JPWO2017145289A1 - 光伝送モジュール、内視鏡、及び光伝送モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
光伝送モジュール１は、外部電極３２を有する光素子３０と、樹脂を基体とし第１の主面２０ＳＡの接合電極２４に光素子３０の外部電極３２が接合されている配線板２０と、上面１０ＳＡが配線板２０の第２の主面２０ＳＢと接着されており光導波路１１が反射部１５により光素子３０と光結合しているポリマー型の光導波路板１０と、光導波路１１と光結合している光ファイバ４０と、を具備し、外部電極３２と接合電極２４との接合部の下に、硬度が配線板２０及び光導波路板１０の１０倍以上の硬質部材２５が配置されている。
Description
本発明は、光素子が実装されている配線板が接着されている光導波路板を具備する光伝送モジュール、光素子が実装されている配線板が接着されている光導波路板を具備する光伝送モジュールが挿入部の先端硬性部に配設されている内視鏡、及び光素子が実装されている配線板が接着されている光導波路板を具備する光伝送モジュールの製造方法に関する。
内視鏡は、細長い挿入部の先端硬性部にＣＣＤ等の撮像素子を有する。近年、高画素数の撮像素子の内視鏡への使用が検討されている。高画素数の撮像素子を使用した場合には、撮像素子から信号処理装置（プロセッサ）へ伝送する信号量が増加するため、電気信号によるメタル配線を介した電気信号伝送に替えて光伝送モジュールを用いた光信号による細い光ファイバを介した光信号伝送が好ましい。
光伝送モジュールは、光電気モジュールである。すなわち、光伝送モジュールは光素子と、光素子が表面実装された配線板と、配線板と接着された光導波路板と、光ファイバと、を有する。例えば、配線板に接続された信号ケーブルからの駆動信号により光素子は光信号を発生する。光信号は光導波路を介して光ファイバに導光される。
内視鏡の先端硬性部に配設される光伝送モジュールは低侵襲化のために小型化する必要がある。光伝送モジュールは、可撓性配線板を光導波路板と接着することでの小型化をはかることができる。特に、ポリマー型の光導波路板は、石英等の無機材料からなる光導波路板よりも、加工が容易で柔軟性に優れているため、小型の光伝送モジュールに適している。
例えば、特開２０１３−２２８４６７号公報には、光素子が実装されたフレキシブルプリント配線板と、ポリマー型の光導波路板とを接着した光伝送モジュールが開示されている。この光伝送モジュールでは、光素子の電極部は、配線板のパッド部に超音波接合されている。
しかし、ポリマー型の光導波路板は無機材料からなる光導波路板と異なり硬度の低い軟らかい材料からなる。このため、ポリマー型の光導波路板を有する光伝送モジュールでは、接合部の下が硬度の低い樹脂材料から構成されているために、超音波が接合部に有効に伝搬されず光素子の接合不良が発生し、信頼性が低下するおそれがあった。
本発明の実施形態は、光素子と配線板との接合信頼性の高い光伝送モジュール、光素子と配線板との接合信頼性の高い光伝送モジュールを有する内視鏡、及び光素子と配線板との接合信頼性の高い光伝送モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の実施形態の光伝送モジュールは、光信号の光を出力する発光部又は光信号の光が入力する受光部と、前記発光部又は前記受光部と接続された外部電極と、を有する光素子と、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、樹脂を基体とし、前記第１の主面の接合電極に前記光素子の前記外部電極が接合されている配線板と、上面と前記上面と対向する下面とを有し、前記上面が前記配線板の前記第２の主面と樹脂接着層を介して接着されており、前記上面に平行方向に形成されている光導波路が反射部により前記光素子と光結合しているポリマー型の光導波路板と、前記光導波路板の前記光導波路の端面と先端面とが対向配置し、前記光導波路と光結合している光ファイバと、を具備し、前記外部電極と前記接合電極との接合部の下に、硬度が前記配線板及び前記光導波路板の１０倍以上の硬質部材が配置されている。
