(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基材で構成された光学機能素子アレイと、配線層と、前記第１の基材とは異なる第２の基材で構成された複数の受発光素子とを有する光素子と、
一方の面に前記光素子が搭載されたフロントエンドＩＣと、
前記フロントエンドＩＣおよび前記光素子が搭載され、前記フロントエンドＩＣをマザーボードに電気的に接続するインターポーザ基板と
を備え、
前記光学機能素子アレイは、第１の面および第２の面を含む前記第１の基材で構成された光学基板と、前記第１の基材で構成されると共に前記第１の面上において前記第１の基材によって前記光学基板に一体成型され、前記第１の面上において１次元的もしくは２次元的に配列された複数の光学機能素子とを有し、
前記配線層は、前記光学基板の前記第２の面に形成され、
前記複数の受発光素子のそれぞれと前記複数の光学機能素子のそれぞれとが前記光学基板に対して垂直方向の同軸に位置するように前記光学基板を介して互いに対向配置され、かつ、前記複数の受発光素子が、前記光学機能素子アレイのアレイ数よりも少ない単位数に分離された状態で、前記第２の面に対して間隔を空けて配置されており、
前記インターポーザ基板は、
前記フロントエンドＩＣの他方の面が接合された第１の基板と、
前記第１の基板に接合され、前記フロントエンドＩＣを前記第１の基板に搭載するためのＩＣ搭載用開口を有する第２の基板と、
前記マザーボードに当接することなく、前記フロントエンドＩＣと前記マザーボードとの間に配置され、前記光素子が光伝送を行うための光入出力用開口を有する第３の基板と
を含み、
前記第１の基板は、前記第２の基板よりも高い放熱性および高い剛性を有する
光電モジュール。
【請求項２】
前記複数の受発光素子のそれぞれを駆動するフロントエンド回路をさらに備え、
前記受発光素子と前記フロントエンド回路との配線長が、前記複数の受発光素子のそれぞれについて略同一である
請求項１に記載の光電モジュール。
【請求項３】
前記光学基板の前記第２の面に形成された前記配線層に当接し、前記配線層を介して前記光学基板に電気的に接続される第１のはんだバンプと、
前記複数の受発光素子のそれぞれに対して設けられ、前記複数の受発光素子のそれぞれに電気的に接続される第２のはんだバンプと
をさらに備える
請求項１または２に記載の光電モジュール。
【請求項４】
前記第２の基板は、前記第３の基板を介して前記フロントエンドＩＣに電気的に接続されると共に、前記第３の基板と前記マザーボードとの間を電気的に接続する接続構造を有し、
前記第３の基板は、前記フロントエンドＩＣと前記第２の基板との間を電気的に接続する接続構造を有する
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光電モジュール。
【請求項５】
光コネクタを装着するための位置決め部材をさらに備え、
前記第１の基板が、前記第２の基板よりも高い放熱性および高い剛性を有すると共に、外部の冷却媒体によって温度管理がなされており、
前記第１の基板の１つの基板面に、前記位置決め部材の一端面と、前記フロントエンドＩＣの前記他方の面と、前記第２の基板の１つの基板面とが空隙なく全面的に接合されている
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光電モジュール。
【請求項６】
前記第２の基板、および前記第３の基板を貫通することなく、前記第２の基板、および前記第３の基板の表層部を介して前記フロントエンドＩＣと前記マザーボードとの間の電気的な接続が行われる
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光電モジュール。
【請求項７】
送信用光学系および受信用光学系を含み、前記光素子に光結合される光コネクタをさらに備え、
前記複数の受発光素子として、受光素子と発光素子とを含み、
前記送信用光学系は、前記発光素子から出射された送信光が平行光束で入射する送信用レンズと、前記送信用レンズに入射した前記送信光を反射する送信用全反射ミラーと、前記送信用全反射ミラーで反射された前記送信光を伝送する送信用光伝送媒体とを有し、
前記受信用光学系は、受信用光伝送媒体と、前記受信用光伝送媒体によって伝送された受信光を反射する受信用全反射ミラーと、前記受信用全反射ミラーで反射された前記受信光を平行光束で前記受光素子に向けて出射する受信用レンズとを有する
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の光電モジュール。
【請求項８】
前記送信用レンズおよび前記送信用全反射ミラー間の距離と、前記受信用レンズおよび前記受信用全反射ミラー間の距離とが異なり、かつ、前記送信用レンズに入射する入射平行光束の光路長と、前記受信用レンズが出射する出射平行光束の光路長とが異なり、
前記受光素子および前記受信用全反射ミラー間の距離と前記発光素子および前記送信用全反射ミラー間の距離、もしくは、前記受光素子および前記受信用光伝送媒体間の距離と前記発光素子および前記送信用光伝送媒体間の距離とが略同一である
請求項７に記載の光電モジュール。
【請求項９】
前記送信用光学系は、前記送信用レンズが形成されたレンズ基板をさらに有し、
前記送信用全反射ミラーが、前記送信用レンズの光軸に対して前記送信光を反射する方向にオフセットされた位置に配置され、かつ、前記光学機能素子アレイにおける前記光学基板の前記第１の面と、前記レンズ基板における前記送信用レンズが形成された基板面とが略平行である
請求項７に記載の光電モジュール。
【請求項１０】
前記光コネクタは、前記送信用レンズおよび前記受信用レンズが形成されたレンズ基板をさらに有し、
前記送信用光伝送媒体および前記受信用光伝送媒体が、前記レンズ基板における前記送信用レンズおよび前記受信用レンズが形成された基板面に対して傾斜配置されている
請求項７または９に記載の光電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光通信（光伝送）に用いられる光電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気信号を光変調し、光によってデータの伝送を行う光通信技術が知られている。このような光伝送用の光電モジュールとして、レンズなどの光学機能素子と受発光素子（受光素子または発光素子）とを組み合わせた光素子を光コネクタによって光結合させる構造が知られている（例えば特許文献１ないし４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８５７５２号公報
【特許文献２】特開２００１−３６１９７号公報
【特許文献３】特開２０１２−１３７７６５号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４２７３２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Yehoshua Benjamin, Kobi Hasharoni, and Michael Mesh ,“Assembly Development of 1.3 Tb/s Full Duplex Optical Module”, Electronic Components and Technology Conference (ECTC), 2013 , pp. 292 - 296
【発明の概要】
【０００５】
上記のような光電モジュールでは、大容量化に伴い、搭載する光素子のチャンネル数が増加する。このチャンネル数の増加に対応するため、例えば非特許文献１に記載の技術のように、光素子を２次元レイアウトにて配置することが提案されている。光素子を２次元配置するのに伴い、各々のチャンネルごとに、レンズなどの光学機能素子を設け、光コネクタとのカップリング効率を高める必要がある。さらに、光素子自体の歩留まりが低いため、その対策も必要となる。
【０００６】
従って、光伝送のチャンネル数の増加に対応可能な光電モジュールを提供することが望ましい。
