(57)【要約】【課題】さらなる小型化が可能な光モジュール、光通信機器、および光伝送装置を提供する。【解決手段】回路基板２と、回路基板２の表面Ｓに搭載された光素子３と半導体回路素子４と、回路基板２の裏面Ｒに形成され基端側から導入された光ファイバ５の先端部を収容する光ファイバ収容溝６を有する光接続部材１４と、光導波路７の回路基板２と反対側に設けられ、光ファイバ５を光ファイバ収容溝６に収容した状態で固定するための押さえ板８と、を備え、半導体回路素子４は、回路基板２の光素子３よりも基端側に搭載され、半導体回路素子４と押さえ板８とで、回路基板２と光接続部材１４と光ファイバ５の先端部とを挟み込むように構成され、かつ、回路基板２の裏面Ｒの先端部に、接続対象の機器側回路基板２１に電気的に接続される複数の電極１２を整列して形成したものである。【選択図】図１
2014191037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、
前記回路基板の表面に搭載された光素子と、
前記回路基板の表面に搭載され、前記光素子と電気的に接続された半導体回路素子と、
前記回路基板の裏面に形成されると共に、前記回路基板の基端側から導入された光ファイバの先端部を収容する光ファイバ収容溝を有し、該光ファイバ収容溝に収容された前記光ファイバと前記光素子とを光学的に接続する光接続部材と、
前記光導波路の前記回路基板と反対側に設けられ、前記光ファイバを前記光ファイバ収容溝に収容した状態で固定するための押さえ板と、を備え、
前記半導体回路素子は、前記回路基板の前記光素子よりも基端側に搭載され、前記半導体回路素子と前記押さえ板とで、前記回路基板と前記光接続部材と前記光ファイバの先端部とを挟み込むように構成され、
かつ、前記回路基板の裏面の先端部に、接続対象の機器側回路基板に電気的に接続される複数の電極を整列して形成した
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記半導体回路素子と前記押さえ板の線膨張係数の差が２０ｐｐｍ以下である
請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記押さえ板は、少なくとも、前記半導体回路素子と対向する位置から前記光素子と対向する位置まで延びるように設けられる
請求項１または２記載の光モジュール。
【請求項４】
前記押さえ板は、前記電極を前記機器側回路基板に電気的に接続したときに、その先端面が前記機器側回路基板に当接するよう構成される
請求項１〜３いずれかに記載の光モジュール
【請求項５】
前記回路基板の表面に、前記光素子または前記半導体回路素子を検査するための検査用電極を形成した
請求項１〜４いずれかに記載の光モジュール。
【請求項６】
前記回路基板は、一辺が３ｍｍ以下の矩形状に形成され、
前記電極の長さが０．５ｍｍ以下である
請求項１〜５いずれかに記載の光モジュール。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載の光モジュールの前記電極を、前記機器側回路基板に電気的に接続した
ことを特徴とする光通信機器。
【請求項８】
前記光モジュールの前記回路基板の裏面に形成された前記電極を、前記機器側回路基板の表面に形成された機器側電極に電気的に接続してなり、
前記光モジュールの前記回路基板の表面に搭載された前記光素子および前記半導体回路素子と、前記機器側回路基板の表面に搭載された機器側素子とを一括して覆うように、樹脂からなるポッティングを設けた
請求項７記載の光通信機器。
【請求項９】
請求項１〜６いずれかに記載の光モジュールを、前記光ファイバの両端部に設けた
ことを特徴とする光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール、光通信機器、および光伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、機器等から入力された電気信号を光信号に変換して光ファイバに出力する、あるいは、光ファイバから入力された光信号を電気信号に変換して機器等に出力する光モジュールが知られている。
【０００３】
