JP2012150223A - 光電変換モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化を図ったとしても、光ファイバーの先端部の接続強度が確保されて信頼性が高い光電変換モジュールを提供する。
【解決手段】光電変換モジュール(24)は、透光性及び可撓性を有する回路基板(26)の一方の面に実装されたＩＣチップ(34)及び光電変換素子(32)と、回路基板(26)の他方の面に設けられた樹脂層(40)に形成された保持溝(42)内に配置された先端部を有する光ファイバー(23)と、保持溝(42)を覆う補強部材(46)と、光ファイバー(23)の先端と光電変換素子(32)とを回路基板(26)を通して光学的に結合する光学要素とを備える。保持溝(42)は、ＩＣチップ(34)及び光電変換素子(32)の配列方向でみて、ＩＣチップ(34)側に位置する樹脂層(40)の端に開口端を有し、光ファイバー(23)の先端部の少なくとも一部は、ＩＣチップ(34)に沿って延びている。
【選択図】図５
【解決手段】光電変換モジュール(24)は、透光性及び可撓性を有する回路基板(26)の一方の面に実装されたＩＣチップ(34)及び光電変換素子(32)と、回路基板(26)の他方の面に設けられた樹脂層(40)に形成された保持溝(42)内に配置された先端部を有する光ファイバー(23)と、保持溝(42)を覆う補強部材(46)と、光ファイバー(23)の先端と光電変換素子(32)とを回路基板(26)を通して光学的に結合する光学要素とを備える。保持溝(42)は、ＩＣチップ(34)及び光電変換素子(32)の配列方向でみて、ＩＣチップ(34)側に位置する樹脂層(40)の端に開口端を有し、光ファイバー(23)の先端部の少なくとも一部は、ＩＣチップ(34)に沿って延びている。
【選択図】図５
Description
本発明は光電変換モジュールに関する。
例えばデータセンターにおけるサーバとスイッチ間の接続や、デジタルＡＶ（オーディオ・ビジュアル）機器間の接続では、伝送媒体として、メタル線の外に、光ファイバーも用いられている。また、近年、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の情報処理機器においても、伝送媒体として光ファイバーを用いること（光インターコネクト）が検討されている（例えば特許文献１参照）。
光ファイバーを用いる場合、電気信号を光信号に、或いは、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが必要になる。例えば、特許文献２が開示する光電変換モジュールは、フレキシブル基板を備え、フレキシブル基板に、光電変換素子としての発光素子又は受光素子が、ＩＣチップとともに実装される。また、フレキシブル基板には光導波路が一体に形成され、光導波路に形成された溝内に、光ファイバーの先端部が固定されている。
特許文献２が開示する光電変換モジュールにおいては、フレキシブル基板がＩＣチップの側面を超えて延出し、この延出したフレキシブル基板の部分に光ファイバーの先端部が固定されている。このため、この光電変換モジュールにおいては、フレキシブル基板の小型化を図ることが困難であった。すなわち、この光電変換モジュールには、フレキシブル基板の小型化を図った場合、フレキシブル基板に対して光ファイバーの先端部が固定される長さが短くなり、光ファイバーの接続強度が弱くなってしまうという問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、小型化を図ったとしても、光ファイバーの先端部の接続強度が確保されて信頼性が高い光電変換モジュールを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、透光性及び可撓性を有する回路基板と、前記回路基板の一方の面に相互に隣り合って実装されたＩＣチップ及び光電変換素子と、前記回路基板の他方の面に設けられた樹脂層であって、前記回路基板に沿って保持溝が形成された樹脂層と、前記保持溝内に配置された先端部を有する光ファイバーと、前記樹脂層の保持溝を覆う補強部材と、前記光ファイバーの先端と前記光電変換素子とを前記回路基板を通して光学的に結合する光学要素とを備え、前記保持溝は、前記ＩＣチップ及び前記光電変換素子の配列方向でみて、前記ＩＣチップ側に位置する前記樹脂層の端に開口端を有し、前記光ファイバーの先端部の少なくとも一部は、前記ＩＣチップに沿って延びている、光電変換モジュールが提供される。
