JP4876263B2 - 信号伝送機器 - Google Patents

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Description

本発明は、信号伝送機器に関する。
従来、この種の信号伝送機器としては、内部に光導波路が形成された基板を有し、基板の表面から深さ方向に形成された凹部に光導波路へ光を入力するレーザダイオードなどの発光素子が配置されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この機器では、基板の裏面に発光素子を駆動する駆動回路などが搭載された電子部品を実装することにより電子部品の駆動回路と凹部に配置された発光素子とを電気的に接続する配線の配線長を短くすることができ、発光素子の応答遅れを低減することができるとしている。
特開２００１−１７４６５７号公報（図６）
一般に、この種の信号伝送機器では、基板に実装されるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）パッケージなどの電子部品により高速に電気信号を入出力することが望ましい。また、実装されるＬＳＩパッケージとより容易に電気的に接続できることが望ましい。
本発明の信号伝送機器は、実装される電子部品により高速に電気信号を入出力することを目的の一つとする。また、本発明の信号伝送機器は、実装される電子部品とより容易に電気的に接続することを目的の一つとする。
本発明の信号伝送機器は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の信号伝送機器は、
信号を伝送するための信号伝送機器であって、
内部に光導波路が形成され、該光導波路が露出するよう形成された開口部を有し、電子部品を実装可能な基板と、
前記基板の開口部に配置され、電気信号と光信号とを変換する光電変換モジュールを有し、該光電変換モジュールからの配線の少なくとも一部が前記開口部の開口端面と略同一面に露出するよう少なくとも前記光電変換モジュールを所定の材料により封止してなる光電変換封止部材と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の信号伝送機器では、電子部品を実装可能な基板の開口部に、電気信号と光信号とを変換する光電変換モジュールを有し光電変換モジュールからの配線の少なくとも一部が開口部の開口端面と略同一面に露出するよう少なくとも光電変換モジュールを所定の材料により封止してなる光電変換封止部材が配置されている。光電変換モジュールからの配線の少なくとも一部が基板の開口部の開口端面と略同一面に露出しているから、光電変換モジュールからの配線と基板に実装される電子部品との電気的な接続をする際に開口端面と略同一面で行なうことができる。この結果、実装される電子部品により高速に電気信号の入出力を行なうことができる。また、光電変換モジュールからの配線が基板の開口部の開口端面と略同一面に露出しているから、基板に実装される電子部品との電気的な接続をより容易に行なうことができる。ここで、所定の材料には、透光性エポキシ樹脂や非透光性エポキシ樹脂など種々な材料が考えられる。また、電子部品には、ＬＳＩやＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ），コンデンサチップ，抵抗チップ，他の機器のケーブルと電気的に接続可能な電気コネクタなどが含まれる。
こうした本発明の信号伝送機器において、前記光電変換封止部材は、前記光電変換モジュールと前記配線とを前記基板の開口部内に配置した状態で前記所定の材料により前記開口部を前記電子部品が実装された実装面と略同一面になるよう封止して形成されてなるものとすることもできる。所定の材料により開口部が電子部品が実装された実装面と略同一面になるよう封止されているから、基板に電子部品を実装する際に開口部上にかかるように実装することもでき、電子部品の実装密度の向上を図ることができる。
また、本発明の信号伝送機器において、前記基板の前記電子部品が実装される実装面の裏面に取り付けられた放熱部材と、該放熱部材と前記光電変換モジュールとを熱伝導可能に接続する放熱用配線と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、光電変換モジュールで発生した熱を放熱用配線を介して放熱部材で放熱することができ、光電変換モジュールが高温に至るのを抑えることができる。
さらに、本発明の信号伝送機器において、前記光電変換封止部材は、前記光電変換モジュールと前記配線とが取り付けられ、前記所定の材料と共に前記光電変換モジュールを封止するモジュール取付部を有するものとすることもできる。こうすれば、光電変換モジュールからの配線を開口部の開口端面と略同一面に配置することができ、基板に実装される電子部品との電気的な接続を開口端面と略同一面で行なうことができ、より高速に電子部品に電気信号を入出力することができる。この場合、前記モジュール取付部は、前記基板の開口部の少なくとも一部の外周側に実装面に設けられた端子に前記配線を電気的に接続する接続端子が設けられてなるものとすることもできる。こうすれば、モジュール取付部に設けられた接続端子を用いて光電変換モジュールからの配線と実装される電子部品とをさらに容易に電気的に接続することができる。
そして、本発明の信号伝送機器において、前記光電変換モジュールは、前記光導波路に光信号を入出力可能に配置され光信号と電気信号とを変換する光電変換素子と、該光電変換素子に電気信号を入出力する電子回路と、を有するモジュールであるものとすることもできる。この場合において、前記光電変換モジュールは、前記光電変換素子の近傍に前記電子回路が配置されると共に前記光電変換素子と前記電子回路とがモジュール内配線により直線的に接続されてなるものとすることもできる。こうすれば、モジュール内配線の配線長を短くすることができ、光電変換素子から比較的遠い位置に電子回路が配置されたものや光電変換素子と電子回路とがモジュール内配線により直線的に接続されていないものに比して光電変換素子と電子回路との間で電気信号を高速に入出力することができる。ここで、「光電変換素子」には、入力された電気信号を光信号に変換する発光素子や入力された光信号を電気信号に変換する受光素子が含まれる。また、「電子回路」には、発光素子へ電気信号を出力して発光素子を駆動する駆動回路や受光素子から入力された電気信号を増幅する増幅回路が含まれる。
