(57)【要約】【課題】  簡単な工程で高い反射率を有する反射ミラーを形成することにより低コスト化が可能な光電変換モジュールを提供する。【解決手段】  光電気変換素子と、光電気変換素子と光結合を行う光結合素子と、光コネクタと、を有する光電気変換モジュールにおいて、光コネクタは反射ミラーを有し、反射ミラーは金属膜にて形成される。【選択図】  図１
2007035712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電気変換素子と、該光電気変換素子と光結合を行う光結合素子と、光コネクタと、を有する光電気変換モジュールにおいて、
前記光コネクタは反射ミラーを有し、
該反射ミラーは金属膜にて形成されることを特徴とする光電気変換モジュール。
【請求項２】
前記反射ミラーは、無電解めっき方式又は直接転写方式のいずれかによって、前記金属膜が形成されることを特徴とする請求項１記載の光電気変換モジュール。
【請求項３】
前記反射ミラーは、レンズ作用を有することを特徴とする請求項１又は２記載の光電気変換モジュール。
【請求項４】
前記反射ミラーは、全反射ミラーであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に光電気変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送、光計測、光メモリ等の各種分野に適用可能であり、光の入出射を行う光電気変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光電気変換素子又は光電変換素子と電子回路素子とをパッケージ化することによりマルチチップモジュールとなる光電気変換パッケージあるいは光電変換パッケージ（"ＯＥ−ＭＣＭ"とも呼ばれる）は、光電気変換素子又は光電変換素子、光結合素子、光実装基板、発光光電変換素子用ドライバ電子回路素子、受光光電変換素子用増幅電子回路素子、論理電子回路素子、さらにはこれら全体を封止するパッケージ、端子、ＭＣＭ基板等から構成される。
【０００３】
特許文献１には、従来の光電変換モジュールの構成例が掲載されており、光電変換素子、電気回路素子及び周辺部品が同一部品に実装されている。
【０００４】
図５は、特許文献１に記載された従来の光電変換素子パッケージの構成例を示す図である。この光電変換素子パッケージは、図５に示すように、コネクタ構成を有する部品（光ファイバ２００等）と、これに対して位置調整された光電変換素子（ＬＤチップ２０１等）、電気回路素子（受信用ＰＤ２０２等）、及び周辺部品（モニタ用ＰＤチップ２０３、光導波路２０４中のＷＤＭフィルタ２０５等）とが不透明で硬化性に優れたエポキシ樹脂等のモールド部材２０６によりモールドされている。なお、ＬＤチップ２０１及びモニタ用ＰＤチップ２０３周りはＬＤチップ２０１からの光をモニタ用ＰＤチップ２０３に導光させるためにシリコーン系樹脂等の透明樹脂２０７により覆われている（図５は、特許文献１の図１５）。
以上の構成により、特許文献１の光電変換素子パッケージでは、従来の金属のハーメチック封止による光電変換素子パッケージよりも、小型・低価格化が実現可能となる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１において、外部の光ファイバ２００と光電変換素子（ＬＤチップ２０１）とを高効率で光結合させるためには高精度な光実装が必要なため、外部の光ファイバ２００の一部をモールド部材２０６に直接挿入して一体化しており、外部の光ファイバ２００の脱着ができない。このため、光電変換素子パッケージのプリント基板への実装には、リフロー炉を量産で用いることは困難であり、ロボット半田付けや手半田付け等による少量生産しかできない。さらには、機器内光伝送におけるボード間光伝送のように機器組み付け作業としてコネクタが必須の装置には用いることができない。
【０００６】
また、この光ファイバの挿入に代えて光コネクタをモールド部材に直接挿入して一体化すれば、光電変換素子パッケージと外部の光ファイバとを脱着ができるようになるが、実際には、光コネクタ自体が部品コストとして高価であり低コスト化できないばかりか、光コネクタという大きい部材に対する高精度の光実装が必要となり、組付けコストが増大する。
【０００７】
これらの問題を解決するために、特許文献２では、図６に示すように、光電変換素子２６０と、この光電変換素子２６０を封止する透明材料とからなるパッケージＡ２２０と、このパッケージＡ２２０及び上記光電変換素子２６０と電気的に接続された電気回路素子５０を封止するパッケージＢ２３０とからなり、前記パッケージＡの一部が前記パッケージＢの一部から外部に露出している（図６は、特許文献２の図４）。
