JP2014102399A - 光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光素子を冷却するヒートシンクのフレキシブル基板への加圧により、フレキシブル基板が撓むことにより、レンズに対して光素子の位置がずれることを抑える。
【解決手段】フレキシブル基板103とレンズシート120とを接着する接着シート125は、光導波路Kに対応する箇所をくり抜いた開口部125aを形成している。開口部125aを形成することにより、レンズシート120上の接着シート125が設けられていない空隙部125bが存在する。レンズシート120には、一体的に形成された、レンズ部120aと凸部120bとが設けられている。凸部120bは、空隙部125bに対応する位置で、且つ、フレキシブル基板103に当接する位置に設けられる。これにより、フレキシブル基板103をレンズシート120の側から支え、ヒートシンクの加圧によるフレキシブル基板103の空隙部125bに対応する箇所の撓みを抑える。
【選択図】図3

Description

本発明は、光モジュールおよびその製造方法に関する。
近年、サーバやハイエンドコンピュータの分野では、マルチCPU(Central Processing Unit)化による性能の向上により、CPUと外部インターフェースとを通信するI/O機能の伝送容量が飛躍的に増大している。一方で、従来の電気を使った高速伝送では、クロストークや配線密度の観点から、光電変換素子を配置し、高速I/Oを光信号とする光インターコネクト技術が検討されている。
光インターコネクト技術では、従来の基幹系の光通信と比較して数倍小型であり、低コストに製造可能な小型の光モジュールが求められている。このような光モジュールとしては、発光素子や受光素子を基板にフェイスダウン実装したものが知られている。この光モジュールは、光を通過させる基板上に、発光素子や受光素子をフェイスダウン実装し、基板の下側に形成した光導波路との間で光通信を行う。
より低コストに製造可能にする構成として、ポリイミド等の薄膜からなるフレキシブル回路基板(FPC:Flexible Printed Circuits)に、受光素子または発光素子をフェイスダウン実装した光モジュールが知られている(たとえば、下記特許文献1参照。)。
このような光モジュールにおいては、たとえば、光素子がフリップチップ実装されたフレキシブル回路基板の下側の面に、接着シートを介して、表面にレンズを形成したレンズシートが設けられており、さらにレンズシートの下側に光導波路が設けられている。また、たとえば、光素子の温度上昇による特性の劣化を抑えるために、光素子の上側には光素子に密着するヒートシンクが設けられ、ヒートシンクによりフレキシブル回路基板が加圧された状態で保持される。
特開2012−068539号公報
しかしながら、上述した従来技術では、フレキシブル回路基板とレンズシートとの間には、光路を確保するために接着シートが介在しない空隙部が形成され、ヒートシンクからの加圧によってフレキシブル回路基板に撓みが生じる。このような撓みが生じると、レンズに対して光素子の位置がずれるという問題がある。
1つの側面では、本発明は、レンズに対する光素子の位置のずれを抑えることを目的とする。
本発明の一側面によれば、受光素子または発光素子がフェイスダウン実装され、前記受光素子への入射光または前記発光素子からの出射光を通過させる部分を有するフレキシブル回路基板と、前記フレキシブル回路基板の前記受光素子または前記発光素子が実装されていない側に設けられ、前記入射光または前記出射光を透過させるレンズ部と、前記フレキシブル回路基板に当接する凸部と、を所定領域内に有し、一体的に形成されたレンズ部材と、前記フレキシブル回路基板と前記レンズ部材との間の前記所定領域を除く領域に設けられ、前記フレキシブル回路基板と前記レンズ部材とを張り合わせる接着部材と、前記受光素子または前記発光素子に対して前記フレキシブル回路基板の側へ加圧した状態で設けられ、前記受光素子または前記発光素子を冷却する冷却部材と、を備える光モジュールが提案される。
本発明の一態様によれば、レンズに対する光素子の位置のずれを抑えることができるという効果を奏する。
図1は、実施の形態にかかる光モジュールの構成の一例を示す上面図である。 図2は、実施の形態にかかる光モジュールの側面図である。 図3は、図1のA−A’断面を示す部分拡大断面図である。 図4は、フリップチップボンダを用いた光モジュールの製造工程の一例を示す工程図である。 図5は、レンズおよび凸部の製造工程の一例を示す説明図である。 図6は、レンズおよび凸部の一例を示す説明図である。 図7は、接着シートの開口部の製造工程の一例を示す説明図である。 図8は、レンズシートと接着シートとを張り合わせる工程の一例を示す説明図である。 図9は、フレキシブル基板を張り合わせる工程の一例を示す説明図である。 図10は、光導波路を取り付ける工程の一例を示す説明図である。 図11は、ヒートシンクを取り付ける工程の一例を示す説明図である。 図12は、製造された光モジュールの一例を示す説明図である。 図13は、実施の形態の変形例1を示す説明図である。 図14は、実施の形態の変形例2を示す説明図である。 図15は、実施の形態の変形例3を示す説明図である。 図16は、実施の形態の変形例4を示す説明図である。 図17は、実施の形態の変形例5を示す説明図である。 図18は、実施の形態の変形例6を示す説明図である。 図19は、実施の形態の変形例7を示す説明図である。 図20は、実施の形態の変形例8を示す説明図である。 図21は、実施の形態の変形例9を示す説明図である。 図22は、実施の形態の変形例10を示す説明図である。 図23は、フレキシブル基板の撓みの一例を示す説明図である。 図24は、レンズシートに凸部を設けない構成の一例を参考として示す説明図である。
以下に添付図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態を詳細に説明する。
(光モジュールの基本構成)
図1は、実施の形態にかかる光モジュールの構成の一例を示す上面図である。また、図2は、実施の形態にかかる光モジュールの側面図である。図1および図2に示すように、光モジュール100は、プリント基板101と、フレキシブル回路基板(FPC:Flexible Printed Circuits)103と、光導波路130と、ヒートシンク140と、を備えている。以下において、フレキシブル回路基板を、フレキシブル基板という。
