JP2017003648A - 通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】多層基板とレンズブロックとが強固に、かつ、高い位置精度で固定することのできる通信モジュールを提供する。
【解決手段】通信モジュールは、複数の樹脂層（絶縁層）４０を介して積層された複数の金属層（導体層）５０及び最外層の第１導体層５１を覆う上側保護層６０を備えるモジュール基板５と、モジュール基板５上に設けられた発光素子１０と、モジュール基板５上に設けられ、発光素子１０と光ファイバ３とを光結合させるレンズブロック３０と、モジュール基板５に固定され、レンズブロック３０を所定位置に保持するホルダ部材３１と、を有する。モジュール基板５の一面には、上側保護層６０が形成されている第１領域７１と、上側保護層６０及び第１導体層５１が形成されていない第２領域７２とが存在し、ホルダ部材３１は、第２領域７２において露出している第１絶縁層４１に、接着剤７３によって固定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、光信号や電気信号が入出力される通信モジュールに関するものである。

一般的な通信モジュールは、コネクタを備えた筐体と、筐体に収容され、該筐体が備えるコネクタと電気的に接続された基板と、を備えている。通信モジュールが備える基板は、一般的に“モジュール基板”と呼ばれ、通信モジュールが接続される基板（一般的に“ホストボード”と呼ばれる。）と区別される。以下の説明では、上記区別に従って、通信モジュールが備える基板を“モジュール基板”と呼び、通信モジュールが接続される基板を“ホストボード”と呼ぶ場合がある。

モジュール基板には、光素子（発光素子や受光素子）やＩＣ(Integrated Circuit)等が実装される。例えば、モジュール基板上には、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等の発光素子と該発光素子を駆動するための駆動用ＩＣとが実装され、また、ＰＤ（Photodiode）等の受光素子と該受光素子から出力される電気信号を増幅する増幅用ＩＣとが実装される。さらに、モジュール基板上には、上記のような光素子と光ファイバとを光結合させるレンズブロックが搭載される。

上記のようなモジュール基板には多層基板が用いられることが多く、光素子等は多層基板の一面に実装される。以下の説明では、光素子等が実装される多層基板の一面を“実装面”と呼び、実装面と反対側の多層基板の他の一面を“裏面”と呼ぶ場合がある。

多層基板は、交互に積層された複数の樹脂層（絶縁層）及び金属層（導体層）を有し、最外層の金属層の上には、ソルダーレジストや金メッキなどの保護層が形成される。すなわち、光素子，ＩＣ，レンズブロック等が実装される多層基板の実装面は、保護層の表面である。

具体的には、図５（ａ）に示されるように、多層基板１００の実装面を形成するソルダーレジスト１０１の表面１０１ａに、“レセプタクル”と呼ばれるホルダ部材１０２が接着剤１０３によって固定され、このホルダ部材１０２によってレンズブロック１０４が保持される。または、図５（ｂ）に示されるように、多層基板１００の実装面を形成する金メッキ１０５の表面１０５ａに、ホルダ部材１０２が接着剤１０３によって固定され、このホルダ部材１０２によってレンズブロック１０４が保持される。

特開２０１２−１３３２３４号公報

しかし、金属層とソルダーレジスト（樹脂）からなる保護層とは親和性が低く、界面剥離が発生しやすい。よって、ホルダ部材がソルダーレジストからなる保護層の表面に接着固定されている場合、保護層がその下層の金属層から剥離し、ホルダ部材がモジュール基板から脱落したり、モジュール基板に対するホルダ部材の位置がずれたりする虞があった。また、接着剤（樹脂）と金メッキからなる保護層とは親和性が低く、界面剥離が発生しやすい。よって、ホルダ部材が金メッキからなる保護層の表面に接着固定されている場合、ホルダ部材がモジュール基板から脱落したり、モジュール基板に対するホルダ部材の位置がずれたりする虞があった。

レンズブロックを保持しているホルダ部材がモジュール基板から脱落したり、モジュール基板に対するホルダ部材の位置がずれたりすると、光素子と光ファイバとが光結合しなくなったり、損失が増大したりする。

さらに、ソルダーレジストからなる保護層は厚みの公差が大きい。よって、ソルダーレジストからなる保護層の表面にホルダ部材を接着固定する場合、光素子とレンズブロックとの位置合わせに時間と手間を要する。また、時間と手間を掛けても光素子とレンズブロックとを正確に位置合わせできない場合もある。

