JP6083401B2 - 光伝送モジュールの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光ケーブルと光電変換素子とを光学的に結合させるための光伝送モジュールの製造方法に関する。
従来の光ケーブルと光電変換素子とを光学的に結合させるための光伝送モジュールの製造方法として、例えば、特許文献1に記載の光モジュール用試験機を用いた製造方法が知られている。この種の製造方法(以下、従来の製造方法)では、2つの光モジュール部品を左右、上下及び前後方向に移動させ、さらに、それらを回転させることにより該2つの光モジュール部品を光学的に結合させている。このように、従来の製造方法では、2つの光モジュール部品を3次元的に移動させるだけでなく、さらに回転させるという動作を伴うため、その作業工程が煩雑だった。
特開2001−108863号公報
そこで、本発明の目的は、光ケーブルと光電変換素子との光学的な結合を容易に行うことを可能とする光伝送モジュールの製造方法を提供することである。
本発明の第1の形態である光伝送モジュールの製造方法は、
光ケーブルに接続され、かつ、実装基板、該実装基板上に設けられた光電変換素子及び該光電変換素子と該光ケーブルとを光学的に結合するレセプタクルを含み、該レセプタクルの該光電変換素子と対向する面にはレンズが設けられている光伝送モジュールの製造方法であって、
前記レンズと前記光電変換素子とが対向するように前記レセプタクルを前記実装基板上に仮置きする仮置き工程と、
前記仮置き工程の後、前記光電変換素子から前記レセプタクルの出射面に出射された光点位置を計測する計測工程と、
前記光ケーブルの光軸と前記レセプタクルの前記出射面との設計上の交点位置の情報、及び前記光点位置の情報に基づいて、前記実装基板上を該レセプタクルをスライドさせることにより該交点位置と該光点位置とを重ねて、前記レセプタクルを前記実装基板上に載置する載置工程と、
を備えること、
前記レセプタクルには、該レセプタクルを通過する光の光路を反射により前記実装基板に平行な方向に変更する反射面が設けられており、
前記出射面は、前記実装基板に対して垂直であり、
前記載置工程では、前記反射面において反射された光の進行方向に平行な方向に前記レセプタクルをスライドさせることにより、前記光点位置の前記交点位置に対する前記実装基板に垂直な方向のずれを補正すること、
を特徴とする。
本発明の第1の形態である光伝送モジュールの製造方法(本発明に係る製造方法)では、まず、レセプタクルに設けられたレンズと光電変換素子とが対向するように、該レセプタクルを実装基板上に仮置きする。その後、レセプタクルの出射面に出射された光点位置の情報、及び光ケーブルの光軸とレセプタクルの出射面との設計上の交点位置の情報を基にレセプタクルを移動し載置している。この移動の際、光電変換素子からの光はレンズを通過する。これにより、光電変換素子からの光は、レンズによって屈折されるため、その光軸の方向が変化する。本発明に係る製造方法では、この光軸の方向の変化を利用することにより、レセプタクルを回転させることなく、光電変換素子と光ケーブルとを光学的に結合させることができる。
本発明によれば、光ケーブルと光電変換素子との光学的な結合を容易に行うことができる。
一実施形態に係る光伝送モジュールの外観斜視図である。 光伝送モジュールの分解斜視図である。 光伝送モジュールから金属キャップ及びレセプタクルを除いた外観斜視図である。 光伝送モジュールから金属キャップを除いた状態の外観斜視図である。 光伝送モジュールに含まれるレセプタクルの外観斜視図である。 光伝送モジュールに含まれるレセプタクルをz軸方向の負方向側から平面視した図である。 図5に記載のレセプタクルのC−C又はD−Dにおける断面に、実装基板及びプラグを追加した図である。 光伝送モジュールに含まれる金属キャップの外観斜視図である。 光ケーブル接続デバイスの外観斜視図である。 光ケーブル接続デバイスに含まれるプラグをz軸方向の負方向側から平面視した図である。 製造途中の光伝送モジュールの外観斜視図である。 光伝送モジュールの製造工程の図である。 製造途中の光伝送モジュールの断面図である。 製造途中の光伝送モジュールの断面図である。 製造途中の光伝送モジュールの断面図である。 製造途中の光伝送モジュールの断面図である。 製造途中の光伝送モジュールの断面図である。
(光伝送モジュールの構成 図1〜図3参照)
以下に、一実施形態に係る光伝送モジュールの構成について、図面を参照しながら説明する。なお、光伝送モジュール10の上下方向をz軸方向と定義し、z軸方向から平面視
したときに、光伝送モジュール10の長辺に沿った方向をx軸方向と定義する。さらに、光伝送モジュール10の短辺に沿った方向をy軸方向と定義する。x軸、y軸及びz軸は互いに直交している。
光伝送モジュール10には、図1に示すように、光ケーブル接続デバイス70が接続される。また、光伝送モジュール10は、図2に示すように、金属キャップ30、受光素子アレイ(光電変換素子)50、発光素子アレイ(光電変換素子)100、レセプタクル200、実装基板22、封止樹脂24及び駆動回路26を備えている。
実装基板22は、BT(Bismaleimide−Triazine)レジン等を材料とする板状の部材であり、図3に示すように、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成す。また、実装基板22のz軸方向の負方向側の面(以下で、z軸方向の負方向側の面を下面と称す)には、光伝送モジュール10を回路基板に実装する際に、回路基板のランドと接触する表面実装用電極が設けられている。
実装基板22のz軸方向の正方向側の面(以下で、z軸方向の正方向側の面を上面と称す)において、x軸方向の負方向側の外縁L1とy軸方向の負方向側の外縁L2とが成す角の近傍には、実装基板22内に設けられたグランド導体の一部が露出したグランド導体露出部E2が設けられている。グランド導体露出部E2は、z軸方向の正方向側から平面視したとき、x軸方向を長辺とする長方形状を成している。
