JP2007266546A - 光通信モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】データ通信の確実化を図りつつ、製造効率を向上させることが可能な光通信モジュールおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】基板１と、発光素子３と、受光素子４と、集積回路素子５と、を備える赤外線データ通信モジュールＡ１であって、基板１には、開口１１ａを有する貫通孔１１が形成されており、配線パターン２は、開口１１を囲うリング状部２１を含んでおり、発光素子３がボンディングされた底部７１と、末広がり状とされたコーン状部７２と、を有するボンディングカップ７をさらに備えており、ボンディングカップ７のうち少なくとも底部７１を含む部分が貫通孔１１に進入しており、かつ、コーン状部７２のうち開口１１ａから突出する部分とリング状部２１とがハンダ８２により接合されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、たとえば赤外線を用いたデータ通信に用いられる光通信モジュール、およびその製造方法に関する。

ノートパソコン、携帯電話、電子手帳などの電子機器における双方向通信には、発光素子および受光素子を備えた光通信モジュールが用いられている。このような光通信モジュールには、たとえばＩｒＤＡ（Infrared Data Association）準拠の赤外線データ通信モジュールが含まれる。

この種の従来の赤外線データ通信モジュールの一例を図１１に示す（たとえば、特許文献１参照）。この赤外線データ通信モジュールＸは、基板９１と、基板９１に搭載された発光素子９２と、レンズを有する樹脂パッケージ９３とを備えている。基板９１には、凹部９１ａが形成されており、この底面に発光素子９２が搭載されている。発光素子９２は、図中上方および側方に赤外線を発光可能に構成されている。凹部９１ａの内面を金属のメッキによって覆えば、この内面を比較的反射率が高い反射面とすることができる。これにより、発光素子９２から側方に進行する光を上記内面により反射させて上方へと向かわせることが可能である。このように、赤外線データ通信モジュールＸにおいては、出射する赤外線の光量を大きくすることにより、データ通信の確実化が図られている。

しかしながら、赤外線の光量を適切に増加させるには、凹部９１ａを赤外線の反射に適した末広がり状の形状に正確に仕上げる必要がある。このような凹部９１ａを基板９１に対して形成するには、比較的高精度な機械加工が行われる。このため、基板９１の加工時間が長くなる。したがって、赤外線データ通信モジュールＸの製造に要する時間のうち、凹部９１ａを形成するための時間が占める割合が大きくなり、赤外線データ通信モジュールＸの製造効率の向上が阻害されていた。

特開２００３−２４４０７７号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、データ通信の確実化を図りつつ、製造効率を向上させることが可能な光通信モジュールおよびその製造方法を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供される光通信モジュールは、主面に配線パターンが形成された基板と、上記基板に搭載された発光素子と、上記基板に搭載された受光素子と、上記発光素子および受光素子を駆動制御するための集積回路素子と、を備える光通信モジュールであって、上記基板には、上記主面側に開口を有する貫通孔または凹部が形成されており、上記配線パターンは、上記開口を囲うリング状部を含んでおり、上記発光素子がボンディングされた底部と、上記主面が向く方向に末広がり状とされたコーン状部と、を有するボンディングカップをさらに備えており、上記ボンディングカップのうち少なくとも上記底部を含む部分が上記貫通孔または上記凹部に進入しており、かつ、上記コーン状部のうち上記開口から突出する部分と上記配線パターンの上記リング状部とがハンダにより接合されていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記発光素子からの光を上記ボンディングカップの上記コーン状部によって上記主面が向く方向へと反射させることが可能である。これにより、上記光通信モジュールから出射される光量を増加させることができる。したがって、上記光通信モジュールのデータ通信の確実化を図ることができる。また、上記光通信モジュールの製造においては、上記ボンディングカップの作製は、上記基板の加工作業と並行して行うことが可能である。これにより、上記ボンディングカップを作製するための時間が、上記光通信モジュールの製造においてボトムネックとなることを回避できる。したがって、上記光通信モジュールの製造効率を向上させることが可能である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記貫通孔または上記凹部の少なくとも一部を覆っており、かつ上記リング状部と繋がっている金属膜がさらに形成されている。このような構成によれば、上記ボンディングカップは、上記リング状部と上記金属膜とが繋がった部分と当接することとなる。この当接部分には、たとえば上記ハンダを形成するためのハンダペーストが行き渡りやすい。これにより、上記ボンディングカップをより強固に接合可能であるとともに、低抵抗化を図ることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記ボンディングカップは、その高さが上記発光素子の高さよりも高いものとされている。このような構成によれば、上記発光素子からの光を上記主面が向く方向へと反射させるのに好ましい。

