JP4123123B2 - 光電気複合部品 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送等に用いられる光電気複合部品に関するものである。

光伝送を行う光伝送用モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されているように、発光素子で発生させた光信号を光ファイバにより伝送したり、光ファイバを伝搬してきた光信号を受光素子で受光するものが知られている。
特開平７−３５９５８号公報

上記のような光伝送用モジュールには、発光素子や受光素子等の光デバイスだけでなく、ＩＣチップ等の電子デバイスも存在する。このような光伝送用モジュールでは、モジュール内の収納スペース等の制約からコンパクト化が強く望まれている。

本発明の目的は、光デバイス及び電子デバイスを含むモジュールのコンパクト化を可能にする光電気複合部品を提供することである。

本発明の光電気複合部品は、光ファイバを位置決め保持するためのファイバ穴を有するフェルールと、フェルールの外面に形成され、電気配線を行うための金属めっき部とを備え、フェルールは、ポリフェニレンサルファイド樹脂またはエポキシ樹脂を含むと共に溶融石英からなる無機充填剤を含む材料で、無機充填剤が外面に露出して、成形されており、フェルールの線膨張係数が２５ｐｐｍ／Ｋ以下であり、フェルールのガラス転移温度が８５℃以上であることを特徴とするものである。

このような光電気複合部品を用いて、光デバイスと電子デバイスとを含むモジュールを構成する場合、フェルールのファイバ穴に光ファイバを挿入して固定する。また、異なるデバイス同士を、フェルールの外面に形成された金属めっき部を介して電気的に接続する。このようにフェルールにファイバ穴と金属めっき部とを設けることにより、光配線部と電気配線部とを１つのフェルールに集約することができる。従って、モジュールの内部において光デバイスの収納領域と電子デバイスの収納領域とを分けた場合に比べて、モジュールのコンパクト化を図ることが可能となる。
また、フェルールがポリフェニレンサルファイド樹脂またはエポキシ樹脂を含む材料で成形されているので、機械的強度に優れたフェルールを得ることができる。また、それらの樹脂に溶融石英等を充填させた場合には、樹脂の収縮率が小さくなるので、フェルールの寸法精度が出しやすくなる。
また、フェルールの線膨張係数が２５ｐｐｍ／Ｋ以下であるので、フェルールのファイバ穴に光ファイバを挿入したときに、光ファイバに対して大きな応力が加わることを防止できる。
フェルールのガラス転移温度が８５℃以上であるので、フェルールの耐熱性が高くなり、フェルールが熱変形しにくくなるため、高温環境下での光電気複合部品の使用に有利となる。
また、フェルールの外面に無機充填剤が露出しているので、フェルールと金属めっき部との密着性を良くすることができる。

好ましくは、金属めっき部は、フェルールの複数の面に連続して形成されている。これにより、例えば電気基板上に光電気複合部品を載置した状態において、異なるデバイス同士を、金属めっき部と電気基板に形成された電気配線パターンとを介して電気的に接続することが可能となる。

また、好ましくは、フェルールは、ポリエステル樹脂を含む材料で成形されてなる。これにより、機械的強度及び耐熱性に優れたフェルールを得ることができる。

この場合、好ましくは、フェルールは、ジカルボン酸成分とジオール成分との重縮合物であって、分子内に非共役炭素−炭素二重結合を有するポリエステル樹脂５０〜９０重量％と、分子内に２個以上の炭素−炭素二重結合を有する多官能化合物１０〜５０重量％とを含有する混合物１００重量部に対して、無機充填剤を１５０〜１５００重量部の割合で含有する樹脂組成物から溶融成形され、更に電離放射線により照射架橋されてなり、フェルールの２０℃での破壊曲げ強度が８０Ｍｐａ以上である。これにより、ガラス転移温度が高く、線膨張係数が小さいフェルールを得ることができる。また、材料の配合割合を上記のようにすることにより、電離放射線の照射による架橋の度合いが十分高くなると共に、フェルールの曲げ強度や曲げ弾性率が高くなるため、フェルールが容易に変形・破壊することは無い。

