JP2017049435A - Method for mounting optoelectronic integrated circuit and optoelectronic integrated circuit package - Google Patents

Method for mounting optoelectronic integrated circuit and optoelectronic integrated circuit package Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for mounting an optoelectronic integrated circuit capable of achieving light irradiation from a rear surface to a light-receiving element on the optoelectronic integrated circuit by simple alignment adjustment using a low-cost and small member.SOLUTION: An optoelectronic integrated circuit package 1 comprises an optical fiber array 4, a V-groove fiber block 6 attached to an end part on an emission side of the optical fiber array 4 so that an emission end part of the optical fiber array 4 is exposed to an end surface of the block, and the optoelectronic integrated circuit 2 fixed onto the V-groove fiber block 6. The optoelectronic integrated circuit 2 is mounted on the V-groove fiber block 6 so that a rear surface of the optoelectronic integrated circuit 2 in which a light-emitting element is formed on the surface thereof faces the end surface of the V-groove fiber block 6. The position of the optoelectronic integrated circuit 2 on the V-groove fiber block 6 is adjusted so that the incident position of light from the optical fiber array 4 to the optoelectronic integrated circuit 2 matches the position of the light-receiving element of the optoelectronic integrated circuit 2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光電子集積回路の表面に形成された受光素子への光照射を実現する光電子集積回路の実装方法に関するものである。   The present invention relates to a method for mounting an optoelectronic integrated circuit that realizes light irradiation to a light receiving element formed on the surface of the optoelectronic integrated circuit.

現在のデータセンタでは、数十〜数百万台のサーバが、多数のL2スイッチ(layer 2 switch)、L3スイッチ(layer 3 switch)やルータにより構成された階層構造のファットツリー型ネットワークにより接続されている。そのため、大規模化に伴い、電気スイッチやルータを経由したデータ転送の大きな遅延および遅延変動、膨大な消費電力や拡張性などが大きな問題となっており、光パケット交換などの光技術を導入したフラットなデータセンタ網の研究が活発に行われている。   In the current data center, dozens to millions of servers are connected by a fat tree type network having a hierarchical structure composed of a large number of L2 switches (layer 2 switches), L3 switches (layer 3 switches) and routers. ing. For this reason, with the increase in scale, large delays and fluctuations in data transfer via electrical switches and routers, enormous power consumption and scalability, etc. have become major problems, and optical technologies such as optical packet switching have been introduced. Research on flat data center networks is actively underway.

図3(A)に現在研究が進められているトーラス型構造を用いたデータセンタネットワークの構成を示し、図3(B)にデータセンタネットワークのノードに配置された光電子融合型光パケットルータの構成を示す。数十台のサーバ11は、一つのラック12に収納され、その上に置かれたToR(Top of Rack)スイッチ13に接続される。ToRスイッチ13には、多数の光電子融合型光パケットルータ14が接続されている。1つの光パケットルータ14には、複数のToRスイッチ13が接続されると共に、他の複数の光パケットルータ14が光ファイバ16を介して接続されている。そして、全ての光パケットルータ14は、ネットワークコントローラ15に接続されて当該ネットワークコントローラ15により制御される。   FIG. 3A shows a configuration of a data center network using a torus type structure that is currently being studied, and FIG. 3B shows a configuration of an optoelectronic type optical packet router arranged at a node of the data center network. Indicates. Dozens of servers 11 are housed in one rack 12 and connected to a ToR (Top of Rack) switch 13 placed thereon. The ToR switch 13 is connected with a large number of optoelectronic optical packet routers 14. A plurality of ToR switches 13 are connected to one optical packet router 14 and a plurality of other optical packet routers 14 are connected via an optical fiber 16. All the optical packet routers 14 are connected to the network controller 15 and controlled by the network controller 15.

送信元のサーバ11に接続されたToRスイッチ13から出力された10GbEthernet(登録商標)のデータは、このToRスイッチ13に接続された送信側の光パケットルータ14内の共有バッファ40に送り込まれ、このデータのIP(Internet Protocol)ヘッダーおよびMAC(Media Access Control)ヘッダーを基に光パケット交換専用の固定長光ラベルをパケット先頭に挿入され、バーストモードの100Gbps光パケットとしてネットワーク内に送り出される。   The 10 Gb Ethernet (registered trademark) data output from the ToR switch 13 connected to the transmission source server 11 is sent to the shared buffer 40 in the transmission side optical packet router 14 connected to the ToR switch 13. Based on the IP (Internet Protocol) header and MAC (Media Access Control) header of the data, a fixed-length optical label dedicated to optical packet switching is inserted at the head of the packet and sent out as a 100 Gbps optical packet in burst mode.

宛先側のサーバ11にToRスイッチ13を介して接続された宛先側の光パケットルータ14と、送信側の光パケットルータ14との間には、中継の光パケットルータ14が存在する。この中継光パケットルータ14の光ラベル処理器41は、受信した100Gbps光パケットの光ラベルに含まれた宛先情報を読み取り、高速な空間光スイッチ42を制御して出力ポートを切り替える。図3(B)の43は、2つの光パケットが衝突した際に一方の光パケットを一時的に退避させるために用いられる光ファイバ遅延線(Fiber Delay Line:FDL)である。   A relay optical packet router 14 exists between the destination optical packet router 14 connected to the destination server 11 via the ToR switch 13 and the transmission side optical packet router 14. The optical label processor 41 of the relay optical packet router 14 reads the destination information included in the optical label of the received 100 Gbps optical packet, and controls the high-speed space optical switch 42 to switch the output port. Reference numeral 43 in FIG. 3B denotes an optical fiber delay line (FDL) used to temporarily save one optical packet when two optical packets collide.

宛先側の光パケットルータ14の光ラベル処理器41は、100Gbps光パケットを受信すると、この光パケットから光ラベルを削除して、再び通常の10GbEthernet信号に変換し、この10GbEthernet信号を宛先側のサーバ11と接続されたToRスイッチ13に送り出す。   When receiving the 100 Gbps optical packet, the optical label processor 41 of the optical packet router 14 on the destination side deletes the optical label from the optical packet, converts it again into a normal 10 Gb Ethernet signal, and converts this 10 Gb Ethernet signal to the server on the destination side. 11 is sent to the ToR switch 13 connected to the terminal 11.

