JP5625138B1 - 光モジュール、光モジュールの実装方法、光モジュール搭載回路基板、光モジュール評価キットシステム、回路基板および通信システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1に係る光モジュールの模式的な斜視図である。図2は、図1に示す光モジュールの分解図である。図3は、図1に示す光モジュールの平面図である。図4は、図3のA−A線断面図である。図5は、図1に示す光モジュールの正面図である。図6は、図3のB−B線断面図である。以下、図1〜図6を用いて本実施の形態1に係る光モジュールについて説明する。
図9は、本発明の実施の形態2に係る光モジュールの模式的な断面図である。図9に示すように、本実施の形態2に係る光モジュール100Aは、実施の形態1に係る光モジュール100において、筐体10を筐体10Aに置き換えた構成を有する点が、光モジュール100とは異なる。筐体10Aは、筐体10において、板部材11を板部材11Aに置き換えた構成を有する点が、筐体10とは異なる。
その後、樹脂材料等からなる一般的なアンダーフィル材にて実装面の隙間を埋める。
図10は、本発明の実施の形態3に係る光モジュールについて、図4の断面図に対応する図である。図11は、本実施の形態3に係る光モジュールの正面図である。図12は、本実施の形態3に係る光モジュールについて、図6の断面図に対応する図である。図13は、回路基板上に実装された光モジュールを説明する図である。
図14は、本発明の実施の形態4に係る光モジュールの模式的な断面図である。図14に示すように、本実施の形態4に係る光モジュール100Cは、実施の形態3に係る光モジュール100Bにおいて、筐体10を筐体10Aに置き換えた構成を有する点が、光モジュール100Bとは異なる。筐体10Aは、筐体10において、板部材11を板部材11Aに置き換えた構成を有する点、および、ガイド孔17に支持部材73が挿入されている点が、筐体10とは異なる。
あるいは、ホルダ50と回路基板とを熱伝導性樹脂等で熱的に接続させることで放熱するようにしてもよい。
図15は、本発明の実施の形態5に係る光モジュールの模式的な平面図である。図15に示す、本実施の形態5に係る光モジュールは、実施の形態1に係る光モジュール100において、3個のガイド孔17のそれぞれに光学部材18を設けたものである。各光学部材18はたとえば光学窓やレンズである。各光学部材18は各ガイド孔17の内部に埋め込まれていても良いし、各ガイド孔17を覆うように設けられていても良い。
つぎに、回路基板上に形成されたマーカの他の実施の形態について説明する。図16は、回路基板上に形成されたマーカの他の実施の形態を示す図である。図16に示す実施の形態では、回路基板200A上に、大きさが異なる3つの三角形を同心状に配置して形成された3つのマーカ220Aが形成されている。各マーカ220Aの頂点の一つは3つのマーカ220Aの重心の方向を向いている。
つぎに、本発明の実施の形態6に係る光モジュール搭載システム(以下搭載システムと略記する)の一例について説明する。
図21〜24に示すように、搭載システム2000は、光モジュール等を動作させるための電子部品を備える回路基板300と、ソケット400と、蓋500と、MTコネクタ支持部材600とを備えている。図25は、回路基板300およびソケット400の斜視図である。図26は、MTコネクタ支持部材600の斜視図である。図27は、図22の一部断面図である。図28は、図23の一部断面図である。図27、28に示すように、搭載システム2000は、さらにスペーサ700を備えている。スペーサ700は剛性を有する例えば銅等の金属からなる。
図30は、本発明の実施の形態7に係る搭載システムの一部断面図である。本実施の形態7に係る搭載システム2000Aは、実施の形態6に係る搭載システム2000において、MTコネクタCを導波路支持部材620で置き換え、導波路支持部材620の上部に光モジュール100と光学結合させる受光部材(光結合部材)である有機光導波路Wを付加した構成を有する。図31は、導波路支持部材620および有機光導波路Wの模式図である。なお、本実施の形態では光結合部近傍のみに配置される導波路支持部材620を示したが、有機光導波路Wの下面に沿った長手状の形状を取っても良い。
