JP2011128378A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性が高く、基板に高密度に搭載可能な光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュール１００のリジッド基板１は、一端に、コネクタソケット５１に嵌合して電気的に接続する電気端子１５が形成され、面型の光素子１１および光素子１１を制御する制御ＩＣ１２は、リジッド基板１の一方の面に電気的接続可能に実装される。ヒートシンク３は、リジッド基板１の他方の面に接して光素子１１に対向するように取り付けられる。光コネクタレセプタクル２は、光ファイバ４１を保持し、かつ、光ファイバ４１と光素子１１とをそれぞれ光結合する光コネクタ４を光的接続可能な位置に装着するための開口部２１と、その中に形成されたガイドピンと、光ファイバ４から出た光を集光し光素子１１へ結合させるレンズ２３を備え、リジッド基板１の光素子１１が実装された面側に取り付けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光信号と電気信号との間の変換を行う光モジュールに関する。

ネットワークのトラフィック増大に伴い、ネットワークの要となるルータに搭載されるスイッチＬＳＩの多チャンネル信号入出力インタフェースのビットレートは高速化の一途をたどっている。それに伴い回路基板上を伝播する高速信号の減衰の問題があり、近年、スイッチＬＳＩの高速信号入出力を光モジュールによって光・電気信号変換する技術の検討が進められている。

スイッチＬＳＩの高速信号入出力を光信号に変換するためには回路基板上を電気信号のまま伝播する長さをできる限り短くすることが必要である。したがって光モジュールはできる限りスイッチＬＳＩに接近して搭載する必要がある。また、スイッチＬＳＩが搭載される回路基板は多くの電子部品が高密度に搭載されるため、光モジュールは非常に小型であることが求められている。加えて、一般にルータでは複数の回路基板がボードピッチ２５ｍｍ程度で収容されるため、光モジュールからの光の取り出し方向は回路基板に対して平行な方向である方が有利である。

特許文献１は、低コストの光通信装置用光学サブアセンブリについて記載されており、射出成形などの成形プロセスによって、その本体部分がフレキシブル回路基板上へ直接形成されていることを特徴としている。また、光電子素子（光受容器または半導体光源）と光ファイバアレイとのインタフェースであるレンズアレイとの光学的アライメントが精確に調整されるように、光電子素子の基板への取り付け位置を画定する開口と、レンズアレイを支持する光学部材との結合のための機械的構造（ロッドなど）が、本体に形成されている。

特許文献２は、１組のコネクタガイドピンと光学アレイとを位置合わせするための位置合わせ孔を備える透明基板が記載されている。その方法は、光学アレイの伝送の軸が透明基板を直に通過するように透明基板上に光学アレイを配置するステップと、光学アレイの背面上に１組の位置合わせガイドピンを有するヒートシンクを配置するステップであって、ヒートシンクの１組の位置合わせガイドピンは透明基板を貫通して延びる、ヒートシンクを配置するステップと、光学アレイの両側において透明基板を貫通して延びる１組の位置合わせガイドピンを光学アレイの背面上に有するヒートシンクを配置するステップと、ヒートシンクの熱膨張が可能になるように、１組の位置合わせガイドピンが透明基板を貫通して延びる１組の孔を細長くするステップとを含む。

