JP2011216629A - 光モジュール用評価装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光素子部分を簡便、かつ、短時間で評価できる光モジュール用評価装置。
【解決手段】評価用光モジュール100と、それに対し電気信号を外部から入力又は外部へ出力する複数の端子112を有し、評価用光モジュール100が装着されるソケット110と、を備える光モジュール用評価装置。評価用光モジュール100は、ベース基板101と、ベース基板101上に実装された光素子102と、ベース基板101の端部近傍から互いに略平行に光素子102まで延設され、光素子102に電気的に接続された複数の電気信号配線103、104と、を備え、各複数の電気信号配線と、ソケットの各複数の端子112とが、当接するように、複数の電気信号配線104の形成領域が、ベース基板101の端部において広がっている。
【選択図】図2

Description

本発明は、光モジュール用評価装置及びその製造方法に関する。
近年、LSI(Large Scale Integration)の高速化はますます進展している。しかし、それらLSI間などを接続する電気配線には、配線数や帯域の制限による限界があると考えられている。その限界を打破する技術として、光インターコネクションが期待されている。光インターコネクションは、従来の電気配線に代えて、光伝送路を用いる技術である。具体的には、送信元でLSIから出力される電気信号を光信号に変換し、光導波路や光ファイバなどの光伝送路を用いて受信先まで伝送する。そして、受信側で光信号を電気信号に変換し、LSIの入力ピンに入力する。
高性能のLSIには、100本以上という多数本の入出力電気端子が備えられており、光インターコネクションでは、その端子数を光信号に置き換える必要がある。また、10Gbps以上の高速信号は、電気配線において損失が大きいため、できるだけ損失しない状況で光信号に変換することが望ましい。現実的には、光・電気変換部品をできるだけ小さくし、LSIの近くに設置することが望ましい。つまり、光・電気変換部品である光モジュールを小型化することが、非常に重要である。この光モジュールの小型化にあたっては、精密かつ複雑な実装形態が要求されており、また多チャネル化の要求もあり、その特性評価や検査が重要となっている。
例えば、一般的な多チャネルの光モジュールの断面構成を図6に示す。図6は、非特許文献1の図1(b)である。図6において、光モジュール30は、セラミックパッケージ31内に収容された発光機能を有する光素子32と、光素子32を駆動するドライバIC(Integrated Circuit)33と、セラミックパッケージ31の裏面に配置された金属板からなるヒートシンク34と、光素子32から出射する光を導くミラー面35を含むレンズブロック36とを有する。
坂卓磨、外3名、「低背10Gbit/s×4channelパラレル光送受信器」、2006年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、光エレクトロニクス分野、C−3−71
しかしながら、この非特許文献1に開示された光モジュール30にはいくつかの問題がある。この小型化された光モジュール30は、面積に対して部品点数が多い。また、光素子32を中心とした各種特性評価を行うにあたり、ドライバIC33等の光素子32以外の部品の駆動が必要とされる。これらの理由から、光モジュール30の基板およびソケットの構造は複雑であり、かつ、その評価・検査も同様に複雑な評価系を必要としていた。
また、通常の評価系では単チャネルでの評価が主であるため、複数チャネルの評価には多くの工数がかかり、複雑な評価装置が必要であった。また、一般的に完成した実際の光モジュールはICを搭載した形態であるため、面発光レーザ単体の簡便な評価が困難であった。
上記に鑑み本発明は、光インターコネクションの構成要素である光モジュールの評価・検査において、光素子部分を簡便、かつ、短時間で評価できる光モジュール用評価装置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用評価装置は、
評価用光モジュールと、
前記評価用光モジュールに対し電気信号を外部から入力又は外部へ出力する複数の端子を有し、前記評価用光モジュールが装着されるソケットと、を備え、
前記評価用光モジュールは、
ベース基板と、