【０００７】
本開示の一実施の形態に係る光電モジュールは、第１の基材で構成された光学機能素子アレイと、配線層と、第１の基材とは異なる第２の基材で構成された複数の受発光素子とを有する光素子と、一方の面に光素子が搭載されたフロントエンドＩＣと、フロントエンドＩＣおよび光素子が搭載され、フロントエンドＩＣをマザーボードに電気的に接続するインターポーザ基板とを備え、光学機能素子アレイは、第１の面および第２の面を含む第１の基材で構成された光学基板と、第１の基材で構成されると共に第１の面上において第１の基材によって光学基板に一体成型され、第１の面上において１次元的もしくは２次元的に配列された複数の光学機能素子とを有し、配線層は、光学基板の第２の面に形成され、複数の受発光素子のそれぞれと複数の光学機能素子のそれぞれとが光学基板に対して垂直方向の同軸に位置するように光学基板を介して互いに対向配置され、かつ、複数の受発光素子が、光学機能素子アレイのアレイ数よりも少ない単位数に分離された状態で、第２の面に対して間隔を空けて配置されているものである。
また、インターポーザ基板が、フロントエンドＩＣの他方の面が接合された第１の基板と、第１の基板に接合され、フロントエンドＩＣを第１の基板に搭載するためのＩＣ搭載用開口を有する第２の基板と、マザーボードに当接することなく、フロントエンドＩＣとマザーボードとの間に配置され、光素子が光伝送を行うための光入出力用開口を有する第３の基板とを含み、第１の基板が、第２の基板よりも高い放熱性および高い剛性を有するものである。
【０００９】
本開示の一実施の形態に係る光電モジュールでは、光学機能素子アレイにおいて、複数の光学機能素子が１次元的もしくは２次元的に配列される。かつ、複数の受発光素子が、光学機能素子アレイのアレイ数よりも少ない単位数に分離された状態で、第２の面に対して間隔を空けて配置される。
【００１０】
本開示の一実施の形態に係る光電モジュールによれば、光素子の構造を最適化するようにしたので、光伝送のチャンネル数の増加に対応可能となる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る光素子の一構成例を示す断面図である。
【図２】光素子の一構成例を示す他の断面図である。
【図３】光素子の他の構成例を示す断面図である。
【図４】光素子の他の構成例を示す他の断面図である。
【図５】光素子の第１の面側の構成例を示す平面図である。
【図６】光素子の第２の面側の構成例を示す平面図である。
【図７】複数の光素子を配置した一例を示す平面図である。
【図８】ＦＥ回路と光素子との配置例を示す断面図である。
【図９】ＦＥ回路と光素子との配置例を示す斜視図である。
【図１０】ＦＥ回路と光素子との配置を最適化した例を示す断面図である。
【図１１】ＦＥ回路と光素子との配置を最適化した例を示す斜視図である。
【図１２】第１の実施の形態の第１の変形例に係る光素子の第１の面側の構成例を示す平面図である。
【図１３】第１の実施の形態の第１の変形例に係る光素子の第２の面側の構成例を示す平面図である。
【図１４】第１の実施の形態の第２の変形例に係る光素子の第２の面側の構成例を示す平面図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る光電モジュールの一構成例を示す断面図である。
【図１６】光電モジュールの製造工程の第１工程例を示す断面図である。
【図１７】光電モジュールの製造工程の第２工程例を示す断面図および平面図である。
【図１８】光電モジュールの製造工程の第３工程例を示す断面図および平面図である。
【図１９】光電モジュールの製造工程の第４工程例を示す断面図および平面図である。
【図２０】光電モジュールをマザーボードに搭載する過程を示す断面図である。
【図２１】光電モジュールをマザーボードに搭載した状態を示す断面図である。
【図２２】光電モジュールに冷却モジュールを搭載した状態を示す共に、光電モジュールに光結合される光コネクタモジュールの一例を示す断面図である。
【図２３】第３の実施の形態に係る光電モジュールの一構成例を示す断面図である。
【図２４】第４の実施の形態に係る光電モジュールの一構成例を示す断面図である。
【図２５】第４の実施の形態に係る光電モジュールの他の構成例を示す断面図である。
【図２６】光電モジュールに第１の構成例の光コネクタモジュールを光結合する過程を示す断面図である。
【図２７】光電モジュールに光結合される光コネクタモジュールの第１の構成例を示す断面図である。
【図２８】光電モジュールに光結合される光コネクタモジュールの第２の構成例を示す断面図である。
【図２９】光電モジュールに光結合される光コネクタモジュールの第３の構成例を示す断面図である。
【図３０】光電モジュールに光結合される光コネクタモジュールの第４の構成例を示す断面図である。
【図３１】光コネクタモジュールの最適化の第１の例を示す断面図である。
【図３２】光コネクタモジュールの最適化の第２の例を示す断面図である。
【図３３】垂直取り出し型の光コネクタモジュールの構成例を示す断面図である。
【図３４】反射ミラーを用いた横取り出し型の光コネクタモジュールの構成例を示す断面図である。
【図３５】全反射ミラーを用いた横取り出し型の光コネクタモジュールの構成例を示す断面図である。
【図３６】全反射ミラーを用いた横取り出し型の光コネクタモジュールの他の構成例を示す断面図である。
【図３７】全反射ミラーを用いた横取り出し型の光コネクタモジュールを最適化した構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
＜０．光素子が２次元配置された光電モジュール＞
［０．１  課題］
＜１．第１の実施の形態＞（光素子の構成例）（図１〜図１４）
［１．１  光素子の構成例］
［１．２  作用および効果］
［１．３  変形例］
＜２．第２の実施の形態＞（光電モジュールの第１の例）（図１５〜図２２）
［２．１  構成例］
［２．２  製造工程］
［２．３  作用および効果］
＜３．第３の実施の形態＞（光電モジュールの第２の例）（図２３）
［３．１  構成例］
［３．２  作用および効果］
＜４．第４の実施の形態＞（光電モジュールの第３の例）（図２４〜図２５）
［４．１  構成例］
［４．２  作用および効果］
＜５．第５の実施の形態＞（光コネクタの最適化）（図２６〜図３７）
［５．１  光コネクタモジュールの構成例］
［５．２  光コネクタモジュールの最適化］
（最適化された光コネクタモジュールの構成例）
（全反射ミラーを用いない場合の光学設計例）
（全反射ミラーを用いる場合の光学設計例）
［５．３  作用および効果］
＜６．その他の実施の形態＞
【００１３】
＜０．光素子が２次元配置された光電モジュール＞
［０．１  課題］
チャンネルごとに、レンズなどの光学機能が付加された光素子が２次元配置された光電モジュールにおける課題を以下に記す。なお、２次元配置された光電モジュールとして知られている構造には、レンズなどの複数の光学機能素子が２次元配置された光学機能素子アレイに、光学機能素子に対応して２次元配置された複数の受発光素子（受光素子または発光素子）アレイを一体化した構造がある。この際、受発光素子アレイのアレイ数と光学機能素子アレイのアレイ数とが同一となっている構造が知られている。
【００１４】
（課題１）
・高伝送レート化に伴い、より光結合損失を低減させる必要がある。
光電モジュールの高速化に向けた取り組みとして、チャンネル数増加と併せ、４値化伝送（４ＰＡＭ）と伝送レート向上とがある。送信側、受信側、各々の回路の要求仕様から、双方をつなぐ光コネクタに必要とされる損失をシミュレーションしたところ、４値化伝送では例えばロス量３．７ｄＢ以下が必要であり、また、伝送レートを２５Ｇｂｐｓにすると例えばロス量６．０ｄＢ以下が必要であることが分かった。
【００１５】
（課題２）
・光コネクタとのカップリング効率を高めるために、チャンネルごとに、できるだけ大面積の光学機能素子を設ける必要がある。
