JP2018180027A - 光モジュール、及びこれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化が生じる環境下でも、外部光配線と光配線基板上の光導波路の間の接続の信頼性を維持することのできる光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュールは、光導波路が形成された光配線基板１２と、光ファイバ２１を保持して光配線基板に搭載されるファイバホルダと５０を有し、ファイバホルダは、光ファイバの先端を光配線基板に形成された光導波路に光接続し、光配線基板との接続面に光ファイバの先端を収容する溝５３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。

近年の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。

光インターフェースの一例として、シリコンフォトニクス技術で形成された光配線チップ上の回折格子に、光ファイバを基板と垂直な方向から位置合わせして光接続する構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。光ファイバを保持するファイバホルダの材料として一般にガラスが用いられている。ガラスに高精度の加工を施して多心の光ファイバの位置とピッチを規定する。位置合わせされたファイバホルダは接着剤により光配線チップに固定される。

ガラスのファイバホルダは、石英やシリコンの基板に光導波路が形成された光配線チップと熱膨張の差異が小さい。温度サイクル時にファイバホルダを固定する接着剤にかかる応力の絶対値と履歴が小さく、接続の信頼性が維持される。

特開２０１３−２４３６４９号公報

ガラスを用いたファイバホルダは安価な射出成型で作製することが難しい。ガラスの軟化点が高くホットプレス成型の金型を作ること自体が困難だからである。ガラスのファイバホルダは、通常は高精度の機械加工で作製されている。また、ファイバホルダのファイバガイド構造は、溝が形成された基部と基部を覆う蓋などのように２個以上の部品で形成されており、製造コストが高い。低コストでファイバホルダを作製するには、安価な樹脂材料を用いた射出成型が望ましいが、樹脂は光配線チップと比較して熱膨張が大きい。ファイバホルダを樹脂で形成した場合、使用環境の温度変化により、光ファイバの実装位置を固定する接着層に大きなせん断応力が発生する。そのため、接続の長期信頼性を保つことが難しい。

本発明は、温度変化が生じる環境下でも外部光配線と光配線基板上の光導波路の間の接続の信頼性を維持することのできる光モジュールを提供することを目的とする。

一つの態様では、光モジュールは、
光導波路が形成された光配線基板と、
光ファイバを保持して前記光配線基板に搭載されるファイバホルダとを有し、
前記ファイバホルダは、前記光ファイバの先端を前記光配線基板に形成された前記光導波路に光接続させ、
前記光配線基板との接続面に前記光ファイバの先端を収容する溝を有する。

一つの側面として、温度変化が生じる環境下でも外部光配線と光配線基板上の光導波路の間の接続の信頼性を維持することができる。

第１実施形態の光モジュールで用いられるファイバホルダを側面から見た模式図である。 第１実施形態の光モジュールで用いられるファイバホルダを正面から見た模式図と、ファイバホルダの接続面を示す図である。 第１実施形態の光モジュールの温度変化時の状態を示す図である。 第１実施形態の光モジュールで用いられるファイバホルダの構成例を示す図である。 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。 光ファイバが実装されたファイバホルダが光配線チップに固定された状態を示す図である。 溝内の突起の別の形状を示す図である。 第１実施形態のファイバホルダの変形例１の概略図である。 第１実施形態のファイバホルダの変形例２の概略図である。 第１実施形態のファイバホルダの変形例３の概略図である。 光配線チップの構成を変えた光モジュールの変形例を示す図である。 第２実施形態の光モジュールの概略図である。 実施形態のファイバホルダを用いて配線実装した光モジュールの適用例としての光トランシーバの概略図である。 図１３の光トランシーバを用いた電子機器の一例を示す図である。

以下で図面を参照して、実施形態の光モジュールの接続構成を説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の光モジュール１０で用いられるファイバホルダ５０を側面から見た模式図である。図２は第１実施形態の光モジュール１０で用いられるファイバホルダ５０を正面から見た模式図と、基板との接続面５５を示す図である。

光モジュール１０は、基板１２上に光導波路１４が形成された光配線チップ１１と、外部配線である光ファイバ２１を保持して光導波路１４に光接続するファイバホルダ５０を有する。光配線チップ１１は、たとえばシリコンフォトニクスで作製されたシリコンチップであり、光導波路１４はシリコン細線導波路である。光配線チップ１１はこの例に限定されず、石英基板上に石英導波路が形成されたチップや、セラミック基板上にポリマー光導波路が形成されたチップであってもよい。

