JP2007134446A - Optical element module, photoelectric wiring board, and photoelectronic compound assembly - Google Patents

Optical element module, photoelectric wiring board, and photoelectronic compound assembly Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optoelectric module wherein an optical element and an optical waveguide can be automatically positioned respectively only by mounting them, and to provide an photoelectric wiring board and an photoelectronic compound assembly. <P>SOLUTION: The optical element module is provided with an insertion part which is inserted into an insertion hole made in an photoelectric wiring board so that it may cross an optical waveguide, and which includes an optical element as well as a board from which the insertion is projected. The board includes a connection pad on the board side formed on the surface of the photoelectric wiring board, and a connection pad on the module side that is electrically connected by heating and melting a solder. In addition, the connection pad on the module side is provided in a manner that its center is displaced in the opposite direction to a direction where the respective optical elements are pressed to the end face of the optical waveguide corresponding to the optical element. Thus, the optical element module, the photoelectric wiring board, and the photoelectronic compound assembly, are formed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光素子モジュール、光電気配線基板、および光電子複合組立体に関する。   The present invention relates to an optical element module, an optoelectric wiring board, and an optoelectronic composite assembly.

近年、マイクロコンピュータなどの電子装置において、ボード間やチップ内において電気配線に代えて光配線を行なうことにより、動作速度や集積度を向上させることが検討されている。また、従来の電気通信システムに代えて高速、大容量で通信を行なうことのできる光電子複合システムが使用されるようになってきている。   In recent years, in an electronic device such as a microcomputer, it has been studied to improve an operation speed and a degree of integration by performing optical wiring instead of electric wiring between boards or in a chip. Further, instead of the conventional telecommunication system, an optoelectronic composite system capable of performing communication at high speed and large capacity has been used.

このような光電子複合システムとしては、光素子を搭載した光素子モジュールを、光導波路を表面または内部に形成した光電気基板に実装したものがある。   As such an optoelectronic composite system, there is one in which an optical element module on which an optical element is mounted is mounted on an optoelectric board having an optical waveguide formed on the surface or inside thereof.

光素子モジュールを光電気基板に実装した光電子複合システムとしては、たとえば、基板上にクラッド層およびコア層を順次積層する工程と、前記コア層を所望の形状のコア部にパターン化し、次いで上部クラッド層を積層して光導波路部を設ける工程と、前記光導波路部の所望部分を断面凹型状に除去して光素子搭載部を形成する工程と、該凹形状の底部に電気配線部を設ける工程を有し、更に前記コア層を所望のコア部にパターン化する際に、前記電気配線部の少なくとも一部を含む領域に対応した部分が前記パターン化されたコア部に含まれるようにするとともに、前記光素子搭載部を形成した後、前記電気配線部の一部を含む領域に対応した部分の基板上に、光導波路の一部からなる誘電体層を形成することを特徴とするハイブリッド光電子集積用実装基板が提案された(特許文献1)。   As an optoelectronic composite system in which an optical element module is mounted on a photoelectric substrate, for example, a step of sequentially laminating a clad layer and a core layer on a substrate, patterning the core layer into a core portion of a desired shape, and then upper clad A step of providing an optical waveguide portion by stacking layers; a step of removing a desired portion of the optical waveguide portion into a concave cross-sectional shape to form an optical element mounting portion; and a step of providing an electric wiring portion at the bottom of the concave shape And when the core layer is patterned into a desired core portion, a portion corresponding to a region including at least a part of the electrical wiring portion is included in the patterned core portion. And forming a dielectric layer comprising a part of an optical waveguide on a substrate corresponding to a region including a part of the electrical wiring part after forming the optical element mounting part. Optoelectronic integrated for mounting the substrate has been proposed (Patent Document 1).

前記光電子複合システムとしては、また、電子集積素子ベアチップおよびその素子への信号の入出力の少なくとも一部を光信号で行うための光素子チップが同一パッケージ内に一体化されており、該光素子を制御するための駆動回路も光素子との間の配線手段とともに該同一パッケージ内に集積化された光電子集積素子が提案された(特許文献2)。   As the optoelectronic composite system, an electronic integrated element bare chip and an optical element chip for performing at least part of signal input / output to / from the element by an optical signal are integrated in the same package. There has been proposed an optoelectronic integrated device in which a drive circuit for controlling the optical circuit is integrated in the same package together with wiring means between the optical device (Patent Document 2).

更に、光半導体素子とサブ基板とを半田バンプを介して固定し、サブ基板をパッケージ内に収容した光半導体モジュールにおいて、溶融点の異なる2種類以上の半田バンプを有する光半導体モジュールが提案された(特許文献3)。
特開平10−048449号公報 特開2001−048449号公報 特開平10−341040号公報
Furthermore, in an optical semiconductor module in which an optical semiconductor element and a sub-board are fixed via solder bumps and the sub-board is accommodated in a package, an optical semiconductor module having two or more types of solder bumps having different melting points has been proposed. (Patent Document 3).
JP 10-048449 A JP 2001-048449 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-34040

これらの光電子複合システムにおいては、光素子モジュールを光電気配線基板に実装したときに、前記光素子モジュールの光素子と、前記光電気配線基板の光導波路との間で光信号が減衰しないように、光素子モジュールを光電気配線基板に実装するときに、光素子と光導波路とが夫々正確に位置決めされる必要がある。   In these optoelectronic composite systems, when the optical element module is mounted on the photoelectric circuit board, the optical signal is not attenuated between the optical element of the optical element module and the optical waveguide of the photoelectric circuit board. When mounting the optical element module on the optoelectric wiring board, the optical element and the optical waveguide need to be positioned accurately.

しかしながら、特許文献1および2には、実装時に光素子と光導波路とが自動的に位置決めされるような光素子モジュールや光電気配線基板については何も示されていない。   However, Patent Documents 1 and 2 do not show anything about an optical element module or an optoelectric wiring board in which an optical element and an optical waveguide are automatically positioned at the time of mounting.

特許文献3には、溶融した半田バンプの表面張力によって光半導体素子をサブ基板上の所定の位置に自動的にセルフアラインメントすることが記載されているが、半田バンプの表面張力によって前記光半導体素子を光ファイバの端面に押圧することは示されていない。   Patent Document 3 describes that an optical semiconductor element is automatically self-aligned at a predetermined position on a sub-board by the surface tension of a melted solder bump. It is not shown to press against the end face of the optical fiber.

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、実装するだけで光素子と光導波路とが夫々自動的に正確に位置決めされる光素子モジュールおよび光電気配線基板と、前記光素子モジュールを前記光電気配線基板に実装した光電子複合組立体を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an optical element module and an optoelectric wiring board in which an optical element and an optical waveguide are automatically and accurately positioned only by mounting, and the optical element module. It is an object of the present invention to provide an optoelectronic composite assembly in which is mounted on the optoelectric wiring board.

請求項1に記載の発明は、光導波路が形成された光電気配線基板に実装される光素子モジュールであって、実装時において、前記光導波路と交差するように前記光電気配線基板に穿設された挿入孔に挿入されるとともに、前記光導波路に光を出射する機能、および前記光導波路を伝達してきた光を受光する機能の少なくとも一方を有する光素子が設けられてなる挿入部と、前記挿入部が突設された基板とを備え、前記基板には、前記光電気配線基板の表面に設けられた基板側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続されるモジュール側接続パッドが設けられてなるとともに、前記モジュール側接続パッドは、中心が、基板側接続パッドの中心に対し、夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向とは反対の方向にずれるように設けられてなることを特徴とする光素子モジュールに関する。   The invention according to claim 1 is an optical element module mounted on an optoelectric wiring board on which an optical waveguide is formed, and is drilled in the optoelectric wiring board so as to intersect the optical waveguide at the time of mounting. An insertion portion provided with an optical element that is inserted into the insertion hole and has at least one of a function of emitting light to the optical waveguide and a function of receiving light transmitted through the optical waveguide; A module-side connection pad that is electrically connected to the board-side connection pad provided on the surface of the opto-electric wiring board by heating and melting solder. The module-side connection pad has a center in the direction in which each optical element is pressed against the end face of the optical waveguide corresponding to the optical element with respect to the center of the board-side connection pad. Relates to an optical element module characterized by comprising provided so as to be offset in the opposite direction.

