JP2007035725A - 光電気変換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 電気的または光学的雑音に対する信頼性を確保しながらも、応力変形による光結合効率の悪化を低減させ、また、より低コストの光電気変換モジュールを提供すること。
【解決手段】 透明樹脂からなる部材が、受光素子の受光面および発光素子の発光面に対向する位置に光結合素子を有し、かつ発光素子および受光素子の近傍に板状部材に対して凸となる構造を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光伝送、光計測、光メモリ等の各種分野に適用可能で光の入出射を行う光電気変換モジュールに関する。

光電気変換素子または光電気変換素子と、電子回路素子とをパッケージ化することにより、マルチチップモジュールとなる光電変換パッケージ、または光電気変換パッケージ、または光電変換モジュール（“ＯＥ−ＭＣＭ”とも呼ばれる）は、光電気変換素子、または光電気変換素子、光結合素子、光実装基板、発光光電気変換素子用ドライバ電子回路素子、受光光電気変換素子用増幅電子回路素子、論理電子回路素子、さらにはこれら全体を封止するパッケージ、端子、ＭＣＭ基板等から構成される。

特許文献１、２等には、光電気変換素子、電気回路素子及び周辺部品が同一部品に実装されている従来の光電気変換モジュールの構成例が開示されている。

特許文献１には、コネクタ構成を有する部品（光ファイバ等）と、同一基板上に、前記光ファイバと光学的に結合されている光電気変換素子（発光素子、受光素子等）と、周辺部品(送信側ＬＳＩ、受信側ＬＳＩ等)と、遮蔽板を有し、光ファイバと光電気変換素子(発光素子、受光素子)の間に、光ファイバと発光素子が対向した位置と光ファイバと受光素子が対向した位置とに開口が設けられた導電性の板状部材を有し、板状部材には、開口を光ファイバ側からふさぐ透明部材が設けられており、透明部材には、開口を塞ぐ領域にレンズが形成されている（マイクロレンズペア）。

また、特許文献２には、ＭＩＤ（MoLDing Interconnect Device）のような立体形状の基板を使用する技術が開示されている。
特開２００２−２０２４３８号公報 特開２０００−３３１５７７号公報

しかしながら、上述した従来例においては次のような問題点があった。

従来の技術では、電気的および光学的クロストークを防ぐよう設けられた遮蔽板と、導電性の板状部材(金属被覆ガラス部材、金属部材等)は、材料(金属やガラス)や部品点数およびの実装工程が増加し、コスト増加の要因となる。

本発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気的または光学的雑音に対する信頼性を確保しながらも、応力変形による光結合効率の悪化を低減させ、また、より低コストの光電気変換モジュールを提供することである。

請求項１記載の発明は、発光素子と、受光素子と、発光素子と受光素子が実装された板状部材と、板状部材と発光素子と受光素子とを覆う形状に実装された透明樹脂からなる光電気変換モジュールにおいて、透明樹脂からなる部材が、受光素子の受光面および発光素子の発光面に対向する位置に光結合素子を有し、かつ発光素子および受光素子の近傍に板状部材に対して凸となる構造を有することを特徴とする光電気変換モジュールである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の光電気変換モジュールにおいて、板状部材に対して凸となる構造は、光結合素子の受光素子側と発光素子側との間に設けられることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の光電気変換モジュールにおいて、板状部材に対して凸となる構造が、受光素子と発光素子とを異なる空隙に分離する隔壁であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の光電気変換モジュールにおいて、隔壁は、鉤形に屈折する構造を有することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の光電気変換モジュールにおいて、板状部材に対して凸となる構造は、不透明樹脂からなることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の光電気変換モジュールにおいて、板状部材に対して凸となる構造に不透明材料からなる部材を設けたことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の光電気変換モジュールにおいて、板状部材に対して凸となる構造に導電性材料からなる部材を設けたことを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の光電気変換モジュールにおいて、導電性材料からなる部材は、銅を電着することにより形成されることを特徴とした。

請求項９記載の発明は、請求項７記載の光電気変換モジュールにおいて、導電性材料からなる部材は、導電性塗料を塗布することにより形成されることを特徴とした。

請求項１０記載の発明は、請求項７記載の光電気変換モジュールにおいて、導電性材料からなる部材は、金属箔を貼り付けることにより形成されることを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項７から１０のいずれか１項に記載の光電気変換モジュールにおいて、導電性材料からなる部材は、接地されていることを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、請求項１から１１のいずれか１項に記載の光電気変換モジュールにおいて、透明樹脂からなる部材は、光結合素子近傍および外縁付近を板状部材に接着され、光結合素子近傍は強固に接着され、外縁付近は柔軟に接着されることを特徴とする。

