(57)【要約】【課題】低コストで製造可能な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１０は、接続対象であるマルチコアファイバ２２の複数のコア２２ａ〜２２ｇの配列に対応するように複数の受発光部が配列された受発光素子１２，１３と、受発光素子１２，１３と電気的に接続されるリードフレーム１６と、受発光素子１２，１３の複数の受発光部それぞれを、接続対象であるマルチコアファイバ２２の各コア２２ａ〜２２ｇに光接続させるためのレンズ１４ａ，１４ｂとを備えている。この光電変換モジュール１０では、リードフレーム１６とレンズ１４ａ、１４ｂとが樹脂で一体成形されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続対象である光導波体の複数のコアの配列に対応するように複数の受発光部が配列された受発光素子と、
前記受発光素子と電気的に接続されるリードフレームと、
前記受発光素子の前記複数の受発光部それぞれを、接続対象である前記光導波体の各コアに光接続させるための集光光学系と、を備え、
前記リードフレームと前記集光光学系とが樹脂で一体成形されていることを特徴とする光電変換モジュール。
【請求項２】
前記受発光素子が前記リードフレームの第１の面側に搭載され、前記集光光学系が前記リードフレームの前記第１の面と逆の第２の面側に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記複数の受発光部の配列が二次元状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の光電変換モジュールと、接続対象である前記光導波体を保持する光導波体保持部とを接続する光接続構造。
【請求項５】
前記光導波体保持部は、前記光導波体の前記複数のコアの配列が前記受発光素子の前記複数の受発光部の配列と対応するように前記光導波体の回転を規制する位置決め構造を有することを特徴とする請求項４に記載の光接続構造。
【請求項６】
前記光導波体保持部は、前記光電変換モジュール側の一端において前記光導波体の複数のコアを互いが平行となるように二次元状に保持すると共に他端において前記光導波体の複数のコアを互いが平行となるように一次元状に保持することを特徴とする請求項４に記載の光接続構造。
【請求項７】
接続対象である光導波体の複数のコアの配列に対応するように複数の受発光部が配列された受発光素子を準備するステップと、
前記受発光素子と電気的に接続されるリードフレームと、前記受発光素子の前記複数の受発光部それぞれを接続対象である前記光導波体の各コアに光接続させるための集光光学系を樹脂で一体成形するステップと、
前記受発光素子を前記集光光学系と光接続するとともに、前記リードフレームと電気的に接続させて実装するステップと、
を備えることを特徴とする光電変換モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記実装するステップにおいて、前記集光光学系が形成された前記リードフレームの第２の面と逆の第１の面側に前記受発光素子を実装することを特徴とする請求項７に記載の光電変換モジュールの製造方法。
【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、光電変換モジュールを接続する光接続構造、及び光電変換モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ間信号の高速化に伴い、電気による伝送ではノイズや消費電力の増加を解消することが困難になってきている。そこで、近年、ＬＳＩ間を、電磁障害や周波数依存性損失が殆どない光通信で伝送する試みがなされている。