(57)【要約】 【課題】基板上で大きなスペースを占有することなく、光ファイバの端部の位置合わせが容易で、接続及び接続解除を自在にできる光学接続構造を提供する。【解決手段】カソード極とアノード極が交互に形成されたくし型電極と、電気絶縁性樹脂層と、導電性膜と、受発光素子とがこの順に積層され、くし型電極の各電極と受発光素子の電極パッドがボンディングワイヤで接続されている受発光素子チップ。また、この受発光素子チップの製造方法であって、前記くし型電極は、電極連結部およびくし部からなり、くし型電極と、電気絶縁性樹脂層と、導電性膜と、受発光素子とをこの順に積層し、電極連結部を切断して除去し、くし部のみを単体の電極とする。さらに、この受発光素子チップと、光ファイバと、受発光素子チップ及び光ファイバを実装する支持基板とから構成される光学接続構造。【選択図】図１
2010080847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード極とアノード極が交互に形成されたくし型電極と、電気絶縁性樹脂層と、導電性膜と、受発光素子とがこの順に積層され、
上記くし型電極の各電極と上記受発光素子の電極パッドがボンディングワイヤで接続されていることを特徴とする受発光素子チップ。
【請求項２】
請求項１に記載の受発光素子チップと、光ファイバと、上記受発光素子チップ及び上記光ファイバを実装する支持基板とから構成されることを特徴とする光学接続構造。
【請求項３】
前記光ファイバは、光ファイバ把持機構を有する接続部材に装着されることを特徴とする請求項２に記載の光学接続構造。
【請求項４】
前記光ファイバ把持機構は、接続部材に装着されたカム状部材であることを特徴とする請求項３に記載の光学接続構造。
【請求項５】
前記光ファイバと、前記受発光素子の受発光部が屈折率整合部材により接続されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の光学接続構造。
【請求項６】
請求項２に記載の光学接続構造における前記支持基板上に、受発光素子駆動用ＩＣチップと、他のプリント基板に実装するための電極がさらに設けられていることを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項７】
前記他のプリント基板に実装するための電極は、ボールグリッドアレイハンダであることを特徴とする請求項６に記載の光伝送モジュール。
【請求項８】
カソード極とアノード極が交互に形成されたくし型電極と、電気絶縁性樹脂層と、導電性膜と、受発光素子とがこの順に積層され、上記くし型電極の各電極と上記受発光素子の電極パッドがボンディングワイヤで接続されている受発光素子チップの製造方法であって、
前記くし型電極は、電極連結部およびくし部からなり、
上記くし型電極と、前記電気絶縁性樹脂層と、前記導電性膜と、前記受発光素子とをこの順に積層し、
上記電極連結部を切断して除去し、上記くし部のみを単体の電極とすることを特徴とする受発光素子チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学接続構造に関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板上で受発光素子等の光機能部品を接続するために、光伝送媒体を有する光学接続構造が用いられている。光学接続構造には、フェルールに光伝送媒体である光ファイバを装着して基板に沿って光機能部品に突き合わせるといった基板と平行方向に接続するものと、基板に対し垂直方向に開口された接続点を持つ光機能部品に光ファイバの先端を斜めに切断するか屈曲させて接触させるといった基板と垂直方向に接続するものとがある。
【０００３】
基板と平行方向に接続する光学接続構造では、一般的にハウジングやフェルールを備えた光コネクタ等が使用され、位置合わせをして突き合わせることにより安定して接続を行うことができる。しかしながら、ハウジングやフェルールが基板上で大きなスペースを占有してしまうという問題点があった。
【０００４】
また、基板と垂直方向に接続する光学接続構造では、光ファイバを折り曲げて光ファイバの断面を光機能部品に突き当てることが必要になるなど、接続が困難であり、この際の光ファイバの有効な位置合わせ方法がなかった。そのため、安定して接続を行うことが難しく、例えば光機能部品と光ファイバとの接触の際に、本来の接続位置から外れてしまったり、光機能部品を破損させる恐れがあった。さらに、位置合わせが完了し、正確に接続ができた場合でも、光ファイバが垂直方向に曲げられているため、光ファイバ自身の復元力によって、光ファイバが固定位置から浮いてしまう傾向があり、問題となっていた。
【０００５】
