JP6005362B2

JP6005362B2 - 光モジュール及び光伝送モジュール

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Publication number: JP6005362B2
Application number: JP2012008719A
Authority: JP
Inventors: 橋口　徹; 徹橋口
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2032-01-19
Also published as: US20130188905A1; CN103217753A; JP2013148695A; CN103217753B; US9110261B2

Description

この発明は光ファイバと、その光ファイバと光接続される面発光素子や面受光素子を備えた光モジュールに関し、さらにその光モジュールを用いて構成される光伝送モジュールに関する。

図１０は特許文献１に記載されている従来のこの種の光伝送モジュールの構成を示したものである。光モジュール１０はこの例ではフェルール１１と電気配線（引き出し電極）１２と面発光素子１３と光素子搭載用バンプ１４と光ファイバ１５と透明樹脂１６と光吸収性樹脂１７とによって構成されている。配線基板２１上には光素子駆動ＩＣ２２が実装され、この配線基板２１上に光モジュール１０が実装されて光伝送モジュールが構成されている。光素子駆動ＩＣ２２及び光モジュール１０はこの例ではフリップチップ実装されている。図１０中、２３は接続バンプを示し、２４はフリップチップ実装面アンダーフィル材を示す。また、２５は放熱板を示す。

光ファイバ１５はフェルール１１に位置決め保持されている。電気配線１２は薄膜電極よりなり、スパッタリング等によって形成されている。電気配線１２はフェルール１１の素子搭載面から配線基板２１と対向する一側面にまたがって形成されている。面発光素子１３は光素子搭載用バンプ１４を介して電気配線１２上に搭載されている。

配線基板２１には所要の電気配線（図示せず）が形成されており、接続バンプ２３を介して電気配線上に光素子駆動ＩＣ２２及び光モジュール１０が搭載されている。

特開２００６−５９８６７号公報

ところで、図１０に示した光モジュール１０の構成では、光ファイバ１５の延伸方向は配線基板２１の板面と平行とされ、この光ファイバ１５の端面と対向して面発光素子１３が実装されており、面発光素子１３と配線基板２１とを電気的に接続するために電気配線１２はフェルール１１の角をまたぎ、２面に渡って形成されている。電気配線１２はスパッタリング等により薄膜形成されるものとなっているが、このように角をまたぐ構造のため、形成が難しく、角の部分において断線が生じ易いといった問題がある。

また、このように角をまたいでほぼ直角に曲がる電気配線１２では、配線長が長くなり、屈曲自体が高周波信号伝送にとって不利になるという問題もある。

この発明の目的はこのような問題に鑑み、光モジュールの配線構造を直線的とし、よって配線が容易で断線が生じる恐れもなく、高周波信号伝送にも有利な光モジュールを提供することにあり、さらにその光モジュールを用いる光伝送モジュールを提供することにある。

請求項１の発明によれば、光ファイバが位置決め搭載される位置決め部材に面発光素子及び面受光素子の少なくとも一方の光素子が実装されてなる光モジュールは、位置決め部材が絶縁樹脂製とされて、電気的接続を担う複数のリードフレームが位置決め部材に一体成形されているものとされ、リードフレームは平板状をなし、その板面が光素子を実装する第１の電気的接続面とされ、リードフレームの、前記板面と垂直な端面が第２の電気的接続面とされ、位置決め部材の底面に凹部が形成され、第２の電気的接続面は凹部に位置されているものとされる。

請求項２の発明では請求項１の発明において、位置決め部材は光ファイバを位置決め搭載する溝を備え、リードフレームの前記板面は溝の延伸方向と垂直とされる。

請求項３の発明によれば、光伝送モジュールは請求項１又は２記載の光モジュールと、光モジュールが具備する光素子と接続されるＩＣが実装された基板とよりなり、位置決め部材は基板に固定され、第２の電気的接続面とＩＣとがワイヤボンディングにより接続されているものとされる。

請求項４の発明によれば、光伝送モジュールは請求項１又は２記載の光モジュールと、光モジュールが具備する光素子と接続されるＩＣが実装された基板とよりなり、位置決め部材は基板に固定され、第２の電気的接続面は基板の電極に接続されているものとされる。

