JP2012242659A

JP2012242659A - 光ファイバ用ソケット

Info

Publication number: JP2012242659A
Application number: JP2011113626A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Amaya; 英俊天谷; Kenichi Shimatani; 賢一島谷; Shunsuke Matsushima; 俊輔松島
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-12-10

Abstract

【課題】光ファイバ用ソケットにおいて、光ファイバと光電変換素子の光軸合わせ作業の簡単化及び光軸合わせの精度向上を図り、かつ、光電変換素子の封止を容易にする。
【解決手段】ソケット１は、樹脂封止されるベアチップの光電変換素子２が実装される回路基板３１とそれと一体成形され複数の嵌合穴３５を持つ受け部材３２とを有する回路ブロック３と、スリーブ４１と光電変換素子２を収納する空洞部４２と複数の嵌合突起４３とが一体に形成されたスリーブブロック４と、を備える。嵌合突起４３が嵌合穴３５に嵌合された状態で、スリーブブロック４に挿入される光ファイバ５と光電変換素子２の光軸が合うように、嵌合穴３５及び嵌合突起４３が成形技術の精度と同程度の精度で位置決めされる。従って、嵌合、挿入作業だけの光軸合わせでその精度の向上が図れ、かつ、樹脂封止により光電変換素子の封止が容易になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバの先端部に嵌装されたフェルールが嵌合され、光ファイバと光電変換素子とを光学的に結合する光ファイバ用ソケットに関する。

従来から、光電変換素子が実装された基板と、その基板に嵌合され位置決めされたスリーブとを備え、使用時にはスリーブにフェルールが嵌挿され、光ファイバと光電変換素子とが光結合される光ファイバ用ソケットが知られている（例えば、特許文献１参照）。このソケットにおいては、基板に２つの嵌合穴が穿設され、スリーブの基板と対向する面には２本の嵌合軸が設けられ、２本の嵌合軸がそれぞれ２つの嵌合穴に嵌め込まれている。嵌合穴は、嵌合突起が嵌め込まれたときに光ファイバと光電変換素子の光軸が一致するように、位置決めされている。このソケットによれば、嵌合軸を嵌合穴に合わせてスリーブを基板に嵌合するだけで、光ファイバと光電変換素子の光軸を合わせることができ、光軸合わせの作業が簡単になる。また、レンズを有するスリーブで光電変換素子を覆うことにより、中空封止で光電変換素子を外気のガス等から保護している。

ところで、基板に嵌合穴を穿設する方法としては各種の方法があるが、例えば、パンチングにより基板の一部を抜いて嵌合穴を形成する場合、その加工精度は４０μｍ程度である。従って、その加工誤差に、光電変換素子の位置決め誤差が重なると、たとえスリーブが光学部品に要求される寸法精度を有していたとしても、光ファイバと光電変換素子の光軸合わせの精度が５０μｍ程度になってしまう。そのため、光軸合わせの精度向上が望まれていた。また、中空封止では、光電変換素子の密封封止が困難なことがある。

特開平８−５８７２号公報

本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、光ファイバと光電変換素子の光軸合わせ作業の簡単化及びその光軸合わせの精度向上を図ることができ、かつ、光電変換素子の封止が容易な光ファイバ用ソケットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の光ファイバ用ソケットは、光電変換素子と、前記光電変換素子が実装された回路基板、及び前記回路基板と一体成形され複数の嵌合穴が設けられた樹脂製のスリーブブロック受け部材を有する回路ブロックと、前記スリーブブロック受け部材と対向する面に設けられ前記複数の嵌合穴にそれぞれ嵌合される複数の嵌合突起と、光ファイバの先端部に嵌装されたフェルールが嵌挿されるスリーブと、前記スリーブに前記フェルールが嵌挿された状態で前記光電変換素子を収納するための空洞部とが一体に形成されたスリーブブロックと、を備え、前記複数の嵌合突起が前記複数の嵌合穴に嵌合された状態で、前記スリーブブロックと前記回路ブロックとが接して前記光電変換素子が前記空洞部に収納され、かつ、前記光ファイバの光軸と前記光電変換素子の光軸とが一致するように、各嵌合穴及び各嵌合突起の位置決めがなされ、前記光電変換素子は、ベアチップから成り、光を透過する樹脂により封止されていることを特徴とする。

