JP2009253166A - 光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光通信モジュールの小型化を図る。
【解決手段】樹脂製基台１１の一側面１１ａ側を臨むように発光素子又は受光素子のいずれか一方の光電変換素子１２が取り付けられた光電変換素子パッケージ１０と、光ファイバーと結合するための光通過孔２０ｃを円筒部２０ａ，２０ｂ内に有し、樹脂製基台１１の一側面１１ａ側に搭載される光ファイバー結合体２０とを備え、光電変換素子１２と光ファイバー結合体２０内に形成した光通過孔２０ｃとが光軸Ｋを合わせて組み立てられた光通信モジュール１において、光電変換素子パッケージ１０は、樹脂製基台１１の一側面１１ａと対向した他側面１１ｂ側に光電変換素子１２が取り付けられ、且つ、一側面１１ａと他側面１１ｂとの間に光軸Ｋに合わせて貫通して穿設された孔１１ｃの中心位置に光電変換素子１２が配置されていることを特徴とする光通信モジュール１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバーと、光電変換素子パッケージとを光学的に結合するための光通信モジュールに関するものである。

大容量のディジタル情報に対して光電変換した光情報を光ファイバーにより高速に伝送できる光通信において、光ファイバーと、光電変換素子パッケージ内に取り付けた発光素子又は受光素子のいずれか一方の光電変換素子とを光学的に結合するために光通信モジュールが用いられている。

この種の光通信モジュール（光ファイバーモジュール）は、各種の構造形態が開発されているものの、従来例として、発光デバイス（又は、受光デバイス）と、ハウジングとを備えた光ファイバーモジュールがある（例えば、特許文献１参照）。

図６は従来の光ファイバーモジュールを示した縦断面図である。

図６に示した従来の光ファイバーモジュール１００は、上記した特許文献１に開示されているものであり、ここでは特許文献１を参照して簡略に説明する。

図６に示した如く、従来の光ファイバーモジュール１００は、基板１１１の一側面１１１ａに発光素子（又は、受光素子）１１２及び発光用ＩＣ（又は、受光用ＩＣ）１１３を取り付けた発光デバイス（又は、受光デバイス）１１０と、不図示の光ファイバーと結合し且つ基板１１１の一側面１１１ａ側に搭載されるハウジング１２０とを備えている。

上記した発光デバイス１１０では、発光素子１１２として例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などを用いる一方、受光素子１１２として例えばＰＤ（Ｐｈｔｏ Ｄｉｏｄｅ）などを用いており、発光素子１１２又は受光素子１１２のいずれか一方が基板１１１上に取り付けられている。

また、ハウジング１２０は、不図示の光ファイバーを挿脱するための光通過孔１２０ａ１を内部に形成した円筒形状のスリーブ部１２０ａと、発光デバイス（又は、受光デバイス）１１０を収納するための段付き凹部１２０ｂ１を内部に形成した方形状の本体部１２０ｂとが互いに連接して一体的に形成されている。

また、ハウジング１２０の本体部１２０ｂの凹部１２０ｂ１内には、基板１１１上に取り付けた発光素子（又は、受光素子）１１２及び発光用ＩＣ（又は、受光用ＩＣ）１１３を封止する封止樹脂１２１が充填されており、この封止樹脂１２１は透光性エポキシ樹脂などを用いている。

そして、ハウジング１２０の本体部１２０ｂの凹部１２０ｂ１内に発光デバイス（又は、受光デバイス）１１０を収納したときに、基板１１１上に取り付けた発光素子（又は、受光素子）１１２がハウジング１２０のスリーブ部１２０ａ内に形成した光通過孔１２０ａ１に対して光軸Ｋを合致させるように、本体部１２０ｂ中で互いに対向する側壁に形成したフック部１２０ｂ２を基板１１１の一側面１１１ａとは反対側の他側面１１１ｂの上下に形成した切欠部１１１ｂ１に係合させることで、光ファイバーモジュール１００の組立工数を削減でき且つ低コスト化が可能である旨が記載されている。
特開２００６−３０８１３号公報

