JP4260694B2 - 光モジュール、光モジュール用セラミック基板 - Google Patents

Description

本発明は、光電変換機能を備えるとともに光ファイバコネクタとの接続構造に特徴を有する光モジュール、そのような光モジュールの構成部品として用いられるセラミック基板に関するものである。

近年、インターネットに代表される情報通信技術の発達や、情報処理装置の処理速度の飛躍的向上などに伴って、画像等の大容量データを送受信するニーズが高まりつつある。かかる大容量データを情報通信設備を通じて自由にやり取りするためには１０Ｇｂｐｓ以上の情報伝達速度が望ましく、そのような高速通信環境を実現しうる技術として光通信技術に大きな期待が寄せられている。一方、機器内の配線基板間での接続や、配線基板内のＬＳＩチップ間での接続など、比較的短い距離における信号伝達に関しても近年高速化が望まれている。このため、従来一般的であった金属ケーブルや金属配線から、光ファイバや光導波路を用いた光伝送への移行が理想的であると考えられている。

信号伝達経路として光ファイバ等を用いた光伝送では、通常、光信号を電気信号に変換する光素子や、電気信号を光信号に変換する光素子が使用される。そして、このような光素子と光ファイバとを接続するための構造としては、例えばガイドピン及びクランプスプリングを利用した手法が従来提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の装置は、光素子やＬＳＩチップを収容した平板状の光パッケージと、多心光ファイバの先端に設けられた平板状の光ファイバコネクタとを備えている。光ファイバコネクタは光パッケージの上面に積層して配置される。光パッケージ及び光ファイバコネクタには、位置合わせ用のガイドピン穴がそれぞれ形成されている。そして、各々のガイドピン穴にガイドピンを嵌入し、かつ、クランプスプリングで締結することにより、光パッケージ及び光ファイバコネクタが配線基板に対して垂直方向に着脱可能に固定されるようになっている。また、この状態では光素子と光ファイバコネクタとが光学的に結合されるようになっている。

また、光素子と光ファイバとを接続するための別の構造としては、例えば、上記のクランプスプリングの代わりにハウジング構造を利用した手法も従来提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の装置は、光素子等を備えた光電変換モジュールと、多心光ファイバの先端に設けられた光ファイバコネクタとを備えている。この光電変換モジュールは先端部にハウジング構造部を有しており、光ファイバコネクタの先端側はそのハウジング構造部内に収容可能となっている。光電変換モジュール及び光ファイバコネクタには、位置合わせ用の穴部及びペグが形成されている。そして、ハウジング構造部への収容状態で各々の穴部にペグを嵌合することにより、光電変換モジュール及び光ファイバコネクタが着脱可能に固定されるようになっている。また、この状態では光素子と光ファイバコネクタとが光学的に結合されるようになっている。
特開２００３−２０７６９４号公報（図１等） 米国特許６４５９８４３号明細書

しかしながら、特許文献１記載の従来技術では、光パッケージ上に光ファイバコネクタを積層配置する構造を採っていることに加え、さらにそれらの上側にクランプスプリングを装着する構造を採っている。それゆえ、装置全体が配線基板に対して垂直方向に大きくなってしまい、低背化が達成しにくくなるという欠点がある。

また、特許文献２記載の従来技術では、光電変換モジュールの一部にハウジング構造部を設ける必要があるため、光電変換モジュールの大型化が避けられない。よって、光電変換モジュールを配線基板上に搭載する際に大きなスペースが必要になり、高密度実装を達成するうえで非常に不利になる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、全体の低背化、小型化を達成しやすく、しかも高い効率で光ファイバと光結合することができる光モジュールを提供することにある。本発明の別の目的は、上記の光モジュールを実現するうえで好適な光モジュール用セラミック基板を提供することにある。

上記の課題を解決するための手段としては、光ファイバコネクタ用フェルールに対し、係止部を有する光ファイバコネクタ用フェルール支持体と光ファイバコネクタ用ガイドピンとを用いて、プッシュオン締結方式で結合可能なモジュール本体と、前記モジュール本体に設けられ、前記ガイドピンの挿入により前記フェルールと前記モジュール本体とを結合したときに前記光ファイバコネクタ用フェルールによって保持される光ファイバと光軸合わせされ、光信号を電気信号に変換または電気信号を光信号に変換する光素子（即ち、光電変換素子）とを備えており、前記モジュール本体は、前記フェルール及び前記フェルール支持体に使用される樹脂材料よりも高放熱性のセラミック材料からなる複数の絶縁層及び複数の導体層を備える多層セラミック配線基板を主体として構成され、前記多層セラミック配線基板の上端面にはキャビティが形成され、光素子駆動用の半導体集積回路素子及び前記光素子によって光信号から変換された電気信号を増幅する信号増幅用の半導体集積回路素子のうちの少なくともいずれかが、モジュール外表面から露出しない状態で前記キャビティ内に埋設され、前記複数の導体層を利用して前記光素子と前記半導体集積回路素子とが電気的に接続されているとともに、前記多層セラミック配線基板の前記上端面に対して垂直な第１側端面には充填凹部が開口形成され、前記充填凹部内には前記多層セラミック配線基板よりも硬度が低いため加工性のよい樹脂材料からなる充填材が充填され、前記充填材には前記ガイドピンを挿入可能なガイドピン穴の少なくとも一部を構成する精密加工穴が形成され、前記第１側端面側には前記光素子が配置され、前記多層セラミック配線基板の前記上端面及び前記第１側端面に対して垂直であって前記フェルール支持体の一部が接触可能な第２側端面には、前記フェルール支持体の前記係止部が係脱可能かつ前記セラミック材料からなる凹状または凸状の被係止部が一体形成されていることを特徴とする光モジュールがある。

従って、上記手段によると、フェルールとモジュール本体との機械的な結合にプッシュオン締結方式を採用したことにより、モジュール本体の一部にハウジング構造部を設ける必要がなくなり、光モジュールの低背化、小型化が達成しやすくなる。また、低背化の阻害要因となる積層配置構造を採らなくてもよくなる。さらに、ガイドピンの挿入によりフェルールとモジュール本体とを機械的に結合する際に、併せて光ファイバの光軸と光素子との光軸が合わせられる。このため、比較的簡単な方法であるにもかかわらず、光ファイバと光素子とを高い効率で光結合することができる。
また、前記モジュール本体は、光ファイバコネクタ（即ちフェルール及びフェルール支持体）に使用される樹脂材料よりも高放熱性の材料（つまり熱伝導率が高い材料）を主体として構成されている。即ち、光素子を動作させると熱が発生するが、フェルール等に使用される樹脂材料は一般に放熱性があまり高くないため、その熱を外部に効率よく放散できず、このことが動作の不安定化の原因となる。これに対して、高放熱性材料を主体として構成されたモジュール本体であれば、熱を外部に効率よく放散でき、安定した動作を得ることが可能となるからである。フェルール等に使用される樹脂材料よりも高放熱性の材料の好適例としては、金属やセラミックなどの無機材料を挙げることができる。

なお「光ファイバコネクタ」とは、光ファイバ同士を接続する際に用いられる部品であって、その具体例としては、光ファイバＭＴコネクタ等がある。また「光ファイバＭＴコネクタ」とは、１９９３年に制定され１９９８年に改正されたＪＩＳ Ｃ ５９８１で規定するＦ１２型多心光ファイバコネクタのことを指す。この規格番号は、ＪＩＳ Ｃ ５９８２に基づき、クランプスプリング締結構造及びガイドピンで整列されるプラグ（接栓）−ガイドピン−プラグ結合方式のコネクタについて規定したものである。なお、ＪＩＳ Ｃ ５９８１に対応する同等の国際規格としては、１９９４年に改正されたＩＥＣ ６０８７４−１６がある。

また「光ファイバコネクタ用フェルール」とは、光ファイバコネクタ用プラグの構成要素である精密部品であり、その具体例としては、ＭＴフェルール等がある。「光ファイバコネクタ用ガイドピン」とは、本来的には、フェルールのガイドピン穴に挿入することによって２つのフェルールの光軸を合わせる部品のことをいい、その具体例としては、光ファイバＭＴコネクタ用ガイドピン等がある。かかるガイドピンはステンレスにより形成されるとともに、その長さは１０．８ｍｍ以上、直径は約０．７ｍｍであると規定されている。

