(57)【要約】【課題】外部から筐体の収容空間に湿気が入ることを抑制するとともに、筐体の収容空間に存在する湿気が筐体の外部に出やすい光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール１は、開口部が形成された筐体１０と、筐体１０の内部に形成される収容空間Ｒ内に固定される光学部品４１〜４６と、筐体１０の開口部を塞ぐ蓋部材２０と、蓋部材２０と筐体１０との間に形成され、筐体１０の収容空間Ｒを外部空間Ｑから封止する封止樹脂３０とを備える。筐体１０は、蓋部材２０を下方から支持する蓋支持部１５を有する。筐体１０の蓋支持部１５上で収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の単位面積当たりの水蒸気吸着速度は、外部空間Ｑに露出する封止樹脂３０の単位面積当たりの水蒸気吸着速度よりも高い。【選択図】図１
2020052316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部が形成された筐体と、
前記筐体の内部に形成される収容空間内に固定される光学部品と、
前記筐体の前記開口部を塞ぐ蓋部材と、
前記蓋部材と前記筐体との間に形成され、前記筐体の前記収容空間を外部空間から封止する封止樹脂と
を備え、
前記筐体は、前記蓋部材を下方から支持する蓋支持部を有し、
前記筐体の前記蓋支持部上で前記収容空間に露出する前記封止樹脂の単位面積当たりの水蒸気吸着速度は、前記外部空間に露出する前記封止樹脂の単位面積当たりの水蒸気吸着速度よりも高い、
光モジュール。
【請求項２】
前記筐体の前記蓋支持部上で前記収容空間に露出する前記封止樹脂の面は、前記外部空間に露出する前記封止樹脂の面よりも親水性を呈する、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光学部品は、
光を出射する発光素子と、
前記発光素子から出射された光を伝搬する光ファイバと、
前記発光素子から出射された光を前記光ファイバに光結合させるレンズと
を含む、請求項１又は２に記載の光モジュール。
【請求項４】
筐体の内部に形成される収容空間内に光学部品を固定し、
前記筐体の開口部を塞ぐ蓋部材と前記筐体との間に、前記筐体の前記収容空間を外部空間から封止する封止樹脂を形成し、
前記筐体の前記収容空間に親水性を付与するための親水性付与ガスを導入し、前記収容空間に露出する前記封止樹脂の面に前記ガスを接触させて前記封止樹脂の面の親水性を向上させる、
光モジュールの製造方法。
【請求項５】
筐体の内部に形成される収容空間内に光学部品を固定し、
前記筐体の開口部を塞ぐ蓋部材と前記筐体との間に、前記筐体の前記収容空間を外部空間から封止する封止樹脂を形成し、
疎水性を付与するための疎水性付与ガスを前記筐体の外部空間に露出する前記封止樹脂の面に接触させて前記封止樹脂の面の疎水性を向上させる、
光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール及びその製造方法に係り、特に筐体内部の収容空間に光部品を固定した光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内部に光学部品が収容された筐体に蓋部材を取り付けた光モジュールが知られている。このような光モジュールにおいては、接着材を用いて光学部品を筐体に固定することが多いが、この接着材が水分を吸収して膨張すると光学部品の位置がずれて光モジュールの光学特性が悪化することが考えられる。このため、筐体と蓋部材との間を透湿性の低い封止樹脂で封止することで、外部空間から筐体の収容空間に湿気が入りにくい構造とした光モジュールが開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、このような従来の光モジュールにおいては、外部空間から筐体の収容空間に湿気が入ることを抑制することだけを考慮して封止樹脂が設計されているため、一度筐体の収容空間に湿気が入ってしまうと、封止樹脂の存在によってこの湿気が外部空間に出にくくなり、結果的に接着材の吸湿膨張を引き起こすことが考えられる。このような問題は、例えば極地方や砂漠、宇宙空間など、外気が極端に乾燥している環境においてはより顕著になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４３８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、外部から筐体の収容空間に湿気が入ることを抑制するとともに、筐体の収容空間に存在する湿気を筐体の外部に排出しやすい光モジュール及びそのような光モジュールを製造する方法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】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、外部から筐体の収容空間に湿気が入ることを抑制するとともに、筐体の収容空間に存在する湿気を筐体の外部に排出しやすい光モジュールが提供される。この光モジュールは、開口部が形成された筐体と、上記筐体の内部に形成される収容空間内に固定される光学部品と、上記筐体の上記開口部を塞ぐ蓋部材と、上記蓋部材と上記筐体との間に形成され、上記筐体の上記収容空間を外部空間から封止する封止樹脂とを備える。上記筐体は、上記蓋部材を下方から支持する蓋支持部を有する。上記筐体の上記蓋支持部上で上記収容空間に露出する上記封止樹脂の単位面積当たりの水蒸気吸着速度は、上記外部空間に露出する上記封止樹脂の単位面積当たりの水蒸気吸着速度よりも高い。
