(57)【要約】【課題】小型で高性能な光モジュールおよびその製造方法並びに光トランシーバを提供すること。【解決手段】基板と第１チップと第２チップとを具備する光モジュールであって、板は、上面に上側が第１上面および下側が第２上面となる段差を有し、第１上面に複数の第１接続電極が設けられ、下面に前記複数の第１接続電極のピッチより大きいピッチで配置され第１接続電極と電気的に接続された複数の第３接続電極を有し、第１チップは、複数の第１接続電極を介し基板の第１上面と第１チップの下面とが接続するように基板の上面上に搭載され、複数の第１接続電極と電気的に接続された電子回路を有し、第２チップは、基板の第２上面上に設けられ、第２チップの上面に設けられた第２接続電極を介し第２チップの上面が第１チップの下面と接続され、第２接続電極を介し電子回路と電気的に接続された光回路を有する光モジュール。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と第１チップと第２チップとを具備する光モジュールであって、
前記基板は、上面に上側が第１上面および下側が第２上面となる段差を有し、前記第１上面に複数の第１接続電極が設けられ、下面に前記複数の第１接続電極のピッチより大きいピッチで配置され前記第１接続電極と電気的に接続された複数の第３接続電極を有し、
前記第１チップは、前記複数の第１接続電極を介し前記基板の第１上面と前記第１チップの下面とが接続するように前記基板の上面上に搭載され、前記複数の第１接続電極と電気的に接続された電子回路を有し、
前記第２チップは、前記基板の第２上面上に設けられ、前記第２チップの上面に設けられた第２接続電極を介し前記第２チップの上面が前記第１チップの下面と接続され、前記第２接続電極を介し前記電子回路と電気的に接続された光回路を有する光モジュール。
【請求項２】
前記複数の第３接続電極は、前記第１上面および前記第２上面の直下に設けられる請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記光回路の電源は、前記複数の第３接続電極の一部から前記複数の第１接続電極の一部、前記第１チップおよび前記第２接続電極を介し供給される請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
電子回路と光回路とが第２接続電極を介し電気的に接続されるように、前記光回路を有する第２チップの上面に前記電子回路を有する第１チップを搭載する工程と、
前記第２チップの上面に第１チップを搭載した後、基板の上面に上側が第１上面および下側が第２上面となる段差を有し、前記第１上面に複数の第１接続電極が設けられ、前記基板の下面に前記複数の第１接続電極の間隔より大きい間隔で配置され前記第１接続電極と電気的に接続された複数の第３接続電極を有する前記基板の上面上に、前記複数の第１接続電極を介し前記基板の第１上面と前記第１チップの下面とが接続し前記電子回路が前記複数の第１接続電極に電気的に接続するように、前記第１チップを搭載する工程と、
を含む光モジュールの製造方法。
【請求項５】
基板と第１チップと第２チップを有する光モジュール、電源回路および制御回路を具備する光トランシーバであって、
前記基板は、上面に上側が第１上面および下側が第２上面となる段差を有し、前記第１上面に複数の第１接続電極が設けられ、下面に前記複数の第１接続電極のピッチより大きいピッチで配置され前記第１接続電極と電気的に接続された複数の第３接続電極を有し、
前記第１チップは、前記複数の第１接続電極を介し前記基板の第１上面と前記第１チップの下面とが接続するように前記基板の上面上に搭載され、前記複数の第１接続電極と電気的に接続された電子回路を有し、
前記第２チップは、前記基板の第２上面上に設けられ、前記第２チップの上面に設けられた第２接続電極を介し前記第２チップの上面が前記第１チップの下面と接続され、前記第２接続電極を介し前記電子回路と電気的に接続された光回路を有し、
前記電源回路は、前記第１チップおよび前記第２チップに電源電圧を供給し、
前記制御回路は、前記第１チップおよび前記第２チップを制御し、
前記光回路は第１電気信号を第１光信号に変換する発光回路の少なくとも一部と第２光信号を第２電気信号に変換する受光回路の少なくとも一部を有し、
前記電子回路は前記第１電気信号を前記発光回路に出力し、前記受光回路から前記第２電気信号が入力される光トランシーバ。
【請求項６】
前記発光回路に含まれ、前記第２チップに設けられた発光素子を具備し、
前記基板の第１上面に前記複数の第３接続電極の一部と電気的に接続され前記第１チップと電気的に接続されない第４接続電極が設けられ、
前記発光素子の電源は、前記第１チップを介さず、前記複数の第３接続電極および前記第５接続電極を介し供給される請求項５に記載の光トランシーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールおよびその製造方法並びに光トランシーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路と光回路を集積化させた光モジュールにおいて、電子回路チップの下面と光回路チップの上面が対向するように電子回路チップを光回路チップ上にフリップチップ実装する。電子回路チップの下面のうち、光回路チップが対向していない領域に光回路チップと同じ平面上に貫通配線基板を実装し、貫通配線基板を介し回路基板に実装する方法が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２１６１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、光回路の下面が対向した回路基板には接続電極を設けることができない。このため、電子回路チップは、光回路チップと対向していない領域で貫通配線基板を介して回路基板と接続させることになるが、回路基板と接続するための接続電極の個数が制限されてしまう。回路基板と接続するための接続電極を増やそうとすると、実装面積が大きくなってしまう。
