(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、光通信の普及により、様々な装置に光モジュールが搭載されるようになっている。そして、装置によっては、光モジュールの小型化及び軽量化が強く望まれる場合がある。このような光モジュールの用途としては、例えば折り畳み式又はスライド式の携帯電話の操作部(キーボード搭載部)と表示部(ディスプレイ搭載部)との間の通信が挙げられる。
【0006】
特許文献1に記載の光モジュールは、第4基板の上面に第1基板及び第3基板が設置され、さらに第3基板の上に第2基板が設置されているので、コネクタの上に3つの基板が積層された構造となっている。このため、光モジュールの厚さ方向の寸法が増大する。
【0007】
また、特許文献1に記載の光モジュールは、その全長(光ファイバの延伸方向の長さ)を短くしようとした場合、例えば第2基板と第3基板を小型化して挿入ガイド溝を短縮することが考えられる。しかし、挿入ガイド溝を短縮すると、光ファイバの保持剛性が低くなり、光ファイバが抜け出しやすくなってしまう。このため、光モジュールの全長を短縮することに構造上の制約がある。
【0008】
そこで、本発明は、光ファイバを確実に保持しながら、小型化を図ることが可能な光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、回路基板と、前記回路基板の実装面に実装された光電変換素子と、光ファイバを保持すると共に、前記光ファイ
バと前記光電変換素子とを光学的に結合する光結合部材と、前記回路基板の前記実装面に実装され、前記光電変換素子に電気的に接続された半導体回路素子と、前記回路基板
の前記実装面に対して反対側の面との間に前記光結合部材を挟むように配置された板状の支持基板とを備え、
前記光結合部材は、前記支持基板側に開口して前記光ファイバの先端部を収容する溝部を有し、前記支持基板は、前記溝部に収容された前記光ファイバの先端部を前記光結合部材との間に挟持し、前記支持基板の側面には、前記支持基板の厚さ方向に延びる導電性の金属箔が一体に形成され、前記金属箔の一端が前記回路基板の非実装面に設けられた電極に接続されている光モジュールを提供する。
【0010】
また、前記支持基板は、導電性の金属箔が中心軸に沿って形成された絶縁性の材料からなる棒状の基材を、前記中心軸に直交する断面で前記金属箔と共にダイシングして得てもよい。
【0011】
また、
前記溝部は、前記半導体回路素子と前記光電変換素子との並列方向に沿って延びているとよい。
【0012】
また、前記支持基板は、前記光結合部材に向かい合う第1の平面とは反対側の第2の平面から、前記溝部に収容された前記光ファイバの先端部を視認可能な透光性を有するとよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る光モジュールによれば、光ファイバを確実に保持しながら、小型化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態に係る光モジュールの一構成例を、
図1〜
図9を参照して説明する。
【0016】
図1は、本実施の形態に係る光モジュール1を示す斜視図である。
図2は、光モジュール1が電子回路基板8に搭載された状態を示す側面図である。
図3は、光モジュール1に装着された光ファイバ9の軸線に沿って切断した光モジュール1のA−A線断面図である。
【0017】
この光モジュール1は、
図2に示すように、電子回路基板8に搭載して使用される。電子回路基板8は、例えばガラス繊維にエポキシ樹脂をしみ込ませて熱硬化処理を施した板状の基材80に複数の銅箔81を張り付けたガラスエポキシ基板である。電子回路基板8には、図略のCPU(Central Processing Unit)や記憶素子等の電子部品が搭載され、光モジュール1に装着される光ファイバ9を伝送媒体とする光通信により、他の電子回路基板又は電子装置との間で信号を送信又は受信する。
【0018】
光モジュール1は、回路基板2と、回路基板2の実装面2aに実装された光電変換素子31と、光ファイバ9を保持すると共に光電変換素子31と光ファイバ9とを光学的に結合する光結合部材4と、回路基板2の実装面2aに実装され、光電変換素子31に電気的に接続された半導体回路素子32と、回路基板2との間に光結合部材4を挟むように配置された板状の支持基板5とを備えている。
【0019】
支持基板5の側面には、支持基板5の厚さ方向に延びる導電性の金属箔51が本体部50と一体に形成され、金属箔51の一端が回路基板2の非実装面2bに設けられた電極222に接続されている。金属箔51と電極222とは、
図2に示すように、ハンダ7によって電気的に接続(短絡)されている。なお、
図1ではハンダ7の図示を省略している。
【0020】
また、本実施の形態では、回路基板2の光結合部材4側に絶縁性の樹脂からなるカバーレイ20(
