JP2011186211A - 光電変換モジュール用部品及び光電変換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を簡略化でき、低い製造コストで基板への実装が可能な光電変換モジュール用部品及び製造コストが抑えられた光電変換モジュールを提供する。
【解決手段】ガラスファイバが挿入される光ファイバ挿通孔１３を有するフェルール１２の端面からなる装着面１５に電極用リード１４を備えた光電変換モジュール用部品１１において、電極用リード１４は、フェルール１２の装着面１５に沿って延在してフェルール１２の一側方へ突き出た延出部１４ａを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気信号を光信号に変換するまたは光信号を電気信号に変換する光電変換部に用いられる光電変換モジュール用部品及び光電変換モジュールに関する。

発光素子で発生させた光信号を光ファイバにより伝送したり、光ファイバを伝搬してきた光信号を受光素子で受光する光伝送を行う光接続部品として、光ファイバが挿通される光ファイバ挿通孔を有する成形体にインサート成形によってリードが設けられ、このリードが、光電変換ユニットが装着される前面と連続する側面で一部が露出するように設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この光接続部品は、側面で露出されたリードの露出部分が回路パターンに導通するように基板へ半田付けされて実装され、また、リードの露出部分と基板上の電子デバイスとがワイヤボンディングによって導通される。

特開２００８−１０２３１５号公報

上記の光接続部品は、側面に露出された微小なリードを電気実装用パッドとして、他の電子部品とともにリフローによって半田付けし、さらに、電子部品とリードとをワイヤボンディングするという工程を要する。また、ワイヤボンディングによる広範囲な配線箇所をポッティングにより樹脂で覆って保護する必要がある。このため、基板へ実装して光電変換モジュールとする際の製造コストが嵩んでしまう。

本発明の目的は、製造工程を簡略化でき、低い製造コストで基板への実装が可能な光電変換モジュール用部品及び製造コストが抑えられた光電変換モジュールを提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明の光電変換モジュール用部品は、光ファイバが挿入される光ファイバ挿通孔を有するフェルールの端面に電極用リードを備えた光電変換モジュール用部品であって、
前記電極用リードは、前記フェルールの端面に沿って延在して前記フェルールの一側方へ突き出た延出部を有することを特徴とする。

本発明の光電変換モジュール用部品において、前記電極用リードの一部が、前記フェルールの端面における前記延出部側で前記フェルールにより覆われていることが好ましい。

本発明の光電変換モジュール用部品において、前記フェルールの端面における前記延出部側に、前記電極用リードの一部を覆う突出部が形成されていることが好ましい。

本発明の光電変換モジュール用部品において、前記電極用リードは、前記延出部が折り曲げられて前記フェルールの端面に対して前記光ファイバ挿通孔と反対側へ配置されていることが好ましい。

本発明の光電変換モジュール用部品において、複数の前記電極用リードを有し、各前記電極用リードが、前記光ファイバ挿通孔側から離れるにしたがって互いに離間されていることが好ましい。

本発明の光電変換モジュールは、上記の何れかに記載の光電変換モジュール用部品の前記光ファイバ挿通孔に光ファイバが挿通して固定され、前記フェルールの端面に受発光素子が取り付けられ、前記電極用リードの前記延出部が基板に形成されたスルーホールへ挿通されて前記基板の配線と導通するようにスルーホール実装されていることを特徴とする。

本発明の光電変換モジュールは、上記の何れかに記載の光電変換モジュール用部品の前記光ファイバ挿通孔に光ファイバが挿通して固定され、前記フェルールの端面に受発光素子が取り付けられ、前記電極用リードの前記延出部が前記フェルールの端面に対して前記光ファイバ挿通孔と反対側へ折り曲げられて前記基板の表面の配線と導通するように表面実装されていることを特徴とする。

本発明の光電変換モジュールにおいて、前記光電変換モジュール用部品と前記受発光素子との間に、透光性を有する樹脂からなるアンダーフィル材が設けられていることが好ましい。