光素子と光コネクタとの間に位置ずれが生じると、光結合損失が増す。その影響をできるだけ抑えるため、レンズなど、できるだけ大口径の集光機能素子を設ける必要がある。一例として、ファイバー規格に則り、光素子のピッチを縦横：２５０μｍピッチとした場合、例えばレンズ径：Φ２４０μｍと、できるだけ大口径にすることが求められる。
【００１６】
（課題３）
・２次元配置された光素子と光コネクタ間の、全体としての光結合効率のばらつきを抑制するため、トータルの結合面積を小さくする必要がある。
また、上記課題２と同様に、すべてのチャンネルの光結合効率を高めるためには、光素子と光コネクタ間における、光結合領域を小面積化することが有効である。そこで、例えば、光素子として１２×１４チャンネルの一体型のものを適用した構造が提案されている。光素子を分割すると、各々の素子の実装のために、ある程度のクリアランスを設ける必要がある。それは例えば、２００μｍであり、素子１チャンネル分の幅に近いものとなってしまう。故に、従来では、全体の結合面積を小さくするために、発光素子および受光素子の素子数を増やしにくいという課題があった。
【００１７】
（課題４）
・歩留まりの低い発光受光素子の（低歩留まりの）影響を受けにくい構造にする必要がある。
１０Ｇｂｐｓを超える伝送レートに対応する光素子、特にＶＣＳＥＬ（面発光レーザー）の歩留まりは低い。概ね９０％以下であり、これらを、例えば１００チャンネルアレイ化すると、一体構造の光素子アレイにおいては、良品がほとんど得られなくなる（例えば０．１％以下）。さらに、伝送レートが２５Ｇｂｐｓなどになると、それに対応するＶＣＳＥＬの歩留まりは、例えば６０％以下などの、非常に低いものになる。故に、今後は光素子を一体アレイ化した状態で適用する構成は、非現実的なものとなる。
【００１８】
（課題５）
・さらなる高レート化、および高集積化に伴い、素子ピッチを維持しつつ、送信側（発光側）素子と受信側（受光側）素子とを混載配置にする必要がある。
次世代の高機能Ｉ／Ｆ（インタフェース）では、送信側素子（Ｔｘ）と受信側素子（Ｒｘ）とが、高密度で混載されている。例えば、Ｔｘ・Ｒｘ・Ｔｘ・Ｒｘと交互配置であったり、ＴｘＴｘＴｘＴｘ・ＲｘＲｘＲｘＲｘなどといった、４ヶずつの交互配置であったりもする。すなわち、前述のような送信側素子（Ｔｘ）と受信側素子（Ｒｘ）とをそれぞれアレイ化した従来構成は、ここでも非現実的なものとなる。
【００１９】
（その他の課題）
また、その他にも従来の光電モジュールには以下の課題がある。
【００２０】
１．超大容量光電伝送基板においては、放熱性を高めるため、ＩＣ（Integrated Circuit）とＬＩＤ（リッド）基板とを接着する必要がある。しかし、ＬＩＤは同時にＩＰ（インターポーザ）基板にも接着されるため、ＩＣとＩＰ基板間に発生する偏応力により、一番脆弱なＩＰ基板の穴周りが、応力集中により破壊されてしまう。
【００２１】
２．光コネクタの位置決め精度を上げる必要がある。
光素子と光コネクタは、コリメート結合光学系により、数十μｍの位置ずれマージンを持っている。しかし、テラオーダーの伝送容量を持たせた場合、そのチャンネル数は１００チャンネル前後の膨大な数となる。故に、コリメート結合させる述べ面積も増大する。現状の有機基板上ベースでの位置決めでは、精度、安定性が不足してくる。
【００２２】
３．構造上、光素子とマザーボードとの間で電気信号を伝送するため、ＩＰ基板の表面から裏面に高速電気信号を通す必要がある。その際、インピータンス整合の取りにくい、貫通ビアを通す必要があるが、層ごとに存在するスタブにより、信号が劣化してしまう。
【００２３】
４．歩留まりの低い光素子を多数配置する必要があるため、光電パッケージとしての歩留まりを確保することが困難である（他のシリコンＩＣなどと比して、光素子の歩留まりが低い）。
【００２４】
以下、上記した課題を解決するための光素子および光電モジュールの実施形態を説明する。
【００２５】
＜１．第１の実施の形態＞
［１．１  光素子の構成例］
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る光素子１の一断面構成例を示している。図２は、図１に示した光素子１の他の断面における構成例を示している。また、図３および図４は、光素子１の他の構成例を示している。図５および図６は、光素子１の平面構成例を示している。
なお、図１では、光素子１のレンズ基板１１に垂直な方向をＺ軸方向、レンズ基板１１の基板面に平行な面内において互いに直交する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向としている。以降の他の図についても同様である。
【００２６】
光素子１は、第１の基材で構成された光学機能素子アレイ（レンズアレイ）１０と、第１の基材とは異なる第２の基材で構成された複数の受発光素子（発光素子または受光素子）２０とを備えている。光学機能素子アレイ１０は、第１の面および第２の面を含む光学基板（レンズ基板１１）と、レンズ基板１１に一体化され、第１の面上において１次元的もしくは２次元的に配列された複数の光学機能素子（レンズ１２）とを有している。ここで、第１の面とは例えば図１の例ではレンズ基板１１の上側の面、第２の面とは例えば図１の例ではレンズ基板１１の下側の面である。レンズ基板１１の第２の面側には、配線層１３（図１、図２）または配線層１４（図３、図４）が形成されている。
【００２７】
光素子１は、複数の受発光素子２０のそれぞれと複数のレンズ１２のそれぞれとがレンズ基板１１に対して垂直方向の同軸に位置するように、レンズ基板１１を介して互いに対向配置されている。また、複数の受発光素子２０が、光学機能素子アレイ１０のアレイ数よりも少ない単位数に分離された状態で、第２の面に対して間隔を空けて配置されている。
【００２８】
ここで、図２、図４、図５および図６に示した各構成例では、光素子１が４チャンネルの構成である場合を示している。各構成例では、４チャンネル分の４つのレンズ１２が１列に配置され、レンズ基板１１に一体成型されている。すなわち、光学機能素子アレイ１０のレンズ１２のアレイ数は４つである。一方、受発光素子２０は、全体としては４つ配置されているが、構造的に個々の受発光素子２０に分離されている。すなわち１つずつの単位に分離されている。
【００２９】
光素子１は、また、レンズ基板１１の第２の面に当接し、レンズ基板１１に電気的に接続されるはんだバンプ３１（第１のはんだバンプ）と、複数の受発光素子２０のそれぞれに対して設けられ、複数の受発光素子２０のそれぞれに電気的に接続されるはんだバンプ３２（第２のはんだバンプ）とを備えている。
【００３０】
はんだバンプ３１は、配線層１３（図１、図２）または配線層１４（図３、図４）を介してレンズ基板１１に電気的に接続される。レンズ基板１１は、はんだバンプ３１を介して下地基板３０に実装される。下地基板３０は、例えばＩＰ基板（インターポーザ基板）などの基板であってもよいし、受発光素子２０を駆動するＦＥ（フロンドエンド）回路を含むＦＥＩＣであってもよい。
【００３１】
ここで、図１および図２は、受発光素子２０が、はんだバンプ３２によってレンズ基板１１の第２の面に取り付けられた構成例を示している。図３および図４は、受発光素子２０が、はんだバンプ３２によって下地基板３０に取り付けられた構成例を示している。
【００３２】
［１．２  作用および効果］
本実施の形態によれば、光素子１の構造を最適化するようにしたので、光伝送のチャンネル数の増加に対応可能となる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態についても同様である。
【００３３】
図７は、複数の光素子１を下地基板３０に配置した例を示している。複数の光素子１の間には、チャンネルごとにバイパスコンデンサ２２が配置されていてもよい。本実施の形態では、１つの光素子１のアレイが２列以下となっているので、チャンネルごとにバイパスコンデンサ２２を配置することができる。このとき、バイパスコンデンサ２２は、図示の表面実装型に限らず、基板内埋め込み型や、他の形態のものでも良い。