一方、伝送容量の増加に伴い、同一のクラッド内に複数のコアを備えたマルチコアファイバなどを光導波体として用い、ＶＣＳＥＬなどの受発光素子と光結合させる光電変換技術の開発も行われるようになってきた（例えば特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９３４５９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４５５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１，２には、受発光素子とマルチコアファイバなどの光導波体とを単に光結合させる技術が開示されているだけであり、マルチコアファイバなどの光導波体を受発光素子に光結合させる光電変換モジュールを設計する際にどのような構造を用いるかといったことについては開示がなかった。特に光電変換モジュールを小型化させたり、低コストで製造できる構造については開示がなかった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、低コストで製造可能な構造を備えた光電変換モジュール、その光電変換モジュールを接続する光接続構造、及び光電変換モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光電変換モジュールは、接続対象である光導波体の複数のコアの配列に対応するように複数の受発光部が配列された受発光素子と、受発光素子と電気的に接続されるリードフレームと、受発光素子の複数の受発光部それぞれを接続対象である光導波体の各コアに光接続させるための集光光学系とを備えている。この光電変換モジュールでは、リードフレームと集光光学系とが樹脂で一体成形されることを特徴としている。
【０００７】
この光電変換モジュールでは、リードフレームと集光光学系とが樹脂で一体成形されるようになっている。この場合、樹脂による一体成形によって、リードフレームと一体となって集光光学系が形成されるので、その集光光学系に対して受発光素子の調芯を行ってそのままリードフレームと電気的に接続して実装することができる。その結果、集光光学系と受発光素子との調芯及び実装作業が容易となり、低コストで光電変換モジュールを製造することができる。また、成形によって既に一部の光軸の位置合わせが為されているため、ＹＡＧレーザ等で溶接する場合に比べて溶接に用いる領域が不要となる。このため、この光電変換モジュールによれば、モジュールの小型化を図ることができる。
【０００８】
上記の光電変換モジュールでは、受発光素子がリードフレームの第１の面側に搭載され、集光光学系がリードフレームの第１の面と逆の第２の面側に搭載されることが好ましい。この場合、リードフレームの裏面（第１の面）に受発光素子を実装することになるが、レンズ（集光光学系）側から受発光素子の受発光部を観察しながら軸合わせを行って受発光素子等を実装することができるので、受発光素子等の実装位置や回転角の調整を容易に行うことができる。
【０００９】
上記の光電変換モジュールでは、複数の受発光部の配列が二次元状であってもよい。
【００１０】
また、本発明に係る光接続構造は、上記何れかの光電変換モジュールと、接続対象である光導波体を保持する光導波体保持部とを接続する光接続構造である。この場合、光導波体保持部は、光導波体の複数のコアの配列が受発光素子の複数の受発光部の配列と対応するように光導波体の回転を規制する位置決め構造を有していてもよいし、または、光電変換モジュール側の一端において光導波体の複数のコアを互いが平行となるように二次元状に保持すると共に他端において光導波体の複数のコアを互いが平行となるように一次元状に保持するようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る光電変換モジュールの製造方法は、接続対象である光導波体の複数のコアの配列に対応するように複数の受発光部が配列された受発光素子を準備するステップと、受発光素子と電気的に接続されるリードフレームと、受発光素子の複数の受発光部それぞれを、接続対象である光導波体の各コアに光接続させるための集光光学系を樹脂で一体成形するステップと、受発光素子を集光光学系と光接続するとともに、リードフレームと電気的に接続させて実装するステップと、を備えることを特徴としている。
【００１２】
