(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直角な水平面および垂直面が交互に連続して形成された階段状の実装面を有する基体と、
該基体の水平面と平行であり且つ該垂直面に直角な入射光軸または出射光軸を有する複数の光素子を含み該基体の各段にそれぞれ実装された１次元光素子アレイとを備え、
該基体が、該光素子アレイを実装する領域を一方の端部近傍に備え、且つ、該光素子アレイに接続された配線層を装荷された小基板を、複数重ねることにより形成されていることを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載された光素子モジュールにおいて、前記配線層が、前記基体の前記水平面上と、前記基体の側面とに装荷された配線層であることを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された光素子モジュールにおいて、前記基体が半導体単結晶をエッチング加工して形成された一体の部材であることを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュール。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された光素子モジュールにおいて、前記基体が、前記光素子の出射光軸または入射光軸を含む平面と平行な小基板を積層することにより構成されていることを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュール。
【請求項５】
請求項４に記載された光素子モジュールにおいて、前記基体が、前記光素子アレイの奥行きに相当する長さだけずらして順次積層されていることを特徴とする光素子モジュール。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載された光素子モジュールにおいて、
前記基体が、該基体の後方において、より下層の小基板の後端表面が所定の長さずつ露出するようにそれぞれが決定された互いに長さの異なる小基板を順次積層して構成されており、
該小基板の各々には、一端を前記光素子アレイに接続され、他端が該小基板の後端まで延在する配線層が装荷されている
ことを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュール。
【請求項７】
請求項４または請求項５に記載された光素子モジュールにおいて、
前記基体が、互いに同じ長さの小基板を順次積層して構成されており、
該小基板の各々が、一端を前記光素子アレイに接続され他端が後方に延在する第１配線層と、隣接する小基板の該第１配線層に一端が接触し他端が該小基板の後端まで延在した該第１配線層に対して小基板の裏面に装荷された第２配線層とを備えることを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載された光素子モジュールにおいて、前記基体の後端と相補的な形状を有し、前記基体の後方に露出している各小基板の前記第２配線層と、該基体が実装される実装基板との間を接続する配線を備えた接続部材を更に備えることを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュール。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された光素子モジュールにおいて、前記基体が、前記光素子アレイの実装時の高さよりも大きな長さの差を有し、且つ該光素子アレイの出射光軸または入射光軸に直角な小基板を隣接して配置することにより構成されていることを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュール。
【請求項１０】
請求項９に記載された光素子モジュールにおいて、前記基板の各々が、一端をそれぞれの基板に実装された前記光素子アレイに接続され、他端を前記実装基板上に接続された配線層を備えることを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュール。
【請求項１１】
請求項９に記載された光素子モジュールにおいて、前記基板の各々が自身の前面に配線層を備え、該配線層の一端は実装基板上に接続され、他端は、該基板の前方に配置された基板に装荷された前記光素子アレイに接続されていることを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュール。
【請求項１２】
