JP2020008813A

JP2020008813A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2020008813A
Application number: JP2018132555A
Authority: JP
Inventors: 健洋森; Takehiro Mori
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2020-01-16
Also published as: US20200018911A1

Abstract

【課題】フレキシブル基板とレンズシートとの間等において、位置ずれが生じることを防ぐことができ、高い歩留まりで製造することができる光モジュールを提供する。【解決手段】一方の面にレンズ１３１が設けられたレンズシート１３０と、一方の面に発光素子５０または受光素子６０が設けられた基板１４０と、レンズシート１３０と基板１４０とを張り合わせる接着膜１８０と、を有し、レンズシート１３０の一方の面１３０ａには、複数の突起１３２が設けられており、基板１４０には、突起１３２が入り込む貫通穴１４２が設けられていることを特徴とする光モジュールを提供することにより上記課題を解決する。【選択図】図１２

Description

本発明は、光モジュールに関する。

光通信の通信インタフェース規格であるＱＳＦＰ（Quad Small Form-factor Pluggable）で用いられるＱＳＦＰ光モジュールには、発光素子や受光素子が光導波路に実装された光モジュールが内蔵されている。光モジュールは、発光素子及び受光素子が搭載されたフレキシブル基板、レンズを有するレンズシート、光導波路が、粘着シートにより張り合わせられた後、紫外線硬化樹脂や接着剤を部材間の隙間に浸透させて粘着シートの周囲を固定するように接着することにより作製される。

特開２０１７−１２５９５６号公報特開２０１４−１０２３９９号公報

ところで、ＱＳＦＰ光モジュール等の筐体内に光モジュールを取り付ける際、光導波路が引っ張られたり、フレキシブル基板に力が加わったりして、レンズシートのレンズとフレキシブル基板に搭載されている発光素子及び受光素子との間で位置ずれが生じる場合がある。このように、レンズと発光素子及び受光素子との間で位置ずれが生じると、光損失が生じ、光モジュールの特性の低下を招いてしまう。

このため、光モジュールを取り付ける際に、フレキシブル基板とレンズシートとの間において、位置ずれが生じることのない光モジュールが求められている。

本実施の形態の一観点によれば、一方の面にレンズが設けられたレンズシートと、一方の面に発光素子または受光素子が設けられた基板と、前記レンズシートと前記基板とを張り合わせる接着膜と、を有し、前記レンズシートの一方の面には、複数の突起が設けられており、前記基板には、前記突起が入り込む貫通穴が設けられていることを特徴とする。

開示の光モジュールによれば、光モジュールを取り付ける際に、フレキシブル基板とレンズシートとの間において、位置ずれが生じることを防ぐことができる。

光モジュールの分解斜視図光モジュールの製造工程の説明図（１）光モジュールの製造工程の説明図（２）光モジュールの製造工程の説明図（３）光モジュールの製造工程の説明図（４）光モジュールの製造工程の説明図（５）光モジュールの製造工程の説明図（６）他の光モジュールの説明図（１）他の光モジュールの説明図（２）他の光モジュールの説明図（３）他の光モジュールの説明図（４）第１の実施の形態の光モジュールの分解斜視図第１の実施の形態のレンズシートの説明図第１の実施の形態のフレキシブル基板の説明図第１の実施の形態の光モジュールの製造工程の説明図（１）第１の実施の形態の光モジュールの製造工程の説明図（２）第１の実施の形態の光モジュールの製造工程の説明図（３）第１の実施の形態の光モジュールの製造工程の説明図（４）第１の実施の形態の光モジュールの製造工程の説明図（５）第１の実施の形態の光モジュールの製造工程の説明図（６）第１の実施の形態の光モジュールの変形例１の説明図第１の実施の形態の光モジュールの変形例２の説明図第２の実施の形態の光モジュールの上面図第２の実施の形態の光モジュールの断面図

本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施の形態〕
光モジュールについて図１に基づき説明する。図１は光モジュールの分解斜視図である。図１に示す光モジュールは、シート状の光導波路２０の上に、レンズシート３０、フレキシブル基板４０が積層される。

光導波路２０の一方の端部にはレンズ付きフェルール９０が接続されている。レンズシート３０の表面３０ａには複数のレンズ３１が形成されており、光導波路２０の表面２０ａとレンズシート３０とは粘着シート７０により張り合わせられている。

