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技術 光モジュール、回路基板、光モジュールの実装方法、および実装方法

出願人 古河電気工業株式会社
発明者 根角昌伸上村寿憲
出願日 2012年1月7日 (8年11ヶ月経過) 出願番号 2012-001715
公開日 2013年7月22日 (7年5ヶ月経過) 公開番号 2013-142732
状態 未査定
技術分野 ライトガイドの光学的結合
主要キーワード バーニヤ目盛 面パット ガイドピン孔 電源電圧信号 各単位素子 レーザ光信号 有機光導波路 有機導波路
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年7月22日)のものです。
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図面 (15)

課題

回路基板位置精度良く実装できる光モジュールおよびこれを実装した回路基板、ならびに光モジュールの実装方法および実装方法を提供すること。

解決手段

基板実装面に開口を有する内部空間と、前記内部空間の内表面の一部を構成する素子実装面とを有する筐体と、前記素子実装面に実装された光学素子と、を備え、前記筐体は、前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように形成された、回路基板に実装する際の位置合わせを行うための3つのガイド孔を有する。

概要

背景

エクサスケールコンピューティングの実現のために、ボード間での光インターコネクションが研究されている。光インターコネクションにおいては、光送信器または光受信器である光モジュール光伝送路を介して光信号送受信を行う。特許文献1〜4には、光モジュールと光伝送路とが回路基板に形成されている構成が記載されている。

概要

回路基板に位置精度良く実装できる光モジュールおよびこれを実装した回路基板、ならびに光モジュールの実装方法および実装方法を提供すること。基板実装面に開口を有する内部空間と、前記内部空間の内表面の一部を構成する素子実装面とを有する筐体と、前記素子実装面に実装された光学素子と、を備え、前記筐体は、前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように形成された、回路基板に実装する際の位置合わせを行うための3つのガイド孔を有する。

目的

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路基板に位置精度良く実装できる光モジュールおよびこれを実装した回路基板、ならびに光モジュールの実装方法および実装方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

基板実装面に開口を有する内部空間と、前記内部空間の内表面の一部を構成する素子実装面とを有する筐体と、前記素子実装面に実装された光学素子と、を備え、前記筐体は、前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように形成された、回路基板に実装する際の位置合わせを行うための3つのガイド孔を有することを特徴とする光モジュール

請求項2

前記光学素子は、アレイ素子であり、前記3つのガイド孔が形成する三角形一辺と前記アレイ素子の配列方向とが略平行になるように配置されることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。

請求項3

前記ガイド孔の少なくとも一つに光学窓が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の光モジュール。

請求項4

前記ガイド孔の少なくとも一つにレンズが設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の光モジュール。

請求項5

前記筐体は、前記基板実装面と交差している側面側に形成され、前記開口および前記内部空間に繋がる導波路導入口を有し、前記基板実装面において前記回路基板に実装された場合に、前記回路基板の表面に突出する光導波路が前記導波路導入口から前記内部空間に導入されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の光モジュール。

請求項6

前記基板実装面において実装された、請求項1〜4のいずれか一つに記載の光モジュールと、前記光モジュールを実装する面において、前記3つのガイド孔の配置に対応させて配置された3つのマーカと、を備えることを特徴とする回路基板。

請求項7

基板表面に突出する光導波路と、前記光導波路が前記導波路導入口から前記内部空間に導入されるように、前記基板実装面において実装された、請求項5に記載の光モジュールと、前記光モジュールを実装する面において、前記3つのガイド孔の配置に対応させて配置された3つのマーカと、を備えることを特徴とする回路基板。

請求項8

前記3つのマーカは幾何学図形からなることを特徴とする請求項6または7に記載の回路基板。

請求項9

前記3つのマーカの少なくとも一つは、大きさが異なる複数の幾何学図形を同心状に配置して形成されたものであることを特徴とする請求項8に記載の回路基板。

請求項10

前記3つのマーカの少なくとも一つは、複数の幾何学図形を同心状の位置から所定の方向に偏心するように配置して形成されたものであることを特徴とする請求項8に記載の回路基板。

請求項11

前記偏心の方向は前記3つのマーカの重心に向いていることを特徴とする請求項10に記載の回路基板。

請求項12

前記複数の幾何学図形の間隔は、前記ガイド孔を通して見た視野の広さよりも狭いことを特徴とする請求項9〜11のいずれか一つに記載の回路基板。

請求項13

基板実装面に開口を有する筐体の内部空間に光学素子が実装された光モジュールの前記基板実装面を回路基板に対向させ、前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように前記筐体に形成された3つのガイド孔から、前記3つのガイド孔の配置に対応させて前記回路基板上に配置された3つのマーカを観察しながら、前記3つのガイド孔と前記3つのマーカとを位置合わせすることによって、前記光モジュールと前記回路基板とを位置合わせし、前記位置合わせをした前記光モジュールを前記回路基板に実装する、ことを含むことを特徴とする光モジュールの実装方法

