JPH0566564B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は電気及び光学素子基板に係り、特に小
型、低廉な光伝送モジユールの電気及び光学回路
素子基板に関する。 〔発明の背景〕 近年、光フアイバを伝送路とした光通信の発達
はめざましく、通信幹線をはじめ、電力、プラン
ト、オフイスオートメーシヨン（OA）、フアク
トリオートメーシヨン、構内通信網（LAN）な
どの適用、さらに高度情報通信網（INS）計画に
おける加入者系伝送システムへの応用が検討され
ている。 これら通信分野への光通信の適用においては、
今後システムを構成する機器、部品などが低廉で
あり、かつモジユールの小型化、組立の簡素化、
量産技術の確立が重要になつてくる。 この光通信の信号の受発信に必要な光伝送モジ
ユールは、主に受発光素子と伝送用フアイバを結
合する光学系回路部と、送受信に必要なIC等の
電気素子及びその電気配線回路部からなつてい
る。 従来、光伝送モジユールは、上記二者は全く異
質の実装系であり、これらはそれぞれ別個の空間
に設置していた。 すなわち受発光素子−収光レンズ−伝送用フア
イバなどの光学部品は立体的に配置して光路を形
成し、IC等は基板上に平面的に設置していた。
このため、モジユールは上記二者の系の部品を収
めるスペースを必ず必要としていた。このこと
は、モジユールの小型化の障害となつていた。 また光学部品を組合せ光路を形成する光学系回
路部は、モジユールの組立作業を著しく非能率に
する原因となつていた。その理由は、個々の光学
部品、たとえばロツドレンズや球レンズと受発光
素子及び伝送用フアイバとそれぞれの光軸を合せ
たり、レンズの焦点距離に合せるなどの調整作業
が多いためである。 また、前記光学部品を固定（接着）するとき接
着剤が乾固する際の収縮作用によつて、一旦調整
した光軸や焦点距離に合せた部品間隔が位置ずれ
を起し、光結合部での不良を発生させる欠点があ
つた。 このような理由によつて、従来の光伝送モジユ
ールの小型化を阻み、また量産性や製品の歩留の
向上を阻害していた。これらが、ひいては光伝送
モジユールの低コスト化を阻んでいた（特開昭55
−117114）。 〔発明の目的〕 本発明の目的は前記した従来技術の欠点を改善
し、小型、低廉な光伝送モジユール用の電気及び
光学回路素子基板を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明はセラミツクス基板と、該セラミツクス
基板の一方の面上に搭載された発光素子及び受光
素子と、セラミツクス基板の前記発光素子及び受
光素子と対応する位置に各々埋設され、光を集光
させる光導波材とを有し、セラミツクス基板にそ
の厚み方向に沿い小径部とこれに連設する大径部
とからなるスルーホールを少なくとも二つ形成
し、セラミツクス基板における前記小径部側の一
方の面に、夫々のスルーホールの小径部上に配置
して発光素子及び受光素子を各々搭載し、セラミ
ツクス基板の他方の面のスルーホールにおける大
径部中に光導波材を各々固定すると共に、該スル
ーホールの大径部における前記光導波材より外側
位置に光フアイバを挿入し得る挿入穴を形成し、
かつ該挿入穴に挿入した光フアイバと発光素子、
受光素子とを光導波材を介し光学的に結合するよ
うにしてある。 本発明では、セラミツクス基板に小径部及び大
径部からなるスルーホールを形成し、そのスルー
ホールの小径部に受光素子及び発光素子を配置さ
せて搭載し、スルーホールの大径部内に光導波材
を固定すると共に、挿入穴を形成するので、受光
素子、発光素子、光導波材、光フアイバの各々を
極めて容易に実装できる。 また、上記セラミツクス基板には、厚膜または
薄膜法によつて、電気配線が施されている。 本発明の電気及び光学回路素子基板を構成する
材料として、好ましいものを第１表に示した。

【表】 なお、同表中の光導波材であるフエースプレー
トとは、通常開口率の大きいフアイバの集合体か
らなる板を言う。 たとえば、コア径が約15〜25μm以下のガラス
せん維を多数本束ねて、低融点ガラス（クラツド
の役目）で融着固定し、これの光軸方向と直交し
て切断した板である。この板の両面を研磨するこ
とによつて、一方の片面からもう一方の片面に光
（たとえば光点または像）を拡散させることなく
導くことができる。 このため、フエースプレートをセラミツクス基
板に埋設することによつて、そのセラミツクス基