さらに、実装基板22の上面において、外縁L1とy軸方向の正方向側の外縁L3とが成す角の近傍には、実装基板22内に設けられたグランド導体の一部が露出したグランド導体露出部E3が設けられている。グランド導体露出部E3は、z軸方向の正方向側から平面視したとき、x軸方向を長辺とする長方形状を成している。
受光素子アレイ50及び発光素子アレイ100は、実装基板22の上面におけるx軸方向の正方向側の部分に設けられている。受光素子アレイ50は、光信号を電気信号に変換する複数のフォトダイオードを含んだ素子である。発光素子アレイ100は、電気信号を光信号に変換する複数のダイオードを含んだ素子である。
駆動回路26は、実装基板22の上面において、受光素子アレイ50及び発光素子アレイ100よりも更にx軸方向の正方向側の部分に設けられている。駆動回路26は、受光素子アレイ50及び発光素子アレイ100を駆動するための半導体回路素子である。
また、駆動回路26は、z軸方向から平面視したとき、y軸方向に平行な長辺を有する矩形状を成している。駆動回路26と受光素子アレイ50とは、ワイヤーUを介してワイヤーボンディングにより接続されている。さらに、駆動回路26は、発光素子アレイ100とも、ワイヤーUを介してワイヤーボンディングにより接続されている。これにより、駆動回路26からの電気信号が、ワイヤーUを介して発光素子アレイ100に伝送され、受光素子アレイ50からの電気信号が、ワイヤーUを介して駆動回路26に伝送される
封止樹脂24は、封止部24a及び脚部24b〜24eを備えており、エポキシ樹脂などの透明な樹脂からなる。封止部24aは、略直方体状を成しており、実装基板22の上面において、受光素子アレイ50、発光素子アレイ100及び駆動回路26を覆うように設けられている。
封止樹脂24の脚部24b,24cは、x軸方向の負方向側から正方向側にこの順に並ぶように、間隔を空けて設けられており、封止部24aのy軸方向の負方向側の面から、実装基板22の辺L2に向かって突出する直方体状の部材である。また、脚部24bと脚部24cとの間には、後述する金属キャップ30の凸部C3が嵌め込まれる空間H1が設けられている。
封止樹脂24の脚部24d,24eは、x軸方向の負方向側から正方向側にこの順に並ぶように、間隔を空けて設けられており、封止部24aのy軸方向の正方向側の面から、実装基板22の辺L3に向けて突出する直方体状の部材である。また、脚部24dと脚部24eとの間には、後述する金属キャップ30の凸部C6が嵌めこまれる空間H2が設けられている。
(レセプタクルの構成 図4〜図7参照)
次に、レセプタクル200について、図面を参照しながら説明する。
レセプタクル200は、図4に示すように、実装基板22の上面及び封止樹脂24の略全体を覆うように、実装基板22及び封止樹脂24に跨って設けられている。また、レセプタクル200は、発光素子用レセプタクル220と受光素子用レセプタクル240とを備えている。発光素子用レセプタクル220及び受光素子用レセプタクル240は、y軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順に並ぶように設けられている。なお、発光素子用レセプタクル220及び受光素子用レセプタクル240は、例えばエポキシ系の樹脂等の光透過性の樹脂により構成されている。
発光素子用レセプタクル220は、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成している。さらに、発光素子用レセプタクル220は、図5に示すように、プラグ載置部222と光結合部224とを有している。
プラグ載置部222は、光ケーブル60の端部に設けられたプラグ42(図9参照)が載置される部分であって、発光素子用レセプタクル220におけるx軸の負方向側の部分を構成している。また、プラグ載置部222は、図6に示すように、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成している。さらに、プラグ載置部222は、図7に示すように、実装基板22の上面に位置している。
また、プラグ載置部222の上面におけるy軸方向の略中央には、図5に示すように、プラグ42を光結合部224に向かって押し込む際の挿入方向、つまり本実施例におけるx軸方向に沿った溝G1が設けられている。ここで、プラグ載置部222における溝G1よりy軸方向の負方向側の部分を平坦部F1と称し、溝G1よりy軸方向の正方向側の部分を平坦部F2と称す。そして、平坦部F1のx軸方向の正方向側の領域には、プラグ42が光結合部224に向かって押し込まれた際に、該プラグ42を突き当てて位置決めするための直方体状の突き当て部228が設けられている。
光結合部224は、図5に示すように、発光素子用レセプタクル220におけるx軸方向の正方向側の部分を構成し、直方体状を成している。また、光結合部224は、図7に示すように、封止樹脂24上に載置される。さらに、光結合部224には、凹部D1及び凸レンズ230が設けられている。
凹部D1は、図5に示すように、光結合部224のy軸方向の正方向側の外縁L4近傍に設けられている。また、凹部D1は、z軸方向から平面視したとき、発光素子アレイ100の光軸と重なっている。さらに、凹部D1は、x軸方向から平面視したとき、プラグ42に接続されている光ケーブル60の光軸と重なっている。また、凹部D1は、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成し、y軸方向から平面視したときに、図7に示すように、V字型を成している。
凹部D1のx軸方向の負方向側の内周面は、全反射面R1である。全反射面R1は、y軸に平行であり、y軸方向の負方向側から平面視したとき、z軸に対して反時計回りに略45°傾いている。また、発光素子用レセプタクル220の屈折率は、空気よりも十分に大きい。従って、発光素子アレイ100の光軸に沿って、VCSEL(Vertical
