JP7103059B2

JP7103059B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP7103059B2
Application number: JP2018157386A
Authority: JP
Inventors: 百合子川村; 悠介那須; 清史菊池; 俊一相馬
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2022-07-20
Anticipated expiration: 2038-08-24
Also published as: US20210382249A1; JP2020030385A; WO2020040022A1; US11567275B2

Description

本発明は、高周波電気信号及び光信号を伝達および信号処理するための光通信用部品に関し、より詳細には、光デバイス部と光ファイバ部とを粘着固定し、マウンター等で吸着搬送搭載を可能するキャリアを有するリフロー可能な光モジュールに関する。

通信需要の急速な増大を背景として、通信網の大容量化に向けた検討が精力的に行われている。光モジュールに関しても、通信設備の単位体積あたりのビットレート向上を目的とし、機能の高集積化・小型化が強く要求されている。ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ: ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）は、多数の電気的インターフェースを高密度に実現できるため、光モジュールの小型化のためのキー技術である（非特許文献１）。また、ＢＧＡパッケージは、リフロー実装により基板へ実装されるので、従来光モジュールで用いられていた側面出しのピンパッケージやフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ:Flexible Printed Circuits）パッケージを半田付けで実装する場合に比べ、実装コストの低減も期待される。

H. Tanobe， Y. Kurata， Y. Nakanishi， H. Fukuyama， M. Itoh， and E. Yoshida， "Compact 100Gb/s DP-QPSK integrated receiver module employing three-dimensional assembly technology，" OPTICS EXPRESS， 2014年， vol.22， No. 5， pp. 6108-6113.

図１（ａ）、（ｂ）に、それぞれ、従来の光ファイバ付き光デバイスの側面図と上面図を示す。光モジュールは、電子デバイスと異なり、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、光デバイス１００と、光信号を入出力するための光ファイバ２００と、光デバイス１００と光ファイバ２００とを光学的に結合する光ファイバーブロック１０１とを備えることが一般的である。光ファイバ２００は加熱されると、その形状が変化してしまうため、光ファイバ２００が接続された光モジュールをリフロー工程に通すと、光ファイバ２００が炉内で暴れてしまう恐れがある。また、この光ファイバ２００の動きにより、光モジュール自体が動いてしまい、所定の位置にＢＧＡ実装できずに導通不良となることが懸念される。また、実装工程簡略化の観点から、小型化した光モジュールはマウンター等により吸着、搬送することで所定の位置に搭載されることが求められるが、光ファイバ２００が光デバイス１００に付いている光モジュールを一般的なマウンターを用いて吸着、搬送することは、光ファイバが邪魔になり困難という課題がある。

この課題を解決するためには、光ファイバをリールに巻き付けて光デバイスの上に固定するという対策が考えられる。しかしながらこの方法では、光ファイバをリールに巻き付けるという複雑な工程を必要とする。また、リール高さが光モジュール高さに加算されるため、高背部品を想定していない、通常のリフロー炉での実装ができなくなってしまう。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光デバイスと光ファイバとを粘着固定し、マウンター等で吸着搬送搭載を可能するキャリアを有するリフロー可能な光モジュールを提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。

本発明の光モジュールの第一の態様は、Ｎ（Ｎは正の整数）本の光ファイバが光学的に接続された光デバイスと、基板及び前記基板の表面に形成された粘着層とを有するキャリアとを備え、前記光デバイスの一部と、前記Ｎ本の光ファイバの一部とが、前記粘着層の表面に粘着固定されており、
前記キャリアの上方から見て、前記キャリアが前記光デバイスと部分的に重なるとともに、前記光デバイスが前記部分的に重なる部分を除いて前記キャリアと重ならないように、前記粘着固定が行われ、前記キャリアのうち前記基板のみに複数の孔が設けられており、前記粘着層には孔が設けられていないことを特徴とする。

本発明の光モジュールの第二の態様は、前記第一の態様において、前記光デバイスはボールグリッドアレイ形状電極を備えることを特徴とする。

本発明の光モジュールの第三の態様は、前記第一の態様又は前記第二の態様において、前記光デバイスと前記光ファイバとを前記キャリアの粘着層から剥離するために、前記粘着層と、前記光デバイス及び前記光ファイバとの間に、剥離用のフィルムが配置されていることを特徴とする。

本発明の光モジュールの第四の態様は、前記第一の態様から前記第三の態様のいずれか一において、前記キャリアに固定された光ファイバの、粘着していない面に、剥離防止用の部材が配置されていることを特徴とする。

本発明の光モジュールの第五の態様は、前記第四の態様において、フィルムまたは帯状若しくは網状部材であることを特徴とする。

本発明を用いれば、光デバイス部と光ファイバ部とを粘着固定し、マウンター等で吸着搬送搭載を可能するキャリアを有するリフロー可能な光モジュールを提供することができる。

