(57)【要約】      （修正有）【課題】電気コネクタを用いることなく、基板表面その他の実装面に実装可能な光伝送モジュールを提供する。【解決手段】光伝送モジュール１は、底部１１，側壁１２及び開口部を備える第１部材１０と、第１部材１０の側壁端面に接合され、前記開口部を密閉する第２部材２０と、第２部材２０の内面２０ａに実装された発光素子４０と、第２部材２０の内面２０ａに形成され、第１部材１０の側壁１２を横断して第１部材１０の内外に延びる配線と、第１部材１０の側壁外面に形成された電極１４と、を有する。第２部材２０は、発光素子４０から出射される光を透過させる。電極１４の一方の端部は、第１部材１０の外に延びている前記配線の一方の端部と電気的に接続される。電極１４の他方の端部は、光伝送モジュール１が実装される基板表面５１に形成されている配線５２に半田付けされる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換機能を有する光素子を備える光伝送モジュールであって、
底部及び側壁を備え、一面が開口した第１部材と、
前記第１部材の前記側壁の端面に接合され、前記第１部材の開口部を密閉する第２部材と、
前記第１部材の前記底部の内面と対向する前記第２部材の内面に実装された前記光素子と、
前記第２部材の前記内面に形成され、前記第１部材の前記側壁を横断して前記第１部材の内外に延びる配線と、
前記第１部材の前記側壁の外面に形成された電極と、を有し、
前記第２部材は、前記光素子から出射される光及び／又は前記光素子に入射される光の少なくとも一方を透過させ、
前記電極の一方の端部は、前記第１部材の外に延びている前記配線の一方の端部と電気的に接続され、
前記電極の他方の端部は、当該光伝送モジュールが実装される実装面に形成されている配線又は電極に半田付けされる、
光伝送モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光伝送モジュールであって、
前記第２部材の外面に設けられ、光配線が接続されるコネクタ部材を有し、
前記コネクタ部材は、前記第２部材を透過した光の進行方向を変換して接続されている光配線に入射させ、又は、接続されている光配線から出射された光の進行方向を変換して前記第２部材に入射させる、
光伝送モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光伝送モジュールであって、
前記第１部材及び前記第２部材が無機材料のみで形成されている、
光伝送モジュール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光伝送モジュールであって、
前記第１部材の前記開口部は、前記第２部材によって気密に封止されている、
光伝送モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の光伝送モジュールであって、
前記第２部材の前記内面に、前記光素子としての発光素子と該発光素子を駆動する駆動素子及び／又は前記光素子としての発光素子と該発光素子の出力を増幅するアンプ素子がフリップチップ実装されている、
光伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号を光信号に変換し、または、光信号を電気信号に変換する光伝送モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器において取り扱われる情報量は年々増加している。かかる情報量の増加に伴って、電子機器の内部における近距離の情報伝送（信号伝送）にも光伝送が用いられるようになっている。光伝送に用いられる光配線（光ファイバ）は、電気伝送に用いられる金属配線よりも細く、曲げやすく、ノイズにも強いことがその一因である。また、光伝送には、特に高速伝送において、消費電力が電気伝送よりも少ないという利点もある。
【０００３】
上記のような光伝送には、電気信号を光信号に変換し、または、光信号を電気信号に変換する光伝送モジュールが用いられる。すなわち、光伝送には、光電変換機能を備えた光伝送モジュールが用いられる。具体的には、電子機器が備える基板に、通信用チップ及び光伝送モジュールが実装される。光伝送モジュールは、通信用チップから入力される電気信号を光信号に変換し、又は、外部から入力される光信号を電気信号に変換する（特許文献１）。
