(57)【要約】【課題】光ファイバインターフェースのＢＧＡ光モジュールにおいてリフロー実装時の傾きによる導通不良を低減させる。【解決手段】本発明の光モジュールは、光ファイバ１０５が接続固定され、電子回路および光回路などが形成された基板１０１の一方の面に、実装基板への実装時の電気インターフェースとしてボールグリッドアレイ１０２を備え、また当該基板１０１の他方の面に、熱伝導性のリッド１０３と、リッドに接して光ファイバを巻きつけるための形状とされた熱伝導性のファイバルーティング機構２０１とを備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面に設けられたボールグリッドアレイと、
前記基板の他方の面に接続された熱伝導性のリッドと、
前記基板と接する前記リッドの面とは反対の面に熱的に接続された熱伝導性のファイバルーティング機構と、
前記基板と前記リッドの間の光ファイバ引き出し部と、
前記光ファイバ引き出し部から引き出された少なくとも１本の光ファイバと、
を備え、
前記ファイバルーティング機構は、前記光ファイバを巻きつけることができる機構であることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記ファイバルーティング機構の一部に断熱性の材料を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記ファイバルーティング機構と前記リッドとが一体構造であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記ファイバルーティング機構の一部に突起部が設けられており、前記突起部が、前記基板と前記リッドの間の前記光ファイバの引き出し部を覆うように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記光ファイバの一部に光部品が接続されており、前記光部品が前記ファイバルーティング機構に設置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記光ファイバ引き出し部からファイバブロックが突出していることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記ファイバルーティング機構が前記光ファイバを覆うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記ファイバルーティング機構の内面に設けられた断熱材が前記光ファイバを隙間なく覆うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電気信号及び光信号を伝達および信号処理するための光モジュールに関し、より詳細には、放熱機能を備えたファイバルーティング構造を有する光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信需要の急速な増大を背景として、通信網の大容量化に向けた検討が精力的に行われている。光モジュールに関しては、通信設備の単位体積あたりのビットレート向上と低消費電力化を目的とした小型化が強く要求されている。外部電極の一例であるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ: Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）は、電気インターフェースの小型化により光モジュールの小型化を実現するキー技術である。また、ＢＧＡパッケージは、リフローにて基板への実装を行うため、実装コスト低減効果も期待される（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】H. Tanobe, Y. Kurata, Y. Nakanishi, H. Fukuyama, M. Itoh, and E. Yoshida, “Compact 100Gb/s DP-QPSK integrated receiver module employing three-dimensional assembly technology,” OPTICS EXPRESS 22(5), pp. 6108-6113 (2014).
【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、電子デバイスとは異なり、多くの通信用光モジュールの光インターフェースは光ファイバであり、光ファイバの自重によりリフロー時にＢＧＡパッケージが傾いてしまいＢＧＡのボールの導通不良が起こるという課題がある。図１は、従来の光モジュールの概略を表している。図１に示す光モジュールは、チップ部品が搭載される基板１０１と、基板１０１の一方の面に設けられたＢＧＡ１０２と、ＢＧＡ１０２が設けられた面とは反対側の基板１０１の他方の面に接続されたリッド１０３と、基板１０１とリッド１０３の間の光ファイバ引き出し部１０４と、光ファイバ引き出し部から引き出された光ファイバ１０５を備えている。図１のような光モジュールをリフロー工程で実装基板（不図示）に実装すると、本来は基板１０１と実装基板とが水平となるように実装されて電気的な接続が確保されるはずのＢＧＡパッケージが光ファイバの自重により傾いてしまい導通不良が起きてしまう。
