JP2015141300A - 光モジュール、光モジュールの製造方法および光信号送受信機 - Google Patents

光モジュール、光モジュールの製造方法および光信号送受信機 Download PDF

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Abstract

【課題】ボイドの発生を抑えること。
【解決手段】光信号送受信機100は、発光素子と、レンズシート120と、導波路部材130と、接合層127と、透過部129と、を有する。発光素子は、光を出射する。レンズシート120は、発光素子から出射された光を透過させるレンズ部120aを有する。導波路部材130は、レンズ部120aを透過した光を伝送する光導波路を有する。接合層127は、レンズシート120と導波路部材130とを接合する接着シート127aを、レンズ部120aを透過した光を光導波路へ通過させる間隙128を設けて配置する。透過部129は、間隙128に液状の光透過性樹脂127bを充填することによって形成されて光を透過させる。
【選択図】図3

Description

本発明は、光モジュール、光モジュールの製造方法および光信号送受信機に関する。
光インターコネクトでは、従来の基幹系の光通信と比較して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。また、光半導体素子を設けるステムとレンズ部材とを筒状のスペーサを介して接合する技術が知られている(例えば、下記特許文献1参照。)。また、光学部品において、レンズ部材に設けられた枠体の外側にのみ接着材を浸透させる技術が知られている(例えば、下記特許文献2参照。)。
特開平4−354385号公報 特開2006−215288号公報
しかしながら、上述した従来技術では、光モジュールにおいてレンズ部材と光導波路部とを接合する接合層のうちの光の透過部分に気泡や空隙といったボイドが発生するという問題がある。
1つの側面では、本発明は、ボイドの発生を抑えることを目的とする。
本発明の一側面によれば、光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射された前記光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、前記レンズ部を透過した前記光を伝送する光導波路を有する導波路部材と、前記レンズ部材と前記導波路部材とを接合する接着シートを、前記レンズ部を透過した前記光を前記光導波路へ通過させる間隙を設けて配置した接合層と、前記間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる透過部と、を有する、光モジュール、光モジュールの製造方法および光信号送受信機、が提案される。
本発明の一態様によれば、ボイドの発生を抑えることができる。
図1は、実施の形態1にかかる光信号送受信機の構成の一例を示す上面図である。 図2は、実施の形態1にかかる光信号送受信機の側面図である。 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、光信号送受信機の製造工程の一例を示すフローチャートである。 図5は、実施の形態1にかかる光信号送受信機の製造工程の一例を示す説明図(その1)である。 図6は、実施の形態1にかかる光信号送受信機の製造工程の一例を示す説明図(その2)である。 図7は、接着シートの厚さと光透過性樹脂の充填不良の関係を示すグラフである。 図8は、実施の形態1にかかる光信号送受信機における光の焦点を示す説明図である。 図9Aは、従来の光信号送受信機における光の焦点を示す説明図(その1)である。 図9Bは、従来の光信号送受信機における光の焦点を示す説明図(その2)である。 図10は、実施の形態1の変形例を示す説明図である。 図11は、実施の形態2にかかる光信号送受信機の光モジュールを示す説明図である。 図12は、実施の形態2にかかる光信号送受信機の製造工程の一例を示す説明図(その1)である。 図13は、実施の形態2にかかる光信号送受信機の製造工程の一例を示す説明図(その2)である。 図14は、実施の形態2の変形例を示す説明図である。
以下に図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態1,2を詳細に説明する。
(実施の形態1)
(光信号送受信機の基本構成)
図1は、実施の形態1にかかる光信号送受信機の構成の一例を示す上面図である。図2は、実施の形態1にかかる光信号送受信機の側面図である。図1および図2に示すように、光信号送受信機100は、プリント基板101と、光素子基板103と、導波路部材130と、を備えている。
プリント基板101は、電気信号を伝送する基板である。プリント基板101には、電気コネクタ102が設けられている。電気コネクタ102は、プリント基板101と光素子基板103とを接続する。光素子基板103は、例えば、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。
光素子基板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(不図示)が光素子基板103に向いた状態で設けられることである。
受光素子111は、光を受光する。受光素子111は、例えばPD(Photo Diode)アレイである。発光素子112は、光を出射する。発光素子112は、例えばVCSEL(Vertical Cavity Semiconductor Emission Laser)アレイである。
光素子基板103上には、TIA(Trans Impedance Amplifier)113と、駆動IC114と、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。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、光素子基板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。
なお、光素子基板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、受光素子111および発光素子112を冷却するために、例えば放熱シートや放熱グリス等を介在させて、ヒートシンクなどの冷却部材が設けられる。この場合、ヒートシンクは、例えば金具留めやネジ留め等によって光素子基板103に装着される。
光素子基板103の受光素子111および発光素子112が設けられていない側の面には、基板接着シート125を介在させてレンズ部材であるレンズシート120が貼付けられている。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、接合層127が形成されている。接合層127は、レンズシート120と導波路部材130とを接合する。
