JP2013015859A - 半導体サブモジュール、コネクタと半導体サブモジュールとの接続方法、および、光モジュール - Google Patents

半導体サブモジュール、コネクタと半導体サブモジュールとの接続方法、および、光モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】半導体サブモジュールに対する光ファイバの着脱を簡単に行なうことができ、し
かも、光ファイバに特殊な加工を施すことなく光ファイバを、半導体サブモジュールを構成する基板の表面に対しその軸線が平行となるように配列できること。
【解決手段】半導体サブモジュールが、光半導体素子１６を一方の表面部分に備える第１
の基板としての基板１０と、光半導体素子１６を駆動、信号増幅するための半導体素子２
６および外部との電気信号の入出力のために電気コネクタ２８を備える第２の基板として
の基板１１と、基板１０の端部と基板１１の端部とを電気的に接続する可撓性接続手段と
してのフレキシブルケーブル１２とを含んで構成されるもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに接続される複数の基板において光半導体素子または半導体素子が備えられる一方の基板の相対的な移動によって光コネクタ接続時に光モジュール本体の大きさを小型にすることを可能にした半導体サブモジュール、コネクタと半導体サブモジュールとの接続方法、および、光モジュールに関する。
光インターフェース付モジュールと電子部品とが混載される基板において、光インターフェースを構成する光半導体素子が基板の表面にフリップチップ実装される場合、面発光レーザやフォトディテクタに代表される表面発光素子、あるいは、表面受光素子などの光半導体素子の光入力、光出力の方向は、その基板面に対して垂直となる。また、光信号を導波する光ファイバは、その軸線がその基板の表面に対して水平となるように敷設することが装置仕様等からの要求によって求められている。従って、光半導体素子における光入出力方向と光ファイバに要求される敷設方向との間に、不一致が生じることとなる。
このような場合の解決方法の第１の方法として、例えば、特許文献１にも示されるように、その基板に配される光インターフェースを構成する光半導体素子の受光部および発光部と光ファイバの接続端とが、例えば、レセプタクルおよびプラグからなるコネクタを介して接続される方法が提案されている。
このような方法の場合、図２３に示されるように、基板１上に配される光半導体素子２における受光部２Ｒおよび発光部２Ｐには、それぞれ、光信号が矢印の示す基板１の表面に対して垂直となる方向に沿って入出力される。受光部２Ｒおよび発光部２Ｐにそれぞれ接続される光ファイバ３の接続端、光ファイバ４の接続端は、基板の表面に対し垂直となるように接続端よりもその上流側、あるいは、その下流側部分が、約９０度に折り曲げられて接続されている。
また、第２の方法としては、特許文献２および３にも示されるように、光半導体素子の受光部および発光部にそれぞれ対向する光ファイバの端面が45度反射鏡（反射面）を備えるように加工された方法が提案されている。この場合、図２４に示されるように、光ファイバ５および６は、その軸線が上述のような光半導体素子２が配される基板１の表面に対して平行となるように配されている。また、光半導体素子２の受光部２Ｒおよび発光部２Ｐにそれぞれ対向する光ファイバ５および６の端面には、４５度反射鏡５ａ，６ａが備えられている。これにより、矢印の示す方向に沿って光ファイバ５により導かれた光ビームは、４５度反射鏡５ａで９０度をなして屈折され受光部２Ｒに入力されることとなる。
さらに、第３の方法としては、非特許文献１にも示されるように、光ファイバの接続端に対して対向する位置に、光ファイバの軸線に交差するように垂直に固定された基板に光半導体素子が設けられることにより、その基板水平面に光ファイバが敷設可能とされる方式がデファクトスタンダードとして規格されている。
特許第３５１１４７９号公報 特許第３５３２４５６号公報 特許第３１５００７０号公報
「Ａｐｐｅｎｄｉｘ ｔｏ ＳＮＡＰ１２ Ｍｕｌｔｉ−Ｓｏｕｒｃｅ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ」：Rev. 1.1、Ｍａｙ １５、２００２
上述の第１の方法においては、多数の光半導体素子が並設され、多数の光ファイバが敷設される場合、各光ファイバの接続端に近い部分を一方向だけに折り曲げて接続するので取り扱いが、困難となる虞がある。また、基板上において各光ファイバの接続端に近い部分の折り曲げ可能な空間が必要とされるので多数の光ファイバを敷設することにも限界がある。
また、上述の第２の方法においては、４５度反射鏡を備える光ファイバを得るために光ファイバおよびコネクタに対し特殊な加工を施さなければならないので製造コストの低減の障害となる。
さらに、上述の第３の方法においては、多数の光モジュールの端部から突出したコネクタのプラグの飛び出し部分の占有面積（飛び出し実装面積）が増大するにつれて一つの基板あたりの光モジュールの高密度実装が図れない虞がある。
以上の問題点を考慮し、本発明は、半導体サブモジュール、コネクタと半導体サブモジュールとの接続方法、および、光モジュールであって、半導体サブモジュールに対する光ファイバの着脱を簡単に行なうことができ、しかも、光ファイバに特殊な加工を施すことなく光ファイバを、半導体サブモジュールを構成する基板の表面に対しその軸線が平行となるように配列できる安価な半導体サブモジュール、コネクタと半導体サブモジュールとの接続方法、および、光モジュールを提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明に係る半導体サブモジュールは、少なくとも一つの穴と、穴を光が貫通するように配置された少なくとも一つの光半導体素子と、光半導体素子を駆動するための半導体素子と、外部との高速電気信号の入力あるいは出力の機能を行う電気コネクタと、光半導体素子および半導体素子相互間を電気的に接続する第１の高速電気信号伝送路と、半導体素子および電気コネクタ相互間を電気的に接続する第２の高速電気信号伝送路と、を共通の搭載面上に有する屈曲性の基板を備え、第１及び第２の高速電気信号伝送路は５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度の電気信号を伝送し、基板における光半導体素子が搭載される部分が、搭載面における光半導体素子と半導体素子との間の部分を屈曲部として、第１の高速電気信号伝送路を伴って光半導体素子の搭載面の反対側に向けて略９０度まで折り曲げ可能であり、光ファイバが搭載面とは反対の面側に配置可能であることを特徴とする。
また、本発明に係るコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法は、コネクタと上述の半導体サブモジュールとの接続方法であって、光半導体素子を備える基板の一部を折り曲げ、かつ、半導体素子を備える基板の他の部分を水平保持する機能を備え、光ファイバが接続されるコネクタを基板の接続部に取り付け時、基板の接続部を所定方向に向け、コネクタの取り付けを容易にし、使用する際、光半導体素子を備える基板の一部を他の部分に対して９０度の角度で折りたたんで光ファイバの飛び出しを防ぎ、基板の上方で光ファイバの整列方向が他の部分に対し水平になるようにしたことを特徴とする。
さらに、本発明に係る光モジュールは、光半導体素子、および、光半導体素子を駆動するドライバが搭載される基板と、光半導体素子に関連して設けられる光入出力用コネクタとを備え、基板における光半導体素子が搭載される第１の部分が、ドライバが搭載される第２の部分との間が９０度に折り曲げられることにより、第１の部分が、水平に配される第２の部分に対して垂直に配され、光入出力用コネクタが第２の部分の上方に配置されることを特徴とする。
本発明に係る半導体サブモジュール、コネクタと半導体サブモジュールとの接続方法、および、光モジュールによれば、基板における光半導体素子が搭載される部分が、搭載面における光半導体素子と半導体素子との間の部分を屈曲部として、第１の高速電気信号伝送路を伴って光半導体素子の搭載面の反対側に向けて略９０度まで折り曲げ可能であり、光ファイバが搭載面とは反対の面側に配置可能であるので半導体サブモジュールに対する光ファイバの着脱を簡単に行なうことができ、しかも、光ファイバに特殊な加工を施すことなく光ファイバを、半導体サブモジュールを構成する基板の表面に対しその軸線が平行となるように配列できる。
