JP6561491B2 - Tape fiber connection structure and manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバの接続構造、及び、製造方法に関する。 The present invention relates to an optical fiber connection structure and a manufacturing method.
従来より、基板上に形成した光素子と、この光素子に隣接する位置の前記基板上に形成したガイド溝上に固定される光ファイバとを互いに対向配置させて光学的に結合させてなる光接続装置がある。前記光ファイバの先端面が前記ガイド溝の端部に生じている傾斜面の角度に合わせて円錐状に加工されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, an optical connection formed by optically coupling an optical element formed on a substrate and an optical fiber fixed on a guide groove formed on the substrate at a position adjacent to the optical element so as to face each other. There is a device. The front end surface of the optical fiber is processed into a conical shape in accordance with the angle of the inclined surface generated at the end of the guide groove (see, for example, Patent Document 1).
ところで、従来の光接続装置は、ガイド溝に光ファイバを挿入させる際に、光ファイバの先端の角部がガイド溝の内面に当接すると、角部に応力が集中し、角部が破損するおそれがあった。角部が破損すると、光ファイバを利用できなくなる場合があった。 By the way, in the conventional optical connecting device, when the optical fiber is inserted into the guide groove, if the corner of the tip of the optical fiber comes into contact with the inner surface of the guide groove, stress is concentrated on the corner and the corner is damaged. There was a fear. When the corner is damaged, the optical fiber may not be used.
そこで、装着時の破損を抑制した光ファイバの接続構造、及び、製造方法を提供することを目的とする。 Then, it aims at providing the connection structure of an optical fiber which suppressed the damage at the time of mounting | wearing, and a manufacturing method.
本発明の実施の形態のテープファイバの接続構造は、基板に実装される光コネクタであって、前記基板の実装面の反対側に設けられた導波路と、前記導波路にテープファイバを導くガイド部とを有する光コネクタと、並列に並べられた複数の光ファイバが束ねて被覆され、先端部の被覆が除去されたテープファイバとを含み、前記テープファイバの実装時に前記先端部の被覆が除去されて露出している前記複数の光ファイバ先端が、前記ガイド部に当接する端部のみを面取りされている。
Connection structure of the tape fiber embodiment of the present invention is an optical connector to be mounted on a substrate, leads a waveguide which is provided on the opposite side of the mounting surface of the substrate, the tape fiber to the waveguide guide an optical connector having a part, covered by bundling a plurality of optical fibers arranged in parallel, seen including a tape fiber in which the coating of the tip is removed, the coating of the tip portion during mounting of the tape fiber The ends of the plurality of optical fibers that have been removed and exposed are chamfered only at the ends that contact the guide portions .
装着時の破損を抑制した光ファイバの接続構造、及び、製造方法を提供することができる。 It is possible to provide an optical fiber connection structure and a manufacturing method in which damage during mounting is suppressed.
以下、本発明の光ファイバの接続構造、及び、製造方法を適用した実施の形態について説明する。 Hereinafter, an optical fiber connection structure and an embodiment to which a manufacturing method of the present invention is applied will be described.
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1の光ファイバの接続構造を含むシステムボード100を示す図である。図1(A)は平面図、図1(B)は図1(A)のA1−A2矢視断面図である。図1では、直交座標系であるXYZ座標系を定義する。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a diagram showing a
図1には、光インターコネクションで接続されているサーバ又はスーパーコンピュータ等の情報処理装置においてLSI(Large Scale Integrated circuit:大規模集積回路)が搭載された実装構造を示す。 FIG. 1 shows a mounting structure in which an LSI (Large Scale Integrated circuit) is mounted in an information processing apparatus such as a server or a supercomputer connected by optical interconnection.
システムボード100は、主な構成要素として、ボード基板110、パッケージ基板120、LSI130、光トランシーバ140、テープファイバ150、及びヒートシンク50を含む。
The
システムボード100は、実際には、X軸方向に伸延しており、複数組のボード基板110、パッケージ基板120、LSI130、光トランシーバ140、テープファイバ150、及びヒートシンク50を含む。また、システムボード100は、X軸方向に加えて、Y軸方向に伸延していてLSI130がマトリクス状に配置されていてもよい。
The
LSI130は、周囲に配置された光トランシーバ140を介して、LSI130と信号の通信を行う。ここで、LSI130はパッケージ基板120上に搭載されており、光トランシーバ140は、パッケージ基板120上に出来るだけ短距離の電気配線で高速信号を伝送する。光トランシーバ140に含まれる光モジュール同士の間は光ファイバで接続されている。
The LSI 130 performs signal communication with the
なお、説明の便宜上、図1(B)ではヒートシンク50を破線で示し、図1(A)ではヒートシンク50を省略する。
For convenience of explanation, the
ボード基板110は、例えば、FR−4(Flame Retardant type-4)規格の多層基板である。ボード基板110には、はんだバンプ120Aによってパッケージ基板120が実装されており、パッケージ基板120には、はんだバンプ130A、140AによってLSI130、光トランシーバ140がそれぞれ実装されている。図1(A)では、一例として、1つのLSI130のX軸方向における両側に、光トランシーバ140が4つずつ配設されている。
