(57)【要約】【課題】光素子と集積回路との熱干渉を低減することが可能な光モジュールの断熱構造、及び光アクティブケーブルを提供する。【解決手段】基板１０１と、基板１０１における第１の領域１０２の表面に実装された光素子１０３と、基板１０１における第２の領域１０４の表面に実装された集積回路１０５と、基板１０１の表面に開口部１０６を有すると共に第１の領域１０２と第２の領域１０４との間に形成された断熱溝１０７と、を備える光モジュールの断熱構造１００である。【選択図】図１
2016014780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板における第１の領域の表面に実装された光素子と、
前記基板における第２の領域の表面に実装された集積回路と、
前記基板の表面に開口部を有すると共に前記第１の領域と前記第２の領域との間に形成された断熱溝と、
を備えることを特徴とする光モジュールの断熱構造。
【請求項２】
前記第１の領域と前記第２の領域の少なくとも一部に形成されたサーマルビアを更に備える請求項１に記載の光モジュールの断熱構造。
【請求項３】
前記第２の領域に隣接しない側の前記第１の領域の半分にのみ前記サーマルビアが配置される請求項２に記載の光モジュールの断熱構造。
【請求項４】
前記第１の領域と前記第２の領域の表裏面に形成された鍍金層を更に備える請求項２又は３に記載の光モジュールの断熱構造。
【請求項５】
前記基板と前記光素子との間に介在された金属板を更に備える請求項１から４の何れか一項に記載の光モジュールの断熱構造。
【請求項６】
前記金属板は、金属鍍金が施されたコバール板からなる請求項５に記載の光モジュールの断熱構造。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の光モジュールの断熱構造と、
前記光モジュールの断熱構造における光素子と光結合する光ファイバと、
を備えることを特徴とする光アクティブケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子と集積回路とを熱的に分断するための光モジュールの断熱構造、及び光アクティブケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号と電気信号とを相互変換する光電変換機能を有する光アクティブケーブルや光トランシーバ等に搭載される光モジュールは、基板と、基板の表面に実装された光素子と、基板の表面に実装された集積回路と、を備えている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
集積回路は、光素子の駆動を制御するための部品であり、ワイヤボンディング等の導電路を介して光素子と電気的に接続されることになるが、導電路の線路長が長距離に亘ると小型化の観点や導電路における信号の低損失化の観点から好ましくないため、光素子と集積回路との間の物理的な距離が可能な限り短縮されるように、集積回路を光素子に近接して配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５８６４３号公報
【特許文献２】特開２００３−０４３３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、集積回路を光素子に近接して配置すると、集積回路の駆動熱が光素子に伝熱され易くなるため、光素子と集積回路との熱干渉により、光素子の性能が低下してしまう虞がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、光素子と集積回路との熱干渉を低減することが可能な光モジュールの断熱構造、及び光アクティブケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために創案された本発明は、基板と、前記基板における第１の領域の表面に実装された光素子と、前記基板における第２の領域の表面に実装された集積回路と、前記基板の表面に開口部を有すると共に前記第１の領域と前記第２の領域との間に形成された断熱溝と、を備える光モジュールの断熱構造である。
【０００８】
前記第１の領域と前記第２の領域の少なくとも一部に形成されたサーマルビアを更に備えると良い。
【０００９】