本発明の光電変換モジュールにおいて、前記フェルールに取り付けられた前記受発光素子がポッティング樹脂によって覆われていることが好ましい。

本発明によれば、フェルールの端面に沿って延在してフェルールの一側方へ突き出た電極用リードの延出部を、基板のスルーホールへ通して配線に接続することができ、また、延出部を折り曲げた状態として基板上の配線に接続することができる。これにより、基板の配線を介して基板上の電子デバイスに接続することができ、ワイヤボンディングによる電子デバイスとの接続を不要とすることができる。また、ワイヤボンディングによる配線箇所全体を広範囲に保護するためのポッティングも不要とすることができる。
これにより、光電変換モジュール用部品を用いて光電変換モジュールを製造する際の製造コストを大幅に低減させることができ、製造コストが抑えられた光電変換モジュールとすることができる。

本実施形態に係る光電変換モジュール用部品の斜視図である。 本実施形態に係る光電変換モジュール用部品の正面図である。 本実施形態に係る光電変換モジュール用部品の背面図である。 本実施形態に係る光電変換モジュール用部品の平面図である。 本実施形態に係る光電変換モジュール用部品の断面図である。 本実施形態に係る光電変換モジュールの一部を断面視した平面図である。 本実施形態に係る光電変換モジュールの断面図である。 本実施形態に係る光電変換モジュールの断面図である。 本実施形態に係る光電変換モジュール用部品の変形例を示す断面図である。

以下、本発明に係る光電変換モジュール用部品及び光電変換モジュールの実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１から図５に示すように、光電変換モジュール用部品１１は、樹脂によって一体成形されたフェルール１２を有している。このフェルール１２は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を主成分とする熱可塑性樹脂から形成されている。このポリフェニレンサルファイドを主成分とする熱可塑性樹脂は、精密成形性に優れた樹脂であり、精密成形を要するフェルール１２に用いるのに好適である。また、このポリフェニレンサルファイドを主成分とする熱可塑性樹脂は、線膨張係数が小さく、また、耐熱性にも優れている。

図２及び図３に示すように、フェルール１２は、先端１２ａから後端１２ｂ近傍にわたって複数（本例では２つ）の光ファイバ挿通孔１３が形成されている。これらの光ファイバ挿通孔１３は、フェルール１２の幅方向に、例えば、０．２５ｍｍの間隔をあけて配列されている。光ファイバ挿通孔１３には、フェルール１２の後端１２ｂ側から、それぞれ後述するガラスファイバ（光ファイバ）３２が挿入されて固定されるようになっている。

図４に示すように、フェルール１２には、その先端１２ａに、厚さ方向へ延在する複数の電極用リード１４が設けられている。これらの電極用リード１４は、後述する受発光素子４１のアノード端子とカソード端子にそれぞれ導通されるものであり、それぞれの光ファイバ挿通孔１３の付近にそれぞれ一対ずつ配置されている。電極用リード１４は、例えば、インサート成型によってフェルール１２の先端１２ａにフェルール１２の樹脂と一体的に設けられている。

電極用リード１４は、フェルール１２の先端１２ａ側の端面からなる装着面１５に沿って延在し、フェルール１２の一側方へ突き出している。このフェルール１２から突き出した部分が電極用リード１４の延出部１４ａとして設けられている。

図２に示すように、フェルール１２の装着面１５における電極用リード１４の延出部１４ａ側には、前方側へ突出する突出部１５ａが幅方向にわたって形成されており、それぞれの電極用リード１４は、その一部が突出部１５ａによって覆われている。

また、図１及び図４に示すように、それぞれの電極用リード１４は、延出部１４ａと反対側の端部が、光ファイバ挿通孔１３の近傍に配置されている。それぞれの電極用リード１４は、フェルール１２の厚さ方向へ向かって光ファイバ挿通孔１３から離れるにしたがって、互いに離間されている。具体的には、それぞれの電極用リード１４は、光ファイバ挿通孔１３付近での間隔が、受発光素子４１のアノード端子とカソード端子との間隔に合わせた間隔の０．０７５ｍｍ程度とされている。また、それぞれの電極用リード１４の延出部１４ａでの間隔は、後述する回路基板５１に形成されたスルーホール５１ａの間隔に整合されている。

