JP7477310B2 - 光電変換モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換モジュールに関する。
電子機器間などにおける信号伝送に光信号を利用する光伝送システムでは、機器などによる信号の送受信時に光信号と電気信号との間を変換（光電変換）するための光電変換モジュールが用いられる。光電変換モジュールは、例えば、電気配線と光配線とを併有する光電気混載基板と、これに実装された受発光素子（受光素子，発光素子）および受発光素子用の各種駆動素子とを備える。光電変換モジュールに関する技術については、例えば下記の特許文献１に記載されている。
光電変換モジュールによる光電変換時には、受発光素子および駆動素子は発熱する。駆動素子の発熱量は受発光素子の発熱量よりも大きく、光電変換モジュール内において、駆動素子の発熱は、受発光素子の昇温の一因となる場合がある。光電変換モジュールの小型化などの観点から受発光素子および駆動素子が光電気混載基板の同一面上にて近接して配置される場合には特に、駆動素子の発熱は、受発光素子を昇温させやすい。受発光素子の過度の昇温は、受発光素子の機能不良を招くことがあり、好ましくない。そのため、光電変換モジュールには、例えば小型化の観点からのサイズ制限の下、素子の放熱対策が求められる。
また、光電変換モジュールにおいて、受発光素子は駆動素子よりも脆弱な傾向にあって損傷しやすい。そのため、受発光素子など発熱素子の放熱対策は、受発光素子の損傷を抑制しつつ実現されることが求められる。
本発明は、受発光素子の損傷を抑制しつつ良好な素子放熱性を実現するのに適した光電変換モジュールを提供する。
本発明［１］は、光電気混載基板と、前記光電気混載基板の厚み方向一方面上に実装された受発光素子および駆動素子と、前記受発光素子および前記駆動素子に対して前記光電気混載基板とは反対の側から接触する放熱シートと、を備え、前記駆動素子は、前記受発光素子よりも、前記光電気混載基板上における高さが大きい、光電変換モジュールを含む。
本発明の光電変換モジュールにおいては、上記のように、光電気混載基板の厚み方向一方面上に実装されている受発光素子および駆動素子に対し、光電気混載基板とは反対の側から放熱シートが接触している。このような構成は、これら素子が発熱した場合に、当該熱を放熱シートによって素子外に、ひいては放熱シートを介して光電変換モジュール外に、逃がすのに好適である。例えば、モジュール筐体内において、光電気混載基板上の受発光素子および駆動素子と筐体の所定内壁面との間に放熱シートが介在して各素子に対して放熱シートが押圧される状態をとるように、本光電変換モジュールを配置することにより、放熱シートは、受発光素子および駆動素子に接触して放熱機能を果たす。
また、本発明の光電変換モジュールにおいては、上記のように、駆動素子は受発光素子よりも光電気混載基板上における高さが大きい。そのため、モジュール筐体内にて上述の状態で光電気混載基板上の受発光素子および駆動素子に押圧される放熱シートにおいては、その押圧力は、駆動素子に対して相対的に強く、受発光素子に対して相対的に弱い。このような構成は、受発光素子の損傷を抑制しつつ放熱シートによる受発光素子の放熱を実現し、且つ、同放熱シートによって駆動素子との間で高い放熱効率を実現するのに適する。すなわち、本発明の光電変換モジュールは、受発光素子の損傷を抑制しつつ、受発光素子および駆動素子の良好な放熱を実現するのに適する。
本発明［２］は、前記光電気混載基板と前記受発光素子との間に介在してこれらを電気的に接続する第１バンプと、前記光電気混載基板と前記駆動素子との間に介在してこれらを電気的に接続する第２バンプと、を更に備え、前記第２バンプは、前記第１バンプよりも、前記光電気混載基板上における高さが大きい、上記［１］に記載の光電変換モジュールを含む。
このような構成は、光電気混載基板上での受発光素子および駆動素子の各高さを、受発光素子および駆動素子の各厚みによらず、第１バンプおよび第２バンプの各高さによって自由度高く調整するのに適する。当該構成は、例えば、受発光素子の厚みが駆動素子の厚み以上であっても、光電気混載基板上において、駆動素子の高さを受発光素子の高さよりも大きくするのに適する。
本発明［３］は、前記放熱シートのアスカーＣ硬度が６０以下である、上記［１］または［２］に記載の光電変換モジュールを含む。
この程度の軟質性を有する放熱シートは、光電気混載基板上での高さが異なる受発光素子および駆動素子に対する追従性および密着性を確保するのに適し、従って、受発光素子の損傷抑制と駆動素子の高い放熱効率とを共に実現するのに適する。
図１から図３は、本発明の光電変換モジュールの一実施形態である光モジュールＸを表す。光モジュールＸは、本実施形態では、光電気混載基板１０と、受発光素子２０と、駆動素子３０と、放熱シート４０と、プリント配線板５０と、コネクタ６０Ａと、これらを収容する筐体７０とを備える。図１および図２では、光モジュールＸは、コネクタ６０Ｂを先端に有する光ファイバケーブル１００と接続された態様で表す。光モジュールＸは、光ファイバケーブル１００を介して信号が送受信される機器が備えるレセプタクルに接続される要素である。光モジュールＸは、本実施形態では、機器からの電気信号を光信号に変換して光ファイバケーブル１００に出力する送信機能と、光ファイバケーブル１００からの光信号を電気信号に変換して機器に出力する受信機能とを併有する送受信モジュール（即ち光トランシーバ）として構成されている。
