JP2013142732A - 光モジュール、回路基板、光モジュールの実装方法、および実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に位置精度良く実装できる光モジュールおよびこれを実装した回路基板、ならびに光モジュールの実装方法および実装方法を提供すること。
【解決手段】基板実装面に開口を有する内部空間と、前記内部空間の内表面の一部を構成する素子実装面とを有する筐体と、前記素子実装面に実装された光学素子と、を備え、前記筐体は、前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように形成された、回路基板に実装する際の位置合わせを行うための３つのガイド孔を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュールおよびこれを実装した回路基板、ならびに光モジュールの実装方法および実装方法に関する。

エクサスケールコンピューティングの実現のために、ボード間での光インターコネクションが研究されている。光インターコネクションにおいては、光送信器または光受信器である光モジュールが光伝送路を介して光信号の送受信を行う。特許文献１〜４には、光モジュールと光伝送路とが回路基板に形成されている構成が記載されている。

特開２００４−２９６２１号公報 特開２０００−９８１５３号公報 特開２００２−１８９１３７号公報 特開２００３−１３９９７９号公報

光モジュールを回路基板に実装する場合には、たとえば、回路基板に形成された光導波路等の光伝送路と、光モジュールが備える光学素子との好適な光学結合を実現するために、光モジュールを回路基板に位置精度良く実装できることが好ましい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路基板に位置精度良く実装できる光モジュールおよびこれを実装した回路基板、ならびに光モジュールの実装方法および実装方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光モジュールは、基板実装面に開口を有する内部空間と、前記内部空間の内表面の一部を構成する素子実装面とを有する筐体と、前記素子実装面に実装された光学素子と、を備え、前記筐体は、前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように形成された、回路基板に実装する際の位置合わせを行うための３つのガイド孔を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明において、前記光学素子は、アレイ素子であり、前記３つのガイド孔が形成する三角形の一辺と前記アレイ素子の配列方向とが略平行になるように配置されることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明において、前記ガイド孔の少なくとも一つに光学窓が設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明において、前記ガイド孔の少なくとも一つにレンズが設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュールは、上記の発明において、前記筐体は、前記基板実装面と交差している側面側に形成され、前記開口および前記内部空間に繋がる導波路導入口を有し、前記基板実装面において前記回路基板に実装された場合に、前記回路基板の表面に突出する光導波路が前記導波路導入口から前記内部空間に導入されることを特徴とする。

また、本発明に係る回路基板は、前記基板実装面において実装された、上記の発明の光モジュールと、前記光モジュールを実装する面において、前記３つのガイド孔の配置に対応させて配置された３つのマーカと、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る回路基板は、基板表面に突出する光導波路と、前記光導波路が前記導波路導入口から前記内部空間に導入されるように、前記基板実装面において実装された、上記の発明の光モジュールと、前記光モジュールを実装する面において、前記３つのガイド孔の配置に対応させて配置された３つのマーカと、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る回路基板は、上記の発明において、前記３つのマーカは幾何学図形からなることを特徴とする。

また、本発明に係る回路基板は、上記の発明において、前記３つのマーカの少なくとも一つは、大きさが異なる複数の幾何学図形を同心状に配置して形成されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る回路基板は、上記の発明において、前記３つのマーカの少なくとも一つは、複数の幾何学図形を同心状の位置から所定の方向に偏心するように配置して形成されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る回路基板は、上記の発明において、前記偏心の方向は前記３つのマーカの重心に向いていることを特徴とする。

また、本発明に係る回路基板は、上記の発明において、前記複数の幾何学図形の間隔は、前記ガイド孔を通して見た視野の広さよりも狭いことを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュールの実装方法は、基板実装面に開口を有する筐体の内部空間に光学素子が実装された光モジュールの前記基板実装面を回路基板に対向させ、前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように前記筐体に形成された３つのガイド孔から、前記３つのガイド孔の配置に対応させて前記回路基板上に配置された３つのマーカを観察しながら、前記３つのガイド孔と前記３つのマーカとを位置合わせすることによって、前記光モジュールと前記回路基板とを位置合わせし、前記位置合わせをした前記光モジュールを前記回路基板に実装する、ことを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュールの実装方法は、前記実装方法が自動で行われることを特徴とする。

また、本発明に係る実装方法は、基板上へ部品を搭載する方法であって、前記基板上には少なくとも３点のマーカがあり、前記部品には前記少なくとも３点のマーカに対応し、前記部品を貫通した少なくとも３点のスルーホールが設けられ、前記少なくとも３点のスルーホールから観察した前記少なくとも３点のマーカの形状あるいは配置を基に前記部品の配置を決定することを特徴とする。

