JPH06174981A - 光アクティブレセプタクルおよび組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 配線ボードに対して２次元的に多数の光ファ
イバを接続でき、大型計算機や広帯域交換機等の光イン
タコネクションに好適な高密度光素子モジュールを提供
する。 【構成】 レセプタクル型光素子モジュール（光アクテ
ィブレセプタクル１）において、２次元アレイの光素子
１０を搭載し、光ファイバ６１のコネクタ６０のレセプ
タクル４０を備え、光軸方向およびコネクタ挿抜方向８
０をパッケージ２０および配線ボード５０に対して垂直
に配し、配線ボード５０を垂直に貫通し、レセプタクル
４０を配線ボード５０に堅固に固定する脚４４を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レセプタクル型光素子
モジュールに関し、特に大型計算機や広帯域交換機等の
光インタコネクションに好適な光アクティブレセプタク
ルおよび組立方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光インタコネクションに用いる光
素子モジュールとして、例えば、「プロシーディングス
オブ エレクトロニック コンポーネンツ アンド
テクノロジー コンファレンス、１９９２年、第７７頁
−８２頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９９２，ｐ
ｐ．７７−８２）」、あるいは同誌、同年、第８５３頁
−８６０頁、同誌、１９９１年、第４７５頁−４７８頁
等に記載のピグテイル型モジュールが知られている。図
２は、従来のピグテイル型モジュールの概略を示す断面
図である。図２において、光素子８１０は４個から１２
個の素子の１次元アレイである。図２の紙面の奥行き方
向に配列されている。光素子８１０が固定されたサブマ
ウント８１１と、光素子８１０を駆動する半導体素子８
１２は、メタルパッケージ８２０のステム８２１に搭載
されている。パッケージ８２０は、キャップ８３０によ
って封止されている。８１３と８１４はワイヤ、８２２
はＩ／Ｏ端子である。４本から１２本の光ファイバ８６
１は、パッケージ８２０側面のホルダ８２３を通ってパ
ッケージ８２０内部に導入されている。８６２は樹脂被
覆された光ファイバリボンから成るピグテイルである。
ピグテイル８６２の先端には光コネクタ８６０が取り付
けられている。また、単体の光素子を搭載したレセプタ
クル型光素子モジュールとしては、例えば、「電子情報
通信学会技術研究報告、ＯＱＥ８８−８１、第４７頁−
５２頁」、あるいは特開平１−２４３００８号公報等に
記載のモジュールが知られている。図３は、従来のレセ
プタクル型モジュールの概略を示す断面図である。図３
において、単体の光素子９１０は、サブマウント９１１
を介してメタルパッケージ９２０のステム９２１に搭載
されている。パッケージ９２０は、単レンズ９３１を有
するキャップ９３０により封止されている。９２２はＩ
／Ｏ端子である。光ファイバのコネクタが接続されるレ
セプタクル９４０は、スリーブ９４１と、コネクタが固
定されるネジ部９４２と、鍔９４３から構成されてい
る。スリーブ９４１の孔９４４にコネクタのフェルール
が挿入される。鍔９４３の孔９４５はネジ穴である。９
４６は透明板である。メタルパイプ９５０は、パッケー
ジ９２０に固定された後、９５１においてレセプタクル
９４０に溶接されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、大型計算機や広
帯域交換機を高性能化するため、筐体間接続または配線
ボード間接続の高スループット化が求められてきてい
る。しかし、従来の電気同軸ケーブルとコネクタでは、
一般的に帯域幅数ＧＨｚ・ｍ、信号接続密度１０本／ｃ
ｍ²程度が限界と思われる。近年、この限界を打破する
ため、光ファイバケーブルによる光インタコネクション
が検討されている。光インタコネクションは、一般的に
電気接続に比べて高スループット、長距離、高密度とい
う利点がある。上記従来のピグテイル型モジュールは、
前者２つの利点を活かし、数１００Ｍｂ／ｓから数Ｇｂ
／ｓで１００ｍ程度の筐体間接続を行うことが可能であ
る。ボード間接続では、筐体間接続よりさらに高スルー
プット化、高密度化が必要になる。接続距離は数ｍであ
るので、長距離化は必要ない。大型計算機や広帯域交換
機の性能トレンドを考慮すると、将来には伝送スループ
ット１Ｇｂ／ｓ以上、接続密度１０本／ｃｍ²以上の光
インタコネクションが必要になると推測される。しか
し、上記従来技術におけるピグテイル型モジュールで
は、高密度化に対する配慮がなされていない。図２に示
したように、従来はパッケージ８２０側面から１次元的
に光ファイバ８６１を取り出しているので、モジュール
実装面積当たりの光ファイバ本数には限りがある。実
際、従来は数ｃｍ²から数１０ｃｍ²程度の実装面積から
４から１２本の光ファイバ８６１しか取り出していな
い。また、接続密度は、数本／ｃｍ²以下である。ま
た、従来はボード上にモジュール実装エリアに加えて、
ピグテイル８６２の敷設エリアと光コネクタ８６０の実
装エリアが余分に必要である。以上から、上記ピグテイ
ル型モジュールはボード間接続に適していない。また、
高密度化するためには、当然ながら、１つのモジュール
に搭載する光素子数を増加し、かつモジュールを小型化
する必要がある。従来のピグテイル型モジュールでは、
上述した理由の他、１次元アレイの光素子数を増加する
と非常に細長い素子の製作や取扱いが困難になる。そこ
で、次の対策が考えられる。 （１）光素子として、面発光素子または面受光素子の２
次元アレイを用いる。 （２）モジュールのＩ／Ｏ端子の増加（多端子化）およ
び小型化に対応するため、従来のメタルパッケージに代
えて、フラットパッケージやピングリッドアレイパッケ
ージ等のセラミクスパッケージ類を用いる。 （３）ピグテイル敷設エリアやコネクタ実装エリアを削
減するため、レセプタクル型モジュールに変更する。 一方、従来のレセプタクル型構造では、図３に示したよ
うに、レセプタクル９４０から突き出た幅５ｍｍ程度の
鍔９４３と、直径と高さが７ｍｍ程度のパイプ９５０が
小型化の妨げになる。鍔９４３をボードにネジ止めする
場合、鍔９４３自身の面積が大きい上、ボードにパイプ
９５０が貫通する大きな孔を開けなくてはならない。し
かも、端子９２２の数が増加すると、この貫通孔を通っ
た端子９２２とボードとの接続が困難になる。逆に、貫
通孔を開けずに端子９２２をボードに接続する場合は、
鍔９４３とボードとの間にパイプ９５０と同じ高さのス
ペーサを設ける等、余分な構造体が必要になる。また、
小型化のために鍔９４３を省略すると、レセプタクル９
４０にコネクタを挿抜するときの応力や、レセプタクル
９４０に接続されたコネクタおよび光ファイバの重力等
が、端子９２２やパイプ９５０に加わることになる。こ
れらの過大な応力は、端子９２２をボードに接続する半
田を疲労破壊させる原因になる。また、パイプ９５０と
レセプタクル９４０との接続部９５１やパイプ９５０自
身の変形により、光素子９１０とレセプタクル９４０の
光軸がずれる心配がある。このように、従来のレセプタ
クル型モジュールは、モジュールに対して直接コネクタ
を挿抜することが可能であるが、単体の光素子しか搭載
しておらず、小型化が困難であるため、そのままではボ
ード間接続には適用できない。本発明の目的は、このよ
うな問題点を改善し、ボード間接続に適していて、光結
合やＩ／Ｏ端子と配線ボードとの接続の信頼性を向上す
る高密度光素子モジュール（光アクティブレセプタク
ル）を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光アクティブレセプタクルは、特に光素子
として面発光素子または面受光素子の２次元アレイを用
い、レセプタクル型モジュール構造を採用して、光素
子、パッケージ、光透過部を有するキャップ、レセプタ
クル、脚等から構成したことに特徴がある。また、光素
子およびレセプタクルの光軸と、レセプタクルに対する
コネクタの挿抜方向とを、パッケージのベースと配線ボ
ードとに対して垂直に配する。さらに、前記脚は、配線
ボードを垂直に貫通し、パッケージまたはレセプタクル
を配線ボードに堅固に固定する。また、コネクタを支持
・固定する手段（例えば、フェルールガイドのガイド
孔、コネクタ先端の爪を引掛けるラッチ孔等）と、光フ
ァイバの位置決め手段（フェルールガイドピン嵌合用の
ガイド孔等）とを備えて、挿抜時の衝撃を緩和し、正確
な位置決めを可能とする。なお、これらの手段を用いて
構成したレセプタクル型光素子モジュールを光アクティ
ブレセプタクルと呼ぶ。また、上記光アクティブレセプ
タクルを組み立てる場合には、レーザ溶接により、レセ
プタクルをパッケージに固定し、また、脚の先端にメタ
ライズを施してその脚を配線ボードに半田固定する。

