JP2007293018A

JP2007293018A - 光電気複合モジュールおよび光入出力装置

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Publication number: JP2007293018A
Application number: JP2006120597A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Hino; 智之樋野; Kazuhiko Kurata; 和彦蔵田; Ichiro Ogura; 一郎小倉; Junichi Sasaki; 純一佐々木; Ichirou Hatakeyama; 意知郎畠山; Yoichi Hashimoto; 陽一橋本; Ryosuke Kuribayashi; 亮介栗林
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-04-25
Also published as: US7620272B2; US20070280594A1; JP4821419B2

Abstract

【課題】光電気複合モジュールが搭載されるボードに、光コネクタの着脱に関連するデッドスペースを生じ難くする技術を提供する。
【解決手段】光電気複合モジュール（101）は、光素子（202）と、パッケージ（301）と、パッケージの両筐体部分に沿って配設され且つ光素子のための電気配線が形成されたフレキシブル基板（201）とを備える。パッケージは、第１の筐体部分（301a）、及び、第１の筐体部分とヒンジ接続され且つ搭載ボード（213）に配設される第２の筐体部分（301b）を有する。光素子は、フレキシブル基板における第１の筐体部分と対向する面に接合される。フレキシブル基板は、光素子および光導波路間にて授受すべき光信号を透過させる光取出し手段（206）を有する。パッケージは、フレキシブル基板の電気配線および搭載ボードの電気配線間を短絡するための短絡手段（304）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ルータ、サーバ及びストレージ等の情報機器のボード内、ボード間またはバックプレーン間に搭載される光電気複合モジュールに関する。

近年、ルータ、サーバ、ストレージ等の情報機器で扱われる情報量が飛躍的に増大しつつある。これに伴い、情報機器のボード内、ボード間またはバックプレーン等のインターコネクションにおける電気伝送能力の限界が顕在化している。それらを解決する手段として、光伝送によるインターコネクション技術が知られている。

光インターコネクションによる低コストかつ小型な信号入出力構成としては、ロジックLSIにより信号処理を行い、入出力インタフェースには光電気複合モジュールを用いるという構成がある。この光電気複合モジュールは、その基本構成として、光素子と、ドライバICと、それらをフリップチップ搭載するための回路基板とを備える。回路基板には、層間配線のほか、基板両面に配線パターンが形成される。

かかる光電気複合モジュールを利用した従来の技術として、例えば、後述の特許文献１乃至３に記載のものがある。

特許文献１には、同文献の図２に示されるように、光素子（11）及びこの光素子の電流振幅を調整する半導体素子（10）等の光電気部品が回路基板（14）にフリップチップ実装された光受信装置が提案されている。この装置は金属バンプ（18）により固定されている。光コネクタ（15,16）は、固定された装置に対し着脱される。

特許文献２には、例えば同文献の図６に示されるように、配線パターンが形成された透明プレート（13）上に光素子（61）及びドライバIC（62）がフリップチップ実装により電極（66）に接続された光電気複合モジュール（6）が提案されている。ドライバIC（62）は、モジュールが搭載されるボードに対し、透明プレート（63）とビア部品の層間配線（69）とを介して電気的に接続される。また、ボードが収容されるラックの高さに応じて光軸の高さを調節するために、同文献の図４に示されるようなミラーによる光軸変換器（44）を備えるモジュール（4）も提案されている。

特許文献３には、例えば同文献の図１に示されるように、パッケージ（1）に取り付けるコネクタ（5）部分に光ファイバアレイ（7）の位置決めのためのV溝（6）を形成すると共に、その端部に45度の傾斜ミラー（9）を装着した光モジュールが提案されている。パッケージ（1）の発光素子（2）から出力した光は、同文献の図２に示されるように、レンズアレイ（4）を経て傾斜ミラー（9）に反射して光路を90度曲げられた後、光ファイバアレイ（7）に入射される。
特開２００３−１８５８９１号公報特開２００４−３１５０８号公報特開２００３−２０７６９４号公報

上記特許文献１に記載の技術にあっては、ボード等に固定された装置に対し光コネクタ（15,16）が着脱されることから、着脱の経路を予めボード上に確保する必要がある。よって、着脱経路には他の電子部品を配置することができない。このようなデッドスペースがボード上に存在することは、実装レイアウトの観点からは望ましいことではない。

