(57)【要約】      （修正有）【課題】一方の面に入出射部及び第１電極を有し、他方の面に第２電極を有する光電変換素子が、生産性及びスペース効率に優れた簡単な接続構造にて基板に実装された光電変換モジュールを提供する。【解決手段】光電変換モジュールは、透光性を有するとともに、実装面に基板側第１電極56及び基板側第２電極64を有する回路基板30と、回路基板30の実装面に実装される光電変換素子38であって、実装面と対向する第１の面にそれぞれ設けられた、入出射部及び基板側第１電極56に接続される素子側第１電極44を有するとともに、第１の面と反対側の第２の面に素子側第２電極62を有する光電変換素子38と、光電変換素子38と回路基板30との間に充填された充填部材40と、素子側第２電極62から基板側第２電極64に渡る膜状の導電部材42とを備える。【選択図】図８
2012150222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有するとともに、実装面並びに前記実装面に設けられた基板側第１電極及び基板側第２電極を有する回路基板と、
前記回路基板の実装面に実装される光電変換素子であって、前記実装面と対向する第１の面にそれぞれ設けられた、光の入射部又は出射部である入出射部及び前記基板側第１電極に接続される素子側第１電極を有するとともに、前記第１の面と反対側の第２の面に素子側第２電極を有する光電変換素子と、
前記光電変換素子と前記回路基板との間に充填された充填部材と、
前記素子側第２電極から前記基板側第２電極に渡る膜状の導電部材と
を備える光電変換モジュール。
【請求項２】
前記導電部材と前記充填部材との間に、前記充填部材よりも軟らかい緩衝部材を更に備える請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記回路基板の前記実装面とは反対側の背面に一体に設けられたポリマー光導波路部材と、
前記ポリマー光導波路部材と前記光電変換素子とを光学的に結合するミラーと
を更に備える請求項１又は２に記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
前記回路基板は可撓性を有する、請求項３に記載の光電変換モジュール。
【請求項５】
前記回路基板は、前記ポリマー光導波路部材のクラッド層の一部を兼ねる、請求項４に記載の光電変換モジュール。
【請求項６】
前記導電部材は銀ペーストからなる、請求項１乃至５の何れか一項に記載の光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばデータセンターにおけるサーバとスイッチ間の接続や、デジタルＡＶ（オーディオ・ビジュアル）機器間の接続では、伝送媒体として、メタル線の外に、光ファイバーも用いられている。また、近年、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の情報処理機器においても、伝送媒体として光ファイバーを用いること（光インターコネクト）が検討されている。
【０００３】
光ファイバーを用いる場合、電気信号を光信号に、或いは、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが必要になる。光電変換モジュールとして、例えば、特許文献１が開示する光伝送用プリント板ユニットは、光導波路基板を備え、光導波路基板に、光電変換素子として、発光素子又は受光素子が実装される。光電変換素子の実装は、サブマウントチップに光電変換素子を予め実装してから、サブマウントチップを光導波路基板に実装することによって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１が開示する光伝送用プリント板ユニットにおいては、サブマウントチップが必要であり、部品点数が多い上に、実装面積が大きい。