光ファイバを基板に垂直に接続させるために、レンズ等の反射層を用いて、光ファイバ断面と光機能部品を非接触で光学接続させることも可能であるが、部品点数が多くなり、反射層と光機能部品、光伝送媒体との位置合わせで接続にかかる時間も長くなり、高コストになる問題点があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、上記のような光ファイバと光機能部品の垂直接続の問題点を解消するため、光機能部品を基板上に直接実装せず、光機能部品を垂直に立てた状態で基板に固定し、これに光ファイバを基板と平行方向に位置合わせして、接続する方法が知られている。
【０００７】
しかしながら、光機能部品を垂直に立てた場合、基板上の回路あるいは光機能部品駆動用ＩＣ等の他の部品に対して光機能部品の電極を接続するために、立体的な配線が必要となり、配線が煩雑であるばかりか、基板上でスペースを要するという問題が生じてしまう。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−０２６５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、基板上で大きなスペースを占有することなく、光ファイバの端部の位置合わせが容易で、接続及び接続解除を自在にできる光学接続構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の受発光素子チップは、カソード極とアノード極が交互に形成されたくし型電極と、電気絶縁性樹脂層と、導電性膜と、受発光素子とがこの順に積層され、くし型電極の各電極と受発光素子の電極パッドがボンディングワイヤで接続されていることを特徴としている。
【００１１】
本発明の光学接続構造は、上記の受発光素子チップと、光ファイバと、受発光素子チップ及び光ファイバを実装する支持基板とから構成されることを特徴としている。
【００１２】
上記光学接続構造においては、光ファイバは、光ファイバ把持機構を有する接続部材に装着されること、この光ファイバ把持機構が接続部材に装着されたカム状部材であること、および、光ファイバと受発光素子の受発光部が屈折率整合部材により接続されていることを好ましい態様としている。
【００１３】
また、本発明の光伝送モジュールは、上記光学接続構造における支持基板上に、受発光素子駆動用ＩＣチップと、他のプリント基板に実装するための電極がさらに設けられていることを特徴としており、他のプリント基板に実装するための電極は、ボールグリッドアレイハンダであることを好ましい態様としている。
【００１４】
本発明の受発光素子チップの製造方法は、カソード極とアノード極が交互に形成されたくし型電極と、電気絶縁性樹脂層と、導電性膜と、受発光素子とがこの順に積層され、上記くし型電極の各電極と上記受発光素子の電極パッドがボンディングワイヤで接続されている受発光素子チップの製造方法であって、くし型電極は、電極連結部およびくし部からなり、くし型電極と、電気絶縁性樹脂層と、導電性膜と、受発光素子とをこの順に積層し、電極連結部を切断して除去し、くし部のみを単体の電極とすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の受発光素子チップを用いた光学接続構造によれば、受発光素子がアノードとカソードが交互に形成されたくし型電極を備えているので、受発光素子チップを基板に垂直に立てて接続する場合にも、くし型電極を受発光素子駆動用ＩＣチップの電極部に直接配線することができ、配線のスペースを節約し、光学接続構造の小型化を図ることができる。
【００１６】
また、上記受発光素子チップの製造方法によれば、くし型電極が電極連結部およびくし部からなり、電極連結部を切断して除去し、くし部のみを単体の電極としているので、複数の電極を個別に形成する必要がなく、光学接続構造の製作における省力化を実現することができる。
【００１７】
さらに、本発明の光学接続構造によれば、光ファイバが曲げられずに基板と平行に受発光素子の受発光部に向けて位置合わせされているので、基板上で大きなスペースを占有することがなく、光学接続構造の小型化を図ることができる。
【００１８】
さらに、光ファイバの端部の位置合わせが容易で、接続及び接続解除を自在にできるため、光ファイバの接続を安全かつ確実に行うことができるなど、光ファイバ取り付け作業性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、図面を用いて本発明の光学接続構造の実施形態について具体的に説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の受発光素子チップを示した図である。図１（ａ）および（ｂ）は電極形成前であり、（ｃ）は電極形成後である。図１（ａ）および（ｂ）に示すように、電極連結部２３ａおよびくし部（電極）２３ｂからなるくし型電極２３上には、電気絶縁性樹脂層２２、導電性膜２１、受発光素子２０が順に積層される。