請求項９から請求項11までの何れか１項に記載された光素子モジュールにおいて、前記基体を構成する各基板の間が、熱的に遮断されていることを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュール。
【請求項１３】
請求項１から請求項12までの何れか１項に記載された光素子モジュールにおいて、前記光素子アレイがSiで形成された基板または基体上に実装されており、該基体または基板が接地電位に接続されていることを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、２次元アレイ型光素子モジュールに関する。より詳細には、本発明は、複数の光素子を実装された光素子モジュールであって、特に光インタコネクション装置において有利に使用することができる新規な光素子モジュールの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年急速に利用が拡大している各種情報機器の応用分野において、特に、画像あるいは映像を取り扱うシステムや並列コンピュータ等では、従来に比較すると桁違いに大量のデータを伝送しなければならない。また、このような用途で用いられる大規模なシステムの多くは、製造と保守との両方の観点から、機能別あるいは製造単位別に個別に製造された上でインタコネクション装置によって結合されてシステムとして完成されている。そこで、無誘導で高密度な信号伝送が可能な光ファイバの特徴を活かしてこの種のシステムを構築すべく、種々の技術開発が進行しつつある。
【０００３】
図９は、メタルワイヤを用いた従来のインタコネクション装置を含むシステムの典型的な構成を概念的に示す図である。
【０００４】
同図に示すように、この種のシステムは、ひとつの筐体４の中に多数の平行な基板３を収容し、これらの基板どうしあるいは外部の他の装置を、筐体の特定の面（通常は背面）でインタコネクション装置により結合している。メタルケーブルを使用した従来のシステムでは、このインタコネクション装置は、基板側に設けられたコネクタと両端にコネクタ５ａを備えたフラットケーブル５とにより構成されている。
【０００５】
上述のようなインタコネクション装置を光ファイバを用いて構成した場合、上記のフラットケーブル５が光ファイバに置き換えられる。また、各基板上の信号処理の多くは電気信号で取り扱われるので、光インタコネクション装置と電子回路との間で電気／光または光／電気変換が不可欠になる。そこで、実際には光／電気変換または電気／光変換を行う光素子と光信号の伝送媒体である光ファイバとを一体にした光モジュールが生産されており、これを電子回路と光ファイバとのインターフェースに使用することが一般的である。更に、光素子に不可避に付随する駆動回路や増幅回路等もこの光モジュールに一体に装備されている。このような光モジュールを用いることにより、光ファイバと光素子とを結合する際に必要な光軸合わせ等の工程を装置の製造現場では省略することができ、光システムを効率良く構築することが可能になる。
【０００６】
しかしながら、上述のような光モジュールは、その光素子部を基板上に直接に実装して使用するので、従来のフラットケーブルを用いたインタコネクト装置のように容易に着脱することはできない。一方、光ファイバを着脱可能に接続できる光コネクタは既に実用化されているが、この種の光コネクタは、光ファイバを１本ずつあるいはせいぜい数本ずつ接続できるに過ぎない。前述の並列処理コンピュータ等の新規なアーキテクチャへの適用を考慮した場合、インタコネクト装置のチャンネル数は１０００を越える場合もあり、従来の光コネクタを使用して光インタコネクト装置を実現することは到底不可能である。
【０００７】
このような事態に対して、例えば、複数の光素子を一体にパッケージングした光素子アレイや、１本で複数のコアを備えた多芯コアファイバ等が開発されている。また、多芯コアファイバを多数内蔵させることにより、１０００チャンネルを越えるような光ファイバケーブルも開発されている。更に、光ファイバの先端に装着される光コネクタも、複数の光ファイバの接続端面を２次元的に配列して物理的な伝送密度を向上させる等、多くの技術が開発されつつある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方、光モジュールは、前述のように、光素子の他に光素子の駆動回路や増幅器等の電子回路を内蔵しているが、これらの回路はその動作時に不可避に熱を発生する。このような熱は、単独の光モジュールではそれほど深刻な問題にはならないが、多チャンネルのインタコネクト装置を構成するために多数の光モジュールが集中的に実装された場合には、全体の発熱量が無視し得ないものとなる。
【０００９】