本発明の実施形態の内視鏡は、光信号の光を出力する発光部又は光信号の光が入力する受光部と、前記発光部又は前記受光部と接続された外部電極と、を有する光素子と、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、樹脂を基体とし、前記第１の主面の接合電極に前記光素子の前記外部電極が接合されている配線板と、上面と前記上面と対向する下面とを有し、前記上面が前記配線板の前記第２の主面と樹脂接着層を介して接着されており、前記上面に平行方向に形成されている光導波路が反射部により前記光素子と光結合しているポリマー型の光導波路板と、前記光導波路板の前記光導波路の端面と先端面とが対向配置し、前記光導波路と光結合している光ファイバと、を具備し、前記外部電極と前記接合電極との接合部の下に、硬度が前記配線板及び前記光導波路板の１０倍以上の硬質部材が配置されている光伝送モジュールが挿入部の先端硬性部に配設されている。
本発明の実施形態の光伝送モジュールの製造方法は、光信号の光を出力する発光部又は光信号の光が入力する受光部と、前記発光部又は前記受光部と接続された外部電極とを有する光素子と、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、樹脂を基体とし、前記第１の主面の接合電極に前記光素子の前記外部電極が接合されている配線板と、上面と前記上面と対向する下面とを有し、前記上面が前記配線板の前記第２の主面と樹脂接着層を介して接着されており、前記上面に平行方向に形成されている光導波路が反射部により前記光素子と光結合しているポリマー型の光導波路板と、前記光導波路板の前記光導波路の端面と先端面とが対向配置し、前記光導波路と光結合している光ファイバと、を具備する光伝送モジュールの製造方法であって、前記接合電極の下に、硬度が前記配線板及び前記光導波路板の１０倍以上の硬質部材を配設する工程と、前記外部電極と前記接合電極とを超音波接合する工程と、を具備する。
本発明の実施形態によれば、光素子と配線板との接合信頼性の高い光伝送モジュール、光素子と配線板との接合信頼性の高い光伝送モジュールを有する内視鏡、及び光素子と配線板との接合信頼性の高い光伝送モジュールの製造方法を提供できる。
＜第１実施形態＞
図１〜図４に示すように、本発明の実施形態の光伝送モジュール１は、光素子３０と、配線板２０と、ポリマー型の光導波路板１０と、光ファイバ４０と、基板２９と、マイクロピン２５と、を具備する。
図１〜図４に示すように、本発明の実施形態の光伝送モジュール１は、光素子３０と、配線板２０と、ポリマー型の光導波路板１０と、光ファイバ４０と、基板２９と、マイクロピン２５と、を具備する。
なお、以下の説明において、図のＹ軸の値が増加する方向を上方向という。また、各実施の形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率及び相対角度などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。さらに、一部の構成要素の図示等を省略する場合がある。
光伝送モジュール１では、光素子３０は発光素子である。すなわち、光素子３０は、例えば、発光面３０ＳＡに光信号の光を出力する発光部３１を有するＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直共振器面発光レーザ）である。例えば、平面視寸法が２５０μｍ×３００μｍと超小型の光素子３０は、直径が２０μｍの発光部３１と、発光部３１に駆動信号を供給するための２つの外部電極３２と、を発光面３０ＳＡに有する。光素子３０は発光面３０ＳＡに垂直方向（Ｙ軸方向）に光を出射する。
配線板２０及び基板２９は、ポリイミド等の樹脂を基体とする可撓性のＦＰＣ（Flexible printed circuits）配線板である。
配線板２０は第１の主面２０ＳＡと第１の主面２０ＳＡと対向する第２の主面２０ＳＢとを有し、第１の主面２０ＳＡの接合電極２４に光素子３０が超音波接合されている。なお、第１の主面２０ＳＡには、チップコンデンサ、駆動ＩＣ等の電子部品３９も実装されている。基板２９は光導波路板１０の基体である。
ポリマー型の光導波路板１０は、上面１０ＳＡと上面１０ＳＡと対向する下面１０ＳＢとを有する。すなわち、光導波路板１０は、屈折率ｎ１の第１の樹脂からなるコア１１と、コア１１の周囲を取り囲む屈折率ｎ２の第２の樹脂からなるクラッド１２とを主要構成部材とする。そして、ｎ１＞ｎ２である。効率的な光伝送のために、コア１１の屈折率ｎ１とクラッド１２の屈折率ｎ２との差は、０．０５以上０．２０以下が好ましい。コア１１は、光信号を導光する光路である第１の光導波路を構成している。コア（光導波路）１１は、上面１０ＳＡに平行方向に形成されている。
