JP2004205899A

JP2004205899A - Optical link cable

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Publication number: JP2004205899A
Application number: JP2002376298A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Akiyoshi; 智幸明▲よし▼; Masami Tokumitsu; 雅美徳光
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical link cable which is mechanically and optically aligned at low cost. <P>SOLUTION: This optical link cable is constituted by mounting an OEIC chip 9 and an LD element which are connected to electric connection terminals and have optical wires respectively on a flip-chip basis on a mount substrate 7 in a housing provided at an end of the cable having an optical fiber 4 and forming a V-shaped groove 8 for positioning the optical fiber 4 so that direct optical coupling with the optical wires of the OEIC chip 9 and LD element is enabled. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータ等の端末機器をインターネット等のネットワークに接続するために用いる光リンクケーブルに関し、特に、光信号の接続端子を有しないコンピュータ等において、１Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速通信を実現する場合に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
インターネット等の需要の急速な増加に伴い、通信容量の拡大が急務になっている。光通信における通信容量を拡大する方法としては、個々の通信の処理速度を上げて、複数の信号を多重する時間分割多重（ＴＤＭ）方式と、異なる複数の波長を利用して、信号を多重する波長多重（ＷＤＭ）方式が提案されている。ＴＤＭ方式を採用した場合、必然的に光ファイバ内を流れる信号の速度を速くする必要があり、現在１０Ｇｂｉｔ／ｓから４０Ｇｂｉｔ／ｓへ上げるための努力がなされている。今後、この通信速度が更に上がることは必至である。
【０００３】
同様に、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）などのアクセス系インターネットの光リンク網の速度及び容量も拡大されつつある。しかしながら、現在一般的には、パーソナルコンピュータ等の端末機器は、光信号の接続端子を有していないため、光リンク網にはルータやハブ等を介することで接続されている。つまり、端末機器からルータやハブ等までは電気ケーブルで接続され、そして、ルータやハブ等からは、電気−光変換を行うことで光リンク網に接続されることになる。
【０００４】
電気ケーブルの一種であり、現在一般的に利用されている１００Ｂａｓｅ−Ｔ（１００Ｍｂｉｔ／ｓ）のＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）接続ケーブルを図５に示す。イーサーネットケーブル３１は、ノイズ低減のためツイストペアにされた導線３４を複数有するツイストケーブル３２と、一般的にはＲＪ−４５と呼ばれるコネクタ部３３とを有しており、コネクタ部３３のコネクタプラグ３５には、各々の導線３４と接続された複数の電気接続端子３６が配設されている。端末機器側には、コネクタ部３３が着脱可能なネットワーク用のポートが備えられており、コネクタ部３３の背面側の留め具（図５中には示していない。）を用いてポート側へ固定する。端末機器は、図５に示すようなイーサーネットケーブル３１等を用いることで、ネットワークに接続されることになる。
【０００５】
このような接続形態を用いた場合、通信速度や接続距離はイーサーネットケーブル等の電気ケーブルで律速されてしまう。つまり、光ファイバと比較すると電気ケーブルは通信速度が遅く、接続距離も短いため、電気ケーブルを介して端末機器がネットワークへ接続されている場合、電気ケーブルにより通信速度や接続距離が律速されてしまうこととなる。現在１０Ｇｂｉｔ／ｓのＬＡＮ光リンク網が構築されつつあるが、電気ケーブルを用いた場合の上限通信速度は１Ｇｂｉｔ／ｓ程度であり、端末機器を直接１０Ｇｂｉｔ／ｓで接続することは極めて困難であった。
【０００６】
類似する技術として、端末機器の１０Ｂａｓｅ−Ｔ（１０Ｍｂｉｔ／ｓ）のインターフェースと光ケーブルとの間に、１０ベースＴ変換及び光／電気変換を行なう変換器を挿入することで、端末機器自体を変更すること無く、光ケーブルのネットワークに接続する技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
上記技術では、光／電気変換を行なう変換素子（光→電気変換素子、電気→光変換素子）と光ケーブルからの光ファイバとのアライメントを行なう際に、光学特性を観測しながら、個々の部材の調整を行なうアクティブアライメント方式が用いられており、調整に時間、手間が掛かり、製造コストが上昇する一因となっていた。
【０００８】
製造コストを低減するためには、アクティブアライメント方式ではなく、ただ機械的に置くだけでアライメント可能なパッシブアライメント方式を採用する必要がある。このような要求に対応する１つの方法として、半導体基板上に電子回路及びフォトダイオード（光素子）を搭載し、半導体基板の外部から入力される光をフォトダイオードに導く光配線構造（外部からの光ビームのスポットサイズを変換する構造、光信号をフォトダイオード近傍に導く光導波路、光路を変更してフォトダイオードへ給光する構造より構成される。）を有する光半導体装置が提案されている（特許文献２参照）。上記光配線構造を有する光半導体装置を、半田ボールバンプを用いてフリップチップ実装することにより、光半導体装置自体のパッシブアライメンが可能となり、所定の位置に配置された光ファイバに対する光学的な位置合わせが可能となる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２１６７９２号公報（第２−３頁、第１−３図）
【特許文献２】
特開２００２−４０２７３号公報（第２−７頁、第４−１０図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