【０００５】
本発明は、小型で高性能な光モジュールおよびその製造方法並びに光トランシーバ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】
【０００６】
１つの態様では、光モジュールは、基板と第１チップと第２チップとを有する光モジュールであって、前記基板は、上面に上側が第１上面および下側が第２上面となる段差を有し、前記第１上面に複数の第１接続電極が設けられ、下面に前記複数の第１接続電極のピッチより大きいピッチで配置され前記第１接続電極と電気的に接続された複数の第３接続電極を有し、前記第１チップは、前記複数の第１接続電極を介し前記基板の第１上面と前記第１チップの下面とが接続するように前記基板の上面上に搭載され、前記複数の第１接続電極と電気的に接続された電子回路を有し、前記第２チップは、前記基板の第２上面上に設けられ、前記第２チップの上面に設けられた第２接続電極を介し前記第２チップの上面が前記第１チップの下面と接続され、前記第２接続電極を介し前記電子回路と電気的に接続された光回路を具備する。
【０００７】
１つの態様では、光モジュールの製造方法は、電子回路と光回路とが第２接続電極を介し電気的に接続されるように、前記光回路を有する第２チップの上面に前記電子回路を有する第１チップを搭載する工程と、前記第２チップの上面に第１チップを搭載した後、基板の上面に上側が第１上面および下側が第２上面となる段差を有し、前記第１上面に複数の第１接続電極が設けられ、前記基板の下面に前記複数の第１接続電極の間隔より大きい間隔で配置され前記第１接続電極と電気的に接続された複数の第３接続電極を有する前記基板の上面上に、前記複数の第１接続電極を介し前記基板の第１上面と前記第１チップの下面とが接続し前記電子回路が前記複数の第１接続電極に電気的に接続するように、前記第１チップを搭載する工程と、を含む。
【０００８】
また、１つの態様では、光トランシーバは、基板と第１チップと第２チップを有する光モジュール、電源回路および制御回路を具備する光トランシーバであって、前記基板は、上面に上側が第１上面および下側が第２上面となる段差を有し、前記第１上面に複数の第１接続電極が設けられ、下面に前記複数の第１接続電極のピッチより大きいピッチで配置され前記第１接続電極と電気的に接続された複数の第３接続電極を有し、前記第１チップは、前記複数の第１接続電極を介し前記基板の第１上面と前記第１チップの下面とが接続するように前記基板の上面上に搭載され、前記複数の第１接続電極と電気的に接続された電子回路を有し、前記第２チップは、前記基板の第２上面上に設けられ、前記第２チップの上面に設けられた第２接続電極を介し前記第２チップの上面が前記第１チップの下面と接続され、前記第２接続電極を介し前記電子回路と電気的に接続された光回路を有し、前記電源回路は、前記第１チップおよび前記第２チップに電源電圧を供給し、前記制御回路は、前記第１チップおよび前記第２チップを制御し、前記光回路は第１電気信号を第１光信号に変換する発光回路の少なくとも一部と第２光信号を第２電気信号に変換する受光回路の少なくとも一部を有し、前記電子回路は前記第１電気信号を前記発光回路に出力し、前記受光回路から前記第２電気信号が入力される。
【発明の効果】
【０００９】
１つの側面として、小型で高性能な光モジュールおよびその製造方法並びに光トランシーバを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は、比較例１に係る光モジュールの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は、比較例２に係る光モジュールの断面図である。
【図３】図３（ａ）は、実施例１に係る光モジュールの平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４は、実施例２に係る光モジュールが用いられる光トランシーバのブロック図である。
【図５】図５（ａ）は、実施例２に係る光モジュールの平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例２における接続関係を示す模式図である。
【図７】図７は、実施例２における搭載基板内の配線を示す斜視図である。
【図８】図８は、実施例２におけるレーザチップを搭載した光回路チップの上面の平面図である。
【図９】図９は、実施例２における電子回路チップの下面を上から透視した平面図である。
【図１０】図１０は、実施例２における搭載基板の上面の平面図である。
【図１１】図１１は、実施例２における搭載基板の下面を上から透視した平面図である。
【図１２】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例２に係る光モジュールの製造方法を示す断面図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、実施例２に係る光モジュールの実装方法を示す断面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、実施例３に係る光モジュールの平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１５】図１５は、実施例３における搭載基板の平面図である。
【図１６】図１６は、実施例４に係る光モジュールの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［比較例１］