【００２０】
次に、受発光素子２０の電極パッド２０ａとくし部２３ｂとがボンディングワイヤでそれぞれ電気的に接続される。また、受発光素子２０のアース部は導電性膜２１に接続されているので、導電性膜２１とくし部２３ｂを同様に接続することによって、受発光素子２０のアース部もくし部２３ｂに電気的に接続される。続いて、図１（ｃ）に示すように、くし型電極２３の電極連結部２３ａが除去される。これにより、くし部２３ｂが残存して、それぞれが独立した個々の電極となる。
【００２１】
このような受発光素子によれば、電極であるくし部２３ｂを１個ずつ受発光素子上に形成する場合と比較して、くし型電極２３として設置して電極連結部２３ａを除去するのみで、電極を一度に形成することができ、製造工程の省力化を図ることができる。また、例えば図２に示すように、受発光素子を垂直に立てた場合において、受発光素子駆動用ＩＣチップ２４の電極２５とくし部２３ｂを直接接続することができ、受発光素子駆動用ＩＣチップと受発光素子を複雑な立体配線によって接続する必要がなくなり、光学接続構造の省スペース化を図ることができる。
【００２２】
上記の実施形態においては、電気絶縁性樹脂層２２は、層構造であってもよい。その際、層は基材と接着剤により構成されてもよく、その樹脂の化学構造にはなんら制限はない。
【００２３】
導電性膜２１は、導電性があれば特に制限はなく、金、銅、ニッケル等の金属や、樹脂に金属添加材を加えたものでもよい。
【００２４】
受発光素子２０としては、平面形状の物が好ましく、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）やＰＤアレイ等が好ましく使用される。
【００２５】
くし型電極の材料としては、電極として使用できるものであれば特に制限はなく、金属製の物が好ましく使用される。
【００２６】
図３は、上述した受発光素子および受発光素子駆動用ＩＣチップを実装した光学接続構造の実施形態を示す図である。上述のように受発光素子２０には導電性膜２１、電気絶縁性樹脂層２２およびくし型電極２３が順に積層されて垂直に立てられ、直接受発光素子駆動用ＩＣチップ２４の電極部２５に接続されている。また、これらは、ＩＣチップ支持基板１１を介して支持基板１０上に固定されている。
【００２７】
さらに、支持基板１０上には、光ファイバ支持基板１２が固定されており、光ファイバ支持基板１２上には、カバー層４で互いに固定された少なくとも１本の光ファイバ３１がハウジング６内に設けられており、これら光ファイバ３１は受発光素子２０の受発光部２０ｂに対して位置合わせされて固定されている。ハウジング６内の光ファイバ３１は、光ファイバ把持機構、例えば本実施形態ではカム状部材６を下ろすことによって光ファイバ支持基板１２に対して押圧されており、光ファイバ支持基板１２からの浮き上がりが抑制される。
【００２８】
この形態によれば、受発光素子を垂直に立てて受発光素子駆動用ＩＣチップと直接接続されていることによる光学接続構造の省スペース化の効果に加え、光ファイバを曲げて位置合わせする必要がなく、支持基板と平行な方向に真っ直ぐな状態で、光ファイバと受発光素子の位置合わせおよび接続を行うことができるという効果が得られる。また、カム状部材によって、光ファイバの脱落を抑制するという効果を奏する。
【００２９】
本発明における支持基板１０は、支持基板に対して平行方向に光軸が向くように受発光素子２が垂直に実装されていることが必須であるが、その他は、電子部品等を実装した一般公知のプリント基板である。
【００３０】
本発明における光ファイバ３１は、単心の光ファイバに限られず、光ファイバを複数本テープ化したテープ心線等でもよく、一度に接続される光ファイバの数量に制限はない。このような光ファイバとしては、プラスチックファイバ等を好適に用いることができるが、これは、簡単に加工できる光ファイバの一例であり、その材料は限定されない。また、光ファイバとして、光導波路を用いることができ、その形状および材質は、適宜選択して使用することができる。さらに、光ファイバにおける屈折率分布は、ステップ分布やグレーテッド分布等、使用目的により適宜選択することができる。
【００３１】
本発明におけるカバー層４は、光ファイバ３１を固定することができるものであれば、材質、形状等については特に限定されない。また、本発明においては、光ファイバとして、樹脂フィルム等により複数本の光ファイバを束ねた光ファイバ束を用いた場合には、この樹脂フィルムを固定部材として用いることもできる。
【００３２】
