2024-141569 光モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024141569

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】光モジュール

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20241003BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20241003BHJP

   G02B 6/30 20060101ALI20241003BHJP

   G02B 6/32 20060101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

G02B6/42

G02B6/12 301

G02B6/12 361

G02B6/30

G02B6/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023053299

(22)【出願日】2023-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100182006

【弁理士】

【氏名又は名称】湯本 譲司

(72)【発明者】

【氏名】上村 浩

(72)【発明者】

【氏名】田中 啓二

【テーマコード（参考）】

2H137

2H147

【Ｆターム（参考）】

2H137AA05

2H137AB01

2H137AB09

2H137AB12

2H137AC01

2H137BA03

2H137BA15

2H137BA45

2H137BA52

2H137BA55

2H137BB02

2H137BB12

2H137BB26

2H137BB27

2H137BC12

2H137BC76

2H137CA12F

2H137CA13A

2H137CA15A

2H137CA25A

2H137CA49

2H137CB23

2H137CC01

2H137CC02

2H137CC03

2H137CC05

2H137DA11

2H137DA21

2H137DA32

2H137DA34

2H137DA39

2H137DB08

2H137DB09

2H137DB11

2H137DB13

2H137EA02

2H137EA04

2H137GA08

2H137HA01

2H137HA05

2H147AB02

2H147AB04

2H147AB05

2H147BD02

2H147BD10

2H147BE15

2H147CA05

2H147CA08

2H147CA27

2H147CA30

2H147CB01

2H147CB03

2H147CC02

2H147CC05

2H147CC12

2H147CC13

2H147CC14

2H147CD02

2H147CD12

2H147DA02

2H147DA05

2H147DA07

2H147DA08

2H147DA10

2H147DA15

2H147EA10D

2H147EA14A

2H147EA14B

2H147EA14C

2H147EA16A

2H147EA16B

2H147EA25B

2H147FB13

2H147FC01

2H147FC08

2H147FD08

2H147FE04

2H147GA06

2H147GA19

2H147GA26

2H147GA30

(57)【要約】

【課題】光素子の放熱、および光信号の入出力を適切に行える光モジュールを提供する。
【解決手段】一実施形態に係る光モジュールは、第１面と、第１面と反対の第２面と、第１面と第２面との間を貫通するビアと、第１面と第２面との間に設けられた第１導波路とを有するガラス製の基板と、第１面に実装され、光信号を入出力する光素子と、第２面に実装され、ビアを介して光素子に熱的に接続される熱伝導部材と、第１面に設けられた第２導波路と、を備える。光信号は、第２導波路および第１導波路を介して外部と入出力される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面と、前記第１面と反対の第２面と、前記第１面と前記第２面との間を貫通するビアと、前記第１面と前記第２面との間に設けられた第１導波路とを有するガラス製の基板と、
前記第１面に実装され、光信号を入出力する光素子と、
前記第２面に実装され、前記ビアを介して前記光素子に熱的に接続される熱伝導部材と、
前記第１面に設けられた第２導波路と、
を備え、
前記光信号は、前記第２導波路および前記第１導波路を介して外部と入出力される、
光モジュール。

【請求項2】

前記基板の前記第１面は、凹部を有し、
前記光素子は、前記凹部の中に実装されており、
前記第２導波路は、前記凹部の中に設けられている、
請求項１に記載の光モジュール。

【請求項3】

前記基板は、第１方向、および前記第１方向に交差する第２方向に延在するとともに、前記第１方向および前記第２方向の双方に交差する第３方向に厚みを有し、
前記第２導波路は、前記凹部の内面を介して前記第１導波路に光結合されており、
前記内面は、前記第２方向に対して傾斜している、
請求項２に記載の光モジュール。

【請求項4】

前記基板は、第１方向、および前記第１方向に交差する第２方向に延在するとともに、前記第１方向および前記第２方向の双方に交差する第３方向に厚みを有し、
前記第２導波路は、前記凹部の内面を介して前記第１導波路に光結合されており、
前記内面は、前記第３方向に対して傾斜している、
請求項２に記載の光モジュール。

【請求項5】

前記第２導波路は、前記凹部の内面を介して前記第１導波路に光結合されており、
前記内面に反射防止膜が設けられている、
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の光モジュール。

【請求項6】

前記第２導波路は、前記第１導波路とエバネッセント結合されている、
請求項１または請求項２に記載の光モジュール。

【請求項7】

光ファイバをさらに有し、
前記第１導波路は、前記第２導波路と前記光ファイバとの間に光結合されている、
請求項１または請求項２に記載の光モジュール。

【請求項8】

前記第１導波路は、前記第１面と前記第２面との間を貫通する、
請求項１または請求項２に記載の光モジュール。

【請求項9】

第１面と、前記第１面と反対の第２面と、前記第１面と前記第２面との間を貫通するビアと、前記第１面と前記第２面との間に設けられた第１導波路とを有するガラス製の基板と、
前記第１面に実装され、光信号を入出力する光素子と、
前記第２面に実装され、前記ビアを介して前記光素子に熱的に接続される熱伝導部材と、
を備え、
前記基板は、第１方向、および前記第１方向に交差する第２方向に延在するとともに、前記第１方向および前記第２方向の双方に交差する第３方向に厚みを有し、
前記光素子は、前記第１方向に平行な光軸を有する第１レンズを有し、
前記基板は、前記第１レンズと光結合する第２レンズを有し、
前記光信号は、前記第１レンズ、前記第２レンズおよび前記第１導波路を介して外部と入出力される、
光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、光モジュールが記載されている。光モジュールは、内部空間を有する筐体と、筐体の内部空間に収容される光部品と、筐体の内部空間を封止する蓋とを備える。筐体は、その開口が蓋で閉塞されることによって気密封止される。光部品は、光源と、光送信回路と、光受信回路と、高速ＬＳＩ（Large-Scale Integration）と、ヒートシンクブロックと、ペルチェ素子とを含む。ヒートシンクブロックは、高速ＬＳＩを冷却する冷却部品である。ペルチェ素子は、光源、光送信回路、および光受信回路を冷却する冷却部品である。ペルチェ素子は、光送信回路および光受信回路と共に筐体の内部において気密封止されている。

【0003】

特許文献２には、光部品が記載されている。光部品は、筐体と、筐体に形成された配線と、筐体の内部に配置された光回路素子と、光回路素子を搭載するマウントと、配線基板と、蓋とを有する。光部品は、外部の配線基板にフリップチップ実装されている。光回路素子は、光導波路で形成された光回路を有する。光回路のうち、光電気変換と電気光変換を担う部分は、ボンディングワイヤ等の接続手段によって配線に接続されている。筐体は、蓋によって密封されるので、筐体の内部への水分等の侵入が防止される。マウントに代えて温度制御素子が配置される場合があり、この場合、温度制御素子は光回路と共に密封される。

【0004】

非特許文献１には、ＢＧＡ（Ball Grid Array）基板と、ＢＧＡ基板に搭載されたチップと、チップに搭載されたＴＥＣ（Thermo Electric Cooler）と、チップおよびＴＥＣを収容する筐体とを備える。チップの上面（回路面）は、ＢＧＡ基板上にフリップチップ実装されている。チップの下面（基板面）は、ＴＥＣを介してＩＨＳ（Integrated Heat Spreader）に接続されている。チップは、ＢＧＡ基板およびＴＥＣによって上下から押さえられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２１－１７３８７５号公報

【特許文献2】特開２０２０－０８６３８９号公報

【特許文献3】米国特許出願公開第２０２１／０３８９５３２号明細書

【特許文献4】米国特許第６３２０２５７号明細書

【特許文献5】米国特許第６５０２９９９号明細書

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】“A thermoelectric cooler integrated with IHS on a FC-PBGA package”,Chih-Kuang Yu,Chun-Kai Liu, Ming-Ji Dai, Sheng-Liang Kuo, and Chung-Yen Hsu,2007 26thInternational Conference on Thermoelectrics.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、配線基板に実装される光素子は、狭い空間の内部に配置されることがある。また、光素子は、熱による影響を受けることがあるため、放熱が求められる。したがって、狭い空間の内部に配置されても、放熱とともに光信号の入出力を適切に行えることが求められうる。

【0008】

本開示は、光素子の放熱、および光信号の入出力を適切に行える光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】

【0009】

本開示に係る光モジュールは、第１面と、第１面と反対の第２面と、第１面と第２面との間を貫通するビアと、第１面と第２面との間に設けられた第１導波路とを有するガラス製の基板と、第１面に実装され、光信号を入出力する光素子と、第２面に実装され、ビアを介して光素子に熱的に接続される熱伝導部材と、第１面に設けられた第２導波路と、を備える。光信号は、第２導波路および第１導波路を介して外部と入出力される。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、光素子の放熱、および光信号の入出力を適切に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態に係る光モジュールを示す断面図である。

【図2】図２は、図１の光モジュールを模式的に示す平面図である。

【図3】図３は、第１導波路および第２導波路を示す図である。

【図4】図４は、第１導波路および第２導波路を示す図である。

【図5】図５は、第１導波路および光ファイバを示す図である。

【図6】図６は、第１変形例に係る光モジュールを示す断面図である。

【図7】図７は、第２変形例に係る第１導波路および第２導波路を示す図である。

【図8】図８は、第３変形例に係る第１導波路および第２導波路を示す図である。

【図9】図９は、第４変形例に係る第１導波路および第２導波路を示す図である。

【図10】図１０は、第５変形例に係る第１導波路および第２導波路を示す図である。

【図11】図１１は、第６変形例に係る第１導波路および第２導波路を示す図である。

【図12】図１２は、第７変形例に係る光モジュールを示す断面図である。

【図13】図１３は、第８変形例に係る光モジュールを示す断面図である。

【図14】図１４は、第９変形例に係る光モジュールを示す断面図である。

【図15】図１５は、第１０変形例に係る光モジュールを示す断面図である。

【図16】図１６は、図１５の光モジュールの第２レンズを示す図である。

【図17】図１７は、第１１変形例に係る光モジュールを示す断面図である。

【図18】図１８は、図１７の光モジュールの部分拡大図である。

【図19】図１９は、第１２変形例に係る光モジュールを示す断面図である。

【図20】図２０は、第１３変形例に係る光モジュールを示す断面図である。

【図21】図２１は、第１４変形例に係る光モジュールを示す断面図である。

【図22】図２２は、第１５変形例に係る光モジュールを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［本開示の実施形態の説明］
最初に、本開示に係る光モジュールの実施形態を列記して説明する。一実施形態に係る光モジュールは、第１面と、第１面と反対の第２面と、第１面と第２面との間を貫通するビアと、第１面と第２面との間に設けられた第１導波路とを有するガラス製の基板と、第１面に実装され、光信号を入出力する光素子と、第２面に実装され、ビアを介して光素子に熱的に接続される熱伝導部材と、第１面に設けられた第２導波路と、を備える。光信号は、第２導波路および第１導波路を介して外部と入出力される。

【0013】

この光モジュールは、第１面、第２面およびビアを有するガラス製の基板と、光素子と、熱伝導部材とを備える。光素子は基板の第１面に実装されており、第１面とは反対の第２面には熱伝導部材が設けられている。第２面に設けられた熱伝導部材はビアを介して光素子と熱的に接続される。したがって、光素子から生じる熱はビアおよび熱伝導部材を介して基板から放出されるので、光素子を放熱させることができる。基板の第１面と第２面との間には第１導波路が設けられており、基板の第１面には第２導波路が設けられている。光信号は、第２導波路および第１導波路を介して光モジュールの外部と入出力される。したがって、光素子は、第２導波路および第１導波路を介して光モジュールの外部と光結合するので、光信号の入出力を適切に行うことができる。

【0014】

（２）上記（１）において、基板の第１面は、凹部を有してもよい。光素子は、凹部の中に実装されていてもよく、第２導波路は、凹部の中に設けられていてもよい。この場合、凹部に光素子が実装され、第２導波路が凹部の中に設けられることにより、光モジュールの厚みを抑えることができる。

【0015】

（３）上記（２）において、基板は、第１方向、および第１方向に交差する第２方向に延在するとともに、第１方向および第２方向の双方に交差する第３方向に厚みを有してもよい。第２導波路は、凹部の内面を介して第１導波路に光結合されていてもよく、内面は、第２方向に対して傾斜していてもよい。この場合、内面における光信号の反射を抑制できる。

【0016】

（４）上記（２）において、基板は、第１方向、および第１方向に交差する第２方向に延在するとともに、第１方向および第２方向の双方に交差する第３方向に厚みを有してもよい。第２導波路は、凹部の内面を介して第１導波路に光結合されていてもよく、内面は、第３方向に対して傾斜していてもよい。この場合、内面における光信号の反射を抑制できる。

【0017】

（５）上記（２）から（４）のいずれかにおいて、第２導波路は、凹部の内面を介して第１導波路に光結合されていてもよく、内面に反射防止膜が設けられていてもよい。この場合、内面における光信号の反射を抑制できる。

【0018】

（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、第２導波路は、第１導波路とエバネッセント結合されていてもよい。

【0019】

（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、光モジュールは、光ファイバをさらに有してもよく、第１導波路は、第２導波路と光ファイバとの間に光結合されていてもよい。

【0020】

（８）上記（１）から（７）のいずれかにおいて、第１導波路は、第１面と第２面との間を貫通してもよい。

【0021】

別の実施形態に係る光モジュールは、（９）第１面と、第１面と反対の第２面と、第１面と第２面との間を貫通するビアと、第１面と第２面との間に設けられた第１導波路とを有するガラス製の基板と、第１面に実装され、光信号を入出力する光素子と、第２面に実装され、ビアを介して光素子に熱的に接続される熱伝導部材と、を備える。基板は、第１方向、および第１方向に交差する第２方向に延在するとともに、第１方向および第２方向の双方に交差する第３方向に厚みを有する。光素子は、第１方向に平行な光軸を有する第１レンズを有する。基板は、第１レンズと光結合する第２レンズを有する。光信号は、第１レンズ、第２レンズおよび第１導波路を介して外部と入出力される。

