WO2019038930A1 - 内視鏡用光モジュール、内視鏡、および内視鏡用光モジュールの製造方法 - Google Patents

内視鏡用光モジュール、内視鏡、および内視鏡用光モジュールの製造方法 Download PDF

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悠輔 中川
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Definitions

  • the present invention relates to a fiber holding portion having an insertion hole into which an optical fiber is inserted, a sealing portion joined to the fiber holding portion, and a joining member in which the fiber holding portion and the sealing portion are annular.
  • An optical module stored in a space formed by being joined via an optical module for an endoscope, an endoscope including the optical module for an endoscope, and the endoscope The present invention relates to a method of manufacturing an optical module.
  • the endoscope has an imaging device including an imaging element such as a CCD at the tip of the elongated insertion portion.
  • an imaging element such as a CCD
  • an imaging apparatus using an imaging element with a large number of pixels the amount of signals transmitted from the imaging element to the signal processing apparatus increases, so instead of electrical signal transmission through metal wiring by electrical signals, an optical fiber by optical signals is used.
  • Optical signal transmission is preferred.
  • an E / O type optical module electrical-optical converter
  • O / E type optical module for converting an optical signal to an electric signal
  • the optical element be hermetically sealed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2005-292739 and 2012-160526 disclose an optical module in which an optical element is mounted on a light transmitting substrate and stored in a package having a recess.
  • Japanese Patent Application Publication No. 2015-524285 discloses a medical instrument in which an optical fiber is inserted into an insertion hole of silicon oxide on the bottom surface and an optical element is mounted on the opposite surface.
  • An embodiment of the present invention is an optical module for endoscopes which has high reliability, small size and high productivity, an endoscope having the optical module for endoscopes, high reliability, small size and high productivity endoscope It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an optical module.
  • An endoscope optical module includes an optical element having a light emitting unit that outputs an optical signal or a light receiving unit to which the optical signal is input, and an external terminal connected to the light emitting unit or the light receiving unit.
  • the opening of the insertion hole made of a material substantially transparent to the wavelength of signal light faces the fiber holding portion in the first main surface, the third main surface and the third main surface
  • the optical element is stored in a space constituted by an upper recess having an opening in the second main surface of the fiber holding portion.
  • the bonding member is made of glass formed by heating and heating a glass frit, and the wall surface of the space is inclined such that the cross-sectional area of the space decreases in the direction of the insertion hole.
  • the optical element is disposed on the third main surface, and the external terminal is connected to the bonding electrode on the third main surface via a bonding wire; At the top, there is a wire recess in which part of the bonding wire is stored.
  • An endoscope includes an endoscope optical module, and the endoscope optical module is a light emitting unit that outputs an optical signal or a light receiving unit to which the optical signal is input; And an optical element having an external terminal connected to the light receiving portion, and a first main surface and a second main surface facing the first main surface, and transmitting the optical signal
  • a fiber holding device having an insertion hole into which an optical fiber is inserted, and the bottom of the insertion hole whose bottom is a material substantially transparent to the wavelength of light of the optical signal is on the first main surface
  • a sealing portion joined via a joining member, and an upper recess having an opening in the second main surface of the fiber holding portion The optical element is stored in a space that is configured, and the bonding member is made of glass formed by heating and heating a glass frit, and the wall surface of the space is in the direction of the insertion hole. And the optical element is disposed on the third main surface, and the external terminal is connected to the junction electrode of the third main surface. And a wire recess connected via a bonding wire and having a part of the bonding wire stored in the upper surface of the upper recess.
  • a light emitting unit that outputs an optical signal or a light receiving unit to which the optical signal is input, and an external terminal connected to the light emitting unit or the light receiving unit.
  • An optical fiber having a first main surface and a second main surface facing the first main surface, the optical fiber transmitting the optical signal being inserted therein;
  • a sealing portion having a fourth main surface facing the main surface, the third main surface being joined to the second main surface of the fiber holding portion via an annular joining member;
  • An upper recess having an opening in the second main surface of the fiber holding portion or an opening in the third main surface of the sealing portion
  • a highly reliable, compact, highly productive optical module for endoscopes an endoscope having the above optical module for endoscopes, a highly reliable, compact, highly productive inside It is possible to provide a method of manufacturing a light module for an endoscope.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1 of the optical module according to the first embodiment. It is an exploded view of the optical module of 1st Embodiment. It is a manufacture flowchart of the optical module of 1st Embodiment. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical module of 1st Embodiment. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical module of 1st Embodiment. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical module of 1st Embodiment. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical module of 1st Embodiment. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical module of 1st Embodiment. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the optical module of 1st Embodiment.
  • optical module 1 The endoscope optical module 1 (hereinafter, referred to as "optical module 1") according to the first embodiment will be described with reference to Figs. 1 to 3.
  • the drawings based on the respective embodiments are schematic, and it is noted that the relationship between the thickness and the width of each portion, the ratio of the thickness of each portion, and the like are different from the actual ones. There should be cases where parts of the drawings may differ in their dimensional relationships and proportions. In addition, illustration of some components and assignment of reference numerals may be omitted.
  • the direction in which the optical fiber 10 is disposed that is, the direction in which the value of the Z axis increases in FIG. 1 or the like, that is, the direction in which the optical fiber is disposed is referred to as the “up” direction.
  • the optical module 1 is an ultra-compact E / O module (electric-optical converter) that converts an electrical signal output from the imaging device of the endoscope 9 (see FIG. 18) into an optical signal and transmits the optical signal.
  • E / O module electric-optical converter
  • the optical module 1 includes an optical element 20, a fiber holding unit 30 having a ferrule function for holding an optical fiber 10, a sealing unit 40 joined to the fiber holding unit 30, a fiber holding unit 30, and a sealing unit 40. And an annular joint member 48 joining the two as a main component.
  • the optical fiber 10 for transmitting an optical signal includes a core having a diameter of, for example, 50 ⁇ m for transmitting the optical signal, and a cladding having a diameter of 125 ⁇ m covering the outer periphery of the core.
  • the optical element 20 is a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER: vertical cavity surface emitting laser) having a light emitting unit 21 that outputs an optical signal.
  • the ultra-compact optical device 20 which has a plan view dimension of 250 ⁇ m ⁇ 250 ⁇ m and a height of 150 ⁇ m, has two light emitting portions 21 with a diameter of 10 ⁇ m and a diameter of 70 ⁇ m connected to the light emitting portion 21 on the light emitting surface 20SA.
  • An external terminal 22 is provided on the light emitting surface 20SA.
  • the fiber holding portion 30 has a first main surface 30SA and a second main surface 30SB opposite to the first main surface 30SA.
  • the fiber holding portion 30 is a ferrule having an opening of the insertion hole H30, in which the optical fiber 10 is inserted in the first main surface 30SA.
  • the fiber holding portion 30 is composed of a ferrule portion 31 made of silicon and transparent portions 32A and 32B, and the bottom surface of the insertion hole H30 penetrating the ferrule portion 31 is formed of the transparent portion 32A. That is, the insertion hole H30 is a recess with a bottom.
  • the transparent portions 32A and 32B are translucent to light of the wavelength (850 to 1600 nm) of the light signal. Moreover, it has translucency also to the laser for fuse
  • the ultra-compact fiber holder 30 having a plan view size of 1000 ⁇ m ⁇ 1000 ⁇ m includes a ferrule portion 31 with a thickness of 350 ⁇ m, a transparent portion 32A with a thickness of 30 ⁇ m, and a transparent portion 32B with a thickness of 200 ⁇ m.