【０００７】
このような構成によれば、筐体の蓋支持部上で筐体の収容空間に露出する封止樹脂の単位面積当たりの水蒸気吸着速度が外部空間に露出する封止樹脂の単位面積当たりの水蒸気吸着速度よりも高いので、筐体の収容空間に存在する湿気が外部空間に出ていきやすい。したがって、例えば外気が極端に乾燥している環境下に光モジュールを置いた場合においても、筐体内部の収容空間の湿気を低減することができ、吸湿による接着材の膨張から引き起こされる光学特性の劣化などを抑制することができる。
【０００８】
上記筐体の上記蓋支持部上で上記収容空間に露出する上記封止樹脂の面は、上記外部空間に露出する上記封止樹脂の面よりも親水性を呈することが好ましい。
【０００９】
上記少なくとも１つの光学部品は、光を出射する発光素子と、上記発光素子から出射された光を伝搬する光ファイバと、上記発光素子から出射された光を上記光ファイバに光結合させるレンズとを含んでいてもよい。この場合には、これらの光部品が収容されている収容空間から湿気が外部空間に出ていきやすいため、収容空間内での結露を抑制することができる。このため、結露によるレンズの曇りによって出力パワーが低下することを抑制することができ、また湿気を外部空間に出すための暖気運転の時間を短縮することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、外部から筐体の収容空間に湿気が入ることを抑制するとともに、筐体の収容空間に存在する湿気を筐体の外部に排出しやすい光モジュールを製造する方法が提供される。この方法によれば、筐体の内部に形成される収容空間内に光学部品を固定し、上記筐体の開口部を塞ぐ蓋部材と上記筐体との間に、上記筐体の上記収容空間を外部空間から封止する封止樹脂を形成する。そして、上記筐体の上記収容空間に親水性を付与するための親水性付与ガスを導入し、上記収容空間に露出する上記封止樹脂の面に上記ガスを接触させて上記封止樹脂の面の親水性を向上させる。
【００１１】
本発明の第３の態様によれば、外部から筐体の収容空間に湿気が入ることを抑制するとともに、筐体の収容空間に存在する湿気を筐体の外部に排出しやすい光モジュールを製造する方法が提供される。この方法によれば、筐体の内部に形成される収容空間内に光学部品を固定し、上記筐体の開口部を塞ぐ蓋部材と上記筐体との間に、上記筐体の上記収容空間を外部空間から封止する封止樹脂を形成する。そして、疎水性を付与するための疎水性付与ガスを上記筐体の外部空間に露出する上記封止樹脂の面に接触させて上記封止樹脂の面の疎水性を向上させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、筐体の蓋支持部上で筐体の収容空間に露出する封止樹脂の単位面積当たりの水蒸気吸着速度が外部空間に露出する封止樹脂の単位面積当たりの水蒸気吸着速度よりも高いので、筐体の収容空間に存在する湿気が外部空間に出ていきやすい。したがって、例えば外気が極端に乾燥している環境下に光モジュールを置いた場合においても、筐体内部の収容空間の湿気を低減することができ、吸湿による接着材の膨張から引き起こされる光学特性の劣化などを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態における光モジュールを模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、親水性を向上させる処理を示す化学式である。
【図３】図３は、疎水性を向上させる処理を示す化学式である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る光モジュールの実施形態について図１から図３を参照して詳細に説明する。なお、図１から図３において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図３においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態における光モジュール１を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態における光モジュール１は、開口部が形成された筐体１０と、筐体１０の開口部を塞ぐ蓋部材２０とを有している。筐体１０は、平板状の基部１２と、基部１２のそれぞれの縁部からＺ方向に延びる側壁１４とを有している。
【００１６】
筐体１０と蓋部材２０とによって、筐体１０の内部に光学部品を収容する収容空間Ｒが形成されている。本実施形態の光モジュール１は半導体レーザモジュールとして構成されており、光モジュール１の収容空間Ｒには、光学部品として、レーザ光を出射する半導体レーザ素子４１と、レーザ光を伝搬する光ファイバ４２を保持するフェルール４３の一部と、フェルール４３が載置されるフェルール載置台４４と、レーザ光を光ファイバ４２に光結合させるレンズ４５，４６とが収容されている。
