JP2008010837A - 光通信モジュールとその製造方法及び光送受信装置 - Google Patents
光通信モジュールとその製造方法及び光送受信装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008010837A JP2008010837A JP2007127810A JP2007127810A JP2008010837A JP 2008010837 A JP2008010837 A JP 2008010837A JP 2007127810 A JP2007127810 A JP 2007127810A JP 2007127810 A JP2007127810 A JP 2007127810A JP 2008010837 A JP2008010837 A JP 2008010837A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- light
- light emitting
- resin
- optical waveguide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Abstract
【課題】薄型化、小型化でき、かつ低コストな光通信モジュールの提供。
【解決手段】(1)サブマウント基板の側面に発光素子、受光素子を実装し、該サブマウント基板をプリント基板上に、発光素子及び受光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する工程;(2)光導波路を位置合わせする工程;(3)光導波路端部及び発光素子又は受光素子を含むサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、さらに該樹脂液を硬化させる工程;の各工程を順に行って光通信モジュールを作製することを特徴とする光通信モジュールの製造方法。
【選択図】図6
【解決手段】(1)サブマウント基板の側面に発光素子、受光素子を実装し、該サブマウント基板をプリント基板上に、発光素子及び受光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する工程;(2)光導波路を位置合わせする工程;(3)光導波路端部及び発光素子又は受光素子を含むサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、さらに該樹脂液を硬化させる工程;の各工程を順に行って光通信モジュールを作製することを特徴とする光通信モジュールの製造方法。
【選択図】図6
Description
本発明は、発光素子、受光素子と光導波路を結合してなる光通信モジュールとその製造方法及び光送受信装置に関する。
光通信モジュールは、小型で低価格であることが望まれている。この光通信モジュールに用いる発光素子として、近年、VCSEL(面発光レーザー)が検討されている。VCSELのベアチップは一般に、その製法の都合上、図1に示すように、発光部がある面及び発光部の裏面にアノードとカソードが設けられた構成になっている。図1中、符号1はカソード、2はアノード、3は光出射部、4はVCSEL、5はボンディングワイヤである。本例示において、アノード2は、チップ背面全体がベタの電極になっている。なお、本例示に限らず、アノード2とカソード1とが逆のチップもある。
従って、従来構造のプリント基板に、前記VCSEL4のような発光素子を実装して光通信モジュールを作製する場合、プリント基板に対し、垂直方向にしか発光させることができなかった。また、受光素子についても同様であり、プリント基板に対し、垂直方向からしか受光することができなかった。
従って、従来構造のプリント基板に、前記VCSEL4のような発光素子を実装して光通信モジュールを作製する場合、プリント基板に対し、垂直方向にしか発光させることができなかった。また、受光素子についても同様であり、プリント基板に対し、垂直方向からしか受光することができなかった。
このような発光素子及び受光素子をプリント基板上に実装し、これに光導波路を結合させるには、下記(A),(B)のような方式が用いられる。
(A)図2に示すように、IC12やVCSEL14が実装されたプリント基板15に対し垂直に光導波路11を配置し、VCSEL14の光出射部13と結合させる方式。
(B)図3に示すように、IC22やVCSEL24が実装されたプリント基板25に対し水平に光導波路21を配置し、光導波路21先端に45°の傾斜を付けたミラーなどを設け、VCSEL24の光出射部23から出射した光を該ミラーで反射させて光導波路21に入射させて結合させる方式。
(A)図2に示すように、IC12やVCSEL14が実装されたプリント基板15に対し垂直に光導波路11を配置し、VCSEL14の光出射部13と結合させる方式。
(B)図3に示すように、IC22やVCSEL24が実装されたプリント基板25に対し水平に光導波路21を配置し、光導波路21先端に45°の傾斜を付けたミラーなどを設け、VCSEL24の光出射部23から出射した光を該ミラーで反射させて光導波路21に入射させて結合させる方式。
本発明に関する従来技術としては、例えば、特許文献1〜4に開示された技術が挙げられる。
近年、サーバーなどの高速通信機器、自動車内光配線、携帯電話など小型電子機器に光配線が適用されつつある。これらの機器は小型化と低コスト化がすすみ、それに伴い、光送受信装置にも小型化と低コスト化の要求が強い。光送受信装置に用いる発光素子としては、レーザーダイオード(LD)、発光ダイオード(LED)、面発光レーザー(VCSEL)が用いられている。また、受光素子としては、フォトダイオードが用いられている。光導波路には、ファイバ型やシート型の導波路が用いられ、材質は石英ガラス、ポリマーなどがある。光送受信装置において、受発光素子と光導波路の結合の構造と手法は、様々な方式が検討されている(例えば、特許文献5〜8参照。)
特開2004−309570号公報
特開2005−134600号公報
特開2004−253638号公報
特開2005−284248号公報
特開2006−11179号公報
特開2005−202025号公報
特許第3392748号公報
特開平8−220368号公報
しかしながら、特許文献1〜4に開示された従来構造の光通信モジュールにおいて、発光素子と光導波路とを結合させる場合、基板上の最大高さは必然的に大きくなり、小型化が進む通信機器や、携帯電話、ノートパソコンなどのモバイル民生品への搭載が困難になるという問題があった。
また、光導波路端に45°ミラーを設けた構造では、若干、基板上の高さは低くできるものの、製品コストが高くなってしまう問題があった。
また、光導波路端に45°ミラーを設けた構造では、若干、基板上の高さは低くできるものの、製品コストが高くなってしまう問題があった。
また、特許文献5〜8に開示された従来技術には、次のような問題がある。
特許文献5は、図3に示すように、IC22やVCSEL24が実装されたプリント基板25に対し水平に光導波路21を配置し、光導波路21先端に45°の傾斜を付けたミラーなどを設け、VCSEL24の光出射部23から出射した光を該ミラーで反射させて光導波路21に入射させて結合させる方式が開示されている。しかし、この方式では、45°ミラーの形成に多くの時間とコストがかかり、問題となっている。また、45°ミラー面での拡散や、光路長の延長により、VCSEL24と光導波路21の光軸合わせにも多くの時間とコストがかかり問題となっている。ミラーやレンズを取り付ける体積や、ミラーやレンズを機能させる空間(焦点距離)が必要なため、小型化には不向きである。
特許文献5は、図3に示すように、IC22やVCSEL24が実装されたプリント基板25に対し水平に光導波路21を配置し、光導波路21先端に45°の傾斜を付けたミラーなどを設け、VCSEL24の光出射部23から出射した光を該ミラーで反射させて光導波路21に入射させて結合させる方式が開示されている。しかし、この方式では、45°ミラーの形成に多くの時間とコストがかかり、問題となっている。また、45°ミラー面での拡散や、光路長の延長により、VCSEL24と光導波路21の光軸合わせにも多くの時間とコストがかかり問題となっている。ミラーやレンズを取り付ける体積や、ミラーやレンズを機能させる空間(焦点距離)が必要なため、小型化には不向きである。
特許文献6は、発光デバイスから出射した光を導波路に入射し、導波路出射端で出力を受光デバイスでモニタし、その出力が最大になるように発光デバイス、受光デバイス、導波路を相対的に移動し、固定するという手法である。しかし、この方法は、調整に大変時間がかかり、特に複数の光導波路を接続しようとすると効率が悪く、コスト増の原因となってしまう。
特許文献7は、光源としてLDを用いている。シリコン基板(サブマウントに相当)にLDを実装し、LD全体と、導波路端部と、ボンディングワイヤの一部を樹脂で覆っている。しかし、シリコン基板は放熱を目的としており、LDの発光方向を調整するものではない。まや、シリコン基板(サブマウント)全体は樹脂により覆われていないので、シリコン基板のステム(プリント基板に相当)への接合強度を向上させる機能もない。また、ボンディングワイヤの一部が樹脂から露出しているので、ボンディングワイヤの保護機能はない。また、VCSELを使用していないので、消費電力が高く、高価である。
特許文献8は、光源としてLDを用いている。シリコン基板(サブマウントに相当)にLDを実装し、LD全体と、導波路端部と、シリコン基板全体を樹脂で覆っている。しかし、シリコン基板は放熱を目的としており、LDの発光方向を調整するためのものではない。また、VCSELを使用していないので、消費電力が高く、高価である。
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、薄型化、小型化でき、かつ低コストな光通信モジュール及び光送受信装置の提供を目的とする。
