JP5223879B2

JP5223879B2 - 送受信モジュール

Info

Publication number: JP5223879B2
Application number: JP2010086160A
Authority: JP
Inventors: 光樹平野; 剛真牛渡; 主鉉柳
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: JP2011215547A

Description

本発明は、送受信モジュールに関するものである。

特許文献１では、光ファイバの先端部に直方体状の実装部材を設け、その実装部材に、面発光素子あるいは面受光素子からなる光素子と、光素子を駆動する（あるいは光素子からの電気信号を増幅する）ＩＣとを実装した光モジュールが提案されている。

この光モジュールでは、実装部材の背面から正面に貫通するように光ファイバを挿入する貫通孔が形成されており、実装部材の背面側から貫通孔に挿入された光ファイバの先端と対向する位置、すなわち実装部材の正面における貫通孔が形成された位置に、光素子が実装される。より正確には、光素子は、実装部材の正面に固定される基板に実装される。実装部材の正面と背面以外の面である側面には、ＩＣが搭載され、ＩＣと光素子とが配線パターンを介して電気的に接続される。

特開２００１−２８１５０４号公報

しかしながら、特許文献１の光モジュールでは、実装部材の正面に光素子が実装され、実装部材の側面にＩＣが実装されており、光素子を実装する面とＩＣを実装する面が１つの平面を為していない。そのため、光素子やＩＣの実装がしにくく、実装に手間がかかるという問題がある。

また、特許文献１の光モジュールでは、実装部材の正面に光素子が実装され、実装部材の側面にＩＣが実装されるため、正面から側面に回り込むように配線パターンを形成しなければならなかった。この様な構成だと、配線パターンの距離が長くなるため、電気信号の劣化の原因になるという問題がある。さらに配線パターンの形成が困難であるという問題もある。

これらの問題を解決するため、実装部材の正面に光素子とＩＣの両方を実装することも考えられるが、この場合、光素子とＩＣの実装面積を確保するために実装部材が大型化してしまい、光モジュール全体が大型化してしまうといった問題が生じる。

また、特許文献１の光モジュールでは、実装部材に厚みがあるので、カードエッジコネクタを使用することはできない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光素子やＩＣの実装が容易であり、かつ小型な送受信モジュールを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、送信側回路基板と、該送信側回路基板の表面側に実装された発光素子およびドライバＩＣと、前記送信側回路基板の裏面側に形成され、送信側光ファイバと光学的に接続される送信側光導波路と、該送信側光導波路に形成され、前記発光素子から出射された光の光路を９０度変換して前記送信側光導波路のコアに入射する送信側ミラーと、を有する送信側基板と、受信側回路基板と、該受信側回路基板の表面側に実装された受光素子およびアンプＩＣと、前記受信側回路基板の裏面側に形成され、受信側光ファイバと光学的に接続される受信側光導波路と、該受信側光導波路に形成され、前記受信側光導波路のコアを伝搬する光の光路を９０度変換して前記受光素子に入射する受信側ミラーと、を有する受信側基板と、を備え、前記両基板の裏面同士を向かい合わせた状態で固定してなる送受信モジュールである。

前記両基板の間には、グランド層が形成されてもよい。

前記グランド層は、前記送信側基板の裏面及び／又は前記受信側基板の裏面にスパッタリング又は真空蒸着により形成された金属膜からなってもよい。

前記グランド層は、前記両基板を導電性の接着剤で接着固定して形成される接着層からなってもよい。

前記発光素子および前記送信側光導波路を、前記送信側回路基板の一の側辺側に偏らせて配置すると共に、前記受光素子および前記受信側光導波路を、前記受信側回路基板の一の側辺側に偏らせて配置し、前記両基板の裏面同士を向かい合わせた際に、前記送信側光導波路と前記受信側光導波路とが重ならないようにされてもよい。

前記発光素子および前記送信側ミラーは、前記受光素子および前記受信側ミラーよりも、前記両光ファイバから離れた位置に設けられてもよい。

前記両回路基板の端部に接続端子を形成してなるカードエッジコネクタを備えてもよい。

本発明によれば、光素子やＩＣの実装が容易であり、かつ小型な送受信モジュールを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る送受信モジュールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図、（ｃ）はその１Ｃ−１Ｃ線断面図、（ｄ）はその１Ｄ−１Ｄ線断面図である。（ａ）〜（ｇ）は、図１の送受信モジュールの製造方法を説明する図である。本発明の一実施の形態に係る送受信モジュールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその３Ｂ−３Ｂ線断面図、（ｃ）はその３Ｃ−３Ｃ線断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る送受信モジュールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図、（ｃ）はその１Ｃ−１Ｃ線断面図、（ｄ）はその１Ｄ−１Ｄ線断面図である。

