JP3963070B2 - Optical signal processing package and signal processing apparatus - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号処理パッケージと信号処理装置とに関し、特に、結合効率および熱安定性に優れた光信号処理パッケージ、および電子回路が設けられた配線基板上に前記光信号処理パッケージを実装してなる信号処理装置を提供することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
超大規模集積回路(VLSI)の開発により、データ処理システムで使用する回路基板(ドーターボード)の回路機能が大幅に増大してきている。回路機能が増大するにつれて各回路基板に対する信号接続数が増大するため、各回路基板(ドーターボード)間をバス構造で接続するデータバスボード(マザーボード)には多数の接続コネクタと接続線とを必要とする並列アーキテクチャが採用されている。接続線の多層化と微細化により並列化を進めることにより、並列バスの動作速度の向上が図られてきた。しかし接続配線間容量や接続配線抵抗に起因する信号遅延により、システムの処理速度が並列バスの動作速度によって制限されることもある。また、並列バス接続配線の高密度化による電磁ノイズ(EMI:Electromagnetic Interference)の問題もシステムの処理速度向上に対しては大きな制約となる。そこで、主に幹線系で脚光を浴びている光インターコネクションが、基板間の電気配線の分野や基板上のチップ間通信にも応用されるようになってきている。
【０００３】
特開２０００−８１５２４号公報には、同一基板上の、一対の発光受光素子間の光送受信を、基板に設けた貫通穴を通して行う光送受信システムが開示されている。前記光送受信システムにおいては、同一面にある発光受光素子間の通信を、二つの貫通穴と光導波路とを用いて行なっている。また、面型発光受光素子として、発光素子と受光素子が同一平面状に配置して一体化されたパッケージ構造のものが使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記光送受信システムにおいては、貫通穴の側面に光信号が反射して損失が大きくなり、また、発光受光素子から光伝送路までの距離が基板の厚さ以上離れてしまうため、結合効率が低いという問題があった。
【０００５】
そこで、光電気混載基板において、発光受光素子と光伝送路の端面までの距離を近づければ、結合効率が良くなると考えられる。
【０００６】
特開２０００−８１５２４号公報において開示された光送受信システムで用いられている光素子は、発光素子の発光面と受光素子の受光面を同一平面上に配置して一体化した面型発光受光素子である。
【０００７】
受光素子で受光した電気信号が微弱な場合、電気信号を増幅する信号増幅回路素子が必要となるが、ＥＭＩを防止する観点からは、信号増幅回路素子は受光素子に近接して配置することが望ましい。
【０００８】
しかし、図８に示すように、発光受光素子と信号増幅回路素子を同一平面上に配置すると、信号増幅回路素子は消費電力が大きいため、信号増幅回路素子における発生熱によりパッケージの温度が上昇し、発光受光素子の動作が不安定になる。
【０００９】
本発明は、発光受光素子と信号増幅回路素子とが実装された光信号処理パッケージにおいて、信号増幅回路素子と発光受光素子とが熱的に分離され、信号増幅回路素子における発生熱で発光受光素子が過熱されて動作が不安定になることがなく、発光受光素子と光伝送路の光信号入出射面とを近接させることができ、結合効率に優れた光信号処理パッケージ、および前記パッケージを備える信号処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、電子回路が設けられた配線基板に実装される光信号処理パッケージであって、内部が前記配線基板への実装方向に沿って３段以上に区画されたパッケージと、前記パッケージ内部における一の段に設けられ、前記パッケージの外部からの光信号を受光して電気信号に変換する受光素子と、前記パッケージ内部において前記一の段から少なくとも１段隔たった他の段に設けられてなり、前記受光素子からの電気信号を増幅する信号増幅回路素子と、前記配線基板への実装時において、前記信号増幅回路素子を前記配線基板における前記電子回路に電気的に接続する電気的接続手段とを備えてなることをられた一の段、または前記一の段から少なくとも１段隔たった他の段に設けられ、前記パッケージの外部からの電気信号を光信号に変換して送出する発光素子と、前記パッケージ内部における前記受光素子および前記発光素子が設けられた段とは異なる段に設けられてなり、前記受光素子からの電気信号を増幅する信号増幅回路素子と、前記配線基板への実装時において、前記発光素子を、前記配線基板における一の電子回路に電気的に接続し、前記信号増幅回路素子を前記配線基板における他の電子回路に電気的に接続する電気的接続手段とを備えてなることを特徴とする光信号処理パッケージに関する。
【００１１】
前記光信号処理パッケージが前記配線基板に実装された状態においては、前記信号増幅回路素子および前記受光素子は、前記電気的接続手段により、前記配線基板における電子回路に電気的に接続される。したがって、前記受光素子が受光した光信号は、前記受光素子において電気信号である電気信号に変換され、更に前記信号増幅回路素子において増幅されて前記電子回路に伝達される。
【００１２】
前記光信号処理パッケージにおいては、前述のように、発熱量の大きな信号増幅回路素子と受光素子とが別の段に配置されているから、前記信号増幅回路素子と前記受光素子とは熱的に分離されている。したがって、前記信号増幅回路素子における発熱によって前記受光素子の温度が上昇し、前記受光素子の動作が不安定になることが防止される。
【００１３】
また、前記光信号処理パッケージを配線基板に実装することにより、前記配線基板に受光素子と信号増幅回路素子とを一括して実装できる。
【００１４】
更に、受光素子と信号増幅回路素子とは、前述のように、熱的に分離されているにもかかわらず、空間的には近接しているので、受光素子と信号増幅回路素子との間の電気配線を短くでき、受光素子からの微弱な電気信号を前記信号増幅回路素子において増幅するときに外部における電磁ノイズの影響を受け難いという特長もある。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、複数の電子回路が設けられた配線基板に実装される光信号処理パッケージであって、内部が２段以上に区画されたパッケージと、前記パッケージ内部における１の段に設けられ、前記パッケージの外部からの光信号を受光して電気信号に変換する受光素子と、前記パッケージ内部における前記受光素子が設けられた段と同じ段または異なる段に設けられ、前記パッケージの外部からの電気信号を光信号に変換して送出する発光素子と、前記パッケージ内部における前記受光素子および前記発光素子が設けられた段とは異なる段に設けられてなり、前記受光素子からの電気信号を増幅する信号増幅回路素子と、前記配線基板への実装時において、前記発光素子を、前記配線基板における１の電子回路に電気的に接続し、前記信号増幅回路素子を前記配線基板における他の電子回路に電気的に接続する電気的接続手段とを備えてなることを特徴とする光信号処理パッケージに関する。
【００１６】
前記光信号処理パッケージが前記配線基板に実装された状態においては、前記発光素子もまた、前記電気的接続手段により、前記配線基板における電子回路に電気的に接続される。したがって、前記電子回路の電気信号は、前記配線基板における電気配線および前記電気的接続手段を通って前記発光素子に伝達され、前記発光素子において光信号に変換されて前記光信号処理パッケージにおけるパッケージの外部に送出される。
【００１７】
前記光信号処理パッケージにおいては、前記発光素子もまた、前記信号増幅回路素子とは異なる段に設けられているから、前記信号増幅回路素子から熱的に分離されている。したがって、前記光信号処理パッケージは、請求項１に記載の前記光信号処理パッケージが有する特長に加え、前記信号増幅回路素子における発熱によって前記発光素子の温度が上昇し、前記発光素子の動作が不安定になることが防止できるという特長も有している。
【００１８】
また、前記光信号処理パッケージを配線基板に実装することにより、前記配線基板に発光素子と受光素子と信号増幅回路素子とを一括して実装できる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記発光素子と前記受光素子とが前記パッケージにおける同一の段に設けられてなる光信号処理パッケージに関する。
【００２０】
前記光信号処理パッケージは、発光素子と受光素子とが近接して配置されているから、特にコンパクトに形成できるという特長を有している。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記パッケージにおける発光素子および受光素子が設けられてなる段と信号増幅回路素子が設けられてなる段との間の段に、金属で形成されてなり、前記発光素子および前記受光素子と前記信号増幅回路素子とを定電位接続する定電位接続部材が配置されてなる光信号処理パッケージに関する。
【００２２】
前記光信号処理パッケージにおいては、発光素子および受光素子と信号増幅回路素子とが、間に配置された定電位接続部材により定電位接続されているから、発光素子と受光素子と信号増幅回路素子との何れも、外部の電磁ノイズから効果的にシールドされる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、一枚の耐熱性プラスチックから形成されたフィルム基板と、前記フィルム基板の少なくとも一方の面に形成された電気配線層とを有し、前記パッケージ内部を２段以上に区分し、前記信号増幅回路素子が実装されてなるフレキシブル基板を備え、前記電気的接続手段が、前記フレキシブル基板の一部が前記パッケージの外部に露出してなり、配線基板への実装時において、前記電気配線層を介して前記信号増幅回路素子を前記配線基板における１の電子回路に電気的に接続する露出部を備えてなる光信号処理パッケージに関する。
【００２４】
前記光信号処理パッケージにおいては、前記配線基板への実装時には、露出部と前記配線基板において前記電子回路に至る電気配線とが例えば半田バンプを介して電気的に接続される。また、前記電気配線層に電気的に接続された突起を前記露出部に形成し、前記配線基板に設けられた前記電子回路に至る電気配線に電気的に接続されるとともに、前記突起に係合する凹陥部を前記配線基板に形成し、前記突起と前記凹陥部とを係合することにより、前記露出部と前記配線基板とを電気的に接続してもよい。更に、反対に、前記露出部に凹陥部を形成し、前記配線基板に突起を形成し、前記突起と前記凹陥部とを係合してもよい。
【００２５】
前記光信号処理パッケージを前記配線基板に実装した状態においては、前記受光素子および信号増幅回路素子は、前記フレキシブル基板における電気配線層と前記配線基板における電気配線とを介して前記電子回路に電気的に接続される。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、前記信号増幅回路素子の一部が前記パッケージの外部に露出してなり、更に、前記信号増幅回路素子における前記露出部に放熱手段が設けられてなる光信号処理パッケージに関する。
【００２７】
前記光信号処理パッケージにおいては、信号増幅回路素子における発生熱は、前記放熱手段により、パッケージの外部に伝達されて除去されるから、前記発生熱により前記パッケージの内部が高温になることがない。したがって、前記光信号処理パッケージは、信号増幅回路素子の発熱量が特に大きな場合に好適である。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載の光信号処理パッケージと、前記光信号処理パッケージが実装される配線基板と、前記光信号処理パッケージが前記配線基板に実装された状態において、前記光信号処理パッケージにおける受光素子または発光素子および受光素子と光結合される光伝送路とを備えてなることを特徴とする信号処理装置に関する。
【００２９】
前記信号処理装置においては、前記光伝送路から出射した光信号は、前記光信号処理パッケージにおける受光素子で受光され、電気信号に変換される。前記受光素子からの電気信号は、前記光信号処理パッケージにおける信号増幅回路素子で増幅される。前記信号増幅回路素子で増幅された電気信号は、前記光信号処理パッケージにおける電気的接続手段および前記配線基板における電気配線を介して前記電子回路に伝達され、前記電子回路で適宜処理される。
【００３０】
前記信号処理装置においては、前記配線基板に前記光信号処理パッケージを実装することにより、容易に光データバスを構成できる。
【００３１】
また、前記光伝送路と前記光信号処理パッケージにおける発光素子および受光素子との間の距離が短いので、前記信号処理装置は、発光素子および受光素子と光伝送路との間の結合効率が高い。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、前記配線基板が、前記光信号処理パッケージの挿通されるスルーホールを備え、前記光伝送路が、前記配線基板における前記スルーホールに前記光信号処理パッケージを嵌装したときに、前記光信号処理パッケージの有する受光素子または発光素子および受光素子に光学的に結合される位置に設けられてなる信号処理装置に関する。
【００３３】
前記信号処理装置においては、配線基板上に設けたスルーホールに光信号処理パッケージを差し込むだけで実装できるので、光電気混載基板のパッシブアラインメントが可能になる。
【００３４】