【０００５】

【作用】本発明においては、面発光素子または面受光素
子の２次元アレイを用いることにより、素子面積に依存
して素子数を増加することができる。従って、従来の１
次元アレイのように素子が一方向に細長くならないの
で、製作や取扱上の困難は回避される。また、２次元ア
レイが形成された光素子の光軸をベースとボードに対し
て垂直に配することにより、ボードから“面”として光
ファイバを取り出すことができる。従って、従来のピグ
テイル型のようにパッケージ側面から“線”として光フ
ァイバを取り出す場合と異なり、モジュール実装面積に
対する光ファイバ本数の制限は緩和される。また、レセ
プタクル型モジュール構造を採用することにより、モジ
ュールにコネクタを直接接続できる。従って、従来のピ
グテイル型のようなモジュール外部のピグテイルやコネ
クタが不要になるので、ピグテイル敷設エリアやコネク
タ実装エリアが削減される。また、ボードを貫通する脚
によってパッケージまたはレセプタクルをボードに固定
することにより、従来のレセプタクル型のような鍔、ボ
ードにパイプを通す貫通孔、鍔とボードの間のスペーサ
等の余分な構造体が不要になる。さらに、脚をボードに
垂直に貫通させ、レセプタクルの光軸とコネクタの挿抜
方向とをボードに対して垂直に配することにより、挿抜
に伴う応力やコネクタと光ファイバの重力を脚を介して
ボードに逃がすことができる。従って、従来のレセプタ
クル型のように応力や重力がＩ／Ｏ端子やパイプに対し
て直接加わることはない。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。 （第１の実施例）図１は、本発明の第１の実施例におけ
る光アクティブレセプタクルの正面図および断面図（図
４〜図７のＥ−Ｅ’線断面図）である。また、図４〜図
７は、それぞれ図１のＡ−Ａ’線断面図、Ｂ−Ｂ’線断
面図、Ｃ−Ｃ’線断面図、Ｄ−Ｄ’線断面図である。本
実施例の光アクティブレセプタクル１は、面発光素子ま
たは面受光素子の２次元アレイが形成された光素子１０
と、光素子１０が搭載されるパッケージ２０と、光素子
１０に対する光透過部３１を有し、パッケージ２０を封
止するキャップ３０と、キャップ３０に堅固に固定さ
れ、光ファイバ６１のコネクタ６０が接続されるレセプ
タクル４０とを備えている。また、光素子１０およびレ
セプタクル４０の光軸方向８０と、レセプタクル４０に
対するコネクタ６０の挿抜方向８０とを、パッケージ２
０のベース２１と、パッケージ２０が搭載される配線ボ
ード５０とに対して垂直に配している。さらに、配線ボ
ード５０を垂直に貫通し、レセプタクル４０を配線ボー
ド５０に堅固に固定する脚４４を備えている。以下、順
を追って各部を説明する。まず、光素子１０は、ＩｎＰ
系化合物半導体から成る。その表面（図１の下側、図４
の裏側）には、高周波特性に優れた面発光レーザダイオ
ードまたはｐ−ｉ−ｎ型面受光ホトダイオードの２次元
アレイが形成されている。２次元アレイは、所望のスペ
ックに応じて８〜１２列×２〜８行程度の素子から構成
される。アレイピッチは、光ファイバ６１の直径や配列
ピッチを考慮し、通常２５０μｍに設定される。レーザ
ダイオードの発振光またはホトダイオードの検出光は、
光素子１０の裏面（図１の上側、図４の表側）から出射
または入射される。光素子１０は、低容量かつ低インダ
クタンスの半田バンプ１１によって半導体素子１２にフ
リップチップ接続されている。また、半導体素子１２
は、Ｓｉから成り、レーザダイオードのドライバ回路
等、またはホトダイオードのアンプ回路と信号識別回路
等が形成されていて、光素子１０の２次元アレイを独立
に駆動するため、アレイの各素子毎に回路を有してい
る。また、半導体素子１２は、パッケージ２０のベース
２１に半田付けされており、その電極は図４に示すよう
に配線テープキャリア１３によってパッケージ２０のフ
レーム２３に接続されている。この配線テープキャリア
１３は、配線パターンとグランドの２層から成り、優れ
た高周波特性を有する。また、パッケージ２０は、セラ
ミクス製フラットパッケージの一種であり、図１と図４
に示すように、ベース２１、フレーム２２、２３、Ｉ／
Ｏ端子２４から構成されている。このベース２１、フレ
ーム２２、２３の材料には、光素子１０と半導体素子１
２の放熱および高速信号伝送を考慮し、高熱伝導率と低