【0022】

この光モジュールは、第１面、第２面およびビアを有するガラス製の基板と、光素子と、熱伝導部材とを備え、光素子は基板の第１面に実装されている。第２面に設けられた熱伝導部材はビアを介して光素子と熱的に接続される。したがって、光素子から生じる熱はビアおよび熱伝導部材を介して基板から放出されるので、光素子を放熱させることができる。基板には第２レンズが設けられており、光素子には第２レンズと光結合する第１レンズが設けられている。光信号は、第１レンズ、第２レンズおよび第１導波路を介して光モジュールの外部と入出力される。したがって、光素子は、第１レンズ、第２レンズおよび第１導波路を介して光モジュールの外部と光結合するので、光信号の入出力を適切に行うことができる。

【0023】

［本開示の実施形態の詳細］
実施形態に係る光モジュールの種々の例を以下で図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示され、特許請求の範囲と均等の範囲における全ての変更が含まれることが意図される。図面の説明において、同一または相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。図面は、理解の容易化のため、一部を簡略化または誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。

【0024】

図１は、本実施形態に係る光モジュール１を示す断面図である。図２は、光モジュール１を模式的に示す平面図である。図１および図２に示されるように、光モジュール１は、基板２と、光素子５とを備える。光モジュール１は、例えば、電気信号を光信号に変換して外部に送信する光送信モジュールである。例えば、光モジュール１は、デジタルコヒーレント光伝送に用いられるコヒーレント光送信モジュールである。

【0025】

基板２は、ガラス製である。例えば、基板２はガラスインターポーザーである。基板２は、第１方向Ｄ１、および第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２に延在している。基板２は、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の双方に交差する第３方向Ｄ３に厚みを有する。一例として、基板２の第１方向Ｄ１の長さＬ１は５ｍｍであり、基板２の第２方向Ｄ２の長さＷ１は５ｍｍである。基板２の第３方向Ｄ３の長さ（基板２の厚さ）Ｔ１は、例えば、０．５ｍｍである。

【0026】

基板２は、例えば、ソーダ石灰ガラス（ソーダライムガラス）、ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラス、および、石英ガラスのいずれかによって構成されている。例えば、基板２を構成するガラスの主成分は二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）である。基板２は、ナトリウム（Ｎａ）およびカルシウム（Ｃａ）の少なくともいずれかを含む組成物であってもよい。基板２の線膨張係数は、例えば、３～５［ｐｐｍ／Ｋ］である。しかしながら、基板２の線膨張係数は、ガラスを構成する材料の組成を調整することにより、１［ｐｐｍ／Ｋ］以下、または１０［ｐｐｍ／Ｋ］程度にすることができる。基板２の線膨張係数は、後述する光素子５の線膨張係数との差が小さいことが望ましい。この線膨張係数の差が小さいことにより、温度変化による膨張・収縮に起因する応力を低減し、光素子５の信頼性を向上することができる。

【0027】

基板２は、第１面２ｂと、第１面２ｂと反対の第２面２ｃと、第１面２ｂおよび第２面２ｃの間を貫通するビア２ｄとを有する。ビア２ｄは、第１面２ｂおよび第２面２ｃの間を貫通するように基板２に形成されているため、ＴＧＶ（Through Glass Via）とも称される。ビア２ｄは、例えば第３方向Ｄ３に沿って延在する円柱状の形状を有する。

【0028】

第３方向Ｄ３に沿って見たとき（平面視）におけるビア２ｄの直径は、例えば、１００μｍである。ビア２ｄの第３方向Ｄ３の長さ（厚さ）は、例えば、３００μｍである。ビア２ｄの第３方向Ｄ３に沿った断面において、ビア２ｄとビア２ｄの周囲のガラス（基板２のビア２ｄ以外の部分）との境界線の角度は第１面２ｂに対して垂直とは限らず、第１面２ｂに対して傾斜していてもよい。このように、ビア２ｄは、第１面２ｂに対して第１方向Ｄ１または第２方向Ｄ２に傾斜して延在していてもよい。ビア２ｄの第１面２ｂに垂直な断面での形状は、第１面２ｂから第２面２ｃに向かって細くなっていてもよいし、太くなっていてもよい。また、第１面２ｂから基板２の第３方向Ｄ３の中心に向かって細くなり、その後、当該中心から第２面２ｃに向かって太くなっていてもよい。ビア２ｄの直径は、ビア２ｄの断面形状が円形となる断面における直径の最大値を表すものとする。ビア２ｄの断面形状が楕円状の場合、ビア２ｄの直径は、長軸の長さ（長径）を表すものとする。

【0029】

基板２は、複数のビア２ｄを有する。複数のビア２ｄは、例えば、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２のそれぞれに沿って並んでいる。例えば、基板２の平面視において、ビア２ｄは、一定のピッチで２次元に配列されている。ビア２ｄのピッチ（１つのビア２ｄの中心軸から当該ビア２ｄに隣接するビア２ｄの中心軸までの距離）は、例えば、２５０μｍである。

【0030】

第１面２ｂは光素子５が実装される面である。第１面２ｂは、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の双方に延在している。第２面２ｃは、第１面２ｂとは反対側を向いており、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の双方に延在している。ビア２ｄは、第１面２ｂから第２面２ｃまで第３方向Ｄ３に沿って延在している。ビア２ｄには、例えば、金属が充填されている（フィルドビアとも称される）。

【0031】

ビア２ｄは、基板２の熱伝導率（基板２のビア２ｄ以外のガラス部分の熱伝導率）より大きい熱伝導率を有し、光素子５に熱的に接続されている。ビア２ｄは、熱伝導経路として機能し、例えば光素子５から生じる熱を、基板２を構成するガラス材料よりも効率よく伝達する。ビア２ｄは、熱伝導を目的として使用されるため、サーマルビアとも称される。なお、ビア２ｄは、電気伝導を目的として使用することも可能である。

【0032】

具体例として、ビア２ｄには銅（Ｃｕ）が充填されている。ビア２ｄに充填された銅が周囲のガラス部分（基板２のビア２ｄ以外の部分）に密着することにより、第１面２ｂと第２面２ｃとの間で基板２の気密性が確保される。例えば、ビア２ｄが形成された基板２のファインリーク試験によるリーク量は１．０×１０^－９［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］未満である。銅は熱伝導性が良好であるため、ビア２ｄに銅が充填されている場合、ビア２ｄをサーマルビアとして機能させることができる。

【0033】

銅（Ｃｕ）の熱伝導率は約４００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。よって、ビア２ｄの面内密度（第３方向Ｄ３に沿って見たときにおける基板２のガラス部分に対する複数のビア２ｄの銅の割合）が１０％となるようにビア２ｄの個々の面積および密度が調整される場合、当該ガラス部分の熱伝導率をほぼゼロと実際より小さく見積もっても、ビア２ｄの部分（後述するサーマルパッドに相当する）の熱伝導率は平均で約４０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］となる。

【0034】

上記では、ビア２ｄが銅によって構成されている例について説明した。しかしながら、ビア２ｄには、半導体が充填されていてもよい。具体例として、ビア２ｄにシリコン（Ｓｉ）が充填されていてもよい。Ｓｉの線膨張係数は約３～４［ｐｐｍ／Ｋ］、Ｃｕの線膨張係数は約１８［ｐｐｍ／Ｋ］、ガラスの線膨張係数は例えば約３～５［ｐｐｍ／Ｋ］であるため、ビア２ｄをＳｉで充填した場合、ビア２ｄをＣｕで充填した場合に比べてビア２ｄの周囲のガラス部分との線膨張係数差が小さい。このため、例えば温度変化によって生じる応力を低減することができる。応力を低減することにより、Ｃｕで充填した場合に比べてビア２ｄの直径を大きくすることが可能となる。Ｓｉの熱伝導率は、約１６０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であり、Ｃｕの熱伝導率よりも小さい。しかしながら、ビア２ｄの面積を大きくすることで基板２のガラス部分の面積に対するビア２ｄの総面積の割合を大きくし、ビア２ｄの部分の熱伝導率を向上することができる。

【0035】

なお、ビア２ｄは、後述のサーマルパッドとして機能する電極２ｇ，２ｆと同様の形状と同程度の面積を有する単一のビアとして形成されてもよい。当該単一のビアの内部は、Ｓｉで充填されていてもよい。基板２の平面視において当該単一のビアの形状は長方形状であってもよい。応力集中を抑制するため、長方形状のビアの四隅の角は丸められていてもよい。

【0036】

例えば、電極２ｆ，２ｇは、銅によって構成された薄膜である。電極２ｆ，２ｇの厚さは、例えば、１μｍ以上かつ１０μｍ以下であり、一例として５μｍである。電極２ｆ，２ｇの表面は、例えば、金（Ａｕ）によってメッキされている。例えば、電極２ｆ，２ｇは、金メッキと銅との間にニッケル（Ｎｉ）またはパラジウム（Ｐｄ）がメッキされて形成されていてもよい。例えば、電極２ｆ，２ｇは、複数のビア２ｄを覆うパッド（サーマルパッド）である。電極２ｆ，２ｇは、ビア２ｄを介して光素子５に熱的に接続される熱伝導部材である。例えば、光モジュール１を伝送装置に組み込んだ後、熱伝導部材である電極２ｆ，２ｇ上には、ヒートシンクまたはヒートスプレッダを搭載することができる。

【0037】

光素子５は、例えば、電気信号の送受信、および光信号Ｌの送受信を行う。光信号Ｌの波長帯域は、一例として、１．２μｍ以上かつ１．７μｍ以下である。例えば、光素子５は光変調器である。一例として、光素子５は、ＩＱ光変調器である。しかしながら、光素子５はＩＱ光変調器以外の光学素子であってもよい。例えば、光素子５は、半導体レーザまたは受光素子であってもよい。一例として、半導体レーザはレーザダイオードによって構成されており、受光素子はフォトダイオードによって構成されている。光素子５は、例えば、リン化インジウム（ＩｎＰ）によって構成されている。この場合、光素子５の線膨張係数は約４．６［ｐｐｍ／Ｋ］である。一例として、光素子５の第１方向Ｄ１の長さＬ２は３ｍｍであり、光素子５の第２方向Ｄ２の長さＷ２は３ｍｍである。光素子５の厚さ（第３方向Ｄ３の長さ）は、例えば、０．１ｍｍである。

【0038】

光素子５は、基板２の反対を向く第１面５ｂ（回路面）、および基板２に対向する第２面５ｃ（基板面）を有する。光素子５は、基板２に対して基板面（第２面）５ｃが基板２を向くように実装される。第１面５ｂ（回路面）が基板２と反対を向くため、フェイスアップ実装と称される。回路面は、光導波路、光スプリッタまたは光カプラ等の光回路の構成要素が形成されている面である。回路面にはエピタキシャル層が形成されていてもよいし、アクティブ素子が形成されていてもよい。基板面には、通常は光回路の構成要素は形成されていない。ただし、基板面に電極またはレンズ等のパッシブ素子が形成されていてもよい。

【0039】

基板２の第１面２ｂは、凹部２ｈを有する。光素子５は、凹部２ｈの中に実装されている。これにより、第１面２ｂに対する光素子５の第３方向Ｄ３の突出量を抑えることができる。凹部２ｈは、キャビティとも称される。一例として、凹部２ｈの第１方向Ｄ１の長さは３．５ｍｍであり、凹部２ｈの第２方向Ｄ２の長さは３．５ｍｍである。凹部２ｈの第３方向Ｄ３の長さ（深さ）は、例えば、２００μｍである。

【0040】

凹部２ｈの底面２ｊと光素子５の第２面５ｃ（基板面）とが互いに対向している。例えば、光素子５の第２面５ｃには金（Ａｕ）で構成された電極が形成されており、凹部２ｈの底面２ｊに形成された電極２ｆおよびビア２ｄに電気的および熱的に接続される。光素子５は、例えば、ダイボンディングによって実装されている。第２面５ｃに形成された電極と電極２ｆおよびビア２ｄとの電気的および熱的な接続には、錫銀銅（ＳｎＡｇＣｕ）、金錫（ＡｕＳｎ）等の合金半田、焼結金、銀、銅、または銀ペースト等の導電性接着剤が用いられる。第２面５ｃと電極２ｆとの電気的接続が不要な場合、第２面５ｃに形成された電極は省略されてもよく、熱的な接続に樹脂等の非導電性接着剤が用いられてもよい。

【0041】

凹部２ｈの底面２ｊから第２面２ｃまでビア２ｄが第３方向Ｄ３に沿って延在している。凹部２ｈは、例えば、切削加工またはエッチングによって第１面２ｂに形成されているが、その他の方法で形成されていてもよい。凹部２ｈは、第１面２ｂにおいて第３方向Ｄ３に窪んでいる。

【0042】

例えば、光モジュール１は、外部接続用の端子１２を有する。端子１２は、基板２の第１面２ｂに設けられた表面実装用の端子である。表面実装用の端子１２が設けられる基板２の面を実装面ともいう。一例として、端子１２は、球状を呈する半田ボールである。端子１２の直径は、一例として、４００μｍである。端子１２は、例えば、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金系の半田である。

【0043】

端子１２は、基板２の第１面２ｂに形成された電気配線２ｑに接続されている。電気配線２ｑの表面はパッシベーション膜により保護されていてもよい。その場合、電気配線２ｑの端子１２と接続される部分には、金属が露出した電極（パッド）が形成されている。当該電極は表面がアンダーバンプメタルでメッキ処理されてもよい。電気配線２ｑは、ボンディングワイヤ１４を介して光素子５の第１面５ｂに形成された電極に電気的に接続されている。光モジュール１は複数の端子１２を有し、複数の端子１２は、例えば、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２に沿って並んでいる。なお、端子１２は、アレイ状に配列されていてもよい。例えば、複数の端子１２はＢＧＡ（Ball Grid Array）を構成する。端子１２の配置間隔（ピッチ）は、例えば、０．８ｍｍである。

【0044】

光モジュール１は、例えば、外部の配線基板１３上に表面実装されている。端子１２は、基板２と配線基板１３との間に介在している。端子１２は、電気配線２ｑと配線基板１３の電気配線１３ｂとを互いに電気的に接続する。電気配線１３ｂの表面は、パッシベーション膜によって保護されていてもよい。その場合、電気配線１３ｂの端子１２が搭載される部分には、金属がパッシベーション膜から露出して電極が形成されている。この電極の表面は、例えば、Ａｕによりメッキ処理されている。

