(57)【要約】【課題】小型化が可能で、しかも優れた放熱特性を持った光モジュールの実装用配線基板およびその実装方法を提供する。【解決手段】少なくとも光モジュールの実装箇所Ｂには、一方の表面から他方の表面にまで貫通する複数の貫通孔１ｃと、その各貫通孔１ｃに挿入され、その両端面は配線基板１Ａの両方の表面１ａ，１ｂに表出している熱伝導部材とからなる熱伝導部４が形成されていることを特徴とする光モジュール実装用配線基板およびそれを用いた光モジュールの実装方法。【選択図】　　　図１
2004095591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光モジュールが実装される配線基板であって、
少なくとも前記光モジュールの実装箇所には、一方の表面から他方の表面にまで貫通する複数の貫通孔と、前記貫通孔に挿入され、その両端面は配線基板の両方の前記表面に表出している熱伝導部材とからなる熱伝導部が形成されていることを特徴とする光モジュール実装用配線基板。
【請求項２】
前記一方の表面に表出する熱伝導部材の一方の端面と接触して第１熱伝導層が形成され、前記他方の表面に表出する熱伝導部材の他方の端面と接触して第２熱伝導層が形成されている、請求項１の光モジュール実装用配線基板。
【請求項３】
前記配線基板が多層基板構造であって、前記一方の表面に表出する熱伝導部材の一方の端面と接触して第１熱伝導層が、前記他方の表面に表出する熱伝導部材の他方の端面と接触して第２熱伝導層が、また、前記熱伝導部の側面に接触して前記多層基板間の隙間に一つあるいは複数の第３熱伝導層が形成されている、請求項１の光モジュール実装用配線基板。
【請求項４】
前記熱伝導層が金属層である、請求項２又は３の光モジュール実装用配線基板。
【請求項５】
前記熱伝導層が金属箔である、請求項２又は３の光モジュール実装用配線基板。
【請求項６】
前記熱伝導層がメッキ層である、請求項２又は３の光モジュール実装用配線基板。
【請求項７】
前記熱伝導部が複合部材からなる、請求項１乃至６のいずれか
の光モジュール実装用配線基板。
【請求項８】
前記配線基板の少なくとも一方の表面に熱拡散部材が貼着されている、請求項２乃至７のいずれかの光モジュール実装用配線基板。
【請求項９】
請求項１の前記配線基板の一方の表面に、光モジュールの底面が前記熱伝導部の表出した端面と接触するように配置されていることを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項１０】
請求項２または３の前記配線基板の一方の表面に、前記光モジュールを、その底面が前記熱伝導部の表出した端面と接触するように配置することを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項１１】
前記配線基板の他方の表面に、前記熱伝導部の表出した端面と接触するようにヒートシンクを配置する、請求項９または１０の光モジュールの実装方法。
【請求項１２】
前記光モジュールの底面および前記ヒートシンクと前記配線基板との間に熱伝導性を有するグリースを介在させた、請求項１１の光モジュールの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光モジュールの実装用基板とそれを用いた実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体光素子（以下、ＬＤと称する）などを内蔵する光モジュールは、所定の配線パターンを有する配線基板の上に実装・固定された状態で実使用される。そして、駆動時にＬＤなどは発熱して光モジュールが昇温する。その発熱は高出力ＬＤの場合ほど大きくなる。
【０００３】
そして、発熱したＬＤからの発振レーザ光の特性は劣化、または、不安定化し、設計目標の特性を満足させないことがある。そのため、光モジュールの配線基板の実装に関しては、上記した発熱を放熱させることが必要になり、従来から様々な実装態様が提案されている。
そのような実装態様の１例を図１４に示す。
【０００４】
この実装様態では、光モジュールの実装箇所に対応する箇所に切り抜き部を設けた配線基板を用いる。そして、この切り抜き部に、例えば金属製ヒートシンクを配置し、この金属製ヒートシンクの上に光モジュールを直接配置する。光モジュールからの発熱は金属ヒートシンクで吸収され、光モジュールの蓄熱は防止される。
