(57)【要約】  光フェルールを回路基板に実装した後の光ファイバの挿入を可能とするモジュールを得る。少なくとも光フェルール３３と電気部品５７とが外部電極６３を装備した回路基板３５上に実装され、光フェルール３３には、光電変換素子３１が一端面に装備されるとともに光電変換素子３１の活性層に対応する位置に光ファイバ挿通孔が貫通形成され、電気部品５７には、光フェルール３３の光電変換素子３１が電気接続されるモジュール１００であって、光フェルール３３は、光ファイバ挿通孔の光電変換素子３１と対向する一端面での開口部が透明な物質６１で塞がれかつ他端面の光ファイバ挿入口を除く部分が一体的にモールド樹脂５５で覆われる。
2009119426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ挿通孔が貫通形成された光フェルールと、
前記光フェルールの一端面における前記光ファイバ挿通孔の開口部を塞ぐ透明な物質と、
活性層を有し、前記活性層が前記開口部と対向するように前記一端面に取り付けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子が電気接続される電気部品と、
前記光フェルールと前記電気部品とを載せる回路基板と
を含む光電変換モジュール。
【請求項２】
前記透明な物質が透明フィルムである請求項１記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記透明フィルムはハード層とソフト層からなる二層構造で、前記ソフト層が光フェルール側に配置されている請求項２記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
前記透明な物質が粘着体である
請求項１から３のいずれか１項記載の光電変換モジュール。
【請求項５】
前記透明な物質が異方導電膜である請求項１記載の光電変換モジュール。
【請求項６】
前記光フェルールの光ファイバ挿入口を除く部分は一体的にモールド樹脂で覆われている請求項１から５のいずれか１項記載の光電変換モジュール。
【請求項７】
前記光フェルールは、前記モールド樹脂から外れた領域に光ファイバを固定するための樹脂注入穴を有する請求項６記載の光電変換モジュール。
【請求項８】
前記光フェルールは、前記光ファイバ挿通孔に挿通される光ファイバを保持し後抜けを阻止する抜止手段を有する
請求項１から７のいずれか１項記載の光電変換モジュール。
【請求項９】
前記光ファイバ挿通孔の一部が光ファイバの屈曲部を収容する撓み収容空間となっている請求項１から８のいずれか１項記載の光電変換モジュール。
【請求項１０】
光フェルールの一端面における光ファイバ挿通孔の開口部を透明な物質で塞ぐ工程と、
前記一端面に形成され電極に前記透明な物質を破壊して光電変換素子のバンプを電気的に接続する工程と、
外部電極を装備した回路基板上に電気部品および前記光フェルールを実装する工程と、
他端面における光ファイバ挿入孔の開口部を除く前記光フェルール、前記光電変換素子、および前記電気部品を前記回路基板と一体的にモールド樹脂で覆う工程と
を含む光電変換モジュールの組み立て方法。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項記載のモジュールを、機器側基板に搭載した光電対応情報処理機器であって、
前記機器側基板に搭載した後の前記モジュールの前記光ファイバ挿通孔に対し、切断した光ファイバが挿入組立された光電対応情報処理機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に実装した後に光ファイバを取り付けることが可能な光電変換モジュールおよびその組み立て方法ならびにそれを用いた光電対応情報処理機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ間信号の高速化に伴い、電気による伝送ではノイズ、消費電力増加を解消することが困難となってきている。そこで、ＬＳＩ間を、電磁障害や周波数依存性損失がほとんどない光で伝送する試みがなされている。例えば特開２００６−５９８６７号公報は、光電変換素子と光ファイバの挿入されるリードインサート成型フェルールを備えた、ＬＳＩ間の光伝送に使用する光電変換ヘッダー（光電変換モジュール）を記載している。この光電変換モジュールでは、レンズ等の光学部品を介さずに光電変換素子と光ファイバを直接光結合している。ここで、光電変換素子は、発光素子（例えば、Vertical Cavity Surface Emitting Laser（ＶＣＳＥＬ））または受光素子である。【０００３】
