JP2006059867A - Photoelectric conversion header, lsi package with interface module, manufacturing method of photoelectric conversion header, and optical wiring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高速LSIパッケージなどに適用する光電変換ヘッダーとその製造方法及びこの光電変換ヘッダーを搭載したインターフェイスモジュール付LSIパッケージ及び光配線システムに関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion header applied to a high-speed LSI package and the like, a manufacturing method thereof, an LSI package with an interface module on which the photoelectric conversion header is mounted, and an optical wiring system.
近年、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電子デバイスの性能向上により、大規模集積回路(LSI)の飛躍的な動作速度向上が図られてきている。しかしながら、LSI内部動作が高速化されても、それを実装するプリント基板上の動作速度はLSIの内部動作より低く抑えられている。これは、動作周波数の上昇に伴う電気配線の伝送損失や雑音、電磁障害の増大に起因するものであり、信号品質を確保するため長い配線ほど動作周波数を低く抑える必然性によるものである。即ち、電気配線装置においてはLSI動作速度より実装技術がシステム速度を支配するという傾向が近年益々強まってきている。 In recent years, the performance of electronic devices such as bipolar transistors and field effect transistors has been improved, and the operating speed of large scale integrated circuits (LSIs) has been dramatically improved. However, even if the internal operation of the LSI is increased, the operation speed on the printed circuit board on which the LSI is mounted is kept lower than the internal operation of the LSI. This is due to the increase in transmission loss, noise, and electromagnetic interference of the electrical wiring accompanying the increase in the operating frequency, and the necessity of keeping the operating frequency lower for longer wirings in order to ensure signal quality. That is, in the electrical wiring apparatus, the tendency that the mounting technology dominates the system speed rather than the LSI operating speed has been increasing in recent years.
このような電気配線装置の問題を鑑み、LSIを光で接続する光配線装置が幾つか提案されている。光配線は、直流から100GHz以上の周波数で損失の周波数依存性が殆ど無く、配線路の電磁障害や接地電位変動雑音も無いため、数10Gbpsの配線が容易に実現できる。この種のLSI間光配線として、信号処理LSIを搭載したインターポーザに高速信号を外部配線するためのインターフェイスモジュールを直接搭載した構造が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。 In view of the problem of such an electrical wiring device, several optical wiring devices for connecting LSIs with light have been proposed. Since optical wiring has almost no frequency dependency of loss at a frequency of 100 GHz or more from direct current, and there is no electromagnetic interference in the wiring path or ground potential fluctuation noise, wiring of several tens of Gbps can be easily realized. As this type of inter-LSI optical wiring, there has been proposed a structure in which an interface module for externally wiring high-speed signals is directly mounted on an interposer on which a signal processing LSI is mounted (see, for example, Non-Patent Document 1).
上記非特許文献1などのような光配線を構成するためには、光電変換部品が必要不可欠であり、しかもインターポーザ上などに搭載するため小型の光電変換部品が必要になる。この小型の光電変換部品として、光ファイバと面発光レーザを光結合させたもの(例えば、特許文献1参照)や、高さの異なる金属突起や斜面を有するブロック体を用い、光素子を傾斜させて戻り光を抑制したもの(例えば、特許文献2参照)、斜めファイバ上に裏面入射フォトダイオード(PD)を接着したもの(例えば、特許文献3参照)等が提案されている。
しかしながら、特許文献1の従来例では、光ファイバと面発光レーザの光結合のため、光ファイバを挿入組立する場合、光ファイバが光素子の能動領域に当たって光素子を破損し易い問題があった。また、光ファイバと面発光レーザが平行に近接配置されるため、面発光レーザが所謂戻り光雑音を発生しやすい問題もあった。
However, in the conventional example of
上記の戻り光雑音を抑制する従来例が特許文献2であるが、この例では光素子を傾斜させるため高さの異なる金属突起や斜面を有するブロック体を用いており、その熱膨張による長さ変化が面内で異なるため温度変化に対して光素子の傾斜角変動が生じやすいという問題がある。従って、特許文献2の従来例では、温度によってやはり戻り光雑音を生じる場合があり、これを避けるために傾斜角を過剰に大きくしておく必要があった。また、傾斜角を過剰に設定するため、結果的に面発光レーザと光ファイバの光結合効率が過剰に低くなるという問題もあった。さらに、特許文献2の従来例は構成そのものが複雑であり、製造歩留りという点での問題も小さくは無かった。
また、特許文献2の従来例では、光ファイバ支持部材に対して光素子全体を傾斜させるため、光素子端から能動領域までの長さに傾斜角を掛けた量に相当するギャップが光ファイバと光素子の間に生じ、受光径を小さく絞る必要のある高速受光素子では光ファイバの出射光広がりにより光結合効率が低下し易い問題がある。一見、受光素子は戻り光雑音にあまり関係無いようにも思えるが、LSI間配線のような比較的短距離(最大1m程度)配線の場合、受光素子側の光ファイバ端面での反射や受光素子表面での反射による光の殆どが光ファイバを通じて発光素子まで戻ってしまい、やはり戻り光雑音を誘起してしまう。従って、受光素子側も反射光対策が必要であり、特許文献2の従来例では、受光素子を傾斜させる必要があるため、光結合効率低下が避けて通れない問題であった。
In the conventional example of
光素子を傾斜させる他の手法としては、特許文献3のようにファイバ端面をフェルールごと斜面化して光素子を接着する方法もあるが、この方法は光ファイバの端面整形(斜め化)のための研磨工程が必須となり、コストの大幅低減が実質的に困難であった。LSI間配線などの応用においては、光通信やLAN等に比し許容されるコストが劇的に低く、研磨工程のような時間の長い工程が許容できないという問題があった。
As another method for inclining the optical element, there is a method in which the end face of the fiber is slanted with the ferrule and the optical element is bonded as in
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、単純な構成で製造組立時の光素子破損を防止し、同時に戻り光雑音の抑制を可能とする、低コストで高性能な光電変換ヘッダー及びそれを用いたインターフェイスモジュール付LSIパッケージ及び光配線システムを提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its object is to prevent damage to the optical element during manufacturing and assembly with a simple structure, and at the same time, to reduce the return light noise, thereby reducing the cost. And a high-performance photoelectric conversion header, an LSI package with an interface module using the same, and an optical wiring system.
また、本発明の他の目的は、上記の光電変換ヘッダーを製造するための光電変換ヘッダーの製造方法を提供することにある。 Moreover, the other object of this invention is to provide the manufacturing method of the photoelectric conversion header for manufacturing said photoelectric conversion header.
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。 In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
即ち、本発明の一態様は、光導波体と、該光導波体の光入出力端が素子搭載面から少なくとも一部突出するように該光導波体を保持し位置決めするフェルールと、このフェルールの少なくとも素子搭載面に設けられた電気配線と、前記フェルールの素子搭載面に搭載され且つ前記電気配線に電気接続された面型光素子とを具備してなる光電変換ヘッダーであり、前記光導波体の前記フェルールの素子搭載面から少なくとも一部突出する光入出力端が該光導波体の光導波方向に対してほぼ垂直な端面を有し、前記フェルールの素子搭載面が前記光導波体の光導波方向に対して垂直な面から2度以上ずれた面であることを特徴とする。 That is, one embodiment of the present invention includes an optical waveguide, a ferrule that holds and positions the optical waveguide so that the light input / output end of the optical waveguide protrudes at least partially from the element mounting surface, and the ferrule A photoelectric conversion header comprising at least an electric wiring provided on an element mounting surface and a planar optical element mounted on the element mounting surface of the ferrule and electrically connected to the electric wiring; The light input / output end projecting at least partly from the element mounting surface of the ferrule has an end surface substantially perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the element mounting surface of the ferrule is the optical waveguide of the optical waveguide. It is characterized in that the surface is shifted by 2 degrees or more from the surface perpendicular to the wave direction.
また、本発明の別の一態様は、面型発光素子又は面型受光素子からなる面型光素子と、光を導波する光導波体と、該光導波体を保持し位置決めするフェルールと、該フェルールに設けられた電気配線とを備えてなる光電変換ヘッダーであって、前記電気配線が前記フェルールの該フェルールが保持する前記光導波体の光入出力端が露出する面から該フェルールの少なくとも一つの側面にまたがって形成され、前記面型光素子が前記フェルールの該フェルールが保持する前記光導波体の光入出力端が露出する面に搭載され且つ前記電気配線に電気接続されてなり、前記光導波体の前記フェルールの前記面型光素子搭載面に露出する光入出力端が該光導波体の光導波方向に対してほぼ垂直な端面を有し、前記フェルールの該フェルールが保持する前記光導波体の光入出力端が露出する面が前記光導波体の光導波方向に対して垂直な面から2度以上ずれた面であると共に、前記光導波体と前記面型光素子の間に透明樹脂が充填されてなることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, a planar optical element composed of a planar light emitting element or a planar light receiving element, an optical waveguide that guides light, a ferrule that holds and positions the optical waveguide, A photoelectric conversion header provided with an electrical wiring provided on the ferrule, wherein the electrical wiring is at least of the ferrule from a surface where an optical input / output end of the optical waveguide held by the ferrule of the ferrule is exposed. Formed over one side surface, and the planar optical element is mounted on the surface of the ferrule where the optical input / output end of the optical waveguide held by the ferrule is exposed and electrically connected to the electrical wiring, The light input / output end exposed on the surface type optical element mounting surface of the ferrule of the optical waveguide has an end surface substantially perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the ferrule of the ferrule holds The surface where the light input / output end of the optical waveguide is exposed is a surface shifted by 2 degrees or more from the surface perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the optical waveguide and the surface optical element A transparent resin is filled in between.