請求項14

前記実装方法が自動で行われることを特徴とする請求項13に記載の光モジュールの実装方法。

請求項15

基板上へ部品を搭載する方法であって、前記基板上には少なくとも3点のマーカがあり、前記部品には前記少なくとも3点のマーカに対応し、前記部品を貫通した少なくとも3点のスルーホールが設けられ、前記少なくとも3点のスルーホールから観察した前記少なくとも3点のマーカの形状あるいは配置を基に前記部品の配置を決定することを特徴とする実装方法。

請求項16

前記実装方法が自動で行われることを特徴とする請求項15に記載の実装方法。

技術分野

0001

本発明は、光モジュールおよびこれを実装した回路基板、ならびに光モジュールの実装方法および実装方法に関する。

背景技術

0002

エクサスケールコンピューティングの実現のために、ボード間での光インターコネクションが研究されている。光インターコネクションにおいては、光送信器または光受信器である光モジュールが光伝送路を介して光信号送受信を行う。特許文献1〜4には、光モジュールと光伝送路とが回路基板に形成されている構成が記載されている。

先行技術

0003

特開2004−29621号公報
特開2000−98153号公報
特開2002−189137号公報
特開2003−139979号公報

発明が解決しようとする課題

0004

光モジュールを回路基板に実装する場合には、たとえば、回路基板に形成された光導波路等の光伝送路と、光モジュールが備える光学素子との好適な光学結合を実現するために、光モジュールを回路基板に位置精度良く実装できることが好ましい。

0005

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路基板に位置精度良く実装できる光モジュールおよびこれを実装した回路基板、ならびに光モジュールの実装方法および実装方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光モジュールは、基板実装面に開口を有する内部空間と、前記内部空間の内表面の一部を構成する素子実装面とを有する筐体と、前記素子実装面に実装された光学素子と、を備え、前記筐体は、前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように形成された、回路基板に実装する際の位置合わせを行うための3つのガイド孔を有することを特徴とする。

0007

また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明において、前記光学素子は、アレイ素子であり、前記3つのガイド孔が形成する三角形一辺と前記アレイ素子の配列方向とが略平行になるように配置されることを特徴とする。

0008

また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明において、前記ガイド孔の少なくとも一つに光学窓が設けられていることを特徴とする。

0009

また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明において、前記ガイド孔の少なくとも一つにレンズが設けられていることを特徴とする。

0010

また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明において、前記筐体は、前記基板実装面と交差している側面側に形成され、前記開口および前記内部空間に繋がる導波路導入口を有し、前記基板実装面において前記回路基板に実装された場合に、前記回路基板の表面に突出する光導波路が前記導波路導入口から前記内部空間に導入されることを特徴とする。

0011

また、本発明に係る回路基板は、前記基板実装面において実装された、上記の発明の光モジュールと、前記光モジュールを実装する面において、前記3つのガイド孔の配置に対応させて配置された3つのマーカと、を備えることを特徴とする。

0012

また、本発明に係る回路基板は、基板表面に突出する光導波路と、前記光導波路が前記導波路導入口から前記内部空間に導入されるように、前記基板実装面において実装された、上記の発明の光モジュールと、前記光モジュールを実装する面において、前記3つのガイド孔の配置に対応させて配置された3つのマーカと、を備えることを特徴とする。

0013

また、本発明に係る回路基板は、上記の発明において、前記3つのマーカは幾何学図形からなることを特徴とする。

0014

また、本発明に係る回路基板は、上記の発明において、前記3つのマーカの少なくとも一つは、大きさが異なる複数の幾何学図形を同心状に配置して形成されたものであることを特徴とする。

0015

また、本発明に係る回路基板は、上記の発明において、前記3つのマーカの少なくとも一つは、複数の幾何学図形を同心状の位置から所定の方向に偏心するように配置して形成されたものであることを特徴とする。

0016

また、本発明に係る回路基板は、上記の発明において、前記偏心の方向は前記3つのマーカの重心に向いていることを特徴とする。

0017

また、本発明に係る回路基板は、上記の発明において、前記複数の幾何学図形の間隔は、前記ガイド孔を通して見た視野の広さよりも狭いことを特徴とする。

0018

また、本発明に係る光モジュールの実装方法は、基板実装面に開口を有する筐体の内部空間に光学素子が実装された光モジュールの前記基板実装面を回路基板に対向させ、前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように前記筐体に形成された3つのガイド孔から、前記3つのガイド孔の配置に対応させて前記回路基板上に配置された3つのマーカを観察しながら、前記3つのガイド孔と前記3つのマーカとを位置合わせすることによって、前記光モジュールと前記回路基板とを位置合わせし、前記位置合わせをした前記光モジュールを前記回路基板に実装する、ことを含むことを特徴とする。

