JP2007057976A - Optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電素子と光ファイバとを光学的に接続する光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical module that optically connects a photoelectric element and an optical fiber.
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。 In recent years, the speeding up of devices such as LSI has made remarkable progress. In particular, a 1 GHz product, which was considered impossible about 10 years ago in CMOS, has been put into practical use, and a 10 GHz product has been put into practical use at the most advanced level. Under such circumstances, there is a limit to guaranteeing “signal quality” in the conventional mounting method using only the motherboard wiring or the electrical method in which the connection between the motherboards is performed using an electric cable connector. This is a general recognition of engineers regarding interconnection.
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。 As a means for solving this problem, it is expected to replace the electrical interconnection with the optical interconnection. However, it is not practical in terms of size, cost, power consumption, etc. to apply the conventional network backbone optical transmission technology for information transmission of several kilometers to several hundred kilometers to “optical interconnection”. There is no practical value in the field of interconnection.
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。 For this reason, high-speed signals are limited to the LSI package interposer without going through the mounting board, and the electrical wiring length is shortened, converted into an optical signal within the interposer, and used as an external input / output. Has been. However, any of the methods such as a method using a connector and a method of soldering an optical module has many problems in terms of cost.
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12(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12(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309を有する。そして、図12(b)に示すように、インタポーザ302と光モジュール307とは、接続ピン309とジャック310の機械的接触により電気接続されている。
As an optical module proposed to replace electrical interconnection with optical interconnection, an optical module described in
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13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14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13に示すように、半導体素子411(図13中、不図示)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14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。
Further, Patent Document 2 discloses an optical module aimed at downsizing and cost reduction. FIG. 13 is a perspective view illustrating a schematic configuration of the optical module described in Patent Document 2, and FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating the schematic configuration of the optical module. As shown in FIG. 13, the optical module described in Patent Document 2 includes
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15(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15(b)は光モジュールの概略構成を示す断面図である。図15(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15(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。
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もある。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がある。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は勿論のこと、透明基板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。
However, the optical module described in
Further, in the optical module described in Patent Document 2, since the
Also, in the optical module described in Patent Document 3, an underfill process or the like is required for the connection portion due to the configuration of the bare chip, which makes the manufacturing work and the like troublesome. Furthermore, not only the transparent substrate on which the bare chip is mounted, but also a CP substrate for electrically connecting the transparent substrate and the motherboard, and a grounding mechanism for impedance matching in the transparent substrate and the CP substrate are also required. However, there is a problem that the manufacturing cost increases with the increase in size.
本発明によれば、基板上に設けられる光モジュールであって、前記基板と電気的に接続される半導体素子と、前記半導体素子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うち、少なくとも1つをなす回路面を有し、光ファイバと光学的に接続される光電素子と、を備え、前記光電素子は、前記回路面が上側となるよう配されるとともに、前記回路面と前記半導体素子とを電気的に接続するための配線が形成された被覆部材により、前記光電素子の本体が該回路面から側面を経由して下面へわたって被覆され、前記下面にて前記半導体素子と電気的に接続されることを特徴とする光モジュールが提供される。 According to the present invention, an optical module provided on a substrate, a semiconductor element electrically connected to the substrate, a light receiving unit electrically connected to the semiconductor element and receiving an optical signal, and the optical signal And a photoelectric element optically connected to an optical fiber, the photoelectric element being arranged so that the circuit surface is on the upper side. And the body of the photoelectric element is covered from the circuit surface to the lower surface via the side surface by a covering member in which wiring for electrically connecting the circuit surface and the semiconductor element is formed, An optical module is provided that is electrically connected to the semiconductor element at the lower surface.
この光モジュールでは、光電素子の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。すなわち、半導体素子側との電気的接続部位が光電素子の下部に形成され、回路面の上方が開放された状態となる。これにより、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、光ファイバと光電素子で光信号を送受するためのレンズ等の光学部材は不要となる。これにより、部品点数を削減するととともに、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。 In this optical module, there is no need to provide a wiring wire protruding from the circuit surface of the photoelectric element or to provide a transparent substrate that is electrically connected to the circuit surface and covers the circuit surface side. That is, the electrical connection part with the semiconductor element side is formed in the lower part of the photoelectric element, and the upper part of the circuit surface is opened. Thereby, a member to which the optical fiber is fixed can be brought close to the circuit surface, and an optical member such as a lens for transmitting and receiving an optical signal between the optical fiber and the photoelectric element becomes unnecessary. As a result, the number of parts can be reduced, and the number of processes in the assembly process and the inspection process can be reduced, and the manufacturing cost can be drastically reduced as compared with a lens having an optical member such as a lens. Further, the module can be reduced in size by omitting the optical member.