前記光素子モジュールの挿入部を前記光電気配線基板の挿入孔に挿入した後、前記光素子モジュールを加熱し、前記光素子モジュールのモジュール側接続パッドの表面に付着された半田ボールを溶解させて前記光電気配線基板の基板側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続すると、溶融した半田の表面張力によってモジュール側接続パッドと基板側接続パッドとの間に吸引力が発生する。   After inserting the insertion portion of the optical element module into the insertion hole of the photoelectric circuit board, the optical element module is heated, and the solder balls attached to the surface of the module side connection pad of the optical element module are dissolved. When the board-side connection pads of the optoelectric wiring board and the solder are electrically connected by heating and melting, a suction force is generated between the module-side connection pads and the board-side connection pads due to the surface tension of the melted solder.

ここで、前記モジュール側接続パッドの中心は、基板側接続パッドの中心に対し、夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向とは反対の方向にずれているから、前記吸引力は、挿入部における夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向に作用する。   Here, the center of the module side connection pad is shifted from the center of the board side connection pad in a direction opposite to the direction in which each optical element is pressed against the end face of the optical waveguide corresponding to the optical element. Thus, the suction force acts in a direction in which each optical element in the insertion portion is pressed against the end face of the optical waveguide corresponding to the optical element.

このように、前記挿入部上の各光素子と前記光素子に対応する光導波路とは、溶融半田の表面張力によって自動的に位置合せされる。   Thus, each optical element on the insertion portion and the optical waveguide corresponding to the optical element are automatically aligned by the surface tension of the molten solder.

したがって、前記光素子モジュールと前記光電気配線基板との間で光信号が大きく減衰することがない。   Therefore, the optical signal is not greatly attenuated between the optical element module and the optoelectric wiring board.

しかも、前記光素子モジュールを前記光電気配線基板に実装した状態においては、光素子から出射された光は前記光電気配線基板における光導波路に直接入射し、また、前記光導波路を透過した光は前記光素子に直接入射するから、挿入部上にも基板上にも導波路やレンズ、反射鏡を形成する必要がない。したがって前記光素子モジュールは安価に構成できる。   In addition, in a state where the optical element module is mounted on the photoelectric wiring board, the light emitted from the optical element is directly incident on the optical waveguide in the photoelectric wiring board, and the light transmitted through the optical waveguide is Since the light directly enters the optical element, it is not necessary to form a waveguide, a lens, or a reflecting mirror on the insertion portion or the substrate. Therefore, the optical element module can be configured at low cost.

請求項2の発明は、前記挿入部の前記光素子の近傍に、前記光電気配線基板に設けられた第2位置合せ構造と係合することにより、夫々の光素子と前記光素子に対応する光導波路の端面との位置合せをする第1位置合せ構造が形成されてなる請求項1に記載の光素子モジュールに関する。   The invention according to claim 2 corresponds to each optical element and the optical element by engaging with a second alignment structure provided on the photoelectric wiring board in the vicinity of the optical element of the insertion portion. The optical element module according to claim 1, wherein a first alignment structure that aligns with an end face of the optical waveguide is formed.

前記光素子モジュールの挿入部を前記光電気配線基板の挿入孔に挿入し、光素子モジュールを加熱して半田をリフローさせると、溶融半田の表面張力により、挿入部に設けられた第1位置合せ構造と前記光電気配線基板に設けられた第2位置合せ構造とがより強固に係合する。これにより、前記挿入部上の各光素子と前記光素子に対応する光導波路とが正確に位置合せされるから、前記光素子モジュールと前記光電気配線基板との間での光信号の減衰が更に効果的に防止される。   When the insertion portion of the optical element module is inserted into the insertion hole of the photoelectric circuit board and the optical element module is heated to reflow the solder, the first alignment provided in the insertion portion is caused by the surface tension of the molten solder. The structure and the second alignment structure provided on the photoelectric wiring board are more firmly engaged. Thereby, each optical element on the insertion portion and the optical waveguide corresponding to the optical element are accurately aligned, so that the attenuation of the optical signal between the optical element module and the photoelectric wiring board is reduced. Further effectively prevented.

請求項3に記載の発明は、前記第1位置合せ構造が隣接する2つの光素子の間に設けられた凸部である請求項2に記載の光素子モジュールに関する。   The invention described in claim 3 relates to the optical element module according to claim 2, wherein the first alignment structure is a convex portion provided between two adjacent optical elements.

本発明の光素子モジュールの備える挿入部としては、たとえばシリコンやガリウム砒素、ガリウムインジウム砒素などの半導体材料の薄板またはブロックから形成したものが使用される。   As the insertion portion provided in the optical element module of the present invention, for example, an insertion portion formed from a thin plate or block of a semiconductor material such as silicon, gallium arsenide, or gallium indium arsenide is used.

このような挿入部においては、前記薄板またはブロックに電気配線を形成すると同時に、所定の領域にドーパントを拡散させるなどの従来の半導体プロセスを用い、前記薄板またはブロックにおいて実装時に光電気配線基板の光導波路端面と相対する側の面に、面発光型半導体レーザ(VCSEL)素子や光ダイオード素子などの光素子を形成することができる。第1位置合せ構造となる凸部は、このようにして形成された光素子の間に薄板、ブロック、またはストリップ材を接着して形成できる。   In such an insertion portion, an electrical wiring is formed in the thin plate or block, and at the same time, a conventional semiconductor process such as diffusing a dopant in a predetermined region is used. An optical element such as a surface emitting semiconductor laser (VCSEL) element or a photodiode element can be formed on the surface opposite to the end face of the waveguide. The convex portion serving as the first alignment structure can be formed by adhering a thin plate, block, or strip material between the optical elements thus formed.

前記光素子モジュールが装着される光電気配線基板としては、挿入孔の壁面における隣接する2つの光導波路に挟まれた部分に、第2位置合せ構造として機能する凹部を設けたものがある。前記光素子モジュールを前記儀仮電気配線基板に実装すると、前記光素子モジュールの凸部と前記光電気配線基板の凹部とが係合し、光素子と光導波路との位置合せが行われる。   As an opto-electric wiring board on which the optical element module is mounted, there is one in which a recess functioning as a second alignment structure is provided in a portion sandwiched between two adjacent optical waveguides on the wall surface of the insertion hole. When the optical element module is mounted on the temporary electrical wiring board, the convex part of the optical element module and the concave part of the photoelectric wiring board are engaged, and the optical element and the optical waveguide are aligned.

請求項4に記載の発明は、前記第1位置合せ構造が、前記光素子を挟むように前記挿入部の挿入方向に沿って設けられた一対のフェンス状構造体である請求項2に記載の光素子モジュールに関する。   The invention according to claim 4 is the pair of fence-like structures provided along the insertion direction of the insertion portion so that the first alignment structure sandwiches the optical element. The present invention relates to an optical element module.

前記光素子モジュールに設けられたフェンス状構造体はストリップ状の構造体であって容易に弾性変形するから、前記光素子モジュールを光電気配線基板に実装したときに、前記フェンス状構造体と第2位置合せ構造との間に作用する機械的ストレスは、前記フェンス状構造体によって吸収される。したがって、前記機械的ストレスによってフェンス状構造体や第2位置合せ構造が破損することが防止される。   Since the fence-like structure provided in the optical element module is a strip-like structure and easily elastically deforms, when the optical element module is mounted on an optoelectric wiring board, the fence-like structure and the Mechanical stress acting between the two alignment structures is absorbed by the fence-like structure. Therefore, the fence-like structure and the second alignment structure are prevented from being damaged by the mechanical stress.