0019

また、本発明に係る光モジュールの実装方法は、前記実装方法が自動で行われることを特徴とする。

0020

また、本発明に係る実装方法は、基板上へ部品を搭載する方法であって、前記基板上には少なくとも3点のマーカがあり、前記部品には前記少なくとも3点のマーカに対応し、前記部品を貫通した少なくとも3点のスルーホールが設けられ、前記少なくとも3点のスルーホールから観察した前記少なくとも3点のマーカの形状あるいは配置を基に前記部品の配置を決定することを特徴とする。

0021

また、本発明に係る実装方法は、前記実装方法が自動で行われることを特徴とする。

発明の効果

0022

本発明によれば、光モジュールを回路基板に位置精度良く実装できるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

0023

図1は、実施の形態1に係る光モジュールの模式的な斜視図である。
図2は、図1に示す光モジュールの分解図である。
図3は、図1に示す光モジュールの平面図である。
図4は、図3のA−A線断面図である。
図5は、図1に示す光モジュールの正面図である。
図6は、図3のB−B線断面図である。
図7は、光モジュールの回路基板への実装方法を説明する図である。
図8は、回路基板上に実装された光モジュールを説明する図である。
図9は、実施の形態2に係る光モジュールの模式的な断面図である。
図10は、実施の形態3に係る光モジュールの模式的な平面図である。
図11は、回路基板上に形成されたマーカの他の実施の形態を示す図である。
図12は、図11に示すマーカによる位置合わせを説明する図である。
図13は、回路基板上に形成されたマーカのさらに他の実施の形態を示す図である。
図14は、図13に示すマーカの配置の一例を示す図である。

実施例

0024

以下に、図面を参照して本発明に係る光モジュール、回路基板、および光モジュールの実装方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

0025

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る光モジュールの模式的な斜視図である。図2は、図1に示す光モジュールの分解図である。図3は、図1に示す光モジュールの平面図である。図4は、図3のA−A線断面図である。図5は、図1に示す光モジュールの正面図である。図6は、図3のB−B線断面図である。以下、図1図6を用いて本実施の形態1に係る光モジュールについて説明する。

0026

光モジュール100は、筐体10と、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)アレイ素子20と、ICドライバ30と、マイクロレンズアレイ素子40と、レンズアレイ素子ホルダ50と、スペーサ60と、を備えている。

0027

筐体10は、矩形状の板部材11と、コの字状の枠部材12とを有している。板部材11は、たとえば樹脂などの誘電体と、配線パターンを形成する銅箔とを交互に例えば5層ずつ積層した積層基板の構造を有する。枠部材12は、たとえば樹脂などの誘電体と、配線パターンを形成する銅箔とを交互に例えば9層ずつ積層した積層基板の構造を有する。板部材11と枠部材12とは、板部材11と枠部材12との間の配線パターンの導通を確保するように、接合層13において半田やAuバンプ等によって接合されている。板部材11と枠部材12とが接合されることによって、筐体10には、内部空間14と、素子実装面11aと、導波路導入口15とが形成される。内部空間14は、枠部材12の板部材11に接合している面とは反対側の基板実装面12aに開口14aを有し、枠部材12に囲まれている。素子実装面11aは、枠部材12が接合されていない板部材11の表面であり、内部空間14の内表面の一部を構成する。導波路導入口15は、基板実装面12aと交差している側面側に、枠部材12の開口によって形成され、開口14aおよび内部空間14に繋がっている。

0028

素子実装面11aにはマーカ11aaと、ICドライバ30を実装するための凹部11abとが形成されている。基板実装面12aには、例えば直径450μmの平面電極パッド16を例えばピッチ1mmで格子状に並べたランドグリッドアレイが形成されている。平面電極パッド16には、たとえば電源用の平面電極パッド16a、差動高周波信号用の平面電極パッド16b、グラウンド用の平面電極パッド16c、制御信号用の平面電極パッド16d、がある。図中、同種の平面電極パッドは同種のハッチングで表している。

0029

また、筐体10には、枠部材12の基板実装面12aから板部材11における基板実装面12aの裏側の面まで貫通するように形成された、位置合わせ(アラインメント)用の3個のガイド孔17を有する。ガイド孔17は、図3において、二等辺三角形を形成するように配置されている。

0030

光学素子であるVCSELアレイ素子20は、複数(例えば12個)のVCSEL素子が1次元アレイ状に配列された素子であって、素子実装面11aの凹部11abの近傍に実装されている。電子素子であるICドライバ30はVCSELアレイ素子20を駆動するためのものであって、素子実装面11aの凹部11abに実装されている。マイクロレンズアレイ素子40は、VCSELアレイ素子20に対応させて配置されるものであり、VCSELアレイ素子20のVCSEL素子の数に対応した、例えば12個のマイクロレンズが1次元アレイ状に配列されて構成された素子である。マイクロレンズアレイ素子40は石英系ガラスなどのガラスや樹脂等のVCSELアレイ素子の出射光に関して透光性の材料からなるものである。