【０００４】
上記のような状況の下、光伝送に用いられる光伝送モジュールには、実装スペースの更なる縮小やコストの更なる低減が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２３７７７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、多くの場合、光伝送モジュールと基板との接続には電気コネクタが用いられている。すなわち、光伝送モジュールを基板に実装するためには電気コネクタが必要であった。このため、光伝送モジュールの実装スペースが大きくなり、更にコストが高くなっていた。特に、１０ｃｈ以上の大型の光伝送モジュールでは、電気コネクタの存在による実装スペースの増大やコスト上昇の影響は相対的に小さくなるが、数ｃｈの小型の光伝送モジュールでは、電気コネクタの存在による実装スペースの増大やコスト上昇の影響が相対的に大きくなる。
【０００７】
本発明の目的は、電気コネクタを用いることなく、基板表面その他の実装面に実装可能な光伝送モジュールを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
光伝送モジュールは、底部及び側壁を備え、一面が開口した第１部材と、前記第１部材の前記側壁の端面に接合され、前記第１部材の開口部を密閉する第２部材と、前記第１部材の前記底部の内面と対向する前記第２部材の内面に実装された光電変換機能を備える光素子と、前記第２部材の前記内面に形成され、前記第１部材の前記側壁を横断して前記第１部材の内外に延びる配線と、前記第１部材の前記側壁の外面に形成された電極と、を有する。前記第２部材は、前記光素子から出射される光及び／又は前記光素子に入射される光の少なくとも一方を透過させる。前記電極の一方の端部は、前記第１部材の外に延びている前記配線の一方の端部と電気的に接続される。前記電極の他方の端部は、当該光伝送モジュールが実装される実装面に形成されている配線又は電極に半田付けされる。
【０００９】
本発明の一態様では、前記第２部材の外面に、光配線が接続されるコネクタ部材が設けられる。前記コネクタ部材は、前記第２部材を透過した光の進行方向を変換して接続されている光配線に入射させ、又は、接続されている光配線から出射された光の進行方向を変換して前記第２部材に入射させる。
【００１０】
本発明の他の態様では、前記第１部材及び前記第２部材が無機材料のみで形成される。
【００１１】
本発明の他の態様では、前記第１部材の前記開口部は、前記第２部材によって気密に封止される。
【００１２】
本発明の他の態様では、前記第２部材の前記内面に、前記光素子としての発光素子と該発光素子を駆動する駆動素子及び／又は前記光素子としての発光素子と該発光素子の出力を増幅するアンプ素子がフリップチップ実装されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気コネクタを用いることなく、基板表面その他の実装面に実装可能な光伝送モジュールが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用された光伝送モジュールの一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示される光伝送モジュールの分解斜視図である。
【図３】図１に示される光伝送モジュールの底面側斜視図である。
【図４】図１に示されるＡ−Ａに沿った断面図である。
【図５】第２部材内面の拡大平面図である。
【図６】図５に示されるＢ−Ｂに沿った断面図である。
【図７】図１に示される光伝送モジュールの実装状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示される光伝送モジュール１は、本発明が適用された光伝送モジュールの一例である。
【００１６】
図１に示される光伝送モジュール１は、第１部材１０，第２部材２０及びコネクタ部材３０を有する。第１部材１０及び第２部材２０は、無機材料のみによって形成されている。具体的には、第１部材１０及び第２部材２０はシリコン（Ｓｉ）によって形成されている。一方、コネクタ部材３０は樹脂材料によって形成されている。
【００１７】
