JP2018112582A - 光モジュール、及びこれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の曲率で曲がっている光ファイバの端面で精度良く光結合を行うことのできる光配線の接続技術を提供する。
【解決手段】基板の主面と略垂直な方向に光を入出力する光配線基板と外部光配線を接続する光モジュールにおいて、光ファイバ２1を保持して光配線基板に光接続するファイバホルダ３０Ａ、を有し、ファイバホルダは、光配線基板に接続される嵌合面３６と、嵌合面に対して水平に挿入されている光ファイバを嵌合面まで所定の曲率で曲げる湾曲部３３と、嵌合面で光ファイバの長さ方向以外の自由度を制限する第１拘束部４１と、ファイバホルダの端部で光ファイバの全自由度を制限する第２拘束部４２と、第１拘束部と第２拘束部の間で、光ファイバの長さ方向以外の自由度を制限する第３拘束部４３と、第２拘束部と第３拘束部の間で光ファイバの撓みを吸収する空間３２と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光モジュールと、これを用いた電子機器に関する。

スーパーコンピュータやハイエンドサーバでの大規模演算システムでは、ＬＳＩ（Large-Scale Integration：大規模集積回路）間、ＬＳＩ−メモリ間、及びＬＳＩ−ストレージ間のデータ通信で電気気信号による高速通信が行われてきた。長距離の電気配線では伝送損失やクロストークによる波形劣化が発生し、波形補償のための電力増大が問題となっている。将来的には、電気配線はパッケージ基板内の配線長程度の距離に限定されることが予測される。

一方、電気信号を光信号に変換し、光配線で通信を行う光インターコネクトが注目されている。光インターコネクトを用いることで、電気伝送の問題を解決しつつ広帯域化が可能となり、電気伝送の問題が顕著な長距離配線から順に光配線に置き換わりつつある。近い将来の光インターコネクトの形態としては、チップサイズの光トランシーバを光電気変換部品として用い、パッケージ基板上でＬＳＩの近傍に光トランシーバを配置する構成が予測される。

パッケージ基板に搭載される微小な光トランシーバを実現する技術として、シリコンフォトニクスが注目されている。シリコンフォトニクスでは、シリコン基板上に光制御機能を有する微細な光回路をＣＭＯＳプロセスで形成することができる。光制御機能を有する回路としては、光変調器や光検出器があり、これらの光回路を接続する細線導波路が既に実現している。細線導波路には、外部光配線である光ファイバと接続する光インターフェースの形成技術も開発されている。

シリコン光インターポーザあるいは光集積回路に、基板と垂直な方向から案内された光ファイバの端面を光結合させる構成が提案されている（たとえば、特許文献１及び２参照）。また、９０度曲げ部を有する光ファイバを収容するコネクタや（たとえば、特許文献３参照）、複数の光ファイバ間での先端位置のばらつきを回避する光モジュール（たとえば、特許文献４参照）が提案されている。

特開２０１３−２４３６４９号公報 特開２０１６−７１０２５号公報 特開２０１２−２３０３９９号公報 特開２０１５−３１８０１号公報

図１のように、基板と水平に案内される光ファイバを９０°曲げて光配線基板上の光導波路と接続する構成で低損失の多心ファイバホルダを実現するには、正確な加工精度と位置合わせ精度が要求される。光ファイバをファイバホルダに実装した後に、ファイバホルダの嵌合面でファイバ端面を高精度の研磨加工で平滑化しながら、光ファイバの端面位置を嵌合面にそろえる。ファイバ端面の平滑加工に関しては、高コストの研磨加工に替えてレーザ加工やファイバカッタ等の加工プロセスを用いることも可能である。しかし、これらの代替プロセスではファイバ間に長さのばらつきが発生し、嵌合面での光ファイバの端面位置がばらついてしまう。

本発明は、低コストかつ簡単な構成で、所定の曲率で曲がっている光ファイバの端面において精度良く光接続を実現する技術を提供することを目的とする。

一つの態様では、基板の主面と略垂直な方向に光を入出力する光配線基板と外部光配線を接続する光モジュールは、光ファイバを保持して前記光配線基板に光接続するファイバホルダ、を有し、前記ファイバホルダは、
前記光配線基板に接続される嵌合面と、
前記嵌合面に対して水平に挿入されている前記光ファイバを前記嵌合面まで所定の曲率で曲げる湾曲部と、
前記嵌合面で前記光ファイバの長さ方向以外の自由度を制限する第１拘束部と、
前記ファイバホルダの端部で前記光ファイバの全自由度を制限する第２拘束部と、
前記第１拘束部と前記第２拘束部の間で、前記光ファイバの長さ方向以外の自由度を制限する第３拘束部と、
前記第２拘束部と前記第３拘束部の間で前記光ファイバの撓みを吸収する空間と、
を有する。