誘電率を有するＡｌＮセラミクスを用いている。また、
フレーム２２の上面にはコバール合金製シールリングが
形成され、フレーム２３には配線パターンと終端抵抗が
形成されている。また、Ｉ／Ｏ端子２４は、リードフレ
ームであり、図１に示すように、湾曲したガルウィング
形状に成形され、配線ボード５０に半田接続されてい
る。また、キャップ３０の光透過部３１は、ガラス板か
ら成る。その表面には、光素子１０と光ファイバ６１の
光結合効率を高めるため、屈折率分布型マイクロレンズ
の２次元アレイが２５０μｍピッチで形成され、無反射
コーティングが施されている。さらに、光透過部３１
は、低融点ガラスによってキャップ３０に固定されてい
る。このキャップ３０は、コバール合金から成る。な
お、パッケージ２０の封止工程では、キャップ３０全体
を保持しながら光素子１０とレンズアレイの光軸合わせ
を行った後、固定精度の良好なレーザ溶接によってフレ
ーム２２のシールリングに一旦仮固定する。この後、さ
らにキャップ３０の４辺をシーム溶接し、図１に示すよ
うにパッケージ２０を封止する。また、レセプタクル４
０は、図１と図５に示すように、フェルールガイド４
１、スリーブ４２、ソケット４３、脚４４から成る。こ
のフェルールガイド４１には、精密樹脂成形によってガ
イド孔４５、４６が加工されている。また、スリーブ４
２、ソケット４３および脚４４は一体であり、研削また
はマイクロ溶接によって加工される。この材料には高剛
性のコバール合金が用いられる。さらに、ソケット４３
にはガイド溝４７とラッチ孔４８が加工されている。本
実施例のレセプタクル４０の組立工程では、予めフェル
ールガイド４１をスリーブ４２の内側に嵌め込んでお
く。次に、レセプタクル４０全体を保持しながら光素子
１０とレンズアレイに対して光軸合わせを行う。最後
に、既にパッケージ２０に固定されたキャップ３０に対
し、レセプタクル４０をレーザ溶接によって精密かつ堅
固に固定する。また、脚４４は、図５に示すように、ソ
ケット４３の外周に梁のようにつながっており、図４に
示すように、パッケージ２０の四隅の側面を通ってい
る。これにより、光アクティブレセプタクル１を配線ボ
ード５０に搭載する際は、図１に示すように、脚４４は
配線ボード５０のスルーホール５１を貫通する。さら
に、脚４４の先端にはメタライズが施されており、配線
ボード５０に半田５２によって堅固に固定される。ま
た、配線ボード５０は、低誘電率、高耐熱性、高強度を
有する多層プリント配線基板から成り、配線パターン
は、インピーダンス整合するように設計されている。な
お、Ｉ／Ｏ端子２４が接続される電極、スルーホール５
１、脚４４が固定される半田５２のランドは、配線パタ
ーンと同時に形成される。また、コネクタ６０は、光フ
ァイバケーブル６３の先端に取り付けられている。図
１、図６、図７に示すように、フェルール６５、プラグ
６８、カバー７１から構成されている。このフェルール
６５には、フェルールガイド４１と同様の精密樹脂成形
によって、凸部６６、光ファイバ６１およびガイドピン
６７の挿入孔、光ファイバケーブル６３のガイド溝が加
工されている。なお、フェルール６５の組立工程では、
光ファイバ６１を孔に挿入した後、光ファイバケーブル
６３とともにフェルール６５に接着する。さらに、凸部
６６の光ファイバ６１の端面を光学研磨し、ガイドピン
６７を孔に接着する。こうして、光ファイバ６１は２次
元アレイとして高精度に配列される。また、プラグ６８
は、軽量かつ高強度のプラスチックから成り、スプリン
グ６９と爪７０が成形加工されている。そして、図１に
示すように、組立後のフェルール６５に被せて接着され
る。また、図７に示すように、プラグ６８と光ファイバ
ケーブル６３の間隙７２は樹脂接着剤によって充填され
る。また、プラグ６８の保護カバー７１は、熱収縮チュ
ーブから成り、プラグ６８と光ファイバケーブル６３に
被せた後、加熱によって収縮させる。また、光ファイバ
ケーブル６３では、図７に示すように、２〜８層の光フ
ァイバリボン６２が外被６４によって被覆されている。
この光ファイバリボン６２では、８〜１２本の光ファイ
バ６１が樹脂によって被覆されている。また、光ファイ
バ６１は、直径１２５μｍ、コア径５０μｍのグレーテ
ッドインデックス型マルチモードファイバから成り、伝
送帯域幅は約８００ＧＨｚ・ｍである。