図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、送受信モジュール１は、送信側基板２と受信側基板３とを備え、両基板２，３の裏面Ｒ同士を向かい合わせた状態で、両基板２，３を接着固定したものである。

まず、送信側基板２について説明する。

送信側基板２は、送信側回路基板２１と、送信側回路基板２１の表面Ｆ側に実装された発光素子２２およびこの発光素子２２を駆動するためのドライバＩＣ２３と、送信側回路基板２１の裏面Ｒ側に形成され、送信側光ファイバ２４と光学的に接続される送信側光導波路２５と、送信側光導波路２５に形成された送信側ミラー２６と、を有する。

送信側回路基板２１は、発光素子２２が発光する光に対して透明な材料からなり、例えば、ポリエチレン、アクリル、エポキシ、シリコーンなどの樹脂からなる。本実施の形態では、送信側回路基板２１として、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ））を用いる。

発光素子２２は、例えば、ＶＣＳＥＬ（ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ）などの面発光素子からなる。発光素子２２とドライバＩＣ２３とは、送信側回路基板２１に形成された図示しない配線パターンにより電気的に接続されている。発光素子２２、ドライバＩＣ２３、および送信側光導波路２５は、送信側回路基板２１の一の側辺側（図１（ａ）では上側）に偏らせて配置される。

送信側光導波路２５は、図示していないが、コアとクラッドとからなる。送信側光導波路２５の一端部（図１（ａ）〜（ｃ）では右側）には、送信側光ファイバ２４を挿入するための溝２５ａが形成されており、その溝２５ａに送信側光ファイバ２４を挿入することで、送信側光ファイバ２４と送信側光導波路２５のコアとが位置合せされ、光学的に接続される。

また、送信側光導波路２５には、送信側光導波路２５の光軸に対して４５度傾いた傾斜面を有する送信側ミラー２６が形成される。送信側ミラー２６は、発光素子２２から出射された光の光路を９０度変換して、送信側光導波路２５のコアに入射する。送信側ミラー２６は、ダイシングにより送信側光導波路２５にＶ溝を形成することにより形成される。

送信側回路基板２１の裏面Ｒには、スパッタリング又は真空蒸着により形成された金属膜からなる送信側グランド層２７が形成される。また、図示していないが、送信側回路基板２１の他端部（送信側光ファイバ２４が接続される側と反対側、図１（ａ）〜（ｃ）では左側）の表面Ｆには、接続端子が整列して形成され、カードエッジコネクタ４が形成され、ドライバＩＣ２３と電気的に接続されている。

次に、受信側基板３について説明する。

受信側基板３は、受信側回路基板３１と、受信側回路基板３１の表面Ｆ側に実装された受光素子３２およびこの受光素子３２からの電気信号を増幅するためのアンプＩＣ３３と、受信側回路基板３１の裏面Ｒ側に形成され、受信側光ファイバ３４と光学的に接続される受信側光導波路３５と、受信側光導波路３５に形成された受信側ミラー３６と、を有する。

受信側回路基板３１は、受光素子３２が受光する光に対して透明な材料からなり、例えば、ポリエチレン、アクリル、エポキシ、シリコーンなどの樹脂からなる。本実施の形態では、受信側回路基板３１として、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ））を用いる。

受光素子３２は、例えば、ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）などの面受光素子からなる。受光素子３２とアンプＩＣ３３とは、受信側回路基板３１に形成された図示しない配線パターンにより電気的に接続されている。受光素子３２、アンプＩＣ３３、および受信側光導波路３５は、受信側回路基板３１の一の側辺側（図１（ａ）では下側）に偏らせて配置される。

受信側光導波路３５は、図示していないが、コアとクラッドとからなる。受信側光導波路３５の一端部（図１（ａ）〜（ｃ）では右側）には、受信側光ファイバ３４を挿入するための溝３５ａが形成されており、その溝３５ａに受信側光ファイバ３４を挿入することで、受信側光ファイバ３４と受信側光導波路３５のコアとが位置合せされ、光学的に接続される。

