JP2000098188A - 光モジュール - Google Patents

光モジュール

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JP2000098188A
JP2000098188A JP10264175A JP26417598A JP2000098188A JP 2000098188 A JP2000098188 A JP 2000098188A JP 10264175 A JP10264175 A JP 10264175A JP 26417598 A JP26417598 A JP 26417598A JP 2000098188 A JP2000098188 A JP 2000098188A
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groove
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resin
optical
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Takashi Kojima
隆史 小嶋
Naoki Yamamoto
直樹 山本
Hironao Hakogi
浩尚 箱木
Yoshio Shimano
善雄 島野
Kazunori Miura
和則 三浦
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明では、コネクタの挿抜に対して十分な強
度を持ったレセプタクル構造、及び湿度や熱サイクルに
よる環境変化に対して安定な構造備え、且つ光モジュー
ルの低価格と使いやすさを実現しさらに実装工程を短縮
することを目的とする。 【解決手段】本発明では、光ファイバを収納したフェル
ールを基板上の溝に整列して固定し、光素子とフェルー
ル端を透明樹脂によって封止し、光ファイバと光素子は
透明樹脂により光結合を行っており光結合部は空間なく
構し、全体をエポキシ系樹脂によってモールド成形す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】近年、光加入者システムの光ファ
イバ化に伴い、光モジュールの小型化や低価格及び使い
やすさが求められている。そして、これを実現するには
光半導体素子と光ファイバとの接続工程やパッケージン
グ工程を今まで以上に容易にすることが必要である。
【０００２】さらに、その後の実装工程において、他の
電子部品同様プリント板への表面実装を可能とするレセ
プタクルタイプの光モジュールが求められている。本発
明は、これらの要求に応える光モジュール構造に関す
る。
【０００３】
【従来の技術】現在、光モジュールには、小型、低価
格、使いやすさが求められている。その中の低価格の実
現のためには、部品点数の削減、製作工程の簡略が必要
である。そのために、Ｓｉ基板上に光素子及び光ファイ
バを集積実装する光軸無調芯実装技術、樹脂封止による
簡易封止技術が着目されている。
【０００４】さらに、使いやすさという点では、プリン
ト板へのハンダリフローによる表面実装が要求されてお
り、その解決手段が必要となっている。基板上に光素子
及び光ファイバを集積実装し、樹脂封止による簡易封止
技術を用いたものとして、実用新案登録第２５２６１３
７号がある。実用新案登録第２５２６１３７号の主要図
を図１（ａ） に示す。
【０００５】図１（ａ）は、基板上に設けた光ファイバ
保持部により光ファイバと光電素子との光軸を一致さ
せ、光透過性材料からなる透明樹脂により光素子と光フ
ァイバ先端部を相互に固定した後、基板の光素子を有す
る部分をエポキシ系の黒色封止材料によりモールド成形
を行う考案が示されている。基板上に光素子及び光ファ
イバを集積実装する光軸無調芯実装技術についてはすで
に実用化された技術として、ＮＥＣ製表面実装対応小型
光モジュールＯＤー８３０がある。
【０００６】ＮＥＣ 製表面実装対応小型光モジュール
ＯＤー８３０５の構成図を図１（ｂ）に示す。図１
（ｂ）は、Si基板に溝を設け、光ファイバを保持したフ
ェルールより突出した光ファイバを基板に設けた溝内に
配置し、さらに基板上の溝端部にレーザチップを搭載
し、フェルール及びＳｉ基板をそれぞれ、パッケージに
固定し、フタによりパッケージを封止する技術が示され
ている。
