JP2020101623A

JP2020101623A - 光モジュール構造

Info

Publication number: JP2020101623A
Application number: JP2018238627A
Authority: JP
Inventors: 義徳中臣; Yoshinori Nakaomi
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: JP7071911B2

Abstract

【課題】小型で多くの光信号の伝送が可能な光モジュール構造を提供することを課題とする。【解決手段】長手方向に二つの端面を有しており、光の伝送経路である複数の第１コア４１が、それぞれの端面内に放光部または入光部のいずれか一方が位置する状態で位置している一以上のマルチコアファイバ４０と、光の伝送方向を変換する反射部を有しており、第１コア４１の数と同数の第２コア２２が、互いに間隔をあけて隣接している光導波路２０と、を備えており、マルチコアファイバ４０の少なくとも一つの端面と光導波路２０の上面とが互いに対向する状態で接続しているとともに、第１コア４１の放光部または入光部と反射部とが互いに対向している。【選択図】図３

Description

本開示は、光モジュール構造に関するものである。

多くの情報を高速で伝送できる高機能な光モジュールの開発が進められている。なお、光モジュールは、光導波路、光ファイバおよび光素子を有している。光素子と外部機器との間の光信号の伝送は、伝送経路であるコア層を一つ備える光ファイバおよび光素子を介して行われる。

特開２０００−２９４８０９号公報

光モジュール構造の高機能化および小型化が進むことに伴って、光素子等の電子部品に伝送される光信号の情報量が増大している。これに対応して、一つのコア層を備える光ファイバの数量も増大している。しかしながら、光モジュール構造の小型化により、光ファイバの接続領域を確保することが困難になってきている。このため、光信号の情報量を増やすことができず光モジュール構造の高機能化が鈍化してしまうおそれがある。

本開示における光モジュール構造は、長手方向に二つの端面を有しており、光の伝送経路である複数の第１コアが、それぞれの端面内に放光部または入光部のいずれか一方が位置する状態で位置しているマルチコアファイバと、光の伝送方向を変換する反射部を有しており、第１コアの数と同数の第２コアが、互いに間隔をあけて隣接している光導波路と、を備えており、マルチコアファイバの少なくとも一つの端面と光導波路の上面とが互いに対向する状態で接続しているとともに、第１コアの放光部または入光部と反射部とが互いに対向していることを特徴とするものである。

本開示の構造によれば、小型で多くの光信号の伝送が可能な光モジュール構造を提供することができる。

図１は、本開示の光モジュール構造の実施形態例を示す概略断面図である。図２は、本開示の光モジュール構造の実施形態例の要部を示す概略斜視図である。図３は、本開示の光モジュール構造の実施形態例の要部を示す概略平面透視図である。図４は、本開示の光モジュール構造の実施形態例の要部を示す概略断面図である。図５は、本開示の光モジュール構造の実施形態例の要部を示す概略平面透視図である。図６は、本開示の光モジュール構造の実施形態例の要部を示す概略平面透視図である。図７は、本開示の光モジュール構造の実施形態例の要部を示す概略断面図である。図８は、本開示の光モジュール構造の実施形態例の要部を示す概略平面透視図である。図９は、本開示の光モジュール構造の実施形態例の要部を示す概略平面透視図である。図１０は、本開示の光モジュール構造の実施形態例の要部を示す概略断面図である。図１１は、本開示の光モジュール構造の実施形態例の要部を示す概略平面透視図である。図１２は、本開示の光モジュール構造の実施形態例の要部を示す概略平面透視図である。図１３は、本開示の光モジュール構造の実施形態例の要部を示す概略断面図である。

図１および図２を基にして、本開示の光モジュール構造５０の実施形態例を説明する。図１は、光モジュール構造５０の断面図である。光モジュール構造５０は、配線基板１０、光導波路２０、電子部品３０およびマルチコアファイバ４０を有している。