前記ベース基板上に実装された光素子と、
前記ベース基板の端部近傍から互いに略平行に前記光素子まで延設され、前記光素子に電気的に接続された複数の電気信号配線と、を備え、
各前記複数の電気信号配線と、前記ソケットの各前記複数の端子とが、当接するように、前記複数の電気信号配線の形成領域が、前記ベース基板の端部において広がっているものである。
本発明に係る光モジュール用評価装置の製造方法は、
ベース基板の端部近傍から互いに略平行に複数の電気信号配線を形成する工程と、
前記ベース基板上に前記複数の電気信号配線と接続する光素子を搭載して評価用光モジュールを形成する工程と、
電気信号を外部から入力又は外部へ出力する複数の端子を有するソケットに、前記評価用光モジュールを装着する工程と、を備え、
前記複数の電気信号配線を形成する工程において、
各前記複数の電気信号配線と、前記ソケットの各前記複数の端子とが、当接するように、前記複数の電気信号配線の形成領域を、前記ベース基板の端部において広げるものである。
本発明によれば、光モジュールの評価・検査において、光素子部分を簡便、かつ、短時間で評価できる光モジュール用評価装置を提供することができる。
実施の形態1に係る評価用光モジュールの平面図である。 本発明の評価用光モジュールに使用するソケットの斜視図である。 実施の形態2に係る評価用光モジュールの平面図である。 図3AのIIIB−IIIB断面図である。 実施の形態3に係る評価用光モジュールの平面図である。 実施の形態4に係る評価用光モジュールの平面図である。 非特許文献1の図1(b)である。
以下の実施の形態に係る評価用光モジュールは、IC等を搭載せずに多チャネルの面発光レーザと電気的なコンタクトを取るための簡易的な構造を有する。面発光レーザの信号電極(p電極)からベース基板に形成された電気配線にワイヤボンディング等で電気的に接続する。この接続された電気配線を扇型に拡がったファンアウト構造とすることでソケットによる複数チャネルの同時コンタクトを可能にした。もちろん、電気的な接続はワイヤボンディングに限らず、フリップチップ等のその他の実装形態であっても構わない。
光モジュールを評価する場合、プローブニードルを用いて検査することが多い。本発明では、プローブニードルを用いずに、評価用光モジュールのコンタクト部分をファンアウト構造として、ソケットと接続することにより検査する。これにより、複数のチャネルのそれぞれの電気配線に対する一括コンタクトが可能となる。そのため、チャネル毎にコンタクトしていたプロ−ビングを一度で行うことができ、より簡便な評価が可能となる。
また、以下の実施の形態に係る評価用光モジュールでは、面発光レーザの周囲が実際の光モジュールと同等の構造を有するため、実装履歴による面発光レーザの特性を評価することができる。さらに、この評価基板ではIC等が不要のため、評価用光モジュール100の面発光レーザ部分の静特性評価を行うことができる。また、この評価基板にソケットを装着することで簡便に評価を行える。
以下、本発明の実施の形態に係るいくつかの評価用光モジュールついて説明する。なお、これら実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
(実施の形態1)
以下に、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る評価用光モジュールを説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る評価用光モジュールの平面図である。図2は、図1の評価用光モジュールと電気的な接続を図るためのソケットの斜視図である。
まず、図1に示す本実施の形態に係る評価用光モジュール100は、ベース基板101、発光素子102、光素子接続部103、電極ファンアウト部104、グランドパッド105、ボンディングワイヤ106を備えている。ベース基板101上に発光素子102が搭載されている。
図1に示すように発光素子102は、図面横方向に3つ並べて設けられており、それぞれの発光素子102が4つチャネルを担っている。すなわち、評価用光モジュール100は3×4=12チャネルを備えている。なお、当然のことながら、それぞれの発光素子102が担うチャネル数や発光素子102の個数、その結果としての全チャネル数は適宜決定することができる。