The
テープファイバ150は、各光トランシーバ140に接続されている。すなわち、図1(A)では、8本のテープファイバ150が8つの光トランシーバ140にそれぞれ接続されている。各テープファイバ150は、一例として、4本の光ファイバ150Aと被覆部150Bを含む。4本の光ファイバ150Aは、被覆部150Bによって被覆されてテープ状にされている。このように複数の光ファイバ150Aは、複数のチャネルに対応して設けられている。
The
また、LSI130、光トランシーバ140の上(Z軸正方向側)には、ヒートシンク50A、50Bが実装されている。ここでは、ヒートシンク50A、50Bをヒートシンク50と総称する。図1では、空冷式のヒートシンク50を示すが、ヒートシンク50は水冷式又はその他の媒体を用いたクーリングプレートであってもよい。
Further,
このようなシステムボード100において、テープファイバ150によって実現される信号伝送路は、光トランシーバ140、はんだバンプ140A、パッケージ基板120、はんだバンプ130Aを介して、LSI130の端子に接続されている。
In such a
光トランシーバ140は、LSI130から出力される電気信号を光信号に変調してテープファイバ150に出力するとともに、テープファイバ150から入力される光信号を電気信号に変調してLSI130に出力する。
The
図2は、図1(A)の太破線で示す部分を拡大して示す図である。図2(A)は平面図、図2(B)は、図2(A)のB1−B2矢視断面図、図2(C)は、図2(B)の一部を拡大して示す図である。図3及び図4は、図2に示す光トランシーバ140の一部を拡大して示す三面図である。
FIG. 2 is an enlarged view of a portion indicated by a thick broken line in FIG. 2A is a plan view, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line B1-B2 of FIG. 2A, and FIG. 2C is an enlarged view of a part of FIG. FIG. 3 and 4 are three-sided views showing a part of the
光トランシーバ140は、サブ基板141、光源142、チップ143、光コネクタ160、光変調器170Tx、光検出器170Rx、及び、押圧部180を含む。
The
なお、図3は、押圧部180を取り付ける前の光コネクタ160を示し、図4は、押圧部180を取り付けた状態の光コネクタ160を示す。
3 shows the
光源142、チップ143、光コネクタ160、光変調器170Tx、及び光検出器170Rxの間には、図示しない光ファイバによる光伝送路が構築されている。また、光トランシーバ140には、テープファイバ150の光ファイバ150Aが接続される。なお、光ファイバ150Aの先端の詳細な構成については、図5を用いて後述する。
Between the
実施の形態1の光ファイバの接続構造は、テープファイバ150又は光ファイバ150Aと、光コネクタ160と、押圧部180とによって構築される。
The optical fiber connection structure of the first embodiment is constructed by the
サブ基板141は、例えば、有機の多層基板であり、はんだバンプ141Aによってパッケージ基板120に実装されている。サブ基板141には、光源142、チップ143、及び光コネクタ160が実装される。
The sub-substrate 141 is, for example, an organic multilayer substrate, and is mounted on the
光源142は、はんだバンプによってサブ基板141の上に実装されている。光源142は、電気信号を光信号に変換する際に利用する光を出力する。光源142としては、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)等を用いることができる。光源142は、図示しない光ファイバによって光変調器170Txに接続されている。
The
チップ143は、はんだバンプ143Aによってサブ基板141の上に実装される。チップ143は、光源142の駆動回路(ドライバ)と、TIA(Trans-Impedance Amplifier:トランスインピーダンスアンプ)等の電流電圧変換器とを内蔵するチップである。LSI130から出力されるデータ通信用の電気信号は、チップ143内のドライバ(DRV)回路にパッケージ基板120を介して伝送される。
The
光コネクタ160は、はんだバンプ160Aによってサブ基板141の上に実装される。光コネクタ160は、例えば、シリコンフォトニクスによって上面側のシリコン層を加工したシリコン基板を用いることができる。光コネクタ160の上面側には、導波路161、ガイド溝162、光変調器170Tx、及び光検出器170Rxが形成されている。導波路161、ガイド溝162、光変調器170Tx、及び光検出器170Rxは、半導体製造プロセスを利用することで形成することができる。
The
導波路161は、4本あり、光コネクタ160のZ軸正方向側の表面160Bに沿って、X軸方向に伸延するように形成されている。導波路161は内部に導波路コア161Aを有する(図2(C)参照)。導波路161は、図3(B)及び図4(B)に示すように光コネクタ160の表面160Bから畝状に突出してX軸方向に伸延している。
There are four
Y軸正方向側の2本の導波路161のX軸負方向側の端部は、光変調器170Txに接続されている。Y軸負方向側の2本の導波路161のX軸負方向側の端部は、光検出器170Rxに接続されている。また、4本の導波路161のX軸正方向側の端部は、それぞれ、4本のガイド溝162に接続されている。
The ends of the two
導波路161は、光変調器170Tx及び光検出器170Rxと、光ファイバ150Aとの間を光伝送路で接続するために設けられている。電気信号配線をできるだけ短くして、光信号による高速駆動を実現するためである。
The
導波路161には図示しないミラーが形成されており、光変調器170Tx及び光検出器170Rxとレンズ等を介して低損失で光結合される。
A mirror (not shown) is formed in the
また、光コネクタ160には、導波路161の導波路コア161A内の電界強度分布(モードフィールド)を変換させるスポットサイズコンバータと呼ばれる構造が形成されている。スポットサイズコンバータにより、導波路161上の数百ナノメートルサイズの光のモードフィールドを光ファイバ150Aのコアのサイズに変換し、モード変換に伴う結合損失を低減させている。
Further, the
ガイド溝162は、光ファイバ150Aが嵌め込まれるように、光ファイバ150Aの外径に対応した幅及び深さを有する。ガイド溝162は、ガイド部の一例である。
The
ガイド溝162は、光コネクタ160の表面160BからZ軸負方向に凹状に形成されており、X軸方向に伸延している。ガイド溝162の断面形状は、矩形状である。
The
ガイド溝162のX軸負方向側の端部は、スポットサイズコンバータを介して導波路161のX軸正方向側の端部と接しており、連続的な光伝送路を構築している。また、ガイド溝162のX軸正方向側の端部は、図3(B)及び図4(B)に示すように、YZ平面に平行な側面に表出している。
The end portion on the X axis negative direction side of the
ガイド溝162は、光ファイバ150Aのコアの先端がスポットサイズコンバータのコアの位置に一致するように、正確に位置決めされて形成されている。このため、ガイド溝162のY軸方向の幅は、光ファイバ150Aの外径と略等しい。
The
なお、ここでは断面形状が矩形状のガイド溝162を示すが、ガイド溝162の断面形状は、矩形状に限らず、例えば、底面が光ファイバ150Aの外形に合わせて円弧状になっていてもよく、V字型の溝であってもよい。また、ガイド溝162のように溝状のものに限られず、X軸方向に伸延する2本の畝状のガイド部を形成し、2本の畝状のガイド部の間に形成される溝に光ファイバ150Aを嵌め込んでもよい。
Here, the
光変調器170Tx及び光検出器170Rxは、光コネクタ160をZ軸方向に貫通するTSV(Through Silicon Via)によってはんだバンプ160Aと接続され、サブ基板141を介して光源142及びチップ143と接続されている。また、光変調器170Tx及び光検出器170Rxは、サブ基板141及びパッケージ基板120の電気的な伝送路を介してLSI130に接続されている。
The optical modulator 170Tx and the photodetector 170Rx are connected to the