板を介して光伝送用フアイバと受発光素子を結合
し、光路を形成できる。 この光の導波材としてはフエースプレートに限
ぎらず、従来からのロツドレンズないしは光フア
イバまたは球レンズなど、光の導波機能を有する
ものであれば使用できる（第２表）。 これらの光導波材を電気配線されたセラミツク
ス基板に埋設し、電気及び光の回路を一体化する
ことによつて、光の結合部に要したスペースを別
個に設けることは不用となる。このため光伝送モ
ジユールは大幅に小型化できる。 また、これによつて、個別の光学部品を組合せ
る必要はなく、光学系の組立作業が簡素化され、
部品点数や工程数が大幅に削減できる。さらに本
発明では、一枚の基板に光伝送モジユールに必要
な部品を一括搭載できる利点がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明す
る。 実施例 １ まず、第１図ａ及びｂに示すように、スルーホ
ールを有するアルミナ系のセラミツクス基板１を
キヤステイング法で作る。前記スルーホールは、
本例では二個設けられ、夫々がセラミツクス基板
１の厚み方向に沿い小径部とこれに連設された大
径部で構成されている。即ち、一方のスルーホー
ルは、セラミツクス基板１の一方の面側に開口さ
れた小径部としての発光素子設置用穴２と、セラ
ミツクス基板１の他方の面側に開口された大径部
としてのフエースプレート挿入穴８−１とからな
つており、他方のスルーホールは、前記発光素子
設置用穴２と同様セラミツクス基板１の一方の面
側に開口された小径部としての受光素子設置用穴
３と、セラミツクス基板１の他方の面側に開口さ
れた大径部としてのフエースプレート挿入穴８−
１とからなつている。 次にこの基板１上にステンレス製スクリーンを
置き、Au並びにAg−Pd系ペーストを印刷して、
第２図に示した未焼成の配線導体４を形成した。
ここでAu導電ペーストは第２図の発信用電気素
子搭載部１３及び受信用電子素子搭載部１４のワ
イヤボンデイング用の配線部に、またAg−Pd導
電ペーストはリードピン５をつける部分の配線部
に用いた。 このようにして印刷した基板をベルト炉を用い
850℃で焼成し、第２図に示した厚膜配線導体を
有する配線基板を得た。 次に上記配線済のセラミツクス基板１を裏がえ
し、第３図に示すように光導波材としてのフエー
スプレート６をフエースプレート挿入穴８−１の
中に置き、この穴とフエースプレート６とのすき
まに、ガラスフリツトをリング状に固めた接合剤
７を挿入して充填した。 このようにして、フエースプレートとリング状
の接合剤をセツトした配線済の基板をベルト炉を
用い500℃に加熱し、セラミツクス基板１とフエ
ースプレート６を接合剤７のガラスフリツトで融
着し、電気及び光学回路基板を得た。 次に第２図に示したリードピン５をピン付用配
線導体にはんだ付し、電気信号入出用端子とし
た。 その後、第３図に示した発光素子１１及び受光
素子１２を基板の発光素子設置用ガイド穴２及び
受光素子設置用ガイド穴３にセツトし、フエース
ダンボンデイング法によつて回路接続を行なつ
た。またチツプコンデンサを第２図のチツプコン
デンサ設置位置９に同様の方法で固定した。 次に第４図に示した発光素子の駆動及び光信号
の受発信に必要な発信用IC１５及び受信用IC１
６を第２図の発信用電気素子搭載部１３及び受信
用電気素子搭載部１４の位置に固定し、これらの
電気回路をワイヤボンデイング法で接続した。 次に第３図に示したフエースプレート挿入穴８
−１の残部にナイロン製のフアイバ挿入ガイドリ
ング１０を挿入し、伝送用フアイバ挿入穴８−２
とし、該挿入穴８−２に伝送用フアイバ１８を挿
入することによつて、夫々の伝送用フアイバ１８
をフエースプレート６に光学的に接続できるよう
にしている。 このようにして得た素子搭載ずみの光伝送モジ
ユール基板を第４図ａ，ｂに示すように封止用樹
脂１７によつて樹脂封止し、伝送用フアイバ１８
をフアイバガイド穴８−２に挿入・接続し、双方
向光伝送モジユールを得た。 実施例の基板は、上記の如く、セラミツクス基
板１に設けたスルーホールのうち、小径部として
の発光素子設置用穴２に発光素子１１の発光部を
位置させると共に、受光素子設置用穴３に受光素
子１２の受光部を位置させることによつて双方の
素子１１，１２をセラミツクス基板１上に搭載
し、また、大径部としてのフエースプレート挿入
穴８−１中にフエースプレート６を固定し、しか