このようなフェンス状構造体はポリイミド樹脂などにより形成される。   Such a fence-like structure is formed of polyimide resin or the like.

請求項5に記載の発明は、前記フェンス状構造体が、隣接する2つの光路を光学的に絶縁する請求項4に記載の光素子モジュールに関する。   The invention according to claim 5 relates to the optical element module according to claim 4, wherein the fence-like structure optically insulates two adjacent optical paths.

前記光素子モジュールにおいては、隣接する2つの光素子は、前記フェンス状構造体によって光学的に絶縁されているから、これらの光素子によって形成される光路も互いに光学的に絶縁される。したがって、隣接する2つの光素子の間で光信号が漏洩して混信が生じることが効果的に防止される。   In the optical element module, two adjacent optical elements are optically insulated by the fence-like structure, so that the optical paths formed by these optical elements are also optically insulated from each other. Therefore, it is effectively prevented that an optical signal leaks between two adjacent optical elements to cause interference.

請求項6に記載の発明は、前記第1位置合せ構造は、隣接する2つの光素子の間に設けられた凹部である請求項2に記載の光素子モジュールに関する。   The invention according to claim 6 relates to the optical element module according to claim 2, wherein the first alignment structure is a recess provided between two adjacent optical elements.

前記光素子モジュールにおいては、前記半導体材料の薄板またはブロックに半導体プロセスで光素子を形成した後、前記光素子の間にレーザエッチングなどの手法で凹部を形成できる。   In the optical element module, after forming an optical element by a semiconductor process on a thin plate or block of the semiconductor material, a recess can be formed between the optical elements by a technique such as laser etching.

また、前記光素子モジュールが装着される光電気配線基板としては、挿入孔の壁面における隣接する2つの光導波路に挟まれた部分に、第2位置合せ構造として機能する凸部を設けたものがある。前記光素子モジュールを前記儀仮電気配線基板に実装すると、前記光素子モジュールの凹部と前記光電気配線基板の凸部とが係合し、光素子と光導波路との位置合せが行われる。   Further, as the optoelectric wiring board on which the optical element module is mounted, there is one in which a convex portion functioning as a second alignment structure is provided in a portion sandwiched between two adjacent optical waveguides on the wall surface of the insertion hole. is there. When the optical element module is mounted on the temporary electrical wiring board, the concave portion of the optical element module and the convex portion of the photoelectric wiring board are engaged, and the optical element and the optical waveguide are aligned.

請求項7に記載の発明は、前記光素子は、光ダイオードおよび面発光型半導体レーザ素子から選択されてなる請求項1〜6の何れか1項に記載の光素子モジュールに関する。   The invention according to claim 7 relates to the optical element module according to any one of claims 1 to 6, wherein the optical element is selected from a photodiode and a surface emitting semiconductor laser element.

光ダイオードおよび面発光型半導体レーザは、何れも通常の半導体プロセスで挿入部上に形成できる。また、面発光型半導体レーザは、1枚のウェハー上に多数形成できる上、均一性の高いレーザビームが得られる点でも好ましい。   Both the photodiode and the surface emitting semiconductor laser can be formed on the insertion portion by a normal semiconductor process. In addition, a large number of surface emitting semiconductor lasers can be formed on a single wafer, and a highly uniform laser beam can be obtained.

請求項8に記載の発明は、前記投入チップが、前記基板に設けられた溝に装着されてなる請求項1〜7の何れか1項に記載の光素子モジュールに関する。   The invention according to claim 8 relates to the optical element module according to any one of claims 1 to 7, wherein the input chip is mounted in a groove provided in the substrate.

前記挿入部を前記溝に挿入した後、前記挿入部に設けられた電気接続用パッドと、基板上の電気接続用パッドとを導電性エポキシ樹脂で接続することにより、基板上の電子回路と挿入部上の光素子とが電気的に接続されると同時に、前記挿入部は基板上に強固に固定される。   After the insertion portion is inserted into the groove, the electrical connection pad provided in the insertion portion and the electrical connection pad on the substrate are connected with a conductive epoxy resin, thereby inserting the electronic circuit on the substrate. At the same time as the optical element on the part is electrically connected, the insertion part is firmly fixed on the substrate.

前記マイクロチップモジュールにおいては、挿入部を立設するための溝は、前記基板にダイシングソーによって容易に形成できる。したがって、挿入部を基板に立設するための加工が容易である。   In the microchip module, the groove for erecting the insertion portion can be easily formed on the substrate by a dicing saw. Therefore, processing for erecting the insertion portion on the substrate is easy.

請求項9に記載の発明は、前記光素子モジュールが備える基板が、前記光素子を駆動するドライバ回路が形成された駆動チップ、または前記光素子で受光した光を変換した電気信号を受信する受信チップである請求項1〜8の何れか1項に記載の光素子モジュールに関する。   According to a ninth aspect of the present invention, the substrate included in the optical element module receives a drive chip on which a driver circuit for driving the optical element is formed or an electrical signal obtained by converting light received by the optical element. It is a chip | tip, It is related with the optical element module of any one of Claims 1-8.

前記光素子モジュールにおいては、前記光素子を駆動するためのドライバ回路、および前記光素子で受光した光を変換した電気信号を受信するレシーバ回路は、基板の側に形成されているから、挿入部には何ら電子回路を形成する必要はなく、ただ、光素子と、前記光素子を基板上のドライバ回路またはレシーバ回路と接続する電気配線を形成すればよい。したがって、挿入部の構成を大幅に簡略化できる上、挿入部のサイズを大幅に小型化できる。   In the optical element module, the driver circuit for driving the optical element and the receiver circuit for receiving the electrical signal obtained by converting the light received by the optical element are formed on the substrate side. It is not necessary to form an electronic circuit for this purpose. It is only necessary to form an optical element and electrical wiring for connecting the optical element to a driver circuit or a receiver circuit on the substrate. Therefore, the configuration of the insertion portion can be greatly simplified, and the size of the insertion portion can be greatly reduced.

請求項10に記載の発明は、光導波路を有するとともに、請求項1〜9の何れか1項に記載の光素子モジュールが実装される光電気配線基板であって、前記光素子モジュールの挿入部が挿入される挿入孔が穿設されてなるとともに、前記光素子モジュールの基板に設けられたモジュール側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続される基板側接続パッドが表面に設けられ、前記基板側接続パッドは、中心が、前記モジュール側接続パッドの中心に対して夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向にずれるように設けられてなることを特徴とする光電気配線基板に関する。   A tenth aspect of the present invention is an opto-electric wiring board on which the optical element module according to any one of the first to ninth aspects is mounted while having an optical waveguide, and the optical element module insertion portion An insertion hole into which the module is inserted is formed, and a module-side connection pad provided on the substrate of the optical element module and a board-side connection pad that is electrically connected by heating and melting the solder are provided on the surface. The board-side connection pad is provided such that the center is shifted in the direction in which each optical element is pressed against the end face of the optical waveguide corresponding to the optical element with respect to the center of the module-side connection pad. The present invention relates to an opto-electric wiring board.

請求項1のところで述べたように、前記光素子モジュールの挿入部を前記光電気配線基板の挿入孔に挿入した後、前記光素子モジュールを加熱し、前記光素子モジュールのモジュール側接続パッドの表面に付着された半田ボールを溶解させて前記光電気配線基板の基板側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続すると、溶融した半田の表面張力によってモジュール側接続パッドと基板側接続パッドとの間に吸引力が発生する。   The surface of the module-side connection pad of the optical element module is heated after the insertion portion of the optical element module is inserted into the insertion hole of the optoelectric wiring board, as described in claim 1. When the solder balls attached to the substrate are melted and electrically connected by heating and melting the board-side connection pads of the photoelectric wiring board and the solder, the module-side connection pads and the board-side connection pads are brought about by the surface tension of the melted solder. A suction force is generated between

ここで、基板側接続パッドの中心は、前記モジュール側接続パッドの中心に対し、夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向にずれているから、前記吸引力は、挿入部における夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向に作用する。   Here, since the center of the board-side connection pad is shifted from the center of the module-side connection pad in a direction in which each optical element is pressed against the end face of the optical waveguide corresponding to the optical element, the suction force Acts in the direction in which each optical element in the insertion portion is pressed against the end face of the optical waveguide corresponding to the optical element.

