JP6551077B2

JP6551077B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP6551077B2
Application number: JP2015173960A
Authority: JP
Inventors: 智紀渡邊
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2035-09-03
Also published as: JP2017049479A

Description

本発明は、光モジュールに関する。

従来、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）等の面発光素子や、ＰＤ（Photo Diode）等の面受光素子を光素子として用いた光モジュールが知られている。

光素子として面発光素子や面受光素子を用いる場合、光素子の光軸は、当該光素子を実装する基板の表面に対して垂直な方向（法線方向）となる。そのため、従来の光モジュールでは、ミラーやレンズブロック等を用いて光軸を９０度変換することで、基板と平行に配置した光ファイバと光素子とを光学的に結合させていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。

特開２０１４−１４５８１０号公報

しかしながら、従来の光モジュールのようにミラーやレンズブロックを用いた場合、光モジュールの構造が複雑になり、光モジュール全体の大型化やコストアップにつながってしまうという問題があった。また、ミラーを用いる場合、光素子を上下反転して取り付けるフリップチップ実装等の高度な技術が必要になる場合もあった。

そこで、本発明は、簡単な構造で容易に製造可能な光モジュールを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、折り曲げ用の溝が形成され、当該溝にて直角に折り曲げられることで、水平部と、前記水平部に対して垂直な垂直部と、が形成されたフレキシブルプリント基板と、前記垂直部に実装された面発光素子または面受光素子からなる光素子と、前記水平部に実装され、前記光素子と光学的に結合される光ファイバと、を備えた、光モジュールを提供する。

本発明によれば、簡単な構造で容易に製造可能な光モジュールを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る光モジュールの断面図である。光ファイバを搭載する構造を説明する図である。（ａ）〜（ｄ）は、光モジュールの製造方法を説明する図である。（ａ），（ｂ）は、本発明の一変形例に係る光モジュールの斜視図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

（光モジュールの説明）
図１は、本実施の形態に係る光モジュールの断面図である。

図１に示すように、光モジュール１は、フレキシブルプリント基板２と、光素子３と、光ファイバ４と、を備えている。

フレキシブルプリント基板２は、フィルム状の樹脂層２１と、樹脂層２１の一方の面に形成された配線層２２と、を有している。樹脂層２１は、例えばポリイミドからなる。配線層２２は、例えば銅からなり、エッチング等により所定の配線パターンが形成されている。

光素子３は、ＶＣＳＥＬ等の面発光素子またはＰＤ等の面受光素子からなる。ここでは、一例として、光素子３にＶＣＳＥＬを用いる場合を説明する。図１では図示を省略しているが、フレキシブルプリント基板２には、光素子３としてのＶＣＳＥＬを駆動するドライバＩＣが搭載されている。

光ファイバ４としては、例えば、クラッド径が１２５μｍまたは８０μｍのシングルモード光ファイバや、グレーデッドインデックス（ＧＩ）ファイバ等のマルチモード光ファイバを用いることができる。

さて、本実施の形態に係る光モジュール１では、フレキシブルプリント基板２には、折り曲げ用の溝２３が形成されており、当該溝２３にて直角に折り曲げられることで、水平部２ａと、水平部２ａに対して垂直な垂直部２ｂと、が形成されている。

本実施の形態では、溝２３として、ダイシングにより中心角度が９０度のＶ字溝（図３（ｂ）参照）を形成した。また、本実施の形態では、溝２３の側面に位置する配線層２２同士、すなわち溝２３を挟んで対向する斜面同士を導電性の接着剤で接着固定することで、水平部２ａと垂直部２ｂとを垂直に保持するように構成している。溝２３の側面（配線層２２の端面）は、基板表面に対して４５度傾斜した斜面となっている。

なお、本実施の形態では、導電性の接着剤を用いているため、この接着剤が複数の配線パターンにわたるように塗布されるとショートが発生してしまう。そのため、導電性の接着剤は、複数の配線パターンにわたらないように塗布される。

ここでは、一例として、フレキシブルプリント基板２の幅方向の全体に一直線状の溝２３を形成し、幅方向におけるフレキシブルプリント基板２の全体を折り曲げるように構成する場合を説明する。なお、幅方向とは、水平部２ａの法線方向および垂直部２ｂの法線方向の両者に垂直な方向（図１における紙面に垂直な方向）である。

溝２３は、配線層２２に、配線層２２の厚さと同じ深さとなるように（つまり配線層２２に厚さ方向の全体にわたって）形成されている。なお、これに限らず、配線層２２を貫通し樹脂層２１まで溝２３を形成してもよいし、厚さ方向における配線層２２の途中まで溝２３を形成してもよい。ただし、配線層２２を貫通し樹脂層２１まで溝２３を形成した場合は、折り曲げた際に樹脂層２１が所望の位置で曲がらずに折り曲げ位置に位置ずれが発生するおそれが生じる。また、水平部２ａと垂直部２ｂとを安定して垂直に保持するためには、溝２３の側面（斜面）の面積がなるべく大きいことが望ましいので、厚さ方向における配線層２２の全体に溝２３を形成することが望ましいといえる。

