(57)【要約】【課題】位置決め用の突起及び嵌合穴を用いずに光素子と光学ブロックとの光軸合わせを行うことができ、発熱体からの熱の影響を抑制することができる光伝送モジュール、及び光学ブロックの実装構造を提供する。【解決手段】光伝送モジュール１は、内部に複数の配線層が形成され、第１及び第２の主面２ａ、２ｂを有する多層基板２と、凹部２１の底面２１ａに実装され、最上層から２番目の配線層２０４に電気的に接続された光素子３と、最下層から２番目の配線層２０２に電気的に接続された回路素子４と、第１の主面２ａに平行に位置調整可能に配置され、光素子３と光学的に結合する光学ブロック５と、第１の主面２ａと光学ブロック５とを接着する接着剤６と、を備える。【選択図】図１
2015222312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に複数の配線層が形成され、第１及び第２の主面を有する多層基板と、
前記多層基板の前記第１の主面よりも低い第１の面に実装され、前記複数の配線層のうち最上層よりも前記第２の主面側の前記配線層に電気的に接続された光素子と、
前記多層基板の前記第２の主面側の面に実装され、前記光素子に電気的に接続された回路素子と、
前記多層基板の前記第１の主面側に、前記第１の主面に平行に位置調整可能に配置され、前記光素子と光学的に結合する光学ブロックと、
前記多層基板の前記第１の面よりも高い第２の面と前記光学ブロックとを接着する接着剤と、
を備えた光伝送モジュール。  
【請求項２】
前記第１の面は、前記第１の主面に形成された凹部の底面である、請求項１に記載の光伝送モジュール。
【請求項３】
前記第２の面は、前記凹部の底面よりも高く、前記第１の主面よりも低い面である、請求項２に記載の光伝送モジュール。
【請求項４】
前記回路素子が実装される前記第２の主面側の面は、前記第２の主面よりも前記第１の主面側に近い面であり、
前記回路素子は、前記光素子と電気的に接続された、
請求項１に記載の光伝送モジュール。
【請求項５】
前記光素子は、発光素子又は受光素子であり、
前記回路素子は、前記発光素子を駆動する駆動素子、又は前記受光素子の出力信号を増幅する増幅素子である、請求項１から４のいずれか１項に記載の光伝送モジュール。
【請求項６】
内部に複数の配線層が形成され、第１及び第２の主面を有する多層基板であって、前記第１の主面よりも低い第１の面に光素子が実装され、前記光素子が前記複数の配線層のうち最上層よりも前記第２の主面側の前記配線層に電気的に接続された多層基板の前記第１の主面側に、前記第１の主面に平行に位置調整可能に配置され、前記光素子と光学的に結合する光学ブロックの実装構造において、
前記多層基板の前記第１の面よりも高い第２の面と前記光学ブロックとを接着剤によって接着された、光学ブロックの実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送モジュール、及び光学ブロックの実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光伝送モジュールの小型化に伴い、レンズと光ファイバとを一体化した光学ブロックが用いられている。また、従来、光伝送損失を極力抑えるため、レーザダイオードとレンズとの光軸合わせを行った後、レンズ又は光学ブロックを接着剤で基板等に固定した光伝送モジュールが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された光伝送モジュールは、台形型の溝を有するＳｉ基板と、Ｓｉ基板の溝に配置された球状のレンズと、レンズの周囲にウォール部材を配置し、ウォール部材とレンズ、及びウォール部材とＳｉ基板をそれぞれ接着する接着剤層と、Ｓｉ基板上に実装されたレーザダイオードとを備える。この構成によれば、ウォール部材を用いずにレンズを接着剤でＳｉ基板に直接接着する場合と比べて、Ｓｉ基板が熱を受けて温度上昇しても、ウォール部材がＳｉ基板から剥がれず、またＳｉ基板にクラックは発生せず、耐久性が向上したとされている。
【０００４】