本発明に係る半導体サブモジュールの第１実施例の全体構成を概略的に示す断面図である。 図１に示される例における動作説明に供される断面図である。 本発明に係る半導体サブモジュールの第２実施例の全体構成を概略的に示す断面図である。 本発明に係る半導体サブモジュールの第３実施例の全体構成を概略的に示す断面図である。 本発明に係るコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法の第１実施例が適用されたコネクタおよび基板を示す部分断面図である。 本発明に係るコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法の第１実施例が適用されたコネクタおよび基板を示す部分断面図である。 本発明に係るコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法の第２実施例が適用されたコネクタおよび基板を示す部分断面図である。 本発明に係るコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法の第２実施例が適用されたコネクタおよび基板を示す部分断面図である。 本発明に係るコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法の第３実施例が適用されたコネクタおよび基板を示す部分断面図である。 本発明に係るコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法の第３実施例が適用されたコネクタおよび基板を示す部分断面図である。 光ファイバの素線の先端の光半導体素子の発光部および受光部に対する位置出しを行なう構成の説明に供される部分断面図である。 光ファイバの素線の先端の光半導体素子の発光部および受光部に対する位置出しを行なう構成の説明に供される部分断面図である。 光ファイバの素線の先端の光半導体素子の発光部および受光部に対する位置出しを行なう構成の説明に供される部分断面図である。 光ファイバの素線の先端の光半導体素子の発光部および受光部に対する位置出しを行なう構成の説明に供される部分断面図である。 本発明に係る光モジュールの第１実施例の全体構成を概略的に示す図である。 参考例の構成を示す図である。 本発明に係る光モジュールの第２実施例の全体構成を概略的に示す図である。 参考例の構成を示す図である。 本発明に係る光モジュールの第３実施例の全体構成を概略的に示す図である。 本発明に係る光モジュールの第４実施例の全体構成を概略的に示す図である。 本発明に係る光モジュールの第５実施例の全体構成を概略的に示す図である。 本発明に係る光モジュールの第５実施例の全体構成を概略的に示す図である。 本発明に係る光モジュールの第６実施例の全体構成を概略的に示す図である。 本発明に係る光モジュールの第６実施例の全体構成を概略的に示す図である。 本発明に係る光モジュールの第１実施例乃至第６実施例にそれぞれ用いられるＭＴコネクタの構成を示す斜視図である。 上述の本発明に係る光モジュールの第１実施例乃至第６実施例にそれぞれ用いられるファイバＰＣコネクタの構成を示す斜視図である。 図１９に示される例においてハウジングにおけるプラグ接続部を構成する各構成要素を示す斜視図である。 図１９に示される例における動作説明に供される断面図である。 図１９に示される例における動作説明に供される断面図である。 本発明に係る光モジュールの第５実施例または第６実施例においてロック機構を備える構成を概略的に示す図である。 本発明に係る光モジュールの第５実施例または第６実施例においてロック機構を備える構成を概略的に示す図である。 従来装置における光ファイバの配置を示す図である。 従来装置における光ファイバの配置を示す図である。 本発明に係る半導体サブモジュールの第４実施例の全体構成を概略的に示す断面図である。 図２５に示される例における動作説明に供される断面図である。 本発明に係る半導体サブモジュールの第５実施例の全体構成を概略的に示す断面図である。 本発明に係る半導体サブモジュールの第６実施例の全体構成を概略的に示す断面図である。
（Ａ）半導体サブモジュール
図１は、本発明に係る半導体サブモジュールの第１実施例の全体構成を概略的に示す。
図１において、半導体サブモジュールは、光半導体素子１６を一方の表面部分に備える第１の基板としての基板１０と、光半導体素子１６を駆動、信号増幅するための半導体素子２６および外部との電気信号の入出力のために電気コネクタ２８を備える第２の基板としての基板１１と、基板１０の端部と基板１１の端部とを電気的に接続する可撓性接続手段としてのフレキシブルケーブル１２とを含んで構成されている。
基板１０は、例えば、ポリイミド系またはアクリル系樹脂、シリコン、ガラスあるいは、液晶ポリマーで所定の厚さに作られている。基板１０における光半導体素子１６が配される表層部には、一端がフレキシブルケーブル１２に電気的に接続され、他端が光半導体素子１６に接続される高速電気伝送路１０ｗａが形成されている。高速電気伝送路１０ｗａにおいては、例えば、５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度（データ転送量）の高速電気信号が、伝送される。
光半導体素子１６の周囲は、その表層部に設けられるキャップ１４により覆われ、封止されている。光半導体素子１６は、面発光レーザ、あるいは面発光レーザアレイ、あるいはフォトディテクタ、あるいはフォトディテクタアレイのいずれか、あるいは、それぞれの組み合わせで構成される。なお、第１実施例および後述する他の実施例において、光半導体素子１６を代表的な事例として図示しているが、決してこれに限ることなくあらゆる表面入出力型の光半導体素子など、例えば光増幅器などにも適用可能であることは言うまでもない。光半導体素子１６が照射する光ビームの波長帯域としては、７８０、８５０、１３１０、１５５０ｎｍなどがある。
基板１０における光半導体素子１６の受光窓および光出射窓に対向する部分には、光ビームが通過する貫通孔１０ａが形成されている。光ビーム出力あるいは光ビーム入力のために用いられる貫通孔１０ａの直径は、例えば、受光窓および光出射窓の直径よりも大となるように１００μｍ程度に設定されている。
基板１０における他方の表面には、マイクロレンズ１８Ｌを中央に有するガラス製、あるいは、高分子ポリマー、あるいはアクリル系の透明薄板１８が当接し固定されている。マイクロレンズ１８Ｌは、貫通孔１０ａの一方の開口端部に挿入されている。透明薄板１８の上面には、コネクタの一部を構成するコネクタハウジング２０の開口端部が係合される円筒状、あるいは直方体に穴を備えた支持部２２が形成されている。支持部２２の中央部には、コネクタハウジング２０の孔を通じて導入される直径１２５μｍの光ファイバ２４の素線の先端が挿入されるマイクロホール２２ａが形成されている。その際、コネクタハウジング２０内に配される光ファイバ２４の素線におけるマイクロホール２２ａから離隔した部分は、座屈による湾曲部２４ａが形成されている。これにより、光半導体素子１６および光ファイバ２４相互間における光ビームの授受が、貫通孔１０ａ、マイクロレンズ１８Ｌを介して行なわれることとなる。
基板１１は、基板１０の材質と同様に、例えば、ポリイミド系またはアクリル系樹脂、シリコン、ガラスあるいは、液晶ポリマーで所定の厚さに作られている。基板１１における半導体素子２６および電気コネクタ２８が配される表層部には、一端がフレキシブルケーブル１２に電気的に接続され、他端が半導体素子２６に接続される高速電気伝送路１１ｗｂが形成されている。高速電気伝送路１１ｗｂにおいては、上述の高速電気伝送路１０ｗａの通信速度と同様な通信速度、例えば、５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度（データ転送量）の高速電気信号が、伝送される。半導体素子２６および電気コネクタ２８相互間は、高速電気伝送路１１ｗａにより接続されている。これにより、基板１０と基板１１とは、その相互間に配されるフレキシブルケーブル１２によって電気的に接続され、従って、光半導体素子１６および半導体素子２６相互間の電気的接続が得られる。
