyama
健児 横山
Takeshi Kurosaki
武志 黒崎
Takashi Tadokoro
貴志 田所
Makoto Nakamura
誠 中村
Masanobu Okayasu
雅信 岡安
Noboru Ishihara
昇 石原
Makoto Sumita
真 住田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Priority to US09/764,785 priority patent/US6585426B2/en
Priority to EP01101107A priority patent/EP1118893A3/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細な配線パターンが可能であり、かつ外部
基板との信号線の接続を伝送特性の劣化なく容易に行う
ことが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】 配線リード付樹脂基板１に設けられた光
素子搭載ブロック３に形成された光ファイバガイド３ａ
に沿ってフェルール７に保持されている光ファイバ５を
案内しながら光ファイバ５とフォトダイオード１１とを
光軸合わせし、両者の光軸が一致した状態を光ファイバ
ガイド３ａで保持して両者を光学的に接続するととも
に、光ファイバ５を保持しているフェルール７を配線リ
ード付樹脂基板１に形成された溝１ｂであるフェルール
保持部に保持して固定している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光通信や光
情報処理の分野で使用される光モジュールおよびその製
造方法に関し、更に詳しくは、フェルールに保持され、
該フェルールから突出した先端部の被覆が除去された光
ファイバと電気配線を有する光素子とを光学的に接続し
て光信号と電気信号を変換するための光モジュールおよ
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、データ通信量の急速な増大に伴
い、光信号速度が例えばギガビット／秒（Ｇｂｐｓ）以
上の高速な光信号を取り扱う受発光モジュールの需要が
高まるとともに、その低価格が要望されている。このよ
うな中、光素子と光ファイバの光軸合わせを機械的な位
置決めのみで行う方法（パッシブアライメント法）をシ
リコン基板上にＶ溝を設けて実現する報告が数多く行わ
れている（例えば、特開平１０−３３２９８９号公報参
照）。また、この光素子搭載シリコン基板をリードフレ
ームとともにモールドする技術も報告されている（例え
ば、特開平１０−２２１５７５号公報参照）。
【０００３】図１０は、従来の光モジュールの構造を示
す斜視図であり、この光モジュールは、通常の金属製リ
ードフレーム付樹脂パッケージを用いた受信用光モジュ
ールを構成しているものであるが、特に後述する図４に
示す受信用光モジュール４０に搭載されているものと同
等の周波数特性を有するフォトダイオードとプリアンプ
ＩＣを、同じ樹脂材料により作製されていて金属製のリ
ードを１本ずつ独立に横方向に突き出した形状を有する
パッケージ上に搭載して作製されたものである。すなわ
ち、この従来の光モジュールは、プラスチック基板９１
の上にその周囲を囲むように枠９２が取り付けられ、こ
の枠９２の内側のプラスチック基板９１のほぼ中央に石
英ガラスＶ溝基板９３が設けられている。この石英ガラ
スＶ溝基板９３の上にはフォトダイオード１１が実装さ
れ、このフォトダイオード１１に対して光ファイバ５の
被覆を除去された先端部５ａが当接し、フォトダイオー
ド１１と光ファイバ５が光学的に接続されるようになっ
ている。
【０００４】光ファイバ５は、該光ファイバ５に沿って
その下側の石英ガラスＶ溝基板９３に形成されたＶ溝９
３ａに嵌められて固定されるとともに、石英ガラスＶ溝
基板９３から延出した部分をフェルール７で保持され、
このフェルール７は枠９２に形成された切り欠け部９２
ａに固定的に保持されている。
【０００５】また、石英ガラスＶ溝基板９３の一端には
隣接してプリアンプＩＣ９がプラスチック基板９１上に
配設され、このプリアンプＩＣ９はボンディングワイヤ
でフォトダイオード１１と電気的に接続されている。
【０００６】更に、プラスチック基板９１の上にはプリ
アンプＩＣ用金属製リードフレーム９４および信号線用
金属製リードフレーム９５が設けられ、これらのリード
フレーム９４，９５は一部がプリアンプＩＣ９にボンデ
ィングワイヤで電気的に接続され、他端がプラスチック
基板９１の外部に延出している。
【０００７】以上のように構成される従来の光モジュー
ルの受信帯域を評価するために、図１１に示すように複
数の電極パッド５２やコプレーナガイド構造の信号ライ
ン５３、ＳＭＡ型高周波コネクタ５４などが表面に形成
されたガラスエポキシ製周波数特性評価基板５１上に載
置して、両者を電気的に接続した。そして、このような
接続構成で図１０に示した従来の光モジュールの受信特
性を評価した結果、図１２に示すような受信帯域の測定
結果が得られた。
【０００８】図１２に示す受信帯域評価結果からわかる
ように、従来の光モジュールでは、電気的な反射が原因
と見られる大きなリップルが出現し、周波数特性に大き
な劣化が観測される。このような光モジュールの場合、
信号伝送用リードがパッケージ内部から外部に出たとこ
ろで特性インピーダンスに変化が生じるため、電気的な
反射や共振が起こりやすくなり、高周波特性を劣化させ
る原因となる可能性があるのである。実際には、信号線
のリードの長さを短く切り取り、かつ光モジュールのパ
ッケージとガラスエポキシ製周波数特性評価基板５１と