例えば、コア１１及びクラッド１２は、耐熱性、透明性、等方性に優れている、屈折率１．６０〜１．７５のフッ素化ポリイミド樹脂からなる。
光導波路板１０の上面１０ＳＡには、配線板２０の第２の主面２０ＳＢが樹脂接着層２１を介して接着されている。また、下面１０ＳＢには、基板２９が配設されている。なお、基板２９は、光導波路板を作製するときのサポート基板であり、作製後に光導波路板１０から剥離されていてもよい。すなわち、基板２９は、光伝送モジュール１の必須の構成要素ではない。光導波路板１０は上面１０ＳＡと側面１０ＳＳに開口のある凹部Ｔ１０を有する。
光ファイバ４０は、コア径５０μm、クラッド径１２５μmのマルチモードファイバである。光ファイバ４０は、光導波路板１０の凹部Ｔ１０に挿入され接着されている。すなわち、光ファイバ４０は先端面が光導波路の端面と対向配置し、光導波路と光結合している。光導波路１１の断面積、すなわちコア１１の大きさは、光ファイバ４０のコア径と同等か僅かに小さいことが好ましい。例えば、光ファイバ４０のコア径が５０μmの場合、コア１１の断面形状は４５μｍ角の正方形とする。
そして、光素子３０（発光部３１）の直下のコア（光導波路）１１には反射部であるプリズム１５が配設されている。プリズム１５は、光素子３０が、光導波路板１０の上面１０ＳＡに直交する方向、すなわち、コア（光導波路）１１の延設方向に直交する方向に出射した光路Ｏ１の光信号を反射して、コア（光導波路）１１の延設方向の光路Ｏ２に導光する。光信号は、光導波路板１０のコア１１を介して、光ファイバ４０に入射し導光される。
なお、光伝送モジュール１では、配線板２０及び光導波路板１０の光路Ｏ１となる部分は空洞となっている。
反射部は、光路Ｏ１と光路Ｏ２とを光結合できれば、例えば、光導波路板１０の下面１０ＳＢに形成されたＶ溝の壁面等であってもよい。
そして、光伝送モジュール１では、配線板２０の接合電極２４に、マイクロピン２５が穿刺されている。言い替えれば、光素子３０の外部電極３２の下に、マイクロピン２５が配置されている。
ここで、マイクロピン２５は、硬度が配線板２０及び光導波路板１０の１０倍以上の硬質部材である。なお、本発明において、硬度は、ビッカース硬度（ＪＩＳ Ｚ ２２４４、ＡＳＴＭ Ｅ３８４）であり、より詳細には、測定荷重２ｇにおけるマイクロビッカース硬度である。
すなわち、配線板２０及びポリマー型の光導波路板１０（コア１１及びクラッド１２）は、例えば、ビッカース硬度Ｈｖが、０．５ＧＰの樹脂からなる。
これに対して、マイクロピン２５は、ビッカース硬度Ｈｖが５ＧＰａ以上（すなわち、配線板２０及びポリマー型の光導波路板１０のビッカース硬度Ｈｖの１０倍以上）の金属、ガラス、又はセラミックからなる。例えば、石英ガラスはＨｖ＝９．７ＧＰａ、シリコンはＨｖ＝１０ＧＰａ、金はＨｖ＝２２ＧＰａ、銅はＨｖ＝５０ＧＰａ、ステンレスはＨｖ＝２００ＧＰａである。なおマイクロピン２５の硬度の上限は特に定められるものではないが、コスト等を考慮すると光導波路板１０等の硬度の３００倍以下である。
すでに説明したように、光素子３０の外部電極３２は、配線板２０の接合電極２４に超音波接合されている。光伝送モジュール１では、外部電極３２の下に、硬質部材であるマイクロピン２５が配置されている。このため、印加した超音波が接合部に有効に伝搬されるため、接合信頼性が担保されている。
なお、図４に示すように、マイクロピン２５は配線板２０を貫通している。すなわち、棒状のマイクロピン２５の長さは、配線板２０の厚さよりも長い。しかし、マイクロピン２５は、配線板２０を貫通していなくともよい。ただし、超音波を接合部に、より有効に印加するためには、マイクロピン２５の長さが、配線板２０の厚さの２０％以上であることが好ましく、より好ましくは５０％以上である。例えば、配線板２０の厚さが２０μｍの場合、マイクロピン２５の長さは４μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。
なお、マイクロピン２５の長さの上限は、光伝送モジュール１の厚さ以下であればよい。例えば、マイクロピン２５は、配線板２０だけでなく、光導波路板１０を挿通し、基板２９にまで到達していてもよい。