もそのフエースプレート挿入穴８−１内の外側位
置に挿入穴８−２を形成するので、挿入穴８−２
に伝送用フアイバ１８を挿入するだけで、発光素
子１１及び受光素子１２とフエースプレート６と
伝送用フアイバ１８との光学部品を互いに接続す
ることができ、極めて容易に実装できる。しか
も、セラミツクス基板１にフエースプレート６を
埋設しているので、フエースプレート６により発
光素子１１からの光を集光させて伝送用フアイバ
１８に導く一方、他の伝送用フアイバ１８からの
光も集光させて受光素子１２に導くので、伝送用
フアイバ１３と発光素子１１、受光素子１２間に
おける光結合損失が著しく低下するのを抑えるこ
とができる。さらに、上述の如く、発光素子１
１、受光素子１２の夫々がセラミツクス基板１上
において前記夫々の穴２，３に位置決めされるこ
とによつてボンデイングされ、またフエースプレ
ート６がセラミツクス基板１の前記挿入穴８−１
のすきまに挿入された接合剤７によつて固定され
ているので、これらの接着剤が加熱硬化によつて
収縮しても、位置ずれを起こすおそれもない。 従つて、一枚のセラミツクス基板１に対し、発
光素子１１から伝送用フアイバ１８間の光結合部
品、及び伝送用フアイバ１８と受光素子１２間の
光結合部品を夫々基板の厚み方向に沿つて組込む
ことができるので、従来技術のように光の結合部
に要するスペースを基板とは別の箇所に設けるこ
とが不要になり、光伝送モジユールを大幅に小型
化できる。また、従来技術のように個別の部品を
いちいち組合わせる必要がないので、光学部品の
組立作業を簡素化でき、部品点数や工程数を大幅
に削減できる。さらに、フエースプレート６が光
を集光させて導くことにより光の損失低減を抑え
ることができるので、光の結合効率を維持できる
ばかりでなく、セラミツクス基板上における発光
素子１１，１２及び伝送用フアイバ１８の設置位
置の許容誤差を緩和することができる。 以上によつて得た双方向光伝送モジユールの特
性、モジユール組立に関する特徴は以下の通りで
あつた。 (1) 光結合損失：８〜10dB (2) モジユールの小型化：従来の1/5 (3) 部品数の低減：従来の1/2 (4) 工程数の低減：従来の1/3 (5) 不良率の低減：従来の1/4 実施例 ２ 実施例１と同様の方法で作つた厚膜配線導体を
設けたアルミナ基板（第２図）の導波材挿入穴８
−１にリング状に固めたガラスフリツトを挿入
し、このリング状ガラスフリツトの内側に光導波
材としての球レンズを挿入した。 次にベルト炉を用い、500℃に加熱して基板と
球レンズをガラスフリツトで融着し、電気及び光
学回路素子基板を得た。 その後、実施例１と同様の方法で受発光素子、
送受信用IC、及びチツプコンデンサを搭載し、
伝送用フアイバを接続して双方向光伝送モジユー
ルを得た。 このようにして得た双方向モジユールの特性、
モジユール組立に関する特徴は以下の通りであつ
た。 (1) 光の結合損失：５〜7dB (2) モジユールの小型化：従来の1/5 (3) 部品数の低減：従来の1/2 (4) 工程数の低減：従来の1/3 (5) 不良率の低減：従来の1/3 実施例 ３ 第１図ａ，ｂに示した形状のガラスセラミツク
ス基板を、グリーンシート積層法で作つた。 次に基板の導波挿入穴８−１にリング状に固め
たガラスフリツトを置き、そのリング状ガラスフ
リツトの内側に光導波材としてのロツドレンズを
挿入した。 次に実施例１と同様の方法でロツドレンズと基
板をガラスフリツトで融着すると共に基板を焼成
した。 次にこの基板の配線側の基板表面を研磨したの
ち、有機溶剤で洗浄した。 この洗浄ずみ基板に薄膜法で第２図に示した薄
膜配線導体を形成した。ここで配線材はCr−Ni
−Auの三層とし、配線形状はステンレスマスク
法で形成した。 このようにして得た電気及び光学回路素子基板
を用い、実施例１と同様の方法で受発光素子、送
受信用IC、チツプコンデンサ伝送用フアイバを
搭載接続し、双方向光伝送モジユールを得た。 この方法で双方向光伝送モジユールの特性、モ
ジユール組立に関する特徴は以下の通りであつ
た。 (1) 光の結合損失：３〜5dB (2) モジユールの小型化：従来の1/5 (3) 部品数の低減：従来の1/2 (4) 工程数の低減：従来の1/2 (5) 不良率の低減：従来の1/2 なお、実施例１〜３において、光の結合損失及
び工程数の低減並びに不良率の低減が夫々異なる
数値となつているが、これは光導波材を構成する
