(57)【要約】      （修正有）【課題】基板へ光素子や信号配線を高密度実装する際の送受信間の光の干渉によるクロストークノイズの影響を低減した光インターコネクションモジュールを提供する。【解決手段】端面発光型発光素子１１と、面受光型受光素子１２と、発光素子と電気的に接続された、発光素子を駆動させるための駆動回路４００と、受光素子と電気的に接続された、受光素子からの信号を増幅する増幅回路４０１と、発光素子と外部の光ファイバ１１１とを光学的に接続する第１の光導波路１０５ａと、受光素子と光ファイバ１１１とを光学的に接続する第２の光導波路１０５ｂとを有し、発光素子の後端面より後ろであって、発光素子後端面からの直接光の強度が、発光素子の側面からの直接光の強度よりも弱い角度範囲に受光素子が配置されていることを特徴とする光インターコネクションモジュール。【選択図】図１Ａ
2012141471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面発光型発光素子と、
面受光型受光素子と、
前記発光素子と電気的に接続された、前記発光素子を駆動させるための駆動回路と、
前記受光素子と電気的に接続された、前記受光素子からの信号を増幅する増幅回路と、
前記発光素子と外部の光ファイバとを光学的に接続する第１の光導波路と、
前記受光素子と前記光ファイバとを光学的に接続する第２の光導波路とを有し、
前記発光素子の後端面より後ろであって、前記発光素子後端面からの直接光の強度が、前記発光素子の側面からの直接光の強度よりも弱い角度範囲に前記受光素子が配置されていることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記光インターコネクションモジュールはさらに基板を有し、
前記発光素子は前記基板上に実装されており、
前記発光素子の後方かつ前記受光素子の前方には、前記発光素子の使用波長帯の光を吸収する吸光部材が配置され、
前記吸光部材の上端面は、前記発光素子の上端面よりも高い位置であることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記吸光部材は、第２の受光素子であることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項４】
請求項１に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記モニタ光の光軸を０度、前記発光素子の後端面を９０度としたとき、前記角度範囲は４０度から９０度の範囲であることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項５】
請求項１に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記光インターコネクションモジュールはさらに基板を有し、
前記発光素子、前記受光素子、前記駆動回路および前記増幅回路は、前記基板上に実装されていることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項６】
請求項１に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記第２の光導波路は、前記受光素子の受光部の上まで伸びており、
前記第２の光導波路は、前記光コネクタからの光を前記受光部へ出射するための光路変換部を有していることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記光路変換部は、前記受光素子に入射する光軸に対し斜めのミラーであることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項８】
端面発光型発光素子と、
面受光型受光素子と、
吸光部材と、
前記発光素子と電気的に接続された、前記発光素子を駆動させるための駆動回路と、
前記受光素子と電気的に接続された、前記受光素子からの信号を増幅する増幅回路と、
前記発光素子と外部の光ファイバとを光学的に接続する第１の光導波路と、
前記受光素子と前記光ファイバとを光学的に接続する第２の光導波路とを有し、
前記吸光部材は、前記発光素子の後端面の後方延長線上に配置され、
前記受光素子は、前記吸光部材の前記発光素子側の端面の延長線から、前記発光素子から離れる側に位置していることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記吸光部材は、前記発光素子後端面からの出射光をモニタする第２の受光素子であることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項１０】
請求項８に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記第２の光導波路は、前記受光素子の受光部の上まで伸びており、
前記第２の光導波路は、前記光コネクタからの光を前記受光部へ出射するための光路変換部を有していることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記光路変換部は、前記受光素子に入射する光軸に対し斜めのミラーであることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項１２】
請求項８に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記光インターコネクションモジュールはさらに基板を有し、
前記発光素子、前記受光素子、前記駆動回路および前記増幅回路は、前記基板上に実装されていることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記第１の光導波路は、第１のクラッドと前記第１のクラッドよりも屈折率の高い第１のコアとを有し、
前記第２の光導波路は、第２のクラッドと前記第２のクラッドよりも屈折率の高い第２のコアとを有し、