の間に隙間ができないように注意を払って実装すること
により高周波特性の劣化を防止する努力が行われる。
【０００９】しかしながら、ガラスエポキシ製周波数特
性評価基板５１の配線パターンは、図１１において、
「ｄ」で示すように、通常基板の端より１ｍｍ程度内側
に形成されるため、その１ｍｍの隙間の分が電気的な反
射の原因として残っている。このため、図１２に示すよ
うに、電気的な反射が原因と見られる大きなリップルが
出現し、周波数特性に大きな劣化が観測されるのであ
る。
【００１０】図１３は、図１０に示した従来の光モジュ
ールである金属製リードフレーム付樹脂パッケージを用
いた受信用光モジュールに対して、１０Ｇｂｐｓ光信号
受信波形評価を行うために、図１１に示したガラスエポ
キシ基板５１とほぼ同じガラスエポキシ基板８１上にメ
インアンプＩＣ８２を搭載して作製された光信号受信波
形評価基板上に図１０に示した従来の光モジュールを実
装した様子を示す図である。なお、メインアンプＩＣ８
２は動作周波数帯域が約１０ＧＨｚの自動利得制御機能
（ＡＧＣ）を有する増幅器であり、図１０の従来の光モ
ジュールに使用されているプリアンプＩＣ９で増幅され
た受信信号を更に一定の振幅を持った信号に等価増幅し
て出力するものである。このような光信号受信波形評価
基板を用いることにより、受信波形の観測や伝送特性の
評価によく用いられる符号誤り率特性の評価に適した電
気信号を出力させることができる。
【００１１】図１４は、図１３で示した光信号受信波形
評価基板を用いて、図１０に示す従来の光モジュールを
評価した結果を示す図である。この評価では、平均パワ
ーが−１０ｄＢｍの１０Ｇｂｐｓ擬似ランダムパターン
（ＮＲＺ２23−１）で変調された光信号を受信した時に
メインアンプＩＣ８２から出力される受信波形を帯域２
０ＧＨｚの広帯域オシロスコープで観測した。この観測
した波形が図１４に示すものであり、正常なアイパター
ンに比較して大きく劣化した波形が観測された。また、
図１３に示す光信号受信波形評価基板を用いて、平均パ
ワーが−１０ｄＢｍ付近で符号誤り率特性の評価を行っ
たところ、符号の識別誤りの全くないエラーフリー動作
を得ることはできなかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】まず、上述した従来技
術のうち、最初に記載した報告例では、光信号速度が１
０Ｇｂｐｓを超える高速信号を処理する場合には、寄生
容量の増大によりシリコンよりも低誘電率の材料を使用
することが有利となることが知られているが、逆に微細
な間隔を有する信号線路配線が必要となるため、低コス
ト化に有利なリードフレームを用いるモールドパッケー
ジの作製が困難になるという問題がある。
【００１３】また、光信号速度が１０Ｇｂｐｓを超える
高速信号を外部の基板に劣化することなく伝送するため
には、従来のパッケージにおいては信号線となるリード
を外部基板に接続する際に実装に細心の注意を払う必要
があり、問題であった。
【００１４】更に、従来の光モジュールでは、上述した
受信帯域評価結果からわかるように、信号伝送用リード
がパッケージ内部から外部に出たところで特性インピー
ダンスに変化が生じるため、電気的な反射や共振が起こ
りやすくなり、高周波特性を劣化させるという問題があ
る。
【００１５】また、従来の光モジュールを用いた光信号
受信波形評価において符号誤り率特性の評価を行った場
合、符号の識別誤りの全くないエラーフリー動作を得る
ことはできないという問題もある。
【００１６】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、微細な配線パターンが可能で
あり、かつ外部基板との信号線の接続を伝送特性の劣化
なく容易に行うことが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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、フェルールに保持され、
該フェルールから突出した先端部の被覆が除去された光
ファイバと電気配線を有する光素子とを光学的に接続し
て光信号と電気信号を変換するための光モジュールであ
って、光素子を搭載している光素子搭載部および該光素
子に対して前記光ファイバが光学的に接続されるべく光
ファイバと光素子とを光軸合わせして両者の光軸が一致
した状態を維持し得るように光ファイバを案内して保持
する光ファイバガイドを有する光素子搭載ブロックと、
前記フェルールを保持するフェルール保持部、前記光素
子搭載ブロックを収容する光素子搭載ブロック収容部、
および前記光素子が電気的に配線される配線リードを有
する配線リード付樹脂基板とを有することを要旨とす
る。
【００１８】請求項１記載の本発明にあっては、配線リ
ード付樹脂基板に設けられた光素子搭載ブロックに形成
された光ファイバガイドに沿って光ファイバを案内しな
がら光ファイバと光素子とを光軸合わせし、両者の光軸
が一致した状態を保持して両者を光学的に接続するとと
もに、光ファイバを保持しているフェルールを配線リー
ド付樹脂基板に形成されたフェルール保持部に保持して
固定しているため、経済的な樹脂基板を用いて、１０Ｇ
ｂｐｓ以上の高速信号を処理できるとともに、電気的な
反射や共振等の影響がない良好な周波数特性を有し、更
に符号の識別誤りの全くないエラーフリー動作を実現す
ることができる。
【００１９】また、請求項２記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記光ファイバガイドが、Ｖ溝構
造であることを要旨とする。