導波路部材130は、レンズ部120aを透過した光を伝送するとともに、光を伝送して出射する。具体的には、導波路部材130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伝送する。導波路部材130は、光導波路を実現する、コア130aとクラッド130bとを有する。コア130aは、導波路部材130の中心部に位置する。クラッド130bは、コア130aよりも屈折率が低く、コア130aの周囲に配置される。
これにより、コア130a内の光は、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。導波路部材130には、例えば、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。導波路部材130には、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。
導波路部材130は、受光素子111に対向する位置に配置されるミラー131を有する。ミラー131は、例えば、ダイシングまたはレーザ加工により導波路部材130を削って形成される。ミラー131の傾斜角度は、例えば45°である。このため、ミラー131は、導波路部材130内を伝送された光および導波路部材130内に入射した光を90°曲げることができる。これにより、導波路部材130内を伝送された光の進む方向を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から出射された光の進む方向を90°曲げて導波路部材130を伝送することができる。
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、光素子基板103は、光が透過する光路Kに対応する部分が開口している。なお、光素子基板103は、光が透過できる透明な材料を用いるようにすれば、光路Kに対応する部分が開口していなくてもよい。
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たフェイスダウン実装されており、レンズシート120を透過した光を受光する。受光素子111は、受光した光を信号電流に変換する。受光部111aは、例えば、円形状に形成される。端子111bは、光素子基板103に接続されており、接続された光素子基板103に信号電流を伝送する。
なお、図示を省略するが、発光素子112は、発光部と端子とを備えている。発光部は、受光部111aと同様にレンズシート120側に向けて配置されたフェイスダウン実装されており、レンズシート120に向けて光を出力する。発光素子112は、入力された信号電流を光に変換する。発光部は、例えば、円形状に形成される。また、発光素子112の端子は、光素子基板103に接続されており、接続された光素子基板103に信号電流を伝送する。
基板接着シート125は、光素子基板103とレンズシート120とを接着する。基板接着シート125には、光路Kに対応する位置に開口部が形成されており、光素子基板103とレンズシート120との間で、光が透過できるようになっている。基板接着シート125は、例えば25μmの厚みを有する。
レンズシート120は、透明部材である。レンズシート120には、例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は、例えば60μmの厚みを有する。
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。レンズ部120aは、発光素子112から出射された光や導波路部材130によって出射された光を透過させる。図3に示すレンズ部120aは、例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。
接合層127は、レンズ部120aと導波路部材130とを接合する接着シート127aを、間隙128を設けて配置した接合用の層である。間隙128は、レンズ部120aを透過した光を導波路部材130へ通過させ、また、導波路部材130によって出射された光をレンズ部120aへ通過させる。例えば、間隙128は、接着シート127aのうちの、レンズ部120aと導波路部材130との間の光路Kを含む領域に開口部を設けることによって形成されるものでもよい。
接着シート127aは、レンズ部120aと導波路部材130との間の光路Kを含む間隙128を除く領域に配置され、レンズシート120と導波路部材130とを接合する。具体的には、接着シート127aは、表面に粘着性を有するシートであり、レンズシート120と導波路部材130とを接合する。接着シート127aは、予め均一な厚さ(例えば25μm)に成形されており、例えば、厚さのバラツキが2μm以下のものを用いる。
また、接着シート127aには、加圧による厚さ変化がレンズとミラーとの距離に対し十分小さいものや、加圧力に比例して厚さが変化するものを用いる。接着シート127aには、熱硬化性接着シートや紫外線硬化性接着シートを用いる。熱硬化性接着シートは、加熱により接着面が硬化することによってレンズシート120および導波路部材130と接着する。紫外線硬化性接着シートは、紫外線の照射により接着面が硬化することによってレンズシート120および導波路部材130と接着する。
また、接着シート127aは、間隙128を除く領域に配置され、光が透過することがないため、光透過性を有さなくてもよい。そのため、透過性については考慮しなくても、厚さ、厚さの均一性、接着性、のみに基づいて選定した接着シート127aを用いることができる。
光透過性樹脂127bは、間隙128に液状の光透過性樹脂を充填することによって光を透過させる透過部129を形成する。具体的には、光透過性樹脂127bは、液状の光透過性樹脂である。液状とは、具体的には、流動性を有する液体である。光透過性樹脂127bは、例えば粘度が1000cP以下である。
例えば、光透過性樹脂127bは、レンズシート120と導波路部材130とを接合する接着性のある樹脂である。これにより、光透過性樹脂127bとレンズシート120との間や、光透過性樹脂127bと導波路部材130との間を密着させてボイドの発生を抑えることができる。光透過性樹脂127bには、加熱することによって硬化する熱硬化性接着樹脂や、紫外線を照射することによって硬化する紫外線硬化性接着樹脂を用いる。
このような構成により、光信号送受信機100は、別の光信号送受信機100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、光信号送受信機100は、不図示の発光素子112から出射された光を、導波路部材130から別の光信号送受信機100に出力することができる。