前記第１のコアと前記第２のコアとが、異なる層に形成されていることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項１４】
請求項８に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記受光素子は、素子の半導体基板上にレンズが集積されている素子であることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項１５】
請求項８に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記第２の光導波路の上面は、前記発光素子の使用波長帯の光を吸収する色を有する吸収体に覆われていることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項１６】
請求項８に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記光インターコネクションモジュールはさらに基板と、前記駆動回路および増幅回路上に配置された、底面が扁平な放熱部材とを有し、
前記受光素子は前記基板上にフリップチップ実装され、
前記放熱部材は、前記第２の光導波路の一部を覆っていることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記発光素子はフリップチップ実装されていることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光インターコネクションモジュールであって、
前記放熱部材の下には、前記駆動回路、前記増幅回路、前記発光素子及び前記受光素子が実装されていることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ処理装置などの機器間又は機器内において、チップ間やボード間で送受信される高速光信号を伝送する際の送受信部となる光インターコネクションモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年情報通信分野において、光を用いて大容量のデータを高速でやりとりする情報通信トラフィックの整備が急速に行われつつあり、これまで基幹、メトロ、アクセス系といった数ｋｍ以上の比較的長い距離について光ファイバ網が展開されてきた。今後はさらに、伝送装置間（数ｍ〜数百ｍ）或いは装置内（数ｃｍ〜数十ｃｍ）といった極めて近距離についても、大容量データを遅延なく処理するため、信号配線を光化することが有効である。
【０００３】
機器間／内の配線の光化に関して、例えばルータ／スイッチなどの伝送装置では、イーサ（登録商標）など外部から光ファイバを通して伝送された高周波信号をラインカードと呼ばれる回路ボードに入力する。このラインカードは１枚のバックプレーンに対して数枚で構成されており、各ラインカードへの入力信号はさらにバックプレーンを介してスイッチカードと呼ばれる回路ボードに集められ、スイッチカード内のＬＳＩにて処理した後、再度バックプレーンを介して各ラインカードに出力している。ここで、現状の装置では各ラインカードから現状６００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の信号がバックプレーンを介してスイッチカードに集まる。これを現状の電気配線で伝送するには、伝播損失の関係で配線１本あたり１〜６Ｇｂｉｔ／ｓ程度に分割する必要があるため、１００本以上の配線数が必要となる。
【０００４】
さらに、これら高周波線路に対して波形成形回路や、反射、或いは配線間クロストークの対策が必要である。今後、さらにシステムの大容量化が進み、Ｔｂｉｔ／ｓ以上の情報を処理する装置になると、従来の電気配線では配線本数やクロストーク対策等の課題がますます深刻となってくる。これに対し、装置内ラインカード〜バックプレーン〜スイッチカードのボード間、さらにはボード内チップ間の信号伝送線路を光化することによって、１０Ｇｂｐｓ以上の高周波信号を低損失で伝播可能となるため、配線本数が少なくすむことと、高周波信号に対しても上記の対策が必要無くなるため有望である。また、上記ルータ／スイッチの他にも、ビデオカメラなどの映像機器やＰＣ、携帯電話などの民生機器においても、今後画像高精細化にあたりモニタと端末間での映像信号伝送の高速・大容量化が求められるとともに、従来の電気配線では信号遅延、ノイズ対策等の課題が顕著となるため、信号伝送線路の光化が有効である。
【０００５】
このような高速光インターコネクション回路を実現し、機器間／内に適用するためには、安価な作製手段で性能面、小型・集積化、および部品実装性に優れる光モジュール、回路が必要となる。そこで、配線媒体に従来の光ファイバより安価で高密度化に有利な光導波路を用い、基板上に光学部品と光導波路を集積した小型、高速の光モジュールが提案されている。
【０００６】
光インターコネクションモジュールの従来方式の例として、基板上に実装された面発光型発光素子アレイまたは面受光型光素子アレイに対して、別体のフィルム光導波路アレイを実装し、光学的に接続するモジュール形態が特許文献１に開示されている。この例では、フィルム状の光導波路に対し、転写用基板を用いて凹凸部を設け、同光導波路を素子実装基板に設けた支持体に対して凹凸嵌合することによって位置固定され、光導波路と光素子との光接続が行なわれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２９２３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されている光モジュールは、面型の発光素子アレイまたは受光素子アレイを実装した基板上にフィルム光導波路アレイを設置し、光接続を取る方式である。特許文献１のような形態で、同一基板上に面型の発光素子と受光素子を実装した場合、別の光モジュールからの信号を受信する受光素子アレイに、同モジュール内の発光素子アレイから横に漏れた光（直接光）や、パッケージ等から反射した戻り光（間接光）などが受光素子に入ってしまい、光のクロストークノイズが発生する。特に、１０Ｇｂｐｓ以上の高周波信号の場合、光クロストークノイズが数十ｄＢにもなるため、これを低減することが重要な課題である。