プリント基板101は、電気信号を伝送するプリント基板である。プリント基板101には、プリント基板101とフレキシブル基板103とを接続する電気コネクタ102が設けられている。フレキシブル基板103は、可撓性を有するものであり、ポリイミド等の膜を備えるコア層と、その両面にパターニングされた電極層とを備える。
フレキシブル基板103の上面には、受光素子111と発光素子112がフェイスダウン実装されている。フェイスダウン実装とは、受光素子111の受光部111a(図3参照)または発光素子112の発光部112a(図9参照)がフレキシブル基板103に向いた状態で設けられることである。本実施の形態では、受光素子111と発光素子112とを両方搭載した光モジュールを用いているが、いずれか一方を搭載した光モジュールであってもよい(たとえば図19、図20参照)。
受光素子111および発光素子112は、フリップチップボンダなどの一般的な素子の実装方法により、フェイスダウン実装することができる。受光素子111には、たとえばPD(Photo Diode)アレイを用いることができる。発光素子112には、たとえばVCSEL(Vertical Cavity Semiconductor Emission Laser)アレイを用いることができる。
また、フレキシブル基板103上には、TIA(Trans Impedance Amplifier)113が配置されている。TIA113は、受光素子111からの電流を電圧に変換する。また、フレキシブル基板103上には、駆動IC114が配置されている。駆動IC114は、発光素子112へ駆動電流を供給することにより発光素子112を駆動させる。TIA113と駆動IC114とは、フレキシブル基板103および電気コネクタ102を介してプリント基板101に電気的に接続されている。
さらに、フレキシブル基板103上に設けられる受光素子111と発光素子112との上面には、放熱シート141を挟んでヒートシンク140が設けられている。放熱シート141は、受光素子111および発光素子112の放熱性を高めるために、受光素子111および発光素子112に密着している。なお、本実施の形態では、放熱シート141を用いているが、放熱シート141に代えて、放熱グリスを用いることも可能である。
ヒートシンク140は、放熱シート141を介して、受光素子111および発光素子112を冷却する。ヒートシンク140は、たとえばフレキシブル基板103に金具留めやネジ留め等されていることにより、受光素子111および発光素子112に対して加圧した状態で保持されている。なお、受光素子111および発光素子112の冷却には、ヒートシンク140を用いているが、これに限らず、たとえばペルチェ素子など、受光素子111および発光素子112に対して密着(加圧)して冷却するものを用いることも可能である。
フレキシブル基板103の裏面には、接着シート125を介在させてレンズシート120が張り付けられている。レンズシート120には、透明材料が用いられ、一部に集光用のレンズ部120a(図3参照)が形成されている。レンズシート120の下面には、接着層127を介して光導波路130が接続されている。
光導波路130は、ポリマー導波路であり、信号光を伝送する。光導波路130は、具体的には、受光素子111へ入射させる光、または発光素子112から出力される光を導波させる。光導波路130は、中心部のコア130aと、コア130aよりも屈折率が低く、コア130aの周囲に配置されるクラッド130bと、を備えている。これにより、コア130a内の信号光は、コア130aとクラッド130bとの界面にて全反射しながら伝送される。光導波路130は、たとえば、エポキシ樹脂や、アクリレート樹脂を含むポリマー導波路を用いることができる。光導波路130は、マルチモードを伝搬する安価な導波路を用いることができるが、これ以外のものを用いてもよい。
光導波路130には、受光素子111の配置位置に対応し、その下部の位置にミラー133が形成される。ミラー133は、ダイシングまたは、レーザ加工により光導波路130を削って形成される。ミラー133の傾斜角度は、たとえば、45[°]である。このため、ミラー133は、光導波路130内を伝送された信号光を90[°]曲げることができる。これにより、光導波路130から伝搬する光路を90[°]曲げて受光素子111に出射することができるとともに、発光素子112から出射された信号光を光導波路130へ伝搬することができる。
図3は、図1のA−A’断面を示す部分拡大断面図である。図3に示すように、フレキシブル基板103は、信号光が透過する光路Kに対応する部分がくり抜かれた状態となっている。フレキシブル基板103は、コア層103bと、信号電極103aと、接地電極103cとを備えている。
コア層103bは、たとえば、高周波での電気信号の損失が少なく、薄く且つ透明な材料が用いられ、たとえばポリイミドが用いられる。なお、コア層103bは、透明な材料に限らず、有色の材料でもよいし、また、信号光が透過できる透明な材料であれば、光路Kに対応する部分がくり抜かれていないものでもよい(図20参照)。信号電極103aは、コア層103bの一方の面に、銅箔などの配線用の導体が用いられてパターニングされて形成される。
信号電極103aは、透明ではないため、信号光が透過する光路Kの箇所を避けて配線される。接地電極103cは、コア層103bの他方の面に、銅箔などの配線用の導体が用いられてパターニングされて形成される。
受光素子111は、受光部111aと、端子111bとを備えている。受光部111aは、レンズシート120側に向けて配置され、レンズシート120を透過した信号光を受光する。受光素子111は、受光した信号光を信号電流に変換する。受光部111aは、たとえば、円形状に形成される。端子111bは、信号電極103aに接続されており、接続された信号電極103aから信号電流を伝送する。
なお、不図示であるが、発光素子112についても、同様に発光部(112a)と端子(112b)を備えている。発光部(112a)は、レンズシート120側に向けて配置され、レンズシート120に向けて信号光を出力する。受光素子111は、入力された信号電流を信号光に変換する。発光部(112a)は、たとえば、円形状に形成される。また、端子(112b)は、信号電極103aに接続されており、接続された信号電極103aから信号電流を伝送する。
