光模块的制作方法

专利名称：光模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及光模块，尤其涉及用于板间光传输系统或装置间(壳体间)光传输系 统的、作为利用并行配置的多根光纤(通道)并行传输光信号的并行光传输模块的光模块。
背景技术：
以往，已知有在壳体内收容有多个发光元件和驱动多个发光元件的电子元件(IC) 而成为一体的光模块(例如参见专利文献1)。此外，还已知有在壳体内收容有多个激光二极管或多个光电二极管与IC (驱动各 激光二极管的驱动器IC或对各光电二极管的输出进行处理的放大用IC)而成为一体的光 模块(例如参见非专利文献1)。专利文献1 日本特开2002-261372号公报非专利文献1 岡安俊幸《乂毛〗J歹7卜* 7歹Λ (二杉汁易高密度 < > 夕一 -才、 夕〉3 >》、第二回〉'J 二 > 7于口夕'RF研究会、2004/8/2然而，在上述专利文献1和非专利文献1所公开的现有光模块中，通过使用硅光平 台(SiOB =Silicon Optical Bench)的无源调芯，使得保持于插芯(ferrule)的多根光纤的 各中心与多个光元件的各光射出部的中心分别一致。在这种结构的现有技术中，由于SiOB 介于多个光元件与电子元件(IC)之间，因此构成为多个光元件与电子元件经由SiOB上的 布线而电连接。也就是说，构成为通过导线将多个光元件与SiOB上的布线连接，通过导线 将该布线与电子元件连接。由此，将多个发光元件与电子元件电连接的多条传输线路的长 度变长。因而存在相邻传输线路之间的串扰(crosstalk)成分增加，难以实现高速并行光 传输的问题。

发明内容
本发明就是鉴于这种现有问题而完成的，其目的在于，提供一种能降低串扰成分 而实现高速并行光传输的光模块。为了解决上述课题，权利要求1所述的发明涉及的光模块是通过多根光纤并行传 输光信号的光模块，其特征在于，所述光模块具有基板，其具有电极图案；多个光元件，它 们安装在所述基板的电极图案上；以及电子元件，其安装在所述基板的电极图案上，与所述 多个光元件电连接，在所述基板上，按照在所述多个光元件与所述电子元件之间传输信号 的传输线路的长度为最短的方式，配置有所述多个光元件和所述电子元件。根据该结构可以降低相邻传输线路之间的串扰，能实现高速并行光传输。权利要求2所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述光模块还具有光连接器 部，该光连接器部保持所述多根光纤，并且在所述多根光纤与所述多个光元件分别光耦合 的位置处固定于所述基板，所述光连接器部能够在所述基板上进行二维位置调整。根据该结构，通过在基板上对光连接器部进行二维位置调整，由此以多根光纤与 多个光元件分别光耦合的方式进行有源调芯。因而，不需要像所述现有技术那样的用于无
5源调芯的SiOB，多个元件与电子元件可以在基板上配置于邻近的位置。由此可以缩短将多 个发光元件与电子元件电连接起来的多条传输线路的长度。并且，此处所谓的“多根光纤与 多个光元件分别光耦合的位置”是指多根光纤的各自一个端部的中心(纤芯中心)与多个 光元件各自的光射出部或受光部的中心一致的位置。权利要求3所述的发明涉及的光模块的特征在于，按照所述多个光元件的表面与 所述电子元件的表面成为同等程度的高度，使得导线长度最短的方式，将所述电子元件配 置在形成于所述基板上的凹部内，所述多个光元件的表面与所述电子元件的表面通过作为 所述传输线路的多条导线分别直接电连接。根据该结构，在引线键合安装有多个光元件与电子元件的光模块中，可以降低相 邻导线间的串扰。权利要求4所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述凹部具有大致垂直的壁 面，所述多个光元件在邻近所述壁面的位置处并且以沿着所述壁面排列的方式配置在所述 基板上，所述电子元件在邻近所述壁面的位置处配置于所述凹部内。根据该结构，可以将多个光元件与电子元件配置得更近，因此能进一步缩短传输 线路的长度。由此，能够进一步减少相邻传输线路间的串扰，能实现高速并行光传输。权利要求5所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述电子元件倒装安装在所述 基板上，按照所述多个光元件的表面与所述基板的表面成为同等程度的高度，使得导线长 度为最短的方式，将所述多个光元件配置在形成于所述基板上的凹部内，所述多个光元件 与所述基板上的电连接了所述电子元件的布线之间通过多条导线电连接。根据该结构，在基板上倒装安装有电子元件的光模块中，可以减少相邻传输线路 间的串扰。并且，这种情况下，在多个光元件与电子元件之间传输信号的传输线路是由基板 上的电连接了电子元件的布线与多条导线构成的。权利要求6所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述多个光元件是分别从背面 侧射出光的面发光型半导体激光元件，所述多个光元件倒装安装在所述基板上，按照所述 电子元件的正面与所述基板的正面成为同等程度的高度，使得导线长度最短的方式，将所 述电子元件配置在形成于所述基板上的凹部内，所述电子元件与所述基板上的电连接了所 述多个光元件的布线之间通过多条导线电连接。根据该结构，在基板上倒装安装有作为从背面侧射出光的面发光型半导体激光元 件(背面发光型)的多个光元件的光模块中，可以减少相邻传输线路间的串扰。并且，这种 情况下，在多个光元件与电子元件之间传输信号的传输线路由基板上的电连接了多个光元 件的布线与多条导线构成。权利要求7所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述电子元件配置在形成于所 述基板上的凹部内，所述多个光元件的表面与所述电子元件的表面通过作为所述传输线路 的多条导线分别直接电连接，在所述多条导线的各自两端不会引起电短路的范围内，使所 述电子元件的表面高于所述多个光元件的表面。根据该结构，能够在不会在多条导线的各自两端引起电短路的情况下，尽可能缩 短各导线长度。