【００２０】請求項２記載の本発明にあっては、Ｖ溝構
造の光ファイバガイドにより光ファイバを光素子と適確
に光軸合わせし得るように案内し、両者を光軸が一致し
た状態を保持して光学的に接続することができる。
【００２１】更に、請求項３記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記光ファイバガイドが、円形穴
構造であることを要旨とする。
【００２２】請求項３記載の本発明にあっては、円形穴
構造の光ファイバガイドにより光ファイバを光素子と適
確に光軸合わせし得るように案内し、両者を光軸が一致
した状態を保持して光学的に接続することができる。
【００２３】請求項４記載の本発明は、請求項１記載の
発明において、前記配線リード付樹脂基板に設けられて
いる配線リードが、該配線リード付樹脂基板を構成する
樹脂上に形成された鍍金パターンであることを要旨とす
る。
【００２４】請求項４記載の本発明にあっては、配線リ
ードが樹脂上に形成された鍍金パターンであり、１００
μｍ以下の配線間隔パターンを容易に量産することがで
き、例えば形体表面に鍍金を施し、パターニングで３次
元配線回路を形成することができる。
【００２５】また、請求項５記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記配線リード付樹脂基板が、光
コネクタアダプタと相互に係止するための係止部を有す
ることを要旨とする。
【００２６】請求項５記載の本発明にあっては、係止部
を用いて、光コネクタアダプタと相互に係止することが
できる。
【００２７】更に、請求項６記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記配線リード付樹脂基板に設け
られている配線リードの一部が、特定の特性インピーダ
ンスを有するコプレーナガイド構造となっていることを
要旨とする。
【００２８】請求項６記載の本発明にあっては、配線リ
ードの一部は特定の特性インピーダンスを有するコプレ
ーナガイド構造であるため、多層基板構造を用いなくて
も、１０Ｇｂｐｓ以上の高周波域までの信号透過帯域を
実現することができる。
【００２９】請求項７記載の本発明は、請求項１記載の
発明において、前記配線リード付樹脂基板が、耐熱性お
よび絶縁性に優れ、かつ使用周波数領域での誘電分散の
ないエポキシ樹脂および液晶高分子等のエンジニアリン
グプラスチックを含む樹脂で構成されていることを要旨
とする。
【００３０】請求項７記載の本発明にあっては、配線リ
ード付樹脂基板は耐熱性および絶縁性に優れ、かつ使用
周波数領域での誘電分散のないエポキシ樹脂および液晶
高分子等のエンジニアリングプラスチックを含む樹脂で
構成されている。
【００３１】また、請求項８記載の本発明は、請求項１
記載の配線リード付樹脂基板が、金型成形により全体構
造を作製した後、鍍金する部分以外を該配線リード付樹
脂基板本体の樹脂とは異なり、溶剤に可溶な樹脂をイン
サート成形により表面に成形付与し、表面を鍍金した
後、該表面に成形付与された前記可溶な樹脂を除去する
ことにより作製されることを要旨とする。
【００３２】請求項８記載の本発明にあっては、配線リ
ード付樹脂基板は金型成形により全体構造を作製した
後、鍍金する部分以外を溶剤に可溶な樹脂をインサート
成形により表面に成形付与し、表面を鍍金した後、表面
に成形付与された樹脂を除去することにより作製される
ため、１００μｍ以下の配線間隔パターンを容易に量産
することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る
光モジュールの構成を示す斜視図である。同図に示す光
モジュールは、光ファイバと受発光素子、特に半導体受
発光素子である例えばフォトダイオードとを光学的に接
続して光信号と電気信号を変換するためのモジュールで
あり、全体の骨格を成すようにプラスチックなどの樹脂
から形成された基板１を有する。なお、この基板１には
後述するようにフォトダイオードやこのフォトダイオー
ドに接続されるプリアンプＩＣなどに対する配線用のリ
ード線が一部の表面に形成されていることから配線リー
ド付樹脂基板１と称することにする。
【００３４】この配線リード付樹脂基板１は、その中央
部に光素子であるフォトダイオード１１が搭載された光
素子搭載ブロック３が配設されている。このフォトダイ
オード１１は、端面入射構造のものであり、２０ＨＧｚ
までの光信号を受信できる広帯域な周波数特性を有して
いる。光素子搭載ブロック３の配設位置は、更に詳しく
は、配線リード付樹脂基板１の中央部が凹んで形成され
た凹部１ａとなり、この凹部が光素子搭載ブロック３を
収容する光素子搭載ブロック収容部１ａとして形成され
ているものである。なお、光素子搭載ブロック３は、例
えばシリコンなどの液晶材料、石英ガラスなどのガラス
材料、セラミックス、プラスチックなどの基板で形成さ
れているものであるが、作製する光モジュールの回路設
計に応じて素材の誘電率や誘電分散および熱伝導率など
を勘案して選択することができる。
【００３５】また、配線リード付樹脂基板１と光素子搭
載ブロック３は同一の樹脂で構成される。その成形寸法
精度については、光ファイバ５を正確に光軸合わせする
必要があるため、１μｍ以下の値が求められることが多
い。
【００３６】また、配線リード付樹脂基板１の一端であ
る図１で左端には溝１ｂが形成され、この溝１ｂに光フ
ァイバ５を保持した直径１．２５ｍｍのフェルール７が
位置決めして保持されるようになっている。なお、溝１
ｂはフェルール保持部を構成しているものである。この
ようにフェルール７に保持された光ファイバ５は、光素
