(57)【要約】（１）サブマウント基板の側面に発光素子、受光素子を実装し、該サブマウント基板をプリント基板上に、発光素子及び受光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する工程；（２）光導波路を位置合わせする工程；（３）光導波路端部及び発光素子又は受光素子を含むサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、さらに該樹脂液を硬化させる工程；の各工程を順に行って光通信モジュールを作製する光通信モジュールの製造方法。本発明に拠れば、薄型化、小型化でき、かつ低コストな光通信モジュールが提供可能である。
2008139763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板と、発光素子と受光素子の一方又は両方を側面に実装してなるサブマウント基板と、前記発光素子と受光素子との間に、これらの素子と光結合可能に設けられた光導波路とを有してなり、前記発光素子及び前記受光素子は、前記サブマウント基板を介して、それらの発光及び受光方向が前記プリント基板と平行となるように前記プリント基板上に実装され、且つ前記サブマウント基板の発光素子及び受光素子と、これらに隣接した前記光導波路の端部とが、樹脂により覆われている光通信モジュール。
【請求項２】
前記樹脂が、ＵＶ硬化型樹脂である請求項１に記載の光通信モジュール。
【請求項３】
前記光導波路が、石英ガラスファイバ、ポリマークラッドファイバ、プラスチックファイバから選択される１種又は２種以上である請求項１又は２に記載の光通信モジュール。
【請求項４】
前記光導波路が、石英ガラスファイバ又はポリマークラッドファイバであり、前記樹脂の硬化後の屈折率が１．４０〜１．６０の範囲内である請求項１〜３のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項５】
前記光導波路が、石英ガラスからなるコア径が１００μｍ以下であるポリマークラッドファイバである請求項１〜４のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項６】
前記光導波路がテープ形状をなすファイバテープであり、且つ該ファイバテープに位置合わせ用のアライメントマークが設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項７】
（１）サブマウント基板の側面に発光素子、受光素子を実装し、該サブマウント基板をプリント基板上に、発光素子及び受光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する工程；（２）光導波路を位置合わせする工程；（３）光導波路端部及び発光素子又は受光素子を含むサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、さらに該樹脂液を硬化させる工程；の各工程を順に行って光通信モジュールを作製する光通信モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記樹脂が、ＵＶ硬化型樹脂である請求項７に記載の光通信モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記光導波路が、石英ガラスファイバ、ポリマークラッドファイバ、プラスチックファイバから選択される１種又は２種以上である請求項７又は８に記載の光通信モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記光導波路が、石英ガラスファイバ又はポリマークラッドファイバであり、前記樹脂の硬化後の屈折率が１．４０〜１．６０の範囲内である請求項７〜９のいずれかに記載の光通信モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記光導波路が、石英ガラスからなるコア径が１００μｍ以下であるポリマークラッドファイバである請求項７〜１０のいずれかに記載の光通信モジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記光導波路がテープ形状をなすファイバテープであり、且つ該ファイバテープに位置合わせ用のアライメントマークを設ける請求項７〜１１のいずれかに記載の光通信モジュールの製造方法。
【請求項１３】
プリント基板と、発光素子と受光素子の一方又は両方を側面に実装してなるサブマウント基板と、前記発光素子と受光素子との間に、これらの素子と光結合可能に設けられた光導波路とを有してなり、前記発光素子及び前記受光素子は、基板に接すべき面と、発光又は受光する面とが表裏の位置にあって、実装した基板に対して垂直方向に発光又は受光する構造であり、前記発光素子及び前記受光素子は、前記サブマウント基板を介して、それらの発光及び受光方向が前記プリント基板と垂直でない方向になるように、前記プリント基板上に実装され、且つ前記サブマウント基板全体と発光素子全体及び受光素子全体と、これらに隣接した前記光導波路の端部とが、樹脂により一括して覆われている光送受信装置。
【請求項１４】
前記樹脂は、前記プリント基板の一部も覆っている請求項１３に記載の光送受信装置。
【請求項１５】
前記発光素子及び受光素子に通電させるためのボンディングワイヤが前記樹脂により一括して覆われている請求項１３又は１４に記載の光送受信装置。
【請求項１６】
前記光導波路が、石英ガラスファイバ、ポリマークラッドファイバ、プラスチックファイバ、ポリマーウェイブガイドからなる群から選択される１種又は２種以上である請求項１３〜１５のいずれかに記載の光送受信装置。
【請求項１７】
前記光導波路が石英ガラスファイバであり、一括で覆っている樹脂の硬化後屈折率は、１．４０〜１．６０の範囲である請求項１３〜１６のいずれかに記載の光送受信装置。
【請求項１８】
前記発光素子と受光素子の受発光方向が、前記プリント基板に対して平行である請求項１３〜１７のいずれかに記載の光送受信装置。
【請求項１９】
前記樹脂が２層又は３層以上からなっている請求項１３〜１８のいずれかに記載の光送受信装置。
【請求項２０】
２層又は３層以上の樹脂の最も外側の樹脂層に熱伝導性フィラーが混合された請求項１９に記載の光送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、受光素子と光導波路を結合してなる光通信モジュールとその製造方法及び光送受信装置に関する。
本願は、２００７年５月１４日に日本国に出願された特願２００７−１２７８１０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
光通信モジュールは、小型で低価格であることが望まれている。この光通信モジュールに用いる発光素子として、近年、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザー）が検討されている。ＶＣＳＥＬのベアチップは一般に、その製法の都合上、図１に示すように、発光部がある面及び発光部の裏面にアノードとカソードが設けられた構成になっている。図１中、符号１はカソード、２はアノード、３は光出射部、４はＶＣＳＥＬ、５はボンディングワイヤである。本例示において、アノード２は、チップ背面全体がベタの電極になっている。なお、本例示に限らず、アノード２とカソード１とが逆のチップもある。