特許文献２に記載された光伝送モジュールは、光素子が実装された回路基板と、回路基板上に接着剤によって接着され、嵌合穴を有するレンズブロック受け台と、レンズと突起を有するレンズブロック（光学ブロック）とを備え、レンズブロックの突起をレンズブロック受け台の嵌合穴に嵌合させることで、レンズブロックがレンズブロック受け台に対して位置決めされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７３５９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５００７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された光伝送モジュールは、レーザダイオードが実装されているＳｉ基板の面と同じ面でレンズを接着しているため、ドライバＩＣ等の発熱体がＳｉ基板の下面に実装された構成を採用した場合には、発熱体からの熱によって接着剤が温度上昇し、Ｓｉ基板の変形やウォール部材の剥がれなどの問題を起こす可能性がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載された光伝送モジュールは、レンズブロックの突起とレンズブロック受け台の嵌合穴を用いて位置決めを行うものであるため、光軸合わせを不要にできるが、突起及び嵌合穴に高精度な成型が求められる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、位置決め用の突起及び嵌合穴を用いずに光素子と光学ブロックとの光軸合わせを行うことができ、発熱体からの熱の影響を抑制することができる光伝送モジュール、及び光学ブロックの実装構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、内部に複数の配線層が形成され、第１及び第２の主面を有する多層基板と、前記多層基板の前記第１の主面よりも低い第１の面に実装され、前記複数の配線層のうち最上層よりも前記第２の主面側の前記配線層に電気的に接続された光素子と、前記多層基板の前記第２の主面側の面に実装され、前記光素子に電気的に接続された回路素子と、前記多層基板の前記第１の主面側に、前記第１の主面に平行に位置調整可能に配置され、前記光素子と光学的に結合する光学ブロックと、前記多層基板の前記第１の面よりも高い第２の面と前記光学ブロックとを接着する接着剤と、を備えた光伝送モジュールを提供する。
【００１０】
前記第１の面は、前記第１の主面に形成された凹部の底面でもよい。前記第２の面は、前記凹部の底面よりも高く、前記第１の主面よりも低い面でもよい。
【００１１】
前記回路素子が実装される前記第２の主面側の面は、前記第２の主面よりも前記第１の主面側に近い面であり、前記回路素子は、前記光素子と電気的に接続されたものでもよい。
【００１２】
前記光素子は、発光素子又は受光素子であり、前記回路素子は、前記発光素子を駆動する駆動素子、又は前記受光素子の出力信号を増幅する増幅素子でもよい。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、内部に複数の配線層が形成され、第１及び第２の主面を有する多層基板であって、前記第１の主面よりも低い第１の面に光素子が実装され、前記光素子が前記複数の配線層のうち最上層よりも前記第２の主面側の前記配線層に電気的に接続された多層基板の前記第１の主面側に、前記第１の主面に平行に位置調整可能に配置され、前記光素子と光学的に結合する光学ブロックの実装構造において、前記多層基板の前記第１の面よりも高い第２の面と前記光学ブロックとを接着剤によって接着された、光学ブロックの実装構造を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、位置決め用の突起及び嵌合穴を用いずに光素子と光学ブロックとの光軸合わせを行うことができ、発熱体からの熱の影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光伝送モジュールの概略の構成例を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施の形態に係る光伝送モジュールの概略の構成例を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の第３の実施の形態に係る光伝送モジュールの概略の構成例を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第４の実施の形態に係る光伝送モジュールの概略の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光伝送モジュールの概略の構成例を示す断面図である。