また、光素子基板103と、受光素子111と、レンズシート120と、基板接着シート125と、接合層127と、導波路部材130と、透過部129と、によって、受光用の光モジュールを実現することができる。また、光素子基板103と、発光素子112と、レンズシート120と、基板接着シート125と、接合層127と、導波路部材130と、透過部129と、によって、発光用の光モジュールを実現することができる。
光信号送受信機100は、受光素子111を有する光モジュールと、発光素子112を有する光モジュールと、の両方を搭載している。レンズシート120は、受光素子111への光を透過させるレンズ部120aと、発光素子112からの光を透過させるレンズ部120aと、を一体的に形成したものである。また、導波路部材130は、受光素子111への光を伝送する光導波路(コア130aとクラッド130b)と発光素子112からの光を伝送する光導波路(コア130aとクラッド130b)と、を一体的に形成したものである。
また、透過部129は、受光素子111への光を透過させる透過部129と、発光素子112からの光を透過させる透過部129と、を一体的に形成したものである。また、接合層127は、受光用の形成体の接合層127と、発光用の形成体の接合層127と、を一体的に形成したものである。受光用の形成体とは、受光素子111への光を透過させるレンズ部120aを有するレンズシート120と、受光素子111への光を伝送する導波路部材130と、である。発光用の形成体とは、発光素子112からの光を透過させるレンズ部120aを有するレンズシート120と、発光素子112からの光を伝送する導波路部材130とを接合する接合層127と、を一体的に形成したものである。
(光信号送受信機の製造工程の一例について)
次に、図4〜6を用いて、光信号送受信機の製造工程の一例について説明する。図4は、光信号送受信機の製造工程の一例を示すフローチャートである。図4に示す光信号送受信機100の製造工程では、まず、導波路部材130に接着シート127aを貼付ける工程が行われる(ステップS401)。
次に、ステップS401において導波路部材130に貼付された接着シート127aにレンズシート120を貼付けることにより、導波路部材130とレンズシート120とを接合する工程が行われる(ステップS402)。
次に、ステップS402において一体化された、導波路部材130、レンズシート120および接着シート127aの形成体のうちの接着シート127aが貼付けられていない間隙128に光透過性樹脂127bを充填する工程が行われる(ステップS403)。
次に、ステップS403において充填した光透過性樹脂127bを硬化させる工程が行われる(ステップS404)。ステップS404の工程では、使用する接着シート127aまたは光透過性樹脂127bの種類に応じて、加熱や紫外線の照射が行われる。
そして、導波路部材130、レンズシート120、接着シート127aおよび光透過性樹脂127bの形成体のうちのレンズシート120に基板接着シート125を貼付ける工程が行われる(ステップS405)。次に、形成体に貼付された基板接着シート125に光素子基板103を貼付けることにより、形成体および光素子基板103を接合する工程が行われ(ステップS406)、本フローチャートによる製造工程を終了する。
なお、上述したフローチャートでは、先に導波路部材130に接着シート127aを貼付けて(ステップS401参照)、レンズシート120を貼付けたが(ステップS402参照)、ステップS401とステップS402の工程の順序は逆にしてもよい。
図5は、実施の形態1にかかる光信号送受信機の製造工程の一例を示す説明図(その1)である。図6は、実施の形態1にかかる光信号送受信機の製造工程の一例を示す説明図(その2)である。図5に示すように、まず、(1)導波路部材130に接着シート127aを貼付ける。このとき、間隙128を確保して、導波路部材130に接着シート127aを貼付ける。
次に、(2)導波路部材130に貼付された接着シート127aにレンズシート120を貼付けることにより、導波路部材130とレンズシート120とを接合する。このとき、導波路部材130とレンズシート120とを加圧するが、加圧力が大きいと導波路部材130のミラー131の角度が変形してしまうため、所定の加圧力(例えば上限値0.1〜0.5MPa)とする。
そして、(3)接着シート127aが貼付けられていない間隙128に光透過性樹脂127bを充填する。このとき、接着シート127aによって間隙128が形成されているため、間隙128以外の箇所へ光透過性樹脂127bが流れることがなく、間隙128へ光透過性樹脂127bを流し込むことができる。
ここで、間隙128のうち光透過性樹脂127bを充填する側の反対側に開口128kを設けている。具体的には、間隙128は、接合層127と、接合層127によって接合されたレンズシート120および導波路部材130と、を含む形成体を貫通するように設けられている。これにより、光透過性樹脂127bを一方向の側から充填することができ、光透過性樹脂127bの充填において空気を効率よく排出することができる。そのため、光透過性樹脂127bを隙間なく充填することができ、ボイドの発生を抑えることができる。
そして、図6に示すように、(4)使用する接着シート127aや光透過性樹脂127bの種類に応じて、UV(Ultraviolet:紫外線)の照射や加熱の処理を施すことにより、接着シート127aおよび光透過性樹脂127bを硬化させる。
そして、(5)レンズシート120の上面に基板接着シート125を貼付ける。このとき、光路Kを確保するようにレンズ部120aの周辺領域には基板接着シート125を貼付けないようにする。次に、(6)基板接着シート125に光素子基板103を貼付けることにより形成体に光素子基板103を接合する。このようにして、光信号送受信機100を製造することができる。
(接着シートの厚さと光透過性樹脂の充填不良の関係)
図7は、接着シートの厚さと光透過性樹脂の充填不良の関係を示すグラフである。図7において、横軸は接着シート127aの厚さを示しており、縦軸は光透過性樹脂127bの不良率を示している。光透過性樹脂127bの不良とは、光透過性樹脂127bが間隙128に隙間なく充填されずに、流動せずに止まってしまったりして、ボイドが発生することである。光透過性樹脂127bの不良率は、具体的には、ボイドの発生割合を示す。光透過性樹脂127bの粘度は、例えば1000cP以下としている。
関係700に示すように、接着シート127aの厚さが20,25,35,50μmの場合、不良率は0%であり、つまり、製造した光信号送受信機100の全てについて、ボイドが発生しないことを示している。
一方、接着シート127aの厚さが10μmの場合、不良率は80%である。不良率が80%とは、例えばサンプル数を5つとした場合、1つだけボイドが発生せずに、残りの4つはボイドが発生したことを示している。
