JP4304717B2 - 光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光モジュールおよびその製造方法に関し、特に発光デバイスまたは受光デバイスやレンズ等の光通信用の光部品を基板に実装した光モジュールおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信用の光モジュールにおいては、一般に、プリント基板の表面および裏面に、発光デバイス、受光デバイス、レンズといった光部品が、実装物質（はんだやエポキシ樹脂等）を介して実装されている（例えば、特許文献１参照）。このような従来技術においては、基板上の光部品の実装位置に１〜１０μｍといった高精度が要求されるため、それらの光部品を基板に実装する際に、例えば、基板および光部品を上下に離して一定位置に保持した状態において、基板表面上に形成されたパターンを画像認識機構で位置計測して、その計測された結果を元に光部品の基板への目標実装位置に対するズレ量を算出し、次に、そのズレ量を零とすべく基板もしくは光部品を高精度の移動機構で位置調整した後、実装物質を介して基板と光部品を密着させて固定する方法が、一般に採用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−４４４５２号公報 （第３−４頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術には、以下のような問題点が存在する。
第１の問題点は、光部品が平らな基板表面上に実装されなければならないために、基板表面上に形成されたパターンを参照して光部品を目標実装位置まで移動させなければならず、したがって、そのようなパターンを認識する画像認識機構および光部品を目標実装位置に移動させる高精度の移動機構が必要になるということである。
【０００５】
第２の問題点は、基板を挟んで、その両面に光部品を光軸を一致させて実装しなければならないが、基板の裏面側から基板表面上に実装された光部品または上述の基板表面に形成された参照パターンを正しく認識できないときには、光軸を一致させることが困難になるということである。裏面側の画像認識機構と基板表面に形成された参照パターンとの間に不透明物質（例えば、不透明な基板、あるいは、その一部）が存在する場合には、裏面側からそのパターンを認識できない。また不透明物質が存在しなくても屈折率が不連続である境界面が存在し、さらにその境界面が凹凸を有する場合、光の散乱が生じることによって、裏面側の画像認識機構が、表面側のパターンを認識できなかったり、本来の形状と異なる形状に認識する可能性がある。
【０００６】
第３の問題点は、光部品の基板への実装時に、基板に変質が生じる場合があるということである。例えば、実装材料として実装強度や実装精度の信頼性に優れる金スズはんだを用いた場合、その実装には、少なくとも実装部付近の基板温度を金スズはんだの共晶温度の２８０℃より高い温度にしなければならず、したがって、基板として耐熱温度が２００℃程度の有機材料を用いた場合には、基板に熱分解による変質が生じる。
【０００７】
第４の問題点は、基板への光部品の実装後に、基板と光部品との間の結合力が低下して、光部品の位置ずれを生じる場合があるということである。例えば、複数の光部品の実装に際して実装物質にはんだを用いた場合、先順に実装した光部品を接合しているはんだが、後順に実装する光部品の接合時に溶融することで基板と光部品間の結合力が低下する可能性がある。また、例えば、接合物質に有機材料を用いた場合、有機材料が酸化や吸湿等により経時的に変質することによって、基板と光部品との間の結合力が低下する可能性がある。基板と光部品間の結合力により光部品を実装面と平行方向に基板に保持する力が、光部品に加わる実装面と平行方向の外力に比べて下回った場合、光部品が実装面内で位置ずれを生じる。また実装物質の表面張力を用いて光部品の位置を基板に対する目標実装位置に拘束する方法はあるが、基板および光部品の表面パターンの形状や実装物質の供給量に高精度な条件が求められる困難な方法である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、実装の際に画像認識機構および高精度の移動機構が不要で、かつ、高精度な位置関係で基板の表面と裏面とに光部品を実装可能で、かつ、有機材料を用いた基板でも変質を生じることなく、光部品の実装後の位置ずれを抑制できる光モジュールおよびその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、基板に光デバイスおよびレンズが位置決めされて実装された光モジュールであって、前記光デバイスの発光または／および受光する側の主面上に、前記光デバイスの発光領域から出射される光または受光領域に入射される光の光路を実質的に遮らないように形成された複数の金属製の突起の各々が、前記基板の前記光デバイスに対向する面（以下、「上面」という）に形成された複数の、内壁面の少なくとも一部および周辺部が導電層により被覆された凹み（以下、「上面凹み」という）の各々に嵌合され導電層と加圧接合により接合されており、かつ、前記基板の前記上面と反対側の面（以下、「下面」という）に複数の、内壁面の少なくとも一部および周辺部が導電層により被覆された凹み（以下、「下面凹み」という）が形成されており、該複数の下面凹みの各々に、１主面上に複数の金属製の突起が形成された前記レンズの該複数の突起の各々が嵌合され導電層と加圧接合により接合されていることを特徴とする光モジュール、が提供される。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明によれば、前記の光モジュールを製造する光モジュールの製造方法であって、光デバイスの発光領域または受光領域の中心に対向するべき基板上面の位置を、光デバイス実装基準位置として定め、該光デバイス実装基準位置を基準として、前記光デバイスの複数の突起の各々を嵌合させるための複数の凹みの各々を、前記基板上面に形成することを特徴とする光モジュールの製造方法、が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの断面図である。本実施の形態に係る光モジュールの１つの構造は、少なくとも、基板１と、基板１の上面に実装された光デバイス２と、基板１の下面に実装されたレンズ３と、を有している。基板１は、絶縁物質による絶縁シート６を有しており、絶縁シート６には、凹み５Ａ、５Ｂが形成されている。絶縁シート６は、例えば、厚さ５０μｍ程度のシート形状を有する、耐熱温度が２００℃以下であるポリイミドであってもよい。凹み５Ａ、５Ｂは、それぞれ、絶縁シート６の上面、下面に開口を有する穴である。