特に、光モジュールで使用されている発光素子や受光素子は一般に温度特性を有している。このため、単独の光モジュールで使用している場合には自然冷却でも深刻な影響がなかったものが、多数の光モジュールを高密度に実装した場合には時間の経過と共に初期の特性を維持できなくなる。特に、２次元アレイ型の光モジュールでは、内部に位置する光モジュールの温度条件が不利になるために、ひとつのインタコネクション装置内で、チャンネル相互で特性にばらつきが生じる。
【００１０】
そこで、本発明は上記従来技術の問題を解決し、多数の光チャンネルを高密度に取り扱うことを可能にし、多チャンネルの光インタコネクション装置を実現し得る新規な２次元アレイ型光素子モジュールを提供することをその目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に従うと、互いに直角な水平面および垂直面が交互に連続して形成された階段状の実装面を有する基体と、該基体の水平面と平行であり且つ該垂直面に直角な入射光軸または出射光軸を有する複数の光素子を含み該基体の各段にそれぞれ実装された１次元光素子アレイとを備え、該基体が、該光素子アレイを実装する領域を一方の端部近傍に備え、且つ、該光素子アレイに接続された配線層を装荷された小基板を、複数重ねることにより形成されていることを特徴とする２次元アレイ型光素子モジュールが提供される。
【００１２】
【作用】
本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールは、複数の光素子を１次元的に配列してなる光素子アレイを、更に、言わば階段状に配置して、全体として光素子の２次元アレイを構成している点にその主要な特徴がある。
【００１３】
即ち、本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールでは、各１次元光素子アレイと、主要な放熱先である実装基板とが、基体を介して熱的には個別に実装基板に結合される。換言すれば、各１次元光素子アレイと実装基板との間には、他の１次元光素子アレイは介在しない。従って、２次元光素子アレイ全体で、各１次元光素子アレイに対する熱的な条件が平等になり、多チャンネルの２次元アレイを構成した場合でも各チャンネルの動作条件にばらつきが生じない。
【００１４】
このような本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールは、階段状の基体を用いて、この基体の各水平面あるいは各垂直面に各々１次元光素子アレイを実装することにより構成できる。
【００１５】
尚、このような階段状の基体に光素子アレイを実装した場合、各１次元光素子アレイに電気信号を結合するための配線も設ける必要がある。即ち、１次元光素子アレイは、それぞれ複数の光素子と共に各光素子を駆動するための回路等を備えているので、これらの回路を駆動するための電力や、光素子において光信号に変換する信号を伝送するための信号線路等を、各光素子毎に設ける必要がある。但し、ＧＮＤ端子等は複数の光素子で共用しても差し支えないので、例えば、後述するように、基体として導電材料あるいは半導体材料を用いた場合は、基体自体を共通のＧＮＤとして使用してもよい。
【００１６】
上述のような本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールの基体は、例えばＳｉ単結晶を加工して作成することができる。但し、当初より階段状の実装面を備えた基体を使用した場合、基体への配線の装荷工程が面倒になる恐れがある。そこで、本発明の好ましい態様によると、各々が１次元光素子アレイを実装され且つ配線を装荷された小基板を複数用意して積層することにより、上記本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールを容易且つ効率良く製造することが可能になる。
【００１７】
以下、図面を参照して本発明に係る光インタコネクション装置をより具体的に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
【００１８】
【実施例】
図１は本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールの具体的な構成例を示す図である。
【００１９】
同図に示すように、ここでは、一体に成形された階段状の実装面を有する基体１０の各水平面の各々の上に、複数の光素子を含む１次元光素子アレイ２０が実装されている。各１次元光素子アレイ２０の発光部は、基体の垂直面と平行な面に形成されており、従って、この２  次元アレイ型光素子モジュールの前方から向かって見た場合、各光素子の発光部はマトリックス状に配列される。
【００２０】