本発明によれば、小型化を図ったとしても、光ファイバーの先端部の接続強度が確保されて信頼性が高い光電変換モジュールが提供される。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、携帯電話１０の外観を概略的に示す斜視図である。携帯電話１０は例えば折り畳み型であり、第１ケース１１と第２ケース１２がヒンジを介して連結されている。第１ケース１１には液晶パネル１４が設置され、第２ケース１２にはボタン１６が設置され、利用者は、液晶パネル１４に表示される画像から情報を得ることが出来る。
図１は、携帯電話１０の外観を概略的に示す斜視図である。携帯電話１０は例えば折り畳み型であり、第１ケース１１と第２ケース１２がヒンジを介して連結されている。第１ケース１１には液晶パネル１４が設置され、第２ケース１２にはボタン１６が設置され、利用者は、液晶パネル１４に表示される画像から情報を得ることが出来る。
図２は、第１ケース１１及び第２ケース１２内にそれぞれ配置された第１マザー基板１８及び第２マザー基板２０を示している。図示しないけれども、第１マザー基板１８には液晶パネル１４のドライブ回路を構成する電気部品が実装され、第２マザー基板２０には、ボタン１６と接続される入力回路、通信回路及び画像処理回路を構成する電気部品が実装されている。
第１マザー基板１８のドライブ回路と第２マザー基板２０の画像処理回路とは、光配線２２によって接続されている。即ち、ドライブ回路は、画像処理回路から光配線２２を通じて画像データを受け取り、受け取った画像データに基づいて画像を液晶パネル１４に表示させる。
〔光電変換モジュール〕
光配線２２は、光ファイバー２３と、光ファイバー２３の両端に一体に設けられた一実施形態の光電変換モジュール２４，２４とからなる。
図３は、光電変換モジュール２４の外観を概略的に示す斜視図である。光電変換モジュール２４は、ＦＰＣ（フレキシブルプリント回路）基板２６を備え、ＦＰＣ基板２６は、例えば、ポリイミド製の可撓性及び透光性を有するフィルム２８と、フィルム２８に設けられた例えば銅等の金属からなる導体パターン３０とからなる。フィルム２８の厚さは、例えば１５μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあり、本実施形態では２５μｍである。
ＦＰＣ基板２６の一方の面（実装面）には、光電変換素子３２及びＩＣ（集積回路）チップ３４が例えばフリップチップ実装されている。
光配線２２は、光ファイバー２３と、光ファイバー２３の両端に一体に設けられた一実施形態の光電変換モジュール２４，２４とからなる。
図３は、光電変換モジュール２４の外観を概略的に示す斜視図である。光電変換モジュール２４は、ＦＰＣ（フレキシブルプリント回路）基板２６を備え、ＦＰＣ基板２６は、例えば、ポリイミド製の可撓性及び透光性を有するフィルム２８と、フィルム２８に設けられた例えば銅等の金属からなる導体パターン３０とからなる。フィルム２８の厚さは、例えば１５μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあり、本実施形態では２５μｍである。
ＦＰＣ基板２６の一方の面（実装面）には、光電変換素子３２及びＩＣ（集積回路）チップ３４が例えばフリップチップ実装されている。
より詳しくは、第２マザー基板２０に接続される光電変換モジュール２４では、光電変換素子３２は、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子であり、ＩＣチップ３４は、光電変換素子３２を駆動するための駆動回路を構成している。
また、第１マザー基板１８に接続される光電変換モジュール２４では、光電変換素子３２は、ＰＤ（フォトダイオード）等の受光素子であり、ＩＣチップ３４は、受光素子が出力した電気信号を増幅するための増幅回路を構成している。
なお、光電変換素子３２は、面発光型又は面受光型であり、出射部又は入射部が実装面と対向するように配置される。
また、第１マザー基板１８に接続される光電変換モジュール２４では、光電変換素子３２は、ＰＤ（フォトダイオード）等の受光素子であり、ＩＣチップ３４は、受光素子が出力した電気信号を増幅するための増幅回路を構成している。
なお、光電変換素子３２は、面発光型又は面受光型であり、出射部又は入射部が実装面と対向するように配置される。
