JP2009258341A

JP2009258341A - 光モジュール、光電変換器

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Publication number: JP2009258341A
Application number: JP2008106520A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Shiratori; 雅之白鳥; Shuichi Aihara; 周一藍原
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2009-11-05
Also published as: KR101045948B1; EP2209030A1; CN101855580A; EP2209030A4; US20100239211A1; KR20100063758A; WO2009128290A1

Abstract

【課題】本発明の目的は、横幅が狭く、かつ低コスト化が可能な光モジュールを提供することである。
【解決手段】本発明の光モジュールは、光導波路基板、発光素子、受光素子、発光素子用ＩＣ、受光素子用ＩＣ、プラグボディを備える。光導波路基板は、光入出力面と、光入出力面から異なる距離に配置された２つの傾斜反射面を有する。発光素子は、光導波路基板上の傾斜反射面の一方に対応する位置に配置される。受光素子は、光導波路基板上の傾斜反射面の他方に対応する位置に配置される。発光素子用ＩＣは、発光素子を制御する。受光素子用ＩＣは、受光素子を制御する。プラグボディは、複数の絶縁体層によって形成され、絶縁体層の異なる層に、発光素子と発光素子用ＩＣとの間の発光素子用配線パターンと、受光素子と受光素子用ＩＣとの間の受光素子用配線パターンとを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気信号と光信号との変換、光信号の送受を行うための光モジュール、光電変換器に関する。

光導波路と電気配線を有する光モジュールとしては、特許文献１、特許文献２の例がある。これらの光モジュールでは、電気信号と光信号との変換、光信号の送受を１つのモジュールで行う方法が提案されている。
特開２００６−９１２４１号公報特開２０００−２１４３５１号公報

特許文献１の光モジュールは、耐ノイズ性に優れると共に、高速・大容量・高品質な情報伝送が可能な光電気複合配線部品を提供することを目的としているが、更なる小型化や高周波特性向上に問題がある。

特許文献２のように、光導波路の傾斜面を用いて光導波路の光を受光素子に導いたり、発光素子の光を光導波路に導いたりする光モジュールでは、傾斜面が光導波路の端にあるので、受光素子と発光素子とを横並びに配置させることが一般的であった。したがって、信号レベルの差が大きい発光素子と受光素子が近接した位置に配置されるため、この部分での電磁気的なクロストークおよび光学的な（迷光による）クロストークの抑制が課題となってきた。そこで、従来は発光素子と受光素子とを何らかの方法で十分に離す、または間にシールドを設けるなどの対策が必要であった。これらの対策は、光モジュールの横幅（光の進行方向に垂直な方向の幅）を広くせざるをえないことや構造が複雑になることの原因であり、光モジュールの小型化や低コスト化の障害となっていた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、横幅（光の進行方向に垂直な方向の幅）が狭く、かつ低コスト化が可能な光モジュールを提供することを目的とする。

本発明の光モジュールは、光導波路基板、発光素子、受光素子、発光素子用ＩＣ、受光素子用ＩＣ、プラグボディを備える。光導波路基板は、光入出力面と、光入出力面から異なる距離に配置された２つの傾斜反射面を有する。発光素子は、光導波路基板上の傾斜反射面の一方に対応する位置に配置される。受光素子は、光導波路基板上の傾斜反射面の他方に対応する位置に配置される。発光素子用ＩＣは、発光素子を制御する。受光素子用ＩＣは、受光素子を制御する。プラグボディは、複数の絶縁体層によって形成され、絶縁体層の異なる層に、発光素子と発光素子用ＩＣとの間の発光素子用配線パターンと、受光素子と受光素子用ＩＣとの間の受光素子用配線パターンとを有する。また、受光素子用配線パターンの長さを、発光素子用配線パターンの長さ以下とすればなおよい。

本発明の光モジュールによれば、光導波路基板が光入出力面から異なる距離に配置された２つの傾斜反射面を有するので、横幅を広げることなく発光素子と受光素子とを離すことができる。したがって、光学的な（迷光による）クロストークを抑制できる。また、発光素子用配線パターンと受光素子用配線パターンに対しては、絶縁体層の異なる層に形成することによっても距離を確保できる。したがって、電磁気的なクロストークも抑制できる。しかも、シールドなどの付加的な構成部を必要としないので、横幅（光の進行方向に垂直な方向の幅）が狭く、かつ低コスト化が可能である。また、受光素子用配線パターンの長さが、発光素子用配線パターンの長さ以下となるように配置すれば、信号レベルの低い受信信号へのクロストークをさらに抑えることができるので、高周波特性の改善も図れる。