凹み５Ａ、５Ｂの内壁面、および、凹み５Ａ周辺の絶縁シート６の上面、凹み５Ｂ周辺の絶縁シート６の下面には、導電物質からなる導電層７が形成されている。導電層７は、例えば、凹み５Ａ、５Ｂの内壁面および絶縁シート６の上面、下面に、メッキ法を用いて、銅を厚さ１８〜３３μｍの層状に形成し、さらに、その表面に金を０．１〜０．２μｍの層状に形成した後、所望の形状にパターン化することによって、形成される。凹み５Ａ、５Ｂの内壁に形成された導電層７の内壁の横断面の直径は、５０〜６０μｍφであり、その高さは、７０μｍ以上である。導電層７は、必ずしも、凹み５Ａ、５Ｂの内壁全体に形成されていなくともよい。また、凹み５Ａ、５Ｂは、それぞれ、絶縁シート６の下面、上面まで貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。凹み５Ａ、５Ｂの形成方法としては、各凹みを高精度な位置関係で基板に形成するために、全ての凹み５Ａ、５Ｂが形成される位置に、基板の上面になる側から高精度なレーザ加工により非貫通もしくは貫通の下穴を、基板の設置状態を変更することなく形成した後、それらの下穴をガイドとして凹み５Ａ、５Ｂを形成する方法が好適である。基板１の上面には、光デバイスを発光または受光させるための、導電層７を介して突起４Ａに電気的に接続された配線が、形成されている。また、基板１の下面にも、同様の配線が導電層７を介して突起４Ｂに電気的に接続されていてもよい。
【００１２】
光デバイス２は、例えばガリウム砒素等の半導体を母体とする光通信用の発光デバイスまたは受光デバイスであり、発光または受光を行う発光／受光領域１２に単数または複数の発光または受光の光軸を有している。レンズ３は、例えば石英ガラス等の透明材料に、光を集光する集光部１４を有して構成される光通信用のレンズである。光デバイス２には、発光／受光領域１２の形成されている主面上に、複数の突起４Ａが形成されている。レンズ３の基板１に対向する主面上には、複数の突起４Ｂが形成されている。
【００１３】
突起４Ａ、４Ｂは、それぞれ、光デバイス２の発光／受光領域１２、レンズ３の集光部１４を通る光の光路を遮らない位置に形成されている。突起４Ａ、４Ｂは全て、互いに同一の形状をなしており、各突起の少なくとも一部分は、それぞれ、光デバイス２、レンズ３の表面から遠ざかる方向に向けて、その横断面の面積が小さくなる円錐形状をなしている。突起４Ａ、４Ｂの円錐形状部の回転軸（中心軸）は、それぞれ、光デバイス２、レンズ３の表面に直角となることが望ましい。突起４Ａ、４Ｂの円錐形状部の最も光デバイス２、レンズ３の表面に近い横断面（以下、「円錐底面」と呼ぶ）の直径は、７０〜８０μｍφ、底面から円錐形状部先端までの高さは６０〜７０μｍである。また、突起４Ａ、４Ｂは、少なくともその円錐形状部の表面近傍が塑性変形する物質からなり、例えば金であってもよい。その場合には、まず光デバイス２およびレンズ３の表面上の突起が形成されるべき位置にメッキ等により金の被覆を施し、通常のスタッドバンプ法により、汎用バンプボンダを用いて２０〜２５μｍφの金ワイヤを溶融して金のボールを形成し、金の被覆上にボンディングした後、金ワイヤを引き上げて切断することによって、突起４Ａおよび４Ｂを形成するのが好適である。光デバイス２、レンズ３の突起４Ａ、４Ｂは、それぞれ、基板１の凹み５Ａ、５Ｂに嵌合している。
【００１４】
本実施の形態に係る光モジュールの他の構造として、図１に示すように、上述の構造に、さらに、レンズ３の集光部１４の光軸の間隔と等間隔に固定された光ファイバ８と位置決めピン９とを備えた光コネクタ１０が、基板１の下面側から、基板１との間にレンズ３を挟み込むように、位置決めピン９を基板１に形成されている位置決め穴１１に嵌合して、基板１に固定されている。位置決めピン９を位置決め穴１１に嵌合した状態でレンズ３と光ファイバ８との光軸が合致するように、光コネクタ１０における位置決めピン９および基板１における位置決め穴１１の位置が、設定されている。
【００１５】
次に、図２〜図４を参照して、上述の光モジュールの製造方法を説明する。
図２は、光デバイスの上面図〔（ａ）〕とＡ−Ａ線に沿う断面図〔（ｂ）〕、光デバイスが嵌合する部分の基板の上面図〔（ｃ）〕とＢ−Ｂ線に沿う断面図〔（ｄ）〕である。ここで、光デバイスの上面とは、発光／受光領域の存在する面をいう。図２において、図１の部分と同等の部分には同一の参照符号が付されている。まず、図２（ａ）に示すように、複数（図では４個）の突起４Ａが、光デバイス２の発光／受光領域１２の中心に対して紙面左右方向（右方向が＋方向）に寸法−ａ、＋ｂ、紙面上下方向（上方向が＋方向）に寸法−ｃ、＋ｄで示された各所定の位置に形成される。ここで、突起４Ａは、光デバイス２に２個以上形成されればよい。突起４Ａの形成位置に関しては、突起４Ａが２個の場合には、２個の突起を結ぶ線分上に発光／受光領域１２の中心が存在するように、また突起４Ａが３個以上の場合には、各突起を結ぶ線分で囲まれる最も外側の多角形の内部に発光／受光領域１２の中心が存在するように設定されるのが望ましい。次に、図２（ｃ）に示すように、基板１の上面上に、光デバイス２を嵌合させたときにその発光／受光領域１２の中心が存在すべき位置を光デバイス用の部品実装基準位置１３と定め、その部品実装基準位置１３に対して紙面左右方向に寸法−ｂ、＋ａ、紙面上下方向に寸法−ｃ、＋ｄとなる位置に４個の凹み５Ａを形成する。次いで、凹み５Ａの内壁面、および、凹み５Ａ周辺の基板１の上面に導電層７を形成する。光デバイス２の各突起を基板１の各凹みに嵌合させるときには、光デバイス２を、紙面左右方向に裏返して嵌合させる。
【００１６】
光デバイス２の発光／受光領域１２の中心に対する各突起４Ａの形成位置精度を図の上下および左右方向に関して±εｇμｍ、基板１の部品実装基準位置１３に対する凹み５Ａの形成位置精度を±εｈμｍとすると、各突起４Ａおよび凹み５Ａを嵌合させた時に部品実装基準位置１３に対する発光／受光領域１２の中心の位置ずれは±(εｇ＋εｈ)μｍ以下となる。
【００１７】
