JP2015065255A - 光電融合モジュール - Google Patents
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Description
(構成の説明)
図1は、本発明の第1実施形態である光電融合モジュールの構造図である。
光電融合モジュール10Aは、電気集積回路基板11と、光集積回路基板13と、電気集積回路基板11の背面に密接配置されているヒートシンク16と、光集積回路基板13の裏面に密接配置されているヒートシンク17と、電気信号入出力部20と、レンズ22と、ヒートシンク16を固定する上ケース18と、ヒートシンク17を固定する下ケース19とを備え、上ケース18、及び下ケース19がケースとしての固定部材26で固定される。
光集積回路基板13の表面に作製される光回路(光導波路やLD,PD)14は、温度依存性が大きく、特に、LDは温度上昇によって特性が劣化する。一方、電気集積回路基板11に作製される電気回路(特に、LDD)12は発熱が大きい。
本実施形態の光電融合モジュール10Aによれば、光集積回路基板13と電気集積回路基板11とが互いに対向しているので、実装面積をほぼ半減することができる。また、それぞれの集積回路基板11,13の基板サイズが小さくなるため、チップサイズ増大によるプロセス歩留まりの低下を低減することができる。
(構成の説明)
図2は、本発明の第2実施形態である光電融合モジュールの構造図である。
光電融合モジュール10Bは、基本構成については図1に示す光電融合モジュール10Aと同様であるが、接続媒体15、及び封止樹脂23の代わりに、図3に示すような異方性導電シート24を設けている点で相違する。つまり、光電融合モジュール10Bは、異方性導電シート24を介して、電気集積回路基板11と光集積回路基板13とを対向配置している。これにより、光電融合モジュール10Bは、電気集積回路基板11と光集積回路基板13とを接続媒体15(図1)で接続したり、封止樹脂23(図1)で封止したりする必要がない。
図3(a)のように、異方性導電シート24は、複数の金属細線(金属線)がシリコーンゴムシートに一定間隔、且つ高密度(約0.1mm間隔)で二次元的に配列した圧接型コネクタである。異方性導電シート24は、金めっきされた金属細線がシリコーンゴムシートの表面(両面)から突出しているので、低荷重で良好なコンタクト性を有している。つまり、異方性とは、シートの厚さ方向に導電性を有し、隣接する金属細線間では導電性を有していないことをいう。
以上説明したように、第2実施形態の光電融合モジュール10Bによれば、第1実施形態の効果に加え以下の効果が期待できる。
電気集積回路基板11と光集積回路基板13との間に、接続媒体15(図1)を形成する必要がなく、組立・部材コストの低減を図ることができる。異方性導電シート24は、シリコーンゴム等の柔らかい素材で作られているので、基板を重ねモジュール封止する際の高さ調整の自由度が増す(工程の簡素化が図れる)。
(構成の説明)
図4は、本発明の第3実施形態である光電融合モジュールの構造図である。
光電融合モジュール10Cは、基本構成が図1と同様であるが、インターポーザ基板25を電気集積回路基板11と光集積回路基板13との間に介挿し、それぞれの基板は、インターポーザ基板25に対し接続媒体15を用いて接続され、封止樹脂23により封止されている。インターポーザ基板25は、挿入効果を得るためには少なくとも比誘電率が3.5以下とすることが望ましい。特に、扱う周波数帯域がミリ波帯のような場合は、2.5以下のシリコン基板を使うものとする。これにより、電気回路12に集積されているチップ間の配線長や配線幅を小さくすることができ、チップ間の配線の寄生容量や配線長のバラつきなどを減らすことができる。
光電融合モジュール10Cは、第1実施形態の光電融合モジュール10Aと同様の動作をするが、電気的接続はインターポーザ基板25に形成したビアホールを用いている。このとき、それぞれの基板の電気接続点に対し、直接ビアホールを介して接続してもよいし、インターポーザ基板25に配線パターンを形成して接続することも可能である。
以上説明した通り、光電融合モジュール10Cによれば、第1実施形態に加え以下の効果を奏する。
光電融合モジュール10Cは、熱源(電気回路12のLDD)が光回路14から離れるため、熱分離の効果が向上する。また、インターポーザ基板25は、電気接続部の端子間間隔を表裏異ならせて端子間間隔を拡げることができるので、光回路14の発光素子や受光素子の電極との接続を簡便にすることができる。また、60GHzのような高周波数帯域の信号を用いる場合、周辺の寄生容量が問題になるが、光電融合モジュール10Cは、低誘電率材(例えば、シリコン)のインターポーザ基板25を使用することにより応答特性が向上する。
図5は、第1比較例の光電融合モジュールの構成図である。