【０００８】
従って、特許文献２においては光電変換素子２６０と電気回路素子５０とをパッケージして光電変換モジュールを作製する場合に、光電変換素子２６０を予め光学部品と光学実装しておくことにより、マルチチップモジュールの封止において、通常の電気実装パッケージと同様な封止により、光電変換素子パッケージ２４０の作製時の光学実装が不要となり、簡単かつ低コストで作製可能な光電変換モジュールを提供できる。
【０００９】
しかしながら、特許文献２における光電変換モジュールでは、光電変換素子を予め光学部品と光学実装しておく必要があるが、光学部品に要求される樹脂は、良好な光結合素子特性を発現するために成形精度が高くかつ変形しにくい比較的に硬度の高い材料が好ましいのに対して、光電変換素子を光実装する場合の封止材料は、ワイヤボンド実装を用いた場合には、熱衝撃及び熱サイクル時のワイヤへの応力が及びワイヤボンド部への応力が小さくして信頼性を確保するために、ある程度変形しやすい比較的に硬度の低い材料が好ましく、その要求内容が異なる。基本的には信頼性を確保することが優先されるので、軟らかく変形が比較的に生じる材料を用いる結果、光学特性がその運だけ劣化してしまい、通常の光学部品と比較して十分な特性を得ることがでず、光利用効率を大きくできなかった。
【００１０】
さらに、この光電変換モジュールに光コネクタの機能を複合化させる場合に、光コネクタの位置決めに必要な位置決め穴の形状精度に関しても、光学部品と同様に軟らかく変形が比較的に生じる材料のために形状精度が低下しているので、高精度の位置決めができにくく、その分だけさら光利用効率が低下しやすかった。
【特許文献１】特許第３６３７２２８号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明の目的は、信頼性を確保しながらも、光電変換素子と組み合わされた光電変換モジュールの光学特性を向上させると同時に、光コネクタの位置決め精度も向上して、光利用効率特性を向上させる光電気変換モジュールを提供することである。
【００１２】
より詳細には、本発明の課題は、発光素子や受光素子のような光電変換素子又は光電気変換素子である、光と電気との信号変換を行う素子と、この光電変換素子との光結合を行う光結合素子とをモジュール化した光電変換モジュール又は光電気変換モジュールにおいて、簡単な光結合素子による光結合効率を向上すると同時に、光電変換素子及びこの電気配線に対する信頼性を向上させ、かつ製造工程を簡略化することにより低コストの光電気変換モジュールを実現できる光電気変換モジュール構成を提供することである。
【００１３】
具体的には、本発明の課題の１つは、簡単な工程で高い反射率を有する反射ミラーを形成することにより低コスト化が可能な光電変換モジュールを提供することである。
【００１４】
また、本発明の課題の１つは、部品点数を削減して低コスト化が可能な光電変換モジュールを提供することである。
【００１５】
また、本発明の課題の１つは、部品点数をより削減して低コスト化が可能であると同時に、より光利用効率を向上させて通信品質をより一層に向上させた光電変換モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、光電気変換素子と、光電気変換素子と光結合を行う光結合素子と、光コネクタと、を有する光電気変換モジュールにおいて、光コネクタは反射ミラーを有し、反射ミラーは金属膜にて形成されることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、反射ミラーは、無電解めっき方式又は直接転写方式のいずれかによって、金属膜が形成されることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、反射ミラーは、レンズ作用を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、反射ミラーは、全反射ミラーであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、信頼性を確保しながらも、光電変換素子と組み合わされた光電変換モジュールの光学特性を向上させると同時に、光コネクタの位置決め精度も向上して、光利用効率特性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
［従来の実施形態］
従来の実施形態を図４に基づいて説明する。図４は従来の形態の光電変換モジュールの構成を原理的に示す断面模式図である。