  • the ferrule portion 31 has a size of 500 ⁇ m ⁇ 500 ⁇ m in a plan view, and the ferrule portion 31 is not disposed on the outer peripheral portion of the upper surface of the transparent portion 32A. This is because the optical module 1 is subjected to laser irradiation heating from above in the manufacturing process, as described later.
  • the fiber holding portion 30 has an upper concave portion H32 which constitutes a hermetically sealed space S20 in which the optical element 20 is stored.
  • the upper recess H32 having an opening in the second main surface 30SB is composed of a recess (wire recess) H32A of the transparent portion 32A and a recess H32B of the transparent portion 32B.
  • the wall surface of the upper recess H32 constituting the space S20 is inclined such that the cross-sectional area of the space decreases in the upward direction (direction of the insertion hole). Therefore, the insertion of the optical element 20 into the space S20 is easy.
  • the sealing portion 40 has a third main surface 40SA and a fourth main surface 40SB opposite to the third main surface 40SA, and the third main surface 40SA is the second main surface of the fiber holding portion 30. 30SB is joined via an annular joint member 48.
  • the sealing unit 40 is, for example, a ceramic wiring board in which the optical element 20 is disposed on the third main surface 40SA.
  • the bonding electrode 45 of the third main surface 40SA of the sealing portion 40 is electrically connected to the external electrode 47 of the fourth main surface 40SB via the through wiring 46.
  • the external terminal 22 of the light emitting surface 20SA of the optical element 20 and the bonding electrode 45 are electrically connected via the bonding wire 29.
  • the bonding wire 29 is bent slightly upward from the junction with the external terminal 22 and then connected to the lower bonding electrode 45.
  • a part (upper part) of the bonding wire 29 is stored in the wire recess H 32 A of the transparent part 32 A of the fiber holding part 30.
  • the wire recess H32A in which a part of the bonding wire 29 is stored. Therefore, in the optical module 1, the distance between the light emitting portion 21 (light emitting surface 20SA) of the optical element 20 and the transparent portion 32A is short, the transmission efficiency of the optical signal is high, and the length (Z direction dimension ) Is easy to achieve.
  • An annular bonding member 48 bonding the second main surface 30SB of the fiber holding portion 30 and the third main surface 40SA of the sealing portion 40 is a low melting point formed by laser irradiation heating of the glass frit. It consists of glass.
  • specifying that the bonding member 48 has been manufactured by laser irradiation heating of the glass frit can be specified based on the structure of the optical module 1 and that such structure can not be analyzed or specified based on measurement. It is for example, it is technically impractical to identify whether the glass is melted by heating in a furnace or melted by heating with laser light.
  • the components until the laser beam reaches the bonding member 48 are made of a transparent material whose melting point is higher than the melting point of the bonding member 48.
  • the bonding member 48 is a glass having a melting point of 400 ° C.
  • the transparent portions 32A and 32B use a glass having a melting point of 50 ° C. or more higher than the melting point of the bonding member 48 by 500 ° C. or more.
  • the space S20 is filled with the transparent resin 50.
  • the transparent resin 50 is not only an index matching material but also a reinforcing member that reinforces the mechanical strength of the thin transparent portion 32A.
  • the transparent resin 50 filled between the light emitting portion 21 and the transparent portion 32 of the optical element 20 has a function of a refractive index matching material.
  • the transparent resin 50 disposed around the light emitting portion 21 of the optical element 20 and on the four side surfaces reduces the reinforcing effect of the transparent portion 32A and the stress applied to the joint between the optical element 20 and the bonding wire. Have an effect.
  • the transparent portion 32A has a short thickness of 30 ⁇ m, that is, an optical path length of the optical signal in the transparent portion 32, so as to transmit 95% or more of light of the wavelength of the optical signal. Therefore, when the optical fiber 10 is inserted into the insertion hole H30 of the fiber holding portion 30, there is a possibility that the thin transparent portion 32A may be damaged. However, as described later, in the optical module 1, the transparent portion 32 ⁇ / b> A is reinforced by the transparent resin 50 before the optical fiber 10 is inserted, and therefore, is not damaged.
  • the space S20 in which the optical element 20 is stored is hermetically sealed in order to improve the reliability of the optical element 20.
  • the thermal expansion coefficient of the gas is larger than the thermal expansion coefficient of the surrounding solid constituting the space S20. For this reason, since the internal gas expands / contracts due to the temperature change of the surroundings, stress is applied to the bonding portion of the bonding wire 29, and there is a possibility that the bonding reliability is lowered.
  • the space S20 is filled with the transparent resin 50, the amount of gas remaining is small. For this reason, the junction reliability of the optical element 20 is not reduced.
  • the optical module 1 since the optical element 20 and the transparent resin 50 are hermetically sealed by a glass frit made of an inorganic material having low hygroscopicity, the optical module 1 has high humidity reliability and a stable light amount.
  • an optical module in which the transparent resin 50 disposed so as to cover the light emitting unit 21 of the optical element 20 as a refractive index matching material is filled in the space S20 in which the optical element 20 is stored. 1 is highly reliable. Moreover, since the transparent part 32 is not damaged at the time of manufacture, the optical module 1 has high productivity. Furthermore, the optical element 20 hermetically sealed by the bonding member 48 made of annular glass has high reliability.
  • the wire recesses H32A and the recesses H32B are respectively formed on the transparent wafer 32AW and the transparent wafer 32BW, both are joined by, for example, the anodic bonding method.
  • the wall surface of the recess formed by sandblasting with high productivity is an inclined surface with an inclination angle ⁇ of 60 degrees to 70 degrees. In other words, the concave portion whose wall surface is inclined is easy to produce.
  • the transparent wafer is made of glass or the like which is a material substantially transparent to the wavelength of the light of the light signal.
  • the transparent wafer may be made of silicon which does not transmit visible light but transmits infrared light.
  • the transparent wafer 32AW is thinned to, for example, a thickness of 30 ⁇ m.
  • the thickness d of the transparent wafer 32AW is preferably 50 ⁇ m or less so as to transmit light of the wavelength of the optical signal by 95% or more. If the thickness d of the transparent wafer 32AW is, for example, 5 ⁇ m or more, there is no risk of breakage in the process up to step 17 described later.
  • Step S13> Silicon Wafer Bonding As shown in FIG. 7, a silicon wafer 31W is anodically bonded to a transparent wafer 32AW, for example, to produce a bonded wafer 30W. By bonding the silicon wafer 31W, the wire recess H32A and the recess H32B become an upper recess H32 that constitutes the space S20.
  • Step S14> Etching As shown in FIG. 8, dry etching such as RIE is performed on the first main surface 30SA of the silicon wafer 31W through the etching mask, and the transparent wafer 32AW becomes an etching stop layer, and the silicon wafer The insertion hole H30 which penetrates 31W is formed.
  • the outer diameter of the optical fiber 10 is 125 ⁇ m, for example, an insertion hole H30 with an inner diameter of 132 ⁇ m is formed.
  • the insertion hole H30 may be formed by wet etching.
  • the insertion hole H30 may have a prismatic shape as well as a cylindrical shape as long as the inner surface can hold the optical fiber 10.
  • the insertion hole H30 may have a tapered shape in which the diameter of the opening is larger than the diameter of the bottom surface.
  • the silicon wafer 31W is etched leaving the periphery of the insertion hole H30, whereby a plurality of ferrule parts 31 are produced.