配線基板１０は、光導波路２０、電子部品３０およびマルチコアファイバ４０を位置決めして固定し、電子部品３０と外部（マザーボード等）とを電気的に接続する機能を有している。

配線基板１０は、絶縁基板１１と配線導体１２とを備えている。絶縁基板１１は、コア用の絶縁層１１ａとビルドアップ用の絶縁層１１ｂとを有している。コア用の絶縁層１１ａは、複数のスルーホール１３を有している。

コア用の絶縁層１１ａは、例えば、絶縁基板１１の剛性を確保して平坦性を保持する等の機能を有している。コア用の絶縁層１１ａは、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂等を含浸した半硬化状態のプリプレグを、加熱しながら平坦にプレス加工することで形成される。

ビルドアップ用の絶縁層１１ｂは、複数のビアホール１４を備えている。ビルドアップ用の絶縁層１１ｂは、例えば、後で詳しく説明する配線導体１２等の引き回し用スペースを確保する等の機能を有する。ビルドアップ用の絶縁層１１ｂは、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等を含む樹脂フィルムを、真空下でコア用の絶縁層１１ａに貼着して熱硬化することで形成される。

配線導体１２は、コア用の絶縁層１１ａの表面、ビルドアップ用の絶縁層１１ｂの表面、スルーホール１３の内部およびビアホール１４の内部に位置している。スルーホール１３の内部に位置する配線導体１２は、コア用の絶縁層１１ａの上下表面に位置する配線導体１２間を導通している。ビアホール１４の内部に位置する配線導体１２は、ビルドアップ用の絶縁層１１ｂの表面に位置する配線導体１２と、コア用の絶縁層１１ａの表面に位置する配線導体１２間を導通している。配線導体１２は、例えばセミアディティブ法やサブトラクティブ法により、銅めっき等の良導電性金属により形成されている。

配線基板１０は、上面に複数の第１電極１５を有している。第１電極１５は、電子部品３０の電極３１と、導電材料を介して接続される。導電材料としては、例えば半田が挙げられる。また、配線基板１０は、下面に複数の第２電極１６を有している。第２電極１６は、例えばマザーボードが接続される。第１電極１５および第２電極１６は、配線導体１
２の一部から成り、配線導体１２の形成時に同時に形成される。

配線基板１０は、光導波路２０が実装される領域に支持層１７を有している。支持層１７は、例えば積層体２４にレーザー光を照射してキャビティ２５を形成するときに、レーザー光が積層体２４を貫通して配線基板１０を損傷することを防止する遮蔽板として機能する。支持層１７は、例えば配線導体１２の一部から成り、配線導体１２の形成時に同時に形成される。

光導波路２０は、下部クラッド２１、第２コア２２、および上部クラッド２３を含む積層体２４と、キャビティ２５と、反射部２６とを含んでいる。

下部クラッド２１は、例えば１０〜２０μｍの厚みを有する平板形状である。下部クラッド２１は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂を含む感光性シートあるいは感光性ペーストを、例えば基板の上面に被着あるいは塗布した後、露光および現像により所定の形状に整形して熱硬化することにより形成される。

第２コア２２は、例えば２０〜４０μｍの厚みを有しており、四角形状の断面をもつ細長い線形状である。第２コア２２は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂を含む感光性シートを、真空状態で下部クラッド２１上に被着して露光および現像により線形状に整形した後、熱硬化することで形成される。第２コア２２用の感光性シートを構成する樹脂の屈折率は、下部クラッド２１および上部クラッド２３用の感光性シートやペーストを構成する樹脂の屈折率よりも大きいものを用いる。

上部クラッド２３は、第２コア２２を被覆する状態で下部クラッド２１の上面に位置している。上部クラッド２３は、第２コア２２の上方において、例えば１０〜２０μｍの厚みを有しており、平坦な上面を有している。

上部クラッド２３の上面において、後述するマルチコアファイバ４０の放光部もしくは入光部と対向する領域の表面の粗さは、算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下であれば、光信号が乱反射して拡散することを低減するのに有利である。