これにより、前記挿入部上の各光素子と前記光素子に対応する光導波路とは正確に位置合せされる。   Thereby, each optical element on the said insertion part and the optical waveguide corresponding to the said optical element are aligned correctly.

請求項11に記載の発明は、前記光素子モジュールの実装時において前記光素子モジュールにおける第1位置合せ構造と係合することにより、前記光素子モジュールにおける各光素子と前記各光素子に対応する光導波路の端面との位置合せが行われる第2位置合せ構造が、前記挿入孔の壁面における光導波路の前記端面の近傍に形成されてなることを特徴とする請求項10に記載の光電気配線基板に関する。   The invention according to claim 11 corresponds to each optical element and each optical element in the optical element module by engaging with the first alignment structure in the optical element module when the optical element module is mounted. 11. The photoelectric wiring according to claim 10, wherein a second alignment structure for alignment with the end face of the optical waveguide is formed in the vicinity of the end face of the optical waveguide on the wall surface of the insertion hole. Regarding the substrate.

請求項12に記載の発明は、前記第2位置合せ構造が、隣接する2つの光導波路の端面の間に形成された凹部である請求項11に記載の光電気配線基板に関する。   The invention according to claim 12 relates to the optoelectric wiring board according to claim 11, wherein the second alignment structure is a recess formed between end faces of two adjacent optical waveguides.

請求項13に記載の発明は、前記第2位置合せ構造が、隣接する2つの光導波路の端面の間に形成された凸部である請求項11に記載の光電気配線基板に関する。   A thirteenth aspect of the present invention relates to the optoelectric wiring board according to the eleventh aspect, wherein the second alignment structure is a convex portion formed between end faces of two adjacent optical waveguides.

これらの光電気配線基板においては、挿入モジュール側に形成された凸部または凹部が、光電気配線基板に形成された凹部または凸部と係合することにより、光素子と光導波路との位置合せが行われる。   In these photoelectric wiring boards, the convex portions or concave portions formed on the insertion module side engage with the concave portions or convex portions formed on the photoelectric wiring board, thereby aligning the optical element and the optical waveguide. Is done.

したがって、各光素子と前記光素子に対応する光導波路とは機械的に位置合せされるから、位置合せが確実に行われる。   Accordingly, each optical element and the optical waveguide corresponding to the optical element are mechanically aligned, so that the alignment is performed reliably.

請求項14に記載の発明は、前記光導波路を複数層有する請求項10〜13の何れか1項に記載の光電気配線基板に関する。   The invention described in claim 14 relates to the optoelectronic wiring board according to any one of claims 10 to 13, which has a plurality of layers of the optical waveguide.

前記光電子配線基板によれば、複雑な光電気回路が容易に構成できる。   According to the optoelectronic wiring board, a complicated photoelectric circuit can be easily configured.

請求項15に記載の発明は、請求項1〜9の何れか1項に記載の光素子モジュールを請求項10〜14の何れか1項に記載の光電気配線基板に実装してなる光電子複合組立体に関する。   The invention according to claim 15 is an optoelectronic composite comprising the optical element module according to any one of claims 1 to 9 mounted on the photoelectric circuit board according to any one of claims 10 to 14. It relates to an assembly.

前記光電子複合組立体は、前記光電気配線基板の挿入孔に前記光素子モジュールの挿入部を挿入するだけで形成されるから、安価に、しかも歩留まりがよい。   Since the optoelectronic composite assembly is formed simply by inserting the insertion portion of the optical element module into the insertion hole of the optoelectric wiring board, it is inexpensive and has a good yield.

以上説明したように本発明によれば、半田の加熱溶融時における溶融半田の表面張力によって光素子と光導波路とが夫々自動的に位置決めされる光素子モジュールおよび光電気配線基板と、前記光素子モジュールを前記光電気配線基板に実装した光電子複合組立体が提供される。   As described above, according to the present invention, the optical element module and the optical circuit board in which the optical element and the optical waveguide are automatically positioned by the surface tension of the molten solder when the solder is heated and melted, and the optical element, respectively. An optoelectronic composite assembly in which a module is mounted on the optoelectric wiring board is provided.

1.実施形態1
以下、本発明に係る光素子モジュール、光電気配線基板、および光電子複合組立体について説明する。
1. Embodiment 1
The optical element module, optoelectric wiring board, and optoelectronic composite assembly according to the present invention will be described below.

1−1 光素子モジュール
実施形態1に係る光素子モジュール10は、図1に示すように、基板4と、基板4に立設された挿入部2とを備える。
1-1 Optical Element Module As shown in FIG. 1, the optical element module 10 according to Embodiment 1 includes a substrate 4 and an insertion portion 2 erected on the substrate 4.

挿入部2は、図1〜図4に示すように、基板20と、基板20に形成された4個の面発光型半導体レーザ(VCSEL)素子22と、夫々の面発光型半導体レーザ素子22の両側に形成された8個のフェンス状構造体24と、基板20上に形成され、夫々の面発光型半導体レーザ素子22に電気的に接続された4個の接続パッド26とを有している。フェンス状構造体24は、本発明における第1位置合せ構造の一例である。   As shown in FIGS. 1 to 4, the insertion section 2 includes a substrate 20, four surface-emitting semiconductor laser (VCSEL) elements 22 formed on the substrate 20, and each surface-emitting semiconductor laser element 22. It has eight fence-like structures 24 formed on both sides, and four connection pads 26 formed on the substrate 20 and electrically connected to the respective surface-emitting type semiconductor laser elements 22. . The fence-like structure 24 is an example of a first alignment structure in the present invention.

基板20は、シリコンやガリウム砒素、ガリウムインジウム砒素などの半導体材料を長方形乃至正方形の板状に形成したものが使用できる。   As the substrate 20, a semiconductor material such as silicon, gallium arsenide, or gallium indium arsenide formed into a rectangular or square plate shape can be used.

面発光型半導体レーザ素子22は、基板20が半導体材料から形成されている場合は、基板20の所定の領域に分子ビームエピタキシャルなどの通常の半導体プロセスによって形成できる。   When the substrate 20 is made of a semiconductor material, the surface emitting semiconductor laser element 22 can be formed in a predetermined region of the substrate 20 by a normal semiconductor process such as molecular beam epitaxy.

フェンス状構造体24は、黒色に着色されたポリイミド樹脂などから形成されたストリップ材を基板20における各面発光型半導体レーザ素子22の両側に接着して形成できる。なお、第1位置合せ構造としては、フェンス状構造体24の他、図5に示すような二等辺直角三角形状の断面を有するフェンス状構造体25が挙げられる。また、第1位置合せ構造は、図6および図7に示すように、隣接する2つの面発光型半導体レーザ素子22の間に形成された凹部27または凸部29であってもよい。   The fence-like structure 24 can be formed by adhering a strip material formed of a polyimide resin colored black to both sides of each surface emitting semiconductor laser element 22 in the substrate 20. In addition to the fence-like structure 24, the first alignment structure includes a fence-like structure 25 having an isosceles right-angled triangular cross section as shown in FIG. The first alignment structure may be a concave portion 27 or a convex portion 29 formed between two adjacent surface emitting semiconductor laser elements 22 as shown in FIGS.