光変調器170Txは、光コネクタ160の表面160B側にシリコンフォトニクスによって形成されている。光変調器170Txは、チップ143に内蔵される駆動回路(ドライバ)によって駆動される。
The optical modulator 170Tx is formed of silicon photonics on the
光変調器170Txは、例えば、マッハツェンダー変調器のような変調器であり、光源142から出力されるレーザ光(連続光)の屈折率を変化させて電気信号で高速変調することによって光信号を高速に変調し、導波路161に出力する。高速変調された光信号は、テープファイバ150(光ファイバ150A)を経て他のLSI130の光トランシーバ140に伝送される。
The optical modulator 170Tx is a modulator such as a Mach-Zehnder modulator, for example. The optical modulator 170Tx changes the refractive index of the laser light (continuous light) output from the
光検出器170Rxは、光コネクタ160の表面160B側にシリコンフォトニクスによって形成されている。光検出器170Rxは、光ファイバ150A及び導波路161を介して他のLSI130から入力される光信号を電気信号に変換して出力する。
The photodetector 170Rx is formed of silicon photonics on the
光検出器170Rxが出力する電気信号は、チップ143内のTIAによって増幅されてから、サブ基板141及びパッケージ基板120を経て、LSI130に入力される。光検出器170Rxとしては、例えば、フォトダイオード(PD)を用いることができる。チップ143内のTIAで電気信号を増幅するのは、光検出器170Rxが出力する電気信号の信号レベルが微弱だからである。
The electrical signal output from the photodetector 170Rx is amplified by the TIA in the
押圧部180は、4本の導波路161及びガイド溝162をY軸方向に覆う直方体状の部材である。押圧部180は、プラスチック製であり、例えば、アクリルやPOM(polyoxymethylene)等の樹脂を用いて作製すればよい。
The
押圧部180は、光コネクタ160の表面160BのX軸正方向側の端部の近傍で、導波路161とガイド溝162の接続部を覆うように、導波路161の上に接着剤180Aによって取り付けられる。このため、押圧部180の下面(Z軸負方向側の表面)の高さ(Z軸方向の位置)は、導波路161の上面に接着剤180Aの厚さを加えた高さと等しい。接着剤180Aは、X軸方向において、ガイド溝162が存在する区間には存在しない。
The
光ファイバ150Aが押圧部180の下面とガイド溝162の底面とに当接した状態で嵌め込まれるように、押圧部180の下面とガイド溝162の底面との高さ方向(Z軸方向)の長さは、光ファイバ150Aの外径と略等しい長さに設定されている。
The length in the height direction (Z-axis direction) between the bottom surface of the
押圧部180及び接着剤180Aは、導波路161の上面よりもZ軸負方向側には存在しておらず、光コネクタ160に押圧部180を取り付けた状態で、光ファイバ150Aのコアの先端がスポットサイズコンバータのコアの位置に一致するように、正確に位置決めされている。また、この状態で、押圧部180の下面は、光ファイバ150Aの上面に接するようになっている。
The
押圧部180は、テープファイバ150を光トランシーバ140に取り付ける際に、ガイド溝162に挿入される光ファイバ150をガイド溝162の内部に押圧して、光ファイバ150Aを位置決めするために設けられている。
The
押圧部180のX軸方向の長さは、押圧部180を光コネクタ160に取り付けた状態で、Z軸正方向側から、導波路161及びガイド溝162が見えるように設定されている。また、押圧部180は、弾性を有する接着剤180Aで固定されることにより、光ファイバ150Aを挿抜する際の摩擦を制御している。
The length of the
接着剤180Aは、シリコーン樹脂等の硬化後も弾性を持つ樹脂製の接着剤を用いることができる。接着剤180Aに弾性を持たせるのは、光ファイバ150Aを挿抜する際に、押圧部180が僅かに上方に変位できるようにすることにより、光ファイバ150Aの破損を抑制するためである。
As the adhesive 180 </ b> A, a resin adhesive having elasticity even after curing of a silicone resin or the like can be used. The reason why the adhesive 180A is made elastic is to prevent the
図5は、光ファイバ150Aを示す図である。光ファイバ150Aは、テープファイバ150の先端の被覆を除去することによって表出する。
FIG. 5 is a diagram showing the
光ファイバ150Aは、コア150A1とクラッド150A2を有する。コア150A1とクラッド150A2は、例えば、石英ガラス又は樹脂製であり、コア150A1は、クラッド150A2よりも屈折率の高い材料で作製される。
The
光ファイバ150Aは、先端に面取り部150A3を有する。面取り部150A3は、先端の部分のクラッド150A2の角をテーパ状に切り欠いた部分であり、上述した光コネクタ160のガイド溝162に光ファイバ150Aを斜め上方向から取り付ける際に、ガイド溝162の底面に当接させるために設けられている。面取り部150A3は、第1面取り部の一例である。
The
面取り部150A3を形成せずに光ファイバ150Aの先端の角をガイド溝162の底面に当接させながら、ガイド溝162の奥(導波路161側)に向かって光ファイバ150Aをガイド溝162に押し滑らせながら嵌め込むと、角部が破損するおそれがある。このような破損の抑制を目的として、応力を受ける面積を大きくするために、面取り部150A3を設けている。
Without forming the chamfered portion 150A3, the
面取り部150A3は、コア150A1にかからないようにクラッド150A2の内部に形成し、かつ、図5(B)に示すように、光ファイバ150Aの伸延方向(長手方向)に対する面取り部150A3の角度θは、45度以下になるように形成される。
The chamfered portion 150A3 is formed inside the clad 150A2 so as not to cover the core 150A1, and as shown in FIG. 5B, the angle θ of the chamfered portion 150A3 with respect to the extending direction (longitudinal direction) of the
ガイド溝162はシリコン製であるため、光ファイバ150Aの材料である石英と同程度の硬度を有する。このため、面取り部150A3が形成されていない場合には、光ファイバ150Aをガイド溝162に押し付けた際に、光ファイバ150Aの先端の下側の角部に応力が集中し、光ファイバ150Aの先端の下側の角部からクラックが発生してしまう。クラックが発生すると、光ファイバ150Aの先端の下側の角部が剥離脱落し、コア150A1までクラックが到達することが実験で分かっている。
Since the
これに対して、図5に示すように光ファイバ150Aの先端の下側の角部に面取り加工を施して面取り部150A3を形成することで、光ファイバ150Aの破損を回避することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 5, by chamfering the lower corner of the tip of the
なお、面取り加工は、コア150A1まで達しない範囲で行い、加工角度θは45度以下とする。光ファイバ150Aをガイド溝162に押し込むときには、光ファイバ150Aをガイド溝162内で滑らせる。搭載角度(ガイド溝162に対して斜め上から光ファイバ150Aを実装する角度)を45度より大きくなると、光ファイバ150Aがガイド溝162に沿って滑らないことが確認できている。従って、搭載角度の最大値は45度である。
The chamfering process is performed within a range not reaching the core 150A1, and the processing angle θ is set to 45 degrees or less. When the
このため、加工角度θは45度以下とする。 For this reason, the processing angle θ is set to 45 degrees or less.