コンピュータ等の端末機器から光リンク網に直接接続するためには、電気信号と光信号との変換を行なう光リンクケーブルが必要であり、光リンクケーブルとして機能させるには、電気−光変換回路及び光−電気変換回路における光素子の光軸と外部からの光ファイバとの光学的な結合が必要である。従来の実装技術における光学的な位置合わせは、光学特性を見ながら最良の位置で両者を固定するアクティブアライメント方式や外部レンズ系を用いたアライメント方法が用いられていたため、光学調芯のための費用が掛かり、製造コストが高くなるといった問題点があった。
【００１１】
これに対して、光配線構造を有する光半導体装置を、半田ボールバンプを用いて実装基板にフリップチップ実装することにより、実装基板に対する光半導体装置の位置を精度よくアライメントして、光半導体装置上の光素子に光信号を適切に導くようにする技術が確立されている。しかしながら、これはあくまでも実装基板に対する光半導体装置の位置をアライメントするものであり、光ファイバに対しては適用することができない。つまり、これらの従来技術では、光ファイバと光半導体装置との互いの配置に関するアライメントについて、具体的な手段が何ら示されていない。したがって、光ファイバと光半導体装置とのアライメントについても、低コストで、機械的に、高い精度で光学調芯を行なうことができる技術が求められている。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、低コストで機械的に光学調芯を行なうことができる光リンクケーブルを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る光リンクケーブルは、光ファイバを有するケーブルの端部に設けられた筐体と、筐体に設けられた電気接続端子と、筐体の内部に設けられた実装基板と、電気接続端子に接続され、各々光配線を有する電気−光変換回路基板及び光−電気変換回路基板とを有し、電気−光変換回路基板及び光−電気変換回路基板が実装基板上にフリップチップ実装されると共に、電気−光変換回路基板及び光−電気変換回路基板の各々の光配線と直接光学結合できるように、光ファイバの位置決めを行なう位置決め手段を実装基板に設けたことを特徴とする。
実装基板上において、電気−光変換回路基板及び光−電気変換回路基板の配置位置がフリップチップ実装により機械的に決定され、更に、光ファイバの配置位置が位置決め手段により機械的に決定されて（パッシブアライメント方式）、電気−光変換回路基板及び光−電気変換回路基板の各々の光配線に対して、光ファイバが精度よく配置されることとなる。そのため、レンズ等を用いること無く、光ファイバと各々の光配線とを直接光学結合できる。
【００１４】
上記課題を解決する本発明に係る光リンクケーブルは、位置決め手段をＶ字型の溝としたことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する本発明に係る光リンクケーブルは、電気−光変換回路基板及び光−電気変換回路基板の各々の光配線が、受光素子又は発光素子に光を導く光導波路及び光路変更手段により構成されていることを特徴とする。
光ファイバと光学結合する光配線は、光ファイバの端面と対向する面に垂直端面を有する光導波路と、光導波路を伝播する光を電気−光変換回路基板及び光−電気変換回路基板に設けられた受光素子又は発光素子に適切に導く光路変更手段とを有している。そのため、特に、面型の受光素子、発光素子を用いた微細構造の回路基板において、適切に光を導く構造とすることができ、回路基板をフリップチップ実装が可能なものとすることができる。
【００１６】
上記課題を解決する本発明に係る光リンクケーブルは、筐体及び電気接続端子が、ネットワークの規格に適合する形状であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、高速通信が可能なコンピュータネットワーク用の光リンクケーブルにおいて、実装基板上に、フリップチップボンディング技術を用いて光素子を有する回路基板を実装すると共に、光ファイバの位置決め手段となるＶ字型の溝を設けて光ファイバを実装することで、光ファイバと回路基板間の光学調芯のパッシブアライメントを実現して、実装コストを低減するものである。上記特徴を有する本発明に係る光リンクケーブルを、以下に示す図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る実施形態の一例を示す光リンクケーブルの外観図である。
【００１９】
光リンクケーブル１は、複数の光ファイバ４を有する光ファイバケーブル２と、光ファイバケーブル２の端部に設けられた筐体となるコネクタ部３とを有しており、コネクタ部３のコネクタプラグ５には、複数の電気接続端子６が配設されている。コンピュータ等の端末機器側には、コネクタ部３が着脱可能なネットワーク用のポートが備えられており、コネクタ部３の背面側の留め具（図１中には示していない。）を用いてポート側へ固定する。光ファイバ４と電気接続端子６との間には、後述する電気−光変換回路及び光−電気変換回路が設けられ、端末機器からの信号、端末機器への信号を、それぞれ電気−光変換、光−電気変換することで、光リンク網に直接接続できるようになっている。つまり、図５に示す従来のイーサーネットケーブル３１とは、電気接続端子部分を含むコネクタ部の外観が同一であり、同様にイーサーネットの規格に適合するものであるが、その内部構造と光ファイバで構成されているケーブルが異なっている。なお、図示していないが、本発明に係る光リンクケーブル１のコネクタ部３には電源ラインが接続されており、この電源ラインから内部の変換回路へ電源が供給されている。
【００２０】
次に、コネクタ部３の内部構成を図２に示す。
図２に示すように、コネクタ部３の内部に配設された実装基板７上には、光ファイバ４の位置決めを行なう位置決め手段となるＶ字型溝８が設けられており、このＶ字型溝８に嵌合されて、受光用／発光用の２つの光ファイバ４が配設されている。光ファイバ４の端部には、それぞれ光−電気回路基板となるＯＥＩＣチップ９と、電気−光回路基板となるＬＤ（レーザダイオード）素子１０とが配設され、ＬＤ素子１０にはＬＤ素子１０を駆動するＬＤドライバ回路１１が接続されている。これらの回路基板９、１０は、実装基板７上の所定の位置に設けられ、半田材料に対して濡れ性の良い円形のトレイ部１２に、球状の半田ボールバンプ１３を介して取付けられることでフリップチップ実装されている。
【００２１】
トレイ部１２は電極パッドの役割も兼ねており、ＯＥＩＣチップ９、ＬＤ素子１０、ＬＤドライバ回路１１と配線１４等は、トレイ部１２を介して電気的に接続されている。したがって、ＯＥＩＣチップ９からトレイ部１２を介して配線１４に接続されており、この配線１４を介して外部インターフェース１５に接続されて、電源及び信号のやり取りが行われる。同様に、トレイ部１２、配線１４を介して、ＬＤ素子１０とＬＤドライバ回路１１が接続され、更に、ＬＤドライバ回路１１からトレイ部１２を介して、外部インターフェース１５に接続されて、電源及び信号のやり取りが行われている。そして、外部インターフェース１５には図１に示した電気接続端子６が接続され、端末機器等との信号の送受信が可能となる。
【００２２】
つまり、コネクタ部３の内部は、基本的には受信部と送信部から構成され、光−電気変換を行なうための受信部は、光配線とＯ／Ｅ変換素子と増幅回路とを内部に有するＯＥＩＣチップ９からなり、電気−光変換を行なうための送信部は、光配線とＬＤ素子１０とＬＤドライバ回路１１とから構成されている（詳細な構成は図３、図４参照）。そして、光ファイ４への光信号、光ファイバ４からの光信号が、各々の回路基板９、１０の光配線を経由して伝播される。