光配線チップ１１の光導波路１４の端部には、光入出力部として回折格子１５が形成されている。回折格子１５は光インターフェースとして機能し、光導波路１４を伝搬してきた光を基板と垂直または垂直に近い角度で出射して、出射光を光ファイバ２１のコア２２の端面に結合させる。あるいは、光ファイバ２１のコア２２の端面から出射された光を光導波路１４へ入力する。光導波路１４と回折格子１５が形成された光配線チップ１１の表面は、使用される波長の光に対して透明な保護層１８で保護されている。

ファイバホルダ５０は、内部に光ファイバ２１を保持した状態で、接着剤４１により光配線チップ１１の表面に固定されている。図２の例では、４心の光ファイバ２１がテープ被覆２４によって束ねられたテープファイバ―２５が用いられている。テープファイバ―２５の先端側でテープ被覆２４が剥離されて、各光ファイバ２１の素線がファイバホルダ５０内に収容されている。光ファイバ２１のクラッド２３は紫外線硬化樹脂等でコーティングされていてもよい。多心の光ファイバ２１は、ファイバホルダ５０の基部側（ファイバ挿入側）で接着剤４２によりホルダ本体５１に固定されている。ホルダ本体５１は、透明または半透明であってもよいし、不透明であってもよい。ファイバホルダ５０の端部側は、光配線チップ１１に固定される接続面５５となっている。接続面５５を含む面内で、各光ファイバ２１の端面は対応する回折格子１５と光結合する位置にある。

本明細書では、光ファイバ２１の配列方向をＸ方向、光ファイバ２１の光軸方向をＹ方向、Ｘ方向とＹ方向の双方に直交する方向をＺ方向とする。

実施形態の特徴として、ファイバホルダ５０は、光配線チップ１１との接続面５５に光ファイバ２１の先端が収容される溝５３を有する。第１実施形態では、図２に示すように、光ファイバ２１の配列方向（Ｘ方向）に延設された単一の溝５３が配置されている。溝５３は、環境変化（温度変化）によりファイバホルダ５０に生じる歪を緩和して接着剤４１にかかるせん断応力を低減する役割を果たす。図２の例では、溝５３の内部は空気層となっている。 ファイバホルダ５０の接続面５５は、接着剤４１により光配線チップ１１の表面に強固に固定されているが、溝５３の存在により接続面５５の近傍でファイバホルダ５０の剛性が低減され、変形しやすくなっている。温度サイクルによるファイバホルダ５０の熱膨張時に、ファイバホルダ５０が接続面５５の近傍で歪むことで、接着剤４１に集中していた大きなせん断応力を分散させ緩和することができる。

接続面５５に形成された溝５３の大きさと深さは、接着剤４１で光配線チップ１１に固定された部分から発生する応力を逃がすことのできる寸法に設計されている。溝５３の底面５３ｂから突起５４が突き出て、各突起５４で光ファイバ２１の先端部が支持されている。突起５４により、溝５３内で各光ファイバ２１が互いに分離し、独立して存在する。

突起５４の端面の位置は接続面５５とほぼ揃っており、突起５４の端面は接続面５５の一部となる。突起５４の端面は接着剤４１で光配線チップ１１に固定されており、ファイバホルダ５０は熱膨張時に、光ファイバ２１と光配線チップ１１の回折格子１５との位置関係を維持したまま、接続面５５の近傍領域で変形することができる。

図２の下側の図に示すように、突起５４の形状は端面が矩形の角柱型の突起５４Ａでもよいし、光ファイバ２１を取り囲む円柱型の突起５４Ｂでもよい。

図３は、光モジュール１０の温度変化時の状態を示す図である。ファイバホルダ５０が光配線チップ１１よりも大きな熱膨張係数を有する材料、たとえば樹脂材料で形成されている場合を考える。ファイバホルダ５０は、接着剤４１により光配線チップ１１に固定され、光ファイバ２１のコアと回折格子１５との位置関係が維持されている。光モジュール１０の使用時に環境温度が上昇すると、樹脂製のファイバホルダ５０は熱膨張する。接続面５５の近傍は接着剤４１で固定されているので、接続面５５自体は面内方向に伸長しない。ファイバホルダ５０の基部側は拘束がないため膨張し、矢印で示すように、主として光ファイバ２１の配列方向に変位する。図３では説明の便宜上、膨張が誇張されて描かれているが、実際はわずかな体積変化がファイバホルダ５０に生じる。