従って、従来構造のプリント基板に、前記ＶＣＳＥＬ４のような発光素子を実装して光通信モジュールを作製する場合、プリント基板に対し、垂直方向にしか発光させることができなかった。また、受光素子についても同様であり、プリント基板に対し、垂直方向からしか受光することができなかった。【０００３】
このような発光素子及び受光素子をプリント基板上に実装し、これに光導波路を結合させるには、下記（Ａ），（Ｂ）のような方式が用いられる。
（Ａ）図２に示すように、ＩＣ１２やＶＣＳＥＬ１４が実装されたプリント基板１５に対し垂直に光導波路１１を配置し、ＶＣＳＥＬ１４の光出射部１３と結合させる方式。
（Ｂ）図３に示すように、ＩＣ２２やＶＣＳＥＬ２４が実装されたプリント基板２５に対し水平に光導波路２１を配置し、光導波路２１先端に４５°の傾斜を付けたミラーなどを設け、ＶＣＳＥＬ２４の光出射部２３から出射した光を該ミラーで反射させて光導波路２１に入射させて結合させる方式。【０００４】
本発明に関する従来技術としては、例えば、特許文献１〜４に開示された技術が挙げられる。【０００５】
近年、サーバーなどの高速通信機器、自動車内光配線、携帯電話など小型電子機器に光配線が適用されつつある。これらの機器は小型化と低コスト化がすすみ、それに伴い、光送受信装置にも小型化と低コスト化の要求が強い。光送受信装置に用いる発光素子としては、レーザーダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）が用いられている。また、受光素子としては、フォトダイオードが用いられている。光導波路には、ファイバ型やシート型の導波路が用いられ、材質は石英ガラス、ポリマーなどがある。光送受信装置において、受発光素子と光導波路の結合の構造と手法は、様々な方式が検討されている（例えば、特許文献５〜８参照。）
【特許文献１】特開２００４−３０９５７０号公報
【特許文献２】特開２００５−１３４６００号公報
【特許文献３】特開２００４−２５３６３８号公報
【特許文献４】特開２００５−２８４２４８号公報
【特許文献５】特開２００６−１１１７９号公報
【特許文献６】特開２００５−２０２０２５号公報
【特許文献７】特許第３３９２７４８号公報
【特許文献８】特開平８−２２０３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜４に開示された従来構造の光通信モジュールにおいて、発光素子と光導波路とを結合させる場合、基板上の最大高さは必然的に大きくなり、小型化が進む通信機器や、携帯電話、ノートパソコンなどのモバイル民生品への搭載が困難になるという問題があった。
また、光導波路端に４５°ミラーを設けた構造では、若干、基板上の高さは低くできるものの、製品コストが高くなってしまう問題があった。【０００７】
また、特許文献５〜８に開示された従来技術には、次のような問題がある。
特許文献５は、図３に示すように、ＩＣ２２やＶＣＳＥＬ２４が実装されたプリント基板２５に対し水平に光導波路２１を配置し、光導波路２１先端に４５°の傾斜を付けたミラーなどを設け、ＶＣＳＥＬ２４の光出射部２３から出射した光を該ミラーで反射させて光導波路２１に入射させて結合させる方式が開示されている。しかし、この方式では、４５°ミラーの形成に多くの時間とコストがかかり、問題となっている。また、４５°ミラー面での拡散や、光路長の延長により、ＶＣＳＥＬ２４と光導波路２１の光軸合わせにも多くの時間とコストがかかり問題となっている。ミラーやレンズを取り付ける体積や、ミラーやレンズを機能させる空間（焦点距離）が必要なため、小型化には不向きである。【０００８】
特許文献６は、発光デバイスから出射した光を導波路に入射し、導波路出射端で出力を受光デバイスでモニタし、その出力が最大になるように発光デバイス、受光デバイス、導波路を相対的に移動し、固定するという手法である。しかし、この方法は、調整に大変時間がかかり、特に複数の光導波路を接続しようとすると効率が悪く、コスト増の原因となってしまう。【０００９】
特許文献７は、光源としてＬＤを用いている。シリコン基板（サブマウントに相当）にＬＤを実装し、ＬＤ全体と、導波路端部と、ボンディングワイヤの一部を樹脂で覆っている。しかし、シリコン基板は放熱を目的としており、ＬＤの発光方向を調整するものではない。まや、シリコン基板（サブマウント）全体は樹脂により覆われていないので、シリコン基板のステム（プリント基板に相当）への接合強度を向上させる機能もない。また、ボンディングワイヤの一部が樹脂から露出しているので、ボンディングワイヤの保護機能はない。また、ＶＣＳＥＬを使用していないので、消費電力が高く、高価である。【００１０】
特許文献８は、光源としてＬＤを用いている。シリコン基板（サブマウントに相当）にＬＤを実装し、ＬＤ全体と、導波路端部と、シリコン基板全体を樹脂で覆っている。しかし、シリコン基板は放熱を目的としており、ＬＤの発光方向を調整するためのものではない。また、ＶＣＳＥＬを使用していないので、消費電力が高く、高価である。【００１１】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、薄型化、小型化でき、かつ低コストな光通信モジュール及び光送受信装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するため、本発明は、プリント基板と、発光素子と受光素子の一方又は両方を側面に実装してなるサブマウント基板と、前記発光素子と受光素子との間に、これらの素子と光結合可能に設けられた光導波路とを有してなり、前記発光素子及び前記受光素子は、前記サブマウント基板を介して、それらの発光及び受光方向が前記プリント基板と平行となるように前記プリント基板上に実装され、且つ前記サブマウント基板の発光素子及び受光素子と、これらに隣接した前記光導波路の端部とが、樹脂により覆われている光通信モジュールを提供する。【００１３】
また本発明は、（１）サブマウント基板の側面に発光素子、受光素子を実装し、該サブマウント基板をプリント基板上に、発光素子及び受光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する工程；（２）光導波路を位置合わせする工程；（３）光導波路端部及び発光素子又は受光素子を含むサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、さらに該樹脂液を硬化させる工程；の各工程を順に行って光通信モジュールを作製する光通信モジュールの製造方法を提供する。【００１４】
また本発明は、プリント基板と、発光素子と受光素子の一方又は両方を側面に実装してなるサブマウント基板と、前記発光素子と受光素子との間に、これらの素子と光結合可能に設けられた光導波路とを有してなり、前記発光素子及び前記受光素子は、基板に接すべき面と、発光又は受光する面とが表裏の位置にあって、実装した基板に対して垂直方向に発光又は受光する構造であり、前記発光素子及び前記受光素子は、前記サブマウント基板を介して、それらの発光及び受光方向が前記プリント基板と垂直でない方向になるように、前記プリント基板上に実装され、且つ前記サブマウント基板全体と発光素子全体及び受光素子全体と、これらに隣接した前記光導波路の端部とが、樹脂により一括して覆われている光送受信装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光通信モジュールは、発光素子及び前記受光素子がサブマウント基板を介して、それらの発光及び受光方向が前記プリント基板と平行となるようにプリント基板上に実装し、サブマウント基板の発光素子及び受光素子と光導波路の端部とを樹脂で覆って固定した構成なので、プリント基板と平行方向に発光及び受光が可能となり、光通信モジュールの低背化（薄型化）、小型化を実現できる。
