(57)【要約】【課題】レンズ部材の熱変形が抑制され、接着力の低下がなく、光素子の放熱性が改善された光接続部材を提供する。【解決手段】光素子４０が収容されている収容空間Ｓ２が、連通部４４を介して外部と連通しているので、レンズ部材３０の内部に熱がこもりにくく、レンズ部材３０の熱変形が抑制される。また、光接続部材１０の動作時にレンズ部材３０が高温になりにくいので、接着剤５０に負荷される応力が低減され、接着力の低下が少ない。さらに、収容空間Ｓ２には外部から新鮮な空気が導入されるので、光素子４０の放熱性が向上する。【選択図】図３
2013235123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板チップと、
前記基板チップの上に搭載される光素子と、
前記光素子と光接続されるレンズ部を備えたレンズ部材と、を有し、
前記レンズ部材と前記基板チップとの間には、前記光素子を収容する収容空間が形成されており、
前記収容空間は、微小な連通部のみを介して外部と連通していることを特徴とする光接続部材。
【請求項２】
前記連通部は、前記基板チップに設けられた基板側貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の光接続部材。
【請求項３】
前記基板側貫通孔の内周面には金属メッキが施されていることを特徴とする請求項２に記載の光接続部材。
【請求項４】
前記レンズ部材は、前記基板チップに対して一部を除いて接着剤により固定されており、
前記連通部は、前記レンズ部材の前記接着剤が塗布されていない部分と前記基板チップとの隙間であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光接続部材。
【請求項５】
前記連通部は、前記レンズ部材に設けられたレンズ部材側貫通孔であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光接続部材。
【請求項６】
前記基板チップ上には前記光素子を駆動する駆動回路が搭載され、
前記駆動回路も前記収容空間内に収容され、
前記レンズ部材には挿通孔が設けられており、
前記駆動回路から延びる放熱部材が、前記挿通孔を貫通し前記収容空間の外部へと延出されており、
前記連通部は、前記放熱部材と前記挿通孔との隙間であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光接続部材。
【請求項７】
前記連通部には、防水通気性フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光接続部材。
【請求項８】
請求項６に記載の光接続部材と、
前記基板チップが搭載される搭載基板と、
前記基板チップおよび前記搭載基板とを収容するハウジングと、を備え、
前記放熱部材は、前記収容空間の外部へ延出されて前記ハウジングと熱的に接続されていることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号と光信号とを変換可能な光接続部材および光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、光素子と、光素子を収容する収容部材（基板）と、光素子と結合され収容部材の開放部を塞ぐ光導波路（レンズ部材）とを備えた光伝送装置（光接続部材）が知られている。この光導波路は、収容部材に対して開放部を塞ぐように接着剤により取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５２０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の光接続部材において、レンズ部材も半田リフローを利用して光素子とともに一括して基板上に実装できるように、レンズ部材を耐熱性の高い樹脂で形成することが考えられる。
【０００５】
しかし、耐熱性の高い樹脂を用いても、その半田の溶融温度がガラス転移点より高いために、半田リフロー時の熱でレンズ部材が変形する虞がある。
【０００６】
また、光接続部材は、動作時の温度と非動作時の温度の差が大きく、レンズ部材には繰り返し大きな温度変動が作用する。このため、レンズ部材が接着剤で基板に取り付けられている場合には、レンズ部材が温度変動によって膨張・収縮するため、接着剤に繰り返し大きな応力が作用する。このため、レンズ部材が基板から脱落する虞がある。