また、本発明の別の一態様は、信号処理LSIが搭載され、実装ボード接続用電気端子を有するインターポーザと、高速信号を外部配線するための光導波体からなる光伝送路を有したインターフェイスモジュールと、前記インターポーザ及びインターフェイスモジュールを電気的且つ機械的に接続する電気接続端子とを備えたインターフェイスモジュール付LSIパッケージであって、前記インターフェイスモジュールは、光導波体の光入出力端が素子搭載面から突出するように該光導波体を保持し位置決めするフェルールと、このフェルールの少なくとも素子搭載面に設けられた電気配線と、前記フェルールの素子搭載面に搭載され且つ前記電気配線に電気接続された面型光素子と、を有する光電変換ヘッダーを備え、前記光導波体の前記フェルールの素子搭載面から突出する光入出力端が該光導波体の光導波方向に対してほぼ垂直な端面を有し、前記フェルールの素子搭載面が前記光導波体の光導波方向に対して垂直な面から2度以上ずれた面であることを特徴とする。 Another aspect of the present invention is an interface module having an optical transmission line including an interposer having a signal processing LSI mounted thereon and having an electrical terminal for connecting a mounting board, and an optical waveguide for externally wiring a high-speed signal. And an interface module-attached LSI package including an electrical connection terminal for electrically and mechanically connecting the interposer and the interface module, wherein the interface module has an optical input / output end of an optical waveguide from an element mounting surface. A ferrule that holds and positions the optical waveguide so as to protrude, an electrical wiring provided on at least an element mounting surface of the ferrule, and a surface mounted on the element mounting surface of the ferrule and electrically connected to the electrical wiring A photoelectric conversion header having a type optical element, and the optical waveguide The light input / output end protruding from the element mounting surface of the ferrule has an end surface substantially perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the element mounting surface of the ferrule is relative to the optical waveguide direction of the optical waveguide It is characterized in that the surface is shifted by 2 degrees or more from the vertical surface.
また、本発明の別の一態様は、信号処理LSIが搭載され、実装ボード接続用電気端子を有するインターポーザと、高速信号を外部配線するための光導波体からなる光伝送路を有したインターフェイスモジュールと、前記インターポーザ及びインターフェイスモジュールを電気的且つ機械的に接続する電気接続端子とを備えたインターフェイスモジュール付LSIパッケージであって、前記インターフェイスモジュールは、面型発光素子又は面型受光素子からなる面型光素子と、光を導波する光導波体と、該光導波体を保持し位置決めするフェルールと、該フェルールに設けられた電気配線と、を有する光電変換ヘッダーを備え、前記電気配線が前記フェルールの該フェルールが保持する前記光導波体の光入出力端が露出する面から該フェルールの少なくとも一つの側面にまたがって形成され、前記面型光素子が前記フェルールの該フェルールが保持する前記光導波体の光入出力端が露出する面に搭載され且つ前記電気配線に電気接続されてなり、前記光導波体の前記フェルールの前記面型光素子搭載面に露出する光入出力端が該光導波体の光導波方向に対しほぼ垂直な端面を有し、前記フェルールの該フェルールが保持する前記光導波体の光入出力端が露出する面が前記光導波体の光導波方向に対し垂直な方向から2度以上ずれた面であると共に、前記光導波体と前記面型光素子の間に透明樹脂が充填されてなることを特徴とする。 Another aspect of the present invention is an interface module having an optical transmission line including an interposer having a signal processing LSI mounted thereon and having an electrical terminal for connecting a mounting board, and an optical waveguide for externally wiring a high-speed signal. And an interface module-attached LSI package comprising an electrical connection terminal for electrically and mechanically connecting the interposer and the interface module, wherein the interface module is a planar light emitting element or a planar light receiving element. A photoelectric conversion header having an optical element, an optical waveguide that guides light, a ferrule that holds and positions the optical waveguide, and an electrical wiring provided on the ferrule, wherein the electrical wiring is the ferrule The ferrule from the surface where the optical input / output end of the optical waveguide held by the ferrule is exposed. The planar optical element is mounted on a surface of the ferrule on which the optical input / output end of the optical waveguide is exposed and is electrically connected to the electrical wiring. The light input / output end exposed on the surface optical element mounting surface of the ferrule of the optical waveguide has an end surface substantially perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the ferrule of the ferrule has The surface on which the light input / output end of the optical waveguide to be held is exposed is a surface shifted by 2 degrees or more from the direction perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the optical waveguide and the planar optical element It is characterized by being filled with a transparent resin.
また、本発明の別の一態様は、光電変換ヘッダーの製造方法であって、光を導波する光導波体を保持し位置決めすると共に、該光導波体の光入出力端が露出する面が前記光導波体の光導波方向に対して垂直な面からずれた斜面であり、該斜面から少なくとも一つの他の側面にまたがって電気配線が形成されてなるフェルールに対し、前記斜面に面型発光素子又は面型受光素子からなる面型光素子を搭載し、該面型光素子と前記電気配線を電気接続する工程と、前記面型光素子の前記電気配線が接続される面と反対の裏面に該裏面とほぼ平行な面を有するストッパ部材を配置する工程と、前記面型光素子の裏面に前記ストッパ部材を配置した状態で、前記フェルールへの前記光導波体の挿入及び前記面型光素子と前記光導波体の間への透明樹脂充填を行う工程と、を含むことを特徴とする。 Another aspect of the present invention is a method of manufacturing a photoelectric conversion header, which holds and positions an optical waveguide that guides light and has a surface on which an optical input / output end of the optical waveguide is exposed. A surface type light emission on the inclined surface with respect to a ferrule which is an inclined surface deviated from a plane perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide and in which an electrical wiring is formed extending from the inclined surface to at least one other side surface. A step of mounting a surface type optical element comprising an element or a surface type light receiving element, electrically connecting the surface type optical element and the electrical wiring, and a back surface opposite to the surface of the surface type optical element to which the electrical wiring is connected A step of disposing a stopper member having a surface substantially parallel to the back surface, and inserting the optical waveguide into the ferrule and the surface light in a state where the stopper member is disposed on the back surface of the surface optical element. Transparent resin between element and optical waveguide Characterized in that it comprises a, and performing Hama.
また、本発明の別の一態様は、光導波体と、該光導波体の光入力端が素子搭載面から少なくとも一部突出するように該光導波体を保持し位置決めするフェルールと、このフェルールの少なくとも素子搭載面に設けられた電気配線と、前記フェルールの素子搭載面に搭載され且つ前記電気配線に電気接続された面型光素子とを具備し、前記光導波体の前記光入出力端が該光導波体の光導波方向に対してほぼ垂直な端面を有し、前記フェルールの前記素子搭載面が前記光導波体の光導波方向に対して垂直な面から2度以上ずれた面であり、前記光導波体と前記面型光素子の間に透明樹脂が充填されてなる光電変換ヘッダーを用いる光配線システムであって、前記面型光素子が発光素子である第一の光電変換ヘッダー(光送信ヘッダー)と、前記面型光素子が受光素子である第二の光電変換ヘッダー(光受信ヘッダー)が前記光導波体により光結合され、前記第一の光電変換ヘッダーから前記第二の光電変換ヘッダーへと光信号を伝送してなることを特徴とする。 Another aspect of the present invention is an optical waveguide, a ferrule that holds and positions the optical waveguide so that the light input end of the optical waveguide protrudes at least partially from the element mounting surface, and the ferrule. An optical wiring provided on at least the element mounting surface, and a planar optical element mounted on the element mounting surface of the ferrule and electrically connected to the electric wiring, and the optical input / output end of the optical waveguide Has an end face that is substantially perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the element mounting surface of the ferrule is a surface that is offset by 2 degrees or more from the plane perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide. And an optical wiring system using a photoelectric conversion header in which a transparent resin is filled between the optical waveguide and the planar optical element, wherein the planar optical element is a light emitting element. (Optical transmission header) and the surface A second photoelectric conversion header (optical reception header) whose optical element is a light receiving element is optically coupled by the optical waveguide, and transmits an optical signal from the first photoelectric conversion header to the second photoelectric conversion header. It is characterized by.
本発明の光電変換ヘッダー及びインターフェイスモジュール付LSIパッケージ及び光電変換ヘッダーの製造方法LSIによれば、高速LSIチップ間配線をローコストで実現できるようになり、情報通信機器等の高度化に大きく貢献することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the LSI package with photoelectric conversion header and interface module and the manufacturing method LSI for photoelectric conversion header of the present invention, high-speed wiring between LSI chips can be realized at low cost, which greatly contributes to advancement of information communication equipment and the like. Can do.
本発明の実施形態を説明する前に、本発明者らが先に提案したインターフェイスモジュール付LSIパッケージ(特願2003−39828号)について、図13を参照して説明する。図13中の21はインターポーザ基板、22は半田ボール、23は信号処理LSI、24は電気接続端子、25は配線基板、27は光素子駆動IC、28は光電変換部、5は光ファイバ、31はヒートシンク、32は冷却ファンである。 Before describing an embodiment of the present invention, an LSI package with an interface module previously proposed by the present inventors (Japanese Patent Application No. 2003-39828) will be described with reference to FIG. In FIG. 13, 21 is an interposer substrate, 22 is a solder ball, 23 is a signal processing LSI, 24 is an electrical connection terminal, 25 is a wiring board, 27 is an optical element driving IC, 28 is a photoelectric conversion unit, 5 is an optical fiber, 31 Is a heat sink, and 32 is a cooling fan.
