(57)【要約】【課題】光電気配線板表面上に光インタフェースを備えたＬＳＩパッケージを実用性の高い方法で搭載し、光電気配線板と光インタフェースとを充分な精度で光学的に接続する。【解決手段】光伝送路１ｂ、ガイドピン１ｃ及びミラー１ｄを有する光電気配線板１上にソケットピン４ｂ及びガイドピン４ｃを有する配線板側ガイド部材４をはんだ付け固定する。光インタフェース３に嵌合穴５ｂが開設された光インタフェース側ガイド部材５を接着し、光インタフェース３をＬＳＩパッケージ２のインタポーザ２ｂ上に実装する。インタポーザ２ｂに開設された嵌合穴２ｅに光電気配線板１のガイドピン１ｃを嵌合させると共に、ガイド部材５の嵌合穴５ｂにガイド部材４のガイドピン４ｃを嵌合させる。【選択図】図３
2006133763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路を備えた光電気配線板と、前記光電気配線板に電気的に接続されたＬＳＩチップと、光素子を収容し前記ＬＳＩチップに電気的に接続された光インタフェースと、を備え、前記光伝送路と前記光素子とが光学的に結合されているＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造において、前記光電気配線板と前記光インタフェースとにはそれぞれ第１、第２のガイド部材が固着されており、第１のガイド部材と第２のガイド部材とは、互いに位置決めされ機械的に結合されていることを特徴とするＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項２】
前記第１、第２のガイド部材のいずれか一方に形成された嵌合突起といずれか他方に形成された嵌合穴とを備え、前記嵌合穴に前記嵌合突起が嵌合することにより位置決めがなされていることを特徴とする請求項１に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項３】
前記嵌合突起が、前記第１または第２のガイド部材内にその一部が埋め込まれたガイドピンにより構成されているか、もしくは前記嵌合突起が、前記第１または第２のガイド部材と一体成型されていることを特徴とする請求項２に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項４】
ガイドピンを備え、前記ガイドピンが前記第１、第２のガイド部材の両方に形成された嵌合穴に嵌合することにより位置決めがなされていることを特徴とする請求項１に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項５】
前記光電気配線板または前記光インタフェースと前記ＬＳＩチップとが弾性的に接触し、電気的に接続されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項６】
前記ＬＳＩチップは、インタポーザに搭載されており、該インタポーザに敷設された配線を介して前記ＬＳＩチップと前記光電気配線板および／または前記光インタフェースとが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項７】
前記光インタフェースと前記ＬＳＩチップまたはインターポーザとが弾性的に接触し、電気的に接続されたことを特徴とする請求項６に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項８】
前記弾性的な接触がソケットピンによりなされていることを特徴とする請求項５または７に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項９】
ソケットピンが前記第１のガイド部材にその一部が埋め込まれた態様またはソケットピンが前記第１のガイド部材との一体成型により設けられた態様にて前記第１のガイド部材に備えられていることを特徴とする請求項８に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項１０】
前記光電気配線板と前記第１のガイド部材とにはそれぞれ前記光伝送路に前記第１のガイド部材を位置決めするためのアライメントマークが形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項１１】
前記光インタフェースと前記第２のガイド部材とが一体的に形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項１２】
前記光インタフェースと前記第２のガイド部材とにはそれぞれ前記光インタフェースに前記第２のガイド部材を位置決めするためのアライメントマークが形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項１３】
前記光素子は面型の素子であって、前記光伝送路を伝播する光は前記光素子の光軸と前記光伝送路の光軸とが非平行となるように光路変換がなされることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項１４】
前記光伝送路の光入出射点の近傍には前記光伝送路を伝播する光の光路変換を行うミラーが配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項１５】
前記ミラーは前記第１のガイド部材に一体的に形成されていることを特徴とする請求項１４に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項１６】
前記光インタフェースの光入出射点と前記光伝送路または前記ミラーの光入出射点とを結ぶ光路長を一定の寸法に保持するスペーサ手段が設けられていることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項１７】
