WO2013125292A1 - 光通信用のレンズユニット及び半導体モジュール - Google Patents

光通信用のレンズユニット及び半導体モジュール Download PDF

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WO2013125292A1
WO2013125292A1 PCT/JP2013/051675 JP2013051675W WO2013125292A1 WO 2013125292 A1 WO2013125292 A1 WO 2013125292A1 JP 2013051675 W JP2013051675 W JP 2013051675W WO 2013125292 A1 WO2013125292 A1 WO 2013125292A1
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lens unit
adhesive
leg
lens
plane
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PCT/JP2013/051675
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English (en)
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Inventor
三森　満
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コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社
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    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02257—Out-coupling of light using windows, e.g. specially adapted for back-reflecting light to a detector inside the housing
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S5/02218—Material of the housings; Filling of the housings
    • H01S5/0222—Gas-filled housings

Definitions

  • the present invention relates to a lens unit and a semiconductor module for optical communication that are used for optical communication or the like and optically couples a laser beam of a semiconductor laser to an optical fiber.
  • optical communication or the like it is required to efficiently optically couple a semiconductor laser or a light receiving element and an optical fiber. For this reason, an optical coupling lens is used to collect the light beam from the semiconductor laser.
  • the glass lens is mainly used in the conventional optical coupling lens, the glass lens having an aspheric surface is generally expensive, and there is a problem that the cost is increased. Accordingly, plastic optical coupling lenses that can be easily molded with high accuracy and can be mass-produced have been developed.
  • Patent Document 1 discloses a technique for bonding a cap integrated with a lens to a substrate of a semiconductor laser.
  • the optimal thickness and curing conditions are determined according to the type of adhesive, so if the adhesive thickness is uneven, the adhesive strength will be biased, and bonding will occur at the most fragile parts.
  • the agent may be peeled off, which may cause problems such as leakage of nitrogen gas or the like enclosed in the semiconductor module, or the lens coming off.
  • Patent Document 1 does not disclose a specific bonding method and does not mention how to ensure a stable bonding strength.
  • plastic materials such as acrylic and polycarbonate have relatively high adhesiveness. Therefore, if these plastic materials are used, the adhesive strength can be improved even if a certain degree of non-uniformity occurs in the thickness of the adhesive. There is a possibility that it can be secured to some extent.
  • plastic materials such as acrylic and polycarbonate have a relatively high water absorption
  • plastic materials such as acrylic and polycarbonate have a relatively high water absorption
  • polyolefin resins generally have low water absorption and can exhibit stable optical performance even when used outdoors, and therefore there is a demand for using them as lenses for optical communication.
  • the polyolefin resin has a problem that the adhesion is poor because most of its molecular structure is composed of C element and H element and has no polar group such as OH.
  • Patent Document 2 discloses a technique for improving adhesiveness by attaching an optical film (SiO 2 ) to a lens when a lens formed from a polyolefin resin is attached to a lens frame. .
  • an optical film SiO 2
  • Patent Document 2 does not mention how to manage the thickness of the adhesive.
  • the present invention has been made in view of such problems, and when the end of the leg portion of the lens unit is bonded to the base portion supporting the semiconductor laser, the variation in bonding strength is suppressed. It is an object of the present invention to provide a lens unit capable of ensuring stable attachment and stable optical performance, and obtaining sufficient adhesive strength, and a semiconductor module using the lens unit.
  • the lens unit for optical communication according to claim 1 is a lens unit for optical communication for converting a light beam emitted from a semiconductor laser into convergent light or parallel light, and the lens unit is integrally molded.
  • the lens unit includes a lens unit that converts a light beam emitted from the semiconductor laser into convergent light or parallel light, and a leg unit that holds the lens unit, and the leg unit includes: The end of the leg is bonded to the base supporting the semiconductor laser by an adhesive, and the thickness of the adhesive varies within a predetermined range at the base on the end of the leg.
  • An adhesive thickness control means is provided to suppress the inside.
  • the end of the leg on the base side is provided with an adhesive thickness control means for suppressing variations in the thickness of the adhesive within a predetermined range.
  • the thickness of the adhesive applied between the base portion and the base portion can be set to be substantially constant. As a result, the inclination of the optical axis of the lens portion can be prevented, and further, the variation in adhesive strength can be prevented. Therefore, it is possible to prevent problems such as leakage of nitrogen gas and removal of the lens.
  • the adhesive strength of the said leg part and the said base part is securable.
  • an adhesive may be applied to the vicinity of the end of the leg while the end of the leg is in contact with the base, or an adhesive is applied to the end of the leg and then the base is contacted.
  • the end of the leg may be brought into contact with the base after applying an adhesive to the base.
  • the lens unit according to claim 2 is the lens unit according to claim 1, wherein the base portion has a flat surface, and the adhesive thickness control means is provided at an end of the leg portion on the substrate side, A contact portion that is in contact with a flat surface, and a chamfered portion that is provided at an end of the leg portion on the substrate side and has a constant height in the optical axis direction, in a space between the flat surface and the chamfered portion.
  • the adhesive is filled.
  • the adhesive When the abutting portion comes into contact with the flat surface of the base portion, the adhesive is filled in the space between the flat surface and the chamfered portion, and the height of the chamfered portion in the optical axis direction is constant. Therefore, the thickness of the adhesive that has stably entered and solidified into the chamfered portion can be made substantially constant over the entire circumference by a simple operation of just abutting the end portion against the flat surface. Stable attachment can be secured in the long term by suppressing variations in strength. In addition, since the adhesion contact area between the leg and the adhesive is increased, the strength of the adhesive force can be increased.
  • the term “abutting part” “abuts on the plane” includes not only the case where the leg part directly abuts on the plane but also the case where the leg part thinly abuts on the plane via an adhesive.
  • the height in the optical axis direction and the depth in the optical axis orthogonal direction of the chamfered portion are preferably 5 ⁇ m to 1 mm, more preferably 10 to 500 ⁇ m.
  • the lens unit according to a third aspect is the invention according to the first or second aspect, wherein the base portion has a flat surface, and the adhesive thickness control means is provided at an end portion of the leg portion on the substrate side.
  • the thickness of the adhesive that is stably solidified in the space can be made substantially constant over the entire circumference by a simple operation of just abutting the end against the plane. Stable attachment can be ensured for a long period of time by suppressing variations in adhesive strength. In addition, since the adhesion contact area between the leg and the adhesive is increased, the strength of the adhesive force can be increased.
  • the term “abutting part” “abuts on the plane” includes not only the case where the leg part directly abuts on the plane but also the case where the leg part thinly abuts on the plane via an adhesive.
  • the “predetermined interval” is preferably 5 ⁇ m to 1 mm, and more preferably 10 to 100 ⁇ m.
  • the lens unit according to a fourth aspect is the invention according to the second or third aspect, wherein the leg portion has a cylindrical shape provided on the entire circumference of the lens portion, and the contact portion is It is provided in the perimeter of the said edge part of the said leg part, It is characterized by the above-mentioned.
  • the semiconductor laser and the lens unit can be positioned with high accuracy in the optical axis direction by a simple operation of just abutting the end portion against the plane, and the optical axis of the lens unit is aligned with the semiconductor laser. Inclination with respect to the axis can be suppressed. Further, by providing the contact portion around the entire periphery of the end portion of the leg portion, it is possible to improve the sealing performance inside the leg portion.
  • the lens unit according to claim 5 is the lens unit according to claim 2 or 3, wherein the leg portion has a cylindrical shape provided on the entire circumference of the lens portion, and the contact portion is The leg portion is discontinuous in the circumferential direction of the end portion and is provided symmetrically with respect to the optical axis of the lens portion.
  • the semiconductor laser and the lens unit can be positioned with high accuracy in the optical axis direction by a simple operation of just abutting the end portion against the plane, and the optical axis of the lens unit is aligned with the semiconductor laser. Inclination with respect to the axis can be suppressed. Moreover, by making the contact portion discontinuous in the circumferential direction, the amount of the adhesive can be increased, and the adhesive strength can be increased.
  • a lens unit according to a sixth aspect of the present invention is the lens unit according to any one of the first to third aspects, wherein the leg portion is a plurality of protrusions extending from the periphery of the lens portion in the optical axis direction.
  • the leg portion is not cylindrical and is a plurality of protrusions extending in the optical axis direction, the semiconductor laser is not sealed in the leg portion. Therefore, heat and moisture can be prevented from being confined in the space in the leg portion, and the performance of the semiconductor laser can be stabilized for a long time.
  • the lens unit according to claim 7 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 6, the lens unit is made of a polyolefin resin.