また、発光及び受光方向を変更するためのミラーなどの余分な光学部品が不要であり、薄型で小型の光通信モジュールを安価に提供できる。【００１６】
本発明の光通信モジュールの製造方法によれば、薄型で小型の光通信モジュールを、効率よく安価に生産することができる。【００１７】
本発明の光送受信装置は、基板に接すべき面と、発光／受光する面とが表裏の位置にあって、通常の実装をすると基板に対して垂直方向に発光／受光する構造となる素子を用い、受発光素子とサブマウント基板と光導波路とが一括で樹脂で覆われ、サブマウント基板の側面に受発光素子を実装し、これをプリント基板に実装する構造としたので、低発熱、低消費電力の光送受信装置を提供できる。
また、用途に合わせて任意の方向に受発光できるので、適用範囲の広い光送受信装置を提供できる。
また、本発明の光送受信装置は、前記構成としたことで、低コストで提供できる。
また、前記樹脂によってプリント基板の一部も覆った構成とすることで、プリント基板への実装強度を高めることができ、装置の信頼性を向上できる。
また、受発光素子のボンディングワイヤも樹脂で覆うことで、ボンディングワイヤを保護し、装置の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】発光素子（ＶＣＳＥＬ）の斜視図である。
【図２】従来の光通信モジュールの構造の一例を示す側面図である。
【図３】従来の光通信モジュールの構造の他の例を示す側面図である。
【図４】本発明の光通信モジュールの製造方法に用いられる受発光素子を側面に実装したサブマウント基板を例示する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。
【図５】本発明の光通信モジュールの製造方法に用いられる光導波路の一例であるファイバテープを示す断面図である。
【図６】本発明の光通信モジュールの製造方法の最終工程を示す側面図である。
【図７】実施例２で作製した光通信モジュールの発光素子（ＶＣＳＥＬ）側の要部拡大平面図である。
【図８】実施例２で作製した光通信モジュールの受光素子（ＰＤ）側の要部拡大平面図である。
【図９】実施例２で作製した光通信モジュールを示す斜視図である。
【図１０】実施例２で測定したアイパターンを表す図である。
【図１１】本発明の光送受信装置の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図１２】サブマウント基板の形状の一例を示す斜視図である。
【図１３】実装状態における受発光方向と受発光角度θとを示す要部正面図である。
【図１４】参考例の光送受信装置を示す平面図である。
【図１５】本発明の光送受信装置に係る実施例３で作製したヘッドマウントディスプレイの装置概略を示す構成図である。
【図１６】実施例３のヘッドマウントディスプレイにおける光送受信装置の構造を示す構成図である。
【図１７】本発明の光送受信装置に係る実施例４で作製した携帯電話の装置概略を示す構成図である。
【図１８】実施例４で作製した携帯電話に設けた光送受信装置の構造を示し、（ａ）は要部正面図、（ｂ）はファイバズレ角度高さ増加量の関係の一例を示す構成図である。
【図１９】光送受信装置で生じる角度ズレを例示する図であり、（ａ）は角度ズレのない状態の要部正面図、（ｂ）は出射角度ズレの状態を示す要部正面図、（ｃ）はファイバ角度ズレの状態を示す要部正面図である。
【図２０】実施例５で作製した光送受信装置の断面図である。
【図２１】実施例５で行ったヒートサイクル試験の条件を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１９】
３１…サブマウント基板、３２…受発光素子（ＶＣＳＥＬ又はＰＤ）、３３…金ワイヤ、３４…底面電極、３５…側面電極、４１…ファイバテープ、４２…ファイバ型光導波路、４３…テープ化材、５１…ディスペンサノズル、５２…ポリマークラッドファイバ、５３…サブマウント基板、５４…ＶＣＳＥＬ、５５…ＰＤ、５６…プリント基板、５７…ＵＶ硬化型樹脂、６１…ＶＣＳＥＬ、６２…サブマウント基板、６３…金ワイヤ、６４…プリント基板、６５…電極、７１…ＰＤ、７２…サブマウント基板、７３…金ワイヤ、７４…プリント基板、７５…電極、７６…光ファイバ、７７…ＵＶ硬化型樹脂、８０…光通信モジュール、８１，８２…プリント基板、８３…光ファイバ、１００…光送受信装置、１０１〜１０３…プリント基板、１０４〜１０６…サブマウント基板、１０７…発光素子、１０８…受光素子、１０９…光導波路、１１０…樹脂、１１１…テープシート、１１２ａ〜１１２ｄ…側面、１１３…下面、１１４…プリント基板、１１５…サブマウント基板、１１６…受発光素子、１２３…ヘッドマウントディスプレイ、１２４…被験者、１２５…制御装置、１２６…光導波路、１２７…プリント基板、１２８…サブマウント基板、１２９…光導波路、１３０…携帯電話、１３１…液晶ディスプレイ、１３２…キーパッド、１３３…カメラモジュール、１３４〜１３５…プリント基板、１３６…光導波路、１３７…サブマウント基板、１３８…ＶＣＳＥＬ、１３９…樹脂、１４０…光送受信装置、１４１…プリント基板、１４２…サブマウント基板、１４３…発光素子、１４４…光導波路、１４５…内側の樹脂層、１４６…中間の樹脂層、１４７…外側の樹脂層、１４８…熱伝導性フィラー。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図４〜図６は、本発明に係る光通信モジュールの製造方法の一実施形態を示す図であり、図４の（ａ）は、発光素子と受光素子の一方（以下、受発光素子と記す。）を側面に実装したサブマウント基板の平面図、図４の（ｂ）は正面図、図４の（ｃ）は側面図、図４の（ｄ）は斜視図である。図５は、光導波路の一例としてファイバテープを示す断面図、図６は光通信モジュールの製造方法の最終工程を示す側面図である。【００２１】
本発明の製造方法は、（１）サブマウント基板の側面に発光素子、受光素子を実装し、該サブマウント基板をプリント基板上に、発光素子及び受光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する工程；（２）光導波路を位置合わせする工程；（３）光導波路端部及び発光素子又は受光素子を含むサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、さらに該樹脂液を硬化させる工程；の工程を順次行うことを特徴としている。【００２２】
まず、前記工程（１）について説明する。サブマウント基板の側面に受発光素子を実装した状態を図４に示す。図４中、符号３１はサブマウント基板、３２は受発光素子（ＶＣＳＥＬ又はＰＤ）、３３は金ワイヤ、３４は底面電極、３５は側面電極である。【００２３】
本発明の製造方法において、サブマウント基板３１は、十分な絶縁性と実装する受発光素子３２から発せられる熱の放熱性を両立するため、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどの材料を用いて形成することができる。
