CN101682167A - 光通信模块及其制造方法及光收发装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光通信模块的制造方法，是按下述顺序实施下述各工序来制作光通信模块的方法，所述工序包括：(1)在副安装基板的侧面安装发光元件、受光元件，并按照发光元件及受光元件的发光及受光方向与印刷基板平行的方式将该副安装基板安装在印刷基板上的工序；(2)对光波导路径进行位置对准的工序；(3)向光波导路径端部及包括发光元件或受光元件的副安装基板部分滴下树脂液，并使该树脂液固化的工序。根据本发明，可以提供能够实现薄型化、小型化且成本低的光通信模块。

Description

光通信模块及其制造方法及光收发装置
技术领域
本发明涉及使发光元件、受光元件和光波导路径耦合而成的光通信模块和其制造方法及光收发装置。
本申请主张于2007年5月14日向日本国申请的特愿2007-127810号的优先权，并在此援引其内容。
背景技术
关于光通信模块，一直期待其小型且廉价。作为在该光通信模块中使用的发光元件，近年来正在研究VCSEL(面发光激光器)。VCSEL的裸芯片通常在其制法方面如图1所示成为在有发光部的面及发光部的背面设置有阳极和阴极的结构。在图1中，符号1是阴极，2是阳极，3是光射出部，4是VCSEL，5是焊接导线。在本例示中，阳极2成为遍布芯片整个背面的电极。需要说明的是，不限于本例示，也有阳极2和阴极1反过来的芯片。
因此，当在以往构造的印刷基板上安装上述VCSEL4那样的发光元件来制作光通信模块时，仅能在垂直于印刷基板的方向发光。另外，对于受光元件而言也是一样的，仅能从垂直于印刷基板的方向受光。
为了将这样的发光元件及受光元件安装于印刷基板上，并使其与光波导路径耦合，使用下述(A)、(B)所示的方式。
(A)如图2所示，相对于安装有IC12、VCSEL14的印刷基板15垂直地配置光波导路径11并使其与VCSEL14的光射出部13耦合的方式。
(B)如图3所示，相对于安装有IC22、VCSEL24的印刷基板25水平地配置光波导路径21，并在光波导路径21的前端设置倾斜了45°的反射镜等，而用该反射镜使从VCSEL24的光射出部23射出的光发生反射，向光波导路径21入射并使其耦合的方式。
作为本发明涉及的以往技术，例如可以举出专利文献1～4中公开的技术。
近年来，服务器等高速通信设备、汽车内光布线、移动电话等小型电子设备正在使用光布线。这些设备的小型化和低成本化不断进展，与此相伴，也强烈要求光收发装置也小型化和低成本化。作为在光收发装置中使用的发光元件，使用激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、面发光激光器(VCSEL)。另外，作为受光元件，使用光电二极管。光波导路径中使用光纤型或薄片型的波导路径，材质为石英玻璃、聚合物等。在光收发装置中，对于受光发光元件和光波导路径的耦合构造和方法，研究有各种方式(例如参照专利文献5～8)。
专利文献1：日本特开2004-309570号公报
专利文献2：日本特开2005-134600号公报
专利文献3：日本特开2004-253638号公报
专利文献4：日本特开2005-284248号公报
专利文献5：日本特开2006-11179号公报
专利文献6：日本特开2005-202025号公报
专利文献7：日本专利第3392748号公报
专利文献8：日本特开平8-220368号公报
但是，就在专利文献1～4中公开的以往构造的光通信模块而言，在使发光元件和光波导路径耦合的情况下，基板上的最大高度必然增大，会存在所谓的难以搭载到小型化发展的通信设备、移动电话、笔记本电脑等移动民用品中的问题。
另外，关于在光波导路径端设置45°反射镜的构造，尽管能使基板上的高度减低若干，但会有产品成本升高的问题。
另外，关于在专利文献5～8中公开的以往技术，存在如下所示的问题。
专利文献5如图3所示，公开了相对于安装有IC22、VCSEL24的印刷基板25水平地配置光波导路径21，并在光波导路径21的前端设置倾斜了45°的反射镜等，而用该反射镜使从VCSEL24的光射出部23射出的光发生反射并向光波导路径21入射而使其耦合的方式。但是，在该方式中存在这样的问题：45°反射镜的形成需要耗费大量时间和成本。另外，由于在45°反射镜面的扩散或光程长度的延长，所以也存在VCSEL24和光波导路径21的光轴对准也需要耗费大量时间和成本的问题。由于需要安装反射镜或透镜的体积、使反射镜或透镜发挥功能的空间(焦距)，所以不适合小型化。
专利文献6的手法是向波导路径入射从发光器件射出的光，在波导路径射出端用受光器件监控输出，使发光器件、受光器件、波导路径相对地移动以使其输出为最大并固定的方法。但是，该方法在调整上非常耗费时间，特别是想要连接多个波导路径时，效率低，成为成本升高的原因。
专利文献7中使用LD作为光源。在硅基板(相当于副安装(submount))上安装LD，用树脂覆盖整个LD、波导路径端部、和焊接导线的一部分。但是，硅基板是以散热为目的，并非是对LD的发光方向进行调整。另外，由于并非整个硅基板(副安装)均被树脂覆盖，所以也不具有使硅基板向芯柱(相当于印刷基板)的焊接强度提高的功能。另外，由于焊接导线的一部分从树脂露出，所以没有焊接导线的保护功能。另外，由于不使用VCSEL，所以耗电量高且价格高。
专利文献8中使用LD作为光源。在硅基板(相当于副安装)上安装LD，用树脂覆盖整个LD、波导路径端部和整个硅基板。但是，硅基板是以散热为目的，并非是用于对LD的发光方向进行调整。另外，由于不使用VCSEL，所以耗电量高且价格高。
发明内容
本发明正是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于，提供一种能够实现薄型化、小型化且成本低的光通信模块及光收发装置。