  • Polyolefin resins are preferred because they are more resistant to humidity than other resins, but on the other hand, they have the disadvantage of relatively weak adhesive strength with adhesives. Even with such a polyolefin resin, a strong adhesive force can be secured by using the present invention, so that it is possible to use a lens unit for optical communication made of a polyolefin resin resistant to humidity.
  • the lens unit according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein a coat of the same material as that of the lens part is applied to at least a part of the leg part of the lens unit. It is characterized by that.
  • At least part means 10% or more of the area to which the legs are bonded, preferably 50% or more, more preferably 80% or more.
  • the coat is preferably an antireflection coat.
  • the adhesive strength between the legs and the flat surface is increased by contacting the adhesive via a coating such as an antireflection coating. It is possible to attach the coating film with any one of the adhesion strength and adhesion strength of the coating film.
  • the lens unit according to claim 9 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 8, an inert gas is sealed between the lens unit and the base.
  • an inert gas examples include nitrogen gas.
  • the lens unit according to any one of the first to ninth aspects, wherein the adhesive is caught on the leg portion of the lens unit so that the adhesive does not go around the inner peripheral surface of the leg portion. It is characterized by providing a capture part.
  • a semiconductor module according to an eleventh aspect is characterized in that the lens unit for optical communication according to any one of the first to tenth aspects and a semiconductor laser are assembled together.
  • a semiconductor laser is a laser that utilizes recombination emission of a semiconductor.
  • the lens unit is a lens unit that converts a light beam emitted from a semiconductor laser into convergent light or parallel light, a lens unit that condenses a light beam emitted from an end face of an optical fiber, particularly a light beam emitted from a semiconductor laser.
  • An optical coupling lens unit that condenses light on the end surface of the fiber and an optical coupling lens unit that condenses the light beam emitted from the end surface of the optical fiber on the light receiving surface of the light receiving element are included.
  • the lens unit is made of plastic.
  • the resin material has a refractive index in the range of 1.40 to 1.60 at a temperature of 25 ° C. with respect to a wavelength of 405 nm to 1600 nm, and accompanies a temperature change within a temperature range of ⁇ 5 ° C. to 70 ° C.
  • the refractive index change rate dN / dT (° C.
  • ⁇ 1 is within the range of ⁇ 20 ⁇ 10 ⁇ 5 to ⁇ 5 ⁇ 10 ⁇ 5 (more preferably ⁇ 10 ⁇ 10 ⁇ 5 to ⁇ 8 ⁇ 10 ⁇ 5 ). More preferably, a resin material is used.
  • a first preferred example includes a polymer block [A] containing a repeating unit [1] represented by the following formula (I), a repeating unit [1] represented by the following formula (1) and the following formula ( II) and / or polymer block [B] containing a repeating unit [3] represented by the following formula (III), and repeating in the block [A] From the block copolymer in which the relationship between the molar fraction a (mol%) of the unit [1] and the molar fraction b (mol%) of the repeating unit [1] in the block [B] is a> b. It is the resin composition which becomes.
  • R 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms
  • R 2 to R 12 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxyl group, a carbon number of 1 ⁇ 20 alkoxy groups or halogen groups.
  • R 13 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • R 14 and R 15 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
  • a second preferred example is obtained by addition polymerization of a monomer composition comprising at least an ⁇ -olefin having 2 to 20 carbon atoms and a cyclic olefin represented by the following general formula (IV).
  • Polymer (B) obtained by addition polymerization of polymer (A) and a monomer composition comprising an ⁇ -olefin having 2 to 20 carbon atoms and a cyclic olefin represented by the following general formula (V) ).
  • R 1 to R 18 , R a and R b are each independently a hydrogen atom, A halogen atom or a hydrocarbon group, R 15 to R 18 may be bonded to each other to form a monocycle or polycycle, and the monocycle or polycycle in parentheses may have a double bond Alternatively, R 15 and R 16 , or R 17 and R 18 may form an alkylidene group.
  • R 19 to R 26 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom or a hydrocarbon group.
  • the following additives may be added.
  • Stabilizer It is preferable to add at least one stabilizer selected from a phenol stabilizer, a hindered amine stabilizer, a phosphorus stabilizer, and a sulfur stabilizer. By appropriately selecting and adding these stabilizers, it is possible to more highly suppress white turbidity when continuously irradiated with light, and optical property fluctuations such as refractive index fluctuations.
  • phenol-based stabilizer conventionally known ones can be used.
  • 2-t-butyl-6- (3-t-butyl-2-hydroxy-5-methylbenzyl) -4-methylphenyl acrylate
  • 2 4-di-t-amyl-6- (1- (3,5-di-t-amyl-2-hydroxyphenyl) ethyl) phenyl acrylate and the like
  • JP-A Nos. 63-179953 and 1-168643 JP-A Nos. 63-179953 and 1-168643.
  • Preferred hindered amine stabilizers include bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate, bis (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) succinate, bis ( 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) sebacate, bis (N-octoxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate, bis (N-benzyloxy-2, 2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate, bis (N-cyclohexyloxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) sebacate, bis (1,2,2,6,6) -Pentamethyl-4-piperidyl) 2- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) -2-butylmalonate, bis (1-acryloyl-2,2, , 6-Tetramethyl-4-piperidyl) 2,2-bis (3,5-di-t-but
  • the preferable phosphorus stabilizer is not particularly limited as long as it is a substance usually used in the general resin industry.
  • triphenyl phosphite diphenylisodecyl phosphite, phenyl diisodecyl phosphite, tris (nonyl).
  • Phenyl) phosphite tris (dinonylphenyl) phosphite, tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite, 10- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl) -9 Monophosphite compounds such as 1,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide; 4,4′-butylidene-bis (3-methyl-6-tert-butylphenyl-di-tridecyl) Phosphite), 4,4 'isopropylidene-bis (phenyl-di-alkyl (C12-C15)) Fight) and the like diphosphite compounds such as.
  • monophosphite compounds are preferable, and tris (nonylphenyl) phosphite, tris (dinonylphenyl) phosphite, tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite and the like are particularly preferable.
  • Preferred sulfur stabilizers include, for example, dilauryl 3,3-thiodipropionate, dimyristyl 3,3′-thiodipropionate, distearyl 3,3-thiodipropionate, lauryl stearyl 3,3- Thiodipropionate, pentaerythritol-tetrakis- ( ⁇ -lauryl-thio) -propionate, 3,9-bis (2-dodecylthioethyl) -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5,5] undecane Etc.
  • each of these stabilizers is appropriately selected within a range not to impair the purpose of the present invention, but is usually 0.01 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the alicyclic hydrocarbon-based copolymer, The amount is preferably 0.01 to 1 part by mass.
  • a surfactant is a compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group in the same molecule.
  • the surfactant can prevent white turbidity of the resin composition by adjusting the rate of moisture adhesion to the resin surface and the rate of moisture evaporation from the surface.
  • hydrophilic group of the surfactant examples include a hydroxy group, a hydroxyalkyl group having 1 or more carbon atoms, a hydroxyl group, a carbonyl group, an ester group, an amino group, an amide group, an ammonium salt, a thiol, a sulfonate, A phosphate, a polyalkylene glycol group, etc. are mentioned.
  • the amino group may be primary, secondary, or tertiary.
  • the hydrophobic group of the surfactant include an alkyl group having 6 or more carbon atoms, a silyl group having an alkyl group having 6 or more carbon atoms, and a fluoroalkyl group having 6 or more carbon atoms.
  • the alkyl group having 6 or more carbon atoms may have an aromatic ring as a substituent.
  • Specific examples of the alkyl group include hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecenyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, myristyl, stearyl, lauryl, palmityl, cyclohexyl and the like.
  • the aromatic ring include a phenyl group.
  • the surfactant only needs to have at least one hydrophilic group and hydrophobic group as described above in the same molecule, and may have two or more groups.
  • examples of such a surfactant include myristyl diethanolamine, 2-hydroxyethyl-2-hydroxydodecylamine, 2-hydroxyethyl-2-hydroxytridecylamine, 2-hydroxyethyl-2- Hydroxytetradecylamine, pentaerythritol monostearate, pentaerythritol distearate, pentaerythritol tristearate, di-2-hydroxyethyl-2-hydroxydodecylamine, alkyl (8-18 carbon atoms) benzyldimethylammonium chloride, ethylene
  • examples thereof include bisalkyl (carbon number 8 to 18) amide, stearyl diethanolamide, lauryl diethanolamide, myristyl diethanolamide, palmityl diethanolamide, and the like.
  • amine compounds or amide compounds having a hydroxyalkyl group are preferably used. In the present invention, two or more of these compounds may be used in combination.
  • the surfactant is added to 100 parts by mass of the alicyclic hydrocarbon-based polymer.
  • the addition amount of the surfactant is more preferably 0.05 to 5 parts by mass, still more preferably 0.3 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the alicyclic hydrocarbon-based polymer.