前記スペーサ手段が、前記第１のガイド部材または前記第２のガイド部材のいずれか一方に一体的に形成されていることを特徴とする請求項１６に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項１８】
前記光素子と前記光伝送路との間には集光手段が設けられていることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項１９】
前記光電気配線板と前記インタポーザの内のいずれか一方にガイド棒が設置され、いずれか他方に嵌合孔が設けられており、前記ガイド棒が前記嵌合孔に嵌合されていることを特徴とする請求項６、７、９から１８のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造。
【請求項２０】
光伝送路を備えた光電気配線板と、前記光電気配線板に電気的に接続されたＬＳＩチップと、光素子を収容し前記ＬＳＩチップに電気的に接続された光インタフェースと、を備え、前記光伝送路と前記光素子とが光学的に結合されている構造の作製方法であって、
（１）前記光電気配線板の光入出射点と第１のガイド部材の所定点とを所定の相対位置関係を保って固着する過程と、
（２）前記光インタフェースの受発光点と第２のガイド部材の所定点とを所定の相対位置関係を保って固着する過程と、
（３）第１のガイド部材と第２のガイド部材とを、互いに位置決めして分離可能にかつ機械的に結合することにより前記光伝送路と前記光インタフェースとを光学的に結合するとともに前記光電気配線板に前記ＬＳＩチップを電気的に接続する過程と、を有することを特徴とするＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装方法。
【請求項２１】
前記ＬＳＩチップをインタポーザに搭載する過程が付加されることを特徴とする請求項２０に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装方法。
【請求項２２】
前記第（１）の過程において、前記光伝送路に光を入射しその光路を利用して前記第１のガイド部材の位置決めを行い前記第１のガイド部材の固着を行うことを特徴とする請求項２０または２１に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装方法。
【請求項２３】
前記光伝送路の光入出射点の近傍には前記光素子の光軸と前記光伝送路の光軸とが非平行となるように変換するミラーが設置されており、前記第（１）の過程において、ミラーでの光反射点を基準として前記第１のガイド部材の位置決めを行い前記第１のガイド部材の固着を行うことを特徴とする請求項２０または２１に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装方法。
【請求項２４】
前記光電気配線板と前記第１のガイド部材とにそれぞれアライメントマークが形成されており、前記第（１）の過程において、両者のアライメントマークを利用して前記第１のガイド部材の位置決めを行い前記第１のガイド部材の固着を行うことを特徴とする請求項２０または２１に記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装方法。
【請求項２５】
前記第（２）の過程において、前記光インタフェースの光入出射点を基準として、前記第２のガイド部材の位置決めを行い前記第２のガイド部材の固着を行うことを特徴とする請求項２０から２４のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装方法。
【請求項２６】
前記光インタフェースと前記第２のガイド部材とにそれぞれアライメントマークが形成されており、前記第（２）の過程において、前記光素子と前記第２のガイド部材とのアライメントマークを利用して前記第２のガイド部材の位置決めを行い前記第２のガイド部材の固着を行うことを特徴とする請求項２０から２４のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装方法。
【請求項２７】
前記第１のガイド部材と前記第２のガイド部材のいずれか一方に嵌合突起が、いずれか他方に嵌合穴が設けられており、前記第（３）の過程において、前記嵌合突起を前記嵌合穴に嵌合することにより、前記第１のガイド部材と前記第２のガイド部材とを結合することを特徴とする請求項２０から２６のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装方法。
【請求項２８】
前記第１のガイド部材と前記第２のガイド部材とに嵌合穴が設けられており、前記第（３）の過程において、前記ガイドピンを両者に設けられた嵌合穴に嵌合することにより、前記第１のガイド部材と前記第２のガイド部材とを結合することを特徴とする請求項２０から２６のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装方法。
【請求項２９】
前記第（３）の過程により、前記光インタフェースと前記インタポーザとの間の電気的な接続が、弾性的に達成されることを特徴とする請求項２１から２８のいずれかに記載のＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装方法。
【請求項３０】
ＬＳＩ間またはＬＳＩとバックプレーン間の信号の伝達に光信号を用いた情報処理装置であって、該光信号の伝達に請求項１から１９のいずれか一項に記載の光電気配線板への実装構造を用いることを特徴とする情報処理装置。
【請求項３１】
光素子を収容し、光電気配線基板位置決め用の穴もしくは突起あるいは段差を持ったガイド部材を有することを特徴とする光インタフェース。
【請求項３２】
光伝送路を備え、光インタフェース位置決め用の穴もしくは突起あるいは段差を持ったガイド部材を有することを特徴とする光電気配線基板。
【請求項３３】