一方、光配線チップ１１の熱膨張率は、樹脂製のファイバホルダ５０と比較してきわめて小さく、温度サイクルによってその体積またはサイズはほとんど変化しない。光ファイバ２１のコアと回折格子１５の位置関係を維持するために熱膨張率の小さい接着剤４１が用いられている場合、従来のガラスホルダをそのまま樹脂ホルダに置き換えた構成では、接着剤４１に大きなせん断応力がかかる。このせん断応力は、光配線チップ１１とファイバホルダの熱膨張率の差に起因する。長期にわたって継続的にせん断応力が印加されると接着剤４１にクラックが発生し、長期信頼性を保つことができない。

この問題は、実施形態で接続面５５に形成された溝５３によって解消される。光ファイバの配列方向に延びる溝５３を形成することで、ファイバホルダ５０の熱膨張時に、ファイバホルダ５０を接続面５５の近傍で等方的に歪ませて熱膨張係数の違いにより発生する応力を均等に分散することができる。突起５４及び／またはホルダ本体５１の変形により接着剤４１にかかるせん断応力が抑制される。温度サイクルを繰り返しても、光ファイバ２１と回折格子１５の位置関係は維持され、接続劣化による光結合効率の低下を防止することができる。

図４は、第１実施形態の光モジュール１０で用いられるファイバホルダ５０の構成例である。図４（ａ）はＸ−Ｙ平面でみた図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ−Ｘ’断面でみた図、図４（ｃ）は接続面５５から見た図である。図４（ｂ）に示すように、ファイバホルダ５０の光配線チップ１１との接続面５５は、所定の傾斜角を有していてもよい。傾斜角は、回折格子１５の反射角度に対応して設けられる。接続面５５に回折格子１５の反射角に対応する傾斜を設けることで、光ファイバ２１のコアと回折格子１５とを低損失で光結合することができる。

ホルダ本体５１には、光ファイバを案内するファイバガイド穴５２が形成されており、接続面５５に、ファイバガイド穴５２を囲む溝５３が形成されている。溝５３は、Ｘ方向で対向する一対の内壁５３ｗｘと、Ｚ方向で対向する一対の内壁５３ｗｚを有し、溝５３の内部は空気層となっている。溝５３の内部には、溝５３の底面５３ｂからｙ方向に突出する突起５４Ａが等間隔に形成されている。突起５４Ａは角柱の形状を有し、突起５４ＡをＹ方向に貫通してファイバガイド穴５２が形成されている。

図４の例で、溝５３の底面５３ｂの近傍で、突起５４Ａの根元にテーパ５４１が形成されている。突起５４Ａの根本側を太くすることで、微細な突起５４Ａで安定して光ファイバ２１の先端を支持することできる。テーパ５４１は必須ではなく、突起５４Ａが溝５３の底面５３ｂから垂直に突出する構成としてもよい。

ファイバガイド穴５２は、接続面５５と反対側でファイバ挿入溝５６と連通している。ファイバ挿入溝５６の径はファイバガイド穴５２の径よりも大きく、ファイバガイド穴５２との連通部にテーパ５７が設けられている。これにより光ファイバ２１を接続面５５まで挿入しやすい構成となっている。ホルダ本体５１の基部側に、ファイバ挿入溝５６を含むファイバ挿入口５８が形成されている。

一例として、ホルダ本体５１のｙ方向の長さは４ｍｍ、ファイバガイド穴５２の直径は１２５μｍ、ピッチは２５０μｍである。接続面５５から溝５３の底面５３ｂまでの深さは２００〜４００μｍ、突起５４Ａの端面のサイズは２２５μｍ×２２５μｍである。