そして、本発明の信号伝送機器において、前記開口部は、前記電子部品が実装される実装面から深さ方向に形成された凹部または前記実装面から該実装面の裏面に貫通する貫通孔として形成されてなるものとすることもできる。
また、本発明の信号伝送機器において、前記光導波路は、前記基板の面方向に形成されてなるものとすることもできる。こうすれば、基板の面方向に光信号を伝搬させることができる。
ＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂが実装された本発明の一実施例としての信号伝送機器２０の構成の概略を示す平面構成図である。 図１におけるＡＡ線での断面の構成を示す断面構成図である。 ＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂが実装された本発明の第２実施例としての信号伝送機器１２０の構成の概略を示す平面構成図である。 図３におけるＢＢ線での断面の構成を示す断面構成図である。 変形例の信号伝送機器２２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例の信号伝送機器３２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例の信号伝送機器４２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例としての信号伝送機器１２０Ｂの構成の概略を示す平面構成図である。 変形例の信号伝送機器５２０の構成の概略を示す構成図である。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図１は、データの入出力用のピンや電源供給用のピンを複数有するＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂが実装され、ＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂに入出力する信号を伝送する本発明の第１実施例としての信号伝送機器２０の構成の概略を示す平面構成図であり、図２は、図１におけるＡＡ線での断面の構成を示す断面構成図である。信号伝送機器２０は、表面から深さ方向に形成された凹部３２ａ，３２ｂ上にＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂが一部かかるよう実装された基板３０と、凹部３２ａ，３２ｂのそれぞれに配置されＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂから入出力される電気信号を光信号に変換する光電変換モジュール４２，６２が封止された光電変換封止部材４０，６０と、基板３０の裏面に取り付けられた放熱部材９０ａ，９０ｂとを備える。
基板３０は、光を伝搬させる光導波路３４が面方向に略平行に６個形成された多層配線基板として構成されており、凹部３２ａ，３２ｂは、光導波路３４の両端側に光導波路３４の端部が露出するよう形成されている。光導波路３４は、図示しない屈折率の比較的高い材料からなるコアを図示しないコアより屈折率の低い材料からなるクラッドで囲んだ構造の光の導波路として構成されており、光は、主として図示しないコアを伝搬する。基板３０には、この他に、表面に搭載された図示しない電源や接地から内部を通り光電変換モジュール４２，６２に電源電位や接地電位を供給する給電用配線３６ａ，３６ｂや光電変換モジュール４２と裏面の放熱部材９０ａ，９０ｂとを熱伝導可能に接続する放熱用配線３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄが設けられている。
光電変換封止部材４０，６０は、光電変換モジュール４２，６２から上方に延伸するよう形成された配線４４，６４を凹部３２ａ，３２ｂの開口端面，すなわち，凹部３２ａ，３２ｂの基板３０の表面と略同一面に露出させた状態で透光性エポキシ樹脂からなる樹脂封止部４５，６５で凹部３２ａ，３２ｂを封止するよう形成されている。ここで、樹脂封止部４５，６５で凹部３２ａ，３２ｂを封止する方法としては、凹部３２ａ，３２ｂと略同一形状の型の底部に光電変換モジュール４２，６２をそれぞれ載置して透光性エポキシ樹脂を流し込んで硬化させたものを凹部３２ａ，３２ｂに挿入する方法や凹部３２ａ，３２ｂの底部に光電変換モジュール４２，６２を載置した後に凹部３２ａ，３２ｂに透光性エポキシ樹脂を流し込んで硬化させる方法などがある。なお、光電変換モジュール４２，６２の構成の詳細については後述する。
凹部３２ａの開口端面に露出した配線４４上には端子１４ａが設けられており、端子１４ａ上にはＬＳＩパッケージ１０ａの信号ピン１２ａが載置されていて、配線４４，端子１４ａ，信号ピン１２ａがそれぞれ電気的に接続されている。すなわち、光電変換モジュール４２は、配線４４，端子１４ａ，信号ピン１２ａを介してＬＳＩパッケージ１０ａに電気信号を入出力する。また、凹部３２ｂの開口端面に露出した配線６４上にも、配線４４と同様に、端子１４ｂ，ＬＳＩパッケージ１０ｂの信号ピン１２ｂが順に載置されていて、配線６４，端子１４ｂ，信号ピン１２ｂがそれぞれ電気的に接続されて、光電変換モジュール６２が、配線４４，端子１４ａ，信号ピン１２ａを介してＬＳＩパッケージ１０ａに電気信号を入出力するよう構成されている。このように、光電変換モジュール４２，６２からの配線４４，４６がそれぞれ凹部３２ａ，３２ｂの開口端面に略同一面に露出しているため、光電変換モジュール４２，６２からの配線を一旦基板内に通す必要がない。したがって、光電変換モジュール４２，６２からＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂに至るまでの配線長を、光電変換モジュールからの配線を一旦基板内に通す態様のものに比して短くすることができ、光電変換モジュール４２，６２とＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂとの間で比較的高速に電気信号を入出力することができる。