上記の光電変換モジュールの製造方法では、実装するステップにおいて、集光光学系が形成されたリードフレームの第２の面と逆の第１の面側に受発光素子を実装することが好ましい。この場合、リードフレームの裏面（第１の面）に受発光素子を実装することになるが、レンズ（集光光学系）側から受発光素子の受発光部を観察しながら軸合わせを行って受発光素子等を実装することができるので、受発光素子等の実装位置や回転角の調整を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低コストで製造可能な光電変換モジュール、その光電変換モジュールを接続する光接続構造及び光電変換モジュールの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る光電変換モジュールとＭＴコネクタとの接続状態を示す斜視図である。
【図２】光電変換モジュールを示す斜視図であり、（ａ）は、ＭＴコネクタ側（表側）から見た斜視図であり、（ｂ）は、その裏側から見た斜視図である。
【図３】光電変換モジュールのリードフレームへの実装構造を示す図である。
【図４】図１に示す光電変換モジュールとＭＴコネクタとによる光結合を模式的に示す図である。
【図５】(ａ)は、ＭＴコネクタに保持されるマルチコアファイバの端面を示す図であり、（ｂ）は、受発光素子の受発光面を示す図である。
【図６】光電変換モジュールが接続されるコネクタの変形例の一部を切り欠いて示す断面図である。
【図７】図６に示したコネクタの第１の端面を示す図である。
【図８】図６に示したコネクタの第２の端面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
まず、本実施形態に係る光接続構造１と、光接続構造１に用いられる光電変換モジュール１０及びＭＴコネクタ２０（光導波体保持部）とについて、図１〜図３を参照しつつ説明する。光電変換モジュール１０は、ＶＣＳＥＬやフォトダイオードなどの受発光素子１２，１３を有し、光電変換を行うモジュールである。ＭＴコネクタ２０は、２本のマルチコアファイバ（以下「ＭＣＦ」と記す）２２（光導波体）を保持し、ＭＣＦ２２によって光信号の送受信を行う。
【００１７】
このような構成・機能を備えた光電変換モジュール１０とＭＴコネクタ２０とを図１に示すような光接続構造１によって接続することにより、発光素子１２から出射された光信号をマルチコアファイバ２２に入射したり、マルチコアファイバ２２を導波してきた光信号を受光素子１３へ入射したりすることができる。
【００１８】
光電変換モジュール１０は、図２及び図３に示されるように、筐体部１１と、発光素子１２と，受光素子１３と、レンズ１４ａ，１４ｂ（集光光学系）と、ＩＣ１５と、リードフレーム１６と、コンデンサなどの電子部品１７と、外部端子１８とを含んで構成される。発光素子１２，受光素子１３，ＩＣ１５及び電子部品１７は、リードフレーム１６の所定の箇所に実装される。ＩＣ１５は、発光素子１２及び受光素子１３を駆動させるための駆動ＩＣであり、Ａｕ等のボンディングワイヤ（不図示）等を介して、発光素子１２や受光素子１３に接続される。ＩＣ１５は、リードフレーム１６の所定の箇所にも接続される。なお、図２の（ｂ）では、リードフレーム１６に電気的に接続して搭載される受発光素子１２，１３等の記載は省略している。
【００１９】
筐体部１１は、一方（裏側）が開口した略直方体形状を呈しており、その内部が空洞になっている。筐体部１１は、例えば電子線架橋透明熱可塑性樹脂を射出成形することによって、後述するリードフレーム１６や外部端子１８、更にレンズ１４ａ，１４ｂと共に一体成型される。具体的には、リードフレーム１６等を金型に配置して射出成形を行い、筐体部１１とレンズ１４ａ，１４ｂとなる部分とが、リードフレーム１６と一体となるように形成される。筐体部１１は、上記樹脂による成形ではなく、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等を主成分とする熱可塑性樹脂などの各種樹脂によって、リードフレーム１６や外部端子１８と共に一体成型されてもよい。この場合、筐体部１１は、レンズ１４ａ，１４ｂとは別部材として形成される。
【００２０】