  • the optical element 20 is fixed to the third main surface 40SA of the sealing portion 40 which is also a wiring board. Then, using the wire bonding apparatus, the external terminal 22 of the optical element 20 and the bonding electrode 45 of the third main surface 40SA of the sealing unit 40 are electrically connected to each other through the bonding wire 29.
  • the bonding wire 29 is a thin wire made of gold or aluminum.
  • the bonding wire 29 is drawn upward from the junction with the external terminal 22 in order to obtain stable bonding strength.
  • the bonding wire 29 protrudes, for example, by 50 to 100 ⁇ m from the light emitting surface 20SA.
  • the uncured and liquid transparent resin 50L is injected into the upper recess H32 of the fiber holding portion 30.
  • the amount of the uncured transparent resin 50L is set by dividing the volume of the optical element 20 from the volume of the upper recess H32 (space S20).
  • various resins with high light transmittance and a predetermined refractive index such as silicone resin or epoxy resin, are used.
  • the glass frit 48G patterned cyclically
  • the glass frit 48G is, for example, a powder of low melting glass having a melting point of 400.degree.
  • the glass frit 48G becomes the bonding member 48 made of glass.
  • the melting point of the transparent portions 32A and 32B is higher than the melting point of the bonding member 48.
  • the space S20 is hermetically sealed by the bonding member 48 made of glass.
  • the optical fiber 10 is inserted into the insertion hole H30, and the optical module shown in FIG. 2 is manufactured.
  • the optical fiber 10 is disposed such that its tip end surface abuts on the bottom surface of the insertion hole H30, and is fixed by an adhesive (not shown). At this time, the optical fiber 10 contacts the transparent portion 32A that constitutes the bottom surface of the insertion hole H30.
  • the thin transparent portion 32A has insufficient mechanical strength. However, the transparent portion 32A is reinforced by the transparent resin 50 on the bottom side (optical element side). For this reason, even if the optical fiber 10 contacts, the transparent part 32A will not be damaged. For this reason, the optical module 1 has high productivity.
  • the bonding member 48 is glass formed by laser irradiation heating of the glass frit 48G.
  • the optical element 20 stored in the space S20 hermetically sealed by the bonding member 48 made of glass is unlikely to be affected by moisture or the like, and has high reliability.
  • optical modules 1A and 1B according to modifications of the first embodiment will be described. Since the optical modules 1A and 1B are similar to the optical module 1 and have the same effect, the components having the same functions are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the ferrule portion 31A has a tapered shape in which the area of the first major surface 30SA is narrower than the area of the bottom surface.
  • the glass frit 48A can be disposed inside the glass frit 48G of the light module 1.
  • the optical module 1A can be smaller in size (outer size) when viewed in plan from the direction orthogonal to the optical axis than the optical module 1.
  • the ferrule portion 31A has a ferrule recess H31 communicating with the wire recess H32A, and a part of the bonding wire 29 is stored in the ferrule recess H31.
  • the optical module 1A can be further reduced in height more easily than the optical module 1.
  • the optical element 20A has an external electrode (not shown) on the back surface 20SB facing the light emission surface 20SA, and is directly joined to the electrode of the third main surface 40SA of the sealing portion 40A.
  • the bonding member 48A is made of glass that is laser melted, but may be solder.
  • the wiring board 43 is further joined to the sealing portion 40B.
  • the ferrule portion 31B is a rectangular parallelepiped having a ferrule recess H31.
  • the optical module 1B has two external terminals 22 and two bonding electrodes 45 in the depth direction of the drawing (Y-axis direction) in the drawing, and is connected by respective bonding wires 29.
  • the two bonding electrodes 45 are electrically connected to the wiring 45 B on the sealing portion 40 B, and are electrically connected to the wiring board 43 via the external electrode 44.
  • the transparent resin 50 is disposed around the light path of the light signal, it does not fill the space S20.
  • the configurations of the optical element, the ferrule portion, and the sealing portion can be appropriately changed according to the specifications of the optical module.
  • optical module 1C of the second embodiment is similar to the optical module 1 and the like, and has the same effect, so the components having the same functions are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the external terminal 22 of the optical element 20C is directly bonded to the bonding electrode 33A of the second main surface 30SB of the fiber holding portion 30C by, for example, ultrasonic bonding.
  • the bonding electrode 33A is disposed in an inner circumferential area surrounded by an annular bonding member 48 (48G), and has a wiring pattern 33 extended to the periphery (outside) of the bonding member 48.
  • an annular bonding member 48 48G
  • the two wiring patterns 33 intersect with the bonding member 48, since the bonding member 48 is made of glass of an insulating material, there is no short circuit.
  • the space S20C in which the optical element 20C is stored is configured by the lower recess H40 having an opening in the third main surface 40SA of the sealing portion 40C.
  • the glass frit 48G is heated by a laser beam incident from the fourth major surface 40SB of the sealing portion 40C made of a transparent material, for example, glass.
  • the melting point of the sealing portion 40C is higher than the melting point of the bonding member 48.
  • the component which becomes an optical path of a laser beam is comprised with the material whose melting
  • optical modules 1D to 1F according to modifications of the second embodiment will be described. Since the optical modules 1D to 1F are similar to the optical module 1C and have the same effect, components having the same functions are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the sealing unit 40D includes a frame 41D forming a wall of the space S20 and a lid 42D forming the fourth main surface, including.
  • the ferrule part 31D of the fiber holding part 30D has the same plan view size as the transparent part 32, but is made of a transparent material. Then, laser light for melting the bonding member 48 is incident from the first main surface 30SA of the fiber holding portion 30D.
  • the fiber holding portion 30D to be an optical path of laser light is made of a transparent material having a melting point higher than that of the bonding member 48 (48G).
  • an opening H33 is provided in the region where the bonding member 48 of the wiring pattern 33 is disposed. Therefore, the laser light incident from the first main surface 30SA is irradiated to the glass frit 48G through the opening H33 of the wiring pattern 33.
  • the opening H33 is a slit formed for irradiating the laser light efficiently without significantly increasing the electric resistance of the wiring pattern 33, an opening patterned in a circular shape, or an opening of a mesh structure.
  • the space S20 is not filled with the transparent resin.
  • a lens 39 made of resin is disposed on the second main surface 30SB of the fiber holding portion 30E.
  • the optical element 20C may be connected to the wiring pattern 33 via a bonding wire.
  • the configuration in which connection is performed via a bonding wire has a greater effect of using the lens 39 because the distance from the light emission surface 20SA to the second major surface 30SB is longer than the configuration in which bonding is performed via a bump.
  • An optical signal efficiently enters the optical fiber 10 through the lens 39 disposed to face the light emitting portion 21 of the optical element.
  • the sealing portion 40E is composed of a frame portion 41E and a lid portion 42E.
  • the lower concave portion H40 of the frame portion 41E is inclined such that the cross section of the space decreases in the direction of the optical fiber (upward) of the optical fiber. Therefore, it is easy to insert the optical element 20C into the space S20. Moreover, since the excessive glass frit flows along the inclined surface when coating the gel-like glass frit, the inclined frame portion 41E does not inhibit the optical element sealing process, and the productivity is improved. high.
  • the optical element 20F generates infrared light with a wavelength of 1300 nm to 1600 nm.