また、サブマウント基板３１は、底面および側面に電極パターンを有する。底面電極３４は、プリント基板上の所定の電極パッドと接合される。側面電極３５には、受発光素子３２のアノードとカソードが接合される。【００２４】
通常、受発光素子３２は、アノード、カソードのうち、少なくとも一方はワイヤボンディングにより電極と電気的に接続される構造となっている。
接合後、金ワイヤ３３がむき出しになるため、通常はワイヤボンディング後、速やかに封止剤を塗布し、金ワイヤ３３の保護を行う。この時点では、ワイヤ保護用の樹脂を塗布しないことが望ましい。また、受発光素子３２をサブマウント基板に固定または導通固定する際には、導電性ペーストなどを用いることができる。導電性ペーストの固定強度は弱く、通常は保護樹脂によるモールド処理が必要となるが、この時点では保護用樹脂を塗布しないことが望ましい。【００２５】
サブマウント基板の側面に受発光素子を実装した後、そのサブマウント基板をプリント基板上に、受発光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する。図６に、このプリント基板上への受発光素子の実装状態を示す。図６に示すように、発光素子であるＶＣＳＥＬ５４を側面に実装したサブマウント基板５３をプリント基板５６上に、ＶＣＳＥＬ５４の発光方向がプリント基板５６に対して平行になるように実装し、また受光素子であるＰＤ５５を側面に実装したサブマウント基板５３をプリント基板５６上に、ＰＤ５５の発光方向がプリント基板５６に対して平行になるように実装する。【００２６】
サブマウント基板をプリント基板上に搬送する手段としては、電子部品実装用の吸引式ピンセットを用いることが工業的に望ましい。そのため、サブマウント基板形状は、上面が平滑であることが望ましい。サブマウント基板をプリント基板上に実装する際は、ハンダまたは導電性ペーストを用いることができる。特に導電性ペーストを用いた場合、サブマウント基板の固定強度が不足するため、通常は保護樹脂によるモールド処理が必要となるが、この時点では保護用樹脂を塗布しないことが望ましい。【００２７】
次に（２）について説明する。本発明の製造方法において、光導波路としては、シート型光導波路やファイバ型光導波路などを用いることができる。特にファイバ型光導波路は、長尺の導波路を作製することが可能であり、安価に光導波路を得ることができるので有利である。ファイバ型光導波路としては、石英ガラスファイバ、プラスチックファイバなどを用いることができる。また、石英ガラスファイバの一種であるが、光を導波させるコアが石英ガラスからなり、コア周辺のクラッド部がポリマーからなるポリマークラッドファイバを用いることもできる。これらのファイバ型導波路は、ケーブル化、テープ化するなどして複数本を一括して実装することもできる。【００２８】
図５は、前記ファイバ型光導波路の一例としてファイバテープを示す図である。このファイバテープ４１は、４本のファイバ型光導波路４２を並べ、合成樹脂製のテープ化材４３によってテープ状に一括被覆した構成になっている。例えば、サブマウント基板に発光素子と受光素子を実装し、発光部と受光部の距離に合わせて石英ガラスファイバをテープ化することで、双方向通信線を一度に実装固定することが可能である。また、テープ化、ケーブル化することで、光導波路の取り扱い性、耐熱性、強度などを向上させることもできる。【００２９】
光導波路の位置合わせの方法は、アクティブアライメント、パッシブアライメントのどちらでもよい。サブマウント基板及び光導波路に位置合わせ用のマークを設け、実装機で画像認識しながら位置合わせする方法が、工業的に好ましい。ファイバ型光導波路を用いる場合、ファイバをテープ化することで、実装機の吸引ピンセットによるハンドリング性能を向上させることができる。【００３０】
次に（３）について説明する。この工程（３）では、光導波路端部及び受発光素子を有するサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、硬化させる。
これにより、ａ）受発光素子から出るボンディングワイヤの保護、ｂ）受発光素子のサブマウント基板上への実装強度確保、ｃ）光導波路の固定、ｄ）サブマウント基板のプリント基板への実装強度確保、を、一括で行うことが可能になる。【００３１】
ここで用いる樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系、ポリシラン系などを用いることができる。硬化方法は、ＵＶ硬化型、熱硬化型、二液混合（化学反応）硬化型、水分反応硬化型などがある。特に、ＵＶ硬化型樹脂は硬化時間が短く、硬化中に光導波路と受発光素子との位置ずれが起きにくいため、望ましい。【００３２】
本発明において、硬化後の屈折率が光導波路のコアと同値の樹脂を用いることで、フレネル反射を防ぎ、受発光素子と光導波路との結合損を少なくすることができる。例えば、光導波路として石英ガラス光ファイバを用いる場合、樹脂の硬化後屈折率は、１．４０〜１．６０のものを用いることが望ましい。また、硬化後の熱膨張係数がサブマウント基板、光導波路、プリント基板と近い樹脂を用いることで、安定した光伝送特性を達成することができる。特にプリント基板と熱膨張係数が近い樹脂を用いることで、安定した光伝送特性を達成することができる。また、前記ａ）〜ｄ）の他に、受発光素子を空気から封じる効果もあり、その結果、安定した光伝送が可能になる。【００３３】
図６は、工程（３）の実施状態を例示する図であり、図中符号５１は樹脂液を滴下するためのディスペンサノズル、５２はポリマークラッドファイバ（ファイバ型光導波路）、５３はサブマウント基板、５４は発光素子であるＶＣＳＥＬ、５５は受光素子であるＰＤ，５６はプリント基板、５７はＵＶ硬化型樹脂である。本例示では、プリント基板５６上に、ＶＣＳＥＬ５４を側面に実装した第１のサブマウント基板５３と、ＰＤ５５を側面に実装した第２のサブマウント基板５３とを、それぞれの発光方向または受光方向をプリント基板５６に対して平行になるように実装し、ＶＣＳＥＬ５４の発光部とＰＤ５５の受光部とに端を隣接させた状態でポリマークラッドファイバ５２を配置し、ポリマークラッドファイバ５２の両端とＶＣＳＥＬ５４及びＰＤ５５とを封止するようにＵＶ硬化型樹脂５７をディスペンサーノズル５１の先端から滴下し、硬化させる。そして、樹脂の硬化後、プリント基板５６上に、それぞれの発光方向または受光方向がプリント基板５６に対して平行になるようにＶＣＳＥＬ５４またはＰＤ５５が実装され、これらの間をポリマークラッドファイバ５２で光学的に結合された光通信モジュールが作製される。【００３４】
このように作製された光通信モジュールは、図６に示すように、プリント基板５６と、発光素子であるＶＣＳＥＬ５３と受光素子であるＰＤ５５の一方又は両方を側面に実装してなるサブマウント基板５３と、これらのＶＣＳＥＬ５３とＰＤ５５との間に、これらの素子と光結合可能に設けられた光導波路（ポリマークラッドファイバ５２）とを有してなり、これらのＶＣＳＥＬ５３とＰＤ５５は、サブマウント基板５３を介して、それらの発光及び受光方向がプリント基板５６と平行となるようにプリント基板５６上に実装され、且つサブマウント基板５３のＶＣＳＥＬ５３とＰＤ５５と、これらに隣接した光導波路の端部とが、ＵＶ硬化型樹脂５７により覆われていることを特徴としている。