【００３４】
（光素子１の基材について）
本実施の形態では、光学機能素子アレイ１０と受発光素子２０とが異なる基材で構成されている。従来では、伝送光波長として、例えば約１０００ｎｍ付近の光（例えば９８５ｎｍ）を採用している。これは、その帯域の光が、ＧａＡｓ基板など、化合物の基板を透過することから採用されている。すなわち、光素子を裏面発光、裏面受光構造とし、さらに、基板裏面をドライエッチングなどでレンズ形状に加工すれば、裏面から入出力する光を集光し、低損失化することが可能となる。このメリットがあるため、従来では、受発光素子と光学機能素子（レンズ）とが同一素材、言い換えれば、受発光素子の基板がそのまま光学機能素子を兼ねている構造を取っている。ただし、この構造の場合、デメリットがある。９８５ｎｍ光源は、量産数量が少ないため高価である。そのため、本実施の形態では、例えば量産数量が多く安価な８５０ｎｍ波長を採用する。８５０ｎｍ帯の光は、ＧａＡｓなどの化合物基板を透過せず、ガラス、石英、サファイア、および透明樹脂などは透過する。そこで、光学機能素子アレイ１０として、ガラス、石英、サファイア、および透明樹脂などの材料を採用することが好ましい。
【００３５】
（受発光素子２０とレンズ１２との位置関係について）
本実施の形態では、複数の受発光素子２０のそれぞれと複数のレンズ１２のそれぞれとがレンズ基板１１に対して垂直方向の同軸に位置するように、レンズ基板１１を介して互いに対向配置されている。
【００３６】
ここで、図１および図２に示したような、受発光素子２０をはんだバンプ３２によってレンズ基板１１に取り付ける構造のメリットは、光素子１が直接、光学機能素子アレイ１０に実装されるため、受発光素子２０とレンズ１２との位置を、双方の電極パッド基準で高精度に合わせられるということである。すなわち、はんだバンプ３２のセルフアライメント効果を利用し、例えば、双方の位置を±１０μｍ以下のばらつきまで抑制することが可能である。はんだバンプ３２のセルフアライメント効果は、溶解したはんだの表面張力を利用し、受発光素子２０のパッドと光学機能素子アレイ１０のバッドとの位置合わせを行うことによって得られる。ここでのはんだバンプ３２の材料は、Ｓｎ、もしくはＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系など、一般的なリフロー装置で溶解し、かつ、はんだの溶解に伴い発生するはんだの高い表面張力を利用し、セルフアライメントの位置決めが行えるものを採用することが好ましい。Ａｕ−Ａｕバンプなど超音波加振で接合させるものなどは含まない。
【００３７】
しかし一方で、図１および図２に示した構造の場合、受発光素子２０から下地基板３０までの配線長が長くなる。受発光素子２０と下地基板３０との間の配線経路に大径のはんだバンプ３１が存在するため、配線容量が大きく、高速信号が送りにくい。例えば、１０Ｇｂｐｓを超える伝送レート（帯域）になると、波形が悪化しやすいという欠点がある。その対策として、図３および図４に示した構成例のように、受発光素子２０とレンズ基板１１とをそれぞれ別個に、下地基板３０に実装する構造にしてもよい。この構造を取ると、受発光素子２０と下地基板３０との間の配線長が短くなり、大径のはんだバンプ３１が経路から省かれるため、高速伝送特性は向上するというメリットがある。伝送レートが、例えば、１６Ｇｂｐｓを超えてくると、この構造への変更が必要となってくる可能性がある。この構造のデメリットとしては、光学機能素子アレイ１０と受発光素子２０とが、下地基板３０に対しそれぞれはんだバンプ３１、３２でセルフアライメントの位置決めすることになる。すなわち、双方間の位置のばらつきが、例えば、図１および図２に示した構成例の２倍となる±２０μｍまで悪化する可能性が出てくる。
【００３８】
（光素子１とフロントエンド回路との位置関係について）
ここで、本実施の形態に係る光素子１を光電モジュールとして、受発光素子２０を駆動するＦＥ回路と組み合わせる場合の位置関係について説明する。
【００３９】
例えば、図８および図９、または図１０および図１１に示したように、光電モジュールとして、ＩＰ基板２００とＦＥ回路３０１とを備え、ＩＰ基板２００を介して受発光素子２０とＦＥ回路３０１とを接続することができる。ＦＥ回路３０１は例えば、受発光素子２０が受光素子（ＰＤ（フォトダイオード））の場合はＴＩＡ（トランスインピータンスアンプ）、受発光素子２０が発光素子（ＶＣＳＥＬ）の場合はＬＤＤ（レーザダイオードドライバ）である。
【００４０】
ＩＰ基板２００とＦＥ回路３０１は、バンプ２１１を介して電気的に接続されている。図８および図９の構成例では、複数の受発光素子２０をＦＥ回路３０１に接続するための各々の配線として、配線長の異なる複数の配線２０１，２０２が用いられている。図１０および図１１の構成例では、複数の受発光素子２０をＦＥ回路３０１に接続するための各々の配線として、略同一の配線長の配線２０３が用いられている。
【００４１】
受発光素子２０とＦＥ回路３０１との配線長は、図１０および図１１の構成例のように、複数の受発光素子２０のそれぞれについて略同一であることが好ましい。
【００４２】
ＦＥ回路３０１と受発光素子２０との間は、電気伝送のスキュー（伝送時差）を防ぐため、同等の長さの配線で接続する必要がある。伝送レートが、例えば１０Ｇｂｐｓといった高速になると、その配線長の僅かな違いも光電パッケージの特性に悪影響を及ぼすようになる。このため、例えば、図８および図９の構成例のような接続は好ましくない。
【００４３】
そこで、図１０および図１１の構成例のように、ＩＰ基板２００を介してＦＥ回路３０１のチャンネルと受発光素子２０のチャンネルとを例えば貫通ビアによって等長接続することが好ましい。そのために、ＦＥ回路３０１のチャンネルと受発光素子２０のチャンネルは縦横等ピッチで配置することが好ましい。すなわち、複数の受発光素子２０のそれぞれについて、基板垂直方向に受発光素子２０とＦＥ回路３０１とが同位置関係にあることが好ましい。なお、構成としてＩＰ基板２００が無く、または、ＩＰ基板２００を介さずに受発光素子２０をＦＥ回路３０１に接続する場合についても同様である。
【００４４】
［１．４  変形例］
以上の説明では、光学機能素子アレイ１０において、レンズ１２が１列に配置された構成を図示したが、例えば、図１２および図１３に示したように、レンズ１２および受発光素子２０が２列、もしくはそれ以上に、全体として２次元的に配置された構成であってもよい。
【００４５】
また、以上の説明では、受発光素子２０が１つずつの単位に分離された構成を図示したが、光学機能素子アレイ１０のアレイ数よりも少ない単位数であれば、複数の受発光素子２０が一体化されたアレイ構造であってもよい。例えば、図１４に示したように、２つの受発光素子２０を一体化したアレイ構造であってもよい。図１４の構成の場合、光学機能素子アレイ１０のアレイ数は４、受発光素子２０のアレイ数は２となる。
【００４６】
＜２．第２の実施の形態＞（光電モジュールの第１の例）
次に、本開示の第２の実施の形態に係る光電モジュールについて説明する。なお、以下では上記第１の実施の形態に係る光素子における構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４７】
［２．１  構成例］
図１５は、本開示の第２の実施の形態に係る光電モジュール４０の一構成例を示している。図１６は、光電モジュール４０の製造工程の第１工程例を示している。図１７は、光電モジュール４０の製造工程の第２工程例を示す断面図および平面図である。図１８は、光電モジュール４０の製造工程の第３工程例を示す断面図および平面図である。図１９は、光電モジュール４０の製造工程の第４工程例を示す断面図および平面図である。図２０は、光電モジュール４０をマザーボード４に搭載する過程を示している。図２１は、光電モジュールをマザーボード４に搭載した状態を示している。図２２は、光電モジュール４０に冷却モジュール５６を搭載した状態を示す共に、光電モジュール４０に光結合される光コネクタモジュール１００の一例を示している。