本発明における支持基板、ＩＣチップ支持基板、光ファイバ支持基板、カバー層、ハウジング、カム状部材に用いられる材料は、接続される光ファイバの材料や、要求される強度や位置合わせ精度により適宜選択されるが、特に熱的寸法変化が小さいプラスチック、セラミック、金属等で作製されたものが好ましく使用される。プラスチック材料としては、結晶性高分子、非晶性高分子、複合材料等を用いることができる。結晶性高分子としては、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等が好ましく、非晶性高分子としては液晶ポリマー等が好ましく、複合材料としては、ガラス混入エポキシ材料等が好ましい。なお、プラスチック材料は、ハンダリフローに耐えうるものが好ましい。
【００３３】
本発明における光学接続構造は、受発光素子、および光ファイバのレイアウトによっては、上下逆転して使用することも可能であり、基板の設置方向は特に限定されない。
【００３４】
さらに、本発明においては、光ファイバ３１と受発光素子２０との間に、屈折率整合材を挿入して両者を接続することができる。この屈折率整合材としては、本発明の光学接続構造が用いられる環境条件や製造プロセス等に合わせて適宜選択されたものを使用することができる。なお、屈折率整合材は、液状でも固体状でも良く、例えばオイル状、グリス状、ジェル状、フィルム状でもよい。
【実施例】
【００３５】
図１（ｂ）に示すような電極本数８本、電極幅８０μｍ、電極間ピッチ１２５μｍのくし型電極を作製し、電気絶縁性接着剤（サンユレック社製、ＧＲＳ−８１２）を膜厚５０μｍで塗布した銅薄膜を上記で作製したくし型電極に図１（ａ）のように貼付した。また、２５０μｍピッチ１×４面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイ（Ｏｐｔｏｗｅｌｌ社製、マルチモード、波長８５０ｎｍ）を銅薄膜上に導電性接着剤（スリーボンド社製３３０１）で貼付、固定した。さらに、面発光レーザ上の電極パットとくし型電極を１本おきに、また残りの電極と銅薄膜を金線でワイヤーボンディングした。その後、くし型電極の電極連結部とくし部を切断し、図１（ｃ）の受発光素子チップを作製した。
【００３６】
次に、上記で作製した受発光素子チップと受発光素子駆動用ＩＣチップを電気絶縁性接着剤で固定し、受発光素子チップ電極とＩＣチップ電極部を図２のようにハンダにより接合し、固定した。
【００３７】
図３に示すハウジングおよびカム部は、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）により形成され、カム部をステンレス製のシャフトによりハウジングに取り付けた。
【００３８】
光ファイバは、石英マルチモード光ファイバ心線（古河電工社製、外径２５０μｍ）を用い、シリコーンゴム（信越シリコーン社製、ＫＥ−３４８）により４本連結させ、その後樹脂被覆を除去し、剥き出しにされた石英光ファイバ素線（外径１２５μｍ）を樹脂被覆から４ｍｍの箇所でカットした。
【００３９】
受発光素子駆動用ＩＣチップは、電気配線された支持基板にハンダにより電気接合、固定し、その後ハウジングと受発光素子を位置合わせし、ハウジングを支持基板に電気絶縁性エポキシ系接着剤により固定した。
【００４０】
光ファイバは、ハウジングに挿入され、受発光素子受発光部と位置合わせされた後、ハウジングとカム部により把持され、固定された。
【００４１】
上記のようにして作製された図３の光学接続構造の支持基板電気配線部にバイアス電圧と周波数１０Ｇｂｐｓの電気信号と印加したところ、光ファイバ末端から出力１ｍＷで周波数１０Ｇｂｐｓの光信号が観測できた。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
光学接続構造において、光ファイバと受発光素子を精度良く接続すると共に、省スペース化、接続および接続解除の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の受発光素子への電極形成工程を示す模式図であって、（ａ）は電極形成前の側面図、（ｂ）は電極形成前の正面図、（ｃ）は電極形成後の正面図である。
【図２】本発明の受発光素子と受発光素子駆動用ＩＣチップの接続を示す側面図である。
【図３】本発明の光学接続構造による接続例を示した側面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…支持基板、１１…ＩＣチップ支持基板、１２…光ファイバ支持基板、２０…受発光素子、２０ａ…電極パッド、２０ｂ…発光部、２１…導電性膜、２２…電気絶縁性樹脂層、２３…くし型電極、２３ａ…電極連結部、２３ｂ…くし部（電極）、２４…受発光素子駆動用ＩＣチップ、２５…ＩＣチップ電極部、３０…光ファイバ被覆部、３１…光ファイバ、４…カバー層、５…カム状部材、６…ハウジング
【図１】
2010080847.tif 000003
【図２】
2010080847.tif 000004
【図３】
2010080847.tif 000005