前記目的を達成するため、本発明は、プリント基板と、発光素子と受光素子の一方又は両方を側面に実装してなるサブマウント基板と、前記発光素子と受光素子との間に、これらの素子と光結合可能に設けられた光導波路とを有してなり、前記発光素子及び前記受光素子は、前記サブマウント基板を介して、それらの発光及び受光方向が前記プリント基板と平行となるように前記プリント基板上に実装され、且つ前記サブマウント基板の発光素子及び受光素子と、これらに隣接した前記光導波路の端部とが、樹脂により覆われていることを特徴とする光通信モジュールを提供する。
また本発明は、
(1)サブマウント基板の側面に発光素子、受光素子を実装し、該サブマウント基板をプリント基板上に、発光素子及び受光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する工程;
(2)光導波路を位置合わせする工程;
(3)光導波路端部及び発光素子又は受光素子を含むサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、さらに該樹脂液を硬化させる工程;
の各工程を順に行って光通信モジュールを作製することを特徴とする光通信モジュールの製造方法を提供する。
(1)サブマウント基板の側面に発光素子、受光素子を実装し、該サブマウント基板をプリント基板上に、発光素子及び受光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する工程;
(2)光導波路を位置合わせする工程;
(3)光導波路端部及び発光素子又は受光素子を含むサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、さらに該樹脂液を硬化させる工程;
の各工程を順に行って光通信モジュールを作製することを特徴とする光通信モジュールの製造方法を提供する。
また本発明は、プリント基板と、発光素子と受光素子の一方又は両方を側面に実装してなるサブマウント基板と、前記発光素子と受光素子との間に、これらの素子と光結合可能に設けられた光導波路とを有してなり、前記発光素子及び前記受光素子は、基板に接すべき面と、発光又は受光する面とが表裏の位置にあって、実装した基板に対して垂直方向に発光又は受光する構造であり、前記発光素子及び前記受光素子は、前記サブマウント基板を介して、それらの発光及び受光方向が前記プリント基板と垂直でない方向になるように、前記プリント基板上に実装され、且つ前記サブマウント基板全体と発光素子全体及び受光素子全体と、これらに隣接した前記光導波路の端部とが、樹脂により一括して覆われていることを特徴とする光送受信装置を提供する。
本発明の光通信モジュールは、発光素子及び前記受光素子がサブマウント基板を介して、それらの発光及び受光方向が前記プリント基板と平行となるようにプリント基板上に実装し、サブマウント基板の発光素子及び受光素子と光導波路の端部とを樹脂で覆って固定した構成なので、プリント基板と平行方向に発光及び受光が可能となり、光通信モジュールの低背化(薄型化)、小型化を実現できる。
また、発光及び受光方向を変更するためのミラーなどの余分な光学部品が不要であり、
薄型で小型の光通信モジュールを安価に提供できる。
また、発光及び受光方向を変更するためのミラーなどの余分な光学部品が不要であり、
薄型で小型の光通信モジュールを安価に提供できる。
本発明の光通信モジュールの製造方法によれば、薄型で小型の光通信モジュールを、効率よく安価に生産することができる。
本発明の光送受信装置は、基板に接すべき面と、発光/受光する面とが表裏の位置にあって、通常の実装をすると基板に対して垂直方向に発光/受光する構造となる素子を用い、受発光素子とサブマウント基板と光導波路とが一括で樹脂で覆われ、サブマウント基板の側面に受発光素子を実装し、これをプリント基板に実装する構造としたので、低発熱、低消費電力の光送受信装置を提供できる。
また、用途に合わせて任意の方向に受発光できるので、適用範囲の広い光送受信装置を提供できる。
また、本発明の光送受信装置は、前記構成としたことで、低コストで提供できる。
また、前記樹脂によってプリント基板の一部も覆った構成とすることで、プリント基板への実装強度を高めることができ、装置の信頼性を向上できる。
また、受発光素子のボンディングワイヤも樹脂で覆うことで、ボンディングワイヤを保護し、装置の信頼性を向上できる。
また、用途に合わせて任意の方向に受発光できるので、適用範囲の広い光送受信装置を提供できる。
また、本発明の光送受信装置は、前記構成としたことで、低コストで提供できる。
また、前記樹脂によってプリント基板の一部も覆った構成とすることで、プリント基板への実装強度を高めることができ、装置の信頼性を向上できる。
また、受発光素子のボンディングワイヤも樹脂で覆うことで、ボンディングワイヤを保護し、装置の信頼性を向上できる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図4〜図6は、本発明に係る光通信モジュールの製造方法の一実施形態を示す図であり、図4(a)は、発光素子と受光素子の一方(以下、受発光素子と記す。)を側面に実装したサブマウント基板の平面図、(b)は正面図、(c)は側面図、(d)は斜視図である。図5は、光導波路の一例としてファイバテープを示す断面図、図6は光通信モジュールの製造方法の最終工程を示す側面図である。
図4〜図6は、本発明に係る光通信モジュールの製造方法の一実施形態を示す図であり、図4(a)は、発光素子と受光素子の一方(以下、受発光素子と記す。)を側面に実装したサブマウント基板の平面図、(b)は正面図、(c)は側面図、(d)は斜視図である。図5は、光導波路の一例としてファイバテープを示す断面図、図6は光通信モジュールの製造方法の最終工程を示す側面図である。
本発明の製造方法は、
(1)サブマウント基板の側面に発光素子、受光素子を実装し、該サブマウント基板をプリント基板上に、発光素子及び受光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する工程;
(2)光導波路を位置合わせする工程;
(3)光導波路端部及び発光素子又は受光素子を含むサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、さらに該樹脂液を硬化させる工程;
の工程を順次行うことを特徴としている。
(1)サブマウント基板の側面に発光素子、受光素子を実装し、該サブマウント基板をプリント基板上に、発光素子及び受光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する工程;
(2)光導波路を位置合わせする工程;
(3)光導波路端部及び発光素子又は受光素子を含むサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、さらに該樹脂液を硬化させる工程;
の工程を順次行うことを特徴としている。
まず、前記工程(1)について説明する。サブマウント基板の側面に受発光素子を実装した状態を図4に示す。図4中、符号31はサブマウント基板、32は受発光素子(VCSEL又はPD)、33は金ワイヤ、34は底面電極、35は側面電極である。
本発明の製造方法において、サブマウント基板31は、十分な絶縁性と実装する受発光素子32から発せられる熱の放熱性を両立するため、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどの材料を用いて形成することができる。
また、サブマウント基板31は、底面および側面に電極パターンを有する。底面電極34は、プリント基板上の所定の電極パッドと接合される。側面電極35には、受発光素子32のアノードとカソードが接合される。
また、サブマウント基板31は、底面および側面に電極パターンを有する。底面電極34は、プリント基板上の所定の電極パッドと接合される。側面電極35には、受発光素子32のアノードとカソードが接合される。
通常、受発光素子32は、アノード、カソードのうち、少なくとも一方はワイヤボンディングにより電極と電気的に接続される構造となっている。
接合後、金ワイヤ33がむき出しになるため、通常はワイヤボンディング後、速やかに封止剤を塗布し、金ワイヤ33の保護を行う。この時点では、ワイヤ保護用の樹脂を塗布しないことが望ましい。また、受発光素子32をサブマウント基板に固定または導通固定する際には、導電性ペーストなどを用いることができる。導電性ペーストの固定強度は弱く、通常は保護樹脂によるモールド処理が必要となるが、この時点では保護用樹脂を塗布しないことが望ましい。
接合後、金ワイヤ33がむき出しになるため、通常はワイヤボンディング後、速やかに封止剤を塗布し、金ワイヤ33の保護を行う。この時点では、ワイヤ保護用の樹脂を塗布しないことが望ましい。また、受発光素子32をサブマウント基板に固定または導通固定する際には、導電性ペーストなどを用いることができる。導電性ペーストの固定強度は弱く、通常は保護樹脂によるモールド処理が必要となるが、この時点では保護用樹脂を塗布しないことが望ましい。
サブマウント基板の側面に受発光素子を実装した後、そのサブマウント基板をプリント基板上に、受発光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する。図6に、このプリント基板上への受発光素子の実装状態を示す。図6に示すように、発光素子であるVCSEL54を側面に実装したサブマウント基板53をプリント基板56上に、VCSEL54の発光方向がプリント基板56に対して平行になるように実装し、また受光素子であるPD55を側面に実装したサブマウント基板53をプリント基板56上に、PD55の発光方向がプリント基板56に対して平行になるように実装する。
サブマウント基板をプリント基板上に搬送する手段としては、電子部品実装用の吸引式ピンセットを用いることが工業的に望ましい。そのため、サブマウント基板形状は、上面が平滑であることが望ましい。サブマウント基板をプリント基板上に実装する際は、ハンダまたは導電性ペーストを用いることができる。特に導電性ペーストを用いた場合、サブマウント基板の固定強度が不足するため、通常は保護樹脂によるモールド処理が必要となるが、この時点では保護用樹脂を塗布しないことが望ましい。
