JP2012013916A - 光学部品および光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーを形成せずに光素子と光伝送路とを光学的に結合でき、かつ、容易に製造可能な光学部品および光モジュールを提供する。
【解決手段】少なくとも、第１の面２ａと、第１の面２ａの端部より下方に延び、第１の面２ａと９０度をなす第２の面２ｂとを有する透明ブロック２と、透明ブロック２の第１の面２ａから第２の面２ｂに回り込むように設けられ、第１の面２ａから第２の面２ｂに亘る配線パターン３ｂが形成されたフレキシブルプリント基板３と、第１の面２ａ側のフレキシブルプリント基板３の配線パターン３ｂに実装され、実装面側に発光部または受光部を有する面発光素子または面受光素子からなる光素子４と、を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学部品および光モジュールに関する。

実装面側に発光部または受光部を有するフリップチップ実装用の面発光素子または面受光素子が知られている。

このような光素子と光伝送路とを光学的に結合する構造として、従来、光素子が発光または受光する光に対して透明な基板を用い、基板の表面に光素子を実装すると共に、基板の裏面に光伝送路としての光導波路を形成し、光導波路の光素子と対向する部分のコアに、コアの光軸に対して４５度傾斜したミラーを形成することで、当該ミラーを介して光素子と光導波路のコアとを光学的に結合する構造が知られている。

しかし、このような構造では、ミラーを形成する必要があるため、製造に手間がかかり、製造コストが高くなり量産性も低下してしまう問題がある。

そこで、ミラーを形成せずに光素子と光伝送路とを光学的に結合する構造として、光素子が発光または受光する光に対して透明な直方体状（板状）の透明ブロックを用い、当該透明ブロックに光素子を実装して光学部品を形成し、透明ブロックの光素子を実装した面と隣り合う面（光素子を実装した面と９０度をなす面）を基板に実装し、光素子と対向するように光伝送路を配置することにより、透明ブロックを介して、光素子と光伝送路とを光学的に結合する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この構造で用いる光学部品では、透明ブロックにおける光素子を実装する面（光素子実装面という）と基板に実装する面（基板実装面という）とが９０度をなしているため、光素子と基板に形成された配線パターンとを電気的に接続するために、透明ブロックには、光素子実装面から基板実装面に回り込むように配線パターンが設けられる。

特開平１１−１６０５８５号公報

しかしながら、上述の光学部品では、９０度をなす２つの面（光素子実装面と基板実装面）に連続した配線パターンを形成しなければならないが、このような配線パターンを形成することは技術的に非常に困難である。また、９０度をなす２つの面に配線パターンを形成するためには、特殊な製造装置を導入する必要があり、結果的に製造コストが高くなってしまうという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ミラーを形成せずに光素子と光伝送路とを光学的に結合でき、かつ、容易に製造可能な光学部品および光モジュールを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第１の面と、前記第１の面と９０度をなす第２の面とを有する透明ブロックと、該透明ブロックの前記第１の面から前記第２の面に回り込むように設けられ、前記第１の面から前記第２の面に亘る配線パターンが形成されたフレキシブルプリント基板と、前記第１の面側の前記フレキシブルプリント基板の前記配線パターンに実装され、実装面側に発光部または受光部を有する面発光素子または面受光素子からなる光素子と、を備えた光学部品である。

前記透明ブロックの前記第１の面と前記第２の面とが接する角部には、丸め加工が施されてもよい。

前記透明ブロックの前記光素子と対向する位置には、前記光素子と光結合される光伝送路の先端部を収容し、前記光素子と前記光伝送路との間隔を短くするための切欠きが形成されてもよい。

また、本発明は、前記光学部品と、前記光学部品の前記第２の面が実装される基板と、前記光学部品の前記光素子と対向するように設けられ、前記フレキシブルプリント基板と前記透明ブロックとを介して、前記光素子と光結合する光伝送路と、を備えた光モジュールである。

本発明によれば、ミラーを形成せずに光素子と光伝送路とを光学的に結合でき、かつ、容易に製造可能な光学部品および光モジュールを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る光学部品を示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は斜視図である。 図１の光学部品の変形例を示す側断面図である。 図１の光学部品に用いる光素子の斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図１の光学部品の製造方法を説明する図である。 図１の光学部品を用いた光モジュールを示す側断面図である。 本発明の一実施の形態に係る光学部品を示す側断面図である。 本発明の一実施の形態に係る光学部品を示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は光伝送路を配置したときの側断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る光学部品を示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は斜視図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、光学部品１は、透明ブロック２と、フレキシブルプリント基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ；以下、ＦＰＣという）３と、光素子４と、を備えている。