以下に、本発明の実施例を説明する。

図１は、実施例１の光モジュールを用いた光電変換器の構成例を示す上方斜視図である。図２は、実施例１の光モジュールを用いた光電変換器の構成例を示す下方斜視図である。光電変換器１０は、光モジュール１００、レセプタクル２００、ロッキングカバー３００から構成される。光モジュール１００は、光導波路４００を介して対向する光モジュール５００と接続されている。光モジュール１００、５００は、複数（図２では１６個）の電気接点１６０、５６０を備えている。図１、図２の例では、電気接点１６０、５６０は光モジュール１００、５００の裏面に備えられているが、この位置に限定する必要はない。

レセプタクル２００は、光モジュール１００の位置を決めるためのレセプタクルボディー２０１と、電気接点１６０と電気的に接触する複数（図１、図２では１６個）のコンタクト２０２と、コンタクト２０２と電気的につながっており、回路基板などと電気的に接続するための複数（図１、図２では１６個）の端子２０３を備えている。

ロッキングカバー３００は、光モジュール１００をレセプタクル２００に位置決めされた状態で固定するためのカバーである。ロッキングカバー３００は、カバー部３１０とレセプタクル保持部３０１〜３０５を備える。図１、図２の例では、レセプタクル保持部３０４、３０５の可動範囲を広くするために、カバー部３１０は４つの切れ込み３０６を備えている。なお、光モジュール１００を位置決めする方法や固定する方法は、図１、図２の方法に限定する必要はなく、適宜設計すれば良い。

図３は、光モジュール１００の構成例を示す斜視図である。図４は、プラグカバー１０１を除いた光モジュール１００の構成例を示す図である。図４（Ａ）は平面図を示しており、図４（Ｂ）はＡ−Ａ断面図を示している。光モジュール１００は、光導波路基板１０３、発光素子１０４、受光素子１０５、発光素子用ＩＣ１０７、受光素子用ＩＣ１０６、プラグボディ１０２、プラグカバー１０１を備える。プラグカバー１０１は、プラグボディ１０２の内部を覆うためのカバーである。光導波路基板１０３は、光入出力面１３３と、光入出力面１３３から異なる距離に配置された２つの傾斜反射面１２４、１２６を有する。発光素子１０４は、光導波路基板１０３上の傾斜反射面１２４に対応する位置に配置される。受光素子１０５は、光導波路基板１０３上の傾斜反射面１２６に対応する位置に配置される。発光素子１０４と受光素子１０５は、傾斜反射面１２４、１２６によって光導波路基板１０３と光学的に結合している。発光素子用ＩＣ１０７は、複数の入出力用の端子１３７を有し、発光素子１０４を制御する。受光素子用ＩＣ１０６は、複数の入出力用の端子１３６を有し、受光素子１０５を制御する。プラグボディ１０２は、複数の絶縁体層１０２−１〜４によって形成され、絶縁体層の異なる層に、発光素子と発光素子用ＩＣとの間の発光素子用配線パターン１２１と、受光素子と受光素子用ＩＣとの間の受光素子用配線パターン１２０とを有する。なお、絶縁体層１０２−１〜４はセラミックで構成するのが好ましい。図４（Ｂ）の例では、発光素子用配線パターン１２１は絶縁体層１０２−１上に形成されており、受光素子用配線パターン１２０は絶縁体層１０２−２上に形成されている。さらに、絶縁体層１０２−２上には、グランドパターン１２２も形成されている。

プラグボディ１０２の絶縁体層１０２−３と１０２−４は、コの字型である。光導波路基板１０３、発光素子用ＩＣ１０７、受光素子用ＩＣ１０６は、絶縁体層１０２−２上の絶縁体層１０２−３と１０２−４に囲まれた部分に配置されている。プラグボディ１０２の裏面には、複数の電気接点１６０が形成されており、図示されていない配線によって、発光素子用ＩＣ１０７の端子１３７の一部や受光素子用ＩＣ１０６の端子１３６の一部とそれぞれ接続されている。したがって、発光素子用ＩＣ１０７の端子１３７や受光素子用ＩＣ１０６の端子１３６は、レセプタクル２００の端子２０３と電気的に接続されており、回路基板などからの給電や電気信号の授受が可能となる。