図２に示すように、フェルール１２には、光ファイバ挿通孔１３の両側部に、フェルール１２の先端１２ａから後端１２ｂにわたってガイド孔２４が形成されており、これらのガイド孔２４には、後述する光コネクタ４３に装着された位置決めピン４７が挿入可能とされている。このガイド孔２４に位置決めピン４７を挿入することにより、光コネクタ４３がフェルール１２の後端に位置決めされた状態に接続される。

なお、ガイド孔２４の孔径及び間隔は、多心光コネクタの世界標準であるＭＴコネクタまたはｍｉｎｉＭＴコネクタに合わせるのが好ましく、例えば、０．７ｍｍの径で、４．６ｍｍまたは２．６ｍｍの間隔とするのが良い。また、フェルール１２の装着面１５には、ガイド孔２４の周囲に、装着面１５よりも突出された突出部２４ａを有している。これにより、フェルール１２の装着面１５に装着した受発光素子４１をポッティングする際の、ポッティング樹脂のガイド孔２４への浸入を防止し、ポッティング樹脂によってガイド孔２４が閉塞するような不具合が防止される。

図２及び図３に示すように、フェルール１２に形成された光ファイバ挿通孔１３は、ガラスファイバ３２の挿入方向後方側がガラスファイバ３２の挿入方向前方側の前方孔部１３ａよりも拡径された拡大径部１３ｂとされている。また、拡大径部１３ｂと前方孔部１３ａとの間は、拡大径部１３ｂから前方孔部１３ａへ向かって次第に窄まるテーパ孔部１３ｃとされている。これにより、このフェルール１２の光ファイバ挿通孔１３へガラスファイバ３２を挿入する際に、ガラスファイバ３２の光ファイバ挿通孔１３への挿入性を向上させることができ、また、テーパ孔部１３ｃによってガラスファイバ３２の先端部を円滑に前方孔部１３ａへ案内させることができる。なお、光ファイバ挿通孔１３の径は、例えば、前方孔部１３ａの径が０．１２５ｍｍである場合、拡大径部１３ｂの径は、０．１８ｍｍ、０．２０ｍｍあるいは０．２５ｍｍとするのが好ましい。

また、フェルール１２には、後端１２ｂ側における一側面に切欠き部１７が形成されている。これにより、光ファイバ挿通孔１３の拡大径部１３ｂの側面が切り欠かれて光ファイバ挿通孔１３が露出され、半円溝状とされている。これにより、切欠き部１７で露出された光ファイバ挿通孔１３の拡大径部１３ｂへガラスファイバ３２を押し付けるようにして配置させて光ファイバ挿通孔１３へ挿し込むことで、ガラスファイバ３２を円滑に光ファイバ挿通孔１３へ挿入することができる。

次に、光電変換モジュール用部品１１を用いた光電変換モジュールの例について説明する。
図６及び図７に示すように、この光電変換モジュール３１は、上記の光電変換モジュール用部品１１を備えている。なお、これは光電変換モジュール用部品１１を切断して使用した例である。
光電変換モジュール３１は、光電変換モジュール用部品１１を構成するフェルール１２の光ファイバ挿通孔１３に、コア及びクラッドを有するガラスファイバ（光ファイバ）３２が挿通され、固定用接着剤によって固定されている。ガラスファイバ３２は、その先端部が平滑面とされており、受発光素子４１との干渉を防ぐために、フェルール１２の先端１２ａの装着面１５に対して僅かに（例えば１０μｍ程度）光ファイバ挿通孔１３内へ引き込んだ位置に配置されている。