図34は、実施の形態8に係る光モジュール搭載回路基板の模式図である。図35は、実施の形態9に係る光モジュール搭載回路基板の模式図である。
光モジュール搭載回路基板4000、5000は、光モジュール100と、回路基板200と、有機導波路210とを備える。実施の形態8、9に係る光モジュール搭載回路基板4000、5000と、実施の形態6、7の光モジュール搭載回路基板との違いは、実施の形態6、7ではソケットを介して光モジュールが回路基板に載置されたが、本実施の形態8、9ではそれぞれ、回路基板200上の配線パターン201に直接光モジュール100がはんだ付け等で固定されて電気的に接続されていること、光学結合部材である有機導波路210が(必要があればスペーサを介して)回路基板200に直接接着等により固定される点である。実施形態8と実施形態9の違いは、光結合部材である有機導波路210が回路基板上で、光モジュールと回路基板の間に固定されるか、あるいは、有機導波路210が回路基板の下面で、光モジュールと有機導波路で回路基板を挟むように構成されるかという点である。これらの方法によれば、光モジュール100を固定した後に、回路基板300の挿通孔302と同様な形状で設けられた開口202から目視により、回路基板200の面上の水平方向で有機導波路210に設けられたアラインメントマーク(図示しない)と光モジュールに設けられたアラインメントマーク(図示しない)とをあわせて固定することによって、光学結合の精密な位置決めを容易に行うことができるので生産性が向上する。アラインメントマークとしては上述のガイドピン孔を利用する方法でも、有機導波路の外径と光モジュール上に設けられたマークとをあわせるなどの方法を取ることができる。なお、実施の形態8、9においてもはんだ固定の代わりにソケットを用いて光モジュールを電気的に脱着可能に固定しても良い。
図36は、本発明の実施の形態10に係る光モジュールの模式的な斜視図である。本実施の形態10に係る光モジュール100Eは、図1に示す実施の形態1に示す光モジュール100において、レンズアレイ素子ホルダ50をレンズアレイ素子ホルダ50Eに置き換えた構成を有する。
なお、窪み部57E1の深さは、光導波路210Bに設けられたピン211Bの長さよりは深く、MTフェルールを嵌合する際に用いるガイドピンの長さよりは浅く設定される。
すなわち、回路基板200に光モジュール100Eを搭載する際には、光導波路210Bに設けた2本のピン211Bは、一方がガイド孔53Eと、もう一方が窪み部57E1と嵌合される。一方、たとえば光モジュール100E1単体の評価としてガイド孔53Eにガイドピンを指し、そのガイドピンと公知のMTフェルールとを勘合して光結合させ評価する際には、2本のガイドピンは、一方が、窪み部57E1が設けられていないガイド孔53Eと嵌合され、もう一方が窪み部57E1の底部に設けられたガイド孔53Eと嵌合される。
すなわち、ガイド孔53Eの一方が窪み部57E1の底部に形成されていることによって、光モジュール100E1と公知のMTフェルールとを勘合して容易に光結合させ評価できるとともに、回路基板200に光モジュール100Eが搭載される際には、光導波路210Bと光モジュール100Eとを容易に嵌合することができる。
11、11A 板部材
11a 素子実装面
11aa、220、220A、220B マーカ
11ab 凹部
11b 裏面
12 枠部材
12a 基板実装面
13、13B 接合層
13Ba 金属接合材
13Bb 樹脂接着剤
14、501 内部空間
14a、401、603 開口
15 導波路導入口
16、16a、16b、16c、16d 平面電極パッド
17、53、53E、211A、766、866 ガイド孔
18 光学部材
19A 導波路
19B 光素子
19C 光コネクタ
20 VCSELアレイ素子
30 ドライバIC
40 マイクロレンズアレイ素子
50、50E、50E1 レンズアレイ素子ホルダ
51 主表面
52 保持孔
54、700、70A 側面
56E スリット
57E1 窪み部
57E1a テーパ
60 スペーサ
71 放熱部材
72 ヒートシンク
73 支持部材
80、80A、80B、90、90A 保護具
80a、80Ca 本体部
80Aa、80Ba 保護部
80Ab、80Bb バネ部
80b 防塵部
80Bc 屈曲部
80C 高さ調整具
80Cb 高さ調整部
80Cc 光路用貫通孔