一つの側面として、低コストかつ簡易な構成で、所定の曲率で曲がっている光ファイバの端面において精度良く光接続を実現することができる。

９０°曲げ部により光ファイバを保持するファイバホルダの問題点を説明する図である。 第１実施形態のファイバホルダに光ファイバが実装された状態を示す図である。 第１実施形態のファイバホルダの光ファイバが実装されていない状態を示す図である。 ガイド溝の変形例を示す図である。 ファイバホルダの湾曲面の構成例を示す図である。 ファイバホルダの湾曲面の構成例を示す図である。 ファイバホルダの湾曲面に光ファイバが保持された状態を示す図である。 ファイバホルダが光配線チップ上に搭載された状態を示す図である。 第２実施形態のファイバホルダに光ファイバを実装した状態を示す図である。 第３実施形態のファイバホルダに光ファイバを実装した状態を示す図である。 実施形態の光モジュールを用いた光トランシーバの概略図である。 図１１の光トランシーバを用いた電子機器の一例としてのシステムボードの概略図である。

以下で図面を参照して、実施形態の光配線の接続構成を説明する。

＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態のファイバホルダ３０Ａに光ファイバ２１が実装された状態を示す概略図である。一例として、４心のファイバ接続を行う構成とする。図２の上段はファイバホルダ３０Ａの上面図、中段はＩ−Ｉ’断面図、下段は底面図である。ファイバホルダ３０Ａの底面が接続対象との嵌合面３６となる。図において、光ファイバ２１の直線部分の光軸方向をＸ方向、光ファイバ２１の配列方向をＹ方向、ファイバホルダ３０Ａの高さ方向をＺ方向とする。

ファイバホルダ３０Ａは、本体３１の上面に形成された凹部３２と、嵌合面３６に形成された開口３５を有する。凹部３２のファイバ挿入方向の前壁３２ａに、実装される光ファイバ２１と同数のガイド孔４３が形成されている。ガイド孔４３は、たとえば丸孔であり、Ｙ方向に等間隔で並んでいる。

テープファイバ２５の先端部の被覆２６が剥離され、光ファイバ２１の素線が凹部３２に案内されて対応するガイド孔４３に挿入される。被覆２６は、複数の光ファイバ２１を平行に保持してまとめるリボン状またはテープ状の被覆であり、たとえば紫外線硬化樹脂等で形成されている。光ファイバ２１の端面は、レーザ加工、ファイバカッタ等で一括切断されており、切断面は均一で平滑であるが、先端部の長さにばらつきがある。

ガイド孔４３は、嵌合面３６に形成された開口３５と連通している。開口３５は、円弧状に湾曲する湾曲面３３を有し、各光ファイバ２１は、湾曲面３３に沿って案内される。湾曲面３３に、光ファイバ２１を湾曲面３３に保持する湾曲部リテーナ溝４１が部分的または断続的に形成されている。図３に示すように、リテーナ溝４１は、少なくとも嵌合面３６またはその近傍に形成されているのが望ましい。

ファイバホルダ３０Ａが接続対象（たとえば光導波路が形成された光配線基板）に搭載される前は、図２のＩ−Ｉ’断面図に示すように、光ファイバ２１の先端が嵌合面３６から突き出るまで挿入される。この状態で、たとえば接着層４２により、光ファイバ２１の素線の根元が本体３１の後端３４に固定される。

嵌合面３６のリテーナ溝４１は、光ファイバ２１の光軸方向（または長さ方向）以外の自由度を拘束する第１拘束部となる。換言すると、リテーナ溝４１は、開口３５内での光ファイバ２１のピッチと、湾曲面３３と垂直な方向での位置を規定する。光ファイバ２１は、屈曲の復元力によりリテーナ溝４１に押し付けられ、配列方向（Ｙ方向）への動きと空間３５内へ向かう動き（Ｘ方向）は規制されるが、光軸に沿った方向の動きは自由である。

ファイバホルダ３０Ａの後端３４で光ファイバ２１を固定する接着層４２は、第２拘束部となる。第２拘束部（接着層４２）は、光ファイバ２１の全自由度を拘束する。

凹部３２の前壁３３ａに形成されたガイド孔４３は、第３拘束部となる。第３拘束部は嵌合面３６の近傍に設けられる第１拘束部と、ファイバホルダの後端に設けられる第２拘束部の間に位置する。第３拘束部の一例であるガイド孔４３は、第１拘束部（たとえばリテーナ溝４１）と同様に、光ファイバ２１の長さ方向以外の自由度を拘束する。光ファイバ２１は、ガイド孔４３によって、配列方向（Ｙ方向）やファイバホルダ３０Ａの高さ方向（Ｚ方向）への動きは制限されるが、光軸に沿った方向への移動は自由である。凹部３２は、第２拘束部（接着層４２）と第３拘束部（ガイド孔４３）の間で、光ファイバ２１の撓みを吸収する空間を形成する。

湾曲面３３は、第１拘束部（リテーナ溝４１）と第３拘束部（ガイド孔４３）の間に位置して、光ファイバ２１の曲げ半径を規定する。嵌合面３６と平行に導入された光ファイバ２１は、湾曲面３３によって所定の曲率で曲げられて、光の入出力方向がほぼ９０°変換される。

光ファイバ２１の実装時には、光ファイバ２１は直線で凹部３２へ導入され、ガイド孔４３から湾曲面３３に沿って所定の曲率半径で曲げられ、リテーナ溝４１ｂで湾曲面３３に支持されながら、ファイバ先端が嵌合面３６から突き出すまで挿入される。ファイバ先端の嵌合面３６からの突出し量は、たとえば、１００μｍとする。光ファイバ２１を湾曲面３３に沿わせて嵌合面３６まで挿入するのが困難な場合は、治具等を利用して、開口３５から光ファイバ２１を湾曲面３３のリテーナ溝４１に合わせながら嵌合面３６から突き出るまで引っ張ってもよい。