权利要求8所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述电子元件配置在形成于所 述基板上的凹部内，所述多个光元件的表面与所述电子元件的表面通过作为所述传输线路的多条导线分别直接电连接，在所述多条导线的各自两端不会引起电短路的范围内，使所 述多个光元件的表面高于所述电子元件的表面。根据该结构，能够在不会在多条导线的各自两端引起电短路的情况下，尽可能缩 短各导线长度。权利要求9所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述光模块具有作为所述光元 件的多个面发光型半导体激光元件、以及驱动所述多个面发光型半导体激光元件的作为所 述电子元件的驱动器IC，该光模块构成为通过所述多根光纤将分别从所述多个面发光型半 导体激光元件射出的光信号并行传输到外部的发送侧光模块。根据该结构，能够实现可进行高速并行光传输的发送侧光模块。权利要求10所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述光模块具有作为所述光 元件的多个光电二极管、以及具有将所述光电二极管的输出电流转换为电压并放大的功能 的作为所述电子元件的放大用IC，该光模块构成为通过所述多个光电二极管接收从外部经 由所述多根光纤并行传输的光信号、并将该光信号转换为电信号的接收侧光模块。根据该结构，能够实现可进行高速并行光传输的接收侧光模块。为了解决所述课题，权利要求11所述的发明涉及的光模块是通过多根光纤并行 传输光信号的光模块，其特征在于，所述光模块具有基板，其具有电极图案；多个光元件， 它们安装在所述基板的电极图案上；以及电子元件，其安装于所述基板的电极图案上，与所 述多个光元件电连接，所述多个光元件与所述电子元件在所述基板上配置于相邻的位置。 根据该结构，将多个发光元件与电子元件电连接起来的多个传输路线长度变短，可以降低 相邻传输线路间的串扰。由此可以实现高速并行光传输。权利要求12所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述光模块还具有光连接器 部，该光连接器部保持所述多根光纤，在所述多根光纤与所述多个光元件分别光耦合的位 置处固定于所述基板，所述光连接器部能够在所述基板上进行二维位置调整。根据该结构， 通过在基板上对光连接器部进行二维位置调整，由此以多根光纤与多个光元件分别光耦合 的方式进行有源调芯。因而不需要像所述现有技术那样的用于无源调芯的SiOB，多个元件 与电子元件可以在基板上配置于邻近的位置。由此可以缩短将多个发光元件与电子元件电 连接起来的多条传输线路长度。并且，此处所谓的“多根光纤与多个光元件分别光耦合的位 置”是指多根光纤的各自一个端部的中心(纤芯中心)与多个光元件各自的光射出部或受 光部的中心一致的位置。权利要求13所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述电子元件与所述多个光 元件通过多条导线分别直接电连接。根据该结构，将多个发光元件与电子元件电连接起来 的多条导线的导线长度变短。由此在将电子元件与多个光元件引线键合安装的光模块中， 可以降低相邻导线间的串扰。权利要求14所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述多条导线的导线水平方 向长度分别为500μπι以下。根据该结构，可以将以10Gbit/s( < 8GHz)进行传输时相邻导 线(通道)之间的串扰抑制在30dB以下。权利要求15所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述电子元件倒装安装在所 述基板上，所述多个光元件与所述基板上的电连接了所述电子元件的布线之间通过多条导 线电连接。根据该结构，由将多个光元件与电子元件分别电连接起来的多条导线以及布线
7分别构成多条传输线路，多个传输线路长度变短。由此，在基板上倒装安装有电子元件的光 模块中，可以降低相邻传输线路的串扰。权利要求16所述的发明涉及的光模块的特征在于，由分别电连接所述多个光元 件与所述电子元件的所述多条导线、以及所述布线构成的多条传输线路的长度为500 μ m 以下。根据该结构，可以将以10Gbit/s( < 8GHz)进行传输时的相邻导线(通道)之间的 串扰抑制在30dB以下。权利要求17所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述光模块具有作为所述光 元件的多个面发光型半导体激光元件、以及驱动所述多个面发光型半导体激光元件的作为 所述电子元件的驱动器IC，该光模块构成为经由所述多根光纤将分别从所述多个面发光型 半导体激光元件射出的光信号并行传输到外部的发送侧光模块。根据该结构，可以实现能 进行高速并行光传输的发送侧光模块。权利要求18所述的发明涉及的光模块的特征在于，所述光模块具有作为所述光 元件的多个光电二极管、以及具有将所述光电二极管的输出电流转换为电压并放大的功能 的作为所述电子元件的放大用IC，该光模块构成为通过所述多个光电二极管接收从外部经 由所述多根光纤而并行传输的光信号、并将该光信号转换为电信号的接收侧光模块。根据 该结构，可以实现能进行高速并行光传输的接收侧光模块。根据本发明能够减少串扰成分，实现高速并行光传输。


图1是表示本发明第1实施方式的光模块的主要部分的立体图。图2是图1的剖视图。图3是表示第1实施方式的模块概要结构的纵剖视图。图4A是表示第1实施方式的光模块整体的立体图。图4B是表示光纤的放大图。图4C是表示激光二极管阵列的各面发光型半导体激光元件与驱动器IC的连接关 系的俯视图。图5是表示第1实施方式的光模块的分解立体图。图6是表示光模块的光连接器部的立体图。图7是表示在光连接器部安装了外部连接器的状态的立体图。图8是表示第2实施方式的光模块的主要部分的立体图。图9是表示第3实施方式的光模块的主要部分的立体图。图10是表示第4实施方式的光模块的主要部分的立体图。图11是表示第5实施方式的光模块的主要部分的立体图。图12是表示第6实施方式的实施例的说明图。图13是表示现有模型与建议模型的相邻通道间串扰的比较的图表。符号说明10、10A、10B、10CU0D光模块；11基板；Ila正面；12光连接器部；13罩；14激光二 极管阵列；14a正面；15驱动器IC (电子元件)；15a正面；16光纤；16a —个端部；22导线； 23光信号；30多芯光纤连接器(MT连接器)；31多芯光纤(多芯带状光纤)；40、41、42、43、