【０００５】
しかしながら、この実装様態の場合、構造は複雑である。また全体の厚みも厚くなって、最近の要求である形状小型化を満たさず、また実装に要する工程数や部材も増えるのでコストアップを招くという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来における上記した問題を解決し、配線基板それ自体が優れた放熱特性を有しており、そのため光モジュールを実装したときに全体を小型化することができる光モジュールの実装用配線基板と、それを用いた実装方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、光モジュールが実装される配線基板であって、少なくとも前記光モジュールの実装箇所には、一方の表面から他方の表面にまで貫通する複数の貫通孔と、前記貫通孔に挿入され、その両端面は配線基板の両方の前記表面に表出している熱伝導部材とからなる熱伝導部が形成されていることを特徴とする光モジュール実装用配線基板が提供される。
【０００８】
また、本発明においては、前記配線基板の一方の表面に、光モジュールの底面が前記熱伝導部の端面と接触するように配置されていることを特徴とする光モジュール実装方法が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の配線基板の１例を、図１と図２に示す。図１は配線基板の平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
この配線基板１Ａは、図の仮想線で示した光モジュールＡが実装される箇所（以後、実装箇所という）には、当該配線基板１の一方の表面（図では上面）１ａから他方の表面（図では下面）１ｂまでを貫いて、図２の破線で囲って示した熱伝導部４が形成されている。
【００１０】
そして、配線基板１Ａの上面１ａにおける前記実装箇所の側部には、光モジュールを駆動するための配線パターン２ａと配線端子２ｂが形成されている。　　ここで、熱伝導部４は、基板１Ａの上面１ａから下面１ｂまでを貫通する複数の貫通孔１ｃと、この貫通孔１ｃの中に挿入された熱伝導部材４Ａで構成されている。そして、熱伝導部材４Ａの両端面４ａ，４ｂは、上面１ａと下面１ｂから表出している。
【００１１】
この実装箇所に光モジュールＡを配置すると、熱伝導部材４Ａの上端面４ａと光モジュールＡの底面とが接触する。
そして、光モジュールＡからの発熱は、熱伝導部材４Ａの上端面４ａから当該熱伝導部材を通り、下端面４ｂから大気中に放熱される。
さらに実装基板１Ａの熱伝導性を高めるためには、光モジュールＡの実装箇所の上面１ａに表出する熱伝導部材４Ａの端面４ａと接触させて第１熱伝導層を形成し、下面１ｂに表出する熱伝導部材４Ａの端面４ｂと接触させて第２熱伝導層を形成することが好ましい。
【００１２】
このような熱伝導層は、熱伝導部４の両端面４ａ，４ｂと接触しているため、光モジュールＡが実装されている上面１ａでは、広い領域の熱伝導層の熱を端面４ａ側に効率よく集熱させることができ、また、逆に下面１ｂでは、端面４ｂ側の熱を広い領域の熱伝導層により効率よく熱拡散でき、また放熱できるからである。
【００１３】
上記の実施例では、第１熱伝導層と第２熱伝導層として、メッキ層３を用いた。メッキ層３を形成するときに、図で示したように、貫通孔１ｃの壁部にも、同時にメッキ層３を形成している。貫通孔１ｃのメッキ層３も光モジュールＡの熱伝導部４として機能する。
なお、熱伝導層としては、上記のメッキ層３の他に、メッキ法と違う方法、例えばＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成した金属層や金属箔を貼着して形成した金属箔層などを好適に用いることができる。
【００１４】
本発明の熱伝導用に用いるメッキ層３は、配線パターンと接触しないように形成されるべきであることはいうまでもない。
なお、メッキ層３は、配線パターンのメッキ処理と同時に形成してもよい。
また、熱伝導部材４Ａの少なくとも上端面４ａを平坦形状にし、当該熱伝導部材と光モジュールと接触性を良くすると、放熱効果が有効に発揮されるので好適である。
【００１５】
ここで、熱伝導部４の形成例について説明する。
先ず、図３（ａ）に示したように、基板１Ａにおける実装箇所に対応する箇所に複数の貫通孔１ｃを形成する。