信号処理LSI23からの高速信号は、半田ボール22を通じて実装ボードに供給されるのではなく、電気接続端子24及び配線基板25を通じて光素子駆動IC27に供給される。そして、光電変換部28により光信号となり、光ファイバ5に与えられる。このパッケージは、信号処理LSI23が搭載されたインターポーザ基板21上に、インターフェイスモジュール(配線基板25、光素子駆動IC27、光電変換部28、光ファイバ5を合せた部分)を後から搭載できる。更に、その上にヒートシンク31、冷却ファン32が搭載されて、信号処理LSI23の放熱が可能となる。
The high-speed signal from the
このように構成されたインターフェイスモジュール付LSIパッケージは、既存の生産ラインで作製された実装ボードに、既存の実装装置(リフロー装置など)を用いてLSI実装を行うのと全く同様の手順及び条件によって、ボード実装することができる。即ち、先に信号処理LSI23を搭載したインターポーザ基板21を他の電子部品と共に既存方法を用いてボードに実装し、その後にインターフェイスモジュールを上から被せて固定(例えば、ネジ止めや接着剤で固定)すれば図13の構造が実装ボード上に構成できる。
The LSI package with an interface module configured in this way is in exactly the same procedure and conditions as those for mounting an LSI on a mounting board manufactured on an existing production line using an existing mounting device (such as a reflow device). Can be mounted on the board. That is, the
このとき、インターポーザ基板21をボード実装する工程までは、既存量産ラインを一切変更することなく生産可能であり、光配線ボードを構築するために特有の作業はインターフェイスモジュールを搭載する作業だけとなる。しかも、インターフェイスモジュールを上から被せて固定する工程は、特別な高精度位置合わせ(例えば±10μm)を必要とするものではなく、一般的な電気コネクタの精度があれば十分であり、それほど実装工程のコストを増加させるものではない。即ち、既存の安価な実装ボード(例えば、ガラスエポキシ基板など)と既存の実装方法を用い、一般的にボード電気配線で実現困難な高速配線(例えば1つの配線当たり20Gbps)を有する高速ボードが実現可能となる。
At this time, the process up to the board mounting of the
この形態のインターフェイスモジュール付LSIパッケージは、光電変換部28と光ファイバ5(以下、28及び5を合せて光電変換ヘッダーと記す)を除けば、電気的な実装体であり、既存の半導体実装技術が適用しやすく量産による低コスト化が容易である。即ち、光電変換ヘッダー(光素子サブアセンブリ)に要するコストが低減できれば、光を用いた高速配線ボードの低コスト化が可能となり、情報通信機器の大容量化、高度化等に大きく寄与することができる。本発明は、このようなインターフェイスモジュール付LSIパッケージの光電変換ヘッダーのコストを低減可能とする技術の提供を行うものである。
The LSI package with an interface module in this form is an electrical mounting body except for the
上述した光電変換ヘッダーの従来例を既に説明しているが、その中でコスト増加要因となる部分は、光電変換ヘッダーの組み立て不良、特に、光ファイバなどの光導波体を装着固定する時に光導波体により光素子を機械的に破損する不良、動作的に戻り光雑音を発生する特性不良などであり、不良品の製造原価が良品の製品原価に上乗せされる分、コスト増加することとなる。また、前述したように光ファイバに斜め研磨加工などを施す場合、更に大きな加工コストが製造原価に追加される。 The conventional example of the above-described photoelectric conversion header has already been described, but the part that increases the cost among them is an assembly failure of the photoelectric conversion header, especially when an optical waveguide such as an optical fiber is mounted and fixed. Such as a defect that mechanically breaks the optical element by the body and a characteristic defect that operatively generates return light noise, and the manufacturing cost of the defective product is added to the product cost of the non-defective product, the cost increases. Further, as described above, when the optical fiber is subjected to oblique polishing or the like, a larger processing cost is added to the manufacturing cost.
以下、図面参照しながら本発明の実施形態について説明していく。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる光電変換ヘッダーの概略構成を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a photoelectric conversion header according to the first embodiment of the present invention.
図1において、1は光を導波するための光導波体(例えば、光ファイバや光導波路フィルムなどであり、以下では光ファイバを例として記述していく)を保持位置決めするフェルール、2はフェルール1の上にパターン形成した電気配線(引き出し電極)、3は面型発光素子(例えば、VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laserなど)、4は光素子搭載用バンプ、5は光ファイバ(5a:コア、5b:クラッド)、6は光素子アンダーフィル材及び光ファイバの接着剤としての透明樹脂である。
In FIG. 1,
フェルール1は、例えば30μm程度のガラスフィラーを80%程度混入したエポキシ樹脂を金型による樹脂成型で形成する。このフェルール1に、メタルマスクとスパッタ等によるパターンメタライズを行って電気配線2を形成する。これにより、1μm以下の非常に高い精度を持ちながら、非常に低コストで電気配線付きのフェルール1を量産することが可能である。ここで、電気配線2は、フェルール1の素子搭載面からフェルール1の一つの側面にまたがって形成されている。
For example, the
フェルール1の材料としては、上記エポキシ樹脂の他にPPS(ポリフェニレンサルファイド)、LCP(液晶ポリマー)、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂にガラスフィラーを混合した樹脂を用いることもできる。また、光素子搭載用バンプ4は、半田バンプ(加熱溶融)、Auバンプ(熱圧着)、Sn/Cuバンプ(固相接合)など、種々の材料及び接続方法を用いることができる。光ファイバ5は、例えば石英系のマルチモードGI(Graded Index)ファイバ(コア径50μm、クラッド径125μm、NA=0.21)を用いる。光ファイバ5は、多成分ガラス系の光ファイバやプラスチック光ファイバを用いることも可能である。
As a material of the
ここで、光ファイバ5の端面は光ファイバ5の光導波方向に対してほぼ垂直面であり、石英ファイバなどの場合は、ダイヤモンド刃で僅かに傷入れして側圧印加することによる応力破断面、所謂クリーブ面で構わない。この端面クリーブには専用カッターが市販されており、光ファイバアレイ(リボンファイバ)に対しても整列して一斉クリーブが可能である。また、プラスチックファイバなどの場合、ナイフによる垂直切断や熱板整形などの端面形成法を用いればよい。勿論、コストが見合う場合は、これらを研磨加工で行っても構わない。
Here, the end face of the
フェルール1の光素子搭載面は、上記光ファイバ5の光導波方向に対して垂直の面からずれた面とする。この光素子搭載面の傾斜角としては、発光素子の能動部に光ファイバが接触しない角度を設定すればよい。以下、この光素子搭載面の傾斜角設定の例を示す。
The optical element mounting surface of the
光通信用の石英系光ファイバでは、リボンファイバは一般に250μmピッチのアレイ配列が用いられている。発光素子もこれに適合するよう、250μmピッチで素子設計されることが多く、このサイズでの素子設計は一般に問題なく実施できる。 In silica-based optical fibers for optical communications, ribbon fibers generally use an array arrangement with a pitch of 250 μm. In many cases, the light-emitting element is designed with a pitch of 250 μm so that the light-emitting element can be adapted to the light-emitting element.
一方、高速面型発光素子として、VCSELが一般に用いられるようになってきた。VCSELは、垂直共振型面発光レーザ全般を指すが、通常は垂直DBR(Distributed Bragg Reflector)型面発光レーザを限定的に指すことが多い。比較的汎用性の高くなってきた発振波長850nm帯のVCSELでは、DBRミラーとしてAlx Ga1-x Asが用いられており、発振条件から必要とされる99.9%以上の反射率を得るためには、例えばAl0.1 Ga0.9 As/Al0.9 Ga0.1 Asの各λ/4厚の層ペアを繰り返し積層して3.5μm程度の厚みが必要になる。これが活性層を挟んでp側、n側それぞれに必要なため、全体では7〜8μmという厚さになる。 On the other hand, VCSELs are generally used as high-speed surface light-emitting elements. The VCSEL generally refers to a vertical cavity surface emitting laser, but normally, it often refers to a vertical DBR (Distributed Bragg Reflector) type surface emitting laser. In VCSELs with an oscillation wavelength band of 850 nm, which has become relatively versatile, Al x Ga 1-x As is used as a DBR mirror, and a reflectivity of 99.9% or more required from oscillation conditions is obtained. For this purpose, for example, a layer pair of λ / 4 thickness of Al 0.1 Ga 0.9 As / Al 0.9 Ga 0.1 As is repeatedly laminated to have a thickness of about 3.5 μm. Since this is necessary for each of the p side and the n side across the active layer, the total thickness is 7 to 8 μm.
また、VCSELの電流閉じ込め(発振領域制限)構造として、高速VCSELでは選択酸化構造が良く用いられている。選択酸化構造は、レーザ活性層の近傍に非常に酸化性の強い結晶(例えば、Al0.98Ga0.02As)を薄く設けておき、所望のレーザ能動領域を残して外側から選択的に水蒸気酸化を行わせる構造である。例として、第1DBR層、活性層、選択酸化層、第2DBR層といった結晶層を順次積層し、直径30μmのメサエッチング加工を施し、その側面から選択酸化を10μm行うことで、電流注入開口径が10μmの選択酸化VCSELを作製することができる。このとき、メサエッチングの深さは選択酸化層に達する深さであれば良く、上記DBR厚さの3.5μm以上、即ち約4μmの深さに形成する。 As a current confinement (oscillation region restriction) structure of a VCSEL, a selective oxidation structure is often used in a high-speed VCSEL. In the selective oxidation structure, a highly oxidizable crystal (for example, Al 0.98 Ga 0.02 As) is thinly provided in the vicinity of the laser active layer, and water vapor oxidation is selectively performed from the outside leaving a desired laser active region. It is a structure to make. As an example, a crystalline layer such as a first DBR layer, an active layer, a selective oxidation layer, and a second DBR layer are sequentially stacked, mesa etching with a diameter of 30 μm is performed, and selective oxidation is performed from the side surface by 10 μm, so that the current injection opening diameter is A 10 μm selective oxidized VCSEL can be made. At this time, the depth of the mesa etching only needs to reach the selective oxide layer, and the DBR thickness is not less than 3.5 μm, that is, a depth of about 4 μm.
これを考慮すると、250μm×250μmのVCSELチップではチップ辺から中心までの距離が125μmであり、発光部中央が素子中心に設定される場合、中心から15μmまで高さ4μmのメサが形成され、チップ辺からメサエッジに伸びる直線はチップ表面に対して約2度の傾きとなる(4μm/110μm〜tan2°、チップ辺からメサエッジまでの距離が110μm)。 In consideration of this, in a 250 μm × 250 μm VCSEL chip, when the distance from the chip side to the center is 125 μm and the center of the light emitting part is set at the element center, a mesa having a height of 4 μm from the center to 15 μm is formed. The straight line extending from the side to the mesa edge has an inclination of about 2 degrees with respect to the chip surface (4 μm / 110 μm to tan 2 °, the distance from the chip side to the mesa edge is 110 μm).
これらの関係を、図2にまとめて示す。図2において、301はVCSEL基板(例えばGaAs)、302は電流注入開口(非選択酸化領域)、即ちVCSELの能動領域、303は円形メサ(第二DBR層、選択酸化層より深く形成)である。 These relationships are shown together in FIG. In FIG. 2, 301 is a VCSEL substrate (for example, GaAs), 302 is a current injection opening (non-selective oxidation region), that is, the active region of the VCSEL, and 303 is a circular mesa (second DBR layer, formed deeper than the selective oxidation layer). .