【０００５】
本発明は、上述のような従来技術に鑑みてなされたもので、その目的は、ファイバルーティング機構を設けることによりリフロー実装可能なＢＧＡ光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明の一様態である光モジュールは、
基板の一方の面に設けられたボールグリッドアレイと、
前記基板の他方の面に接続された熱伝導性のリッドと、
前記基板と接する前記リッドの面とは反対の面に熱的に接続された熱伝導性のファイバルーティング機構と、
前記基板と前記リッドの間の光ファイバ引き出し部と、
前記光ファイバ引き出し部から引き出された少なくとも１本の光ファイバと、
を備え、
前記ファイバルーティング機構は、前記光ファイバを巻きつけることができる機構であることを特徴とする。
【０００７】
また、光モジュールの他の一様態は、前記ファイバルーティング機構の一部に断熱性の材料を備えていることを特徴とする。
【０００８】
また、光モジュールの他の一様態は、前記ファイバルーティング機構と前記リッドとが一体構造であることを特徴とする。
【０００９】
また、光モジュールの他の一様態は、前記ファイバルーティング機構の一部に突起部が設けられており、前記突起部が、前記基板と前記リッドの間の前記光ファイバの引き出し部を覆うように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、光モジュールの他の一様態は、前記光ファイバの一部に光部品が接続されており、前記光部品が前記ファイバルーティング機構に設置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、光モジュールの他の一様態は、前記光ファイバ引き出し部からファイバブロックが突出していることを特徴とする。
【００１２】
また、光モジュールの他の一様態は、前記ファイバルーティング機構が前記光ファイバを覆うことを特徴とする。
【００１３】
また、光モジュールの他の一様態は、前記ファイバルーティング機構の内面に設けられた断熱材が前記光ファイバを隙間なく覆うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、光ファイバインターフェースのＢＧＡ光モジュールにおいてリフロー実装時の導通不良率を低減する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の光モジュールを示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光モジュールを示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光モジュールを示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る光モジュールを示す図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る光モジュールを示す図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る光モジュールを示す図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係る光モジュールを示す図である。
【図８】本発明の第７実施形態に係る光モジュールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、図面においては同一の機能を有する部分は同一の番号を付することで、説明の明瞭化を図っている。但し、本発明は以下に示す実施形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００１７】
（第１の実施形態）