特開２０００−８２８３０号公報 特表２００５−５０７５０３号公報

特許文献１は、多チャンネルの電気信号を光信号に変換し、光の取り出し方向がマザーボードと平行になる光モジュールの構造を提供することが可能だが、適切な放熱構造とする事が困難という課題があった。また、特許文献１や特許文献２において、フレキシブル回路基板は製造時に折れ曲がりなどの不良が発生しやすく、特にハンドリングが難しいという問題があった。さらに、光モジュールが故障した場合に、取り替えができないという問題があった。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、放熱性が高く、基板に高密度に搭載可能な光モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る光モジュールは、
一端に、コネクタソケットに嵌合して電気的に接続する接続用端子が形成されたリジッド基板と、
前記リジッド基板の一方の面に電気的接続可能に実装された面型光素子と、
前記面型光素子を制御するＩＣと、
前記リジッド基板の他方の面に接して前記面型光素子に対向するように取り付けられたヒートシンクと、
光ファイバを保持し、該光ファイバと前記面型光素子とをそれぞれ光結合する光コネクタを光的接続可能な位置に装着するための開口部および該開口部の中に形成されたガイドピンを備え、前記リジッド基板の前記面型光素子が実装された面側に取り付けられた光コネクタレセプタクルと、
前記光ファイバから出た光を集光し前記面型光素子へ結合させるためのレンズと、
を備える。

本発明の光モジュールによれば、放熱性が高く、基板に高密度に搭載可能である。

本発明の実施の形態に係る光モジュールの構成例を示す斜視図である。 実施の形態に係る光モジュールの構成概略図であり、図１のＡ−Ａ線を通り、Ｘ−Ｙ方向に張られた面における断面図を示す。 実施の形態の変形例に係る光モジュールの構成概略図であり、図１のＡ−Ａ線を通り、Ｘ−Ｙ方向に張られた面における断面図を示す。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同じ符号を付す。

図１は、本発明の実施の形態に係る光モジュールの構成例を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る光モジュールの構成概略図であり、図１のＡ−Ａ線を通り、Ｘ−Ｙ方向に張られた面における断面図を示す。但し、図１の光モジュールを組立てて、光コネクタレセプタクルに光コネクタを挿入した場合の例を示す。

光モジュール１００は、光素子１１および制御ＩＣ１２を実装するリジッド基板１と、光コネクタレセプタクル２と、ヒートシンク３と、から構成される。光モジュール１００は、光コネクタレセプタクル２に装着した光コネクタ４から光ファイバ４１を介して送られる光信号を電気信号に変換する。

リジッド基板１は、光素子１１、制御ＩＣ１２、ワイヤ１３、嵌合部１４、電気端子１５およびスペーサ１６を備える。リジッド基板１の材質の例としては、セラミック基板、ガラスエポキシ基板などがある。

光素子１１は、面型光素子で、光信号を送受信し、また、光信号を電気信号へ変換、もしくは電気信号を光信号へ変換する機能を有する。制御ＩＣ１２は、光素子１１を制御する。ワイヤ１３は、リジッド基板１と光素子１１、光素子１１と制御ＩＣ１２の電気的接続を行う。ワイヤ１３で電気的接続のためのボンディングを行う際、ボールボンディングもしくはウェッジボンディングのいずれかの方法で行う。嵌合部１４は、リジッド基板１に光コネクタレセプタクル２を固定する。高さや位置調整、または脱着のためのスペーサ１６を用いてもよい。リジッド基板１と光コネクタレセプタクル２を嵌合したとき、光コネクタレセプタクル２のレンズ２３により光素子１１に光が集光する位置となるように、嵌合部１４は設けられる。電気端子１５は、リジッド基板１の一端に形成され、その一端は電気コネクタ５のコネクタソケット５１に挿入可能である。電気端子１５をコネクタソケット５１に挿入することにより、リジッド基板１と電気コネクタ５の電気的接続を行い、また、取付面であるマザーボードＭに対してリジッド基板１を垂直もしくは所定の角度を有して取付ることができる。

光コネクタレセプタクル２は、光コネクタ４を挿入するための開口部２１と、光コネクタ４を挿入した際に、光素子１１と光ファイバ４１の光接続位置を確実とするためのガイドピン２２とを備える。また、光コネクタレセプタクル２は、内部に、光ファイバ４１の光を集光するためのレンズ２３を備える。光コネクタ４は、ガイドピン２２に対向する位置に、ピン孔（図示せず）が形成されており、光コネクタ４を光コネクタレセプタクル２に挿入するだけで、容易に光学部材の位置合わせができる。