図５は、図４のファイバホルダ５０に多心ファイバを実装した状態を示す。４心のテープファイバ２５を所定の長さで切断し、切断部近傍の被覆２４をストリッパで除去して、多心の光ファイバ２１の素線アレイを得る。光ファイバ２１の素線の切断面を、レーザ加工等より例えばファイバホルダ５０の接続面５５の傾斜と同じ角度に加工した後、光ファイバ２１をファイバホルダ５０に挿入する。ファイバ挿入溝５６に形成されたテーパ５７を利用することで、ファイバガイド穴５２へのスムーズな挿入が可能となる。光ファイバ２１は、突起５４を貫通するファイバガイド穴５２を通って接続面５５まで挿入される。光ファイバ２１の挿入後、治具等を用いて接続面５５（すなわち突起５４の端面）でファイバ位置を揃えながら、ファイバ挿入口５８の近傍で光ファイバ２１を接着剤４２でファイバホルダ５０に固定する。これにより光ファイバ２１の実装が完了する。

図６は、光ファイバ２１が実装されたファイバホルダ５０を光配線チップ１１に固定した状態を示す。図６の左図で、あらかじめ粘度の高い接着剤６１を接続面５５と突起５４Ａの端面に薄く塗布しておく。光ファイバ２１のコア２２の端面を回折格子１５に位置合わせして、ファイバホルダ５０を光配線チップ１１の表面に接着固定する。接着剤６１の薄い層を接続面５５と突起５４Ａの端面に塗布しておくことで、溝５３の内部への接着剤６１の侵入を抑制して、ファイバホルダ５０を光配線チップ１１に搭載することができる。

溝５３の内部では、突起５４Ａの端面だけが光配線チップ１１に固定されている。図６の右図に示すように、接着剤６１の熱膨張率が大きく接着剤６１自体が熱膨張した場合でも、その熱膨張は主として光配線チップ１１の表面に垂直な法線方向の変位となる。接着剤６１の熱膨張により突起５４ＡにＹ方向の応力がかかっても、細い突起５４Ａは溝５３の空間内で変位または変形して応力を分散することができる。光ファイバ２１のコア２２と回折格子１５との位置関係は維持される。

図７は、角柱シェルの突起５４Ａに替えて、円柱形の突起５４Ｂを溝５３の内部に設けた構成例を示す。突起５４Ｂの径は、たとえば２２５μｍ、ファイバガイド穴５２を取り巻く円柱壁の厚さは５０μｍである。図７のファイバホルダ５０の構成は、円柱形の突起５４Ｂを配置すること以外は、図４の構成と同じである。光ファイバ２１が実装されるときは、光ファイバ２１の先端が円柱型の突起５４Ｂで支持されて突起５４Ｂの端面位置に導かれる。

突起５４Ｂは、ファイバガイド穴５２の中心に対して対称性の高い構造となっている。突起５４Ｂが光軸に対して対称な形状を有することで、温度サイクルによる熱膨張時に各突起５４Ｂで均一な歪を発生させることができる。

図７の例では、溝５３の底面５３ｂの近傍で、突起５４Ｂの根元にテーパ５４２が形成されている。突起５４Ｂの根本側を太くすることで、微細な突起５４Ｂで安定して光ファイバ２１の先端を支持することできる。テーパ５４２は必須ではなく、溝５３の底面５３ｂから垂直に突出する円柱形の突起としてもよい。

＜変形例１＞
図８は、第１実施形態の変形例１のファイバホルダ５０−１の模式図である。変形例１では、接続面５５に形成される溝６３は、接続面５５の端部まで延びる複数のスリット６３−１〜６３−５を含み、溝６３の中に光ファイバ２１の配列が位置する。複数のスリット６３−１〜６３−５は、光ファイバの配列方向（Ｘ方向）に沿って配置され、各スリット６３−１〜６３−５はＺ方向に延びている。
隣接するスリットとスリットの間にリブ型の突起６４が形成されており、突起６４を貫通してファイバガイド穴５２が形成されている。突起６４の端面と接続面５５にあらかじめ接着剤が薄く塗布されて、光配線チップ１１に固定される。
熱膨張の影響はファイバの配列方向（Ｘ方向）で大きいため、ファイバホルダ５０−１の接続面５５においてＺ方向の両端まで延びる複数のスリット６３−１〜６３−５をファイバ配列方向に並べることで、応力発生時に突起６４をＸ方向に撓ませることができる。接続面５５と突起６４の端面を光配線チップ１１に固定する接着剤にかかるせん断応力を低減して接続の信頼性を維持することができる。

図８の例では、溝６３の底面６３ｂの近傍で、リブ型の突起６４の根元にテーパ６４１が形成されている。突起６４の根本側を太くすることで、薄い突起６４で安定して光ファイバ２１の先端を支持することできる。テーパ６４１は必須ではなく、溝６３の底面６３ｂから垂直に突出するリブ型の突起としてもよい。