次に、１個の光デバイスに複数の発光／受光領域がある場合について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、２個の発光／受光領域がある場合の光デバイスの上面図〔（ａ）〕とＣ−Ｃ線に沿う断面図〔（ｂ）〕、光デバイスが嵌合する部分の基板の上面図〔（ｃ）〕とＤ−Ｄ線に沿う断面図〔（ｄ）〕、レンズの上面図〔（ｅ）〕とＥ−Ｅ線に沿う断面図である。ここで、レンズの上面とは、光モジュールに組み立てた際に基板と対向する面をいう。図３において、図２の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明を適宜省略する。図３（ａ）に示すように、光デバイス２に、紙面左右方向に距離ｅ１を置いて、２つの発光／受光領域１２が形成されている。２つの発光／受光領域１２の紙面上下方向の位置は同じである。４個の突起４Ａが、左側の発光／受光領域１２の中心に対して紙面左右方向に寸法−ａ１、右側の発光／受光領域１２の中心に対して紙面左右方向に寸法＋ｂ１、両発光／受光領域１２の中心に対して紙面上下方向に寸法−ｃ１、＋ｄ１で示された位置に形成される。また、図３（ｅ）に示すように、レンズ３に、紙面左右方向に距離ｅ２（＝ｅ１）を置いて、２つの集光部１４が形成されている。２つの集光部１４の紙面上下方向の位置は同じである。４個の突起４Ｂが、左側、右側の集光部１４の光軸に対して紙面左右方向に、それぞれ、寸法−ａ２、＋ｂ２、両集光部１４の光軸に対して紙面上下方向に寸法−ｃ２、＋ｄ２で示された位置に形成される。光デバイス２の発光／受光領域１２の中心軸とレンズ３の集光部１４の光軸とは、光モジュールに組み立てた際に一致しなければならないから、ｅ２＝ｅ１である。
【００１８】
さらに、図３（ｃ）に示すように、基板１の上面上に、光デバイス２を嵌合させたときにその発光／受光領域１２の中心が存在すべき位置を光デバイス用の部品実装基準位置１３と定め、左側、右側の部品実装基準位置１３に対して紙面左右方向に、それぞれ、寸法−ｂ１、＋ａ１、両部品実装基準位置１３に対して紙面上下方向に寸法−ｃ１、＋ｄ１となる位置に４個の凹み５Ａを形成する。これらの基板１の上面上の光デバイス用の部品実装基準位置１３から基板１の下面に下した垂線の基板１の下面との交点は、レンズ３用の部品実装基準位置である。この基板１の下面上の、基板１の上面から見て左側、右側の部品実装基準位置に対して基板１の上面から見た紙面左右方向に、それぞれ、寸法−ａ２、＋ｂ２、両部品実装基準位置に対して紙面上下方向に寸法−ｃ２、＋ｄ２となる位置に４個の凹み５Ｂを形成する。次いで、凹み５Ａ、５Ｂの内壁面、および、凹み５Ａ周辺の基板１の上面、凹み５Ｂ周辺の基板１の下面に導電層７を形成する。光デバイス２、レンズ３の各突起を基板１の各凹みに嵌合させるときには、光デバイス２を紙面左右方向に裏返して基板の上面側に、レンズ３を図示の通りのまま基板の下面側に重ねて、各突起と各凹みとを嵌合させる。
【００１９】
光デバイス２の発光／受光領域１２のいずれか又は両方の中心に対する各突起４Ａの形成位置精度を図の上下および左右方向に関して±εｇμｍ、基板１の部品実装基準位置１３のいずれか又は両方に対する凹み５Ａの形成位置精度を±εｈμｍとすると、各突起４Ａおよび凹み５Ａを嵌合させた時に部品実装基準位置１３に対する発光／受光パターン領域１２の中心の位置ずれは±(εｇ＋εｈ)μｍ以下となる。同様に、レンズ３の集光部１４のいずれか又は両方の光軸に対する各突起４Ａの形成位置精度を図の上下および左右方向に関して±εｇμｍ、基板１の部品実装基準位置のいずれか又は両方に対する凹み５Ｂの形成位置精度を±εｈμｍとすると、各突起４Ｂおよび凹み５Ｂを嵌合させた時に部品実装基準位置に対する集光部１４の光軸の位置ずれは±(εｇ＋εｈ)μｍ以下となる。よって、光デバイス２の発光／受光領域１２の中心とレンズ３の集光部１４の光軸との相対的な位置ずれは±２(εｇ＋εｈ)μｍ以下である。以上の結果は、光デバイス２の発光／受光領域が３個以上あるときでも同様である。
【００２０】
以上の考察によって、各光部品の光軸または中心軸同士の相対的な位置ずれが、［上面側の光部品（光デバイス）の突起の形成位置精度＋基板の上面および下面の凹みの形成位置精度＋下面側の光部品（レンズ）の突起の形成位置精度］で表される値以下に抑えられる、高精度な位置関係で各光部品を実装できることが明白である。
【００２１】
図４は、光デバイス２の突起４Ａを基板１の凹み５Ａに嵌合させたときの嵌合箇所周辺の断面図である。光デバイス２が、基板１の表面に垂直な方向に加圧されて、その突起４Ａの円錐形状部が、凹み５Ａの開口付近上の導電層７の角部によって食い込まれている。このとき、突起４Ａの円錐形状部が、導電層７の形状に倣って塑性変形するため、凹み５Ａの内部の導電層７の内壁面、および、凹み５Ａの外側の導電層７の表面において、それぞれ、突起４Ａと導電層７との接触面１５、１６が形成されて、突起４Ａと導電層７とは、すきまなく接触する。この状態で、接触面１５、１６に１８５〜２００℃の温度を加えることによって、基板１にダメージを与えることなく、接触面１５および接触面１６で接触している突起４Ａと導電層７との表面にある金の全部または一部が凝結または金属拡散により接合する。以上の結果は、レンズ３の突起４Ｂと基板１の凹み５Ｂとの嵌合においても同様である。
【００２２】
〔第２の実施の形態〕
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールの断面図である。図５において、図１の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明を適宜省略する。本実施の形態が図１に示した第１の実施の形態と異なる点は、光コネクタが、光電気混載基板によって構成されているという点である。
【００２３】
光電気混載基板１８は、例えばプリント配線板の表面にポリイミド等による光導波路シートを貼付したものである。その光導波路にはレンズ３の集光部１４の光軸方向に光を入出可能な光導波路端１７がレンズ３の集光部１４の光軸と等間隔に形成されている。さらに、光電気混載基板１８の位置決めピン９を基板１の位置決め穴１１に嵌合させると、レンズ３の集光部１４の光軸と、光導波路端１７から出射される又は導波路端１７に入射する光の中心軸の光軸とが合致するように、光電気混載基板１８における位置決めピン９および基板１における位置決め穴１１の位置が設定されている。その他の点については、第１の実施の形態と同様である。
【００２４】
〔第３の実施の形態〕
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る光モジュールの断面図である。図６において、図５の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明を適宜省略する。本実施の形態が図５に示した第２の実施の形態と異なる点は、光デバイスの突起が、直接、光電気混載基板に形成された凹みに嵌合されているという点である。
【００２５】
光電気混載基板１８は、第２の実施の形態と同様に、例えばプリント配線板の表面にポリイミド等による光導波路シートを貼付したものであり、その光導波路シート内には、光デバイス２の発光／受光領域１２の中心軸方向に光を入出可能な光導波路端１７が形成されている。この光電気混載基板１８には、図１の基板１に形成されている凹み５Ａと同様の凹み５Ｃが形成されており、凹み５Ｃの内壁面、および、凹み５Ｃ周辺の光電気混載基板１８の上面には、導電層７が形成されている。光デバイス２の突起４Ａと光電気混載基板１８の凹み５Ｃとは、図４の光デバイス２の突起４Ａと基板１の凹みとの嵌合と同様な状態で嵌合している。このように光デバイス２の突起４Ａを光電気混載基板１８の凹み５Ｃに嵌合した状態で、光デバイス２の発光／受光領域１２の中心軸と、光導波路端１７から出射される又は導波路端１７に入射する光の中心軸とが合致するように、光電気混載基板１８における光導波路端１７の位置が設定されている。