斯かる構成において、光ファイバ２４に接続されるコネクタハウジング２０が支持部２２に係合される場合、図１に示されるように、基板１０と基板１１とが共通の平面上にあるように配置される。即ち、光半導体素子１６および半導体素子２６が共通の平面上に実装されることとなる。これにより、コネクタハウジング２０の接続作業における取り扱いが容易となる。
一方、光ファイバ２４を所定の位置に配置する半導体サブモジュールの使用時においては、コネクタハウジング２０が支持部２２に係合され、光ファイバ２４と基板１０とが接続された後、図２に示されるように、フレキシブルケーブル１２が、基板１０の表面の延長面が、基板１１の表面の延長面と交差し、かつ、光ファイバ２４が基板１１の上方を通過するように折り曲げられる。その際、光ファイバ２４の軸線は、基板１１の表面に対し略平行となる。
従って、基板１０が、光半導体素子１６の実装面に対し裏面となる方向に折り曲げられることにより、光ファイバ２４が基板１１の裏面上に配置される。これによって、コネクタおよび光ファイバ２４を同時に基板１１の上に配置することが可能となり、少ない空間スペースで使用することが可能となる。
なお、上述の例においては、基板１０および基板１１上にそれぞれ、１個の光半導体素子１６、半導体素子２６、電気コネクタ２８が代表して示されているが、斯かる例に限られることなく、複数個の光半導体素子１６、半導体素子２６、電気コネクタ２８がそれぞれ、基板１０および基板１１上に配置されてもよい。
図３は、本発明に係る半導体サブモジュールの第２実施例の全体構成を概略的に示す。
なお、図３および後述する各実施例においては、図１および図２に示される実施例における構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付して示し、その重複説明を省略する。
図３において、半導体サブモジュールは、光半導体素子１６を一方の表面部分に備える第１の基板としての基板４０と、光半導体素子１６を駆動、信号増幅するための半導体素子２６および外部との電気信号の入出力のために電気コネクタ２８を備える第２の基板としての基板４２と、基板４０の端部と基板４２の端部とを電気的に接続する可撓性接続手段としての金属線４４とを含んで構成されている。
基板４０は、例えば、ポリイミド系またはアクリル系樹脂、シリコン、ガラスあるいは、液晶ポリマーで所定の厚さに作られている。基板４０における光半導体素子１６が配される表層部には、一端が金属線４４に電気的に接続され、他端が光半導体素子１６に接続される高速電気伝送路４０ｗａが形成されている。高速電気伝送路４０ｗａにおいては、例えば、５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度（データ転送量）の高速電気信号が、伝送される。
基板４０における光半導体素子１６の受光窓および光出射窓に対向する部分には、光ビームが通過する貫通孔４０ａが形成されている。光ビーム出力あるいは光ビーム入力のために用いられる貫通孔４０ａの直径は、例えば、受光窓および光出射窓の直径よりも大となるように１００μｍ程度に設定されている。
金属線４４は、バネ性を備え、かつ電気的接続が可能な所望の太さ、例えば、線径１０〜１５０μｍまでの範囲の金属線で作られている。
基板４２は、基板４０の材質と同様に、例えば、ポリイミド系またはアクリル系樹脂、シリコン、ガラスあるいは、液晶ポリマーで所定の厚さに作られている。基板４２における半導体素子２６および電気コネクタ２８が配される表層部には、一端が金属線４４に電気的に接続され、他端が半導体素子２６に接続される高速電気伝送路４２ｗｂが形成されている。高速電気伝送路４２ｗｂにおいては、上述の高速電気伝送路４０ｗａの通信速度と同様な通信速度、例えば、５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度（データ転送量）の高速電気信号が、伝送される。半導体素子２６および電気コネクタ２８相互間は、高速電気伝送路４２ｗａにより接続されている。これにより、基板４０と基板４２とは、その相互間に配される金属線４４によって電気的に接続され、従って、光半導体素子１６および半導体素子２６相互間の電気的接続が得られる。
斯かる構成において、光ファイバ２４に接続されるコネクタハウジング２０が支持部２２に係合される場合、図３に二点鎖線で示されるように、基板４０と基板４２とが共通の平面上にあるように配置されるか、あるいは、実線で示されるように、基板４０の表面が基板４２の表面に対し斜めとなる状態で配置されることとなる。これにより、コネクタハウジング２０の接続作業における取り扱いが容易となる。
一方、光ファイバ２４を所定の位置に配置する半導体サブモジュールの使用時においては、コネクタハウジング２０が支持部２２に係合され、光ファイバ２４と基板４０とが接続された後、基板４０の表面を基板４２の表面に対して垂直となるように起こすことによって、コネクタおよび光ファイバ２４を同時に基板４２の表面上または上方に配置することが可能となり、少ない空間スペースで半導体サブモジュールを使用することが可能となる。
図４は、本発明に係る半導体サブモジュールの第３実施例の全体構成を概略的に示す。
図４に示される実施例においては、上述の実施例のように第１の基板と第２の基板とを分離することなく、一つの基板３０を含んで構成される。
屈曲可能な柔軟な特性を備えている基板３０は、例えば、ポリイミド系またはアクリル系樹脂、あるいは、液晶ポリマーで所定の厚さに作られている。基板３０における光半導体素子１６が配される表層部および後述する可動部には、一端が光半導体素子１６に電気的に接続され、他端が半導体素子２６に接続される高速電気伝送路３０ｗｂが形成されている。高速電気伝送路３０ｗｂにおいては、例えば、５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度（データ転送量）の高速電気信号が、伝送される。基板３０における光半導体素子１６に対向する部分には、貫通孔３０ａが形成されている。隣接する半導体素子２６および電気コネクタ２８相互間は、高速電気伝送路３０ｗａにより接続されている。
基板３０における光半導体素子１６と半導体素子２６との間の部分は、可動部（屈曲部）とされ、高速電気伝送路３０ｗｂを伴って図４に二点鎖線および実線で示されるように、変位可能とされる。
斯かる実施例においても、上述の実施例と同様に、同一の基板３０の屈曲性によって、常に、光ファイバ２４およびコネクタの挿抜時の取り扱いが、基板３０における半導体素子２６および電気コネクタ２８が配置される水平面に対して斜め方向で可能となる。また、半導体サブモジュールの使用時においては、光半導体素子１６が設けられる基板３０における一部分の表面を、光半導体素子１６と半導体素子２６との間の部分を屈曲部として基板３０における上述の水平面に対して略垂直となるように基板３０の一部を起こすことにより、コネクタおよび光ファイバ２４を同時に、基板３０の水平面の上方に配置することが可能となる。従って、少ない空間スペースで半導体サブモジュールを使用することが可能となる。
図２５および図２６は、それぞれ、本発明に係る半導体サブモジュールの第４実施例の全体構成を概略的に示す。
図１に示される上述の第１実施例においては、光半導体素子１６が第１の基板としての基板１０上に配され、半導体素子２６および電気コネクタ２８が第２の基板としての基板１１上に配される構成であるのに対し、一方、第４実施例においては、光半導体素子１６および半導体素子２６が第１の基板としての基板１４０上に配され、電気コネクタ２８が第２の基板としての基板１４１上に配される構成とされる。
図２５において、半導体サブモジュールは、光半導体素子１６および半導体素子２６を一方の表面部分に互いに隣接させて備える第１の基板としての基板１４０と、電気コネクタ２８を備える第２の基板としての基板１４１と、基板１４０の端部と基板１４１の端部とを電気的に接続する可撓性接続手段としてのフレキシブルケーブル１２とを含んで構成されている。