また、本発明に係る実装方法は、前記実装方法が自動で行われることを特徴とする。

本発明によれば、光モジュールを回路基板に位置精度良く実装できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る光モジュールの模式的な斜視図である。 図２は、図１に示す光モジュールの分解図である。 図３は、図１に示す光モジュールの平面図である。 図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。 図５は、図１に示す光モジュールの正面図である。 図６は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図７は、光モジュールの回路基板への実装方法を説明する図である。 図８は、回路基板上に実装された光モジュールを説明する図である。 図９は、実施の形態２に係る光モジュールの模式的な断面図である。 図１０は、実施の形態３に係る光モジュールの模式的な平面図である。 図１１は、回路基板上に形成されたマーカの他の実施の形態を示す図である。 図１２は、図１１に示すマーカによる位置合わせを説明する図である。 図１３は、回路基板上に形成されたマーカのさらに他の実施の形態を示す図である。 図１４は、図１３に示すマーカの配置の一例を示す図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る光モジュール、回路基板、および光モジュールの実装方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光モジュールの模式的な斜視図である。図２は、図１に示す光モジュールの分解図である。図３は、図１に示す光モジュールの平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図１に示す光モジュールの正面図である。図６は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。以下、図１〜図６を用いて本実施の形態１に係る光モジュールについて説明する。

光モジュール１００は、筐体１０と、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）アレイ素子２０と、ＩＣドライバ３０と、マイクロレンズアレイ素子４０と、レンズアレイ素子ホルダ５０と、スペーサ６０と、を備えている。

筐体１０は、矩形状の板部材１１と、コの字状の枠部材１２とを有している。板部材１１は、たとえば樹脂などの誘電体と、配線パターンを形成する銅箔とを交互に例えば５層ずつ積層した積層基板の構造を有する。枠部材１２は、たとえば樹脂などの誘電体と、配線パターンを形成する銅箔とを交互に例えば９層ずつ積層した積層基板の構造を有する。板部材１１と枠部材１２とは、板部材１１と枠部材１２との間の配線パターンの導通を確保するように、接合層１３において半田やＡｕバンプ等によって接合されている。板部材１１と枠部材１２とが接合されることによって、筐体１０には、内部空間１４と、素子実装面１１ａと、導波路導入口１５とが形成される。内部空間１４は、枠部材１２の板部材１１に接合している面とは反対側の基板実装面１２ａに開口１４ａを有し、枠部材１２に囲まれている。素子実装面１１ａは、枠部材１２が接合されていない板部材１１の表面であり、内部空間１４の内表面の一部を構成する。導波路導入口１５は、基板実装面１２ａと交差している側面側に、枠部材１２の開口によって形成され、開口１４ａおよび内部空間１４に繋がっている。

素子実装面１１ａにはマーカ１１ａａと、ＩＣドライバ３０を実装するための凹部１１ａｂとが形成されている。基板実装面１２ａには、例えば直径４５０μｍの平面電極パッド１６を例えばピッチ１ｍｍで格子状に並べたランドグリッドアレイが形成されている。平面電極パッド１６には、たとえば電源用の平面電極パッド１６ａ、差動高周波信号用の平面電極パッド１６ｂ、グラウンド用の平面電極パッド１６ｃ、制御信号用の平面電極パッド１６ｄ、がある。図中、同種の平面電極パッドは同種のハッチングで表している。

また、筐体１０には、枠部材１２の基板実装面１２ａから板部材１１における基板実装面１２ａの裏側の面まで貫通するように形成された、位置合わせ（アラインメント）用の３個のガイド孔１７を有する。ガイド孔１７は、図３において、二等辺三角形を形成するように配置されている。

光学素子であるＶＣＳＥＬアレイ素子２０は、複数（例えば１２個）のＶＣＳＥＬ素子が１次元アレイ状に配列された素子であって、素子実装面１１ａの凹部１１ａｂの近傍に実装されている。電子素子であるＩＣドライバ３０はＶＣＳＥＬアレイ素子２０を駆動するためのものであって、素子実装面１１ａの凹部１１ａｂに実装されている。マイクロレンズアレイ素子４０は、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０に対応させて配置されるものであり、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０のＶＣＳＥＬ素子の数に対応した、例えば１２個のマイクロレンズが１次元アレイ状に配列されて構成された素子である。マイクロレンズアレイ素子４０は石英系ガラスなどのガラスや樹脂等のＶＣＳＥＬアレイ素子の出射光に関して透光性の材料からなるものである。