図１（ａ）は、比較例１に係る光モジュールの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、光モジュール１１０は電子回路チップ１０、光回路チップ２０および回路基板４０を備えている。回路基板４０上に光回路チップ２０が搭載されている。光回路チップ２０の上面上に電子回路チップ１０が接続電極２２を介しフリップチップ実装されている。回路基板４０の上面上に電極４２が設けられており、光回路チップ２０の上面と電極４２とがボンディングワイヤ４３を介し電気的に接続される。
【００１２】
比較例１では、電子回路チップ１０と光回路チップ２０とが接続電極２２を介し電気的に接続されている。このため、電子回路チップ１０と光回路チップ２０との間に高速な電気信号を伝送させることができる。しかしながら、回路基板４０と電子回路チップ１０および光回路チップ２０とをボンディングワイヤ４３を介し電気的に接続することになる。このため、ボンディングワイヤ４３に起因したインダクタンスおよび電極４２に起因したキャパシタンスが付加される。これにより、高速な電気信号の伝送が難しくなる。また、電極４２を光回路チップ２０の横に設けるため高集積化が難しい。
【００１３】
［比較例２］
図２は、比較例２に係る光モジュールの断面図である。図２に示すように、光モジュール１１２は、回路基板４０上に光回路チップ２０と貫通配線基板３５が搭載されている。電子回路チップ１０は、接続電極２２を介し光回路チップ２０上に、接続電極１２を介し貫通配線基板３５上に、フリップチップ実装されている。貫通配線基板３５は貫通配線３６を有している。貫通配線基板３５の下面は、接続電極３７を介し回路基板４０に電気的に接続されている。光回路チップ２０の下面は接着剤３３を用い貫通配線基板３５の上面に接合されている。
【００１４】
電子回路チップ１０の下面の接続電極１２の間隔は半導体製造技術を用いるため例えば１５０μｍ程度に小さくできる。回路基板４０の上面の接続電極３７の間隔は、一般的なプリント配線基板技術で安価に製造する場合、例えば３００μｍ程度と大きくなる。回路基板４０の上面の接続電極３７の間隔を、例えば電子回路チップ１０の下面の接続電極１２と同じ、例えば１５０μｍ程度に小さくしようとすると、回路基板４０が高価になる。安価で接続電極３７の間隔の大きい回路基板４０を用いると、電子回路チップ１０が大きくなってしまう。例えば、接続電極３７の間隔を縦横２倍とすると、チップ面積は４倍となる。このように、比較例２では、実装面積が小さく、かつ安価な光モジュールを提供することが難しい。
【実施例１】
【００１５】
図３（ａ）は、実施例１に係る光モジュールの平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）では、電子回路および光回路を透過して図示している。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、光モジュール１００は、主に電子回路チップ１０、光回路チップ２０、搭載基板３０および回路基板４０を備えている。回路基板４０上に搭載基板３０が搭載されている。搭載基板３０上に電子回路チップ１０および光回路チップ２０が搭載されている。搭載基板３０の上面は上側が第１上面３９および下側が第２上面３８となる段差を有する。これにより、窪み（凹部）が形成される。窪み内（すなわち第２上面３８上）に光回路チップ２０が搭載されている。光回路チップ２０の上面付近に光回路２１が形成されている。光回路チップ２０の上面および搭載基板３０の第１上面３９上に電子回路チップ１０がフリップチップ実装されている。電子回路チップ１０の下面付近には電子回路１１が形成されている。電子回路チップ１０および光回路チップ２０は例えばシリコンチップである。搭載基板３０は例えばセラミック基板または樹脂基板である。搭載基板３０は例えば積層された複数の絶縁層３１を有する。
【００１６】
電子回路チップ１０の下面には電極１２ａおよび２２ａが設けられている。光回路チップ２０の上面には電極２２ｂが設けられている。搭載基板３０の第１上面３９には電極１２ｂが設けられている。電極１２ａと１２ｂとが接合することで接続電極１２が形成される。接続電極１２は電子回路チップ１０の下面と搭載基板３０の上面とを電気的に接続する。電極２２ａと２２ｂとが接合することで接続電極２２が形成される。接続電極２２は電子回路チップ１０の下面と光回路チップ２０の上面とを電気的に接続する。搭載基板３０の下面には回路基板４０と電気的に接続するための電極３２が設けられている。電極３２は、回路基板４０上に設けられた電極４２と接合する。電極１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２および４２は、例えばアルミニウム層、銅層または金層等の金属層である。電極１２ａと１２ｂ、電極２２ａと２２ｂ、および電極３２と４２とはバンプを介し接続されていてもよい。バンプとしては、例えば半田バンプまたは銅バンプ等の金属バンプを用いる。
【００１７】
接続電極１２のピッチＬ１および接続電極２２のピッチＬ２に比較し、電極３２のピッチＬ３は大きい。ピッチＬ１およびＬ２は例えば１５０μｍであり、ピッチＬ３は例えば３００μｍである。電子回路チップ１０内には配線１４が設けられている。配線１４は、電子回路１１と接続電極１２および２２とを電気的に接続する。搭載基板３０内には配線３４ａおよび３４ｂが設けられている。配線３４ａおよび３４ｂは接続電極１２と電極３２とを電気的に接続する。配線３４ａは、高速な信号が通過する配線であり、配線３４ｂは電源またはグランド用の配線である。配線３４ａおよび３４ｂは、１つの接続電極１２を１つの電極３２に接続してもよいし、１つの接続電極１２を複数の電極３２に接続してもよい。また、配線３４ａおよび３４ｂは、複数の接続電極１２を１つの電極３２に接続してもよいし、複数の接続電極１２を複数の電極３２に接続してもよい。
