JP2017173600A - 並列光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバコネクタと基板上の多チャンネル光素子アレイとを高精度に光接続する並列光モジュールを提供する。【解決手段】平坦性を有する基板上１００に、複数チャンネルの発光または受光素子アレイ１０１と、該光素子アレイに近接した位置に光素子を駆動する集積回路素子１０２と、光素子アレイと光ファイバアレイ１０４とを光学的に接続する光コネクタ１０３が載置される。前記光コネクタの基板と向かい合う面が、光素子アレイの四方を囲むように基板と接地する第一の面１０５と、前記第一の面と隣接して、光コネクタの側端に向かって基板から離隔するように勾配を有する第二の面１０６乃至第五の面１０９で構成された並列光モジュールとする。【選択図】図１

Description

本発明は、情報機器などの装置間、または装置内ボード間で送受信される高速光信号を伝送する際の、インターフェース部となる並列光モジュールおよびその製造方法に関する。

近年、一般ユーザに向けたIoT（Internet of Things）やクラウドなどの高速ブロードバンドサービスの普及により、データセンタ内でのサーバ、ストレージ等の機器で処理するデータ量が飛躍的に増加している。データ処理速度の高速化には、サーバ等の情報機器間を繋ぐ信号伝送ケーブルや装置内配線の信号伝送速度、いわゆるインターコネクトの大容量化が重要となっている。そこで、今後は装置内の総伝送容量として10Tbpsに近づくとともに、インターコネクト速度もチャンネル当たり25Gbps以上が求められる。装置内高速信号伝送方式として、従来の電気伝送に対し、低クロストークのため高密度化が可能であり、さらに伝送線路の軽量化を可能とする光インターコネクト技術が期待されている。また、上記情報機器の他にも、TVやビデオカメラなどの映像機器や車載センサ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・大容量化ニーズが高まっており、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。

このような高速光配線システムを実現して機器間・内に適用するために、高速信号伝送路として、光ファイバケーブルと光素子とを光学的に接続するインターフェースとなる光モジュールの適用が検討されている。また、光モジュールは今後光配線の大容量化のため、多チャンネル（並列）化が必要となる。

並列光モジュールの要件および技術課題として、先ず低損失化が挙げられる。低損失化のためには、アレイの光素子と光ファイバアレイを保持した光コネクタを一括して高位置精度での光接続が必要となる。次に、光モジュールの小型、高密度化のためには、多チャンネルの光素子とIC、さらには光コネクタなどの部品を、基板の厚み方向に３次元に集積する実装技術が有効である。さらに、光モジュールの低コスト化、信頼性確保のために、部品が故障した際に交換を可能にする、いわゆるレセプタクル型とした方が良い。

上記並列光モジュール実装の従来方式の例として、パッケージ基板上に光素子アレイと集積回路、および光コネクタがそれぞれ搭載された小型集積光モジュールの実装形態が特許文献１に開示されている。本例では、多チャンネルの光素子アレイと集積回路がそれぞれ実装された基板の上方に光コネクタを実装することによって、光モジュールの小型、高密度化を図っている。また、光素子アレイと光ファイバアレイとの光学接続は、基板上に立設された位置決めピンを光コネクタに設けた位置決め穴に差し込むことにより、簡便になされる。

また、光素子アレイと光ファイバアレイとの光学接続方式に関する別の従来例として、光パワーを同時にモニタしながら光結合ピークに合せる、いわゆるアクティブアラインメント方式による光モジュールの実装形態が特許文献２に開示されている。

特許第４８６７０４７号公報 特許第４６９０９６３号公報

特許文献１に開示されている光モジュールは、光素子と光ファイバとの光接続精度が、それぞれ光素子搭載基板に設けた位置決めピンと基板上への光素子の実装精度、さらには保持部材に設けた位置決め穴の加工精度に依存する。そのため、各部品の加工および実装精度のばらつきや、環境温度変化による部品の変形などによって、多チャンネルの光素子と光ファイバとを一括して高効率に光接続することが難しい。さらに、今後の更なる多チャンネル化や、高速対応によって小径化した光素子との光接続が要求されるため、上記課題が顕著化すると予想される。