基板4は、面発光型半導体レーザ素子22を駆動するドライバ回路が形成された駆動チップであって、図1〜図3に示すように、基板4において実装時に光電気配線基板5に相対する側の面に、挿入部2を挿入するための溝42が形成されている。   The substrate 4 is a drive chip on which a driver circuit for driving the surface emitting semiconductor laser element 22 is formed. As shown in FIGS. 1 to 3, the side of the substrate 4 facing the optoelectric wiring substrate 5 when mounted. A groove 42 for inserting the insertion portion 2 is formed on the surface.

溝42の近傍には、基板4のドライバ回路を挿入部2の面発光型半導体レーザ素子22に電気的に接続するための接続パッド44が4個形成されている。   In the vicinity of the groove 42, four connection pads 44 for electrically connecting the driver circuit of the substrate 4 to the surface emitting semiconductor laser element 22 of the insertion portion 2 are formed.

基板4における溝42が形成された側の面には、更に前記ドライバ回路を光電気配線基板5の電気配線に接続するための接続パッド46が10個形成されている。接続パッド46には半田ボール48が載置されている。接続パッド46は、本発明におけるモジュール側接続パッドに相当する。   On the surface of the substrate 4 on the side where the grooves 42 are formed, ten connection pads 46 for connecting the driver circuit to the electrical wiring of the photoelectric wiring substrate 5 are further formed. Solder balls 48 are placed on the connection pads 46. The connection pad 46 corresponds to the module side connection pad in the present invention.

接続パッド46は、図8および図9に示すように、中心が、後述する光電気配線基板5の接続パッド53の中心に対し、後述する挿入孔60において挿入部2を押圧すべき方向aとは反対の方向にずれているように位置決めされている。なお、図8において破線は、光電気配線基板5の接続パッド53の位置を示す。   As shown in FIGS. 8 and 9, the connection pad 46 has a center in the direction a in which the insertion portion 2 should be pressed in the insertion hole 60 described later with respect to the center of the connection pad 53 of the photoelectric wiring board 5 described later. Are positioned so that they are offset in the opposite direction. In FIG. 8, the broken line indicates the position of the connection pad 53 of the photoelectric wiring board 5.

挿入部2には、面発光型半導体レーザ素子22に代えて光ダイオード(PD)素子23を設けてもよい。この場合、基板4としては、ドライバ回路に代えて前記光ダイオード素子で受光した光信号を変換した電気信号を受信するレシーバ回路が形成された受信チップが使用される。以下、光素子モジュール10のうち、面発光型半導体レーザ素子22を形成した挿入部2を使用したものを「VCSELモジュール11」と称し、光ダイオード素子23を形成した挿入部2を使用したものを「PDモジュール12」と称することがある。   The insertion portion 2 may be provided with a photodiode (PD) element 23 in place of the surface emitting semiconductor laser element 22. In this case, as the substrate 4, a receiving chip in which a receiver circuit for receiving an electrical signal obtained by converting an optical signal received by the photodiode element is used instead of the driver circuit. Hereinafter, among the optical element modules 10, those using the insertion portion 2 in which the surface emitting semiconductor laser element 22 is formed are referred to as “VCSEL module 11”, and those using the insertion portion 2 in which the photodiode element 23 is formed. It may be referred to as “PD module 12”.

光素子モジュール10は、また、図17に示すように、基板4に面発光型半導体レーザ素子22または光ダイオード素子23を埋設し、面発光型半導体レーザ素子22からの光を導出し、または光ダイオード素子23に光を導入する光導波路21Aを挿入部2に設け、光導波路21Aの末端に反射鏡21Bを形成し、光導波路21Aおよび反射鏡21Bを通して面発光型半導体レーザ素子22または光ダイオード素子23と光電気配線基板5のシート状光導波路層56のコア58との間で光の授受を行うものも包含する。   In addition, as shown in FIG. 17, the optical element module 10 embeds a surface emitting semiconductor laser element 22 or a photodiode element 23 in the substrate 4 to derive light from the surface emitting semiconductor laser element 22 or light. An optical waveguide 21A for introducing light into the diode element 23 is provided in the insertion portion 2, a reflecting mirror 21B is formed at the end of the optical waveguide 21A, and the surface emitting semiconductor laser element 22 or the photodiode element is passed through the optical waveguide 21A and the reflecting mirror 21B. 23 and the one that transmits and receives light between the core 58 of the sheet-like optical waveguide layer 56 of the photoelectric wiring substrate 5 are also included.

以下、光素子モジュール10の作製手順について説明する。   Hereinafter, a manufacturing procedure of the optical element module 10 will be described.

先ず、図2および図3に示すように、基板4の溝42に挿入部2を挿入する。次いで、図1に示すように、挿入部2の接続パッド26と基板4の接続パッド44とを導電性エポキシ樹脂30で接続する。これにより、挿入部2の面発光型半導体レーザ素子22または光ダイオード23と基板4のドライバ回路またはレシーバ回路とが電気的に接続される。   First, as shown in FIGS. 2 and 3, the insertion portion 2 is inserted into the groove 42 of the substrate 4. Next, as shown in FIG. 1, the connection pad 26 of the insertion portion 2 and the connection pad 44 of the substrate 4 are connected by a conductive epoxy resin 30. Thereby, the surface emitting semiconductor laser element 22 or the photodiode 23 of the insertion part 2 and the driver circuit or receiver circuit of the board | substrate 4 are electrically connected.

1−2 光電気配線基板
光素子モジュール10が実装される光電気配線基板5は、たとえば大規模中央演算処理装置(MPU)、一次キャッシュメモリ、DRAMなどが搭載された基板であり、図9および図10に示すように、2層の電気配線層52と、電気配線層52の間に位置する1層の光配線層54とから構成されている。
1-2 Photoelectric Wiring Board The photoelectric wiring board 5 on which the optical element module 10 is mounted is a board on which, for example, a large-scale central processing unit (MPU), a primary cache memory, a DRAM, and the like are mounted. As shown in FIG. 10, the electric wiring layer 52 includes two layers and a single optical wiring layer 54 located between the electric wiring layers 52.

電気配線層52には、電源ラインを形成したり、低速の信号を授受したりするための低速側電気配線、および前記MPUや一次キャッシュメモリ、RAMとVCSELモジュール11やPDモジュール12との間でクロック信号や高速ロジック信号を授受するための高速側電気配線などが形成されている。   In the electric wiring layer 52, a low-speed side electric wiring for forming a power supply line and transmitting / receiving a low-speed signal, and between the MPU, the primary cache memory, the RAM, the VCSEL module 11 and the PD module 12 are provided. High-speed electrical wiring for transmitting and receiving clock signals and high-speed logic signals is formed.

光電気配線基板5には、更に、図9および図10に示すように、光素子モジュール10の挿入部2を挿入するための挿入孔60が2個、光電気配線基板5の表面に対して直交する方向に穿設されている。   Further, as shown in FIGS. 9 and 10, the photoelectric circuit board 5 has two insertion holes 60 for inserting the insertion portions 2 of the optical element module 10, with respect to the surface of the photoelectric circuit board 5. It is drilled in the orthogonal direction.

表側、即ち挿入孔60が穿設された側の電気配線層52の表面における挿入孔60の周囲には、半田ボール48をリフローさせることによって光素子モジュール10の各接続パッド46に電気的に接続される接続パッド53が夫々10個ずつ設けられている。接続パッドは、本発明における基板側接続パッドに相当する。   The solder balls 48 are reflowed around the insertion holes 60 on the surface of the electrical wiring layer 52 on the front side, that is, the side where the insertion holes 60 are formed, so as to be electrically connected to the connection pads 46 of the optical element module 10. Ten connection pads 53 are provided. The connection pad corresponds to the board-side connection pad in the present invention.

図8〜図10に示すように、接続パッド53は、光素子モジュール10の接続パッド46の中心に対し、挿入孔60において挿入部2を押圧すべき方向aにずれているように位置決めされている。   As shown in FIGS. 8 to 10, the connection pad 53 is positioned with respect to the center of the connection pad 46 of the optical element module 10 so as to be shifted in the direction a in which the insertion portion 2 should be pressed in the insertion hole 60. Yes.