本発明によれば、スリーブブロックの嵌合突起をスリーブブロック受け部材の嵌合穴に嵌合させ、フェルールをスリーブブロックに嵌合するだけで、回路基板上の光電変換素子とフェルール内の光ファイバの光軸合わせを行うことができる。従って、光軸合わせ作業が簡単になる。また、スリーブブロック受け部材の嵌合穴は、当該部材と回路基板との一体成形により形成することができ、成形技術で実現可能な最高成形精度は、寸法誤差が１μｍ以下の精度であることから、嵌合穴の寸法及び位置の各精度を同程度とすることができる。従って、従来のように回路基板をパンチング加工して嵌合穴を形成する場合と比べ、嵌合穴の寸法及び位置精度を高くすることができ、それにより、嵌合穴と嵌合突起との嵌合精度を向上することができ、結果として、光軸合わせの精度向上を図ることができる。また、光電変換素子の封止を樹脂封止により容易に行うことができ、光電変換素子を外気のガス等による腐食、結露等の悪影響から保護し易くなる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る光ファイバ用ソケットの分解斜視図、（ｂ）はその分解断面図。（ａ）は上記ソケットの回路ブロックの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図。（ａ）は上記ソケットの組立てが完了しフェルールが嵌装された状態を示す斜視図、（ｂ）はその断面図。（ａ）は上記実施形態の第１の変形例に係る光ファイバ用ソケットの分解斜視図、（ｂ）はその分解断面図。（ａ）は上記実施形態の第２の変形例に係る光ファイバ用ソケットの斜視図、（ｂ）はその分解断面図。（ａ）は上記実施形態の第３の変形例に係る光ファイバ用ソケットの分解斜視図、（ｂ）はその分解断面図。

本発明の一実施形態に係る光ファイバ用ソケット（以下、ソケットという）について図１乃至図３を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）は、本実施形態のソケットの構成を示す。ソケット１は、光電変換素子２と、光電変換素子２が実装された回路ブロック３と、回路ブロック３に嵌合されるスリーブブロック４とを備え、スリーブブロック４には、光ファイバ５の先端部に嵌装された円柱状のフェルール６が挿入され、嵌合される。

光電変換素子２は、ベアチップから成り、発光素子と受光素子のいずれであってもよく、また、光を透過する光透過樹脂７により封止されている。回路ブロック３は、光電変換素子２が実装された回路基板３１と、回路基板３１と一体成形された樹脂製で矩形のスリーブブロック受け部材（以下、受け部材という）３２とを有した矩形状ブロックを成す。光電変換素子２は、回路基板３１に実装された後、光透過樹脂７を硬化して封止される。

回路基板３１は、片面の表面に配線パターン３１ａが形成され、その裏面側に他の配線パターンや接地パターンが形成された基板であり、その基板は配線パターンを形成してもそのパターンが剥離し難い材料から成り、樹脂基板やセラミック基板を用いてもよい。配線パターン３１ａは、光電変換素子２への信号送信又は光電変換素子２からの信号受信のための信号ライン等を含む。回路基板３１は、平面視で、四角形の一辺が突出した形状であり、その突出部分において配線パターン３１ａが形成された面に光電変換素子２が実装されている。以下、回路基板３１において光電変換素子２が実装された面を素子実装面３１ｂという。なお、回路基板３１の配線パターンは片面のみでもよい。

受け部材３２は、例えば、アクリル等の熱可塑性樹脂又はエポキシ等の熱硬化性樹脂の樹脂部材等からなり、インサート成形などにより回路基板３１と一体成形され、スリーブブロック４を嵌挿するための円筒状の凹型空洞３３を有する矩形状ブロックからなる。回路基板３１は、少なくともその突出部分が受け部材３２の矩形状ブロック内にあり、かつ、基板の一部が矩形状ブロックの一側面側から外部に突出し、その素子実装面３１ｂ側が凹型空洞３３の開口側に対向するように配置されている。

