JP4801339B2

JP4801339B2 - 光通信モジュール

Info

Publication number: JP4801339B2
Application number: JP2004294168A
Authority: JP
Inventors: 剛三浦
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2024-10-06
Also published as: JP2006108450A

Description

本発明は、単一の回路基板上に光デバイス及び電子デバイスが混在して実装された光通信モジュールに関するものである。

従来、光を媒介して通信を行う光通信モジュール１は、図８及び図９に示すように、複数の基板電極部７が形成された単一の回路基板２上に、ＬＥＤ等の発光デバイス３やフォトダイオード等の受光デバイス４からなる光デバイス群と、これら光デバイス群を駆動制御するためのドライバ回路やアンプ回路が集積された電子デバイス５とを実装して形成されている。また、前記発光デバイス３、受光デバイス４及び電子デバイス５は、回路基板２上に成形された透光性の樹脂体６によって封止される。

前記発光デバイス３、受光デバイス４及び電子デバイス５は、前記回路基板２上の基板電極部７とボンディングワイヤ１０を介して接続されており、マザーボード等の外部実装基板に実装する際は、前記回路基板２の側面に形成されているスルーホール電極８を介して行われる。

前記構成の光通信モジュール１は、発光デバイス３、受光デバイス４及び電子デバイス５を回路基板２の表面に実装して形成されたものであるが、回路基板の表裏両面を利用して構成した光通信デバイスの構成例が特許文献１に開示されている。この光通信デバイスは、回路基板の表面及び裏面に基板電極部を形成し、一方の面に光デバイスを実装し、他方の面に電子デバイスを実装することで、回路基板の小型化及び光通信モジュール全体の小型化を図っている。なお、前述した従来例の光通信モジュールにおける光デバイス及び電子デバイスの実装は、いずれもボンディングワイヤを介して行うものとなっている。
特開２００１−２６７６２８号公報

上記従来の光通信モジュール１における発光デバイス３、受光デバイス４及び電子デバイス５は、いずれもボンディングワイヤ１０を介して実装しているが、このようなワイヤボンディングによる実装形態では、図９に示したように、電子デバイス５の周囲の配線が混み合うため、回路基板面に広いスペースを確保しなければならない。このため、回路基板２のサイズが大きくなるといった問題がある。特に、発光デバイス３や受光デバイス４等の光デバイス群を駆動制御するための電子デバイス５にあっては、外部とのインターフェイス用に多くの素子電極部を有し、この素子電極部と対応して設けられるスルーホール電極８との間に引き回す基板電極部７の数も多くなる傾向にある。このため、配線用のスペースがさらに増大することとなる。このように、配線スペースの増加に伴って、光通信モジュール１全体が大型化し、小型及び薄型化する携帯用途の電子機器に組み込むことが困難となる場合がある。

また、電子デバイスのみで構成されたモジュールであれば、封止樹脂体の内部にフィラーを多く混入させて、リフロー処理する際の封止樹脂体の熱膨張を低く抑えることが可能であり、ボンディングワイヤの断線等を防ぐことができる。しかしながら、前記図８及び図９に示したような光デバイス群を混在させたモジュールの場合は、前記フィラーを多量に混入することは、光透過性を低下させることとなるため、フィラーの混入量を低く抑えるか、混入しないように制限しなければならない。このため、リフロー処理時における製品の不良率を低く抑えるには限界があった。

また、前記光通信モジュール１においては、その性質上、光デバイス群を中心に多くの光が照射されるが、電子デバイス５にとっては前記照射した光によって回路機能に影響を及ぼす場合があって好ましくない。このため、前記電子デバイス５を実装した部分を遮光するようにマスクを施す場合もある。しかしながら、このようなマスクを施すためのコストや工数が余計にかかってしまい生産性が悪くなるといった問題がある。

このように、従来の光通信モジュール１にあっては、小型化の制約、リフロー処理における製品の信頼性、光によるデバイス特性の相違のいずれについても満足するようなものがなかった。