【００１７】
筐体１０の側壁１４は、蓋部材２０を下方から支持する蓋支持部１５と、蓋支持部１５の外側で＋Ｚ方向に延びる外壁１６とを含んでいる。蓋支持部１５は、Ｚ方向において蓋部材２０の外周部２０Ａに対向しており、外壁１６は、蓋部材２０の周囲を取り囲むように配置されている。側壁１４の蓋支持部１５及び外壁１６と蓋部材２０の外周部２０Ａとの間には、筐体１０の収容空間Ｒを外部空間Ｑから封止する封止樹脂３０が形成されている。この封止樹脂３０によって、蓋部材２０と側壁１４との間の隙間が塞がれて収容空間Ｒが密閉されるとともに、蓋部材２０が筐体１０に固定される。このような封止樹脂３０としては、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂などを用いることができる。
【００１８】
ここで、本実施形態における封止樹脂３０は、蓋支持部１５上で収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面Ｓ1の単位面積当たりの水蒸気吸着速度が外部空間Ｑに露出する面Ｓ2の単位面積当たりの水蒸気吸着速度よりも高くなるように構成されている。これによって、以下に述べるように、外部空間Ｑの湿気が筐体１０の収容空間Ｒに入ることを抑制しつつ、筐体１０の収容空間Ｒに存在する湿気を外部空間Ｑに排出しやすくすることができる。
【００１９】
時間ｔにおける光モジュール１の収容空間Ｒの湿度ｗin（ｔ）は、外部空間Ｑの湿度が光モジュール１の収容空間Ｒの湿度よりも高い場合には、以下の式で表すことができる。
【数１】
2020052316.tif 000003
ここで、ｗoutは外部空間Ｑの湿度、ｗinitは収容空間Ｒの初期湿度、Ｔoutは外部空間Ｑの温度、Ｔinは収容空間Ｒの温度、Ｃ1は外部空間Ｑから収容空間Ｒに向かう方向の透湿速度係数である。
【００２０】
上記透湿速度係数Ｃ1は以下の式で表される。
【数２】
2020052316.tif 000004
ここで、ＮAはアボガドロ定数、ｋBはボルツマン定数、Ｍは水のモル質量、Ｐ1は外部空間Ｑに露出する封止樹脂３０の透湿係数、Ａ1は外部空間Ｑに露出する封止樹脂３０の面積、ｄは湿気が浸透する方向における封止樹脂３０の長さ、Ｖinは収容空間Ｒの体積である。
【００２１】
一方、光モジュール１の収容空間Ｒの湿度が外部空間Ｑの湿度よりも高い場合においては、時間ｔにおける光モジュール１の収容空間Ｒの湿度ｗin（ｔ）は、以下の式により表すことができる。
【数３】
2020052316.tif 000005
【００２２】
Ｃ2は収容空間Ｒから外部空間Ｑに向かう方向の透湿速度係数であり、以下の式で表される。
【数４】
2020052316.tif 000006
ここで、Ｐ2は収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の透湿係数、Ａ2は収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積である。
【００２３】
上記式（１）から（４）から、外部空間Ｑに露出する封止樹脂３０の面積Ａ1と収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面積Ａ2とが等しい場合、収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の透湿係数Ｐ2が外部空間Ｑに露出する封止樹脂３０の透湿係数Ｐ1よりも大きければ、光モジュール１の収容空間Ｒから外部空間Ｑに向けて湿気が透過しやすいということがわかる。ここで、透湿係数Ｐ1，Ｐ2はその面における単位面積当たりの水蒸気吸着速度に比例することが知られている。したがって、本実施形態のように、収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面Ｓ1の単位面積当たりの水蒸気吸着速度を外部空間Ｑに露出する面Ｓ2の単位面積当たりの水蒸気吸着速度よりも高くすることで、筐体１０の収容空間Ｒに存在する湿気を外部空間Ｑに出しやすくすることができる。
【００２４】
ここで、収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面Ｓ1の単位面積当たりの水蒸気吸着速度を外部空間Ｑに露出する面Ｓ2の単位面積当たりの水蒸気吸着速度よりも高くするために、例えば、収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面Ｓ1に表面処理を施して親水性を向上させてもよい。例えば、収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面Ｓ1に親水性を付与するための親水性付与ガスを接触させて親水性を向上させてもよい。
【００２５】