【００１８】
実施例１によれば、搭載基板３０（基板）の第１上面３９に複数の接続電極１２（第１接続電極）が設けられている。搭載基板３０の下面に接続電極１２と電気的に接続された複数の電極３２（第３接続電極）が設けられている。電子回路チップ１０（第１チップ）は、複数の接続電極１２を介し搭載基板３０の第１上面３９と電子回路チップ１０の下面が接続するように、搭載基板３０の上面上に搭載されている。光回路チップ２０は、第２上面３８上に設けられ、上面に設けられた接続電極２２を介し上面が電子回路チップ１０の下面と接続されている。電子回路１１は接続電極１２と電気的に接続され、光回路２１は接続電極２２を介し電子回路１１と電気的に接続されている。
【００１９】
このように、電子回路チップ１０、光回路チップ２０、搭載基板３０および回路基板４０が接続電極１２、２２、電極３２および４２を介し接続されている。これにより、高速な電気信号の伝送が可能となる。
【００２０】
光回路チップ２０を搭載基板３０の第２上面３８に搭載した後、搭載基板３０および光回路チップ２０上に電子回路チップ１０を搭載する場合、搭載基板３０と光回路チップ２０とのＸ、ＹおよびＺ方向位置合わせにおいて高い精度が要求される。実施例１では、電極２２ａと２２ｂとを接合して、電子回路チップ１０と光回路チップ２０を一体化し、その後電極１２ａと１２ｂとを接合する。このため、搭載基板３０と光回路チップ２０との位置合わせを行わなくてもよい。
【００２１】
また、電極３２は接続電極１２のピッチＬ１より大きいピッチＬ３で配置されている。これにより、ピッチＬ３を例えば３００μｍ程度に大きくでき、安価な回路基板４０を用いることができる。また、ピッチＬ１を例えば１５０μｍと小さくできるため、電子回路チップ１０を小型化かつ安価に実現できる。
【００２２】
電子回路１１は電子回路チップ１０の下面に設けられ、光回路２１は光回路チップ２０の上面に設けられる。これにより、電子回路１１と光回路２１の接続距離が短くなり、高速信号の伝送が容易となる。
【実施例２】
【００２３】
実施例２は光トランシーバに光モジュールを用いる例である。図４は、実施例２に係る光モジュールが用いられる光トランシーバのブロック図である。図４に示すように、光モジュール１０２は、送信回路１１ａ、受信回路１１ｂ、半導体レーザ２６ａ、光変調器２１ａ、フォトディテクタ（ＰＤ）２１ｂ、結合器２５ａおよび２５ｂを備えている。送信回路１１ａおよび受信回路１１ｂは電子回路チップ１０に搭載されている。半導体レーザ２６ａ、光変調器２１ａ、ＰＤ２１ｂ、結合器２５ａおよび２５ｂは光回路チップ２０に搭載されている。光モジュール１０２が搭載される回路基板４０には電源回路４１ａおよび制御回路４１ｂが搭載されている。光モジュール１０２、電源回路４１ａおよび制御回路４１ｂは、光トランシーバ１０１（光トランシーバモジュール）として機能する。
【００２４】
外部の電源回路４１ｃは電源回路４１ａに電源を供給する。電源回路４１ａは、供給された電源の電圧等を変換する。電源回路４１ａは、搭載基板３０を介し送信回路１１ａおよび受信回路１１ｂに電源を供給する。電源回路４１ａは搭載基板３０および電子回路チップ１０を介し半導体レーザ２６ａに電源を供給する。このように、電源回路４１ａは、電子回路チップ１０および光回路チップ２０に電源電圧を供給する。
【００２５】
外部のホストＩＣ（集積回路）４１ｄは、例えば光トランシーバ１０１が搭載されたコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）等である。ホストＩＣ４１ｄは、回路基板４０に搭載されていてもよい。ホストＩＣ４１ｄは、制御回路４１ｂに光トランシーバ１０１を制御する制御信号を送信する。制御回路４１ｂは例えばマイコン（Microcomputer）である。制御回路４１ｂは、ホストＩＣ４１ｄから受信した制御信号に基づき、送信回路１１ａ、受信回路１１ｂおよび半導体レーザ２６ａを制御する。このように、制御回路４１ｂは、電子回路チップ１０および光回路チップ２０を制御する。
【００２６】
ホストＩＣ４１ｄは、回路基板４０および搭載基板３０を介し送信回路１１ａに外部に送信する信号等を送信する。送信回路１１ａは信号に基づき駆動信号を光変調器２１ａに出力する。光変調器２１ａは駆動信号に基づき半導体レーザ２６ａが出射したレーザ光を変調し結合器２５ａに出力する。結合器２５ａは変調された光信号を光ファイバー２９ａに出力する。結合器２５ｂは光ファイバー２９ｂを伝送してきた光信号をＰＤ２１ｂに出力する。ＰＤ２１ｂは光信号を電気信号に変換し受信回路１１ｂに出力する。受信回路１１ｂは、電気信号を増幅し、回路基板４０および搭載基板３０を介しホストＩＣ４１ｄに出力する。
【００２７】
図５（ａ）は、実施例２に係る光モジュールの平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。光モジュール１０２は、回路基板４０上に搭載されている。光回路チップ２０の上面上にレーザチップ２６が搭載されている。レーザチップ２６には半導体レーザが設けられている。光回路チップ２０の上面に複数の光ファイバー２９が固定具２７により固定されている。電子回路チップ１０と光回路チップ２０との間には接続電極２２を保護するアンダーフィル剤２３が設けられている。電子回路チップ１０と搭載基板３０との間には接続電極１２を保護するアンダーフィル剤１３が設けられている。光回路チップ２０の下面と搭載基板３０の第２上面３８は接着剤３３により接合されている。その他の構成は実施例１と同様である。
【００２８】
