JP2007249194A - 光モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】製造コストを低減し小型化を図るとともに、信頼性、量産性を向上させる。
【解決手段】光ファイバアレイ202と光学的に接続される光電素子212と、光電素子212と電気的に接続される周辺IC214と、光電素子212及び周辺IC214を一括して被覆するフレキシブルフィルム216と、を備え、フレキシブルフィルム216に光電素子212及び周辺IC214を電気的に接続する第1配線216aが設けられるとともに周辺IC214とモジュール基板106とを電気的に接続する第2配線216bが設けられる。
【選択図】図3

Description

本発明は、光電素子と光ファイバおよび光導波路を光学的に結合するための光モジュールに関する。
近年におけるLSI等のデバイスの高速化はめざましい進展をとげている。特に、CMOSにおいても約10年前は不可能とされていた1GHz品が実用化され、最先端のものとなると10GHz品が実用化されつつある。このような状況下で、インタコネクションを従来のマザーボード配線のみによる実装方法や電気ケーブルコネクタでマザーボード間の接続を行う電気的な方法では「信号品質」を保証することに限界がある。これは、インタコネクションに関する技術者の一般的認識となっている。
この課題を解決する手段として、電気インタコネクションを光インタコネクションに置き換えることが待望されている。しかし、数km〜数100kmの情報伝送を対象とする従来のネットワーク基幹系の光伝送技術を「光インタコネクション」に適用することは、サイズ、コスト、消費電力等の面で現実的でなく、インタコネクションの分野においては実用的価値が無いに等しい。
このような事情から、高速信号は実装ボードを介さずにLSIパッケージのインタポーザ内にのみ限定し、電気配線長を短くして、インタポーザ内で光信号に変換、外部入出力とすることなどが検討されている。しかしながら、例えば、コネクタを用いる方式や、光モジュールをはんだ付けする方式など、いずれの方法もコストの面で問題が多かった。
電気インタコネクションを光インタコネクションに置き換えるべく提案された光モジュールとして、特許文献1に記載された光モジュールが知られている。図20(a)、(b)は、特許文献1に記載の光モジュールの概略構成説明図である。図20(a)に示すように、この光モジュールは、光ファイバ308を有し、光信号を送受信する光素子を内蔵し、光素子に電気的に接続された接続ピン309aを有する。そして、図20(b)に示すように、インターポーザ302と光モジュール307とは、接続ピン309aとジャック309bの機械的接触により電気接続されている。
また、小型化と低コスト化を目的とした光モジュールが特許文献2に開示されている。図21は特許文献2に記載の光モジュールの概略構成を示す斜視図、図22は光モジュールの概略構成を示す断面図である。
特許文献2に記載された光モジュールは、図21に示すように、半導体素子411が搭載される支持基板410の主面410−1上に電気配線412と素子搭載用の電極パターン413とを有し、主面410−1の端部に凹部414が形成され、電気配線412が凹部414の傾斜面415上まで延在して形成されている。さらに、図22に示すように、電極パターン413上にはんだや銀ペーストにより受光領域411−1を有する半導体素子411を搭載し、光伝送路430の光導波路の中心軸と受光領域411−1の中心軸が一致するように配置されている。このような構成であれば、はんだ材422により電気配線412と外部接続配線421とを接触する際、はんだ材422が隣の配線と短絡事故を起こす確率を大幅に減らすとされている。また、特段の調整を必要とせずに接続が完了するので、スループットを上げ低コストで実現可能とされている。
さらに、他の光モジュールとして特許文献3に記載されたものも知られている。図23(a)は特許文献3に記載の光モジュールの概略構成を示す上面図、図23(b)は光モジュールの概略構成を示す断面図である。図23(a)に示すように、特許文献3に記載の光モジュールは、透明基板510及び光伝送路支持部材518のいずれか一方にガイドピン520が挿入されるべきガイド孔524を設けることにより、光学的な位置合わせを精度良く容易に行うこととされている。図23(b)に示すように、透明基板510の下面には、光電素子512の回路面に形成された電極が接続され、光電素子512は透明基板510を介してテープファイバ550と光学的に接続されている。
特開2004−253456号公報 特開2005−44966号公報 特開2004−240220号公報
しかしながら、特許文献1に記載の光モジュールは、光電変換の具体的構造が開示されていない。
また、特許文献2に記載の光モジュールは、支持基板410を縦に配置してそのエッジ部分で基板に接続するため電気的接続部分が点接続に近くなり、信頼性の確保が困難であるという問題点がある。さらに、支持基板410上の主面410−1と傾斜面415との角度が90度よりも大きいとはいえ、電気配線412が略平坦な主面410−1と傾斜面415をまたいで形成されていることから、主面410−1と傾斜面415の境界部分で断線が生じやすいという問題点もある。さらに、半導体素子411が露出していることから、半導体素子411の回路面に塵埃等が侵入してしまうという問題がある。これを防止するため、半導体素子411の表面に樹脂コートを形成することが考えられるが、樹脂コート自体に含まれる不純物や樹脂コートの表面の凹凸状態により、光信号の送受に支障をきたすおそれがある。
また、特許文献3に記載の光モジュールにおいても、ベアチップによる構成のため接続部分にアンダーフィル処理等が必要となり、製造作業等が面倒となる。さらに、ベアチップを搭載する透明基板510は勿論のこと、透明基板510とマザーボードとを電気的に接続するためのCP基板、さらに透明基板及びCP基板におけるインピーダンス整合をとるためのアース機構等も必要となり、モジュールが大型化するとともに製造コストが嵩むという問題点もある。
本発明によれば、光ファイバと光学的に接続される光電素子と、前記光電素子と電気的に接続される半導体素子と、前記光電素子及び前記半導体素子を一括して被覆する被覆部材と、を備え、前記被覆部材に、前記光電素子及び前記半導体素子を電気的に接続する第1配線が設けられるとともに、前記半導体素子と外部基板とを電気的に接続する第2配線が設けられることを特徴とする光モジュールが提供される。
この光モジュールでは、光電素子と半導体素子を接続する第1配線が各素子を被覆する被覆部材に形成されているので、光電素子における光信号を受信または発信する回路面から突出する配線用のワイヤを設けたり、回路面と電気的に接続され回路面側を覆う透明基板を設けたりする必要がない。これにより、光電素子の回路面の近傍が開放された状態となるので、光ファイバが固定される部材等を回路面と近接させることができる。
また、光電素子、半導体素子及び外部基板で安定的な電気的接続が可能となり、モジュールの基板自体に無理に配線を引きまわす従来のもののように、配線に応力集中部分が生じて断線等のおそれが生じるようなことはなく、電気的な信頼性が飛躍的に向上する。
さらに、ベアチップをワイヤボンディングで外部基板と接続するものに比べ、配線部分の信頼性が向上する。さらに、光電素子及び半導体素子を配線部分まで含めたパッケージ品として取り扱うことができ、KGD(Known Good Die)でのデリバリが可能となり、組立時に良品を適用することができる。
さらにまた、光電素子と半導体素子を別個に被覆部材で被覆して配線を各被覆部材に設けるものに比べて、光電素子と半導体素子を接続する配線(第1配線)の長さを短くすることができ、高速伝送特性を向上させることができる。また、配線の長さが短い分だけ、配線パターンの加工精度の誤差によるインピーダンスミスマッチが発生し難しくなり、歩留まりを向上させることができる。
本発明の光モジュールによれば、モジュールの製造コストを低減し小型化を図ることができるし、信頼性、量産性をも格段に向上させることができ、実用に際して極めて有利である。