図１および図２に示すように、光モジュールＸは、一方向に長く延びる略平板形状を有し、その長手方向に直交する方向に幅を有する。また、光モジュールＸは、長手方向と幅方向とに直交する方向に厚みを有する。
光電気混載基板１０は、光モジュールＸの長手方向に沿って長く延びる略平板形状を有する。光電気混載基板１０は、光電変換領域Ｒ１と、光伝送領域Ｒ２とを有する。光電変換領域Ｒ１は、光電気混載基板１０の長手方向一端部に配置されている。光電変換領域Ｒ１は、図１Ｃに示す底面視において略矩形状（具体的には、正方形状）を有する。光伝送領域Ｒ２は、光電変換領域Ｒ１の長手方向他端部から長手方向他方側に向かって延びる。光伝送領域Ｒ２は、図１Ｃに示す底面視において略矩形状を有する。光伝送領域Ｒ２の幅方向長さは、光電変換領域Ｒ１の幅方向長さより短い。光伝送領域Ｒ２の長手方向長さは、光電変換領域Ｒ１の長手方向長さより長い。光伝送領域Ｒ２の長手方向他方端は、コネクタ６０Ａと接続されている。
図３に示すように、光電気混載基板１０は、光導波路部１０Ａと、電気回路基板１０Ｂとを厚み方向一方側に向かって順に備える。具体的には、光電気混載基板１０は、光導波路部１０Ａと、光導波路部１０Ａの厚み方向一方面に配置される電気回路基板１０Ｂとを備える。
光導波路部１０Ａは、電気回路基板１０Ｂの厚み方向他方面に配置されている。光導波路部１０Ａは、長手方向に延びる略シート形状を有する（光導波路部１０Ａは、光電変換領域Ｒ１および光伝送領域Ｒ２にわたって広がる）。光導波路部１０Ａは、アンダークラッド層１１と、コア層１２と、オーバークラッド層１３とを厚み方向他方側に向かって順に備える。
アンダークラッド層１１は、電気回路基板１０Ｂの厚み方向他方面に配置されている。コア層１２は、アンダークラッド層１１の厚み方向他方面に配置されている。コア層１２は、受発光素子２０ごとに設けられている。コア層１２は、その長手方向一端部にミラー面１２ｍを有する。ミラー面１２ｍは、コア層１２を伝搬する光の光軸に対して４５度傾斜し、ミラー面１２ｍによって光路が９０度曲げられる。オーバークラッド層１３は、アンダークラッド層１１の厚み方向他方側においてコア層１２を被覆する。光導波路部１０Ａの厚みは、例えば２０μｍ以上であり、例えば２００μｍ以下である。
コア層１２は、アンダークラッド層１１およびオーバークラッド層１３よりも屈折率が高くて光伝送路そのものをなす。アンダークラッド層１１、コア層１２、およびオーバークラッド層１３の構成材料としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの透明であって可撓性を有する樹脂材料が挙げられ、光信号の伝送性の観点から、好ましくはエポキシ樹脂が用いられる。
電気回路基板１０Ｂは、アンダークラッド層１１の厚み方向一方面に配置されている。電気回路基板１０Ｂは、長手方向に延びる略シート形状を有する（電気回路基板１０Ｂは、光電変換領域Ｒ１および光伝送領域Ｒ２にわたって広がる）。電気回路基板１０Ｂは、金属支持層１４と、ベース絶縁層１５と、導体層１６と、カバー絶縁層１７とを厚み方向一方側に向かって順に備える。
金属支持層１４は、図３に示すように、光電変換領域Ｒ１に配置される。金属支持層１４は、金属開口部１４ａを有する。金属開口部１４ａは、金属支持層１４を厚み方向に貫通する。金属開口部１４ａは、厚み方向投影視においてミラー面１２ｍと重なる。金属開口部１４ａは、後述する発光素子２１および受光素子２２に対応して、複数設けられている。金属支持層１４の構成材料としては、例えば、ステンレス鋼、４２アロイ、アルミニウム、銅-ベリリウム、りん青銅、銅、銀、ニッケル、クロム、チタン、タンタル、白金、金などの金属が挙げられる。金属支持層１４の厚みは、例えば３μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上であり、また、例えば１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下である。
ベース絶縁層１５は、光電変換領域Ｒ１および光伝送領域Ｒ２にわたって配置されている。ベース絶縁層１５は、金属支持層１４の厚み方向一方面に配置されている。また、ベース絶縁層１５は、金属開口部１４ａの厚み方向一方端を閉塞する。ベース絶縁層１５の構成材料としては、例えば、ポリイミドなどの樹脂が挙げられる。また、ベース絶縁層１５の構成材料は、光透過性を有する。ベース絶縁層１５の厚みは、例えば２μｍ以上であり、また、例えば３５μｍ以下である。
導体層１６は、ベース絶縁層１５の厚み方向一方側に配置されている。導体層１６は、光電変換領域Ｒ１に配置されており、端子１６ａと、端子１６ｂと、端子１６ｃと、図示しない配線とを含む。端子１６ａは、受発光素子２０の電極（図示せず）に対応してパターンニングされている。端子１６ｂは、駆動素子３０の電極（図示せず）に対応してパターンニングされている。端子１６ｃは、プリント配線板５０の後述のビア５７に対応してパターンニングされている。図示しない配線は、端子１６ａ,１６ｂ,１６ｃ間を電気的に接続する。導体層１６の構成材料としては、例えば、銅などの導体が挙げられる。導体層１６の厚みは、例えば２μｍ以上であり、また、例えば２０μｍ以下である。
カバー絶縁層１７は、ベース絶縁層１５の厚み方向一方面に、端子１６ａ,１６ｂ,１６ｃを露出させ、図示しない配線を被覆するように、配置されている。カバー絶縁層１７は、光電変換領域Ｒ１および光伝送領域Ｒ２にわたって配置されている。カバー絶縁層１７の構成材料および厚みは、ベース絶縁層１５の構成材料および厚みと同様である。
