JP2018010030A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子及び受光素子とレンズシートとの間の空間において結露が生じることがなく、低温であっても特性変化しない光モジュールを提供する。【解決手段】レンズを有するレンズシートと、光電変換素子が実装され、前記光電変換素子と前記レンズとの間に設けられた第１の貫通穴を有する基板と、前記レンズシートの一方の面と前記基板の他方の面とを貼り合わせる接着部と、を有し、前記接着部には、前記レンズと前記光電変換素子との間に第２の貫通穴が設けられており、前記第１の貫通穴と前記第２の貫通穴とが形成されている空間から外部につながる通路が設けられていることを特徴とする光モジュールを提供することにより上記課題を解決する。【選択図】 図３

Description

本発明は、光モジュールに関する。

スーパーコンピュータ、ハイエンドサーバーの高速インターフェースにおける通信においては、信号の高速伝送化に対応し、かつ、伝送距離を長くすることが可能な光通信が普及しつつある。

例えば、次世代インターフェースは、伝送距離が数十ｍと長いため光通信が用いられており、電気信号と光信号とを変換する光コネクタが用いられている。光コネクタは、光ファイバーとサーバー等とを接続する際に用いられ、光ファイバーから入力した光信号を電気信号に変換してサーバー等に出力し、また、サーバー等から入力した電気信号を光信号に変換して光ファイバーへと出力する。

このような光コネクタの内部には、電気信号を光信号に変換する発光素子、光信号を電気信号に変換する受光素子、光導波路を有する光モジュールが用いられている。また、低コストで製造できるように、シート状の光導波路、レンズシート、発光素子及び受光素子が搭載されている基板を接着シートにより貼り合わせた光モジュールが知られている。

特開２０１２−６８５３９号公報 特開２００５−３２２８０９号公報 国際公開第２０１３／１０５４７０号パンフレット

光モジュールにおいては、発光素子及び受光素子とレンズシートとの間の光路となる部分は、空間となっている。

このような光モジュールは、周囲の環境温度が低いと光モジュールの空間に結露が生じる場合がある。発光素子及び受光素子とレンズシートとの間に結露が生じると、結露による水滴が、レンズの上や発光素子・受光素子の表面に付着する可能性がある。この場合、レンズの集光特性や光路が変わり、レンズにより集光された光が受光素子に十分に入射しなくなったり、発光素子から出射された光がレンズに十分に入射しなくなったりするため、光モジュールの特性が低下してしまう。

このため、結露が生じることがなく、低温においても特性が変化しない光モジュールが求められている。

本実施の形態の一観点によれば、レンズを有するレンズシートと、光電変換素子が実装され、前記光電変換素子と前記レンズとの間に設けられた第１の貫通穴を有する基板と、前記レンズシートの一方の面と前記基板の他方の面とを貼り合わせる接着部と、を有し、前記接着部には、前記レンズと前記光電変換素子との間に第２の貫通穴が設けられており、前記第１の貫通穴と前記第２の貫通穴とが形成されている空間から外部につながる通路が設けられていることを特徴とする。

開示の光モジュールによれば、発光素子及び受光素子とレンズシートとの間の空間における結露を防ぐことができ、低温においても特性が変化することを防ぐことができる。

光モジュールの構造図 分離した接着シートの説明図 第１の実施の形態における光モジュールの断面図 第１の実施の形態における光モジュールの接着シートの説明図 第１の実施の形態における光モジュールの他の接着シートの説明図 第２の実施の形態における光モジュールの断面図 第２の実施の形態における光モジュールのレンズシートの説明図 第３の実施の形態における光モジュールの断面図 第３の実施の形態における光モジュールの回路基板の説明図 第３の実施の形態における光モジュールの他の回路基板の説明図 第４の実施の形態における光モジュールの接着シートの説明図 第４の実施の形態における光モジュールの他の接着シートの説明図 第５の実施の形態における光モジュールのレンズシートの説明図 第５の実施の形態における光モジュールの他のレンズシートの説明図 第６の実施の形態における光モジュールの回路基板の説明図 第６の実施の形態における光モジュールの他の回路基板の説明図