【０００９】
以上より、本発明の目的は、基板へ光素子や信号配線を高密度実装する際の送受信間の光の干渉によるクロストークノイズの影響を低減した光インターコネクション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】
【００１０】
端面発光型発光素子と、面受光型受光素子と、前記発光素子と電気的に接続された、前記発光素子を駆動させるための駆動回路と、前記受光素子と電気的に接続された、前記受光素子からの信号を増幅する増幅回路と、前記発光素子と外部の光ファイバとを光学的に接続する第１の光導波路と、前記受光素子と前記光ファイバとを光学的に接続する第２の光導波路とを有し、前記発光素子の後端面より後ろであって、前記発光素子後端面からの直接光の強度が、前記発光素子の側面からの直接光の強度よりも弱い角度範囲に前記受光素子が配置されていることを特徴とする光インターコネクションモジュールにより、上記課題を解決することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、送・受信間の光クロストークの影響の少ない、高速光インターコネクションモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の第一の実施例である光インターコネクションモジュールの上面図である。
【図１Ｂ】本発明の第一の実施例である光インターコネクションモジュールをＢ方向から見た図である。
【図２】本発明の第一の実施例である光インターコネクションモジュールの上面図である。
【図３Ａ】本発明の第二の実施例である光インターコネクションモジュールの上面図である。
【図３Ｂ】本発明の第二の実施例である光インターコネクションモジュールのＡＡ´断面図である。
【図４Ａ】本発明の第三の実施例である光インターコネクションモジュールの上面図である。
【図４Ｂ】本発明の第三の実施例である光インターコネクションモジュールのＡＡ´断面図である。
【図５】本発明の第四の実施例である光インターコネクションモジュールのＡＡ´断面図である。
【図６】本発明の第五の実施例である光インターコネクションモジュールをボード上に設置して構成した光電気混載回路ボードの断面図である。
【図７】ワイヤボンディング実装とフリップチップ実装の違いを説明する図である。
【図８】本発明の第六の実施例である光電気混載回路ボードをバックプレーンに接続して構成した装置の例の断面図である。
【図９】本発明の第七の実施例である光電気混載回路ボードをバックプレーンに接続して構成した装置の例の断面図である。
【図１０】本発明の第九の実施例である光インターコネクションモジュールをＢ方向から見た図である。
【図１１】本発明の受光素子配置領域について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に述べる。なお、本明細書では、発光素子から直接受光素子に入る光を直接光、発光素子から出射しモジュール内で反射して受光素子に入る光を間接光と呼ぶ。
【実施例１】
【００１４】
本実施例は光インターコネクションモジュールの実施例である。図１Ａは本実施例の光インターコネクションモジュールの上面図であり、図１Ｂは本実施例の光インターコネクションモジュールを横から見た図、図２は本実施例の変形例である光インターコネクションモジュールの上面図である。以下、図１Ａ、図１Ｂ、図２を用いて説明する。
【００１５】
本実施例の光インターコネクションモジュールは、発光素子１１、受光素子１２、多層基板１００、サブマウント２０２、ＬＳＩパッケージ６０１、電気配線１０９ａ・１０９ｂ、２股に分岐した光導波路１０５ａ・１０５ｂ、ビア１１３、光路変換部１０７、光コネクタ１１０、パッケージ１１４、受光素子配置領域１０で構成され、光コネクタ１００によって外部の光ファイバ１１１と光接続されている。
【００１６】
本実施例は、基板として配線層と絶縁層を多層積層した多層基板１００を用い、素子の前端面よりレーザを出射する端面発光型発光素子１１をサブマウント２０２に搭載し、サブマウント２０２を基板面と平行に、多層基板１００上に実装している。なお、本実施例の図１Ａ中では直接変調方式の発光素子を用いているが、外部変調方式の素子であっても構わない。なお、外部変調方式の場合には小型化、実装の簡便さの観点から、レーザと外部変調器を一体集積した素子であることが好ましいが、別体の素子であっても構わない。また、サブマウント２０２は第１の光導波路の光接続がとりやすくなるよう配置しているが、サブマウント２０２がなくとも光接続が取れるのであれば、なくても構わない。
【００１７】
また、同多層基板１００上のうち、発光素子側面からの直接光の強度よりも弱い角度範囲を受光素子配置領域１０とし、この領域１０に、素子上面より光を受光する面受光型受光素子１２を実装する。一般的な端面発光素子においては、発光素子側面からの直接光強度よりもモニタ光の強度が低くなる範囲とは、モニタ光の強度が２０％未満となる角度の範囲内である。発光素子側面からの直接光の強度はおよそモニタ光の２０％程度であるため、これより光の強度が低ければ光のクロストークは低減できる。さらに、２５Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に用いるような光インターコネクションモジュールの場合は、光クロストークの影響の小さい、モニタ光の強度が１／ｅ２となる範囲が望ましい。なお、一般的な端面発光型発光素子においては、強度が１／ｅ２以下となる範囲はおよそ４０度から９０度の範囲内である。この構成の一例を図１Ａに、各場合の受光素子配置領域１０の具体的位置を図１１にそれぞれ示す。
【００１８】