ところで、上記した従来の光ファイバーモジュール１００では、ハウジング１２０の本体部１２０ｂの凹部１２０ｂ１内に発光デバイス（又は、受光デバイス）１１０を収納するために、本体部１２０ｂが発光デバイス（又は、受光デバイス）１１０よりも一回り大型な方形状に形成されているので、本体部１２０ｂが大型化してしまうと共に、方形状の本体部１２０ｂは金型代が高くなるので光ファイバーモジュール１００の製品単価も高価になってしまう。

また、ハウジング１２０の本体部１２０ｂの凹部１２０ｂ１内に発光素子（又は、受光素子）１１２及び発光用ＩＣ（又は、受光用ＩＣ）１１３を封止する封止樹脂１２１を充填させるためのスペースが必要であり、このスペースを確保するために、本体部１２０ｂの凹部１２０ｂ１内に光軸方向に沿って所定の長さＬ１の間隔を設定する必要があるので、光ファイバーモジュール１００の全長Ｌが長くなってしまう。

また、封止樹脂１２１は、発光素子（又は、受光素子）１１２に対して透光性の良い樹脂材を用いるために高価になると共に、封止樹脂１２１を硬化させるのに時間がかかり、組立性能が良好であるとは言えない。

そこで、樹脂製基台の一側面側を臨むように発光素子又は受光素子のいずれか一方の光電変換素子が取り付けられた光電変換素子パッケージと、光ファイバーと結合するために樹脂製基台の一側面側に搭載される光ファイバー結合体とを備えて光通信モジュールを構成する際に、小型化が可能で全長を短く設定でき、且つ、製品単価が安価となると共に、光軸ズレが生じない性能の良い光通信モジュールが望まれている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第１の発明は、樹脂製基台の一側面側を臨むように発光素子又は受光素子のいずれか一方の光電変換素子が取り付けられた光電変換素子パッケージと、光ファイバーと結合するための光通過孔を円筒部内に有し、前記樹脂製基台の一側面側に搭載される光ファイバー結合体とを備え、前記光電変換素子と前記光ファイバー結合体内に形成した前記光通過孔とが光軸を合わせて組み立てられた光通信モジュールにおいて、
前記光電変換素子パッケージは、前記樹脂製基台の一側面と対向した他側面側に前記光電変換素子が取り付けられ、且つ、前記一側面と前記他側面との間に前記光軸に合わせて貫通して穿設された孔の中心位置に前記光電変換素子が配置されていることを特徴とする光通信モジュールである。

また、第２の発明は、上記した第１の発明の光通信モジュールにおいて、
前記光ファイバー結合体は、長尺で大径に形成し大径円筒部と、短尺で小径に形成した小径円筒部とを連接させて両筒部の内部に前記光通過孔を形成し、且つ、前記小径円筒部を前記樹脂製基台内に貫通して穿設した前記孔内に嵌合させたことを特徴とする光通信モジュールである。

更に、第３の発明は、上記した第１又は第２の発明の光通信モジュールにおいて、
前記光ファイバー結合体は、前記光通過孔内に結像レンズを設けたことを特徴とする光通信モジュールである。

本発明に係る光通信モジュールによると、樹脂製基台の一側面側を臨むように発光素子又は受光素子のいずれか一方の光電変換素子が取り付けられた光電変換素子パッケージと、光ファイバーと結合するための光通過孔を円筒部内に有し、樹脂製基台の一側面側に搭載される光ファイバー結合体とを備え、光電変換素子と光ファイバー結合体内に形成した光通過孔とを光軸を合わせて組み立てた際に、とくに、光電変換素子パッケージは、樹脂製基台の一側面と対向した他側面側に光電変換素子が取り付けられ、且つ、一側面と他側面との間に光軸に合わせて貫通して穿設された孔の中心位置に光電変換素子が配置されているので、この結果、樹脂製基台の他側面側に取り付けた光電変換素子と、光ファイバー結合体内に形成した光通過孔とを光軸を合わせて位置精度良く組み立てることができ、光軸ズレが生じない性能の良い光通信モジュールを提供することができる。