ヒートシンク３は、リジッド基板１の光素子１１を実装する面の反対側の面に接して光素子１１に対向するように備えられる。ヒートシンク３により、リジッド基板１に実装された光素子１１や制御ＩＣ１２などの熱を逃がし、それら実装された部品および部品周辺部の温度上昇を防止することが可能となる。リジッド基板１の部品を実装した面の反対側の面にヒートシンク３を接して備えることで、ヒートシンク３と部品の間の距離が短く、効率よく放熱することができる。その結果、熱による不具合の発生を防止するだけでなく、リジッド基板１上に高密度で実装が可能となり、光モジュール１００をコンパクトにすることができる。

図２に示すように、リジッド基板１の光素子１１や制御ＩＣ１２を実装する部分であって、ヒートシンク３に接する部分の面は、部品を実装する側に凹部を形成してもよい。凹部を形成した部分に実装することで、光素子１１や制御ＩＣ１２の熱を効率的にヒートシンク３へ伝え、放熱しやすくなる。また、リジッド基板１は、光素子１１や制御ＩＣ１２を実装する部分以外の厚みを薄くすることがなく、リジッド基板１の強度を保つことができる。

電気コネクタ５は、リジッド基板１とマザーボードＭの電気的接続を行う。リジッド基板１の電気端子１５を、電気コネクタ５のコネクタソケット５１に挿入する。コネクタソケット５１は、電気接点５２と電気的接続しているため、リジッド基板１とマザーボードＭとの電気的接続も可能となる。

また、電気コネクタ５は、リジッド基板１をマザーボードＭに対して垂直もしくは所定の角度を有して固定する。マザーボードＭと平行に設置しないので、リジッド基板１の、光素子１１などを実装する面の反対側の面を有効に活用することができ、ヒートシンク３を備えることで、放熱性を向上することができる。特に、リジッド基板１をマザーボードＭに対して垂直の向きで固定することで、光信号の取り出し方向をマザーボードＭと平行にすることが可能となり、光素子１１をマザーボードＭに高集積に搭載した場合であっても、光信号が干渉するおそれがない。

図３は、実施の形態の変形例に係る光モジュールの構成概略図であり、図１のＡ−Ａ線を通り、Ｘ−Ｙ方向に張られた面における断面図を示す。実施の形態における基板部分の、素子などを実装する部分の基板に孔をあけ、金属の板で覆う構造となっている。リジッド基板１に備えたスペーサ１６の代わりに、光コネクタレセプタクル２にスペーサ２４を備えてもよい。

リジッド基板１の、光素子１１や制御ＩＣ１２を実装する部分に孔が形成され、その孔を覆うように金属板１０が備えられている。金属板１０は、熱伝導率の高い金属であることが好ましい。この金属板１０上に実装された光素子１１や制御ＩＣ１２が発する熱は、金属板１０を介してヒートシンク３へ伝わり、より放熱性を高めることが可能となる。孔を形成したリジッド基板１は強度を有するので、リジッド基板１の厚みよりも金属板１０の厚みを薄く形成することができ、ヒートシンク３への放熱性をより高くすることができる。

光モジュール１００の光信号を電気信号へ変換する動作は、次のように行われる。例えば光モジュール１００が光受信モジュールの場合、すなわち光素子１１は受光素子として機能する場合を例に挙げる。光コネクタ４の光ファイバ４１から、光コネクタレセプタクル２のレンズを介して、光素子１１へ集光した光信号が送られる。光素子１１は、制御ＩＣ１２の制御により、受信した光信号を電気信号へ変換する。変換された電気信号は、リジッド基板１の電気端子１５を介して、電気コネクタ５へ送信され、電気接点５２よりマザーボードＭの必要箇所へ電気信号を送信する。このように、光モジュール１００を介して、光信号を電気信号として提供することが可能となる。

光モジュール１００が光受信モジュールの場合、光素子１１の例としてはＰＩＮ−ＰＤアレイ、制御ＩＣ１２の例としてはレシーバＩＣがある。また、光モジュール１００が光送信モジュールの場合、用いる光素子１１の例としてはＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）、制御ＩＣ１２の例としてはドライバＩＣがある。