子搭載ブロック３に向かって延出してから、更に光素子
搭載ブロック３に形成されたＶ溝構造の光ファイバガイ
ド３ａに沿って延出し、その被覆が除去された先端部が
フォトダイオード１１に当接し、これにより光ファイバ
５とフォトダイオード１１とは光学的に接続されてい
る。なお、Ｖ溝構造の光ファイバガイド３ａは、光ファ
イバ５と光素子であるフォトダイオード１１とを正確に
光軸合わせして、両者が光学的に正確に接続されるよう
に案内するとともに、この両者の光軸が一致した状態を
保持するために形成されているものである。光ファイバ
ガイド３ａを構成するＶ溝構造の角度は特に限定するも
のではないが、例えば１２０度から６０度の間で決める
ことができる。そして、その成形寸法精度は、光ファイ
バ５を正確に光軸合わせする必要があるため、１μｍ以
下の値が望ましい。なお、本実施形態では、光ファイバ
ガイド３ａは、断面Ｖ字形状のＶ溝構成に形成されてい
るが、これに限定されるものでなく、断面凹形状のもの
でもよいし、または光ファイバ５の直径よりも僅かに大
きな直径を有する断面円形状の円形穴構造のものなどで
もよいものである。光ファイバガイド３ａが円形穴構造
である場合には、その円の直径は特に限定するものでは
ないが、光ファイバ５の直径よりも０．５〜１μｍ程度
大きな値のものが好ましい。
【００３７】なお、配線リード付樹脂基板１の一端に形
成されたフェルール保持部を構成する溝１ｂは、フェル
ールガイドとしての機能を有し、これによりレセプタク
ル光モジュールを構成することができる。これは、具体
的には光ファイバ５を挿入されて固定したフェルール７
をこの溝１ｂであるフェルールガイド部に位置決めする
ことにより構成でき、レセプタクル構造はＳＣ，ＭＵ，
ＭＴなどの各種コネクタ構造に応じた構造とすることが
できる。
【００３８】光素子搭載ブロック３が収容されている光
素子搭載ブロック収容部１ａ内のフォトダイオード１１
の側近には、例えば２０ＧＨｚ程度の広帯域な周波数特
性を有するプリアンプＩＣ９がベアチップで搭載されて
いる。また、フォトダイオード１１は光素子搭載ブロッ
ク３の表面に形成された金鍍金などを施された電極パタ
ーン３ｂに接続され、この電極パターン３ｂはまたボン
ディングワイヤによりプリアンプＩＣ９に接続されてい
る。なお、プリアンプＩＣ９は、フォトダイオード１１
が光信号を受信した時にフォトダイオード１１から出力
される微弱な電気信号を増幅して光モジュールから出力
するためのものである。例えば、この光モジュールの特
性を測定器などで測定する場合には、プリアンプＩＣ９
はフォトダイオード１１からの微弱な電気信号を測定器
などで観測可能なレベルまで増幅して光モジュールから
出力し得るものである。
【００３９】また、配線リード付樹脂基板１の他端は、
光素子搭載ブロック収容部１ａが形成された部分よりも
若干細くなって、この部分の表面には金鍍金された複数
の信号ライン１ｃが形成されている。また、同様な信号
ライン１ｃは、プリアンプＩＣ９が設けられた部位の周
辺の配線リード付樹脂基板１の表面にも形成されてい
る。これらの信号ライン１ｃにはボンディングワイヤに
よりプリアンプＩＣ９が電気的に接続されている。な
お、信号ライン１ｃは本発明の配線リードを構成してい
るものである。
【００４０】また、上述したように配線リード付樹脂基
板１上に形成された信号ライン１ｃであるリードのう
ち、信号伝送用のリードの両側リードは、アースに設置
されてグランド線とされ、コプレーナガイド構造を形成
している。この結果、本実施形態の光モジュールは、多
層基板構成を用いない簡易な構造のパッケージにおいて
も、１０Ｇｂｐｓ以上の高周波域までの信号透過帯域を
実現可能にしている。
【００４１】また、このコプレーナガイド構造の信号ラ
イン１ｃは、末端まで樹脂基板上に形成されているた
め、高周波特性上重要となる特性インピーダンスの不連
続な箇所を生じさせることなく、外部基板上の配線に信
号ライン１ｃから信号を伝送することができる。
【００４２】信号ライン１ｃは、配線リード付樹脂基板
を構成する樹脂上に鍍金パターンを形成することにより
形成されている。この鍍金パターンの成形方法は、プラ
スチック射出成形体に直接立体配線を行うＭＩＤ(molde
d interconnect devices：射出成形回路部品）法により
行うことができる。この方法では、１００μｍ以下の配
線間隔パターンを容易に量産することができる。例え
ば、形体表面に鍍金を施し、パターニングで３次元配線
回路を形成することができる。
【００４３】なお、本実施形態では、信号ライン１ｃで
ある電気配線パターンは、配線リード付樹脂基板１の表
面に形成されているが、これに限定されるものでなく、
配線リード付樹脂基板１の内部を貫通して形成されても
よいものである。また、配線リード付樹脂基板１の樹脂
材料は、耐熱性、絶縁性などに優れるとともに、かつ使
用周波数領域での誘電分散のない材料が望ましく、エポ
キシ樹脂や液晶高分子などのエンジニアリングプラスチ
ックなどが挙げられる。
【００４４】更に、配線リード付樹脂基板１の一端寄り
の側壁には係止部１ｄが形成されているが、この係止部
１ｄは図１に示す光モジュールを光コネクタレセプタク
ル部と嵌合して留め置く、すなわち係止するためのもの
である。この係止部１ｄに合致するＭＵコネクタレセプ
タクルを留め置き、ＭＵレセプタクルタイプの光受信モ
ジュールを構成することができる。
【００４５】配線リード付樹脂基板１を構成する樹脂材
料は、更に詳しくは、誘電率が４．２で耐環境性に優れ
た液晶高分子を使用している。このような樹脂からなる
配線リード付樹脂基板１の製造は、まず金型成形または