上部クラッド２３は、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂から成る感光性シートあるいは感光性ペーストを、第２コア２２を被覆するように下部クラッド２１の上面に被着あるいは塗布して露光および現像した後、熱硬化することで形成される。

キャビティ２５は、上面透視において、各第２コア２２の一部と重なる領域に位置している。キャビティ２５は、断面視において、上部クラッド２３の上面から下部クラッド２１にかけて位置しており、第２コア２２を下部クラッド２１の上面に対して斜め方向に分断する分断面を有している。

なお、キャビティ２５の底部は、下部クラッド２１の底面にまで達していても構わないが、キャビティ２５の底部が、下部クラッド２１内に位置している場合には、後述するキャビティ２５の加工時にレーザー光によってキャビティ２５以外の部分が損傷することを抑制できる点で有利である。

反射部２６は、分断面における第２コア２２の部位に位置している。反射部２６は、例えば光導波路２０に接続されるマルチコアファイバ４０内の第１コア４１の直下に位置している。反射部２６は、電子部品３０から発光された光信号の向きを変換してマルチコアファイバ４０に光信号を伝送させる機能を有している。あるいは、マルチコアファイバ４０から送信された光信号の向きを変換して電子部品３０に光信号を受光させる機能を有し
ている。

なお、第２コア２２の中心軸と反射部２６の中心位置とは一致しており、この中心軸および中心位置を基準にして光信号が伝送される。ここで、中心軸とは、四角形状の第２コア２２の断面の１対の対角線が交わる位置を指す。また、中心位置とは、四角形状の反射部２６の１対の対角線が交わる位置を指す。

電子部品３０は、例えば集積回路素子３２、シリコンフォトニクス３３、レーザーダイオードドライバ３４およびトランスインピーダンスアンプ３５等が挙げられる。集積回路素子３２は、例えばＡＳＩＣ（ＡｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）等を含み、主に演算機能を有している。シリコンフォトニクス３３は、主に光信号と電気信号との変換機能を有している。レーザーダイオードドライバ３４は、主に光信号の出力制御の機能を有している。トランスインピーダンスアンプ３５は、主に電流信号をインピーダンス変換する機能を有している。

これらの電子部品３０は、例えば外部機器からマルチコアファイバ４０および第２コア２２を経由して伝送される光信号を、シリコンフォトニクス３３で電流信号に変換し、トランスインピーダンスアンプ３４でインピーダンス変換した後、集積回路素子３２で演算を行い、配線基板１０を介してマザーボードに伝送する機能を有している。

マルチコアファイバ４０は、例えば図１および図４に示すように、複数の第１コア４１とクラッド４２とを有している。第１コア４１およびクラッド４２は、ともに長尺形状を有しており、第１コア４１がクラッド４２に被覆される状態で位置している。マルチコアファイバ４０は、長手方向に二つの端面を有しており、各々の第１コア４１が、各端面内に光信号の放光部または入光部のいずれか一方が位置する状態で位置している。言い換えれば、放光部および入光部以外の部分は、クラッド４２の中に内在している。

マルチコアファイバ４０の一つの端面は、光導波路２０の上面と互いに対向する状態で接続しており、各第１コア４１の放光部または入光部と反射部２６とが互いに対向している。言い換えれば、一つのマルチコアファイバ４０が４つの第１コア４１を有している場合には、一つのマルチコアファイバ４０に対して４本の第２コア２２が光学的に接続している。このため、光の伝送経路を一つしか有していない光ファイバを用いる場合に比べて、光ファイバを接続する領域を低減できるという点で有利である。

上記のような接続により、第１コア４１を伝送する光信号が放光部から出射して反射部２６で方向を変換し、第２コア２２を伝送する。あるいは、第２コア２２を伝送する光信号が反射部２６で方向を転換し、入光部を介して第１コア４１を伝送する。