これに対し、特許文献２に開示されている光モジュールは、前述したように光素子アレイと光ファイバアレイとの光学接続をアクティブアラインメント方式によってなされる。アクティブアラインメント実装とは、光ファイバや光素子などの光学部品を光学結合効率が最適となる位置に配置・固定する際に、光素子に電圧を加え、出力される電気や光の信号強度をモニタリングしながら光学的位置あわせを行う方法である。これにより、上述した各部品の加工および実装精度のばらつきや、環境温度変化による部品の変形などに依存されずに、高精度で光素子アレイと光ファイバアレイとの光学接続を実現できる。

しかしながら、多チャンネル光モジュールの実装に用いる、光ファイバが取り付けられた光コネクタはサイズが約3〜６ｍｍ角以上であり、通常設計される光素子アレイとファイバ間の光学距離（約0.5ｍｍ以下)に対して相対的に十分大きい。そのため、光素子アレイと光ファイバアレイとのアクティブアラインメント実装の際に、モジュール基板に対してハンドで把持した光コネクタを実装する直前の光コネクタの平行度（θ）の調整誤差が、光コネクタをモジュール基板に接触した際に、光コネクタの側端で片当たりを起こす原因となり、光コネクタのθずれによる光素子アレイ―光ファイバアレイ間光学距離の誤差に相対的に影響する問題が生じる。例として、5ｍｍ角の光コネクタが光素子平行（θ＝０°）に対しθ＝1.5°の傾きをもってモジュール基板に接触した場合、光軸方向の光学距離は約0.15ｍｍのギャップが生じる。これにより、光素子と光ファイバ間の光結合効率としては最大40%（光学損失4dB）まで劣化する恐れがある。

以上より、本発明の目的は、基板上に多チャンネルの光素子アレイや集積回路、信号配線を高密度実装した光モジュールの小型化を図るとともに、光ファイバコネクタと基板上の光素子アレイとを高精度に光接続することを可能とした、並列光モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の並列光モジュールを、平坦性を有する基板と、前記基板上に搭載された複数チャンネルを有する発光または受光素子アレイと、前記基板上に前記光素子アレイに近接して搭載された前記光素子アレイを駆動する集積回路素子と、前記基板に搭載される光コネクタの前記基板と向かい合う面が、前記光素子アレイの周囲を囲んで前記基板と接地（面と面が接触または接着している状態を以後「接地」と呼ぶ）する第一の面と、該第一の面と隣接して、前記光コネクタの側端に向かって基板から離隔するように勾配を有する少なくとも一つの第二の面で構成されており、前記光素子アレイを内包して前記基板に搭載され、前記光素子アレイと前記光素子アレイの各チャンネルに対応した光ファイバアレイとを光学的に接続する前記光コネクタとを備えて構成する。

また、本発明の他の特徴として、前記並列光モジュールにおいて、前記光コネクタの第一の面と隣接して、前記光コネクタの側端に向かって基板から離隔するように勾配を有する面が、前記光素子アレイから光コネクタの四方の側端に向かってそれぞれ基板から離隔するように勾配を有する第二乃至第五の面で構成する。

また、上記課題を解決するために本発明の並列光モジュールの製造方法を、平坦性を有する基板上に、複数チャンネルを有する発光または受光素子アレイと、前記光素子アレイに近接した位置に光素子アレイを駆動する集積回路素子を載置して、前記光素子アレイと前記集積回路素子とを電気的に接続する工程と、前記基板に搭載される光コネクタの前記基板と向かい合う面が、前記光素子アレイの周囲を囲んで前記基板と接地する第一の面と、該第一の面と隣接して、前記光コネクタの側端に向かって基板から離隔するように勾配を有する少なくとも一つの第二の面で構成され、前記光素子アレイのチャンネルに対応した光ファイバアレイとを光学的に接続する前記光コネクタを光学調芯機のハンドで把持して、前記光素子アレイの上方位置へアプローチする工程と、前記光素子アレイを駆動しながら、前記光ファイバからの光信号、または受光素子からの電気信号をモニタしながら、光出力値、または受光電力値が最大になるように前記ハンドの水平座標、垂直座標および傾き角度を動かして光学調芯位置を決める工程と、前記基板上に形成した接着性を有する樹脂材料を硬化させることによって、前記基板上の所望の位置に前記光コネクタを位置決め固定する工程とを有して構成する。