図2において、301左上部から303左上部にかけて引いた線は、仮想的な平面接触物の表面を表しており、上述したように、その接触角は約2°となる。VCSEL側からみれば、能動領域を内包する円形メサ303に光ファイバ5等が接触するようなことさえなければ、基板表面(メサエッチング表面など)に多少の接触物があっても素子破壊を起こすことは少ない。従って、図2において平面接触物の接触角が2°以上であれば、平面接触物が先に基板301に接触し、VCSEL能動領域302(及び円形メサ303)は保護されるということが分る。
In FIG. 2, the line drawn from the upper left portion of 301 to the upper left portion of 303 represents the surface of the virtual planar contact object, and as described above, the contact angle is about 2 °. From the VCSEL side, if the
従って、一般的なリボンファイバのアレイピッチに相当する、250μm×250μmサイズのVCSELでは、2度以上傾いた面に対して能動部(直径30μmメサ)が接触しない、即ち能動部が自動的に保護されるようにすることができる。このため、フェルール1の面型発光素子搭載面は、上記光ファイバ5の光導波方向に対して垂直となる面から2度以上傾いていることが望ましい。
Therefore, in a VCSEL with a size of 250 μm × 250 μm, which corresponds to a general ribbon fiber array pitch, the active part (diameter 30 μm mesa) does not contact the surface inclined more than 2 degrees, that is, the active part is automatically protected. Can be done. For this reason, it is desirable that the surface light emitting element mounting surface of the
但し、この傾斜角は250μmサイズのチップより大きな平面に対する場合であり、250μmより小さい径の光ファイバを対向させる場合、より大きな角度で傾けることが必要になる。例えば、一般的な石英系光ファイバの径は125μmが多い。上記のVCSELと125μm径の光ファイバの中心を位置合わせしてVCSELの能動部を保護するには、約5度の傾きが必要になる(4μm/47.5μm〜tan5°、ファイバ端からメサエッジの距離が47.5μm)。 However, this inclination angle is for a plane larger than a chip having a size of 250 μm, and when an optical fiber having a diameter smaller than 250 μm is opposed, it is necessary to incline at a larger angle. For example, a typical silica-based optical fiber has a large diameter of 125 μm. In order to protect the active part of the VCSEL by aligning the center of the VCSEL with the 125 μm diameter optical fiber, an inclination of about 5 degrees is required (4 μm / 47.5 μm to tan 5 °, from the fiber end to the mesa edge. The distance is 47.5 μm).
これらの関係を、図3にまとめて示す。図3において、301はVCSEL基板(例えばGaAs)、302は電流注入開口(非選択酸化領域)、即ち、VCSELの能動領域、303は円形メサ(第二DBR層、選択酸化層より深く形成)であり、その大小関係は図2の場合と同一である。また、5は光ファイバであり、上述のように125μmの直径を有している。ここで、光ファイバ5の端面は垂直カットされており、その中心(光軸中央)がVCSEL能動領域中心上に位置するものとする。その状態で、光ファイバが基板301表面と円形メサ303の角に接触する条件を求めると図3のような関係になり、相互の接触角は5°弱となる。
These relationships are summarized in FIG. In FIG. 3, 301 is a VCSEL substrate (for example, GaAs), 302 is a current injection opening (non-selective oxidation region), that is, an active region of the VCSEL, and 303 is a circular mesa (second DBR layer, formed deeper than the selective oxidation layer). The magnitude relationship is the same as in FIG. An
従って、図3において光ファイバの傾きが前述のように5°以上であれば光ファイバが先に基板301に接触し、VCSEL能動領域302及び円形メサ303は保護されるということが分る。また、光ファイバとVCSELの中心位置がずれるとこの関係が成立しなくなるが、図1から分るように本発明においてこれはVCSEL3をフェルール1に搭載する際の位置合わせの問題に帰着する。この位置合わせ精度としては、光ファイバ保持穴を画像認識させて位置合わせする方法で、±5μm以下の精度が確保できる。この位置合わせ精度を更に考慮し、光ファイバ傾き角、即ち、フェルール1の光素子搭載面傾斜角を5.5°とすれば、VCSEL能動部に光ファイバが接触することは無い。
Therefore, in FIG. 3, if the inclination of the optical fiber is 5 ° or more as described above, the optical fiber comes into contact with the
このように、VCSEL表面の凹凸などを考慮し、フェルールの光素子搭載面に傾斜を付けることで発光素子の能動部に光ファイバが接触しないように設定することができる。勿論、この実施形態では光素子を搭載するバンプ金属などの厚みが面内でほぼ一定であり、温度が変化しても光ファイバとVCSELの相対角度が変化することは実質無い。 Thus, in consideration of the unevenness of the VCSEL surface and the like, the optical fiber mounting surface of the ferrule is inclined so that the optical fiber does not contact the active portion of the light emitting element. Of course, in this embodiment, the thickness of the bump metal or the like on which the optical element is mounted is substantially constant in the plane, and the relative angle between the optical fiber and the VCSEL does not change even if the temperature changes.
また、光ファイバと発光素子が傾けて光結合されているため、戻り光による雑音発生を抑制できる効果も持っていることは周知の通りである。但し、本発明においては発光素子(VCSEL)光出力面から光ファイバ光入力端面までの距離が2μm程度と極端に短くできるため、光ファイバとVCSELを傾斜させているにも拘わらず、光ファイバ端面の反射光がVCSELの光共振モードに結合して戻り光雑音を発生させる場合がある。 Further, as is well known, since the optical fiber and the light emitting element are tilted and optically coupled, it has an effect of suppressing the generation of noise due to the return light. However, in the present invention, since the distance from the light output element (VCSEL) light output surface to the optical fiber light input end surface can be extremely shortened to about 2 μm, the end surface of the optical fiber is in spite of the inclination of the optical fiber and the VCSEL. In some cases, the reflected light couples with the optical resonance mode of the VCSEL to generate return optical noise.
この問題を抑制するには、光ファイバ5の端面からの極近端反射光(反射距離数μm)を低く抑えれば良く、光ファイバ(屈折率約1.46)と周囲(空気の場合屈折率約1)の屈折率差をできるだけ小さくすればよい。これには、光ファイバと光素子(VCSEL)との間隙に光ファイバの屈折率に近い透明材料を充填することが有効であり、屈折率差低下による反射率の低下で等価的に光ファイバを発光素子から遠ざけた場合と同じような効果が得られる。図1において透明樹脂6を充填しているのは、この効果を持たせることを兼ねているものである。従って、透明樹脂6は、屈折率が光ファイバの等価屈折率に等しい、若しくはほぼ同等であることが望ましい。
In order to suppress this problem, it is only necessary to keep the near-end reflected light (reflection distance several μm) from the end face of the
また、透明樹脂6を充填することは、光ファイバ5が外力によって微少振動することを抑制する効果も持っている。光ファイバ5は、光電変換ヘッダーの外部で種々の物体に接しており、それらからの外力を内部に伝達する媒体にもなり得るが、光ファイバが外部の周期性振動を受け、しかもその振動が機械的共鳴振動数近傍である場合、光ファイバ先端又はそれに接する光半導体素子が微少振動する内部共鳴振動を起こす場合がある。前記した透明樹脂6の充填は、このような内部振動の防止及び減衰にも有効である。
In addition, filling the
さらに、透明樹脂6は光半導体素子3とフェルール1の熱膨張特性の差を緩衝する効果も持っており、相互の熱膨張係数差による応力や歪を光半導体素子3とフェルール1の接続部(光素子搭載用バンプ4の周囲)に集中させず、光半導体素子3及びそれに対向する光素子搭載面全体に分散させる効果を持つ。このため、透明樹脂6の充填は熱サイクルの劣化等を防止するためにも有効であり、更にその効果を高めるため、透明樹脂5に透明な微粒子フィラー(例えば平均粒径数μm〜数10μmのシリカや粉砕石英など)を混合させることも有効である。即ち、透明な微粒子フィラーの混合率を調整して樹脂の平均的、或いは等価的熱膨張特性を光ファイバや光半導体素子に整合、或いはそれらの中間値とすることで、熱応力(熱歪)緩和効果を高めることができる。
Further, the
図4は、本発明の第1の実施形態に係わる光電変換ヘッダーの概略構成を示す断面図であり、図1で示した発光素子に対向する受光素子の実施形態例を示している。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the photoelectric conversion header according to the first embodiment of the present invention, and shows an embodiment of a light receiving element facing the light emitting element shown in FIG.