本発明によれば、電気的または光学的雑音に対する信頼性を確保しながらも、応力変形による光結合効率の悪化を低減させ、また、より低コストの光電気変換モジュールを提供することができるようになる。

〔第１の実施の形態〕本発明の第１の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。図１および図２は、本実施の形態の光電気変換モジュールの構成例を示す図である。

図１において、１は配列されたレーザダイオード（ＬＤ）もしくは面発光レーザ（VCSEL：Vertical Cavity Surface-Emitting Laser）であり、２は面受光型ＰＩＮフォトディテクタ（ＰＤ）であり、３はＬＤドライバ（ＬＤＤ）であり、４はトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）であり、５はインターポーザとなるプラスチック基板であり、ＬＤ１、ＰＤ２、ＬＤＤ３、ＴＩＡ４は基板５にダイボンド実装され、６は透明樹脂からなるレンズ７および基板５に対して凸となる凸構造８が一体化された樹脂部材であり、樹脂部材６はＬＤ１、ＰＤ２の位置に対して位置調整され、ＬＤ１、ＰＤ２、ＬＤＤ３、ＴＩＡ４を覆うように基板５に接着されており（接着層は図示せず）、ＬＤとＬＤＤおよびＰＤとＴＩＡは金ワイヤ１６で電気的に接続され、ＬＤＤおよびＴＩＡは基板上の配線（図示せず）と金ワイヤ１６で電気的に接続される。

また、図２を用いて第１の実施の形態を説明するが、図１と同じ構成の説明については割愛する。ＬＤ１およびＰＤ２は銅スペーサ１０にダイボンド実装されており、銅スペーサ１０は位置合わせをされて基板５に接着される。

また、図１において、凸構造８は基板５に接地しており、図２において、凸構造８は銅スペーサ１０に接地しており、樹脂部材６の剛性が向上し、応力変形による光学的に理想の位置からのレンズのズレが減少し、応力変形による光利用効率の悪化が低減される。

また、本実施の形態において、図１ではＰＤ１、ＬＤ２、レンズ７が複数配列され、チャネル数が複数の場合を表しており、以後の実施例においては、ＰＤ１、ＬＤ２、レンズ７は１チャネル分しか図示されていないが、すべての実施例において、チャネル数を制限するものではない。

また、図２における凸構造８の断面形状は、図２に示した長方形に限定されるわけではなく、円形や楕円径や他の多角形等であっても同様に効果的である。また、凸構造８は１ケに限定されるわけではなく、複数個を基板上に設けることによってより応力変形を低減し、かつレンズの位置精度を向上することができるようになる。複数個の凸構造８を銅スペーサ１０に接地する構造を設けることも同様に効果的である。また、このときに銅スペーサ１０に接地する部分として樹脂部材６の凸構造８以外に、樹脂部分の周辺部を加えることで、より応力変形を低減し、かつレンズの位置精度を向上することができるようになる。

また、凸構造８の、基盤５もしくは銅スペーサ１０への接地面の形状は、平面に限定されるわけではなく、基盤５もしくは銅スペーサ１０に対して凸または凹となる構造を有してもよい。また、基板５もしくは銅スペーサ１０は、凸構造８が接地される位置に、凸構造８の接地面に設けられた凸または凹の構造に噛合する形状を有してもよい。

〔第２の実施の形態〕本発明の第２の実施の形態を図３に基づいて説明する。図３は、本実施の形態の光電気変換モジュールの構成例を示す図である。

図１と重複する構成については説明を割愛する。１００は基板５に対して凸となる凸構造８を構成する樹脂部材であり、この樹脂部材１００よりなる凸構造８は送信側レンズ１７と受信側レンズ１８の間に設けられており、凸構造８は基板５に接地しており、より小さな構成で応力に対する剛性が向上し、応力変形による光学的に理想の位置からのレンズ位置のズレがより一層に減少し、応力変形による光利用効率の悪化がより低減される。

また、この樹脂部材１００は図３に示すように上部の樹脂部材６の平板部分と一体化している形状に限定されるわけではなく、図２に示すような凸構造８のような樹脂部材６の平板に対して凸構造となる樹脂部材６を設け、このような形状の樹脂部材６に対してこの樹脂部材６とは異なる別の樹脂部材１００を一体化することも同様に効果的である。図２に示すような凸構造８を複数設け、このうちの一部を樹脂部材６により形成し、このうちの一部をこの樹脂部材６とは異なる別の樹脂部材１００を一体化することで形成してもよい。

〔第３の実施の形態〕本発明の第３の実施の形態を図４に基づいて説明する。図４は、本実施の形態の光電気変換モジュールの構成例を示す図である。

図１と重複する構成については説明を割愛する。６は基板５に対して凸となり、ＬＤ１およびＬＤＤ３からなる送信側とＰＤ２およびＴＩＡ４からなる受信側とを異なる空隙に分離する隔壁９と一体化された樹脂部材であり、樹脂部材６が透明樹脂より成型されており、送信側のＬＤ１から受信側のＰＤ２に回り込む光は分散され、光学的なクロストークが低減され、隔壁９が樹脂部品６に一体化されるため、部品点数および実装工程数が削減される。