また、接着シート127aの厚さが15μmの場合、不良率は40%である。不良率が40%とは、例えば、サンプル数を5つとした場合、3つだけボイドが発生せずに、残りの2つはボイドが発生したこと示している。
このように、接着シート127aの厚さを、20〜50μmにすると、製造する全ての光信号送受信機100について、光透過性樹脂127bを間隙128に隙間なく充填することができ、ボイドの発生を抑えることができる。
(光の焦点)
次に、図8、図9Aおよび図9Bを用いて光の焦点について説明する。図8は、実施の形態1にかかる光信号送受信機における光の焦点を示す説明図である。図8に示すように、実施の形態1にかかる光信号送受信機100の光の焦点は、設計上の焦点800と一致する。具体的には、光信号送受信機100は、間隙128へ光透過性樹脂127bを流し込むためボイドの発生を抑えることができる。したがって、ボイドの発生によって焦点の位置が設計上の焦点800と不一致となること(図9A参照)を抑えることができ、焦点の位置を設計上の焦点800と同じ位置にすることができる。このため、光信号送受信機100は、光損失を抑えることができる。
また、光信号送受信機100は、厚みのバラツキが小さい接着シート127aを用いている、レンズ部120aとミラー131との距離のバラツキを小さく(例えば≦±10μm)とすることができる。そのため、光信号送受信機100は、接合層127の厚みが設計上の許容される厚みと異なることによって焦点の位置が設計上の焦点800と不一致となること(図9B参照)を抑えることができる。すなわち、光信号送受信機100は、接合層127の厚みを設計上の許容される厚みとすることができ、焦点の位置を設計上の焦点800と同じ位置にすることができる。このため、光信号送受信機100は、光損失を抑えることができる。
図9Aは、従来の光信号送受信機における光の焦点を示す説明図(その1)である。従来の光信号送受信機では、例えば接合層127の全面に光透過性樹脂127bの層が形成されたものが用いられる。従来の光信号送受信機を製造するにあたっては、光透過性樹脂127bを全面に塗布するが、塗布する際の塗り方や塗布量によっては、図9Aに示すように、ボイド901が発生してしまう。光路K上にボイド901が発生していると、ボイド901において光の屈折率が変わってしまい、焦点900の位置が設計上の焦点800と異なってしまう。これにより、光損失が生じることになる。
なお、光信号送受信機を製造するにあたり、導波路部材130とレンズシート120とを接合する際の加圧力を上げることにより、ボイド901の発生を抑えることは可能であるが、加圧力を上げるとミラー131が変形するため、実際には加圧力を上げられない。
また、間隙128を設けずに、光透過性樹脂127bを充填する透過部129にも透過性の接着シート127aを挿入する構成を仮定してみる。この構成の場合、透過部129におけるレンズシート120との接着面において接着シート127aにうねりがあると、レンズシート120と接着シート127aと間で隙間が生じ、結果としてボイドが発生してしまう。このように、透過部129に透過性の接着シート127aを挿入する構成では、図9Aに示した従来の光信号送受信機における光の焦点と同様に、焦点の位置が設計上の焦点800と異なってしまう。
これに対して、実施の形態1にかかる光信号送受信機100は、間隙128に光透過性樹脂127bを流し込むことにより、光透過性樹脂127bを間隙128に隙間なく充填することができるため、透過部129におけるボイドの発生を抑えることができる。このため、焦点の位置を設計上の焦点800と一致させることができ、光損失を抑えることができる。
図9Bは、従来の光信号送受信機における光の焦点を示す説明図(その2)である。従来の光信号送受信機では、例えば接合層127の全面に光透過性樹脂127bの層が形成されたものが用いられる。従来の光信号送受信機を製造するにあたっては、導波路部材130とレンズシート120とを接合する際に加圧される。このとき、全面に塗布した光透過性樹脂127bの塗布量や塗り方や加圧力によっては、レンズ部120aとミラー131との距離が許容できない厚みとなってしまうことがある。
具体的には、実施の形態1にかかる光信号送受信機100では、レンズ部120aとミラー131との距離のバラツキは≦±10μmであるが、接合層127の全面に光透過性樹脂127bを塗布する従来の構成では約±20μmとなる。このように、接合層127の厚みのバラツキが大きくなると、レンズ部120aとミラー131との距離が変わり、焦点920の位置が設計上の焦点800の位置とは異なってしまう。これにより、光損失が生じることになる。
なお、間隙128に光透過性樹脂127bを充填せずに空気層とした構成を仮定すると、例えばレンズシート120にたわみが生じて、レンズ部120aとミラー131との距離が変わることにより焦点の位置が変わり、光損失が生じてしまう。
これに対して、実施の形態1にかかる光信号送受信機100は、接着シート127aを用いたことにより接合層127の厚みを設計上の許容される厚みとすることができ、レンズ部120aとミラー131との距離を一定にできる。このため、焦点の位置を設計上の焦点800と同じ位置にし、光損失を抑えることができる。
以上のように、実施の形態1では、レンズシート120と導波路部材130とを接着シート127aによって接合する接合層127のうちの光の通過部分に間隙128を設け、当該間隙128に液状の光透過性樹脂127bを注入して透過部129を形成した。これにより、透過部129におけるボイドの発生を抑えることができ、光損失を抑えることができる。
(実施の形態1の変形例)
図10は、実施の形態1の変形例を示す説明図である。図10に示す変形例は、間隙128のうち光透過性樹脂127bを充填する側の反対側に開口128k(図5参照)を設けておらず、障壁120cが形成されている点で実施の形態1と異なる。具体的には、変形例では、間隙128が、接合層127と、接合層127によって接合されたレンズシート120および導波路部材130と、を含む形成体を貫通した構成にはなっていない。なお、変形例では、実施の形態1において説明した箇所と同様の箇所については同様の符号を付し、説明を省略する。
障壁120cは、レンズシート120の一部によって形成され、レンズシート120および導波路部材130に接着する。障壁120cは、光路Kを避けた位置に配置される。変形例では、光透過性樹脂127bを充填する前段階において、レンズシート120および導波路部材130との接着強度を向上させることができるため、製造効率を向上させることができる。また、変形例では、透過部129における接合層127の厚みを、より接着シート127aの厚みに近づけることができる。