前記第２の領域に隣接しない側の前記第１の領域の半分にのみ前記サーマルビアが配置されると良い。
【００１０】
前記第１の領域と前記第２の領域の表裏面に形成された鍍金層を更に備えると良い。
【００１１】
前記基板と前記光素子との間に介在された金属板を更に備えると良い。
【００１２】
前記金属板は、金属鍍金が施されたコバール板からなると良い。
【００１３】
また、本発明は、前記光モジュールの断熱構造と、前記光モジュールの断熱構造における光素子と光結合する光ファイバと、を備える光アクティブケーブルである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光素子と集積回路との熱干渉を低減することが可能な光モジュールの断熱構造、及び光アクティブケーブルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る光モジュールの断熱構造を示す断面模式図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る光モジュールの断熱構造を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１７】
図１に示すように、本発明の好適な実施の形態に係る光モジュールの断熱構造１００は、基板１０１と、基板１０１における第１の領域１０２の表面に実装された光素子１０３と、基板１０１における第２の領域１０４の表面に実装された集積回路１０５と、基板１０１の表面に開口部１０６を有すると共に第１の領域１０２と第２の領域１０４との間に形成された断熱溝１０７と、を備えている。
【００１８】
基板１０１は、ガラスエポキシ基板等の回路基板からなり、基板１０１には、光素子１０３と集積回路１０５の他にも、光素子１０３からの光信号を光コネクタ１０８に伝送したり光コネクタ１０８からの光信号を光素子１０３に伝送したりするためのレンズブロック１０９やレンズブロック１０９を固定するための固定枠１１０等が実装されている。
【００１９】
集積回路１０５は、制御用集積回路、具体的には、発光素子の駆動を制御するための駆動用集積回路や受光素子からの電気信号を増幅するための変換増幅器（Transimpedance Amplifier;ＴＩＡ）等からなる。
【００２０】
光素子１０３は、発光素子又は受光素子からなり、光信号と電気信号とを相互変換する光電変換機能の中核を成している。また、光素子１０３は、発光素子や受光素子が並列して配置された光素子アレイ（例えば、Vertical Cavity Surface Emitting Laser；ＶＣＳＥＬ）からなっても構わない。
【００２１】
これらの光素子１０３が受光素子である場合には熱雑音による影響を受け、その特性が低下することになる。また、これらの光素子１０３が発光素子である場合には熱による影響を受け、発光波長が変化することになる。そのため、駆動熱の発生を伴う集積回路１０５等、他の熱源から光素子１０３を熱的に分断し、仮に集積回路１０５の駆動熱等が光素子１０３に伝熱されたとしても、その駆動熱等を第１の領域１０２で効率的に放熱する構造を採ることが望まれる。
【００２２】
また、集積回路１０５の駆動熱が光素子１０３に伝熱されることを抑制するという観点から言えば、集積回路１０５の駆動熱が第１の領域１０２に伝熱される前に、その駆動熱を第２の領域１０４で効率的に放熱することが望ましい。
【００２３】
断熱溝１０７は、基板１０１の表面から裏面に向けて所定の深さや幅を有する矩形溝等からなり、光モジュールとして基板１０１に要求される機械的強度を満足しながら、断熱性を最大限に発揮することができる深さや幅に設計されている。
【００２４】
これにより、第１の領域１０２と第２の領域１０４とを光素子１０３と集積回路１０５とが実装される基板１０１の表面で熱的に分断し、集積回路１０５の駆動熱が光素子１０３に伝熱されることを抑制することができるため、光素子１０３と集積回路１０５との熱干渉を低減することが可能となる。
【００２５】
また、光モジュールの断熱構造１００は、第１の領域１０２と第２の領域１０４の少なくとも一部に形成されたサーマルビア１１１（１１１ａ，１１１ｂ）と、第１の領域１０２と第２の領域１０４の表裏面に形成された鍍金層１１２と、基板１０１と光素子１０３との間に介在された金属板１１３と、を更に備えている。