次に(2)について説明する。本発明の製造方法において、光導波路としては、シート型光導波路やファイバ型光導波路などを用いることができる。特にファイバ型光導波路は、長尺の導波路を作製することが可能であり、安価に光導波路を得ることができるので有利である。ファイバ型光導波路としては、石英ガラスファイバ、プラスチックファイバなどを用いることができる。また、石英ガラスファイバの一種であるが、光を導波させるコアが石英ガラスからなり、コア周辺のクラッド部がポリマーからなるポリマークラッドファイバを用いることもできる。これらのファイバ型導波路は、ケーブル化、テープ化するなどして複数本を一括して実装することもできる。
図5は、前記ファイバ型光導波路の一例としてファイバテープを示す図である。このファイバテープ41は、4本のファイバ型光導波路42を並べ、合成樹脂製のテープ化材43によってテープ状に一括被覆した構成になっている。例えば、サブマウント基板に発光素子と受光素子を実装し、発光部と受光部の距離に合わせて石英ガラスファイバをテープ化することで、双方向通信線を一度に実装固定することが可能である。また、テープ化、ケーブル化することで、光導波路の取り扱い性、耐熱性、強度などを向上させることもできる。
光導波路の位置合わせの方法は、アクティブアライメント、パッシブアライメントのどちらでもよい。サブマウント基板及び光導波路に位置合わせ用のマークを設け、実装機で画像認識しながら位置合わせする方法が、工業的に好ましい。ファイバ型光導波路を用いる場合、ファイバをテープ化することで、実装機の吸引ピンセットによるハンドリング性能を向上させることができる。
次に(3)について説明する。この工程(3)では、光導波路端部及び受発光素子を有するサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、硬化させる。
これにより、
a)受発光素子から出るボンディングワイヤの保護、
b)受発光素子のサブマウント基板上への実装強度確保、
c)光導波路の固定、
d)サブマウント基板のプリント基板への実装強度確保、
を、一括で行うことが可能になる。
これにより、
a)受発光素子から出るボンディングワイヤの保護、
b)受発光素子のサブマウント基板上への実装強度確保、
c)光導波路の固定、
d)サブマウント基板のプリント基板への実装強度確保、
を、一括で行うことが可能になる。
ここで用いる樹脂としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系、ポリシラン系などを用いることができる。硬化方法は、UV硬化型、熱硬化型、二液混合(化学反応)硬化型、水分反応硬化型などがある。特に、UV硬化型樹脂は硬化時間が短く、硬化中に光導波路と受発光素子との位置ずれが起きにくいため、望ましい。
本発明において、硬化後の屈折率が光導波路のコアと同値の樹脂を用いることで、フレネル反射を防ぎ、受発光素子と光導波路との結合損を少なくすることができる。例えば、光導波路として石英ガラス光ファイバを用いる場合、樹脂の硬化後屈折率は、1.40〜1.60のものを用いることが望ましい。また、硬化後の熱膨張係数がサブマウント基板、光導波路、プリント基板と近い樹脂を用いることで、安定した光伝送特性を達成することができる。特にプリント基板と熱膨張係数が近い樹脂を用いることで、安定した光伝送特性を達成することができる。また、前記a)〜d)の他に、受発光素子を空気から封じる効果もあり、その結果、安定した光伝送が可能になる。
図6は、工程(3)の実施状態を例示する図であり、図中符号51は樹脂液を滴下するためのディスペンサノズル、52はポリマークラッドファイバ(ファイバ型光導波路)、53はサブマウント基板、54は発光素子であるVCSEL、55は受光素子であるPD,56はプリント基板、57はUV硬化型樹脂である。本例示では、プリント基板56上に、VCSEL54を側面に実装した第1のサブマウント基板53と、PD55を側面に実装した第2のサブマウント基板53とを、それぞれの発光方向または受光方向をプリント基板56に対して平行になるように実装し、VCSEL54の発光部とPD55の受光部とに端を隣接させた状態でポリマークラッドファイバ52を配置し、ポリマークラッドファイバ52の両端とVCSEL54及びPD55とを封止するようにUV硬化型樹脂57をディスペンサーノズル51の先端から滴下し、硬化させる。そして、樹脂の硬化後、プリント基板56上に、それぞれの発光方向または受光方向がプリント基板56に対して平行になるようにVCSEL54またはPD55が実装され、これらの間をポリマークラッドファイバ52で光学的に結合された光通信モジュールが作製される。
このように作製された光通信モジュールは、図6に示すように、プリント基板56と、発光素子であるVCSEL53と受光素子であるPD55の一方又は両方を側面に実装してなるサブマウント基板53と、これらのVCSEL53とPD55との間に、これらの素子と光結合可能に設けられた光導波路(ポリマークラッドファイバ52)とを有してなり、これらのVCSEL53とPD55は、サブマウント基板53を介して、それらの発光及び受光方向がプリント基板56と平行となるようにプリント基板56上に実装され、且つサブマウント基板53のVCSEL53とPD55と、これらに隣接した光導波路の端部とが、UV硬化型樹脂57により覆われていることを特徴としている。
この光通信モジュールは、プリント基板56と平行方向に発光及び受光が可能となり、光通信モジュールの低背化(薄型化)、小型化を実現できる。
この光通信モジュールは、プリント基板56と平行方向に発光及び受光が可能となり、光通信モジュールの低背化(薄型化)、小型化を実現できる。
次に、本発明の光送受信装置の実施形態を説明する。
図11は、本発明の光送受信装置の実施形態を示す図であり、図11(a)は光送受信装置100の平面図、(b)は正面図である。この図中、符号100は光送受信装置、101〜103はプリント基板、104〜106はサブマウント基板、107は発光素子、108は受光素子、109は光導波路、110は樹脂、111はテープシートである。
図11は、本発明の光送受信装置の実施形態を示す図であり、図11(a)は光送受信装置100の平面図、(b)は正面図である。この図中、符号100は光送受信装置、101〜103はプリント基板、104〜106はサブマウント基板、107は発光素子、108は受光素子、109は光導波路、110は樹脂、111はテープシートである。
本実施形態の光送受信装置100は、プリント基板101〜103と、発光素子107と受光素子108の両方を実装したサブマウント基板104と、発光素子107を側面に実装したサブマウント基板105と、受光素子108を側面に実装したサブマウント基板106と、前記発光素子107と受光素子108との間に、これらの素子と光結合可能に設けられた光導波路109とを有してなり、発光素子107及び受光素子108は、基板に接すべき面と、発光又は受光する面とが表裏の位置にあって、実装した基板に対して垂直方向に発光又は受光する構造であり、発光素子107及び受光素子108は、サブマウント基板104〜106を介して、それらの発光及び受光方向がプリント基板101〜103と垂直でない方向になるように、それぞれのプリント基板101〜103上に実装され、且つサブマウント基板104〜106全体と発光素子107全体及び受光素子108全体と、これらに隣接した光導波路109の端部とが、樹脂110により一括して覆われていることを特徴としている。
本実施形態の光送受信装置100は、図11のように3つのプリント基板101〜103にそれぞれ実装された受発光素子間を2本のファイバ型の光導波路109で繋いだ構造になっている。図14の参考例のように、プリント基板117上に、一つの側面に発光素子119と受光素子120とを両方実装したサブマウント基板118を実装し、これらの受発光素子をU字状に曲げた光導波路121で結合し、サブマウント基板118全体と受発光素子全体及び光導波路121の両端部を樹脂122で一括に覆った構造を有したものとは異なっている。
発光素子107及び受光素子108は、図1に示すように、支持基板(サブマウント基板)に接すべき面と、発光又は受光する面とが表裏の位置にあって、通常の実装をすると基板に対して垂直方向に発光又は受光する構造となっている。このような構造を持つ光源で、サーバーなどの高速通信機器、自動車内光配線、携帯電話など小型電子機器に光配線が適用できる光源としては、例えば、面発光レーザ(VCSEL)がある。前記の構造をしたレーザーは、受発光方向に対して低背であり、従来のLDと比較し価格が安いという特徴を持つ。また素子構造上、発光閾値電流が低く、その結果、消費電力が低いという特徴がある。前記の用途では、低価格で低消費電力の光源は、大きな利点である。
サブマウント基板104〜106の形状は、少なくともプリント基板101〜103に実装する面と、その面に平行でない、受発光素子を実装する面を有する。サブマウント基板104〜106の側面112a〜112dとは、図12に示すように、サブマウント基板104〜106の形状を形成する面のうち、プリント基板に実装する面113に平行でない面の全てを指す。サブマウント基板104〜106の側面112aに前述の受発光素子を実装することで、受発光素子の受発光方向をプリント基板101〜103と垂直以外の任意の向きにする機能を持っている。
従来の光送受信装置では、プリント基板に対し、任意の方向に受発光するには、ミラーなどの光学部品を用いて光路を変更しなければならなかった。ミラーなどの光路変換部品は、値段が高いので望ましくない。また、光路変換部では、散乱などにより光の結合効率が下がるので、不利である。発光又は受光する面とが表裏の位置にあって、通常の実装をすると基板に対して垂直方向に発光又は受光する構造の受発光素子を用い、前記のプリント基板に対し垂直以外の任意の方向に受発光できる光送受信装置は、光送受信装置及び光導波路の設置スペースを小さくすることができ、画期的である。また、可動部近傍に設置する場合、光導波路にかかる屈曲を小さくすることができ、光導波路の曲げ損失、信頼性といった面からも有利である。