請求項９に記載の発明は、前記配線基板が、前記光信号処理パッケージにおける前記スルーホールに挿入される部分の前記配線基板の厚さ方向に沿った寸法よりも大きい厚みを有する信号処理装置に関する。
【００３５】
前記信号処理装置においては、配線基板に形成されたスルーホール中に前記光信号処理パッケージが埋設された形態を有しているので、前記光信号処理パッケージを光伝送路に特に近接させて配置することができる。したがって、前記光信号処理パッケージにおける受光素子または受光素子および発光素子と光伝送路との結合効率が特に優れている。
【００３６】
請求項１０に記載の発明は、前記光伝送路が、前記配線基板において、光信号処理パッケージの電気的接続手段が接続される側とは反対側の面に設けられてなる信号処理装置に関する。
【００３７】
前記信号処理装置においては、前記実装面の全面に、前記光信号処理パッケージに接続される電気配線を形成でき、前記実装面とは反対側の面を全て光伝送路の形成に利用できるから、体積効率に優れた信号処理装置が得られる。また、前記実装面とは反対側の面に光伝送路を設けるから、光伝送路の形成が極めて容易である。
【００３８】
【発明の実施の形態】
１．第１実施形態
本発明に係る光信号処理パッケージの一例を図１に示す。図１において、（ａ）は、前記第１実施形態に係る光信号処理パッケージの内部構造を示し、（ｂ）は、前記光信号処理パッケージが備えるフレキシブル基板を平面上に展開した形状を示す。そして、（ｃ）は、前記光信号処理パッケージを側面からみた外観を示し、（ｄ）は、前記光信号処理パッケージを上面からみた外観を示す。
【００３９】
第１実施形態に係る光信号処理パッケージ１００は、図１に示すように、側面から見てコの字型に屈曲され、光信号処理パッケージ１００を図１における上下方向に上中下段の３段に区画するフレキシブル基板６と、光信号処理パッケージ１００における上段１００ａに位置する信号増幅回路素子８と、光信号処理パッケージ１００における下段１００ｃに位置する発光素子２と受光素子４とを備える。光信号処理基板１００は、フレキシブル基板６への信号増幅回路素子８などの実装される方向に沿って３段に区分されているということもできる。
【００４０】
フレキシブル基板６は、図１において（ｂ）に示すように、一枚の耐熱性樹脂フィルムから形成されるとともに、一端に、翼状に張り出した１対の翼状部６ａが形成され、展開した状態においては略Ｔ字型の平面形状を有するフィルム基板６２と、フィルム基板６２の一方の面に形成された電気配線層６４とを有する。
【００４１】
前記耐熱性樹脂フィルムとしては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などのフィルムが挙げられる。
【００４２】
フレキシブル基板６の１対の翼状部６ａには、電気配線層６４が形成された側とは反対側の面に、円形の半田バンプ面６ｂが、それぞれ４個づつ列状に形成されている。翼状部６ａおよび半田バンプ面６ｂは、それぞれ本発明の光信号処理パッケージにおける露出部および電気的接続手段に相当する。
【００４３】
光信号処理パッケージ１００は、後述する配線基板に実装するときには、半田バンプ面６ｂにおいて、球状の半田バンプを介して前記配線基板に電気的に接続される。半田バンプ面６ｂは、フィルム基板６２を挟んで電気配線層６４に電気的に接続されている。
【００４４】
フレキシブル基板６は、前記翼状部６ａが形成され、光信号処理パッケージ１００の上段１００ａと中段１００ｂとを区画する第１区画６Ａと、光信号処理パッケージ１００の中段１００ｂと下段１００ｃとを区画する第２区画６Ｂと、第１区画６Ａと第２区画６Ｂとを結合する中間部６Ｃとに、幅方向に伸びる２本の互いに平行な屈曲線ｄ1によって区画される。
【００４５】
フレキシブル基板６は、図１において（ａ）および（ｃ）に示すように、電気配線層６４が形成された側の面が外側になり、第１区画６Ａと第２区画６Ｂとが、互いに向かい合うように、屈曲線ｄ1に沿ってコの字型に屈曲される。したがって、第１区画６Ａにおいては、電気配線層６４が形成された側の面が光信号処理パッケージ１００の上段１００ａに面し、第２区画６Ｂにおいては、電気配線層６４が形成された側の面が光信号処理パッケージ１００の下段１００ｃに面する。
【００４６】
信号増幅回路素子８は、図１に示すように、第１区画６Ａにおける電気配線層６４が形成された側の面に配置されている。一方、発光素子２および受光素子４は、それぞれ光信号を送出する発光面および光信号を受光する受光面が図１における下方を向くように、第２区画６Ｂにおける電気配線層６４が形成された側、即ち下面に配置されている。
【００４７】
ここで、発光素子２は、前記配線基板に配置された電子回路（図示せず。）からのデジタル電気信号を光信号に変換して前記光信号を送出する機能を有し、具体的には、発光ダイオード、半導体レーザ、および面発光レーザなどが挙げられる。
【００４８】
受光素子４は、光信号を受光して電気信号に変換する機能を有し、具体的には、フォトダイオードなどが挙げられる。
【００４９】
信号増幅回路素子８は、受光素子４からの電気信号を増幅して前記電子回路に伝達する機能を有する。
【００５０】
信号増幅回路素子８は、電気配線層６４に、ボンディングワイヤ１０ａによって接続され、発光素子２および受光素子４は、電気配線層６４に、ボンディングワイヤ１０ｂによって接続されている。ボンディングワイヤ１０ａおよび１０ｂには金などの細線を用いることができる。したがって、信号増幅回路素子８と、発光素子２および受光素子４とは、ボンディングワイヤ１０ａ、１０ｂと電気配線層６４とにより互いに電気的に接続される。
【００５１】
ここで、前述のように、電気配線層６４は、半田バンプ面６ｂに電気的に接続され、前記半田バンプ面６ｂは、半田バンプを介し、光信号処理パッケージ１００が実装される配線基板の電気配線に電気的に接続されるから、信号増幅回路素子８、発光素子２、および受光素子４は、電気配線層６４、半田バンプ面６ｂ、および前記半田バンプを介して前記配線基板上の電子回路に電気的に接続される。
【００５２】
フレキシブル基板６、信号増幅回路素子８、発光素子２、および受光素子４は、図１に示すように、合成樹脂により形成された直方体状のパッケージ１２の内部に封入されている。ここで、前述のように、発光素子２の発光面および受光素子４の受光面は、いずれも図１における下方を向いているから、前記光信号が入出射する発光受光面１４は、パッケージ１２の底面に形成される。したがって、パッケージ１２は、透光性であり、換言すれば、前記光信号を透過させることが好ましいから、透光性樹脂により形成されていることが好ましい。前記透光性樹脂としては、たとえば透明エポキシ樹脂および透明ポリウレタン樹脂などの透光性熱硬化性樹脂、並びにＰＭＭＡ、ポリカーボネ−ト樹脂、およびポリメチルペンテン樹脂などの透光性熱可塑性樹脂が使用できる。
【００５３】
尚、前記パッケージ１２を、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であって前記光信号を実質的に透過しない非透光性樹脂で形成し、底部に、前記光信号が発光素子２および受光素子４に入出射する開口部を設けてもよい。
【００５４】
また、前記パッケージ１２は、透光性または非透光性の筐体であってもよい。
【００５５】
図１において（ｃ）および（ｄ）に示すように、翼状部６ａにおける半田バンプ面６ｂが設けられた部分は、実装時において後述する多層配線基板３００に接続できるように、パッケージ１２の外側に露出している。翼状部６ａにおける半田バンプ面６ｂは、電気配線層６４およびボンディングワイヤ１０ａを介して信号増幅回路素子８に電気的に接続されている。
【００５６】
前述のように、信号増幅回路素子８は、光信号処理パッケージ１００の上段に位置し、発光素子２および受光素子４は、光信号処理パッケージ１００の下段に位置する。そして、光信号処理パッケージ１００の中段、即ち第１区画６Ａと第２区画６Ｂとの間の部分は、パッケージ１２を形成する透光性樹脂によって充填されている。
【００５７】
したがって、発光素子２および受光素子４の実装面は、信号増幅回路素子８の実装面と大きく隔たっているから、発光素子２および受光素子４は、信号増幅回路素子８と熱的に絶縁されている。故に、信号増幅回路素子８が発熱しても、発光素子２および受光素子４が高温になることがなく、動作が不安定になることがない。
【００５８】
しかも、光信号処理パッケージ１００においては、前述のように、信号増幅回路素子８と発光素子２および受光素子４とが上下に積層されているから、コンパクトである。
【００５９】
また、光信号処理パッケージ１００を、ＣＰＵなどの電子回路が設けられた配線基板に実装することにより、前記配線基板に、発光素子２と受光素子４と信号像風回路素子８とを一括して実装できる。
【００６０】
さらに、図１において（ａ）および（ｃ）に示すように、後述する板状の光伝送路２００における光信号入出射面に、光信号処理パッケージ１００の底面に形成された発光受光面１４を当接することにより、発光素子２および受光素子４と前記光伝送路２００との間で光信号を授受できるから、発光素子２および受光素子４と前記光伝送路２００との間の距離が小さくでき、したがって、結合効率が高い。
【００６１】
２．第２実施形態
本発明に係る光信号処理パッケージの別の例を図２に示す。図２において、（ａ）は、前記第２実施形態に係る光信号処理パッケージの内部構造を示し、（ｂ）は、前記光信号処理パッケージにおけるフレキシブル基板を平面上に展開した形状を示す。そして、（ｃ）は、前記光信号処理パッケージを側面からみた外観を示し、（ｄ）は、前記光信号処理パッケージを上面からみた外観を示す。尚、図２において、図１と同一の符号は、特に断らない限り、前記符号が図１において示す構成要素と同一の構成要素を示す。
【００６２】
図２に示すように、第２実施形態に係る光信号処理パッケージ１０２は、側面から見て疑問符型に屈曲され、光信号処理パッケージ１０２を図１における上下方向に、上中下段の３段に区画するたフレキシブル基板６と、光信号処理パッケージ１０２における上段１０２ａに配置された信号増幅回路素子８と、光信号処理パッケージ１０２における下段１０２ｃに配置された発光素子２と受光素子４とを備える。
【００６３】
フレキシブル基板６は、図２において（ｂ）に示すように、第１実施形態に係る光信号処理パッケージ１００におけるフレキシブル基板６と同様、一枚の耐熱性樹脂フィルムから形成されるとともに、一端に、翼状に張り出した１対の翼状部６ａが形成され、Ｔ字型の平面形状を有するフィルム基板６２と、フィルム基板６２の一方の面に形成された電気配線層６４とから構成される。そして、幅方向に伸びる２本の互いに平行な屈曲線ｄ1により、第１区画６Ａと第２区画６Ｂと中間部６Ｃとに区画されている。第１区画６Ａが１対の翼状部６ａを有し、光信号処理パッケージ１０２の上段１０２ａと中段１０２ｂとを区分する点、および第２区画６Ｂが光信号処理パッケージ１０２の中段１０２ｂと下段１０２ｃとを区分する点も、第１実施形態に係る光信号処理パッケージ１００と同様である。
【００６４】
但し、第２区画６Ｂは、屈曲線ｄ1に対して平行な屈曲線ｄ2により、発光素子２および受光素子４が配置される発光受光素子配置部６Ｂ1と、発光受光素子配置部６Ｂ1と中間部６Ｃとを結合する結合部６Ｂ2とに区分されている。
【００６５】
フレキシブル基板６は、第１実施形態に係る光信号処理パッケージ１００と同様に、第１区画６Ａと第２区画６Ｂにおける結合部６Ｂ2とが互いに向かい合い、しかも電気配線層６４が外側に位置するように、屈曲線ｄ1に沿って屈曲される。したがって、第１区画６Ａと中間部６Ｃと結合部６Ｂ2とは、全体として側面から見てコの字を形成するような位置関係にある。
【００６６】
そして、第２区画６Ｂにおける発光受光素子配置部６Ｂ1は、結合部６Ｂ2を挟んで中間部６Ｃとは反対方向に、電気配線層６４が形成された側の面が内側になるように、屈曲線ｄ2に沿って屈曲される。発光受光素子配置部６Ｂ1における前記面は、図２における右方を向いている。
【００６７】
信号増幅回路素子８は、第１区画６Ａにおける電気配線層６４が形成された側の面、即ち上面に配置される。
【００６８】
一方、発光素子２および受光素子４は、それぞれ光信号が送出される発光面および光信号を受光する受光面が図２における右側面を向くように、第２区画６Ｂの発光受光素子配置部６Ｂ1における電気配線層６４が形成された側の面に上下方向に２段に配置される。
【００６９】
信号増幅回路素子８、および発光素子２、受光素子４は、第１実施形態に係る光信号処理パッケージ１００と同様に、電気配線層６４に、それぞれボンディングワイヤ１０ａおよびボンディングワイヤ１０ｂによって接続されている。
【００７０】
フレキシブル基板６、信号増幅回路素子８、発光素子２、および受光素子４は、第１実施形態に係る光信号処理パッケージ１００と同様に、翼状部６ａが外部に露出した状態で直方体状のパッケージ１２の内部に封入されている。但し、前記光信号が入出射する発光受光面１４は、パッケージ１２の右側面に形成される。
【００７１】
パッケージ１２は、第１実施形態に係る光信号処理パッケージ１００のところで述べたのと同様の透光性樹脂により形成できる。また、非透光性樹脂でパッケージ１２を形成し、図２における右側面に、光信号が入出射する下降部を設けてもよい。
【００７２】
光信号処理パッケージ１０２は、第１実施形態に係る光信号処理パッケージ１００と同様に、発光素子２および受光素子４が、信号増幅回路素子８と熱的に絶縁されているから、信号増幅回路素子８が発熱しても、発光素子２および受光素子４が高温になり、動作が不安定になることがない。
【００７３】
さらに、図２において（ａ）および（ｃ）に示すように、光信号処理パッケージ１０２の右側面に形成された発光受光面１４を、一方の端面から光信号が入出射する形態の後述する光伝送路２０２における前記端面に当接することにより、発光素子２および受光素子４と光伝送路２０２との間で光信号を授受できる。
【００７４】