図２は本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの側面図を示している。本発明の第１の実施形態に係る光モジュールは、チップ部品が搭載される基板１０１と、基板１０１の一方の面に設けられたＢＧＡ１０２と、ＢＧＡ１０２が設けられた面とは反対側の基板１０１の他方の面に接続されたリッド１０３と、リッド１０３と接する基板１０１とは反対の面に熱的に接続された熱伝導性のファイバルーティング機構２０１と、基板１０１とリッド１０３の間の光ファイバ引き出し部１０４と、光ファイバ引き出し部から引き出された光ファイバ１０５が設けられている。ファイバルーティング機構２０１の両端は、凹部が形成され、ファイバルーティング機構２０１の幾何中心付近に細くなった部分を有している。この光ファイバが巻きつくための細い部分をファイバルーティング機構２０１の中央部とし、その中央部よりも上方の部分を上部といい、中央部よりも下方の部分を下部という。中央部の断面形状は、上方から見て、曲率半径を有する形状、例えば、円形や楕円形、又はｎ角形（ｎは、３以上の整数）、例えば、多角形、矩形でもよい。ｎが４のとき、ファイバルーティング機構の加工がしやすい。ｎが６〜８の場合、光ファイバを巻きつけた後に光ファイバに癖が十分に残らないようにすることができる。
【００１８】
図２に示すように、ファイバルーティング機構２０１に光ファイバ１０５を巻きつけることにより光モジュールの重心が安定しリフロー実装時に傾きにくくなる。このように、本発明の第１の実施形態に係る光モジュールは、リフロー実装時の導通不良率を低減する効果を奏する。
【００１９】
図２では、単数の光ファイバが開示されているが、複数で使用されることが多く、例えば、３本の光ファイバを使用してもよい。
【００２０】
また、図２では、凹み部により形成されるファイバルーティング機構２０１の中央部に、光ファイバ１０５が２回巻きついている例が示されているが、光ファイバ１０５の巻き数は、２〜１００の範囲にあればよく、例えば、１０回でもよい。
【００２１】
本発明の第１の実施形態に係る光モジュールにおいては、基板１０１の材料はセラミックとしたが、これはセラミックの高周波特性が優れるためである。しかしながら、本発明に係る光モジュールはこの材料に限定されるものではなく、例えば、ガラスを添加した樹脂系の材料でもよいし、単なる樹脂系の材料であっても構わない。
【００２２】
また、リッド１０３とファイバルーティング機構２０１の材料はアルミとしたが、これはアルミの熱伝導率が高く価格が安いためである。しかしながら、本実施形態に係る光モジュールはこの材料に限定されるものではなく、例えば、銅や銅タングステンなどの他の金属であっても構わないし、他の材料であっても構わない。
【００２３】
また、上記の説明では光ファイバ引き出し部１０４は基板１０１とリッド１０３の間に設けたが、これは材料の加工を最小限に抑えるためである。しかしながら、本発明に係る光モジュールはこの構成に限定されるものではなく、例えばリッドに穴をあけて光ファイバを引き出しても構わないし、レンズ結合系の気密封止であっても構わないし、ファイバーブーツのような形態であっても構わない。
【００２４】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る光モジュールの構成を示している。本発明の第２の実施形態に係る光モジュールは、第１の実施形態に係る光モジュールの構成の他に、ファイバルーティング機構２０１の光ファイバ１０５を巻きつける箇所である中心部、上部の下面、及び下部の上面に断熱材３０１が設けられていることを特徴とする。このような形態であれば、リフロー工程にて基板に実装する際の熱から光ファイバを保護しつつ、光ファイバインターフェースのＢＧＡ光モジュールにおいてリフロー実装時の導通不良率を低減する効果を奏する。
【００２５】
本発明の第２の実施形態に係る光モジュールにおいては、断熱材３０１の材料はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｅｒ Ｅｔｈｅｒ Ｋｅｔｏｎｅ）樹脂とした。これは、ＰＥＥＫ樹脂の断熱性が優れるためである。しかしながら、本発明に係る光モジュールはこの材料に限定されるものではなく、ポリイミドなどの他の樹脂でも構わないし、その他の断熱性の材料であっても構わない。
【００２６】
図３では、単数の光ファイバが開示されているが、複数で使用されることが多く、例えば、３本の光ファイバを使用してもよい。
【００２７】
なお、凹み部により形成されるファイバルーティング機構２０１の中央部とその外側に設けられた断熱材に、光ファイバ１０５が２回巻きついている例が示されているが、光ファイバ１０５の巻き数は、２〜１００の範囲にあればよい。
【００２８】
（第３の実施形態）
図４は本発明の第３の実施形態に係る光モジュールの構成を示している。本発明の第３の実施形態に係る光モジュールは、リッドと前記ファイバルーティング機構とが一体構造で設けられている。この一体構造が、第１の実施形態に係る光モジュールの構成と異なる点である。このような形態であれば、リッドを備えたファイバルーティング機構４０１の熱抵抗を低減でき、より熱伝導性が高い状態で光ファイバインターフェースのＢＧＡ光モジュールにおいてリフロー実装時の導通不良率を低減する効果を奏する。
【００２９】
図４では、単数の光ファイバが開示されているが、複数で使用されることが多く、例えば、３本の光ファイバを使用してもよい。
