JP5708816B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光信号を送信および受信する光モジュールに係わる。

近年、並列に動作する複数のプロセッサを利用して情報を処理するシステムが普及してきている。たとえば、ブレードサーバは、複数のブレードを有する情報処理システムである。各ブレードは、ＣＰＵおよびメモリを含み、コンピュータとして動作することができる。そして、複数のブレードは、所定の形状の筐体に収容される。

各ブレードは、他のブレードとの間でデータを送信および受信することができる。すなわち、ブレード間は、伝送路で接続されている。１つの実施形態においては、ブレード間は、同軸ケーブル等の電気信号を伝送するメタルケーブルで接続されている。この場合、ブレード間で、例えば、ＰＣＩ（Peripheral Components Interconnect）に準拠する信号が伝送される。

ところが、情報処理のさらなる高速化が要求されており、ブレード間で伝送される信号もさらに高速化する必要が生じてきている。例えば、ブレード間で10Gb/sを超える高速信号の伝送が要求されることがある。このため、上述のような電気インタフェースの代わりに、光インタフェースでブレード間を接続する構成が研究されている。

光インタフェースでブレード間を接続する光インターコネクションを実現する場合は、各ブレードは、光信号を送信および受信するための光モジュールを有する。光モジュールは、光送信モジュールおよび光受信モジュールを含む。光送信モジュールは、１または複数の電気／光変換器（Ｅ／Ｏ変換器）、および各Ｅ／Ｏ変換器を駆動する駆動回路を有する。光受信モジュールは、１または複数の光／電気変換器（Ｏ／Ｅ変換器）、および各Ｏ／Ｅ変換器の出力を増幅する増幅器を有する。このため、光モジュールの高密度化を進めると、その光モジュールの消費電力が増大し、効率的な放熱構造が必要となる。

なお、関連技術として、以下の光導波路基板が提案されている。この光導波路基板は、基材、フィルム、光学素子、光路変換部を含む。フィルムは、光信号が伝搬する光路となるコアおよびそのコアを取り囲むクラッドを含む光導波路が形成され、基材の主面に接合される。光学素子は、基材およびフィルムのうちの少なくともいずれかの上に実装され、光導波路と光学的に接続される。光路変換部は、光信号が伝搬する光路を所望の方向に変更する。（例えば、特許文献１）

また、他の関連技術として、基板にフリップチップ実装された光素子、上記基板に形成されて上記光素子に光学的に接続された光導波路、上記基板と光素子との間に充填されて上記光素子と光導波路との間の光学的な接続部を覆うアンダーフィル樹脂を含む光モジュールが提案されている。（例えば、特許文献２）

さらに、他の関連技術として、光素子（Ｅ／Ｏ、Ｏ／Ｅ）がフリップチップ実装されたフレキシブル基板と、フレキシブル基板に貼り付けられた光導波路を備える光モジュールが提案されている。光導波路には、Ｅ／Ｏの発光面およびＯ／Ｅの受光面に光学的に結合するように４５度ミラーが形成されている。（例えば、非特許文献１）

特開２００４−２５８０６５号公報 米国特許６６６１９３９号

Cost-effective On-board Optical Interconnection using Waveguide Sheet with Flexible Printed Circuit Optical Engine, Takashi Shiraishi, et. al., OFC/NFOEC 2011, OTuQ5

しかしながら、非特許文献１等に記載されている光モジュールをボード（例えば、ブレード）に搭載する場合、１つの形態としては、光モジュールの基板がブレードと平行に配置されるように、光モジュールがブレードに取り付けられる。この場合、ブレードに対して光モジュールの占有面積が大きくなってしまう。

光モジュールの搭載スペースを小さくするためには、例えば、ブレードに対して垂直に取り付けられた基板に、複数の光モジュールを搭載する構成が考えられる。しかし、このような構成において、複数の光モジュールを空間的に効率よく基板に搭載し、かつ、光モジュールで発生する熱を効率的に放熱することは容易ではなかった。

本発明の目的は、光信号を送信および受信する複数の光モジュールを、ブレード等に垂直に接続する基板に、空間的および熱的に効率よく搭載する構造を提供することである。

本発明の１つの態様の光モジュールは、コネクタソケットが実装された第１の回路基板と、前記コネクタソケットにより前記第１の回路基板に電気的に接続される少なくとも１つの光送受信モジュールと、ヒートシンクと、放熱シートと、を有する。前記光送受信モジュールは、電気／光変換素子、前記電気／光変換素子を駆動する駆動回路、光／電気変換素子、前記光／電気変換素子の出力電流を電圧信号に変換する電流／電圧変換回路がフェイスダウン実装された第２の回路基板と、前記電気／光変換素子により生成される光信号を前記光送受信モジュールの出力端に導き、前記光送受信モジュールへ入力される光信号を前記光／電気変換素子へ導く光導波路と、を有する。前記ヒートシンクは、前記電気／光変換素子、前記駆動回路、前記光／電気変換素子、前記電流／電圧変換回路のうちの少なくとも１つと熱的に結合しながら、前記放熱シートを挟みつけるように配置され、前記光送受信モジュールを前記第１の回路基板に押し付ける。

