JP2021162721A - 光電変換モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】受発光素子チップにおいて良好な放熱性を実現するのに適した光電変換モジュールを提供する。【解決手段】本発明の光モジュールＸ（光電変換モジュール）は、光電気混載基板１０と、受発光素子チップ２０と、駆動素子チップ３０と、金属製の放熱部材４１,４２とを備える。光電気混載基板１０は、光導波路部１０Ａと、導体層１６を有する電気回路基板１０Ｂとを厚み方向一方側に向かって順に備える。受発光素子チップ２０および駆動素子チップ３０は、電気回路基板１０Ｂの厚み方向一方面上にフリップチップ実装され、且つ、導体層１６を介して互いに電気的に接続されている。放熱部材４１は、電気回路基板１０Ｂと受発光素子チップ２０との間に位置してこれらに接触している。【選択図】図４

Description

本発明は、光電変換モジュールに関する。

電子機器間などにおける信号伝送に光信号を利用する光伝送システムでは、機器などによる信号の送受信時に光信号と電気信号との間を変換（光電変換）するための光電変換モジュールが用いられる。光電変換モジュールは、例えば、電気配線と光配線とを併有する光電気混載基板と、これに実装された受発光素子チップ（受光素子または発光素子が作り込まれたチップ）および駆動素子チップ（受発光素子用の各種駆動素子が作り込まれたチップ）とを備える。光電変換モジュールに関する技術については、例えば下記の特許文献１に記載されている。

特開２０１８−９７２６３号公報

光電変換モジュールによる光電変換時には、受発光素子チップおよび駆動素子チップは発熱する。受発光素子チップおよび駆動素子チップの過度の昇温は、各素子の機能不良を招くことがあり、好ましくない。また、駆動素子チップの発熱量は受発光素子チップの発熱量よりも大きく、光電変換モジュール内において、駆動素子チップの発熱は、受発光素子チップの昇温の一因となる場合がある。光電変換モジュールの小型化などの観点から受発光素子チップおよび駆動素子チップが光電気混載基板の同一面上にて近接して配置される場合には特に、駆動素子チップの発熱は、受発光素子チップを昇温させやすい。そのため、光電変換モジュールには、例えば小型化の観点からのサイズ制限の下、受発光素子チップの放熱対策が求められる。

本発明は、受発光素子チップにおいて良好な放熱性を実現するのに適した光電変換モジュールを提供する。

本発明［１］は、光導波路部と、導体層を有する電気回路基板とを、厚み方向一方側に向かって順に備える光電気混載基板と、前記電気回路基板の厚み方向一方面上にフリップチップ実装され、且つ前記導体層を介して互いに電気的に接続されている、受発光素子チップおよび駆動素子チップと、前記電気回路基板と前記受発光素子チップとの間に位置してこれらに接触している金属製の第１放熱部材とを備える、光電変換モジュールを含む。

本発明の光電変換モジュールは、上記のように、電気回路基板にフリップチップ実装されている受発光素子チップと電気回路基板との間に位置してこれらに接触する金属製の第１放熱部材を備える。このような構成は、受発光素子チップが発熱した場合に、その熱を同チップから第１放熱部材を介して電気回路基板に効率よく逃がすのに適する。また、当該構成によると、受発光素子チップから電気回路基板への伝熱経路を同チップの実装領域内で第１放熱部材によって確保することができ、従って、光電変換モジュールの小型化を図りやすい。

したがって、本光電変換モジュールは、例えば小型化の観点からのサイズ制限の下、受発光素子チップおよび駆動素子チップにおいて良好な放熱性を実現するのに適する。

本発明［２］は、前記受発光素子チップは複数の受発光素子を含み、各受発光素子と前記電気回路基板との間に少なくとも一つの前記第１放熱部材が位置する、上記［１］に記載の光電変換モジュールを含む。

このような構成は、受発光素子チップが複数の受発光素子を含む場合において、受発光素子ごとに第１放熱部材を介した良好な放熱性を確保するのに適する。

本発明［３］は、前記電気回路基板は、前記導体層から電気的に独立しているダミー導体層をさらに備え、前記第１放熱部材は、前記ダミー導体層に接触している、上記［１］または［２］に記載の光電変換モジュールを含む。

このような構成は、第１放熱部材から電気回路基板への伝熱性を確保するのに適し、従って、受発光素子チップにおいて良好な放熱性を実現するのに好適である。

本発明［４］は、前記電気回路基板は、金属層をさらに備え、前記金属層は、厚み方向に投影したときに前記第１放熱部材と重なる、上記［１］から［３］のいずれか一つに記載の光電変換モジュールを含む。

このような構成は、電気回路基板のチップ実装領域における熱容量を確保して、受発光素子チップにおいて良好な放熱性を実現するのに好適である。

本発明［５］は、前記電気回路基板と前記駆動素子チップとの間に位置してこれらに接触している金属製の第２放熱部材を更に備える、上記［１］から［４］のいずれか一つに記載の光電変換モジュールを含む。

このような構成は、駆動素子チップが発熱した場合に、その熱を同チップから第２放熱部材を介して電気回路基板に効率よく逃がすのに適し、ひいては、受発光素子チップに対する熱的負荷を低減するのに適する。また、当該構成によると、駆動素子チップから電気回路基板への伝熱経路を同チップの実装領域内で第２放熱部材によって確保することができ、従って、光電変換モジュールの小型化を図りやすい。

本発明［６］は、前記電気回路基板は、前記導体層から電気的に独立しているダミー導体層をさらに備え、前記第２放熱部材は、前記ダミー導体層に接触している、上記［５］に記載の光電変換モジュールを含む。

このような構成は、第２放熱部材から電気回路基板への伝熱性を確保するのに適し、従って、駆動素子チップにおいて良好な放熱性を実現するのに好適である。

本発明［７］は、前記電気回路基板は、金属層をさらに備え、前記金属層は、厚み方向に投影したときに前記第２放熱部材と重なる、上記［５］または［６］に記載の光電変換モジュールを含む。

