JP2018148100A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 高温にさらされて、中空部の内部の空気が膨張しても、基板と光学部品との接着部分が破断することのない光モジュールを提供する。【解決手段】 上側主面および下側主面を有する基板１と、底面に開口を有する凹部が形成されたレセプタクル（光学部品）２と、を備え、基板１の上側主面に、レセプタクル２の底面が接着剤によって接着され、基板１の上側主面とレセプタクル２の凹部とで中空部が形成され、基板１の上側主面と下側主面との間を貫通して、基板１に、中空部に繋がる１つまたは複数の貫通孔７が形成されたものとする。【選択図】 図２

Description

本発明は、基板の上側主面に、底面に凹部が形成された光学部品が接着された光モジュールに関し、さらに詳しくは、高温にさらされても、基板の上側主面と光学部品の凹部とで形成された中空部の内部の空気が膨張して、基板と光学部品との接着部分が破断することのない光モジュールに関する。

基板の上側主面に、底面に凹部が形成された光学部品が接着された光モジュールが、特許文献１（特開２０１３-１７１１１２号公報）に開示されている。

図７に、特許文献１に開示された光モジュール５００を示す。

光モジュール５００は、基板１０１を備えている。基板１０１の上側主面には、複数の発光素子１０２と、複数の受光素子１０３とが実装されている。

また、光モジュール５００は、光学部品（レンズアレイ部品）１０４を備えている。

光学部品１０４は、板状部１０５と、１対の脚部１０６と、前端リブ部（図示せず）と、後端リブ部（図示せず）とを有している。そして、板状部１０５と、１対の脚部１０６と、前端リブ部と、後端リブ部とで、凹部１０７が形成されている。

光学部品１０４は、凹部１０７の内天面、すなわち、板状部１０５の下側主面に、複数のレンズ（素子側レンズ部）１０８が形成されている。

光モジュール５００は、基板１０１の上側主面に、光学部品１０４が接着剤によって接着されている。より具体的には、光学部品１０４の脚部１０６の、基板１０１の上側主面に対向する面に形成された隙間１０９に、接着剤（図示せず）を充填することによって、基板１０１の上側主面に光学部品１０４が接着されている。

光モジュール５００は、基板１０１の上側主面と光学部品１０４の凹部１０７とで、中空部１１０が形成されている。中空部１１０の内部において、発光素子１０２、受光素子１０３の直上に、それぞれ、光学部品１０４のレンズ１０８が配置されている。

特開２０１３-１７１１１２号公報

光モジュール５００は、密封空間である中空部１１０を備えている。そのため、光モジュール５００の製造工程や、光モジュール５００が完成した後に、光モジュール５００に熱が加わると、中空部１１０の内部の空気が膨張して、基板１０１と光学部品１０４との接着剤による接着部分が破断してしまう虞があった。

本発明は、上述した従来の問題を解決するためになされたものであり、その手段として本発明の光モジュールは、上側主面および下側主面を有する基板と、底面に開口を有する凹部が形成された光学部品と、を備え、基板の上側主面に、光学部品の底面が接着剤によって接着され、基板の上側主面と光学部品の凹部とで中空部が形成され、基板の上側主面と下側主面との間を貫通して、基板に、中空部に繋がる１つまたは複数の貫通孔が形成されたものとした。

光学部品の凹部の内天面に、レンズを形成することができる。レンズは、たとえば、レンズアレイとすることができる。

中空部の内部の、基板の上側主面に、受発光素子、発光素子、受光素子の少なくとも１種を実装することができる。受発光素子は受発光素子アレイとし、発光素子は発光素子アレイとし、受光素子は受光素子アレイとすることができる。

光学部品は、たとえば、レセプタクルである。

レセプタクルを覆うように、基板の上側主面に、金属キャップを取付けることができる。また、基板と金属キャップとで、プラグを挿入するためのプラグ挿入口を形成することができる。

本発明の光モジュールは、基板の上側主面と下側主面との間を貫通して貫通孔が形成されているため、製造工程や、完成した後に、熱が加わって、中空部の内部の空気が膨張しても、貫通孔から外部に排気することができるため、基板と光学部品との接着剤による接着部分が破断してしまうことがない。

なお、基板の上側主面と下側主面との間ではなく、光学部品の凹部と外部との間を貫通して貫通孔を形成する方法も検討されるが、この方法によれば、光モジュールを製造する工程において、水を使った加工ができなくなるという不都合がある。すなわち、光モジュールは、多数の製品を一括して製造するために、マザー基板を用意し、マザー基板に多数の光学部品を接着剤によって接着した後に、マザー基板を、ダイサーなどを使って個々の光モジュール（基板）に分割する場合が多い。そして、マザー基板を個々の光モジュールに分割する工程は、通常、カット屑を洗い流すために、切削水をかけながら行う。しかしながら、光学部品の凹部と外部との間を貫通して貫通孔を形成した場合には、この工程において、貫通孔から中空部の内部に、切削水やカット屑が入り込んでしまうという虞があり好ましくない。

