JP4744998B2 - 光通信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、各種の電気製品に組み込まれることにより、双方向のデータ通信を行うのに用いられる光通信モジュールに関する。

従来の光通信モジュールの一例を図５および図６に示す。図６は図５のVI-VI線に沿う断面図である。この光通信モジュールＸは、基板１０１と、基板１０１上に設置された発光素子１０２、受光素子１０３、およびＩＣチップ１０４と、それらを覆う樹脂パッケージ１０５とを備えて構成されている。樹脂パッケージ１０５には、発光素子１０２ら発せられた光を集光して指向性を高めるためレンズ部１０５ａと、外部からの光を受光素子１０３に集光することで受光感度を高めるためのレンズ部１０５ｂとが形成されている。ＩＣチップ１０４は、発光素子１０２の駆動制御や、受光素子１０３からの信号に基づいて所定の信号を外部に出力するための信号処理などを行う。なお、発光効率を高めるために、発光素子１０２は金属層で覆われた円錐台状の凹部１０１ａ内に設置されている。

図５および図６に示されるように、基板１０１は長矩形であり、基板１０１の長手方向に沿って発光素子１０２、受光素子１０３、およびＩＣチップ１０４は並んでいる。また、基板１０１上には、発光素子１０２、受光素子１０３、およびＩＣチップ１０４に対する電力供給や信号の入出力を行なわせるための配線パターン（図示略）が形成されており、発光素子１０２、受光素子１０３、およびＩＣチップ１０４はそれぞれ上記配線パターンとボンディングワイヤ（図示略）によって導通している。

基板１０１は、たとえば、ガラスエポキシ樹脂製の絶縁基板であり、樹脂パッケージ１０５は、たとえば、光透過性のエポキシ樹脂により形成されている。ガラスエポキシ樹脂の線膨張係数が１７×１０^-6／℃である。一方、エポキシ樹脂の線膨張係数が７５×１０^-6／℃であり、ガラスエポキシ樹脂に対して４．５倍程度大きな値になっている。すなわち、基板１０１は樹脂パッケージ１０５より、温度変化によって伸び縮みする長さが短い。

ところで、樹脂パッケージ１０５は、たとえばトランスファーモールド法等の、基板１０１と型の間に熱せられた樹脂を流し込み、この樹脂を冷却して硬化させる手法で形成される。その冷却時に、基板１０１と樹脂パッケージ１０５はともに縮む。しかし、上記の線膨張係数の差により、その収縮量は、基板１０１よりも樹脂パッケージ１０５の方が大きくなる。このため、以下のような問題が生じていた。

基板１０１と樹脂パッケージ１０５との収縮量の差は、特に基板１０１の長手方向に沿って顕著であることにより、常温時には、基板１０１が樹脂パッケージ１０５よりも長手方向に沿って長い状態となる。このため、光通信モジュールＸには、常温時に長手方向に沿って反りが生じてしまっていた。このような反りは、基板１０１上の発光素子１０２、受光素子１０３、ＩＣチップ１０４、および上記ボンディングワイヤに応力がかかる原因となる。この応力は、ボンディングワイヤを破断させ、導通不良の原因となり、時には基板１０１と樹脂パッケージ１０５が剥離する原因となる。また、反りによって基板１０１裏面に傾斜が生じて平面ではなくなるので、この光通信モジュールＸを実装する際にハンダ付けしにくくなっていた。

特開２００５−１９１１８９号公報

本発明は、上記の事情のもとで考え出されたものであって、基板と樹脂パッケージの線膨張係数の差によって生じる装置の反りを低減することで、応力による導通不良が起こりにくく、安定して実装できる光通信モジュールを提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

本発明によって提供される光通信モジュールは、基板と、上記基板表面に搭載された発光素子および受光素子と、上記発光素子の駆動制御および上記受光素子からの信号に基づいて所定の信号を外部に出力するための信号処理を行うＩＣチップと、上記受光素子、上記発光素子および上記ＩＣチップを覆う樹脂パッケージと、を備え、上記基板は、その線膨張係数が、上記樹脂パッケージを形成する材質よりも小さい材質で形成されており、上記基板は、裏面に開口する凹部が形成されており、上記凹部には、その線膨張係数が、上記基板を形成する材質よりも大きな樹脂により形成された樹脂部材が嵌合している光通信モジュールであって、上記基板は長矩形であり、上記発光素子、上記受光素子および上記ＩＣチップが上記基板の長手方向に沿って上記基板表面に並べられており、かつ、上記凹部は、上記長手方向に延びる溝状であることを特徴とする。