図面を参照しつつ、本発明の光モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。尚、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は本発明の一実施形態を示し、光モジュールを用いてモジュール基板同士を接続したマザーボードの概略説明図である。
図1に示すように、マザーボード100には、それぞれ高速回路部としてのLSI102,104が搭載された2つのモジュール基板106,108が接続されている。LSI102,104としては、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等の演算処理回路やクロススイッチ回路が用いられる。各モジュール基板106,108の下部には、ボールグリッドアレイ(以下、BGAという)110が形成され、マザーボード100に形成された信号配線112、電源配線114等に電気的に接続される。尚、電源配線114はグランド配線であってもよい。各モジュール基板106,108には、それぞれ光モジュール200が搭載され、各光モジュール200は相互に光信号を送受する光ファイバアレイ202(図1中不図示)を有する。以下、本発明の特徴構成である光モジュール200に関し、2つのモジュール基板106,108のうち、一方のモジュール基板106側について説明していく。なお、一方のモジュール基板106側と他方のモジュール基板108側の光モジュール200の違いは、光ファイバの取り出し方向及びこれに関連した各部材の配置であるので、重複を避けるべく一方を説明する。
図2は光モジュールの外観斜視図である。
図2に示すように、光モジュール200は、周辺IC214(図2中、符号不図示)及び光電素子212(図2中、符号不図示)が配される略箱状のサブモジュール204と、サブモジュール204の上部に着脱自在に設けられ光ファイバアレイ202が配される略箱状のファイバコネクタ206と、を具備している。光ファイバアレイ202は、8本の光ファイバが整列しており、送信に4本の光ファイバが使用され、受信に4本の光ファイバが使用される。ファイバコネクタ206は、いわゆるパッシブコネクタとして機能する。サブモジュール204の光モジュール端子210がモジュール基板106に接続され、光モジュール200とマザーボード100の間で電気的信号の送受が可能となっている。
なお、「光電素子」は、一般には光信号を電気信号に変換する光−電気変換素子と、電気信号を光信号に変換する電気−光変換素子との総称として用いられることが多い。本明細書においても、「光電素子」というときは、特に断りがない場合には、両者の総称として用いることとする。従って、単に「光電素子」という場合は、上記のいずれか一方又は双方をいう。
そして、光電素子212とモジュール基板106の間に周辺IC214を介在させることにより、光ファイバ側の光信号と基板側における電気信号との変換時における調整を行うことができるようになっている。
図3は、図2の光モジュールをA−A方向に切断した場合の光モジュールの断面図であり、モジュール基板等との関係を示す図である。図4は、図2の光モジュールをA−A方向に切断した場合におけるサブモジュールとファイバコネクタを分離した状態の光モジュールの断面図であり、モジュール基板等との関係を示す図である。尚、図3及び図4においては、ハッチングを省略して図示している。
図3及び図4に示すように、光モジュール200は、モジュール基板106と電気的に接続するための半導体素子としての周辺IC214と電気的に接続され、光信号を受信する受光部と光信号を発信する発光部の少なくとも一方をなす回路面212d1,212e1を有する光電素子212と、モジュール基板106と略平行に延び光電素子212と光学的に結合される光ファイバアレイ202と、を備えている。
図5は、図2において、光モジュールをB−B断面で切断し、切断面を上方から見た光モジュールの断面図である。ここで、図5は、説明のため、ファイバコネクタの本体部分の断面を図示していない。
図5に示すように、光電素子212は、VCSEL(Vertical Cavity Surface
Emitting Laser)212dとPD(photodiode)212eの両方の素子からなる。PD212eとしては、例えば、PIN−PD(PIN photodiode)、APD(avalanche photodiode)等が光電素子212として好適である。また、PD212eとして、例えば、PN−PD(PN photodiode)、ショットキー型PD等を用いてもよい。本実施形態においては、光電素子212は、発光素子である一のVCSEL212dと、受光素子である一のPD212eから構成されている。そして、受光素子または発光素子ごとに回路面が形成されていることから、2以上の受光素子または発光素子を有する場合は、光電素子212は2以上の回路面を有することとなる。本実施形態においては、略平板状の光電素子212は、VCSEL212dの回路面212d1と、PD212eの回路面212e1と、を有する。VCSEL212dは電気信号を光信号として発信する機能を有し、この回路面212d1が発光部をなす。また、PD212eは光信号を受信して電気信号とする機能を有し、回路面212e1が受光部をなす。図5に示すように、VCSEL212dとPD212eがモジュール基板106と平行な方向に並設されている。
また、図3及び図4に示すように、光モジュール200の周辺IC214は略平板状に形成されてモジュール基板106に対して略平行に配され、図5に示すように、ドライバ214dとレシーバ214eの両方をなす。本実施形態においては、図3に示すように、それぞれ略平板状の光電素子212と周辺IC214が互いに延在方向に並べて配されている。そして、光電素子212のVCSEL212d及び周辺IC214のドライバ214dは、一括してフレキシブルフィルム216により被覆されている。また、光電素子212のPD212e及び周辺IC214のレシーバ214eも、一括してフレキシブルフィルム216により被覆されている。本実施形態においては、フレキシブルフィルム216により発光側と受光側が別個にパッケージングされるものを示しているが、発光側と受光側を一括してパッケージングすることも可能である。
図6(d)に示すように、フレキシブルフィルム216には、光電素子212及び周辺IC214を電気的に接続する複数の第1配線216aが設けられるとともに、周辺IC214とモジュール基板106とを電気的に接続する第2配線216bが設けられる。また、フレキシブルフィルム216には、グランドと接続されるグランド層216cが形成される。図6(d)に示すように、各第1配線216a及び第2配線216bと、グランド層216cとは、フレキシブルフィルム216の厚さ方向に離隔している。本実施形態においては、光電素子212と周辺IC214はフェイスダウン実装であるものの、これらの接続部分にアンダーフィル等が不要のため、これらの距離はチップの搭載精度と、チップの外形精度で決まることとなる。具体的には、第1配線216aの長さは、数十μm以下となっている。光電素子212は回路面212d1,212e1が上側となるよう配され、図6(d)に示すように、フレキシブルフィルム216は、水平に並んだ光電素子212及び周辺IC214のうち、これらの隣接面を除いて上面、側面及び下面を被覆している。第1配線216aは、フレキシブルフィルム216に、光電素子212の周辺IC214側と、周辺IC214の光電素子212側と、を接続するよう形成される。また、第2配線216bは、周辺IC214の上面における光電素子212と反対側から側面を経由して下面へ延びるよう形成される。
図7に示すように、略平行な4本の第1配線216aによりVCSEL212dとドライバ214dが電気的に接続されている。各第1配線216aの間にはグランドと接続されるグランド配線216dがそれぞれ配される。各第1配線216aと各グランド配線216dは、フレキシブルフィルム216における同じ層に形成され、厚さ方向の位置が略等しくなっている。また、図7に示すように、グランド配線216dは、フレキシブルフィルム216の厚さ方向へ延びるビア216eにより接続されている。
ここで、光モジュール200の製造方法について説明する。図6(a)は組立前の光モジュールの断面説明図、図6(b)はフレキシブルフィルムを曲成させた状態の光モジュールの断面説明図、図6(c)は組立後の光モジュールの断面説明図、図6(d)はインターポーザに接続された光モジュールの断面説明図である。