【0045】

光モジュール１は、基板２の凹部２ｈに樹脂層７を有する。光モジュール１は、樹脂層７において光素子５から基板２まで延在する第２導波路８と、基板２の第１面２ｂと第２面２ｃとの間に設けられた第１導波路９とを有する。例えば、第２導波路８の直径は５μｍであり、第２導波路８の長さは２００μｍである。光モジュール１は複数の第２導波路８を有し、複数の第２導波路８は第２方向Ｄ２に沿って並んでいる。第２導波路８は樹脂によって構成されている。

【0046】

樹脂層７は、第２導波路８を覆うように凹部２ｈ内に形成されている。すなわち、基板２の平面視において、第２導波路８は樹脂層７に内包されている。本実施形態では、樹脂層７は、凹部２ｈの内部において第２導波路８の周辺のみに形成されている。しかしながら、樹脂層７は、凹部２ｈの内部の全体に充填されて形成されていてもよい。例えば、樹脂層７は、感光性樹脂によって構成されている。例えば、樹脂層７は、塗布、露光、および現像を経て形成される。

【0047】

凹部２ｈは、樹脂層７を構成する樹脂の流れ止めとして機能する。ただし、樹脂層７を構成する樹脂とは別の感光性または熱硬化性を有する樹脂を用いて流れ止めが形成された後に、樹脂層７を構成する樹脂が塗布されてもよい。樹脂層７の線膨張係数は、第２導波路８の線膨張係数より小さいことが望ましい。この場合、樹脂層７の熱膨張または熱収縮が、第２導波路８による光素子５と基板２の光結合に与える影響（例えば光結合効率の低下）を低減できる。

【0048】

一例として、光モジュール１は、１２本の第２導波路８を有する。第２方向Ｄ２に沿って並ぶ複数の第２導波路８の配置間隔（ピッチ）は、例えば、１００μｍである。第２方向Ｄ２の端部に位置する第２導波路８の中心から、第２方向Ｄ２における当該第２導波路８とは反対の端部に位置する第２導波路８の中心までの距離は、例えば、１．１ｍｍである。しかしながら、第２導波路８の数は、１本以上かつ１１本以下、または１３本以上であってもよい。このように、第２導波路８の数は適宜変更可能である。第２導波路８のピッチも適宜変更可能である。

【0049】

第２導波路８は、光素子５から基板２まで延在する樹脂導波路である。光素子５は、例えば、第２導波路８および基板２を介して光モジュール１の外部と光信号Ｌの送受信を行う。第２導波路８は光信号Ｌが通るコアとして機能し、樹脂層７は第２導波路８の周囲に位置するクラッドとして機能する。例えば、樹脂層７の屈折率、および第２導波路８の屈折率は、１．３以上かつ１．７以下である。

【0050】

樹脂層７の屈折率は第２導波路８の屈折率よりも小さい。これにより、第２導波路８の内部に光信号Ｌを閉じ込めることができる。第２導波路８および樹脂層７は光モジュール１が使用する波長帯域（光信号Ｌの波長帯域）において透過性を有することが望ましい。例えば、第２導波路８および樹脂層７は、光信号Ｌの波長帯域において８０％以上の透過率を有してもよい。なお、クラッドとして屈折率が約１の空気を使用できる場合、樹脂層７は省略可能である。

【0051】

第２導波路８は、例えば、二光子吸収による光重合反応を用いた三次元微細形状加工によって形成される。第２導波路８は、例えば、第２導波路８の原材料となる樹脂の塗布、レーザの照射、および現像を経て形成される。第２導波路８は、例えば、光素子５および第１導波路９のそれぞれの端面の位置に合わせて三次元的に後から形成される。この場合、第２導波路８を介した低損失での光結合が可能である。さらに、光素子５を基板２に実装するときにおける高精度な位置合わせが不要となる。

【0052】

第２導波路８の一端は光素子５に形成された光導波路と光素子５の端面において光結合している。この光結合はエッジ結合とも称される。エッジ結合において、当該光導波路の第１端面、および、第１端面とは反対の第２端面は互いに対向かつ近接して配置されている。当該第１端面から出力された光は、当該第２端面に入力する。これにより、エッジ結合では、後述するエバネッセント結合と比較して小型の光結合が可能である。基板２の平面視において、第２導波路８と光素子５の光導波路との光結合面は、第２導波路８の光軸、および当該光導波路の光軸に対して傾斜していてもよい。当該傾斜の傾斜角度は、例えば、４°以上であり、８°以上であってもよい。光素子５の当該光導波路の端面には、反射防止膜（ＡＲ（Anti-Reflection）膜）が形成されていてもよい。上記の傾斜および反射防止膜のいずれかにより、第２導波路８と光素子５の当該光導波路との光結合部における光信号Ｌの反射戻り光を低減することが可能となる。

【0053】

第２導波路８の光素子５とは反対の端部は、第１導波路９とエッジ結合によって光結合している。すなわち、第２導波路８を介して、光素子５の光導波路が第１導波路９に光結合している。第２導波路８の延在方向に直交する平面に沿って第２導波路８を切断したときの断面の大きさおよび形状は、光素子５から基板２に至る途中で変化してもよい。また、第２導波路８は、光素子５から基板２まで直線状に延在していてもよいし、湾曲部を有してもよい。例えば、第２導波路８は、樹脂によって構成されており、かつ、弾性を有する。このため、例えば、第２導波路８の熱膨張もしくは熱収縮、または、基板２の反りによる変形に耐えることが可能である。第２導波路８が上記の湾曲部を有する場合、熱膨張または熱収縮に伴う応力の発生を抑制でき、第２導波路８における光結合の安定性を向上させることができる。

【0054】

基板２は、凹部２ｈの内面２ｋから基板２の外側面２ｍまで延在する第１導波路９を有する。第１導波路９は、ガラス導波路である。外側面２ｍは、第２方向Ｄ２および第３方向Ｄ３の双方に延在している。例えば、第１導波路９の延在方向に直交する平面に沿って第１導波路９を切断したときにおける第１導波路９の断面は、矩形状を呈する。第１導波路９の幅は、例えば、１０μｍである。第１導波路９の長さは、例えば、２ｍｍである。第１導波路９は、第１導波路９の周囲に位置する基板２のガラス部分よりも高い屈折率を有する。これにより、基板２のガラス部分がクラッドとして機能し、第１導波路９がコアとして機能する。そして、コアとして機能する第１導波路９の内部に光信号Ｌを閉じ込めることができる。例えば、第１導波路９の屈折率、および基板２のガラス部分の屈折率は、１．４以上かつ１．５以下である。

【0055】

第１導波路９、および基板２のガラス部分は、光モジュール１が使用する光信号Ｌの波長帯域において透過性を有する。例えば、第１導波路９は後述する光ファイバＦ１のコアと同程度の屈折率を有し、基板２のガラス部分は光ファイバＦ１のクラッドと同程度の屈折率を有する。コアとして機能する第１導波路９と、クラッドとして機能する基板２のガラス部分との比屈折率差は、例えば、０．２％以上かつ０．５％以下（一例として０．３５％）である。

【0056】

光モジュール１は複数の第１導波路９を有し、複数の第１導波路９は第２方向Ｄ２に沿って並んでいる。例えば、第１導波路９は、第２導波路８に光接続されており第１方向Ｄ１に沿って延在する第１部分９ｂと、後述する光ファイバアレイ１１に保持された光ファイバＦ１に光接続されており第１方向Ｄ１に沿って延在する第３部分９ｄと、第１部分９ｂと第３部分９ｄを滑らかに接続する第２部分９ｃとを有する。第２方向Ｄ２に沿って並ぶ２つの第２部分９ｃの間隔（ピッチ）は、第１部分９ｂから離隔するにしたがって広がっている。第１部分９ｂにおいて第２方向Ｄ２に沿って並ぶ２つの第１導波路９の間隔は、例えば、１００μｍである。第３部分９ｄにおいて第２方向Ｄ２に沿って並ぶ２つの第１導波路９の間隔は、例えば、２５０μｍである。一例として、光モジュール１は、１２本の第１導波路９を有する。しかしながら、第１導波路９の数は、１２本に限られず適宜変更可能である。第１導波路９のピッチも適宜変更可能である。

【0057】

例えば、光モジュール１は、複数の光ファイバＦ１を保持する光ファイバアレイ１１を有する。例えば、光ファイバアレイ１１は、各光ファイバＦ１が載せられる複数のＶ溝が形成されたＶ溝基板と、当該Ｖ溝基板を覆う蓋とを有していてもよい。光ファイバＦ１は、当該Ｖ溝基板と当該蓋との間において接着固定されている。光ファイバアレイ１１における光ファイバＦ１の端面は、光学研磨されている。また、光ファイバアレイ１１は、各光ファイバＦ１が通される複数の光ファイバ保持孔を有するフェルールであってもよい。

【0058】

一例として、光ファイバＦ１は、シングルコアのシングルモードファイバである。光ファイバＦ１は、例えば偏波保持ファイバであってもよい。しかしながら、光ファイバＦ１は、マルチコアファイバであってもよいし、マルチモードファイバであってもよい。光ファイバアレイ１１において、複数の光ファイバＦ１は第２方向Ｄ２に沿って並んでいる。第２方向Ｄ２に沿って並ぶ２つの光ファイバＦ１の間隔（ピッチ）は、例えば、２５０μｍである。第２方向Ｄ２の端部に位置する光ファイバＦ１の中心から、第２方向Ｄ２における当該光ファイバＦ１とは反対の端部に位置する光ファイバＦ１の中心までの距離は、例えば、２．７５ｍｍである。例えば、光ファイバＦ１の直径は１２５μｍであり、光ファイバＦ１のコア径は１０μｍである。例えば、光ファイバＦ１の本数は１２である。しかしながら、光ファイバＦ１の本数は適宜変更可能である。光ファイバＦ１の大きさおよび配置態様についても、上記の例に限られず、適宜変更可能である。

【0059】

基板２の光ファイバアレイ１１寄りの位置（例えば、基板２における第１導波路９が形成された領域）では、光ファイバＦ１の曲げまたは引っ張り等による応力が集中することがあるため、例えば、歪みによって基板２にクラックが発生し、光損失が増大する懸念がある。しかしながら、本実施形態では、第１導波路９が基板２の内部に形成されているため、基板２の平面視において、第１導波路９の周辺、および第１導波路９と重なる部分にも端子１２を形成することができる。基板２の光ファイバアレイ１１の周辺に形成された端子１２により、第１導波路９の形成領域を配線基板１３に固定することが可能となるため、上記の応力による歪みを抑制し、光モジュール１の信頼性を向上させることができる。

【0060】

基板２の外側面２ｍにおいて、第１導波路９は、光ファイバアレイ１１に保持された光ファイバＦ１と光結合している。凹部２ｈの内面２ｋにおいて第１導波路９は第２導波路８と光結合している。図３は、第１導波路９が第２導波路８に接続する変形例としての光結合部Ｐ１を示す図であり、光結合部Ｐ１を拡大して示している平面図である。図３に示されるように、第２導波路８の端面は、それと第１方向Ｄ１に沿って対向する第１導波路９の端面にエッジ結合している。平面視において、基板２の凹部２ｈの内面２ｋは、第２導波路８の光軸、および第１導波路９の光軸に対して傾斜している。例えば、第２方向Ｄ２に対する内面２ｋの傾斜角度θは、４°以上であり、８°以上であってもよい。これにより、第２導波路８と第１導波路９との光結合部Ｐ１における結合損失を増加させることなく反射損失を低減させることができる。

【0061】

図４は、第１方向Ｄ１および第３方向Ｄ３の双方に沿って延びる平面に沿って基板２、光素子５、樹脂層７、第２導波路８および第１導波路９を切断した断面図である。図４に示されるように、凹部２ｈの内面２ｋには反射防止膜２ｐが形成されている。しかしながら、反射損失が小さい場合等には反射防止膜２ｐを省略することも可能である。

【0062】

第１導波路９は、例えば、フェムト秒レーザの多光子吸収によって基板２の内部に屈折率変化を誘起することによって形成されている。例えば、銀（Ａｇ）またはカリウム（Ｋ）を熱または電界によってガラス中に移入するイオン交換法によって第１導波路９が形成されていてもよい。第１導波路９の延在方向に直交する平面に沿って第１導波路９を切断したときの断面の形状および大きさは、凹部２ｈの内面２ｋから基板２の外側面２ｍに至る途中で変化してもよい。また、第１導波路９は、凹部２ｈの内面２ｋから基板２の外側面２ｍに至るまで直線状に延在していてもよいし、湾曲部を有してもよい。

【0063】

図５は、第１導波路９、および光ファイバアレイ１１に保持された光ファイバＦ１を模式的に示す図である。図５に示されるように、第１導波路９および光ファイバアレイ１１は、接着剤Ｇを介して互いに光結合されている。例えば、接着剤Ｇは、感光性および熱硬化性を有する。接着剤Ｇの厚み（基板２の外側面２ｍから光ファイバアレイ１１の端面１１ｂまでの距離）は、例えば、１０μｍである。例えば、接着剤Ｇは、光モジュール１が使用する光信号Ｌの波長帯域において透明性を有する。例えば、接着剤Ｇは、第１導波路９、および光ファイバＦ１のコア、と同程度の屈折率を有する。この場合、基板２の外側面２ｍ、または光ファイバＦ１の端面等に僅かな傷があっても光信号Ｌの反射および散乱を抑制し、低損失の光結合が可能となる。なお、基板２の外側面２ｍに反射防止膜が形成されていてもよい。

【0064】

第１導波路９と光ファイバアレイ１１との位置合わせは、例えば、アクティブアライメントによって行われる。例えば、接着剤Ｇが未硬化の状態で光ファイバアレイ１１を移動させて第１導波路９との光結合損失が最小となる光ファイバアレイ１１の位置を見つける。そして、紫外線を接着剤Ｇに照射して接着剤Ｇを硬化させ、第１導波路９に対する光ファイバアレイ１１の位置を確定させる。しかしながら、第１導波路９と光ファイバアレイ１１の位置合わせは、パッシブアライメントによって行われてもよい。この場合、基板２の外側面２ｍ、および光ファイバアレイ１１の端面１１ｂに第１導波路９および光ファイバＦ１と位置合わせされたガイド穴を設け、ガイドピンを当該ガイド穴に挿入することによって位置合わせが行われる。さらに、基板２および光ファイバアレイ１１の固定を補強する構造体が設けられてもよい。当該構造体は、例えば、基板２および光ファイバアレイ１１に跨がる補強板である。