【０００７】
また、上記光接続部材では、基板に受発光面を上方に向けて実装される光素子に対して、光素子を上から覆うようにレンズ部材が設けられる。したがって、光素子に生じる熱がレンズ部材で遮られるので、光素子の放熱が十分にできない虞がある。
【０００８】
そこで本発明は、レンズ部材の熱変形が抑制され、接着力の低下がなく、光素子の放熱性が改善された光接続部材および光モジュール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】
【０００９】
上記課題を解決することのできる本発明の光接続部材は、
基板チップと、
前記基板チップの上に搭載される光素子と、
前記光素子と光接続されるレンズ部を備えたレンズ部材と、を有し、
前記レンズ部材と前記基板チップとの間には、前記光素子を収容する収容空間が形成されており、
前記収容空間は、微小な連通部のみを介して外部と連通していることを特徴とする。
前記光接続部材において、前記連通部は、前記基板チップに設けられた基板側貫通孔としてもよい。
また、前記基板側貫通孔の内周面に金属メッキを施してもよい。
【００１０】
上記の光接続部材において、
前記レンズ部材は、前記基板チップに対して一部を除いて接着剤により固定されており、
前記連通部は、前記レンズ部材の前記接着剤が塗布されていない部分と前記基板チップとの隙間としてもよい。
【００１１】
前記光接続部材において、前記連通部は、前記レンズ部材に設けられたレンズ部材側貫通孔としてもよい。
【００１２】
上記光接続部材において、
前記基板チップ上には前記光素子を駆動する駆動回路が搭載され、
前記駆動回路も前記収容空間内に収容され、
前記レンズ部材には挿通孔が設けられており、
前記駆動回路から延びる放熱部材が、前記挿通孔を貫通し前記収容空間の外部へと延出されており、
前記連通部は、前記放熱部材と前記挿通孔との隙間としてもよい。
【００１３】
前記光接続部材において、前記連通部には防水通気性フィルタが設けられていてもよい。
【００１４】
また本発明に係る光モジュールは、
前述した光接続部材と、
前記基板チップが搭載される搭載基板と、
前記基板チップおよび前記搭載基板とを収容するハウジングと、を備え、
前記放熱部材は、前記収容空間の外部へ延出されて前記ハウジングと熱的に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る光接続部材および光モジュールによれば、光素子が収容されている収容空間が基板チップに設けられた連通部を介して外部と連通しているので、レンズ部材の内部に熱がこもりにくく、レンズ部材の熱変形が抑制される。また、光モジュールの動作時にレンズ部材が高温になりにくいので、接着剤に負荷される応力が低減され、レンズ部材と基板チップとの接着が良好に維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光接続部材を搭載した光モジュールの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光接続部材の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光接続部材の断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る光接続部材の断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る光接続部材の断面図である。
【図６】図５に示した光接続部材を搭載した光モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る光接続部材１０の第１実施形態の例を、図面を参照して説明する。この光接続部材１０は電子信号と光信号とを相互に変換するものであり、例えば、電子機器間の電気信号を光信号に置き換えて高速で信号を伝送する光モジュール１に搭載される。
【００１８】
図１は、光モジュール１の断面図である。光モジュール１は、内部に内部空間Ｓ１が形成された直方体の箱形状のハウジング２を備えている。内部空間Ｓ１には、コネクタ基板３の一部と、コネクタ基板３に実装された光接続部材１０と、光接続部材１０と電気的に接続された波形整形器４と、光接続部材１０と光結合される光ファイバ５の一端部が配置されている。
【００１９】