さらに、発光素子１１を駆動するための駆動回路４００と、受光素子１２からの電気信号を増幅する増幅回路４０１とがパッケージングされたＬＳＩパッケージ６０１が多層基板１００上の受光素子１２より後方に搭載されている。駆動回路４００と発光素子１１の電気入出力端とが、増幅回路４０１と受光素子１２の電気入出力端とがそれぞれ電気的に接続される。
【００１９】
また、発光素子１１の素子前面からの出射光と外部の光ファイバとを光学的に接続するため、上下のクラッド層１１２の間に形成された、クラッド層１１２よりも屈折率の高い材料を用いた配線コア１０６からなる第１の光導波路１０５ａを多層基板１００上の発光素子１１の発光部端面の前面に配置する。この第１の光導波路１０５ａは多層基板１００に直接貼り付けてもよいし、部材を用いて固定してもよい。
【００２０】
さらに、受光素子１２の素子上面受光部１０３と外部の光ファイバとを光学的に接続するため、クラッド層１１２よりも屈折率の高い材料を用いた配線コア１０６を有し、受光部１３へ光を入射させるための光路変換部１０７とを備えた第２の光導波路１０５ｂを受光素子１２上に配置する。この第２の光導波路１０５ｂは受光素子に直接貼り付けてもよいし、図１Ｂには図示していないが、部材を用いて固定してもよい。
【００２１】
光路変換部１０７は、基板に沿って伸びている配線コア１０６内の伝搬光を基板垂直方向に光路変換し、受光素子１２と光接続させるためのものである。本実施例では、第２の光導波路１０５ｂに対し一体で形成され、受光素子が受光する光軸に対し斜めの反射面を備えたミラーを光路変換部１０７として用いており、この斜めミラーの反射面は、光導波路１０５ｂの上面から、４５度傾斜した面が露出するように加工したものである。
【００２２】
第１および第２の光導波路１０５ａ、１０５ｂは、光ファイバ１１１と光学的に接続している光コネクタ１１０から、発光素子１１の前面および受光素子１２の上まで、それぞれ平面上でピッチ変換および曲げ配線されている。さらに、第一の光導波路１０５ａのように、発光素子１１と光コネクタ１１０を接続するものと、第二の光導波路１０５ｂのように受光素子１２と光コネクタ１１０とを接続するもので、光導波路中央部に設けた分岐部７００を境に、それぞれ同層内で分かれたレイアウトとしている。この光コネクタ１１０は基板１００の端に設置されている。
【００２３】
さらに第一の光導波路１０５ａは、図１Ｂに示すように、光コネクタ１１０に向かって光導波路を基板垂直方向に曲げて配線する。これにより、発光素子１１と光接続された第一の光導波路の配線コアと、受光素子１２と光接続された第二の光導波路の配線コアとが、光導波路の他端部で一つの光コネクタ１１０に集約されるため、光素子や導波路の実装レイアウトの自由度が増すとともに光配線の高密度化が可能である。なお、多層基板１００の表面には、受光素子１２と増幅回路４０１とを電気的に接続する電気配線１０９ａを形成しており、基板内部には、発光素子１１と駆動回路４００とを電気的に接続するビア１１３と電気配線１０９ｂや、ＬＳＩパッケージ６０１の電気信号入出力部や電源などの電気配線を設けている。また、本実施例の光インターコネクションモジュールは金属などでできたパッケージ１１４によってパッケージングされている。
【００２４】
本実施例のように、発光素子１１や受光素子１２の光素子とＬＳＩパッケージ６０１とを同一基板１００上に設置することで、光素子１１、１２とＬＳＩパッケージ６０１との近接配置が可能となる。これにより高周波電気配線の信号損失やノイズの影響を抑制でき、光モジュールの高速化が可能となる。
【００２５】
また、発光素子後端面からの直接光の強度が、側面からの直接光よりも弱い範囲に受光素子１２を実装することで、発光素子１１からの直接光による光クロストークノイズを低減できる。
【００２６】
さらに図２に示すように、発光素子１１より後方かつ受光素子１２より前方であって、モニタ光の強度が発光素子側面からの直接光の強度よりも強い角度範囲内に、発光素子１１の使用波長帯の光を吸収する吸光部材１０２を配置することで、モニタ光がパッケージ内で反射する間接光による光クロストークも低減することができる。モニタ光は基板平行方向だけではなく、基板垂直方向にも角度を持って拡がるため、吸光部材１０２が、モニタ光の強度が１／ｅ２になる範囲よりも大きくなるよう、吸光部材１０２の上端面の高さは発光素子１１の上端面の高さより高いことが望ましい。同様に、吸光部材１０２の横幅は、発光素子１１の横幅より広いことが望ましい。この吸光部材１０２は、発光素子１１の出力をモニタするモニタ受光素子や使用波長を吸収する色を有する構造体でも構わない。モニタ受光素子を用いた場合、発光素子の出力がモニタできるため、光インターコネクションモジュールの信頼性が向上する。
【００２７】
さらに上述したように、多層基板１００の表面に、受光素子１２と増幅回路４０１を電気的に接続する電気配線１０９ａを形成し、基板内部に、発光素子１１と駆動回路４００とを電気的に接続する電気配線１０９ｂを設けることによって、それぞれの信号配線が多層基板１００の絶縁層を挟んで層間で引き回されることになる。本構成によって、送受信間の電磁界干渉に電気的なクロストークも抑制可能となる。
【００２８】
以上のように、本実施例の構成によって、光および電気のクロストークを低減できる高性能な光インターコネクションモジュールが得られる。
【００２９】
なお、本実施例の構造は光素子がアレイの場合にも適用可能である。発光素子・受光素子をアレイ化する場合、最も受光素子アレイに近い側の発光素子を基準として、受光素子アレイの配置位置を決定することが望ましい。受光素子アレイに近い側の発光素子からの影響が、そのほかの発光素子からの影響よりも大きくなるためである。
【実施例２】
【００３０】
本実施例は光インターコネクションモジュールの実施例である。図３Ａは本実施例の光インターコネクションモジュールの上面図であり、図３Ｂは本実施例の光インターコネクションモジュールのＡＡ´断面図である。以下、図３Ａ、図３Ｂを用いて説明する。
【００３１】
