JP5962980B2

JP5962980B2 - 光電気複合モジュール

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Publication number: JP5962980B2
Application number: JP2012177010A
Authority: JP
Inventors: 廣仁宮崎; 小川　剛; 剛小川; 山田　和義; 和義山田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-08-09
Also published as: CN103576256B; US20180275361A1; US10761282B2; US9995893B2; US20170075084A1; US8950950B2; US20140044433A1; US20150160421A1; JP2014035473A; US9500822B2; CN103576256A

Description

本技術は、光電気複合モジュールに関し、特に、光ファイバが使用される機器において、損失を抑制しつつ、小型化と高密度化を実現することができるようにする光電気複合モジュールに関する。

近年、各種の電子機器において、取り扱う情報量の増加に伴い、情報伝送路として光ファイバが使用される場合が多くなっている。

この場合、例えば光ファイバの一端は、光送信モジュールを介して情報処理装置に接続される。この光送信モジュールは、情報処理装置から出力される電気信号を光信号に変換して光ファイバに光を射出する。また、この光ファイバの他端には、光受信モジュールが接続される。この光受信モジュールは、光ケーブルを伝播した光信号を電気信号に変換する。

また、取り扱う情報量の増加に伴い、さらなる情報通信の高速化が強く求められてきている。

例えば、スーパーコンピュータやデータセンタなどにおいて、情報通信の高速化を図るためには、光送信モジュールや光受信モジュールを高密度にアレイ化して設置し、小型化する必要がある。

また、高密度にアレイ化することにより、部品の数も増加する傾向にあるが、これに伴って電子装置動作時に発生する熱量も必然的に増大することになる。したがって、十分なシールド効果を得ると同時に、十分な放熱対策を講じることが重要になる。

チップ部品のシールド構造において、シールド効果及び冷却効果を同時に十分に得るようにする技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−７１６５８号公報

しかしながら、光送信モジュールや光受信モジュールを高密度に実装する場合、隣り合うモジュールを避けて光ファイバを所望の方向に延在させる必要がある。このため、光送信モジュールや光受信モジュールを高密度に実装する場合、光ファイバを急峻に曲げる必要が生じてしまい、急峻に曲げた箇所は、光ファイバの損失が生じる。

光ファイバの曲げ半径を大きく取って、光ファイバを緩やかに曲げるようにすれば損失が生じないようになる。しかし、このようにすると、モジュール間の距離が、大きくなってしまうので、モジュールを高密度にアレイ化することができず、小型化の弊害となってしまう。

本技術はこのような状況に鑑みて開示するものであり、光ファイバが使用される機器において、損失を抑制しつつ、小型化と高密度化を実現することができるようにするものである。

本技術の一側面は、光ファイバケーブルを介して光信号を送信または受信し、光信号と電気信号の変換を行う光通信モジュールが複数配置された基板を備え、前記光通信モジュールを覆うシールドケースが、前記光通信モジュールに前記光ファイバケーブルが装着される位置から遠ざかる方向に向かって低く傾斜する面を有し、前記シールドケースの天面に、前記光通信モジュールの配線基板上に実装された部品のうち、厚みが最も大きい部品の厚みに応じて定まる第１の高さを有する水平な面と、前記光通信モジュールの配線基板上に実装された部品のうち、厚みが最も小さい部品の厚みに応じて定まる第２の高さを有する水平な面とが含まれ、前記光通信モジュールの配線基板上に実装された部品のうち、厚みが最も大きい部品が、シリコンインターポーザとされる光電気複合モジュールである。

前記シールドケースの天面において、前記第２の高さを有する水平な面が、前記光ファイバケーブルが延在する方向に２ｍｍ乃至１５ｍｍの長さで延在するようにすることができる。