発光素子１２は、例えばＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser）などの発光素子であり、リードフレーム１６の所定の箇所に電気的に接続して実装され、例えば図３に対して直交する方向にレンズ１４ａを介して集光するように所定の光を出射する。発光素子１２は、図５の（ｂ）に示されるように、二次元状に（即ち発光部を結ぶ直線が多角形を形成する）配列された複数の発光部１２ａ〜１２ｇを有する。各発光部１２ａ〜１２ｇは、出射する光の光軸が互いに平行になるように配置され、中心位置に１つ（受発光部１２ａ）及びその周りに６０度間隔で６つ（１２ｂ〜１２ｇ）の計７つの発光部が互いに等間隔となるように配置され、それぞれの発光部１２ａ〜１２ｇから光を出射する。
【００２１】
また、複数の発光部１２ａ〜１２ｇは、マルチコアファイバ２２の各コア２２ａ〜２２ｇに対応するように、すなわち発光部１２ａ〜１２ｇから出射される光の光軸がマルチコアファイバ２２の各コア２２ａ〜２２ｇの光軸と一致するように配列されている。
【００２２】
受光素子１３は、例えばフォトダイオード（Photo Diode）などの受光素子であり、リードフレーム１６の所定の箇所に電気的に接続して実装され、例えば図３に対して直交する方向からの光をレンズ１４ｂを介して集光して受光する。受光素子１３も、発光素子１２と同様に、二次元状に（即ち受光部を結ぶ直線が多角形を形成する）配列された複数の受光部を有する。受光素子１３の各受光部は、入射する光の光軸が互いに平行になるように配置され、中心位置に１つ及びその周りに６０度間隔で６つの計７つの受光部が互いに等間隔となるように配置され、それぞれの受光部で光の入射を受け付ける。
【００２３】
また、複数の受光部は、マルチコアファイバ２２の各コア２２ａ〜２２ｇに対応するように、すなわち受光部に入射可能な光の光軸がマルチコアファイバ２２の各コア２２ａ〜２２ｇの光軸と一致するように配列されている。
【００２４】
リードフレーム１６は、例えばめっきなどが施されたＣｕなどの金属からなり、図３に示されるように一部が打ち抜かれた板状に形成されたものである。リードフレーム１６は、発光素子１２、受光素子１３、ＩＣ１５等を搭載するための搭載部を有している。また、リードフレーム１６の所定箇所は、電子部品１７によって電気的に連結される。そして、各種の素子等を実装するためのリードフレーム１６は、筐体部１１と一体となるようにインサート成形されている。
【００２５】
レンズ１４（１４ａ，１４ｂ）は、図２の(ａ)及び図４に示されるように、受発光素子１２，１３の複数の受発光部それぞれを、接続対象であるＭＣＦ２２の各コア２２ａ〜２２ｇに光接続させるための部材である。レンズ１４は、受発光素子１２，１３が搭載されるリードフレーム１６の面とは逆の面側に搭載されている。図２の(ａ)に示されるように、一方のレンズ１４ａは、筐体部１１のＭＴコネクタ２０との接続面１１ａの略中央部に筐体部１１と一体になるように設けられており、発光素子１２からの射出光を外部に射出させる。他方のレンズ１４ｂは、接続面１１ａの略中央部にレンズ１４ａと並んで筐体部１１と一体となるように設けられており、受光素子１３が外部からの光を受光できるようになっている。
【００２６】
各レンズ１４ａ，１４ｂは、後述するように、筐体部１１と共に電子線架橋透明熱可塑性樹脂によって射出成形され、レンズ１４ａ，１４ｂとなる部分に対してだけ電子線加速器で電子照射を行って架橋反応を行い、これにより、レンズ１４ａ，１４ｂとして機能する。
【００２７】
また、筐体部１１の接続面１１ａには、レンズ１４ａ，１４ｂの外側にＭＴコネクタ２０に結合するためのガイドピン受け部１９ａ，１９ｂが形成されている。このガイドピン受け部１９ａ，１９ｂにより、光電変換モジュール１０とＭＴコネクタ２０とが予め設定した配置で接続される。
【００２８】