基板１４０は、例えば、ポリイミド系またはアクリル系樹脂、シリコン、ガラスあるいは、液晶ポリマーで所定の厚さに作られている。基板１４０における光半導体素子１６が配される表層部には、一端が半導体素子２６における一方側の半田ボール端子に電気的に接続され、他端が光半導体素子１６の半田ボール端子に接続される高速電気伝送路１４０ｗａが形成されている。また、基板１４０における半導体素子２６の他方側の半田ボール端子とフレキシブルケーブル１２との間には、半導体素子２６とフレキシブルケーブル１２とを電気的に接続する高速電気伝送路１４０ｗｂが形成されている。高速電気伝送路１４０ｗａおよび１４０ｗｂにおいては、例えば、５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度（データ転送量）の高速電気信号が、伝送される。
このように光半導体素子１６および半導体素子２６相互間において熱設計上必要とされる所定の間隔（半田ボール端子相互間隔）が、図１に示される例に比べてより小さく設定されているので高速電気伝送路１４０ｗａにおける表層部に沿った長さが図１に示される例に比べて短くなり、高速電気伝送路１４０ｗａでの信号劣化を減らすことが可能となる。従って、基板１４０において伝送効率がより向上することとなる。
基板１４０における光半導体素子１６の受光窓および光出射窓に対向する部分には、光ビームが通過する貫通孔１４０ａが形成されている。光ビーム出力あるいは光ビーム入力のために用いられる貫通孔１４０ａの直径は、例えば、受光窓および光出射窓の直径よりも大となるように１００μｍ程度に設定されている。
基板１４１は、基板１４０の材質と同様に、例えば、ポリイミド系またはアクリル系樹脂、シリコン、ガラスあるいは、液晶ポリマーで所定の厚さに作られている。基板１４１における電気コネクタ２８が配される表層部には、一端がフレキシブルケーブル１２に電気的に接続され、他端が電気コネクタ２８に接続される高速電気伝送路１４１ｗａが形成されている。高速電気伝送路１４１ｗａにおいては、上述の高速電気伝送路１４０ｗａおよび１４０ｗｂの通信速度と同様な通信速度、例えば、５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度（データ転送量）の高速電気信号が、伝送される。これにより、基板１４０と基板１４１とは、その相互間に配されるフレキシブルケーブル１２によって電気的に接続され、従って、光半導体素子１６および半導体素子２６と、電気コネクタ２８との間の電気的接続が得られる。
斯かる構成において、光ファイバ２４に接続されるコネクタハウジング２０が支持部２２に係合される場合、図２５に示されるように、基板１４０と基板１４１とが共通の平面上にあるように配置される。即ち、光半導体素子１６および半導体素子２６と、電気コネクタ２８とが共通の平面上に実装されることとなる。これにより、コネクタハウジング２０の接続作業における取り扱いが容易となる。
一方、光ファイバ２４を所定の位置に配置する半導体サブモジュールの使用時においては、コネクタハウジング２０が支持部２２に係合され、光ファイバ２４と基板１４０とが接続された後、図２６に示されるように、フレキシブルケーブル１２が、基板１４０の表面の延長面が、基板１４１の表面の延長面と交差し、かつ、光ファイバ２４が基板１４１の上方を通過するように折り曲げられる。その際、光ファイバ２４の軸線は、基板１４１の表面に対し略平行となる。
従って、基板１４０が、光半導体素子１６の実装面に対し裏面となる方向に折り曲げられることにより、光ファイバ２４が基板１４１の裏面上に配置される。これによって、コネクタおよび光ファイバ２４を同時に基板１４１の上に配置することが可能となり、少ない空間スペースで使用することが可能となる。
なお、上述の例においては、基板１４０および基板１４１上にそれぞれ、１個の光半導体素子１６、半導体素子２６、電気コネクタ２８が代表して示されているが、斯かる例に限られることなく、複数個の光半導体素子１６、半導体素子２６、電気コネクタ２８がそれぞれ、基板１４０および基板１４１上に配置されてもよい。
図２７は、本発明に係る半導体サブモジュールの第５実施例の全体構成を概略的に示す。
図３に示される上述の第２実施例においては、光半導体素子１６が第１の基板としての基板４０上に配され、半導体素子２６および電気コネクタ２８が第２の基板としての基板４２上に配される構成であるのに対し、一方、第５実施例においては、光半導体素子１６および半導体素子２６が第１の基板としての基板１４４上に配され、電気コネクタ２８が第２の基板としての基板１４６上に配される構成とされる。
図２７において、半導体サブモジュールは、光半導体素子１６および半導体素子２６を一方の表面部分に備える第１の基板としての基板１４４と、電気コネクタ２８を備える第２の基板としての基板１４６と、基板１４４の端部と基板１４６の端部とを電気的に接続する可撓性接続手段としての金属線１４８とを含んで構成されている。
基板１４４は、例えば、ポリイミド系またはアクリル系樹脂、シリコン、ガラスあるいは、液晶ポリマーで所定の厚さに作られている。基板１４４における光半導体素子１６が配される表層部には、一端が半導体素子２６における一方側の半田ボール端子に電気的に接続され、他端が光半導体素子１６の半田ボール端子に接続される高速電気伝送路１４４ｗａが形成されている。また、基板１４４における半導体素子２６の他方側の半田ボール端子と金属線１４８との間には、半導体素子２６と金属線１４８とを電気的に接続する高速電気伝送路１４４ｗｂが形成されている。高速電気伝送路１４４ｗａおよび１４４ｗｂにおいては、例えば、５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度（データ転送量）の高速電気信号が、伝送される。
このように光半導体素子１６および半導体素子２６相互間において熱設計上必要とされる所定の間隔（半田ボール端子相互間隔）が、図３に示される例に比べてより小さく設定されているので高速電気伝送路１４４ｗａにおける表層部に沿った長さが図３に示される例に比べて短くなり、高速電気伝送路１４４ｗａでの信号劣化を減らすことが可能となる。従って、基板１４４において伝送効率がより向上することとなる。
基板１４４における光半導体素子１６の受光窓および光出射窓に対向する部分には、光ビームが通過する貫通孔１４４ａが形成されている。光ビーム出力あるいは光ビーム入力のために用いられる貫通孔１４４ａの直径は、例えば、受光窓および光出射窓の直径よりも大となるように１００μｍ程度に設定されている。
金属線１４８は、バネ性を備え、かつ電気的接続が可能な所望の太さ、例えば、線径１０〜１５０μｍまでの範囲の金属線で作られている。
基板１４６は、基板１４４の材質と同様に、例えば、ポリイミド系またはアクリル系樹脂、シリコン、ガラスあるいは、液晶ポリマーで所定の厚さに作られている。基板１４６における電気コネクタ２８が配される表層部には、一端が金属線１４８に電気的に接続され、他端が電気コネクタ２８に接続される高速電気伝送路１４６ｗａが形成されている。高速電気伝送路１４６ｗａにおいては、上述の高速電気伝送路１４４ｗａおよび１４４ｗｂの通信速度と同様な通信速度、例えば、５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度（データ転送量）の高速電気信号が、伝送される。これにより、基板１４４と基板１４６とは、その相互間に配される金属線１４８によって電気的に接続され、従って、光半導体素子１６および半導体素子２６と、電気コネクタ２８との電気的接続が得られる。
斯かる構成において、光ファイバ２４に接続されるコネクタハウジング２０が支持部２２に係合される場合、図２７に二点鎖線で示されるように、基板１４４と基板１４６とが共通の平面上にあるように配置されるか、あるいは、実線で示されるように、基板１４４の表面が基板１４６の表面に対し斜めとなる状態で配置されることとなる。これにより、コネクタハウジング２０の接続作業における取り扱いが容易となる。
一方、光ファイバ２４を所定の位置に配置する半導体サブモジュールの使用時においては、コネクタハウジング２０が支持部２２に係合され、光ファイバ２４と基板１４４とが接続された後、基板１４４の表面を基板１４６の表面に対して垂直となるように起こすことによって、コネクタおよび光ファイバ２４を同時に基板１４６の表面上または上方に配置することが可能となり、少ない空間スペースで半導体サブモジュールを使用することが可能となる。
図２８は、本発明に係る半導体サブモジュールの第６実施例の全体構成を概略的に示す。