光配線チップへの搭載時に、ファイバホルダ３０Ａの嵌合面３６が光配線チップの表面に押し当てられると、突出した光ファイバ２１のうち、突出量が大きい方の光ファイバ２１から順に湾曲面３３に沿って光軸方向に後退し、凹部３２の空間で撓む。最終的にすべての光ファイバ２１の先端位置を嵌合面３６でそろえることができる。湾曲面３３での光ファイバ２１の配列方向への動きと浮き上がりはリテーナ溝４１によって規制されているので、空間３５内での光ファイバ２１同士の抵触は防止される。

このように、ファイバホルダ３０Ａは、第１〜第３の拘束部と、光ファイバ２１の撓みを許容する凹部３２と、光ファイバ２１の曲げ半径を規定する湾曲面３３を有する。第１〜第３の拘束部は、図２及び３の構成例では、それぞれリテーナ溝４１、接着層４２、及びガイド孔４３で実現される。

図３は、光ファイバ２１が実装されていない状態のファイバホルダ３０Ａを示す概略図である。上面図と背面図に示されるように、本体３１の凹部３２には、光ファイバ２１を案内するガイド溝３８が形成されている。ガイド溝３８は、Ｙ方向に一定のピッチで配列されＸ方向に直線状に延びる。ガイド溝３８の断面形状は、Ｖ形状、Ｕ形状、矩形、半円など、光ファイバ２１の配列ピッチを維持できる任意の形状である。ガイド溝３８は凹部３２の前壁３２ａで、対応するガイド孔４３に接続されている。

図４（Ａ）に示すように、前壁３２ａの近傍で、ガイド溝３８にガイド孔４３に向かって徐々に狭くなるテーパ３９を形成してもよい。これにより、ファイバ実装時に光ファイバ２１のガイド孔４３への挿入が容易になる。また、図４（Ｂ）に示すように、凹部３２の後端３４側に、複数のガイド溝３８を連通させる帯状の溝３７を形成してもよい。溝３７内に接着層４２を形成することで、ガイド溝３８に案内された光ファイバ２１の素線の根元を固定することができる。

図３に戻って、嵌合面３６では、開口３５内に湾曲面３３が露出している。リテーナ溝４１は、嵌合面３６またはその近傍に位置するリテーナ溝４１ａと、湾曲面３３に形成されているリテーナ溝４１ｂを含む。湾曲面３３では、光ファイバ２１の光軸方向に沿って複数のリテーナ溝４１ｂが断続的に設けられ、各チャネルでリテーナ溝４１ｂとリテーナ溝４１ｂの間を光軸方向に接続する接続溝４７が形成されている。接続溝４７は、対応するガイド孔４３とつながっている。光ファイバ２１の本数と同数の接続溝４７が、光ファイバ２１の配列方向に沿って、所定のピッチで形成されている。

図５は、ファイバホルダ３０Ａの湾曲部３３の構成を示す図である。湾曲部３３に沿って、光ファイバ２１の長さ方向以外の方向への動きを規制するリテーナ溝４１（適宜、リテーナ溝４１ａと４１ｂを合わせて「リテーナ溝４１」と総称する）が断続的に形成されている。各チャネルでリテーナ溝４１とリテーナ溝４１を光軸方向または溝の長さ方向に接続して、幅の深さの少なくとも一方がリテーナ溝４１よりも大きい接続溝４７が形成されている。リテーナ溝４１は、たとえば光ファイバ２１がフィットするＶ字溝であり、接続溝４７は、たとえば光ファイバ２１を緩く保持するＵ字溝であるが、これらの例に限定されない。リテーナ溝４１は、光ファイバ２１の長さ方向以外の自由度を制限できる任意の形状及び構造を取り得る。たとえば、湾曲面３３での光ファイバ２１の曲げに伴い、光ファイバ２１の曲げ時の剛性による復元力で長さ方向以外の位置または状態が一意に決まるＵ溝、２つの対向する壁（突起）等の構成を採用してもよい。接続溝４７は、光ファイバ２１同士が配列方向に抵触せず、かつ長さ方向に沿って移動できる任意の形状であり、断面形状が矩形の溝であってもよい。

図６は、光ファイバ２１が実装される前のリテーナ溝４１と接続溝４７の状態を示す図である。図７は、光ファイバ２１の実装後のリテーナ溝４１と接続溝４７の状態を示す図である。II−II’断面は、リテーナ溝４１の形成位置での断面図、III−III’断面図は、接続溝４６の形成位置での断面図である。

図６及び図７に示すように、嵌合面３６でのリテーナ溝４１ａの形状と、湾曲面３３に形成されたリテーナ溝４１ｂの形状が異なってもよい。たとえば、嵌合面３６でのリテーナ溝４１ａは、断面が半円形の溝である。リテーナ溝４１ａは、嵌合面３６で光ファイバ２１の端部にフィットして、光ファイバ２１の長さ方向以外の方向への動きを制限する。湾曲面３３に形成されたリテーナ溝４１ｂは、たとえばＶ字溝であり、光ファイバ２１の長さ方向への摺動を容易にしつつ、長さ方向以外の方向（径方向など）への自由度を制限する。接続溝４７は、たとえば断面矩形の溝であり、嵌合面３６のリテーナ溝４１ａと、ファイバ挿入側のガイド孔４３の間で、光ファイバ２１が湾曲面３３から外れない程度の緩さで光ファイバ２１を案内する。図７に示すように、湾曲面３３で光ファイバ２１はリテーナ溝４１ｂと接触しているが、接続溝４７では空気中に浮いていてもよい。