【０００７】本実施例では、コネクタ６０をレセプタク
ル４０に接続する場合、スリーブ４２とソケット４３の
間にコネクタ６０のプラグ６８を挿入し、スリーブ４２
にフェルール６５を挿入する。この際、フェルールガイ
ド４１のガイド孔４５、４６には、それぞれフェルール
６５の凸部６６とガイドピン６７が挿入される。なお、
凸部６６のサイズはガイド孔４５よりわずかに小さい。
こうして、フェルール６５の位置すなわち光ファイバ６
１の位置は、ガイドピン６７とガイド孔４６の嵌合によ
って正確に決まる。さらに、ガイド溝４７に沿ってプラ
グ６８のスプリング６９を導き、その先端の爪７０をラ
ッチ孔４８に引っ掛けることにより、コネクタ６０とレ
セプタクル４０は簡便に接続される。一方、コネクタ６
０を外す際は、爪７０をラッチ孔４８の内側に押さえな
がら引き抜く。このようにしてコネクタ６０を接続した
場合、光ファイバ６１と光素子１０は約−４±１ｄＢと
いう高い効率で光結合される。第１実施例の組立工程に
おける精度配分は、光素子１０（パッケージ２０）とレ
ンズアレイ（キャップ３０）の固定精度約２μｍ、レン
ズアレイ（キャップ３０）とレセプタクル４０の固定精
度約５μｍ、フェルール６５による光ファイバ６１の配
列精度約１μｍ、フェルール６５とフェルールガイドの
嵌合精度約１μｍとなっている。より高い効率を所望す
る場合は、光素子１０のスポットサイズやレンズの焦点
距離を考慮した上で、部品精度と固定精度を上げる。