【００２６】
サーマルビア１１１は、基板１０１の表裏面に亘って貫通して形成されていると共に内面に伝熱のための金属鍍金が施されているスルーホールからなり、第１の領域１０２と第２の領域１０４の一部又は全部に亘って形成されている。
【００２７】
これにより、第１の領域１０２においては、集積回路１０５の駆動熱等が光素子１０３に伝熱されたときに、その駆動熱等を基板１０１の表面から裏面に向けて伝熱し、更に基板１０１の裏面に直接的又は間接的に（例えば、シリコーンシート等の放熱シートを介して）接触する筐体１１４を通して大気中に放熱することができるため、仮に集積回路１０５の駆動熱等が光素子１０３に伝熱されたとしても、その駆動熱等を第１の領域１０２で効率的に放熱することが可能となる。
【００２８】
また、第２の領域１０４においては、集積回路１０５の駆動熱を基板１０１の表面から裏面に向けて伝熱し、更に基板１０１の裏面に直接的又は間接的に（例えば、サーマルグリース等を介して）接触する筐体１１４を通して大気中に放熱することができるため、集積回路１０５の駆動熱が第１の領域１０２に伝熱される前に、その駆動熱を第２の領域１０４で効率的に放熱することが可能となる。
【００２９】
なお、集積回路１０５の駆動熱が光素子１０３に伝熱されることを抑制するという観点から言えば、図２に示すように、第１の領域１０２に形成されたサーマルビア１１１ａと第２の領域１０４に形成されたサーマルビア１１１ｂは、断熱溝１０７を挟んで可能な限り離間して配置される、即ち、第１の領域１０２の図示右側半分（第２の領域１０４に隣接する側の半分）にはサーマルビア１１１ａを配置せず、第１の領域１０２の図示左側半分（第２の領域１０４に隣接する側とは反対側の半分）にのみサーマルビア１１１ａを配置することが好ましい。
【００３０】
これにより、サーマルビア１１１ａとサーマルビア１１１ｂとを熱的に分断し、集積回路１０５の駆動熱がサーマルビア１１１ｂとサーマルビア１１１ａとを介して光素子１０３に伝熱されることを抑制することができるため、光素子１０３と集積回路１０５との熱干渉をより低減することが可能となる。
【００３１】
なお、図２では、集積回路１０５の駆動熱を効率的に放熱しつつ、サーマルビア１１１ａとサーマルビア１１１ｂとを熱的に分断するために、サーマルビア１１１ａのみの本数を減少させてサーマルビア１１１ａとサーマルビア１１１ｂとを可能な限り離間して配置している例を描いているが、サーマルビア１１１ｂのみの本数を減少させても良いし、サーマルビア１１１ａとサーマルビア１１１ｂの両方の本数を減少させても良い。
【００３２】
また、図２では、サーマルビア１１１ａの数を物理的に減らしてサーマルビア１１１ａとサーマルビア１１１ｂとを熱的に分断したが、第１の領域１０２の図示右側半分のスルーホールには内面に金属鍍金を施さず、第１の領域１０２の図示左側半分のスルーホールにのみ内面に金属鍍金を施すことでも、サーマルビア１１１ａとサーマルビア１１１ｂとを熱的に分断することが可能となる。この場合、内面に金属鍍金が施されていないスルーホールが断熱溝として機能することになる。
【００３３】
鍍金層１１２は、第１の領域１０２と第２の領域１０４の表裏面に金や銀等による金属鍍金を施して形成されており、特に、第１の領域１０２と第２の領域１０４の表裏面の全面に亘って形成されていることが好ましい。
【００３４】
これにより、第１の領域１０２と第２の領域１０４のサーマルビア１１１が形成されている部分のみならず、その表裏面の全面を熱伝導率の高い伝熱面とすることができるため、光素子１０３から発生した熱、及び集積回路１０５の駆動熱等をより効率的に放熱することが可能となる。
【００３５】
金属板１１３は、金や銀等による金属鍍金が施されたコバール板からなり、光素子１０３が実装される前に導電性接着剤等を介して第１の領域１０２に予め接合されている。
【００３６】
これにより、集積回路１０５の駆動熱等により基板１０１が熱膨張したとしても、光素子１０３（又はその他の電子部品）と金属板１１３の線膨張係数が極めて近似しているため、基板１０１と光素子１０３（又はその他の電子部品）の線膨張係数差により光素子１０３（又はその他の電子部品）が損傷することを防止することが可能となる。
【００３７】