光伝送路を備えた光電気配線板と、光素子を収容した光インタフェースと、を備え、前記光伝送路と前記光素子とが光学的に結合されている光インタフェース部品において、前記光電気配線板と前記光インタフェースとにはそれぞれ第１、第２のガイド部材が固着されており、第１のガイド部材と第２のガイド部材とは、互いに位置決めされ機械的に結合されていることを特徴とする光インタフェース部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造およびその実装方法に関し、特に光素子を備えた光インタフェースとＬＳＩチップの実装されたＬＳＩパッケージとを光伝送路を備えた光電気配線板上に搭載した実装構造、および、その搭載方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ルータ、サーバ等の情報機器内部のＬＳＩ間またはＬＳＩ−バックプレーン間の信号の伝達には、高速でクロストークやノイズが少ない光信号伝送方式が採用されるようになってきている。この場合、光信号伝送系を構成する際に、光電変換（あるいは電光変換）を行う光インタフェースの実装方法が問題となる。基板に光伝送路と電気配線とが敷設された光電気配線板表面上に光インタフェースを備えたＬＳＩパッケージを搭載し、光電気配線板と光インタフェースとを充分な精度で光学的に接続し、実用性を高めるためには、第１に、光インタフェースに搭載される複数の光素子と光伝送路との光軸合わせを十分な精度で達成できることが必要である。許容される光軸ずれ量は、例えば光伝送路がコア断面形状４０μｍ角のマルチモード光導波路である場合、２０μｍ以下である。第２に、製品の量産性を考慮し、煩雑な光軸調整作業を行うことなく作業性よく高精度に位置決め固定できることが必要である。第３に、装置保守、更改の容易性の観点から、ＬＳＩパッケージを交換する際に、ハンダを溶かしたりチップボンダを使ったりすることなくＬＳＩパッケージのみを容易に交換できる必要がある。
【０００３】
光インタフェースを備えたＬＳＩパッケージを光電気配線板に搭載する構造として、はんだバンプを用いて実装する方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。図６は、特許文献１に記載された従来例の斜視図と、そのＡ−Ａ線での部分断面図である。この従来例では、図６に示されるように、ＬＳＩチップ１１に光素子アレイ１２をはんだバンプ１３を用いて直接搭載する。そして、ＬＳＩチップ１１を、光導波路１６が搭載されたプリント基板１７上に、メタルポスト１４、はんだバンプ１５を用いて搭載する。この構造でははんだバンプ融着に際して得られるセルフアライン効果により、光素子と導波路の光軸合わせが無調整で自導的に達成されるため、上記の第１の要件および第２の要件を満たすことは可能である。
【０００４】
また、光ファイバを光ファイバコネクタとレセプタクルとを用いて光素子に位置決めする手法も知られている（例えば、特許文献２参照）。図７は、特許文献２に記載された従来例の断面図である。この従来例では、図７に示されるように、レセプタクル２５が搭載され、入出力ピンが植設されたベース２４上には、配線層２１ａを有し、基板内部に光素子２２が埋め込まれた半導体チップ２１が搭載されている。また、半導体チップ２１の配線層２１ａ上には、他の半導体チップ２３が搭載されている。光ファイバケーブル２６には光ファイバコネクタ２７が接続されており、レセプタクル２５のコネクタピン２５ａを光ファイバコネクタ２７のガイド孔２７ａに嵌合することにより、光ファイバケーブル２６と光素子２２とが光結合される。
【特許文献１】特開２０００−３３２３０１号公報
【特許文献２】特開平５−２５１７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された方式では、はんだバンプの融着により光素子アレイおよびＬＳＩチップを固定しているため、光素子アレイはＬＳＩチップ上に、そしてＬＳＩチップはプリント基板上に半永久的に固定されることになるため、情報処理装置の保守現場での部品交換が困難である。これは、はんだバンプ溶融による部品交換に必要となるチップ実装設備は、通常情報処理装置の保守現場には設置されていないため、チップ実装が可能なアセンブリ工場にボードを持ち込んで光素子やＬＳＩチップの交換を行なわなくてはならないからである。したがって、この従来例では上記の第３の要件を満たさないことになる。
【０００６】
また、上記特許文献２に開示されたものでは、光素子およびＬＳＩチップのすべてがモジュールとしてパッケージ内に実装されているため、モジュールの光ファイバケーブルからの着脱は容易に実行できるものの、モジュール製造時に光素子の半導体基板内の固定位置とリセプタクルのベースへの取り付け位置を高精度に制御する必要があり、高度な加工技術と実装技術が必要となり、モジュールのコストアップを招く。すなわち、この従来例では上記の第２の要件を満たしていないことになる。また、この従来例の構造では、半導体素子に不具合が発生した場合にはモジュール全体の交換を余儀なくされるため、実効的な保守コストが高いものになってしまう。
以上示したように従来の技術では、前記第１から第５のすべての要件を満たすことができないために、作業性よくローコストで光電気配線板と光インタフェースとを充分な精度で光学的に接続し、実用性が高くかつ保守性のよいモジュールを提供できないという課題があった。
本発明の目的は以上に示した課題を解決し、安価かつ高精度で実用性および保守性に優れた、光インタフェースを備えたＬＳＩパッケージの光電気配線板上への実装構造および実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、光伝送路を備えた光電気配線板と、前記光電気配線板に電気的に接続されたＬＳＩチップと、光素子を収容し前記ＬＳＩチップに電気的に接続された光インタフェースと、を備え、前記光伝送路と前記光素子とが光学的に結合されているＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造において、前記光電気配線板と前記光インタフェースとにはそれぞれ第１、第２のガイド部材が固着されており、第１のガイド部材と第２のガイド部材とは、互いに位置決めされ機械的に結合されていることを特徴とするＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装構造、が提供される。本発明においてはガイド部材の位置調整によって光インタフェースと光電気配線板の位置決めができるので、光インタフェースのパッケージへの高精度な加工技術を要さない。