この場合、ポリエステル樹脂は、全ジカルボン酸成分を基準として、分子内に非共役炭素−炭素二重結合を有する不飽和ジカルボン酸成分１０〜６０モル％を含有するジカルボン酸成分とジオール成分との重縮合物であることが好ましい。これにより、電離放射線の照射による架橋の度合いが更に高くなると共に、フェルールの衝撃強度が高くなる。

また、好ましくは、多官能化合物は、多官能アクリル酸エステル、多官能イソシアヌル酸エステル及び多官能シアヌル酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種の多官能モノマーである。これにより、かなり多量の電離放射線を照射しなくても樹脂組成物の架橋が行えるため、コスト的に有利である。

さらに、好ましくは、無機充填剤は溶融石英である。これにより、フェルールの機械的強度を更に高くすることができる。

この場合、好ましくは、溶融石英は、球状石英と破砕状石英とを含む。このように破砕状石英を含有させることにより、金属めっき部がフェルールから剥がれにくくなり、フェルールと金属めっき部との密着性が良くなる。

この場合、破砕状石英の含有率が１／１０〜１／２であることが好ましい。これにより、フェルールと金属めっき部とが十分に密着されると共に、良好な樹脂流れ性が確保されるため、フェルールが成形しやすくなる。

また、フェルールは、ポリフェニレンサルファイド樹脂またはエポキシ樹脂を含む材料で成形されてなる構成であってもよい。この場合にも、機械的強度に優れたフェルールを得ることができる。また、それらの樹脂に溶融石英等を充填させた場合には、樹脂の収縮率が小さくなるので、フェルールの寸法精度が出しやすくなる。

また、好ましくは、フェルールの線膨張係数が２５ｐｐｍ／Ｋ以下であり、フェルールのガラス転移温度が８５℃以上である。これにより、フェルールのファイバ穴に光ファイバを挿入したときに、光ファイバに対して大きな応力が加わることを防止できる。また、フェルールの耐熱性が高くなり、フェルールが熱変形しにくくなるため、高温環境下での光電気複合部品の使用に有利となる。

さらに、好ましくは、金属めっき部は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｕの階層構造を有している。これにより、フェルールと金属めっき部との良好な密着性を確保しつつ、電気配線としての抵抗等を小さくすることができる。

本発明によれば、光ファイバを位置決め保持するためのファイバ穴を有するフェルールと、フェルールの外面に形成され、電気配線を行うための金属めっき部とを備えたので、光デバイス及び電子デバイスを含むモジュールのコンパクト化を実現することができる。

以下、本発明に係わる光電気複合部品の好適な実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係わる光電気複合部品の一実施形態を示す斜視図である。同図において、本実施形態の光電気複合部品１は、直方体状のフェルール２を有している。このフェルール２には、光ファイバを位置決め保持するための複数のファイバ穴３が形成されている。各ファイバ穴３は、フェルール２の一端面（前面）２ａから他端面（後面）２ｂに向けて等ピッチで延びている。

フェルール２の外面には、電気配線を行うための複数の金属めっき部４が各ファイバ穴３に対応して形成されている。各金属めっき部４は、フェルール２の下面２ｃから前面２ａを通って上面２ｄまで連続的に延びている。また、各金属めっき部４は、各ファイバ穴３の開口の周囲を含むように形成されている。

このような光電気複合部品１において、フェルール２は、耐熱性及び機械的強度等の観点から、ポリエステル樹脂（Ａ）と多官能化合物（Ｂ）とを含有する混合物に対して、無機充填剤（Ｃ）を充填した樹脂組成物を溶融成形し、更に電離放射線により照射架橋して形成されたものである。

本実施形態で使用するポリエステル樹脂（Ａ）は、ジカルボン酸成分とジオール成分との重縮合物であって、分子内に非共役炭素−炭素二重結合を有する熱可塑性樹脂である。このようなポリエステル樹脂（Ａ）は、所定形状の成形品を成形した後、分子内に２個以上の炭素−炭素二重結合を有する多官能化合物（Ｂ）の存在下、電離放射線を照射することにより、高度に架橋させることができる。

