JP5779855B2 - 光モジュールおよび製造方法 - Google Patents
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Description
(光モジュールの基本構成)
図3−1〜図3−4は、それぞれ実施の形態1にかかる光モジュールの製造工程を示す説明図である。光モジュールの製造上、受光素子111と、レンズシート120のレンズ120aとの精密な位置合わせが最も重要である。これら受光素子111と、レンズシート120のレンズ120aとが互いに±10μm程度の精度で合っていないと良好な光結合がとれない。
上述した製造工程のうち各部の位置合わせについて説明する。図4−1〜図4−5は、それぞれ位置合わせの構造を説明するための図である。これらの図では、4chの発光素子112(VCSELアレイ)と、受光素子111(PDアレイ)を実装する場合を例に説明する。
図5−1は、実施の形態2にかかる光モジュールの部分拡大断面図、図5−2は、実施の形態2にかかる光モジュールに用いるレンズシートを示す上面図である。図2と同一の構成部には同一の符号を付してある。実施の形態2では、レンズシート120上のレンズとしてフレネルレンズ121を用いている。フレネルレンズ121は、複数のフレネルゾーンに分離されたレンズである。図示のように、中央の第1ゾーン121a〜最も外部の第4ゾーン121dまで四つのゾーンを有する。各ゾーン121a〜121dには段差状の境界面がそれぞれ設けられている。
図6−1は、実施の形態2にかかる光モジュールの全体構成を示す上面図である。また、図6−2は、図6−1にかかる光モジュールの側面図である。これらの図を用いて実施の形態2の厚みを説明する。実施の形態2の構成によれば、光モジュール100の厚さを薄くすることができる。
図7は、実施の形態3にかかる光モジュールの部分拡大断面図である。図2に記載の構成とは、光導波路130として光ファイバを用いた点が異なる。そして、光ファイバ130の端部は、光素子(受光素子111、発光素子112)、およびフレネルレンズ121が位置する箇所に、たとえば45[°]の傾斜角度を有する斜めカット部133を形成する。これにより、上記のミラー133と同じく光の進行方向を90[°]変更することができる。この斜めカット部133は、光ファイバ130をダイシングすることにより形成できる。光ファイバ130は、125[μm]以下の厚さのものを用いる。
実施の形態4は、上述したエッジ構造体120bを別の箇所に設けることなく、フレネルレンズ121の一部を利用して位置決めをおこなう構成である。図8は、実施の形態4にかかるレンズシートを示す上面図である。実施の形態4では、フレネルレンズ121に設けられた第1ゾーン121a〜第4ゾーン121dの各境界部分に位置する段差である境界面121e〜121hのいずれかを位置決め用のエッジ構造体として用いる。第1ゾーン121a〜第3ゾーン121cは上面からみていずれも円形のレンズであるが、第4ゾーン121dは外側を矩形状に形成しておく。矩形状とすることにより円形状のものに比して、角と辺があるため位置決めを容易におこなえる。したがって、矩形状に形成された段差である最も外側の境界面121hを位置決め用の指標として用いる。
1.エッジ構造体120b相当の構成をフレネルレンズ121を用いて形成できるので、レンズ形成のための金型製造が容易になる。
2.上記1.によりフレネルレンズ121の頂点と、エッジ部分(境界面121h)との間の距離を短くできるため(50μm〜250μm)、フレネルレンズ121の頂点とエッジの位置精度を数μm程度まで高精度化できる。これにより、光素子(受光素子111および発光素子112)搭載時における位置決め精度を向上できるようになる。
つぎに、図8に示したレンズシート120を用いた光素子の実装時の位置合わせについて説明する。図9−1は、フリップチップ実装の他の例を示す説明図である。この例では、(a)の上面図に示すように、レンズシート120のフレネルレンズ121の第4ゾーンの境界面121hの位置決め部801aを位置決め用の指標として用いる。(b)は、レンズシート120を説明するための側面図である。
実施の形態5は、回路基板103の接地電極を変形させた構成である。FPCからなる回路基板103上において高周波の電気信号を低損失で通すためには、電極構造をマイクロストリップライン構造にすることが望ましい。この場合、回路基板103の下面にはベタ(全面)に接地電極(グランド)103bを形成する。