図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例２における電気的な接続関係を示す模式図である。図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ光信号を送信する送信部６０および光信号を受信する受信部６２の差動信号（正信号および負信号）の一系統を図示している。図６（ａ）に示すように、送信部６０は、送信回路１１ａおよび光変調器２１ａを有している。光変調器２１ａは、例えばＭＺ（Mach-Zehnder）光変調器であり、レーザチップ２６が出射したレーザ光を強度変調する。送信回路１１ａは光変調器２１aを駆動する電気信号を出力する駆動回路を含む。電源、グランド、差動信号正信号および負信号は、回路基板４０から電極３２、搭載基板３０内の配線３４、接続電極１２および配線１４を介し送信回路１１ａに供給される。送信回路１１ａから出力される正負信号は配線１４、接続電極２２および配線２４を介し光変調器２１ａに出力される。
【００２９】
図６（ｂ）に示すように、受信部６２は、受信回路１１ｂおよびＰＤ（フォトディテクタ）２１ｂを有している。ＰＤ２１ｂは、光信号を電流信号に変換する。受信回路１１ｂは例えばＰＤ２１ｂが変換した電流信号を電圧信号に変換するＴＩＡ（Trans impedance Amplifier）を含む。ＰＤ２１ｂは、配線２４、接続電極２２および配線１４を介し受信回路１１ｂに正信号および負信号を出力する。受信回路１１ｂが増幅する正信号および負信号は配線１４、接続電極１２、配線３４および電極３２を介し回路基板４０に出力される。電源およびグランドは、回路基板４０から電極３２、搭載基板３０内の配線３４、接続電極１２および配線１４を介し受信回路１１ｂに供給される。なお、図６（ｂ）ではＰＤ２１ｂが差動信号を出力するものとして示しているが、図４のブロック図で示されるように、シングルエンド出力であってもよい。
【００３０】
図７は、実施例２における搭載基板内の配線を示す斜視図である。図７では、一系統の差動信号用配線（２つの信号配線３４ａ）、電源またはグランド配線３４ｂを示している。図７に示すように、搭載基板３０の上面のグリッド３１ａおよび中間面のグリッド３１ｂに比べ下面のグリッド３１ｃの間隔が大きい。電極１２ｂはグリッド３１ａ上に設けられ、電極３２はグリッド３１ｃ上に設けられている。これにより、搭載基板３０の上面に設けられた電極１２ｂのピッチに対し搭載基板３０の下面に設けられた電極３２のピッチが大きい。このため、中間面において、信号配線３４ａおよび電源またはグランド配線３４ｂをファンアウトするようにピッチを変換する。
【００３１】
図７では、１系統の信号配線３４ａに対し、電源またはグランド配線３４ｂが４本設けられているが、１系統の信号配線３４ａに対し、より多くの電源またはグランド配線３４ｂを設けてもよい。図５(ｂ)に示すように、１系統の信号配線３４ａに対し複数の電源またはグランド配線３４ｂを設けてもよい。複数の電源またはグランド配線３４ｂは、搭載基板３０内で電気的に接続されていてもよい。これにより、電源またはグランド配線３４ｂのインピーダンスを小さくできる。電源またはグランド配線３４ｂの数を増やした場合、図５（ｂ）のように、第２上面３８の直下の電極３２を電源またはグランド用に用いる。これにより、電源またはグランド配線３４ｂのインピーダンスをより低くすることができる。また、電源またはグランド配線３４ｂのインピーダンス低減のため、搭載基板３０内に電源プレーンおよびグランドプレーンを設け、電源またはグランド配線３４ｂを電源プレーンまたはグランドプレーンに接続してもよい。
【００３２】
高速信号の損失を小さくするため、高速信号が伝送する信号配線３４ａは短いことが好ましい。この観点から図５（ｂ）において第２上面３８（すなわち光回路チップ２０）の直下の電極３２は、電源またはグランド用接続電極であることが好ましく、信号用接続電極を含まないことが好ましい。これにより、信号配線３４ａを短くできる。複数チャネルの信号を伝送する場合、図７の電源またはグランド配線３４ｂのセットを複数設けることができる。図７において、グリッド３１ａおよび３１ｃの一部には電極１２ａおよび電極３２が設けられていなくてもよい。
【００３３】
図８は、実施例２におけるレーザチップを搭載した光回路チップの上面の平面図である。図８に示すように、光回路チップ２０上に４チャネル分のレーザチップ２６が搭載されている。光回路チップ２０内に４チャネル分の光変調器２１ａおよびＰＤ２１ｂが設けられている。光回路チップ２０内に電源およびグランド用の配線２４ａ、光導波路２４ｂから２４ｄおよび結合器２５が設けられている。レーザチップ２６は半導体レーザ２６ａが設けられたチップである。結合器２５は回折格子光結合器である。光回路チップ２０の上面には複数の電極２２ｂが設けられている。複数の電極２２ｂは光変調器領域５４ａ、ＰＤ領域５４ｂおよび電源・グランド領域５４ｃに設けられている。
【００３４】
電源電位およびグランド電位は、電源・グランド領域５４ｃの電極２２ｂおよび配線２４ａを介し電子回路チップ１０からレーザチップ２６に供給される。レーザチップ２６が出射したレーザ光は光導波路２４ｂを介し光変調器２１ａに伝送される。電子回路チップ１０から出力された駆動信号は光変調器領域５４ａの電極２２ｂを介し光変調器２１ａに伝送される。光変調器２１ａが駆動信号に基づきレーザ光を強度変調した光信号は光導波路２４ｃおよび結合器２５を介し光ファイバーに入力され、他装置の光トランシーバの受信器へと伝送される。一方、他装置の光トランシーバの送信器から出力され光ファイバーを伝送された光信号は結合器２５および光導波路２４ｄを介しＰＤ２１ｂに伝送される。ＰＤ２１ｂが光信号から変換した電気信号はＰＤ領域５４ｂの電極２２ｂを介し電子回路チップ１０に出力される。
【００３５】