844 凹部；40a、41a、42a、43a、44a 壁面
具体实施例方式下面根据

具体实现本发明的各实施方式。并且在各实施方式的说明中， 对于相同部位赋予同一符号并省略重复的说明。(第1实施方式)根据图1至图7说明第1实施方式的光模块。图1是表示第1实施方式的光模块的主要部分的立体图，图2是图1的剖视图。图 3是表示光模块的概要结构的纵剖视图。图4A是表示光模块整体的立体图，图4B是表示用 于该光模块的多根光纤中一根的放大图，图4C是表示用于该光模块的激光二极管阵列的 各面发光型半导体激光元件与驱动器IC的连接关系的俯视图。图5是表示光模块的概要 结构的分解立体图，图6是表示光模块的光连接器部的立体图，图7是表示在该光模块的光 连接器部安装有外部连接器(多芯用插芯型连接器)的状态的立体图。第1实施方式的光模块10是利用多根光纤并行传输光信号的光模块。如图1和 图2所示，该光模块10具备具有电极图案(省略图示)的基板11、排列安装于该电极图 案上的多个光元件、安装于该电极图案上且与多个光元件电连接的电子元件。基板11是陶瓷基板。在本实施方式中，多个光元件由激光二极管阵列14构成， 该激光二极管阵列14具有排列成一列的多个面发光型半导体激光元件(光元件)。图4C 中符号14a表示激光二极管阵列14中多个面发光型半导体激光元件的各光射出部(开口 部)。作为光元件的面发光型半导体激光元件是向垂直于基板面的方向射出光(光信号23) 的 VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)。另外，电子 元件是驱动激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件的驱动器IC 15。如图1和图2所示，该光模块10的特征在于，按照在激光二极管阵列14的多个面 发光型半导体激光元件与驱动器IC 15之间分别传输信号的多条导线(传输线路)22的长 度为最短的方式，在基板11上配置激光二极管阵列14和驱动器IC。具体而言，按照使激光 二极管阵列14的正面(表面)14a与驱动器IC 15的正面(表面)15a成为同等程度的高 度，使得导线长度为最短的方式，将驱动器IC 15配置在形成于基板11上的凹部40内。
另外，在该光模块10中，可以相邻地配置激光二极管阵列14和驱动器IC 15，为了 缩短多条导线22，使凹部40的壁面40a大致垂直。而且，激光二极管阵列14在靠近壁面 40a的位置处配置于基板11上，驱动器IC 15在靠近壁面40a的位置处配置于凹部40内。
激光二极管阵列14例如通过芯片附接(Die Attach)剂粘接而安装于基板11的 正面Ila上。驱动器IC 15的一部分收容在基板11的凹部40内，例如通过芯片粘接剂粘 接而安装在该凹部40的底面。凹部40是具有大致垂直的壁面40a的矩形孔。激光二极管 阵列14以其端面处于壁面40a附近的方式配置于基板的正面Ila上。另一方面，驱动器IC 15以其端面处于壁面40a附近的方式配置在凹部40的底面。这样，激光二极管阵列14和 驱动器IC 15在基板11上配置在邻近的位置。而且，驱动器IC15与激光二极管阵列14的 多个面发光型半导体激光元件，即，驱动器IC15的正面15a上的电极与激光二极管阵列14 的正面14a上的各面发光型半导体激光元件的电极，通过作为传输线路的多条导线22而分 别直接电连接(参照图1、图2和图4C)。
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也就是说，驱动器IC 15与激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件， 不像上述现有技术那样通过SiOB上的布线，而是通过多条导线22分别电连接。由此，从驱 动器IC 15通过各条键合线(Bonding Wire) 22向激光二极管阵列14的各面发光型半导体 激光元件输入调制信号，从激光二极管阵列14的各面发光型半导体激光元件射出利用调 制信号进行了调制的光信号23。另外，驱动器IC 15与基板11的电极图案通过省略了图示 的多条键合线电连接。图4C中，符号22a是焊接于各面发光型半导体激光元件的电极上的 焊球。如图3、图4A和图5所示，光模块10还具有光连接器部12、罩13和2根导向销 32。如图4A 图4C及图6所示，光连接器部12将多根光纤16排成一列(图3中为 垂直于纸面的方向)并进行保持。在以多根光纤16的各自一个端部16a(参见图4B)的中 心(纤芯中心)与激光二极管阵列14的各光射出部14a的中心一致的方式进行了有源调 芯后，该光连接器部12被固定在基板11的正面Ila上。由此，来自激光二极管阵列14的 各光射出部14a的各射出光(光信号23)分别与多根光纤16的相对应的光纤的一个端部 16a光耦合。此外，如图6所示，光连接器部12具有左右的侧壁部17。两侧壁部17的下端面 17a与基板11的正面Ila分别可滑动地接触。在以多根光纤16的各自一个端部16a的中 心与激光二极管阵列14的各光射出部14a的中心一致的方式，在基板11的正面Ila内二 维移动光连接器部12而进行了有源调芯后，通过粘接等方式将光连接器部12的两侧壁部 17的下端面17a固定于基板11的正面11a。进而，如图6所示，光连接器部12具有嵌合多根光纤16且排成一列的多根光纤保 持孔12a、以及设置在这些光纤保持孔12a两侧的2个导向销孔12b。在2个导向销孔12b 中可分别嵌合2个导向销32。2个导向销32可以分别嵌合图7所示的作为外部连接器的多芯光纤连接器(以下 称之为MT连接器)30的2个贯通孔。通过使MT连接器30的2个贯通孔分别与2个导向 销32嵌合，从而在MT连接器30中所保持的多芯光纤(多芯带状光纤)31各自的光纤中心 (纤芯中心)与光连接器部12中所保持的多根光纤16各自的中心(纤芯中心)一致的状 态下，如图7所示将MT连接器30安装到光连接器部12。