0031

レンズアレイ素子ホルダ50は、マイクロレンズアレイ素子40を、主表面51に形成された保持孔52によって保持し、かつマイクロレンズアレイ素子40の各マイクロレンズの光軸がVCSELアレイ素子20の対応する各VCSEL素子の光軸と一致するように保持する。レンズアレイ素子ホルダ50は、保持孔52の両側に形成された、アラインメント用のガイド孔53を有する。このガイド孔53を用いることで、MT型光コネクタを光モジュール100に嵌合させることができ、光モジュール100の特性を容易に評価することが可能となる。MT型光コネクタとは、JIS C5981に規定されたMTコネクタのように接続端面の両端に嵌合ピン挿入可能なガイドピン孔を持ち、その間に光ファイバを配列した光コネクタを指す。スペーサ60は、板部材11の素子実装面11aとレンズアレイ素子ホルダ50との間に介挿される。このスペーサ60の厚みを変えると、マイクロレンズアレイ素子40とVCSELアレイ素子20との間の距離が変化することになる。それに伴い、VCSELアレイ素子20からマイクロレンズアレイ素子40を通して出射されたレーザ光集光位置も変化する。これによって、筐体10の内部空間14の高さの公差によって生じる、基板実装面12aからマイクロレンズアレイ素子40の集光点までの距離のばらつきを減少するように補正することが可能である。レンズアレイ素子ホルダ50は、枠部材12に面する側面54の一部が、主表面51に対して傾斜するように面取り加工されている。なお、レンズアレイ素子ホルダ50およびスペーサ60はたとえば銅などの金属材料からなるものが好ましい。

0032

この光モジュール100の動作を説明する。まず、ICドライバ30は、外部から平面電極パッド16および筐体10に形成された配線パターンを介して電源電圧信号、差動高周波信号、制御信号等を供給され、これらの信号を基にVCSELアレイ素子20を駆動する。VCSELアレイ素子20の各VCSEL素子は、差動高周波信号を含む、たとえば波長1.1〜1.5μmのレーザ光信号を出力する。マイクロレンズアレイ素子40の各マイクロレンズは、各VCSEL素子から出力されたレーザ光信号を受け付けて集光し、例えば外部の光学部品との所定の光学結合を実現する。なお、光学結合を実現する場合は、マイクロレンズアレイ素子40のようなレンズ素子を用いた方が、レンズ素子を用いないいわゆるバットカップリングよりも結合効率を高くできるので好ましい。

0033

つぎに、この光モジュール100の組立方法について説明する。まず、板部材11と枠部材12とを半田リフローやAuバンプの圧接等によって接合する。このとき、融点が例えば融点が220℃程度のSnAuC系半田を用いる。また、板部材11と枠部材12との間のアラインメントは、3個のガイド孔17を用いて行うことができる。

0034

つぎに、素子実装面11aにVCSELアレイ素子20を実装する。VCSELアレイ素子20は、マーカ11aaを用いてアラインメントを行えば、より正確な位置に実装できるので好ましい。つぎに、素子実装面11aの凹部11abにICドライバ30を実装する。ICドライバ30は、素子実装面11aに形成された電極パッドワイヤボンディングする。VCSELアレイ素子20とICドライバ30との間もワイヤボンディングする。ICドライバ30が凹部11abに実装されているので、VCSELアレイ素子20とICドライバ30との間の高さの差が小さくなるため、ボンディングワイヤの長さを短くできる。その結果、ICドライバ30からVCSELアレイ素子20にワイヤボンディングを介して出力される差動高周波信号の品質劣化が抑制される。

0035

また、平面電極パッド16のうち、電源用の平面電極パッド16aと制御信号用の平面電極パッド16dは、枠部材12の導波路導入口15側(コの字の先端側)に配置されている。これによって、差動高周波信号用の平面電極パッド16bから筐体10内の配線パターンを通してICドライバ30に到る経路には、差動高周波信号以外の信号用の配線パターンが存在しないこととなる。そのため、差動高周波信号用の配線パターンの取り回しが容易となり、パターン長を短くできるので、差動高周波信号の品質の劣化が抑制される。

0036

つぎに、接着剤等でスペーサ60を素子実装面11aに接着する。ここで、内部空間14の高さを確保しつつ光モジュール100の高さを低く(低背化)して小型化するため、および、ICドライバ30が動作時に発生する熱を外部に効率よく放熱するためには、板部材11の厚さが薄い方が好ましい。しかし、板部材11が薄いとICドライバ30からの熱で反りやたわみ等の変形が生じるおそれがある。これによって、たとえばVCSELアレイ素子20とマイクロレンズアレイ素子40との距離が変化し、上記の所定の光学結合の状態が劣化するおそれがある。これに対して、スペーサ60を金属等の、筐体10よりも剛性が高い材料で形成すれば、上記の変形は抑制されるので、所定の光学結合の状態の劣化も抑制される。