このような構成は、電気回路基板のチップ実装領域における熱容量を確保して、駆動素子チップにおいて良好な放熱性を実現するのに好適である。

本発明の光電変換モジュールの一実施形態を表す。図１Ａは、光電変換モジュールの平面図であり、図１Ｂは、第１カバー体が取り外された光電変換モジュールの平面図であり、図１Ｃは、第２カバー体が取り外された光電変換モジュールの底面図である。 図１に示す光電変換モジュールの側断面図である。 図１に示す光電変換モジュールにおける光電気混載基板の光電変換領域（フリップ実装された受発光素子チップおよび駆動素子チップを伴う）の部分拡大平面図である。 図１に示す光電変換モジュールの一の部分拡大側断面図である。 図１に示す光電変換モジュールの他の部分拡大側断面図である。 電気回路基板と受発光素子チップとの間に介在するバンプおよび第１放熱部材の配置を表す。図６Ａから図６Ｃのそれぞれは、当該配置態様の一例を示す平面図である。 電気回路基板と駆動素子チップとの間に介在するバンプおよび第２放熱部材の配置を示す。図７Ａおよび図７Ｂのそれぞれは、当該配置態様の一例を示す平面図である。 第１カバー体および第２カバー体を表す。図８Ａは、第１カバー体の底面図であり、図８Ｂは、第２カバー体の平面図である。 図１に示す光電変換モジュールの一変形例の側断面図である（本変形例では、電気回路基板においてダミー導体層とカバー絶縁層とが離れている）。図９Ａは、受発光素子チップ実装箇所の即断面図であり、図９Ｂは、駆動素子チップ実装箇所の即断面図である。

図１から図５は、本発明の光電変換モジュールの一実施形態である光モジュールＸを表す。光モジュールＸは、本実施形態では、光電気混載基板１０と、受発光素子チップ２０と、駆動素子チップ３０と、放熱部材４１,４２と、放熱層４３と、プリント配線板５０と、コネクタ６０Ａと、これらを収容する筐体７０とを備える。図１および図２では、光モジュールＸは、コネクタ６０Ｂを先端に有する光ファイバケーブル１００と接続された態様で表す。光モジュールＸは、光ファイバケーブル１００を介して信号が送受信される機器が備えるレセプタクルに接続される要素である。光モジュールＸは、本実施形態では、機器からの電気信号を光信号に変換して光ファイバケーブル１００に出力する送信機能と、光ファイバケーブル１００からの光信号を電気信号に変換して機器に出力する受信機能とを併有する送受信モジュール（即ち光トランシーバ）として構成されている。

図１および図２に示すように、光モジュールＸは、一方向に長く延びる略平板形状を有し、その長手方向に直交する方向に幅を有する。また、光モジュールＸは、長手方向と幅方向とに直交する方向に厚みを有する。

光電気混載基板１０は、光モジュールＸの長手方向に沿って長く延びる略平板形状を有する。光電気混載基板１０は、光電変換領域Ｒ１と、光伝送領域Ｒ２とを有する。

光電変換領域Ｒ１は、光電気混載基板１０の長手方向一端部に配置されている。光電変換領域Ｒ１は、図１Ｃに示す底面視において略矩形状（具体的には、正方形状）を有する。光電変換領域Ｒ１の厚み方向一方面上には、図３から図５に示すように、受発光素子チップ２０および駆動素子チップ３０が実装されている。

光伝送領域Ｒ２は、光電変換領域Ｒ１の長手方向他端部から長手方向他方側に向かって延びる。光伝送領域Ｒ２は、図１Ｃに示す底面視において略矩形状を有する。光伝送領域Ｒ２の幅方向長さは、本実施形態では、光電変換領域Ｒ１の幅方向長さより短い。光伝送領域Ｒ２の長手方向長さは、本実施形態では、光電変換領域Ｒ１の長手方向長さより長い。光伝送領域Ｒ２の長手方向他方端は、コネクタ６０Ａと接続されている。

図２、図４および図５に示すように、光電気混載基板１０は、光導波路部１０Ａと、電気回路基板１０Ｂとを厚み方向一方側に向かって順に備える。具体的には、光電気混載基板１０は、光導波路部１０Ａと、光導波路部１０Ａの厚み方向一方面に配置される電気回路基板１０Ｂとを備える。

光導波路部１０Ａは、電気回路基板１０Ｂの厚み方向他方面に配置されている。光導波路部１０Ａは、長手方向に延びる略シート形状を有する（光導波路部１０Ａは、光電変換領域Ｒ１および光伝送領域Ｒ２にわたって広がる）。光導波路部１０Ａは、アンダークラッド層１１と、コア層１２と、オーバークラッド層１３とを厚み方向他方側に向かって順に備える。

アンダークラッド層１１は、電気回路基板１０Ｂの厚み方向他方面に配置されている。コア層１２は、アンダークラッド層１１の厚み方向他方面に配置されている。コア層１２は、受発光素子チップ２０における後述の受発光素子２０ａごとに設けられている。コア層１２は、その長手方向一端部にミラー面１２ｍを有する。ミラー面１２ｍは、コア層１２を伝搬する光の光軸に対して４５度傾斜し、ミラー面１２ｍによって光路が９０度曲げられる。オーバークラッド層１３は、アンダークラッド層１１の厚み方向他方側においてコア層１２を被覆する。光導波路部１０Ａの厚みは、例えば２０μｍ以上であり、例えば２００μｍ以下である。

コア層１２は、アンダークラッド層１１およびオーバークラッド層１３よりも屈折率が高くて光伝送路そのものをなす。アンダークラッド層１１、コア層１２、およびオーバークラッド層１３の構成材料としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの透明であって可撓性を有する樹脂材料が挙げられ、光信号の伝送性の観点から、好ましくはエポキシ樹脂が用いられる。

電気回路基板１０Ｂは、アンダークラッド層１１の厚み方向一方面に配置されている。電気回路基板１０Ｂは、長手方向に延びる略シート形状を有する（電気回路基板１０Ｂは、光電変換領域Ｒ１および光伝送領域Ｒ２にわたって広がる）。電気回路基板１０Ｂは、金属層１４と、ベース絶縁層１５と、導体層１６およびダミー導体層１７と、カバー絶縁層１８とを厚み方向一方側に向かって順に備える。