光電変換素子３２及びＩＣチップ３４とＦＰＣ基板２６との間には、透光性を有する樹脂からなる充填部材３６が設けられ、更に、光電変換素子３２及びＩＣチップ３４は、樹脂からなるモールド部材３８によって覆われている。充填部材３６及びモールド部材３８は、ＩＣチップ３４及び光電変換素子３２とＦＰＣ基板２６との間の接続強度を確保しながら、ＩＣチップ３４及び光電変換素子３２を保護している。
なお、図３においては、モールド部材３８が部分的に除去されており、モールド部材３８の一部が断面にて表されている。
なお、図３においては、モールド部材３８が部分的に除去されており、モールド部材３８の一部が断面にて表されている。
図４は、光電変換モジュールの図３とは反対側を、一部を分解して示す概略的な斜視図である。
ＦＰＣ基板２６の他方の面（背面）には、透光性を有する樹脂層４０が、全域に渡って一体に設けられている。樹脂層４０には、光ファイバー２３の先端部を固定するための保持溝４２が形成されている。
保持溝４２は、ＦＰＣ基板２６に沿って、光電変換素子３４及びＩＣチップ３４の配列方向（以下、単に配列方向Ｄという）に延びている。保持溝４２の断面形状は四角形状、則ち角張ったＵ字形状であり、保持溝４２はＵ溝である。
ＦＰＣ基板２６の他方の面（背面）には、透光性を有する樹脂層４０が、全域に渡って一体に設けられている。樹脂層４０には、光ファイバー２３の先端部を固定するための保持溝４２が形成されている。
保持溝４２は、ＦＰＣ基板２６に沿って、光電変換素子３４及びＩＣチップ３４の配列方向（以下、単に配列方向Ｄという）に延びている。保持溝４２の断面形状は四角形状、則ち角張ったＵ字形状であり、保持溝４２はＵ溝である。
配列方向Ｄでみて、ＩＣチップ３４側に位置する保持溝４２の一端は、樹脂層４０の側面にて開口し、他端は壁面によって構成されている。また、保持溝４２は、ＦＰＣ基板２６とは反対側の樹脂層４０の面においても開口し、保持溝４２の底面は、ＦＰＣ基板２６によって構成されている。光ファイバー２３の先端部は、保持溝４２内に接着剤で固定され、光ファイバー２３の先端面は、保持溝４２の壁面に当接している。
また樹脂層４０にはＶ溝が形成され、Ｖ溝の壁面には、例えばＡｕ等の金属からなる蒸着膜が形成されている。蒸着膜はミラー４４を構成し、ミラー４４は、光電変換素子３２と光ファイバー２３の先端面とを、ＦＰＣ基板２６を通して光学的に結合する光学要素を構成している。
樹脂層４０には、例えばガラス製の板形状の補強部材４６が接着剤を用いて接着される。補強部材４６は保持溝４２を覆い、光ファイバー２３の先端部を樹脂層４０とともに強固に保持する。補強部材４６の面積は、例えば、ＦＰＣ基板２６の面積に略等しいか、僅かに小さい。
図５は、第２マザー基板２０に実装された状態の光電変換モジュール２４の概略的な断面図である。
樹脂層４０は、ポリマー光導波路部材からなり、ポリマー光導波路部材は、アンダークラッド層４８、コア５０、及び、オーバークラッド層５２を含む。アンダークラッド層４８は、ＦＰＣ基板２６に積層され、光信号の進行方向から見た断面形状が四角形のコア５０がアンダークラッド層４８上を延びている。
樹脂層４０は、ポリマー光導波路部材からなり、ポリマー光導波路部材は、アンダークラッド層４８、コア５０、及び、オーバークラッド層５２を含む。アンダークラッド層４８は、ＦＰＣ基板２６に積層され、光信号の進行方向から見た断面形状が四角形のコア５０がアンダークラッド層４８上を延びている。
コア５０の数は、光ファイバー２３の数に対応して１本であり、光ファイバー２３の先端部と同軸上に位置している。オーバークラッド層５２は、アンダークラッド層４８と協働してコア５０を囲むように、アンダークラッド層４８及びコア５０の上に積層されている。
アンダークラッド層４８、コア５０、及び、オーバークラッド層５２の材料としては、特に限定されることはないが、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂及びポリイミド系樹脂等を用いることができる。
アンダークラッド層４８、コア５０、及び、オーバークラッド層５２の材料としては、特に限定されることはないが、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂及びポリイミド系樹脂等を用いることができる。
第２マザー基板２０には、モールド部材３８を受け容れる凹みとして、孔５４が形成されている。なお実装位置によっては、孔５４ではなく切欠きであってもよい。
第２マザー基板２０は、例えばガラスエポキシ樹脂製のリジッドな基板本体５６と、銅等の導体からなる導体パターン５８とからなる。第２マザー基板２０の導体パターン５８は、例えば半田５９を介して、ＦＰＣ基板２６の導体パターン３０に接続されている。