サブマウント基板104〜106の材質は、十分な電気絶縁性を持っている材料、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムを用いることができる。これらの材料は熱伝導性に優れるため、発光素子が発した熱を効率よく放熱することができる。
また、サブマウント基板104〜106は、図4に示すように、底面及び側面に電極パターンを有する。底面電極34は、プリント基板101〜103上の所定の電極パッドと接合される。側面電極35には、受発光素子のアノードとカソードが接合される(図4参照)。通常、受発光素子は、アノード、カソードのうち、少なくとも一方はワイヤボンディングにより電極と電気的に接続される構造となっている。
前記の受発光素子の両方又は片方が前記のサブマウント基板104〜106の側面に実装され、そのサブマウント基板104〜106はプリント基板101〜103に実装されている。その結果、受発光素子の受発光方向は、プリント基板101〜103上面に対して垂直以外の向きとなっている。
光導波路109としては、シート型光導波路やファイバ型光導波路などを用いることができる。特にファイバ型光導波路は、長尺の導波路を作製することが可能であり、安価に光導波路を得ることができるので有利である。ファイバ型光導波路としては、石英ガラスファイバ、プラスチックファイバなどを用いることができる。また、石英ガラスファイバの一種であるが、光を導波させるコアが石英ガラスからなり、コア周辺のクラッド部がポリマーからなるポリマークラッドファイバを用いることもできる。これらのファイバ型光導波路は、ケーブル化、テープ化するなどして複数本を一括して実装することもできる。図11に示す例示でも、複数本の光導波路109のプリント基板間の一部をテープシート111で一括被覆し、テープ化している。
光導波路109の位置合わせの方法は、アクティブアライメント、パッシブアライメントのどちらでもよい。サブマウント基板104〜106及び光導波路109に位置合わせ用のマークを設け、実装機で画像認識しながら位置合わせする方法が、工業的に好ましい。ファイバ型光導波路を用いる場合、複数本のファイバをテープ化することで、実装機の吸引ピンセットによるハンドリング性能を向上させることができる。
サブマウント基板104〜106全体と発光素子107全体及び受光素子108全体と、これらに隣接した前記光導波路109の端部とを一括して覆っている樹脂110は、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリシラン系樹脂などを用いることができる。硬化方法は、UV硬化型、熱硬化型、二液混合(化学反応)硬化型、水分反応硬化型などがある。特に、UV硬化型樹脂は硬化時間が短く、硬化中に光導波路109と受発光素子との位置ずれが起きにくいため、望ましい。全体を樹脂110で覆っているということは、図11のように、プリント基板101〜103にも樹脂が接着している状態を指している。このように樹脂110で主要部全体を一括で覆う構造とすることで、
a)受発光素子から出るボンディングワイヤの保護、
b)受発光素子のサブマウント基板上への実装強度確保、
c)光導波路の固定、
d)サブマウント基板のプリント基板への実装強度確保、
を一括で行うことが可能になる。これにより、安価であり、かつ、低背であり、かつ、高い信頼性を確保することができる。
a)受発光素子から出るボンディングワイヤの保護、
b)受発光素子のサブマウント基板上への実装強度確保、
c)光導波路の固定、
d)サブマウント基板のプリント基板への実装強度確保、
を一括で行うことが可能になる。これにより、安価であり、かつ、低背であり、かつ、高い信頼性を確保することができる。
硬化後の屈折率が光導波路109のコアと同値の樹脂110を用いることで、フレネル反射を防ぎ、受発光素子と光導波路109との結合損を少なくすることができる。例えば、光導波路109として石英ガラス光ファイバを用いる場合、樹脂110の硬化後屈折率は、1.40〜1.60のものを用いることが望ましい。また、硬化後の熱膨張係数がサブマウント基板104〜106、光導波路109、プリント基板101〜103と近い樹脂110を用いることで、安定した光伝送特性を達成することができる。特にプリント基板と熱膨張係数が近い樹脂を用いることで、安定した光伝送特性を達成することができる。また、前記a)〜d)の他に、受発光素子を空気から封じる効果もあり、その結果、安定した光伝送が可能になる。
樹脂110は、所定の箇所に滴下し、硬化させる。滴下にはディスペンサなどを用いることができる。
樹脂110は、所定の箇所に滴下し、硬化させる。滴下にはディスペンサなどを用いることができる。
この光送受信装置100は、プリント基板101〜103と垂直でない任意の方向に受発光する装置構成になっているが、この角度について、図12及び図13を参照して定義しておく。図12及び図13において、プリント基板114と平行な方向、すなわちプリント基板114に実装するサブマウント基板115の下面113を0°とし、受発光素子116を実装する側面112a〜112dをプラス側として、プリント基板114の下面114と受発光方向とが成す受発光角度θは、−90°〜90°と表現できる。ここで、θ=−90°及び90°がプリント基板114に垂直な方向を指す。
受発光角度θがプリント基板114と平行な場合(θ=0°)、光送受信装置全体の高さがもっとも低くなる。携帯電話、ノートPCなどの、薄型モバイル機器内部の光配線に適している。図11は、受発光角度θが0°の場合をイメージしている。
光導波路109の例示として挙げたポリマークラッドファイバとは、コア・クラッド構造からなるファイバ型光導波路で、コア部が石英ガラス、クラッド部がポリマー材料で構成されるものである。このポリマークラッドファイバは、コア部が石英ガラスなので、高い伝送特性を示す。クラッド部がポリマー材料で構成されているため、すなわち、ファイバを構成するガラス部分の径が小さいため、ファイバをより小さい曲率で曲げることができる。
また、光導波路109としては、ポリマーウェイブガイドを用いることもできる。このポリマーウェイブガイドとは、コア・クラッド構造からなる導波路で、コアもクラッドもポリマー材料で構成されるものである。製法上、導波路断面形状は矩形であり、テープ状の形状をなす。可撓性があり、取り回し、固定が容易である。
この光送受信装置100において、樹脂110は単層構造に限らず、2層又は3層以上の樹脂層を積層した構造とすることもできる。
さらに、樹脂層110を複数の樹脂層で構成した場合、最も外側の樹脂層に熱伝導性フィラーを混合することもできる。このように外側の樹脂層に熱伝導性フィラーを混合することにより、受光素子又は発光素子から生じた熱を外部に放熱する効果が高められる。その結果、受発光素子の発熱に起因する内側の樹脂層の温度変化が小さくなり、光軸ズレや、受光素子又は発光素子の破損といった問題を解決できる。この熱伝導性フィラーの材料、形状は特に制限されず、例えば、カーボンフィラーなどを用いることができる。この場合、内側の樹脂層は、通信光に対して透明な樹脂で構成される。この透明樹脂の材質は特に制限されないが、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。この内側の樹脂層は、受光素子又は発光素子と光導波路との位置合わせをして固定する働きをするため、硬化時間は短い方がよい。硬化時間が長いと、硬化中に光軸ズレが生じるおそれがある。
さらに、樹脂層110を複数の樹脂層で構成した場合、最も外側の樹脂層に熱伝導性フィラーを混合することもできる。このように外側の樹脂層に熱伝導性フィラーを混合することにより、受光素子又は発光素子から生じた熱を外部に放熱する効果が高められる。その結果、受発光素子の発熱に起因する内側の樹脂層の温度変化が小さくなり、光軸ズレや、受光素子又は発光素子の破損といった問題を解決できる。この熱伝導性フィラーの材料、形状は特に制限されず、例えば、カーボンフィラーなどを用いることができる。この場合、内側の樹脂層は、通信光に対して透明な樹脂で構成される。この透明樹脂の材質は特に制限されないが、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。この内側の樹脂層は、受光素子又は発光素子と光導波路との位置合わせをして固定する働きをするため、硬化時間は短い方がよい。硬化時間が長いと、硬化中に光軸ズレが生じるおそれがある。
また、樹脂110を3層の樹脂層とし、内側の樹脂層の屈折率を中間の樹脂層よりも高くした構成としてもよい。この構造とすることで、内側の樹脂層と中間の樹脂層でコア・クラッド構造となり、受光素子又は発光素子と光導波路の結合効率が向上する。また、外側の樹脂層に前述した熱伝導性フィラーを混合することにより、受光素子又は発光素子から生じた熱を外部に放熱する効果が高められ、受発光素子の発熱に起因する内側の樹脂層及び中間の樹脂層の温度変化が小さくなる。
この場合、中間の樹脂層は、内側の樹脂層と同様、通信光に対して透明な樹脂で構成される。透明樹脂の材質は特に制限されないが、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。
この場合、中間の樹脂層は、内側の樹脂層と同様、通信光に対して透明な樹脂で構成される。透明樹脂の材質は特に制限されないが、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。
また、樹脂110を3層の樹脂層とし、内側の樹脂層(及び中間の樹脂層)に透明性フィラーを混合した構成としてもよい。内側の樹脂層(及び中間の樹脂層)の透明性フィラーにより、受光素子又は発光素子と光導波路端の結合部の線膨張係数が下がり、効果的に光軸ズレや、受発光素子の破損といった問題を解決できる。