接着シート125は、フレキシブル基板103とレンズシート120とを接着する。接着シート125には、光路Kに対応する位置に開口部125aが形成されており、フレキシブル基板103とレンズシート120との間で、信号光が透過できるようになっている。本実施の形態において、開口部125aは、たとえば裁断によってくり抜かれたものを用いている。また、フレキシブル基板103とレンズシート120との間には、接着シート125が設けられていない空隙部125bが存在する。
レンズシート120は、透明部材である。レンズシート120には、たとえばシクロオレフィンポリマー(COP:Cyclo Olefin Polymer)、ポリカーボネート(PC:Poly Carbonate)などの熱可塑性樹脂が用いられる。レンズシート120には、集光のためのレンズ部120aが形成されている。
図3に示すレンズ部120aは、たとえば所定高さを有する凸レンズである。なお、レンズ部120aは凸レンズに限らず、凹レンズでもよい。また、レンズシート120には、図中、レンズ部120aの周辺に、たとえば接着シート125の厚みと同等の高さを有する凸部120bが形成されている。
凸部120bは、レンズシート120上の接着シート125が設けられていない空隙部125bに対応する位置で、且つ、フレキシブル基板103に当接する位置に設けられている。凸部120bは、レンズを囲む位置に複数設けられている。これにより、フレキシブル基板103のうちの接着シート125が設けられていない部分をレンズシート120の側から支え、ヒートシンク140の加圧によるフレキシブル基板103の撓みを抑えることができる。
なお、凸部120bは、接着シート125と同等の厚みを有するものを用いたが、これに限らず、たとえばフレキシブル基板103が撓んだ際に撓みを抑えるようにフレキシブル基板103に当接するものでもよい。つまり、凸部120bは、接着シート125と同等の厚みを有するものに限らず、接着シート125の厚みよりも薄くてもよい。
また、凸部120bの配置位置は、ヒートシンク140からの加圧力が作用する端子111bの直下や内側(光路K側)や、レンズ部120aに対して対称となる位置としたりしてもよい。このような配置位置とすることにより、フレキシブル基板103の撓みをより抑えることができる。
接着層127は、レンズシート120と、光導波路130とを接着する。接着層127には、透明な材料が用いられる。
各部の寸法例について説明する。受光素子111の厚さ(図3の高さ方向)は、たとえば200[μm]である。コア層103bの厚さは、たとえば25[μm]以下である。信号電極103aおよび接地電極103cの厚さは、それぞれ、たとえば20[μm]以下である。接着シート125の厚さは、たとえば50[μm]である。
レンズシート120の厚さは、レンズ部120aが形成されている部分の厚さと、凸部120bが形成されている部分の厚さと、レンズ部120aおよび凸部120bが形成されていない平坦部分120cの厚さと、を合わせたものである。レンズ部120aが形成されている部分の厚さは、たとえば100[μm]以下である。
凸部120bが形成されている部分の厚さは、たとえば100[μm]である。平坦部分120cの厚さは、たとえば50[μm]である。接着層127の厚さは、たとえば10[μm]以下である。光導波路130の厚さは、たとえば100[μm]以下である。また、受光部111aの受光径は、たとえば、30[μm]程度である。
上記構成により、光モジュール100は、別の光モジュールから出力された光を受光部111aに集光することができる。また、光モジュール100は、不図示の発光素子112から出射された信号光を、光導波路130から別の光モジュールに出力することができる。
(実施の形態にかかる光モジュールの製造工程の一例について)
つぎに、図4〜図12を用いて、実施の形態にかかる光モジュールの製造工程の一例について説明する。図4は、フリップチップボンダを用いた光モジュールの製造工程の一例を示す工程図である。図4に示すように、光モジュールの製造工程においては、たとえばフリップチップボンダによって以下の各工程が行われる。
まず、予め用意したレンズシート120および接着シート125を張り合わせる工程が行われる(ステップS401)。ステップS401において用いられるレンズシート120は、レンズ部120aと凸部120bとが一体的に形成されたものである。また、ステップS401において用いられる接着シート125は、裁断によって開口部125aが大きめにくり抜かれたものである。
つぎに、ステップS401において張り合わせたレンズシート120および接着シート125の形成体のうちの接着シート125に、フレキシブル基板103を張り合わせる工程が行われる(ステップS402)。
つぎに、ステップS402において一体化された、フレキシブル基板103、レンズシート120および接着シート125の形成体のうちのレンズシート120に、光導波路130を取り付ける工程が行われる(ステップS403)。
なお、ステップS402における受光素子111(発光素子112)とレンズ部120aとの位置合わせの工程、および、ステップS403におけるレンズ部120aと光導波路130との位置合わせの工程では、それぞれ張り合わせ時に高い精度が求められる。具体的には、これらの工程における位置合わせには、良好な光結合を行うために、たとえばズレが10[μm]以下といった精度が求められる。
つぎに、ステップS403において一体化された、フレキシブル基板103、レンズシート120、接着シート125および光導波路130の形成体のうちのフレキシブル基板103に、ヒートシンク140を取り付ける工程が行われる(ステップS404)。そして、製造工程を終了する。
上述したステップS401では、凸部120bが形成されたレンズシート120と開口部125aが裁断によって大きめにくり抜かれた接着シート125とを用いたので、正確な位置合わせを行わなくても接着シート125とレンズシート120とを張り付けることができる。これにより、ステップS401の工程時間を短縮することができる。
なお、本実施の形態では、先にレンズシート120と接着シート125とを張り合わせてからフレキシブル基板103を張り合わせたが(ステップS401,402参照)、工程の順序を逆にしてもよい。つまり、ステップS402のフレキシブル基板103と接着シート125との張り合わせを先に行ってから、その後にステップS401のレンズシート120との張り合わせを行ってもよい。この場合においても、フレキシブル基板103と接着シート125との張り合わせの工程では、位置合わせの精度を低くすることが可能になる。