この発明によれば、電気配線は従来のように薄膜形成するものではなく、また角をまたぐような構造を有するものでもなく、光ファイバが位置決め搭載される位置決め部材にインサートして一体成形した平板状をなすリードフレームによって構成され、その直交２面（板面と端面）を電気的接続面として用いるものとなっている。従って、配線構造は極めて簡易であり、薄膜電気配線のように断線が生じる恐れもない。

また、このようなリードフレームを用いることにより、配線構造は直線的となり、かつ角をまたぐような形状に比べて短くすることができるため、高周波信号伝送においても有利となる。

Ａはこの発明による光モジュールの第１の実施例における位置決め部材の構成を示す平面図、Ｂはその正面図、Ｃはその底面図。Ａは図１に示した位置決め部材の斜視図、Ｂは図１ＡのＤＤ線断面図、Ｃは図１ＢのＥＥ線断面図。Ａは面発光素子の斜視図、Ｂは面受光素子の斜視図。図１に示した位置決め部材に面発光素子及び面受光素子が実装された状態を示す斜視図。この発明による光モジュールの第１の実施例を用いて構成された光伝送モジュールの斜視図。Ａは図５に示した光伝送モジュールの底面図、ＢはＡのＣＣ線断面図。この発明による光モジュールの第２の実施例における位置決め部材の構成を示す正面図。この発明による光モジュールの第２の実施例を用いて構成された光伝送モジュールの斜視図。Ａは図８に示した光伝送モジュールの平面図、ＢはＡのＣＣ線断面図。光伝送モジュールの従来例を示す断面図。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。

図１及び図２はこの発明による光モジュールが備える位置決め部材の構成を示したものである。

位置決め部材３０は絶縁樹脂製とされ、矩形の外周形状を有するものとされる。位置決め部材３０の上面には対向する長辺間に渡って光ファイバを位置決め搭載する２本の溝３１，３２が形成されている。また、これら溝３１，３２を挟んで長辺方向両端には一段低い段部３３，３４が形成されている。

位置決め部材３０の一方の長辺に沿う部分には金属製のリードフレーム４１〜４５がインサートされて一体成形されている。各リードフレーム４１〜４５は平板状をなし、その板面４１ｄ，４２ｄ，４３ｄ，４４ｄ，４５ｄは溝３１，３２の延伸方向と垂直とされている。これらリードフレーム４１〜４５が位置する部分において、位置決め部材３０の底面３０ａには凹部３５が形成されている。

リードフレーム４１，４２及び４５は図２Ｂに示したように略コ字形状をなし、コ字の中間部は位置決め部材３０の底面３０ａと平行とされ、コ字の両脚部は底面３０ａに向かうように配置されている。リードフレーム４１，４２及び４５の一方の脚部の下端面４１ａ，４２ａ，４５ａはそれぞれ凹部３５の底面３５ａより突出しており、他方の脚部の下端面４１ｂ，４２ｂ，４５ｂはそれぞれ凹部３５の底面３５ａと同一面上に位置されている。なお、リードフレーム４５のコ字の中間部の一半部には上方に突出する突部４５ｃが形成されている。

リードフレーム４３はＬ字形状をなし、Ｌ字の一辺がリードフレーム４１の上方に位置し、他辺が下方に向かうように配置されている。リードフレーム４３の、下方に向かうように配置された他辺の下端面４３ａは凹部３５の底面３５ａより突出している。なお、リードフレーム４３のＬ字の一辺の先端側は図２Ｂに示したように幅が拡大されている。

リードフレーム４４は下半部がリードフレーム４１，４２等と同様、略コ字形状をなし、そのコ字の中間部が上方に向かって延長された形状とされている。リードフレーム４４のコ字の一方の脚部の下端面４４ａは凹部３５の底面３５ａより突出しており、他方の脚部の下端面４４ｂは凹部３５の底面３５ａと同一面上に位置されている。

上記のような形状を有するリードフレーム４１〜４５において、下端面４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ及び４５ａはそれぞれインサート成形後のブリッジ切断面をなす。

リードフレーム４１〜４５が位置する位置決め部材３０の長辺には、リードフレーム４１〜４５の板面上に位置するように押さえ部３６，３７が形成されている。押さえ部３６，３７は共に図１Ｂに示したようにクランク形状をなす。