如图3、图4A和图5所示，罩13具有用于装配光连接器部12的开口部13a，以覆 盖激光二极管阵列14、驱动器IC 15等部件整体的方式通过粘接等固定于基板11。该罩13 由导热率较高的材料(例如Cu (铜)和W(钨)的合金)制成。此外，如图3所示，在光连接器部12的侧面与罩13的开口部13a之间的间隙中， 填充有树脂密封剂或粘接剂等的树脂18。在驱动器IC 15与罩13之间的缝隙(空间)中 填充有具有导热性和绝缘性的硅胶19作为密封剂。另外，在多根光纤16的一个端部16a 与激光二极管阵列14的各光射出部14a之间的空间中填充有透明的硅胶20作为密封剂。根据如上结构的第1实施方式，可获得如下作用效果。〇以在激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件与驱动器IC 15之间 分别传输信号的多条导线(传输线路)22的长度为最短的方式，在基板11上配置激光二极 管阵列14和驱动器IC 15。由此，可以降低相邻导线22之间的串扰，能够实现高速并行光
10传输。〇按照使激光二极管阵列14的正面(表面)14a与驱动器IC 15的正面(表 面)15a成为同等程度的高度使得导线长度为最短的方式，在凹部40内配置驱动器IC 15， 正面14a与正面(表面)15a通过作为传输线路的多条导线22分别直接电连接，因此多条 导线22的导线长度L(参照图2)变短。由此，在将激光二极管阵列14与驱动器IC 15引 线键合(Wire Bonding)安装的光模块中，能够降低相邻导线22之间的串扰。〇通过在基板11上对光连接器部12进行二维位置调整，由此以多根光纤16与激 光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件分别光耦合的方式进行有源调芯。也就 是说，通过该有源调芯，使多根光纤16的一个端部16a的中心与激光二极管阵列14的各光 射出部14a的中心一致。因此，不需要像上述现有技术那样的用于无源调芯的SiOB，激光二 极管阵列14和驱动器IC 15可配置于基板11上邻近的位置。由此，能够缩短将激光二极 管阵列14的多个面发光型半导体激光元件与驱动器IC15电连接的多条导线22的导线长 度L，能够降低相邻导线22之间的串扰。〇由于使凹部40的壁面40a大致垂直，因此可以邻近配置激光二极管阵列14和 驱动器IC 15，可以缩短多条导线22。从而可以降低相邻导线22之间的串扰，能够实现高 速并行光传输。(第2实施方式)根据图8说明第2实施方式的光模块10A。在上述第1实施方式中，通过引线键合将驱动器IC 15安装于基板11的电极图案 上。与此相对，第2实施方式的光模块IOA的特征为如下结构。 如图8所示，驱动器IC 15以倒装的方式(flip chip)安装在基板11的电极图案上。 按照使激光二极管阵列14的正面14a与基板11的正面Ila成为同等程度的高 度，使得导线长度为最短的方式，在形成于基板11上的凹部41内配置有激光二极管阵列 14。 激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件与基板11上的电连接了驱 动器IC 15的布线通过多条导线22而电连接。其它结构与上述第1实施方式的光模块10相同。通过这种结构，使在激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件与驱动 器IC 15之间分别传输信号的多条导线(传输线路)22的长度为最短。激光二极管阵列14整体收容于基板11的凹部41内，例如通过芯片粘接剂粘接而 安装于该凹部41的底面。凹部41是具有大致垂直的壁面41a且具备与激光二极管阵列14 的高度大致相同深度的矩形孔。激光二极管阵列14以其端面位于壁面41a附近的方式配 置于凹部41内。另一方面，驱动器IC 15以其端面位于壁面41a附近的方式安装于基板11 的电极图案上。这样就将激光二极管阵列14和驱动器IC 15配置于在基板11上邻近的位 置处。而且，激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件与电连接驱动器IC 15的 布线(电极图案的一部分)通过多条导线22分别电连接。根据具有这种结构的第2实施方式，除了获得上述第1实施方式的作用效果之外， 还可以获得如下作用效果。
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〇在基板11上以倒装的方式安装有驱动器IC 15的光模块中，可以降低相邻传输 线路之间的串扰。并且，这种情况下，在激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元 件与驱动器IC 15之间传输信号的传输线路由基板11上的电连接了驱动器IC 15的布线 和多条导线22构成。〇由于使凹部41的壁面41a大致垂直，因此可以邻近配置激光二极管阵列14和 驱动器IC 15，可以缩短多条导线22。由此可以降低相邻导线22之间的串扰，能够实现高 速并行光传输。(第3实施方式)根据图9说明第3实施方式的光模块10B。在上述第1和第2实施方式中，激光二极管阵列14的各面发光型半导体激光元件 是在垂直于基板表面的方向上从正面14a侧射出光(光信号23)的VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser 垂直腔面发射激光器)。与此相对，在该光模块IOB中使用的激 光二极管阵列14的各面发光型半导体激光元件是在垂直于基板表面的方向上从背面14b 侧射出光(光信号23)的背面发光型VCSEL。该光模块IOB的特征为如下结构。 激光二极管阵列14的各面发光型半导体激光元件是背面发光型VCSEL。 如图9所示，在基板11上以倒装的方式安装有具有多个面发光型半导体激光元 件的激光二极管阵列14。 按照使驱动器IC 15的正面15a与基板11的正面Ila成为同等程度的高度，使 得导线长度为最短的方式，在形成于基板11上的凹部42内配置有驱动器IC 1。 驱动器IC 15与基板11上的电连接了激光二极管阵列14的多个面发光型半导 体激光元件的多个布线(电极图案的一部分)通过多条导线22分别电连接。其它结构与上述第1实施方式的光模块10相同。