【００２３】
変換素子、光配線を有する回路基板９、１０と、外部からの光ファイバ４との光軸合わせは、実装基板７上に形成された光ファイバ保持用のＶ字型溝８と、半田ボールバンプ１３の表面張力による自己位置合わせ機能を利用している。具体的には、回路基板９、１０が、実装基板７上に形成されたトレイ部１２に、球状の半田ボールバンプ１３を用いて固定されることで（フリップチップ実装）、簡単に自己位置合わせができることとなる。特に、半導体プロセスで一般的な蒸着膜のリフトオフ技術などを用いることによって、半田ボールバンプの体積を一様に形成することが可能であり、体積を制御した半田ボールバンプを用いた場合、１μｍ以下の高い合わせ精度を得ることができる。このことにより、各々の回路基板９、１０の光配線は、回路基板９、１０自体が実装基板７にフリップチップ実装されて、実装基板７に対して精度よく配置されることとなり、更に、光ファイバ４は、実装基板７上のＶ字型溝８に嵌合されて、実装基板７に対して精度よく配置されることとなる。したがって、各々の回路基板９、１０の光配線と光ファイバ４との互いの位置が、精度よく配置されることとなり、レンズ等を用いることもなく、直接光学結合できることとなる。
【００２４】
なお、図２では、発熱の影響が直接ＬＤ素子１０に及ばないように、ＬＤドライバ回路１１は独立して設けられているが、同一基板上にモノリシック集積されていても良い。又、図２では、ＬＤ素子１０とＬＤドライバ回路１１を用いて、電気信号から光信号へ直接変調を行なう構成としているが、光信号への変調は外部変調を用いても良く、更に、ドライバ回路も集積されたモノリシック光源であっても良い。又、回路基板９、１０等と実装基板７との間に樹脂等を充填することで、固定強度を補強するようにしてもよい。
【００２５】
次に、フリップチップ実装可能な構成の回路基板の一例を図３、図４に示す。なお、図３、図４においては、受光用の回路基板の一例として、Ｏ／Ｅ変換素子を用いたものを示すが、Ｏ／Ｅ変換素子の代わりにＬＤ素子等を用いる場合、発光用の回路基板とすることができる。ちなみに、図２中では、図３、図４に示すＯＥＩＣチップ９ａ、９ｂは、上下を逆にして配設されている。
【００２６】
図３は、本発明に係る光リンクケーブルにおけるコネクタ部３の内部の実装基板７上に配設されたＯＥＩＣチップの構成図である。
図３（ａ）はＯＥＩＣチップの斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【００２７】
図３に示すＯＥＩＣチップは、基板１６の内部にＯ／Ｅ変換素子１７が埋込まれ、基板１６上に光配線を構成する光導波路１８が設けられた上面搭載型のＯＥＩＣチップ９ａである。詳細は図示していないが、光導波路１８はコア層及びクラッド層から構成されるものである。
【００２８】
図３に示すように、基板１６の内部には光を受光して電気信号に変化するＯ／Ｅ変換素子１７が埋込まれており、又、基板１６上において、Ｏ／Ｅ変換素子１７の上方から基板１６の端部に向かって、光導波路１８が形成されている。詳細に図示していないが、半田材料に対して濡れ性の良い円形のトレイ部を介して、複数の球状の半田ボールバンプ１３が基板１６上に設けられている。この球状の半田ボールバンプ１３を用いることで、実装基板へ精度よく配置することが可能となる。又、Ｏ／Ｅ変換素子１７には複数の内部配線１４ａが設けられており、この内部配線１４ａ及び半田ボールバンプ１３により電源の供給及び電気信号の出力を行なっている。
【００２９】
光導波路１８の一方の端部には、光配線を構成する光路変更手段となる反射面１８ｂが設けられており、Ｏ／Ｅ変換素子１７の略上方になるように配置されている。この反射面１８ｂは適度な曲率半径を有しており、光導波路１８を透過してくる光を、反射面１８ｂと空気との全反射により図面下方に反射してＯ／Ｅ変換素子１７上に集光している。なお、この反射面はテーパ形状でもよく、又、金属膜等を被覆してもよい。光導波路１８の他方の端部１８ａは、垂直な端面となるように形成されており、端部１８ａに向かい合うように、Ｖ字型溝により光ファイバが配設されている。したがって、光ファイバからの光信号は、端部１８ａから入射されて、光導波路１８を経由して、反射部１８ｂで反射して、Ｏ／Ｅ変換素子１７へ入射される（図３（ｂ）中の矢印参照）。なお、Ｏ／Ｅ変換素子１７は、図３中の上方側から光信号を入射可能な面型素子である。
【００３０】
反射面１８ｂは、ステッパ等の露光機のフォーカスを深さ方向にずらしながら、照射強度を変えて光導波路上のレジストを複数回露光して、現像後に所定の曲率半径又はテーパ角度を有するようにレジストを形成し、その後、上記形状のレジスト及びその下層の光導波路を、ＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）等でエッチングすることで、上記レジストの形状を反映した光導波路の形状としている。反射面１８ａを、上記方法で作製することにより、光導波路１８の端部において、精度のよいマイクロミラーとして機能させることができる。
【００３１】
図４は、本発明に係る光リンクケーブルにおけるコネクタ部３の内部の実装基板７上に配設された他のＯＥＩＣチップの構成図である。
図４（ａ）はＯＥＩＣチップの斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【００３２】
図４に示すＯＥＩＣチップは、基板１６内に光配線を構成する光導波路１９が埋込まれ、基板１６上にＯ／Ｅ変換素子２３が設けられた基板埋込み型のＯＥＩＣチップ９ｂである。
【００３３】
図４に示すように、基板１６の端部から中心に向かうように、基板１６の内部にクラッド部２０とコア部２１からなる光導波路１９が形成されており、光を受光して電気信号に変化するＯ／Ｅ変換素子２３が、光導波路１９の一方の端部側の基板１６上に配置されている。詳細に図示していないが、半田材料に対して濡れ性の良い円形のトレイ部を介して、複数の球状の半田ボールバンプ１３が基板１６上に設けられている。この球状の半田ボールバンプ１３を用いることで、実装基板へ精度よく配置することが可能となる。又、Ｏ／Ｅ変換素子２３には図示していない複数の配線が設けられており、この配線及び半田ボールバンプ１３により電源の供給及び電気信号の出力を行なっている。
【００３４】
光導波路１９は、Ｖ字型の溝に埋込むようにクラッド部２０、コア部２１を形成することで、構成されており、その他方の端部１９ａ側では、Ｖ字状の光導波路１９の幅及び深さが外部に向かって拡開するように形成されている。この端部１９ａは垂直加工されており、この端部１９ａに対面して光ファイバが配設されている。又、光導波路１９からＯ／Ｅ変換素子２３へ光を屈折させて入射するために、光導波路１９とＯ／Ｅ変換素子２３との間の基板１６部分には、光路変更手段となる空間、屈折入射開口部２２が形成されており、ここに入射された光は、屈折入射開口部２２が有する逆メサ面１６ａと空気との境界部分で屈折して、Ｏ／Ｅ変換素子２３へ入射されることとなる。したがって、光ファイバから端部１９ａへ入射された光信号が、光導波路１９を経由し、更に、屈折入射開口部２２で屈折させられて、Ｏ／Ｅ変換素子２３へ入射されることとなる。なお、Ｏ／Ｅ変換素子２３は下方側から光信号を入射可能な面型素子である。
【００３５】
このような逆メサ面１６ａは、光導波路１９の長手方向を、基板１６の所定の結晶面（例えば、(100)面のＩｎＰ基板を用いた場合、
【数１】