光モジュール１と接続された一方の外部機器から入力された電気信号は、コネクタ基板３に設けられた配線を介して波形整形器４に入力される。波形整形器４は電気信号の波形を整えて、光接続部材１０に電気信号を出力する。光接続部材１０は電気信号を光信号に変換し、光ファイバ５を介して他方の外部機器に光信号を送信する。逆に、他方の外部機器から光ファイバ５から入力された光信号は光接続部材１０によって電気信号に変換され、電気信号は波形整形器４によって波形が整えられ、コネクタ基板３に設けられた配線を介して一方の外部機器に出力される。
【００２０】
図２は、本発明の第１実施形態に係る光接続部材１０の断面図である。
光接続部材１０は、基板チップ２０と、基板チップ２０の上に搭載される光素子４０と、光素子４０に電気的に接続された回路素子４１と、光素子４０と光接続されるレンズ部材３０を有する。基板チップ２０は、半田ボール２２を介してコネクタ基板３に実装されている（図１参照）。
【００２１】
光素子４０は基板チップ２０の上面２０ａに設けられている。光素子４０は、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）に代表される発光素子と、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）に代表される受光素子とを備えている。光素子４０は、その受発光面が上面を向くように基板チップ２０の上面２０ａに実装されている。
【００２２】
回路素子４１は、光素子４０の発光素子に電気信号を入力する駆動ＩＣや、光素子４０の受光素子からの電気信号を増幅するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：Transimpedance Amplifier）とから構成される。
【００２３】
レンズ部材３０は、光素子４０を向く素子側レンズ部３１と、光ファイバ５の端面を向くファイバ側レンズ部３２と、素子側レンズ部３１とファイバ側レンズ部３２とを光学的に接続させる反射面３３とを備えている。これにより、光素子４０はレンズ部材３０を介して光ファイバ５と光学的に接続されている。
【００２４】
このレンズ部材３０には半田の溶融温度より高いガラス転移点を有する透明樹脂により形成された樹脂成型品である。例えば、レンズ部材３０は、ＵＬＴＥＭ（登録商標）やテラリンク（登録商標）によって形成することができる。
【００２５】
このレンズ部材３０は、基板チップ２０側に凹部３４が設けられ、基板チップ２０の上面２０ａとの間に収容空間Ｓ２が形成されている。この収容空間Ｓ２の内部に光素子４０と回路素子４１とが収容されている。基板チップ２０の上面２０ａに当接するレンズ部材３０の下面３５の外周には全周にわたって接着剤５０が塗布され、レンズ部材３０は基板チップ２０の上面２０ａに隙間無く接着されている。
【００２６】
基板チップ２０には、微小な基板側貫通孔（連通部）２１が設けられている。これにより、収容空間Ｓ２は、微小な基板側貫通孔２１のみを介して収容空間Ｓ２の外部と連通している。また、この基板側貫通孔２１の内周面２１ａに金属メッキを施してもよい。さらに、基板側貫通孔２１に、水は通さないが空気は通す防水通気性フィルタを取り付けてもよい。基板側貫通孔２１の直径は、５０μｍ〜５００μｍが好ましい。また基板側貫通孔２１は複数設けてもよい。
【００２７】
以上のような本発明の第１実施形態に係る光接続部材１０によれば、光素子４０が収容されている収容空間Ｓ２が、基板チップ２０に設けられた基板側貫通孔２１を介して収容空間Ｓ２の外部と連通している。これにより、光素子４０で生じた熱を、基板側貫通孔２１を介して外部に逃がすことができるので、光素子４０の放熱性を高めることができる。特に光素子４０の発光素子は高温環境下に曝されると発光効率が低下するため、本実施形態に係る光接続部材１０によれば、光素子４０の発光素子を安定して高い発光効率で発光させることができる。
【００２８】
また、光素子４０で生じた熱を外部に逃がすことができるので、レンズ部材３０の内部に熱がこもりにくく、レンズ部材３０の熱変形が抑制される。したがって、レンズ部材３０の素子側レンズ部３１、反射面３３、ファイバ側レンズ部３２の相対位置が変化しにくい。このため、光接続部材１０を長時間使用しても光素子４０と光ファイバ５との光結合が良好に維持される。
【００２９】