【００２６】
以上の説明においては、１個の発光／受光領域１２を持つ１個の光デバイス２が用いられたが、第１の実施の形態と同様に、１個の光デバイス２に複数の発光／受光領域１２が存在していてもよいし、複数の光デバイス２が存在していてもよい。当然ながら、それらの発光／受光領域１２の中心に対向する光電気混載基板１８の位置には、光導波路端１７が形成されている。
【００２７】
以上、本発明をその好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明の光モジュールは、上述した実施の形態のみに制限されるものではなく、本願発明の要旨を変更しない範囲で種々の変化を施した光モジュールも、本発明の範囲に含まれる。例えば、光デバイスおよびレンズの突起の、基板の凹みに嵌合する部分は、円錐形状に限られるわけではなく、楕円錐形状であっても角錐形状であっても、あるいは、円錐台形状、楕円錐台形状、角錐台形状であっても、基板の凹みがそれらに対応していて、それらの突起がそれらの凹みに倣って塑性変形してすきまなく接触するような形状であれば、どのような形状であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光モジュールの製造方法は、基板に形成された凹みに、光部品に形成された突起を嵌合させるものであるから、光部品の実装の際に部品の位置を基板に対する目標実装位置に調整するための画像認識機構および高精度の移動機構が不要となる。
【００２９】
また、本発明に係る光モジュールの製造方法は、基板の上面および下面に高精度な位置関係で形成された凹みに、光部品に形成された突起を嵌合させるものであるから、基板の上面と下面に、複数の光部品を高精度な位置関係で実装することが可能である。
【００３０】
また、本発明に係る光モジュールの製造方法は、光部品の基板への実装にはんだ等の高温実装手段を用いないものであるから、基板が有機材料を用いている場合においても、光部品の実装時の温度が基板の耐熱温度を上回ることがなく、基板が変質することがない。
【００３１】
また、本発明に係る光モジュールは、基板に形成された凹みの円筒面と基板の表面との交線である円状の角部と、光部品に形成した突起の円錐面とがすきまなく接触するものであるから、光部品に加わる基板の表面と平行方向の外力に対する反力を突起と凹みとを介して常に光部品に発生させることができ、光部品の実装後の位置ずれを抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの構成図。
【図２】 図１の光デバイスの上面図〔（ａ）〕とＡ−Ａ線に沿う断面図〔（ｂ）〕、光デバイスが嵌合する部分の基板の上面図〔（ｃ）〕とＢ−Ｂ線に沿う断面図〔（ｄ）〕。
【図３】 図１の他の光デバイスの上面図〔（ａ）〕とＣ−Ｃ線に沿う断面図〔（ｂ）〕、光デバイスが嵌合する部分の基板の上面図〔（ｃ）〕とＤ−Ｄ線に沿う断面図〔（ｄ）〕，レンズの上面図〔（ｅ）〕とＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図４】 図１の光デバイス２の突起と基板の凹みとの嵌合状態を説明するための断面図。
【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールの断面図。
【図６】 本発明の第３の実施の形態に係る光モジュールの断面図。
【符号の説明】
１ 基板
２ 光デバイス
３ レンズ
４Ａ、４Ｂ 突起
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 凹み
６ 絶縁シート
７ 導電層
８ 光ファイバ
９ 位置決めピン
１０ 光コネクタ
１１ 位置決め穴
１２ 発光／受光領域
１３ 部品実装基準位置
１４ 集光部
１５、１６ 接触面
１７ 導波路端
１８ 光電気混載基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、光モジュールおよびその製造方法に関し、特に発光デバイスまたは受光デバイスやレンズ等の光通信用の光部品を基板に実装した光モジュールおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信用の光モジュールにおいては、一般に、プリント基板の表面および裏面に、発光デバイス、受光デバイス、レンズといった光部品が、実装物質（はんだやエポキシ樹脂等）を介して実装されている（例えば、特許文献１参照）。このような従来技術においては、基板上の光部品の実装位置に１〜１０μｍといった高精度が要求されるため、それらの光部品を基板に実装する際に、例えば、基板および光部品を上下に離して一定位置に保持した状態において、基板表面上に形成されたパターンを画像認識機構で位置計測して、その計測された結果を元に光部品の基板への目標実装位置に対するズレ量を算出し、次に、そのズレ量を零とすべく基板もしくは光部品を高精度の移動機構で位置調整した後、実装物質を介して基板と光部品を密着させて固定する方法が、一般に採用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−４４４５２号公報 （第３−４頁、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術には、以下のような問題点が存在する。
第１の問題点は、光部品が平らな基板表面上に実装されなければならないために、基板表面上に形成されたパターンを参照して光部品を目標実装位置まで移動させなければならず、したがって、そのようなパターンを認識する画像認識機構および光部品を目標実装位置に移動させる高精度の移動機構が必要になるということである。
【０００５】
第２の問題点は、基板を挟んで、その両面に光部品を光軸を一致させて実装しなければならないが、基板の裏面側から基板表面上に実装された光部品または上述の基板表面に形成された参照パターンを正しく認識できないときには、光軸を一致させることが困難になるということである。裏面側の画像認識機構と基板表面に形成された参照パターンとの間に不透明物質（例えば、不透明な基板、あるいは、その一部）が存在する場合には、裏面側からそのパターンを認識できない。また不透明物質が存在しなくても屈折率が不連続である境界面が存在し、さらにその境界面が凹凸を有する場合、光の散乱が生じることによって、裏面側の画像認識機構が、表面側のパターンを認識できなかったり、本来の形状と異なる形状に認識する可能性がある。