通过这种结构，在激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件与驱动器 IC 15之间分别传输信号的多条导线(传输线路)22的长度为最短。驱动器IC 15整体收容于基板11的凹部42内，例如通过芯片粘接剂粘接安装于 该凹部42的底面。凹部42是具有大致垂直的壁面42a且具备与驱动器IC 15的高度大致 相同深度的矩形孔。驱动器IC 15以其端面位于壁面42a附近的方式配置于凹部42内。另 一方面，激光二极管阵列14以其端面位于壁面42a附近的方式安装于基板11的电极图案 上。而且，电连接了激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件的布线(电极图案 的一部分)与驱动器IC 15通过多条导线22分别电连接。根据具有这种结构的第3实施方式，除了获得上述第1实施方式的作用效果之外， 还具有如下的作用效果。〇在基板11上以倒装的方式安装有具有作为背面发光型VCSEL的多个面发光型 半导体激光元件的激光二极管阵列14的光模块中，可以降低相邻传输线路的串扰。并且这 种情况下，在激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件与驱动器IC 15之间传输 信号的传输线路，由基板11上的电连接了激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光 元件的多个布线(电极图案的一部分)和多条导线22构成。〇由于使凹部42的壁面42a大致垂直，因此可以邻近配置激光二极管阵列14与
12驱动器IC 15，能够缩短多条导线22。由此可以降低相邻导线22之间的串扰，实现高速并 行光传输。(第4实施方式)根据图10说明第4实施方式的光模块10C。在上述第1实施方式的光模块10中，使激光二极管阵列14的正面14a与驱动器 IC 15的正面15a成为同等程度的高度以使得导线长度为最短，使多条导线22的长度为最 短。与此相对，该光模块IOC的特征为如下结构。 驱动器IC 15配置在形成于基板11上的凹部43内。 激光二极管阵列14的正面14a的电极与驱动器IC 15的正面15a的电极通过 多条导线22分别直接电连接。 在多条导线22的各自两端不会引起电短路的范围内，驱动器IC 15的正面15a 高于激光二极管阵列14的正面14a。其它结构与上述第1实施方式的光模块10相同。根据具有这种结构的第4实施方式，除了获得上述第1实施方式的作用效果之外， 还具有如下的作用效果。可以在多条导线22的各自两端不引起电短路的情况下，尽可能地缩短各导线长 度。由此可以降低相邻导线22之间的串扰，实现高速并行光传输。(实施例)在上述光模块IOC中使用Φ25μπι的金属导线作为多条导线22。另外，在设导线 22的环形高度为H，设从激光二极管阵列14的正面14a到驱动器IC 15的正面15a的高度 为HD的情况下，使驱动器IC 15的正面15a比激光二极管阵列14的正面14a高，满足HD =Η-(25μπιΧ2)。在激光二极管阵列14的正面14a上安装有焊球22a。根据该实施例，可以在导线22两端不引起电短路的情况下，尽可能地缩短多条导 线22的导线长度。(第5实施方式)根据图11说明第5实施方式的光模块10D。在上述第1实施方式的光模块10中，激光二极管阵列14的正面14a与驱动器IC 15的正面15a成为同等程度的高度以使得导线长度为最短，从而多条导线22的长度为最 短。与此相对，该光模块IOC的特征为如下结构。 驱动器IC 15配置在形成于基板11上的凹部44内。 激光二极管阵列14的正面14a的电极与驱动器IC 15的正面15a的电极通过 多条导线22分别直接电连接。 在多条导线22的各自两端不会引起电短路的范围内，使激光二极管阵列14的 正面14a高于驱动器IC 15的正面15a。其它结构与上述第1实施方式的光模块10相同。根据具有这种结构的第5实施方式，除了获得上述第1实施方式的作用效果之外， 还具有如下的作用效果。可以在多条导线22的各自两端不引起电短路的情况下，尽可能地缩短各导线的 长度。由此可以降低相邻导线22之间的串扰，实现高速并行光传输。
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(实施例)在上述光模块IOD中使用Φ25μπι的金属导线作为多条导线22。另外，在设导线 22的环形高度为H，设从激光二极管阵列14的正面14a到驱动器IC 15的正面15a的高度 为HD的情况下，使激光二极管阵列14的正面14a比驱动器IC 15的正面15a高，满足HD = Η-(25μπιΧ2)。在驱动器IC 15的正面15a上安装有焊球22a。根据该实施例，可以在导线22两端不引起电短路的情况下，尽可能地缩短多条导 线22的导线长度。(第6实施方式)第6实施方式的光模块的结构与根据图1至图7说明的第1实施方式的光模块相 同。根据图1至图7、图12、图13说明第6实施方式的光模块。图1是表示第6实施方式的光模块的主要部分的立体图，图2是图1的剖视图。图 3是表示光模块的概要结构的纵剖视图。图4A是表示光模块整体的立体图，图4B是表示用 于该光模块的多根光纤中的一根的放大图，图4C是表示用于该光模块的激光二极管阵列 的各面发光型半导体激光元件与驱动器IC的连接关系的俯视图。图5是表示光模块的概 要结构的分解立体图，图6是表示光模块的光连接器部的立体图，图7是表示在该光模块的 光连接器部安装有外部连接器(多芯用插芯型连接器)的状态的立体图。第6实施方式的光模块10是通过多根光纤并行传输光信号的光模块。如图1和 图2所示，该光模块10具备具有电极图案(省略图示)的基板11、排列安装于该电极图 案上的多个光元件、安装于该电极图案上且与多个光元件电连接的电子元件。基板11是陶瓷基板。在本实施方式中，多个光元件由激光二极管阵列14构成，该 激光二极管阵列14具有排成一列的多个面发光型半导体激光元件(光元件)。图4C中符 号14a表示激光二极管阵列14中多个面发光型半导体激光元件的各光射出部(开口部)。 作为光元件的面发光型半导体激光元件是在垂直于基板面的方向上射出光(光信号23)的 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)。