JP2007049017A - 光電気変換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 高い位置決め精度、高い光利用効率特性、高い信頼性を有し、素子寿命が長く低コストでモジュール化した光電気変換モジュールを提供する。
【解決手段】 光電気変換モジュール１０のインタポーザ１１に、面発光レーザ１２と、レーザドライバ１３と、トランスインピーダンスアンプ１４と、を実装し、各素子間を金ワイヤ１５、電気配線１６により接続する。これらを透明樹脂である被覆材料１７で被覆する。この被覆材料１７で被覆されたインタポーザ１１をマイクロレンズ１９が設けられたプラスチック部材１８で密閉カバーする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光電気変換モジュールに関する。

近年、光伝送や光計測、光メモリなどの様々な技術分野で、光を電気に変換する光電気変換モジュール（ＯＥ−ＭＣＭ）が使用されている。

光電気変換モジュールは、光電気変換素子と電子回路素子とをパッケージ化してマルチチップモジュール（ＭＣＭ：multi chip module）としたものであり、光電気変換素子、光学素子（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、これらを封止するパッケージ、端子、ＭＣＭ基板等から構成される。

このような光電気変換モジュールに関する技術としては、次のものが知られている。

特許文献１では、金属のハーメチック封止による光電気変換素子パッケージよりも小型化・低価格化を実現することのできる光電気変換素子パッケージが提案されている。

この光電気変換素子パッケージは、光ファイバ５１等のコネクタ構成を有する部品と、これに対して位置調整された光電気変換素子５２と、電気回路素子５３と、モニタ用ＰＤチップ５４やＷＤＭフィルタ５５等の周辺部品とを、不透明で硬化性に優れたエポキシ樹脂等のモールド部材５６によりモールドし、且つ、光電気変換素子５２及びモニタ用ＰＤチップ５４の周りを導光可能なようにシリコン系樹脂等の透明樹脂５７により覆った構成となっている（図１３参照）。

また、特許文献２では、光電気変換素子と電子回路素子とをパッケージ化する際に、光電気変換素子を予め光学部品と光学実装しておくことにより、通常のマルチチップモジュールにおける光学実装精度と同様なアラインメントトレランスの大きな実装ができ、簡単かつ低コストで作製可能な光電気変換素子パッケージが提案されている。

この光電気変換素子パッケージは、光電気変換素子６１とこれを封止する透明材料６２とからなるパッケージＡ６３と、光電気変換素子６１と電気的に接続された電子回路素子６４とパッケージＡ６３とを封止するパッケージＢ６５とからなり、パッケージＡ６３の一部がパッケージＢ６５の一部から外部に露出した構成となっている（図１４参照）。
特開２０００−２２８５５５号公報 特開２００４−３１９５５５号公報

しかし、上述の技術は以下の問題点を有している。

特許文献１に記載の光電気変換素子パッケージでは、光ファイバ５１と光電気変換素子５２とを高効率で光結合させるために高い光学実装精度が必要になるのに加え、光ファイバ５１をモールド部材５６に直接挿入して一体化しているため光ファイバ５１の脱着ができない。このため、リフロー炉を用いた量産を行うことができず、ロボット半田付けや手半田付け等による少量生産しかできないという問題点がある。

また、機器内光伝送におけるボード間光伝送のように機器組み付け作業としてコネクタが必須の装置には用いることができないという問題がある。

なお、光コネクタをモールド部材５６に直接挿入し一体化すれば、光電気変換素子パッケージと外部の光ファイバ５１とを脱着可能にすることができるが、光コネクタは高価であるゆえ、素子の低コスト化が達成できなくなる。また、光コネクタという大きい部材に対する高精度の光学実装が必要となるので、組み付けコストが増大し低コスト化が達成できなくなる。

また、特許文献２に記載の光電気変換パッケージでは、光電気変換素子６１を予め光学部品と光学実装しておく必要があるが、光学部品に要求される樹脂は、良好な光学素子特性を発現するために成形精度が高く且つ変形しにくい比較的に硬度の高い材料であるのに対して、封止材料６２に要求される材料は、ワイヤボンド実装を用いる場合には、熱衝撃および熱サイクル時のワイヤおよびワイヤボンド部への応力を小さくして信頼性を確保することのできる、ある程度変形しやすく比較的硬度の低い材料であり、その要求する材料性質が異なる。

基本的には信頼性の確保が優先されるので、ある程度変形しやすく比較的硬度の低い材料を封止材料６２として用いることになるが、光学特性がこの封止材料の分だけ劣化してしまうので、通常の光学部品と比較して十分な光学特性を得ることができず、また、光利用効率を大きくすることができないという問題点がある。また、この光電気変換素子パッケージに光コネクタの機能を複合化させる場合の光コネクタの位置決め穴の形状精度に関しても、軟らかく変形が比較的生じ易い材料のために形状精度が低下するので、高精度の位置決めが難しいという問題点がある。