図6(a)に示すように、銅からなる第1配線216a及び第2配線216bが内部に配された平坦なフレキシブルフィルム216の一面に、光電素子212及び周辺IC214へ接続するための穴220を形成し、他面に外部端子230実装用の穴222及びグランド層216cを配するための穴を形成する。図6(a)に示すように、各配線216a,216bは、回路面212d1,212e1の形成部位の真上に位置しないよう形成される。これにより、回路面212d1,212e1における受光または発光が阻害されるようなことはない。そして、これらの穴220,222に、各配線216a,216bと電気的に接続される電極224,226及びグランド層216cを造り込む。電極224,226は、例えば、Ni下地のAuであっても、はんだ材により構成してもよく、材質等は任意に選択することができる。
そして、光電素子212及び周辺IC214にバンプ228を実装して、フレキシブルフィルム216の一面に形成された穴220の電極224と接続する。光電素子212及び周辺IC214は、フレキシブルフィルム216の延在方向に並べられ、それぞれフェイスダウン実装される。この接続は、例えば、圧着を行うことにより実現される。ここで、バンプ228は、例えばAuにより構成され、材質等は任意に選択することができる。
この状態から、図6(b)に示すように、フレキシブルフィルム216を加熱して軟化させ光電素子212及び周辺IC214に沿って曲成し、光電素子212及び周辺IC214に熱圧着する。そして、図6(c)に示すように、外部端子230が電極226の部位に搭載されることによりCSP(chip size package)が完成する。本実施形態においては、フレキシブルフィルム216はポリイミドを主成分とした樹脂からなり、約200℃で軟化して接着可能となる性質を有している。また、外部端子230はBGAで構成されている。
このように、光電素子212は、第1配線216aのパターンを包含したフレキシブルフィルム216を密着させており、この結果、回路面212d1,212e1の入出力端子を回路面212d1,212e1の外部に形成することができる。ここで、フレキシブルフィルム216は光透過の材料からなり、光信号の送受に支障をきたすようなことはない。また、ベアチップをワイヤボンディングで基板側と接続するものに比べ、第1配線216aの部分の信頼性が向上する。さらに、光電素子212及び周辺IC214を、各配線216a,216b部分まで含めたパッケージ品として取り扱うことができ、KGD(Known Good Die)でのデリバリが可能となり、組立時に良品を適用することができる。これにより、製品の歩留まりが向上する。
また、各配線216a,216bのようなシグナル配線とともにグランド層216cが造り込まれるので、インピーダンス整合を簡単容易に行うことができ、従来のワイヤボンディングのようなシグナル配線の単線の場合に比べて、飛躍的に信号品質を向上させることができる。さらに、本実施形態においては、各第1配線216aの間にグランド配線216dが配されているので、各第1配線216a間のクロストークが的確に防止される。各グランド配線216dは、それぞれビア216eを介してグランド層216cと接続されているので、各グランド配線216dのグランド電位が強化されており、クロストークの防止に効果的である。
また、図3に示すように、光電素子212及び周辺IC214の下部には、モジュール基板106と接続される光モジュール端子210が形成されたインタポーザ232が接続される。本実施形態においては、インタポーザ232、周辺IC214及び光電素子212がシステム・イン・パッケージとなっている。そして、光電素子212及び周辺IC214の外部端子230をBGAにより構成したことから、これらはリフローで一括して接続することが可能となる。
本実施形態においては、サブモジュール204は、光電素子212及び周辺IC214を内部に収納し外殻をなすコネクタホールダ234を有する。コネクタホールダ234は、例えば、モールド成型、金属成型等により形成され、インタポーザ232に接着やはんだ接続することにより固定される。このコネクタホールダ234に、ファイバコネクタ206のハウジング236が接続される。
次いで、ファイバコネクタ206への光ファイバアレイ202の実装について説明する。尚、本実施形態においては、複数の光ファイバが整列して光ファイバアレイ202を構成している。図4に示すように、光ファイバアレイ202は、ハウジング236の図示しないV溝にセットされた後、アレイ固定ピースで固定される。ここで、位置ずれ制御の方法として、ガイドピン方式が用いられている。このV溝の奥行き方向には、ミラー240が設置される。このミラー240は、光ファイバアレイ202と光電素子212の間に介在して光信号を反射させ、光ファイバアレイ202と光電素子212を光学的に接続する。これにより、光信号が光ファイバアレイ202側でモジュール基板106と略平行となり、光電素子212側でモジュール基板106と略垂直となるよう構成される。
また、図4に示すように、ハウジング236には下方へ突出する複数のピン236aが形成され、各ピン236aがそれぞれコネクタホールダ234に形成された穴234aと嵌合するよう構成されている。各ピン236aは下方へ突出形成され、サブモジュール204に対してファイバコネクタ206を上下に移動させることにより、各ピン236aが各穴234aに対して挿抜する。各ピン236a及び各穴234aにより、サブモジュール204及びファイバコネクタ206が互いに位置決めされる(図3参照)。
以上のように構成された光モジュール200では、トランスミッタとして機能する場合は、モジュール基板106における高速または超高速の電気信号の出力は、光モジュール端子210、インタポーザ232、周辺IC214、光電素子212の順に伝達される。そして、光電素子212にて電気信号を光信号に変換した後、ミラー240を介して光ファイバアレイ202に光信号が出力される。本実施形態においては、VCSEL212dに対応する周辺IC214としてレーザーダイオードのドライバ214dが用いられる。
また、レシーバとして機能する場合は、光ファイバアレイ202から受信した光信号は、ミラー240を介して光電素子212に入力され電気信号に変換される。そして、光電素子212の電気信号の出力は、周辺IC214、インタポーザ232、光モジュール端子210、モジュール基板106の順に伝達される。本実施形態においては、PD212eに対応する周辺IC214としてプリアンプのレシーバ214eが用いられる。
本実施形態の光モジュール200によれば、光電素子212の回路面212d1,212e1から突出する配線用のワイヤを設けたり、回路面212d1,212e1と電気的に接続され回路面212d1,212e1側を覆う透明基板を設けたりする必要がない。すなわち、光モジュール端子210側との電気的接続部位が光電素子212の下部に形成され、回路面212d1,212e1の上方が開放された状態となる。これにより、光ファイバアレイ202が固定される部材等を回路面212d1,212e1と近接させることができる。本実施形態においては、光ファイバアレイ202と光電素子212で光信号を送受するためのレンズ等の光学部材を省略している。これにより、部品点数を削減するとともに、組立工程や検査工程における工程数を減じることができ、レンズ等の光学部材を有するものに比較して飛躍的に製造コストを低減することができる。また、光学部材を省略することにより、モジュールの小型化を図ることができる。
より具体的に説明すると、従来、光送信デバイスとして一般に長距離通信に用いられる端面発光のレーザダイオードとシングルモードファイバの構成では出射光の放射角が比較的大きく、例えば損失として0.5dB以下が想定される場合に、光軸の許容位置ずれ量は約1μm以内である。これに加え、光ファイバを回路面に十分に近接させることができないために、レンズの使用は必須となっていた。
本実施形態においては、出射光が円形で且つ放射角が比較的小さいVCSELを採用して、マルチモードファイバとの組合せにより光軸の許容位置ずれ量は約5μm以内に緩和されている。そして、光ファイバアレイ202内部の光路長を含めて約200μm程度の距離まで十分に近接することが可能であればレンズが不要となる場合もある。