図４において、１はＭＩＤからなる立体基板であり（Molded Interconnected Device）、２は光電気変換素子であり、この２は実際には紙面に垂直方向に配列された面発光レーザ（VCSEL=Vertical Cavity Surface-Emitting Laser）または単にレーザ半導体（ＬＤ）及び面受光型ＰＩＮフォトディテクタ（ＰＤ）であり、３はＭＩＤの上に設けた電気配線であり、４は接合バンプであり、５はマイクロレンズ形状を有する光結合素子であり、９は光結合素子５の支持部材であり、６はＭＩＤ開口へのマイクロレンズ形状を有する充填材料であり、１５は熱インタポポーザであり、１６は隙間充填剤であり、１７はアンダーフィル剤であり、１８及び１９は光電変換素子と電気的に接続されたレーザドライバ（ＬＤＤ）及び４はトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）であり、１４はＭＩＤの下部電気配線であり、１３はボールアレイであり、２０は上記構成部品より形成される光電気変換モジュールであり、１１は光電変換素子を実装する主基板であり、１２は主基板上の電気配線である。
【００２３】
図４おける光電変換モジュールにおいては、分離可能な光コネクタ部は図示していないが、光が紙面上方向に入出射されるので、紙面上方向から光コネクタ部を直線上に配置して光結合を行っていた。光ファイバは小さな曲率で曲げることが困難であるので、紙面上方向に大きな空間が必要となっていた。このため、従来は光コネクタ部の中に、金属蒸着を行ったガラスまたは金属板を紙面水平方向に対して４５度に配置して、９０度の偏向ミラーを設けていた。しかしながら、この金属ミラーを実装するために、部品点数が増加すると同時に組み付け工程を複雑としていた。また、コスト高になるという問題もあった。
【００２４】
本発明の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は本実施の形態のＭＩＤを用いた光電変換モジュールの構成を原理的に示す構成図である。図４と重複する内容に関しては省略する場合がある。本実施形態では、簡単な工程で高い反射率を有する反射ミラーを形成することにより、低コスト化が可能な光電変換モジュールを実現する。
【００２５】
図１において、１０１は光電気変換モジュールの基板側部材１と、これと分離可能なプラスチックからなる光コネクタ部材に設けた光結合素子５との保護層であり、１０２は光電気変換モジュールの基板側部材１と、これと分離可能な光コネクタ部材との中間層であり、１０３は光コネクタ部材の主部材であり、１０４は光ファイバであり、１０６は光コネクタの主部材１０３に形成した斜め構造であり、１０７は斜め構造１０６に形成した無電解めっきからなる反射ミラーである。
【００２６】
図１において、反射ミラー１０７は銅により形成されている。銅は赤外領域では良好な反射率を示し、銀やアルミを蒸着しないでも良好な光利用効率を実現することができるようになる。無電解めっきとしては金を用いてもよい。また、銅の上にニッケル及び金の積層の無電解めっきをしてもよい。また、銅または金の無電解めっきの上に電解めっきを厚付けして機械的信頼性を向上することもより効果的である。
【００２７】
無電解めっきは、プラスチックからなる成形体の全体にめっきをした後のパターニングしてもよいし、あらかじめ触媒剤を転写やパターン形成したり、２色成形により触媒含有の成形を行ったりしてもよい。
【００２８】
本発明は、図１においてＭＩＤを用いた場合を示しているが、これに限定されるわけではなく、透明部材を用いた場合も同様に効果的であり、また無電解めっき層による反射ミラーは光電変換モジュール内部に設けても同様に効果的である。
【００２９】
また、反射ミラー１０７は無電解めっきではなく、型に形成した銅箔を直接に転写する方式を用いても、蒸着や別部材を実装する方式と比較してより簡単に低コストに形成できるので、無電解めっきと同様に効果的である。
【００３０】
本発明の第２の実施形態を図２に基づいて説明する。図２は本実施の形態のＭＩＤを用いた光電変換モジュールの構成を原理的に示す構成図である。図１と重複する内容に関しては省略する場合がある。本実施形態では、上記実施形態よりも部品点数を削減して低コスト化が可能な光電変換モジュールを実現する。
【００３１】
図２において、１０８は光コネクタ部材の主部材１０３に設けた凹形状構造であり、１０７は凹形状構造の界面に形成された全反射ミラーである。
【００３２】
