(57)【要約】【課題】プリント基板の配線を単純にできるような並列光通信モジュールを提供する。【解決手段】並列光通信モジュール１００はモジュール基板１を有し、モジュール基板１の電極面１３では、複数の高速信号電極６と、複数の高周波グラウンド電極１１と、が第１の正方格子２８を形成するように配置され、高速信号電極６は電極面１３の最外周の格子点３０ｇ上にはなく、高速信号電極６は正相の信号電極１５または逆相の信号電極１６であり、両者は第１の正方格子２８の格子線２９から４５度傾いた方向に互いに隣接した格子点３０ａ、３０ｂ上に配置されることにより高速信号電極対２６をなし、両者を結ぶ線分２７の垂直二等分線２４のうち線分２７に関して片側にある直線３４の上にある格子点は電極不占有格子点３５であって、高周波グラウンド電極１１は高速信号電極対２６の周囲で隣接する格子点のうち電極不占有格子点３５を除いた格子点に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子と、光素子を駆動するための電子素子と、前記光素子と前記電子素子が一方の面に実装されたモジュール基板と、を有し、
前記モジュール基板の他方の面は電極面であり、複数の高速信号電極と、複数の高周波グラウンド電極と、が第１の正方格子の格子点上に配置され、
前記高速信号電極は前記電極面の最外周の格子点上にはなく、
前記高速信号電極は正相の信号電極または逆相の信号電極であり、前記正相の信号電極と前記逆相の信号電極とは前記第１の正方格子の格子線から４５度傾いた方向に互いに隣接した格子点上に配置されることにより高速信号電極対をなし、
前記高速信号電極対を構成する前記正相の信号電極と前記逆相の信号電極とを結ぶ線分の垂直二等分線のうち、前記線分に関して片側にある直線の上の格子点は、前記高速信号電極及び前記高周波グラウンド電極のいずれにも占有されていない電極不占有格子点であって、
前記高周波グラウンド電極は前記高速信号電極対の周囲で隣接する格子点のうち前記電極不占有格子点を除いた格子点に配置されている、並列光通信モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の並列光通信モジュールと、プリント基板と、を有する組立体であって、
前記プリント基板は、高速信号のランドと、高周波グラウンドのランドと、グラウンド付きコプレーナ線路と、を有し、
前記並列光通信モジュールの前記電極面は前記プリント基板と対向し、
前記電極面上の前記高速信号電極と前記高周波グラウンド電極にそれぞれ対応する前記プリント基板上の前記高速信号のランド及び前記高周波グラウンドのランドが、前記第１の正方格子と対応する第２の正方格子の格子点上に配置されており、
前記第２の正方格子の格子線から４５度傾いた方向に互いに隣接した格子点上に配置される前記高速信号のランドはランド対を形成し、
前記ランド対を構成する２つの前記高速信号のランドを結ぶ線分の垂直二等分線のうち、前記線分に関して片側にある直線の上にある格子点は、前記電極不占有格子点に対向し、前記高速信号のランド及び前記高周波グラウンドのランドのいずれにも占有されていないランド不占有格子点であって、
前記ランド対からは、ランド不占有格子点を通って、前記グラウンド付きコプレーナ線路が引き出されている、組立体。
【請求項３】
請求項１に記載の並列光通信モジュールと、プリント基板と、を有する組立体であって、
前記プリント基板は、高速信号のランドと、高周波グラウンドのランドと、ビアと、を有し、前記プリント基板の内層には高周波配線が形成されており、
前記並列光通信モジュールの前記電極面は前記プリント基板と対向し、
前記電極面上の前記高速信号電極と前記高周波グラウンド電極にそれぞれ対応する前記プリント基板上の前記高速信号のランド及び前記高周波グラウンドのランドが前記第１の正方格子と対応する第３の正方格子の格子点上に配置されており、
前記高速信号のランドは前記ビアを介して前記プリント基板の内層に形成された前記高周波配線に接続される、組立体。
【請求項４】
前記ビアは、前記プリント基板の前記第３の正方格子が形成されている平面上で、前記高速信号のランドのある格子点からずれた位置にある、請求項３に記載の組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並列光通信モジュール、及び並列光通信モジュールを搭載するプリント基板の組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