また、搭載角度が45度以下であれば、45度以下の加工角度θで形成される面取り部150A3の端の角(光ファイバ150Aの長手方向における面取り部150A3の前後にある角)がガイド溝162に当たらないことになる。加工角度θが45度より大きいと、光ファイバ150Aをガイド溝162に実装する際に、面取り部150A3よりも、面取り部150A3の前後の端にある角の方がガイド溝163に先に接触することになり、光ファイバ150Aが破損するおそれがある。
If the mounting angle is 45 degrees or less, the corners of the end of the chamfered portion 150A3 (angles before and after the chamfered portion 150A3 in the longitudinal direction of the
従って、45度以下の加工角度θで面取り部150A3を形成し、45度以下の搭載角度で光ファイバ150Aを光コネクタ160に実装すればよい。
Therefore, the chamfered portion 150A3 may be formed at a processing angle θ of 45 degrees or less, and the
なお、面取り部150A3の加工方法は、テープファイバの先端部の被覆を除去した後の光ファイバの先端をラッピングシート等により研磨することで、容易に形成可能である。 The processing method of the chamfered portion 150A3 can be easily formed by polishing the tip of the optical fiber after removing the coating on the tip of the tape fiber with a wrapping sheet or the like.
図6乃至図8は、光トランシーバ140にテープファイバ150を取り付ける工程を示す図である。図6(B)は、図6(A)におけるE1−E2矢視断面を示す。図7(B)は、図7(A)におけるF1−F2矢視断面を示す。図8(B)は、図8(A)におけるG1−G2矢視断面を示す。
6 to 8 are views showing a process of attaching the
まず、図6に示すようにテープファイバ150(図1、2参照)の先端の被覆を除去して4本の光ファイバ150Aを露出させ、図7に示すように4本のガイド溝162に押し当てる。このとき、搭載角度を45度以下にして、面取り部150A3をガイド溝162の底面に押し当てる。
First, as shown in FIG. 6, the coating at the tip of the tape fiber 150 (see FIGS. 1 and 2) is removed to expose the four
この状態で光ファイバ150を押し滑らせてガイド溝162の奥に入れて行くと、光ファイバ150Aは搭載角度に応じて撓みながらガイド溝162に入って行くため、光ファイバ150Aの上面は、押圧部180によって下方に押し込まれる。このため、光ファイバ150Aは、押圧部180の下を通過するときに、光ファイバ150Aの底面がガイド溝162の底面に押し付けられる形で、ガイド溝162に嵌め込まれる。
In this state, when the
なお、このように光ファイバ150Aをガイド溝162に実装する際に、押圧部180は、光ファイバ150Aの上面によって上方に押される応力を受ける。押圧部180は、弾性を有する接着剤180Aによって光コネクタ160に取り付けられているため、光ファイバ150Aをガイド溝162に実装する際に少し上側に変位する。このように変位することにより、光ファイバ150Aにかかる応力を低減することができ、光ファイバ150Aの破損の抑制と、光ファイバ150Aの実装の容易化とを実現している。
Note that when the
光ファイバ150Aをガイド溝162の奥まで完全に押し込むことで、図8に示すように、テープファイバ150が光コネクタ160に取り付けられ、実施の形態1の光ファイバの接続構造100Aが完成する。
By completely pushing the
光ファイバの接続構造100Aでは、テープファイバ150は、光コネクタ160に対して斜め上の方向に折り曲げられた状態で使用される。換言すれば、テープファイバ150は、斜め下方に伸延するように光コネクタ160に装着される。
In the optical
なお、図8(B)には、テープファイバ150が光コネクタ160に対して斜め上の方向に折り曲げられた状態で使用される形態を示すが、テープファイバ150は、光コネクタ160に対して水平に取り付けられた状態で使用されてもよい。テープファイバ150は、折り曲げることができるので、使用する際の角度は、用途に応じて設定すればよい。
8B shows a form in which the
以上のように、実施の形態1の光ファイバの接続構造100Aは、光ファイバ150Aの先端の下側の角部に面取り部150A3を有するため、光コネクタ160のガイド溝162に光ファイバ150Aを取り付ける際に、光ファイバ150Aの破損を抑制することができる。
As described above, the optical
すなわち、実施の形態1によれば、装着時の破損を抑制した光ファイバの接続構造100A、及び、製造方法を提供することができる。
That is, according to the first embodiment, it is possible to provide an optical
また、例えば、光トランシーバ140を交換するために、光ファイバ150Aを挿抜するような状況であっても、光ファイバ150Aの先端の破損が抑制されるので、繰り返しの挿抜に耐えうる耐久性の高い光ファイバの接続構造100Aを提供することができる。
Further, for example, even when the
光インターコネクト用高速パッケージでは、ボード上に複数のLSIが配置され、パッケージ内のLSIの周囲にインターコネクト用の光トランシーバが配置されている。光トランシーバからパッケージ端に向かって光導波路が形成されている。これは、高速駆動のために電気信号配線を短くするためである。インターコネクトの接続先は他のLSIやメモリ、ストレージ等であり、超高速、大容量の伝送を可能にする。 In an optical interconnect high-speed package, a plurality of LSIs are arranged on a board, and an interconnect optical transceiver is arranged around the LSIs in the package. An optical waveguide is formed from the optical transceiver toward the package end. This is to shorten the electric signal wiring for high-speed driving. The connection destination of the interconnect is other LSI, memory, storage, etc., and enables ultra-high speed and large-capacity transmission.