さらに、凹部３２ａ，３２ｂの開口端面が基板３０の表面と略同一面となるよう封止されているから、図１や図２に例示するように、凹部３２ａ，３２ｂ上にＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの一部がかかるよう配置することもでき、凹部３２ａ，３２ｂ上に配置できない態様の基板と比較して実装密度の向上を図ることができる。そして、ＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂは、比較的高速で信号を入出力する信号ピン１２ａ，１２ｂが凹部３２ａ，３２ｂ上にくるよう配置されており、ＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの信号ピンのうち図示しない電源と接続されるピンや図示しない接地されるピン、図示しない比較的低速で信号を入出力する信号ピンについては凹部３２ａ，３２ｂ上にかからないように配置されていて、凹部３２ａ，３２ｂ上にかからないように配置されているピンについては、基板３０の表面にパターン形成された電極パターンに接続されている。ＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂをこのように基板３０に配置した理由については後述する。
続いて、光電変換モジュール４２，６２の構成の詳細について説明する。
光電変換モジュール４２，６２は、電気信号を光信号に変換する電気光変換部４６と、光信号を電気信号に変換する光電気変換部６６とを備える。光電変換モジュール４２の電気光変換部４６は、６個の光導波路３４のうちの３個の光導波路３４を夾んで光電変換モジュール６２の光電気変換部６６に対向するよう配置されており、光電変換モジュール４２の光電気変換部６６は、残りの３個の光導波路３４を夾んで光電変換モジュール６２の電気光変換部４６に対向するよう配置されている。
このように対向して配置された光電変換モジュール４２の電気光変換部４６と光電変換モジュール６２の光電気変換部６６とを用いて電気光変換部４６および光電気変換部６６の構成の詳細を説明する。
電気光変換部４６は、凹部３２ａに露出した光導波路３４に光を入力できるよう位置決めされて配置されたレーザダイオード４７と、レーザダイオード４７を駆動するための駆動用ＩＣ４８と、レーザダイオード４７と駆動用ＩＣ４８とが表面に載置されプリント配線基板として形成されたインタポーザ４９とから構成されている。
レーザダイオード４７は、インタポーザ４９の表面にパターン形成されたパターン配線５０や図示しないワイヤボンディングなどにより駆動用ＩＣ４８と電気的に接続されている。レーザダイオード４７は、基板３０の給電用配線３６ａ，３６ｂに電気的に接続されたインタポーザ４９の図示しない給電用内部配線に電気的に接続されており、給電用配線３６ａ，３６ｂにより必要な給電がなされている。レーザダイオード４７の本体は、インタポーザ４９の表面の放熱用電極５４にレーザダイオード４７の熱が伝導するよう取り付けられている。放熱用電極５４は、基板３０の放熱用接続配線３８ａと熱伝導可能に接続されたインタポーザ４９の放熱用内部配線５６と熱伝導可能に接続されている。このようにレーザダイオード４７から放熱用電極５４，放熱用内部配線５６，放熱用接続配線３８ａを介して放熱部材９０ａに熱が伝導するから、レーザダイオード４７を放熱部材９０ａで放熱でき、レーザダイオード４７が高温に至るのを抑えることができる。
駆動用ＩＣ４８は、凹部３２ａに露出した配線４４と電気的に接続されており、ＬＳＩパッケージ１０ａの信号ピン１２ａからの比較的高速の電気信号が入力される。駆動用ＩＣ４８は、基板３０の給電用配線３６ａ，３６ｂに電気的に接続されたインタポーザ４９の図示しない給電用内部配線に電気的に接続されており、給電用配線３６ａ，３６ｂにより必要な給電がなされている。駆動用ＩＣ４８の本体は、インタポーザ４９の表面の放熱用電極５９に取り付けられている。放熱用電極５９は、基板３０の放熱用接続配線３８ｂと熱伝導可能に接続されたインタポーザ４９の放熱用内部配線６１と熱伝導可能に接続されている。このように駆動用ＩＣ４８から放熱用電極５９，放熱用内部配線６１，放熱用接続配線３８ｂを介して放熱部材９０ａに熱が伝導するから、駆動用ＩＣ４８を放熱部材９０ａで放熱でき、駆動用ＩＣ４８が高温に至るのを抑えることができる。
光電気変換部６６は、凹部３２ｂに露出した光導波路３４の端面から出力された光を受光できるよう位置決めされて配置されたフォトダイオード６７と、フォトダイオード６７から出力された電気信号を増幅するための増幅用ＩＣ６８と、フォトダイオード６７と増幅用ＩＣ６８とが表面に載置されプリント配線基板として形成されたインタポーザ６９とから構成されている。
フォトダイオード６７は、インタポーザ６９の表面にパターン形成されたパターン配線７０や図示しないワイヤボンディングなどにより増幅用ＩＣ６８と電気的に接続されている。フォトダイオード６７は、基板３０の給電用配線３６ａ，３６ｂと電気的に接続されたインタポーザ６９の図示しない給電用内部配線に電気的に接続されており、給電用配線３６ａ，３６ｂにより必要な給電がなされている。フォトダイオード６７の本体は、インタポーザ６９の表面に形成された放熱用電極７４に取り付けられている。放熱用電極７４は、基板３０の放熱用接続配線３８ｃと熱伝導可能に接続されたインタポーザ６９の放熱用内部配線７６と熱伝導可能に接続されている。このようにフォトダイオード６７から放熱用電極７４，放熱用内部配線７６，放熱用接続配線３８ｃを介して放熱部材９０ｂに熱が伝導するから、フォトダイオード６７を放熱部材９０ｂで放熱でき、フォトダイオード６７が高温に至るのを抑えることができる。
増幅用ＩＣ６８は、凹部３２ｂに露出した配線６４と電気的に接続されており、ＬＳＩパッケージ１０ｂの信号ピン１２ｂに電気信号を出力する。増幅用ＩＣ６８は、基板３０の給電用配線３６ａ，３６ｂと電気的に接続されたインタポーザ６９の図示しない給電用内部配線に電気的に接続されており、給電用配線３６ａ，３６ｂにより必要な給電がなされている。増幅用ＩＣ６８の本体は、インタポーザ６９の表面に形成された放熱用電極８０に熱伝導可能に取り付けられている。放熱用電極７９は、基板３０の放熱用接続配線３８ｄと接続されたインタポーザ６９の放熱用内部配線８１と熱伝導可能に接続されている。このように増幅用ＩＣ６８から放熱用電極７９，放熱用内部配線８１，放熱用接続配線３８ｄを介して放熱部材９０ｂに熱が伝導するから、増幅用ＩＣ６８を放熱部材９０ｂで放熱でき、増幅用ＩＣ６８が高温に至るのを抑えることができる。