実施の形態において、光素子と制御ＩＣは、別々の部品としたが、一体化されたチップであってもよい。また、面発光素子とドライバＩＣ、もしくは面受光素子とレシーバＩＣの組み合わせに限らず、光モジュールに、面発光素子、ドライバＩＣ、面受光素子、およびレシーバＩＣの全てを収容してもよい。これらリジッド基板上の実装された部品や実装位置は、上述した例に限らず、必要に応じて任意に設定可能である。

以上、説明したように、本実施の形態に係る光モジュールによれば、放熱性が高く、基板に高密度に搭載可能である。

基板をマザーボードである取付面に対して垂直もしくは所定の角度を有して固定することで、素子やＩＣ、チップなどを搭載する側の反対面にヒートシンクを取り付ける事が可能となる。そのため、搭載した部品の温度の上昇を防止することが可能となり、高密度な部品の搭載が可能である。また、基板をマザーボードである取付面に対して垂直に固定することでマザーボードと光信号の取り出し方向が平行になり、干渉を防止することができる。

さらに、リジッド基板を用いるために、フレキシブル基板より扱いやすく、製造しやすいという利点がある。また、電気接続にコネクタ端子（電気端子）とコネクタソケットを用いて、電気的接続を安定かつ確実に行うだけでなく、光モジュールの交換も容易に行うことが可能となる。

その他、本発明の好適な変形として、以下の構成が含まれる。

本発明に係る光モジュールについて、
好ましくは、前記リジッド基板は、前記面型光素子および前記ＩＣを実装する部分に孔部が形成され、かつ、該孔部の前記ヒートシンクに接する面が金属板で覆われた、金属面を有する一体型の基板であって、
前記ヒートシンクは、前記金属面と接して取り付けられることを特徴とする。

さらに好ましくは、前記金属板の厚さは前記リジッド基板の厚さより薄く、前記面型光素子は前記孔部にはめ込まれた前記金属板を底面とする凹部に位置することを特徴とする。

その他、前記の構成は一例であり、任意に変更および修正が可能である。

１ リジッド基板
２ 光コネクタレセプタクル
３ ヒートシンク
４ 光コネクタ
５ 電気コネクタ
１０ 金属板
１１ 光素子
１２ 制御ＩＣ
１３ ワイヤ
１４ 嵌合部
１５ 電気端子
１６ スペーサ
２１ 開口部
２２ ガイドピン
２３ レンズ
２４ スペーサ
４１ 光ファイバ
５１ コネクタソケット
５２ 電気接点
１００ 光モジュール
Ｍ マザーボード

Claims (3)

1. 一端に、コネクタソケットに嵌合して電気的に接続する接続用端子が形成されたリジッド基板と、
   前記リジッド基板の一方の面に電気的接続可能に実装された面型光素子と、
   前記面型光素子を制御するＩＣと、
   前記リジッド基板の他方の面に接して前記面型光素子に対向するように取り付けられたヒートシンクと、
   光ファイバを保持し、該光ファイバと前記面型光素子とをそれぞれ光結合する光コネクタを光的接続可能な位置に装着するための開口部および該開口部の中に形成されたガイドピンを備え、前記リジッド基板の前記面型光素子が実装された面側に取り付けられた光コネクタレセプタクルと、
   前記光ファイバから出た光を集光し前記面型光素子へ結合させるためのレンズと、
   を備えることを特徴とする光モジュール。
2. 前記リジッド基板は、前記面型光素子および前記ＩＣを実装する部分に孔部が形成され、かつ、該孔部の前記ヒートシンクに接する面が金属板で覆われた、金属面を有する一体型の基板であって、
   前記ヒートシンクは、前記金属面と接して取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記金属板の厚さは前記リジッド基板の厚さより薄く、前記面型光素子は前記孔部にはめ込まれた前記金属板を底面とする凹部に位置することを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。

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