(57)【要約】【課題】飛行機や車両などの移動体に搭載した場合であっても、調芯に影響が出ることを防止することができ、かつ高温・多湿環境下での使用であっても内部の回路に影響が及ぶことを防止でき、これによって使用時の信頼性を向上させることができる光モジュール、及び該光モジュールを備えたコネクタを提供する。【解決手段】キャンキャップ４とレセプタクル５との間に位置する間隙部３１に、透明樹脂からなる樹脂被覆部３０を設けることを特徴とする。【選択図】図１
2009230048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子及び受光素子が搭載される集積光学回路チップと、該集積光学回路チップを支持するステムと、該ステム上で集積光学回路チップを覆って密封シールしかつ該集積光学回路チップに対して光学的結合が可能なようにボールレンズが設置されたキャンキャップと、該ボールレンズと間隔をおいて設けられたその内部に該ボールレンズと光ファイバとが光学的に結合されるように光ファイバのフェルールが保持されたレセプタクルと、を具備し、前記キャンキャップのボールレンズを通じて、レセプタクルに保持された光ファイバと、集積光学回路チップ上の素子との間で双方向に光信号を入出力させる光モジュールであって、
前記キャンキャップとレセプタクルとの間に位置する間隙部には、透明樹脂からなる樹脂被覆部が設けられていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記樹脂被覆部は、前記キャンキャップとレセプタクルとの間隙部に形成された連結部と、前記キャンキャップ及びレセプタクルの外周面を覆う外装部とからなることを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
【請求項３】
前記樹脂被覆部の透明樹脂はアクリル樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記樹脂被覆部の透明樹脂はポリエーテルイミド樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記樹脂被覆部の透明樹脂はポリカーボネート樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、飛行機などの電子回路の光ファイバ配線に使用される一芯双方向モジュールに係り、使用時の信頼性を向上させることができる光モジュールの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１に示されるモジュール筐体が知られている。このモジュール筐体は、電子部品が搭載される電子基板が金属製のベース部材内に収納され、該ベース部材の上部に、金属製のカバーが嵌合されるように構成されたものである。
【特許文献１】実開平７−２７１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年、上記のようなモジュール筐体に収容される電子基板に、送信容量の増大化を図るためにメタル配線ではなく、一芯双方向モジュールからなる光モジュールが設けられることがある。この光モジュールは、発光素子及び受光素子が搭載される集積光学回路チップと、該集積光学回路チップを支持するステムと、該ステム上で集積光学回路チップを覆って密封シールしかつ該集積光学回路チップに対して光を結像させるボールレンズが設置されたキャンキャップと、該ボールレンズと同一線上にかつ該ボールレンズと間隔をおいて設けられその内部に光ファイバのフェルールが保持されるレセプタクルとを具備し、前記キャンキャップのボールレンズを通じて、レセプタクルに保持された光ファイバと、集積光学回路チップ上の素子との間で双方向に光信号を入出力させるものである。
【０００４】
そして、このような光モジュールを飛行機や車両などの移動体に搭載した場合には、移動体の振動により、光ファイバのフェルールとキャンキャップのボールレンズとの位置にズレが生じて調芯に影響が出るという問題がある。また、移動体に搭載した場合には、移動先や機内又は車内の状況によっては、高温環境又は多湿環境での使用となって内部の回路の動作に影響を及ぼすという問題がある。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、飛行機や車両などの移動体に搭載した場合であっても、調芯に影響が出ることを防止することができ、かつ高温・多湿環境下での使用であっても内部の回路に影響が及ぶことを防止でき、これによって使用時の信頼性を向上させることができる光モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。