図９は、実施例２における電子回路チップの下面を上から透視した平面図である。図９に示すように、電子回路チップ１０内に送信回路１１ａおよび受信回路１１ｂが設けられている。電子回路チップ１０の下面には複数の電極１２ａおよび２２ａが設けられている。送信回路１１ａは、送信回路領域５０ａの電極１２ａを介し搭載基板３０に、送信回路領域５２ａの電極２２ａを介し光回路チップ２０に、電気的に接続される。受信回路１１ｂは、受信回路領域５０ｂの電極１２ａを介し搭載基板３０に、受信回路領域５２ｂの電極２２ａを介し光回路チップ２０に、電気的に接続される。電源・グランド領域５０ｃの電極１２ａは配線１４ａを介し電源・グランド用領域５２ｃの電極２２ａに電気的に接続されている。
【００３６】
図１０は、実施例２における搭載基板の上面の平面図である。図１０に示すように、第１上面３９に複数の電極１２ｂが設けられている。第２上面３８には電極１２ｂは設けられていない。電極１２ｂの最小ピッチＬ１は例えば１５０μｍである。ピッチＬ１は例えば１００μｍまたは２００μｍのように１５０μｍでなくてもよい。領域５６ａ、５６ｂおよび電源・グランド領域５６ｃ内の電極１２ｂは電子回路チップ１０のそれぞれ送信回路領域５０ａ、受信回路領域５０ｂおよび電源・グランド領域５０ｃの電極１２ａに接合する。
【００３７】
図１１は、実施例２における搭載基板の下面を上から透視した平面図である。図１１に示すように、搭載基板３０の下面に複数の電極３２が設けられている。電極３２はグリッドアレイ状に設けられている。電極３２のピッチＬ３は例えば３００μｍである。ピッチＬ３は例えば２００μｍまたは４００μｍのように３００μｍでなくてもよい。
【００３８】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、実施例２に係る光モジュールの製造方法を示す断面図である。図１２（ａ）に示すように、光回路チップ２０の上面にレーザチップ２６を搭載する。電極２２ａと２２ｂを接合させることにより、光回路チップ２０の上面に電子回路チップ１０をフリップチップ実装する。電極２２ａと２２ｂは直接接合させてもよいしバンプを介し接合させてもよい。電子回路チップ１０の下面と光回路チップ２０の上面との間に、電極２２ａと２２ｂとを接合した接続電極２２を封止するようにアンダーフィル剤２３を設ける。
【００３９】
図１２（ｂ）に示すように、第２上面３８上の窪み内に光回路チップ２０が収納された状態で、電極１２ａと１２ｂを接合させることにより、搭載基板３０の第１上面３９上に電子回路チップ１０をフリップチップ実装する。電極１２ａと１２ｂは直接接合させてもよいしバンプを介し接合させてもよい。電子回路チップ１０と搭載基板３０の第１上面３９との間に電極１２ａと１２ｂとを接合した接続電極１２を封止するようにアンダーフィル剤１３を設ける。第２上面３８と光回路チップ２０の下面との間に接着剤３３を導入し光回路チップ２０を搭載基板３０に固定する。アンダーフィル剤１３、２３および接着剤３３は例えばエポキシ樹脂等の樹脂絶縁体である。
【００４０】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、実施例２に係る光モジュールの実装方法を示す断面図である。図１３（ａ）に示すように、電極３２を回路基板４０の上面に設けられた電極４２と接合することにより、光モジュール１０２を回路基板４０の上面に実装する。電極３２は、例えば銅バンプまたは半田バンプであり、電極４２は例えば銅層または金層等の金属層である。図１３（ｂ）に示すように、光回路チップ２０の上面に設けられた結合器２５に固定具２７を用い光ファイバー２９を結合させる。このように光モジュール１０２を実装する。
【００４１】
実施例２によれば、図１２（ａ）に示すように、電子回路チップ１０と光回路チップ２０とが接続電極２２を介し電気的に接続されるように、光回路チップ２０の上面に電子回路チップ１０を搭載する。その後、図１２（ｂ）に示すように、接続電極１２を介し搭載基板３０の上面と電子回路チップ１０の下面とが接続するように、搭載基板３０の上面に電子回路チップ１０を搭載する。
【００４２】
光回路チップ２０を搭載基板３０の第２上面３８に搭載した後、搭載基板３０および光回路チップ２０上に電子回路チップ１０を搭載する場合、搭載基板３０と光回路チップ２０とのＸ、ＹおよびＺ方向位置合わせにおいて高い精度が要求される。実施例２においても、実施例１と同様に、電極２２ａと２２ｂとを接合して、電子回路チップ１０と光回路チップ２０を一体化し、その後電極１２ａと１２ｂとを接合する。このため、搭載基板３０と光回路チップ２０との位置合わせを行わなくてもよい。後述する実施例３および４でも同様である。
【００４３】
実施例２のように、光モジュールを光トランシーバに用いることができる。この場合、光回路２１は第１電気信号を第１光信号に変換する発光回路（例えば半導体レーザ２６ａおよび光変調器２１ａ）の少なくとも一部と第２光信号を第２電気信号に変換する受光回路（例えばＰＤ２１ｂ）の少なくとも一部を有する。電子回路１１は、第１電気信号を発光回路に出力し、受光回路から第２電気信号が入力される。
【００４４】
また、光回路２１の電源は、複数の電極３２の一部から複数の接続電極１２の一部、電子回路チップ１０および接続電極２２を介し供給される。これにより、光回路チップ２０を搭載基板３０に直接電気的に接続しなくともよい。
【００４５】
さらに、複数の電極３２は、搭載基板３０の第１上面３９および第２上面３８の直下に設けられる。これにより、電極３２のピッチＬ３が大きくても搭載基板３０の大きさを小さくできる。これにより光モジュールの実装面積を小さくできる。
【００４６】
複数の電極３２のうち最も高速な信号を出力および／または入力する電極３２と接続電極１２とを接続する信号配線３４ａは第２上面３８の直下を通過しない。これにより、信号配線３４ａの長さを短くでき高速信号の伝送が容易となる。