【０００６】
第３の問題点は、光部品の基板への実装時に、基板に変質が生じる場合があるということである。例えば、実装材料として実装強度や実装精度の信頼性に優れる金スズはんだを用いた場合、その実装には、少なくとも実装部付近の基板温度を金スズはんだの共晶温度の２８０℃より高い温度にしなければならず、したがって、基板として耐熱温度が２００℃程度の有機材料を用いた場合には、基板に熱分解による変質が生じる。
【０００７】
第４の問題点は、基板への光部品の実装後に、基板と光部品との間の結合力が低下して、光部品の位置ずれを生じる場合があるということである。例えば、複数の光部品の実装に際して実装物質にはんだを用いた場合、先順に実装した光部品を接合しているはんだが、後順に実装する光部品の接合時に溶融することで基板と光部品間の結合力が低下する可能性がある。また、例えば、接合物質に有機材料を用いた場合、有機材料が酸化や吸湿等により経時的に変質することによって、基板と光部品との間の結合力が低下する可能性がある。基板と光部品間の結合力により光部品を実装面と平行方向に基板に保持する力が、光部品に加わる実装面と平行方向の外力に比べて下回った場合、光部品が実装面内で位置ずれを生じる。また実装物質の表面張力を用いて光部品の位置を基板に対する目標実装位置に拘束する方法はあるが、基板および光部品の表面パターンの形状や実装物質の供給量に高精度な条件が求められる困難な方法である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、実装の際に画像認識機構および高精度の移動機構が不要で、かつ、高精度な位置関係で基板の表面と裏面とに光部品を実装可能で、かつ、有機材料を用いた基板でも変質を生じることなく、光部品の実装後の位置ずれを抑制できる光モジュールおよびその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、基板に光デバイスおよびレンズが位置決めされて実装された光モジュールであって、前記光デバイスの発光または／および受光する側の主面上に、前記光デバイスの発光領域から出射される光または受光領域に入射される光の光路を実質的に遮らないように形成された複数の金属製の突起の各々が、前記基板の前記光デバイスに対向する面（以下、「上面」という）に形成された複数の、内壁面の少なくとも一部および周辺部が導電層により被覆された凹み（以下、「上面凹み」という）の各々に嵌合され導電層と加圧接合により接合されており、かつ、前記基板の前記上面と反対側の面（以下、「下面」という）に複数の、内壁面の少なくとも一部および周辺部が導電層により被覆された凹み（以下、「下面凹み」という）が形成されており、該複数の下面凹みの各々に、１主面上に複数の金属製の突起が形成された前記レンズの該複数の突起の各々が嵌合され導電層と加圧接合により接合されていることを特徴とする光モジュール、が提供される。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明によれば、前記の光モジュールを製造する光モジュールの製造方法であって、光デバイスの発光領域または受光領域の中心に対向するべき基板上面の位置を、光デバイス実装基準位置として定め、該光デバイス実装基準位置を基準として、前記光デバイスの複数の突起の各々を嵌合させるための複数の凹みの各々を、前記基板上面に形成することを特徴とする光モジュールの製造方法、が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの断面図である。本実施の形態に係る光モジュールの１つの構造は、少なくとも、基板１と、基板１の上面に実装された光デバイス２と、基板１の下面に実装されたレンズ３と、を有している。基板１は、絶縁物質による絶縁シート６を有しており、絶縁シート６には、凹み５Ａ、５Ｂが形成されている。絶縁シート６は、例えば、厚さ５０μｍ程度のシート形状を有する、耐熱温度が２００℃以下であるポリイミドであってもよい。凹み５Ａ、５Ｂは、それぞれ、絶縁シート６の上面、下面に開口を有する穴である。凹み５Ａ、５Ｂの内壁面、および、凹み５Ａ周辺の絶縁シート６の上面、凹み５Ｂ周辺の絶縁シート６の下面には、導電物質からなる導電層７が形成されている。導電層７は、例えば、凹み５Ａ、５Ｂの内壁面および絶縁シート６の上面、下面に、メッキ法を用いて、銅を厚さ１８〜３３μｍの層状に形成し、さらに、その表面に金を０．１〜０．２μｍの層状に形成した後、所望の形状にパターン化することによって、形成される。凹み５Ａ、５Ｂの内壁に形成された導電層７の内壁の横断面の直径は、５０〜６０μｍφであり、その高さは、７０μｍ以上である。導電層７は、必ずしも、凹み５Ａ、５Ｂの内壁全体に形成されていなくともよい。また、凹み５Ａ、５Ｂは、それぞれ、絶縁シート６の下面、上面まで貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。凹み５Ａ、５Ｂの形成方法としては、各凹みを高精度な位置関係で基板に形成するために、全ての凹み５Ａ、５Ｂが形成される位置に、基板の上面になる側から高精度なレーザ加工により非貫通もしくは貫通の下穴を、基板の設置状態を変更することなく形成した後、それらの下穴をガイドとして凹み５Ａ、５Ｂを形成する方法が好適である。基板１の上面には、光デバイスを発光または受光させるための、導電層７を介して突起４Ａに電気的に接続された配線が、形成されている。また、基板１の下面にも、同様の配線が導電層７を介して突起４Ｂに電気的に接続されていてもよい。
【００１２】
光デバイス２は、例えばガリウム砒素等の半導体を母体とする光通信用の発光デバイスまたは受光デバイスであり、発光または受光を行う発光／受光領域１２に単数または複数の発光または受光の光軸を有している。レンズ３は、例えば石英ガラス等の透明材料に、光を集光する集光部１４を有して構成される光通信用のレンズである。光デバイス２には、発光／受光領域１２の形成されている主面上に、複数の突起４Ａが形成されている。レンズ３の基板１に対向する主面上には、複数の突起４Ｂが形成されている。
【００１３】