この数年、コンピュータの計算速度はＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）コンピューティング等の新技術により飛躍的に向上している。特に多数のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）及びＧＰＵを同時に動作させるハイパフォーマンスコンピュータでは計算速度よりもノード間の通信速度がボトルネックとなりつつある。また、ノード数が増えるに従ってノード間の距離も長くなることからノード間を接続するインターコネクション技術には１．高速で、２．比較的長い距離を、３．低消費電力でデータ通信することが要求されている。
【０００３】
関連する電気インターコネクション技術ではこのような要求を満たすことが困難であり、光インターコネクション技術に注目が集まっている。
【０００４】
光インターコネクション技術の中でも、複数の光素子と駆動回路を一枚の基板上に実装した並列光通信モジュールと複数の光ファイバを１本にまとめたアレイ光ファイバを組み合わせたパラレル光インターコネクションが主流となっている。
【０００５】
並列光通信モジュールの電気インターフェースに着目すると、高速な通信を行う配線には正相の信号と逆相の信号をペアにして伝送を行う差動伝送方式が用いられている。この方式では外部からのノイズに強いという利点がある一方、１つの信号に対して２本の伝送線路が必要となり、モジュールの小型化・挟ピッチ化が進むと配線が難しくなるといった課題がある。また、高速信号配線は周囲のグラウンドが安定していることが重要であり、高速信号配線のグラウンドを強化するために高速信号電極の周囲にはグラウンド電極が配置される（図８；Ｐ、Ｎはそれぞれ正相、逆相の信号電極、ハッチはグラウンド電極）。
【０００６】
このような並列光通信モジュールを搭載するためのプリント基板にはＦＲ−４多層基板が安価で優れている。そこで、ＦＲ−４多層基板（比誘電率〜４．７、各層の厚さｔ＝０．１５ｍｍ）上にグラウンド付コプレーナ差動配線を形成しようとすると、例えば配線幅０．１０ｍｍ、差動線路間隔０．０８ｍｍ、 配線−グラウンド間隔０．１０ｍｍとすることで１００Ωの差動伝送線路が設計でき、この差動伝送線路を配線するには０．５ｍｍ程度の横幅が必要となる。このため、電極ピッチが１ｍｍ程度までであれば差動伝送線路を外部に引き出すことができるが、図９に示されているように、それよりも狭い間隔では（図９では０．７ｍｍピッチ）、特性を犠牲にしてグラウンド電極を削除しないと配線を外部に引き出せなくなる。
【０００７】
この問題に対し、特許文献１では信号端子を並列光通信モジュールのモジュール基板の最外周に配置することによって、配線を外部に引き出すのを容易にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１７７５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の方式では、図１０に示されているように、プリント基板側の信号配線を複雑な形状にしてグラウンド電極を回避しなくてはならない。複雑な形状の信号線路では正相と逆相の線路を対称にすることが困難であり、インピーダンスのバランスが崩れスキューを生じてしまうといった課題がある。また信号配線が複雑な形状となるため、隣接したチャンネルとの間にグラウンドを設けることができずチャンネル間クロストークが発生する。このチャンネル間クロストークはチャンネル数を増やした場合に特に顕著になる。
【００１０】
さらに当然ながら複雑な形状の伝送線路は製造時の誤差などでインピーダンスが設計値からずれやすいといった課題もある。
【００１１】
本発明では、プリント基板の配線を単純にできるような並列光通信モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