以上の構成とすることには、光電素子の回路面と半導体素子とを電気的に接続するための技術的工夫が必要となる。これを実現するため、配線を光電素子の表面に沿って形成することにより、光電素子の下部と半導体素子側とで安定的な電気的接続が可能となる。すなわち、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。 The above configuration requires a technical device for electrically connecting the circuit surface of the photoelectric element and the semiconductor element. In order to realize this, by forming the wiring along the surface of the photoelectric element, a stable electrical connection between the lower part of the photoelectric element and the semiconductor element side becomes possible. In other words, there is no risk of disconnection or the like due to stress concentration in the wiring by forcibly pulling the wiring to the bottom of the module, as in the case where the wiring is formed on the module substrate itself. Reliability is dramatically improved.
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。 According to the optical module of the present invention, the manufacturing cost of the module can be reduced and the size can be reduced, and the reliability and mass productivity can be remarkably improved, which is extremely advantageous in practical use.
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。 A preferred embodiment of an optical module of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
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。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、符号不図示)を有する。以下、本発明の特徴構成である光モジュール200について、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位置であるので、重複を避けるべく一方を説明する。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention and is a schematic explanatory diagram of a mother board in which module substrates are connected using an optical module.
As shown in FIG. 1, the
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。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素子つまり光−電気変換素子と、電気信号を光信号に変換する素子つまり電気−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1つ又は双方をいう。
FIG. 2 is an external perspective view of the optical module.
As shown in FIG. 2, the
The “photoelectric element” is generally used as a general term for an element that converts an optical signal into an electric signal, that is, a photoelectric conversion element, and an element that converts an electric signal into an optical signal, that is, an electric-optical conversion element. Many. In this specification, the term “photoelectric element” is used as a generic term for both unless otherwise specified. Therefore, the term “photoelectric element” refers to any one or both of the above.
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縦断面図であり、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縦断面図であり、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と電気的に接続される半導体素子としての周辺IC214と、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うち少なくとも1つをなす回路面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と光学的に接続される光ファイバアレイ202と、を備えている。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the optical module when the optical module of FIG. 2 is cut in the AA direction, and is a diagram showing a relationship with the module substrate and the like. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the optical module in a state where the sub module and the fiber connector are separated when the optical module of FIG. 2 is cut in the AA direction, and is a diagram showing a relationship with the module substrate and the like.
As shown in FIGS. 3 and 4, the
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PIN−PD(PIN型フォトダイオード)212eの両方の素子からなる。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PIN−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、光電素子212は、VCSEL212dの回路面212d1と、PIN−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、PIN−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PIN−PD212eがモジュール基板106と平行な方向に並設されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the optical module in which the optical module is cut along the BB cross section in FIG. 2 and the cut surface is viewed from above. Here, FIG. 5 does not show a cross section of the main body portion of the fiber connector for the sake of explanation.
As shown in FIG. 5, the
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、チップ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、レシーバとドライバの両方をなす。周辺IC214は、配線214bが形成された被覆部材により、上部から側面を経由して下面へわたって被覆されている。本実施形態においては、被覆部材はポリイミドを主成分としたフレキシブルフィルム216である。図5に示すように、周辺IC214は、光電素子212のVCSEL212dの下方にてドライバ214dをなし、PIN−PD212eの下方にてレシーバ214eをなす。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
光電素子212は、回路面212d1,212e1が上側となるよう配されるとともに、回路面212d1,212e1と周辺IC214とを電気的に接続するための配線212bが形成されたフレキシブルフィルム216により回路面212d1,212e1から側面を経由して下面へわたって被覆されている。そして、光電素子212は、下面にて周辺IC214と電気的に接続されている。本実施形態においては、光電素子212と周辺IC214が積層して配置されており、これら両者はいわゆるカスケード接続となっている。
The
ここで、光電素子212の製造方法について説明する。図6(a)は組立前の光電素子の断面説明図、図6(b)は組立後の光電素子の断面説明図である。
図6(a)に示すように、銅からなる配線212bが内側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の素子本体218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を形成する。ここで、配線212bは、シグナル配線とグランド配線の両方が形成される。図6(a)に示すように、配線212bは、素子本体218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ことはない。図6(a)においては、配線212bは、後述するバンプ228間には形成されておらず、回路面212d1の真上(図中真下)にて所定方向(図6中奥行き方向)にわたって切り欠かれた断面形状となっている。そして、これらの穴220,222に、配線212bと電気的に接続される電極224,226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。
Here, a method for manufacturing the
As shown in FIG. 6A, a