射出成形により全体構造を作製し、それから鍍金がかか
らない部位、すなわち鍍金パターンのネガパターンに対
応する部位に溶剤に可溶な樹脂をインサート成形により
コート、すなわち成形付与し、次に表面に対して無電解
鍍金を行う。そして最後に、インサート成形により形成
した上層樹脂部、すなわち表面に成形付与された樹脂部
を溶剤により除去し、信号ライン１ｃとなる鍍金パター
ンを形成する。このように製造された鍍金パターンによ
る最小の電極線間隔は、５０μｍであり、寸法公差も２
μｍ以内となっている。なお、上述した方法もＭＩＤ法
の一部であり、１００μｍ以下の配線間隔パターンを容
易に量産することができる。
【００４６】このように鍍金パターンが形成された配線
リード付樹脂基板１を用いた光モジュールの製造では、
まず、フォトダイオード１１を光素子搭載ブロック３の
Ｖ溝構造の光ファイバガイド３ａの端部に搭載する。次
に、配線リード付樹脂基板１の一端に形成されている溝
１ｂにフェルール７を位置決めし、それからフェルール
７の端部から延出している光ファイバ５をＶ溝構造の光
ファイバガイド３ａに沿わせながら、Ｖ溝上に配設され
ているフォトダイオード１１に突き当てて、光ファイバ
５とフォトダイオード１１とを光学的に接続し、光ファ
イバ５を固定している。
【００４７】次に、配線リード付樹脂基板１上にプリア
ンプＩＣ９を搭載し、このプリアンプＩＣ９とフォトダ
イオード１１用の電極パターン３ｂおよび配線リード付
樹脂基板１に形成された信号ライン１ｃとの間の電気的
配線をボンディングワイヤにより行う。なお、配線に当
たっては、高周波信号の劣化を招かないようにワイヤ長
を短く抑えるように注意することが必要である。このよ
うにして製造した結果、２０ＧＨｚまでの光信号を受光
することができた。
【００４８】上述したように構成された本実施形態の光
モジュールは、良好に動作し、しかも−４０℃から７５
℃までの環境下および７５℃、９０％ｒ．ｈ下でも５０
００時間以上動作した。
【００４９】なお、図１に示す実施形態では、配線リー
ド付樹脂基板１が、表面に信号ライン１ｃが形成されて
いる樹脂基板と一体的に構成されているが、信号ライン
１ｃのない樹脂基板を基台として形成し、この基台とな
る樹脂基板の上に信号ライン１ｃが形成された別の樹脂
基板を設けるような別々の構造のものにしてもよいもの
である。
【００５０】図２（ａ），（ｂ）は、本発明の他の実施
形態に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。図
２（ａ）は光モジュールに使用される光ファイバ５およ
び該光ファイバ５を固定的に保持しているフェルール７
を示しており、また図２（ｂ）は図１の配線リード付樹
脂基板１に対応するリードフレームパッケージ１０およ
びこのリードフレームパッケージ１０に収容されたレー
ザダイオード付きセラミックＶ溝基板からなる光素子搭
載ブロック３０を示しているものである。
【００５１】リードフレームパッケージ１０は、その中
央部が若干凹んで形成されて光素子搭載ブロック収容部
１０ａを構成し、この光素子搭載ブロック収容部１０ａ
に光素子搭載ブロック３０が配設されている。この光素
子搭載ブロック３０上には光ファイバ５を案内固定する
ためのＶ溝構造の光ファイバガイド３０ａが形成される
とともに、この光ファイバガイド３０ａの端部寄りにフ
ォトダイオード１１が搭載されている。また、リードフ
レームパッケージ１０の光素子搭載ブロック収容部１０
ａ内の光素子搭載ブロック３０の側近にはプリアンプＩ
Ｃ９が設けられている。
【００５２】更に、リードフレームパッケージ１０には
リードフレーム１３がインサート成形により一体的に設
けられ、このリードフレーム１３の一部はリードフレー
ムパッケージ１０を貫通して光素子搭載ブロック収容部
１０ａ内に延出し、この延出したリードフレーム１３の
各端部はボンディングワイヤによりプリアンプＩＣ９に
電気的に接続されている。また、プリアンプＩＣ９はフ
ォトダイオード１１ともボンディングワイヤにより電気
的に接続されている。
【００５３】リードフレームパッケージ１０のリードフ
レーム１３が形成されている端部とは逆の端部には溝１
０ｂが形成され、この溝１０ｂに光ファイバ５を保持し
たフェルール７が固定的に保持されるようになってい
る。また、この溝１０ｂと光素子搭載ブロック３０との
間にはヒートシンク１５が形成されている。
【００５４】なお、配線リード付樹脂基板１の一端に形
成されたフェルール保持部を構成する溝１ｂは、フェル
ールガイドとしての機能を有し、これによりレセプタク
ル光モジュールを構成することができる。これは、具体
的には光ファイバ５を挿入されて固定したフェルール７
をこの溝１ｂであるフェルールガイド部に位置決めする
ことにより構成でき、レセプタクル構造はＳＣ，ＭＵ，
ＭＴなどの各種コネクタ構造に応じた構造とすることが
できる。
【００５５】リードフレームパッケージ１０は、図１に
示した配線リード付樹脂基板１に対応する配線リード付
樹脂パッケージを構成するものであるが、その樹脂材料
は誘電率が４．２で耐環境性に優れた液晶高分子を使用
している。このリードフレームパッケージ１０は、リー
ドフレーム１３およびヒートシンク１５をインサート成
形することにより形成されている。最小の電極線間隔は
１００μｍであり、寸法公差は１０μｍ以内となってい
る。なお、本実施形態の方法で量産するには、通常、配
線パターン間隔が１００μｍ以上である場合が多い。ま
た、本方法では、ＩＣアセンブリーに使用されるトラン
スファモードや射出成形法を用いることができる。
【００５６】このような樹脂パッケージからなるリード