このような構成によれば、上記樹脂部材は温度変化による膨張率もしくは収縮率が上記基板を形成する材質より大きい。このため、上記樹脂部材は上記基板に対して上述した反りを軽減する方向に力を与える。たとえば、冷却時に上記光通信モジュールが収縮する場合を考える。この場合、上記樹脂パッケージの収縮量が上記基板の収縮量より大きいので、この光通信モジュールの側縁部が中央部よりも上記樹脂パッケージ側になるように、即ち上記樹脂パッケージと上記基板の端部が中央部より上記樹脂パッケージ側になるように反りが生じる。このとき、上記樹脂部材の収縮量が上記基板を形成する材質により形成された同じ大きさの部材よりも大きいので、上記凹部において、上記基板は上記樹脂部材が収縮する方向に引っ張られることになる。この収縮する上記樹脂部材が上記基板を引っ張る力によって、上記の反りは軽減される。

このような構成によればまた、上記樹脂部材による上記反りの低減効果は大いに高くなる。なぜなら、反りが最も顕著となるのは上記基板および上記樹脂パッケージの長手方向であり、この方向と上記樹脂部材の長手方向が一致したことで、上記樹脂部材が上記基板を引っ張る力は、この長手方向において最大となるからである。さらに、基板裏面に溝を形成する作業および樹脂を溝に充填する作業も比較的容易であるため、製造する際に有利である。

さらに、好ましい実施の形態においては、上記樹脂部材は、上記樹脂パッケージを形成する樹脂と同一の樹脂により形成されている。このような構成によれば、新たに別の樹脂を用意する必要がなく、製造の際に有利である。

本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態について具体的に説明する。

本発明の第１の実施形態として光通信モジュールＡ１の概略斜視図を図１に示した。図２は図１のII-II線に沿う断面図である。また、図３は光通信モジュールＡ１の裏面を示している。これらの図に示したように、光通信モジュールＡ１は、基板１と、基板１上の発光素子２、受光素子３、ＩＣチップ４と、これらを覆う樹脂パッケージ５と、樹脂部材６とを備えて構成されている。

基板１は、たとえば、ガラスエポキシ樹脂製の絶縁基板であり、平面視長矩形状である。この基板１の表面には、発光素子２、受光素子３とＩＣチップ４とが長手方向に並んで搭載されている。さらに、基板１の表面には、発光素子２、受光素子３とＩＣチップ４とに対して電力供給や信号の入出力を行わせるための配線パターン（図示略）が形成されている。この配線パターンは、基板１の側面に形成された電極層（図示略）を介して基板１裏面に設置された端子部（図示略）に繋がっている。また、基板１表面の長手方向の一端付近には、底部寄りの部分ほど直径が小さくなる円錐台状の凹部１ａが形成されている。この凹部１ａの底部および内周面は金属（図示略）で覆われており、上記金属のうち上記底部を覆う部分は上記の配線パターンの一部となっている。さらに、図１ないし３に示したように、基板１の裏面側には、基板１の長手方向に沿って延びる溝１ｂが形成されている。この溝１ｂは基板１の長手方向の両端に達している。

発光素子２は、ＬＥＤ等であり、発光効率を高めるために、凹部１ａの底部に導電性接着剤（図示略）を介して設置されている。すなわち、上記金属で覆われた凹部１ａの上記底部を介し、発光素子２の陰極は上記配線パターンと導通している。また、発光素子２の陽極は上記配線パターンとボンディングワイヤ（図示略）で導通している。

受光素子３は、光通信モジュールＡ１による通信に使用される光を感知可能なフォトダイオード等を備えて構成されている。受光素子３は基板１表面の長手方向の発光素子２がある端とは反対側の一端付近に設置されている。また、発光素子２と同様に、受光素子３も、基板１上の配線パターンとボンディングワイヤ（図示略）によって導通している。

ＩＣチップ４は、発光素子２の駆動や受光素子３から出力される信号の増幅などを行うためのものであり、基板１表面上の、発光素子２と受光素子３との間に設置されている。このＩＣチップ４も、基板１上の配線パターンとボンディングワイヤ（図示略）によって導通している。

樹脂パッケージ５は、たとえば、エポキシ樹脂製であり、発光素子２、受光素子３、ＩＣチップ４、および上記配線パターンと、上記ボンディングワイヤとを保護するためのものであり、これらを覆うように形成されている。また、樹脂パッケージ５は、図１および図２に示したように、半球状のレンズ部５ａと５ｂとを備えている。レンズ部５ａは、発光素子２から図中上方に進行する光を集光するために、発光素子２の図中上方に形成されている。レンズ部５ｂは、外部から進行してきた光を受光素子３上に集光させるために、受光素子３の図中上方に形成されている。このような形状の樹脂パッケージ５は、たとえばトランスファーモールド法などによって形成される。すなわち、樹脂パッケージ５は、高温で流動状態の樹脂を基板１と型の間に流し込み、冷却により硬化させることによって形成されている。