【０００８】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、光伝送路を備えた光電気配線板と、前記光電気配線板に電気的に接続されたＬＳＩチップと、光素子を収容し前記ＬＳＩチップに電気的に接続された光インタフェースと、を備え、前記光伝送路と前記光素子とが光学的に結合されている構造の作製方法であって、
（１）前記光電気配線板の光入出射点と第１のガイド部材の所定点とを所定の相対位置関係を保って固着する過程と、
（２）前記光インタフェースの受発光点と第２のガイド部材の所定点とを所定の相対位置関係を保って固着する過程と、
（３）第１のガイド部材と第２のガイド部材とを、互いに位置決めして分離可能にかつ機械的に結合することにより前記光伝送路と前記光インタフェースとを光学的に結合するとともに前記光電気配線板に前記ＬＳＩチップを電気的に接続する過程と、を有することを特徴とするＬＳＩパッケージの光電気配線板への実装方法、が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、光電気配線板と光インタフェースの双方にガイド部材を精度良く搭載し、これらガイド部材同士を嵌合することで位置決めするものであるので、本発明によれば、光インタフェースを備えたＬＳＩパッケージを光電気配線板へ搭載する際に、光インタフェースに搭載される複数の光素子と光伝送路との光軸合わせを、煩雑な光軸調整作業を行うことなく十分な精度を達成できる。また、ＬＳＩパッケージと光電気配線板の電気的接続を、弾性力によって保持する構造とすることにより、ＬＳＩパッケージを交換する際に、ハンダを溶かしたりチップボンダを使ったりすることなくＬＳＩパッケージのみを容易に交換できる。また、本発明のモジュールは、煩雑な光軸調整作業や半導体基板内に光素子を埋め込む等の複雑なプロセスを要することなく簡素な工程により製作が可能であるため、安価に提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点を明確にすべく、添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態を以下に詳述する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態の構造を示す断面図である。本実施の形態のモジュールは、図の左右面対照に形成されているので、図を見易くするため、左半分のみを示す。本実施の形態の光伝送・変換モジュールは、大略、光電気配線板１と、ＬＳＩパッケージ２と、光インタフェース３と、光電気配線板１に高精度に位置決めされてこれに固着される配線板側ガイド部材４と、光インタフェース３に高精度に位置決めされてこれに固着される光インタフェース側ガイド部材５とにより構成される。
【００１１】
光電気配線板１は、配線および端子（パッド）が形成されたプリント基板１ａと、紙面垂直方向に複数のコアを有する光伝送路１ｂと、プリント基板１ａに植設されたガイド棒１ｃと、光路を９０°変換するミラー１ｄとにより構成される。プリント基板１ａの基板材料にはガラスエポキシ等の有機材料、セラミック、またはガラスが用いられる。
光伝送路１ｂは、本実施の形態ではプリント基板１ａ上に直接形成されている。基板上に直接形成する方法に代えて別途形成された光ファイバケーブルを基板上に貼着するようにしてもよい。光伝送路１ｂは、ポリイミド系、エポキシ系、アクリル系等の樹脂材料または石英系材料によって構成される。光伝送路のコア断面寸法はマルチモード光伝送路においては３０から４０μｍ角であり、シングルモード光伝送路においては５から１０μｍ角である。光伝送路の構造としてはコアを上下クラッドで挟んだ構造とし、クラッドの厚さはマルチモードにおいては３０から４０μｍ、シングルモードにおいては１０から１５μｍとする。
ガイド棒１ｃは、ＬＳＩパッケージ２を粗位置決めするための金属棒であって、その断面形状は、円形、楕円形または多角形とすることができるが、望ましい形状は円形または四角形である。ガイド棒１ｃの径ないし一辺の長さは１から１０ｍｍ程度である。ガイド棒１ｃの頂部にはテーパが付けられる。
ミラー１ｄは、光伝送路１ｂを伝播する光ビーム６、光インタフェース３から入出射される光ビームを反射するものであってその断面形状は二等辺三角形になされている。ミラー１ｄは、金属製またはガラス若しくは樹脂成型品の表面に金属被膜を形成したものであって、光伝送路１ｂを基準として位置決めされてプリント基板１ａ上に貼着されている。
【００１２】
ＬＳＩパッケージ２は、インタポーザ２ｂ上にバンプ２ｄを介してＬＳＩチップ２ａを搭載したものである。インタポーザ２ｂの下面にはプリント基板１ａとの電気的な接続をとるためのバンプ２ｃが形成されており、またインタポーザ２ｂの四隅には、ガイド棒１ｃが嵌合する嵌合穴２ｅが形成されている。嵌合穴２ｅの平面形状は、ガイド棒１ｃの断面形状に対応して円形、楕円形または多角形であって、その寸法はガイド棒１ｃの外径ないし一辺の長さに２００μｍを加えた値またはそれより少し少ない値とすることが望ましい。
ＬＳＩチップ２ａには、光インタフェース３に搭載される光素子（半導体レーザまたはフォトダイオード）を駆動するための回路、その出力信号を処理するための回路、又はその双方が搭載されている。ＬＳＩチップ２ａとインタポーザ２ｂとの間にはアンダーフィルを形成することができる。また、ＬＳＩチップ２ａを樹脂封止することができる。