前記第１の高さと前記第２の高さの差分が０.２ｍｍ以上とされるようにすることができる。

前記シールドケースが金属製の材料により構成されるようにすることができる。

本技術の一側面においては、光ファイバケーブルを介して光信号が送信または受信され、光信号と電気信号の変換を行う光通信モジュールが複数配置され、前記光通信モジュールを覆うシールドケースが、前記光通信モジュールに前記光ファイバケーブルが装着される位置から遠ざかる方向に向かって低く傾斜する面を有する。またシールドケースの天面に、光通信モジュールの配線基板上に実装された部品のうち、厚みが最も大きい部品の厚みに応じて定まる第１の高さを有する水平な面と、光通信モジュールの配線基板上に実装された部品のうち、厚みが最も小さい部品の厚みに応じて定まる第２の高さを有する水平な面とが含まれている。さらに光通信モジュールの配線基板上に実装された部品のうち、厚みが最も大きい部品が、シリコンインターポーザとされている。

本技術によれば、光ファイバが使用される機器において、損失を抑制しつつ、小型化と高密度化を実現することができる。

従来の光通信モジュールが高密度にアレイ化して設置された光電気複合モジュールの構成例を示す図である。光ファイバの曲げ半径と光量損失の関係を説明するグラフである。図１に示した光通信モジュールを、曲げ半径を考慮して基板に設置した場合の例を示す図である。本技術の一実施の形態に係る光通信モジュールの構成例を示す図である。本技術に係る光通信モジュールが高密度にアレイ化されて設置された光電気複合モジュールの構成例を示す図である。本技術の別の実施の形態に係る光通信モジュールの構成例を示す図である。

以下、図面を参照して、本技術の実施の形態について説明する。

光送信モジュールおよび光受信モジュールをまとめて光通信モジュールと称することにする。通常、複数の光通信モジュールが、予め電気的配線パターンなどが設けられた基板上に配置され、光電気複合モジュールとして構成されて、各種のコンピュータなどに組み込まれる。

また、コンピュータなどの装置の動作時に発生する熱量から光通信モジュールを保護するために、光通信モジュールの表面はシールドケースによって覆われている。

例えば、スーパーコンピュータやデータセンタなどにおいて、情報通信の高速化を図るためには、光通信モジュールを高密度にアレイ化して設置し、光電気複合モジュールを小型化する必要がある。

しかしながら、光通信モジュールを高密度に設置する場合、隣り合うモジュールを避けて光ファイバを所望の方向に延在させる必要がある。このため、光通信モジュールを高密度に実装する場合、光ファイバを急峻に曲げる必要が生じてしまい、急峻に曲げた箇所では、光量損失が生じる。

図１は、従来の光通信モジュールが高密度にアレイ化して設置された光電気複合モジュール１の構成例を示している。同図の例では、基板１０の上に、光通信モジュール２０−１乃至光通信モジュール２０−３が設置されている。

図１において、隣り合う光通信モジュール間の距離はｄとされている。すなわち、光通信モジュール２０−１と光通信モジュール２０−２は距離ｄだけ離して設置され、光通信モジュール２０−２と光通信モジュール２０−３も距離ｄだけ離して設置されている。

また、光通信モジュール２０−１は、プリント配線基板２２−１およびシリコンインターポーザ２３−１などがシールドケース２１−１により覆われて構成されている。光通信モジュール２０−２および光通信モジュール２０−３も、光通信モジュール２０−１と同様に構成されている。

なお、なお、図１は、便宜上、シールドケース２１−１の内部を透視できるように表現されており、例えば、シールドケース２１−１の側面などは描画されていない。

光通信モジュール２０−１乃至光通信モジュール２０−３にそれぞれ接続された光ファイバケーブル３１−１乃至光ファイバケーブル３１−３は、図中左側に配置されたコネクタ４０に向かって延在している。

例えば、光ファイバケーブル３１−１は、光通信モジュール２０−２と光通信モジュール２０−３を避けて図中左方向に延在する。このため、光ファイバケーブル３１−１は、矢印５１−１で示される位置において図中上方向に急峻に曲げられており、さらに、矢印５１−２で示される位置において図中左方向に急峻に曲げられている。

また、例えば、光ファイバケーブル３１−２は、光通信モジュール２０−３を避けて図中左方向に延在する。このため、光ファイバケーブル３１−２は、矢印５２−１で示される位置において図中上方向に急峻に曲げられており、さらに、矢印５２−２で示される位置において図中左方向に急峻に曲げられている。