0037

また、上述したように、枠部材12は誘電体と銅箔とを交互に積層した構造を有するので、その厚さに製造誤差等による設計値からの誤差が生じやすい。枠部材12の厚さに誤差があると、内部空間14の高さにも誤差が生じるため、マイクロレンズアレイ素子40によって実現される所定の光学結合に誤差が生じることとなる。したがって、あらかじめ厚さが異なるスペーサ60を用意しておき、あらかじめ測定した枠部材12の厚さ(内部空間14の高さ)の誤差に応じて、その誤差を相殺するような厚さのスペーサ60を選定して用いれば、上記の光学結合の誤差の問題は解消される。

0038

つぎに、レンズアレイ素子ホルダ50の保持孔52にマイクロレンズアレイ素子40を挿入して接着する。つぎに、レンズアレイ素子ホルダ50をスペーサ60に載置し、VCSELアレイ素子20とマイクロレンズアレイ素子40とのアラインメントとを行った後に、レンズアレイ素子ホルダ50をスペーサ60に接着する。このとき、レンズアレイ素子ホルダ50やスペーサ60とICドライバ30との隙間を、シリコーン等の熱伝導性の高い樹脂で充填すれば、ICドライバ30の動作時に発生する熱が樹脂を介してレンズアレイ素子ホルダ50やスペーサ60から放熱されるので好ましい。

0039

VCSELアレイ素子20とマイクロレンズアレイ素子40とのアラインメントは、VCSELアレイ素子20を動作させてレーザ光を出力させた状態で、マイクロレンズアレイ素子40を透過した光の状態の観測によってアラインメントを行うという、いわゆるアクティブアラインメントによって行うことができる。なお、マイクロレンズアレイ素子40を透過した光の状態の観測は、たとえば顕微鏡を用いて行っても良いし、公知のMTコネクタ付の光ファイバアレイのMTコネクタをマイクロレンズアレイ素子40に対向させて、光ファイバアレイから出力されるレーザ光の強度を測定するようにしてもよい。ガイド孔53は、ガイドピンを介して評価用のMTコネクタと嵌合できるように形成されている位置決めするために設けられている。この場合、MTコネクタのガイド孔とレンズアレイ素子ホルダ50のガイド孔53とをアラインメントして、これらにガイドピンを挿通するようにすれば、MTコネクタをレンズアレイ素子ホルダ50と容易に嵌合させることが可能である)。この際にMTコネクタの光接続端面へ光が結合されるように有機導波路光入出端面との間にスペーサを挿入する.これによって、MTコネクタとマイクロレンズアレイ素子40とを精度良くアラインメントすることができるとともに、光モジュール100の特性を容易に評価することが可能である。これによって、より位置精度の高いアクティブアラインメントが実現される。

0040

なお、上述したように、レンズアレイ素子ホルダ50は、枠部材12に面する側面54の一部が面取り加工されているので、レンズアレイ素子ホルダ50をスペーサ60に接着するための接着剤を流し込みやすく、作業性が高い。

0041

つぎに、光モジュール100の回路基板への実装方法について説明する。図7は、光モジュールの回路基板への実装方法を説明する図である。図7に示すように、回路基板200上には有機光導波路210が接着により搭載さられている。有機光導波路210の一端は楔状楔部211に加工されている。また、回路基板200上には、光モジュール100のガイド孔17の配置に対応させて配置された3個のマーカ220が設けられている。

0042

光モジュール100を回路基板200に実装する際は、例えば公知のフリップチップボンダを用いて行うことができる。この場合、フリップチップボンダのヘッドで光モジュール100の裏面11bを吸着して持ち上げ、光モジュール100を回路基板200上の所定の位置に移動させて載置し、ヘッドから、筐体10を介して熱を与えることによって、光モジュール100の各平面電極パッド16と回路基板200上の電極パッドとを半田接合する。これによって、光モジュール100が実装された回路基板1000が完成する。

0043

実装の際は、光モジュール100の基板実装面12aを回路基板200に対向させ、光モジュール100のガイド孔17から回路基板200上のマーカ220を観察しながら、ガイド孔17とマーカ220とを合わせるようにアラインメントすることによって、光モジュール100を正確に回路基板200の所望の位置に実装することができる。

0044

特に、本実施の形態1では、3個のガイド孔17と3個のマーカ220とでアラインメントを行うので、光モジュール100の回転方向位置ズレ、およびそのズレ量の把握およびその補正が容易であるので、光モジュール100を正確に位置精度良く回路基板200の所望の位置に実装することが、より容易となる。3個のガイド孔17と3個のマーカ220とは、二等辺三角形を形成するように配置されているが、他の三角形を形成するように配置されていてもよい。