図１０は、このような従来の光電変換モジュールを製造する際の、樹脂モールド時の樹脂の流れを示す要部平断面図である。光電変換モジュール１の製造は、まず、光ファイバ（又は光導波路）５を挿入する貫通穴（光ファイバ挿通孔）７を持つ光フェルール３に光電変換素子９を搭載する。この際、光電変換素子９と光フェルール３の電極（不図示）との接続は、例えばＡｕバンプ１１の加熱圧着を用いる。次に、光フェルール３に光ファイバ５を挿入する。これにより、光電変換素子９に対して光ファイバ５が位置決めされる。最後に、光フェルール３および光電変換素子９を樹脂（不図示）でモールドする。【０００４】
光ファイバ５が挿入されたモジュール１は、回路基板（不図示）に実装され、光素子駆動ＩＣ（ドライバ、レシーバなど）とボンディングワイヤで接続された後、光フェルール３、光電変換素子９、光素子駆動ＩＣ、および回路基板が一体的に樹脂モールドされる。モジュール１によれば、基板実装される光フェルール３に光ファイバ５が直接挿入接続されているので、小型化、低コスト化が期待できる。【０００５】
しかしながら、モジュール１は、組み付けられている光ファイバ５の被覆樹脂が高温で劣化するため、通常の電気部品として、リフロー等を使用した高温加熱で回路基板へ実装することができなかった。また、モジュール１の実装されたモジュール（光電変換素子、光フェルール、および回路基板を一体樹脂モールドしたもの）を機器側基板に組み込む際にも、同様の理由から高温加熱での実装が行えず、光電対応情報処理機器の量産性を妨げる要因となっていた。これに対し、光ファイバ５の組み付けを省略すれば、光電変換素子９、光フェルール３、および回路基板をモールドするときの樹脂が、光フェルール３の一端面３ａで開口する光ファイバ挿通孔７の開口部７ａから図１０の矢線のように浸入し、後の光ファイバ５の挿入障害となった。
【特許文献１】特開２００６−５９８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、光フェルールを回路基板に実装した後でも光ファイバの挿入が可能である光電変換モジュールおよびその組み立て方法ならびにそれを用いた光電対応情報処理機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
目的を達成するため、光ファイバ挿通孔が貫通形成された光フェルールと、光フェルールの一端面における光ファイバ挿通孔の開口部を塞ぐ透明な物質と、活性層を有し、活性層が開口部と対向するように一端面に取り付けられた光電変換素子と、光電変換素子が電気接続される電気部品と、光フェルールと電気部品とを載せる回路基板とを含む光電変換モジュールが提供される。【０００８】
透明な物質が透明フィルムであっても良い。この場合、透明フィルムはハード層とソフト層からなる二層構造で、ソフト層が光フェルール側に配置されていることが好ましい。また、透明な物質は粘着体であってもよく、異方導電膜であってもよい。【０００９】
これらの光電変換モジュールにおいて、光フェルールの光ファイバ挿入口を除く部分は一体的にモールド樹脂で覆われているのが好ましく、この場合、光フェルールは、モールド樹脂から外れた領域に光ファイバを固定するための樹脂注入穴を有するのが好ましい。【００１０】
さらに、これらの光電変換モジュールにおいて、光フェルールは、光ファイバ挿通孔に挿通される光ファイバを保持し後抜けを阻止する抜止手段を有するのが好ましい。また、これらの光電変換モジュールにおいて、光ファイバ挿通孔の一部が光ファイバの屈曲部を収容するたわみ収容空間となっているのが好ましい。【００１１】
本発明の他の態様として、光フェルールの一端面における光ファイバ挿通孔の開口部を透明な物質で塞ぐ工程と、一端面に形成され電極に透明な物質を破壊して光電変換素子のバンプを電気的に接続する工程と、外部電極を装備した回路基板上に電気部品および光フェルールを実装する工程と、他端面における光ファイバ挿入孔の開口部を除く光フェルール、光電変換素子、および電気部品を回路基板と一体的にモールド樹脂で覆う工程とを含む光電変換モジュールの組み立て方法が提供される。【００１２】
本発明の更に他の態様として、本発明のモジュールを、機器側基板に搭載した光電対応情報処理機器であって、機器側基板に搭載した後のモジュールの光ファイバ挿通孔に対し、切断した光ファイバが挿入組立された光電対応情報処理機器が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るモジュールによれば、開口部からのモールド樹脂の浸入を透明な物質で阻止し、光ファイバの挿入前に、光電変換素子、光フェルール、電気部品、および回路基板を一体構成できる。これにより、光フェルールを回路基板に実装した後の光ファイバの挿入、更にはモジュール自体を機器側基板に実装した後の光ファイバの挿入を可能にできる。また、光ファイバの挿入された従来のモジュールでは困難であったリフロー等を使用した高温加熱での回路基板や機器側基板に対する実装、および実装後の樹脂モールドが可能となり、量産性を高めることができる。本発明に係るモジュールの組み立て方法によれば、光ファイバの後組み立て可能なモジュールを得ることができる。本発明に係る光電対応情報処理機器によれば、リフロー等を使用した高温加熱での機器側基板に対するモジュールの実装が可能となり、量産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る光電変換モジュールの実施形態を示す側面図である。