このように光パケット交換ネットワークでは、バーストモードの入力光パケットのラベル情報の高速な読み取りや、バッファでの受信が不可欠である。そのためには、高速なパケット信号を低速、すなわちCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路で処理が可能な速度のパラレル信号に変換する必要がある。バーストモードにおいて、そのようなパラレル変換を実現するキーデバイスとして、超高速低消費電力な光電子集積回路(Opto-Electronic Integrated Circuit:OEIC)を用いたシリアル−パラレル変換器の研究が進められている。   As described above, in an optical packet switching network, it is indispensable to read the label information of the input optical packet in the burst mode at high speed and to receive the information in the buffer. For this purpose, it is necessary to convert a high-speed packet signal into a low-speed parallel signal that can be processed by a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) circuit. As a key device for realizing such parallel conversion in the burst mode, research on a serial-parallel converter using an opto-electronic integrated circuit (OEIC) with ultra-high speed and low power consumption is in progress.

次に、光ラベル処理器41の構成例を図4に示す。光ラベル処理器41は、光トリガパルス発生器410と、シリアル−パラレル変換器411と、高速受光素子412と、CMOSプロセッサー413とを有する。
入力光パケットの一部は、光トリガパルス発生器410に入力される。光トリガパルス発生器410は、光パケットから先頭の光パルスのみを抽出する。
Next, a configuration example of the optical label processor 41 is shown in FIG. The optical label processor 41 includes an optical trigger pulse generator 410, a serial-parallel converter 411, a high-speed light receiving element 412, and a CMOS processor 413.
A part of the input optical packet is input to the optical trigger pulse generator 410. The optical trigger pulse generator 410 extracts only the first optical pulse from the optical packet.

光トリガパルス発生器410によって抽出された光トリガパルスは光ラベルのビット数、例えば16に分岐され、分岐された16の光トリガパルスがτ(入力光パケットのビット間隔)の時間だけ順番にずれるように時間差を与えられ、シリアル−パラレル変換器411に照射される。このシリアル−パラレル変換器411は、HEMT(High Electron Mobility Transistor)とMSM−PD(Metal-Semiconductor-Metal Photo Detector)をモノリシックに集積したOEICである。   The optical trigger pulse extracted by the optical trigger pulse generator 410 is branched into the number of bits of the optical label, for example, 16 and the 16 branched optical trigger pulses are shifted in order by the time of τ (bit interval of input optical packet). Thus, the time difference is given and the serial-parallel converter 411 is irradiated. The serial-parallel converter 411 is an OEIC in which HEMT (High Electron Mobility Transistor) and MSM-PD (Metal-Semiconductor-Metal Photo Detector) are monolithically integrated.

高速受光素子412は、入力光パケットを電気信号に変換する。シリアル−パラレル変換器411は、高速受光素子412によって変換されたパケット信号が入力され、光トリガパルスがタイミングを合わせて照射されることにより、パケット信号からラベル情報のみを抽出して、低速なパラレル信号として出力するようになっている。よって、CMOSプロセッサー413は、このパラレル信号を取り込むことによって、すぐにラベル情報を認識することが可能となる。   The high-speed light receiving element 412 converts the input optical packet into an electrical signal. The serial-parallel converter 411 receives the packet signal converted by the high-speed light-receiving element 412 and irradiates the optical trigger pulse in time, thereby extracting only the label information from the packet signal and performing low-speed parallel processing. It is designed to output as a signal. Therefore, the CMOS processor 413 can recognize the label information immediately by taking in the parallel signal.

このように、OEICは、光トリガパルスを照射することによって、極めて高速かつ低消費電力に、様々な機能を実現することが可能である。しかし、前記光ラベル処理器の例では、図5(A)、図5(B)に示すように、光トリガパルスを受光面積の小さなMSM−PDに照射するための大掛かりな光ヘッドが必要となる。図5(A)はOEIC上に配置された光ヘッドの平面図、図5(B)は光ヘッドの断面図である。   As described above, the OEIC can realize various functions at an extremely high speed and with low power consumption by irradiating the optical trigger pulse. However, in the example of the optical label processor, as shown in FIGS. 5A and 5B, a large optical head for irradiating the MSM-PD having a small light receiving area with the optical trigger pulse is required. Become. FIG. 5A is a plan view of the optical head arranged on the OEIC, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the optical head.

光トリガパルス発生器410によって抽出された光トリガパルスは、ファイバアレイ414によって光ヘッド415へ導かれる。ファイバアレイ414は、複数本の光ファイバ芯線を束ねて1列に配置したものである。この複数本の光ファイバ芯線の長さを変えることにより、前述のように分岐された複数の光トリガパルスがτの時間だけ順番にずれるように時間差を与えられる。ファイバアレイ414の250μmピッチで並んだ光ファイバ芯線は、光ヘッド415内のV溝ファイバブロック416によって固定される。   The optical trigger pulse extracted by the optical trigger pulse generator 410 is guided to the optical head 415 by the fiber array 414. The fiber array 414 is formed by bundling a plurality of optical fiber core wires and arranging them in one row. By changing the lengths of the plurality of optical fiber core wires, a time difference is given so that the plurality of optical trigger pulses branched as described above are sequentially shifted by the time τ. The optical fiber core wires arranged at a pitch of 250 μm of the fiber array 414 are fixed by a V-groove fiber block 416 in the optical head 415.

ファイバアレイ414の端部から出射した光パルスは、光ヘッド415内の45度ミラー417で90度曲げられ、マイクロレンズアレイ419,420によってOEIC421上のMSM−PDに照射される(非特許文献1参照)。図6(A)はOEIC421に形成されたMSM−PD422の平面図、図6(B)は図6(A)のI−I線断面図、図7はOEIC421上に配置された光ヘッド415を撮影した写真である。423はOEIC421が形成されるInP基板、424はMSM−PD422の光吸収層、425はMSM−PD422の+(プラス)電極、426はMSM−PD422の−(マイナス)電極である。   The light pulse emitted from the end of the fiber array 414 is bent 90 degrees by a 45-degree mirror 417 in the optical head 415 and irradiated to the MSM-PD on the OEIC 421 by the microlens arrays 419 and 420 (Non-Patent Document 1). reference). 6A is a plan view of the MSM-PD 422 formed on the OEIC 421, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 6A, and FIG. 7 shows the optical head 415 disposed on the OEIC 421. It is a photograph taken. 423 is an InP substrate on which the OEIC 421 is formed, 424 is a light absorption layer of the MSM-PD 422, 425 is a + (plus) electrode of the MSM-PD 422, and 426 is a-(minus) electrode of the MSM-PD 422.