【００４７】
複数の電極３２のうち電子回路チップ１０に電源を供給する接続電極の少なくとも一部は第２上面３８の直下に設けられている。高速な伝送を要しない電源を供給する電極３２を第２上面３８の直下に設けることで、電極３２を効率的に配置でき、実装面積を小さくできる。また、電源またはグランド配線３４ｂのインピーダンスをより低くすることができる。
【実施例３】
【００４８】
図１４（ａ）は、実施例３に係る光モジュールの平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、光モジュール１０４は回路基板４０上に搭載されている。第２上面３８（窪み）のＹ方向の両側に第１上面３９が設けられている。第２上面３８の−Ｙ方向の第１上面３９に給電基板４５が搭載されている。給電基板４５はレーザチップ２６に電源電位およびグランド電位を供給するための基板である。
【００４９】
搭載基板３０と給電基板４５とは接続電極４６を介し電気的に接続され、接続電極４６は、搭載基板３０の上面に設けられた電極４６ｂと給電基板４５の下面に設けられた電極４６ａとを有する。電極４６ａと４６ｂとは直接またはバンプを介し接合されている。光回路チップ２０と給電基板４５とは接続電極４７を介し電気的に接続されている。接続電極４７は、光回路チップ２０の上面に設けられた電極４７ｂと給電基板４５の下面に設けられた電極４７ａとを有する。電極４７ａと４７ｂとは直接またはバンプを介し接合されている。
【００５０】
給電基板４５は、電極４６ａと４７ａとを電気的に接続する配線４８を有している。電極４７ｂとレーザチップ２６とは配線２４ａを介し電気的に接続されている。電源電位およびグランド電位は、接続電極４６、配線４８、接続電極４７および配線２４ａを介し搭載基板３０からレーザチップ２６に供給される。
【００５１】
図１５は、実施例３における搭載基板の平面図である。図１５に示すように、搭載基板３０の第２上面３８は、Ｙ方向の中央付近に設けられている。第２上面３８の＋Ｙ方向および−Ｙ方向に第１上面３９が設けられている。電源・グランド領域５６ｃは第２上面３８の−Ｙ方向の第１上面３９に設けられ、電源・グランド領域５６ｃ内に電極４６ｂが設けられている。その他の構成は実施例２と同じであり説明を省略する。
【００５２】
光トランシーバにおいて、最も消費電力の大きい素子はレーザチップ２６であることが多い。実施例２では、レーザチップ２６に供給される電源およびグランド用の電極１２ａ、２２ａおよび配線１４ａが電子回路チップ１０に設けられている。レーザチップ２６の電力が大きいと、電源およびグランド用の電極１２ａ、２２ａおよび配線１４ａを増やすことになり、電子回路チップ１０の面積が大きくなる。高速な電気信号を処理する電子回路チップ１０の面積当たりの単価が高く、光モジュール１０２の価格が上昇してしまう。
【００５３】
実施例３によれば、接続電極４６（第４接続電極）は、搭載基板３０の第１上面３９に設けられ、電極３２と電気的に接続され電子回路チップ１０と電気的に接続されない。レーザチップ２６（発光素子）の電源は電子回路チップ１０を介さず電極３２および接続電極４６を介し供給される。これにより、電子回路チップ１０の面積を小さくでき、電子回路チップ１０の価格を低くできる。
【００５４】
給電基板４５（第３チップ）は、搭載基板３０の上面および光回路チップ２０の上面に搭載されている。接続電極４６を介し搭載基板３０の第１上面３９と給電基板４５の下面が接続し、接続電極４７（第５接続電極）を介し光回路チップ２０の上面と給電基板４５の下面が接続する。レーザチップ２６の電源は、電極３２、接続電極４６、給電基板４５および接続電極４７を介し供給される。給電基板４５内の配線４８は高速な電気信号を伝送しないため、給電基板４５は安価な基板でよく、シリコン基板、セラミック基板または樹脂基板等を用いることができる。これにより、安価な光モジュール１０４を提供できる。
【００５５】
給電基板４５を用いず、電極４６ｂと４７ｂとをボンディングワイヤを用い接続してもよい。また、接続電極４６および４７のピッチはピッチＬ１に比べ大きくてもよい。
【００５６】
実施例３では、図１５のように、第２上面３８のＹ方向の両側に第１上面３９が設けられており、第１上面３９の平面形状はコの字状（Ｃ字状）である。第２上面３８の＋Ｙ方向には第１上面３９が設けられておらず、第１上面３９の平面形状はＬ字状でもよい。
【実施例４】
【００５７】
図１６は、実施例４に係る光モジュールの平面図である。図１６に示すように、光モジュール１０６は回路基板４０上に搭載されている。電子回路チップ１０のＹ方向の長さは、第２上面３８のＹ方向の長さより大きくてもよい。これにより、電子回路チップ１０内に多くの回路および／または配線を設けることができる。例えば光トランシーバのチャネルの数を増やすこと、または電源・グランド用の接続電極１２を増やすことができる。その他の構成は実施例３と同じであり説明を省略する。
【００５８】
実施例２から４では、レーザチップ２６を光回路チップ２０上に搭載する例を説明したが、レーザチップが搭載されたパッケージが光回路チップ２０上に搭載されていてもよい。また、レーザが外部に設けられ、レーザが出射したレーザ光が光回路チップ２０に導入されてもよい。半導体レーザに加えて、半導体光増幅器が搭載されていてもよい。また、半導体レーザの代わりに発光ダイオードを用いてもよい。光導波路２４ｃおよび２４ｄと光ファイバー２９とが結合器２５で結合される例を説明したが、光回路チップ２０の端面において光導波路２４ｃおよび２４ｄと光ファイバー２９が結合してもよい。