図2,3に示す)が設けられている。そして、カバーレイ20と回路基板2及び光結合部材4との間、ならびに光結合部材4と支持基板5との間は、接着等の固定手段により相互に固定されている。また、支持基板5には、ステンレス等の金属を屈曲して形成された枠体6が固定されている。枠体6は、光モジュール1に接続される光ファイバ9の外周を三方向から囲むように形成されている。
【0021】
光モジュール1は、光ファイバ9の延伸方向に沿った全長が例えば1.3mmであり、この方向に直交する幅方向の寸法が例えば1.0mmである。また、光モジュール1の高さ方向(電子回路基板8に垂直な方向)の寸法は例えば0.8mmである。
【0022】
光電変換素子31は、電気エネルギーを光に変換し、又は光を電気.エネルギーに変換する素子である。前者の例としては、半導体レーザー素子やLED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)が挙げられる。また、後者の例としては、フォトダイオードが挙げられる。光電変換素子31は、回路基板2との対向面に形成された図略の受発光部から光を出射又は入射するように構成されている。
【0023】
光電変換素子31が電気エネルギーを光に変換する素子である場合、半導体回路素子32は、電子回路基板8から入力される電気信号に基づいて光電変換素子31を駆動するドライバICである。また、光電変換素子31が光を電気エネルギーに変換する素子である場合、半導体回路素子32は、光電変換素子31から入力される信号を増幅して電子回路基板8側に出力するプリアンプICである。
【0024】
なお、本実施の形態では、光電変換素子31及び半導体回路素子32がそれぞれ一つである場合について説明するが、回路基板2に複数の光電変換素子31及び半導体回路素子32が実装されていてもよい。
【0025】
図4は、回路基板2を示し、(a)は実装面2aの平面図、(b)は非実装面2bの平面図である。
【0026】
回路基板2は、柔軟性及び光透過性を有するフィルム状の絶縁体からなる基材21の表面に、導電性の金属箔からなる複数の電極221,222が設けられたフレキシブル基板である。光電変換素子31及び半導体回路素子32が実装される実装面2aには、複数の電極221が設けられている。実装面2aの裏側の非実装面2bには、複数の電極222が設けられている。
【0027】
複数の電極222には、支持基板5の金属箔51がそれぞれハンダ付けされ、電気的に接続される。本実施の形態に係る光モジュール1では、電極222及び金属箔51が共に6つである。電極222は、非実装面2bの周縁部に設けられている。
【0028】
実装面2aにおける複数の電極221は、その機能によって接続用電極221aとテスト用電極221bとに分類される。接続用電極221aは、光電変換素子31の端子311又は半導体回路素子32の端子321(
図2,
図3参照)にハンダ付けによって接続される電極である。
【0029】
テスト用電極221bは、光モジュール1が電子回路基板8に搭載されていない単体の状態で、光モジュール1の動作試験を行うためのテスト用の電極であり、スルーホール23によって複数の電極222にそれぞれ直接接続されている。テスト用電極221bには、動作試験用のプローブが接触し、このプローブを介して電源の供給やテスト信号の入出力が行われる。本実施の形態では、複数(4つ)のテスト用電極221bが、半導体回路素子32よりも実装面積の小さい光電変換素子31の周辺に配置されている。
【0030】
図5は、光結合部材4を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B線断面図、(c),(d)は斜視図である。
【0031】
光結合部材4は、光ファイバ9を保持する保持体40と、光ファイバ9から出射された出射光を導く導光体41とを有して構成されている。保持体40及び導光体41は共に光ファイバ9を伝搬する伝搬光の波長において透光性を有し、導光体41は、保持体40の屈折率よりも高い屈折率を有している。保持体40は、例えばPI(ポリイミド)からなり、導光体41は、例えばアクリル、エポキシ、PI、ポリシロキサン等からなる。
【0032】
保持体40は平板状であり、カバーレイ20に対向する平坦な表(おもて)面40aと、表面40aに平行で支持基板5に対向する裏面40bとを有している。保持体40は、支持基板5側に開口して光ファイバ9の先端部を収容する溝部401を裏面40b側に有している。溝部401は、半導体回路素子32と光電変換素子31との並列方向に沿って延びるように、保持体40の裏面40bから保持体40の厚さ方向に表面40aに向かって窪むように形成されている。
【0033】
また、保持体40は、溝部401に連通し、光ファイバ9を伝搬する伝搬光を導く導光体41を有している。導光体41は、その中心軸が溝部401の延伸方向と平行である。