0045

なお、有機光導波路210は回路基板200表面に突出しているが、光モジュール100を回路基板200に実装した際には、有機光導波路210は、導波路導入口15から内部空間14に導入された状態となるので、光モジュール100とは物理的に干渉しないようにできる。

0046

また、フリップチップボンダを用いて実装を行う際には、ヘッドから与える熱によって、板部材11と枠部材12とを接合している高融点半田溶融しないように、この高融点半田よりも融点が低い低融点半田を用いることが好ましい。低融点半田としては、例えば融点が220℃程度のSnAuCu系半田や、融点が183℃程度のSnPb系半田や、融点が137℃程度のSnBi系半田を使用することができる。ただし、枠部材と板部材の接合にSnAgCuを用いた場合でも、溶融後に融点が上昇するため、光モジュール実装時に温度管理を正確に行えばSnAgCu系半田を使用することも可能である。また、マイクロレンズアレイ素子40がガラスからなるものであれば、フリップチップボンダによって実装のための加熱を行った場合でも、熱による変形等が起こりにくいので好ましい。また、マイクロレンズアレイ素子40、レンズアレイ素子ホルダ50、またはスペーサ60の接着に使用する接着剤についても、耐熱性が高いエポキシ樹脂等であれば好ましい。

0047

図8は、回路基板上に実装された光モジュールを説明する図である。図8に示すように、VCSELアレイ素子20は、ボンディングワイヤ101によってICドライバ30と電気的に接続している。また、ICドライバ30は、ボンディングワイヤ102によって素子実装面11aの電極パッド(不図示)と電気的に接続している。さらに、電極パッドは、電気的経路DLで示すように、素子実装面11aに形成された配線パターンから、板部材11、接合層13、枠部材12、各平面電極パッド16を介して、回路基板200の配線パターンと電気的に接続している。

0048

光モジュール100のガイド孔17と回路基板200上のマーカ220とを合わせるようにアラインメントしたことによって、光モジュールの100のガイド孔17にVCSEL素子が位置あわせされており、回路基板200上のマーカ220と有機導波路210が位置あわせされているので、マイクロレンズアレイ素子40と有機光導波路210との位置関係が適正になるように実装されている。

0049

有機光導波路210は、導波路導入口15から内部空間14に導入されているので、光モジュール100とは物理的に干渉しないようになっている。また、枠部材12の厚さの適正な設定によって、有機光導波路210と、マイクロレンズアレイ素子40およびレンズアレイ素子ホルダ50とが物理的に干渉しないようになっている。このとき、内部空間14にごみ等が入らないように、導波路導入口15をグリスや樹脂等で塞いでも良い。

0050

光モジュール100の使用時には、ICドライバ30は、回路基板200から平面電極パッド16を介して電源電圧信号、差動高周波信号、制御信号等を供給される。VCSELアレイ素子20は、ICドライバ30によって駆動され、各VCSEL素子から、差動高周波信号を含むレーザ光信号Lを出力する。マイクロレンズアレイ素子40の各マイクロレンズは、各VCSEL素子から出力されたレーザ光信号Lを受け付けて、有機光導波路210の上方から有機光導波路210にレーザ光信号Lを集光する。楔部211は、集光されたレーザ光信号Lを反射して有機光導波路210に結合させる。有機光導波路210は、レーザ光信号Lを、例えば他の回路基板に伝送する。

0051

上述したように、スペーサ60は、板部材11の変形の抑制の効果、および枠部材12の厚さの公差によって生じる、基板実装面12aからマイクロレンズアレイ素子40の集光点までの距離のばらつきを減少する効果を奏するので、レーザ光信号Lの有機光導波路210への好適な結合が実現される。

0052

ここで、回路基板200には、光モジュール100と略同様の構成であるが、VCSELアレイ素子20の代わりに受光素子であるフォトダイオードアレイ素子が実装され、かつICドライバ30の代わりにトランスインピーダンスアンプリミッティングアンプ等が実装された受信用光モジュールが実装されている。この受信用光モジュールは、他の回路基板から、他の有機光導波路を伝送してきたレーザ光信号を受光することができる。これによって、ボード間での光インターコネクションが実現される。

0053

以上説明したように、本実施の形態1に係る光モジュール100によれば、光モジュール100を正確に位置精度良く回路基板200の所望の位置に実装することが、より容易となる。これによって、VCSELアレイ素子20と有機光導波路210との光軸をより正確且つ容易に一致させることができるので、VCSELアレイ素子20が出力するレーザ光信号Lと有機光導波路210との好適な光学結合が、より容易に実現される。

0054

(実施の形態2)
図9は、本発明の実施の形態2に係る光モジュールの模式的な断面図である。図9に示すように、本実施の形態2に係る光モジュール100Aは、実施の形態1に係る光モジュール100において、筐体10を筐体10Aに置き換えた構成を有する点が、光モジュール100とは異なる。筐体10Aは、筐体10において、板部材11を板部材11Aに置き換えた構成を有する点が、筐体10とは異なる。

