JP4407768B2 - 光ケーブルモジュール - Google Patents

Description

本発明は、光データ伝送用光モジュールに関するものであって、特に柔軟性を有する光ケーブルモジュールおよびその製造方法に関するものである。

近年、高速で大容量のデータ通信が可能な光通信網が拡大している。今後、この光通信網は民生機器への搭載が予想されている。そして、特に、機器内の基板間をデータ伝送する用途として、現在の電気ケーブルと変わりなく使用することができる電気入出力の光データ伝送ケーブル（光ケーブル）が求められている。この光ケーブルとしては、フレキシブル性を考慮すると、フィルム光導波路を用いることが望ましい。

光導波路とは、屈折率の大きいコアと、該コアの周囲に接して設けられる屈折率の小さいクラッドとにより形成され、コアに入射した光信号を該コアとクラッドとの境界で全反射を繰り返しながら伝搬するものである。また、フィルム光導波路は、コアおよびクラッドが柔軟な高分子材料からなるため柔軟性を有している。

この柔軟性を有するフィルム光導波路を光ケーブルとして用いる場合、光電変換素子（受発光素子）と位置合わせをして光結合する必要がある。受発光素子とは、電気信号を光信号に変換して発信し、光信号を受信して電気信号に変換するものであり、光入力側では発光素子、光出力側では受光素子が用いられる。この位置合わせは、光結合効率に影響を与えるため、精密さが要求される。

図１６に、フィルム光導波路と受発光素子とを光結合してなる光ケーブルモジュールの一構成例を示す。

図１６に示す光ケーブルモジュール１００は、その光入射側もしくは光出射側端部において、光導波路１０１、受発光素子１０２、支持基板１０３を備えて構成されている。光導波路１０１は、その端部付近において支持基板１０３に対して接着等によって固定されており、光導波路１０１の端部と受発光素子１０２との相対的な位置関係は固定された状態にある。

支持基板１０３は、受発光素子１０２の搭載面と光導波路１０１の固定面（接着面）とが異なる面となるような段差を有している。また、光導波路１０１の端面は、光軸（コア部の長手方向に沿った中心軸）に対して垂直とならず、斜めに切断されて光路変換ミラーを形成している。これにより、光導波路１０１のコア部を伝達されてきた信号光は、上記光路変換ミラーにて反射され、その進行方向を変えて受発光素子１０２に向けて出射される。

特許文献１および２には、発光素子と光導波路との隙間に屈折率の高い樹脂を充填し、この樹脂によって光導波路を接着固定する構成が開示されている。この構成においては、上記樹脂層によって不所望の界面反射が抑制され、光結合効率の向上が図れる。
日本国公開特許公報「特開２０００−２１４３５１号公報（公開日：２０００年８月４日） 日本国公開特許公報「特開２０００−９９６８号公報（公開日：２０００年１月１４日） 日本国公開特許公報「特開２００４−２３３６８７号公報（公開日：２００４年８月１９日）

しかしながら、上記図１６に示す構成の光ケーブルモジュールでは、光導波路１０１の先端部分は、支持基板１０３における該光導波路１０１の支持領域よりも光軸方向側に突出している。この場合、光導波路１０１は柔軟性の高いフィルム光導波路であるため、重力等の影響により、支持基板１０３によって支持されていない先端部において図１７に示すような撓みが発生する可能性がある。

光導波路１０１の先端部においてこのような撓みが発生した場合、光入力側では発光素子１０２からの光信号が光導波路１０１の光路変換ミラーに確実にあてることができず、光導波路１０１のコア部に対して光信号を導入できない可能性がある。また、光出力側では光導波路１０１から出力される光信号が受光素子１０２の中心にあたらず、光導波路と受発光素子との間での光結合における光学的損失を生じさせる。すなわち、光入力側および光出力側の何れにおいても、光導波路１０１の先端部において過大な撓みが発生した場合には、光信号の伝達不良が発生する。

特許文献１および２の構成では、受発光素子と光導波路との隙間に樹脂が充填される構成であるため、該光導波路の先端部分は樹脂によって固定され、上述のような光導波路の撓みは発生しないと考えられる。しかしながら、上記特許文献１および２の構成では、発光素子と光導波路との隙間に充填される樹脂の硬化収縮により、受発光素子と光導波路との間で高精度に位置決めを行うことが困難になるといった問題が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光導波路と受発光素子との安定した結合を達成できる光ケーブルモジュールを実現することにある。