【0065】

例えば、光ファイバアレイ１１からは光ファイバＦ１が第１方向Ｄ１に沿って延在している。光ファイバＦ１における基板２とは反対の端部には、例えば、光コネクタが接続されている。光モジュール１は、当該光コネクタを介して光モジュール１の外部の光ケーブルに接続可能とされていてもよい。すなわち、光モジュール１は、光モジュール１から引き出された光ファイバＦ１の先端に光コネクタを有するピグテール型のモジュールであってもよい。また、例えば、基板２に光レセプタクルが搭載されていてもよく、基板２において外部の光ケーブルと着脱する構造が設けられていてもよい。

【0066】

以上、光モジュール１では、第２導波路８および第１導波路９を介して光素子５と光モジュール１の外部（例えば光ファイバＦ１）とが光結合され、光モジュール１による光信号Ｌの送受信が可能となる。光モジュール１は、配線基板１３に表面実装され、応力の抑制と、効率的な温度制御とを実現させるため、配線基板１３と対向する第１面２ｂ（凹部２ｈ）に光素子５が搭載されている。その結果、配線基板１３と第１面２ｂとの間には、光素子５から光信号Ｌを取り出すための光学系（例えばミラー）を配置するための十分な空間がない。しかしながら、光モジュール１は、第２導波路８および第１導波路９を有することにより、基板２の外側面２ｍに低損失で光信号Ｌを取り出すことができる。

【0067】

次に、本実施形態に係る光モジュール１から得られる作用効果について説明する。光モジュール１は、第１面２ｂ、第２面２ｃおよびビア２ｄを有するガラス製の基板２と、光素子５と、電極２ｇとを備える。光素子５は基板２の第１面２ｂに実装されており、第１面２ｂとは反対の第２面２ｃには電極２ｇが設けられている。第２面２ｃに設けられた電極２ｇはビア２ｄを介して光素子５と熱的に接続される。したがって、光素子５から生じる熱はビア２ｄおよび電極２ｇを介して基板２から放出されるので、光素子５を放熱させることができる。基板２の第１面２ｂと第２面２ｃとの間には第１導波路９が設けられており、基板２の第１面２ｂには第２導波路８が設けられている。光信号Ｌは、第２導波路８および第１導波路９を介して光モジュール１の外部と入出力される。したがって、光素子５は、第２導波路８および第１導波路９を介して光モジュール１の外部と光結合するので、光信号Ｌの入出力を適切に行うことができる。

【0068】

前述したように、基板２の第１面２ｂは、凹部２ｈを有してもよい。光素子５は、凹部２ｈの中に実装されていてもよく、第２導波路８は、凹部２ｈの中に設けられていてもよい。この場合、凹部２ｈに光素子５が実装され、第２導波路８が凹部２ｈの中に設けられることにより、光モジュール１の厚みを抑えることができる。

【0069】

前述したように、基板２は、第１方向Ｄ１、および第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２に延在するとともに、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の双方に交差する第３方向Ｄ３に厚みを有してもよい。第２導波路８は、凹部２ｈの内面２ｋを介して第１導波路９に光結合されていてもよく、内面２ｋは、第２方向Ｄ２に対して傾斜していてもよい。この場合、内面２ｋにおける光信号Ｌの反射を抑制できる。

【0070】

前述したように、第２導波路８は、凹部２ｈの内面２ｋを介して第１導波路９に光結合されていてもよく、内面２ｋに反射防止膜２ｐが設けられていてもよい。この場合、内面２ｋにおける光信号Ｌの反射を抑制できる。

【0071】

光モジュール１は、第２導波路８および第１導波路９を介して外部の光ファイバＦ１と光結合される。第２導波路８の一端は光素子５と光結合され、第２導波路８の光素子５とは反対の端部は第１導波路９と光結合される。第２導波路８は、光素子５および第１導波路９に位置合わせされて三次元的に形成されているため、低損失での光結合が可能である。さらに、第２導波路８は、樹脂材料によって構成されており、かつ弾性を有するため、第２導波路８、および第２導波路８の周囲の部品の熱膨張、熱収縮、および反りによる変形に対する耐性が高い。したがって、光モジュール１の安定動作を実現させることができる。

【0072】

第１導波路９の一端は第２導波路８と光結合され、第１導波路９の第２導波路８とは反対の端部は光ファイバアレイ１１と光結合される。第１導波路９は、基板２の内部に三次元的に形成されるため、第２導波路８、および光ファイバアレイ１１に保持された光ファイバＦ１のピッチに合わせて低損失な光結合が可能であり、さらに、熱膨張、熱収縮および反りによる変形に対する耐性が高いので、光モジュール１の安定動作を実現させることができる。

【0073】

次に、本開示に係る光モジュールの種々の変形例について説明する。後述する種々の変形例に係る光モジュールの一部の構成は、前述した光モジュール１の一部の構成と同一である。したがって、以下では、光モジュール１の説明と重複する説明を同一の符号を付して適宜省略する。

【0074】

図６は、第１変形例に係る光モジュール１Ａの断面図である。光モジュール１Ａは、第１封止部材３と、第２封止部材４と、温調素子６とを有する。第１封止部材３は、例えば、凹部３ｂを有する。凹部３ｂに対向する位置には、基板２の第１面２ｂに実装された光素子５が収容されている。第１封止部材３は、例えば、ガラス製である。この場合、第１封止部材３の材料が基板２のガラス部分の材料と同一であるため、熱膨張または熱収縮による光素子５への応力を低減させることができる。しかしながら、第１封止部材３は、ガラス以外の材料によって構成されていてもよい。ただし、第１封止部材３の材料は、気密性および断熱性を有する材料であることが好ましい。

【0075】

第１封止部材３の凹部３ｂは第３方向Ｄ３に窪んでいる。第１封止部材３は、凹部３ｂとしてガラス板にザグリが形成されたものであってもよい。凹部３ｂは、キャビティとも称される。基板２の平面視（第３方向Ｄ３に沿って見た場合）において凹部３ｂを取り囲む接続面３ｃが基板２の第１面２ｂに接続されることによって、第１封止部材３の凹部３ｂと基板２の第１面２ｂとによって画成される第１気密空間Ｋ１が形成される。

【0076】

第１気密空間Ｋ１には、第１面２ｂに実装された光素子５、および第２導波路８が収容されている。これにより、例えば、水分による光素子５および第２導波路８の劣化を抑制でき、光モジュール１の高信頼化が可能となる。例えば、光素子５は、その全体が凹部２ｈに収容されている。この場合、第１封止部材３の凹部３ｂを省略することも可能である。第１封止部材３の線膨張係数は、基板２の線膨張係数との差が小さいことが望ましい。この線膨張係数の差が小さいことにより、光モジュール１の温度変化に伴い発生する応力を低減することが可能となる。第１封止部材３の第１方向Ｄ１の長さは、基板２の第１方向Ｄ１の長さ以下である。第１封止部材３の第２方向Ｄ２の長さは、基板２の第２方向Ｄ２の長さ以下である。

【0077】

光モジュール１Ａでは、第１封止部材３は第１リッドである。しかしながら、第１封止部材３は、リッド以外のものであってもよい。例えば、第１封止部材３を用いる代わりに、光素子５および第２導波路８を覆うように保護膜を形成してもよい。当該保護膜によっても光素子５および第２導波路８を水分や他の部品から発生する微量のガス等から保護することができる。当該保護膜は、例えば、ＳｉＯ_２またはＳｉＮ等の無機材料によって構成されている。なお、当該保護膜による応力を緩和するため、光素子５および第２導波路８の上に犠牲層を形成した後に当該保護膜を形成し、その後、当該犠牲層を除去してもよい。例えば、当該犠牲層の除去のためには当該保護膜に開口を形成する必要があるが、この開口は犠牲層の除去後にさらに保護膜を形成することによって塞ぐことができる。

【0078】

例えば、第１封止部材３は、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の双方に延在する底部３ｄと、底部３ｄから第３方向Ｄ３に延びる側壁部３ｆとを有する。一例として、第１封止部材３の第１方向Ｄ１の長さは４ｍｍであり、第１封止部材３の第２方向Ｄ２の長さは４ｍｍである。第１封止部材３の高さ（第３方向Ｄ３の長さ）は、例えば、０．３ｍｍである。例えば、底部３ｄおよび側壁部３ｆは一体とされている。しかしながら、底部３ｄおよび側壁部３ｆは別体であってもよく、平板の底部３ｄに空洞を有する枠状の側壁部３ｆが接合されて第１封止部材３が構成されてもよい。基板２の平面視において、側壁部３ｆは、凹部３ｂの周囲を取り囲む形状を有する。

【0079】

第１封止部材３は、例えば、接着剤（封止剤ともいう）を介して基板２に接合（シール）されている。この接着剤は、例えば、金属によって構成されている。具体例として、当該接着剤は金錫（ＡｕＳｎ）によって構成されている。この場合、第１封止部材３は、接続面３ｃに塗布された金錫が加熱溶融されて基板２に接合される。このとき、第１封止部材３の接続面３ｃ、および接続面３ｃと接続される基板２の接続部分は、例えば、金属によってメタライズされている。例えば、接続面３ｃ、および基板２の当該接続部分のガラス表面は、金（Ａｕ）によってメタライズされている。金属接合により、高気密な第１気密空間Ｋ１が形成される。例えば、第１気密空間Ｋ１のファインリーク試験によるリーク量は、１．０×１０^－９［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］未満である。これにより、光素子５の信頼性をより高めることが可能である。加熱溶融は、例えばレーザ照射またはヒータ加熱によって行われる。

【0080】

第１封止部材３と基板２の接合に用いられる接着剤は、例えば、半田、ガラスフリット、またはエポキシ樹脂によって構成されていてもよい。また、接着剤を使用せず、例えば、第１封止部材３の表面酸化膜（ＳｉＯ_２）と基板２の表面酸化膜とが直接接合されてもよい。また、酸化膜および金属が形成された表面同士が直接接合されてもよい（ハイブリッドボンディングとも称される）。接着剤として絶縁体が使用された場合、および、ハイブリッドボンディングで接合が行われる場合、第１気密空間Ｋ１の気密封止を行うとともに、第１気密空間Ｋ１と第１封止部材３の外部とを接続する電気配線（フィードスルー）を形成することができる。以上、第１封止部材３について説明した。しかしながら、水分や他の部品から発生する微量のガス等による光素子５の劣化、および第２導波路８の劣化が問題とならない場合等には、第１封止部材３を省略することも可能である。

【0081】

第２封止部材４は基板２の第２面２ｃに接続される。第２封止部材４は、基板２の第２面２ｃに実装された温調素子６を収容する。第２封止部材４は、第２面２ｃに接続されて温調素子６を気密封止する。第２封止部材４は、例えば、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の双方に延在する放熱部材４ｂと、放熱部材４ｂから第３方向Ｄ３に延びる側壁部４ｃとを有する。

【0082】

放熱部材４ｂは、基板２の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する。放熱部材４ｂは板状を呈する。放熱部材４ｂは、例えば、シリコン（Ｓｉ）によって構成されている。側壁部４ｃは、例えば、ガラスによって構成されている。しかしながら、放熱部材４ｂの材料、および側壁部４ｃの材料は、上記の例に限られない。例えば、放熱部材４ｂは金属製であってもよい。また、側壁部４ｃはセラミック製であってもよい。

【0083】

放熱部材４ｂは、温調素子６と光モジュール１の外部との間に位置する熱伝達経路として機能する。例えば、放熱部材４ｂは、接着剤を介して側壁部４ｃに接合されている。例えば、第２封止部材４では、シリコン（Ｓｉ）製の放熱部材４ｂとガラス製の側壁部４ｃとが接着剤を介して一体化されている。放熱部材４ｂの線膨張係数は、基板２の線膨張係数との差が小さいことが望ましい。この線膨張係数の差が小さいことにより、光モジュール１の温度変化に伴う応力を低減することができる。

【0084】

例えば、第２封止部材４の第１方向Ｄ１の長さは、基板２の第１方向Ｄ１の長さ以下である。第２封止部材４の第２方向Ｄ２の長さは、基板２の第２方向Ｄ２の長さ以下である。一例として、第２封止部材４の第１方向Ｄ１の長さは第１封止部材３の第１方向Ｄ１の長さと同一であり、第２封止部材４の第２方向Ｄ２の長さは第１封止部材３の第２方向Ｄ２の長さと同一である。この場合、第２封止部材４の第１方向Ｄ１の長さは４ｍｍであり、第２封止部材４の第２方向Ｄ２の長さは４ｍｍである。例えば、第２封止部材４の高さ（第３方向Ｄ３の長さ）は、第１封止部材３の高さよりも大きい。一例として、第２封止部材４の高さは１．５ｍｍである。

【0085】

基板２および第２封止部材４の間には第２気密空間Ｋ２が形成される。基板２の第２面２ｃと、第２封止部材４の側壁部４ｃおよび放熱部材４ｂとが第２気密空間Ｋ２を画成する。例えば、第１封止部材３の第１気密空間Ｋ１の容積は、第２封止部材４の第２気密空間Ｋ２の容積よりも小さい。例えば、第１気密空間Ｋ１は第２気密空間Ｋ２よりも高気密である。例えば、第１封止部材３からのリーク量は、第２封止部材４からのリーク量より小さい。

【0086】

光モジュール１Ａでは、光素子５が収容される第１封止部材３の内部の空間の容積が第２封止部材４の内部の空間の容積よりも小さい。したがって、光素子５の気密封止部分である第１気密空間Ｋ１の容積が第２封止部材４の第２気密空間Ｋ２の容積より小さいので、温度変化による応力の影響等から光素子５をより確実に保護できる。さらに、光モジュール１は、第１気密空間Ｋ１に温調素子６を含まない。すなわち、光モジュール１は、第１気密空間Ｋ１において光素子５を温調素子６とは別に気密封止している。よって、第１気密空間Ｋ１における温調素子６からの気体の流出が生じないので、光素子５の信頼性がさらに向上する。なお、光モジュール１Ａでは、第１気密空間Ｋ１に光素子５のみが収容される。しかしながら、第１気密空間Ｋ１には、例えば、光素子５を駆動するＩＣ等の回路チップが収容されてもよい。

