JP2007249194A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
【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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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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