また、光電素子212の表面に沿うように回路面212d1,212e1から第1配線216aを形成したので安定的な電気的接続が可能となる。すなわち、縦型のモジュールの基板自体に配線を形成するもののように、モジュールの下部まで無理に配線をひきまわすことにより、配線に応力集中部分が生じて断線等のおそれが生じるようなことはなく、電気的な信頼性が飛躍的に向上する。
また、本実施形態の光モジュール200によれば、光電素子212と周辺IC214を互いに延在方向に並べて配したので、サブモジュール204を小型に構成することができる。すなわち、光電素子212と周辺IC214を積層して構成するものに比して、モジュール基板106から上方への突出量を格段に小さくすることができる。
また、本実施形態の光モジュール200によれば、サブモジュール204とファイバコネクタ206を着脱自在としたので、光ファイバアレイ202と光電素子212側とを分離することができ、保守、取扱い等について有利である。また、着脱機構を一方に形成されたピン236aと他方に形成された穴234aとにより構成したので、ファイバコネクタ206がサブモジュール204に対して挿抜自在となり、ファイバコネクタ206を上下に移動させることでサブモジュール204との脱着が実現され、脱着作業を極めて簡単に行うことができる。
ここで、光電素子212の回路面212d1,212e1が光ファイバアレイ202側と近接しているので、サブモジュール204とファイバコネクタ206を着脱自在として両者の取付時に誤差が生じたとしても、回路面212d1,212e1で的確に光信号の入出力を行うことができる。すなわち、着脱自在としても信号の入出力に支障をきたすようなことはない。
また、本実施形態の光モジュール200によれば、フレキシブルフィルム216により各配線216a,216bが覆われているので、各配線216a,216bの機械的保護を的確に行うことができる。また、機械的保護に加え、回路面212d1,212e1への塵埃の侵入を阻止することができ、仮にフレキシブルフィルム216の表面に塵埃が付着したとしても、簡単容易に取り除くことができる。さらにフレキシブルフィルム216に不純物が混入しているおそれはないし、光電素子212及び周辺IC214に沿って平坦に接着されるのでフレキシブルフィルム216の表面に凹凸が形成されることはなく、光信号の送受に好適である。
また、本実施形態の光モジュール200によれば、各配線216a,216bの長さを従来のものに比べて短くすることができるので、各配線216a,216bをモデル化して信号品質に関してシミュレーションする場合に、モデルを小さくすることができ、計算が比較的容易となる。
さらに、光電素子212と周辺IC214を別個にフレキシブルフィルム216で被覆して各配線216a,216bを各フレキシブルフィルム216に設けるものに比べて、光電素子212と周辺IC214を接続する配線(第1配線216a)の長さを短くすることができ、高速伝送特性を向上させることができる。また、配線の長さが短い分だけ、配線パターンの加工精度の誤差によるインピーダンスミスマッチが発生し難くなり、歩留まりを向上させることができる。
さらにまた、従来技術では、ワイヤがシグナル配線の単線である場合に、インピーダンス整合のためにアース構造を設けなければならず、これによってもモジュールが大型となるし、インピーダンス整合を簡単にとることができない。本実施形態では、このような問題も解消している。
また、本実施形態によれば、光モジュール200をマザーボード100に対して挿抜自在としたので、電気伝送や光伝送の技術的知識がない者であっても、簡単容易にデバイス間等のインタコネクションを構成することができる。
また、本実施形態によれば、高速の信号がマザーボード100から分離されているので、低速と高速の信号が混在した場合に比べて、動作不良時の原因追及が容易である。また、仮に再作成の必要がある場合であっても、マザーボード100側と光モジュール200側のいずれかを作成すればよいので、品質、コスト、納期等の面で有利である。さらに、従来はマザーボード100に形成していた配線に起因する不要放射電波の問題は、モジュール化による小型化と光インターフェースの組合せにより解消する。ここで、約10GHzの信号であっても、約5cmのモジュール基板106のサイズとすることにより、信号品質が保証されることが実験的に確認されている。
以上総括すると、本実施形態によれば、モジュールの製造コストを低減し小型化を図ることができるし、信頼性、量産性をも格段に向上させることができ、実用に際して極めて有利である。
尚、前記実施形態においては、レンズ等の光学部材を省略したものを示したが、例えば、図8に示すようにレンズ310を介して光信号の送受を行うものであってもよい。図8には、レンズ310のホルダ320をヒートシンクとして、放熱性能を向上させた光モジュール300を示している。ここで、光電素子212は、Si−CMOSのLSI等と比較して温度依存性が強く、高温になるほど特性が劣化する傾向にあることから、十分な放熱対策をとることが好ましい。この光モジュール300によれば、レンズ310のホルダ320により放熱作用を得ることができる。このホルダ320は例えば金属、セラミック等からなり、ホルダ320をフレキシブルフィルム216のグランド配線216dと電気的に接続すると、放熱効果を向上させることができる。
また、図9に示すように、光電素子212、周辺IC214及びヒートシンク330を一括してフレキシブルフィルム216により被覆するようにしてもよい。このフレキシブルフィルム216にも、第1配線216aとともにグランド配線216dが形成されていて、クロストーク防止が図られている。放熱部材としてのヒートシンク330には、一面に凹部332が形成され光電素子212及び周辺IC214が収容されている。図9に示すように、この光モジュール200は、ヒートシンク330の凹部332に光電素子212及び周辺IC214を収容した状態で、フレキシブルフィルム216でヒートシンク330の一面、他面及び各側面と、光電素子212及び周辺IC214の一面を被覆することにより製造される。図9に示すように、凹部332は光電素子212と周辺IC214で別個に形成されている。ここで、ヒートシンク330には、他面と凹部332とを連通する連通孔334が形成されており、凹部332及び連通孔334には樹脂340が充填されている。
ヒートシンク330の材質としては、例えば、銅、アルミニウム、銅タングステン、窒化アルミニウム、ダイヤモンド等が用いられる。ヒートシンク330の材質として銅、アルミニウム、銅タングステン、ダイヤモンド等の電気導電性が比較的高い材料を用いた場合は、ヒートシンク330をグランド側と接続することにより、ヒートシンク330をグランド電位として各配線216a,216bのノイズを抑制することができる。ここで、ヒートシンク330の材質として窒化アルミニウム等の電気導電性が比較的低い材料を用いた場合は、ヒートシンク330はグランド電位とはならない。このように、ヒートシンク330の電気導電性を調整することにより、各配線216a,216bのインピーダンス整合を行うことができ、信号品質のさらなる向上を図ることができる。
ここで、ヒートシンク330と光電素子212及び周辺IC214を直接的に完全に密着させることは、各部材の加工精度、各部材の表面粗さ等の問題から困難である。そこで、図9の光モジュール200では、樹脂340を介してヒートシンク330と光電素子212及び周辺IC214が密着させて、光電素子212及び周辺IC214の放熱性能を確保している。
樹脂340は、凹部332から流出しない適度な粘度を有しており、製造時にヒートシンク330の他面側から連通孔334に流し込まれる。この樹脂340は、熱伝導性が比較的高いものが好ましい。また、樹脂340として、例えば銀エポキシのような導電性樹脂を用い、且つ、ヒートシンク330が導電性を有する場合は、ヒートシンク330がグランドとなるので、光電素子212及び周辺IC214の放熱効果を向上させることができる。一方、樹脂340として、例えばアルミナ、シリカ等のセラミックフィラー入り樹脂のような非導電性樹脂を用いた場合は、ヒートシンク330をグランドとすることなく光電素子212及び周辺IC214の放熱効果を得ることができる。この光モジュール200では、フレキシブルフィルム216の外部端子230はヒートシンク330の他面に形成されている。