この光通信モジュールは、プリント基板５６と平行方向に発光及び受光が可能となり、光通信モジュールの低背化（薄型化）、小型化を実現できる。【００３５】
次に、本発明の光送受信装置の実施形態を説明する。
図１１は、本発明の光送受信装置の実施形態を示す図であり、図１１の（ａ）は光送受信装置１００の平面図、（ｂ）は正面図である。この図中、符号１００は光送受信装置、１０１〜１０３はプリント基板、１０４〜１０６はサブマウント基板、１０７は発光素子、１０８は受光素子、１０９は光導波路、１１０は樹脂、１１１はテープシートである。【００３６】
本実施形態の光送受信装置１００は、プリント基板１０１〜１０３と、発光素子１０７と受光素子１０８の両方を実装したサブマウント基板１０４と、発光素子１０７を側面に実装したサブマウント基板１０５と、受光素子１０８を側面に実装したサブマウント基板１０６と、前記発光素子１０７と受光素子１０８との間に、これらの素子と光結合可能に設けられた光導波路１０９とを有してなり、発光素子１０７及び受光素子１０８は、基板に接すべき面と、発光又は受光する面とが表裏の位置にあって、実装した基板に対して垂直方向に発光又は受光する構造であり、発光素子１０７及び受光素子１０８は、サブマウント基板１０４〜１０６を介して、それらの発光及び受光方向がプリント基板１０１〜１０３と垂直でない方向になるように、それぞれのプリント基板１０１〜１０３上に実装され、且つサブマウント基板１０４〜１０６全体と発光素子１０７全体及び受光素子１０８全体と、これらに隣接した光導波路１０９の端部とが、樹脂１１０により一括して覆われていることを特徴としている。【００３７】
本実施形態の光送受信装置１００は、図１１のように３つのプリント基板１０１〜１０３にそれぞれ実装された受発光素子間を２本のファイバ型の光導波路１０９で繋いだ構造になっている。図１４の参考例のように、プリント基板１１７上に、一つの側面に発光素子１１９と受光素子１２０とを両方実装したサブマウント基板１１８を実装し、これらの受発光素子をＵ字状に曲げた光導波路１２１で結合し、サブマウント基板１１８全体と受発光素子全体及び光導波路１２１の両端部を樹脂１２２で一括に覆った構造を有したものとは異なっている。【００３８】
発光素子１０７及び受光素子１０８は、図１に示すように、支持基板（サブマウント基板）に接すべき面と、発光又は受光する面とが表裏の位置にあって、通常の実装をすると基板に対して垂直方向に発光又は受光する構造となっている。このような構造を持つ光源で、サーバーなどの高速通信機器、自動車内光配線、携帯電話など小型電子機器に光配線が適用できる光源としては、例えば、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）がある。前記の構造をしたレーザーは、受発光方向に対して低背であり、従来のＬＤと比較し価格が安いという特徴を持つ。また素子構造上、発光閾値電流が低く、その結果、消費電力が低いという特徴がある。前記の用途では、低価格で低消費電力の光源は、大きな利点である。【００３９】
サブマウント基板１０４〜１０６の形状は、少なくともプリント基板１０１〜１０３に実装する面と、その面に平行でない、受発光素子を実装する面を有する。サブマウント基板１０４〜１０６の側面１１２ａ〜１１２ｄとは、図１２に示すように、サブマウント基板１０４〜１０６の形状を形成する面のうち、プリント基板に実装する面１１３に平行でない面の全てを指す。サブマウント基板１０４〜１０６の側面１１２ａに前述の受発光素子を実装することで、受発光素子の受発光方向をプリント基板１０１〜１０３と垂直以外の任意の向きにする機能を持っている。【００４０】
従来の光送受信装置では、プリント基板に対し、任意の方向に受発光するには、ミラーなどの光学部品を用いて光路を変更しなければならなかった。ミラーなどの光路変換部品は、値段が高いので望ましくない。また、光路変換部では、散乱などにより光の結合効率が下がるので、不利である。発光又は受光する面とが表裏の位置にあって、通常の実装をすると基板に対して垂直方向に発光又は受光する構造の受発光素子を用い、前記のプリント基板に対し垂直以外の任意の方向に受発光できる光送受信装置は、光送受信装置及び光導波路の設置スペースを小さくすることができ、画期的である。また、可動部近傍に設置する場合、光導波路にかかる屈曲を小さくすることができ、光導波路の曲げ損失、信頼性といった面からも有利である。【００４１】
サブマウント基板１０４〜１０６の材質は、十分な電気絶縁性を持っている材料、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムを用いることができる。これらの材料は熱伝導性に優れるため、発光素子が発した熱を効率よく放熱することができる。【００４２】
また、サブマウント基板１０４〜１０６は、図４に示すように、底面及び側面に電極パターンを有する。底面電極３４は、プリント基板１０１〜１０３上の所定の電極パッドと接合される。側面電極３５には、受発光素子のアノードとカソードが接合される（図４参照）。通常、受発光素子は、アノード、カソードのうち、少なくとも一方はワイヤボンディングにより電極と電気的に接続される構造となっている。【００４３】
前記の受発光素子の両方又は片方が前記のサブマウント基板１０４〜１０６の側面に実装され、そのサブマウント基板１０４〜１０６はプリント基板１０１〜１０３に実装されている。その結果、受発光素子の受発光方向は、プリント基板１０１〜１０３上面に対して垂直以外の向きとなっている。【００４４】
光導波路１０９としては、シート型光導波路やファイバ型光導波路などを用いることができる。特にファイバ型光導波路は、長尺の導波路を作製することが可能であり、安価に光導波路を得ることができるので有利である。ファイバ型光導波路としては、石英ガラスファイバ、プラスチックファイバなどを用いることができる。また、石英ガラスファイバの一種であるが、光を導波させるコアが石英ガラスからなり、コア周辺のクラッド部がポリマーからなるポリマークラッドファイバを用いることもできる。これらのファイバ型光導波路は、ケーブル化、テープ化するなどして複数本を一括して実装することもできる。
図１１に示す例示でも、複数本の光導波路１０９のプリント基板間の一部をテープシート１１１で一括被覆し、テープ化している。【００４５】
光導波路１０９の位置合わせの方法は、アクティブアライメント、パッシブアライメントのどちらでもよい。サブマウント基板１０４〜１０６及び光導波路１０９に位置合わせ用のマークを設け、実装機で画像認識しながら位置合わせする方法が、工業的に好ましい。ファイバ型光導波路を用いる場合、複数本のファイバをテープ化することで、実装機の吸引ピンセットによるハンドリング性能を向上させることができる。【００４６】
サブマウント基板１０４〜１０６全体と発光素子１０７全体及び受光素子１０８全体と、これらに隣接した前記光導波路１０９の端部とを一括して覆っている樹脂１１０は、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリシラン系樹脂などを用いることができる。硬化方法は、ＵＶ硬化型、熱硬化型、二液混合（化学反応）硬化型、水分反応硬化型などがある。特に、ＵＶ硬化型樹脂は硬化時間が短く、硬化中に光導波路１０９と受発光素子との位置ずれが起きにくいため、望ましい。全体を樹脂１１０で覆っているということは、図１１のように、プリント基板１０１〜１０３にも樹脂が接着している状態を指している。このように樹脂１１０で主要部全体を一括で覆う構造とすることで、ａ）受発光素子から出るボンディングワイヤの保護、ｂ）受発光素子のサブマウント基板上への実装強度確保、ｃ）光導波路の固定、ｄ）サブマウント基板のプリント基板への実装強度確保、を一括で行うことが可能になる。これにより、安価であり、かつ、低背であり、かつ、高い信頼性を確保することができる。【００４７】