また、光ファイバー結合体の小径円筒部を樹脂製基台に形成した位置決め用丸孔内に嵌合させる際に、光電変換素子の前方に従来例と異なって封止樹脂を充填するためのスペースが必要なく、且つ、光ファイバー結合体の外形が円筒状のみであるので光通信モジュールの小型化が可能で全長を短く設定でき、且つ、光ファイバー結合体の金型代が安いので光通信モジュールの製品単価が安価となる。

更に、光ファイバー結合体に形成した光通過孔内に結像レンズを設けることにより、電変換素子として発光素子を適用した場合に発光素子からの光を光ファイバーに良好に結像でき、一方、電変換素子として受光素子を適用した場合に光ファイバーからの光を受光素子に良好に結像できるので、信頼性の良い光通信を行うことができる。

以下に本発明に係る光通信モジュールの一実施例について図１〜図５を参照して詳細に説明する。

図１は本発明に係る実施例の光通信モジュールを分解して示した分解斜視図、
図２は本発明に係る実施例の光通信モジュールを示した縦断面図、
図３（ａ）〜（ｈ）は図１及び図２示した光電変換素子パッケージを製造する工程を示した工程図である。

図１及び図２に示した如く、本発明に係る実施例の光通信モジュール１は、略直方体形状に形成した樹脂製基台１１の一側面１１ａ側を臨むように発光素子又は受光素子のいずれか一方の光電変換素子１２が取り付けられた光電変換素子パッケージ１０と、不図示の光ファイバーと結合するための光通過孔２０ｃを円筒部２０ａ，２０ｂ内に有し、樹脂製基台１１の一側面１１ａ側に搭載される光ファイバー結合体２０とを備え、光電変換素子１２と光ファイバー結合体２０内の光通過孔２０ｃとが光軸Ｋを合わせて組み立てられている。

この際、上記した光ファイバー結合体２０は、樹脂製基台１１の一側面１１ａと対向した他側面１１ｂ側に光電変換素子１２が取り付けられ、且つ、一側面１１ａと他側面１１ｂとの間に光軸Ｋに合わせて貫通して穿設された位置決め用丸孔１１ｃの中心位置に光電変換素子１２が配置されていることで、光通信モジュール１の小型化が可能になっている。

ここで、本発明に係る実施例の光通信モジュール１を構成する各構成部材について順を追って説明する。

まず、実施例の光通信モジュール１の要部となる光電変換素子パッケージ１０は、樹脂材を用いて樹脂製基台１１が所定の厚みを持って略直方体形状に形成されており、一側面１１ａと所定の厚みを隔てて対向する他側面１１ｂ側に発光素子又は受光素子のうちいずれか一方の光電変換素子１２が取り付けられている。

この実施例では、上記した光電変換素子１２が円板状に形成された円板状配線基板１３の基板中心位置に半田付けされており、且つ、円板状配線基板１３は樹脂製基台１１の他側面１１ｂに固着されたリードフレーム１４の一側面１４ａ上に貼着されているので、光電変換素子１２が円板状配線基板１３及びリードフレーム１４を介して樹脂製基台１１の他側面１１ｂ側に取り付けられていることになる。

また、樹脂製基台１１は、一側面１４ａと他側面１４ｂとの間に位置決め用丸孔１１ｃが前記した光軸Ｋに合わせて貫通して穿設されており、この位置決め用丸孔１１ｃ内に光電変換素子１２を基板中心位置に半田付けした円板状配線基板１３が嵌合されているので、光電変換素子１２が光軸Ｋに合わせて位置決め用丸孔１１ｃの中心位置に配置されていることになる。