次に、こうして構成された信号伝送機器２０において実装されたＬＳＩパッケージ１０ａの信号ピン１２ａから出力された電気信号をＬＳＩパッケージ１０ｂの信号ピン１２ｂに入力する際の動作について説明する。
ＬＳＩパッケージ１０ａの信号ピン１２ａから電気信号が出力されると、出力された電気信号は、光電変換モジュール４２の電気光変換部４６の駆動用ＩＣ４８に入力される。駆動用ＩＣ４８は、入力された電気信号に応じてレーザダイオード４７を駆動して、レーザダイオード４７から電気信号に応じた光信号が出力される。すなわち、信号ピン１２ａから入力された電気信号は、電気光変換部４６で光信号に変換される。変換された光信号は、光導波路３４の凹部３２ａに露出した端部から光導波路３４内に入力されて、光導波路３４内を伝搬し、光導波路３４の凹部３２ｂに露出した端部から出力される。光導波路３４から出力された光信号は、光電変換モジュール６２の光電気変換部６６のフォトダイオード６７で受信されて、フォトダイオード６７は、受信した光信号に応じた電気信号を増幅用ＩＣ６８に出力して、増幅用ＩＣ６８で信号増幅される。すなわち、光導波路３４から出力された光信号は、光電気変換部６６で電気信号に変換される。変換された電気信号は、ＬＳＩパッケージ１０ｂの信号ピン１２ｂに入力される。このように、信号伝送機器２０では、ＬＳＩパッケージ１０ａの信号ピン１２ａから出力された電気信号をＬＳＩパッケージ１０ｂの信号ピン１２ｂに入力する間で電気信号を光信号として伝送させるため、通常の電気配線のみのプリント配線基板に比して信号を高速に伝送することができる。
ここで、基板３０では、ＬＳＩパッケージ１０ａの比較的高速で信号を入出力する信号ピンからの信号のみ光電変換モジュール４２，６２，光導波路３４を用いて伝送して、他の電源用のピンからの電源電位や比較的低速で信号を入出力する信号ピンからの低速信号については、基板３０の実装面にパターン形成された電極パターンを用いて伝送する。したがって、高速で伝送する必要のある信号についてのみ光電変換モジュール４２，６２，光導波路３４を用いて伝送することができる。
以上説明した第１実施例の信号伝送機器２０によれば、光電変換モジュール４２，６２からの配線４４，６４が凹部３２ａ，３２ｂの開口端面に略同一面に露出しているから、光電変換モジュール４２，６２からＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂに至るまでの配線長を、光電変換モジュールからの配線を一旦基板内に通す態様のものに比して短くすることができる。この結果、光電変換モジュール４２，６２とＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂとの間でより高速に電気信号を入出力することができる。また、光電変換モジュール４２，６２からの配線４４，６４が凹部３２ａ，３２ｂの開口端面と略同一面に露出しているから、光電変換モジュール４２，６２とＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの信号ピン１２ａ，１２ｂとを端子１４ａ，１４ｂを介してより容易に接続することができる。さらに、凹部３２ａ，３２ｂがＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの実装面と略同一面になるように封止されているから、凹部３２ａ，３２ｂ上にＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの一部がかかるようＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂを載置することができ、実装密度の向上を図ることができる。そして、レーザダイオード４７や駆動用ＩＣ４８，フォトダイオード６７，増幅用ＩＣ６８は、裏面の放熱部材９０ａ，９０ｂを用いて放熱することができるから、レーザダイオード４７や駆動用ＩＣ４８，フォトダイオード６７，増幅用ＩＣ６８が高温に至るのを抑えることができる。
第１実施例の信号伝送機器２０では、凹部３２ａ，３２ｂ上にＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの一部がかかるように載置したが、凹部３２ａ，３２ｂ上にＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂがかからないように載置するものとしてもよい。
第１実施例の信号伝送機器２０では、光電変換モジュール４２，６２からの配線４４，６４が光電変換モジュール４２，６２のインタポーザ４９，６９から上方に延伸して凹部３２ａ，３２ｂの開口端面に露出するよう凹部３２ａ，３２ｂが封止されているものとしたが、光電変換モジュール４２，６２からの配線４４，６４は、少なくとも一部が凹部３２ａ，３２ｂの開口端面に露出するよう封止されていれば途中如何なる経路を通ってもよく、例えば、インタポーザ４９，６９内から凹部３２ａ，３２ｂの底部を通り凹部３２ａ，３２ｂの側壁と光電変換モジュール４２，６２との間の部位から上方に延伸して開口端面と略同一面に露出するよう形成されていたり、インタポーザ４９，６９内から凹部３２ａ，３２ｂの底部から凹部３２ａ，３２ｂの側壁に沿って上方に延伸して開口端面に露出するよう形成されているものとしてもよい。
第１実施例の信号伝送機器２０では、裏面に放熱部材９０ａ，９０ｂを備えるものとしたが、レーザダイオード４７や駆動用ＩＣ４８，フォトダイオード６７，増幅用ＩＣ６８で放熱を必要しない程度の熱しか発生しないときには、放熱部材９０ａ，９０ｂや放熱用配線３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄを備えないものとしてもよく、この場合、インタポーザ４９，６９は、放熱用電極５４，５９，７４，７９，放熱用内部配線５６，６１，７６，８１を備えていないものとしてもよい。
第１実施例の信号伝送機器２０では、給電用配線３６ａ，３６ｂがＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの実装面から内部を通り凹部３２ａ，３２ｂの底面に配置されているものとしたが、給電用配線３６ａ，３６ｂは、光電変換モジュール４２，６２に給電可能に配置されてればよく、例えば、光電変換封止部材４０，６０の表面から樹脂封止部４５，６５を通りインタポーザ４９，６８の表面に配置されているものとしてもよい。
