光素子モジュール、光伝送モジュール、および光伝送モジュールの製造方法
【課題】高画素数の撮像素子と信号処理装置間の高速信号伝送を可能にするとともに、小型化可能な光素子モジュール、光伝送モジュール、および光伝送モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の光素子モジュール５０は、光信号の入力または出力を行う光素子２と、光素子が実装される基板１と、光素子２から入出力される光信号を入出力する光ファイバ挿入用の貫通孔１５を有し、光素子２と基板１の厚さ方向に並べて実装配置されるガイド保持部材３と、を備え、貫通孔１５は光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなしている。
【解決手段】本発明の光素子モジュール５０は、光信号の入力または出力を行う光素子２と、光素子が実装される基板１と、光素子２から入出力される光信号を入出力する光ファイバ挿入用の貫通孔１５を有し、光素子２と基板１の厚さ方向に並べて実装配置されるガイド保持部材３と、を備え、貫通孔１５は光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子モジュール、光伝送モジュール、および光伝送モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療用の内視鏡は、挿入部が体内に深く挿入されることによって、病変部の観察を可能とし、さらに必要に応じて処置具が併用されることによって体内の検査、治療を可能としている。このような内視鏡として、挿入部の先端にＣＣＤ等の撮像素子を内蔵した撮像装置を備えた内視鏡がある。近年、より鮮明な画像観察を可能とする高画素数の撮像素子が開発されており、内視鏡への高画素数の撮像素子の使用が検討されている。内視鏡で高画素数の撮像素子を使用する場合、該撮像素子と信号処理装置との間を高速で信号を伝送するために、光伝送モジュールを内視鏡に組み込むことが必要となる。患者への負担ならびに観察視野の確保のためには、内視鏡挿入部の先端部外径ならびに先端部長はできるだけ小さくすることが希求されており、内視鏡内に組み込む光伝送モジュールを構成する硬質部分である光素子モジュールの幅および長さもできるだけ小さくする必要がある。
【０００３】
一方、光信号と電気信号とを変換する光電変換素子回路に関する技術として、光ファイバの一端を挿入固定したフェルールを、光電変換素子と保持部材とが対向する面にそれぞれ実装された基板に対して、保持部材に形成された貫通孔に挿通することにより固定し、該基板には、フェルールおよび保持部材により固定された光ファイバの端面が露出する貫通孔が形成され、該貫通孔により光通信を行う光通信用モジュールが記載されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−０９０１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の通信用モジュールにおいては、フェルールに挿入固定された光ファイバを保持部材により基板に接合しているため、小型化するのが困難である。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高画素数の撮像素子と信号処理装置間の高速信号伝送を可能にするとともに、小型化可能な光素子モジュール、光伝送モジュール、および光伝送モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光素子モジュールは、光信号を入力する受光部または光信号を出力する発光部を有する光素子と、前記光素子が実装される基板と、を備える光素子モジュールにおいて、前記光素子の受光部または発光部から入出力される光信号を入出力する光ファイバ挿入用の貫通孔を有し、前記光素子と前記基板の厚さ方向に並べて実装配置されガイド保持部材を備え、前記貫通孔は前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなしていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記光素子は、前記発光部または前記受光部が前記基板と対向するように前記基板にフリップチップ実装され、前記ガイド保持部材は、前記基板の前記光素子が実装された面とは反対側の面に実装され、前記基板は、異なる面に位置する前記光素子と前記光ファイバとの間で光信号を送受信する孔部を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記孔部の内径は、前記貫通孔の内径と同径または大きいことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記貫通孔の前記基板と接する側の端部がテーパ形状をなすことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記貫通孔の光ファイバ挿入口側の端部がテーパ形状をなすことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記基板の前記光素子の実装面の孔部周辺に、実装面から突起する凸状部材が形成されることを特徴とする。
【００１３】
前記基板の前記ガイド保持部材の実装面の孔部周辺に、実装面から突起する凸状部材が形成されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記光素子は、前記発光部または前記受光部が前記基板との実装面の反対側の面に位置するようにワイヤボンディング実装され、前記ガイド保持部材は、前記基板の前記光素子が実装された面と同一面に実装されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記貫通孔は前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなし、光ファイバ挿入口側がテーパ形状をなすことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記貫通孔の前記光素子側端面と前記発光部または前記受光部との間に、挿通する光ファイバの端面から前記発光部または前記受光部までの距離を調整しうる空間を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかる光伝送モジュールは、上記に記載の光素子モジュールを用いた光伝送モジュールであって、さらに、前記貫通孔に挿入された光ファイバを有し、前記光ファイバは、前記光ファイバの一方の端面と前記光素子の発光部または受光部とを光学的に位置合わせして前記ガイド保持部材に接合されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかる光伝送モジュールは、上記発明において、前記光ファイバの他方の端面に光学的に位置合わせし、前記光素子の受光部に対し光信号を出力する発光部を有する送信モジュール、または、前記光素子の受光部が出力した光信号を入力する発光部を有する受信モジュールを更に有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかる光伝送モジュールの製造方法は、光信号を入力する受光部または光信号を出力する発光部を有する光素子と、前記光素子が実装された基板と、前記光素子に光信号の入力または出力を行う光ファイバと、を備える光伝送モジュールの製造方法において、前記基板の表面に前記光素子を実装する光素子実装ステップと、前記光素子実装ステップの後、前記基板に前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなす貫通孔を有するガイド保持部材を、該ガイド保持部材と前記光素子とが前記基板の厚さ方向に並ぶよう配置して実装するガイド保持部材実装ステップと、前記光ファイバを前記貫通孔に挿入し、前記貫通孔の前記光素子側端面と前記発光部または前記受光部との間の空間を介し、前記光ファイバ端面と前記発光部または前記受光部とを光学的に位置合わせした後、前記光ファイバを前記ガイド保持部材に接合する接合ステップと、含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光素子と、光素子が実装される基板と、を備える光素子モジュールにおいて、光ファイバ挿入用の貫通孔を有するガイド保持部材と前記光素子とを前記基板の厚さ方向に並べて実装配置し、前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなす前記貫通孔に光ファイバを挿通し、挿通する光ファイバの端面から前記発光部または前記受光部までの距離を調整して接合することにより、光素子モジュールを小型化可能で、かつ光伝送効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る光素子モジュールの断面図である。