続いて、ＭＴコネクタ２０について説明する。ＭＴコネクタ２０は、図１に示されるように、２本のＭＣＦ２２を保持する光導波体保持部を備えており、光導波体保持部により、ＭＣＦ２２の一端が、光電変換モジュール１０側の端面に露出するようになっている。このように露出するＭＣＦ２２は、その端部において、図５の（ａ）に示されるように、二次元状に配列された複数のコア２２ａ〜２２ｇをそれぞれ有する。各コア２２ａ〜２２ｇは、出射／入射する光の光軸が互いに平行になるように配置され、中心位置に１つ（コア２２ａ）及びその周りに６０度間隔で６つ（２２ｂ〜２２ｇ）の計７つのコアが互いに等間隔となるように１つのクラッド内に配置され、それぞれのコア２２ａ〜２２ｇから光を出射したり、入射されたりする。コア２２ａ〜２２ｇの間隔と、受発光素子１２，１３の受発光部の間隔は同じである。
【００２９】
ＭＴコネクタ２０には、上述したように、これらのコア２２ａ〜２２ｇが発光素子１２の発光部１２ａ〜１２ｇや受光素子１３の受光部に対応するように、すなわちコア２２ａ〜２２ｇから出射／入射される光の光軸が発光素子１２の発光部１２ａ〜１２ｇや受光素子１３の受光部の光軸と一致するように、マルチコアファイバ２２の回転方向を規制する位置決め構造が設けられている。このような位置決め構造としては、例えば、マルチコアファイバ２２の外周に設けられた凸部や凹部に嵌合する部材等があり、このような部材をＭＴコネクタ２０が内部に有している。
【００３０】
次に、このような構成を備えた光電変換モジュール１０の製造方法について説明する。
【００３１】
光電変換モジュール１０を製造するには、まず、リードフレーム１６を金型（不図示）に予め配置して、電子線架橋透明熱可塑性樹脂を射出成形し、筐体部１１とレンズ１４ａ，１４ｂになるレンズ面とを形成する。電子線架橋透明熱可塑性樹脂としては、例えば、混合ナイロン樹脂に電子線架橋性モノマー、難燃剤、補強剤、酸化防止剤、安定剤等を二軸混合機で混練してペレット状としたものを用いることができる。なお、筐体部１１の成形とレンズ１４ａ，１４ｂの成形とを別に行ってもよいが、レンズ１４ａ，１４ｂの成形は、リードフレーム１６と一体となっていることが好ましい。
【００３２】
その後、レンズ面に対して電子線加速器で電子照射を行って架橋反応を起こさせ、その部分だけ樹脂の物質改質を行って、レンズ１４ａ，１４ｂとし、レンズ１４ａ，１４ｂがリードフレーム１６の表面上に配置されるようにする。
【００３３】
続いて、発光素子１２をリードフレーム１６の裏面のレンズ１４ａに対応する箇所に配置し、レンズ１４ａを通して二軸方向に光軸の調芯を行う。レンズ１４ａが透明であるため、顕微鏡やそれによって取得される画像処理によってレンズ１４ａ側からの光軸の調芯が可能である。また、受光素子１３も同様にリードフレーム１６の裏面のレンズ１４ｂに対応する箇所に配置し、レンズ１４ｂを通して二軸方向に光軸の調芯を行う。
【００３４】
発光素子１２及び受光素子１３のレンズ１４ａ，１４ｂに対する調芯が終了すると、両素子１２，１３をワイヤーボンディングや半田等によりリードフレーム１６の裏面に電気的に接続されるように実装して固定する。また、ＩＣ１５や他の電子部品１７等もリードフレーム１６の裏面等に半田実装される。なお、その際、レンズ１４ａ，１４ｂの温度が最大２６０度まで上昇することもあるが、上述した材料であれば変形等したりしないため問題がない。以上により、光電変換モジュールが完成する。
【００３５】
ここで、光接続構造１による光結合について、図４を参照しながら説明する。図４に示すように、ボンディングワイヤＷによってＩＣ１５等に接続された発光素子１２は、光接続構造１により、実装されているリードフレーム１６の開口１６ａからレンズ１４を介して光Ｌを出射し、ＭＴコネクタ２０に保持されているＭＣＦ２２のコアに入射されるようになっている。図４では、説明を容易にするため、発光素子１２の１つの発光部とＭＣＦ２２の１つのコアとの光結合のみを例示しているが、発光素子１２の他の６つの発光部とＭＣＦ２２の他のコアとの光結合も同様である。また、受光素子１３の場合も同様である。
【００３６】
