JP2012177742A

JP2012177742A - 光電変換モジュール用部品

Info

Publication number: JP2012177742A
Application number: JP2011039518A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Moriya; 知巳守屋; Atsushi Suzuki; 厚鈴木; Takayuki Shimazu; 貴之島津; Masaki Oyagi; 将貴大谷木
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-09-13

Abstract

【課題】入射光と反射光との干渉を抑制し、安定した強度の出力光を得ることのできる光電変換モジュール用部品を提供する。
【解決手段】素子搭載面と光接続面とを備え、素子搭載面と光接続面とに開口する挿通孔が形成されたフェルールと、素子搭載面に搭載された光電変換素子と、挿通孔に挿通された光ファイバと、を有し、光接続面から露出する光ファイバの端面及び光接続面は光ファイバの光軸と垂直な面に対して斜めに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により上記課題が解決される。
【選択図】図２

Description

本発明は、光電変換モジュール用部品に関する。

ＬＳＩ間信号の高速化に伴い、電気による伝送ではノイズ、消費電力増加を解消することが困難となってきている。そこで、近年、ＬＳＩ間を、電磁障害や周波数依存性損失が殆どない光通信で伝送する試みがなされている。

この光伝送に用いられる光配線部品として、光ファイバ等の光導波体と、該光導波体の光入出力端が素子搭載面から少なくとも一部突出するように該光導波体を保持し位置決めするフェルールと、このフェルールの少なくとも素子搭載面に設けられた電気配線と、前記フェルールの素子搭載面に搭載され且つ前記電気配線に電気接続された面型光素子とを具備したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、光デバイスが接続される一端側に電気回路を有するとともに複数の光ファイバ挿入孔を備え、光ファイバ挿入孔の光デバイス側に短尺ファイバを固定し、光フェルールの一端側に光デバイスが結合される光フェルールも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−５９８６７号公報特開２００９−１２８４２４号公報

ところで、特許文献２のような光フェルールにおいて、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity surface emitting Laser）等の発光デバイスは、温度変化により出力光の強度が変動する。このため、温度変化によらず一定の強度の光を得るために発光デバイスに入力する電流値を制御することが一般的である。

しかし、電流値を増加させた時に光強度が一様に増加せず、光強度が変動することがある。これは、発光デバイスからの入射光と、短尺ファイバの後端面でのフレネル反射光とが、互いに干渉し共振が生じていることが原因と推測される。

この共振は、振幅（電流値に対する光強度の変動幅）が大きいほど、あるいは、周期（電流値に対する共振の回数）が大きいほど、出力される光信号にノイズが混入しやすい。このように、光強度が電流値に応じて一様に増加しないと、一定の光強度の光信号を安定的に得ることが難しく、出力される光信号にノイズが混入してしまうという課題があった。

そこで本発明は、入射光と反射光との干渉を抑制し、安定した強度の出力光を得ることのできる光電変換モジュール用部品を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明によれば、以下が提供される。
（１）素子搭載面と光接続面とを備え、前記素子搭載面と前記光接続面とに開口する挿通孔が形成されたフェルールと、
前記素子搭載面に搭載された光電変換素子と、
前記挿通孔に挿通された光ファイバと、を有し、
前記光接続面から露出する前記光ファイバの端面及び前記光接続面は前記光ファイバの光軸と垂直な面に対して斜めに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。
（２）前記フェルールは、
前記光軸に沿った断面において前記光軸よりも厚さ方向上方と下方の形状が対称な前記素子搭載面側の素子側部と、
前記素子側部から前記光接続面側に向けて形成された、前記素子側部と厚みの異なる接続側部とを有し、
前記光軸方向の長さは、前記素子側部より前記接続側部の方が小さいことを特徴とする（１）に記載の光電変換モジュール用部品。
（３）前記素子側部は前記接続側部よりも薄いことを特徴とする（２）に記載の光電変換モジュール用部品。
（４）前記接続側部は、前記光軸よりも厚さ方向上方の体積と下方の体積とが等しいことを特徴とする（２）または（３）に記載の光電変換モジュール用部品。
（５）前記接続側部は、前記光軸に沿った断面において、厚さ方向の前記光軸よりも上方と下方の形状が対称であることを特徴とする（２）から（４）のいずれか一項に記載の光電変換モジュール用部品。