  • the fiber holder 30F is manufactured from an SOI wafer. That is, from the first main surface 30SA of the SOI wafer consisting of silicon layer 31 / silicon oxide layer 32A / silicon layer 32F, the insertion hole H30 is formed with the silicon oxide layer 32A as an etching stop layer. The bottom surface of the insertion hole H30 is the silicon oxide layer 32A, but the silicon layer 32F is also present in the light path. However, since the silicon layer 32F is a material substantially transparent to infrared light, the transmission efficiency does not decrease.
  • the frame portion and the lid portion are joined by an annular joining member made of glass.
  • the bonding member 48 is melted by laser irradiation from the fourth main surface 40SB.
  • the electrode 49B of the wiring board 49 on which the electronic components 25 and 26 are mounted is joined to the wiring pattern 33 of the fiber holding portion 30F.
  • the electronic component 25 is a drive IC that outputs a drive signal to the optical element 20F
  • the electronic component 26 is a chip capacitor.
  • optical modules 1, 1 to 1E may also be joined to the wiring board on which the electronic component is mounted as in the optical module 1F.
  • the endoscope 9 has the optical modules 1 (1A to 1F) at the distal end portion 9A of the insertion portion 9B.
  • the endoscope 9 includes an insertion unit 9B in which an imaging unit having an imaging element with a large number of pixels is disposed at a distal end 9A, an operation unit 9C disposed on the base end side of the insertion unit 9B, and an operation unit 9C. And a universal cord 9D extending from the
  • the electric signal output from the imaging unit is converted into an optical signal by the E / O type optical module 1 (1A to 1F), and the optical element disposed in the operation unit 9C via the optical fiber 10 is PD O It is converted again into an electric signal by the / E type optical module 1X, and is transmitted through the metal wiring. That is, a signal is transmitted through the optical fiber 10 in the small diameter insertion portion 9B.
  • the electrical signal output from the imaging unit is transmitted as an electrical signal to the insertion unit 9B, and is converted into an optical signal by the E / O type optical module 1 (1A to 1F) disposed in the operation unit 9C.
  • the optical element disposed in the main body may be converted into an electrical signal by the O / E type optical module 1X, which is a PD, via the universal cord 9D via a fiber.
  • the electrical signal output from the imaging unit is converted into an optical signal by the E / O type optical module 1 (1A to 1F), and the insertion unit 9B, the operation unit 9C, and the universal code 9D via the optical fiber 10
  • the optical element disposed in the main body may be converted into an electrical signal by the O / E type optical module 1X, which is a PD.
  • the optical modules 1 (1A to 1F) are small and highly reliable and productive. For this reason, the endoscope 9 has a small diameter in the insertion portion, and has high reliability and productivity.
  • the optical module 1X is disposed in the operation unit 9C, which has a relatively large arrangement space, but preferably has the same configuration as the optical module 1 of the present invention.
  • the endoscope 9 is a soft mirror, but may be a rigid mirror.
  • the control signal to the imaging unit is converted into an optical signal by the optical module 1 (1A to 1F) disposed in the operation unit 9C, and the optical signal is converted into an electrical signal by the optical module 1X disposed at the distal end 9A. May be converted to
  • the optical module 1 or the like is a light emitting element including the light emitting unit 21 from which the optical element 20 or the like outputs an optical signal.
  • the optical element of the optical module is a light receiving element such as a photodiode having a light receiving portion to which an optical signal is input, the same effect as the optical module 1 or the like is obtained.
  • the optical element may have a light emitting unit that outputs an optical signal or a light receiving unit to which an optical signal is input, and an external terminal connected to the light emitting unit or the light receiving unit.