(レンズおよび凸部の製造工程の一例)
図5は、レンズおよび凸部の製造工程の一例を示す説明図である。図5に示すように、レンズ部120aおよび凸部120bの製造にあたっては、金型500を用いる。金型500は、所定領域内に、円弧状のレンズ部120aおよび円弧状の凸部120bをかたどるものである。レンズ部120aと凸部120bとの距離は、たとえば100[μm]以下としている。なお、詳細については、図6を用いて後述するが、金型500により、8つのレンズ部120aと、4つの凸部120bとを同時に形成することができる。
図5の(1)、(2)に示すように、高温状態で、金型500にレンズシート120を加圧する。そして、図5の(3)に示すように、レンズシート120を冷却して、金型500からレンズシート120を引き離すことにより、レンズシート120上にレンズ部120aおよび凸部120bが形成される。
このような工程により、レンズ部120aを形成する工程において、レンズ部120aと同時に凸部120bを一体的に形成することができる。つまり、新たに製造工程を設けなくても、凸部120bを形成することができる。また、凸部120bを、レンズ部120aと同じ円弧状としたので、金型500の作製が最も容易であり、その分、コストを削減することができる。
(レンズおよび凸部の一例)
つぎに、図6を用いて、図5の製造工程により形成されるレンズおよび凸部の一例について説明する。図6は、レンズおよび凸部の一例を示す説明図である。図6に示すように、レンズシート120上の所定領域120fには、4つ連なる2組のレンズ部120a(計8つ)と、各組のレンズ部120aの周辺に設けられる一対の凸部120b(計4つ)とが形成されている。
なお、ここで示した凸部120bは一例を示したものであり、4つに限らず他の数とすることも可能であるし(図18、図19参照)、形状についても円弧状に限らず、柱状としてもよい(図17参照)。また、凸部120bのフレキシブル基板103に接する箇所についても、点で支える構成に限らず、線や面で支える構成とすることもできる(図13〜図16参照)。
(接着シートの開口部の製造工程の一例)
図7は、接着シートの開口部の製造工程の一例を示す説明図である。図7に示すように、接着シート125には、開口部125aが形成されている。開口部125aは、ピナクル刃などの刃物を用いて接着シート125を打ち抜くといった裁断によって形成される。打ち抜き部分の最小サイズは、0.5〜1.0[mm]程度と大きめのものとなっている。開口部125aは、レンズシート120上のレンズ部120aと凸部120bとが設けられる所定領域120f(図6参照)に対応する位置に形成される。
ここで、接着シート125のうちの開口部125a以外の部分をマスキングしてエッチング液に漬けるといった手法により開口部125aを高精度に形成することもできる。これに対して、本実施の形態では、開口部125aは大まかに形成されていてもよいため、打ち抜きの手法を用いることができ、開口部125aの形成に要する時間を短縮することができる。
また、打ち抜きによって開口部125aを形成した接着シート125を用いた場合、開口部125aが大きめに形成されているため、接着シート125とレンズシート120との張り合わせの精度を低くすることができる。そのため、接着シート125とレンズシート120との張り合わせにかかる工程(図4のステップS401参照)を短時間で行うことができる。
(レンズシートと接着シートとを張り合わせる工程の一例)
図8は、レンズシートと接着シートとを張り合わせる工程の一例を示す説明図である。図8に示す工程は、図4のステップS401に示した工程である。図8に示す工程では、図5に示した工程において形成されたレンズシート120と、図7に示した工程において形成された接着シート125とを張り合わせる。
具体的には、図8の(1)、(2)に示すように、接着シート125の開口部125aからレンズ部120aと凸部120bとが臨むように、レンズシート120と接着シート125とを張り合わせる。つまり、レンズ部120a上および凸部120b上には接着シート125が積層されないように、レンズシート120と接着シート125とを張り合わせる。レンズシート120および接着シート125を張り合わせた形成体は、つぎの工程(図4のステップS402の工程)に用いられる。
本実施の形態では、開口部125aが大きめに形成されているため、レンズシート120と接着シート125とを張り合わせる工程では、レンズシート120と接着シート125とを高精度な位置合わせを行わなくても張り合わせることができる。これにより、レンズシート120と接着シート125との張り合わせにおける工程時間を短縮することができる。
(フレキシブル基板を張り合わせる工程の一例)
図9は、フレキシブル基板を張り合わせる工程の一例を示す説明図である。図9に示す工程は、図4のステップS402に示した工程である。図9に示す工程では、図8に示したレンズシート120および接着シート125を張り合わせた形成体と、フレキシブル基板103とを、フリップチップボンダでアライメントして張り合わせる。フレキシブル基板103上には、受光素子111、発光素子112、TIA113、駆動IC114が、フリップチップ実装されている。
また、フレキシブル基板103上には、電気配線103eが設けられている。この工程では、受光素子111(発光素子112)とレンズ部120aとの位置合わせが高精度に行われる。レンズシート120、接着シート125およびフレキシブル基板103を張り合わせた形成体は、つぎの工程(図4のステップS403の工程)に用いられる。
(光導波路を取り付ける工程の一例)
図10は、光導波路を取り付ける工程の一例を示す説明図である。図10に示す工程は、図4のステップS403に示した工程である。図10の(1)、(2)に示すように、光導波路130を、図9に示したレンズシート120、接着シート125およびフレキシブル基板103を張り合わせた形成体にフリップチップボンダで取り付ける。
この工程では、レンズ部120aと光導波路130との位置合わせが高精度に行われる。レンズシート120、接着シート125、フレキシブル基板103および光導波路130を含む形成体は、つぎの工程(図4のステップS404の工程)に用いられる。
(ヒートシンクを取り付ける工程の一例)