また、例えば、図10に示すように、ヒートシンク330が光電素子212側と周辺IC214側とで分離したものであってもよい。この場合、光電素子212側と周辺IC214側との断熱性が確保され、これら両部材間における熱交換が抑制される。すなわち、例えば、通常動作時において光電素子212と周辺IC214の一方の発熱量が他方よりも大きい場合であるとか、光電素子212と周辺IC214で温度特性が異なって別個に温度管理するべき場合に、この構成は有利である。
また、例えば、図10に示すように、ヒートシンク330を光電素子212側と周辺IC214側とで別個に形成しておき、光電素子212側の凹部332には連通孔334を設けずに樹脂340を充填せず、周辺IC214側の凹部332にのみ樹脂340を充填する構成としてもよい。この構成は、周辺IC214の発熱量が光電素子212に比して大きく、周辺IC214の熱量を樹脂340及びヒートシンク330を介して放熱させる必要がある場合に有利である。この場合、光電素子212はヒートシンク330と密着しないが、光電素子212とヒートシンク330との熱交換が抑制されるので、光電素子212と周辺IC214の断熱性が向上する。
また、前記実施形態(図9、図10)においては、ヒートシンク(放熱部材)330に設けられた連通孔334の周辺にフレキシブルフィルム216が被覆されてない構造を示したが、図11の実施形態のように連通孔334の周辺にもフレキシブルフィルム216が被覆されている構造であっても良い。このような構造の場合は、フレキシブルフィルム216において、連通孔334とフレキシブルフィルム216とが重なる位置には貫通孔335が形成されており、この貫通孔335と連通孔334を介して樹脂340がヒートシンク330に設けられた凹部332と光電素子212と周辺IC214との隙間に挿入される。
図11の実施形態のようにフレキシブルフィルム216に貫通孔335を設けることにより、図9および図10に示す実施形態よりもヒートシンク330に設ける連通孔334の位置を自由に設計することができるようになる。
また、前記実施形態においては、各グランド配線216dをグランド層216cとビア216eを介して接続したものを示したが、例えば、図12に示すように、各グランド配線216dがグランド層216cと接続されていないものであってもよい。要は、各グランド配線216dがモジュール基板106,108等のグランド配線と接続されてグランド電位となっていれば、各第1配線216a間のクロストークを抑制することができる。
また、前記実施形態においては、光電素子212としてVCSEL212d及びPD212eの両方を備えた光モジュール200を示したが、図13に示すように、いれずか一方からなるものであってもよい。図13は前記実施形態の変形例を示すものであり、(a)は光電素子212がVCSEL212dのみからなるものを示し、(b)は光電素子212がPD212eのみからなるものを示している。また、周辺IC214についても、図13(a)に示すように光電素子212がVCSEL212dである場合はドライバ214dとしてのみ機能すればよいし、図13(b)に示すように光電素子212がPD212eである場合はレシーバ214eとしてのみ機能すればよい。すなわち、周辺IC214は、レシーバ214eとドライバ214dのうち少なくとも1つをなせばよい。ここで、図13においては、4本の光ファイバが整列した光ファイバアレイ202を示す。このように、光ファイバアレイにおける光ファイバの本数は仕様等に応じて適宜に変更可能であるし、光ファイバが1本であってもよいことは勿論である。
また、前記実施形態の中で、図8に示す実施形態においては、ホルダ320に固定したレンズ310を介して光信号の送受を行う例を示したが、図8に示す実施形態の場合、VCSEL212d、PD212e、およびレンズ310との光学的な位置を高精度に合わせる必要がある。したがって、図8に示す実施形態の光モジュールを製造するには、レンズ310、ホルダ320に加えて、これらを光電素子212と精度良く位置合わせをして固定するための精密治具が必要となり、その結果、光モジュールの製造コストが高くなるという課題がある。一方、図14に示す実施形態は、図8に示すような部品(レンズ310、ホルダ320)、およびそれらの部品と光電素子との位置あわせ用の精密治具を用いることなく、容易に光学レンズを光モジュールに形成している例である。つまり、図8では3点の個別部品で構成していた光モジュールを、図14に示す実施形態では、レンズも含めて一つに一体化しており、部品点数を削減すると共に、図8に示す実施形態における位置あわせの困難さを解消し、製造コストを大幅に低減できる。
図14に示す実施形態では、光電素子212と周辺IC214とヒートシンク330とを一括して被覆しているフレキシブルフィルム216の外部表面において、光電素子212の発光部または受光部350とその周辺に相当する領域だけ、フレキシブルフィルム216の外部表面を構成している絶縁材料自身が突起形状360になっており、この突起形状360になった絶縁材料が光学レンズの役割を果たしている。
このような突起形状360は、フレキシブルフィルム216の外部表面を構成している絶縁材料として熱可塑性のポリイミド361を用いることにより容易に成形できる。ここで用いられるポリイミドは、先ずは基本的な絶縁材料として、光の透過率が高く(80%以上)、耐熱性に優れたポリイミドが好適である。さらに、ポリイミドの中でも特に熱可塑性の材料(ガラス転移温度以上の温度に加熱して、外力を加えることによって材料が変形し、温度を下げると形状を維持するという特徴を持つ材料)を用いることにより、容易に材料の形状を変形させることができるので好適である。
なお、図14に示す実施形態の光モジュールも、例えば図示しない光ファイバアレイ等と公知の方法により光学的に結合させ用いることができる。
図14に示す実施形態の光モジュールは、例えば図15に示すようにして作製される。すなわち、光電素子212と周辺IC214とヒートシンク330とを一括してフレキシブルフィルム216で被覆した後、はんだボール231を実装したサブモジュール204のはんだボール231実装面側をフリップチップ実装マウンターのツールに吸着し、マウンターの加熱ステージ380を約180℃に加熱しながら、サブモジュール204における「光電素子212の発光部または受光部とその周辺に相当する領域362」と「加熱ステージ380に設けられた溝370」とを位置合わせする。その後、0.1MPa〜1MPa程度の圧力をかけながら5秒程度保持し、最後にフリップチップ実装マウンターのツールを上昇させ、サブモジュール204を加熱ステージ380と接触させるのを回避させれば作製できる。
ここで説明した例では、ガラス転移温度が約100℃の熱可塑性ポリイミド361を用いた。このようにして熱可塑性ポリイミド361を加熱と加圧で成形して突起形状360が光学レンズの役割を果たし、光電素子212がVCSEL212dの場合は、VCSEL212dの発光面から発射されたレーザー光がこの突起形状360の部分を透過させることにより、発散させずに集光させたレーザー光を光ファイバーへと伝達させることができる。また光電素子212がPD212eの場合は、光ファイバーからの光信号をこの突起形状360の部分に透過させることにより、光信号をPD212eの受光面に集光させることができる。
このように図14に示す実施形態と、前記のような作製方法を用いることにより、図8に示す実施形態よりも低コストで光モジュールを製造することができる。