図２は、図１に示した２次元アレイ型光素子モジュールを上方から見降ろした図である。
【００２１】
同図に示すように、各１次元光素子アレイ２０は、基体１０の各水平面の前端近傍に実装されており、１次元光素子アレイ２０に一端を接続された配線３０は、各水平面上で方向を変えて、基体１０の側方に向かって延在している。実際には、この配線３０を、基体１０の側面に沿って下方まで延ばすことにより、基体１０自体を実装する実装基板表面の配線に、この配線３０を結合することができる。
【００２２】
但し、この態様では、基体１０の各水平面に配線３０を装荷するための領域をとらなければならないので、全体として２次元アレイ型光素子モジュールの実装寸法が大きくなってしまう。
【００２３】
図３は、本発明に係る２次元アレイ型光素子アレイの他の構成例を示す図である。
【００２４】
同図に示すように、この２次元アレイ型光素子モジュールは、それぞれが１次元光素子アレイ２０および配線３１ａ〜３１ｄを装荷された小基板１１ａ〜１１ｄを積層することにより構成されている。ここで、各小基板１１ａ〜１１ｄは、下層から上層にいくに従って寸法が短くなっており、後述するように、最終的に１  次元光素子アレイが階段状に配置される。また、この態様では、小基板１１ａ〜１１ｄの各々に配線２１ａ〜３１ｄが装荷されているので、配線の密度が著しく高くなることはない。また、通常の平坦な基板と同じ工程で配線３１ａ〜３１ｄを形成することができるので、製造は容易である。
【００２５】
図４は、図３に示した２  次元アレイ型光素子アレイの完成後のひとつの態様を示す図である。
【００２６】
同図に示すように、この２次元アレイ型光素子モジュールでは、自身の前端だけではなく、後端も階段状に構成されている。従って、光素子モジュール後端では、各水平面上に配線３１ａ〜３１ｄが露出する。このような配線３１ａ〜３１ｄの後端は、通常のボンディングワイヤ等を使用して実装基板上の配線と容易に結合することができるので、取り扱いが容易である。但し、各小基板１１ａ〜１１ｄ毎に寸法が異なるので、生産性の点では不利である。
【００２７】
図５は、図３に示した２次元アレイ型光素子モジュールが完成した後の他の態様を示す図である。
【００２８】
同図に示すように、この光素子モジュールは、互いに同じ寸法の小基板１２を積層して構成されている。ここで、各小基板１２は、その上面と下面とにそれぞれ配線３２、３３を備えている。また、１次元光素子アレイ２０は、小基板１２の前端近傍に実装されており、上面の配線３２に結合されている。
【００２９】
以上のように構成された２次元アレイ型光素子モジュールでは、下層の小基板１２の上面に装荷された配線３２が、直上の層の小基板１２の下面に装荷された配線３３と電気的に結合され、この下向きの配線３３の後端が各小基板１２の後端で下向きに露出する。尚、最上層の小基板では、小基板上面の配線が直接露出しているが、後述する接続部材を使用して各層の配線を一括して接続するために、図５に示した例では、１次元光素子アレイを実装していない（配線は装荷されている）ダミーの小基板を積層している。
【００３０】
ここで、この２次元アレイ型光素子モジュールの後端と相補的な形状を有する接続部材１３等を用意して、実装基板上の配線と１次元光素子アレイとを接続することができる。即ち、図５に示した例では、階段状の端面を有する接続部材１３の各水平面には導電材料で形成されたバンプ３５が装荷されており、これを利用して接続部材上の配線と各１次元光素子アレイとを電気的に結合することができる。各配線３３の後端では電気的な接続が取れればよいので、この接続は比較的容易である。
【００３１】
図６は、本発明に係る２  次元アレイ型光素子モジュールの、全く他の構成例を示す図である。
【００３２】
同図に示すように、この２次元アレイ型光素子モジュールは、実装基板４０に対して垂直に配置された複数の小基板１４ａ〜１４ｄを隣接して配列することにより構成されている。各小基板１４ａ〜１４ｄは、実装時に前側になる表面に１次元光素子アレイ２０と配線３６ａ〜３６ｄをそれぞれ実装されている。従って、各小基板１４ａ〜１４ｄの構成は、図３に示した２次元アレイ型光素子モジュールの場合とよく似ている。但し、この光素子モジュールでは、小基板１４ａ〜１４ｄの実装面と直角に、即ち、各小基板１４ａ〜１４ｄ上の配線３６ａ〜３６ｄの延在方向と直角に光が放射されるように各１次元光素子アレイ２０が実装されいてる。
【００３３】
この構成では、各小基板１４ａ〜１４ｄに結合された配線３６ａ〜３６ｄの各々が直接実装基板４０上まで延長されているので、この２次元アレイ型光素子モジュール自体を極めて容易に実装基板４０上に実装することがてきる。また、各１次元光素子アレイ２０で発生した熱は、各小基板１４ａ〜１４ｄを介して等しく実装基板４０に伝播されるので、各１次元光素子アレイ２０を平等な温度条件で動作させることが可能になる。