フレキシブル基板４０の表面４０ａには、発光素子５０、受光素子６０、ドライバ５５、ＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）６５が不図示のバンプを介して実装されている。

フレキシブル基板４０には、発光素子５０が出射する光及び受光素子６０に入射する光の経路に貫通穴が設けられており、フレキシブル基板４０とレンズシート３０とが粘着シート８０により張り合わせられている。粘着シート８０にも、光路となる部分に貫通穴８１が設けられている。本願においては、粘着シート８０は、接着膜と記載する場合がある。

次に、光モジュールの製造工程について図２から図７に基づき説明する。尚、便宜上、図２から図７は、実際のものとは縦横等の寸法が異なる場合があり、また、便宜上、レンズシート３０のレンズ３１の位置等は、図１に示すものとは異なっている。

光モジュールを製造する際には、最初に、図２に示されるように、光導波路２０の表面２０ａの所定の位置に粘着シート７０を張り付ける。図２（ａ）は、この状態の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）における一点鎖線２Ａ−２Ｂにおいて切断した断面図である。光導波路２０は、光が伝播するコア２１の周囲がクラッド２２により覆われており、光導波路２０の裏面側よりコア２１の一部を除去することにより、界面において光が反射するミラー２３が形成されている。粘着シート７０は、光導波路２０に形成されているミラー２３の位置を避けて張り付けられる。これは、光導波路２０に粘着シート７０を張り付ける際に光導波路２０と粘着シート７０との間において気泡が生じる場合があり、このように生じた気泡が光路上に存在していると、光を散乱等するため、光損失の要因となるからである。

次に、図３に示すように、粘着シート７０の上にレンズシート３０を張り付ける。図３（ａ）は、この状態の上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）における一点鎖線３Ａ−３Ｂにおいて切断した断面図である。レンズシート３０には、光導波路２０におけるミラー２３に対応するレンズ３１が形成されており、レンズシート３０のレンズ３１と光導波路２０のミラー２３の位置合わせを行い、粘着シート７０の上にレンズシート３０を張り付ける。レンズシート３０を張り付ける際には、フリップチップボンダー等を用いてもよい。

次に、図４に示すように、光導波路２０とレンズシート３０とを紫外線硬化接着剤により接着する。図４（ａ）は、この状態の上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）における一点鎖線４Ａ−４Ｂにおいて切断した断面図である。具体的には、光導波路２０とレンズシート３０との間に紫外線硬化接着剤７３を供給し、レンズシート３０の表面３０ａ側より紫外線を照射することにより、紫外線硬化接着剤７３を硬化させ、光導波路２０とレンズシート３０とを接着する。紫外線硬化接着剤７３は、レンズシート３０のレンズ３１が形成されている領域と光導波路２０のミラー２３が形成されている領域との間の空間にも入り込み硬化するため、この空間は紫外線硬化接着剤７３により埋められる。紫外線硬化接着剤７３には、硬化した際にレンズシート３０を形成している材料の屈折率と略同じ屈折率となるものが用いられているため、光路において光損失が生じることはない。本願においては、紫外線硬化接着剤を紫外線硬化樹脂と記載する場合がある。

次に、図５に示すように、レンズシート３０の表面３０ａに粘着シート８０を張り付ける。図５（ａ）は、この状態の上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ａ−５Ｂにおいて切断した断面図である。粘着シート８０には貫通穴８１が設けられており、粘着シート８０の貫通穴８１に、レンズシート３０におけるレンズ３１が入るように位置合わせを行い、粘着シート８０をレンズシート３０の表面３０ａに張り付ける。

次に、図６に示すように、粘着シート８０の上にフレキシブル基板４０を張り付ける。図６（ａ）は、この状態の上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）における一点鎖線６Ａ−６Ｂにおいて切断した断面図である。尚、図６（ａ）においては、発光素子５０、受光素子６０、ドライバ５５、ＴＩＡ６５等は省略されている。フレキシブル基板４０には、発光素子５０及び受光素子６０が搭載されており、発光素子５０の発光部及び受光素子６０の受光部と、レンズシート３０のレンズ３１との位置合わせを行い、粘着シート８０の上にフレキシブル基板４０を張り付ける。フレキシブル基板４０を張り付ける際には、フリップチップボンダー等を用いてもよい。