上記特許文献２に記載の技術では、入出力用のドライバIC（62）と搭載ボードとの電気的接続にビア部品（69）が介在することから、高周波特性の劣化を招くおそれがある。また、光素子及びドライバICの放熱方向が、それらを搭載するボードの方向に限定されるので、ボード上のレイアウトが容易ではない。

さらにまた、上記特許文献２の図４および特許文献３に記載の技術では、着脱される光コネクタと受光／発光素子との間に、ミラーによる光路変換手段や、レンズによる光結合手段等が必要となる。よって、その分、部品数及び工程数が多くなり、結果、実装コストを引き上げるという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光電気複合モジュールが搭載されるボードに、光コネクタの着脱に関連するデッドスペースを生じ難くする技術を提供することを目的とする。

本発明に係る光電気複合モジュールは、光導波路に対し光信号を授受する光素子と、第１の筐体部分および該第１の筐体部分とヒンジ接続され且つ搭載ボードに配設される第２の筐体部分を有するパッケージと、前記パッケージの両筐体部分に沿って配設され且つ前記光素子のための電気配線が形成されたフレキシブル基板とを備え、前記光素子は、前記フレキシブル基板における前記第１の筐体部分と対向する面に接合され、前記フレキシブル基板は、前記光素子および光導波路間にて授受すべき光信号を透過させる光取出し手段を有し、前記パッケージは、前記フレキシブル基板の電気配線および搭載ボードの電気配線間を短絡するための短絡手段を有する。

上記構成の光電気複合モジュールに対する光導波路の着脱は、パッケージのヒンジが開けられた状態、すなわち第１の筐体部分が第２の筐体部分に対し水平になるように倒された状態で行うことができる。

本発明によれば、光導波路を搭載ボードに対し垂直に着脱することができる。よって、着脱経路が光電気複合モジュールの周辺エリアに含まれないことから、搭載ボード上に予め着脱経路のための空間を確保することは不要となる。これにより、ボード上のデッドスペースを削減することができる。

図１は、本発明に係る光電気複合モジュールの第１の実施形態の構成を示す模式的な斜視図であり、図２は、同モジュールの模式的断面図である。また、図３は、同モジュールに光導波路となる光コネクタを装着する手順を示し、図４は、光コネクタを装着後の模式的な斜視図である。図１〜図４を参照して、第１の実施形態の光電気複合モジュール101について説明する。

光電気複合モジュール101は、モジュール搭載ボード213に搭載されるパッケージ301を備える。パッケージ301は、モジュール搭載ボード213に装着される平板301bと、平板301bにヒンジ接続された平板301aと、平板301aにヒンジ接続され且つ後述の固定ジグ303が取り付けられた平板301cとを有する。平板301aは本発明における第１の筐体部分に対応し、平板301bは第２の筐体部分に対応し、そして平板301cは第３の筐体部分に対応する。図１に示すパッケージ301の状態は、各ヒンジが閉じられた状態である。

パッケージ301の平板301cには、固定ジグ303が取り付けられている。図示の固定ジグ303は、パッケージ301が閉じられた図１に示すような状態において、その鉤部分がモジュール搭載ボード213と平板301bとの間に挟み込まれる。固定ジグ303の形状は、図示ような鉤状に限定するものではなく、図１のような状態を維持する機能を持つものであれば他の形状であってもよい。例えば、ピンによる固定としてもよく、もしくはパッケージにラッチを形成しても良い。

また、光電気複合モジュール101は、パッケージ301の各平板（301a/301b/301c）に沿って実装されたフレキシブル基板201を備える。フレキシブル基板201には、光素子202及びそれを制御する入出力用IC203が実装されている。これら光素子202及び入出力用IC203の裏面には放熱板205が取り付けられている。

フレキシブル基板201には、光素子202及び光伝送路211間で授受すべき光を透過させる光取出し部206と、光コネクタ212の装着位置をガイドするアライメントマーカ207と、光素子202及び入出力用IC203をモジュール搭載ボード213と電気的に接続するための電気配線である電極208及び電極210とが形成されている。

図２に示すように、光素子202は、光取出し部206と整合する位置にてメタルバンプ209によりフリップチップ実装されている。また、この光素子202の近傍には、入出力用IC203が同様にフリップチップ実装されている。