また、このように基板側貫通孔２１を介して熱を逃がすことができるため、光素子４０を覆うようにレンズ部材３０を配置しても、光素子４０で生じる熱によってレンズ部材３０が高温になりにくい。そのため、光接続部材１０の動作時と非動作時でのレンズ部材３０の温度差を抑えることができる。このため、レンズ部材３０の温度変動による膨張および収縮を抑えることができる。したがって、レンズ部材３０を基板チップ２０に固定している接着剤５０に大きな負荷が作用せず、レンズ部材３０を長期的に安定して基板チップ２０に固定することができる。
【００３０】
また、レンズ部材３０が半田の溶融温度より高いガラス転移点を有する透明樹脂で形成されている。このため、基板チップ２０を半田リフローにて、波形整形器４などの電気部品とともにコネクタ基板３に実装しても、レンズ部材３０が変形する虞がない。したがって、半田リフローによって実装作業を一括して行うことができるため、安価に光接続部材１０を提供することができる。
【００３１】
また、基板側貫通孔２１は、光素子４０の受発光面と反対側に位置する基板チップ２０に開口しているので、基板側貫通孔２１を介して侵入する虞のある埃が受発光面に堆積しにくい。特に、直径が１００μｍ〜３００μｍの基板側貫通孔２１を複数設けると、光素子４０で生じた熱を外部に逃がすことができ、かつ埃の侵入を防止する効果が大きく好ましい。
【００３２】
また、ガラスエポキシ樹脂などで形成される基板チップ２０の熱変形はレンズ部材３０の熱変形よりも小さい。このため、基板側貫通孔２１の大きさを小さく設定することができ、防水性・防塵性が向上する。基板側貫通孔２１に防水通気性フィルタを取り付けると、更に防水性や防塵性を向上させることができる。
【００３３】
また、基板側貫通孔２１の内周面に金属メッキを施すと、収容空間Ｓ２内部の熱を金属メッキを介して外部に更に効率よく伝えることができる。
【００３４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る光モ接続部材１０Ａを、図３を参照して説明する。なお、前述した第１実施形態に係る光モジュール１０と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３５】
図３は、第２実施形態に係る光接続部材１０Ａの断面図である。
図３に示すように、レンズ部材３０は、基板チップ２０に対して一部を除いて接着剤５０により固定されている。つまり、部分的に塗り残した部分が形成されるように、レンズ部材３０の下面３５と基板チップ２０の上面２０ａとが接着剤５０によって接着されている。接着剤５０が塗り残された部分は、レンズ部材３０と基板チップ２０との間に隙間（連通部）３６が形成されている。隙間３６の大きさとしては、５０μｍ〜５００μｍが好ましい。
【００３６】
本実施形態に係る光接続部材１０Ａによれば、隙間３６によって収容空間Ｓ２内部の熱を外部に逃がすことができる。また、基板チップ２０に貫通孔を設ける必要が無いので、基板チップ２０の加工が容易となる。
【００３７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る光接続部材１０Ｂを、図４を参照して説明する。なお、前述した実施形態に係る光接続部材１０，１０Ａと共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
【００３８】
図４は、第３実施形態に係る光接続部材１０Ｂの断面図である。
図４に示すように、連通部としてのレンズ部材側貫通孔３７をレンズ部材３０に設けても良い。レンズ部材側貫通孔３７は、図示したようにレンズ部材３０の上面に設けても良いし、側面に設けても良い。レンズ部材側貫通孔３７の直径は５０μｍ〜５００μｍが好ましい。また、レンズ部材側貫通孔３７は複数設けてもよい。本実施形態に係る光モジュール１０Ｂは、レンズ部材３０にレンズ部材側貫通孔３７を設けたので、基板チップ２０に貫通孔を設けるスペースがない場合でも、収容空間Ｓ２内部の熱を外部に逃がすことができる。
【００３９】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る光接続部材１０Ｃを、図５を参照して説明する。なお、前述した実施形態に係る光接続部材１０，１０Ａ，１０Ｂと共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
【００４０】
図５は、第４実施形態に係る光接続部材１０Ｃの断面図である。