図11は、ヒートシンクを取り付ける工程の一例を示す説明図である。図11に示す工程は、図4のステップS404に示した工程である。図11に示す工程では、図11の(1)に示すように、電気コネクタ102に電気配線103eを接続する。そして、図11の(2)に示すように、接続したフレキシブル基板103の上方から、放熱シート141を介して、受光素子111および発光素子112を冷却するためのヒートシンク140がフレキシブル基板103に取り付けられる。たとえば、ヒートシンク140は、不図示の金具やネジ等によりフレキシブル基板103に取り付けられる。
(製造された光モジュールの一例)
図12は、製造された光モジュールの一例を示す説明図である。図12に示すように、光モジュール100においては、ヒートシンク140が載置され、不図示の金具やネジ等により、フレキシブル基板103を加圧した状態が保持される。光モジュール100は、たとえばサーバボード上に配置され、電気信号を光信号に変換、または、光信号を電気信号に変換するデバイスとして用いられる。
上述したように、本実施の形態では、レンズシート120上に凸部120bを設けたことより、ヒートシンク140の加圧によってフレキシブル基板103の空隙部125bに対応する箇所が撓むことを抑えることができる。これにより、レンズ部120aに対する受光素子111の位置のずれを抑えることができる。具体的には、受光素子111の高さ方向(凸部120bの突出する方向)の変位や、受光素子111の傾きや、受光素子111のレンズに対する水平方向の変位を抑えることができる。したがって、光の結合損失を抑制することができる。
また、凸部120bによりフレキシブル基板103の撓みを抑えることができるため、接着シート125の開口部125aを形成する工程では開口部125aを大きめに形成することができ、開口部125aを形成する工程の工程時間を短縮することができる。
また、開口部125aが大きめに形成された接着シート125を用いることにより、接着シート125とレンズシート120との張り合わせの精度を低くしても、レンズ部120aの位置に開口部125aを合わせることができる。このため、接着シート125とレンズシート120との張り合わせの精度を低くすることが可能になり、接着シート125とレンズシート120とを張り合わせる際の工程時間を短縮することができる。このため、光モジュール100の製造にかかる時間を短縮することができる。
また、本実施の形態では、レンズ部120aと凸部120bとが一体的に形成されたレンズシート120を用いたので、レンズ部120aと凸部120bとを同一の工程にて作製することが可能になる。したがって、凸部120bを作製するための新たな工程を追加しなくても、凸部120bを形成することができる。このため、光モジュール100の製造にかかる時間の増加を抑えつつ凸部120bを作製することができる。
このように、本実施の形態によれば、光の結合損失を抑制することができるとともに、製造にかかる時間を短縮することができる。
(実施の形態の変形例1)
図13は、実施の形態の変形例1を示す説明図である。図13において、上述した実施の形態で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。変形例1は、凸部120bの形状が上述した実施の形態と異なる。図13の(1)、(2)に示すように、レンズシート120上には、面状の凸部120bが形成されている。凸部120bは、平坦部分120cよりも厚みを有し、平坦部分120cよりも突出した面によって形成されている。
凸部120bは、フレキシブル基板103のレンズ部120a周りの撓みを効果的に抑えるという観点から、たとえば、レンズ部120aを囲むようにドーナツ状に配置されていてもよい。凸部120bは、レンズシート120上の接着シート125が設けられていない空隙部125bに対応する位置で、且つ、フレキシブル基板103に当接する位置に設けられている。これにより、フレキシブル基板103のうちの接着シート125が設けられていない部分をレンズシート120の側から支え、ヒートシンク140の加圧によるフレキシブル基板103の撓みを抑えることができる。
また、レンズ部120aは、面状に形成された凸部120bの上面を、高さ方向の基準となる基準面にして、凸部120b上に設けられている。ここで、レンズ部120aと受光素子111との距離は、用いる光素子や目標とする集光径に応じて設定される。そのため、変形例1では、上述した実施の形態のように平坦部分120cを基準にしてレンズ部120aを設ける場合に比べて、レンズ部120aを受光素子111側に設けることができる。
したがって、変形例1によれば、レンズ部120aと受光素子111との距離を短く設定することが可能になる。また、フレキシブル基板103のうちの空隙部125bに対応する箇所をレンズシート120の側から支える面積を大きくすることができ、フレキシブル基板103の撓みを効果的に抑えることができる。これにより、レンズ部120aに対する受光素子111の位置ズレを抑えることができる。
(実施の形態の変形例2)
図14は、実施の形態の変形例2を示す説明図である。図14において、上述した実施の形態および変形例1で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。変形例2は、レンズ部120aが変形例1と異なる。
図14の(1)、(2)に示すように、レンズ部120aは、凸部120bよりも高い基準面120d上に設けられている。変形例2は、変形例1に比べて、レンズ部120aを受光素子111側に設けることができる。したがって、変形例2によれば、フレキシブル基板103のうちの空隙部125bに対応する箇所をレンズシート120の側から支える面積を大きくすることができ、フレキシブル基板103の撓みを効果的に抑えることができる。これにより、レンズ部120aに対する受光素子111の位置ズレを抑えつつ、レンズ部120aと受光素子111との距離をより短く設定することが可能になる。
なお、変形例2において、凸部120bは、平坦部分120cよりも厚みを有する面状としたが、これに限らず、上述した実施の形態に示したように平坦部分120c上に設けられた円弧状としてもよい。この場合、平坦部分120cに接続して円弧状の凸部120bよりも高い基準面120dを設けるようにし、この基準面120d上にレンズ部120aを設ければよい。
(実施の形態の変形例3)