Abstract

内視鏡用光モジュール１は、光素子２０と、ファイバ保持部３０と、ファイバ保持部３０と環状の接合部材４８を介して接合されている封止部４０と、を具備し、光ファイバ１０が挿入されるファイバ保持部３０の上凹部Ｈ３２により構成されている空間Ｓ２０に前記光素子２０が格納されており、接合部材４８が、ガラスフリット４８Ｇをレーザ光照射加熱することにより形成されたガラスからなり、空間Ｓ２０の壁面が傾斜しており、光素子２０の外部端子２２がボンディングワイヤ２９を介して接続されており、上凹部Ｈ３２の上面に、ボンディングワイヤ２９の一部が格納されているワイヤ凹部Ｈ３２Ａがある。

Description

内視鏡用光モジュール、内視鏡、および内視鏡用光モジュールの製造方法
　本発明は、光ファイバが挿入されている挿入孔があるファイバ保持部と、前記ファイバ保持部と接合されている封止部と、前記ファイバ保持部と前記封止部とが環状の接合部材を介して接合されることで形成された空間に格納された光素子と、を具備する内視鏡用光モジュール、前記内視鏡用光モジュールを具備する内視鏡、および、前記内視鏡用光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部にＣＣＤ等の撮像素子を含む撮像装置を有する。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撮像装置では、撮像素子から信号処理装置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信号による光ファイバを介した光信号伝送が好ましい。光信号伝送には、電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ型の光モジュール（電気－光変換器）と、光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ型の光モジュール（光－電気変換器）とが用いられる。
　内視鏡の挿入部の細径化のためには、光モジュールの小型化が重要である。また、光モジュールの信頼性向上のため、光素子は気密封止されていることが好ましい。
　日本国特開２００５－２９２７３９号公報および特開２０１２－１６０５２６号公報には、光素子が、透光性を有する基板に実装され、凹部のあるパッケージに格納された光モジュールが開示されている。
　日本国特表２０１５－５２４２８５号公報には、底面が酸化シリコンの挿入孔に光ファイバを挿入し、対向面に光素子を実装した医療器具が開示されている。
特開２００５－２９２７３９号公報 特開２０１２－１６０５２６号公報 特表２０１５－５２４２８５号公報
　本発明の実施形態は、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュール、前記内視鏡用光モジュールを有する内視鏡、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
　実施形態の内視鏡用光モジュールは、光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、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、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第１の主面にあるファイバ保持部と、第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面が前記ファイバ保持部の前記第２の主面と、環状の接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、前記ファイバ保持部の前記第２の主面に開口がある上凹部により構成されている空間に、前記光素子が格納されており、前記接合部材が、ガラスフリットをレーザ光照射加熱することにより形成されたガラスからなり、前記空間の壁面が、前記挿入孔の方向に向かって前記空間の断面積が小さくなるように、傾斜しており、前記光素子が前記第３の主面に配設されており、前記外部端子が前記第３の主面の接合電極と、ボンディングワイヤを介して接続されており、前記上凹部の上面に、前記ボンディングワイヤの一部が格納されているワイヤ凹部がある。
　別の実施形態の内視鏡は、内視鏡用光モジュールを具備し、前記内視鏡用光モジュールは、光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、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、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第１の主面にあるファイバ保持部と、第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面が前記ファイバ保持部の前記第２の主面と、環状の接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、前記ファイバ保持部の前記第２の主面に開口がある上凹部により構成されている空間に、前記光素子が格納されており、前記接合部材が、ガラスフリットをレーザ光照射加熱することにより形成されたガラスからなり、前記空間の壁面が、前記挿入孔の方向に向かって前記空間の断面積が小さくなるように、傾斜しており、前記光素子が前記第３の主面に配設されており、前記外部端子が前記第３の主面の接合電極と、ボンディングワイヤを介して接続されており、前記上凹部の上面に、前記ボンディングワイヤの一部が格納されているワイヤ凹部がある。
　別の実施形態の内視鏡用光モジュールの製造方法は、光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、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、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第１の主面にあるファイバ保持部と、第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面が前記ファイバ保持部の前記第２の主面と環状の接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、前記ファイバ保持部の前記第２の主面に開口がある上凹部または前記封止部の前記第３の主面に開口がある下凹部により構成されている空間に、前記光素子が、格納されている内視鏡用光モジュールの製造方法であって、前記接合部材は、ガラスフリットのレーザ照射加熱により形成されたガラスである。
　本発明の実施形態によれば、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュール、前記内視鏡用光モジュールを有する内視鏡、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュールの製造方法を提供できる。
第１実施形態の光モジュールの斜視図である。 第１実施形態の光モジュールの図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 第１実施形態の光モジュールの分解図である。 第１実施形態の光モジュールの製造フローチャートである。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の変形例１の光モジュールの断面図である。 第１実施形態の変形例２の光モジュールの断面図である。 第２実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第２実施形態の変形例１の光モジュールの接続配線の上面図である。 第２実施形態の変形例２の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第２実施形態の変形例３の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第２実施形態の変形例３の光モジュールの断面図である。 第３実施形態の内視鏡の外観図である。
＜第１実施形態＞
　図１から図３を用いて、第１実施形態の内視鏡用光モジュール１（以下、「光モジュール１」という）について説明する。なお、以下の説明において、各実施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。また、一部の構成要素の図示、符号の付与は省略する場合がある。また、光ファイバ１０の配設方向、すなわち、図１等においてＺ軸の値が増加する方向、すなわち光ファイバ配置方向、を「上」方向という。
　光モジュール１は、内視鏡９（図１８参照）の撮像素子が出力する電気信号を光信号に変換し光信号を伝送する超小型のＥ／Ｏモジュール（電気－光変換器）である。
　光モジュール１は、光素子２０と、光ファイバ１０を保持するフェルール機能を有するファイバ保持部３０と、ファイバ保持部３０と接合されている封止部４０と、ファイバ保持部３０と封止部４０とを接合している環状の接合部材４８と、を主要構成要素として具備する。
　光信号を伝送する光ファイバ１０は、光信号を伝送する直径が例えば５０μｍのコアと、コアの外周を覆う直径が１２５μｍのクラッドとからなる。