発光素子102は、発光面が表面(図面手前側)に形成された表面発光型の面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)である。ここで、信号電極(p電極)は発光素子102の表面に、グランド電極(n電極)は発光素子102の裏面(図面奥行側)に形成されている(不図示)。但し、グランド電極(n電極)が発光素子102の表面に形成されていてもよい。この場合、ワイヤボンディングなどにより、このグランド電極とベース基板101上のグランドパッド105とを接続する。
他方、発光素子102は、裏面発光型であってもよい。その場合、発光素子102の裏面が図面手前側を向き、すなわち、発光素子102の表面とベース基板101の表面とが対向配置され、例えばフリップチップ実装される。
発光素子102は、グランドパッド105上に搭載されている。また、発光素子102は、ベース基板101に形成された光素子接続部103及び電極ファンアウト部104から構成される電気配線に、ボンディングワイヤ106を介して電気的に接続されている。これにより、発光素子102に電流を注入する。ここで、ボンディングワイヤ106は、発光素子102の表面と、光素子接続部103の表面と、を跨ぐように形成されている。発光素子102の周囲を取り囲むようにグランドパッド105が形成されている。
図1に示すように、このグランドパッド105上の大部分を使って、光コネクタ用のレセプタクル部107が実装される。そして、光ファイバが埋設された光コネクタが、このレセプタクル部107に挿入(嵌合)される(不図示)。この光コネクタは、当該評価用光モジュール100作製後でも挿抜を繰り返すことができる。発光素子102はベース基板101の中央部(センターライン上)に位置し、それによってレセプタクル部107もベース基板101の中央部に配置される。もちろん、電気的な接続はワイヤボンディングに限らず、フリップチップ等のその他の実装形態であってもよい。
これらにより、発光素子102の周囲は、ICが搭載され制御機能を有する実際の光モジュール基板と同等の構造となっている。そのため、発光素子102自体は、実際の送信用光モジュールと同等の機能を有する。また、発光素子の代わりに受光素子を用いれば同様の構造の受信用光モジュールの簡易評価基板を構成することができる。
図1に示すように、発光素子102と電気的に接続された光素子接続部103は、発光素子102の側面と直交し、それぞれが略並行となるように延設されている。それぞれの発光素子102に4本の光素子接続部103が接続されている。すなわち、例として図1に示している評価用光モジュール100は12チャネルに対応する12本の光素子接続部103を備えている。
図1では、光素子接続部103は、図面中央に位置し、図面下部まで延設されている。図1の下部では、それぞれの光素子接続部103が電極ファンアウト部104に接続されている。図1に示すように、電極ファンアウト部104は、扇型に拡がった構造を有している。このそれぞれの電極ファンアウト部104の端部は、矩形状のベース基板101の1辺に沿って、略等間隔に整列している。この整列した電極ファンアウト部104に隣接して、グランドパッド105から延設されたグランド配線105aが形成されている。
ここで、図2は図1の評価用光モジュール100と接続するソケット110の斜視図である。図2のソケット110は、伝熱板110aと本体部110bとを備えている。本体部110bには図1の評価用光モジュール100を収納するための凹部である評価基板収納部111が設けられている。この評価基板収納部111には、電気配線ピン112が設けられている。
図1の評価用光モジュール100の電極ファンアウト部104は、図2のソケット110の電気配線ピン112の幅及び間隔に合わせて拡がって形成されている。逆に、電気配線ピン112の幅及び間隔はこれ以上狭くすることができない。このソケット110では、評価用光モジュール100に伝熱板110aが直接接触するため、環境温度を変えての特性評価、検査が可能となる。また、複数チャネルの連続評価は外部の電気的スイッチング機構により実現する。
次に、グラウンド側の接続について述べる。発光素子102の裏面にグランド電極(n電極)が形成されている場合、半田付けなどにより、このグランド電極とベース基板101上のグランドパッド105とを接続する。一方、発光素子102の表面にグランド電極(n電極)が形成されていてもよい。この場合、ワイヤボンディングなどにより、このグランド電極とベース基板101上のグランドパッド105とを接続する。