【００４８】
本実施の形態に係る光電モジュール４０は、一方の面に光素子１が搭載されたＦＥＩＣ２と、ＦＥＩＣ２および光素子１が搭載され、ＦＥＩＣ２をマザーボード４に電気的に接続するＩＰ基板とを備えている。ＩＰ基板は、第１の基板４１と、第２の基板４２と、第３の基板４３とを含んでいる。光電モジュール４０はさらに、光コネクタモジュール１００（図２２）を装着するための位置決め部材（位置決めピン５１）を備えている。
【００４９】
光素子１は、上記第１の実施の形態と同様の構成であってもよい。光素子１は複数、２次元的に配置されていてもよい。ＦＥＩＣ２は、光素子１の受発光素子２０を駆動する駆動回路を含んでいてもよい。例えば、光素子１の受発光素子２０が受光素子（ＰＤ）の場合はＴＩＡ（トランスインピータンスアンプ）、受発光素子２０が発光素子（ＶＣＳＥＬ）の場合はＬＤＤ（レーザダイオードドライバ）を含んでいてもよい。
【００５０】
第１の基板４１は、銀ペーストなどの接合材４５によってＦＥＩＣ２の他方の面に接合されている。第２の基板４２は、第１の接合基板としての役割を有し、接着部４４を介して第１の基板４１に接合されている。第２の基板４２は、ＦＥＩＣ２を第１の基板４１に搭載するための開口（ＩＣ搭載用開口）４６を有している。第３の基板４３は、第２の接合基板としての役割を有し、マザーボード４に当接することなく、ＦＥＩＣ２とマザーボード４との間に配置されている。第３の基板４３は、光素子１が光伝送を行うための開口（光入出力用開口）５２を有している。
【００５１】
第１の基板４１は、補強基板および放熱基板としての役割を有し、第２の基板４２よりも高い放熱性および高い剛性を有している。第１の基板４１は例えばＬＩＤ（リッド）基板であってもよい。第１の基板４１は、外部の冷却媒体によって温度管理がなされていてもよい。例えば、図２２に示したように、第１の基板４１における、ＦＥＩＣ２の搭載側とは反対側の基板面に接合材５７を介して、冷却媒体としての冷却モジュール５６を配置してもよい。第１の基板４１の１つの基板面に、位置決めピン５１の一端面と、ＦＥＩＣ２の他方の面と、第２の基板４２の１つの基板面とが空隙なく全面的に接合されていることが好ましい。
【００５２】
第２の基板４２は、第３の基板４３を介してＦＥＩＣ２に電気的に接続されると共に、第３の基板４３とマザーボード４との間を電気的に接続する接続構造を有している。第３の基板４３は、ＦＥＩＣ２と第２の基板４２との間を電気的に接続する接続構造を有している。これら電気的な接続のために、はんだバンプ３３を介してＦＥＩＣ２と第３の基板４３とが接続されている。また、はんだバンプ３３を介して第２の基板４２と第３の基板４３とが接続されている。また、第２の基板４２には電気的な接続のための配線層５３が設けられている。配線層５３は、第２の基板４２を貫通しないように基板表面付近に設けられている。これにより、第２の基板４２、および第３の基板４３を貫通することなく、第２の基板４２、および第３の基板４３の表層部を介してＦＥＩＣ２とマザーボード４との間の電気的な接続が行われる。
【００５３】
［２．２  製造工程］
図１６ないし図２２を参照して、光電モジュール４０の製造工程を説明する。
【００５４】
まず、図１６に示したように、ウエハーレベルで、ＦＥＩＣ２に光素子１およびパッシブ（受動素子３）を実装する。その後、ダイシングでチップ化する。なお、光素子１は、後述の実施の形態における図２４の構造のように保持基板８０を介してＦＥＩＣ２に実装する形にしても良い。
【００５５】
次に、図１７に示したように、第２の基板４２を第１の基板４１に位置決め接着すると共に、第２の基板４２に設けられた開口５４を介してＦＥＩＣ２を第１の基板４１に位置決め接着する。次に、図１８に示したように、第１の基板４１の位置決め孔５５に、位置決めピン５１を嵌め込み接着する。なお、最初に位置決めピン５１を接着してもよい。また、位置決め孔５５を設けずに、位置決めピン５１を接着固定しても良い。また、第２の基板４２上に位置決めピン５１を接着してもよい。
【００５６】
次に、図１９に示したように、第３の基板４３と受動素子５８とを実装する。
【００５７】
次に、以上のように製造された光電モジュール４０を、図２０および図２１に示したように、マザーボード４に搭載する。マザーボード４には、取り付け部６１と、開口６２とが設けられている。マザーボード４の取り付け部６１に、第２の基板４２の端部が当接するように搭載する。第３の基板４３は、マザーボード４の開口６２に位置するようにし、マザーボード４には直接触れない構造とする。また、第２の基板４２が、マザーボード４に直接実装される形態を取っても良い。
【００５８】
次に、図２２に示したように、光電モジュール４０の第１の基板４１に接合材５７を介して冷却モジュール５６を搭載する。また、位置決めピン５１を介して光電モジュール４０に光コネクタモジュール１００を接続する。
【００５９】
［２．３  作用および効果］
本実施の形態の光電モジュール４０によれば、以下の作用および効果が得られる。
【００６０】
（高速光伝送関連）
第１の基板４１に、ＦＥＩＣ２と第２の基板４２とを面接着したことで、見かけ上、ＦＥＩＣ２とＩＰ基板の剛性が増す。これにより、マザーボード４に実装しても第２の基板４２が変形し難い。変形が発生したとしても、歪みの応力は第２の基板４２のみで吸収することができる。また、第１の基板４１に接着することで、ＦＥＩＣ２と第２の基板４２とを一体化させる。これにより、ＦＥＩＣ２と第２の基板４２とのバッド間の位置関係の変化を抑制することができる。
【００６１】
ＦＥＩＣ２と第２の基板４２とを、独立した第３の基板４３で接続する。第３の基板４３は、第１の基板４１に強固に固定されたＦＥＩＣ２と第２の基板４２のみを接続し、マザーボード４など、その他の部材には、一切触れない構成を取る。それにより、光信号取り出しのために第３の基板４３に開口５２を設けても、ＦＥＩＣ２のはんだバンプ３３には、ほとんど偏応力が掛からない。
【００６２】
（光結合のための位置決め関連）
第１の基板４１に、光コネクタモジュール１００のための位置決めピン５１を配置する。第１の基板４１を例えば金属にすることで、高い位置精度でのピン配置が可能となる。高剛性な第１の基板４１に、位置決めピン５１を配置することにより、位置決めピン５１の剛性が上がり、変形し難くなる。また、光コネクタモジュール１００の装着により、位置決めピン５１に偏応力が掛かったとしても、外力に対しデリケートな、はんだバンプ３３などが形成された第２の基板４２および第３の基板４３に、偏応力の悪影響が及び難くなる。
【００６３】
また、放熱性の高い第１の基板４１に、直接、位置決めピン５１が配置された構造を取った場合、位置決めピン５１も効率よく温度調整される。故に、ＦＥＩＣ２の熱が、ＦＥＩＣ２と光コネクタモジュール１００との間の部材を通じ光コネクタモジュール１００に伝わり難くなる。また、ＦＥＩＣ２の熱は、空間を通じ光コネクタモジュール１００に伝わる可能性があるが、空気は熱伝導性が極めて低く、かつ、間に存在する第３の基板４３が放射熱を遮断する効果を持つ。そのため、本実施の形態の構造により、光コネクタモジュール１００の温度変形は、大幅に抑制される。
【００６４】
（高速電気伝送関連）
従来構造においては、ＩＰ基板の表面から裏面に電気信号を通す必要がある。一方で、ＩＰ基板は、ＦＥＩＣ２に大電力を供給する必要があるため、何重もの電源層が存在するようになる。そこに貫通ビアを設け、電気高速信号を通さなくてはならなくなるが、ただでさえインピータンス整合の取りにくい貫通ビアが、層ごとに存在する何重ものスタブなどにより、高速信号を通すには困難な状態になる。
【００６５】
これに対して、本実施の形態の構造では、ＩＰ基板の表面から裏面に電気信号を通す必要が無くなる。第２の基板４２、および第３の基板４３の表層部の配線のみで、ＦＥＩＣ２からマザーボード４まで信号を導くことが可能となる。故に、信号品位を高く保つことができる。また、高速電気伝送路のビア数が少なくなるため、インピータンスマッチングが取りやすくなり、ひいては配線設計が容易になる。また、第３の基板４３に電源安定化のためのキャパシタ機能を持たせることもできる。
