JP3870915B2 - 光通信モジュール、光通信装置、及びその製造方法 - Google Patents
光通信モジュール、光通信装置、及びその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信機、光受信機、及び光トランシーバ等の光通信モジュール及びその製造方法に関し、特に、製品の信頼性が高く、小型で安価な光通信モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいては、電気信号を光信号に変換する発光素子と光信号を電気信号に変換する受光素子相互間を光ファイバで接続する構成が基本となる。このような発光素子や受光素子などの光素子と光ファイバを着脱あるいは挿脱可能とするために光素子と光ファィバとを光学的に接続するための光通信モジュール（コネクタ）が利用されている。
【０００３】
従来の光送信モジュールの多くは、発光素子が缶パッケージにパッケージングされている。缶パッケージは、金属端子（ピン）を介して発光素子を駆動する入力信号を送信する外部回路に接続されると共にプリント基板に固定されている。また、発光素子と光ファイバは、例えばボールレンズを介して光結合され、発光素子から出射した光は、ボールレンズを介してモジュールのスリーブ部により位置決めされた光ファイバに入射するといった方式をとる。
【０００４】
しかし、この従来の方式では、缶パッケージを使用し、外部回路と金属ピンを介して接続しているため、小型化に限界があった。また、部品点数が多く、製造工程が多い上に、各部品のアラインメント調整に時間がかかるため、製造コストが高くなる傾向にあった。
【０００５】
このような課題を解決するために、種々の方法が検討されている。
【０００６】
例えば、特許文献１（特開２０００−３４９３０７号公報）には、光ファイバを挿入する貫通穴を有し、光素子又は外部回路との電気的接続を容易にするための導電層が形成されたプラットフォームと光素子を備えた光通信モジュールが開示されている。このプラットフォームによれば、缶パッケージを用いず、また、貫通穴により位置決めがなされるので、小型化が可能となる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３４９３０７号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の光通信モジュールでは、光ファイバを挿入する貫通穴上に光素子を搭載するためには、貫通穴の周囲に光素子を接続固定するためのバンプを形成する必要がある。したがって、光素子が大型化し、製造コストが高くなる。また、光ファイバの先端には、通常、ファイバを保持し、アラインメントを取るためのフェルールが接続される。したがって、フェルールの径に合わせて貫通穴の穴径も広がるため、穴径が光素子よりも大きくなり、光素子の搭載が不可能となる場合があった。
【０００８】
このような光通信モジュールは、消耗品であるため、より一層の低コスト化が望まれる。
【０００９】
また、この光通信モジュールの構成では、インピーダンス整合された伝送路を組むことが困難であるため、高周波域での駆動に限界があり、高速駆動に対応した光通信モジュールの開発が望まれる。
【００１０】
よって、本発明は、製品の信頼性が高く、小型で安価な光通信モジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、さらに光通信の高速化に対応し得る光通信モジュールを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、信頼性の高い光通信モジュールを簡易に大量に製造し得る製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光通信モジュールは、光ファイバを挿脱可能な貫通孔を有する基板と、上記基板の片面に配置され、上記貫通孔を覆う透光性樹脂膜と、上記透光性樹脂膜上にパターニングされた導電体膜と、上記導電体膜に接続され、上記貫通孔を通して光の送信又は受信をし得るよう、上記貫通孔を基準に位置決めされ、上記貫通孔上に設置される光素子と、を含むことを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、基板の貫通孔上に、透光性樹脂膜を有するので、貫通孔の孔径よりも小さい光素子を搭載することが可能となり、安価な光通信モジュールを提供し得る。また、透光性樹脂膜により光素子と貫通孔に挿入する光ファイバが隔離されるので、光ファイバ挿入側からの外気及び湿気等の影響を防止することが可能となる。また、貫通孔を基準に光素子が位置決めされて搭載されているので、従来の缶パッケージを用いた場合に比べて、光ファイバを貫通孔に挿入した際に、位置精度の高い光通信モジュールを提供することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の光通信モジュールは、必要に応じて光素子が封止材により封止されていてもよい。かかる構成により、光素子の密閉性が保たれ、信頼性の高い光通信モジュールを提供し得る。また、本発明では、透光性樹脂膜を介して、光素子が貫通孔上に設置されるので、透光性樹脂膜上で光素子を封止することが可能となり、光素子を封止した状態で、光ファイバの挿脱が可能となる。したがって、光ファイバの挿脱時においても、光素子を外気や湿気から保護することが可能となり、より信頼性の高い光通信モジュールを提供することが可能となる。
【００１６】
上記光素子と上記透光性樹脂膜との接続部が、上記貫通孔上に位置していることが好ましい。貫通孔上に透光性樹脂膜が形成されているので、貫通孔の孔径よりも小さな光素子を搭載することが可能となり、製品のコストを低減し得る。
【００１７】
上記基板と上記透光性樹脂膜の間に、さらに、導電体層が形成されていてもよい。かかる構成によれば、上記基板と透光性樹脂膜の間に導電体層を形成しているので、基板と透光性樹脂膜の間にも回路パターン等を形成することができ、設計の自由度が広がる。
【００１８】
上記基板が、導電体であってもよい。基板が導電体であると、例えば、配線をマイクロストリップラインとした場合に、基板自体を接地板として用いることが可能となるので、製造工程を簡略化することが可能となる。
【００１９】
上記透光性樹脂膜が、電気絶縁体又は誘電体であることが好ましい。かかる構成であれば、高周波域での伝送に適したマイクロストリップラインを容易に製造することが可能となる。
【００２０】
上記透光性樹脂膜の両面で、マイクロストリップラインを形成していることが好ましい。かかる構成によれば、高周波域での伝送ロスを低減することが可能となり、光素子の高速駆動に適した光通信モジュールの提供が可能となる。
【００２１】
上記透光性樹脂膜上のマイクロストリップラインを形成した部分の厚みが、該マイクロストリップラインと上記光素子とのインピーダンス整合と、上記透光性樹脂膜の光吸収による光損失とのバランスにより決定されることが好ましい。かかる構成によれば、インピーダンスの変動を低減することが可能で、しかも、光損失の少ない信頼性の高い光通信モジュールの提供が可能となる。
【００２２】
上記透光性樹脂膜がポリイミド膜であり、上記光素子が面発光レーザであることが好ましい。かかる構成によれば、ポリイミド膜を用いるので、光透過性が良好であり、また、面発光レーザを用いることで、小型化が可能となるので、光損失の少ないコンパクトな光通信モジュールの提供が可能となる。
【００２３】
本発明の光通信装置は、上記光通信モジュールと、光ファイバと、外部回路が形成された外部基板とを含む光通信装置であって、上記光通信モジュールを構成する上記基板の貫通孔に、上記光ファイバが挿入されて、上記基板に対して固定され、上記光通信モジュールを構成する上記光素子と上記光素子の駆動を制御する外部回路が電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、上記のような光通信モジュールを用いているので、安価で精度の高い光通信装置を提供することが可能となる。
【００２５】
本発明の光通信モジュールの製造方法は、一又は複数の貫通孔を有する基板に、薄膜を介して上記貫通孔上に光素子を載置する光通信モジュールの製造方法であって、上記薄膜の上記光素子が搭載される面と反対側の面を貫通孔内に設置された支持部材により支えながら光素子を載置することを特徴としている。
【００２６】
かかる構成によれば、光素子を透光性樹脂膜（薄膜）に載置する際に、裏側から透光性樹脂膜を支えているので、透光性樹脂膜の歪みや破損を防止することが可能となる。また、透光性樹脂膜上に光素子を載置することができるので、小型の光素子を搭載することが可能となる。したがって、歩留まりよく、安価な光通信モジュールを製造することが可能となる。
【００２７】
上記支持部材は、補助剤を上記貫通孔に充填し硬化させた部材、又は冶具であってもよい。支持部材として補助剤を用いた場合には、どのような形状の貫通孔とも間隙が生じないように、補助剤を充填することができるので、設計の自由度が増す。また、冶具を用いた場合には、繰り返し利用が可能であるので、製造コストを削減することが可能となる。
【００２８】
また、本発明の光通信モジュールの製造方法は、一又は複数の貫通孔を有する基板の上記貫通孔に補助剤を充填する工程と、上記基板の片面に透光性樹脂膜を形成する工程と、上記透光性樹脂膜上に導電体により配線パターンを形成する工程と、上記配線パターンに接続するように光素子を実装する工程と、上記基板から上記補助剤を除去する工程と、を含むものである。