次に、動作について説明する。ソケット110外部から入力された電気信号が、ベース基板101上の電極ファンアウト部104、光素子接続部103を介して、駆動電流として発光素子102に入力される。すると、駆動電流に応じた光強度の光信号が発光素子102から出力される。その光信号が、上述のレセプタクル部107及び光コネクタ(不図示)を介して検出される。もちろん、レセプタクル部107及び光コネクタを実装及び装着せずに発光素子102からの出力光を直接検出してもよい。
なお、発光素子の代わりに受光素子を用いて受信用光モジュールを構成する場合には、光ファイバを経由して送信されてきた光信号が受光素子に入力され、電気信号に変換される。その電気信号が信号配線を介してモジュール外部に出力される。
ベース基板101の材料としては耐熱性に優れるセラミック基板が適している。しかし、これに限るものではなく、有機材料(例えば、エポキシ、ポリイミド、フッ素樹脂、PPE樹脂、フェノール樹脂等)、シリコンなどの半導体材料、ガラス、コンポジット材などの絶縁材料を用いた基板を用いることができる。また、ベース基板101上に形成された光素子接続部103、電極ファンアウト部104、グランドパッド105の材料としては、Ni/Auなどの金属材料とするのが一般的であるが、導通性が高ければどのような材料でも適合可能である。
以上より、IC(光素子の駆動回路)等を搭載せずに多チャネル面発光レーザと電気的なコンタクトを取るための簡易的な構造が実現できる。扇型に拡げた金属からなる電極ファンアウト部104を介してソケット110との複数チャネルの同時コンタクトが可能となり、外部の電気的スイッチング機構により複数チャネルの連続評価を行える。また、面発光レーザである発光素子102の周囲を、実際の光モジュール用の基板と同等の構造としていることで、実装履歴による面発光レーザの特性を評価することが可能となる。この簡易的な基板ではIC等が不要のため、面発光レーザ単体の静特性評価を行うことができる。
次に、製造方法について説明する。
まず、ベース基板101上に形成した金属膜をパターニングすることにより、光素子接続部103、電極ファンアウト部104、グランドパッド105を形成する。
次に、発光素子102をベース基板101に実装する。上記の実装には、半田、金バンプ、導電性接着剤などの接続方法を用いることができる。リフロー炉やホットプレートなどで加熱して半田を溶融させることによって結合させることができる。
次にソケット110の評価基板収納部111に評価用光モジュール100を挿入し、上から伝熱板110aにより蓋をする。これより、電極ファンアウト部104をソケット110の電気配線ピン112に押し当て、両者を電気的に接続する。
レセプタクル部107を搭載する場合、評価用光モジュール100の中央部に搭載する。そのため、光コネクタを挿抜する際に加わる力をベース基板101とレセプタクル部107との接続部全体に均一に分散させることができる。また、評価用光モジュール100全体の重心が評価用光モジュール100の中心に近い位置にある。そのため、ベース基板101にレセプタクル部107を実装する際に加わる力をベース基板101とレセプタクル部107との接続部全体に均一に分散させることができる。
(実施の形態2)
上記の実施の形態1では最も単純な構造として、静特性を評価できる装置を提供した。一方、実際の光モジュールにおいて発光素子102の裏面にグランド電極(n電極)が形成されていると、図1の評価用光モジュール100では、同等条件の高周波特性評価を行うことができない場合がある。そこで、実施の形態2として、高周波特性評価に適した簡易的な基板を示す。
図3Aは、本発明の第2の実施の形態に係る評価用光モジュール200の平面図である。また、図3AのIIIB−IIIB断面図である。図3Aに示すように、評価用光モジュール200は、図1の評価用光モジュール100の電極ファンアウト部104の外側にグランドパッド105bが付加されている。図3Aに示すように、このグランドパッド105bは、矩形状のベース基板101の1辺に沿って、電極ファンアウト部104と離間して設けられている。