また、フェルール１２の装着面１５には、突出部２４ａの間に、光デバイスである受発光素子４１が取り付けられている。この受発光素子４１は、フェルール１２の装着面１５に取り付けられる取り付け面である素子面４１ａに、素子部と端子部（図示省略）とを有しており、素子部が光ファイバ挿通孔１３の対向位置に、端子部が電極１４の対向位置に配置されている。
この受発光素子４１は、例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）やＰＤ（Photodiode）などの発光素子または受光素子である。受発光素子４１の素子部は、受発光素子４１が発光素子である場合は発光部であり、受発光素子４１が受光素子である場合は受光部である。

受発光素子４１は、その端子部が、フェルール１２に設けられた電極用リード１４に対して、例えば、金（Ａｕ）からなるバンプ４４によって導通接続されている。このバンプ４４による接続は、超音波振動や熱によってバンプ４４を溶かして端子部と電極用リード１４とを接続するフリップチップ接続で行われる。
なお、フェルール１２には、装着面１５の幅方向半分に、発光素子からなる受発光素子４１を取り付け、残りの幅方向半分側に、受光素子からなる受発光素子４１を取り付ける場合もある。

また、光電変換モジュール用部品１１のフェルール１２と受発光素子４１との間には、透光性を有する樹脂からなるアンダーフィル材３３が設けられており、さらに、フェルール１２に取り付けられた受発光素子４１は、ポッティングすることにより、全体がポッティング樹脂３４によって覆われている。

光電気変換モジュール用部品１１を光電変換モジュール３１として用いる場合、フェルール１２の後端側が切断され、その切断面１６では、ガラスファイバ３２の後端部が鏡面加工される。なお、切断面１６では、ガイド孔２４の縁部を面取りするのが好ましく、このようにすると、光コネクタ４３の位置決めピン４７の挿入時におけるガイド孔２４の縁部での欠けを防止することができる。

光電変換モジュール用部品１１は、スルーホール実装によって回路基板５１に実装することができる。
回路基板５１には、スルーホール５１ａが形成されており、このスルーホール５１ａに、フェルール１２に一体に設けられた電極用リード１４の延出部１４ａが挿通されている。このスルーホール５１ａに挿通された延出部１４ａが、回路基板５１の裏面で半田付けされ、これにより、光電変換モジュール用部品１１は、回路基板５１の配線である回路パターンに対して電極用リード１４が半田付けされて導通された状態に実装されている。

図８に示すように、光電変換モジュール用部品１１は、表面実装（リフロー実装）によっても回路基板５１に実装することができる。
表面実装によって回路基板５１に光電変換モジュール用部品１１を実装する場合、電極用リード１４の延出部１４ａが、例えば、プレス加工によって折り曲げられてフェルール１２の装着面１５である端面に対して光ファイバ挿通孔１３と反対側へ配置された光電変換モジュール用部品１１が用いられる。このように折り曲げられた電極用リード１４の延出部１４ａが、回路基板５１の表面の回路パターンにリフローによって半田付けされ、これにより、光電変換モジュール用部品１１は、回路基板５１に対して電極用リード１４が回路パターンに導通された状態に実装されている。なお、表面実装による回路基板５１への実装では、スルーホール実装と比較して、ノイズの影響を低減させることができ、高周波信号を良好に伝達させることができる。また、上記のように折り曲げられた電極用リード１４を有する光電変換モジュール部品１１は、折り曲げられた電極用リード１４を作製してフェルール１２へインサート成形する場合と比較して、容易にかつ低コストで作製することができる。

なお、回路基板５１には、電気デバイス（図示省略）が実装されており、電気デバイスの端子が回路パターンを介して電極用リード１４と導通されている。この電気デバイスは、受発光素子４１が発光素子（ＶＣＳＥＬ）である場合には受発光素子４１を駆動させるドライバＩＣであり、受発光素子４１が受光素子（ＰＤ）である場合には受発光素子４１からの電気信号を増幅させるトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）である。