上記のような問題点を回避する構成としては、例えば、上記特許文献において用いられている封止材料を用いない構成が考えられる。しかし、封止材料を用いないと光電気変換素子のワイヤボンドやバンプ等の電気的接続部分の信頼性が湿気により低下してしまい、寿命が短くなってしまう。

この点を回避する構成の光電気変換素子パッケージとしては、光電気変換素子を密閉ケースに実装したもの（ハーメチック：気密封止法）が考えられる。しかし、リフロー等の高温度の基板への実装プロセスを後工程として行う場合には内部ガスの膨張によってプラスチックが変形してしまうので、手ハンダ等の低温実装工程が必要となり量産性に欠ける。

また、光結合素子と封止材料とを別の部材で構成させ密着させた構成も考えられるが、光結合素子の光学パワーは光結合素子を構成する材料と封止材料との屈折率差に依存するので、光学パワーが封止材料を用いない場合と比較して小さくなってしまう。それゆえ、光結合素子のサグ量が大きくなり作製が複雑になってしまうという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高い位置決め精度、高い光利用効率特性、高い信頼性を有し、素子寿命が長く低コストでモジュール化した光電気変換モジュールを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、基板と、光電気変換素子と、電子回路素子と、前記光電気変換素子と前記電子回路素子とを接続する電気接続手段と、プラスチック部材と、光学素子と、を有する光電気変換モジュールであって、前記基板上に実装された前記光電気変換素子と前記電子回路素子と前記電気接続手段とは被覆材料により被覆され、前記プラスチック部材は、前記被覆材料により被覆された前記基板を覆うように、且つ、前記プラスチック部材と前記被覆材料との間に空気が存在する空気層が形成されるように配置され、前記光学素子は、前記プラスチック部材の前記空気層と触れる面に形成されていることを特徴とする。

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、前記プラスチック部材に、前記空気層と前記光電気変換モジュールの外部との空間を接続する空気流路が形成されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の光電気変換モジュールにおいて、前記被覆材料と前記空気層との界面は略平面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、前記光学素子の前記被覆材料に対向する面の少なくとも一部に、撥水性を有する膜または親水性を有する膜が形成されてい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、前記被覆材料の前記光学素子に対向する面の少なくとも一部に、撥水性を有する層または親水性を有する層が形成されてい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、前記光学素子は前記プラスチック部材の凹部に形成されていることを特徴とする。

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、前記プラスチック部材に、前記被覆材料が存在する空間と前記光電気変換モジュールの外部との空間を接続する開口部が形成されていることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項２から７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、前記空気流路は、前記プラスチック部材に形成された光コネクタのピンを挿入する位置決め穴であることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項７または８に記載の光電気変換モジュールにおいて、前記開口部は、前記プラスチック部材に形成された光コネクタのピンを挿入する位置決め穴であることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項２から９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、前記空気流路には、多孔質材料が充填されていることを特徴とする。

本発明により、光電気変換素子と光学素子との位置調整を高精度に行うことができるので可能となり、光電気変換モジュールの光利用効率の高い光電気変換モジュールを実現することが可能となる。基板と基板を覆うプラスチック部材とを一体構成ではなく分離構成としているので、耐熱性や個別検査の面で実益があり、光電気変換モジュールの光利用効率・信頼性を向上させることができる。

また、光電気変換素子を被覆材料により被覆しているので、出入射される光ビームが吸収や散乱により損失する量を低減させることができる。さらに、該被覆材料により、光電気変換素子、電子回路素子および電気接続手段の水分や電磁波に対する信頼性を向上させ、長寿命を図ることができる。

以下、本発明の光電気変換モジュールについて、実施の形態に即して説明する。

＜第１の実施形態＞
光電気変換モジュールの第１の実施形態について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の光電気変換モジュールの構成を示す。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、インタポーザ１１と、面発光レーザ１２と、レーザドライバ１３と、トランスインピーダンスアンプ１４と、金ワイヤ１５と、被覆材料１７と、プラスチック部材１８と、から構成される。

基板としてのインタポーザ１１はプラスチックからなる配線板であり、内部には複数の電気配線１６が張り巡らされている。該インタポーザ１１の表面には、面発光レーザ１２と、レーザドライバ１３と、トランスインピーダンスアンプ１４と、が実装され、各部材の電極は電気接続手段としての金ワイヤ１５により電気配線１６と電気的に接続されている。

光電気変換素子としての面発光レーザ１２は、図１の垂直方向（上方向）へレーザ光を照射する。なお、面発光レーザ１２は半導体レーザであっても良い。また、面受光型フォトディテクタであっても良い。面発光レーザと面受光型フォトディテクタの組み合わせであっても良い。