図２において、光コネクタ部材の主部材１０３に設けた凹形状構造１０８により透明材料からなるプラスチック成形品に全反射ミラー１０７が形成されており、非常に高い反射率を実現することができる。この全反射ミラー１０７は、単純に成形時に同時に形成せるので、部品点数を削減することもでき、より低コストな光電気変化モジュールを実現することができるようになる。
【００３３】
本発明の第３の実施形態を図３に基づいて説明する。図３は本実施の形態のＭＩＤを用いた光電変換モジュールの構成を原理的に示す構成図である。図１と重複する内容に関しては省略する場合がある。本実施形態では、上記各実施形態よりも、部品点数をより削減して低コスト化が可能であると同時に、より光利用効率を向上させて通信品質をより一層に向上させた光電変換モジュールを実現する。
【００３４】
図３において、１０９は光コネクタ部材の主部材１０３に設けた曲面形状界面からなる構造であり、１１０はこの構造に設けた導体からなる反射ミラー層である。
【００３５】
図３において、光コネクタ部材の主部材１０３に設けた曲面形状界面からなる構造１０９とその上の設けた反射ミラー層で１１０によりプラスチック成形品に曲面ミラー１１０が形成されており、高い反射率とレンズ作用とを同時に実現することができる。この曲面反射ミラーはレンズ作用を有するので、従来の透明材料からなる光結合素子が不要となり、部品点数や実装工程を削減することができるようになりより一層に低コストの光電気変化モジュールを実現することができるようになる。
【００３６】
図３における反射ミラーは導体層による反射ミラーであるが、反射ミラーはこれに限定されるわけではなく、全反射ミラーであっても同様に効果的である。また、従来の透明材料からなる光結合素子を用いない場合に限定されるわけではなく、従来の透明材料からなる光結合素子と曲面ミラーからなる光結合素子を複合させて光パワーを分散したり収差補正をしたりと機能を分散してより高機能の光結合素子を実現して光利用効率を向上することもできる。また、曲面からなる反射ミラーは、単一の連続曲面からなるミラーに限定されるわけではなく、フレネル型や回折格子やホログラムのようミラー型の光結合素子を形成しても同様に効果的である。
【００３７】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、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において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、光電気変換モジュール全般に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る構成を示す図である。
【図４】従来の光電変換モジュールの構成を原理的に示す断面模式図である。
【図５】特許文献１記載の光送受信モジュールの構成を示す縦断面図である。
【図６】特許文献２記載の光電気変換素子パッケージの構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    立体基板
２    光電気変換素子
３    電気配線
４    接合バンプ
５    光結合素子
６    充填材料
７    ＭＩＤの凹構造
８    支持部材の凸構造
９    支持部材
１１    主基板
１２    電気配線
１３    ボールアレイ
１４    下部電気配線
１５    熱インタポポーザ
１６    隙間充填剤
１７    アンダーフィル剤
１８、１９    レーザドライバ
２０    光電気変換モジュール
５０    電気回路素子
６０    ワイヤ
７０    基板
１００    ボールアレイ
１０１    保護層
１０２    中間層
１０３    主部材
１０４    光ファイバ
１０６    斜め構造
１０７    反射ミラー
１０８    凹形状構造
１０９    曲面形状界面からなる構造
１１０    曲面ミラー
２００    光ファイバ
２０１    ＬＤチップ
２０２    受信用ＰＤ
２０３    モニタ用ＰＤチップ
２０４    光電波路
２０５    ＷＤＭフィルタ
２０６    モールド部材
２０７    透明樹脂
２２０ａ    露出面
２２０    パッケージＡ
２３０    パッケージＢ
２４０    光電変換素子パッケージ
２５０    基板Ｃ
２６０    光電変換素子
【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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