【０００８】本実施例によれば、光素子１０と光ファイ
バ６１の光結合、およびＩ／Ｏ端子２４と配線ボード５
０との接続を信頼性良く行うことができる。また、レセ
プタクル４０と一体の部材から成る４本の脚４４が、パ
ッケージ２０の四隅の側面を通って、コネクタ６０の挿
抜方向８０と同様に垂直に配線ボード５０を貫通し、半
田５２によって堅固に固定されているので、コネクタ６
０を挿抜する際の応力やコネクタ６０と光ファイバケー
ブル６３の重力は、レセプタクル４０から脚４４を介し
て配線ボード５０に分散される。また、パッケージ２０
とキャップ３０は、例えて言えば吊るし天井のように脚
４４から成る４本の支柱によって支えられているので、
歪むことはない。このパッケージ２０は高剛性セラミク
スから成り、キャップ３０はパッケージ２０に堅固に固
定されているので、パッケージ２０およびキャップ３０
自身も歪みにくい。また、コネクタ６０の材料には軽量
のプラスチックや樹脂が用いられているので、レセプタ
クル４０に加わる重力は低減されている。また、脚４４
はレセプタクル４０の四隅を梁のように補強しているの
で、コネクタ６０の挿抜方向８０に垂直な応力に対して
もレセプタクル４０は高い強度を有している。従って、
脚４４に微小な変形が生じた場合でも、この変形は高剛
性のパッケージ２０を介してＩ／Ｏ端子２４に伝わり、
湾曲部分のバネによって吸収されるので、Ｉ／Ｏ端子２
４と配線ボード５０を接続する半田が歪むことはない。
また、キャップ３０はパッケージ２０にレーザ溶接によ
って精密かつ堅固に固定されており、ＡｌＮ製のパッケ
ージ２０やコバール合金製のキャップ３０とレセプタク
ル４０の熱膨張係数はほぼ等しいので、熱応力による歪
みは低減されている。以上から、光素子１０と光ファイ
バ６１の位置ずれ、Ｉ／Ｏ端子２４と配線ボード５０を
接続する半田の疲労破壊等が生じることはない。従っ
て、信頼性を低下させることなく、従来よりモジュール
を小型化することが可能になる。また、本実施例では、
光アクティブレセプタクル１に対し、コネクタ６０を爪
７０とラッチ孔４８によって簡便に取外しすることが可
能である。また、コネクタ６０のフェルール６５やプラ
グ６８は成形加工されているので、量産した場合に低コ
スト化を図ることができる。これにより、従来のピグテ
イル型のようなピグテイルファイバやコネクタの余分な
実装エリアが不要になるので、実質的にモジュール実装
面積を削減し、高密度化することが可能になる。また、
本実施例では、光素子１０として面発光レーザダイオー
ドと面受光ホトダイオードの２次元アレイを用いている
ので、従来の１次元アレイに比べて任意に素子数を増加
することができる。さらに、１次元アレイのように素子
が非常に細長くなることがなく、製作や取扱上の不便が
なくなる。また、光素子１０の光軸をベース２１および
配線ボード５０に垂直に配しているので、配線ボード５
０に対して２次元的に光ファイバ６１を接続することが
できる。２次元接続が、接続密度の点で従来の１次元接
続より優位にあることは明らかである。以上から、モジ
ュールを小型化し、かつ多数の光ファイバを接続するこ
とができるので、光インタコネクションの接続密度の向
上に効果がある。また、モジュールは高周波特性に優れ
た部品によって構成されているので、伝送スループット
の向上に効果がある。