図4において、1は光導波体(例えば、光ファイバや光導波路フィルムなどであり、以下では光ファイバを例として記述していく)を保持位置決めするフェルール、2はフェルール1の上にパターン形成した電気配線(引き出し電極)、3は面型受光素子(PIN−PD:PIN Photo Diodeなど)、4は光素子搭載用バンプ、5は光ファイバ、6は光素子アンダーフィル材及び光ファイバの接着剤としての透明樹脂である。
In FIG. 4, 1 is a ferrule for holding and positioning an optical waveguide (for example, an optical fiber or an optical waveguide film, which will be described below as an example), and 2 is a pattern formed on the
フェルール1は、先に説明したようにエポキシ樹脂で製造することができ、更にエポキシ樹脂以外の他の材料を用いることができる。さらに、光素子搭載用バンプ4及び光ファイバ5は、先に説明したものを用いることができる。光ファイバ5の端面は、図1の場合と同様に光ファイバ5の光導波方向に対してほぼ垂直面であり、その形成方法は先に説明した通りである。
The
フェルール1の光素子搭載面は、上記光ファイバ5の光導波方向に対して垂直の面からずれた面とする。一般に、受光素子はプレーナ構造、即ち表面が平坦な構造の場合が多く、光ファイバの傾斜角は光ファイバ端面の垂直性ばらつきの範囲より大きければ任意となる。ところが、フェルール1には図1の発光素子に用いたものをそのまま流用することができ、光素子搭載面の傾斜角を2°以上(光ファイバを近接させる場合には5°以上の設定)とすると、発光素子及び受光素子のフェルール1を共通化できる。
The optical element mounting surface of the
また、受光側(光ファイバ端面、受光素子表面)の反射を抑制するため、光ファイバと受光素子(PIN−PD)との間隙に光ファイバ屈折率に近い透明材料を充填することが有効である。これは、光ファイバ出力端での光ファイバと外部との屈折率差に応じた反射を抑制するものであり、透明樹脂6は屈折率が光ファイバの等価屈折率に等しい、若しくはほぼ同等であることが望ましい。
Also, in order to suppress reflection on the light receiving side (optical fiber end face, light receiving element surface), it is effective to fill a gap between the optical fiber and the light receiving element (PIN-PD) with a transparent material having a refractive index close to that of the optical fiber. . This suppresses reflection according to the difference in refractive index between the optical fiber and the outside at the output end of the optical fiber, and the
また、透明樹脂6を充填することは、先に説明したように光ファイバ5が外力によって微少振動することを抑制する効果も持っており、前述した内部振動の防止及び減衰にも有効である。さらに、透明樹脂6は光半導体素子3とフェルール1の熱膨張特性の差を緩衝する効果も持っており、前述したように熱サイクルの劣化等を防止するためにも有効である。この効果を更に高めるため、透明樹脂5に透明な微粒子フィラー(例えば平均粒径数μm〜数10μmのシリカや粉砕石英など)を混合させることも有効である。
Filling the
なお、能動領域とは、前記面型光素子が発光素子の場合は電流注入により発光する発光部及びその周囲を囲む領域であり、一般には発光部から周囲に10〜20μm拡大した領域、又は発光部を周囲と分離するよう加工したメサ領域を、受光素子の場合は受光層に電界印加するためのpn接合又は金属半導体接合から空乏層の延びる部分(受光部)及びその周囲を囲む領域であり、一般には受光部から周囲に10〜20μm拡大した領域、又は受光部を周囲と分離するよう加工したメサ領域を意味するものである。 The active region is a light emitting portion that emits light by current injection when the surface optical device is a light emitting device and a region surrounding the light emitting portion. Generally, the active region is a region expanded from the light emitting portion to the periphery by 10 to 20 μm, or light emission. In the case of a light receiving element, a mesa region processed so as to separate the portion from the surroundings is a region (light receiving portion) where the depletion layer extends from the pn junction or metal semiconductor junction for applying an electric field to the light receiving layer and the surrounding area Generally, it means a region enlarged by 10 to 20 μm from the light receiving portion to the periphery, or a mesa region processed so as to separate the light receiving portion from the surroundings.
このような本発明の受光素子への適用は、光ファイバと受光素子との距離を非常に短くでき、光ファイバ出射後の光ビーム広がりを最小化できる。即ち、受光素子の受光径を光ファイバのコア径より僅かに大きく設定、例えば光ファイバのコア径に10μmを加算する(50μmΦコア光ファイバの場合、60μmΦとする)ことで光結合効率の低下を防止し、マルチモード光ファイバ伝送のモーダルノイズ抑制にも効果を発揮する。 Such application of the present invention to the light receiving element can extremely shorten the distance between the optical fiber and the light receiving element, and can minimize the spread of the light beam after being emitted from the optical fiber. That is, the light receiving diameter of the light receiving element is set slightly larger than the core diameter of the optical fiber. For example, 10 μm is added to the core diameter of the optical fiber (in the case of a 50 μmΦ core optical fiber, the optical coupling efficiency is reduced). It is also effective in suppressing modal noise in multimode optical fiber transmission.
上記した発光素子搭載(図1)光電変換ヘッダー(光送信側)、受光素子搭載(図4)光電変換ヘッダー(光受信側)は、それぞれ光インターフェイスモジュールの低コスト化及び戻り光雑音の抑制に効果を発揮するが、比較的短距離(例えば配線長1m以下)の光配線の場合、光導波体コア(図1の5a)を導波する光だけでなく、光導波体クラッド(図1の5b)を伝播する非導波光(クラッドモード)、即ち光到達量が光導波体コア5aへの光結合効率で定まらない不確定で容易に変動する光が伝達され易いため、本発明による発光素子搭載(図1)光電変換ヘッダー(光送信側)と受光素子搭載(図4)光電変換ヘッダー(光受信側)を併用することが戻り光雑音の抑制に効果的である。
The above-described light-emitting element mounting (FIG. 1) photoelectric conversion header (light transmission side) and light-receiving element mounting (FIG. 4) photoelectric conversion header (light reception side) reduce the cost of the optical interface module and suppress return optical noise, respectively. Although effective, in the case of an optical wiring having a relatively short distance (for example, a wiring length of 1 m or less), not only the light guided through the optical waveguide core (5a in FIG. 1) but also the optical waveguide cladding (in FIG. 1). Non-guided light (clad mode) propagating through 5b), that is, light that has an unreliable and easily fluctuating light arrival amount that is not determined by the optical coupling efficiency to the
つまり、光送信側反射光を抑制することでクラッドモードとなる角度の大きい光が光導波体に導入され易くなり、受光側で反射抑制を行っていないとクラッドモードによるランダムな反射光が戻ってVCSELの動作が安定化できない問題が生じるが、上述のように本発明による発光素子搭載(図1)光電変換ヘッダー(光送信側)と受光素子搭載(図4)光電変換ヘッダー(光受信側)を併用することで、比較的短距離(例えば配線長1m以下)の光配線システムでもシステムの安定動作が可能となる。 In other words, suppressing the reflected light on the light transmission side makes it easy for light with a large angle that becomes the cladding mode to be introduced into the optical waveguide, and if the reflection suppression is not performed on the light receiving side, the random reflected light by the cladding mode returns. Although there is a problem that the operation of the VCSEL cannot be stabilized, as described above, the light-emitting element mounted according to the present invention (FIG. 1) the photoelectric conversion header (light transmission side) and the light-receiving element mounted (FIG. 4) photoelectric conversion header (light reception side). In combination, the system can be stably operated even in an optical wiring system having a relatively short distance (for example, a wiring length of 1 m or less).
この場合、光導波体5は一つの光導波体で、その各端に発光素子搭載(図1)光電変換ヘッダー(光送信側)と受光素子搭載(図4)光電変換ヘッダー(光受信側)が設けられた形態でも、発光素子搭載(図1)光電変換ヘッダー(光送信側)と受光素子搭載(図4)光電変換ヘッダー(光受信側)が別々に有する光導波体を光コネクタ(図示せず)で光結合した形態でも構わない。
In this case, the
なお、上記した本実施形態の光ファイバ傾き角、即ちフェルール1の光素子搭載面傾斜角の最大角については、以下のような設定とすれば良い。
In addition, what is necessary is just to set the following as an optical fiber inclination angle of this embodiment mentioned above, ie, the maximum angle of the optical element mounting surface inclination angle of the
例えば、光ファイバ傾き角の設定上限として、光ファイバ5の最大受光角を設定上限とする。即ち、それ以上の角度においては、光ファイバの最大導波モード角度を越えてしまうため、VCSELの主軸(法線)方向の光が結合できなくなってしまう。従って、これ以上の角度では、光結合効率が必要以上に低下するため、総合的得失の損失の方が増加していく。光ファイバ5の最大受光角度の例としては、前述した石英系のマルチモードGI(Graded Index)ファイバ(コア径50μm、クラッド径125μm、NA=0.21)で、約12°(半角値)である。
For example, the maximum light receiving angle of the
ここで言う半角とは、光ファイバの受光全角(主軸方向からの角度ずれのプラス成分及びマイナス成分を全て合わせた角度)の半分であり、主軸方向からの最大許容角度ずれ値を表す。また、光ファイバ5は、多成分ガラス系の光ファイバやプラスチック光ファイバを用いることも可能であり、その場合、更に大きな受光角(NA)を有する場合もあり得る。
Here, the half angle is half of the light reception full angle of the optical fiber (the angle obtained by adding all the positive and negative components of the angle deviation from the main axis direction), and represents the maximum allowable angle deviation value from the main axis direction. The
次に、光ファイバとVCSELの光結合限界として、光ファイバの最大受光角とVCSELの光放射角の組み合わせ角がある。これは、上記の光ファイバ最大受光角以上の角度において、VCSELの主軸方向の角度の光は結合できないが、VCSEL出力光の角度拡がりによる裾部分の光が結合し得るため、その結合光が実質的に無くなる角度が光結合そのものの物理限界となる。例えば、VCSELの出力光放射角度は、単一モード発振で約8°(半値全角:FWHM)、高次横モード発振で最大約20°程度(半値全角:FWHM)である。 Next, as an optical coupling limit between the optical fiber and the VCSEL, there is a combination angle of the maximum light receiving angle of the optical fiber and the light emission angle of the VCSEL. This is because light at the angle of the main axis direction of the VCSEL cannot be coupled at an angle larger than the maximum light receiving angle of the optical fiber, but the light at the skirt portion due to the angular spread of the VCSEL output light can be coupled. The lost angle becomes the physical limit of the optical coupling itself. For example, the output light emission angle of a VCSEL is about 8 ° (full width at half maximum: FWHM) in single mode oscillation and about 20 ° at maximum (full width at half maximum: FWHM) in high-order transverse mode oscillation.