【００２９】
かかる構成によれば、光素子を透光性樹脂膜に載置する際に、裏側から透光性樹脂膜を支えているので、透光性樹脂膜の歪みや破損を防止することが可能となる。また、透光性樹脂膜上に光素子を載置することができるので、小型の光素子を搭載することが可能となる。さらに、光通信モジュールの組立工程の殆どを、一の基板上で一括バッチ処理することが可能となる。したがって、歩留まりよく、安価な光通信モジュールを製造することが可能となる。
【００３０】
また、本発明の光通信モジュールの製造方法は、一又は複数の貫通孔を有する基板の上記貫通孔に冶具を挿入する工程と、上記基板の片面に透光性樹脂膜を形成する工程と、上記透光性樹脂膜上に導電体により配線パターンを形成する工程と、上記配線パターンに接続するように光素子を実装する工程と、上記基板から上記冶具を除去する工程と、を含むことを特徴としている。
【００３１】
貫通孔に繰り返し使える冶具を用いることで、製造コストを低減することが可能となる。
【００３２】
上記基板の片面に透光性樹脂膜を形成する工程及び前記透光性樹脂膜上に導電体により配線パターンを形成する工程に代えて、上記基板の片面に、マイクロストリップラインが形成された透光性樹脂膜を取付ける工程を含むことが好ましい。かかる構成によれば、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
【００３３】
上記貫通孔に冶具を挿入する工程において、上記冶具の挿入後に、さらに、上記冶具を上記基板に固定する工程を含むことが好ましい。冶具を基板に固定することで、冶具のずれによる透光性樹脂膜の破損等を防止することが可能となる。
【００３４】
さらに、上記冶具を除去する工程の前又は後に、上記基板を切断して小片化する工程を含んでもよい。基板を切断して、冶具を除去する場合には、基板切断時の水・油等による貫通孔の汚染を防止する工程を別途設ける必要がないので、製造工程を簡略化でき、製造コストを低減せしめることが可能となる。また、冶具を除去する工程の後に基板を切断する場合には、冶具を一度に抜くことが可能となるので、製造工程の簡略化が図れ、また、冶具の再利用が可能となり、製造コストを低減せしめることが可能となる。
【００３５】
本発明の光通信モジュールの製造方法は、一又は複数の貫通孔を有する複数の基板を、複数の凸部を有する冶具に、上記貫通孔が上記凸部に嵌るように設置する工程と、上記複数の基板間の隙間を樹脂で埋めて、各基板を固定する工程と、上記基板の冶具が装着されているのと反対側の面に透光性樹脂膜を形成する工程と、透光性樹脂膜の上に導電体により配線パターンを形成する工程と、上記配線パターンに接続するように光素子を実装する工程と、上記基板から冶具を除去する工程と、を含むことを特徴としている。
【００３６】
かかる構成によれば、複数の凸部を有する冶具の、各凸部ごとに貫通孔を有する基板を装着し、後に小片を取り外すことが可能であるので、冶具を切断する必要がなく、繰り返し用いることができるので、製造コストを低減することが可能となる。
【００３７】
上記基板の冶具が装着されているのと反対側の面に透光性樹脂膜を形成する工程及び透光性樹脂膜の上に導電体により配線パターンを形成する工程に代えて、前記基板の冶具が装着されているのと反対側の面に、マイクロストリップラインが形成された透光性樹脂膜を取付ける工程を含むことが好ましい。かかる構成によれば、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
【００３８】
上記基板と上記透光性樹脂膜の間に、導電体層を形成する工程を含んでもよい。基板と透光性樹脂膜との間に回路パターンを形成することが可能となるので、設計の自由度が増す。
【００３９】
上記基板が導電体であることが好ましい。かかる構成によれば、回路パターンをマイクロストリップラインにより形成する場合、基板自体を接地板として用いることが可能となるので、製造工程を簡略化し得る。
【００４０】
上記透光性樹脂膜が、電気絶縁体又は誘電体であることが好ましい。かかる構成であれば、高周波域での伝送に適したマイクロストリップラインを容易に製造することが可能となる。
【００４１】
上記透光性樹脂膜の厚みが、該透光性樹脂膜の両面に形成されたマイクロストリップラインと上記光素子とのインピーダンス整合と、上記透光性樹脂膜の光吸収による光損失とのバランスにより決定されることが好ましい。かかる構成によれば、インピーダンスの変動を低減することが可能で、しかも、光損失の少ない信頼性の高い光通信モジュールを製造することが可能となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１から図７を参照しながら説明する。
【００４３】
図１は、第１の実施形態に係る光通信モジュールの断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る光通信モジュールは、主に、貫通孔２を有する基板１、透光性樹脂膜６、光素子３によって構成される。
【００４４】
基板１には、光ファイバ（図示せず）が挿脱可能な貫通孔２が形成されている。貫通孔２は、光ファイバを固定し得るよう、光ファイバを挿入した際に、実質的な隙間が生じない形状であることが好ましい。なお、光ファイバにフェルール又はスリーブが接続されている場合には（図３又は図４参照）、フェルール又はスリーブを固定し得る孔径であって、挿入時に間隙が生じない形状とされることが好ましい。基板１としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅等の導電体、又は樹脂若しくはセラミックス等の非導電性材料を用いることができる。基板上に、高速駆動に対応可能なマイクロストリップラインを形成する場合、基板１に導電体を用いると、基板１をグラウンド電位として用いることができ、マイクロストリップラインの形成が容易となるので好ましい。
【００４５】
基板１上には、片面に透光性樹脂膜６が形成されている。透光性樹脂膜６は、例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂等の光を透過させる樹脂から形成することができる。光透過性が良好であり、可撓性を有し、取扱いが容易という観点からは、ポリイミド膜が好ましい。
【００４６】
透光性樹脂膜６上には、銅等の金属の導電体を用いた配線パターン７が形成されている。この配線パターン７上に、ＶＣＳＥＬ等の発光素子又はＰＤ等の受光素子といった光素子３が、発光部又は受光部４が貫通孔２に対向するように、例えばフリップチップボンディングにより接続形成されている。光素子３として、発光素子を用いる場合、ＶＣＳＥＬ等の面発光レーザを用いると、素子の小型化が可能となり、光損失の少ないコンパクトな光通信モジュールの提供が可能となるので好ましい。
【００４７】
光素子３は、透光性樹脂膜６及び配線パターン７を介して、貫通孔２上に設けられており、光素子３と配線パターン７との接続部であるバンプ５が、貫通孔２上に位置するように設置されている。光素子３は、全体が封止材８により封止されている。なお、必要に応じて、光素子３と透光性樹脂膜６との間にアンダーフィル剤（図示せず）が充填されていてもよい。
【００４８】
本実施形態においては、透光性樹脂膜６上に配線パターン７が配置されている例について記載したが、透光性樹脂膜６と基板１との間に、ステンレス、アルミニウム、銅等の金属から構成される導電体層が形成されていてもよく、この導電体層をグラウンド電位とするマイクロストリップラインが形成されていてもよい。また、基板１が導電体である場合には、基板１をグラウンド電位として、マイクロストリップラインが形成されていてもよい。マイクロストリップラインが形成されていることにより、高周波域での伝送ロスを防止することが可能となる。
【００４９】
透光性樹脂膜上にマイクロストリップラインを形成した場合、マイクロストリップラインを形成した部分の膜の厚みは、マイクロストリップラインと光素子とのインピーダンス整合と透光性樹脂膜の光吸収による光損失とのバランスにより決定される。
【００５０】
具体的には、光素子の入力インピーダンスが例えば５０Ωである場合、マイクロストリップラインの特性インピーダンスも光素子の入力インピーダンスと同様の５０Ωに揃えることが好ましい。マイクロストリップラインの特性インピーダンスＺ0（Ω）は、伝送路の線幅をＢ（ｍｍ）、線厚みをＣ（ｍｍ）、伝送路とグラウンドとの間隔をＨ（ｍｍ）、誘電体層として機能する透光性樹脂膜１０５の比誘電率εrとすると、次式により求められる。
【００５１】
Ｚ0＝（87／（εr＋1.41）1/2）×ｌｎ（5.98Ｈ／（0.8Ｂ＋Ｃ））
透光性樹脂膜６としてポリイミドを用いた場合、ポリイミドの比誘電率は３．４であり、上記式より、例えば、Ｈ＝０．０５、Ｂ＝０．０９、Ｃ＝０．０１２のときに、マイクロストリップラインのインピーダンスは約５０Ωとなり、この寸法でマイクロストリップラインを構成し得る。
【００５２】
なお、本実施形態においては、光ファイバを挿入するための貫通孔２は、一つであるが、複数の貫通孔を有していてもよい。貫通孔を複数有することで、多チャンネルシステムに対応した光通信モジュール又は送受信一体型の光通信モジュールを提供し得る。