また、その製造の際、光電変換素子をサブマウントチップに実装する段階でサブマウントチップに対する光電変換素子の位置合わせが必要であり、サブマウントチップを光導波路基板に実装する段階で光導波路基板に対するサブマウントチップの位置合わせが必要であり、製造が煩雑である。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、一方の面に入出射部及び第１電極を有し、他方の面に第２電極を有する光電変換素子が、生産性及びスペース効率に優れた簡単な接続構造にて基板に実装された光電変換モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、透光性を有するとともに、実装面並びに前記実装面に設けられた基板側第１電極及び基板側第２電極を有する回路基板と、前記回路基板の実装面に実装される光電変換素子であって、前記実装面と対向する第１の面にそれぞれ設けられた、入出射部及び前記基板側第１電極に接続される素子側第１電極を有するとともに、前記第１の面と反対側の第２の面に素子側第２電極を有する光電変換素子と、前記光電変換素子と前記回路基板との間に充填された充填部材と、前記素子側第２電極から前記基板側第２電極に渡る膜状の導電部材とを備える光電変換モジュールが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、一方の面に入出射部及び第１電極を有し、他方の面に第２電極を有する光電変換素子が、生産性及びスペース効率に優れた簡単な接続構造にて基板に実装された光電変換モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態の光電変換モジュールを備える光アクティブケーブルの概略的な構成を示す斜視図である。
【図２】図１の光アクティブケーブルの光送信器近傍を拡大して示す斜視図である。
【図３】図２の光送信器を分解して示す概略的な斜視図である。
【図４】図３中の光電変換モジュールの一方の側を概略的に示す斜視図である。
【図５】図４の光電変換モジュールの他方の側を概略的に示す斜視図である。
【図６】図５中のＩＣチップ及び光電変換素子の近傍を拡大して概略的に示す斜視図である。
【図７】図６中の光電変換素子の出射面を概略的に示す平面図である。
【図８】図４及び図５の光電変換モジュールにおける、ＩＣチップ及び光電変換素子近傍の縦断面を概略的に示す図である。
【図９】変形例の光電変換モジュールにおける、ＩＣチップ及び光電変換素子近傍の縦断面を概略的に示す図である。
【図１０】変形例の光電変換モジュールにおける、ＩＣチップ及び光電変換素子の周辺を拡大して概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、光アクティブケーブル１０の外観を概略的に示す斜視図である。
光アクティブケーブル１０は、光電気複合ケーブル１１と、光電気複合ケーブル１１の両端に取り付けられた光送信器１２及び光受信器１４とからなる。光アクティブケーブル１０は、例えば、デジタルＡＶ機器間の接続に適用される。
【００１１】
図２は、光電気複合ケーブル１１の一部とともに、光送信器１２を拡大して示す斜視図である。
光送信器１２は例えば金属製のハウジング１６を有し、ハウジング１６は例えば箱形状を有する。ハウジング１６の一端からは、シール部材１８を介して光電気複合ケーブル１１が延出する一方、ハウジング１６の他端には、開口が形成されている。
ハウジング１６の開口内には、例えば１枚のリジッドな回路基板２０の端部が位置している。回路基板２０の端部は、デジタルＡＶ機器に設けられたスロットに挿入可能である。
【００１２】
図３は、光送信器１２を分解して概略的に示す斜視図であり、ハウジング１６は、例えば相互に分離可能な第１ケース１６ａ及び第２ケース１６ｂからなる。
回路基板２０は、例えばガラスエポキシ製のリジッドな基板であって、第２ケース１６ｂに対して固定されている。回路基板２０には、例えば銅等の金属からなる所定の導体パターンが形成されており、導体パターンは、回路基板２０の端部に配置された複数の電極端子２２を含む。電極端子２２は、デジタルＡＶ機器に設けられた電極端子に電気的に接続される。
【００１３】
回路基板２０には、信号処理用のＬＳＩ（大規模集積回路）２３とともにコネクタ２４が取り付けられている。
光電気複合ケーブル１１は、複数本の導線２５を含み、導線２５は、シール部材１８を通じて、ハウジング１６の内部まで延びている。そして、ハウジング１６の内部に位置する導線２５の先端部は、回路基板２０に半田付けされている。コネクタ２４及び導線２５は、導体パターンを通じてＬＳＩ２３に電気的に接続され、ＬＳＩ２３が電極端子２２に電気的に接続されている。
【００１４】
一方、光電気複合ケーブル１１は、例えば１本の光ファイバー２８を含み、光ファイバー２８も、シール部材１８を通じて、ハウジング１６の内部まで延びている。そして、ハウジング１６の内部に位置する光ファイバー２８の先端は、一実施形態の光電変換モジュール２６の一端に固定されている。