【図２】図２は、図１の光素子モジュールを使用した光伝送モジュールの断面図である。
【図３】図３は、図２の光伝送モジュールの光素子モジュールと光ファイバとの固定部分の断面図である。
【図４】図４は、図２の光伝送モジュールの基板の孔部を面発光レーザ側からみた平面図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係る光素子モジュールの断面図である。
【図６】図６は、実施の形態２で使用するガイド保持部材の斜視図である。
【図７】図７は、図５の光素子モジュールに光ファイバを挿通固定した光伝送モジュールの断面図である。
【図８】図８は、実施の形態２の変形例１に係る光素子モジュールの断面図である。
【図９】図９は、実施の形態２の変形例２に係る光素子モジュールの断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３に係る光伝送モジュールの断面図である。
【図１１】図１１は、図１０の光伝送モジュールの基板の孔部を面発光レーザ側からみた平面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３の変形例１にかかる光伝送モジュールの断面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３の変形例２にかかる光伝送モジュールの断面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態３の変形例３にかかる光伝送モジュールの断面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態４に係る光素子モジュールの断面図である。
【図１６】図１６は、図１５の光素子モジュールに光ファイバを挿通固定した光伝送モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率などは、現実と異なることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光素子モジュール５０の断面図である。図２は、図１の光素子モジュール５０を使用した光伝送モジュール１００の断面図である。図３は、図２の光伝送モジュール１００の光素子モジュール５０と光ファイバ４との固定部分の断面図である。図４は、図２の光伝送モジュール１００の基板１の孔部１０を面発光レーザ側２からみた平面図である。
【００２４】
本発明の実施の形態１にかかる光伝送モジュール１００は、光素子モジュール５０と、光信号を伝送する光ファイバ４と、光素子モジュール５０に光信号を送信、または光素子モジュール５０から光信号を受信する光素子モジュール３０と、を備える。光素子モジュール５０と光素子モジュール３０は、送信モジュールまたは受信モジュールとして機能するが、一方が送信モジュールとして機能する場合、他方は受信モジュールとして機能するものとする。本実施の形態１においては、光素子モジュール５０が送信モジュールであり、光素子モジュール３０が受信モジュールである場合について説明する。
【００２５】
光素子モジュール５０は、基板１と、基板１に実装される発光素子である面発光レーザ２と、面発光レーザ２の実装面と対向する基板１の面に実装されるガイド保持部材３と、を備える。光ファイバ４は、光素子モジュール５０に接合され、光ファイバ４の他方の端面には、光素子モジュール３０が接続されている。光素子モジュール３０は、面発光レーザ２が出力した光信号を受けて光−電流変換するフォトダイオード（以下ＰＤ）である受光素子３１と、この変換した電流信号をインピーダンス変換、増幅し、電圧信号として出力するトランスインピーダンスアンプ３２（Transimpedance Amplifier）（以下ＴＩＡ３２）とを有している。光素子モジュール３０は、ＴＩＡ３２を介して、さらに外部の信号処理回路に接続される。
【００２６】
光素子モジュール５０は、基板１の対向する面に、ガイド保持部材３と面発光レーザ２とが基板１の厚さ方向に並べて実装配置される。基板１として、ＦＰＣ基板やセラミック基板、ガラエポ基板、ガラス基板、Si基板等が使用される。基板１には、接続電極１１が形成され、接続電極１１を介し面発光レーザ２に電気信号が送信される。面発光レーザ２は、発光部１２が基板１と対向するように基板１に実装されるフリップチップタイプである。基板１への面発光レーザ２の実装は、例えば、面発光レーザ２にＡｕバンプ１３を形成し、基板１の接続電極１１上に超音波により接合する。接合部に、アンダーフィル材やサイドフィル材等の接着剤１４を注入し、接着剤１４を硬化させて実装する。あるいは、Ａｕバンプ１３を使用せず、基板１にはんだペースト等を印刷し、面発光レーザ２を配置した後、リフロー等ではんだを溶融して実装してもよい。あるいは、面発光レーザ２にはんだバンプを形成し、基板１の接続電極１１上に実装装置により配置およびはんだ溶融することで実装してもよい。
【００２７】
ガイド保持部材３は、保持する光ファイバ４の外径と略同一径の円柱状をなす貫通孔１５を有する。ガイド保持部材３の基板１への実装は、例えば、基板１の実装面に接着剤１６を塗布後、ガイド保持部材３をボンダー等の装置により接着剤１６上にマウントし、接着剤１６を硬化させて実装する。貫通孔１５は、円柱状のほか、その内面で光ファイバ４を保持できれば、角柱状であってもよい。ガイド保持部材３の材質はセラミック、Ｓｉ、ガラス、ＳＵＳ等の金属部材、等である。
【００２８】
基板１は、面発光レーザ２と光信号を送受信する孔部１０を有する。孔部１０の内径は、貫通孔１５の内径と同径または僅かに大きく形成される。ガイド保持部材３の貫通孔１５に挿入されて、光素子モジュール５０に実装される光ファイバ４は、孔部１０を介して面発光レーザ２の発光部１２から発光される光を受信する。
【００２９】
基板１への面発光レーザ２の実装において、二視野光学系を用いて面発光レーザ２の発光部１２の中心と孔部１０の中心とを位置合わせし、発光部１２の真下に孔部１０が位置するように実装する。また、ガイド保持部材３の基板１への実装において、二視野光学系を用いて面発光レーザ２の発光部１２の中心と貫通孔１５の中心とを位置合わせし、実装する。
【００３０】
光素子モジュール５０への光ファイバ４の実装は、貫通孔１５を介して行われる。光素子モジュール５０は、貫通孔１５の面発光レーザ２側の端面と発光部１２との間に、挿通する光ファイバ４の端面から発光部１２までの距離を調整しうる、孔部１０と空間１７とを有する。空間１７は、面発光レーザ２と基板１との間の隙間である。光ファイバ４は、貫通孔１５に挿入され、孔部１０を通して発光部１２の近傍まで挿通され、発光部１２からの出力された光を効率よく入力できる位置で接着剤１８によりガイド保持部材３と接合して光伝送モジュール１００となる。なお、光ファイバ４を簡易に接合する場合には、発光部１２と光ファイバ４の端面とを接触させて接合すればよい。
【００３１】
光ファイバ４は、光を伝送するコア１９と、コアの外周に設けられるクラッド２０とからなり、樹脂等のジャケットで被覆されない状態で貫通孔１５に挿入される。本明細書において、光ファイバ４の外径はクラッド２０の径とする。
【００３２】
光ファイバ４としてマルチモード光ファイバを使用した場合、コア１９の径は５０μｍ程度、面発光レーザ２の発光部１２の発光領域は２０μｍ程度の円形であり、図４に示すように、コア１９内に発光部１２の発光領域が入っており、光結合を容易に行いうる。
【００３３】
実施の形態１にかかる光伝送モジュール１００において、面発光レーザ２は、基板１上に実装された図示しない電子デバイスからの電気信号を受信し、受信した電気信号を光信号に変換して発光部１２を点灯・消灯し、発光部１２から出力された光信号が光ファイバ４に入力され、光ファイバ４が図示しない信号処理装置等に光信号を送信し、データが伝送される。
【００３４】
実施の形態１にかかる光伝送モジュール１００は、ガイド保持部材３のみで容易に光ファイバ４を位置決めするとともに、光ファイバ４の保持も行うことができるため、小型化が可能となる。また、光ファイバ４の接合強度を劣化させることなく、光ファイバ４と面発光レーザ２との光学的な結合が可能となる。なお、本実施の形態１では、面発光レーザ２と光ファイバ４との間で光通信を行う光伝送モジュール１００について説明したが、光素子として面発光レーザ２を受光素子に変えた光伝送モジュールにおいても、ガイド保持部材３のみで容易に光ファイバ４を位置決め保持することができる。したがって、面発光レーザ２を実装した光伝送モジュールと同様に小型化可能であり、光ファイバ４の接合強度を劣化させることなく、光ファイバ４と受光素子との光学的な結合が可能である。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態２にかかる光伝送モジュールは、ガイド保持部材の貫通孔の両端部にそれぞれテーパが形成されている点で、実施の形態１の光伝送モジュール１００と異なる。以下、図面を参照して、実施の形態２にかかる光伝送モジュールを説明する。図５は、実施の形態２に係る光素子モジュール６０の断面図である。図６は、実施の形態２で使用するガイド保持部材３Ａの斜視図である。図７は、図５の光素子モジュール６０に光ファイバ４を挿通固定した光伝送モジュール２００の断面図である。なお、図７の光伝送モジュール２００は、光素子モジュール６０と光ファイバ４で形成されているが、実施の形態１の光伝送モジュール１００と同様に、光ファイバ４の他方の端面に、光素子モジュール３０を接続した構成としてもよい。