以上のような光ヘッド415は、コストが掛かる上、MSM−PD422に光トリガパルスを正確に照射するためのアライメント調整が非常に困難である。さらに、図6(A)、図6(B)に示したようにMSM−PD422の表側から光を照射すると、電極425,426の表面で光の一部が反射され、光吸収層424に照射された光も一部は吸収されることなく光吸収層424を通過するため、MSM−PD422の光電変換効率が劣化することとなる。   The optical head 415 as described above is costly and alignment adjustment for accurately irradiating the MSM-PD 422 with the optical trigger pulse is very difficult. Further, as shown in FIGS. 6A and 6B, when light is irradiated from the front side of the MSM-PD 422, part of the light is reflected on the surfaces of the electrodes 425 and 426 and irradiated to the light absorption layer 424. Part of the emitted light also passes through the light absorption layer 424 without being absorbed, so that the photoelectric conversion efficiency of the MSM-PD 422 deteriorates.

MSM−PD422の光電変換効率を向上させるためには、MSM−PD422の裏側(InP基板423側)から光を照射することが一般的に考えられる。この場合、照射された光は全て光吸収層424へ到達することができ、さらに光吸収層424を通過した一部の光は、電極425,426で反射し、再度光吸収層424へ送られるため、光電変換効率は大幅に向上する。しかし、MSM−PD422の裏側から光を照射するには、OEICチップを上下反転させて、パッケージ内の内装基板上へOEICチップをフリップチップ実装することが必要となり、実装工程がさらに複雑化することとなる。   In order to improve the photoelectric conversion efficiency of the MSM-PD 422, it is generally considered that light is irradiated from the back side (InP substrate 423 side) of the MSM-PD 422. In this case, all of the irradiated light can reach the light absorption layer 424, and part of the light that has passed through the light absorption layer 424 is reflected by the electrodes 425 and 426 and sent to the light absorption layer 424 again. Therefore, the photoelectric conversion efficiency is greatly improved. However, in order to irradiate light from the back side of the MSM-PD422, it is necessary to flip the OEIC chip upside down and to flip-chip mount the OEIC chip on the interior substrate in the package, which further complicates the mounting process. It becomes.

Kiyohide Sakai et al.,“Photodiode Packaging Technique Using Ball Lens and Offset Parabolic Mirror”,JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.27,NO.17,SEPTEMBER 1,2009,pp.3874-3879Kiyohide Sakai et al., “Photodiode Packaging Technique Using Ball Lens and Offset Parabolic Mirror”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.27, NO.17, SEPTEMBER 1, 2009, pp.3874-3879

前述したように、従来、OEIC上の受光面積の小さなMSM−PDに光トリガパルスを照射するには、大掛かりな光ヘッドが必要であった。このような光ヘッドを使用すると、コストの上昇、サイズの増大およびアライメント調整の困難さが生じるため、大きな問題であった。さらに、MSM−PDを用いたOEICでは、表面から光を照射すると、一部の光が吸収されないため、MSM−PDの光電変換効率が極めて低下するという問題点があった。光電変換効率を向上させるためには、OEICのフリップチップ実装が必要であるが、実装の複雑化、コストの上昇の面で、問題があった。
なお、以上の問題はMSM−PD以外の受光素子を使用する場合においても同様に発生し、また光トリガパルス以外の光照射においても同様に発生する。
As described above, conventionally, in order to irradiate the optical trigger pulse to the MSM-PD having a small light receiving area on the OEIC, a large optical head is required. The use of such an optical head is a serious problem because it causes an increase in cost, an increase in size, and difficulty in alignment adjustment. Furthermore, in OEIC using MSM-PD, when light is irradiated from the surface, a part of the light is not absorbed, so that the photoelectric conversion efficiency of MSM-PD is extremely lowered. In order to improve the photoelectric conversion efficiency, flip chip mounting of OEIC is necessary, but there are problems in terms of complexity of mounting and cost increase.
Note that the above problem occurs in the same manner when a light receiving element other than the MSM-PD is used, and also occurs in light irradiation other than the light trigger pulse.

本発明が解決しようとする課題は、大掛かりなレンズ系の光ヘッドを用いることなく、低コストかつ小型の部材を用いて、極めて簡易なアライメント調整で裏面からOEIC上の受光素子への光照射を実現することである。   The problem to be solved by the present invention is to irradiate the light receiving element on the OEIC from the back surface with extremely simple alignment adjustment using a low-cost and small-sized member without using an optical head of a large lens system. Is to realize.

本発明の光電子集積回路の実装方法は、固定用ブロックの端面に光ファイバアレイまたは光導波路アレイの出射端面が露出するように、前記光ファイバアレイまたは光導波路アレイの出射側の端部に前記固定用ブロックを取り付ける工程と、表面に受光素子が形成された光電子集積回路の裏面と前記固定用ブロックの端面とが向かい合うようにして、前記固定用ブロック上に前記光電子集積回路を載置する工程と、前記光ファイバアレイまたは光導波路アレイの入射端面に光を入力し、前記光ファイバアレイまたは光導波路アレイから前記光電子集積回路への光の入射位置と前記光電子集積回路の受光素子の位置とが一致するように、前記固定用ブロック上の光電子集積回路の位置を調整する工程と、前記光電子集積回路を前記固定用ブロックに固定する工程とを含むことを特徴とするものである。   The method for mounting an optoelectronic integrated circuit according to the present invention is such that the output end face of the optical fiber array or the optical waveguide array is exposed to the end face of the optical fiber array or the optical waveguide array so that the output end face of the optical fiber array or the optical waveguide array is exposed at the end face of the fixing block. A step of attaching the block, and a step of placing the optoelectronic integrated circuit on the fixing block such that a back surface of the optoelectronic integrated circuit having a light receiving element formed on the front surface faces an end surface of the fixing block. The light is input to the incident end face of the optical fiber array or the optical waveguide array, and the incident position of the light from the optical fiber array or the optical waveguide array to the optoelectronic integrated circuit coincides with the position of the light receiving element of the optoelectronic integrated circuit. Adjusting the position of the optoelectronic integrated circuit on the fixing block, and adjusting the optoelectronic integrated circuit to the fixing block. It is characterized in that a step of fixing the.