光電融合モジュール10Dは、一芯双方向通信モジュールであり、Si基板3と、Si基板3の表面に形成された光回路1、及び電気回路2とを備え、電気回路2は、受光素子としてのフォトダイオード2aと発光素子としてのレーザダイオード2bとトランスインピーダンスアンプ2cとモニタ用フォトダイオード2dとを備え、光回路1は、スポットサイズ変換器1bと波長合分波器1aとが形成されている。なお、第1比較例として説明する一芯双方向通信モジュールは、第1実施形態乃至第3実施形態の光回路14として使用できる。
モニタ用フォトダイオード2cは、レーザダイオード2bの光出力をモニタして帰還制御するためのものであり、レーザダイオード2bと近接配置されている。
図6は、第2比較例の光電融合モジュールの断面図である。
光電融合モジュール10Eは、電気回路基板31と光回路基板32とが、空隙部30を介して対向配置された光電融合回路基板であり、電気回路基板31は、多層基板(5層基板)であり、各層のパターンが複数のビア41,42,43,44,45で接続されている。
電気回路基板31は、その両側面に素子又は部品33(33a,33b,33c)が搭載されており、空隙部30を介して、光回路基板32と対向している。光回路基板32には、その電気回路基板31側の面に素子又は部品35(例えば、発光素子や受光素子)が搭載されている。
素子又は部品35(例えば、LD)は、素子又は部品33c(例えば、LDD)に近接配置されているので、素子又は部品33cと接続媒体34bとは近接配置されている。しかしながら、接続媒体34a,34dは、素子又は部品33cと離間しているだけでなく、他の層から接続されている。なお、接続媒体34cと接続媒体34bとの間は絶縁されているので、接続媒体34cも他の層から接続されている。
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
(1)前記実施形態は、光集積回路基板13を用いて電気信号入出力部20に接続したが、電気集積回路基板11を用いて電気信号入出力部20に接続することもできる。
(2)第1実施形態乃至第3実施形態では、光集積回路基板13と電気集積回路基板11とについて説明したが、電気集積回路基板11と電気集積回路基板11との間や、光集積回路基板13と光集積回路基板13との間でも用いることができる。
(3)第1実施形態、乃至第3実施形態では,金属ケースに入れて使用すること前提に説明したがTCP(Tape Carrier Package)のようなフレキ材や他の材料を用いることもできる。
(4)第1実施形態、及び第3実施形態では、封止樹脂23を用いてチップを固定したが、接続媒体15のみでも固定可能である。
(5)第1実施形態、乃至第3実施形態では,電気回路基板の回路形成面に直接電気的接続して説明したが、WL−CSP(Wafer Level Chip Size Package)のような形状の部品を搭載することも可能である。
(6)第3実施形態では、インターポーザ基板25のみを挿入したが、異方性導電シート24を組み合わせて、挿入することも可能である。
(7)第3実施形態では、電気接続だけのインターポーザ基板25について説明したが、部品内蔵基板を用いることも可能である。
1a 波長合分波器
1b スポットサイズ変換器
2 電気回路
2a フォトダイオード
2b レーザダイオード
2c トランスインピーダンスアンプ
2d モニタ用フォトダイオード
3 Si基板
10,10A,10B,10C,10D,10E 光電融合モジュール
12 電気回路
13 光集積回路基板
14 光回路
15 接続媒体
16,17 ヒートシンク
18 上ケース
19 下ケース
20 電気信号入出力部
22 レンズ
23 封止樹脂
24 異方性導電シート
25 インターポーザ基板
26 固定部材
30 空隙部
31 電気回路基板
32 光回路基板
33,35 素子又は部品
34 接続媒体
41,42,43,44,45 ビア
Claims (4)
- 発光素子を含めて搭載した光集積回路基板と、該発光素子を駆動する駆動回路、及び制御回路を集積した電気集積回路基板とを備えた光電融合モジュールであって、
前記光集積回路基板と前記電気集積回路基板とを互いに対向させ、前記発光素子と前記駆動回路とが対向配置していることを特徴とする光電融合モジュール。 - 請求項1に記載の光電融合モジュールであって、
前記光集積回路基板と前記電気集積回路基板との間に、金属線が厚さ方向に複数配列された異方性導電シートが介挿され、
前記発光素子の電極と前記駆動回路の電極とは、何れか複数の前記金属線を介して接続されていることを特徴とする光電融合モジュール。 - 請求項1に記載の光電融合モジュールであって、
前記光集積回路基板と前記電気集積回路基板との間に、互いに電気的に接続された端子対が複数形成されたインターポーザ基板が介挿され、
前記発光素子の電極と前記駆動回路の電極とは、前記端子対を介して接続されていることを特徴とする光電融合モジュール。 - 請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の光電融合モジュールであって、
前記電気集積回路基板の背面には、ヒートシンクが設けられている
ことを特徴とする光電融合モジュール。
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