スーパーコンピュータやサーバ等の大規模な計算機システムにおいては、ある確率でパッケージ基板上のLSIや光素子に故障が発生する。一枚のボード上に複数のLSIが搭載される構成では、パッケージ単位でリフローによる交換やメンテナンスが行われる。このような取り外しの観点やコストの観点から、パッケージ上で光コネクタと、導波路や光ファイバなどの光伝送路を接続できる形態が望ましい。また、性能と信頼性の観点から低損失の光接続が求められる。 In a large-scale computer system such as a supercomputer or a server, a failure occurs in an LSI or an optical element on a package substrate with a certain probability. In a configuration in which a plurality of LSIs are mounted on a single board, replacement or maintenance by reflow is performed for each package. From the viewpoint of such removal and cost, it is desirable that the optical connector can be connected to an optical transmission line such as a waveguide or an optical fiber on the package. In addition, a low-loss optical connection is required from the viewpoint of performance and reliability.
このような点において、実施の形態1の光ファイバの接続構造100Aは、光ファイバ150Aを光コネクタ160から容易に挿抜可能であるため、例えば、光トランシーバ140を交換するような作業を容易に行うことができる。
In this respect, the optical
また、パッケージ実装では、反り等の影響によりパッケージ基板のサイズが制限され、LSIのサイズとの関係で光コネクタの搭載領域は外周部の狭範囲に限定される。したがって、小型で低損失の光コネクタが望まれる。 In package mounting, the size of the package substrate is limited by the influence of warpage and the like, and the mounting area of the optical connector is limited to a narrow range of the outer peripheral portion in relation to the size of the LSI. Therefore, a compact and low-loss optical connector is desired.
このような観点から、実施の形態1の光ファイバの接続構造100Aは、光ファイバ150AとLSI130とを低損失な光コネクタ160を介して接続している。
From this point of view, the optical
また、実施の形態1の光ファイバの接続構造100Aは、押圧部180で光ファイバ150Aを容易に光コネクタ160に接続できる構成であるので、低コストで実現することができる。
Further, the optical
なお、以上では、光ファイバの接続構造100Aが、テープファイバ150又は光ファイバ150Aと、光コネクタ160と、押圧部180とによって構築される形態について説明したが、押圧部180がなくても光ファイバ150Aをガイド溝162に取り付けられる場合は、光ファイバの接続構造は、押圧部180を含まなくてもよい。
In the above description, the optical
また、上述のような面取り部150A3を設けることにより、次のような効果も得られる。 Further, by providing the chamfered portion 150A3 as described above, the following effects can be obtained.
図9は、実施の形態1の光ファイバの接続構造100Aの副次的な効果を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a secondary effect of the optical
光コネクタ160は、光トランシーバ140に実装されるまで様々な工程を経ており、実装する際に通常の屋内環境では、ガイド溝162上にダストが堆積する場合が有り得る。これを抑制するためにはクリーンルームのような環境で実装することが望ましいが、非常にコストがかかる。
The
ダストはブロア等のエアー吹付により大部分は除去できるが、除去できないダストも発生する。図9(A)は、ガイド溝162に僅かにダスト10が堆積した状態を示している。
Most of the dust can be removed by blowing air such as a blower, but dust that cannot be removed is also generated. FIG. 9A shows a state where
光ファイバ150Aに面取り部150A3が形成されていない場合に、このような状況下で光ファイバ150Aを差し込むと、ダスト10が光ファイバ150の先端面に付着し、ガイド溝162の最奥部のファイバ突き当て壁162Aと光ファイバ150Aとの間に挟まれることにより、導波路161の端のスポットサイズコンバータと、光ファイバ150Aとの間に想定外の間隙が発生する。
When the
このような間隙の距離は、チャネルにより異なるため、接続損失のばらつきの原因になりうる。また、コア150A1に付着した場合は、そのチャネルの接続損失の原因になりうる。 Since the distance of such a gap differs depending on the channel, it can cause variations in connection loss. In addition, when attached to the core 150A1, it may cause connection loss of the channel.
しかしながら、光ファイバ150Aに面取り部150A3が形成されているので、図9(B)に示すように、僅かなダスト10は、光ファイバ150Aをガイド溝162に押し込んだ後において、面取り部150A3とファイバ突き当て壁162Aとの間の空間に収容されるので、接続損失の原因にはならず、伝送特性の良好な光伝送路を実現できる。
However, since the chamfered portion 150A3 is formed in the
図10は、実施の形態1の変形例による光ファイバ150Aを示す図である。図10(A)は、光ファイバ150Aの先端を示す正面図であり、図10(B)は、光ファイバ150Aの先端を示す側面図であり、図10(C)は、光ファイバ150Aの先端を示す下面図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an
図10に示す光ファイバ150Aは、コア150A1、クラッド150A2、及び面取り部150A3に加えて、光ファイバ150Aの先端の両側部に形成される面取り部150A4を含む。面取り部150A4は、第2面取り部の一例である。
An
このように、先端の両側部に形成される面取り部150A4を有する光ファイバ150Aを用いてもよい。また、面取り部150A3と150A4は、光ファイバ150Aの両側面と底面とにわたって、連続的な曲面として形成されていてもよい。
Thus, you may use the
<実施の形態2>
図11及び図12は、実施の形態2の光コネクタ260を示す図である。
<Embodiment 2>
11 and 12 are diagrams showing the
図11は、押圧部180を取り付ける前の光コネクタ260を示し、図12は、押圧部180を取り付けた状態の光コネクタ260を示す。
11 shows the
また、図11(B)は、図11(A)におけるH1−H2矢視断面を示す。図12(B)は、図12(A)におけるI1−I2矢視断面を示す。 FIG. 11B shows a cross section taken along the line H1-H2 in FIG. FIG. 12B shows a cross section taken along line I1-I2 in FIG.