上記のように、回路基板５１に実装された光電変換モジュール３１には、フェルール１２の切断面１６側に、複数本（本例では２本）の光ファイバ心線４２が接続された光コネクタ４３が接続される。つまり、この光電変換モジュール３１は、光コネクタ４３が接続可能なレセプタクル方式となっている。このレセプタクル方式によれば、光電変換モジュールに光ファイバ心線を直接接続したピグテール型と比較して、回路基板５１等への組み付けの際の良好な組み付け作業性を確保することができる。また、実装後に、光ファイバ心線４２と接続させることができるので、光ファイバ心線４２を接続した状態では行うことが困難であった光電変換モジュール３１に対する各種の耐久試験を容易に行うことができる。なお、耐久試験としては、高温環境下での劣化試験であるバーンイン試験や静電気破壊（ＥＳＤ）試験などがある。

この光コネクタ４３は、ＭＴコネクタまたはｍｉｎｉＭＴコネクタの形態をなすコネクタフェルール４４を有する。コネクタフェルール４４は、例えば、ポリエステル樹脂、ＰＰＳ樹脂及びエポキシ樹脂の何れかを含む材料で形成されている。

光ファイバ心線４２は、コア及びクラッドを有するガラスファイバ（光ファイバ）４５を樹脂によって被覆したものであり、光ファイバ心線４２の端部にて被覆から露出されたガラスファイバ４５がコネクタフェルール４４に保持されている。そして、コネクタフェルール４４における光電変換モジュール３１との対向面である光入出面４４ａで、それぞれのガラスファイバ４５の端面が露出されている。

この光コネクタ４３には、光電変換モジュール３１側の光入出面４４ａの両側部に、光電変換モジュール３１側へ突出する位置決めピン４７が設けられている。これらの位置決めピン４７は、光電変換モジュール３１のフェルール１２に形成されたガイド孔２４へ挿入可能とされている。

この光コネクタ４３は、位置決めピン４７をガイド孔２４へ挿入させながら、光電変換モジュール３１側へ近接させることにより、ガラスファイバ４５の端面を、光電変換モジュール３１のガラスファイバ３２の後端部に高精度に配置させることができる。

上記の光電変換モジュール３１では、受発光素子４１と光コネクタ４３のガラスファイバ４５との間で、光電変換モジュール３１のガラスファイバ３２を介して光伝送が行われる。

発光素子からなる受発光素子４１からガラスファイバ４５へ光伝送が行われる場合では、受発光素子４１の素子部から発光された光が、光電変換モジュール３１のガラスファイバ３２を介して光コネクタ４３のガラスファイバ４５へ入射することとなる。
また、光コネクタ４３のガラスファイバ４５から受光素子からなる受発光素子４１へ光伝送が行われる場合では、ガラスファイバ４５から出射した光が、光電変換モジュール３１のガラスファイバ３２を介して受発光素子４１の素子部へ入射することとなる。

このように、上記実施形態に係る光電変換モジュール用部品によれば、フェルール１２の端面に沿って延在してフェルール１２の一側方へ突き出た電極用リード１４の延出部１４ａを、回路基板５１のスルーホール５１ａへ通して回路パターンに半田付けすることができ、また、延出部１４ａを折り曲げた状態として回路基板５１上の回路パターンに半田付けすることができる。これにより、回路基板５１の回路パターンを介して回路基板５１上の電子デバイスに接続することができ、ワイヤボンディングによる電子デバイスとの接続を不要とすることができる。また、ワイヤボンディングによる配線箇所全体を広範囲に保護するためのポッティングも不要とすることができる。

これにより、光電変換モジュール用部品１１を用いて光電変換モジュール３１を製造する際の製造コストを大幅に低減させることができ、低コストの光電変換モジュール３１とすることができる。

また、フェルール１２の装着面１５における延出部１４ａ側に突出部１５ａを形成して電極用リード１４の一部を覆った構造としているので、回路基板５１へ実装して延出部１４ａを半田付けしても、半田が延出部１４ａを伝ってフェルール１２の装着面１５側へせり上がって浸入するようなことがない。これにより、フェルール１２と電極用リード１４との間への半田の入り込みによる電極用リード１４の剥離を防止することができ、また、ガラスファイバ３２と受発光素子４１との間への半田の入り込みによる光伝送損失の増加を防止することができる。
また、予め電極用リード１４に対して、無電解めっきよりも品質が安定し易く歩留まりの向上が図れる電気めっきを施すこともできる。