光伝送路２０２は、光伝送路２００とは異なり、端面を斜めに仕上る必要がないから、作製が更に容易である。
【００７５】
したがって、光信号処理パッケージ１０２は、光伝送路２００よりも更に作製の容易な光データバス２０２を光伝送路として使用できるという特長も有する。
【００７６】
３．第３実施形態
本発明に係る光信号処理パッケージにおいて、定電位接続部材を設けた例を図３に示す。図３において、（ａ）は、前記第３実施形態に係る光信号処理パッケージの内部構造を示し、（ｂ）は、前記光信号処理パッケージを側面からみた外観を示し、（ｃ）は、前記光信号処理パッケージを上面からみた外観を示す。尚、図３において、図１と同一の符号は、特に断らない限り、前記符号が図１において示す構成要素と同一の構成要素を示す。
【００７７】
第３実施形態に係る光信号処理パッケージ１０４は、図３に示すように、フレキシブル基板６によって図３における上下方向に沿って上段１０４ａと中段１０４ｂと下段１０４ｃとに区画されている。そして、中段１０４ｂには、フレキシブル基板６における中間部６Ｃに対して平行に金属板を積層した電磁シールド１８が嵌装されている。発光素子２と受光素子４と信号増幅回路素子８とは、何れも電磁シールド１８に定電位接続されている。尚、電磁シールド１８は、本発明の光信号処理パッケージにおける定電位接続部材に相当する。
【００７８】
電磁シールド１８には、銅およびアルミニウムなどの高導電性金属の板を積層した積層体のほか、前記高導電性金属から形成され、直方体または円柱などの形状を有するブロック体が使用できる。
【００７９】
信号増幅回路素子８は、フレキシブル基板６にフリップチップ実装され、球状の半田バンプ１６により、電気配線層６４に接続され、また、電気配線層６４に接続された側とは反対側の面の近傍部分がパッケージ１２の外部に露出し、前記面に、後述するヒートシンク２４を装着できるように形成されている。尚、ヒートシンク２４は、本発明の光信号処理パッケージにおける放熱手段の一例である。
【００８０】
光信号処理パッケージ１０４は、前記以外の点においては、第１の実施形態に係る光信号処理パッケージ１００と同様の構成を有している。したがって、光信号処理パッケージ１０４は、第１の実施形態に係る光信号処理パッケージ１００と同様の特長を有する。
【００８１】
更に、光信号処理パッケージ１０４は、前述のように電磁シールド１８を有するから、発光素子２および受光素子４と信号増幅回路素子８との間における電気信号の授受が外部の電磁ノイズにより妨害されることがないという特長も有する。
【００８２】
４．第４実施形態
定電位接続部材を設けた光信号処理パッケージの別の例を図４に示す。図４において、（ａ）は、前記第４実施形態に係る光信号処理パッケージの内部構造を示し、（ｂ）は、前記光信号処理パッケージを側面からみた外観を示し、（ｃ）は、前記光信号処理パッケージを上面からみた外観を示す。尚、図４において、図１および図２と同一の符号は、特に断らない限り、前記符号が図１および図２において示す構成要素と同一の構成要素を示す。
【００８３】
第４実施形態に係る光信号処理パッケージ１０６は、図４に示すように、フレキシブル基板６によって図４における上下方向に沿って上段１０６ａと中段１０６ｂと下段１０６ｃとに区画されている。そして、中段１０６ｂには、電磁シールド２０が嵌装されている。発光素子２と受光素子４と信号増幅回路素子８とは、何れも電磁シールド２０に定電位接続されている。電磁シールド２０もまた、本発明の光信号処理パッケージにおける定電位接続部材に相当する。
【００８４】
電磁シールド２０は、第３実施形態に係る光信号処理パッケージ１０４における電磁シールド１８と同様の構成を有している。
【００８５】
信号増幅回路素子８は、第３実施形態に係る光信号処理パッケージ１０４と同様にフレキシブル基板６にフリップチップ実装され、球状の半田バンプ１６により、電気配線層６４に接続されている。
【００８６】
そして、信号増幅回路素子８における電気配線層６４に接続された側とは反対側の面に後述するヒートシンク２４を装着できるように、前記面の近傍部分がパッケージ１２の外部に露出している。
【００８７】
光信号処理パッケージ１０６は、前記以外の点においては、第２の実施形態に係る光信号処理パッケージ１０２と同様の構成を有している。したがって、光信号処理パッケージ１０６は、第２の実施形態に係る光信号処理パッケージ１０２と同様の特長を有する。
【００８８】
更に、光信号処理パッケージ１０６は、前述のように電磁シールド２０を有するから、発光素子２および受光素子４と信号増幅回路素子８との間における電気信号の授受が外部の電磁ノイズにより妨害されることがないという特長も有する。
【００８９】
５．第５実施形態
第３実施形態に係る光信号処理パッケージを多層配線基板に実装した信号処理装置の一例を図５に示す。図５において、（ａ）は、前記配線基板に実装された前記光信号処理パッケージを図３におけるＸの方向から見たところを示し、（ｂ）は、図３におけるＹの方向から見たところを示す。
【００９０】
図５に示す信号処理装置４００の備える多層配線基板３００は、絶縁層３０２と、絶縁層３０２の表面にエッチング法などにより形成された電気配線層３０４とが交互に積層された多層配線基板であり、本発明に係る信号処理装置における配線基板に相当する。ただし、前記光信号処理パッケージが実装される配線基板は、多層配線基板３００のような多層構造を有する配線基板には限定されず、単層のプリント配線基板であってもよい。また、図５に示す多層配線基板３００には、絶縁層３０２および電気配線層３０４がそれぞれ６層づつ設けられているが、絶縁層３０２および電気配線層３０４の層数は、６層には限定されない。
【００９１】
多層配線基板３００の中央部には、矩形の平面形状を有するスルーホール３０６が穿設され、前記スルーホール３０６には、図３に示す光信号処理パッケージ１０４が嵌装されている。
【００９２】
光信号処理パッケージ１０４は、図５に示すように、翼状部６ａに設けられた半田バンプ面６ｂにおいて、球状の半田バンプ２２を介して多層配線基板３００における最上層の電気配線層３０４に接続されている。
【００９３】
光信号処理パッケージ１０４が備える信号増幅回路素子８の図５における上面、即ちパッケージ１２の外部に露出した側の面には、ヒートシンク２４が固定されている。ヒートシンク２４には、垂直方向に延在する放熱フィン２４ａが、一定の間隔で多数設けられている。ヒートシンク２４は、例えば銅およびアルミニウムなどの高熱伝送性の金属により形成できる。
【００９４】
多層配線基板３００の下面には、光伝送路２００が設けられている。
【００９５】
図５において（ｂ）に示すように、光伝送路２００における多層配線基板３００に当接する側の面の一端部近傍に、発光素子２からの光信号が入射し、受光素子４に向かって光信号が出射する光信号入出射面２００ａが形成されている。光伝送路２００における光信号入出射面２００ａが形成された側の端面には、光信号入出射面２００ａに対して４５°の角度を有するように形成された４５度面２００ｂが形成されている。光伝送路２００における４５度面２００ｂとは反対側の端面には、入射した光信号を反射する反射面（図示せず。）が形成されている。
【００９６】
光伝送路２００は、光信号が透過する透明性媒体により形成できる。前記透明性媒体としては、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリメチルペンテンなどのアモルファスポリオレフィン、および弗化ビニリデン、テトラフルオロエチレンなどの弗素系樹脂のような光学プラスチック材料、ならびに石英、石英ガラス、弗化物系ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、燐酸ガラス、および弗燐酸ガラスなどの無機ガラスなどが挙げられる。
【００９７】
光伝送路２００は、図５に示すように、光信号入出射面２００ａが光信号処理パッケージ１０４の発光受光面１４に向かい合う位置に設けられている。
【００９８】
信号処理装置４００においては、多層配線基板３００上に設けられた１の電子回路（図示せず。）からの電気信号は、電気配線層３０４および半田バンプ２２を通り、光信号処理パッケージ１０４のフレキシブル基板６における半田バンプ面６ｂおよび電気配線層６４を通って発光素子２に伝達され、光信号に変換される。
【００９９】
発光素子２から出射した光信号は、図５において矢印ａで示すように、光信号処理パッケージ１０４のにおける発光受光面１４を通過して光信号入出射面２００ａから光伝送路２００の内部に入射する。そして、４５度面２００ｂにおいて入射方向に対して直角の方向に反射して光伝送路２００における反射面に向かって伝播する。前記反射面で反射された光信号は、図５において矢印ｂで示すように、再び光伝送路２００内を伝播し、４５度面２００ｂで反射され、光信号入出射面２００ａから発光受光面１４に入射し、受光素子４で受光される。
【０１００】
前記光信号は、受光素子４において電気信号に変換され、信号増幅回路素子８において増幅され、フレキシブル基板６における電気配線層６４、半田バンプ２２、および電気配線層３０４を通って多層配線基板３００上に設けられた他の電子回路（図示せず。）に伝達される。
【０１０１】
このように、信号処理装置４００においては、光電気混載基板１０４と光伝導路２００とによって光データバスが形成され、前記電子回路間における信号の授受は、光信号の形で、前記光データバスを通して行なわれるので、前記電子回路間においては、大量のデータを効率的に授受できる。
【０１０２】
また、光信号処理パッケージ１０４は、底面に発光受光面１４を有するから、スルーホール３０６にどの向きで差し込んでも光伝送路２００と光学的に結合でき、光データバスを形成できる。したがって、光信号処理パッケージ１０４のパッシブアラインメントが可能になる。
【０１０３】
更に、消費電力が数十ｍＷと大きな信号増幅回路素子８を使用した場合においても、ヒートシンク２４によって、発生熱が効果的に発散されるから、発光素子２および受光素子４の動作が不安定になることがない。
【０１０４】
更に、光信号処理パッケージ１０４は多層配線基板３００に半田バンプ２２を介して接続されるから、自動実装に容易に対応できる。
【０１０５】
６．第６実施形態
第４実施形態に係る光信号処理パッケージを多層配線基板に実装した信号処理装置の一例を図６に示す。図６において、図４および図５と同一の符号は、前記符号が図４および図５において示す構成要素と同一の構成要素を示す。
【０１０６】
図６に示す信号処理装置４０２の備える多層配線基板３０８は、絶縁層３０２および電気配線層３０４が交互に５層づつ積層された多層配線基板であり、複数の電子回路（図示せず。）が実装されている。なお、多層配線基板３０８においては、絶縁層３０２および電気配線層３０４の層数は、５層には限定されない。
【０１０７】
多層配線基板３０８の中央部には、矩形の平面形状を有するスルーホール３１０が穿設され、第4実施形態に係る光信号処理パッケージ１０６が挿通されている。図６に示すように、光信号処理パッケージ１０６の下半部は、多層配線基板３０８よりも下方に突出し、したがって発光受光面１４も多層配線基板３０８の下方に位置する。
【０１０８】
光信号処理パッケージ１０６における信号増幅回路素子８の上面には、ヒートシンク２４が設けられている。
【０１０９】
多層配線基板３０８の下面には、図６に示すように、スラブ状の光伝送路２０２が設けられている。
【０１１０】
光伝送路２０２においては、発光素子２からの光信号が入射し、受光素子４に向かって光信号が出射する光信号入出射面２０２ａが一方の端面に形成され、光信号入出射面２００ａとは反対側の端面に、入射した光信号を光信号入出射面２００ｂに向かって反射する反射面（図示せず。）が形成されている。
【０１１１】
光伝送路２０２は、光伝送路２００のところで述べたのと同様の透明性媒体により形成できる。
【０１１２】
光伝送路２０２は、図６に示すように、光信号入出射面２０２ａが光信号処理パッケージ１０６の発光受光面１４に当接する位置に設けられている。
【０１１３】
信号処理装置４０２においても、多層配線基板３０８上の１の電子回路からの電気信号が、信号処理装置４００と同様の経路を通って光信号処理パッケージ１０６における発光素子２に伝達され、光信号に変換される。
【０１１４】
発光素子２から出射した光信号は、発光受光面１４を通過して光信号入出射面２０２ａから光伝送路２０２の内部に入射し、伝送路２００における反射面で反射される。反射された光信号は、光信号入出射面２００ａから発光受光面１４に入射し、受光素子４で受光される。
【０１１５】
前記光信号は、受光素子４において電気信号に変換され、信号増幅回路素子８において増幅され、信号処理装置４００と同様の経路を通って多層配線基板３０８上に設けられた他の電子回路（図示せず。）に伝達される。
【０１１６】
このように、信号処理装置４０２においても、光電気混載基板１０６と光伝導路２０２とによって光データバスが形成され、前記電子回路間における信号の授受は、光信号の形で、前記光データバスを通して行なわれるので、前記電子回路間においては、大量のデータを効率的に授受できる。
【０１１７】
また、信号処理装置４００と同様に、大出力の信号増幅回路素子８を使用した場合においても、ヒートシンク２４によって、発生熱が効果的に発散されるから、発光素子２および受光素子４の動作が不安定になることがない。
【０１１８】
更に、前述のように、光伝送路２０２においては、光信号が入射する側の端部を４５度面に仕上げる必要がなく、前記透明性媒体のスラブの一端に反射面を形成するだけでよいから、光伝送路２００に比較して更に作製が容易である。
【０１１９】
なお、信号処理装置４０２においては、発光受光面１４が光信号入出射面２０２ａに当接するように、光信号処理パッケージ１０６をスルーホール３１０に挿入する必要があるので、光信号処理パッケージ１０６の角に切り欠きを設けたり、光信号処理パッケージ１０６と配線基板３０８とに位置合わせ用のマークを附したりして、光信号処理パッケージ１０６の挿入方向が容易に判るようにすることが好ましい。