図15は、実施の形態の変形例3を示す説明図である。図15において、上述した実施の形態および変形例1,2で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。変形例3は、レンズ部120aの基準面120dの高さが変形例2と異なる。
図15の(1)、(2)に示すように、レンズ部120aは、凸部120bよりも低く、さらに平坦部分120cよりも低い基準面120d上に設けられている。変形例3は、上述した実施の形態や変形例1に比べて、レンズ部120aを受光素子111から離れる側に設けることができる。したがって、変形例3によれば、フレキシブル基板103のうちの空隙部125bに対応する箇所をレンズシート120の側から支える面積を大きくすることができ、フレキシブル基板103の撓みを効果的に抑えることができる。これにより、レンズ部120aに対する受光素子111の位置ズレを抑えつつ、レンズ部120aと受光素子111との距離を長く設定することが可能になる。
なお、変形例3において、凸部120bは、平坦部分120cよりも厚みを有する面状としたが、これに限らず、上述した実施の形態に示したように平坦部分120c上に設けられた円弧状としてもよい。この場合、平坦部分120cに接続して平坦部分120cよりも低い基準面120dを設けるようにし、この基準面120d上にレンズ部120aを設ければよい。
このように、変形例1〜3によれば、用いる光素子や目標とする集光径に応じて、レンズ部120aの位置を自由に設定することができる。
(実施の形態の変形例4)
図16は、実施の形態の変形例4を示す説明図である。図16において、上述した実施の形態で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。変形例4は、凸部120bがコア層103bに当接する点が実施の形態とは異なる。
図16の(1)、(2)に示すように、フレキシブル基板103は、接地電極103cが形成されない非形成部103dがある。このように、非形成部103dが存在する場合には、レンズシート120上に形成される凸部120bの厚さを、平坦部分120cの厚さと接着シート125の厚さと接地電極103cの厚さとをそれぞれ合わせた厚さとすればよい。
これにより、凸部120bをコア層103bに当接させることができ、フレキシブル基板103のうちの接着シート125が設けられていない空隙部125bに対応する箇所をレンズシート120の側から支えることができる。したがって、ヒートシンク140の加圧によるフレキシブル基板103の撓みを抑えることができ、レンズ部120aに対する受光素子111の位置ズレを抑えることができる。
(実施の形態の変形例5)
図17は、実施の形態の変形例5を示す説明図である。図17において、上述した実施の形態で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。変形例5は、凸部120bのフレキシブル基板103に当接する箇所の形状が実施の形態とは異なる。
図17に示すように、凸部120bは、柱状に形成されている。凸部120bの接地電極103cとの当接箇所(端部)は、滑り止め部120eが形成されている。滑り止め部120eは、凸部120bの接地電極103cとの当接箇所(端部)が単にギザギザの凹凸パターンが形成されたものである。滑り止め部120eは、凸部120bを製造する金型500にかたどっておくことにより、凸部120bと同時に型形成することができる(図5参照)。
このような構成により、凸部120bの滑り止め部120eによる摩擦力を高めることができ、受光素子111(発光素子112)の変位ズレを抑えることができる。なお、図17に示すように、接地電極103cの表面には銅箔によって凹凸が形成されており、銅箔によって滑り止めの機能がある。そのため、接地電極103cの表面と滑り止め部120eとを当接させることにより、摩擦力をより高めることができる。
(実施の形態の変形例6)
図18は、実施の形態の変形例6を示す説明図である。図18において、上述した実施の形態で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。変形例6は、凸部120bの配置箇所および数が実施の形態と異なる。なお、レンズ部120aと凸部120bとは、ともに透明であるものの、説明の便宜上、図18においては、凸部120bを黒色の丸で示している。
図18に示すように、レンズシート120上の所定領域120f内には、一連のレンズ部120aの4周にそれぞれ凸部120b(計8つ)が形成されている。このように変形例6では、上述した実施の形態に比べて、凸部120bの数が4つ多くなっている。これにより、フレキシブル基板103のうちの接着シート125が設けられていない部分をレンズシート120の側から支える箇所を多くすることができる。これにより、フレキシブル基板103の撓みを抑えることができ、レンズ部120aに対する受光素子111の位置ズレを抑えることができる。
(実施の形態の変形例7)
図19は、実施の形態の変形例7を示す説明図である。図19において、上述した実施の形態および変形例6で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。変形例7は、レンズ部120aおよび凸部120bの配置箇所が変形例6と異なる。
図19に示すように、レンズシート120上の所定領域120f内には、12個連なるレンズ部120aと、その周辺に8つの凸部120bが形成されている。レンズ部120aは、用いる光素子(受光素子111の受光部111a、発光素子112の発光部112a)の数や位置に対応して設けられる。
変形例7では、光素子が12個連なって設けられる場合に用いられるレンズシート120を示している。このようなレンズシート120を用いることにより、12個連なって設けられる光素子を用いた場合にも、フレキシブル基板103の空隙部125bに対応する箇所分を、凸部120bによりレンズシート120の側から支えることができる。したがって、ヒートシンク140の加圧によるフレキシブル基板103の撓みを有効に抑えることができ、レンズ部120aに対する受光素子111の位置ズレを抑えることができる。
(実施の形態の変形例8)
図20は、実施の形態の変形例8を示す説明図である。図20において、上述した実施の形態で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。変形例8は、フレキシブル基板103のコア層103bの形状が上述した実施の形態と異なる。コア層103bは、透明部材であり、光路Kに対応する位置をくり抜かれたものではない。コア層103bは、光路Kの信号光を透過させる。