光配線層54には、シート状光導波路層56が埋包されている。シート状光導波路層56は、図11〜図14および図16に示すように、光導波路として機能する4列のコア58と、コア58を囲繞するクラッド57とを備える。コア58とクラッド57とは光学的には透明であるが屈折率の異なる材料から形成されている。このような材料としてはたとえばポリシランなどがある。ポリシランを紫外線でパターン露光して屈折率を低下させることにより、コア58を形成できる。   A sheet-like optical waveguide layer 56 is embedded in the optical wiring layer 54. As shown in FIGS. 11 to 14 and 16, the sheet-like optical waveguide layer 56 includes four rows of cores 58 that function as optical waveguides, and a clad 57 that surrounds the cores 58. The core 58 and the clad 57 are made of materials that are optically transparent but have different refractive indexes. An example of such a material is polysilane. The core 58 can be formed by pattern exposure of polysilane with ultraviolet rays to lower the refractive index.

シート状光導波路層56の光が入射され、または出射する側の端面には、図12および図13に示すように4本のコア58の端面が露出している。そして、前記端面における互いに隣接する2つのコア58の間には凸部59が形成されている。凸部59は、本発明における第2位置合せ構造の一例であり、図11〜図15に示すように、VCSELモジュール11およびPDモジュール12におけるフェンス状構造体24、フェンス状構造体25、または凹部27と係合して面発光型半導体レーザ素子22および光ダイオード23とコア58の端面との位置合せをする機能を有する。   As shown in FIGS. 12 and 13, the end surfaces of the four cores 58 are exposed on the end surface on the light incident or exiting side of the sheet-like optical waveguide layer 56. And the convex part 59 is formed between the two adjacent cores 58 in the said end surface. The convex portion 59 is an example of the second alignment structure in the present invention. As shown in FIGS. 11 to 15, the fence-like structure 24, the fence-like structure 25, or the concave portion in the VCSEL module 11 and the PD module 12. 27, the surface emitting semiconductor laser element 22 and the optical diode 23 are aligned with the end face of the core 58.

なお、シート状光導波路層56においては、凸部59の代わりに図16に示すように凹部59Aを形成してもよい。凹部59Aは、挿入部2に形成された凸部29と係合して面発光型半導体レーザ素子22および光ダイオード23とコア58の端面との位置合せをする。   In the sheet-like optical waveguide layer 56, a recess 59A may be formed as shown in FIG. The concave portion 59 </ b> A engages with the convex portion 29 formed in the insertion portion 2 to align the surface emitting semiconductor laser element 22 and the optical diode 23 with the end surface of the core 58.

図9および図10に示すように、挿入孔60におけるシート状光導波路層56に相対する壁面は、何れもフェンス状構造体24、フェンス状構造体25、凹部27、または凸部29が形成された挿入部2を挿入できるように、フェンス状構造体24などの位置に合わせて凹陥または突出した波状の形状に形成されている。   As shown in FIG. 9 and FIG. 10, the fence-like structure 24, the fence-like structure 25, the concave portion 27, or the convex portion 29 is formed on the wall surface of the insertion hole 60 facing the sheet-like optical waveguide layer 56. In order to be able to insert the inserted portion 2, it is formed in a wave shape that is recessed or protruded according to the position of the fence-like structure 24 or the like.

1−3 実装手順
以下、VCSELモジュール11およびPDモジュール12を光電気配線基板5に実装して光電子複合組立体100を構成する手順について説明する。
1-3 Mounting Procedure Hereinafter, a procedure for configuring the optoelectronic composite assembly 100 by mounting the VCSEL module 11 and the PD module 12 on the photoelectric circuit board 5 will be described.

先ず、光電気配線基板5の挿入孔60の一方にVCSELモジュール11の挿入部2を、他方にPDモジュール12の挿入部を挿入する。挿入孔60にVCSELモジュール11およびPDモジュール12を一杯に挿入すると、面発光型半導体レーザ素子22および光ダイオード素子23の高さ方向の位置は、挿入孔60によって規制される。そして、左右方向の位置は、フェンス状構造体24、フェンス状構造体25、または凹部27が凸部59と係合し、または凸部29が凹部59Aと係合することにより規制される。これにより、コア58の端面と面発光型半導体レーザ素子22および光ダイオード素子23とが位置合せされる。   First, the insertion portion 2 of the VCSEL module 11 is inserted into one of the insertion holes 60 of the optoelectric wiring board 5, and the insertion portion of the PD module 12 is inserted into the other. When the VCSEL module 11 and the PD module 12 are fully inserted into the insertion hole 60, the height direction positions of the surface emitting semiconductor laser element 22 and the photodiode element 23 are regulated by the insertion hole 60. The position in the left-right direction is regulated by the fence-like structure 24, the fence-like structure 25, or the concave portion 27 engaging with the convex portion 59, or the convex portion 29 engaging with the concave portion 59 </ b> A. As a result, the end face of the core 58 is aligned with the surface emitting semiconductor laser element 22 and the photodiode element 23.

VCSELモジュール11およびPDモジュール12が挿入されたら、夫々のVCSELモジュール11およびPDモジュール12を加熱して半田ボール48を溶融させる。これにより、VCSELモジュール11およびPDモジュール12の接続パッド46と、光電気配線基板5の接続パッド53との間に、図9において矢印aに示すように、VCSELモジュール11およびPDモジュール12の挿入部2に設けられた面発光型半導体レーザ素子22および光ダイオード素子23が光電気配線基板5におけるコア58の端面に押圧される方向の表面張力が生じる。そして、半田が固まることにより、VCSELモジュール11およびPDモジュール12の基板4と光電気配線基板5の電気配線とが電気的に接続する。これにより、VCSELモジュール11およびPDモジュール12が光電気配線基板5に固定されるとともに、VCSELモジュール11におけるドライバ回路およびPDモジュール12におけるレシーバ回路が光電気配線基板5における高速側電気配線と電気的に接続される。   When the VCSEL module 11 and the PD module 12 are inserted, the respective VCSEL module 11 and the PD module 12 are heated to melt the solder balls 48. As a result, the insertion portion of the VCSEL module 11 and the PD module 12 between the connection pad 46 of the VCSEL module 11 and the PD module 12 and the connection pad 53 of the photoelectric circuit board 5 as shown by an arrow a in FIG. Surface tension is generated in a direction in which the surface emitting semiconductor laser element 22 and the photodiode element 23 provided in 2 are pressed against the end face of the core 58 in the photoelectric wiring substrate 5. Then, when the solder is hardened, the substrate 4 of the VCSEL module 11 and the PD module 12 and the electrical wiring of the photoelectric wiring substrate 5 are electrically connected. As a result, the VCSEL module 11 and the PD module 12 are fixed to the photoelectric wiring board 5, and the driver circuit in the VCSEL module 11 and the receiver circuit in the PD module 12 are electrically connected to the high-speed side electric wiring in the photoelectric wiring board 5. Connected.

1−4 特長
光電子複合組立体100においては、VCSELモジュール11およびPDモジュール12の挿入部2におけるフェンス状構造体24、フェンス状構造体25、凹部27、または凸部29が、光電気配線基板5のシート状光導波路層56に形成された凸部59または凹部59Aと係合する。同時に、溶融した半田ボール48の表面張力により、面発光型半導体レーザ素子22および光ダイオード素子23が光電気配線基板5におけるコア58の端面に押圧される方向の力が、VCSELモジュール11におけるドライバ回路およびPDモジュール12と光電気配線基板5との間に作用する。
1-4 Features In the optoelectronic composite assembly 100, the fence-like structure 24, the fence-like structure 25, the concave portion 27, or the convex portion 29 in the insertion portion 2 of the VCSEL module 11 and the PD module 12 is provided in the photoelectric wiring substrate 5. The protrusion 59 or the recess 59A formed in the sheet-like optical waveguide layer 56 is engaged. At the same time, the force in the direction in which the surface emitting semiconductor laser element 22 and the photodiode element 23 are pressed against the end face of the core 58 in the photoelectric circuit board 5 by the surface tension of the molten solder ball 48 causes the driver circuit in the VCSEL module 11. And acts between the PD module 12 and the optoelectric wiring board 5.