並列光通信モジュールは、光素子と、光素子を駆動するための電子素子と、前記光素子と前記電子素子が一方の面に実装されたモジュール基板と、を有し、前記モジュール基板の他方の面は電極面であり、複数の高速信号電極と、複数の高周波グラウンド電極と、が第１の正方格子の格子点上に配置され、前記高速信号電極は前記電極面の最外周の格子点上にはなく、前記高速信号電極は正相の信号電極または逆相の信号電極であり、前記正相の信号電極と前記逆相の信号電極とは前記第１の正方格子の格子線から４５度傾いた方向に互いに隣接した格子点上に配置されることにより高速信号電極対をなし、前記高速信号電極対を構成する前記正相の信号電極と前記逆相の信号電極とを結ぶ線分の垂直二等分線のうち、前記線分に関して片側にある直線の上の格子点は、前記高速信号電極及び前記高周波グラウンド電極のいずれにも占有されていない電極不占有格子点であって、前記高周波グラウンド電極は前記高速信号電極対の周囲で隣接する格子点のうち前記電極不占有格子点を除いた格子点に配置されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、プリント基板の配線を単純にできるような並列光通信モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る並列光通信モジュールの部品実装面の上面図である。
【図２】第１実施形態に係る並列光通信モジュールの電極面の透視図である。
【図３】第１実施形態に係る並列光通信モジュールのグラウンド層の透視図である。
【図４】第１実施形態におけるプリント基板の高周波配線パターンを示す図である。
【図５】第２実施形態に係る並列光通信モジュールの電極面の透視図である。
【図６】第２実施形態におけるプリント基板の高周波配線パターンを示す図である。
【図７】パッドオンビア方式における電極パッドのひけを示す図である。
【図８】関連する並列光通信モジュールの電極を示す図である。
【図９】関連する並列光通信モジュールを実装する基板側の配線を示す図である。
【図１０】特許文献１の並列光通信モジュールを実装する基板側の配線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１及び図２はそれぞれ、本発明の第１の実施形態に係る並列光通信モジュール１００の部品実装面の上面図及び電極面の透視図である。
【００１６】
モジュール基板１はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックスで形成された５層基板となっており、第１層表（おもて）面の部品実装面５には差動伝送線路２、ＩＣ制御配線（不図示）、及び電源パターン（不図示）等が形成され、第５層裏面の電極面１３には電気的接続を取るための電極が配置されている。
【００１７】
部品実装面５には面型光素子３、光素子を駆動するための光素子駆動用ＩＣ（電子素子）４、及びバイパスコンデンサ（不図示）が搭載されている。面型光素子３は光入出力面が上を向くようにモジュール基板１に実装され、配線とはワイヤーボンディングによって電気的に接続されている。光素子駆動用ＩＣ４はフリップチップ実装され、モジュール基板１上の配線とはんだボールにより電気的に接続されている。この光素子駆動用ＩＣ４と接続する差動伝送線路２は面型光素子３のチャンネル数と同数（本実施形態では２対すなわち４本）が部品実装面５に形成され、電極面１３の高速信号電極６とビア７を介して接続されている。
【００１８】
第２層はグラウンド層８となっており、図３のように差動伝送線路２に対する高周波グラウンド９と電源グラウンド１０が、ノイズを低減するために分割されて形成されている。これらのグラウンドは電極面１３のグラウンド電極１１とグラウンドビア１２（一部のみ図示）を介して接続されている。
【００１９】
第５層の電極面１３には図２に示すように高速信号電極６のほか、高周波グラウンド電極１１、電源電極、及び制御用電極等が、仮想的に形成された正方格子（第１の正方格子２８）の格子点上に配置されている。高速信号電極６は電極面１３の最外周の格子点３０ｇにはない。高速信号電極６は正相の信号電極１５または逆相の信号電極１６である。両者は、第１の正方格子２８の格子線２９から４５度傾いた方向に互いに隣接した格子点３０ａ、３０ｂ上に配置されることにより高速信号電極対２６をなす。高速信号電極対２６を構成する正相の信号電極１５と逆相の信号電極１６とを結ぶ線分２７の垂直二等分線２４のうち、線分２７に関して片側にある直線３４の上にある格子点３０ｃは、高速信号電極６及び高周波グラウンド電極１１のいずれにも占有されていない電極不占有格子点３５である。高周波グラウンド電極１１は高速信号電極対２６の周囲にある格子点３０ｄのうち電極不占有格子点３５を除いた格子点３０ｄに配置されている。