【００１５】
〔光電変換モジュール〕
光電変換モジュール２６の他端はコネクタ２４に接続されている。光送信器１２の光電変換モジュール２６は、デジタルＡＶ機器から受け取った電気信号を光信号に変換して光ファイバー２８に伝送する機能を有する。
図４は、光電変換モジュール２６の第２ケース１６ｂ側を示す斜視図である。光電変換モジュール２６は、ＦＰＣ基板（フレキシブルプリント回路基板）３０を含み、ＦＰＣ基板３０は、例えば、ポリイミド製の可撓性及び透光性を有するフィルム３２と、フィルム３２に設けられた例えば銅等の金属からなる導体パターンとからなる。なお、透光性は、フィルム３２に孔を開けることによって確保されていてもよい。
【００１６】
ＦＰＣ基板３０の一端側には、ポリマー光導波路部材３３がフィルム３２と一体に設けられている。ポリマー光導波路部材３３には、ＦＰＣ基板３０の一端にて開口する溝が形成され、溝内に光ファイバー２８の先端部が固定されている。
光ファイバー２８と反対側のポリマー光導波路部材３３の端面には、金属膜が蒸着によって形成され、金属膜がミラー３４を構成している。
【００１７】
図５は、光電変換モジュール２６の第１ケース１６ａ側を示す斜視図である。
ＦＰＣ基板３０の導体パターンは、フィルム３２の他端部に形成された複数の電極端子３５を含み、電極端子３５がコネクタ２４に電気的に接続される。
なお導体パターンは、例えば、フィルム３２に成膜された金属膜をエッチングすることにより作製することができる。
【００１８】
ポリマー光導波路部材３３と反対側のＦＰＣ基板３０の一方の面（実装面）には、所定の位置にＩＣチップ３６が例えばフリップチップ実装されている。
また、図６に拡大して示したように、ＦＰＣ基板３０の実装面には、光電変換素子３８としてのＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子が実装され、ＩＣチップ３６及び光電変換素子３８は導体パターンに電気的に接続されている。ＩＣチップ３６は、光電変換素子３８を駆動するための駆動回路を構成している。
【００１９】
光電変換素子３８とＦＰＣ基板３０との間には、透光性及び電気絶縁性を有する樹脂製の充填部材４０が設けられている。充填部材４０は、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂からなる。そして、ＦＰＣ基板３０とは反対側の光電変換素子３８の面から、ＦＰＣ基板３０の導体パターンに渡って、膜状の導電部材４２が設けられている。
【００２０】
図７は、ＦＰＣ基板３０側の光電変換素子３８の面（出射面）を概略的に示す平面図であり、出射面には、アノード電極（素子側第１電極）４４と、出射部４６が設けられている。つまり、光電変換素子３８としての発光素子は、面発光型である。光電変換素子３８は、出射面と反対側にカソード電極を有し、アノード電極４４とカソード電極の間に電圧が印加されると、出射部４６から光を出射する。
【００２１】
図８は、光電変換モジュール２６のＩＣチップ３６及び光電変換素子３８近傍の縦断面を概略的に示す図である。
ポリマー光導波路部材３３は、アンダークラッド層４８、コア５０、及び、オーバークラッド層５２を含む。アンダークラッド層４８は、ＦＰＣ基板３０に積層され、光信号の進行方向から見た断面形状が四角形のコア５０がアンダークラッド層４８上を延びている。
【００２２】
コア５０の数は、光ファイバー２８の数に対応して１本であり、光ファイバー２８の先端部と同軸上に位置している。オーバークラッド層５２は、アンダークラッド層４８と協働してコア５０を囲むように、アンダークラッド層４８及びコア５０の上に積層されている。
アンダークラッド層４８、コア５０、及び、オーバークラッド層５２の材料としては、特に限定されることはないが、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂及びポリイミド系樹脂等を用いることができる。
【００２３】
コア５０の一端は、ポリマー光導波路部材３３の溝の端面に位置し、光ファイバー２８の端部と当接して光学的に結合されている。一方、コア５０の他端には、ミラー３４が設けられ、ミラー３４は、光電変換素子３８の出射部４６に対応するように配置されている。つまり、コア５０の他端と光電変換素子３８との間にて、光路は、ミラー３４によって９０°曲げられ、ＦＰＣ基板３０を貫通している。
