JP6234036B2

JP6234036B2 - 光通信装置

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Publication number: JP6234036B2
Application number: JP2013036449A
Authority: JP
Inventors: 森山　聡史; 聡史森山; 治大工原; 毅奥山
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2033-02-26
Also published as: JP2014164198A; US9209905B2; US20140241733A1

Description

本発明は、光通信装置に関する。

従来より、基板の両面に導体回路と層間樹脂絶縁層とが積層形成されるとともに、光学素子が実装され、光信号伝送用光路が形成されたＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）チップ実装用基板であって、光学素子の外周に接するように、光学素子封止層が形成されているＩＣチップ実装用基板がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−０９１７５３号公報

ところで、封止層が光学素子の周囲に存在すると、光学特性に影響が生じ、信頼性が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、信頼性の高い光通信装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面の光通信装置は、貫通孔を有する基板と、受光又は発光を行う光端子を有し、前記光端子が前記貫通孔の一端側に対向するように、前記基板の一方の面に実装される光学素子と、樹脂により一体的に成型され、前記光端子に対向する第１レンズと、前記基板の一方の面側から前記光学素子に向けて突出し前記第１レンズの周囲を囲繞する囲繞部と、前記貫通孔の内部に配設され、前記第１レンズ及び前記囲繞部が配設される前記一端側と他端側との間で光を誘導するガイド部とを有する光ガイド部材と、前記基板の他方の面側に配設され、前記光ガイド部材の他端側と光学的に接続される光導波路を有する光導波路部材とを含む。

信頼性の高い光通信装置を提供できるという特有の効果が得られる。

前提技術による光通信装置を示す断面図である。実施の形態１の光通信装置１００を示す図である。実施の形態２の光通信装置２００を示す図である。実施の形態３の光通信装置３００を示す図である。実施の形態４の光通信装置４００を示す図である。実施の形態５の光通信装置５００を示す図である。実施の形態６の光通信装置６００を示す図である。実施の形態７の光通信装置７００を示す図である。

まず、図１を用いて、本発明の光通信装置の前提技術について説明する。

図１は、前提技術による光通信装置を示す断面図である。

前提技術による光通信装置５０は、基板１０、光学素子２０、光導波路部材３０、及びレンズ４０を含む。

基板１０は、光学素子２０が実装されるとともに、光導波路部材３０を補強するための補強層として機能する部材であり、例えば、ＦＰＣ（Flexible Circuit Board）を用いることができる。ＦＰＣは、例えば、ポリイミド等の樹脂基板であればよい。

基板１０の上面には、光学素子２０に電力を供給するための配線１２、又は、光学装置２０から出力される電気信号を伝送するための配線１２等を形成されている。

基板１０は貫通孔１１を有しており、貫通孔１１は基板１０を厚さ方向に貫通している。貫通孔１１の上側には、光学素子２０の光端子２１が位置しており、貫通孔１１の下側にはレンズ４０が位置している。貫通孔１１内には、光端子２１とレンズ４０の間に矢印で示す光路が形成される。

光学素子２０は、例えば、レーザ素子のように光を発光する素子、フォトダイオード等のように光を受光して電気信号に変換する素子、又は、発光及び受光を行う素子であればよい。光学素子２０は、基板１０の一方の面（図１中の上面）に、バンプ２２及び封止樹脂２３によってフリップチップ実装されている。

光学素子２０が基板１０にフリップチップ実装されることにより、光学素子２０の端子に接合されるバンプ２２と、基板１０の配線１２が超音波接合等によって電気的に接続される。このようにバンプ２２及び封止樹脂２３を用いて光学素子２０を基板１０にフリップチップ実装によって強固に接合するのは、光学素子２０は駆動によって発熱し、発熱による膨張等で基板１０との接続部分に応力が生じるからである。なお、バンプ２２と基板１０の配線１２との間には、配線１２の表面に形成されるメッキの一部が溶融することによってメッキ層２２Ａが形成される。

なお、基板１０には、光学素子２０の他に、電子部品２０Ａが実装されていてもよい。

光導波路部材３０は、シート状の部材であり、光導波路３１とミラー３２を有する。光導波路３１は、例えば、光ファイバのように光を伝送する部分であり、屈折率の高いコア層と、屈折率の低いクラッド層とによって実現される。ミラー３２は、光導波路部材３０に、断面が三角形の溝を形成することによって実現される。