次に、上記した光電変換素子１２は、前述したように、発光素子又は受光素子のいずれか一方が用いられているが、光電変換素子１２として発光素子を適用した場合にこの発光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や垂直共振型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）などが用いられている。一方、光電変換素子１２として受光素子を適用した場合にこの受光素子は、フォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｔｏ Ｄｉｏｄｅ）が用いられている。

尚、この実施例では、光電変換素子１２として発光素子の一種である垂直共振型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を用いて、この垂直共振型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を円板状配線基板１３の中心位置に半田付けしている。

次に、リードフレーム１４は、導電性を有する銅板などの導電性板材を用いており、一側面１４ａ及びこの側面１４ａと板厚を隔てて対向した他側面１４ｂが共に平坦に形成され、且つ、一側面１４ａに上記した光電変換素子１２を半田付けした円板状配線基板１３が貼着され、一方、図２に示したように、他側面１４ｂに表面実装部品（ＳＭＤ：Ｓｕｒｆｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）１６及びＩＣ集積回路部品（ＬＳＩ：Ｌａｔｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）１７を半田付けした矩形状配線基板１５が貼着され、更に、下端側に延出形成したリード端子１４ｃが樹脂製基台１１の底面１１ｄから複数本突出している。

そして、矩形状配線基板１５に半田付けされた表面実装部品（ＳＭＤ）１６上及びＩＣ集積回路部品（ＬＳＩ）１７上に熱硬化性エポキシ樹脂などを用いてＩＣ用封止樹脂１８が充填されて両部品１６，１７を覆っている。

ここで、本発明の要部となる光電変換素子パッケージ１０の製造工程について図３（ａ）〜（ｈ）を用いて簡略に説明する。

まず、図３（ａ）に示した如く、リードフレーム１４を用意する。

次に、図３（ｂ）に示した如く、リードフレーム１４の一側面１４ａに円板状配線基板１３を貼着すると共に、リードフレーム１４の他側面１４ｂに２枚の矩形状配線基板１５を貼着する。

次に、図３（ｃ）に示した如く、２枚の矩形状配線基板１５上に複数の表面実装部品（ＳＭＤ）１６及びＩＣ集積回路部品（ＬＳＩ）１７をそれぞれ搭載する。

次に、図３（ｄ）に示した如く、複数の表面実装部品（ＳＭＤ）１６上及びＩＣ集積回路部品（ＬＳＩ）１７をＡｕワイヤで２枚の矩形状配線基板１５上にボンディングする。

次に、図３（ｅ）に示した如く、リードフレーム１４の一側面１４ａ側にインサート成形により樹脂製基台１１を成形し、且つ、複数の表面実装部品（ＳＭＤ）１６上及びＩＣ集積回路部品（ＬＳＩ）１７上をＩＣ用封止樹脂１８で覆う。

次に、図３（ｆ）に示した如く、図３（ｅ）の状態で全体を反転させる。

次に、図３（ｇ）に示した如く、樹脂製基台１１の一側面１１ａと他側面１１ｂとの間に貫通した位置決め用丸孔１１ｃ内に嵌合した円板状配線基板１３上に光電変換素子１２として発光素子の一種である垂直共振型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を搭載する。

次に、図３（ｈ）に示した如く、垂直共振型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）１２をＡｕワイヤで円板状配線基板１３上にワイヤボンディングすると、光電変換素子パッケージ１０が完成する。

上記のように製造された光電変換素子パッケージ１０は、厚みが薄く小型に一体化されて、品質及び信頼性が良好なものとなる。

再び、図１及び図２に戻り、樹脂製基台１１の一側面１１ａ側に搭載される光ファイバー結合体２０は、光透過性のプラスチック（例えば、ＰＥＩ，ＰＣ，ＰＭＭＡ等）を用いて長尺で大径の大径円筒部２０ａと短尺で小径の小径円筒部２０ｂとが連接して段付き円筒形状に射出成形されており、且つ、且つ、不図示の光ファイバーを挿脱するための光通過孔２０ｃが大径円筒部２０ａから小径円筒部２０ｂに向かって形成されていると共に、この光通過孔２０ｃ内に結像レンズ２０ｄが一体的に設けられている。