また、上記課題を解決するために本発明の並列光モジュールを、基板と、前記基板上に搭載された複数チャンネルの発光または受光素子アレイと、前記基板上に前記光素子アレイに近接した位置に搭載された前記光素子アレイを駆動する集積回路素子と、前記光素子アレイと光素子アレイのチャンネルに対応した光ファイバアレイとを光学的に接続する光コネクタと、前記光コネクタと前記光素子アレイの間に、任意の光学距離に応じた厚みを有する台座とを備え、前記台座の前記基板と向かい合う面が、前記光素子アレイの四方を囲むように前記基板と接地する第一の面と、該第一の面と隣接し、前記台座の側端に向かって基板から離隔するように勾配を有する少なくとも一つの第二の面で構成され、前記基板上に搭載された前記光素子アレイを囲んで、前記第一の面を前記基板に接地して前記台座が搭載され、前記台座の溝部に前記光コネクタが載置され、前記光素子アレイと前記光ファイバアレイとが光学的に接続されるように構成する。

本発明によれば、多チャンネルの光素子アレイや集積回路を集積した基板と、光コネクタとを３次元に高密度実装し、小型化を図った並列光モジュールを得ることが出来る。また、光コネクタのθずれによる光学損失の悪化を回避し、光コネクタと基板上の光素子アレイとを、アクティブアラインメント方式により高い位置精度で光学接続を可能とした、並列光モジュールを提供できる。

本発明の第一の実施例である並列光モジュールを斜め上から見た斜視図、およびａ−ａ’断面図である。 本発明の第一の実施例である並列光モジュールの光コネクタ実装部のｂ−ｂ’断面図である。 光コネクタと光素子間の基板垂直方向（Ｚ軸）距離のずれ量と光コネクタの基板水平面に対する角度（θ）ずれ量との関係を示すグラフである。 光コネクタ（光ファイバ）と光素子間の光結合効率と光コネクタと光素子間の基板垂直方向（Ｚ軸）光学距離との関係を示すグラフである。 本発明の第二の実施例である基板上に集積回路素子および光素子アレイを載置した工程を示す斜め上から見た斜視図、およびａ−ａ’断面図である。 本発明の第二の実施例である基板上に接着材を塗布した工程を示す斜め上から見た斜視図、およびａ−ａ’断面図である。 本発明の第二の実施例である基板上に光コネクタを位置決めする工程を示す斜め上から見た斜視図、およびａ−ａ’断面図である。 本発明の第二の実施例である基板上に光コネクタを載置した工程を示す斜め上から見た斜視図、およびａ−ａ’断面図である。 本発明の第三の実施例である並列光モジュールのａ−ａ’断面図、およびｂ−ｂ’断面図である。 本発明の第四の実施例である並列光モジュールのｂ−ｂ’断面図、およびその拡大図である。 本発明の第五の実施例である並列光モジュールのａ−ａ’およびｂ−ｂ’断面図を示す。 本発明の第六の実施例である並列光モジュールの断面図である。

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。

図１は本発明の第一の実施例である並列光モジュールの概要を示す。本実施例では、平坦性を有する基板１００上に、少なくとも２チャンネル以上の発光または受光ダイオードで構成された光素子アレイ１０１と、基板上のそれと近接した位置に光素子アレイ１０１を駆動する集積回路素子１０２が搭載されている。なお、基板１００の材料としては、セラミックやガラスエポキシ樹脂などが用いられ、単層のほか、４層以上の多層積層基板構造としても良い。また、ここでは図示していないが、光素子アレイ１０１と集積回路素子１０２間の電気接続は、ワイヤボンディング２０２や基板１００上に設けたメタル配線などによってなされる。

また、前記基板１００上の光素子アレイ１０１の直上に、光素子アレイ１０１と、その各チャンネルに対応した光ファイバアレイ１０４とを光学的に接続する光コネクタ１０３が載置されている。ここで、光コネクタ１０３の基板と向かい合う面（図では下面）は、光素子アレイ１０１の四方を囲むように基板１００の表面と接地（面と面が接触または接着している状態を以後「接地」と呼ぶ）する第一の面１０５と、同第一の面１０５と隣接し、光素子アレイ１０１から光コネクタの四方の側端に向かってそれぞれ基板から離隔するように勾配を付けた第二の面１０６、第三の面１０７、第四の面１０８および第五の面１０９でそれぞれ構成された形状としている。詳細には、図１のａ−ａ’断面に示すように、基板１００の表面と水平に接地した第一の面１０５との境界から、光コネクタ１０３の側端に向かって基板から離隔するようにここでは第二の面１０６、第三の面１０７がそれぞれ勾配形状を成している。