【００２０】
換言すると、高速信号電極対２６の周囲にある格子点３０ｄのうち、高速信号電極対２６の２点の格子点３０ａ、３０ｂと組み合わせて直角二等辺三角形を形成する格子点３０ｅ、およびその外周にあたる格子点３０ｆを除いた格子点３０ｄにのみ高周波グラウンド電極１１を配置する。
【００２１】
次に並列光通信モジュール１００を搭載するプリント基板１７（組立体）の高周波配線パターンについて図４を参照して説明する。並列光通信モジュール１００のモジュール基板１の電極面１３はプリント基板１７と対向している。モジュール基板１の電極面１３上では仮想的な第１の正方格子２８の上に電極が配置されているが、プリント基板１７上でも第１の正方格子と全く同一の第２の正方格子３１が仮想的に形成されており、その上にランドが配置されている。電極面１３上の高速信号電極６と高周波グラウンド電極１１に対応するプリント基板１７上の位置にそれぞれ高速信号のランド１８及び高周波グラウンドのランド２０が形成されている。電極面１３上の高速信号電極対２６に対応して、第２の正方格子３１の格子線３２から４５度傾いた方向に互いに隣接した格子点３７ａ、３７ｂ上に配置される高速信号のランド１８はランド対３６を形成している。
【００２２】
モジュール基板１の電極面１３上では格子点３０ｅ、３０ｆなどの箇所にグラウンド電極が欠けているが、これに対応したプリント基板１７上の第２の正方格子３１の格子点３７ｃ、３７ｄなどにも高周波グラウンドのランド２０が欠けている。
【００２３】
すなわち、ランド対３６を構成する２つの高速信号のランド１８を結ぶ線分３８の垂直二等分線３９のうち、線分３８に関して片側にある直線４０の上にある格子点は、高速信号のランド１８及び高周波グラウンドのランド２０のいずれにも占有されていないランド不占有格子点４１である。
【００２４】
したがって、ランド対３６からは、ランド不占有格子点４１を通って、グラウンド付きコプレーナ線路が引き出されている。例えば、図４の例では右側のランド対３６からは格子点３７ｃ、及び３７ｄを通って線路が外部へ引き出されている。グラウンド付きコプレーナ線路１９は、周囲のノイズに強く、ＩＣ等との接続が容易だという利点を有する。一方、高周波グラウンドのランド２０はコプレーナ線路１９のグラウンドとして線路１９の周囲を囲うように配置され、ビアによってプリント基板１７内層のグラウンドと接続されている。
【００２５】
本実施形態の構成によれば、差動伝送線路２、及び高周波グラウンド電極１１は対称に配置されているため、インピータンスのバランスやスキューの制御も容易に行えるようになる。信号配線が単純な形状となるため、隣接したチャンネルとの間にグラウンドを設けることができ，チャンネル間クロストークが発生しにくい。さらに単純な形状の伝送線路は製造時の誤差などでインピーダンスが設計値からずれるということが起きにくいという利点もある。
【００２６】
また、並列光通信モジュール１００の内周に配置された高速信号電極６から外周部に高周波配線を引き出すためのスペースが確保されている。すなわち、正相の信号電極１５と逆相の信号電極１６とを正方格子２８の格子線２９から４５度傾いた方向に互いに隣接した格子点３０ａ、３０ｂ上に配置することにより、格子線２９に沿って互いに隣接した格子点上に配置する場合に比べて、配線幅を約１．４倍広く取れる。このことによって、配線幅のばらつきに対してインピーダンスの変動を小さく抑えることができる。
【００２７】
特許文献１では、信号電極が電極面の最外周にあったので、外部からの放射ノイズに直接、信号電極及びビアが晒されていることからノイズ耐性が低くなっていた。それに対して、本発明では、信号電極６がグラウンド電極１１で囲まれているため外部からのノイズに対して十分にガードされるといった効果が得られる。
【００２８】
以上により、並列光通信モジュール１００の外部インターフェースの設計が容易となり、製造時のばらつきに対しても特性が安定するため安価なプロセスでプリント基板の製造が可能となる。
【００２９】
図５は本発明の第２の実施形態に係る並列光通信モジュール１００の電極面１３（一部）を部品実装面５からみた透視図である。電極面１３には図５に示すように高速信号電極１５、１６のほか、高周波グラウンド電極１１、電源電極、及び制御用電極等が正方格子状に配置されている。