レンズアレイ素子ホルダ５０は、マイクロレンズアレイ素子４０を、主表面５１に形成された保持孔５２によって保持し、かつマイクロレンズアレイ素子４０の各マイクロレンズの光軸がＶＣＳＥＬアレイ素子２０の対応する各ＶＣＳＥＬ素子の光軸と一致するように保持する。レンズアレイ素子ホルダ５０は、保持孔５２の両側に形成された、アラインメント用のガイド孔５３を有する。このガイド孔５３を用いることで、ＭＴ型光コネクタを光モジュール１００に嵌合させることができ、光モジュール１００の特性を容易に評価することが可能となる。ＭＴ型光コネクタとは、JIS C5981に規定されたＭＴコネクタのように接続端面の両端に嵌合ピンの挿入可能なガイドピン孔を持ち、その間に光ファイバを配列した光コネクタを指す。スペーサ６０は、板部材１１の素子実装面１１ａとレンズアレイ素子ホルダ５０との間に介挿される。このスペーサ６０の厚みを変えると、マイクロレンズアレイ素子４０とＶＣＳＥＬアレイ素子２０との間の距離が変化することになる。それに伴い、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０からマイクロレンズアレイ素子４０を通して出射されたレーザ光の集光位置も変化する。これによって、筐体１０の内部空間１４の高さの公差によって生じる、基板実装面１２ａからマイクロレンズアレイ素子４０の集光点までの距離のばらつきを減少するように補正することが可能である。レンズアレイ素子ホルダ５０は、枠部材１２に面する側面５４の一部が、主表面５１に対して傾斜するように面取り加工されている。なお、レンズアレイ素子ホルダ５０およびスペーサ６０はたとえば銅などの金属材料からなるものが好ましい。

この光モジュール１００の動作を説明する。まず、ＩＣドライバ３０は、外部から平面電極パッド１６および筐体１０に形成された配線パターンを介して電源電圧信号、差動高周波信号、制御信号等を供給され、これらの信号を基にＶＣＳＥＬアレイ素子２０を駆動する。ＶＣＳＥＬアレイ素子２０の各ＶＣＳＥＬ素子は、差動高周波信号を含む、たとえば波長１．１〜１．５μｍのレーザ光信号を出力する。マイクロレンズアレイ素子４０の各マイクロレンズは、各ＶＣＳＥＬ素子から出力されたレーザ光信号を受け付けて集光し、例えば外部の光学部品との所定の光学結合を実現する。なお、光学結合を実現する場合は、マイクロレンズアレイ素子４０のようなレンズ素子を用いた方が、レンズ素子を用いないいわゆるバットカップリングよりも結合効率を高くできるので好ましい。

つぎに、この光モジュール１００の組立方法について説明する。まず、板部材１１と枠部材１２とを半田リフローやＡｕバンプの圧接等によって接合する。このとき、融点が例えば融点が２２０℃程度のＳｎＡｕＣ系半田を用いる。また、板部材１１と枠部材１２との間のアラインメントは、３個のガイド孔１７を用いて行うことができる。

つぎに、素子実装面１１ａにＶＣＳＥＬアレイ素子２０を実装する。ＶＣＳＥＬアレイ素子２０は、マーカ１１ａａを用いてアラインメントを行えば、より正確な位置に実装できるので好ましい。つぎに、素子実装面１１ａの凹部１１ａｂにＩＣドライバ３０を実装する。ＩＣドライバ３０は、素子実装面１１ａに形成された電極パッドとワイヤボンディングする。ＶＣＳＥＬアレイ素子２０とＩＣドライバ３０との間もワイヤボンディングする。ＩＣドライバ３０が凹部１１ａｂに実装されているので、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０とＩＣドライバ３０との間の高さの差が小さくなるため、ボンディングワイヤの長さを短くできる。その結果、ＩＣドライバ３０からＶＣＳＥＬアレイ素子２０にワイヤボンディングを介して出力される差動高周波信号の品質の劣化が抑制される。

また、平面電極パッド１６のうち、電源用の平面電極パッド１６ａと制御信号用の平面電極パッド１６ｄは、枠部材１２の導波路導入口１５側（コの字の先端側）に配置されている。これによって、差動高周波信号用の平面電極パッド１６ｂから筐体１０内の配線パターンを通してＩＣドライバ３０に到る経路には、差動高周波信号以外の信号用の配線パターンが存在しないこととなる。そのため、差動高周波信号用の配線パターンの取り回しが容易となり、パターン長を短くできるので、差動高周波信号の品質の劣化が抑制される。

つぎに、接着剤等でスペーサ６０を素子実装面１１ａに接着する。ここで、内部空間１４の高さを確保しつつ光モジュール１００の高さを低く（低背化）して小型化するため、および、ＩＣドライバ３０が動作時に発生する熱を外部に効率よく放熱するためには、板部材１１の厚さが薄い方が好ましい。しかし、板部材１１が薄いとＩＣドライバ３０からの熱で反りやたわみ等の変形が生じるおそれがある。これによって、たとえばＶＣＳＥＬアレイ素子２０とマイクロレンズアレイ素子４０との距離が変化し、上記の所定の光学結合の状態が劣化するおそれがある。これに対して、スペーサ６０を金属等の、筐体１０よりも剛性が高い材料で形成すれば、上記の変形は抑制されるので、所定の光学結合の状態の劣化も抑制される。