次に、図２乃至４を用いて上記光コネクタ１０３の構造および効果をさらに詳細に説明する。図２は、図１で示した本発明の第一の実施例である並列光モジュールの光コネクタ実装部のｂ−ｂ’断面図を示す。図１で説明したように、基板１００上の光素子アレイ１０１の四方を囲むように基板１００の表面と接地する第一の面１０５から、光コネクタの側端に向かって基板から離隔するように、ここでは第四の面１０８、第五の面１０９がそれぞれ勾配形状を成している。図２に示すように、第一の面１０５の基板１００との接地面としては、光素子アレイ１０１と、それと電気的に接続される（ここではワイヤボンド２０２で接続）集積回路素子１０２をそれぞれ囲むような位置に設けている。光コネクタ１０３を基板１００に搭載することにより、光素子アレイ１０１と、集積回路素子１０２を内包する。

また、光コネクタ１０３のその他の構成としては、光素子アレイ１０１から出入射される光２０１が光コネクタに設けたレンズ２０４および光路を９０度折り曲げるミラー部２０３をそれぞれ通過して、光素子アレイ１０１の各チャンネルに対応した光ファイバアレイ１０４と光学的に接続されるようにしている。本光コネクタ構成とすることで、光素子アレイ１０１から出入射される光のビーム拡がりをレンズ２０４，２０５で抑制できるため、光素子アレイ１０１と光ファイバ１０４間の高効率な光結合特性が得られる。また、光コネクタのミラー部２０３で光路を９０度折り曲げる(基板水平方向に伝播する光を垂直方向に、または基板垂直方向に伝播する光を水平方向に光路変換する)ことにより、光ファイバアレイ１０４を基板１００に対して水平方向に実装出来るため、光モジュールの低背化による小型化を実現可能となる。

次に、図３に光コネクタと光素子間の基板垂直方向（Ｚ軸）距離のずれ量と光コネクタの基板水平面に対する角度（θ）ずれ量との関係のグラフを示す。ここで、光コネクタの基板水平面に対する角度（θ）とは、基板水平面のＸ軸方向に対する光コネクタの傾き角度をθ_Ｘ、基板水平面のＹ軸方向に対する光コネクタの傾き角度をθ_Ｙとしている。

図３において、光コネクタの基板と向かいあう面(底面)が全て水平である従来例と、本実施例で示すような光コネクタの底面が基板面と光アレイを取り囲む領域のみ接地する第一の面と、それと隣接して基板から離隔するように勾配を付けた第二乃至第五の面で構成された、それぞれの光コネクタ構造で比較した。また、比較する各光コネクタのサイズは光素子アレイの発受光部（光コネクタのレンズ位置）から光コネクタ側端部までの一番遠い距離(光コネクタが傾いて基板に接触して側端部が片当りした場合に、最もＺ軸距離offsetが大きくなる発受光部位置までの距離)をそれぞれ5ｍｍとした。

図３の結果では、従来例の構造においては、光コネクタを基板に接地する際に光コネクタのθずれが存在する場合、光コネクタの側端部が基板面と接触することによって、光コネクタと光素子間の基板垂直方向（Ｚ軸）距離が増大する問題が生じる。それに対して、本実施例の構造によれば、光コネクタの基板と向かい合う面を基板から離隔するように第二乃至第五の勾配面で構成することにより、光コネクタのθずれが生じた場合でも、上記のような光コネクタの側端部が基板面と接触する問題を回避できる。例えば、図３の結果で光コネクタのθずれが1.5度生じた場合は、従来構造はＺ軸距離が約140μｍ増大するのに対し、本実施例の構造（光素子発受光面から光コネクタ第一の面までの距離を1ｍｍで仮定）では、約40μｍ程度と大幅に改善できる。