光導波路部材３０は、図１に示すように、光導波路３１に対して４５度に形成される面を有することにより、光導波路３１内を伝送される光を全反射して９０度方向転換させ、レンズ４０に伝送する。

光導波路部材３０は、基板１０の下面に接着されている。

レンズ４０は、シート部４１と、シート部４１の中央に形成されるレンズ部４２とを有する。レンズ４０は、貫通孔１１の下端に位置するため、レンズ４０と、光学素子２０の光端子２１との間の光路は、貫通孔１１の内部と、光学素子２０と基板１０との間の隙間の部分とにわたって形成される。

ところで、このような前提技術の光通信装置５０を製造する段階では、光学装置２０をフリップチップ実装する際に、貫通孔１１の上端側から封止樹脂２３が貫通孔１１の内部に流入するおそれがある。

これは、貫通孔１１の上端側に、封止樹脂２３の流入を抑制する部材が存在しないためである。

このように封止樹脂２３が貫通孔１１の内部に流入すると、光学素子２０の光端子２１とレンズ４０との間の光路が遮られるおそれがある。封止樹脂２３によって光学素子２０の光端子２１とレンズ４０との間の光路が遮られると、光学素子２０と光導波路部材３０との間における光通信に悪影響が生じる場合があり、光通信装置５０の信頼性が低下するおそれがある。

このような光学素子２０の実装には、高精度な位置合わせ精度が求められることがあるため、高精度なマウンターを用いて実装が行われる。しかしながら、実装に伴う封止樹脂２３の接着工程が煩雑である場合には、製品間にばらつきが生じやすいことから、製品の信頼性が低下するおそれがあった。

このため、以下では、信頼性の高い光通信装置を提供することを目的とする。

以下、本発明の光通信装置を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態１＞
図２は、実施の形態１の光通信装置１００を示す図である。以下において、前提技術の光通信装置５０と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図２（Ａ）に示すように、実施の形態１の光通信装置１００は、基板１０、光学素子２０、光導波路部材３０、及びレンズ１１０を含む。

図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、レンズ１１０は、レンズ部１１１、囲繞部１１２、及びガイド部１１３を有する。レンズ１１０は、光ガイド部材の一例である。

レンズ部１１１、囲繞部１１２、及びガイド部１１３は、例えば、ポリイミドのような樹脂製であり、一体的に形成されている。レンズ１１０は、基板１０の貫通孔１１に差し込まれて接着されている。

レンズ部１１１は、ガイド部１１３の一端（図２中の上端）に形成されており、囲繞部１１２によって囲まれている。

囲繞部１１２は、図２（Ｃ）に示すように、ガイド部１１３の一端において、レンズ部１１１の周囲を囲むように形成されている。囲繞部１１２は、平面視でレンズ部１１１及びガイド部１１３よりも外側に延出した状態で、レンズ１１１の周囲に平面視で矩形状に形成される壁部である。

囲繞部１１２の高さは、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すようにレンズ１１０を基板１０に設置した状態で、囲繞部１１２の上端が、光学素子２０の下面に当接しない高さに設定されている。

ガイド部１１３は、一端側にレンズ部１１１と囲繞部１１２が形成される円筒状の部材である。ガイド部１１３の円筒形状の直径は、基板１０に形成される円筒状の貫通孔１１の直径とサイズが合わされており、ガイド部１１３が貫通孔１１に嵌着されるようになっている。

ガイド部１１３は、基板１０の貫通孔１１の内部に挿入される。ガイド部１１３の下端は、光導波路部材３０のミラー３２と位置が合わされており、レンズ部１１１と光導波路３１との間で光路を形成している。また、ガイド部１１３は、下端が基板１０の下面と面一になるように長さが設定されている。

このような実施の形態１の光通信装置１００は、基板１０に光学素子２０をフリップチップ実装する際に、囲繞部１１２が封止樹脂２３を遮るため、前提技術の光通信装置５０のように、封止樹脂２３が貫通孔１１の内部に流入することが抑制される。

従って、実施の形態１によれば、光学素子２０と光導波路部材３０との間の光路が封止樹脂２３によって遮られることが抑制され、信頼性の高い光通信装置１００を提供することができる。