【0087】

第２封止部材４は、例えば、接着剤を介して基板２に接合されている。一例として、第１封止部材３は金錫（ＡｕＳｎ）を介して基板２に接合され、第２封止部材４は樹脂接着剤を介して基板２に接合される。例えば、第２封止部材４は紫外線硬化樹脂を介して基板２に接合される。この場合、第２気密空間Ｋ２は、第１気密空間Ｋ１よりも低気密になりうる。しかしながら、第２気密空間Ｋ２の気密度は第１気密空間Ｋ１の気密度より低くてもよい。一例として、第２気密空間Ｋ２のファインリーク試験によるリーク量は、１．０×１０^－９［Ｐａ・ｍ^３／ｓ］未満であってもよい。この場合、第２気密空間Ｋ２に収容される温調素子６での結露の発生を抑制でき、温調素子６の信頼性を向上できる。

【0088】

第２封止部材４と基板２の接合には、接着剤として半田、ガラスフリット、またはエポキシ樹脂が用いられてもよい。また、接着剤を使用せず、例えば側壁部４ｃの接合面の表面酸化膜（ＳｉＯ_２）と基板２の第２面２ｃの表面酸化膜とが直接接合されてもよいし、酸化膜および金属が形成された表面同士がハイブリッドボンディングで接合されてもよい。接着剤として絶縁体が用いられた場合、および、ハイブリッドボンディングで接合された場合、第２気密空間Ｋ２を気密封止するとともに、第２気密空間Ｋ２と第２封止部材４の外とを接続する電気配線を形成できる。なお、第２気密空間Ｋ２に水分を吸着する吸湿材、または水分を分解する分解剤が配置されてもよい。第２気密空間Ｋ２において基板２、第２封止部材４、および温調素子６の表面は、第２気密空間Ｋ２が低気密の場合に結露してもそれぞれの内部に水分が浸透しないように、樹脂等の絶縁膜で保護（被覆）されていてもよい。

【0089】

光モジュール１Ａでは、第２封止部材４は第２リッドである。しかしながら、第２封止部材４は、リッド以外のものであってもよい。例えば、第２封止部材４は、温調素子６上に形成された保護膜であってもよい。この保護膜は、前述した第１封止部材３を構成する保護膜と同様である。なお、光モジュール１の使用環境において、温調素子６の結露の心配がない場合には、第２封止部材４の気密性は不要である。さらに、第２封止部材４を省略することも可能である。

【0090】

温調素子６は、例えば、放熱部材４ｂと基板２との間に挟まれている。放熱部材４ｂには温調素子６が熱的に接続されている。温調素子６は、例えば、熱電クーラーである。例えば、温調素子６は、複数のペルチェ素子６ｂと、複数のペルチェ素子６ｂを第３方向Ｄ３に挟む第１基板６ｃおよび第２基板６ｄとを有する。第１基板６ｃおよび第２基板６ｄは、例えば、窒化アルミ（ＡｌＮ）等のセラミック基板である。第１基板６ｃは放熱部材４ｂに接触する。第２基板６ｄは、基板２の第２面２ｃに形成された電極２ｇを介してビア２ｄに接続される。一例として、温調素子６の第１方向Ｄ１の長さは３ｍｍであり、温調素子６の第２方向Ｄ２の長さは３ｍｍである。例えば、温調素子６の高さ（第３方向Ｄ３の長さ）は１ｍｍである。

【0091】

温調素子６は、例えば、光モジュール１の外部のペルチェコントローラによる制御を受けて基板２を介して光素子５の温度を一定に保つ。そして、温調素子６は、放熱部材４ｂを介して吸熱または放熱を行う。熱的接続のため、第１基板６ｃと放熱部材４ｂとの間、および、第２基板６ｄと電極２ｇとの間には、熱伝導材（ＴＩＭ：Thermal Interface Material）が介在していてもよい。当該熱伝導材は、例えば、金属ペースト、半田、または樹脂によって構成されている。樹脂には熱伝導性の良いフィラー（充填剤）が含まれていてもよい。

【0092】

なお、基板２の第２面２ｃに電極２ｇとは別の電極が形成され、当該電極に例えばワイヤボンディングで温調素子６の電気端子が電気接続されることにより、温調素子６に電力を供給することが可能である。また、基板２の第２面２ｃまたは第１面２ｂに例えばサーミスタが配置され、このサーミスタが温度測定用のモニタとして用いられてもよい。光素子５の基板面（第２面５ｃ）は、基板２に固定され、基板２を介して温調素子６に接続されている。これに対し、光素子５の回路面（第１面５ｂ）は他の構成要素（固体）に接触していない。よって、回路面および基板面の両方が固定された構成と比較して、温度変化による光素子５に対する応力の影響等を抑えることができる。

【0093】

より具体的には、仮に、光素子５が第２気密空間Ｋ２の中で温調素子６と基板２の間に挟まれる場合（回路面が基板２の第２面２ｃを向くように光素子５が基板２に搭載され、光素子５の基板面に温調素子６が搭載される場合）、温度変化に伴って、第２封止部材４、温調素子６、光素子５および基板２がそれぞれの線膨張係数にしたがって膨張または収縮するため、光素子５に大きな応力が加わる可能性がある。しかしながら、光モジュール１Ａでは、光素子５の基板面のみが固定されるため、光素子５に加わる熱応力を低減することができる。これにより光素子５の信頼性が向上する。また、応力により光素子５が有する光学特性（例えば波長特性）が変化することを抑制し、光モジュール１の安定動作が可能となる。

【0094】

光素子５は、基板２の電極２ｆおよびビア２ｄを介して温調素子６に熱的に接続されている。一方、電極２ｆおよびビア２ｄ以外の光素子５の周辺の部品は、気体、樹脂またはガラス基板といった熱伝導率が低い材料によって構成されている。光素子５は、前述したように、ボンディングワイヤ１４を介して電気配線２ｑに接続される。例えば、電気配線２ｑは、５μｍ程度と薄いため、熱抵抗が高い。このため、光素子５は、ビア２ｄ以外は、熱的にフローティングになっており（断熱されており）、温調素子６によって効率的に温度制御される。例えば、光素子５と温調素子６との間の熱抵抗は、光素子５と光モジュール１Ａの外部との間の熱抵抗よりも１桁以上低い。

【0095】

例えば、第１気密空間Ｋ１の内部と外部とは、後述する図２０の電気配線６６，６７のように第２気密空間Ｋ２を介して電気接続されてもよいし、後述する図２１の電気配線７１のように直接電気接続されてもよい。ただし、いずれの場合も、第１気密空間Ｋ１と基板２の第２面２ｃとが電気接続されるため、第２面２ｃと第１面２ｂの端子１２を電気接続する電気配線（ビア）がさらに必要となる。さらに、光モジュール１Ａでは、第１封止部材３が光素子５および第２導波路８を気密封止している。したがって、水分による光素子５および第２導波路８の劣化を抑制でき、光モジュール１のさらなる高信頼化が可能となる。

【0096】

以上、第１変形例に係る光モジュール１Ａは、第１面２ｂ、第２面２ｃおよびビア２ｄを有するガラス製の基板２と、光素子５と、温調素子６とを備える。光素子５は、基板２の第１面２ｂに実装される。光モジュール１は、第１面２ｂに接続され、光素子５を気密封止する第１封止部材３を備える。したがって、基板２の第１面２ｂに実装された光素子５が第１封止部材３によって気密封止されるので、光素子５を保護することができる。基板２は、第１面２ｂと第２面２ｃとの間を貫通するビア２ｄを有する。ビア２ｄを介して、光素子５および温調素子６を互いに熱的に接続することができる。

【0097】

光モジュール１Ａは、基板２の第１面２ｂが光モジュール１Ａの外部の配線基板１３と対向するように表面実装される。光素子５は、基板２の第１面２ｂに形成された凹部２ｈに、第２面５ｃ（基板面）が基板２と対向するように実装される。温調素子６は、第１面２ｂと反対の第２面２ｃに実装される。基板２は、底面２ｊと第２面２ｃとの間を貫通するビア２ｄを有する。よって、ビア２ｄを介して光素子５および温調素子６を互いに熱的に接続できる。

【0098】

基板２はガラスによって構成されていることにより断熱性がよく、光素子５の第１面５ｂ（回路面）は光モジュール１の外部とは断熱されているため、光モジュール１の外部の温度によらず光素子５の温度を一定に保つことができる。また、光素子５では、基板２に対し第２面５ｃのみが固定されるため、温度変化による応力から光素子５を保護できる。安定した温度制御、および応力からの保護により、光モジュール１において安定した光出力を得ることが可能である。

【0099】

図７は、第２変形例に係る光モジュールの第２導波路８および第１導波路１９を示す図である。図７は、第１方向Ｄ１および第３方向Ｄ３の双方に延びる平面に沿って基板２、光素子５、第２導波路８および第１導波路１９を切断したときにおける断面を示している。第２導波路８および第１導波路１９の光結合部Ｐ２では、第１導波路１９の端部と、凹部２ｈの内面２ｋとの間に基板２のガラス材料が介在している。すなわち、第１導波路１９の端面は内面２ｋから離隔している。

【0100】

第１導波路１９は、凹部２ｈの内面２ｋに露出していない。これにより、第１導波路１９を基板２の外部から保護することができる。例えば、基板２の加工時、または光モジュール１の組み立て時における第１導波路１９の損傷および汚染を抑制できる。その結果、第１導波路１９における光損失の増大を抑制できる。第１導波路１９の端部と凹部２ｈの内面２ｋとの間に介在する基板２のガラス部分の厚さ（第１方向Ｄ１の長さ）は、例えば、２０μｍ以下であり、１０μｍ以下であってもよい。この場合、第２導波路８と第１導波路１９との間における低損失の光結合を実現可能である。

【0101】

図８は、第３変形例に係る光モジュールの第２導波路８および第１導波路９の光結合部Ｐ３を示している。第３変形例において、凹部２ｈの内面２ｋは、第２導波路８の光軸、および第１導波路９の光軸に対して傾斜している。すなわち、内面２ｋは、第３方向Ｄ３に対して傾斜している。なお、図８の例では、内面２ｋは、第３方向Ｄ３に対し、凹部２ｈの底面２ｊから第１面２ｂに至るまで傾斜している。しかしながら、内面２ｋは、第３方向Ｄ３に対し、少なくとも光結合部Ｐ３の部分において傾斜していればよい。図８の例では、第１方向Ｄ１および第３方向Ｄ３の双方に延びる平面に沿って切断したときにおける内面２ｋの断面は直線状である。しかしながら、内面２ｋの当該断面は湾曲していてもよい。

【0102】

以上のように、凹部２ｈの内面２ｋが第３方向Ｄ３に対して傾斜している場合、内面２ｋにおける光信号Ｌの反射を抑制できる。第３方向Ｄ３に対する内面２ｋの傾斜角度は、例えば、４°以上であり、８°以上であってもよい。これにより、光結合部Ｐ３における結合損失を増加させることなく反射損失を低減させることができる。反射損失をさらに低減させるため、内面２ｋに反射防止膜２ｐが形成されていてもよい。ただし、反射が小さい場合、または第１導波路９に入射した光信号Ｌの強度が許容できる程度である場合には、反射防止膜２ｐを省略することが可能である。本例のように、内面２ｋが第３方向Ｄ３に対して傾斜している場合、内面２ｋは第２方向Ｄ２に対しては平行であってもよい。

【0103】

図９は、第４変形例に係る第２導波路２８および第１導波路２９の光結合部Ｐ４を示している。光結合部Ｐ４では、基板２の底面２ｊにおいて第２導波路２８が第１導波路２９と光結合している。第２導波路２８の光素子５とは反対の端部は、底面２ｊ上に位置する。より詳細には、第２導波路２８は、光素子５から第１方向Ｄ１に沿って延び出す第１延在部２８ｂと、第１延在部２８ｂから底面２ｊに向かって曲がるとともに第１方向Ｄ１および第３方向Ｄ３の双方に対して斜めに延在する第２延在部２８ｃと、第２延在部２８ｃの第１延在部２８ｂとは反対の端部から底面２ｊに沿って延在する第３延在部２８ｄとを有する。

【0104】

第１導波路２９は、基板２の内部において底面２ｊに沿って延在している。第１導波路２９と基板２の凹部２ｈの底面２ｊとの距離は、例えば、１μｍである。平面視において、第２導波路２８および第１導波路２９は互いに重なる部分を有しており、当該重なる部分によって光結合部Ｐ４が構成されている。光結合部Ｐ４における第２導波路２８の長さ、および光結合部Ｐ４における第１導波路２９の長さは、例えば、５００μｍである。これらの長さが光結合部Ｐ４の長さに相当する。以上の構成により、第１導波路２９は、第２導波路２８とエバネッセント結合（断熱結合とも称される）される。エバネッセント結合により、第２導波路２８および第１導波路２９は低損失で互いに光結合することが可能である。

【0105】

図１０は、第５変形例に係る第２導波路３８および第１導波路３９の光結合部Ｐ５を示している。光結合部Ｐ５では、基板２の第１面２ｂにおいて第２導波路３８が第１導波路３９と光結合している。第２導波路３８の光素子５とは反対の端部は、第１面２ｂ上に位置する。より詳細には、第２導波路３８は、光素子５から第１方向Ｄ１に沿って延び出す第１延在部３８ｂと、第１延在部３８ｂから第１面２ｂに向かって曲がるとともに第１方向Ｄ１および第３方向Ｄ３の双方に傾斜して延在する第２延在部３８ｃと、第２延在部３８ｃの第１延在部３８ｂとは反対の端部から第１方向Ｄ１に沿って第１面２ｂまで延在する第３延在部３８ｄとを有する。