本発明の光モジュールは、マザー基板を、ダイサーなどを使って個々の光モジュールに分割するに先立ち、基板の下側主面に保護テープを貼り、基板に形成された貫通孔を塞ぐことができるため、この工程において、貫通孔から中空部の内部に、切削水やカット屑が入り込んでしまうことがない。

実施形態にかかる光モジュール１００を示す斜視図である。 光モジュール１００の分解斜視図である。 図３（Ａ）は、光モジュール１００に使用したレセプタクル２を天面側から見た斜視図である。図３（Ａ）は、レセプタクル２を底面側から見た斜視図である。 図４（Ａ）は、光モジュール１００と接続して使用されるプラグ５０の斜視図である。図４（Ｂ）は、プラグ５０の分解斜視図である。 プラグ５０の正面図である。 図６（Ａ）は、光モジュール１００のプラグ挿入口８にプラグ５０を挿入する前の状態を示す斜視図である。図６（Ｂ）は、光モジュール１００のプラグ挿入口８にプラグ５０を挿入した後の状態を示す斜視図である。 特許文献１に開示された光モジュール５００を示す断面図である。

以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。

なお、実施形態は、本発明の実施の形態を例示的に示したものであり、本発明が実施形態の内容に限定されることはない。また、図面は、実施形態の理解を助けるためのものであり、必ずしも厳密に描画されていない場合がある。たとえば、描画された構成要素ないし構成要素間の寸法の比率が、明細書に記載されたそれらの寸法の比率と一致していない場合がある。また、明細書に記載されている構成要素が、図面において省略されている場合や、個数を省略して描画されている場合などがある。

図１、図２に、実施形態にかかる光モジュール１００を示す。ただし、図１は、光モジュール１００の斜視図である。図２は、光モジュール１００の分解斜視図である。

光モジュール１００は、基板１と、光学部品であるレセプタクル２と、金属キャップ３とを備えている。

基板１は、上側主面と下側主面とを有している。基板１は、たとえば、セラミックや樹脂によって作製されている。

基板１の上側主面に、４つの受発光面を有する受発光素子アレイ４と、電子部品５、６とが実装されている。電子部品５は、集積回路素子である。電子部品６は、キャパシタ、インダクタ、抵抗などの受動部品である。電子部品５、６によって、受発光素子アレイ４を駆動するための駆動回路が構成されている。

基板１の上側主面と下側主面との間を貫通して、１つの貫通孔７が形成されている。

光学部品であるレセプタクル２の詳細を、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す。ただし、図３（Ａ）は、天面側から見たレセプタクル２の斜視図である。図３（Ｂ）は、底面側から見たレセプタクル２の斜視図である。

レセプタクル２は、透明な樹脂によって作製されている。具体的には、レセプタクル２は、たとえば、透光性を有するエポキシ系樹脂などによって作製されている。

レセプタクル２は、入出光面２１を備えている。

レセプタクル２の天面に、窪み２２が形成されている。そして、窪み２２内に、全反射面２３が形成されている。全反射面２３は、窪み２２の、入出光面２１と反対の側に形成されている。全反射面２３は、水平面に対して、４５°の傾きをもって形成されている。

レセプタクル２の天面に、１対の突起２４が形成されている。

レセプタクル２の底面に、凹部２５が形成されている。凹部２５の周囲には、環状の壁部２６が形成されている。

レセプタクル２の凹部２５の内天面に、４つの凸状のレンズ２７ａを有するレンズアレイ２７が形成されている。レンズアレイ２７は、全反射面２３の直下に形成されている。

レセプタクル２の壁部２６が、接着剤（図示せず）によって、基板１の上側主面に接着されている。図２において、基板１の上側主面に破線で示した領域Ｅが、レセプタクル２の壁部２６が接着される領域である。

基板１にレセプタクル２を接着した状態において、受発光素子アレイ４の直上に、レセプタクル２のレンズアレイ２７が配置されている。

金属キャップ３は、１枚の金属板が、折り曲げ加工などされて作製されたものである。金属板には、たとえば、ＳＵＳ（ステンレス鋼；stainless steel）などが使用される。