【０００９】（第２の実施例）図８は、本発明の第２実
施例における光アクティブレセプタクルの正面図および
断面図（図８〜図１２のＪ−Ｊ’線断面図）である。ま
た、図８〜図１２は、それぞれ図８のＦ−Ｆ’線断面
図、Ｇ−Ｇ’線断面図、Ｈ−Ｈ’線断面図、Ｉ−Ｉ’線
断面図である。本実施例の光アクティブレセプタクル２
は、面発光素子または面受光素子の２次元アレイが形成
された光素子１１０と、光素子１１０が搭載されるパッ
ケージ１２０と、光素子１１０に対する光透過部１４７
およびパッケージ１２０を封止するキャップ１４３を有
し、光ファイバ１６１のコネクタ１６０が接続されるレ
セプタクル１４０とを備えている。また、光素子１１０
およびレセプタクル１４０の光軸方向１８０と、レセプ
タクル１４０に対するコネクタ１６０の挿抜方向１８０
とを、パッケージ１２０のベース１２１とパッケージ１
２０が搭載される配線ボード１５０とに対して垂直に配
している。さらに、配線ボード１５０を垂直に貫通し、
パッケージ１２０を配線ボード１５０に堅固に固定する
脚１２４を備えている。以下、順に詳しく各部について
説明する。まず、光素子１１０は、超高速光信号の送受
信に適したＧａＡｓ系化合物半導体ＯＥＩＣから成る。
その表面（図８の下側、図９の裏側）には、面発光レー
ザダイオードまたは面受光ホトダイオードの２次元アレ
イとともに、これらを独立に駆動する回路がモノリシッ
クに形成されている。また、発振光が出射され、あるい
は検出光が入射される裏面（図８の上側、図９の表側）
には、両面マスクアライナによるパターニングとドライ
エッチング加工によって、図９に示すように凸レンズ１
１２の２次元アレイが形成されている。また、光素子１
１０は、半田バンプ１１１によってパッケージ１２０の
ベース１２１にフリップチップ接続されている。これ
は、半田バンプ１１１が低容量かつ多端子の接続に優れ
ていることによる。また、パッケージ１２０は、セラミ
クス製ピングリッドアレイパッケージの一種であり、図
８に示すように、ベース１２１、フレーム１２２、Ｉ／
Ｏ端子１２３、脚１２４から構成されている。このベー
ス１２１には、光素子１１０に近い熱膨張係数と低誘電
率を有するムライト系セラミクス多層配線基板が用いら
れており、配線パターンとともに、半田バンプ１１１と
Ｉ／Ｏ端子１２３の電極や終端抵抗が形成されている。
また、フレーム１２２には、ベース１２１と同じ材料を
用いている。また、ピングリッドアレイを成すＩ／Ｏ端
子１２３は、空洞１２５によってバネ性を持たせたスプ
リングピンであり、Ｉ／Ｏ端子１２３の先端は、配線ボ
ード１５０に半田接続されている。また、脚１２４は、
パッケージ１２０に比較的近い熱膨張係数を有し、高熱
伝導性のＣｕ−Ｗ合金から成る。そして、予めベース１
２１の底面の中央部に高融点ろう材によって堅固に固定
されている。なお、多層プリント配線基板から成る配線
ボード１５０に光アクティブレセプタクル２を搭載する
際には、図８に示すように、脚１２４は、スルーホール
１５１を垂直に貫通し、その先端には低融点半田によっ
て放熱フィン１５２が堅固に固定される。また、レセプ
タクル１４０は、図８と図１０に示すように、フェルー
ルガイド１４１、スリーブ１４２、キャップ１４３、光
透過部１４７から成る。このフェルールガイド１４１
は、第１実施例と同様に精密樹脂成形によってガイド孔
１４４、１４５が加工されている。また、スリーブ１４
２とキャップ１４３は一体であって、高剛性かつ低熱膨
張のステンレス合金から成り、スリーブ１４２には雄ネ
ジ１４６が加工されている。また、光透過部１４７は、
無反射コーティングを施したガラス板である。なお、レ
セプタクル１４０の組立工程では、まず光透過部１４７
を低融点ガラスによって固定し、フェルールガイド１４
１を嵌め込んでおく。次に、レセプタクル１４０全体を
保持して光素子１１０に対して光軸合わせを行った後、
キャップ１４３の部分をパッケージ１２０のフレーム１
２２にレーザ溶接によって一旦仮固定する。最後に、キ
ャップ１４３の４辺をシーム溶接し、パッケージ１２０
を封止する。また、コネクタ１６０は、図８、図１１、
図１２に示すように、フェルール１６５、ナット１６
８、ストッパ１７１から構成されている。このフェルー
ル１６５には、光ファイバ１６１およびガイドピン１６
７の挿入孔と、凸部１６６が成形加工されている。ま
た、凸部１６６の端面では、光ファイバ１６１が２次元
的に高精度に配列されている。また、ナット１６８はス
テンレス合金から成り、レセプタクル１４０の雄ネジ１
４６に合う雌ネジ１６９と、突起１７０が加工されてい
る。また、ストッパ１７１は、プラスチックから成る。
そして、図８と図１１に示すように、ナット１６８はフ
ェルール１６５の回りを回転するが、突起１７０がフェ
ルール１６５のエッジとストッパ１７１に引っ掛かるの
で抜け落ちない。また、光ファイバケーブル１６３で
は、図１２に示すように、多層の光ファイバリボン１６
２が外被１６４によって被覆されている。さらに、光フ
ァイバリボン１６２では、多数本の光ファイバ１６１が
樹脂被覆されている。なお、各光ファイバ１６１は、直
径１２５μｍ、コア径１０μｍのシングルモードファイ
バから成り、このシングルモードファイバの伝送帯域幅
は、全分散と光素子１１０の発振波長幅に依存し、第１
実施例のマルチモードファイバより格段に広い。