「プッシュオン締結方式」とは、例えば、以下のようなものを指す。即ち、光ファイバコネクタ用フェルールを支持する光ファイバコネクタ用フェルール支持体がある場合、それらとは別体で形成された光モジュールを支持体側に押圧（プッシュ）してスライドさせ、支持体の係止部を光モジュールの被係止部に係止させてロックすることにより、支持体と光モジュールとを締結する方式のことをいう。逆に、光モジュールを引っ張って（プルして）反対方向にスライドさせ、支持体の係止部を光モジュールの被係止部から離脱させてロック解除することにより、支持体と光モジュールとを分離させる方式であると把握することもできる（いわゆるプルオフ方式）。なお、上記のようなプッシュオン締結方式に関しては、例えば、ＪＩＳ Ｃ ５９８２にも類似の規定が存在する。

プッシュオン締結方式を採用する上記手段においては、光ファイバコネクタ用フェルールの後端面とフェルール支持体との間に、フェルールを光モジュール側に押圧する付勢力を与える付勢手段が配設されていることが好ましい。この構造によれば、プッシュオン締結時に付勢手段の付勢力が作用してフェルールと光モジュールとが強固に締結されるからである。なお、この種の付勢手段としては、板ばねやコイルばね等の弾性体が好適である。

光モジュールを構成するモジュール本体は、光ファイバコネクタ用フェルールと略同じ形状及び略同じ寸法を有していてもよい。より具体的にいうと、前記モジュール本体は、光ファイバコネクタ用フェルールと同様に略直方体状に形成されることがよい。例えば、光ファイバコネクタ用フェルールがＭＴフェルールである場合、ガイドピン挿入方向（便宜上Ｘ軸方向とする。）に沿った寸法が８．０ｍｍと規定されている。また、光ファイバの整列方向（便宜上Ｙ軸方向とする。）に沿った寸法が６．４ｍｍ〜７．０ｍｍと規定され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向（便宜上Ｚ軸方向とする。）に沿った寸法が２．５ｍｍ〜３．０ｍｍと規定されている。従って、モジュール本体のＸ軸方向の寸法は、例えば、８．０ｍｍ±０．３ｍｍに設定されることがよい。モジュール本体のＹ軸方向の寸法は、例えば、６．０ｍｍ〜８．０ｍｍに設定されることがよい。モジュール本体のＺ軸方向の寸法は、例えば、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍに設定されることがよい。

そして、このようにモジュール本体を構成した場合には、光モジュールが確実に小型化し、小型の配線基板上への搭載に好適なものとなる結果、高密度実装が可能となる。

前記モジュール本体は先端面と後端面とを有している。モジュール本体の先端面はフェルール側の先端面に対向して配置され、そこにはガイドピンを挿入可能なガイドピン穴が２つ離間して開口形成されている。一方、モジュール本体の後端面は、先端面とは反対側に位置している。この位置にガイドピン穴を設けたのは以下の理由による。即ち、フェルール側ガイドピン穴はフェルール先端面（即ち光ファイバ先端露出面）に開口形成されており、モジュール本体側ガイドピン穴はそれに対向する面に配置する必要があるからである。なお、モジュール本体側ガイドピン穴は、各フェルール側ガイドピン穴のある位置に対応させて形成されることがよい。ここでＪＩＳ Ｃ ５９８１において、フェルール側ガイドピン穴の内径は７．０ｍｍ±０．００１ｍｍと規定され、フェルール側ガイドピン穴のピッチは４．６ｍｍ±０．００３ｍｍと規定されている。従って、確実な光軸合わせを実現するためには、モジュール本体側ガイドピン穴の内径を７．０ｍｍ±０．００１ｍｍに設定し、モジュール本体側ガイドピン穴のピッチを４．６ｍｍ±０．００３ｍｍに設定することが好ましい。

光モジュールを構成するフェルール支持体とは、光ファイバコネクタ用フェルールを支持する構造体であって、光モジュールと別体で形成されている。かかるフェルール支持体は１つまたは２つ以上の係止部を備えている。かかるフェルール支持体の好適例としては、フェルールを挟持するべく離間配置された一対の支持アームを備え、それら支持アームの先端部内側に係止部を設けたものを挙げることができる。また、係止部の形状は任意に設定可能であるが、例えば鉤状に形成される。

フェルール支持体における一対の支持アームは、フェルールの先端面に垂直な２つの面に接触した状態で配置される。この場合、フェルール支持体の厚さはフェルールの厚さ（即ちＺ軸方向の寸法）と同程度であることがよく、具体的には２．０ｍｍ〜４．０ｍｍに設定されることがよい。これは低背化を確実に達成するためである。また、フェルール支持体の材料としては例えば樹脂材料が好適であり、その具体例を挙げると、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）などのエンジニアリングプラスチック等がある。樹脂は一般的に可撓性を有するため、係止部の係脱を行う場合に好都合だからである。従って、樹脂製のフェルール支持体とすることは、セラミック等の可撓性のない材料を用いて光モジュールを構成した場合に有利である。なお、フェルール支持体の材料は、樹脂のみに限定されることはなく、例えばステンレス、アルミニウム等の金属であってもよい。ただし、低コスト化という観点からすると樹脂のほうが一般的に優れている。

また、フェルール支持体の係止部は、光モジュールの所定部分（例えば被係止部）に対して係止または離脱するようになっている。このような被係止部は、光モジュールの外表面において、例えば凸状または凹状に形成される。

上記光モジュールは、ガイドピンの挿入によりフェルールとモジュール本体とを結合したときに光軸合わせされる光素子（発光素子や受光素子など）を備えている。ここで発光素子とは発光部を有する光素子のことを指し、その具体例としては、発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）、半導体レーザダイオード（Laser Diode ；ＬＤ）、面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；ＶＣＳＥＬ）等がある。発光素子は、入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を所定部位に向けて発光部から出射する機能を備えている。一方、受光素子とは受光部を有する光素子のことを指し、その具体例としては、ｐｉｎフォトダイオード（pin Photo Diode；pin ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等がある。受光素子は、光信号を受光部にて入射し、その入射した光信号を電気信号に変換して出力する機能を有している。前記光素子に使用する好適な材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓなどを挙げることができる。「光軸合わせされる光素子」とは、フェルールに設けられた光ファイバに対して光軸合わせされた状態の光素子のことである。

この場合、光素子は、光モジュールの外表面から露出しないように光モジュール内部に設けられていることが好ましい。光素子が光モジュールの外表面にて露出する構成に比べて、上記構成であると光素子を確実に保護でき、信頼性向上にも寄与しうるからである。

モジュール本体には、光素子のほかに、例えば、光素子駆動用の半導体集積回路素子及び光信号増幅用の半導体集積回路素子のうちの少なくともいずれかが設けられていてもよい。即ち、光素子が発光素子である場合、モジュール本体には、発光素子と発光素子駆動用の半導体集積回路素子（いわゆるドライバＩＣ）とが設けられていてもよい。また、光素子が受光素子である場合、モジュール本体には、受光素子と光信号増幅用の半導体集積回路素子（いわゆるレシーバＩＣ）とが設けられていてもよい。このような構成であると、例えば光モジュールの外部に半導体集積回路素子を設けてそれと光素子とを電気的に接続する場合に比べて、導通距離を短くすることができ、動作速度が速くなる。勿論、発光素子及び受光素子の両方を有する光モジュールの場合、モジュール本体には光素子駆動用の半導体集積回路素子及び光信号増幅用の半導体集積回路素子の両方が設けられていてもよい。

この場合、光素子駆動用や光信号増幅用の半導体集積回路素子は、光モジュールの外表面から露出しないように光モジュール内部に設けられていることが好ましい。当該半導体集積回路素子が光モジュールの外表面にて露出する構成に比べて、上記構成であると半導体集積回路素子を確実に保護でき、信頼性向上にも寄与しうるからである。

さらにモジュール本体には、光素子や半導体集積回路素子以外の電子部品や素子が設けられていてもよい。前記電子部品の具体例としては、チップトランジスタ、チップダイオード、チップ抵抗、チップコンデンサ、チップコイルなどを挙げることができる。これらの電子部品は、能動部品であっても受動部品であってもよい。前記素子の具体例としては、薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、薄膜抵抗、薄膜コンデンサ、薄膜コイルなどを挙げることができる。これらの素子は、能動素子であっても受動素子であってもよい。この場合、チップコンデンサや薄膜コンデンサを設けておくことにより、低抵抗化及び低インダクタンス化を図ることができるため、光モジュールの高性能化を実現しやすくなる。

前記モジュール本体は、基板状に形成されたセラミック（即ちセラミック基板）を主体として構成されていることが好ましい。このようなものを主体として構成されたモジュール本体であれば、熱を外部に効率よく放散できるからである。この場合において好適なセラミック基板の具体例としては、アルミナ基板、ベリリア基板、ムライト基板、窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板、窒化ほう素基板、炭化珪素基板などがある。ここに列挙したものは特に放熱性に優れている。