面）に垂直とし、ウェットエッチング等を用いて異方性エッチングを行なうことで形成できる。したがって、逆メサ面１６ａを上記方法で作製することにより、光導波路１９の端部において、光を屈折させて、図４（ｂ）の矢印に示す如く、光信号をＯ／Ｅ変換素子２３へ導くことができる。
【００３６】
図３、図４に示したように、受光用の光−電気変換回路基板であるＯＥＩＣチップ９ａ、９ｂは、その回路基板上又は回路基板内に、半導体プロセスを用いて光配線（光導波路、光路変更手段）を作製することによって、外部の光ファイバとのアライメント精度を向上させることが可能となる。これは、発光用の電気−光変換回路基板でも同様である。
【００３７】
なお、光導波路１８、１９は、コア層及びクラッド層から構成されるものであり、これらは、ガラス、半導体又は有機材料等を用いて構成されている。
【００３８】
上記実施例では、本発明に係る実施形態の一例として、イーサーネットのコネクタ部に、光信号の変換を行なう変換回路基板を有する構成とした。しかし、本発明は、イーサーネットのみに適用されるものではなく、他のネットワークの規格のコネクタの形状（電気接続端子の形状も含む）にも十分適用できるものである。又、本発明に係る光リンクケーブルを用いれば、１０Ｇｂｉｔ／ｓはもとより、それ以上高速の通信速度であっても、同一構造で対応可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、半田ボールバンプを用いたフリップチップ実装技術とチップ上に作製した光配線構造を用い、更に、実装基板上に設けたＶ字型の溝に光ファイバを嵌合することによって、光ファイバと光−電気変換回路基板及び電気−光変換回路基板とを、パッシブアライメント方式で、低コストで、機械的に光学調芯することができる。その結果、本発明に係る光リンクケーブルを用いることで、コンピュータ等の端末機器の接続端子を変更することなく光リンク網へ直接接続することができ、ネットワークの通信速度を向上させるとともに長距離伝送が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の一例を示す光リンクケーブルの外観図である。
【図２】図１に示す本発明に係る光リンクケーブルのコネクタ部分の構成図である。
【図３】本発明に係る光リンクケーブルのコネクタ部分に内蔵されるＯ／Ｅ変換素子の構成図である。
【図４】本発明に係る光リンクケーブルのコネクタ部分に内蔵される他のＯ／Ｅ変換素子の構成図である。
【図５】従来の１００Ｂａｓｅ−Ｔケーブルの外観図である。
【符号の説明】
１光リンクケーブル
２光ファイバケーブル
３コネクタ部
４光ファイバ
５コネクタプラグ
６電気接続端子
７実装基板
８Ｖ字型溝
９ＯＥＩＣチップ
９ａ上面搭載型ＯＥＩＣチップ
９ｂ基板埋込型ＯＥＩＣチップ
１０ＬＤ素子
１１ＬＤドライバ回路
１２トレイ部
１３半田ボールバンプ
１４配線
１５電気インターフェース
１６基板
１７Ｏ／Ｅ変換素子
１８上面搭載型光導波路
１９基板埋込型光導波路
２０クラッド部
２１コア部
２２屈折入射開口部
２３Ｏ／Ｅ変換素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical link cable used to connect a terminal device such as a computer to a network such as the Internet, and particularly to a case where a computer having no optical signal connection terminal realizes high-speed communication of 1 Gbit / s or more. It is suitable for.
[0002]
[Prior art]
With the rapid increase in demand for the Internet and the like, there is an urgent need to increase the communication capacity. As a method of expanding the communication capacity in optical communication, a time division multiplexing (TDM) method in which the processing speed of each communication is increased and a plurality of signals are multiplexed, and a signal is multiplexed using a plurality of different wavelengths. A wavelength multiplexing (WDM) method has been proposed. When the TDM system is adopted, it is necessary to increase the speed of a signal flowing in an optical fiber, and efforts are currently being made to increase the speed from 10 Gbit / s to 40 Gbit / s. It is inevitable that the communication speed will increase further in the future.
[0003]
Similarly, the speed and capacity of optical links of the access Internet such as a local area network (LAN) are also increasing. However, terminal devices such as personal computers generally do not have optical signal connection terminals, and are therefore connected to an optical link network via a router, a hub, or the like. That is, the terminal device is connected to the router, the hub, and the like by an electric cable, and the router, the hub, and the like are connected to the optical link network by performing electric-optical conversion.
[0004]
FIG. 5 shows a 100Base-T (100 Mbit / s) Ethernet (registered trademark) connection cable which is a kind of electric cable and is generally used at present. The Ethernet cable 31 has a twisted cable 32 having a plurality of twisted pairs of conductors 34 for noise reduction, and a connector portion 33 generally called RJ-45, and a connector plug 35 of the connector portion 33. Are provided with a plurality of electrical connection terminals 36 connected to the respective conductors 34. The terminal device is provided with a network port to which the connector unit 33 can be attached and detached, and is fixed to the port side by using a fastener (not shown in FIG. 5) on the back side of the connector unit 33. I do. The terminal device is connected to the network by using the Ethernet cable 31 as shown in FIG.
[0005]
When such a connection form is used, the communication speed and the connection distance are limited by an electric cable such as an Ethernet cable. In other words, the communication speed and the connection distance of the electric cable are slower and the connection distance is shorter than that of the optical fiber, so that when the terminal device is connected to the network via the electric cable, the communication speed and the connection distance are limited by the electric cable. It will be. At present, a 10 Gbit / s LAN optical link network is being constructed, but the upper limit communication speed when an electric cable is used is about 1 Gbit / s, and it is extremely difficult to directly connect terminal devices at 10 Gbit / s. Was.
[0006]
As a similar technique, a terminal device itself is changed by inserting a converter for performing 10 base T conversion and optical / electrical conversion between a 10Base-T (10 Mbit / s) interface of the terminal device and an optical cable. There is known a technology for connecting an optical cable to a network without using the same (see Patent Document 1).
[0007]
In the above technique, when aligning a conversion element (optical-to-electrical conversion element, electric-to-optical conversion element) for performing optical / electrical conversion with an optical fiber from an optical cable, observing optical characteristics, and An active alignment method for performing the adjustment is used, which requires time and effort for the adjustment, which is one of the causes of an increase in manufacturing cost.
[0008]
In order to reduce the manufacturing cost, it is necessary to adopt not the active alignment method but a passive alignment method that can perform alignment simply by placing it mechanically. One method for meeting such a requirement is to mount an electronic circuit and a photodiode (optical element) on a semiconductor substrate and to guide an optical signal input from outside the semiconductor substrate to the photodiode to an optical wiring structure (from the outside). An optical semiconductor device having a structure for converting the spot size of a light beam, an optical waveguide for guiding an optical signal to the vicinity of the photodiode, and a structure for changing the optical path and supplying light to the photodiode is proposed. Patent Document 2). By flip-chip mounting the optical semiconductor device having the above-described optical wiring structure using solder ball bumps, passive alignment of the optical semiconductor device itself becomes possible, and optical alignment with respect to an optical fiber disposed at a predetermined position becomes possible. Becomes possible.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-216792 (page 2-3, FIG. 1-3)