硬化後の屈折率が光導波路１０９のコアと同値の樹脂１１０を用いることで、フレネル反射を防ぎ、受発光素子と光導波路１０９との結合損を少なくすることができる。例えば、光導波路１０９として石英ガラス光ファイバを用いる場合、樹脂１１０の硬化後屈折率は、１．４０〜１．６０のものを用いることが望ましい。また、硬化後の熱膨張係数がサブマウント基板１０４〜１０６、光導波路１０９、プリント基板１０１〜１０３と近い樹脂１１０を用いることで、安定した光伝送特性を達成することができる。特にプリント基板と熱膨張係数が近い樹脂を用いることで、安定した光伝送特性を達成することができる。また、前記ａ）〜ｄ）の他に、受発光素子を空気から封じる効果もあり、その結果、安定した光伝送が可能になる。
樹脂１１０は、所定の箇所に滴下し、硬化させる。滴下にはディスペンサなどを用いることができる。【００４８】
この光送受信装置１００は、プリント基板１０１〜１０３と垂直でない任意の方向に受発光する装置構成になっているが、この角度について、図１２及び図１３を参照して定義しておく。図１２及び図１３において、プリント基板１１４と平行な方向、すなわちプリント基板１１４に実装するサブマウント基板１１５の下面１１３を０°とし、受発光素子１１６を実装する側面１１２ａ〜１１２ｄをプラス側として、プリント基板１１４の下面１１４と受発光方向とが成す受発光角度θは、−９０°〜９０°と表現できる。ここで、θ＝−９０°及び９０°がプリント基板１１４に垂直な方向を指す。【００４９】
受発光角度θがプリント基板１１４と平行な場合（θ＝０°）、光送受信装置全体の高さがもっとも低くなる。携帯電話、ノートＰＣなどの、薄型モバイル機器内部の光配線に適している。図１１は、受発光角度θが０°の場合をイメージしている。【００５０】
光導波路１０９の例示として挙げたポリマークラッドファイバとは、コア・クラッド構造からなるファイバ型光導波路で、コア部が石英ガラス、クラッド部がポリマー材料で構成されるものである。このポリマークラッドファイバは、コア部が石英ガラスなので、高い伝送特性を示す。クラッド部がポリマー材料で構成されているため、すなわち、ファイバを構成するガラス部分の径が小さいため、ファイバをより小さい曲率で曲げることができる。【００５１】
また、光導波路１０９としては、ポリマーウェイブガイドを用いることもできる。このポリマーウェイブガイドとは、コア・クラッド構造からなる導波路で、コアもクラッドもポリマー材料で構成されるものである。製法上、導波路断面形状は矩形であり、テープ状の形状をなす。可撓性があり、取り回し、固定が容易である。【００５２】
この光送受信装置１００において、樹脂１１０は単層構造に限らず、２層又は３層以上の樹脂層を積層した構造とすることもできる。
さらに、樹脂層１１０を複数の樹脂層で構成した場合、最も外側の樹脂層に熱伝導性フィラーを混合することもできる。このように外側の樹脂層に熱伝導性フィラーを混合することにより、受光素子又は発光素子から生じた熱を外部に放熱する効果が高められる。その結果、受発光素子の発熱に起因する内側の樹脂層の温度変化が小さくなり、光軸ズレや、受光素子又は発光素子の破損といった問題を解決できる。この熱伝導性フィラーの材料、形状は特に制限されず、例えば、カーボンフィラーなどを用いることができる。この場合、内側の樹脂層は、通信光に対して透明な樹脂で構成される。この透明樹脂の材質は特に制限されないが、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。この内側の樹脂層は、受光素子又は発光素子と光導波路との位置合わせをして固定する働きをするため、硬化時間は短い方がよい。硬化時間が長いと、硬化中に光軸ズレが生じるおそれがある。【００５３】
また、樹脂１１０を３層の樹脂層とし、内側の樹脂層の屈折率を中間の樹脂層よりも高くした構成としてもよい。この構造とすることで、内側の樹脂層と中間の樹脂層でコア・クラッド構造となり、受光素子又は発光素子と光導波路の結合効率が向上する。また、外側の樹脂層に前述した熱伝導性フィラーを混合することにより、受光素子又は発光素子から生じた熱を外部に放熱する効果が高められ、受発光素子の発熱に起因する内側の樹脂層及び中間の樹脂層の温度変化が小さくなる。
この場合、中間の樹脂層は、内側の樹脂層と同様、通信光に対して透明な樹脂で構成される。透明樹脂の材質は特に制限されないが、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。【００５４】
また、樹脂１１０を３層の樹脂層とし、内側の樹脂層（及び中間の樹脂層）に透明性フィラーを混合した構成としてもよい。内側の樹脂層（及び中間の樹脂層）の透明性フィラーにより、受光素子又は発光素子と光導波路端の結合部の線膨張係数が下がり、効果的に光軸ズレや、受発光素子の破損といった問題を解決できる。
この場合、言うまでもないが、内側の樹脂層に用いる透明性フィラーの屈折率は、内側の樹脂層に用いる樹脂の屈折率と同じか又はほとんど同じであることが望ましい。両者の屈折率の差が大きくなると、散乱が顕著になり、通信光のロスが大きくなるので望ましくない。この透明性フィラーの材質は特に制限されない。通信に用いる波長が、可視光〜近赤外光の場合、石英ガラスフィラーを用いることができる。透明性フィラーの形状は、針状、粒状など、特に制限されないが、特開２００６−２５７３５３号公報に開示されているように、球状であり、かつ、粒径が波長の数分の一から波長の数倍までのミー散乱を起こしやすい領域を避けることで、通信光の散乱を抑制することができるものが好ましい。
中間の樹脂層にも透明性フィラーを用いる場合にも、内側の樹脂層な場合と同様、中間の樹脂層に用いる樹脂の屈折率と近い屈折率を持った透明性フィラーを用いることが好ましい。【００５５】
樹脂１１０を複数層設ける場合、内側の樹脂層は、少なくとも受発光素子全体とサブマウント基板全体と光導波路端部とをすっぽり覆って設けることが望ましい。これにより、受光素子又は発光素子と光導波路との結合強度の向上、サブマウント基板のプリント基板への実装強度の向上を図ることができ、信頼性を向上させることができる。さらに、内側の樹脂層に透明性フィラーが混合されている場合、内側の樹脂層の線膨張係数が低くなることから、温度変化に強くなり、信頼性をより向上させることができる。
【実施例１】
【００５６】
図４に示すサブマウント基板を作製した。サブマウント基板の材質は窒化アルミニウムとした。サブマウント基板上の電極材は、受発光素子を実装する際の金ワイヤとの接続強度を考慮して、金スズ合金とした。
図４に示すように、受発光素子をサブマウント基板に実装した。この実装は、導電性銀ペーストと金ワイヤで行った。発光素子には発光中心波長８５０ｎｍのＶＣＳＥＬを用い、受光素子にはＰＤを用いた。
次に、側面に受発光素子を実装したサブマウント基板をプリント基板上に実装した。サブマウント基板の搬送は、真空ピンセットで行い、導電性銀ペーストを用いて、プリント基板の電極パッドに接合した。