なお、マイクロピン２５が、ガラス等の非導電材料からなる場合には、接合電極２４に穿刺されると、外部電極３２との接合面積が小さくなる。このため、少なくともマイクロピン２５の上面は導電材料、例えば、金からなる導電膜に覆われていることが好ましい。逆にマイクロピン２５が、銅、金等の導電材料からなる場合には、接合電極２４は必須の構成要素ではない。すなわち、穿刺されたマイクロピン２５が配線板２０の第１の主面２０ＳＡの配線と電気的に接続されていれば、マイクロピン２５の上面を接合電極２４と見なすことができる。
なお、マイクロピン２５の穿刺位置を規定し穿刺を補助するためのガイド孔（切れ込み、くり貫き）が、配線板２０に穿刺前に形成されていてもよい。穿刺のためのガイド孔は、平面視した外寸がマイクロピン２５の外寸未満の大きさである。ここで、外寸とは、例えばマイクロピン２５の断面が矩形の場合には辺の長さ又は対角線の長さであり、円形の場合には直径である。ガイド孔は機械的加工、物理的エッチング、化学的エッチング等の方法で形成できる。
＜製造方法＞
次に、光伝送モジュール１の製造方法の１例について説明する。
次に、光伝送モジュール１の製造方法の１例について説明する。
まず、光素子３０と配線板２０と光導波路板１０と光ファイバとが作製される。光素子３０は多数の発光部３１等が公知の半導体技術により形成されたウエハを切断することで作製される。光導波路板１０は、基板２９の上に、下部クラッド／コア／上部クラッドを順に配設することで作製される。光導波路板１０には上面１０ＳＡにプリズム１５を挿入するための凹部Ｔ１５と、光ファイバ４０を固定するための凹部Ｔ１０が形成される。そして、凹部Ｔ１５にプリズム１５が挿入される。なお、プリズム１５を挿入した後に、凹部Ｔ１５は透明樹脂で充填されてもよい。
また、光導波路板１０は、インクジェット法を用いた、いわゆる３Ｄプリンター法で作製することもできる。３Ｄプリンター法であれば、凹部Ｔ１５、凹部Ｔ１０及び、マイクロピン２５を挿入するためのガイド孔を作製時に形成できる。
配線板２０の第１の主面２０ＳＡに電子部品３９が実装される。電子部品３９の実装は、半田接合が用いられる。
配線板２０の第２の主面２０ＳＢが接着層２１を介して光導波路板１０の上面１０ＳＡに接着される。接着層２１は、例えばビッカース硬度Ｈｖが、０．５ＧＰの紫外線硬化型樹脂からなる。
なお、図３に示すように、配線板２０では光路となる領域に貫通孔が形成されているが、配線板の厚さは薄いため、配線板が光信号を大きくは減衰しない材料からなる場合には、貫通孔を形成する必要は無い。
そして、マイクロピン２５が配線板２０の接合電極２４に穿刺され、マイクロピン２５が穿刺された接合電極２４と、光素子３０の外部電極３２とが接合される。
光素子３０は半田接合等の高温処理により劣化するおそれがある。このため、光素子３０の外部電極３２と配線板２０の接合電極２４との接合には、低温で強固な接合が得られる超音波接合が用いられる。超音波接合を確実に行うためには、超音波接合装置の受け治具（アンビル）で保持した配線板２０が、超音波振動により振動しないように固定する必要がある。
すなわち、配線板２０が接着された光導波路板１０が受け治具に固定され、超音波振動子と機械的に接続された光素子３０の外部電極３２が、配線板２０の接合電極２４と圧着するように配置される。超音波振動子が振動すると光素子３０の外部電極３２も振動し、固定されている配線板２０の接合電極２４と接合される。
すなわち、超音波振動により外部電極３２と接合電極２４の界面の酸化被膜及び汚れが取り除かれ、結晶粒同士が原子間距離になるまで接近することで強力な引力が働き、冶金結合が生成される。
ここで、接合電極２４は、しっかりと固定されていないと外部電極３２と共に振動してしまう。すなわち、接合電極２４は、軟らかい（低硬度）の配線板２０及び光導波路板１０の上に配設されている。このため、接合電極２４に印加された超音波振動が、配線板２０等により吸収されてしまい、接合が不十分になるおそれがある。しかし、光伝送モジュール１では、接合部の下に高硬度のマイクロピン２５が配設されているために、印加した超音波が接合部に効率良く印加される。このため、光伝送モジュール１は接合信頼性が高い。
以上の説明のように、光伝送モジュール１の製造方法は、外部電極２３の直下に、硬度が配線板及び光導波路板の１０倍以上の硬質部材を配設する工程と、外部電極３２と接合電極２４とを超音波接合する工程と、を具備する。