押さえ部３６はリードフレーム４１〜４３のそれぞれ一部を覆うように位置し、リードフレーム４１，４２の上部の互いに近接する部分及びリードフレーム４３の上部先端側が露出するように形成されている。この３つのリードフレーム４１〜４３が近接して露出している部分は素子実装部３８となる。

一方、押さえ部３７はリードフレーム４４，４５のそれぞれ一部を覆うように位置し、リードフレーム４４，４５の上部の互いに近接する部分が露出するように形成されている。この２つのリードフレーム４４，４５が近接して露出している部分は素子実装部３９となる。

図３Ａ，Ｂはこれら素子実装部３８，３９に実装される光素子を例示したものであり、図３Ａは面発光素子を示し、図３Ｂは面受光素子を示す。面発光素子５０は例えばＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）とされ、面受光素子６０は例えばＰＤ（フォトダイオード）とされる。図３Ａにおいて、５１は発光面を示し、５２〜５４は電極を示す。また、図３Ｂにおいて、６１は受光面を示し、６２，６３は電極を示す。なお、面発光素子５０の電極５４は面発光素子５０を機械的に固定するためのダミー電極となっている。

図４は位置決め部材３０に面発光素子５０及び面受光素子６０が実装された状態を示したものである。面発光素子５０は素子実装部３８に位置して各電極５２〜５４がリードフレーム４１〜４３の板面４１ｄ，４２ｄ，４３ｄに例えばハンダ付けにより接続され、面受光素子６０は素子実装部３９に位置して各電極６２，６３がリードフレーム４４，４５の板面４４ｄ，４５ｄに例えばハンダ付けにより接続されている。なお、これら面発光素子５０及び面受光素子６０は位置決め部材３０の各溝３１，３２に位置決め搭載される光ファイバの端面と発光面５１，受光面６１がそれぞれ対向するように位置決めされて実装される。

図５及び図６は図４に示した面発光素子５０及び面受光素子６０が実装された位置決め部材３０の各溝３１，３２に光ファイバ７１，７２のファイバ素線７１ａ，７２ａが位置決め搭載されてなる光モジュール８０と、ＩＣ９０が実装された基板１００とが固定一体化された光伝送モジュール２００の構成を示したものである。ファイバ素線７１ａ，７２ａはそれぞれ溝３１，３２の直交２面に突き当てられて位置決め搭載されている。

基板１００の端部には切り欠き１０１が形成されており、この切り欠き１０１の両側に位置する腕部１０２，１０３が位置決め部材３０の段部３３，３４上に位置されて、腕部１０２，１０３と段部３３，３４とが接着固定されている。この例ではＩＣ９０は基板１００の裏面側に位置している。

ＩＣ９０の電極と基板１００に形成されている電極（図示せず）とは図６Ｂに示したようにワイヤボンディングにより接続されており、同様にＩＣ９０の電極と対応するリードフレームの下端面とがワイヤボンディングにより接続される。図６Ｂはリードフレーム４５の下端面４５ｂとＩＣ９０の電極がワイヤボンディングされている状態を示す。図６Ｂ中、９５はボンディングワイヤを示す。なお、図６Ａではボンディングワイヤの図示を省略している。また、図６ＡではＩＣは面受光素子６０用の、つまり面受光素子６０と接続されるＩＣ９０のみを示している。このＩＣ９０は例えばトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）である。

ワイヤボンディングに使用されるリードフレームの下端面は位置決め部材３０の凹部３５の底面３５ａと同一面上に位置している下端面４１ｂ，４２ｂ，４４ｂ，４５ｂとされる。これらブリッジ切断面ではない下端面を使用することで、良好にワイヤボンディングを行うことができる。

以上説明したように、この例によれば位置決め部材３０にインサート成形した平板状をなすリードフレームによって電気配線を構成し、その板面を光素子を実装する第１の電気的接続面とし、一端面（下端面）を基板１００に実装されたＩＣとの接続に用いる第２の電気的接続面とするものとなっている。よって、配線構造は直線的となり、配線が容易で、断線が生じる恐れもなく、加えて高周波信号伝送に対しても有利となる。

図７はこの発明による光モジュールの実施例２における位置決め部材の構成を示したものである。この例では位置決め部材３０’は実施例１における位置決め部材３０に対し、上面両端の段部３３，３４がない構成とされ、さらにリードフレーム４１，４２，４４，４５の第２の電気的接続面をなす下端面４１ｂ’，４２ｂ’，４４ｂ’，４５ｂ’が位置決め部材３０’の底面３０ａにまで延長された構成となっている。