透明ブロック２は、少なくとも、第１の面２ａと、第１の面２ａの端部より下方に延び、第１の面２ａと９０度をなす第２の面２ｂとを有する。本実施の形態では、透明ブロック２として、直方体状のものを用いた場合を説明する。

透明ブロック２は、光素子４が発光あるいは受光する光に対して透過性の良い材料からなる。透明ブロック２は、例えば、石英ガラスや、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル系、エポキシ系の樹脂などからなる。

ＦＰＣ３は、光素子４が発光あるいは受光する光に対して透過性の良いフィルム３ａと、フィルム３ａの表面に形成された配線パターン３ｂとからなる。ＦＰＣ３は、透明ブロック２の第１の面２ａから第２の面２ｂに回り込むように、フィルム３ａの裏面を透明ブロック２の表面に沿わせて配置され、接着剤を用いて透明ブロック２に接着固定される。本実施の形態では、ＦＰＣ３は、透明ブロック２の第１の面２ａと第２の面２ｂ全体を覆うように設けられる。

ＦＰＣ３の配線パターン３ｂは、第１の面２ａから第２の面２ｂに亘って形成される。本実施の形態では、光素子４のアノードに接続される配線パターン３ｂと、カソードに接続される配線パターン３ｂを、第１の面２ａから第２の面２ｂに亘って平行かつ直線状に形成した（ただし、ＦＰＣ３は９０度曲げられるので、配線パターン３ｂも９０度曲がった形状となる）。なお、配線パターン３ｂの形状は図示のものに限定されず、任意の形状としてよい。

フィルム３ａは、例えばポリイミドからなる。ＦＰＣ３を透明ブロック２に接着固定する際に用いる接着剤としては、例えば、熱硬化性樹脂、常温硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂などを用いることができる。

第２の面２ｂ側の配線パターン３ｂには、光学部品１を後述する光モジュールの基板に実装するためのバンプ５ａ（図１（ｂ）では図示省略している）が形成される。本実施の形態では、バンプ５ａとして金（Ａｕ）を用い、配線パターン３ｂとして、銅の表面に金メッキを施したものを用いることとした。なお、本実施の形態では、第２の面２ｂ側の配線パターン３ｂにバンプ５ａを形成したが、これに限らず、図２に示すように、第２の面２ｂ側の配線パターン３ｂに電極パッド２１を形成し、電極パッド２１をはんだ付け等により光モジュールの基板に接合することで、光学部品１を光モジュールの基板に実装するようにしてもよい。

光素子４は、ＦＰＣ３の第１の面２ａ側の配線パターン３ｂに実装される。光素子４は、図３に示すように、実装面Ｓ側に発光部または受光部４ａを有する面発光素子（例えばＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ））または面受光素子（例えばＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ））からなる。発光部または受光部４ａは、通常光素子４の実装面Ｓの略中央部に設けられ、実装面Ｓの四隅には、それぞれアノードまたはカソードとなる電極パッド４ｂが設けられている。なお、光素子４としては、電極パッド４ｂが３つ、あるいは２つ設けられたものを用いてもよい。

光素子４の電極パッド４ｂには、光素子４をＦＰＣ３の配線パターン３ｂに実装するためのバンプ５ｂ（図３では図示省略している）が設けられている。本実施の形態では、バンプ５ｂとして金（Ａｕ）を用いる。光素子４は、光素子４をＦＰＣ３側に加圧しつつ超音波振動を加えて、バンプ５ｂをＦＰＣ３の配線パターン３ｂに超音波接合することにより、ＦＰＣ３の配線パターン３ｂに実装され電気的に接続される。なお、光素子４の発光部または受光部４ａと対向する位置には、配線パターン３ｂを形成しないようにされる。

次に、光学部品１の製造方法について説明する。

光学部品１を製造する際には、まず、図４（ａ）に示すように、平行な２本の直線状の配線パターン３ｂが形成された長尺のＦＰＣ３を用意し、このＦＰＣ３に、所定の間隔で光素子４を実装すると共に、光モジュールの基板に接合するためのバンプ５ａを形成する。なお、配線パターン３ｂは平行な２本の直線状に限られず、任意の形状とすることができる。

その後、図４（ｂ）に示すように、長尺のＦＰＣ３を切断し、１つの光素子４が実装され１組のバンプ５ａが形成された短尺のＦＰＣ３を作製する。

その後、図４（ｃ）に示すように、作製した短尺のＦＰＣ３を、透明ブロック２の第１の面２ａに接着固定する。このとき、光素子４が実装された部分が第１の面２ａに位置するようにし、かつ、バンプ５ａを形成した部分が第２の面２ｂ側に突出するようにして、ＦＰＣ３を透明ブロック２の第１の面２ａに接着固定する。