【０１２０】
７．第７実施形態
第４実施形態に係る光信号処理パッケージを多層配線基板に実装した信号処理装置の別の例を図７に示す。図７において、図４および図５と同一の符号は、前記符号が図４および図５において示す構成要素と同一の構成要素を示す。
【０１２１】
図７に示す信号処理装置４０４の備える多層配線基板３１２は、絶縁層３０２および電気配線層３０４が交互に９層づつ積層された多層配線基板であり、複数の電子回路（図示せず。）が実装されている。更に、多層配線基板３１２の内部には、光伝送路２０２が埋設されている。
【０１２２】
多層配線基板３１２の中央部には、矩形の平面形状を有するスルーホール３１４が穿設され、スルーホール３１４に、第4実施形態に係る光信号処理パッケージ１０６が嵌装されている。前述のように、光伝送路２０２は、多層配線基板３１２の内部に埋設されているから、図７に示すように、光信号処理パッケージ１０６は、スルーホール３１４の内部において、光伝送路２０２に光学的に結合される。
【０１２３】
信号処理装置４０４においても、多層配線基板３１２上の１の電子回路からの電気信号は、信号処理装置４０２と同様にして光信号処理パッケージ１０６および光伝送路２０２を経由して多層配線基板３１２上の他の電子回路に伝達される。
【０１２４】
信号処理装置４０４は、信号処理装置４０２と同様の特長を有する。
【０１２５】
更に、光信号処理パッケージ１０６は、スルーホール３１４の内部において光伝送路２０２に光学的に結合されているから、光信号処理パッケージ１０６の発光受光面１４と光伝送路２０２の光信号入出射面２０２ａとの間で光信号が授受される際の損失が特に少ない。
【０１２６】
なお、信号処理装置４０４においても、信号処理装置４０２のところで述べたのと同様の理由から、光信号処理パッケージ１０６の角に切り欠きを設けたり、光信号処理パッケージ１０６と配線基板３１２とに位置合わせ用のマークを附したりして、光信号処理パッケージ１０６の挿入方向が容易に判るようにすることが好ましい。
【０１２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により提供される光信号処理パッケージは、熱に敏感な発光素子および受光素子と消費電力の大きな信号増幅回路素子とが熱的に分離された構造を有するから、前記光信号処理パッケージにおいては、信号増幅回路素子からの熱で発光素子および受光素子の動作が不安定になることがない。
【０１２８】
また、複数の電子回路を有する配線基板上にスルーホールを設け、前記光信号処理パッケージを前記スルーホールに差し込むだけで、発光素子と受光素子と信号増幅回路素子とを一括して前記配線基板に実装できる。そして、光信号処理パッケージにおける発光素子と受光素子とを光伝送路に光学的に接続することにより、前記配線基板において光データバスを形成できる。
【０１２９】
また、前記配線基板との接続に半田バンプを用いることにより、自動実装にも容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る光信号処理パッケージの一例を示す概略図である。
【図２】 本発明に係る光信号処理パッケージの別の一例を示す概略図である。
【図３】 定電位接続部材を有する光信号処理パッケージの例を示す概略図である。
【図４】 定電位接続部材を有する光信号処理パッケージの別の例を示す概略図である。
【図５】 本発明に係る信号処理装置の一例を示す断面図である。
【図６】 本発明に係る信号処理装置の別の例を示す断面図である。
【図７】 本発明に係る信号処理装置の更に別の例を示す断面図である。
【図８】 従来の光電気混載基板の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
２ 発光素子
４ 受光素子
６ フレキシブル基板
６ａ 翼状部
６ｂ 半田バンプ面
８ 信号増幅回路素子
１２ パッケージ
１４ 発光受光面
１８ 電磁シールド
２０ 電磁シールド
２２ 半田バンプ
２４ ヒートシンク
６２ フィルム基板
６４ 電気配線層
１００ 光信号処理パッケージ
１０２ 光信号処理パッケージ
１０４ 光信号処理パッケージ
１０６ 光信号処理パッケージ
２００ 光伝送路
２０２ 光伝送路
３００ 多層配線基板
３０６ スルーホール
３０８ 多層配線基板
３１０ スルーホール
３１２ 多層配線基板
３１４ スルーホール
４００ 信号処理装置
４０２ 信号処理装置
４０４ 信号処理装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical signal processing package and a signal processing device, and in particular, mounts the optical signal processing package on a wiring board provided with an optical signal processing package excellent in coupling efficiency and thermal stability, and an electronic circuit. An object of the present invention is to provide a signal processing apparatus.
[0002]
[Prior art]
With the development of very large scale integrated circuits (VLSI), the circuit functions of circuit boards (daughter boards) used in data processing systems have increased significantly. As the circuit function increases, the number of signal connections to each circuit board increases, so a data bus board (motherboard) that connects each circuit board (daughter board) with a bus structure requires a large number of connectors and connection lines. The parallel architecture is adopted. The parallel bus has been improved by making the connection lines multi-layered and miniaturized, thereby improving the operation speed of the parallel bus. However, the processing speed of the system may be limited by the operation speed of the parallel bus due to the signal delay caused by the capacity between the connection lines and the connection line resistance. In addition, the problem of electromagnetic interference (EMI) due to the high density of parallel bus connection wiring is also a major limitation to the improvement of the processing speed of the system. Therefore, the optical interconnection, which is mainly in the trunk line system, has come to be applied to the field of electrical wiring between substrates and communication between chips on the substrate.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-81524 discloses an optical transmission / reception system that performs optical transmission / reception between a pair of light emitting / receiving elements on the same substrate through a through hole provided in the substrate. In the optical transmission / reception system, communication between light emitting and receiving elements on the same surface is performed using two through holes and an optical waveguide. As the surface light emitting / receiving element, a package structure in which the light emitting element and the light receiving element are arranged in the same plane and integrated is used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the optical transmission / reception system, the optical signal is reflected on the side surface of the through hole and the loss increases, and the distance from the light emitting / receiving element to the optical transmission path is more than the thickness of the substrate, so that the coupling efficiency There was a problem of low.
[0005]
Therefore, in the opto-electric hybrid board, it is considered that the coupling efficiency is improved if the distance between the light emitting / receiving element and the end face of the optical transmission path is reduced.
[0006]
An optical element used in an optical transmission / reception system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-81524 is a surface light emitting / receiving element in which a light emitting surface of a light emitting element and a light receiving surface of a light receiving element are arranged on the same plane and integrated. It is.
[0007]
When the electric signal received by the light receiving element is weak, a signal amplifying circuit element for amplifying the electric signal is required. From the viewpoint of preventing EMI, the signal amplifying circuit element may be disposed close to the light receiving element. desirable.
[0008]
However, as shown in FIG. 8, if the light emitting / receiving element and the signal amplifier circuit element are arranged on the same plane, the signal amplifier circuit element consumes a large amount of power, and the temperature of the package rises due to heat generated in the signal amplifier circuit element. The operation of the light emitting / receiving element becomes unstable.