従って、それぞれの半角を上記光ファイバの最大受光角に付加した値が、光結合の実質限界となり、これを上記した本発明実施形態の光ファイバ傾き角、即ちフェルール1の光素子搭載面傾斜角の最大角とすれば良い。上記光ファイバの場合、最大設定角度は単一モード発振VCSELで16°(光ファイバ最大受光角12°、VCSEL出力光半値半角4°の合計)、高次横モード発振VCSELで22°(光ファイバ最大受光角12°、VCSEL出力光半値半角10°の合計)であり、これ以上大きな角度の設定はあまり意味を成さない。
Therefore, a value obtained by adding each half angle to the maximum light receiving angle of the optical fiber is a substantial limit of optical coupling, and this is the optical fiber inclination angle of the above-described embodiment of the present invention, that is, the optical element mounting surface inclination angle of the
このように本実施形態の光電変換ヘッダーでは、光ファイバなどの光導波体5を保持するフェルール1と光素子3,7とをほぼ均等な高さのバンプ4などにより搭載するため、温度変化に対して光素子3,7の傾斜角変動が生じることが殆ど無い。また、その搭載面を光導波体5の光軸方向からずれた法線を持つように構成するため、光導波体5の断面幅とずれ角に応じたギャップが自動的に形成され、光素子能動部が光導波体5に接触して破損する問題を本質的に防止できる。このため、光導波体5が光素子3,7に接触する直前、或いは光導波体5が光素子3,7に接触するまで近接化しても光素子能動部が破損しないよう設定可能であり、光導波体5と光素子能動部を数μmまで再現性良く近接することが可能である。従って、受光素子7の受光径を光導波体コア径まで絞って高速化しても、レンズなどのコストアップ要因となる付加物を用いることなく高効率な光結合が可能になる。
As described above, in the photoelectric conversion header of this embodiment, the
また、光素子3,7と光導波体5を互いに傾斜させる構成となるため、戻り光雑音も抑制可能なことは勿論であるが、特に、光導波体界面の反射を抑制する透明樹脂6の充填を行うため、光素子3,7と光導波体5を数μmに近接させても、距離的効果が傾斜効果を越えて戻り光雑音を発生すことを抑制する。また、上記効果を発揮するための光導波体5(光ファイバや光導波路フィルムなど)の光入出力端は垂直端面でよく、工程コストの高い斜め研磨工程のような斜め加工を施す必要が無い。さらに、垂直端面に透明樹脂6の充填を行うため光導波体5の光入出力端に極端な面精度は必要なく、所謂クリーブ端面が適用可能である。従って、本実施形態は加工コストの面でもコストネックが殆ど無い利点を持っている。このような理由から、高速LSIチップ間配線をローコストで実現できるようになり、情報通信機器等の高度化に大きく貢献することができる。
Further, since the
(第2の実施形態)
図5、図6は、本発明の第2の実施形態に係わる光電変換ヘッダーの搭載光素子の概略構成を示す断面図及び上面図であり、図5は光素子として発光素子の場合、図6は受光素子の場合のそれぞれ構成例を示している。光素子の構造自体は、前述したVCSELのようなメサ型構造でも構わないが、ここでは高速動作を目的とした低電極容量型の素子を例に示していく。
(Second Embodiment)
5 and 6 are a cross-sectional view and a top view showing a schematic configuration of an optical element mounted with a photoelectric conversion header according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a case where a light-emitting element is used as the optical element. FIG. 4 shows a configuration example in the case of a light receiving element. The optical element structure itself may be a mesa structure like the VCSEL described above, but here, a low electrode capacitance type element intended for high-speed operation is shown as an example.
図5において、301は半導体基板、302はレーザ発振領域、303は円形メサ、304は絶縁膜、305は能動領域電極、306は接地電極である。また、図6において、701は半導体基板、702は反転不純物拡散領域(受光部pn接合)、703は円形メサ、704は絶縁膜、705は能動領域電極、706は接地電極である。各図の右側の(b)は素子上面図、各図の左側の(a)は各上面図のA−A’部、B−B’部における断面図である。各図の破線は、光ファイバ5の対向位置を示している。絶縁膜304,704は、素子高速動作のために電極の寄生容量を低減する厚膜の絶縁体であり、例えば膜厚4μmのポリイミド膜を用いる。この厚みは前述したVCSELのメサエッチング深さに相当する厚さであり、選択酸化のためのメサエッチング領域を埋め戻すことに相当する。
In FIG. 5, 301 is a semiconductor substrate, 302 is a laser oscillation region, 303 is a circular mesa, 304 is an insulating film, 305 is an active region electrode, and 306 is a ground electrode. In FIG. 6, 701 is a semiconductor substrate, 702 is an inverted impurity diffusion region (light receiving portion pn junction), 703 is a circular mesa, 704 is an insulating film, 705 is an active region electrode, and 706 is a ground electrode. (B) on the right side of each figure is a top view of the element, and (a) on the left side of each figure is a cross-sectional view of the A-A 'portion and B-B' portion of each top view. The broken line in each figure indicates the facing position of the
また、受光素子(PIN−PD)はアレイ化した場合などに少数キャリア(非拡散領域がn型の場合は正孔)がキャリア濃度勾配により拡散し、隣接素子に到達するのを防止する少数キャリア拡散防止溝としてメサエッチングを施す。直接遷移型の半導体材料を用いたPIN構造の場合、不純物拡散領域深さが1μm程度、光吸収層厚さが2〜3μmとなることが多く、少数キャリア拡散防止溝の深さは4μm程度の深さに形成すればよい。この少数キャリア拡散防止溝部分にVCSELと同様にメサエッチング領域を埋め戻す形で、電極の低容量化のため厚膜の絶縁体を設ける。 In addition, when the light receiving element (PIN-PD) is arrayed, minority carriers (holes when the non-diffusion region is n-type) are diffused by the carrier concentration gradient to prevent the minority carriers from reaching the adjacent elements. Mesa etching is performed as a diffusion preventing groove. In the case of a PIN structure using a direct transition type semiconductor material, the depth of the impurity diffusion region is often about 1 μm, the thickness of the light absorption layer is often 2 to 3 μm, and the depth of the minority carrier diffusion preventing groove is about 4 μm. What is necessary is just to form in depth. A thick film insulator is provided in order to reduce the capacitance of the electrode by filling back the mesa etching region in the minority carrier diffusion preventing groove portion like the VCSEL.
ここで、厚膜の絶縁体を用いて電極容量を低減する必要がある部分は305,705の能動部電極だけであるが、本発明の主旨から全てのバンプが同等の構造、サイズを有することが望ましく、接地電極306,706も能動部電極と同じ構成としている。従って、素子全体がほぼ平坦な表面を有し、配線パターンを能動部に接続するか、厚膜絶縁体を通して基板に接続(図示せず)するか、という違いで機能は異なるが、バンプ4の電極パッドとしての機械的構成は同一になるようにしている。
Here, only the
このときポイントとなる部分は、305〜306(又は705〜706)の電極が、図1で示したフェルール1の光素子搭載面の傾斜方向を除いて形成、即ち光素子能動部から見て光素子が傾斜される方向には電極及びその配線を形成しないことが望ましい。この理由を、図7を用いて説明する。
At this time, the
図7は、図1で示した光電変換ヘッダーと同等な例の概略構成図であり、光素子として図5に示した発光素子の4チャネルアレイ素子を搭載した例を示している。図7右図の(b)は、フェルール1の光素子搭載面から見た側面図、図7左図の(a)は、側面図C−C’部の断面図である。発光素子3は、図5の上面図で素子を上側に表裏反転させた状態で搭載されていることに相当し、図7右側の側面図では破線で位置関係のみを表示している。
7 is a schematic configuration diagram of an example equivalent to the photoelectric conversion header shown in FIG. 1, and shows an example in which the 4-channel array element of the light emitting element shown in FIG. 5 is mounted as an optical element. 7B is a side view seen from the optical element mounting surface of the
図7から分るように、この実施形態では発光素子3が図7右図の上下方向に傾斜しており、垂直端面の光ファイバでは、発光素子3の上下方向(この場合、C−C’指示線と光ファイバ縁部円の交点部分、能動領域の上側)に光ファイバの縁が接するようになる。当然のことながら、この部分では光ファイバと発光素子が接する場合の機械的接触により、そこに設けられたボンディングワイヤなどは変形させられてしまい、極端な場合は切断されてしまう。このため、この部分に立体的な構造物を配置することは避けるべきであるが、更に、蒸着電極等の薄い平面電極でも光ファイバに引っ掻かれて破損したり、機械的応力で徐々に劣化や断線したりする可能性を持つため、配置しないことが望ましい。この理由により、図5、図6の光素子では、電極を素子の対角線方向に配置し、上下方向への配置を避けている。
As can be seen from FIG. 7, in this embodiment, the
(第3の実施形態)
図8は、本発明の第3の実施形態に係わる光電変換ヘッダーの概略構成を示す断面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a sectional view showing a schematic configuration of a photoelectric conversion header according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.