このように光ファイバケーブルを急峻に曲げると、急峻に曲げた箇所では、光ファイバの光量損失が生じる。

図２は、光ファイバの曲げ半径と光量損失の関係を説明するグラフである。同図は、横軸が光ファイバの曲げ半径とされ、縦軸が光量損失の増加量とされ、線６１により曲げ半径と光量損失の関係が示されている。

なお、ここでは、光ファイバに入射される光の波長λ＝８５０ｎｍとした場合の光ファイバの曲げ半径と光量損失の関係が示されている。

図２に示されるように、線６１は、曲げ半径が２０ｍｍを下回る位置から急激に上昇している。すなわち、光ファイバの光量損失を抑制するためには、光電気複合モジュールにおいて光ファイバケーブルの曲げ半径が２０ｍｍ以上となるように設計することが望ましい。

しかしながら、光通信モジュールは、通常、１ｃｍ以下の極めて小さい部品として構成される。

図３は、図１に示した光通信モジュール２０−１乃至光通信モジュール２０−３を、光ファイバケーブルの曲げ半径が２０ｍｍ以上となるように、基板１０上に設置した場合の例を示す図である。

図３の場合、図１の場合とは異なり、光ファイバケーブル３１−１と光ファイバケーブル３１−２が急峻に曲げられている部分がない。しかし、図３の場合、図１の場合と比較して隣り合う光通信モジュール間の距離が大きくなっている。

つまり、図３の場合、隣り合う光通信モジュール間の距離は、ｄより大きいｄ´とされている。すなわち、光通信モジュール２０−１と光通信モジュール２０−２は距離ｄ´だけ離して設置され、光通信モジュール２０−２と光通信モジュール２０−３も距離ｄ´だけ離して設置されている。

図３のように、隣り合う光通信モジュール間の距離を大きくとって配置した場合、光ファイバの光量損失を抑制することはできるものの、極めて小さい部品として構成される光通信モジュールを高密度に設置することができない。すなわち、従来の技術では、光ファイバの光量損失を抑制しつつ、光通信モジュールを高密度に設置することができなかった。

そこで、本技術では、光ファイバの光量損失を抑制しつつ、光通信モジュールを高密度に設置できるようにする。

図４は、本技術の一実施の形態に係る光通信モジュールの構成例を示す図である。

同図に示される光通信モジュール１２０には、プリント配線基板１２２が設けられている。プリント配線基板１２２は、予め電気的配線パターンなどがプリントされた基板とされ、プリント配線基板１２２の図中上下に各種の部品が実装される。プリント配線基板１２２の上には、シリコンインターポーザ１２３、ＬＤＤ／ＴＩＡ１２５、チップ部品１２６が実装されている。また、シリコンインターポーザ１２３には、ＶＣＳＥＬ／ＰＤ１２４が取り付けられている。

ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）／ＰＤ１２４は、光ファイバケーブル１３１にレーザ光を照射し、また、入射したレーザ光を電気信号に変換する光学素子とされる。ＬＤＤ（Laser Diode Driver）／ＴＩＡ（Trans Impedance Amplifier）１２５は、ＶＣＳＥＬ／ＰＤ１２を駆動するドライバ、または、微小信号を増幅するためのＩＣとして機能する。

また、図４に示される光通信モジュール１２０は、プリント配線基板１２２上に実装された各種の部品を覆うようにシールドケース１２１が設けられている。シールドケース１２１は、金属製とされることが好ましい。なお、図４は、便宜上、シールドケース１２１の内部を透視できるように表現されており、例えば、シールドケース１２１の側面などは描画されていない。そして、シールドケース１２１の図中左側端部にソケット１２８が設けられ、ソケット１２８を通して光ファイバケーブル１３１が図中左に向かって延在することになる。

図４の例では、シールドケース１２１の天面（図中上側の面）には、プリント配線基板１２２から高さｈ１の水平な面として構成される領域、プリント配線基板１２２から高さｈ２の水平な面として構成される領域、および、高さｈ１から高さｈ２に傾斜する領域が含まれている。