【００１３】
光インタフェース３は、光素子３ａを容器３ｂ内に収容したものである。光素子３ａには紙面垂直方向に複数の半導体レーザまたはフォトダイオードが形成されている。半導体レーザは、垂直共振器面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)であってその発振波長は８５０ｎｍ、９８０ｎｍ、１１００ｎｍ、ないし１３１０ｎｍ等である。また、フォトダイオードは、面受光型の素子である。光素子１個当たりの光入出射点数は４個、８個、ないし１２個等である。本実施の形態においては、光インタフェース３は、バンプ３ｄを介してインタポーザ２ｂに搭載されており、光インタフェース３内の光素子３ａは、バンプ３ｄ並びにインタポーザ２ｂ上の端子および配線（いずれも図示なし）を介してＬＳＩチップ２ａに電気的に接続されている。容器３ｂには、後述するガイドピンが挿通される開口３ｅが開設されている。
【００１４】
配線板側ガイド部材４は、精密樹脂成型品であって、エポキシ等の樹脂製のガイド部材本体４ａと、この本体と一体成型されたソケットピン４ｂおよびガイドピン４ｃとを有する。ガイド部材本体４ａの厚さ（ソケットピン４ｂが植設されている部分の高さ）は、５００μｍから１ｍｍ程度である。ガイド部材本体４ａは、ガラスなどの無機材料を用いて形成することもできる。本実施の形態では、ソケットピン４ｂおよびガイドピン４ｃはガイド部材本体４ａと成型時に一体化されているが、ソケットピン４ｂまたはガイドピン４ｃのいずれか一方または両方がガイド部材本体４ａに形成された穴に挿入されるものであってもよい。また、本実施の形態では、ソケットピン４ｂは板状の金属片からなるが、針状の金属もしくはらせん状の金属線によって構成されていてもよい。その表面には、メッキなどにより金等の酸化されにくい金属材料の被覆をすることが好ましい。
ガイドピン４ｃは、光電気配線板１と光インタフェース３との間の相対的位置決めを行うための金属棒であって、その断面形状は、円形、楕円形または多角形とすることができるが、望ましい形状は円形または四角形である。ガイド棒４ｃの径ないし一辺の長さは０．５から１ｍｍ程度である。ガイド棒４ｃの頂部にはテーパが付けられる。
配線板側ガイド部材４は、位置決めされて光電気配線板１上に固着される。固着は、例えば配線板側ガイド部材４のソケットピン４ｂをプリント基板１ａ上の端子（図示なし）にはんだ付けすることにより行う。ソケットピン４ｂの下端部またはプリント基板１ａ上の端子のいずれかにはんだバンプを形成しておくことができ、これを用いてはんだ付けを行うことができる。ガイド部材４の搭載精度は例えばマルチモード光伝送路を用いる場合は１０μｍ以下とすることが望ましい。
【００１５】
光インタフェース側ガイド部材５は、精密樹脂成型品であって、透明エポキシ等の樹脂製のガイド部材本体５ａにガイドピン４ｃが嵌合される嵌合穴５ｂを設けたものである。ガイド部材本体５ａの厚さは、５００μｍから１ｍｍ程度である。嵌合穴５ｂの横断面形状は、ガイドピン４ｃの外形に対応して円形、楕円形または多角形である。嵌合穴５ｂの内径ないし一辺の長さはガイドピン４ｃの外径または一辺の長さに１０μｍを加えた値又はそれよりも少し少ない値とすることが望ましい。ガイド部材本体５ａは、ガラスなどの無機材料を用いて形成することもできる。
光インタフェース側ガイド部材５は、位置決めされて光インタフェース３の光入出射点３ｃ側に接着される。本実施の形態においては、ガイド部材５が光インタフェース３に接着された後に光インタフェース３は、ＬＳＩパッケージ２のインタポーザ２ｂに搭載されるが、この順序は逆であってもよい。ガイド部材５の光インタフェース３への搭載精度は例えばマルチモード光伝送路を用いる場合は１０μｍ以下とすることが望ましい。
光インタフェース３と光電気配線板１を機械的に位置決めするためには、光電気配線板１側のガイドピン４ｃが嵌合する嵌合穴を光インタフェース３に設ける必要がある。光インタフェース３の光入出射点の位置基準となる光素子３ａは、例えばファイバアレイコネクタの接続に一般的に用いられる、太さ０．７ｍｍのガイドピンに比べて微小であり強度も弱い。このため、光素子に穴あけ加工等で直接このような機構を高精度に設けることは困難である。そこで、本実施の形態においては、光インタフェース側には光透過性の材質からなるガイド部材５を別途高精度に作製し、これを光インタフェース３に搭載した。光インタフェース側ガイド部材５には嵌合穴５ｂを形成した。
なお、光インタフェースと光電気配線基板との接続は嵌合ピン、嵌合穴の嵌めあいによるものに限られない。光インタフェース部材のガイド部材と光電気配線基板のガイド部材のどちらか一方に形成された凸部が、他の一方に形成された凹部へ挿入されて接続される嵌め合い構造でも構わない。また、光インタフェース側のガイド部材と光電気配線基板側のガイド部材の少なくともどちらか一方に形成された段差に他の一方が挿入されて接続される嵌め合い構造でも構わない。
また、本実施例では、ＬＳＩの端子のピッチと光インタフェースの端子のピッチとの差を解消するためにインタポーザを用いているが、ピッチの違いがない部品、ピッチの違いが影響しない構成を取る場合は、インタポーザを使う必要はない。
【００１６】