金属層１４は、図３に示すように、光電変換領域Ｒ１に配置され、光電変換領域Ｒ１における支持部材として機能する。金属層１４は、厚み方向に投影したときに、後述の放熱部材４１および放熱部材４２と重なる。本実施形態では、厚み方向投影視において、いずれの放熱部材４１,４２も金属層１４に包含される。このような金属層１４は、伝熱部材としても機能する。また、金属層１４は、開口部１４ａを有する。開口部１４ａは、金属層１４を厚み方向に貫通する。開口部１４ａは、厚み方向投影視においてミラー面１２ｍと重なる。開口部１４ａは、受発光素子チップ２０における後述の受発光素子２０ａに対応して、複数設けられている。

金属層１４の構成材料としては、例えば、ステンレス鋼、４２アロイ、アルミニウム、銅−ベリリウム、りん青銅、銅、銀、ニッケル、クロム、チタン、タンタル、白金、金などの金属が挙げられる。金属層１４の厚みは、例えば３μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上であり、また、例えば１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下である。

ベース絶縁層１５は、光電変換領域Ｒ１および光伝送領域Ｒ２にわたって配置されている。ベース絶縁層１５は、金属層１４の厚み方向一方面に配置されている。また、ベース絶縁層１５は、金属層１４の開口部１４ａの厚み方向一方端を閉塞する。ベース絶縁層１５の構成材料としては、例えば、ポリイミドなどの樹脂が挙げられる。また、ベース絶縁層１５の構成材料は、光透過性を有する。ベース絶縁層１５の厚みは、例えば２μｍ以上であり、また、例えば３５μｍ以下である。

導体層１６は、光電変換領域Ｒ１において、ベース絶縁層１５の厚み方向一方側に配置されている。導体層１６は、端子１６ａ,１６ｂ,１６ｃ,１６ｄ,１６ｅと、図示しない配線とを含む。端子１６ａは、受発光素子チップ２０としての後述の発光素子チップ２１の電極（図示せず）に対応する位置に設けられている。端子１６ｂは、受発光素子チップ２０としての後述の受光素子チップ２２の電極（図示せず）に対応する位置に設けられている。端子１６ｃは、駆動素子チップ３０としての後述の駆動素子チップ３１の電極（図示せず）に対応する位置に設けられている。端子１６ｄは、駆動素子チップ３０としての後述の駆動素子チップ３２の電極（図示せず）に対応する位置に設けられている。端子１６ｅは、プリント配線板５０の後述のビア５７に対応する位置に設けられている。図示しない配線は、端子１６ａと端子１６ｃとの間を電気的に接続し、また、端子１６ｂと端子１６ｄとの間を電気的に接続する。導体層１６の構成材料としては、例えば、銅などの導体が挙げられる。導体層１６の厚みは、例えば２μｍ以上であり、また、例えば２０μｍ以下である。

ダミー導体層１７は、光電変換領域Ｒ１において、ベース絶縁層１５の厚み方向一方側に配置されている。ダミー導体層１７は、導体層１６から電気的に独立しており、パッド部１７ａおよびパッド部１７ｂを含む。

パッド部１７ａは、各受発光素子チップ２０に対向する位置において、受発光素子チップ２０に含まれる受発光素子２０ａごとに少なくとも一つ設けられている。また、パッド部１７ａは、受発光素子チップ２０の厚み方向投影面内であって導体層１６とは異なる位置に、配置されている。

パッド部１７ｂは、各駆動素子チップ３０に対向する位置に、少なくとも一つ設けられている。また、パッド部１７ｂは、駆動素子チップ３０の厚み方向投影面内であって導体層１６とは異なる位置に、設けられている。

ダミー導体層１７の構成材料としては、例えば、銅などの導体が挙げられる。ダミー導体層１７の厚みは、例えば２μｍ以上であり、また、例えば２０μｍ以下である。ダミー導体層１７の構成材料および厚さは、好ましくは、上述の導体層１６の構成材料および厚さと同じである。

カバー絶縁層１８は、ベース絶縁層１５の厚み方向一方面に、導体層１６の端子１６ａ〜１６ｅおよびダミー導体層１７のパッド部１７ａ,１７ｂを露出させ、且つ、図示しない配線を被覆するように、配置されている。カバー絶縁層１８は、光電変換領域Ｒ１および光伝送領域Ｒ２にわたって配置されている。カバー絶縁層１８の構成材料および厚みは、ベース絶縁層１５の構成材料および厚みと同様である。

電気回路基板１０Ｂの厚みは、例えば１５μｍ以上であり、また、例えば２００μｍ以下である。電気回路基板１０Ｂの厚みに対する金属層１４の厚みの比は、例えば０．２以上、好ましくは０．５以上、より好ましくは０．８以上であり、また、例えば１．２以下である。上記した比が上記した下限以上であれば、電気回路基板１０Ｂの放熱性を向上させることができる。

光電気混載基板１０の厚みは、例えば２５μｍ以上、好ましくは４０μｍ以上であり、また、例えば５００μｍ以下、好ましくは２５０μｍ以下である。光電気混載基板１０の厚みに対する金属層１４の厚みの比は、例えば０．０５以上、好ましくは０．１以上、より好ましくは０．１５以上であり、また、例えば０．４以下である。上記した比が上記した下限を上回れば、光電気混載基板１０の放熱性を向上させることができる。

光電気混載基板１０は、柔軟性を有する。具体的には、光電気混載基板１０の２５℃における引張弾性率は、例えば１０ＧＰａ未満、好ましくは５ＧＰａ以下であり、また、例えば０．１ＧＰａ以上である。光電気混載基板１０の引張弾性率が上記した上限を下回れば、受発光素子チップ２０および駆動素子チップ３０を柔軟に支持できる。

受発光素子チップ２０は、少なくとも一つの受発光素子２０ａを含むチップであり、光電気混載基板１０の光電変換領域Ｒ１において厚み方向一方面（即ち、電気回路基板１０Ｂの厚み方向一方面）上にフリップチップ実装されている。また、受発光素子チップ２０は、受発光素子２０ａとして発光素子２１ａを含む発光素子チップ２１、または、受発光素子２０ａとして受光素子２２ａを含む受光素子チップ２２である。本実施形態では、受発光素子チップ２０として、少なくとも一つの発光素子チップ２１および少なくとも一つの受光素子チップ２２が光電気混載基板１０に実装されている。