【００５３】
以上の構成によれば、基板の一方の面に、貫通孔を覆う透光性樹脂膜が形成されており、光素子を封止する封止材を透光性樹脂膜上に形成するため、光素子を封止した状態で、光ファイバの挿脱が可能となるので、信頼性の高い光通信モジュールが得られる。また、光素子を透光性樹脂膜上に形成するため、光ファイバを挿入するための貫通孔の径が大きい場合に、貫通孔の径に合わせて光素子を大型化する必要がなく、小型の光素子を搭載できるため、光通信モジュールの低コスト化を図ることが可能となる。さらに、光素子を透光性樹脂膜に位置調整して載置した後に、封止材で固定するため、精度のよい光通信モジュールを提供し得る。
【００５４】
このような光通信モジュールは、外部基板に設けられた外部回路と接続された光通信装置とされていてもよい。光通信装置については後述する。
【００５５】
図５（ａ）〜同（ｆ）は、本実施形態に係る光通信モジュールの製造方法を説明するための図である。以下に、同図を参照しつつ、本実施形態に係る光通信モジュールの製造方法について説明する。
【００５６】
まず、基板１０１に、光ファイバを挿入可能な、例えば丸形状の貫通孔１０２を１又は複数個形成する（同図（ａ））。貫通孔１０２は、光ファイバ又は光ファイバに接続されたフェルールを挿入した際に、実質的に空隙が生じないサイズであることが光素子との位置調整の観点から好ましい。基板１０１としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅等の導電体を用いることが好ましい。高速駆動に対応するためには、基板上にマイクロストリップラインを形成することが好ましく、基板１０１に導電体を用いた場合には、基板１０１をグラウンド電位として用いることが可能となるからである。なお、基板１０１には、樹脂、又はセラミックス等の非導電性の部材を用いることもできる。この場合には、基板１０１の表面に導電体膜を形成することにより、接地電位とすることができる。
【００５７】
上記のように形成した貫通孔１０２に、補助剤を充填する（同図（ｂ））。ここで、補助剤としては、充填後、後に形成する透光性樹脂膜１０５上に光素子を載置する際に、透光性樹脂膜１０５が破損しないように、透光性樹脂膜１０５を支持し得るようなものであればよい。このような補助剤としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。具体的には、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を貫通孔１０２内に充填した後、加熱硬化させ、支持部材１０３を形成する。また、この際、同時に、基板１０１の一方の面に、補助剤を用いて膜１０４を形成する。なお、基板１０１上に設ける膜１０４は、支持部材１０３と同じ補助剤を用いて形成されていてもよく、また、異なる補助剤を用いてもよい。支持部材１０３と膜１０４は、同時に形成されてもよく、また、別工程によってもよい。但し、後に貫通孔１０２に充填した補助剤を取り除くのが容易となるという観点からは、膜１０４は、同一材料で一体的に形成されていることが好ましい。
【００５８】
基板１０１の膜１０４を形成したのとは、反対側の面に、透光性樹脂膜１０５を形成する。次に、透光性樹脂膜１０５上に、例えば銅等の導電体膜をスパッタ又は銅箔の貼り付け等により一面に形成し、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程によりパターニングを行い、配線パターン１０６を形成する（同図（ｃ））。
【００５９】
透光性樹脂膜１０５の材料としては、光を透過させる樹脂であれば特に限定されず、例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂等を用いることができる。ポリイミドを用いる場合には、例えば、所定のモノマーを所定の厚さに塗布し、加熱重合させて硬化させることにより形成することができる。なお、透光性樹脂膜１０５を形成する前に、必要に応じて、基板１０１表面を研磨等により平坦化処理してもよい。
【００６０】
配線パターン１０６としては、マイクロストリップラインを形成することが好ましい。基板１０１として、ステンレス等の導電体を用いた場合には、基板１０１を基準電位（グランド電位）としたマイクロストリップラインの形成が可能となる。マイクロストリップラインを利用することで、インピーダンス整合を図ることができ、高周波域での伝送ロスを防止することが可能となるので、高周波での伝送路を確保し得る。
【００６１】
次に、配線パターン１０６を形成した基板１０１上に、光素子１０８を実装する（同図（ｄ））。例えば、光素子１０８としての垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を、基板１０１上にフリップチップボンディングにより接合する。なお、同図（ｄ）では、光素子１０８には、はんだバンプ１０７によるバンプ処理がなされている。
【００６２】
上記工程（ｃ）及び（ｄ）で、配線パターンを形成し、光素子１０８を実装する際のアラインメント調整は、基板１０１に設けた貫通孔１０２を基準として行う。貫通孔１０２を基準にすることで、光素子１０８と貫通孔１０２により位置調整され、固定される光ファイバとの光軸調整も容易に行うことが可能となる。また、光素子１０８として、ＶＣＳＥＬ等の発光素子を用いる場合には、必要に応じて、発光素子を駆動するための駆動回路（例：レーザドライバ）を同時に搭載してもよい。本実施形態においては、上記のように、貫通孔１０２に補助剤を充填しているため、透光性樹脂膜１０５が固定されるので、光素子１０８を実装する際に、樹脂膜が変形したり、破損したりするのを防ぐことができ、透光性樹脂膜１０５を介して、貫通孔１０２上に光素子を確実に載置することが可能となる。
【００６３】
さらに、上記のように実装された光素子１０８と透光性樹脂膜１０５の間に、透明なアンダーフィル剤（図示せず）を浸透させ、硬化させた後、光素子全体を例えばエポキシ樹脂等の封止材１０９にて封止する。なお、アンダーフィル剤は、特に限定するものではないが、透光性樹脂膜１０５の界面での反射を防止し得るという観点からは、透光性樹脂膜１０５とほぼ等しい屈折率の材料を用いることが好ましい。したがって、例えば、透光性樹脂膜１０５としてポリイミドを用いた場合には、アンダーフィル剤としては、ポリイミドに屈折率が近い、透光性エポキシ樹脂等を用いることができる。
【００６４】
このように光素子１０８を封止した基板１０１を、例えばダイサー等により縦横に切断して小片にする（同図（ｅ））。
【００６５】
小片にした各基板１０１から、支持部材１０３と膜１０４が一体となった部材１１０を除去する（同図（ｆ））。
【００６６】
なお、本実施形態においては、切断時に生じるゴミ、油等による汚染を防止し得るという観点から、基板１０１の切断後に、部材１１０を取り除いているが、他の汚染防止措置を採る場合には、基板１０１の切断前に支持部材１０３及び膜１０４が一体となった部材１１０を取り除いてもよい。冶具を除去する工程の後に基板を切断する場合には、冶具を一度に抜くことが可能となるので、製造工程の簡略化が図れ、また、冶具の再利用が可能となり、製造コストを低減せしめることが可能となる。
【００６７】
また、上記（ｃ）工程では、透光性樹脂膜１０５を、透光性樹脂を塗布することにより形成したが、塗布する代わりに、例えばポリイミドフィルム等のフィルムを透光性樹脂膜として貼り付けてもよい。また、予め、両面にマイクロストリップラインが形成されたポリイミドフィルム等のフレキシブル基板（ＦＰＣ：flexible printed circuits）を用いると、さらに工程を簡略化し得るので好ましい。
【００６８】
また、上記例においては、発光素子としてＶＣＳＥＬを用いたが、端面発光レーザ等を用いてもよい。さらに、発光素子の代わりにフォトダイオード等の受光素子を実装してもよく、この場合には、受信モジュールが得られる。
【００６９】
また、上記（ｅ）工程においては、一つの基板に一つの貫通孔１０２を備えるように小片化を行ったが、一つの基板が複数の貫通孔１０２を備えるように切断してもよい。貫通孔１０２を複数有することで、多チャンネルシステムに対応した光通信モジュール又は送受信一体型の光通信モジュールを提供し得る。
【００７０】
以上の構成によれば、貫通孔１０２に、補助剤を充填して透光性樹脂膜１０５を固定するので、貫通孔１０２上に貫通孔１０２の孔径よりも小さな光素子を載置することができ、安価な光通信モジュールの提供が可能となる。また、光素子を載置する際、透光性樹脂膜１０５を裏面から支えることが可能となるので、薄い透光性樹脂膜１０５を用いた場合でも、透光性樹脂膜１０５の歪みや破損を防止することが可能となる。したがって、光素子１０８と光ファイバ間の距離を減少させることが可能となり、また、透光性樹脂膜１０５による光吸収の損失を減少させることが可能となるので、歩留まりのよい光通信モジュールを提供することが可能となる。さらに、一度に大量の光通信モジュールを形成することができるので、製造コストを低減することが可能となる。
【００７１】
図６（ａ）〜同（ｇ）に、本実施形態に係る光通信モジュールの別な工程による製造方法を説明するための図を示す。図５に記載の製造方法では、基板１０１に設けられた貫通孔１０２に補助剤を充填し、支持部材１０３を形成することで、光素子１０８を搭載する際の透光性樹脂膜１０５の支えとしている。これに対し、図６に記載の製造方法では、貫通孔１０２に補助剤を充填する代わりに、冶具１２１を挿入することで、光素子１０８を搭載する際の透光性樹脂膜１０５の支えとする。