次に、図１に示される第１の実施の形態の光伝送・変換モジュールの実装方法について説明する。まず、光電気配線板１の光入出射点１ｅと配線板側ガイド部材４のガイドピン４ｃ位置を基準として配線板側ガイド部材４を光電気配線板１に対し位置決めし、ソケットピン４ｂをプリント基板１ａの端子（図示なし）にはんだ付けすることにより、ガイド部材４を光電気配線板１に搭載する。はんだ溶融時にはガイド部材４は固定状態に保持される。配線板側ガイド部材４の光電気配線板１への位置決めに際しては、光電気配線板側の光入出射点１ｅの位置を例えば光伝送路中に光を入射させ、その光がミラー１ｄ表面で反射する位置を視認すること等で確認する。一方、光インタフェース側ガイド部材５を、光インタフェース３に収容されている光素子３ａの光入出射点３ｃの位置と嵌合穴５ｂを基準として位置決めし光インタフェース３に接着固定する。次に、光インタフェース３のバンプ３ｄをインタポーザ２ｂ上の端子（図示なし）にはんだ付けすることにより、光インタフェース３をＬＳＩパッケージ２に搭載する。続いて、ＬＳＩパッケージ２の嵌合穴２ｅを光電気配線板１のガイド棒１ｃに通し、ＬＳＩパッケージ２を下方へ押圧する。すると、配線板側ガイド部材４のガイドピン４ｃが光インタフェース側ガイド部材５の嵌合穴５ｂに挿入され、嵌合される。これにより、光インタフェース３と光電気配線板１との間の位置合わせが図られ、光インタフェースの光入出射点３ｃがミラー１ｄの光入出射点１ｅ位置合わせされる。同時にＬＳＩパッケージ２のバンプ２ｃが配線板側ガイド部材４のソケットピン４ｂに接触し、光電気配線板１とＬＳＩパッケージ２間の電気的接続が達成される。このとき、バンプ２ｃとソケットピン４ｂとが弾性的に接触できる範囲内であれば電気的接続が可能であるので、光電気配線板１−ＬＳＩパッケージ２間の多少の位置ずれは吸収できることになる。ＬＳＩパッケージ２のバンプ２ｃが、一定以上の接触圧をもってソケットピン４ｂと接触できるように、ＬＳＩパッケージには常時上方から押圧力を印加しておく。
【００１７】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態の構造を示す断面図である。本実施の形態のモジュールも、図の左右面対照に形成されているので、図を見易くするため、左半分のみを示す。本実施の形態の光伝送・変換モジュールは、大略、光電気配線板１と、ＬＳＩパッケージ２と、光インタフェース３と、光電気配線板１に高精度に位置決めされてこれに固着される配線板側ガイド部材４と、光インタフェース３に高精度に位置決めされてこれに固着される光インタフェース側ガイド部材５とにより構成される。
光電気配線板１は、配線および端子（パッド）が形成されたプリント基板１ａと、紙面垂直方向に複数のコアを有する光伝送路１ｂと、プリント基板１ａに植設されたガイド棒１ｃとにより構成されている。光伝送路１ｂ上には、アライメントマーク１ｆが写真製版法を用いて形成されている。アライメントマーク１ｆの光伝送路１ｂに対する位置精度は１０μｍ以下であることが望ましい。
【００１８】
ＬＳＩパッケージ２は、インタポーザ２ｂ上にバンプ２ｄを介してＬＳＩチップ２ａを搭載したものである。インタポーザ２ｂの下面にはプリント基板１ａとの電気的な接続をとるためのバンプ２ｃと、光インタフェース３との電気的な接続をとるためのソケットピン２ｆとが設けられており、またインタポーザ２ｂの四隅には、ガイド棒１ｃが嵌合する嵌合穴２ｅが形成されている。
【００１９】
光インタフェース３は、光素子３ａを容器３ｂ内に収容したものである。容器３ｂにはガイドピン４ｃが挿通される開口３ｅが開設されており、また容器３ｂ表面にはバンプ３ｄが設けられている。さらに、光素子３ａの光入出射面にはアライメントマーク３ｆが形成されている。アライメントマーク３ｆは、光入出射点３ｃに対し高い位置精度をもって形成されている。
【００２０】
配線板側ガイド部材４は、精密樹脂成型品であって、透明エポキシ等の樹脂製のガイド部材本体４ａと、この本体と一体成型されたソケットピン４ｂおよびガイドピン４ｃとを有する。ガイド部材本体４ａは、ガラスなどの無機材料を用いて形成することもできる。本実施の形態においては、ガイド部材本体４ａにミラー４ｄとレンズ４ｅとが一体的に形成されており、またアライメントマーク４ｆが形成されている。これらミラー４ｄ、レンズ４ｅ、アライメントマーク４ｆおよびガイドピン４ｃの相対的位置精度は１０μｍ以下であることが望ましい。ミラー４ｄは、光伝送路１ｂの光軸と光素子３ａの光軸とが交差した位置に配置されるものであり、光伝送路の光軸および光素子の光軸に対して４５°の角度で傾斜するように形成される。光散乱による損失を防ぐために、ミラー表面の面粗さは、光の波長に比べて十分に小さいものとし、ミラーの反射率を高めるために表面には金、アルミニウム、チタン等を被覆することが望ましい。
本実施の形態によれば、ガイド部材４において、一体成型によりガイドピン４ｃ、ミラー４ｄ、レンズ４ｅおよびアライメントマーク４ｆの位置関係をその製作時点で高精度化することができ、光インタフェース３と光電気配線板１との光軸合わせ精度を改善することができる。また、ＬＳＩパッケージ実装時にガイドピン４ｃ、ミラー４ｄ、レンズ４ｅおよびアライメントマーク４ｆ間のアライメント作業を行う必要がなくなるため、製造コスト低減に有効である。
【００２１】
光インタフェース側ガイド部材５は、精密樹脂成型品であって、透明エポキシ等の樹脂製のガイド部材本体５ａは、スペーサ部５ｃとレンズ５ｄとを有しており、またガイドピン４ｃが嵌合される嵌合穴５ｂと位置合わせのためのアライメントマーク５ｅが形成されている。アライメントマーク５ｅと嵌合穴５ｂとの相対的位置精度は１０μｍ以下であることが望ましい。
本実施の形態においては、光インタフェース側ガイド部材５に配線板側ガイド部材４に接触するスペーサ部５ｃを設けたことにより、ミラー４ｄの反射点と光素子３ａの光入出射点との間の距離を精度よく一定化することができる。本実施の形態においては、スペーサ部を光インタフェース側のガイド部材に設けたが、配線板側のガイド部材４にスペーサ部を設けるようにしてもよい。
なお、光インタフェースと光電気配線基板との接続は嵌合ピン、嵌合穴の嵌めあいによるものに限られない。光インタフェース部材のガイド部材と光電気配線基板のガイド部材のどちらか一方に形成された凸部が、他の一方に形成された凹部へ挿入されて接続される嵌め合い構造でも構わない。また、光インタフェース側のガイド部材と光電気配線基板側のガイド部材の少なくともどちらか一方に形成された段差に他の一方が挿入されて接続される嵌め合い構造でも構わない。