第２マザー基板２０は、例えばガラスエポキシ樹脂製のリジッドな基板本体５６と、銅等の導体からなる導体パターン５８とからなる。第２マザー基板２０の導体パターン５８は、例えば半田５９を介して、ＦＰＣ基板２６の導体パターン３０に接続されている。
光電変換素子３２及びＩＣチップ３４は、入出力端子として、それぞれ複数の電極パッド６０，６２を有し、ＦＰＣ基板２６の導体パターン３０は、電極パッド６０，６２に対応してランド（電極部）６４，６６を有する。電極パッド６０，６２と導体パターン３０のランド６４，６６とは、例えばＡｕからなるバンプ６８，７０によって相互に接続されている。
光電変換モジュール２４において、配列方向Ｄでの、ＩＣチップ３４の長さＬｉｃは、１ｃｈ（チャンネル）の場合、例えば５００μｍ以上１０００μｍ以下であり、光電変換素子３２とＩＣチップ３４との間隔の長さＬｓは、例えば、５０μｍ以上４００μｍ以下であり、保持溝４２の長さＬｇは、例えば、６００μｍ以上１５００μｍ以下である。
また、保持溝４２の長さＬｇは、配列方向Ｄでみて、光ファイバー２３の先端面の位置が、好ましくは、光電変換素子３２側のＩＣチップ３４の側面よりも光電変換素子３２側に位置するように設定され、より好ましくは、光電変換素子３２の両側面の間に位置するように設定される。
また、保持溝４２の長さＬｇは、配列方向Ｄでみて、光ファイバー２３の先端面の位置が、好ましくは、光電変換素子３２側のＩＣチップ３４の側面よりも光電変換素子３２側に位置するように設定され、より好ましくは、光電変換素子３２の両側面の間に位置するように設定される。
図６は、ＦＰＣ基板２６の平面図であり、１点鎖線にて、光電変換素子３２、ＩＣチップ３４、及び、保持溝４２の位置をそれぞれ示している。本実施形態では、好ましい態様として、ランド６４，６６の各々の中心位置は、保持溝４２が投影される領域から外れている。なお、ランド６４，６６の周縁は、保持溝４２が投影される領域に一部重なっていてもよい。
上述した光電変換モジュール２４は、例えば以下のように製造される。
まず、ＦＰＣ基板２６に、樹脂層４０を形成した後、樹脂層４０に保持溝４２及びミラー４４を順次形成する。この後、ＦＰＣ基板２６に光電変換素子３２及びＩＣチップ３４をフリップチップ実装してから、充填部材３６を充填し、モールド部材３８で覆う。それから、保持溝４２内に、光ファイバー２３の先端部を固定してから、補強部材４６を接着し、光電変換モジュール２４が製造される。
まず、ＦＰＣ基板２６に、樹脂層４０を形成した後、樹脂層４０に保持溝４２及びミラー４４を順次形成する。この後、ＦＰＣ基板２６に光電変換素子３２及びＩＣチップ３４をフリップチップ実装してから、充填部材３６を充填し、モールド部材３８で覆う。それから、保持溝４２内に、光ファイバー２３の先端部を固定してから、補強部材４６を接着し、光電変換モジュール２４が製造される。
上述した一実施形態の光電変換モジュール２４では、配列方向Ｄでみて、保持溝４２がＩＣチップ３４側に開口端を有し、開口端を通して延びる光ファイバー２３の先端部が、ＩＣチップ３４と平行に延びている。
この配置構成によれば、ＩＣチップ３４からのＦＰＣ基板２６の延び出しが短くても、ＦＰＣ基板２６及び樹脂層４０に対し光ファイバー２３の先端部を固定する長さが十分に確保され、光ファイバー２３の先端部が堅固に固定される。このため、この光電変換モジュール２４によれば、光ファイバー２３の先端部の接続強度を確保しながら、小型化が図られる。
この配置構成によれば、ＩＣチップ３４からのＦＰＣ基板２６の延び出しが短くても、ＦＰＣ基板２６及び樹脂層４０に対し光ファイバー２３の先端部を固定する長さが十分に確保され、光ファイバー２３の先端部が堅固に固定される。このため、この光電変換モジュール２４によれば、光ファイバー２３の先端部の接続強度を確保しながら、小型化が図られる。
上述した一実施形態の光電変換モジュール２４では、ランド６４，６６の中心位置が保持溝４２の投影領域の外にあるので、光電変換素子３２及びＩＣチップ３４を実装するときに、ランド６４，６６が撓むことが無く、実装が確実に行われる。
また、上述した一実施形態の光電変換モジュール２４の製造方法では、光電変換素子３２及びＩＣチップ３４の実装後に光ファイバー２３の先端部が固定されるので、光電変換素子３２及びＩＣチップ３４の実装が容易である。