光導波路基板１０３は、光入出力面１３３で光導波路４００と対向しており、光導波路４００のコア４０１と光導波路基板１０３のコア１３１とが光学的に接続される。また、光導波路４００のコア４０２と光導波路基板１０３のコア１３２とが光学的に接続される。コア１３１の周りにはクラッド１４１が形成されており、コア１３１の一部にキャビティ１２３が形成されることによって、傾斜反射面１２４が形成されている。コア１３２の周りにはクラッド１４２が形成されており、コア１３２の一部にキャビティ１２５が形成されることによって、傾斜反射面１２６が形成されている。なお、キャビティ１２３、１２５は、レーザ加工などの方法によって形成すればよい。また、光導波路基板１０３には、配線用の切り欠き部１３４が形成されている。なお、切り欠き部は、穴でもよい。

図３、図４の例では、発光素子１０４から出た２本の配線（図示されていない）は、２つの発光素子用ボンディングパド１１０に接続されている。２つの発光素子用ボンディングパド１１０は、２本の発光素子用ボンディングワイヤ１０８によって、それぞれ２つの発光素子用ＩＣ用ボンディングパド１１１に接続されている。２つの発光素子用ＩＣ用ボンディングパド１１１は、発光素子用配線パターン１２１を介して、それぞれ発光素子用ＩＣ１０７の端子１３７のいずれかに接続されている。なお、２つの発光素子用ＩＣ用ボンディングパド１１１は、絶縁体層１０２−２上の切り欠き部１３４によって生じたスペースに形成されている。また、受光素子１０５から出た２本の配線（図示されていない）は、２つの受光素子用ボンディングパド１１２に接続されている。２つの受光素子用ボンディングパド１１２は、２本の受光素子用ボンディングワイヤ１０９によって、それぞれ２つの受光素子用ＩＣ用ボンディングパド１１３に接続されている。２つの受光素子用ＩＣ用ボンディングパド１１３は、受光素子用配線パターン１２０を介して、それぞれ受光素子用ＩＣ１０６の端子１３６のいずれかに接続されている。なお、例えば、発光素子１０４（受光素子１０５）は、光導波路基板１０３上に形成されたＦＣＢ（フリップチップボンディング）用パドに接続され、光導波路基板１０３の表層または内層の配線パターンによって発光素子用ボンディングパド１１０（受光素子用ボンディングパド１１２）に接続すればよい。

光モジュール１００によれば、光導波路基板が光入出力面１３３から異なる距離に配置された２つの傾斜反射面１２４、１２６を有するので、横幅を広げることなく発光素子１０４と受光素子１０５とを離すことができる。したがって、光学的な（迷光による）クロストークを抑制できる。また、発光素子用配線パターン１２１と受光素子用配線パターン１２０に対しては、絶縁体層１２０−１〜４の異なる層に形成することによっても距離を確保できる。したがって、電磁気的なクロストークも抑制できる。しかも、シールドなどの付加的な構成部を必要としないので、横幅（光の進行方向に垂直な方向の幅）が狭く、かつ低コスト化が可能である。

また、受光素子用配線パターン１２０の長さが、発光素子用配線パターン１２１の長さよりも極めて短い配置である。送信信号のレベルは、受信信号のレベルの数１００〜数１０００倍なので、信号レベルの低い受信信号の方がクロストークの影響を受けやすい。光モジュール１００の場合、受光素子用配線パターン１２０の長さが非常に短いので、クロストークをさらに抑えることができ、高周波特性の改善も図れる。

［変形例］
図５は、変形例の光モジュールのＡ−Ａ断面図を示している。本変形例の光モジュール１００’のプラグボディ１０２’は、切り欠き部１３４の位置に絶縁体部１５１も有する。そして、光モジュール１００’は、絶縁体部１５１上に形成された発光素子用ＩＣ用ボンディングパド１５２と、発光素子用ＩＣ用ボンディングパド１５２と発光素子用ＩＣ１０７の端子１３７とを接続する発光素子用配線パターン１５３と、発光素子用ＩＣ用ボンディングパド１５２と発光素子用ボンディングパド１１０とを接続する発光素子用ボンディングワイヤ１５４とを有する。光モジュール１００’は、絶縁体部１５１を有する点と、発光素子用ＩＣ用ボンディングパド１５２、発光素子用配線パターン１５３、発光素子用ボンディングワイヤ１５４が、光モジュール１００と異なる。その他の構成は光モジュール１００と同じである。