図４に示される第３実施例においては、基板３０における光半導体素子１６と半導体素子２６との間の部分が、可動部（屈曲部）とされ、高速電気伝送路３０ｗｂを伴って変位可能とされるのに対し、一方、第６実施例においては、基板１５０における半導体素子２６と電気コネクタ２８との間の部分が、可動部（屈曲部）とされ、高速電気伝送路１５０ｗａを伴って変位可能とされる構成を備えている。
屈曲可能な柔軟な特性を備えている基板１５０は、例えば、ポリイミド系またはアクリル系樹脂、あるいは、液晶ポリマーで所定の厚さに作られている。基板１５０における光半導体素子１６および半導体素子２６が配される表層部には、一端が光半導体素子１６の半田ボール端子に接続され、他端が半導体素子２６の一方側の半田ボール端子に接続される高速電気伝送路１５０ｗｂが形成されている。また、上述の可動部における上述の表層部と共通の表層部上には、一端が半導体素子２６の他方側の半田ボール端子に接続され、他端が電気コネクタ２８に電気的に接続される高速電気伝送路１５０ｗａが形成されている。高速電気伝送路１５０ｗａおよび１５０ｗｂにおいては、例えば、５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度（データ転送量）の高速電気信号が、伝送される。
このように光半導体素子１６および半導体素子２６相互間において熱設計上必要とされる所定の間隔（半田ボール端子相互間隔）が、図４に示される例に比べてより小さく設定されているので高速電気伝送路１５０ｗｂにおける表層部に沿った長さが図４に示される例に比べて短くなり、高速電気伝送路１５０ｗｂでの信号劣化を減らすことが可能となる。従って、基板１５０において伝送効率がより向上することとなる。
基板１５０における光半導体素子１６に対向する部分には、貫通孔１５０ａが形成されている。
基板１５０における半導体素子２６と電気コネクタ２８との間の部分は、可動部（屈曲部）とされ、高速電気伝送路１５０ｗａを伴って図２８に二点鎖線および実線で示されるように、変位可能とされる。
斯かる実施例においても、上述の実施例と同様に、同一の基板１５０の屈曲性によって、常に、光ファイバ２４およびコネクタの挿抜時の取り扱いが、基板１５０における電気コネクタ２８が配置される水平面に対して斜め方向で可能となる。また、半導体サブモジュールの使用時においては、光半導体素子１６が設けられる基板１５０における一部分の表面を、半導体素子２６と電気コネクタ２８との間の部分を屈曲部として基板１５０おける上述の水平面に対して略垂直となるように基板１５０の一部を起こすことにより、コネクタおよび光ファイバ２４を同時に、基板１５０の水平面の上方に配置することが可能となる。従って、少ない空間スペースで半導体サブモジュールを使用することが可能となる。
（Ｂ）コネクタと半導体サブモジュールとの接続方法
図５Ａおよび５Ｂは、それぞれ、本発明に係るコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法の第１実施例が適用されたコネクタおよび基板を拡大して示す。
図５Ａおよび５Ｂは、上述の半導体サブモジュールの第１実施例から第３実施例に適用可能なコネクタハウジングとマイクロホールを有する支持部の配置例である。
コネクタハウジング２０の内側には、光ファイバ２４の素線の一端が孔２０ａを通じて挿入されている。コネクタハウジング２０が基板１０の支持部２２に接続されていないとき、即ち、コネクタハウジング２０の内周部が支持部２２に係合されていない場合、光ファイバ２４の素線の一端のたわみ長さＬは、例えば、７ｍｍ〜１０ｍｍに設定されている。光ファイバ２４の素線の先端は、コネクタ２０の開口端部から突出長さΔＬだけ突出している。突出長さΔＬは、例えば、零を超え１００μｍ以下に設定されている。その際、支持部２２のマイクロホール２２ａの内径は、光ファイバ２４の外径と略同一となる値、例えば、１２５μｍから１２５．５μｍまでの範囲で設定されている。また、支持部２２のマイクロホール２２ａの一方の開口端部は、所定の角度の円錐面が形成されている。
斯かる構成において、コネクタハウジング２０の内周部が支持部２２に係合される場合、図５Ｂに示されるように、光ファイバ２４の素線の先端部は、マイクロホール２２ａを貫通し、マイクロレンズ１８Ｌあるいは透明薄板１８の表面に接触することとなる。
その際、コネクタハウジング２０の開口部端面が、透明薄板１８の表面に接着、あるいは、当接された場合、光ファイバ２４の素線は、コネクタハウジング２０の内部において座屈状態となる。これにより、マイクロホール２２の開口端部とコネクタハウジング２０の孔２０ａの周縁との間に湾曲部２４ａが形成される。
従って、光ファイバ２４の素線の端面は、常に、一定の押圧力でマイクロレンズ１８Ｌに密着固定されることになる。その結果、安定した光入出力特性を備える光接続部が、簡易に得られることとなる。
図６Ａおよび６Ｂは、本発明に係るコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法の第２実施例が適用されたコネクタおよび基板を示す。
図６Ａおよび６Ｂに示される例は、上述の半導体サブモジュールの第１実施例から第３実施例に適用可能なコネクタハウジングとマイクロホールを有する支持部の配置例である。
図６Ａおよび６Ｂに示される例は、上述の第１の実施例とは異なり、透明薄板１８が取り外されている。
光ファイバ２４’の素線の外径と基板１０’に備えられた穴１０’ａの内径とを精密に一致させることによって、マイクロホール２２’ａを通過した光ファイバ２４’の素線の先端の基板１０’に対する固定が行なわれる。コネクタハウジング２０の開口部端面からの光ファイバ２４’の素線の飛び出し量ΔＬは、コネクタハウジング２０を基板１０’の裏面側に密着させた際、光半導体素子１６の表面と衝突しないように所定の長さΔλに調整されている。
なお、光ファイバ２４’、基板１０’、および、支持部２２’は、それぞれ、上述の光ファイバ２４、基板１０、支持部２２と相似形となるように、光ファイバ２４’、基板１０’、および、支持部２２’における各寸法が設定されている。
図７Ａ、７Ｂは、それぞれ、本発明に係るコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法の第３実施例が適用されたコネクタおよび基板を示す。
図７Ａに示される例は、上述の半導体サブモジュールの第1実施例から第３実施例に適用可能なコネクタハウジングおよび支持部の配置例である。
図７Ａに示される例は、上述の第１実施例と異なり、透明薄板１８とマイクロホールを有する支持部とが取り外されている。
光ファイバ２４の軸線に沿ったコネクタハウジング２０の高さが、所望の高さとすることによって、光ファイバ２４の素線の暴れを抑制している。コネクタハウジング２０が基板１３に対して接続されていないとき、コネクタハウジング２０の開口部端面からの突出した光ファイバ２４の素線の飛び出し量ΔＬは、図７Ｂに示されるように、コネクタハウジング２０の端面を基板１３の裏面側に密着（接着）させた際、光半導体素子１６の表面と衝突しないように所望の長さに調整されている。
基板１３には、光半導体素子１６の発光部および受光部に対向して円錐台状の孔１３ａが形成されている。コネクタハウジング２０側に形成されるテーパ状の孔１３ａにおける一方の開口端部の直径φＡは、例えば、１５０μｍ、また、孔１３ａにおける他方の開口端部の直径φＢは、１００μｍに設定されている。なお、基板１３の構成は、孔の形状を除き、上述に基板１０の構成と同様とされる。
これにより、外径１２５μｍの光ファイバ２４の素線の外径と基板１３に備えられた穴１３ａの内径を精密に一致させ、光ファイバの素線の光半導体素子１６の発光部および受光部に対する位置決めおよび固定を行っている。
図８乃至図１１は、上述のようなコネクタハウジングが選択的に係合される支持部が設けられる基板上に、上述の透明薄板１８が用いられない場合において、光ファイバ２４の素線の先端の光半導体素子１６の発光部および受光部に対する位置出しを行なう構成を示す。なお、光ファイバ２４において、マイクロホールへの挿入を円滑にするため、光ファイバ先端は、テーパ加工が施されている。