本発明の第２の側面によって提供される光通信モジュールの製造方法は、本発明の第１の側面によって提供される光通信モジュールの製造方法であって、上記基板に上記貫通孔または上記凹部を形成する工程と、上記貫通孔または凹部の開口を囲う上記リング状部を含む上記配線パターンを形成する工程と、上記リング状部にハンダペーストを塗布する工程と、上記貫通孔または上記凹部に上記底部を進入させるように上記ボンディングカップを載置する工程と、リフローの手法によって、上記ハンダペーストをハンダへと変質させることにより、上記ボンディングカップを上記リング状部に対して接合する工程と、を有することを特徴としている。このような構成によれば、本発明の第１の側面によって提供される光通信モジュールを効率よく製造することができる。特に、上記ボンディングカップを上記基板に載置する際に、上記ハンダペーストの表面張力により上記ボンディングカップを上記貫通孔または上記凹部に対して適切にセンタリングさせることができる。

好ましい実施の形態においては、上記ハンダペーストを塗布する工程においては、上記リング状部の少なくとも一部を露出させるスリットを有するマスクを用い、かつ上記ハンダペーストをスキージによって上記スリットを通して上記リング状部に塗布する。このような構成によれば、上記ハンダペーストを上記リング状部上に同心円状に塗布することが容易である。これは、上述したボンディングカップをセンタリングする効果を高めるのに適している。また、上記ハンダペーストの塗布を比較的短時間で行うことが可能である。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明に係る光通信モジュールの第１実施形態を示している。本実施形態の赤外線データ通信モジュールＡ１は、基板１、発光素子３、受光素子４、駆動ＩＣ５、および樹脂パッケージ６を備えている。赤外線データ通信モジュールＡ１は、ＩｒＤＡ規格に準拠した赤外線を用いた双方向通信が可能に構成されている。なお、図２においては、便宜上樹脂パッケージ６を省略している。

基板１は、たとえばガラスエポキシ樹脂により、全体として平面視長矩形状に形成されている。基板１には、貫通孔１１が形成されている。貫通孔１１が設けられていることにより、基板１の主面１ａには開口１１ａが形成されている。

基板１には、配線パターン２が形成されている。配線パターン２は、たとえばＣｕまたはＡｕからなる薄膜に対してパターン形成を施したものである。配線パターン２には、リング状部２１が含まれている。リング状部２１は、開口１１ａをその全周にわたって囲っている。貫通孔１１の内面には、金属膜２２が形成されている。金属膜２２は、その一端縁がリング状部２１の内周端縁と繋がっている。また、基板１のうち主面１ａとは反対側の面には、リング状部２３が形成されている。リング状部２３の内周端縁には、金属膜２２の他端縁が繋がっている。図２に示すように、基板１の側面には、複数の端子２５が形成されている。複数の端子２５は、赤外線データ通信モジュールＡ１を回路基板などに面実装する際に利用されるものである。各端子２５は、基板１の側面に設けられた凹溝を覆う金属膜によって構成されている。

発光素子３は、赤外線を発することができる赤外線発光ダイオードからなる。この赤外線は、赤外線データ通信モジュールＡ１によるデータ通信の媒体として用いられる。発光素子３は、ボンディングカップ７に対してたとえば導電性接着剤を用いてダイボンディングされている。また、発光素子３は、ワイヤ８１によって配線パターン２の適所に接続されている。

ボンディングカップ７は、たとえばＣｕまたはＮｉ製のプレートに対してプレス加工を施したものであり、底部７１とコーン状部７２とを有している。底部７１は、発光素子３が搭載される部分であり、その直径が貫通孔１１の直径よりも小である円形とされている。コーン状部７２は、底部７１から主面１ａが向く方向に末広がり状とされている。コーン状部７２は、少なくともその上端部が開口１１ａよりも直径が大とされている。また、コーン状部７２は、その高さが発光素子３の高さよりも高いものとされている。これにより、発光素子３は、その全体がボンディングカップ７内に収容されている。