なお、図１及び図４に示したように、マイクロピン２５は、下面が傾斜面で上方が細長い直方体である。しかし、光伝送モジュール１には、種々の形態のマイクロピンが使用できる。図５Ａに示すマイクロピン２５Ａには、ハンドリングのための保持部が上部に配設されている。図５Ｂに示すマイクロピン２５Ｂは、下方が頂角９０度の四角錐で上方が細長い直方体からなる。図５Ｃに示すマイクロピン２５Ｃは、円柱の下方に切り欠き面が形成されている。
また、以上の説明では光素子３０が発光素子の場合、すなわち、電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ光伝送モジュール１について説明した。しかし、光素子が、光信号の光が入力する受光部を有する、ＰＤ等の受光素子の場合、すなわち、光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ光伝送モジュールであっても、光伝送モジュール１と同じ効果を有する。
さらに、発光素子及び受光素子を有する光伝送モジュールであっても、光伝送モジュール１と同じ効果を有することは言うまでも無い。
なお、本発明において、接合部が超音波接合部であることは、物の構造又は特性により直接特定することは不可能です。また、接合部が、他の接合部、例えば、常温接合部等ではなく、超音波接合部であることを解析することは不可能または非実際的です。
＜第１実施形態の変形例＞
第１実施形態の光伝送モジュール１Ａ、１Ｂは、光伝送モジュール１と類似し同じ機能を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
第１実施形態の光伝送モジュール１Ａ、１Ｂは、光伝送モジュール１と類似し同じ機能を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
＜第１実施形態の変形例１＞
図６に示す光伝送モジュール１Ａは、接合部の周囲、すなわち、マイクロピン２５の周囲に、マイクロピン２５と同じ構成のダミーマイクロピン２６が穿刺されている。マイクロピン２５とダミーマイクロピン２６とが同じ構成の光伝送モジュール１Ａは、製造工程が簡単で低コストである。
図６に示す光伝送モジュール１Ａは、接合部の周囲、すなわち、マイクロピン２５の周囲に、マイクロピン２５と同じ構成のダミーマイクロピン２６が穿刺されている。マイクロピン２５とダミーマイクロピン２６とが同じ構成の光伝送モジュール１Ａは、製造工程が簡単で低コストである。
このため、光伝送モジュール１Ａでは、超音波をより効率良く接合部に印加できる。ダミーマイクロピン２６は、１本のマイクロピン２５を囲むように複数本が穿刺されていることが好ましい。逆に、２本のマイクロピン２５の中間に１本だけダミーマイクロピン２６が穿刺されているだけでも、効果を有する。
光伝送モジュール１Ａは、光伝送モジュール１よりも、より接合信頼性が高い。
なお、ダミーマイクロピン２６はマイクロピン２５と完全に同じ構成である必要はない。例えば、金属からなるマイクロピン２５に対してセラミックからなるダミーマイクロピン２６を用いてもよい。すなわち、ダミーマイクロピン２６は、マイクロピン２５と同じように、超音波を効率良く接合部に印加するための構成を有していればよい。
＜第１実施形態の変形例２＞
図７に示す光伝送モジュール１Ｂは、マイクロピン２５Ｂ１が導電材料からなり、配線板２０を貫通する貫通配線を構成している。
図７に示す光伝送モジュール１Ｂは、マイクロピン２５Ｂ１が導電材料からなり、配線板２０を貫通する貫通配線を構成している。
例えば、金からなるマイクロピン２５Ｂ１は、第１の主面２０ＳＡの接合電極２４と第２の主面２０ＳＢの電極２７とを接続している。また、上面が金めっきされた銅からなるマイクロピン２５Ｂ２は、配線板２０だけなく、光導波路板１０及び基板２９も挿通し、先端が基板２９の下面の電極２９Ａに達している。
光伝送モジュール１Ｂは、マイクロピン２５Ｂ１、２５Ｂ２が超音波接合部の信頼性向上だけでなく、電気回路の一部を構成しているため、高機能化が容易である。
さらに貫通配線であるマイクロピン２５Ｂ１、２５Ｂ２は、平板状の電極２７、２９Ａと機械的にも嵌合している。このため、配線板２０の第１の主面２０ＳＡに対して平行方向に振動する超音波振動を、より確実に接合部に印加できる。
＜第２実施形態、第３実施形態＞
第２実施形態の光伝送モジュール１Ｃおよび第３実施形態の光伝送モジュール１Ｄは、光伝送モジュール１と類似し同じ機能を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