　光素子２０は、光信号を出力する発光部２１を有するＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting ＬＡＳＥＲ：垂直共振器面発光レーザ）である。平面視寸法が２５０μｍ×２５０μｍで高さが１５０μｍと、超小型の光素子２０は、光出射面２０ＳＡに、直径が１０μｍの発光部２１と、発光部２１と接続された直径が７０μｍの２つの外部端子２２を光出射面２０ＳＡに有する。
　ファイバ保持部３０は、第１の主面３０ＳＡと第１の主面３０ＳＡと対向する第２の主面３０ＳＢとを有する。ファイバ保持部３０は、第１の主面３０ＳＡに光ファイバ１０が挿入されている、挿入孔Ｈ３０の開口を有するフェルールである。
　ファイバ保持部３０は、シリコンからなるフェルール部３１と、透明部３２Ａ、３２Ｂとからなり、フェルール部３１を貫通している挿入孔Ｈ３０の底面が、透明部３２Ａにより構成されている。すなわち、挿入孔Ｈ３０は有底の凹部である。透明部３２Ａ、３２Ｂは、光信号の波長（８５０～１６００ｎｍ）の光に対して透光性を有している。また、同時に後述するガラスフリットを溶融させるためのレーザに対しても透光性を有している。
　例えば、平面視寸法が１０００μｍ×１０００μｍと超小型のファイバ保持部３０は、厚さが３５０μｍのフェルール部３１と厚さが３０μｍの透明部３２Ａと、厚さが２００μｍの透明部３２Ｂとを含む。
　なお、光モジュール１では、フェルール部３１は、平面視寸法が５００μｍ×５００μｍであり、透明部３２Ａの上面の外周部にはフェルール部３１は配設されていない。これは後述するように、光モジュール１は製造工程において上方からのレーザ照射加熱が行われるためである。
　ファイバ保持部３０には、光素子２０が格納されている気密封止された空間Ｓ２０を構成している上凹部Ｈ３２がある。第２の主面３０ＳＢに開口がある上凹部Ｈ３２は、透明部３２Ａの凹部（ワイヤ凹部）Ｈ３２Ａと透明部３２Ｂの凹部Ｈ３２Ｂとからなる。なお、空間Ｓ２０を構成している上凹部Ｈ３２の壁面は、上方向（挿入孔の方向）に向かって空間の断面積が小さくなるように、傾斜している。このため、光素子２０の空間Ｓ２０への挿入が容易である。
　封止部４０は、第３の主面４０ＳＡと第３の主面４０ＳＡと対向する第４の主面４０ＳＢとを有し、第３の主面４０ＳＡがファイバ保持部３０の第２の主面３０ＳＢと、環状の接合部材４８を介して接合されている。封止部４０は、第３の主面４０ＳＡに光素子２０が配設されている、例えば、セラミック配線板である。封止部４０の第３の主面４０ＳＡの接合電極４５は貫通配線４６を介して第４の主面４０ＳＢの外部電極４７と電気的に接続されている。
　光素子２０の光出射面２０ＳＡの外部端子２２と、接合電極４５とは、ボンディングワイヤ２９を介して電気的に接続されている。ボンディングワイヤ２９は、外部端子２２との接合部から少し上方に湾曲してから下方の接合電極４５と接続されている。
　ファイバ保持部３０の透明部３２Ａのワイヤ凹部Ｈ３２Ａには、ボンディングワイヤ２９の一部（上部）が格納されている。言い替えれば、上凹部３２の上面には、ボンディングワイヤ２９の一部が格納されているワイヤ凹部Ｈ３２Ａがある。このため、光モジュール１では、光素子２０の発光部２１（光出射面２０ＳＡ）と、透明部３２Ａとの間の距離が短く、光信号の電送効率が高く、かつ、長さ（Ｚ方向寸法）の短い低背化が容易である。
　ファイバ保持部３０の第２の主面３０ＳＢと封止部４０の第３の主面４０ＳＡとを接合している環状の接合部材４８は、ガラスフリットをレーザ照射加熱することにより形成された低融点ガラスからなる。
　なお、接合部材４８が、ガラスフリットのレーザ照射加熱により製造されたことを、光モジュール１の構造に基づき特定すること、かつ、かかる構造を測定に基づき解析し特定することも不可能又は非実際的である。例えば、ガラスが加熱炉における加熱により溶融したのか、それともレーザ光照射による加熱により溶融したのかを特定することは、技術上、非実際的である。
　ただし、レーザ光が接合部材４８に到達するまでの間にある構成要素は、透明で、かつ、融点が接合部材４８の融点超の材料からなる。例えば、接合部材４８が、融点４００℃のガラスの場合、透明部３２Ａ、３２Ｂは、融点が接合部材４８の融点よりも５０℃以上高い、５００℃以上のガラスを用いることが好ましい。
　一方、空間Ｓ２０は、透明樹脂５０により充填されている。透明樹脂５０は、屈折率整合材であると同時に、薄い透明部３２Ａの機械的強度を補強する補強部材でもある。
　すなわち、光素子２０の発光部２１と透明部３２との間に充填されている透明樹脂５０は、屈折率整合材の機能を有する。一方、光素子２０の発光部２１の周囲、および４側面に配設されている透明樹脂５０は、透明部３２Ａの補強効果および光素子２０およびボンディングワイヤの接合部に印加される応力を低減する効果を有する。
　透明部３２Ａは、例えば、光信号の波長の光を、９５％以上透過するように、その厚さ、すなわち、透明部３２における光信号の光路長は３０μｍと短い。このため、ファイバ保持部３０の挿入孔Ｈ３０に光ファイバ１０を挿入するときに、薄い透明部３２Ａが破損するおそれがあった。しかし、後述するように、光モジュール１では、光ファイバ１０を挿入する前に、透明部３２Ａは透明樹脂５０により補強されているため、破損することはない。
　また、光素子２０が格納されている空間Ｓ２０は、光素子２０の信頼性向上のため、気密封止されている。空間Ｓ２０に気体が残存していると、気体の熱膨張係数は、空間Ｓ２０を構成している周囲の固体の熱膨張係数よりも大きい。このため、周囲の温度変化により、内部の気体が膨張／収縮するため、ボンディングワイヤ２９の接合部に応力が印加され、接合信頼性が低下するおそれがあった。
　しかし、空間Ｓ２０には、透明樹脂５０が充填されているため残存する気体が少ない。このため、光素子２０の接合信頼性が低下することはない。
　また、従来の内視鏡は、高湿度環境のオートクレーブ処理等により、光モジュールへ水分が侵入すると、光素子の劣化や封止樹脂の剥離が発生して光量が変化するおそれがあった。
しかし、光素子２０および透明樹脂５０は吸湿性が低い無機材料からなるガラスフリットで気密封止されているため、光モジュール１は湿度信頼性も高く光量が安定している。
　以上の説明のように、屈折率整合材として光素子２０の発光部２１を覆うように配設されていた透明樹脂５０が、光素子２０が格納されている空間Ｓ２０に充填されている光モジュール１は信頼性が高い。また製造時に透明部３２が破損することがないため、光モジュール１は生産性が高い。さらに、環状のガラスからなる接合部材４８により気密封止されている光素子２０は信頼性が高い。
＜光モジュールの製造方法＞
　図４のフローチャートに沿って光モジュールの製造方法を説明する。光モジュール１は、ウエハ状態で主構造が作製された後に、個片化される。
＜ステップＳ１１＞　透明ウエハに凹部形成／接合
　図５に示すように、透明ウエハ３２ＡＷおよび透明ウエハ３２ＢＷは、それぞれワイヤ凹部Ｈ３２Ａ、凹部Ｈ３２Ｂが形成されてから、両者が例えば陽極接合法により接合される。生産性が高いサンドブラスター加工により形成される凹部の壁面は傾斜角度θが、６０度～７０度の傾斜面となる。言い替えれば、壁面が傾斜している凹部は生産が容易である。
　透明ウエハは、光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料であるガラス等から構成されている。光信号の光が赤外光の場合には、例えば可視光を透過しないが赤外光を透過するシリコンで透明ウエハが構成されていてもよい。
＜ステップＳ１２＞透明ウエハ薄層化
　図６に示すように、透明ウエハ３２ＡＷが、例えば３０μｍ厚になるまで、薄層化加工される。透明ウエハ３２ＡＷの厚さｄは、伝送効率改善のため、光信号の波長の光を、９５％以上透過するように、５０μｍ以下であることが好ましい。なお、透明ウエハ３２ＡＷの厚さｄは、例えば５μｍ以上であれば、後述するステップ１７までの工程において破損するおそれがない。
＜ステップＳ１３＞シリコンウエハ接合
　図７に示すように、透明ウエハ３２ＡＷにシリコンウエハ３１Ｗが、例えば、陽極接合され接合ウエハ３０Ｗが作製される。シリコンウエハ３１Ｗの接合により、ワイヤ凹部Ｈ３２Ａおよび凹部Ｈ３２Ｂは、空間Ｓ２０を構成する上凹部Ｈ３２となる。
＜ステップＳ１４＞エッチング
　図８に示すように、シリコンウエハ３１Ｗの第１の主面３０ＳＡにエッチングマスクを介してのＲＩＥ等のドライエッチング処理が行われ、透明ウエハ３２ＡＷがエッチングストップ層となり、シリコンウエハ３１Ｗを貫通する挿入孔Ｈ３０が形成される。光ファイバ１０の外径が１２５μｍの場合、例えば内径１３２μｍの挿入孔Ｈ３０が形成される。
　挿入孔Ｈ３０は、ウエットエッチングで形成してもよい。挿入孔Ｈ３０は、円柱状のほか、その内面で光ファイバ１０を保持できれば、角柱状であってもよい。また挿入孔Ｈ３０は、開口の径が底面の径より大きいテーパー形状であってもよい。
　さらに、挿入孔Ｈ３０の形成と同時に、挿入孔Ｈ３０の周囲を残してシリコンウエハ３１Ｗをエッチングすることで、複数のフェルール部３１が作製される。
　接合ウエハ３０Ｗを切断することにより、複数のファイバ保持部３０が作製される。
＜ステップＳ１５＞光素子実装
　図９に示すように、配線板でもある封止部４０の第３の主面４０ＳＡに光素子２０が固定される。そして、ワイヤボンディング装置を用いて、光素子２０の外部端子２２と、封止部４０の第３の主面４０ＳＡの接合電極４５とが、ボンディングワイヤ２９を介して電気的に接続される。ボンディングワイヤ２９は、金またはアルミニウム等からなる細線である。
　ワイヤボンディングでは、安定した接合強度を得るために、ボンディングワイヤ２９は外部端子２２との接合部から上方に引き出される。ボンディングワイヤ２９は、光出射面２０ＳＡから、例えば５０～１００μｍだけ突出する。
＜ステップＳ１６＞透明樹脂注入