光取出し部206は、電極208及び電極210により囲まれたフレキシブル基板201の一部であり、すなわち基板そのものの一部である。このように、フレキシブル基板201の一部を光取出し部206としたことにより、光素子202と光伝送路211との間にレンズ等の光結合手段を設けることが不要となる。そして、不要とした分、モジュールの部品数や工程数が削減されることから、実装コストを抑えることができる。

フレキシブル基板201は、光素子202の波長に対し透過性が高く、且つ、およそ90度の折り曲げが可能な柔軟性を持つシリコン系、エポキシ系、ポリイミド系などの材料を用いて構成するのが望ましい。また、フレキシブル基板201に形成されている電極208及び電極210は、基板面に電極材料を成膜後にリソグラフィー技術を用いて形成される。

光素子202は、従来知られた面型の発光素子あるいは受光素子であり、複数の素子がアレイ形状に配置されたものである。光素子202を発光素子とする場合、入出力用IC203はドライバICである。この場合、ドライバIC（203）が、外部から供給される規定電圧の変調信号に応じて、発光素子（202）の駆動に必要な電流振幅をこの発光素子（202）に与える。また、光素子202を受光素子とする場合、入出力用IC203は電気増幅ICである。電気増幅IC（203）は、受光素子（202）により検出された光を規定の電圧に変換し外部出力する。

光素子202及び入出力用IC203と接合される電極208は、主に、光素子202及び入出力用IC203間、ならびに入出力用IC203及びモジュール搭載ボード213間の電気的接続を担う。また、電極208は、メタルバンプ209を用いたフリップチップ実装により光素子202と入出力用IC 203との高精度な位置決めを行うために形成されている。他方の電極210は、接地電極として電磁シールドの役割の一部を担うように形成されている。これにより、高価な金属パッケージを用いなくともシールド効果を得ることができる。

フレキシブル基板201は、図２に示すように、平板301cから平板301aに沿ってパッケージ301の内側に収容されると共に、平板301bのスリット304を抜けてパッケージ301の外側、すなわちモジュール搭載ボード213側へ取り出される。平板301bの底部におけるフレキシブル基板201及びモジュール搭載ボード213間には、両者の電気的接続のための電極パット204が設けられている。

かかる光電気複合モジュール101に光コネクタ212を装着または取り外す際は、図３に示すように、パッケージ301のヒンジを開閉すればよい。より具体的には、図１のように閉じられたパッケージ301の平板301bの底部から固定ジグ303を引き出しつつ、各ヒンジを開けることにより、図３に示すように、平板301cおよび平板301aが平板301bに対し水平に広がる。この状態において、光コネクタ212を平板301aに対し垂直方向に着脱する。

したがって、光コネクタ212の着脱方向はモジュール搭載ボード213に対し垂直の方向となることから、光電気複合モジュール101付近における光伝送路211の伸長方向に空間を設けることは不要となる。

また、図３に示す状態において光コネクタ212が装着されたときは、図４に示すように各ヒンジが閉じられる。そして、固定ジグ303の鉤部分がパッケージ301の底部へ挟み込まれることにより、光素子202と接する平板301aが平板301bに対し概ね垂直に固定されると共に、光コネクタ212がパッケージ301に包まれた状態で固定される。なお、このときパッケージ301は、フレキシブル基板201にかかる応力（縮み応力及び伸び応力）が最小となる状態で固定される。

よって、ミラー等の光軸変換手段を用いることなく、光の入出力方向をモジュール搭載ボード213に対し水平に維持することができる。また、光コネクタ212を包み込む構成としたことで、モジュール全体の小型化が実現できる。

光電気複合モジュール101の動作の一例として、光素子202が発光素子であるケースについて説明する。規定電圧の電気論理信号が、モジュール搭載ボード213から電極パット204および電極208を介してドライバIC203に供給される。また同時に、ドライバIC203には、フレキシブル基板の電極204を介して接地電圧が供給される。すると、発光素子（202）の駆動に必要な振幅を持ち且つ外部電気信号に対応した電流がドライバIC203から発光素子（202）へ流れる。そして、その電流に応じて発光素子（202）から光信号が出射され、その光信号が光取り出し部206を介して光コネクタ212の光伝送路211に結合される。

光電気複合モジュール101と光学的に結合される光伝送路211としては、例えば、ファイバアレイ、あるいはファイバアレイをラミネート材料で挟み込んだ構成のファイバシート等を用いることができる。また、その材質は、ポリイミド系あるいはSi系とすることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、光コネクタ212をモジュール搭載ボード213に対し垂直に着脱することができる。よって、着脱経路が光電気複合モジュール101の周辺エリアに含まれないことから、モジュール搭載ボード213上に予め着脱経路のための空間を確保することは不要となる。これにより、ボード上のデッドスペースを削減することができる。