  • Plasticizer The plasticizer is added as necessary to adjust the melt index of the copolymer.
  • Plasticizers include bis (2-ethylhexyl) adipate, bis (2-butoxyethyl) adipate, bis (2-ethylhexyl) azelate, dipropylene glycol dibenzoate, tri-n-butyl citrate, tricitrate citrate -N-butylacetyl, epoxidized soybean oil, 2-ethylhexyl epoxidized tall oil, chlorinated paraffin, tri-2-ethylhexyl phosphate, tricresyl phosphate, t-butylphenyl phosphate, tri-2-ethylhexyl phosphate Diphenyl, dibutyl phthalate, diisohexyl phthalate, diheptyl phthalate, dinonyl phthalate, diundecyl phthalate, di-2-ethylhexyl phthalate, diisononyl phthalate, diisode
  • cycloolefin resins are preferably used.
  • ZEONEX manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. APEL manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.
  • TOPAS® ADVANCED® POLYMERS manufactured by TOPAS and JSR manufactured by ARTON are preferable. Take as an example.
  • the Abbe number of the material constituting the lens unit is preferably 50 or more.
  • the thickness of the adhesive and the variation in the adhesive strength are suppressed, thereby suppressing the inclination of the optical axis.
  • the lens unit uses a resin having a weak adhesive force such as an olefin resin, it is possible to provide a lens unit that can ensure long-term and optically stable attachment and a semiconductor module using the lens unit.
  • FIG. 6B is an enlarged view of the end of the leg portion LG of the lens unit LSU. It is an optical axis direction sectional view of semiconductor module LM for optical communications concerning this embodiment.
  • (A) is sectional drawing which expands and shows the edge part of the leg part LG concerning a modification.
  • (B)-(f) is the figure which looked at the leg part LG from the edge part side.
  • (A)-(g) is sectional drawing which expands and shows the edge part of the leg part LG concerning a modification.
  • FIG. 1 is an assembly diagram showing a cross section in the optical axis direction of a semiconductor module LM for optical communication according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view in the optical axis direction of the semiconductor module LM for optical communication according to the present embodiment.
  • the semiconductor module LM is formed by adhering a cap-type plastic lens unit LSU to the semiconductor laser unit LDU.
  • the TO-CAN type semiconductor laser unit LDU includes a plate-like stem portion (base portion) ST in which nickel plating and gold plating are applied to an SPC material which is a metal metal, and the stem.
  • a submount SM disposed in the center on the portion ST, a semiconductor laser chip CP disposed on the submount SM, and four leads LD each having one end attached to the stem portion ST (one is a submount SM) 2 are connected to the semiconductor laser chip CP, and the other is connected to a monitor (not shown).
  • the lens unit LSU is obtained by integrally molding a transparent polyolefin-based resin, and includes a central lens part LS and a cylindrical leg part LG that holds the lens part LS around the lens part LS.
  • an anti-reflection coating for example, SiO 2
  • Nitrogen gas is sealed as an inert gas in the space inside the cylindrical leg of the lens unit LSU.
  • the end portion of the leg portion LG has an abutment plane (abutment portion) ED1 disposed so as to be orthogonal to the optical axis of the lens portion LS, and an inner peripheral surface of the leg portion LG.
  • An inner peripheral chamfered portion ED2 having a width of 0.01 mm to 0.5 mm and a height of about 0.01 mm to 0.5 mm provided on the entire circumference of the intersection of the IP and the contact plane ED1, and an outer peripheral surface OP of the leg LG
  • an outer peripheral chamfered portion ED3 having a width of about 0.01 mm to 0.5 mm and a height of about 0.01 mm to 0.5 mm provided at the entire circumference of the intersection with the contact plane ED1.
  • the outer peripheral chamfered portion ED3 constitutes a chamfered portion that is a part of the adhesive thickness control means
  • the inner peripheral chamfered portion ED2 constitutes a capturing portion.
  • the leg portion LG of the lens unit LSU is brought close to the stem portion (base portion) ST on which other components are assembled, in a nitrogen gas atmosphere, and the stem portion (base portion).
  • the contact plane ED1 is brought into contact with the plane FP which is the upper surface of ST.
  • the contact plane ED1 contacts the plane FP on the entire circumference, the axis of the semiconductor laser chip CP and the optical axis of the lens portion LS can be aligned in parallel.
  • the position is adjusted so that the center of the semiconductor laser chip CP and the optical axis of the lens portion LS are aligned, and then an appropriate amount of adhesive BND is applied to the entire circumference of the leg portion LG from the dispenser DP disposed outside.
  • the appropriate amount is the amount of adhesive that fills the entire circumferential space (volume) between the outer peripheral chamfered portion ED3 and the flat surface FP, but may be slightly larger.
  • the adhesive may infiltrate from the gap between the contact plane ED1 and the plane FP, and the adhesive may wrap around the inner peripheral surface IP side of the leg portion LG.
  • the leg part LG and the stem part ST can be bonded together by the adhesive solidifying. Further, since the outer peripheral chamfered portion ED3 increases the adhesion area, the adhesion force between the leg portion LG and the stem portion ST becomes stronger.
  • the semiconductor module LM of the present embodiment when power is supplied via the lead LD, the semiconductor laser chip CP emits light, and the emitted light beam enters the lens unit LS.
  • the light beam incident on the lens unit LS is refracted by the refracting surface and emitted as convergent light (or parallel light), collected on the end surface of the opposing optical fiber OF, and then propagated through the optical fiber OF.
  • the outer peripheral chamfered portion ED3 when the contact flat surface ED1 provided on the leg portion LG contacts the flat surface FP of the stem portion ST, the outer peripheral chamfered portion ED3 is applied to the flat surface FP. It functions as an adhesive thickness control means that sets the thickness variation within a predetermined range on the entire circumference, so that the thickness of the adhesive can be set substantially constant, and the stable adhesive strength between the leg portion LG and the stem portion ST Can be secured. Further, by applying an antireflection coating to the outer peripheral chamfered portion ED3 and the contact flat surface ED1, even if the lens unit LSU is formed from a polyolefin resin, stronger adhesive strength can be secured.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing an enlarged end portion of the leg portion LG according to the modification.
  • a convex portion ED4 as a contact portion is provided on the end portion plane ED1 '.
  • the height of the convex portion ED4 is 10 to 100 ⁇ m.
  • the end flat surface ED1 ′ and the outer peripheral chamfered portion ED3 serving as the separation portions are separated from the flat surface FP.
  • it functions as an adhesive thickness control means for setting the variation in the thickness of the applied adhesive within a predetermined range on the entire circumference.
  • the adhesive thickness control means has a chamfered portion, a separated portion, and a contact portion.
  • the convex portion ED4 may be provided on the entire circumference of the end portion of the leg portion LG as shown in FIG. 3B, or desired in two places as shown in FIG. 3C. It may be provided so as to extend axially symmetrically (at equal intervals), or may be provided axially symmetrically (equal to the desired length over three locations as shown in FIG. 3D). It may be provided to extend (at intervals), or may be provided to extend axisymmetrically (at equal intervals) at a desired length over four locations as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 3 (f), the point-like convex portions ED4 may be provided axially symmetrically (at equal intervals) at three locations. Thus, by selecting a desired circumferential length (or width) of the convex portion ED4, the amount of adhesive filled between the end plane ED1 ′ and the plane FP can be adjusted, that is, adhesion The intensity can be adjusted.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing an end portion of a leg portion LG according to another modification.
  • FIG. 4A is an example in which the convex portions ED4 are provided in two rows on the inner peripheral side and the outer peripheral side with respect to the modification of FIG. Other configurations are the same as in the above-described example.
  • an annular (or discontinuous) inner peripheral convex portion ED5 as an abutting portion on the end plane ED1 ′ and an outer peripheral annular shape (or discontinuous).
  • the outer peripheral convex portion ED6 is provided coaxially.
  • the heights of the convex portions ED5 and ED6 are equal to each other and are 10 to 100 ⁇ m.
  • the end plane ED1 ′ that becomes a separation portion is provided.
  • the outer peripheral chamfered portion ED3 functions as an adhesive thickness control unit that sets the variation in the thickness of the applied adhesive within a predetermined range with respect to the flat surface FP.
  • the end portion flat surface ED1 ′ and the outer peripheral chamfered portion ED3 serving as the separation portions are It functions as an adhesive thickness control means for setting the variation in the thickness of the applied adhesive within a predetermined range with respect to the flat surface FP.
  • invades from the outside can be blocked.
  • an outer peripheral convex portion ED6 as a contact portion is provided on the end plane ED1 '.
  • the end portion flat surface ED1 ′ and the outer peripheral chamfered portion ED3 that are the separation portions are flat. It functions as an adhesive thickness control means for setting the variation in the thickness of the applied adhesive within a predetermined range with the FP.