実施の形態6は、光導波路の形状とフレネルレンズの形状とを関係づけた構成例である。図12は、実施の形態6にかかるフレネルレンズを示す説明図である。(a)は上面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。(b)に示すように、導波路130のコア130aの断面形状が四角形である場合、フレネルレンズ121の最も外側の境界面121hの形状を導波路130のコア130aと同様の四角形とすることで光結合効率を向上させることができる。
実施の形態7は、上述した回路基板の材質を変更させ高周波化に対応させる構成について説明する。図13は、実施の形態7にかかる不透明の回路基板を用いた構成を示す部分拡大断面図である。光モジュールをたとえば、40G以上の高周波化に対応させるためには回路基板103の材料としてポリイミドではなくLCP(Liquid Crystal Polymer)を用いるのが望ましい。このLCPは不透明であり、光を透過しない。そのため、図示のように回路基板103には、信号光が通過する部分に通過穴103eを開口しておけばよい。
図14は、実施の形態8にかかるレンズシートを用いた光モジュールの部分拡大断面図である。レンズシート120は、透明で薄いため、フレネルレンズ121等の凸面は、上に向けるに限らず、図示のように下に向けた構成としてもよい。フレネルレンズ121の凸面は回路基板103と反対に向ける。この場合、凸面側に設ける接着層127は、この凸面の高さに対応した、所定高さのスペーサを用い接着剤で接着する。フレネルレンズ121は、厚さが薄いため、接着層127部分の厚さを薄くできる。接着層127に限らず、所定高さの接着シートを用いてもよい。また、レンズシート120と回路基板103との間の接着は、透明な接着シート125を用いてもよいし、接着剤を用いてもよい。
図15は、実施の形態9にかかる光モジュールの部分拡大図である。図示の回路基板103は透明部材であり、この回路基板103の一部にフレネルレンズ121を形成したものを用いている。回路基板103の表面には信号電極103aが形成され、裏面には接地電極103bが形成される。これにより、レンズシート120を別途用いる必要がない。あるいは、レンズシート120に電極を形成する構成とすれば、回路基板103を省くことができる。これらにより、部品点数を削減できる。
図16は、実施の形態10にかかる光モジュールの部分拡大図である。図示のレンズシート120は、フレネルレンズ121の周辺にフレネルレンズ121の凸部の高さよりも高い外縁部120eを形成したものである。これにより、フレネルレンズ121の凸部の高さに対応する高さを有し、フレネルレンズ121の凸面を保護するスペーサを設ける必要がない。接着層127は、一定な厚さの透明な接着シート、または両面テープである。
前記電気回路基板の下面に設けられ、透明な材料からなるレンズシートと、
前記レンズシートの前記光素子の光が通過する部分に形成されたレンズと、
前記レンズシート上に形成され、前記光素子との位置決め用の指標としてのエッジ構造体と、
前記レンズシートの下面に設けられ、前記レンズを介して前記光素子に対する光を入出力する光導波路と、
を備えることを特徴とする光モジュール。
前記コアの形状に対応して、前記エッジ構造体が四角形であることを特徴とする付記4に記載の光モジュール。
前記電気回路基板に回路パターンを作成する回路作成工程と、
前記レンズシートの前記光の通過位置にレンズを形成するとともに、当該レンズシートと前記光素子との位置決め用の指標であるエッジ構造体を形成するレンズシート形成工程と、
前記電気回路基板に前記レンズシートを貼り付ける貼り付け工程と、
前記電気回路基板に前記エッジ構造体を用いた位置決めにより前記光素子を実装する実装工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。
103 回路基板
103a 信号電極
103b 接地電極
111 受光素子
111a 受光面
112 発光素子
120 レンズシート
120a レンズ
121 フレネルレンズ
130 光導波路
133 ミラー
Claims (13)
- 光を伝送する光導波路と、前記光導波路に入射または前記光導波路から出射される光を集光させるレンズを有するレンズシートと、前記レンズを通過した光を受光する受光素子または、前記レンズを通過する光を発光する発光素子のいずれか一つの光素子を搭載した透明な電気回路基板を備えた光モジュールの製造方法であって、
前記レンズと前記レンズに対して位置が決められたマーカを有している前記レンズシートを前記電気回路基板に貼り付ける貼り付け工程と、