また、光電気複合モジュール101に装着された光コネクタ212がボードに対し水平に固定されることから、光伝送路211とボード上の他の電子部品との接続に有益である。さらにまた、例えば図２に示すように、フレキシブル基板201をスリット304からボード上に取り出すよう構成したことにより、光素子202及び入出力用IC203の電極（208/210）とボードの電極との接続を良好にすることができる。これにより、高周波特性の劣化を防ぐことができる。

さらにまた、素子の放熱に関する設計が容易な光電気複合モジュールを実現できる。これは、光素子202及び入出力用IC203をモジュール搭載ボード213に対し垂直に固定し、ボードに対し水平に放熱させるよう構成したことによる。

図５に、光電気複合モジュールの第２の実施形態の構成を示す。本実施形態の光電気複合モジュール102は、平板504aとこれにヒンジ接続された平板504b及び平板504cとを有するパッケージ504を備える。平板504cには固定ジグ505が取り付けられている。

本実施形態のフレキシブル基板506は、図５に示すように、各平板（504a/504b/504c）に沿ってパッケージ504の内側に収納される。そのため、搭載ボード502上に設置される平板504bには、フレキシブル基板506と搭載ボード502との短絡手段としてのビア501が形成されている。ビア501は、平板504bを貫通する導電部材であり、搭載ボード502の電極のパットパターン503と整合するように配置されている。

本実施形態の光電気複合モジュール102に対する光コネクタの着脱手順、及び、電気的作用については、前述の第１の実施形態のものと同様であり、説明を省略する。

なお、パッケージ504の平板504bと搭載ボード502との接触を良好にするために、固定ジグ505としては、平板504bの側面に固定されるピンとすることが好ましい。前述の固定ジグ303のような鉤状のものを光電気複合モジュール102に適用する場合は、例えば、搭載ボード502に接する平板504bの底部に溝を形成しておき、その溝に鉤部分を収納するような構成とすることが望ましい。すなわち、搭載ボード502に接する平板504bの底部に凸部を生じさせないようにパッケージ504を構成すればよい。

また、パッケージ504のビア501と、搭載ボード502上のパットパターン503とを整合させるために、パットパターン503のピッチを変換する機構を付加してもよい。

以上説明したように、図５に示す実施形態によっても、モジュール搭載ボード502上に予め光コネクタの着脱経路のための空間を確保することは不要となる。よって、ボード上のデッドスペースを削減することができる。

次に、上記の光電気複合モジュール101（102）を利用した光入出力装置の実施形態について説明する。図６に、光入出力装置の第１の実施形態の構成を示す。本実施形態の光入出力装置111は、図１に示す前述の光電気複合モジュール101と同様な光電気複合モジュール101´と、このモジュール101´から伸長するフレキシブル基板602に搭載されたロジックLSI601とを備える。光電気複合モジュール101´としては、図１のものに替えて、図５に示すような光電気複合モジュール102であってもよい。

ロジックLSI601は、光電気複合モジュール101´の入出力信号を制御するLSIである。このロジックLSI601と光電気複合モジュール101´との電気的接続は、フレキシブル基板602を利用する。なお、図６に示す構成は、光電気複合モジュール101´が１つであるが、複数であってもよい。

図７に、光入出力装置の第２の実施形態を示す。本実施形態の光入出力装置112は、複数の光電気複合モジュール901と、光導波路902が形成されたサブボード基板903とで構成される。光電気複合モジュール901は、前述の光電気複合モジュール101又は光電気複合モジュール102から固定ジグ（303、505）を省いたものと同等である。

サブボード基板903は、図７に示すように、光電気複合モジュール901にクリップ形式にて装着される。また、サブボード基板903の装着および取り外しは、各光電気複合モジュール901のヒンジを開けることにより行うことができる。

本実施形態の光入出力装置112は、相互に異なる通信チャネルに対応する各光電気複合モジュール901とサブボード基板903とが光信号を授受することにより、光信号の経路を再配線もしくはアレイ化する役割を果たす。