実施の形態2の光ファイバの接続構造200は、実施の形態1の光ファイバの接続構造100Aの光コネクタ160を光コネクタ260に代えた構成を有する。このため、実施の形態1の構成要素と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
The optical
光コネクタ260は、導波路161とガイド溝262を有する。ガイド溝262は、実施の形態1のガイド溝162の入口に、テーパ部262Aを形成した構成を有する。テーパ部262Aは、ガイド溝262の入口のY軸方向の幅をテーパ状に拡げたものである。
The
テーパ部262Aは、ガイド溝262の長手方向の中間地点の付近から、入口側に向かって徐々にY軸方向の幅が広くなるように、ガイド溝262の側面を切り欠いた部分である。このようなテーパ部262Aは、シリコン基板で構築される光コネクタ260の製造に用いる半導体製造方法によって形成すればよい。
The
図13は、光コネクタ260に光ファイバ150Aを実装する工程を示す図である。ここでは、図10に示すテーパ部150A4を有する光ファイバ150Aを取り付ける工程について説明する。
FIG. 13 is a diagram illustrating a process of mounting the
テープファイバ150の先端の被覆を剥離すると、4本の光ファイバ150A(光ファイバアレイ)のピッチは僅かにずれる。これは被覆部150Bがある部分ではピッチが保持されているものの、被覆部がない部分では、光ファイバ150Aの剛性によって支持されているためである。被覆部を取り除く区間が長いほど、光ファイバ150Aのピッチのずれは顕著になる。
When the coating at the tip of the
このような場合には、テーパ部150A4を有する光ファイバ150Aと、テーパ部262Aを有する光コネクタ260とを用いることで、光ファイバ150Aにピッチのずれがあっても、テーパ部150A4とテーパ部260Aとが当接することで、応力を緩和することができる。
In such a case, by using the
従って、テーパ部150A4を有する光ファイバ150Aと、テーパ部262Aを有する光コネクタ260とを組み合わせて用いれば、4本の光ファイバ150Aのピッチのずれが比較的大きい場合でも、光ファイバ150Aの先端の破損を抑制することができる。
Therefore, if the
このため、例えば、光トランシーバ140を交換するために、光ファイバ150Aを挿抜するような状況であっても、光ファイバ150Aの先端の破損が抑制されるので、繰り返しの挿抜に耐えうる耐久性の高い光ファイバの接続構造200を提供することができる。
For this reason, for example, even when the
<実施の形態3>
図14は、実施の形態3の光ファイバの接続構造300を示す図である。図14は、図8(B)に対応する断面図である。
<Embodiment 3>
FIG. 14 is a diagram illustrating an optical
光ファイバの接続構造300は、実施の形態1の光ファイバの接続構造100Aに、テープファイバ150を保持するホルダ310を追加した構成を有する。このため、実施の形態1の構成要素と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
The optical
ホルダ310は、光コネクタ160のX軸正方向側において、サブ基板141の上に配置され、テープファイバ150を保持する。ホルダ310は、サブ基板141に対して接着されているのではなく、サブ基板141の上に置かれている。
The
ホルダ310は、例えば、アクリル又はPOM等の樹脂を成型して作製すればよく、サブ基板141に接着すればよい。ホルダ310は、テープファイバ150を挿通させることのできる貫通孔310Aを有し、貫通孔310Aにテープファイバ150を接着すればよい。貫通孔310Aの高さは、サブ基板141からガイド溝162までの高さに応じて、テープファイバ150を適切に保持できるような高さに設定すればよい。
For example, the
ホルダ310によってテープファイバ150を実装するときの光ファイバ150Aの取扱いを容易にし、光ファイバ150Aとガイド溝162との接続部に余計な応力がかからないようにする効果がある。
The
また、サブ基板141に凹部又は貫通孔を設けておき、ホルダ310をはめ込むことによって固定してもよい。これにより安定した光接続性能が得られる。樹脂の柔軟性を生かし、摩擦によりサブ基板141に嵌め込むことが可能である。
Alternatively, the sub-board 141 may be provided with a recess or a through hole and fixed by fitting the
このような実施の形態3の光ファイバの接続構造300においても、光ファイバ150Aをガイド溝162に斜め上方向から取り付ける際に、光ファイバ150Aの先端の下側の角部に面取り部150A3をガイド溝162の底面に当接させることにより、光ファイバ150Aの破損を抑制することができる。
Also in the optical
すなわち、実施の形態3によれば、装着時の破損を抑制した光ファイバの接続構造300A、及び、製造方法を提供することができる。 That is, according to the third embodiment, it is possible to provide an optical fiber connection structure 300A and a manufacturing method in which damage during mounting is suppressed.