この際、光電変換素子１２として発光素子を適用した場合に、光ファイバー結合体２０内に一体形成した結像レンズ２０ｄは、発光素子と対向する側が平坦面に形成され、且つ、この平坦面に入射した発光素子からの光を出射する側が凸曲面に形成されている。

尚、光電変換素子１２として受光素子を適用した場合に、光ファイバー結合体２０内に一体形成した結像レンズ２０ｄは、上記とは逆に不図示の凸曲面側を受光素子と対向するように形成すれば良いものである。

上記のように、光ファイバー結合体２０に形成した光通過孔２０ｃ内に結像レンズ２０ｄを設けることにより、電変換素子１２として発光素子を適用した場合に発光素子からの光を不図示の光ファイバーに良好に結像でき、一方、電変換素子１２として受光素子を適用した場合に不図示の光ファイバーからの光を受光素子に良好に結像できるので、信頼性の良い光通信を行うことができる。

また、光ファイバー結合体２０に形成した大径円筒部２０ａは、不図示の光ファイバーを挿脱する側に配置されている。一方、光ファイバー結合体２０に形成した小径円筒部２０ｂは、樹脂製基台１１の一側面１１ａと他側面１１ｂとの間に貫通して穿設された位置決め用丸孔１１ｃ内に嵌合されて不図示の接着剤を用いて固着されている。

これにより、樹脂製基台１１の他側面１１ｂ側に取り付けた光電変換素子１２と、光ファイバー結合体２０内に形成した光通過孔２０ｃ及び結像レンズ２０ｄとを光軸Ｋを合わせて位置精度良く組み立てることができ、光軸ズレが生じない性能の良い光通信モジュール１を提供することができる。

また、光ファイバー結合体２０の小径円筒部２０ｂを樹脂製基台１１内に形成した位置決め用丸孔１１ｃ内に嵌合させる際に、光電変換素子１２の前方に従来例と異なって封止樹脂を充填するためのスペースが必要なく、且つ、光ファイバー結合体２０の外形が円筒状のみであるので光通信モジュール１の小型化が可能で全長Ｌ（図２）を短く設定でき、且つ、光ファイバー結合体２０の金型代が安いので光通信モジュール１の製品単価が安価となる。

次に、本発明に係る実施例の光通信モジュールを一部変形させた変形例の光通信モジュールについて図４及び図５を用いて簡略に説明する。

図４は本発明に係る実施例の光通信モジュールを一部変形させた変形例の光通信モジュールを分解して示した分解斜視図、
図５は本発明に係る実施例の光通信モジュールを一部変形させた変形例の光通信モジュールを示した縦断面図である。

図４及び図５に示した変形例の光通信モジュール１’は、先に図１及び図２を用いて説明した実施例１の光通信モジュール１の構成に対して光ファイバー結合体２０’内の形状が一部異なるだけであり、ここでは説明の便宜上、先に示した構成部材に対しては同一の符号を付して図示し詳細な説明を省略するものの、実施例に対して異なる点を中心にして簡略に説明する。

図４及び図５に示した如く、実施例を一部変形させた変形例の光通信モジュール１’も、実施例と略同様に、略直方体形状に形成した樹脂製基台１１の一側面１１ａ側を臨むように発光素子又は受光素子のいずれか一方の光電変換素子１２が取り付けられた光電変換素子パッケージ１０と、不図示の光ファイバーと結合するための光通過孔２０ｃを円筒部２０ａ，２０ｂ内に有し、樹脂製基台１１の一側面１１ａ側に搭載される光ファイバー結合体２０’とを備え、光電変換素子１２と光ファイバー結合体２０’内の光通過孔２０ｃとが光軸Ｋを合わせて組み立てられている。