  • an inner peripheral convex portion ED5 as an abutting portion and an outer peripheral convex portion ED6 on the outer peripheral side are provided coaxially on the end plane ED1 ′, and further on the inner peripheral side.
  • An inner circumferential groove ED7 is formed on the outer side adjacent to the convex part ED5, and an outer circumferential side circumferential groove ED8 is formed on the inner side adjacent to the outer convex part ED6.
  • the outer peripheral chamfered portion ED3 functions as an adhesive thickness control unit that sets the variation in the thickness of the applied adhesive within a predetermined range with respect to the flat surface FP.
  • an adhesive thickness control unit that sets the variation in the thickness of the applied adhesive within a predetermined range with respect to the flat surface FP.
  • the tapered surface ED1 ′′ of the leg portion LG is not orthogonal to the optical axis and is separated from the plane FP as it goes outward in the optical axis orthogonal direction. Therefore, according to the present modification, when the end portion of the leg portion LG is brought into contact with the flat surface FP of the stem portion ST, the innermost peripheral edge IE of the end inclined surface ED1 ′′ is in contact. It will contact
  • the tapered surface ED1 ′′ of the leg portion LG is not orthogonal to the optical axis, and is away from the plane FP as it goes inward in the optical axis orthogonal direction. Therefore, according to the present modification, when the end portion of the leg portion LG is brought into contact with the flat surface FP of the stem portion ST, the outermost peripheral edge OE of the end inclined surface ED1 ′′ is in contact. It will contact
  • the present invention is not limited to the embodiments described in the specification, and includes other embodiments and modifications for those skilled in the art from the embodiments and technical ideas described in the present specification. it is obvious.
  • unevenness may be formed on the stem portion side instead of the leg portion of the lens unit so that a part of the leg portion is brought into contact therewith.

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Abstract

　レンズユニットの脚部の端部を、半導体レーザを支持する基部に対して接着したときに、接着強度のバラツキを抑制して安定した取り付けを確保できるレンズユニット及びそれを用いた半導体モジュールを提供する。脚部に設けた当接平面がステム部の平面に当接したときに、外周面取り部が、平面との間で、塗布された接着剤の厚みのバラツキを所定範囲内に設定する接着剤厚み制御手段として機能するので、これにより接着剤の厚みを略一定に設定でき、脚部とステム部との安定した接着強度を確保できる。

Description

光通信用のレンズユニット及び半導体モジュール
　本発明は、光通信等に用いられ、例えば半導体レーザのレーザ光を光ファイバに光結合する光通信用のレンズユニット及び半導体モジュールに関する。
　光通信等において、半導体レーザまたは光受光素子と光ファイバとを効率よく光結合させることが求められている。このため、半導体レーザからの光束を集光するために光結合レンズが用いられている。ところで、従来の光結合レンズでは主にガラスレンズを用いているが、非球面を有するガラスレンズは一般的に高価であり、コスト高を招くという問題がある。そこで、高精度な非球面の成形が容易で大量生産が可能なプラスチック製の光結合レンズが開発されている。
　このようなプラスチック製の光結合レンズを、半導体レーザを保持するステム（基部）に取り付ける場合、一般的には接着や溶着の方法が採用される。溶着は、光結合レンズに熱を付与して一部を変形させるため、レンズへの影響を考慮する工夫が必要になる。それに対し接着は、接着剤を塗布することで比較的容易に実現できるから広く用いられている。特許文献１には、レンズと一体化したキャップを半導体レーザの基板に接着する技術が開示されている。
特開昭６３－６２２５７号公報 特開平０６－１０９９０３号公報
　ところで、接着剤を使用する場合、ディスペンサにより適量の接着剤を接着すべき部分に付与しているが、ディスペンサは接着剤の厚みを調整する機能を有しないため、接着剤の塗布量と接着時の押さえる力で厚みを調整することが行われており、接着剤が介在した光結合レンズとステムの間のスキマは、最適な厚みからズレることや、傾き等の発生により全周において偏りが生じる場合がある。このようにスキマが偏ると、レンズの光軸の傾きを招いたり、かかるスキマ内で硬化した接着剤の厚みの不均一を招いたりする。一般的な接着剤は、その種類に応じて強度確保に最適な厚みや硬化条件が決まっているので、接着剤の厚みに不均一が生じると接着強度に偏りが生じ、最も脆弱な部分で接着剤の剥がれ等を招き、それにより半導体モジュール内部に封入していた窒素ガス等の漏洩や、レンズが外れる等の不具合を招く恐れがある。
　しかるに、特許文献１には、具体的な接着方法が開示されておらず、安定した接着強度をいかにして確保するについて全く言及されていない。これに対し、例えばアクリルやポリカーボネート等のプラスチック材料であれば、比較的接着性が高いので、これらのプラスチック材料を用いれば、接着剤の厚みに或る程度の不均一が生じても接着強度を或る程度確保することができる可能性がある。
　ところが、アクリルやポリカーボネート等のプラスチック材料は、吸水性が比較的高いので、光通信用のレンズなどのように屋外で使用する場合には、湿気を遮断する工夫が必要となってコスト増を招くこととなる。これに対し、例えばポリオレフィン系樹脂は、一般的に吸水性が低いため屋外等で使用しても安定した光学性能を発揮できるから、これを光通信用のレンズとして用いたいという要請がある。ところが、ポリオレフィン系樹脂は、その分子構造の殆どがＣ元素とＨ元素からなっており、ＯＨ等の極性基を有していないので、接着性が悪いという問題がある。
　これに対し、特許文献２には、ポリオレフィン系樹脂から形成されたレンズを鏡枠に取り付ける際に、レンズに光学膜（ＳｉＯ2）を付与することで、接着性を高める技術が開示されている。しかしながら、レンズに光学膜を付与した場合であっても、接着剤の厚みが全周において偏ってしまうと、光軸の傾きを招いたり、接着強度がばらつくという問題は依然として残存する。しかしながら特許文献２では、接着剤の厚みをどのように管理するかということについて言及されていない。
　また、レンズユニットの脚部の端部を基部に当接した状態で接着剤を付与する場合、接着剤が脚部に接触する接着接触面積が小さく、充分な接着強度が得られないという課題もあった。