【００７２】
図６に記載の製造方法は、図５（ｂ）工程の代わりに、図６（ｂ）〜同（ｃ）工程を行う以外は、図５記載の製造工程と同様の工程で行うことができる。
【００７３】
図６（ｂ）工程では、基板１０１に設けられた貫通孔１０２に、貫通孔１０２の高さよりも長い冶具１２１を挿入し、冶具１２１の一端が基板１０１の一面と同一平面に位置するように揃える。冶具１２１は、貫通孔１０２に実質的に隙間なく嵌合することができることが好ましい。冶具１２１の先端は、平坦である場合には、透光性樹脂膜１０５を形成する際に、表面が平滑な膜を形成し得る。透光性樹脂膜１０５が平滑であると、光ファイバと光素子１０８との間の光の授受に際し、膜の表面上の光の散乱を抑制し、光の伝達損失を防止し得る。
【００７４】
冶具１２１の素材は、特に限定するものではないが、透光性樹脂膜１０５上に光素子１０８を載置後に除去するものであるため、基板１０１から容易に引き抜くことができ、また、透光性樹脂膜１０５から容易に剥離し易いという観点から、例えば金属製であることが好ましい。
【００７５】
図６（ｃ）工程では、貫通孔１０２から突出した冶具１２１の先端を、樹脂１２２で固定する。なお、樹脂は、冶具１２１の突出した先端と同じか、それ以上の高さに形成されていることが好ましい。基板１０１から冶具１２１の先端が突出した状態であると、基板１０１に負荷がかかった時に、冶具１２１が透光性樹脂膜を突き抜けてしまう恐れがあるからである。
【００７６】
なお、図６の（ｄ）〜（ｇ）工程については、図５の（ｃ）〜（ｆ）と同様の工程で行うことができる。また、いうまでもなく、図５に記載の製造方法と同様に、予め、マイクロストリップラインの形成されたフレキシブル基板（ＦＰＣ：flexible printed circuits）を用いると、製造工程が簡略化し得るのでさらに好ましい。
【００７７】
以上の構成によれば、図５に記載の製造方法と同様の効果が得られる他、透光性樹脂膜を支持する部材として、冶具１２１を用いているので、繰り返し利用することができ、低コスト化が図れる。
【００７８】
図７（ａ）〜同（ｇ）に、本実施形態に係る光通信モジュールの別な工程による製造方法を示す。
【００７９】
同図（ａ）に記載のような、基板上に規則的に縦横に整列された円筒状の凸部１４０ａが形成された構造を有する冶具１４０を準備する。冶具１４０の各凸部１４０ａに、貫通孔を有する基板１４１を、各々嵌め込む（同図（ｂ））。
【００８０】
冶具１４０上の各基板１４１の間隙を、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性の樹脂１４２で埋め、加熱硬化させて基板ごと固定化した後、表面を研磨する。
【００８１】
その後、図５の（ｃ）〜（ｄ）工程と同様に、光素子１０８を実装して、封止材１０９により封止する（図７（ｄ）〜同（ｅ））。
【００８２】
基板１４１の間隙を埋めた樹脂１４２の上部で透光性樹脂１４３を切断し（同図（ｆ））、完成した光通信モジュールを冶具１４０から外す（同図（ｇ））。
【００８３】
上記製造方法によると、図５に記載の製造方法と同様の効果が得られる他、冶具１４０を切断することなく、繰り返し利用することができ、簡略な工程で大量に光通信モジュールを製造し得るので、製造コストを削減することが可能となる。
【００８４】
図２〜図４に、光通信モジュールに光ファイバを挿着し、外部回路と接続した際の光通信装置の種々の態様を示す。なお、図２〜図４において、図１で説明した符号については、同一符号を付して説明を省略する。
【００８５】
図２に、本実施形態に係る光通信モジュールに、光ファイバ９を挿入し、外部基板１０上に設けられた外部回路と光通信モジュールに形成された配線パターンを接続端子１１により接続した光通信装置の一例を示す。
【００８６】
接続端子１１は、光通信モジュールの配線パターンに電気的に接続するように取り付け、外部基板１０とはんだ付けにて接続する。
【００８７】
光ファイバ９は、基板１に設けられた貫通孔２に挿入し、透光性樹脂膜６に突き当てて（バットジョイント）、光素子３との光結合を行う。光素子として発光素子を用いた場合、発光素子の発光部４からの出射光は、透光性樹脂膜６を介して、光ファイバ９に入射し、伝送される。
【００８８】
光ファイバ９の先端は、同図に示したように、レンズ状になっていてもよい。
【００８９】
図３には、基板１に形成する貫通孔２の大きさを、フェルール径に合わせて形成し、貫通孔２にフェルール１２を装着した光ファイバ９を挿入した例を示す。
【００９０】
図４には、第１の基板に形成された貫通孔２に、光ファイバ９がレンズ付きスリーブ１３を介して接続された例を示す。レンズ付きスリーブ１３は、光ファイバ９が挿入される凹部が形成された面と反対側の面に、レンズ１４が形成されている。
【００９１】
このように、透光性樹脂膜上に光素子３を形成するので、基板１に光ファイバ９、フェルール１２を備えた光ファイバ９、及びレンズ付きスリーブ１３といった径の大きな部材を挿入する場合であっても、光素子３を小型化することが可能となり、光通信装置の低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本実施形態に係る光通信モジュールの断面図である。
【図２】 図２は、本発明の光通信装置の一態様を示す図である。
【図３】 図３は、本発明の光通信装置の一態様を示す図である。
【図４】 図４は、本発明の光通信装置の一態様を示す図である。
【図５】 図５は、第１の実施形態に係る光通信モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図６】 図６は、第１の実施形態に係る光通信モジュールの別な工程による製造方法を説明するための図である。
【図７】 図７は、第１の実施形態に係る光通信モジュールの別な工程による製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１・・・基板、２・・・貫通孔、３・・・光素子、４・・・発光部又は受光部、５・・・バンプ、６・・・透光性樹脂膜、７・・・配線パターン、８・・・封止材、９・・・光ファイバ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信機、光受信機、及び光トランシーバ等の光通信モジュール及びその製造方法に関し、特に、製品の信頼性が高く、小型で安価な光通信モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいては、電気信号を光信号に変換する発光素子と光信号を電気信号に変換する受光素子相互間を光ファイバで接続する構成が基本となる。このような発光素子や受光素子などの光素子と光ファイバを着脱あるいは挿脱可能とするために光素子と光ファィバとを光学的に接続するための光通信モジュール（コネクタ）が利用されている。
【０００３】
従来の光送信モジュールの多くは、発光素子が缶パッケージにパッケージングされている。缶パッケージは、金属端子（ピン）を介して発光素子を駆動する入力信号を送信する外部回路に接続されると共にプリント基板に固定されている。また、発光素子と光ファイバは、例えばボールレンズを介して光結合され、発光素子から出射した光は、ボールレンズを介してモジュールのスリーブ部により位置決めされた光ファイバに入射するといった方式をとる。
【０００４】
しかし、この従来の方式では、缶パッケージを使用し、外部回路と金属ピンを介して接続しているため、小型化に限界があった。また、部品点数が多く、製造工程が多い上に、各部品のアラインメント調整に時間がかかるため、製造コストが高くなる傾向にあった。
【０００５】
このような課題を解決するために、種々の方法が検討されている。
【０００６】
例えば、特許文献１（特開２０００−３４９３０７号公報）には、光ファイバを挿入する貫通穴を有し、光素子又は外部回路との電気的接続を容易にするための導電層が形成されたプラットフォームと光素子を備えた光通信モジュールが開示されている。このプラットフォームによれば、缶パッケージを用いず、また、貫通穴により位置決めがなされるので、小型化が可能となる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３４９３０７号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の光通信モジュールでは、光ファイバを挿入する貫通穴上に光素子を搭載するためには、貫通穴の周囲に光素子を接続固定するためのバンプを形成する必要がある。したがって、光素子が大型化し、製造コストが高くなる。また、光ファイバの先端には、通常、ファイバを保持し、アラインメントを取るためのフェルールが接続される。したがって、フェルールの径に合わせて貫通穴の穴径も広がるため、穴径が光素子よりも大きくなり、光素子の搭載が不可能となる場合があった。
【０００８】
このような光通信モジュールは、消耗品であるため、より一層の低コスト化が望まれる。
【０００９】
また、この光通信モジュールの構成では、インピーダンス整合された伝送路を組むことが困難であるため、高周波域での駆動に限界があり、高速駆動に対応した光通信モジュールの開発が望まれる。
【００１０】