湾曲面３３は、光ファイバ２１の曲げによる損失を抑制できる最小の曲げ半径に設定されており、リテーナ溝４１以外の部分で光ファイバ２１との接触面積をできるだけ小さくしている。これにより、曲げの復元力でリテーナ溝４１に押し付けられている光ファイバ２１は、光配線チップ上へのファイバホルダ３０Ａの搭載時に光軸方向に沿ってスムーズに移動することができる。

第１実施形態のファイバホルダ３０Ａを用いることで、所定の曲率で曲がっている光ファイバ２１の端面を研磨工程なしに嵌合面３６に揃えて、接続対象との光接続を正確に行うことができる。

図８は、第１実施形態のファイバホルダ３０Ａを用いた光モジュール２０の概略図である。図９の上段は上面図、下図はＩ−Ｉ’断面図である。光モジュール２０は、光配線基板２１０に実装されたファイバホルダ３０Ａを有する。光配線基板２１０は、たとえばシリコンフォトニクス技術で、基板２１１上に光導波路２２と回折格子２４が形成された光配線チップである。回折格子２４は、光導波路２２と光ファイバ２１の間の光の入出力を行うインターフェースとして機能し、基板２１１の主面と垂直または垂直に近い角度で光を入出力する。回折格子１４に替えて、ミラー等の他の反射器または光路変換器で光入出力部を形成してもよい。回折格子２４やミラー等の光入出力部を用いることで、光配線基板２１０またはウェハの製造中に、実際の光を用いて光導波路２２の検査を行うことができる。

光配線基板２１０の表面は保護層２３で覆われている。ファイバホルダ３０Ａの搭載時に、光配線基板２１０の主面の所定の箇所に接着剤を塗布し、ファイバホルダ３０Ａを接着剤上に浮かせた状態で微動可能に保持する。光ファイバ２１で光配線基板２１０からの光強度をモニターしながら、最大の光結合効率が得られる位置にファイバホルダ３０Ａを合わせて、光配線基板２１０にファイバホルダ３０Ａを押し付ける。この時、嵌合面３６から突出していた光ファイバ２１の先端がファイバホルダ３０Ａ内に押し込まれ、湾曲面３３に沿ってファイバホルダ３０Ａの上面側へ送られる。ファイバホルダ３０Ａに実装された光ファイバ２１の長いものから順にファイバホルダ３０Ａ内に引き込まれ、第２拘束部（接着層４２）と第３拘束部（ガイド孔４３）の間で座屈により撓む。光ファイバ２１の撓みは凹部３２で吸収され、高コストの研磨工程なしに光ファイバ２１の端面を嵌合面３６にそろえることができる。

ファイバホルダ３０Ａを光配線基板２１０に押し付けた後、ファイバホルダ３０Ａの上面側から紫外線照射により、光配線基板２１０に塗布された接着剤を硬化させる。硬化により接着層４４が形成されファイバホルダ３０Ａが光配線基板２１０に接着固定される。ファイバホルダ３０に挿入された光ファイバ２１は、第２拘束部（接着層４２）と第３拘束部（ガイド孔４３）の間で素線の状態で座屈により撓んで露出している。光ファイバ２１に応力が印加された状態で外気に暴露すると、空気中の水分等により破損する場合もあり得る。長期信頼性の観点から、光ファイバ２１を撓ませた状態で、熱硬化型接着剤等によりファイバホルダ３０Ａの凹部３２を含めた全体を覆って固定してもよい。

図８の構成で、ファイバホルダ３０Ａの嵌合面と水平に光ファイバ２１を保持する低背実装により、低コストでコンパクトな光モジュール２０が実現できる。

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態のファイバホルダ３０Ｂに光ファイバ２１が実装された状態を示す概略図である。一例として、４心のファイバ接続を行う構成とする。図９の上段はファイバホルダ３０Ｂの上面図、中段はＩ−Ｉ’断面図、下段は底面図である。ファイバホルダ３０Ｂの底面が接続対象との嵌合面３６となる。光ファイバ２１の直線部分の光軸方向をＸ方向、光ファイバ２１の配列方向をＹ方向、ファイバホルダ３０Ｂの高さ方向をＺ方向とする。

ファイバホルダ３０Ｂは、第１実施形態のファイバホルダ３０Ａと同様に、本体３１の上面に形成された凹部３２と、第１〜第３の拘束部を有するが、嵌合面３６側に開口は形成されていない。替わりに、ファイバホルダ本体の内部で湾曲する通路５２を有する。

嵌合面３６に位置するガイド孔５１は、光ファイバ２１の長さ方向以外の自由度を規制する第１拘束部となる。凹部３２の前壁３２ａに形成されたガイド孔５３は、光ファイバ２１の長さ方向以外の自由度を規制する第３拘束部となる。ファイバホルダ３０Ｂの後端３４で光ファイバ２１の素線の根元を固定する接着層４２は、第２拘束部となる。第２拘束部で、光ファイバ２１の全自由度が制限される。