本発明に係る光ケーブルモジュールは、上記目的を達成するために、支持基板上に、コア部をクラッド層で囲ってなる光導波路と、受発光素子とを備えたであって、上記光導波路は、上記コア部を伝達される光信号の光路の向きを変換する光路変換ミラーを備えており、上記光導波路における光の出射面、または該光導波路への光の入射面が、上記受発光素子における受光面または発光面と対向するように配置されており、上記支持基板において上記光導波路を支持する支持面の端から光導波路のコア部における光路変換ミラーの中心までを導波路突出量Ｌ、上記光導波路の単位長さ当たりの荷重をｗ、上記光導波路の断面２次モーメントをＩｚ、上記光導波路の縦弾性係数をＥとする場合、上記導波路突出量Ｌが、
１．０≧（ｗＬ^３／６ＥＩｚ）・（１８０／π）
の関係を満たすことを特徴としている。

尚、上記受発光素子とは、光導波路への光入射側では発光素子であり、光導波路からの光出射側では受光素子であることを意味する。

ここで、光導波路の先端における光出射面（または光入射面）と、光導波路に撓み（垂下がり）がない状態の該光導波路の光出射面（または光入射面）とのなす角度を導波路先端垂下がり角度θとすれば、
θ＝（ｗＬ^３／６ＥＩｚ）・（１８０／π）
の関係が成立する。また、光導波路の単位長さ当たりの荷重ｗは、（導波路の単位長さ当たりの質量）×（重力加速度＋実使用可能加速度最大値）によって求まるが、導波路先端垂下がり角度θの許容角度θｍａｘは１．０°程度である。したがって、光ケーブルモジュールにおいて、導波路突出量Ｌを、
１．０≧（ｗＬ^３／６ＥＩｚ）・（１８０／π）
を満たす値に制限することにより、導波路先端垂下がり角度θを許容角度である１．０°度以内に抑制することができ、光導波路に発生する撓み量を光信号の伝達不良を発生させない程度にまで制限できる。

また、本発明に係る他の光ケーブルモジュールは、上記目的を達成するために、支持基板上に、コア部をクラッド層で囲ってなる光導波路と、受発光素子とを備えた光ケーブルモジュールであって、上記光導波路における光の出射面、または該光導波路への光の入射面が、上記受発光素子における受光面または発光面と対向するように配置されており、上記光導波路は、上記支持基板における該光導波路の支持面からの突出部において、該光導波路における光の入出力面が存在する側および／または光の入出力面が存在しない側の面に補強部材を有していることを特徴としている。

上記の構成によれば、光導波路の上面（光の入出力面が存在しない側の面）または下面（光の入出力面が存在する側の面）に補強部材を配置することで、光導波路における撓み発生を抑制し、光導波路に発生する撓み量を光信号の伝達不良を発生させない程度にまで制限することができる。

また、本発明に係るさらに他の光ケーブルモジュールは、上記目的を達成するために、支持基板上に、コア部をクラッド層で囲ってなる光導波路と、受発光素子とを備えた光ケーブルモジュールであって、上記光導波路は、上記コア部を伝達される光信号の光路の向きを変換する光路変換ミラーを備えており、上記光導波路における光の出射面、または該光導波路への光の入射面が、上記受発光素子における受光面または発光面と対向するように配置されており、上記受発光素子は封止樹脂で封止されており、上記受発光素子の受光面または発光面の上の上記封止樹脂の表面と、上記光導波路における出射面または入射面との間に空隙が設けられており、上記支持基板において上記光導波路を支持する支持面の端から光導波路のコア部における光路変換ミラーの中心までを導波路突出量Ｌ、上記封止樹脂において発生するフィレットの光導波路光軸方向の幅をＦとする場合、
Ｌ≧Ｆ
の関係を満たすことを特徴としている。

ここでいうフィレットとは、塗布された硬化前の封止樹脂が支持基板との界面（光導波路光軸に対して垂直な界面）において表面張力によって盛り上がり、その表面が受発光素子の受発光面に対して平行な面とならずに硬化した部分を指す。また、封止樹脂のフィレット幅Ｆとは、封止樹脂の表面と受発光素子の受発光面とのなす角が５°以上となる領域の光導波路光軸方向の幅を指すものとする。

上記の構成によれば、上記フィレットが受発光素子の受発光面上の領域にまでかかって、光信号の伝達に悪影響（伝達効率の低下等）を与えるといった不具合を回避することができる。