【００２４】
ＩＣチップ３６の電極は例えばＡｕからなるバンプ５４を介して、ＦＰＣ基板３０の導体パターンに接続されている。より詳しくは、ＩＣチップ３６の１つの電極は、バンプ５４を介して、導体パターンの一部を構成するアノード電極（基板側第１電極）５６に接続されている。アノード電極５６は、フィルム３２上をＩＣチップ３６から光電変換素子３８まで延びている。
そして、光電変換素子３８のアノード電極４４も、例えばＡｕからなるバンプ５８を介して、アノード電極５６に接続されている。バンプ５８を介してアノード電極５６に実装されている点において、光電変換素子３８は、フリップチップ実装されているということができる。
【００２５】
光電変換素子３８とＦＰＣ基板３０との間に充填された充填部材４０は、バンプ５８を囲んでおり、充填部材４０によって、光電変換素子３８はＦＰＣ基板３０に対して堅固に固定されている。また、充填部材４０は、アノード電極４４，５６及びバンプ５８と導電部材４２との間の電気的な絶縁性を確保している。
なお、充填部材４０は、光電変換素子３８の縁からはみ出ていてもよく、光電変換素子３８の側面に付着していてもよいが、ＦＰＣ基板３０と反対側の光電変換素子３８の面（上面）には付着していない。充填部材４０は、光電変換素子３８の上面の一部に付着するが、全面を覆わないように設けても良い。
【００２６】
光電変換素子３８の上面には、カソード電極（素子側第２電極）６２が設けられている。カソード電極６２は、膜状の導電部材４２によって覆われている。ＦＰＣ基板３０の導体パターンはカソード電極（基板側第２電極）６４を含み、導電部材４２は、カソード電極６４も覆っている。つまり、導電部材４２は、カソード電極６２から、充填部材４０の上を通って、カソード電極６４にまで渡っており、カソード電極６２とカソード電極６４を電気的に接続している。
導体パターンのカソード電極６４は、ＩＣチップ３６に電気的に接続されており、ＩＣチップ３６は、アノード電極５６及びカソード電極６４を介して、光電変換素子３８のアノード電極４４とカソード電極６２の間に電圧を印加する。
【００２７】
上述した光電変換モジュール２６の製造工程において、光電変換素子３８は、好ましくは、以下のようにしてＦＰＣ基板３０に実装される。
まず、光電変換素子３８のアノード電極４４上にバンプ５８を付与する。それから、光電変換素子３８をホルダで保持しながら、ＦＰＣ基板３０に対して位置合わせする。位置合わせには、例えば光学カメラが用いられる。
それから、光電変換素子３８をＦＰＣ基板３０に対して接近させ、バンプ５８をアノード電極５６に接触させる。この状態で、加熱、加重して、バンプ５８を介して、アノード電極５６とアノード電極４４を接続する。このとき超音波を印加してもよい。
【００２８】
この後、充填装置を用いて、ＦＰＣ基板３０と光電変換素子３８との間に樹脂を充填し、樹脂を硬化させて充填部材４０を形成する。それから、光電変換素子３８のカソード電極６２からＦＰＣ基板３０のカソード電極６４に渡って例えば銀ペーストをディスペンサを用いて付与し、銀ペーストを硬化させて導電部材４２を形成する。これにより、光電変換素子３８の実装が終了する。
【００２９】
以上で光送信器１２の光電変換モジュール２６についての説明を終了するが、光受信器１４も光電変換モジュール２６を有する。光受信器１４の光電変換モジュール２６は、光ファイバー２８から受け取った光信号を電気信号に変換し、コネクタ２４及び電極端子２２を通じて外部装置に伝送する機能を有する。
そのために、光受信器１４の光電変換モジュール２６においては、光電変換素子３８はＰＤ（フォトダイオード）等の受光素子であり、ＩＣチップ３６は増幅回路である。受光素子は、出射部ではなく入射部を有する。なお本明細書では、出射部及び入射部を入出射部ともいう。
【００３０】
上述した一実施形態の光電変換モジュール２６によれば、膜状の導電部材４２によって、光電変換素子３８のカソード電極６２がＦＰＣ基板３０のカソード電極６４に接続されており、サブマウントチップが不要である。膜状の導電部材４２の形成には、高い位置精度は不要であり、このため、光電変換モジュール２６の生産性は高い。また、サブチップが不要であるため、スペース効率が高く、光電変換モジュール２６自体の小型化が可能である。
【００３１】