フレームパッケージ１０の製造は、まずリードフレーム
パッケージ１０の端部に形成された溝１０ｂに対して直
径１．２５ｍｍの光ファイバ５が保持されたフェルール
７を位置決めし、それからフェルール７の端部から延出
している光ファイバ５を、フォトダイオード１１が搭載
されている光素子搭載ブロック３０に形成されたＶ溝構
造の光ファイバガイド３ａに沿わせながら、Ｖ溝上に配
設されているフォトダイオード１１に突き当てて、光フ
ァイバ５とフォトダイオード１１とを光学的に接続し、
光ファイバ５を固定している。
【００５７】次に、リードフレームパッケージ１０上に
プリアンプＩＣ９を搭載し、このプリアンプＩＣ９とリ
ードフレーム１３の各端部との間の電気的配線をボンデ
ィングワイヤにより行う。なお、配線に当たっては、高
周波信号の劣化を招かないようにワイヤ長を短く抑える
ように注意することが必要である。このようにして製造
した結果、２０ＧＨｚまでの光信号を受光することがで
きた。
【００５８】更に、リードフレームパッケージ１０の例
えば側壁には図示しないが図１に示したような係止部が
形成されているが、この係止部は図２に示す光モジュー
ルを光コネクタレセプタクル部と嵌合して留め置く、す
なわち係止するためのものである。この係止部に合致す
るＭＵコネクタレセプタクルを留め置き、ＭＵレセプタ
クルタイプの光受信モジュールを構成することができ
る。
【００５９】図３（ａ），（ｂ）は、本発明の別の実施
形態に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。同
図に示す光モジュールは、図２に示した実施形態の光モ
ジュールにおいてフォトダイオード１１の代わりにレー
ザダイオード（ＬＤ）１１０を使用している点のみが異
なるものであり、その他の構成および作用は同じであ
る。従って、同じ構成要素には図２と同じ符号を付し、
説明を省略する。
【００６０】図４は、図１に示した光モジュールと同じ
構造の配線リード付樹脂基板１および光素子搭載ブロッ
ク３を用いて構成された受信用光モジュールの構成を示
す斜視図である。図４に示す受信用光モジュール４０
は、特に図１に示した光モジュールにおいて配線リード
付樹脂基板１の信号ライン１ｃが形成されている部分を
幅方向に拡張するとともに、信号ライン１ｃを光素子搭
載ブロック収容部１ａの周囲全体まで拡張して設けるよ
うに構成しているものであり、基本的構造は上述したよ
うに図１の光モジュールと同じであるので、同じ構成要
素には同じ符号を付し、同じ説明の繰り返しは省略す
る。
【００６１】なお、図４に示す受信用光モジュール４０
は、図１の実施形態と同様に、配線リード付樹脂基板１
が、表面に信号ライン１ｃが形成されている樹脂基板と
一体的に構成されているが、信号ライン１ｃのない樹脂
基板を基台として形成し、この基台となる樹脂基板の上
に信号ライン１ｃが形成された別の樹脂基板を設けるよ
うな別々の構造のものにしてもよいものである。
【００６２】図５は、図４に示した受信用光モジュール
４０に光信号を入力した場合の光モジュールの実際の受
信帯域を評価するために作製されたガラスエポキシ製周
波数特性評価基板、すなわち図１１に示したものと同じ
受信用光モジュールの受信帯域評価用基板５１を示す図
である。この受信用光モジュールの受信帯域評価用基板
５１の上には、図４に示した受信用光モジュール４０の
配線リード付樹脂基板１に形成された信号ライン１ｃと
同様にコプレーナガイド構造の信号ライン２３が形成さ
れている。また、図５の受信用光モジュールの受信帯域
評価用基板５１は、図４に示した受信用光モジュール４
０が評価試験のために配設される切り欠き部５５を有
し、この切り欠き部５５の両側には受信用光モジュール
４０の信号ライン１ｃが電気的に接続される複数の電極
パッド５３が形成されている。
【００６３】図６は、図５に示したガラスエポキシ製周
波数特性評価基板５１の上に図４に示した受信用光モジ
ュール４０を受信用光モジュール４０の信号ライン１ｃ
がガラスエポキシ製周波数特性評価基板５１の電極パッ
ド５２および信号ライン５３に電気的に接続されるよう
に実装した様子を示す斜視図である。
【００６４】このようにガラスエポキシ製周波数特性評
価基板５１上に受信用光モジュール４０を実装した構成
において、ガラスエポキシ基板５１の誘電率は約４．８
であり、受信用光モジュール４０の配線リード付樹脂基
板１の誘電率は４．２と近い値であるため、両者のコプ
レーナガイド構造の信号ラインの幅をほぼ同じに設定す
ることにより、両者の特性インピーダンスの整合を取る
ことが可能である。
【００６５】また、ガラスエポキシ製周波数特性評価基
板５１と受信用光モジュール４０との間に図６に示すよ
うに間隔ｄが生じたとしても、受信用光モジュール４０
の配線リード付樹脂基板１上のコプレーナガイド構造の
信号ラインの有する特性インピーダンスはほとんど変化
しない。従って、図６に示すような実装形態を採用する
ことにより、実装位置のずれを許容しても良好な高周波
特性が得られるため、高速動作光モジュールの組立歩留
まりの大幅な改善が期待される。
【００６６】図７は、図６に示した実装形態で測定した
受信用光モジュール４０の受信帯域特性を示すグラフで
ある。この測定では、ガラスエポキシ製周波数特性評価
基板５１と受信用光モジュール４０との間には図６に示
した間隔ｄいとして約１ｍｍの隙間が生じていたが、図
７に示すように、２０ＧＨｚまで電気的な反射や共振な
どの影響が見られず、良好な周波数特性が観測された。
特に、図１２に示した従来の受信用光モジュールを用い
た場合の受信帯域評価結果と比較するとわかるように、
本実施形態の受信用光モジュール４０は電気的な反射に