另外，电子元件是驱动激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件的驱 动器IC 15。如图1和图2所示，激光二极管阵列14和驱动器IC 15在基板11上配置于 邻近的位置。具体而言，激光二极管阵列14例如通过芯片粘接剂粘接安装在基板11的正 面Ila上。驱动器IC 15的一部分收容于基板11的凹部40内，例如通过芯片粘接剂粘接 安装在该凹部40的底面。凹部40是具有大致垂直的壁面40a的矩形孔。激光二极管阵列 14以其端面位于壁面40a附近的方式配置于基板的正面Ila上。另一方面，驱动器IC 15 以其端面位于壁面40a附近的方式配置在凹部40的底面。这样，激光二极管阵列14和驱 动器IC 15在基板11上配置于邻近的位置。而且，驱动器IC 15的正面15a上的电极与激 光二极管阵列14的正面14a上的各面发光型半导体激光元件的电极通过多条导线22分别 直接电连接(参见图1、图2和图4C)。也就是说，驱动器IC 15与激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件不 像上述现有技术那样通过SiOB上的布线，而通过多条导线22彼此电连接。由此，从驱动器 IC 15通过各条键合线22向激光二极管阵列14的各面发光型半导体激光元件输入调制信 号，从激光二极管阵列14的各面发光型半导体激光元件射出利用调制信号进行了调制的光信号23。另外，驱动器IC 15与基板11的电极图案通过省略了图示的多条键合线电连 接。图4C中，符号22a是安装在各面发光型半导体激光元件的电极上的焊球。如图3、图4A和图5所示，光模块10还具有光连接器部12、罩13、2根导向销32。如图4A 图4C和图6所示，光连接器部12将多根光纤16排成一列(图3中为 垂直于纸面的方向)进行保持。在以多根光纤16的各自一个端部16a(参见图4B)的中心 (纤芯中心)与激光二极管阵列14的各光射出部14a的中心一致的方式进行了有源调芯 后，将该光连接器部12固定在基板11的正面Ila上。由此，来自激光二极管阵列14的各 光射出部14a的各射出光(光信号23)分别与多根光纤16的相对应的光纤的一个端部16a 光華禹合。另外，如图6所示，光连接器部12具有左右的侧壁部17。两侧壁部17的下端面 17a与基板11的正面Ila以分别可滑动的方式接触。并且当以多根光纤16的各自一个端 部16a的中心与激光二极管阵列14的各光射出部14a的中心一致的方式，在基板11的正 面Ila内二维移动光连接器部12而进行了有源调芯后，通过粘接等方式将光连接器部12 的两侧壁部17的下端面17a固定于基板11的正面11a。进而，如图6所示，光连接器部12具有嵌合多根光纤16且排成一列的多个光纤保 持孔12a和设置在这些光纤保持孔12a两侧的2个导向销孔12b。2个导向销孔12b可分 别嵌合2个导向销32。2个导向销32可以分别嵌合作为图7所示的外部连接器的MT连接器30的2个贯 通孔。通过使MT连接器30的2个贯通孔分别嵌合2个导向销32、32，从而可以在MT连接 器30中所保持的多芯光纤(多芯带状光纤)31的各光纤的纤芯中心与光连接器部12中所 保持的多根光纤16的各纤芯中心一致的状态下，如图7所示将MT连接器30安装到光连接 器部12。如图3、图4A和图5所示，罩13具有用于装配光连接器部12的开口部13a，以覆 盖激光二极管阵列14、驱动器IC 15等部件整体的方式通过粘接等固定于基板11。该罩13 由导热率较高的材料(例如Cu (铜)和W(钨)的合金)制成。此外，如图3所示，在光连接器部12的侧面与罩13的开口部13a之间的间隙中， 填充有树脂密封剂或粘接剂等的树脂18。驱动器IC 15与罩13之间的缝隙(空间)中填 充有具有导热性和绝缘性的硅胶19作为密封剂。另外，在多根光纤16的一个端部16a与 激光二极管阵列14的各光射出部14a之间的空间中填充有透明的硅胶20作为密封剂。根据如上结构的第6实施方式，可获得如下作用效果。〇由于激光二极管阵列14和驱动器IC 15在基板11上配置于邻近位置，因此将 激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件与驱动器IC 15电连接起来的多个传 输线路长度变短，可以降低相邻传输线路间的串扰。由此能够实现高速并行光传输。〇通过在基板11上对光连接器部12进行二维位置调整，构成为以多根光纤16与 激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件分别光耦合的方式进行有源调芯。也 就是说，通过该有源调芯，多根光纤16的各自一个端部16a的中心与激光二极管阵列14的 各光射出部14a的中心一致。因此，不需要像上述现有技术那样的用于无源调芯的SiOB，激 光二极管阵列14和驱动器IC 15可以配置于在基板11上邻近的位置。由此，可以缩短将 激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件与驱动器IC 15电连接的多条导线22的长度(传输线路长度)，能够降低相邻传输线路间的串扰。〇由于通过多条导线22将驱动器IC 15与激光二极管阵列14的多个面发光型半 导体激光元件分别直接电连接起来，因此多条导线22的导线长度L(参见图2)变短。由此， 在以引线键合方式安装有驱动器IC 15与激光二极管阵列14的光模块中，能够降低相邻导 线间的串扰。(实施例)在上述第6实施方式中，将多条导线22的导线水平方向长度(导线长度)L分别 设为500μπι以下。本实施例中，对各导线22使用图12所示形状的结构。另外，设激光二 极管阵列14的正面14a与驱动器IC 15的正面15a为相同高度。另外，设多条导线22间 的间距为250 μ m。图13的图表表示在现有模型和本发明提出的模型中对相邻导线间(相邻通道间) 的串扰进行比较的结果。其中，现有模型如上述现有技术那样，构成为通过导线将多个光元 件与SiOB上的布线连接、通过导线连接该布线与电子元件的光模块。本发明提出的模型是 上述第6实施方式中说明的光模块10。