すなわち、シールドケース１２１の天面は、ソケット１２８から図中横方向の長さｗ３に対応する領域１２１ａにおいて、プリント配線基板１２２から高さｈ１の水平な面として構成される。また、シールドケース１２１の天面は、上述した領域１２１ａの図中右側の長さｗ２に対応する領域１２１ｂにおいて、高さｈ１から高さｈ２に傾斜する面として構成される。さらに、シールドケース１２１の天面は、上述した領域１２１ｂの図中右側の長さｗ１に対応する領域１２１ｃにおいて、プリント配線基板１２２から高さｈ２の水平な面として構成される。

ここで、高さｈ１は、プリント配線基板１２２の上で、図中垂直方向の厚みが最も大きい部品であるシリコンインターポーザ１２３の厚みに対応して定まる高さとされる。高さｈ１は、通常、約０.８ｍｍ乃至０.２ｍｍとされる。

また、高さｈ２は、プリント配線基板１２２の上で、図中垂直方向の厚みが最も小さい部品であるチップ部品１２６の厚みに対応して定まる高さとされる。高さｈ２は、通常、約０.２ｍｍ乃至０.６ｍｍとされる。

なお、プリント配線基板１２２から光ファイバケーブル１３１までの高さｈ３は、ソケット１２８の配置位置や形状に対応して定まる高さとされる。

従来の光通信モジュールのシールドケースの天面は、プリント配線基板１２２の上全体に渡って、プリント配線基板１２２から高さｈ１の水平な面として構成されていた。すなわち、従来のシールドケースの天面は、プリント配線基板１２２の上で、図中垂直方向の厚みが最も大きい部品の高さに対応した一律の高さの水平な面として構成されていた。

これに対して、本技術に係る光通信モジュールのシールドケースの天面は、プリント配線基板１２２の上で、図中垂直方向の厚みが最も大きい部品の高さに対応した高さ（例えば、高さｈ１）から、より低い高さ（例えば、高さｈ２）に傾斜する面を有している。

ここで、隣り合う光通信モジュール間の距離をｄとし、光ファイバケーブルの曲げ半径をｒとする。高さｈ１および高さｈ３および曲げ半径ｒを用いて、式（１）により距離ｄを導出することができる。

ｄ＝（ｒ²−（ｒ−（ｈ１−ｈ３））²）^1/2
・・・（１）

例えば、（ｈ１−ｈ３）＝１ｍｍであったとすると、従来の光通信モジュールのシールドケースのように、プリント配線基板１２２の上全体に渡って、プリント配線基板１２２から高さｈ１の水平な天面を設けた場合、式（１）より距離ｄは、６.２ｍｍとなる。つまり、従来の方式では、隣り合う光通信モジュール間の距離を６.２ｍｍ以上とって配置する必要があった。

これに対して、図４に示されるように本技術に係る光通信モジュールを用いる場合、（ｗ１＋ｗ２）が６.２ｍｍ以上であれば、距離ｄをほぼ０とすることができる。一般的なサイズの光通信モジュールを構成する場合、ｗ１を２乃至１５ｍｍとし、かつ（ｈ１−ｈ２）＝０.２ｍｍ以上とすることが望ましい。

図５は、本技術を適用した光電気複合モジュールであって、本技術に係る光通信モジュールが高密度にアレイ化して設置された光電気複合モジュール１００の構成例を示している。同図の例では、基板１１０の上に、本技術に係る光通信モジュール１２０−１乃至光通信モジュール１２０−３が設置されている。

光通信モジュール１２０−１乃至光通信モジュール１２０−３にそれぞれ接続された光ファイバケーブル１３１−１乃至光ファイバケーブル１３１−３は、図中左側に配置されたコネクタ１４０に向かって延在している。

例えば、光ファイバケーブル１３１−１は、光通信モジュール１２０−２と光通信モジュール１２０−３を避けて図中左方向に延在する。しかし、例えば、図１を参照して上述した場合とは異なり、図５の例では、光ファイバケーブル１３１−１が急峻に曲げられている部分がない。また、光ファイバケーブル１３１−２は、光通信モジュール１２０−２と光通信モジュール１２０−３を避けて図中左方向に延在する。しかし、例えば、図１を参照して上述した場合とは異なり、図５の例では、光ファイバケーブル１３１−２が急峻に曲げられている部分がない。