このような光モジュールとして、光素子の発光部または受光部と対向するようにレンズやミラーを有するレンズブロックを設け、当該レンズブロックを介して光素子と光ファイバとを光学的に接続した構成の光モジュールが知られている。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−９５２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、光モジュールは様々な用途に用いられており、その用途によっては、光モジュールの小型化が強く求められる場合がある。例えば産業用の超小型カメラ等では、小型化に伴い光モジュールを収容するスペースを十分に確保することができず、数ｍｍ程度の大きさの超小型の光モジュールが求められる場合がある。
【０００７】
しかしながら、上述のようなレンズブロックを用いた構成の光モジュールでは小型化に限界があり、上述のような超小型の光モジュールを実現することは困難であった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、さらなる小型化が可能な光モジュール、光通信機器、および光伝送装置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】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、回路基板と、前記回路基板の表面に搭載された光素子と、前記回路基板の表面に搭載され、前記光素子と電気的に接続された半導体回路素子と、前記回路基板の裏面に形成されると共に、前記回路基板の基端側から導入された光ファイバの先端部を収容する光ファイバ収容溝を有し、該光ファイバ収容溝に収容された前記光ファイバと前記光素子とを光学的に接続する光導波路と、前記光導波路の前記回路基板と反対側に設けられ、前記光ファイバを前記光ファイバ収容溝に収容した状態で固定するための押さえ板と、を備え、前記半導体回路素子は、前記回路基板の前記光素子よりも基端側に搭載され、前記半導体回路素子と前記押さえ板とで、前記回路基板と前記光導波路と前記光ファイバの先端部とを挟み込むように構成され、かつ、前記回路基板の裏面の先端部に、接続対象の機器側回路基板に電気的に接続される複数の電極を整列して形成した光モジュールである。
【００１０】
前記半導体回路素子と前記押さえ板の線膨張係数の差が２０ｐｐｍ以下であってもよい。
【００１１】
前記押さえ板は、少なくとも、前記半導体回路素子と対向する位置から前記光素子と対向する位置まで延びるように設けられてもよい。
【００１２】
前記押さえ板は、前記電極を前記機器側回路基板に電気的に接続したときに、その先端面が前記機器側回路基板に当接するよう構成されてもよい。
【００１３】
前記回路基板の表面に、前記光素子または前記半導体回路素子を検査するための検査用電極を形成してもよい。
【００１４】
前記回路基板は、一辺が３ｍｍ以下の矩形状に形成され、前記電極の長さが０．５ｍｍ以下に形成されてもよい。
【００１５】
また、本発明は、本発明の光モジュールの前記電極を、前記機器側回路基板に電気的に接続した光通信機器である。
【００１６】
前記光モジュールの前記回路基板の裏面に形成された前記電極を、前記機器側回路基板の表面に形成された機器側電極に電気的に接続してなり、前記光モジュールの前記回路基板の表面に搭載された前記光素子および前記半導体回路素子と、前記機器側回路基板の表面に搭載された機器側素子とを一括して覆うように、樹脂からなるポッティングを設けてもよい。
【００１７】
また、本発明は、本発明の光モジュールを、前記光ファイバの両端部に設けた光伝送装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、さらなる小型化が可能な光モジュール、光通信機器、および光伝送装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光モジュールを示す図であり、（ａ），（ｂ）は斜視図、（ｃ）は機器側回路基板に接続したときの側面図である。
【図２】図１の光モジュールの平面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１の光モジュールに用いる回路基板と光導波路の斜視図である。
【図４】図１の光モジュールに用いる光ファイバ保持部材の斜視図である。
【図５】本発明の一変形例に係る光モジュールの側面図である。
【図６】本発明の一変形例に係る光モジュールを機器側回路基板に接続したときの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る光モジュールを示す図であり、（ａ），（ｂ）は斜視図、（ｃ）は機器側回路基板に接続したときの側面図である。また、図２はその平面図である。