すなわち、本発明は、発光素子及び受光素子が搭載される集積光学回路チップと、該集積光学回路チップを支持するステムと、該ステム上で集積光学回路チップを覆って密封シールしかつ該集積光学回路チップに対して光学的結合が可能なようにボールレンズが設置されたキャンキャップと、該ボールレンズと間隔をおいて設けられたその内部に該ボールレンズと光ファイバとが光学的に結合されるように光ファイバのフェルールが保持されたレセプタクルと、を具備し、前記キャンキャップのボールレンズを通じて、レセプタクルに保持された光ファイバと、集積光学回路チップ上の素子との間で双方向に光信号を入出力させる光モジュールであって、前記キャンキャップとレセプタクルとの間に位置する間隙部には、透明樹脂からなる樹脂被覆部が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、キャンキャップとレセプタクルとの間に位置する間隙部に、透明樹脂からなる樹脂被覆部を形成したので、この樹脂被覆部によって、光ファイバのフェルールを支持するレセプタクルと、キャンキャップのボールレンズとが同一線上に位置するように固定保持することができ、これらキャンキャップとレセプタクルとの間での光信号の送受信を良好に行うことができる。また、キャンキャップとレセプタクルとの間隙部の樹脂被覆部によって、キャンキャップとレセプタクルとの間がシールされることから、これらの間を通じて外部からキャンキャップとレセプタクルとの間隙内に水分（空気中に含まれる水蒸気も含む）が浸入することを防止することができる。すなわち、例えば、従来であれば、特に低温状態において、一旦水分がキャップ内に入ってしまい、ファイバやレンズの上に結露が発生し光学的な遮断が発生してしまうが、本発明によれば、キャンキャップとレセプタクルとの間に位置する間隙部に、透明樹脂を充填するようにしたので、間隙への水分の侵入を防止し、結露による光学的な遮断を防止することができる。また、キャンキャップとレセプタクルとの間隙部内に充填した透明樹脂は、一般的に空気と比較して熱導電率が高いので、この導電性が良い透明樹脂を通じて、キャンキャップ内の光学回路で発生した熱を効率良くレセプタクル側に排出することができ、その結果、高温環境下で使用した場合であっても、該光学回路に支障が生じることを防止できる。
【０００８】
本発明では、前記樹脂被覆部を、前記キャンキャップとレセプタクルとの間隙部に設けられた連結部と、前記キャンキャップ及びレセプタクルの外周面を覆う外装部とから構成することを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、樹脂被覆部として、キャンキャップとレセプタクルとの間隙部に設けられた連結部と、キャンキャップ及びレセプタクルの外周面を覆う外装部とを具備したので、連結部によって、上述した調芯、熱伝導性及び防水性の改善を行うことができ、また、外装部によって、集積光学回路チップを内部に有するキャンキャップ、及びフェルールを内部に保持するレセプタクルを外部の衝撃から保護することができる。また、このような連結部と外装部とからなる樹脂被覆部によって、キャンキャップを外部の衝撃から保護するための特別な接続用筒状部材を追加配置することなく、一部材である樹脂被覆部によって上述した調芯、熱伝導性及び防水性の改善とともに、キャンキャップ及びレセプタクルの保護を同時に行うことができる。
【００１０】
本発明では、前記樹脂被覆部の透明樹脂をアクリル樹脂により形成することを特徴とする。また、本発明では、前記樹脂被覆部の透明樹脂をポリエーテルイミド樹脂により形成することを特徴とする。また、本発明では、前記樹脂被覆部の透明樹脂をポリカーボネート樹脂により形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように構成された光モジュールでは、飛行機や車両などの移動体に搭載した場合であっても、調芯に影響が出ることを防止することができ、かつ高温・多湿環境下での使用であっても内部の光学回路に影響が及ぶことを防止でき、これによって使用時の信頼性を大幅に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】
【００１２】
本発明の一実施形態を図１〜図１０を参照して説明する。図１及び図２は、本発明に係わる光モジュールである。この光モジュールは、超小型の双方向光サブアセンブリ（ＭＩＣＲＯ  ＣＯＭＰＡＣＴ  ＢＩ−ＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＵＢＡＳＳＥＢＢＬＹ）であるマイクロＢＯＳＡ１によって構成される。このマイクロＢＯＳＡ１は、具体的には、集積光学回路チップであるマイクロＢＯＳＡチップ２が搭載されるステム３と、マイクロＢＯＳＡチップ２を覆って密封シールするためのボール付きレンズキャップ（以下、キャンキャップと表現する）４と、光ファイバのフェルールＦを保持する例えばＳＣ型光コネクタからなるレセプタクル５と、から構成されている。