次に、図７の断面図に示すように、レンズシート３０とフレキシブル基板４０との間を紫外線硬化接着剤により接着する。具体的には、レンズシート３０とフレキシブル基板４０との間に紫外線硬化接着剤８３を供給し、光導波路２０が設けられている側より紫外線を照射することにより、紫外線硬化接着剤８３を硬化させ、レンズシート３０とフレキシブル基板４０とを接着する。尚、紫外線硬化接着剤８３は、レンズシート３０のレンズ３１が形成されている領域とフレキシブル基板４０に搭載されている発光素子５０及び受光素子６０との間には入り込むことはない。

このようにして作製された光モジュールは、ＱＳＦＰ光モジュールの筐体内に取り付けられるが、この際、光導波路２０が引っ張られる場合がある。具体的には、光導波路２０は、Ｘ１−Ｘ２方向に長く延びており、レンズシート３０やフレキシブル基板４０が取り付けられている側とは反対側の端部には、レンズ付きフェルール９０が接続されており、レンズ付きフェルール９０を接続する際等に、光導波路２０がＸ１方向に引っ張られる場合がある。

図７に示されるように、レンズシート３０とフレキシブル基板４０との間は、粘着シート８０により張り付けられている領域が広く、光導波路２０がＸ１方向に引っ張られると、粘着シート８０が変形し、発光素子５０に対しレンズシート３０がＸ１方向にずれる。このように、レンズシート３０のレンズ３１の中心と、発光素子５０の発光部５１との間で位置ずれが生じると、発光素子５０の発光部５１より出射された光のうち、レンズシート３０のレンズ３１を介し、光導波路２０のミラー２３に入射する成分が減少し、光損失が増加する。

同様に、図示はしないが、受光素子６０が設けられている部分においても、レンズシート３０のレンズ３１の中心と、受光素子６０の受光部との間で位置ずれが生じると、光導波路２０のミラー２３により反射された光のうち、レンズシート３０のレンズ３１を介し、受光素子６０の受光部に入射する成分が減少し、光損失が増加する。

このような光モジュールにおける光損失が増加することを防ぐ方法として、図８及び図９に示されるように、光導波路２０の一部と粘着シート７０及び８０を小さくする方法が考えられる。図８は、この光モジュールの上面図であり、図９は、図８の一点鎖線８Ａ−８Ｂにおいて切断した断面図である。この方法では、光導波路２０の一部と粘着シート７０及び８０を小さくすることにより、図９に示されるように、レンズシート３０とフレキシブル基板４０との間において、紫外線硬化接着剤８３により接着される領域を増やすことができる。紫外線硬化接着剤８３は硬化すると容易には変形しにくいため、レンズシート３０とフレキシブル基板４０との間における位置ずれを抑制することができる。しかしながら、この方法では、光導波路２０とレンズシート３０との接着される領域が狭くなるため、光導波路２０とレンズシート３０との間で位置ずれが生じやすく、また、光導波路２０の一部や粘着シート７０及び８０が小さいと製造しにくいため、製造に時間を要し、歩留まり低下の要因にもなる。

また、別の方法としては、図１０及び図１１に示されるように、レンズシート３０とフレキシブル基板４０とを熱硬化型接着シート９８０により張り付ける方法が考えられる。図１０は、このような光モジュールの上面図であり、図１１は、図１０の一点鎖線１０Ａ−１０Ｂにおいて切断した断面図である。この方法では、レンズシート３０とフレキシブル基板４０とを熱硬化型接着シート９８０により接着するため、レンズシート３０とフレキシブル基板４０との間における位置ずれを抑制することができる。しかしながら、熱硬化型接着シート９８０による接着では、接着の際に、加熱及び加圧をする必要があり、また、熱硬化型接着シート９８０を硬化させる際には、１００℃以上に加熱する必要があり、樹脂材料により形成されている光導波路２０やレンズシート３０に物理的なダメージを与える可能性がある。また。加熱及び加圧した状態を所定の時間保つ必要があるため、製造に時間を要し、スループットが低下し、コストアップの要因となる。

本願の発明者は、以上の検討の結果、以下に説明する本発明に想到するに至った。

（光モジュール）
次に、第１の実施の形態の光モジュールについて説明する。図１２は本実施の形態の光モジュールの分解斜視図である。本実施の形態の光モジュールは、シート状の光導波路２０の上に、レンズシート１３０、フレキシブル基板１４０が積層される。

光導波路２０の一方の端部にはレンズ付きフェルール９０が接続されている。レンズシート１３０の表面１３０ａには複数のレンズ１３１が形成されており、光導波路２０の表面２０ａとレンズシート１３０とは粘着シート７０により張り合わせられている。