また、本実施の形態ではインタポーザの下面に光インタフェースのバンプと電気的な接続をとるためのソケットピンを設けているが、接続の形態はこれに限定されるものではない。インタポーザの下面にバンプを設け、光インタフェースの上面に設置したソケットと接続させてもよい。またインタポーザの下面と光インタフェースの上面の両方に雌雄どちらかのソケットピンを設け、両者を接続させてもよい。
また、本実施の形態ではインタポーザの下面に光電気配線基板のソケットピンと電気的な接続をとるためのバンプを設けているが、接続の形態はこれに限定されるものではない。
インタポーザの下面にソケットピンを設け、光電気配線基板のバンプと接続させてもよい。またインタポーザの下面と光電気配線基板の両方に雌雄どちらかのソケットピンを設け、両者を接続させてもよい。
また、本実施例では、ＬＳＩの端子のピッチと光インタフェースの端子のピッチとの差の影響を軽減するためにインタポーザを用いているが、ピッチの違いがない部品、ピッチの違いが影響しない構成を取る場合は、インタポーザを使う必要はない。
【００２２】
次に、図３を参照して第２の実施の形態の光伝送・変換モジュールの実装方法について説明する。ガイド部材側のアライメントマーク４ｆと光電気配線板側のアライメントマーク１ｆとを目合わせして、配線板側ガイド部材４を光電気配線板１の表面上に搭載し、はんだ付けにより固定する（図中、矢印Ｉ）。アライメントマークを用いた位置決めを行うことにより、光インタフェースと光電気配線板との光軸合わせ精度を改善することができる。また、光インタフェース側ガイド部材５を、ガイド部材側のアライメントマーク５ｅと光素子３ａのアライメントマーク３ｆとを目合わせして、光インタフェース３に接着固定する（図中、矢印ＩＩ）。アライメントマークを用いることにより、光電気配線板側と同様に、より高精度な位置決めが可能である。次に、ガイド部材５と一体化された光インタフェース３を、ガイド部材５の嵌合穴５ｂを配線板側ガイド部材４のガイドピン４ｃに嵌合させることにより、配線板側ガイド部材４に取り付ける（図中、矢印ＩＩＩ）。これにより、光インタフェース３は、光電気配線板１に機械的に高精度に位置決めされて搭載され、光電気配線板１の光伝送路１ｂと光インタフェース３の光素子３ａとの光学的接続が達成される。続いて、光電気配線板１のガイド棒１ｃにＬＳＩパッケージ２の嵌合穴２ｅを通し、ＬＳＩパッケージ２に押圧力を印加して、ガイド棒１ｃを嵌合穴２ｅに嵌合させる（図中、矢印ＩＶ）。これにより、光インタフェース３のバンプ３ｄが、ＬＳＩパッケージ２のソケットピン２ｆに接触すると共にＬＳＩパッケージ２のバンプ２ｃがガイド部材４のソケットピン４ｂに接触し、光インタフェース３−ＬＳＩパッケージ２間、および、ＬＳＩパッケージ２−光電気配線板１間の電気的な接続が図られる。
【００２３】
ＬＳＩパッケージのソケットピン２ｆの弾性力によって光インタフェース３のバンプ３ｄとの電気的接続を維持する本実施の形態によれば、複数の光インタフェース３を備えたＬＳＩパッケージ２を搭載する場合で光インタフェース同士の相対位置誤差があっても、搭載位置誤差がソケットピン２ｆの弾性力の及ぶ範囲であれば、相対位置誤差を吸収して複数の光インタフェース３をＬＳＩパッケージ２に搭載可能である。
また、本実施の形態によれば、ＬＳＩパッケージ２または光インタフェース３のいずれかに不具合が発生した場合には、保守現場において特別な装置を使用することなく容易に部品交換を行うことができる。
【００２４】
［第３の実施の形態］
図４は、本発明の第３の実施の形態の構造を示す断面図である。本実施の形態のモジュールも、図の左右面対照に形成されているので、図を見易くするため、左半分のみを示す。本実施の形態のモジュールの光電気配線板１と、ＬＳＩパッケージ２と、配線板側ガイド部材４は、それぞれ図２、図３に示されるそれらと同じであるので、これらについての説明は省略し、光インタフェース３についてのみ説明する。
本実施の形態の光インタフェース３には、光インタフェース側ガイド部材は搭載されない。本実施の形態における光インタフェース３の容器３ｂはガイド部材と一体化したものと見ることができ、ガイド部材としての機能を果たすことができる。図４に示されるように、光素子３ａを収容する容器３ｂには配線板側ガイド部材４のガイドピン４ｃが嵌合される嵌合穴３ｇが開設されており、また容器３ｂ表面にはバンプ３ｄとレンズ３ｈが設けられている。なお、光インタフェースと光電気配線基板との接続は嵌合ピン、嵌合穴の嵌めあいによるものに限られない。光インタフェースと光電気配線基板のガイド部材のどちらか一方に形成された凸部が、他の一方に形成された凹部へ挿入されて接続される嵌め合い構造でも構わない。また、光インタフェースと光電気配線基板側のガイド部材の少なくともどちらか一方に形成された段差に他の一方が挿入されて接続される嵌め合い構造でも構わない。
また、本実施の形態ではインタポーザの下面に光インタフェースのバンプと電気的な接続をとるためのソケットピンを設けているが、接続の形態はこれに限定されるものではない。インタポーザの下面にバンプを設け、光インタフェースのソケットと接続させてもよい。またインタポーザの下面と光インタフェースの上面の両方に雌雄どちらかのソケットピンを設け、両者を接続させてもよい。
また、本実施の形態ではインタポーザの下面に光電気配線基板のソケットピンと電気的な接続をとるためのバンプを設けているが、接続の形態はこれに限定されるものではない。
インタポーザの下面にソケットピンを設け、光電気配線基板のバンプと接続させてもよい。またインタポーザの下面と光電気配線基板の両方に雌雄どちらかのソケットピンを設け、両者を接続させてもよい。
また、本実施例では、ＬＳＩの端子のピッチと光インタフェースの端子のピッチとの差の影響を軽減するためにインタポーザを用いているが、ピッチの違いがない部品、ピッチの違いが影響しない構成を取る場合は、インタポーザを使う必要はない。
【００２５】