【００１３】
マイクロＢＯＳＡチップ２は、図３及び図４に詳細に示されるように、ＰＤチップ（フォトダイオード）１０と、ＬＤチップ（レーザーダイオード）１１と、ＷＤＭフィルタ（波長分割多重フィルタ）１２と、シリコンマイクロレンズ１３と、を有している。ＰＤチップ１０は、ガラス基板１４を介してシリコン基板１５上に実装される。このシリコン基板１５上には、ＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）１６、回路基板となるセラミック基板１７とが実装されている。
【００１４】
シリコンマイクロレンズ１３はいわゆる回折レンズであって、空間結合型の一芯双方向機能をコンパクトに実現するために、符号１３Ａ・１３Ｂで示すように２箇所に配置されている。一方のシリコンマイクロレンズ１３Ａは、図４に示されるように、ＬＤチップ１１とＷＤＭフィルタ１２との間に配置されて、ＬＤチップ１１からの出射光（例えば、１３１０ｍｍの光信号）をコリメートするための、例えば、非球面の近接シリコンマイクロレンズからなる。また、他方のシリコンマイクロレンズ１３Ｂは、ＰＤチップ１０と、ＷＤＭフィルタ１２との間に配置されて、該ＷＤＭフィルタ１２からの入射光（例えば、１４９０ｍｍの光信号）を収束させてＰＤチップ１０に導くための、例えば、非球面の近接シリコンマイクロレンズからなる。図４において符号（イ）は１３１０ｍｍ出力信号の光経路を示し、符号（ロ）は１４９０ｍｍの入力信号の光経路を示している。両シリコンマイクロレンズ１３Ａ・１３Ｂは、パッシブアライメント技術により、例えばシリコン基板１５に設けられたＶ溝（図示略）に実装される。
【００１５】
ＰＤチップ１０は、例えば、真性半導体の層（ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ）をｐｎ接合の中間に置く構造からなる、いわゆるＰＩＮフォトダイオードからなる。ＰＤチップ１０は、受光面を下向きにしてフェースダウン実装されており、シリコンマイクロレンズ１３を通過した光が入射される。
【００１６】
また、キャンキャップ４は、一端が閉じた円筒状（すなわち缶状に形成されて）その開口側の縁部がステム３に結合されるキャップ１８と、該キャップ１８の閉じた一端部中央の貫通部に固定されたボールレンズ１９とから構成される。ボールレンズ１９は、レセプタクル５に挿入されて結合されるシングルモード光ファイバ（図示略）とＬＤチップ１１との結像レンズとして機能し、また、該光ファイバとＰＤチップ１０との間の結像レンズとして機能する。
【００１７】
また、ステム３は、ステム円盤部２０と、該ステム円盤部２０の一面からほぼ垂直に延びその上面に上述したマイクロＢＯＳＡチップ２が搭載されるステム突起部２１と、該ステム円盤部２０を貫通する複数のリードピン２２と、を具備するものである。リードピン２２は、受信用のリードピン２２と、送信用のリードピン２２とからなり、これら各リードピン２２は、マイクロＢＯＳＡチップ２上の対応する部品とボンディングワイヤで接続される。
【００１８】
また、レセプタクル５は、シングルモード光ファイバと、ボールレンズ１９とを光学的に接続するためのコネクタであって、シングルモード光ファイバのフェルールＦを脱着自在に収容する筒状のスリーブ２３と、該スリーブ２３の端部に固定されたフランジ部２４と、これらスリーブ２３及びフランジ部２４の中心にある貫通孔５Ａ内に設けられた例えばジルコニアセラミック製のファイバスタブ２５とを具備する。ファイバスタブ２５は、その端部に長波長カットフィルター２５Ａを有し、光軸調整と光接続という機能を併せ持つ。
【００１９】
次に、キャンキャップ４とレセプタクル５との間に設けられる樹脂被覆部３０について図１及び図２を参照して説明する。樹脂被覆部３０は、透明樹脂を射出成型することにより形成されるものであって、キャンキャップ４とレセプタクル５との間隙部３１に設けられる連結部３０Ａと、キャンキャップ４の外周面４Ａを覆う外装部３０Ｂと、レセプタクル５のフランジ部２４を覆う外装部３０Ｃから構成される。
【００２０】
なお、キャンキャップ４とレセプタクル５との間隙部３１に、樹脂被覆部３０の連結部３０Ａを設ける理由は、キャンキャップ４とレセプタクル５とを常時、軸心が同一となるように保持することによる調芯の改善、キャンキャップ４とレセプタクル５との間をシールすることによるマイクロＢＯＳＡチップ２へ外部の湿度が及ぶ影響の排除、マイクロＢＯＳＡチップ２で発生した熱の効率良く外部へ導電して排出する、ことにある。また、マイクロＢＯＳＡチップ２で発生した熱を外部へ排出する点について、一般的に樹脂は空気より熱伝導率が高いということがあり（例えば、空気の熱伝導率は、０．０２４１［Ｗ／ｍ・Ｋ］であるのに対して、樹脂の熱伝導率は０．９［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度ある）、この性質を利用して、マイクロＢＯＳＡチップ２で発生した熱を外部へ効率良く排出して、マイクロＢＯＳＡチップ２の熱対策を施すものである。