【００３６】
実施の形態２にかかる光素子モジュール６０は、貫通孔１５の両端部にそれぞれテーパ２１、テーパ２２が形成されている。
【００３７】
実施の形態２において、ガイド保持部材３Ａの基板１への実装は、基板１の実装面に接着剤１６を塗布後、ガイド保持部材３Ａをボンダー等の装置により接着剤１６上にマウントし、接着剤１６を硬化させて実装する。例えば、接着剤１６の供給量が所定量より多く供給された場合、またはガイド部材３Ａのマウントの際に所定より大きな負荷がかかったような場合、接着剤１６は、基板１の孔部１０内部に溢れ、硬化されるおそれがある。接着剤１６が孔部１０内にまではみ出して硬化されると、光ファイバ４の孔部１０への挿入ができないという問題が生じることになる。ガイド保持部材３Ａの基板１の実装面側にテーパ２１を形成することにより、接着剤１６の供給量が過多の場合であっても、余分な接着剤１６がテーパ２１内に留まり、孔部１０内へのはみ出しがなく、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる。これにより、光素子モジュール６０製造の際の歩留まりを向上できる。
【００３８】
また、実施の形態２において、光ファイバ４は、テーパ２２が挿入側に形成された貫通孔１５に挿入され、孔部１０を通して発光部１２の近傍まで挿通され、発光部１２からの出力された光を効率よく入力できる位置で接着剤１８によりガイド保持部材３Ａと接合される。貫通孔１５の光ファイバ４挿入側にテーパ２２を形成することにより、光ファイバの貫通孔１５への挿入を容易に行うことができる。さらに接着剤１８をテーパ２２内に供給して、光ファイバ４とガイド保持部材３Ａとを接合するため、ガイド保持部材３Ａと光ファイバ４との接合面積を大きくでき、接合強度を向上することができる。
【００３９】
なお、接着剤１６の孔部１０へのはみ出しを防止する、光ファイバ４の貫通孔１５への挿入を容易にする、ガイド保持部材３Ａと光ファイバ４との接合面積を大きくできる形状であれば、テーパに限定されるものでなく、例えば、貫通孔１５の両端部に、貫通孔１５の内径より大きな径の円柱形状の溝部を形成してもよい。
【００４０】
また、実施の形態２の光素子モジュール６０の変形例１として、図８に示す光素子モジュール６０Ｂが例示される。変形例１にかかる光素子モジュール６０Ｂにおいて、ガイド保持部材３Ｂの貫通孔１５には、基板１と接する側にのみテーパ２１が形成されている。テーパ２１を貫通孔１５に形成することにより、接着剤１６の孔部１０へのはみ出しを防止して、光素子モジュール６０Ｂ製造の際の歩留まりを向上できる。
【００４１】
さらに、実施の形態２の光素子モジュール６０の変形例２として、図９に示す光素子モジュール６０Ｃが例示される。変形例２にかかる光素子モジュール６０Ｃにおいて、ガイド保持部材３Ｃの貫通孔１５には、光ファイバ４挿入口側にのみテーパ２２が形成されている。テーパ２２を貫通孔１５に形成することにより、光ファイバ４の挿入時のガイドとしての機能を果たすだけでなく、光ファイバ４とガイド保持部材３Ｃとの接合の際に、テーパに接着剤１８を供給することにより接着面積を増加し、接着強度を向上することができる。また、貫通孔１５を、光ファイバ４挿入口側から出口側まで一体のテーパ形状としてもよい。貫通孔１５を一体のテーパとする場合は、光ファイバ４出口側に光ファイバ４の外径と略同一径の保持部分を設けて、光ファイバ４をガイド保持部材３Ｃに接合する際にずれなく位置あわせできるようにすることが好ましい。
【００４２】
（実施の形態３）
実施の形態３にかかる光伝送モジュールは、基板の孔部周辺に凸上部材が形成されている点で、実施の形態１にかかる光伝送モジュール１００と異なる。以下、図面を参照して、実施の形態３にかかる光伝送モジュールを説明する。図１０は、実施の形態３に係る光伝送モジュール３００の断面図である。図１１は、図１０の光伝送モジュール３００の基板１Ａの孔部１０を面発光レーザ２側からみた平面図である。なお、図１０の光伝送モジュール３００は、光素子モジュール７０と光ファイバ４で形成されているが、実施の形態１の光伝送モジュール１００と同様に、光ファイバ４の他方の端面に、光素子モジュール３０を接続した構成としてもよい。
【００４３】
実施の形態３にかかる光伝送モジュール３００において、基板１Ａの孔部１０周辺に、凸状部材２３および凸状部材２４が形成されている。凸状部材２３は、基板１Ａのガイド保持部材３Ａの実装側の孔部１０周辺に形成される短円筒形状をなす。凸状部材２４は、基板１Ａの面発光レーザ２の実装側の孔部１０周辺に形成される短円筒形状をなす。凸状部材２３および凸状部材２４の内径は孔部１０の径と同じまたは僅かに大きいものとする。図１０は、図９の光伝送モジュール３００の基板１Ａの孔部１０を面発光レーザ２側からみた平面図であるが、凸状部材２３を凸状部材２４と同一形状とし、孔部１０に対して同じ位置に形成すれば、光伝送モジュール３００の基板１Ａの孔部１０をガイド部材３Ａ側からみた平面図も、図１０と同じになる（凸状部材２４が凸状部材２３となる）。凸状部材２３および凸状部材２４は、レジスト等により形成され、基板１Ａ表面にレジストを塗布して、フォトリソグラフィ工程により所望の形状に形成される。
【００４４】
実施の形態３において、ガイド保持部材３Ａの基板１Ａへの実装は、基板１Ａの実装面である凸状部材２３の外周部に接着剤１６を塗布後、ガイド保持部材３Ａをボンダー等の装置により接着剤１６を塗布した基板１Ａ上にマウントし、接着剤１６を硬化させて実装する。基板１のガイド保持部材３Ａ実装側の孔部１０周辺に凸状部材２３を形成することにより、接着剤１６が多く塗布された場合であっても、接着剤１６が凸状部材２３によりせき止められるとともに、接着剤１６がガイド保持部材３Ａのテーパ２１内に流れ込むことにより、接着剤１６が孔部１０内にはみ出すのを防止できるので、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる。これにより、光伝送モジュール３００製造の際の歩留まりを向上できる。
【００４５】
また、実施の形態３において、面発光レーザ２の基板１Ａへの実装は、面発光レーザ２の基板１Ａとの接続面にＡｕバンプ１３を形成し、基板１Ａの接続電極１１上に配置して超音波装置により接合され、接合部には接着剤１４が注入され、接着剤１４を硬化して実装する。基板１Ａの面発光レーザ２実装側の孔部１０周辺に凸状部材２４を形成することにより、凸状部材２３は接着剤１４をせき止める。これにより、孔部１０内への接着剤１４のはみ出しを防止し、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる、光伝送モジュール３００製造の際の歩留まりを向上できる。
【００４６】
また、実施の形態３の光伝送モジュール３００の変形例１として、図１２に示す光伝送モジュール３００Ｂが例示される。変形例１にかかる光伝送モジュール３００Ｂにおいて、基板１Ｂの面発光レーザ２実装面の孔部１０周辺にのみ凸状部材２４が形成されている。変形例１では、凸状部材２４を面発光レーザ２実装面の孔部１０周辺に形成することにより、接着剤１４の孔部１０内へのはみ出しを防止して、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる。また、ガイド保持部材３Ｂの貫通孔１５には、基板１Ｂと接する側にテーパ２１が形成されているので、接着剤１６の孔部１０へのはみ出しを防止できる。
【００４７】