　一方、ファイバ保持部３０の上凹部Ｈ３２に、未硬化で液状の透明樹脂５０Ｌが注入される。未硬化の透明樹脂５０Ｌの量は、上凹部Ｈ３２（空間Ｓ２０）の体積から、光素子２０の体積を除算して設定される。透明樹脂５０には、光透過性の高い所定の屈折率の各種の樹脂、例えば、シリコーン樹脂、またはエポキシ樹脂等を用いる。
　そして、第２の主面３０ＳＢと第３の主面４０ＳＡとの間に、環状にパターニングされたガラスフリット４８Ｇが配設される。ガラスフリット４８Ｇは、例えば融点が４００℃の低融点ガラスの粉末である。
＜ステップＳ１７＞レーザ接合
　図１０に示すように、上方から透明部３２Ａ、３２Ｂを介してレーザ光が照射され融点以上に加熱されると、ガラスフリット４８Ｇは、ガラスからなる接合部材４８となる。透明部３２Ａ、３２Ｂの融点は、接合部材４８の融点よりも高い。
　ガラスからなる接合部材４８により、空間Ｓ２０は気密封止される。
＜ステップＳ１８＞　ファイバ挿入
　挿入孔Ｈ３０に光ファイバ１０が挿入され、図２に示した光モジュールが作製される。光ファイバ１０は、その先端面が挿入孔Ｈ３０の底面と当接するように配置され、接着剤（不図示）により固定される。このとき、光ファイバ１０は、挿入孔Ｈ３０の底面を構成している透明部３２Ａと接触する。
　薄い透明部３２Ａは機械的強度が十分ではない。しかし、透明部３２Ａは底面側（光素子側）が透明樹脂５０で補強されている。このため、光ファイバ１０が接触しても透明部３２Ａが破損することはない。このため、光モジュール１は生産性が高い。
　以上の説明のように、本実施形態の光モジュールの製造方法では、接合部材４８は、ガラスフリット４８Ｇのレーザ照射加熱により形成されたガラスである。ガラスからなる接合部材４８により気密封止されている空間Ｓ２０に格納されている光素子２０は水分の影響等を受けにくく信頼性が高い。
＜第１実施形態の変形例＞
　次に、第１実施形態の変形例の光モジュール１Ａ、１Ｂについて説明する。光モジュール１Ａ、１Ｂは、光モジュール１と類似し同じ効果を有するため、同じ機能の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１１に示すように変形例１の光モジュール１Ａでは、フェルール部３１Ａは、第１の主面３０ＳＡの面積が底面の面積よりも狭いテーパー形状である。これにより、上方から透明部３２Ａ、３２Ｂを介して照射するレーザ光がフェルール部３１Ａに遮られることがない。光モジュール１Ａでは、ガラスフリット４８Ａを光モジュール１のガラスフリット４８Ｇよりも内側に配置できる。このため、光モジュール１Ａは、光軸直交方向から平面視したときのサイズ（外寸）を光モジュール１よりも小さくできる。
　また、フェルール部３１Ａにはワイヤ凹部Ｈ３２Ａと連通しているフェルール凹部Ｈ３１があり、フェルール凹部Ｈ３１にも、ボンディングワイヤ２９の一部が格納されている。
　このため、光モジュール１Ａは、ボンディングワイヤ２９が上に凸形状に変形していても、光モジュール１よりも更に低背化が容易である。
　なお、光素子２０Ａは光出射面２０ＳＡと対向する裏面２０ＳＢに外部電極（不図示）があり、封止部４０Ａの第３の主面４０ＳＡの電極と直接、接合されている。なお、接合部材４８Ａは、レーザ溶融されているガラスからなるが、半田でもよい。
＜第１実施形態の変形例２＞
　図１２に示すように変形例２の光モジュール１Ｂでは、封止部４０Ｂに更に配線板４３が接合されている。また、フェルール部３１Ｂは、フェルール凹部Ｈ３１のある直方体である。
　また、光モジュール１Ｂは、図において紙面奥行き方向（Ｙ軸方向）に２つの外部端子２２および２つの接合電極４５を有し、それぞれのボンディングワイヤ２９で接続されている。２つの接合電極４５は封止部４０Ｂ上の配線４５Ｂと電気的に接続され、外部電極４４を介して配線板４３と電気的に接続される。さらに、透明樹脂５０は、光信号の光路を中心に配設されているが、空間Ｓ２０を充填してはいない。
　以上の説明のように、光素子、フェルール部、および封止部の構成は、光モジュールの仕様に応じて、適宜、変更が可能である。
＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態の光モジュール１Ｃについて説明する。光モジュール１Ｃは、光モジュール１等と類似し同じ効果を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
　図１３に示すように、光モジュール１Ｃでは、光素子２０Ｃの外部端子２２は、ファイバ保持部３０Ｃの第２の主面３０ＳＢの接合電極３３Ａに、直接、例えば超音波接合法により接合されている。接合電極３３Ａは環状の接合部材４８（４８Ｇ）で囲まれた内周領域に配設されており、接合部材４８の周囲（外側）まで延設されている配線パターン３３を有する。２つの配線パターン３３は接合部材４８と交差しているが、接合部材４８が絶縁材料のガラスからなるため、短絡することはない。
　光素子２０Ｃが格納されている空間Ｓ２０Ｃは、封止部４０Ｃの第３の主面４０ＳＡに開口のある下凹部Ｈ４０により構成されている。
　ガラスフリット４８Ｇは、透明材料、例えば、ガラスからなる封止部４０Ｃの第４の主面４０ＳＢから入射するレーザ光により加熱される。封止部４０Ｃの融点は、接合部材４８の融点よりも高い。
　すなわち、レーザ光の光路となる構成要素は、接合部材よりも融点が高い材料により構成されている。
＜第２実施形態の変形例＞
　次に、第２実施形態の変形例の光モジュール１Ｄ～１Ｆについて説明する。光モジュール１Ｄ～１Ｆは、光モジュール１Ｃと類似し同じ効果を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
＜第２実施形態の変形例１＞
　図１４に示すように変形例１の光モジュール１Ｄでは、封止部４０Ｄは、空間Ｓ２０の壁面を構成している枠部４１Ｄと、第４の主面を構成している蓋部４２Ｄと、を含む。
　一方、ファイバ保持部３０Ｄのフェルール部３１Ｄは、透明部３２と同じ平面視寸法であるが、透明材料からなる。そして、接合部材４８を溶融するためのレーザ光は、ファイバ保持部３０Ｄの第１の主面３０ＳＡから入射される。レーザ光の光路となるファイバ保持部３０Ｄは、接合部材４８（４８Ｇ）よりも融点が高い透明材料により構成されている。
　なお、図１５に示すように、配線パターン３３の接合部材４８が配設されている領域には、開口Ｈ３３がある。このため、第１の主面３０ＳＡから入射したレーザ光は、配線パターン３３の開口Ｈ３３を介してガラスフリット４８Ｇに照射される。
　開口Ｈ３３は、配線パターン３３の電気抵抗を大きく増加することなく、かつ、レーザ光を効率良く照射するために形成されたスリット、円形等にパターニングされた開口、またはメッシュ構造の開口である。
＜第２実施形態の変形例２＞
　図１６に示すように、第２実施形態の変形例２の光モジュール１Ｅでは、空間Ｓ２０には透明樹脂は充填されていない。一方、ファイバ保持部３０Ｅの第２の主面３０ＳＢには、樹脂からなるレンズ３９が配設されている。なお光モジュール１Ｅにおいて、光素子２０Ｃはボンディングワイヤを介して配線パターン３３と接続されていてもよい。ボンディングワイヤを介して接続する構成は、バンプを介して接合する構成よりも、光出射面２０ＳＡから第２の主面３０ＳＢまでの距離が長くなるので、レンズ３９を用いる効果がより大きい。
　光素子の発光部２１と対向するように配置されるレンズ３９を介して、光信号は効率的に光ファイバ１０に入射する。
　また、封止部４０Ｅは枠部４１Ｅと蓋部４２Ｅとからなる。枠部４１Ｅの下凹部Ｈ４０は、壁面が光ファイバの方向（上方向）に向かって空間の断面積が小さくなるように、傾斜している。このため、光素子２０Ｃを空間Ｓ２０に挿入することが容易である。また、傾斜している枠部４１Ｅは、ゲル状のガラスフリットをコーティングするときに、過剰なガラスフリットが傾斜面に沿って流れ込むため、光素子封止工程を阻害することがなく、生産性が高い。
＜第２実施形態の変形例３＞
　図１７に示すように、第２実施形態の変形例３の光モジュール１Ｆは、光素子２０Ｆは、波長１３００ｎｍ～１６００ｎｍの赤外光を発生する。ファイバ保持部３０Ｆは、ＳＯＩウエハから作製される。すなわち、シリコン層３１／酸化シリコン層３２Ａ／シリコン層３２ＦからなるＳＯＩウエハの第１の主面３０ＳＡから、酸化シリコン層３２Ａをエッチングストップ層として挿入孔Ｈ３０が形成される。挿入孔Ｈ３０の底面は酸化シリコン層３２Ａであるが、光路にはシリコン層３２Ｆも存在する。しかし、シリコン層３２Ｆは赤外光に対しては実質的に透明な材料であるため、伝送効率が低下することはない。
　光モジュール１Ｆの封止部４０Ｆは、枠部と蓋部とがガラスからなる環状の接合部材により接合されている。第４の主面４０ＳＢからのレーザ照射により接合部材４８は溶融する。
　また、電子部品２５、２６が実装された配線板４９の電極４９Ｂが、ファイバ保持部３０Ｆの配線パターン３３に接合されている。例えば、電子部品２５は、光素子２０Ｆに駆動信号を出力するドライブＩＣであり、電子部品２６はチップコンデンサである。
　なお、光モジュール１、１～１Ｅも、光モジュール１Ｆのように、電子部品が実装された配線板と接合されていてもよいことは言うまでもない。
＜第３実形態施＞
　次に、第３実施形態の内視鏡９について説明する。図１８に示すように、内視鏡９は、挿入部９Ｂの先端部９Ａに光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）を有する。
　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、Ｅ／Ｏ型の光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）により光信号に変換され、光ファイバ１０を介して操作部９Ｃに配設された光素子がＰＤであるＯ／Ｅ型の光モジュール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１０を介して信号が伝送される。