【００３０】
なお、凹み部により形成されるファイバルーティング機構４０１の中央部に、光ファイバ１０５が２回巻きついている例が示されているが、光ファイバ１０５の巻き数は、２〜１００の範囲にあればよい。
【００３１】
（第４の実施形態）
図５は本発明の第４の実施形態に係る光モジュールの構成を示している。本発明の第４の実施形態に係る光モジュールは、光ファイバ引き出し部１０４を覆うようにファイバルーティング機構２０１が突起し、突起部（延伸部ともいう）を有していることを特徴としている。このファイバルーティング機構２０１が突起し、突起部を有している点が、第１の実施形態に係る光モジュールの構成と異なる点である。光ファイバ引き出し部１０４から突起した光ファイバ１０５の一部は、リッド１０３の端面と、ファイバルーティング機構２０１の突起部の内面とで囲まれている。また、基板１０１の端面（右側の端面）と、ファイバルーティング機構２０１の突起部の端面とが対向している。
【００３２】
図５では、単数の光ファイバが開示されているが、複数で使用されることが多く、例えば、３本の光ファイバを使用してもよい。
【００３３】
なお、凹み部により形成されるファイバルーティング機構２０１の中央部に、２回光ファイバが巻きついている。巻き数は、２〜１００個の範囲であればよい。
【００３４】
このような形態であれば、光ファイバ１０５全体をリフローの熱から保護しつつ、光ファイバインターフェースのＢＧＡ光モジュールにおいてリフロー実装時の導通不良率を低減する効果を奏する。
【００３５】
なお、本実施形態のファイバルーティング機構２０１は、右側に突出部を有するにより非対称構造をとっているが、ファイバルーティング機構は、左側にも突出部を有することにより、対称構造をとってもよい。このような対称構造のファイバルーティング機構を採用することにより、光モジュールの構造上の中心が重心となるので、対称構造のファイバルーティング機構を有する光モジュールは、リフロー時に傾きにくいという効果を有する。
【００３６】
（第５の実施形態）
図６は本発明の第５の実施形態に係る光モジュールの構成を示している。本発明の第５の実施形態に係る光モジュールは、光ファイバ１０５の一部に光部品６０１が設けられファイバルーティング機構２０１に設置されていることを特徴としている。
【００３７】
本発明の第５の実施形態に係る光モジュールにおいては、光部品６０１としてモードフィールド変換器を実装した。この光部品６０１がファイバルーティング機構２０１の下部上に設置されている点が、第４の実施形態に係る光モジュールの構成と異なる点である。光ファイバ引き出し部１０４から突起した光ファイバ１０５の一部は、リッド１０３の端面と、ファイバルーティング機構２０１の突起部の内面とで囲まれている。また、基板１０１の端面（右側の端面）と、ファイバルーティング機構２０１の突起部の端面とが対向している。
【００３８】
図６では、単数の光ファイバが開示されているが、複数で使用されることが多く、例えば、３本の光ファイバを使用してもよい。
【００３９】
なお、図６では、光ファイバ１０５は、凹み部により形成されるファイバルーティング機構２０１の細い部分である中央部に、２回巻きついている。また、光ファイバ１０５による中央部の巻き数は、２〜１００回の範囲にあればよい。
【００４０】
このような形態であれば、光機能を追加しつつ光ファイバインターフェースのＢＧＡ光モジュールにおいてリフロー実装時の導通不良率を低減する効果を奏する。
【００４１】
上記の説明では光部品６０１としてモードフィールド変換器を実装したが、可変アッテネータ、光ファイバアンプ、タップモニタ、偏波合分波器などの他の光部品であっても構わない。
【００４２】
なお、本実施形態のファイバルーティング機構２０１は、右側に突出部を有することにより、また、中央部の左側に光部品６０１を設けることにより、本実施形態の光モジュールは非対称構造をとっているが、ファイバルーティング機構は、左側に突出部を有することにより、また、中央部の右側に、光部品６０１と同一材料、同一形状の物体を設けてもよい。このような対称構造のファイバルーティング機構を採用することにより、光モジュールの構造上の中心が重心となるので、対称構造のファイバルーティング機構を有する光モジュールは、リフロー時に傾きにくいという効果を有する。
【００４３】
（第６の実施形態）
図７は本発明の第６の実施形態に係る光モジュールの構成を示している。本発明の第６の実施形態に係る光モジュールは、光ファイバ引き出し部１０４からファイバブロック７０１が突出していることを特徴としている。この光ファイバ引き出し部１０４からファイバブロック７０１が突出している点が、第５の実施形態に係る光モジュールの構成と異なる点である。リッド１０３の端面（右側の端面）に、ファイバブロック７０１が設けられ、ファイバブロック７０１の一部が、光ファイバ引き出し部１０４の端部と重なっている。通常は基板１０１上に搭載されるファイバブロックを基板外に突出させることで基板１０１の上面（又は下面の表面積）を小さくできる。