[0009]
The present invention relates to an optical signal processing package in which a light emitting / receiving element and a signal amplification circuit element are mounted. The signal amplification circuit element and the light emitting / receiving element are thermally separated, and the light emitting / receiving element is generated by heat generated in the signal amplification circuit element. The optical signal processing package having excellent coupling efficiency, and the light emitting / receiving element and the optical signal input / output surface of the optical transmission path can be brought close to each other without causing the operation to become unstable due to overheating. An object is to provide a signal processing device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is an optical signal processing package mounted on a wiring board provided with an electronic circuit, Inside is three or more steps along the mounting direction to the wiring board A compartmentalized package and inside the package One step A light receiving element that receives an optical signal from the outside of the package and converts it into an electrical signal; Another stage at least one stage away from the one stage in the package And a signal amplifying circuit element for amplifying an electric signal from the light receiving element, and electrically connecting the signal amplifying circuit element to the electronic circuit on the wiring board when mounted on the wiring board. Comprising electrical connection means One stage, or another stage at least one stage away from the one stage. And a light emitting element that converts an electrical signal from the outside of the package into an optical signal and sends it out, and a stage different from the stage in the package where the light receiving element and the light emitting element are provided. A signal amplifying circuit element for amplifying an electric signal from the light receiving element; and when mounted on the wiring board, the light emitting element is connected to the wiring board. One The present invention relates to an optical signal processing package characterized by comprising electrical connection means electrically connected to an electronic circuit and electrically connecting the signal amplification circuit element to another electronic circuit on the wiring board.
[0011]
In a state where the optical signal processing package is mounted on the wiring board, the signal amplification circuit element and the light receiving element are electrically connected to an electronic circuit on the wiring board by the electrical connection means. Therefore, the optical signal received by the light receiving element is converted into an electric signal which is an electric signal in the light receiving element, further amplified in the signal amplification circuit element, and transmitted to the electronic circuit.
[0012]
In the optical signal processing package, as described above, the signal amplification circuit element and the light receiving element that generate a large amount of heat are arranged in separate stages, so the signal amplification circuit element and the light receiving element are thermally separated. It is separated. Therefore, it is possible to prevent the temperature of the light receiving element from rising due to heat generation in the signal amplification circuit element, and the operation of the light receiving element to become unstable.
[0013]
In addition, by mounting the optical signal processing package on the wiring board, the light receiving element and the signal amplification circuit element can be collectively mounted on the wiring board.
[0014]
Further, as described above, the light receiving element and the signal amplifying circuit element are spatially close to each other even though they are thermally separated. The electrical wiring can be shortened, and there is also a feature that it is difficult to be affected by external electromagnetic noise when a weak electrical signal from the light receiving element is amplified in the signal amplification circuit element.
[0015]
The invention according to claim 2 is an optical signal processing package mounted on a wiring board provided with a plurality of electronic circuits, wherein the package is divided into two or more stages, and one stage inside the package. A light receiving element that receives an optical signal from the outside of the package and converts it into an electrical signal, and is provided in the same or different stage as the stage in which the light receiving element is provided inside the package. A light emitting element that converts an electrical signal from the outside into an optical signal and sends it out, and a stage different from the stage in which the light receiving element and the light emitting element are provided inside the package, A signal amplification circuit element for amplifying a signal, and the light emitting element is electrically connected to one electronic circuit on the wiring board when mounted on the wiring board. An optical signal processing package, characterized in that it comprises an electrical connection means for electrically connecting to other electronic circuits in the wiring substrate said signal amplifying circuit elements.
[0016]
In a state where the optical signal processing package is mounted on the wiring board, the light emitting element is also electrically connected to an electronic circuit on the wiring board by the electrical connection means. Therefore, the electrical signal of the electronic circuit is transmitted to the light emitting element through the electrical wiring on the wiring board and the electrical connection means, and is converted into an optical signal in the light emitting element to be transmitted to the package in the optical signal processing package. Sent out.
[0017]
In the optical signal processing package, since the light emitting element is also provided at a different stage from the signal amplification circuit element, it is thermally separated from the signal amplification circuit element. Therefore, in addition to the features of the optical signal processing package according to claim 1, the optical signal processing package increases the temperature of the light emitting element due to heat generation in the signal amplification circuit element, and the operation of the light emitting element is not performed. It also has the feature that it can be prevented from becoming stable.
[0018]
In addition, by mounting the optical signal processing package on the wiring board, the light emitting element, the light receiving element, and the signal amplifying circuit element can be collectively mounted on the wiring board.
[0019]
The invention according to claim 3 relates to an optical signal processing package in which the light emitting element and the light receiving element are provided in the same stage of the package.
[0020]
The optical signal processing package has a feature that it can be formed particularly compactly because the light emitting element and the light receiving element are arranged close to each other.
[0021]
The invention according to claim 4 In the package The light emitting element, the light receiving element, and the signal amplifying circuit element are formed of a metal between a stage where the light emitting element and the light receiving element are provided and a stage where the signal amplifying circuit element is provided. The present invention relates to an optical signal processing package in which a constant potential connecting member for constant potential connection is disposed.
[0022]
In the optical signal processing package, the light emitting element, the light receiving element, and the signal amplifying circuit element are connected at a constant potential by a constant potential connecting member disposed therebetween, so that the light emitting element, the light receiving element, the signal amplifying circuit element, Both are effectively shielded from external electromagnetic noise.
[0023]
The invention according to claim 5 includes a film substrate formed of a single heat-resistant plastic, and an electric wiring layer formed on at least one surface of the film substrate, and the package interior has two or more stages. A flexible board on which the signal amplification circuit element is mounted, and the electrical connecting means is a part of the flexible board exposed to the outside of the package, and when mounted on a wiring board The present invention also relates to an optical signal processing package comprising an exposed portion for electrically connecting the signal amplification circuit element to one electronic circuit on the wiring board through the electric wiring layer.
[0024]
In the optical signal processing package, at the time of mounting on the wiring board, the exposed portion and the electric wiring reaching the electronic circuit on the wiring board are electrically connected through, for example, solder bumps. Further, a protrusion electrically connected to the electric wiring layer is formed on the exposed portion, and is electrically connected to the electric wiring reaching the electronic circuit provided on the wiring board and is engaged with the protrusion. The exposed portion may be electrically connected to the wiring substrate by forming a recessed portion to be formed on the wiring substrate and engaging the protrusion with the recessed portion. Further, conversely, a recess may be formed in the exposed portion, a protrusion may be formed on the wiring board, and the protrusion and the recess may be engaged.
[0025]
In a state where the optical signal processing package is mounted on the wiring board, the light receiving element and the signal amplification circuit element are electrically connected to the electronic circuit via an electric wiring layer on the flexible board and an electric wiring on the wiring board. Connected to.
[0026]
The invention according to claim 6 is an optical signal processing in which a part of the signal amplifier circuit element is exposed to the outside of the package, and a heat radiating means is provided at the exposed portion of the signal amplifier circuit element. Regarding packages.
[0027]
In the optical signal processing package, the heat generated in the signal amplifier circuit element is transmitted to the outside of the package and removed by the heat radiating means, so that the generated heat does not cause the inside of the package to become high temperature. Therefore, the optical signal processing package is suitable when the heat generation amount of the signal amplifier circuit element is particularly large.
[0028]
The invention according to claim 7 is the optical signal processing package according to any one of claims 1 to 6, a wiring board on which the optical signal processing package is mounted, and the optical signal processing package is the wiring board. And a light transmission element that is optically coupled to the light receiving element or the light receiving element in the optical signal processing package.
[0029]
In the signal processing device, an optical signal emitted from the optical transmission path is received by a light receiving element in the optical signal processing package and converted into an electrical signal. An electric signal from the light receiving element is amplified by a signal amplification circuit element in the optical signal processing package. The electric signal amplified by the signal amplification circuit element is transmitted to the electronic circuit via the electric connection means in the optical signal processing package and the electric wiring in the wiring board, and is appropriately processed in the electronic circuit.
[0030]
In the signal processing device, an optical data bus can be easily configured by mounting the optical signal processing package on the wiring board.
[0031]
In addition, since the distance between the light transmission element and the light emitting element and the light receiving element in the optical signal processing package is short, the signal processing device has high coupling efficiency between the light emitting element and the light receiving element and the optical transmission line. .
[0032]
According to an eighth aspect of the present invention, the wiring board includes a through hole through which the optical signal processing package is inserted, and the optical transmission path is inserted into the through hole in the wiring board. And a signal processing device provided at a position optically coupled to the light receiving element or the light emitting element and the light receiving element of the optical signal processing package.
[0033]
Since the signal processing device can be mounted simply by inserting the optical signal processing package into a through hole provided on the wiring board, passive alignment of the opto-electric hybrid board is possible.
[0034]
The invention according to claim 9 is characterized in that the wiring board is The optical signal processing package has a thickness larger than a dimension along a thickness direction of the wiring board at a portion inserted into the through hole. The present invention relates to a signal processing device.
[0035]
The signal processing apparatus has a configuration in which the optical signal processing package is embedded in a through-hole formed in the wiring board, and therefore the optical signal processing package is disposed particularly close to the optical transmission line. be able to. Therefore, the coupling efficiency between the light receiving element or the light receiving element and the light emitting element and the optical transmission path in the optical signal processing package is particularly excellent.
[0036]
The invention according to claim 10 is characterized in that the optical transmission line is The wiring board is provided on a surface opposite to the side to which the electrical connection means of the optical signal processing package is connected. The present invention relates to a signal processing device.
[0037]
In the signal processing device, electrical wiring connected to the optical signal processing package can be formed on the entire mounting surface, and the entire surface opposite to the mounting surface can be used for forming an optical transmission path. A signal processing device having excellent volumetric efficiency can be obtained. In addition, since the optical transmission path is provided on the surface opposite to the mounting surface, it is very easy to form the optical transmission path.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1. First embodiment
An example of an optical signal processing package according to the present invention is shown in FIG. 1A shows the internal structure of the optical signal processing package according to the first embodiment, and FIG. 1B shows the shape of a flexible substrate provided in the optical signal processing package developed on a plane. (C) shows the appearance of the optical signal processing package as seen from the side, and (d) shows the appearance of the optical signal processing package as seen from the top.
[0039]
As shown in FIG. 1, the optical signal processing package 100 according to the first embodiment is bent in a U-shape when viewed from the side, and the optical signal processing package 100 is divided into three stages, ie, upper, middle, and lower stages in the vertical direction in FIG. And a light-amplifying element 2 and a light-receiving element 4 positioned at the lower stage 100c of the optical signal processing package 100. It can also be said that the optical signal processing substrate 100 is divided into three stages along the mounting direction of the signal amplification circuit element 8 and the like on the flexible substrate 6.
[0040]
As shown in FIG. 1 (b), the flexible substrate 6 is formed from a single heat-resistant resin film, and at one end, a pair of wing-like portions 6a projecting in a wing shape is formed and expanded. Has a film substrate 62 having a substantially T-shaped planar shape, and an electric wiring layer 64 formed on one surface of the film substrate 62.
[0041]
Examples of the heat resistant resin film include films of polyimide resin, polyamideimide resin, polyetherimide resin, and polyetheretherketone resin.
[0042]
In the pair of wing-like portions 6a of the flexible substrate 6, four circular solder bump surfaces 6b are formed in rows on the surface opposite to the side on which the electric wiring layer 64 is formed. The wing-like portion 6a and the solder bump surface 6b correspond to an exposed portion and an electrical connection means in the optical signal processing package of the present invention, respectively.
[0043]
When the optical signal processing package 100 is mounted on a wiring board to be described later, the solder bump surface 6b is electrically connected to the wiring board via spherical solder bumps. The solder bump surface 6b is electrically connected to the electric wiring layer 64 with the film substrate 62 interposed therebetween.
[0044]
The flexible substrate 6 is formed with the wing-like portion 6a, and includes a first section 6A that partitions the upper stage 100a and the middle stage 100b of the optical signal processing package 100, and a middle section 100b and a lower stage 100c that partition the optical signal processing package 100. Two parallel bending lines d extending in the width direction are formed in the two sections 6B and the intermediate section 6C that joins the first section 6A and the second section 6B. 1 It is divided by.