また、受信側光導波路３５には、受信側光導波路３５の光軸に対して４５度傾いた傾斜面を有する受信側ミラー３６が形成される。受信側ミラー３６は、受信側光導波路３５のコアを伝搬する光の光路を９０度変換し、受光素子３２に入射する。受信側ミラー３６は、ダイシングにより受信側光導波路３５にＶ溝を形成することにより形成される。

受光素子３２および受信側ミラー３６は、発光素子２２および送信側ミラー２６を形成した位置よりも、光ファイバ２４，３４側に設けられる。換言すれば、発光素子２２および送信側ミラー２６は、受光素子３２および受信側ミラー３６よりも、両光ファイバ２４，３４から離れた位置にオフセットして設けられる。

受信側回路基板３１の裏面Ｒには、スパッタリング又は真空蒸着により形成された金属膜からなる受信側グランド層３７が形成される。また、図示していないが、受信側回路基板３１の他端部（受信側光ファイバ３４が接続される側と反対側、図１（ａ）〜（ｃ）では左側）の表面Ｆ側には、接続端子が整列して形成され、カードエッジコネクタ４が形成され、アンプＩＣ３３と電気的に接続されている。

送受信モジュール１は、送信側基板２と受信側基板３の裏面Ｒ同士を向かい合わせた状態で、両基板２，３を接着剤５により接着固定して形成される。

このとき、送信側光導波路２５が送信側回路基板２１の一の側辺側に偏らせて配置されており、かつ、受信側光導波路３５が受信側回路基板３１の一の側辺側に偏らせて配置されているため、両光導波路２５，３５が重なって干渉してしまうことはない。さらに、送受信モジュール１の長手方向（光ファイバ２４，３４の挿入方向）で両ミラー２６，３６の位置をずらして両ミラー２６，３６間の距離をより大きくすることによって、両光導波路２５，３５間の光のクロストークの影響を小さくすることができる。また、送受信モジュール１の長手方向で両ＩＣ２３，３３の位置をずらして両ＩＣ２３，３３間の距離をより大きくすることによって、両ＩＣ２３，３３間の電気のクロストークの影響を小さくすることができる。

また、両基板２，３の裏面同士を向かい合わせて接着固定すると、両基板２，３の間には、両グランド層２７，３７が介在することになる。これら両グランド層２７，３７により、両基板２，３間のクロストーク（送受信間のクロストーク）を抑制することが可能になる。なお、両グランド層２７，３７は、例えば、スルーホールを介して両回路基板２１，３１の表面Ｆ側の配線パターン（グランドパターン）に電気的に接続され、カードエッジコネクタ４を介して、接続対象の機器のグランドに電気的に接続される。

両基板２，３を接着固定する際に用いる接着剤５としては、特に限定されるものではないが、例えば、ＵＶ硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いるとよい。

次に、送受信モジュール１の製造方法について図２を用いて説明する。

送受信モジュール１を製造する際には、まず、図２（ａ）に示すように、送信側回路基板２１の裏面Ｒに送信側光導波路２５を形成し、図２（ｂ）に示すように、ダイシングによりＶ溝を形成して送信側ミラー２６を形成する。

その後、図２（ｃ）に示すように、送信側回路基板２１の裏面Ｒ側に、スパッタリング又は真空蒸着により金属膜を形成して送信側グランド層２７を形成する。なお、この送信側グランド層２７は、ダイシングにより形成されたＶ溝内にも形成され、送信側ミラー２６における反射膜の役割も兼ねることになる。

送信側グランド層２７を形成した後、図２（ｄ）に示すように、送信側回路基板２１の表面Ｆに発光素子２２とドライバＩＣ２３を実装する。その後、図２（ｅ）に示すように、送信側光導波路２５の一端部に溝２５ａを形成して、その溝２５ａに送信側光ファイバ２４を挿入することで、送信側光ファイバ２４を送信側回路基板２１に実装する。以上により、送信側基板２が得られる。

送信側基板２を形成した後、図２（ａ）〜（ｅ）で説明した同様の手順で受信側基板３を形成し、図２（ｆ）に示すように、両基板２，３の裏面Ｒ同士を向かい合わせる。その後、図２（ｇ）に示すように、両基板２，３を接着剤５で接着固定すると、送受信モジュール１が得られる。なお、図２（ａ）〜（ｆ）では断面図を示しているが、図２（ｇ）では側面図を示している。