次に、図３（ｂ）に示したように、すべての貫通孔１ｃの壁部と、実装箇所における基板１Ａの上面および下面にメッキ層３を形成する。
【００１６】
そして、図３（ｃ）に示したように、メッキ層３が形成された貫通孔１ｃに低融点金属の融液を流し込んだのちそれを冷却して当該低融点金属から成る熱伝導部材４Ａを貫通孔１ｃの中に形成する。この時、熱伝導部材の少なくとも上端面４ａはわずかに突出するように流し込んで熱伝導部材を形成することが好ましい。前記したように、光モジュールの底面と確実に接触して有効に放熱効果を発揮できるからである。
【００１７】
なお、上記した熱伝導部４の形成個数を増加すればするほど放熱効果は大きくなるが、他方では、それに比例してコストアップを招くため、その形成個数は実際には光モジュールの発熱との関係で決めればよい。
さらに、上記の配線基板の場合、熱伝導部４における熱伝導部材の上端面を研磨してメッキ層３と面一状態にして、光モジュールの底面が熱伝導部材とメッキ層３の両方に接触できるような加工を施してもよい。
【００１８】
上述した実施例では、貫通孔の壁部と基板の上面および下面に熱伝導部材を形成しているが、例えばコスト低減のためにメッキ層３は省いてもよい。
次に、図４〜図７に、その他の熱伝導部の例を示す。
図４で示した熱伝導部５は、基板１Ａの上面１ａから下面１ｂまで貫通する貫通孔１ｃと、その壁部に形成されたメッキ層３とを有し、そしてこの貫通孔１ｃの中に熱伝導部材５Ａが配置された構造になっている。
【００１９】
この熱伝導部材５Ａは、芯体５ａと、貫通孔の壁部に形成されているメッキ層３と、少なくとも両者の間隙に配置された部材５ｂとで構成されている。
ここで、芯体５ａの材料としては格別限定されるものではないが、例えばＡｌやＣｕなどの金属や、非金属、例えばＡｌＮ等であって、熱伝導性を有する材料であることが望ましい。またカーボン繊維を樹脂を用いて固めた複合材等であってもよい。
【００２０】
また部材５ｂとしては、低融点金属であってよい。
なお、部材５ｂは、図４で示したように、芯体５ａの上・下端面を被覆した状態で配置され、かつ貫通孔から表出して基板の両面１ａ，１ｂと略同じ高さとすることが好ましい。
この熱伝導部５は次のようにして形成することができる。まず、熱伝導部４の形成時と同じように、基板１Ａに貫通孔１ｃを形成し、基板の両面１ａ、１ｂおよび貫通孔１ｃの壁部にメッキ層３を形成する。次に、そのメッキされた貫通孔１ｃよりも小径の芯体５ａを貫通孔１ｃに挿入する。そして、芯体５ａとメッキ層３との間隙に低融点金属の融液を流し込んだのち冷却することにより、芯体５ａの少なくとも側面を覆って熱伝導部材５Ａとし、基板１Ａの上面と下面を貫く熱伝導部５を形成する。
【００２１】
なお、芯体５ａの表面に、あらかじめ例えばＡｕ又はＮｉメッキ等の表面層を形成しておくことが好ましい。上記した間隙に低融点金属を流し込みやすいからである。
ただし、芯体５ａが金属であって、使用する低融点金属と直接固定できる場合は、芯体５ａには、例えばＡｕ又はＮｉ等、メッキ性を良くする表面層を施さなくてもよい。
【００２２】
図５で示した熱伝導部６は、基板１Ａの上面１ａ、下面１ｂおよび貫通孔１ｃの壁部に熱伝導層３を有し、そのメッキされた貫通孔１ｃに、比較的柔らかい金属、例えばＡｌやＣｕ等の熱伝導部材６Ａが嵌合された構造になっている。
この熱伝導部６は、まず、メッキ層３を基板１Ａの両面１ａ、１ｂおよび貫通孔１ｃの壁部に形成し、次に、そのメッキされた貫通孔１ｃに合わせて形状が加工されている熱伝導部材６Ａを嵌合すればよい。この時、熱伝導部材６Ａの上端面６ａと下端面６ｂを、基板１Ａの両面１ａ，１ｂから表出させておくことが好ましい。
【００２３】
なお、上記した各例において、メッキ層３を省いてよい。
また、図６に示すように、まず貫通孔１ｃに熱伝導部材６Ａを、上端面６ａと下端面６ｂが基板１Ａの両面１ａ，１ｂから表出しないように嵌合して熱伝導部６を形成し、次にメッキ層３を基板１Ａの両面１ａ、１ｂに形成してもよい。この場合は、光モジュールＡの底面はメッキ層３のみに接触する。
【００２４】
また、図７のような製造工程を持つ熱伝導部６であってもよい。すなわち、熱伝導部材６Ａの上端面と下端面を、あらかじめ基板１Ａの両面から、次の工程で形成するメッキ層３の厚みより大きく突出させて嵌合しておく（図７（ａ））。次に、熱伝導部材６Ａの両端面および側面も含んでメッキ層３を形成する（図７（ｂ））。そして最後に、熱伝導部材６Ａとメッキ層３からなる両面の突出部を研磨し、メッキ層３と面一状態になるように研磨加工する（図７（ｃ））。この場合は、光モジュールＡの底面は熱伝導部材６Ａとメッキ層３の両方に接触できる。