　または、撮像部が出力した電気信号は、挿入部９Ｂを電気信号として伝送し、操作部９Ｃに配設されたＥ／Ｏ型の光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）により光信号に変換され、光ファイバを介してユニバーサルコード９Ｄを経由して、本体（不図示）に配設された光素子がＰＤであるＯ／Ｅ型の光モジュール１Ｘにより電気信号に変換されてもよい。
　または、撮像部が出力した電気信号は、Ｅ／Ｏ型の光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）により光信号に変換され、光ファイバ１０を介して挿入部９Ｂと、操作部９Ｃと、ユニバーサルコード９Ｄと、を経由して、本体（不図示）に配設された光素子がＰＤであるＯ／Ｅ型の光モジュール１Ｘにより電気信号に変換されてもよい。
　すでに説明したように、光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）は、小型で信頼性および生産性が高い。このため、内視鏡９は挿入部が細径で、信頼性および生産性が高い。
　なお、光モジュール１Ｘは、比較的、配置スペースが広い操作部９Ｃに配設されているが、本発明の光モジュール１等と同じ構成であることが好ましい。また、内視鏡９は軟性鏡であるが、硬性鏡でもよい。また、操作部９Ｃに配設された光モジュール１（１Ａ～１Ｆ）により、撮像部への制御信号が光信号に変換され、先端部９Ａに配設された光モジュール１Ｘにより光信号が電気信号に変換されてもよい。
　なお、光モジュール１等は、光素子２０等が光信号を出力する発光部２１を有する発光素子である。これに対して、光モジュールの光素子が、光信号が入力される受光部を有する、例えば、フォトダイオード等の受光素子であっても、光モジュール１等と同様の効果を有する。
　すなわち、光素子は、光信号を出力する発光部または光信号が入力される受光部と、発光部または受光部と接続された外部端子と、を有していればよい。
　本発明は、上述した各実施例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、および応用が可能である。
１、１Ａ－１Ｆ、１Ｘ・・・光モジュール
９・・・内視鏡
１０・・・光ファイバ
２０・・・光素子
２１・・・発光部
２２・・・外部端子
２５、２６・・・電子部品
２９・・・ボンディングワイヤ
３０・・・ファイバ保持部
３１・・・フェルール部
３２・・・透明部
３３・・・配線パターン
３３Ａ・・・接合電極
３９・・・レンズ
４０・・・封止部
４１Ｄ・・・枠部
４２Ｄ・・・蓋部
４３・・・配線板
４５・・・接合電極
４６・・・貫通配線
４７・・・外部電極
４８・・・接合部材
４８Ｇ・・・ガラスフリット
４９・・・配線板
５０・・・透明樹脂

Claims (13)

  1. 　光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、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、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第１の主面にあるファイバ保持部と、
    　第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面が前記ファイバ保持部の前記第２の主面と、環状の接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、
    　前記ファイバ保持部の前記第２の主面に開口がある上凹部により構成されている空間に、前記光素子が格納されており、
    　前記接合部材が、ガラスフリットをレーザ光照射加熱することにより形成されたガラスからなり、
    　前記空間の壁面が、前記挿入孔の方向に向かって前記空間の断面積が小さくなるように、傾斜しており、
    　前記光素子が前記第３の主面に配設されており、前記外部端子が前記第３の主面の接合電極と、ボンディングワイヤを介して接続されており、前記上凹部の上面に、前記ボンディングワイヤの一部が格納されているワイヤ凹部があることを特徴とする内視鏡用光モジュール。
  2. 　前記ファイバ保持部に前記上凹部と連通しているフェルール凹部があり、前記フェルール凹部にも、前記ボンディングワイヤの一部が格納されていることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光モジュール。
  3. 　光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、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、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第１の主面にあるファイバ保持部と、
    　第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面が前記ファイバ保持部の前記第２の主面と、環状の接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、
    　前記ファイバ保持部の前記第２の主面に開口がある上凹部または前記封止部の前記第３の主面に開口がある下凹部により構成されている空間に、前記光素子が、格納されていることを特徴とする内視鏡用光モジュール。
  4. 　前記ファイバ保持部および前記封止部の少なくともいずれかが、前記接合部材よりも高融点の透明材料からなることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡用光モジュール。
  5. 　前記ファイバ保持部が、前記挿入孔を構成している貫通孔のあるフェルール部と、前記底面および前記第２の主面を構成している、前記接合部材よりも高融点の透明材料からなる透明部と、を含み、
    　前記ファイバ保持部の前記接合部材が配設されている領域は、前記フェルール部が配設されておらず前記透明部により構成されていることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡用光モジュール。
  6. 　前記接合部材が、絶縁材料からなり、
    　前記ファイバ保持部は、前記第２の主面の前記接合部材で囲まれた内周領域に配設され、前記外部端子と接合されている接合電極と、前記接合電極から前記接合部材の周囲まで延設されている配線パターンと、を有することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  7. 　前記配線パターンの前記接合部材が配設されている領域には、開口があることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡用光モジュール。
  8. 　前記接合部材が、ガラスフリットのレーザ照射加熱により形成されているガラスであることを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  9. 　前記空間の壁面が、前記光ファイバが挿入される方向に向かって前記空間の断面積が小さくなるように、傾斜していることを特徴とする請求項３から請求項８のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  10. 　前記ファイバ保持部の前記第２の主面の接合電極に、前記光素子の前記外部端子が接合されていることを特徴とする請求項３から請求項９のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  11. 　前記空間に、透明樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  12. 　請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュールを具備することを特徴とする内視鏡。
  13. 　光信号を出力する発光部または前記光信号が入力される受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、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、前記光信号を伝送する光ファイバが挿入される挿入孔があり、有底で底面が前記光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料からなる前記挿入孔の開口が前記第１の主面にあるファイバ保持部と、
    　第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面が前記ファイバ保持部の前記第２の主面と環状の接合部材を介して接合されている封止部と、を具備し、
    　前記ファイバ保持部の前記第２の主面に開口がある上凹部または前記封止部の前記第３の主面に開口がある下凹部により構成されている空間に、前記光素子が、格納されている内視鏡用光モジュールの製造方法であって、
    　前記接合部材は、ガラスフリットのレーザ照射加熱により形成されたガラスであることを特徴とする内視鏡用光モジュールの製造方法。
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