前記モジュール本体は、セラミック配線基板を主体として構成されていることがより好ましく、多層セラミック配線基板を主体として構成されていることが特に好ましい。このような配線基板は導体層及び絶縁層を備えているため、その導体層を利用して光素子と他の部品との電気的な接続を容易に図ることができる。

セラミック基板は、基板主面と、基板主面の反対側に位置する基板裏面と、基板主面に対して垂直な複数の側端面とを有している。そして、複数の側端面のうちの１つには、ガイドピン穴の少なくとも一部を構成する穴が開口形成される。より好ましくは、セラミック基板の基板主面に対して垂直な側端面に充填凹部を開口形成し、充填凹部内にセラミック基板よりも加工性のよい材料からなる充填材を充填し、充填材にガイドピン穴の少なくとも一部を構成する精密加工穴を形成することが好ましい。このような構成であると、ガイドピン穴が精密加工穴であるため、光ファイバと光素子との光軸合わせをより正確に行うことが可能となり、光結合効率を確実に向上することができる。また、セラミックは、放熱性や寸法安定性に優れるという利点を有する反面、硬質であって加工性に劣るという欠点を有する。このため、セラミック基板を直接加工して精密加工穴を設けることは困難であり、コスト高にもつながる。それに対して、易加工性材料からなる充填材に精密穴加工を施して形成された精密加工穴は、比較的容易にかつ低コストで得ることができる。なお、精密加工穴を形成する具体的手法としては、ドリル加工、パンチ加工、レーザ加工などがあるが、コスト性などを考慮すると精密ドリルを使用したドリル加工が最も好ましい。

また、前記充填材としては、セラミック基板よりも硬度が低くて加工性のよい樹脂材料、金属材料、ガラス材料などを選択することがよく、中でも特に樹脂材料を選択することが好ましい。樹脂材料はセラミック材料に比べて一般的に硬度が低いため、加工に要する労力やコストが少なくて済むからである。また、樹脂材料はセラミック材料に比べて一般的に安価であるため、低コスト化にも向くからである。

また、モジュール本体は、フェルール支持体の一部が接触可能であってかつ前記先端面に垂直な位置関係にある支持体接触面を備えるとともに、当該フェルール支持体接触面には前記フェルール支持体の前記係止部が係脱可能な被係止部が設けられていることが好ましい。このような被係止部としては、凸状に形成された被係止突起や、凹状に形成された被係止窪みを例示することができる。凹凸のある被係止部にフェルール支持体の係止部が係止する構造であれば、フェルールと光モジュールとの結合をより確実にすることができ、例えばがたつき等による光軸のずれも未然に防ぐことが可能となる。なお、被係止突起や被係止窪みはモジュール本体に一体形成されていることがよい。なお、係止部が係脱可能な被係止部は、例えば、後端面に設けられていてもよい。

前記光素子及び前記半導体集積回路素子は、セラミック基板における同じ面側に配置されていてもよく、異なる面側に配置されていてもよい。後者の構成を採用する場合には、例えば、光素子をセラミック基板の側端面側に配置し、半導体集積回路素子をセラミック基板の基板主面側に配置することがよい。この構成によると、光素子における発光面または受光面がＸ軸方向を向くため、特に光路変換を行わなくても光ファイバとの光結合を図ることが可能となる。なお、異なる面側に配置された光素子及び半導体集積回路素子間を導通するために、例えば、フレキシブル基板を利用してもよい。

また、モジュール本体において先端面及び後端面以外の面上、例えば上端面上には、金属体が設けられていてもよい。このような金属体があると、放熱性がいっそう向上するため、光素子や半導体集積回路素子の熱を外部に効率よく放散することができる。よって、光モジュールの動作安定化を達成しやすくなる。また、高機能の半導体集積回路素子の使用が可能となるので、光モジュールの性能向上も達成しやすくなる。さらに、光素子や半導体集積回路素子が外部の電磁波からシールドされ、結果として光モジュールの動作安定化が図られる。前記金属体の材料としては、銅、銅合金、鉄、ニッケル、鉄−ニッケル合金、アルミニウムなどが挙げられる。金属体はこのような材料を用いて、例えば、板状、箔状、層状に形成される。また、前記金属体は、光モジュールが搭載されるべき基板側と接続されるバンプであってもよい。このような放熱用バンプがあると、光素子や半導体集積回路素子の熱を上記基板側に効率よく放散することができる。

モジュール本体において先端面及び後端面以外の面上、例えば下端面上には、複数の電気接続端子が設けられていることがよい。この構成によると、光モジュールが搭載されるべき基板側との電気的接続を容易に図ることができる。電気接続端子の形態は特に限定されず、例えばバンプ、パッド、リードなどが挙げられる。

光モジュールには、集光機能を有する部品であるマイクロレンズアレイが設けられていてもよい。マイクロレンズアレイがあると、光が集められることによって光の伝送ロスが小さくなる。また、マイクロレンズアレイを採用した場合、焦点距離の調整のためのスペーサ部材をさらに設けてもよい。

また、上記の課題を解決するための別の手段としては、光ファイバコネクタ用ＭＴフェルールに対し、ＭＴフェルールにおける光ファイバ先端露出面と自身の先端面とを突き合わせた状態で、係止部を有する光ファイバコネクタ用支持体と光ファイバコネクタ用ガイドピンとを用いて結合可能なモジュール本体と、前記モジュール本体に設けられ、前記ガイドピンの挿入により前記ＭＴフェルールと前記モジュール本体とを結合したときに光軸合わせされる光素子とを備えることを特徴とする光モジュールがある。

従って、上記手段によると、ＭＴフェルールとモジュール本体とを機械的に結合するにあたり、ＭＴフェルールにおける光ファイバ先端露出面とモジュール本体の先端面とを突き合わせる配置態様を採用している。このため、両者の結合時におけるＺ軸方向の寸法を確実に抑えることができ、装置全体の低背化が達成しやすくなる。さらに、ガイドピンの挿入によりフェルールとモジュール本体とを機械的に結合する際に、併せて光ファイバの光軸と光素子の光軸とが合わせられる。このため、比較的簡単な方法であるにもかかわらず、光ファイバと光素子とを高い効率で光結合することができる。この場合、フェルールと光モジュールとの結合時に、フェルールの上面と光モジュールの上面とが略面一となることが好ましい。

上記の別の課題を解決するための手段としては、光ファイバコネクタ用フェルールに対し、係止部を有する光ファイバコネクタ用フェルール支持体と光ファイバコネクタ用ガイドピンとを用いて、前記光ファイバコネクタ用フェルールによって保持される光ファイバと光信号を電気信号に変換または電気信号を光信号に変換する光素子とが互いの光軸が合った状態で光学的に結合されるようにプッシュオン締結方式で結合可能な光モジュールに使用されるセラミック基板であって、前記セラミック基板は、前記フェルール及び前記フェルール支持体に使用される樹脂材料よりも高放熱性のセラミック材料からなる複数の絶縁層及び複数の導体層を備える多層セラミック配線基板であり、前記多層セラミック配線基板の上端面には、前記光素子と前記複数の導体層を利用して電気的に接続される光素子駆動用の半導体集積回路素子及び前記光素子によって光信号から変換された電気信号を増幅する信号増幅用の半導体集積回路素子のうちの少なくともいずれかを、モジュール外表面から露出しない状態で埋設するキャビティが形成され、前記多層セラミック配線基板の前記上端面に対して垂直であって前記光素子が配置される第１側端面には充填凹部が開口形成され、前記充填凹部内には前記多層セラミック配線基板よりも硬度が低いため加工性のよい樹脂材料からなる充填材が充填され、前記充填材には前記ガイドピンを挿入可能なガイドピン穴の少なくとも一部を構成する精密加工穴が形成され、前記多層セラミック配線基板の前記上端面及び前記第１側端面に対して垂直であって前記フェルール支持体の一部が接触可能な第２側端面には、前記フェルール支持体の前記係止部が係脱可能かつ前記セラミック材料からなる凹状または凸状の被係止部が一体形成されていることを特徴とする光モジュール用セラミック基板、がある。

上記手段の光モジュール用セラミック基板は、放熱性、寸法安定性、コスト性に優れることに加え、被係止部を備えている。よって、このセラミック基板を用いれば、上記の優れた光モジュールを容易に実現することができる。この場合、被係止部は光モジュールの外表面にて一体形成されていることがよい。即ち、一体形成された被係止部のほうが別体で形成された被係止部に比べて強度的に強く、大きな荷重に耐えることができるからである。また、コスト高の要因となる部品点数の増加も回避できるからである。