起因する大きなリップルもなく、良好な周波数特性が得
られた。
【００６７】図８は、図４に示した受信用光モジュール
４０に対して１０Ｇｂ／ｓ光信号受信波形評価を行うた
めに、図５に示したガラスエポキシ製周波数特性評価基
板５１と同様なガラスエポキシ製基板８１上にメインア
ンプＩＣ８２を搭載して光信号受信波形評価基板を作製
し、この光信号受信波形評価基板８１上に図４の受信用
光モジュール４０を実装した様子を示す斜視図である。
【００６８】メインアンプＩＣ８２は、図１３で説明し
たように、動作周波数帯域が約１０ＧＨｚの自動利得制
御機能（ＡＧＣ）を有する増幅器であり、図４の光モジ
ュールに使用されているプリアンプＩＣ９で増幅された
受信信号を更に一定の振幅を持った信号に等価増幅して
出力するものである。このような図８の光信号受信波形
評価基板８１を用いることにより、受信波形の観測や伝
送特性の評価によく用いられる符号誤り率特性の評価に
適した電気信号を出力させることができる。
【００６９】受信波形の評価に当たっては、外部から光
ファイバ５を介して１０Ｇｂｐｓの擬似ランダムパター
ン（ＮＲＺ２23−１）で変調された光信号を受信用光モ
ジュール４０に入力した。この時受信した光信号の平均
パワーは、−１０ｄＢｍであった。図９は、この時に図
８のメインアンプＩＣ８２から出力された受信波形を帯
域２０ＧＨｚの広帯域オシロスコープで観測したもので
ある。同図からわかるように、図１４に示した従来の大
きく劣化した波形のアイパターンに比較して、１０Ｇｂ
／ｓの受信光信号に対して良好なアイパターンが観測さ
れた。
【００７０】また、図８に示した光信号受信波形評価基
板８１を用いて、図４に示した本実施形態の受信用光モ
ジュール４０に対して平均パワーが−１０ｄＢｍ付近で
符号誤り率特性の評価を行ったところ、本実施形態の受
信用光モジュール４０の場合は、図１３に示した従来の
場合には符号の識別誤りの全くないエラーフリー動作を
得ることはできなかったのに対して、符号の識別誤りの
全くないエラーフリー動作が得られた。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
配線リード付樹脂基板に設けられた光素子搭載ブロック
に形成された光ファイバガイドに沿って光ファイバを案
内しながら光ファイバと光素子とを光軸合わせし、両者
の光軸が一致した状態を保持して両者を光学的に接続す
るとともに、光ファイバを保持しているフェルールを配
線リード付樹脂基板に形成されたフェルール保持部に保
持して固定しているので、経済的な樹脂基板を用いて、
１０Ｇｂｐｓ以上の高速信号を処理できるとともに、電
気的な反射や共振等の影響がない良好な周波数特性を有
し、更に符号の識別誤りの全くないエラーフリー動作を
実現することができる。
【００７２】また、本発明によれば、Ｖ溝構造の光ファ
イバガイドにより光ファイバを光素子と適確に光軸合わ
せし得るように案内し、両者を光軸が一致した状態を保
持して光学的に接続することができる。
【００７３】更に、本発明によれば、円形穴構造の光フ
ァイバガイドにより光ファイバを光素子と適確に光軸合
わせし得るように案内し、両者を光軸が一致した状態を
保持して光学的に接続することができる。
【００７４】本発明によれば、配線リードが樹脂上に形
成された鍍金パターンであり、１００μｍ以下の配線間
隔パターンを容易に量産することができ、例えば形体表
面に鍍金を施し、パターニングで３次元配線回路を形成
することができる。
【００７５】また、本発明によれば、係止部を用いて、
光コネクタアダプタと相互に係止することができる。
【００７６】更に、本発明によれば、配線リードの一部
は特定の特性インピーダンスを有するコプレーナガイド
構造であるので、多層基板構造を用いなくても、１０Ｇ
ｂｐｓ以上の高周波域までの信号透過帯域を実現するこ
とができる。
【００７７】本発明によれば、配線リード付樹脂基板は
金型成形により全体構造を作製した後、鍍金する部分以
外を溶剤に可溶な樹脂をインサート成形により表面に成
形付与し、表面を鍍金した後、表面に成形付与された樹
脂を除去することにより作製されるので、１００μｍ以
下の配線間隔パターンを容易に量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光モジュールの構成
を示す斜視図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る光モジュールの構
成を示す斜視図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係る光モジュールの構
成を示す斜視図である。
【図４】図１に示した光モジュールと同じ構造の配線リ
ード付樹脂基板および光素子搭載ブロックを用いて構成
された受信用光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図５】図４に示した受信用光モジュールに光信号を入
力した場合の光モジュールの実際の受信帯域を評価する
ために作製されたガラスエポキシ製周波数特性評価基板
を示す図である。
【図６】図５に示したガラスエポキシ製周波数特性評価
基板の上に図４に示した受信用光モジュールを受信用光
モジュールの信号ラインがガラスエポキシ製周波数特性
評価基板の電極パッドおよび信号ラインに電気的に接続
されるように実装した様子を示す斜視図である。
【図７】図６に示した実装形態で測定した受信用光モジ
ュールの受信帯域特性を示すグラフである。
【図８】図４に示した受信用光モジュールに対して１０
Ｇｂ／ｓ光信号受信波形評価を行うために、図５に示し