【００１５】
【図２】図１の光電変換モジュールの要部拡大図である。
【００１６】
【図３】光ファイバ挿入後の開口部近傍の一例の拡大図である。
【００１７】
【図４】実施形態の光電変換モジュールにおける光フェルールの変形例を示す断面図である。
【００１８】
【図５】（ａ）領域は、実施形態の光電変換モジュールにおける光フェルールの他の変形例を光ファイバの配列面に沿って切断した断面図であり、（ｂ）領域は配列面に垂直に切断した断面図である。
【００１９】
【図６】実施形態の光電変換モジュールにおける透明な物質の変形例を説明する断面図である。
【００２０】
【図７】（ａ）領域から（ｄ）領域各々は、モジュール１００の組み立て方法の各工程を示す概念図である。
【００２１】
【図８】多数電極の設けられた光フェルール一端面の例を示す斜視図である。
【００２２】
【図９】本発明の光電対応情報処理機器の実施形態を示す要部側面図である。
【００２３】
【図１０】従来の光モジュールにおける樹脂モールド時の樹脂の流れを示す要部平断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施形態が、以下において、図面を参照して説明される。図面は、説明を目的とし、発明の範囲を限定しようとするものではない。図面において、説明の重複を避けるため、同じ符号は同一部分を示す。図面中の寸法の比率は、必ずしも正確ではない。【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る光電変換モジュール１００を示す側面図である。モジュール１００は回路基板３５の一面に光フェルール３３と電気部品５７とを実装したものである。回路基板３５の他の面には外部電極６３が形成されている。回路基板３５の部品が実装された側の面は光フェルール３３の一部と電気部品５７を含めてモールド樹脂５５で覆われている。モジュール１００は、後から光ファイバを取り付けることができる。【００２６】
電気部品５７は、例えば光素子駆動ＩＣ（ドライバ、トランスインピーダンスアンプなど）である。電気部品５７は、ボンディングワイヤ６５を介して光フェルール３３、回路基板３５と接続されている。光フェルール３３は、ポリエステル樹脂、ＰＰＳ樹脂およびエポキシ樹脂のいずれかを含む材料で形成されている。【００２７】
図２は、光電変換モジュール１００の要部拡大図である。光フェルール３３の結合面４３には複数の電気回路である引き出し電極４９が並設され、電極４９は結合面４３に隣接する交差面（図２の上面）に延出して連続形成されている。光フェルール３３の結合面４３には、光電変換素子３１が装備されている。【００２８】
光電変換素子３１は、例えば、ＶＣＳＥＬ、フォトダイオード（ＰＤ）である。光電変換素子３１の結合面３７には複数の活性層３９が配置されている。活性層３９は、活性層３９に沿って配設された複数のＡｕバンプ４１を接続端子としている。光電変換素子３１は、バンプ４１を電極４９に接続することで光フェルール３３に装備されている。Ａｕバンプ４１は、超音波による圧着で電極４９に固定することができる。【００２９】
光フェルール３３の結合面４３には光ファイバ４５を位置決め保持する複数の光ファイバ挿通孔４７が活性層３９に応じて配置されている。光ファイバ挿通孔４７は、光フェルール３３の他端面４８では光ファイバ挿入口５１となって開口している。【００３０】
光フェルール３３の電極４９にはボンディングワイヤ６５が接続されている。つまり、電気部品５７は、光フェルール３３上の電極４９を介して光電変換素子３１と電気接続されている。また、光フェルール３３の光ファイバ挿通孔４７に挿入される光ファイバ４５は、光電変換素子３１の活性層３９に光学的に接続されている。【００３１】
モジュール１００では、光フェルール３３の開口部５２が透明な物質６１でふさがれている。透明な物質６１の開口部５２と反対側の面は、光電変換素子３１の結合面３７と密着している。これにより、樹脂５５によるモールドの際に、開口部５２からのモールド樹脂５５の浸入を阻止できる。これにより光ファイバ４５が後付け可能となり、光ファイバ４５が先付けされていた従来のモジュールでは困難であったリフロー等を使用した高温加熱でのモジュール１００の実装が可能となった。【００３２】