本実施形態に係る光接続部材１０Ｃでは、レンズ部材３０の回路素子４１と向かい合う部分に挿通孔３８が設けられている。この挿通孔３８には金属製の放熱部材６０が挿通されている。放熱部材６０の一端は収容空間Ｓ２内部の回路素子４１と熱的に接続され、他端は一端側から延出されて挿通孔３８を貫通し収容空間Ｓ２の外部に露出されている。また、放熱部材６０と挿通孔３８との間には、連通部としての隙間３８ａが形成されている。隙間３８ａの幅としては、５０μｍ〜５００μｍが好ましい。
【００４１】
本実施形態に係る光接続部材１０Ｃによれば、放熱部材６０を介して回路素子４１で生じた熱を外部に効率よく伝達し、放熱することができる。また、隙間３８ａを介して収容空間Ｓ２内部の熱を外部に逃がすことができる。
【００４２】
なお、図示の例ではレンズ部材３０の回路素子４１と向かい合う部分に挿通孔３８を設け、棒状の放熱部材６０によって回路素子４１と外部とを熱的に接続した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。回路素子４１からずれた位置に挿通孔３８を設け、屈曲した放熱部材６０によって回路素子４１と外部とを熱的に接続してもよい。
【００４３】
次に、本発明に係る光モジュールの実施形態の例を、図６を参照して説明する。図６は、本実施形態に係る光モジュール１Ａの断面図である。本実施形態に係る光モジュール１Ａは、前述した第４実施形態に係る光接続部材１０Ｃをコネクタ基板３に搭載したものであり、光接続部材１０Ｃの放熱部材６０の上端６０ａが、ハウジング２に当接されている。
【００４４】
本実施形態に係る光モジュール１Ａによれば、回路素子３５で生じた熱が放熱部材６０を介して熱容量の大きいハウジング２に伝達される。したがって、回路素子４１で生じた熱をより効率よく収容空間Ｓ２の外部に逃がすことができ、光接続部材１Ａの放熱性がさらに向上する。
【００４５】
なお、本発明の光接続部材は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。
【００４６】
例えば、上述した実施形態では光接続部材を光モジュール１に搭載した例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。例えばパーソナルコンピュータとモニタとを光接続する場合、上述したようにパーソナルコンピュータに接続した光モジュール１に光接続部材を搭載してもよいし、パーソナルコンピュータのマザーボード上に光接続部材を実装してもよい。
【００４７】
また、前述した各実施形態におけるレンズ部材３０は一例に過ぎない。例えば、素子側レンズ部３１とファイバ側レンズ部３２を直線上に配列させ、光素子４０と光ファイバ５とを直線的に光接続するように構成してもよい。
【００４８】
また、上述した実施形態においては、収容空間Ｓ２の内部に光素子４０とともに回路素子４１を収容した例を挙げて説明したが、収容空間Ｓ２の内部に光素子４０のみを収容してもよいし、回路素子４１以外の部品を収容するように構成してもよい。
【００４９】
前述した各実施形態を組み合わせ、例えば、基板チップ２０とレンズ部材３０の両方に貫通孔を設けた光接続部材を構成してもよい。
【００５０】
また、上述の実施形態では、レンズ部材３０が直接基板チップ２０に搭載された例を挙げて説明したが、本発明はこの例に限られない。例えば、レンズ部材３０と基板チップ２０との間に収容空間Ｓ２が形成されるように枠状の支持部材を介装し、レンズ部材３０を支持部材を介して基板チップ２０に搭載してもよい。この場合、連通部として支持部材に貫通孔を設けたり、支持部材とレンズ部材３０との隙間や支持部材と基板チップ２０との隙間を連通部としてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１：光モジュール、１０：光接続部材、２０：基板チップ、２０ａ：上面、２１：基板側貫通孔、３０：レンズ部材、３１：素子側レンズ部、３２：ファイバ側レンズ部、３３：反射面、３４：凹部、３５：下面、３６：隙間、３７：レンズ部材側貫通孔、３８：挿通孔、４０：光素子、４１：回路素子、Ｓ２：収容空間、５０：接着剤、６０：放熱部材
【図１】
2013235123.tif 000003
【図２】
2013235123.tif 000004
【図３】
2013235123.tif 000005
【図４】
2013235123.tif 000006
【図５】
2013235123.tif 000007
【図６】
2013235123.tif 000008