また、光電素子212がVCSEL212dである場合でさらに詳しく実施形態について述べると、VCSEL212dの発光パターンとしては大きく分けて、(1)発光面中心部から正規分布状に発光しているパターン(図16(a))、(2)発光面中心部から同心円状に発光しているパターン(図16(b))、(3)発光面中心部から同心円状および正規分布状に重ねあって発光しているパターン(図16(c))の3パターンに分けられる。これらの発光パターン(図16(a)、図16(b)、図16(c))を集光させるための突起形状360の断面図として図17(a)、(b)、(c)などが考えられる。また、図17(a)、(b)、(c)のような断面の突起形状360を実現させるためには、それぞれ図18(a)、(b)、(c)に示すような溝をあらかじめ加熱ステージに形成しておけば良い。このような溝370は、例えば正規分布のようなビーム強度分布420を持ったイオンビーム400を用いてエッチングすることにより形成することができる。より具体的には、例えばFIB(Foucased Ion Beam)装置を用い、ガリウム(Ga)などのイオンビームを用いる形成することができる。ここで加熱ステージ380の材料として例えば表面が鏡面状に研磨されたSi等を使用することで図18(a)、(b)、(c)に示す溝を形成することができる。
ここで、例えば図17(a)に示したような正規分布状のレンズの突起を高くする必要がある場合、熱可塑性ポリイミド層の厚みが薄いと十分な高さの突起が形成できないことが想定される。このような場合には、図19に示したようにフレネルレンズ440を適用することで容易に解決できる。レンズ形状の成形方法としては、ステージ上にこの突起に対応した溝を形成して加熱・加圧する方法がそのまま適用可能である。
また、前記実施形態においては、銅からなる各配線216a,216bを内包するフレキシブルフィルム216を曲成させるものを示したが、各配線216a,216bが表面に形成されたフレキシブルフィルム216を曲成するようにしてもよい。また、図6、図9、図10に示した実施形態においては、各配線216a,216bが単層であるものを示したが、各配線216a,216bは、図11、14、15に示した実施形態のような2層や、あるいは3層以上の多層であるものであってもよい。要は、各配線216a,216bを有するフレキシブルフィルム216により、光電素子212及び周辺IC214が一括して被覆されていればよい。
また、前記実施形態においては、光ファイバアレイ202と光電素子212の間にミラー240を介在させるものを示したが、ミラー240が介在しない構成としてもよいことは勿論である。この構成の場合、光ファイバアレイ202と回路面212d1,212e1の距離をゼロに近づけることが好ましい。
また、前記実施形態においては、光電素子212のフレキシブルフィルム216が光透過の材料からなるものを示したが、フレキシブルフィルム216における光信号の光路に孔部を形成するようにすれば、フレキシブルフィルム216を光透過の材料とする必要はない。
さらに、前記実施形態においては、各配線216a,216bが回路面212d1(212e1)の真上に形成されていないものを示したが、例えば、回路面212d1(212e1)における光信号の送受を阻害しない箇所については配線216a,216bを形成しておいても何ら支障をきたすことはない。すなわち、配線216a,216bの層は、光電素子212に要求される平行度、強度等に応じて形状等を適宜変更することができる。この場合、光電素子212におけるフレキシブルフィルム216の厚さを均一にすることができるし、配線216a,216bにより剛性が増すことから製造等においても有利である。
また、前記実施形態においては、被覆部材としてポリイミドからなるフレキシブルフィルム216を用いたものを示したが、被覆部材が他の樹脂等であったり、例えばセラミック等の無機材料と樹脂のコンパウンドなどであっても良いことは勿論であるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
本発明の一実施形態を示すものであって、光モジュールを用いてモジュール基板同士を接続したマザーボードの概略説明図である。 光モジュールの外観斜視図である。 図2の光モジュールをA−A方向に切断した場合の光モジュールの断面図であり、モジュール基板等との関係を示す図である。 図2の光モジュールをA−A方向に切断した場合におけるサブモジュールとファイバコネクタを分離した状態の光モジュールの断面図であり、モジュール基板等との関係を示す図である。 図2において、光モジュールをB−B断面で切断し、切断面を上方から見た光モジュールの断面図である。 光モジュールの断面説明図であり、(a)は組立前のもの、(b)はフレキシブルフィルムを曲成させた状態のもの、(c)は組立後のもの、(d)はインターポーザに接続されたものを示す。 光モジュールの第1配線及びグランド配線の配置状態を示す上面模式説明図である。 変形例を示す光モジュールの分解斜視説明図である。 変形例を示す光モジュールの断面説明図である。 変形例を示す光モジュールの断面説明図である。 変形例を示す光モジュールの断面説明図である。 変形例を示すものであって光モジュールの第1配線及びグランド配線の配置状態を示す上面模式説明図である。 変形例を示す光モジュールの横断面図であって、(a)は光電素子が発光部をなすものを示し、(b)は光電素子が受光部をなすものを示す。 変形例を示す光モジュールの断面説明図である。 図14の光モジュールの作製方法を説明する図である。 VCSELの発光パターン例を説明する図である。 図16に示すVCSELの発光パターンを実現させるためのレンズの断面形状を説明する図である。 図17に示すレンズの断面形状を実現させるための、加熱ステージ表面の溝形成方法の一例を説明する図である。 図16(a)に発光パターンを実現させるためのレンズ断面形状であって、図17(a)とは異なるレンズの断面形状を説明する図である 従来の光モジュールの概略構成説明図であって、(a)は接続ピンとジャックが離隔した状態を示し、(b)は接続ピンとジャックが接触している状態を示す。 従来の光モジュールの概略構成を示す斜視図である。 従来の光モジュールの概略構成を示す断面図である。 従来の光モジュールの概略構成を示すものであって、(a)は上面図、(b)は断面図である。
符号の説明
100 マザーボード
106 モジュール基板
108 モジュール基板
112 信号配線
114 電源配線
200 光モジュール
202 光ファイバアレイ
204 サブモジュール
206 ファイバコネクタ
210 光モジュール端子
212 光電素子
212d VCSEL
212d1 回路面
212e PD
212e1 回路面
214 周辺IC
214d ドライバ
214e レシーバ
216 フレキシブルフィルム
216a 第1配線
216b 第2配線
216c グランド層
216d グランド配線
216e ビア
220 穴
222 穴
224 電極
226 電極
228 バンプ
230 外部端子
231 はんだボール
232 インターポーザ
234 コネクタホールダ
234a 穴
236 ハウジング
236a ピン
240 ミラー
300 光モジュール
310 レンズ
320 ホルダ
330 ヒートシンク
332 凹部
334 放熱部材に設けられた連通孔
335 被覆部材に設けられた貫通孔
340 樹脂
350 光電素子の発光部または受光部
360 突起形状
361 熱可塑性のポリイミド
362 光電素子の発光部または受光部とその周辺に相当する領域
370 溝
380 加熱ステージ
400 Gaイオンビーム
420 ビーム強度分布
440 フレネルレンズ

Claims (11)

  1. 光ファイバと光学的に接続される光電素子と、
    前記光電素子と電気的に接続される半導体素子と、
    前記光電素子及び前記半導体素子を一括して被覆する被覆部材と、を備え、
    前記被覆部材に、前記光電素子及び前記半導体素子を電気的に接続する第1配線が設けられるとともに、前記半導体素子と外部基板とを電気的に接続する第2配線が設けられることを特徴とする光モジュール。
  2. 前記光電素子及び前記半導体素子は、それぞれ略平板状であり、延在方向に並べて配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。
  3. 前記光電素子または前記半導体素子の放熱のための放熱部材を備え、
    前記被覆部材は、前記光電素子、前記半導体素子及び前記放熱部材を一括して被覆す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. 前記放熱部材は、略平板状であり、前記光電素子及び前記半導体素子を収容する凹部が一面に形成され、他面と前記凹部とを連通し製造時に樹脂を前記凹部に流し込むための連通孔を有することを特徴とする請求項3に記載の光モジュール。