【０００７】さらに、基板上に光素子及び光ファイバを
集積実装する光軸無調芯実装する技術は特開平９ー１０
５８３９号に示されている。特開平９ー１０５８３９号
の主要図面を図１（ｃ）に示す。図１（ｃ）は、基板に
溝を設け、溝には光ファイバを収容した段差があるフェ
ルールを収容し、フェルールに、収容された光ファイバ
と基板上に設けた光素子間を光軸無調芯実装し、樹脂パ
ッケージに固定したレセプタクル構造を提案している。
【０００８】
【発明が解決しようとする問題点】図１（ａ）の構造で
は、光ファイバを直接樹脂によって覆っているため、湿
熱や、熱サイクルによる環境変化に対して弱く信頼性に
劣る。さらに、樹脂モールドの工程によって、光ファイ
バが荷重を受け、光結合特性の劣化を招く可能性が多
い。
【０００９】また、この構成はピグテイル構造であり、
外皮の付いた光ファイバを必要とするため、光ファイバ
に熱がかかると光ファイバの外皮が溶けるため、ハンダ
リフロー作業を行う様な表面実装には不向きである。図
１（ｂ）の光ファイバを先端から突出させたフェルール
を用いた構造では、光ファイバをＳｉ基板上の溝に固定
し、フェルール部をパッケージ外壁部分に固定している
ため、光ファイバを先端から突出させたフェルールが２
カ所で固定されることになり、熱ストレスに弱く、信頼
性に劣る。
【００１０】また、フェルールをパッケージの外壁に固
定する部分だけで、レセプタクル構造のフェルール固定
強度が決まるため、レセプタクルコネクタの挿抜に対し
て十分な強度が得られない。また、図１（ｃ）の構造で
は、フェルールを固定しているため、熱ストレスの影響
は小さく、信頼性に優れる。
【００１１】しかし、樹脂パッケージ外壁と基板の溝で
フェルールを固定しているため、レセプタクルコネクタ
の挿抜に対して十分な強度が得られない。
【００１２】
【問題点を解決するための手段】上記問題点を解決する
ための第１の手段として、本発明の第一の手段として、
光ファイバを保持し第１の端面と第２の端面を持つフェ
ルールと、該フェルールを保持するための溝と配線パタ
ーンを有する基板と、該配線パターン上に設けられた光
素子と、該光素子と該基板の一部と該基板の該溝上に設
けられた該フェルールの第１の端面との光結合部を少な
くともカバーするよう塗布した光透過材料からなる透明
樹脂と、該フェルールの第２の端面を突出した状態で該
基板, 透明樹脂および該フェルールの第１端面を覆うよ
うに構成された樹脂からなる光モジュールの構成にする
事により製造性に優れ、かつフェルールをコネクタ接続
する際のコクネクタの挿抜に対して十分な強度を持ち、
湿熱や熱サイクルによる環境変化に対して安定な構造を
実現することができる。
【００１３】さらに第２の手段として、第１の手段に該
基板の溝に対向した位置に溝を有するブロックを設け、
該基板の溝と該ブロックの溝により該フェルールをはさ
み込み固定することを事で、フェルールを基板に強固に
固定することができ、フェルールをコネクタ接続する際
のコクネクタの挿抜に対して強度をますことができる。
【００１４】さらに第３の手段として、第２の手段にて
該基板の溝中に該基板の溝より幅広に切欠いた第１切欠
き部を設け、該ブロックの溝中に該ブロックの溝より幅
広に切欠いた第２切欠き部と、該第2 切欠き部と該ブロ
ックの表面を貫通する穴を設け、該穴より該第１切欠き
部と該第2 切欠き部に接着材を充填し固定した構成とす
ることにより、フェルールをコネクタ接続する際のコク
ネクタの挿抜に対してさらに強度をますことができる。
【００１５】また、第４の手段として、第１の手段にて
該フェルールに切欠き部を設け、該基板の溝に対向した
位置に該フェルールと切欠きと嵌合する嵌合部を有する
ブロックを設け、該ブロックの嵌合部と該フェルールの
切欠き部を嵌合した状態で、該基板の溝に該フェルール
をはさみ込み固定することで、フェルールを基板に強固
に固定することができ、フェルールをコネクタ接続する
際のコクネクタの挿抜に対して強度をますことができ
る。
【００１６】また、第５の手段として、第１の手段にて
該基板の溝に該フェルールを設け、該フェルールを第３
の樹脂によりモールドにより該基板に固定し、フェルー
ルを基板に強固に且つ簡易に固定することができ、フェ
ルールをコネクタ接続する際のコクネクタの挿抜に対し
て強度をますことができる。
【００１７】
【作用】本発明では、光ファイバを収納したフェルール