ジカルボン酸成分としては、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、アゼライン酸等の脂肪族ジカルボン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸等の不飽和脂肪族ジカルボン酸などが挙げられる。ジカルボン酸成分は、ジカルボン酸のカルボキシル基をアルキルエステル（例えばエチルエステル）や金属塩（例えばＮａ塩）に変換したものや、酸無水物基としたもの（例えば、無水マレイン酸）を包含する。

ジオール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＡ−エチレンオキサイド付加物、ビスフェノールＡ−プロピレンオキサイド付加物等が挙げられる。

本実施形態で使用するポリエステル樹脂（Ａ）は、重縮合法やエステル交換法等の既知の方法により合成することができる。合成されたポリエステル樹脂中には、一般にジカルボン酸成分（ジカルボン酸単位）とジオール成分（ジオール単位）とが等モル％（５０モル％／５０モル％）で存在する。

ジカルボン酸成分とジオール成分との重縮合物であって、分子内に非共役炭素−炭素二重結合を有するポリエステル樹脂（Ａ）を合成するには、ジカルボン酸成分として、分子内に非共役炭素−炭素二重結合を有する不飽和ジカルボン酸成分を使用することが好ましい。このような不飽和ジカルボン酸成分としては、前述のフマル酸、マレイン酸、イタコン酸等の不飽和脂肪族ジカルボン酸を例示することができ、これらにはアルキルエステルや無水マレイン酸等の酸無水物なども含まれる。

なお、「非共役炭素−炭素二重結合」とは、ポリエステル樹脂の主鎖に不飽和基として存在する炭素−炭素二重結合（Ｃ＝Ｃ）のことである。「非共役炭素−炭素二重結合」と呼ぶのは、テレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸の芳香族中の炭素−炭素二重結合と区別するためである。

ポリエステル樹脂（Ａ）は、全ジカルボン酸成分を基準として、分子内に非共役炭素−炭素二重結合を有する不飽和ジカルボン酸成分１０〜６０モル％を含有するジカルボン酸成分とジオール成分との重縮合物であることが好ましい。不飽和ジカルボン酸成分の割合は、より好ましくは１５〜５０モル％、特に好ましくは２０〜４０モル％である。これにより、後で詳述する無機充填剤（Ｃ）を多量に配合した樹脂組成物から成形された成形品に電離放射線を照射した際に、十分な架橋度合いが得られると共に、照射架橋品の衝撃強度が高くなる。また、照射架橋品のガラス転移温度等の物性も高度にバランスさせることができる。

分子内に２個以上の炭素−炭素二重結合を有する多官能化合物（Ｂ）としては、重合性の炭素−炭素二重結合（Ｃ＝Ｃ）を有する多官能化合物が好ましい。このような多官能化合物（Ｂ）としては、エチレングリコールジメタクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート等の多官能（メタ）アクリル酸エステル、トリアリルイソシアヌレート等の多官能イソシアヌル酸エステル、トリアリルシアヌレート等の多官能シアヌル酸エステル等の多官能性モノマーが挙げられる。また、多官能化合物としては、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等の多官能性オリゴマーを使用することができる。

これらの多官能化合物（Ｂ）は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。これらの中でも、トリメチロールプロパントリメタクリレートやトリアリルシアヌレート等の多官能性モノマーが好ましい。これにより、電離放射線に対する反応性が高くなるので、電離放射線をあまり多く照射しなくても樹脂組成物の架橋を完了させることができる。従って、トータルの生産コストを考慮すると有利である。

無機充填剤（Ｃ）としては、機械的強度等の観点から、球状石英と破砕状石英とを含んだ溶融石英を使用するのが好適である。このように球状石英だけでなく、破砕状石英を含ませることにより、アンカー効果が発揮されることになるため、金属めっき部４がフェルール２から剥がれにくくなり、フェルール２と金属めっき部４との密着性が良くなる。このとき、破砕状石英の含有率は、溶融石英全体に対して１／１０〜１／２であることが好ましい。このような割合とすることにより、アンカー効果を十分に発揮できると共に、溶融樹脂の流れ性が良くなるため、樹脂成形が行いやすくなる。