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、レンズユニットの脚部の端部を、半導体レーザを支持する基部に対して接着したときに、接着強度のバラツキを抑制して安定した取り付け及び安定した光学性能を確保でき、更に十分な接着強度を得ることができるレンズユニット及びそれを用いた半導体モジュールを提供することを目的とする。
　請求項１に記載の光通信用のレンズユニットは、半導体レーザから出射された光束を収束光又は平行光に変換する為の光通信用のレンズユニットであって、前記レンズユニットは、一体成形されたプラスチック製であり、前記レンズユニットは、前記半導体レーザから出射された光束を収束光又は平行光に変換するレンズ部と、前記レンズ部を保持する脚部とを有し、前記脚部は、前記半導体レーザを支持する基部に対して前記脚部の端部が接着剤により接着されるものであり、前記脚部の前記基部側の端部には、前記接着剤の厚みのバラツキを所定範囲内に抑える接着剤厚み制御手段が設けられていることを特徴とする。
　本発明によれば、前記脚部の前記基部側の端部には、前記接着剤の厚みのバラツキを所定範囲内に抑える接着剤厚み制御手段が設けられているので、これにより前記脚部と前記基部との間に付与された前記接着剤の厚みを略一定に設定でき、その結果、レンズ部の光軸の傾きを防止でき、更に、接着強度のばらつきを防止できる。それゆえに、窒素ガスの漏えいやレンズが外れる等の不具合を防止できるのである。また、前記脚部と前記基部との接着強度を確保できる。
　尚、脚部の端部を基部に当接した状態で脚部の端部付近に接着剤を付与してもよいし、脚部の端部に接着剤を付与した上で基部に当接させてもよいし、基部に接着剤を付与した上で脚部の端部を基部に当接させてもよい。
　請求項２に記載のレンズユニットは、請求項１に記載の発明において、前記基部は平面を有し、前記接着剤厚み制御手段は、前記脚部の前記基板側の端部に設けられ、前記平面に当接する当接部と、前記脚部の前記基板側の端部に設けられ、光軸方向高さが一定の面取り部とを有し、前記平面と前記面取り部との間の空間に前記接着剤が充填されるようになっていることを特徴とする。
　前記当接部が前記基部の平面に当接したときに、前記平面と前記面取り部との間の空間に前記接着剤が充填され、しかも前記面取り部の光軸方向高さが一定になっているので、前記端部を前記平面に突き当てるだけの簡単な作業で、安定して前記面取り部に入り込んで固化した前記接着剤の厚みを全周で略一定とすることができ、これにより接着強度のバラツキを抑制して、長期的に安定した取り付けを確保できる。また、脚部と接着剤の接着接触面積も増加する為、接着力の強度を増すことも可能となる。尚、「当接部」が「前記平面に当接する」とは、脚部が直接平面に当接する場合は勿論、脚部が薄く接着剤を介して平面に当接する場合も含むものである。
　尚、面取り部の光軸方向高さ及び光軸直交方向深さは、５μｍ～１ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１０～５００μｍである。
　請求項３に記載のレンズユニットは、請求項１又は２に記載の発明において、前記基部は平面を有し、前記接着剤厚み制御手段は、前記脚部の前記基板側の端部に設けられ、前記平面に当接する当接部と、前記平面から所定間隔だけ離れ、当該所定間隔が一定の離間部とを有し、前記平面と前記離間部との間の空間に前記接着剤が充填されるようになっていることを特徴とする。
　前記当接部が前記基部の平面に当接したときに、前記平面と前記離間部との間の空間に前記接着剤が充填され、しかも前記離間部の光軸方向高さが一定になっているなっているので、前記端部を前記平面に突き当てるだけの簡単な作業で、安定して前記空間内で固化した前記接着剤の厚みを全周で略一定とすることができ、これにより接着強度のバラツキを抑制して、長期的に安定した取り付けを確保できる。また、脚部と接着剤の接着接触面積も増加する為、接着力の強度を増すことも可能となる。尚、「当接部」が「前記平面に当接する」とは、脚部が直接平面に当接する場合は勿論、脚部が薄く接着剤を介して平面に当接する場合も含むものである。ここで、「所定間隔」とは、５μｍ～１ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１０～１００μｍである。
　請求項４に記載のレンズユニットは、請求項２又は３に記載の発明において、前記脚部は前記レンズ部全周に設けられた筒状の形状を有しており、前記当接部は、前記脚部の前記端部の全周に設けられていることを特徴とする。
　これにより、前記端部を前記平面に突き当てるだけの簡単な作業で、前記半導体レーザと前記レンズ部とを光軸方向に高精度に位置決めできると共に、前記レンズ部の光軸が前記半導体レーザの軸線に対して傾くことを抑制できる。又、前記当接部を、前記脚部の端部の全周に設けることで、前記脚部内部の密封性を高めることができる。
　請求項５に記載のレンズユニットは、請求項２又は３に記載の発明において、前記脚部は前記レンズ部全周に設けられた筒状の形状を有しており、前記当接部は、前記脚部の前記端部の周方向に不連続であって、前記レンズ部の光軸に対して軸対称に設けられていることを特徴とする。
　これにより、前記端部を前記平面に突き当てるだけの簡単な作業で、前記半導体レーザと前記レンズ部とを光軸方向に高精度に位置決めできると共に、前記レンズ部の光軸が前記半導体レーザの軸線に対して傾くことを抑制できる。また、前記当接部を周方向に不連続とすることで、前記接着剤の量を増やすことが出来、接着強度を高めることができる。
　請求項６に記載のレンズユニットは、請求項１～３のいずれかに記載の発明において、前記脚部は前記レンズ部周辺から光軸方向に延在された複数の突起部であることを特徴とする。
　脚部が筒状ではなく、光軸方向に延在された複数の突起部であるため、前記半導体レーザは脚部内に密封されることがない。したがって、脚部内の空間に熱や水分が閉じ込められることを防止でき、前記半導体レーザの性能を長期に安定させることが可能となる。
　請求項７に記載のレンズユニットは、請求項１～６のいずれかに記載の発明において、前記レンズユニットは、ポリオレフィン系樹脂から形成されていることを特徴とする。ポリオレフィン系樹脂は、他の樹脂に比べて湿度に強いため好ましいが、その一方で接着剤による接着力が比較的弱いという欠点がある。その様なポリオレフィン系樹脂であっても、本発明を用いることで強い接着力を確保できるため、湿度に強いポリオレフィン系樹脂からなる光通信用レンズユニットを使用することが可能となる。
　請求項８に記載のレンズユニットは、請求項１～７のいずれかに記載の発明において、前記レンズユニットの脚部の少なくとも一部には、前記レンズ部と同じ材料のコートが付与されていることを特徴とする。
　「少なくとも一部」とは、前記脚部の接着される面積の１０％以上であり、好ましくは５０％以上、より好ましくは８０％以上をいう。尚、コートは反射防止コートであることが好ましい。
　これにより、例えばポリオレフィン系樹脂など接着性が悪いプラスチック材料を用いた場合でも、反射防止コート等のコートを介して接着剤と接触することで、前記脚部と前記平面との接着強度を高めることができ、コート膜の密着性と接着強度のいずれかの強度相当で取り付けることが可能となる。
　請求項９に記載のレンズユニットは、請求項１～８のいずれかに記載の発明において、前記レンズユニットと前記基部との間に不活性ガスが封入されていることを特徴とする。
不活性ガスとしては、窒素ガスなどがある。
　請求項１０に記載のレンズユニットは、請求項１～９のいずれかに記載の発明において、前記レンズユニットの脚部には、前記接着剤が前記脚部の内周面に回り込まないように捕獲する捕獲部を設けていることを特徴とする。
　これにより、余分な接着剤が前記レンズ部まで到達し、汚れ等が発生することを抑制できる。
　請求項１１に記載の半導体モジュールは、請求項１～１０のいずれかに記載の光通信用のレンズユニットと、半導体レーザを一体的に組み付けてなることを特徴とする。
　半導体レーザとは、半導体の再結合発光を利用したレーザである。
　レンズユニットとは、半導体レーザから出射された光束を収束光又は平行光に変換するレンズユニット、光ファイバの端面から出射された光束を集光するレンズユニット、特に半導体レーザから出射された光束を光ファイバの端面に集光する光結合レンズユニットや、光ファイバの端面から出射された光束を受光素子の受光面に集光する光結合レンズユニットを含む。レンズユニットはプラスチック製である。
　また、レンズユニットを構成するプラスチック材料として、ポリオレフィン系樹脂を用いることが好ましく、環状オレフィン系の樹脂材料を使用するのがより好ましい。また、当該樹脂材料は、波長４０５ｎｍから１６００ｎｍに対する温度２５℃ での屈折率が１．４０乃至１．６０の範囲内であって、－５℃から７０℃の温度範囲内での温度変化に伴う屈折率変化率ｄＮ／ｄＴ（℃ -1） が－２０×１０-5乃至－５×１０-5（より好ましくは、－１０×１０-5乃至－８×１０-5）の範囲内である樹脂材料を使用するのがより好ましい。
　環状オレフィン系樹脂の好ましい例を幾つか、以下に示す。
　第１の好ましい例は、下記式（I）で表される繰り返し単位〔１〕を含有する重合体ブロック〔Ａ〕と、下記式（１）で表される繰り返し単位〔１〕並びに下記式（II）で表される繰り返し単位〔２〕または／および下記式（III）で表される繰り返し単位〔３〕を含有する重合体ブロック〔Ｂ〕とを有し、前記ブロック〔Ａ〕中の繰り返し単位〔１〕のモル分率ａ（モル％）と、前記ブロック〔Ｂ〕中の繰り返し単位〔１〕のモル分率ｂ（モル％）との関係がａ＞ｂであるブロック共重合体からなる樹脂組成物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　（式中、Ｒ1 は水素原子、または炭素数１～２０のアルキル基を表し、Ｒ2－Ｒ12はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数１～２０のアルキル基、ヒドロキシル基、炭素数１～２０のアルコキシ基、またはハロゲン基である。）