このような変形例によれば、実施の形態1と同様に、ボイドの発生を抑えることができるとともに、接合層127の厚みを設計上の許容される厚みとすることができる。したがって、光損失を抑えることができる。
(実施の形態2)
図11は、実施の形態2にかかる光信号送受信機の光モジュールを示す説明図である。実施の形態2では、接着シート127aを用いずに、レンズ部120aと導波路部材130との間の層の高さを調整する介在部材(スタンドオフ)を用いた構成について説明する。なお、実施の形態2では、実施の形態1において説明した箇所と同様の箇所については同様の符号を付し、説明を省略する。
図11に示すように、スタンドオフ120bは、レンズシート120と導波路部材130との間に、光路K上の光を通過させる第1間隙128aおよび第1間隙128aと異なる第2間隙128bを設けて配置される。具体的には、スタンドオフ120bは、レンズ部120aと導波路部材130との間の光路Kを含む第1間隙128aを除く領域に配置されて、レンズシート120の表面と導波路部材130の表面とに当接する。スタンドオフ120bは、一定の厚み(例えば25μm)を有する。
例えば、スタンドオフ120bは、レンズシート120に設けられている。具体的には、レンズシート120のうちのレンズ部120aが形成されている側とは反対側に複数のスタンドオフ120bが形成されている。複数のスタンドオフ120bは、それぞれ楕円形状を有し(図12の(2)参照)、長手方向が一定方向(図11のy方向)となるように整列して離間配置されている。複数のスタンドオフ120bは、それぞれ均一の厚さを有する。
スタンドオフ120bの厚さは、例えば実施の形態1に示した接着シート127aの厚さと同等の厚さである。これにより、スタンドオフ120bは、レンズシート120と導波路部材130との間で一定の距離(厚み)を確保することができ、焦点の位置が変わってしまうことを抑えることができる。
スタンドオフ120bは、楕円の円柱状に成形される。スタンドオフ120bは、レンズ部120aの製造工程において成形される。具体的には、レンズ部120aおよびスタンドオフ120bをかたどった金型を用いることにより、レンズ部120aの製造工程において、レンズ部120aおよびスタンドオフ120bを同時に成形することができる。
光透過性樹脂127bは、光路Kを確保するための第1間隙128aおよび各スタンドオフ120bの間の第2間隙128bに充填され、レンズシート120と導波路部材130とを接合する。第1間隙128aに液状の光透過性樹脂127bを充填することによって透過部129が形成される。また、第2間隙128bに液状の光透過性樹脂127bを充填することによって、レンズシート120と導波路部材130とを接合する接合部が形成される。
図12は、実施の形態2にかかる光信号送受信機の製造工程の一例を示す説明図(その1)である。図13は、実施の形態2にかかる光信号送受信機の製造工程の一例を示す説明図(その2)である。図12に示すように、まず、(1)導波路部材130とレンズシート120とを重ね合わせる。このとき、レンズ部120aとミラー131とを対向させることにより、光路Kを確保する。
次に、(2)第1間隙128aおよび第2間隙128bに光透過性樹脂127bを充填する。このとき、スタンドオフ120bの楕円の長手方向と同じ方向(短径投影面の方向)の一方の側から光透過性樹脂127bを充填する。これにより、光透過性樹脂127bを流線型状に流し込むことができ、光透過性樹脂127bが効率よく流れ、光透過性樹脂127bを効率よく充填することができる。具体的には、第2間隙128bにおいて、光透過性樹脂127bを各スタンドオフ120bの裏側(充填する方向の逆側)に回り込ませやすくすることができる。
また、光透過性樹脂127bの充填においては、光透過性樹脂127bを充填する側の反対側に開口128kを設けて光透過性樹脂127bを充填する。このため、光透過性樹脂127bを隙間なく充填することができ、ボイドの発生を抑えることができる。
なお、第2間隙128bに充填する樹脂は、光透過性樹脂127bに限らず、レンズシート120と導波路部材130とを接合することができる液状の接着樹脂であれば、透過性を有しないものでもよい。具体的には、第1間隙128aには光透過性樹脂127bを充填し、第2間隙128bには光が透過することがないため光透過性を有さない樹脂(接着剤)を充填してもよい。また、第2間隙128bにおいてボイドが発生したとしてもボイドが光路Kを妨げることはないが、レンズシート120と導波路部材130との接着強度を上げるという観点からすると、第2間隙128bにおいてもボイドが発生しない方がよい。
次に、図13に示すように、(3)使用する光透過性樹脂127bの種別に応じて、UVの照射や加熱の処理を施すことにより、光透過性樹脂127bを硬化させる。そして、(4)レンズシート120の上面に基板接着シート125を貼付ける。このとき、光路Kを確保するようにレンズ部120aの周辺領域には基板接着シート125を貼付けないようにする。次に、(5)基板接着シート125に光素子基板103を貼付けることにより形成体に光素子基板103を接合する。このようにして、実施の形態2にかかる光信号送受信機100を製造できる。
なお、実施の形態2において、スタンドオフ120bは、レンズシート120と一体的に形成されているが、導波路部材130と一体的に形成されているものでもよいし、レンズシート120や導波路部材130を除く別部材に設けられているものでもよい。また、スタンドオフ120bの形状は、楕円の円柱形状に限らず、角形の柱形状など他の形状であってもよい。
また、図7に示した接着シート127aの厚さと光透過性樹脂127bの充填不良の関係については、実施の形態2において、スタンドオフ120bの高さと光透過性樹脂127bの充填不良の関係として表すことができる。具体的には、スタンドオフ120bの高さが20,25,35,50μmの場合、不良率は0%であり、つまり、製造した光信号送受信機100の全てについて、ボイドが発生しない。
このように、実施の形態2にかかる光信号送受信機100によれば、実施の形態1同様に、光透過性樹脂127bを流し込むことにより、ボイドの発生を抑えることができる。また、スタンドオフ120bにより接合層127の厚みを設計上の許容される厚みとすることができる。したがって、焦点の位置を設計上の焦点800(図8参照)と同じ位置にすることができる。これにより、光損失を抑えることができる。
(実施の形態2の変形例)
図14は、実施の形態2の変形例を示す説明図である。図14に示す変形例は、複数のスタンドオフ(介在部材)を点在させる構成とはせずに、光透過性樹脂127bを充填する側から反対側まで連なる線状のスタンドオフを用いた点が実施の形態2と異なる。
図14において、スタンドオフ120dは、例えば、レンズシート120のうちのレンズ部120aが形成されている側とは反対側に複数形成されている。複数のスタンドオフ120dは、それぞれ、充填する側から反対側まで連なる線状に形成され、長手方向が一定方向となるように整列して離間配置されている。各スタンドオフ120dは、それぞれ均一の厚さを有する。