この場合、言うまでもないが、内側の樹脂層に用いる透明性フィラーの屈折率は、内側の樹脂層に用いる樹脂の屈折率と同じか又はほとんど同じであることが望ましい。両者の屈折率の差が大きくなると、散乱が顕著になり、通信光のロスが大きくなるので望ましくない。この透明性フィラーの材質は特に制限されない。通信に用いる波長が、可視光〜近赤外光の場合、石英ガラスフィラーを用いることができる。透明性フィラーの形状は、針状、粒状など、特に制限されないが、特開2006−257353号公報に開示されているように、球状であり、かつ、粒径が波長の数分の一から波長の数倍までのミー散乱を起こしやすい領域を避けることで、通信光の散乱を抑制することができるものが好ましい。
中間の樹脂層にも透明性フィラーを用いる場合にも、内側の樹脂層な場合と同様、中間の樹脂層に用いる樹脂の屈折率と近い屈折率を持った透明性フィラーを用いることが好ましい。
この場合、言うまでもないが、内側の樹脂層に用いる透明性フィラーの屈折率は、内側の樹脂層に用いる樹脂の屈折率と同じか又はほとんど同じであることが望ましい。両者の屈折率の差が大きくなると、散乱が顕著になり、通信光のロスが大きくなるので望ましくない。この透明性フィラーの材質は特に制限されない。通信に用いる波長が、可視光〜近赤外光の場合、石英ガラスフィラーを用いることができる。透明性フィラーの形状は、針状、粒状など、特に制限されないが、特開2006−257353号公報に開示されているように、球状であり、かつ、粒径が波長の数分の一から波長の数倍までのミー散乱を起こしやすい領域を避けることで、通信光の散乱を抑制することができるものが好ましい。
中間の樹脂層にも透明性フィラーを用いる場合にも、内側の樹脂層な場合と同様、中間の樹脂層に用いる樹脂の屈折率と近い屈折率を持った透明性フィラーを用いることが好ましい。
樹脂110を複数層設ける場合、内側の樹脂層は、少なくとも受発光素子全体とサブマウント基板全体と光導波路端部とをすっぽり覆って設けることが望ましい。これにより、受光素子又は発光素子と光導波路との結合強度の向上、サブマウント基板のプリント基板への実装強度の向上を図ることができ、信頼性を向上させることができる。さらに、内側の樹脂層に透明性フィラーが混合されている場合、内側の樹脂層の線膨張係数が低くなることから、温度変化に強くなり、信頼性をより向上させることができる。
図4に示すサブマウント基板を作製した。サブマウント基板の材質は窒化アルミニウムとした。サブマウント基板上の電極材は、受発光素子を実装する際の金ワイヤとの接続強度を考慮して、金スズ合金とした。
図4に示すように、受発光素子をサブマウント基板に実装した。この実装は、導電性銀ペーストと金ワイヤで行った。発光素子には発光中心波長850nmのVCSELを用い、受光素子にはPDを用いた。
次に、側面に受発光素子を実装したサブマウント基板をプリント基板上に実装した。サブマウント基板の搬送は、真空ピンセットで行い、導電性銀ペーストを用いて、プリント基板の電極パッドに接合した。
次に、光導波路の位置合わせと固定を行った。光導波路には、石英ガラスからなるコア径が50μmのポリマークラッドファイバを用いた。このポリマークラッドファイバのクラッドにはフッ素含有ポリマーを用いている。位置合わせは、実際にVCSELとPDを動作させ、アクティブアライメント法で行った。
次に、光導波路端とサブマウント基板部分に樹脂を滴下し、硬化させた。樹脂は、硬化後の屈折率が1.45のUV硬化型の樹脂を用いた。図6に示すように、光導波路端、VCSEL、PD、サブマウント基板が固定されるよう、エアディスペンサを用いて適量を滴下した。滴下後、UV光を照射し、硬化させ、光通信モジュールを作製した。
作製した光通信モジュールを用いて、伝送実験を行ったところ、VCSEL駆動速度1GHzにおいて、4時間駆動し、エラーフリーを達成できた。
図4に示すように、受発光素子をサブマウント基板に実装した。この実装は、導電性銀ペーストと金ワイヤで行った。発光素子には発光中心波長850nmのVCSELを用い、受光素子にはPDを用いた。
次に、側面に受発光素子を実装したサブマウント基板をプリント基板上に実装した。サブマウント基板の搬送は、真空ピンセットで行い、導電性銀ペーストを用いて、プリント基板の電極パッドに接合した。
次に、光導波路の位置合わせと固定を行った。光導波路には、石英ガラスからなるコア径が50μmのポリマークラッドファイバを用いた。このポリマークラッドファイバのクラッドにはフッ素含有ポリマーを用いている。位置合わせは、実際にVCSELとPDを動作させ、アクティブアライメント法で行った。
次に、光導波路端とサブマウント基板部分に樹脂を滴下し、硬化させた。樹脂は、硬化後の屈折率が1.45のUV硬化型の樹脂を用いた。図6に示すように、光導波路端、VCSEL、PD、サブマウント基板が固定されるよう、エアディスペンサを用いて適量を滴下した。滴下後、UV光を照射し、硬化させ、光通信モジュールを作製した。
作製した光通信モジュールを用いて、伝送実験を行ったところ、VCSEL駆動速度1GHzにおいて、4時間駆動し、エラーフリーを達成できた。
実際に本発明の製造方法に従って作製した光通信モジュールを使い、映像伝送実験を行った。
発光素子として、発光波長850nmで、遮断周波数2.5GHzの面発光型レーザー(VCSEL)を用いた。VCSELは市販品を用い、図1に示したように、カソードをワイヤボンディングにより電極と結合させ、アノードは導電ペーストを用いて電極と電極と結合させるタイプのものを選択した。
受光素子としては、遮断周波数2.5GHzのGaAsフォトダイオード(PD)を用いた。PDは市販品を用い、VCSELと同様に、カソードをワイヤボンディングで、アノードを導電ペーストで導電させる形状のものを選択した。
サブマウント基板は、実施例1に記載のサブマウント基板と同じものを用いた。サブマウント基板に導電性銀ペーストと金ワイヤを用いて、VCSEL及びPDを実装した。
次に、側面にVCSEL及びPDを実装したサブマウント基板を実装した。サブマウント基板の搬送は、真空ピンセットで行い、導電性銀ペーストを用いてプリント基板の電極パッドに接合した。
発光素子として、発光波長850nmで、遮断周波数2.5GHzの面発光型レーザー(VCSEL)を用いた。VCSELは市販品を用い、図1に示したように、カソードをワイヤボンディングにより電極と結合させ、アノードは導電ペーストを用いて電極と電極と結合させるタイプのものを選択した。
受光素子としては、遮断周波数2.5GHzのGaAsフォトダイオード(PD)を用いた。PDは市販品を用い、VCSELと同様に、カソードをワイヤボンディングで、アノードを導電ペーストで導電させる形状のものを選択した。
サブマウント基板は、実施例1に記載のサブマウント基板と同じものを用いた。サブマウント基板に導電性銀ペーストと金ワイヤを用いて、VCSEL及びPDを実装した。
次に、側面にVCSEL及びPDを実装したサブマウント基板を実装した。サブマウント基板の搬送は、真空ピンセットで行い、導電性銀ペーストを用いてプリント基板の電極パッドに接合した。
図7は、VCSELを側面に実装したサブマウント基板をプリント基板に実装したものの接合部分の拡大図である。この図7中、符号61はVCSEL、62はサブマウント基板、63は金ワイヤ、64はプリント基板、65は電極を表している。前述した実施形態の説明において記したように、この時点では、VCSELに結合した金ワイヤを保護するモールド樹脂や、VCSELとサブマウント基板の接合強度を向上させるようなモールド樹脂や、サブマウント基板とプリント基板の接合強度を向上させるようなモールド樹脂は塗布していない。
続いて、光導波路とVCSEL及びPDを位置合わせし、固定を行った。
光導波路としては、市販のマルチモード石英ガラスファイバを用いた。このガラスファイバの光伝播コア径は50μmである。
位置合わせは、実際にVCSELとPDを動作させ、アクティブアライメント法で行った。位置合わせを行った後、硬化後の屈折率が1.45のUV硬化型の樹脂を光ファイバとVCSEL及びPDの結合部に適量を滴下し、波長365nmの紫外光を照射して硬化させた。UV硬化型樹脂は市販のものを用いた。樹脂の滴下は、実施例1同様、エアーディスペンサを用いて行った。
光導波路としては、市販のマルチモード石英ガラスファイバを用いた。このガラスファイバの光伝播コア径は50μmである。
位置合わせは、実際にVCSELとPDを動作させ、アクティブアライメント法で行った。位置合わせを行った後、硬化後の屈折率が1.45のUV硬化型の樹脂を光ファイバとVCSEL及びPDの結合部に適量を滴下し、波長365nmの紫外光を照射して硬化させた。UV硬化型樹脂は市販のものを用いた。樹脂の滴下は、実施例1同様、エアーディスペンサを用いて行った。
図9は、UV樹脂硬化後のPDと光ファイバとの結合部の拡大図である。図9中、符号71はPD、72はサブマウント基板、73は金ワイヤ、74はプリント基板、75は電極(プリント基板)、76は光ファイバ、77はUV硬化型樹脂を表している。
前述した実施形態の説明において記したように、光ファイバとPDを固定するUV硬化型樹脂により、PDに結合した金ワイヤの保護と、PDとサブマウント基板の接合強度の向上と、サブマウント基板とプリント基板の接合強度の向上を図ることができる。
このようにして作製した光通信モジュール全体の構成を図10に示す。図10中、符号80は、本実施例で作製した光通信モジュール、81はサブマウント基板を介してVCSEL又はPDの一方を実装したプリント基板、82はサブマウント基板を介してVCSEL又はPDの一方を実装したプリント基板、83は双方のプリント基板のVCSELとPDとを光結合可能なように接続された光ファイバを表している。