本発明の目的は、多層基板とレンズブロックとが強固に、かつ、高い位置精度で固定された通信モジュールを実現することである。

本発明の通信モジュールは、樹脂層を介して積層された複数の金属層と、最外層の前記金属層を覆う保護層と、を備える多層基板と、前記多層基板上に設けられた光素子と、前記多層基板上に設けられ、前記光素子と光ファイバとを光結合させるレンズブロックと、前記多層基板に固定され、前記レンズブロックを所定位置に保持するホルダ部材と、を有する。前記多層基板の一面には、前記保護層が形成されている第１領域と、前記保護層及び前記金属層が形成されていない第２領域と、が存在している。前記ホルダ部材は、前記第２領域において露出している前記樹脂層に、接着剤によって固定されている。

本発明の一態様では、前記ホルダ部材が固定されている前記樹脂層は、前記多層基板における最外層の樹脂層である。

本発明の他の態様では、前記ホルダ部材が固定されている前記樹脂層は、前記多層基板における最外層の樹脂層以外の樹脂層である。

本発明によれば、多層基板とレンズブロックとが強固に、かつ、高い位置精度で固定された通信モジュールが実現される。

本発明が適用された通信モジュールの一例を示す斜視図である。 （ａ）はモジュール基板上に設けられている光電変換部の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は側面図である。 モジュール基板の積層構造及びモジュール基板とホルダ部材の固定構造を示す断面図である。 モジュール基板の一面にある第１領域及び第２領域を模式的に示す平面図である。 （ａ）はモジュール基板とホルダ部材との固定構造の従来例の一つを示す断面図であり、（ｂ）は同従来例の他の一つを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。図１に示される通信モジュール１は、不図示のＩＴ（Information Technology）装置等が備える不図示のホストボードに接続され、光信号を電気信号に変換したり、電気信号を光信号に変換したりする。通信モジュール１の先端にはプラグコネクタ２が設けられており、このプラグコネクタ２がホストボードに設けられているレセプタクルコネクタに接続される。すなわち、本実施形態に係る通信モジュール１は、ホストボードに設けられているレセプタクルコネクタに挿抜可能なプラグコネクタ２を備えており、プラグコネクタ２がレセプタクルコネクタに挿入されると、通信モジュール１がホストボードに接続される。

上記のようにして通信モジュール１が接続されるホストボードには通信用半導体チップが実装されており、ホストボードに接続された通信モジュール１は、ホストボードに形成されている電気配線を介して通信用半導体チップと接続される。また、ホストボード上には複数のレセプタクルコネクタが配置されており、それぞれのレセプタクルコネクタを介して複数の通信モジュール１が通信用半導体チップと接続される。

通信モジュール１は、光ファイバ（ファイバリボン）３の一端側が引き入れられた筐体４と該筐体４に収容された多層基板５とを有し、多層基板上には光電変換部６が設けられている。以下の説明では、多層基板５を“モジュール基板５”と呼ぶ。尚、筐体４は、図示されている下側ケース４ａと不図示の上側ケースとから構成されている。下側ケース４ａと上側ケースとは互いに突き合わされてモジュール基板５を収容可能な空間を備える筐体４を構成する。

図１では省略されているが、モジュール基板５に設けられている光電変換部６は、モジュール基板５の一面に設けられた光素子，電子部品，レンズブロック等によって構成されている。図２（ａ）に示されるように、光電変換部６は、光素子の一つである発光素子１０及び該発光素子１０を駆動する駆動用ＩＣ１１を含んでいる。また、光電変換部６は、光素子の他の一つである受光素子２０及び該受光素子２０から出力される信号を増幅する増幅用ＩＣ２１を含んでいる。さらに、図２（ｂ）に示されるように、モジュール基板５の一面には、発光素子１０及び受光素子２０（図２（ａ））と光ファイバ３とを光結合させるレンズブロック３０も設けられている。レンズブロック３０は、樹脂製のホルダ部材３１を介してモジュール基板５に固定されており、発光素子１０及び受光素子２０（図２（ａ））の上方にこれらを覆うように配置されている。換言すれば、レンズブロック３０は、ホルダ部材３１によってモジュール基板上の所定位置に保持されている。

筐体４（図１）内に引き入れられている光ファイバ３の一端は、不図示のＭＴ（Mechanically Transferable）コネクタを介してレンズブロック３０に接続（光接続）されている。具体的には、レンズブロック３０の突き当て面にＭＴコネクタの先端面が突き当てられている。さらに、レンズブロック３０の突き当て面からは一対のガイドピンが突出しており、このガイドピンがＭＴコネクタの先端面に形成されているガイド穴に挿入されている。尚、本実施形態では、図２（ａ）に示される発光素子１０にＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が用いられ、同図に示される受光素子２０にＰＤ（Photodiode）が用いられている。もっとも、発光素子１０及び受光素子２０は、特定の発光素子や受光素子に限定されない。また、図１に示されるように、筐体４の後端には、プラグコネクタ２をレセプタクルコネクタから引き抜く際に摘ままれるプルタブ７が取り付けられている。