ここで、図3Bに示すように、グランドパッド用の金属層が2層形成されており、さらに、グランドパッド105、105bを構成する上層金属層と、グランドパッド105cを構成する下層金属層とを電気的に接続するビアが形成されている。このビアは、発光素子102下側及びグランドパッド105b下側に形成されている。このような構成により、発光素子102の裏面にグランド電極(n電極)が形成されている場合も、高周波特性評価を行うことができる。その他の構成は実施の形態1同様であるため、説明を省略する。
(実施の形態3)
実施の形態3として、実施の形態2の場合よりさらに高い周波数の電気信号を通す場合に用いる高周波特性評価対応の簡易的な基板を示す。実施の形態3では、発光素子102のグランド電極(n電極)は、発光素子102の表面、裏面のいずれに形成されていても構わない。図4は、本発明の第3の実施の形態に係る評価用光モジュール300の平面図である。図4に示すように、評価用光モジュール300は、図1のグランド配線105aを電極ファンアウト部104の外側まで延設することで高周波特性評価が可能となる。その他の構成は実施の形態1同様であるため、説明を省略する。
(実施の形態4)
上記実施の形態1〜3に係る評価用光モジュール400では、GSG(グランド−信号−グランド)プローブを用いた高周波特性評価を行うことができない。図5は、本発明の第4の実施の形態に係る評価用光モジュール400の平面図である。図5に示すように、評価用光モジュール400では、それぞれの発光素子102に接続された4本の光素子接続部103の間及び両側に5本のグランド配線105dが形成されている。即ち、5×3=15本のグランド配線105dが光素子接続部103と一定の間隔をもって形成されている。ここで、光素子接続部103は信号配線である。そのため、グランド配線と信号配線とが交互にかつ平行に延設されている。このような構成により、GSG(グランド−信号−グランド)プローブを光素子接続部103とグランド配線105dとにコンタクトするにより高周波特性評価が可能となる。その他の構成は実施の形態1同様であるため、説明を省略する。
(付記1)
評価用光モジュールと、
前記評価用光モジュールに対し電気信号を外部から入力又は外部へ出力する複数の端子を有し、前記評価用光モジュールが装着されるソケットと、を備え、
前記評価用光モジュールは、
ベース基板と、
前記ベース基板上に実装された光素子と、
前記ベース基板の端部近傍から互いに略平行に前記光素子まで延設され、前記光素子に電気的に接続された複数の電気信号配線と、を備え、
各前記複数の電気信号配線と、前記ソケットの各前記複数の端子とが、当接するように、前記複数の電気信号配線の形成領域が、前記ベース基板の端部において広がっている光モジュール用評価装置。
(付記2)
前記ベース基板上に前記光素子を制御する駆動回路が搭載されていないことを特徴とする付記1に記載の光モジュール用評価装置。
(付記3)
前記ベース基板上に形成され、当該光素子の裏面と電気的に接続された第1のグランドパッドと、
前記光素子の表面と、前記電気信号配線の表面と、を跨ぐように形成されたボンディングワイヤと、を更に備えることを特徴とする付記1又は2に記載の光モジュール用評価装置。
(付記4)
前記ベース基板上において前記複数の電気信号配線よりも当該ベース基板の周縁側に形成された第2のグランドパッドを、さらに備えることを特徴とする付記3に記載の光モジュール用評価装置。
(付記5)
前記ベース基板内部に形成され、前記第1及び第2のグランドパッドと電気的に接続された第3のグランドパッド、をさらに備えることを特徴とする付記4に記載の光モジュール用評価装置。
(付記6)
前記複数の電気信号配線の間及び両側に、複数のグランド配線を更に備えることを特徴とする付記3〜5のいずれか1項に記載の光モジュール用評価装置。
(付記7)
前記光素子の表面側に光コネクタ接続部を更に備えることを特徴とする付記1〜6のいずれか1項に記載の光モジュール用評価装置。
(付記8)
前記光コネクタ接続部に接続される光コネクタが着脱自在であることを特徴とする付記7に記載の光モジュール用評価装置。
(付記9)
前記ソケットに伝熱板が設けられていることを特徴とする付記1〜8のいずれか1項に記載の光モジュール用評価装置。
(付記10)
前記光素子が複数設けられていることを特徴とする付記1〜9のいずれか1項に記載の光モジュール用評価装置。
(付記11)
前記光素子が面発光レーザであることを特徴とする付記1〜10のいずれか1項に記載の光モジュール用評価装置。
(付記12)
前記光素子が受光素子であることを特徴とする付記1〜10のいずれか1項に記載の光モジュール用評価装置。