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
　（式中、Ｒ13は、水素原子、または炭素数１～２０のアルキル基を表す。）
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
　　（式中、Ｒ14およびＲ15はそれぞれ独立に、水素原子、または炭素数１～２０のアルキル基を表す。）
　次に、第２の好ましい例は、少なくとも炭素原子数２～２０のα－オレフィンと下記一般式（ＩＶ）で表される環状オレフィンからなる単量体組成物とを付加重合させることにより得られる重合体（Ａ）と、炭素原子数２～２０のα－オレフィンと下記一般式（Ｖ）で表される環状オレフィンからなる単量体組成物とを付加重合させることにより得られる重合体（Ｂ）とを含む樹脂組成物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
　〔式中、ｎは０または１であり、ｍは０または１以上の整数であり、ｑは０または１であり、Ｒ1～Ｒ18、Ｒa及びＲbは、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子または炭化水素基であり、Ｒ15～Ｒ18は互いに結合して単環または多環を形成していてもよく、括弧内の単環または多環が二重結合を有していてもよく、またＲ15とＲ16と、またはＲ17とＲ18とでアルキリデン基を形成していてもよい。〕
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
　〔式中、Ｒ19～Ｒ26はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子または炭化水素基である。〕
　樹脂材料に更なる性能を付加するために、以下のような添加剤を添加してもよい。
　（安定剤）
　フェノール系安定剤、ヒンダードアミン系安定剤、リン系安定剤及びイオウ系安定剤から選ばれた少なくとも１種の安定剤を添加することが好ましい。これらの安定剤を適宜選択し添加することで、光を継続的に照射した場合の白濁や、屈折率の変動等の光学特性変動をより高度に抑制することができる。
　好ましいフェノール系安定剤としては、従来公知のものが使用でき、例えば、２－ｔ－ブチル－６－（３－ｔ－ブチル－２－ヒドロキシ－５－メチルベンジル）－４－メチルフェニルアクリレート、２，４－ジ－ｔ－アミル－６－（１－（３，５－ジ－ｔ－アミル－２－ヒドロキシフェニル）エチル）フェニルアクリレートなどの特開昭６３－１７９９５３号公報や特開平１－１６８６４３号公報に記載されるアクリレート系化合物；オクタデシル－３－（３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシフェニル）プロピオネート、２，２′－メチレン－ビス（４－メチル－６－ｔ－ブチルフェノール）、１，１，３－トリス（２－メチル－４－ヒドロキシ－５－ｔ－ブチルフェニル）ブタン、１，３，５－トリメチル－２，４，６－トリス（３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシベンジル）ベンゼン、テトラキス（メチレン－３－（３′，５′－ジ－ｔ－ブチル－４′－ヒドロキシフェニルプロピオネート））メタン［すなわち、ペンタエリスリメチル－テトラキス（３－（３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシフェニルプロピオネート））］、トリエチレングリコールビス（３－（３－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシ－５－メチルフェニル）プロピオネート）などのアルキル置換フェノール系化合物；６－（４－ヒドロキシ－３，５－ジ－ｔ－ブチルアニリノ）－２，４－ビスオクチルチオ－１，３，５－トリアジン、４－ビスオクチルチオ－１，３，５－トリアジン、２－オクチルチオ－４，６－ビス－（３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－オキシアニリノ）－１，３，５－トリアジンなどのトリアジン基含有フェノール系化合物；などが挙げられる。
　また、好ましいヒンダードアミン系安定剤としては、ビス（２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）セバケート、ビス（２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）スクシネート、ビス（１，２，２，６，６－ペンタメチル－４－ピペリジル）セバケート、ビス（Ｎ－オクトキシ－２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）セバケート、ビス（Ｎ－ベンジルオキシ－２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）セバケート、ビス（Ｎ－シクロヘキシルオキシ－２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）セバケート、ビス（１，２，２，６，６－ペンタメチル－４－ピペリジル）２－（３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシベンジル）－２－ブチルマロネート、ビス（１－アクロイル－２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）２，２－ビス（３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシベンジル）－２－ブチルマロネート、ビス（１，２，２，６，６－ペンタメチル－４－ピペリジル）デカンジオエート、２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジルメタクリレート、４－［３－（３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシフェニル）プロピオニルオキシ］－１－［２－（３－（３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシフェニル）プロピオニルオキシ）エチル］－２，２，６，６－テトラメチルピペリジン、２－メチル－２－（２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）アミノ－Ｎ－（２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）プロピオンアミド、テトラキス（２，２，６，６－テトラメチル－４－ピペリジル）１，２，３，４－ブタンテトラカルボキシレート、テトラキス（１，２，２，６，６－ペンタメチル－４－ピペリジル）１，２，３，４－ブタンテトラカルボキシレート等が挙げられる。
　また、好ましいリン系安定剤としては、一般の樹脂工業で通常使用される物であれば格別な限定はなく、例えば、トリフェニルホスファイト、ジフェニルイソデシルホスファイト、フェニルジイソデシルホスファイト、トリス（ノニルフェニル）ホスファイト、トリス（ジノニルフェニル）ホスファイト、トリス（２，４－ジ－ｔ－ブチルフェニル）ホスファイト、１０－（３，５－ジ－ｔ－ブチル－４－ヒドロキシベンジル）－９，１０－ジヒドロ－９－オキサ－１０－ホスファフェナントレン－１０－オキサイドなどのモノホスファイト系化合物；４，４′－ブチリデン－ビス（３－メチル－６－ｔ－ブチルフェニル－ジ－トリデシルホスファイト）、４，４′イソプロピリデン－ビス（フェニル－ジ－アルキル（Ｃ１２～Ｃ１５）ホスファイト）などのジホスファイト系化合物などが挙げられる。これらの中でも、モノホスファイト系化合物が好ましく、トリス（ノニルフェニル）ホスファイト、トリス（ジノニルフェニル）ホスファイト、トリス（２，４－ジ－ｔ－ブチルフェニル）ホスファイトなどが特に好ましい。
　また、好ましいイオウ系安定剤としては、例えば、ジラウリル３，３－チオジプロピオネート、ジミリスチル３，３′－チオジプロピピオネート、ジステアリル ３，３－チオジプロピオネート、ラウリルステアリル３，３－チオジプロピオネート、ペンタエリスリトール－テトラキス－（β－ラウリル－チオ）－プロピオネート、３，９－ビス（２－ドデシルチオエチル）－２，４，８，１０－テトラオキサスピロ［５，５］ウンデカンなどが挙げられる。
　これらの各安定剤の配合量は、本発明の目的を損なわれない範囲で適宜選択されるが、脂環式炭化水素系共重合体１００質量部に対して通常０．０１～２質量部、好ましくは０．０１～１質量部であることが好ましい。
（界面活性剤）
　界面活性剤は、同一分子中に親水基と疎水基とを有する化合物である。界面活性剤は樹脂表面への水分の付着や上記表面からの水分の蒸発の速度を調節することで、樹脂組成物の白濁を防止することが可能となる。