为了实现上述目的，本发明提供一种光通信模块，其具有：印刷基板；在侧面安装发光元件和受光元件的一方或双方而成的副安装基板；和设置在这些发光元件及受光元件之间且可以与这些元件光耦合的光波导路径，上述发光元件和上述受光元件借助上述副安装基板，按照它们的发光及受光方向与上述印刷基板平行的方式，安装在上述印刷基板上，且上述副安装基板的发光元件及受光元件、和与它们相邻的上述光波导路径的端部，被树脂覆盖。
另外，本发明提供一种光通信模块的制造方法，是按下述顺序实施下述各工序来制作光通信模块的方法，所述工序包括：(1)在副安装基板的侧面安装发光元件、受光元件，并按照发光元件及受光元件的发光及受光方向与印刷基板平行的方式将该副安装基板安装在印刷基板上的工序；(2)对光波导路径进行位置对准的工序；(3)向光波导路径端部及包括发光元件或受光元件的副安装基板部分滴下树脂液，并使该树脂液固化的工序。
另外，本发明提供一种光收发装置，其具有：印刷基板；在侧面安装发光元件和受光元件的一方或双方而成的副安装基板；和设置在这些发光元件及受光元件之间且可以与这些元件光耦合的光波导路径，上述发光元件和上述受光元件，是其应该与基板相接的面和进行发光或受光的面位于正反面的位置且在垂直于已安装的基板的方向上发光或受光的结构，上述发光元件和上述受光元件借助上述副安装基板，按照使它们的发光及受光方向成为不与上述印刷基板垂直的方向的方式，安装在上述印刷基板上，且整个上述副安装基板和整个发光元件及整个受光元件、和与它们相邻的上述光波导路径的端部，被树脂一并覆盖。
本发明的光通信模块，其是发光元件及上述受光元件借助副安装基板，按照它们的发光及受光方向与上述印刷基板平行的方式，安装在印刷基板上，副安装基板的发光元件及受光元件和光波导路径的端部被树脂覆盖并固定的结构，所以在与印刷基板平行的方向上发光及受光成为可能，可以实现光通信模块的矮化(薄型化)、小型化。
另外，不需要用于变更发光及受光方向的反射镜等多余的光学部件，可以低价地提供薄型且小型的光通信模块。
根据本发明的光通信模块的制造方法，可以高效且低价地生产薄型且小型的光通信模块。
本发明的光收发装置，其结构如下所示，即其应该与基板相接的面和进行发光/受光的面位于正反面的位置，如果进行普通的安装，使用具有在垂直于基板的方向上发光/受光的结构的元件，受光发光元件和副安装基板和光波导路径被树脂一并覆盖，在副安装基板的侧面安装受光发光元件，并将其安装在印刷基板上。因此，可以提供低发热、低耗电的光收发装置。
另外，能够对应于用途在任意方向上受光发光，所以能够提供应用范围广的光收发装置。
另外，本发明的光收发装置，通过成为上述结构，可以低成本地提供。
另外，通过成为还利用上述树脂覆盖印刷基板的一部分的结构，可以提高向印刷基板的安装强度，可以提高装置的可靠性。
另外，通过受光发光元件的焊接导线也被树脂覆盖来保护焊接导线，可以提高装置的可靠性。
附图说明
图1是发光元件(VCSEL)的立体图。
图2是表示以往的光通信模块的构造的一例的侧视图。
图3是表示以往的光通信模块的构造的其他例的侧视图。
图4是例示将在本发明的光通信模块的制造方法中使用的受光发光元件安装于侧面的副安装基板的图，(a)是俯视图，(b)是主视图，(c)是侧视图，(d)是立体图。
图5是表示作为在本发明的光通信模块的制造方法中使用的光波导路径的一例的光纤带的截面图。
图6是表示本发明的光通信模块的制造方法的最终工序的侧视图。
图7是在实施例2中制作的光通信模块的发光元件(VCSEL)侧的主要部分的放大俯视图。
图8是在实施例2中制作的光通信模块的受光元件(PD)侧的主要部分放大俯视图。
图9是表示在实施例2中制作的光通信模块的立体图。
图10是表示在实施例2中测定的网眼图形的图。
图11表示本发明的光收发装置的实施方式，(a)是俯视图，(b)是主视图。
图12是表示副安装基板的形状的一例的立体图。
图13是表示安装状态的受光发光方向和受光发光角度θ的主要部分主视图。
图14是表示参考例的光收发装置的俯视图。
图15是表示本发明的光收发装置的实施例3中制作的头戴显示器的装置概略的结构图。
图16是表示实施例3的头戴显示器的光收发装置的构造的结构图。
图17是表示本发明的光收发装置的实施例4中制作的移动电话的装置概略的结构图。
图18表示在实施例4中制作的移动电话上设置的光收发装置的构造，(a)是主要部分主视图，(b)是表示光纤偏移角度与高度增加量的关系的一例的结构图。
图19是例示在光收发装置产生的角度偏移的图，(a)是没有角度偏移的状态的主要部分主视图，(b)是表示射出角度偏移的状态的主要部分主视图，(c)是表示光纤角度偏移的状态的主要部分主视图。
图20是在实施例5中制作的光收发装置的截面图。
图21是表示在实施例5中进行的热循环试验的条件的曲线图。
图中符号说明：31-副安装基板，32-受光发光元件(VCSEL或PD)，33-金导线，34-底面电极，35-侧面电极，41-光纤带，42-光纤型光波导路径，43-带化材料，51-分配器喷嘴，52-聚合物包层光纤，53-副安装基板，54-VCSEL，55-PD，56-印刷基板，57-UV固化型树脂，61-VCSEL，62-副安装基板，63-金导线，64-印刷基板，65-电极，71-PD，72-副安装基板，73-金导线，74-印刷基板，75-电极，76-光纤，77-UV固化型树脂，80-光通信模块，81、82-印刷基板，83-光纤，100-光收发装置，101～103-印刷基板，104～106-副安装基板，107-发光元件，108-受光元件，109-光波导路径，110-树脂，111-片状带，112a～112d-侧面，113-下面，114-印刷基板，115-副安装基板，116-受光元件，123-头戴显示器，127-被试验者，125-控制装置，126-光波导路径，127-印刷基板，128-副安装基板，129-光波导路径，130-移动电话，131-液晶显示器，132-键盘，133-照相机模块，134～135-印刷基板，136-光波导路径，137-副安装基板，138-VCSEL，139-树脂，140-光收发装置，141-印刷基板，142-副安装基板，143-发光元件，144-光波导路径，145-内侧的树脂层，146-中间的树脂层，147-外侧的树脂层，148-导热性填料。