第1間隙128aおよび第2間隙128bへの光透過性樹脂127bの充填においては、スタンドオフ120dの長手方向と同じ方向の一方の側から光透過性樹脂127bを充填すればよい。このような構成でも、第1間隙128aおよび第2間隙128bに光透過性樹脂127bを流し込むことができ、ボイドの発生を抑えることができる。
また、実施の形態2と同様に、レンズシート120と導波路部材130との間で一定の距離(厚み)を確保することができ、焦点の位置が変わってしまうことを抑えることができる。
上述した実施の形態1,2に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射された前記光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、前記レンズ部を透過した前記光を伝送する光導波路を有する導波路部材と、前記レンズ部材と前記導波路部材とを接合する接着シートを、前記レンズ部を透過した前記光を前記光導波路へ通過させる間隙を設けて配置した接合層と、前記間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる透過部と、を有することを特徴とする光モジュール。
(付記2)光を伝送して出射する光導波路を有する導波路部材と、前記光導波路によって出射された前記光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、前記レンズ部を透過した前記光を受光する受光素子と、前記レンズ部材と前記導波路部材とを接合する接着シートを、前記光導波路によって出射された前記光を前記レンズ部へ通過させる間隙を設けて配置した接合層と、前記間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる透過部と、を有することを特徴とする光モジュール。
(付記3)前記接着シートは、加熱により接着面が硬化することによって前記レンズ部材および前記導波路部材と接着することを特徴とする付記1または2に記載の光モジュール。
(付記4)前記接着シートは、紫外線の照射により接着面が硬化することによって前記レンズ部材および前記導波路部材と接着することを特徴とする付記1または2に記載の光モジュール。
(付記5)前記光透過性樹脂は、加熱により硬化する樹脂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)前記光透過性樹脂は、紫外線の照射により硬化する樹脂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7)前記接合層と、前記接合層によって接合された前記レンズ部材および前記導波路部材と、を含む部材を貫通するように前記間隙が設けられてい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)光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射された前記光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、前記レンズ部を透過した前記光を伝送する光導波路を有する導波路部材と、前記レンズ部材と前記導波路部材との間に、前記レンズ部を透過した前記光を前記光導波路へ通過させる第1間隙および前記第1間隙と異なる第2間隙を設けて配置した一定の厚みを有する介在部材と、前記第1間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる透過部と、前記第2間隙に液状の接着樹脂を充填することによって形成された、前記レンズ部材と前記導波路部材とを接合する接合部と、を有することを特徴とする光モジュール。
(付記9)光を伝送して出射する光導波路を有する導波路部材と、前記光導波路によって出射された前記光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、前記レンズ部を透過した前記光を受光する受光素子と、前記導波路部材と前記レンズ部材との間に、前記導波路部材から出射された前記光を前記レンズ部材へ通過させる第1間隙および前記第1間隙と異なる第2間隙を設けて配置した一定の厚みを有する介在部材と、前記第1間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる透過部と、前記第2間隙に液状の接着樹脂を充填することによって形成された、前記レンズ部材と前記導波路部材とを接合する接合部と、を有することを特徴とする光モジュール。
(付記10)前記介在部材は、互いに離間して配置された複数の介在部材であることを特徴とする付記8または9に記載の光モジュール。
(付記11)前記介在部材は、楕円の長手方向が一定方向となるように配置された複数の楕円柱であることを特徴とする付記10に記載の光モジュール。
(付記12)前記介在部材は、前記レンズ部材と一体的に形成されていることを特徴とする付記8〜11のいずれか一つに記載の光モジュール。
(付記13)前記介在部材は、前記導波路部材と一体的に形成されていることを特徴とする付記8〜12のいずれか一つに記載の光モジュール。
(付記14)発光素子から出射された光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、前記レンズ部を透過した前記光を伝送する光導波路を有する導波路部材とを、前記レンズ部を透過した前記光を前記光導波路へ通過させる間隙を設けて配置した接合層によって接合し、前記間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって、前記光を透過させる透過部を形成する、ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
(付記15)前記接合層と、前記接合層によって接合された前記レンズ部材および前記導波路部材と、を含む部材を貫通するように前記間隙が設けられており、前記透過部を形成する際に、前記間隙の一端から前記光透過性樹脂を充填することを特徴とする付記14に記載の光モジュールの製造方法。
(付記16)発光素子から出射された光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、前記レンズ部を透過した前記光を伝送する光導波路を有する導波路部材と、の間に、前記レンズ部を透過した前記光を前記光導波路へ通過させる第1間隙および前記第1間隙と異なる第2間隙を設けて一定の厚みを有する介在部材を配置し、前記第1間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって、前記光を透過させる透過部を形成し、前記第2間隙に液状の接着樹脂を充填することによって、前記レンズ部材と前記導波路部材とを接合する接合部を形成する、ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