なお、マルチコアファイバ４０と光導波路２０との接続には、例えばコネクタ４３が用いられる。そして、各第１コア４１の放光部または入光部と反射部２６とが互いに精度良く対向するために、例えば図２に示すような接続形態を採用すればよい。図２は、マルチコアファイバ４０とコネクタ４３との篏合形態を示す斜視図である。マルチコアファイバ４０を挿入するための孔部４４を有するコネクタ４３を用意する。孔部４４の内周側には少なくとも一つの突起部４５が位置している。さらに、マルチコアファイバ４０のうち、孔部４４に挿入される部位の側面に、溝４６を設けておく。そして、突起部４５が溝４６に収まるようにマルチコアファイバ４０を孔部４４に挿入する。

上記のようなマルチコアファイバ４０が、光導波路２０の上面に複数接続する場合、光モジュール構造５０の小型化を図るために、マルチコアファイバ４０を高密度に配置する必要がある。以下に光導波路２０に接続するマルチコアファイバ４０およびこれに光学的
に接続する第２コア２２の配置例を上面透視図で示す。

図３に配置例１を示す。配置例１に用いるマルチコアファイバ４０は、内部に４つの第１コア４１を有しており、例えば図４に示すような寸法を有している。一つのマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２において第２コア２２同士の配置間隔Ｌ１が同じになるように、マルチコアファイバ４０は、図３に示すような角度θ１で光導波路２０と接続している。配置例１では、第２コア２２の垂線と、隣接する第１コア４１同士を通る直線との角度であるθ１が２６．５７°となっている。また、互いに隣接するマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２同士の配置間隔もＬ１となるように、マルチコアファイバ４０が千鳥状に位置している。配置例１の場合、Ｌ１はおよそ２２．４μｍとなる。

図５に配置例２を示す。配置例２に用いるマルチコアファイバ４０は、内部に４つの第１コア４１を有しており、例えば図４に示すような寸法を有している。一つのマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２において第２コア２２同士の配置間隔Ｌ１が同じになるように、マルチコアファイバ４０は、図５に示すような角度θ１で光導波路２０と接続している。配置例２では、第２コア２２の垂線と、隣接する第１コア４１同士を通る直線との角度であるθ１が２６．５７°となっている。配置例２の場合、一つのマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２の一部が、他のマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２同士の間に位置している。それぞれの第２コア２２同士の配置間隔Ｌ２は同じ大きさである。Ｌ２はおよそ１１．２μｍとなる。

図６に配置例３を示す。配置例３に用いるマルチコアファイバ４０は、内部に３つの第１コア４１を有しており、例えば図７に示すような寸法を有している。一つのマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２において第２コア２２同士の配置間隔Ｌ３が同じになるように、マルチコアファイバ４０は、図６に示すような角度で光導波路２０と接続している。配置例３では、第２コア２２の垂線と、隣接する第１コア４１同士を通る一つの直線との角度が１８０°、つまり互いに平行となっている。配置例３の場合、一つのマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２の一部が、他のマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２同士の間に位置している。配置例３の場合、第２コア２２が、配置間隔Ｌ３を２等分する状態で位置している。それぞれの第２コア２２同士の配置間隔Ｌ４は同じである。Ｌ３はおよそ３５μｍでありＬ４はおよそ１７．５μｍとなる。

図８に配置例４を示す。配置例４の場合、配置例３にける配置間隔Ｌ３を、第２コア２２が３等分する状態で位置している。つまり、それぞれの第２コア２２同士の配置間隔Ｌ５は配置間隔Ｌ３の１／３となる。配置例４の場合、Ｌ５はおよそ１１．７μｍとなる。