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图4～图6是表示本发明的光通信模块的制造方法的一个实施方式的图，图4的(a)是将发光元件和受光元件的一方(以下记为受光发光元件)安装于侧面的副安装基板的俯视图，图4的(b)是主视图，图4的(c)是侧视图，图4的(d)是立体图。图5是作为光波导路径的一例示出光纤带的截面图，图6是表示光通信模块的制造方法的最终工序的侧视图。
本发明的制造方法，其特征在于，按下述顺序实施下述工序：(1)在副安装基板的侧面安装发光元件、受光元件，并按照发光元件及受光元件的发光及受光方向与印刷基板平行的方式将该副安装基板安装在印刷基板上的工序；(2)对光波导路径进行位置对准的工序；(3)向光波导路径端部及包括发光元件或受光元件的副安装基板部分滴下树脂液并使该树脂液固化的工序。
首先，对上述工序(1)进行说明。将在副安装基板的侧面安装有受光发光元件的状态示于图4。图4中，符号31是副安装基板，32是受光发光元件(VCSEL或PD)，33是金导线，34是底面电极，35是侧面电极。
在本发明的制造方法中，副安装基板31兼具足够的绝缘性和从安装的受光发光元件32发出的热的散热性，所以可以使用氮化铝、氧化铝等材料形成。
另外，副安装基板31在底面及侧面具有电极图形。底面电极34与印刷基板上的规定电极焊盘焊接。侧面电极35与受光发光元件32的阳极和阴极焊接。
通常，受光发光元件32成为阳极、阴极中至少一方通过引线焊接与电极电连接的结构。
焊接后，金导线33露出，所以通常在引线焊接之后，迅速涂布密封剂，进行金导线33的保护。在该时刻，优选不涂布用于保护导线的树脂。另外，在将受光发光元件32固定或导通固定在副安装基板上时，可以使用导电膏等。导电膏的固定强度弱，通常需要利用保护树脂的模塑处理，但优选在该时刻不涂布保护用树脂。
当在副安装基板的侧面安装了受光发光元件之后，按照使受光发光元件的发光及受光方向与印刷基板平行的方式将该副安装基板安装在印刷基板上。图6中示出受光发光元件对该印刷基板的安装状态。如图6所示，按照使VCSEL54的发光方向平行于印刷基板56的方式将副安装基板53安装在印刷基板56上，所述副安装基板53在侧面安装有作为发光元件的VCSEL54；另外，按照使PD55的发光方向平行于印刷基板56的方式将副安装基板53安装在印刷基板56上，所述副安装基板53在侧面安装有作为受光元件的PD55。
作为将副安装基板运送到印刷基板上的机构，在工业上优选使用电子部件安装用的吸引式镊子。为此，副安装基板形状优选上面平滑。在将副安装基板安装于印刷基板上时，可以使用焊锡或导电膏。特别是在使用了导电膏的情况下，副安装基板的固定强度不足，所以通常需要利用保护树脂进行的模塑处理，但优选在此时不涂布保护用树脂。
接着对(2)进行说明。在本发明的制造方法中，作为光波导路径，可以使用薄片型光波导路径或光纤型光波导路径。特别是光纤型光波导路径可以制作长的波导路径，可以低价地获得光波导路径，所以是有利的。作为光纤型光波导路径，可以使用石英玻璃光纤、塑料光纤等。另外，还可以如下所示的聚合物包层光纤，该聚合物包层光纤虽是石英玻璃光纤的一种，但使光传导的纤芯由石英玻璃构成，纤芯周边的包层部由聚合物形成。这些光纤型光波导路径也可以通过线缆化、带化等一并安装多根。
图5是作为上述光纤型光波导路径的一例示出光纤带的图。该光纤带41为排列4根光纤型光波导路径42并通过合成树脂制的带化材料43以带状一并覆盖而构成的。例如，在副安装基板上安装发光元件和受光元件，匹配发光部和受光部的距离将石英玻璃光纤带化，由此可以将双向通信线安装固定在一起。另外，通过带化、线缆化，还可以使光波导路径的操作性、耐热性、强度等提高。
作为光波导路径的位置对准的方法，可以是主动校准、被动校准的任意一种方法。在工业上优选采用在副安装基板及光波导路径上设置位置对准用标记并用安装机边识别图像边进行位置对准的方法。在使用光纤型光波导路径的情况下，通过将光纤带化，可以使通过安装机的吸引镊子的操作性能提高。
接着对(3)进行说明。在该工序(3)中，向光波导路径端部及具有受光发光元件的副安装基板部分滴下树脂液，并使其固化。
由此，可以一并进行：a)从受光发光元件出来的焊接导线的保护、b)受光发光元件向副安装基板上的安装强度确保、c)光波导路径的固定、d)副安装基板向印刷基板的安装强度确保。
作为这里使用的树脂，可以使用环氧系树脂、丙烯酸系树脂、硅酮系树脂、聚酰亚胺系、聚硅烷系等。固化方法有UV固化型、热固化型、双组分混合(化学反应)固化型、水分反应固化型等。特别是，UV固化型树脂的固化时间短，在固化过程难以出现光波导路径和受光发光元件的位置偏移，所以优选。
在本发明中，通过使用固化后的折射率与光波导路径的纤芯同值的树脂，可以防止菲涅耳反射，减少受光发光元件和光波导路径的耦合损耗。例如，在使用石英玻璃光纤作为光波导路径的情况下，优选使用树脂的固化后折射率为1.40～1.60的光纤。另外，通过使用固化后的热膨胀系数接近副安装基板、光波导路径、印刷基板的树脂，可以实现稳定的光传输特性。特别是通过使用热膨胀系数接近印刷基板的树脂，可以实现稳定的光传输特性。另外，除了上述a)～d)之外，也有使受光发光元件与空气隔绝的效果，其结果，可以稳定地传输光。