を基板上の溝に整列して固定し、光素子とフェルール端
を透明樹脂によって封止しているため、光ファイバはフ
ェルールを介して基板に接続し、光ファイバと光素子は
透明樹脂により光結合を行っており光結合部は空間なく
構成できる。
【００１８】その後、全体をエポキシ系樹脂によってモ
ールド成形するため、フェルールの固定を強固に固定で
きる。このため、 製造性に優れた樹脂封止構造を用いな
がら、挿抜に対して十分な強度を持ったレセプタクル構
造、及び湿熱や熱サイクルによる環境変化に対して安定
な構造が可能となる。
【００１９】又、 光モジュールの低価格と使いやすさを
実現でき、実装工程を短縮することができる。
【００２０】
【実施例】本発明のポイントは、光結合部材の固定にあ
り、強度の点で不安な光ファイバを光ファイバが突出し
たフェルールではなくフェルールそのものを用い、ブロ
ックによる固定と、モールドによる固定で強度を確保し
ている。以下、本発明の第１の実施形態の具体的構成に
ついて図面を参照して詳細に説明する。 図２は本発明
における光結合構造の分解斜視図である。
【００２１】基板の大きさは３ｍｍ×８ｍｍで、シリコ
ン( Ｓｉ) で構成されている。基板１上には光ファイバ
を有するフェルール２を保持する台形型の溝３が異方性
エッチングにより形成されている。溝３の一端部はダイ
シングソーにより切削除去されて、溝３に直行する断面
矩形上の溝４が形成され、溝３の深さは、外形１．２５
ｍｍのフェルール２を基板１上に搭載する事を考慮し、
約６５０μｍに設定している。
【００２２】フェルール２は例えばジルコニアで形成さ
れた外形１．２５ｍｍの円筒型フェルールであり、フェ
ルール２の中心穴中に光ファイバ８が挿入固定されてい
る。フェルール２はアルミナ等のセラミックや金属であ
ってもよい。フェルール２の両端面は光ファイバ８と同
一面となるように研磨加工されている。
【００２３】基板１の素子搭載部１ａ上にはレーザダイ
オード等の光電変換素子５及びモニタ用フォトダイオー
ド等の光電変換素子６が搭載されている。基板１の素子
搭載部１ａには更に、光電変換素子（レーザ５）用の一
対の配線パターン９及び光電変換素子（ＰＤ６）用の配
線パターン１０が形成されている。
【００２４】溝３の底面３ａ、溝３脇の基板面１ｂに熱
硬化性接着剤を滴下し、溝３にフェルール２を搭載す
る。フェルール２の先端面を溝４を画成する垂直面に突
き当てることにより、フェルール２は溝３内に位置決め
保持される。フェルール２の上部にも接着剤を滴下し、
基板１及びフェルール２の上部から溝３と同様に台形上
の断面を有する押え板７を搭載し、接着剤を硬化させる
ことでフェルール２を溝３に固定する。
【００２５】図３に本発明における光結合構造の斜視図
を示す。図光電変換素子５と光ファイバ８との光結合部
を樹脂封止するため、まず樹脂の流れ止めを目的とした
ダム材（粘性の高い樹脂）１１を光結合部の周りに塗布
し、次いで、例えばシリコーン樹脂等の熱硬化型光透過
性樹脂１２を光結合部に塗布する。
【００２６】ここで用いる樹脂は光透過性樹脂であれば
良く、ＵＶ硬化樹脂、透明エポキシ、ポリイミド樹脂な
どを用いることができる。その後、この基板１をリード
フレーム上に固定し、全体をエポキシ系樹脂によってモ
ールド形成する。この全体を覆う樹脂はフェノール樹脂
や、PPS 樹脂( ポリフェニルサルファイド) 等も用いる
ことができる。
【００２７】図４にモールド成形工程の概略図を示す。
成形用金型１３ａ，１３ｂをフェルール２を押さえるよ
うに締結する。そして、トランスファモールディング又
はインジェクションモールディング法によりエポキシ樹
脂15を金型１３ａ，１３ｂ内に注入し、約１８０℃に加
熱することによりエポキシ樹脂を硬化させてモールド成
形する。
【００２８】図５にモールド成形された状態が示されて
おり、基板１、フェルール２及びリードフレーム１４の
一部がモールド樹脂１５内に埋め込まれている。モール
ド樹脂１５よりフェルール２が突出した側は基板１が収
容された側より幅狭に構成されている。この幅狭に構成
した部分に突起を設け光コネクタとの嵌合を行うレセク
タプル嵌合部３５を構成している。
【００２９】図５に於いてレセクタプル嵌合部３５は突
起により構成しているが、コネクタの形態に合わせた窪
みであってもよい。図５には、モジュールの寸法も示し
てあり、単位はｍｍである。モジュールの内装に関する