[Patent Document 2]
JP-A-2002-40273 (Pages 2-7, FIG. 4-10)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In order to connect directly from a terminal device such as a computer to an optical link network, an optical link cable for converting between an electric signal and an optical signal is required. To function as an optical link cable, an electric-optical conversion circuit and It is necessary to optically couple the optical axis of the optical element to the optical fiber from outside in the optical-electrical conversion circuit. The optical alignment in the conventional mounting technology uses the active alignment method that fixes both at the best position while observing the optical characteristics and the alignment method that uses an external lens system. And the production cost increases.
[0011]
On the other hand, the optical semiconductor device having the optical wiring structure is flip-chip mounted on the mounting substrate using solder ball bumps, so that the position of the optical semiconductor device with respect to the mounting substrate is precisely aligned, and A technique for appropriately guiding an optical signal to such an optical element has been established. However, this is only for aligning the position of the optical semiconductor device with respect to the mounting substrate, and cannot be applied to an optical fiber. In other words, these conventional techniques do not show any specific means for the alignment of the optical fiber and the optical semiconductor device with respect to each other. Therefore, there is also a need for a technique capable of performing optical alignment with high accuracy at low cost and mechanically for alignment between an optical fiber and an optical semiconductor device.
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical link cable capable of performing optical alignment mechanically at low cost.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
An optical link cable according to the present invention that solves the above problems includes a housing provided at an end of a cable having an optical fiber, an electric connection terminal provided in the housing, and a mounting provided in the housing. A substrate, and an electro-optical conversion circuit board and an optical-electrical conversion circuit board each connected to the electrical connection terminal and having optical wiring, wherein the electro-optical conversion circuit board and the optical-electrical conversion circuit board are mounted on a mounting board. And a positioning means for positioning an optical fiber is provided on the mounting substrate so that the optical fiber can be directly optically coupled to each optical wiring of the electro-optical conversion circuit board and the optical-electrical conversion circuit board. Features.
On the mounting board, the arrangement positions of the electro-optical conversion circuit board and the opto-electric conversion circuit board are mechanically determined by flip-chip mounting, and the arrangement positions of the optical fibers are mechanically determined by positioning means ( The optical fiber is precisely arranged for each optical wiring of the passive alignment method), the electro-optical conversion circuit board and the optical-electric conversion circuit board. Therefore, the optical fiber and each optical wiring can be directly optically coupled without using a lens or the like.
[0014]
An optical link cable according to the present invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that the positioning means is a V-shaped groove.
[0015]
The optical link cable according to the present invention that solves the above-mentioned problems is characterized in that each optical wiring of the electro-optical conversion circuit board and the optical-electric conversion circuit board is formed by an optical waveguide and an optical path changing unit that guides light to a light receiving element or a light emitting element. It is characterized by comprising.
The optical wiring optically coupled to the optical fiber is provided on an optical waveguide having a vertical end surface on a surface facing the end surface of the optical fiber, and an electro-optical conversion circuit board and an optical-electric conversion circuit board for transmitting light propagating through the optical waveguide. Light path changing means for appropriately guiding the light to the light receiving element or the light emitting element. Therefore, particularly, in a fine circuit board using a surface-type light receiving element and a light emitting element, a structure capable of appropriately guiding light can be provided, and the circuit board can be flip-chip mounted.
[0016]
An optical link cable according to the present invention that solves the above-mentioned problem is characterized in that the housing and the electrical connection terminal have shapes that conform to network standards.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention relates to an optical link cable for a computer network capable of high-speed communication, in which a circuit board having an optical element is mounted on a mounting board by using a flip chip bonding technique, and a V-shape serving as an optical fiber positioning means is provided. By providing a mold groove and mounting an optical fiber, passive alignment of optical alignment between the optical fiber and the circuit board is realized, and the mounting cost is reduced. The optical link cable according to the present invention having the above features will be described in detail with reference to the drawings shown below.
[0018]
FIG. 1 is an external view of an optical link cable showing an example of an embodiment according to the present invention.