図９に配置例５を示す。配置例５に用いるマルチコアファイバ４０は、内部に６つの第１コア４１を有しており、例えば図１０に示すような寸法を有している。一つのマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２において第２コア２２同士の配置間隔Ｌ６が同じになるように、マルチコアファイバ４０は、図９に示すような角度θ２で光導波路２０と接続している。配置例５では、第２コア２２の垂線と、互いに隣接する第１コア４１同士を通る一つの直線との角度θ２が１４．０４°となっている。配置例５の場合、一つのマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２の一部が、他のマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２同士の間に位置している。配置例５の場合、第２コア２２が、配置間隔Ｌ６を２等分する状態で位置している。それぞれの第２コア２２同士の配置間隔Ｌ７は同じである。Ｌ６はおよそ１２．１μｍでありＬ７はおよそ６．１μｍとなる。

図１１に配置例６を示す。配置例６に用いるマルチコアファイバ４０は、内部に４つの第１コア４１を有しており、例えば図４に示すような寸法を有している。一つのマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２において第２コア２２同士の配置間隔Ｌ８およびＬ９が互いに異なる間隔を含むように、マルチコアファイバ４０は、図１１に示すような角度θ２で光導波路２０と接続している。配置例６では、第２コア２２の垂線と、隣接する第１コア４１同士を通る一つの直線との角度θ２が１４．０４°となっている。配置例６の場合、一つのマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２の一部が、他のマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２同士の間に位置している。これにより、互いに異なるマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２同士の間隔Ｌ８の大きさが同じである。配置例６の場合、Ｌ８はおよそ１２．１μｍ、Ｌ９はおよそ３６．３μｍである。

図１２に配置例７を示す。本例に用いるマルチコアファイバ４０は、内部に４つの第１コア４１を有しており、例えば図４に示すような寸法を有している。一つのマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２において、第２コア２２同士の配置間隔Ｌ８およびＬ９が互いに異なる間隔を含むように、マルチコアファイバ４０は、図１２に示すような角度θ２で光導波路２０と接続している。配置例７では、第２コア２２の垂線と、隣接する第１コア４１同士を通る一つの直線との角度θ２が１４．０４°となっている。配置例７においては、一つのマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２の一部が、他のマルチコアファイバ４０と光学的に接続している第２コア２２同士の間に位置する状態で複数の第２コア群２２Ｇを構成している。このような第２コア群２２Ｇが互いに隣接している。同一の第２コア群２２Ｇに属している第２コア２２同士の第１間隔Ｌ１０は同じである。各々異なる第２コア群２２Ｇに属する第２コア２２同士の第２間隔Ｌ１１は、第１間隔Ｌ１０と異なっている。第１間隔Ｌ１０は、およそ１２．１μｍである。第２間隔Ｌ１１は、例えば２００μｍである。

上記のように、本開示の光モジュール構造５０は、長手方向に二つの端面を有しており、光の伝送経路である複数の第１コア４１が、それぞれの端面内に放光部または入光部のいずれか一方が位置する状態で位置しているマルチコアファイバ４０と、光の伝送方向を変換する反射部２６を有しており、第１コア４１の数と同数の第２コア２２が、互いに間隔をあけて隣接している光導波路２０と、を備えている。マルチコアファイバ４０の少なくとも一つの端面と光導波路２０の上面とが互いに対向する状態で接続しているとともに、第１コア４１の放光部または入光部と反射部２６とが互いに対向している。

このように、マルチコアファイバ４０が複数の第１コア４１を有していることから、光の伝送経路を一つしか有していない光ファイバを用いる場合に比べて、光導波路２０に光ファイバを接続する領域を低減することができる。

さらに、本開示において複数のマルチコアファイバ４０が光導波路２０に接続している場合、第２コア２２同士を高密度に配置することができるように、マルチコアファイバ４０が光導波路２０に接続している。このような構造により、小型で多くの光信号の伝送が可能な光モジュール構造を提供することができる。

なお、本開示は、上述の実施形態の一例に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変換は可能である。