【００３０】
並列光通信モジュール１００のチャンネル数が増えた場合にはモジュール１００の外周に沿って高速信号電極１５、１６を配置しただけでは電極の数が多くなりモジュール１００の外形が大きくなってしまう。そこでモジュール１００の寸法を小さく保つために高速信号電極１５、１６をモジュール基板１の電極面１３の内周に配置する（図５中Ｐ４、Ｎ４）。
【００３１】
次に第２の実施形態の並列光通信モジュール１００を搭載するプリント基板１７（組立体）の高周波配線パターンについて図６を参照して説明する。並列光通信モジュール１００のモジュール基板１の電極面１３はプリント基板１７と対向している。モジュール基板１の電極面１３上には仮想的に形成されている第１の正方格子２８の上に電極が配置されているが、プリント基板１７上にも第１の正方格子２８と全く同一の第３の正方格子３３が仮想的に形成されており、その上にランドが配置されている。電極面１３上の高速信号電極６と高周波グラウンド電極１１に対応するプリント基板１７上の位置にそれぞれ高速信号のランド１８及び高周波グラウンドのランド２０が形成されている。
【００３２】
モジュール基板１の内周に配置された線路を外周に引き出すとき、配線の数が少ない場合には、外周の電極の間に配線することができるが、本実施形態のように配線の本数が多い場合には、プリント基板１７の内層に高周波配線２５を形成し高速信号のランド１８からは高速信号のビア２１で高周波配線２５に接続する方法がとられることが望ましい。
【００３３】
しかし、図７に示すように、高速信号のランド１８の直上にある高速信号電極６のための電極パッド２３を、高速信号のビア２１の直上に配置するパッドオンビア方式では電極パッド２３にひけ２２が発生し、モジュールとの接続信頼性に問題がある。本実施形態では、高速信号のビア２１の位置を、プリント基板１７の第３の正方格子３３が形成されている平面上で、電極パッド２３、すなわち高速信号のランド１８のある格子点からずれた位置にすることが可能であり、接続信頼性の問題が発生しない。
【００３４】
本実施形態によれば、並列光通信モジュール１００のチャンネル数を増やした場合にもモジュール１００を小型化することが可能となる。
【００３５】
なお、本実施形態では、高速信号電極対２６を構成する正相の信号電極１５と逆相の信号電極１６とを結ぶ線分２７の垂直二等分線２４のうち線分２７の片側の部分にある半直線上の格子点における高周波グラウンド電極１１が欠けている必要はない。高速信号電極１５、１６がモジュール基板１の内周に配置されている必要もない。また、ランドが正方格子状に配置されている必要もない。
【符号の説明】
【００３６】
１  モジュール基板
２  差動伝送線路
３  面型光素子
４  光素子駆動用ＩＣ
５  部品実装面
６  高速信号電極
７  信号線路ビア
８  グラウンド層
９  高周波グラウンド
１０  電源グラウンド
１１  グラウンド電極
１２  グラウンドビア
１３  電極面
１５  正相の信号電極
１６  逆相の信号電極
１７  プリント基板
１８  高速信号のランド
１９  グラウンド付きコプレーナ線路
２０  高周波グラウンドのランド
２１  高速信号のビア
２２  パッドのひけ
２３  電極パッド
２４、３９  垂直二等分線
２５  内層配線
２６  高速信号電極対
２７、３８  線分
２８  第１の正方格子
２９、３２  格子線
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ  格子点
３１  第２の正方格子
３３  第３の正方格子
３４、４０  直線
３５  電極不占有格子点
３６  ランド対
３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ  格子点
４１  ランド不占有格子点
１００  並列光通信モジュール
【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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【図１０】
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