【００１０】本実施例では、コネクタ１６０をレセプタ
クル１４０に接続する際は、スリーブ１４２にフェルー
ル１６５を挿入し、ナット１６８の雌ネジ１６９をレセ
プタクル１４０の雄ネジ１４６に締め付ける。この際、
フェルールガイド１４１のガイド孔１４４、１４５に
は、それぞれフェルール１６５の凸部１６６とガイドピ
ン１６７が挿入される。これにより、フェルール１６５
すなわち光ファイバ１６１は、ガイドピン１６７とガイ
ド孔１４５によって正確に位置決めされる。また、コネ
クタ１６０の接続時には、光ファイバ１６１と光素子１
１０は約６ｄＢ前後の損失で光結合される。本実施例の
組立工程では、光素子１１０の凸レンズ１１２の加工精
度が約２μｍ、レセプタクル１４０の固定精度約５μ
ｍ、フェルール１６５による光ファイバ１６１の配列精
度約０．５μｍ、フェルール１６５とフェルールガイド
１４１の嵌合精度約０．５μｍである。

【００１１】本実施例によれば、第１実施例と同様に、
光素子１１０と光ファイバ１６１の光結合、およびＩ／
Ｏ端子１２３と配線ボード１５０との接続を信頼性良く
行うことができる。また、パッケージ１２０のベース１
２１に堅固に固定された脚１２４が、コネクタ１６０の
挿抜方向１８０と同様に垂直に配線ボード１５０を貫通
し、放熱フィン１５２によって堅固に固定されているの
で、コネクタ１６０を挿抜する際の応力やコネクタ１６
０と光ファイバケーブル１６３の重力は、高剛性のパッ
ケージ１２０と脚１２４を介して配線ボード１５０に逃
げる。なお、パッケージ１２０の微小変形は、Ｉ／Ｏ端
子１２３のスプリングによって吸収されるので、Ｉ／Ｏ
端子１２３と配線ボード１５０を接続する半田が疲労破
壊することはない。また、レセプタクル１４０、パッケ
ージ１２０、光素子１１０の熱膨張係数はほぼ等しいの
で、レセプタクル１４０とパッケージ１２０のレーザ溶
接部や半田１１１に加わる熱応力が低減される。また、
本実施例では、光素子１１０に凸レンズ１１２をモノリ
シックに形成し、レセプタクル１４０とキャップ１４３
を一体化したことによって、第１実施例より組立工程を
簡略化し、モジュールを小型化することが可能である。
しかも、シングルモードファイバとしては比較的高い光
結合効率を得ることができる。また、コネクタ１６０の
接続は、ナット１６８によって簡便に行うことが可能で
ある。さらに、光素子１１０としてＯＥＩＣを用い、光
ファイバ１６１としてシングルモードファイバを用いて
いるので、伝送スループットの向上に効果がある。な
お、光素子１１０が発生した熱は、半田バンプ１１１、
ベース１２１、脚１２４を介して放熱フィン１５２に逃
げるので、光素子１１０の高集積化と高スループット化
によって消費電力が増加した場合にも十分に冷却するこ
とができる。なお、上記実施例の他にも、要件（光素子
の２次元アレイを搭載したレセプタクル型モジュール、
配線ボードに垂直な光軸方向およびコネクタ挿抜方向、
配線ボードを垂直に貫通する脚等）を満たした構成であ
れば、同様の効果を得ることができる。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、モジュールに搭載する
光素子の素子数を増加させ、配線ボード上の“面”から
多数の光ファイバを取り出すことができる。また、従来
のピグテイル型における配線ボード上の余分な実装エリ
アを削減し、従来のレセプタクル型における余分な構造
体を削除して、モジュールを小型化し、実装面積を低減
することができる。したがって、実装面積当たりの光フ
ァイバ本数を増加させ、接続密度を向上することができ
る。さらに、従来のレセプタクル型において光結合構造
部やＩ／Ｏ端子に加わっていた応力を低減し、光結合や
Ｉ／Ｏ端子と配線ボードとの接続の信頼性を向上するこ
とができる。以上により、大型計算機や広帯域交換機等
のボード間光インタコネクションに適した高密度光素子
モジュールを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における光アクティブレセ
プタクルの正面図（右側）および断面図（左側）であ
る。