上述の態様によれば、光信号を送信および受信する複数の光モジュールを、ブレード等に垂直に接続する基板に、空間的および熱的に効率よく搭載することができる。

実施形態の光モジュールを使用するブレードサーバについて説明する図である。 光モジュールに含まれる光送受信モジュールを上から見た図である。 図２に示す光送受信モジュールを側方から見た図である。 光送受信モジュールが取り付けられた光モジュール回路基板の構成を示す図である。 光モジュールの構成を示す図である。 図５に示す光モジュールの一部を拡大して示す図である。 光モジュールをボードに搭載する実施例を示す図である。 光モジュールをボードに搭載する他の実施例を示す図である。 光送受信モジュールの他の実施例を示す図である。

以下、実施形態の光モジュールについて、図面を参照しながら説明する。実施形態の光モジュールは、特に限定されるものではないが、以下では、ブレードサーバにおいて使用される。すなわち、実施形態の光モジュールは、以下の例では、ブレードサーバのブレードに搭載される。

図１は、実施形態の光モジュールを使用するブレードサーバ１００について説明する図である。ブレードサーバ１００は、図１（ａ）に示すように、筐体１０１および複数のブレード１０２（１０２−１〜１０２−ｎ）を有する。各ブレード１０２は、たとえば、図１（ｂ）に示すように、薄い略直方体形状である。なお、図１（ｂ）に示すブレード１０２は、図１（ａ）に示すブレードサーバ１００の筐体１０１に挿入されている複数のブレードの中の１つに相当する。

ブレードサーバ１００は、ブレード１０２間で光信号を伝送するための光リンクを有する。光リンクは、例えば、光導波路および光ファイバにより実現される。なお、光リンク上には、光スイッチまたは光クロスコネクトを設けてもよい。そして、各ブレード１０２は、上記光リンクを利用して、１または複数の他のブレード１０２との間でデータを送信および受信することができる。

各ブレード１０２は、図１（ｃ）に示すブレードメインボード１１０を有する。ブレードメインボード１１０には、１または複数のＣＰＵ１１１が実装されている。また、ブレードメインボード１１０には、特に図示しないが、メモリＩＣも実装されている。なお、メモリは、ＣＰＵ１１１に内蔵されていてもよい。そして、各ブレード１０２は、１台のコンピュータとして動作することができる。

各ブレード１０２は、光モジュールを有する。光モジュール１は、図１（ｃ）に示すように、ブレードメインボード１１０に取り付けられる。この実施例では、ブレードメインボード１１０には、不図示の垂直接続型エッジコネクタソケットが実装されている。そして、光モジュール１は、その垂直接続型エッジコネクタソケットを利用して、ブレードメインボード１１０に取り付けられる。したがって、光モジュール１は、ブレードメインボード１１０の１つの面に対して垂直方向に突出するように、ブレードメインボード１１０に取り付けられる。

光モジュール１は、光送信機および光受信機を有する。光送信機および光受信機の電気回路は、ブレードメインボード１１０に形成されている回路に電気的に接続されている。そして、光モジュール１は、ブレードメインボード１１０において生成される電気信号を光信号に変換して他のブレードへ送信することができる。また、光モジュール１は、他のブレードから受信する光信号を電気信号に変換してブレードメインボード１１０に導くことができる。

なお、図１に示す例では、ブレードサーバ１００は、１つの筐体１０１に収容されている複数のブレード１０２によって実現されている。この場合、あるブレード内に設けられている光モジュール１は、筐体１０１に収容されている他のブレードとの間で光信号を送信および受信する。ただし、ブレードサーバ１００は、複数の筐体に収容されている複数のブレードで実現してもよい。この場合、あるブレード内に設けられている光モジュール１は、同じ筐体に収容されている他のブレードとの間で光信号を送信および受信すると共に、他の筐体に収容されているブレードとの間で光信号を送信および受信してもよい。また、あるブレード内に設けられている光モジュール１は、同じブレード内の他の光モジュールとの間で光信号を送信および受信してもよい。