Cavity Surface Emitting LASER)等を用いた発光素子アレイ100からz軸方向の正方向側に出射されたレーザービームB1は、光結合部224に入射し、全反射面R1により全反射され、光結合部224のx軸方向の負方向側に位置する出射面S2から出射され、プラグ40を介して光ケーブル60へと進行する。つまり、レセプタクル220は、反射によって、発光素子アレイ100と光ケーブル60との光軸を合わせ、光ケーブル60と発光素子アレイ100とを光学的に結合させている。
凸レンズ230は、図6及び図7に示すように、光結合部224の下面に設けられている。また、凸レンズ230は、z軸方向から平面視したとき、発光素子アレイ100と重なっている。これにより、凸レンズ230は、発光素子アレイ100と対向し、レーザービームB1の光路上に位置している。また、凸レンズ230は、z軸と直交する方向から平面視したとき、z軸方向の負方向側に向かって突出する半円状を成している。従って、発光素子アレイ100から出射されたレーザービームB1は、凸レンズ230によって、集光又はコリメートされて全反射面R1に向かう。なお、レンズ230の中心点T230と発光素子アレイ100の光軸α100とは、z軸方向(光軸と平行な方向)から平面視したとき、所定の距離だけ離れている。また、光軸α100は、発光素子アレイ100から発せられ凸レンズ230に到達するまでの光軸をいう。
受光素子用レセプタクル240は、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成している。さらに、受光素子用レセプタクル240は、図5に示すように、プラグ載置部242と光結合部244とを有している。
プラグ載置部242は、光ケーブル60の端部に設けられたプラグ46(図9参照)が載置される部分であって、受光素子用レセプタクル240におけるx軸の負方向側の部分を構成している。また、プラグ載置部242は、図6に示すように、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成している。さらに、プラグ載置部242は、図7に示すように、実装基板22の上面に位置している。
また、プラグ載置部242の上面におけるy軸方向の略中央には、図5に示すように、プラグ46を光結合部244に向かって押し込む際の挿入方向、つまり本実施例におけるx軸方向に沿った溝G2が設けられている。ここで、プラグ載置部242における溝G2よりy軸方向の負方向側の部分を平坦部F3と称し、溝G2よりy軸方向の正方向側の部分を平坦部F4と称す。そして、平坦部F4のx軸方向の正方向側の領域には、プラグ46が光結合部244に向かって押し込まれた際に、該プラグ46を突き当てて位置決めするための直方体状の突き当て部248が設けられている。
光結合部244は、図5に示すように、受光素子用レセプタクル240におけるx軸方向の正方向側の部分を構成し、直方体状を成している。また、光結合部244は、図7に示すように、封止樹脂24上に載置される。さらに、光結合部244には、凹部D2及び凸レンズ250が設けられている。
凹部D2は、光結合部244のy軸方向の負方向側の外縁L5近傍に設けられている。また、凹部D2は、z軸方向から平面視したとき、受光素子アレイ50と重なっている。さらに、凹部D2は、x軸方向から平面視したとき、プラグ46に接続されている光ケーブル60の光軸と重なっている。また、凹部D2は、z軸方向から平面視したとき、矩形状を成し、y軸方向から平面視したときに、図7に示すように、V字型を成している。
凹部D2のx軸方向の負方向側の内周面は、全反射面R2である。全反射面R2は、y軸に平行であり、y軸方向の負方向側から平面視したとき、z軸に対して反時計回りに略45°傾いている。また、受光素子用レセプタクル240の屈折率は、空気よりも十分に大きい。従って、光ケーブル60の光軸に沿って、光ケーブル60からx軸方向の正方向側に出射されたレーザービームB2は、光結合部244のx軸方向の負方向側に位置する入射面S5から光結合部244に入射し、全反射面R2により全反射され、封止樹脂24を介して受光素子アレイ50へと進行する。つまり、レセプタクル240は、反射によって、受光素子アレイ50と光ケーブル60との光軸を合わせ、光ケーブル60と受光素子アレイ50とを光学的に結合させている。
凸レンズ250は、図6及び図7に示すように、光結合部244の下面に設けられている。また、凸レンズ250は、z軸方向から平面視したとき、受光素子アレイ50と重なっている。これにより、凸レンズ250は、受光素子アレイ50と対向し、レーザービームB2の光路上に位置している。また、凸レンズ250は、z軸と直交する方向から平面視したとき、z軸の負方向側に向かって突出する半円状を成している。従って、光ケーブル60から出射されたレーザービームB2は、全反射面R2で反射された後、凸レンズ250によって集光又はコリメートされて、受光素子アレイ50に向かう。なお、レンズ250の中心点T250と受光素子アレイ50の光軸α50とは、z軸方向(光軸と平行な方向)から平面視したとき、所定の距離だけ離れている。また、光軸α50は、凸レンズ250の表面から受光素子アレイ50に至るまでの光軸をいう。
(金属キャップの構成 図1及び図8参照)
次に、金属キャップ30について、図面を参照しながら説明する。
金属キャップ30は、一枚の金属板(例えば、SUS301)がコ字型に折り曲げられて作製されている。また、金属キャップ30は、図1に示すように、z軸方向の正方向側及びy軸方向の正負両方向側からレセプタクル200を覆っている。そして、レセプタクル200のx軸方向の負方向側には、光ケーブル接続デバイス70が挿入される開口部A3が形成されている。