本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施の形態〕
最初に、光モジュールにおける結露の発生について説明する。

光導波路に発光素子及び受光素子が実装されている光モジュールは、図１に示されるように、光導波路２０の上にレンズシート３０、回路基板４０を積層することにより形成されている。尚、図１（ａ）は光モジュールの断面図であり、図１（ｂ）は接着シート９０が貼り付けられたレンズシート３０の上面図である。

光導波路２０は、中央部分に設けられたコア２１ａが両面に設けられたクラッド２１ｂにより挟まれ周囲が覆われている構造のものであり、光導波路２０の一方の端部には、不図示のレンズ付きフェルールが接続され、他方の端部近傍には、面２０ｂより光導波路２０の一部を三角状に除去することによりミラー２２が形成されている。レンズシート３０の一方の面３０ａには複数のレンズ３１が形成されており、光導波路２０の面２０ａとレンズシート３０の面３０ｂとは接着シート８０により貼り合わせられている。

回路基板４０には不図示の配線が形成されており、その一方の面４０ａには、発光素子５０、受光素子６０、ドライバ７１、ＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）７２が実装されている。発光素子５０は例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）であり、複数の発光部を有している。受光素子６０は、例えばフォトダイオードであり、複数の受光部を有している。ドライバ７１は、発光素子５０を駆動するためのＩＣ（Integrated Circuit）である。ＴＩＡ７２は、受光素子６０が検出した光により生じた電流を電圧に変換するＩＣである。本願においては、発光素子５０及び受光素子６０を光電変換素子と記載する場合がある。

回路基板４０には、発光素子５０より出射された光及び受光素子６０に入射する光の光路となる部分に各々貫通穴４１が設けられており、レンズシート３０の面３０ａと回路基板４０の面４０ｂとが、接着シート９０により貼り合わせられている。接着シート９０にも、発光素子５０より出射された光及び受光素子６０に入射する光の光路となる部分に貫通穴９１が設けられている。尚、回路基板４０の面４０ａに実装されている発光素子５０、受光素子６０、ドライバ７１、ＴＩＡ７２は、バンプ４２を介して回路基板４０に形成されている配線と接続されている。バンプ４２は、金等の材料により形成されている。接着シート８０及び９０は例えば透明両面テープである。

光導波路モジュールは、発光素子５０の発光部及び受光素子６０の受光部、回路基板４０の貫通穴４１、レンズシート３０のレンズ３１、光導波路２０に形成されたミラー２２の位置合わせがなされた状態で貼り合わせられている。発光素子５０から出射した光が回路基板４０に設けられた貫通穴４１を通り、レンズ３１を介してミラー２２に入射し反射され、光導波路２０のコア２１ａ内に伝播する。また、コア２１ａ内を伝播している光がミラー２２により反射され、レンズ３１を介して貫通穴４１を通り受光素子６０に入射するように、各部が位置合わせされた状態で貼り合わせられている。

図１に示す光モジュールでは、発光素子５０及び受光素子６０とレンズシート３０との間に、回路基板４０の貫通穴４１と接着シート９０の貫通穴９１とにより空間９２が形成される。空間９２は密閉されている。一方、光モジュールに搭載されているＩＣが動作する際、その温度が高くなる。そのため、動作している光モジュール周囲の環境温度が低くなると空間９２内の空気に含まれる水蒸気により結露が生じる。このような結露により生じた水滴が、レンズシート３０のレンズ３１や、発光素子５０及び受光素子６０に付着すると、レンズ３１の集光特性や光路に影響を与え、光モジュールの特性が低下してしまう。