図２は、光モジュール１に含まれる光送受信モジュールを上から見た図である。光送受信モジュール２は、フレキシブル基板３および光導波路４を有する。

フレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）２は、可撓性を有する薄いプリント基板である。フレキシブル基板３の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、２０〜５０μｍである。また、フレキシブル基板３の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリイミド樹脂である。フレキシブル基板３には、電気／光変換素子５、ドライバＩＣ６、光／電気変換素子７、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）８が、例えばフリップチップ等により、フェイスダウン実装されている。なお、フェイスダウン実装においては、デバイスのフェイス（たとえば、Ｅ／Ｏ素子の発光面、Ｏ／Ｅ素子の受光面、回路素子のＩＣパッドが形成されている面）が下側（すなわち、基板側）を向いて搭載される。

電気／光変換素子（Ｅ／Ｏ：Electrical/Optical Converter）４は、ドライバＩＣ６により駆動され、データ信号に対応する光信号を生成する。すなわち、Ｅ／Ｏ素子５は、入力電気信号を光信号に変換する。Ｅ／Ｏ素子５は、例えば、レーザダイオードにより実現される。レーザダイオードは、特に限定されるものではないが、例えば、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）である。Ｅ／Ｏ素子５は、複数の電気信号をそれぞれ対応する光信号に変換するように構成してもよい。この場合、Ｅ／Ｏ素子５は、複数のレーザダイオードを有する。

ドライバＩＣ６は、データ信号に応じてＥ／Ｏ素子５を駆動する駆動回路である。すなわち、ドライバＩＣ６は、データ信号に対応する電流でＥ／Ｏ素子５を駆動する。これにより、Ｅ／Ｏ素子５は、データ信号に対応する光信号を生成する。なお、データ信号は、図１（ｃ）に示すブレードメインボード１１０において生成され、エッジコネクタ９の対応する端子およびフレキシブル基板３に形成されている回路を介してドライバＩＣ６に導かれる。

電気／光変換素子（Ｏ／Ｅ：Optical/Electrical Converter）７は、光導波路４を介して受信する光信号を電気信号に変換する。この電気信号は、光信号を表す電流信号である。Ｏ／Ｅ素子７により生成される電気信号は、ＴＩＡ８に導かれる。Ｏ／Ｅ素子７は、例えば、フォトダイオードにより実現される。なお、Ｏ／Ｅ素子７は、複数の光信号をそれぞれ対応する電気信号に変換するように構成してもよい。この場合、Ｏ／Ｅ素子７は、複数のフォトダイオードを有する。

ＴＩＡ８は、Ｏ／Ｅ素子７によって生成される電流信号を電圧信号に変換する。すなわち、ＴＩＡ８は、電流／電圧変換回路として動作する。このとき、ＴＩＡ８は、差動電圧信号を出力してもよい。そして、ＴＩＡ８の出力信号は、フレキシブル基板３に形成されている回路およびエッジコネクタ９の対応する端子を介して、図１（ｃ）に示すブレードメインボード１１０導かれる。なお、光送受信モジュール２は、ＴＩＡ８の代わりに、他の電流／電圧変換回路を使用してもよい。

エッジコネクタ９は、フレキシブル基板３の１つの辺のエッジ領域に形成されている。このエッジコネクタ９の各端子は、後述する光モジュール回路基板に実装されているコネクタソケットの対応する端子に電気的に接続される。ドライバＩＣ６およびエッジコネクタ９の対応する端子は、フレキシブル基板３に形成されている回路により電気的に接続されている。また、ＴＩＡ８およびエッジコネクタ９の対応する端子も、フレキシブル基板３に形成されている回路により電気的に接続されている。

光導波路４は、この実施例では、光を伝搬するコアおよびコアを取り囲むクラッドが形成されたフィルムにより実現される。コアの厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、４０〜６０μｍである。また、このフィルムは、特に限定されるものではないが、たとえば、ポリマ材料により実現される。なお、光導波路４は、１または複数の送信光導波路チャネル、および１または複数の受信光導波路チャネルを含む。送信光導波路チャネルは、Ｅ／Ｏ素子５により生成される光信号を光送受信モジュール２の出力端に導く。また、受信光導波路チャネルは、光送受信モジュール２へ入力される光信号をＯ／Ｅ素子７へ導く。

光導波路４の端部には、光コネクタ１０が光学的に結合されている。光コネクタ１０は、例えば、ＰＭＴコネクタである。ＰＭＴコネクタは、高分子光導波路のための多芯光コネクタである。すなわち、光コネクタ１０には、複数の光ファイバを接続することができる。

図３は、図２に示す光送受信モジュール２を側方から見た図である。ここで、図３は、図２において矢印Ａで表される視線により得られる光送受信モジュール２を示している。ただし、図３は、光送受信モジュール２の一部を示している。また、図３は、光送受信モジュール２の構造を説明するために、フレキシブル基板３および光導波路４を模式的に表している。

フレキシブル基板３の上面および下面には、選択的に導体１１が形成されている。ここで、上面は、フレキシブル基板３の２つの面のうち、Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７などが実装されている面を意味する。下面は、フレキシブル基板３の２つの面のうちの他方の面を意味する。