また、モジュール１００では、光フェルール３３は、光ファイバ挿入口５１を除く部分５３が、光電変換素子３１、回路基板３５、および電気部品５７と一体的にモールド樹脂５５で覆われている。そのため、光電変換素子と光フェルールの接合強度が補強されたり、光フェルールと電気部品間のボンディングワイヤが保護されたりすると共に、回路基板には外部電極が装備されるので、モジュールを部品として機器側基板に搭載した後で光ファイバの実装が容易になっている。【００３３】
モジュール１００において、透明な物質６１は透明フィルムである。透明な物質６１を透明フィルムとすることで、透明な物質６１の開口部５２への取り付けが容易となる。すなわち、フィルムであれば貼着面に形成した粘着層により容易な着設が可能となる。また、フィルム厚み方向の弾性で光ファイバ挿入組み立て時の衝撃を吸収し、光電変換素子３１の破損を防止できる。透明フィルム６１の材質としては例えばアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂、オレフィン系樹脂を挙げることができる。特に、シリコーン系樹脂は、耐熱温度が高く電気実装で用いられるリフロー時の温度でも劣化することは無い。なお、透明フィルム全体を粘着体で形成することもできる。このようにすると、光フェルールと光電変換素子との結合力を補強する効果も期待できる。【００３４】
透明フィルム６１は、複数の光ファイバ挿通孔４７のそれぞれに共通に設けられることが好ましい。複数の光ファイバ挿通孔４７を一つの透明フィルム６１で一度に覆え、組み立て作業が容易となる。【００３５】
透明フィルム６１は、戻り光雑音の抑制機能を有することが好ましい。透明フィルム６１は、屈折率整合フィルムとすることができる。なお、透明フィルム６１は、光ファイバ４５との完全な屈折率の一致が必ずしも実現できないため、わずかに残留反射が残る。この残留反射による光は、透明フィルム６１が周囲の空気より屈折率が高いため、その界面で内部に反射し、透明フィルム６１内に閉じ込められる。この残留反射光が戻り光となり、ＶＣＳＥＬの雑音レベルを上昇させ、非常に高速の光伝送を行う場合にはジッタなどを増加させる原因となる。このような光閉じ込め問題を解決するため透明フィルム６１の空気界面に相当する部分には光吸収性樹脂を設けることが望ましい。【００３６】
図３は、光ファイバ４５挿入後の開口部５２近傍の一例の拡大図である。この例では、透明フィルム６１はハード層６６とソフト層６７からなる二層構造で、ソフト層６７が光フェルール３３側に配置されている。光ファイバ４５の切断時に生じた突起６９や凹凸はソフト層６７で吸収され、光ファイバ４５と光電変換素子３１との良好な接合が可能となっている。また、ハード層６６で活性層３９等への傷つきを防止している。【００３７】
なお、モジュール１００のように光フェルール３３には樹脂注入穴５９が形成されていてもよく（図２）、この場合、樹脂注入穴５９がモールド樹脂５５により覆われないようにモールドする。これにより、基板実装後のモジュール１００に挿入組み付けされた光ファイバ４５を、樹脂注入穴５９に注入した接着剤で確実に固定することができる。【００３８】
図４は、光電変換モジュール１００における光フェルールの変形例を示す断面図である。光フェルール３３Ｂは、光ファイバ挿通孔４７に挿通される光ファイバ４５を保持し、光ファイバ４５の後抜けを阻止する抜止手段７１を有している。抜止手段７１の一例は、光ファイバ挿入口５１の縁から光ファイバ４５の挿入方向に突出した複数の弾性可撓爪７１ａである。抜止手段７１により、基板実装後のモジュール１００に光ファイバ４５を挿入組み付けされた、抜止手段７１で後抜け阻止し、挿入作業のみにより簡便に固定することができる。【００３９】
図５の（ａ）領域は、光電変換モジュール１００における光フェルールの他の変形例を光ファイバの配列面に沿って切断した断面図であり、（ｂ）領域は配列面に垂直に切断した断面図である。光フェルール３３Ｃは、光ファイバ挿通孔４７の一部に光ファイバ４５の屈曲部７５を収容する撓み収容空間７３を有する。撓み収容空間７３は、光ファイバ挿通孔４７の先端側一部分を拡径することにより形成できる。先端長が若干不揃いな状態に切断されて並設された複数本の光ファイバ（特に光ファイバテープ心線）４５が光フェルール３３Ｃに同時に挿入組み付けされ（（ａ）領域）、先端から最も後退位置となる光ファイバ４５ａに合わせて全体が押し込まれたときであっても、長く突出した光ファイバ４５ｂの余長は撓み収容空間７３で撓んで屈曲部７５となって収容される（（ｂ）領域）。その結果、全ての光ファイバ先端面と透明フィルム６１の接続が良好となる。【００４０】