本発明に係る光電変換モジュール用部品によれば、光ファイバの端面が光軸と垂直な面に対して斜めに形成されているので、光電変換素子から光ファイバに入力された光信号が、光ファイバの端面で直接光電変換素子に向かって反射することがない。したがって、光電変換素子に入力する電流値に応じて光強度が滑らかに変化する光電変換モジュール用部品を提供することができる。

本発明の実施形態に係る光電変換モジュールの斜視図である。本発明の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。比較例に係る光電変換モジュール用部品の入力電流と出力光の強度との関係を示す図である。本発明の実施形態に係る光電変換モジュール用部品の入力電流と出力光の強度との関係を示す図である。本発明の第１変形例に係る光電変換モジュール用部品の断面図である。本発明の第２変形例に係る光電変換モジュール用部品の断面図である。本発明の第３変形例に係る光電変換モジュール用部品の断面図である。本発明の第４変形例に係る光電変換モジュール用部品の斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る光電変換モジュールを、図面を参照して説明する。

図１，２に示すように、光電気変換モジュール用部品３０は、フェルール１２と、フェルール１２に取り付けられた発光デバイス４１と、発光デバイス４１から光信号が入力されるガラスファイバ３２とを備えている。光電変換モジュール用部品３０は、発光デバイス４１を制御する電子回路が設けられた基板に取り付けられ、光電変換モジュールを構成する。この光電変換モジュールは、図１に示すように光コネクタ５０と光接続される。なお、以下では説明を簡単にするために、光電変換モジュールの発光デバイス４１側（図２の左側）を前方、光コネクタ５０と接続される側（図２の右側）を後方と呼ぶ。

＜光コネクタ＞
光コネクタ５０は、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たコネクタフェルール４４を有している。コネクタフェルール４４は配列面に沿って配列された複数本の光ファイバ心線４９が束ねられた光ファイバテープ心線４８と接続されている。光ファイバ心線４９は、コア及びクラッドを有するガラスファイバ４５を樹脂によって被覆したものであり、光ファイバ心線４９の端部で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、それぞれのガラスファイバ４５は、光電変換モジュール用部品３０との対向面である光入出面４４ａから露出されている。

光コネクタ５０には、光入出面４４ａの両側部に光電変換モジュール用部品３０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、後述する光電変換モジュール用部品３０のフェルール１２に形成された位置決め穴２５へ挿入して嵌合させることが可能である。光コネクタ５０は、位置決めピン４７を位置決め穴２５へ挿入させながら、光電変換モジュール用部品３０側へ近接させることにより、ガラスファイバ４５の先端面を、光電変換モジュール用部品３０に設けられたガラスファイバ３２の後端面３２ａに高精度に配置させることができる。

＜光電変換モジュール用部品＞
光電変換モジュール用部品３０のフェルール１２は、樹脂によって一体成型された略直方体状の部材である。フェルール１２は、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。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、耐熱性にも優れた樹脂である。

フェルール１２の前方側の側面は素子搭載面２２ａとされ、発光デバイス４１が搭載されている。素子搭載面２２ａには、厚さ方向（図２の上下方向）へ延在する複数の電極１４がインサート成型によって一体成型されている。この素子搭載面２２ａには、その上下の縁部に、幅方向へわたるリブ２０が形成されている。また、電極１４はリブ２０を貫通してフェルール１２の上下面に露出するように延出し、露出された端子部１４ａが外部電極と接続される。

素子搭載面２２ａには、リブ２０の間に、発光部４２が素子搭載面２２ａと対向するように、発光デバイス４１が取り付けられている。この発光デバイス４１としては、例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を採用することができる。

この発光デバイス４１は、その端子部４３が、フェルール１２に設けられた電極１４に対して、例えば、金（Ａｕ）からなるバンプ４０によって導通接続されている。このバンプ４０による接続は、超音波振動または熱によってバンプ４０を介して端子部４３と電極１４とを接続するフリップチップ実装で行われる。あるいは、異方性導電フィルム(ＡＣＦ)を用いて接着することも可能である。なお、発光デバイス４１は、その発光部４２が後述する挿通孔１３に対向するように配置されている。