変形例8のコア層103bを用いた構成でも、接着シート125が設けられていない空隙部125bにおけるヒートシンク140の加圧によるフレキシブル基板103の撓みが生じ得る。また、変形例8にかかるコア層103bを用いた構成では、フレキシブル基板103に撓みが生じると、コア層103bが反射点となり、光の結合損失が大きくなる。
そのため、凸部120bを設けたレンズシート120を用いることにより、フレキシブル基板103の空隙部125bに対応する箇所をレンズシート120の側から支え、フレキシブル基板103の撓みを抑えることができ、レンズ部120aに対する受光素子111の位置ズレを抑えることができる。
(実施の形態の変形例9)
図21は、実施の形態の変形例9を示す説明図である。図21において、上述した実施の形態で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。変形例9は、発光素子112および駆動IC114を設けていない点で上述した実施の形態と異なる。
図21に示すように、光モジュール100のフレキシブル基板103上には、受光素子111とTIA113とが実装されている。受光素子111は、ヒートシンク140によって加圧されている。受光素子111の上面には、放熱シート141を挟んでヒートシンク140が設けられている。
ヒートシンク140は、放熱シート141を介して、受光素子111を冷却する。ヒートシンク140は、たとえばフレキシブル基板103に金具留めやネジ留め等されていることにより、受光素子111に対して加圧した状態で保持されている。このような構成により、光モジュール100は、光信号を電気信号に光電変換することができる。
変形例9に示す光モジュール100についても、レンズシート120上に凸部120bを設けることより、ヒートシンク140の加圧によるフレキシブル基板103の撓みを抑えることができ、レンズ部120aに対する受光素子111の位置ズレを抑えることができる。
(実施の形態の変形例10)
図22は、実施の形態の変形例10を示す説明図である。図22において、上述した実施の形態で説明した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。変形例10は、受光素子111およびTIA113を設けていない点で上述した実施の形態と異なる。
図22に示すように、光モジュール100のフレキシブル基板103上には、発光素子112と駆動IC114とが実装されている。発光素子112は、ヒートシンク140によって加圧されている。発光素子112の上面には、放熱シート141を挟んでヒートシンク140が設けられている。
ヒートシンク140は、放熱シート141を介して、発光素子112を冷却する。ヒートシンク140は、たとえばフレキシブル基板103に金具留めやネジ留め等されていることにより、発光素子112に対して加圧した状態で保持されている。このような構成により、光モジュール100は、電気信号を光信号に光電変換することができる。
変形例10に示す光モジュール100についても、レンズシート120上に凸部120bを設けることより、ヒートシンク140の加圧によるフレキシブル基板103の撓みを抑えることができ、レンズ部120aに対する発光素子112の位置ズレを抑えることができる。
(フレキシブル基板の撓みの一例)
図23は、フレキシブル基板の撓みの一例を示す説明図である。図23に示すように、グラフ2300は、縦軸はフレキシブル基板103の撓み量[μm]を表し、横軸はフレキシブル基板103を下方から支える支点間の距離[mm]を表している。
グラフ2302は、凸部120bを設けない構成(図24参照)のフレキシブル基板103の撓み量を参考として示している。グラフ2302に示す支点間の距離は、光路Kを挟んで対峙して設けられる接着シート125間の距離に相当する(図24参照)。グラフ2302に示すように、凸部120bを設けない構成では、支点間(接着シート125間)の距離は1[mm]程度であり、フレキシブル基板103の撓み量は10[μm]程度となっている。
一方、グラフ2301は、実施の形態に示した凸部120bを設けた構成のフレキシブル基板103の撓み量を示している。グラフ2301に示す支点間の距離は、光路Kを挟んで対峙して設けられる凸部120b間の距離に相当する(図3参照)。グラフ2301に示すように、支点間(凸部120b間)の距離は0.4[mm]程度であり、フレキシブル基板103の撓み量は1[μm]程度となっている。
グラフ2301およびグラフ2302を比較してわかるように、凸部120bを設けることにより、フレキシブル基板103を下方から支える支点間の距離を小さくすることができ、フレキシブル基板103の撓みを抑えることができ、レンズ部120aに対する受光素子111の位置ズレを抑えることができる。
(レンズシートに凸部を設けない構成の一例)
図24は、レンズシートに凸部を設けない構成の一例を参考として示す説明図である。図24に示すように、仮に凸部120bを設けない場合、ヒートシンク140の受光素子111への加圧によってフレキシブル基板103が撓んでしまう。また、図中、光路Kを基準にして接着シート125が設けられていない左右の空隙部125bの長さL1,L2が、L1≠L2となる場合がある。この場合、フレキシブル基板103が撓むことにより、受光素子111が傾いたり、受光素子111のレンズに対する水平方向に変位したりすると、図中Z方向にのみ変位する場合に比べて、光結合の損失が顕著になる。
これに対して、凸部120bを設けた場合、フレキシブル基板103を下方から支える支点間の距離を小さくすることができ、フレキシブル基板103の撓みを抑えることができる。したがって、上述のL1≠L2の場合であっても、受光素子111の傾倒や、受光素子111のレンズに対する水平方向の変位を抑制することができ、光結合の損失を抑えることができる。
上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)受光素子または発光素子がフェイスダウン実装され、前記受光素子への入射光または前記発光素子からの出射光を通過させる部分を有するフレキシブル回路基板と、