また、レンズ１１０は、基板１０と一体的に形成されていてもよい。レンズ１１０と基板１０を一体的に形成する場合は、レンズ１１０及び基板１０を、例えば、ポリイミドのような透明な樹脂で形成すればよい。このようにレンズ１１０と基板１０を一体的に成型する場合は、レンズ１１０の位置合わせ、又は、レンズ１１０の取り付けに伴う接着剤の塗布、硬化処理、セパレータの剥離等の工程を削除することができる。

＜実施の形態２＞
図３は、実施の形態２の光通信装置２００を示す図である。以下において、実施の形態１の光通信装置１００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図３（Ａ）に示すように、実施の形態２の光通信装置２００は、基板１０、光学素子２０、光導波路部材３０、及びレンズ２１０を含む。実施の形態２の光通信装置２００は、実施の形態１の光通信装置１００のレンズ１１０をレンズ２１０に置き換えたものである。

図３（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、レンズ２１０は、レンズ部２１１、囲繞部２１２、ガイド部２１３、及びレンズ部２１４を有する。レンズ部２１１及び囲繞部２１２は、実施の形態１のレンズ１１０のレンズ部１１１及び囲繞部１１２と同様である。

ガイド部２１３は、下端にレンズ部２１４が形成されている。ガイド部２１３は、実施の形態１のガイド部１１３の下端にレンズ部１１１と同様のレンズ部２１４を形成したものである。レンズ部１１３は、基板１０の下面と面一であってもよいし、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、基板１０の下面よりも内側にオフセットしていてもよい。

このような実施の形態２の光通信装置２００では、光学素子２０と光導波路部材３０との間に、レンズ部２１４を有するレンズ２１０を含む光路が形成される。

このような実施の形態２の光通信装置２００は、基板１０に光学素子２０をフリップチップ実装する際に、囲繞部２１２が封止樹脂２３を遮るため、前提技術の光通信装置５０のように、封止樹脂２３が貫通孔１１の内部に流入することが抑制される。

従って、実施の形態２によれば、光学素子２０と光導波路部材３０との間の光路が封止樹脂２３によって遮られることが抑制され、信頼性の高い光通信装置２００を提供することができる。

＜実施の形態３＞
図４は、実施の形態３の光通信装置３００を示す図である。以下において、実施の形態１の光通信装置１００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図４（Ａ）に示すように、実施の形態３の光通信装置３００は、基板１０、光学素子２０、光導波路部材３０、及びレンズ３１０を含む。実施の形態３の光通信装置３００は、実施の形態１の光通信装置１００のレンズ１１０をレンズ３１０に置き換えたものである。

図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、レンズ３１０は、レンズ部３１１、囲繞部３１２、及びガイド部３１３を有する。レンズ部３１１は、実施の形態１のレンズ１１０のレンズ部１１１と同様である。

実施の形態３のレンズ３１０の囲繞部３１２は、平面視でガイド部３１３と同一の大きさを有している。囲繞部３１２は、円筒状のガイド部３１３の外周部をレンズ部３１１の周囲に延長したような形状を有する。すなわち、囲繞部３１２は、レンズ部３１１の周囲を囲繞する円筒状の壁部を有する。なお、囲繞部３１２の高さは、実施の形態１の囲繞部１１２の高さと同様である。

このような実施の形態３の光通信装置３００では、光学素子２０と光導波路部材３０との間に、レンズ３１０を含む光路が形成される。

このような実施の形態３の光通信装置３００は、基板１０に光学素子２０をフリップチップ実装する際に、囲繞部３１２が封止樹脂２３を遮るため、前提技術の光通信装置５０のように、封止樹脂２３が貫通孔１１の内部に流入することが抑制される。

従って、実施の形態３によれば、光学素子２０と光導波路部材３０との間の光路が封止樹脂２３によって遮られることが抑制され、信頼性の高い光通信装置３００を提供することができる。

＜実施の形態４＞
図５は、実施の形態４の光通信装置４００を示す図である。以下において、実施の形態３の光通信装置３００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図５（Ａ）に示すように、実施の形態４の光通信装置４００は、基板１０、光学素子２０、光導波路部材３０、及びレンズ４１０を含む。実施の形態４の光通信装置４００は、実施の形態３の光通信装置３００のレンズ３１０をレンズ４１０に置き換えたものである。

図５（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、レンズ４１０は、レンズ部４１１、囲繞部４１２、ガイド部４１３、レンズ部４１４、及び囲繞部４１５を有する。レンズ部４１１、囲繞部４１２、及びガイド部４１３は、実施の形態３のレンズ３１０のレンズ部３１１、囲繞部３１２、及びガイド部３１３と同様である。