この際、上記した光ファイバー結合体２０’は、樹脂製基台１１の一側面１１ａと対向した他側面１１ｂ側に光電変換素子１２が取り付けられ、且つ、一側面１１ａと他側面１１ｂとの間に光軸Ｋに合わせて貫通して穿設された位置決め用丸孔１１ｃの中心位置に光電変換素子１２が配置されていることで、変形例の光通信モジュール１’の小型化が可能になっている点は実施例と同じである。

ここで、実施例１に対して異なる点は、円筒形状の光ファイバー結合体２０’内に光通過孔２０ｃが大径円筒部２０ａと小径円筒部２０ｂとの間で貫通して穿設されており、この光通過孔２０ｃ内に結合レンズを設けないことで、光ファイバー結合体２０’の簡素化を図ったことである。

これにより、光ファイバー結合体２０’は実施例のような光透過性の良い樹脂材を用いることなく、既存の安価な樹脂材を用いることができ、更に、結合レンズを設けないぶんだけ金型代が安くなり、実施例よりもより一層安価で簡単に使用できる変形例の光通信モジュール１’を提供することができる。

本発明に係る実施例の光通信モジュールを分解して示した分解斜視図である。 本発明に係る実施例の光通信モジュールを示した縦断面図である。 （ａ）〜（ｈ）は図１及び図２示した光電変換素子パッケージを製造する工程を示した工程図である。 本発明に係る実施例の光通信モジュールを一部変形させた変形例の光通信モジュールを分解して示した分解斜視図である。 図２は本発明に係る実施例の光通信モジュールを一部変形させた変形例の光通信モジュールを示した縦断面図である。 従来の光ファイバーモジュールを示した縦断面図である。

符号の説明

１…実施例の光通信モジュール、
１’…実施例を一部変形させた変形例の光通信モジュール１、
１０…光電変換素子パッケージ、
１１…樹脂製基台、
１１ａ…一側面、１１ｂ…他側面、１１ｃ…位置決め用丸孔、１１ｄ…底面、
１２…光電変換素子、１３…円板状配線基板、
１４…リードフレーム、１４ａ…一側面、１４ｂ…他側面、１４ｃ…リード端子、
１５…矩形状配線基板、１６…表面実装部品（ＳＭＤ）、
１７…ＩＣ集積回路部品（ＬＳＩ）、１８…ＩＣ用封止樹脂、
２０…光ファイバー結合体、
２０’…実施例を一部変形させた光ファイバー結合体、
２０ａ…大径円筒部、２０ｂ…小径円筒部、
２０ｃ…光通過孔、２０ｄ…結像レンズ、
Ｋ…光軸。

Claims (3)

1. 樹脂製基台の一側面側を臨むように発光素子又は受光素子のいずれか一方の光電変換素子が取り付けられた光電変換素子パッケージと、光ファイバーと結合するための光通過孔を円筒部内に有し、前記樹脂製基台の一側面側に搭載される光ファイバー結合体とを備え、前記光電変換素子と前記光ファイバー結合体内に形成した前記光通過孔とが光軸を合わせて組み立てられた光通信モジュールにおいて、
   前記光電変換素子パッケージは、前記樹脂製基台の一側面と対向した他側面側に前記光電変換素子が取り付けられ、且つ、前記一側面と前記他側面との間に前記光軸に合わせて貫通して穿設された孔の中心位置に前記光電変換素子が配置されていることを特徴とする光通信モジュール。
2. 前記光ファイバー結合体は、長尺で大径に形成し大径円筒部と、短尺で小径に形成した小径円筒部とを連接させて両筒部の内部に前記光通過孔を形成し、且つ、前記小径円筒部を前記樹脂製基台内に貫通して穿設した前記孔内に嵌合させたことを特徴とする請求項１記載の光通信モジュール。
3. 前記光ファイバー結合体は、前記光通過孔内に結像レンズを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光通信モジュール。

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