電子回路素子としてのレーザドライバ１３は、面発光レーザ１２の駆動制御を行う。また、電子回路素子としてのトランスインピーダンスアンプ１４は、入力電流を電圧に変換する。

インタポーザ１１表面は、透明樹脂からなる被覆材料１７により被覆されており、インタポーザ１１表面に実装される面発光レーザ１２、レーザドライバ１３、トランスインピーダンスアンプ１４、金ワイヤ１５も、被覆材料１７により被覆されている。なお、本実施形態では、この被覆材料１７はインタポーザ１１を山型に被覆している。

インタポーザ１１は、プラスチック部材１８により密閉カバーされる。なお、インタポーザ１１とプラスチック部材１８とは接着剤により固定接合される。

プラスチック部材１８と被覆材料１７の間には、エアの存在する空間（符号番号２０／請求項中では「空気層」）が存在する。また、該プラスチック部材１８の中央部には、透明樹脂からなる光学素子としてのマイクロレンズ１９が成型されている。なお、このマイクロレンズ１９は、プラスチック部材１８のエアの存在する空間と触れる面に成型される。言い換えればマイクロレンズ１９の面発光レーザ１２側の界面と、プラスチック材料１８とエアの存在する空間２０の界面とが一致するように成型される。

次に、図２、図３を参照して、本実施形態の光電気変換モジュール１０の製造工程について説明する。

まず、図２の（Ａ）に示すように、インタポーザ１１表面に、ベアチップからなる面発光レーザ１２、レーザドライバ１３、トランスインピーダンスアンプ１４、をダイボンド実装し、各部材の電極とインタポーザ１１の電気配線１６の電極とを金ワイヤ１５を用いてワイヤボンド実装する。

次に、（Ｂ）に示すように、インタポーザ１１表面及びインタポーザ１１表面に実装される各部材を覆うように、前駆体２１をポッティングにより注入する。なお、この前駆体２１は、被覆材料１７である樹脂材料の前駆体である。

次に、（Ｃ）に示すように、中心部にマイクロレンズ１９を成型したプラスチック部材１８を取り付ける。この際、マイクロレンズ１９と面発光レーザ１２の位置関係が最適になるように（本実施形態ではちょうど真上になるように）位置決めして取り付ける。プラスチック部材１８下部のインタポーザ１１との接合面には未硬化の接着剤が塗布されており、プラスチック部材１８をインタポーザ１１に取り付けたあとで、熱あるいは光照射による未硬化接着剤の硬化処理を行うことでプラスチック部材１８をインタポーザ１１に固定接合する。図３の（Ｄ）は、プラスチック部材１８をインタポーザ１１に固定接合した状態を示す。

次に、前駆体２１に対し熱処理または光照射処理を行うことで前駆体２１を硬化させ被覆材料１７に変化させる。これにより（Ｅ）に示すように、本実施形態の光電気変換モジュール１０が製造される。

なお、本実施形態の光電気変換モジュール１０は、リフローにより電子機器の主基板上の銅などからなる電気配線にＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）などを介して接合されて実装される。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、光電気変換素子としての面発光レーザ１２を実装した後に、光学素子としてのマイクロレンズ１９を成型したプラスチック部材１８を実装する構成であるので、光電気変換素子と光学素子の位置調整を３軸方向に対して行うことが容易にでき、光電気変換モジュール１０の光利用効率を飛躍的に向上させることが可能となる。

また、本実施形態の光電気変換モジュール１０は、光学素子を成型したプラスチック部材１８と基板であるインタポーザ１１とを別構成にしているので、プラスチック部材１８として高耐熱性を有する材料を選択して使用することができる。また、その形状を高精度に決定することができる。さらに、これらを個別検査することが可能となるので、光電気変換モジュール１０の光利用効率、歩留まり、耐熱性など、光物性、コストパフォーマンス性をより向上させることが可能となると同時に信頼性（素子としての信頼性も含む）を向上させることが可能となる。

また、本実施形態の光電気変換モジュール１０は、光電気変換素子を透明樹脂からなる被覆材料１７により被覆しているので、光電気変換素子としての面発光レーザ１２から出射される光ビームおよび光電気変換素子としての面受光型フォトディテクタに入射する光ビームの光量が吸収や散乱によって損失することを抑制することができる。また、この被覆材料１７により、インタポーザ１１に実装される光電発光素子としての面発光型レーザ１２や電子回路素子としてのレーザドライバ１３、及びこれらを接続する金ワイヤ１５の耐湿性や電磁波に対する信頼性（必要のない発信源あるいは受信源とならない等）、寿命を向上させることが可能となる。