图13的横轴表示从驱动器IC经由导线22向各面 发光型半导体激光元件传输的调制信号的频率(GHz)，纵轴示出表示通道间串扰成分的S 参数(Scattering Parameter,散射参数)。图13的图表中，曲线a表示现有模型中改变调制信号的频率时的S参数。根据该 曲线a可知的是，在现有模型中，超过3GHz的传输频带无法将相邻导线(通道)间的串扰 抑制在30dB以下。另外，在图13的图表中，利用曲线b、曲线C、曲线d、曲线e、曲线f、曲线g、曲线h、 曲线i和曲线k分别表示在上述光模块10中将水平方向长度(导线长度)L设为200 μ m、 300 μ m、400 μ m、500 μ m、600 μ m、700 μ m、800 μ m、900 μ m 禾口 1000 μ m 时，改变调制信号的频 率时的S参数。根据曲线b、曲线C、曲线d和曲线e可知，可以通过使导线水平方向长度L 在500 μ m以下，从而能够在传输lOGbit/s信号所需的上至8GHz的传输频带中将相邻导线 (通道)之间的串扰抑制在30dB以下。(第7实施方式)第7实施方式的光模块的结构与根据图8说明的第2实施方式的光模块相同。根据图8说明第7实施方式涉及的光模块10A。在上述第6实施方式中，通过引线键合将驱动器IC 15安装于基板11的电极图案 上。与此相对，在第7实施方式的光模块IOA中，如图8所示，驱动器IC 15以倒装的方式 安装在基板11的电极图案上。激光二极管阵列14整体收容于基板11的凹部41内，例如 通过芯片粘接剂粘接安装于该凹部41的底面。凹部41是具有大致垂直的壁面41a且具备 与激光二极管阵列14的高度大致相同深度的矩形孔。激光二极管阵列14以其端面位于壁 面41a附近的方式配置于凹部41内。另一方面，驱动器IC 15以其端面位于壁面41a附近 的方式安装于基板11的电极图案上。这样激光二极管阵列14和驱动器IC 15在基板11 上配置于邻近的位置。而且激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件与电连接 了驱动器IC 15的布线(电极图案的一部分)通过多条导线22分别电连接。其它结构与上述第6实施方式的光模块10相同。根据具有这种结构的第7实施方式，除了获得上述第6实施方式的作用效果之外，
16还具有如下作用效果。〇由分别将激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件与驱动器IC 15 电连接的多条导线22、以及电连接了驱动器IC 15的布线分别构成多条传输线路，多条传 输线路的长度变短。由此，在基板11的电极图案上倒装安装有驱动器IC 15的光模块中， 可以降低相邻传输线路的串扰。〇通过使多个传输线路长度在500 μ m以下，从而可以在上至8GHz的传输频带中 将传输时相邻导线(通道)之间的串扰抑制在30dB以下。(第8实施方式)第8实施方式的光模块的结构与根据图9说明的第3实施方式的光模块相同。根据图9说明第8实施方式的光模块10B。在上述第6和第7实施方式中，激光二极管阵列14的各面发光型半导体激光元 件是在垂直于基板表面的方向上从正面侧射出光(光信号23)的VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 0与此相对，在该光模块IOG中使用的激光二极管阵列14的各 面发光型半导体激光元件是在垂直于基板表面的方向上从背面侧射出光(光信号23)的背 面发光型VCSEL。如图9所示，在该光模块IOB中，激光二极管阵列14以倒装安装的方式安装在基 板11的电极图案上。驱动器IC 15整体收容于基板11的凹部42内，例如通过芯片粘接剂 粘接安装在该凹部42的底面。凹部42是具有大致垂直的壁面42a且具备与驱动器IC 15 的高度大致相同深度的矩形孔。驱动器IC 15以其端面处于壁面42a附近的方式配置于凹 部42内。另一方面，激光二极管阵列14以其端面处于壁面42a附近的方式安装于基板11 的电极图案上。这样，激光二极管阵列14与驱动器IC 15在基板11上配置于邻近位置。而 且，电连接激光二极管阵列14的多个面发光型半导体激光元件的多个布线(电极图案的一 部分)与驱动器IC 15通过多条导线22分别电连接。其它结构与上述第6实施方式的光模块10相同。根据具有这种结构的第8实施方式，除了获得上述第6实施方式的作用效果之外， 还可获得如下作用效果。在基板11上以倒装的方式安装有具有作为背面发光型VCSEL的多个面发光型半 导体激光元件的激光二极管阵列14的光模块中，可以降低相邻传输线路中的串扰。并且，本发明还可以如下变更来具体实现。 在上述各实施方式中，说明了构成为发送侧光模块的光模块10、10A、10B、10C、 10D，但本发明不限于此。在光模块10、10A、10B、10C、IOD中，使用具有排成一列的多个光电 二极管元件(光元件)的光电二极管阵列来代替激光二极管阵列14。而且本发明还可以应 用于使用具有TIACTransimpedance Amplifier 跨阻放大器)功能的放大用IC来取代驱 动器IC 15而构成为接收侧光模块的光模块，其中，TIA功能将各光电二极管的输出电流转 换为电压进行放大。 另外，本发明还可以应用于取代激光二极管阵列14而排成一列地安装有多个 面发光型半导体激光元件(光元件)的光模块，或者应用于取代光电二极管阵列而排成一 列地安装有多个光电二极管(光元件)的光模块。产业应用性
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本发明可以应用于光通信领域，能够适用于通过光纤并行传输光信号的光模块。
权利要求
一种光模块，其通过多根光纤并行传输光信号，其特征在于，所述光模块具有基板，其具有电极图案；多个光元件，它们安装在所述基板的电极图案上；以及电子元件，其安装在所述基板的电极图案上，与所述多个光元件电连接，在所述基板上，按照在所述多个光元件与所述电子元件之间传输信号的传输线路的长度为最短的方式，配置有所述多个光元件和所述电子元件。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还具有光连接器部，该光连接器部保持所述多根光纤，并且在所述多根光 纤与所述多个光元件分别光耦合的位置处固定于所述基板， 所述光连接器部能够在所述基板上进行二维位置调整。