その後、図４（ｄ）に示すように、バンプ５ａを形成した部分（透明ブロック２から突出した部分）のＦＰＣ３を９０度折り曲げ、第２の面２ｂに接着固定する。以上により、図１の光学部品１が得られる。

なお、ここでは、ＦＰＣ３に光素子４を実装した後に、ＦＰＣ３を透明ブロック２に接着固定する場合を説明したが、透明ブロック２にＦＰＣ３を接着固定した後に、ＦＰＣ３に光素子４を実装するようにしてもよい。

次に、光学部品１を用いた光モジュールについて説明する。

図５に示すように、光モジュール５１は、光学部品１と、光学部品１の第２の面２ｂが実装される基板５２と、光学部品１の光素子４と対向するように設けられ、ＦＰＣ３と透明ブロック２とを介して、光素子４と光結合する光伝送路としての光ファイバ５３と、を備えている。

基板５２には、配線パターン５２ａが形成されており、その配線パターン５２ａには、光素子４を駆動する或いは光素子４からの電気信号を増幅するＩＣ５４が実装される。配線パターン５２ａとしては、例えば銅の表面に金メッキを施したものを用いる。

光学部品１は、光学部品１を基板５２側に加圧しつつ超音波振動を加えて、バンプ５ａを基板５２の配線パターン５２ａに超音波接合することにより、基板５２の配線パターン５２ａに実装され電気的に接続される。光素子４は、ＦＰＣ３の配線パターン３ｂ、基板５２の配線パターン５２ａを介して、ＩＣ５４と電気的に接続される。

光ファイバ５３は、基板５２と平行に配置され、基板５２に設けられたファイバガイド５５に支持される。なお、本実施の形態では、光伝送路として光ファイバ５３を用いる場合を説明するが、これに限らず、光伝送路として光導波路を用いてもよい。

光ファイバ５３は、その先端面が、光学部品１の光素子４の発光部または受光部４ａと対向するように配置される。光ファイバ５３と光素子４とは、ＦＰＣ３と透明ブロック２とを介して光学的に結合するようにされる。なお、本実施の形態では、光ファイバ５３の先端面を、透明ブロック２の第１の面２ａの反対側の面に接するようにしているが、光ファイバ５３の先端面を、透明ブロック２の第１の面２ａの反対側の面から伝送される光の強度が大きく損なわれない範囲で離して配置してもよい。

光素子４と光ファイバ５３との高さ方向（図５における上下方向）の光軸合わせは、透明ブロック２の高さ（図５における上下方向の高さ）を調整することにより行われる。つまり、透明ブロック２の高さは、ファイバガイド５５の高さ等を考慮し、光ファイバ５３のコアの高さと光素子４の発光部または受光部４ａの高さが同じとなるように、適宜調整される。

光素子４と光ファイバ５３との幅方向（図５における紙面方向）の光軸合わせは、例えば、光学部品１を実装する際に、カメラなどで光ファイバ５３のコアの幅方向の位置と光素子４の発光部または受光部４ａの幅方向の位置を確認し、両者が一致するように光学部品１を位置合せすることで行うとよい。

また、光素子４と光ファイバ５３の先端面との距離が長いと光損失が大きくなってしまうため、透明ブロック２の厚さ（図５における左右方向の厚さ）は、できるだけ薄いことが望ましい。ただし、透明ブロック２の厚さが薄くなりすぎると、光学部品１を基板５２に実装した際の安定性が悪化し、また、光学部品１を実装する際に吸引装置などで光学部品１を吸引して搬送することができなくなるため、ある程度の厚さは必要である。

光学部品１と光ファイバ５３の周囲は、図示していないが、樹脂によりモールドされ、光学部品１と光ファイバ５３の位置ずれを抑制するようにされる。

以上説明したように、本実施の形態に係る光学部品１では、少なくとも、第１の面２ａと、第１の面２ａの端部より下方に延び、第１の面２ａと９０度をなす第２の面２ｂとを有する透明ブロック２と、透明ブロック２の第１の面２ａから第２の面２ｂに回り込むように設けられ、第１の面２ａから第２の面２ｂに亘る配線パターン３ｂが形成されたＦＰＣ３と、第１の面２ａ側のＦＰＣ３の配線パターン３ｂに実装され、実装面Ｓ側に発光部または受光部４ａを有する面発光素子または面受光素子からなる光素子４と、を備えている。