【００６６】
＜３．第３の実施の形態＞（光電モジュールの第２の例）
次に、本開示の第３の実施の形態に係る光電モジュールについて説明する。なお、以下では上記第１および第２の実施の形態に係る光素子または光電モジュールにおける構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６７】
［３．１  構成例］
図２３は、本実施の形態に係る光電モジュールの一構成例を示している。本実施の形態に係る光電モジュールは、光素子１とＦＥＩＣ２とを電気的に接続する多層構造のＩＰ基板７２（多層基板）を備えている。ＩＰ基板７２は、他の部分に比べて基板層数を少なくすることによって形成された窪み部分７６を有している。光素子１が窪み部分７６に収まるようにしてＩＰ基板７２に搭載されている。
【００６８】
光素子１は、上記第１の実施の形態と同様の構成であってもよい。光素子１は複数、２次元的に配置されていてもよい。ＦＥＩＣ２は、光素子１の受発光素子２０を駆動する駆動回路を含んでいてもよい。
【００６９】
ＦＥＩＣ２はプロセッサ７１内に配置されている。なお、ＦＥＩＣ２は、図示したようにプロセッサ７１内に搭載されたものであってもよいし、プロセッサとは別にひとつのチップとして独立していてもよい。
【００７０】
ＩＰ基板７２は、多層構造の配線層８２を有している。ＩＰ基板７２とＦＥＩＣ２およびプロセッサ７１との間は、はんだバンプ８１を介して電気的に接続される。ＩＰ基板７２の窪み部分７６には、光素子１とＦＥＩＣ２とを電気的に接続するための貫通ビア８３が設けられている。ＩＰ基板７２は、位置決めピン７５を介して光コネクタ７３に接続される。光コネクタ７３には、光素子１のレンズ１２と光結合するレンズ部７４が設けられている。
【００７１】
［３．２  作用および効果］
本実施の形態の光電モジュールによれば、以下の作用および効果が得られる。
【００７２】
ＩＰ基板７２に光素子１を搭載するための貫通穴（開口）を設けていないので、応力集中の問題を回避することができる。ＩＰ基板７２に貫通穴が無いため、ＩＰ基板７２の形状精度が悪化し難くなる。ひいては、光コネクタ７３の位置決め精度が向上する。また、対光素子１向けの貫通ビア８３を短くすることができるため、光素子１向けの高速電気信号が劣化し難くなる。
【００７３】
＜４．第４の実施の形態＞（光電モジュールの第３の例）
次に、本開示の第４の実施の形態に係る光電モジュールについて説明する。なお、以下では上記第１ないし第３の実施の形態に係る光素子または光電モジュールにおける構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７４】
［４．１  構成例］
図２４は、本実施の形態に係る光電モジュールの一構成例を示している。図２４に示した光電モジュールは、上記第３の実施の形態に係る光電モジュール（図２３）に対して、ＩＰ基板７２の窪み部分７６に代えて、ＩＰ基板７２を貫通する開口部７７を有している。また、光素子１を搭載する保持基板８０を備えている。光素子１が、保持基板８０に搭載された状態で開口部７７に収まるようにして、はんだバンプ８１を介してＦＥＩＣ２に実装されている。ＩＰ基板７２を介さずに、光素子１とＦＥＩＣ２とが保持基板８０を介して電気的に接続されている。保持基板８０には、光素子１とＦＥＩＣ２とを電気的に接続するための貫通ビア８３が設けられている。
【００７５】
図２５は、本実施の形態に係る光電モジュールの他の構成例を示している。図２５の構成例では、ＩＰ基板７２を貫通する開口部７７を設けずに、保持基板８０およびＩＰ基板７２を介して、光素子１とＦＥＩＣ２とを電気的に接続している。図２５の構成例では、上記第３の実施の形態と同様に、ＩＰ基板７２に窪み部分７６を設け、窪み部分７６に光素子１が搭載された保持基板８０を収容するようにしている。ただし、窪み部分７６を設けずに、ＩＰ基板７２の基板面上に、光素子１が搭載された保持基板８０を実装するようにしてもよい。
【００７６】
［４．２  作用および効果］
本実施の形態の光電モジュールによれば、以下の作用および効果が得られる。
【００７７】
ＩＰ基板７２またはＦＥＩＣ２に実装する前に、保持基板８０に搭載した状態で光素子１の検査が可能になるため、ＫＧＤ（Known Good Die）の光素子１のみ光電パッケージに搭載することができる。これにより、光電パッケージとしての歩留まりを確保することが容易となる。
【００７８】
＜５．第５の実施の形態＞（光コネクタの最適化）
次に、本開示の第５の実施の形態に係る光電モジュールについて説明する。なお、以下では上記第１ないし第４の実施の形態に係る光素子または光電モジュールにおける構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７９】
本実施の形態は、光電モジュールに光結合される光コネクタの構造に関する。なお、以下では、上記第１および第２の実施の形態に係る光素子１および光電モジュール４０を用いた場合を基本にして、光コネクタの構造を説明するが、上記第３および第４の実施の形態に係る光電モジュールを用いる場合についても同様である。
【００８０】
［５．１  光コネクタモジュールの構成例］
図２６および図２７は、垂直取り出し型の光コネクタモジュール１００の一例を示している。光電モジュール４０は、位置決めピン５１を介して光コネクタモジュール１００に接続される。光コネクタモジュール１００は、レンズ基板１１０とフェルール１０２とを有している。レンズ基板１１０には、光電モジュール４０に搭載された光素子１に対応する位置にレンズ部１１１が設けられている。フェルール１０２には、光伝送媒体としての光ファイバ１０１が取り付けられている。光ファイバ１０１は、レンズ基板１１０の基板面に対して垂直方向に配置されている。光ファイバ１０１には、レンズ部１１１を介して、垂直方向から光が入射される。または、外部から伝送されてきた光をレンズ部１１１に向けて出射する。
【００８１】
図２８は、ミラーによる横方向取り出し型の光コネクタモジュール１００Ａの一例を示している。光電モジュール４０は、位置決めピン５１を介して光コネクタモジュール１００Ａに接続される。光コネクタモジュール１００Ａは、レンズ基板１１０と、裏面に反射膜１２１が設けられた反射ミラー１２０とを有している。反射ミラー１２０は、光電モジュール４０に搭載された光素子１に対応する位置に配置されている。レンズ基板１１０には、光伝送媒体としての光ファイバ１０１が取り付けられている。光ファイバ１０１は、レンズ基板１１０の基板面に対して横方向（平行な方向）に配置されている。光ファイバ１０１は、その一端面が反射ミラー１２０に対向するように配置されている。
【００８２】
図２９に、全反射ミラーによる横方向取り出し型の光コネクタモジュール１００Ｂの一例を示している。光コネクタモジュール１００Ｂは、図２８に示した光コネクタモジュール１００Ａにおける反射ミラー１２０に代えて、全反射ミラー１２２を備えている。
【００８３】
図３０は、全反射ミラーを用いた導波路による横方向取り出し型の光コネクタモジュール１００Ｃの一例を示している。光コネクタモジュール１００Ｃは、図２８に示した光コネクタモジュール１００Ａにおける反射ミラー１２０に代えて、全反射ミラー１３１を備えている。また、光ファイバ１０に代えて導波路１３０を有している。全反射ミラー１３１は、導波路１３０の一部に切り込み１３２を入れることによって形成されている。
【００８４】
［５．２  光コネクタモジュールの最適化］
（最適化された光コネクタモジュールの構成例）
上記した光コネクタモジュールの構成例のうち、全反射ミラーによる横方向取り出し型の光コネクタモジュール（図２９、図３０）は、図３１または図３２のような構造であることが好ましい。なお、ここでは、光伝送媒体として光ファイバを用いる場合（図２９）を例にするが、光導波路型（図３０）についても同様の構造で最適化することができる。
【００８５】