また、上述した一実施形態の光電変換モジュール２４の製造方法では、光電変換素子３２及びＩＣチップ３４の実装後に光ファイバー２３の先端部が固定されるので、光電変換素子３２及びＩＣチップ３４の実装が容易である。
本発明は、上述した一実施形態に限定されることはなく、一実施形態に変更を加えた形態も含む。
例えば、上述した一実施形態の光電変換モジュール２４では、ＦＰＣ基板２６側が第２マザー基板２０に接続されていたが、補強部材４６側が、第２マザー基板２０に接続されていてもよい。ＦＰＣ基板２６及び樹脂層４０にはスルーホールが設けられ、スルーホールにめっき導体が設けられる。この場合、補強部材４６は、樹脂層４０よりも小さく、補強部材４６によって覆われていない樹脂層４０の領域にて、めっき導体が表出させられる。
例えば、上述した一実施形態の光電変換モジュール２４では、ＦＰＣ基板２６側が第２マザー基板２０に接続されていたが、補強部材４６側が、第２マザー基板２０に接続されていてもよい。ＦＰＣ基板２６及び樹脂層４０にはスルーホールが設けられ、スルーホールにめっき導体が設けられる。この場合、補強部材４６は、樹脂層４０よりも小さく、補強部材４６によって覆われていない樹脂層４０の領域にて、めっき導体が表出させられる。
上述した一実施形態の光電変換モジュール２４では、樹脂層４０は、ポリマー光導波路部材によって構成されているが、光ファイバー２３の先端面と光電変換素子３２との間の光路が短ければ、図７に示した変形例の光電変換モジュール７２のように、透光性を有する単一な樹脂によって構成された樹脂層７４を用いてもよい。
上述した一実施形態の光電変換モジュール２４では、樹脂層４０のＶ溝の壁面にミラー４４が形成されていたが、図８に示した変形例の光電変換モジュール７６のように、樹脂層４０に凹部７８を設け、凹部７８に、ミラー８０を有するミラー部材８２を配置してもよい。
最後に、本発明の光電変換モジュールを備える光配線は、携帯電話以外の情報処理機器、ネットワーク機器、デジタルＡＶ機器、及び、家電製品に適用可能である。より詳しくは、光電変換モジュールは、例えば、パーソナルコンピュータ、スイッチングハブ、及び、ＨＤＭＩケーブル等にも適用可能である。
２２ 光配線
２３ 光ファイバー
２４ 光電変換モジュール
２６ ＦＰＣ基板（回路基板）
２８ フィルム
３２ 光電変換素子
３４ ＩＣチップ
４０ 樹脂層
４２ 保持溝
４４ ミラー（光学要素）
４６ 補強部材
２３ 光ファイバー
２４ 光電変換モジュール
２６ ＦＰＣ基板（回路基板）
２８ フィルム
３２ 光電変換素子
３４ ＩＣチップ
４０ 樹脂層
４２ 保持溝
４４ ミラー（光学要素）
４６ 補強部材
Claims (6)
- 透光性及び可撓性を有する回路基板と、
前記回路基板の一方の面に相互に隣り合って実装されたＩＣチップ及び光電変換素子と、
前記回路基板の他方の面に設けられた樹脂層であって、前記回路基板に沿って保持溝が形成された樹脂層と、
前記保持溝内に配置された先端部を有する光ファイバーと、
前記樹脂層の保持溝を覆う補強部材と、
前記光ファイバーの先端と前記光電変換素子とを前記回路基板を通して光学的に結合するミラーとを備え、
前記保持溝は、前記ＩＣチップ及び前記光電変換素子の配列方向でみて、前記ＩＣチップ側に位置する前記樹脂層の端に開口端を有し、
前記光ファイバーの先端部の少なくとも一部は、前記ＩＣチップに沿って延びている、
光電変換モジュール。 - 前記光ファイバーの先端は、前記配列方向でみて、前記光電変換素子側の前記ＩＣチップの側面よりも前記光電変換素子側に位置している、
請求項１に記載の光電変換モジュール。 - 前記回路基板は、前記一方の面に前記光電変換素子及び前記ＩＣチップの入出力端子が接続される複数の電極部を有し、
前記電極部の少なくとも中心は、前記一方の面において、前記保持溝が投影される領域の外に位置している
請求項１又は２に記載の光電変換モジュール。 - 前記樹脂層にはＶ溝が形成され、
前記ミラーは、前記Ｖ溝の壁面に蒸着された金属膜からなる、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の光電変換モジュール。 - 前記樹脂層には凹部が形成され、
前記凹部に前記ミラーを有するミラー部材が配置されている、
請求項１乃至３の何れか一項に記載の光電変換モジュール。 - 前記樹脂層は、コア及びクラッドを含むポリマー光導波路部材からなる、
請求項１乃至５の何れか一項に記載の光電変換モジュール。
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