ファイバホルダ３０Ｂの内部の通路５２は、嵌合面３６のガイド孔５１と、前壁３２ａのガイド孔５３の間に延びて、光ファイバ２１を案内する。通路５２は、ホルダ本体の内部のＸＺ面内で湾曲して、ほぼ９０°方向を変換している。通路５２の径は均一であってもよいし、部分的に径が小さくなる通路であってもよい。後者の場合は、径の小さい第１通路部分で光ファイバ２１にフィットして、光ファイバ２１の長さ方向以外の動きを規制する。径の大きい第２通路部分で、光ファイバ２１を浮かせて光軸方向の移動を円滑にする。通路５２の径の小さい部分は第１実施形態のリテーナ溝４１と同じ機能を果たし、径の大きい部分は第１実施形態の接続溝４７と同じ機能を果たす。

ファイバホルダ３０Ｂの本体は、組み立て前は、第１部分３１ａと第２部分３１ｂが分割して形成されている。第１部分３１ａは、直線状の光ファイバ２１を支持する平坦面５５と、平坦面５５から凸状に湾曲する第１湾曲面３３ａを有する。平坦面５５と湾曲面３３ａには、ファイバ挿入方向に連続して延びる複数の平行な溝が形成されている。平坦面５５での溝は光ファイバ２１を案内する直線状のガイド溝３８（図３参照）となる。

第２部分３１ｂは、凹状に湾曲する第２湾曲面３３ｂと、ファイバ配列方向（Ｙ方向）に延びる前壁３２ａと、前壁３２ａの両端からファイバホルダ３０Ｂの後端３４に向かって延びる側壁５６を有する。第２湾曲面には、光ファイバ２１と同数の平行な溝が形成されている。凸状の第１湾曲面３３ａと凹状の第２湾曲面３３ｂは、光ファイバ２１の曲げによる損失を抑制できる最小の曲げ半径に設定されている。

第１部分３１ａの上面の溝内に素線の光ファイバ２１を配置してから、第２部分３１ｂを第１部分３１ａに被せてファイバホルダ３０Ｂを組み立てる。このとき、光ファイバ２１の先端を嵌合面３６からわずかに（１００μｍ程度）突出させておく。光ファイバ２１は一括切断されているので、突出量はばらついている。

第１部分３１ａと第２部分３１ｂが組み合わせられると、第１湾曲面３３ａに形成された溝と、第２湾曲面３３ｂに形成された溝で、ガイド孔５１と、ガイド孔５３と、通路５２が形成される。また、第１部分３１ａの平坦面５５と、第２部分３１ｂの前壁３２ａ及び側壁５６で、ファイバホルダ３０Ｂの上面の凹部３２が形成される。この状態で、光ファイバ２１の素線の根元を接着層４２で固定する。

第２実施形態のファイバホルダ３０Ｂが光配線基板２１０上で位置合わせされ、光配線基板２１０に対して押圧されると、嵌合面３６から突出した光ファイバ２１は、突出量が大きい方から順に、湾曲した通路５２内で光軸方向に後退する。光ファイバ２１の素線の根元は接着層４２で固定されているため、光ファイバ２１は凹部３２の空間で撓む。最終的にすべての光ファイバ２１の先端位置を嵌合面３６、すなわち光配線基板２１０の表面でそろえることができる。

第２実施形態の構成でも、第１実施形態と同様に、簡単な構成で、所定の曲率で曲がっている光ファイバの端面を、研磨工程なしに嵌合面に揃えて接続対象と正確に光接続させることができる。

＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態のファイバホルダ３０Ｃに光ファイバ２１が実装された状態を示す概略図である。一例として、４心のファイバ接続を行う構成とする。図１１の上段はファイバホルダ３０Ｃの上面図、中段はＩ−Ｉ’断面図、下段は底面図である。ファイバホルダ３０Ｃの底面が接続対象との嵌合面３６となる。光ファイバ２１の直線部分の光軸方向をＸ方向、光ファイバ２１の配列方向をＹ方向、ファイバホルダ３０Ｃの高さ方向をＺ方向とする。

ファイバホルダ３０Ｃは、第１〜第３の拘束部と、本体３１の嵌合面３６側に形成された開口３５及び開口６１を有する。開口６１の天井６３に光ファイバ２１を案内するガイド溝が形成されている。開口６１のファイバ挿入方向の前壁６２ａに、光ファイバ２１と同数のガイド孔４３が形成されている。ガイド孔４３は、たとえば丸孔であり、Ｙ方向に等間隔で並んでいる。ガイド孔４３は開口３５に連通している。

開口３５は、第１実施形態と同様に、円弧状に湾曲する湾曲面３３を有し、ガイド孔４３に挿入された各光ファイバ２１は、湾曲面３３に沿って案内される。曲面３３は、光ファイバ２１の曲げ半径を規定する。湾曲面３３に、光ファイバ２１を湾曲面３３に保持するリテーナ溝４１が部分的または断続的に形成されている。ファイバホルダ３０Ｃが接続対象の光配線基板２１０に搭載される前は、光ファイバ２１は嵌合面３６から突き出るまで挿入される。この状態で、たとえば接着層４２により、光ファイバ２１の素線の根元が本体３１の後端３４に固定される。