〔第４の実施の形態〕本発明の第４の実施の形態を図５に基づいて説明する。図５は、本実施の形態の光電気変換モジュールの構成例および効果を示す図である。

図４と重複する構成については説明を割愛する。図５に示すように、LＬＤ３とＴＩＡ４がモジュールの中心に対して点対称な位置に、基板５に実装され、隔壁９はモジュールの中心付近で鉤型に屈折する。

一般に、レンズ６の幅よりＬＤＤ３やＴＩＡ４の幅の方が大きいため、受信側および送信側のレンズ間で屈折することにより、モジュールのｘ方向の幅が小型化される。

また、隔壁９の屈折は直角に限定されるわけではなく、隔壁９はレンズ間の中心付近を中心としてほぼ点対称の形状をなすよう屈折する構造でもよい。

〔第５の実施の形態〕本発明の第５の実施の形態を図６および図７に基づいて説明する。図６は、光結合素子７が設けられた樹脂部材６および不透明樹脂による部材１３が一体に成型される工程を示す図である。図７は、本実施の形態の光電気変換モジュールの構成例を示す図である。

図４と重複する構成については説明を割愛する。光結合素子７が設けられた樹脂部材６および不透明樹脂部材１３は２色成型により一体に成型され、樹脂部材６および不透明樹脂部材１３は、図７の示すように、ＬＤ１とＰＤ２に対して位置合わせされて基板５に接着される。

一般に、樹脂部材の成型において、部材の肉厚の差が大きい場合、肉薄部の引けが起きやすく、成型条件出し等の問題があるが、図６に示すようにまず肉薄部を成型し、ついで肉厚部を先に成型した肉薄部に一体に成型する２色成型ならば、より成型が容易であり、２種の部品に分けるより成型、組立工数の両面からコストが削減される。また、２色成型は２種の異材料の成型が可能であり、レンズ７を含む部分を透明樹脂で成型し、隔壁９を含む部分を不透明材料で成型することにより、光学的クロストークが低減される。

〔第６の実施の形態〕本発明の第６の実施の形態を図８に基づいて説明する。図８は、本実施の形態の光電気変換モジュールの構成例および効果を示す図である。

図４と重複する構成については説明を割愛する。成型された樹脂部材６設けられた隔壁９に金属箔等の不透明部材を接着し、樹脂部材６をＬＤ１とＰＤ２に対して位置合わせされて基板５に接着することにより、光学的クロストークが低減される。

〔第７の実施の形態〕本発明の第７の実施の形態を図９に基づいて説明する。図９は、本実施の形態の光電気変換モジュールの構成例および効果を示す図である。

図４と重複する構成については説明を割愛する。成型された樹脂部材６設けられた隔壁９に、樹脂への銅、銀、黒鉛、ニッケルを含む導電性塗料の塗布や、樹脂部材への銅メッキ加工や、EMI（Electro Magnetic Interference）対策用シートの貼り付け等の手法により導電性材料からなる部材を設け、樹脂部材６をＬＤ１とＰＤ２に対して位置合わせされて基板５に接着することにより、電気的雑音の影響を低減して、電気的クロストークを低減する。
また、導電性部材１５は、隔壁９にのみ設けられる場合に限定されるものではなく、図１０に示すように、レンズ７表面および、ＬＤ１から出射された光およびＰＤ２に入射する光の光路を妨げない範囲の樹脂部材６の表面のすべて、もしくは一部に設けられる。

〔第８の実施の形態〕本発明の第８の実施の形態を図１１に基づいて説明する。図１１は、本実施の形態の光電気変換モジュールの構成例を示す図である。

図１と重複する構成については説明を割愛する。接点部材１８は、金メッキされた薄肉のステンレス鋼やベリリウム銅よりなり、板バネ部１９および基板実装部２０よりなり、基板実装部２０において基板５上のグランド配線（図示せず）に、はんだ実装され、かつ板バネ部１９は樹脂部材６に設けられた導電性部材１５に接しており、導電性部材１５は接地され、導電性部材１５の電位は安定し、ＴＩＡ４等の受信側への電気的雑音の影響をより低減して、電気的クロストークをより低減する。

〔第９の実施の形態〕本発明の第９の実施の形態を図１２および図１３に基づいて説明する。図１２は、本実施の形態の光電気変換モジュールの構成例示す図である。図１３は、本実施の形態の光電気変換モジュールの効果を示す図である。