従来の光学部品では、透明ブロックに直接配線パターンを形成していたため、９０度をなす２つの面に連続した配線パターンを形成することが非常に困難であった。

これに対して本発明では、予め配線パターン３ｂを形成したＦＰＣ３を透明ブロック２に接着固定しているため、従来と比較して格段に容易に光学部品１を製造することが可能となり、製造コストも大幅に低減することが可能となる。よって、光学部品１を用いて光モジュール５１を製造することで、光モジュール５１のコストを大幅に低減できる。

また、光学部品１によれば、ミラーを形成せずに光素子４と光伝送路とを光学的に結合できるため、製造の手間がかからず、量産性も向上できる。

次に、本発明の他の実施の形態を説明する。

図６に示す光学部品６１は、基本的に図１の光学部品１と同じ構成であり、透明ブロック２の第１の面２ａと第２の面２ｂとが接する角部に丸め加工を施して丸め部６２を形成し、ＦＰＣ３を透明ブロック２に接着固定する際に、ＦＰＣ３を丸め部６２に沿ってゆるやかに湾曲させるよう配置した点が異なる。

透明ブロック２の第１の面２ａと第２の面２ｂとが接する角部に丸め加工を施すことにより、ＦＰＣ３が角部にて急激に曲げられて破損するおそれがなくなり、歩留りを向上できる。

図７（ａ），（ｂ）に示す光学部品７１は、図１の光学部品１において、透明ブロック２の光素子４と対向する位置に、光素子４と光結合される光伝送路としての光ファイバ５３の先端部を収容するための切欠き７２を形成したものである。光学部品７１では、透明ブロック２全体を側面視でＬ字状に形成しているが、光ファイバ５３の先端部を収容する部分にのみ切欠き７２を形成するようにしてもよい。

光学部品７１によれば、光素子４と光ファイバ５３との間隔を短くできるため、光損失を低減することができ、さらに、基板５２への実装面積を大きくできるため、光学部品７１を基板５２に実装したときの安定性も確保することが可能となる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、１つの発光部または受光部４ａを有する光素子４を用いる場合を説明したが、本発明は、発光部または受光部４ａを複数有するアレイ状の光素子にも適用可能である。この場合、光伝送路としては、例えばファイバアレイや導波路アレイなどを用いるとよい。

また、上記実施の形態では、一つの透明ブロック２に１つのＦＰＣ３を接着固定する場合を説明したが、例えば光学部品１を複数並べて配置するような場合は、共通の幅の長い透明ブロック２を形成し、その透明ブロック２に複数のＦＰＣ３を接着固定するようにしてもよい。この場合、複数のＦＰＣ３に実装する光素子４として、面発光素子と面受光素子を併用することで、送受信機能を備えた光学部品１を実現できる。

さらに、上記実施の形態では、１つのＦＰＣ３に１つの光素子４を実装する場合を説明したが、１つのＦＰＣ３に複数の光素子４を実装すること、または１つのＦＰＣ３に光素子４とＩＣ５４を実装することも可能である。

さらにまた、上記実施の形態では、ＦＰＣ３を接着固定する部材として、光素子４が発光または受光する光に対して透明な透明ブロック２を用いたが、ＦＰＣ３を接着固定する部材として、光素子４が発光または受光する光に対して透明でないブロック体を用い、当該ブロック体に、光素子４が発光または受光する光を通過させる貫通孔を形成するようにしてもよい。

１ 光学部品
２ 透明ブロック
２ａ 第１の面
２ｂ 第２の面
３ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
３ａ フィルム
３ｂ 配線パターン
４ 光素子
５ａ，５ｂ バンプ

Claims (4)

1. 第１の面と、前記第１の面と９０度をなす第２の面とを有する透明ブロックと、
   該透明ブロックの前記第１の面から前記第２の面に回り込むように設けられ、前記第１の面から前記第２の面に亘る配線パターンが形成されたフレキシブルプリント基板と、
   前記第１の面側の前記フレキシブルプリント基板の前記配線パターンに実装され、実装面側に発光部または受光部を有する面発光素子または面受光素子からなる光素子と、
   を備えたことを特徴とする光学部品。
2. 前記透明ブロックの前記第１の面と前記第２の面とが接する角部には、丸め加工が施される請求項１記載の光学部品。
3. 前記透明ブロックの前記光素子と対向する位置には、前記光素子と光結合される光伝送路の先端部を収容し、前記光素子と前記光伝送路との間隔を短くするための切欠きが形成される請求項１または２記載の光学部品。
4. 請求項１〜３いずれかに記載の光学部品と、
   前記光学部品の前記第２の面が実装される基板と、
   前記光学部品の前記光素子と対向するように設けられ、前記フレキシブルプリント基板と前記透明ブロックとを介して、前記光素子と光結合する光伝送路と、
   を備えたことを特徴とする光モジュール。

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