これにより、個々の面発光型半導体レーザ素子22および光ダイオード素子23が、相対するコア58の端面と確実に位置決めされ、固定される。したがって、VCSELモジュール11における面発光型半導体レーザ素子22からコア58に直接にレーザ光を入射でき、また、コア58を透過したレーザ光をPDモジュール12における光ダイオード素子23で直接受光できる。故に、VCSELモジュール11、PDモジュール12、光電気配線基板5の何れにも光路を変換するための鏡やレンズを設ける必要はないから、光電子複合組立体100は安価に構成できる。   As a result, the individual surface emitting semiconductor laser elements 22 and the photodiode elements 23 are reliably positioned and fixed with the end surfaces of the opposing cores 58. Therefore, the laser light can be directly incident on the core 58 from the surface emitting semiconductor laser element 22 in the VCSEL module 11, and the laser light transmitted through the core 58 can be directly received by the photodiode element 23 in the PD module 12. Therefore, since it is not necessary to provide a mirror or a lens for converting the optical path in any of the VCSEL module 11, the PD module 12, and the photoelectric wiring substrate 5, the optoelectronic composite assembly 100 can be configured at low cost.

また、フェンス状構造体24またはフェンス状構造体25は黒色ポリイミド樹脂で形成されているから、凸部59と係合させるときに生じる力学的ストレスはフェンス状構造体24またはフェンス状構造体25で無理なく吸収できるうえ、隣接する面発光型半導体レーザ素子22や光ダイオード23の間で信号光が漏れることが防止される。   Further, since the fence-like structure 24 or the fence-like structure 25 is formed of black polyimide resin, the mechanical stress generated when engaging with the convex portion 59 is the fence-like structure 24 or the fence-like structure 25. In addition to being able to absorb without difficulty, signal light is prevented from leaking between adjacent surface emitting semiconductor laser elements 22 and photodiodes 23.

なお、光電子複合組立体100において使用される光電気配線基板5は、図8〜図10に示す態様のものには限定されず、コア58が碁盤目状に形成された二次元光導波路型の光電気配線基板や、光配線層54を2層以上有する光電気配線基板も使用される。   The optoelectronic wiring board 5 used in the optoelectronic composite assembly 100 is not limited to the one shown in FIGS. 8 to 10, and is a two-dimensional optical waveguide type in which the cores 58 are formed in a grid pattern. An opto-electric wiring board or an opto-electric wiring board having two or more optical wiring layers 54 is also used.

本発明は、光回路と電気回路とを有する装置であれば、各種の電子装置に使用できる。このような電子装置としては、電子写真式複写機、電子写真式プリンタ、サーバー、および各種コンピュータなどがある。   The present invention can be used for various electronic devices as long as the device has an optical circuit and an electric circuit. Such electronic devices include electrophotographic copying machines, electrophotographic printers, servers, and various computers.

図1は、実施形態1に係る光素子モジュールの構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical element module according to Embodiment 1. FIG. 図2は、実施形態1に係る光素子モジュールにおいて、挿入部を基板に装着するところを示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating the optical element module according to Embodiment 1 where an insertion portion is mounted on a substrate. 図3は、実施形態1に係る光素子モジュールにおいて、挿入部を基板に装着したところを示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the optical element module according to Embodiment 1 where the insertion portion is mounted on the substrate. 図4は、前記挿入部において面発光型半導体レーザ素子とフェンス状構造体との位置関係を示す端面図である。FIG. 4 is an end view showing a positional relationship between the surface emitting semiconductor laser element and the fence-like structure in the insertion portion. 図5は、実施形態1の光素子モジュールにおけるフェンス状構造体の別の例を示す端面図である。FIG. 5 is an end view showing another example of a fence-like structure in the optical element module of Embodiment 1. 図6は、実施形態1の光素子モジュールの挿入部において、フェンス状構造体に代えて光素子の間に凹陥部を設けた例を示す端面図である。FIG. 6 is an end view showing an example in which a recessed portion is provided between the optical elements in place of the fence-like structure in the insertion part of the optical element module according to the first embodiment. 図7は、実施形態1の光素子モジュールの挿入部において、光素子の間に凹陥部に代えて突部を設けた例を示す端面図である。FIG. 7 is an end view showing an example in which a protrusion is provided between the optical elements in place of the recessed portion in the insertion part of the optical element module according to the first embodiment. 図8は、実施形態1の光素子モジュールの接続パッドと、実施形態1の光電気配線基板の接続パッドとの相対的な位置関係を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing the relative positional relationship between the connection pads of the optical element module of Embodiment 1 and the connection pads of the optoelectric wiring board of Embodiment 1. 図9は、実施形態1の光素子モジュールの挿入部を実施形態1の光電気配線基板の挿入孔に挿入し、半田ボールを溶融させたところを示す概略断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state where the insertion portion of the optical element module of Embodiment 1 is inserted into the insertion hole of the photoelectric wiring board of Embodiment 1 and the solder balls are melted. 図10は、実施形態1に係る光電気配線基板の構成、および前記光電気配線基板に図1に示す光素子モジュールを実装したところを示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the opto-electric wiring board according to Embodiment 1, and the optical element module shown in FIG. 1 mounted on the opto-electric wiring board. 図11は、実施形態1に係る光電気配線基板が備えるシート状光導波路層の平面図である。FIG. 11 is a plan view of a sheet-like optical waveguide layer provided in the optoelectric wiring board according to the first embodiment. 図12は、図11に示すシート状光導波路層の端面図である。FIG. 12 is an end view of the sheet-like optical waveguide layer shown in FIG. 図13は、図11に示すシート状光導波路層の部分斜視図である。FIG. 13 is a partial perspective view of the sheet-like optical waveguide layer shown in FIG. 図14は、図11に示すシート状光導波路層の端面に形成された第2位置合せ構造と、光素子モジュールの挿入部に設けられたフェンス状構造体との係合関係を示す平面図である。FIG. 14 is a plan view showing the engagement relationship between the second alignment structure formed on the end face of the sheet-like optical waveguide layer shown in FIG. 11 and the fence-like structure provided in the insertion portion of the optical element module. is there. 図15は、光素子モジュールの挿入部に設けられたフェンス状構造体の別の例、および前記フェンス状構造体と、図11に示すシート状光導波路に設けられた第2位置合せ構造との係合関係を示す平面図である。15 shows another example of the fence-like structure provided in the insertion portion of the optical element module, and the fence-like structure and the second alignment structure provided in the sheet-like optical waveguide shown in FIG. It is a top view which shows engagement relationship. 図16は、光素子モジュールに設けられた第1位置合せ構造、光電気配線基板に設けられた第2位置合せ構造、およびこれらの係合関係の別の例を示す平面図である。FIG. 16 is a plan view showing another example of the first alignment structure provided in the optical element module, the second alignment structure provided in the optoelectric wiring board, and their engagement relationship. 図17は、本発明の光素子モジュールの別の例、および前記光素子モジュールの挿入部と図11に示す光電気配線基板のシート状光導波路層との相対的な位置関係を示す概略断面図である。17 is a schematic cross-sectional view showing another example of the optical element module of the present invention and the relative positional relationship between the insertion portion of the optical element module and the sheet-like optical waveguide layer of the photoelectric wiring board shown in FIG. It is.