また、本発明の光電子集積回路の実装方法の1構成例は、さらに、前記固定用ブロックが貫通可能なサイズの開口部が設けられたプリント基板と、このプリント基板上に搭載され、前記固定用ブロックが貫通可能なサイズの開口部が設けられたパッケージ筐体とに対して、前記プリント基板の裏側から前記プリント基板の開口部および前記パッケージ筐体の開口部に前記固定用ブロックを差し込む工程と、前記固定用ブロックに固定された光電子集積回路と前記パッケージ筐体内に実装された内装基板の表面の高さが一致するように調整する工程と、前記固定用ブロックを前記プリント基板に固定する固定と、前記光電子集積回路と前記内装基板とをワイヤで電気的に接続する工程とを含むことを特徴とするものである。   In addition, one configuration example of the mounting method of the optoelectronic integrated circuit according to the present invention further includes a printed circuit board provided with an opening of a size through which the fixing block can be penetrated, and mounted on the printed circuit board. Inserting the fixing block into the opening of the printed circuit board and the opening of the package housing from the back side of the printed circuit board with respect to the package housing provided with an opening of a size that allows the block to pass therethrough; Adjusting the height of the surface of the interior substrate mounted in the package housing and the optoelectronic integrated circuit fixed to the fixing block, and fixing the fixing block to the printed circuit board And a step of electrically connecting the optoelectronic integrated circuit and the interior substrate with a wire.

また、本発明の光電子集積回路パッケージは、光ファイバアレイまたは光導波路アレイと、ブロックの端面に前記光ファイバアレイまたは光導波路アレイの出射端面が露出するように、前記光ファイバアレイまたは光導波路アレイの出射側の端部に取り付けられた固定用ブロックと、この固定用ブロック上に固定された光電子集積回路とを備え、表面に受光素子が形成された前記光電子集積回路の裏面と前記固定用ブロックの端面とが向かい合うようにして、前記固定用ブロック上に前記光電子集積回路が載置され、前記光ファイバアレイまたは光導波路アレイから前記光電子集積回路への光の入射位置と前記光電子集積回路の受光素子の位置とが一致するように、前記固定用ブロック上の光電子集積回路の位置が調整されていることを特徴とするものである。   In addition, the optoelectronic integrated circuit package of the present invention includes an optical fiber array or an optical waveguide array, and an optical fiber array or an optical waveguide array such that an emission end face of the optical fiber array or the optical waveguide array is exposed at an end face of the block. A fixing block attached to an end of the emitting side, and an optoelectronic integrated circuit fixed on the fixing block, and a back surface of the optoelectronic integrated circuit having a light receiving element formed on the surface and the fixing block The optoelectronic integrated circuit is placed on the fixing block so as to face the end face, and the light incident position from the optical fiber array or the optical waveguide array to the optoelectronic integrated circuit and the light receiving element of the optoelectronic integrated circuit The position of the optoelectronic integrated circuit on the fixing block is adjusted so as to match the position of It is intended to.

また、本発明の光電子集積回路パッケージの1構成例は、さらに、前記固定用ブロックが貫通可能なサイズの開口部が設けられたプリント基板上に搭載され、この開口部と一致する位置に前記固定用ブロックが貫通可能なサイズの開口部が設けられたパッケージ筐体と、前記光電子集積回路と前記パッケージ筐体内に実装された内装基板とを電気的に接続するワイヤとを備え、前記固定用ブロックは、前記プリント基板の裏側から前記プリント基板の開口部および前記パッケージ筐体の開口部に差し込まれ、前記光電子集積回路と前記内装基板の表面の高さが一致する位置で前記プリント基板に固定され、前記光電子集積回路と前記内装基板とが前記ワイヤで電気的に接続されることを特徴とするものである。   Further, in one configuration example of the optoelectronic integrated circuit package of the present invention, the optoelectronic integrated circuit package is mounted on a printed circuit board provided with an opening of a size that allows the fixing block to pass therethrough, and the fixing is performed at a position coincident with the opening. The fixing block, comprising: a package housing provided with an opening of a size through which the block for use can be penetrated; and a wire for electrically connecting the optoelectronic integrated circuit and an interior substrate mounted in the package housing. Is inserted into the opening of the printed circuit board and the opening of the package housing from the back side of the printed circuit board, and is fixed to the printed circuit board at a position where the height of the surface of the optoelectronic integrated circuit and the interior substrate is the same. The optoelectronic integrated circuit and the interior board are electrically connected by the wire.

光電子集積回路上の受光径の小さな受光素子に光を照射する場合、従来はレンズ系を用いた大掛かりな光ヘッドが必要であった。これに対して、本発明では、レンズ系の光ヘッドが不要となり、極めて低コストかつ小型の固定用ブロックで受光素子への光の照射を実現することができる。また、本発明では、光の照射位置のアライメント調整が極めて簡便である。また、本発明では、裏面から光電子集積回路上の受光素子に光を照射することにより、受光素子の光電変換効率を大幅に向上させることができる。   In the case of irradiating light to a light receiving element having a small light receiving diameter on an optoelectronic integrated circuit, a large optical head using a lens system has been conventionally required. On the other hand, in the present invention, a lens-type optical head is not required, and light irradiation to the light receiving element can be realized with a very low cost and small fixing block. In the present invention, alignment adjustment of the light irradiation position is very simple. Moreover, in this invention, the photoelectric conversion efficiency of a light receiving element can be improved significantly by irradiating light to the light receiving element on an optoelectronic integrated circuit from a back surface.