さらに、実施の形態３の光伝送モジュール３００の変形例２として、図１３に示す光伝送モジュール３００Ｃが例示される。変形例２にかかる光伝送モジュール３００Ｃにおいて、基板１Ａの孔部１０周辺には凸状部材２３および凸状部材２４が形成される。また、変形例２では、ガイド保持部材３の基板１Ａ側の貫通孔１５にはテーパが形成されていない。変形例２では、凸状部材２４を面発光レーザ２実装面の孔部１０周辺に形成することにより、接着剤１４の孔部１０内へのはみ出しを防止して、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる。さらに、凸状部材２３をガイド保持部材３実装面の孔部１０周辺に形成することにより、接着剤１６の孔部１０内へのはみ出しを防止して、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる。なお、凸状部材２３をガイド保持部材３の貫通孔１５の周辺に形成しても同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、実施の形態３の光伝送モジュール３００の変形例３として、図１４に示す光伝送モジュール３００Ｄが例示される。変形例３にかかる光伝送モジュール３００Ｄにおいて、基板１Ｄのガイド保持部材３実装面の孔部１０周辺にのみ凸状部材２３が形成される。変形例３では、凸状部材２３をガイド保持部材３実装面の孔部１０周辺に形成することにより、接着剤１６の孔部１０内へのはみ出しを防止して、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる。なお、変形例２と同様に、凸状部材２３をガイド保持部材３の貫通孔１５の周辺に形成しても同様の効果を得ることができる。
【００４９】
（実施の形態４）
実施の形態４にかかる光伝送モジュール４００は、発光部が基板との実装面の反対に位置するように基板に実装されるワイヤボンディングタイプの面発光レーザを光素子として使用する。図１５は、実施の形態４に係る光素子モジュール８０の断面図である。図１６は、図１５の光素子モジュール８０に光ファイバ４を挿通固定した光伝送モジュール４００の断面図である。なお、図１６の光伝送モジュール４００は、光素子モジュール８０と光ファイバ４で形成されているが、実施の形態１の光伝送モジュール１００と同様に、光ファイバ４の他方の端面に、光素子モジュール３０を接続した構成としてもよい。
【００５０】
基板１Ｅ上には、接続電極１１Ａと接続電極１１Ｂとが形成される。接続電極１１Ａ上に、Ａｇペーストやはんだペースト等の導電性接着剤２５を塗布し、発光部１２が基板１Ｅとの実装面の反対に位置するように面発光レーザ２Ａを配置し、導電性接着剤２５を加熱して面発光レーザ２Ａを接続電極１１Ａにダイボンドする。面発光レーザ２Ａの発光部１２側には接続電極１１Ｃが形成され、接続電極１１Ｃと接続電極１１ＢとはＡｕ線等によりワイヤボンディングされている。ワイヤボンディング部は、必要に応じて樹脂接着剤により補強してもよい。
【００５１】
ガイド保持部材３Ｅは、内部に面発光レーザ２Ａを収容する空間１７Ｅを有し、基板１Ｅの面発光レーザ２Ａ実装面に実装される。基板１Ｅに接着剤１６を塗布した後、ボンダー等によりガイド保持部材３Ｅを接着剤１６上にマウントし、接着剤１６を硬化してガイド保持部材３Ｅを実装する。ガイド保持部材３Ｅの基板１Ｅへの実装において、二視野光学系を用いて面発光レーザ２の発光部１２の中心と貫通孔１５の中心とを位置合わせして、実装する。
【００５２】
光素子モジュール８０への光ファイバ４の実装は、貫通孔１５を介して行われる。貫通孔１５は、光ファイバ４の外径と略同一径の円柱状をなす。貫通孔１５の光ファイバ４挿入側には、テーパ２２が形成されている。光ファイバ４は、テーパ２２を介し貫通孔１５に挿入され、発光部１２の近傍まで挿通され、発光部１２からの出力された光を効率よく入力できる位置で接着剤１８によりガイド保持部材３Ｅと接合される。光素子モジュール７０に光ファイバ４を接合すると、実施の形態４にかかる光伝送モジュール４００となる。本実施の形態４にかかる光伝送モジュール４００では、貫通孔１５の光ファイバ４挿入側にテーパ２２を形成することにより、光ファイバ４の貫通孔１５への挿入を容易に行うことができる。さらに接着剤１８をテーパ２２内に供給して、光ファイバ４とガイド保持部材３Ｅとを接合するため、ガイド保持部材３Ｅと光ファイバ４との接合面積を大きくでき、接合強度を向上することができる。
【００５３】
本実施の形態４にかかる光伝送モジュール４００は、基板１Ｅの片側面に面発光レーザ２Ａとガイド保持部材３Ｅとを集約して実装する。これにより、設計自由度の高い光伝送モジュール４００の製造が可能となる。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、本発明の光素子モジュール、光伝送モジュールおよび光伝送モジュールの製造方法は、高画素数の撮像素子と信号処理装置間を高速で信号伝送を行う用途に適する。また、本発明の光伝送モジュールは、例えば内視鏡や超音波画像システム（超音波内視鏡）のように、高速でデータ通信を行い、小型化が要求される用途に特に適している。
【符号の説明】
【００５６】
１ 基板
２ 面発光レーザ
３ ガイド保持部材
４ 光ファイバ
１０ 孔部
１１ 接続電極
１２ 発光部
１３ Ａｕバンプ
１４、１６、１８ 接着剤
１５ 貫通孔
１７ 空間
１９ コア
２０ クラッド
２１、２２ テーパ
２３、２４ 凸状部材
５０ 光素子モジュール
１００ 光伝送モジュール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子モジュール、光伝送モジュール、および光伝送モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療用の内視鏡は、挿入部が体内に深く挿入されることによって、病変部の観察を可能とし、さらに必要に応じて処置具が併用されることによって体内の検査、治療を可能としている。このような内視鏡として、挿入部の先端にＣＣＤ等の撮像素子を内蔵した撮像装置を備えた内視鏡がある。近年、より鮮明な画像観察を可能とする高画素数の撮像素子が開発されており、内視鏡への高画素数の撮像素子の使用が検討されている。内視鏡で高画素数の撮像素子を使用する場合、該撮像素子と信号処理装置との間を高速で信号を伝送するために、光伝送モジュールを内視鏡に組み込むことが必要となる。患者への負担ならびに観察視野の確保のためには、内視鏡挿入部の先端部外径ならびに先端部長はできるだけ小さくすることが希求されており、内視鏡内に組み込む光伝送モジュールを構成する硬質部分である光素子モジュールの幅および長さもできるだけ小さくする必要がある。
【０００３】
一方、光信号と電気信号とを変換する光電変換素子回路に関する技術として、光ファイバの一端を挿入固定したフェルールを、光電変換素子と保持部材とが対向する面にそれぞれ実装された基板に対して、保持部材に形成された貫通孔に挿通することにより固定し、該基板には、フェルールおよび保持部材により固定された光ファイバの端面が露出する貫通孔が形成され、該貫通孔により光通信を行う光通信用モジュールが記載されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−０９０１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の通信用モジュールにおいては、フェルールに挿入固定された光ファイバを保持部材により基板に接合しているため、小型化するのが困難である。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高画素数の撮像素子と信号処理装置間の高速信号伝送を可能にするとともに、小型化可能な光素子モジュール、光伝送モジュール、および光伝送モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光素子モジュールは、光信号を入力する受光部または光信号を出力する発光部を有する光素子と、前記光素子が実装される基板と、を備える光素子モジュールにおいて、前記光素子の受光部または発光部から入出力される光信号を入出力する光ファイバ挿入用の貫通孔を有し、前記光素子と前記基板の厚さ方向に並べて実装配置されガイド保持部材を備え、前記貫通孔は前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなしていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記光素子は、前記発光部または前記受光部が前記基板と対向するように前記基板にフリップチップ実装され、前記ガイド保持部材は、前記基板の前記光素子が実装された面とは反対側の面に実装され、前記基板は、異なる面に位置する前記光素子と前記光ファイバとの間で光信号を送受信する孔部を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記孔部の内径は、前記貫通孔の内径と同径または大きいことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記貫通孔の前記基板と接する側の端部がテーパ形状をなすことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記貫通孔の光ファイバ挿入口側の端部がテーパ形状をなすことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記基板の前記光素子の実装面の孔部周辺に、実装面から突起する凸状部材が形成されることを特徴とする。
【００１３】