電気回路基板１０Ｂの厚みは、例えば１５μｍ以上であり、また、例えば２００μｍ以下である。電気回路基板１０Ｂの厚みに対する金属支持層１４の厚みの比は、例えば０．２以上、好ましくは０．５以上、より好ましくは０．８以上であり、また、例えば１．２以下である。上記した比が上記した下限以上であれば、電気回路基板１０Ｂの放熱性を向上させることができる。
光電気混載基板１０の厚みは、例えば２５μｍ以上、好ましくは４０μｍ以上であり、また、例えば５００μｍ以下、好ましくは２５０μｍ以下である。光電気混載基板１０の厚みに対する金属支持層１４の厚みの比は、例えば０．０５以上、好ましくは０．１以上、より好ましくは０．１５以上であり、また、例えば０．４以下である。上記した比が上記した下限を上回れば、光電気混載基板１０の放熱性を向上させることができる。
光電気混載基板１０は、柔軟性を有する。具体的には、光電気混載基板１０の２５℃における引張弾性率は、例えば１０ＧＰａ未満、好ましくは５ＧＰａ以下であり、また、例えば０．１ＧＰａ以上である。光電気混載基板１０の引張弾性率が上記した上限を下回れば、受発光素子２０および駆動素子３０を柔軟に支持できる。
受発光素子２０は、電気信号を光信号に変換するための発光素子２１、または、光信号を電気信号に変換するための受光素子２２であり、光電気混載基板１０の光電変換領域Ｒ１において厚み方向一方面（即ち、電気回路基板１０Ｂの厚み方向一方面）上に実装されている。本実施形態では、受発光素子２０として、少なくとも一つの発光素子２１および少なくとも一つの受光素子２２が設けられている。受発光素子２０（受光素子２１，発光素子２２）の電極は、電気回路基板１０Ｂにおける導体層１６の端子１６ａに対し、バンプＢ１（第１バンプ）を介して接合されて電気的に接続されている。すなわち、バンプＢ１は、光電気混載基板１０と受発光素子２０との間に介在してこれらを電気的に接続する。
受発光素子２０の厚みＤ１は、例えば５０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上であり、また、例えば５００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下である。バンプＢ１の高さｈ１は、例えば３μｍ以上、好ましくは５μｍ以上であり、また、例えば１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下である。高さｈ１に対する厚みＤ１の比（Ｄ１／ｈ１）は、例えば０．５以上、好ましくは２以上であり、また、例えば１５０以下、好ましくは２０以下である。
発光素子２１は、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）などのレーザダイオードである。発光素子２１の発光口（図示せず）は、発光素子２１の厚み方向他方面に配置されている。発光素子２１の発光口は、厚み方向において、金属開口部１４ａを介してミラー面１２ｍと対向する。これにより、発光素子２１は光導波路部１０Ａと光学的に接続される。
受光素子２２は、例えばフォトダイオードである。フォトダイオードとしては、例えば、ＰＩＮ（ｐ-intrinsic-n）型フォトダイオード、ＭＳＭ（Metal Semiconductor Metal）フォトダイオード、およびアバランシェフォトダイオードが挙げられる。受光素子２２の受光口（図示せず）は、受光素子２２の厚み方向方他面に配置されている。受光素子２２の受光口は、厚み方向において、金属開口部１４ａを介してミラー面１２ｍと対向する。これにより、受光素子２２は光導波路部１０Ａと光学的に接続される。
駆動素子３０は、発光素子２１用の駆動素子３１、または、受光素子２２用の駆動素子３２であり、光電気混載基板１０の光電変換領域Ｒ１において厚み方向一方面（即ち、電気回路基板１０Ｂの厚み方向一方面）上に実装されている。本実施形態では、駆動素子３０として、少なくとも一つの駆動素子３１および少なくとも一つの駆動素子３２が設けられている。駆動素子３１は、具体的には、発光素子２１を駆動するための駆動回路をなす素子である。駆動素子３２は、具体的には、受光素子２２からの出力電流を増幅するためのトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）である。駆動素子３０（駆動素子３１，駆動素子３２）の電極は、電気回路基板１０Ｂにおける導体層１６の端子１６ｂに対し、バンプＢ２（第２バンプ）を介して接合されて電気的に接続されている。すなわち、バンプＢ２は、光電気混載基板１０と駆動素子３０との間に介在してこれらを電気的に接続する。また、駆動素子３１は、導体層１６を介して発光素子２１と電気的に接続されている。駆動素子３２は、導体層１６を介して受光素子２２と電気的に接続されている。
駆動素子３０の厚みＤ２は、例えば５０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上であり、また、例えば５００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下である。バンプＢ２の高さｈ２は、例えば３μｍ以上、好ましくは５μｍ以上であり、また、例えば１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下である。高さｈ２に対する厚みＤ２の比（Ｄ２／ｈ２）は、例えば０．５以上、好ましくは２以上であり、また、例えば１５０以下、好ましくは２０以下である。