図８において、基板５４における貫通孔５４ａは、光ファイバ２４の外径に対し若干大なる内径に設定されている。また、支持部５２のマイクロホール５２ａの内径は、光ファイバ２４の外径と略同一に設定されている。これにより、光ファイバ２４の素線の先端の光半導体素子１６の発光部および受光部に対する位置出しが可能となる。
図９においては、基板５８における貫通孔５８ａは、光ファイバ２４の外径にほぼ等しい内径に設定されている。また、支持部５６のマイクロホール５６ａの内径は、光ファイバ２４の外径よりも若干大に設定されている。これにより、支持部５６のマイクロホール５６ａが、光ファイバ２４における基板５８の貫通孔５８ａへの挿入を手助け補助する役割を果たし、また、光ファイバ２４の素線の先端の光半導体素子１６の発光部および受光部に対する位置出しが、基板５８における貫通孔５８ａにより行なわれることとなる。
従って、図８および図９に示される例においては、封止不要な光半導体素子に適用された場合、その構造を簡略化できるという効果を奏する。また、光ファイバ２４の先端を光半導体素子１６の発光部および受光部に対し近接可能なのでより光結合効率を高めることができる。
なお、基板５８の貫通孔５８ａは、エッチングにより高精度に形成可能なので位置精度を高めることができる。また、基板５８の貫通孔５８ａにより位置出しを行なう場合、光半導体素子１６と基板５８との実装精度が高まり、従って、より高精度に光ファイバ２４の素線と光半導体素子１６との位置出しが実現され、光結合効率を向上できる。ただし、基板に上述したような高精度の孔を形成するには高い技術が必要とされるので、斯かる技術を採用しない場合、図８に示される例の構造が適している。
図１０および図１１に示される例は、それぞれ、基板５４および５８がシリコンで作られている。また、基板５４および５８における光半導体素子１６側の表面には、それぞれ、シリコン酸化膜５９および６１が形成されている。これにより、光半導体素子１６を封止できる構造が得られる。
図１０において、基板５４における貫通孔５４ａは、光ファイバ２４の外径に対し若干大なる内径に設定されている。また、支持部５２のマイクロホール５２ａの内径は、光ファイバ２４の外径と略同一に設定されている。これにより、光ファイバ２４の素線の先端の光半導体素子１６の発光部および受光部に対する位置出しが可能となる。
図１１においては、基板５８における貫通孔５８ａは、光ファイバ２４の外径にほぼ等しい内径に設定されている。また、支持部５６のマイクロホール５６ａの内径は、光ファイバ２４の外径よりも若干大に設定されている。
図１０および図１１において、光ファイバ２４の素線の先端がシリコン酸化膜５９および６１に突き当てられるように、光ファイバ２４における支持部５２および５６よりも上流側部分が所定の軸力で撓ませられている。これにより、光ファイバ２４における支持部５２および５６よりも上流側部分に、湾曲部２４ａが形成されることとなる。
（Ｃ）光モジュール
図１２Ａは、本発明に係る光モジュールの第１実施例の全体構成を概略的に示す。
図１２Ａに示される光モジュールにおいては、上述の図１に示される半導体サブモジュールを構成する光半導体素子１６を一方の表面部分に備える第１の基板としての基板１０と、光半導体素子１６を駆動、信号増幅するための半導体素子２６および外部との電気信号の入出力のために電気コネクタ２８を備える第２の基板としての基板１１と、基板１０の端部と基板１１の端部とを電気的に接続する可撓性接続手段としてのフレキシブルケーブル１２とを含む。なお、図１２Ａにおいては、代表的に一組の光半導体素子１６と、光ファイバ６４およびコネクタ６２とを示す。
但し、光モジュールの外郭を形成するケーシング６０により、基板１０は、その表面の延長面が基板１１の表面の延長面に交差するように基板１１に対して略垂直に固定されている。また、ケーシング６０における基板１０の表面に対向する位置には、光ファイバ６４に接続されるコネクタ６２が配されるレセプタクルが設けられている。コネクタ６２は、例えば、図５Ａ乃至図７Ａに示されるコネクタハウジングおよび支持部を含むコネクタとされる。
これにより、コネクタ６２がケーシング６０における基板１１の上方部分に収納され、かつ、光ファイバ６４が、その軸線が基板１１の表面に略平行となるように配置されるので光モジュールの小型化が図られる。
一方、図１２Ｂに示される参考例のように、コネクタ６２が基板１１の上方部分に配置されずケーシング６０’の端部に配置される場合に比べて本実施例は、ケーシング６０’の端部からのコネクタ６２の飛び出し量が低減されるので光モジュールの小型化が図られる。
さらに、図１２Ａにニ点鎖線で示されるように、ケーシング６０における基板１１の上方部分には、光ファイバ６４に作用する外力がコネクタ６２に加わらないように保持する保持機構６６が設けられてもよい。
図１３Ａは、本発明に係る光モジュールの第２実施例の全体構成を概略的に示す。
図１３Ａに示される例においては、図１２Ａにおける基板１０および光半導体素子１６に代えて、基板７２ＰＢに配される光半導体素子７２が配されている。光半導体素子７２は、電極に対し裏面出射型の光半導体素子とされるので本実施例においては、光ビームが上述のような基板１０を貫通する必要がないものとされる。
図１３Ａにおいては、代表的に一組の光半導体素子７２と、光ファイバ６４およびコネクタ６２とを示す。
但し、光モジュールの外郭を形成するケーシング７０により、基板７２Ｂは、その表面の延長面が基板１１の表面の延長面に交差するように基板１１に対して略垂直に固定されている。また、ケーシング７０における基板７２Ｂの表面に対向する位置には、光ファイバ６４に接続されるコネクタ６２が配される。コネクタ６２は、例えば、図５Ａ乃至図７Ａに示されるコネクタハウジングおよび支持部を含むコネクタとされる。
これにより、コネクタ６２がケーシング６０における基板１１の上方部分に収納され、かつ、光ファイバ６４が、その軸線が基板１１の表面に略平行となるように配置されるので光モジュールの小型化が図られる。
一方、図１３Ｂに示される参考例のように、コネクタ６２が基板１１の上方部分に配置されず、ケーシング７０’の端部に配置される場合に比べて本実施例は、ケーシング７０’の端部からのコネクタ６２の飛び出し量が低減されるので光モジュールの小型化が図られる。
図１４は、本発明に係る光モジュールの第３実施例の全体構成を概略的に示す。
図１４に示される光モジュールにおいては、上述の図４に示される半導体サブモジュールを構成する基板３０と類似した屈曲可能な柔軟な特性を備えている基板８２を備えている。
基板８２は、例えば、ポリイミド系またはアクリル系樹脂、あるいは、液晶ポリマーで所定の厚さに作られている。基板８２における光半導体素子１６が配される表層部には、一端が光半導体素子１６に電気的に接続され、他端が半導体素子２６に接続される高速電気伝送路８２ｗｂが形成されている。高速電気伝送路８２ｗｂにおいては、例えば、５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度（データ転送量）の高速電気信号が、伝送される。基板８２における光半導体素子１６に対向する部分には、貫通孔８２ａが形成されている。隣接する半導体素子２６および電気コネクタ２８相互間は、高速電気伝送路８２ｗａにより接続されている。
但し、光モジュールの外郭を形成するケーシング８０により、基板８２における光半導体素子１６が設けられる部分は、その表面が半導体素子２６の上方となる表面に対し垂直となるように固定されている。また、ケーシング８０における光半導体素子１６が設けられる基板８２の一部分に対向する位置には、光ファイバ６４に接続されるコネクタ６２が配される。コネクタ６２は、例えば、図５Ａ乃至図７Ａに示されるコネクタハウジングおよび支持部を含むコネクタとされる。
これにより、コネクタ６２が、ケーシング８０において基板８２における半導体素子２６および電気コネクタ２８の上方となる部分に収納され、かつ、光ファイバ６４が、その軸線が基板８２の表面に略平行となるように配置されるので光モジュールの小型化が図られる。また、一枚の基板８２上に伝送路が形成されるので高速電気信号伝送特性を向上させることができる。
図１５は、本発明に係る光モジュールの第４実施例の全体構成を概略的に示す。
図１５に示される例においては、図１４における基板８２および光半導体素子１６に代えて、基板９２に配される光半導体素子７２が配されている。光半導体素子７２は、電極に対し裏面出射型の光半導体素子とされるので本実施例においては、光ビームが上述のような基板を貫通する必要がないものとされる。