前記基板の前記ガイド保持部材の実装面の孔部周辺に、実装面から突起する凸状部材が形成されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記光素子は、前記発光部または前記受光部が前記基板との実装面の反対側の面に位置するようにワイヤボンディング実装され、前記ガイド保持部材は、前記基板の前記光素子が実装された面と同一面に実装されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記貫通孔は前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなし、光ファイバ挿入口側がテーパ形状をなすことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる光素子モジュールは、上記発明において、前記貫通孔の前記光素子側端面と前記発光部または前記受光部との間に、挿通する光ファイバの端面から前記発光部または前記受光部までの距離を調整しうる空間を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかる光伝送モジュールは、上記に記載の光素子モジュールを用いた光伝送モジュールであって、さらに、前記貫通孔に挿入された光ファイバを有し、前記光ファイバは、前記光ファイバの一方の端面と前記光素子の発光部または受光部とを光学的に位置合わせして前記ガイド保持部材に接合されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかる光伝送モジュールは、上記発明において、前記光ファイバの他方の端面に光学的に位置合わせし、前記光素子の受光部に対し光信号を出力する発光部を有する送信モジュール、または、前記光素子の受光部が出力した光信号を入力する発光部を有する受信モジュールを更に有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかる光伝送モジュールの製造方法は、光信号を入力する受光部または光信号を出力する発光部を有する光素子と、前記光素子が実装された基板と、前記光素子に光信号の入力または出力を行う光ファイバと、を備える光伝送モジュールの製造方法において、前記基板の表面に前記光素子を実装する光素子実装ステップと、前記光素子実装ステップの後、前記基板に前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなす貫通孔を有するガイド保持部材を、該ガイド保持部材と前記光素子とが前記基板の厚さ方向に並ぶよう配置して実装するガイド保持部材実装ステップと、前記光ファイバを前記貫通孔に挿入し、前記貫通孔の前記光素子側端面と前記発光部または前記受光部との間の空間を介し、前記光ファイバ端面と前記発光部または前記受光部とを光学的に位置合わせした後、前記光ファイバを前記ガイド保持部材に接合する接合ステップと、含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光素子と、光素子が実装される基板と、を備える光素子モジュールにおいて、光ファイバ挿入用の貫通孔を有するガイド保持部材と前記光素子とを前記基板の厚さ方向に並べて実装配置し、前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなす前記貫通孔に光ファイバを挿通し、挿通する光ファイバの端面から前記発光部または前記受光部までの距離を調整して接合することにより、光素子モジュールを小型化可能で、かつ光伝送効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る光素子モジュールの断面図である。
【図２】図２は、図１の光素子モジュールを使用した光伝送モジュールの断面図である。
【図３】図３は、図２の光伝送モジュールの光素子モジュールと光ファイバとの固定部分の断面図である。
【図４】図４は、図２の光伝送モジュールの基板の孔部を面発光レーザ側からみた平面図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係る光素子モジュールの断面図である。
【図６】図６は、実施の形態２で使用するガイド保持部材の斜視図である。
【図７】図７は、図５の光素子モジュールに光ファイバを挿通固定した光伝送モジュールの断面図である。
【図８】図８は、実施の形態２の変形例１に係る光素子モジュールの断面図である。
【図９】図９は、実施の形態２の変形例２に係る光素子モジュールの断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３に係る光伝送モジュールの断面図である。
【図１１】図１１は、図１０の光伝送モジュールの基板の孔部を面発光レーザ側からみた平面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３の変形例１にかかる光伝送モジュールの断面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３の変形例２にかかる光伝送モジュールの断面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態３の変形例３にかかる光伝送モジュールの断面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態４に係る光素子モジュールの断面図である。
【図１６】図１６は、図１５の光素子モジュールに光ファイバを挿通固定した光伝送モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率などは、現実と異なることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光素子モジュール５０の断面図である。図２は、図１の光素子モジュール５０を使用した光伝送モジュール１００の断面図である。図３は、図２の光伝送モジュール１００の光素子モジュール５０と光ファイバ４との固定部分の断面図である。図４は、図２の光伝送モジュール１００の基板１の孔部１０を面発光レーザ側２からみた平面図である。
【００２４】
本発明の実施の形態１にかかる光伝送モジュール１００は、光素子モジュール５０と、光信号を伝送する光ファイバ４と、光素子モジュール５０に光信号を送信、または光素子モジュール５０から光信号を受信する光素子モジュール３０と、を備える。光素子モジュール５０と光素子モジュール３０は、送信モジュールまたは受信モジュールとして機能するが、一方が送信モジュールとして機能する場合、他方は受信モジュールとして機能するものとする。本実施の形態１においては、光素子モジュール５０が送信モジュールであり、光素子モジュール３０が受信モジュールである場合について説明する。
【００２５】
光素子モジュール５０は、基板１と、基板１に実装される発光素子である面発光レーザ２と、面発光レーザ２の実装面と対向する基板１の面に実装されるガイド保持部材３と、を備える。光ファイバ４は、光素子モジュール５０に接合され、光ファイバ４の他方の端面には、光素子モジュール３０が接続されている。光素子モジュール３０は、面発光レーザ２が出力した光信号を受けて光−電流変換するフォトダイオード（以下ＰＤ）である受光素子３１と、この変換した電流信号をインピーダンス変換、増幅し、電圧信号として出力するトランスインピーダンスアンプ３２（Transimpedance Amplifier）（以下ＴＩＡ３２）とを有している。光素子モジュール３０は、ＴＩＡ３２を介して、さらに外部の信号処理回路に接続される。
【００２６】
光素子モジュール５０は、基板１の対向する面に、ガイド保持部材３と面発光レーザ２とが基板１の厚さ方向に並べて実装配置される。基板１として、ＦＰＣ基板やセラミック基板、ガラエポ基板、ガラス基板、Si基板等が使用される。基板１には、接続電極１１が形成され、接続電極１１を介し面発光レーザ２に電気信号が送信される。面発光レーザ２は、発光部１２が基板１と対向するように基板１に実装されるフリップチップタイプである。基板１への面発光レーザ２の実装は、例えば、面発光レーザ２にＡｕバンプ１３を形成し、基板１の接続電極１１上に超音波により接合する。接合部に、アンダーフィル材やサイドフィル材等の接着剤１４を注入し、接着剤１４を硬化させて実装する。あるいは、Ａｕバンプ１３を使用せず、基板１にはんだペースト等を印刷し、面発光レーザ２を配置した後、リフロー等ではんだを溶融して実装してもよい。あるいは、面発光レーザ２にはんだバンプを形成し、基板１の接続電極１１上に実装装置により配置およびはんだ溶融することで実装してもよい。
【００２７】
ガイド保持部材３は、保持する光ファイバ４の外径と略同一径の円柱状をなす貫通孔１５を有する。ガイド保持部材３の基板１への実装は、例えば、基板１の実装面に接着剤１６を塗布後、ガイド保持部材３をボンダー等の装置により接着剤１６上にマウントし、接着剤１６を硬化させて実装する。貫通孔１５は、円柱状のほか、その内面で光ファイバ４を保持できれば、角柱状であってもよい。ガイド保持部材３の材質はセラミック、Ｓｉ、ガラス、ＳＵＳ等の金属部材、等である。