（ａ）従来の光ファイバ付き光デバイスの側面図である。（ｂ）従来の光ファイバ付き光デバイスの上面図である。（ａ）本発明の第１の実施形態による光モジュールの断面図である。（ｂ）本発明の第１の実施形態による光モジュールの上面図である。（ａ）本発明の第２の実施形態による光モジュールの断面図である。（ｂ）本発明の第２の実施形態による光モジュールの上面図である。（ａ）本発明の第３の実施形態による光モジュールの断面図である。（ｂ）本発明の第３の実施形態による光モジュールの上面図である。（ａ）本発明の第４の実施形態による光モジュールの断面図である。（ｂ）本発明の第４の実施形態による光モジュールの上面図である。（ａ）本発明の第５の実施形態による光モジュールの断面図である。（ｂ）本発明の第５の実施形態による光モジュールの上面図である。（ａ）本発明の第６の実施形態による光モジュールの断面図である。（ｂ）本発明の第６の実施形態による光モジュールの上面図である。（ａ）本発明の第７の実施形態による光モジュールの断面図である。（ｂ）本発明の第７の実施形態による光モジュールの上面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、図面においては同一の機能を有する部分は同一の番号を付することで、説明の明瞭化を図っている。但し、本発明は以下に示す実施形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。

（第１の実施形態）
図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第１の実施形態による光モジュールの構成を示す断面図と上面図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る光モジュール３００は、Ｎ（Ｎは正の整数）本の光ファイバが光学的に接続された光デバイス１００と、キャリア基板４０１及びキャリア基板表面に形成された粘着層４０２とを持つキャリア４００とで構成され、光デバイス１００の一部と、Ｎ本の光ファイバ２００の一部とが、粘着層４０２の表面に粘着固定されている。なお、光デバイス１００と光ファイバ２００とを光学的に結合するために、光ファイバーブロック１０１を用いてもよい。

本実施形態では、光ファイバーブロック１０１で光デバイス１００と光ファイバ２００が光学的に結合されている例を示すが、他の形態、例えばレンズ結合等で光学結合されていてもよい。また本実施形態の構成では、光デバイス１００と光ファイバ２００は同一平面上に配置されているが、キャリアの上部にも粘着層を設け、光デバイス１００とは反対の面に光ファイバの一部を固定してもよい。図２（ａ）では、３本からなる光ファイバ２００が示されているが、光ファイバの本数Ｎは、正の整数であればよい。

キャリア４００は、例えばキャリア基板４０１として高耐熱特殊ガラスエポキシ材や、アルミニウム等を用いることができる。また、粘着層４０２は、キャリア基板４０１に直接樹脂を塗布して形成してもよいし、シート状の粘着層を貼り付けて形成してもよい。

本実施形態の構成では、光デバイス１００と光ファイバ２００とがキャリア４００に粘着固定されているため、本実施形態の光モジュール３００を、光ファイバ２００の付いていない、従来の電子デバイスと同様に吸着・搬送・別の基板への搭載を行うことが可能となる。これは、図２（ｂ）の上面図より明らかである。

（第２の実施形態）
図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第２の実施形態による光モジュールの構成を示す断面図と上面図である。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の実施形態に係る光モジュール３００は、第１の実施形態に示した構成について、光デバイス１００にボールグリッドアレイ形状電極（ＢＧＡ電極）１０２が配置されたものである。

ＢＧＡ電極１０２はリフロー工程により別の基板等に実装されることを想定している。光ファイバ２００は、粘着層４０２への粘着固定により、リフロー加熱時のファイバが熱応力により変形する量が制限されている。よって、本実施形態の構成では、リフロー加熱時に、光デバイス１００の所定位置からの移動量を低減することができる。

（第３の実施形態）
図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第３の実施形態による光モジュールの構成を示す断面図と上面図である。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の第３の実施形態に係る光モジュール３００は、第２の実施形態で示した構成において、キャリア４００が、光デバイス１００と部分的に重なるので、光デバイス１００の一部が、上方から確認できる設計となっているものである。

ＢＧＡ電極１０２の付いた光デバイス１００の搭載位置決めは、画像認識技術を用いて正確に行う必要がある。例えば、光デバイス１００の小型化、高集積化の要望によりＢＧＡ電極のボール間隔を、例えば、５００μｍ程度以下などの狭いピッチに設定する必要があるからである。しかし、第２の実施形態の構成では、光デバイスの位置を上面から確認することが出来ない為、光デバイス１００の正確な位置合わせを行うことが難しい。本構成では、光デバイス１００の少なくとも一部を上面から確認することができるので、狭いピッチで形成されたＢＧＡ電極を持った光デバイスであっても、正確な位置に搭載することが可能となる。

本実施形態では、光デバイス１００の上部が確認できる構成としたが、例えばキャリア４００に開けた孔から光デバイス１００の一部が確認できる構成としてもよい。

（第４の実施形態）
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第４の実施形態による光モジュールの構成を示す断面図と上面図である。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の第４の実施形態に係る光モジュール３００は、第３の実施形態で示した構成において、キャリア４００のキャリア基板４０１及び粘着層４０２に複数の孔を設ける構成である。