次に、本発明の第２実施例としての信号伝送機器１２０について説明する。図３は、第２実施例の信号伝送機器１２０の構成の概略を示す平面構成図であり、図４は、図３におけるＢＢ線での断面の構成を示す断面構成図である。第２実施例の信号伝送機器１２０は、基板にＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂが実装される点など第１実施例の信号伝送機器２０と共通する構成がある。したがって、重複した説明を回避するため、第２実施例の信号伝送機器１２０の構成のうち第１実施例の信号伝送機器２０の構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
信号伝送機器１２０は、ＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂが実装された表面から裏面に貫通する貫通孔１３２ａ，１３２ｂを備える基板１３０と、貫通孔１３２ａ，１３２ｂのそれぞれに配置されＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂから入出力される電気信号を光信号に変換する光電変換モジュール１４２，１６２が封止された光電変換封止部材１４０，１６０とを備える。
基板１３０は、図示するように、多層基板として構成されている点や光導波路３４が形成されている点，給電用配線３６ａ，３６ｂを備える点において第１実施例の信号伝送機器２０と同一の構成をしている。貫通孔１３２ａ，１３２ｂは、その内側に光導波路３４の両端側の端部が露出するよう形成されている。基板１３０表面の貫通孔１３２ａ，１３２ｂの外周側には、ＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの信号ピン１２ａ，１２ｂと電気的に接続される端子１４ａ，１４ｂが設けられている。なお、給電用配線３６ａ，３６ｂは、基板１３０の図示しない給電用配線が設けられた配線層に達する深さに形成されたビアホール１３７ａ，１３７ｂを通り、基板１３０の表面に露出している。
光電変換封止部材１４０，１６０の光電変換モジュール１４２，１６２は、インタポーザ４９，６９を有していない点を除いて第１実施例の光電変換モジュール４２，６２と同一の構成をしている。光電変換封止部材１４０，１６０は、図示するように、光電変換モジュール１４２，１６２が取り付けられたモジュール取付部１９２ａ，１９２ｂと貫通孔１３２ａ，１３２ｂを封止する樹脂封止部１４５，１６５とにより光電変換モジュール１４２，１６２を貫通孔１３２ａ，１３２ｂ内に封止している。光電変換モジュール１４２，１６２からの配線４４，６４は、樹脂封止部１４５，１６５の基板１３０の表面側に露出して貫通孔１３２ａ，１３２ｂの外周側に延伸する形状に形成されていて、モジュール取付部１９２ａ，１９２ｂに取り付けられている。ここで、光電変換封止部材１４０，１６０を形成する方法としては、貫通孔１３２ａ，１３２ｂと略同一形状の型の底部に光電変換モジュール４２，６２をモジュール取付部１９２ａ，１９２ｂに取付けた状態で配置して型に透光性エポキシ樹脂を流し込んで硬化させたものを貫通孔１３２ａ，１３２ｂ挿入する方法などがある。なお、図４では、配線４４，６４の取付位置の説明のため貫通孔１３２ａ，１３２ｂの開口端面，すなわち、基板１３０の表面と樹脂封止部１４５，１６５の表面に段差があるように記載しているが、実際には配線４４，６４や接続端子１９４ａ，１９４ｂの厚みは基板１３０の厚さに比してごく薄く基板１３０の表面，つまり、貫通孔１３２ａ，１３２ｂの開口端面と樹脂封止部４５，６５における基板１３０の表面側の面とは略同一面とみなすことができる。
配線４４，６４の貫通孔１３２ａ，１３２ｂの外周側に延伸した端部には、基板１３０の端子１４ａ，１４ｂと電気的に接続された接続端子１９４ａ，１９４ｂや光電変換モジュール４２，６２を給電するための図示しない給電用内部配線および基板１３０の給電用配線３６ａ，３６ｂと電気的に接続された接続端子１９６ａ，１９６ｂが取り付けられている。光電変換モジュール１４２は、配線４４，接続端子１９４ａ，端子１４ａ，信号ピン１２ａを介してＬＳＩパッケージ１０ａに電気信号を入出力し、光電変換モジュール１６２は、配線６４，接続端子１９４ｂ，端子１４ｂ，信号ピン１２ｂを介してＬＳＩパッケージ１０ｂに電気信号を入出力する。接続端子１９４ａ，１９４ｂ，１９６ａ，１９６ｂは、光電変換モジュール１４２，１６２のレーザダイオード４７が出力する光信号を光導波路３４に入力したり、光導波路３４から出力された光信号がフォトダイオード６７に入力するよう光電変換モジュール１４２，１６２の高さを調整する機能もある。このように、基板１３０の貫通孔１３２ａ，１３２ｂの開口端面と略同一面に光電変換モジュール１４２，１６２からの配線４４，６４が露出しているから、配線４４，６４を貫通孔１３２ａ，１３２ｂ上で外周側に延伸させて基板１３０の表面側のみで光電変換モジュール１４２，１６２とＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの接続を行なうことができる。したがって、光電変換モジュール１４２，１６２とＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの信号ピン１２ａ，１２ｂとの間でより高速に電気信号を入出力することができる。しかも、光電変換モジュールからの信号配線を一旦基板の内部を通す必要がないため、光電変換モジュール１４２，１６２とＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂとの間でより高速に電気信号を入出力することができる。さらに、光電変換モジュール１４２，１６２からの配線４４，６４は、樹脂封止部１４５，１６５の基板１３０の表面側に露出して貫通孔１３２ａ，１３２ｂの外周側に延伸する形状に形成されており、外周側に延伸した端部に設けられた接続端子１９４ａ，１９４ｂを用いてＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの信号ピン１２ａと電気的に接続されるから、比較的に容易にＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの信号ピン１２ａ，１２ｂとの接続を行なうことができる。