この光通信モジュールを用いて伝送実験を行った。市販のデジタルデータアナライザを用いてVCSEL−光ファイバ−PD間の光信号伝送におけるビットエラーレートの測定を行ったところ、駆動速度2.5GHzにおいて、4時間駆動して、エラーフリーを達成できた。
また、市販のサンプリングオシロスコープを用いて、アイパターンの測定を行った。図10は、測定されたアイパターンを表している。図10に示すアイパターンから、この光通信モジュールは十分な開口が得られていることが確認できた。
また、この光通信モジュールを用いて、画像信号の伝送実験を行った。CCDカメラから出力されるアナログ信号をデジタル変換し、さらにシリアル化した後、LVDS方式で伝送を行った。アナログ変換、シリアル化、LVDS対応信号変換は、市販の通信用ボードを用いて行った。実験の結果、CCDカメラの映像をリアルタイムで伝送し、ディスプレイに表示することができた。
ヘッドマウントディスプレイ123とその制御装置125との間に光送受信装置を適用した。構成概略を図15に示す。本装置は、被験者124が頭部に着用するゴーグル型のヘッドマウントディスプレイ123であり、片耳の外周にフィットさせて固定する形式となっており、耳にかけた部分の後方から光導波路126が取り出されている。耳へのフィット感を高めるため、また、意匠性の問題で、光導波路126の取り出し部は図16に示すように、ヘッドマウントディスプレイ123の後端部に設けられたプリント基板127と、該プリント基板127に実装されたサブマウント基板128と、該サブマウント基板128の側面に実装された受発光素子と、該素子に光結合可能に接続された光導波路129とを備えた構造になっている。このヘッドマウントディスプレイ123は小型であるため、光送信装置のプリント基板127は図16に示される位置に収納されている。したがって、光導波路129と光送信装置基板とは、水平ではなく、所定の角度がついている。本実施例の実験機では、約50°の角度がついている。ここに適用する光送信装置として、プリント基板127に対し出射角度が50°の光送信装置を準備し、ヘッドマウントディスプレイ実験機に搭載し、伝送実験を行った。比較として出射角度0°の光送信装置も準備し、評価を行った。
まず、光送信装置をヘッドマウントディスプレイ123に搭載した状態で、伝送実験を行った。市販のデジタルデータアナライザを用いてVCSEL−光ファイバ−PD間の光信号伝送におけるビットエラーレートの測定を行ったところ、駆動速度1.5GHzにおいて、4時間駆動して、エラーフリーを達成できた。また、市販のサンプリングオシロスコープを用いて、アイパターンの測定を行ったところ、十分な開口が得られていることが確認できた。
比較のため、出射角度0°の光送信装置でも同じ実験を行ったところ、ヘッドマウントディスプレイ123を静止させている状態では、エラーフリーを達成したが、実際に被験者124の耳に装着して、被験者124が歩行したところ、アイパターンの乱れが大きく、安定した伝送ができなかった。出射角度(受発光角度θ)0°の光送信装置を搭載した場合、ヘッドマウントディスプレイ123の光導波路129取り出し部で光ファイバ根本に無理な力がかかっており、信頼性が低下することがわかった。
比較のため、出射角度0°の光送信装置でも同じ実験を行ったところ、ヘッドマウントディスプレイ123を静止させている状態では、エラーフリーを達成したが、実際に被験者124の耳に装着して、被験者124が歩行したところ、アイパターンの乱れが大きく、安定した伝送ができなかった。出射角度(受発光角度θ)0°の光送信装置を搭載した場合、ヘッドマウントディスプレイ123の光導波路129取り出し部で光ファイバ根本に無理な力がかかっており、信頼性が低下することがわかった。
携帯電話130内の配線に光送受信装置を適用した。構成概略を図17に示す。図中、符号130は携帯電話、131は液晶ディスプレイ、132はキーパッド、133はカメラモジュール、134及び135はプリント基板、136は光導波路である。
携帯電話をはじめとする薄型電子機器では、プリント基板上に実装される部品の高さは1mm以下が必須であり、さらなる低背化が望まれている。この要求に対応するために、受発光角度0°の光送信装置と光受信装置を適用することで、受発光素子、光導波路、固定樹脂を含み、プリント基板からの高さ0.7mmの光送受信装置を実現できた。装置構成を図18(a)に示す。図18(a)中、符号135(134)はプリント基板、136は光導波路、137はサブマウント基板、138は発光素子であるVCSEL、139はこれらを一括被覆している樹脂である。
携帯電話をはじめとする薄型電子機器では、プリント基板上に実装される部品の高さは1mm以下が必須であり、さらなる低背化が望まれている。この要求に対応するために、受発光角度0°の光送信装置と光受信装置を適用することで、受発光素子、光導波路、固定樹脂を含み、プリント基板からの高さ0.7mmの光送受信装置を実現できた。装置構成を図18(a)に示す。図18(a)中、符号135(134)はプリント基板、136は光導波路、137はサブマウント基板、138は発光素子であるVCSEL、139はこれらを一括被覆している樹脂である。
また、図18(a)中の各部寸法a〜fは次の通りとした。a=0.70mm、b=0.50mm、c=0.30mm、d=0.25mm、e=0.10mm、f=0.25mm。光導波路136としては、外径80μmの石英ガラスファイバを用いた。この石英ガラスファイバは外側をUV硬化ウレタン樹脂でコーティングして外径125μmとしてある。また、樹脂139としては、UV硬化型エポキシ樹脂を用いた。
サブマウント基板137は、液晶ポリマーを用いて射出成形法で作製した。サブマウント基板137への受発光素子の実装、および、サブマウント基板137のプリント基板134,135への実装、及び、光導波路136のプリント基板134,135への実装は、電子部品を実装する自動機(マウンター)を用いて行った。射出成形品の寸法誤差、および自動機での実装位置精度誤差があるため、受発光角度θ=0°の光送受信装置を作製しようとしても、実装機の能力に応じて誤差が生じる。今回の実験では、製造誤差に対する許容値を調査するため。故意に−3°〜3°までの範囲で傾けたサンプルも作製した。また、出射角度ズレ、受光角度ズレの他、図18(b)に示すように、ファイバ角度ズレが起こることも想定できるため、−3°〜3°までの範囲でファイバ角度ズレを有するサンプルも作製した。なお、ファイバズレ角度は、ファイバの中心線とプリント基板上面とがなす角度と定義する。
図18(a)の各部寸法a〜fから考察すると、出射角度が数°ずれても、十分な低背化を実現できることがわかる。また、ずれた光送受信装置で伝送実験を行ってみたところ、ズレの無いものと比較して、遜色なく十分安定した伝送特性が実現できた。例えば、図18(b)に示すファイバズレにおいて、ファイバズレ角度が5°である場合、高さ増加分gは0.03mm以下とわずかな増加で済む。
図19は、図18(a)に示す光送受信装置において発生すると考えられる角度ズレのパターンを示す図であり、図19(a)は角度ズレの無い光送受信装置の要部正面図、(b)は出射角度ズレの状態を示す要部正面図、(c)はファイバ角度ズレの状態を示す要部正面図である。なお、図19(b)ではVCSEL138を実装した場合の出射角度ズレを例示しているが、PDなどの受光素子を実装した場合の受光角度ズレも同様である。この出射/受光角度ズレが生じる要因は、サブマウント基板137をプリント基板135(134)に実装する際のズレ、および、受発光素子をサブマウント基板137に実装する際のズレがある。図19(b)は前者のズレである。
本発明の光送受信装置にあっては、図19(b)、(c)のような角度ズレも含み、数°の角度ズレならば実用上十分な光送受信機能を達成できることがわかった。受発光素子と光導波路端が屈折率を制御した樹脂で一括固定されているので、比較的ラフな光軸アライメントでも受発光素子と光導波路の結合効率を高くすることができ、また、外部からの物理的応力に対して、結合効率の変化が小さいことが理由であると考えられる。したがって、本発明の光送受信装置を製造するにあたっては、数°のズレがあるものでも、実質、同一のモジュールであると考えられる。
図20に示すように、プリント基板141上に、側面に発光素子143又は受光素子を実装したサブマウント基板142を実装し、発光素子143に光ファイバ型の光導波路144の一端を結合させ、発光素子143全体とサブマウント基板142全体、及び光導波路144の端部を、内側の樹脂層145、中間の樹脂層146、熱伝導性フィラー148を混合した外側の樹脂層147の3つの樹脂層で覆った構造の光送受信装置140を作製した。
発光素子143としては、発光中心波長850nmのVCSELを用いた。内側の樹脂層145には、硬化後の屈折率が1.457で、屈折率を調整した石英ガラスフィラーを10質量%混合した紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いた。中間の樹脂層164には、硬化後の屈折率が1.452で、屈折率を調整した石英ガラスフィラーを10質量%混合した紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いた。外側の樹脂層147には、熱伝導性フィラー148としてカーボンフィラーを10質量%混合した紫外線硬化樹脂を用いた。光導波路144には、石英ガラス製光ファイバを用いた。
比較のため、内側、中間外側の各樹脂層にフィラーを含まないエポキシ樹脂を用いたサンプルも作製した。
作製したサンプルについてヒートサイクル試験を行った。試験は、VCSELを発光出力0.3mWで発光させながら行った。図21に示すダイヤグラムを1サイクルとして、500サイクル処理を行い、処理後のサンプルのVCSELと樹脂層と光ファイバとの接合部を光学顕微鏡で観察した。
比較のために作製したサンプル(フィラー無し)では、VCSELと樹脂の接合部、及び、光ファイバと樹脂との接合部が剥がれているサンプルが少数であるが見つかった。樹脂層にフィラーを加えたサンプルでは、接合剥がれはほとんど見つからなかった。この結果、樹脂層にフィラーを加えたサンプルは熱サイクルに強いことがわかった。