また、上述した一実施形態の光電変換モジュール２６に用いられる光電変換素子３８においては、一方の面にアノード電極４４が設けられ、他方の面にカソード電極６２が設けられているので、アノード電極及びカソード電極が同一面内に設けられている場合に比べて、光電変換素子３８の小型化が図られる。このため、光電変換モジュール２６の小型化も図られる。
【００３２】
更に、上述した一実施形態の光電変換モジュール２６に用いられる光電変換素子３８は、光電変換素子３８のカソード電極６２が膜状の導電部材４２を通じてＦＰＣ基板３０のカソード電極６４に接続されており、ワイヤで接続されている場合に比べて、放熱性に優れている。
【００３３】
本発明は、上述した一実施形態に限定されることはなく、一実施形態に変更を加えた形態も含む。
例えば、上述した一実施形態の光電変換モジュール２６では、ＦＰＣ基板３０が可撓性を有していたが、可撓性を有さない回路基板を用いてもよい。
【００３４】
上述した一実施形態の光電変換モジュール２６は、図９に示すように、緩衝部材６６を更に有していてもよい。緩衝部材６６は、光電変換素子３８及び充填部材４０と導電部材４２との間に設けられ、充填部材４０及び導電部材４２よりも軟質である。緩衝部材６６は、光電変換素子３８、充填部材４０及び導電部材４２の間で線膨張の差に伴う応力が発生したとしても、応力を緩和する。この結果、応力による光電変換素子３８の故障が防止される。
【００３５】
上述した一実施形態の光電変換モジュール２６では、ＦＰＣ基板３０に１個の光電変換素子３８が実装されていたが、複数個の光電変換素子３８が実装されていてもよい。或いは、図１０に示すように、複数個の光電変換素子が一体に形成されたアレイ状の光電変換素子６８が実装されていてもよい。
【００３６】
上述した一実施形態の光電変換モジュール２６では、膜状の導電部材４２が、光電変換素子３８の上面から、ＦＰＣ基板３０のカソード電極６４に向かう方向にのみ延びていたが、導電部材４２が全方向に延びていてもよい。則ち、導電部材４２が、光電変換素子３８を覆うようにドーム状をなしていてもよい。この場合、更に放熱性が向上する。
【００３７】
上述した一実施形態の光電変換モジュール２６に用いられた光電変換素子３８では、入出射部４６と同じ面にアノード電極４４が設けられ、反対側の面にカソード電極６２が設けられていたが、光電変換素子３８の構成によっては、入出射部４６と同じ面にカソード電極が設けられ、反対側の面にアノード電極が設けられていてもよい。
【００３８】
上述した一実施形態の光電変換モジュール２６では、ＦＰＣ基板３０がフィルム３２上にアンダークラッド層４８が設けられていたけれども、フィルム３２がアンダークラッド層を兼ねていてもよい。
上述した一実施形態の光電変換モジュール２６は、ＦＰＣ基板３０と一体のポリマー光導波路部材３３を有していたけれども、ポリマー光導波路部材３３を有さなくてもよい。則ち、別の手段によって、光ファイバー２８と光電変換素子３８とが光学的に結合されていてもよい。
【００３９】
最後に、本発明の光電変換モジュール２６を備える光アクティブケーブル１０は、デジタルＡＶ機器以外に、例えばスイッチングハブ等のネットワーク機器にも適用可能である。また、本発明の光電変換モジュールは、光アクティブケーブル１０以外に、パーソナルコンピュータ等の情報処理機器に内蔵される光インターコネクトにも適用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０        光アクティブケーブル
１２        光送信器
１４        光受信器
１６        ハウジング
２０        回路基板
２６        光電変換モジュール
２８        光ファイバー
３０        ＦＰＣ基板（回路基板）
３２        フィルム
３３        ポリマー光導波路部材
３６        ＩＣチップ
３８        光電変換素子
４０        充填部材
４２        導電部材
４４        アノード電極（素子側第１電極）
４６        出射部（入出射部）
５６        アノード電極（基板側第１電極）
６２        カソード電極（素子側第２電極）
６４        カソード電極（基板側第２電極）
【図１】
2012150222.tif 000003
【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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