なお、配線層２２を貫通しないように溝２３を形成することで、水平部２ａと垂直部２ｂ間の配線層２２の導通を維持するようにしても構わない。この場合、導電性でない接着剤を用いることが可能となるため、導電性の接着剤を用いた場合におけるショートの発生を抑制できる。

また、本実施の形態ではダイシングによりＶ字状の溝２３を形成したが、溝２３の形成方法や形状はこれに限定されるものではない。例えば、溝２３の断面形状を矩形状や半円形状に形成してもよいし、溝２３をエッチングにより形成してもよい。

ただし、溝２３の形状は、水平部２ａと垂直部２ｂとを垂直に保持し易い形状とすることが望ましく、本実施の形態のように、溝２３を中心角度が９０度のＶ字溝とし、溝２３の側面（斜面）同士を合わせるだけで水平部２ａと垂直部２ｂとを垂直に保持可能とすることがより望ましいといえる。

なお、中心角度が９０度のＶ字溝は、従来の光モジュールで用いられていたミラー（反射面が基板表面に対して４５度傾斜したミラー）を形成する工程と略同じ工程により形成することが可能であり、容易に形成可能である。

本実施の形態では、水平部２ａと垂直部２ｂとを垂直に保持するための部材を別途備えておらず、配線層２２の剛性（および接着剤の接着力）によって、水平部２ａと垂直部２ｂとを垂直に保持している。

水平部２ａと垂直部２ｂとを安定して垂直に保持するために、フレキシブルプリント基板２の配線層２２はなるべく厚く形成されることが望ましい。具体的には、配線層２２の厚さは、少なくとも５０μｍ以上とされることが望ましい。なお、配線層２２の厚さは、通常２０〜３０μｍ程度とされる場合が多いが、この厚さでは水平部２ａと垂直部２ｂとを安定して垂直に保持することは困難である。

他方、配線層２２を厚くし過ぎるとエッチングによる配線パターンの形成が困難となる（配線パターンのパターニング精度が劣化する）ため、配線層２２の厚さは、エッチングにより配線パターンが形成できる程度の厚さ、具体的には、１００μｍ以下とすることが望ましい。なお、配線層２２の厚さは、エッチングの幅（後述するガイド溝２５の幅Ｗ、図２参照）に依存する。ガイド溝２５の幅Ｗが狭く、配線層２２が厚い場合には、エッチング液が十分に流動しないので精度良くガイド溝２５を形成することが困難になるため、ガイド溝２５の幅Ｗ≧配線層２２の厚さの関係を満たすように、配線層２２の厚さを設定する必要がある。例えば、ガイド溝２５の幅Ｗが７０μｍである場合、配線層２２の厚さは７０μｍ以下とする必要がある。本実施の形態では、配線層２２の厚さを７０μｍとした。

樹脂層２１の厚さは、特に限定するものではないが、折り曲げに影響が出ない程度の厚さとすることが望ましく、例えば２０〜４０μｍとすればよい。

なお、水平部２ａと垂直部２ｂ間で接着固定される配線層２２には、電気信号の伝送に用いられないダミーの配線パターンが含まれていてもよい。ダミーの配線パターンを形成しておくことで、水平部２ａと垂直部２ｂ間で接着固定される配線層２２の面積を増加させ、水平部２ａと垂直部２ｂとをより安定して垂直に保持することが可能になる。

フレキシブルプリント基板２の垂直部２ｂには、光素子３が実装される。光素子３は、ワイヤ５を用いたワイヤボンディングにより垂直部２ｂの配線層２２に実装される。

フレキシブルプリント基板２の水平部２ａには、光ファイバ４が実装される。光モジュール１では、光素子３が垂直部２ｂに搭載されているため、光素子３からの光は、水平部２ａにおける基板表面と平行な方向（図１における破線矢印の方向）に出射される。よって、光素子３と対向するように光ファイバ４を水平部２ａに搭載すること、すなわち水平部２ａの基板表面と平行に光ファイバ４を搭載することで、光素子３と光ファイバ４とを光学的に結合することが可能になる。