また、上述したように、枠部材１２は誘電体と銅箔とを交互に積層した構造を有するので、その厚さに製造誤差等による設計値からの誤差が生じやすい。枠部材１２の厚さに誤差があると、内部空間１４の高さにも誤差が生じるため、マイクロレンズアレイ素子４０によって実現される所定の光学結合に誤差が生じることとなる。したがって、あらかじめ厚さが異なるスペーサ６０を用意しておき、あらかじめ測定した枠部材１２の厚さ（内部空間１４の高さ）の誤差に応じて、その誤差を相殺するような厚さのスペーサ６０を選定して用いれば、上記の光学結合の誤差の問題は解消される。

つぎに、レンズアレイ素子ホルダ５０の保持孔５２にマイクロレンズアレイ素子４０を挿入して接着する。つぎに、レンズアレイ素子ホルダ５０をスペーサ６０に載置し、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０とマイクロレンズアレイ素子４０とのアラインメントとを行った後に、レンズアレイ素子ホルダ５０をスペーサ６０に接着する。このとき、レンズアレイ素子ホルダ５０やスペーサ６０とＩＣドライバ３０との隙間を、シリコーン等の熱伝導性の高い樹脂で充填すれば、ＩＣドライバ３０の動作時に発生する熱が樹脂を介してレンズアレイ素子ホルダ５０やスペーサ６０から放熱されるので好ましい。

ＶＣＳＥＬアレイ素子２０とマイクロレンズアレイ素子４０とのアラインメントは、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０を動作させてレーザ光を出力させた状態で、マイクロレンズアレイ素子４０を透過した光の状態の観測によってアラインメントを行うという、いわゆるアクティブアラインメントによって行うことができる。なお、マイクロレンズアレイ素子４０を透過した光の状態の観測は、たとえば顕微鏡を用いて行っても良いし、公知のＭＴコネクタ付の光ファイバアレイのＭＴコネクタをマイクロレンズアレイ素子４０に対向させて、光ファイバアレイから出力されるレーザ光の強度を測定するようにしてもよい。ガイド孔５３は、ガイドピンを介して評価用のＭＴコネクタと嵌合できるように形成されている位置決めするために設けられている。この場合、ＭＴコネクタのガイド孔とレンズアレイ素子ホルダ５０のガイド孔５３とをアラインメントして、これらにガイドピンを挿通するようにすれば、ＭＴコネクタをレンズアレイ素子ホルダ５０と容易に嵌合させることが可能である）。この際にＭＴコネクタの光接続端面へ光が結合されるように有機導波路の光入出端面との間にスペーサを挿入する．これによって、ＭＴコネクタとマイクロレンズアレイ素子４０とを精度良くアラインメントすることができるとともに、光モジュール１００の特性を容易に評価することが可能である。これによって、より位置精度の高いアクティブアラインメントが実現される。

なお、上述したように、レンズアレイ素子ホルダ５０は、枠部材１２に面する側面５４の一部が面取り加工されているので、レンズアレイ素子ホルダ５０をスペーサ６０に接着するための接着剤を流し込みやすく、作業性が高い。

つぎに、光モジュール１００の回路基板への実装方法について説明する。図７は、光モジュールの回路基板への実装方法を説明する図である。図７に示すように、回路基板２００上には有機光導波路２１０が接着により搭載さられている。有機光導波路２１０の一端は楔状の楔部２１１に加工されている。また、回路基板２００上には、光モジュール１００のガイド孔１７の配置に対応させて配置された３個のマーカ２２０が設けられている。

光モジュール１００を回路基板２００に実装する際は、例えば公知のフリップチップボンダを用いて行うことができる。この場合、フリップチップボンダのヘッドで光モジュール１００の裏面１１ｂを吸着して持ち上げ、光モジュール１００を回路基板２００上の所定の位置に移動させて載置し、ヘッドから、筐体１０を介して熱を与えることによって、光モジュール１００の各平面電極パッド１６と回路基板２００上の電極パッドとを半田接合する。これによって、光モジュール１００が実装された回路基板１０００が完成する。

実装の際は、光モジュール１００の基板実装面１２ａを回路基板２００に対向させ、光モジュール１００のガイド孔１７から回路基板２００上のマーカ２２０を観察しながら、ガイド孔１７とマーカ２２０とを合わせるようにアラインメントすることによって、光モジュール１００を正確に回路基板２００の所望の位置に実装することができる。

特に、本実施の形態１では、３個のガイド孔１７と３個のマーカ２２０とでアラインメントを行うので、光モジュール１００の回転方向の位置ズレ、およびそのズレ量の把握およびその補正が容易であるので、光モジュール１００を正確に位置精度良く回路基板２００の所望の位置に実装することが、より容易となる。３個のガイド孔１７と３個のマーカ２２０とは、二等辺三角形を形成するように配置されているが、他の三角形を形成するように配置されていてもよい。