発光素子チップ２１は、電気信号を光信号に変換するための発光素子２１ａを少なくとも一つ含む。図３では、発光素子チップ２１が四つの発光素子２１ａを含む場合を例示的に図示する。発光素子チップ２１の厚み方向他方面には、発光素子２１ａごとに所定数の電極（図示せず）が設けられている。当該電極は、電気回路基板１０Ｂにおける導体層１６の端子１６ａに対し、バンプＢ１を介して接合されて電気的に接続されている。バンプＢ１の構成材料としては、例えば、鉛フリーはんだ等のはんだ、および金が挙げられる（後記のバンプについても同様である）。

発光素子２１ａは、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）などのレーザダイオードである。発光素子２１ａの発光口（図示せず）は、発光素子２１ａの厚み方向他方面に配置されている。発光素子２１ａの発光口は、厚み方向において、開口部１４ａを介してミラー面１２ｍと対向する。これにより、発光素子２１ａは光導波路部１０Ａと光学的に接続される。

受光素子チップ２２は、光信号を電気信号に変換するための受光素子２２ａを少なくとも一つ含む。図３では、受光素子チップ２２が四つの受光素子２２ａを含む場合を例示的に図示する。受光素子チップ２２の厚み方向他方面には、受光素子２２ａごとに所定数の電極（図示せず）が設けられている。当該電極は、電気回路基板１０Ｂにおける導体層１６の端子１６ｂに対し、バンプＢ２を介して接合されて電気的に接続されている。

受光素子２２ａは、例えばフォトダイオードである。フォトダイオードとしては、例えば、ＰＩＮ（ｐ-intrinsic-n）型フォトダイオード、ＭＳＭ（Metal Semiconductor Metal）フォトダイオード、およびアバランシェフォトダイオードが挙げられる。受光素子２２ａの受光口（図示せず）は、受光素子２２ａの厚み方向方他面に配置されている。受光素子２２ａの受光口は、厚み方向において、開口部１４ａを介してミラー面１２ｍと対向する。これにより、受光素子２２ａは光導波路部１０Ａと光学的に接続される。

駆動素子チップ３０は、発光素子２１ａ用の駆動素子チップ３１、または、受光素子２２ａ用の駆動素子チップ３２であり、光電気混載基板１０の光電変換領域Ｒ１において厚み方向一方面（即ち、電気回路基板１０Ｂの厚み方向一方面）上にフリップチップ実装されている。本実施形態では、駆動素子チップ３０として、少なくとも一つの駆動素子チップ３１および少なくとも一つの駆動素子チップ３２が設けられている。

駆動素子チップ３１は、発光素子２１ａを駆動するための駆動回路をなす素子を含む。駆動素子チップ３１の厚み方向他方面には、所定数の電極（図示せず）が設けられている。当該電極は、電気回路基板１０Ｂにおける導体層１６の端子１６ｃに対し、バンプＢ３を介して接合されて電気的に接続されている。また、駆動素子チップ３１は、導体層１６を介して発光素子チップ２１と電気的に接続されている。

駆動素子チップ３２は、受光素子２２ａからの出力電流を増幅するためのトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）を含む。駆動素子チップ３２の厚み方向他方面には、所定数の電極（図示せず）が設けられている。当該電極は、電気回路基板１０Ｂにおける導体層１６の端子１６ｄに対し、バンプＢ４を介して接合されて電気的に接続されている。また、駆動素子チップ３２は、導体層１６を介して受光素子チップ２２と電気的に接続されている。

放熱部材４１は、電気回路基板１０Ｂと受発光素子チップ２０（発光素子チップ２１，受光素子チップ２２）との間に位置してこれらに接触している金属製の第１放熱部材である。受発光素子チップ２０が複数の受発光素子２０ａを含む場合、各受発光素子２０ａと電気回路基板１０Ｂとの間に少なくとも一つの放熱部材４１が位置する。具体的には、発光素子チップ２１の発光素子２１ａごとに、所定数の放熱部材４１が、発光素子２１ａと電気回路基板１０Ｂとの間に介在し、受光素子チップ２２の受光素子２２ａごとに、所定数の放熱部材４１が、受光素子２２ａと電気回路基板１０Ｂとの間に介在する。また、放熱部材４１は、受発光素子チップ２０の厚み方向投影面内であってバンプＢ１またはバンプＢ２とは異なる位置に、配置されている。本実施形態では、放熱部材４１は、金属製のバンプである。放熱部材４１をなす金属材料としては、例えば、バンプＢ１の構成材料として上記したものが挙げられる。また、本実施形態では、放熱部材４１は、電気回路基板１０Ｂにおけるパッド部１７ａと接触している。放熱部材４１は、例えば加熱圧着により、パッド部１７ａと接合されているのが好ましい。

放熱部材４１の配置は、受発光素子チップ２０の電極（図示せず）の配置に応じて、即ち、受発光素子チップ２０（発光素子チップ２１，受光素子チップ２２）に対して設けられるバンプＢ１またはバンプＢ２の配置に応じて、例えば図６Ａから図６Ｃに示すように、適宜に設定される。図６Ａから図６Ｃのそれぞれは、電気回路基板１０Ｂと受発光素子チップ２０との間に介在するバンプＢ１またはバンプＢ２と放熱部材４１との配置態様の一例を模式的に示す平面図である。

図６Ａに示す配置例では、受発光素子チップ２０（発光素子チップ２１，受光素子チップ２２）の受発光素子２０ａ（発光素子２１ａ，受光素子２２ａ）ごとに、光モジュールＸの長手方向一方端部側において、二つのバンプＢ１またはバンプＢ２が幅方向に間隔を隔てて位置し且つ当該二つのバンプＢ１またはバンプＢ２の間に放熱部材４１が位置し、長手方向他方端部側において、二つの放熱部材４１が幅方向に間隔を隔てて位置する。