光モジュール１００’も実施例1と同じ効果を持つ。さらに、絶縁体部１５１と切り欠き部１３４とが、嵌め合いの関係になるので、光導波路基板１０３を位置決めする効果および抜け防止の効果も有する。

図６は、プラグカバーを除いた実施例２の光モジュールの構造例を示す平面図である。光モジュール７００は、光導波路基板７０３、発光素子７０４、受光素子７０５、発光素子用ＩＣ７０７、受光素子用ＩＣ７０６、プラグボディ７０２、プラグカバー（図示されていない）を備える。光モジュール７００は、光ファイバモジュール１００と構成部の配置が異なる。具体的には、光ファイバモジュール１００では、光導波路基板１０３の光入出力面１３３から、発光素子１０４、受光素子１０５、受光素子用ＩＣ１０６、発光素子用ＩＣ１０７の順番で配置されている。一方、光モジュール７００では、光導波路基板７０３の光入出力面７３３から、受光素子７０５、受光素子用ＩＣ７０６、発光素子用ＩＣ７０７、発光素子７０４の順番で配置されている。この構成の場合、光導波路基板７０３は光導波路基板１０３よりも大きくなり、切り欠き部７３４も切り欠き部１３４よりも大きくなる。ただし、光モジュール７００の各構成部は、配置の違いに伴う変更以外は、光ファイバモジュール１００の各構成部と同じである。

光導波路基板７０３は、光導波路基板１０３と同じように、光入出力面７３３と、光入出力面７３３から異なる距離に配置された２つの傾斜反射面（図示されていない）を有する。発光素子７０４は、光導波路基板７０３上の傾斜反射面（図示されていない）に対応する位置に配置される。受光素子７０５は、光導波路基板７０３上の傾斜反射面（図示されていない）に対応する位置に配置される。発光素子７０４と受光素子７０５は、傾斜反射面によって光導波路基板７０３と光学的に結合している。発光素子用ＩＣ７０７は、発光素子７０４を制御する。受光素子用ＩＣ７０６は、受光素子７０５を制御する。プラグボディ７０２は、複数の絶縁体層によって形成され、絶縁体層の異なる層に、発光素子と発光素子用ＩＣとの間の発光素子用配線パターンと、受光素子と受光素子用ＩＣとの間の受光素子用配線パターンとを有する。

光導波路基板７０３は、光入出力面７３３で光導波路４００と対向しており、光導波路４００のコア４０１と光導波路基板７０３のコア７３１とが光学的に接続される。また、光導波路４００のコア４０２と光導波路基板７０３のコア７３２とが光学的に接続される。

発光素子７０４から出た２本の配線（図示されていない）は、２つの発光素子用ボンディングパド７１１に接続されている。２つの発光素子用ボンディングパド７１１は、２本の発光素子用ボンディングワイヤ７０８によって、それぞれ２つの発光素子用ＩＣ用ボンディングパド７１０に接続されている。２つの発光素子用ＩＣ用ボンディングパド７１０は、発光素子用配線パターン７２０を介して、それぞれ発光素子用ＩＣ７０７に接続されている。また、受光素子７０５から出た２本の配線（図示されていない）は、２つの受光素子用ボンディングパド７１２に接続されている。２つの受光素子用ボンディングパド７１２は、２本の受光素子用ボンディングワイヤ７０９によって、それぞれ２つの受光素子用ＩＣ用ボンディングパド７１３に接続されている。２つの受光素子用ＩＣ用ボンディングパド７１３は、受光素子用配線パターン７２１を介して、それぞれ受光素子用ＩＣ７０６に接続されている。なお、例えば、発光素子７０４（受光素子７０５）は、光導波路基板７０３上に形成されたＦＣＢ（フリップチップボンディング）用パドに接続され、光導波路基板７０３の表層または内層の配線パターンによって発光素子用ボンディングパド７１１（受光素子用ボンディングパド７１２）に接続すればよい。