そこで、本発明の目的は、電子デバイスの実装スペースを抑えることで、回路基板のサイズを小型化すると共に、リフロー等の処理における信頼性の確保及び光照射による回路機能への影響を最小限に抑えることのできる光通信モジュールを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の光通信モジュールは、電極パターンが形成された回路基板と、前記電極パターンとボンディングワイヤを介して接続される素子電極部を上面側に有する発光デバイス及び受光デバイスと、前記電極パターン上にバンプを介してフリップチップ実装される素子電極部を下面側に有する電子デバイスと、前記電極パターンにスルーホールを介して接続される外部接続用電極と、少なくとも前記発光デバイス及び受光デバイスを前記回路基板上に封止する透光性の樹脂体と、前記電子デバイスの素子電極部と前記電極パターンとの間を封止するカーボンフィラーが混入された遮光性樹脂とを備えたことを特徴とする。

また、前記バンプは、無鉛半田または金バンプであることを特徴とする。これにより鉛フリー対応の光通信モジュールの提供が可能となる。

また、回路基板上に実装された電子デバイスを遮光性樹脂で全体を封止、あるいは、バンプを介して接合される素子電極部と電極パターンとの隙間に遮光性樹脂を充填することによって、光による回路機能の不具合を防止することができる。また、前記遮光性樹脂にカーボンフィラーを混入することで、遮光率がアップし、信頼性の向上効果が図られる。

本発明に係る光通信モジュールによれば、電子デバイスの実装スペースを小さく抑えることができるため、全体が小型化され、携帯用途の小型電子機器への組み込みが容易となる。また、前記電子デバイスは、素子電極部を回路基板に設けた電極パターン上に直接実装するフリップチップ実装で行うために、ボンディングワイヤによる接続部がなく、リフロー処理による断線不良等のおそれがない。さらに、実装された電子デバイス全体、あるいは、バンプを介して接合される素子電極部と回路基板上の電極パターンとの間の隙間に遮光性樹脂によって封止あるいは充填することで、接合強度を高めると同時に電子デバイスの機能に影響を及ぼすおそれのある光を有効に遮ることができる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る光通信モジュールの実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る光通信モジュールの斜視図、図２は前記光通信モジュールの断面図、図３は前記光通信モジュールの平面図である。

本実施形態では、光通信手段の一つである赤外線を用いた赤外線データ通信モジュールを例にして説明する。この赤外線データ通信モジュール（以下、光通信モジュールという）は、パーソナルコンピュータとその周辺機器であるマウスやキーボード等との間の比較的近距離間での通信手段として使用される場合が多い。図１に示すように、前記光通信モジュール２１は、表面に電極パターン（基板電極部）２７が複数形成された長方形状の回路基板２２と、この回路基板２２の上に実装される第１の光デバイス（発光デバイス）２３及び第２の光デバイス（受光デバイス）２４と、電子デバイス２５と、これら発光デバイス２３、受光デバイス２４及び電子デバイス２５を前記回路基板２２上に封止する透光性の樹脂体２６とによって構成されている。

前記回路基板２２は、ガラスエポキシ樹脂やＢＴレジン（Bismaleimide Triazine Resin）等の絶縁材料で長方形状に形成され、その表面２２ａに発光デバイス２３、受光デバイス２４及び電子デバイス２５を実装する基板電極部２７がパターン形成されている。電子デバイス２５は、素子電極部（図示せず）を有する面を下に向けて載置され、この素子電極部に設けた半田バンプ２９を介して前記基板電極部２７上にフリップチップ実装される。このフリップチップ実装は、前記基板電極部２７上に半田バンプ２９が形成された素子電極部を位置決めして載置した後、ピーク温度が２５０度で約１０秒以下のリフロー処理工程を経ることによって行われる。また、前記発光デバイス２３及び受光デバイス２４の上面側の素子電極部は、ボンディングワイヤ３０によって前記基板電極部２７に接続される。前記ボンディングワイヤ３０は、接合強度を高めると共に、樹脂体２６で封止した際の熱膨張による影響を最小限に抑えるために、３０μｍ程度のＡｕ線材を使用するのが望ましい。なお、前記回路基板２２の側面には、マザーボード等の他の実装基板に接続するためのスルーホール電極２８が設けられる。

前記発光デバイス２３はＬＥＤで、受光デバイス２４はフォトダイオードであり、それぞれ、アノード電極及びカソード電極からなる素子電極部を有する。また、電子デバイス２５は、前記発光デバイス２３及び受光デバイス２４を駆動制御するためのドライブ回路やアンプ回路等が集積されたＩＣチップであり、その回路機能や外部とのインターフェイスに応じた数の素子電極部を有する。