本実施例の光インターコネクションモジュールは、発光素子アレイ１０１、受光素子アレイ１０４、吸光部材１０２、多層基板１００、溝部１０８、サブマウント２０２、集積回路素子１１５、電気配線１０９ａ・１０９ｂ、光導波路１０５ａ・１０５ｂ、ビア１１３、光路変換部１０７、光コネクタ１１０、パッケージ１１４で構成され、光コネクタ１１０によって外部の光ファイバ１１１と光接続されている。
【００３２】
本実施例では、配線層と絶縁層を多層積層した多層基板１００を用い、表面に高さの異なる段差部１０８、を設けている。また、同多層基板１００上に、素子の前端面よりレーザを出射する端面発光型発光素子が複数設置された発光素子アレイ１０１と、同発光素子アレイの後方延長線上の溝部１０８の上に吸光部材１０２を配置している。なお、本吸光部材のサイズや材料は特に限定しないが、発光素子アレイ１０１よりも幅および高さ共に同じ又は大きく、発光素子アレイ１０１の使用波長を吸収する色を有する材料であることが望ましい。なお、本実施例の図３Ａ中では外部変調方式一体集積型の発光素子を用いているが、直接変調方式の素子であっても構わない。さらに、外部変調方式の場合には小型化、実装の簡便さの観点から、レーザと外部変調器を一体集積した素子であることが好ましいが、別体の素子であっても構わない。また、サブマウント２０２は第１の光導波路との光接続がしやすくなるよう、発光素子アレイ１０１の下に配置しているが、サブマウント２０２がなくとも光接続が取れるのであれば、サブマウント２０２がなくても構わない。
【００３３】
さらに、吸光部材１０２を、発光素子アレイ１０１の後端面からの出射光をモニタするための受光素子アレイとすることで、発光素子アレイ１０１の後端面からの出射光が外部に拡散するのを防止すると同時に、発光素子アレイ１０１のモニタ受光素子として使用可能となる。
【００３４】
また、吸光部材１０２の前側、発光素子アレイ１０１側の端面よりも後方に、素子上面より受光する素子が複数設置された受光素子アレイ１０４を実装するとともに、受光素子アレイ１０４の後方に集積回路素子１１５を実装する。本集積回路素子１１５は、発光素子アレイ１０１を駆動するための駆動回路４００と、受光素子アレイ１０４から出力される電気信号を増幅する増幅回路４０１の他、駆動回路４００や増幅回路４０１への入出力信号を処理する論理回路４０２や、電源調整回路４０３を備えている。集積回路素子１１５を実装することにより、発光素子アレイ１０１および受光素子アレイ１０４の電気入出力端と、集積回路素子１１５の出入力端部とがそれぞれ電気的に接続される。
【００３５】
さらに、多層基板１００の表面に、受光素子アレイ１０４と集積回路素子１１５内の増幅回路４０１上とを電気的に接続する電気配線１０９ａを形成し、多層基板１００内部には、発光素子アレイ１０１と集積回路素子１１５内の増幅回路４０１とを電気的に接続するビア１１３と電気配線１０９ｂを設けることによって、それぞれの信号配線を多層基板１００の絶縁層を挟んで層間で引き回している。
【００３６】
また、発光素子アレイ１０１の発光部端面１１６と外部の光ファイバ１１１とを光学的に接続するため、上下のクラッド層１１２の間に形成された、クラッド層１１２よりも屈折率の高い材料を用いた複数の配線コア１０６からなる第一の光導波路１０５ａを多層基板１００上の発光部前端面の前面に配置する。
【００３７】
さらに、受光素子アレイ１０４の素子上面受光部１０３と外部の光ファイバ１１１とを光学的に接続するため、クラッド層１１２よりも屈折率の高い材料を用いた複数の配線コア１０６を有し、受光部１０３へ入射させるための光路変換部１０７とを備えた第二の光導波路１０５ｂを受光素子アレイ１０４上に配置する。光路変換部１０７は、基板に沿って伸びている配線コア１０６内の伝搬光を基板垂直方向に光路変換し、受光素子アレイ１０４と光接続させるためのものである。この第２の光導波路１０５ｂは受光素子に直接貼り付けてもよいし、図３Ｂには図示していないが、部材を用いて固定してもよい。また、本実施例では、複数の配線コアに対し一体で形成された斜めミラーを光路変換部１０７として用いており、この斜めミラーの反射面は、光導波路１０５ｂの上面から、４５度傾斜した面が露出するように加工したものである。
【００３８】
第１および第２の光導波路１０５ａ、１０５ｂは、光ファイバ１１１と光学的に接続している光コネクタ１１０から、発光素子アレイ１０１の前面および受光素子アレイ１０４の上までそれぞれ伸びており、第一の光導波路１０５ａの配線コア１０６のように、発光素子アレイ１０１と光コネクタ１１０を接続するものと、第二の光導波路１０５ｂの配線コア１０６のように受光素子アレイ１０４と光コネクタを接続するものとが異なる層に形成されている。この光コネクタ１１０は多層基板１００の端に設置されている。なお、第一の光導波路１０５ａの設置方法については特に言及しないが、第二の光導波路１０５ｂについては、集積回路素子１１５上に放熱部材を設置する場合を考え、放熱部材との干渉を避けるため、受光素子アレイ１０４と接続されている側の前光導波路１０５ｂの端部が集積回路素子１１５と受光素子アレイ１０４との間に位置するように設置した方が良い。ここで、第一および第二の光導波路１０５ａ、１０５ｂは、任意の曲率で曲げることが可能な材料で作製された、フレキシブル性を有するものを用いる。また、材料は特に言及しないが、任意のフレキシブル性が得られるポリマ材料が望ましい。
【００３９】
さらに第一の光導波路１０５ａは、図３Ｂに示すように、光コネクタ１１０に向かって光導波路を基板垂直方向に曲げて配線する。これにより、発光素子アレイ１０１と光接続された第一の光導波路１０５ａと、受光素子アレイ１０４と光接続された第二の光導波路１０５ｂとが、それぞれ一つの光コネクタ１１０に集約されるため、光素子や導波路の実装レイアウトの自由度が増すとともに光配線の高密度化が可能である。なお、多層基板１００の表面には、受光素子アレイ１０４と集積回路素子１１５上とを電気的に接続する電気配線１０９ａを形成しており、基板内部には、発光素子アレイ１０１と集積回路素子１１５上とを電気的に接続するビア１１３と電気配線１０９ｂや、集積回路素子１１５の電気信号入出力部や電源などの電気配線を設けている。また、モジュール筐体は金属などでできたパッケージ１１４によってパッケージングされている。