図６Ｂに示す配置例では、受発光素子チップ２０の受発光素子２０ａごとに、光モジュールＸの長手方向一方端部側において、三つのバンプＢ１またはバンプＢ２が幅方向に間隔を隔てて一列に位置し、長手方向他方端部側において、二つの放熱部材４１が幅方向に間隔を隔てて位置する。

図６Ｃに示す配置例では、受発光素子チップ２０の受発光素子２０ａごとに、光モジュールＸの長手方向一方端部側において、二つのバンプＢ１またはバンプＢ２が間隔を隔てて位置し、長手方向他方端部側において、バンプＢ１またはバンプＢ２と放熱部材４１とが間隔を隔てて位置する。

放熱部材４２は、電気回路基板１０Ｂと駆動素子チップ３０（駆動素子チップ３１，駆動素子チップ３２）との間に位置してこれらに接触している金属製の第２放熱部材である。放熱部材４２は、駆動素子チップ３０の厚み方向投影面内であってバンプＢ３またはバンプＢ４とは異なる位置に、配置されている。本実施形態では、放熱部材４２は、金属製のバンプである。放熱部材４２をなす金属材料としては、例えば、バンプＢ１の構成材料として上記したものが挙げられる。また、本実施形態では、放熱部材４２は、電気回路基板１０Ｂにおけるパッド部１７ｂと接触している。放熱部材４２は、例えば加熱圧着により、パッド部１７ｂと接合されているのが好ましい。

放熱部材４２の配置は、駆動素子チップ３０の電極（図示せず）の配置に応じて、即ち、駆動素子チップ３０（駆動素子チップ３１,３２）に対して設けられるバンプＢ３またはバンプＢ４の配置に応じて、例えば図７Ａおよび図７Ｂに示すように、適宜に設定される。図７Ａおよび図７Ｂのそれぞれは、電気回路基板１０Ｂと駆動素子チップ３０との間に介在するバンプＢ３またはバンプＢ４と放熱部材４２との配置態様の一例を模式的に示す平面図である。

図７Ａに示す配置例では、駆動素子チップ３０（駆動素子チップ３１，駆動素子チップ３２）の周縁部に沿って、複数のバンプＢ３またはバンプＢ４と複数の放熱部材４２とが間隔を隔てて交互に位置する。

図７Ｂに示す配置例では、駆動素子チップ３０の周縁部に沿って複数のバンプＢ３またはバンプＢ４が間隔を隔てて位置し、これらバンプＢ３またはバンプＢ４よりチップ内方側においてチップ周縁部に沿って矩形をなすように、複数の放熱部材４２が間隔を隔てて位置する。

放熱層４３は、光電気混載基板１０における光電変換領域Ｒ１の厚み方向他方面に配置されている。本実施形態では、放熱層４３は、光電気混載基板１０の光電変換領域Ｒ１の厚み方向他方面と、筐体７０における後述の凸部７６の厚み方向一方面とに接触する。放熱層４３は、例えば、放熱シート、放熱グリス、放熱板などから形成されている。放熱層４３が放熱シートから形成される場合、その放熱シートは、熱伝導性を有する柔軟なシート体である。放熱シートの構成材料は、例えば、バインダー樹脂中にフィラーが分散された樹脂組成物が挙げられる。バインダー樹脂は、熱硬化性樹脂を含んでＢステージまたはＣステージの状態にあり、また、熱可塑性樹脂を含んでもよい。バインダー樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、およびウレタン樹脂が挙げられる。フィラーとしては、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化ホウ素、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、溶融シリカ、酸化マグネシウム、および窒化アルミニウムが挙げられる。このような放熱層４３は、光電変換領域Ｒ１に実装されている受発光素子チップ２０および駆動素子チップ３０で生じた熱を、放熱部材４１,４２、光電気混載基板１０、放熱層４３、および凸部７６を介して筐体７０に効率的に放熱するのに役立つ。

プリント配線板５０は、図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、長手方向に沿って長く延びる略平板形状を有し、第１部分５１と、第２部分５２と、連結部分５３とを一体的に有し、開口部５４を有する。また、プリント配線板５０は、図２、図４および図５に示すように、光電気混載基板１０の厚み方向一方側に配置され、支持板５５と、導体回路５６とを備える。

第１部分５１は、プリント配線板５０の長手方向一方側部分である。第２部分５２は、第１部分５１の長手方向他方側に間隔を隔てて対向配置されている。第２部分５２の幅は、第１部分５１の幅より狭い。連結部分５３は、第１部分５１および第２部分５２を連結する。本実施形態では二つの連結部分５３が設けられ、一方の連結部分５３は、第１部分５１の長手方向他端縁の幅方向一端部と、第２部分５２の長手方向一端縁の幅方向一端部とを連結する。他方の連結部分５３は、第１部分５１の長手方向他端縁の幅方向他端部と、第２部分５２の長手方向一端縁の幅方向他端部とを連結する。

これら第１部分５１、第２部分５２、および連結部分５３により、開口部５４が仕切られる。開口部５４は、プリント配線板５０を厚み方向に貫通する貫通穴として区画される。本実施形態では、厚み方向投影視において、上述の受発光素子チップ２０および駆動素子チップ３０は、開口部５４内に位置する。また、プリント配線板５０における開口部５４周囲の少なくとも一部は、厚み方向において光電気混載基板１０に対向している（図１Ｂでは、その対向領域について、明確化のためハッチングを付す）。

支持板５５は、平面視においてプリント配線板５０と略同一の形状を有する。支持板５５の構成材料としては、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂などの硬質材料が挙げられる。支持板５５の２５℃における引張弾性率は、例えば１０ＧＰａ以上、好ましくは１５ＧＰａ以上、より好ましくは２０ＧＰａ以上であり、また、例えば１０００ＧＰａ以下である。支持板５５の引張弾性率が上記した下限以上であれば、プリント配線板５０の機械強度に優れる。