【００２８】
基板１は、面発光レーザ２と光信号を送受信する孔部１０を有する。孔部１０の内径は、貫通孔１５の内径と同径または僅かに大きく形成される。ガイド保持部材３の貫通孔１５に挿入されて、光素子モジュール５０に実装される光ファイバ４は、孔部１０を介して面発光レーザ２の発光部１２から発光される光を受信する。
【００２９】
基板１への面発光レーザ２の実装において、二視野光学系を用いて面発光レーザ２の発光部１２の中心と孔部１０の中心とを位置合わせし、発光部１２の真下に孔部１０が位置するように実装する。また、ガイド保持部材３の基板１への実装において、二視野光学系を用いて面発光レーザ２の発光部１２の中心と貫通孔１５の中心とを位置合わせし、実装する。
【００３０】
光素子モジュール５０への光ファイバ４の実装は、貫通孔１５を介して行われる。光素子モジュール５０は、貫通孔１５の面発光レーザ２側の端面と発光部１２との間に、挿通する光ファイバ４の端面から発光部１２までの距離を調整しうる、孔部１０と空間１７とを有する。空間１７は、面発光レーザ２と基板１との間の隙間である。光ファイバ４は、貫通孔１５に挿入され、孔部１０を通して発光部１２の近傍まで挿通され、発光部１２からの出力された光を効率よく入力できる位置で接着剤１８によりガイド保持部材３と接合して光伝送モジュール１００となる。なお、光ファイバ４を簡易に接合する場合には、発光部１２と光ファイバ４の端面とを接触させて接合すればよい。
【００３１】
光ファイバ４は、光を伝送するコア１９と、コアの外周に設けられるクラッド２０とからなり、樹脂等のジャケットで被覆されない状態で貫通孔１５に挿入される。本明細書において、光ファイバ４の外径はクラッド２０の径とする。
【００３２】
光ファイバ４としてマルチモード光ファイバを使用した場合、コア１９の径は５０μｍ程度、面発光レーザ２の発光部１２の発光領域は２０μｍ程度の円形であり、図４に示すように、コア１９内に発光部１２の発光領域が入っており、光結合を容易に行いうる。
【００３３】
実施の形態１にかかる光伝送モジュール１００において、面発光レーザ２は、基板１上に実装された図示しない電子デバイスからの電気信号を受信し、受信した電気信号を光信号に変換して発光部１２を点灯・消灯し、発光部１２から出力された光信号が光ファイバ４に入力され、光ファイバ４が図示しない信号処理装置等に光信号を送信し、データが伝送される。
【００３４】
実施の形態１にかかる光伝送モジュール１００は、ガイド保持部材３のみで容易に光ファイバ４を位置決めするとともに、光ファイバ４の保持も行うことができるため、小型化が可能となる。また、光ファイバ４の接合強度を劣化させることなく、光ファイバ４と面発光レーザ２との光学的な結合が可能となる。なお、本実施の形態１では、面発光レーザ２と光ファイバ４との間で光通信を行う光伝送モジュール１００について説明したが、光素子として面発光レーザ２を受光素子に変えた光伝送モジュールにおいても、ガイド保持部材３のみで容易に光ファイバ４を位置決め保持することができる。したがって、面発光レーザ２を実装した光伝送モジュールと同様に小型化可能であり、光ファイバ４の接合強度を劣化させることなく、光ファイバ４と受光素子との光学的な結合が可能である。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態２にかかる光伝送モジュールは、ガイド保持部材の貫通孔の両端部にそれぞれテーパが形成されている点で、実施の形態１の光伝送モジュール１００と異なる。以下、図面を参照して、実施の形態２にかかる光伝送モジュールを説明する。図５は、実施の形態２に係る光素子モジュール６０の断面図である。図６は、実施の形態２で使用するガイド保持部材３Ａの斜視図である。図７は、図５の光素子モジュール６０に光ファイバ４を挿通固定した光伝送モジュール２００の断面図である。なお、図７の光伝送モジュール２００は、光素子モジュール６０と光ファイバ４で形成されているが、実施の形態１の光伝送モジュール１００と同様に、光ファイバ４の他方の端面に、光素子モジュール３０を接続した構成としてもよい。
【００３６】
実施の形態２にかかる光素子モジュール６０は、貫通孔１５の両端部にそれぞれテーパ２１、テーパ２２が形成されている。
【００３７】
実施の形態２において、ガイド保持部材３Ａの基板１への実装は、基板１の実装面に接着剤１６を塗布後、ガイド保持部材３Ａをボンダー等の装置により接着剤１６上にマウントし、接着剤１６を硬化させて実装する。例えば、接着剤１６の供給量が所定量より多く供給された場合、またはガイド部材３Ａのマウントの際に所定より大きな負荷がかかったような場合、接着剤１６は、基板１の孔部１０内部に溢れ、硬化されるおそれがある。接着剤１６が孔部１０内にまではみ出して硬化されると、光ファイバ４の孔部１０への挿入ができないという問題が生じることになる。ガイド保持部材３Ａの基板１の実装面側にテーパ２１を形成することにより、接着剤１６の供給量が過多の場合であっても、余分な接着剤１６がテーパ２１内に留まり、孔部１０内へのはみ出しがなく、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる。これにより、光素子モジュール６０製造の際の歩留まりを向上できる。
【００３８】
また、実施の形態２において、光ファイバ４は、テーパ２２が挿入側に形成された貫通孔１５に挿入され、孔部１０を通して発光部１２の近傍まで挿通され、発光部１２からの出力された光を効率よく入力できる位置で接着剤１８によりガイド保持部材３Ａと接合される。貫通孔１５の光ファイバ４挿入側にテーパ２２を形成することにより、光ファイバの貫通孔１５への挿入を容易に行うことができる。さらに接着剤１８をテーパ２２内に供給して、光ファイバ４とガイド保持部材３Ａとを接合するため、ガイド保持部材３Ａと光ファイバ４との接合面積を大きくでき、接合強度を向上することができる。
【００３９】
なお、接着剤１６の孔部１０へのはみ出しを防止する、光ファイバ４の貫通孔１５への挿入を容易にする、ガイド保持部材３Ａと光ファイバ４との接合面積を大きくできる形状であれば、テーパに限定されるものでなく、例えば、貫通孔１５の両端部に、貫通孔１５の内径より大きな径の円柱形状の溝部を形成してもよい。
【００４０】
また、実施の形態２の光素子モジュール６０の変形例１として、図８に示す光素子モジュール６０Ｂが例示される。変形例１にかかる光素子モジュール６０Ｂにおいて、ガイド保持部材３Ｂの貫通孔１５には、基板１と接する側にのみテーパ２１が形成されている。テーパ２１を貫通孔１５に形成することにより、接着剤１６の孔部１０へのはみ出しを防止して、光素子モジュール６０Ｂ製造の際の歩留まりを向上できる。
【００４１】
さらに、実施の形態２の光素子モジュール６０の変形例２として、図９に示す光素子モジュール６０Ｃが例示される。変形例２にかかる光素子モジュール６０Ｃにおいて、ガイド保持部材３Ｃの貫通孔１５には、光ファイバ４挿入口側にのみテーパ２２が形成されている。テーパ２２を貫通孔１５に形成することにより、光ファイバ４の挿入時のガイドとしての機能を果たすだけでなく、光ファイバ４とガイド保持部材３Ｃとの接合の際に、テーパに接着剤１８を供給することにより接着面積を増加し、接着強度を向上することができる。また、貫通孔１５を、光ファイバ４挿入口側から出口側まで一体のテーパ形状としてもよい。貫通孔１５を一体のテーパとする場合は、光ファイバ４出口側に光ファイバ４の外径と略同一径の保持部分を設けて、光ファイバ４をガイド保持部材３Ｃに接合する際にずれなく位置あわせできるようにすることが好ましい。
【００４２】
（実施の形態３）
実施の形態３にかかる光伝送モジュールは、基板の孔部周辺に凸上部材が形成されている点で、実施の形態１にかかる光伝送モジュール１００と異なる。以下、図面を参照して、実施の形態３にかかる光伝送モジュールを説明する。図１０は、実施の形態３に係る光伝送モジュール３００の断面図である。図１１は、図１０の光伝送モジュール３００の基板１Ａの孔部１０を面発光レーザ２側からみた平面図である。なお、図１０の光伝送モジュール３００は、光素子モジュール７０と光ファイバ４で形成されているが、実施の形態１の光伝送モジュール１００と同様に、光ファイバ４の他方の端面に、光素子モジュール３０を接続した構成としてもよい。
【００４３】