導体１１は、回路を形成する。この回路は、Ｅ／Ｏ素子５とドライバＩＣ６との間の回路、Ｏ／Ｅ素子７とＴＩＡ８との間の回路、ドライバＩＣ６とエッジコネクタ９との間の回路、ＴＩＡ８とエッジコネクタ９との間の回路、接地領域を含む。また、この回路は、データ信号を伝搬するデータ信号線、制御信号を伝搬する制御信号線、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８に電力を供給するための電源線を含む。

フレキシブル基板３の上面には、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８が実装されている。この例では、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８は、フレキシブル基板３の上面に形成されている導体１１に、フェイスダウン接続（または、フェイスダウン実装）されている。一例としては、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８は、フレキシブル基板３の上面にフリップチップ実装されている。この場合、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８は、それぞれ、バンプ１２を利用して導体１１に電気的に接続される。

Ｅ／Ｏ素子５の発光面およびＯ／Ｅ素子７の受光面は、フレキシブル基板３に対向している。そして、フレキシブル基板３は、Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７が実装される領域において、貫通孔１３を有している。なお、フレキシブル基板３が光信号の光波長に対して透明であるときは、フレキシブル基板３に貫通孔１３を形成する必要はない。

光導波路４は、光を伝搬するコア４ａ、およびコア４ａを取り囲むクラッド４ｂを有する。コア４ａおよびクラッド４ｂの屈折率は、互いに異なっている。そして、光導波路４は、フレキシブル基板３の下面に接合される。この実施例では、光導波路４は、フレキシブル基板３の下面に接着剤で貼り付けられる。

なお、光導波路４と光素子（Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７）との間の光結合効率を向上させるために、フレキシブル基板３と光導波路４との間にレンズを設けてもよい。この場合、１００μｍ程度の厚さのシート状のレンズを使用することができる。

光導波路４は、光信号を反射するミラー１４を有する。ミラー１４は、光導波路４が光を伝搬する方向に対して４５度の角度を有するように形成される。また、ミラー１４は、Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７の直下に位置するように配置される。すなわち、ミラー１４がＥ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７の直下に位置するように、光導波路４がフレキシブル基板３の下面に接合される。

図３に示す矢印１５は、光信号を表している。すなわち、Ｅ／Ｏ素子５により生成される光信号は、ミラー１４により反射されて、コア４ａを介して光コネクタ１０へ伝搬される。また、入力光信号は、コア４ａを介して伝搬され、ミラー１４によりＯ／Ｅ素子７に導かれる。

図４は、光送受信モジュール２が取り付けられた光モジュール回路基板の構成を示す。光モジュール回路基板２１の表面には、コネクタソケット２２およびＣＰＵ２３が実装されている。また、光モジュール回路基板２１の１つの辺のエッジ領域には、エッジコネクタ２４が形成されている。

光モジュール回路基板２１は、表面に回路を有する。また、光モジュール回路基板２１は、多層基板であってもよい。この場合、光モジュール回路基板２１は、その内部にも回路を有する。そして、光モジュール回路基板２１に形成される回路は、プリントされた導体により実現される。例えば、この回路は、ＣＰＵ２３とエッジコネクタ２４との間の制御信号線２５、ＣＰＵ２３とコネクタソケット２２との間の制御信号線２６、コネクタソケット２２とエッジコネクタ２４との間のデータ信号線２７を含む。また、この回路は、信号線を実現するプリントされた導体以外の回路素子を含んでもよい。なお、光モジュール回路基板２１の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、樹脂、セラミック、金属である。

コネクタソケット２２の各端子は、光モジュール回路基板２１に形成されている回路に電気的に接続されている。そして、コネクタソケット２２は、図２〜図３を参照しながら説明した光送受信モジュール２のフレキシブル基板３を収容する。このとき、フレキシブル基板３に形成されているエッジコネクタ９の各端子は、それぞれコネクタソケット２２の対応する端子に電気的に接続される。したがって、光送受信モジュール２は、コネクタソケット２２によって、光モジュール回路基板２１に形成されている回路に電気的に接続される。

ＣＰＵ２３は、光送受信モジュール２のドライバＩＣ６およびＴＩＡ８を制御する。例えば、ＣＰＵ２３は、Ｅ／Ｏ素子５が好適な特性で動作するように、ドライバＩＣ６を制御する。なお、Ｅ／Ｏ素子５の特性は、例えば、温度によって変化し得る。また、ＣＰＵ２３は、ブレードメインボード１１０からデータ信号が入力されないときは、電力消費を抑制するために、ドライバＩＣ６を停止する。同様に、ＣＰＵ２３は、光導波路４を介して光信号が入力されないときには、ＴