JP4744268B2 - Optical module - Google Patents
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本発明は、光通信に使用される光ファイバを伝送する光の受光もしくは光ファイバに光を伝送するための発光装置に相当する光電変換機部に使用される光モジュールおよびこの光モジュールを形成する際の実装方法に関するものである。 The present invention forms an optical module used in a photoelectric conversion unit corresponding to a light receiving device for receiving light transmitted through an optical fiber used for optical communication or transmitting light to the optical fiber, and the optical module. It is related to the mounting method.
光通信は昨今、FTTH(ファイバ・ツー・ザ・ホーム)に代表されるように各家庭への導入も促進されているため、光通信用部品の特性向上、小型化、および低価格化が求められている。しかしながら、光ファイバが接続される光電変換装置の小型化が遅れており、その原因は、光電変換装置や光学部品が金属パッケージや金属ホルダに取着されるため、それらを空間における光学結合により光学調整して組み立てられていたからである。このような光モジュールでは光電変換素子(以下、光素子とする)であるレーザーダイオードまたはフォトダイオードをレンズで光ファイバと結合するTO-CANタイプが広く用いられている。このTO-CANタイプの光モジュールはパッケージやキャリアに光素子を実装後、レンズ付き金属キャップなどで封止を行う。その後、光ファイバを保持したフェルールやレセプタクル取り付けるに際して光学結合のピークを読み取り、抵抗溶接やレーザ溶接を実施してパッケージとレセプタクルを機械的に接合していた。 In recent years, optical communication has been promoted to households, as represented by FTTH (Fiber to the Home). Therefore, improvement in characteristics, miniaturization, and cost reduction of optical communication components are required. It has been. However, the downsizing of the photoelectric conversion device to which the optical fiber is connected is delayed, and the cause is that the photoelectric conversion device and the optical component are attached to the metal package or the metal holder, so that they are optically coupled by optical coupling in space. It was because it was assembled by adjusting. In such an optical module, a TO-CAN type in which a laser diode or a photodiode which is a photoelectric conversion element (hereinafter referred to as an optical element) is coupled to an optical fiber with a lens is widely used. This TO-CAN type optical module is sealed with a metal cap with a lens after mounting optical elements on a package or carrier. Thereafter, when attaching a ferrule or receptacle holding an optical fiber, the peak of optical coupling was read, and resistance welding or laser welding was performed to mechanically join the package and the receptacle.
一方で、小型化を目指した光モジュールとしては、従来のレンズを搭載しないような工夫を用いて作製されたものがある(たとえば特許文献1、2参照)。
On the other hand, as an optical module aiming at miniaturization, there is an optical module manufactured using a device that does not mount a conventional lens (see, for example,
特許文献1に示された光モジュールは、フェルールを用い、レンズを介すことなく光ファイバと光素子を直接光学結合させている。この光モジュールは、図5に示すように、面方受光素子51(光素子と称する)が実装されたフレキシブルケーブル54付基板50の上方に、モジュール用光ファイバ53を埋め込んだフェルール52を光素子の光学軸がフェルール端面とほぼ直角になるように配置し、さらに、光素子と前記フェルールの端面を近接させて光素子と光ファイバをアクティブアライメント法により直接光学結合させた状態でフェルール52の端面と基板50を樹脂により固定していた。
The optical module disclosed in
また、特許文献2に示された光モジュール60は、図6に示すように、フェルール61の内部に光ファイバ62が挿通され、このフェルール61の後端寄りの光ファイバ62のコア62aを軸方向に沿って外部に露出させた状態で、フェルール61の後端寄りに、光ファイバ62の軸方向に沿って平行な軸露出面61aと光ファイバ62の軸方向と交差する方向に沿った軸交差露出面61bとが形成され、フェルール61の軸平行露出面61a上に光素子であるフォトダイオード64が配設されていた。
しかしながら、特許文献1に示された光モジュールは、光ファイバと光素子(面受発光素子)が近接するように構成されてはいたが、光ファイバと光素子がレンズを介することなく光学結合されていたため、光ファイバと光素子との間で光の結合損失が増大していた。また、面受発光素子は、側面受発光型の光素子と比較し、光出力が小さく、受発光特性が劣るため、たとえば、この光モジュールを用いて比較的長い距離において光を伝送させると、光の出力や感度が不十分になる問題が生じる可能性があった。ここで、この光モジュールに側面受発光型光素子(光素子)を適用する場合は、光素子が実装されている基板を円筒状スリーブ等の支持部材で支持する必要があるため、部品点数が増大するとともに、光ファイバと光素子を互いに位置決めをして効率よく光学結合することが困難であった。
However, although the optical module disclosed in
また、特許文献2に示された光モジュールは、光ファイバ62とフォトダイオード64が段差部を有するフェルール61上で同一軸線上になるように位置決めをしていたが、上記した位置決めをするためにはフェルール61を精度良く加工する必要があった。しかしながら、このようなフェルール61の加工は、フェルール61のミクロン単位のばらつきを小さく押さえる必要があるため、その加工が技術的に大変困難であった。また、フェルール61を切り欠いた部分に電極を形成する場合は、メッキや蒸着などによる薄膜加工、またはプリントなどによる厚膜加工を利用していたが、切り欠いた部分には段差部が生じていたため、その段差部に対してフォトマスクやプリント用メッシュの取着が困難であり、これにより、精度よく電極を形成することができなかった。
The optical module disclosed in
また、光電変換素子が実装されたパッケージもしくはキャップにレセプタクルなどを取ける場合は、各部材を互いに精度良く実装する必要がある。しかしながら、光ファイバをフェルール内に取り付けを行う際、通常は樹脂で行っているため、実装温度が比較的低い温度、たとえば100℃以下である必要があった。この結果、実装の際には、局部的に温度を上げるためにレーザ装置等の高価な溶接装置を用いる必要があるため、製造工程上の制約が生じていた。 In addition, when a receptacle or the like can be removed from the package or cap on which the photoelectric conversion element is mounted, it is necessary to mount each member with high accuracy. However, when mounting the optical fiber in the ferrule, since it is usually performed with resin, the mounting temperature has to be relatively low, for example, 100 ° C. or less. As a result, at the time of mounting, it is necessary to use an expensive welding device such as a laser device in order to locally increase the temperature, and thus there is a restriction on the manufacturing process.
本発明の一態様に係る光モジュールにおいては、グレーデッドインデックスファイバ部を有する光ファイバと、該光ファイバと光学的に結合される受光部もしくは発光部を有する光素子と、前記光ファイバと前記光素子との間に、前記グレーデッドインデックスファイバ部と前記光素子の受光部もしくは発光部との間の光学結合のピークが最大になるように介在させるとともに、その状態を維持するように硬化させた透明樹脂と、を備え、前記光ファイバの一端部および前記光素子の受光部もしくは発光部に、前記透明樹脂が被着され、前記透明樹脂がUV硬化樹脂であることを特徴とする。
Wherein in the optical module according to an embodiment of the present invention, an optical fiber having a graded index fiber portion, an optical element having a light receiving portion or the light emitting portion is optical fiber optically coupled, as before Symbol Fiber It is interposed between the optical element so that the peak of optical coupling between the graded index fiber part and the light receiving part or light emitting part of the optical element is maximized, and is cured so as to maintain the state. A transparent resin, and the transparent resin is applied to one end of the optical fiber and a light receiving portion or a light emitting portion of the optical element, and the transparent resin is a UV curable resin.
また、前記光ファイバは、前記グレーデッドインデックスファイバ部の少なくとも一端、もしくは両端にコアレスファイバ部をさらに備えることを特徴とする。 The optical fiber may further include a coreless fiber portion at least at one end or both ends of the graded index fiber portion.
また、前記光ファイバは、筒体の内部に保持されることが好ましく、前記筒体の一端に、前記光ファイバの光軸方向と略平行な平面部を有する突出部が形成されていてもよい。 Moreover, it is preferable that the optical fiber is held inside a cylindrical body, and a protruding portion having a flat portion substantially parallel to the optical axis direction of the optical fiber may be formed at one end of the cylindrical body. .
また、本発明においては、前記光素子を基板上に搭載するとともに、該基板を前記平面部に載置し、前記基板の下面部と前記突出部の平面部とを接合することが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the optical element is mounted on a substrate, the substrate is placed on the planar portion, and the lower surface portion of the substrate and the planar portion of the protruding portion are joined.
また、本発明においては、前記基板上に、前記光素子に給電するための端子をさらに備えてもよい。 In the present invention, a terminal for supplying power to the optical element may be further provided on the substrate.
また、前記光素子は、前記筒体の一端と一体的に接合されている樹脂で被覆されてもよい。 The optical element may be covered with a resin that is integrally bonded to one end of the cylindrical body.
また、前記筒体の他端は、前記光ファイバと光学的に結合するためのプラグが挿入されるホルダに保持されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the other end of the cylindrical body is held by a holder into which a plug for optically coupling with the optical fiber is inserted.
また、前記光素子は、側面入射型の受光素子もしくは側面出射型の発光素子であることが好ましい。 Further, it is preferable that the optical element is a side incident type light receiving element or a side emission type light emitting element.
本発明の一態様に係る光モジュールでは、光ファイバにグレーデッドインデックスファイバ部を設け、光ファイバと光素子との間に、グレーデッドインデックスファイバ部と光素子の受光部もしくは発光部との間の光学結合のピークが最大になるように介在させるとともに、その状態を維持するように硬化させた透明樹脂を備えている。その結果、従来のような大型のレンズを用いることなく光ファイバと光素子とが光学結合されるため、光ファイバと光素子との高い光の結合効率を維持しながら、光モジュールを小型化できる。また、本発明の一態様に係る光モジュールでは、透明樹脂をグレーデッドインデックスファイバ部と光素子の受光部もしくは発光部との間の光学結合のピークが最大になるように介在させるとともに、その状態を維持するように硬化させることによって光学結合の距離及び角度の微調整を施すことできるため、光モジュールの組立における作業性を向上できる。さらに、本発明の一態様に係る光モジュールでは、光ファイバの一端部および光素子の受光部もしくは発光部に、透明樹脂が被着されているため、光ファイバと光素子との間に生じる空間の形成を抑制すると共に、光学調整するための透明樹脂の使用量を低減できることから小型で且つ優れた光学結合で実装が実現できる。その結果、光ファイバと光素子との間の光の授受が透明樹脂を介して効率よく行われ、小型化が可能となる。さらに、本発明の一態様に係る光モジュールでは、この透明樹脂がUV硬化樹脂である。これにより、光素子の位置を安定させることができるので、光の結合損失を低減することができる。 In the optical module according to one aspect of the present invention , a graded index fiber portion is provided in the optical fiber, and between the optical fiber and the optical element, between the graded index fiber portion and the light receiving portion or the light emitting portion of the optical element. with a peak of the optical coupling is interposed so as to maximize, and a transparent resin cured to maintain its state. As a result, since the optical fiber and the optical element are optically coupled without using a large lens as in the prior art, the optical module can be reduced in size while maintaining high light coupling efficiency between the optical fiber and the optical element. . In the optical module according to one aspect of the present invention, the transparent resin is interposed so that the peak of optical coupling between the graded index fiber portion and the light receiving portion or the light emitting portion of the optical element is maximized, and the state Since the distance and angle of the optical coupling can be finely adjusted by curing so as to maintain the above, workability in assembling the optical module can be improved. Furthermore, in the optical module according to one embodiment of the present invention, since the light receiving portion or the light emitting portion of the one end portion and the light element of the optical fiber, transparency resin is deposited, between the optical fiber and the optical element It suppresses the formation of space formed, implemented and good optical coupling small because it can reduce the amount of transparency resins for optical adjustment can be realized. As a result, efficiently performed through the light transfer GaToru bright resin between the optical fiber and the optical element, it can be miniaturized. Furthermore, in the optical module according to one aspect of the present invention, the transparent resin is a UV curable resin. Thereby, the position of the optical element can be stabilized, so that the coupling loss of light can be reduced.
さらに、前記光ファイバが、前記グレーデッドインデックスファイバ部の少なくとも一端、たとえば、前記光素子と前記グレーデッドインデックスファイバ部との間に位置する箇所にコアレスファイバ部を備えれば、前記光素子と結合する前記光ファイバの距離(ワーキングディスタンス)を前記コアレスファイバで調整することが可能となるため、光路上の空間を抑制し、光学部品や光ファイバと接する空間の境界面、すなわち、屈折率が急激に変化する境界面を少なくすることができるので、光の反射ロスを抑えることが可能となる。さらに、このような構成であれば、光学調整するための前記透明樹脂の使用量を低減することができるため、樹脂を透過する際に若干生じる光の損失を小さくすると同時に温度差に依存する樹脂の熱膨張による物理変動を抑制できる。 Further, if the optical fiber includes a coreless fiber part at least at one end of the graded index fiber part, for example, a position located between the optical element and the graded index fiber part, the optical fiber is coupled to the optical element. Since the distance (working distance) of the optical fiber can be adjusted by the coreless fiber, the space on the optical path is suppressed, and the boundary surface of the space in contact with the optical component or the optical fiber, that is, the refractive index is abrupt. Therefore, it is possible to reduce the boundary surface that changes, so that it is possible to suppress light reflection loss. Further, with such a configuration, since the amount of the transparent resin used for optical adjustment can be reduced, the resin that depends on the temperature difference at the same time as reducing the loss of light generated slightly when passing through the resin is reduced. It is possible to suppress physical fluctuations due to the thermal expansion.
またさらに、前記光ファイバが、前記グレーデッドインデックスファイバ部の両端に、コアレスファイバ部を備えれば、上述したように、一方では、光素子と光学結合する光ファイバの距離(ワーキングディスタンス)を調整することができる。また他方では、たとえば、前記グレーデッドインデックスファイバ部の一端にコアレスファイバ部を介してシングルモードファイバ部を接続した光ファイバを用いる場合、光素子(発光素子)からの光が光学結合するシングルモードファイバ部とのワーキングディスタンスを前記コアレスファイバ部で調整することが可能となるため、シングルモードファイバ部に効率よく光を入射することができる。 Still further, if the optical fiber includes a coreless fiber part at both ends of the graded index fiber part, as described above, the distance (working distance) of the optical fiber optically coupled to the optical element is adjusted. can do. On the other hand, for example, when an optical fiber in which a single mode fiber part is connected to one end of the graded index fiber part via a coreless fiber part is used, a single mode fiber in which light from an optical element (light emitting element) is optically coupled. Since the working distance with the core can be adjusted by the coreless fiber section, light can be efficiently incident on the single mode fiber section.
またさらに、前記光ファイバを筒体、たとえば、フェルールの内部に保持すれば、前記光ファイバの曲げや破損による光の損失を抑制することができるとともに、光モジュールを組み立てる際に、操作性が向上する。また、前記筒体の一端に、前記光ファイバの光軸方向と略平行な平面部を有する突出部を形成すれば、光素子の実装などが容易になる。さらには、前記光素子を基板上に搭載するとともに、該基板を前記平面部に載置し、前記基板の下面部と前記突出部の平面部とを接合させれば、光素子と光ファイバの角度調芯後に、基板を支持することが可能となり、光素子と光ファイバを光の損失を低減させて光学的に結合することができるとともに、実装後の光学結合部分の位置ずれが低減される。 Furthermore, if the optical fiber is held inside a cylinder, for example, a ferrule, light loss due to bending or breakage of the optical fiber can be suppressed, and operability is improved when assembling an optical module. To do. Further, if a protruding portion having a flat portion substantially parallel to the optical axis direction of the optical fiber is formed at one end of the cylindrical body, mounting of an optical element or the like is facilitated. Furthermore, when the optical element is mounted on the substrate, the substrate is placed on the planar portion, and the lower surface portion of the substrate and the planar portion of the protruding portion are joined, the optical element and the optical fiber After angle alignment, the substrate can be supported, the optical element and the optical fiber can be optically coupled with reduced light loss, and the positional deviation of the optical coupling portion after mounting is reduced. .
またさらに、前記基板上において、前記光素子に給電するための端子をさらに備えれば、容易にコネクタ等に接続できるとともに、光素子の実装時におけるアクティブアライメント操作が簡易化される。 Furthermore, if a terminal for supplying power to the optical element is further provided on the substrate, it can be easily connected to a connector or the like, and the active alignment operation at the time of mounting the optical element is simplified.
またさらに、前記光素子を前記筒体の一端と一体的に接合されている樹脂、たとえば、耐湿性が高い樹脂を用いれば、高温高湿の環境で使用する場合でも、前記光素子を樹脂で保護することにより、信頼性の高い光モジュールを提供できる。また、たとえば、遮光機能を有するような有色の樹脂を用いれば、光モジュールの外部から他の光(光ノイズ)が光素子に入射されても、前記樹脂によって光ノイズを遮断することができるため、光モジュールの信頼性が向上する。 Still further, if a resin in which the optical element is integrally bonded to one end of the cylindrical body, for example, a resin having high moisture resistance is used, the optical element is made of resin even when used in a high temperature and high humidity environment. By protecting, a highly reliable optical module can be provided. For example, if a colored resin having a light shielding function is used, even if other light (optical noise) enters the optical element from the outside of the optical module, the optical noise can be blocked by the resin. The reliability of the optical module is improved.
またさらに、筒体の他端は、前記光ファイバと光学的に結合するためのプラグが挿入されるホルダに保持されることで、プラグが有する光ファイバと、筒体の内部に保持されている光ファイバとが光学的に接続しやすい形態となる。 Furthermore, the other end of the cylindrical body is held by a holder into which a plug for optically coupling with the optical fiber is inserted, so that the optical fiber of the plug and the inside of the cylindrical body are held. The optical fiber is easily optically connected.
ここで、側面入射型の受光素子や側面出射型の発光素子のMFD(モードフィールド径)は面受発光型素子と比較して小さい。しかしながら、本発明においては、レンズ機能を有するグレーデッドインデックスファイバ部を有する光ファイバを用いているため、面受発光型素子と比較して、比較的距離の長い伝送特性に優れた側面入射型の受光素子や側面出射型の発光素子を搭載する光モジュールを提供できる。 Here, the MFD (mode field diameter) of the side incident type light receiving element and the side emission type light emitting element is smaller than that of the surface receiving type light emitting element. However, in the present invention, since an optical fiber having a graded index fiber portion having a lens function is used, a side-incidence type that has relatively long transmission characteristics compared to a surface-emitting type element. An optical module on which a light receiving element or a side emission type light emitting element is mounted can be provided.
以下に、本発明に係る光モジュールについて、図1〜図4を参照して説明する。 The optical module according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は本発明の第一実施形態に係る光モジュール100を示すものであり、(a)は平面図、(b)、(c)は断面図である。光モジュール100は、光ファイバ1(シングルモードファイバ部1a、グレーデッドインデックスファイバ部1b、コアレスファイバ部1c)を内部で保持する筒体(以下、フェルール2とする)と、光素子に相当する発光素子3、受光素子4、およびチップ部品5が搭載された基板(以下、キャリア6とする)に、電極パターン7、ビアホール導体8、外部電子回路に接続され、光素子に給電可能な端子に相当する端子ピン9を備える光電変換装置101と、フェルール2と基板6を被着する透明樹脂10、基板6上に搭載される光素子を被覆するエンキャプシュレーション樹脂11から構成されている。
FIG. 1 shows an
光ファイバ1には、シングルモードファイバ部1a、グレーデッドインデックスファイバ部1b、コアレスファイバ部1c等の光ファイバが用いられる。
For the
光ファイバ1の一部に用いられるシングルモードファイバ部1aは、長距離の光通信に適した光ファイバであり、モードフィールド径が約10μm、クラッド径が約125μmの光ファイバであり、たとえば、石英等のガラスで構成されている。
A single
光ファイバ1の一部に用いられるグレーデッドインデックスファイバ部1bは、光ファイバの中心軸から外周に向かって徐々に小さくなるような軸対称の屈折率分布を有する光ファイバであり、一般にはマルチモード伝送用に用いられている。この屈折率分布は、光ファイバの中心軸からの距離、即ち、光ファイバ半径のほぼ2乗の値に依存して光ファイバの外周に向かって小さくなっている。また、このグレーデッドインデックスファイバ部1bが有する屈折率分布は、GRINレンズと同様にレンズ効果を持つため、適当な屈折率分布のグレーデッドインデックスファイバ部1bを適切な長さで用いれば、結合効率よく光学系を構成することができる。
The graded
ここで、通常のGRINレンズは、一般に、光ファイバ径よりも大きいため、光ファイバとの取り付けには特殊な治具を必要とする。しかしながら、本発明のようなグレーデッドインデックスファイバ部1bであれば、たとえばシングルモードファイバ部1aと同等の外径を有するとともに融着により容易に接続することができる。
Here, since a normal GRIN lens is generally larger than the diameter of the optical fiber, a special jig is required for attachment to the optical fiber. However, the graded
光ファイバ1の一部に用いられるコアレスファイバ部1cは、グレーデッドインデックスファイバ部1bの一端もしくは両端に、たとえば、融着により接続される。コアレスファイバ部1cは、光素子と光ファイバ1が効率良く光学結合するワーキングディスタンスを確保(調整)する機能を有する光ファイバである。コアレスファイバ部1cは、屈折率が一様のガラス体であり、たとえば、n=1.46程度を有する石英系のガラス体で構成されている。また、コアレスファイバ部1cの長さは、光素子がシングルモードファイバに効率良く光学結合するワーキングディスタンスを確保する長さに設定される。
The
ここで、図1(b)のように、コアレスファイバ部1cがグレーデッドインデックスファイバ部1bの光素子側に位置する一端に融着接続されている場合は、たとえば、予め、グレーデッドインデックスファイバ部1bとコアレスファイバ部1cを融着接続した光ファイバを用意し、グレーデッドインデックスファイバ部1bの長さに準じ、コアレスファイバ1cの長さを調整すればよく、このとき、コアレスファイバ部1cは、切りしろとして利用することもできる。また、図1(c)に示すように、コアレスファイバ部1c’シングルモードファイバ部1aとグレーデッドインデックスファイバ部1bとの間に介在する場合は、グレーデッドインデックスファイバの長さとその取り付け位置を考慮し、光素子と光ファイバ1とが効率良く光学結合するワーキングディスタンスを確保する長さに設定される。
Here, as shown in FIG. 1B, when the
フェルール2は、その内部(貫通孔)で光ファイバ1を保持する機能を有し、光ファイバに作用する外力を抑制することができる。また、フェルール2は、たとえば、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス、またはガラス等から構成される。また、フェルール2がセラミックスで構成されていれば、押出成形等により筒状に形成した成形体を焼成し、研磨等を施して作製することができる。
The
発光素子3は通信のデータなどの電気信号を光に変換し、発光部3aから光ファイバ等の伝送媒体に光を伝送する為のアクティブデバイスであり、GaAsやInPなどの化合物半導体から構成されている。なお、本発明の光モジュールにおける光素子3は、受光・発光の双方に応用可能であるため、図1では光素子3が発光素子である場合が示されているが、この光素子3が受光素子であってもよい。さらに、発光素子3は、側方発光や面発光素子に関わりなく適用が可能であり、さらに受光素子についても同様に、この形態をとることができる。
The
受光素子4は、発光素子3の発光部3aから出射される光を受光してモニターするとともに、受光された光を電気信号に変換する機能を有するアクティブデバイスであり、GaAsやInPなどの化合物半導体から構成されている。そして、この電気信号は、電極等を介して発光素子3の制御回路に伝送され、該制御回路からのフィードバックにより、発光素子3の光量を制御する。
The
チップ部品5には、たとえば、コンデンサ、抵抗器、インダクタンス用チップ部品の他に、発光素子3の近傍に搭載されるSi半導体からなるドライバー用ICや受光素子4の近傍に搭載されるSi半導体からなるプリアンプ用ICなどが用いられ、電極パターン上に、ワイヤボンディング、フリップチップ、およびロウ付等の方法で実装される。そして、このチップ部品は、電極パターン7を介して光素子と電気的に接続される。
The
基板となるキャリア6は、光素子に相当する発光素子3、受光素子4、およびチップ部品5等を搭載するためのものであり、アルミナ等のセラミックス、セラミックスに所定のガラス成分を添加すること得られるLTCC(低温焼成セラミックス)からなるセラミック材料で構成されるセラミック基板、または樹脂材料で構成される樹脂基板であってもよい。
The
ビアホール導体8は、電極パターン7と電気的に接続されるとともに、外部電子回路との接続を司る給電・信号供給あるいは信号取り出し用の端子ピン9とも電気的に接続されている。この端子ピン9は、外部電子回路との電気の授受が可能なものであればよく、たとえば、FeとNiとの合金、金属ボール、および半田等からなるバンプ、または導体が埋設された樹脂からなるフラットケーブル等でもよい。 The via-hole conductor 8 is electrically connected to the electrode pattern 7 and is also electrically connected to a power supply / signal supply or signal extraction terminal pin 9 that controls connection to an external electronic circuit. The terminal pin 9 only needs to be capable of transferring electricity to and from an external electronic circuit. For example, the terminal pin 9 is made of an alloy of Fe and Ni, a metal ball, a bump made of solder or the like, or a resin in which a conductor is embedded. A flat cable or the like may be used.
透明樹脂10は光の透過を許容する樹脂であり、また、光ファイバ1と発光素子3との間の距離を調整し、光ファイバ1と発光素子3との光学結合を最適化する機能を有する。
The
この透明樹脂10は、光の透過を許容する樹脂であればよく、たとえば紫外線の照射により硬化するUV硬化樹脂(たとえば、エポキシ樹脂)、熱により硬化する熱硬化性樹脂(たとえば、アクリル樹脂)、および熱により軟化し、その後、冷却によって硬化する熱可塑性樹脂(たとえば、ポリカーボネート樹脂)を用いることができる。特に、透明樹脂10がUV硬化樹脂もしくはUV照射で初期段階の硬化が可能な樹脂であれば、光学調整時に熱をかけることなく光ファイバ1と発光素子3とを透明樹脂10を介してアライメントして光学結合させることができるため好ましい。これは、光学調整時に熱によって透明樹脂10を硬化させると、透明樹脂10の硬化時に、実装されている光素子が微小に動いたり、また、フェルール2の内部に光ファイバ1を保持する際に使用される接着剤の耐熱性が低い場合、光ファイバ1に位置ずれが生じ、光の結合損失が大きくなる可能性があるからである。なお、透明樹脂10による光学結合の調整とは、光素子3(発光素子)または光ファイバ1から放出されたビームがグレーデッドインデックスファイバ部1bを介して光ファイバ1もしくは光素子3(発光素子)に入射するときに、光学結合がピークとなるビームウエストになるように、距離や角度を調整することである。
The
以下に、光モジュール100の製造方法について説明する。
Below, the manufacturing method of the
まず、シングルモードファイバ部1a、グレーデッドインデックスファイバ部1b、およびコアレスファイバ部1cをそれぞれ熱により融着接続して光ファイバ1を得る。
First, the single-
次いで、図1(b)に示すように、セラミックス等からなる筒体の一端に、光ファイバ1が挿入される貫通孔の軸方向(光ファイバの光軸方向)に略平行な平面部を有する突出部を形成してフェルール2が作製される。なお、この突出部は、たとえば、半導体カットをするダイヤモンド材が表面に配される鋸歯などで切断して形成することができる。その後、光ファイバ1をコアレスファイバ部1cが前記突出部側に位置するように挿入し、前記貫通孔内に塗布されるエポキシ樹脂等の接着剤を介して接着することにより、フェルール2の内部に光ファイバ1が保持される。なお、図1(b)に示すフェルール2の形態では、光電変換装置を光学調整後、実装把持しやすいように光ファイバの光軸方向に略平行な平面部を有する突出部を設けているが、この形態はあくまで一例であり、フェルール2の形状は、光ファイバ1を内部で保持可能な筒体であれば、特に限定されるものではない。
Next, as shown in FIG. 1B, at one end of a cylindrical body made of ceramics or the like, there is a flat portion substantially parallel to the axial direction of the through hole into which the
次に、光モジュールを構成する光電変換装置101の製造方法について説明する。
Next, the manufacturing method of the
まず、たとえば多層のセラミックス成形体にビアホール導体8や電極パターン7をタングステンやモリブデンなどのペーストを充填、印刷した後、セラミック材と同時焼成することによりキャリア6を得る。次に、ビアホール導体8の上面にNiなどのメッキを施した後、該メッキ層に端子ピン9がロウ材により取り付けられる。最後に、電極パターン7にNiメッキやAuメッキなどを施した後に、発光素子、受光素子、チップ部品、IC等をワイアボンドやバンプにより実装する。なお、キャリア6は材料、サイズ、および端子ピンの取り出し方向は、光学調製時に実装装置や治具で把持しやすい様に選ばれるものであり、図1に示すキャリア6の形態はあくまで一例である。
First, for example, a multilayer ceramic molded body is filled with a via hole conductor 8 or an electrode pattern 7 with a paste such as tungsten or molybdenum, printed, and then simultaneously fired with a ceramic material to obtain a
次に、光ファイバ1を内部で保持するフェルール2と光電変換装置101との接合について説明する
まず、突出部が形成されたフェルール2の端面、および突出部の平面部にエポキシ樹脂等からなるUV硬化樹脂(透明樹脂10)を塗布する。なお、このフェルール2の端面には、光の反射を抑制するために、斜め研磨加工を施したり、無反射コートを被着させてもよい。
Next, the joining of the
次いで、透明樹脂10が硬化してない状態で、光電変換装置101の端子ピン9にソケット(不図示)などを介して給電して発光素子3を稼動させ、フェルール2の突出部の平面部に光電変換装置101を載置する。そして、フェルール2と発光素子3の発光部3aからの光を光ファイバ1に入射し、光学結合のピークが最大になるようにフェルール2の端面(光ファイバ1の一端部)と光電変換装置101(発光素子3の発光部3a)の間隔を透明樹脂10の厚み、および接着角度等を調整して位置決めした後に、透明樹脂10に紫外光を照射して硬化させて、フェルール2の端面(光ファイバ1の一端部)と光電変換装置101(発光素子3の発光部3a)を透明樹脂10に被着させる。最後に、発光素子3、受光素子4、およびチップ部品5等を保護するために、熱硬化樹脂などのエンキャプシュレーション樹脂11で被覆することにより光モジュール100を得る。
Next, in a state where the
次に、光モジュール100の作用について説明する。
Next, the operation of the
外部回路基板(不図示)から供給された電気信号や電力は、端子ピン9から給電され、その電気信号はビアホール導体8や電極パターン7を介して光素子3(発光素子)に伝送された後に、光素子3で光信号に変換される。
An electrical signal or power supplied from an external circuit board (not shown) is fed from the terminal pin 9, and the electrical signal is transmitted to the optical element 3 (light emitting element) via the via-hole conductor 8 and the electrode pattern 7. The
その光信号(光)は透明樹脂10を透過してコアレスファイバ部1cを介してグレーデッドインデックスファイバ部1bに入射される。そして、グレーデッドインデックスファイバ部1bに入射された光は該グレーデッドインデックスファイバ部1bが持つレンズ機能で適切なビームに絞られた後に、シングルモードファイバ1aに入射される。このような光モジュール100は、光送信用の光モジュールとして使用される。
The optical signal (light) passes through the
また、光素子3が受光素子である場合はシングルモードファイバ部1aから伝送された光は光ファイバ端から発する光信号となり、グレーデッドインデクスファイバ部1bに入射される。そして、グレーデッドインデックスファイバ部1bに入射された光は該グレーデッドインデックスファイバ部が持つレンズ機能で適切なビームに絞られ、コアレスファイバ1cおよび透明樹脂10を介して受光素子に入射される。受光素子は、入射された光信号を電気信号に変換する。その後、電気信号は、電極パターン7やビアホール導体8などを通り、端子ピン9を介して接続された外部回路基板(不図示)に伝送させる。このような光モジュール100は、光受信用の光モジュールとして使用される。
When the
そして、本発明の光モジュールによれば、光ファイバ1にグレーデッドインデックスファイバ部1bを設け、光ファイバ1と光素子との間に、グレーデッドインデックスファイバ部1cと光素子の受光部もしくは発光部との光学結合を調整する透明樹脂を介在させている。その結果、本発明の光モジュールでは、従来のような大型のレンズを用いることなく光ファイバ1と光素子とが光学結合されるため、光ファイバ1と光素子との光の結合効率を維持しながら、光モジュールを小型化できる。さらに、本発明の光モジュールでは、透明樹脂10で光学結合の微調整を施すことできるため、光モジュールの組立における作業性を向上できる。このような本発明の光モジュールは、FTTHなどの小型で且つ低価格で量産性を必要とする局内や加入者用通信装置などのアクティブ部品として実装され、電話などの音声信号、メールやFAXなどのデータ信号さらにテレビや映画などのビデオ信号などを光信号に変え送受信する通信モジュールに使用される。
And according to the optical module of this invention, the graded
図2は本発明の第二実施形態に係る光モジュール200を示した断面図である。なお、図2〜4において、図1と同一部材については、同一符号を付し説明を省略するものとする。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an
光モジュール200は、本発明の第一実施形態で用いた光モジュール100、ホルダ21、スリーブ22、シェル25から構成される、いわゆる、光レセプタクル型の光モジュールである。
The
ホルダ21は、貫通孔を有しており、該貫通孔の内面で光モジュール100のフェルール2の一端を保持するための部材であり、ステンレス等の金属で構成されている。
The
スリーブ22は、貫通孔を有する筒体であり、その貫通孔の一端の開孔からフェルール2が挿入され、一方で、他端の開孔から内部で光ファイバ24を保持するプラグ23が挿入される部材である。そして、スリーブ22は、前記貫通孔内でフェルール2の内部で保持される光ファイバ1と、プラグ23の内部で保持される光ファイバ24とを当接させて光学結合を促す機能を有する。スリーブ22は、たとえば、金属、ジルコニア等のセラミックス、または樹脂等で構成されている。
The
また、プラグ23の材質と形状は、フェルール2と同等のものを用いればよい。さらに、プラグ23とフェルール2が互いに当接するそれぞれの端面がPC研磨されていれば、光学結合をさらに向上させることもできる。
The material and shape of the
シェル25は、プラグを案内するための開口部を有するとともに、スリーブ22の一部を保護するための部材であり、たとえば、ステンレス等の金属、セラミックス、または樹脂等から構成される。
The
このような光レセプタクル型の光モジュール200では、外部の光学部品、たとえば、プラグ23と光モジュール100の光学結合がスリーブ22を介して容易に実現することができる。
In such an optical receptacle type
次に、光モジュール200の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、光モジュール100の製造方法に準じ、光ファイバ1が保持されるフェルール2と光電変換装置101を作製する。
First, according to the manufacturing method of the
次いで、切削等によって作製されたホルダ21の貫通孔内にフェルール2の一端を圧入し、ホルダ21にフェルール2を保持する。次に、フェルール2の他端にジルコニア等のセラミックスからなる円筒状のスリーブ22を挿入して固定する。さらに、スリーブ22の一部が収納されるように樹脂等からなる円筒状のシェル25を配置し、該シェル25をホルダ21と圧入や接着等で固定することにより、光レセプタクル部20が作製される。
Next, one end of the
最後に、本発明の第一実施形態と同様の方法を用いて透明樹脂10を硬化させてフェルール2と光電変換装置101を高精度に接着固定することにより、光モジュール200を得る。
Finally, the
図3は本発明の第三実施形態に係る光モジュール300を示した断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an
光モジュール300は、光モジュール100と基本構成は同じであるが、フェルール2の一端に突出部が存在しない点で相違し、光電変換素子101が樹脂31によって被覆されるとともに、該樹脂31でフェルール2と一体的に接合されている。
The
具体的には、光モジュール100で用いているエンキャプシュレーション樹脂11の代わりに、フェルール2の一部を覆うとともに、フェルール2と光電変換装置101とを一体化するように樹脂31でトランスファーモールドする形態である。