結露を抑制する方法として、図１の接着シート９０に代えて、図２に示す２枚の接着シート９９０ａ及び９９０ｂを用いる方法が考えられる。しかしながら、分離した２枚の接着シート９９０ａ及び９９０ｂを用いた場合、それぞれの接着シートの接着面積が狭くなるため、レンズシート３０と回路基板４０との間の接着力が低下する可能性がある。また、この方法では、２枚の接着シート９９０ａ及び９９０ｂの位置合わせをして貼る必要があり、製造工程が増える。更には、接着シート９９０ａ及び９９０ｂの位置合わせも容易ではないため、接着シート９９０ａと接着シート９９０ｂとがずれた位置に貼られてしまう場合がある。

このため、低コストで製造することができ、発光素子５０及び受光素子６０とレンズシート３０との間に結露の生じない光モジュールが求められる。

（光モジュール）
次に、第１の実施の形態による光モジュールについて説明する。本実施の形態における光モジュールは、図３及び図４に示されるように、シート状の光導波路２０の上にレンズシート３０、回路基板４０を積層して形成されている。レンズシート３０と回路基板４０は接着シート１９０により貼り合わせられており、接着シート１９０には溝１９３が設けられている。尚、図３は本実施の形態による光モジュールの断面図であり、図４（ａ）は接着シート１９０が貼り付けられたレンズシート３０の上面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の一点鎖線４Ａ−４Ｂにおける接着シート１９０の断面図である。接着シート１９０を接着膜または第１の接着膜と記載し、接着シート８０を第２の接着膜と記載する場合がある。

本実施の形態では、レンズシート３０の面３０ａと回路基板４０の面４０ｂとが接着シート１９０により貼り合わせられている。接着シート１９０には、発光素子５０の発光部より出射された光及び受光素子６０の受光部に入射する光の光路となる部分に貫通穴１９１が設けられており、更に、貫通穴１９１と接着シート１９０の外とを接続する溝１９３が設けられている。接着シート１９０は、溝１９３の形成されている面が回路基板４０の面４０ｂに貼り付けられる。接着シート１９０は例えば透明両面テープであり、両面に粘着層が形成されている。

本実施の形態による光モジュールでは、発光素子５０及び受光素子６０とレンズシート３０との間に、回路基板４０の貫通穴４１と接着シート１９０の貫通穴１９１とにより空間１９２が形成される。この空間１９２は密閉された空間ではなく、接着シート１９０に形成された溝１９３により外側とつながっている。即ち、接着シート１９０の溝１９３が形成されている部分は、回路基板４０の面４０ｂと接触していない。このため、空間１９２内の水蒸気は、通路となる溝１９３から空間１９２の外に出ることができる。

このように、本実施の形態においては、空間１９２内の水蒸気は溝１９３により空間１９２の外に出ることができるため、光モジュール周囲の環境温度が低くなっても空間１９２内に結露が生じることがない。従って、水滴がレンズシート３０のレンズ３１や発光素子５０及び受光素子６０に付着することもなく、光モジュールの特性が低下することがない。尚、本実施の形態においては、接着シート１９０に形成される溝は、レンズシート３０の面３０ａに貼り付けられる面に形成されたものであってもよい。

また、図５に示すように、接着シート１９０に形成される溝１９５に、外から空間１９２内へのゴミ等の進入を抑制するための曲線部１９５ａを形成してもよい。曲線状の溝１９５では、溝を直線的に形成した場合と比べて、曲線部１９５ａにおいてゴミ等が進入しにくくなる。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、接着シートに溝を形成するのではなく、図６及び図７に示すようにレンズシート２３０に溝２３３を形成した構造の光モジュールである。本実施の形態による光モジュールについて、図６及び図７に基づき説明する。尚、図６は本実施の形態による光モジュールの断面図であり、図７（ａ）はレンズシート２３０の上面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の一点鎖線７Ａ−７Ｂにおけるレンズシート２３０の断面図である。

本実施の形態による光モジュールのレンズシート２３０には、一方の面２３０ａに複数のレンズ３１と溝２３３が形成されている。レンズシート２３０の面２３０ａと回路基板４０の面４０ｂとは接着シート９０により貼り合わせられており、レンズシート２３０の面２３０ｂと光導波路２０の面２０ａとは接着シート８０により貼り合わせられている。尚、接着シート９０を接着膜または第１の接着膜と記載する場合がある。