图6是例示工序(3)的实施方式的图，图中符号51是用于滴下树脂液的分配器喷嘴，52是聚合物包层光纤(光纤型光波导路径)，53是副安装基板，54是作为发光元件的VCSEL，55是作为受光元件的PD，56是印刷基板，57是UV固化型树脂。在本例示中，在印刷基板56上安装有其侧面安装了VCSEL54的第一副安装基板53和其侧面安装有PD55的第二副安装基板53，并使各自的发光方向或受光方向与印刷基板56平行，在VCSEL54的发光部和PD55的受光部，在使端部邻接的状态下配置聚合物包层光纤52，按照密封聚合物包层光纤52的两端和VCSEL54及PD55的方式从分配器喷嘴51的前端滴下UV固化型树脂57，并使其固化。此外，在树脂固化之后，按照使各自的发光方向或受光方向与印刷基板56平行的方式，在印刷基板56上安装VCSEL54或PD55，制作用聚合物包层光纤52使它们之间进行光学耦合的光通信模块。
如此制作的光通信模块，如图6所示，其特征在于，具有印刷基板56、在侧面安装有作为发光元件的VCSEL53和作为受光元件的PD55的一方或双方而成的副安装基板53、和设置在这些VCSEL53与PD55之间且可以与这些元件光耦合的光波导路径(聚合物包层光纤52)，这些VCSEL53与PD55借助副安装基板53，按照它们的发光及受光方向与印刷基板56平行的方式，安装在印刷基板56上，且副安装基板53的VCSEL53与PD55、和与它们邻接的光波导路径的端部，被UV固化型树脂57覆盖。
该光通信模块可以在与印刷基板56平行的方向发光及受光，可以实现光通信模块的矮化(薄型化)、小型化。
接着，对本发明的光收发装置的实施方式进行说明。
图11是表示本发明的光收发装置的实施方式的图，图11的(a)是光收发装置100的俯视图，(b)是主视图。该图中，符号100是光收发装置，101～103是印刷基板，104～106是副安装基板，107是发光元件，108是受光元件，109是光波导路径，110是树脂，111是片状带。
本实施方式的光收发装置100，其特征在于，具有：印刷基板101～103、安装有发光元件107和受光元件108双方的副安装基板104、侧面安装有发光元件107的副安装基板105、侧面安装有受光元件108的副安装基板106、和设置在上述发光元件107及受光元件108之间且可以与这些元件光耦合的光波导路径109；发光元件107和受光元件108，是其应该与基板相接的面和进行发光或受光的面位于正反面、且在垂直于已安装的基板的方向上发光或受光的构造；发光元件107和受光元件108借助副安装基板104～106，按照使它们的发光及受光方向成为不与印刷基板101～103垂直的方向的方式，安装在各印刷基板101～103上，且整个副安装基板104～106和整个发光元件107及整个受光元件108、和与它们相邻的光波导路径109的端部，被树脂110一并覆盖。
本实施方式的光收发装置100如图11所示，成为用两根光纤型的光波导路径109连接分别安装在三个印刷基板101～103上的受光发光元件之间的构造。如图14的参考例所示，存在下述结构的不同：在印刷基板117上安装在一个侧面上安装有发光元件119和受光元件120双方的副安装基板118，用弯曲成U字形的光波导路径121将这些受光发光元件耦合，用树脂122一并覆盖整个副安装基板118和整个受光发光元件及光波导路径121的两端部。
发光元件107和受光元件108如图1所示，其应该与支承基板(副安装基板)相接的面和进行发光或受光的面位于正反面，如果进行普通的安装，则成为在垂直于基板的方向上发光或受光的构造。作为具有这样的构造的光源且能在服务器等的高速通信设备、汽车内光布线、移动电话等小型电子设备中应用光布线的光源，例如有面发光激光器(VCSEL)。具有上述结构的激光器相对于受光发光方向高度低，与以往的LED相比，具有价格低的特征。另外，在元件结构上，发光阈值电流低，其结果，具有所谓耗电量低的特征。在上述的用途中，低价且低耗电的光源具有很大的优点。
关于副安装基板104～106的形状，至少具有安装在印刷基板101～103上的面、和不与该面平行且安装受光发光元件的面。如图12所示，副安装基板104～106的侧面112a～112d是指形成副安装基板104～106的形状的面当中不与安装在印刷基板上的面113平行的所有面。具有如下所示的功能，即通过在副安装基板104～106的侧面112a上安装上述的受光发光元件，使受光发光元件的受光发光方向为朝向与印刷基板101～103垂直的方向以外的任意方向。
在以往的光收发装置中，为了相对于印刷基板在任意方向上受光发光，必须使用反射镜等光学部件变更光路。反射镜等光路转换构件价格高，所以不优选。另外，在光路转换部中，光的耦合效率因散射等而降低，所以是不利的。使用使进行发光或受光的面位于正反面且当进行普通安装时在垂直于基板的方向上发光或受光的构造的受光发光元件，能够在不垂直于上述印刷基板的任意方向进行受光发光的光收发装置，可以减小光收发装置和光波导路径的设置空间，这具有划时代的意义。另外，在设置于可动部附近的情况下，可以减小施加给光波导路径的屈曲，从所谓光波导路径的弯曲损耗、可靠性方面来看是有利的。
副安装基板104～106的材质，可以使用具有足够电绝缘性的材料，例如可以使用氮化铝、氧化铝。由于这些材料具有出色的导热性，所以可以高效地对发光元件发出的热进行散热。
另外，副安装基板104～106如图4所示，在底面和侧面具有电极图形。底面电极34与印刷基板101～103上的规定电极焊盘焊接。在侧面电极35上，受光发光元件的阳极和阴极被焊接(参照图4)。通常，受光发光元件成为阳极、阴极当中的至少一方通过引线焊接与电极电连接的构造。
上述的受光发光元件双方或一方被安装在上述的副安装基板104～106的侧面，该副安装基板104～106安装在印刷基板101～103上。其结果，受光发光元件的受光发光方向成为与印刷基板101～103上面垂直的方向以外的方向。