第２実施形態の光伝送モジュール１Ｃおよび第３実施形態の光伝送モジュール１Ｄは、光伝送モジュール１と類似し同じ機能を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図８に示す光伝送モジュール１Ｃでは、硬質部材が配線板２０の貫通配線２５Ｃである。すなわち、配線板２０は第１の主面２０ＳＡと第２の主面２０ＳＢとを貫通し、第２の主面２０ＳＢの電極２７と接続されている貫通配線２５Ｃが、接合部の直下に形成されている。
すなわち、貫通配線２５Ｃは、その硬度が、配線板２０及び光導波路板１０の硬度の１０倍以上の、銅又は金等からなる。
なお、硬質部材としては、第２の主面２０ＳＢの電極と接続されている必要はなく、貫通配線と同じ構成、すなわち高硬度の導体金属からなる柱状であればよい。
また、図９に示す光伝送モジュール１Ｄでは、硬質部材が配線板２０の内部配線２５Ｄ１及び第２の主面２０ＳＢの導体２５Ｄ２である。
すなわち、光伝送モジュール１Ｃ、１Ｄは、硬質部材が、配線板２０の貫通配線２５Ｃ、内部配線２５Ｄ１、又は、第２の主面２０ＳＢの導体２５Ｄ２の少なくともいずれかである。
内部配線２５Ｄ１及び導体２５Ｄ２は、配線機能だけでなく、硬質部材としての機能を十分に発揮するために、配線及び電極等よりも厚さが厚いことが好ましい。具体的には、硬質部材としての配線膜は、電気信号を伝達するためだけの他の配線等と異なり、厚さ５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。さらに、硬質部材としての配線膜は、少なくとも光素子３０の外部電極よりも大きいことが好ましい。
光伝送モジュール１Ｃ、１Ｄは、配線板２０の一部が硬質部材であるため、配線板とは別に硬質部材を設ける必要がない。このため、第２実施形態の光伝送モジュール１Ｃ、１Ｄは、光伝送モジュール１よりも、構成が簡単である。
＜第４実施形態＞
第４実施形態の光伝送モジュール１Ｅは、光伝送モジュール１と類似し同じ機能を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
第４実施形態の光伝送モジュール１Ｅは、光伝送モジュール１と類似し同じ機能を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図１０〜図１２に示す光伝送モジュール１Ｅでは、硬質部材が反射部を構成しているプリズム１５Ｅである。なお、プリズム１５Ｅが収容されている凹部Ｔ１５は透明樹脂１６で充填されている。
すなわち、光伝送モジュール１Ｅでは、接合部の下に硬度Ｈｖ＝１０ＧＰａの石英ガラスからなるプリズム１５Ｅが配置されている。プリズム１５Ｅの長さ（Ｘ方向寸法）は、２つの接合部の下まで延設されている。プリズム１５Ｅは、反射部を構成している中央部の両側から延設された延設部を有し、横方向に長い直方体である。延設部は光学部である反射部として機能しても機能しなくてもよいが、少なくとも硬質部材として機能する。
光伝送モジュール１Ｅは、プリズムが硬質部材であるため、構成が簡単である。さらに、図１０に示すように、細長いプリズム１５Ｅは、配設するときに左右方向（Ｘ方向）に変動しても常に効率良くコア（光導波路）１１と光結合する。このため、製造が容易である。
＜第５実施形態＞
第５実施形態の光伝送モジュール１Ｆは、光伝送モジュール１と類似し同じ機能を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
第５実施形態の光伝送モジュール１Ｆは、光伝送モジュール１と類似し同じ機能を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図１３、図１４に示す光伝送モジュール１Ｆでは、硬質部材が光ファイバ４０Ｆである。光ファイバ４０Ｆは、３本の光ファイバが列設されたリボン状であり、中央の光ファイバが光路を構成している。そして左右の光ファイバが、接合部の下に位置している。
光伝送モジュール１Ｆでは、光素子３０を超音波接合する前に、光ファイバ４０Ｆが光導波路板１０に挿入され光ファイバ４０Ｆの周囲が樹脂により固定されている
光伝送モジュール１Ｆは、光ファイバ４０Ｆが硬質部材であるため、構成が簡単である。
光伝送モジュール１Ｆは、光ファイバ４０Ｆが硬質部材であるため、構成が簡単である。
＜第６実施形態＞
第６実施形態の光伝送モジュール１Ｇは、光伝送モジュール１と類似し同じ機能を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