前記マーカに基づいて前記光素子を前記電気回路基板の前記レンズシートを貼り付けた面と反対の面に実装する実装工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。 - 光を伝送する光導波路と、前記光導波路に入射または前記光導波路から出射される光を集光させるレンズを有するレンズシートと、前記レンズを通過した光を受光する受光素子または、前記レンズを通過する光を発光する発光素子のいずれか一つの光素子を搭載し、開口を有する光を通さない電気回路基板を備えた光モジュールの製造方法であって、
前記レンズと前記レンズに対して位置が決められたマーカを有している前記レンズシートを前記電気回路基板に貼り付ける貼り付け工程と、
前記マーカに基づいて前記光素子を前記電気回路基板の前記レンズシートを貼り付けた面と反対の面に実装する実装工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。 - 前記貼り付け工程は、前記電気回路基板の開口から前記レンズ及び前記マーカを認識できるように前記レンズシートを前記電気回路基板に貼り付けることを特徴とする請求項2に記載の製造方法。
- 前記光素子は前記マーカと同じ外径のマーカ電極を有し、前記実装工程は、前記マーカと前記マーカ電極を用いて実装することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の製造方法。
- 前記実装工程は、ハーフミラーを用いて前記光素子を実装する位置を決めることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の製造方法。
- 前記レンズと前記マーカは、同一プロセスで前記レンズシートに形成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の製造方法。
- 前記レンズは、フレネルレンズであり、前記レンズシートの前記マーカは、前記フレネルレンズを構成する複数のゾーンの境界面のうち少なくとも一つを用いてなり、前記境界面は平面が四角形状とされ、光学素子に設けられた四角形状の指標との間で相互に位置決めすることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の製造方法。
- 光を伝送する光導波路と、
前記光導波路の上面に設けられ、透明な材料からなるレンズシートと、
前記レンズシートの前記光導波路から入出力された光が通過する部分に形成されたレン
ズと、
前記レンズシート上に形成され、前記レンズの位置に基づいて位置だしされたマーカと、
前記レンズシートの上面に設けられた透明な電気回路基板と、
前記電気回路基板の前記レンズシートと接している面と反対の面に前記マーカに基づいて搭載された受光素子および発光素子の少なくともいずれか一つの光素子と、
を備えることを特徴とする光モジュール。 - 光を伝送する光導波路と、
前記光導波路の上面に設けられ、透明な材料からなるレンズシートと、
前記レンズシートの前記光導波路から入出力された光が通過する部分に形成されたレンズと、
前記レンズシート上に形成され、前記レンズの位置に基づいて位置だしされたマーカと、
前記レンズシートの上面に設けられ、光の通過部分と前記マーカが見えるように開口を有する光を通さない電気回路基板と、
前記電気回路基板の前記レンズシートと接している面と反対の面に前記マーカに基づいて搭載される受光素子および発光素子の少なくともいずれか一つの光素子と、
を備えることを特徴とする光モジュール。 - 前記レンズシートに形成される前記レンズはフレネルレンズであり、前記光導波路を構成するコアの断面形状が四角形とされ、前記マーカは、前記フレネルレンズを構成する複数のゾーンの境界面のうち少なくとも一つを用いており、前記コアの形状に対応して、四角形であることを特徴とする請求項8又は、9に記載の光モジュール。
- 前記フレネルレンズを構成する複数のゾーンのうち少なくとも最も外側のゾーンが前記光導波路の前記コアと同様の四角形であることを特徴とする請求項10に記載の光モジュール。
- 前記フレネルレンズの周辺に当該フレネルレンズの高さの頂点よりも高い外縁部を形成されていることを特徴とする請求項10又は、11に記載の光モジュール。
- 前記レンズシートの凸面側に、前記フレネルレンズを覆う平面状のレンズシートが貼り付けられていることを特徴とする請求項12に記載の光モジュール。
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