前記樹脂体２６は、透光性を有するエポキシ系の樹脂によって成形されている。この樹脂体２６の上面には、図１及び図２に示したように、前記実装された発光デバイス２３及び受光デバイス２４に対応して半球型のレンズ部２６ａ，２６ｂが設けられる。レンズ部２６ａは、前記発光デバイス２３から発せられる光を集光して外部に照射し、レンズ部２６ｂは、外部から受ける光を受光デバイス２４に向けて集光させることができる。このようなレンズ部２６ａ，２６ｂを設けることで、光の送受信を効率よく行うことができる。また、前記樹脂体２６を回路基板２２上に形成する前に、図４に示すように、フリップチップ実装した前記電子デバイス２５と基板電極部２７の接合部にアンダーフィル樹脂３１が充填形成される。このアンダーフィル樹脂３１を形成しておくことで、前記電子デバイス２５を遮光すると共に、接合部の信頼性向上を図ることができる。

上記構造からなる光通信モジュール２１における特徴的な点は、電子デバイス２５の実装をボンディングワイヤ方式でなくフリップチップ方式で行ったことにある。ここで、上記本発明の光通信モジュール２１（図３）と、従来の光通信モジュール（図９）を比較して説明する。前述したように、電子デバイス２５は、素子電極が高密度であり、これを全てボンディングワイヤで接続しようとすると、図９に示したように、ボンディングワイヤの本数に比例して、回路基板２２に形成する基板電極部７の形成が混み合うため、隣接する基板電極部７同士が接触してショートしないように所定の間隔を置いて形成する必要がある。このため、前記電子デバイス２５の実装スペースの周囲に大きなスペースを確保しなければならず、回路基板２の縦幅ｄ１及び横幅ｗ１ともに大きくなる。また、使用できるワイヤも２５μの細いものとなり信頼性に欠ける。一方、前記電子デバイス２５をフリップチップ実装した場合は、図３に示したように、電子デバイス２５自体の実装スペースだけで済むため、回路基板２２の縦幅ｄ２及び横幅ｗ２ともに従来の回路基板２の縦幅ｄ１及び横幅ｗ１より小さくなる。なお、発光デバイス２３や受光デバイス２４については、素子電極部が少なく機能も限られているため、３０μのＡｕワイヤの使用が可能であり、回路基板２２のサイズにはほとんど影響しない。

また、前記回路基板２２上に形成される３０μのＡｕボンディングワイヤは信頼性があるため、通常のエポキシ樹脂を使用することが可能である。このような純粋のエポキシ樹脂を使用することで、前記発光デバイス２３及び受光デバイス２４への光照射率を十分確保することができるため、通信機能の安定性が図られる。

また、前記電子デバイス２５をフリップチップ実装したことから、外部からの光の影響を受けずに済む。特に、前記アンダーフィル樹脂３１に遮光性を有するカーボン材等を混入することによって、遮光性をさらに高めることが可能となる。

なお、電子デバイス２５の封止については、前述したようなアンダーフィルによらず、カーボン入り樹脂で封止した後、透光性樹脂で発光デバイス２３及び受光デバイス２４と共に封止してもよい。

上記第１実施形態の光通信モジュール２１では、回路基板２２の表面２２ａに発光デバイス２３、受光デバイス２４及び電子デバイス２５を実装したが、回路基板２２のさらなる小型化を実現した第２実施形態の光通信モジュールの構成例を図５に示す。この光通信モジュール４１は、回路基板４２の表面４２ａに発光デバイス２３及び受光デバイス２４を実装し、裏面４２ｂに電子デバイス２５を実装して構成したものである。前記発光デバイス２３及び受光デバイス２４は、下面側の素子電極部が回路基板４２の表面にそのまま実装され、上面側の素子電極部がボンディングワイヤで接続される。また、電子デバイス２５は、前記回路基板４２の裏面４２ｂにフリップチップ実装される。このように回路基板４２の両面に実装する場合は、表面４２ａ側に実装されている発光デバイス２３及び受光デバイス２４と裏面４２ｂ側に実装されている電子デバイス２５とを前記回路基板４２を貫通する図示しないスルーホールを介して接続される。その他、前記発光デバイス２３、受光デバイス２４及び電子デバイス２５の詳細及び実装形態については、上記第１実施形態で示した光通信デバイス２１と同様であるので省略する。この実施形態の光通信モジュール４１によれば、電子デバイス２５が発光デバイス２３及び受光デバイス２４と実装方向が反対となっているため、光による影響を受けなくて済むといった利点がある。