図６は、光電変換モジュール１００における透明な物質の変形例を説明する断面図である。この例では、透明な物質は異方導電膜６１ｂである。異方導電膜６１ｂは、屈折率整合フィルム中に金属粒子を分散させたものであり、二つの導電で異方導電膜をはさみ加圧・加熱すると導体間の抵抗が減少し導通する性質を有している（ＳＥＩテクニカルレビュー、１６８号、９３ページ）。透明な物質として異方導電膜６１ｂを使うことにより、金バンプを用いることなく、また隣り合う電極４９の絶縁を保ちつつ電極４９と光電変換素子３１とを電気的に接続することができる。金属粒子としては、針状ニッケルナノ粒子が特に好ましい。針状ニッケルナノ粒子は、少量で確実に導体間をつなぐので、分散量が少なくて済み、透明度を高くすることができる。【００４１】
次に、モジュール１００の組み立て方法を説明する。図７（ａ）領域から（ｄ）領域各々は、光電変換モジュール１００の組み立て方法の各工程を示す概念図である。図８は多数電極の設けられた光フェルール一端面の例を示す斜視図である。モジュール１００を組み立てるには、先ず、（ａ）領域に示すように、光フェルール３３の結合面４３に形成される光ファイバ挿通孔４７の開口部５２を、透明フィルム６１で覆う。【００４２】
次に、（ｂ）領域に示すように、光フェルール３３の結合面４３に形成した電極４９に、透明フィルム６１を破壊（貫通）して光電変換素子３１のバンプ４１を電気的に接続する。この際、透明フィルム６１の相当部分のみを破壊して各バンプ４１を、図８に例示するような多数の電極４９に接続できる。これにより、結合面４３を一つの透明フィルム６１で一度に覆うことが可能となり、光ファイバ挿通孔４７を個々に覆う必要がなくなり、フィルム着設作業を良好にできる。【００４３】
次に、（ｃ）領域に示すように、外部電極６３を装備した回路基板３５上に少なくとも電気部品５７および光フェルール３３を実装する。電気部品５７および光フェルール３３を実装したなら、光フェルール３３の電極４９と電気部品５７の間、電気部品５７と回路基板３５の端子間を、ボンディングワイヤ６５で接続する。【００４４】
最後に、（ｄ）領域に示すように、他端面４８の光ファイバ挿入口５１を除く光フェルール３３、光電変換素子３１、ボンディングワイヤ６５、および電気部品５７を回路基板３５と一体的にモールド樹脂５５で覆う。これにより、光ファイバ４５の後組付可能なモジュール１００が得られる。【００４５】
この製造方法では、樹脂モールド時に光電変換素子３１と光フェルール３３の間隙に入り込むモールド樹脂５５が透明フィルム６１で遮られ、光ファイバ挿通孔４７に浸入しない。また、透明な物質を破壊してバンプを電極に接続するので、一端面を一つの透明な物質で一度に覆うことができ、光ファイバ挿通孔を個々に覆う必要がないので、作業性を良好にできる。【００４６】
図９は、本発明の実施形態である光電対応情報処理機器７７を示す要部側面図である。光電対応情報処理機器７７は、光電変換モジュール１００を機器側基板７９に実装し、外部電極６３を介して機器側基板７９上の回路と接続したものである。【００４７】
光電対応情報処理機器７７によれば、機器側基板７９に搭載した後のモジュール１００の光ファイバ挿通孔４７に対し、切断した光ファイバ４５を挿入組立できる。これにより、従来のモジュールでは困難であったリフロー等を使用した高温加熱での機器側基板７９に対するモジュール１００の実装が可能となり、量産性を高めることができる。【００４８】
以上のように、本発明の光電変換モジュールおよびその組み立て方法によれば、光フェルール３３を回路基板３５に実装した後の光ファイバ４５の挿入、更にはモジュール１００自体を機器側基板７９に実装した後の光ファイバ４５の挿入を可能にできる。また、光ファイバ４５の挿入された従来のモジュールでは困難であったリフロー等を使用した高温加熱での回路基板３５や機器側基板７９に対する実装、および実装後の樹脂モールドが可能となり、量産性を高めることができる。【００４９】
本出願は、２００８年３月２６日出願の日本特許出願（特願２００８−０８１７８６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の光電変換モジュールは、ＬＳＩ間の光伝送に使用する光電変換モジュールとして有用である。
【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１０】
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【国際調査報告】
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