ここで、ポリエステル樹脂（Ａ）と多官能化合物（Ｂ）との配合割合としては、ポリエステル樹脂（Ａ）が５０〜９０重量％、多官能化合物（Ｂ）が１０〜５０重量％であるのが好ましく、ポリエステル樹脂（Ａ）が５５〜８５重量％、多官能化合物（Ｂ）が１５〜４５重量％であるのがより好ましく、ポリエステル樹脂（Ａ）が６０〜８０重量％、多官能化合物（Ｂ）が２０〜４０重量％であるのが特に好ましい。これにより、無機充填剤（Ｃ）を充填した樹脂組成物から得られた成形品に電離放射線を照射した際に、架橋の度合いが十分となると共に、成形品の曲げ強度や曲げ弾性率が高くなる。

無機充填剤（Ｃ）は、ポリエステル樹脂（Ａ）と多官能化合物（Ｂ）との混合物１００重量部に対して、１５０〜１５００重量部の割合で含有しているのが好ましい。無機充填剤（Ｃ）の配合割合は、２００〜１０００重量部であるのがより好ましく、２５０〜８００重量部であるのが特に好ましい。これにより、樹脂組成物、ひいては成形品の線膨張係数を極めて小さくすることができる。

以上において、射出成形法等を用いて、ポリエステル樹脂（Ａ）と多官能化合物（Ｂ）と無機充填剤（Ｃ）とを含んだ樹脂組成物を所定形状に溶融成形する。そして、得られた成形品に電離放射線を照射して架橋することにより、フェルール２を形成する。このとき、電離放射線の照射線量は、５０〜５００ｋＧｙの範囲内とすることが架橋性と機械的物性とのバランスの観点から好ましい。

電離放射線の照射による架橋プロセスは、一般に常温で実施できるプロセスであり、加熱条件下で硬化を行うプロセスでないため、架橋（硬化）に伴う成形品の収縮や歪みの残留が極めて少なく、高い寸法精度をもったフェルール２が得られる。

フェルール２の２０℃（常温）での破壊曲げ強度は、好ましくは８０Ｍｐａ以上であり、より好ましくは１００Ｍｐａ以上である。なお、破壊曲げ強度の上限は、通常１５０ＭＰａ程度である。これにより、成形品の機械的強度が高くなり、フェルールの変形や破壊が生じにくくなる。

フェルール２の線膨張係数は、好ましくは２５ｐｐｍ／Ｋ以下であり、より好ましくは２０ｐｐｍ／Ｋ以下である。なお、線膨張係数の下限は、通常１０ｐｐｍ／Ｋ程度である。これにより、フェルール２のファイバ穴３に光ファイバ５を挿入し固定した状態（図２参照）で、光ファイバ５に対して大きな応力がかかることを防止できる。

また、フェルール２のガラス転移温度は、好ましくは８５℃以上であり、より好ましくは１００℃以上であり、特に好ましくは１３０℃以上である。なお、ガラス転移温度の上限は、通常３００℃、好ましくは２００℃程度である。これにより、フェルール２の耐熱性が向上し、フェルール２が熱変形しにくくなるため、高温環境下においても光電気複合部品１を確実に使用することができる。

フェルール２の材料としては、上述したようなポリエステル樹脂を含む材料の他に、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂やエポキシ樹脂を含む材料を使用することもできる。この場合にも、機械的強度の高いフェルール２を得ることができる。

ＰＰＳ樹脂を含む材料としては、粘度１００〜３００ポイズのＰＰＳ樹脂２０〜４０重量％と、無機充填剤６０〜８０重量％とを含有する混合物であるのが好ましい。また、エポキシ樹脂を含む材料としては、エポキシ樹脂５〜３０重量％と、無機充填剤７０〜９５重量％とを含有する混合物であるのが好ましい。いずれの場合も、無機充填剤としては、上記の無機充填剤（Ｃ）と同様の溶融石英を用いるのが好ましい。このようにＰＰＳ樹脂またはエポキシ樹脂に多くの溶融石英を充填させるので、樹脂の収縮率が小さくなる。これにより、寸法精度の高いフェルール２を得ることができる。