次に、光導波路の位置合わせと固定を行った。光導波路には、石英ガラスからなるコア径が５０μｍのポリマークラッドファイバを用いた。このポリマークラッドファイバのクラッドにはフッ素含有ポリマーを用いている。位置合わせは、実際にＶＣＳＥＬとＰＤを動作させ、アクティブアライメント法で行った。
次に、光導波路端とサブマウント基板部分に樹脂を滴下し、硬化させた。樹脂は、硬化後の屈折率が１．４５のＵＶ硬化型の樹脂を用いた。図６に示すように、光導波路端、ＶＣＳＥＬ、ＰＤ、サブマウント基板が固定されるよう、エアディスペンサを用いて適量を滴下した。滴下後、ＵＶ光を照射し、硬化させ、光通信モジュールを作製した。
作製した光通信モジュールを用いて、伝送実験を行ったところ、ＶＣＳＥＬ駆動速度１ＧＨｚにおいて、４時間駆動し、エラーフリーを達成できた。
【実施例２】
【００５７】
実際に本発明の製造方法に従って作製した光通信モジュールを使い、映像伝送実験を行った。
発光素子として、発光波長８５０ｎｍで、遮断周波数２．５ＧＨｚの面発光型レーザー（ＶＣＳＥＬ）を用いた。ＶＣＳＥＬは市販品を用い、図１に示したように、カソードをワイヤボンディングにより電極と結合させ、アノードは導電ペーストを用いて電極と電極と結合させるタイプのものを選択した。
受光素子としては、遮断周波数２．５ＧＨｚのＧａＡｓフォトダイオード（ＰＤ）を用いた。ＰＤは市販品を用い、ＶＣＳＥＬと同様に、カソードをワイヤボンディングで、アノードを導電ペーストで導電させる形状のものを選択した。
サブマウント基板は、実施例１に記載のサブマウント基板と同じものを用いた。サブマウント基板に導電性銀ペーストと金ワイヤを用いて、ＶＣＳＥＬ及びＰＤを実装した。
次に、側面にＶＣＳＥＬ及びＰＤを実装したサブマウント基板を実装した。サブマウント基板の搬送は、真空ピンセットで行い、導電性銀ペーストを用いてプリント基板の電極パッドに接合した。【００５８】
図７は、ＶＣＳＥＬを側面に実装したサブマウント基板をプリント基板に実装したものの接合部分の拡大図である。この図７中、符号６１はＶＣＳＥＬ、６２はサブマウント基板、６３は金ワイヤ、６４はプリント基板、６５は電極を表している。前述した実施形態の説明において記したように、この時点では、ＶＣＳＥＬに結合した金ワイヤを保護するモールド樹脂や、ＶＣＳＥＬとサブマウント基板の接合強度を向上させるようなモールド樹脂や、サブマウント基板とプリント基板の接合強度を向上させるようなモールド樹脂は塗布していない。【００５９】
続いて、光導波路とＶＣＳＥＬ及びＰＤを位置合わせし、固定を行った。
光導波路としては、市販のマルチモード石英ガラスファイバを用いた。このガラスファイバの光伝播コア径は５０μｍである。
位置合わせは、実際にＶＣＳＥＬとＰＤを動作させ、アクティブアライメント法で行った。位置合わせを行った後、硬化後の屈折率が１．４５のＵＶ硬化型の樹脂を光ファイバとＶＣＳＥＬ及びＰＤの結合部に適量を滴下し、波長３６５ｎｍの紫外光を照射して硬化させた。ＵＶ硬化型樹脂は市販のものを用いた。樹脂の滴下は、実施例１同様、エアーディスペンサを用いて行った。【００６０】
図９は、ＵＶ樹脂硬化後のＰＤと光ファイバとの結合部の拡大図である。図９中、符号７１はＰＤ、７２はサブマウント基板、７３は金ワイヤ、７４はプリント基板、７５は電極（プリント基板）、７６は光ファイバ、７７はＵＶ硬化型樹脂を表している。【００６１】
前述した実施形態の説明において記したように、光ファイバとＰＤを固定するＵＶ硬化型樹脂により、ＰＤに結合した金ワイヤの保護と、ＰＤとサブマウント基板の接合強度の向上と、サブマウント基板とプリント基板の接合強度の向上を図ることができる。【００６２】
このようにして作製した光通信モジュール全体の構成を図１０に示す。図１０中、符号８０は、本実施例で作製した光通信モジュール、８１はサブマウント基板を介してＶＣＳＥＬ又はＰＤの一方を実装したプリント基板、８２はサブマウント基板を介してＶＣＳＥＬ又はＰＤの一方を実装したプリント基板、８３は双方のプリント基板のＶＣＳＥＬとＰＤとを光結合可能なように接続された光ファイバを表している。【００６３】
この光通信モジュールを用いて伝送実験を行った。市販のデジタルデータアナライザを用いてＶＣＳＥＬ−光ファイバ−ＰＤ間の光信号伝送におけるビットエラーレートの測定を行ったところ、駆動速度２．５ＧＨｚにおいて、４時間駆動して、エラーフリーを達成できた。【００６４】
また、市販のサンプリングオシロスコープを用いて、アイパターンの測定を行った。図１０は、測定されたアイパターンを表している。図１０に示すアイパターンから、この光通信モジュールは十分な開口が得られていることが確認できた。【００６５】
また、この光通信モジュールを用いて、画像信号の伝送実験を行った。ＣＣＤカメラから出力されるアナログ信号をデジタル変換し、さらにシリアル化した後、ＬＶＤＳ方式で伝送を行った。アナログ変換、シリアル化、ＬＶＤＳ対応信号変換は、市販の通信用ボードを用いて行った。実験の結果、ＣＣＤカメラの映像をリアルタイムで伝送し、ディスプレイに表示することができた。
【実施例３】
【００６６】
ヘッドマウントディスプレイ１２３とその制御装置１２５との間に光送受信装置を適用した。構成概略を図１５に示す。本装置は、被験者１２４が頭部に着用するゴーグル型のヘッドマウントディスプレイ１２３であり、片耳の外周にフィットさせて固定する形式となっており、耳にかけた部分の後方から光導波路１２６が取り出されている。耳へのフィット感を高めるため、また、意匠性の問題で、光導波路１２６の取り出し部は図１６に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１２３の後端部に設けられたプリント基板１２７と、該プリント基板１２７に実装されたサブマウント基板１２８と、該サブマウント基板１２８の側面に実装された受発光素子と、該素子に光結合可能に接続された光導波路１２９とを備えた構造になっている。このヘッドマウントディスプレイ１２３は小型であるため、光送信装置のプリント基板１２７は図１６に示される位置に収納されている。したがって、光導波路１２９と光送信装置基板とは、水平ではなく、所定の角度がついている。本実施例の実験機では、約５０°の角度がついている。ここに適用する光送信装置として、プリント基板１２７に対し出射角度が５０°の光送信装置を準備し、ヘッドマウントディスプレイ実験機に搭載し、伝送実験を行った。比較として出射角度０°の光送信装置も準備し、評価を行った。【００６７】
まず、光送信装置をヘッドマウントディスプレイ１２３に搭載した状態で、伝送実験を行った。市販のデジタルデータアナライザを用いてＶＣＳＥＬ−光ファイバ−ＰＤ間の光信号伝送におけるビットエラーレートの測定を行ったところ、駆動速度１．５ＧＨｚにおいて、４時間駆動して、エラーフリーを達成できた。また、市販のサンプリングオシロスコープを用いて、アイパターンの測定を行ったところ、十分な開口が得られていることが確認できた。
比較のため、出射角度０°の光送信装置でも同じ実験を行ったところ、ヘッドマウントディスプレイ１２３を静止させている状態では、エラーフリーを達成したが、実際に被験者１２４の耳に装着して、被験者１２４が歩行したところ、アイパターンの乱れが大きく、安定した伝送ができなかった。出射角度（受発光角度θ）０°の光送信装置を搭載した場合、ヘッドマウントディスプレイ１２３の光導波路１２９取り出し部で光ファイバ根本に無理な力がかかっており、信頼性が低下することがわかった。