本発明の実施の形態に係る光電子集積回路パッケージの断面図および光電子集積回路パッケージの拡大断面図である。1 is a cross-sectional view of an optoelectronic integrated circuit package and an enlarged cross-sectional view of an optoelectronic integrated circuit package according to an embodiment of the present invention. V溝ファイバブロックと光電子集積回路とを撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the V-groove fiber block and the optoelectronic integrated circuit. 従来のトーラス型データセンタネットワークおよび光パケットルータの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional torus type | mold data center network and an optical packet router. 従来の光ラベル処理器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional optical label processor. 光電子集積回路上に配置された光ヘッドの平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing of the optical head arrange | positioned on an optoelectronic integrated circuit. 光電子集積回路に形成されたMSM−PDの平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing of MSM-PD formed in the optoelectronic integrated circuit. 光電子集積回路上に配置された光ヘッドを撮影した写真である。It is the photograph which image | photographed the optical head arrange | positioned on an optoelectronic integrated circuit.

[発明の原理]
光ファイバから空気中へ出射する光は、光ビームが大きく広がりながら伝搬する。そのため、微小な受光素子等に光を照射するには、レンズ系を用いて再び光を集光する必要がある。本発明では、光ファイバを固定するファイバブロックの上に直接OEICチップを貼り付けることを考える。このとき、光ファイバの出射端面上に半導体チップが直接接合されると、光ファイバの屈折率よりも半導体(例えばInP基板)の屈折率の方が大きいため、光ビームは、あまり広がることなく半導体基板中を伝搬し、半導体基板の表面に作製された受光素子に裏面から入射することとなる。
[Principle of the Invention]
The light emitted from the optical fiber into the air propagates while the light beam is greatly expanded. Therefore, in order to irradiate light to a minute light receiving element or the like, it is necessary to collect the light again using a lens system. In the present invention, it is considered that an OEIC chip is directly attached on a fiber block for fixing an optical fiber. At this time, when the semiconductor chip is directly bonded to the output end face of the optical fiber, the refractive index of the semiconductor (for example, InP substrate) is larger than the refractive index of the optical fiber. The light propagates through the substrate and enters the light receiving element manufactured on the front surface of the semiconductor substrate from the back surface.

したがって、従来の大掛かりなレンズ系の光ヘッドは不要となり、極めてコンパクトかつ低コストな構成を実現することができる。さらに、本発明では、必然的に裏面入射となるため、受光素子の光電変換効率は大きく向上する。   Therefore, the conventional large-scale lens system optical head is not required, and an extremely compact and low-cost configuration can be realized. Furthermore, in the present invention, since the incident light is inevitably backside incident, the photoelectric conversion efficiency of the light receiving element is greatly improved.

しかも、従来は光ヘッドから出力される光を受光素子に正確に照射するには、完全に手探り状態でxyz軸のアライメント調整を行う必要があり、極めて困難であった。しかし本発明では、OEICの上から顕微鏡で観察すると、光ビームの照射位置がはっきりと目視できるため、光ビームを観測しながら、光ビームの照射位置と受光素子の位置とが一致するようにOEICの位置を調整するだけで、極めて容易に短時間で、しかも正確に光を受光素子上に照射することが可能となる。   In addition, conventionally, in order to accurately irradiate the light receiving element with the light output from the optical head, it is necessary to perform alignment adjustment of the xyz axis in a completely groping state, which is extremely difficult. However, in the present invention, since the irradiation position of the light beam can be clearly seen by observing with a microscope from above the OEIC, the OEIC is set so that the irradiation position of the light beam coincides with the position of the light receiving element while observing the light beam. By simply adjusting the position, it is possible to irradiate light onto the light receiving element very easily and in a short time.

[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1(A)は本発明の実施の形態に係るOEICパッケージの断面図、図1(B)は図1(A)のCの部分を拡大した断面図である。ここで本実施の形態で対象とするOEIC2は、1:16シリアル−パラレル変換器を集積したものであり、16個のMSM−PD20が250μm間隔で直線状に形成されているものとする。つまり、OEICパッケージ1は、1:16シリアル−パラレル変換器をパッケージ化したものである。このOEICパッケージ1は、プリント基板(Printed circuit board:PCB)3上に搭載される。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A is a cross-sectional view of an OEIC package according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view of a portion C in FIG. Here, the OEIC 2 targeted in the present embodiment is an integration of 1:16 serial-parallel converters, and 16 MSM-PDs 20 are linearly formed at intervals of 250 μm. That is, the OEIC package 1 is a 1:16 serial-parallel converter packaged. The OEIC package 1 is mounted on a printed circuit board (PCB) 3.

MSM−PD20は、OEIC2のInP基板21と、InP基板21上に形成された光吸収層22と、光吸収層22上に形成された+(プラス)電極23と、光吸収層22上に形成された−(マイナス)電極24とから構成される。   The MSM-PD 20 is formed on the InP substrate 21 of the OEIC 2, the light absorption layer 22 formed on the InP substrate 21, the + (plus) electrode 23 formed on the light absorption layer 22, and the light absorption layer 22. -(Minus) electrode 24.

OEIC2のMSM−PD20に照射される光を導く光ファイバアレイ4は、16本の光ファイバ芯線5を束ねて1列に配置したものである。この光ファイバアレイ4の出射側の端部は、16本の光ファイバ芯線5が250μm間隔で1列に並ぶようにV溝ファイバブロック6(固定用ブロック)によって固定されている。V溝ファイバブロック6は、ガラスやセラミックスからなるV溝基板の16個のV字状溝中に光ファイバ芯線5を1本ずつ配置し、ガラスやセラミックスからなる押え板とV溝基板で光ファイバ芯線5を挟むようにして固定したものである。光ファイバアレイ4の出射端面は光学研磨されている。また、V溝ファイバブロック6の端面は光ファイバアレイ4の出射端面と同一の高さになるように研磨されている。   The optical fiber array 4 that guides the light irradiated to the MSM-PD 20 of the OEIC 2 is a bundle of 16 optical fiber core wires 5 arranged in a row. The output side end of the optical fiber array 4 is fixed by a V-groove fiber block 6 (fixing block) so that 16 optical fiber core wires 5 are arranged in a line at intervals of 250 μm. The V-groove fiber block 6 has an optical fiber core wire 5 arranged one by one in 16 V-shaped grooves of a V-groove substrate made of glass or ceramics. It is fixed so as to sandwich the core wire 5. The exit end face of the optical fiber array 4 is optically polished. Further, the end face of the V-groove fiber block 6 is polished so as to have the same height as the outgoing end face of the optical fiber array 4.