図６及び図７は、本発明の第３実施形態の光通信モジュール５１を示したものである。この光通信モジュール５１は、前記第２実施形態の光通信モジュール４１における回路基板４２の裏面に外部接続用基板５２を設けたもので、この外部接続用基板５２を介して図示しないマザーボードに実装することができる。前記外部接続用基板５２には、電子デバイス２５を収容させるための孔部５４が開設され、側面には光デバイスや電子デバイス２５に外部から信号を入出力させるスルーホール状の外部接続用電極５３が形成される。

前記電子デバイス２５は、素子電極部と回路基板上の電極パターンとが金バンプと、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）または異方性導電ペースト（ＡＣＰ）によって接合される。また、前記接合部には、光による電気的劣化を防止するため、カーボンフィラーが混入された遮光性樹脂が充填される。このように、ＡＣＦまたはＡＣＰで接合することにより、アンダーフィルが不要になる。

前記回路基板４２の裏面に外部接続用基板５２を設けたことにより、光通信モジュール５１のマザーボードへの実装が容易になると共に、前記外部接続用基板５２の厚みによって、実装高さを調整することができる。また、前記電子デバイス２５を回路基板４２の裏面に実装した場合において、マザーボード側に電子デバイス２５を収容する孔部を設ける必要がなくなると共に、電子デバイス２５を保護するための樹脂封止も必要なくなる。さらに、前記電子デバイス２５の実装をボンディングワイヤで行っていないため、光通信モジュール５１の厚みを低く抑えることができる。

なお、上記第１実施形態及び第２実施形態では、光通信モジュールの一つの実施形態である赤外線データ通信モジュールを例に説明したが、これ以外の光デバイスや電子デバイス等が混在したモジュール全般に適用可能で、特に、多くのデバイスで構成されたモジュールにおいて大きな効果が得られる。

本発明に係る第１実施形態の光通信デバイスの斜視図である。上記第１実施形態の光通信デバイスの断面図である。上記第１実施形態の光通信デバイスの平面図である。電子デバイスの実装部の要部断面図である。本発明に係る第２実施形態の光通信デバイスの断面図である。上記光通信デバイスの裏面側に外部接続用基板を設けた第３実施形態の光通信デバイスの断面図である。上記第３実施形態の光通信デバイスの裏面側から見た平面図である。従来の光通信デバイスの断面図である。上記従来の光通信デバイスの平面図である。

符号の説明

２１，４１光通信モジュール
２２，４２回路基板
２３発光デバイス
２４受光デバイス
２５電子デバイス
２６樹脂体
２７基板電極部
２８スルーホール電極
２９半田バンプ
３０ボンディングワイヤ
３１アンダーフィル樹脂
５２外部接続用基板
５３外部接続用電極

Claims

電極パターンが形成された回路基板と、
前記電極パターンとボンディングワイヤを介して接続される素子電極部を上面側に有する発光デバイス及び受光デバイスと、
前記電極パターン上にバンプを介してフリップチップ実装される素子電極部を下面側に有する電子デバイスと、
前記電極パターンにスルーホールを介して接続される外部接続用電極と、
少なくとも前記発光デバイス及び受光デバイスを前記回路基板上に封止する透光性の樹脂体と、
前記電子デバイスの素子電極部と前記電極パターンとの間を封止するカーボンフィラーが混入された遮光性樹脂とを備えたことを特徴とする光通信モジュール。
前記バンプは、無鉛半田または金バンプである請求項１記載の光通信モジュール。
前記電子デバイスの素子電極部と回路基板上の電極パターンとを金バンプを介して異方性導電フィルムまたは異方性導電ペーストによって接合した請求項１または２記載の光通信モジュール。
前記回路基板の下部に外部接続用基板を設けた請求項１記載の光通信モジュール。