【００２２】
図１，２に示すように、光モジュール１は、回路基板２と、回路基板２の表面Ｓに搭載された光素子３と、回路基板２の表面Ｓに搭載され、光素子３と電気的に接続された半導体回路素子４と、回路基板２の裏面Ｒに形成されると共に、回路基板２の基端側から導入された光ファイバ５の先端部を収容する光ファイバ収容溝６（図３参照）を有し、該光ファイバ収容溝６に収容された光ファイバ５と光素子３とを光学的に接続する光接続部材１４と、光導波路７の回路基板２と反対側に設けられ、光ファイバ５を光ファイバ収容溝６に収容した状態で固定するための押さえ板８と、を備えている。
【００２３】
図３に示すように、回路基板２としては、両面に配線パターン２ａが形成された両面配線のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を用いる。表面Ｓ側に形成された配線パターン２ａと裏面Ｒ側に形成された配線パターン２ａとは、スルーホール２ｂを介して電気的に接続されている。本実施の形態では、回路基板２は、一辺が３ｍｍ以下、より詳細には一辺が１ｍｍ以上３ｍｍ以下の矩形状に形成されている。
【００２４】
回路基板２の表面Ｓ側には、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等の面発光素子またはＰＤ（Photo Diode）等の面受光素子からなる光素子３と、半導体回路素子４がフリップチップ実装により実装される。半導体回路素子４としては、光素子３が発光素子からなる場合は当該発光素子を駆動するドライバＩＣ、光素子３が受光素子からなる場合は当該受光素子からの電気信号を増幅するアンプＩＣを用いる。
【００２５】
本実施の形態では、光接続部材１４は、回路基板２の裏面Ｒに形成されると共に、回路基板２の基端側から導入された光ファイバ５の先端部を収容する光ファイバ収容溝６（図３参照）を有し、該光ファイバ収容溝６に収容された光ファイバ５と光素子３とを光学的に接続する光導波路７からなる。
【００２６】
回路基板２の裏面Ｒには、光導波路７が形成されている。光素子３の発光部または受光部と対向する位置の回路基板２には、光素子３が送受信する光を通す貫通孔１１が形成されている。なお、回路基板２が使用する波長の光に対して透明な材料からなる場合は、貫通孔１１を省略可能である。
【００２７】
光導波路７は、図示していないが、光ファイバ５の延出方向に沿って回路基板２と平行に延びるコアとコアの周囲を覆うクラッドとからなり、光ファイバ収容溝６に光ファイバ５を収容すると光ファイバ５のコアと光導波路７のコアとが光学的に接続されるように構成されている。光素子３の発光部または受光部と対向する位置の光導波路７には、Ｖ字状の溝が形成されており、コアと空気の屈折率差を利用して光導波路７のコアの光軸に対して４５度傾斜したミラー７ａが形成されている。このミラー７ａにより光軸を９０度変換することで、光素子３の発光部または受光部と光導波路７のコアとが光学的に接続されている。光導波路７は、回路基板２の基端部から光素子３と対向する位置まで延びるように形成されている。
【００２８】
光モジュール１では、光ファイバ５の周囲には接着剤が充填され、光ファイバ５を押さえ板８で押さえつけた状態で接着剤を硬化させることで、光ファイバ５が光ファイバ収容溝６により固定される。接着剤として紫外線硬化型の樹脂を用い、押さえ板８として紫外線に対して透明な材料を用いることで、光ファイバ５を押さえ板８で押さえつけた状態で紫外線を照射して接着剤を硬化させることができ、組立時の工程を簡略化できる。
【００２９】
回路基板２の基端部には、光ファイバ５を強固に固定し、かつ光ファイバ５の延出部の損傷を抑制するために、光ファイバ保持部材１０が設けられている。光ファイバ保持部材１０は、アルミニウムやステンレスなどからなる金属板を加工して形成される。
【００３０】
図４に示すように、光ファイバ保持部材１０は、光ファイバ５の両側方と下方（押さえ板８側）を覆うように断面視で凹字状に形成される光ファイバ保持部１０ａと、光ファイバ保持部１０ａの下面（押さえ板８側の面）から回路基板２の先端側に延出され、押さえ板８の光導波路７と反対側の面に接着固定される固定部１０ｂと、からなる。光ファイバ保持部１０ａには、光ファイバ５の光導波路７からの延出部分に応力が集中して光ファイバ５が破損してしまうことを抑制するために、硬化後の硬度が小さい接着剤（硬化後に光ファイバ５の移動を多少許容するような軟らかい接着剤）が充填され硬化される。固定部１０ｂは、その先端部が幅方向に拡大され略Ｔ字状に形成されており、押さえ板８との接触面積を大きくして光ファイバ保持部材１０を強固に固定するよう構成されている。