【００４０】
本実施例と実施例１との違いは、光素子がアレイ化していることと、発光素子アレイ１０１の後ろに吸光部材１０２を設けていること、受光素子アレイ１０４を吸光部材１０２の後方に配置していることである。
【００４１】
本実施例のように、発光素子アレイ１０１や受光素子アレイ１０４の光素子と集積回路素子１１５とを同一基板面上に設置することで、光素子と集積回路素子１１５との近接配置が可能となる。これにより高周波電気配線の信号損失やノイズの影響を抑制でき、光モジュールの高速化が可能となる。
【００４２】
また、発光素子アレイ１０１の後方延長線上に吸光部材１０２を配置することにより、送受信光モジュールの課題となる送受間の光クロストークを低減できる。これは、発光素子アレイ１０１の後端面から出射された光は、吸光部材１０２によって遮られるため、同光信号が受光素子アレイに入射する恐れが低くなるためである。特に、光インターコネクションモジュールのように通信速度が数十Ｇｂｐｓ／ｃｈと高速な光モジュールでは、信号レベル／ノイズ（Ｓ／Ｎ）比をより大きく取る必要があるため、光クロストークノイズの影響は大きくなってくる。従って、本実施例のように、発光素子アレイ１０１の後ろに光を吸収する吸光部材を設置することは光クロストーク抑制構造として効果的である。
【００４３】
さらに上述したように、多層基板１００の表面に、受光素子アレイ１０４と集積回路素子１１５上とを電気的に接続する電気配線１０９ａを形成し、基板内部に、発光素子アレイ１０１と集積回路素子１１５上とを電気的に接続するビア１１３と電気配線１０９ｂを設けることによって、それぞれの信号配線が多層基板１００の絶縁層を挟んで層間で引き回されることになる。本構成によって、送受信間の電磁界干渉に電気的なクロストークも抑制可能となる。
【００４４】
以上のように、本実施例の構成によって、光および電気のクロストークを低減した高性能な光インターコネクションモジュールが得られる。
【実施例３】
【００４５】
本実施例は光インターコネクションモジュールの実施例である。図４Ａは本実施例の光インターコネクションモジュールの上面図であり、図４Ｂは本実施例の光インターコネクションモジュールのＡＡ´断面図である。以下、図４Ａ、図４Ｂを用いて説明する。
【００４６】
本実施例の光インターコネクションモジュールは、実施例２の構成に加え、受光素子アレイ１０４の受光素子を、素子半導体基板上にレンズ２００を集積した、レンズ集積型受光素子を用い受光素子アレイ２０１に替えて用いている。
【００４７】
図４Ａ、図４Ｂに示す構成では、光導波路１０５ｂを伝播した光は、光路変換ミラー１０７で基板垂直方向に折り曲げられた後、受光素子アレイ２０１のレンズ２００に入射、集光され、受光部に導入される。受光素子以外の構成は実施例２から変更していない。
【００４８】
本構成によれば、受光素子アレイにレンズが集積されているため、光導波路からの出射光が広がって受光素子アレイに入射されても、レンズで集光されるため、受光素子アレイ２０１と光導波路１０５ｂとの位置ずれによる光学損失が軽減され、受光素子アレイ２０１と光導波路１０５ｂとの高効率光接続が可能となる。また、高効率光接続化可能になると、受光素子アレイ２０１と光導波路１０５ｂとの光学調芯が容易となり、生産性に優れた光インターコネクションモジュールの提供が可能となる。なお、言うまでもなく、本構成は実施例２以外にも適用可能である。
【実施例４】
【００４９】
本実施例は光インターコネクションモジュールの実施例である。図５は本実施例の光インターコネクションモジュールの断面図である。以下、図５を用いて説明する。
【００５０】
本実施例では実施例２の構成に加え、第１及び第２の光導波路１０５ｂの上面（基板と反対側の面）を黒などの使用波長に対して吸収色を有する光吸収体３００ａ、３００ｂで覆ったものである。この光吸収体は例えば吸収色を有するフレキシブル基板を貼り付けてもよいし、基板とは反対側のクラッド表面そのものを吸収色の膜をコーティングしてもよい。また、同光吸収体３００ａ、３００ｂは発光素子アレイ１０１や受光素子アレイ１０４と光学接続される側の光導波路端部から、光コネクタ１１０間までの光導波路上の全て、または、少なくとも受光素子の上部のうち発光素子側の端面まで覆われていれば良く、第２の光導波路を覆っている光吸収体３００ａのみでも構わない。本実施例の図５は、両方の光導波路を光吸収体３００ａ、３００ｂで覆った場合を示している。
【００５１】
本構成によれば、実施例２の効果に加え、第一および第二の光導波路１０５ａ、１０５ｂの上面に光吸収体３００ａ、３００ｂをそれぞれ設けることにより、光導波路端部のミラー部１０７で全反射せずに光導波路外へ漏れ出た光、もしくは発光素子から出射し配線コアと光接続せずに漏れる光を抑制するとともに、それぞれ光導波路から漏れ出た後、パッケージ内で反射して戻ってくる光を光吸収体３００ａ、３００ｂで遮断することができる。これにより、発光素子の後端面からの漏れ光以外の、間接光が受光素子に入る事によって生じる光クロストークノイズも大幅に削減できる。なお、言うまでもなく、本構成は実施例２以外にも適用可能である。
【実施例５】
【００５２】
本実施例は光インターコネクションモジュールの実施例である。図６は本実施例の光インターコネクションモジュールの断面図であり、図７は受光素子の実装形態についての説明図である。以下、図６、図７を用いて説明する。
【００５３】
本実施例は、実施例２の構成の変形例であり、集積回路素子１１５に代えて、集積回路素子をパッケージングしたＬＳＩパッケージ６０１を用い、さらにＬＳＩパッケージ６０１上に放熱フィン５０２を設置している。また、受光素子アレイ１０４は素子片面のみに電極を形成した片面電極取り出し型の受光素子を用い、多層基板１００上にフリップチップ実装している。図７のように、受光素子１２をフリップチップ実装することで、受光素子と光接続する光導波路１０５ｂの高さをワイヤボンディング実装の場合より低くすることができる。この実装形態を採用することにより、第２の光導波路１０５ｂをＬＳＩパッケージ６０１と同じ高さまたはそれより低くすることができ、放熱フィン５０２を第２の光導波路上や光学素子の上まで、底面を扁平に保ったまま伸ばすことができる。