フェルール１２の後方側の側面は、光コネクタ５０と光接続する光接続面２３ａとされている。ガラスファイバ３２の後端面３２ａは、この光接続面２３ａと面一となるように光接続面２３ａから露出されている。また、この光接続面２３ａには、前述した光コネクタ５０の位置決めピン４７と嵌合可能な位置決め孔２５が幅方向両側に開口されている。

またフェルール１２には、コア及びクラッドを有するガラスファイバ３２が挿入される複数の挿通孔１３が貫通形成され、フェルール１２の素子搭載面２２ａ及び光接続面２３ａに開口している。これらの挿通孔１３は、光ファイバ芯線４９と対応するように、フェルール１２の幅方向（図２の紙面に対して垂直方向）に間隔をあけて配列されている。これらの挿通孔１３には、ガラスファイバ３２が挿入されて固定される。なお、フェルール１２の上下面は、挿通孔１３の軸線と平行な面となるように形成されている。

ガラスファイバ３２は、接着材として機能するアンダーフィル材３５によって接着されて固定されている。このアンダーフィル材３５は、素子搭載面２２ａと発光デバイス４１との間にも充填されており、このアンダーフィル材３５によって発光デバイス４１とフェルール１２とが強固に接合されている。このアンダーフィル材３５は、フェルール１２に対して熱処理を施すことにより硬化されている。

このような光電変換モジュール用部品３０において、外部機器から電流信号を発光デバイス４１に入力すると、発光デバイス４１は電流値に応じた光信号を出力し、光信号はガラスファイバ３２に入力されてその後端面３２ａを通過し、光コネクタ５０の光ファイバ芯線４９まで伝送される。

ここで、本実施形態に係る光電変換モジュール用部品３０において、ガラスファイバ３２の後端面３２ａと光接続面２３ａは、ガラスファイバ３２の光軸Ａｘと垂直な面に対して斜めに形成されている。このような後端面３２ａ及び光接続面２３ａは、例えば、フェルール１２をガラスファイバ３２とともに斜めに切断し、その切断面を鏡面加工することにより得ることができる。なお、光接続面２３ａがガラスファイバ３２の光軸Ａｘと垂直な面に対してなす角度は、ガラスファイバ３２の開口数（ＮＡ）に応じて設定すればよい。

このようにガラスファイバ３２の後端面３２ａが光軸Ａｘと垂直な面に対して斜めに形成されているので、ガラスファイバ３２の端面３２ａに到達した光信号は、直接、発光デバイス４１に向けてフレネル反射することがないので、発光デバイス４１から発光した光とフレネル反射した光とが干渉して共振することがない。したがって、本実施形態に係る光電変換モジュール用部品３０は、電流値に応じて出力光の強度が一様に変化するので、出力される出力光を一定の強度に容易に制御することができ、ノイズの少ない光信号を送信することができる。

図３，４は、発光デバイス４１に入力する電流値と、出力される光の強度とを測定し、特許文献２のようにガラスファイバの後端面及び光接続面がガラスファイバの光軸Ａｘと垂直に形成された光電変換モジュール用部品と、本実施形態に係る光電変換モジュール用部品３０とを比較したものである。図３が比較例に係る光電変換モジュール用部品の入力電流と出力光の強度との関係を示す図であり、図４が本実施形態に係る光電変換モジュール用部品の入力電流と出力光の強度との関係を示す図である。図３，４を比較してわかるように、本実施形態に係る光電変換モジュール用部品３０によれば、電流値を大きくすると、光強度が変動することなく滑らかに変化することが確認できた。

＜ガラスファイバの変形抑制＞
なお、電流値の増加に対して光出力の強度を更に滑らかに増加させるためには、温度変化によるフェルール１２の熱膨張によるガラスファイバ３２の光路長の変動を抑制するとよい。フェルール１２の温度が変動しフェルール１２が変形すると、挿通孔１３に挿通されているガラスファイバ３２も変形する。ガラスファイバ３２が変形して曲がると光路長の長い高次モード光が生じやすくなる。

ここで、ガラスファイバ３２内の共振周期は以下の式により与えられるので、光路長が長くなると電流の変化に対して光強度が変動しやすくなる。特に、発光デバイス４１や、発光デバイス４１を制御する電子回路が発熱するので、光電変換モジュール用部品が高温になり、光路長が変化することで光強度が変動する虞がある。
共振周期（回／ｍＡ）＝光路長（μｍ）／信号光（反射光）の波長（μｍ）／電流値（ｍＡ）