【００１８】
（光伝送モジュールの全体の構成）
この光伝送モジュール１は、内部に複数（本実施の形態では５つ）の配線層２０１〜２０５（これらを総称するときは、「配線層２０」という。）が形成され、第１及び第２の主面２ａ、２ｂを有する多層基板２と、多層基板２の第１の主面２ａに形成された凹部２１の底面２１ａに実装された光素子３と、多層基板２の第２の主面２ｂに形成された凹部２２の底面２２ａに実装され、光素子３に電気的に接続された回路素子４と、光素子３と光学的に結合する光学ブロック５と、多層基板２の第１の主面２ａと光学ブロック５とを接着する接着剤６とを備える。ここで、底面２１ａは、第１の主面２ａよりも低い第１の面の一例である。光学ブロック５と接着される第１の主面２ａは、底面（第１の面）２１ａよりも高い第２の面の一例である。回路素子４が実装される凹部２２の底面２２ａは、第２の主面２ｂよりも第１の主面２ａ側に近い面の一例である。
【００１９】
また、光伝送モジュール１は、多層基板２に、光素子３、回路素子４及び光学ブロック５が実装された状態でケース１０に収容される。ケース１０は、底壁１０ａ、側壁１０ｂ、１０ｃ、上壁１０ｄからなる略箱状を有する。ケース１０は、外部に放射される電磁波ノイズを抑制するため、アルミニウム等の金属から形成されている。多層基板２は、第２の主面２ｂとケース１０の底壁１０ａとの間に配置された金属、樹脂等からなる支持台１１によって支持されている。また、回路素子４の放熱のため、回路素子４は、樹脂フィルムからなる放熱シート１２を介してケース１０の底壁１０ａに接触している。
【００２０】
（多層基板の構成）
多層基板２は、配線層２０１〜２０５とガラスエポキシ樹脂等からなる絶縁層２３とが交互に積層されて構成されている。配線層２０１〜２０５は、例えば、銅、銀、金等の良導体から形成することができる。各配線層２０は、適宜の位置でビアホール２４により接続されている。多層基板２の第１の主面２ａに形成された凹部２１は、例えば４つの側面と底面２１ａとから形成されている。多層基板２の第２の主面２ｂに形成された凹部２２は、例えば４つの側面と底面２２ａとから形成されている。
【００２１】
（光素子の構成）
光素子３は、光信号を送信する発光素子、又は光信号を受信する受光素子である。前者の例としては、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）等の半導体レーザー素子やＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）等の発光素子が挙げられる。また、後者の例としては、フォトダイオード等の受光素子が挙げられる。光素子３は、最上層から２層目の配線層２０４に電極２５を介してボンディングワイヤ３１によって電気的に接続されている。なお、ボンディングワイヤ３１に代えて、配線層２０４に配線パターンを形成し、光素子３をフリップチップ実装によって配線層２０４に実装し、電気的接続を行うこともできる。
【００２２】
（回路素子の構成）
回路素子４は、光素子３が発光素子であれば、発光素子を駆動するドライバＩＣであり、光素子３が受光素子であれば、受光素子の出力信号を増幅するプリアンプＩＣである。回路素子４は、最下層から２層目の配線層２０２に形成された電極２６にハンダ７を介してフリップチップ実装されている。なお、回路素子４は、フリップチップ実装に限られず、ワイヤーボンディング実装でもよい。回路素子４を第１の主面２ａに形成された凹部２１の底面２１ａの直下に配置し、光素子３を最上層から２層目の配線層２０４に電気的に接続し、回路素子４を最下層から２層目の配線層２０２に電気的に接続することにより、光素子３と回路素子４間の信号伝送路の長さを短くすることができ、光素子３と回路素子４間で伝送される信号の劣化を抑制することができる。