図３に示されるように、モジュール基板５は、樹脂層（絶縁層）４０を介して４つの金属層（導体層）５０が積層された４層の多層基板であって、樹脂層４０及び金属層５０の積層方向がモジュール基板５の厚み方向である。以下の説明では、図３中において最も上層に位置する金属層５０を“第１導体層５１”と呼び、最も下層に位置する金属層５０を“第４導体層５４”と呼ぶ場合がある。また、第１導体層５１の下の金属層５０を“第２導体層５２”と呼び、第２導体層５２の下の金属層５０を“第３導体層５３”と呼ぶ場合がある。第１導体層５１，第２導体層５２，第３導体層５３及び第４導体層５４のそれぞれは、ウエットエッチング，ドライエッチングその他の任意の方法によってパターンニングされて配線パターンを形成している。

また、第１導体層５１と第２導体層５２との間に介在している樹脂層４０を“第１絶縁層４１”と呼ぶ場合がある。以下同様に、第２導体層５２と第３導体層５３との間に介在している樹脂層４０を“第２絶縁層４２”と呼び、第３導体層５３と第４導体層５４との間に介在している樹脂層４０を“第３絶縁層４３”と呼ぶ場合がある。第１絶縁層４１，第２絶縁層４２及び第３絶縁層４３のそれぞれは、その上下の金属層５０の間を電気的に絶縁する層間絶縁膜を形成している。

第１導体層５１の表面にはソルダーレジストによって保護層６０が形成され、第４導体層５４の表面にもソルダーレジストによって保護層６１が形成されている。以下の説明では、第１導体層５１の表面に形成されている保護層６０を“上側保護層６０”と呼び、第４導体層５４の表面に形成されている保護層６１を“下側保護層６１”と呼ぶ。

図３，図４に示されるように、上側保護層６０は、モジュール基板５の一面に部分的に形成されている。換言すれば、光電変換部６（図２）が設けられているモジュール基板５の一面には、第１導体層５１及びこれを覆う上側保護層６０が形成されている第１領域７１と、第１導体層５１及び上側保護層６０が形成されていない第２領域７２と、が存在している。この結果、第２領域７２においては、第１導体層５１の下層に位置している第１絶縁層４１の表面の一部が露出している。尚、図４では、第１領域７１と第２領域７２との区別を明確にすべく、第１領域７１にハッチング（網掛け）を付してある。

図３に示されるように、ホルダ部材３１は、第２領域７２において露出している第１絶縁層４１の露出部４１ａに接着剤７３によって固定されている。具体的には、ホルダ部材３１は、第１絶縁層４１の露出部４１ａとこれに対向するホルダ部材底面３１ａとの間に塗布されたＵＶ（紫外線）硬化型の接着剤７３によって、第１絶縁層４１（モジュール基板５）に固定されている。

ホルダ部材３１は、例えば次のような工程を経て第１絶縁層４１の露出部４１ａに固定される。まず、光ファイバ３が接続されたレンズブロック３０をホルダ部材３１に固定する。または、ホルダ部材３１に固定されたレンズブロック３０に光ファイバ３を接続する。要するに、光ファイバ３，レンズブロック３０及びホルダ部材３１を一体化させる。

次に、第２領域７２において露出している第１絶縁層４１の露出部４１ａとホルダ部材底面３１ａの一方又は双方に接着剤７３を塗布した上で、ホルダ部材３１を第２領域７２内の所定位置に載置する。つまり、ホルダ部材３１を第１絶縁層４１の露出部４１ａの上に載置する。

その後、ホルダ部材３１に保持されているレンズブロック３０と発光素子１０及び受光素子２０（図２（ａ））とを位置合わせする。かかる位置合わせは、例えば、発光素子１０から出射され、レンズブロック３０を介して光ファイバ３に入射された光の強度をモニタしながら行われる。または、光ファイバ３から出射され、レンズブロック３０を介して受光素子２０（図２（ａ））に入射された光の強度をモニタしながら行われる。