3.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，按照所述多个光元件的表面与所述电子元件的表面成为同等程度的高度，使得导线长 度最短的方式，将所述电子元件配置在形成于所述基板上的凹部内，所述多个光元件的表面与所述电子元件的表面通过作为所述传输线路的多条导线分 别直接电连接。
4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于， 所述凹部具有大致垂直的壁面，所述多个光元件在邻近所述壁面的位置处并且以沿着所述壁面排列的方式配置在所 述基板上，所述电子元件在邻近所述壁面的位置处配置于所述凹部内。
5.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于， 所述电子元件倒装安装在所述基板上，按照所述多个光元件的表面与所述基板的表面成为同等程度的高度，使得导线长度最 短的方式，将所述多个光元件配置在形成于所述基板上的凹部内，所述多个光元件与所述基板上的电连接了所述电子元件的布线之间通过多条导线电 连接。
6.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，所述多个光元件是分别从背面侧射出光的面发光型半导体激光元件， 所述多个光元件倒装安装在所述基板上，按照所述电子元件的正面与所述基板的正面成为同等程度的高度，使得导线长度最短 的方式，将所述电子元件配置在形成于所述基板上的凹部内，所述电子元件与所述基板上的电连接了所述多个光元件的布线之间通过多条导线电 连接。
7.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于， 所述电子元件配置在形成于所述基板上的凹部内，所述多个光元件的表面与所述电子元件的表面通过作为所述传输线路的多条导线分 别直接电连接，在所述多条导线的各自两端不会引起电短路的范围内，使所述电子元件的表面高于所 述多个光元件的表面。
8.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，所述电子元件配置在形成于所述基板上的凹部内，所述多个光元件的表面与所述电子元件的表面通过作为所述传输线路的多条导线分 别直接电连接，在所述多条导线的各自两端不会引起电短路的范围内，使所述多个光元件的表面高于 所述电子元件的表面。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光模块，其特征在于，所述光模块具有作为所述光元件的多个面发光型半导体激光元件、以及驱动所述多个 面发光型半导体激光元件的作为所述电子元件的驱动器IC，该光模块构成为经由所述多根 光纤将分别从所述多个面发光型半导体激光元件射出的光信号并行传输到外部的发送侧 光模块。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的光模块，其特征在于，所述光模块具有作为所述光元件的多个光电二极管、以及具有将所述光电二极管的输 出电流转换为电压并放大的功能的作为所述电子元件的放大用IC，该光模块构成为通过所 述多个光电二极管接收从外部经由所述多根光纤并行传输的光信号、并将该光信号转换为 电信号的接收侧光模块。
11.一种光模块，其通过多根光纤并行传输光信号，其特征在于，所述光模块具有基板，其具有电极图案；多个光元件，它们安装在所述基板的电极图案上；以及电子元件，其安装在所述基板的电极图案上，与所述多个光元件电连接，所述多个光元件与所述电子元件在所述基板上配置于邻近的位置。
12.根据权利要求11所述的光模块，其特征在于，所述光模块还具有光连接器部，该光连接器部保持所述多根光纤，在所述多根光纤与 所述多个光元件分别光耦合的位置处固定于所述基板，所述光连接器部能够在所述基板上进行二维位置调整。
13.根据权利要求11或12所述的光模块，其特征在于，所述电子元件与所述多个光元件通过多条导线分别直接电连接。
14.根据权利要求13所述的光模块，其特征在于，所述多条导线的导线水平方向长度分别为500 μ m以下。
15.根据权利要求11或12所述的光模块，其特征在于，所述电子元件倒装安装在所述基板上，所述多个光元件与所述基板上的电连接了所述 电子元件的布线之间通过多条导线电连接。
16.根据权利要求15所述的光模块，其特征在于，由分别电连接所述多个光元件与所述电子元件的所述多条导线、以及所述布线构成的 多条传输线路的长度为500 μ m以下。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的光模块，其特征在于，所述光模块具有作为所述光元件的多个面发光型半导体激光元件、以及驱动所述多个 面发光型半导体激光元件的作为所述电子元件的驱动器IC，该光模块构成为经由所述多根 光纤将分别从所述多个面发光型半导体激光元件射出的光信号并行传输到外部的发送侧光模块。
18.根据权利要求11至16中任一项所述的光模块，其特征在于， 所述光模块具有作为所述光元件的多个光电二极管、以及具有将所述光电二极管的输 出电流转换为电压并放大的功能的作为所述电子元件的放大用IC，该光模块构成为通过所 述多个光电二极管接收从外部经由所述多根光纤并行传输的光信号、并将该光信号转换为 电信号的接收侧光模块。
全文摘要
本发明提供一种光模块，该光模块能够降低串扰成分而实现高速的并行光传输。在光模块(10)中，按照激光二极管阵列(14)的正面(14a)与驱动器IC(15)的正面(15a)成为同等程度的高度，使得在激光二极管阵列(14)的多个面发光型半导体激光元件与驱动器IC(15)之间分别传输信号的多条导线(22)的长度最短为最短的方式，将驱动器IC(15)配置在形成于基板(11)上的凹部(40)内。能够降低相邻导线(22)之间的串扰。
文档编号H01S5/022GK101911405SQ200980102379
公开日2010年12月8日 申请日期2009年1月15日 优先权日2008年1月16日
发明者石川阳三, 那须秀行 申请人:古河电气工业株式会社