【００２３】
なお、回路素子４は、最下層の配線層２０１に電気的に接続されてもよい。この場合においても光素子３が最上層の配線層２０５に電気的に接続されている場合と比べて、光素子３と回路素子４間の信号伝送路の長さを短くすることができる。
【００２４】
（光学ブロックの構成）
光学ブロック５は、レンズ部５０ａを有するブロック本体５０と、ブロック本体５０に組み込まれたミラー５１と、光素子３の光軸３ａに直交するように配置された光ファイバ５２とを備える。このような構成とすることで、光学ブロック５を小型化することができる。
【００２５】
ブロック本体５０は、例えば矩形状の外形を有し、一例として、四角柱状の基部５０ｂと、四角筒状の脚部５０ｃとを備える。基部５０ｂには、光ファイバ５２が嵌合する嵌合凹部５０ｄが形成されている。その嵌合凹部５０ｄに光ファイバ５２の先端部を嵌合することで、光学ブロック５が組み立てられる。基部５０ｂの光素子３に対向する面には、凸状の上記レンズ部５０ａが形成されている。光素子３と光学ブロック５のレンズ部５０ａとの光軸合わせを可能とするため、脚部５０ｃの幅は、凹部２１の幅よりも十分小さく設定されている。脚部５０ｃは、光素子３とレンズ部５０ａとの間に所定の距離を設けるために適宜の長さを有する。ブロック本体５０は、光素子３が出力する光信号又は光素子３が受信する光信号に対して透明な材質、例えばアクリル系の樹脂から形成されている。なお、ブロック本体５０は、円柱状の外形を有してもよい。
【００２６】
光ファイバ５２は、コアと、コアの周囲に形成されたクラッドとを備える。なお、光ファイバ５２は、クラッドの周囲に被覆層を有していてもよい。この場合、被覆層を有したまま嵌合凹部５０ｄに嵌合してもよく、先端側の被覆層を剥がして嵌合凹部５０ｄに嵌合してもよい。
【００２７】
接着剤６は、例えば、紫外線硬化性樹脂を用いることができる。なお、接着剤６は、紫外線硬化性樹脂に限られず、他の接着剤を用いてもよい。
【００２８】
（光伝送モジュールの組立）
光伝送モジュール１は、例えば次のように組み立てられる。多層基板２の第１の主面２ａに形成された凹部２１の底面２１ａに光素子３を実装する。このとき、必要に応じて光素子３と電極２５とをボンディングワイヤ３１によって接続する。多層基板２の第２の主面２ｂに形成された凹部２２の底面２２ａに回路素子４を実装する。このとき、回路素子４をハンダ７によって電極２６に電気的に接続する。
【００２９】
光学ブロック５の脚部５０ｃの先端面５０ｅを凹部２１の底面２１ａに接触させて光学ブロック５を多層基板２上に配置する。次に、光学ブロック５の外周面５０ｆと第１の主面２ａとの間に接着剤６を塗布する。接着剤６を塗布する際、凹部２１と接着剤６と光学ブロック５とで形成される空間εには、空気層が形成されている（図１参照）。空気層を形成することにより断熱効果が高まり、接着剤６の接着力の低下を抑制することができる。一方、空間εが接着剤６で充填されていてもよい。空間εが接着剤６で充填されることにより、接着強度を高めることができる。
【００３０】
次に、光素子３が発光素子の場合、回路素子４を駆動して光素子３から光信号を出力させる。光素子３から出力された光信号は、レンズ部５０ａによって集光された後、ミラー５１で反射して光ファイバ５２に入射する。光ファイバ５２が一方の端面から出力する光信号の光強度を観察しつつ光信号の光強度が最大となるように光学ブロック５を第１の主面２ａに沿う方向に移動させる光軸合わせを行う。光信号の光強度が最大となる光学ブロック５の位置（光軸合わせを行った状態）で、接着剤６に紫外線を照射して接着剤６を硬化させる。
【００３１】
一方、光素子３が受光素子の場合、光ファイバ５２から出射する光信号がミラー５１で反射し、レンズ部５０ａで集光されて光素子３に入射する。回路素子４は、光素子３が受光した光信号の光強度に応じた電圧の信号を出力する。回路素子４の出力信号の電圧を観察しつつ出力信号の電圧が最大となる光学ブロック５の位置で、接着剤６に紫外線を照射して接着剤６を硬化させる。
【００３２】
以上のようにして光学ブロック５の光軸合わせを行った後、回路素子４に放熱シート１２を貼り、多層基板２の第２の主面２ｂを支持台１１を介してケース１０の底壁１０ａ上に配置する。