基板９２は、例えば、ポリイミド系またはアクリル系樹脂、あるいは、液晶ポリマーで所定の厚さに作られている。基板９２における光半導体素子７２が配される表層部には、一端が光半導体素子７２に電気的に接続され、他端が半導体素子２６に接続される高速電気伝送路９２ｗｂが形成されている。高速電気伝送路９２ｗｂにおいては、例えば、５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度（データ転送量）の高速電気信号が、伝送される。隣接する半導体素子２６および電気コネクタ２８相互間は、高速電気伝送路９２ｗａにより接続されている。
但し、光モジュールの外郭を形成するケーシング９０により、基板９２における光半導体素子７２が設けられる部分は、その表面が半導体素子２６の上方となる表面に対し垂直となるように固定されている。また、ケーシング９０における光半導体素子７２が設けられる基板９２の一部分に対向する位置には、光ファイバ６４に接続されるコネクタ６２が配される。コネクタ６２は、例えば、図５Ａ乃至図７Ａに示されるコネクタハウジングおよび支持部を含むコネクタとされる。
これにより、コネクタ６２が、ケーシング９０において基板９２における半導体素子２６および電気コネクタ２８の上方となる部分に収納され、かつ、光ファイバ６４が、その軸線が基板９２の表面に略平行となるように配置されるので光モジュールの小型化が図られる。また、一枚の基板９２上に伝送路が形成されるので高速電気信号伝送特性を向上させることができる。
図１６Ａおよび１６Ｂは、本発明に係る光モジュールの第５実施例の全体構成を概略的に示す。
図１６Ａに示される光モジュールは、上述した図３に示される半導体サブモジュールを内蔵している。図３に示される半導体サブモジュールの構成についての重複説明は、省略される。
光モジュールは、基板４０が配されるケーシング９６と、基板４２が配されるケーシング９８とを主な要素として含んで構成されている。
ケーシング９６の一端は、例えば、連結用支持軸により、回動可能にケーシング９８の一端に支持されている。基板４２は、その表面がケーシング９８の上面に対し略平行となるように配置されている。
また、ケーシング９６における基板４０に対向する部分には、光ファイバ１０２の一端が接続されるコネクタ１００が着脱されるコネクタ収容部が形成されている。コネクタ１００は、後述されるようなＭＴコネクタまたはＦＰＣコネクタであってもよい。
斯かる構成において、図１６Ａに実線および二点鎖線で示されるように、コネクタ１００がケーシング９６におけるコネクタ収容部に対し上方から着脱される場合、例えば、ケーシング９６がケーシング９８に対し回動され、傾斜した状態で着脱作業が行なわれる。これにより、その着脱作業が容易となる。一方、光ファイバ１０２が敷設される場合、図１６Ｂに示されるように、ケーシング９６およびコネクタ１００がケーシング９８に近接するようにケーシング９６が、矢印の示す方向に向けて回動される。これにより、コネクタ１００がケーシング９８の端部から突出することなく配置され、しかも、光ファイバ１０２が、その軸線が基板４２の表面に対し略平行となるように配置されることとなる。
図１７Ａおよび１７Ｂは、本発明に係る光モジュールの第６実施例の全体構成を概略的に示す。
図１７Ａに示される光モジュールは、上述した図４に示される半導体サブモジュールを内蔵している。図４に示される半導体サブモジュールの構成についての重複説明は、省略される。
光モジュールは、基板３０における半導体素子２６および電気コネクタ２８が配されるケーシング１０８と、基板３０における光半導体素子１６が配されるケーシング１０６とを主な要素として含んで構成されている。
ケーシング１０６の一端は、例えば、連結用支持軸により、回動可能にケーシング１０８の一端に支持されている。基板３０における光半導体素子１６が配される部分は、その表面がケーシング１０８の上面に対し略平行となるように配置されている。
また、ケーシング１０６における基板３０に対向する部分には、光ファイバ１０２の一端が接続されるコネクタ１００が着脱されるコネクタ収容部が形成されている。コネクタ１００は、後述されるようなＭＴコネクタまたはＦＰＣコネクタであってもよい。
斯かる構成において、図１７Ａに実線または二点鎖線で示されるように、コネクタ１００がケーシング１０６におけるコネクタ収容部に対し上方から着脱される場合、例えば、ケーシング１０６がケーシング１０８に対し回動され、傾斜した状態で着脱作業が行なわれる。これにより、その着脱作業が容易となる。一方、光ファイバ１０２が敷設される場合、図１７Ｂに示されるように、ケーシング１０６およびコネクタ１００がケーシング１０８に近接するようにケーシング１０６が、矢印の示す方向に向けて回動される。これにより、コネクタ１００がケーシング１０８の端部から突出することなく配置され、しかも、光ファイバ１０２が、その軸線が基板３０における半導体素子２６が配される部分の表面に対し略平行となるように配置されることとなる。
なお、第５実施例および第６実施例においては、それぞれ、図２２Ａおよび２２Ｂに示されるように、ケーシング９８またはケーシング１０８における上部に、ケーシング９６または１０６をそれぞれ、ケーシング９８またはケーシング１０８に対し固定する嵌合ロック機構が設けられてもよい。嵌合ロック機構は、例えば、コネクタ１００の端部を上述の支持軸の方向に向けて付勢し保持するばね部材１３８であってもよい。
さらに、第５実施例および第６実施例において、光半導体素子１６の代わりに、上述したような光半導体素子７２が装備されたものであってもよいことは勿論である。
図１８は、上述の本発明に係る光モジュールの第１実施例乃至第６実施例にそれぞれ用いられるＭＴコネクタの構成を、光モジュールの一部を構成するハウジングとともに概略的に示す。
図１８において、ＭＴコネクタは、光ファイバリボン１１０の一端に接続されるフェルール１１２からなる。直方体のフェルール１１２における一方の接続端面には、光ファイバリボン１１０の各光ファイバの素線が露出する孔１１２ａｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎ＝１２）が形成されている。各孔１１２ａｉは、所定の間隔で光ファイバリボン１１０の幅方向に沿って一列に形成されている。その接続端面は、研磨されている。その孔１１２ａｉの配列の両脇には、ＭＴコネクタが図１８において矢印の向きに挿入されるとき、ハウジング１１４内に設けられるガイドピン１１６Ａおよび１１６Ｂがそれぞれ嵌合される孔１１２ｇａおよび１１２ｇｂが形成されている。
ＭＴコネクタが着脱されるハウジング１１４は、フェルール１１２を収容するフェルール収容部内に一対のガイドピン１１６Ａおよび１１６Ｂが設けられている。ガイドピン１１６Ａおよび１１６Ｂは、その軸線がハウジング１１４の端部に設けられる垂直基板１１４Ｂの表面に垂直となるように所定の間隔をもって相対向して配置されている。
シリコンまたはガラスで作られる垂直基板１１４Ｂにおけるガイドピン１１６Ａおよび１１６Ｂ相互間となる部分には、図示が省略される光半導体素子からの光ビームが通過する貫通孔１１４ａｉ（ｉ＝１〜ｎ，ｎ＝１２）が上述の孔１１２ａｉに対応させて一列に形成されている。
なお、ＭＴコネクタがフェルール収容部内に装着されるとき、バネの弾性力によりフェルール１１２の接続端面が垂直基板１１４Ｂの表面に押し付けられ保持される。また、垂直基板１１４Ｂの表面には、上述の例のように、ガラス板、レンズ付ガラス板が設けられてもよい。
図１９は、上述の本発明に係る光モジュールの第１実施例乃至第６実施例にそれぞれ用いられるファイバＰＣコネクタの構成を、光モジュールの一部を構成するハウジングとともに概略的に示す。
図１９において、ファイバＰＣコネクタは、光ファイバリボン１２０の一端に固定部を介して接続されるコネクタプラグ１２２からなる。コネクタプラグ１２２の接続端面には、光ファイバリボン１２０の各光ファイバの素線が露出する複数の孔が形成されている。各孔は、所定の間隔で光ファイバリボン１２０の幅方向に沿って一列に形成されている。光ファイバの先端は、その被覆が除去され片持ち梁状に把持され、後述するマイクロホールへの挿入を円滑にするためにテーパ加工されている。コネクタプラグ１２２の両側面部には、溝１２２Ｇが形成されている。