作为光波导路径109，可以使用薄片型光波导路径或光纤型光波导路径等。特别是光纤型光波导路径可以制作长的波导路径，可以低价获得光波导路径，所以是有利的。作为光纤型光波导路径，可以使用石英玻璃光纤、塑料光纤等。另外，还可以使用如下所示的聚合物包层光纤，该聚合物包层光纤虽是石英玻璃光纤的一种，但使光传导的纤芯由石英玻璃构成，纤芯周边的包层部由聚合物形成。这些光纤型光波导路径也可以通过线缆化、带化等一并安装多根。
即便是图11所示的例示，也是用片状带111一并覆盖多根光波导路径109的在印刷基板之间的部分并使其带化。
作为光波导路径109的位置对准的方法，可以是主动校准、被动校准中的任一种方法。在副安装基板104～106及光波导路径109上设置位置对准用标记并用安装机边进行图像识别边进行位置对准的方法，在工业上是优选的方法。在使用光纤型光波导路径的情况下，通过将多根光纤带化，可以使安装机的吸引镊子的操作性能提高。
将副安装基板104～106整体和整个发光元件107及整个受光元件108、和与它们邻接的上述光波导路径109的端部一并覆盖的树脂110，可以使用环氧系树脂、丙烯酸系树脂、硅酮系树脂、聚酰亚胺系树脂、聚硅烷系树脂等。固化方法有UV固化型、热固化型、双组分混合(化学反应)固化型、水分反应固化型等。特别是，UV固化型树脂的固化时间短，在固化过程难以出现光波导路径109和受光发光元件的位置偏移，所以优选。所谓用树脂110覆盖整体，如图11所示，是指树脂还与印刷基板101～103粘接的状态。通过如此成为用树脂110一并覆盖全部主要部分的构造，可以一并进行：a)从受光发光元件出来的焊接导线的保护、b)受光发光元件向副安装基板上的安装强度确保、c)光波导路径的固定、d)副安装基板向印刷基板的安装强度确保。由此，可以实现低价、矮化，且能够确保高可靠性。
通过使用固化后的折射率与光波导路径109的纤芯同值的树脂110，可以防止菲涅耳反射，减少受光发光元件和光波导路径109的耦合损耗。例如，在使用石英玻璃光纤作为光波导路径109的情况下，优选使用树脂110的固化后折射率为1.40～1.60的材料。另外，通过使用固化后的热膨胀系数接近副安装基板104～106、光波导路径109、印刷基板101～103的树脂110，可以实现稳定的光传输特性。特别是通过使用热膨胀系数接近印刷基板的树脂，可以实现稳定的光传输特性。另外，除了上述a)～d)之外，也有使受光发光元件与空气隔绝的效果，其结果，可以进行稳定的光传输。
树脂110向规定的位置滴下，并使其固化。为了滴下可以使用分配器等。
该光收发装置100构成为在与印刷基板101～103垂直的方向以外的任意方向上可以受光发光的装置，但关于该角度，参照图12及图13预先进行定义。在图12及图13中，将与印刷基板114平行的方向即安装在印刷基板114上的副安装基板115的下面113设为0°，将安装受光发光元件116的侧面112a～112d作为正侧，印刷基板114的下面114和受光发光方向所成的受光发光角度θ可以表示成-90°～90°。这里，θ＝-90°及90°是指垂直于印刷基板114的方向。
在受光发光角度θ为与印刷基板114平行的情况下(θ＝0°)，光收发装置整体的高度变得最低。适于移动电话、笔记本PC等薄型移动设备内部的光布线。图11是受光发光角度θ为0°时的图像。
作为光波导路径109的例示而举出的聚合物包层光纤，是由纤芯、包层结构形成的光纤型光波导路径，纤芯部由石英玻璃构成，包层部由聚合物材料构成。该聚合物包层光纤由于纤芯部是石英玻璃，所以示出高传输特性。由于包层部由聚合物材料构成，即构成光纤的玻璃部分的直径小，所以能以更小的曲率使光纤弯曲。
另外，作为光波导路径109，也可以使用聚合物波导管。该聚合物波导管是由纤芯、包层构造形成的光波导路径，纤芯和包层均由聚合物材料构成。在制法上，波导路径截面形状为矩形，成为带状的形状。具有可挠性，容易处理、固定。
在该光收发装置100中，树脂110不限于单层结构，也可以是层叠有2层或3层以上的树脂层的构造。
进而，在由多层树脂层构成树脂层110的情况下，还可以在最外侧的树脂层中混合导热性填料。通过如此在外侧的树脂层中混合导热性填料，将从受光元件或发光元件发出的热向外部释放的效果增强。其结果，由受光发光元件的发热引起的内侧的树脂层的温度变化减小，可以解决所谓光轴错位、受光元件或发光元件的破损的问题。对该导热性填料的材料、形状没有特别限制，例如可以使用碳填料等。此时，内侧的树脂层由相对于通信光透明的树脂构成。对该透明树脂的材质没有特别限制，但可以使用环氧树脂、丙烯酸树脂等。其内侧的树脂层具有进行受光元件或发光元件与光波导路径的位置对准并固定的功能，所以以固化时间短为好。如果固化时间长，则有可能在固化过程中发生光轴错位。
另外，可以是树脂110为三层树脂层且使内侧的树脂层的折射率高于中间的树脂层的结构。通过成为该构造，由内侧的树脂层和中间的树脂层构成纤芯、包层构造，提高受光元件或发光元件与光波导路径的耦合效率。另外，通过在外侧的树脂层中混合上述的导热性填料，提高从受光元件或发光元件产生的热向外部释放的效果，由受光发光元件的发热引起的内侧的树脂层及中间的树脂层的温度变化减小。
此时，中间的树脂层与内侧的树脂层一样由相对于通信光透明的树脂构成。对透明树脂的材质没有特别限制，但可以使用环氧树脂、丙烯酸树脂等。
另外，树脂110也可以是三层树脂层且在内侧的树脂层(及中间的树脂层)中混合透明性填料的构成。通过内侧的树脂层(及中间的树脂层)的透明性填料，受光元件或发光元件和光波导路径端的焊接部的线膨胀系数降低，可以有效地解决所谓光轴错位、受光发光元件的破损的问题。