なお、実施例5では、石英ガラスフィラーとして市販のフィラーを用いた。市販の石英ガラスフィラーで屈折率調整が困難な場合、気相合成法を用いて石英ガラスフィラーを合成し、用いることができる。原料としては、例えば、四塩化珪素を用いることができる。四塩化珪素の蒸気を、アルゴン、窒素などのキャリアガスと、酸素と混合して合成チャンバーに搬送し、800℃〜1500℃程度に加熱することで、球状の石英ガラスフィラーを得ることができる。石英ガラスフィラーの屈折率を調整するには、例えば、四塩化ゲルマニウム、三塩化アルミニウムなどの蒸気を四塩化珪素の蒸気と混合し、合成すればよい。ゲルマニウム、アルミニウムなどの元素は石英ガラスに添加することで、石英ガラスの屈折率を上昇させることができる。添加する分量に応じて、屈折率上昇量を調整することができる。
31…サブマウント基板、32…受発光素子(VCSEL又はPD)、33…金ワイヤ、34…底面電極、35…側面電極、41…ファイバテープ、42…ファイバ型光導波路、43…テープ化材、51…ディスペンサノズル、52…ポリマークラッドファイバ、53…サブマウント基板、54…VCSEL、55…PD、56…プリント基板、57…UV硬化型樹脂、61…VCSEL、62…サブマウント基板、63…金ワイヤ、64…プリント基板、65…電極、71…PD、72…サブマウント基板、73…金ワイヤ、74…プリント基板、75…電極、76…光ファイバ、77…UV硬化型樹脂、80…光通信モジュール、81,82…プリント基板、83…光ファイバ、100…光送受信装置、101〜103…プリント基板、104〜106…サブマウント基板、107…発光素子、108…受光素子、109…光導波路、110…樹脂、111…テープシート、112a〜112d…側面、113…下面、114…プリント基板、115…サブマウント基板、116…受発光素子、123…ヘッドマウントディスプレイ、124…被験者、125…制御装置、126…光導波路、127…プリント基板、128…サブマウント基板、129…光導波路、130…携帯電話、131…液晶ディスプレイ、132…キーパッド、133…カメラモジュール、134〜135…プリント基板、136…光導波路、137…サブマウント基板、138…VCSEL、139…樹脂、140…光送受信装置、141…プリント基板、142…サブマウント基板、143…発光素子、144…光導波路、145…内側の樹脂層、146…中間の樹脂層、147…外側の樹脂層、148…熱伝導性フィラー。
Claims (20)
- プリント基板と、発光素子と受光素子の一方又は両方を側面に実装してなるサブマウント基板と、前記発光素子と受光素子との間に、これらの素子と光結合可能に設けられた光導波路とを有してなり、前記発光素子及び前記受光素子は、前記サブマウント基板を介して、それらの発光及び受光方向が前記プリント基板と平行となるように前記プリント基板上に実装され、且つ前記サブマウント基板の発光素子及び受光素子と、これらに隣接した前記光導波路の端部とが、樹脂により覆われていることを特徴とする光通信モジュール。
- 前記樹脂が、UV硬化型樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の光通信モジュール。
- 前記光導波路が、石英ガラスファイバ、ポリマークラッドファイバ、プラスチックファイバから選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光通信モジュール。
- 前記光導波路が、石英ガラスファイバ又はポリマークラッドファイバであり、前記樹脂の硬化後の屈折率が1.40〜1.60の範囲内であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光通信モジュール。
- 前記光導波路が、石英ガラスからなるコア径が100μm以下であるポリマークラッドファイバであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光通信モジュール。
- 前記光導波路がテープ形状をなすファイバテープであり、且つ該ファイバテープに位置合わせ用のアライメントマークが設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光通信モジュール。
- (1)サブマウント基板の側面に発光素子、受光素子を実装し、該サブマウント基板をプリント基板上に、発光素子及び受光素子の発光及び受光方向がプリント基板に平行となるように実装する工程;
(2)光導波路を位置合わせする工程;
(3)光導波路端部及び発光素子又は受光素子を含むサブマウント基板部分に樹脂液を滴下し、さらに該樹脂液を硬化させる工程;
の各工程を順に行って光通信モジュールを作製することを特徴とする光通信モジュールの製造方法。 - 前記樹脂が、UV硬化型樹脂であることを特徴とする請求項7に記載の光通信モジュールの製造方法。
- 前記光導波路が、石英ガラスファイバ、ポリマークラッドファイバ、プラスチックファイバから選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項7又は8に記載の光通信モジュールの製造方法。
- 前記光導波路が、石英ガラスファイバ又はポリマークラッドファイバであり、前記樹脂の硬化後の屈折率が1.40〜1.60の範囲内であることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の光通信モジュールの製造方法。
- 前記光導波路が、石英ガラスからなるコア径が100μm以下であるポリマークラッドファイバであることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の光通信モジュールの製造方法。
- 前記光導波路がテープ形状をなすファイバテープであり、且つ該ファイバテープに位置合わせ用のアライメントマークを設けることを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載の光通信モジュールの製造方法。
- プリント基板と、発光素子と受光素子の一方又は両方を側面に実装してなるサブマウント基板と、前記発光素子と受光素子との間に、これらの素子と光結合可能に設けられた光導波路とを有してなり、前記発光素子及び前記受光素子は、基板に接すべき面と、発光又は受光する面とが表裏の位置にあって、実装した基板に対して垂直方向に発光又は受光する構造であり、前記発光素子及び前記受光素子は、前記サブマウント基板を介して、それらの発光及び受光方向が前記プリント基板と垂直でない方向になるように、前記プリント基板上に実装され、且つ前記サブマウント基板全体と発光素子全体及び受光素子全体と、これらに隣接した前記光導波路の端部とが、樹脂により一括して覆われていることを特徴とする光送受信装置。
- 前記樹脂は、前記プリント基板の一部も覆っていることを特徴とする請求項13に記載の光送受信装置。
- 前記発光素子及び受光素子に通電させるためのボンディングワイヤが前記樹脂により一括して覆われていることを特徴とする請求項13又は14に記載の光送受信装置。
- 前記光導波路が、石英ガラスファイバ、ポリマークラッドファイバ、プラスチックファイバ、ポリマーウェイブガイドからなる群から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項13〜15のいずれかに記載の光送受信装置。
- 前記光導波路が石英ガラスファイバであり、一括で覆っている樹脂の硬化後屈折率は、1.40〜1.60の範囲であることを特徴とする請求項13〜16のいずれかに記載の光送受信装置。
- 前記発光素子と受光素子の受発光方向が、前記プリント基板に対して平行であることを特徴とする請求項13〜17のいずれかに記載の光送受信装置。
- 前記樹脂が2層又は3層以上からなっていることを特徴とする請求項13〜18のいずれかに記載の光送受信装置。
- 2層又は3層以上の樹脂の最も外側の樹脂層に熱伝導性フィラーが混合されたことを特徴とする請求項19に記載の光送受信装置。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007127810A JP2008010837A (ja) | 2006-05-29 | 2007-05-14 | 光通信モジュールとその製造方法及び光送受信装置 |
JP2008544699A JPWO2008139763A1 (ja) | 2007-05-14 | 2008-02-22 | 光通信モジュールとその製造方法及び光送受信装置 |
PCT/JP2008/053036 WO2008139763A1 (ja) | 2007-05-14 | 2008-02-22 | 光通信モジュールとその製造方法及び光送受信装置 |
CN2011100468304A CN102109646B (zh) | 2007-05-14 | 2008-02-22 | 光收发装置 |
CN2008800154727A CN101682167B (zh) | 2007-05-14 | 2008-02-22 | 光通信模块及其制造方法及光收发装置 |
EP08711810.5A EP2151900B1 (en) | 2007-05-14 | 2008-02-22 | Optical communications module, process for manufacturing the same, and optical transmitter and receiver apparatus |
US12/618,626 US8113724B2 (en) | 2007-05-14 | 2009-11-13 | Optical communication module, manufacturing method therefor, and optical transceiver |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006148316 | 2006-05-29 | ||