実施の形態３にかかる光伝送モジュール３００において、基板１Ａの孔部１０周辺に、凸状部材２３および凸状部材２４が形成されている。凸状部材２３は、基板１Ａのガイド保持部材３Ａの実装側の孔部１０周辺に形成される短円筒形状をなす。凸状部材２４は、基板１Ａの面発光レーザ２の実装側の孔部１０周辺に形成される短円筒形状をなす。凸状部材２３および凸状部材２４の内径は孔部１０の径と同じまたは僅かに大きいものとする。図１０は、図９の光伝送モジュール３００の基板１Ａの孔部１０を面発光レーザ２側からみた平面図であるが、凸状部材２３を凸状部材２４と同一形状とし、孔部１０に対して同じ位置に形成すれば、光伝送モジュール３００の基板１Ａの孔部１０をガイド部材３Ａ側からみた平面図も、図１０と同じになる（凸状部材２４が凸状部材２３となる）。凸状部材２３および凸状部材２４は、レジスト等により形成され、基板１Ａ表面にレジストを塗布して、フォトリソグラフィ工程により所望の形状に形成される。
【００４４】
実施の形態３において、ガイド保持部材３Ａの基板１Ａへの実装は、基板１Ａの実装面である凸状部材２３の外周部に接着剤１６を塗布後、ガイド保持部材３Ａをボンダー等の装置により接着剤１６を塗布した基板１Ａ上にマウントし、接着剤１６を硬化させて実装する。基板１のガイド保持部材３Ａ実装側の孔部１０周辺に凸状部材２３を形成することにより、接着剤１６が多く塗布された場合であっても、接着剤１６が凸状部材２３によりせき止められるとともに、接着剤１６がガイド保持部材３Ａのテーパ２１内に流れ込むことにより、接着剤１６が孔部１０内にはみ出すのを防止できるので、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる。これにより、光伝送モジュール３００製造の際の歩留まりを向上できる。
【００４５】
また、実施の形態３において、面発光レーザ２の基板１Ａへの実装は、面発光レーザ２の基板１Ａとの接続面にＡｕバンプ１３を形成し、基板１Ａの接続電極１１上に配置して超音波装置により接合され、接合部には接着剤１４が注入され、接着剤１４を硬化して実装する。基板１Ａの面発光レーザ２実装側の孔部１０周辺に凸状部材２４を形成することにより、凸状部材２３は接着剤１４をせき止める。これにより、孔部１０内への接着剤１４のはみ出しを防止し、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる、光伝送モジュール３００製造の際の歩留まりを向上できる。
【００４６】
また、実施の形態３の光伝送モジュール３００の変形例１として、図１２に示す光伝送モジュール３００Ｂが例示される。変形例１にかかる光伝送モジュール３００Ｂにおいて、基板１Ｂの面発光レーザ２実装面の孔部１０周辺にのみ凸状部材２４が形成されている。変形例１では、凸状部材２４を面発光レーザ２実装面の孔部１０周辺に形成することにより、接着剤１４の孔部１０内へのはみ出しを防止して、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる。また、ガイド保持部材３Ｂの貫通孔１５には、基板１Ｂと接する側にテーパ２１が形成されているので、接着剤１６の孔部１０へのはみ出しを防止できる。
【００４７】
さらに、実施の形態３の光伝送モジュール３００の変形例２として、図１３に示す光伝送モジュール３００Ｃが例示される。変形例２にかかる光伝送モジュール３００Ｃにおいて、基板１Ａの孔部１０周辺には凸状部材２３および凸状部材２４が形成される。また、変形例２では、ガイド保持部材３の基板１Ａ側の貫通孔１５にはテーパが形成されていない。変形例２では、凸状部材２４を面発光レーザ２実装面の孔部１０周辺に形成することにより、接着剤１４の孔部１０内へのはみ出しを防止して、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる。さらに、凸状部材２３をガイド保持部材３実装面の孔部１０周辺に形成することにより、接着剤１６の孔部１０内へのはみ出しを防止して、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる。なお、凸状部材２３をガイド保持部材３の貫通孔１５の周辺に形成しても同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、実施の形態３の光伝送モジュール３００の変形例３として、図１４に示す光伝送モジュール３００Ｄが例示される。変形例３にかかる光伝送モジュール３００Ｄにおいて、基板１Ｄのガイド保持部材３実装面の孔部１０周辺にのみ凸状部材２３が形成される。変形例３では、凸状部材２３をガイド保持部材３実装面の孔部１０周辺に形成することにより、接着剤１６の孔部１０内へのはみ出しを防止して、光ファイバ４の挿通を問題なく行うことができる。なお、変形例２と同様に、凸状部材２３をガイド保持部材３の貫通孔１５の周辺に形成しても同様の効果を得ることができる。
【００４９】
（実施の形態４）
実施の形態４にかかる光伝送モジュール４００は、発光部が基板との実装面の反対に位置するように基板に実装されるワイヤボンディングタイプの面発光レーザを光素子として使用する。図１５は、実施の形態４に係る光素子モジュール８０の断面図である。図１６は、図１５の光素子モジュール８０に光ファイバ４を挿通固定した光伝送モジュール４００の断面図である。なお、図１６の光伝送モジュール４００は、光素子モジュール８０と光ファイバ４で形成されているが、実施の形態１の光伝送モジュール１００と同様に、光ファイバ４の他方の端面に、光素子モジュール３０を接続した構成としてもよい。
【００５０】
基板１Ｅ上には、接続電極１１Ａと接続電極１１Ｂとが形成される。接続電極１１Ａ上に、Ａｇペーストやはんだペースト等の導電性接着剤２５を塗布し、発光部１２が基板１Ｅとの実装面の反対に位置するように面発光レーザ２Ａを配置し、導電性接着剤２５を加熱して面発光レーザ２Ａを接続電極１１Ａにダイボンドする。面発光レーザ２Ａの発光部１２側には接続電極１１Ｃが形成され、接続電極１１Ｃと接続電極１１ＢとはＡｕ線等によりワイヤボンディングされている。ワイヤボンディング部は、必要に応じて樹脂接着剤により補強してもよい。
【００５１】
ガイド保持部材３Ｅは、内部に面発光レーザ２Ａを収容する空間１７Ｅを有し、基板１Ｅの面発光レーザ２Ａ実装面に実装される。基板１Ｅに接着剤１６を塗布した後、ボンダー等によりガイド保持部材３Ｅを接着剤１６上にマウントし、接着剤１６を硬化してガイド保持部材３Ｅを実装する。ガイド保持部材３Ｅの基板１Ｅへの実装において、二視野光学系を用いて面発光レーザ２の発光部１２の中心と貫通孔１５の中心とを位置合わせして、実装する。
【００５２】
光素子モジュール８０への光ファイバ４の実装は、貫通孔１５を介して行われる。貫通孔１５は、光ファイバ４の外径と略同一径の円柱状をなす。貫通孔１５の光ファイバ４挿入側には、テーパ２２が形成されている。光ファイバ４は、テーパ２２を介し貫通孔１５に挿入され、発光部１２の近傍まで挿通され、発光部１２からの出力された光を効率よく入力できる位置で接着剤１８によりガイド保持部材３Ｅと接合される。光素子モジュール７０に光ファイバ４を接合すると、実施の形態４にかかる光伝送モジュール４００となる。本実施の形態４にかかる光伝送モジュール４００では、貫通孔１５の光ファイバ４挿入側にテーパ２２を形成することにより、光ファイバ４の貫通孔１５への挿入を容易に行うことができる。さらに接着剤１８をテーパ２２内に供給して、光ファイバ４とガイド保持部材３Ｅとを接合するため、ガイド保持部材３Ｅと光ファイバ４との接合面積を大きくでき、接合強度を向上することができる。
【００５３】
本実施の形態４にかかる光伝送モジュール４００は、基板１Ｅの片側面に面発光レーザ２Ａとガイド保持部材３Ｅとを集約して実装する。これにより、設計自由度の高い光伝送モジュール４００の製造が可能となる。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、本発明の光素子モジュール、光伝送モジュールおよび光伝送モジュールの製造方法は、高画素数の撮像素子と信号処理装置間を高速で信号伝送を行う用途に適する。また、本発明の光伝送モジュールは、例えば内視鏡や超音波画像システム（超音波内視鏡）のように、高速でデータ通信を行い、小型化が要求される用途に特に適している。
【符号の説明】
【００５６】
１ 基板
２ 面発光レーザ
３ ガイド保持部材
４ 光ファイバ
１０ 孔部
１１ 接続電極
１２ 発光部
１３ Ａｕバンプ
１４、１６、１８ 接着剤
１５ 貫通孔
１７ 空間
１９ コア
２０ クラッド
２１、２２ テーパ
２３、２４ 凸状部材
５０ 光素子モジュール
１００ 光伝送モジュール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を入力する受光部または光信号を出力する発光部を有する光素子と、前記光素子が実装される基板と、を備える光素子モジュールにおいて、
前記光素子の受光部または発光部から入出力される光信号を入出力する光ファイバ挿入用の貫通孔を有し、前記光素子と前記基板の厚さ方向に並べて実装配置されガイド保持部材を備え、
前記貫通孔は前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなしていること を特徴とする光素子モジュール。