　界面活性剤の親水基としては、具体的には、ヒドロキシ基、炭素数１以上のヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基、カルボニル基、エステル基、アミノ基、アミド基、アンモニウム塩、チオール、スルホン酸塩、リン酸塩、ポリアルキレングリコール基などが挙げられる。ここで、アミノ基は１級、２級、３級のいずれであってもよい。界面活性剤の疎水基としては、具体的に炭素数６以上のアルキル基、炭素数６以上のアルキル基を有するシリル基、炭素数６以上のフルオロアルキル基などが挙げられる。ここで、炭素数６以上のアルキル基は置換基として芳香環を有していてもよい。アルキル基としては、具体的にヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデセニル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ミリスチル、ステアリル、ラウリル、パルミチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。芳香環としてはフェニル基などが挙げられる。この界面活性剤は、上記のような親水基と疎水基とをそれぞれ同一分子中に少なくとも１個ずつ有していればよく、各基を２個以上有していてもよい。
　このような界面活性剤としては、より具体的には、例えば、ミリスチルジエタノールアミン、２－ヒドロキシエチル－２－ヒドロキシドデシルアミン、２－ヒドロキシエチル－２－ヒドロキシトリデシルアミン、２－ヒドロキシエチル－２－ヒドロキシテトラデシルアミン、ペンタエリスリトールモノステアレート、ペンタエリスリトールジステアレート、ペンタエリスリトールトリステアレート、ジ－２－ヒドロキシエチル－２－ヒドロキシドデシルアミン、アルキル（炭素数８～１８）ベンジルジメチルアンモニウムクロライド、エチレンビスアルキル（炭素数８～１８）アミド、ステアリルジエタノールアミド、ラウリルジエタノールアミド、ミリスチルジエタノールアミド、パルミチルジエタノールアミド、などが挙げられる。これらのうちでも、ヒドロキシアルキル基を有するアミン化合物またはアミド化合物が好ましく用いられる。本発明では、これら化合物を２種以上組合わせて用いてもよい。
　界面活性剤は、温度、湿度の変動に伴なう成形物の白濁を効果的に抑え、成形物の光透過率を高く維持するという観点から、脂環式炭化水素系重合体１００質量部に対して０．０１～１０質量部添加されることが好ましい。界面活性剤の添加量は脂環式炭化水素系重合体１００質量部に対して０．０５～５質量部とすることがより好ましく、０．３～３質量部とすることが更に好ましい。
（可塑剤）
　可塑剤は共重合体のメルトインデックスを調節するため、必要に応じて添加される。
　可塑剤としては、アジピン酸ビス（２－エチルヘキシル）、アジピン酸ビス（２－ブトキシエチル）、アゼライン酸ビス（２－エチルヘキシル）、ジプロピレングリコールジベンゾエート、クエン酸トリ－ｎ－ブチル、クエン酸トリ－ｎ－ブチルアセチル、エポキシ化大豆油、２－エチルヘキシルエポキシ化トール油、塩素化パラフィン、リン酸トリ－２－エチルヘキシル、リン酸トリクレジル、リン酸－ｔ－ブチルフェニル、リン酸トリ－２－エチルヘキシルジフェニル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソヘキシル、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジノニル、フタル酸ジウンデシル、フタル酸ジ－２－エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジトリデシル、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ジシクロヘキシル、セバシン酸ジ－２－エチルヘキシル、トリメリット酸トリ－２－エチルヘキシル、Ｓａｎｔｉｃｉｚｅｒ ２７８、Ｐａｒａｐｌｅｘ Ｇ４０、Ｄｒａｐｅｘ ３３４Ｆ、Ｐｌａｓｔｏｌｅｉｎ ９７２０、Ｍｅｓａｍｏｌｌ、ＤＮＯＤＰ－６１０、ＨＢ－４０等の公知のものが適用可能である。可塑剤の選定及び添加量の決定は、共重合体の透過性や環境変化に対する耐性を損なわないことを条件に適宜行なわれる。
　これらの樹脂としては、シクロオレフィン樹脂が好適に用いられ、具体的には、日本ゼオン社製のＺＥＯＮＥＸや、三井化学社製のＡＰＥＬ、ＴＯＰＡＳ ＡＤＶＡＮＣＥＤ ＰＯＬＹＭＥＲＳ社製のＴＯＰＡＳ、ＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮなどが好ましい例として挙げられる。
　また、レンズユニットを構成する材料のアッベ数は、５０以上であることが好ましい。
　本発明によれば、レンズユニットの脚部の端部を、半導体レーザを支持する基部に対して接着したときに、接着剤の厚みバラつき及び接着強度のバラツキを抑制することで、光軸の傾きを防止し、また、接着剤剥がれに起因する封入ガス等の漏洩や、レンズが外れる等の不具合を防止することが可能となり、また、接着強度を向上することも可能となるため、結果、環状オレフィン系樹脂の様な接着力の弱い樹脂を用いたレンズユニットであったとしても、長期的且つ光学的に安定した取り付けを確保できるレンズユニット及びそれを用いた半導体モジュールを提供することができる。
（ａ）は、本実施の形態にかかる光通信用の半導体モジュールＬＭの光軸方向断面で示す組み立て図である。（ｂ）は、レンズユニットＬＳＵの脚部ＬＧの端部拡大図である。 本実施の形態にかかる光通信用の半導体モジュールＬＭの光軸方向断面図である。 （ａ）は、変形例にかかる脚部ＬＧの端部を拡大して示す断面図である。（ｂ）～（ｆ）は、脚部ＬＧを端部側から見た図である。 （ａ）～（ｇ）は、変形例にかかる脚部ＬＧの端部を拡大して示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態にかかる光通信用の半導体モジュールＬＭの光軸方向断面で示す組み立て図である。図２は、本実施の形態にかかる光通信用の半導体モジュールＬＭの光軸方向断面図である。半導体モジュールＬＭは、半導体レーザユニットＬＤＵに、キャップ型のプラスチック製レンズユニットＬＳＵを接着することで形成されている。
　図１、２に示すように、ＴＯ－ＣＡＮタイプの半導体レーザユニットＬＤＵは、金属製の金属であるＳＰＣ材にニッケルメッキ及び金メッキを施された平板状のステム部（基部）ＳＴと、そのステム部ＳＴ上の中央に配置されるサブマウントＳＭと、サブマウントＳＭ上に配置される半導体レーザチップＣＰと,ステム部ＳＴにそれぞれ一端が取り付けられた４本のリードＬＤ（１本はサブマウントＳＭのベースに接続され、２本は半導体レーザチップＣＰに接続され、残り１本は不図示のモニタに接続される）とを有する。
　レンズユニットＬＳＵは、透明なポリオレフィン系樹脂を一体成形することで得られ、中央のレンズ部ＬＳと、その周囲でレンズ部ＬＳを保持する形の円筒状脚部ＬＧとからなる。特に, レンズユニットＬＳＵのレンズ部ＬＳの光学機能面全体及び脚部ＬＧの当接平面（当接部）ＥＤ１の少なくとも一部（好ましくは全部）には、反射防止コート（例えばＳｉＯ2）が施されている。レンズユニットＬＳＵの円筒状脚部内側の空間内には、不活性ガスとして窒素ガスが封入されている。
　脚部ＬＧの端部は、図１（ｂ）に示すように、レンズ部ＬＳの光軸に直交するように配置された当接平面（当接部）ＥＤ１と、脚部ＬＧの内周面ＩＰと当接平面ＥＤ１との交差部全周に設けられた幅０．０１ｍｍ～０．５ｍｍ、高さ０．０１ｍｍ～０．５ｍｍ程度の内周面取り部ＥＤ２と、脚部ＬＧの外周面ＯＰと当接平面ＥＤ１との交差部全周に設けられた幅０．０１ｍｍ～０．５ｍｍ、高さ０．０１ｍｍ～０．５ｍｍ程度の外周面取り部ＥＤ３とを有する。ここでは、外周面取り部ＥＤ３が接着剤厚み制御手段の一部である面取り部を構成し、内周面取り部ＥＤ２が捕獲部を構成する。
　組み付け時には、窒素ガス雰囲気中で、図１（ａ）に示すように、レンズユニットＬＳＵの脚部ＬＧを、その他の部品が組み付けられたステム部（基部）ＳＴに接近させ、ステム部（基部）ＳＴの上面である平面ＦＰに当接平面ＥＤ１を当接させる。このとき、当接平面ＥＤ１は全周で平面ＦＰに当接するので、これにより半導体レーザチップＣＰの軸線とレンズ部ＬＳの光軸を平行に合わせることができる。
　かかる状態で、半導体レーザチップＣＰの中心とレンズ部ＬＳの光軸を合わせるように位置調整した後、外方に配置したディスペンサＤＰより、適量の接着剤ＢＮＤを脚部ＬＧの全周に塗布する。ここで適量とは、外周面取り部ＥＤ３と平面ＦＰとの全周空間（容積）が満たされる接着剤の量であるが、若干多くても良い。特に粘度が低い接着剤の場合、当接平面ＥＤ１と平面ＦＰの間のスキマから浸み込んで、脚部ＬＧの内周面ＩＰ側に接着剤が回り込むことがあるが、本実施の形態によれば、内周面取り部ＥＤ２により回り込んできた接着剤を捕獲して、レンズ部ＬＳの汚染等を回避できる。接着剤が固化することで、脚部ＬＧとステム部ＳＴとを接着できる。また、外周面取り部ＥＤ３が接着面積を増加させる為、脚部ＬＧとステム部ＳＴの接着力がより強固なものとなる。
　本実施の形態の半導体モジュールＬＭの動作を説明する。図２において、リードＬＤを介して給電が行われると半導体レーザチップＣＰが発光し、その出射光束は、レンズ部ＬＳに入射する。レンズ部ＬＳに入射した光束は、屈折面で屈折して収束光（又は平行光）として出射し、対向する光ファイバＯＦの端面に集光し、その後光ファイバＯＦ内を伝播することとなる。
　本実施の形態によれば、脚部ＬＧに設けた当接平面ＥＤ１がステム部ＳＴの平面ＦＰに当接したときに、外周面取り部ＥＤ３が、平面ＦＰとの間で、塗布された接着剤の厚みのバラツキを全周で所定範囲内に設定する接着剤厚み制御手段として機能するので、これにより接着剤の厚みを略一定に設定でき、脚部ＬＧとステム部ＳＴとの安定した接着強度を確保できるのである。又、外周面取り部ＥＤ３や当接平面ＥＤ１に反射防止コートを施すことで、レンズユニットＬＳＵをポリオレフィン系樹脂から形成しても、より強力な接着強度を確保できる。