図７に示す実施形態によれば、光素子と光結合させる対象が、サブボード基板903のように比較的大型で且つ複数の光電気複合モジュール901へ装着すべきものであっても、ヒンジの開閉により、その対象物を容易に着脱することができる。

上記各実施形態のパッケージは３つの平板を有するものであったが、パッケージとしては、本発明に係る第１の筐体部分及び第２の筐体部分に対応する２つの平板により構成されるものであってもよい。すなわち、例えば図１の構成において、固定ジグ303が取り付けられている平板301cが省略された構成である。その場合、例えば、平板301aの両脇から平板301bの両脇に架け渡されるジグを固定手段として設けることにより、ヒンジが閉じた状態でのパッケージの安定性を高めることができる。

本発明に係る光電気複合モジュールの第１の実施形態を模式的に示す斜視図である。第１の実施形態の光電気複合モジュールの模式的断面図である。第１の実施形態の光電気複合モジュールに対する光コネクタの着脱手順の説明図である。第１の実施形態の光電気複合モジュールに光コネクタが装着された状態の模式的斜視図である。本発明に係る光電気複合モジュールの第２の実施形態を模式的に示す斜視図である。本発明に係る光入出力装置の第１の実施形態の模式的断面図である。本発明に係る光入出力装置の第２の実施形態の模式的斜視図である。

符号の説明

101、102、901 光電気複合モジュール
111、112 光入出力装置
201、506、602 フレキシブル基板
202 光素子
203 入出力用IC
204 電極パット
205 放熱板
206 光取出し部
207 アライメントマーカ
208、210 電極
209 メタルバンプ
211 光伝送路
212 光コネクタ
213、502 モジュール搭載ボード
301、504 パッケージ
301a、301b、301c 平板
303 固定ジグ
304 スリット
501 ビア
503 パットパターン
601 ロジックLSI
902 光導波路
903 サブボード基板

Claims

光導波路に対し光信号を授受する光素子と、第１の筐体部分および該第１の筐体部分とヒンジ接続され且つ搭載ボードに配設される第２の筐体部分を有するパッケージと、前記パッケージの両筐体部分に沿って配設され且つ前記光素子のための電気配線が形成されたフレキシブル基板とを備え、
前記光素子は、前記フレキシブル基板における前記第１の筐体部分と対向する面に接合され、
前記フレキシブル基板は、前記光素子および光導波路間にて授受すべき光信号を透過させる光取出し手段を有し、
前記パッケージは、前記フレキシブル基板の電気配線および搭載ボードの電気配線間を短絡するための短絡手段を有することを特徴とする光電気複合モジュール。
前記パッケージは、さらに、前記第１の筐体部分を前記第２の筐体部分に対し大略垂直に固定する固定手段を有することを特徴とする請求項１記載の光電気複合モジュール。
前記短絡手段は前記第２の筐体部分に対し前記フレキシブル基板を貫通させるスリットであり、前記フレキシブル基板の電気配線が前記スリットを経て搭載ボードの電気配線に接続されることを特徴とする請求項１又は２記載の光電気複合モジュール。
前記短絡手段は前記第２の筐体部分に形成されたビア機構であり、前記フレキシブル基板の電気配線が前記ビア機構を介して搭載ボードの電気配線に接続されることを特徴とする請求項１又は２記載の光電気複合モジュール。
前記固定手段は、前記第１の筐体部分にヒンジ接続された第３の筐体部分と前記第１の筐体部分を介して前記第２の筐体部分および前記第３の筐体部分を大略水平に固定する支持部品とを含むことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光電気複合モジュール。
前記光取出し手段は、前記光素子の電気配線により領域が規定された前記フレキシブル基板の部分であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電気複合モジュール。
前記光素子が発光素子であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電気複合モジュール。
前記光素子が受光素子であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電気複合モジュール。
前記フレキシブル基板は、前記固定手段により前記パッケージが固定されたときの応力が最小となる形状を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光電気複合モジュール。
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電気複合モジュールと、前記光電気複合モジュールのフレキシブル基板に搭載され且つ前記光電気複合モジュールの電気信号を制御するロジック集積回路とを備えることを特徴とする光入出力装置。
それぞれが請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電気複合モジュールであり且つ相互に異なる通信チャネルを割り当てられた複数の光電気複合モジュールと、前記複数の光電気複合モジュールに対し並列的に装着される複数の光導波路を有する光導波路装置とを備えることを特徴とする光入出力装置。