JP2007127810A JP2008010837A (ja) | 2006-05-29 | 2007-05-14 | 光通信モジュールとその製造方法及び光送受信装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008010837A true JP2008010837A (ja) | 2008-01-17 |
Family
ID=39068716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007127810A Pending JP2008010837A (ja) | 2006-05-29 | 2007-05-14 | 光通信モジュールとその製造方法及び光送受信装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008010837A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010095516A1 (ja) | 2009-02-20 | 2010-08-26 | 積水化学工業株式会社 | Gi型光ファイバー及びその製造方法 |
JP4898981B1 (ja) * | 2010-10-20 | 2012-03-21 | パイオニア株式会社 | レーザ光源モジュール及びレーザ光源モジュールの製造方法 |
JP2015105978A (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-08 | 富士通株式会社 | 光ファイバ、及び光ファイバの製造方法 |
CN104730658A (zh) * | 2013-12-20 | 2015-06-24 | 福州高意通讯有限公司 | 一种耦合光纤阵列固定结构和半导体激光器阵列 |
US9235011B2 (en) | 2011-08-05 | 2016-01-12 | Nippon Mektron, Ltd. | Optical and electrical mixed flexible printed wiring board and method of mounting light receiving/emitting device thereof |
US9240527B2 (en) | 2009-06-05 | 2016-01-19 | Advanced Photonics, Inc. | Submount, optical module provided with submount, and submount manufacturing method |
JP2019036117A (ja) * | 2017-08-15 | 2019-03-07 | 横河電機株式会社 | データ絶縁伝送チップ |
WO2021140752A1 (ja) * | 2020-01-10 | 2021-07-15 | ソニーグループ株式会社 | 映像投影装置 |
-
2007
- 2007-05-14 JP JP2007127810A patent/JP2008010837A/ja active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010095516A1 (ja) | 2009-02-20 | 2010-08-26 | 積水化学工業株式会社 | Gi型光ファイバー及びその製造方法 |
US8600210B2 (en) | 2009-02-20 | 2013-12-03 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | GI type optical fiber and method for manufacturing same |
US9240527B2 (en) | 2009-06-05 | 2016-01-19 | Advanced Photonics, Inc. | Submount, optical module provided with submount, and submount manufacturing method |
JP4898981B1 (ja) * | 2010-10-20 | 2012-03-21 | パイオニア株式会社 | レーザ光源モジュール及びレーザ光源モジュールの製造方法 |
WO2012053070A1 (ja) * | 2010-10-20 | 2012-04-26 | パイオニア株式会社 | レーザ光源モジュール及びレーザ光源モジュールの製造方法 |
US8876327B2 (en) | 2010-10-20 | 2014-11-04 | Pioneer Corporation | Laser light source module and method of manufacturing laser light source module |
US9235011B2 (en) | 2011-08-05 | 2016-01-12 | Nippon Mektron, Ltd. | Optical and electrical mixed flexible printed wiring board and method of mounting light receiving/emitting device thereof |
JP2015105978A (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-08 | 富士通株式会社 | 光ファイバ、及び光ファイバの製造方法 |
CN104730658A (zh) * | 2013-12-20 | 2015-06-24 | 福州高意通讯有限公司 | 一种耦合光纤阵列固定结构和半导体激光器阵列 |
JP2019036117A (ja) * | 2017-08-15 | 2019-03-07 | 横河電機株式会社 | データ絶縁伝送チップ |
WO2021140752A1 (ja) * | 2020-01-10 | 2021-07-15 | ソニーグループ株式会社 | 映像投影装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8113724B2 (en) | Optical communication module, manufacturing method therefor, and optical transceiver | |
US9316799B2 (en) | Optical module and fabrication method | |
US20180337111A1 (en) | Optical Interconnect Modules With Polymer Waveguide On Silicon Substrate | |
EP2059841B1 (en) | Photoelectric converter | |
US8041159B2 (en) | Optical/electrical hybrid substrate and method of manufacturing the same | |
JP2008010837A (ja) | 光通信モジュールとその製造方法及び光送受信装置 | |
US7679095B2 (en) | Optoelectric composite substrate and electronic apparatus | |
CN103250471B (zh) | 印刷电路板组件及用于制造该印刷电路板组件的方法 | |
US9507112B2 (en) | Photoelectric conversion module and method of manufacturing photoelectric conversion module | |
WO2020187034A1 (zh) | 光学收发模组及光纤缆线模组 | |
US7103249B2 (en) | Optical module and manufacturing method of the same, optical-communication apparatus, and electronic apparatus | |
TW200404487A (en) | A light reception/emission device built-in module with optical and electrical wiring combined therein and method of making the same | |
JP2004193433A (ja) | 光通信装置 | |
CN102914836A (zh) | 光电混装可挠性印刷线路板及其光接收发送元件安装方法 | |
JP4932606B2 (ja) | 光送受信装置 | |
JP2010097169A (ja) | 光電気モジュール、光基板および光電気モジュール製造方法 | |
WO2007039966A1 (ja) | 光ケーブル及び送受信サブアセンブリ | |
JP2007212915A (ja) | 光電気複合基板及び電子機器 | |
US20060239621A1 (en) | Optical module and method for manufacturing same | |
JP2008134444A (ja) | 光モジュール及び光導波路構造体 | |
US20150286018A1 (en) | Cost-effective optical coupling module | |
CN101523264A (zh) | 光电变换装置 | |
JP2010080894A (ja) | 光電気モジュール及びその製造方法、並びに、電子機器 | |
JP5277326B2 (ja) | 光送受信装置の製造方法 | |
JP4828437B2 (ja) | 光送受信装置およびその製造方法 |