0055

板部材11Aは、板部材11において、ICドライバ30の裏面側の凹部11abの底面から貫通するように、複数の棒状の放熱部材71が埋設された構成を有する。放熱部材71は熱伝導率が高い材質からなり、たとえば銅やアルミニウムからなることが好ましい。また、板部材11Aの裏面11bには放熱部材71に接するようにヒートシンク72が設けられている。ヒートシンク72も熱伝導率が高い材質からなり、たとえば銅やアルミニウムからなることが好ましい。

0056

この光モジュール100Aでは、放熱部材71とヒートシンク72とによって、ICドライバ30の動作時に発生する熱が放熱されるのでさらに好ましい。なお、板部材11Aに放熱部材71を埋設する代わりにビアホールを形成し、ビアホールに熱伝導率の高い放熱部材71を埋設する。

0057

光モジュールの実装方法の別の実施例として、半田を用いて実装する場合について説明する。

0058

一般的には、光モジュール100の平面電極パット16がある面(基板実装面12a)について、平面電極パット16上に半田ボールが、光モジュール100を作製するする最初の段階で載っている/あるいは光モジュール100を作製した後に載せた、BGA(ボールグリッドアレイ)状の光モジュール100とし、その半田を溶かして回路基板(Opto−基板)上にその光モジュール100を実装する。

0059

しかし、本実施例では、光モジュール100の平面電極面パット16は図のようにLGA(ランド・グリッド・アレイ)状とし、半田ボールを使用しない方法にて半田実装をおこなった。

0060

具体的には、電気的接続を行う所定箇所に穴が空いている約10μmの厚さのマスク板をOpto−基板に置き、その上から半田クリームを塗布し、ヘラのようなものでならして前記の穴に半田クリームを入れるとともに、前記マスク板厚より厚い余分な半田クリームを取除き、電気的接続をおこなう所定箇所に約100μmの厚さの半田クリーム層を形成する。

0061

その後、光モジュール100とOpto−基板の位置を合わせ、半田を溶かして実装する。この実装は、フリップチップボンダで実装する方法や、リフロー炉を通すリフロー実装の方法などがある。
その後、一般的なアンダーフィル材にて実装面の隙間を埋める。

0062

なお、前記の電気的接続をおこなう所定箇所に形成する約100μmの厚さの半田クリーム層は、光モジュール側に形成してもよい。

0063

また、半田ボールを使用しない方法にて半田実装を行った物(光モジュールを実装したOpto−基板)の信頼性に問題がないことを確認した。

0064

上記実装方法を用いた場合、BGAに比べて半田層を薄くすることが可能なので、枠部材と回路基板の距離のばらつきを小さくすることが可能であり、結果として、光モジュールから出力される光を安定して有機導波路へ結合させることが可能になる。

0065

(実施の形態3)
図10は、本発明の実施の形態3に係る光モジュールの模式的な平面図である。図10に示すように、本実施の形態3に係る光モジュール100Bは、実施の形態1に係る光モジュール100において、3個のガイド孔17のそれぞれに光学部材18を設けたものである。各光学部材18はたとえば光学窓やレンズである。各光学部材18は各ガイド孔17の内部に埋め込まれていても良いし、各ガイド孔17を覆うように設けられていても良い。

0066

特に、光学部材18がレンズである場合は、以下の効果がある。すなわち、光モジュール100が回路基板に対して傾斜している場合、各レンズと回路基板上の各マーカとの距離が異なることとなるので、ガイド孔17からレンズを通して回路基板上のマーカを観察した場合、同じ大きさで形成されたマーカがそれぞれ違った大きさに見える。したがって、光モジュール100のあおり方向のズレを容易に把握できるとともに、各マーカが同じ大きさに見えるように光モジュール100の傾きを調整して実装すれば、より正確に光モジュール100を実装できる。

0067

なお、各実施の形態においては、図10に示すように、ガイド孔17が形成する二等辺三角形の一つの辺Sと、マイクロレンズアレイ素子40およびその下に位置するVCSELアレイ素子20の単位素子(VCSEL素子またはマイクロレンズ)の配列方向Dとが略平行である。このように、辺Sの方向を目安として、これと配列方向Dとが略平行になるように、VCSELアレイ素子20およびマイクロレンズアレイ素子40を実装すれば、より実装精度が向上し、特に各単位素子毎の光学結合の状態のばらつきが抑制されるので好ましい。

0068

なお、本実施の形態3では、光学部材18は、3個のガイド孔17のそれぞれに設けられているが、3個のガイド孔17の少なくとも1つに設けられていてもよい。

0069

(マーカの他の実施の形態)
つぎに、回路基板上に形成されたマーカの他の実施の形態について説明する。図11は、回路基板上に形成されたマーカの他の実施の形態を示す図である。図11に示す実施の形態では、回路基板200A上に、大きさが異なる3つの三角形を同心状に配置して形成された3つのマーカ220Aが形成されている。各マーカ220Aの頂点の一つは3つのマーカ220Aの重心の方向を向いている。