第６実施形態の光伝送モジュール１Ｇは、光伝送モジュール１と類似し同じ機能を有するため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図１５に示す光伝送モジュール１Ｇは、異なる波長の光を発生する２つの光素子Ａ、３０Ｂを有する。例えば、光素子Ａが発生する第１の光の波長λ１は、８５０ｎｍであり、光素子Ｂが発生する第２の光の波長λ２は、１３００ｎｍである。
光素子Ａの発光部３１Ａが発生した光は、反射部１５Ｇ１で反射され、光導波路１１に導光される。反射部１５Ｇ１は光導波路板１０Ｇの下面に開口のある溝Ｔ１０Ｂの傾斜面である。一方、光素子Ｂの発光部３１Ｂが発生した光は、プリズム１５Ｇ２で反射される。プリズム１５Ｇ２は、第１の光は透過し、第２の光は反射する。プリズム１５Ｇ２により第１の光と第２の光は合波されて光ファイバ４０を導光される。
光素子Ａの２つの外部電極３２及び光素子Ｂの一方の外部電極３２の下（接合部）、には硬質部材としてマイクロピン２５が配設されている。そして、光素子Ｂのもう一方の外部電極３２の下には硬質部材として光ファイバ４０が配設されている。
以上の説明のように、硬質部材は、接合部の直下に配置されていれば、その配設位置及び材料等に制限はない。また複数の接合部の直下に、異なる構成の硬質部材が配設されていてもよいし、複数の接合部の直下に共通の１つの硬質部材が配設されていてもよい。
硬質部材としては、基板２９の下面に配設された金属膜又はセラミック膜でもよいし、配線板２０及び光導波路板１０及び基板２９の外周と、基板２９の下面とを覆う金属膜等でもよい。
なお、硬質部材膜は、ビッカース硬度Ｈｖが５ＧＰａ以上の金属、ガラス、又はセラミックであればよい。例えば、石英ガラス、シリコン、アルミナ、ＳｉＣ、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス、ニッケル、銅、金等を硬質部材膜として用いることができる。
また、実施形態の光伝送モジュールは、発光部を有する発光素子と、受光部を有する受光素子と、を有していてもよい。例えば、光伝送モジュール１Ｇと類似した構造において、発光素子３１Ｂに替えて受光素子を配設することで、双方向通信モジュールを構成することができる。
すなわち、 実施形態の光伝送モジュールは、光信号の光を出力する発光部と前記発光部と接続された第１の外部電極とを有する第１の光素子及び光信号の光が入力する受光部と前記受光部と接続された第２の外部電極とを有する第２の光素子を具備していてもよい。
＜第７実施形態＞
次に、第７実施形態の内視鏡９について説明する。内視鏡９の光伝送モジュール１、１Ａ〜１Ｇは、実施形態の光伝送モジュール１等と同じであるため説明は省略する。以下、光伝送モジュール１を有する内視鏡９を例に説明する。
次に、第７実施形態の内視鏡９について説明する。内視鏡９の光伝送モジュール１、１Ａ〜１Ｇは、実施形態の光伝送モジュール１等と同じであるため説明は省略する。以下、光伝送モジュール１を有する内視鏡９を例に説明する。
図１６に示すように、内視鏡９は、高画素数の撮像素子を有する撮像部が先端部９Ａに配設された挿入部９Ｂと、挿入部９Ｂの基端側に配設された操作部９Ｃと、操作部９Ｃから延出するユニバーサルコード９Ｄと、を具備する。
撮像部が出力した電気信号は、光素子が面発光レーザである光伝送モジュール１により光信号に変換され、光ファイバ４０を介して操作部９Ｃに配設された光素子がＰＤである光伝送モジュール１Ｘにより再び電気信号に変換され、メタル配線（不図示）を介して伝送される。すなわち、細径の挿入部９Ｂ内においては光ファイバ４０を介して信号が伝送される。
光伝送モジュール１は超小型であり、製造が容易である。このため、内視鏡９は先端部９Ａ及び挿入部９Ｂが細径であるが、製造が容易である。
なお、光伝送モジュール１Ｘは、比較的、配置スペースが広いが光伝送モジュール１と同じ構成であることが好ましい。
本発明は、上述した実施形態及び変形例等に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、組み合わせ及び応用が可能である。
１、１Ａ〜１Ｇ・・・光伝送モジュール
９・・・内視鏡
１０・・・光導波路板
１０ＳＡ・・・上面
１０ＳＢ・・・下面
１１・・・コア（光導波路）
１２・・・クラッド
１５・・・プリズム