本実施形態では、駆動素子３０のバンプＢ２の高さｈ２と、受発光素子２０のバンプＢ１の高さｈ１とが同じである一方で、駆動素子３０の厚みＤ２は、受発光素子２０の厚みＤ１よりも大きい。これにより、駆動素子３０は、受発光素子２０よりも、光電気混載基板１０上における高さが大きくされている。
光電気混載基板１０上の受発光素子２０の高さＨ１（＝Ｄ１＋ｈ１）は、例えば５０μｍ以上、好ましくは１５０μｍ以上であり、また、例えば６００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以下である。光電気混載基板１０上の駆動素子３０の高さＨ２（＝Ｄ２＋ｈ２）は、高さＨ１より大きい限りにおいて、例えば５０μｍ以上、好ましくは１５０μｍ以上であり、また、例えば６００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以下である。高さＨ２から高さＨ１を差し引いた値、即ち、高さの差ΔＨ（＝Ｈ２－Ｈ１）は、例えば３μｍ以上、好ましくは５μｍ以上であり、また、例えば５００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下である。また、高さＨ１に対する高さＨ２の比（Ｈ２／Ｈ１）は、例えば１．００５以上、好ましくは１．０５以上であり、また、例えば２０以下、好ましくは４以下である。
光電気混載基板１０上において、以上のような発光素子２１、受光素子２２、駆動素子３１、および駆動素子３２は、面方向に互いに間隔を隔てて整列配置されている。
放熱シート４０は、熱伝導性を有する柔軟なシート体であり、受発光素子２０および駆動素子３０に対して光電気混載基板１０とは反対の側から接触する。放熱シート４０は、厚み方向に投影したときに、受発光素子２０および駆動素子３０を含むサイズ、形状、および配置で、設けられている。放熱シート４０は、筐体７０の後述の凸部７６と受発光素子２０および駆動素子３０との間に介在し、受発光素子２０および駆動素子３０の少なくとも厚み方向一方面を覆うように密着している。このような放熱シート４０は、受発光素子２０および駆動素子３０において発生した熱を、凸部７６側（即ち筐体７０側）に伝導して放熱する。
放熱シートの構成材料は、例えば、バインダー樹脂中にフィラーが分散された樹脂組成物が挙げられる。バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂を含んでＢステージまたはＣステージの状態にあり、また、熱可塑性樹脂を含んでもよい。バインダー樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、およびウレタン樹脂が挙げられる。フィラーとしては、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化ホウ素、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、溶融シリカ、酸化マグネシウム、および窒化アルミニウムが挙げられる。
光モジュールＸに組み付けられる前の放熱シート４０の厚みＴ（当初の厚み）は、受発光素子２０と凸部７６（筐体７０）との間の距離、および、駆動素子３０と凸部７６（筐体７０）との間の距離より大きく、例えば２００μｍ以上、好ましくは５００μｍ以上であり、また、例えば３０００μｍ以下、好ましくは１５００μｍ以下である。また、放熱シート４０の厚みＴに対する上記高さの差ΔＨの比（ΔＨ／Ｔ）は、例えば０．００１以上、好ましくは０．００５以上であり、また、例えば１以下、好ましくは０．０５以下である。放熱シート４０の厚み関するこれら構成は、放熱シート４０において、受発光素子２０および駆動素子３０に対する追従性および密着性を確保するのに適する。
放熱シート４０のアスカーＣ硬度は、好ましくは６０以下、より好ましくは５５以下、更に好ましくは５０以下であり、また、例えば３以上である。このような構成は、放熱シート４０において、受発光素子２０および駆動素子３０に対する追従性および密着性を確保するのに適する。アスカーＣ硬度は、ＪＩＳ Ｋ ７３１２（１９９６）に準拠して測定することができる。
図２および図３に示すように、プリント配線板５０は、光電気混載基板１０の厚み方向一方側に配置されている。プリント配線板５０は、長手方向に沿って長く延びる略平板形状を有する。図１Ｂ、図１Ｃ、および図３に示すように、プリント配線板５０は、第１部分５１と、第２部分５２と、連結部分５３とを一体的に有し、また、開口部５４を有する。
第１部分５１は、プリント配線板５０の長手方向一方側部分である。第２部分５２は、第１部分５１の長手方向他方側に間隔を隔てて対向配置されている。第２部分５２の幅は、第１部分５１の幅より狭い。連結部分５３は、第１部分５１および第２部分５２を連結する。本実施形態では二つの連結部分５３が設けられ、一方の連結部分５３は、第１部分５１の長手方向他端縁の幅方向一端部と、第２部分５２の長手方向一端縁の幅方向一端部とを連結する。他方の連結部分５３は、第１部分５１の長手方向他端縁の幅方向他端部と、第２部分５２の長手方向一端縁の幅方向他端部とを連結する。
これら第１部分５１、第２部分５２、および連結部分５３により、開口部５４が仕切られる。開口部５４は、プリント配線板５０を厚み方向に貫通する貫通穴として区画される。本実施形態では、厚み方向投影視において、上述の受発光素子２０および駆動素子３０は、開口部５４内に位置する。上述の放熱シート４０は、厚み方向投影視において、開口部５４と重なり、開口部５４内に位置してもよいし、開口部５４外に出る部分を有してもよい（開口部５４内に位置する場合を例示的に図示する）。