[0045]
As shown in FIGS. 1A and 1C, the flexible substrate 6 has a surface on the side where the electrical wiring layer 64 is formed, and the first section 6A and the second section 6B face each other. Bend line d 1 Is bent into a U shape. Accordingly, in the first section 6A, the surface on which the electric wiring layer 64 is formed faces the upper stage 100a of the optical signal processing package 100, and in the second section 6B, the surface on which the electric wiring layer 64 is formed. The surface faces the lower stage 100c of the optical signal processing package 100.
[0046]
As shown in FIG. 1, the signal amplifier circuit element 8 is arranged on the surface of the first section 6A on the side where the electric wiring layer 64 is formed. On the other hand, in the light emitting element 2 and the light receiving element 4, the electric wiring layer 64 in the second section 6B is formed so that the light emitting surface for transmitting the optical signal and the light receiving surface for receiving the optical signal face downward in FIG. It is arranged on the side, that is, the lower surface.
[0047]
Here, the light emitting element 2 has a function of converting a digital electric signal from an electronic circuit (not shown) disposed on the wiring board into an optical signal and transmitting the optical signal, specifically, And light emitting diodes, semiconductor lasers, and surface emitting lasers.
[0048]
The light receiving element 4 has a function of receiving an optical signal and converting it into an electrical signal, and specifically includes a photodiode.
[0049]
The signal amplifying circuit element 8 has a function of amplifying an electric signal from the light receiving element 4 and transmitting it to the electronic circuit.
[0050]
The signal amplifier circuit element 8 is connected to the electric wiring layer 64 by a bonding wire 10a, and the light emitting element 2 and the light receiving element 4 are connected to the electric wiring layer 64 by a bonding wire 10b. Fine wires such as gold can be used for the bonding wires 10a and 10b. Therefore, the signal amplifier circuit element 8, the light emitting element 2, and the light receiving element 4 are electrically connected to each other by the bonding wires 10a and 10b and the electric wiring layer 64.
[0051]
Here, as described above, the electrical wiring layer 64 is electrically connected to the solder bump surface 6b, and the solder bump surface 6b is electrically connected to the wiring board on which the optical signal processing package 100 is mounted via the solder bump. Since the signal amplifying circuit element 8, the light emitting element 2, and the light receiving element 4 are electrically connected to the wiring, the electronic circuit on the wiring board is connected via the electric wiring layer 64, the solder bump surface 6b, and the solder bump. Is electrically connected.
[0052]
As shown in FIG. 1, the flexible substrate 6, the signal amplification circuit element 8, the light emitting element 2, and the light receiving element 4 are enclosed in a rectangular parallelepiped package 12 made of synthetic resin. Here, as described above, the light emitting surface of the light emitting element 2 and the light receiving surface of the light receiving element 4 are both directed downward in FIG. It is formed on the bottom surface. Therefore, the package 12 is translucent, in other words, preferably transmits the optical signal, and thus is preferably formed of a translucent resin. Examples of the translucent resin include translucent thermosetting resins such as transparent epoxy resins and transparent polyurethane resins, and translucent thermoplastic resins such as PMMA, polycarbonate resin, and polymethylpentene resin. .
[0053]
The package 12 is formed of a non-translucent resin that is a thermoplastic resin or a thermosetting resin and does not substantially transmit the optical signal, and the optical signal is transmitted to the light emitting element 2 and the light receiving element 4 at the bottom. You may provide the opening part which enters / exits.
[0054]
The package 12 may be a translucent or non-translucent housing.
[0055]
As shown in FIGS. 1C and 1D, the portion provided with the solder bump surface 6b in the wing-like portion 6a is provided outside the package 12 so that it can be connected to a multilayer wiring board 300 described later at the time of mounting. Exposed. The solder bump surface 6b in the wing-like portion 6a is electrically connected to the signal amplification circuit element 8 through the electric wiring layer 64 and the bonding wire 10a.
[0056]
As described above, the signal amplification circuit element 8 is located in the upper stage of the optical signal processing package 100, and the light emitting element 2 and the light receiving element 4 are located in the lower stage of the optical signal processing package 100. The middle stage of the optical signal processing package 100, that is, the portion between the first section 6 </ b> A and the second section 6 </ b> B is filled with a translucent resin that forms the package 12.
[0057]
Therefore, since the mounting surfaces of the light emitting element 2 and the light receiving element 4 are largely separated from the mounting surface of the signal amplification circuit element 8, the light emitting element 2 and the light receiving element 4 are thermally insulated from the signal amplification circuit element 8. Yes. Therefore, even if the signal amplifier circuit element 8 generates heat, the light emitting element 2 and the light receiving element 4 do not become high temperature, and the operation does not become unstable.
[0058]
Moreover, the optical signal processing package 100 is compact because the signal amplification circuit element 8, the light emitting element 2, and the light receiving element 4 are stacked one above the other as described above.
[0059]
Further, by mounting the optical signal processing package 100 on a wiring board provided with an electronic circuit such as a CPU, the light emitting element 2, the light receiving element 4, and the signal image-like circuit element 8 are collectively put on the wiring board. Can be implemented.
[0060]
Further, as shown in FIGS. 1A and 1C, a light emitting / receiving surface 14 formed on the bottom surface of the optical signal processing package 100 is provided on the optical signal input / output surface of a plate-like optical transmission line 200 described later. By abutting, an optical signal can be exchanged between the light emitting element 2 and the light receiving element 4 and the optical transmission path 200, so that the distance between the light emitting element 2 and the light receiving element 4 and the optical transmission path 200 can be reduced. Therefore, the coupling efficiency is high.
[0061]
2. Second embodiment
Another example of the optical signal processing package according to the present invention is shown in FIG. 2A shows the internal structure of the optical signal processing package according to the second embodiment, and FIG. 2B shows the shape of the flexible substrate in the optical signal processing package developed on a plane. (C) shows the appearance of the optical signal processing package as seen from the side, and (d) shows the appearance of the optical signal processing package as seen from the top. In FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components as those shown in FIG. 1 unless otherwise specified.
[0062]
As shown in FIG. 2, the optical signal processing package 102 according to the second embodiment is bent in a question mark shape when viewed from the side, and the optical signal processing package 102 is vertically arranged in FIG. The flexible substrate 6 for partitioning, the signal amplification circuit element 8 disposed in the upper stage 102a of the optical signal processing package 102, and the light emitting element 2 and the light receiving element 4 disposed in the lower stage 102c of the optical signal processing package 102 are provided.
[0063]
As shown in FIG. 2 (b), the flexible substrate 6 is formed from a single heat-resistant resin film, at one end, as with the flexible substrate 6 in the optical signal processing package 100 according to the first embodiment. A pair of wing-like portions 6 a projecting in a wing shape is formed, and includes a film substrate 62 having a T-shaped planar shape and an electric wiring layer 64 formed on one surface of the film substrate 62. And two mutually parallel bending lines d extending in the width direction 1 Thus, the first section 6A, the second section 6B, and the intermediate portion 6C are partitioned. The first section 6A has a pair of wings 6a and separates the upper stage 102a and the middle stage 102b of the optical signal processing package 102, and the second section 6B is a middle stage 102b and a lower stage 102c of the optical signal processing package 102. This is also the same as the optical signal processing package 100 according to the first embodiment.
[0064]
However, the second section 6B has a bending line d. 1 Bending line d parallel to 2 The light emitting / receiving element arrangement portion 6B in which the light emitting element 2 and the light receiving element 4 are arranged 1 And the light emitting / receiving element arrangement portion 6B 1 6B for joining the intermediate portion 6C with the intermediate portion 6C 2 It is divided into and.
[0065]
As with the optical signal processing package 100 according to the first embodiment, the flexible substrate 6 has a coupling portion 6B in the first section 6A and the second section 6B. 2 And the bending line d so that the electric wiring layer 64 is located outside. 1 Bend along. Therefore, the first section 6A, the intermediate portion 6C, and the coupling portion 6B 2 Is a positional relationship that forms a U-shape when viewed from the side as a whole.
[0066]
And the light emitting / receiving element arrangement part 6B in the second section 6B 1 Is the joint 6B 2 Bend line d so that the surface on which electrical wiring layer 64 is formed is inward in the direction opposite to intermediate portion 6C. 2 Bend along. Light emitting / receiving element arrangement portion 6B 1 The surface in is directed to the right in FIG.
[0067]
The signal amplifier circuit element 8 is disposed on the surface on the side where the electrical wiring layer 64 is formed in the first section 6A, that is, the upper surface.
[0068]
On the other hand, each of the light emitting element 2 and the light receiving element 4 includes a light emitting / receiving element arrangement portion 6B in the second section 6B so that the light emitting surface for transmitting the optical signal and the light receiving surface for receiving the optical signal face the right side in FIG. 1 Are arranged in two stages in the vertical direction on the surface on which the electric wiring layer 64 is formed.
[0069]
Similarly to the optical signal processing package 100 according to the first embodiment, the signal amplifier circuit element 8, the light emitting element 2, and the light receiving element 4 are connected to the electrical wiring layer 64 by bonding wires 10a and bonding wires 10b, respectively. .
[0070]
Similar to the optical signal processing package 100 according to the first embodiment, the flexible substrate 6, the signal amplification circuit element 8, the light emitting element 2, and the light receiving element 4 have a rectangular parallelepiped package 12 with the wing-like portion 6a exposed to the outside. It is enclosed inside. However, the light emitting / receiving surface 14 on which the optical signal enters and exits is formed on the right side surface of the package 12.
[0071]
The package 12 can be formed of the same translucent resin as described in the optical signal processing package 100 according to the first embodiment. Alternatively, the package 12 may be formed of a non-translucent resin, and a descending portion where an optical signal enters and exits may be provided on the right side surface in FIG.
[0072]
The optical signal processing package 102 is similar to the optical signal processing package 100 according to the first embodiment in that the light emitting element 2 and the light receiving element 4 are thermally insulated from the signal amplification circuit element 8. Even if 8 generates heat, the light emitting element 2 and the light receiving element 4 are not heated and the operation is not unstable.
[0073]
Further, as shown in FIGS. 2A and 2C, the light emitting / receiving surface 14 formed on the right side surface of the optical signal processing package 102 is light which will be described later in a form in which an optical signal enters and exits from one end surface. By contacting the end face of the transmission path 202, an optical signal can be exchanged between the light emitting element 2 and the light receiving element 4 and the optical transmission path 202.
[0074]
Unlike the optical transmission line 200, the optical transmission line 202 does not need to have an end face that is inclined, so that it is easier to manufacture.
[0075]
Therefore, the optical signal processing package 102 also has an advantage that the optical data bus 202 that is easier to manufacture than the optical transmission path 200 can be used as the optical transmission path.
[0076]
3. Third embodiment
FIG. 3 shows an example in which a constant potential connection member is provided in the optical signal processing package according to the present invention. 3A shows the internal structure of the optical signal processing package according to the third embodiment, FIG. 3B shows the appearance of the optical signal processing package viewed from the side, and FIG. The external appearance which looked at the optical signal processing package from the upper surface is shown. In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same constituent elements as those shown in FIG. 1 unless otherwise specified.
[0077]
As shown in FIG. 3, the optical signal processing package 104 according to the third embodiment is divided into an upper stage 104a, a middle stage 104b, and a lower stage 104c along the vertical direction in FIG. The middle stage 104b is fitted with an electromagnetic shield 18 in which metal plates are laminated in parallel to the intermediate portion 6C of the flexible substrate 6. The light emitting element 2, the light receiving element 4, and the signal amplification circuit element 8 are all connected to the electromagnetic shield 18 at a constant potential. The electromagnetic shield 18 corresponds to a constant potential connecting member in the optical signal processing package of the present invention.
[0078]
As the electromagnetic shield 18, in addition to a laminated body in which plates of highly conductive metal such as copper and aluminum are laminated, a block body made of the highly conductive metal and having a shape such as a rectangular parallelepiped or a cylinder can be used.