図４と重複する構成については説明を割愛する。図１２に示すように、樹脂部材６は基板５に、レンズ近傍を硬質の接着層（硬質）２１により強固に接着され、外縁を接着層（ゲル）柔軟に接着される。

図１３は、高温環境下における樹脂部材６の変形の様子を示したものである。高温環境下では、基板５と樹脂部材６は材質の膨張係数の差から、樹脂部材６の接着時に位置合わせされたＬＤ１およびＰＤ２に対するレンズ７の位置に、ズレが発生し、光利用効率が低下する。本実施例において、樹脂部材６はレンズ７の近傍を基板５に強固に接着されるため、水平方向への前記位置ズレが低減され、また外縁付近を柔軟に接着されるため、図１３に記載のｂのように垂直方向への変形も発生しない。以上より、高温環境時の光利用効率の悪化が低減される。

なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更実施が可能である。

第１の実施の形態における光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第１の実施の形態における光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第２の実施の形態における光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第３の実施の形態における光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第４の実施の形態における光電気変換モジュールの構成および効果を示す図である。 第５の実施の形態におけるプラスチック部材の製造の形成工程を示す図である。 第５の実施の形態における光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第６の実施の形態における光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第７の実施の形態における光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第７の実施の形態における光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第８の実施の形態における光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第９の実施の形態における光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第９の実施の形態における光電気変換モジュールの効果を示す図である。

符号の説明

１ ＬＤ
２ ＰＤ
３ ＬＤＤ
４ ＴＩＡ
５ 基板
６ 樹脂部材
７ レンズ
８ 凸構造
９ 隔壁
１０ 銅スペーサ
１１ 枠部材
１２ 型
１３ 不透明樹脂部材
１４ 不透明部材
１５ 導電性部材
１６ 金ワイヤ
１７ 光電気変換モジュール
１８ 接点部材
１９ 板バネ部
２０ 基板実装部
２１ 接着層（硬質）
２２ 接着層（ゲル）
１００ 凸構造を構成する部材
２００ 光ファイバ
２０１ 発光素子
２０２ 受光素子
２０３ 送信側ＬＳＩ
２０４ 受信側ＬＳＩ
２０５ 基板
２０６ 信号配線
２０７ 遮蔽板
２０８ 金属被覆ガラス部材
２０９ 透明部材（マイクロレンズペア）
２１０ 光コネクタ
２１０ａ 嵌合穴
２２０ プリント配線基板
２２２ ＬＥＤ駆動素子
２２３ フォトＩＣ周辺部品
２２４ ＬＥＤチップ
２２５ フォトＩＣ
２２７ 光学レンズ
２２８ 導電皮膜
２２９ 透明導電皮膜
２３１ ＭＩＤ
２３２ 表面ケース
２３３ 接合ワイヤ

Claims (12)

1. 発光素子と、受光素子と、前記発光素子と前記受光素子が実装された板状部材と、前記板状部材と前記発光素子と前記受光素子とを覆う形状に実装された透明樹脂からなる光電気変換モジュールにおいて、
   前記透明樹脂からなる部材が、前記受光素子の受光面および前記発光素子の発光面に対向する位置に光結合素子を有し、かつ前記発光素子および前記受光素子の近傍に前記板状部材に対して凸となる構造を有することを特徴とする光電気変換モジュール。
2. 前記板状部材に対して凸となる構造は、前記光結合素子の受光素子側と発光素子側との間に設けられることを特徴とする請求項１記載の光電気変換モジュール。
3. 前記板状部材に対して凸となる構造が、受光素子と発光素子とを異なる空隙に分離する隔壁であることを特徴とする請求項２記載の光電気変換モジュール。
4. 前記隔壁は、鉤形に屈折する構造を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光電気変換モジュール。
5. 前記板状部材に対して凸となる構造は、不透明樹脂からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光電気変換モジュール。
6. 前記板状部材に対して凸となる構造に不透明材料からなる部材を設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光電気変換モジュール。
7. 前記板状部材に対して凸となる構造に導電性材料からなる部材を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光電気変換モジュール。
8. 前記導電性材料からなる部材は、銅を電着することにより形成されることを特徴とした請求項７記載の光電気変換モジュール。
9. 前記導電性材料からなる部材は、導電性塗料を塗布することにより形成されることを特徴とした請求項７記載の光電気変換モジュール。
10. 前記導電性材料からなる部材は、金属箔を貼り付けることにより形成されることを特徴とする請求項７記載の光電気変換モジュール。
11. 前記導電性材料からなる部材は、接地されていることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の光電気変換モジュール。
12. 前記透明樹脂からなる部材は、前記光結合素子近傍および外縁付近を前記板状部材に接着され、前記光結合素子近傍は強固に接着され、外縁付近は柔軟に接着されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光電気変換モジュール。

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