また、プリント配線板５０における開口部５４周囲の少なくとも一部は、厚み方向において光電気混載基板１０に対向している（図１Ｂでは、その対向領域について、明確化のためハッチングを付す）。
また、プリント配線板５０は、支持板５５と、導体回路５６とを備える。支持板５５は、長手方向に延びる略平板形状（平面視においてプリント配線板５０と略同一の形状）を有する。支持板５５の構成材料としては、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂などの硬質材料が挙げられる。支持板５５の２５℃における引張弾性率は、例えば１０ＧＰａ以上、好ましくは１５ＧＰａ以上、より好ましくは２０ＧＰａ以上であり、また、例えば１０００ＧＰａ以下である。支持板５５の引張弾性率が上記した下限以上であれば、プリント配線板５０の機械強度に優れる。
導体回路５６は、ビア５７（図３に示す）、端子５８（図１Ｂおよび図１Ｃに示す）、および配線５９（図３に示す）を含む。
ビア５７は、支持板５５を厚み方向に貫通する。ビア５７の厚み方向他方面は、支持板５５から露出しており、端子として機能する。ビア５７の厚み方向他方面は、バンプＢ３を介して、上述の端子１６ｃと電気的に接続される。これにより、プリント配線板５０は、光電気混載基板１０と電気的に接続される。
端子５８は、プリント配線板５０の第１部分５１の長手方向一端部に配置されている。端子５８は、光モジュールＸにおける対機器接続用の端子である。
配線５９は、支持板５５の厚み方向一方面に配置されている。配線５９は、ビア５７と端子５８とを電気的に接続する。
プリント配線板５０の厚みは、光電気混載基板１０の厚みより厚く、例えば１００μｍ以上であり、また、例えば１００００μｍ以下である。
プリント配線板５０において光電気混載基板１０と対向する領域の少なくとも一部と、光電気混載基板１０との間が、図３に示すように、接着剤Ｓによって接合されている。これにより、プリント配線板５０に対して光電気混載基板１０が固定される。
プリント配線板５０と光電気混載基板１０との電気的かつ機械的な接続には、上述のバンプＢ３および接着剤Ｓの代わりに異方性導電膜（ＡＣＦ）や異方性導電ペースト（ＡＣＰ）を用いてもよい。
コネクタ６０Ａは、光電気混載基板１０の長手方向他方側端部と接続されている。コネクタ６０Ａは、光ファイバケーブル１００側のコネクタ６０Ｂと連結されて、光導波路部１０Ａと光ファイバケーブル１００の光ファイバ（図示せず）とを光接続する。
筐体７０は、図１Ｂ、図１Ｃ、および図２に示すように、光電気混載基板１０、受発光素子２０、駆動素子３０、放熱シート４０、プリント配線板５０（端子５８を除く）、およびコネクタ６０Ａを収容する略箱形状を有する。具体的には、筐体７０は、図４Ａに示す第１カバー体７０Ａ、および、図４Ｂに示す第２カバー体７０Ｂを備え、これらが組み付けられることにより、長手方向に延び且つ厚み方向長さが幅方向長さより小さい、扁平な略箱形状をなす。
筐体７０は、第１壁７１と、第２壁７２と、両側壁７３と、長手方向一方側壁７４と、長手方向他方側壁７５と、凸部７６とを有する。
第１壁７１は、長手方向に延びる略平板形状を有する。第２壁７２は、第１壁７１と厚み方向に間隔を隔てられる。第２壁７２は、第１壁７１と同一形状を有する。両側壁７３の一方は、第１壁７１の幅方向一端部と、第２壁７２の幅方向一端部とを、厚み方向に連結する。両側壁７３の他方は、第１壁７１の幅方向他端部と、第２壁７２の幅方向他端部とを、厚み方向に連結する。長手方向一方側壁７４は、第１壁７１、第２壁７２および両側壁７３の長手方向一端部を連結する。また、長手方向一方側壁７４は、端子５８が配置される穴を有する。長手方向他方側壁７５は、第１壁７１、第２壁７２および両側壁７３の長手方向他端部を連結する。また、長手方向他方側壁７５は、コネクタ６０Ａ,６０Ｂが配置される穴を有する。
凸部７６は、第１壁７１の厚み方向他方側に配置され、第１壁７１から光電気混載基板１０に向かって突出し、且つ、開口部５４に対して部分的に入り込んでいる（凸部７６は、厚み方向に投影したときに開口部５４に包含される）。本実施形態では、凸部７６は、厚肉の略平板形状を有する。図４Ａでは、第１壁７１に対する凸部７６の相対配置および形状の明確化のために、凸部７６についてハッチングを付して表す。また、本実施形態では、凸部７６と第１壁７１とは一体である。凸部７６の厚み方向他方面は、放熱シート４０の厚み方向一方面に密着し、放熱シート４０を受発光素子２０および駆動素子３０に向けて押圧する。
第１壁７１および凸部７６は、第１カバー体７０Ａに含まれる。両側壁７３のそれぞれは、第１カバー体７０Ａおよび第２カバー体７０Ｂの両方に含まれる。長手方向一方側壁７４は、第１カバー体７０Ａおよび第２カバー体７０Ｂの両方に含まれる。長手方向他方側壁７５は、第１カバー体７０Ａおよび第２カバー体７０Ｂの両方に含まれる。
筐体７０は、本実施形態では金属製である。筐体７０の金属材料としては、例えば、アルミニウム、銅、銀、亜鉛、ニッケル、クロム、チタン、タンタル、白金、金、および、これらの合金が挙げられる。筐体７０は、めっきなどの表面処理が施されてもよい。