【0106】

第１導波路３９は、基板２の内部において第１面２ｂに沿って延在している。第５変形例が第４変形例と異なる点は、エバネッセント結合の場所が第１面２ｂである点である。すなわち、第１導波路３９は、第１面２ｂにおいて第２導波路３８とエバネッセント結合される。但し、第５変形例では、第２導波路３８を覆う樹脂層７が凹部２ｈの外部にまで形成されている。例えば、樹脂層７を構成する樹脂を塗布するときに、当該樹脂が凹部２ｈから漏れて広がらないように当該樹脂とは別の樹脂にて流れ止めが形成されてもよい。例えば、当該別の樹脂は、感光性または熱硬化性を有する。

【0107】

図１１は、第６変形例に係る基板２２、第２導波路４８および第１導波路４９を示している。基板２２は、凹部２ｈが段差部２ｓを有する点が基板２とは異なっている。段差部２ｓは、底面２ｊから延びるとともに第２方向Ｄ２および第３方向Ｄ３の双方に延在する第１側面２ｒと、第１側面２ｒから延びるとともに第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２の双方に延在する段差面２ｔと、段差面２ｔから延びるとともに第２方向Ｄ２および第３方向Ｄ３の双方に延在する第２側面２ｖとを有する。

【0108】

第６変形例では、第１導波路４９は、段差面２ｔにおいて第２導波路４８とエバネッセント結合される。例えば、第２導波路４８は、第１方向Ｄ１に沿って延在している。第１導波路４９は、基板２の内部において段差面２ｔに沿って延在している。第６変形例の場合、樹脂層７を凹部２ｈの内部にとどめることができる。したがって、上記の流れ止めを形成する必要がない。さらに、底面２ｊからの樹脂層７の高さ（第３方向Ｄ３の長さ）を底面２ｊから第１面２ｂの高さよりも低くすることができる。

【0109】

図１２は、第７変形例に係る光モジュール１Ｂを示す断面図である。図１２は、第１方向Ｄ１および第３方向Ｄ３の双方に延びる平面に沿って切断したときにおける光モジュール１Ｂの断面図である。光モジュール１Ｂは、凹部２ｈを有しない基板３２を備える点が光モジュール１Ａと異なっている。

【0110】

光モジュール１Ｂでは、回路面である第１面５ｂが基板３２のビア２ｄとは反対を向くように、光素子５が基板３２に対しフェイスアップ実装されている。光モジュール１Ｂは、基板３２の第１面２ｂにおいてエバネッセント結合する第２導波路２８および第１導波路２９を有する。光モジュール１Ｂでは、凹部２ｈを有しない基板３２を備えることにより、基板３２の強度を向上させることができ、基板３２における反り等の発生を抑制できる。したがって、第２導波路２８および第１導波路２９の安定した光結合が可能となる。

【0111】

図１３は、第８変形例に係る光モジュール１Ｃを示す断面図である。光モジュール１Ｃにおいて、光素子５は、基板３２に対して回路面である第１面５ｂが基板３２を向くようにフリップチップ実装（フェイスダウン実装）される。このフリップチップ実装では、例えば、熱圧着または超音波接合が用いられる。

【0112】

例えば、光素子５は、第１面５ｂに形成された電極（パッド）を有する。例えば、当該電極は、バンプ１０を介して基板３２の第１面２ｂに形成された電極２ｆおよびビア２ｄに熱的に接続されるとともに、電気配線２ｑに電気的に接続される。例えば、バンプ１０は、第３方向Ｄ３に沿った平面視においてアレイ状に配置されている。例えば、第１面５ｂに形成された電極は、金（Ａｕ）によって構成されたパッドであってもよい。例えば、バンプ１０は、半田バンプ、Ａｕスタッドバンプ、または銅（Ｃｕ）製のピラー上に半田キャップが載せられたマイクロバンプである。基板３２と光素子５との間にアンダーフィル樹脂が充填されていてもよい。

【0113】

光モジュール１Ｃのように、光素子５がフェイスダウン実装された場合でも、光素子５の第１面５ｂ（回路面）のみが基板３２に固定され、第２面５ｃ（基板面）は固定されない。したがって、光素子５に加わる熱応力を低減できる。なお、基板３２の第１面２ｂに凹部を設け、当該凹部の底面に対し光素子５がフェイスダウン実装されてもよい。

【0114】

図１４は、第９変形例に係る光モジュール１Ｄを示す断面図である。光モジュール１Ｄは、光ファイバＦ２、光ファイバアレイ５１、第２導波路５８および第１導波路５９の構成が光モジュール１Ａと異なっている。光モジュール１Ｄでは、基板２の凹部２ｈの底面２ｊにおいて、第２導波路５８と第１導波路５９がエッジ結合によって光結合している。第２導波路５８は、光素子５の端面から第１方向Ｄ１に沿って延びる延在部５８ｂと、延在部５８ｂの光素子５とは反対の端部から底面２ｊに向かって曲がる湾曲部５８ｃとを有する。湾曲部５８ｃでは、第１方向Ｄ１から第３方向Ｄ３に第２導波路５８が約９０°曲げられている。第２導波路５８は、第１導波路５９と比較してコアとクラッドの比屈折率差を大きくするとともにコア径を小さくすることが容易であるため、第２導波路５８が湾曲部５８ｃを有することにより低損失の光結合が可能である。なお、湾曲部５８ｃの曲げ角度は９０°でなくてもよい。

【0115】

第１導波路５９は、第１面２ｂと第２面２ｃとの間を貫通する。すなわち、第１導波路５９は、凹部２ｈの底面２ｊから基板２の第２面２ｃまで延在している。なお、第１導波路５９の端面と底面２ｊとの間、および第１導波路５９の端面と第２面２ｃとの間、には基板２のガラス部分が介在していてもよい。第１導波路５９の光軸は、凹部２ｈの底面２ｊに対して垂直に（第３方向Ｄ３に沿って）延在していてもよいし、第３方向Ｄ３に対して斜めに延在していてもよい。第１導波路５９の光軸が第３方向Ｄ３に対して斜めに延在している場合、第２導波路５８および光ファイバアレイ５１との光結合における反射損失をさらに低減させることができる。凹部２ｈの底面２ｊには反射防止膜が形成されてもよい。

【0116】

光ファイバアレイ５１は、基板２の第２面２ｃにおいて第１導波路５９と光結合している。なお、基板２の第２面２ｃと光ファイバアレイ５１との間には接着剤が介在していてもよい。光ファイバＦ２は、光ファイバアレイ５１において約９０°曲げられている。光ファイバＦ２は、第１導波路５９から延びるとともに第３方向Ｄ３から第１方向Ｄ１に曲がる湾曲部Ｆ２１と、湾曲部Ｆ２１の第１導波路５９とは反対の端部から第１方向Ｄ１に沿って延在する延在部Ｆ２２とを有する。光ファイバＦ２は、湾曲部Ｆ２１において約９０°曲げられている。しかしながら、湾曲部Ｆ２１における曲げの角度は９０°でなくてもよい。さらに、光ファイバＦ２は曲がっていなくてもよい。

【0117】

光モジュール１Ｄでは、基板２の第２面２ｃ上で第１導波路５９および光ファイバアレイ５１が互いに光結合されている。この場合、基板２の外側面２ｍでの光結合と比較して、より広い面積での光結合が可能となる。その結果、光結合の信頼性を向上させることができる。なお、基板２の第２面２ｃ上に光ファイバアレイ５１とは別の光学部品（例えば、レンズ、ミラー、アイソレータ、合分波器またはフィルタ等）を搭載し、当該光学部品を第１導波路５９および光ファイバアレイ５１と光結合させてもよい。

【0118】

図１５は、第１０変形例に係る光モジュール１Ｅを示す断面図である。光モジュール１Ｅは、第２導波路８に代えて、第１レンズ８ｂおよび第２レンズ８ｃを有する点が光モジュール１Ａと異なっている。第１レンズ８ｂは光素子５の端面に形成され、第２レンズ８ｃは凹部２ｈの内面２ｋに形成されている。例えば、第１レンズ８ｂはコリメートレンズである。第１レンズ８ｂは、光素子５の光導波路の端面から出力される光信号Ｌをコリメート光に変換する。例えば、第２レンズ８ｃは集光レンズである。第２レンズ８ｃは、第１レンズ８ｂから出力されたコリメート光を第１導波路９の端面に集光して第１導波路９に入射する。

【0119】

図１６は、第２レンズ８ｃを拡大した図である。図１５および図１６に示されるように、第２レンズ８ｃは、一例として、凹部２ｈの内面２ｋから突出するＵ字状を呈する。第１レンズ８ｂは、光素子５の端面から突出するＵ字状を呈する。光モジュール１Ｅでは、基板２に第２レンズ８ｃが設けられており、光素子５に第２レンズ８ｃと光結合する第１レンズ８ｂが設けられている。光信号Ｌは、第１レンズ８ｂ、第２レンズ８ｃおよび第１導波路９を介して光モジュール１Ｅの外部と入出力される。したがって、光素子５は、第１レンズ８ｂ、第２レンズ８ｃおよび第１導波路９を介して光モジュール１Ｅの外部と光結合するので、光信号Ｌの入出力を適切に行うことができる。

【0120】

光モジュール１Ｅでは、光素子５と第１導波路９との間がコリメート光で光結合されることにより、光素子５を基板２に実装するときにおける高精度なアライメントを不要にでき、温度変化に伴う基板２の変形に対して低損失な光結合を維持できる。また、第１レンズ８ｂおよび第２レンズ８ｃを有する光モジュール１Ｅの場合、光素子５の端面と凹部２ｈの内面２ｋとを物理的に接続する必要がないため、光結合の信頼性を向上できる。さらに、前述した樹脂層７を不要とすることができる。例えば、第１レンズ８ｂおよび第２レンズ８ｃは、前述した第２導波路８と同様に形成することが可能である。

【0121】

図１７は、第１１変形例に係る光モジュール１Ｆを示す断面図である。光モジュール１Ｆは、基板２の第１面２ｂ（凹部２ｈ内）に設けられた電気素子１７と、基板２の第２面２ｃに設けられた熱伝導部材１８とを有する点が光モジュール１Ａと異なる。例えば、電気素子１７は、ＳｉＧｅ ＢｉＣＭＯＳプロセスによって形成された半導体回路部品である。電気素子１７は、例えば、光素子５を駆動するドライバＩＣである。電気素子１７は、例えば、フォトダイオードである光素子５から出力された電気信号を電圧変換して増幅するトランスインピーダンスアンプ（レシーバＩＣ）であってもよい。また、電気素子１７は、ドライバＩＣ、およびトランスインピーダンスアンプの両方を含んでいてもよい。一例として、電気素子１７の第１方向Ｄ１の長さは２ｍｍであり、電気素子１７の第２方向Ｄ２の長さは４ｍｍである。電気素子１７の第３方向Ｄ３の長さ（厚さ）は、例えば、０．１ｍｍである。

【0122】

電気素子１７は、例えば、電気回路が形成された第１面（回路面）１７ｂと、第１面１７ｂと反対を向く第２面（基板面）１７ｃとを有する。第１面１７ｂには、例えば、トランジスタ等のアクティブ素子、電気配線、またはパッドが形成されている。電気素子１７のパッドは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）によって構成されている。第２面１７ｃには、例えば、電極等のパッシブ素子が形成されていてもよい。電気素子１７は、基板２と対向するように凹部２ｈの内部においてフェイスアップ実装されている。電気素子１７の第２面１７ｃは、凹部２ｈの底面２ｊに形成された電極２ｆおよびビア２ｄに熱的に接続される。第２面１７ｃと電極２ｆおよびビア２ｄとの熱的な接続は、例えば、銀ペーストによって行われる。

【0123】

熱伝導部材１８は、例えば、放熱ブロックである。熱伝導部材１８は、放熱部材４ｂと基板２との間に挟まれている。放熱部材４ｂには熱伝導部材１８が熱的に接続されている。熱伝導部材１８は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）によって構成されている。熱伝導部材１８は、例えば、基板２の電極２ｇに接触する第１面１８ｂ、および放熱部材４ｂに接触する第２面１８ｃを有する。第１面１８ｂと電極２ｇとの間、および第２面１８ｃと放熱部材４ｂとの間、の少なくともいずれかに熱伝導材が介在していてもよい。例えば、熱伝導部材１８の第１方向Ｄ１の長さは２ｍｍであり、熱伝導部材１８の第２方向Ｄ２の長さは４ｍｍである。熱伝導部材１８の第３方向Ｄ３の長さ（厚さ）は、例えば１ｍｍである。

【0124】

電気素子１７は、基板２の電極２ｆ、ビア２ｄ、および電極２ｇを介して熱伝導部材１８に熱的に接続されている。電気素子１７の周辺における電極２ｆおよび電極２ｇ以外の材料は、気体、樹脂およびガラスといった熱伝導率が低い材料である。電気素子１７は、後述するように電気配線２１と接続されるが、電気配線２１は、厚みが３μｍ程度と薄いため熱抵抗が高い。電気素子１７は、ビア２ｄ以外では、熱的にフローティングになっており（断熱されており）、熱伝導部材１８によって効率的に放熱される。例えば、電気素子１７と熱伝導部材１８との間の熱抵抗は、電気素子１７と光モジュール１Ｆの外部との間の熱抵抗より１桁以上低い。

【0125】

電気素子１７の第２面１７ｃ（基板面）は、基板２に固定されており熱伝導部材１８に物理的に接続されている。電気素子１７の第１面１７ｂ（回路面）は、樹脂等、弾性が高い構成要素にしか接触していない。よって、電気素子１７は、光素子５と同様、回路面および基板面の両方が固定された構成と比較して、温度変化による電気素子１７に対する応力の影響等を抑えることができる。その結果、電気素子１７および光モジュール１Ｆの信頼性が向上する。

【0126】

光モジュール１Ｆは、電気素子１７を光素子５に電気的に接続する電気配線２１を備える。電気配線２１は、例えば、電気素子１７と光素子５との間において高速（例えば変調レートが２００ＧＢｄ）で変調された電気信号（高速信号）を伝送する。電気配線２１は、高速信号を伝送するため、伝送線路を構成し、特性インピーダンスが適切に設計されている。電気配線２１によって伝送線路が構成されることにより、光素子５から電気素子１７までの距離を長くする（例えば１ｍｍ離す）ことが可能となる。この場合、電気配線２１の熱抵抗を大きくして電気素子１７から光素子５への熱流入を低減させることができる。さらに、電気配線２１を備える場合、ワイヤボンディングに比べて電気配線の寄生インダクタンスの影響を低減できる。