樹脂部材６は、樹脂パッケージ５を形成するエポキシ樹脂と同一のエポキシ樹脂で形成されており、溝１ｂに嵌合している。このため、樹脂部材６は、樹脂パッケージ５と一括して形成可能である。また、図１ないし図３に示したように、樹脂部材６は基板１の長手方向両端に達している。

次に、光通信モジュールＡ１の作用について説明する。

光通信モジュールＡ１は、その製造過程に高温状態から常温へ温度変化する過程を含んでいる。このとき、基板１、樹脂パッケージ５および樹脂部材６は収縮する。上述した線膨張係数の差から、基板１の収縮量は、樹脂パッケージ５および樹脂部材６の収縮量よりも短くなる。これらの収縮は光通信モジュールＡ１の長手方向に沿って最も顕著である。その長手方向において、樹脂パッケージ５は基板１よりも短くなろうとするので、光通信モジュールＡ１は、両端が中央より図中上方になるように反ろうとする。しかし、一方で、基板１は樹脂部材６にも引っ張られる。樹脂部材６は樹脂パッケージ５と同一の樹脂であり、基板１を挟んで樹脂パッケージ５とは反対側に形成されているので、樹脂パッケージ５による反りとは反対方向の反りを生じさせようとする。このため、光通信モジュールＡ１に反りを生じさせようとする力は相殺し合い、光通信モジュールＡ１の反りは大きく低減される。したがって、光通信モジュールＡ１は、応力によるボンディングワイヤの破断が起こりにくく、樹脂パッケージ５が基板１から剥がれるようなことも起こりにくい。さらに、反りが低減されたことで光通信モジュールＡ１の底面はほぼ平板となり、ハンダ付け等を施しやすくなっている。

本発明の第２の実施形態における光通信モジュールＡ２の基板１裏面を図４に示した。図４によると、この光通信モジュールＡ２においては、溝１ｂが２本形成されている。なお、その他の構成は光通信モジュールＡ１と同様である。溝１ｂを複数とすると、光通信モジュールＡ１では中央部分にのみ生じていた反りを低減させる方向の力が、基板１の長手方向と垂直な方向に沿って平均的に生じるようになり、より効果的な反りの低減が期待できる。

本発明に係る光通信モジュールは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る光通信モジュールの各部の具体的な構成は、様々に設計変更自在である。たとえば、溝１ｂの本数および形状等、および、通信媒体としての光の選択等は、多様な形態が実施可能である。

本発明に係る光通信モジュールの第１の実施形態を示す概略斜視図である。 図１のII-II線に沿う断面図である。 本発明に係る光通信モジュールの第１の実施形態を示す裏面図である。 本発明に係る光通信モジュールの第２の実施形態を示す裏面図である。 従来の光通信モジュールの一例を示す概略斜視図である。 図５のVI-VI線に沿う断面図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２ 光通信モジュール
１ 基板
１ａ 凹部
１ｂ 溝
２ 発光素子
３ 受光素子
４ ＩＣチップ
５ 樹脂パッケージ
５ａ，ｂ レンズ部
６ 樹脂部材

Claims (3)

1. 基板と、
   上記基板表面に搭載された発光素子および受光素子と、
   上記発光素子の駆動制御および上記受光素子からの信号に基づいて所定の信号を外部に出力するための信号処理を行うＩＣチップと、
   上記受光素子、上記発光素子および上記ＩＣチップを覆う樹脂パッケージと、を備え、
   上記基板は、その線膨張係数が、上記樹脂パッケージを形成する材質よりも小さい材質で形成されており、
   上記基板は、裏面に開口する凹部が形成されており、
   上記凹部には、その線膨張係数が、上記基板を形成する材質よりも大きな樹脂により形成された樹脂部材が嵌合している光通信モジュールであって、
   上記基板は長矩形であり、
   上記発光素子、上記受光素子および上記ＩＣチップが上記基板の長手方向に沿って上記基板表面に並べられており、かつ、
   上記凹部は、上記長手方向に延びる溝状であることを特徴とする、光通信モジュール。
2. 上記樹脂部材は、上記樹脂パッケージを形成する樹脂と同一の樹脂により形成されている、請求項１に記載の光通信モジュール。
3. 上記凹部は、上記基板の幅方向に並んで複数形成されている、請求項１または２に記載の光通信モジュール。

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