各光ファイバ芯線5の10μmコアから出射した光が、InP基板21を伝搬し、表面に作製された平面視20μm角のMSM−PD20に効率よく入射するには、MSM−PD20に入射する光ビームの径が20μm以内になる必要があり、そのためにはOEIC2のInP基板21の厚さが100μm程度になるように研磨する必要がある。さらに、OEIC2の裏面も同様に光学研磨しておき、光ファイバアレイ4およびV溝ファイバブロック6とOEIC2との界面での光の反射を抑えるために、OEIC2の裏面(InP基板21の裏面)には無反射コーティング材を蒸着しておくことが望ましい。   In order for the light emitted from the 10 μm core of each optical fiber core wire 5 to propagate through the InP substrate 21 and efficiently enter the 20 μm square MSM-PD 20 formed on the surface, the light beam incident on the MSM-PD 20 Therefore, it is necessary to polish the InP substrate 21 of the OEIC 2 so that the thickness thereof is about 100 μm. Further, the back surface of the OEIC 2 is optically polished in the same manner, and the back surface of the OEIC 2 (the back surface of the InP substrate 21) is used to suppress reflection of light at the interface between the optical fiber array 4 and the V-groove fiber block 6 and the OEIC 2. It is desirable to deposit a non-reflective coating material.

次に、V溝ファイバブロック6の出射端面(光ファイバアレイ4の各光ファイバ芯線5の出射端面が露出している面)とOEIC2の裏面とが向かい合うようにして、V溝ファイバブロック6上にOEIC2を載置する(図2)。この状態で、図示しない光源から光ファイバアレイ4の入射端面に光を入力し、光ファイバアレイ4で導いた光を裏面からOEIC2に入射させる。   Next, the exit end face of the V-groove fiber block 6 (the face where the exit end face of each optical fiber core wire 5 of the optical fiber array 4 is exposed) and the back surface of the OEIC 2 face each other on the V-groove fiber block 6. The OEIC 2 is placed (FIG. 2). In this state, light is input from a light source (not shown) to the incident end face of the optical fiber array 4, and the light guided by the optical fiber array 4 is incident on the OEIC 2 from the back surface.

そして、OEIC2の上方からIR(Infrared)カメラ付顕微鏡で、OEIC2を通過する光を観察し、光ファイバアレイ4からOEIC2への光の入射位置とOEIC2のMSM−PD20の位置とが一致するように、V溝ファイバブロック6上のOEIC2の位置を調整した後で、V溝ファイバブロック6とOEIC2とを接着剤で固定する。ここでは、V溝ファイバブロック6とOEIC2との界面に接着剤を付けず、位置調整を行なった後で固定するので、OEIC2の側面に付着させた接着剤でOEIC2をV溝ファイバブロック6に固定する。   Then, the light passing through the OEIC 2 is observed from above the OEIC 2 with an IR (Infrared) camera microscope so that the incident position of the light from the optical fiber array 4 to the OEIC 2 matches the position of the MSM-PD 20 of the OEIC 2. After adjusting the position of the OEIC 2 on the V-groove fiber block 6, the V-groove fiber block 6 and the OEIC 2 are fixed with an adhesive. Here, since the adhesive is not applied to the interface between the V-groove fiber block 6 and the OEIC 2 and the position is adjusted and then fixed, the OEIC 2 is fixed to the V-groove fiber block 6 with the adhesive adhered to the side of the OEIC 2 To do.

こうして、図2に示したような構成が完成し、OEIC2と光ファイバアレイ4との光学的な接続が実現できたことになる。なお、V溝ファイバブロック6の出射端面にOEIC2を載せるので、V溝ファイバブロック6の出射端面の平面寸法はOEIC2の平面寸法以上であることが望ましい。   Thus, the configuration as shown in FIG. 2 is completed, and the optical connection between the OEIC 2 and the optical fiber array 4 can be realized. Since the OEIC 2 is placed on the exit end face of the V-groove fiber block 6, it is desirable that the planar dimension of the exit end face of the V-groove fiber block 6 is equal to or greater than the planar dimension of the OEIC 2.

OEICパッケージ1の例えばセラミックスからなるパッケージ筐体7は、前述のとおりプリント基板3上に搭載される。パッケージ筐体7には、パッケージ筐体7内に実装された内装基板8の平面と垂直な方向(図1(A)上下方向)に沿ってV溝ファイバブロック6が貫通可能なサイズの開口部が設けられている。同様に、プリント基板3には、その平面と垂直な方向に沿ってV溝ファイバブロック6が貫通可能なサイズの開口部が設けられている。パッケージ筐体7は、開口部の位置がプリント基板3の開口部の位置と一致するようにプリント基板3上に搭載される。   The package housing 7 made of ceramics, for example, of the OEIC package 1 is mounted on the printed circuit board 3 as described above. The package housing 7 has an opening of a size that allows the V-groove fiber block 6 to pass through along a direction perpendicular to the plane of the interior substrate 8 mounted in the package housing 7 (vertical direction in FIG. 1A). Is provided. Similarly, the printed circuit board 3 is provided with an opening having a size through which the V-groove fiber block 6 can pass along a direction perpendicular to the plane. The package housing 7 is mounted on the printed circuit board 3 so that the position of the opening matches the position of the opening of the printed circuit board 3.

パッケージ筐体7には、外部との電気的な接続のためのGPPO(登録商標)コネクタ10が取り付けられており、内装基板8上の配線(不図示)とGPPOコネクタ10とが電気的に接続されている。さらに、パッケージ筐体7の外側には、内装基板8上の配線と接続された端子(不図示)が設けられており、この端子を介してプリント基板3上の配線(不図示)とOEICパッケージ1とが電気的に接続されるようになっている。   A GPPO (registered trademark) connector 10 for electrical connection to the outside is attached to the package housing 7, and wiring (not shown) on the interior substrate 8 and the GPPO connector 10 are electrically connected. Has been. Further, terminals (not shown) connected to the wiring on the interior board 8 are provided on the outside of the package housing 7, and the wiring (not shown) on the printed board 3 and the OEIC package are connected via the terminals. 1 is electrically connected.