突起４Ａ、４Ｂは、それぞれ、光デバイス２の発光／受光領域１２、レンズ３の集光部１４を通る光の光路を遮らない位置に形成されている。突起４Ａ、４Ｂは全て、互いに同一の形状をなしており、各突起の少なくとも一部分は、それぞれ、光デバイス２、レンズ３の表面から遠ざかる方向に向けて、その横断面の面積が小さくなる円錐形状をなしている。突起４Ａ、４Ｂの円錐形状部の回転軸（中心軸）は、それぞれ、光デバイス２、レンズ３の表面に直角となることが望ましい。突起４Ａ、４Ｂの円錐形状部の最も光デバイス２、レンズ３の表面に近い横断面（以下、「円錐底面」と呼ぶ）の直径は、７０〜８０μｍφ、底面から円錐形状部先端までの高さは６０〜７０μｍである。また、突起４Ａ、４Ｂは、少なくともその円錐形状部の表面近傍が塑性変形する物質からなり、例えば金であってもよい。その場合には、まず光デバイス２およびレンズ３の表面上の突起が形成されるべき位置にメッキ等により金の被覆を施し、通常のスタッドバンプ法により、汎用バンプボンダを用いて２０〜２５μｍφの金ワイヤを溶融して金のボールを形成し、金の被覆上にボンディングした後、金ワイヤを引き上げて切断することによって、突起４Ａおよび４Ｂを形成するのが好適である。光デバイス２、レンズ３の突起４Ａ、４Ｂは、それぞれ、基板１の凹み５Ａ、５Ｂに嵌合している。
【００１４】
本実施の形態に係る光モジュールの他の構造として、図１に示すように、上述の構造に、さらに、レンズ３の集光部１４の光軸の間隔と等間隔に固定された光ファイバ８と位置決めピン９とを備えた光コネクタ１０が、基板１の下面側から、基板１との間にレンズ３を挟み込むように、位置決めピン９を基板１に形成されている位置決め穴１１に嵌合して、基板１に固定されている。位置決めピン９を位置決め穴１１に嵌合した状態でレンズ３と光ファイバ８との光軸が合致するように、光コネクタ１０における位置決めピン９および基板１における位置決め穴１１の位置が、設定されている。
【００１５】
次に、図２〜図４を参照して、上述の光モジュールの製造方法を説明する。
図２は、光デバイスの上面図〔（ａ）〕とＡ−Ａ線に沿う断面図〔（ｂ）〕、光デバイスが嵌合する部分の基板の上面図〔（ｃ）〕とＢ−Ｂ線に沿う断面図〔（ｄ）〕である。ここで、光デバイスの上面とは、発光／受光領域の存在する面をいう。図２において、図１の部分と同等の部分には同一の参照符号が付されている。まず、図２（ａ）に示すように、複数（図では４個）の突起４Ａが、光デバイス２の発光／受光領域１２の中心に対して紙面左右方向（右方向が＋方向）に寸法−ａ、＋ｂ、紙面上下方向（上方向が＋方向）に寸法−ｃ、＋ｄで示された各所定の位置に形成される。ここで、突起４Ａは、光デバイス２に２個以上形成されればよい。突起４Ａの形成位置に関しては、突起４Ａが２個の場合には、２個の突起を結ぶ線分上に発光／受光領域１２の中心が存在するように、また突起４Ａが３個以上の場合には、各突起を結ぶ線分で囲まれる最も外側の多角形の内部に発光／受光領域１２の中心が存在するように設定されるのが望ましい。次に、図２（ｃ）に示すように、基板１の上面上に、光デバイス２を嵌合させたときにその発光／受光領域１２の中心が存在すべき位置を光デバイス用の部品実装基準位置１３と定め、その部品実装基準位置１３に対して紙面左右方向に寸法−ｂ、＋ａ、紙面上下方向に寸法−ｃ、＋ｄとなる位置に４個の凹み５Ａを形成する。次いで、凹み５Ａの内壁面、および、凹み５Ａ周辺の基板１の上面に導電層７を形成する。光デバイス２の各突起を基板１の各凹みに嵌合させるときには、光デバイス２を、紙面左右方向に裏返して嵌合させる。
【００１６】
光デバイス２の発光／受光領域１２の中心に対する各突起４Ａの形成位置精度を図の上下および左右方向に関して±εｇμｍ、基板１の部品実装基準位置１３に対する凹み５Ａの形成位置精度を±εｈμｍとすると、各突起４Ａおよび凹み５Ａを嵌合させた時に部品実装基準位置１３に対する発光／受光領域１２の中心の位置ずれは±(εｇ＋εｈ)μｍ以下となる。
【００１７】
次に、１個の光デバイスに複数の発光／受光領域がある場合について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、２個の発光／受光領域がある場合の光デバイスの上面図〔（ａ）〕とＣ−Ｃ線に沿う断面図〔（ｂ）〕、光デバイスが嵌合する部分の基板の上面図〔（ｃ）〕とＤ−Ｄ線に沿う断面図〔（ｄ）〕、レンズの上面図〔（ｅ）〕とＥ−Ｅ線に沿う断面図である。ここで、レンズの上面とは、光モジュールに組み立てた際に基板と対向する面をいう。図３において、図２の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明を適宜省略する。図３（ａ）に示すように、光デバイス２に、紙面左右方向に距離ｅ１を置いて、２つの発光／受光領域１２が形成されている。２つの発光／受光領域１２の紙面上下方向の位置は同じである。４個の突起４Ａが、左側の発光／受光領域１２の中心に対して紙面左右方向に寸法−ａ１、右側の発光／受光領域１２の中心に対して紙面左右方向に寸法＋ｂ１、両発光／受光領域１２の中心に対して紙面上下方向に寸法−ｃ１、＋ｄ１で示された位置に形成される。また、図３（ｅ）に示すように、レンズ３に、紙面左右方向に距離ｅ２（＝ｅ１）を置いて、２つの集光部１４が形成されている。２つの集光部１４の紙面上下方向の位置は同じである。４個の突起４Ｂが、左側、右側の集光部１４の光軸に対して紙面左右方向に、それぞれ、寸法−ａ２、＋ｂ２、両集光部１４の光軸に対して紙面上下方向に寸法−ｃ２、＋ｄ２で示された位置に形成される。光デバイス２の発光／受光領域１２の中心軸とレンズ３の集光部１４の光軸とは、光モジュールに組み立てた際に一致しなければならないから、ｅ２＝ｅ１である。
【００１８】
さらに、図３（ｃ）に示すように、基板１の上面上に、光デバイス２を嵌合させたときにその発光／受光領域１２の中心が存在すべき位置を光デバイス用の部品実装基準位置１３と定め、左側、右側の部品実装基準位置１３に対して紙面左右方向に、それぞれ、寸法−ｂ１、＋ａ１、両部品実装基準位置１３に対して紙面上下方向に寸法−ｃ１、＋ｄ１となる位置に４個の凹み５Ａを形成する。これらの基板１の上面上の光デバイス用の部品実装基準位置１３から基板１の下面に下した垂線の基板１の下面との交点は、レンズ３用の部品実装基準位置である。この基板１の下面上の、基板１の上面から見て左側、右側の部品実装基準位置に対して基板１の上面から見た紙面左右方向に、それぞれ、寸法−ａ２、＋ｂ２、両部品実装基準位置に対して紙面上下方向に寸法−ｃ２、＋ｄ２となる位置に４個の凹み５Ｂを形成する。次いで、凹み５Ａ、５Ｂの内壁面、および、凹み５Ａ周辺の基板１の上面、凹み５Ｂ周辺の基板１の下面に導電層７を形成する。光デバイス２、レンズ３の各突起を基板１の各凹みに嵌合させるときには、光デバイス２を紙面左右方向に裏返して基板の上面側に、レンズ３を図示の通りのまま基板の下面側に重ねて、各突起と各凹みとを嵌合させる。
【００１９】