特に、図２の如く光接続面２３ａを斜めに形成されているので、フェルール１２はガラスファイバ３２の上下で形状が異なっている。したがって、ガラスファイバ３２の上部が下部よりも熱膨張によるフェルール１２の伸びが大きくなり、フェルール１２が上に凸となるように反りやすい。

そこで、更に光出力の強度を電流値に応じて滑らかに変化させるために、フェルール１２を以下のように構成すると好ましい。フェルール１２は、図２に示すように、素子搭載面２２ａ側の前方部（素子側部）２２と、光接続面２３ａ側の後方部（接続側部）２３とを備えている。

前方部２２は、ガラスファイバ３２の光軸Ａｘに沿った断面（図２に示す断面）において光軸Ａｘよりもガラスファイバ３２の上方と下方の形状が対称とされている。一方、後方部２３は、前方部２２から後方に向けて連続して形成されており、前方部２２とは厚みが異なるように形成されている。なお、図２の例では、後方部２３の後端面である光接続面２３ａは光軸Ａｘと垂直な面に対して斜めに形成され、光接続面２３ａと反対側の面は光軸Ａｘと垂直に形成されているので、ガラスファイバ３２の上方と下方の形状は非対称である。さらに、後方部２３の光軸Ａｘ方向長さは前方部２２の光軸Ａｘ方向長さよりも小さく設定されている。

ここで、ガラスファイバ３２に対して上下が対称の前方部２２は、温度が変化しても上下が一様に熱膨張するので、温度変化によっても変形する虞がない。一方、ガラスファイバ３２に対して上下が非対称の後方部２３は、温度変化により変形する虞がある。しかし、ガラスファイバ３２を曲げるように変形する後方部２３が前方部２２よりも小さく形成されているので、熱膨張によってもガラスファイバ３２が変形しにくい。

また、前方部２２と後方部２３の厚みを異ならせているので、前方部２２が後方部２３の変形に影響される虞がない。よって、本実施形態に係る光電変換モジュール用部品３０によれば、温度変化によらず光強度が電流値に応じて滑らかに変化するので光信号の強度を一定に制御することが容易であり、ノイズの少ない光信号を送信することができる。

なお、前方部２２は後方部２３よりも薄く形成することにより、前方部２２の素子搭載面２２ａに取り付けられた発光デバイス４１を効率よく放熱することができる。これにより、フェルール１２の温度上昇を抑制し、変形量を低減することができるので好ましい。また同様の理由で、厚さ寸法のみではなく幅寸法も、前方部２２は後方部２３より小さく設定することが好ましい。なお前方部２２の厚さ及び幅は、十分な機械的強度が確保可能な範囲で極力薄く形成することが好ましい。

＜変形例＞
また、フェルール１２は図２に示した態様に限定されることはない。フェルール１２の変形を抑制するために、図５〜８に示す第１〜４変形例の如く構成してもよい。なお、以下に説明する第１〜４変形例では、上述の実施形態と同様の部位については同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図５に示す本発明の第１変形例に係る光電変換モジュール用部品３０Ａでは、フェルール１２Ａの後方部２３Ａは、光接続面２３Ａａと反対側の面２３Ａｂも光接続面２３Ａａと平行に形成され、後方部２３Ａ全体がガラスファイバ３２を挟んで上下対称の形状に形成されている。

このように、前方部２２Ａと後方部２３Ａのいずれもがガラスファイバ３２を挟んで上下対称に形成されているので、温度変化によってもガラスファイバ３２の上下が同様に熱膨張し、ガラスファイバ３２が屈曲することがない。したがって、本第１変形例に係る光電変換モジュール用部品３０Ａによっても、温度変化によらず光強度が電流値に応じて滑らかに変化するので光信号の強度を一定に制御することが容易であり、ノイズの少ない光信号を送信することができる。

図６は本発明の第２変形例に係る光電変換モジュール用部品３０Ｂを示している。本第２変形例においても、光接続面２３Ｂａが光軸Ａｘと垂直な面に対して斜めに形成されているため、後方部２３のガラスファイバ３２よりも上方は下方よりも大きく、上下で非対称の形状となっている。このため、フェルール１２Ｂの温度が上昇するとフェルール１２Ｂには上に凸となるように変形させる応力が作用している。