次に、V溝ファイバブロック6上にOEIC2を固定した状態で、V溝ファイバブロック6内の光の伝搬方向(図1(A)の下から上への方向)に沿ってプリント基板3の裏側からプリント基板3の開口部およびパッケージ筐体7の開口部にV溝ファイバブロック6を差し込み、OEIC2と内装基板8の表面の高さが一致するように調整した後で、V溝ファイバブロック6をプリント基板3に接着剤で固定する。   Next, with the OEIC 2 fixed on the V-groove fiber block 6, the back side of the printed circuit board 3 along the light propagation direction in the V-groove fiber block 6 (from the bottom to the top in FIG. 1A) After inserting the V-groove fiber block 6 into the opening of the printed circuit board 3 and the opening of the package housing 7 and adjusting the surface height of the OEIC 2 and the interior substrate 8 to coincide with each other, The printed board 3 is fixed with an adhesive.

そして、OEIC2に形成されたパッドと内装基板8に形成されたパッドとをワイヤ9で電気的に接続する。こうして、OEIC2と外部との電気的な接続が実現できたことになる。パッケージ筐体7に図示しないリッド(蓋)を取り付けることで、OEICパッケージ1が完成する。   Then, the pad formed on the OEIC 2 and the pad formed on the interior substrate 8 are electrically connected by a wire 9. In this way, electrical connection between the OEIC 2 and the outside can be realized. By attaching a lid (lid) (not shown) to the package housing 7, the OEIC package 1 is completed.

なお、本実施の形態では、OEIC2の受光素子の例として、MSM−PDを例に挙げて説明したが、本発明はMSM−PD以外の受光素子に対しても適用可能である(ただし、10μm以下の極小の受光素子には適用困難)。また、本発明はシリアル−パラレル変換器以外のOEICにも適用可能である。   In this embodiment, the MSM-PD has been described as an example of the light receiving element of the OEIC 2. However, the present invention can be applied to light receiving elements other than the MSM-PD (however, 10 μm). It is difficult to apply to the following extremely small light receiving elements). The present invention is also applicable to OEICs other than serial-parallel converters.

本実施の形態では、OEIC2の受光素子への光伝送用の手段として光ファイバアレイ4を用いたが、本発明はガラス導波路や半導体の光導波路アレイに対しても適用可能である。この場合は、光ファイバアレイ4の場合と同様に、光導波路アレイの出射側の端部を挟み込む形状のガラスやセラミックス製の固定用ブロックを光導波路アレイに接着する。固定用ブロックの出射端面(光導波路アレイの各光導波路の出射端面が露出している面)の平面寸法はOEICの平面寸法以上であることが望ましい。光ファイバアレイの場合と同様に、固定用ブロックの出射端面および光導波路アレイの出射端面は光学研磨されている。   In this embodiment, the optical fiber array 4 is used as a means for transmitting light to the light receiving element of the OEIC 2. However, the present invention can also be applied to a glass waveguide or a semiconductor optical waveguide array. In this case, as in the case of the optical fiber array 4, a fixing block made of glass or ceramics sandwiching the end of the output side of the optical waveguide array is bonded to the optical waveguide array. The plane dimension of the output end face of the fixing block (the surface where the output end face of each optical waveguide of the optical waveguide array is exposed) is preferably equal to or larger than the plane dimension of the OEIC. As in the case of the optical fiber array, the exit end face of the fixing block and the exit end face of the optical waveguide array are optically polished.

そして、固定用ブロックの出射端面とOEIC2の裏面とが向かい合うようにして、固定用ブロック上にOEIC2を載置し、光導波路アレイからOEIC2への光の入射位置とOEIC2の受光素子の位置とが一致するように、固定用ブロック上のOEIC2の位置を調整した後で、固定用ブロックとOEIC2とを接着剤で固定する。以降の工程は光ファイバアレイの場合と同じである。   Then, the OEIC 2 is placed on the fixing block so that the output end face of the fixing block and the back surface of the OEIC 2 face each other. After the position of the OEIC 2 on the fixing block is adjusted so as to match, the fixing block and the OEIC 2 are fixed with an adhesive. The subsequent steps are the same as in the case of the optical fiber array.

また、本実施の形態では、光ファイバアレイの光ファイバ芯線を直線状に配置するV溝ファイバブロックを例に挙げて説明したが、固定用ブロック内の光ファイバ芯線または光導波路の配列は任意である。固定用ブロック内の光ファイバ芯線または光導波路の配置は、OEIC上の受光素子の配置に応じて変わる。本発明では、固定用ブロックの出射端面上にOEICを載置したときに、光ファイバアレイまたは光導波路アレイからOEICへの光の入射位置とOEICの受光素子の位置とが一致する点が見つかればよく、このような一致点が生じるように固定用ブロック内の光ファイバ芯線または光導波路の配置を予め設定しておけばよい。   In this embodiment, the V-groove fiber block in which the optical fiber core wires of the optical fiber array are linearly arranged has been described as an example. However, the arrangement of the optical fiber core wires or the optical waveguides in the fixing block is arbitrary. is there. The arrangement of the optical fiber core wire or the optical waveguide in the fixing block varies depending on the arrangement of the light receiving elements on the OEIC. In the present invention, when the OEIC is placed on the output end face of the fixing block, if the point where the light incident position from the optical fiber array or optical waveguide array to the OEIC matches the position of the light receiving element of the OEIC is found. The arrangement of the optical fiber core wire or the optical waveguide in the fixing block may be set in advance so that such a coincidence point is generated.

本発明は、光電子集積回路の表面に形成された受光素子へ裏面から光を照射する技術に適用することができる。   The present invention can be applied to a technique of irradiating light from the back surface to a light receiving element formed on the surface of an optoelectronic integrated circuit.

1…光電子集積回路パッケージ、2…光電子集積回路、3…プリント基板、4…光ファイバアレイ、5…光ファイバ芯線、6…V溝ファイバブロック、7…パッケージ筐体、8…内装基板、9…ワイヤ、10…GPPOコネクタ、20…MSM−PD、21…InP基板、22…光吸収層、23…+電極、24…−電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optoelectronic integrated circuit package, 2 ... Optoelectronic integrated circuit, 3 ... Printed circuit board, 4 ... Optical fiber array, 5 ... Optical fiber core wire, 6 ... V groove fiber block, 7 ... Package housing, 8 ... Interior substrate, 9 ... Wires, 10 ... GPPO connector, 20 ... MSM-PD, 21 ... InP substrate, 22 ... light absorption layer, 23 ... + electrode, 24 ...- electrode.