【００２１】
また、キャンキャップ４の外周面４Ａを覆うように樹脂被覆部３０の外装部３０Ｂを設ける理由は、キャンキャップ４を外部の衝撃から保護することにある。また、レセプタクル５のフランジ部２４を覆うように樹脂被覆部３０の外装部３０Ｃを設ける理由は、レセプタクル５を外部の衝撃から保護することにある。
【００２２】
また、樹脂被覆部３０に使用される樹脂は、キャンキャップ４とレセプタクル５との光伝達に支障が生じないように透明樹脂が使用される。具体的には、アクリル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などが使用される。そして、透明樹脂にアクリル樹脂を使用した場合には、特に高い透明性と強度を付与することができる。
【００２３】
次に、キャンキャップ４とレセプタクル５とに樹脂被覆部３０を設けるための工程について図５〜図１０を参照して説明する。
【００２４】
〔ステップ１〕
図５に示すように、キャンキャップ４とレセプタクル５の外形に対応したキャビティ４０Ａを有するモールド上型４０を用意し、該モールド上型４０のキャビティ４０Ａの上部でかつ中心位置に、光ファイバのフェルールＦを配置する。なお、このモールド上型４０は半割り状に形成され、成形工程終了時に、互いに離間させてキャビティ４０Ａ内の成形物を取り出すように構成されている。また、モールド上型４０にはキャビティ４０Ａ内に樹脂を充填するための樹脂注入孔４１が形成されている。
【００２５】
〔ステップ２〕
図６に示すように、ステップ１にてキャビティ４０Ａ内に配置したフェルールＦを、キャビティ４０Ａの反対側から挿入されたレセプタクル５の貫通孔５Ａ内に位置させて、該レセプタクル５に装着する。
【００２６】
〔ステップ３〕
図７に示すように、モールド上型４０の下端部４０Ｂに、モールド下型４２を取り付け固定する。このモールド上型４０とモールド下型４２とは対をなすもので、それぞれのキャビティ４０Ａ・４２Ａが連通するように配置される。また、モールド下型４２はモールド上型４０に対してキャビティ４０Ａ・４２Ａの軸線と直交する矢印Ａ−Ｂ方向に微小にスライドするように取り付けられる。
【００２７】
〔ステップ４〕
図８に示すように、互いに結合されたモールド上型４０及びモールド下型４２のキャビティ４０Ａ・４２Ａ内に、ステム３に固定されたキャンキャップ４を挿入する。なお、キャンキャップ４のキャビティ４０Ａ・４２Ａへの挿入は、フェルールＦが配置されている側と反対側より行う。また、キャビティ４０Ａ・４２Ａ内に挿入したキャンキャップ４は、レセプタクル５に対してボールレンズ１９による光の結像が最適となるように間隔調整するとともに、モールド上型４０に対してモールド下型４２をスライドさせることによって、キャビティ４０Ａ・４２Ａの軸線と直交する矢印Ａ−Ｂ方向に微調整する。
【００２８】
〔ステップ５〕
図示しない射出成形機により、図９に示すように、モールド上型４０に設けられた樹脂注入孔４１を通じて、キャビティ４０Ａ・４２Ａ内にアクリル樹脂（あるいはポリエーテルイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂）などの透明樹脂を注入し、これによってキャンキャップ４とレセプタクル５との間に，連結部３０Ａと外装部３０Ｂ・３０Ｃとからなる樹脂被覆部３０を形成する。
【００２９】
〔ステップ６〕
図１０に示すように、モールド上型４０及びモールド下型４２を取り外す。モールド上型４０及びモールド下型４２を取り外した場合に、樹脂被覆部３０の外側に、樹脂注入孔４１が形取られた樹脂片３０Ｄが形成されるが、この樹脂片３０Ｄはカッター等により切断除去する。これによって図１及び図２に示すマイクロＢＯＳＡ１が完成する。
【００３０】