以上、説明したとおり、本実施形態に係る光電変換モジュール１０では、リードフレーム１６とレンズ１４ａ，１４ｂとが樹脂で一体成形されるようになっている。このように、樹脂による一体成形によってレンズ１４ａ，１４ｂをリードフレーム１６と共に形成できるので、そのレンズ１４ａ，１４ｂに対して受発光素子１２，１３の調芯を行って実装すればよくなる。その結果、レンズ１４ａ，１４ｂと受発光素子１２，１３との調芯及び実装作業が容易となり、これにより、低コストで光電変換モジュール１０を製造することができる。また、成形によって既に一部の光軸の位置合わせが為されているため、ＹＡＧレーザ等で溶接する場合に比べて溶接に用いる領域が不要となる。このため、この光電変換モジュール１０によれば、モジュールの小型化を図ることもできる。
【００３７】
また、光電変換モジュール１０では、受発光素子１２，１３がリードフレーム１６の裏側に搭載され、レンズ１４ａ，１４ｂがリードフレーム１６の表側に搭載されている。この場合、リードフレーム１６の裏面に受発光素子１２，１３を実装することになるが、レンズ１４ａ，１４ｂ側（表側）から受発光素子１２，１３の受発光部を観察しながら受発光素子１２，１３の調芯及び実装を行うことができるので、受発光素子１２，１３等の回転角の調整を行うことが容易になる。
【００３８】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、種々の変形を適用できる。例えば、上記実施形態では、光接続構造に用いられる光導波体保持部を有するフェルールとして、ＭＴコネクタ２０を用いたが、その代わりに、図６〜図８に記載されたようなフェルール３０を用いてもよい。このフェルール３０では、ＭＴコネクタ２０の２本のＭＣＦ２２と同様の機能を奏するように、複数（図の例では７つ）の光ファイバ３２をまとめたグループが２つ形成されている。このグループの光ファイバ３２は、それぞれのファイバがコアを有する単一の光ファイバであり、各ファイバのコアがＭＣＦ２２の各コア２２ａ〜２２ｇに対応するものである。
【００３９】
このような光ファイバ３２を有するフェルール３０は、光電変換モジュール１０側である前端面３３ａに位置する前端部３３と、逆側にある後端面３４ａ側に位置する後端部３４と、前端部３３及び後端部３４の間に位置する中間部３５とを有する。前端部３３は、略円筒形状を呈しており、後端部３４は、略直方体形状を呈している。中間部３５は、前端部３３と後端部３４とを繋ぐように前端部３３から後端部３４にかけて裾広がりとなる形状を呈している。このような形状により、各ファイバ３２は、前端部３３では直線状に延び、中間部３５では中間部３５の裾広がり形状に沿って外側に広がり、後端部３４で再び直線状となる。このような配置がされた一グループのファイバ３２が幅方向に２組配置されている（図７参照）。
【００４０】
そして、フェルール３０では、光電変換モジュール１０側の前端部３３において図７に示されるように光ファイバ３２の各コアが互いに平行になるように二次元状に（即ちコアを結ぶ直線が多角形を形成する）２グループ配列される構成となっている。一方、逆側の後端部３４においては、光ファイバ３２の各コアが図８に示されるように一次元状に（即ちコアを結ぶ直線が一直線を形成する）光ファイバ３２の露出端が並び、それが二列になるように配列される構成となっている。このような構成のフェルール３０を用いても上記実施形態と同様な光接続構造とすることができる。
【００４１】
また、上記実施形態では、ＭＴコネクタ２０はＭＣＦ２２を有する構成であったが、マルチコアファイバに代えて、シングルコアファイバを束ねて形成されたバンドルファイバを用いてももちろんよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…光接続構造、１０…光電変換モジュール、１２…発光素子、１３…受光素子、１４，１４ａ，１４ｂ…レンズ、１６…リードフレーム、２０…ＭＴコネクタ、２２…ＭＣＦ、３０…フェルール、３２…光ファイバ。
【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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【図８】
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