(付記17)前記介在部材は、楕円の長手方向が一定方向となるように配置された複数の楕円柱であり、前記透過部を形成する際に、前記長手方向と同じ方向から前記光透過性樹脂を注入し、前記接合部を形成する際に、前記長手方向と同じ方向から前記接着樹脂を注入する、ことを特徴とする付記16に記載の光モジュールの製造方法。
(付記18)光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射された前記光を透過させる第1レンズ部を有する第1レンズ部材と、前記第1レンズ部を透過した前記光を伝送する第1光導波路を有する第1導波路部材と、前記第1レンズ部材と前記第1導波路部材とを接合する第1接着シートを、前記第1レンズ部を透過した前記光を前記第1光導波路へ通過させる第1間隙を設けて配置した第1接合層と、前記第1間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる第1透過部と、前記発光素子に駆動電流を供給する供給部と、光を伝送して出射する第2光導波路を有する第2導波路部材と、前記第2光導波路によって出射された前記光を透過させる第2レンズ部を有する第2レンズ部材と、前記第2レンズ部を透過した前記光を受光する受光素子と、前記第2レンズ部材と前記第2導波路部材とを接合する第2接着シートを、前記第2光導波路によって出射された前記光を前記第2レンズ部へ通過させる第2間隙を設けて配置した第2接合層と、前記第2間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる第2透過部と、前記受光素子によって光電変換された電流信号を電圧信号に変換して出力する出力部と、を有することを特徴とする光信号送受信機。
(付記19)前記第1レンズ部材および前記第2レンズ部材は一体的に形成され、前記第1導波路部材および前記第2導波路部材は一体的に形成され、前記第1接合層および前記第2接合層は一体的に形成され、前記第1透過部および前記第2透過部は一体的に形成されている、ことを特徴とする付記18に記載の光信号送受信機。
(付記20)光を出射する発光素子と、前記発光素子から出射された前記光を透過させる第1レンズ部を有する第1レンズ部材と、前記第1レンズ部を透過した前記光を伝送する第1光導波路を有する第1導波路部材と、前記第1レンズ部材と前記第1導波路部材との間に、前記第1レンズ部を透過した前記光を前記第1光導波路へ通過させる第1間隙および前記第1間隙と異なる第2間隙を設けて配置した一定の厚みを有する第1介在部材と、前記第1間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる第1透過部と、前記第2間隙に液状の接着樹脂を充填することによって形成された、前記第1レンズ部材と前記第1導波路部材とを接合する第1接合部と、前記発光素子に駆動電流を供給する供給部と、光を伝送して出射する第2光導波路を有する第2導波路部材と、前記第2光導波路によって出射された前記光を透過させる第2レンズ部を有する第2レンズ部材と、前記第2レンズ部を透過した前記光を受光する受光素子と、前記第2導波路部材と前記第2レンズ部材との間に、前記第2導波路部材から出射された前記光を前記第2レンズ部材へ通過させる第3間隙および前記第3間隙と異なる第4間隙を設けて配置した一定の厚みを有する第2介在部材と、前記第3間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる第2透過部と、前記第4間隙に液状の接着樹脂を充填することによって形成された、前記第2レンズ部材と前記第2導波路部材とを接合する第2接合部と、前記受光素子によって光電変換された電流信号を電圧信号に変換して出力する出力部と、を有することを特徴とする光信号送受信機。
(付記21)前記第1レンズ部材および前記第2レンズ部材は一体的に形成され、前記第1導波路部材および前記第2導波路部材は一体的に形成され、前記第1介在部材および前記第2介在部材は一体的に形成され、前記第1透過部および前記第2透過部は一体的に形成され、前記第1接合部および前記第2接合部は一体的に形成されている、ことを特徴とする付記20に記載の光信号送受信機。
100 光信号送受信機
101 プリント基板
103 光素子基板
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,120d スタンドオフ
120c 障壁
125 基板接着シート
127 接合層
127a 接着シート
127b 光透過性樹脂
128 間隙
128a 第1間隙
128b 第2間隙
128k 開口
129 透過部
130 導波路部材
131 ミラー
800,900,920 焦点

Claims (11)

  1. 光を出射する発光素子と、
    前記発光素子から出射された前記光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、
    前記レンズ部を透過した前記光を伝送する光導波路を有する導波路部材と、
    前記レンズ部材と前記導波路部材とを接合する接着シートを、前記レンズ部を透過した前記光を前記光導波路へ通過させる間隙を設けて配置した接合層と、
    前記間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる透過部と、
    を有することを特徴とする光モジュール。
  2. 光を伝送して出射する光導波路を有する導波路部材と、
    前記光導波路によって出射された前記光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、
    前記レンズ部を透過した前記光を受光する受光素子と、
    前記レンズ部材と前記導波路部材とを接合する接着シートを、前記光導波路によって出射された前記光を前記レンズ部へ通過させる間隙を設けて配置した接合層と、
    前記間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる透過部と、
    を有することを特徴とする光モジュール。
  3. 前記接合層と、前記接合層によって接合された前記レンズ部材および前記導波路部材と、を含む部材を貫通するように前記間隙が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の光モジュール。
  4. 光を出射する発光素子と、