図２に示されるように、第１部材１０は、底部１１及び側壁１２を有し、一面が開口された箱形の形状を有する。換言すれば、第１部材１０は、底部１１，側壁１２及び開口部１３を有する。さらに、第１部材１０の対向する２つの側壁１２の外面には、複数の電極１４が形成されている。具体的には、一方の側壁１２の外面には電極１４ａ，１４ｂ、１４ｃが形成され、他方の側壁１２の外面には電極１４ｄ，１４ｅ、１４ｆが形成されている。
【００１８】
以下の説明では、電極１４ａ，１４ｂ、１４ｃが形成されている第１部材１０の側壁１２を“右側壁１５”と呼び、電極１４ｄ，１４ｅ、１４ｆが形成されている第１部材１０の側壁１２を“左側壁１６”と呼ぶ場合がある。また、右側壁１５の外面を“外面１５ａ”と呼び、左側壁１６の外面を“外面１６ａ”と呼ぶ場合がある。一方、右側壁１５及び左側壁１６を含む第１部材１０の４つの側壁を“側壁１２”と総称する場合もある。また、外面１５ａ及び外面１６ａを含む側壁１２の外面を“側壁外面”と総称する場合もある。さらに、電極１４ａ〜１４ｆを“電極１４”と総称する場合がある。
【００１９】
電極１４は、外面１５ａ，１６ａに形成された断面半円弧状の凹溝と、凹溝の表面に形成された導電層と、によって構成されている。それぞれの電極１４は側壁１２の高さ方向（図２の上下方向）に延びており、一端は側壁１２の端面１２ａに達し（図２）、他端は底部１１の外面１１ｂに達している（図３）。尚、図３では、図１，図２に示されているコネクタ部材３０の図示は省略されている。
【００２０】
図１，２に示されるように、第２部材２０は、略長方形の板状部材であって、側壁１２の端面１２ａに接合され、第１部材１０の開口部１３を密閉している。よって、図４に示されるように、第１部材１０の内側には閉空間１７が形成されている。本実施形態における第２部材２０は、第１部材１０の側壁端面１２ａに、プラズマ活性化低温接合によって直接接合されている。従って、図２に示される第１部材１０の開口部１３は、第２部材２０によって気密に封止されている。換言すれば、図４に示される閉空間１７は、気密空間である。
【００２１】
図４に示されるように、第２部材２０の内面２０ａは、第１部材１０の底部１１の内面１１ａと対向している。換言すれば、第２部材２０の２つの主面のうち、第１部材１０の底部内面１１ａと対向している主面が内面２０ａであり、内面２０ａと反対側の主面が外面２０ｂである。ここで、第２部材２０は、第１部材１０と同じか、第１部材１０よりも若干大きいことが好ましい。本実施形態における第２部材２０は、第１部材１０よりも若干大きい。このため、第１部材１０の側壁端面１２ａに接合されている第２部材２０の周縁部２１は、第１部材１０の外側にフランジ状に突出している。
【００２２】
図５は、第２部材２０の内面２０ａを模式的に示す拡大平面図である。図５に示されるように、第２部材２０の内面２０ａには、光電変換機能を有する光素子（本実施形態では発光素子４０）と、この発光素子４０を駆動する駆動素子４１と、がフリップチップ実装され、互いに電気的に接続されている。
【００２３】
図４に示されるように、第２部材２０の内面２０ａに実装されている発光素子４０及び駆動素子４１は、第１部材１０の内側に配置されている。すなわち、発光素子４０及び駆動素子４１は、第２部材２０によって気密に封止されている閉空間１７に収容されている。本実施形態における発光素子４０は、垂直共振器面発光レーザ（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）であって、その光出射面は第２部材２０の内面２０ａと対向している。一方、第２部材２０は、発光素子４０から出射される光を透過させる光学特性を有する。すなわち、第２部材２０は、発光素子４０から出射される光の波長に対して透明である。尚、本実施形態における発光素子４０から出射される光の中心波長は１０５０ｎｍである。もっとも、「第２部材２０が発光素子４０から出射される光の波長に対して透明である」とは、発光素子４０から出射される光を無損失で透過させることのみを意味するわけでない。発光素子４０から出射され、第２部材２０を透過した光が必要十分な光強度（信号強度）を維持している場合、第２部材２０は、発光素子４０から出射される光の波長に対して透明である。
【００２４】
再び図５を参照する。第２部材２０の内面２０ａには、駆動素子４１と所定の電極１４