【0127】

図１８は、図１７の光素子５および電気素子１７の周辺の構造を拡大した図である。図１７および図１８に示されるように、光モジュール１Ｆは、基板２の第１面２ｂに形成された電気配線２３を有する。電気配線２３は、例えば、銅（Ｃｕ）または金（Ａｕ）によって構成されている。電気配線２３が銅によって構成されている場合、電気配線２３の表面が金（Ａｕ）メッキされていてもよい。電気配線２３と基板２との間には絶縁層が形成されていてもよい。また、電気配線２３は絶縁膜（保護膜）に覆われていてもよい。例えば、電気配線２３は、パッド２４を有する。上記のように電気配線２３が絶縁膜（保護膜）に覆われている場合、パッド２４の部分において当該絶縁膜は除去されている。

【0128】

光モジュール１Ｆは、光素子５および電気素子１７を埋め込む樹脂層７を有する。樹脂層７は、例えば、凹部２ｈの底面２ｊに接触する第１樹脂層７ｂと、第１樹脂層７ｂの底面２ｊとは反対に位置する第２樹脂層７ｃと、第２樹脂層７ｃから見て第１樹脂層７ｂとは反対に位置する第３樹脂層７ｄとを含む。

【0129】

第１樹脂層７ｂは、凹部２ｈを埋めるために形成される。第１樹脂層７ｂは、凹部２ｈにおいて光素子５および電気素子１７を埋め込んでいる。ただし、第１樹脂層７ｂは、後述するビア２５ｂにおいて開口している。第１樹脂層７ｂを構成する樹脂は、例えば、感光性ポリマーである。当該樹脂は、一例として、液体の状態で凹部２ｈに配置された光素子５および電気素子１７を埋めるように凹部２ｈに充填される。その後、当該樹脂は、露光、現像、およびベーク（キュア）される。第１樹脂層７ｂの厚さ（第３方向Ｄ３の長さ）は、例えば、凹部２ｈの深さ（第３方向Ｄ３の長さ）と略同一である。この場合、第１樹脂層７ｂの表面（凹部２ｈの底面２ｊとは反対の面）は第１面２ｂと面一になる。しかしながら、第１樹脂層７ｂの厚さは、凹部２ｈの深さより、厚くてもよいし薄くてもよい。

【0130】

第２樹脂層７ｃは、第１樹脂層７ｂ上に形成されている。第２樹脂層７ｃは、電気配線２３のパッド２４、電気素子１７の電極、および光素子５の電極を覆っており、ビア２５ｂおよびビア２５ｃにおいて開口している。第２樹脂層７ｃを構成する樹脂は、例えば、感光性ポリマーである。当該樹脂は、液体の状態で第１樹脂層７ｂに塗布されてもよいし、フィルムの状態で第１樹脂層７ｂにラミネートされてもよい。その後、当該樹脂が露光、現像、およびベークされることによって第２樹脂層７ｃが形成される。なお、第２樹脂層７ｃは、省略されてもよい。この場合、第１樹脂層７ｂが、第２樹脂層７ｃと一体化されて電気配線２３のパッド２４、電気素子１７の電極、および光素子５の電極を覆ってもよい。そして、第１樹脂層７ｂ上に電気配線２１が形成されてもよい。

【0131】

電気配線２１は、例えば、第２樹脂層７ｃ上に形成された金属膜であり、例えば、銅（Ｃｕ）によって構成されている。電気配線２１は、例えば、セミアディティブ法等のメッキプロセスによって形成されており、再配線層（ＲＤＬ：Redistribution Layer）とも称される。複数の電気配線２１は、電気配線２３のパッド２４と電気素子１７の電極とを互いに電気的に接続する電気配線２７と、電気素子１７の電極と光素子５の電極とを互いに電気的に接続する電気配線２６とを含む。

【0132】

電気素子１７は、例えば、光モジュール１Ｆの外部から端子１２に入力された電気信号を電気配線２７を介して受信し、電気信号に応じて生成した駆動信号を電気配線２６を介して光素子５に出力する。第１方向Ｄ１において、電気素子１７は、端子１２と光素子５との間に配置されている。また、電気素子１７は、例えば、光信号Ｌに応じて生成された受信信号を光素子５から電気配線２６を介して受信し、当該受信信号に応じて生成した電気信号を電気配線２７を介して端子１２に出力する。

【0133】

光モジュール１Ｆは、例えば、光素子５の電極、および電気素子１７の電極にアクセスするためのビア２５ｂと、電気配線２３にアクセスするためのビア２５ｃとを有する。ビア２５ｂおよびビア２５ｃのそれぞれは、例えば、レーザ光の照射によって形成されたビアホールと、当該ビアホールの中に形成された電気配線とによって構成されている。ビア２５ｂの電気配線は、電気配線２１とは別に形成されてもよいし、電気配線２１とともに（一括して）形成されてもよい。ビア２５ｂは、その内部に導電性材料が充填されたフィルドビアであってもよいし、その内部に導電性材料が充填されないコンフォーマルビアであってもよい。ビア２５ｃについても同様である。

【0134】

第３樹脂層７ｄは、電気配線２１を覆って電気配線２１を保護している。したがって、電気配線２１は、第２樹脂層７ｃと第３樹脂層７ｄとの間に形成されている。第３樹脂層７ｄを構成する樹脂は、例えば、感光性ポリマーである。当該樹脂は、液体の状態で第２樹脂層７ｃに塗布されてもよいし、フィルムの状態で第２樹脂層７ｃにラミネートされてもよい。その後、当該樹脂が露光、現像、およびベークされることによって第３樹脂層７ｄが形成される。なお、第３樹脂層７ｄは省略されてもよい。

【0135】

例えば、光モジュール１Ｆは、第１樹脂層７ｂにおいて光素子５から基板２の第１導波路９まで延在する第２導波路８を備える。第２導波路８は、例えば、第１樹脂層７ｂを凹部２ｈに充填する前に形成されてもよい。第２導波路８および第１樹脂層７ｂの屈折率は、光信号Ｌの波長帯域において、例えば、１．３以上かつ１．７以下である。第２導波路８は、第１樹脂層７ｂの屈折率よりも大きい屈折率を有する。この場合、第１樹脂層７ｂは、光素子５に入出力する光信号Ｌの光導波路におけるクラッドとして機能し、コア層として機能する第２導波路８の内部に光信号Ｌが閉じ込められる。例えば、第２導波路８および第１樹脂層７ｂは、光モジュール１Ｆが使用する光信号Ｌの波長帯域において透過性を有する。

【0136】

例えば、第１樹脂層７ｂを構成する樹脂の線膨張係数は、第２導波路８を構成する樹脂の線膨張係数より小さい。この場合、第２導波路８よりも体積が大きい第１樹脂層７ｂの熱膨張または熱収縮が、第２導波路８による光素子５と第１導波路９との光結合に与える影響（例えば光結合効率の低下）を低減できる。このような構成により、光素子５は、第２導波路８および第１導波路９を介して光モジュール１Ｆの外部と光信号Ｌの送受信を行うことができる。

【0137】

例えば、第２樹脂層７ｃは、第２導波路８から離隔している。すなわち、第２樹脂層７ｃの第１方向Ｄ１の位置は、第２導波路８の第１方向Ｄ１の位置とは異なっている。この場合、第２樹脂層７ｃの熱膨張または熱収縮が第２導波路８による光素子５と第１導波路９との光結合に与える影響を低減できる。

【0138】

上記では、第２導波路８のクラッドとして第１樹脂層７ｂが用いられる例について説明した。しかしながら、第２導波路８のクラッドとしては、第１樹脂層７ｂとは別の樹脂が用いられてもよい。例えば、光素子５と第１導波路９との光結合部が含まれる領域を、第１樹脂層７ｂとは別の樹脂によって充填し、当該樹脂が第２導波路８のクラッドとして機能してもよい。また、クラッドとして屈折率が約１の空気を使用できる場合、第２導波路８の周囲は樹脂で覆われなくてもよい。

【0139】

例えば、電気配線２６は、高速信号（高周波信号）を伝送するための信号配線を含み、当該信号配線は伝送線路を構成する。光素子５がＩＱ変調器である場合、電気配線２６の特性インピーダンスは、インピーダンス整合のために、光素子５に形成された高周波配線（伝送線路）、および終端抵抗の抵抗値と略等しいことが好ましく、例えば、差動インピーダンスは５０Ω～６０Ωである。「略等しい」とは、実用上許容できる範囲内で相互の値が異なっていてもよいことを示している。

【0140】

例えば、電気配線２７は、高速信号（高周波信号）を伝送するための信号配線を含み、当該信号配線は伝送線路を構成する。電気配線２７の特性インピーダンスは、インピーダンス整合のために電気配線２７に接続された電気素子１７に形成された終端抵抗の抵抗値と略等しいことが好ましく、例えば、差動インピーダンスは１００Ωである。電気配線２７の特性インピーダンスは、電気配線２６の特性インピーダンスと異なっていてもよい。

【0141】

例えば、電気配線２６は、基板２の平面視において第２方向Ｄ２に沿って並んでいる。第２方向Ｄ２に沿って並ぶ２本の電気配線２６の間隔（ピッチ）は、例えば、１００μｍである。電気配線２６の幅は、例えば、９５μｍである。第２方向Ｄ２に沿って互いに隣接する２本の電気配線２６の間の距離は、例えば、５μｍである。このように、複数の電気配線２６が高密度に形成されている。よって、光素子５と電気素子１７との電気的接続を高密度に行うことができる。例えば、樹脂層７の比誘電率は、セラミックの比誘電率よりも低い。一例として、樹脂層７の比誘電率は３．３である。この場合、電気配線２６において安定した信号伝送が可能な遮断周波数をセラミックパッケージよりも高くすることが可能となる。よって、光モジュール１Ｆでは、より高い周波数帯域（例えば１００ＧＨｚ以上）まで使用することが可能である。

【0142】

電気配線２６を伝送する信号は、例えば、差動信号によって構成されている。一例として、電気配線２６を伝送する信号は、４ｃｈの差動信号によって構成されている。電気配線２６の数は、例えば、４ｃｈの合計で１６本である。電気配線２６は、例えば、ＧＳＳＧ（グランド・シグナル・グランド・シグナル）線路である。しかしながら、電気配線２６は、ＧＳＧＳＧ（グランド・シグナル・グランド・シグナル・グランド）線路であってもよい。電気配線２６は、例えば、１層のＣｕ配線として設計されたコプレーナ線路である。１層であることにより、電気配線２６の熱抵抗を大きくすることが可能である。コプレーナ線路の特性インピーダンスは、例えば、インピーダンス整合のために光素子５の終端抵抗に合わせることが好ましい。この特性インピーダンスは、例えば、５０Ω～６０Ωである。

【0143】

前述した電気配線２６のＣｕ配線の厚さは、例えば、３μｍである。銅（Ｃｕ）の熱伝導率が約４００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であり、電気配線２６の断面積が２８５μｍ^２（幅９５μｍ×厚さ３μｍ）、光素子５から電気素子１７までの距離が１ｍｍであるとすると、１６本の電気配線２６の合計の熱抵抗は約５５０［Ｋ／Ｗ］と大きい。また、光素子５から電気素子１７までの樹脂層７の熱抵抗は、樹脂の熱伝導率が１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以下であるため、大きい。よって、光素子５から電気素子１７までの並列熱抵抗も大きい。この並列熱抵抗は、発熱体である電気素子１７に熱的に接続された基板２のサーマルビア（ビア２ｄ）の熱抵抗（電気素子１７の面積４ｍｍ×２ｍｍ、基板２の厚さ０．５ｍｍ、ビア２ｄの部分の熱伝導率４０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］）から約１．６［Ｋ／Ｗ］）よりも、例えば、１００倍以上大きい。したがって、電気素子１７および光素子５の間の熱の流出入を効果的に低減できる。

【0144】

なお、電気配線２６の構成は、上記の例に限られない。例えば、電気配線２６は、２層のＣｕ配線として設計されたマイクロストリップ線路またはグランデッドコプレーナ線路であってもよい。光モジュール１Ｆは、光素子５及び電気素子１７の間に、電気配線２６以外の電源線または制御線（比較的低速度の電気信号）を有していてもよい。さらに、光モジュール１Ｆは、ＥＭＩ対策のため、例えば、第１封止部材３の外側にシールド（接地電位に接続された金属製の覆い）を備えていてもよい。

【0145】

光モジュール１Ｆは、基板２の第１面２ｂに形成された電気配線２３、および、電気配線２３に電気的に接続された外部接続用の端子１２とを有する。端子１２および電気配線２３は、例えば、高速信号を電気素子１７に入出力するために設けられる。端子１２および電気配線２３を伝送する信号は、例えば、差動信号によって構成されている。一例として、端子１２および電気配線２３を伝送する信号は、４ｃｈの差動信号によって構成されている。電気配線２３の数は、例えば、４ｃｈ合計で１６本である。電気配線２３は、例えば、ＧＳＳＧ（グランド・シグナル・シグナル・グランド）線路である。電気配線２３は、例えば、１層のＣｕ配線として設計された伝送線路（例えば、コプレーナ線路）である。伝送線路の特性インピーダンスは、例えば、インピーダンス整合のために電気配線２３が接続された電気素子１７の終端抵抗に合わせることが好ましく、例えば、差動インピーダンスは１００Ωである。

【0146】

電気配線２３の間隔（ピッチ）は、例えば、１００μｍである。電気配線２３の幅は、例えば、８０μｍである。第２方向Ｄ２に沿って互いに隣接する２本の電気配線２３の間の距離は、例えば、２０μｍである。このように、基板２には複数の電気配線２３が高密度に形成されている。よって、電気素子１７と光モジュール１Ｆの外部との電気的な接続を高密度に行うことが可能である。例えば、基板２の比誘電率は、セラミックの比誘電率よりも低い。一例として、基板２の比誘電率は５．５である。この場合、電気配線２３において安定した信号伝送が可能な遮断周波数をセラミックパッケージよりも高くすることが可能となる。よって、光モジュール１Ｆでは、より高い周波数帯域（例えば１００ＧＨｚ以上）まで用いることが可能である。