従って、本技術によれば、光ファイバの光量損失を抑制することが可能となる。

また、図５において、隣り合う光通信モジュール間の距離はｄとされている。すなわち、光通信モジュール１２０−１と光通信モジュール１２０−２は距離ｄだけ離して設置され、光通信モジュール１２０−２と光通信モジュール１２０−３も距離ｄだけ離して設置されている。つまり、図３の場合とは異なり、隣り合う光通信モジュール間の距離をｄより大きいｄ´とする必要がない。

従って、本技術によれば、光通信モジュールを高密度に設置することができる。

図６は、本技術の一実施の形態に係る光通信モジュールの別の構成例を示す図である。

図６に示される光通信モジュール１２０は、図４の場合と同様に、プリント配線基板１２２が設けられている。また、図４の場合と同様に、プリント配線基板１２２の上には、シリコンインターポーザ１２３、ＬＤＤ／ＴＩＡ１２５、チップ部品１２６が実装されている。また、シリコンインターポーザ１２３には、ＶＣＳＥＬ／ＰＤ１２４が取り付けられている。

図６に示される光通信モジュール１２０は、シールドケース１２１の構成が図４の場合と異なっている。なお、図６は、便宜上、シールドケース１２１の内部を透視できるように表現されており、例えば、シールドケース１２１の側面などは描画されていない。

図６の例では、シールドケース１２１の天面（図中上側の面）には、プリント配線基板１２２から高さｈ１の水平な面として構成される領域、高さｈ１からプリント配線基板１２２の表面に傾斜する領域が含まれている。

すなわち、シールドケース１２１の天面は、ソケット１２８から図中横方向の長さｗ５に対応する領域１２１ｄにおいて、プリント配線基板１２２から高さｈ１の水平な面として構成される。また、シールドケース１２１の天面は、上述した領域１２１ｄの図中右側の長さｗ４に対応する領域１２１ｅにおいて、高さｈ１からプリント配線基板１２２の表面に傾斜する面として構成される。

図６の場合、例えば、図４の構成のように、領域１２１ｃに対応する水平な面が含まれていない。

図６に示される構成の光通信モジュール１２０を用いれば、光通信モジュール１２０間の距離を小さくしても、光ファイバケーブル１３１を急峻に曲げる必要がない。従って、図６の構成を適用した場合も、やはり本技術によれば、光ファイバの光量損失を抑制することができ、光通信モジュールを高密度に設置することができる。

また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１００光電気複合モジュール，１２０光通信モジュール，１２１シールドケース，１２２プリント配線基板，１２３シリコンインターポーザ，１２４ＶＣＳＥＬ／ＰＤ，１２５ＬＤＤ／ＴＩＡ，１２６チップ部品

Claims

光ファイバケーブルを介して光信号を送信または受信し、光信号と電気信号の変換を行う光通信モジュールが複数配置された基板を備え、
前記光通信モジュールを覆うシールドケースが、
前記光通信モジュールに前記光ファイバケーブルが装着される位置から遠ざかる方向に向かって低く傾斜する面を有し、
前記シールドケースの天面に、
前記光通信モジュールの配線基板上に実装された部品のうち、厚みが最も大きい部品の厚みに応じて定まる第１の高さを有する水平な面と、
前記光通信モジュールの配線基板上に実装された部品のうち、厚みが最も小さい部品の厚みに応じて定まる第２の高さを有する水平な面とが含まれ、
前記光通信モジュールの配線基板上に実装された部品のうち、厚みが最も大きい部品が、シリコンインターポーザとされる
光電気複合モジュール。
前記シールドケースの天面において、
前記第２の高さを有する水平な面が、前記光ファイバケーブルが延在する方向に２ｍｍ乃至１５ｍｍの長さで延在する
請求項１に記載の光電気複合モジュール。
前記第１の高さと前記第２の高さの差分が０.２ｍｍ以上とされる
請求項１に記載の光電気複合モジュール。
前記シールドケースが金属製の材料により構成される
請求項１乃至３のいずれかに記載の光電気複合モジュール。