[0079]
The signal amplification circuit element 8 is flip-chip mounted on the flexible substrate 6 and connected to the electric wiring layer 64 by a spherical solder bump 16, and in the vicinity of the surface opposite to the side connected to the electric wiring layer 64. The portion is exposed to the outside of the package 12 and is formed on the surface so that a heat sink 24 described later can be attached. The heat sink 24 is an example of a heat radiating means in the optical signal processing package of the present invention.
[0080]
The optical signal processing package 104 has the same configuration as the optical signal processing package 100 according to the first embodiment except for the points described above. Therefore, the optical signal processing package 104 has the same features as the optical signal processing package 100 according to the first embodiment.
[0081]
Furthermore, since the optical signal processing package 104 has the electromagnetic shield 18 as described above, the transmission and reception of electrical signals between the light emitting element 2 and the light receiving element 4 and the signal amplification circuit element 8 is hindered by external electromagnetic noise. There is also a feature that there is nothing.
[0082]
4). Fourth embodiment
FIG. 4 shows another example of an optical signal processing package provided with a constant potential connection member. 4A shows the internal structure of the optical signal processing package according to the fourth embodiment, FIG. 4B shows the appearance of the optical signal processing package viewed from the side, and FIG. The external appearance which looked at the optical signal processing package from the upper surface is shown. In FIG. 4, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same components as those shown in FIGS. 1 and 2 unless otherwise specified.
[0083]
As shown in FIG. 4, the optical signal processing package 106 according to the fourth embodiment is divided into an upper stage 106a, a middle stage 106b, and a lower stage 106c along the vertical direction in FIG. The electromagnetic shield 20 is fitted in the middle stage 106b. The light emitting element 2, the light receiving element 4, and the signal amplification circuit element 8 are all connected to the electromagnetic shield 20 at a constant potential. The electromagnetic shield 20 also corresponds to a constant potential connection member in the optical signal processing package of the present invention.
[0084]
The electromagnetic shield 20 has the same configuration as the electromagnetic shield 18 in the optical signal processing package 104 according to the third embodiment.
[0085]
Similarly to the optical signal processing package 104 according to the third embodiment, the signal amplifier circuit element 8 is flip-chip mounted on the flexible substrate 6 and connected to the electrical wiring layer 64 by spherical solder bumps 16.
[0086]
A portion near the surface is exposed to the outside of the package 12 so that a heat sink 24 described later can be mounted on the surface of the signal amplifier circuit element 8 opposite to the side connected to the electric wiring layer 64.
[0087]
The optical signal processing package 106 has the same configuration as the optical signal processing package 102 according to the second embodiment except for the points described above. Therefore, the optical signal processing package 106 has the same features as the optical signal processing package 102 according to the second embodiment.
[0088]
Furthermore, since the optical signal processing package 106 has the electromagnetic shield 20 as described above, the transmission and reception of electrical signals between the light emitting element 2 and the light receiving element 4 and the signal amplification circuit element 8 is hindered by external electromagnetic noise. There is also a feature that there is nothing.
[0089]
5). Fifth embodiment
FIG. 5 shows an example of a signal processing apparatus in which the optical signal processing package according to the third embodiment is mounted on a multilayer wiring board. 5A shows the optical signal processing package mounted on the wiring board as viewed from the X direction in FIG. 3, and FIG. 5B shows the optical signal processing package as viewed from the Y direction in FIG. Indicates.
[0090]
A multilayer wiring board 300 included in the signal processing device 400 shown in FIG. 5 is a multilayer wiring board in which insulating layers 302 and electric wiring layers 304 formed on the surface of the insulating layer 302 by an etching method or the like are alternately stacked. This corresponds to the wiring board in the signal processing apparatus according to the present invention. However, the wiring board on which the optical signal processing package is mounted is not limited to a wiring board having a multilayer structure such as the multilayer wiring board 300, and may be a single-layer printed wiring board. In addition, the multilayer wiring board 300 shown in FIG. 5 is provided with six insulating layers 302 and six electric wiring layers 304, respectively, but the number of insulating layers 302 and electric wiring layers 304 is limited to six. Not.
[0091]
A through hole 306 having a rectangular planar shape is formed in the center of the multilayer wiring board 300, and the optical signal processing package 104 shown in FIG. 3 is fitted into the through hole 306.
[0092]
As shown in FIG. 5, the optical signal processing package 104 is connected to the uppermost electrical wiring layer 304 in the multilayer wiring board 300 via the spherical solder bumps 22 on the solder bump surface 6b provided on the wing-like portion 6a. ing.
[0093]
A heat sink 24 is fixed to the upper surface in FIG. 5 of the signal amplification circuit element 8 included in the optical signal processing package 104, that is, the surface exposed to the outside of the package 12. The heat sink 24 is provided with a large number of radiating fins 24a extending in the vertical direction at regular intervals. The heat sink 24 can be formed of a metal having high heat transfer properties such as copper and aluminum.
[0094]
An optical transmission path 200 is provided on the lower surface of the multilayer wiring board 300.
[0095]
As shown in FIG. 5B, an optical signal from the light emitting element 2 is incident near one end portion of the surface of the optical transmission line 200 on the side in contact with the multilayer wiring board 300, and light is directed toward the light receiving element 4. An optical signal incident / exit surface 200a through which a signal is emitted is formed. A 45-degree surface 200b formed to have an angle of 45 ° with respect to the optical signal input / output surface 200a is formed on the end surface of the optical transmission line 200 on the side where the optical signal input / output surface 200a is formed. . A reflection surface (not shown) for reflecting an incident optical signal is formed on the end surface of the optical transmission line 200 opposite to the 45-degree surface 200b.
[0096]
The optical transmission line 200 can be formed of a transparent medium that transmits an optical signal. Examples of the transparent medium include amorphous polyolefins such as polymethyl methacrylate, polycarbonate, and polymethylpentene, and optical plastic materials such as fluorine resins such as vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene, and quartz, quartz glass, and fluorides. Examples thereof include inorganic glasses such as glass, aluminosilicate glass, phosphate glass, and fluorophosphate glass.
[0097]
As shown in FIG. 5, the optical transmission line 200 is provided at a position where the optical signal incident / exit surface 200 a faces the light emitting / receiving surface 14 of the optical signal processing package 104.
[0098]
In the signal processing apparatus 400, an electrical signal from one electronic circuit (not shown) provided on the multilayer wiring board 300 passes through the electrical wiring layer 304 and the solder bump 22, and the optical signal processing package 104 is flexible. The light is transmitted to the light emitting element 2 through the solder bump surface 6b and the electric wiring layer 64 of the substrate 6, and is converted into an optical signal.
[0099]
The optical signal emitted from the light emitting element 2 passes through the light emitting / receiving surface 14 of the optical signal processing package 104 and enters the optical transmission path 200 from the optical signal incident / exit surface 200a, as indicated by an arrow a in FIG. To do. Then, the light is reflected in the direction perpendicular to the incident direction on the 45-degree surface 200 b and propagates toward the reflecting surface in the optical transmission line 200. As shown by an arrow b in FIG. 5, the optical signal reflected by the reflecting surface propagates again in the optical transmission line 200, is reflected by the 45 ° surface 200b, and is emitted from the light signal incident / exit surface 200a to the light emitting / receiving surface 14. Is received by the light receiving element 4.
[0100]
The optical signal is converted into an electric signal in the light receiving element 4, amplified in the signal amplification circuit element 8, and passes through the electric wiring layer 64, the solder bump 22, and the electric wiring layer 304 in the flexible substrate 6, on the multilayer wiring board 300. Is transmitted to another electronic circuit (not shown).
[0101]
As described above, in the signal processing device 400, an optical data bus is formed by the opto-electric hybrid board 104 and the photoconductive path 200, and signals are exchanged between the electronic circuits in the form of optical signals. Therefore, a large amount of data can be efficiently exchanged between the electronic circuits.
[0102]
Further, since the optical signal processing package 104 has the light emitting / receiving surface 14 on the bottom surface, the optical signal processing package 104 can be optically coupled to the optical transmission path 200 regardless of the direction of insertion into the through hole 306, thereby forming an optical data bus. Therefore, passive alignment of the optical signal processing package 104 becomes possible.
[0103]
Further, even when the signal amplification circuit element 8 having a large power consumption of several tens of mW is used, the heat generated by the heat sink 24 is effectively dissipated, so that the operations of the light emitting element 2 and the light receiving element 4 become unstable. Never become.
[0104]
Furthermore, since the optical signal processing package 104 is connected to the multilayer wiring board 300 via the solder bumps 22, it can easily cope with automatic mounting.
[0105]
6). Sixth embodiment
An example of a signal processing apparatus in which the optical signal processing package according to the fourth embodiment is mounted on a multilayer wiring board is shown in FIG. In FIG. 6, the same reference numerals as those in FIGS. 4 and 5 indicate the same components as those shown in FIGS.
[0106]
A multilayer wiring board 308 provided in the signal processing apparatus 402 shown in FIG. 6 is a multilayer wiring board in which five insulating layers 302 and five electrical wiring layers 304 are alternately stacked, and a plurality of electronic circuits (not shown). Has been implemented. In the multilayer wiring board 308, the number of insulating layers 302 and electrical wiring layers 304 is not limited to five.
[0107]
A through hole 310 having a rectangular planar shape is formed in the center of the multilayer wiring board 308, and the optical signal processing package 106 according to the fourth embodiment is inserted therethrough. As shown in FIG. 6, the lower half of the optical signal processing package 106 protrudes below the multilayer wiring board 308, and thus the light emitting / receiving surface 14 is also located below the multilayer wiring board 308.
[0108]
A heat sink 24 is provided on the upper surface of the signal amplification circuit element 8 in the optical signal processing package 106.
[0109]
As shown in FIG. 6, a slab-shaped optical transmission path 202 is provided on the lower surface of the multilayer wiring board 308.
[0110]
In the optical transmission line 202, an optical signal incident / exit surface 202a through which an optical signal from the light emitting element 2 enters and the optical signal exits toward the light receiving element 4 is formed on one end surface. Is formed with a reflection surface (not shown) for reflecting the incident optical signal toward the optical signal incident / exit surface 200b.
[0111]
The optical transmission line 202 can be formed of the same transparent medium as described for the optical transmission line 200.
[0112]
As shown in FIG. 6, the optical transmission path 202 is provided at a position where the optical signal incident / exit surface 202 a contacts the light emitting / receiving surface 14 of the optical signal processing package 106.
[0113]
Also in the signal processing device 402, an electrical signal from one electronic circuit on the multilayer wiring board 308 is transmitted to the light emitting element 2 in the optical signal processing package 106 through the same path as the signal processing device 400, and is converted into an optical signal. Converted.
[0114]
The optical signal emitted from the light emitting element 2 passes through the light emitting / receiving surface 14, enters the optical transmission path 202 from the optical signal incident / exit surface 202 a, and is reflected by the reflection surface in the transmission path 200. The reflected optical signal enters the light emitting / receiving surface 14 from the optical signal incident / exit surface 200 a and is received by the light receiving element 4.
[0115]
The optical signal is converted into an electric signal by the light receiving element 4, amplified by the signal amplifying circuit element 8, and another electronic circuit (FIG. 5) provided on the multilayer wiring board 308 through the same path as the signal processing device 400. Not shown.)
[0116]
As described above, also in the signal processing device 402, an optical data bus is formed by the opto-electric hybrid board 106 and the photoconductive path 202, and exchange of signals between the electronic circuits is performed in the form of an optical signal in the optical data bus. Therefore, a large amount of data can be efficiently exchanged between the electronic circuits.
[0117]
Similarly to the signal processing device 400, even when the signal amplification circuit element 8 having a high output is used, the heat generated by the heat sink 24 is effectively dissipated, so that the operations of the light emitting element 2 and the light receiving element 4 are performed. There is no instability.