また、光ファイバの接続構造300では、テープファイバ150にホルダ310が取り付けられているため、光ファイバ150Aをガイド溝162に押し込むときに、ホルダ310をサブ基板141の上に置けば、テープファイバ150を安定させることができる。これにより、光ファイバ150Aを光コネクタ160に装着しやすくなる。
Further, in the optical
図15は、実施の形態3の変形例による光ファイバの接続構造300を示す図である。図15では、ホルダ310は、接着剤320によってサブ基板141に固定されている。
FIG. 15 is a diagram illustrating an optical
例えば、光ファイバ150Aの光コネクタへの着脱が完了し、ホルダ310をサブ基板141に固定したい場合には、接着剤320でホルダ310を固定することにより、長期にわたって安定した光接続性能が得られる。
For example, when the attachment / detachment of the
<実施の形態4>
図16は、実施の形態4の光ファイバの接続構造400を示す図である。図16は、図14に対応する断面図である。
<Embodiment 4>
FIG. 16 is a diagram illustrating an optical
光ファイバの接続構造400は、実施の形態3の光ファイバの接続構造300の光コネクタ160と押圧部180を、それぞれ、光コネクタ460と押圧部480に取り替えた構成を有する。このため、実施の形態3の構成要素と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
The optical
光コネクタ460は、実施の形態3の光コネクタ460に2つの穴部461を形成したものである。光コネクタ460は、穴部461以外は、実施の形態3の光コネクタ160と同様である。
The
穴部461は、Y軸方向において、4本の導波路161を挟むように、4本の導波路161の両脇に1つずつ形成されている。穴部461には、押圧部480の係合部481が挿入され、係合される。
One
押圧部480は、テープファイバ150に取り付けられており、穴部461に対応する2つの係合部481を有する。押圧部480の係合部481を穴部461に係合させると、押圧部480の下面と、ガイド溝162との間のZ軸方向の間隔は、光ファイバ150Aの外径に略等しい。このため、押圧部480の係合部481を穴部461に係合させることにより、ガイド溝162の中に光ファイバ150Aを嵌め込むことができ、かつ、ガイド溝162の底面と、押圧部480の下面との間で光ファイバ150Aを保持することができる。
The
このような実施の形態4の光ファイバの接続構造400においても、光ファイバ150Aをガイド溝162に斜め上方向から取り付ける際に、光ファイバ150Aの先端の下側の角部に面取り部150A3をガイド溝162の底面に当接させることにより、光ファイバ150Aの破損を抑制することができる。
Also in the optical
すなわち、実施の形態4によれば、装着時の破損を抑制した光ファイバの接続構造400A、及び、製造方法を提供することができる。
That is, according to the fourth embodiment, it is possible to provide an optical
図17は、実施の形態4の変形例の光ファイバの接続構造400Aを示す図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating an optical
光ファイバの接続構造400Aは、図16に示す光ファイバの接続構造400の押圧部480を接着剤420でサブ基板141の上に接着した構成を有する。
The optical
例えば、光ファイバ150Aの光コネクタへの着脱が完了し、押圧部480をサブ基板141に固定したい場合には、接着剤420で押圧部480を固定することにより、長期にわたって安定した光接続性能が得られる。
For example, when the attachment / detachment of the
以上、本発明の例示的な実施の形態の光ファイバの接続構造、及び、製造方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
基板に実装される光コネクタであって、導波路と、前記基板への実装面とは反対側の表面に形成され、前記導波路に光ファイバを案内する溝状又は畝状のガイド部とを有する光コネクタと、
前記光コネクタの前記ガイド部に実装される光ファイバであって、先端部の底面側の角部のうち、実装時に前記ガイド部に当接する部分が面取りされた第1面取り部を有する光ファイバと
を含む、光ファイバの接続構造。
(付記2)
前記光ファイバは、前記光コネクタの前記表面の上方から、前記ガイド部に向かって斜め下方に伸延して前記ガイド部に装着される、付記1記載の光ファイバの接続構造。
(付記3)
前記ガイド部は、前記光コネクタの一つの側面から前記表面に表出するように形成される、付記1又は2記載の光ファイバの接続構造。
(付記4)
前記光コネクタは、前記ガイド部の前記導波路側とは反対側の入口側の側面に、前記入口に向かって平面視における幅が広くなるテーパ部(262A)を有する、請求項1乃至3のいずれか一項記載の光ファイバの接続構造。
(付記5)
前記第1面取り部が前記底面に対してなす角度は、45度以下である、付記1乃至4のいずれか一項記載の光ファイバの接続構造。
(付記6)
前記光ファイバの前記先端部の前記底面に対する側面に形成される第2面取り部をさらに含む、付記1乃至5のいずれか一項記載の光ファイバの接続構造。
(付記7)
前記光コネクタの前記ガイド部の入口側に配設され、前記光ファイバを前記入口の高さに合わせて保持するホルダをさらに含む、付記1乃至6のいずれか一項記載の光ファイバの接続構造。
(付記8)
前記光コネクタは、前記導波路及び前記ガイド部を複数組有し、前記複数組の前記導波路及び前記ガイド部は並列に配列されており、
前記複数組の前記ガイド部に実装される複数の前記光ファイバは、被覆部材によって一体的にされたテープ状の光ファイバである、付記1乃至7のいずれか一項記載の光ファイバの接続構造。
(付記9)
前記ガイド部の上部を覆うように前記光コネクタの前記表面に配設され、前記ガイド部の内部を案内される前記光ファイバを前記ガイド部の内部に押し付ける、押圧部をさらに含む、付記1乃至8のいずれか一項記載の光ファイバの接続構造。
(付記10)
前記押圧部は、前記光コネクタに接着される、付記9記載の光ファイバの接続構造。
(付記11)
前記第1面取り部は、レーザ加工又は研磨処理で形成される、付記1乃至10のいずれか一項記載の光ファイバの接続構造。
(付記12)
基板に実装される光コネクタであって、導波路と、前記基板への実装面とは反対側の表面に形成され、前記導波路に光ファイバを案内するガイド部とを有する光コネクタと、
前記光コネクタの前記ガイド部に実装される光ファイバであって、先端部の底面側の角部のうち、実装時に前記ガイド部に当接する部分が面取りされた第1面取り部を有する光ファイバと
を含む、光ファイバの接続構造の製造方法であって、
前記第1面取り部を前記ガイド部の溝底に押し当て、
前記押し当てた状態を保ちながら、前記光ファイバを前記ガイド部に沿って前記導波路側に挿入し、
前記光ファイバを前記ガイド部の内部に実装する、光ファイバの接続構造の製造方法。
The optical fiber connection structure and the manufacturing method according to the exemplary embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiments, and is claimed. Various modifications and changes can be made without departing from the scope.
Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
An optical connector mounted on a substrate, comprising: a waveguide; and a groove-shaped or bowl-shaped guide portion that is formed on a surface opposite to the mounting surface on the substrate and guides an optical fiber to the waveguide. An optical connector having
An optical fiber that is mounted on the guide portion of the optical connector, the optical fiber having a first chamfered portion in which a portion that contacts the guide portion during mounting is chamfered among corner portions on the bottom surface side of the tip portion; Including an optical fiber connection structure.