此时，当然优选在内侧的树脂层所使用的透明性填料的折射率与在内侧的树脂层所使用的树脂的折射率相同或几乎相同。如果两者的折射率差增大，则散射变得显著，通信光的损耗增大，所以不优选。对该透明性填料的材质没有特别的限制。在用于通信的波长为可见光～近红外光的情况下，可以使用石英玻璃光纤。透明性填料的形状为针状、粒状等，没有特别限制，但如在特开2006-257353号公报中公开的那样，优选为球状，且粒径避开为波长的数分之一至波长数倍为止的容易引起米氏散射的区域，由此可以抑制通信光的散射。
即便在中间的树脂层中使用透明性填料的情况下，也与内侧的树脂层的情况一样，优选使用折射率与在中间的树脂层中使用的树脂的折射率接近的透明性填料。
将树脂110设置多层的情况下，优选至少完全覆盖整个受光发光元件和整个副安装基板和光波导路径端部而设置内侧的树脂层。由此，可以实现受光元件或发光元件与光波导路径的耦合强度的提高、副安装基板向印刷基板的安装强度的提高，可以提高可靠性。进而，当在内侧的树脂层中混合有透明性填料时，内侧的树脂层的线膨胀系数降低，所以温度变化增强，可以进一步提高可靠性。
实施例1
制作图4所示的副安装基板。副安装基板的材质为氮化铝。副安装基板上的电极材料，考虑到与安装受光发光元件时的金导线的连接强度，使其为金锡合金。
如图4所示，将受光发光元件安装到副安装基板上。该安装通过导电性银膏和金导线进行。发光元件使用发光中心波长为850nm的VCSEL，受光元件使用PD。
接着，将侧面安装有受光发光元件的副安装基板安装在印刷基板上。副安装基板的运送通过真空镊子进行，使用导电性银膏焊接在印刷基板的电极焊盘上。
接着，进行光波导路径的位置对准和固定。光波导路径使用由石英玻璃形成的纤芯直径为50μm的聚合物包层光纤。该聚合物包层光纤的包层使用含氟聚合物。位置对准是使VCSEL和PD实际地工作并利用主动校准法进行。
接着，向光波导路径端部和副安装基板部分滴下树脂，并使其固化。树脂使用固化后的折射率为1.45的UV固化型树脂。如图6所示，使用空气分配器(air dispenser)滴下适量，以使光波导路径端部、VCSEL、PD、副安装基板被固定。在滴下后，照射UV光，使其固化，制作光通信模块。
使用已制作的光通信模块，进行传输实验，结果在VCSEL驱动速度为1GHz下，驱动4小时，可以实现无差错。
实施例2
使用实际上按照本发明的制造方法制作的光通信模块，进行影像传输实验。
作为发光元件，使用发光波长为850nm且截止频率为2.5GHz的面发光型激光器(VCSEL)。VCSEL使用市面销售产品，如图1所示，选择的类型是利用引线焊接使阳极与电极结合且使用导电膏使阴极与电极结合的类型的元件。
作为受光元件，使用截止频率为2.5GHz的GaAs光电二极管(PD)。PD使用市面销售产品，与VCSEL一样选择形状为利用引线焊接使阳极导电且利用导电膏使阴极导电的元件。
副安装基板使用与实施例1中记载的副安装基板相同的基板。对副安装基板使用导电性银膏和金导线，安装VCSEL和PD。
接着，对侧面安装有VCSEL和PD的副安装基板进行安装。副安装基板的运送通过真空镊子进行，使用导电性银膏焊接在印刷基板的电极焊盘上。
图7是将侧面安装有VCSEL的副安装基板安装于印刷基板上的构件的焊接部分的放大图。在该图7中，符号61表示VCSEL，62表示副安装基板，63表示金导线，64表示印刷基板，65表示电极。如在前述的实施方式的说明所示，在该时刻，不涂布对与VCSEL结合的金导线进行保护的树脂、使VCSEL和副安装基板的焊接强度提高之类的模塑树脂、使副安装基板和印刷基板的焊接强度提高之类的模塑树脂。
接着，对光波导路径和VCSEL及PD进行位置对准并进行固定。
作为光波导路径，使用市售的多模石英玻璃光纤。该玻璃光纤的光传播纤芯直径为50μm。
位置对准是使VCSEL和PD实际地工作并利用主动校准法进行的。在进行了位置对准之后，向光纤和VCSEL及PD的结合部滴下适量的固化后的折射率为1.45的UV固化型树脂，照射波长为365nm的紫外光使其固化。UV固化型树脂使用市售的树脂。树脂的滴下与实施例1一样使用空气分配器(air dispenser)进行。
图9是UV树脂固化后的PD和光纤的耦合部的放大图。图9中，符号71表示PD，72表示副安装基板，73表示金导线，74表示印刷基板，75表示电极(印刷基板)，76表示光纤，77表示UV固化型树脂。
如在前述的实施方式的说明所示，在通过固定光纤和PD的UV的固化型树脂，可以实现与PD耦合的金导线的保护、PD与副安装基板的焊接强度的提高、副安装基板与印刷基板的焊接强度的提高。
将如此制作的光通信模块整体的结构示于图10。图10中，符号80表示在本实施例中制作的光通信模块，81表示借助副安装基板安装有VCSEL或PD的一方的印刷基板，82表示借助副安装基板安装有VCSEL或PD的一方的印刷基板，83表示以能光耦合的方式连接双方的印刷基板的VCSEL和PD的光纤。
使用该光通信模块进行传输实验。使用市售的数字数据分析器，进行VCSEL-光纤-PD之间的光信号传输中的比特差错率的测定，结果在驱动速度2.5GHz下，驱动4小时，可以实现无差错。
另外，使用市售的取样示波器，进行网眼图形的测定。图10表示测得的网眼图形。根据图10所示的网眼图形，可以确认该光通信模块获得足够的开口。
另外，使用该光通信模块，进行图像信号的传输实验。对从CCD照相机输出的模拟信号进行数字转换，进而进行串行化，然后以LVDS方式进行传输。模拟转换、串行化、LVDS对应信号转换，使用市售的通信用板进行。能够实时地传输实验的结果、CCD照相机的影像，将其显示于显示器上。
实施例3