実施の形態４のレンズ４１０は、実施の形態３のレンズ３１０のガイド部３１３の下端に、レンズ部３１１と同様のレンズ部４１４を形成するとともに、レンズ部４１４の周囲に囲繞部４１５を形成したものである。

このようなレンズ４１０は、上端側のレンズ部４１１及び囲繞部４１２と、下端側のレンズ部４１４及び囲繞部４１５とが同一の形状を有している。すなわち、レンズ４１０は、円筒形状の中心軸の一端側（上端側）と他端側（下端側）とが対称な形状を有する。

従って、レンズ４１０は、上端側と下端側とを区別することなく、基板１０の貫通孔１１に実装することができる。

このような実施の形態４の光通信装置４００では、光学素子２０と光導波路部材３０との間に、レンズ４１０を含む光路が形成される。

このような実施の形態４の光通信装置４００は、基板１０に光学素子２０をフリップチップ実装する際に、囲繞部４１２が封止樹脂２３を遮るため、前提技術の光通信装置５０のように、封止樹脂２３が貫通孔１１の内部に流入することが抑制される。

また、レンズ４１０を天地逆にして基板１０の貫通孔１１に実装した場合でも、囲繞部４１５が封止樹脂２３を遮るため、封止樹脂２３が貫通孔１１の内部に流入することが抑制される。

従って、実施の形態４によれば、光学素子２０と光導波路部材３０との間の光路が封止樹脂２３によって遮られることが抑制され、信頼性の高い光通信装置４００を提供することができる。

また、レンズ４１０が天地方向で対称な形状を有しているため、基板１０の貫通孔１１に実装する際の取り扱いが非常に容易である。

＜実施の形態５＞
図６は、実施の形態５の光通信装置５００を示す図である。以下において、実施の形態４の光通信装置４００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図６（Ａ）に示すように、実施の形態５の光通信装置５００は、基板１０、光学素子２０、光導波路部材３０、レンズ４１０、及びプレート５５０を含む。実施の形態５の光通信装置５００は、実施の形態４の光通信装置４００の基板１０と光導波路部材３０との間にプレート５５０を追加したものである。

プレート５５０は、樹脂製又は金属製の板状の部材であり、貫通孔５５１を有する。貫通孔５５１の開口径は、基板１０の貫通孔１１の開口径に等しい。

プレート５５０は、基板１０と光導波路部材３０との間に設けられており、基板１０及び光導波路部材３０に接着されている。

また、実施の形態５では、プレート５５０を追加したことにより、レンズ４１０が中心軸方向に延長されている。実施の形態５では、レンズ４１０の下端側の囲繞部４１５がプレート５５０の貫通孔５５１に嵌着されている。

このため、実施の形態５の光通信装置５００は、基板１０、光導波路部材３０、及びレンズ４１０をより安定的な状態に保持することができる。

このような実施の形態５の光通信装置５００は、組み立てる際に、例えば、図６（Ｃ）に示すように、プレート５５０の貫通孔５５１に、レンズ４１０を予め嵌着しておけばよい。これにより、組み立てが容易になる。

なお、実施の形態５の光通信装置５００では、実施の形態４の光通信装置４００と同様に、基板１０に光学素子２０をフリップチップ実装する際に、囲繞部４１２が封止樹脂２３を遮るため、封止樹脂２３が貫通孔１１の内部に流入することが抑制される。

従って、実施の形態５によれば、光学素子２０と光導波路部材３０との間の光路が封止樹脂２３によって遮られることが抑制され、信頼性の高い光通信装置５００を提供することができる。

また、基板１０、光導波路部材３０、及びレンズ４１０をより安定的な状態に保持できる構成を実現できるとともに、組み立てを容易に行うことができる。

＜実施の形態６＞
図７は、実施の形態６の光通信装置６００を示す図である。以下において、実施の形態６の光通信装置６００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図７（Ａ）に示すように、実施の形態６の光通信装置６００は、基板１０、光学素子２０、光導波路部材３０、及びレンズ６１０を含む。実施の形態６の光通信装置６００は、実施の形態５の光通信装置５００のレンズ４１０をレンズ６１０に置き換えたものである。