【００３４】
図７は、本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールの更に他の態様を示す図である。
【００３５】
同図に示すように、この２次元アレイ型光素子モジュールも、実装基板４０に対して垂直に配置された複数の小基板１４ａ〜１４ｄを隣接して配列することにより構成されている。また、各小基板１５ａ〜１５ｄの寸法を順次変えることにより、１次元光素子アレイを実装するための階段状の実装面を構成している点でも図６に示した実施例と共通している。但し、この実施例では、各１次元光素子アレイ２０は小基板１５ａ〜１５ｄの水平端面上に装荷されている。また、各小基板１５ａ〜１５ｄの各々の間には、熱伝導率の低い材料で構成された断熱層４１が間挿されている。
【００３６】
以上のような構成では、各１次元光素子アレイ２０で発生する熱が、効率良く小基板１５ａ〜１５ｄに伝播されると共に、各１次元光素子アレイ２０および小基板１５ａ〜１５ｄが、隣接する他のアレイおよび小基板から熱的な影響を受けないので、それぞれが確実に同じ条件で動作する。
【００３７】
図８は、本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールの更に他の構成例を示す図である。
【００３８】
同図に示すように、この２次元アレイ型光素子モジュールは、階段状の実装面を有する金属製の基体４１と、この記載４１の各水平面上に装荷された絶縁性基板１６と、各絶縁性基板１６上に実装された１次元光素子アレイ２０とから主に構成されている。
【００３９】
以上のような構成では、金属製基体４１を介して極めて効率のよい放熱が可能なので、各１次元光素子アレイ２０を良好な温度条件の下で動作させることができる。また、１次元光素子アレイ２０および絶縁性基板１６は、互いに同じ形状のものを使用することができるので、生産性も高い。尚、絶縁性基板１６としては、例えば、表面に酸化絶縁膜を形成した半導体基板等を用いてもよいことはいうまでもない。また、この金属製基体４１を、各１次元光素子アレイの共通のＧＮＤ端子として利用することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールは、その独特の形状により、光素子、駆動回路等で発生した熱を効率良く放散することができる。また、各１次元光素子アレイに対する熱的な条件が概ね平等なので、多チャンネルの光信号を均等に取り扱うことが可能になる。
【００４１】
更に、半導体加工技術を利用して極めて精密に、生産性良く製造することができるので、多チャンネルの光コネクタ等にも応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールの具体的な構成例を示す図である。
【図２】図１に示した２次元アレイ型光素子モジュールにおける配線の装荷状態を示す図である。
【図３】本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールの他の構成例の構造を示す図である。
【図４】図３に示した構造を有する２次元アレイ型光素子モジュールのひとつの態様を示す図である。
【図５】図３に示した構造を有する２次元アレイ型光素子モジュールの他の態様を示す図である。
【図６】本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールの他の構成例の構造を示す図である。
【図７】図６に示した構造を有する２次元アレイ型光素子モジュールの他の態様を示す図である。
【図８】本発明に係る２次元アレイ型光素子モジュールの更に他の構成例を示す図である。
【図９】メタルケーブルを用いた一般的なインタコネクション装置の典型的な構成を概念的に示す図である。
【符号の説明】
３・・・基板、
４・・・筐体、
５・・・コネクタ、
６・・・支持部材
１０・・・基体、
１１ａ〜１１ｄ、１２、１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｄ・・・小基板、
１３・・・接続部材、
１６・・・絶縁性基板、
２０・・・１次元光素子アレイ、
３０、３１ａ〜３１ｄ、３２、３３、３６ａ〜３６ｄ、３７ａ〜３７ｄ・・・配線、
３５・・・バンプ、
４０・・・実装基板、
４１・・・金属製基体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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