以上説明したように、本実施の形態に係る送受信モジュール１では、送信側回路基板２１の表面Ｆ側に、発光素子２２およびドライバＩＣ２３を実装すると共に、その裏面Ｒ側に送信側ミラー２６を有する送信側光導波路２５を形成した送信側基板２と、受信側回路基板３１の表面Ｆ側に、受光素子３２およびアンプＩＣ３３を実装すると共に、その裏面Ｒ側に受信側ミラー３６を有する受信側光導波路３５を形成した受信側基板３とを備え、これら両基板２，３の裏面Ｒ同士を向かい合わせた状態で、両基板２，３を接着固定している。

送受信モジュール１では、発光素子２２とドライバＩＣ２３を同じ平面（送信側回路基板２１の表面Ｆ）に、受光素子３２とアンプＩＣ３３を同じ平面（受信側回路基板３１の表面Ｆ）に実装するため、光素子２２，３２とＩＣ２３，３３の実装が容易であり、さらには、特許文献１の光モジュールのように正面から側面に回り込むような配線パターンを形成する必要がないため、製造が容易である。

また、送受信モジュール１では、特許文献１の光モジュールのような直方体状の実装部材を用いておらず、２つの基板２，３を積層した構造であるため、送受信モジュール１全体を薄くすることが可能である。よって、送受信モジュール１を小型化することができる。従来の特許文献１の光モジュールでは、光素子とＩＣの実装を容易とすれば小型化が困難になるという問題があったが、本発明によれば、光素子２２，３２とＩＣ２３，３３を容易に実装でき、その上、送受信モジュール１を小型化できることになる。

さらに、特許文献１の光モジュールでは、実装部材に厚みがあるので、カードエッジコネクタを使用することはできなかったが、これに対して、送受信モジュール１では、送受信モジュール１全体を薄くできるので、カードエッジコネクタを使用することが可能となる。

さらにまた、送受信モジュール１では、送信側基板２と受信側基板３を別個に形成して、その後両基板２，３を接着固定するため、ダイシング等によりミラー２６，３６を容易に形成することが可能である。通常、積層基板などにおいて中間層にミラーを形成することは非常に困難であるが、本実施の形態では送信側基板２と受信側基板３を別々に形成することにより、ミラー２６，３６を簡便に形成可能としている。

また、送受信モジュール１では、両基板２，３の間にグランド層２７，３７を形成しているため、両基板２，３間のクロストークを抑制することが可能である。送受信モジュール１では、送信と受信が両基板２，３に完全に分かれているので、両基板２，３間にグランド層２７，３７を形成することで、送受信間のクロストークを防止できる。なお、本実施の形態では、両基板２，３にグランド層２７，３７を形成する場合を説明したが、いずれか一方のみを形成するようにしてもよい。

さらに、送受信モジュール１では、発光素子２２および送信側光導波路２５を、送信側回路基板２１の一の側辺側に偏らせて配置すると共に、受光素子３２および受信側光導波路３５を、受信側回路基板３１の一の側辺側に偏らせて配置して、送信側光導波路２５と受信側光導波路３５とが重ならないようにしているため、送受信モジュール１をさらに薄くし、小型化を図ることが可能となる。

さらにまた、送受信モジュール１では、発光素子２２および送信側ミラー２６を、受光素子３２および受信側ミラー３６よりも、両光ファイバ２４，３４から離れた位置に設けているため、発光素子２２からの光が漏れて受光素子３２に直接受光されたり、あるいは発光素子２２からの光が漏れて受信側光導波路３５のコアに光結合してしまうことを防止できる。なお、本実施の形態では、発光素子２２と受光素子３２とを幅方向（図１（ａ）では上下方向）にオフセットしているが、この場合でも、オフセット量が少なければ発光素子２２からの光が漏れて受光素子３２に受光されてしまう場合がある。よって、発光素子２２と受光素子３２とをさらに長さ方向（図１（ａ）では左右方向）にもオフセットして、発光素子２２からの光が漏れたとしても受光素子３２に受光されることがないよう構成することが望ましい。

次に、本発明の他の実施の形態を説明する。

図３（ａ）〜（ｃ）に示す送受信モジュール３０は、図１の送受信モジュール１において、両基板２，３を接着固定した後に、光ファイバ２４，３４を接続するようにしたものである。

具体的には、送受信モジュール３０では、送信側回路基板２１の一端部に、受信側光ファイバ３４を通すための切欠き２８が形成され、かつ、受信側回路基板３１の一端部に、送信側光ファイバ２４を通すための切欠き３８が形成される。