導体回路５６は、ビア５７（図４および図５に示す）、端子５８（図１Ｂおよび図１Ｃに示す）、および配線５９（図４および図５に示す）を含む。

ビア５７は、支持板５５を厚み方向に貫通する。ビア５７の厚み方向他方面は、支持板５５から露出しており、端子として機能する。ビア５７の厚み方向他方面は、バンプＢ５を介して、上述の端子１６ｅと電気的に接続されている。これにより、プリント配線板５０は、光電気混載基板１０と電気的に接続される。

端子５８は、プリント配線板５０の第１部分５１の長手方向一端部に配置されている。端子５８は、光モジュールＸにおける対機器接続用の端子である。

配線５９は、支持板５５の厚み方向一方面に配置されている。配線５９は、ビア５７と端子５８とを電気的に接続する。

プリント配線板５０の厚みは、光電気混載基板１０の厚みより厚く、例えば１００μｍ以上であり、また、例えば１００００μｍ以下である。

プリント配線板５０において光電気混載基板１０と対向する領域の少なくとも一部と、光電気混載基板１０との間が、図４および図５に示すように、接着剤Ｓによって接合されている。これにより、プリント配線板５０に対して光電気混載基板１０が固定される。プリント配線板５０と光電気混載基板１０との電気的かつ機械的な接続には、上述のバンプＢ５および接着剤Ｓの代わりに異方性導電膜（ＡＣＦ）や異方性導電ペースト（ＡＣＰ）を用いてもよい。

コネクタ６０Ａは、光電気混載基板１０の長手方向他方側端部と接続されている。コネクタ６０Ａは、光ファイバケーブル１００側のコネクタ６０Ｂと連結されて、光導波路部１０Ａと光ファイバケーブル１００の光ファイバ（図示せず）とを光接続する。

筐体７０は、図１Ｂ、図１Ｃ、および図２に示すように、光電気混載基板１０、受発光素子チップ２０、駆動素子チップ３０、放熱部材４１,４２、放熱層４３、プリント配線板５０（端子５８を除く）、およびコネクタ６０Ａを収容する略箱形状を有する。具体的には、筐体７０は、図８Ａに示す第１カバー体７０Ａ、および、図８Ｂに示す第２カバー体７０Ｂを備え、これらが組み付けられることにより、長手方向に延び且つ厚み方向長さが幅方向長さより小さい、扁平な略箱形状をなす。

筐体７０は、第１壁７１と、第２壁７２と、両側壁７３と、長手方向一端壁７４と、長手方向他端壁７５と、凸部７６とを有する。

第１壁７１は、長手方向に延びる略平板形状を有する。第２壁７２は、第１壁７１と厚み方向に間隔を隔てられる。第２壁７２は、平面視において第１壁７１と同一形状を有する。両側壁７３の一方は、第１壁７１の幅方向一端部と、第２壁７２の幅方向一端部とを、厚み方向に連結する。両側壁７３の他方は、第１壁７１の幅方向他端部と、第２壁７２の幅方向他端部とを、厚み方向に連結する。長手方向一端壁７４は、第１壁７１、第２壁７２および両側壁７３の長手方向一端部を連結する。また、長手方向一端壁７４は、端子５８が配置される穴を有する。長手方向他端壁７５は、第１壁７１、第２壁７２および両側壁７３の長手方向他端部を連結する。また、長手方向他端壁７５は、コネクタ６０Ａ,６０Ｂが配置される穴を有する。

凸部７６は、第２壁７２の厚み方向一方側に配置され、第２壁７２から光電気混載基板１０に向かって突出している。本実施形態では、凸部７６は、厚肉の略平板形状を有する。図８Ｂでは、第２壁７２に対する凸部７６の相対配置および形状の明確化のために、凸部７６についてハッチングを付して表す。また、本実施形態では、凸部７６と第２壁７２とは一体である。

第１壁７１および凸部７６は、第１カバー体７０Ａに含まれる。両側壁７３のそれぞれは、第１カバー体７０Ａおよび第２カバー体７０Ｂの両方に含まれる。長手方向一端壁７４は、第１カバー体７０Ａおよび第２カバー体７０Ｂの両方に含まれる。長手方向他端壁７５は、第１カバー体７０Ａおよび第２カバー体７０Ｂの両方に含まれる。

筐体７０は、本実施形態では金属製である。筐体７０の金属材料としては、例えば、アルミニウム、銅、銀、亜鉛、ニッケル、クロム、チタン、タンタル、白金、金、および、これらの合金が挙げられる。筐体７０は、めっきなどの表面処理が施されてもよい。

光モジュールＸは、例えば次のようにして得られる。

まず、光電気混載基板１０の電気回路基板１０Ｂ上に発光素子チップ２１、受光素子チップ２２、および駆動素子チップ３１,３２をフリップチップ実装する（実装工程）。実装工程において、発光素子チップ２１は、例えば、その所定面に設けられている各電極上にバンプＢ１を形成し且つ同一面の所定箇所に放熱部材４１を形成した後、これらバンプＢ１および放熱部材４１を介して、電気回路基板１０Ｂの厚み方向一方面上に実装する。このとき、電気回路基板１０Ｂにおける端子１６ａに対してバンプＢ１を接合し、パッド部１７ａに対して放熱部材４１を接合する。受光素子チップ２２は、例えば、その所定面に設けられている各電極上にバンプＢ２を形成し且つ同一面に所定箇所に放熱部材４１を形成した後、これらバンプＢ２および放熱部材４１を介して、電気回路基板１０Ｂの厚み方向一方面上に実装する。このとき、電気回路基板１０Ｂにおける端子１６ｂに対してバンプＢ２を接合し、パッド部１７ａに対して放熱部材４１を接合する。駆動素子チップ３１は、例えば、その所定面に設けられている各電極上にバンプＢ３を形成し且つ同一面の所定箇所に放熱部材４２を形成した後、これらバンプＢ３および放熱部材４２を介して、電気回路基板１０Ｂの厚み方向一方面上に実装する。このとき、電気回路基板１０Ｂにおける端子１６ｃに対してバンプＢ３を接合し、パッド部１７ｂに対して放熱部材４２を接合する。駆動素子チップ３２は、例えば、その所定面に設けられている電極上にバンプＢ４を形成し且つ同一面に放熱部材４２を形成した後、これらバンプＢ４および放熱部材４２を介して、電気回路基板１０Ｂの厚み方向一方面上に実装する。このとき、電気回路基板１０Ｂにおける端子１６ｄに対してバンプＢ４を接合し、パッド部１７ｂに対して放熱部材４２を接合する。