ボンディングカップ７のうち、底部７１とコーン状部７２の下方部分とは、貫通孔１１内に進入している。コーン状部７２は、その高さ方向中央付近部分が、リング状部２１と金属膜２２とが繋がっている部分に当接している。コーン状部７２のうち開口１１ａから突出した部分は、ハンダ８２を介してリング状部２１に対して接合されている。

受光素子４は、たとえば、赤外線を感知することができるＰＩＮフォトダイオードなどからなり、ワイヤ８１により配線パターン２と接続されている。受光素子４は、赤外線を受光すると、その光量に応じた起電力を生じることが可能に構成されている。

駆動ＩＣ５は、発光素子３および受光素子４による送受信動作を制御するためのものであり、本発明で言う集積回路素子の一例である。駆動ＩＣ５は、ワイヤ８１により配線パターン２と接続され、かつ配線パターン２を通じて発光素子３および受光素子４に接続されている。

樹脂パッケージ６は、たとえば染料を含んだエポキシ樹脂材料により形成されている。このエポキシ樹脂材料は、赤外線をほとんど透過させる一方、可視光をほとんど遮蔽する。この樹脂パッケージ６は、トランスファモールド法などの手法により形成されており、発光素子３、受光素子４、および駆動ＩＣ５を覆うように基板１上に設けられている。図１に示すように、樹脂パッケージ６には、２つのレンズ６ａ，６ｂが一体的に形成されている。レンズ６ａは、発光素子３の正面に位置しており、発光素子３から放射された赤外線を指向性を高めて出射するように構成されている。レンズ６ｂは、受光素子４の正面に位置しており、赤外線データ通信モジュールＡ１に送信されてきた赤外線を集光して受光素子４に入射するように構成されている。

次に、赤外線データ通信モジュールＡ１の製造方法の一例について、図３〜図９を参照しつつ、以下に説明する。

まず、図３に示すように集合基板１Ａを用意する。集合基板１Ａは、上述した基板１を複数個作製可能なサイズとされている。以下に述べる製造方法は、集合基板１Ａを用いて複数の赤外線データ通信モジュールＡ１を一括して製造するものである。集合基板１Ａに代えて基板１を用いて製造してもよい。集合基板１Ａに対してたとえばドリルを用いた機械加工を施すことにより、貫通孔１１を形成する。これにより、主面１Ａａには、開口１１ａが形成される。

次に、図４に示すように配線パターン２を形成する。配線パターン２の形成は、たとえば集合基板１Ａの主面１Ａａにスパッタ法を用いてＣｕまたはＡｕの薄膜を形成した後に、このＣｕまたはＡｕの薄膜に対してパターニングを施すことにより行う。このパターニングにおいては、上記Ｃｕの薄膜のうち開口１１ａを囲う部分を残存させることにより、リング状部２１を形成する。また、上記ＣｕまたはＡｕの薄膜を形成する際に貫通孔１１の内面を覆う金属膜２２を形成する。さらに、集合基板１Ａのうち主面１Ａａとは反対側の面にリング状部２３を形成しておく。

次に、図５に示すように、集合基板１Ａの主面１ＡａにマスクＭｓを被せる。マスクＭｓには、図６に示すように、略リング状のスリットＳｌが形成されている。このスリットＳｌがリング状部２１に略一致するようにマスクＭｓを配置する。これにより、リング状部２１の大部分がスリットＳｌから露出した状態となる。図５および図６に示すように、マスクＭｓの上面には、ハンダペースト８２Ａを盛る。ハンダペースト８２Ａを挟んでスリットＳｌとは反対側にスキージＳｋを位置させる。そして、スキージＳｋをマスクＭｓに押し付けながら図示された矢印方向に移動させる。この動作により、スリットＳｌ内にハンダペースト８２Ａが充填される。この後に、マスクＭｓを取り除くことにより、図７に示すように、リング状部２１にハンダペースト８２Ａを塗布することができる。スリットＳｌは、リング状部２１と同じか若干小さいサイズとされているため、ハンダペースト８２Ａがリング状部２１から大きくはみ出すおそれがない。