金属キャップ30は、図8に示すように、天板部32及び側板部34,36を含んでいる。天板部32は、z軸に対して直交する面と平行であり、矩形状を成している。側板部34は、金属キャップ30を構成する板金が、天板部32のy軸方向の負方向側の長辺L6からz軸方向の負方向側に折り曲げられることにより形成されている。側板部36は、金属キャップ30を構成する板金が、天板部32のy軸方向の正方向側の長辺L7からz軸方向の負方向側に折り曲げられることにより形成されている。
天板部32のx軸方向の負方向側の部分には、プラグ40をレセプタクル200に固定するための係合部32a,32bが設けられている。係合部32a,32bは、y軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順に並ぶように設けられている。
係合部32a,32bは、天板部32にコ字型の切り込みを入れることにより形成されている。具体的には、係合部32a,32bは、天板部32にx軸方向の正方向側に開口するコ字型の切り込みを入れ、コ字型の切り込みに囲まれた部分をz軸方向の負方向側に凹ませるように曲げることにより形成されている。これにより、係合部32a,32bは、y軸方向から平面視したとき、z軸方向の負方向側に突出したV字型の形状を成している。
また、天板部32のx軸方向の負方向側の短辺L8には、プラグ40をレセプタクル200に固定するための係合部32c,32dが設けられている。係合部32c,32dは、天板部32からx軸方向の負方向側に突出した金属片である。係合部32c,32dは、係合部32c,32dにおけるx軸方向の略中央の位置で、z軸方向の負方向側に凹ませるように曲げられている。これにより、係合部32c,32dは、y軸方向から平面視したとき、z軸方向の負方向側に突出したV字型の形状を成している。
側板部34のz軸方向の負方向側の長辺L9には、z軸方向の負方向側に向かって突出する凸部C1〜C3が、x軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順に並ぶように設けられている。凸部C1〜C3はそれぞれ、実装基板22と接着剤により固定される。なお、凸部C1は、実装基板22のグランド導体露出部E2と接続される。また、凸部C3は、封止樹脂24の脚部24bと脚部24cとの間に設けられた空間H1に嵌め込まれる。これにより、金属キャップ30は、実装基板22に対して位置決めされる。
側板部36のz軸方向の負方向側の長辺L10には、z軸方向の負方向側に向かって突出する凸部C4〜C6が、x軸方向の負方向側から正方向側に向かってこの順に並ぶように設けられている。凸部C4〜C6はそれぞれ、実装基板22と接着剤により固定される。なお、凸部C4は、実装基板22のグランド導体露出部E3と接続される。また、凸部C6は、封止樹脂24の脚部24dと脚部24eとの間に設けられた空間H2に嵌め込まれる。これにより、金属キャップ30は、実装基板22に対して位置決めされる。
(光ケーブル接続デバイスの構成 図9及び図10参照)
以下で、一実施形態に係る光ケーブル接続デバイス70について、図面を参照しながら説明する。光ケーブル接続デバイス70は、光ケーブル60とプラグ40を備えている。
光ケーブル60は、芯線及び該芯線を覆う被覆材から構成されおり、該芯線は、さらにフッ素系樹脂などの樹脂からなる、コア及びクラッドから構成されている。さらに、前記被覆材は、ポリエチレンなどの樹脂からなる。
プラグ40には、図9に示すように、光ケーブル60の端部が挿入される。また、プラグ40には、送信側プラグ42及び受信側プラグ46があり、双方ともエポキシ系やナイロン系の樹脂等により構成されている。
送信側プラグ42は、光ケーブル60を発光素子用レセプタクル220に固定するために用いられる。また、送信側プラグ42は、光ケーブル挿入部42a及び突起部42bを備える。
光ケーブル挿入部42aは、送信側プラグ42のy軸方向の正方向側の部分を構成しており、x軸方向に延在する直方体状を成している。光ケーブル挿入部42aのx軸方向の負方向側の部分には、開口部A1が設けられている。開口部A1は、光ケーブル60を送信側プラグ42に挿入するための挿入口であるとともに、光ケーブル60を固定するための樹脂が注入される。
開口部A1は、光ケーブル挿入部42aの上面に位置する面S7及びx軸方向の負方向側の端面S8を切り抜くことにより形成されている。また、開口部A1のx軸方向の正方向側の内周面には、挿入された光ケーブル60の芯線を送信側プラグ42の先端まで導くための孔H7が設けられている。なお、孔H7は、光ケーブル60の本数に対応し、本実施形態においては2つである。
さらに、光ケーブル挿入部42aにおけるx軸方向の正方向側の部分には、整合剤を注入するための凹部D3が設けられている。整合剤とは、光ケーブル60と送信側プラグ42との間の屈折率を整合させ、光の屈折作用を軽減させる透明樹脂のことである。また、凹部D3は、光ケーブル挿入部42aの上面から下面に向けて窪んでいる。
凹部D3のx軸方向の負方向側の内周面には、孔H7が設けられている。孔H7は、開口部A1のx軸方向の正方向側の内周面と繋がっている。従って、光ケーブル60の芯線は、孔H7を通って、開口部A1から凹部D3に到達する。凹部D3に到達した光ケーブル60の芯線の端面は、凹部D3のx軸方向の正方向側の内周面S9の直近に位置する。そして、透明樹脂から成る整合剤、例えばエポキシ系の樹脂を開口部A1及び凹部D3に注入することにより、光ケーブル60は、送信側プラグ42に固定される。なお、光ケーブル60の芯線の端面は、内周面S9と接していない。これは、温度変動などによって生じる光ケーブル60の伸縮を吸収する隙間を設けるためである。
光ケーブル挿入部42aのx軸方向の正方向側の端面S10には、図10に示すように、凸レンズ44が設けられている。凸レンズ44は、x軸方向と直交する方向から平面視したとき、x軸方向の正方向側に突出する半円状を成している。これにより、発光素子アレイ100から出射され、かつ、全反射面R1により反射されたレーザービームB1は、凸レンズ44により集光又はコリメートされる。