次に、図４に光コネクタ（光ファイバ）と光素子間の光結合効率と基板垂直方向（Ｚ軸）光学距離との関係のグラフを示す。図２に示す光素子アレイ１０１からレンズ２０４、ミラー２０３、レンズ２０５を経て光ファイバ１０４ヘ達する光路のうち、基板垂直方向（Ｚ軸）光学距離(例えば光素子アレイ１０１からレンズ２０４までの距離)の設計値からのずれ量が光結合効率に及ぼす影響を表している。図４の結果より、従来構造では上記したように、光コネクタのθずれが1.5度生じた場合はＺ軸距離が設計値（ここでは光学中心Ｚ距離500μｍ：光結合効率が最大となる距離）に対し約140μｍ増大することにより、光結合効率が約5dB（78%）劣化する。これに対して、本発明構造では、光結合効率劣化が約0.3dB（７%）とθずれの影響を大幅に改善できることがわかる。

図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の第二の実施例である並列光モジュールの製造方法の一例を示す図である。手順として、はじめに図５Ａに示すように、表層に電気配線パタン５００が施された平坦な基板１００上に集積回路素子１０２および光素子アレイ１０１を搭載する。集積回路素子１０２の実装方法は特に言及しないが、図５Ａに示すようなワイヤボンディングによる実装でも、半田バンプを用いたフリップチップ実装等でも良い。また、光素子アレイ１０１は集積回路素子１０２近傍の所望の位置に、発受光部が上向きになるように載置し、光素子アレイ１０１と集積回路素子１０２のそれぞれの電極パッド間をワイヤ２０２でボンディングすることにより、光素子アレイ１０１と集積回路素子１０２とを電気的に接続する。

次に図５Ｂに示すように、基板１００上の光コネクタが載置される領域に接着剤５０１を塗布する。接着剤の材料についても特に限定は無いが、紫外線または赤外線の光照射によって硬化する樹脂材料や常温または熱によって硬化する樹脂材料が望ましい。

次に、光学調芯機のハンド(図示は省略する)によって光コネクタ１０３を把持して、ハンドによる把持の誤差内で極力基板１００と光コネクタ１０３とが平行となるように調整して、光素子アレイ１０１の上方位置へ光コネクタ１０３を移動させる。

続いて、図５Ｂのように集積回路素子１０２からバイアスを印加し、光素子アレイ１０１を駆動（ここではレーザ素子を発光）し、光素子アレイ１０１の上部から光コネクタ１０３を近づける。

次に、図５Ｃに示すように、光ファイバ１０４からの光信号５０２をモニタしながら、光出力値が最大になるように光学調芯機のハンドをＸ軸、Ｙ軸方向へ動かし光学調芯する。なお、ここでは光ファイバ１０４からの光信号５０２はそれぞれ光ファイバアレイ両端の２チャンネルのみ（ch１、ch１２）を使用している。図５Ｃに示すように、光素子１０１および光ファイバ１０４はそれぞれ各チャンネルをアレイ状に一体形成されているため、上記のように光ファイバ両端の２チャンネルを光結合効率のピーク位置に合せることにより、アレイを構成している全てのチャンネルにおいて高精度な位置決めが実現できる。

光コネクタ１０３を光素子アレイ１０１の直上までアプローチしたのち、光学調芯機のハンドをＸ軸、Ｙ軸方向へ動かして水平方向の光学調芯を行った後、光学調芯機のハンドをＺ軸方向へ動かして光コネクタ１０３の第一の面１０５を基板１００の表面へ接地させる。ただし、光学調芯機のハンドにより光コネクタ１０３を把持した際に、基板水平面に対する角度（θ）ずれ量が生じている場合には、光コネクタ１０３の第一の面１０５はフラットに基板１００の表面へ接地していない。