また、本実施形態の光電気変換モジュール１０は、被覆材料１７とプラスチック材料１８とを直接接触させず、間にエアの存在する空間２０を持たせているので、高温時の被覆材料１７の熱膨張の影響により、プラスチック材料に成型したマイクロレンズ１９（光学素子）の位置および方向の変動やレンズ面の形状変形を回避することができる。

また、このエアの存在する空間２０により、この部分（空間）についての熱伝導率は低いものとなっているので、下側（上側）からの伝熱による温度増加を低減することが可能となっている。なので、主基板にＢＧＡを介してリフロー実装時する際の熱によって、プラスチック部材１８（光学素子としてのマイクロレンズ１９を含む）が変形することを抑制することができる。

さらに、本実施形態の光電気変換モジュールは、光学素子としてのマイクロレンズ１９の光電気変換素子（面発光レーザ１２）側の界面を、光学素子が成型されるプラスチック材料１８とエアの存在する空間２０との界面とすることができるので、光学的パワーの発現に必要な屈折率差を大きくできる。よって、レンズの凹凸量を低減し、且つ、レンズの面形状を高精度にコントロールして、光学素子としてのマイクロレンズ１９を成型することができる。

また、実質的に屈折率差が大きくなるので、高屈折率の材料を仮に使用したとしても、成形時の収縮による影響が小さくなる。よって、高精度に光学系を設計どおりに位置決めできる。さらに、実質的に屈折率差が大きくなることで、屈折率の小さな材料を用いることができるため、設計上選択できる光学材料の範囲を大きくでき、容易に光電気変換モジュール１０を作製することが可能となる。

＜第１の実施形態／補足事項＞
なお、図１においては、エアの存在する空間２０は、被覆材料１７全体を界面としているが、この形態に限らず、光学素子としてのマイクロレンズ１９近傍のみに設けても良い。このように構成することにより、エアの存在する空間２０の体積が小さくなるので、この空間に含まれる水蒸気量を低減でき、また、他の微量ガスが混在した分子の絶対量を低減できるので効果的である。また、エアの存在する空間２０にエア（空気）ではなく、窒素ガス、炭酸ガスなどの乾燥ガスあるいは不活性ガスを封入しても良い。また、該空間２０を減圧状態にしても良い。

また、被覆材料１７としては、利用する波長帯域で必要な透過率を有する材質のものを使用することができる。例えば、８５０ｎｍの赤外領域を用いる場合には、イミド結合（イミド樹脂を含む）やベンゼン環等の材料組成に依存して黄色味を帯び青色帯域に多少吸収領域を有する樹脂を利用することができる。

また、被覆材料１７の前駆体樹脂である前駆体２１は、ポッティングにより供給することに限定されず、分割前のインタポーザ基板の集合体であるインタポーザ基板前駆体の個々にコータ等を用いて塗布して供給してもよい。すなわち、インタポーザ基板前駆体のカッティング後に前駆体２１を各々のインタポーザ基板に塗布しても、カッティングする前のインタポーザ前駆体に前駆体２１を塗布してもよい。

また、前駆体２１の硬化処理を仮硬化工程と本硬化工程とに分け、仮硬化工程では作業性を向上あるいは確保するための硬化処理を行い、本硬化工程で使用条件を確保するための硬化処理を行うようにしても良い。このような処理工程を辿ることにより、作業工程での歩留まり向上に寄与することが可能となる。

また、上記実施形態においては、単にインタポーザ１１を被覆材料１７で覆った構成を示したが、このようなに形態に限らず、例えば、光ビームの光路以外の部分においてギャップ部材（スペーサ）や側壁部材を用いても良い。このように構成することにより、位置精度や形状精度を高く保持することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
光電気変換モジュールの第２の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、第１の実施形態の光電気変換モジュールと同一の部材、構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４は、本実施形態の光電気変換モジュール１０を示す。本実施形態の光電気変換モジュール１０は、第１の実施形態の光電気変換モジュールのプラスチック部材１８の側面にエアの存在する空間２０と外部空間とを空間的に接続する開口であるエア流路２２を設けた構成となっている。

第１の実施形態の光電気変換モジュールにおいて、光電気変換モジュールを主基板へリフロー実装する際の高温処理で、プラスチック部材１８および被覆材料１７からガスが生じ、発生したガスが冷却されに光学素子としてのマイクロレンズ１９および被覆材料１７の光路上に再付着してしまうと、散乱により透過率の減少してしまい、光の利用効率が低下してしまう。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、プラスチック部材１８にエア流路２２を設けているので、リフロー実装時の高温処理により生じるガスをエア流路２２を通して光電気変換モジュール１０の外に放出することができるので、冷却時にガスが光学素子および被覆材料の光路上に再付着することを抑制することができる。また、エアの存在する空間２０の体積が膨張した分だけ、エアをエア流路２２から外部に放出するので、該空間２０の熱膨張によって光学素子としてのマイクロレンズ１９を成型したプラスチック部材１８への応力付加をなくすことができ、プラスチック部材１８が変形することで、光学素子（マイクロレンズ１９）と光電気変換素子（面発光レーザ１２）との位置がズレたり、光学素子自体が変形したりすることを未然に防止することができる。これにより、高温実装による光利用効率の低減を抑制することが可能となる。