光モジュールＸは、例えば次のようにして得られる。まず、光電気混載基板１０の電気回路基板１０Ｂ上に受発光素子２０および駆動素子３０を実装する。例えば、受発光素子２０を、その電極上に予め形成されたバンプＢ１を介して、電気回路基板１０Ｂにおける端子１６ａに対して接合し、また、駆動素子３０を、その電極上に予め形成されたバンプＢ２を介して、電気回路基板１０Ｂにおける端子１６ｂに対して接合する。次に、プリント配線板５０に対し、接着剤Ｓを介して光電気混載基板１０を接合する（受発光素子２０および駆動素子３０は、プリント配線板５０の開口部５４内に配置される）。例えば、プリント配線板５０におけるビア５７の厚み方向他方面上に予め形成されたバンプＢ３を介して、プリント配線板５０と光電気混載基板１０とを電気的に接続しつつ、バンプＢ３まわりを包囲するように塗布された接着剤Ｓにより、プリント配線板５０に対して光電気混載基板１０を接合する（これにより、プリント配線板５０における配線５９が、ビア５７を介して、光電気混載基板１０における導体層１６と電気的に接続される）。次に、光電気混載基板１０の光導波路部１０Ａをコネクタ６０Ａと接続する。次に、光電気混載基板１０と、プリント配線板５０と、コネクタ６０Ａとを、筐体７０の第２カバー体７０Ｂに配置する。次に、光電気混載基板１０上の受発光素子２０および駆動素子３０の上に放熱シート４０を積層配置する。次に、第１カバー体７０Ａを第２カバー体７０Ｂに合わせて筐体７０を形成する。具体的には、第１カバー体７０Ａにおける凸部７６の厚み方向他方側部分が開口部５４に挿入されて、凸部７６の厚み方向他方面が放熱シート４０に接触するように、第１カバー体７０Ａを第２カバー体７０Ｂに合わせる。これにより、放熱シート４０は、厚み方向に押圧され、受発光素子２０および駆動素子３０に密着する。この後、筐体７０内に位置するコネクタ６０Ａと、光ファイバケーブル１００のコネクタ６０Ｂとを接続する。例えば以上のようにして、光モジュールＸが得られる。
光モジュールＸを使用するときには、光モジュールＸの端子５８を、図外の電子機器のレセプタクルに差し込む。
次に、光モジュールＸにおける電気信号から光信号への変換を説明する。電気信号は、図外の電子機器から、端子５８を介して光モジュールＸに入力される。その電気信号は、プリント配線板５０の導体回路５６を流れ、更に、光電気混載基板１０における導体層１６を介して駆動素子３１に入力される。電気信号が入力された駆動素子３１は、発光素子２１を駆動して発光させる。発光素子２１は、具体的には、その発光口から、コア層１２のミラー面１２ｍに向けて光を出射する。その光は、光導波路部１０Ａにおけるコア層１２のミラー面１２ｍで光路が変えられ、コア層１２内をその延び方向に沿って進み、その後、コネクタ６０Ａ,６０Ｂを介して光ファイバケーブル１００に光信号として入力される。
続いて、光モジュールＸにおける光信号から電気信号への変換を説明する。光信号は、光ファイバケーブル１００からコネクタ６０Ａ,６０Ｂを介して光導波路部１０Ａに入り、ミラー面１２ｍで光路が変えられ、受光素子２２にその受光口を介して受光され、受光素子２２にて電気信号に変換される。一方、駆動素子３２は、プリント配線板５０から供給される電気（電力）に基づいて、受光素子２２で変換された電気信号を増幅する。増幅された電気信号は、導体層１６を介して、プリント配線板５０の導体回路５６を流れ、端子５８を介して、図外の電子機器に入力される。
以上のような電気信号と光信号との相互変換により、受発光素子２０（発光素子２１，受光素子２２）および駆動素子３０（駆動素子３１，駆動素子３２）は、発熱する。
光モジュールＸにおいては、上述のように、光電気混載基板１０の厚み方向一方面上に実装されている受発光素子２０および駆動素子３０に対し、光電気混載基板１０とは反対の側から放熱シート４０が接触している。このような構成は、受発光素子２０および駆動素子３０で生じた熱を放熱シート４０によって素子外に、ひいては放熱シート４０および筐体７０を介して光モジュールＸ外に、逃がすのに好適である。そして、光モジュールＸにおいては、上述のように、光電気混載基板１０上において、駆動素子３０の高さＨ２は、受発光素子２０の高さＨ１よりも大きい。そのため、筐体７０内で受発光素子２０および駆動素子３０に押圧される放熱シート４０において、その押圧力は、駆動素子３０に対して相対的に強く、受発光素子２０に対して相対的に弱い。このような構成は、受発光素子２０の損傷を抑制しつつ放熱シート４０による受発光素子２０の放熱を実現し、且つ、同放熱シート４０によって駆動素子３０との間で高い放熱効率を実現するのに適する。すなわち、光モジュールＸは、受発光素子２０の損傷を抑制しつつ、受発光素子２０および駆動素子３０の良好な放熱を実現するのに適する。また、上述の実施形態では、金属製の金属支持層１４も放熱性を有し、光モジュールＸの稼働時には、金属支持層１４は放熱シート４０と協働して放熱機能を発揮する。
光モジュールＸにおける放熱シート４０のアスカーＣ硬度は、好ましくは６０以下、より好ましくは５５以下、更に好ましくは５０以下である。この程度の軟質性を有する放熱シート４０は、光電気混載基板１０上での高さが異なる受発光素子２０および駆動素子３０に対する追従性および密着性を確保するのに適し、従って、受発光素子２０の損傷抑制と駆動素子３０の高い放熱効率とを共に実現するのに適する。
以下、変形例について説明する。各変形例において、上記の実施形態と同様の部材については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、各変形例は、特記する事項以外、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。また、上記実施形態およびその変形例は、適宜組み合わせることができる。