金属キャップ３に、１対の挿入ガイド３１が形成されている。

金属キャップ３の天面に、舌片３２が形成されている。舌片３２は、弾性をもって下側に折り曲げられている。

また、金属キャップ３の天面に、レセプタクル２の突起２４を挿通し、レセプタクル２と位置合わせをするための、１対の貫通孔３３が形成されている。

レセプタクル２を覆うように、金属キャップ３が、基板１の上側主面に取付けられている。より具体的には、貫通孔３３に、レセプタクル２の突起２４をそれぞれ挿通したうえで、金属キャップ３が、接着剤などによって、基板１の上側主面に取付けられている。なお、基板１の上側主面に予め金属パッドを形成しておき、接着剤に代えて、はんだによって、金属キャップ３を基板１の上側主面に取付けるようにしても良い。

光モジュール１００は、基板１の上側主面と、金属キャップ３の１対の挿入ガイド３１と、金属キャップ３の天面とで、プラグ挿入口８が構成されている。

以上の構造からなる光モジュール１００は、プラグ挿入口８に、たとえば、図４（Ａ）、（Ｂ）、図５に示すようなプラグ５０を挿入して使用する。ただし、図４（Ａ）は、プラグ５０の斜視図である。図４（Ｂ）は、プラグ５０の分解斜視図であり、第１凹部５１、第２凹部５２に充填された樹脂５６を省略し、かつ、光ファイバー５５を取り外した状態で示したものである。図５は、プラグ５０の正面図である。

プラグ５０は、透明な樹脂によって作製されている。具体的には、プラグ５０は、たとえば、透光性を有するポリエーテルイミド樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂などによって作製されている。

プラグ５０の天面に、第１凹部５１と第２凹部５２とが形成されている。第１凹部５１は、一面が開放されて３つの壁面で構成されている。第２凹部５２は、４つの壁面で構成されている。第１凹部５１と第２凹部５２との間に、４つの貫通孔５３が形成されている。

プラグ５０の正面に、図５に示すように、４つの凸状のレンズ５４ａからなるレンズアレイ５４が形成されている。

プラグ５０に、４本の光ファイバー５５が取付けられている。各光ファイバー５５は、芯線５５ａと被覆材５５ｂとからなる。各光ファイバー５５は、先端部分において被覆材５５ｂが除去され、芯線５５ａが露出している。露出した芯線５５ａが、第１凹部５１側から、第２凹部５２側に向かって、貫通孔５３に挿通されている。第２凹部５２の内部において、各光ファイバー５５の芯線５５ａが、レンズアレイ５４のいずれかの凸状のレンズ５４ａの真後ろに配置されている。

４本の光ファイバー５５を取付けた、プラグ５０の第１凹部５１および第２凹部５２に、それぞれ、透光性を有する樹脂５６が充填されている。具体的には、透光性の樹脂５６は、たとえば、透明なアクリル系樹脂などである。

以上の構造からなるプラグ５０が、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光モジュール１００のプラグ挿入口８に挿入される。ただし、図６（Ａ）はプラグ挿入口８にプラグ５０を挿入する前の状態を示した斜視図であり、図６（Ｂ）はプラグ挿入口８にプラグ５０を挿入した後の状態を示した斜視図である。

光モジュール１００のプラグ挿入口８にプラグ５０を挿入すると、金属キャップ３の舌片３２によって、プラグ５０が基板１側に押圧され、プラグ５０が
プラグ挿入口８の内部に安定して固定される。なお、プラグ５０を光モジュール１００から取外す場合は、金属キャップ３の挿入ガイド３１を両側に開けた状態で、プラグ５０をプラグ挿入口８から引き抜けば良い。

次に、光モジュール１００の動作について説明する。

光ファイバー５５の芯線５５ａから放射された光信号が、プラグ５０のレンズアレイ５４のレンズ５４ａに入射する。レンズ５４ａに入射した光信号は、コリメートされ、平行光に近づけられたうえで、レセプタクル２の入出光面２１に入射する。入出光面２１に入射した光信号が、レセプタクル２の全反射面２３によって、下方向に屈折されたうえで、レセプタクル２のレンズアレイ２７のレンズ２７ａに入射する。レンズ２７ａに入射した光信号が、集光されたうえで、基板１の上側主面に実装された受発光素子アレイ４の受発光面に入射する。受発光素子アレイ４の受発光面に入射した光信号が、電気信号に変換されたうえで、光モジュール１００の外部に出力される。

また、逆に、外部から光モジュール１００に入力された電気信号が、受発光素子アレイ４において光信号に変換される。そして、受発光素子アレイ４において電気信号から変換された光信号が、受発光素子アレイ４の受発光面から放射され、上述した経路を逆にたどり、光ファイバー５５の芯線５５ａに伝送される。すなわち、受発光素子アレイ４の受発光面から放射された光信号は、レセプタクル２のレンズアレイ２７のレンズ２７ａ、レセプタクル２の全反射面２３、レセプタクル２の入出光面２１、プラグ５０のレンズアレイ５４のレンズ５４ａを順に経由して、光ファイバー５５の芯線５５ａに伝送される。