フレキシブル基板１４０の表面１４０ａには、発光素子５０、受光素子６０、ドライバ５５、ＴＩＡ６５が不図示のバンプを介して実装されている。フレキシブル基板１４０には、発光素子５０が出射する光及び受光素子６０に入射する光の経路に不図示の貫通穴が設けられており、粘着シート１８０によりレンズシート１３０と張り合わせられている。粘着シート１８０にも、光路となる部分に貫通穴１８１が設けられている。

本実施の形態の光モジュールでは、図１３に示すように、レンズシート１３０には、表面１３０ａにおけるレンズ１３１の周囲の４隅に突起１３２が設けられている。図１４に示すように、フレキシブル基板１４０には、レンズシート１３０の４つの突起１３２に対応する位置に４つの貫通穴１４２が形成されている。また、粘着シート１８０にも、４つの突起１３２に対応する位置に４つの貫通穴１８２が形成されている。レンズシート１３０に設けられる突起１３２は複数であり、この突起１３２に対応して設けられているフレキシブル基板１４０の貫通穴１４２や粘着シート１８０の貫通穴１８２も各々複数である。

（光モジュールの製造工程）
次に、本実施の形態の光モジュールの製造工程について、図１５から図２０に基づき説明する。尚、便宜上、図１５から図２０に示すレンズシート１３０におけるレンズ１３１及び突起１３２、フレキシブル基板１４０における貫通穴１４２等の位置は、図１２から図１４に示すものとは異なっている。

本実施の形態の光モジュールを製造する際には、最初に、図１５に示されるように、光導波路２０の表面２０ａの所定の位置に粘着シート７０を張り付ける。図１５（ａ）は、この状態の上面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）における一点鎖線１５Ａ−１５Ｂにおいて切断した断面図である。

次に、図１６に示すように、粘着シート７０の上にレンズシート１３０を張り付ける。図１６（ａ）は、この状態の上面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）における一点鎖線１６Ａ−１６Ｂにおいて切断した断面図である。レンズシート１３０には、光導波路２０に設けられたミラー２３に対応するレンズ１３１が形成されており、レンズ１３１とミラー２３の位置合わせを行い、粘着シート７０の上にレンズシート１３０を張り付ける。レンズシート１３０を張り付ける際には、フリップチップボンダー等を用いてもよい。レンズシート１３０に形成されているレンズ１３１は、直径が約１００μｍであり、高さが約３０μｍの大きさのものである。突起１３２は、直径が約１００μｍであり、高さが約１００μｍ〜１５０μｍの大きさのものである。本実施の形態においては、突起１３２の高さは、レンズ１３１の高さよりも高く形成されている。

次に、図１７に示すように、光導波路２０とレンズシート１３０との間を紫外線硬化接着剤により接着する。図１７（ａ）は、この状態の上面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）における一点鎖線１７Ａ−１７Ｂにおいて切断した断面図である。具体的には、光導波路２０とレンズシート１３０との間に紫外線硬化接着剤７３を供給し、レンズシート１３０の表面１３０ａ側より紫外線を照射することにより紫外線硬化接着剤７３を硬化させ、光導波路２０とレンズシート１３０とを接着する。

次に、図１８に示すように、レンズシート３０の表面３０ａに粘着シート１８０を張り付ける。図１８（ａ）は、この状態の上面図であり、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）における一点鎖線１８Ａ−１８Ｂにおいて切断した断面図である。粘着シート１８０には貫通穴１８１及び１８２が設けられている。貫通穴１８１にレンズシート１３０におけるレンズ１３１が入り、レンズシート１３０の突起１３２が貫通穴１８２に入るように位置合わせを行い、粘着シート１８０をレンズシート１３０の表面１３０ａに張り付ける。

次に、図１９に示すように、粘着シート１８０の上にフレキシブル基板１４０を張り付ける。図１９（ａ）は、この状態の上面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）における一点鎖線１９Ａ−１９Ｂにおいて切断した断面図である。尚、図１９（ａ）においては、発光素子５０、受光素子６０、ドライバ５５、ＴＩＡ６５等は省略されている。フレキシブル基板１４０には搭載された発光素子５０の発光部及び受光素子６０の受光部と、レンズシート１３０のレンズ１３１との位置合わせを行い、フレキシブル基板１４０の貫通穴１４２に突起１３２が入るように、粘着シート１８０の上にフレキシブル基板１４０を張り付ける。突起１３２の高さは、フレキシブル基板１４０の表面１４０ａよりも低くなるように形成されていることが好ましい。フレキシブル基板１４０の貫通穴１４２の直径は、約２００μｍである。フレキシブル基板１４０を張り付ける際には、フリップチップボンダー等を用いてもよい。