【００２５】
ところで、光モジュールの実装において駆動用その他の電気配線が複雑になると、実装モジュールの駆動は一枚の配線基板だけでは処理に限界がある。その場合、配線基板として多層構造の基板を用いるが、本発明は、そのような多層構造の配線基板（以下、多層配線基板と称する）にも適用できる。
その場合、前述した一枚基板の例と同様、多層配線基板に形成した貫通孔に熱伝導部材を挿入して熱伝導部を形成し、また、多層配線基板の上面と下面に表出する熱伝導部材の端面に接触させてそれぞれ第１熱伝導層と第２熱伝導層を形成させることが好適である。
【００２６】
なお、多層配線基板間の隙間にも一つあるいは複数の第３熱伝導層を形成し、しかも、第３熱伝導層は上記の熱伝導部の側面と接触するように形成しておく。
図８に、本発明による２枚構造の配線基板の一実施例を示す。
図に示したように、多層配線基板１Ｂは、２枚の配線基板１Ｃ，１Ｄを重ね合わせた構造である。そして、基板１Ｂの光モジュールＡの実装箇所には図１と図２で示した熱伝導部４が形成されている。また、図のように、配線パターン２ａと、立体配線用の配線パターン２ｂ，２ｃが、両基板１Ｃ，１　Ｄに形成されている。
【００２７】
この多層配線基板は次のようにして製造することができる。
まず、図９（ａ）のように、２枚の基板１Ｃ，１Ｄを重ね合わせ、光モジュールＡの実装箇所に穿設して、各基板のそれぞれを貫通する貫通孔１ｄ、１ｅを形成する。
次に、図９（ｂ）のように、一旦基板１Ｃと１Ｄを分離し、それぞれの基板には、図に示した熱伝導層３および配線パターン２ａ、２ｂ、２ｃを形成する。なお、これら配線パターンのうち、配線パターン２ａは光モジュールＡと配線基板を電気接続するためのものであり、配線パターン２ｂと２ｃは立体配線２ｄ，２ｅのためのものである。
【００２８】
最後に、図８に示したように、上記の基板１Ｂと１Ｃを、互いの貫通孔を合致させた状態で再び重ね合わせ、必要があれば接着・固定したのち、合致させた貫通孔に図１と図２で示した熱伝導部４の形成の場合と同様にして熱伝導部４を形成する。なお、熱伝導部材７Ａの両端面７ａ、７ｂが基板１の上面１ａと下面１ｂから表出するように形成しておく。また、基板１Ｃと１Ｄにおいて、互いに接触するメッキ層３ａ、３ｂは、貫通孔の壁部において挿入されている熱伝導部材と確実に接続するようにしておく。
【００２９】
上記の多層構造の配線基板においても、光モジュールＡの発熱は、熱伝導部材７Ａの上端面７ａを経て当該伝導部材を通り、下端面７ｂから大気中に放熱される。
なお、多層構造基板として、何枚構造であっても本発明は適用できるが、熱伝導部４の熱伝達率は図８の中に示した熱伝導部４の長さＬに反比例するため、この多層配線基板における全体の厚さは薄いほうがよく、例えば１〜５ｍｍ程度で用いられ、その範囲内で多層構造にすることが好ましい。
【００３０】
図１０（ａ），（ｂ）は、本発明の配線基板の他の例である。
図１０（ａ）は、光モジュールＡを実装する時に不都合がない箇所に熱拡散部材８を被覆して熱拡散部（図の斜線部）を形成したもので、熱伝導層３とは接続していない。また、図１０（ｂ）は、上記の熱拡散部を熱伝導層３と接続させて形成したもので、熱伝導層３から熱拡散部への熱伝導が直接行われる。
【００３１】
上記の配線基板は、光モジュールＡから配線基板に伝わる熱を配線基板全体に効果的に分散させ、放熱させることができるので好適である。なお、熱拡散部材を連続した一体物としたが、場合によっては分割されていてもよい。また、両面に形成されていてもよい。
熱拡散部材８としては、例えばＡｌ、Ｃｕ、貴金属等の箔やシート、また、熱伝導性グリースなどを好適に用いることができる。
【００３２】
次に、本発明の配線基板を用いた光モジュールの実装方法を述べる。
図１１にその一実施例を示す。図において、光モジュールＡは、本発明の熱伝導部４を有する配線基板の上に配置されている。なお、光モジュールＡと配線基板の間の電気接続に用いられるバタフライタイプの複数のリードピン（図示しない）が、基板１Ａに形成された配線端子２ｂ（図１参照）と電気接続されている。
【００３３】