80d、80Cd 挿入部
90a 正面保護部
90b 上面保護部
90c、90Ac 固定アーム
90ca、90Aca 係合部
90d 下部保護部
90e 基板係合部
100、100A、100B、100C、100D、100E、100E1、700、800、800A 光モジュール
101、102、901 ボンディングワイヤ
200、200A、850、1000 回路基板
210、210A、W 有機光導波路
211、W1 楔部
211B ピン
212B 導波路コア
301 配線パターン
302、701 挿通孔
400 ソケット
402 載置部
402a ピン
403 螺子部
500 蓋
502、505 バネ
503 押圧板
504 ラッチ構造
600 MTコネクタ支持部材
601 支持柱
80c、601a 貫通孔
602 MTコネクタ支持穴
602a 段差
604 ナット
910a ガイド部
910ab 溝
910、810 筐体
914a、914b、914c、814a 開口部
914、814 光入出力部
915 プリズムレンズアレイ
915a マイクロレンズ
918 ガイドピン
950、1000、1000E 回路基板
960 フェルール
970、870 光ファイバテープ
812 載置部
813 載置面
820 第2押圧部
822 当接部
830 第1押圧部
832 支持部
840、840A 固定部材
841 基材
842 壁部
843 第1固定部
844、844A ブリッジ部
844a、868 保護構造
845 第2固定部
860、860A フェルール
862 光入出力面
864 側面
880 ガイド部
882 ガイド面
884 第1の溝
886 第2の溝
887 壁面
3000、4000、5000 光モジュール搭載回路基板
2000、2000A 搭載システム
C、C2 MTコネクタ
C1 ガイドピン孔
Ar1 回転方向
Ar2 面方向
D 配列方向
DL 電気的経路
G 重心
L レーザ光信号
P 光路
R 接着剤
S 辺
UF アンダーフィル材
V 視野
Claims (48)
- 基板実装面に開口を有する内部空間と、前記内部空間の内表面の一部を構成する素子実装面と、前記基板実装面と交差している側面側に形成され、前記開口および前記内部空間に繋がる導波路導入口とを有する筐体と、
前記素子実装面に実装された光学素子と、
前記素子実装面に実装され、前記光学素子と接続した電子素子と、
前記光学素子に対応させて配置されたレンズ素子と、
前記レンズ素子を前記配置の位置に保持する保持機構と、
を備え、前記保持機構は、光コネクタと嵌合できるように形成されたガイド機構を有し、前記基板実装面において回路基板に実装された場合に、前記回路基板の表面に突出する光導波路が前記導波路導入口から前記内部空間に導入されることを特徴とする光モジュール。 - 前記筐体は、前記素子実装面を有する板部材と、前記板部材と接合された、前記基板実装面を有する枠部材とを備えることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
- 前記筐体は、前記回路基板に実装する際の位置合わせを行うためのガイド孔を備え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。
- 前記保持機構と前記素子実装面との間に介挿されたスペーサを備えることを特徴とする請求項3に記載の光モジュール。
- 前記スペーサは、前記板部材よりも剛性が高い材料からなることを特徴とする請求項4に記載の光モジュール。
- 前記スペーサの厚さは、前記内部空間の高さの公差によって生じる前記基板実装面から前記レンズ素子の集光点までの距離のばらつきを減少するように補正するように選定されていることを特徴とする請求項4または5に記載の光モジュール。
- 前記保持機構は金属からなる保持ホルダであり、前記保持ホルダと前記電子素子との間の隙間が熱伝導性の樹脂で充填さ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。
- 前記電子素子は、前記素子実装面に形成された凹部に実装されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の光モジュール。