本実施形態は、図1の構成に加え、光吸収性樹脂8を設けたものである。光吸収性樹脂8としては、例えばカーボン微粒子や色素材料、ゲルマニウム微粒子などを混合したエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などとし、樹脂成形などにより図8のように形成する。このとき、光吸収性樹脂8は使用波長に対して十分に不透明となる厚さ(例えば波長850nm、Ge微粒子を20%含有樹脂の場合で0.5mm)に設け、透明樹脂6の外側を全て覆うよう形成することが望ましいが、場合により一部覆われない部分があっても構わない(例えば、電極取り出し部など)。この光吸収性樹脂8の機能は、前述した戻り光雑音の抑制に関するものである。
In the present embodiment, a
戻り光雑音抑制のため充填した透明樹脂6は、光ファイバ端面の反射を抑制する効果を持つが、完全な屈折率の一致が必ずしも実現できないため、僅かに残留反射が残る場合が多い。この残留反射による光は、その媒質が空気の場合には散乱拡散して周囲に散逸することが多いが、この場合、透明樹脂6が周囲の空気より屈折率が高いため、その外周空気界面でかなりの光を内部に反射してしまう。即ち、透明樹脂6が光閉じ込め物質となり、残留反射光、即ち不要な光の速やかな散逸を妨げてしまう問題がある。この結果、残留反射光が閉じ込められてVCSELへの戻り光となり、VCSELのバックグランド雑音レベルを上昇させてしまう。この雑音増加は、非常に高速の光伝送を行う場合等にジッタなどを増加させる原因となり、あまり好ましくない。また、受光側の光電変換ヘッダーにおいては、受光素子表面での反射光が速やかに散逸すべきところが透明樹脂6により閉じ込められ、光ファイバへの逆流光となって発光素子側に届いてしまう。
The
このような透明樹脂6を充填する構成における光閉じ込め問題を解決するため、図8の実施形態では透明樹脂6の空気界面に相当する部分に光吸収性樹脂8を設けている。光吸収性樹脂8は、屈折率が透明樹脂6と同等のものを用いることができる。端的には、透明樹脂6に光吸収材料を混合して用いれば良い。また、光吸収性樹脂8と透明樹脂6の屈折率が同じでなくとも、一般に樹脂材料は1.4〜1.6程度の屈折率が容易に実現し、かなり屈折率差の小さい組み合わせになり易い。このため、図8の実施形態では透明樹脂6境界での反射光が殆ど無くなり、光吸収性樹脂8の中に速やかに吸い込まれるようになる。
In order to solve the light confinement problem in the configuration in which the
光吸収性樹脂8の中では樹脂中の光吸収体が残留反射光を吸収し、発光素子3への戻り光を抑制する。このとき、透明樹脂6内ではその隅々まで光が拡がるため、一部分、例えば透明樹脂6の表面の10%程度に光吸収性樹脂8の取り除かれた部分があっても、そこでの反射光は別の光吸収性樹脂接触部で速やかに取り除かれ、内部に光がこもることは実質無い。このため、上述したように一部光吸収性樹脂8が設けられない部分ができても、問題ない。このような例は、例えば実装時の認識マーク確認窓として電極部分などで光吸収性樹脂を部分的に設けない場合等が相当する。
In the
なお、上記した光吸収性樹脂8を設ける代りに、透明樹脂6と同様な第2透明樹脂(図示せず)を光吸収性樹脂8の部分に形成する方法も有効である。これは、透明樹脂6の境界が光素子とフェルールの間隙の出口付近に位置するのを、更に遠い位置に延長することに相当し、樹脂境界に反射して戻ってくる光を空間的な拡散により光素子とフェルールの間隙に逆流しにくくする方法である。これには、例えば光ファイバの光軸から光素子の端部までの長さ以上の厚さに第2透明樹脂を設ければ実質的に問題は無い。
Instead of providing the
上記、図8の実施形態は、図9に示すような変形も可能である。図9において、1〜6は図8と全く同様であり、8は光電変換ヘッダー全体を覆う光吸収性樹脂、9は光素子駆動IC(ドライバ、レシーバなど)、10は配線基板、11は放熱板を兼ねた実装基板、12はボンディングワイヤである。
The embodiment shown in FIG. 8 can be modified as shown in FIG. In FIG. 9, 1 to 6 are exactly the same as FIG. 8, 8 is a light-absorbing resin that covers the entire photoelectric conversion header, 9 is an optical element driving IC (driver, receiver, etc.), 10 is a wiring board, and 11 is heat dissipation. A mounting
図9は、図1又は図4の光電変換ヘッダーを図13のインターフェイスモジュール付LSIパッケージに適用した実施形態であり、光電変換ヘッダー、光素子駆動ICなどを搭載、ワイヤボンディングなどにより電気接続した後、インターフェイスモジュール部分に保護モールド樹脂を設けた例である。保護モールド樹脂として、上記した光吸収性樹脂8や第2透明樹脂を用いることができ、その効果には上述の戻り光雑音抑制効果が含まれることは述べるまでも無い。
FIG. 9 shows an embodiment in which the photoelectric conversion header of FIG. 1 or FIG. 4 is applied to the LSI package with an interface module of FIG. 13, after the photoelectric conversion header, the optical element driving IC, etc. are mounted and electrically connected by wire bonding or the like. This is an example in which a protective mold resin is provided on the interface module portion. Needless to say, the light-absorbing
(第4の実施形態)
図10は、本発明の第4の実施形態に係わる光電変換ヘッダーの概略構成を示す断面図である。なお、図8と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 10: is sectional drawing which shows schematic structure of the photoelectric conversion header concerning the 4th Embodiment of this invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as FIG. 8, and the detailed description is abbreviate | omitted.
本実施形態が先の第3の実施形態と異なる点は、図8の光吸収性樹脂8の外形をフェルール1の延長形とし、見かけ上、光電変換ヘッダーが直方体チップのように成形されている点である。
This embodiment differs from the previous third embodiment in that the outer shape of the light-absorbing
このような構成であれば、光半導体素子が外部に露出しないため取り扱いが容易であり、また、実装上の制限も少なくなる。例えば、光電変換ヘッダーをフラックスや溶融半田に暴露しても光素子には直接接触しないため影響を受けにくい。また、光吸収性樹脂部分のはみ出しを抑えることにより、電極の引き出し部分を実装基板に非常に近接させても電極以外が先に実装基板に当たるようなことが少ない。このため、この実施形態では、図11に示すようなフリップチップ形式の実装方法が適用可能になる。 With such a configuration, since the optical semiconductor element is not exposed to the outside, handling is easy, and restrictions on mounting are reduced. For example, even if the photoelectric conversion header is exposed to flux or molten solder, it is not easily affected because it does not directly contact the optical element. In addition, by suppressing the protrusion of the light-absorbing resin portion, even if the electrode lead-out portion is placed very close to the mounting substrate, it is unlikely that anything other than the electrode will hit the mounting substrate first. Therefore, in this embodiment, a flip chip type mounting method as shown in FIG. 11 can be applied.
図11において、10の配線基板には各素子を接続するための電気配線(図示せず)が形成されている。図11の13は光素子駆動IC及び光電変換ヘッダーのフリップチップ実装面アンダーフィル材、4´は接続バンプである。このように実装することで、光素子駆動ICから光電変換ヘッダーへの配線を短くすることができ、高速動作特性の改善に有効である。
In FIG. 11, electrical wiring (not shown) for connecting each element is formed on 10 wiring boards.
(第5の実施形態)
図12(a)〜(c)は、本発明の第5の実施形態に係わる光電変換ヘッダーの製造工程の概略を示す断面図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Fifth embodiment)
12 (a) to 12 (c) are cross-sectional views illustrating the outline of the manufacturing process of the photoelectric conversion header according to the fifth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.
本実施形態の光電変換ヘッダーの製造工程は、まず、電極2及び傾斜した光素子搭載面を有するフェルール1に光素子の搭載を行う。この工程は、フェルールの光ファイバガイド孔や電極パターンと、光素子の能動領域パターンを画像認識させて機械的に位置合わせする方法で行い、例えば搭載位置精度を±2μmに制御する。光素子の電極2への接続は、例えばAuスタッドバンプの加熱圧着を用いる。
In the manufacturing process of the photoelectric conversion header of this embodiment, first, an optical element is mounted on the
次に、このフェルールを、背面にフェルール1の光素子搭載面傾斜角と同等な傾斜角を持つ固定壁(ストッパー)附きの治具14にセットする(図12(a))。このとき、フェルール1と治具14は固定せず、フェルール1が治具14上で光ファイバガイド孔方向にだけスライド可能なように、治具14にガイド溝などを設けておく。この治具14のガイド溝は、フェルール1に対する摩擦が少なくなるよう、材料、構成を考慮する。例えばフッ素樹脂を接触部に配置するようにしても良い。
Next, the ferrule is set on a
次に、図12(b)に示すように、フェルール1に光ファイバ5を挿入する。このとき、光ファイバ固定用の透明樹脂(接着剤)6を液体状態で先に塗布し、光ファイバ挿入時の摩擦を減らすようにしても良い。光ファイバ5の挿入は、例えば押圧センサ付きのマイクロメータなど、光ファイバ挿入圧力のモニタが可能な装置を用いて行う。そして、光ファイバを挿入しながらその挿入圧が所定圧に達したポイント、或いは挿入距離に対する挿入圧の微分を取ってその立ち上がりポイントで光ファイバの挿入を停止する。光ファイバ5の挿入停止圧力としては、光ファイバの縁部破壊圧力以下で光素子基板にクラックなどを生じさせない圧力値を設定すれば良い。
Next, the
最後に、図12(c)に示すように、透明樹脂6の固化を行う。透明樹脂6には、熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂を用い、光ファイバ5が所定挿入位置に達したら加熱又は紫外線照射などの硬化処理を行えば良い。
Finally, as shown in FIG. 12C, the
このような製造方法を用いることで、光素子とフェルールの接続部(バンプ電極4)に過剰外力を加えないようにでき、光素子搭載不良(電極外れなど)を大幅に低減できる。この光ファイバ挿入において最も外力を受ける部分は、光ファイバ及び光ファイバ接触部近傍の光素子基板であり、バンプ電極4にはフェルール1と治具14との摩擦による力が加わるのみである。これは前述のように、フェルール1と治具14との摩擦を低減するよう治具14などに摩擦低減の工夫を施すことで低減でき、例えば治具14を垂直に立ててフェルール1を上からセットすることで、フェルール1と治具14との摩擦を実質零にすることも可能である。
By using such a manufacturing method, it is possible to prevent excessive external force from being applied to the connection portion (bump electrode 4) between the optical element and the ferrule, and it is possible to significantly reduce optical element mounting defects (such as electrode disconnection). The portion that receives the most external force in this optical fiber insertion is the optical fiber and the optical element substrate in the vicinity of the optical fiber contact portion, and the
(変形例)
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では一部発光素子についてのみ記述されているが、一部の発光素子固有の部分を除いて、受光素子についても同様に実施可能なものである。また、実施形態に示された材料、形状、配置などはあくまで一例であり、更に各実施形態を組み合わせて実施することも可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができるものである。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, although only a part of the light emitting elements is described in the embodiment, the light receiving element can be similarly implemented except for a part unique to some of the light emitting elements. In addition, the materials, shapes, arrangements, and the like shown in the embodiments are merely examples, and the embodiments can be combined and implemented. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.
1…フェルール
2…引き出し電極
3,7…面型光半導体素子
4…接続バンプ
5…光ファイバ
6…透明樹脂
8…光吸収性樹脂
9…光素子駆動IC
10…配線基板
11…実装基板(放熱板)
12…ボンディングワイヤ
13…アンダーフィル
14…組み立て治具
21…インターポーザ基板
22…半田ボール
23…信号処理LSI
24…電気接続端子
25…配線基板
27…光素子駆動IC
28…光電変換部
31…ヒートスプレッダ
32…冷却ファン
DESCRIPTION OF
10 ... Wiring
DESCRIPTION OF
24 ...
28 ...
Claims (17)
前記光導波体の前記フェルールの素子搭載面から少なくとも一部突出する光入出力端が該光導波体の光導波方向に対してほぼ垂直な端面を有し、前記フェルールの素子搭載面が前記光導波体の光導波方向に対して垂直な面から2度以上ずれた面であることを特徴とする光電変換ヘッダー。 An optical waveguide, a ferrule that holds and positions the optical waveguide so that an optical input / output end of the optical waveguide protrudes at least partially from the element mounting surface, and an electrical circuit provided on at least the element mounting surface of the ferrule Wiring, and a planar optical element mounted on the element mounting surface of the ferrule and electrically connected to the electrical wiring,
The light input / output end protruding at least partially from the element mounting surface of the ferrule of the optical waveguide has an end surface substantially perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the element mounting surface of the ferrule is the light guide A photoelectric conversion header characterized in that the photoelectric conversion header is a surface that is shifted by 2 degrees or more from a surface perpendicular to the optical waveguide direction of the wave body.