ここで、ファイバＰＣコネクタ（１９９６年電子情報通信学会エレクトロソサイエティ大会Ｃ−３−１３３参照）は、ＭＴコネクタのようなフェルールを用いず、裸光ファイバを後述するマイクロホール内で位置合わせし、光ファイバを撓ませることにより、弾性復元力である座屈力により光ファイバの先端を密着させるものである。
コネクタプラグ１２２が着脱されるハウジング１２４は、コネクタプラグ１２２を収容するプラグ収容部を有している。プラグ収容部内には、コネクタプラグ１２２の溝１２２Ｇに係合されてコネクタプラグ１２２を案内するガイドレール１２４ＧＬが収容部の両側壁に相対向して形成されている。ハウジング１２４の端部には、垂直基板１３２が設けられている。垂直基板１３２は、図２０に拡大されて示されるように、その裏面側に配される各光半導体素子１３０の発光部（受光部）１３０ａに対応して光ビームを通過させる貫通孔１３２ａを一列に所定の間隔で有している。
垂直基板１３２の表面には、ガラス板１３４が配される。あるいは、図２１Ｂに示されるように、マイクロレンズ１３４’Ｌ付ガラス板１３４’でもよい。この場合、光半導体素子と光ファイバとの光結合効率をさらに高めることができる。
図２０に拡大されて示されるように、ガラス板１３４上には、各光半導体素子１３０の発光部（受光部）１３０ａおよび各光ファイバの素線に対応したマイクロホール１３６ａを有するマイクロホールアレイ１３６が載置される。
垂直基板１３２およびマイクロホールアレイ１３６等をハウジング１２４の端部に組み付けるにあたっては、先ず、垂直基板１３２に光半導体素子１３０が半田ボールを介して基板配線と光半導体素子との配線が位置合わせ実装される。次に、光半導体素子１３０、ガラス板１３４およびマイクロホールアレイ１３６が、垂直基板１３２の貫通孔１３２ａを利用してその各アライメントマーカ１３６Ｍ、１３４Ｍ、１３０Ｍが互いに一致するように実装される。これにより、高精度で光半導体素子１３０の受光部とマイクロホール１３６ａとが位置合わせされる。
コネクタプラグ１２２がハウジング１２４のプラグ収容部に装着される場合、コネクタプラグ１２２がガイドレール１２４ＧＬによって案内されることにより、光ファイバリボン１２０の各光ファイバの素線の先端がマイクロホールに挿入され、ガラス板１３４の表面に当接する。これにより、図２１Ａに示されるように、光ファイバにおけるマイクロホールアレイ１３６とコネクタプラグ１２２における光ファイバリボン１２０の把持部との間は、撓むこととなる。従って、複数の光ファイバの先端の位置ずれが吸収され、その座屈力により、低反射な接続状態が得られるように光ファイバの先端とガラス板１３４とが密着される。反射の影響が少ないので光半導体素子の受発光性が良好となり、また、反射で損失する分が少ないので低損失な光結合が実現される。
なお、上述のＭＴコネクタによっては、このように密着させることは困難であるので反射が大である。また、ＭＴコネクタでは、ガイドピンの取り付け位置精度が光半導体素子と光ファイバとの光結合を左右する。そのため、基板にガイドピンを高精度で実装する必要があるので基板には硬さが必要であり、シリコンやガラス板に限定される。
一方、ファイバＰＣコネクタは、光半導体素子とマイクロホールとが垂直基板を介して精度よく固定され、ガイドレールは、光ファイバがマイクロホールに挿入するまでの位置精度を出せばよいので基板が樹脂、液晶であっても十分に位置精度が出せることとなる。
なお、図２１Ａおよび２１Ｂに示されるように、光半導体素子１３０が封止部材ＥＣで封止された場合、基板の両面から封止できるので通信光が基板を貫通しない構造よりも容易に封止できる。
１０、１１、３０、４０、４２ 基板
１２ フレキシブルケーブル
１６ 光半導体素子
１８ 透明薄板
２０ コネクタハウジング
２４ 光ファイバ
２６ 半導体素子

Claims (7)

  1. 少なくとも一つの穴と、該穴を光が貫通するように配置された少なくとも一つの光半導体素子と、該光半導体素子を駆動するための半導体素子と、外部との高速電気信号の入力あるいは出力の機能を行う電気コネクタと、該光半導体素子および該半導体素子相互間を電気的に接続する第１の高速電気信号伝送路と、該半導体素子および該電気コネクタ相互間を電気的に接続する第２の高速電気信号伝送路と、を共通の搭載面上に有する屈曲性の基板を備え、
    前記第１及び第２の高速電気信号伝送路は５Ｇｂｐｓ以上１００Ｇｂｐｓ以下の通信速度の電気信号を伝送し、
    前記基板における前記光半導体素子が搭載される部分が、前記搭載面における該光半導体素子と前記半導体素子との間の部分を屈曲部として、前記第１の高速電気信号伝送路を伴って該光半導体素子の搭載面の反対側に向けて略９０度まで折り曲げ可能であり、光ファイバが前記搭載面とは反対の面側に配置可能であることを特徴とする半導体サブモジュール。
  2. コネクタと請求項１に記載の半導体サブモジュールとの接続方法であって、
    前記光半導体素子を備える前記基板の一部を折り曲げ、かつ、前記半導体素子を備える該基板の他の部分を水平保持する機能を備え、
    光ファイバが接続される前記コネクタを該基板の接続部に取り付け時、基板の接続部を所定方向に向け、コネクタの取り付けを容易にし、
    使用する際、該光半導体素子を備える該基板の前記一部を前記他の部分に対して９０度の角度で折りたたんで前記光ファイバの飛び出しを防ぎ、該基板の上方で該光ファイバの整列方向が該他の部分に対し水平になるようにしたことを特徴とするコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法。
  3. 請求項２において、前記基板に備えられた前記光半導体素子の光信号入出力窓として備えられた少なくとも一つ以上の前記穴の内径が光ファイバ素線の外径に対して所望の値を備え、かつ、該穴は、該穴の光ファイバの挿入を容易にするために、漏斗状に穴形状が加工されており、該穴に前記光ファイバの素線を通した際、該光ファイバの素線のコネクタ先端からの飛び出し長さによって生ずる該光ファイバの素線の座屈状態によって該光ファイバの素線の終端面を、前記基板に備えられたマイクロレンズの表面あるいは透明薄板の表面に対して常に一定の押し当て力で当接させることを特徴とするコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法。
  4. 請求項２において、前記基板の接続部に接続されるコネクタは、断面形状がコの字型、かつ内側のザグリ量の大きさがマイクロホールよりも大きな大きさを備えたコネクタハウジングを備えており、さらに、光ファイバの素線がコネクタ先端から飛び出した状態で少なくとも一本以上の光ファイバが横一列に整列されており、
    前記コネクタハウジングを収容可能なレセプタクルを前記基板におけるマイクロレンズあるいは透明薄板上にさらに備え、該コネクタハウジング開口部端面が該マイクロレンズの表面あるいは該透明薄板の表面、あるいは該レセプタクルと密着した際、該光ファイバの素線のコネクタ先端からの飛び出し長さによって生ずる該光ファイバ素線の座屈状態によって該光ファイバ素線の終端面を、前記マイクロレンズあるいは薄板ガラス表面に対して常に一定の押し当て力で当接させることを特徴とするコネクタと半導体サブモジュールとの接続方法。
  5. 光半導体素子、および、該光半導体素子を駆動するドライバが搭載される基板と、
    前記光半導体素子に関連して設けられる光入出力用コネクタとを備え、
    前記基板における光半導体素子が搭載される第１の部分が、前記ドライバが搭載される第２の部分との間が９０度に折り曲げられることにより、前記第１の部分が、水平に配される前記第２の部分に対して垂直に配され、前記光入出力用コネクタが前記第２の部分の上方に配置されることを特徴とする光モジュール。
  6. 前記光入出力用コネクタがファイバＰＣコネクタプラグであり、該ファイバＰＣコネクタプラグ用マイクロホールが、前記第１の部分に設けられることを特徴とする請求項５記載の光モジュール。
  7. 前記光入出力用コネクタに接続される光ファイバが、前記第２の部分の上方に延在することを特徴とする請求項５記載の光モジュール。
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