本実施形態の構成では、キャリア４００を軽量化することができる。そのため、光モジュール３００を搭載するための吸着搬送工程内で、より強い吸着力で光モジュール３００を保持することが可能となり、光モジュール３００の落下を防ぐことができる。

図５（ａ）、（ｂ）では、円形の孔の場合を述べたが、孔の形状は任意の形でよく、例えば網目状に穴が開いていてもよい。

（第５の実施形態）
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第５の実施形態による光モジュールの構成を示す断面図と上面図である。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の実施形態５に係る光モジュール３００は、第３の実施形態で示した構成において、キャリア４００のうちキャリア基板４０１のみに複数の孔を設ける構成である。

本実施形態の構成では、キャリア４００を軽量化すると同時に、リフロー工程後、キャリア４００を光デバイス１００と光ファイバ２００から取り外す工程を簡略化することができる。具体的には、キャリア基板４０１に形成された孔４０４のうち、光デバイス１００の上部に形成された孔４０４ａ内の粘着層４０２を光デバイス１００側に押し付けながらキャリア４００を取り外す。このとき、孔４０４ａ内の粘着層が伸びることにより光デバイスが引き剥がれる。これにより、キャリア４００を保持し、容易にキャリア４００を取り外すことが可能となる。

なお、本実施形態では、粘着層４０２は粘着フィルムを基板に貼り付けることで形成されている。

（第６の実施形態）
図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第６の実施形態による光モジュールの構成を示す断面図と上面図である。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の第６の実施形態に係る光モジュール３００は、第３の実施形態で示した構成において、キャリア４００と、光デバイス１００及び光ファイバ２００との間にキャリア剥離用のフィルム５００が配置されたものである。

本構成では、光モジュール３００を実装後、キャリア４００を取り外す際の、取り外し工程を簡略化する構成で、第５の実施形態に示した方法とは別の手段を用いる。具体的には、キャリア４００を取り外す際、上面から確認できるフィルムの一部５００ａを上方へ引っ張ることで、キャリア４００を簡単に引きはがすことが出来る。

本実施形態では、キャリア４００と重ならないフィルムの一部（５００ａ部分）でキャリアの上方から確認できる例となっているが、さらに、複数の個所において、フィルムの部分が上方から確認できるようになっていてもよい。また、フィルム５００の形状は長方形でなくても、取り外し容易性と粘着性のバランスを取る設計としてよい。

（第７の実施形態）
図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の第７の実施形態による光モジュールの構成を示す断面図と上面図である。

図８（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の第７の実施形態に係る光モジュール３００は、第６の実施形態で示した構成において、光ファイバ２００の粘着層４０２と接していない面に、剥離防止用（落下防止用）の部材５０１が配置されている。この部材により、実装途中に光ファイバが粘着層から剥離し、吸着搬送できなくなることを防ぐことができる。

本実施形態では剥離防止用の部材としてフィルムを用いたが、フィルムの代わりに板状又は帯状の部材の部材を同様に粘着させても、上記効果を得ることが出来る。板状又は帯状の部材は、加熱工程やリフロー工程に耐えうる材料であればよいが、キャリア基板と同様の部材を用いることが好ましく、例えば、高耐熱特殊ガラスエポキシ材や、アルミニウム等を用いて形成することができる。

本発明は、光通信用部品に適用でき、より詳細には、光デバイスと光ファイバとを粘着固定し、マウンター等で吸着搬送搭載を可能するキャリアを有するリフロー可能な光モジュールに適用できる。

１００光デバイス
１０１光ファイバーブロック
１０２ＢＧＡ電極
２００光ファイバ
３００光モジュール
４００キャリア
４０１キャリア基板
４０２粘着層
４０３孔
４０４孔
４０４ａ孔
５００フィルム
５００ａフィルムの一部
５０１剥離防止用（落下防止用）の部材

Claims

Ｎ（Ｎは正の整数）本の光ファイバが光学的に接続された光デバイスと、
基板及び前記基板の表面に形成された粘着層とを有するキャリアとを備え、
前記光デバイスの一部と、前記Ｎ本の光ファイバの一部とが、前記粘着層の表面に粘着固定されており、
前記キャリアの上方から見て、前記キャリアが前記光デバイスと部分的に重なるとともに、前記光デバイスが前記部分的に重なる部分を除いて前記キャリアと重ならないように、前記粘着固定が行われ、前記キャリアのうち前記基板のみに複数の孔が設けられており、前記粘着層には孔が設けられていないことを特徴とする、光モジュール。
前記光デバイスはボールグリッドアレイ形状電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
前記光デバイスと前記光ファイバとを前記キャリアの粘着層から剥離するために、前記粘着層と、前記光デバイス及び前記光ファイバとの間に、剥離用のフィルムが配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光モジュール。
前記キャリアに固定された光ファイバの、粘着していない面に、剥離防止用の部材が配置されていることを特徴とする、請求項１乃至３いずれか一項に記載の光モジュール。
前記剥離防止用の部材は、フィルムまたは帯状若しくは網状部材であることを特徴とする、請求項４に記載の光モジュール。