光モジュール７００によれば、光導波路基板７０３が光入出力面７３３から異なる距離に配置された２つの傾斜反射面を有し、かつ切り欠き部７３４が光モジュール１００よりも大きいので、横幅を広げることなく、発光素子７０４と受光素子７０５とを実施例１以上に離すことができる。したがって、光学的な（迷光による）クロストークをさらに抑制できる。また、発光素子用配線パターンと受光素子用配線パターンとを、離れた位置に形成できるので、絶縁体層の異なる層に形成すること以上に距離を離すことができる。したがって、電磁気的なクロストークもさらに抑制できる。しかも、シールドなどの付加的な構成部を必要としないので、横幅（光の進行方向に垂直な方向の幅）が狭く、かつ低コスト化が可能である。また、受光素子用配線パターンの長さも短くできるので、高周波特性の改善も図れる。

実施例１の光モジュールを用いた光電変換器の構成例を示す上方斜視図。実施例１の光モジュールを用いた光電変換器の構成例を示す下方斜視図。実施例１の光モジュールの構成例を示す斜視図。プラグカバーを除いた実施例１の光モジュールの構成例を示す図。プラグカバーを除いた実施例１の変形例の光モジュールの構成例を示す断面図。プラグカバーを除いた実施例２の光モジュールの構成例を示す平面図。

符号の説明

１０光電変換器
１００、１００’、５００、７００光モジュール
１０１プラグカバー１０２、７０２プラグボディ
１０２−１〜４絶縁体層１０３、７０３光導波路基板
１０４、７０４発光素子１０５、７０５受光素子
１０６、７０６受光素子用ＩＣ１０７、７０７発光素子用ＩＣ
１０８、１５４、７０８発光素子用ボンディングワイヤ
１０９、７０９受光素子用ボンディングワイヤ
１１０、７１１発光素子用ボンディングパド
１１１、１５２、７１０発光素子用ＩＣ用ボンディングパド
１１２、７１２受光素子用ボンディングパド
１１３、７１３受光素子用ＩＣ用ボンディングパド
１２０、７２１受光素子用配線パターン
１２１、１５３、７２０発光素子用配線パターン
１２２グランドパターン１２３、１２５キャビティ
１２４、１２６傾斜反射面１３１、１３２、７３１、７３２コア
１３３、７３３光入出力面１３４、７３４切り欠き部
１３６、１３７端子１４１、１４２クラッド
１５１絶縁体部
１６０、５６０電気接点
２００レセプタクル２０１レセプタクルボディー
２０２コンタクト２０３端子
３００ロッキングカバー３０１〜３０５レセプタクル保持部
３０６切れ込み３１０カバー部
４００光導波路４０１、４０２コア

Claims

光入出力面と、前記光入出力面から異なる距離に配置された２つの傾斜反射面を有する光導波路基板と、
前記光導波路基板上の前記傾斜反射面の一方に対応する位置に配置された発光素子と、
前記光導波路基板上の前記傾斜反射面の他方に対応する位置に配置された受光素子と、
前記発光素子を制御する発光素子用ＩＣと、
前記受光素子を制御する受光素子用ＩＣと、
複数の絶縁体層によって形成され、前記絶縁体層の異なる層に、前記発光素子と前記発光素子用ＩＣとの間の発光素子用配線パターンと、前記受光素子と前記受光素子用ＩＣとの間の受光素子用配線パターンとを有するプラグボディと
を備える光モジュール。
請求項１記載の光モジュールであって、
前記受光素子用配線パターンの長さは、前記発光素子用配線パターンの長さ以下である
ことを特徴とする光モジュール。
請求項１記載の光モジュールであって、
前記光導波路基板の前記光入出力面から、前記発光素子、前記受光素子、前記受光素子用ＩＣ、前記発光素子用ＩＣの順番で配置されている
ことを特徴とする光モジュール。
請求項１記載の光モジュールであって、
前記光導波路基板の前記光入出力面から、前記受光素子、前記受光素子用ＩＣ、前記発光素子用ＩＣ、前記発光素子の順番で配置されている
ことを特徴とする光モジュール。
請求項１から４のいずれかに記載の光モジュールであって、
前記光導波路基板は、配線用の切り欠き部または穴を有する
ことを特徴とする光モジュール。
請求項１から５のいずれかに記載の光モジュールであって、
前記絶縁体層は、セラミックである
ことを特徴とする光モジュール。
電気接点も有する請求項１から６のいずれかに記載の光モジュールと、
前記電気接点と電気的に接触するコンタクトを有するレセプタクルと
を備える光電変換器。