なお、有機光導波路２１０は回路基板２００表面に突出しているが、光モジュール１００を回路基板２００に実装した際には、有機光導波路２１０は、導波路導入口１５から内部空間１４に導入された状態となるので、光モジュール１００とは物理的に干渉しないようにできる。

また、フリップチップボンダを用いて実装を行う際には、ヘッドから与える熱によって、板部材１１と枠部材１２とを接合している高融点半田が溶融しないように、この高融点半田よりも融点が低い低融点半田を用いることが好ましい。低融点半田としては、例えば融点が２２０℃程度のＳｎＡｕＣｕ系半田や、融点が１８３℃程度のＳｎＰｂ系半田や、融点が１３７℃程度のＳｎＢｉ系半田を使用することができる。ただし、枠部材と板部材の接合にＳｎＡｇＣｕを用いた場合でも、溶融後に融点が上昇するため、光モジュール実装時に温度管理を正確に行えばＳｎＡｇＣｕ系半田を使用することも可能である。また、マイクロレンズアレイ素子４０がガラスからなるものであれば、フリップチップボンダによって実装のための加熱を行った場合でも、熱による変形等が起こりにくいので好ましい。また、マイクロレンズアレイ素子４０、レンズアレイ素子ホルダ５０、またはスペーサ６０の接着に使用する接着剤についても、耐熱性が高いエポキシ樹脂等であれば好ましい。

図８は、回路基板上に実装された光モジュールを説明する図である。図８に示すように、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０は、ボンディングワイヤ１０１によってＩＣドライバ３０と電気的に接続している。また、ＩＣドライバ３０は、ボンディングワイヤ１０２によって素子実装面１１ａの電極パッド（不図示）と電気的に接続している。さらに、電極パッドは、電気的経路ＤＬで示すように、素子実装面１１ａに形成された配線パターンから、板部材１１、接合層１３、枠部材１２、各平面電極パッド１６を介して、回路基板２００の配線パターンと電気的に接続している。

光モジュール１００のガイド孔１７と回路基板２００上のマーカ２２０とを合わせるようにアラインメントしたことによって、光モジュールの１００のガイド孔１７にＶＣＳＥＬ素子が位置あわせされており、回路基板２００上のマーカ２２０と有機導波路２１０が位置あわせされているので、マイクロレンズアレイ素子４０と有機光導波路２１０との位置関係が適正になるように実装されている。

有機光導波路２１０は、導波路導入口１５から内部空間１４に導入されているので、光モジュール１００とは物理的に干渉しないようになっている。また、枠部材１２の厚さの適正な設定によって、有機光導波路２１０と、マイクロレンズアレイ素子４０およびレンズアレイ素子ホルダ５０とが物理的に干渉しないようになっている。このとき、内部空間１４にごみ等が入らないように、導波路導入口１５をグリスや樹脂等で塞いでも良い。

光モジュール１００の使用時には、ＩＣドライバ３０は、回路基板２００から平面電極パッド１６を介して電源電圧信号、差動高周波信号、制御信号等を供給される。ＶＣＳＥＬアレイ素子２０は、ＩＣドライバ３０によって駆動され、各ＶＣＳＥＬ素子から、差動高周波信号を含むレーザ光信号Ｌを出力する。マイクロレンズアレイ素子４０の各マイクロレンズは、各ＶＣＳＥＬ素子から出力されたレーザ光信号Ｌを受け付けて、有機光導波路２１０の上方から有機光導波路２１０にレーザ光信号Ｌを集光する。楔部２１１は、集光されたレーザ光信号Ｌを反射して有機光導波路２１０に結合させる。有機光導波路２１０は、レーザ光信号Ｌを、例えば他の回路基板に伝送する。

上述したように、スペーサ６０は、板部材１１の変形の抑制の効果、および枠部材１２の厚さの公差によって生じる、基板実装面１２ａからマイクロレンズアレイ素子４０の集光点までの距離のばらつきを減少する効果を奏するので、レーザ光信号Ｌの有機光導波路２１０への好適な結合が実現される。

ここで、回路基板２００には、光モジュール１００と略同様の構成であるが、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０の代わりに受光素子であるフォトダイオードアレイ素子が実装され、かつＩＣドライバ３０の代わりにトランスインピーダンスアンプやリミッティングアンプ等が実装された受信用光モジュールが実装されている。この受信用光モジュールは、他の回路基板から、他の有機光導波路を伝送してきたレーザ光信号を受光することができる。これによって、ボード間での光インターコネクションが実現される。