よって、本発明は、製品の信頼性が高く、小型で安価な光通信モジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、さらに光通信の高速化に対応し得る光通信モジュールを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、信頼性の高い光通信モジュールを簡易に大量に製造し得る製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光通信モジュールは、光ファイバを挿脱可能な貫通孔を有する基板と、上記基板の片面に配置され、上記貫通孔を覆う透光性樹脂膜と、上記透光性樹脂膜上にパターニングされた導電体膜と、上記導電体膜に接続され、上記貫通孔を通して光の送信又は受信をし得るよう、上記貫通孔を基準に位置決めされ、上記貫通孔上に設置される光素子と、を含むことを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、基板の貫通孔上に、透光性樹脂膜を有するので、貫通孔の孔径よりも小さい光素子を搭載することが可能となり、安価な光通信モジュールを提供し得る。また、透光性樹脂膜により光素子と貫通孔に挿入する光ファイバが隔離されるので、光ファイバ挿入側からの外気及び湿気等の影響を防止することが可能となる。また、貫通孔を基準に光素子が位置決めされて搭載されているので、従来の缶パッケージを用いた場合に比べて、光ファイバを貫通孔に挿入した際に、位置精度の高い光通信モジュールを提供することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の光通信モジュールは、必要に応じて光素子が封止材により封止されていてもよい。かかる構成により、光素子の密閉性が保たれ、信頼性の高い光通信モジュールを提供し得る。また、本発明では、透光性樹脂膜を介して、光素子が貫通孔上に設置されるので、透光性樹脂膜上で光素子を封止することが可能となり、光素子を封止した状態で、光ファイバの挿脱が可能となる。したがって、光ファイバの挿脱時においても、光素子を外気や湿気から保護することが可能となり、より信頼性の高い光通信モジュールを提供することが可能となる。
【００１６】
上記光素子と上記透光性樹脂膜との接続部が、上記貫通孔上に位置していることが好ましい。貫通孔上に透光性樹脂膜が形成されているので、貫通孔の孔径よりも小さな光素子を搭載することが可能となり、製品のコストを低減し得る。
【００１７】
上記基板と上記透光性樹脂膜の間に、さらに、導電体層が形成されていてもよい。かかる構成によれば、上記基板と透光性樹脂膜の間に導電体層を形成しているので、基板と透光性樹脂膜の間にも回路パターン等を形成することができ、設計の自由度が広がる。
【００１８】
上記基板が、導電体であってもよい。基板が導電体であると、例えば、配線をマイクロストリップラインとした場合に、基板自体を接地板として用いることが可能となるので、製造工程を簡略化することが可能となる。
【００１９】
上記透光性樹脂膜が、電気絶縁体又は誘電体であることが好ましい。かかる構成であれば、高周波域での伝送に適したマイクロストリップラインを容易に製造することが可能となる。
【００２０】
上記透光性樹脂膜の両面で、マイクロストリップラインを形成していることが好ましい。かかる構成によれば、高周波域での伝送ロスを低減することが可能となり、光素子の高速駆動に適した光通信モジュールの提供が可能となる。
【００２１】
上記透光性樹脂膜上のマイクロストリップラインを形成した部分の厚みが、該マイクロストリップラインと上記光素子とのインピーダンス整合と、上記透光性樹脂膜の光吸収による光損失とのバランスにより決定されることが好ましい。かかる構成によれば、インピーダンスの変動を低減することが可能で、しかも、光損失の少ない信頼性の高い光通信モジュールの提供が可能となる。
【００２２】
上記透光性樹脂膜がポリイミド膜であり、上記光素子が面発光レーザであることが好ましい。かかる構成によれば、ポリイミド膜を用いるので、光透過性が良好であり、また、面発光レーザを用いることで、小型化が可能となるので、光損失の少ないコンパクトな光通信モジュールの提供が可能となる。
【００２３】
本発明の光通信装置は、上記光通信モジュールと、光ファイバと、外部回路が形成された外部基板とを含む光通信装置であって、上記光通信モジュールを構成する上記基板の貫通孔に、上記光ファイバが挿入されて、上記基板に対して固定され、上記光通信モジュールを構成する上記光素子と上記光素子の駆動を制御する外部回路が電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、上記のような光通信モジュールを用いているので、安価で精度の高い光通信装置を提供することが可能となる。
【００２５】
本発明の光通信モジュールの製造方法は、一又は複数の貫通孔を有する基板に、薄膜を介して上記貫通孔上に光素子を載置する光通信モジュールの製造方法であって、上記薄膜の上記光素子が搭載される面と反対側の面を貫通孔内に設置された支持部材により支えながら光素子を載置することを特徴としている。
【００２６】
かかる構成によれば、光素子を透光性樹脂膜（薄膜）に載置する際に、裏側から透光性樹脂膜を支えているので、透光性樹脂膜の歪みや破損を防止することが可能となる。また、透光性樹脂膜上に光素子を載置することができるので、小型の光素子を搭載することが可能となる。したがって、歩留まりよく、安価な光通信モジュールを製造することが可能となる。
【００２７】
上記支持部材は、補助剤を上記貫通孔に充填し硬化させた部材、又は冶具であってもよい。支持部材として補助剤を用いた場合には、どのような形状の貫通孔とも間隙が生じないように、補助剤を充填することができるので、設計の自由度が増す。また、冶具を用いた場合には、繰り返し利用が可能であるので、製造コストを削減することが可能となる。
【００２８】
また、本発明の光通信モジュールの製造方法は、一又は複数の貫通孔を有する基板の上記貫通孔に補助剤を充填する工程と、上記基板の片面に透光性樹脂膜を形成する工程と、上記透光性樹脂膜上に導電体により配線パターンを形成する工程と、上記配線パターンに接続するように光素子を実装する工程と、上記基板から上記補助剤を除去する工程と、を含むものである。
【００２９】
かかる構成によれば、光素子を透光性樹脂膜に載置する際に、裏側から透光性樹脂膜を支えているので、透光性樹脂膜の歪みや破損を防止することが可能となる。また、透光性樹脂膜上に光素子を載置することができるので、小型の光素子を搭載することが可能となる。さらに、光通信モジュールの組立工程の殆どを、一の基板上で一括バッチ処理することが可能となる。したがって、歩留まりよく、安価な光通信モジュールを製造することが可能となる。
【００３０】
また、本発明の光通信モジュールの製造方法は、一又は複数の貫通孔を有する基板の上記貫通孔に冶具を挿入する工程と、上記基板の片面に透光性樹脂膜を形成する工程と、上記透光性樹脂膜上に導電体により配線パターンを形成する工程と、上記配線パターンに接続するように光素子を実装する工程と、上記基板から上記冶具を除去する工程と、を含むことを特徴としている。
【００３１】
貫通孔に繰り返し使える冶具を用いることで、製造コストを低減することが可能となる。
【００３２】
上記基板の片面に透光性樹脂膜を形成する工程及び前記透光性樹脂膜上に導電体により配線パターンを形成する工程に代えて、上記基板の片面に、マイクロストリップラインが形成された透光性樹脂膜を取付ける工程を含むことが好ましい。かかる構成によれば、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
【００３３】
上記貫通孔に冶具を挿入する工程において、上記冶具の挿入後に、さらに、上記冶具を上記基板に固定する工程を含むことが好ましい。冶具を基板に固定することで、冶具のずれによる透光性樹脂膜の破損等を防止することが可能となる。
【００３４】
さらに、上記冶具を除去する工程の前又は後に、上記基板を切断して小片化する工程を含んでもよい。基板を切断して、冶具を除去する場合には、基板切断時の水・油等による貫通孔の汚染を防止する工程を別途設ける必要がないので、製造工程を簡略化でき、製造コストを低減せしめることが可能となる。また、冶具を除去する工程の後に基板を切断する場合には、冶具を一度に抜くことが可能となるので、製造工程の簡略化が図れ、また、冶具の再利用が可能となり、製造コストを低減せしめることが可能となる。
【００３５】
本発明の光通信モジュールの製造方法は、一又は複数の貫通孔を有する複数の基板を、複数の凸部を有する冶具に、上記貫通孔が上記凸部に嵌るように設置する工程と、上記複数の基板間の隙間を樹脂で埋めて、各基板を固定する工程と、上記基板の冶具が装着されているのと反対側の面に透光性樹脂膜を形成する工程と、透光性樹脂膜の上に導電体により配線パターンを形成する工程と、上記配線パターンに接続するように光素子を実装する工程と、上記基板から冶具を除去する工程と、を含むことを特徴としている。
【００３６】
かかる構成によれば、複数の凸部を有する冶具の、各凸部ごとに貫通孔を有する基板を装着し、後に小片を取り外すことが可能であるので、冶具を切断する必要がなく、繰り返し用いることができるので、製造コストを低減することが可能となる。
【００３７】