図5(a)では、導光体41を破線で示している。
【0034】
またさらに、保持体40には、裏面40b側に切り欠き部403が形成されている。切り欠き部403は、保持体40の一方の側面から他方の側面に亘って形成され、その延伸方向は導光体41の中心軸に直交している。また、切り欠き部403は、側面視で三角形状を呈し、その切り欠き面403aによって導光体41を終端している。切り欠き部403が裏面40bとなす角度は例えば45°である。なお、切り欠き部403には、樹脂を充填してもよい。
【0035】
導光体41は、溝部401側の一端が入出射面41aであり、切り欠き部403の切り欠き面403aによって終端された斜面が反射面41bである。入出射面41aは、溝部401に保持された光ファイバ9のクラッド層91に囲まれたコア90(
図1に示す)に対向する位置に設けられている。反射面41bは、光電変換素子31から出射された光を入出射面41a側に、又は入出射面41aから入射した光を光電変換素子31側に、反射する。
【0036】
保持体40の溝部401に収容された光ファイバ9の先端部は、
図2,3に示すように、保持体40(溝部401の底面)と支持基板5との間に挟持される。
【0037】
図6は、カバーレイ20を示す斜視図である。
【0038】
カバーレイ20は、光透過性を有する平板状の絶縁体である。カバーレイ20は、例えばPI(ポリイミド)からなる。また、カバーレイ20は、光結合部材4(保持体40)の表面40aの全面を覆う大きさ及び形状に形成されている。本実施の形態では、表面40aに対向するカバーレイ20の一平面が、表面40aと合同である。
【0039】
図7は、枠体6を示す斜視図である。枠体6は、平板状の基部60と、基部60に連接した底壁部61と、底壁部61の両端に立設された一対の側壁部62とを一体に有している。基部60は、次に説明する支持基板5の裏面50bに接着により固定される。
【0040】
枠体6は、一対の側壁部62の間の空間に、光ファイバ9を光結合部材4の溝部401に挿入した後に固定するための図略の接着剤を受容し、この接着剤が固化するまで貯留する。
【0041】
図8は、支持基板5を示し、(a)は左側面図、(b)は正面図、(c)は右側面図、(d)は斜視図である。
【0042】
支持基板5は、直方体状の絶縁性の材料からなる本体部50と、本体部50の側面に形成された複数(6つ)の金属箔51とを一体に有している。本実施の形態では、本体部50の第1〜第4の側面50c〜50fのうち、導光体41に平行で、かつ互いに対向する第2の側面50d及び第4の側面50fに、それぞれ3つの金属箔51が形成されている。
【0043】
金属箔51は、光結合部材4の裏面40bに向かい合う表(おもて)面50aの端部から、その裏側の裏面50bの端部に至るまで、支持基板5の厚さ方向(表面50a及び裏面50bに垂直な方向)に沿って延びるように形成されている。
【0044】
本実施の形態では、本体部50がガラスを含有する素材から形成されている。より具体的には、本体部50は、ガラス繊維にエポキシ樹脂をしみ込ませて熱硬化処理を施したガラスエポキシからなり、本実施の形態では、本体部50の素材が所謂FR4(Flame Retardant Type 4)である。また、金属箔51は、銅を主体とし、この銅の表面に金メッキが施されている。
【0045】
本体部50は、その厚みが例えば0.5mm以下であり、表面50a(第1の平面)とは反対側の裏面50b(第2の平面)から、光結合部材4の溝部401に収容された光ファイバ9の先端部を視認可能な透光性を有している。
【0046】
図9は、支持基板5の製造過程を示す説明図であり、複数の支持基板5がダイシングにより個片化される前の棒状部材500を示している。
【0047】
この棒状部材500は、支持基板5の本体部50となる基材50Aと、基材50Aの中心軸Cに沿って基材50Aの側面に形成され、支持基板5の金属箔51となる線状の金属箔51Aとを一体に有している。
【0048】
棒状部材500は、予め研磨された基材50Aの側面を覆うように銅の薄板を張り付けて接着し、この薄板を金属箔51Aの形状に適合するようにエッチングし、さらに薄板上に金メッキを施して金属箔51Aを形成する。なお、金属箔51Aを例えば蒸着によって形成してもよい。また、金メッキに替えてニッケルメッキ又はフラックス処理を施してもよい。
【0049】
支持基板5は、棒状の基材50Aを、その中心軸Cに直交する断面で金属箔51Aと共にダイシングしてなる。
図9では、棒状部材500の切断線Sを一点鎖線で示している。すなわち、棒状部材500の切断面が、支持基板5の表面50a又は裏面50bとなる。
【0050】
(光モジュール1の動作)
次に、
図2を参照して光モジュール1の動作について説明する。ここでは、光電変換素子31がVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER、垂直共振器面発光レーザ)であり、半導体回路素子32がこの光電変換素子31を駆動するドライバICである場合を中心に説明する。