【００５４】
本構成によれば、光導波路等によって放熱フィン５０２の設置位置が干渉されることなく、ＬＳＩパッケージ６０１の動作時における効果的な放熱が可能である。また、光導波路上まで放熱フィン５０２の面積を広げることができたことにより、放熱フィン５０２の高さを低くすることができ、これにより、低背化した光モジュールの提供が可能になる。なお、言うまでもなく、本構成は実施例２以外にも適用可能である。
【実施例６】
【００５５】
本実施例は、実施例５に係る光インターコネクションモジュール６００を搭載した光電気混載回路ボードの実施例である。図８は本実施例の光電気混載回路ボードの断面図である。以下、図８を用いて説明する。
【００５６】
本実施例では、ドータボードやサーバーブレードなどの回路ボード５０３上に光インターコネクションモジュールを設置している。本構成では、回路ボード上の光インターコネクションモジュールとは別の場所に実装されたＬＳＩパッケージ６０１等から入出力される電気信号は、回路ボード５０３上の電気配線５０４、および回路ボード５０３上に設置したビア配線１１３内蔵のソケット５０１と、光インターコネクションモジュールの下部に設置したビア配線１１３内蔵の電気コネクタ５００とを介して、光インターコネクションモジュールと電気接続される。さらに、電気コネクタ５００から入出力される電気信号は、ＬＳＩパッケージ内を通して発光素子アレイ１０１あるいは受光素子アレイ１０４で光電変換され、光導波路１０５ａ、１０５ｂおよび光コネクタ１９を介して光ファイバ１１１にて光信号として入出力される。
【００５７】
本実施例のように、素子および信号配線の実装が高密度化された光インターコネクションモジュールを用いることで、一枚の光電気混載回路ボードあたりのチャンネル数を増加させることができ、コネクタ同士を接続するだけで光と電気の接続が取れるため、生産性が向上する。なお、言うまでもなく、本構成は実施例５以外にも適用可能である。
【実施例７】
【００５８】
本実施例は、実施例５に係る光インターコネクションモジュール６００を搭載した光電気混載回路ボードの実施例である。図９は本実施例の光電気混載回路ボードの断面図である。以下、図９を用いて説明する。
【００５９】
本実施例では、実施例５の低背化された光モジュールを、熱伝導性の高い基板８０１に両面実装し、電気コネクタ５００を介してボード上に実装している。基板８０１の裏側（ボード５０３側）に実装された光モジュールのＬＳＩパッケージ上には放熱フィンを置くことができないため、基板８０１の表側に直接放熱フィンを設置する。基板裏側の光インターコネクションモジュールで発生した熱は、ＬＳＩパッケージからビア配線を通り、多層基板から基板８０１へと伝わり、放熱フィンから空気中へ拡散される。基板８０１表側に実装した光インターコネクションモジュールのＬＳＩパッケージ上には実施例５のように放熱フィンを設置する。本構成では、回路ボード上の光インターコネクションモジュールとは別の場所に実装されたＬＳＩパッケージ等から入出力される電気信号は、回路ボード５０３上の電気配線５０４、および回路ボード５０３上に設置したビア配線内蔵のソケット５０１と、光インターコネクションモジュールの下部に設置したビア配線内蔵の電気コネクタ５００とを介して、それぞれの光インターコネクションモジュールと電気接続される。さらに、電気コネクタ５００から入出力される電気信号は、集積回路素子１１５内を通して発光素子アレイ１０１あるいは受光素子アレイ１０４で光電変換され、光導波路１０５ａ、１０５ｂおよび光コネクタ１１０を介して光ファイバ１１１にて光信号として入出力される。
【００６０】
本構成のように、光モジュールを基板８０１に対して両面実装することで、回路ボード上に占める光インターコネクションモジュールの面積が半減でき、高密度実装が可能となる。さらに、光モジュールを高密度実装したことで、ボード上にＣＰＵ等の光インターコネクションモジュール以外の素子を増やすことができ、回路ボードあたりの処理能力が向上する。なお、言うまでもなく、本構成は実施例５以外にも適用可能である。
【実施例８】
【００６１】
本実施例は光インターコネクションモジュールの実施例である。図１０は本実施例の光インターコネクションモジュールをＢ方向からみた図である。以下、図１０を用いて説明する。
【００６２】
本実施例の光インターコネクションモジュールは、発光素子１１、受光素子１２、多層基板１００、サブマウント２０２、集積回路素子１１５、放熱フィン５０２、電気配線１０９ａ・１０９ｂ、光導波路１０５ａ・１０５ｂ、ビア１１３、光路変換部１０７、光コネクタ１１０、パッケージ１１４で構成され、光コネクタ１１０によって外部の光ファイバ１１１と光接続されている。
【００６３】
従来の光モジュールでは、集積回路素子１１５の上に、空気中へ熱を逃がすための放熱部材を設置していた。この放熱部材の底面積は集積回路素子１１５とほぼ同じ大きさであった。しかし、近年光モジュールの小型化・高密度化が求められており、従来通りの放熱部材では、モジュールの放熱性が十分ではないという課題があった。これに対し本実施例では、光素子の実装形態に工夫をすることで、放熱フィン５０２を従来よりも大きくすることができた。
【００６４】
本実施例は、配線層と絶縁層を多層積層した多層基板１００を用い、多層基板１００上に、素子の前端面よりレーザを出射する端面発光型発光素子１１をサブマウント２０２に搭載し、サブマウント２０２を基板面と平行に、多層基板１００上に実装している。発光素子１１の実装形態は、ワイヤボンディングでもフリップチップでも構わないが、後述する放熱フィン５０２の下に配置したい場合は、ワイヤがない分だけ高さを低くできるフリップチップ実装が好ましい。なお、本実施例の図１０では直接変調方式の発光素子を用いているが、外部変調方式の素子であっても構わない。さらに、外部変調方式の場合には小型化、実装の簡便さの観点から、レーザと外部変調器を一体集積した素子であることが好ましいが、別体の素子であっても構わない。また、サブマウント２０２は第１の光導波路の光接続をとりやすくするために配置しているが、サブマウント２０２がなくとも光接続が取れるのであれば、サブマウント２０２はなくても構わない。