上記基板の冶具が装着されているのと反対側の面に透光性樹脂膜を形成する工程及び透光性樹脂膜の上に導電体により配線パターンを形成する工程に代えて、前記基板の冶具が装着されているのと反対側の面に、マイクロストリップラインが形成された透光性樹脂膜を取付ける工程を含むことが好ましい。かかる構成によれば、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
【００３８】
上記基板と上記透光性樹脂膜の間に、導電体層を形成する工程を含んでもよい。基板と透光性樹脂膜との間に回路パターンを形成することが可能となるので、設計の自由度が増す。
【００３９】
上記基板が導電体であることが好ましい。かかる構成によれば、回路パターンをマイクロストリップラインにより形成する場合、基板自体を接地板として用いることが可能となるので、製造工程を簡略化し得る。
【００４０】
上記透光性樹脂膜が、電気絶縁体又は誘電体であることが好ましい。かかる構成であれば、高周波域での伝送に適したマイクロストリップラインを容易に製造することが可能となる。
【００４１】
上記透光性樹脂膜の厚みが、該透光性樹脂膜の両面に形成されたマイクロストリップラインと上記光素子とのインピーダンス整合と、上記透光性樹脂膜の光吸収による光損失とのバランスにより決定されることが好ましい。かかる構成によれば、インピーダンスの変動を低減することが可能で、しかも、光損失の少ない信頼性の高い光通信モジュールを製造することが可能となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１から図７を参照しながら説明する。
【００４３】
図１は、第１の実施形態に係る光通信モジュールの断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る光通信モジュールは、主に、貫通孔２を有する基板１、透光性樹脂膜６、光素子３によって構成される。
【００４４】
基板１には、光ファイバ（図示せず）が挿脱可能な貫通孔２が形成されている。貫通孔２は、光ファイバを固定し得るよう、光ファイバを挿入した際に、実質的な隙間が生じない形状であることが好ましい。なお、光ファイバにフェルール又はスリーブが接続されている場合には（図３又は図４参照）、フェルール又はスリーブを固定し得る孔径であって、挿入時に間隙が生じない形状とされることが好ましい。基板１としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅等の導電体、又は樹脂若しくはセラミックス等の非導電性材料を用いることができる。基板上に、高速駆動に対応可能なマイクロストリップラインを形成する場合、基板１に導電体を用いると、基板１をグラウンド電位として用いることができ、マイクロストリップラインの形成が容易となるので好ましい。
【００４５】
基板１上には、片面に透光性樹脂膜６が形成されている。透光性樹脂膜６は、例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂等の光を透過させる樹脂から形成することができる。光透過性が良好であり、可撓性を有し、取扱いが容易という観点からは、ポリイミド膜が好ましい。
【００４６】
透光性樹脂膜６上には、銅等の金属の導電体を用いた配線パターン７が形成されている。この配線パターン７上に、ＶＣＳＥＬ等の発光素子又はＰＤ等の受光素子といった光素子３が、発光部又は受光部４が貫通孔２に対向するように、例えばフリップチップボンディングにより接続形成されている。光素子３として、発光素子を用いる場合、ＶＣＳＥＬ等の面発光レーザを用いると、素子の小型化が可能となり、光損失の少ないコンパクトな光通信モジュールの提供が可能となるので好ましい。
【００４７】
光素子３は、透光性樹脂膜６及び配線パターン７を介して、貫通孔２上に設けられており、光素子３と配線パターン７との接続部であるバンプ５が、貫通孔２上に位置するように設置されている。光素子３は、全体が封止材８により封止されている。なお、必要に応じて、光素子３と透光性樹脂膜６との間にアンダーフィル剤（図示せず）が充填されていてもよい。
【００４８】
本実施形態においては、透光性樹脂膜６上に配線パターン７が配置されている例について記載したが、透光性樹脂膜６と基板１との間に、ステンレス、アルミニウム、銅等の金属から構成される導電体層が形成されていてもよく、この導電体層をグラウンド電位とするマイクロストリップラインが形成されていてもよい。また、基板１が導電体である場合には、基板１をグラウンド電位として、マイクロストリップラインが形成されていてもよい。マイクロストリップラインが形成されていることにより、高周波域での伝送ロスを防止することが可能となる。
【００４９】
透光性樹脂膜上にマイクロストリップラインを形成した場合、マイクロストリップラインを形成した部分の膜の厚みは、マイクロストリップラインと光素子とのインピーダンス整合と透光性樹脂膜の光吸収による光損失とのバランスにより決定される。
【００５０】
具体的には、光素子の入力インピーダンスが例えば５０Ωである場合、マイクロストリップラインの特性インピーダンスも光素子の入力インピーダンスと同様の５０Ωに揃えることが好ましい。マイクロストリップラインの特性インピーダンスＺ0（Ω）は、伝送路の線幅をＢ（ｍｍ）、線厚みをＣ（ｍｍ）、伝送路とグラウンドとの間隔をＨ（ｍｍ）、誘電体層として機能する透光性樹脂膜１０５の比誘電率εrとすると、次式により求められる。
【００５１】
Ｚ0＝（87／（εr＋1.41）1/2）×ｌｎ（5.98Ｈ／（0.8Ｂ＋Ｃ））
透光性樹脂膜６としてポリイミドを用いた場合、ポリイミドの比誘電率は３．４であり、上記式より、例えば、Ｈ＝０．０５、Ｂ＝０．０９、Ｃ＝０．０１２のときに、マイクロストリップラインのインピーダンスは約５０Ωとなり、この寸法でマイクロストリップラインを構成し得る。
【００５２】
なお、本実施形態においては、光ファイバを挿入するための貫通孔２は、一つであるが、複数の貫通孔を有していてもよい。貫通孔を複数有することで、多チャンネルシステムに対応した光通信モジュール又は送受信一体型の光通信モジュールを提供し得る。
【００５３】
以上の構成によれば、基板の一方の面に、貫通孔を覆う透光性樹脂膜が形成されており、光素子を封止する封止材を透光性樹脂膜上に形成するため、光素子を封止した状態で、光ファイバの挿脱が可能となるので、信頼性の高い光通信モジュールが得られる。また、光素子を透光性樹脂膜上に形成するため、光ファイバを挿入するための貫通孔の径が大きい場合に、貫通孔の径に合わせて光素子を大型化する必要がなく、小型の光素子を搭載できるため、光通信モジュールの低コスト化を図ることが可能となる。さらに、光素子を透光性樹脂膜に位置調整して載置した後に、封止材で固定するため、精度のよい光通信モジュールを提供し得る。
【００５４】
このような光通信モジュールは、外部基板に設けられた外部回路と接続された光通信装置とされていてもよい。光通信装置については後述する。
【００５５】
図５（ａ）〜同（ｆ）は、本実施形態に係る光通信モジュールの製造方法を説明するための図である。以下に、同図を参照しつつ、本実施形態に係る光通信モジュールの製造方法について説明する。
【００５６】
まず、基板１０１に、光ファイバを挿入可能な、例えば丸形状の貫通孔１０２を１又は複数個形成する（同図（ａ））。貫通孔１０２は、光ファイバ又は光ファイバに接続されたフェルールを挿入した際に、実質的に空隙が生じないサイズであることが光素子との位置調整の観点から好ましい。基板１０１としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、銅等の導電体を用いることが好ましい。高速駆動に対応するためには、基板上にマイクロストリップラインを形成することが好ましく、基板１０１に導電体を用いた場合には、基板１０１をグラウンド電位として用いることが可能となるからである。なお、基板１０１には、樹脂、又はセラミックス等の非導電性の部材を用いることもできる。この場合には、基板１０１の表面に導電体膜を形成することにより、接地電位とすることができる。
【００５７】
上記のように形成した貫通孔１０２に、補助剤を充填する（同図（ｂ））。ここで、補助剤としては、充填後、後に形成する透光性樹脂膜１０５上に光素子を載置する際に、透光性樹脂膜１０５が破損しないように、透光性樹脂膜１０５を支持し得るようなものであればよい。このような補助剤としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。具体的には、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を貫通孔１０２内に充填した後、加熱硬化させ、支持部材１０３を形成する。また、この際、同時に、基板１０１の一方の面に、補助剤を用いて膜１０４を形成する。なお、基板１０１上に設ける膜１０４は、支持部材１０３と同じ補助剤を用いて形成されていてもよく、また、異なる補助剤を用いてもよい。支持部材１０３と膜１０４は、同時に形成されてもよく、また、別工程によってもよい。但し、後に貫通孔１０２に充填した補助剤を取り除くのが容易となるという観点からは、膜１０４は、同一材料で一体的に形成されていることが好ましい。
【００５８】