以上のようなフェルール２の外面に形成される金属めっき部４は、下側からＣｕ−Ｎｉ−Ａｕの階層構造を有している。これにより、電気配線として使用する金属めっき部４の抵抗が小さくなる。また、フェルール２に対してＡｕめっきを確実に行うことができる。

このとき、フェルール２と金属めっき部４との密着性を良くするために、最下層のＣｕ層に対する下地処理を実施して、フェルール２中に含まれる石英をフェルール２の表面に出すようにするのが望ましい。そのような下地処理としては、砂を当ててフェルール２の表面を改質させるサンドブラスト処理、フェルール２の表面を焼き溶かすプラズマ処理、フェルール２の表面をエッチングするアルカリエッチング処理等が挙げられる。

金属めっき部４の形成は、例えば射出成形を用いて行う。具体的には、フェルール２の外面におけるめっき形成領域以外の領域に、射出成形によって樹脂を付ける。そして、樹脂が付いたフェルール２をめっき槽に入れ、フェルール２の外面におけるめっき形成領域に金属めっき部４を形成する。最後に、エッチングによって、フェルール２の外面上の樹脂を溶かす。

図２は、上記の光電気複合部品１の使用例を示したものである。同図において、光電気複合部品１のファイバ穴３には、例えば図示しない多心テープ心線の被覆部から露出された光ファイバ５が挿入され固定されている。このような光電気複合部品１は、図示しないモジュール内に収納された基板６上に載置されている。このとき、光電気複合部品１の金属めっき部４は、基板６上に形成された電気配線パターン７と接触している。

基板６上におけるフェルール２の前面側には、複数の発光素子（光デバイス）８が各光ファイバ５の先端面と対向するように配置されている。各発光素子８で発生した光信号は、各光ファイバ５に入射されて光伝送される。また、基板６上には、電気配線パターン７と電気的に接続されたＩＣチップ等の電子デバイス９Ａが実装されている。また、フェルール２の上面には、他の電子デバイス９Ｂが金属めっき部４と接するように載置されている。これにより、電子デバイス９Ａ，９Ｂ同士は、基板６上の電気配線パターン７及び光電気複合部品１の金属めっき部４を介して、電気的に接続されるようになる。

以上のように本実施形態にあっては、ファイバ穴３を有するフェルール２の外面に金属めっき部４を形成したので、フェルール２は、光ファイバ５を保持するだけでなく、異なるデバイス同士を電気的に接続させる機能をも有することになる。このように１つのフェルール２を、光配線部及び電気配線部を有するものとして有効利用することにより、モジュールの内部において光デバイスの収納領域と電子デバイスの収納領域とを別々に分離させた場合に比べて、モジュールのコンパクト化を図ることができる。これにより、モジュール内の収納スペース等の影響を軽減することが可能となる。

なお、金属めっき部４の配線形態は、上記実施形態に限定されるものでなく、光電気複合部品１の使い方に応じて適宜設定すればよい。例えば図３に示すように、複数の金属めっき部４の一部は、フェルール２の下面２ｃから前面２ａまで連続的に延びるように形成し、残りの金属めっき部４は、フェルール２の上面２ｄから前面２ａまで連続的に延びるように形成した構成としても良い。

また、本発明の光電気複合部品は、１つのファイバ穴を有するフェルールにも適用できることは言うまでもない。

本発明に係わる光電気複合部品の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す光電気複合部品の使用例を示す図である。 本発明に係わる光電気複合部品の他の実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

１…光電気複合部品、２…フェルール、３…ファイバ穴、４…金属めっき部、５…光ファイバ。

Claims (2)

1. 光ファイバを位置決め保持するためのファイバ穴を有するフェルールと、
   前記フェルールの外面に形成され、電気配線を行うための金属めっき部とを備え、
   前記フェルールは、ポリフェニレンサルファイド樹脂またはエポキシ樹脂を含むと共に溶融石英からなる無機充填剤を含む材料で、前記無機充填剤が前記外面に露出して、成形されており、
   前記フェルールの線膨張係数が２５ｐｐｍ／Ｋ以下であり、
   前記フェルールのガラス転移温度が８５℃以上である
   ことを特徴とする光電気複合部品。
2. 前記金属めっき部は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｕの階層構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の光電気複合部品。

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