図２に示すように、水平部２ａの配線層２２には、光ファイバ４の位置決め用のガイド溝２５が形成されている。ガイド溝２５は、配線層２２に形成された溝からなり、例えば、配線層２２においてエッチングにより配線パターンを形成する際に同時に形成される。本実施の形態では、配線層２２の厚さが７０μｍと厚いので、ガイド溝２５の幅Ｗを光ファイバ４の外径Ｄよりも小さくすることで、光ファイバ４が配線層２２内に埋もれてしまうことを抑制している。ガイド溝２５の幅Ｗは、ガイド溝２５上に光ファイバ４を配置したときに、光素子３の発光部の中心が光ファイバ４の中心と対向するように、適宜調整される。

なお、ガイド溝２５の形状や形成方法はこれに限定されるものではなく、例えば、Ｖ字状のガイド溝２５をダイシングにより形成することも可能である。

また、本実施の形態では、光素子３と光ファイバ４とが、レンズを介さずに直接光学的に結合されている。光素子３と光ファイバ４の先端との間の距離Ｌが大きくなると光損失が大きくなるため、距離Ｌはできるだけ短くすることが望ましく、具体的には距離Ｌは２００μｍ以下であることが望ましい。本実施の形態では、光素子３と光ファイバ４の先端との間の距離Ｌを約１００μｍとした。

（光モジュール１の製造方法）
ここで、光モジュール１の製造方法について説明しておく。

図３（ａ）に示すように、まず、フレキシブルプリント基板２を用意し、エッチング等により所定の配線パターンを形成する。

その後、図３（ｂ）に示すように、ダイシングにより、中心角度が９０度のＶ字溝からなる溝２３を形成し、図３（ｃ）に示すように、ワイヤボンディングにより光素子３を実装する。光素子３の実装位置は、溝２３でフレキシブルプリント基板２を直角に折り曲げた際に、光ファイバ４と対向する位置となるように調整される。

その後、図３（ｄ）に示すように、溝２３の側面（斜面）同士が合わさるようにフレキシブルプリント基板２を直角に折り曲げ、溝２３の側面（斜面）同士を導電性の接着剤で接着固定する。これにより、互いに垂直な水平部２ａと垂直部２ｂとが形成される。

その後、光ファイバ４をガイド溝２５上に載置し、調心作業により光ファイバ４の位置の微調整を行い、光ファイバ４を接着等により固定する。以上により、図１の光モジュール１が得られる。

（変形例）
本実施の形態では、フレキシブルプリント基板２の幅方向の全体に溝２３を形成し、フレキシブルプリント基板２の全体を折り曲げるように構成する場合を説明したが、これに限らず、図４（ａ），（ｂ）に示すように、フレキシブルプリント基板２の幅方向における一部のみを折り曲げることで、垂直部２ｂを形成するようにしてもよい。図４（ａ）では幅方向における一端部に垂直部２ｂを形成した場合を示しており、図４（ｂ）では幅方向における中央部に垂直部２ｂを形成した場合を示している。

図４（ａ），（ｂ）のように、フレキシブルプリント基板２の幅方向における一部のみを折り曲げる構成とすることで、垂直部２ｂよりも光ファイバ４の延出側と反対側まで水平部２ａを延出することが可能となり、水平部２ａにおける光ファイバ４の延出側と反対側の端部（図示右側の端部）に通信機器に接続するためのコネクタ部（カードエッジコネクタ）４１を形成すること等が可能になる。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る光モジュール１では、折り曲げ用の溝２３が形成され、当該溝２３にて直角に折り曲げられることで、水平部２ａと、水平部２ａに対して垂直な垂直部２ｂと、が形成されたフレキシブルプリント基板２と、垂直部２ｂに実装された面発光素子または面受光素子からなる光素子３と、水平部２ａに実装され、光素子３と光学的に結合される光ファイバ４と、を備えている。

このように構成することで、ミラーやレンズブロック等の光学部品を用いることなく、光素子３と光ファイバ４とを光学的に結合させることが可能となり、構造が簡単でコンパクトであり、かつ低コストな光モジュール１を実現できる。

また、光モジュール１では、従来のようにフリップチップ実装を行うことなく、ワイヤボンディングにより光素子３を実装できるため、製造が容易である。つまり、本実施の形態によれば、簡単な構造で容易に製造可能な光モジュール１を実現できる。

さらに、本実施の形態では、光素子３と光ファイバ４とを近づけて配置することができるため、光素子３と光ファイバ４とをレンズを介さずに直接光学的に結合させることが可能になる。そのため、レンズを省略して構造をより簡略化し、さらなる低コスト化を図ることが可能になる。

なお、溝２３を形成せずにフレキシブルプリント基板２を折り曲げることも考えられるが、この場合、折り曲げ位置の精度を高くすることが困難であり、また、水平部２ａと垂直部２ｂとを垂直に保持することも困難になり、さらには、折り曲げにより配線層２２に皺が寄り電気特性が劣化してしまうおそれも生じる。折り曲げ位置の精度や、水平部２ａと垂直部２ｂの垂直性の高さは、光素子３と光ファイバ４の位置合わせの精度、すなわち光損失の大きさにつながるため、溝２３を形成せずにフレキシブルプリント基板２を折り曲げることは好ましくない。