凹型空洞３３は、回路基板３１の上面まで貫通し、その底面である空洞底面３４が回路基板３１の素子実装面３１ｂと同一面となるように形成されている。また、凹型空洞３３の空洞底面３４側から、２つの円筒状の嵌合穴３５が受け部材３２の底を貫通して形成されている。これらの嵌合穴３５は、回路基板３１の突出部分を挟むようにその両側に、光電変換素子２に対して対称の位置に形成されている。なお、嵌合穴３５は上記の数に限定されず、複数であればよい。嵌合穴３５は貫通孔でなく、一端が閉塞した穴であってもよい。

上記受け部材３２のインサート成形においては、例えば、回路基板３１を上下から挟む上部金型と下部金型との２つの枠状の金型を準備し、下部金型に回路基板３１を固定し、その上から上部金型を合わせた後、空いた空間に樹脂注入が行われる。この場合、上部金型は、枠型の中に凹型空洞３３及び複数の嵌合穴３５に対応する型部を備える。ここで、受け部材３２は、嵌合穴３５の寸法精度及び位置精度の向上のため、例えば上記樹脂部材にガラス繊維を含んでもよい。このような光学材料による光学部品は、非常に高精度に成形することができ、最も高精度なものは、いわゆるサブミクロンの精度、すなわち寸法誤差が１μｍ以下の精度であり、受け部材３２はその成形精度で形成されている。

スリーブブロック４は、フェルール６を嵌挿するスリーブ４１と、スリーブ４１にフェルール６が嵌挿された状態で光電変換素子２を収納するための空洞部４２と、受け部材３２の嵌合穴３５に嵌合する嵌合突起４３とが一体に形成されている。スリーブ４１は、その内部に貫通孔となる円筒空洞を有し、その外径が回路ブロック３側の端部４４で太くなっており、この端部４４が受け部材３２の凹型空洞３３に嵌まり込む。また、スリーブ４１は、その円筒空洞内の周壁にフェルール６の挿入長を一定の長さに保持するための突起状のストッパ４６を有している。スリーブ４１とフェルール６は、スリーブ４１の円筒空洞の中心軸と光ファイバ５の光軸とが一致するように嵌合される。

空洞部４２は、スリーブ４１内にフェルール６が一定の長さまで嵌挿された状態で、スリーブ４１の回路ブロック３に対向する開口側に形成される空間から成り、スリーブブロック４と回路ブロック３とが接した状態で光電変換素子２を収納する。また、これらスリーブブロック４と回路ブロック３とが接触した状態においては、光ファイバ５と光電変換素子２とが光学的に結合されるようになっている。

嵌合突起４３は、嵌合穴３５と同数であり、これら嵌合突起４３は、受け部材３２と対向するスリーブブロック４の底面４５に設けられている。嵌合突起４３は、嵌合穴３５に嵌合可能な形状であり、例えば円柱状のピンである。２個の嵌合突起４３は、２個の嵌合穴３５にそれぞれ嵌合される。ここでは、嵌合突起４３の長さは、嵌合穴３５の深さ以下としているが、それらの寸法は互いの嵌合強度を保持できるサイズであればよい。

スリーブブロック４は、上記受け部材３２と同様に、アクリル等の熱可塑性樹脂又はエポキシ等の熱硬化性樹脂の樹脂部材等により形成されている。スリーブブロック４の成形精度は受け部材３２と同程度とする。

図２（ａ）（ｂ）は、回路ブロック３の構成を示す。図２（ａ）に示されるように、光電変換素子２が実装される位置は、各嵌合穴３５の中心を結ぶ線分Ｌの中点Ｃである。ここでは、光電変換素子２は、その中心軸（光軸）が上記中心Ｃに位置するように配置される。図２（ｂ）に示されるように、受け部材３２における各嵌合穴３５の周縁部の空洞底面３４は、回路基板３１において光電変換素子２が実装される部位の表面３１ｃと同じ高さである。各嵌合穴３５の周縁部の空洞底面３４と表面３１ｃの高低差は、１ｍｍ以内であることが好ましく、０．５ｍｍ以内であることが特に望ましい。本実施形態においては、受け部材３２における嵌合穴３５の周縁部の空洞底面３４と光電変換素子２が実装される部位の表面３１ｃとの高さ関係が、空洞底面３４の高さと、回路基板３１の素子実装面３１ｂ全体の高さとを同じとすることにより実現される。また、光電変換素子２は、回路基板３１の上記中点Ｃに実装された状態で、光透過樹脂７により封止される。