また、金属板１１３は基板１０１よりも熱伝導率や導電性が高く、光素子１０３を基板１０１の表面に直接的にダイボンドするよりも金属板１１３を介して間接的にダイボンドする方が光素子１０３から発生した熱、及び光素子１０３に伝熱された集積回路１０５の駆動熱等をより効率的に放熱することが可能となるし、また金属板１１３を全面グランドとして使用することにより、安定したグランド電位を確保することも可能となる。
【００３８】
更に、金属板１１３は基板１０１よりも硬度が高く、光素子１０３を基板１０１の表面に直接的にダイボンドするよりも金属板１１３を介して間接的にダイボンドする方が調芯が容易であるため、光素子１０３をより高精度で実装することが可能となる。
【００３９】
なお、光素子１０３を基板１０１の表面にセラミック板を介して間接的にダイボンドすることは既に知られている（例えば、特許文献２を参照）。セラミック板は、光素子１０３（又はその他の電子部品）と線膨張係数が極めて近似しており、また硬度も高いが、金属板１１３よりも高価であり、金属板１１３を採用する場合よりも光モジュールが高価になってしまうという問題がある。
【００４０】
ところで、光モジュールの小型化や高機能化等を図ることを目的として、多数の部品を極めて狭い領域に高密度で実装することが望まれており、これを実現するためには、部品同士が機械的に干渉することを回避することができる配置レイアウトを設計する必要がある。
【００４１】
例えば、基板１０１を切削して基板１０１の表面に段差を形成し、その段差で部品間の高さを調節することにより、部品同士が機械的に干渉することを回避することが考えられるが、基板１０１の切削により基板１０１の機械的強度が著しく低下する虞があるので好ましいとは言えない。
【００４２】
また、基板１０１の表面に配置されたセラミック基板を切削してセラミック基板の表面に段差を形成し、その段差で部品間の高さを調節することにより、部品同士が機械的に干渉することを回避することも考えられるが、セラミック基板は基板１０１よりも割れ易く、加工性が悪いことから、設計自由度が制限されるという課題がある。
【００４３】
これに対して、金属板１１３はセラミック基板よりも加工性が高く、金属板１１３を切削して金属板１１３の表面に段差を容易に形成することができるため、その段差で部品間の高さを調節することにより、部品同士が機械的に干渉することを回避することができ、しかも基板１０１を切削せずに済むため、基板１０１の機械的強度が著しく低下することも無い。
【００４４】
これまで説明してきた光モジュールの断熱構造１００を採用した光アクティブケーブル２００は、光モジュールの断熱構造１００と、光モジュールの断熱構造１００における光素子１０３と光結合する光ファイバ１１５と、を備えている。
【００４５】
光素子１０３と光ファイバ１１５は、光コネクタ１０８とレンズブロック１０９とを介して光結合されている。
【００４６】
具体的には、光素子１０３が発光素子である場合、発光素子から基板１０１と垂直な方向に出射された光は、レンズブロック１０９により４５度の角度を持って基板１０１と平行な方向に反射されると共に光コネクタ１０８の端面に露出された光ファイバ１１５の入射端面に入射される。
【００４７】
また、光素子１０３が受光素子である場合、光コネクタ１０８の端面に露出された光ファイバ１１５の出射端面から基板１０１と平行な方向に出射された光は、レンズブロック１０９により４５度の角度を持って基板１０１と垂直な方向に反射されると共に受光素子に入射されて受光される。
【００４８】
以上の通り、本発明によれば、光素子と集積回路との熱干渉を低減することが可能な光モジュールの断熱構造、及び光アクティブケーブルを提供することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１００  光モジュールの断熱構造
１０１  基板
１０２  第１の領域
１０３  光素子
１０４  第２の領域
１０５  集積回路
１０６  開口部
１０７  断熱溝
１０８  光コネクタ
１０９  レンズブロック
１１０  固定枠
１１１  サーマルビア
１１１ａ  サーマルビア
１１１ｂ  サーマルビア
１１２  鍍金層
１１３  金属板
１１４  筐体
１１５  光ファイバ
２００  光アクティブケーブル
【図１】
2016014780.tif 000003
【図２】
2016014780.tif 000004