以上説明したように、本実施の形態１に係る光モジュール１００によれば、光モジュール１００を正確に位置精度良く回路基板２００の所望の位置に実装することが、より容易となる。これによって、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０と有機光導波路２１０との光軸をより正確且つ容易に一致させることができるので、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０が出力するレーザ光信号Ｌと有機光導波路２１０との好適な光学結合が、より容易に実現される。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係る光モジュールの模式的な断面図である。図９に示すように、本実施の形態２に係る光モジュール１００Ａは、実施の形態１に係る光モジュール１００において、筐体１０を筐体１０Ａに置き換えた構成を有する点が、光モジュール１００とは異なる。筐体１０Ａは、筐体１０において、板部材１１を板部材１１Ａに置き換えた構成を有する点が、筐体１０とは異なる。

板部材１１Ａは、板部材１１において、ＩＣドライバ３０の裏面側の凹部１１ａｂの底面から貫通するように、複数の棒状の放熱部材７１が埋設された構成を有する。放熱部材７１は熱伝導率が高い材質からなり、たとえば銅やアルミニウムからなることが好ましい。また、板部材１１Ａの裏面１１ｂには放熱部材７１に接するようにヒートシンク７２が設けられている。ヒートシンク７２も熱伝導率が高い材質からなり、たとえば銅やアルミニウムからなることが好ましい。

この光モジュール１００Ａでは、放熱部材７１とヒートシンク７２とによって、ＩＣドライバ３０の動作時に発生する熱が放熱されるのでさらに好ましい。なお、板部材１１Ａに放熱部材７１を埋設する代わりにビアホールを形成し、ビアホールに熱伝導率の高い放熱部材７１を埋設する。

光モジュールの実装方法の別の実施例として、半田を用いて実装する場合について説明する。

一般的には、光モジュール１００の平面電極パット１６がある面（基板実装面１２ａ）について、平面電極パット１６上に半田ボールが、光モジュール１００を作製するする最初の段階で載っている/あるいは光モジュール１００を作製した後に載せた、ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）状の光モジュール１００とし、その半田を溶かして回路基板（Ｏｐｔｏ−基板）上にその光モジュール１００を実装する。

しかし、本実施例では、光モジュール１００の平面電極面パット１６は図のようにＬＧＡ（ランド・グリッド・アレイ）状とし、半田ボールを使用しない方法にて半田実装をおこなった。

具体的には、電気的接続を行う所定箇所に穴が空いている約１０μｍの厚さのマスク板をＯｐｔｏ−基板に置き、その上から半田クリームを塗布し、ヘラのようなものでならして前記の穴に半田クリームを入れるとともに、前記マスク板厚より厚い余分な半田クリームを取除き、電気的接続をおこなう所定箇所に約１００μｍの厚さの半田クリーム層を形成する。

その後、光モジュール１００とＯｐｔｏ−基板の位置を合わせ、半田を溶かして実装する。この実装は、フリップチップボンダで実装する方法や、リフロー炉を通すリフロー実装の方法などがある。
その後、一般的なアンダーフィル材にて実装面の隙間を埋める。

なお、前記の電気的接続をおこなう所定箇所に形成する約１００μｍの厚さの半田クリーム層は、光モジュール側に形成してもよい。

また、半田ボールを使用しない方法にて半田実装を行った物（光モジュールを実装したＯｐｔｏ−基板）の信頼性に問題がないことを確認した。

上記実装方法を用いた場合、ＢＧＡに比べて半田層を薄くすることが可能なので、枠部材と回路基板の距離のばらつきを小さくすることが可能であり、結果として、光モジュールから出力される光を安定して有機導波路へ結合させることが可能になる。

（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３に係る光モジュールの模式的な平面図である。図１０に示すように、本実施の形態３に係る光モジュール１００Ｂは、実施の形態１に係る光モジュール１００において、３個のガイド孔１７のそれぞれに光学部材１８を設けたものである。各光学部材１８はたとえば光学窓やレンズである。各光学部材１８は各ガイド孔１７の内部に埋め込まれていても良いし、各ガイド孔１７を覆うように設けられていても良い。

特に、光学部材１８がレンズである場合は、以下の効果がある。すなわち、光モジュール１００が回路基板に対して傾斜している場合、各レンズと回路基板上の各マーカとの距離が異なることとなるので、ガイド孔１７からレンズを通して回路基板上のマーカを観察した場合、同じ大きさで形成されたマーカがそれぞれ違った大きさに見える。したがって、光モジュール１００のあおり方向のズレを容易に把握できるとともに、各マーカが同じ大きさに見えるように光モジュール１００の傾きを調整して実装すれば、より正確に光モジュール１００を実装できる。

なお、各実施の形態においては、図１０に示すように、ガイド孔１７が形成する二等辺三角形の一つの辺Ｓと、マイクロレンズアレイ素子４０およびその下に位置するＶＣＳＥＬアレイ素子２０の単位素子（ＶＣＳＥＬ素子またはマイクロレンズ）の配列方向Ｄとが略平行である。このように、辺Ｓの方向を目安として、これと配列方向Ｄとが略平行になるように、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０およびマイクロレンズアレイ素子４０を実装すれば、より実装精度が向上し、特に各単位素子毎の光学結合の状態のばらつきが抑制されるので好ましい。