そして、素子本体218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。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。
Then, the
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素子本体218に沿って曲成し、素子本体218に熱圧着することにより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。ここで、図6(b)には、外部端子230が素子本体218の下面側に形成されたものを示している。本実施形態においては、外部端子230はBGAで構成されている。そして、光電素子212は、図3に示すように、この外部端子230が周辺IC214の上面と接続されるようサブモジュール204内に配される。
From this state, as shown in FIG. 6B, the
このように、光電素子212は、素子本体218の周りに配線212b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以外に形成することができる。ここで、光電素子212の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。これにより、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、配線212b部分の信頼性が向上する。さらに、光電素子212を配線212b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、光電素子212の配線212b部分に、シグナル配線とともにグランド配線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配線に比べて、飛躍的に信号品質を向上させることができる。
As described above, the
また、本実施形態においては、周辺IC214についても光電素子212と同様の方法で製造される。図7は、周辺ICの断面説明図である。図7に示すように、周辺IC214については、素子本体218の下面側のみだけではなく、上面側にも外部端子230が形成される。周辺IC214の上面側の外部端子230が光電素子212の外部端子230と接続され、下面側の外部端子230が光モジュール端子210を有するインタポーザ232に接続される。すなわち、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、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。
In the present embodiment, the
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に接着や半田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。
In the present embodiment, the
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、12本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238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。
Next, mounting of the
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)。
Further, as shown in FIG. 4, the
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、光電素子212としてVCSEL212dを有するものが用いられ、周辺IC214としてレーザーダイオードのドライバ214dを有するものが用いられる。
In the
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、光電素子212としてPIN−PD214eを有するものが用いられ、周辺IC214としてプリアンプのレシーバ214eを有するものが用いられる。
When functioning as a receiver, the optical signal received from the
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、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は不要となる。これにより、部品点数を削減するととともに、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。
According to the
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SM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以下を想定される場合に、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、MM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を回路面212d1,212e1に約200μm程度の距離で十分に近接させることにより、レンズが不要となっている。
More specifically, in the conventional configuration of the edge emitting laser diode and SM fiber generally used for long-distance communication as an optical transmission device, the emission angle of the emitted light is relatively large, for example, a loss of 0.5 dB or less is assumed. In this case, the allowable displacement of the optical axis is within about 1 μm. In addition to this, the use of a lens has become essential because the optical fiber cannot be sufficiently close to the circuit surface.
In the present embodiment, a VCSEL having a circular emission light and a relatively small emission angle is employed, and the allowable positional deviation of the optical axis is relaxed within about 5 μm by the combination with the MM fiber. The
また、光電素子212の表面に沿うように回路面212d1,212e1から下部まで配線212bを形成したので、光電素子212の下部と光モジュール端子210側と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。
Further, since the
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をカスケード接続としたので、サブモジュール204を小型に構成することができる。特に、周辺IC214についても、配線214bを表面に沿って形成するようにしたので、光電素子212及び周辺IC214を薄く形成することができ、モジュール基板106から上方への突出量を小さくすることができる。
Further, according to the
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。
Further, according to the
Here, since the circuit surfaces 212d1 and 212e1 of the
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により配線212b,214bが覆われているので、配線212b,214b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、素子本体218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。
Moreover, according to the
また、本実施形態の光モジュール200によれば、配線212b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、配線212b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るので、計算が比較的容易となる。
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容易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。
Also, according to the
Furthermore, in the prior art, when the wire is a single wire for signal wiring, a ground structure must be provided for impedance matching, which also increases the size of the module and makes impedance matching easy and easy. I can't. In this embodiment, such a problem is also solved.
また、本実施形態の光モジュール200によれば、モジュール基板106内で高速信号を処理するので、LSI102はシリアル・パラレル変換等をすることなく使用でき、ゲート使用率を高めることができる。また、LSI102の端子数を少なくすることができ、モジュール側の基板の低層化を実現して、コストの低減を図ることができる。
Further, according to the
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。
Further, according to the present embodiment, since the
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以下のモジュール基板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。
In addition, according to the present embodiment, since the high-speed signal is separated from the
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。 In summary, according to the present embodiment, the module manufacturing cost can be reduced and the module can be reduced in size, and the reliability and mass productivity can be significantly improved, which is extremely advantageous in practical use.