光コネクタ１０３の第一の面１０５を基板１００の表面へ接地させたあと、光学調芯機のハンドをθｘおよびθｙ方向に回転動作をさせて光学調芯を行う。本実施例の光コネクタ１０３の底面が第一の面と、それと隣接して基板から離隔するように勾配を付けた第二乃至第五の面で構成されているため、第一の面を基板１００の表面へ接地した際に、第二乃至第五の面と基板１００の表面との間には接着剤５０１で埋まり、基板１００表面に光コネクタ１０３の側端部が接触することなく、光学調芯機のハンドをθｘおよびθｙ方向に回転動作をさせて微調整が可能となる。（従来の光コネクタの場合は底面がフラットであるため、光学調芯機のハンドにより光コネクタ１０３を把持した際に、基板水平面に対する角度（θ）ずれ量が生じている場合には、基板１００表面に光コネクタ１０３の側端部が最初に接触して、その後の微調整が困難である。）
最後に、図５Ｄのように、上記光出力値が最大となるよう光学調芯位置を決めたのち、光コネクタ１０３上から紫外線または赤外線などを照射し接着剤５０１を硬化させることによって、基板１００上の所望の位置に光コネクタ１０３を位置決め固定する。なお、本製造工程で使用する光コネクタは、紫外線または赤外線の波長を有する光に対して、透明性（50%以上）を有する材料で製造されたものを用いる。また、光コネクタ１０３の第一の面と隣接し、光コネクタの側端に向かって基板から離隔するように傾斜する面（図５Ｄでは第二の面１０６と第三の面１０７）と、基板１００の表面との間にできる空壁が埋まる位置にも接着材５０１を塗布しておくことによって、基板１００上に載置される光コネクタ１０３がより安定に固定される。

本実施例で説明したような製造工程によって、光コネクタと基板上の光素子アレイとを簡易的且つ高精度に光学接続を可能とする、小型の並列光モジュールが実現できる。

また、本実施例では光素子アレイ１０１が発光素子である場合の光学調芯の例を説明したが、光素子アレイ１０１が受光素子である場合には、光信号５０２を光ファイバアレイ１０４の両端の２チャンネルへ投入して、光素子アレイ１０１で受光して、電気信号へ変換した出力をモニタリングして、最大出力値が得られるように光学調芯を行う。

図６は、本発明の第三の実施例である並列光モジュールの断面図(図１、および図２のａ−ａ’断面図、ｂ−ｂ’断面図に対応する)である。図６のように、光コネクタ１０３の基板と向かい合う面で、基板１００の表面と接地する第一の面１０５と、第一の面に隣接する第二の面１０６、第三の面１０７、第四の面１０８、および第五の面１０９が、それぞれ光コネクタの側端に向かって基板１００から離隔するようにそれぞれ階段状に勾配を有した構造となっている。本実施例の光コネクタ１０３の材料や加工方法については特に限定は無いが、第二乃至第五の面に関しても、基板１００から離隔するように勾配を有していれば、その形状に限定されることは無く、実施例１で説明した光コネクタのθずれによる光結合効率劣化回避に関して、一定の効果を得ることができる。

図７は、本発明の第四の実施例である並列光モジュールの断面図(図２のｂ−ｂ’断面図に対応する)である。ここでは、光コネクタ１０３の第二乃至第五の面の勾配角度に関して言及する。図７の例では、光コネクタ１０３の基板と向かい合う面で、基板１００の表面と接地する第一の面１０５と、それと隣接する第四の面１０８に関して、第一の面１０５から、光コネクタ１０３の側端に向かって基板水平方向に延長した任意の点Aまでの距離をdyとして、A点から基板垂直方向に対して光コネクタの第四の面１０８まで延長した点Bまでの距離をdzとする。

光モジュールの従来の設計では、−2dB以上の光結合効率を確保できるような設計がなされているが、本実施例では、さらに高精度に光接続することが可能であると図３および図４に示す結果より分かる。光結合効率を設計値からの劣化が−1dB以内に抑えるには、基板垂直方向（Ｚ軸）光学距離のoffsetを50μｍ以内に製造上のずれ分として抑え込むのが望ましい。このためには、従来構造におけるコネクタ（光ファイバ）と光素子間の基板垂直方向（Ｚ軸）光学距離増大による光結合効率の劣化を回避し、本実施例の構造の効果を安定的に得るためには、光コネクタのθずれを約２度以下にすることが望ましい。そこで、図７において、dzとdyの長さ比 dz/dy はtanθ（θ≦2°）を満たすために約0.035以下とすることが有効である。

図８は、本発明の第五の実施例である並列光モジュールの断面図(図１、および図２のａ−ａ’断面図、ｂ−ｂ’断面図に対応する)である。図８のように、光コネクタ１０３の基板と向かい合う面で、基板１００の表面と接地する第一の面１０５と隣接する面（ここでは第六の面８００とする）が、光コネクタの外周側端に向かって基板１００から離隔するようにそれぞれ放射状に勾配を有する曲面形状構造となっている。本実施例の光コネクタ１０３の第六の面に関しても、多面体であることに限定されること無く、本実施例の光コネクタのθずれによる光結合効率劣化回避の効果を得ることができる。