【００３３】
（光伝送モジュールの動作）
次に、光伝送モジュール１の動作の一例について説明する。光素子３が発光素子の場合は、光伝送モジュール１は、次のように動作する。すなわち、回路素子４を駆動して光素子３から光信号を出力させる。光素子３から出力された光信号は、レンズ部５０ａによって集光された後、ミラー５１で反射して光ファイバ５２の一方の端面に入射し、光ファイバ５２の他方の端面（図示せず）から出射する。
【００３４】
一方、光素子３が受光素子の場合は、光伝送モジュール１は、次のように動作する。すなわち、光ファイバ５２の他方の端面（図示せず）に入射し、光ファイバ５２の一方の端面から出射した光信号は、ミラー５１で反射し、レンズ部５０ａで集光されて光素子３に入射する。光素子３は受光した光信号の光強度に応じた電圧の信号を出力する。回路素子４は、光素子３から出力された信号を増幅して処理回路等に出力する。
【００３５】
（第１の実施の形態の作用、効果）
本実施の形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
（１）多層基板２の第１の主面２ａに形成された凹部２１の内径は、光学ブロック５の脚部５０ｃの外径よりも大きいため、光学ブロック５を第１の主面２ａに平行に位置調整を行って光素子３と光学ブロック５との光軸合わせを行うことができる。
（２）光学ブロック５と多層基板２とを、光素子３が実装された凹部２１の底面２１ａよりも高い第１の主面２ａで接着しているので、発熱体としての回路素子４から発生する熱が接着剤６に伝わり難くなり、接着剤６の接着強度の低下が抑制され、光学ブロック５が多層基板２から剥がれ難くなる。すなわち、位置決め用の突起及び嵌合穴を用いずに光素子３と光学ブロック５との光軸合わせを行うことができ、発熱体としての回路素子４の熱の影響を抑制することができる。
（３）光素子３を最上層から２番目の配線層２０４に電気的に接続し、回路素子４を最下層から２番目の配線層２０２に接続しているので、光素子３を最上層の配線層２０５に電気的に接続し、回路素子４を最下層の配線層２０１に接続した場合と比べて、光素子３と回路素子４間の信号伝送路の長さを短くすることができ、光素子３と回路素子４間で伝送される信号の劣化を抑制することができる。
【００３６】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る光伝送モジュールの概略の構成例を示す断面図である。第１の実施の形態では、光学ブロック５のブロック本体５０の脚部５０ｃの外周面５０ｆを多層基板２の第１の主面２ａに接着剤６によって接着したが、本実施の形態は、ブロック本体５０の形状を変更したものである。
【００３７】
本実施の形態のブロック本体５０は、脚部５０ｃの側面に鍔部５０ｇを設け、鍔部５０ｇの側面及び上面を多層基板２の第１の主面２ａに接着剤６によって接着したものである。このような構成においても、第１の実施の形態の上記（１）〜（３）と同様の作用、効果を奏する。また、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と比較してブロック本体５０の接着剤６に接触する面積を増やすことが可能になる。
【００３８】
［第３の実施の形態］
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る光伝送モジュールの概略の構成例を示す断面図である。第１の実施の形態では、光学ブロック５のブロック本体５０の脚部５０ｃの外周面５０ｆを多層基板２の第１の主面２ａに接着剤６によって接着したが、本実施の形態は、凹部２１の形状を変更したものである。
【００３９】
本実施の形態の多層基板２は、凹部２１に段差部を設け、その凹部２１の段差面２１ｂ、２１ｃにブロック本体５０の脚部５０ｃの外周面５０ｆを接着剤６によって接着したものである。ここで、光学ブロック５と接着される段差面２１ｂは、第２の面の一例である。
【００４０】
このような構成においても、第１の実施の形態の上記（１）〜（３）と同様の作用、効果を奏する。また、第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と比較して多層基板２の接着剤６に接触する面積を増やすことが可能になる。