(Appendix 2)
The optical fiber connection structure according to appendix 1, wherein the optical fiber extends obliquely downward from the upper surface of the optical connector toward the guide portion and is attached to the guide portion.
(Appendix 3)
The optical fiber connection structure according to appendix 1 or 2, wherein the guide portion is formed so as to be exposed to the surface from one side surface of the optical connector.
(Appendix 4)
4. The optical connector according to claim 1, wherein the optical connector has a tapered portion (262 </ b> A) having a width in a plan view toward the inlet on a side surface of the guide portion on the side opposite to the waveguide side. The optical fiber connection structure according to claim 1.
(Appendix 5)
The optical fiber connection structure according to any one of appendices 1 to 4, wherein an angle formed by the first chamfered portion with respect to the bottom surface is 45 degrees or less.
(Appendix 6)
The optical fiber connection structure according to any one of appendices 1 to 5, further including a second chamfered portion formed on a side surface of the tip end portion of the optical fiber with respect to the bottom surface.
(Appendix 7)
The optical fiber connection structure according to any one of appendices 1 to 6, further comprising a holder that is disposed on an inlet side of the guide portion of the optical connector and holds the optical fiber according to a height of the inlet. .
(Appendix 8)
The optical connector has a plurality of sets of the waveguide and the guide portion, and the plurality of sets of the waveguide and the guide portion are arranged in parallel,
The optical fiber connection structure according to any one of appendices 1 to 7, wherein the plurality of optical fibers mounted on the plurality of sets of guide portions are tape-like optical fibers integrated by a covering member. .
(Appendix 9)
Supplementary notes 1 to 3, further comprising a pressing portion that is disposed on the surface of the optical connector so as to cover an upper portion of the guide portion, and that presses the optical fiber guided inside the guide portion against the inside of the guide portion. The optical fiber connection structure according to claim 8.
(Appendix 10)
The optical fiber connection structure according to appendix 9, wherein the pressing portion is bonded to the optical connector.
(Appendix 11)
The optical fiber connection structure according to any one of appendices 1 to 10, wherein the first chamfered portion is formed by laser processing or polishing treatment.
(Appendix 12)
An optical connector mounted on a substrate, the optical connector having a waveguide and a guide portion formed on a surface opposite to the mounting surface to the substrate and guiding an optical fiber to the waveguide;
An optical fiber that is mounted on the guide portion of the optical connector, the optical fiber having a first chamfered portion in which a portion that contacts the guide portion during mounting is chamfered among corner portions on the bottom surface side of the tip portion; A method for manufacturing an optical fiber connection structure, comprising:
Pressing the first chamfered portion against the groove bottom of the guide portion;
While maintaining the pressed state, the optical fiber is inserted along the guide portion to the waveguide side,
A method for manufacturing an optical fiber connection structure, wherein the optical fiber is mounted inside the guide portion.
100 システムボード
100A 光ファイバの接続構造
110 ボード基板
120 パッケージ基板
130 LSI
140 光トランシーバ
141 サブ基板
142 光源
143 チップ
150 テープファイバ
50 ヒートシンク
160 光コネクタ
161 導波路
162 ガイド溝
170Tx 光変調器
170Rx 光検出器
180 押圧部
200 光ファイバの接続構造
260 光コネクタ
262 ガイド溝
262A テーパ部
300 光ファイバの接続構造
310 ホルダ
400 光ファイバの接続構造
460 光コネクタ
461 穴部
480 押圧部
481 係合部
100
140
Claims (9)
並列に並べられた複数の光ファイバが束ねて被覆され、先端部の被覆が除去されたテープファイバと
を含み、
前記テープファイバの実装時に前記先端部の被覆が除去されて露出している前記複数の光ファイバ先端が、前記ガイド部に当接する端部のみを面取りされている、テープファイバの接続構造。 An optical connector mounted on a substrate, the optical connector having a waveguide provided on the opposite side of the mounting surface of the substrate, and a guide portion for guiding a tape fiber to the waveguide;
A plurality of optical fibers arranged in parallel and coated with a bundle, and a tape fiber from which the coating on the tip is removed, and
The tape fiber connection structure in which the ends of the plurality of optical fibers exposed by removing the coating of the tip when the tape fiber is mounted are chamfered only at the ends contacting the guide.
前記テープファイバの前記複数の光ファイバは、それぞれ、前記複数組のガイド部に実装される、を含む請求項1乃至6のいずれか一項記載のテープファイバの接続構造。 The optical connector has a plurality of sets of the waveguide and the guide portion, and the plurality of sets of the waveguide and the guide portion are arranged in parallel,
Wherein the plurality of optical fibers, respectively, the connection structure of the plurality of sets of guide portions are mounted on the tape fiber of any one of claims 1 to 6 including the tape fiber.
並列に並べられた複数の光ファイバが束ねて被覆され、先端部の被覆が除去されたテープファイバと
を含み、
前記テープファイバの実装時に前記先端部の被覆が除去されて露出している前記複数の光ファイバ先端が、前記ガイド部に当接する端部のみを面取りされているテープファイバの接続構造の製造方法であって、
前記面取りされている部分を前記ガイド部に押し当て、
前記押し当てた状態を保ちながら、前記テープファイバを前記ガイド部に沿って前記導波路側に挿入し、
前記光ファイバを前記ガイド部の内部に実装する、テープファイバの接続構造の製造方法。 An optical connector mounted on a substrate, the optical connector having a waveguide provided on the opposite side of the mounting surface of the substrate, and a guide portion for guiding a tape fiber to the waveguide;
A plurality of optical fibers arranged in parallel and coated with a bundle, and a tape fiber from which the coating on the tip is removed, and
In the method of manufacturing a tape fiber connection structure, the tips of the plurality of optical fibers exposed by removing the coating of the tip portion when the tape fiber is mounted are chamfered only at the end portion contacting the guide portion. There,
Pressing the chamfered part against the guide part,
While maintaining the pressed state, the tape fiber is inserted into the waveguide side along the guide portion,
A method for manufacturing a tape fiber connection structure, wherein the optical fiber is mounted inside the guide portion.
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