【００３１】
さて、本実施の形態に係る光モジュール１では、半導体回路素子４は、回路基板２の光素子３よりも基端側（光ファイバ５の導入側）に搭載され、半導体回路素子４と押さえ板８とで、回路基板２と光導波路７と光ファイバ５の先端部とを挟み込むように構成され、かつ、回路基板２の裏面Ｒの先端部に、接続対象の機器側回路基板２１に電気的に接続される複数の電極１２を整列して形成している。
【００３２】
本実施の形態では、６つの電極１２を回路基板２の幅方向に沿って等間隔に整列して形成しているが、電極１２の数や配置間隔等はこれに限定されるものではない。ただし、電極１２の長さを長くしすぎると回路基板２全体が長くなって大型化を招くため、電極１２の長さはできるだけ短いことが望ましく、０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。本実施の形態では、電極１２の長さを約０．２ｍｍとし、電極１２の幅方向に沿った配置ピッチを約０．１６ｍｍとした。なお、半導体回路素子４および光素子３、回路基板２、光導波路７、押さえ板８、光ファイバ保持部材１０を順次設けた光モジュール１全体の厚さは、約０．８ｍｍである。
【００３３】
光モジュール１では、半導体回路素子４と押さえ板８とで、回路基板２と光導波路７と光ファイバ５の先端部とを挟み込んだ構成となっているため、半導体回路素子４と押さえ板８の線膨張係数の差が大きいと、全体に反りが生じて光素子３や半導体回路素子４のはんだが外れるなどの不具合が発生する可能性がある。そのため、半導体回路素子４と押さえ板８の線膨張係数はなるべく近いことが望ましく、半導体回路素子４と押さえ板８の線膨張係数の差が２０ｐｐｍ以下であることが望ましい。具体的には、押さえ板８としては、半導体回路素子４と線膨張係数が近く、かつ紫外線に対して透明な石英ガラスなどのガラスを用いることが望ましい。
【００３４】
また、本実施の形態では、回路基板２の半導体回路素子４を搭載した側と反対側の面の先端部に電極１２を形成しているため、光素子３または半導体回路素子４を検査する際に検査用のプローブを電極１２に押し当てると、光素子３や半導体回路素子４が作業台に押しつられ、光素子３や半導体回路素子４のはんだが外れるなどの不具合が発生する可能性がある。そこで、本実施の形態では、回路基板２の表面Ｓに、光素子３または半導体回路素子４を検査するための検査用電極１３を形成し、検査時にはその検査用電極１３にプローブを押し当てて検査を行うように構成した。なお、本実施の形態では、回路基板２の表面Ｓの先端側であって、光素子３の周囲の配線パターン２ａをプローブを押し当て易いように拡大して形成し、検査用電極１３として用いている。
【００３５】
光素子３として発光素子を用いた光モジュール１を、光ファイバ５の一方の端部に設け、その光ファイバ５の他方の端部に、光素子３として受光素子を用いた光モジュール１を設けると、本実施の形態に係る光伝送装置が得られる。
【００３６】
また、図１（ｃ）に示すように、光モジュール１の電極１２を、機器側回路基板２１に電気的に接続すると、本実施の形態に係る光通信機器１００が得られる。
【００３７】
光通信機器１００は、例えば産業用の超小型カメラなどである。機器側回路基板２１は、例えば光通信機器１００の制御用回路基板であり、その表面側の端部には、光モジュール１の電極１２を接続するための機器側電極２２が形成されている。また、機器側回路基板２１の表面には、光通信機器１００の制御等を行う半導体回路素子などの機器側素子２３が搭載されている。
【００３８】
光通信機器１００は、光モジュール１の回路基板２の裏面Ｒに形成された電極１２を、機器側回路基板２１の表面に形成された機器側電極２２にはんだ等により電気的に接続して構成される。
【００３９】
本実施の形態では、高温高湿環境においても信頼性を高めるために、光モジュール１の回路基板２の表面Ｓに搭載された光素子３および半導体回路素子４と、機器側回路基板２１の表面に搭載された機器側素子２３とを一括して覆うように、樹脂からなるポッティング２４を設けている。例えば、電極１２を回路基板２の表面Ｓ側に形成した場合、光素子３および半導体回路素子４と機器側素子２３とを一括して覆うようにポッティング２４を設けることができず、回路基板２の両面においてそれぞれポッティング２４を設ける必要が生じるが、光モジュール１のように回路基板２の裏面Ｒに電極１２を形成することで、光素子３および半導体回路素子４と機器側素子２３とを共に機器側回路基板２１の表面側に位置させ、これらを一括して覆うようにポッティング２４を設けることが可能になる。