また、凸レンズ44は、x軸方向から平面視したとき、光ケーブル60の光軸と重なっている。従って、凸レンズ44で集光又はコリメートされたレーザービームB1は、光ケーブル挿入部42aの樹脂を通過する。そして、レーザービームB1は、光ケーブル60の芯線のコアに伝送される。
光ケーブル挿入部42aの面S7には、図9に示すように、金属キャップ30の係合部32aと係合する突起N1が設けられている。突起N1は、x軸方向において開口部A1と凹部D3との間に設けられ、y軸方向に延在している。また、突起N1は、y軸方向から平面視したとき、z軸方向の正方向側に突出した三角形状を成している。
光ケーブル挿入部42aの下面には、図9及び図10に示すように、凸部C7が設けられている。凸部C7は、レセプタクル220のプラグ載置部222の溝G1に対応している。凸部C7は、端面S8から端面S10に向かって、x軸に平行に設けられている。
突起部42bは、図9及び図10に示すように、光ケーブル挿入部42aのx軸方向の負方向側の端部近傍からy軸方向の負方向側に突出している。これにより、送信側プラグ42は、L字型を成している。なお、突起部42bは、送信側プラグ42の挿抜作業の際に、把持部として機能する。また、突起部42bの略中央には、z軸方向から平面視したとき、略矩形状の肉抜き穴が設けられている。
なお、送信側プラグ42と発光素子用レセプタクル220との接続作業は、凸部C7を溝G1に沿わせて、x軸方向の正方向側に押し込むことにより行われる。このとき、突起部42bのx軸方向の正方向側の端面S11は、図5で示される発光素子用レセプタクル220の突き当て部228の端面S3に突き当たる。
また、送信側プラグ42と発光素子用レセプタクル220とを接続する際、金属キャップ30の係合部32aが突起N1と係合するとともに、係合部32cが送信側プラグ42の面S7と端面S8とが成す角と係合することにより、送信側プラグ42が発光素子用レセプタクル220に固定される。
受信側プラグ46は、光ケーブル60を受光素子用レセプタクル240に固定するために用いられる。また、受信側プラグ46は、図9に示すように、光ケーブル挿入部46a及び突起部46bを備える。
光ケーブル挿入部46aは、受信側プラグ46のy軸方向の負方向側の部分を構成しており、x軸方向に延在する直方体状を成している。光ケーブル挿入部46aのx軸方向の負方向側の部分には、開口部A2が設けられている。開口部A2は、光ケーブル60を受信側プラグ46に挿入するための挿入口であるとともに、光ケーブル60を固定するための樹脂が注入される。
開口部A2は、光ケーブル挿入部46aの上面に位置する面S12及びx軸方向の負方向側の端面S13を切り抜くことにより形成されている。また、開口部A2のx軸方向の正方向側の内周面には、挿入された光ケーブル60の芯線を受信側プラグ46の先端まで導くための孔H8が設けられている。なお、孔H8は、光ケーブル60の本数に対応し、本実施形態においては2つである。
さらに、光ケーブル挿入部46aにおけるx軸方向の正方向側の部分には、整合剤を注入するための凹部D4が設けられている。また、凹部D4は、光ケーブル挿入部46aの上面から下面に向けて窪んでいる。
凹部D4のx軸方向の負方向側の内周面には、孔H8が設けられている。孔H8は、開口部A2のx軸方向の正方向側の内周面と繋がっている。従って、光ケーブル60の芯線は、孔H8を通って、開口部A2から凹部D4に到達する。凹部D4に到達した光ケーブル60の芯線の端面は、凹部D4のx軸方向の正方向側の内周面S14の直近に位置する。そして、透明樹脂から成る整合剤、例えばエポキシ系の樹脂を開口部A2及び凹部D4に流し込むことにより、光ケーブル60は、受信側プラグ46に固定される。なお、光ケーブル60の芯線の端面は、内周面S14と接していない。
光ケーブル挿入部46aのx軸方向の正方向側の端面S15には、図10に示すように、凸レンズ48が設けられている。凸レンズ48は、x軸と直交する方向から平面視したとき、x軸方向の正方向側に突出する半円状を成している。
また、凸レンズ48は、x軸方向から平面視したとき、光ケーブル60の光軸と重なっている。従って、光ケーブル60から出射されたレーザービームB2は、凸レンズ48により集光又はコリメートされ、全反射面R2に進行する。そして、レーザービームB2は、全反射面R2で反射されて、受光素子アレイ50に伝送される。
光ケーブル挿入部46aの面S12には、図9に示すように、金属キャップ30の係合部32bと係合する突起N2が設けられている。突起N2は、x軸方向において開口部A2と凹部D4の間に設けられ、y軸方向に延在している。また、突起N2は、y軸方向から平面視したとき、z軸方向の正方向側に突出した三角形状を成している。
光ケーブル挿入部46aの下面には、図9及び図10に示すように、凸部C8が設けられている。凸部C8は、受光素子用レセプタクル240のプラグ載置部242の溝G2に対応している。凸部C8は、端面S13から端面S15に向かって、x軸に平行に設けられている。
突起部46bは、光ケーブル挿入部46aのx軸方向の負方向側の端部からy軸方向の正方向側に突出している。これにより、受信側プラグ46は、L字型を成している。なお、突起部46bは、受信側プラグ46の挿抜作業の際に、把持部として機能する。また、突起部46bの略中央には、z軸方向から平面視したとき、略矩形状の肉抜き穴が設けられている。
なお、受信側プラグ46と受光素子用レセプタクル240との接続作業は、凸部C8を溝G2に沿わせて、x軸方向の正方向側に押し込むことにより行われる。このとき、突起部46bのx軸方向の正方向側の端面S16は、図5で示される受光素子用レセプタクル240の突き当て部248の端面S6に突き当たる。