【００６５】
さらに、多層基板１００上に、素子上面より光を受光する面受光型受光素子１２をフリップチップ実装する。理由は実施例５と同様である。受光素子１２の後方にはさらに、発光素子１１を駆動するための駆動回路４００と、受光素子１２からの電気信号を増幅する増幅回路４０１が集積された集積回路素子１１５が多層基板１００上に実装されている。駆動回路４００と発光素子１１の電気入出力端、増幅回路４０１と受光素子１２の電気入出力端はそれぞれ電気的に接続される。この集積回路素子１１５上に、底面積が集積回路素子１１５よりも大きい放熱フィン５０２を設置する。放熱フィン５０２は、集積回路素子前方の光導波路の上まで扁平に伸びており、放熱フィン５０２の下には、光導波路１０５ｂ、発光素子１１、受光素子１２が位置する構造となっている。
【００６６】
また、発光素子１１の前端面と外部の光ファイバ１１１とを光学的に接続するため、上下のクラッド層１１２の間に形成された、クラッド層１１２よりも屈折率の高い材料を用いた配線コア１６からなる第１の光導波路１０５ａを多層基板１００上の発光部端面１５の前面に配置する。
【００６７】
さらに、受光素子１２の素子上面受光部と外部の光ファイバ１１１と光学的に接続するため、クラッド層１１２よりも屈折率高い材料を用いた配線コア１６を有し、受光部１３へ光を入射させるための光路変換部１０７とを備えた第２の光導波路１０５ｂを受光素子１２上に配置する。光路変換部１０７は、基板１００に沿って伸びている配線コア１０６内の伝搬光を基板垂直方向に光路変換し、受光素子アレイ１０４と光学的に接続させるためのものである。本実施例では、受光素子に受光する光軸に対し斜めのミラーを光路変換部１０７として用いている。配線コアが複数ある場合には、複数のコアに対し一体して光路変換部１０７を形成することもできる。
【００６８】
第一および第二の光導波路１０５ａ、１０５ｂは、光ファイバ１１１と光学的に接続している光コネクタ１１０から、発光素子１１の前面および受光素子１２の上まで、それぞれ平面上でピッチ変換および曲げ配線されている。さらに、第一の光導波路１０５ａのように、発光素子１１と光コネクタ１１０を接続するものと、第二の光導波路１０５ｂのように受光素子１２と光コネクタを接続するもので、光導波路中央部に設けた分岐部７００を境に、それぞれ同層内で分かれたレイアウトとしている。この光コネクタ１１０は多層基板１００の端に設置されている。
【００６９】
さらに第一の光導波路１０５ａは、図１０に示すように、光コネクタ１１０に向かって光導波路を基板垂直方向に曲げて配線する。これにより、発光素子１１と光接続された第一の光導波路１０５ａと、受光素子１２と光接続された第二の光導波路１０５ｂとが、それぞれ一つの光コネクタ１１０に集約されるため、光素子や導波路の実装レイアウトの自由度が増すとともに光配線の高密度化が可能である。なお、多層基板１００の表面には、受光素子１２と増幅回路４０１とを電気的に接続する電気配線１０９ａを形成しており、基板内部には、発光素子１１と駆動回路４００とを電気的に接続するビア１１３と電気配線１０９ｂや、集積回路素子１１５の電気信号入出力部や電源などの電気配線を設けている。また、モジュール筐体は金属などでできたパッケージ１１４によってパッケージングされている。
【００７０】
本構成によれば、光導波路等によって放熱フィン５０２の設置位置が干渉されることなく、集積回路素子１１５の動作時における効果的な放熱が可能である。また、光導波路上まで放熱フィン５０２の面積を広げることができたことにより、放熱フィンの高さを低くすることができ、これにより、低背化した光モジュールの提供が可能になる。
【００７１】
さらに上述したように、多層基板１００の表面に、受光素子１２と増幅回路４０１を電気的に接続する電気配線１０９ａを形成し、基板内部に、発光素子１１と駆動回路４００とを電気的に接続するビア１１３と電気配線１０９ｂを設けることによって、それぞれの信号配線が多層基板１００の絶縁層を挟んで層間で引き回されることになる。本構成によって、送受信間の電磁界干渉に電気的なクロストークも抑制可能となる。
以上のように、本実施例の構成によって、放熱性を向上させ、電気的なクロストークを抑制し、小型化・低背化可能な光インターコネクションモジュールが得られる。
【００７２】
言うまでもなく、本実施例の構造は光素子がアレイの場合や面発光型発光素子の場合にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１０…受光素子配置領域
１１…発光素子
１２…受光素子
１００…多層基板、
１０１…発光素子アレイ、
１０２…吸光部材、
１０３…受光部、
１０４…受光素子アレイ、
１０５ａ，１０５ｂ…光導波路、
１０６…配線コア、
１０７…光路変換部、
１０８…溝、
１０９ａ，１０９ｂ，５０４…電気配線、
１１０…光コネクタ、
１１１…光ファイバ、
１１２…クラッド層
１１３…ビア、
１１４…パッケージ筐体、
１１５…集積回路素子、
２００…レンズ、
２０１…レンズ集積型受光素子アレイ
２０２…サブマウント
３００ａ，３００ｂ…光吸収体、
４００…駆動回路、
４０１…信号増幅回路、
４０２…論理回路、
４０３…電源調整回路、
５００…電気コネクタ、
５０１…ソケット、
５０２…放熱フィン、
５０３…回路ボード、
６００…光インターコネクションモジュール、
６０１…ＬＳＩパッケージ、
６０３…バックプレーン
７００…分岐部
７０１…電極
８０１…熱伝導性基板
【図１Ａ】
2012141471.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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