前記電気配線が前記フェルールの該フェルールが保持する前記光導波体の光入出力端が露出する面から該フェルールの少なくとも一つの側面にまたがって形成され、前記面型光素子が前記フェルールの該フェルールが保持する前記光導波体の光入出力端が露出する面に搭載され且つ前記電気配線に電気接続されてなり、前記光導波体の前記フェルールの前記面型光素子搭載面に露出する光入出力端が該光導波体の光導波方向に対してほぼ垂直な端面を有し、前記フェルールの該フェルールが保持する前記光導波体の光入出力端が露出する面が前記光導波体の光導波方向に対して垂直な面から2度以上ずれた面であると共に、前記光導波体と前記面型光素子の間に透明樹脂が充填されてなることを特徴とする光電変換ヘッダー。 A planar optical element comprising a planar light emitting element or a planar light receiving element, an optical waveguide for guiding light, a ferrule for holding and positioning the optical waveguide, and an electrical wiring provided on the ferrule And
The electrical wiring is formed across at least one side surface of the ferrule from a surface where the light input / output end of the optical waveguide held by the ferrule of the ferrule is exposed, and the planar optical element is the ferrule of the ferrule. The optical input / output end of the optical waveguide held by the optical waveguide is mounted on the exposed surface and is electrically connected to the electrical wiring, and the optical input exposed to the surface optical element mounting surface of the ferrule of the optical waveguide. The output end has an end surface substantially perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the surface of the ferrule on which the optical input / output end of the optical waveguide held by the ferrule is exposed is the optical waveguide of the optical waveguide. A photoelectric conversion header, wherein the photoelectric conversion header is a surface deviated by 2 degrees or more from a surface perpendicular to the wave direction, and is filled with a transparent resin between the optical waveguide and the planar optical element.
前記インターフェイスモジュールは、光導波体の光入出力端が素子搭載面から少なくとも一部突出するように該光導波体を保持し位置決めするフェルールと、このフェルールの少なくとも素子搭載面に設けられた電気配線と、前記フェルールの素子搭載面に搭載され且つ前記電気配線に電気接続された面型光素子と、を有する光電変換ヘッダーを備え、
前記光導波体の前記フェルールの素子搭載面から少なくとも一部突出する光入出力端が該光導波体の光導波方向に対してほぼ垂直な端面を有し、前記フェルールの素子搭載面が前記光導波体の光導波方向に対して垂直な面から2度以上ずれた面であることを特徴とするインターフェイスモジュール付LSIパッケージ。 An interposer having a signal processing LSI mounted thereon and having an electrical terminal for connecting a mounting board, an interface module having an optical transmission line made of an optical waveguide for externally routing high-speed signals, and the interposer and the interface module are electrically and An LSI package with an interface module having electrical connection terminals for mechanical connection,
The interface module includes a ferrule that holds and positions the optical waveguide so that an optical input / output end of the optical waveguide protrudes at least partially from the element mounting surface, and electrical wiring provided on at least the element mounting surface of the ferrule And a surface-type optical element mounted on the element mounting surface of the ferrule and electrically connected to the electrical wiring,
The light input / output end protruding at least partially from the element mounting surface of the ferrule of the optical waveguide has an end surface substantially perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the element mounting surface of the ferrule is the light guide An LSI package with an interface module, wherein the LSI package is a surface that is shifted by 2 degrees or more from a surface perpendicular to the optical waveguide direction of the wave body.
前記インターフェイスモジュールは、面型発光素子又は面型受光素子からなる面型光素子と、光を導波する光導波体と、該光導波体を保持し位置決めするフェルールと、該フェルールに設けられた電気配線と、を有する光電変換ヘッダーを備え、
前記電気配線が前記フェルールの該フェルールが保持する前記光導波体の光入出力端が露出する面から該フェルールの少なくとも一つの側面にまたがって形成され、前記面型光素子が前記フェルールの該フェルールが保持する前記光導波体の光入出力端が露出する面に搭載され且つ前記電気配線に電気接続されてなり、前記光導波体の前記フェルールの前記面型光素子搭載面に露出する光入出力端が該光導波体の光導波方向に対しほぼ垂直な端面を有し、前記フェルールの該フェルールが保持する前記光導波体の光入出力端が露出する面が前記光導波体の光導波方向に対し垂直な方向から2度以上ずれた面であると共に、前記光導波体と前記面型光素子の間に透明樹脂が充填されてなることを特徴とするインターフェイスモジュール付LSIパッケージ。 An interposer having a signal processing LSI mounted thereon and having an electrical terminal for connecting a mounting board, an interface module having an optical transmission path made of an optical waveguide for externally routing a high-speed signal, and the interposer and the interface module electrically and An LSI package with an interface module having electrical connection terminals for mechanical connection,
The interface module is provided with a planar optical element composed of a planar light emitting element or a planar light receiving element, an optical waveguide that guides light, a ferrule that holds and positions the optical waveguide, and the ferrule. And a photoelectric conversion header having electrical wiring,
The electrical wiring is formed across at least one side surface of the ferrule from a surface where the light input / output end of the optical waveguide held by the ferrule of the ferrule is exposed, and the planar optical element is the ferrule of the ferrule. The optical input / output end of the optical waveguide held by the optical waveguide is mounted on the exposed surface and is electrically connected to the electrical wiring, and the optical input exposed to the surface optical element mounting surface of the ferrule of the optical waveguide. The output end has an end face substantially perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the surface of the ferrule on which the light input / output end of the optical waveguide held by the ferrule is exposed is the optical waveguide of the optical waveguide. An LSI with an interface module, characterized in that it is a surface deviated by 2 degrees or more from a direction perpendicular to the direction, and a transparent resin is filled between the optical waveguide and the surface optical element. Package.
前記面型光素子の前記電気配線が接続される面と反対の裏面に該裏面とほぼ平行な面を有するストッパ部材を配置する工程と、
前記面型光素子の裏面に前記ストッパ部材を配置した状態で、前記フェルールへの前記光導波体の挿入及び前記面型光素子と前記光導波体の間への透明樹脂充填を行う工程と、
を含むことを特徴とする光電変換ヘッダーの製造方法。 While holding and positioning the optical waveguide that guides light, the surface from which the light input / output end of the optical waveguide is exposed is a slope that is offset from the surface perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, A surface type optical element comprising a surface type light emitting element or a surface type light receiving element is mounted on the inclined surface with respect to a ferrule in which electrical wiring is formed across at least one other side surface from the inclined surface. And electrically connecting the electrical wiring;
Placing a stopper member having a surface substantially parallel to the back surface on the back surface opposite to the surface to which the electrical wiring of the surface optical element is connected;
A step of inserting the optical waveguide into the ferrule and filling a transparent resin between the planar optical element and the optical waveguide with the stopper member disposed on the back surface of the planar optical element;
The manufacturing method of the photoelectric conversion header characterized by including.
前記面型光素子が発光素子である第一の光電変換ヘッダー(光送信ヘッダー)と、前記面型光素子が受光素子である第二の光電変換ヘッダー(光受信ヘッダー)が前記光導波体により光結合され、前記第一の光電変換ヘッダーから前記第二の光電変換ヘッダーへと光信号を伝送してなることを特徴とする光配線システム。 An optical waveguide, a ferrule that holds and positions the optical waveguide so that the optical input end of the optical waveguide protrudes at least partially from the element mounting surface, and electrical wiring provided on at least the element mounting surface of the ferrule And a planar optical element mounted on the element mounting surface of the ferrule and electrically connected to the electrical wiring, and the light input / output end of the optical waveguide is in the optical waveguide direction of the optical waveguide And the element mounting surface of the ferrule is a surface that is displaced by 2 degrees or more from the surface perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the optical waveguide and the surface light An optical wiring system using a photoelectric conversion header in which a transparent resin is filled between elements,
A first photoelectric conversion header (optical transmission header) in which the planar optical element is a light emitting element and a second photoelectric conversion header (optical reception header) in which the planar optical element is a light receiving element are formed by the optical waveguide. An optical wiring system that is optically coupled and transmits an optical signal from the first photoelectric conversion header to the second photoelectric conversion header.
前記光導波体の前記フェルールの素子搭載面から少なくとも一部突出する光入出力端が該光導波体の光導波方向に対してほぼ垂直な端面を有し、前記フェルールの素子搭載面が前記光導波体の前記端面から2度以上ずれた面であることを特徴とする光電変換ヘッダー。 An optical waveguide, a ferrule that holds and positions the optical waveguide so that an optical input / output end of the optical waveguide protrudes at least partially from the element mounting surface, and an electrical circuit provided on at least the element mounting surface of the ferrule Wiring, and a planar optical element mounted on the element mounting surface of the ferrule and electrically connected to the electrical wiring,
The light input / output end protruding at least partially from the element mounting surface of the ferrule of the optical waveguide has an end surface substantially perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the element mounting surface of the ferrule is the light guide A photoelectric conversion header, wherein the photoelectric conversion header is a surface that is shifted by 2 degrees or more from the end face of the wave body.
前記光導波体の前記フェルールの素子搭載面から少なくとも一部突出する光入出力端が該光導波体の光導波方向に対してほぼ垂直な端面を有し、前記フェルールの素子搭載面が前記光導波体の前記端面からずれた斜面であり、前記光導波体の前記端面が前記面型光素子の能動領域に接触しないことを特徴とする光電変換ヘッダー。 An optical waveguide, a ferrule that holds and positions the optical waveguide so that an optical input / output end of the optical waveguide protrudes at least partially from the element mounting surface, and an electrical circuit provided on at least the element mounting surface of the ferrule Wiring and a planar optical element mounted on the element mounting surface of the ferrule and electrically connected to the electrical wiring,
An optical input / output end projecting at least partially from the element mounting surface of the ferrule of the optical waveguide has an end surface substantially perpendicular to the optical waveguide direction of the optical waveguide, and the element mounting surface of the ferrule is the light guide A photoelectric conversion header, wherein the photoelectric conversion header is an inclined surface deviated from the end face of a wave body, and the end face of the optical waveguide does not contact an active region of the planar optical element.
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