【００５９】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００６０】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）基板と第１チップと第２チップとを具備する光モジュールであって、前記基板は、上面に上側が第１上面および下側が第２上面となる段差を有し、前記第１上面に複数の第１接続電極が設けられ、下面に前記複数の第１接続電極のピッチより大きいピッチで配置され前記第１接続電極と電気的に接続された複数の第３接続電極を有し、前記第１チップは、前記複数の第１接続電極を介し前記基板の第１上面と前記第１チップの下面とが接続するように前記基板の上面上に搭載され、前記複数の第１接続電極と電気的に接続された電子回路を有し、前記第２チップは、前記基板の第２上面上に設けられ、前記第２チップの上面に設けられた第２接続電極を介し前記第２チップの上面が前記第１チップの下面と接続され、前記第２接続電極を介し前記電子回路と電気的に接続された光回路を有する光モジュール。
（付記２）前記複数の第３接続電極は、前記第１上面および前記第２上面の直下に設けられる付記１に記載の光モジュール。
（付記３）前記光回路の電源は、前記複数の第３接続電極の一部から前記複数の第１接続電極の一部、前記第１チップおよび前記第２接続電極を介し供給される付記１または２に記載の光モジュール。
（付記４）電子回路と光回路とが第２接続電極を介し電気的に接続されるように、前記光回路を有する第２チップの上面に前記電子回路を有する第１チップを搭載する工程と、前記第２チップの上面に第１チップを搭載した後、基板の上面に上側が第１上面および下側が第２上面となる段差を有し、前記第１上面に複数の第１接続電極が設けられ、前記基板の下面に前記複数の第１接続電極の間隔より大きい間隔で配置され前記第１接続電極と電気的に接続された複数の第３接続電極を有する前記基板の上面上に、前記複数の第１接続電極を介し前記基板の第１上面と前記第１チップの下面とが接続し前記電子回路が前記複数の第１接続電極に電気的に接続するように、前記第１チップを搭載する工程と、を含む光モジュールの製造方法。
（付記５）基板と第１チップと第２チップを有する光モジュール、電源回路および制御回路を具備する光トランシーバであって、前記基板は、上面に上側が第１上面および下側が第２上面となる段差を有し、前記第１上面に複数の第１接続電極が設けられ、下面に前記複数の第１接続電極のピッチより大きいピッチで配置され前記第１接続電極と電気的に接続された複数の第３接続電極を有し、前記第１チップは、前記複数の第１接続電極を介し前記基板の第１上面と前記第１チップの下面とが接続するように前記基板の上面上に搭載され、前記複数の第１接続電極と電気的に接続された電子回路を有し、前記第２チップは、前記基板の第２上面上に設けられ、前記第２チップの上面に設けられた第２接続電極を介し前記第２チップの上面が前記第１チップの下面と接続され、前記第２接続電極を介し前記電子回路と電気的に接続された光回路を有し、前記電源回路は、前記第１チップおよび前記第２チップに電源電圧を供給し、前記制御回路は、前記第１チップおよび前記第２チップを制御し、前記光回路は第１電気信号を第１光信号に変換する発光回路の少なくとも一部と第２光信号を第２電気信号に変換する受光回路の少なくとも一部を有し、前記電子回路は前記第１電気信号を前記発光回路に出力し、前記受光回路から前記第２電気信号が入力される光トランシーバ。
（付記６）前記発光回路に含まれ、前記第２チップに設けられた発光素子を具備し、前記基板の第１上面に前記複数の第３接続電極の一部と電気的に接続され前記第１チップと電気的に接続されない第４接続電極が設けられ、前記発光素子の電源は、前記第１チップを介さず、前記複数の第３接続電極および前記第４接続電極を介し供給される付記５に記載の光トランシーバ。
（付記７）前記電子回路は前記第１チップの下面に設けられ、前記光回路は前記第２チップの上面に設けられる付記１から３のいずれか一項に記載の光モジュール。
（付記８）前記複数の第３接続電極のうち最も高速な信号を出力および／または入力する第３接続電極と前記複数の第１接続電極の一部とを接続する配線は前記第２上面の直下を通過しない付記１から３のいずれか一項に記載の光モジュール。
（付記９）前記複数の第３接続電極のうち前記第１チップに電源を供給する第３接続電極の少なくとも一部は前記第２上面の直下に設けられている付記８に記載の光モジュール。
（付記１０）前記第４接続電極を介し前記基板の第１上面と第３チップの下面が接続し、第５接続電極を介し前記第２チップの上面と前記第３チップの下面が接続するように、前記基板の第１上面および前記第２チップ上に搭載された前記第３チップを有し、前記発光素子の電源は、前記複数の第３接続電極、前記第４接続電極、前記第３チップおよび前記第５接続電極を介し供給される付記６に記載の光トランシーバ。
【符号の説明】
【００６１】
１０  電子回路チップ
１１  電子回路
１２、２２、３２、４６、４７  接続電極
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２、４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂ  電極
１４、２４、２４ａ、３４、３４ａ、３４ｂ、４８  配線
２０  光回路チップ
２１  光回路
２４ｂ−２４ｄ  光導波路
２６  レーザチップ
３０  搭載基板
３８  第２上面
３９  第１上面
４５  給電基板
【図１】
2018195723.tif 000003
【図２】
2018195723.tif 000004
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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