光デバイス２の発光／受光領域１２のいずれか又は両方の中心に対する各突起４Ａの形成位置精度を図の上下および左右方向に関して±εｇμｍ、基板１の部品実装基準位置１３のいずれか又は両方に対する凹み５Ａの形成位置精度を±εｈμｍとすると、各突起４Ａおよび凹み５Ａを嵌合させた時に部品実装基準位置１３に対する発光／受光パターン領域１２の中心の位置ずれは±(εｇ＋εｈ)μｍ以下となる。同様に、レンズ３の集光部１４のいずれか又は両方の光軸に対する各突起４Ａの形成位置精度を図の上下および左右方向に関して±εｇμｍ、基板１の部品実装基準位置のいずれか又は両方に対する凹み５Ｂの形成位置精度を±εｈμｍとすると、各突起４Ｂおよび凹み５Ｂを嵌合させた時に部品実装基準位置に対する集光部１４の光軸の位置ずれは±(εｇ＋εｈ)μｍ以下となる。よって、光デバイス２の発光／受光領域１２の中心とレンズ３の集光部１４の光軸との相対的な位置ずれは±２(εｇ＋εｈ)μｍ以下である。以上の結果は、光デバイス２の発光／受光領域が３個以上あるときでも同様である。
【００２０】
以上の考察によって、各光部品の光軸または中心軸同士の相対的な位置ずれが、［上面側の光部品（光デバイス）の突起の形成位置精度＋基板の上面および下面の凹みの形成位置精度＋下面側の光部品（レンズ）の突起の形成位置精度］で表される値以下に抑えられる、高精度な位置関係で各光部品を実装できることが明白である。
【００２１】
図４は、光デバイス２の突起４Ａを基板１の凹み５Ａに嵌合させたときの嵌合箇所周辺の断面図である。光デバイス２が、基板１の表面に垂直な方向に加圧されて、その突起４Ａの円錐形状部が、凹み５Ａの開口付近上の導電層７の角部によって食い込まれている。このとき、突起４Ａの円錐形状部が、導電層７の形状に倣って塑性変形するため、凹み５Ａの内部の導電層７の内壁面、および、凹み５Ａの外側の導電層７の表面において、それぞれ、突起４Ａと導電層７との接触面１５、１６が形成されて、突起４Ａと導電層７とは、すきまなく接触する。この状態で、接触面１５、１６に１８５〜２００℃の温度を加えることによって、基板１にダメージを与えることなく、接触面１５および接触面１６で接触している突起４Ａと導電層７との表面にある金の全部または一部が凝結または金属拡散により接合する。以上の結果は、レンズ３の突起４Ｂと基板１の凹み５Ｂとの嵌合においても同様である。
【００２２】
〔第２の実施の形態〕
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールの断面図である。図５において、図１の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明を適宜省略する。本実施の形態が図１に示した第１の実施の形態と異なる点は、光コネクタが、光電気混載基板によって構成されているという点である。
【００２３】
光電気混載基板１８は、例えばプリント配線板の表面にポリイミド等による光導波路シートを貼付したものである。その光導波路にはレンズ３の集光部１４の光軸方向に光を入出可能な光導波路端１７がレンズ３の集光部１４の光軸と等間隔に形成されている。さらに、光電気混載基板１８の位置決めピン９を基板１の位置決め穴１１に嵌合させると、レンズ３の集光部１４の光軸と、光導波路端１７から出射される又は導波路端１７に入射する光の中心軸の光軸とが合致するように、光電気混載基板１８における位置決めピン９および基板１における位置決め穴１１の位置が設定されている。その他の点については、第１の実施の形態と同様である。
【００２４】
〔第３の実施の形態〕
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る光モジュールの断面図である。図６において、図５の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明を適宜省略する。本実施の形態が図５に示した第２の実施の形態と異なる点は、光デバイスの突起が、直接、光電気混載基板に形成された凹みに嵌合されているという点である。
【００２５】
光電気混載基板１８は、第２の実施の形態と同様に、例えばプリント配線板の表面にポリイミド等による光導波路シートを貼付したものであり、その光導波路シート内には、光デバイス２の発光／受光領域１２の中心軸方向に光を入出可能な光導波路端１７が形成されている。この光電気混載基板１８には、図１の基板１に形成されている凹み５Ａと同様の凹み５Ｃが形成されており、凹み５Ｃの内壁面、および、凹み５Ｃ周辺の光電気混載基板１８の上面には、導電層７が形成されている。光デバイス２の突起４Ａと光電気混載基板１８の凹み５Ｃとは、図４の光デバイス２の突起４Ａと基板１の凹みとの嵌合と同様な状態で嵌合している。このように光デバイス２の突起４Ａを光電気混載基板１８の凹み５Ｃに嵌合した状態で、光デバイス２の発光／受光領域１２の中心軸と、光導波路端１７から出射される又は導波路端１７に入射する光の中心軸とが合致するように、光電気混載基板１８における光導波路端１７の位置が設定されている。
【００２６】
以上の説明においては、１個の発光／受光領域１２を持つ１個の光デバイス２が用いられたが、第１の実施の形態と同様に、１個の光デバイス２に複数の発光／受光領域１２が存在していてもよいし、複数の光デバイス２が存在していてもよい。当然ながら、それらの発光／受光領域１２の中心に対向する光電気混載基板１８の位置には、光導波路端１７が形成されている。
【００２７】
以上、本発明をその好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明の光モジュールは、上述した実施の形態のみに制限されるものではなく、本願発明の要旨を変更しない範囲で種々の変化を施した光モジュールも、本発明の範囲に含まれる。例えば、光デバイスおよびレンズの突起の、基板の凹みに嵌合する部分は、円錐形状に限られるわけではなく、楕円錐形状であっても角錐形状であっても、あるいは、円錐台形状、楕円錐台形状、角錐台形状であっても、基板の凹みがそれらに対応していて、それらの突起がそれらの凹みに倣って塑性変形してすきまなく接触するような形状であれば、どのような形状であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光モジュールの製造方法は、基板に形成された凹みに、光部品に形成された突起を嵌合させるものであるから、光部品の実装の際に部品の位置を基板に対する目標実装位置に調整するための画像認識機構および高精度の移動機構が不要となる。
【００２９】
また、本発明に係る光モジュールの製造方法は、基板の上面および下面に高精度な位置関係で形成された凹みに、光部品に形成された突起を嵌合させるものであるから、基板の上面と下面に、複数の光部品を高精度な位置関係で実装することが可能である。
【００３０】
また、本発明に係る光モジュールの製造方法は、光部品の基板への実装にはんだ等の高温実装手段を用いないものであるから、基板が有機材料を用いている場合においても、光部品の実装時の温度が基板の耐熱温度を上回ることがなく、基板が変質することがない。
【００３１】