なお、上記実施形態では、フェルール１２の端面である装着面１５における延出部４１ａ側に突出部１５ａを形成することにより、電極４１の一部を覆うようにしたが、図９に示すように、延出部４１ａへ向かう電極４１が途中で後端１２ｂ側へ屈曲されてフェルール１２に埋め込まれた構造としても良い。この場合も、回路基板５１へ実装した際の半田のせり上がりを防止することができ、半田のせり上がりによる電極リード１４の剥離や光伝送損失の増加などの不具合を防止することができる。

なお、光電気変換モジュール用部品１１は、フェルール１２を切断せずに、受発光素子４１を取り付けた状態で基板に実装し、光ファイバ挿通孔１３に光ファイバを挿入して、光電変換モジュールとすることもできる。

１１：光電変換モジュール用部品、１２：フェルール、１３：光ファイバ挿通孔、１４：電極用リード、１４ａ：延出部、１５：装着面（端面）、１５ａ：突出部、３１：光電変換モジュール、３２：ガラスファイバ（光ファイバ）、３３：アンダーフィル材、３４：ポッティング樹脂、４１：受発光素子、５１：回路基板、５１ａ：スルーホール

Claims (9)

1. 光ファイバが挿入される光ファイバ挿通孔を有するフェルールの端面に電極用リードを備えた光電変換モジュール用部品であって、
   前記電極用リードは、前記フェルールの端面に沿って延在して前記フェルールの一側方へ突き出た延出部を有することを特徴とする光電変換モジュール用部品。
2. 請求項１に記載の光電変換モジュール用部品であって、
   前記電極用リードの一部が、前記フェルールの端面における前記延出部側で前記フェルールにより覆われていることを特徴とする光電変換モジュール用部品。
3. 請求項１または２に記載の光電変換モジュール用部品であって、
   前記フェルールの端面における前記延出部側に、前記電極用リードの一部を覆う突出部が形成されていることを特徴とする光電変換モジュール用部品。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の光電変換モジュール用部品であって、
   前記電極用リードは、前記延出部が折り曲げられて前記フェルールの端面に対して前記光ファイバ挿通孔と反対側へ配置されていることを特徴とする光電変換モジュール用部品。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の光電変換モジュール用部品であって、
   複数の前記電極用リードを有し、各前記電極用リードが、前記光ファイバ挿通孔側から離れるにしたがって互いに離間されていることを特徴とする光電変換モジュール用部品。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の光電変換モジュール用部品の前記光ファイバ挿通孔に光ファイバが挿通して固定され、前記フェルールの端面に受発光素子が取り付けられ、前記電極用リードの前記延出部が基板に形成されたスルーホールへ挿通されて前記基板の配線と導通するようにスルーホール実装されていることを特徴とする光電変換モジュール。
7. 請求項１から５の何れか一項に記載の光電変換モジュール用部品の前記光ファイバ挿通孔に光ファイバが挿通して固定され、前記フェルールの端面に受発光素子が取り付けられ、前記電極用リードの前記延出部が前記フェルールの端面に対して前記光ファイバ挿通孔と反対側へ折り曲げられて前記基板の表面の配線と導通するように表面実装されていることを特徴とする光電変換モジュール。
8. 請求項６または７に記載の光モ電変換ジュールであって、
   前記光電変換モジュール用部品と前記受発光素子との間に、透光性を有する樹脂からなるアンダーフィル材が設けられていることを特徴とする光電変換モジュール。
9. 請求項６から８の何れか一項に記載の光電変換モジュールであって、
   前記フェルールに取り付けられた前記受発光素子がポッティング樹脂によって覆われていることを特徴とする光電変換モジュール。

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