- 前記筐体は、前記電子素子の裏面側から貫通するように形成された放熱構造を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の光モジュール。
- 前記放熱構造は、前記筐体に埋設された放熱部材であることを特徴とする請求項9に記載の光モジュール。
- 前記放熱部材は、前記筐体に形成されたビアホールに埋設されていることを特徴とする請求項10に記載の光モジュール。
- 前記板部材と前記枠部材を接合する接合部材の耐熱性が、前記筐体と前記基板を接合する接合部材の耐熱性よりも高いことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記板部材と前記枠部材とは、前記板部材に形成された電気的配線と前記枠部材に形成された電気的配線とを接続する導電性材料からなる第1接合材と、前記第1接合材の間を埋めるように配置された第2接合材とによって接合していることを特徴とする請求項2に記載の光モジュール。
- 前記第2接合材は、前記第1接合材よりも熱による変形が少ない材料からなることを特徴とする請求項13に記載の光モジュール。
- 前記第1接合材は、はんだまたは金属バンプであることを特徴とする請求項13または14に記載の光モジュール。
- 前記第2接合材は、樹脂材料からなる接着剤であることを特徴とする請求項13〜15のいずれか一つに記載の光モジュール。
- 前記第2接合材は、接着性を有する板材であることを特徴とする請求項13〜15のいずれか一つに記載の光モジュール。
- 前記筐体は、前記板部材と前記枠部材とを貫通するように形成された貫通孔を有し、前記貫通孔に支持部材が挿入されていることを特徴とする請求項13〜17のいずれか一つに記載の光モジュール。
- 前記筐体は、前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように形成された、回路基板に実装する際の位置合わせを行うための3つの位置合わせ用ガイド孔を有することを特徴とする請求項1〜18のいずれか一つに記載の光モジュール。
- 前記光学素子は、アレイ素子であり、前記3つの位置合わせ用ガイド孔が形成する三角形の一辺と前記アレイ素子の配列方向とが略平行になるように配置されることを特徴とする請求項19に記載の光モジュール。
- 前記位置合わせ用ガイド孔の少なくとも一つに光学窓が設けられていることを特徴とする請求項19または20に記載の光モジュール。
- 前記位置合わせ用ガイド孔の少なくとも一つにレンズが設けられていることを特徴とする請求項19または20に記載の光モジュール。
- 前記レンズ素子の露出した表面を覆って保護する保護具を取付けるための取付構造を有することを特徴とする請求項1〜22のいずれか一つに記載の光モジュール。
- 基板表面に突出する光導波路と、
前記光導波路が前記導波路導入口から前記内部空間に導入されるように、前記基板実装面において実装された、請求項1〜23のいずれか一つに記載の光モジュールと、
を備えることを特徴とする回路基板。 - 前記光モジュールを実装する面において、前記3つの位置合わせ用ガイド孔の配置に対応させて配置された3つのマーカと、
を備えることを特徴とする、請求項19〜22のいずれか一つを引用する請求項24に記載の回路基板。 - 前記3つのマーカは幾何学図形からなることを特徴とする請求項25に記載の回路基板。
- 前記3つのマーカの少なくとも一つは、大きさが異なる複数の幾何学図形を同心状に配置して形成されたものであることを特徴とする請求項26に記載の回路基板。
- 前記3つのマーカの少なくとも一つは、複数の幾何学図形を同心状の位置から所定の方向に偏心するように配置して形成されたものであることを特徴とする請求項26に記載の回路基板。
- 前記偏心の方向は前記3つのマーカの重心に向いていることを特徴とする請求項28に記載の回路基板。
- 前記複数の幾何学図形の間隔は、前記ガイド孔を通して見た視野の広さよりも狭いことを特徴とする請求項27〜29のいずれか一つに記載の回路基板。
- 請求項1〜23のいずれか一つに記載の光モジュールと、
前記光モジュールと光学結合する光学結合部材と、
前記光モジュールおよび前記光学結合部材を搭載し、その主表面に開口を有し、かつ、前記光モジュールと電気的に接続される回路基板とを備え、