符号の説明Explanation of symbols

2 挿入部
4 基板
5 光電気配線基板
10 光素子モジュール
11 VCSELモジュール
12 PDモジュール
20 基板
22 面発光型半導体レーザ素子
23 光ダイオード素子
24 フェンス状構造体
25 フェンス状構造体
26 接続パッド
27 凹部
29 凸部
30 導電性エポキシ樹脂
42 溝
44 接続パッド
46 接続パッド
48 半田ボール
52 電気配線層
54 光配線層
56 シート状光導波路層
57 クラッド
58 コア
59 凸部
59A 凹部
60 挿入孔
100 光電子複合組立体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Insertion part 4 Board | substrate 5 Photoelectric wiring board 10 Optical element module 11 VCSEL module 12 PD module 20 Board | substrate 22 Surface emitting semiconductor laser element 23 Photodiode element 24 Fence-like structure 25 Fence-like structure 26 Connection pad 27 Recess 29 Convex Part 30 Conductive epoxy resin 42 Groove 44 Connection pad 46 Connection pad 48 Solder ball 52 Electrical wiring layer 54 Optical wiring layer 56 Sheet-like optical waveguide layer 57 Cladding 58 Core 59 Convex part 59A Concave part 60 Insertion hole 100 Optoelectronic composite assembly

Claims (15)

光導波路が形成された光電気配線基板に実装される光素子モジュールであって、
実装時において、前記光導波路と交差するように前記光電気配線基板に穿設された挿入孔に挿入されるとともに、前記光導波路に光を出射する機能、および前記光導波路を伝達してきた光を受光する機能の少なくとも一方を有する光素子が設けられてなる挿入部と、
前記挿入部が突設された基板と
を備え、
前記基板には、前記光電気配線基板の表面に設けられた基板側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続されるモジュール側接続パッドが設けられてなるとともに、
前記モジュール側接続パッドは、中心が、基板側接続パッドの中心に対して夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向とは反対の方向にずれるように設けられてなる
ことを特徴とする光素子モジュール。
An optical element module mounted on an optoelectric wiring board on which an optical waveguide is formed,
At the time of mounting, the function of emitting light to the optical waveguide and the light transmitted through the optical waveguide are inserted into the insertion hole formed in the photoelectric wiring board so as to intersect the optical waveguide. An insertion portion provided with an optical element having at least one of functions of receiving light;
A board on which the insertion portion protrudes;
The substrate is provided with a module-side connection pad that is electrically connected by heating and melting the substrate-side connection pad provided on the surface of the opto-electric wiring board and solder,
The module side connection pad is provided such that the center is shifted in a direction opposite to the direction in which each optical element is pressed against the end face of the optical waveguide corresponding to the optical element with respect to the center of the board side connection pad. An optical element module characterized by comprising:
前記挿入部の前記光素子の近傍には、前記光電気配線基板に設けられた第2位置合せ構造と係合することにより、夫々の光素子と前記光素子に対応する光導波路の端面との位置合せをする第1位置合せ構造が形成されてなる請求項1に記載の光素子モジュール。   In the vicinity of the optical element of the insertion portion, each optical element and an end face of the optical waveguide corresponding to the optical element are engaged by engaging with a second alignment structure provided on the photoelectric wiring board. The optical element module according to claim 1, wherein a first alignment structure for alignment is formed. 前記第1位置合せ構造は、隣接する2つの光素子の間に設けられた凸部である請求項2に記載の光素子モジュール。   The optical element module according to claim 2, wherein the first alignment structure is a convex portion provided between two adjacent optical elements. 前記第1位置合せ構造は、前記光素子を挟むように前記挿入部の挿入方向に沿って設けられた一対のフェンス状構造体である請求項2に記載の光素子モジュール。   The optical element module according to claim 2, wherein the first alignment structure is a pair of fence-like structures provided along an insertion direction of the insertion portion so as to sandwich the optical element. 前記フェンス状構造体は、隣接する2つの光路を光学的に絶縁する請求項4に記載の光素子モジュール。   The optical element module according to claim 4, wherein the fence-like structure optically insulates two adjacent optical paths. 前記第1位置合せ構造は、隣接する2つの光素子の間に設けられた凹部である請求項2に記載の光素子モジュール。   The optical element module according to claim 2, wherein the first alignment structure is a recess provided between two adjacent optical elements. 前記光素子は、光ダイオードおよび面発光型半導体レーザ素子から選択されてなる請求項1〜6の何れか1項に記載の光素子モジュール。   The optical element module according to claim 1, wherein the optical element is selected from a photodiode and a surface emitting semiconductor laser element. 前記投入チップは、前記基板に設けられた溝に装着されてなる請求項1〜7の何れか1項に記載の光素子モジュール。   The optical element module according to claim 1, wherein the input chip is mounted in a groove provided in the substrate. 前記基板は、前記光素子を駆動するドライバ回路が形成された駆動チップ、または前記光素子で受光した光を変換した電気信号を受信するレシーバ回路が形成された受信チップである請求項1〜8の何れか1項に記載の光素子モジュール。   The substrate is a driving chip on which a driver circuit for driving the optical element is formed, or a receiving chip on which a receiver circuit for receiving an electric signal obtained by converting light received by the optical element is formed. The optical element module according to any one of the above. 光導波路を有するとともに、請求項1〜9の何れか1項に記載の光素子モジュールが実装される光電気配線基板であって、
前記光素子モジュールの挿入部が挿入される挿入孔が穿設されてなるとともに、
前記光素子モジュールの基板に設けられたモジュール側接続パッドと半田を加熱溶融することによって電気的に接続される基板側接続パッドが表面に設けられ、
前記基板側接続パッドは、中心が、前記モジュール側接続パッドの中心に対して夫々の光素子が前記光素子に対応する光導波路の端面に押圧される方向にずれるように設けられてなることを特徴とする光電気配線基板。
An optical wiring board on which the optical element module according to any one of claims 1 to 9 is mounted while having an optical waveguide,
With an insertion hole into which the insertion part of the optical element module is inserted,
Board-side connection pads that are electrically connected by heating and melting the module-side connection pads and solder provided on the substrate of the optical element module are provided on the surface,
The board-side connection pad is provided such that the center thereof is shifted with respect to the center of the module-side connection pad in a direction in which each optical element is pressed against the end face of the optical waveguide corresponding to the optical element. A characteristic optoelectric wiring board.
前記光素子モジュールの実装時において前記光素子モジュールにおける第1位置合せ構造と係合することにより、前記光素子モジュールにおける各光素子と前記各光素子に対応する光導波路の端面との位置合せが行われる第2位置合せ構造が、前記挿入孔の壁面における光導波路の前記端面の近傍に形成されてなることを特徴とする請求項10に記載の光電気配線基板。   By engaging the first alignment structure in the optical element module when the optical element module is mounted, the alignment of each optical element in the optical element module and the end face of the optical waveguide corresponding to each optical element is achieved. The optoelectric wiring board according to claim 10, wherein the second alignment structure to be performed is formed in the vicinity of the end face of the optical waveguide on the wall surface of the insertion hole. 前記第2位置合せ構造は、隣接する2つの光導波路の端面の間に形成された凹部である請求項11に記載の光電気配線基板。   The optoelectric wiring board according to claim 11, wherein the second alignment structure is a recess formed between end faces of two adjacent optical waveguides. 前記第2位置合せ構造は、隣接する2つの光導波路の端面の間に形成された凸部である請求項11に記載の光電気配線基板。   The optoelectric wiring board according to claim 11, wherein the second alignment structure is a convex portion formed between end faces of two adjacent optical waveguides. 前記光導波路を複数層有する請求項10〜13の何れか1項に記載の光電気配線基板。   The optoelectric wiring board according to claim 10, comprising a plurality of the optical waveguides. 請求項1〜9の何れか1項に記載の光素子モジュールを請求項10〜14の何れか1項に記載の光電気配線基板に実装してなる光電子複合組立体。   The optoelectronic composite assembly which mounts the optical element module of any one of Claims 1-9 on the optoelectric wiring board of any one of Claims 10-14.
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