前記光モジュール用セラミック基板は、例えば、後に被係止部の一部となる凸部または凹部を有するセラミック未焼結体を用意する工程と、前記セラミック未焼結体を焼成してセラミック焼結体とする工程と、を経て製造することが可能である。そして、この製造方法によれば、未焼結の段階で凸部または凹部の形成を行っているので、比較的簡単にかつ安価に被係止部を一体形成することができる。

より詳しくは、前記光モジュール用セラミック基板は、複数枚のグリーンシートを用意するとともに、後に被係止部の一部となる凸部または凹部を前記複数枚のグリーンシートに形成する工程と、前記凸部または凹部を重ね合わせるようにして前記複数枚のグリーンシートを積層して未焼結のセラミック積層体を作製する工程と、前記未焼結のセラミック積層体を焼成してセラミック焼結体とし、かつ前記被係止部を一体形成する工程と、を経て製造することが好適である。

上記手段の光モジュール用セラミック基板は、基板主面及びその基板主面に対して垂直な側端面を備えるとともに、前記側端面に充填凹部が開口形成され、前記充填凹部内に基板材料よりも加工性のよい材料からなる充填材が充填され、前記充填材に前記ガイドピン穴である精密加工穴が形成されていることが好ましい。そしてこのような構成によると、光軸合わせの際の基準となるガイドピンを精密加工穴に確実に嵌合させることができ、ひいては光軸合わせをより正確に行うことが可能となる。よって、このセラミック基板を用いれば、上記の優れた光モジュールを容易に実現することができる。

前記光モジュール用セラミック基板は、例えば、側端面にて開口する充填凹部を有するセラミック未焼結体を用意する工程と、前記セラミック未焼結体を焼成してセラミック焼結体とする工程と、前記セラミック焼結体における前記充填凹部内に充填材を充填する工程と、前記充填材を穴加工してガイドピン穴の少なくとも一部を構成する穴を開口形成する工程と、を経て製造することが可能である。そして、この製造方法によれば、未焼結の段階で穴加工を行っているので、比較的簡単にかつ安価にガイドピン穴を形成することができる。

より詳しくは、前記光モジュール用セラミック基板は、複数枚のグリーンシートを用意するとともに、側端面付近に切欠部を形成する工程と、前記複数枚のグリーンシートを積層して未焼結のセラミック積層体を作製するとともに、前記切欠部を重ね合わせることにより側端面にて開口する充填凹部を形成する工程と、前記未焼結のセラミック積層体を焼成してセラミック焼結体とする工程と、前記セラミック焼結体における前記充填凹部内に充填材を充填する工程と、前記充填材を穴加工してガイドピン穴の少なくとも一部を構成する精密加工穴を開口形成する工程と、を経て製造することが好適である。

［第１実施形態］

以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図７に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態の光モジュール４１をプリント配線基板１１上に搭載して、光ファイバコネクタ用フェルールとしての光ファイバコネクタ用ＭＴフェルール２４を接続した状態を示す概略正面図である。図２は、プリント配線基板１１、光モジュール４１、ＭＴフェルール２４、多心光ファイバ２６及び光ファイバコネクタ用ガイドピン３１を示す概略上面図である。図３は、ＭＴフェルール２４及び光モジュール４１を示す分解斜視図である。図４は、モジュール本体４２を構成する光モジュール用セラミック基板５１を示す斜視図である。図５は、光モジュール４１の平面図である。図６は図５のＡ−Ａ線における断面図である。図７は図５のＢ−Ｂ線における断面図である。

図１等に示されるように、光モジュール搭載用のプリント配線基板１１は、複数の絶縁層１５及び複数の導体層（図示略）を有するいわゆる多層板であって、表面１２及び裏面１３を有している。プリント配線基板１１の表面１２には図示しない複数のパッドが形成されており、それらのパッド上には２個の光モジュール４１がバンプ接続されている。図１において右側に位置する光モジュール４１は、電気信号を光信号に変換する発光側光モジュールであって、図１において左側に位置する光モジュール４１は、光信号を電気信号に変換する受光側光モジュールである。なお、プリント配線基板１１の表面１２には、光モジュール４１のほかにＩＣチップ１６等が同じくバンプ接続されている。

図１〜図３に示されるように、本実施形態のＭＴフェルール２４は、可撓性を有する樹脂製のフェルールホルダ２７（光ファイバコネクタ用フェルール支持体）によって支持されている。フェルールホルダ２７は、離間配置された一対の支持アーム２５と、それら支持アーム２５を基端部において連結する連結部２８とを備えており、全体として略コ字状をなしている。そして、このような構造を有することにより、光モジュール４１を、ＭＴフェルール２４に対してプッシュオン締結方式で結合することが可能となっている。また、このフェルールホルダ２７の厚さは、ＭＴフェルール２４とほぼ同じ厚さ（約３．０ｍｍ）に設定されている。両支持アーム２５の先端部内側には、光モジュール４１に一体形成された被係止突起６０に係脱可能な鉤部３３（係止部）が設けられている。また、ＭＴフェルール２４は、両支持アーム２５間にてＸ軸方向（即ちガイドピン挿入方向）に沿って摺動可能に配置されている。なお、ＭＴフェルール２４の連結部２８と、フェルールホルダ２７の後端面との間には、２本のコイルばね２９（付勢手段）が配置されている。これらのコイルばね２９は、光モジュール４１の結合時にフェルールホルダ２７を光モジュール４１の方向に押圧する役割を果たす。

また、ＭＴフェルール２４はその基端側に段部３２を備えており、一対の支持アーム２５の内側面において前記段部３２に対応する箇所には、それぞれ移動規制段部３０が形成されている。従って、これら移動規制段部３０に両段部３２が係合することにより、一対の支持アーム２５からのＭＴフェルール２４の離脱が防止されるようになっている。さらに、図３に示されるように、フェルールホルダ２７の上面の一部及び下面の一部は、それぞれ薄いカバー３６によって覆われている。そして、これらカバー３６により、フェルールホルダ２７からのＭＴフェルール２４のＺ軸方向（即ち上下方向）への離脱が防止されている。

また、図２，図３，図５，図６，図７に示されるように、本実施形態の光モジュール４１は、セラミック基板５１、フレキシブル基板７６、リッド７２（金属体）、マイクロレンズアレイ７３、スペーサ７４からなるモジュール本体４２を備えている。この光モジュール４１は略直方体状であって、各部分の寸法がＭＴフェルール２４と略同じになるように設計されている。具体的にいうと、光モジュール４１のＸ軸方向（図６では左右方向）の寸法は８．０ｍｍに設定されている。光モジュール４１のＹ軸方向（図５では上下方向）の寸法は７．０ｍｍに設定されている。光モジュール４１のＺ軸方向（図４，図６では上下方向）の寸法は３．０ｍｍに設定されている。また、モジュール本体４２は、ＭＴフェルール２４及びフェルールホルダ２７に使用される樹脂材料よりも高放熱性のセラミック材料（後述）を主体として構成されている。

図４，図６，図７に示されるように、モジュール本体４２の主体となるセラミック基板５１は、複数層のセラミック絶縁層５２と複数層の導体層５７とを有する多層アルミナ配線基板である。このセラミック基板５１内には、異なる層の導体層５７同士を導通させるスルーホール導体５８が形成されている。セラミック基板５１の上端面５５（基板主面）側及び下端面５６側には、それぞれキャビティ５９が形成されている。下端面５６側のキャビティ５９内にはキャパシタ８３が収容されている。一方の光モジュール４１については、セラミック基板５１の上端面５５側のキャビティ５９内に、光素子駆動用の半導体集積回路素子としてのドライバＩＣ８２が収容されている。他方の光モジュール４１については、セラミック基板５１の上端面５５側のキャビティ５９内に、光信号増幅用の半導体集積回路素子としてのレシーバＩＣが収容されている。なお、キャビティ５９内にできる空隙は、例えばシリコーン樹脂８４等により埋められていてもよい。また、放熱性を高めるために、前記空隙はサーマルグリースにより埋められていてもよい。