【００４４】
図７では、単数の光ファイバが開示されているが、複数で使用されることが多く、例えば、３本の光ファイバを使用してもよい。
【００４５】
なお、図７では、光ファイバ１０５は、凹み部により形成されるファイバルーティング機構２０１の細い部分である中央部に、２回巻きついている。光ファイバ１０５の巻き数は、２〜１００回の範囲にあればよく、例えば１０回であってもよい。
【００４６】
このような形態を採用することにより、光ファイバインターフェースのＢＧＡ光モジュールにおいてリフロー実装時の導通不良率を低減する効果を奏する。
【００４７】
なお、本実施形態のファイバルーティング機構２０１は、右側に突出部を有することにより、また、リッド１０３の右側に、ファイバブロック７０１を設けることにより、非対称構造をとっているが、ファイバルーティング機構は、左側にも突出部を有することにより、また、リッド１０３の左側に、ファイバブロック７０１と同一材料、同一形状の物体を設けてもよい。このような対称構造のファイバルーティング機構を採用することにより、光モジュールの構造上の中心が重心となるので、対称構造のファイバルーティング機構を有する光モジュールは、リフロー時に傾きにくいという効果を有する。
【００４８】
（第７の実施形態）
図８は本発明の第７の実施形態に係る光モジュールの構成を示している。本発明の第７の実施形態に係る光モジュールは、ファイバルーティング機構２０１の突起部の内面に接するように設けられた断熱材３０１が光ファイバ１０５を隙間なく、完全に、覆うように構成されていることを特徴としている。
【００４９】
基板１０１、ＢＧＡ１０２、リッド１０３、ファイバルーティング機構２０１及び光ファイバを形成し、ファイバルーティング機構２０１の下部の上面、中央部の両側面、上部の下面、及び突起部の内面に接するように断熱材を形成した後に、ファイバルーティング機構２０１の中央部の両側面に形成された断熱材に光ファイバ１０５を巻きつかせる。次いで、ファイバルーティング機構２０１の下部の上面の左側の端部と上部の下面の左側の端部との間に、かつ、基板１０１の右側の端面と突起部の内面に設けられた断熱材の端面との間に、断熱材を設けることにより、断熱材３０１が光ファイバ１０５を隙間なく、完全に、覆う図８のような構成ができる。
【００５０】
図８では、単数の光ファイバが開示されているが、複数で使用されることが多く、例えば、３本の光ファイバを使用してもよい。
【００５１】
なお、凹み部により形成されるファイバルーティング機構２０１の中央部とその外側の断熱材に、１本の光ファイバ１０５が２回巻きついている例が示されているが、光ファイバ１０５の巻き数は、２〜１００回の範囲にあればよい。
【００５２】
このような形態をとることで、リフローの熱から光ファイバを保護しつつ、光ファイバインターフェースのＢＧＡモジュールにおいてリフロー実装時の導通不良率を低減する効果を奏する。
【００５３】
第７の実施形態に係る光モジュールにおいては、断熱性を高めるために断熱材３０１を用いて光ファイバ部を覆った。しかしながら、本発明に係る光モジュールはこの例に限定れるものではなく、例えば、アルミ製のファイバルーティング機構で光ファイバを覆っても構わない。
【００５４】
なお、本実施形態のファイバルーティング機構２０１は、右側に突出部を有することにより、また、ファイバルーティング機構２０１の内側に、断熱材３０１を設けることにより、非対称構造をとっているが、ファイバルーティング機構が、左側にも突出部を有することにより、また、左側の突出部の内側に、断熱材３０１と同一材料、同一形状の物体を設けてもよい。このような対称構造のファイバルーティング機構を採用することにより、光モジュールの構造上の中心が重心となるので、対称構造のファイバルーティング機構を有する光モジュールは、リフロー時に傾きにくいという効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、高周波電気信号及び光信号を伝達および信号処理するための光モジュールに適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０１  基板
１０２  ＢＧＡ
１０３  リッド
１０４  光ファイバ引き出し部
１０５  光ファイバ
２０１  ファイバルーティング機構
３０１  断熱材
４０１  リッドを備えたファイバルーティング機構
６０１  光部品
【図１】
2019191421.tif 000003
【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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