以上のように、光モジュール１００は、光ファイバー５５の芯線５５ａから放射された光信号を、電気信号に変換して外部に出力する。また、光モジュール１００は、外部から入力された電気信号を、光信号に変換して光ファイバー５５の芯線５５ａに伝送する。

光モジュール１００は、基板１に貫通孔７が形成されているため、製造工程や、完成した後に、熱が加わって、中空部の内部の空気が膨張しても、貫通孔７から外部に排気することができるため、基板１とレセプタクル２との接着剤による接着部分が破断してしまうことがない。

また、光モジュール１００は、製造工程において、基板１の下側主面に保護テープなどを貼って貫通孔７を塞ぐことができるため、水などの液体を使いながら加工することが可能である。たとえば、多数の製品を一括して製造するために、マザー基板を用意し、マザー基板に多数の光学部品を接着剤によって接着した後に、マザー基板を、ダイサーなどを使って個々の光モジュール１００に分割する場合があるが、この分割工程を、カット屑を洗い流すために、切削水をかけながら行うことができる。この場合には、基板１と、レセプタクル（光学部品）２の凹部２５とで構成される中空部の内部に、切削水やカット屑が入り込んでしまうことがない。

以上、実施形態にかかる光モジュール１００について説明した。しかしながら、本発明が上述した内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変更をなすことができる。

たとえば、光モジュール１００では、基板１に１つの貫通孔７を形成したが、１つではなく複数の貫通孔７を形成しても良い。

また、光モジュール１００では、レンズアレイ５４のレンズ５４ａの数を４つとしたが、レンズ５４ａの数は任意であり、４つより多くても良く、４つより少なくても良い。なお、この場合には、レンズ５４ａの数に合わせて、受発光素子アレイ４の受発光面の数や、プラグ５０のレンズアレイ５４のレンズ５４ａの数や、プラグ５０の貫通孔５３の数や、光ファイバー５５の数などを増減する必要がある。

また、光モジュール１００では、基板１に１つの受発光素子アレイ４を実装したが、受発光素子アレイ４に代えて、または、受発光素子アレイ４に加えて、発光素子アレイ、受光素子アレイ、発光素子、受光素子などを実装しても良い。

また、光モジュール１００では、基板１の上側主面に光学部品とてレセプタクル２を接着したが、光学部品の種類は任意であり、レセプタクル以外のものであっても良い。

１・・・基板
２・・・レセプタクル
２１・・・入出光面
２２・・・窪み
２３・・・全反射面
２４・・・突起
２５・・・凹部
２６・・・壁部
２７・・・レンズアレイ
２７ａ・・・凸状のレンズ
３・・・金属キャップ
３１・・・挿入ガイド
３２・・・舌片
３３・・・貫通孔
４・・・受発光素子アレイ
５・・・電子部品（集積回路素子）
６・・・電子部品（受動部品）
７・・・貫通孔
８・・・プラグ挿入口
５０・・・プラグ
５１・・・第１凹部
５２・・・第２凹部
５３・・・貫通孔
５４・・・レンズアレイ
５４ａ・・・凸状のレンズ
５５・・・光ファイバー
５５ａ・・・芯線
５５ｂ・・・被覆材

Claims (8)

1. 上側主面および下側主面を有する基板と、
   底面に開口を有する凹部が形成された光学部品と、を備え、
   前記基板の前記上側主面に、前記光学部品の前記底面が接着剤によって接着され、前記基板の前記上側主面と前記光学部品の前記凹部とで中空部が形成された光モジュールであって、
   前記基板の上側主面と下側主面との間を貫通して、前記基板に、前記中空部に繋がる１つまたは複数の貫通孔が形成された光モジュール。
2. 前記光学部品の前記凹部の内天面に、レンズが形成された、請求項１に記載された光モジュール。
3. 前記レンズがレンズアレイである、請求項２に記載された光モジュール。
4. 前記中空部の内部の、前記基板の前記上側主面に、受発光素子、発光素子、受光素子の少なくとも１種が実装された、請求項１ないし３のいずれか１項に記載された光モジュール。
5. 前記受発光素子が受発光素子アレイであり、前記発光素子が発光素子アレイであり、前記受光素子が受光素子アレイである、請求項４に記載された光モジュール。
6. 前記光学部品がレセプタクルである、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された光モジュール。
7. 前記レセプタクルを覆うように、前記基板の前記上側主面に、金属キャップが取付けられた、請求項６に記載された光モジュール。
8. 前記基板と前記金属キャップとで、プラグを挿入するためのプラグ挿入口が形成された、請求項７に記載された光モジュール。
   
   

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