以下では、光素子１として、受信用光素子１Ｒと、送信用光素子１Ｔとを有する場合を例に説明する。受信用光素子１Ｒは、受発光素子２０として受光素子２０Ｒを有している。送信用光素子１Ｔは、受発光素子２０として発光素子２０Ｔを有している。
【００８６】
図３１または図３２に示した光コネクタモジュールは、送信用光素子１Ｔに対応する送信用光学系５Ｔと、受信用光素子１Ｒに対応する受信用光学系５Ｒとを含んでいる。
【００８７】
送信用光学系５Ｔは、発光素子２０Ｔから出射された送信光が平行光束で入射する送信用レンズ１１１Ｔと、送信用レンズ１１１Ｔに入射した送信光を反射する送信用全反射ミラー１２２Ｔとを有している。また、送信用全反射ミラー１２２Ｔで反射された送信光を伝送する送信用光伝送媒体としての送信用光ファイバ１０１Ｔを有している。
【００８８】
受信用光学系５Ｒは、受信用光伝送媒体としての受信用光ファイバ１０１Ｒと、受信用光ファイバ１０１Ｒによって伝送された受信光を反射する受信用全反射ミラー１２２Ｒとを有している。また、受信用全反射ミラー１２２Ｒで反射された受信光を平行光束で受光素子２０Ｒに向けて出射する受信用レンズ１１１Ｒを有している。
【００８９】
ここで、図３１に示した光コネクタモジュールは、送信用レンズ１１１Ｔおよび送信用全反射ミラー１２２Ｔ間の距離Ｄ２ｔと、受信用レンズ１１１Ｒおよび受信用全反射ミラー１２２Ｒ間の距離Ｄ２ｒとが異なる構造とされている。かつ、送信用レンズ１１１Ｔに入射する入射平行光束の光路長と、受信用レンズ１１１Ｒが出射する出射平行光束の光路長とが異なる構造とされている。また、受光素子２０Ｒおよび受信用全反射ミラー１２２Ｒ間の距離と、発光素子２０Ｔおよび送信用全反射ミラー１２２Ｔ間の距離とが略同一である構造とされている。または、受光素子２０Ｒおよび受信用光ファイバ１０１Ｒ間の距離と、発光素子２０Ｔおよび送信用光ファイバ１０１Ｔ間の距離とが略同一である構造とされている。
【００９０】
また、図３２に示した光コネクタモジュールは、送信用光ファイバ１０１Ｔおよび受信用光ファイバ１０１Ｒが、レンズ基板１１０における送信用レンズ１１１Ｔおよび受信用レンズ１１１Ｒが形成された基板面に対して傾斜配置された構造とされている。
【００９１】
図３２に示した光コネクタモジュールはまた、送信用全反射ミラー１２２Ｔが、送信用レンズ１１１Ｔの光軸Ｃ１に対して送信光を反射する方向にオフセットされた位置に配置された構造とされている。かつ、光学機能素子アレイ１０における光学基板１１の第１の面と、レンズ基板１１０における送信用レンズ１１１Ｔが形成された基板面とが略平行である構造とされている。
【００９２】
図３２に示した光コネクタモジュールはまた、受信用全反射ミラー１２２Ｒが、受信用レンズ１１１Ｒの光軸Ｃ２に対して受信光が伝送されてくる方向にオフセットされた位置に配置された構造とされている。かつ、光学機能素子アレイ１０における光学基板１１の第１の面と、レンズ基板１１０における受信用レンズ１１１Ｒが形成された基板面とが略平行である構造とされている。
【００９３】
（全反射ミラーを用いない場合の光学設計例）
まず、図３３を参照して、図２６および図２７に示した垂直取り出し型の光コネクタモジュール１００に対応する光コネクタモジュールを用いる場合の、光素子１（受信用光素子１Ｒ、送信用光素子１Ｔ）と光コネクタモジュール間の光学設計の手順を示す。
【００９４】
まず、光素子１と光コネクタモジュール間の平行光束径Ｄ１を決定する。光束径Ｄ１を大きくすると、位置ずれ、傾き、およびゴミ付着に強くなる。光束径Ｄ１を小さくすると、光クロストークし難くなる。
【００９５】
次に、光ファイバ１０１（受信用光ファイバ１０１Ｒ、送信用光ファイバ１０１Ｔ）の端面とレンズ１１１（受信用レンズ１１１Ｒ、送信用レンズ１１１Ｔ）との間隔Ｄ２を決定する。この際、垂直取り出し型の光コネクタモジュール１００では、出射側、および入射側共に共通の設計で構わない。
【００９６】
また、図２８に示した反射ミラー１２０による横方向取り出し型の光コネクタモジュール１００Ａの場合も同様の設計手法で構わない。図３４に、図２８に示した横方向取り出し型の光コネクタモジュール１００Ａに対応する光コネクタモジュールを用いる場合の、光素子１（受信用光素子１Ｒ、送信用光素子１Ｔ）と光コネクタモジュール間の光学設計の一例を示す。なお、図３４の構成例では、反射ミラー１２０として、裏面に反射膜１２１が設けられた受信用反射ミラー１２０Ｒおよび送信用反射ミラー１２０Ｔを有している。
【００９７】
（全反射ミラーを用いる場合の光学設計例）
次に、図３５〜図３７を参照して、全反射ミラーによる横方向取り出し型の光コネクタモジュールを用いる場合の、光素子１（受信用光素子１Ｒ、送信用光素子１Ｔ）と光コネクタモジュール間の光学設計例について述べる。
【００９８】
図３５に示したように、全反射ミラー１２２（受信用全反射ミラー１２２Ｒ、送信用全反射ミラー１２２Ｔ）を用いた横出し構造を適用した場合、送信用全反射ミラー１２２Ｔでは、送信用レンズ１１１Ｔの光軸Ｃ１に対して反射方向に例えば３．２°以遠の光成分Ｌａは全反射せず、すべて損失となる。
【００９９】
そこで、図３６に示したように、入射側の送信用レンズ１１１Ｔおよび送信用全反射ミラー１２２Ｔ間の距離Ｄ２ｔを長くとりＮＡを小さくする。これにより、光軸Ｃ１より反射方向に例えば３．２°以遠の光成分Ｌａを抑制した光学設計にする。この際、出射側の受信用レンズ１１１Ｒおよび受信用全反射ミラー１２２Ｒ間の距離Ｄ２ｒを長くしてしまうと、平行光径が大きくなり、光クロストーク耐性が悪化してしまう。よって、出射側の光学設計は変更させないことが好ましい。
【０１００】
また、コストアップを避けるため、受信用光ファイバ１０１Ｒと送信用光ファイバ１０１Ｔとの垂直方向の位置は、同一であることが望ましい。 そこで、図３１に示したように、平行光束の距離を変え、受光素子２０Ｒおよび受信用光ファイバ１０１Ｒ間の距離と、発光素子２０Ｔおよび送信用光ファイバ１０１Ｔ間の距離とを略同一にする。または、受光素子２０Ｒおよび受信用全反射ミラー１２２Ｒ間の距離と、発光素子２０Ｔおよび送信用全反射ミラー１２２Ｔ間の距離とを略同一にする。
【０１０１】
もしくは、図３７に示したように、少なくとも入射側に関して全反射ミラー１２２の位置をオフセットさせてもよい。すなわち、送信用全反射ミラー１２２Ｔの位置を、送信用レンズ１１１Ｔの光軸Ｃ１に対して送信光を反射する方向にオフセットした位置に配置してもよい。これにより、光のロス成分Ｌａを抑制させる構造でもよい。
【０１０２】
さらに、ファイバ側にも同様のロス領域が存在するため、図３２に示したように、送信用レンズ１１１Ｔおよび受信用レンズ１１１Ｒをオフセットさせると共に、送信用光ファイバ１０１Ｔおよび受信用光ファイバ１０１Ｒを、レンズ基板１１０の基板面に対して傾斜配置させてもよい。これにより、光の損失をさらに抑制することができる。
【０１０３】
［５．３  作用および効果］
本実施の形態によれば、全反射ミラーによる横方向取り出し型の光コネクタモジュールの構成を最適化したことで、チャンネル間の光クロストークを抑制しつつ、全反射ロスを低減させることが可能となる。ひいては、システム全体の伝送損失が低減する。
【０１０４】
＜６．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
【０１０５】
例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）
第１の基材で構成された光学機能素子アレイと、前記第１の基材とは異なる第２の基材で構成された複数の受発光素子とを有する光素子を備え、
前記光学機能素子アレイは、第１の面および第２の面を含む光学基板と、前記光学基板に一体化され、前記第１の面上において１次元的もしくは２次元的に配列された複数の光学機能素子とを有し、
前記複数の受発光素子のそれぞれと前記複数の光学機能素子のそれぞれとが前記光学基板に対して垂直方向の同軸に位置するように前記光学基板を介して互いに対向配置され、かつ、前記複数の受発光素子が、前記光学機能素子アレイのアレイ数よりも少ない単位数に分離された状態で、前記第２の面に対して間隔を空けて配置されている