例えば図１３に示すように、マルチコアファイバ４０と光導波路２０とが対向している部分に、集光レンズ４７が位置していても構わない。言い換えれば、第１コア４１の放光部または入光部と第２コア２２の反射部２６とが対向している間に集光レンズ４７が位置
している。これにより、放光部から放出する光信号が集光レンズ４７を介して反射部２６で方向を変換して第２コア２２内を伝送していく。あるいは、第２コア２２から伝送してきた光信号が反射部２６で方向を変換し、集光レンズ４７を介して入光部から第１コア４１内を伝送していく。このような集光レンズ４７によって、放光部あるいは反射部２６から放出する光信号を集めることが可能になり、例えば光信号の伝送軸がずれた場合でも光信号の損失を抑制することが可能になる点で有利である。

また、本例では配線基板１０が、ソルダーレジストを有していない一例を示したが、配線基板１０が、絶縁基板１１の上面および下面の両方またはいずれか片方の面に、第１電極１５および第２電極１６を露出する開口を備えるソルダーレジストを有していても構わない。これにより、例えば電子部品３０を実装する際の熱処理により、配線導体１２が受けるダメージを軽減できる。複数の開口は、互いに異なる形状でも構わない。異なる形状の開口は、例えば電子部品３０を実装する際の補助的なアライメントマークとして兼用することが可能である。

２０光導波路
２２第２コア
２６反射部
４０マルチコアファイバ
４１第１コア
４７集光レンズ
５０光モジュール構造

Claims

長手方向に二つの端面を有しており、光の伝送経路である複数の第１コアが、それぞれの前記端面内に放光部または入光部のいずれか一方が位置する状態で位置している一以上のマルチコアファイバと、
光の伝送方向を変換する反射部を有しており、前記第１コアの数と同数の第２コアが、互いに間隔をあけて隣接している光導波路と、を備えており、
前記マルチコアファイバの少なくとも一つの前記端面と前記光導波路の上面とが互いに対向する状態で接続しているとともに、前記第１コアの放光部または入光部と前記反射部とが互いに対向していることを特徴とする光モジュール構造。
一つの前記マルチコアファイバと光学的に接続している前記第２コアにおいて、該第２コア同士の配置間隔が同じ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構造。
複数の前記マルチコアファイバが、前記光導波路に接続しているとともに、互いに隣接する前記マルチコアファイバと光学的に接続している前記第２コア同士の配置間隔が同じ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構造。
複数の前記マルチコアファイバが、前記光導波路に接続しているとともに、一つの前記マルチコアファイバと光学的に接続している前記第２コアの一部が、他の前記マルチコアファイバと光学的に接続している前記第２コア同士の間に位置しており、互いに異なる前記マルチコアファイバと光学的に接続している前記第２コア同士の配置間隔が同じ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構造。
一つの前記マルチコアファイバに接続している前記第２コアにおいて、該第２コア同士の配置間隔が、互いに異なる間隔を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール構造。
複数の前記マルチコアファイバが、前記光導波路に接続しているとともに、一つの前記マルチコアファイバと光学的に接続している前記第２コアの一部が、他の前記マルチコアファイバと光学的に接続している前記第２コア同士の間に位置しており、互いに異なる前記マルチコアファイバと光学的に接続している前記第２コア同士の配置間隔が同じであることを特徴とする請求項５に記載の光モジュール構造。
複数の前記マルチコアファイバが、前記光導波路に接続しているとともに、一つの前記マルチコアファイバと光学的に接続している前記第２コアの一部が、他の前記マルチコアファイバと光学的に接続している前記第２コア同士の間に位置している第２コア群が互いに隣接して位置しており、同一の前記第２コア群に属する前記第２コア同士の第１間隔は同じであり、互いに異なる前記第２コア群に属する前記第２コア同士の第２間隔は、前記第１間隔と異なっ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構造。
互いに対向して位置している前記第１コアと前記反射部との間に、集光レンズが位置していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光モジュール構造。