[0019]
The optical link cable 1 has an optical fiber cable 2 having a plurality of optical fibers 4 and a connector portion 3 serving as a housing provided at an end of the optical fiber cable 2. 5 is provided with a plurality of electric connection terminals 6. A terminal port such as a computer is provided with a network port to which the connector section 3 can be attached and detached, and the port is provided by using a fastener (not shown in FIG. 1) on the back side of the connector section 3. To the side. An electric-optical conversion circuit and an optical-electric conversion circuit, which will be described later, are provided between the optical fiber 4 and the electric connection terminal 6, and convert a signal from the terminal device and a signal to the terminal device into an electric-optical conversion signal, respectively. Optical-to-electrical conversion allows direct connection to an optical link network. That is, the external appearance of the connector portion including the electrical connection terminal portion is the same as that of the conventional Ethernet cable 31 shown in FIG. 5, and the external cable also conforms to the Ethernet standard. Is composed of different cables. Although not shown, a power supply line is connected to the connector section 3 of the optical link cable 1 according to the present invention, and power is supplied from the power supply line to an internal conversion circuit.
[0020]
Next, the internal configuration of the connector section 3 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, a V-shaped groove 8 serving as a positioning means for positioning the optical fiber 4 is provided on a mounting board 7 provided inside the connector section 3. Two optical fibers 4 for light reception / light emission are fitted in the grooves 8. An OEIC chip 9 serving as an optical-electric circuit board and an LD (laser diode) element 10 serving as an electric-optical circuit board are disposed at the ends of the optical fiber 4, respectively. Is connected. These circuit boards 9, 10 are provided at predetermined positions on the mounting board 7, and are mounted on a circular tray section 12 having good wettability with respect to a solder material via spherical solder ball bumps 13. Flip chip mounted.
[0021]
The tray unit 12 also functions as an electrode pad, and the OEIC chip 9, the LD element 10, the LD driver circuit 11, the wiring 14, and the like are electrically connected through the tray unit 12. Therefore, the OEIC chip 9 is connected to the wiring 14 via the tray unit 12 and is connected to the external interface 15 via the wiring 14 to exchange power and signals. Similarly, the LD element 10 and the LD driver circuit 11 are connected via the tray section 12 and the wiring 14, and further connected to the external interface 15 via the tray section 12 from the LD driver circuit 11, so that power and signal Exchanges are taking place. The external interface 15 is connected to the electrical connection terminal 6 shown in FIG.
[0022]
That is, the inside of the connector section 3 basically includes a receiving section and a transmitting section, and the receiving section for performing optical-electrical conversion has an optical wiring, an O / E conversion element, and an amplifier circuit therein. The transmission section for performing the electrical-optical conversion is composed of the OEIC chip 9 and includes an optical wiring, an LD element 10 and an LD driver circuit 11 (refer to FIGS. 3 and 4 for a detailed configuration). Then, an optical signal to the optical fiber 4 and an optical signal from the optical fiber 4 are propagated through the optical wiring of each of the circuit boards 9 and 10.
[0023]
The optical axes of the circuit boards 9 and 10 having the conversion element and the optical wiring and the optical fiber 4 from the outside are aligned by a V-shaped groove 8 for holding the optical fiber formed on the mounting board 7 and a solder ball bump. 13 utilizes a self-alignment function by surface tension. Specifically, the circuit boards 9 and 10 are fixed to the tray section 12 formed on the mounting board 7 by using spherical solder ball bumps 13 (flip chip mounting), so that self-alignment can be easily performed. Can be done. In particular, it is possible to uniformly form the volume of the solder ball bump by using a lift-off technique of a general vapor deposition film in a semiconductor process, and when using a solder ball bump whose volume is controlled, it is 1 μm or less. High alignment accuracy can be obtained. As a result, the optical wiring of each of the circuit boards 9 and 10 is flip-chip mounted on the mounting board 7 and the circuit boards 9 and 10 themselves are accurately arranged on the mounting board 7. The fiber 4 is fitted into the V-shaped groove 8 on the mounting substrate 7 and is accurately arranged on the mounting substrate 7. Therefore, the positions of the optical wiring and the optical fiber 4 of each of the circuit boards 9 and 10 are accurately arranged, and direct optical coupling can be performed without using a lens or the like.
[0024]
In FIG. 2, the LD driver circuit 11 is provided independently so that the influence of heat does not directly affect the LD element 10. However, the LD driver circuit 11 may be monolithically integrated on the same substrate. Further, in FIG. 2, the LD element 10 and the LD driver circuit 11 are used to perform direct modulation from an electric signal to an optical signal. However, the modulation to an optical signal may use external modulation. The circuit may also be an integrated monolithic light source. The fixing strength may be reinforced by filling a resin or the like between the circuit boards 9 and 10 and the mounting board 7.
[0025]
Next, an example of a circuit board having a configuration that can be flip-chip mounted is shown in FIGS. FIGS. 3 and 4 show an example in which an O / E conversion element is used as an example of a light receiving circuit board. However, when an LD element or the like is used instead of the O / E conversion element, a light emitting circuit board is used. It can be a circuit board. Incidentally, in FIG. 2, the