リテーナ溝４１は、光ファイバ２１の光軸方向（または長さ方向）以外の自由度を拘束する第１拘束部となる。リテーナ溝４１は、たとえば図３及び図５を参照して第１実施形態で説明した形状を有する。ファイバホルダ３０Ｃの後端３４で光ファイバ２１を固定する接着層４２は、第２拘束部となる。第２拘束部（接着層４２）は、光ファイバ２１の全自由度を拘束する。開口６１の前壁６２ａに形成されたガイド孔４３は、第３拘束部となる。ガイド孔４３は、光ファイバ２１の長さ方向以外の自由度を拘束する。

湾曲面３３は、第１拘束部（リテーナ溝４１）と第３拘束部（ガイド孔４３）の間に位置して、光ファイバ２１の曲げ半径を規定する。嵌合面３６と平行に導入された光ファイバ２１は、湾曲面３３によって所定の曲率で曲げられて、光の入出力方向がほぼ９０°変換される。

光ファイバ２１の実装時には、光ファイバ２１は直線で開口６１へ導入され、ガイド孔４３から湾曲面３３に沿って所定の曲率半径で曲げられ、リテーナ溝４１で湾曲面３３に支持されながら、ファイバ先端が嵌合面３６から突き出すまで挿入される。ファイバ先端の嵌合面３６からの突出し量は、たとえば、１００μｍとする。光ファイバ２１を湾曲面３３に沿わせて嵌合面３６まで挿入するのが困難な場合は、治具等を利用して、開口３５から光ファイバ２１を湾曲面３３のリテーナ溝４１に合わせながら嵌合面３６から突き出るまで引っ張ってもよい。

光配線基板２１０との嵌合時に、ファイバホルダ３０Ｃの嵌合面３６を光配線基板２１０の表面に押し当てることで、突出した光ファイバ２１のうち、突出量が大きい方の光ファイバ２１から順に湾曲面３３に沿って光軸方向に後退し、開口６１内の空間で撓む。最終的にすべての光ファイバ２１の先端位置を嵌合面３６でそろえることができる。湾曲面３３での光ファイバ２１の配列方向への動きと浮き上がりはリテーナ溝４１によって規制されているので、空間３５内での光ファイバ２１同士の抵触は防止できる。

第３実施形態の構成でも、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、簡単な構成で、所定の曲率で曲がっている無研磨の光ファイバの端面を無研磨で嵌合面に揃え、接続対象に正確に光接続することができる。

＜光トランシーバモジュールへの適用例＞
図１１は、実施形態のファイバホルダ３０を用いて配線実装した光トランシーバモジュール１０の一例を示している。図１１の上段が光トランシーバモジュール１０の上面図、下段がIV−IV’断面図である。ファイバホルダ３０として、第１実施形態〜第３実施形態のファイバホルダ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃのいずれを用いてもよい。

光トランシーバモジュール１０はサブパッケージ基板１１上にアセンブリされており、サブパッケージ基板１１は、たとえば、ＬＳＩ５が搭載されたパッケージ基板３上に配置される。サブパッケージ基板１１には、光モジュール２０とともに、例えば、レーザ等が形成された光源チップ１２と、ドライバおよびトランスインピーダンスアンプ機能を有する電気回路チップ１３が搭載されている。光モジュール２０は、光配線基板２１０と、光ファイバ２１が実装されたファイバホルダ３０を有する。外部光配線である光ファイバ２１と、光配線基板２１０上の光導波路２２は、回折格子２４（図９参照）等の光入出力部により光結合されている。光導波路２２は、光変調および検出を行う光素子が形成された回路２８に接続されている。

光配線基板２１０にはシリコン貫通ビア（ＴＳＶ：Through Silicon Via）が形成されており、回路２８は、ＴＳＶ、バンプ６、およびサブパッケージ１１上の電気配線により電気回路チップ１３と接続されている。光源チップ１２と光配線基板２１０は、光ファイバ等を用いて接続されている。

光トランシーバモジュール１０は、サーバやスーパーコンピュータ等の大型演算システムにおいて演算を行うＬＳＩ５と同じパッケージ基板３上で、ＬＳＩ５の近傍に配置される。これ以外にも、例えば、サブパッケージ基板１１上に組み立てた光トランシーバモジュール１０を部品として、所定のフォームファクタに対応するケース内部に収容してもよい。

図１２は、光トランシーバモジュール１０が用いられる電子機器の一例として、システムボード１の概略構成を示す。上段がシステムボード１の上面図、下段がIV−IV’断面図である。システムボード１は、スーパーコンピュータやサーバ等の大型計算装置に用いられる。

電子部品であるＬＳＩチップ５がパッケージ基板３に搭載されており、複数の光トランシーバモジュール１０がＬＳＩチップ５の近傍に配置される。図示の便宜上、単一のパッケージ基板３が描かれているが、複数のパッケージ基板３がボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）４によってボード基板２に搭載されていてもよい。

ＬＳＩチップ５により生成された電気信号は、パッケージ基板３を介して光トランシーバモジュール１０に伝送され、高速変調された光信号として出力される。光信号は外部光配線となる光ファイバ２１により、たとえば他のパッケージ基板に搭載されたＬＳＩの近傍の光トランシーバに伝送される。また、他の光トランシーバから光トランシーバモジュール１０で受信された光信号は電気信号に変換されて、ＬＳＩチップ５に伝送される。