(付記13)
ベース基板の端部近傍から互いに略平行に複数の電気信号配線を形成する工程と、
前記ベース基板上に前記複数の電気信号配線と接続する光素子を搭載して評価用光モジュールを形成する工程と、
電気信号を外部から入力又は外部へ出力する複数の端子を有するソケットに、前記評価用光モジュールを装着する工程と、を備え、
前記複数の電気信号配線を形成する工程において、
各前記複数の電気信号配線と、前記ソケットの各前記複数の端子とが、当接するように、前記複数の電気信号配線の形成領域を、前記ベース基板の端部において広げる光モジュール用評価装置の製造方法。
100、200、300、400 評価用光モジュール
101 ベース基板
102 発光素子
103 光素子接続部
104 電極ファンアウト部
105、105b、105c グランドパッド
105a、105d グランド配線
106 ボンディングワイヤ
107 レセクタプル部
110 ソケット
110a 伝熱板
110b 本体部
111 評価基板収納部
111 電気配線ピン

Claims (10)

  1. 評価用光モジュールと、
    前記評価用光モジュールに対し電気信号を外部から入力又は外部へ出力する複数の端子を有し、前記評価用光モジュールが装着されるソケットと、を備え、
    前記評価用光モジュールは、
    ベース基板と、
    前記ベース基板上に実装された光素子と、
    前記ベース基板の端部近傍から互いに略平行に前記光素子まで延設され、前記光素子に電気的に接続された複数の電気信号配線と、を備え、
    各前記複数の電気信号配線と、前記ソケットの各前記複数の端子とが、当接するように、前記複数の電気信号配線の形成領域が、前記ベース基板の端部において広がっている光モジュール用評価装置。
  2. 前記ベース基板上に前記光素子を制御する駆動回路が搭載されていないことを特徴とする請求項1に記載の光モジュール用評価装置。
  3. 前記ベース基板上に形成され、当該光素子の裏面と電気的に接続された第1のグランドパッドと、
    前記光素子の表面と、前記電気信号配線の表面と、を跨ぐように形成されたボンディングワイヤと、を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の光モジュール用評価装置。
  4. 前記ベース基板上において前記複数の電気信号配線よりも当該ベース基板の周縁側に形成された第2のグランドパッドを、さらに備えることを特徴とする請求項3に記載の光モジュール用評価装置。
  5. 前記ベース基板内部に形成され、前記第1及び第2のグランドパッドと電気的に接続された第3のグランドパッド、をさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の光モジュール用評価装置。
  6. 前記複数の電気信号配線の間及び両側に、複数のグランド配線を更に備えることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の光モジュール用評価装置。
  7. 前記光素子が複数設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光モジュール用評価装置。
  8. 前記光素子が面発光レーザであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の光モジュール用評価装置。
  9. 前記光素子が受光素子であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の光モジュール用評価装置。
  10. ベース基板の端部近傍から互いに略平行に複数の電気信号配線を形成する工程と、
    前記ベース基板上に前記複数の電気信号配線と接続する光素子を搭載して評価用光モジュールを形成する工程と、
    電気信号を外部から入力又は外部へ出力する複数の端子を有するソケットに、前記評価用光モジュールを装着する工程と、を備え、
    前記複数の電気信号配線を形成する工程において、
    各前記複数の電気信号配線と、前記ソケットの各前記複数の端子とが、当接するように、前記複数の電気信号配線の形成領域を、前記ベース基板の端部において広げる光モジュール用評価装置の製造方法。
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