【図２】従来のピグテイル型光素子モジュールの概略を
示す断面図である。

【図３】従来のレセプタクル型光素子モジュールの概略
を示す断面図である。

【図４】図１のＡ−Ａ’線断面図である。

【図５】図１のＢ−Ｂ’線断面図である。

【図６】図１のＣ−Ｃ’線断面図である。

【図７】図１のＤ−Ｄ’線断面図である。

【図８】本発明の第２実施例における光アクティブレセ
プタクルの正面図（右側）および断面図（左側）であ
る。

【図９】図８のＦ−Ｆ’線断面図である。

【図１０】図８のＧ−Ｇ’線断面図である。

【図１１】図８のＨ−Ｈ’線断面図である。

【図１２】図８のＩ−Ｉ’線断面図である。

【符号の説明】

１０…光素子 ２０…パッケージ ２１…ベース ３０…キャップ ３１…光透過部 ４０…レセプタクル ４４…脚 ５０…配線ボード ６０…コネクタ ６１…光ファイバ ８０…光軸方向およびコネクタ挿抜方向

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レセプタクル型モジュールにおいて、面
   発光素子か面受光素子の何れかの２次元アレイが形成さ
   れた光素子と、該光素子を搭載するパッケージと、該光
   素子に対する光透過部を有し、該パッケージを封止する
   キャップと、該パッケージかキャップの何れかに固定さ
   れ、光ファイバのコネクタを接続するレセプタクルと、
   前記パッケージが搭載される配線ボードを垂直に貫通
   し、該配線ボードに該パッケージか前記レセプタクルの
   何れかを固定する脚とを備え、前記光素子およびレセプ
   タクルの光軸方向と、該レセプタクルに対する前記コネ
   クタの挿抜方向とを、前記パッケージのベースと前記配
   線ボードとに対して垂直に配したことを特徴とする光ア
   クティブレセプタクル。
2. 【請求項２】 上記キャップおよびレセプタクルは、一
   体の部材から構成されたことを特徴とする請求項１記載
   の光アクティブレセプタクル。
3. 【請求項３】 上記脚は、上記レセプタクルと一体の部
   材から構成され、上記パッケージの側面を通って上記配
   線ボードを貫通することを特徴とする請求項１記載の光
   アクティブレセプタクル。
4. 【請求項４】 上記脚は、上記パッケージの四隅に配置
   されたことを特徴とする請求項１記載の光アクティブレ
   セプタクル。
5. 【請求項５】 上記脚は、上記パッケージのベースに固
   定され、該ベースの底面から突き出て上記配線ボードを
   貫通することを特徴とする請求項１記載の光アクティブ
   レセプタクル。
6. 【請求項６】 上記脚は、上記ベースの中央部に配置さ
   れたことを特徴とする請求項１記載の光アクティブレセ
   プタクル。
7. 【請求項７】 上記脚は、上記パッケージの側面に湾曲
   したリードフレームからなる入出力端子を備えたことを
   特徴とする請求項１記載の光アクティブレセプタクル。
8. 【請求項８】 上記ベースの底面に、スプリングピンの
   ピングリッドアレイからなる入出力端子を備えたことを
   特徴とする請求項１記載の光アクティブレセプタクル。
9. 【請求項９】 上記パッケージかキャップの何れか、あ
   るいは両方は、剛性部材から構成されたことを特徴とす
   る請求項１記載の光アクティブレセプタクル。
10. 【請求項１０】 上記コネクタを支持・固定する手段
    と、光ファイバの位置決め手段とを備えたことを特徴と
    する請求項１記載の光アクティブレセプタクル。
11. 【請求項１１】 請求項１記載の光アクティブレセプタ
    クルの組立方法において、上記レセプタクルを上記パッ
    ケージに固定する際、レーザ溶接により固定することを
    特徴とする光アクティブレセプタクルの組立方法。
12. 【請求項１２】 請求項１記載の光アクティブレセプタ
    クルの組立方法において、上記脚の先端にメタライズを
    施し、上記配線ボードに半田固定することを特徴とする
    光アクティブレセプタクルの組立方法。