OEIC chips

9a and 9b shown in FIGS. 3 and 4 are arranged upside down.
[0026]
FIG. 3 is a configuration diagram of the OEIC chip disposed on the mounting board 7 inside the connector section 3 in the optical link cable according to the present invention.
FIG. 3A is a perspective view of the OEIC chip, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3A.
[0027]
The OEIC chip shown in FIG. 3 is a top-mounted OEIC chip 9a in which an O / E conversion element 17 is embedded in a substrate 16 and an optical waveguide 18 forming an optical wiring is provided on the substrate 16. Although not shown in detail, the optical waveguide 18 includes a core layer and a clad layer.
[0028]
As shown in FIG. 3, an O / E conversion element 17 that receives light and changes into an electric signal is embedded inside the substrate 16, and the O / E conversion element 17 An optical waveguide 18 is formed from above to an end of the substrate 16. Although not shown in detail, a plurality of spherical solder ball bumps 13 are provided on the substrate 16 via a circular tray portion having good wettability with respect to the solder material. By using the spherical solder ball bumps 13, it is possible to accurately arrange them on the mounting board. Further, the O / E conversion element 17 is provided with a plurality of internal wirings 14a, and power is supplied and electric signals are output by the internal wirings 14a and the solder ball bumps 13.
[0029]
At one end of the optical waveguide 18, a reflection surface 18 b serving as an optical path changing means constituting the optical wiring is provided, and is arranged so as to be substantially above the O / E conversion element 17. The reflecting surface 18b has an appropriate radius of curvature, and reflects the light transmitted through the optical waveguide 18 downward in the drawing by total reflection of the reflecting surface 18b and the air, so that the light is reflected on the O / E conversion element 17. Focusing. The reflecting surface may have a tapered shape, or may be covered with a metal film or the like. The other end 18a of the optical waveguide 18 is formed so as to be a vertical end face, and an optical fiber is provided by a V-shaped groove so as to face the end 18a. Therefore, the optical signal from the optical fiber enters from the end 18a, is reflected by the reflecting portion 18b via the optical waveguide 18, and enters the O / E conversion element 17 (FIG. 3B). Arrow inside). The O / E conversion element 17 is a surface-type element to which an optical signal can be incident from above in FIG.
[0030]
The reflecting surface 18b exposes the resist on the optical waveguide a plurality of times by changing the irradiation intensity while shifting the focus of an exposure device such as a stepper in the depth direction, and has a predetermined radius of curvature or taper angle after development. A resist is formed, and then the resist having the above shape and the optical waveguide under the resist are etched by RIE (reactive ion etching) or the like, so that the shape of the optical waveguide reflects the shape of the resist. By manufacturing the reflection surface 18a by the above method, it is possible to function as an accurate micromirror at the end of the optical waveguide 18.
[0031]
FIG. 4 is a configuration diagram of another OEIC chip disposed on the mounting board 7 inside the connector section 3 in the optical link cable according to the present invention.
4A is a perspective view of the OEIC chip, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 4A.
[0032]
The OEIC chip shown in FIG. 4 is an OEIC chip 9 b of a substrate embedded type in which an optical waveguide 19 constituting an optical wiring is embedded in a substrate 16 and an O / E conversion element 23 is provided on the substrate 16.
[0033]
As shown in FIG. 4, an optical waveguide 19 including a clad portion 20 and a core portion 21 is formed inside the substrate 16 so as to go from the end of the substrate 16 to the center. The changing O / E conversion element 23 is disposed on the substrate 16 at one end of the optical waveguide 19. Although not shown in detail, a plurality of spherical solder ball bumps 13 are provided on the substrate 16 via a circular tray portion having good wettability with respect to the solder material. By using the spherical solder ball bumps 13, it is possible to accurately arrange them on the mounting board. The O / E conversion element 23 is provided with a plurality of wirings (not shown), and power is supplied and electric signals are output by these wirings and the solder ball bumps 13.
[0034]
The optical waveguide 19 is formed by forming a clad portion 20 and a core portion 21 so as to be embedded in a V-shaped groove. On the other end 19 a side, the V-shaped optical waveguide 19 is formed. The width and the depth are formed so as to expand outward. The end portion 19a is vertically processed, and an optical fiber is provided facing the end portion 19a. Further, in order to refract light from the optical waveguide 19 to the O / E conversion element 23 and enter the O / E conversion element 23, a space serving as an optical path changing unit is provided in a portion of the substrate 16 between the optical waveguide 19 and the O / E conversion element 23. The refraction entrance opening 22 is formed, and the light incident thereon is refracted at the boundary between the inverted mesa surface 16a of the refraction entrance opening 22 and the air, and is incident on the O / E conversion element 23. The Rukoto. Therefore, the optical signal that has entered the end 19 a from the optical fiber passes through the optical waveguide 19, is further refracted by the refraction entrance opening 22, and enters the O / E conversion element 23. The O / E conversion element 23 is a surface-type element to which an optical signal can be incident from below.
[0035]
Such an inverted mesa surface 16a is formed by aligning the longitudinal direction of the optical waveguide 19 with a predetermined crystal plane of the substrate 16 (for example, when an InP substrate having a (100) plane is used).
(Equation 1)