基板１０１の膜１０４を形成したのとは、反対側の面に、透光性樹脂膜１０５を形成する。次に、透光性樹脂膜１０５上に、例えば銅等の導電体膜をスパッタ又は銅箔の貼り付け等により一面に形成し、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程によりパターニングを行い、配線パターン１０６を形成する（同図（ｃ））。
【００５９】
透光性樹脂膜１０５の材料としては、光を透過させる樹脂であれば特に限定されず、例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂等を用いることができる。ポリイミドを用いる場合には、例えば、所定のモノマーを所定の厚さに塗布し、加熱重合させて硬化させることにより形成することができる。なお、透光性樹脂膜１０５を形成する前に、必要に応じて、基板１０１表面を研磨等により平坦化処理してもよい。
【００６０】
配線パターン１０６としては、マイクロストリップラインを形成することが好ましい。基板１０１として、ステンレス等の導電体を用いた場合には、基板１０１を基準電位（グランド電位）としたマイクロストリップラインの形成が可能となる。マイクロストリップラインを利用することで、インピーダンス整合を図ることができ、高周波域での伝送ロスを防止することが可能となるので、高周波での伝送路を確保し得る。
【００６１】
次に、配線パターン１０６を形成した基板１０１上に、光素子１０８を実装する（同図（ｄ））。例えば、光素子１０８としての垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を、基板１０１上にフリップチップボンディングにより接合する。なお、同図（ｄ）では、光素子１０８には、はんだバンプ１０７によるバンプ処理がなされている。
【００６２】
上記工程（ｃ）及び（ｄ）で、配線パターンを形成し、光素子１０８を実装する際のアラインメント調整は、基板１０１に設けた貫通孔１０２を基準として行う。貫通孔１０２を基準にすることで、光素子１０８と貫通孔１０２により位置調整され、固定される光ファイバとの光軸調整も容易に行うことが可能となる。また、光素子１０８として、ＶＣＳＥＬ等の発光素子を用いる場合には、必要に応じて、発光素子を駆動するための駆動回路（例：レーザドライバ）を同時に搭載してもよい。本実施形態においては、上記のように、貫通孔１０２に補助剤を充填しているため、透光性樹脂膜１０５が固定されるので、光素子１０８を実装する際に、樹脂膜が変形したり、破損したりするのを防ぐことができ、透光性樹脂膜１０５を介して、貫通孔１０２上に光素子を確実に載置することが可能となる。
【００６３】
さらに、上記のように実装された光素子１０８と透光性樹脂膜１０５の間に、透明なアンダーフィル剤（図示せず）を浸透させ、硬化させた後、光素子全体を例えばエポキシ樹脂等の封止材１０９にて封止する。なお、アンダーフィル剤は、特に限定するものではないが、透光性樹脂膜１０５の界面での反射を防止し得るという観点からは、透光性樹脂膜１０５とほぼ等しい屈折率の材料を用いることが好ましい。したがって、例えば、透光性樹脂膜１０５としてポリイミドを用いた場合には、アンダーフィル剤としては、ポリイミドに屈折率が近い、透光性エポキシ樹脂等を用いることができる。
【００６４】
このように光素子１０８を封止した基板１０１を、例えばダイサー等により縦横に切断して小片にする（同図（ｅ））。
【００６５】
小片にした各基板１０１から、支持部材１０３と膜１０４が一体となった部材１１０を除去する（同図（ｆ））。
【００６６】
なお、本実施形態においては、切断時に生じるゴミ、油等による汚染を防止し得るという観点から、基板１０１の切断後に、部材１１０を取り除いているが、他の汚染防止措置を採る場合には、基板１０１の切断前に支持部材１０３及び膜１０４が一体となった部材１１０を取り除いてもよい。冶具を除去する工程の後に基板を切断する場合には、冶具を一度に抜くことが可能となるので、製造工程の簡略化が図れ、また、冶具の再利用が可能となり、製造コストを低減せしめることが可能となる。
【００６７】
また、上記（ｃ）工程では、透光性樹脂膜１０５を、透光性樹脂を塗布することにより形成したが、塗布する代わりに、例えばポリイミドフィルム等のフィルムを透光性樹脂膜として貼り付けてもよい。また、予め、両面にマイクロストリップラインが形成されたポリイミドフィルム等のフレキシブル基板（ＦＰＣ：flexible printed circuits）を用いると、さらに工程を簡略化し得るので好ましい。
【００６８】
また、上記例においては、発光素子としてＶＣＳＥＬを用いたが、端面発光レーザ等を用いてもよい。さらに、発光素子の代わりにフォトダイオード等の受光素子を実装してもよく、この場合には、受信モジュールが得られる。
【００６９】
また、上記（ｅ）工程においては、一つの基板に一つの貫通孔１０２を備えるように小片化を行ったが、一つの基板が複数の貫通孔１０２を備えるように切断してもよい。貫通孔１０２を複数有することで、多チャンネルシステムに対応した光通信モジュール又は送受信一体型の光通信モジュールを提供し得る。
【００７０】
以上の構成によれば、貫通孔１０２に、補助剤を充填して透光性樹脂膜１０５を固定するので、貫通孔１０２上に貫通孔１０２の孔径よりも小さな光素子を載置することができ、安価な光通信モジュールの提供が可能となる。また、光素子を載置する際、透光性樹脂膜１０５を裏面から支えることが可能となるので、薄い透光性樹脂膜１０５を用いた場合でも、透光性樹脂膜１０５の歪みや破損を防止することが可能となる。したがって、光素子１０８と光ファイバ間の距離を減少させることが可能となり、また、透光性樹脂膜１０５による光吸収の損失を減少させることが可能となるので、歩留まりのよい光通信モジュールを提供することが可能となる。さらに、一度に大量の光通信モジュールを形成することができるので、製造コストを低減することが可能となる。
【００７１】
図６（ａ）〜同（ｇ）に、本実施形態に係る光通信モジュールの別な工程による製造方法を説明するための図を示す。図５に記載の製造方法では、基板１０１に設けられた貫通孔１０２に補助剤を充填し、支持部材１０３を形成することで、光素子１０８を搭載する際の透光性樹脂膜１０５の支えとしている。これに対し、図６に記載の製造方法では、貫通孔１０２に補助剤を充填する代わりに、冶具１２１を挿入することで、光素子１０８を搭載する際の透光性樹脂膜１０５の支えとする。
【００７２】
図６に記載の製造方法は、図５（ｂ）工程の代わりに、図６（ｂ）〜同（ｃ）工程を行う以外は、図５記載の製造工程と同様の工程で行うことができる。
【００７３】
図６（ｂ）工程では、基板１０１に設けられた貫通孔１０２に、貫通孔１０２の高さよりも長い冶具１２１を挿入し、冶具１２１の一端が基板１０１の一面と同一平面に位置するように揃える。冶具１２１は、貫通孔１０２に実質的に隙間なく嵌合することができることが好ましい。冶具１２１の先端は、平坦である場合には、透光性樹脂膜１０５を形成する際に、表面が平滑な膜を形成し得る。透光性樹脂膜１０５が平滑であると、光ファイバと光素子１０８との間の光の授受に際し、膜の表面上の光の散乱を抑制し、光の伝達損失を防止し得る。
【００７４】
冶具１２１の素材は、特に限定するものではないが、透光性樹脂膜１０５上に光素子１０８を載置後に除去するものであるため、基板１０１から容易に引き抜くことができ、また、透光性樹脂膜１０５から容易に剥離し易いという観点から、例えば金属製であることが好ましい。
【００７５】
図６（ｃ）工程では、貫通孔１０２から突出した冶具１２１の先端を、樹脂１２２で固定する。なお、樹脂は、冶具１２１の突出した先端と同じか、それ以上の高さに形成されていることが好ましい。基板１０１から冶具１２１の先端が突出した状態であると、基板１０１に負荷がかかった時に、冶具１２１が透光性樹脂膜を突き抜けてしまう恐れがあるからである。
【００７６】
なお、図６の（ｄ）〜（ｇ）工程については、図５の（ｃ）〜（ｆ）と同様の工程で行うことができる。また、いうまでもなく、図５に記載の製造方法と同様に、予め、マイクロストリップラインの形成されたフレキシブル基板（ＦＰＣ：flexible printed circuits）を用いると、製造工程が簡略化し得るのでさらに好ましい。
【００７７】
以上の構成によれば、図５に記載の製造方法と同様の効果が得られる他、透光性樹脂膜を支持する部材として、冶具１２１を用いているので、繰り返し利用することができ、低コスト化が図れる。
【００７８】
図７（ａ）〜同（ｇ）に、本実施形態に係る光通信モジュールの別な工程による製造方法を示す。
【００７９】
同図（ａ）に記載のような、基板上に規則的に縦横に整列された円筒状の凸部１４０ａが形成された構造を有する冶具１４０を準備する。冶具１４０の各凸部１４０ａに、貫通孔を有する基板１４１を、各々嵌め込む（同図（ｂ））。
【００８０】
冶具１４０上の各基板１４１の間隙を、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性の樹脂１４２で埋め、加熱硬化させて基板ごと固定化した後、表面を研磨する。
【００８１】
その後、図５の（ｃ）〜（ｄ）工程と同様に、光素子１０８を実装して、封止材１０９により封止する（図７（ｄ）〜同（ｅ））。
【００８２】
基板１４１の間隙を埋めた樹脂１４２の上部で透光性樹脂１４３を切断し（同図（ｆ））、完成した光通信モジュールを冶具１４０から外す（同図（ｇ））。
【００８３】