図９は本発明の第六の実施例である並列光モジュールの断面図(図２のｂ−ｂ’断面図に対応する)を示す。本実施例では、基板１００上に、光素子アレイ１０１と、それに近接した位置に集積回路素子１０２が載置されている。また、光素子アレイの直上には、光素子アレイ１０１と光ファイバアレイ１０４とを光学的に接続する光コネクタ９０３と、光コネクタ９０３と光素子アレイ１０１の間に、任意の光学距離に応じた厚みを有する台座９０４が載置された構造としている。ここで台座９０４の基板１００と向かい合う面のうち、光素子アレイ１０１の四方を囲むように基板１００と接地する第一の面９００と、それと隣接し、台座９０４の側端に向かって基板１００から離隔するように勾配を有する少なくとも一つの第二の面（図９では第四の面９０１および第五の面９０２が含まれることを図示）で構成されている。

また、図９のように、光コネクタ９０３の下部には凸部９０６、同様に台座９０４には凹部９０７がそれぞれ形成されており、光コネクタ９０３を台座の溝部９０５に載置した後、光コネクタ９０３および台座９０４の凸部９０６、凹部９０７をそれぞれ勘合することにより、光コネクタ９０３を光素子アレイ１０１上の所定の位置に固定することができる。

本構成によっても、実施例１で説明した光コネクタと同様に、台座のθずれによる光素子アレイと光コネクタ間の、光結合効率劣化の影響を回避できる効果が得られる。また、光コネクタ９０３および台座９０４にそれぞれ凸部９０６および凹部９０７を設けることにより、光コネクタ９０３を台座９０４より自由に着脱することが可能となるため、光学部品の取扱い性および交換が容易な光モジュールを提供できる。

以上の各実施例において使用される前記基板上に載置された発光または受光素子アレイは、信号光が基板に対して垂直方向に出射される表面出射型の発光ダイオード、または信号光が基板に対して垂直方向に入射される表面入射型受光ダイオードで構成されている。

１００…基板、
１０１…光素子アレイ、
１０２…集積回路素子、
１０３、９０３…光コネクタ、
１０４…光ファイバアレイ、
１０５、９００…光コネクタの第１面、
１０６…光コネクタの第２面、
１０７…光コネクタの第３面、
１０８、９０１…光コネクタの第４面、
１０９、９０２…光コネクタの第５面、
２０１、５０２…伝搬光、
２０２…ボンディングワイヤ、
２０３…ミラー部、
２０４，２０５…レンズ、
５００…電極パッド、
５０１…接着剤、
８００…光コネクタの第６面、
９０４ …台座、
９０５ …台座の溝部、
９０６ …光コネクタの凸部、
９０７ …台座の凹部

Claims (13)