＜変形例２＞
図９は、第１実施形態の変形例２のファイバホルダ５０−２に光ファイバ２１を実装した状態を示す。ファイバホルダ５０−２のホルダ本体５１の形状自体は、図４のファイバホルダ５０と同じであり、光ファイバ２１の実装態様も同じである。相違点は、接続面５５に形成された溝５３内にホルダ本体５１よりも弾性率（ヤング率）の低い充填材３５、例えばゴムやゲル等の樹脂が充填されている点である。

ホルダ本体５１が、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール等のポリマー材料を用いて射出成型で作製されている場合、充填材３５としてポリエチレン、ポリプロピレン等を溝５３内に充填し硬化することができる。この場合の材料の組み合わせは自由である。

光ファイバ２１の先端を支持する角柱シェルの突起５４Ａは、溝５３内で充填材３５に取り囲まれている。空気層に替えて低ヤング率の充填層を用いることによっても、ファイバホルダの５０−２の接続面５５の近傍の実効的な剛性が低減され、応力緩和の効果が得られる。

＜変形例３＞
図１０は、第１実施形態の変形例３のファイバホルダ５０−３に光ファイバ２１を実装した状態を示す。変形例３では、溝５３内に突起を設けず、光ファイバ２１の先端を露出する構成とする。ファイバ挿入溝５６に連通するファイバガイド穴５２は、溝５３の底面５３ｂまで延びる。接続面５５が接着剤により光配線チップ１１に固定されると、ファイバガイド穴５２から突き出た光ファイバ２１は、ファイバ自体の剛性により回折格子１５との光結合位置に高精度に位置決めされる。ファイバホルダ５０−３が熱サイクルにより熱膨張する場合、ホルダ本体５１は光ファイバ２１と回折格子１５の位置関係を保ったまま接続面５５の近傍で等方的に変形して、接着剤にかかるせん断応力を緩和する。これにより接続の信頼性が保たれる。

＜その他の変形例＞
図１１の光モジュール１０Ａは、光インターフェースとして回折格子１５に替えてミラー１９を用いている。ミラー１９は多層反射膜、高反射膜などで形成することができる。ミラー１９を約４５°の角度で傾斜させることで、光導波路１４と光ファイバ２１の間で、ほぼ垂直な角度で光を入出力することができる。この場合、ホルダ本体５１の接続面５５に傾斜を設けずに、光配線チップ１１上にファイバホルダ５０をほぼ垂直に固定することができる。

ファイバホルダ５０の接続面５５は、接着剤４１によって光配線チップ１１Ａに固定されている。ファイバホルダ５０が樹脂成型材料で形成されている場合でも、熱膨張時に発生する応力は溝５３によって分散、緩和され、接着剤４１にかかるせん断応力を低減することができる。

図１１の光配線チップ１１Ａは、ファイバホルダの変形例１〜３のすべてに適用され得る。

＜第２実施形態＞
図１２は、第２実施形態の光モジュール３０の概略図である。図１２の上図は、光配線チップ１１上にファイバホルダ７０が固定された状態を側面から見た図、図１２の下図は、ファイバホルダ７０の接続面５５から見た図である。

第２実施形態のファイバホルダ７０は、ホルダ本体７１の内部で光ファイバ２１を所定の曲率で曲げて保持し、光伝搬方向をほぼ９０度変換する低背タイプのファイバホルダである。ファイバホルダ７０の接続面７５は、接着剤８１により光配線チップ１１の表面に固定されている。ファイバホルダ７０の接続面７５には、光ファイバ２１の先端位置の周囲に溝８３が形成されている。

溝８３の中に、光ファイバ２１の配列方向（Ｘ方向）に並ぶ複数の突起８４が配置されて対応する光ファイバ２１の先端部を支持する。各突起８４は、光ファイバ２１のコア端面が光配線チップ１１の回折格子１５に光結合する位置に形成されている。

ファイバホルダ７０の接続面７５には、溝８３の他に、複数の溝７３−０〜７３−ｎが形成されている。溝７３−０〜７３−ｎは、ホルダ本体７１の長軸方向または光ファイバ２１の挿入方向（図１２の例ではＹ方向）に沿って配列されている。ファイバホルダ７０の接続面７５が接着剤８１で固定された状態で熱膨張する場合、ホルダ本体７１の長さ方向への歪みの影響が大きい。そこで溝７３−０〜７３−ｎによりファイバホルダ７０の接続面７５近傍での剛性を低下させてホルダ本体７１を変形させ、接着剤８１にかかるせん断応力を低減する。