内部の寸法はＳｉ基板８ｍｍに対してフェルール配列用
溝長は４ｍｍ、押え板長は３ｍｍ、エポキシ樹脂による
肉厚部分は４ｍｍである。
【００３０】この構成では簡易コネクタ挿抜５０回のテ
ストに対して±０．２ｄＢ以内の光結合が得られること
が確認できた。図６にフェルール固定の工程について具
体的に説明する。接着剤は熱硬化性のものでなくとも、
紫外線硬化接着剤やハンダでも良い。但し、紫外線硬化
接着材の場合、ＵＶを透過するようにブロック７をガラ
スなどの材質にする必要があり、ハンダの場合はシート
ハンダを用いるために溝底面３ａ及び基板面１ｂ、フェ
ルール２の側面２ａをメタライズする必要がある。
【００３１】図７にハンダを用いてフェルール２を固定
する際の概略図を示す。基板１上と、フェルール２の外
周、押え板７の溝部に、金属膜３０を設け、シートハン
ダ３１を加熱溶融させ固定する。次に光電変換素子５と
ベアファイバ８との光結合部を樹脂封止するため、まず
樹脂の流れ止めを目的としたダム材（粘性の高い樹脂）
１１を光結合部の周りに塗布し、次いで、例えばシリコ
ーン樹脂等の熱硬化型透光性樹脂１２を光結合部に塗布
する。
【００３２】その後、基板１はリードフレーム１４上に
エポキシ樹脂等により固定した後、配線パターンとリー
ドフレーム１４の端子とをワイヤにより電気的接触を得
る。第2 の実施形態の光モジュール構造におけるフェル
ールの固定方法について説明する。 第２の実施形態は
固定用樹脂の充填孔を有するブロックを用いたフェルー
ル固定方法により達成される。
【００３３】図８に光結合部の分解斜視図を示す。押え
板７にフェルール２固定用樹脂の充填孔２０が設けられ
ている。孔２０から注入された樹脂は同じく押え板７に
設けられたガイド溝２１ａ、基板１に設けられたガイド
溝２１ｂに充填され、図9 に示すように完全にフェルー
ル２を囲む形で樹脂２２が硬化され、フェルール２を固
定する。
【００３４】このような構造にすることで、フェルール
２をより強固に固定でき、基板外への樹脂の漏れを防
ぎ、また常に一定量の樹脂を固定に使用することができ
る。この場合、充填孔２０の形状、数量、位置に制限は
ない。第3 の実施形態の光モジュール構造におけるフェ
ルールの固定方法について説明する。 第３の実施形態
はフェルールと押え板に嵌合機能を付加したフェルール
の固定方法によって達成される。
【００３５】図１0 に光結合部の外略図を示す。フェル
ール２に押え板嵌合用の溝２３ａが設けられている。接
着固定と併用することで、モールド成形、あるいは簡易
コネクタの挿抜などの外力に対してより強固な結合が可
能となる。フェルール２に設けられる嵌合溝２３ａと、
ブロック７は図示された形状に限定されるものではな
く、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すような形状であっても
良い。
【００３６】但し、フェルール２と同様にブロック７に
も嵌合用の溝２３ｂを設ける必要がある。さらに、第２
の実施形態と第３の実施形態は組み合わせて使用するこ
とによりより強固な固定をすることができる。第４の実
施形態の光モジュール構造におけるフェルールの固定方
法について説明する。第４の実施形態はコレットに樹脂
充填孔を有するフェルール固定方法により達成される。
【００３７】通常押え板を接着固定する際に上部から押
さえるためのコレットを加工し、コレット２５自体が押
え板７の形状となっている。コレット２５には樹脂充填
孔２６とガイド溝２７が設けられており、充填孔２６か
ら注入された固定用樹脂は溝２７に充填される。コレッ
ト２５の材質をテフロンにすることで、樹脂硬化後コレ
ット２５は硬化した樹脂２８から剥離する。
【００３８】硬化した樹脂２８はそれ自体が押え板７と
同様の役割を果たすこととなり、コスト削減が期待でき
る。
【００３９】
【効果】本発明では、光ファイバを収納したフェルール
を基板上の溝に整列して固定し、光素子とフェルール端
を透明樹脂によって封止しているため、光ファイバはフ
ェルールを介して基板に接続し、光ファイバと光素子は
透明樹脂により光結合を行っており光結合部は空間なく
構成できる。
【００４０】その後、全体をエポキシ系樹脂によってモ
ールド成形するためフェルールの固定を強固に固定でき
る。このため、 製造性に優れた樹脂封止構造を用いなが
ら、挿抜に対して十分な強度を持ったレセプタクル構