ＬＳＩチップ５と光トランシーバモジュール１０の一部にヒートシンク９を搭載してシステムボード１の動作時に冷却を行ってもよい。冷却装置として、ヒートシンク９に限らず、水冷用のクーリングプレート等を用いてもよい。

図１２の構成とすることで、光インターコネクトが実現し、電気配線を極力短く、かつパッケージ基板３から広帯域の光伝送信号を取り出すことが可能となる。光トランシーバモジュール１０は、外部配線である光ファイバを低背で実装しつつ最大の光結合を実現しているので、システムボード１のレイアウトに有利である。

以上、述べてきた構成は、シリコンフォトニクス技術を想定したほんの一例であり、本発明はシリコンフォトニクス光配線チップの用途だけに限定されるものではない。ファイバホルダ３０を用いた光配線接続は、シリコン基板を用いた光配線チップのほか、有機基板やセラミック基板に搭載された光配線との接続に対しても有効に適用できる。光信号の伝送モードとしては、シングルモードだけでなくマルチモードにも適用できる。外部光配線と光配線基板２１０上の光導波路の間の光入出力インターフェースは、回折格子だけでなく、ミラー構造を用いてもよい。また、実施形態のファイバホルダ３０を用いた光配線接続は、面発光レーザや面型光検出器にも適用可能である。この場合も、嵌合面と平行に導入された光ファイバを所定の曲率で湾曲させて、ほぼ９０°方向変換させ、垂直方向に発光または受光する光素子と高効率に光結合させることができる。また、第３拘束部としてのガイド孔４３、５３は、必ずしも湾曲面３３または湾曲する通路５２の端部に位置する必要はなく、光ファイバ２１が導入される直線部分に配置されていてもよい。

いずれの場合も、ファイバホルダ３０の嵌合面近傍の第１拘束部と、ファイバホルダ３０の後端部の第２拘束部の間に、第３拘束部を設ける。第１拘束部と第３拘束部で光ファイバ２１の長さ方向以外の自由度を制限しつつ光ファイバ２１を長さ方向に移動させて、ファイバ端面を嵌合面に揃える。第２拘束部で光ファイバの全自由度を規制して、第２拘束部と第３拘束部の間の空間で光ファイバ２１を撓ませて光ファイバ２１の長さばらつきを吸収する。これにより、所定の曲率で曲がっている光ファイバの端面を研磨工程なしに嵌合面に揃えて、接続対象に光接続することができる。

以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
基板の主面と略垂直な方向に光を入出力する光配線基板と外部光配線を接続する光モジュールにおいて、
光ファイバを保持して前記光配線基板に光接続するファイバホルダ、
を有し、前記ファイバホルダは、
前記光配線基板に接続される嵌合面と、
前記嵌合面に対して水平に挿入されている前記光ファイバを前記嵌合面まで所定の曲率で曲げる湾曲部と、
前記嵌合面で前記光ファイバの長さ方向以外の自由度を制限する第１拘束部と、
前記ファイバホルダの端部で前記光ファイバの全自由度を制限する第２拘束部と、
前記第１拘束部と前記第２拘束部の間で、前記光ファイバの長さ方向以外の自由度を制限する第３拘束部と、
前記第２拘束部と前記第３拘束部の間で前記光ファイバの撓みを吸収する空間と、
を有することを特徴とする光モジュール。
（付記２）
前記湾曲部は、前記ファイバホルダの前記嵌合面に設けられた開口の内部で湾曲する湾曲面であり、
前記第１拘束部は、前記湾曲面に形成されたリテーナ溝であることを特徴とする付記１に記載の光モジュール。
（付記３）
前記湾曲部は、前記ファイバホルダの内部に形成されて前記第１拘束部から前記第３拘束部まで延びる通路であり、
前記第１拘束部は前記通路の一方の端部に接続されるガイド孔であり、前記第３拘束部は、前記通路の他方の端部に接続される他のガイド孔であることを特徴とする付記１に記載の光モジュール。
（付記４）
前記湾曲部は、前記光ファイバの長さ方向に沿って断続的に設けられた第１ガイド部と、前記第１ガイド部の間を接続する第２ガイド部とを有し、
前記光ファイバは前記第１ガイド部と接するが、前記第２ガイド部と接してい
ないことを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の光モジュール。
（付記５）
前記湾曲面は、前記光ファイバの長さ方向に沿って断続的に設けられた前記リテーナ溝と、前記リテーナ溝を接続する接続溝を有し、
前記接続溝の幅と深さは、前記リテーナ溝の幅と深さよりも大きいことを特徴とする付記２に記載の光モジュール。
（付記６）
前記通路は、前記光ファイバの長さ方向に沿って断続的に設けられた第１通路部分と、前記第１通路部分の間を接続する第２通路部分を有し、
前記第２通路部分の径は前記第１通路部分の径よりも大きいことを特徴とする付記３に記載の光モジュール。
（付記７）
前記ファイバホルダは、第１本体部分と第２本体部分が組み合わせられた本体を有し、
前記第１本体部分は凸状の第１湾曲面を有し、
前記第２本体部分は凹状の第２湾曲面を有し、
前記湾曲部は、前記第１湾曲面と前記第２湾曲面で形成されていることを特徴とする付記３に記載の光モジュール。
（付記８）
前記空間は、前記ファイバホルダの前記嵌合面に形成された空間であることを特徴とする付記１または２に記載の光モジュール。
（付記９）
前記空間は、前記ファイバホルダの前記嵌合面と反対側の面に形成された凹部であることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の光モジュール。
（付記１０）
前記空間に、前記光ファイバを前記嵌合面と平行に保持するガイド溝が形成されていることを特徴とする付記１〜９のいずれかに記載の光モジュール。
（付記１１）
前記ファイバホルダは、無研磨で切断された複数の前記光ファイバを保持しており、
複数の前記光ファイバの端面は前記嵌合面で揃っており、
前記空間で複数の前記光ファイバ間の長さばらつきが吸収されることを特徴とする付記１〜１０のいずれかに記載の光モジュール。
（付記１２）
付記１〜１１のいずれかに記載の光モジュールと、
光源と、
前記光モジュールに接続される電気回路部品と、
を有する光トランシーバモジュール。
（付記１３）
基板と、
前記基板に配置される電子部品と、
前記基板に配置されて前記電子部品と接続される付記１２に記載の光トランシーバモジュールと、
を有する電子機器。
（付記１４）
接続対象との嵌合面と、光ファイバの座屈を許容する空間と、所定の曲率で湾曲する湾曲部とを有するファイバホルダで、光ファイバを前記嵌合面と平行な方向から前記嵌合面に向かって湾曲させて保持し、
前記光ファイバの先端を前記嵌合面から突出させた状態で、前記光ファイバの基部を前記ファイバホルダの端部に固定し、
前記嵌合面を前記接続対象に押圧して、突出した前記光ファイバを前記湾曲部に沿って前記ファイバホルダの内部に押し入れることで、前記光ファイバの端面を前記嵌合面に揃え、かつ前記光ファイバの座屈による撓みを前記空間で吸収する
ことを特徴とする光モジュールの実装方法。