前記光モジュールと前記光学結合部材の少なくとも前記回路基板の主表面の水平方向の位置決めは、前記開口を介して行われることを特徴とする光モジュール搭載回路基板。 - 前記水平方向の位置決めは、前記光モジュールと、前記光学結合部材とに設けられた位置決め手段を合わせることによって行われることを特徴とする請求項31に記載の光モジュール搭載回路基板。
- 前記水平方向位置決め手段がガイドピンとガイドピン孔の嵌合構造であることを特徴とする請求項32に記載の光モジュール搭載回路基板。
- さらに、前記光学結合部材の光接続部位の前記回路基板に関する垂直方向の高さを位置決めする固定手段を有することを特徴とする請求項31〜33のいずれか1つに記載の光モジュール搭載回路基板。
- 前記固定手段は、前記回路基板に対して前記光モジュールと反対側に配置されて前記光学結合部材を前記回路基板に押圧支持する光学結合部材支持部材と、前記光学結合部材を回路基板側で受ける支持部との間で前記光学結合部材を固定することを特徴とする請求項34に記載の光モジュール搭載回路基板。
- 前記光学結合部材はあご部を持ち、前記光学結合部材支持部材は前記光学結合部材のあご部を接続部側に押圧するように前記回路基板との間に弾性体を介した板であり、前記支持部は前記あご部と前記回路基板の間に挟まれるように剛性を有する部材であることを特徴とする請求項35に記載の光モジュール搭載回路基板。
- 前記光モジュールは、前記回路基板上に設けられた回路パターンにはんだ付け固定されることを特徴とする請求項31〜36のいずれか1つに記載の光モジュール搭載回路基板。
- 前記光モジュールは、前記回路基板上に設けられた回路パターンに電気的に着脱可能に固定されることを特徴とする請求項31〜36のいずれか1つに記載の光モジュール搭載回路基板。
- 前記光モジュールは、前記回路基板上に設けられたソケットに内蔵固定されることによって着脱可能であることを特徴とする請求項38に記載の光モジュール搭載回路基板。
- 前記光モジュールは前記ソケット内で蓋によって押圧固定されることを特徴とする請求項39に記載の光モジュール搭載回路基板。
- 電気的なインターフェースは、スプリング付きピンや異方性導電性フィルムからなることを特徴とする請求項38〜40のいずれか1つに記載の光モジュール搭載回路基板。
- 前記開口内に光学ガラス、レンズ、またはスポットサイズ変換手段を有することを特徴とする請求項31ないし請求項34、または請求項37〜41のいずれか1つに記載の光モジュール搭載回路基板。
- 光モジュールを評価するための、請求項31〜42のいずれか1つに記載の光モジュール搭載回路基板を備えることを特徴とする光モジュール評価キットシステム。
- 請求項1〜42のいずれか一つに記載の光モジュール、回路基板または光モジュール搭載回路基板を用いたことを特徴とする通信システム。
- 請求項1に記載の光モジュールの前記基板実装面を回路基板に対向させ、
前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように前記筐体に形成された3つの位置合わせ用ガイド孔から、前記3つの位置合わせ用ガイド孔の配置に対応させて前記回路基板上に配置された3つのマーカを観察しながら、前記3つの位置合わせ用ガイド孔と前記3つのマーカとを位置合わせすることによって、前記光モジュールと前記回路基板とを位置合わせし、
前記位置合わせをした前記光モジュールを前記回路基板に実装する、
ことを含むことを特徴とする光モジュールの実装方法。 - 前記実装が自動で行われることを特徴とする請求項45に記載の光モジュールの実装方法。
- 請求項1に記載の光モジュールに、前記レンズ素子の露出した表面を覆って保護する保護具を取付け、
前記光モジュールを、前記基板実装面を前記回路基板に対向させて前記回路基板に実装する、
ことを含むことを特徴とする光モジュールの実装方法。 - 請求項1に記載の光モジュールを、前記基板実装面を前記回路基板に対向させて前記回路基板に実装し、
前記光モジュールに、高さ調整部を有する高さ調整具を、前記導波路導入口において前記高さ調整部の下端が前記基板実装面と略同じまたはそれ以下の高さとなるように取付け、
前記回路基板と前記高さ調整具を取付けた光モジュールとの隙間にアンダーフィル材を充填する、
ことを含むことを特徴とする光モジュールの実装方法。
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