本実施の形態による光モジュールでは、発光素子５０及び受光素子６０とレンズシート２３０との間に回路基板４０の貫通穴４１と接着シート９０の貫通穴９１とによる空間２９２が形成される。この空間２９２は密閉された空間ではなく、レンズシート２３０に形成された溝２３３により外とつながっている。レンズシート２３０の溝２３３が形成されている部分は、接着シート９０と接触しないため、空間２９２内の水蒸気は溝２３３から空間２９２の外に出ることができる。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、接着シートやレンズシートに溝を形成するのではなく、図８及び図９に示すように、回路基板３４０に溝３４３を形成した構造の光モジュールである。本実施の形態による光モジュールについて、図８及び図９に基づき説明する。

回路基板３４０は、一方の面３４０ａに配線等を形成するための金属層３４２ａが形成されており、他方の面３４０ｂに配線等を形成するための金属層３４２ｂが形成されている。尚、図８は本実施の形態による光モジュールの断面図であり、図９（ａ）は回路基板３４０の上面図であり、図９（ｂ）は回路基板３４０の底面図であり、図９（ｃ）は図９（ｂ）の一点鎖線９Ａ−９Ｂにおける回路基板３４０の断面図である。

本実施の形態による光モジュールにおいて、回路基板３４０の、発光素子５０より出射された光及び受光素子６０に入射する光の光路となる部分に貫通穴３４１が設けられている。また、回路基板３４０の面３４０ｂのレンズシート３０が貼り付けられる領域には、金属層３４２ｂを一部除去することにより溝３４３が形成されている。レンズシート３０の面３０ａと回路基板３４０の面３４０ｂとは接着シート９０により貼り合わせられている。尚、回路基板３４０の面３４０ａには、発光素子５０、受光素子６０、ドライバ７１、ＴＩＡ７２が実装されている。

本実施の形態による光モジュールでは、発光素子５０及び受光素子６０とレンズシート３０との間に回路基板３４０の貫通穴３４１と接着シート９０の貫通穴９１とによる空間３９２が形成される。空間３９２は密閉されておらず、回路基板３４０の溝３４３により外側とつながっている。回路基板３４０の面３４０ｂは、溝３４３が形成されている部分では接着シート９０と接触しないため、空間３９２内の水蒸気は溝３４３から空間３９２の外に出ることができる。

また、図１０に示すように、回路基板３４０の面３４０ｂの、レンズシート３０が貼り付けられる領域で、且つ金属層３４２ａに形成された受光素子６０とＴＩＡ７２との間の配線に対応する領域に形成されている金属層３４２ｂの一部を除去することにより、溝３４４を形成してもよい。この場合、回路基板３４０の金属層３４２ｂは接地電位に接続されておりグランド電極となる。図１０の形態に限らず、本実施の形態では、受光素子６０とＴＩＡ７２との間の配線部分に対応する領域のグランド電極となる金属層３４２ｂを除去することにより信号線のインダクタンスが増加し、インダクタピーキングにより周波数特性を向上させることができる。従って、溝３４４を形成することにより、結露を防ぐとともに、光モジュールの周波数特性を向上させることができる。尚、溝３４４は、レンズシートが貼り付けられる領域の外側にもはみ出すように形成されている。

尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、接着シートの表面に凹凸を形成したものである。

本実施の形態による光モジュールにおいては、図１１に示すように、接着シート４９０の面に直線状の凹凸４９３が形成されている。尚、図１１（ａ）はレンズシート３０の上に貼り付けられた接着シート４９０の上面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の一点鎖線１１Ａ−１１Ｂにおける接着シート４９０の断面図である。

接着シート４９０の表面に直線状の凹凸４９３を形成することにより、接着シート４９０の凹凸４９３の形成されている面と回路基板４０との間に隙間が生じる。具体的には、接着シート４９０に回路基板４０を載せても、凹凸４９３の凸部は回路基板４０と接触するが、凹凸４９３の凹部は回路基板４０と接触しないため、凹凸４９３の凹部と回路基板４０との間に隙間が形成され、接着シートに溝を形成しなくともその隙間により空間１９２は外につながる。