たガラスエポキシ製周波数特性評価基板と同様なガラス
エポキシ製基板上にメインアンプＩＣを搭載して光信号
受信波形評価基板を作製し、この光信号受信波形評価基
板上に図４の受信用光モジュールを実装した様子を示す
斜視図である。
【図９】図８に示すように光信号受信波形評価基板に受
信用光モジュールを搭載した場合のメインアンプＩＣか
ら出力された受信波形を帯域２０ＧＨｚの広帯域オシロ
スコープで観測した出力波形図である。
【図１０】従来の光モジュールの構造を示す斜視図であ
る。
【図１１】ガラスエポキシ製周波数特性評価基板の上に
従来の受信用光モジュールを実装した様子を示す斜視図
である。
【図１２】図１１に示した実装形態で測定した従来の受
信用光モジュールの受信帯域特性を示すグラフである。
【図１３】図１０に示した従来の受信用光モジュールに
対して１０Ｇｂｐｓ光信号受信波形評価を行うためにガ
ラスエポキシ基板上にメインアンプＩＣを搭載して作製
された光信号受信波形評価基板上に図１０に示した従来
の光モジュールを実装した様子を示す図である。
【図１４】図１３に示すように光信号受信波形評価基板
に図１０に示した従来の受信用光モジュールを搭載した
場合のメインアンプＩＣから出力された受信波形を観測
した出力波形図である。
【符号の説明】
１ 配線リード付樹脂基板 １ａ 光素子搭載ブロック収容部 １ｂ 溝（ファイバ保持部） １ｃ 信号ライン １ｄ 係止部 ３ 光素子搭載ブロック ３ａ 光ファイバガイド ５ 光ファイバ ７ フェルール ９ プリアンプＩＣ １０ リードフレームパッケージ １１ フォトダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒崎 武志 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 田所 貴志 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 中村 誠 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 岡安 雅信 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 石原 昇 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 住田 真 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA11 DA03 DA04 DA06 DA11 DA12 DA37

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フェルールに保持され、該フェルールか
    ら突出した先端部の被覆が除去された光ファイバと電気
    配線を有する光素子とを光学的に接続して光信号と電気
    信号を変換するための光モジュールであって、 光素子を搭載している光素子搭載部および該光素子に対
    して前記光ファイバが光学的に接続されるべく光ファイ
    バと光素子とを光軸合わせして両者の光軸が一致した状
    態を維持し得るように光ファイバを案内して保持する光
    ファイバガイドを有する光素子搭載ブロックと、 前記フェルールを保持するフェルール保持部、前記光素
    子搭載ブロックを収容する光素子搭載ブロック収容部、
    および前記光素子が電気的に配線される配線リードを有
    する配線リード付樹脂基板とを有することを特徴とする
    光モジュール。
  2. 【請求項２】 前記光ファイバガイドは、Ｖ溝構造であ
    ることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
  3. 【請求項３】 前記光ファイバガイドは、円形穴構造で
    あることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
  4. 【請求項４】 前記配線リード付樹脂基板に設けられて
    いる配線リードは、該配線リード付樹脂基板を構成する
    樹脂上に形成された鍍金パターンであることを特徴とす
    る請求項１記載の光モジュール。
  5. 【請求項５】 前記配線リード付樹脂基板は、光コネク
    タアダプタと相互に係止するための係止部を有すること
    を特徴とする請求項１記載の光モジュール。
  6. 【請求項６】 前記配線リード付樹脂基板に設けられて
    いる配線リードの一部は、特定の特性インピーダンスを
    有するコプレーナガイド構造となっていることを特徴と
    する請求項１記載の光モジュール。
  7. 【請求項７】 前記配線リード付樹脂基板は、耐熱性お
    よび絶縁性に優れ、かつ使用周波数領域での誘電分散の
    ないエポキシ樹脂および液晶高分子等のエンジニアリン
    グプラスチックを含む樹脂で構成されていることを特徴
    とする請求項１記載の光モジュール。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の配線リード付樹脂基板
    は、金型成形により全体構造を作製した後、鍍金する部
    分以外を該配線リード付樹脂基板本体の樹脂とは異な
    り、溶剤に可溶な樹脂をインサート成形により表面に成
    形付与し、表面を鍍金した後、該表面に成形付与された
    前記可溶な樹脂を除去することにより作製されることを
    特徴とする光モジュールの製造方法。
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