【0147】

端子１２はマイクロバンプであってもよい。例えば、端子１２としては、半田によって構成されたＣ４（Controlled collapse chip connection）バンプ、または、先端部に半田が形成された銅（Ｃｕ）ピラーを用いることができる。例えば、Ｃ４バンプの直径は、１００μｍである。例えば、Ｃｕピラーの直径は４０μｍであり、Ｃｕピラーの高さは５０μｍである。

【0148】

端子１２がＣ４バンプまたはＣｕピラーといったマイクロバンプである場合、端子１２がＢＧＡ用の半田ボールである場合と比較して、サイズが小さくなるため、寄生容量および寄生インダクタンスも小さくなり、高周波信号の伝送が可能となる。しかしながら、端子１２がマイクロバンプである場合、端子１２の高さ（第３方向Ｄ３の長さ）が第１封止部材３の高さよりも小さくなる。したがって、光モジュール１を別の基板に実装するときに、第１封止部材３が対向する位置に凹部または貫通穴を設けてもよい。以上、光モジュール１Ｆについて説明した。光モジュール１Ｆにおいては、第１封止部材３、第２封止部材４および温調素子６の少なくともいずれかを省略することが可能である。例えば、樹脂層７によって、あるいは樹脂層７を覆うようにさらに保護膜を形成することによって光素子５および第２導波路８を水分や他の部品から発生する微量のガスから保護できる場合には、第１封止部材３は省略されてもよい。また、温調素子６に結露の虞が無い場合には、第２封止部材４は省略されてもよい。その場合に、放熱部材４ｂの代わりに外部の放熱部材を熱伝導部材１８および温調素子６に接続して放熱させてもよい。光モジュール１Ｆでは、光素子５と電気素子１７が樹脂層７に埋め込まれ、光素子５と電気素子１７、および、電気素子１７と基板２の電気配線２３が電気配線２１で互いに電気接続されている。しかし、樹脂層７を使用せず、光素子５と電気素子１７、および、電気素子１７と基板２の電気配線２３を例えば伝送線路が形成された配線基板（ブリッジチップ）を用いて互いに電気接続してもよい。このように、光素子５と電気素子１７の集積方法は適宜変更可能である。

【0149】

図１９は、第１２変形例に係る光モジュール１Ｇを示す断面図である。光モジュール１Ｇは、基板４２と、光素子５および電気素子１７が基板４２に対してフェイスダウン実装される点が光モジュール１Ａと異なっている。光モジュール１Ｇにおいて、電気素子１７は、基板４２に形成された凹部４２ｈにおいて第１面１７ｂ（回路面）が基板４２を向くように基板４２に実装されている。

【0150】

例えば、電気素子１７は、第１面１７ｂに形成された電極を有し、当該電極はバンプ３４を介して基板２の第１面２ｂに形成された電極２ｆおよびビア２ｄに熱的に接続されるとともに、電気配線３１および電気配線３３に電気的に接続される。電気素子１７と基板２との間にはアンダーフィル樹脂が充填されていてもよい。電気素子１７は、基板４２の電極２ｆおよびビア２ｄを介して熱伝導部材１８に熱的に接続されている。電気素子１７は、上記の熱的な接続以外では、熱的にフローティングになっており（断熱されており）、熱伝導部材１８によって効率的に放熱される。

【0151】

電気素子１７の第１面１７ｂは、基板４２に固定され、かつ熱伝導部材１８に物理的に接続されている。これに対し、電気素子１７の第２面１７ｃは固定されていない。よって、光素子５と同様、第１面および第２面の両方が固定された構成と比較して、温度変化による電気素子１７に対する応力の影響等を抑えることができる。これにより、電気素子１７および光モジュール１Ｇの信頼性が向上する。

【0152】

光モジュール１Ｇは、光素子５および電気素子１７を互いに電気的に接続する電気配線３３を有する。電気配線３３は、電気素子１７と光素子５との間において高速信号を伝送るための伝送線路を構成する。光モジュール１Ｇは、凹部４２ｈにおいてバンプ３４から第１封止部材３の外部まで延在する電気配線３１を有する。電気配線３１は、凹部４２ｈの底面から凹部４２ｈの外方に延在している。

【0153】

電気配線３１における第１封止部材３の外部に位置する部分には、端子１２が接続されている。電気配線３１は、電気素子１７と光モジュール１Ｇの外部との間において高速信号を伝送するための伝送線路を構成する。例えば、凹部４２ｈの内面のうち、電気配線３１が形成されている部分は、第３方向Ｄ３に対して傾斜している。この場合、反射またはクロストークによる高周波信号の損失を低減できる。なお、光モジュール１Ｇにおいて、基板４２の凹部４２ｈを省略することも可能である。この場合、光素子５および電気素子１７は、基板４２の第１面２ｂに搭載される。

【0154】

図２０は、第１３変形例に係る光モジュール１Ｈを示す断面図である。光モジュール１Ｈは、光素子５および電気素子１７に加えて、第２電気素子６１を備える点が光モジュール１Ａと異なっている。第２電気素子６１は、例えば、基板２の第２面２ｃにフリップチップ実装されている。第２電気素子６１は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。この場合、第２電気素子６１は、パラレル信号とシリアル信号の相互変換を行うＳＥＲＤＥＳ機能、エラー訂正機能、イコライザ機能、およびアナログデジタル変換機能を有する。

【0155】

第２電気素子６１は、基板２に対向する第１面６１ｂと、第１面６１ｂとは反対を向く第２面６１ｃとを有する。光モジュール１Ｈは、第２電気素子６１を基板２に電気的に接続する電極６２を有する。電極６２は、例えば、前述したマイクロバンプである。第２電気素子６１は、電極６２を介してパラレル信号（一例として１００ｃｈの８ＧＢｄ変調信号）を基板２の外部と送受信する。

【0156】

光モジュール１Ｈは、外部接続用の端子６３と、端子６３が固定された第１基板部６４と、第１基板部６４および基板２の間に介在する第２基板部６５とを有する。光モジュール１Ｈは、第１基板部６４および第２基板部６５を有する多層基板を構成している。例えば、第１基板部６４および第２基板部６５は、第１基板部６４および第２基板部６５のそれぞれの面内方向に沿って延在する電気配線と、第３方向Ｄ３に沿って延びるビアを有する絶縁層とによって構成されている。基板２、第１基板部６４、および、第２基板部６５に形成された電気配線によって、第２電気素子６１の電極６２と端子６３が電気接続されている。

【0157】

なお、光モジュール１Ｈにおいて、基板部の構成は、上記の第１基板部６４および第２基板部６５に限られず適宜変更可能である。すなわち、光モジュール１Ｈは、第１基板部６４および第２基板部６５のいずれかを有しなくてもよいし、第１基板部６４および第２基板部６５の他にさらに別の基板部を有していてもよい。第１基板部６４および第２基板部６５は、例えば、ガラス基板である。しかしながら、光モジュール１Ｈは、第１基板部６４および第２基板部６５に代えて、ポリマー等によって構成された有機絶縁膜を有していてもよい。

【0158】

第２電気素子６１は、例えば、電極６２、基板２の第２面２ｃ上に形成された電気配線６６、基板２の第２面２ｃと第１面２ｂとを互いに接続する電気配線（ビア）６７、および、基板２の第１面２ｂ上に形成された電気配線６８を介してシリアル信号（一例として４ｃｈの２００ＧＢｄ変調信号）を電気素子１７と送受信する。例えば、第２電気素子６１は、基板２の外部から受信したパラレル信号をシリアル信号に変換して電気素子１７に送信する。

【0159】

また、第２電気素子６１は、例えば、電気素子１７から受信したシリアル信号をパラレル信号に変換して基板２の外部に送信する。第２電気素子６１が光モジュール１Ｈの外部との信号の送受信を、シリアル信号よりも遅いパラレル信号によって行うことにより、第２電気素子６１と端子６３との間の電気配線を伝達する信号の速度を低く抑えることができる。その結果、半田ボールである端子６３等によるインピーダンスの不整合の影響を低減できるので、光モジュール１Ｈの性能を容易に向上させることができる。端子６３には、マイクロバンプではなく、例えばＢＧＡ用の半田ボールを用いることが可能である。

【0160】

図２１は、第１４変形例に係る光モジュール１Ｊを示す断面図である。光モジュール１Ｊは、第１封止部材７３、及び配線の構成が光モジュール１Ｈと異なっている。光モジュール１Ｊはビアである電気配線７１を有し、電気配線７１は第１気密空間Ｋ１の内部から第１気密空間Ｋ１の外部まで延在している。第３方向Ｄ３に沿って見たときにおける第１封止部材７３の面積は、第３方向Ｄ３に沿って見たときにおける第２封止部材４の面積よりも広い。

【0161】

第１封止部材７３の第１方向Ｄ１の端部は、第２封止部材４の第１方向Ｄ１の端部よりも第２電気素子６１に向かって張り出している。すなわち、第３方向Ｄ３に沿って見たときに、第１封止部材７３の側壁部は、第２封止部材４の側壁部と第２電気素子６１との間に位置する。光モジュール１Ｊは、第１封止部材７３の内部に位置する電気配線７２と、電気配線７２から基板２を第３方向Ｄ３に貫通する電気配線７１とを有する。

【0162】

図２２は、第１５変形例に係る光モジュール１Ｋを示す断面図である。光モジュール１Ｋは、光素子５および電気素子１７が基板８２に対しフェイスダウン実装される点が光モジュール１Ｈと異なっている。光モジュール１Ｋは、凹部８２ｈが形成された基板８２を有する。光モジュール１Ｋは、電気素子１７に電気的に接続されるとともに凹部８２ｈの底面に沿って延在する電気配線８３と、電気配線８３から基板８２を第３方向Ｄ３に貫通するＴＧＶである電気配線８４と、電気配線８４から第２封止部材４の外部に延在する電気配線８５とを有する。

【0163】

電気配線８５は、第２気密空間Ｋ２から、第２電気素子６１に電気的に接続された電極６２まで延在している。凹部８２ｈの底面に沿って延びる電気配線８３から電気配線８４が延在することにより、電気配線８４の長さを基板８２の厚さ（第３方向Ｄ３の長さ）よりも短くできる。その結果、光モジュール１Ｋでは、高周波特性をさらに良好にすることができる。

【0164】

以上、本開示に係る実施形態および種々の変形例について説明した。しかしながら、本発明は、前述の実施形態または種々の変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨の範囲内において適宜変更可能である。例えば、光モジュール１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｊ，１Ｋにおいて、第１封止部材３および第２封止部材４の少なくといずれかは、それらの内部に封止される部品の実装状態あるいは使用環境に応じて省略することが可能である。例えば、光素子５および第２導波路８を覆うように保護膜を形成してそれらを水分や他の部品から発生する微量のガスから保護できる場合には、第１封止部材３は省略されてもよい。また、例えば、水分や他の部品から発生する微量のガス等による光素子５の劣化、および第２導波路８の劣化が問題とならない場合等には、第１封止部材３は省略されてもよい。あるいは、温調素子６に結露の虞が無い場合には、第２封止部材４は省略されてもよい。また、本開示に係る光モジュールは、前述の実施形態、および第１変形例から第１５変形例のうちの複数の例が組み合われたものであってもよい。例えば、本開示に係る光モジュールの各部の構成、形状、大きさ、材料、数および配置態様は、前述した実施形態または変形例に限られず適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0165】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｊ，１Ｋ…光モジュール
２…基板
２ｂ…第１面
２ｃ…第２面
２ｄ…ビア
２ｆ，２ｇ…電極
２ｈ…凹部
２ｊ…底面
２ｋ…内面
２ｍ…外側面
２ｐ…反射防止膜
２ｑ…電気配線
２ｒ…第１側面
２ｓ…段差部
２ｔ…段差面
２ｖ…第２側面
３…第１封止部材
３ｂ…凹部
３ｃ…接続面
３ｄ…底部
３ｆ…側壁部
４…第２封止部材
４ｂ…放熱部材
４ｃ…側壁部
５…光素子
５ｂ…第１面（回路面）
５ｃ…第２面（基板面）
６…温調素子
６ｂ…ペルチェ素子
６ｃ…第１基板
６ｄ…第２基板
７…樹脂層
７ｂ…第１樹脂層
７ｃ…第２樹脂層
７ｄ…第３樹脂層
８…第２導波路
８ｂ…第１レンズ
８ｃ…第２レンズ
９…第１導波路
９ｂ…第１部分
９ｃ…第２部分
１０…バンプ
１１…光ファイバアレイ
１１ｂ…端面
１２…端子
１３…配線基板
１３ｂ…電気配線
１４…ボンディングワイヤ
１７…電気素子
１７ｂ…第１面（回路面）
１７ｃ…第２面（基板面）
１８…熱伝導部材
１８ｂ…第１面
１８ｃ…第２面
１９…第１導波路
２１…電気配線
２２…基板
２３…電気配線
２４…パッド
２５ｂ，２５ｃ…ビア
２６，２７…電気配線
２８…第２導波路
２８ｂ…第１延在部
２８ｃ…第２延在部
２８ｄ…第３延在部
２９…第１導波路
３１…電気配線
３２…基板
３３…電気配線
３４…バンプ
３８…第２導波路
３８ｂ…第１延在部
３８ｃ…第２延在部
３８ｄ…第３延在部
３９…第１導波路
４２…基板
４２ｈ…凹部
４８…第２導波路
４９…第１導波路
５１…光ファイバアレイ
５８…第２導波路
５８ｂ…延在部
５８ｃ…湾曲部
５９…第１導波路
６１…第２電気素子
６１ｂ…第１面
６１ｃ…第２面
６２…電極
６３…端子
６４…第１基板部
６５…第２基板部
６６，６７，６８，７１，７２…電気配線
７３…第１封止部材
８２…基板
８２ｈ…凹部
８３，８４，８５…電気配線
Ｄ１…第１方向
Ｄ２…第２方向
Ｄ３…第３方向
Ｆ１，Ｆ２…光ファイバ
Ｆ２１…湾曲部
Ｆ２２…延在部
Ｇ…接着剤
Ｋ１…第１気密空間
Ｋ２…第２気密空間
Ｌ…光信号
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５…光結合部
θ…傾斜角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】