光電モジュール
（２）
前記複数の受発光素子のそれぞれを駆動するフロントエンド回路をさらに備え、
前記受発光素子と前記フロントエンド回路との配線長が、前記複数の受発光素子のそれぞれについて略同一である
上記（１）に記載の光電モジュール。
（３）
前記光学基板の前記第２の面に当接し、前記光学基板に電気的に接続される第１のはんだバンプと、
前記複数の受発光素子のそれぞれに対して設けられ、前記複数の受発光素子のそれぞれに電気的に接続される第２のはんだバンプと
をさらに備える
上記（１）または（２）に記載の光電モジュール。
（４）
一方の面に前記光素子が搭載されたフロントエンドＩＣと、
前記フロントエンドＩＣおよび前記光素子が搭載され、前記フロントエンドＩＣをマザーボードに電気的に接続するインターポーザ基板と
をさらに備え、
前記インターポーザ基板は、
前記フロントエンドＩＣの他方の面が接合された第１の基板と、
前記第１の基板に接合され、前記フロントエンドＩＣを前記第１の基板に搭載するためのＩＣ搭載用開口を有する第２の基板と、
前記マザーボードに当接することなく、前記フロントエンドＩＣと前記マザーボードとの間に配置され、前記光素子が光伝送を行うための光入出力用開口を有する第３の基板と
を含む
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の光電モジュール。
（５）
前記第１の基板は、前記第２の基板よりも高い放熱性および高い剛性を有し、
前記第２の基板は、前記第３の基板を介して前記フロントエンドＩＣに電気的に接続されると共に、前記第３の基板と前記マザーボードとの間を電気的に接続する接続構造を有し、
前記第３の基板は、前記フロントエンドＩＣと前記第２の基板との間を電気的に接続する接続構造を有する
上記（４）に記載の光電モジュール。
（６）
光コネクタを装着するための位置決め部材をさらに備え、
前記第１の基板が、前記第２の基板よりも高い放熱性および高い剛性を有すると共に、外部の冷却媒体によって温度管理がなされており、
前記第１の基板の１つの基板面に、前記位置決め部材の一端面と、前記フロントエンドＩＣの前記他方の面と、前記第２の基板の１つの基板面とが空隙なく全面的に接合されている
上記（４）または（５）に記載の光電モジュール。
（７）
前記第２の基板、および前記第３の基板を貫通することなく、前記第２の基板、および前記第３の基板の表層部を介して前記フロントエンドＩＣと前記マザーボードとの間の電気的な接続が行われる
上記（４）ないし（６）のいずれか１つに記載の光電モジュール。
（８）
前記光素子とフロントエンドＩＣとを電気的に接続する多層構造のインターポーザ基板をさらに備え、
前記インターポーザ基板が、他の部分に比べて基板層数を少なくすることによって形成された窪み部分を有し、
前記光素子が前記窪み部分に収まるようにして前記インターポーザ基板に搭載されている
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の光電モジュール。
（９）
インターポーザ基板と、
前記光素子に電気的に接続されたフロントエンドＩＣと、
前記光素子を搭載する保持基板と
をさらに備え、
前記光素子が、前記保持基板に搭載された状態で前記フロントエンドＩＣ、または前記インターポーザ基板に実装されている
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の光電モジュール。
（１０）
前記インターポーザ基板を貫通する開口部を有し、
前記光素子が、前記保持基板に搭載された状態で前記開口部に収まるようにして前記フロントエンドＩＣに実装され、
前記インターポーザ基板を介さずに、前記光素子と前記フロントエンドＩＣとが前記保持基板を介して電気的に接続されている
上記（９）に記載の光電モジュール。
（１１）
前記光素子が、前記保持基板に搭載された状態で前記インターポーザ基板に実装され、
前記保持基板および前記インターポーザ基板を介して、前記光素子と前記フロントエンドＩＣとが電気的に接続されている
上記（９）に記載の光電モジュール。
（１２）
送信用光学系および受信用光学系を含み、前記光素子に光結合される光コネクタをさらに備え、
前記複数の受発光素子として、受光素子と発光素子とを含み、
前記送信用光学系は、前記発光素子から出射された送信光が平行光束で入射する送信用レンズと、前記送信用レンズに入射した前記送信光を反射する送信用全反射ミラーと、前記送信用全反射ミラーで反射された前記送信光を伝送する送信用光伝送媒体とを有し、
前記受信用光学系は、受信用光伝送媒体と、前記受信用光伝送媒体によって伝送された受信光を反射する受信用全反射ミラーと、前記受信用全反射ミラーで反射された前記受信光を平行光束で前記受光素子に向けて出射する受信用レンズとを有する
上記（１）ないし（１１）のいずれか１つに記載の光電モジュール。
（１３）
前記送信用レンズおよび前記送信用全反射ミラー間の距離と、前記受信用レンズおよび前記受信用全反射ミラー間の距離とが異なり、かつ、前記送信用レンズに入射する入射平行光束の光路長と、前記受信用レンズが出射する出射平行光束の光路長とが異なり、
前記受光素子および前記受信用全反射ミラー間の距離と前記発光素子および前記送信用全反射ミラー間の距離、もしくは、前記受光素子および前記受信用光伝送媒体間の距離と前記発光素子および前記送信用光伝送媒体間の距離とが略同一である
上記（１２）に記載の光電モジュール。
（１４）
前記送信用光学系は、前記送信用レンズが形成されたレンズ基板をさらに有し、
前記送信用全反射ミラーが、前記送信用レンズの光軸に対して前記送信光を反射する方向にオフセットされた位置に配置され、かつ、前記光学機能素子アレイにおける前記光学基板の前記第１の面と、前記レンズ基板における前記送信用レンズが形成された基板面とが略平行である
上記（１２）に記載の光電モジュール。
（１５）
前記光コネクタは、前記送信用レンズおよび前記受信用レンズが形成されたレンズ基板をさらに有し、
前記送信用光伝送媒体および前記受信用光伝送媒体が、前記レンズ基板における前記送信用レンズおよび前記受信用レンズが形成された基板面に対して傾斜配置されている
上記（１２）または（１４）に記載の光電モジュール。
（１６）
第１の基材で構成された光学機能素子アレイと、
前記第１の基材とは異なる第２の基材で構成された複数の受発光素子と
を備え、
前記光学機能素子アレイは、第１の面および第２の面を含む光学基板と、前記光学基板に一体化され、前記第１の面上において１次元的もしくは２次元的に配列された複数の光学機能素子とを有し、
前記複数の受発光素子のそれぞれと前記複数の光学機能素子のそれぞれとが前記光学基板に対して垂直方向の同軸に位置するように前記光学基板を介して互いに対向配置され、かつ、前記複数の受発光素子が、前記光学機能素子アレイのアレイ数よりも少ない単位数に分離された状態で、前記第２の面に対して間隔を空けて配置されている
光素子。
（１７）
前記複数の受発光素子が、はんだバンプによって前記光学基板の前記第２の面に取り付けられている
上記（１６）に記載の光素子。
【０１０６】
本出願は、日本国特許庁において２０１４年５月１３日に出願された日本特許出願番号第２０１４−９９６９５号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
【０１０７】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【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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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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