また、受信側プラグ46と受光素子用レセプタクル240とを接続する際、金属キャップ30の係合部32bが突起N2と係合するとともに、係合部32dが受信側プラグ46の面S12と端面S13とが成す角と係合することにより、受信側プラグ46が受光素子用レセプタクル240に固定される。
以上のように構成された光伝送モジュール10では、図7に示すように、発光素子アレイ100からz軸方向の正方向側に出射されたレーザービームB1が、封止樹脂24及びレセプタクル220を通過する。さらに、レーザービームB1は、全反射面R1でx軸方向の負方向側に反射されて、プラグ40を通過し光ケーブル60のコアに伝送される。
また、光伝送モジュール10において、光ケーブル60からx軸方向の正方向側に出射されたレーザービームB2が、レセプタクル240を通過する。さらに、レーザービームB2は、全反射面R2でz軸方向の負方向側に反射されて、封止樹脂24を通過し受光素子アレイ50に伝送される。
(製造方法 図11〜図16参照)
光伝送モジュール10の製造方法について、図面を参照しながら説明する
まず、実装基板22の集合体であるマザー基板の上面にはんだを塗布する。より具体的には、メタルマスクを載せたマザー基板上に、スキージを使用してクリームはんだを押し付ける。そして、メタルマスクをマザー基板から取り除くことにより、はんだをマザー基板に印刷する。
次に、コンデンサーをマザー基板のはんだ上に載置する。その後、マザー基板に熱を加えて、コンデンサーをはんだ付けする。
コンデンサーをはんだ付けした後、マザー基板上の所定位置にAgペーストを塗布する。塗布されたAg上に駆動回路26、受光素子アレイ50及び発光素子アレイ100を載置して、ダイボンドを行う。さらに、Auワイヤーを用いて、駆動回路26と受光素子アレイ50とをワイヤーボンディングにより接続し、さらに、駆動回路26と発光素子アレイ100とをワイヤーボンディングにより接続する。
その後、コンデンサー、駆動回路26と、受光素子アレイ50及び発光素子アレイ100に対して樹脂モールドを行う。さらに、ダイサーを用いてマザー基板をカットすることにより、複数の実装基板22を得る。
次に、図11に示すように、実装基板22の上面における外縁L2,L3に沿う部分α1,α2、及び封止部24aの上面におけるx軸方向の正方向側の2カ所の領域α3,α4に、UV硬化型(光硬化性)の接着剤を塗布する。
接着剤を塗布した後、発光素子用レセプタクル220を実装基板22及び封止樹脂24上に仮置きする。レセプタクル220の仮置き工程では、まず、図12に示すように、発光素子アレイ100の発光部の中心T100の位置を位置認識用カメラV1で確認する。
次に、搭載機V2が発光素子用レセプタクル220を吸着して取り上げる。そして、搭載機V2が発光素子用レセプタクル220を吸着した状態で、位置認識用カメラV3で発光素子用レセプタクル220の凸レンズ230のレンズ中心T230の位置を確認する。なお、封止樹脂24及び発光素子用レセプタクル220に刻印等を設けた位置識別用のマーキングにより、位置関係を確認することもできる。
位置認識用カメラV1で確認した発光素子アレイ100の発光部の中心T100の位置データ、及び位置認識用カメラV3で確認した発光素子用レセプタクル220の凸レンズ230のレンズ中心T230の位置データから、発光素子アレイ100の発光部と凸レンズ230との相対的な位置を算出する。算出した結果に基づいて、発光素子アレイ100の発光部と凸レンズ230とが対向するように、搭載機V2により発光素子用レセプタクル220を実装基板22及び封止樹脂24上に仮置きする。この場合、z軸方向において、レセプタクル200の光結合部224の下面とプラグ載置部222の下面との距離は、封止樹脂24の上面と実装基板22の上面との距離より、小さいことが好ましい。これは、プラグ載置部222と実装基板22との干渉を防ぎ、光結合部224の下面と封止樹脂24上面の上面との円滑な摺動を可能にするためである。
仮置き後に、発光素子アレイ100を駆動させる。これにより、図13に示すように、発光素子アレイ100から発せられたレーザービームB1は光結合部224を通過して出射面S2から出射される。そして、出射面S2と直交する方向からカメラV7で、レーザービームB1の出射面S2における光点J1の位置を計測する。なお、発光素子用レセプタクル220は樹脂を金型等で成形した場合、凹部D1の全反射面R1の角度は、狙いの形成角度から寸法交差内で角度ばらつく。
次に、図14に示すように、光ケーブル60の光軸及び出射面S2の設計上の交点J2と、レーザービームB1の出射面S2における光点J1の位置とを合わせるように、発光素子用レセプタクル220の下面を実装基板22の上面と平行な方向にスライドさせ載置する。つまり、発光素子用レセプタクル220の下面及び実装基板22の上面は、該発光素子用レセプタクル220の載置作業における摺動面である。本工程について一例を挙げて具体的に説明すると、上述の全反射面R1の角度ばらつきなどによって、レーザービームB1の出射面S2における光点J1が、設計上の交点J2からΔJだけz軸方向の正方向側にずれたとする。この場合、図14に示すように、凸レンズ230のレンズ中心T230の位置を、発光素子アレイ100の光軸α100から、x軸の正方向側にΔxの距離だけ移動させる。そうすると、凸レンズ230の屈折により、凹部D1の全反射面R1へのレーザービームB1の入射角度が変化する。その結果、光点J1が、z軸の負方向側へ移動し、設計上の交点J2と重なるように光点J1の位置を補正できる。つまり、x−y平面内で発光素子用レセプタクル220の下面を実装基板22の上面と平行な方向に移動するだけで、光点J1の交点J2に対するz軸の正方向側へのずれΔJを容易に補正することができる。このように凸レンズ230の屈折を利用すれば、z軸方向だけでなく、光点J1の交点J2に対するy軸方向への位置ずれも補正できる。なお、交点J2の各座標の設計値は、CAD等を用いて事前に把握している。