ホルダ部材３１に保持されているレンズブロック３０と発光素子１０及び受光素子２０との位置合わせが完了したら、接着剤７３にＵＶを照射して接着剤７３を硬化させる。以上により、レンズブロック３０を保持しているホルダ部材３１がモジュール基板５に固定される。具体的には、レンズブロック３０がモジュール基板５を形成している複数の樹脂層４０の一つであって、最外層の樹脂層４０である第１絶縁層４１に固定される。

以上のように、本実施形態では、レンズブロック３０を保持しているホルダ部材３１がモジュール基板５の第１絶縁層４１に接着される。ここで、ホルダ部材３１が接着される第１絶縁層４１は樹脂層４０の一つであり、金属層５０である第１導体層５１，第２導体層５２，第３導体層５３及び第４導体層５４に比べて接着剤７３との親和性が高い。よって、ホルダ部材３１は、モジュール基板５に強固に固定される。また、第１絶縁層４１は、ソルダーレジストからなる上側保護層６０に比べて厚みの公差が少ない。よって、レンズブロック３０を保持しているホルダ部材３１を容易かつ確実にモジュール基板上の所定位置に配置することができる。すなわち、ホルダ部材３１に保持されているレンズブロック３０と光素子とを容易かつ確実に位置合わせすることができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施形態における樹脂層４０（第１絶縁層４１，第２絶縁層４２，第３絶縁層４３）の材料は、“プリプレグ”と呼ばれる繊維含有樹脂材料であるが、樹脂層４０の材料は特定の樹脂材料に限定されず、プリプレグ以外のエポキシ樹脂やガラスエポキシ樹脂などを用いてもよい。また、上記実施形態における金属層５０（第１導体層５１，第２導体層５２，第３導体層５３，第４導体層５４）の材料は銅であるが、金属層５０の材料は特定の金属材料に限定されない。さらに、上記実施形態における上側保護層６０及び下側保護層６１はソルダーレジストによって形成されていたが、上側保護層６０及び下側保護層６１の材料は特定の材料に限定されない。例えば、上側保護層６０及び下側保護層６１が配線パターン上に施された金メッキである実施形態もある。

上記実施形態におけるモジュール基板５は４層の多層基板であったが、多層基板の積層数は特定の数に限定されない。例えば、３層の多層基板や８層の多層基板をモジュール基板５として用いることもできる。

上記実施形態では、モジュール基板５の最外層の樹脂層４０（第１絶縁層４１）にホルダ部材３１が接着固定されていた。しかし、ホルダ部材３１は、最外層の樹脂層以外の樹脂層４０に接着固定してもよい。例えば、図３に示される第１絶縁層４１の露出部４１ａとその下層の第２導体層５２の一部を除去して第２絶縁層４２の表面の一部を露出させ、そこにホルダ部材３１を接着固定してもよい。

１ 通信モジュール
２ プラグコネクタ
３ 光ファイバ
４ 筐体
５ 多層基板（モジュール基板）
６ 光電変換部
１０ 発光素子
１１ 駆動用ＩＣ
２０ 受光素子
２１ 増幅用ＩＣ
３０ レンズブロック
３１ ホルダ部材
３１ａ ホルダ部材底面
４０ 樹脂層
４１ 第１絶縁層
４１ａ 露出部
４２ 第２絶縁層
４３ 第３絶縁層
５０ 金属層
５１ 第１導体層
５２ 第２導体層
５３ 第３導体層
５４ 第４導体層
６０ 保護層（上側保護層）
６１ 保護層（下側保護層）
７１ 第１領域
７２ 第２領域
７３ 接着剤

Claims (3)

1. 樹脂層を介して積層された複数の金属層と、最外層の前記金属層を覆う保護層と、を備える多層基板と、
   前記多層基板上に設けられた光素子と、
   前記多層基板上に設けられ、前記光素子と光ファイバとを光結合させるレンズブロックと、
   前記多層基板に固定され、前記レンズブロックを所定位置に保持するホルダ部材と、を有し、
   前記多層基板の一面には、前記保護層が形成されている第１領域と、前記保護層及び前記金属層が形成されていない第２領域と、が存在しており、
   前記ホルダ部材は、前記第２領域において露出している前記樹脂層に、接着剤によって固定されている、通信モジュール。
2. 請求項１に記載の通信モジュールであって、
   前記ホルダ部材が固定されている前記樹脂層は、前記多層基板における最外層の樹脂層である、通信モジュール。
3. 請求項１に記載の通信モジュールであって、
   前記ホルダ部材が固定されている前記樹脂層は、前記多層基板における最外層の樹脂層以外の樹脂層である、通信モジュール。

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