次に、プリント配線板５０に対し、接着剤Ｓを介して光電気混載基板１０を接合する。例えば、プリント配線板５０におけるビア５７の厚み方向他方面上に予め形成されたバンプＢ５を介して、プリント配線板５０と光電気混載基板１０とを電気的に接続しつつ、バンプＢ３まわりを包囲するように塗布された接着剤Ｓにより、プリント配線板５０に対して光電気混載基板１０を接合する（これにより、プリント配線板５０における配線５９が、ビア５７を介して、光電気混載基板１０における導体層１６と電気的に接続される）。

次に、光電気混載基板１０の光導波路部１０Ａをコネクタ６０Ａと接続する。次に、光電気混載基板１０と、プリント配線板５０と、コネクタ６０Ａとを、凸部７６上に予め放熱層４３が設けられた第２カバー体７０Ｂに配置する。次に、第１カバー体７０Ａを第２カバー体７０Ｂに合わせて筐体７０を形成する。この後、筐体７０内に位置するコネクタ６０Ａと、光ファイバケーブル１００のコネクタ６０Ｂとを接続する。例えば以上のようにして、光モジュールＸが得られる。

光モジュールＸを使用するときには、光モジュールＸの端子５８を、図外の電子機器のレセプタクルに差し込む。

次に、光モジュールＸにおける電気信号から光信号への変換を説明する。電気信号は、図外の電子機器から、端子５８を介して光モジュールＸに入力される。その電気信号は、プリント配線板５０の導体回路５６を流れ、更に、光電気混載基板１０における導体層１６を介して駆動素子チップ３１に入力される。電気信号が入力された駆動素子チップ３１は、発光素子チップ２１の発光素子２１ａを駆動して発光させる。発光素子２１ａは、具体的には、その発光口から、コア層１２のミラー面１２ｍに向けて光を出射する。その光は、光導波路部１０Ａにおけるコア層１２のミラー面１２ｍで光路が変えられ、コア層１２内をその延び方向に沿って進み、その後、コネクタ６０Ａ,６０Ｂを介して光ファイバケーブル１００に光信号として入力される。

続いて、光モジュールＸにおける光信号から電気信号への変換を説明する。光信号は、光ファイバケーブル１００からコネクタ６０Ａ,６０Ｂを介して光導波路部１０Ａに入り、ミラー面１２ｍで光路が変えられ、受光素子２２ａにその受光口を介して受光され、受光素子２２ａにて電気信号に変換される。一方、駆動素子チップ３２は、プリント配線板５０から供給される電気（電力）に基づいて、受光素子２２ａで変換された電気信号を増幅する。増幅された電気信号は、導体層１６を介して、プリント配線板５０の導体回路５６を流れ、端子５８を介して、図外の電子機器に入力される。

以上のような電気信号と光信号との相互変換により、受発光素子チップ２０および駆動素子チップ３０は、発熱する。

光モジュールＸは、上述のように、電気回路基板１０Ｂにフリップチップ実装されている受発光素子チップ２０と電気回路基板１０Ｂとの間に位置してこれらに接触する金属製の放熱部材４１を備える。このような構成は、受発光素子チップ２０が発熱した場合に、その熱を同チップから放熱部材４１を介して電気回路基板１０Ｂに効率よく逃がすのに適する。また、当該構成によると、受発光素子チップ２０から電気回路基板１０Ｂへの伝熱経路を同チップの実装領域内で放熱部材４１によって確保することができ、従って、光電変換モジュールＸの小型化を図りやすい。

したがって、光モジュールＸは、小型化の観点からのサイズ制限の下、受発光素子チップ２０において良好な放熱性を実現するのに適する。

これとともに、光モジュールＸは、上述のように、電気回路基板１０Ｂにフリップチップ実装されている駆動素子チップ３０と電気回路基板１０Ｂとの間に位置してこれらに接触している金属製の放熱部材４２を備える。このような構成は、駆動素子チップ３０が発熱した場合に、その熱を同チップから放熱部材４２を介して電気回路基板１０Ｂに効率よく逃がすのに適し、ひいては、受発光素子チップ２０に対する熱的負荷を低減するのに適する。また、当該構成によると、駆動素子チップ３０から電気回路基板１０Ｂへの伝熱経路を同チップの実装領域内で放熱部材４２によって確保することができ、従って、光電変換モジュールＸの小型化を図りやすい。

したがって、光モジュールＸは、小型化の観点からのサイズ制限の下、受発光素子チップ２０および駆動素子チップ３０において良好な放熱性を実現するのに適する。

図１から図５に示す光モジュールＸでは、上述のように、受発光素子チップ２０は複数の受発光素子２０ａを含み、各受発光素子２０ａと電気回路基板１０Ｂとの間に少なくとも一つの放熱部材４１が位置してこれらに接触している。このような構成は、受発光素子チップ２０が複数の受発光素子２０ａを含む場合において、受発光素子２０ａごとに放熱部材４１を介した良好な放熱性を確保するのに適する。

光モジュールＸでは、上述のように、電気回路基板１０Ｂは、導体層１６から電気的に独立しているダミー導体層１７を備え、電気回路基板１０Ｂと受発光素子チップ２０との間に介在する放熱部材４１は、ダミー導体層１７のパッド部１７ａに接触している。このような構成は、放熱部材４１から電気回路基板１０Ｂへの伝熱性を確保するのに適し、従って、受発光素子チップ２０において良好な放熱性を実現するのに好適である。放熱部材４１から電気回路基板１０Ｂへの伝熱性の観点からは、電気回路基板１０Ｂはパッド部１７ａを備えるのが好ましいが、光モジュールＸでは、電気回路基板１０Ｂは、パッド部１７ａまたはこれを含むダミー導体層１７を備えなくてもよい。