在头戴显示器123和其控制装置125之间应用光收发装置。将简要构成示于图15。本装置是被试验者124戴在头部的护目镜型的头戴显示器123，成为与单耳的外周匹配并固定的形式，从戴在耳朵上的部分的后方取出光波导路径126。为了提高对耳朵的匹配感，另外出于外观设计性的问题，光波导路径126的取出部如图16所示，具备：设置在头戴显示器123的后端部的印刷基板127、在该印刷基板127上安装的副安装基板128、在该副安装基板128的侧面安装的受光发光元件、以能光耦合的方式与该元件连接的光波导路径129。由于该头戴显示器123是小型的，光发送装置的印刷基板127被收纳于图16所示的位置。因此，光波导路径129与光发送装置基板不是水平的，而是成规定角度。利用本实验例的实验机，成约50°的角度。作为这里应用的光发送装置，准备相对于印刷基板127射出角度为50°的光发送装置，搭载于头戴显示器实验机上，进行传输实验。作为比较，也准备射出角度为0°的光发送装置，进行评价。
首先，在将光发送装置搭载于头戴显示器123的状态下，进行传输实验。使用市售的数字数据分析器，进行VCSEL-光纤-PD之间的光信号传输中的比特差错率的测定，结果在驱动速度1.5GHz下，驱动4小时，可以实现无差错。另外，使用市售的取样示波器，进行网眼图形的测定。结果可以确认获得了足够的开口。
为了进行比较，即便是射出角度为0°的光发送装置也进行相同的实验，结果在使头戴显示器123静止的状态下，实现了无差错，但实际上是戴在被试验者124的耳朵上，当试验者步行时，结果网眼图形有较大紊乱，无法实现稳定的传输。在搭载有射出角度(受光发光角度θ)为0°的光发送装置的情况下，由头戴显示器123的光波导路径129取出部向光纤施加过度的力，可靠性降低。
实施例4
在移动电话130内的布线中应用了光收发装置。将简要构成示于图17。图中，符号130是移动电话，131是液晶显示器，132是键盘，133是照相机模块，134和135是印刷基板，136是光波导路径。
在以移动电话为代表的薄型电子设备中，安装在印刷基板上的部件的高度必须为1mm以下，期待进一步的矮化。为了应对该要求，通过应用受光发光角度为0°的光发送装置和光接收装置，含有受光发光元件、光波导路径、固定树脂，可以实现自印刷基板的高度为0.7mm的光收发装置。将装置构成示于图18的(a)。在图18的(a)中，符号135(134)是印刷基板，136是光波导路径，137是副安装基板，138是作为发光元件的VCSEL，139是将它们一并覆盖的树脂。
另外，图18的(a)中的各部尺寸a～f如下所示。a＝0.70mm、b＝0.50mm、c＝0.30mm、d＝0.25mm、e＝0.10mm、f＝0.25mm。作为光波导路径136，使用了外径为80μm的石英玻璃光纤。该石英玻璃光纤的外侧涂敷有UV固化聚氨酯树脂，外径为125μm。另外，作为树脂139，使用UV固化型环氧树脂。
副安装基板137使用液晶聚合物并利用注塑成形法来制作。关于受光发光元件向副安装基板137的安装、及副安装基板137向印刷基板134、135的安装、及光波导路径136向印刷基板134、135的安装，使用安装电子设备的自动机(安装机)进行。由于有注塑成形品的尺寸误差、及利用自动机的安装位置精度误差，所以即便制作受光发光角度θ＝0°的光收发装置，也会对应于安装机的能力产生误差。在此次的实验中，为了研究针对制造误差的容许值，故意制作在-3°～3°的范围内倾斜的样品。
另外，除了射出角度偏移、受光角度偏移之外，如图18的(b)所示，为了也能够假设发生光纤角度偏移，还制作在-3°～3°的范围内具有光纤角度偏移的样品。需要说明的是，光纤偏移角度被定义成光纤的中心线与印刷基板上面所成的角度。
如果从图18的(a)的各部尺寸a～f来考察，可知即便射出角度偏移数度，也能够实现很大的矮化。另外，尝试用已偏移的光收发装置进行传输实验，结果与没有偏移的装置相比，可以毫不逊色地实现足够稳定的传输特性。例如，在图18的(b)所示的光纤偏移中，当光纤偏移角度为5°时，高度增加量g为0.03mm以下，稍微增加即可。
图19是表示认为在图18的(a)所示的光收发装置中发生的角度偏移的图形的图，图19的(a)是没有角度偏移的光收发装置的主要部分主视图，(b)是表示射出角度偏移的状态的主要部分主视图，(c)是表示光纤角度偏移的状态的主要部分主视图。需要说明的是，在图19的(b)中，例示安装有VCSEL时的射出角度偏移，但安装有PD等受光元件时的受光角度偏移也是一样的。
发生该射出/受光角度偏移的主要原因在于，有将副安装基板137安装在印刷基板135(134)上时的偏移、以及将受光发光元件安装在副安装基板137上时的偏移。图19的(b)是前者的偏移。
对于本发明的光收发装置，也包括图19的(b)、图19的(c)那样的角度偏移，可知如果数度的角度偏移，在实际应用上可以实现足够的光收发功能。受光发光元件和光波导路径端被折射率已得到控制的树脂一并固定，所以即便是比较粗略的光轴校准，也可以提高受光发光元件和光波导路径的耦合效率，另外，可以认为是相对于来自外部的物理应力，其耦合效率的变化小的缘故。因此，在制造本发明的光收发装置时，即便有数度的偏移，认为实质上是相同的模块。
实施例5
如图20所示，制作结构如下所示的光收发装置140，所述光收发装置140在印刷基板141上安装副安装基板142，所述副安装基板142在侧面安装有发光元件143或受光元件，使发光元件143与光纤型的光波导路径144的一端耦合，用内侧的树脂层145、中间的树脂层146、混合有导热性填料148的外侧的树脂层147这三层树脂层，覆盖整个发光元件143和整个副安装基板142、及光波导路径144的端部。
作为发光元件143，使用发光中心波长为850nm的VCSEL。内侧的树脂层145使用固化后的折射率为1.457且混合有折射率已被调整的石英玻璃填料10质量％的紫外线固化型环氧树脂。中间的树脂层146使用固化后的折射率为1.452且混合有折射率已被调整的石英玻璃填料10质量％的紫外线固化型环氧树脂。外侧的树脂层147使用混合有碳填料10质量％作为导热性填料148的紫外线固化型环氧树脂。光波导路径144使用石英玻璃制光纤。