    前記発光素子から出射された前記光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、
    前記レンズ部を透過した前記光を伝送する光導波路を有する導波路部材と、
    前記レンズ部材と前記導波路部材との間に、前記レンズ部を透過した前記光を前記光導波路へ通過させる第1間隙および前記第1間隙と異なる第2間隙を設けて配置した一定の厚みを有する介在部材と、
    前記第1間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる透過部と、
    前記第2間隙に液状の接着樹脂を充填することによって形成された、前記レンズ部材と前記導波路部材とを接合する接合部と、
    を有することを特徴とする光モジュール。
  5. 光を伝送して出射する光導波路を有する導波路部材と、
    前記光導波路によって出射された前記光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、
    前記レンズ部を透過した前記光を受光する受光素子と、
    前記導波路部材と前記レンズ部材との間に、前記導波路部材から出射された前記光を前記レンズ部材へ通過させる第1間隙および前記第1間隙と異なる第2間隙を設けて配置した一定の厚みを有する介在部材と、
    前記第1間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる透過部と、
    前記第2間隙に液状の接着樹脂を充填することによって形成された、前記レンズ部材と前記導波路部材とを接合する接合部と、
    を有することを特徴とする光モジュール。
  6. 前記介在部材は、互いに離間して配置された複数の介在部材であることを特徴とする請求項4または5に記載の光モジュール。
  7. 前記介在部材は、楕円の長手方向が一定方向となるように配置された複数の楕円柱であることを特徴とする請求項6に記載の光モジュール。
  8. 発光素子から出射された光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、前記レンズ部を透過した前記光を伝送する光導波路を有する導波路部材とを、前記レンズ部を透過した前記光を前記光導波路へ通過させる間隙を設けて配置した接合層によって接合し、
    前記間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって、前記光を透過させる透過部を形成する、
    ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
  9. 発光素子から出射された光を透過させるレンズ部を有するレンズ部材と、前記レンズ部を透過した前記光を伝送する光導波路を有する導波路部材と、の間に、前記レンズ部を透過した前記光を前記光導波路へ通過させる第1間隙および前記第1間隙と異なる第2間隙を設けて一定の厚みを有する介在部材を配置し、
    前記第1間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって、前記光を透過させる透過部を形成し、
    前記第2間隙に液状の接着樹脂を充填することによって、前記レンズ部材と前記導波路部材とを接合する接合部を形成する、
    ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
  10. 光を出射する発光素子と、
    前記発光素子から出射された前記光を透過させる第1レンズ部を有する第1レンズ部材と、
    前記第1レンズ部を透過した前記光を伝送する第1光導波路を有する第1導波路部材と、
    前記第1レンズ部材と前記第1導波路部材とを接合する第1接着シートを、前記第1レンズ部を透過した前記光を前記第1光導波路へ通過させる第1間隙を設けて配置した第1接合層と、
    前記第1間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる第1透過部と、
    前記発光素子に駆動電流を供給する供給部と、
    光を伝送して出射する第2光導波路を有する第2導波路部材と、
    前記第2光導波路によって出射された前記光を透過させる第2レンズ部を有する第2レンズ部材と、
    前記第2レンズ部を透過した前記光を受光する受光素子と、
    前記第2レンズ部材と前記第2導波路部材とを接合する第2接着シートを、前記第2光導波路によって出射された前記光を前記第2レンズ部へ通過させる第2間隙を設けて配置した第2接合層と、
    前記第2間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる第2透過部と、
    前記受光素子によって光電変換された電流信号を電圧信号に変換して出力する出力部と、
    を有することを特徴とする光信号送受信機。
  11. 光を出射する発光素子と、
    前記発光素子から出射された前記光を透過させる第1レンズ部を有する第1レンズ部材と、
    前記第1レンズ部を透過した前記光を伝送する第1光導波路を有する第1導波路部材と、
    前記第1レンズ部材と前記第1導波路部材との間に、前記第1レンズ部を透過した前記光を前記第1光導波路へ通過させる第1間隙および前記第1間隙と異なる第2間隙を設けて配置した一定の厚みを有する第1介在部材と、
    前記第1間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる第1透過部と、
    前記第2間隙に液状の接着樹脂を充填することによって形成された、前記第1レンズ部材と前記第1導波路部材とを接合する第1接合部と、
    前記発光素子に駆動電流を供給する供給部と、
    光を伝送して出射する第2光導波路を有する第2導波路部材と、
    前記第2光導波路によって出射された前記光を透過させる第2レンズ部を有する第2レンズ部材と、
    前記第2レンズ部を透過した前記光を受光する受光素子と、
    前記第2導波路部材と前記第2レンズ部材との間に、前記第2導波路部材から出射された前記光を前記第2レンズ部材へ通過させる第3間隙および前記第3間隙と異なる第4間隙を設けて配置した一定の厚みを有する第2介在部材と、
    前記第3間隙に液状の光透過性樹脂を充填することによって形成された、前記光を透過させる第2透過部と、
    前記第4間隙に液状の接着樹脂を充填することによって形成された、前記第2レンズ部材と前記第2導波路部材とを接合する第2接合部と、
    前記受光素子によって光電変換された電流信号を電圧信号に変換して出力する出力部と、
    を有することを特徴とする光信号送受信機。
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