また、本実施の形態では、中心角度が９０度のＶ字溝からなる溝２３を形成しているため、溝２３の側面（斜面）同士が合わさる位置で接着固定すれば水平部２ａと垂直部２ｂとを垂直とすることができ、製造が容易である。

さらに、本実施の形態では、配線層２２の厚さを５０μｍ以上としているため、配線層２２の剛性によりフレキシブルプリント基板２単体で水平部２ａと垂直部２ｂとを安定して垂直に保持することが可能であり、水平部２ａと垂直部２ｂとを垂直に保持するための部材を別途設ける必要がない。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］折り曲げ用の溝（２３）が形成され、当該溝（２３）にて直角に折り曲げられることで、水平部（２ａ）と、前記水平部（２ａ）に対して垂直な垂直部（２ｂ）と、が形成されたフレキシブルプリント基板（２）と、前記垂直部（２ｂ）に実装された面発光素子または面受光素子からなる光素子（３）と、前記水平部（２ａ）に実装され、前記光素子（３）と光学的に結合される光ファイバ（４）と、を備えた、光モジュール（１）。

［２］前記溝（２３）は、中心角度が９０度のＶ字溝からなる、［１］に記載の光モジュール（１）。

［３］前記フレキシブルプリント基板（２）は、フィルム状の樹脂層（２１）と、前記樹脂層（２１）の一方の面に形成された配線層（２２）と、を有し、前記溝（２３）は、前記配線層（２２）に、前記配線層（２２）の厚さと同じ深さとなるように形成されている、［１］または［２］に記載の光モジュール（１）。

［４］前記溝（２３）の側面に位置する前記配線層（２２）同士を導電性の接着剤で接着固定することで、前記水平部（２ａ）と前記垂直部（２ｂ）とが垂直に保持されている、［３］に記載の光モジュール（１）。

［５］前記配線層（２２）の厚さが、５０μｍ以上である、［３］または［４］に記載の光モジュール（１）。

［６］前記水平部（２ａ）の前記配線層（２２）には、前記光ファイバ（４）の位置決め用のガイド溝（２５）が形成されており、前記ガイド溝（２５）の幅が、前記光ファイバ（４）の外径よりも小さい、［３］乃至［５］の何れか１項に記載の光モジュール（１）。

［７］前記光素子（３）は、ワイヤボンディングにより前記フレキシブルプリント基板（２）に実装されている、［１］乃至［６］の何れか１項に記載の光モジュール（１）。

［８］前記光素子（３）と前記光ファイバ（４）とが、レンズを介さずに直接光学的に結合されている、［１］乃至［７］の何れか１項に記載の光モジュール（１）。

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。

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。

１…光モジュール
２…フレキシブルプリント基板
２ａ…水平部
２ｂ…垂直部
３…光素子
４…光ファイバ
２１…樹脂層
２２…配線層
２３…溝

Claims

折り曲げ用の溝が形成され、当該溝にて直角に折り曲げられることで、水平部と、前記水平部に対して垂直な垂直部と、が形成されたフレキシブルプリント基板と、
前記垂直部に実装された面発光素子または面受光素子からなる光素子と、
前記水平部に実装され、前記光素子と光学的に結合される光ファイバと、を備え、
前記フレキシブルプリント基板は、フィルム状の樹脂層と、前記樹脂層の一方の面に形成され、前記樹脂層よりも厚さが厚い金属からなる配線層と、を有し、
前記溝は、前記配線層に形成されている、
光モジュール。
前記溝は、中心角度が９０度のＶ字溝からなる、
請求項１に記載の光モジュール。
前記溝は、前記配線層に、前記配線層の厚さと同じ深さとなるように形成されている、
請求項１または２に記載の光モジュール。
前記溝の側面に位置する前記配線層同士を導電性の接着剤で接着固定することで、前記水平部と前記垂直部とが垂直に保持されている、
請求項３に記載の光モジュール。
前記配線層の厚さが、５０μｍ以上１００μｍ以下である、
請求項１乃至４に記載の光モジュール。
前記水平部の前記配線層には、前記光ファイバの位置決め用のガイド溝が形成されており、
前記ガイド溝の幅が、前記光ファイバの外径よりも小さい、
請求項１乃至５の何れか１項に記載の光モジュール。
前記光素子は、ワイヤボンディングにより前記フレキシブルプリント基板に実装されている、
請求項１乃至６の何れか１項に記載の光モジュール。
前記光素子と前記光ファイバとが、レンズを介さずに直接光学的に結合されている、
請求項１乃至７の何れか１項に記載の光モジュール。