１ システムボード（電子機器）
３ パッケージ基板
５ ＬＳＩチップ（電子部品）
１０ 光トランシーバモジュール
２０ 光モジュール
２１ 光ファイバ
２２ 光導波路
２４ 回折格子（光入出力部）
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ ファイバホルダ
３１ 本体
３１ａ 第１部分
３１ｂ 第２部分
３３ 湾曲面
３３ａ 第１の湾曲面
３３ｂ 第２の湾曲面
３８、６８ ガイド溝
４１，４１ａ、４１ｂ リテーナ溝（第１拘束部）
４２ 接着層（第２拘束部）
４３、５３ ガイド孔（第３拘束部）
４７ 接続溝
５１ ガイド孔（第１拘束部）
５２ 通路（湾曲部）
２１０ 光配線基板

Claims (8)

1. 基板の主面と略垂直な方向に光を入出力する光配線基板と外部光配線を接続する光モジュールにおいて、
   光ファイバを保持して前記光配線基板に光接続するファイバホルダ、
   を有し、前記ファイバホルダは、
   前記光配線基板に接続される嵌合面と、
   前記嵌合面に対して水平に挿入されている前記光ファイバを前記嵌合面まで所定の曲率で曲げる湾曲部と、
   前記嵌合面で前記光ファイバの長さ方向以外の自由度を制限する第１拘束部と、
   前記ファイバホルダの端部で前記光ファイバの全自由度を制限する第２拘束部と、
   前記第１拘束部と前記第２拘束部の間で、前記光ファイバの長さ方向以外の自由度を制限する第３拘束部と、
   前記第２拘束部と前記第３拘束部の間で前記光ファイバの撓みを吸収する空間と、
   を有することを特徴とする光モジュール。
2. 前記湾曲部は、前記ファイバホルダの前記嵌合面に設けられた開口の内部で湾曲する湾曲面であり、
   前記第１拘束部は、前記湾曲面に形成されたリテーナ溝であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記湾曲部は、前記ファイバホルダの内部に形成されて前記第１拘束部から前記第３拘束部まで延びる通路であり、
   前記第１拘束部は前記通路の一方の端部に接続されるガイド孔であり、前記第３拘束部は、前記通路の他方の端部に接続される他のガイド孔であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
4. 前記湾曲部は、前記光ファイバの長さ方向に沿って断続的に設けられた第１ガイド部と前記第１ガイド部の間を接続する第２ガイド部とを有し、
   前記光ファイバは前記第１ガイド部と接するが、前記第２ガイド部と接していないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光モジュール。
5. 前記湾曲面は、前記光ファイバの長さ方向に沿って断続的に設けられたリテーナ溝と、前記リテーナ溝を接続する接続溝を有し、
   前記接続溝の幅と深さは、前記リテーナ溝の幅と深さよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
6. 前記通路は、前記光ファイバの長さ方向に沿って断続的に設けられた第１通路部分と、前記第１通路部分の間を接続する第２通路部分を有し、
   前記第２通路部分の径は前記第１通路部分の径よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光モジュールと、
   光源と、
   前記光モジュールに接続される電気回路部品と、
   を有する光トランシーバモジュール。
8. 基板と、
   前記基板に配置される電子部品と、
   前記基板に配置されて前記電子部品と接続される請求項７に記載の光トランシーバモジュールと、
   を有する電子機器。