例えば、半導体レーザ素子４１やレンズ４５，４６などの光学部品を筐体１０の基部１２に接着材などを用いて固定し、筐体１０の蓋支持部１５及び外壁１６と蓋部材２０との間に封止樹脂３０を形成した後、図示しないガス源から例えばフッ素ガス及び酸素からなる親水性付与ガスを筐体１０の収容空間Ｒ内に導入してもよい。この場合には、図２に示すように、ラジカル化したフッ素と酸素を封止樹脂３０の表面Ｓ1の分子と反応させて水素を引き抜き（４ＲＨ3＋４Ｆ・＋５Ｏ2→４ＲＯＦ＋６Ｈ2Ｏ）、加水分解することで封止樹脂３０の表面Ｓ1の分子に親水基であるカルボキシル基を導入することができる（ＲＯＦ＋Ｈ2Ｏ→ＲＯ2Ｈ＋ＨＦ）。また、親水性付与ガスとしてフッ素ガス及び亜硫酸ガスを用いてもよく、この場合には、親水基としてスルホン酸基が封止樹脂３０の表面Ｓ1の分子に導入される。その他の親水基としては水酸基やカルボニル基が挙げられる。このように、封止樹脂３０の表面Ｓ1の分子にカルボキシル基やスルホン酸基などの親水基を導入することにより、封止樹脂３０の表面Ｓ1の親水性を向上させることができる。なお、上述した化学反応式においてＲは炭化水素基を表しており、Ｒには炭素も含まれるものである（以下の化学反応式において同じ）。
【００２６】
また、収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面Ｓ1の単位面積当たりの水蒸気吸着速度を外部空間Ｑに露出する面Ｓ2の単位面積当たりの水蒸気吸着速度よりも高くするために、例えば、外部空間Ｑに露出する封止樹脂３０の面Ｓ2に表面処理を施して疎水性を向上させてもよい。例えば、疎水性を付与するための疎水性付与ガスをプラズマ化して、光モジュール１の外部からプラズマ化した疎水性付与ガスを封止樹脂３０の面Ｓ2に接触させ、封止樹脂３０の面Ｓ2の疎水性を向上させてもよい。
【００２７】
例えば、半導体レーザ素子４１やレンズ４５，４６などの光学部品を筐体１０の基部１２に接着材などを用いて固定し、筐体１０の蓋支持部１５及び外壁１６と蓋部材２０との間に封止樹脂３０を形成した後、例えばフッ素ガスからなる疎水性付与ガスをプラズマ化し、プラズマ化したフッ素ガスを筐体１０の外側から封止樹脂３０の面Ｓ2に接触させ、封止樹脂３０の面Ｓ2の疎水性を向上させてもよい。この場合には、図３に示すように、ラジカル化したフッ素を封止樹脂３０の表面Ｓ2の分子と反応させて水素を引き抜き、疎水基であるフルオロカーボン結合を形成することができる（ＲＨ3＋６Ｆ・→ＲＦ3＋３ＨＦ）。
【００２８】
さらに、上述した親水性付与ガスを用いて収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面Ｓ1の親水性を向上させるとともに、上述した疎水性付与ガスを用いて外部空間Ｑに露出する封止樹脂３０の面Ｓ2の疎水性を向上させてもよい。
【００２９】
このように、上述した表面処理によって、収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の面Ｓ1の単位面積当たりの水蒸気吸着速度を外部空間Ｑに露出する面Ｓ2の単位面積当たりの水蒸気吸着速度よりも高くすることができる。これにより、収容空間Ｒに露出する封止樹脂３０の透湿係数Ｐ2を外部空間Ｑに露出する封止樹脂３０の透湿係数Ｐ1よりも大きくすることができるので、封止樹脂３０によって外部空間Ｑの湿気が筐体１０の収容空間Ｒに入ることを抑制できるとともに、筐体１０の収容空間Ｒに存在する湿気を外部空間Ｑに排出しやすくなる。したがって、例えば外気が極端に乾燥している環境下に光モジュール１を置いた場合においても、筐体１０内部の収容空間Ｒの湿気を低減することができ、吸湿による接着材の膨張から引き起こされる光学特性の劣化などが抑制される。
【００３０】
また、本実施形態の光モジュール１のような半導体レーザモジュールの場合には、半導体レーザ素子４１、光ファイバ４２、レンズ４５，４６などの光学部品が収容されている収容空間Ｒから湿気を外部空間Ｑに排出しやすいため、収容空間Ｒ内での結露を抑制することができる。このため、結露によるレンズ４５，４６の曇りによって光モジュール１の出力パワーが低下することを抑制することができる。また、湿気を外部空間Ｑに排出するための暖気運転の時間を短縮することができる。
【００３１】
上述した実施形態では、本発明に係る光モジュールを半導体レーザモジュールに適用した例を説明したが、これに限られるものではなく、内部の収容空間を外部空間から封止する必要のある任意の光モジュールに本発明を適用することができる。
【００３２】
本明細書において使用した用語「上」、「下方」、その他の位置関係を示す用語は、図示した実施形態との関連において使用されているのであり、装置の相対的な位置関係によって変化するものである。
【００３３】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３４】
１      光モジュール
１０      筐体
１２      基部
１４      側壁
１５      蓋支持部
１６      外壁
２０      蓋部材
２０Ａ    外周部
３０      封止樹脂
４１      半導体レーザ素子
４２      光ファイバ
４３      フェルール
４４      フェルール載置台
４５，４６      レンズ
Ｑ      外部空間
Ｒ      収容空間
【図１】
2020052316.tif 000007
【図２】
2020052316.tif 000008
【図３】
2020052316.tif 000009