为了进行比较，还制作内侧、中间外侧的各树脂层使用不含填料的环氧树脂的样品。
对已制作的样品进行热循环试验。试验是边以发光功率0.3mW使VCSEL发光边进行。以图21所示的图表为1个循环，进行500次循环的处理，用光学显微镜观察处理后的样品的VCSEL和树脂层和光纤的焊接部。
在为了进行比较而制作的样品(无填料)中，见到少数在VCSEL和树脂的焊接部、及光纤和树脂的焊接部发生剥脱的样品。在树脂层中添加了填料的样品中，几乎未见有焊接部剥脱。其结果，可知在树脂层中添加了填料的样品具有强热循环性。
需要说明的是，在实施例5中，使用市售的填料作为石英玻璃。在用市售的石英玻璃填料难以调整折射率的情况下，可以使用气相合成法合成石英玻璃填料而使用。作为原料，例如可以使用四氯化硅。将四氯化硅的蒸气与氩气、氮气等运载气体、氧气混合，运送至合成室，加热至800℃～1500℃左右，由此可以得到球状的石英玻璃填料。为了调整石英玻璃填料的折射率，例如将四氯化锗、三氯化铝等的蒸气与四氯化硅的蒸气混合，进行合成即可。通过将锗、铝等元素添加到适应玻璃中，可以使石英玻璃的折射率升高。对应于添加的分量，可以调整折射率上升量。
工业上的可利用性
根据本发明的光通信模块的制造方法，可以高效且低价生产薄型且小型的光通信模块。

Claims (20)

1.一种光通信模块，其中，具有：印刷基板；在侧面安装发光元件和受光元件的一方或双方而成的副安装基板；和设置在所述发光元件及受光元件之间且可以与这些元件光耦合的光波导路径，
所述发光元件和所述受光元件借助所述副安装基板，按照其发光及受光方向与所述印刷基板平行的方式，安装在所述印刷基板上，且所述副安装基板的发光元件及受光元件和与它们相邻的所述光波导路径的端部，被树脂覆盖。
2.根据权利要求1所述的光通信模块，其中，
所述树脂是UV固化型树脂。
3.根据权利要求1或者2所述的光通信模块，其中，
所述光波导路径是从石英玻璃光纤、聚合物包层光纤、塑料光纤中选择的1种或2种以上。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的光通信模块，其中，
所述光波导路径为石英玻璃光纤或聚合物包层光纤，所述树脂的固化后的折射率在1.40～1.60的范围内。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的光通信模块，其中，
所述光波导路径是由石英玻璃形成的纤芯直径为100μm以下的聚合物包层光纤。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的光通信模块，其中，
所述光波导路径是成为带形状的光纤带，且在该光纤带上设置有位置对准用的校准标记。
7.一种光通信模块的制造方法，是按下述顺序实施下述各工序来制作光通信模块的方法，所述工序包括：
(1)在副安装基板的侧面安装发光元件、受光元件，并按照发光元件及受光元件的发光及受光方向与印刷基板平行的方式将该副安装基板安装在印刷基板上的工序；
(2)对光波导路径进行位置对准的工序；
(3)向光波导路径端部及包括发光元件或受光元件的副安装基板部分滴下树脂液，并使该树脂液固化的工序。
8.根据权利要求7所述的光通信模块的制造方法，其中，
所述树脂是UV固化型树脂。
9.根据权利要求7或者8所述的光通信模块的制造方法，其中，
所述光波导路径是从石英玻璃光纤、聚合物包层光纤、塑料光纤中选择的1种或2种以上。
10.根据权利要求7～9中任意一项所述的光通信模块的制造方法，其中，
所述光波导路径为石英玻璃光纤或聚合物包层光纤，所述树脂的固化后的折射率在1.40～1.60的范围内。
11.根据权利要求7～10中任意一项所述的光通信模块的制造方法，其中，
所述光波导路径是由石英玻璃形成的纤芯直径为100μm以下的聚合物包层光纤。
12.根据权利要求7～11中任意一项所述的光通信模块，其中，
所述光波导路径是成为带形状的光纤带，且在该光纤带上设置有位置对准用的校准标记。
13.一种光收发装置，其中，具有：印刷基板；在侧面安装发光元件和受光元件的一方或双方而成的副安装基板；和设置在所述发光元件及受光元件之间且可以与这些元件光耦合的光波导路径，
所述发光元件和所述受光元件，具有使其正面是进行发光或受光的面，背面是应与所述副安装基板相接的面，且发光或受光方向垂直于所安装的所述副安装基板的构造，
所述发光元件和所述受光元件借助所述副安装基板，按照使它们的发光及受光方向成为不与所述印刷基板垂直的方向的方式，安装在所述印刷基板上，且整个所述副安装基板、整个发光元件及整个受光元件和与它们相邻的所述光波导路径的端部，被树脂一并覆盖。
14.根据权利要求13所述的光收发装置，其中，
所述树脂还覆盖所述印刷基板的一部分。
15.根据权利要求13或14所述的光收发装置，其中，
用于使所述发光元件及受光元件通电的焊接导线被所述树脂一并覆盖。
16.根据权利要求13～15中任意一项所述的光收发装置，其中，
所述光波导路径是从石英玻璃光纤、聚合物包层光纤、塑料光纤、聚合物波导管中选择的1种或2种以上。
17.根据权利要求13～16中任意一项所述的光收发装置，其中，
所述光波导路径为石英玻璃光纤，一并覆盖的树脂的固化后的折射率在1.40～1.60的范围内。
18.根据权利要求13～17中任意一项所述的光收发装置，其中，
所述发光元件和受光元件的受光发光方向与所述印刷基板平行。
19.根据权利要求13～18中任意一项所述的光收发装置，其中，
所述树脂为2层或3层以上。
20.根据权利要求19所述的光收发装置，其中，
在2层或3层以上的树脂的最外侧的树脂层中混合有导热性填料。
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