次に、図２０に示すように、レンズシート１３０とフレキシブル基板１４０とを紫外線硬化接着剤により接着するとともに、フレキシブル基板１４０の貫通穴１４２に紫外線硬化接着剤を滴下し硬化させる。図２０（ａ）は、この状態の上面図であり、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）における一点鎖線２０Ａ−２０Ｂにおいて切断した断面図である。具体的には、レンズシート１３０とフレキシブル基板１４０との間に紫外線硬化接着剤１８４を供給し、更に貫通穴１４２に紫外線硬化接着剤１８３を滴下する。そして、光導波路２０が設けられている側より紫外線を照射することにより、紫外線硬化接着剤を硬化させ、レンズシート３０とフレキシブル基板４０とを接着する。この際、貫通穴１４２に滴下された紫外線硬化接着剤１８３は、貫通穴１４２に入り込んでいる突起１３２と貫通穴１４２との間の隙間を埋めた状態で硬化する。

従って、本実施の形態においては、フレキシブル基板１４０に対してレンズシート１３０が動くことを防ぐことができるため、位置ずれを防ぎ、光モジュールを高い歩留まりで製造することが可能となる。尚、本実施の形態においては、紫外線硬化接着剤１８３の代わりに、常温で硬化する常温硬化樹脂を用いてもよい。

（変形例）
次に、本実施の形態の光モジュールの変形例について説明する。本実施の形態の光モジュールは、図２１に示すように、レンズシート１３０に形成される突起１３２ａの断面形状が矩形となるものであってもよい。また、図２２に示されるように、レンズシート１３０に形成される複数の突起１３２ｂが一つの貫通穴１４２に入る構造のものであってもよい。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態の光モジュールについて説明する。本実施の形態の光モジュールは、図２３及び図２４に示されるように、レンズシート２３０の表面２３０ａには第１の突起２３２が設けられており、裏面２３０ｂには第２の突起２３３が設けられている構造のものである。光導波路２２０には第２の突起２３３に対応する貫通穴２２２が形成されており、粘着シート２７０にも対応する貫通穴が同様に形成されている。尚、第１の実施の形態と同様に、フレキシブル基板１４０には第１の突起２３２に対応する貫通穴１４２が形成されており、粘着シート１８０にも対応する貫通穴が形成されている。

本実施の形態においては、レンズシート２３０の面２３０ａに形成された第１の突起２３２は、フレキシブル基板１４０の貫通穴１４２に入り込み、硬化した紫外線硬化接着剤２８３により固められている。同様に、レンズシート２３０の面２３０ｂに形成された第２の突起２３３は、光導波路２２０の貫通穴２２２に入り込み、硬化した紫外線硬化接着剤２８４により固められている。

本実施の形態の光モジュールは、レンズシート２３０とフレキシブル基板１４０との位置ずれを防ぐだけではなく、レンズシート２３０と光導波路２２０との位置ずれを防ぐことができる。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。

２０光導波路
５０発光素子
６０受光素子
７０粘着シート
１３０レンズシート
１３１レンズ
１３２突起
１４０フレキシブル基板
１４２貫通穴
１８０粘着シート
１８１貫通穴
１８２貫通穴
１８３接着剤

Claims

一方の面にレンズが設けられたレンズシートと、
一方の面に発光素子または受光素子が設けられた基板と、
前記レンズシートと前記基板とを張り合わせる接着膜と、
を有し、
前記レンズシートの一方の面には、複数の突起が設けられており、
前記基板には、前記突起が入り込む貫通穴が設けられていることを特徴とする光モジュール。
前記レンズシートの突起は、前記基板の貫通穴に入った状態で、樹脂材料により固められていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
光導波路と、
前記レンズシートの他方の面と前記光導波路とを張り合わせる第２の接着膜と、
を有し、
前記レンズシートの他方の面には、第２の突起が設けられており、
前記光導波路には前記第２の突起が入る貫通穴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。
前記レンズシートの第２の突起は、前記光導波路の貫通穴に入った状態で、樹脂材料により固められていることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。