また、z軸方向に進む光をx軸方向に反射させることで、z軸方向における光伝送モジュール10の厚みを増すことなく、出射面S2での光点J1の補正量を確保できる。
上記の作業と並行して、レセプタクル240を実装基板22及び封止樹脂24上に仮置き及び載置する作業を行う。より具体的には、UV硬化型の接着剤を塗布した後、図12に示すように、受光素子アレイ50の受光部の中心T50の位置を位置認識用カメラV4で確認する。
次に、搭載機V5が受光素子用レセプタクル240を吸着して取り上げる。そして、搭載機V5がレセプタクル240を吸着した状態で、位置認識用カメラV6でレセプタクル240の凸レンズ250のレンズ中心T250の位置を確認する。
位置認識用カメラV4で確認した受光素子アレイ50の受光部の中心T50の位置データ及び、位置認識用カメラV6で確認したレセプタクル240の凸レンズ250のレンズ中心T250の位置データから、受光素子アレイ50の受光部と凸レンズ250との相対的な位置を算出する。算出した結果に基づいて、搭載機V5を移動させ、受光素子用レセプタクル240を実装基板22及び封止樹脂24上に仮置きする。
次に、図15に示すように、光ケーブル60の光軸及び入射面S5の設計上の交点J3からレーザービームB2を入射させる。そして、図16に示すように、レーザービームB2を受光した受光素子50からの出力が最も強くなる位置に、受光素子用レセプタクル240を載置する。このとき、受光素子用レセプタクル240の移動は、実装基板22の主面と平行な方向にスライドさせることにより行う。なお、交点J3の各座標の値は、CAD等を用いて事前に把握している。
載置されたレセプタクル200に対して、紫外線を照射する。なお、紫外線照射中、レセプタクル220,240は、搭載機V2,V5により、実装基板22及び封止樹脂24に押しつけられた状態である。これにより、レセプタクル220,240と封止樹脂24との間にあるUV硬化型の接着剤が硬化する際に、レセプタクル220,240が、位置ズレを起こすことなく、実装基板22及び封止樹脂24に固定される。
次に、レセプタクル200が固定された実装基板22に対して、金属キャップ30を取り付ける。具体的には、実装基板22の上面であって、封止樹脂24の脚部24bと24cとの間の空間H1、脚部24dと24eとの間の空間H2、及び、金属キャップ30の凸部C2,C5が接触する部分にエポキシ系などの熱硬化性の接着剤を塗布する。また、実装基板22のグランド導体露出部E2,E3には、Agなどの導電性ペーストを塗布する。
接着剤及び導電性ペーストを塗布後、金属キャップ30の凸部C3を、実装基板22上の封止樹脂24の脚部24bと脚部24cとに挟まれた部分、すなわち空間H1に嵌め合わせる。さらに、凸部C6を封止樹脂24の脚部24dと脚部24eとに挟まれた部分、すなわち空間H2に嵌め合わせる。これにより、金属キャップ30の実装基板22に対する位置が決まる。また、金属キャップ30の位置決めと同時に、凸部C1〜C6が実装基板22上の接着剤又は導電性ペーストと接触する。
金属キャップ30を嵌め合わせた後、オーブンを用いて実装基板22に熱を加え、接着剤及び導電性ペーストを硬化させ、金属キャップ30を、実装基板22に固定する。なお、金属キャップ30を実装基板22に取り付けることにより、金属キャップ30の凸部C1,C4が、実装基板22のグランド導体露出部E2,E3と接触する。これにより、金属キャップ30は、実装基板22内のグランド導体に接続され、グランド電位に保たれる。最後に、以上のような工程により光伝送モジュール10が完成する。
(効果)
光伝送モジュール10の製造方法(以下、本製造方法)では、まず、発光素子用レセプタクル220に設けられたレンズ230と発光素子アレイ100とが対向するように、発光素子用レセプタクル220を実装基板22及び封止樹脂24上に仮置きする。その後、発光素子アレイ100から発せられたレーザービームB1の出射面S2における光点J1の位置、及び光ケーブル60の光軸とレセプタクルの出射面S2との設計上の交点J2の位置の情報に基づいて、レセプタクルを移動し、載置している。この移動の際、レーザービームB1は凸レンズ230を通過する。これにより、レーザービームB1は、凸レンズ230によって屈折されるため、その光軸の方向が変化する。本製造方法では、この光軸の方向の変化を利用することにより、発光素子用レセプタクル220を回転させることなく、実装基板22のx―y平面に設けられた摺動面上に発光素子用レセプタクル200の摺動面をスライドさせるだけで、発光素子アレイ100と光ケーブル60とを光学的に結合させることができる。
受光素子用レセプタクル240についても、レーザービームB2は、凸レンズ250によって屈折されるため、その光軸の方向が変化する。従って、この光軸の方向の変化を利用することにより、受光素子用レセプタクル240を回転させることなく、実装基板22上をx−y平面におけるx方向とy方向との直線移動の組み合わせによって、受光素子アレイ50と光ケーブル60とを光学的に結合させることができる。
また、光伝送モジュール10の製造方法では、図13に示すように、出射面S2と直交する方向からカメラV7で、レーザービームB1の出射面S2における光点J1の位置を計測する。そして、図14に示すように、光ケーブル60の光軸及び出射面S2の設計上の交点J2と、レーザービームB1の出射面S2における光点J1の位置とを合わせるように、発光素子用レセプタクル220を実装基板22の主面と平行な方向にスライドさせ載置する。つまり、光伝送モジュール10の製造方法では、発光素子用レセプタクル220から出射されるレーザービームB1をカメラV7により直接確認して、これに対して、光ケーブル60の光軸を合わせている。従って、光伝送モジュール10の製造方法では、発光素子アレイ100の発光部と凸レンズ230とが対向するように、発光素子用レセプタクル220を実装基板22及び封止樹脂24上に載置することのみによって光ケーブル60と発光素子アレイ100とを光学的に結合させる場合と比較して、より光学的な損失が少ない。