【００４１】
［第４の実施の形態］
図４は、本発明の第４の実施の形態に係る光伝送モジュールの概略の構成例を示す断面図である。第１の実施の形態では、光学ブロック５のブロック本体５０の脚部５０ｃの先端を凹部２１の底面２１ａに接触させていたが、本実施の形態は、脚部５０ｃの形状を変更したものである。
【００４２】
本実施の形態のブロック本体５０は、第１の実施の形態と同様の基部５０ｂと、第１の実施の形態よりも長さを短くした脚部５０ｃとを備える。本実施の形態のブロック本体５０は、脚部５０ｃの先端面５０ｅを多層基板２の第１の主面２ａ上に接触させ、脚部５０ｃの外周面５０ｆを接着剤６によって第１の主面２ａに接着したものである。このような構成においても、第１の実施の形態の上記（１）〜（３）と同様の作用、効果を奏する。また、第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と比較して接着剤６の量を少なくすることができ、接着剤６の硬化時間を短縮化することが可能になる。
【００４３】
なお、光素子３とレンズ部５０ａとの間を所定の距離に設定できるなら、ブロック本体５０に脚部５０ｃを設けずに基部５０ｂのみでブロック本体５０を構成してもよい。
【００４４】
［他の実施の形態］
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されず、種々な実施の形態が可能である。例えば、上記実施の形態では、１つの光素子３について説明したが、光素子３は、発光素子アレイ又は受光素子アレイでもよい。この場合、ブロック本体５０に複数のレンズ部５０ａをアレイ状に形成する。また、複数の光ファイバ５２からなるリボンファイバを用いてもよい。また、光素子３は、発光素子と受光素子の組合せでもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態では、光素子３を凹部２１の底面２１ａに実装したが、多層基板２の第１の主面２ａの端部に３つの側面と底面によって形成された段差部の底面に光素子３を実装してもよい。また、多層基板２の第１の主面２ａの角部に２つの側面と底面によって形成された段差部の底面に光素子３を実装してもよい。また、多層基板２の第１の主面２ａの端部又は角部に曲面による側面と底面によって形成された段差部の底面に光素子３を実装してもよい。
【００４６】
また、上記実施の形態では、回路素子４を凹部２２の底面２２ａに実装したが、多層基板２の第２の主面２ｂの端部に３つの側面と底面によって形成された段差部の底面に回路素子４を実装してもよい。また、多層基板２の第２の主面２ｂの角部に２つの側面と底面によって形成された段差部の底面に回路素子４を実装してもよい。また、多層基板２の第２の主面２ｂの端部又は角部に曲面による側面と底面によって形成された段差部の底面に回路素子４を実装してもよい。端部又は角部の段差部の底面に回路素子４を実装することにより、回路素子４を凹部２２の底面２２ａに実装した場合と比較して側面方向に放熱しやすくなる。
【符号の説明】
【００４７】
１…光伝送モジュール、２…多層基板、２ａ…第１の主面、２ｂ…第２の主面、
３…光素子、３ａ…光軸、４…回路素子、５…光学ブロック、６…接着剤、７…ハンダ、
１０…ケース、１０ａ…底壁、１０ｂ、１０ｃ…側壁、１０ｄ…上壁、
１１…支持台、１２…放熱シート、２０、２０１-２０５…配線層、２１…凹部、
２１ａ…底面、２１ｂ、２１ｃ…段差面、２２…凹部、２２ａ…底面、２３…絶縁層、
２４…ビアホール、２５、２６…電極、３１…ボンディングワイヤ、
５０…ブロック本体、５０ａ…レンズ部、５０ｂ…基部、５０ｃ…脚部、
５０ｄ…嵌合凹部、５０ｅ…先端面、５０ｆ…外周面、５０ｇ…鍔部、５１…ミラー、
５２…光ファイバ
【図１】
2015222312.tif 000003
【図２】
2015222312.tif 000004
【図３】
2015222312.tif 000005
【図４】
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