セラミック基板５１の上端面５５にはポリイミド樹脂からなるフレキシブル基板７６が接着され、さらにその上には洋白からなるリッド７２が接着されている。このリッド７２は厚さ約０．５ｍｍの金属板であって、光モジュール４１の上端面の面積にほぼ匹敵する面積を有している。フレキシブル基板７６の片側面には、前記ドライバＩＣ８２及びＶＣＳＥＬ８１（光素子）がバンプ接続されている。これらはフレキシブル基板７６が有する配線パターンを介して電気的に接続されている。フレキシブル基板７６の一部は、上端面５５に対して垂直な第１側端面５３から張り出しているとともに、第１側端面５３に沿わせるようにして直角に折り曲げられている。従って、ＶＣＳＥＬ８１はセラミック基板５１の第１側端面５３上に配置され、その発光面は光モジュール４１のＸ軸方向を向いた状態となっている。一方、ドライバＩＣ８２は、セラミック基板５１の上端面５５側のキャビティ５９内にあるため、実質的にフレキシブル基板７６の上端面５５上に配置されていると把握できる。

セラミック基板５１の第１側端面５３側には、透明な材料からなる平板のマイクロレンズアレイ７３が、四角枠状のスペーサ７４を介して取り付けられている。スペーサ７４は、例えば、はんだ耐熱性を有する樹脂材料や金属材料等により形成される。前記ＶＣＳＥＬ８１は複数個の（本実施形態では１２個の）発光部を有しており、それらに対応してマイクロレンズアレイ７３には複数のマイクロレンズが設けられている。なお、発光部及びマイクロレンズは、いずれも光モジュール４１のＹ軸方向に沿って一直線状に配置されている。

図２，図４，図５，図７に示されるように、本実施形態のセラミック基板５１の第１側端面５３には、断面矩形状の充填凹部６１が２つ開口形成されている。そして、それらの充填凹部６１内には、セラミック基板５１よりも加工性のよい樹脂材料からなる充填材６３が充填されている。この充填材６３には断面円形状の精密加工穴６２が形成されている。精密加工穴６２は２つであって、いずれもセラミック基板５１の第１側端面５３にて開口している。精密加工穴６２は、ＭＴフェルール２４における２つのフェルール側ガイドピン穴２２の位置に対応して形成されている。従って、これら精密加工穴６２のピッチは、フェルール側ガイドピン穴２２のピッチと等しく、４．６ｍｍ±０．００３ｍｍに設定されている。これら精密加工穴６２の内径は、フェルール側ガイドピン穴２２の内径と等しく、７．０ｍｍ±０．００１ｍｍに設定されている。また、フレキシブル基板７６において前記精密加工穴６２に対応した位置には、内径７．０ｍｍ±０．００１ｍｍかつピッチが４．６ｍｍ±０．００３ｍｍに設定された透孔７０が形成されている。マイクロレンズアレイ７３において各精密加工穴６２に対応した位置には、内径７．０ｍｍ±０．００１ｍｍかつピッチが４．６ｍｍ±０．００３ｍｍに設定された透孔８５が形成されている。

モジュール本体４２において精密加工穴６２及び透孔７０，８５は互いに連通しており、結果としてガイドピン穴としてのモジュール本体側ガイドピン穴８０を構成している。即ち、本実施形態のモジュール本体４２は、先端面４３にて開口するモジュール本体側ガイドピン穴８０を２つ備えたものとなっている。モジュール本体側ガイドピン穴８０の深さは、本実施形態では約３．０ｍｍである。

図２〜図５に示されるように、セラミック基板５１は、一対の支持アーム２５の内側が接触可能な第２側端面５４（支持体接触面）を備えている。第２側端面５４は、モジュール本体４２の先端面４３や、セラミック基板５１の上端面５５及び第１側端面５３に対して垂直な位置関係にある。そして、第２側端面５４には、一対の支持アーム２５の鉤部３３が係脱可能な被係止突起６０（被係止部）が一体形成されている。被係止突起６０の突出量は、モジュール本体４２の先端面４３から後端面４４に行くに従って徐々に大きくなっている。つまり、光モジュール４１のＹ軸方向の寸法は、被係止突起６０の先端がある箇所において最大となっている。

図２，図３に示されるように、ＭＴフェルール２４において多心光ファイバ２６の先端が露出している光ファイバ先端露出面２３と、モジュール本体４２の先端面４３とは、平行でありかつ互いに突き合わされている。そしてこの状態で、ガイドピン３１の一端をフェルール側ガイドピン穴２２に挿入固定し、かつ、ガイドピン３１の他端をモジュール本体側ガイドピン穴８０に挿入固定する。これにより、ＭＴフェルール２４が、光モジュール４１に対してプッシュオン締結方式で機械的に結合される。そして、このような結合時には、ＭＴフェルール２４が保持する多心光ファイバ２６と、光モジュール４１のＶＣＳＥＬ８１とが光軸合わせされる。なお、本実施形態において具体的には、ＪＩＳ Ｃ ５９８１に規定するガイドピン「ＣＮＦ１２５Ａ−２１」（直径０．６９９ｍｍ）が使用されている。そしてさらに、ＭＴフェルール２４及び光モジュール４１は、ＭＴフェルール２４の前記一対の支持アーム２５間にて挟持固定されている。

図３，図６，図７等に示されるように、セラミック基板５１の下端面５６には、複数の電気接続端子としての複数のはんだバンプ７５がアレイ状に設けられている。そして、これらのはんだバンプ７５を介して、光モジュール４１がプリント配線基板１１の表面１２に電気的に接続されている。

このように構成された装置の一般的な動作について簡単に述べておく。

発光素子を有する光モジュール４１に対してはプリント配線基板１１側から電力が供給され、この電力供給によりＶＣＳＥＬ８１及びドライバＩＣ８２が動作可能な状態となる。プリント配線基板１１側から入力された電気信号は、まずドライバＩＣ８２に入力される。すると、ドライバＩＣ８２はフレキシブル基板７６の配線パターンを介してＶＣＳＥＬ８１に所定の電気信号を出力する。ＶＣＳＥＬ８１は入力した電気信号を光信号（レーザ光）に変換した後、その光信号を多心光ファイバ２６の先端面に向けて出射する。出射された光信号は、透明または半透明なフレキシブル基板７６を通過した後、マイクロレンズアレイ７３のマイクロレンズを通過する際に集光される。そして、集光された光は、ＭＴフェルール２４が保持する多心光ファイバ２６の各コア内に入射し、受光側光モジュール４１に向かって進むようになっている。

次に、光モジュール４１の製造方法について説明する。

まず以下の手順によりセラミック基板５１を作製する。アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤などを均一に混合・混練してなる原料スラリーを作製し、この原料スラリーを用いてドクターブレード装置によるシート成形を行って、所定厚みのグリーンシートを複数枚形成する。次に、グリーンシートにおける所定部分に、例えば打ち抜き加工を施すことにより、スルーホール用孔、切欠部及び凸部を形成する。かかる切欠部は、後に充填凹部６１の一部を構成するものであり、グリーンシートの側端面にて開口するように形成される。また、かかる凸部は、後に被係止突起６０の一部を構成するものであって、細長い三角形状に形成される。この場合、同じ金型を用いてスルーホール用孔、切欠部及び凸部を同時に形成することも可能であり、この方法によれば三者を効率よく低コストで形成することができる。次に、スルーホール用孔内にスルーホール導体用の金属ペースト（例えばタングステンペースト）を充填し、さらにグリーンシートの表面に、後に導体層となる印刷層を形成する。そして、これら複数枚のグリーンシートを積層する。その際には切欠部同士が重なり合い、かつ、凸部同士が重なり合うように配置する。そして、所定圧力でプレスして各グリーンシートを一体化し、未焼結のグリーンシート積層体とする。次に、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、さらにアルミナが焼結しうる加熱温度（例えば１６５０℃〜１９５０℃）にて焼成工程を行う。これにより、未焼結のグリーンシート積層体を焼結させてセラミック基板５１とするとともに、第１側端面５３にて開口する充填凹部６１を形成し、かつ、第２側端面５４に被係止突起６０を一体形成する。

次に、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ＪＥＲ社製「エピコート８０７」）８０重量部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ＪＥＲ社製「エピコート１５２」）２０重量部に対し、硬化剤（四国化成工業社製「２Ｐ４ＭＺ−ＣＮ」）５重量部、シランカップリング剤（信越化学社製「ＫＢＭ−４０３」）で処理したシリカフィラー（龍森製「ＴＳＳ−６」）２００重量部、消泡剤（サンノプコ社製「ベレノールＳ−４」）を混合する。この混合物を３本ロールにて混練し、充填凹部６１を埋めるための充填材６３とする。即ち、本実施形態の充填材６３は、熱硬化性樹脂中に無機フィラーを含んだものである。そして、この充填材６３を従来公知の手法（例えば印刷法）により充填凹部６１内に充填し、１２０℃，１時間の条件で加熱することにより、充填材６３を半硬化させる。ここで、充填材６３を完全に硬化させないのは、次工程での穴加工をよりいっそう容易に行うためである。