次に、ボンディングカップ７を集合基板１Ａの主面１Ａａ側に載置する。ボンディングカップ７は、たとえばＣｕまたはＮｉのプレートに対してプレス加工を施すことにより効率よく作製することができる。ボンディングカップ７をその中心が開口１１ａの中心とほぼ一致するように集合基板１Ａに載置する。ボンディングカップ７の中心が開口１１ａの中心から芯ずれした状態で載置作業がなされても、コーン状部７２がリング状部２１の内周端縁に当接することによりボンディングカップ７がセンタリングされる。また、ハンダペースト８２Ａはリング状に塗布されている。このハンダペースト８２Ａにボンディングカップ７が接すると、ハンダペースト８２Ａの表面張力によってボンディングカップ７がセンタリングされる効果が期待できる。

ボンディングカップ７を載置した後は、たとえばリフロー炉内に、集合基板１Ａを載置する。そして、上記リフロー炉の炉温を適切な温度に保った後に、集合基板１Ａを常温まで冷却する。すると、ハンダペースト８２Ａに含まれていた媒質が蒸発するなどして、ハンダペースト８２Ａが図９に示すようにハンダ８２へと変質する。これにより、ボンディングカップ７をリング状部２１に対してハンダ８２により接合することができる。上述したリフローの手法においても、コーン状部７２とリング状部２１とが当接すること、またはハンダペースト８２Ａの表面張力によって、ボンディングカップ７が不当にずれてしまうことを防止することが期待できる。

この後は、発光素子３、受光素子４、および駆動ＩＣ５のダイボンディング、ワイヤ８１を用いたボンディング、およびたとえばトランスファモールド法を用いた樹脂パッケージ６の形成を行う。そして、集合基板１Ａを複数の基板１に分割するように切断する。以上の工程を経ることにより、複数の赤外線データ通信モジュールＡ１が得られる。

次に、赤外線データ通信モジュールＡ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、発光素子３からの赤外線をレンズ６ａへと反射させるための末広がり状の凹部を基板１に形成する必要がない。発光素子３からの赤外線を反射させるためのボンディングカップ７は、プレス加工などによって複数個を一括して作製することが可能である。また、ボンディングカップ７の作成は、基板１の作成と並行して行うことができる。このため、ボンディングカップ７を製造するために要する時間が赤外線データ通信モジュールＡ１の製造時間の短縮化を阻害することがない。したがって、赤外線データ通信モジュールＡ１の光量増加によりデータ通信の確実化を図りつつ、その製造効率を高めることができる。

ボンディングカップ７は、たとえばプレス加工に用いる金型を適宜設定することにより、その高さを容易に調整することができる。このため、ボンディングカップ７を発光素子３よりも十分にその高さが高いものとすることができる。したがって、発光素子３からの光をより多くレンズ６ａへと向かわせることが可能であり、光量増加に有利である。本実施形態とは異なり、基板１に赤外線反射用の凹部を形成したのでは、基板１の厚さによっては、発光素子３の全体を収容する凹部を形成することが困難となる。また、この凹部を形成するための時間が長くなる。本実施形態によれば、このような不具合を解消することができる。

ボンディングカップ７のコーン状部７２と配線パターン２のリング状部２１とは、ハンダ８２によって比較的広い領域どうしが接合されている。このような接合によれば、ボンディングカップ７と配線パターン２とが、単なる線接触または面接触となったり、ハンダ８２による接合領域が小さくなったりすることによる高抵抗化を回避することが可能である。

ボンディングカップ７は、リング状部２１と金属膜２２とが繋がった部分に当接することとなる。これにより、赤外線データ通信モジュールＡ１の製造工程において、リング状２１に塗布されたハンダペースト８２Ａを、ボンディングカップ７とリング状部２１および金属膜２２とが繋がった部分との接触部分に十分に行き渡らせることが可能である。これは、ボンディングカップ７をより強固に接合するとともに、低抵抗化を図るのに有利である。

図１０は、本発明に係る光通信モジュールの第２実施形態を示している。なお、この図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。本図に示された赤外線データ通信モジュールＡ２においては、基板１に凹部１２が形成されている。これにより、主面１Ａａには、開口１２ａが形成されている。基板１の厚さ方向における断面寸法が一定である。また、上述した第１実施形態とは異なり、凹部１２は、その内面が金属膜２２によっては覆われていない。

このような実施形態によっても、赤外線データ通信モジュールＡ２のデータ通信の確実化と製造効率の向上とを図ることができる。凹部１２は、基板１を貫通しないため、上述した貫通孔１１よりもさらに短い時間で形成可能である。また、金属膜２２を形成するのに要する時間を省略することができる。