【請求項２】
前記光素子は、前記発光部または前記受光部が前記基板と対向するように前記基板にフリップチップ実装され、
前記ガイド保持部材は、前記基板の前記光素子が実装された面とは反対側の面に実装され、
前記基板は、異なる面に位置する前記光素子と前記光ファイバとの間で光信号を送受信する孔部を有することを特徴とする請求項１に記載の光素子モジュール。
【請求項３】
前記孔部の内径は、前記貫通孔の内径と同径または大きいことを特徴とする請求項２に記載の光素子モジュール。
【請求項４】
前記貫通孔の前記基板と接する側の端部がテーパ形状をなすことを特徴とする請求項３に記載の光素子モジュール。
【請求項５】
前記貫通孔の光ファイバ挿入口側の端部がテーパ形状をなすことを特徴とする請求項３または４に記載の光素子モジュール。
【請求項６】
前記基板の前記光素子の実装面の孔部周辺に、実装面から突起する凸状部材が形成されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の光素子モジュール。
【請求項７】
前記基板の前記ガイド保持部材の実装面の孔部周辺に、実装面から突起する凸状部材が形成されることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の光素子モジュール。
【請求項８】
前記光素子は、前記発光部または前記受光部が前記基板との実装面の反対側の面に位置するようにワイヤボンディング実装され、
前記ガイド保持部材は、前記基板の前記光素子が実装された面と同一面に実装されることを特徴とする請求項１に記載の光素子モジュール。
【請求項９】
前記貫通孔は前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなし、光ファイバ挿入口側がテーパ形状をなすことを特徴とする請求項８に記載の光素子モジュール。
【請求項１０】
前記貫通孔の前記光素子側端面と前記発光部または前記受光部との間に、挿通する光ファイバの端面から前記発光部または前記受光部までの距離を調整しうる空間を有することを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の光素子モジュール。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光素子モジュールを用いた光伝送モジュールであって、さらに、
前記貫通孔に挿入された光ファイバを有し、
前記光ファイバは、前記光ファイバの一方の端面と前記光素子の発光部または受光部とを光学的に位置合わせして前記ガイド保持部材に接合されることを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項１２】
前記光ファイバの他方の端面に光学的に位置合わせし、前記光素子の受光部に対し光信号を出力する発光部を有する送信モジュール、または、前記光素子の発光部が出力した光信号を入力する受光部を有する受信モジュールを更に有することを特徴とする請求項１１に記載の光伝送モジュール。
【請求項１３】
光信号を入力する受光部または光信号を出力する発光部を有する光素子と、前記光素子が実装された基板と、前記光素子に光信号の入力または出力を行う光ファイバと、を備える光伝送モジュールの製造方法において、
前記基板の表面に前記光素子を実装する光素子実装ステップと、
前記光素子実装ステップの後、前記基板に前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなす貫通孔を有するガイド保持部材を、該ガイド保持部材と前記光素子とが前記基板の厚さ方向に並ぶよう配置して実装するガイド保持部材実装ステップと、
前記光ファイバを前記貫通孔に挿入し、前記光ファイバ端面と前記発光部または前記受光部とを光学的に位置合わせした後、前記光ファイバを前記ガイド保持部材に接合する接合ステップと、
を含むことを特徴とする光伝送モジュールの製造方法。
【請求項１】
光信号を入力する受光部または光信号を出力する発光部を有する光素子と、前記光素子が実装される基板と、を備える光素子モジュールにおいて、
前記光素子の受光部または発光部から入出力される光信号を入出力する光ファイバ挿入用の貫通孔を有し、前記光素子と前記基板の厚さ方向に並べて実装配置されガイド保持部材を備え、
前記貫通孔は前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなしていること を特徴とする光素子モジュール。
【請求項２】
前記光素子は、前記発光部または前記受光部が前記基板と対向するように前記基板にフリップチップ実装され、
前記ガイド保持部材は、前記基板の前記光素子が実装された面とは反対側の面に実装され、
前記基板は、異なる面に位置する前記光素子と前記光ファイバとの間で光信号を送受信する孔部を有することを特徴とする請求項１に記載の光素子モジュール。
【請求項３】
前記孔部の内径は、前記貫通孔の内径と同径または大きいことを特徴とする請求項２に記載の光素子モジュール。
【請求項４】
前記貫通孔の前記基板と接する側の端部がテーパ形状をなすことを特徴とする請求項３に記載の光素子モジュール。
【請求項５】
前記貫通孔の光ファイバ挿入口側の端部がテーパ形状をなすことを特徴とする請求項３または４に記載の光素子モジュール。
【請求項６】
前記基板の前記光素子の実装面の孔部周辺に、実装面から突起する凸状部材が形成されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の光素子モジュール。
【請求項７】
前記基板の前記ガイド保持部材の実装面の孔部周辺に、実装面から突起する凸状部材が形成されることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の光素子モジュール。
【請求項８】
前記光素子は、前記発光部または前記受光部が前記基板との実装面の反対側の面に位置するようにワイヤボンディング実装され、
前記ガイド保持部材は、前記基板の前記光素子が実装された面と同一面に実装されることを特徴とする請求項１に記載の光素子モジュール。
【請求項９】
前記貫通孔は前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなし、光ファイバ挿入口側がテーパ形状をなすことを特徴とする請求項８に記載の光素子モジュール。
【請求項１０】
前記貫通孔の前記光素子側端面と前記発光部または前記受光部との間に、挿通する光ファイバの端面から前記発光部または前記受光部までの距離を調整しうる空間を有することを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の光素子モジュール。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光素子モジュールを用いた光伝送モジュールであって、さらに、
前記貫通孔に挿入された光ファイバを有し、
前記光ファイバは、前記光ファイバの一方の端面と前記光素子の発光部または受光部とを光学的に位置合わせして前記ガイド保持部材に接合されることを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項１２】
前記光ファイバの他方の端面に光学的に位置合わせし、前記光素子の受光部に対し光信号を出力する発光部を有する送信モジュール、または、前記光素子の発光部が出力した光信号を入力する受光部を有する受信モジュールを更に有することを特徴とする請求項１１に記載の光伝送モジュール。
【請求項１３】
光信号を入力する受光部または光信号を出力する発光部を有する光素子と、前記光素子が実装された基板と、前記光素子に光信号の入力または出力を行う光ファイバと、を備える光伝送モジュールの製造方法において、
前記基板の表面に前記光素子を実装する光素子実装ステップと、
前記光素子実装ステップの後、前記基板に前記光ファイバの外径と略同一径の円柱状をなす貫通孔を有するガイド保持部材を、該ガイド保持部材と前記光素子とが前記基板の厚さ方向に並ぶよう配置して実装するガイド保持部材実装ステップと、
前記光ファイバを前記貫通孔に挿入し、前記光ファイバ端面と前記発光部または前記受光部とを光学的に位置合わせした後、前記光ファイバを前記ガイド保持部材に接合する接合ステップと、
を含むことを特徴とする光伝送モジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−２５０９２（Ｐ２０１３−２５０９２Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９８４７（Ｐ２０１１−１５９８４７）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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