（図２）とを繋ぐ複数の配線２２が形成されている。具体的には、第２部材２０の内面２０ａには、少なくとも配線２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆが形成されている。それぞれの配線２２は、第２部材２０の内面２０ａの略中央に配置されている駆動素子４１と内面２０ａの縁（長辺）との間に延びており、一部の配線２２は、発光素子４０を迂回して内面２０ａの縁に達している。もっとも、図５に示されている配線パターンは一例である。
【００２５】
さらに、第２部材２０の内面２０ａには、枠状の絶縁層２３が形成されている。絶縁層２３は、第２部材２０の周縁部２１の内側に、周縁部２１に沿って形成されており、配線２２と部分的に交差している。図６に示されるように、絶縁層２３は、各配線２２との交差部において該配線２２を被覆している。絶縁層２３は、第１部材１０の側壁端面１２ａ（図２）と略同一の形状及び寸法を有しており、この絶縁層２３の表面に側壁端面１２ａが接合されている。すなわち、図５に示される絶縁層２３の周囲の領域が第２部材２０の周縁部２１である。尚、本実施形態における絶縁層２３は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）によって形成されている。
【００２６】
図５に示されるように、それぞれの配線２２は、第２部材２０の周縁部２１を越えて第２部材２０の内面２０ａの縁に達している。換言すれば、それぞれの配線２２は、第１部材１０の右側壁１５及び左側壁１６（図２）を横断して第１部材１０の内外に延びている。図３に示されるように、第１部材１０の外に延びている各配線２２の一方の端部は、電極１４に接続され、電極１４と電気的に導通している。本実施形態では、各配線２２の端部と各電極１４の端部とが半田付けされている。具体的には、図５に示されるように、それぞれの配線２２の一方の端部は駆動素子４１に接続されている。一方、配線２２ａの他方の端部は、電極１４ａに接続され、配線２２ｂの他方の端部は電極１４ｂに接続され、配線２２ｃの他方の端部は電極１４ｃに接続されている。また、配線２２ｄの他方の端部は電極１４ｄに接続され、配線２２ｅの他方の端部は電極１４ｅに接続され、配線２２ｆの他方の端部は電極１４ｆに接続されている。尚、本実施形態では、電極１４ａ，１４ｂ，１４ｄ，１４ｅは信号用、電極１４ｆは電源用、電極１４ｃはグランド用である。
【００２７】
図１，図４に示されるように、第２部材２０の外面２０ｂには、光ファイバ４３が接続されるコネクタ部材３０が設けられている。図２に示されるように、コネクタ部材３０には、光ファイバ４３の端部に装着されたファイバ保持部材４４が搭載され、固定される。ファイバ保持部材４４は、光ファイバ４３が配置されるＶ溝が形成された下部材４４ａと、下部材４４ａに重ねられ、下部材４４ａとの間に光ファイバ４３を挟持する上部材４４ｂと、を有する。
【００２８】
図４に示されるように、コネクタ部材３０は、集光レンズ３１及びミラー３２を備えており、発光素子４０から出射され、第２部材２０を透過した光の進行方向を９０度変換して光ファイバ４３に入射させる。すなわち、コネクタ部材３０は、発光素子４０と光ファイバ４３とを光結合させる。
【００２９】
図７に、電子機器が備える基板５０に実装された光伝送モジュール１を示す。光伝送モジュール１を基板５０に実装する際には、一体化された第１部材１０及び第２部材２０を、第１部材１０を下にして基板表面５１に載せる。すると、第１部材１０の底部外面１１ｂは実装面である基板表面５１と対向する。ここで、第１部材１０の右側壁１５及び左側壁１６には複数の電極１４が形成されており、それら電極１４の一端は底部外面１１ｂに達している。従って、第１部材１０が備える電極１４と基板表面５１に形成されている配線５２とを半田付けすることにより、これらを電気的に接続することができる。具体的には、第１部材１０の下端全周を基板表面５１に半田付けすると、第１部材１０及び第２部材２０が基板表面５１に固定されるとともに、電極１４と配線５２との間に形成される半田のメニスカス５３によって電極１４と配線５２とが電気的に接続される。
【００３０】
上記のようにして第１部材１０及び第２部材２０を基板５０に固定した後に、コネクタ部材３０に、光ファイバ４３を挟持しているファイバ保持部材４４を固定する。もっとも、第１部材１０及び第２部材２０を基板５０に固定する前に、コネクタ部材３０にファイバ保持部材４４を固定してもよい。