図３（ａ）（ｂ）は、ソケット１が組み立てられ、かつ、スリーブブロック４にフェルール６が嵌合された状態を示す。組立て完成状態においては、嵌合突起４３が嵌合穴３５に嵌合される。この嵌合により、スリーブブロック４はその底面４５が回路ブロック３の空洞底面３４と接し、それにより、光透過樹脂７で樹脂封止された光電変換素子２がスリーブブロック４の空洞部４２内に収納される。このフェルール６がスリーブ４１に嵌合された状態で、光ファイバ５の光軸が、光電変換素子２の発光面又は受光面とその中央部で直交する中心軸、すなわち、光電変換素子２の光軸と一致するように、光ファイバ５と光電変換素子２の光軸合わせが行われる。それにより、いわゆるパッシブアライメントが実行される。その結果、光ファイバ５と光電変換素子２は、両者の光軸が一致し、互いに光学的に結合される。各嵌合穴３５及び各嵌合突起４３は、嵌合時に、上記光軸調整が可能となるように、位置決めがなされている。

次に、ソケット１の組立て方法を説明する。本実施形態では、測定装置で光信号のレベルをモニタしながら光ファイバと光電変換素子の光軸合わせを行うアクティブアラインメントを実行せず、各部品の寸法精度と位置決め精度だけで所定の組立て精度を確保する。

まず、２つの嵌合穴３５の各々の周縁形状と位置とが測定される。この測定は、例えばチップマウンタの撮像装置を用いて、回路ブロック３の嵌合穴３５を含む領域を撮像することにより行われる。ここで、各部の寸法を例示する。光電変換素子２の平面寸法は□０．３（０．３ｍｍ×０．３ｍｍ）程度であり、また、２つの嵌合穴３５の間隔は４ｍｍ程度である。従って、チップマウンタの撮像装置は微小領域を撮像すればよいので、レンズの撮像倍率を高くすることにより、周縁形状及び位置の測定精度を高くすることができる。例えば、１０μｍ程度の精度まで位置決め精度を上げることができ、本実施形態ではそのようにする。

各嵌合穴３５の周縁形状及び位置の測定後、その測定された各嵌合穴３５の周縁形状に応じた方法により、上記測定された各嵌合穴３５の位置を基準として、光電変換素子２の位置決めがなされ、光電変換素子２は回路基板３１に実装される。上記位置決めにおいては、各嵌合穴３５の外周が複数に分割され、各円弧の両端を結ぶ線分を底辺とした二等辺三角形が求められ、それら二等辺三角形の頂点の位置から嵌合穴３５の中心が検出される。そして、その検出された各嵌合穴３５の中心を結ぶ線分が求められ、その線分の中心が光電変換素子２の実装位置に決められる。この方法によれば位置決め精度を高精度なものとすることが可能である。

光電変換素子２を回路基板３１に実装し光透過樹脂７で封止した後、嵌合突起４３が嵌合穴３５に嵌合されてスリーブブロック４が受け部材３２に嵌合される。そして、使用時には、フェルール６がスリーブブロック４に嵌合される。なお、スリーブブロック４及びフェルール６は、光学部品として要求されるレベルの嵌合精度を満たしている。

本実施形態においては、スリーブブロック４の嵌合突起４３を受け部材３２の嵌合穴３５に嵌合させ、フェルール６をスリーブブロック４に嵌合するだけで、光電変換素子２と光ファイバ５の光軸合わせを行うことができ、光軸合わせ作業が簡単になる。