送信側光ファイバ２４は、切欠き３８を通して溝２５ａ内に挿入され、送信側光導波路２５と光学的に接続される。送信側光ファイバ２４の上方（受信側回路基板３１側、図３（ｂ）では下側）には、送信側光ファイバ２４を固定して抜けを防ぐための固定ジグ３９が設けられる。

同様に、受信側光ファイバ３４は、切欠き２８を通して溝３５ａ内に挿入され、受信側光導波路３５と光学的に接続される。受信側光ファイバ３４の上方（送信側回路基板２１側、図３（ｃ）では上側）には、受信側光ファイバ３４を固定して抜けを防ぐための固定ジグ２９が設けられる。

送受信モジュール３０によれば、両基板２，３を接着固定した後に光ファイバ２４，３４を接続することができるので、両基板２，３を接着固定する際に光ファイバ２４，３４が邪魔になることがなく、送受信モジュール３０をより容易に製造することが可能となる。

上記実施の形態では、グランド層２７，３７として、スパッタリング又は真空蒸着により形成された金属膜を用いたが、これに限らず、接着剤５に導電性の接着剤を用い、接着剤５が固化して形成される接着層をグランド層としてもよい。導電性の接着剤としては、例えば、銀微粒子を含むエポキシ樹脂などが挙げられる。この場合、接着剤を固化する際に加熱により銀微粒子を焼結させて、導電性を得るようにすればよい。

また、上記実施の形態では、両回路基板２１，３１として、発光素子２２が発光する光、あるいは受光素子３２が受光する光に対して透明な材料を用いたが、これに限らず、両回路基板２１，３１として、発光素子２２が発光する光、あるいは受光素子３２が受光する光に対して不透明な材料を用い、光が通る部分にスルーホールを形成するようにしてもよい。

このように、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１送受信モジュール
２送信側基板
３受信側基板
２１送信側回路基板
２２発光素子
２３ドライバＩＣ
２４送信側光ファイバ
２５送信側光導波路
２６送信側ミラー
２７送信側グランド層
３１受信側回路基板
３２受光素子
３３アンプＩＣ
３４受信側光ファイバ
３５受信側光導波路
３６受信側ミラー
３７受信側グランド層

Claims

送信側回路基板と、該送信側回路基板の表面側に実装された発光素子およびドライバＩＣと、前記送信側回路基板の裏面側に形成され、送信側光ファイバと光学的に接続される送信側光導波路と、該送信側光導波路に形成され、前記発光素子から出射された光の光路を９０度変換して前記送信側光導波路のコアに入射する送信側ミラーと、を有する送信側基板と、
受信側回路基板と、該受信側回路基板の表面側に実装された受光素子およびアンプＩＣと、前記受信側回路基板の裏面側に形成され、受信側光ファイバと光学的に接続される受信側光導波路と、該受信側光導波路に形成され、前記受信側光導波路のコアを伝搬する光の光路を９０度変換して前記受光素子に入射する受信側ミラーと、を有する受信側基板と、を備え、
前記両基板の裏面同士を向かい合わせた状態で固定してなることを特徴とする送受信モジュール。
前記両基板の間には、グランド層が形成される請求項１記載の送受信モジュール。
前記グランド層は、前記送信側基板の裏面及び／又は前記受信側基板の裏面にスパッタリング又は真空蒸着により形成された金属膜からなる請求項２記載の送受信モジュール。
前記グランド層は、前記両基板を導電性の接着剤で接着固定して形成される接着層からなる請求項２記載の送受信モジュール。
前記発光素子および前記送信側光導波路を、前記送信側回路基板の一の側辺側に偏らせて配置すると共に、
前記受光素子および前記受信側光導波路を、前記受信側回路基板の一の側辺側に偏らせて配置し、
前記両基板の裏面同士を向かい合わせた際に、前記送信側光導波路と前記受信側光導波路とが重ならないようにされる請求項１〜４いずれかに記載の送受信モジュール。
前記発光素子および前記送信側ミラーは、前記受光素子および前記受信側ミラーよりも、前記両光ファイバから離れた位置に設けられる請求項１〜５いずれかに記載の送受信モジュール。
前記両回路基板の端部に接続端子を形成してなるカードエッジコネクタを備えた請求項１〜６いずれに記載の送受信モジュール。