【００３１】
以上のように、本実施形態に係る光伝送モジュール１は、電気コネクタを用いることなく実装面に直接実装することができる。従って、実装スペースが縮小され、コストも低減される。
【００３２】
さらに、本実施形態における第１部材１０及び第２部材２０は無機材料のみによって形成されており、これらを加熱しても有機溶剤等が気化する虞がない。また、発光素子４０及び駆動素子４１が収容されている閉空間１７は気密封止されているので、気化した有機溶剤やフラックスが閉空間１７に浸入する虞もない。従って、電極１４と配線２２（図３）との半田付けや、電極１４と配線５２との半田付けにリフロー方式を採用することができる。もっとも、第１部材１０及び第２部材２０を基板５０に実装する前に、コネクタ部材３０にファイバ保持部材４４が固定される場合には、熱による光ファイバ４３の損傷等を可及的に回避するために、電極１４と配線５２との半田付けにはリフロー方式を採用しないことが好ましい。
【００３３】
加えて、発光素子４０及び駆動素子４１が収容されている閉空間１７が気密封止されているので、高温高圧の環境下で使用しても、閉空間１７に水分やガス（空気を含む）が浸入することがない。もっとも、予定される使用環境や製造環境によっては、閉空間１７は密閉されていれば十分であって、気密封止されていなくともよい。
【００３４】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施形態に係る光伝送モジュールが備える光素子は発光素子であった。しかし、発素子には、発光素子及び受光素子の双方が含まれる。従って、発光素子に替えて受光素子が設けられた光伝送モジュールや、発光素子及び受光素子の双方が設けられた光伝送モジュールも本発明の技術的範囲に含まれる。尚、発光素子が設けられる場合には、該発光素子の出力を増幅するアンプ素子も設けられる。
【００３５】
また、光ファイバに替えて、可撓性を有するフィルム状に形成された光導波路を用いることもできる。光ファイバや光導波路は、光伝送路を形成する光配線である。
【００３６】
製造過程に、リフロー半田付けその他の加熱工程が含まれる場合には、第１部材及び第２部材の材料が無機材料であることが好ましいが、これらの材料は無機材料に限られない。また、第１部材及び第２部材の材料が無機材料である場合にも、その無機材料はシリコン（Ｓｉ）に限られず、例えばガラス材料を用いてもよい。もっとも、第２部材の材料には、発光素子から出射される光や受光素子に入射される光を透過させる光学特性が求められる。
【００３７】
コネクタ部材の材料は樹脂材料に限られず、例えばガラス材料を用いてもよい。また、第２部材にコリメートレンズを設けるとともに、上記実施形態における集光レンズ３１（図４）をコリメートレンズに変えてもよい。このような２レンズ系を採用することにより、位置ずれに対するトレランスを向上させることができる。
【００３８】
本発明の光伝送モジュールが実装される実装面は、電子機器が備える基板の表面に限られない。例えば、本発明の光伝送モジュールは、電子部品の上に実装することもできる。この場合、光伝送モジュールが搭載される電子部品のパッケージ表面等が実装面となる。
【符号の説明】
【００３９】
１      光伝送モジュール
１０    第１部材
１１    底部
１１ａ  内面（底部内面）
１１ｂ  外面（底部外面）
１２    側壁
１２ａ  端面（側壁端面）
１３    開口部
１４，１４ａ〜１４ｆ    電極
１５    右側壁
１５ａ  （右側壁の）外面
１６    左側壁
１６ａ  （左側壁の）外面
１７    閉空間
２０    第２部材
２０ａ  （第２部材の）内面
２０ｂ  （第２部材の）外面
２２，２２ａ〜２２ｆ    配線
３０    コネクタ部材
４０    発光素子
４１    駆動素子
４３    光ファイバ
４４    ファイバ保持部材
５０    基板
５１    基板表面
５２    配線
５３    メニスカス
【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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