【0051】
光モジュール1は、電子回路基板8から動作電源が供給されて動作する。この動作電源は、支持基板5の金属箔51及び回路基板2を介して光電変換素子31及び半導体回路素子32に入力される。また、半導体回路素子32には、電子回路基板8から金属箔51及び回路基板2を介して、光ファイバ9を伝送媒体として送信すべき信号が入力される。半導体回路素子32は、入力された信号に基づいて光電変換素子31を駆動する。
【0052】
光電変換素子31は、回路基板2との対向面に形成された受発光部から、回路基板2の実装面2aに向かって、実装面2aに垂直な方向にレーザー光を出射する。
図3では、このレーザー光の光路Lを二点鎖線で示している。
【0053】
レーザー光は回路基板2の基材21及びカバーレイ20を透過して、光結合部材4に入射する。光結合部材4に入射したレーザー光は反射面41bで反射し、導光体41に導かれて入出射面41aから光ファイバ9のコア90に入射する。
【0054】
なお、光電変換素子31が例えばフォトダイオードであり、半導体回路素子32がプリアンプICである場合には、光の進行方向が上記とは逆となり、光電変換素子31が受信した光信号を電気信号に変換して半導体回路素子32に出力する。半導体回路素子32は、この電気信号を増幅し、回路基板2及び支持基板5の金属箔51を介して電子回路基板8側に出力する。
【0055】
(実施の形態の作用及び効果)
本実施の形態によれば、以下に示す作用及び効果が得られる。
【0056】
(1)光電変換素子31及び半導体回路素子32は、回路基板2に実装され、光ファイバ9はこの回路基板2と支持部材5との間に挟まれた光結合部材4に保持される。これにより、光ファイバ9を保持するための部材を回路基板2の上側(支持部材5との反対側)に設ける必要がなく、光モジュール1の厚さ方向の寸法を小さくできる。
【0057】
(2)光結合部材4は、回路基板2と支持部材5との間に挟まれるので、光ファイバ9を収容する溝部401の長さが直接的に光モジュール1の全長に影響しない。つまり、例えば特許文献1に記載の光モジュールのように、光ファイバを保持する部材と受光素子又は発光素子とが光ファイバの延伸方向に並列している場合には、光ファイバを保持する長さを長くすれば、それに応じて光モジュールの全長が長くなるが、本実施の形態では、光結合部材4と回路基板2とが光モジュール1の厚さ方向に重なるように配置されるので、光モジュール1の大型化を招来することなく光ファイバ9を保持するスペースを確保することができ、光ファイバ9を確実に保持することができる。
【0058】
(3)光電変換素子31と半導体回路素子32は、回路基板2の同じ面(実装面2a)に実装されるので、例えば光電変換素子31が実装面2aに実装され、半導体回路素子32がその裏側の面(非実装面2b)に実装された場合に比較して、光モジュール1の厚さ方向の寸法を小さくすることができる。また、光電変換素子31及び半導体回路素子32の実装が容易となる。
【0059】
(4)回路基板2の電極222と電子回路基板8の銅箔81との間に、支持基板5の金属箔51が介在するので、例えばハンダを引き延ばして電極222と銅箔81と直接的に接続する場合に比較して、接続作業が容易となる。つまり、電極222と銅箔81との間の間隔が0.5mm程度であれば、これらをハンダによって接続することが可能ではあるが、金属箔51が介在することにより、電極222と銅箔81とを容易かつ確実に接続することができる。
【0060】
(5)支持基板5は、棒状部材500をダイシングして得られるので、例えば直方体状の絶縁部材に導電体を組み合わせる場合に比較して、低コストで製造することが可能である。
【0061】
(6)本体部50は、裏面50b側から光結合部材4の溝部401に収容された光ファイバ9の先端部を視認可能な透光性を有しているので、、光ファイバ9を装着する作業を、光ファイバ9の位置を確認しながら確実に行うことができる。
【0062】
(7)金属箔51は支持基板5の第2の側面50d側及び第4の側面50f側に露出しているので、電子回路基板8の銅箔81とのハンダ付けによる接続が容易となる。また、金属箔51と銅箔81とのハンダ付け後にその接続状態を目視により確認することが可能となる。
【0063】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【0064】
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、光モジュール1に一本の光ファイバ9が装着された場合について説明したが、これに限らず、複数の光ファイバ9が装着されるように光モジュールを構成してもよい。また、光モジュール1の各部材の材質も、上記したものに限らない。