このような態様で実装されている光モジュールＡの発熱は、熱伝導部４を経て、配線基板の下面１ｂ側に効率的に熱伝達され、そこから大気中に放熱される。そのため、高出力ＬＤ９を使用する場合においても、上記の優れた放熱効果により設計目標に合ったレーザ特性を維持することができる。
さらに放熱効果を高めるためには、本発明の配線基板の下面１ｂにヒートシンクを設けてもよい。
【００３４】
その一実施例を図１２に示した。ヒートシンク１５は、本発明の配線基板の下面１ｂ側で、熱伝導部４の熱伝導部材が表出している箇所に図のように配置される。なお、本実施例では、光モジュールＡおよびヒートシンク１５と配線基板の間に、熱伝導性グリース１６を介在させている。なお、グリースの他に、ＡｌやＩｎ合金などの金属シートや箔、または、グラファイトなどの熱伝導性を有するシート、好ましくは高熱伝導性のシートなども適宜用いることができる。
【００３５】
また、リードピンが光モジュールＡの側面から垂下するタイプにおいても本発明の配線基板による実装方法は有効である。
その一実施例を図１３に示した。図において、光モジュールＡは、垂下する複数のリードピン１７を基板１Ａに設けた配線スルーホール１８に挿入した状態で、熱伝導部４が形成されている実装箇所に配置されている。そして、それぞれのリードピン１７は、半田等の低融点金属部材１９により配線端子２ｂと電気接続されている。
【００３６】
さらに、本実施例の場合、リードピン１７が基板１Ａの下面１ｂ側に突き出ているので、例えばヒートシンクを下面１ｂに自由に装着することができない。それを回避するために、リードピン１７が基板１Ａの下面１ｂ側に突出しないようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、配線基板に熱伝達部を形成したことにより、優れた熱伝達性と放熱効果を持つ光モジュールの実装用配線基板を得ることができる。また、そのような配線基板を用いることにより、小型で放熱効果の優れた光モジュールの実装方法が可能になり、高出力の光モジュールでも設計目標に合った発振レーザ光の特性を得ることができる。さらに、本発明の配線基板を用いれば、光モジュールの実装をＩＣの組み立てと同様の態様で実施することができるため、工程が簡単になり組み立てコストの低減がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の製造工程を示す工程図である。
【図４】本発明において、熱伝導部の他の例を示す図である。
【図５】本発明において、熱伝導部の別の例を示す図である。
【図６】本発明において、熱伝導部のさらに別の例を示す図である。
【図７】本発明において、熱伝導部のさらに別の例を示す図である。
【図８】本発明における、多層構造基板の一実施例である。
【図９】本発明の多層構造基板の製造工程を示す工程図である。
【図１０】本発明の配線基板を用いて光モジュールの放熱効果をさらに高めるための説明図である。
【図１１】本発明の配線基板を用いた光モジュールの実装方法を示す図である。
【図１２】本発明の配線基板を用いた別の実装例を示す図である。
【図１３】本発明の配線基板を用いたさらに別の実装例を示す図である。
【図１４】従来の光モジュールの冷却方法を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｄ　　基板
１ａ　　　基板上面
１ｂ　　　基板下面
１ｃ　　　貫通孔
２ａ　　　配線パターン
２ｂ　　　配線端子
３　　　　熱伝導層
４〜６　　熱伝導部
４Ａ〜７Ａ　　熱伝導部材
８　　　　熱拡散部材
【図１】
2004095591.tif 000003
【図２】
2004095591.tif 000004
【図３】
2004095591.tif 000005
【図４】
2004095591.tif 000006
【図５】
2004095591.tif 000007
【図６】
2004095591.tif 000008
【図７】
2004095591.tif 000009
【図８】
2004095591.tif 000010
【図９】
2004095591.tif 000011
【図１０】
2004095591.tif 000012
【図１１】
2004095591.tif 000013
【図１２】
2004095591.tif 000014
【図１３】
2004095591.tif 000015
【図１４】
2004095591.tif 000016