なお、本実施の形態３では、光学部材１８は、３個のガイド孔１７のそれぞれに設けられているが、３個のガイド孔１７の少なくとも１つに設けられていてもよい。

（マーカの他の実施の形態）
つぎに、回路基板上に形成されたマーカの他の実施の形態について説明する。図１１は、回路基板上に形成されたマーカの他の実施の形態を示す図である。図１１に示す実施の形態では、回路基板２００Ａ上に、大きさが異なる３つの三角形を同心状に配置して形成された３つのマーカ２２０Ａが形成されている。各マーカ２２０Ａの頂点の一つは３つのマーカ２２０Ａの重心の方向を向いている。

図１２は、図１１に示すマーカによる位置合わせを説明する図である。符号Ｖはガイド孔１７を通して回路基板２００Ａを見た視野の範囲を示している。上記各実施の形態に係る光モジュール１００、１００Ａ、または１００Ｂを回路基板２００Ａに実装する場合には、以下のようにする。すなわち、ガイド孔１７からの視野Ｖに現れるマーカ２２０Ａの形状や向きをもとに、回転方向Ａｒ１のズレや面方向Ａｒ２のズレを調整し、視野Ｖに現れるマーカ２２０Ａの様子が等しくなるようにすることによって、光モジュール１００等と回路基板２００Ａとのアラインメントを行うことができる。これによって、より位置精度の良い実装が実現される。なお、図１１、１２では、各マーカ２２０Ａの頂点の一つが３つのマーカ２２０Ａの重心の方向を向いているが、各マーカ２２０Ａの辺の一つが３つのマーカ２２０Ａの重心の方向を向くようにしてもよい。

図１３は、回路基板上に形成されたマーカのさらに他の実施の形態を示す図である。図１３（ａ）は、単一の三角形または円からなるマーカである。図１３（ｂ）は、大きさが異なる３つの三角形または円を同心状に配置して形成されたマーカである。図１３（ｃ）は、大きさが異なる３つの三角形または円を同心状の位置から所定の方向に偏心するように配置して形成されたマーカである。図１３（ｄ）は、大きさが異なる４つの三角形または円を同心状に配置して形成されたマーカである。このように、複数配置される三角形はたは円の数は特に限定されない。なお、図１３（ｄ）の各マーカにおいて、三角形または円の間隔は、ガイド孔を通して見た視野Ｖの広さよりも狭くなっている。これによって、複数の三角形または円を同時に観察することができるので、光モジュールと回路基板との位置ズレの方向がより把握しやすくなるため、よりアラインメントが容易となる。

図１４は、図１３に示すマーカの配置の一例を示す図である。図１４では、図１３（ｂ）に示した、偏心した３つの円から構成されたマーカ２２０Ｂは、その偏心の方向が３つのマーカ２２０Ｂの重心Ｇに向いている。これによって、光モジュールと回路基板との位置ズレの方向がより把握しやすくなるため、よりアラインメントが容易となる。

なお、上記実施の形態では、マーカは円または三角形からなるが、十字や多角形などの他の幾何学図形からなるものでもよい。また、ガイド孔とマーカとの形状を一致させてもよい。また、大きさが異なる複数の幾何学図形を配置してマーカを形成する場合には、いずれか一つの光学窓にバーニヤ目盛を形成することで、両者の相対的な位置ずれ量を正確に把握することが出来、結果として精密なアラインメントが可能となる。

また、上記実施の形態では、光モジュールの筐体は導波路導入口を有するが、光導波路が表面に突出していないような回路基板に実装する場合には、導波路導入口を有しない筐体でもよい。すなわち、たとえば枠部材はロの字状などでもよい。コの字状の場合はＬＧＡの配置可能な面積を大きく取れるので好ましい。

また、回路基板上に設けられている光導波路は、基板表面に突出しているものとしては、有機光導波路に限らず、たとえばシリコン細線導波路等のリッジ型の光導波路や、光ファイバシート、ＰＬＣチップなどの光導波路でもよい。