受光素子用レセプタクル240についても、レーザービームB2を受光した受光素子50からの出力が最も強くなる位置に、受光素子用レセプタクル240を載置する。従って、光伝送モジュール10の製造方法では、受光素子アレイ50の発光部と凸レンズ250とが対向するように、受光素子用レセプタクル240を実装基板22及び封止樹脂24上に載置することのみによって光ケーブル60と受光素子アレイ50とを光学的に結合させる場合と比較して、より光学的な損失が少ない。
ところで、発光素子アレイ100と光ケーブル60とを光学的に結合させる際に、発光素子アレイ100から発せられたレーザービームB1がレセプタクル200内を通過する距離は、長い方が好ましい。これは、レーザービームB1がレセプタクル200内を通過する距離が長ければ長いほど、図17に示すように、わずかな光軸のずれΔθであっても出射面S2の光点J1の交点J2に対するずれ量ΔJが大きくなり、光軸のずれΔθを容易に確認することができるためである。そして、光軸のずれΔθを容易に確認することができれば、光ケーブル60と発光素子アレイ100とを精度よく光学的に結合させることができる。ここで、発光素子用レセプタクル220では、発光素子アレイ100から発せられたz軸方向の正方向側に進行するレーザービームB1を、全反射面R1によってx軸方向の負方向側に反射させている。これにより、発光素子用レセプタクル220では、z軸方向の厚みを増すことなく、つまり光伝送モジュール10の低背化を可能としつつ、レーザービームB1が発光素子用レセプタクル220内を通過する距離を長くすることができる。受光素子用レセプタクル240についても、光ケーブル60からのレーザービームB2を反射させているため、発光素子用レセプタクル220と同様の効果を得ることができる。
また、レセプタクル200では、光ケーブル60と発光素子アレイ100及び受光素子アレイ50とを結ぶ光路を曲げるために、単なる反射ではなく全反射を用いている。従って、全反射面R1,R2に対して、金属膜を蒸着させる必要がない。つまり、レセプタクル200が全反射を用いていることにより、単なる反射を用いた場合と比較して、その製造は容易である。
さらに、レセプタクル200は、光透過性の一つの樹脂材料を用いて作製されている。従って、レセプタクル200の材料が複数の場合と比較して、その製造工程を簡素なものとすることが可能であり、結果として、該製造工程に用いられる金型による製造上のバラツキの影響を緩和することができる。
(その他の実施形態)
本発明に係る光伝送モジュール及び光伝送モジュールの製造方法は、前記実施形態に係る光伝送モジュール10及びその製造方法に限らずその要旨の範囲内において変更可能である。また、前記実施形態の図14及び図16において、便宜的に発光素子用レセプタクル220及び受光素子用レセプタクル240をx軸方向の正方向側に移動しているが、実際には、発光素子用レセプタクル220及び受光素子用レセプタクル240をz軸方向と直交する平面を2次元的に移動させている。
以上のように、本発明は、光伝送モジュールの製造方法に対して有用であり、特に光ケーブルと光電変換素子との光学的な結合を容易に行うことができる点において優れている。
J1 光点
J2 交点
S2 出射面
R1,R2 全反射面(反射面)
10 光伝送モジュール
22 実装基板
40 プラグ
50 受光素子アレイ(光電変換素子)
60 光ケーブル
100 発光素子アレイ(光電変換素子)
200 レセプタクル
230,250 凸レンズ(レンズ)

Claims (5)

  1. 光ケーブルに接続され、かつ、実装基板、該実装基板上に設けられた光電変換素子及び該光電変換素子と該光ケーブルとを光学的に結合するレセプタクルを含み、該レセプタクルの該光電変換素子と対向する面にはレンズが設けられている光伝送モジュールの製造方法であって、
    前記レンズと前記光電変換素子とが対向するように前記レセプタクルを前記実装基板上に仮置きする仮置き工程と、
    前記仮置き工程の後、前記光電変換素子から前記レセプタクルの出射面に出射された光点位置を計測する計測工程と、
    前記光ケーブルの光軸と前記レセプタクルの前記出射面との設計上の交点位置の情報、及び前記光点位置の情報に基づいて、前記実装基板上を該レセプタクルをスライドさせることにより該交点位置と該光点位置とを重ねて、前記レセプタクルを前記実装基板上に載置する載置工程と、
    を備えること、
    前記レセプタクルには、該レセプタクルを通過する光の光路を反射により前記実装基板に平行な方向に変更する反射面が設けられており、
    前記出射面は、前記実装基板に対して垂直であり、
    前記載置工程では、前記反射面において反射された光の進行方向に平行な方向に前記レセプタクルをスライドさせることにより、前記光点位置の前記交点位置に対する前記実装基板に垂直な方向のずれを補正すること、
    を特徴とする光伝送モジュールの製造方法。
  2. 前記光ケーブルの光軸と前記レセプタクルの交点を有する面は、前記光ケーブルの断面よりも大きいこと、
    を特徴とする請求項1に記載の光伝送モジュールの製造方法。
  3. 前記レセプタクルの材料の屈折率は大気の屈折率よりも大きく、前記反射面により反射される光の該反射面に対する入射角は、臨界角よりも大きいこと、
    を特徴とする請求項又は請求項のいずれかに記載の光伝送モジュールの製造方法。
  4. 前記レセプタクルは、光透過性の材料のみにより構成されていること、
    を特徴とする請求項1乃至請求項のいずれかに記載の光伝送モジュールの製造方法。
  5. 前記レセプタクルは、光硬化性の接着剤により前記実装基板に固定されること、
    を特徴とする請求項1乃至請求項のいずれかに記載の光伝送モジュールの製造方法。
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