光ファイバ２１の先端を支持する突起８４は、その端面で接着剤８１により回折格子１５との結合位置に固定されているが、熱膨張係数の差異により突起８４に発生する応力は突起８４が溝８３内で変形することで緩和することができる。これにより、光ファイバ２１と光配線チップ１１の光結合効率の低下を回避しながら、接続面７５と突起８４の端面で接着剤８１にかかるせん断応力を低減することができる。

突起８４の形状は、図４のような角柱シェルであってもよいし、図１０のように突起を設けずに、光ファイバ２１の先端の剛性を利用して回折格子１５に光結合させてもよい。複数の溝７３−０〜７３−ｎは、図８のように、接続面７５でＸ方向の両端に到達するスリットとして形成してもよい。また、溝８３の内部と、溝７３−０〜７３−ｎの少なくとも一部に、ホルダ本体５１よりも弾性率（ヤング率）の小さい材料を充填してもよい。光配線チップ１１の光入出力部として、回折格子１５に替えてミラー１９（図１１参照）を用いてもよい。

第１実施形態と第２実施形態の構成は、ファイバホルダ５０または７０が、安価な樹脂材料で射出成型されている場合に特に有効である。ファイバホルダ５０または７０の接続面５５または７５に溝を形成することで剛性を低減し、高温時にホルダ本体５１または７１を積極的に歪ませて接着層への応力集中を緩和することができる。
＜光トランシーバへの適用例＞
図１３は、実施形態のファイバホルダ５０を用いて配線実装した光モジュール１０の適用例として、光トランシーバ１００を示す。図１３の上段が光トランシーバ１００の上面図、下段がＡ−Ａ’断面図である。図１３では、第１実施形態のファイバホルダ５０が図示されているが、第２実施形態のファイバホルダ７０を用いた光モジュール３０も等しく適用可能である。

光トランシーバ１００は、サブパッケージ基板１０１上にアセンブリされている。サブパッケージ基板１０１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１０１には、光モジュール１０とともに、例えば、レーザ等が形成された光源チップ１０２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１０３が搭載されている。

光モジュール１０は、光配線チップ１１と、光配線チップ１１に固定されたファイバホルダ５０を有する。ファイバホルダ５０は外部光配線である光ファイバ２１を保持して、光ファイバ２１と光配線チップ１１上の光導波路１４を光学的に接続している。光導波路１４は、光変調および光検出を行う光デバイスが形成された回路２８に接続されている。

光トランシーバ１００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で演算を行うＬＳＩ５と同じパッケージ基板３上で、ＬＳＩ５の近傍に配置される。この適用例以外にも、例えば、サブパッケージ基板１０１上に組み立てた光トランシーバ１００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１４は、光トランシーバ１００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１００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１００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送信され光トランシーバ１００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１００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１４の構成とすることで光インターコネクションが実現され、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１００は、安価な樹脂材料のファイバホルダ５０または７０を用いた光モジュール１０または３０を用いつつ、温度サイクルをともなう環境下で接続の信頼性を維持することができる。したがって、光トランシーバ１００を駆動時に高温になるＬＳＩ５の近傍に配置することができ、システムボード１のレイアウトと適用範囲を広げることができる。

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。本発明の構成は、多心の光ファイバの接続に限定されず、単心の光ファイバを保持するファイバホルダにも適用され得る。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。実施形態のファイバホルダ５０または７０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、ファイバホルダ５０または７０の溝構造により、熱膨張係数の差異によりファイバホルダの接続面の近傍で発生する応力を分散させて、接着剤にかかるせん断応力を低減することができる。