図５に示す変形例では、光電気混載基板１０上において、駆動素子３０のバンプＢ２が受発光素子２０のバンプＢ１よりも高い。すなわち、光電気混載基板１０と駆動素子３０との間に介在するバンプＢ２は、光電気混載基板１０と受発光素子２０との間に介在するバンプＢ１よりも、光電気混載基板１０上における高さが大きい。
本変形例では、受発光素子２０の厚みＤ１と、駆動素子３０の厚みＤ２とが例えば同じである一方で、バンプＢ２の高さｈ２は、バンプＢ１の高さｈ１よりも大きい。これにより、駆動素子３０は、受発光素子２０よりも、光電気混載基板１０上における高さが大きくされている。
バンプＢ２の高さｈ２からバンプＢ１の高さｈ１を差し引いた値、即ち、高さの差Δｈ（＝ｈ２－ｈ１）は、例えば３μｍ以上、好ましくは５μｍ以上であり、また、例えば１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下である。また、高さｈ１に対する高さｈ２の比（ｈ２／ｈ１）は、例えば１．０１以上、好ましくは１．０３以上であり、また、例えば３０以下、好ましくは３以下である。
本変形例の構成では、光電気混載基板１０上での受発光素子２０および駆動素子３０の高さＨ１,Ｈ２を、受発光素子２０および駆動素子３０の厚みＤ１,Ｄ２によらず、バンプＢ１,Ｂ２の高さｈ１,ｈ２によって自由度高く調整するのに適する。当該構成は、例えば、受発光素子２０の厚みＤ１が駆動素子３０の厚みＤ２以上であっても、光電気混載基板１０上において、駆動素子３０の高さＨ２を受発光素子２０の高さＨ１よりも大きくするのに適する。
上述の実施形態および変形例では、凸部７６と第１壁７１とは一体であるが、凸部７６と第１壁７１とは別体であってもよい。第１壁７１とは別体の凸部７６は、第１壁７１の厚み方向他方面に対して例えば接着剤を介して固定される。そのような凸部７６の構成材料としては、筐体７０を構成材料として上記した金属材料を用いるのが好ましい。凸部７６の構成材料としては、熱伝導性樹脂組成物を用いてもよい。
本変形例よりも、凸部７６と第１壁７１とが一体である形態の方が好ましい。本変形例では、接着剤の熱伝導率が第１壁７１および凸部７６の熱伝導率より低いため、凸部７６から第１壁７１への放熱性が低い。一方、凸部７６と第１壁７１とが一体である形態では、凸部７６が第１壁７１と一体であるために前記接着剤を配置する必要がなく、凸部７６から第１壁７１への放熱性に優れる。また、凸部７６と第１壁７１とが一体であって前記接着剤がない形態は、部品点数の低減および構成の簡易化の観点から好ましい。
図６に示す変形例では、光モジュールＸは、光電気混載基板１０の厚み方向他方面（受発光素子２０および駆動素子３０とは反対側の面）に接触する凸部７７を更に備える。凸部７７は、第２壁７２の厚み方向一方側に配置され、第２壁７２から光電気混載基板１０に向かって突出している。凸部７７と第２壁７２とは一体である。凸部７７の厚み方向一方面は、光電気混載基板１０の厚み方向他方面に接触してこれを支持する。第２壁７２は、凸部７７に対し、厚み方向において光電気混載基板１０の反対側に配置される。
本変形例では、受発光素子２０および駆動素子３０で生じた熱を、放熱シート４０および凸部７６を介して第１壁７１側に放熱するのに加えて、バンプＢ１,Ｂ２、光電気混載基板１０および凸部７７を介して第２壁７２側にも放熱することができる。
一方、図示しないが、凸部７７は、第２壁７２と別体であってもよい。第２壁７２とは別体の凸部７７は、第２壁７２の厚み方向一方面に対して、図示しない接着剤を介して固定される。そのような凸部７７の構成材料としては、筐体７０を構成材料として上記した金属材料を用いるのが好ましい。凸部７７の構成材料としては、熱伝導性樹脂組成物を用いてもよい。
好ましくは、凸部７７と第２壁７２とは一体である。凸部７７と第２壁７２とが一体である形態では、凸部７７が第２壁７２と一体であるために、これらを接合するための接着剤を配置する必要がなく、凸部７７から第２壁７２への放熱性に優れる。また、凸部７６と第１壁７１とが一体であって前記接着剤がない形態は、部品点数の低減および構成の簡易化の観点から好ましい。
図７に示す変形例では、光モジュールＸは、上述の凸部７７と光電気混載基板１０との間に介在する放熱層４１を更に備える。
放熱層４１は、凸部７７の厚み方向一方面の全面に配置されている。放熱層４１は、光電気混載基板１０の光電変換領域Ｒ１の厚み方向他方面と、凸部７７の厚み方向一方面とに接触する。放熱層４１は、例えば、放熱シート、放熱グリス、放熱板などである。放熱層４１が放熱シートである場合、その構成材料としては、放熱シート４０の構成材料として上述した構成材料が挙げられる。
本変形例は、放熱層４１を更に備えるので、受発光素子２０および駆動素子３０で生じた熱を、放熱シート４０および凸部７６を介して第１壁７１側に放熱するのに加えて、バンプＢ１,Ｂ２、光電気混載基板１０、放熱層４１、および凸部７７を介して第２壁７２側にも効率的に放熱することができる。
以上のような光モジュールＸにおいては、受発光素子２０の厚みＤ１と駆動素子３０の厚みＤ２とが同じである場合（即ち、例えば図５に示すように、Ｄ１＝Ｄ２である場合）、受発光素子２０のバンプＢ１の高さｈ１よりも、駆動素子３０のバンプＢ２の高さｈ２を大きくすることにより、受発光素子２０の高さＨ１よりも駆動素子３０の高さＨ２が大きくされる。厚みが同じ受発光素子２０および駆動素子３０を用いる構成は、例えば、素子サイズが規格されて厚みが統一化される場合のある受発光素子２０および駆動素子３０の調達のしやすさの観点から好ましい。