次に、第３の実施の形態の実装方法について説明する。配線板側ガイド部材４を、ガイド部材側のアライメントマーク４ｆと光電気配線板側のアライメントマーク１ｆとを目合わせして、光電気配線板１の表面上に搭載し、はんだ付けにより固定する。次に、配線板側ガイド部材４のガイドピン４ｃにスペーサ７の穴を通した後、ガイドピン４ｃに光インタフェース３の嵌合穴３ｇに嵌合させることにより、光インタフェース３を配線板側ガイド部材４に取り付ける。これにより、光インタフェース３は、光電気配線板１に機械的に高精度に位置決めされて搭載され、光電気配線板１の光伝送路１ｂと光インタフェース３の光素子３ａとの光学的接続が達成される。続いて、光電気配線板１のガイド棒１ｃにＬＳＩパッケージ２の嵌合穴２ｅを通し、ＬＳＩパッケージ２に押圧力を印加して、ガイド棒１ｃを嵌合穴２ｅに嵌合させる。これにより、光インタフェース３のバンプ３ｄが、ＬＳＩパッケージ２のソケットピン２ｆに接触すると共にＬＳＩパッケージ２のバンプ２ｃがガイド部材４のソケットピン４ｂに接触し、光インタフェース３−ＬＳＩパッケージ２間、および、ＬＳＩパッケージ２−光電気配線板１間の電気的な接続が図られる。
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。図５は本発明の基板を利用した情報処理装置の構成図を示す。この情報処理装置は複数の光電気配線版１が装置奥の光電気バックプレーン３１に電気的および光学的に接続される。光電気配線版と光電気バックプレーンとの電気的な接続は光電気配線版側の電気コネクタ３５と光バックプレーン側電気コネクタ３６とを接続することによってなされ、それと同時に光電気配線版側の光コネクタ３２と光バックプレーン側光コネクタ３３とが接続されることで光学的に接続される。光電気バックプレーンには図示しない光配線および電気配線が敷線されており、これにより光電気配線版同士の光学的および電気的インタコネクションがなされる。光電気配線版にはＬＳＩチップ２ａを上面に、光インタフェース３を下面にそれぞれ搭載したインタポーザ２ｂを、光インタフェースの発光受光面と光伝送路１ｂの発光受光点とが光軸合わせされた状態で搭載する。以上述べた構成により、光電気配線板に搭載されたＬＳＩチップと、図示しない別の光電気配線板に搭載されたＬＳＩチップとの信号接続が光信号によって行われる。
【００２６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、ガイド棒１ｃ、ガイドピン４ｃは、それぞれＬＳＩパッケージ２側、光インタフェース側ガイド部材５に植設するようにしてもよい。また、ガイドピン４ｃに代え、ガイド部材４または５のいずれか一方にボスを形成しこれをいずれか他方に形成された嵌合穴に嵌合させるようにしてもよい。あるいは、ガイド部材４および５の双方に嵌合穴を形成しておきガイドピンを両方の嵌合穴に嵌合させるようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、光伝送路を伝播する光の光路変換を光伝送路外に配置されたミラーにより行っていたが、この方式に代え光伝送路の端面を４５°の角度に切断してその端面で光を反射させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構造を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の構造を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の実装方法を説明するための分解断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の構造を示す断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態である情報処理装置を示す。
【図６】従来の技術による光インタフェースを備えたＬＳＩパッケージの光電気配線板への搭載構造を示す斜視図と断面図。
【図７】従来の他の技術による光インタフェースと光ファイバとの接続構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００２８】
１  光電気配線板
１ａ  プリント基板
１ｂ  光伝送路
１ｃ  ガイド棒
１ｄ  ミラー
１ｅ  光入出射点
１ｆ  アライメントマーク
２  ＬＳＩパッケージ
２ａ  ＬＳＩチップ
２ｂ  インタポーザ
２ｃ、２ｄ  バンプ
２ｅ  嵌合穴
２ｆ  ソケットピン
３  光インタフェース
３ａ  光素子
３ｂ  容器
３ｃ  光入出射点
３ｄ  バンプ
３ｅ  開口
３ｆ  アライメントマーク
３ｇ  嵌合穴
３ｈ  レンズ
４  配線板側ガイド部材
４ａ  ガイド部材本体
４ｂ  ソケットピン
４ｃ  ガイドピン
４ｄ  ミラー
４ｅ  レンズ
４ｆ  アライメントマーク
５  光インタフェース側ガイド部材
５ａ  ガイド部材本体
５ｂ  嵌合穴
５ｃ  スペーサ部
５ｄ  レンズ
５ｅ  アライメントマーク
６  光ビーム
７  スペーサ
１１  ＬＳＩチップ
１２  光素子アレイ
１３、１５  はんだバンプ
１４  メタルポスト
１６  光導波路
１７  プリント基板
２１、２３  半導体チップ
２１ａ  配線層
２２  光素子
２４  ベース
２５  レセプタクル
２５ａ  コネクタピン
２６  光ファイバケーブル
２７  光ファイバコネクタ
２７ａ  ガイド孔
３１  光電気バックプレーン
３２  光電気配線板側光コネクタ
３３  光バックプレーン側光コネクタ
３４  筐体
３５  光電気配線板側電気コネクタ
３６  光電気バックプレーン側電気コネクタ
【図１】
2006133763.tif 000003
【図２】
2006133763.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006133763.tif 000008
【図７】
2006133763.tif 000009