  5. 前記連通孔が設けられた前記放熱部材を被覆する前記被覆部材には、前記連通孔と合致する位置に貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の光モジュール。
  6. 前記被覆部材に設けられた貫通孔と前記放熱部材に設けられた連通孔を通じて、少なくとも前記光電素子または前記半導体素子のいずれか一方と前記放熱部材との隙間に樹脂が挿入されていることを特徴とする請求項5に記載の光モジュール。
  7. 前記樹脂が導電性樹脂であることを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載の光モジュール。
  8. 前記放熱部材はグランドと接続されていることを特徴とする請求項3から7のいずれか一項に記載の光モジュール。
  9. 前記第1配線は複数設けられ、
    前記被覆部材に、前記各第1配線の間に配されグランドと接続されるグランド配線が設けられることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の光モジュール。
  10. 前記放熱部材は、前記光電素子側と前記半導体素子側とで分離していることを特徴とする請求項3から9のいずれか一項に記載の光モジュール。
  11. 前記光電素子と前記半導体素子とを被覆している前記被覆部材の外部表面において、
    光電素子の発光部または受光部とその周辺に相当する領域だけ、前記被覆部材の外部表面を構成している絶縁材料が突起形状になっており、
    前記被覆部材の外部表面を構成している絶縁材料が熱可塑性のポリイミドであることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の光モジュール。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009086541A (ja) * 2007-10-02 2009-04-23 Fuji Xerox Co Ltd 光モジュール
JP2010250293A (ja) * 2009-03-10 2010-11-04 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte Ltd 放熱を行い、微粒子およびハンドリングからモジュールのコンポーネントを保護する放熱システムを有する並列光トランシーバモジュール
JP2011081343A (ja) * 2009-07-07 2011-04-21 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte Ltd 溶接可能な挿入部を有する並列光通信装置
WO2011129183A1 (ja) * 2010-04-13 2011-10-20 株式会社日立製作所 光伝送モジュールおよびこれを用いた光通信装置
JP2011253180A (ja) * 2010-05-03 2011-12-15 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte Ltd 並列光トランシーバ・モジュールと共に使用する、浮遊物体からこのモジュールの部品を保護するための保護ソケット
US8090228B2 (en) 2008-06-30 2012-01-03 Fujitsu Limited Photoelectric conversion device, photoelectric conversion module and method of manufacturing photoelectric conversion device
JP2014053534A (ja) * 2012-09-10 2014-03-20 Hitachi Metals Ltd 半導体装置、通信機器、及び半導体パッケージ
KR20150032623A (ko) 2013-09-19 2015-03-27 소니 주식회사 광 전송 모듈
JP2015204547A (ja) * 2014-04-15 2015-11-16 日本電信電話株式会社 高周波部品の接続構造
US9235001B2 (en) 2014-05-08 2016-01-12 Fujitsu Limited Optical device and optical module
US9383530B2 (en) 2012-09-04 2016-07-05 Sony Corporation Connector, method of manufacturing same, and optical communication system
US10270532B2 (en) 2004-06-02 2019-04-23 Sony Corporation Optical transmission module

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7829994B2 (en) * 2007-09-24 2010-11-09 Sixis, Inc. Semiconductor substrate elastomeric stack
US7709966B2 (en) * 2007-09-25 2010-05-04 Sixis, Inc. Large substrate structural vias
WO2009119904A1 (ja) 2008-03-28 2009-10-01 日本電気株式会社 半導体装置、その製造方法、プリント回路基板および電子機器
US20090267183A1 (en) * 2008-04-28 2009-10-29 Research Triangle Institute Through-substrate power-conducting via with embedded capacitance
US8129834B2 (en) * 2009-01-26 2012-03-06 Research Triangle Institute Integral metal structure with conductive post portions
US8987018B2 (en) * 2009-04-22 2015-03-24 Lite-On Electronics (Guangzhou) Limited Method for forming a light-emitting case and related light-emitting module
US9653500B2 (en) * 2010-03-22 2017-05-16 Xintec Inc. Optical cover plate with improved solder mask dam on glass for image sensor package and fabrication method thereof
US9031104B2 (en) 2011-05-10 2015-05-12 Obzerv Technologies Inc. Low inductance laser diode bar mount
US9116022B2 (en) 2012-12-07 2015-08-25 Analog Devices, Inc. Compact sensor module
US9297971B2 (en) * 2013-04-26 2016-03-29 Oracle International Corporation Hybrid-integrated photonic chip package with an interposer
DE102014110067A1 (de) * 2014-07-17 2016-01-21 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
JP2016214512A (ja) * 2015-05-19 2016-12-22 株式会社東芝 センサ