光モジュールＸにおいては、受発光素子２０の厚みＤ１よりも駆動素子３０の厚みＤ２の方が大きい場合（即ち、Ｄ１＜Ｄ２である場合）、これら厚さの差ΔＤ（＝Ｄ２－Ｄ１）よりも、バンプＢ１の高さｈ１からバンプＢ２の高さｈ２を差し引いた値、即ち、高さの差Δｈ’（＝ｈ１－ｈ２）の方が小さいという条件を満たすバンプＢ１,Ｂ２（ｈ１＝ｈ２を満たす図３に示すバンプＢ１,Ｂ２、および、ｈ２＞ｈ１を満たすバンプＢ１,Ｂ２を含む）が設けられることにより、受発光素子２０の高さＨ１よりも駆動素子３０の高さＨ２が大きくされる。厚みＤ１が厚みＤ２より小さく且つ高さＨ１より高さＨ２が大きいという構成は、駆動素子３０よりも脆弱な傾向にあって損傷しやすい受発光素子２０が駆動素子３０よりも薄いにもかかわらず当該受発光素子２０の損傷を抑制しつつ、良好な素子放熱性を実現するのに好適である。
また、光モジュールＸにおいては、受発光素子２０の厚みＤ１よりも駆動素子３０の厚みＤ２の方が小さい場合（即ち、Ｄ１＞Ｄ２である場合）、これら厚さの差ΔＤ’（＝Ｄ１－Ｄ２）よりも、バンプＢ１,Ｂ２の上記高さの差Δｈ（＝ｈ２－ｈ１）の方が大きいという条件を満たすバンプＢ１,Ｂ２が設けられることにより、受発光素子２０の高さＨ１よりも駆動素子３０の高さＨ２が大きくされる。厚みＤ１が厚みＤ２より大きく且つ高さＨ１より高さＨ２が大きいという構成は、駆動素子３０よりも脆弱な傾向にあって損傷しやすい受発光素子２０の損傷を抑制しつつ、良好な素子放熱性を実現するのに好適である。
図１から図３に示す光モジュールＸは、上述のように、機器からの電気信号を光信号に変換して光ファイバケーブル１００に出力する送信機能と、光ファイバケーブル１００からの光信号を電気信号に変換して機器に出力する受信機能とを兼ね備える送受信モジュール（即ち光トランシーバ）として構成されている。このような構成に代えて、光モジュールＸは、受信機能を有さずに送信機能を有する構成を備えてもよい。そのような光モジュールＸでは、受発光素子２０としては発光素子２１が光電気混載基板１０に実装され、且つ、駆動素子３０としては、発光素子２１用の駆動素子３１が光電気混載基板１０に実装される。或いは、光モジュールＸは、送信機能を有さずに受信機能を有する構成を備えてもよい。そのような光モジュールＸでは、受発光素子２０としては受光素子２２が光電気混載基板１０に実装され、且つ、駆動素子３０としては、受光素子２２用の駆動素子３２が光電気混載基板１０に実装される。
Ｘ 光モジュール（光電変換モジュール）
１０ 光電気混載基板
１０Ａ 光導波路部
１１ アンダークラッド層
１２ コア層
１３ オーバークラッド層
１０Ｂ 電気回路基板
１４ 金属支持層
２０ 受発光素子
２１ 発光素子
２２ 受光素子
３０，３１，３２ 駆動素子
Ｂ１，Ｂ２ バンプ
４０ 放熱シート
４１ 放熱層
５０ プリント配線板
６０Ａ，６０Ｂ コネクタ
７０ 筐体
７１ 第１カバー体
７２ 第２カバー体
７６，７７ 凸部
１０ 光電気混載基板
１０Ａ 光導波路部
１１ アンダークラッド層
１２ コア層
１３ オーバークラッド層
１０Ｂ 電気回路基板
１４ 金属支持層
２０ 受発光素子
２１ 発光素子
２２ 受光素子
３０，３１，３２ 駆動素子
Ｂ１，Ｂ２ バンプ
４０ 放熱シート
４１ 放熱層
５０ プリント配線板
６０Ａ，６０Ｂ コネクタ
７０ 筐体
７１ 第１カバー体
７２ 第２カバー体
７６，７７ 凸部
Claims (5)
- 光電気混載基板と、
前記光電気混載基板の厚み方向一方面上に実装された受発光素子および駆動素子と、
前記受発光素子および前記駆動素子に対して前記光電気混載基板とは反対の側から接触する放熱シートと、前記放熱シートを厚み方向一方側から押圧する凸部を備えた筐体とを備え、
前記光電気混載基板と前記受発光素子との間に介在してこれらを電気的に接続する第１バンプと、
前記光電気混載基板と前記駆動素子との間に介在してこれらを電気的に接続する第２バンプと、を更に備え、
前記駆動素子は、前記受発光素子よりも、前記光電気混載基板上における高さが大きく、
前記放熱シートは、前記受発光素子の少なくとも厚さ方向一方面および前記駆動素子の少なくとも厚み方向一方面を覆うように、前記受発光素子および前記駆動素子に密着しており、
前記放熱シートは、前記凸部、前記受発光素子および前記駆動素子のみと接触し、
前記第１バンプの高さｈ１に対する前記受発光素子の厚みＤ１の比（Ｄ１／ｈ１）が２以上１５０以下であり、
前記第２バンプの高さｈ２に対する前記受発光素子の厚みＤ２の比（Ｄ１／ｈ１）が２以上１５０以下であることを特徴とする、光電変換モジュール。 - 前記第２バンプは、前記第１バンプよりも、前記光電気混載基板上における高さが大きいことを特徴とする、請求項１に記載の光電変換モジュール。
- 前記放熱シートのアスカーＣ硬度が６０以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の光電変換モジュール。
- 前記放熱シートは前記光電気混載基板に接していない、請求項１から３のいずれか一つに記載の光電変換モジュール。
- 前記光電変換モジュールに組み付けられる前の前記放熱シートの厚みに対する、前記駆動素子および前記受発光素子の前記高さの差の比率が、０.００１以上１以下である、請求項１から４のいずれか一つに記載の光電変換モジュール。
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