以上説明した第２実施例の信号伝送機器１２０では、基板１３０の貫通孔１３２ａ，１３２ｂの開口端面と略同一面に光電変換モジュール１４２，１６２からの配線４４，６４が露出しているから、配線４４，６４を貫通孔１３２ａ，１３２ｂ上で外周側に延伸させて基板１３０の表面側のみで光電変換モジュール１４２，１６２とＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの接続を行なうことができる。したがって、光電変換モジュール１４２，１６２とＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの信号ピン１２ａ，１２ｂとの間でより高速に電気信号を入出力することができる。また、光電変換モジュールからの信号配線を一旦基板の内部を通す必要がないため光電変換モジュール１４２，１６２とＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂとの間で高速に電気信号を入出力することができる。そして、光電変換モジュール１４２，１６２からの配線４４，６４は、樹脂封止部１４５，１６５の基板１３０の表面側に露出して貫通孔１３２ａ，１３２ｂの外周側に延伸する形状に形成されており、外周側に延伸した端部に接続端子１９４ａ，１９４ｂが設けられているから、接続端子１９４ａ，１９４ｂを用いてＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの信号ピン１２ａと比較的容易に接続することができる。
第２実施例の信号伝送機器１２０では、接続端子１９４ａ，１９４ｂ，１９６ａ，１９６ｂは、ＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂと光電変換モジュール１４２，１６２とを電気的に接続すると共に光電変換モジュール１４２，１６２のレーザダイオード４７やフォトダイオード６７が光導波路３４に光信号を入出力できるよう高さが調整されているものとしたが、接続端子１９４ａ，１９４ｂ，１９６ａ，１９６ｂは、ＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂと光電変換モジュール１４２，１６２とを電気的に接続できるよう形成されていればよくレーザダイオード４７やフォトダイオード６７が光導波路３４に光信号を入出力できるよう高さが調整されていなくてもよい。この場合、例えば、図５の変形例の信号伝送機器２２０に例示するように、モジュール取付部１９２ａ，１９２ｂにスペーサ２８３を取り付け、スペーサ２８３で光電変換モジュール１４２，１６２のレーザダイオード４７やフォトダイオード６７の高さを調整するものとしてもよい。
第２実施例の信号伝送機器１２０では、基板１３０に貫通孔１３２ａ，１３２ｂを形成するものとしたが、図６の変形例の信号伝送機器３２０の基板３３０や光電変換封止部材３４０，３６０に例示するように、基板３３０は、貫通孔１３２ａ，１３２ｂに代えて表面から深さ方向に凹部３３２ａ，３３２ｂが形成されているものとしてもよい。この場合、光電変換封止部材３４０，３６０は、凹部３３２ａ，３３２ｂに配置でき、樹脂封止部３４５，３６５とモジュール取付部１９２ａ，１９２ｂとで光電変換モジュール１４２，１６２を封止できる形状であればよく、樹脂封止部３４５，３６５と凹部３３２ａ，３３２ｂの底部との間に間隙３９２があるものとしてもよい。したがって、基板３３０に凹部３３２ａ，３３２ｂを形成する際の深さの自由度が大きい。
第２実施例の信号伝送機器１２０では、基板１３０の表面から深さ方向に幅が略一定の貫通孔１３２ａ，１３２ｂが形成されているものとしたが、図７の変形例の信号伝送機器４２０の基板４３０に例示するように、基板４３０の表面から深さ方向に幅の異なる貫通孔４３２ａ，４３２ｂを形成するものとしてもよく、特に、図示するように表面からモジュール取付部１９２ａ，１９２ｂの高さまでの深さの部位までモジュール取付部１９２ａ，１９２ｂの幅と同一の幅で形成し、表面からモジュール取付部１９２ａ，１９２ｂの高さから裏面までの部位は、樹脂封止部４５，６５の幅と同一の幅で形成するものすれば、基板４３０の表面と光電変換封止部材１４０，１６０の表面とを略同一面にすることができる。
第２実施例の信号伝送機器１２０では、ビアホール１３７ａ，１３７ｂは、基板１３０の図示しない給電用配線が設けられた配線層に達する深さに形成されているものとしたが、ビアホール１３７ａ，１３７ｂは、基板１３０の表面から裏面に貫通して形成されているものとしてもよい。こうすれば、基板１３０の図示しない配線層の全てと接続が可能となる。
第２実施例の信号伝送機器１２０では、モジュール取付部１９２ａ，１９２ｂに光電変換モジュール１４２，１６２と配線４４，６４とが取り付けられているものとしたが、モジュール取付部１９２ａ，１９２ｂの光電変換モジュール１４２，１６２や配線４４，６４が取り付けられた面の反対側の面にコンデンサチップや抵抗チップ，ＩＣ，ＬＳＩなどの電子部品を配置して、この電子部品から配線をモジュール取付部１９２に設けた図示しないビアホールを通してモジュール取付部１９２ａ，１９２ｂに取り付けられた光電変換モジュール１４２，１６２と電気的に接続するものとしてもよい。また、モジュール取付部１９２ａ，１９２ｂは、多層配線基板として構成されているものとしてもよい。
第２実施例の信号伝送機器１２０では、光電変換モジュール４２，６２からの配線４４，６４を接続端子１９４ａ，１９４ｂを介して基板１３０の表面に実装したＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂに接続するものとしたが、光電変換モジュール４２，６２を基板１３０の内部に設けられた高周波信号を伝送可能な信号配線層と接続する際には基板１３０の表面から信号配線層に達するビアホールを設けて、ビアホール内に光電変換モジュール４２，６２からの配線４４，６４と電気的に接続された配線を通して光電変換モジュール４２，６２からの配線４４，６４と基板１３０内の信号配線層とを接続するものとしてもよい。また、裏面にＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂを実装するときには基板１３０に表面から裏面に貫通するビアホールを設けて、配線４４，６４と電気的に接続される配線をビアホール内に通すことにより光電変換モジュール４２，６２とＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂとを電気的に接続するものとしてもよい。こうすれば、一個のビアホールで光電変換モジュール４２，６２からの配線と基板１３０内の信号配線層や裏面に実装されたＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂとを接続できるから、高周波特性の向上を図ることができる。