以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
光導波路が形成された光配線基板と、
光ファイバを保持して前記光配線基板に搭載されるファイバホルダと、
を有し、
前記ファイバホルダは、前記光ファイバの先端を前記光配線基板に形成された前記光導波路に光接続し、
前記光配線基板との接続面に前記光ファイバの先端を収容する溝を有することを特徴とする光モジュール。
（付記２）
前記溝の内部に、前記光ファイバの先端を支持する突起を有す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）
前記突起は、前記溝の底面から突出する角柱型、円柱型、またはリブ型の突起であることを特徴とする付記２に記載の光モジュール。
（付記４）
前記ファイバホルダは、前記光ファイバを案内するファイバガイド穴を有し、
前記ファイバガイド穴は、前記光ファイバの光軸方向に前記突起を貫通することを特徴とする付記２または３に記載の光モジュール。
（付記５）
前記光ファイバの先端は前記溝内で、前記溝の底面から前記光配線基板との接続面まで突出していることを特徴とする付記１に記載の光モジュール。
（付記６）
前記ファイバホルダは、前記光ファイバを案内するファイバガイド穴を有し、
前記ファイバガイド穴は、前記溝と連通していることを特徴とする付記５に記載の光モジュール。
（付記７）
前記ファイバホルダは複数の光ファイバの配列を保持し、
前記溝は、前記光ファイバの配列を取り囲む単一の溝であることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の光モジュール。
（付記８）
前記ファイバホルダは複数の光ファイバの配列を保持し、
前記溝は、前記光ファイバを隔てる複数スリットであることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の光モジュール。
（付記９）
前記複数のスリットは前記光ファイバの配列方向に並べられ、
前記複数のスリットの各々は、前記光ファイバの配列方向と直交する方向に延設されていることを特徴とする付記８に記載の光モジュール。
（付記１０）
前記溝の内部に充填される充填材、
をさらに有し、前記充填材は前記ファイバホルダよりも低い弾性率を有す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）
前記光ファイバは、前記接続面と垂直な方向から前記ファイバホルダに挿入されてい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）
前記光ファイバは、前記接続面と平行な方向から前記ファイバホルダに挿入され、前記ファイバホルダ内で所定の曲率で曲げられて挿入方向とほぼ直交する方向に方向転換されてい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１３）
前記接続面は、前記光ファイバを取り囲む第１の溝と、前記光ファイバの挿入方向に沿って並べられる１以上の第２の溝を有することを特徴とする付記１２に記載の光モジュール。
（付記１４）
前記ファイバホルダは樹脂材料で形成されていることを特徴とする付記１〜１３のいずれかに記載の光モジュール。
（付記１５）
前記ファイバホルダは、前記光配線基板に接着固定されていることを特徴とする付記１〜１４のいずれかに記載の光モジュール。
（付記１６）
付記１〜１５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。
（付記１７）
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１６に記載の光トランシーバと、
を有する電子機器。

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、１０Ａ、３０ 光モジュール
１１、１１Ａ 光配線チップ（光配線基板）
１４ 光導波路
１５ 回折格子
３５ 充填材
５０、５０−１、５０−２、５０−３、７０ ファイバホルダ
５１ ホルダ本体
５２ ファイバガイド穴
５３、６３、８３ 溝
５４、５４Ａ、５４Ｂ、６４、８４ 突起
５５、７５ 接続面
６３−１〜６３−５ スリット
１００ 光トランシーバ

Claims (9)

1. 光導波路が形成された光配線基板と、
   光ファイバを保持して前記光配線基板に搭載されるファイバホルダと、
   を有し、
   前記ファイバホルダは、前記光ファイバの先端を前記光配線基板に形成された前記光導波路に光接続し、
   前記光配線基板との接続面に前記光ファイバの先端を収容する溝を有する
   ことを特徴とする光モジュール。
2. 前記溝の内部に、前記光ファイバの先端を支持する突起を有することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記突起は、前記溝の底面から突出する角柱型、円柱型、またはリブ型の突起であることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記ファイバホルダは複数の光ファイバの配列を保持し、
   前記溝は、前記光ファイバの配列を取り囲む単一の溝である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. 前記ファイバホルダは複数の光ファイバの配列を保持し、
   前記溝は、前記光ファイバを隔てる複数スリットである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。
6. 前記複数のスリットは前記光ファイバの配列方向に並べられ、
   前記複数のスリットの各々は、前記光ファイバの配列方向と直交する方向に延設されていることを特徴とする請求項５に記載の光モジュール。
7. 前記溝の内部に充填される充填材、
   をさらに有し、前記充填材は前記ファイバホルダよりも低い弾性率を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光モジュール。
8. 請求項１〜７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。
9. 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８に記載の光トランシーバと、
   を有する電子機器。
   
   

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