＜第２の実施形態／補足事項＞
なお、上記説明においては、エア流路２２の位置をプラスチック部材１８の側面としているが、位置について特に制限はなく、例えば上面に設けても良い。また、エア流路２２の個数についても制限はなく２個以上設けることも可能である。また、エア流路２２の流路形状も直線形状に限らず、曲線形状やＳ字形状であっても良く、その断面の形状についても特に制限はされない。要は、エア循環を効率良く行うことができるエア流路２２であれば良い。

＜第３の実施形態＞
光電気変換モジュールの第３の実施形態について、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態の光電気変換モジュール１０の構成を示す。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、第２の実施形態の光電気変換モジュールにおいて、被覆材料１７の上面を略平面で構成している。このように被覆材料１７の空気との界面である上面を略平面に構成したため、上面自体が光学パワー（倍率）を有さないので、熱による変形が生じても変形による光利用効率の低下の影響を小さくすることができる。また、エア流路２２から異物が進入しても、被覆材料１７の上面が略平面であるので異物が付着しにくく、被覆材料１７上面が平面でない場合と比べて異物付着の可能性を低減でき、光学的劣化の発生を抑制することができる。また、被覆材料１７上面がインタポーザ基板面に対して平行となるので、応力の分布が均一になりやすく平面性を保つことができる。

＜第４の実施形態＞
光電気変換モジュールの第４の実施形態について、図６を参照して説明する。図６は、本実施形態の光電気変換モジュール１０の構成を示す。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、第３の実施形態の光電気変換モジュールにおいて、光学素子としてのマイクロレンズ１９の被覆材料１７側のレンズ表面に、撥水性を有する材料から形成される撥水膜２３を成膜した構成となっている。

エア流路２２から流入したエアに含まれる水分が光電気変換モジュール１０内で結露した場合において、結露が光学素子としてのマイクロレンズ１９のレンズ表面で発生した場合、結露により光ビームが発散してしまい、光学素子の光利用効率が低下してしまう。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、マイクロレンズ１９のレンズ表面を撥水膜２３で覆っているので、マイクロレンズ１９のレンズ表面での結露の発生を抑制することができる。また、レンズ表面に結露が発生したとしても、撥水作用により該結露を除去することができる。よって、結露による光学素子の光利用効率の低減を抑制することが可能となる。

＜第４の実施形態／補足事項＞
なお、成膜する撥水膜２３は、光学素子としてのマイクロレンズ１９の表面全部を覆う形で成型しても良いし、マイクロレンズ１９の表面の一部を覆う形で成型しても良い。要は、効率良く結露を除去できれば良い。

また、該撥水膜２３の材料としては、アルキル基およびフッ化アルキル基を有する材料、これらを有するシランカップリング材、フッ素樹脂、シリコン樹脂等の少なくとも１種または２種を併用した材料を用いることができる。また、微細構造により撥水効果を発現させる材料を用いることもできる。

なお、撥水膜２３は、例えば、フッ化アルキル基を有するシランカップリング材の原材料を、スプレー塗布したり、少量の液滴を塗布したりすることで撥水性部材２３を薄膜上に形成し、これを１５０℃程度で１時間熱処理して熱定着させることにより容易に成膜することができる。また、フッ素系光硬化性樹脂を塗布後に光照射して硬化することによっても成膜することができる。

また、光学素子としてのマイクロレンズ１９を成型する透明樹脂自体を撥水性を有する材料から構成しても良い。このように構成することにより、撥水膜２３の成膜プロセスが不要となる。また、コストの低減を図ることができる。

なお、上記の説明においては、光学素子としてのマイクロレンズ１９のレンズ面に撥水性を有する撥水膜２３を成膜しているが、親水性を有する材料からなる膜を成膜しても良い。親水性を有する膜を、マイクロレンズ１９近傍のマイクロレンズ１９とは異なる部分に成膜することにより、レンズ面に生じた結露を吸引する構成とすることが可能となる。なお、このような親水性を有する材料としては、例えば、ポリビニールアルコールやポリアクリル酸またはこれらの共重合体など、樹脂の表面にＯＨ基を有する高分子樹脂が挙げられる。