レンズ６１０は、レンズ部６１１、囲繞部６１２、ガイド部６１３、レンズ部６１４、及び台座部６１５を有する。

レンズ部６１１、囲繞部６１２、ガイド部６１３、レンズ部６１４は、実施の形態５のレンズ部５１１、囲繞部５１２、ガイド部５１３、レンズ部５１４に対応するが、実施の形態６では、囲繞部６１２とガイド部６１３は矩形状である。

また、台座部６１５は、実施の形態５のプレート５５０と囲繞部４１５をレンズ６１０の台座として一体的にしたものである。

なお、ガイド部６１３を四角柱状にしたことにより、基板１０の貫通孔１１の形状も四角柱状に変更されている。

このように、台座部６１５を有することにより、実施の形態５のプレート５５０を用いた場合と同様に、基板１０と光導波路部材３０との間をより安定的な構造にすることができる。

また、ガイド部６１３と基板１０の貫通孔１１を四角柱状にすることにより、レンズ６１０を基板１０に対してより安定的な状態で設置することができる。

なお、レンズ６１０の囲繞部６１２によって封止樹脂２３を遮るため、封止樹脂２３が貫通孔１１の内部に流入することが抑制されることは、他の実施の形態と同様である。

また、ここでは、ガイド部５１３と基板１０の貫通孔１１が四角柱状の形状である場合について説明したが、ガイド部５１３と基板１０の貫通孔１１は、平面視で三角形、五角形、又は六角形等の多角形であってもよい。

＜実施の形態７＞
図８は、実施の形態７の光通信装置７００を示す図である。以下において、実施の形態１の光通信装置１００と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図８（Ａ）に示すように、実施の形態７の光通信装置７００は、基板１０、光学素子２０、光導波路部材３０、及びレンズ７１０を含む。実施の形態７の光通信装置７００は、実施の形態１の光通信装置１００のレンズ１１０をレンズ７１０に置き換えたものである。

図８（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、レンズ７１０は、レンズ部７１１、囲繞部７１２、及びガイド部７１３を有する。

レンズ７１０は、実施の形態１のレンズ１１０のレンズ部１１１が基板１０の貫通孔１１の内部に収まるように、オフセットさせたものである。

このような実施の形態７の光通信装置７００では、光学素子２０と光導波路部材３０との間でレンズ７１０を含む光路が形成される。

このような実施の形態７の光通信装置７００は、基板１０に光学素子２０をフリップチップ実装する際に、囲繞部７１２が封止樹脂２３を遮るため、前提技術の光通信装置５０のように、封止樹脂２３が貫通孔１１の内部に流入することが抑制される。

従って、実施の形態７によれば、光学素子２０と光導波路部材３０との間の光路が封止樹脂２３によって遮られることが抑制され、信頼性の高い光通信装置７００を提供することができる。

以上、本発明の例示的な実施の形態の光通信装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００光通信装置
１０基板
１１貫通孔
２０光学素子
３０光導波路部材
１１０、２１０、３１０、４１０、６１０、７１０レンズ

Claims

貫通孔を有する基板と、
受光又は発光を行う光端子を有し、前記光端子が前記貫通孔の一端側に対向するように、前記基板の一方の面に実装される光学素子と、
樹脂により一体的に成型され、前記光端子に対向する第１レンズと、前記基板の一方の面側から前記光学素子に向けて突出し前記第１レンズの周囲を囲繞する囲繞部と、前記貫通孔の内部に配設され、前記第１レンズ及び前記囲繞部が配設される前記一端側と他端側との間で光を誘導するガイド部とを有する光ガイド部材と、
前記基板の他方の面側に配設され、前記光ガイド部材の他端側と光学的に接続される光導波路を有する光導波路部材と
を含む、光通信装置。
前記囲繞部は、前記光学素子との間に隙間が形成される高さを有する、請求項１記載の光通信装置。
前記囲繞部は、平面視で前記貫通孔よりも外側に延出し、前記基板の一方の面に接する、請求項１又は２記載の光通信装置。
前記囲繞部は、平面視で前記ガイド部と等しい大きさを有する、請求項１又は２記載の光通信装置。
前記光ガイド部材は、前記他端側に配設され、前記光導波路部材に光学的に接続される第２レンズをさら有する、請求項１乃至４のいずれか一項記載の光通信装置。
前記光ガイド部材と前記基板は、一体的に成型されている、請求項１乃至５のいずれか一項記載の光通信装置。