本発明の実施形態を示すものであり、光ケーブルモジュールにおいて発生する光導波路の垂下がりを示す断面図である。 上記光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。 本発明の実施形態を示すものであり、光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。 本発明の実施形態を示すものであり、光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。 本発明の実施形態を示すものであり、光導波路における補強部材の取り付け例を示す断面図である。 本発明の実施形態を示すものであり、光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。 本発明の実施形態を示すものであり、光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。 本発明の実施形態を示すものであり、光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。 上記光ケーブルモジュールにおいて、光導波路の支持面に封止樹脂がかかった状態を示す図である。 本発明の実施形態を示すものであり、光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。 本発明の実施形態を示すものであり、光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。 本発明の実施形態を示すものであり、光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。 本発明の実施形態を示すものであり、光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。 本発明の実施形態を示すものであり、光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。 上記光ケーブルモジュールにおいて、硬化時の封止樹脂の状態を示す図である。 従来の光ケーブルモジュールの要部構成を示す断面図である。 従来の光ケーブルモジュールにおいて光導波路の垂下がりを示す図である。 受発光素子を封止した上に光導波路を実装した光ケーブルモジュールの構造例を示す断面図である。 受発光素子を封止した上に光導波路を実装した光ケーブルモジュールの構造例を示す断面図である。 受発光素子を封止した上に光導波路を実装した光ケーブルモジュールの構造例を示す断面図である。 受発光素子を封止した上に光導波路を実装した光ケーブルモジュールの構造例を示す断面図である。

本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すると以下の通りである。先ず、本実施の形態に係る光ケーブルモジュールの一構造例を図２を参照して説明する。

図２に示す光ケーブルモジュール１は、その端部付近において、大略的に、光導波路１０、受発光素子１１、封止樹脂１２、支持基板１３を備えて構成されている。光導波路１０の端部は支持基板１３に対して接着等によって固定されており、光導波路１０の端部と受発光素子１１との相対的な位置関係は固定された状態にある。さらに、光ケーブルモジュール１は、受発光素子１１が出力する電気信号の取り出しを容易にするため、電気配線や電気接続部を備えていてもよい。また、受発光素子１１は、光導波路１０への光入射側端部ではレーザダイオード等の発光素子であり、光導波路１０からの光出射側端部ではフォトダイオード等の受光素子である。

先ず、光導波路１０は、コア部１０Ａ、上クラッド層１０Ｂ、および下クラッド層１０Ｃにより構成されている。すなわち、光導波路１０は、上クラッド層１０Ｂおよび下クラッド層１０Ｃによってコア部１０Ａを挟み込む積層構造を有している。光導波路１０によって伝達される光信号は、コア部１０Ａと上クラッド層１０Ｂとの界面、またはコア部１０Ａと下クラッド層１０Ｃとの界面で反射を受けながら、コア部１０Ａ内を進行する。尚、図２においては、光導波路１０の端部付近において、光導波路１０の長手方向（光軸方向）をＸ軸方向、コア部１０Ａ、上クラッド層１０Ｂ、および下クラッド層１０Ｃの積層方向をＹ軸方向とする。また、このＹ軸方向は、支持基板１３における受発光素子１１の搭載面の法線方向とも一致する。

光導波路１０における端面は光軸（Ｘ軸）に対して垂直とならず、斜めに切断されて光路変換ミラー１０Ｄを形成する。具体的には、光導波路１０の端面は、ＸＹ平面に対して垂直であり、かつ、Ｘ軸に対しては角度θ（θ＜９０°）をなすように傾斜されている。

これにより、光導波路１０における光の出射側では、コア部１０Ａを伝達されてきた信号光は、光路変換ミラー１０Ｄにて反射され、その進行方向を変えて光路変換ミラー１０Ｄの出射面から受光素子１１に向けて出射される。また、光導波路１０における光の入射側では、発光素子１１から出射された信号が光路変換ミラー１０Ｄの入射面から入射された後、光路変換ミラー１０Ｄにて反射され、その進行方向を変えてコア部１０Ａを伝達される。ここで、光導波路１０における光の出射面（または入射面）は、光路変換ミラー１０Ｄが設けられていることによって下クラッド層１０Ｃ（上クラッド層１０Ｂでもよい）の外表面において存在し、受発光素子１１の受光面（または発光面）は、光導波路１０における光の出射面（または入射面）と対向するように配置される。

尚、光路変換ミラー１０Ｄの傾斜角度θは、該光路変換ミラー１０Ｄと受発光素子１１との位置合わせが容易となるように、通常は４５°に設定されている。但し、本発明において、光路変換ミラー１０Ｄの傾斜角度θは４５°に限定されるものではなく、光路変換ミラー１０Ｄの傾斜角度θを４５°より小さくすれば、受発光素子１１を封止樹脂１２のフィレットが発生しない領域に配置することが容易となり好ましい。具体的には、光路変換ミラー１０Ｄの傾斜角度θは、３５°〜５０°の範囲に設定されていることが好ましい。尚、光路変換ミラーは、光導波路１０の端部に対してミラー部を外付けするものであってもよい。

封止樹脂１２の役割の一つは、受発光素子１１を封止することによって、受発光素子１１を埃や湿気から守り、光ケーブルモジュール１の信頼性を高めることにある。それ以外に、封止樹脂１２は、光導波路１０と受発光素子１１との間で伝達される光信号の拡散を防止し、光信号の拡散による光学的損失を抑制する作用もある。封止樹脂１２においては、高い屈折率を有するエポキシ系、アクリル系、シリコーン系、ウレタン系等の透明樹脂が好適に使用できる。また、封止樹脂１２の屈折率は、空気よりも屈折率の大きい材料であれば効果がある。

尚、図２の構成において、封止樹脂１２は光導波路１０と受発光素子１１との隙間全体を充填しているものではなく、封止樹脂１２と光導波路１０との間に空隙が設けられている。すなわち、受発光素子１１の受光面または発光面の上の封止樹脂１２の表面と、光導波路１０における出射面または入射面との間には空隙が設けられている。これは、光導波路１０が封止樹脂１２と接する構造である場合、封止樹脂１２の硬化収縮が光導波路１０の位置決めに悪影響を与えるためである。

図２に示す構成の光ケーブルモジュール１の製造手順としては、先ず、支持基板１３における面１３ａ上に受発光素子１１を搭載し、その上から封止樹脂１２を所定厚さに塗布した後、硬化させる。その後、支持基板１３における面１３ｂ上に光導波路１０を接着し、固定する。

上記構成の光ケーブルモジュール１では、光導波路１０における受発光素子１１との対向面が封止樹脂１２と接触しない構造であるため、封止樹脂１２の硬化収縮が光導波路１０に対して影響を与えない。したがって、光導波路１０を支持基板１３に接着・固定するときに高い位置精度を実現することができる。

本実施の形態に係る光ケーブルモジュール１においては、光導波路１０の撓みによって光信号の伝達不良が発生しないように、光導波路１０の突出量が以下のように規定される。

先ず、図１に示すように、導波路突出量をＬ（ｍ）、導波路先端垂下がり角度をθ（°）、導波路の単位長さ当たりの荷重をｗ（Ｎ／ｍ）、導波路の断面２次モーメントをＩｚ（ｍ^４）、導波路の縦弾性係数をＥ（Ｐａ）とする。ここで、導波路突出量Ｌは、光導波路１０を支持する支持面１３ｂの端からコア部１０Ａにおける光路変換ミラー１０Ｄの中心までとする。導波路先端垂下がり角度θは、光導波路１０の先端における光出射面（または光入射面）と、光導波路１０に撓み（垂下がり）がない状態の該光導波路１０の光出射面（または光入射面）とのなす角度とする。また。導波路の単位長さ当たりの荷重ｗは、（導波路の単位長さ当たりの質量）×（重力加速度＋実使用可能加速度最大値）によって求まる。

この場合、導波路先端垂下がり角度θ（°）は、以下の(1)式によって与えられる。

θ＝（ｗＬ^３／６ＥＩｚ）・（１８０／π） … (1)
ここで、導波路先端垂下がり角度θの許容角度θｍａｘは１．０°程度である。したがって、光ケーブルモジュール１において、導波路突出量Ｌは、
１．０≧（ｗＬ^３／６ＥＩｚ）・（１８０／π）
を満たす値に制限される。具体的には、導波路突出量Ｌは、４００μｍ以下の範囲に規定される。尚、実使用可能加速度最大値としては２０ｍ／ｓ^２の値を用いている。

このように、本実施の形態に係る光ケーブルモジュール１では、光導波路１０の突出量を規定することにより、光導波路１０に発生する撓み量を光信号の伝達不良を発生させない程度にまで制限できる。これにより、光導波路と受発光素子との安定した結合を達成できる。

また、上記説明における光ケーブルモジュール１では、光導波路１０の突出量を規定することで、光導波路１０に発生する撓み量を制限しているが、これ以外にも、光導波路１０に発生する撓みを減少させる構成とすることが可能である。以下に、光導波路１０に発生する撓みを減少させる他の構成例について説明する。

図３は、光導波路１０の上面（光の入出力面が存在しない側の面）に補強部材１４ａを配置することで、光導波路１０における撓み発生を抑制する構成である。補強部材１４ａは、板状の補強板を光導波路１０に貼り付ける構成としても良いし、高硬化樹脂を光導波路１０に塗布して硬化させる構成としても良い。尚、高硬化樹脂を塗布・硬化させる場合には、光導波路１０において撓みが発生しない状態で保持しながら硬化させればよい。

また、図４は、光導波路１０の下面（光の入出力面が存在する側の面）に補強部材１４ｂを配置することで、光導波路１０における撓み発生を抑制する構成である。補強部材１４ｂは光透過性の部材とし、補強部材１４ａと同様に、板状の補強板を光導波路１０に貼り付ける構成としても良いし、高硬化樹脂を光導波路１０に塗布して硬化させる構成としても良い。

尚、図示は省略するが、光ケーブルモジュール１において、補強部材は光導波路１０の側面に設けられていても良く、任意の複数の面に設けられても良い（例えば、光導波路１０の上面における補強部材１４ａと光導波路１０の下面における補強部材１４ｂとを両方備えてもよい）。また、補強部材は光導波路１０の取り付け面全体に配置される必要はな。例えば、光導波路１０の取り付け面両側（図５参照）や取り付け面先端部に設けられる構成であってもよい。

また、上記説明における光ケーブルモジュール１では、受発光素子１１を封止樹脂１２によって封止しているが、この封止樹脂１２においては通常フィレットが発生する。尚、ここでいうフィレットとは、塗布された硬化前の封止樹脂１２が支持基板１３との界面（Ｘ軸に対して垂直な界面）において表面張力によって盛り上がり、その表面が受発光素子１１の受発光面に対して平行な面とならずに硬化した部分を指すものとする。

光ケーブルモジュール１では、図６に示すように、上記フィレットが受発光素子１１の受発光面上の領域にまでかかった場合、光信号の伝達に悪影響（伝達効率の低下等）を与える恐れがある。このような不具合を避けるためにも、光導波路１０の突出量は規定されることが好ましい。

図６において、封止樹脂フィレット幅をＦとする。ここで、封止樹脂フィレット幅Ｆとは、封止樹脂１２の表面と受発光素子１１の受発光面とのなす角が５°以上となる領域のＸ軸方向の幅を指す。そして、光ケーブルモジュール１では、導波路突出量Ｌは、封止樹脂フィレット幅Ｆ以上の大きさに設定される。すなわち、
Ｌ≧Ｆ
となる。封止樹脂フィレット幅Ｆは封止樹脂１２の材料によってその発生量が多少は異なるが、導波路突出量Ｌは、１００μｍ以上、好ましくは１３０μｍ以上に規定されれば良い。

また、光導波路１０の導波路突出量Ｌを小さくして撓みを生じにくくさせ、かつ、上記フィレットの悪影響を低減することのできる方法として、光路変換ミラー１０Ｄの傾斜角度θを４５°より小さくする構成が考えられる。すなわち、光路変換ミラー１０Ｄの傾斜角度θを小さくすれば、図７の一点鎖線に示すように、受発光素子１１が封止樹脂１２のフィレットのかからない領域に配置され、かつ、光導波路１０の突出量が少ない状態（光導波路１０の先端に形成される光路変換ミラー１０Ｄが受発光素子１１の直上に存在しない状態）であっても、光導波路１０と受発光素子１１との光結合を得ることができる。尚、光路変換ミラー１０Ｄの傾斜角度θは、４５°より小さければ上記効果は得られるが、より好ましくは３５°以上４０°以下とされる。

また、光路変換ミラー１０Ｄの傾斜角度θを小さく構成の変形例として、図８に示すように、受発光素子１１を封止樹脂１２表面のフィレットの発生領域に配置し、光導波路１０と受発光素子１１との光結合においてフィレット表面の角度での屈折を用いる構成とすることもできる。この構成においては、受発光素子１１をより支持基板１３における光導波路１０の支持面側に配置することができ、光導波路１０の導波路突出量Ｌをより小さくすることができる。

また、封止樹脂１２は光導波路１０との間に空隙を有するように形成されるため、光ケーブルモジュール１では、封止樹脂１２を硬化させた後、支持基板１３上に光導波路１０を固定するようになっている。この時、図９に示すように、封止樹脂１２が、支持基板１３における光導波路１０の支持面１３ｂにまでかかることがある。

このように、光導波路１０の支持面１３ｂにまで封止樹脂１２がかかっている状態で、光導波路１０を支持基板１３上に接着・固定すると、光導波路１０の正確な位置決めができないことは明らかである。このため、封止樹脂１２が支持基板１３における光導波路１０の支持面１３ｂにかからないようにする必要がある。以下に、封止樹脂１２が支持基板１３における光導波路１０の支持面１３ｂにかからないようにするための種々の構成および方法について説明する。

第１の方法としては、図１０および図１１に示すように、支持基板１３における封止樹脂１２との接触面１３ｃ（Ｘ軸に対して垂直な面）に凹部や凸部を設けることが考えられる。すなわち、支持基板１３における面１３ｂに封止樹脂１２がかかるのは、封止樹脂１２がその表面張力によって面１３ｃに沿って広がるためであり、面１３ｃに凹部や凸部を設けることによって封止樹脂１２が面１３ｂにまで広がることを防止できる。また、凹部や凸部を設ける代わりに、図１２および図１３に示すように、面１３ｃに段差を設けることによっても同様の効果を得ることができる。

第２の方法としては、図１４に示すように、支持基板１３における封止樹脂１２との接触面１３ｃの濡れ性を高めることが考えられる。すなわち、接触面１３ｃの濡れ性が低いほど、封止樹脂１２が面１３ｃに沿って広がりやすい。接触面１３ｃの濡れ性を高めることで、封止樹脂１２が面１３ｃに沿って広がり、面１３ｂにかかることを防止できる。支持基板１３における面１３ｃの濡れ性を高める方法としては、
(1) 面１３ｃに、ＵＶ洗浄、コロナ放電、プラズマ処理を施し表面の濡れ性を高める方法（界面活性処理）
(2) 面１３ｃに、濡れ性を向上させる材料（いわゆるプライマ）を塗布する方法
(3) 面１３ｃに、支持基板１３よりも濡れ性の高い部材（ガラスや金属等）を貼り付ける方法
などが適用可能である。

第３の方法としては、図１５に示すように、封止樹脂１２を硬化させる時に、その表面に型を配置し、封止樹脂１２が面１３ｃに沿って広がることを防止する方法が考えられる。

通常、受発光素子１１を封止した上に光導波路１０を実装する場合は、図１８のような構造が考えられる。この構造においては、封止樹脂１２が支持基板１３の内壁にフィレットを形成してしまい、封止面を平坦に形成できないという不具合が発生する。

さらに、光導波路１０を実装してから封止を行おうとする場合には、このフィレットが光導波路１０の下面にまで回りこんでしまう。この問題を回避しようとして、受発光素子１１の封止を行なってから光導波路１０を実装すると、支持基板１３の上面に成型時に形成される微細な凹凸に封止樹脂１２が染み出してしまい、光導波路１０と支持基板１３との接着性が損なわれる。封止樹脂１２として、特にシリコーン系の樹脂を用いた場合、シリコーン系の樹脂は濡れ性が高いため、上記のような問題が顕著に発生する。

これらの問題を解決するためには、光導波路１０の突出量を大きくして封止面が平坦な箇所で光結合させたり、封止面を低くして支持基板１３上面への樹脂の染み出しを防止するといった手段が考えられる。しかしながら、前者の場合は光導波路１０の先端部が機械的に不安定になるといった問題があり、後者の場合は光結合効率が低下するといった問題がある。

本実施例では、図１９に示すように、支持基板１３の内壁に段差を水平方向に形成することにより、上記の問題を一度に解決できる。すなわち、支持基板１３の内壁に段差を形成すれば、封止樹脂１２の封止面を上記段差の位置で平坦化することができるため、光導波路１０の突出量を大きくすることなく、光導波路１０の先端部が機械的に安定な突出量で光結合でき、また、平坦な封止面で小さいエアギャップで光結合できる。さらには、支持基板１３上面（光導波路１０の実装面）への封止樹脂１２の染み出しも防止できる。

また、図２０（ａ）,（ｂ）に示すように、支持基板１３の内壁に少なくとも一つの凹部の段差面が水平方向に形成されている構造でも良い。この構造においても、支持基板１３の内壁に段差を形成する場合と同じく、封止樹脂１２が支持基板１３の内壁にフィレットを形成することや、支持基板１３上面（光導波路１０の実装面）への封止樹脂１２の染み出しを防止できる。しかも、図１９の段差を形成する構造に比べ、光導波路１０の突出量（支持基板１３上面に固定されていない部分の長さ）を小さくできるため、光導波路１０の垂れ下がりを抑制することができ、より安定した光結合構造を実現できる。

本発明に係る光ケーブルモジュールは、以上のように、支持基板上に、コア部をクラッド層で囲ってなる光導波路と、受発光素子とを備えたであって、上記光導波路は、上記コア部を伝達される光信号の光路の向きを変換する光路変換ミラーを備えており、上記光導波路における光の出射面、または該光導波路への光の入射面が、上記受発光素子における受光面または発光面と対向するように配置されており、上記支持基板において上記光導波路を支持する支持面の端から光導波路のコア部における光路変換ミラーの中心までを導波路突出量Ｌ、上記光導波路の単位長さ当たりの荷重をｗ、上記光導波路の断面２次モーメントをＩｚ、上記光導波路の縦弾性係数をＥとする場合、上記導波路突出量Ｌが、
１．０≧（ｗＬ^３／６ＥＩｚ）・（１８０／π）
の関係を満たす構成である。

ここで、光導波路の先端における光出射面（または光入射面）と、光導波路に撓み（垂下がり）がない状態の該光導波路の光出射面（または光入射面）とのなす角度を導波路先端垂下がり角度θとすれば、
θ＝（ｗＬ^３／６ＥＩｚ）・（１８０／π）
の関係が成立する。また、光導波路の単位長さ当たりの荷重ｗは、（導波路の単位長さ当たりの質量）×（重力加速度＋実使用可能加速度最大値）によって求まるが、導波路先端垂下がり角度θの許容角度θｍａｘは１．０°程度である。したがって、光ケーブルモジュールにおいて、導波路突出量Ｌを、
１．０≧（ｗＬ^３／６ＥＩｚ）・（１８０／π）
を満たす値に制限することにより、導波路先端垂下がり角度θを許容角度である１．０°度以内に抑制することができ、光導波路に発生する撓み量を光信号の伝達不良を発生させない程度にまで制限できる。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記導波路突出量Ｌが、４００μｍ以下であることが好ましい。

また、本発明に係る他の光ケーブルモジュールは、以上のように、支持基板上に、コア部をクラッド層で囲ってなる光導波路と、受発光素子とを備えた光ケーブルモジュールであって、上記光導波路における光の出射面、または該光導波路への光の入射面が、上記受発光素子における受光面または発光面と対向するように配置されており、上記光導波路は、上記支持基板における該光導波路の支持面からの突出部において、端該光導波路における光の入出力面が存在する側および／または光の入出力面が存在しない側の面に補強部材を有している構成である。

それゆえ、光導波路の上面（光の入出力面が存在しない側の面）または下面（光の入出力面が存在する側の面）に補強部材を配置することで、光導波路における撓み発生を抑制し、光導波路に発生する撓み量を光信号の伝達不良を発生させない程度にまで制限することができる。

また、本発明に係るさらに他の光ケーブルモジュールは、以上のように、支持基板上に、コア部をクラッド層で囲ってなる光導波路と、受発光素子とを備えた光ケーブルモジュールであって、上記光導波路は、上記コア部を伝達される光信号の光路の向きを変換する光路変換ミラーを備えており、上記光導波路における光の出射面、または該光導波路への光の入射面が、上記受発光素子における受光面または発光面と対向するように配置されており、上記受発光素子は封止樹脂で封止されており、上記受発光素子の受光面または発光面の上の上記封止樹脂の表面と、上記光導波路における出射面または入射面との間に空隙が設けられており、上記支持基板において上記光導波路を支持する支持面の端から光導波路のコア部における光路変換ミラーの中心までを導波路突出量Ｌ、上記封止樹脂において発生するフィレットの光導波路光軸方向の幅をＦとする場合、
Ｌ≧Ｆ
の関係を満たすことを特徴としている。

ここでいうフィレットとは、塗布された硬化前の封止樹脂が支持基板との界面（光導波路光軸に対して垂直な界面）において表面張力によって盛り上がり、その表面が受発光素子の受発光面に対して平行な面とならずに硬化した部分を指す。また、封止樹脂のフィレット幅Ｆとは、封止樹脂の表面と受発光素子の受発光面とのなす角が５°以上となる領域の光導波路光軸方向の幅を指すものとする。

それゆえ、上記フィレットが受発光素子の受発光面上の領域にまでかかって、光信号の伝達に悪影響（伝達効率の低下等）を与えるといった不具合を回避することができる。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記導波路突出量Ｌが、１００μｍ以上下であることが好ましい。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記封止樹脂の表面が接する上記支持基板の面に、凹部または凸部が形成されている構成とすることができる。あるいは、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記封止樹脂の表面が接する上記支持基板の面に、段差が形成されている構成とすることができる。

それゆえ、封止樹脂は光導波路との間に空隙を有するように形成されるため、光ケーブルモジュールでは、封止樹脂を硬化させた後、支持基板上に光導波路を固定するようになっている。この時、封止樹脂が、支持基板における光導波路の支持面にまでかかれば、光導波路の正確な位置決めができない。

上記支持面に封止樹脂がかかるのは、封止樹脂がその表面張力によって支持基板における封止樹脂との接触面に沿って広がるためである。上記の構成によれば、支持基板における封止樹脂との接触面に凹部や凸部、または段差を設けることにより、封止樹脂が支持基板における光導波路の支持面にまで広がることを防止できる。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記封止樹脂の表面が接する上記支持基板の面に、支持基板よりも濡れ性の高い部材が貼り付けられて構成、あるいは、上記封止樹脂の表面が接する上記支持基板の面に、表面の濡れ性を向上させる材料が塗布されている構成とすることができる。

それゆえ、支持基板における封止樹脂との接触面の濡れ性を向上させることで、封止樹脂が支持基板における光導波路の支持面にまで広がることを防止できる。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記受発光素子は封止樹脂で封止されており、上記受発光素子の受光面または発光面の上の上記封止樹脂の表面と、上記光導波路における出射面または入射面との間に空隙が設けられており、上記光路変換ミラーの傾斜角度θを光導波路のコア部光軸に対してなす角とした場合、上記傾斜角度θが４５°よりも小さい角度に設定されている構成とすることができる。

それゆえ、受発光素子が封止樹脂のフィレットのかからない領域に配置され、かつ、光導波路の突出量が少ない状態（光導波路の先端に形成される光路変換ミラーが受発光素子の直上に存在しない状態）であっても、光導波路と受発光素子との光結合を得ることができる。すなわち、光導波路の突出量を少なくできる構成にすることができ、光導波路に発生する撓み量を低減できる。

また、上記光ケーブルモジュールにおいては、上記受発光素子が、上記封止樹脂におけるフィレットの発生領域内に配置されている構成とすることができる。

それゆえ、受発光素子を封止樹脂表面のフィレットの発生領域に配置したとしても、光導波路と受発光素子との光結合においてフィレット表面の角度での屈折を用いることができるので、受発光素子をより支持基板における光導波路の支持面側に配置することができ、光導波路の導波路突出量Ｌをより小さくすることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

Claims (6)

1. 支持基板上に、コア部をクラッド層で囲ってなる光導波路と、受発光素子とを備えた光ケーブルモジュールであって、
   上記光導波路は、柔軟性を有するフィルム状であり、上記コア部を伝達される光信号の光路の向きを変換する光路変換ミラーを備えており、
   上記光導波路の先端部分が、上記支持基板において上記光導波路を支持する支持面の端から光軸方向に突出するように配置され、かつ、上記光導波路における光の出射面、または該光導波路への光の入射面が、上記受発光素子における受光面または発光面と対向するように配置されており、
   上記支持基板において上記光導波路を支持する支持面の端から光導波路のコア部における光路変換ミラーの中心までを導波路突出量Ｌ（ｍ）、上記光導波路の単位長さ当たりの荷重をｗ（Ｎ／ｍ）、上記光導波路の断面２次モーメントをＩｚ（ｍ^４）、上記光導波路の縦弾性係数をＥ（Ｐａ）とする場合、
   上記導波路突出量Ｌが、
   １．０≧（ｗＬ^３／６ＥＩｚ）・（１８０／π）
   の関係を満たすことを特徴とする光ケーブルモジュール。
2. 上記導波路突出量Ｌが、４００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ケーブルモジュール。
3. 支持基板上に、コア部をクラッド層で囲ってなる光導波路と、受発光素子とを備えた光ケーブルモジュールであって、
   上記光導波路は、柔軟性を有するフィルム状であり、上記コア部を伝達される光信号の光路の向きを変換する光路変換ミラーを備えており、
   上記光導波路における光の出射面、または該光導波路への光の入射面が、上記受発光素子における受光面または発光面と対向するように配置されており、
   上記受発光素子は封止樹脂で封止されており、上記受発光素子の受光面または発光面の上の上記封止樹脂の表面と、上記光導波路における出射面または入射面との間に空隙が設けられており、
   上記支持基板において上記光導波路を支持する支持面の端から光導波路のコア部における光路変換ミラーの中心までを導波路突出量Ｌ、上記封止樹脂において発生するフィレットの光導波路光軸方向の幅をＦとする場合、
   Ｌ≧Ｆ
   の関係を満たすことを特徴とする光ケーブルモジュール。
4. 上記導波路突出量Ｌが、１００μｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の光ケーブルモジュール。
5. 上記受発光素子は封止樹脂で封止されており、上記受発光素子の受光面または発光面の上の上記封止樹脂の表面と、上記光導波路における出射面または入射面との間に空隙が設けられており、
   上記光路変換ミラーの傾斜角度θを光導波路のコア部光軸に対してなす角とした場合、上記傾斜角度θが４５°よりも小さい角度に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光ケーブルモジュール。
6. 上記受発光素子が、上記封止樹脂におけるフィレットの発生領域内に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の光ケーブルモジュール。

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