＜第５の実施形態＞
光電気変換モジュールの第５の実施形態について、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の光電気変換モジュール１０を示す。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、第３の実施形態の光電気変換モジュールにおいて、被覆材料１７の表面（被覆材料１７とエアの存在する空間２０の界面）に撥水性を有する材料から形成される撥水層２４を成層した構成となっている。

エア流路２２から流入したエアに含まれる水分が光電気変換モジュール１０内で結露した場合において、結露が被覆材料１７の表面で且つ光ビームの光路上で発生した場合、結露により光ビームが発散してしまい、光利用効率が低下してしまう。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、被覆材料１７の表面（被覆材料１７とエアの存在する空間２０の界面）に撥水層２４を成層しているので、被覆材料１７の表面での結露の発生を抑制することができ、また、結露が発生したとしても、撥水作用により該結露を除去することができる。よって、結露による光利用効率の低減を抑制することが可能となる。

＜第５の実施形態／補足事項＞
撥水層２４の材料として使用する撥水性を有する材料としては、上述の第４の実施形態で挙げた撥水材料が挙げられる。また、撥水層２４を被覆材料１７の上面に成層する方法も第４の実施形態で挙げた方法により行うことができるので、ここではその説明を省略する。

また、上記の説明においては、撥水層２４を成膜する位置について特に限定をしていないが、少なくとも光ビームの光路が通過する部分について撥水膜２４が成膜されていれば、結露による光利用効率の低減という目的を達成できるので、この条件を満たすような成膜位置であれば良い。

また、被覆材料１７自体を撥水性を有する撥水材料から構成しても良い。このように構成することにより、撥水層２４の成層プロセスが不要となる。また、コストの低減を図ることができる。

また、被覆材料１７上の光ビームの光路近傍で光学的な利用をしない位置に親水性を有する材料からなる層を成膜した構成であっても良い。このように構成することにより、被覆材料１７の光路上に生じた結露を吸引することが可能となる。なお、このような親水性を有する材料としては、第４の実施形態で挙げた親水材料を使用することができる。

＜第６の実施形態＞
光電気変換モジュールの第６の実施形態について、図８を参照して説明する。図８は、本実施形態の光電気変換モジュール１０を示す。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、第３の実施形態の光電気変換モジュールにおいて、プラスチック部材１８の内側（下面側）に凹部２５が設けられており、該凹部２５に光学素子としてのマイクロレンズ１９が成型された構成となっており、マイクロレンズ１９のレンズ面がプラスチック部材１８の下面より突出していない構成となっている。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、プラスチック部材１８に形成した凹部２５に光学素子としてのマイクロレンズ１９を設けることで、レンズ面がプラスチック部材１８の下面より突出しない構成としているので、エア流路２２から異物が流入しても、この異物が凹部２５に設けた光学素子としてのマイクロレンズ１９に接触する可能性が、マイクロレンズ１９がプラスチック部材１８の下面から突出している上記の構成のものに比べて大幅に減少する。よって、異物が光学素子としてのマイクロレンズ１９に付着することを抑制することができるので、異物付着による光学素子の光利用効率の低減を抑制することが可能となる。

＜第７の実施形態＞
光電気変換モジュールの第７の実施形態について、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態の光電気変換モジュール１０を示す。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、第６の実施形態の光電気変換モジュールにおいて、プラスチック部材１８の被覆材料１７に隣接する側面に開口部２６を設けた構成となっている。該開口部２６は、被覆材料１７が充填されている空間と光電気変換モジュール外部の空間とを接続している。

開口部２６は、被覆材料１７の前駆体２１である液状樹脂材料の注液孔として用いることができる。液状樹脂材料の注入の際には、開口部２６から被覆材料１７の前駆体樹脂を注液し、前駆体硬化後に開口部２６を閉じる。このように液状樹脂材料を注入することで、開口部２６からのエアの出入りを阻止し、空気の流入をエア流路２２からのみに限定することができる。これにより、エア流路２２の配置および形状設計によって光電気変換モジュール１０へのエア等の出入りを制御することができるようになり、結露等による光学素子の信頼性の低下などを低減することができる。

また、該開口部２６から被覆材料１７の前駆体２１である液状樹脂材料を注液するので、適切に液状樹脂材料の粘度を調整することができ、被覆材料１７の界面を平面に制御することが容易となる。さらに、高温時の被覆材料１７の熱膨張による変形応力を開口部２６から光電気変換モジュール１０の外部に分散させることができるので、内部応力が低減し、ワイヤボンドの信頼性を向上させることができる。

＜第７の実施形態／補足事項＞
上記説明においては、開口部２６をプラスチック部材１８の被覆材料１７に隣接する側面に設けているが、設ける箇所は側面に限られず、開口部２６としての効果（樹脂の注入・応力分散）を得られる箇所であればよい。また、その個数、形状についても特に限定されるものではない。