また、光モジュールの回路基板への実装方法は、フリップチップボンディングに限らず、たとえばリフローや半田スタッドの圧接によって行っても良い。

また、フリップチップボンダにＣＣＤカメラ等を搭載させ、カメラに撮影されたガイド孔から見えるマーカの形状を予めメモリに記録された様々な位置関係のパターンと比較し、実装位置を修正させることによって実装作業を自動化することができ生産性が向上する。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、例えば各実施の形態に係る光モジュール上に、さらに他の素子や他の素子が搭載された基板を１層または多層に積層実装してもよい。この積層実装は例えばＰＯＰ実装によって実現される。この場合も、筐体を貫通するように設けられたガイド孔によって、当該他の素子や他の基板を位置精度良く実装することができる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０、１０Ａ 筐体
１１、１１Ａ 板部材
１１ａ 素子実装面
１１ａａ、２２０、２２０Ａ、２２０Ｂ マーカ
１１ａｂ 凹部
１１ｂ 裏面
１２ 枠部材
１２ａ 基板実装面
１３ 接合層
１４ 内部空間
１４ａ 開口
１５ 導波路導入口
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 平面電極パッド
１７、５３ ガイド孔
１８ 光学部材
２０ ＶＣＳＥＬアレイ素子
３０ ＩＣドライバ
４０ マイクロレンズアレイ素子
５０ レンズアレイ素子ホルダ
５１ 主表面
５２ 保持孔
５４ 側面
６０ スペーサ
７１ 放熱部材
７２ ヒートシンク
１００、１００Ａ 光モジュール
１０１、１０２ ボンディングワイヤ
２００、２００Ａ、１０００ 回路基板
２１０ 有機光導波路
２１１ 楔部
Ａｒ１ 回転方向
Ａｒ２ 面方向
Ｄ 配列方向
ＤＬ 電気的経路
Ｇ 重心
Ｌ レーザ光信号
Ｓ 辺
Ｖ 視野

Claims (16)

1. 基板実装面に開口を有する内部空間と、前記内部空間の内表面の一部を構成する素子実装面とを有する筐体と、
   前記素子実装面に実装された光学素子と、
   を備え、前記筐体は、前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように形成された、回路基板に実装する際の位置合わせを行うための３つのガイド孔を有することを特徴とする光モジュール。
2. 前記光学素子は、アレイ素子であり、前記３つのガイド孔が形成する三角形の一辺と前記アレイ素子の配列方向とが略平行になるように配置さ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. 前記ガイド孔の少なくとも一つに光学窓が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
4. 前記ガイド孔の少なくとも一つにレンズが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
5. 前記筐体は、前記基板実装面と交差している側面側に形成され、前記開口および前記内部空間に繋がる導波路導入口を有し、
   前記基板実装面において前記回路基板に実装された場合に、前記回路基板の表面に突出する光導波路が前記導波路導入口から前記内部空間に導入されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光モジュール。
6. 前記基板実装面において実装された、請求項１〜４のいずれか一つに記載の光モジュールと、
   前記光モジュールを実装する面において、前記３つのガイド孔の配置に対応させて配置された３つのマーカと、
   を備えることを特徴とする回路基板。
7. 基板表面に突出する光導波路と、
   前記光導波路が前記導波路導入口から前記内部空間に導入されるように、前記基板実装面において実装された、請求項５に記載の光モジュールと、
   前記光モジュールを実装する面において、前記３つのガイド孔の配置に対応させて配置された３つのマーカと、
   を備えることを特徴とする回路基板。
8. 前記３つのマーカは幾何学図形からなることを特徴とする請求項６または７に記載の回路基板。
9. 前記３つのマーカの少なくとも一つは、大きさが異なる複数の幾何学図形を同心状に配置して形成されたものであることを特徴とする請求項８に記載の回路基板。
10. 前記３つのマーカの少なくとも一つは、複数の幾何学図形を同心状の位置から所定の方向に偏心するように配置して形成されたものであることを特徴とする請求項８に記載の回路基板。
11. 前記偏心の方向は前記３つのマーカの重心に向いていることを特徴とする請求項１０に記載の回路基板。
12. 前記複数の幾何学図形の間隔は、前記ガイド孔を通して見た視野の広さよりも狭いことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一つに記載の回路基板。
13. 基板実装面に開口を有する筐体の内部空間に光学素子が実装された光モジュールの前記基板実装面を回路基板に対向させ、
    前記基板実装面の裏側の面から該基板実装面へ貫通するように前記筐体に形成された３つのガイド孔から、前記３つのガイド孔の配置に対応させて前記回路基板上に配置された３つのマーカを観察しながら、前記３つのガイド孔と前記３つのマーカとを位置合わせすることによって、前記光モジュールと前記回路基板とを位置合わせし、
    前記位置合わせをした前記光モジュールを前記回路基板に実装する、
    ことを含むことを特徴とする光モジュールの実装方法。
14. 前記実装方法が自動で行われることを特徴とする請求項１３に記載の光モジュールの実装方法。
15. 基板上へ部品を搭載する方法であって、前記基板上には少なくとも３点のマーカがあり、前記部品には前記少なくとも３点のマーカに対応し、前記部品を貫通した少なくとも３点のスルーホールが設けられ、
    前記少なくとも３点のスルーホールから観察した前記少なくとも３点のマーカの形状あるいは配置を基に前記部品の配置を決定することを特徴とする実装方法。
16. 前記実装方法が自動で行われることを特徴とする請求項１５に記載の実装方法。

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