本発明に係る光通信モジュールは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る光通信モジュールの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

発光素子および受光素子としては、赤外線を発光もしくは受光可能なものに限定されず、可視光を発光もしくは受光可能なものを用いても良い。つまり、光通信モジュールとしては、赤外線データ通信モジュールに限定されず、可視光を用いた通信方式のものであっても良い。

本発明に係る光通信モジュールの第１実施形態を示す断面図である。 本発明に係る光通信モジュールの第１実施形態を示す要部平面図である。 図１に示す光通信モジュールの製造方法の一例において、集合基板に貫通孔を形成する工程を示す要部断面図である。 図１に示す光通信モジュールの製造方法の一例において、配線パターンを形成する工程を示す要部断面図である。 図１に示す光通信モジュールの製造方法の一例において、ハンダペーストを塗布する工程を示す要部拡大断面図である。 図１に示す光通信モジュールの製造方法の一例において、ハンダペーストを塗布する工程を示す要部拡大平面図である。 図１に示す光通信モジュールの製造方法の一例において、ハンダペーストが塗布された状態を示す要部拡大断面図である。 図１に示す光通信モジュールの製造方法の一例において、ボンディングカップを載置する工程を示す要部拡大断面図である。 図１に示す光通信モジュールの製造方法の一例において、ボンディングカップをリング状部に接合する工程を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る光通信モジュールの第２実施形態を示す要部断面図である。 従来の光通信モジュールの一例を示す要部断面図である。

符号の説明

Ａ 赤外線データ通信モジュール（光通信モジュール）
Ｍｓ マスク
Ｓｌ スリット
Ｓｋ スキージ
１ 基板
２ 配線パターン
３ 発光素子
４ 受光素子
５ 駆動ＩＣ（集積回路素子）
６ 樹脂パッケージ
７ ボンディングカップ
１Ａ 集合基板
１ａ 主面
１１ 貫通孔
１１ａ 開口
１２ 凹部
２１ リング状部
２２ 金属膜
７１ 底部
７２ コーン状部
８１ ワイヤ
８２ ハンダ
８２Ａ ハンダペースト

Claims (5)

1. 主面に配線パターンが形成された基板と、
   上記基板に搭載された発光素子と、
   上記基板に搭載された受光素子と、
   上記発光素子および受光素子を駆動制御するための集積回路素子と、
   を備える光通信モジュールであって、
   上記基板には、上記主面側に開口を有する貫通孔または凹部が形成されており、
   上記配線パターンは、上記開口を囲うリング状部を含んでおり、
   上記発光素子がボンディングされた底部と、上記主面が向く方向に末広がり状とされたコーン状部と、を有するボンディングカップをさらに備えており、
   上記ボンディングカップのうち少なくとも上記底部を含む部分が上記貫通孔または上記凹部に進入しており、かつ、上記コーン状部のうち上記開口から突出する部分と上記配線パターンの上記リング状部とがハンダにより接合されていることを特徴とする、光通信モジュール。
2. 上記貫通孔または上記凹部の少なくとも一部を覆っており、かつ上記リング状部と繋がっている金属膜がさらに形成されている、請求項１に記載の光通信モジュール。
3. 上記ボンディングカップは、その高さが上記発光素子の高さよりも高いものとされている、請求項１または２に記載の光通信モジュール。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の光通信モジュールの製造方法であって、
   上記基板に上記貫通孔または上記凹部を形成する工程と、
   上記貫通孔または凹部の開口を囲う上記リング状部を含む上記配線パターンを形成する工程と、
   上記リング状部にハンダペーストを塗布する工程と、
   上記貫通孔または上記凹部に上記底部を進入させるように上記ボンディングカップを載置する工程と、
   リフローの手法によって、上記ハンダペーストをハンダへと変質させることにより、上記ボンディングカップを上記リング状部に対して接合する工程と、
   を有することを特徴とする、光通信モジュールの製造方法。
5. 上記ハンダペーストを塗布する工程においては、上記リング状部の少なくとも一部を露出させるスリットを有するマスクを用い、かつ上記ハンダペーストをスキージによって上記スリットを通して上記リング状部に塗布する、請求項４に記載の光通信モジュールの製造方法。

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