US9791645B2 (en) * 2015-09-30 2017-10-17 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Methods, devices and systems that dissipate heat and facilitate optical alignment in optical communications modules
EP3410471A4 (en) * 2016-01-27 2019-09-25 KYOCERA Corporation WIRING SUBSTRATE, SECTION FOR OPTICAL SEMICONDUCTOR ELEMENT AND OPTICAL SEMICONDUCTOR ELEMENT
TWI598653B (zh) * 2016-03-16 2017-09-11 峰川光電股份有限公司 光電轉換組件
WO2018045597A1 (en) 2016-09-12 2018-03-15 Xiamen Chaoxuan Photoelectric Technology Co., Ltd. System and device with laser array illumination
WO2020118031A1 (en) 2018-12-06 2020-06-11 Analog Devices, Inc. Integrated device packages with passive device assemblies
US12002838B2 (en) 2018-12-06 2024-06-04 Analog Devices, Inc. Shielded integrated device packages
WO2020135497A1 (en) * 2018-12-26 2020-07-02 Xiamen Chaoxuan Photoelectric Technology Co., Ltd. System and device with laser array illumination
US11664340B2 (en) 2020-07-13 2023-05-30 Analog Devices, Inc. Negative fillet for mounting an integrated device die to a carrier
US20230092060A1 (en) * 2021-09-20 2023-03-23 Intel Corporation Optical circuit with optical port in sidewall

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4050402B2 (ja) * 1998-08-25 2008-02-20 日本オプネクスト株式会社 光電子装置およびその製造方法
JP3990090B2 (ja) * 2000-03-31 2007-10-10 日本オプネクスト株式会社 光電子装置およびその製造方法
JP2004240220A (ja) 2003-02-06 2004-08-26 Seiko Epson Corp 光モジュール及びその製造方法、混成集積回路、混成回路基板、電子機器、光電気混載デバイス及びその製造方法
JP4131935B2 (ja) 2003-02-18 2008-08-13 株式会社東芝 インターフェイスモジュールとインターフェイスモジュール付lsiパッケージ及びその実装方法
US6879545B2 (en) * 2003-06-28 2005-04-12 General Dynamics Advanced Information Systems, Inc. Woven fiber protection cable assembly for use in optical fiber hydrophone array
JP2005044966A (ja) 2003-07-28 2005-02-17 Toshiba Corp 光半導体モジュールと光半導体装置
JP4603581B2 (ja) * 2005-07-25 2010-12-22 富士通株式会社 半導体チップモジュール

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10270532B2 (en) 2004-06-02 2019-04-23 Sony Corporation Optical transmission module
JP2009086541A (ja) * 2007-10-02 2009-04-23 Fuji Xerox Co Ltd 光モジュール
US8090228B2 (en) 2008-06-30 2012-01-03 Fujitsu Limited Photoelectric conversion device, photoelectric conversion module and method of manufacturing photoelectric conversion device
JP2010250293A (ja) * 2009-03-10 2010-11-04 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte Ltd 放熱を行い、微粒子およびハンドリングからモジュールのコンポーネントを保護する放熱システムを有する並列光トランシーバモジュール
JP2011081343A (ja) * 2009-07-07 2011-04-21 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte Ltd 溶接可能な挿入部を有する並列光通信装置
WO2011129183A1 (ja) * 2010-04-13 2011-10-20 株式会社日立製作所 光伝送モジュールおよびこれを用いた光通信装置
JP2011221386A (ja) * 2010-04-13 2011-11-04 Hitachi Ltd 光伝送モジュールおよびこれを用いた光通信装置
JP2011253180A (ja) * 2010-05-03 2011-12-15 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte Ltd 並列光トランシーバ・モジュールと共に使用する、浮遊物体からこのモジュールの部品を保護するための保護ソケット
US9383530B2 (en) 2012-09-04 2016-07-05 Sony Corporation Connector, method of manufacturing same, and optical communication system
JP2014053534A (ja) * 2012-09-10 2014-03-20 Hitachi Metals Ltd 半導体装置、通信機器、及び半導体パッケージ
KR20150032623A (ko) 2013-09-19 2015-03-27 소니 주식회사 광 전송 모듈
US9893815B2 (en) 2013-09-19 2018-02-13 Sony Corporation Optical transmission module
US10782491B2 (en) 2013-09-19 2020-09-22 Sony Corporation Optical transmission module
KR102282534B1 (ko) 2013-09-19 2021-07-29 소니그룹주식회사 광 전송 모듈
US11300739B2 (en) 2013-09-19 2022-04-12 Sony Group Corporation Optical transmission module
US11719896B2 (en) 2013-09-19 2023-08-08 Sony Group Corporation Optical transmission module
JP2015204547A (ja) * 2014-04-15 2015-11-16 日本電信電話株式会社 高周波部品の接続構造
US9235001B2 (en) 2014-05-08 2016-01-12 Fujitsu Limited Optical device and optical module

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