【実施例４】
【００６８】
携帯電話１３０内の配線に光送受信装置を適用した。構成概略を図１７に示す。図中、符号１３０は携帯電話、１３１は液晶ディスプレイ、１３２はキーパッド、１３３はカメラモジュール、１３４及び１３５はプリント基板、１３６は光導波路である。
携帯電話をはじめとする薄型電子機器では、プリント基板上に実装される部品の高さは１ｍｍ以下が必須であり、さらなる低背化が望まれている。この要求に対応するために、受発光角度０°の光送信装置と光受信装置を適用することで、受発光素子、光導波路、固定樹脂を含み、プリント基板からの高さ０．７ｍｍの光送受信装置を実現できた。装置構成を図１８の（ａ）に示す。図１８の（ａ）中、符号１３５（１３４）はプリント基板、１３６は光導波路、１３７はサブマウント基板、１３８は発光素子であるＶＣＳＥＬ、１３９はこれらを一括被覆している樹脂である。【００６９】
また、図１８の（ａ）中の各部寸法ａ〜ｆは次の通りとした。ａ＝０．７０ｍｍ、ｂ＝０．５０ｍｍ、ｃ＝０．３０ｍｍ、ｄ＝０．２５ｍｍ、ｅ＝０．１０ｍｍ、ｆ＝０．２５ｍｍ。光導波路１３６としては、外径８０μｍの石英ガラスファイバを用いた。この石英ガラスファイバは外側をＵＶ硬化ウレタン樹脂でコーティングして外径１２５μｍとしてある。また、樹脂１３９としては、ＵＶ硬化型エポキシ樹脂を用いた。【００７０】
サブマウント基板１３７は、液晶ポリマーを用いて射出成形法で作製した。サブマウント基板１３７への受発光素子の実装、および、サブマウント基板１３７のプリント基板１３４，１３５への実装、及び、光導波路１３６のプリント基板１３４，１３５への実装は、電子部品を実装する自動機（マウンター）を用いて行った。射出成形品の寸法誤差、および自動機での実装位置精度誤差があるため、受発光角度θ＝０°の光送受信装置を作製しようとしても、実装機の能力に応じて誤差が生じる。今回の実験では、製造誤差に対する許容値を調査するため。故意に−３°〜３°までの範囲で傾けたサンプルも作製した。
また、出射角度ズレ、受光角度ズレの他、図１８の（ｂ）に示すように、ファイバ角度ズレが起こることも想定できるため、−３°〜３°までの範囲でファイバ角度ズレを有するサンプルも作製した。なお、ファイバズレ角度は、ファイバの中心線とプリント基板上面とがなす角度と定義する。【００７１】
図１８の（ａ）の各部寸法ａ〜ｆから考察すると、出射角度が数°ずれても、十分な低背化を実現できることがわかる。また、ずれた光送受信装置で伝送実験を行ってみたところ、ズレの無いものと比較して、遜色なく十分安定した伝送特性が実現できた。例えば、図１８の（ｂ）に示すファイバズレにおいて、ファイバズレ角度が５°である場合、高さ増加分ｇは０．０３ｍｍ以下とわずかな増加で済む。【００７２】
図１９は、図１８の（ａ）に示す光送受信装置において発生すると考えられる角度ズレのパターンを示す図であり、図１９の（ａ）は角度ズレの無い光送受信装置の要部正面図、（ｂ）は出射角度ズレの状態を示す要部正面図、（ｃ）はファイバ角度ズレの状態を示す要部正面図である。なお、図１９の（ｂ）ではＶＣＳＥＬ１３８を実装した場合の出射角度ズレを例示しているが、ＰＤなどの受光素子を実装した場合の受光角度ズレも同様である。
この出射／受光角度ズレが生じる要因は、サブマウント基板１３７をプリント基板１３５（１３４）に実装する際のズレ、および、受発光素子をサブマウント基板１３７に実装する際のズレがある。図１９の（ｂ）は前者のズレである。【００７３】
本発明の光送受信装置にあっては、図１９の（ｂ）、図１９の（ｃ）のような角度ズレも含み、数°の角度ズレならば実用上十分な光送受信機能を達成できることがわかった。受発光素子と光導波路端が屈折率を制御した樹脂で一括固定されているので、比較的ラフな光軸アライメントでも受発光素子と光導波路の結合効率を高くすることができ、また、外部からの物理的応力に対して、結合効率の変化が小さいことが理由であると考えられる。したがって、本発明の光送受信装置を製造するにあたっては、数°のズレがあるものでも、実質、同一のモジュールであると考えられる。
【実施例５】
【００７４】
図２０に示すように、プリント基板１４１上に、側面に発光素子１４３又は受光素子を実装したサブマウント基板１４２を実装し、発光素子１４３に光ファイバ型の光導波路１４４の一端を結合させ、発光素子１４３全体とサブマウント基板１４２全体、及び光導波路１４４の端部を、内側の樹脂層１４５、中間の樹脂層１４６、熱伝導性フィラー１４８を混合した外側の樹脂層１４７の３つの樹脂層で覆った構造の光送受信装置１４０を作製した。【００７５】
発光素子１４３としては、発光中心波長８５０ｎｍのＶＣＳＥＬを用いた。内側の樹脂層１４５には、硬化後の屈折率が１．４５７で、屈折率を調整した石英ガラスフィラーを１０質量％混合した紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いた。中間の樹脂層１６４には、硬化後の屈折率が１．４５２で、屈折率を調整した石英ガラスフィラーを１０質量％混合した紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いた。外側の樹脂層１４７には、熱伝導性フィラー１４８としてカーボンフィラーを１０質量％混合した紫外線硬化樹脂を用いた。光導波路１４４には、石英ガラス製光ファイバを用いた。【００７６】
比較のため、内側、中間外側の各樹脂層にフィラーを含まないエポキシ樹脂を用いたサンプルも作製した。【００７７】
作製したサンプルについてヒートサイクル試験を行った。試験は、ＶＣＳＥＬを発光出力０．３ｍＷで発光させながら行った。図２１に示すダイヤグラムを１サイクルとして、５００サイクル処理を行い、処理後のサンプルのＶＣＳＥＬと樹脂層と光ファイバとの接合部を光学顕微鏡で観察した。【００７８】
比較のために作製したサンプル（フィラー無し）では、ＶＣＳＥＬと樹脂の接合部、及び、光ファイバと樹脂との接合部が剥がれているサンプルが少数であるが見つかった。樹脂層にフィラーを加えたサンプルでは、接合剥がれはほとんど見つからなかった。この結果、樹脂層にフィラーを加えたサンプルは熱サイクルに強いことがわかった。【００７９】
なお、実施例５では、石英ガラスフィラーとして市販のフィラーを用いた。市販の石英ガラスフィラーで屈折率調整が困難な場合、気相合成法を用いて石英ガラスフィラーを合成し、用いることができる。原料としては、例えば、四塩化珪素を用いることができる。四塩化珪素の蒸気を、アルゴン、窒素などのキャリアガスと、酸素と混合して合成チャンバーに搬送し、８００℃〜１５００℃程度に加熱することで、球状の石英ガラスフィラーを得ることができる。石英ガラスフィラーの屈折率を調整するには、例えば、四塩化ゲルマニウム、三塩化アルミニウムなどの蒸気を四塩化珪素の蒸気と混合し、合成すればよい。ゲルマニウム、アルミニウムなどの元素は石英ガラスに添加することで、石英ガラスの屈折率を上昇させることができる。添加する分量に応じて、屈折率上昇量を調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の光通信モジュールの製造方法によれば、薄型で小型の光通信モジュールを、効率よく安価に生産することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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