また、本発明に係る光モジュールは、基板に形成された凹みの円筒面と基板の表面との交線である円状の角部と、光部品に形成した突起の円錐面とがすきまなく接触するものであるから、光部品に加わる基板の表面と平行方向の外力に対する反力を突起と凹みとを介して常に光部品に発生させることができ、光部品の実装後の位置ずれを抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールの構成図。
【図２】 図１の光デバイスの上面図〔（ａ）〕とＡ−Ａ線に沿う断面図〔（ｂ）〕、光デバイスが嵌合する部分の基板の上面図〔（ｃ）〕とＢ−Ｂ線に沿う断面図〔（ｄ）〕。
【図３】 図１の他の光デバイスの上面図〔（ａ）〕とＣ−Ｃ線に沿う断面図〔（ｂ）〕、光デバイスが嵌合する部分の基板の上面図〔（ｃ）〕とＤ−Ｄ線に沿う断面図〔（ｄ）〕，レンズの上面図〔（ｅ）〕とＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図４】 図１の光デバイス２の突起と基板の凹みとの嵌合状態を説明するための断面図。
【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールの断面図。
【図６】 本発明の第３の実施の形態に係る光モジュールの断面図。
【符号の説明】
１ 基板
２ 光デバイス
３ レンズ
４Ａ、４Ｂ 突起
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 凹み
６ 絶縁シート
７ 導電層
８ 光ファイバ
９ 位置決めピン
１０ 光コネクタ
１１ 位置決め穴
１２ 発光／受光領域
１３ 部品実装基準位置
１４ 集光部
１５、１６ 接触面
１７ 導波路端
１８ 光電気混載基板
Claims (14)
- 基板に光デバイスおよびレンズが位置決めされて実装された光モジュールであって、前記光デバイスの発光または／および受光する側の主面上に、前記光デバイスの発光領域から出射される光または受光領域に入射される光の光路を実質的に遮らないように形成された複数の金属製の突起の各々が、前記基板の前記光デバイスに対向する面（以下、「上面」という）に形成された複数の、内壁面の少なくとも一部および周辺部が導電層により被覆された凹み（以下、「上面凹み」という）の各々に嵌合され導電層と加圧接合により接合されており、かつ、前記基板の前記上面と反対側の面（以下、「下面」という）に複数の、内壁面の少なくとも一部および周辺部が導電層により被覆された凹み（以下、「下面凹み」という）が形成されており、該複数の下面凹みの各々に、１主面上に複数の金属製の突起が形成された前記レンズの該複数の突起の各々が嵌合され導電層と加圧接合により接合されていることを特徴とする光モジュール。
- 前記基板が、有機材料を使用し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。
- 前記レンズの集光を行う集光部以外の部分の前記主面上に、前記レンズの突起が形成さ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。
- 前記光デバイスの発光領域または受光領域の中心軸と、前記レンズの光軸とが一致す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。
- 前記光デバイス、または、前記光デバイスおよびレンズの複数の突起の各々が、少なくともその一部において、前記光デバイス、または、前記光デバイスおよびレンズの前記主面から遠ざかるにつれて、その横断面積が小さくなる傾斜領域を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。
- 前記複数の上面凹みの各々、または、前記複数の上面凹みおよび下面凹みの各々の前記上面の開口部、または、前記上面の開口部および下面の開口部近傍の前記導電層と、前記光デバイス、または、前記光デバイスおよびレンズの複数の突起の各々の前記傾斜領域の側面とが、すきまなく接触または接合していることを特徴とする請求項５に記載の光モジュール。
- 前記基板との間に、前記レンズを挟むように、位置決めピンと、光ファイバまたは光導波路とを備えた光コネクタが配置され、該位置決めピンが、前記基板に形成された位置決め穴に嵌合されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記光ファイバの光軸、又は、前記導波路端から出射される又は前記導波路端に入射する光の中心軸が、前記レンズの集光部の光軸、および、前記光デバイスの発光領域または受光領域の中心軸と一致することを特徴とする請求項７に記載の光モジュール。
- 前記光デバイスの発光領域または受光領域と、前記基板上の前記光導波路の導波路端、または、前記レンズの集光部、または、前記レンズの集光部および前記光コネクタの光ファイバまたは光導波路の導波路端とが、同数存在していることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光モジュール。
- 請求項１から９のいずれかに記載の光モジュールを製造する光モジュールの製造方法であって、光デバイスの発光領域または受光領域の中心に対向するべき基板上面の位置を、光デバイス実装基準位置として定め、該光デバイス実装基準位置を基準として、前記光デバイスの複数の突起の各々を嵌合させるための複数の凹みの各々を、前記基板上面に形成することを特徴とする光モジュールの製造方法。
- 前記光デバイス実装基準位置の基板下面に下した垂線の基板下面との交点を、レンズの光軸に対向するべきレンズ実装基準位置として定め、該レンズ実装基準位置を基準として、レンズの複数の突起の各々を嵌合させるための複数の凹みの各々を、前記基板下面に形成することを特徴とする請求項１０に記載の光モジュールの製造方法。
- 前記光デバイス、または、前記光デバイスおよび前記レンズに対して、前記基板の上面および下面に垂直な方向に加圧し、前記光デバイスの複数の突起の各々、または、前記光デバイスおよび前記レンズの複数の突起の各々の傾斜領域を、前記基板に形成されている前記複数の凹みの各々の開口部周辺の導電層の角部に倣って塑性変形させることを特徴とする請求項１０または１１に記載の光モジュールの製造方法。
- 前記導電層の角部の近傍で、前記突起と前記導電層とを凝着または金属拡散によって接合させることを特徴とする請求項１２に記載の光モジュールの製造方法。
- 前記光デバイスの複数の突起、または、前記光デバイスおよび前記レンズの複数の突起が、スタッドバンプ法を用いて形成されることを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載の光モジュール製造方法。
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