以上詳細に説明したように本実施形態に光モジュールとして示したマイクロＢＯＳＡ１では、キャンキャップ４とレセプタクル５との間に位置する間隙部３１に、透明樹脂からなる樹脂被覆部３０を設けたので、この樹脂被覆部３０によって、光ファイバのフェルールＦを支持するレセプタクル５と、キャンキャップ４のボールレンズ１９とが同一線上に位置するように固定保持することができ、これらキャンキャップ４とレセプタクル５との間での光信号の送受信を良好に行うことができる。また、上記マイクロＢＯＳＡ１では、キャンキャップ４とレセプタクル５との間隙部３１内の樹脂被覆部３０によって、キャンキャップ４とレセプタクル５との間がシールされることから、これらの間からキャンキャップ４内に水分が浸入することが無く、多湿環境で使用した場合であってもその湿度の影響がキャンキャップ４内のマイクロＢＯＳＡチップ２内に及ぶことを防止できる。また、上記マイクロＢＯＳＡ１では、キャンキャップ４とレセプタクル５との間隙部３１内に充填した透明樹脂は、空気と比較して一般的に熱導電率が高いので、この導電性が良い透明樹脂を通じて、キャンキャップ４内のマイクロＢＯＳＡチップ２で発生した熱を効率良くレセプタクル５側に排出することができ、その結果、高温環境下で使用した場合であっても、該マイクロＢＯＳＡチップ２の動作に支障が生じることが無い。
【００３１】
すなわち、本実施形態に光モジュールとして示したマイクロＢＯＳＡ１では、飛行機や車両などの移動体に搭載した場合であっても、調芯に影響が出ることを防止することができ、かつ高温・多湿環境下での使用であっても内部のマイクロＢＯＳＡチップ２に影響が及ぶことを防止でき、これによって使用時の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、実施形態に光モジュールとして示したマイクロＢＯＳＡ１では、樹脂被覆部３０を、キャンキャップ４とレセプタクル５との間隙部３１に設けられた連結部３０Ａと、該キャンキャップ４の外周面４Ａを覆う外装部３０Ｂと、レセプタクル５のフランジ部２４を覆う外装部３０Ｃとから構成したので、連結部３０Ａによって、上述した調芯、熱伝導性及び防水性の改善を行うことができる。また、外装部３０Ｂによって、マイクロＢＯＳＡチップ２を内部に有するキャンキャップ４を外部の衝撃から保護することができ、外装部３０Ｃによって、フェルールＦを保持するレセプタクル５を外部の衝撃から保護することができる。さらに、このような連結部３０Ａと外装部３０Ｂ・３０Ｃとからなる樹脂被覆部３０によって、キャンキャップ４を外部の衝撃から保護するための特別な接続用筒状部材を追加配置することなく、一部材である樹脂被覆部３０によって上述した調芯、熱伝導性及び防水性の改善とともに、キャンキャップ４及びレセプタクル５の保護を同時に行うことができる。
【００３３】
また、上記のマイクロＢＯＳＡ１では、上述したような樹脂被覆部３０を形成する透明樹脂を、アクリル樹脂により形成した場合には、特に高い透明性と強度を付与することができ、キャンキャップ４とレセプタクル５との間にて減衰を生じさせることなく光信号の送受信を行うことができる。
また、上述したような樹脂被覆部３０を形成する透明樹脂を、ポリエーテルイミド樹脂により形成した場合には、自己消化性があり難燃性が高く、透明性もあり、機械的な強度を高くすることができる。
また、上述したような樹脂被覆部３０を形成する透明樹脂を、ポリカーボネート樹脂により形成した場合には、透明性があり、機械的な強度が高く、また、安価であるメリットが得られる。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る光モジュールであるマイクロＢＯＳＡを示す斜視図
【図２】図１のマイクロＢＯＳＡの外観を示す正面図
【図３】集積光学回路チップであるマイクロＢＯＳＡチップを示す斜視図
【図４】図３の要部を拡大した斜視図
【図５】光モジュールの製造方法のステップ１を示す正断面図
【図６】光モジュールの製造方法のステップ２を示す正断面図
【図７】光モジュールの製造方法のステップ３を示す正断面図
【図８】光モジュールの製造方法のステップ４を示す正断面図
【図９】光モジュールの製造方法のステップ５を示す正断面図
【図１０】光モジュールの製造方法のステップ６を示す正断面図
【符号の説明】
【００３６】
１  マイクロＢＯＳＡ（光モジュール）
２  マイクロＢＯＳＡチップ（集積光学回路チップ）
３  ステム
４  キャンキャップ
４Ａ  外周面
５  レセプタクル
６  接続用筒状部材
１０  ＰＤチップ（受光素子）
１１  ＬＤチップ（発光素子）
１９  ボールレンズ
３０  樹脂被覆部
３０Ａ  連結部
３０Ｂ  外装部
３０Ｃ  外装部
３１  間隙部
Ｆ  フェルール
１００  コネクタ
【図１】
2009230048.tif 000003
【図２】
2009230048.tif 000004
【図３】
2009230048.tif 000005
【図４】
2009230048.tif 000006
【図５】
2009230048.tif 000007
【図６】
2009230048.tif 000008
【図７】
2009230048.tif 000009
【図８】
2009230048.tif 000010
【図９】
2009230048.tif 000011
【図１０】
2009230048.tif 000012