また、受け部材３２の嵌合穴３５は、受け部材３２と回路基板３１との一体成形で形成することができ、成形技術で実現可能な最高成形精度は、寸法誤差が１μｍ以下の精度であることから、嵌合穴３５の寸法及び位置の各精度を同程度とすることができる。従って、従来のように回路基板をパンチング加工し嵌合穴を形成する場合と比べ、嵌合穴３５の寸法及び位置精度を高くすることができるので、嵌合穴３５と嵌合突起４３との嵌合精度を向上することができる。その結果、光軸合わせの精度向上を図ることができる。

また、光電変換素子２の実装位置を決めるのに、撮像装置が用いられ、その撮像装置による撮像範囲は回路基板３１全体ではなく、位置決めの基準となる各嵌合穴３５を含む微小範囲で済む。そのため、撮像装置のレンズの撮像倍率を高くすることにより、各嵌合穴３５の測定精度を高くすることができ、従って、位置決め精度は、寸法誤差が１０μｍ程度の精度にまで上げることができる。さらに、スリーブブロック４は光学部品に要求される成形精度を有することから、嵌合突起４３と嵌合穴３５との嵌合精度を数μｍ程度にすることができる。従って、スリーブブロック４とフェルール６とが、光学部品として要求されるレベルの嵌合精度を有していれば、上記各種精度から、光電変換素子２と光ファイバ５を十数μｍ程度の精度で光結合させることができる。そのため、光軸合わせの精度をさらに向上することができる。

また、光軸合わせにおいて、光信号の測定装置の接続及びスリーブブロック４の位置の微調整が必要なアクティブアライメントと比べ、それらが不要なので、光軸合わせに要する時間を大幅に短縮することができる。

また、嵌合穴３５の周縁形状に応じた方法により光電変換素子２の位置決めがなされるので、嵌合穴３５の周縁形状に係わらず、高精度な位置決めが可能になる。また、嵌合穴３５の周縁部の空洞底面３４と、光電変換素子２が実装される部位の表面３１ｃとの高さが同じなので、撮像装置によるそれらの平面視撮像画像を基に各嵌合穴３５間及び各嵌合穴３５と上記実装位置との間の距離を正確に測定することができる。従って、光電変換素子２の位置決め精度がさらに高まる。

また、光電変換素子２のベアチップによる小型化により、ベアチップを面積の広いパッケージ実装とした場合に比べ、その中心位置が分かり易くなり、光電変換素子２はその中心を受け部材３２の各嵌合穴３５間の中点Ｃに合わせるように配置され易くなる。従って、光電変換素子２の実装位置精度が高まり、その中心と、受け部材３２の各嵌合穴３５間の中点Ｃとの位置合わせ誤差が少なくなり、光ファイバ５に対する光電変換素子２の光軸のずれの発生が低減される。また、光電変換素子２の光透過樹脂７による封止により、スリーブブロック４がレンズを備えず、光電変換素子２が中空封止されない場合においても、簡単な封止構成で、光電変換素子２を外気に含まれる各種ガスによる腐食や結露等から保護し易くなる。

以下、上記実施形態の各種変形例を示す。
（第１の変形例）
図４（ａ）（ｂ）は、第１の変形例に係るソケット１を示す。そのソケット１においては、光電変換素子２は、スリーブブロック４と回路ブロック３とが嵌合して一体化された後に、空洞部４２内を光透過樹脂７で充満し硬化して封止される。これにより、空洞部４２内全体が密封されるので、空洞部４２内の光電変換素子２に加え、回路基板３１上の配線パターン３１ａ等を外気からの腐食ガス及び結露等から保護することができ、信頼性の向上を図ることができる。また、光透過樹脂７を接着性の強い部材とすることにより、スリーブブロック４と回路ブロック３との接続強度を、嵌合に加え、接着により補強することができる。