　図３（ａ）は、変形例にかかる脚部ＬＧの端部を拡大して示す断面図である。本変形例では、端部平面ＥＤ１’上に当接部としての凸状部ＥＤ４を設けている。凸状部ＥＤ４の高さは１０～１００μｍである。本変形例によれば、脚部ＬＧに設けた凸状部ＥＤ４がステム部ＳＴの平面ＦＰに当接したときに、離間部となる端部平面ＥＤ１’及び外周面取り部ＥＤ３が、平面ＦＰとの間で、塗布された接着剤の厚みのバラツキを全周で所定範囲内に設定する接着剤厚み制御手段として機能する。別の表現では、本変形例においては、接着剤厚み制御手段が、面取り部と離間部と当接部とを有すると言える。
　尚、凸状部ＥＤ４は、図３（ｂ）に示すように、脚部ＬＧの端部の全周に設けられていても良いし、図３（ｃ）に示すように、２カ所にわたって所望の長さで軸対称的に（等間隔で）延在するように設けられていても良いし、図３（ｄ）に示すように、３カ所にわたって所望の長さで軸対称的に（等間隔で）延在するように設けられていても良いし、図３（ｅ）に示すように、４カ所にわたって所望の長さで軸対称的に（等間隔で）延在するように設けられていても良いし、図３（ｆ）に示すように、点状の凸状部ＥＤ４を３カ所に軸対称的に（等間隔で）で設けても良い。このように、凸状部ＥＤ４の所望の周方向長さ（又は幅）を選択することにより、端部平面ＥＤ１’と平面ＦＰとの間に充填される接着剤の量を調整でき、即ち接着強度を調整できる。
　図４は、別な変形例にかかる脚部ＬＧの端部を拡大して示す断面図である。図４（ａ）は、図３の変形例に対して、凸状部ＥＤ４を内周側と外周側に２列に設けた例である。それ以外の構成は、上述した例と同様である。
　図４（ｂ）の例では、端部平面ＥＤ１’上に当接部としての環状（又は不連続状）の内周側凸状部ＥＤ５と、それより外周側の環状（又は不連続状）の外周側凸状部ＥＤ６を同軸に設けている。凸状部ＥＤ５，ＥＤ６の高さは互いに等しく１０～１００μｍである。
本変形例によれば、脚部ＬＧに設けた内周側凸状部ＥＤ５と外周側凸状部ＥＤ６がステム部ＳＴの平面ＦＰに当接したときに、離間部となる端部平面ＥＤ１’及び外周面取り部ＥＤ３が、平面ＦＰとの間で、塗布された接着剤の厚みのバラツキを全周で所定範囲内に設定する接着剤厚み制御手段として機能する。
　図４（ｃ）の例では、端部平面ＥＤ１’上に当接部としての内周側凸状部ＥＤ５のみを設けている。本変形例によれば、脚部ＬＧに設けた内周側凸状部ＥＤ５がステム部ＳＴの平面ＦＰに当接したときに、離間部となる端部平面ＥＤ１’及び外周面取り部ＥＤ３が、平面ＦＰとの間で、塗布された接着剤の厚みのバラツキを全周で所定範囲内に設定する接着剤厚み制御手段として機能する。又、本変形例の場合、内周側凸状部ＥＤ５が外方から侵入する接着剤をブロックすることができる。
　図４（ｄ）の例では、端部平面ＥＤ１’上に当接部としての外周側凸状部ＥＤ６を設けている。本変形例によれば、脚部ＬＧに設けた外周側凸状部ＥＤ６がステム部ＳＴの平面ＦＰに当接したときに、離間部となる端部平面ＥＤ１’及び外周面取り部ＥＤ３が、平面ＦＰとの間で、塗布された接着剤の厚みのバラツキを全周で所定範囲内に設定する接着剤厚み制御手段として機能する。
　図４（ｅ）の例では、端部平面ＥＤ１’上に当接部としての内周側凸状部ＥＤ５と、それより外周側の外周側凸状部ＥＤ６を同軸に設け、更に内周側凸状部ＥＤ５に隣接してその外側に内周側周溝ＥＤ７を形成すると共に、外周側凸状部ＥＤ６に隣接してその内側に外周側周溝ＥＤ８を形成している。本変形例によれば、脚部ＬＧに設けた内周側凸状部ＥＤ５と外周側凸状部ＥＤ６がステム部ＳＴの平面ＦＰに当接したときに、離間部となる端部平面ＥＤ１’及び外周面取り部ＥＤ３が、平面ＦＰとの間で、塗布された接着剤の厚みのバラツキを全周で所定範囲内に設定する接着剤厚み制御手段として機能する。又、周溝ＥＤ７，ＥＤ８を設けることで、より大量の接着剤を確保することができ、これにより高い接着強度を確保できる。
　図４（ｆ）の例では、脚部ＬＧの端部傾斜面ＥＤ１”が、光軸に直交しておらず、光軸直交方向外方に向かうに連れて、平面ＦＰから離れるようなテーパ面となっている。よって、本変形例によれば、脚部ＬＧの端部をステム部ＳＴの平面ＦＰに当接させたときに、端部傾斜面ＥＤ１”の最も内周縁ＩＥが、当接部として円状に当接することになる。又、離間部となる、内周縁ＩＥを除く端部傾斜面ＥＤ１”及び外周面取り部ＥＤ３が、平面ＦＰとの間で、塗布された接着剤の厚みのバラツキを全周で所定範囲内に設定する接着剤厚み制御手段として機能する。
　図４（ｇ）の例では、脚部ＬＧの端部傾斜面ＥＤ１”が、光軸に直交しておらず、光軸直交方向内方に向かうに連れて、平面ＦＰから離れるようなテーパ面となっている。よって、本変形例によれば、脚部ＬＧの端部をステム部ＳＴの平面ＦＰに当接させたときに、端部傾斜面ＥＤ１”の最も外周縁ＯＥが、当接部として円状に当接することになる。又、離間部となる外周面取り部ＥＤ３が、平面ＦＰとの間で、塗布された接着剤の厚みのバラツキを全周で所定範囲内に設定する接着剤厚み制御手段として機能する。
　本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、レンズユニットの脚部でなく、ステム部側に凹凸を形成して、脚部の一部を当接させるようにしても良い。
ＣＰ 半導体レーザチップ
ＤＰ ディスペンサ
ＥＤ１ 当接平面
ＥＤ１’ 端部平面
ＥＤ１” 端部傾斜面
ＥＤ２ 内周側面取り部
ＥＤ３ 外周側面取り部
ＥＤ４ 凸状部
ＥＤ５ 内周側凸状部
ＥＤ６ 外周側凸状部
ＥＤ７ 内周側周溝
ＥＤ８ 外周側周溝
ＦＰ 上面
ＩＥ 内周縁
ＩＰ 内周面
ＬＤ リード
ＬＤＵ 半導体レーザユニット
ＬＧ 脚部
ＬＭ 半導体モジュール
ＬＳ レンズ部
ＬＳＵ レンズユニット
ＯＥ 外周縁
ＯＦ 光ファイバ
ＯＰ 外周面
ＳＭ サブマウント
ＳＴ ステム部

Claims (11)

  1. 　半導体レーザから出射された光束を収束光又は平行光に変換する為の光通信用のレンズユニットであって、
    　前記レンズユニットは、一体成形されたプラスチック製であり、
    　前記レンズユニットは、
    　前記半導体レーザから出射された光束を収束光又は平行光に変換するレンズ部と、
    　前記レンズ部を保持する脚部とを有し、
    　前記脚部は、前記半導体レーザを支持する基部に対して、前記脚部の端部の少なくとも一部が接着剤により接着されるものであり、
    　前記脚部の前記基部側の端部には、前記接着剤の厚みのバラツキを所定範囲内に抑える接着剤厚み制御手段が設けられていることを特徴とするレンズユニット。
  2. 　前記基部は平面を有し、
    　前記接着剤厚み制御手段は、
    　前記脚部の前記基板側の端部に設けられ、前記平面に当接する当接部と、
    　前記脚部の前記基板側の端部に設けられ、光軸方向高さが一定の面取り部とを有し、
    　前記平面と前記面取り部との間の空間に前記接着剤が充填されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
  3. 　前記基部は平面を有し、
    　前記接着剤厚み制御手段は、
    　前記脚部の前記基板側の端部に設けられ、前記平面に当接する当接部と、
    　前記平面から所定間隔だけ離れ、当該所定間隔が一定の離間部とを有し、
    　前記平面と前記離間部との間の空間に前記接着剤が充填されるようになっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズユニット。
  4. 　前記脚部は前記レンズ部全周に設けられた筒状の形状を有しており、
    　前記当接部は、前記脚部の前記端部の全周に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のレンズユニット。
  5. 　前記脚部は前記レンズ部全周に設けられた筒状の形状を有しており、
    　前記当接部は、前記脚部の前記端部の周方向に不連続であって、前記レンズ部の光軸に対して軸対称に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のレンズユニット。
  6. 　前記脚部は前記レンズ部周辺から光軸方向に延在された複数の突起部であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のレンズユニット。
  7. 　前記レンズユニットは、ポリオレフィン系樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のレンズユニット。
  8. 　前記レンズユニットの前記脚部の少なくとも一部には、前記レンズ部と同じ材料のコートが付与されていることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のレンズユニット。
  9. 　前記レンズユニットと前記基部との間に不活性ガスが封入されていることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のレンズユニット。
  10. 　前記レンズユニットの脚部には、前記接着剤が前記脚部の内周面に回り込まないように捕獲する捕獲部を設けていることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載のレンズユニット。
  11. 　請求項１～１０のいずれか１項に記載の光通信用のレンズユニットと、半導体レーザを一体的に組み付けてなることを特徴とする半導体モジュール。
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