図８及び図９は図７に示した位置決め部材３０’に面発光素子５０及び面受光素子６０が実装され、さらに光ファイバ７１，７２のファイバ素線７１ａ，７２ａが溝３１，３２に位置決め搭載されてなる光モジュール８０’と、ＩＣ９０’が実装された基板１００’とが固定一体化された光伝送モジュール３００の構成を示したものである。光モジュール８０’の位置決め部材３０’はこの例では基板１００’の上面に接着固定されている。

ＩＣ９０’は基板１００’の上面に位置し、基板１００’に形成されている電極に接続されており、光モジュール８０’のリードフレームも同様に基板１００’に形成されている電極に接続されている。これらＩＣ９０’及びリードフレームの実装にはハンダ付け実装やベアチップ実装が用いられる。

この例では実施例１と異なり、上述したようにリードフレームの第２の電気的接続面は基板１００’の電極にハンダ付け等により接続されるものとなっている。図９Ｂはリードフレーム４５の第２の電気的接続面を構成する下端面４５ｂが基板１００’の電極（図示せず）に接続されている状態を示す。なお、図８及び図９では面受光素子６０と接続されるＩＣ９０’のみを示している。

以上、この発明の実施例について説明したが、光モジュール及び光伝送モジュールは面発光素子及び面受光素子の双方を備えるものに限らず、いずれか一方のみを備える構成であってもよい。

１０光モジュール１１フェルール
１２電気配線１３面発光素子
１４光素子搭載用バンプ１５光ファイバ
１６透明樹脂１７光吸収性樹脂
２１配線基板２２光素子駆動ＩＣ
２３接続バンプ２４フリップチップ実装面アンダーフィル材
２５放熱板３０，３０’ 位置決め部材
３０ａ底面３１，３２溝
３３，３４段部３５凹部
３５ａ底面３６，３７押さえ部
３８，３９素子実装部４１〜４５リードフレーム
４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａ下端面
４１ｂ，４２ｂ，４４ｂ，４５ｂ下端面（第２の電気的接続面）
４１ｂ’，４２ｂ’，４４ｂ’，４５ｂ’ 下端面（第２の電気的接続面）
４５ｃ突部
４１ｄ，４２ｄ，４３ｄ，４４ｄ，４５ｄ板面（第１の電気的接続面）
５０面発光素子５１発光面
５２〜５４電極６０面受光素子
６１受光面６２，６３電極
７１，７２光ファイバ７１ａ，７２ａファイバ素線
８０，８０’ 光モジュール９０，９０’ ＩＣ
９５ボンディングワイヤ１００，１００’ 基板
１０１切り欠き１０２，１０３腕部
２００，３００光伝送モジュール

Claims

光ファイバが位置決め搭載される位置決め部材に面発光素子及び面受光素子の少なくとも一方の光素子が実装されてなる光モジュールであって、
前記位置決め部材は絶縁樹脂製とされて、電気的接続を担う複数のリードフレームが前記位置決め部材に一体成形されており、
前記リードフレームは平板状をなし、その板面が前記光素子を実装する第１の電気的接続面とされ、前記リードフレームの、前記板面と垂直な端面が第２の電気的接続面とされ、
前記位置決め部材の底面に凹部が形成され、
前記第２の電気的接続面は前記凹部に位置されていることを特徴とする光モジュール。
請求項１記載の光モジュールにおいて、
前記位置決め部材は前記光ファイバを位置決め搭載する溝を備え、前記リードフレームの前記板面は前記溝の延伸方向と垂直とされていることを特徴とする光モジュール。
請求項１又は２記載の光モジュールと、
前記光モジュールが具備する光素子と接続されるＩＣが実装された基板とよりなり、
前記位置決め部材は前記基板に固定され、
前記第２の電気的接続面と前記ＩＣとがワイヤボンディングにより接続されていることを特徴とする光伝送モジュール。
請求項１又は２記載の光モジュールと、
前記光モジュールが具備する光素子と接続されるＩＣが実装された基板とよりなり、
前記位置決め部材は前記基板に固定され、
前記第２の電気的接続面は前記基板の電極に接続されていることを特徴とする光伝送モジュール。