前記フレキシブル回路基板の前記受光素子または前記発光素子が実装されていない側に設けられ、前記入射光または前記出射光を透過させるレンズ部と、前記フレキシブル回路基板に当接する凸部と、を所定領域内に有し、一体的に形成されたレンズ部材と、
前記フレキシブル回路基板と前記レンズ部材との間の前記所定領域を除く領域に設けられ、前記フレキシブル回路基板と前記レンズ部材とを張り合わせる接着部材と、
前記受光素子または前記発光素子に対して前記フレキシブル回路基板の側へ加圧した状態で設けられ、前記受光素子または前記発光素子を冷却する冷却部材と、
を備えることを特徴とする光モジュール。
(付記2)前記レンズ部材は、前記所定領域内に前記フレキシブル回路基板に当接する複数の凸部を有することを特徴とする付記1に記載の光モジュール。
(付記3)前記複数の凸部は、前記レンズ部を囲む位置に設けられていることを特徴とする付記2に記載の光モジュール。
(付記4)前記接着部材は、接着シートのうちの前記所定領域に対応する箇所が切除されたものであることを特徴とする付記1〜3のいずれか一つに記載の光モジュール。
(付記5)前記レンズ部材は、前記レンズ部および前記凸部を含むように型形成されたものであることを特徴とする付記1〜4のいずれか一つに記載の光モジュール。
(付記6)前記凸部は、円弧状に形成されたものであることを特徴とする付記5に記載の光モジュール。
(付記7)前記凸部は、前記フレキシブル回路基板に当接する面に凹凸を有することを特徴とする付記1〜6のいずれか一つに記載の光モジュール。
(付記8)前記フレキシブル回路基板は、透明基板を用いた回路基板であり、前記入射光または前記出射光を透過させることを特徴とする付記1〜7のいずれか一つに記載の光モジュール。
(付記9)前記フレキシブル回路基板は、前記入射光または前記出射光を通過させる開口部を有することを特徴とする付記1〜8のいずれか一つに記載の光モジュール。
(付記10)レンズ部と凸部とを所定領域内に有するように一体的に形成されたレンズ部材に対して、接着シートのうちの前記所定領域に対応する箇所が切除された接着部材を接着させる工程と、
受光素子または発光素子がフェイスダウン実装されるフレキシブル回路基板の前記受光素子または前記発光素子が実装されていない側の面に、前記凸部を前記フレキシブル回路基板に当接可能にするとともに前記受光素子への入射光または前記発光素子からの出射光を前記レンズ部が通過可能な位置関係で、前記接着部材を接着させる工程と、
前記受光素子または前記発光素子を冷却する冷却部材を、前記フレキシブル回路基板の側へ加圧した状態で前記受光素子または前記発光素子に設ける工程と、
を含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。
100 光モジュール
101 プリント基板
103 フレキシブル基板
103c 接地電極
111 受光素子
112 発光素子
113 TIA
114 駆動IC
120 レンズシート
120a レンズ部
120b 凸部
120e 滑り止め部
120f 所定範囲
125 接着シート
125a 開口部
125b 空隙部
130 光導波路
140 ヒートシンク
141 放熱シート

Claims (9)

  1. 受光素子または発光素子がフェイスダウン実装され、前記受光素子への入射光または前記発光素子からの出射光を通過させる部分を有するフレキシブル回路基板と、
    前記フレキシブル回路基板の前記受光素子または前記発光素子が実装されていない側に設けられ、前記入射光または前記出射光を透過させるレンズ部と、前記フレキシブル回路基板に当接する凸部と、を所定領域内に有し、一体的に形成されたレンズ部材と、
    前記フレキシブル回路基板と前記レンズ部材との間の前記所定領域を除く領域に設けられ、前記フレキシブル回路基板と前記レンズ部材とを張り合わせる接着部材と、
    前記受光素子または前記発光素子に対して前記フレキシブル回路基板の側へ加圧した状態で設けられ、前記受光素子または前記発光素子を冷却する冷却部材と、
    を備えることを特徴とする光モジュール。
  2. 前記レンズ部材は、前記所定領域内に前記フレキシブル回路基板に当接する複数の凸部を有することを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  3. 前記複数の凸部は、前記レンズ部を囲む位置に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の光モジュール。
  4. 前記接着部材は、接着シートのうちの前記所定領域に対応する箇所が切除されたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の光モジュール。
  5. 前記レンズ部材は、前記レンズ部および前記凸部を含むように型形成されたものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の光モジュール。
  6. 前記凸部は、円弧状に形成されたものであることを特徴とする請求項5に記載の光モジュール。
  7. 前記凸部は、前記フレキシブル回路基板に当接する面に凹凸を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の光モジュール。
  8. 前記フレキシブル回路基板は、透明基板を用いた回路基板であり、前記入射光または前記出射光を透過させることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の光モジュール。
  9. レンズ部と凸部とを所定領域内に有するように一体的に形成されたレンズ部材に対して、接着シートのうちの前記所定領域に対応する箇所が切除された接着部材を接着させる工程と、
    受光素子または発光素子がフェイスダウン実装されるフレキシブル回路基板の前記受光素子または前記発光素子が実装されていない側の面に、前記凸部を前記フレキシブル回路基板に当接可能にするとともに前記受光素子への入射光または前記発光素子からの出射光を前記レンズ部が通過可能な位置関係で、前記接着部材を接着させる工程と、
    前記受光素子または前記発光素子を冷却する冷却部材を、前記フレキシブル回路基板の側へ加圧した状態で前記受光素子または前記発光素子に設ける工程と、
    を含むことを特徴とする光モジュールの製造方法。
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