尚、前記実施形態においては、光電素子212がVCSEL212d及びPIN−PD212eからなるものを示したが、図8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8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PIN−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8(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8(b)に示すように光電素子212がPIN−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8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。
In the above embodiment, the
また、前記実施形態においては、銅からなる配線212b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、配線212b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、前記実施形態においては、配線212bが単層であるものを示したが、配線212bが多層であるものであってもよい。要は、回路面212d1,212e1と光モジュール端子210とを電気的に接続するための配線が形成されたフィルム216により、素子本体218における回路面212d1,212e1から端面212cへわたって表面が被覆されていればよい。
In the above embodiment, the
また、前記実施形態においては、素子本体218のみをフレキシブルフィルム216により被覆するものを示したが、例えば、図9に示すように、素子本体218における回路面212d1,212e1の反対側にヒートシンク238を隣接して配し、これを素子本体218とともに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。これにより、光電素子212の剛性及び強度を向上させることができ、モジュール基板106や周辺IC214の反りやうねり等に対応することができる。また、図10に示すように、素子本体218の内部で生じた熱をヒートシンク238を介して放熱することができる。従って、光モジュール200の雰囲気温度が比較的高い場合や、素子本体218の発熱量が比較的大きい場合に、光電素子212を効果的に冷却することができる。
In the above embodiment, the
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。
In the above embodiment, the
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。
Moreover, in the said embodiment, although the
さらに、前記実施形態においては、配線212bが回路面212d1(212e1)の真上にて所定方向にわたって切り欠かれたものを示したが、例えば図11に示すように、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212bの層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212b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の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212b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。
Furthermore, in the above embodiment, the
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。
Further, in the above-described embodiment, the one using the
また、前記実施形態においては、光電素子212と周辺IC214とを直接的に接続したものを示したが、例えば、インタポーザ等を介して接続するようにしてもよいし、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。
In the above embodiment, the
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
212b 配線
212d VCSEL
212d1 回路面
212e PIN−PD
212e1 回路面
214 周辺IC
214b 配線
216 フレキシブルフィルム
218 素子本体
220 穴
222 穴
224 電極
226 電極
228 バンプ
230 外部端子
232 インタポーザ
234 コネクタホールダ
234a 穴
236 ハウジング
236a ピン
238 アレイ固定ピース
240 ミラー
100
Claims (6)
前記基板と電気的に接続される半導体素子と、
前記半導体素子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うち、少なくとも1つをなす回路面を有し、光ファイバと光学的に接続される光電素子と、を備え、
前記光電素子は、前記回路面が上側となるよう配されるとともに、前記回路面と前記半導体素子とを電気的に接続するための配線が形成された被覆部材により、前記光電素子の本体が該回路面から側面を経由して下面へわたって被覆され、前記下面にて前記半導体素子と電気的に接続されることを特徴とする光モジュール。 An optical module provided on a substrate,
A semiconductor element electrically connected to the substrate;
A photoelectric element that is electrically connected to the semiconductor element and has a circuit surface that forms at least one of a light receiving unit that receives an optical signal and a light emitting unit that transmits an optical signal, and is optically connected to an optical fiber And comprising
The photoelectric element is arranged so that the circuit surface is on the upper side, and the body of the photoelectric element is formed by a covering member on which wiring for electrically connecting the circuit surface and the semiconductor element is formed. An optical module, which is covered from a circuit surface to a lower surface via a side surface and is electrically connected to the semiconductor element on the lower surface.
前記サブモジュールの上部に着脱自在に設けられ、前記光ファイバが配されるファイバコネクタと、を具備したことを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。 A submodule in which the semiconductor element and the photoelectric element are arranged;
The optical module according to claim 1, further comprising: a fiber connector that is detachably provided on an upper portion of the submodule and to which the optical fiber is arranged.
前記光信号が前記光ファイバ側で前記基板と略平行となり前記光電素子側で前記基板と略垂直となるよう構成されたことを特徴とする請求項2に記載の光モジュール。 The fiber connector has a mirror part that is interposed between the optical fiber and the photoelectric element and reflects the optical signal,
The optical module according to claim 2, wherein the optical signal is configured to be substantially parallel to the substrate on the optical fiber side and to be substantially perpendicular to the substrate on the photoelectric element side.
前記半導体素子と前記光電素子が積層して配置されることを特徴とする請求項4に記載の光モジュール。 The semiconductor element is covered with a film in which wiring is formed, and the element body is covered from the upper part to the lower part via the side part,
The optical module according to claim 4, wherein the semiconductor element and the photoelectric element are stacked.
前記インタポーザ、前記半導体素子及び前記光電素子をシステム・イン・パッケージとしたことを特徴とする請求項5に記載の光モジュール。
An interposer in which an optical module terminal connected to the substrate is formed is connected to the lower part of the semiconductor element,
The optical module according to claim 5, wherein the interposer, the semiconductor element, and the photoelectric element are system-in-package.
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