1. 平坦性を有する基板と、
   前記基板上に搭載された複数チャンネルを有する発光または受光素子アレイと、
   前記基板上に前記光素子アレイに近接して搭載された前記光素子アレイを駆動する集積回路素子と、
   前記基板に搭載される光コネクタの前記基板と向かい合う面が、前記光素子アレイの周囲を囲んで前記基板と接地する第一の面と、該第一の面と隣接して、前記光コネクタの側端に向かって基板から離隔するように勾配を有する少なくとも一つの第二の面で構成されており、前記光素子アレイを内包して前記基板に搭載され、前記光素子アレイと前記光素子アレイの各チャンネルに対応した光ファイバアレイとを光学的に接続する前記光コネクタと、
   を備えたことを特徴とする並列光モジュール。
2. 前記光コネクタの第一の面と隣接して、前記光コネクタの側端に向かって基板から離隔するように勾配を有する面が、前記光素子アレイから光コネクタの四方の側端に向かってそれぞれ基板から離隔するように勾配を有する第二乃至第五の面で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の並列光モジュール。
3. 平坦性を有する基板上に、複数チャンネルを有する発光または受光素子アレイと、前記光素子アレイに近接した位置に光素子アレイを駆動する集積回路素子を載置して、前記光素子アレイと前記集積回路素子とを電気的に接続し、
   前記基板に搭載される光コネクタの前記基板と向かい合う面が、前記光素子アレイの周囲を囲んで前記基板と接地する第一の面と、該第一の面と隣接して、前記光コネクタの側端に向かって基板から離隔するように勾配を有する少なくとも一つの第二の面で構成され、前記光素子アレイのチャンネルに対応した光ファイバアレイとを光学的に接続する前記光コネクタを光学調芯機のハンドで把持して、前記光素子アレイの上方位置へアプローチし、
   前記光素子アレイを駆動しながら、前記光ファイバからの光信号、または受光素子からの電気信号をモニタしながら、光出力値、または受光電力値が最大になるように前記ハンドの水平座標、垂直座標および傾き角度を動かして光学調芯位置を決め、
   前記基板上に形成した接着性を有する樹脂材料を硬化させることによって、前記基板上の所望の位置に前記光コネクタを位置決め固定することを特徴とする並列光モジュールの製造方法。
4. 前記光コネクタの第一の面と隣接する第二乃至第五の面が、前記光コネクタの四方の側端に向かって基板から離隔するようにそれぞれ階段状に勾配を有することを特徴とする請求項２に記載の並列光モジュール。
5. 前記光コネクタの第一の面から、光コネクタの側端に向かって基板水平方向に延長した任意の点Aまでの距離をdy、該A点から基板垂直方向に、前記光コネクタの第二乃至第五のいずれかの面まで延長した点Bまでの距離をdzとしたとき、dzとdyの長さ比 dz/dy が0.035以下であることを特徴とする請求項２に記載の並列光モジュール。
6. 前記光コネクタの第一の面と隣接する第二の面が、光素子アレイから光コネクタの周囲の側端に向かって放射状に基板から離隔するように勾配を有する曲面形状を成していることを特長とする請求項１に記載の並列光モジュール。
7. 前記光コネクタの第一の面と隣接し、前記光コネクタの側端に向かって基板から離隔するように勾配を有する少なくとも一つの第二の面と、前記基板の表面との間にできる空隙の少なくとも一部に、接着性を有する樹脂材料が埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の並列光モジュール。
8. 前記光コネクタは、紫外線または赤外線の波長を有する光に対して、少なくとも50%以上の透明性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の並列光モジュール。
9. 前記基板上に載置された発光または受光素子アレイは、信号光が基板に対して垂直方向に出射される表面出射型の発光ダイオード、または信号光が基板に対して垂直方向に入射される表面入射型受光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の並列光モジュール。
10. 前記光コネクタに、基板水平方向に伝播する光を垂直方向に、または基板垂直方向に伝播する光を水平方向に光路変換するミラーと、光コネクタの内部または外部を伝播する光を集光する、前記光素子アレイのチャンネルに対応したレンズが内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載の並列光モジュール。
11. 基板と、
    前記基板上に搭載された複数チャンネルの発光または受光素子アレイと、
    前記基板上に前記光素子アレイに近接した位置に搭載された前記光素子アレイを駆動する集積回路素子と、
    前記光素子アレイと光素子アレイのチャンネルに対応した光ファイバアレイとを光学的に接続する光コネクタと、
    前記光コネクタと前記光素子アレイの間に、任意の光学距離に応じた厚みを有する台座とを備え、
    前記台座の前記基板と向かい合う面が、前記光素子アレイの四方を囲むように前記基板と接地する第一の面と、該第一の面と隣接し、前記台座の側端に向かって基板から離隔するように勾配を有する少なくとも一つの第二の面で構成され、
    前記基板上に搭載された前記光素子アレイを囲んで、前記第一の面を前記基板に接地して前記台座が搭載され、
    前記台座の溝部に前記光コネクタが載置され、前記光素子アレイと前記光ファイバアレイとが光学的に接続されたことを特徴とする並列光モジュール。
12. 前記台座と前記光コネクタのそれぞれに、双方の部材を勘合することにより、所定の位置に固定するための凹形状、および凸形状を有していることを特徴とする請求項１１に記載の並列光モジュール。
13. 前記光コネクタおよび前記台座は、紫外線または赤外線の波長を有する光に対して、少なくとも50%以上の透明性を有する材料でそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の並列光モジュール。

Images