0070

図12は、図11に示すマーカによる位置合わせを説明する図である。符号Vはガイド孔17を通して回路基板200Aを見た視野の範囲を示している。上記各実施の形態に係る光モジュール100、100A、または100Bを回路基板200Aに実装する場合には、以下のようにする。すなわち、ガイド孔17からの視野Vに現れるマーカ220Aの形状や向きをもとに、回転方向Ar1のズレや面方向Ar2のズレを調整し、視野Vに現れるマーカ220Aの様子が等しくなるようにすることによって、光モジュール100等と回路基板200Aとのアラインメントを行うことができる。これによって、より位置精度の良い実装が実現される。なお、図11、12では、各マーカ220Aの頂点の一つが3つのマーカ220Aの重心の方向を向いているが、各マーカ220Aの辺の一つが3つのマーカ220Aの重心の方向を向くようにしてもよい。

0071

図13は、回路基板上に形成されたマーカのさらに他の実施の形態を示す図である。図13(a)は、単一の三角形または円からなるマーカである。図13(b)は、大きさが異なる3つの三角形または円を同心状に配置して形成されたマーカである。図13(c)は、大きさが異なる3つの三角形または円を同心状の位置から所定の方向に偏心するように配置して形成されたマーカである。図13(d)は、大きさが異なる4つの三角形または円を同心状に配置して形成されたマーカである。このように、複数配置される三角形はたは円の数は特に限定されない。なお、図13(d)の各マーカにおいて、三角形または円の間隔は、ガイド孔を通して見た視野Vの広さよりも狭くなっている。これによって、複数の三角形または円を同時に観察することができるので、光モジュールと回路基板との位置ズレの方向がより把握しやすくなるため、よりアラインメントが容易となる。

0072

図14は、図13に示すマーカの配置の一例を示す図である。図14では、図13(b)に示した、偏心した3つの円から構成されたマーカ220Bは、その偏心の方向が3つのマーカ220Bの重心Gに向いている。これによって、光モジュールと回路基板との位置ズレの方向がより把握しやすくなるため、よりアラインメントが容易となる。

0073

なお、上記実施の形態では、マーカは円または三角形からなるが、十字や多角形などの他の幾何学図形からなるものでもよい。また、ガイド孔とマーカとの形状を一致させてもよい。また、大きさが異なる複数の幾何学図形を配置してマーカを形成する場合には、いずれか一つの光学窓にバーニヤ目盛を形成することで、両者の相対的な位置ずれ量を正確に把握することが出来、結果として精密なアラインメントが可能となる。

0074

また、上記実施の形態では、光モジュールの筐体は導波路導入口を有するが、光導波路が表面に突出していないような回路基板に実装する場合には、導波路導入口を有しない筐体でもよい。すなわち、たとえば枠部材はロの字状などでもよい。コの字状の場合はLGAの配置可能な面積を大きく取れるので好ましい。

0075

また、回路基板上に設けられている光導波路は、基板表面に突出しているものとしては、有機光導波路に限らず、たとえばシリコン細線導波路等のリッジ型の光導波路や、光ファイバシートPLCチップなどの光導波路でもよい。

0076

また、光モジュールの回路基板への実装方法は、フリップチップボンディングに限らず、たとえばリフローや半田スタッドの圧接によって行っても良い。

0077

また、フリップチップボンダにCCDカメラ等を搭載させ、カメラ撮影されたガイド孔から見えるマーカの形状を予めメモリに記録された様々な位置関係のパターンと比較し、実装位置を修正させることによって実装作業を自動化することができ生産性が向上する。

0078

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、例えば各実施の形態に係る光モジュール上に、さらに他の素子や他の素子が搭載された基板を1層または多層積層実装してもよい。この積層実装は例えばPOP実装によって実現される。この場合も、筐体を貫通するように設けられたガイド孔によって、当該他の素子や他の基板を位置精度良く実装することができる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

0079

10、10A筐体
11、11A板部材
11a素子実装面
11aa、220、220A、220B マーカ
11ab 凹部
11b 裏面
12枠部材
12a基板実装面
13接合層
14 内部空間
14a 開口
15導波路導入口
16、16a、16b、16c、16d平面電極パッド
17、53ガイド孔
18光学部材
20VCSELアレイ素子
30ICドライバ
40マイクロレンズアレイ素子
50レンズアレイ素子ホルダ
51 主表面
52保持孔
54 側面
60スペーサ
71放熱部材
72ヒートシンク
100、100A光モジュール
101、102ボンディングワイヤ
200、200A、1000回路基板
210有機光導波路
211楔部
Ar1 回転方向
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D配列方向
DL電気的経路
G 重心
Lレーザ光信号
S 辺
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