＜第８の実施形態＞
光電気変換モジュールの第８の実施形態について、図１０を参照して説明する。図１０は、本実施形態の光電気変換モジュール１０と、光コネクタ３０を示す。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、第７の実施形態の光電気変換モジュールにおいて、エア流路２２の代わりに光コネクタを接続するための位置決め穴２７でエアを出入りさせる構成としている。言い換えれば、位置決め穴２７がエア流路２７の働きを行う構成である。

以下、具体的に説明する。図１０に示すように、光電気変換モジュール１０は、プラスチック部材１８の上面に位置決め穴２７を設けている。この位置決め穴２７はプラスチック部材１８を貫通しており、該位置決め穴２７により光電気変換モジュール１０の外部とエアの存在する空間２０とが空間的に接続される。

また、図１０において、符号番号３０は、本実施形態の光電気変換モジュール１０に接続する光コネクタを示す。光コネクタ３０は、ベース部材３１と、位置決め穴２７に対応させて挿入する位置決めピン３２と、光ビームの光路上に設けられる光コネクタ用光学素子３３と、から構成される。また、光コネクタ用光学素子３３の上部には、光ファイバ（不図示）が設けられており、該光ファイバと光電気変換モジュール１０の光電気変換素子としての面発光レーザ１２とが光結合される。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、位置決め穴２７をエアの出入りする流路として使用する。このように構成することにより、プラスチック部材１８にエア流路２２を設ける必要が余分な構成を設ける必要がなくなるので、光電気変換モジュール１０をより小型化することが可能となる。

また、光電気変換モジュール１０の利用時には、光コネクタ３０が接続されるので、位置決め穴２７は位置決めピン３２により塞がれるので、出入りするエアの空気抵抗（コンダクタンス）は増加し、実質的にエアの出入り量が小さくなる。よって、光コネクタ３０実装時（光電気変換モジュール１０の使用時）のエアの出入り量が小さくなり、光学素子としてのマイクロレンズ１９あるいは被覆材料１８の結露などによる光利用効率の低減を抑制することができる。

＜第８の実施形態／補足事項＞
なお、位置決め穴２７／位置決めピン３２の形状、設ける箇所、設ける個数については、特に限定されるものではなく、上記の本実施形態の効果を効率よく実現し、かつ、光電気変換モジュール１０と光コネクタ３０の接続を確実且つ精度良く実現できるものであれば良い。

また、位置決め穴２７、あるいは位置決めピン３２、またはその双方に、例えばゴム体を設けても良い。このように構成することにより、光電気変換モジュール１０使用時の、エアの出入り量を大幅に低減する構成とすることが可能となる。なお、設ける素材はゴム体に限定されるものではなく、エアの出入り量を抑制することのできる素材であれば良い。

＜第９の実施形態＞
光電気変換モジュールの第９の実施形態について、図１１を参照して説明する。図１１は、本実施形態の光電気変換モジュール１０と、光コネクタ３０を示す。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、第８の実施形態の光電気変換モジュールにおいて、開口部２６の代わりに位置決め穴２７から被覆材料１７の前駆体２１である液状樹脂を注入する構成となっている。言い換えれば、該位置決め穴２７が、被覆材料１７が充填されている空間と光電気変換モジュール外部の空間とを接続している。

なお、第８の実施形態の光電気変換モジュールと異なり、位置決め穴２７と、エアの存在する空間２０とは空間的に接続されていない。そこで、光電気変換モジュール１０の外部とエアの存在する空間２０とを空間的に接続するための開口であるエア流路２２をプラスチック部材１８の上面に設けている。

なお、このエア流路２２は、図に示すように光コネクタ３０接続時には光コネクタ３０により塞がれる。

このように構成することにより、位置決め穴２７を被覆材料１７の前駆体２１である液状樹脂の注液孔として用いることができ、プラスチック部材１８に開口部を設ける必要がなくなるので、光電気変換モジュール１０の小型化を実現できる。

また、光コネクタ３０接続時には、エア流路２２の上部開口（光電気変換モジュール出口側開口）が光コネクタ３０により塞がれる構造となっているので、第８の実施形態の光電気変換モジュールのように位置決めピン３２を位置決め穴２８に嵌め込まなくとも、光電気変換モジュール１０使用時のエアの出入り量を低減することができ、光学素子としてのマイクロレンズ１９あるいは被覆材料１８の結露などによる光利用効率の低減を抑制することが可能となる。

なお、エア流路２２の位置、個数、形状は、特に限定されるものではない。

＜第１０の実施形態＞
光電気変換モジュールの第１０の実施形態について、図１２を参照して説明する。図１２は、本実施形態の光電気変換モジュール１０と、光コネクタ３０を示す。