第２実施例の信号伝送機器１２０では、光電変換モジュール１４２，１６２のレーザダイオード４７，駆動用ＩＣ４８，フォトダイオード６７，増幅用ＩＣ６８を樹脂封止部１４５，１６５とモジュール取付部１９２ａ，１９２ｂとで封止するものとしたが、樹脂封止部１４５，１６５はそれぞれモジュール取付部１９２ａ，１９２ｂと対になって少なくともレーザダイオード４７，駆動用ＩＣ４８，フォトダイオード６７，増幅用ＩＣ６８を封止できる形状なら如何なる形状に形成されるものとしてもよい。例えば、光電変換モジュール１４２のレーザダイオード４７を覆う形状に形成された樹脂封止部と駆動用ＩＣ４８を覆う形状に形成された他の樹脂封止部とを設けるものとして、各樹脂封止部とモジュール取付部１９２ａとでレーザダイオード４７や駆動用ＩＣ４８を封止するものとしてもよい。
第１実施例や第２実施例の信号伝送機器２０，１２０の光電変換モジュール４２，６２の電気光変換部４６において、図８の第２実施例の信号伝送機器１２０の変形例としての信号伝送機器１２０Ｂに例示するように、レーザダイオード４７の近傍に駆動用ＩＣ４８を配置してレーザダイオード４７と駆動用ＩＣ４８とをパターン配線５０や図示しないワイヤボンディングなどにより直線的に接続したり、光電気変換部６６においてフォトダイオード６７の近傍に増幅用ＩＣ６８を配置してフォトダイオード６７と増幅用ＩＣ６８とをパターン配線７０や図示しないワイヤボンディングなどにより直線的に接続するものとしてもよい。これにより、パターン配線５０，７０の配線長を比較的短く、例えば、数ｍｍ程度にすることができ、レーザダイオード４７と駆動用ＩＣ４８との間やフォトダイオード６７と増幅用ＩＣ６８との間で比較的高速で電気信号を伝送することができる。ここで、図示するように、駆動用ＩＣ４８とＬＳＩパッケージ１０ａとを接続する信号用の配線（第２実施例の信号電送機器１２０における配線４４）を近接して並行に配置した２本の配線４４ａ，４４ｂで構成して、増幅用ＩＣ６８とＬＳＩパッケージ１０ｂとを接続する信号用の配線（第２実施例の信号電送機器１２０における配線６４）を近接して並行に配置した２本の配線６４ａ，６４ｂで構成して、駆動用ＩＣ４８とＬＳＩパッケージ１０ａとの間や増幅用ＩＣ６８とＬＳＩパッケージ１０ｂとの間で差動伝送で信号を伝送することにより、駆動用ＩＣ４８とＬＳＩパッケージ１０ａとの間や増幅用ＩＣ６８とＬＳＩパッケージ１０ｂとの間で信号を高速に伝送することができると共に信号品質の劣化を抑制することができる。これにより、ＬＳＩパッケージ１０ａからＬＳＩパッケージ１０ｂへ高速に信号を伝送することができ、例えば、数百Ｍｂｐｓから数１０Ｇｂｐｓの伝送速度で信号を伝送することができる。さらに、レーザダイオード４７，駆動用ＩＣ４８が一つの光電変換モジュールに搭載されているから、レーザダイオード４７，駆動用ＩＣ４８の温度が同程度になり、温度による動作変動に対してレーザダイオード４７と駆動用ＩＣ４８とを同じ温度と推定してフィードバック制御することができる。また、フォトダイオード６７，増幅用ＩＣ６８についても、一つの光電変換モジュールに搭載されているから、温度による動作変動に対してフォトダイオード６７と増幅用ＩＣ６８とを同じ温度と推定してフィードバック制御することができる。そして、こうした光電変換モジュール４２，６２が樹脂封止部１４５，１６５に封止されており、さらに、レーザダイオード４７と駆動用ＩＣ４８との間のパターン配線５０やフォトダイオード６７と増幅用ＩＣ６８とのパターン配線７０の配線長が比較的短いから、光電変換モジュール４２，６２から外部への電磁干渉や外部から光電変換モジュール４２，６２への電磁干渉を抑制することができる。
第１実施例や第２実施例の信号伝送機器２０，１２０では、光電変換モジュール４２，６２は、電気光変換部４６と光電気変換部６６とを備えるものとしたが、光電変換モジュール４２，６２は、複数の電気光変換部４６や光電気変換部６６を備えるものとしてもよいし、電気光変換部４６および光電気変換部６６のいずれか一方を備えるものとしてもよい。光電変換モジュール４２，６２が電気光変換部４６および光電気変換部６６のいずれか一方を備える場合には、一方のモジュールが電気信号を光信号に変換して光導波路３４に入力し、他方のモジュールは光導波路３４から出力された光信号を受信して電気信号に変換すればよいから、例えば、光電変換モジュール４２が電気光変換部４６のみを備えるときには光電変換モジュール６２が光電気変換部６６のみを備えるものとし、光電変換モジュール６２が電気光変換部４６のみを備えるときには光電変換モジュール４２が光電気変換部６６のみを備えるものとしてもよい。
第１実施例や第２実施例の信号伝送機器２０，１２０では、光電変換モジュール４２，６２は、ＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの比較的高速でデータを出力する信号ピン１２ａ，１２ｂと接続されているものとしたが、ＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂの比較的低速でデータを出力する信号ピンと接続されているものとしてもよい。
第１実施例や第２実施例の信号伝送機器２０，１２０では、凹部３２ａ，３２ｂや貫通孔１３２ａ，１３２ｂを透光性エポキシ樹脂により形成された樹脂封止部４５，６５，１４５，１６５で封止するものとしたが、樹脂封止部４５，６５，１４５，１６５は、透光性のある材料なら如何なる材料で形成してもよい。また、レーザダイオード４７やフォトダイオード６７と光導波路３４との間に樹脂封止部４５，６５，１４５，１６５が介在せずにレーザダイオード４７から出力された光信号が直接光導波路３４に入力されたり、光導波路３４から出力された光信号がフォトダイオード６７に直接入力される場合には、樹脂封止部４５，６５，１４５，１６５は、透光性のないエポキシ樹脂や他の透光性のない材料を用いて形成するものとしてもよい。