光モジュールＸでは、上述のように、電気回路基板１０Ｂは、導体層１６から電気的に独立しているダミー導体層１７を備え、電気回路基板１０Ｂと駆動素子チップ３０との間に介在する放熱部材４２は、ダミー導体層１７のパッド部１７ｂに接触している。このような構成は、放熱部材４２から電気回路基板１０Ｂへの伝熱性を確保するのに適し、従って、駆動素子チップ３０において良好な放熱性を実現するのに好適である。放熱部材４２から電気回路基板１０Ｂへの伝熱性の観点からは、電気回路基板１０Ｂはパッド部１７ｂを備えるのが好ましいが、光モジュールＸでは、電気回路基板１０Ｂはパッド部１７ｂを備えなくてもよい。

光モジュールＸでは、上述のように、電気回路基板１０Ｂは金属層１４を備え、金属層１４は、厚み方向に投影したときに放熱部材４１と重なる。このような構成は、電気回路基板１０Ｂのチップ実装領域における熱容量を確保して、受発光素子チップ２０において良好な放熱性を実現するのに好適である。受発光素子チップ２０の放熱性の観点からは、金属層１４は、厚み方向に投影したときに放熱部材４１と重なるのが好ましいが、光モジュールＸでは、金属層１４は、厚み方向に投影したときに放熱部材４１と重ならなくてもよい。

光モジュールＸでは、上述のように、電気回路基板１０Ｂは金属層１４を備え、金属層１４は、厚み方向に投影したときに放熱部材４２と重なる。このような構成は、電気回路基板１０Ｂのチップ実装領域における熱容量を確保して、駆動素子チップ３０において良好な放熱性を実現するのに好適である。駆動素子チップ３０の放熱性の観点からは、金属層１４は、厚み方向に投影したときに放熱部材４２と重なるのが好ましいが、光モジュールＸでは、金属層１４は、厚み方向に投影したときに放熱部材４２と重ならなくてもよい。

光モジュールＸでは、図９Ａに示すように、電気回路基板１０Ｂにおけるダミー導体層１７のパッド部１７ａとカバー絶縁層１８との間に間隔が空けられていてもよい。このような構成は、パッド部１７ａからの熱の放散を促すのに適し、従って、受発光素子チップ２０から放熱部材４１およびパッド１７ａを介した良好な放熱性を実現するのに好適である。

光モジュールＸでは、図９Ｂに示すように、電気回路基板１０Ｂにおけるダミー導体層１７のパッド部１７ｂとカバー絶縁層１８との間に間隔が空けられていてもよい。このような構成は、パッド部１７ｂからの熱の放散を促すのに適し、従って、駆動素子チップ３９から放熱部材４２およびパッド１７ａを介した良好な放熱性を実現するのに好適である。

また、図１から図５に示す光モジュールＸは、上述のように、機器からの電気信号を光信号に変換して光ファイバケーブル１００に出力する送信機能と、光ファイバケーブル１００からの光信号を電気信号に変換して機器に出力する受信機能とを兼ね備える送受信モジュール（即ち光トランシーバ）として構成されている。このような構成に代えて、光モジュールＸは、受信機能を有さずに送信機能を有する構成を備えてもよい。そのような光モジュールＸでは、受発光素子チップ２０としては発光素子チップ２１が光電気混載基板１０に実装され、且つ、駆動素子３０としては、発光素子用の駆動素子チップ３１が光電気混載基板１０に実装される。或いは、光モジュールＸは、送信機能を有さずに受信機能を有する構成を備えてもよい。そのような光モジュールＸでは、受発光素子チップ２０としては受光素子チップ２２が光電気混載基板１０に実装され、且つ、駆動素子３０としては、受光素子用の駆動素子チップ３２が光電気混載基板１０に実装される。

Ｘ 光モジュール（光電変換モジュール）
１０ 光電気混載基板
１０Ａ 光導波路部
１１ アンダークラッド層
１２ コア層
１３ オーバークラッド層
１０Ｂ 電気回路基板
１４ 金属層
２０ 受発光素子チップ
２０ａ 受発光素子
２１ 発光素子チップ
２１ａ 発光素子
２２ 受光素子チップ
２２ａ 受光素子
３０，３１，３２ 駆動素子チップ
Ｂ１〜Ｂ５ バンプ
４１，４２ 放熱部材
４３ 放熱層
５０ プリント配線板
６０Ａ，６０Ｂ コネクタ
７０ 筐体
７１ 第１カバー体
７２ 第２カバー体

Claims (7)

1. 光導波路部と、導体層を有する電気回路基板とを、厚み方向一方側に向かって順に備える光電気混載基板と、
   前記電気回路基板の厚み方向一方面上にフリップチップ実装され、且つ前記導体層を介して互いに電気的に接続されている、受発光素子チップおよび駆動素子チップと、
   前記電気回路基板と前記受発光素子チップとの間に位置してこれらに接触している金属製の第１放熱部材と、を備えることを特徴とする、光電変換モジュール。
2. 前記受発光素子チップは複数の受発光素子を含み、各受発光素子と前記電気回路基板との間に少なくとも一つの前記第１放熱部材が位置することを特徴とする、請求項１に記載の光電変換モジュール。
3. 前記電気回路基板は、前記導体層から電気的に独立しているダミー導体層をさらに備え、
   前記第１放熱部材は、前記ダミー導体層に接触していることを特徴とする、請求項１または２に記載の光電変換モジュール。
4. 前記電気回路基板は、金属層をさらに備え、
   前記金属層は、厚み方向に投影したときに前記第１放熱部材と重なることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の光電変換モジュール。
5. 前記電気回路基板と前記駆動素子チップとの間に位置してこれらに接触している金属製の第２放熱部材を更に備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一つに記載の光電変換モジュール。
6. 前記電気回路基板は、前記導体層から電気的に独立しているダミー導体層をさらに備え、
   前記第２放熱部材は、前記ダミー導体層に接触していることを特徴とする、請求項５に記載の光電変換モジュール。
7. 前記電気回路基板は、金属層をさらに備え、
   前記金属層は、厚み方向に投影したときに前記第２放熱部材と重なることを特徴とする、請求項５または６に記載の光電変換モジュール。
   

Images