（第２の変形例）
図５（ａ）（ｂ）は、第２の変形例に係るソケット１の構成を示す。そのソケット１においては、スリーブブロック４は、スリーブ４１内のフェルール６挿入部分と空洞部４２との間に光学用のレンズ４７を有する。ここでは、スリーブブロック４は、アクリル等の熱可塑性樹脂又はエポキシ等の熱硬化性樹脂であって、かつ、特定波長、例えば８５０nmのレーザ光を透過させる光学材料により形成されている。レンズ４７は、スリーブブロック４が回路ブロック３に嵌合され、かつ、フェルール６がスリーブ４１に嵌挿された状態で、光ファイバ５と光電変換素子２とを光学的に結合させる集光機能を有する。また、ソケット１は、空洞部４２がレンズ４７で覆われているので、スリーブブロック４が回路ブロック３に嵌合した状態で、空洞部４２内を中空封止する。また、ソケット１は、受け部材３２の凹型空洞３３と接するスリーブブロック４の端部４４の外周縁にシール材９が塗布され、その外周縁と凹型空洞３３の開口周縁とが接着されるようになっている。このソケット１は、レンズ４７の集光作用により、光ファイバ５と光電変換素子２との光結合をより効率良く行うことができる。また、中空封止による密封が不十分な場合においても、シール材９の塗布により、空洞部４２内が気密封止される。従って、樹脂封止された光電変換素子２に加え、空洞部４２内の回路基板３１上の実装部品や配線パターン等を外気のガス等による悪影響から二重又は三重に保護することができる。なお、このシール材９の塗布は、前述の実施形態及び第１の変形例にも適用することができる。

（第３の変形例）
図６（ａ）（ｂ）は、第３の変形例に係るソケット１の構成を示す。そのソケット１においては、受け部材３２は、平面視で四角形の一辺が窪んだ板状部材であり、その窪み部分は、上記回路基板３１の突出部分に対応した形状を成す。この受け部材３２は、上記と同様に、インサート成形により回路基板３１と一体成形され、高い成形精度で形成される。嵌合突起４３は嵌合穴３５の深さ以上に長い。嵌合穴３５が、一端が閉塞された穴である場合には、嵌合突起４３の長さは嵌合穴３５の深さ以下とする。このソケット１は、受け部材３２を板状部材で形成するので、構成が簡単になる。

なお、本発明は、上記実施形態及び各種変形例の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、上記各種変形例のいずれかが他のいずれかと組み合わされていてもよい。また、回路基板３１は配線パターンが積層された多層基板としてもよい。また、空洞部４２内の回路基板３１上に光電変換素子２と電気接続される信号処理用ＩＣ回路等の回路部品を装着し、光電変換素子２と一緒に樹脂封止してもよい。また、スリーブブロック４の端部４４がレーザ又は超音波等の照射により回路ブロック３に溶着されて、空洞部４２内が気密封止されていてもよい。

１ソケット（光ファイバ用ソケット）
２光電変換素子
３回路ブロック
３１回路基板
３２受け部材（スリーブブロック受け部材）
３５嵌合穴
４スリーブブロック
４１スリーブ
４２空間部
４３嵌合突起
５光ファイバ
６フェルール
７光透過樹脂（封止樹脂）

Claims

光電変換素子と、
前記光電変換素子が実装された回路基板、及び前記回路基板と一体成形され複数の嵌合穴が設けられた樹脂製のスリーブブロック受け部材を有する回路ブロックと、
前記スリーブブロック受け部材と対向する面に設けられ前記複数の嵌合穴にそれぞれ嵌合される複数の嵌合突起と、光ファイバの先端部に嵌装されたフェルールが嵌挿されるスリーブと、前記スリーブに前記フェルールが嵌挿された状態で前記光ファイバと前記光電変換素子とを光学的に結合させる集光機能を有したレンズとが一体的に形成されたスリーブブロックと、を備え、
前記複数の嵌合突起が前記複数の嵌合穴に嵌合された状態で、前記スリーブブロックと前記回路ブロックとが接して前記光電変換素子が該スリーブブロックにより中空封止され、かつ、前記光ファイバの光軸と前記光電変換素子の光軸とが一致するように、各嵌合穴及び各嵌合突起の位置決めがなされ、
前記フェルールを前記スリーブブロックに保持するための弾性部材を有する保持部を備えていることを特徴とする光ファイバ用ソケット。