そこで、フェルール１２Ｂは、熱膨張による反りを防止する梁部２４が、フェルール１２Ｂの下面で前方部２２Ｂと後方部２３Ｂの境界に設けられている。梁部２４が上述したフェルール１２Ｂを変形させる応力に対抗することで、フェルール１２Ｂの変形を阻止することができる。したがって、本第２変形例に係る光電変換モジュール用部品３０Ｂによっても、温度変化によらず光強度が電流値に応じて滑らかに変化するので光信号の強度を一定に制御することが容易であり、ノイズの少ない光信号を送信することができる。

図７，８は、それぞれ本発明の第３，４変形例に係る光電変換モジュール用部品３０Ｃ，３０Ｄを示している。本変形例においては、熱膨張による大きさの変化は体積に比例することに着目し、フェルール１２Ｃ，１２Ｄの後方部２３Ｃ，２３Ｄのガラスファイバ３２より上方と下方との体積を略等しく設定している。具体的には、図７の第３変形例のフェルール１２Ｄは幅を一定とし、後方部２３Ｃの上面の光軸Ａｘ方向長さｌ１、光軸Ａｘから上面までの厚みｈ１、下面の光軸Ａｘ長さｌ２、光軸Ａｘから下面までの厚みｈ２としたとき、ｌ１×ｈ１＝ｌ２×ｈ２の関係が成立するように設定している。

同様に、図８に示す第４変形例のフェルール１２Ｄにおいては、後方部２３Ｄを台形柱状に形成している。本変形例においても、光接続面２３Ｄａが光軸Ａｘと垂直な面に対して斜めに形成されているため、後方部２３Ｄのガラスファイバ３２の上方が下方よりも光軸Ａｘ方向長さが大きい。そこで後方部２３Ｄを、上面の幅が下面の幅より小さい台形柱状に形成することにより、後方部２３Ｄのガラスファイバ３２よりも上方と下方との体積を略等しく設定している。

以上のような第２，３変形例に係る光電変換モジュール用部品３０Ｃ，３０Ｄによれば、温度変化によって非対称形状の後方部２３Ｄであっても、ガラスファイバ３２の上下が同様に熱膨張するため、ガラスファイバ３２が曲げられることがない。したがって、温度変化によらず光強度が電流値に応じて滑らかに変化するので光信号の強度を一定に制御することが容易であり、ノイズの少ない光信号を送信することができる。

以上、本発明をその実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができることは、当業者にとって明らかである。

１２：フェルール、１３：挿通孔、１４：電極、２２：前方部、２２ａ：素子搭載面、２３：後方部、２３ａ：光接続面、２４：梁部、２５：位置決め穴、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ：光電気変換モジュール用部品、３２：ガラスファイバ（光ファイバ）、３５：アンダーフィル材、４１：発光デバイス、４５：ガラスファイバ、５０：光コネクタ

Claims

素子搭載面と光接続面とを備え、前記素子搭載面と前記光接続面とに開口する挿通孔が形成されたフェルールと、
前記素子搭載面に搭載された光電変換素子と、
前記挿通孔に挿通された光ファイバと、を有し、
前記光接続面から露出する前記光ファイバの端面及び前記光接続面は前記光ファイバの光軸と垂直な面に対して斜めに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。
前記フェルールは、
前記光軸に沿った断面において前記光軸よりも厚さ方向上方と下方の形状が対称な前記素子搭載面側の素子側部と、
前記素子側部から前記光接続面側に向けて形成された、前記素子側部と厚みの異なる接続側部とを有し、
前記光軸方向の長さは、前記素子側部より前記接続側部の方が小さいことを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール用部品。
前記素子側部は前記接続側部よりも薄いことを特徴とする請求項２に記載の光電変換モジュール用部品。
前記接続側部は、前記光軸よりも厚さ方向上方の体積と下方の体積とが等しいことを特徴とする請求項２または３に記載の光電変換モジュール用部品。
前記接続側部は、前記光軸に沿った断面において、厚さ方向の前記光軸よりも上方と下方の形状が対称であることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の光電変換モジュール用部品。