上記製造方法によると、図５に記載の製造方法と同様の効果が得られる他、冶具１４０を切断することなく、繰り返し利用することができ、簡略な工程で大量に光通信モジュールを製造し得るので、製造コストを削減することが可能となる。
【００８４】
図２〜図４に、光通信モジュールに光ファイバを挿着し、外部回路と接続した際の光通信装置の種々の態様を示す。なお、図２〜図４において、図１で説明した符号については、同一符号を付して説明を省略する。
【００８５】
図２に、本実施形態に係る光通信モジュールに、光ファイバ９を挿入し、外部基板１０上に設けられた外部回路と光通信モジュールに形成された配線パターンを接続端子１１により接続した光通信装置の一例を示す。
【００８６】
接続端子１１は、光通信モジュールの配線パターンに電気的に接続するように取り付け、外部基板１０とはんだ付けにて接続する。
【００８７】
光ファイバ９は、基板１に設けられた貫通孔２に挿入し、透光性樹脂膜６に突き当てて（バットジョイント）、光素子３との光結合を行う。光素子として発光素子を用いた場合、発光素子の発光部４からの出射光は、透光性樹脂膜６を介して、光ファイバ９に入射し、伝送される。
【００８８】
光ファイバ９の先端は、同図に示したように、レンズ状になっていてもよい。
【００８９】
図３には、基板１に形成する貫通孔２の大きさを、フェルール径に合わせて形成し、貫通孔２にフェルール１２を装着した光ファイバ９を挿入した例を示す。
【００９０】
図４には、第１の基板に形成された貫通孔２に、光ファイバ９がレンズ付きスリーブ１３を介して接続された例を示す。レンズ付きスリーブ１３は、光ファイバ９が挿入される凹部が形成された面と反対側の面に、レンズ１４が形成されている。
【００９１】
このように、透光性樹脂膜上に光素子３を形成するので、基板１に光ファイバ９、フェルール１２を備えた光ファイバ９、及びレンズ付きスリーブ１３といった径の大きな部材を挿入する場合であっても、光素子３を小型化することが可能となり、光通信装置の低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本実施形態に係る光通信モジュールの断面図である。
【図２】 図２は、本発明の光通信装置の一態様を示す図である。
【図３】 図３は、本発明の光通信装置の一態様を示す図である。
【図４】 図４は、本発明の光通信装置の一態様を示す図である。
【図５】 図５は、第１の実施形態に係る光通信モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図６】 図６は、第１の実施形態に係る光通信モジュールの別な工程による製造方法を説明するための図である。
【図７】 図７は、第１の実施形態に係る光通信モジュールの別な工程による製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１・・・基板、２・・・貫通孔、３・・・光素子、４・・・発光部又は受光部、５・・・バンプ、６・・・透光性樹脂膜、７・・・配線パターン、８・・・封止材、９・・・光ファイバ
Claims (20)
- 光ファイバを挿脱可能な貫通孔を有する導電性基板と、
前記基板の片面に配置され、前記貫通孔を覆う透光性樹脂膜と、
前記透光性樹脂膜上にパターニングされた導電体膜と、
前記導電体膜に接続され、前記貫通孔を通して光の送信又は受信をし得るよう、前記貫通孔を基準に位置決めされ、前記貫通孔上に設置される光素子と、を含み、
前記導電性基板、前記透光性樹脂膜及び前記導電体膜でマイクロストリップラインをなし、該マイクロストリップラインをなす前記透光性樹脂膜の厚みが、該マイクロストリップラインと前記光素子とのインピーダンス整合と、前記透光性樹脂膜の光吸収による光損失とのバランスにより決定されてなる、光通信モジュール。 - 光ファイバを挿脱可能な貫通孔を有する基板と、
前記基板の片面に配置され、前記貫通孔を覆う透光性樹脂膜と、
前記基板と前記透光性樹脂膜との間に形成された第１の導電体膜と
前記透光性樹脂膜上にパターニングされた第２の導電体膜と、
前記導電体膜に接続され、前記貫通孔を通して光の送信又は受信をし得るよう、前記貫通孔を基準に位置決めされ、前記貫通孔上に設置される光素子と、を含み、
前記第１の導電体膜、前記透光性樹脂膜及び前記第２の導電体膜でマイクロストリップラインをなし、該マイクロストリップラインをなす前記透光性樹脂膜の厚みが、該マイクロストリップラインと前記光素子とのインピーダンス整合と、前記透光性樹脂膜の光吸収による光損失とのバランスにより決定されてなる、光通信モジュール。 - 前記光素子と前記透光性樹脂膜との接続部が、前記貫通孔上に位置している、請求項１又は２に記載の光通信モジュール。
- 前記透光性樹脂膜が、電気絶縁体又は誘電体である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光通信モジュール。
- 前記透光性樹脂膜がポリイミド膜であり、前記光素子が面発光レーザである、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光通信モジュール。
- 前記光素子が発光素子又は受光素子である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光通信モジュール。
- 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光通信モジュールと、光ファイバと、外部回路が形成された外部基板とを含む光通信装置であって、
前記光通信モジュールを構成する前記基板の貫通孔に、前記光ファイバが挿入されて、前記基板に対して固定され、
前記光通信モジュールを構成する前記光素子と前記光素子の駆動を制御する外部回路が前記マイクロストリップラインを介して電気的に接続されている、光通信装置。 - 一又は複数の貫通孔を有する基板に、薄膜を介して前記貫通孔上に光素子を載置する光通信モジュールの製造方法であって、
前記薄膜の前記光素子が搭載される面と反対側の面を前記貫通孔内に設置された支持部材により支えながら光素子を載置する、光通信モジュールの製造方法。 - 前記支持部材が、補助剤を前記貫通孔に充填し硬化させた部材、又は冶具である、請求項８に記載の光通信モジュールの製造方法。
- 一又は複数の貫通孔を有する基板の前記貫通孔に補助剤を充填する工程と、
前記基板の片面に透光性樹脂膜を形成する工程と、
前記透光性樹脂膜上に導電体により配線パターンを形成する工程と、
前記配線パターンに接続するように光素子を実装する工程と、
前記基板から前記補助剤を除去する工程と、
を含む、光通信モジュールの製造方法。 - 一又は複数の貫通孔を有する基板の前記貫通孔に冶具を挿入する工程と、
前記基板の片面に透光性樹脂膜を形成する工程と、
前記透光性樹脂膜上に導電体により配線パターンを形成する工程と、
前記配線パターンに接続するように光素子を実装する工程と、
前記基板から前記冶具を除去する工程と、
を含む、光通信モジュールの製造方法。 - 前記基板の片面に透光性樹脂膜を形成する工程及び前記透光性樹脂膜上に導電体により配線パターンを形成する工程に代えて、前記基板の片面に、マイクロストリップラインが形成された透光性樹脂膜を取付ける工程を含む、請求項１１に記載の光通信モジュールの製造方法。
- 前記貫通孔に冶具を挿入する工程において、前記冶具の挿入後に、さらに、前記冶具を前記基板に固定する工程を含む、請求項１１又は請求項１２に記載の光通信モジュールの製造方法。
- さらに、前記冶具を除去する工程の前又は後に、前記基板を切断して小片化する工程を含む、請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の光通信モジュールの製造方法。
- 一又は複数の貫通孔を有する複数の基板を、複数の凸部を有する冶具に、前記貫通孔が前記凸部に嵌るように設置する工程と、
前記複数の基板間の隙間を樹脂で埋めて、各基板を固定する工程と、
前記基板の冶具が装着されているのと反対側の面に透光性樹脂膜を形成する工程と、
透光性樹脂膜の上に導電体により配線パターンを形成する工程と、
前記配線パターンに接続するように光素子を実装する工程と、
前記基板から冶具を除去する工程と、
を含む、光通信モジュールの製造方法。 - 前記基板の冶具が装着されているのと反対側の面に透光性樹脂膜を形成する工程及び透光性樹脂膜の上に導電体により配線パターンを形成する工程に代えて、前記基板の冶具が装着されているのと反対側の面に、マイクロストリップラインが形成された透光性樹脂膜を取付ける工程を含む、請求項１５に記載の光通信モジュールの製造方法。
- 前記基板と前記透光性樹脂膜の間に導電体層を形成する工程を含む、請求項１０、１１又は１５に記載の光通信モジュールの製造方法。
- 前記基板が導電体である、請求項１０、１１又は１５に記載の光通信モジュールの製造方法。
- 前記透光性樹脂膜が、電気絶縁体又は誘電体である、請求項１７又は請求項１８に記載の光通信モジュールの製造方法。
- 前記透光性樹脂膜の厚みが、透光性樹脂膜の両面に形成されたマイクロストリップラインと前記光素子とのインピーダンス整合と、前記透光性樹脂膜の光吸収による光損失とのバランスにより決定される、請求項１２又は請求項１６に記載の光通信モジュールの製造方法。
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