続いて、精密ドリルを用いた精密穴加工を行って、半硬化状態の前記充填材６３に精密加工穴６２を形成する。このような穴加工法によれば、光軸合わせの際の正確な基準となるガイドピン穴８０を容易にかつ確実に得ることができる。なお、樹脂材料に対する穴加工であるため、加工に要する労力やコストを低減することができ、ひいては光モジュール４１の低コスト化を図ることができる。ここで、セラミック基板５１を表面研磨装置にセットして、第１側端面５３を研磨することにより、充填凹部６１の開口部から突出している余剰の充填材６３を除去してもよい。

次に、前記セラミック基板５１を１５０℃，５時間の条件で加熱する本硬化処理を行って、充填材６３を完全に硬化させる。さらに、周知の手法により仕上げ加工を行って、精密加工穴６２の穴径を０．７００ｍｍとなるように微調整する。このときの加工に要求される精度は、具体的には±０．００１ｍｍである。以上の結果、光モジュール用セラミック基板５１が完成する。完成したセラミック基板５１については、さらに従来周知の手法によりはんだバンプ７５が設けられる。

次に、前記セラミック基板５１に他の部品を取り付けて光モジュール４１を製造する手順について述べる。この場合、フレキシブル基板７６を用意するとともに、片側面にあらかじめＶＣＳＥＬ８１及びドライバＩＣ８２を実装しておく。そして、セラミック基板５１、フレキシブル基板７６、スペーサ７４及びマイクロレンズアレイ７３の順序で配置し、精密加工穴６２及び透孔７０，８５にガイドピン３１を挿通させる。その結果、セラミック基板５１に対してフレキシブル基板７６やマイクロレンズアレイ７３が位置合わせされた状態で固定される。次に、フレキシブル基板７６を直角に折り曲げて、その折り曲げた部分をセラミック基板５１の上端面５５に異方性導電性フィルムで接着する。さらにその上にリッド７２を銀エポキシ接着剤で接着する。また、フレキシブル基板７６側の導体とセラミック基板５１側の導体とを、導電性ペースト、導電性フィルム、はんだ付け等の手段により電気的に接続することも可能である。その結果、図２に示されるような、ガイドピン３１付き光モジュール４１が得られる。この後、前記光モジュール４１をプリント配線基板１１の表面１２上にはんだ付けする。なお、セラミック基板５１のみをプリント配線基板１１の表面１２上にはんだ付けした後で、ガイドピン３１によるフレキシブル基板７６、スペーサ７４及びマイクロレンズアレイ７３の取り付けを行ってもよい。

さらに、プリント配線基板１１上に実装されたガイドピン３１付き光モジュール４１と、ＭＴフェルール２４とを接続する手順について述べる。ここでは、多心光ファイバ２６と一体化されたＭＴフェルール２４を使用する。また、ＭＴフェルール２４は、あらかじめフェルールホルダ２７の両支持アーム２５間に挟持されている。このＭＴフェルール２４の光ファイバ先端露出面２３を、光モジュール４１の先端面４３に対向して配置し、ガイドピン３１の突出端をフェルール側ガイドピン穴２２内に挿入する。そして、ＭＴフェルール２４の先端側を両支持アーム２５間に配置して、ＭＴフェルール２４を光モジュール４１側に近づけていき、ＭＴフェルール２４の光ファイバ先端露出面２３と光モジュール４１の先端面４３とを突き当てるようにする。すると、このとき一対の支持アーム２５に設けられた鉤部３３が被係止突起６０に係合し、光モジュール４１がロックした状態で固定される。この状態では、コイルばね２９がＭＴフェルール２４を光モジュール４１側に常時押圧することとなり、ＭＴフェルール２４及び光モジュール４１が確実に結合される。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態では、ＭＴフェルール２４と光モジュール４１との機械的な結合にプッシュオン締結方式を採用しているため、モジュール本体の一部にハウジング構造部を設ける必要がなくなり、光モジュール４１の低背化、小型化が達成しやすくなる。また、本実施形態では、ＭＴフェルール２４における光ファイバ先端露出面２３とモジュール本体４２の先端面４３とを突き合わせる配置態様を採用しているため、両者の結合時におけるＺ軸方向の寸法を確実に抑えることができる。

（２）また、ガイドピン３１の挿入によりＭＴフェルール２４とモジュール本体４２とを機械的に結合する際に、併せて多心光ファイバ２６の光軸とＶＣＳＥＬ８１等の光素子の光軸とが合わせられる。このため、比較的簡単な方法であるにもかかわらず、多心光ファイバ２６と光素子とを高い効率で光結合することができる。

（３）本実施形態では、モジュール本体４２の第２側端面５４に、フェルールホルダ２７の鉤部３３が係脱可能な被係止突起６０を突設している。従って、例えば凹状の被係止部を形成した場合に比べて、モジュール本体４２の外表面と内部構造との間に十分なマージンを設けやすくなる。

（４）本実施形態では、モジュール本体４２には、光素子のほかに光素子駆動用または光信号増幅用の半導体集積回路素子が設けられている。よって、導通距離を短くすることができ、動作速度が速くなる。

（５）本実施形態では、ＶＣＳＥＬ８１等の光素子やドライバＩＣ８２等の半導体集積回路素子が、光モジュール４１の外表面から露出しないように設けられている。換言すると、光素子や半導体集積回路素子は光モジュール４１内に埋設されている。ゆえに、光素子や半導体集積回路素子が光モジュール４１の外表面にて露出する構成に比べて、光素子や半導体集積回路素子を確実に保護でき、信頼性向上にも寄与することができる。

（６）本実施形態においては、光モジュール４１に光素子のみならず半導体集積回路素子も設けているためトータルでの発熱量が多い。これに加え、光素子及び半導体集積回路素子を光モジュール４１内に埋設しているため、そもそも内部に熱が溜まりやすい構造となっている。しかしながら、放熱性に優れたセラミック基板５１を主体として光モジュール４１を構成し、かつ、リッド７２を設けたことにより、熱が外部に効率よく放散される。また、上記はんだバンプ７５のうちの一部のものは放熱用はんだバンプであるため、それらを介して熱が光モジュール４１外に効率よく放散される。
［第２実施形態］

次に、第２実施形態の光モジュール１４１を図８，図９に基づいて詳細に説明する。図８は、本実施形態の光モジュール１４１の平面図である。図９は図８のＣ−Ｃ線における断面図である。ここでは第１実施形態と相違する部分を中心に説明し、共通する部分については同じ部材番号を付す代わりに説明を省略する。

図８，図９に示されるように、この光モジュール１４１では、ＶＣＳＥＬ８１及びドライバＩＣ８２の支持体であったフレキシブル基板７６が省略され、ＶＣＳＥＬ８１及びドライバＩＣ８２がセラミック基板５１に直接接合されている。より詳細には、ドライバＩＣ８２がセラミック基板５１の上端面５５側のキャビティ５９底面に接合され、ＶＣＳＥＬ８１がセラミック基板５１の第１側端面５３に接合されている。ドライバＩＣ８２は、スルーホール導体５８または導体層５７に電気的に接続されている。ＶＣＳＥＬ８１は、例えばボンディングワイヤ９１を介して導体層５７に電気的に接続されている。

そして、上記構造の光モジュール１４１であっても、基本的に第１実施形態と同様の作用効果を奏する。しかも、この構造であると、フレキシブル基板７６の省略により、部品点数も少なくなり、低コスト化を達成しやすくなる。また、セラミック基板５１とリッド７２との間での熱伝導性がよくなるため、放熱性のさらなる向上が期待できるようになる。
［第３実施形態］

次に、第３実施形態の光モジュール２４１を図１０，図１１に基づいて詳細に説明する。図１０は、本実施形態の光モジュール２４１の平面図である。図１１は図１０のＤ−Ｄ線における断面図である。ここでは第１実施形態と相違する部分を中心に説明し、共通する部分については同じ部材番号を付す代わりに説明を省略する。