２０・・・配線板
２０ＳＡ・・・第１の主面
２０ＳＢ・・・第２の主面
２１・・・接着層
２４・・・接合電極
２５・・・マイクロピン（硬質部材）
２６・・・ダミーマイクロピン
２７・・・電極
２９・・・基板
３０・・・光素子
３２・・・外部電極
３９・・・電子部品
４０・・・光ファイバ
９・・・内視鏡
１０・・・光導波路板
１０ＳＡ・・・上面
１０ＳＢ・・・下面
１１・・・コア（光導波路）
１２・・・クラッド
１５・・・プリズム
２０・・・配線板
２０ＳＡ・・・第１の主面
２０ＳＢ・・・第２の主面
２１・・・接着層
２４・・・接合電極
２５・・・マイクロピン（硬質部材）
２６・・・ダミーマイクロピン
２７・・・電極
２９・・・基板
３０・・・光素子
３２・・・外部電極
３９・・・電子部品
４０・・・光ファイバ
Claims (10)
- 光信号の光を出力する発光部又は光信号の光が入力する受光部と、前記発光部又は前記受光部と接続された外部電極と、を有する光素子と、
第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、樹脂を基体とし、前記第１の主面の接合電極に前記光素子の前記外部電極が接合されている配線板と、
上面と前記上面と対向する下面とを有し、前記上面が前記配線板の前記第２の主面と樹脂接着層を介して接着されており、前記上面に平行方向に形成されている光導波路が反射部により前記光素子と光結合しているポリマー型の光導波路板と、
前記光導波路板の前記光導波路の端面と先端面とが対向配置し、前記光導波路と光結合している光ファイバと、を具備し、
前記外部電極と前記接合電極との接合部の下に、硬度が前記配線板及び前記光導波路板の１０倍以上の硬質部材が配置されていることを特徴とする光伝送モジュール。 - 前記硬質部材が、前記配線板に穿刺されているマイクロピンであることを特徴とする請求項１に記載の光伝送モジュール。
- 前記マイクロピンの周囲に、前記マイクロピンと同じ構成のダミーマイクロピンが穿刺されていることを特徴とする請求項２に記載の光伝送モジュール。
- 前記マイクロピンが導電材料からなり、前記接合電極と前記第２の主面の電極とを接続する貫通配線を構成していることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の光伝送モジュール。
- 前記硬質部材が、前記配線板の貫通配線、内部配線、又は、前記下面の導体の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の光伝送モジュール。
- 前記硬質部材が、前記反射部を構成しているプリズムであることを特徴とする請求項１に記載の光伝送モジュール。
- 前記硬質部材が、前記光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光伝送モジュール。
- 前記接合部が、超音波接合部であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光伝送モジュール。
- 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光伝送モジュールが挿入部の先端硬性部に配設されていることを特徴とする内視鏡。
- 光信号の光を出力する発光部又は光信号の光が入力する受光部と、前記発光部又は前記受光部と接続された外部電極とを有する光素子と、
第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、樹脂を基体とし、前記第１の主面の接合電極に前記光素子の前記外部電極が接合されている配線板と、
上面と前記上面と対向する下面とを有し、前記上面が前記配線板の前記第２の主面と樹脂接着層を介して接着されており、前記上面に平行方向に形成されている光導波路が反射部により前記光素子と光結合しているポリマー型の光導波路板と、
前記光導波路板の前記光導波路の端面と先端面とが対向配置し、前記光導波路と光結合している光ファイバと、を具備する光伝送モジュールの製造方法であって、
前記接合電極の下に、硬度が前記配線板及び前記光導波路板の１０倍以上の硬質部材を配設する工程と、
前記外部電極と前記接合電極とを超音波接合する工程と、を具備することを特徴とする光伝送モジュールの製造方法。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20200303 |