本実施形態の光電気変換モジュール１０は、第９の実施形態の光電気変換モジュールにおいて、エア流路２２に多孔質材料２８を充填した構成となっている。

このように構成することにより、エア中の異物の進入を防止することが可能となるので、異物が光学素子としてのマイクロレンズ１２に付着することにより生じる光利用効率の低下を抑制することが可能となる。

また、多孔質材料２８の孔の平均径あるいは最大径を通常の水分子（Ｈ₂Ｏ分子）の集合体よりも小さくすることにより、エア中を飛散する水分や光電気変換モジュール１０近傍で結露した水分の進入をも抑制することができるので、光電気変換モジュール１０への光学的影響をより大きく低減することができる。

さらに、多孔質材料２８として撥水性を有する材料を用いることにより、水分の付着を防止でき、水分の進入の抑制を効率よく実現することが可能となる。

＜第１０の実施形態／補足事項＞
このような多孔質材料２８としては、ポリエチレンおよびポリプロピレン等のオレフィン系材料からなる多孔質材料、フッ化炭化水素系材料からなる多孔質材料を挙げることができる。なお、これらの材料に限らずとも、ガラスや酸化物等の無機の多孔質材料を用いることもできる。

また、本実施形態のようなエア流路２２に多孔質材料２８を充填する構成は、上記第２〜第８の実施形態のエア流路２２に適用しても良い。このように構成すれば、上記第２〜第８の実施形態の光電気変換モジュールにおいても、エア流路２２からの異物、水分の進入を抑制することが可能となる。

＜付記事項＞
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施形態の一例を示すものにすぎず、本発明の実施の形態を限定する趣旨のものではない。よって、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施を行うことが可能である。また、各実施形態に記載した構成を組み合わせて変形実施することも可能である。

第１の実施形態の光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第１の実施形態の光電気変換モジュールの製造工程を説明するための図である。 第１の実施形態の光電気変換モジュールの製造工程を説明するための図である。 第２の実施形態の光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第３の実施形態の光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第４の実施形態の光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第５の実施形態の光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第６の実施形態の光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第７の実施形態の光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第８の実施形態の光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第９の実施形態の光電気変換モジュールの構成を示す図である。 第１０の実施形態の光電気変換モジュールの構成を示す図である。 従来の光電気変換モジュールの構成を示す図である。 従来の光電気変換モジュールの構成を示す図である。

符号の説明

１０ 光電気変換モジュール
１１ インタポーザ
１２ 半導体レーザ
１３ レーザドライバ
１４ トランスインピーダンスアンプ
１５ 金ワイヤ
１６ 電気配線
１７ 被覆材料
１８ プラスチック部材
１９ マイクロレンズ
２０ エアの存在する空間
２１ 前駆体
２２ エア流路
２３ 撥水膜
２４ 撥水層
２５ 凹部
２６ 開口部
２７ 位置決め穴
２８ 多孔質材料
３０ 光コネクタ

Claims (10)

1. 基板と、光電気変換素子と、電子回路素子と、前記光電気変換素子と前記電子回路素子とを接続する電気接続手段と、プラスチック部材と、光学素子と、を有する光電気変換モジュールであって、
   前記基板上に実装された前記光電気変換素子と前記電子回路素子と前記電気接続手段とは被覆材料により被覆され、
   前記プラスチック部材は、前記被覆材料により被覆された前記基板を覆うように、且つ、前記プラスチック部材と前記被覆材料との間に空気が存在する空気層が形成されるように配置され、
   前記光学素子は、前記プラスチック部材の前記空気層と触れる面に形成されていることを特徴とする光電気変換モジュール。
2. 前記プラスチック部材に、前記空気層と前記光電気変換モジュールの外部との空間を接続する空気流路が形成されてい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. 前記被覆材料と前記空気層との界面は略平面であることを特徴とする請求項１または２に記載の光電気変換モジュール。
4. 前記光学素子の前記被覆材料に対向する面の少なくとも一部に、撥水性を有する膜または親水性を有する膜が形成されてい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. 前記被覆材料の前記光学素子に対向する面の少なくとも一部に、撥水性を有する層または親水性を有する層が形成されてい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. 前記光学素子は前記プラスチック部材の凹部に形成されている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. 前記プラスチック部材に、前記被覆材料が存在する空間と前記光電気変換モジュールの外部との空間を接続する開口部が形成されている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. 前記空気流路は、前記プラスチック部材に形成された光コネクタのピンを挿入する位置決め穴であることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の光電気変換モジュール。
9. 前記開口部は、前記プラスチック部材に形成された光コネクタのピンを挿入する位置決め穴であることを特徴とする請求項７または８に記載の光電気変換モジュール。
10. 前記空気流路には、多孔質材料が充填されていることを特徴とする請求項２から９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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