Claims (4)

固定用ブロックの端面に光ファイバアレイまたは光導波路アレイの出射端面が露出するように、前記光ファイバアレイまたは光導波路アレイの出射側の端部に前記固定用ブロックを取り付ける工程と、
表面に受光素子が形成された光電子集積回路の裏面と前記固定用ブロックの端面とが向かい合うようにして、前記固定用ブロック上に前記光電子集積回路を載置する工程と、
前記光ファイバアレイまたは光導波路アレイの入射端面に光を入力し、前記光ファイバアレイまたは光導波路アレイから前記光電子集積回路への光の入射位置と前記光電子集積回路の受光素子の位置とが一致するように、前記固定用ブロック上の光電子集積回路の位置を調整する工程と、
前記光電子集積回路を前記固定用ブロックに固定する工程とを含むことを特徴とする光電子集積回路の実装方法。
Attaching the fixing block to the output side end of the optical fiber array or the optical waveguide array so that the output end surface of the optical fiber array or the optical waveguide array is exposed on the end surface of the fixing block;
Placing the optoelectronic integrated circuit on the fixing block such that the back surface of the optoelectronic integrated circuit having a light receiving element formed on the surface faces the end face of the fixing block;
Light is input to the incident end face of the optical fiber array or optical waveguide array, and the incident position of light from the optical fiber array or optical waveguide array to the optoelectronic integrated circuit coincides with the position of the light receiving element of the optoelectronic integrated circuit. Adjusting the position of the optoelectronic integrated circuit on the fixing block,
And a step of fixing the optoelectronic integrated circuit to the fixing block.
請求項1記載の光電子集積回路の実装方法において、
さらに、前記固定用ブロックが貫通可能なサイズの開口部が設けられたプリント基板と、このプリント基板上に搭載され、前記固定用ブロックが貫通可能なサイズの開口部が設けられたパッケージ筐体とに対して、前記プリント基板の裏側から前記プリント基板の開口部および前記パッケージ筐体の開口部に前記固定用ブロックを差し込む工程と、
前記固定用ブロックに固定された光電子集積回路と前記パッケージ筐体内に実装された内装基板の表面の高さが一致するように調整する工程と、
前記固定用ブロックを前記プリント基板に固定する固定と、
前記光電子集積回路と前記内装基板とをワイヤで電気的に接続する工程とを含むことを特徴とする光電子集積回路の実装方法。
In the mounting method of the optoelectronic integrated circuit of Claim 1,
Furthermore, a printed circuit board provided with an opening of a size through which the fixing block can pass, and a package housing mounted on the printed circuit board and provided with an opening of a size through which the fixing block can pass. In contrast, the step of inserting the fixing block into the opening of the printed circuit board and the opening of the package housing from the back side of the printed circuit board,
Adjusting the optoelectronic integrated circuit fixed to the fixing block and the height of the surface of the interior substrate mounted in the package housing to match,
Fixing the fixing block to the printed circuit board; and
A method for mounting an optoelectronic integrated circuit, comprising the step of electrically connecting the optoelectronic integrated circuit and the interior substrate with a wire.
光ファイバアレイまたは光導波路アレイと、
ブロックの端面に前記光ファイバアレイまたは光導波路アレイの出射端面が露出するように、前記光ファイバアレイまたは光導波路アレイの出射側の端部に取り付けられた固定用ブロックと、
この固定用ブロック上に固定された光電子集積回路とを備え、
表面に受光素子が形成された前記光電子集積回路の裏面と前記固定用ブロックの端面とが向かい合うようにして、前記固定用ブロック上に前記光電子集積回路が載置され、前記光ファイバアレイまたは光導波路アレイから前記光電子集積回路への光の入射位置と前記光電子集積回路の受光素子の位置とが一致するように、前記固定用ブロック上の光電子集積回路の位置が調整されていることを特徴とする光電子集積回路パッケージ。
An optical fiber array or an optical waveguide array;
A fixing block attached to the output side end of the optical fiber array or optical waveguide array so that the output end surface of the optical fiber array or optical waveguide array is exposed at the end surface of the block;
An optoelectronic integrated circuit fixed on the fixing block;
The optoelectronic integrated circuit is mounted on the fixing block such that the back surface of the optoelectronic integrated circuit having a light receiving element formed on the front surface faces an end surface of the fixing block, and the optical fiber array or the optical waveguide. The position of the optoelectronic integrated circuit on the fixing block is adjusted so that the incident position of light from the array to the optoelectronic integrated circuit matches the position of the light receiving element of the optoelectronic integrated circuit. Optoelectronic integrated circuit package.
請求項3記載の光電子集積回路パッケージにおいて、
さらに、前記固定用ブロックが貫通可能なサイズの開口部が設けられたプリント基板上に搭載され、この開口部と一致する位置に前記固定用ブロックが貫通可能なサイズの開口部が設けられたパッケージ筐体と、
前記光電子集積回路と前記パッケージ筐体内に実装された内装基板とを電気的に接続するワイヤとを備え、
前記固定用ブロックは、前記プリント基板の裏側から前記プリント基板の開口部および前記パッケージ筐体の開口部に差し込まれ、前記光電子集積回路と前記内装基板の表面の高さが一致する位置で前記プリント基板に固定され、
前記光電子集積回路と前記内装基板とが前記ワイヤで電気的に接続されることを特徴とする光電子集積回路パッケージ。
The optoelectronic integrated circuit package of claim 3.
Further, the package is mounted on a printed circuit board provided with an opening of a size through which the fixing block can be penetrated, and an opening of a size through which the fixing block can be penetrated at a position coincident with the opening. A housing,
A wire for electrically connecting the optoelectronic integrated circuit and an interior substrate mounted in the package housing;
The fixing block is inserted into the opening of the printed circuit board and the opening of the package housing from the back side of the printed circuit board, and the printed circuit board is positioned at a position where the heights of the optoelectronic integrated circuit and the surface of the interior substrate coincide with each other. Fixed to the board,
The optoelectronic integrated circuit package, wherein the optoelectronic integrated circuit and the interior substrate are electrically connected by the wire.
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