[0118]
Further, as described above, in the optical transmission line 202, it is not necessary to finish the end portion on the side where the optical signal is incident to a 45 degree surface, and it is only necessary to form a reflection surface at one end of the slab of the transparent medium. Therefore, it is easier to manufacture than the optical transmission line 200.
[0119]
In the signal processing device 402, the optical signal processing package 106 needs to be inserted into the through hole 310 so that the light emitting / receiving surface 14 contacts the optical signal input / output surface 202a. It is preferable that the insertion direction of the optical signal processing package 106 can be easily determined by providing a notch or attaching a mark for alignment to the optical signal processing package 106 and the wiring board 308.
[0120]
7). Seventh embodiment
FIG. 7 shows another example of a signal processing apparatus in which the optical signal processing package according to the fourth embodiment is mounted on a multilayer wiring board. 7, the same reference numerals as those in FIGS. 4 and 5 indicate the same components as those shown in FIGS. 4 and 5.
[0121]
A multilayer wiring board 312 included in the signal processing device 404 shown in FIG. 7 is a multilayer wiring board in which nine insulating layers 302 and nine electrical wiring layers 304 are alternately stacked, and a plurality of electronic circuits (not shown). Has been implemented. Further, an optical transmission path 202 is embedded in the multilayer wiring board 312.
[0122]
A through hole 314 having a rectangular planar shape is formed in the center of the multilayer wiring board 312, and the optical signal processing package 106 according to the fourth embodiment is fitted into the through hole 314. As described above, since the optical transmission line 202 is embedded in the multilayer wiring board 312, the optical signal processing package 106 is connected to the optical transmission line 202 inside the through hole 314 as shown in FIG. Optically coupled.
[0123]
Also in the signal processing device 404, an electrical signal from one electronic circuit on the multilayer wiring substrate 312 is transmitted to the multilayer wiring substrate 312 via the optical signal processing package 106 and the optical transmission path 202 in the same manner as the signal processing device 402. To other electronic circuits.
[0124]
The signal processing device 404 has the same features as the signal processing device 402.
[0125]
Further, since the optical signal processing package 106 is optically coupled to the optical transmission path 202 inside the through hole 314, the light emitting / receiving surface 14 of the optical signal processing package 106 and the optical signal input / output surface of the optical transmission path 202 are used. There is particularly little loss when an optical signal is exchanged with 202a.
[0126]
In the signal processing device 404, for the same reason as described in the signal processing device 402, notches are provided in the corners of the optical signal processing package 106, or the optical signal processing package 106 and the wiring board 312 are positioned. It is preferable to attach an alignment mark so that the insertion direction of the optical signal processing package 106 can be easily recognized.
[0127]
【The invention's effect】
As described above, the optical signal processing package provided by the present invention has a structure in which a heat-sensitive light-emitting element and a light-receiving element and a signal amplifier circuit element with large power consumption are thermally separated. In the optical signal processing package, the operation of the light emitting element and the light receiving element does not become unstable due to heat from the signal amplification circuit element.
[0128]
In addition, a through hole is provided on a wiring board having a plurality of electronic circuits, and a light emitting element, a light receiving element, and a signal amplifying circuit element are collectively put on the wiring board by simply inserting the optical signal processing package into the through hole. Can be implemented. An optical data bus can be formed on the wiring board by optically connecting the light emitting element and the light receiving element in the optical signal processing package to the optical transmission path.
[0129]
Also, by using solder bumps for connection to the wiring board, automatic mounting can be easily handled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an optical signal processing package according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing another example of an optical signal processing package according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing an example of an optical signal processing package having a constant potential connection member.
FIG. 4 is a schematic view showing another example of an optical signal processing package having a constant potential connection member.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a signal processing apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the signal processing apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing still another example of the signal processing apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic view showing an example of a conventional opto-electric hybrid board.
[Explanation of symbols]
2 Light emitting element
4 Light receiving element
6 Flexible substrate
6a Wing
6b Solder bump surface
8 Signal amplification circuit elements
12 packages
14 Light emitting / receiving surface
18 Electromagnetic shield
20 Electromagnetic shield
22 Solder bump
24 heat sink
62 Film substrate
64 Electrical wiring layer
100 Optical signal processing package
102 Optical signal processing package
104 Optical signal processing package
106 Optical signal processing package
200 Optical transmission line
202 Optical transmission line
300 Multilayer wiring board
306 Through hole
308 multilayer wiring board
310 Through hole
312 Multilayer wiring board
314 Through hole
400 Signal processor
402 Signal processing device
404 signal processor

Claims (10)

電子回路が設けられた配線基板に実装される光信号処理パッケージであって、
内部が前記配線基板への実装方向に沿って３段以上に区画されたパッケージと、
前記パッケージ内部における一の段に設けられ、前記パッケージの外部からの光信号を受光して電気信号に変換する受光素子と、
前記パッケージ内部において前記一の段から少なくとも１段隔たった他の段に設けられてなり、前記受光素子からの電気信号を増幅する信号増幅回路素子と、
前記配線基板への実装時において、前記信号増幅回路素子を前記配線基板における前記電子回路に電気的に接続する電気的接続手段と
を備えてなることを特徴とする光信号処理パッケージ。An optical signal processing package mounted on a wiring board provided with an electronic circuit,
A package whose interior is partitioned into three or more stages along the mounting direction on the wiring board ;
A light receiving element that is provided in one stage inside the package and receives an optical signal from the outside of the package and converts it into an electrical signal;
A signal amplifying circuit element for amplifying an electric signal from the light receiving element, provided in another stage at least one stage away from the one stage in the package ;
An optical signal processing package comprising: electrical connection means for electrically connecting the signal amplification circuit element to the electronic circuit on the wiring board when mounted on the wiring board. 複数の電子回路が設けられた配線基板に実装される光信号処理パッケージであって、
内部が前記配線基板への実装方向に沿って３段以上に区画されたパッケージと、
前記パッケージ内部における一の段に設けられ、前記パッケージの外部からの光信号を受光して電気信号に変換する受光素子と、
前記パッケージ内部において、前記受光素子が設けられた一の段、または前記一の段から少なくとも１段隔たった他の段に設けられ、前記パッケージの外部からの電気信号を光信号に変換して送出する発光素子と、
前記パッケージ内部における前記受光素子および前記発光素子が設けられた段とは異なる段に設けられてなり、前記受光素子からの電気信号を増幅する信号増幅回路素子と、
前記配線基板への実装時において、前記発光素子を、前記配線基板における一の電子回路に電気的に接続し、前記信号増幅回路素子を前記配線基板における他の電子回路に電気的に接続する電気的接続手段と
を備えてなることを特徴とする光信号処理パッケージ。An optical signal processing package mounted on a wiring board provided with a plurality of electronic circuits,
A package whose interior is partitioned into three or more stages along the mounting direction on the wiring board ;
A light receiving element that is provided in one stage inside the package and receives an optical signal from the outside of the package and converts it into an electrical signal;
Inside the package, provided in one stage where the light receiving element is provided, or in another stage at least one stage away from the one stage , converts an electrical signal from the outside of the package into an optical signal and sends it out A light emitting device to
A signal amplifying circuit element for amplifying an electrical signal from the light receiving element, provided in a stage different from the stage in which the light receiving element and the light emitting element are provided in the package;
When mounting on the wiring board, the light emitting element is electrically connected to one electronic circuit on the wiring board, and the signal amplification circuit element is electrically connected to another electronic circuit on the wiring board. And an optical signal processing package. 前記発光素子と前記受光素子とが前記パッケージにおける同一の段に設けられてなる請求項２に記載の光信号処理パッケージ。    The optical signal processing package according to claim 2, wherein the light emitting element and the light receiving element are provided at the same stage in the package. 前記パッケージにおける発光素子および受光素子が設けられてなる段と信号増幅回路素子が設けられてなる段との間の段に、金属で形成されてなり、前記発光素子および前記受光素子と前記信号増幅回路素子とを定電位接続する定電位接続部材が配置されてなる請求項３に記載の光信号処理パッケージ。 The light emitting element, the light receiving element, and the signal amplification are formed of metal in a stage between the stage in which the light emitting element and the light receiving element are provided in the package and the stage in which the signal amplification circuit element is provided. The optical signal processing package according to claim 3, wherein a constant potential connecting member for constant potential connection with the circuit element is disposed. 一枚の耐熱性プラスチックから形成されたフィルム基板と、前記フィルム基板の少なくとも一方の面に形成された電気配線層とを有し、前記パッケージ内部を２段以上に区分し、前記信号増幅回路素子が実装されてなるフレキシブル基板を備え、
前記電気的接続手段は、前記フレキシブル基板の一部が前記パッケージの外部に露出してなり、配線基板への実装時において、前記電気配線層を介して前記信号増幅回路素子を前記配線基板における１の電子回路に電気的に接続する露出部を備えてなる請求項1〜４に記載の光信号処理パッケージ。A signal board having a film substrate formed of a single heat-resistant plastic and an electric wiring layer formed on at least one surface of the film substrate; Equipped with a flexible board,
In the electrical connection means, a part of the flexible substrate is exposed to the outside of the package, and the signal amplification circuit element is connected to the wiring substrate through the electrical wiring layer when mounted on the wiring substrate. The optical signal processing package according to claim 1, further comprising an exposed portion electrically connected to the electronic circuit. 前記信号増幅回路素子の一部が前記パッケージの外部に露出してなり、更に、前記信号増幅回路素子における前記露出部に放熱手段が設けられてなる請求項１〜５の何れか１項に記載の光信号処理パッケージ。    6. The signal amplification circuit element according to claim 1, wherein a part of the signal amplification circuit element is exposed to the outside of the package, and a heat radiating unit is provided at the exposed portion of the signal amplification circuit element. Optical signal processing package. 請求項１〜６の何れか１項に記載の光信号処理パッケージと、
前記光信号処理パッケージが実装される配線基板と、
前記光信号処理パッケージが前記配線基板に実装された状態において、前記光信号処理パッケージにおける受光素子または発光素子および受光素子と光結合される光伝送路とを
備えてなることを特徴とする信号処理装置。The optical signal processing package according to any one of claims 1 to 6,
A wiring board on which the optical signal processing package is mounted;
In the state where the optical signal processing package is mounted on the wiring board, the optical signal processing package includes a light receiving element or a light emitting element and an optical transmission path optically coupled to the light receiving element. apparatus. 前記配線基板は、前記光信号処理パッケージが挿通されるスルーホールを備え、
前記光伝送路は、前記配線基板における前記スルーホールに前記光信号処理パッケージを嵌装したときに、前記光信号処理パッケージの有する受光素子または発光素子および受光素子に光学的に結合される位置に設けられてなる請求項７に記載の信号処理装置。The wiring board includes a through hole through which the optical signal processing package is inserted,
The optical transmission path is located at a position optically coupled to the light receiving element or the light emitting element and the light receiving element of the optical signal processing package when the optical signal processing package is fitted into the through hole in the wiring board. The signal processing device according to claim 7, which is provided. 前記配線基板は、前記光信号処理パッケージにおける前記スルーホールに挿入される部分の前記配線基板の厚さ方向に沿った寸法よりも大きい厚みを有する請求項７に記載の信号処理装置。The signal processing apparatus according to claim 7 , wherein the wiring board has a thickness larger than a dimension along a thickness direction of the wiring board at a portion inserted into the through hole in the optical signal processing package . 前記光伝送路は、前記配線基板において、光信号処理パッケージの電気的接続手段が接続される側とは反対側の面に設けられてなる請求項７〜９の何れか１項に記載の信号処理装置。 The signal according to any one of claims 7 to 9, wherein the optical transmission path is provided on a surface of the wiring board opposite to a side to which an electrical connection unit of the optical signal processing package is connected. Processing equipment.
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