また、図１２に示すように、接着シート５９０がその表面にランダムな凹凸５９３を有していてもよい。この場合も、図１１の例と同様の効果を得ることができる。尚、図１２（ａ）は接着シート５９０の上面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の一点鎖線１２Ａ−１２Ｂにおける接着シート５９０の断面図である。

上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。

〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、レンズシートがその面に凹凸を有するものである。

本実施の形態による光モジュールにおいては、図１３に示すように、レンズシート４３０の面に直線状の凹凸４３３が形成されている。尚、図１３（ａ）はレンズシート４３０の上面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の一点鎖線１３Ａ−１３Ｂにおける断面図である。

レンズシート４３０の面に直線状の凹凸４３３を形成することにより、レンズシート４３０の凹凸４３３の形成されている面と接着シート９０との間に隙間が生じる。レンズシート４３０に接着シート９０を載せても、凹凸４３３の凸部は接着シート９０と接触するが、凹凸４３３の凹部は接着シート９０と接触しないため、凹凸４３３の凹部と接着シート９０との間に隙間が形成される。このため、レンズシートに溝を形成しなくとも、凹部と接着シート９０との間の隙間により空間２９２は外につながる。

また、図１４に示すように、レンズシート５３０がその面にランダムな凹凸５３３を有していてもよい。この場合も、図１３の例と同様の効果を得ることができる。尚、図１４（ａ）はレンズシート５３０の上面図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の一点鎖線１４Ａ−１４Ｂにおける断面図である。

上記以外の内容については、第２の実施の形態と同様である。

〔第６の実施の形態〕
次に、第６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、回路基板がその面に凹凸を有するものである。

本実施の形態による光モジュールにおいては、図１５に示すように、回路基板４４０の面に直線状の凹凸４４３が形成されている。尚、図１５（ａ）は回路基板４４０の底面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）の一点鎖線１５Ａ−１５Ｂにおける断面図である。

回路基板４４０に直線状の凹凸４４３を形成することにより、回路基板４４０の凹凸４４３が形成されている面と接着シート９０との間に隙間が生じる。接着シート９０の上に回路基板４４０を載せても、凹凸４４３の凸部は接着シート９０と接触するが、凹部は接着シート９０と接触しないため、凹凸４４３の凹部と接着シート９０との間に隙間が形成される。このため、回路基板に溝を形成しなくとも、凹部と接着シート９０との隙間により空間３９２は外につながる。

また、図１６に示すように、回路基板５４０がその面にランダムな凹凸５４３を有していてもよい。この場合も、図１５の例と同様の効果を得ることができる。尚、図１６（ａ）は回路基板５４０の底面図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の一点鎖線１６Ａ−１６Ｂにおける断面図である。

上記以外の内容については、第３の実施の形態と同様である。

以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。

２０ 光導波路
２２ ミラー
３０ レンズシート
３１ レンズ
４０ 回路基板
４１、９１、１９１ 貫通穴
５０ 発光素子
６０ 受光素子
８０、９０、１９０ 接着シート
１９２ 空間
１９３ 溝

Claims (5)

1. レンズを有するレンズシートと、
   光電変換素子が実装され、前記光電変換素子と前記レンズとの間に設けられた第１の貫通穴を有する基板と、
   前記レンズシートの一方の面と前記基板の他方の面とを貼り合わせる接着部と、
   を有し、
   前記接着部には、前記レンズと前記光電変換素子との間に第２の貫通穴が設けられており、
   前記第１の貫通穴と前記第２の貫通穴とが形成されている空間から外部につながる通路が設けられていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記通路は、前記接着部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記通路は、前記レンズシートに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
4. 前記通路は、前記基板に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光モジュール。
5. ミラーの形成された光導波路と、
   前記光導波路の一方の面と前記レンズシートの他方の面とを貼り合わせる第２の接着部と、
   を更に有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光モジュール。

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