【００４０】
本実施の形態に係る作用を説明する。
【００４１】
本実施の形態に係る光モジュール１では、半導体回路素子４は、回路基板２の光素子３よりも基端側に搭載され、半導体回路素子４と押さえ板８とで、回路基板２と光導波路７（光接続部材１４）と光ファイバ５の先端部とを挟み込むように構成され、かつ、回路基板２の裏面Ｒの先端部に、接続対象の機器側回路基板２１に電気的に接続される複数の電極１２を整列して形成している。
【００４２】
従来の光モジュールでは、高速電気信号の劣化を避けるために、電極１２のできるだけ近くに半導体回路素子４を設けるのが通常であり、光素子３の先端側（電極１２側）に半導体回路素子４を設けるのが通常であった。
【００４３】
これに対して、本実施の形態に係る光モジュール１では、光素子３の基端側に半導体回路素子４を設けているため、回路基板２上の無駄なスペースをなくし、さらなる小型化を図ることが可能になる。なお、光モジュール１では、回路基板２の１辺の長さが３ｍｍ以下と従来と比較して非常に小型であり、光素子３の基端側に半導体回路素子４を設けたとしても、電極１２と回路基板２間の距離を小さく抑えることができ、高速電気信号の劣化を抑制することが可能である。
【００４４】
ところで、電極１２を機器側回路基板２１に接続する際にははんだ等を用いるが、電極１２のごく近くに光素子３が存在すると、光素子３がはんだ付け等の接続時の熱による影響を受けて不具合が発生してしまうおそれがある。光モジュール１では、光素子３が半導体回路素子４よりも先端側（電極１２側）に配置されるため、電極１２の接続時の熱が光素子３に与える影響が大きくなってしまう。
【００４５】
そこで、本実施の形態では、電極１２を光素子３の実装面と反対側である回路基板２の裏面Ｒに形成した。これにより、電極１２を光素子３の実装面に形成した場合と比較して、電極１２を光素子３に近づけても熱による光素子３の劣化を抑えることが可能になり、光モジュール１のさらなる小型化が可能になる。
【００４６】
また、光モジュール１は、電極１２を回路基板２の先端部に形成した構造となっているため、はんだ付け等により容易に光モジュール１を機器側回路基板２１に実装できる。なお、光モジュール１では電極１２の配置ピッチが非常に狭く（例えば約０．１６ｍｍ）、電極１２の長さも非常に短い（例えば０．２ｍｍ）ので、ＦＰＣコネクタのようなコネクタを用いて接続することは困難である。
【００４７】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００４８】
例えば、上記実施の形態では、押さえ板８を半導体回路素子４と対向する位置のみに設けていたが、これに限らず、図５に示す光モジュール５１のように、押さえ板８を先端側に延長して、半導体回路素子４と対向する位置から光素子３と対向する位置まで延びるように設けてもよい。これにより、光モジュール５１の機械的強度を向上させることが可能になる。
【００４９】
さらに、図６に示す光モジュール６１のように、押さえ板８を先端側にさらに延長して、電極１２を機器側回路基板２１に電気的に接続したときに、押さえ板８の先端面が機器側回路基板２１に当接するよう構成してもよい。このように構成することで、機器側回路基板２１に対する光モジュール６１の位置合わせを容易にすることが可能になる。この場合、押さえ板８は、光ファイバ５を固定する役割と、光モジュール６１の機械的強度を向上させる役割と、光モジュール６１の位置合わせの役割とを兼ねているといえる。
【符号の説明】
【００５０】
１  光モジュール
２  回路基板
３  光素子
４  半導体回路素子
５  光ファイバ
６  光ファイバ収容溝
７  光導波路
８  押さえ板
１０  光ファイバ保持部材
１２  電極
１４  光接続部材
２１  機器側回路基板
【図１】
2014191037.tif 000003
【図２】
2014191037.tif 000004
【図３】
2014191037.tif 000005
【図４】
2014191037.tif 000006
【図５】
2014191037.tif 000007
【図６】
2014191037.tif 000008