And anisotropic etching using wet etching or the like. Therefore, by forming the inverted mesa surface 16a by the above method, the light is refracted at the end of the optical waveguide 19, and the optical signal is transmitted to the O / E conversion element 23 as shown by the arrow in FIG. Can lead.
[0036]
As shown in FIGS. 3 and 4, the

OEIC chips

9a and 9b, which are light-to-electric conversion circuit boards for receiving light, are provided with optical wiring (optical waveguide, optical waveguide, By producing the optical path changing means, it is possible to improve the alignment accuracy with an external optical fiber. This is the same for the light-emitting electro-optical conversion circuit board.
[0037]
The

optical waveguides

18 and 19 are composed of a core layer and a clad layer, and are composed of glass, a semiconductor, an organic material, or the like.
[0038]
In the above embodiment, as an example of the embodiment according to the present invention, a configuration is adopted in which a conversion circuit board for converting an optical signal is provided in an Ethernet connector portion. However, the present invention is not limited to being applied to only Ethernet, but can be sufficiently applied to connector shapes (including electrical connection terminals) of other network standards. In addition, if the optical link cable according to the present invention is used, the same structure can be used not only at 10 Gbit / s but also at a higher communication speed.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, the flip-chip mounting technology using solder ball bumps and the optical wiring structure manufactured on the chip are used, and the optical fiber is fitted into the V-shaped groove provided on the mounting substrate. Thus, the optical fiber can be mechanically optically aligned with the optical-electrical conversion circuit board and the electro-optical conversion circuit board at low cost by a passive alignment method. As a result, by using the optical link cable according to the present invention, it is possible to directly connect to an optical link network without changing the connection terminal of a terminal device such as a computer. Becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of an optical link cable showing an example of an embodiment according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a connector portion of the optical link cable according to the present invention shown in FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram of an O / E conversion element built in a connector portion of the optical link cable according to the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of another O / E conversion element incorporated in a connector portion of the optical link cable according to the present invention.
FIG. 5 is an external view of a conventional 100Base-T cable.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical link cable 2 Optical fiber cable 3 Connector part 4 Optical fiber 5 Connector plug 6 Electrical connection terminal 7 Mounting substrate 8 V-shaped groove 9 OEIC chip 9 a Top surface mounted OEIC chip 9 b Substrate embedded OEIC chip 10 LD element 11 LD Driver circuit 12 Tray portion 13 Solder ball bump 14 Wiring 15 Electrical interface 16 Substrate 17 O / E conversion element 18 Top-mounted optical waveguide 19 Substrate embedded optical waveguide 20 Clad portion 21 Core portion 22 Refraction entrance opening 23 O / E Conversion element

Claims

A housing provided at an end of a cable having an optical fiber;
An electrical connection terminal provided on the housing;
A mounting board provided inside the housing,
An electric-optical conversion circuit board and an optical-electrical conversion circuit board each having an optical wiring connected to the electric connection terminal,
The electrical-optical conversion circuit board and the optical-electrical conversion circuit board are flip-chip mounted on the mounting board,
Positioning means for positioning the optical fiber is provided on the mounting substrate so that it can be directly optically coupled to the optical wiring of each of the electro-optical conversion circuit board and the optical-electric conversion circuit board. Link cable.

The optical link cable according to claim 1,
An optical link cable, wherein the positioning means is a V-shaped groove.

The optical link cable according to claim 1 or 2,
An optical link cable, wherein the optical wiring of each of the electro-optical conversion circuit board and the optical-electric conversion circuit board includes an optical waveguide for guiding light to a light receiving element or a light emitting element and an optical path changing unit. .

The optical link cable according to any one of claims 1 to 3,
An optical link cable, wherein the housing and the electrical connection terminal have a shape conforming to a network standard.