Specifically, instead of the
この光モジュール300では、フェルール2に突出部を形成する加工を省略することができる。したがって、フェルール2の光電変換素子101と接合する端面は、図3に示すような平面であってもよい。
In the
樹脂31は、温度変化による光学部品の位置ずれを低減させるため、低膨張率の樹脂、たとえば、エポキシ樹脂等で構成される。また、樹脂31は、耐湿性を向上させるために、樹脂の中にシリカなどからなるフィラーを30乃至60重量%混合させてもよく、さらに、添加するフィラーの5乃至30重量%対し、容積が0.1乃至2.0ml/gの細孔を形成させてもよい。
The
また、樹脂31は、光モジュールに入射される外部からの光を遮断するような遮光性のある有色な樹脂、たとえば黒色系の樹脂を用いてもよい。
The
次に、光モジュール300の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、光モジュール100の製造方法に準じ、光モジュール100を作製する。なお、この光モジュール100は、フェルール2に突出部は形成されていない。
First, the
次いで、上記で作製された光モジュール100をインジェクションモールド用金型に取り付け、樹脂31として、たとえばエポキシ樹脂を用い、樹脂31をタブレット状にして樹脂供給部分にセットし、約100℃の熱をかけて融かした樹脂を金型に打ち込み、冷却硬化することで光モジュール300を得る。
Next, the
図4は本発明の第四実施形態に係る光モジュール400を示した断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing an
光モジュール400は、光モジュール300を用いる光レセプタクル型の光モジュールである。この光モジュール400であっても、光モジュール200と同等の効果を得ることができる。なお、この光モジュール400は、光モジュール200と光モジュール300の製造方法を用いれば、作製することができる。
The
以上は本発明に係る実施の形態ついていくつかの例を挙げたに過ぎず、本発明の技術思想または原理を逸脱しなければ、上述の実施形態に種々の変更を加えてもかまわない。 The above is merely a few examples of the embodiment according to the present invention, and various modifications may be made to the above-described embodiment without departing from the technical idea or principle of the present invention.
1、24、53、62・・・光ファイバ
1a・・・シングルモードファイバ部
1b・・・グレーデッドインデックスファイバ部
1c、1c’・・・コアレスファイバ部
2、52、61・・・フェルール(筒体)
3、4、51、64・・・光素子(発光素子、受光素子、レーザダイオードフォトダイオード、)
3a・・・発光部、受光部
5・・・チップ部品
6・・・キャリア(基板)
7・・・電極パターン
8・・・ビアホール導体
9・・・端子ピン
10・・・透明樹脂
11・・・エンキャプシュレーション樹脂
20・・・光レセプタクル部
21・・・ホルダ
22・・・スリーブ
23・・・プラグ
25・・・シェル
31・・・樹脂
54・・・フラットケーブル
100、200、300、400、500、600・・・光モジュール
101・・・光電変換装置
1, 24, 53, 62 ...
3, 4, 51, 64... Optical element (light emitting element, light receiving element, laser diode photodiode)
3a: Light emitting part, light receiving part 5: Chip component 6: Carrier (substrate)
7 ... Electrode pattern 8 ... Via hole conductor 9 ...
Claims (10)
該光ファイバと光学的に結合される受光部もしくは発光部を有する光素子と、
前記光ファイバと前記光素子との間に、前記グレーデッドインデックスファイバ部と前記光素子の受光部もしくは発光部との間の光学結合のピークが最大になるように介在させるとともに、その状態を維持するように硬化させた透明樹脂と、を備え、
前記光ファイバの一端部および前記光素子の受光部もしくは発光部に、前記透明樹脂が被着され、
前記透明樹脂がUV硬化樹脂であることを特徴とする光モジュール。 An optical fiber having a graded index fiber portion;
An optical element having a light receiving part or a light emitting part optically coupled to the optical fiber ;
The optical fiber and the optical element are interposed so that the peak of optical coupling between the graded index fiber part and the light receiving part or light emitting part of the optical element is maximized, and the state is maintained. comprising a transparent resin cured to a,
The transparent resin is attached to one end of the optical fiber and the light receiving part or the light emitting part of the optical element,
An optical module, wherein the transparent resin is a UV curable resin.
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