第１実施例や第２実施例の信号伝送機器２０，１２０では、光電変換モジュール４２，６２，１４２，１６２の電気光変換部４６は、基板３０，１３０の面方向に光を発するレーザダイオード４７を備えるものとしたが、電気信号により駆動して光を発する発光素子であれば如何なるものでもよい。また、基板３０，１３０の面方向に垂直な深さ方向に光を出射する発光素子であってもよく、この場合、深さ方向に出射した光の方向を面方向に変えて光導波路３４に入力するミラーを備えるものとすればよい。
第１実施例や第２実施例の信号伝送機器２０，１２０では、光電変換モジュール４２，６２，１４２，１６２の電気光変換部４６のレーザダイオード４７から出力された光を光導波路３４に入力する部位や光導波路３４から出力された光をフォトダイオード６７に入力する部位に光を光導波路３４やフォトダイオード６７に結合させるレンズを備えていないものとしたが、このような部位にレンズを備えるものとしてもよい。
第１実施例や第２実施例の信号伝送機器２０，１２０では、光電変換モジュール４２，６２，１４２，１６２の光電気変換部６６は、基板３０，１３０の面方向の光を受光するフォトダイオード６７を備えるものとしたが、光を受信して電気に変換する受光素子であれば如何なるものでもよい。また、基板３０，１３０の面方向に垂直な深さ方向からの光を受光する受光素子であってもよく、この場合、光導波路３４から出力された光、すなわち、面方向に進む光の方向を深さ方向に変えて受光素子に入力するミラーを備えるものとすればよい。
第１実施例や第２実施例の信号伝送機器２０，１２０では、光導波路３４が、基板３０，１３０の平面方向に複数平行して配置されているものとしたが、図９の変形例の信号伝送機器５２０の基板５３０や光電変換封止部材５４０，５６０に例示するように、基板５３０の深さ方向に複数平行して配置されているものとしてもよい。この場合、図示するように、光電変換封止部材５４０，５６０の光電変換モジュール５４２，５６２は、垂直立て用治具５９６ａ，５９６ｂにレーザダイオード４７やフォトダイオード６７を基板５３０に深さ方向に複数並べて取り付けるものとしてもよい。
第１実施例や第２実施例の信号伝送機器２０，１２０では、６個の光導波路３４を備えているものとしたが、光導波路３４の数に制限はなく、例えば、６個より多くてもよいし、６個未満であってもよく、１個であるものとしてもよい。この場合、光電変換モジュール４２，６２は、光導波路３４に対応する数のレーザダイオード４７やフォトダイオード６７を備えていればよいから、例えば、光導波路３４が１個のときには、光電変換モジュール４２がレーザダイオード４７を１個備え、光電変換モジュール６２がフォトダイオード６７を１個備えているものとしてもよい。
第１実施例や第２実施例の信号伝送機器２０，１２０では、光導波路３４が基板３０，１３０の面方向に形成されているものとしたが、光導波路３４は基板３０，１３０の如何なる方向に形成されているものとしてもよい。この場合、基板３０の凹部３２ａ，３２ｂや基板１３０の貫通孔１３２ａ，１３２ｂは、光導波路３４の端部が露出するよう形成されていて、光電変換封止部材４０，６０，１４０，１６０は、光電変換モジュール４２，６２，１４２，１６２からの光信号が光導波路３４に入出力するよう凹部３２ａ，３２ｂや貫通孔１３２ａ，１３２ｂに配置されていればよい。
第１実施例や第２実施例の信号伝送機器２０，１２０では、基板３０，１３０にＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂが実装されており、光電変換モジュール４２，６２，１４２，１６２がＬＳＩパッケージ１０ａ，１０ｂと接続されているものとしたが、基板３０，１３０には如何なる電子部品を実装してもよく、例えば、ＩＣやコンデンサチップ，抵抗チップ，他の機器のケーブルと電気的に接続可能な電気コネクタなどが実装されているものとしてもよい。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、信号伝送機器の製造業等に利用可能である。

Claims (5)

  1. 信号を伝送するための信号伝送機器であって、
    内部に光導波路が形成され、該光導波路が露出するよう形成された開口部を有し、表面の前記開口部が形成された位置と異なる位置に電子部品を実装可能な基板と、
    前記基板の開口部に配置され、電気信号と光信号とを変換する光電変換モジュールを有し、該光電変換モジュールからの配線の少なくとも一部が前記開口部の開口端面と略同一面に露出するよう少なくとも前記光電変換モジュールを所定の材料により封止してなる光電変換封止部材と、
    を備え、
    前記基板の開口部は、前記電子部品が実装される実装面から深さ方向に形成された凹部または前記実装面から該実装面の裏面に貫通する貫通孔として形成されてなり、
    前記光電変換封止部材は、
    前記所定の材料からなる封止部と、
    前記封止部の前記実装面側に配置され、前記光電変換モジュールと前記配線とが取り付けられ、前記所定の材料と共に前記光電変換モジュールを封止するモジュール取付部と、
    を有する部材である
    信号伝送機器。
  2. 請求項１記載の信号伝送機器であって、
    前記モジュール取付部は、前記基板の開口部の少なくとも一部の外周側に実装面に設けられた端子に前記配線を電気的に接続する接続端子が設けられてなる
    信号伝送機器。
  3. 請求項１記載の信号伝送機器であって、
    前記光電変換モジュールは、前記光導波路に光信号を入出力可能に配置され光信号と電気信号とを変換する光電変換素子と、該光電変換素子に電気信号を入出力する電子回路と、を有するモジュールである
    信号伝送機器。
  4. 請求項３記載の信号電送機器であって、
    前記光電変換モジュールは、前記光電変換素子の近傍に前記電子回路が配置されると共に前記光電変換素子と前記電子回路とがモジュール内配線により直線的に接続されてなる
    信号伝送機器。
  5. 請求項１記載の信号伝送機器であって、
    前記光導波路は、前記基板の面方向に形成されてなる
    信号伝送機器。
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