図１０，図１１に示されるように、この光モジュール２４１においても、ＶＣＳＥＬ８１及びドライバＩＣ８２の支持体であったフレキシブル基板７６が省略され、ＶＣＳＥＬ８１及びドライバＩＣ８２がセラミック基板５１に直接接合されている。より詳細には、ドライバＩＣ８２がセラミック基板５１の上端面５５側のキャビティ５９底面に接合されている。また、ＶＣＳＥＬ８１がセラミック基板５１における肉薄張出部２４４の上面に接合されている。ドライバＩＣ８２及びＶＣＳＥＬ８１は、スルーホール導体５８または導体層５７に電気的に接続されている。つまり、本実施形態では、ＶＣＳＥＬ８１がＸ軸方向ではなくＺ軸方向（図１１の上方向）を向いている。

肉薄張出部２４４の上側にあるスペースには、断面略Ｌ字状のスペーサ２４５が設けられ、そのスペーサ２４５の上には４５°光路変換ミラー２４６付きのマイクロレンズアレイ２４７が設けられている。このマイクロレンズアレイ２４７には、Ｚ軸方向に沿ってガイドピン穴２５１が形成されている。同様に、セラミック基板５１の肉薄張出部２４４にガイドピン穴２５２が形成されている。そして、これらのガイドピン穴２５１，２５２にガイドピン３１を挿通させることにより、ＶＣＳＥＬ８１とマイクロレンズアレイ２４７との光軸合わせが図られている。
そして、本実施形態によれば、全体の低背化、小型化を達成しやすく、しかも高い効率で多心光ファイバ２６と光結合可能な光モジュール２４１を提供することができる。しかも、この構造であると、ドライバＩＣ８２及びＶＣＳＥＬ８１を同じ向きで実装すればよいことから、部品実装を効率よく簡単に行うことができる。また、フレキシブル基板７６の省略によりセラミック基板５１とリッド７２との間での熱伝導性がよくなるため、放熱性のさらなる向上が期待できるようになる。
［第４実施形態］

次に、第４実施形態の光モジュール２６１を図１２に基づいて詳細に説明する。図１２は、本実施形態の光モジュール２６１の平面図である。ここでは第１実施形態と相違する部分を中心に説明し、共通する部分については同じ部材番号を付す代わりに説明を省略する。

図１２に示されるように、この光モジュール２６１は、いわば送受信用光モジュールであることから異なる２種類の光素子を備えており、具体的にはＶＣＳＥＬ８１及びフォトダイオード２７１を１個ずつ備えている。それゆえ、この光モジュール２６１は、ドライバＩＣ８２ばかりでなくレシーバＩＣ２７２（光信号増幅用の半導体集積回路素子）も備えている。ドライバＩＣ８２及びＶＣＳＥＬ８１は、フレキシブル基板７６の配線パターンを介して電気的に接続されている。レシーバＩＣ２７２及びフォトダイオード２７１も、フレキシブル基板７６における別の配線パターンを介して電気的に接続されている。セラミック基板５１の上端面５５側には、ドライバＩＣ８２を配置するためのキャビティ５９と、レシーバＩＣ２７２を配置するためのキャビティ５９とが別個に形成されている。これらのキャビティ５９の内面には導体めっき層が形成されている。また、これらキャビティ５９同士は仕切壁２７３により隔てられている。そして、これらの構成により、送信側の構成であるドライバＩＣ８２と、受信側の構成であるレシーバＩＣ２７２とが電磁的に分離されている。また、ＶＣＳＥＬ８１とフォトダイオード２７１との間には、基板の表面に導体めっきを施したシールド部材２６２が配設されている。そして、このようなシールド部材２６２の介在により、送信側の構成であるＶＣＳＥＬ８１と、受信側の構成であるフォトダイオード２７１とが電磁的に分離されている。前記シールド部材２６２は、スペーサ７４の表面に導体めっきを施したものであってもよい。

そして、本実施形態によれば、全体の低背化、小型化を達成しやすく、高い効率で多心光ファイバ２６と光結合可能であって、しかも付加価値の高い光モジュール２６１を提供することができる。
［第５実施形態］

次に、第５実施形態の光モジュール３４１を図１３に基づいて詳細に説明する。図１３は、本実施形態の光モジュール３４１、ガイドピン３１、フェルールホルダ２７及びＭＴフェルール２４を示す分解斜視図である（ただしカバー３６は図示略）。ここでは第１実施形態と相違する部分を中心に説明し、共通する部分については同じ部材番号を付す代わりに説明を省略する。

図１３に示されるように、この光モジュール３４１では、被係止部の形状及び形成位置が第１実施形態等とは異なっている。即ち、本実施形態では、鉤部３３をモジュール本体４２の後端面４４に係合させる都合上、被係止部である被係止窪み３４２が当該後端面４４における２箇所に一体形成されている。そして、これらの被係止窪み３４２に対しては、一対の支持アーム２５が有する鉤部３３が係脱可能となっている。つまり、本実施形態の構成であっても、光モジュール３４１とＭＴフェルール２４とを、プッシュオン締結方式で着脱可能に結合することができる。
［第６実施形態］

次に、第６実施形態の光モジュール４４１を図１４に基づいて詳細に説明する。図１４は、本実施形態の光モジュール４４１、ガイドピン３１、フェルールホルダ２７及びＭＴフェルール２４を示す分解斜視図である（ただしカバー３６は図示略）。ここでは第１実施形態と相違する部分を中心に説明し、共通する部分については同じ部材番号を付す代わりに説明を省略する。

図１４に示されるように、本実施形態では、鉤部３３をモジュール本体４２の後端面４４に係合させる構成を採っているが、モジュール本体４２には特に被係止部は形成されていない。このような構成であっても、光モジュール４４１とＭＴフェルール２４とを、プッシュオン締結方式で着脱可能に結合することができる。
［第７実施形態］

次に、第７実施形態の光モジュール５４１を図１５に基づいて詳細に説明する。図１５は、本実施形態の光モジュール５４１、ガイドピン３１、フェルールホルダ２７及びＭＴフェルール２４を示す分解斜視図である（ただしカバー３６は図示略）。ここでは第１実施形態と相違する部分を中心に説明し、共通する部分については同じ部材番号を付す代わりに説明を省略する。

図１５に示されるように、この光モジュール５４１では、被係止部の形成位置が第１実施形態と同様にモジュール本体４２の第２側端面５４であるものの、被係止部の形状が第１実施形態とは異なっている。具体的にいうと、支持アーム２５の鉤部３３が係脱可能な一対の被係止窪み５４２が、前記第２側端面５４に一体形成されている。このような構成であっても、光モジュール５４１とＭＴフェルール２４とを、プッシュオン締結方式で着脱可能に結合することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限度において、適宜変更して適用できることは言うまでもない。

・例えば、第１〜第３実施形態において使用していたスペーサ７４，２４５を省略してもよく、この場合にはさらに部品点数を低減することができる。

・また、第３実施形態では、セラミック基板５１、マイクロレンズアレイ２４７及びリッド７２をガイドピン３１により位置合わせ固定していたが、ガイドピン３１を用いずに接着等の手法により位置合わせ固定してもよい。

・第１〜第４実施形態では、リッド７２をモジュール本体４２の上端面のみに設けていたが、これを複数の面に設けるようにしてもよい。

・第１〜第４実施形態では、充填凹部６１の内壁面に特に凹凸が存在せず内径もほぼ一定であったが、深さ位置によって内径を変えること等により凹凸を設けてもよい。この構成によると、充填凹部６１の内壁面と充填材６３との接触面積が大きくなり、充填材６３の密着性が向上する。ゆえに、熱応力集中による隙間の発生やクラックの発生を回避でき、信頼性に優れたものとなる。

・第１実施形態では、精密加工穴６２を形成するにあたり、充填材６３の充填→充填材６３の半硬化（１２０℃）→穴加工→表面研磨→充填材６３の本硬化（１５０℃）というプロセスを採用したが、これとは別のプロセスを採用しても勿論よい。例えば、充填材６３の充填→充填材６３の半硬化（１２０℃）→表面研磨→充填材６３の本硬化（１５０℃）→穴加工というプロセスであってもよい。

・第１実施形態等においては、フェルールホルダ２７からのＭＴフェルールの離脱を防止するために、フェルールホルダ２７にカバー３６を設ける構造を採用していたが、これに代えて別の離脱防止構造を採用してもよい。例えば、フェルールホルダ２７の内側に、Ｘ軸方向に沿って延びるガイド溝またはガイド突条を設ける。その一方で、ＭＴフェルール２４の外側に、前記ガイド溝または前記ガイド突条に係合し、Ｘ軸方向に沿って延びる被ガイド突条または被ガイド溝を設ける。そしてこのような構造であっても、ＭＴフェルール２４のＸ軸方向への摺動を許容しつつ、フェルールホルダ２７からのＭＴフェルールの離脱を防止することができる。