フエースプレート６、球レンズ、ロツドレンズの
形状が異なることに起因している。 〔発明の効果〕 以上、述べたように本発明の電気及び光学回路
素子基板は、以下(1)〜(3)に示す、すぐれた性能を
有している。 (1) モジユール寸法の小型化、 (2) モジユール組立工数、組立時間の低減、組立
部品点数の低減によるモジユール組立ての生産
性向上、モジユールの低コスト化、 (3) 光素子、伝送用フアイバの設置許容誤差の緩
和と光の結合効率維持及び向上。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気及び光学回路素子基板の
ベースとなる基板を示す図、第２図は第１図の基
板に電気配線及び端子を設けた状態を示す図、第
３図は第２図の基板にフエースプレートを埋設し
た状態を示す図、第４図は第１図の基板を用いて
双方向光伝送モジユールを組立てた状態を示す図
である。 １……セラミツクス基板、２……発光素子設置
用穴、３……受光素子設置用穴、４……配線導
体、５……電気端子リードピン、６……フエース
プレート、７……接合材、８−１……フエースプ
レート挿入穴、８−２……フアイバ挿入穴、９…
…チツプコンデンサ設置位置、１０……フアイバ
挿入ガイドリング、１１……発光素子、１２……
受光素子、１３……発信用電気素子搭載部、１４
……受光用電気素子搭載部、１５……発信用IC、
１６……受信用IC、１７……モールド、１８…
…光伝送用フアイバ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツクス基板と、該セラミツクス基板の
   一方の面上に搭載された発光素子及び受光素子
   と、セラミツクス基板の前記発光素子及び受光素
   子と対応する位置に各々埋設され、光を集光させ
   る光導波材とを有し、セラミツクス基板に、その
   厚み方向に沿つて設けられかつ、小径部とこれに
   連設する大径部とからなるスルーホールを少なく
   とも二つ形成し、セラミツクス基板における前記
   小径部側の一方の面に、夫々のスルーホールの小
   径部上に配置させて発光素子及び受光素子を各々
   搭載し、セラミツクス基板の他方の面のスルーホ
   ールにおける大径部中に光導波材を各々固定する
   と共に、該スルーホールの大径部における前記光
   導波材より外側位置に光フアイバを挿入し得る挿
   入穴を形成し、かつ該挿入穴に挿入した光フアイ
   バと発光素子、受光素子とを各々の光導波材を介
   し光学的に結合することを特徴とする電気及び光
   学回路素子基板。 ２ 光導波材がフエースプレート、ロツドレンズ
   もしくは球レンズであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の電気及び光学回路素子基
   板。 ３ セラミツクス基板と、該セラミツクス基板の
   一方の面上に搭載された発光素子及び受光素子
   と、セラミツクス基板の前記発光素子及び受光素
   子と対応する位置に各々埋設され、光を集光させ
   る光導波材とを有し、セラミツクス基板に、その
   厚み方向に沿つて設けられ、かつ小径部とこれに
   連設する大径部とからなるスルーホールを少なく
   とも二つ形成し、セラミツクス基板における前記
   小径部側の一方の面に、夫々のスルーホールの小
   径部上に配置させて発光素子及び受光素子を各々
   搭載し、セラミツクス基板の他方の面のスルーホ
   ールにおける大径部中に光導波材を各々固定する
   と共に、該スルーホールの大径部における前記光
   導波材より外側位置に光フアイバを挿入し得る挿
   入穴を形成し、該挿入穴に挿入した光フアイバと
   発光素子、受光素子とを各々の光導波材を介し光
   学的に結合し、またセラミツク基板の発光素子及
   び受光素子を搭載する一方の面に配線導体を設け
   ていることを特徴とする電気及び光学回路素子基
   板。 ４ 光導波材がフエースプレート、ロツドレンズ
   もしくは球レンズであることを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載の電気及び光学回路素子基
   板。 ５ 配線導体が、厚膜配線導体もしくは薄膜配線
   導体であることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の電気及び光学回路素子基板。