造、及び湿熱や熱サイクルによる環境変化に対して安定
な構造が可能となる。
【００４１】又、 光モジュールの低価格と使いやすさを
実現でき、実装工程を短縮することができる。さらに、
フェルールと基板の固定にブロックに設け、ブロックに
設けた溝やフェルールの一部と嵌合する嵌合部により、
フェルールをブロックと基板で挟み込み固定すること
で、強固に固定することができる。
【００４２】又、ブロックを用いずに樹脂により基板に
フェルールをは挟み込み固定を行うことでもフェルール
を基板に強固に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の構成を示す図
【図２】光結合部の分解斜視図
【図３】光結合部の斜視図
【図４】モールド工程を示す図
【図５】モールド形成品を示す図
【図６】フェルール固定工程を示す図
【図７】ハンダを用いたフェルール固定を示す図
【図８】樹脂充填穴を有する押さえ板を用いたフェルー
ル固定構造を示す図
【図９】フェルール固定例を示す図
【図１０】ブロックとフェルールの嵌合を示す図
【図１１】ブロックとフェルールの嵌合部のその他の形
状を示す図
【図１２】コレットに樹脂充填穴を有するフェルール固
定構造を示す図
【符号の説明】
１ 基板 ２ フェルール ３ 溝 ４ 溝 ５ LD ６ PD ７ ブロック ８ 光ファイバ ９、１０ 配線パターン １１ ダム材 １２ 光透過性樹脂 １３ａ、１３ｂ 金型 １４ リードフレーム １５ エポキシ樹脂 ３０ 金属膜 ３１ シートハンダ ２５ コレット ２６ 樹脂充填穴 ２７ ガイド溝 ２８ 樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 箱木 浩尚 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 島野 善雄 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 三浦 和則 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 BA11 DA03 DA04 DA06 DA12 DA13 DA33 DA35

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光ファイバを保持し第１の端面と第2 の端
    面を持つフェルールと、該フェルールを保持するための
    溝と配線パターンを有する基板と、該配線パターン上に
    設けられた光素子と、該光素子と該基板の一部と該基板
    の該溝上に設けられた該フェルールの第１の端面との光
    結合部を少なくともカバーするよう塗布した光透過材料
    からなる透明樹脂と、該フェルールの第2 の端面を突出
    した状態で該基板, 透明樹脂および該フェルールの第１
    端面を覆うように構成された樹脂からなる光モジュー
    ル。
  2. 【請求項２】該基板の溝に対向した位置に溝を有するブ
    ロックを設け、該基板の溝と該ブロックの溝により該フ
    ェルールをはさみ込み固定することを特徴とする請求項
    １記載の光モジュール。
  3. 【請求項３】該基板の溝中に該基板の溝より幅広に切欠
    いた第１切欠き部を設け、該ブロックの溝中に該ブロッ
    クの溝より幅広に切欠いた第２切欠き部と、該第２切欠
    き部と該ブロックの表面を貫通する穴を設け、該穴より
    該第１切欠き部と該第２切欠き部に接着材を充填し固定
    した構成とすることを特徴とする請求項２記載の光モジ
    ュール。
  4. 【請求項４】該フェルールに切欠き部を設け、該基板の
    溝に対向した位置に該フェルールと切欠きと嵌合する嵌
    合部を有するブロックを設け、該ブロックの嵌合部と該
    フェルールの切欠き部を嵌合した状態で、該基板の溝に
    該フェルールをはさみ込み固定することを特徴とする請
    求項１記載の光モジュール。
  5. 【請求項５】該基板の溝に該フェルールを設け、該フェ
    ルールを第３の樹脂によりモールドにより該基板に固定
    したことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
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