次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）光ファイバコネクタ用フェルールに対し、前記フェルールにおける光ファイバ先端露出面と自身の先端面とを突き合わせた状態で、係止部を有する光ファイバコネクタ用フェルール支持体と光ファイバコネクタ用ガイドピンとを用いて結合可能なモジュール本体と、前記モジュール本体に設けられ、前記ガイドピンの挿入により前記プラグと前記モジュール本体とを結合したときに光軸合わせされる光素子とを備えることを特徴とする光モジュール。

（２）光ファイバコネクタ用フェルールに対し、係止部を有する光ファイバコネクタ用フェルール支持体と光ファイバコネクタ用ガイドピンとを用いて、プッシュオン締結方式で結合可能であって、側端面にガイドピン穴が開口形成されたモジュール本体と、前記モジュール本体に設けられ、前記ガイドピンの挿入により前記フェルールと前記モジュール本体とを結合したときに光軸合わせされる光素子とを備え、前記ガイドピン穴に前記ガイドピンが挿入固定され、前記ガイドピンの一部が前記モジュール本体から突出していることを特徴とする、ガイドピン付き光モジュール。

（３）光ファイバコネクタ用フェルールに対し、係止部を有する光ファイバコネクタ用フェルール支持体と光ファイバコネクタ用ガイドピンとを用いて、プッシュオン締結方式で結合可能なモジュール本体と、前記モジュール本体に設けられ、前記ガイドピンの挿入により前記フェルールと前記モジュール本体とを結合したときに光軸合わせされる発光素子と、前記モジュール本体に設けられ、前記ガイドピンの挿入により前記フェルールと前記モジュール本体とを結合したときに光軸合わせされる受光素子とを備えることを特徴とする光モジュール。

（４）光ファイバコネクタ用フェルールに対し、係止部を有する光ファイバコネクタ用フェルール支持体と光ファイバコネクタ用ガイドピンとを用いて、プッシュオン締結方式で結合可能な光モジュールに使用されるセラミック基板であって、基板主面及びその基板主面に対して垂直な複数の側端面を備えるとともに、前記複数の側端面のうちのいずれかに充填凹部が開口形成され、前記充填凹部内に基板材料よりも加工性のよい材料からなる充填材が充填され、前記充填材にガイドピン穴の少なくとも一部を構成する精密加工穴が形成され、前記充填凹部を有する側端面以外の側端面に前記係止部が係脱可能な被係止部が設けられていることを特徴とする光モジュール用セラミック基板。

本発明を具体化した第１実施形態の光モジュールをプリント配線基板上に搭載し、フェルールホルダを用いてＭＴフェルールを接続した状態を示す概略正面図。 フェルールホルダを用いてＭＴフェルールに光モジュールを接続した状態を示す概略平面図。 光モジュール、ガイドピン、フェルールホルダ及びＭＴフェルールを示す分解斜視図。 モジュール本体を構成する光モジュール用セラミック基板を示す斜視図。 第１実施形態の光モジュールの平面図。 図５のＡ−Ａ線における断面図。 図５のＢ−Ｂ線における断面図。 第２実施形態の光モジュールの平面図。 図８のＣ−Ｃ線における断面図。 第３実施形態の光モジュールの平面図。 図１０のＤ−Ｄ線における断面図。 第４実施形態の光モジュールの平面図。 第５実施形態の光モジュール、ガイドピン、フェルールホルダ及びＭＴフェルールを示す分解斜視図。 第６実施形態の光モジュール、ガイドピン、フェルールホルダ及びＭＴフェルールを示す分解斜視図。 第７実施形態の光モジュール、ガイドピン、フェルールホルダ及びＭＴフェルールを示す分解斜視図。

符号の説明

２４…光ファイバコネクタ用フェルールとしてのＭＴフェルール
２７…光ファイバコネクタ用支持体としてのフェルールホルダ
３１…光ファイバコネクタ用ガイドピン
３３…係止部としての鉤部
４１，１４１，２４１，２６１，３４１，４４１，５４１…光モジュール
４２…モジュール本体
４３…（光モジュールの）先端面
５１…光モジュール用セラミック基板
５３…第１側端面
５４…支持体接触面としての第２側端面
５５…基板主面としての上端面
６０…被係止部としての被係止突起
６１…充填凹部
６２…精密加工穴
６３…充填材
７２…金属体としてのリッド
７５…電気接続端子としてのはんだバンプ
８０…ガイドピン穴としてのモジュール本体側ガイドピン穴
８１…光素子としてのＶＣＳＥＬ
８２…光素子駆動用の半導体集積回路素子としてのドライバＩＣ
２７１…光素子としてのフォトダイオード
２７２…光信号増幅用の半導体集積回路素子としてのレシーバＩＣ

Claims (4)

1. 光ファイバコネクタ用フェルールに対し、係止部を有する光ファイバコネクタ用フェルール支持体と光ファイバコネクタ用ガイドピンとを用いて、プッシュオン締結方式で結合可能なモジュール本体と、
   前記モジュール本体に設けられ、前記ガイドピンの挿入により前記フェルールと前記モジュール本体とを結合したときに前記光ファイバコネクタ用フェルールによって保持される光ファイバと光軸合わせされ、光信号を電気信号に変換または電気信号を光信号に変換する光素子とを備えており、
   前記モジュール本体は、前記フェルール及び前記フェルール支持体に使用される樹脂材料よりも高放熱性のセラミック材料からなる複数の絶縁層及び複数の導体層を備える多層セラミック配線基板を主体として構成され、前記多層セラミック配線基板の上端面にはキャビティが形成され、光素子駆動用の半導体集積回路素子及び前記光素子によって光信号から変換された電気信号を増幅する信号増幅用の半導体集積回路素子のうちの少なくともいずれかが、モジュール外表面から露出しない状態で前記キャビティ内に埋設され、前記複数の導体層を利用して前記光素子と前記半導体集積回路素子とが電気的に接続されているとともに、
   前記多層セラミック配線基板の前記上端面に対して垂直な第１側端面には充填凹部が開口形成され、前記充填凹部内には前記多層セラミック配線基板よりも硬度が低いため加工性のよい樹脂材料からなる充填材が充填され、前記充填材には前記ガイドピンを挿入可能なガイドピン穴の少なくとも一部を構成する精密加工穴が形成され、前記第１側端面側には前記光素子が配置され、
   前記多層セラミック配線基板の前記上端面及び前記第１側端面に対して垂直であって前記フェルール支持体の一部が接触可能な第２側端面には、前記フェルール支持体の前記係止部が係脱可能かつ前記セラミック材料からなる凹状または凸状の被係止部が一体形成されている
   ことを特徴とする光モジュール。
2. 前記多層セラミック配線基板の前記上端面上には、金属体が設けら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。
3. 前記多層セラミック配線基板の下端面には、複数の電気接続端子が設けら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。
4. 光ファイバコネクタ用フェルールに対し、係止部を有する光ファイバコネクタ用フェルール支持体と光ファイバコネクタ用ガイドピンとを用いて、前記光ファイバコネクタ用フェルールによって保持される光ファイバと光信号を電気信号に変換または電気信号を光信号に変換する光素子とが互いの光軸が合った状態で光学的に結合されるようにプッシュオン締結方式で結合可能な光モジュールに使用されるセラミック基板であって、
   前記セラミック基板は、前記フェルール及び前記フェルール支持体に使用される樹脂材料よりも高放熱性のセラミック材料からなる複数の絶縁層及び複数の導体層を備える多層セラミック配線基板であり、
   前記多層セラミック配線基板の上端面には、前記光素子と前記複数の導体層を利用して電気的に接続される光素子駆動用の半導体集積回路素子及び前記光素子によって光信号から変換された電気信号を増幅する信号増幅用の半導体集積回路素子のうちの少なくともいずれかを、モジュール外表面から露出しない状態で埋設するキャビティが形成され、
   前記多層セラミック配線基板の前記上端面に対して垂直であって前記光素子が配置される第１側端面には充填凹部が開口形成され、前記充填凹部内には前記多層セラミック配線基板よりも硬度が低いため加工性のよい樹脂材料からなる充填材が充填され、前記充填材には前記ガイドピンを挿入可能なガイドピン穴の少なくとも一部を構成する精密加工穴が形成され、
   前記多層セラミック配線基板の前記上端面及び前記第１側端面に対して垂直であって前記フェルール支持体の一部が接触可能な第２側端面には、前記フェルール支持体の前記係止部が係脱可能かつ前記セラミック材料からなる凹状または凸状の被係止部が一体形成されている
   ことを特徴とする光モジュール用セラミック基板。

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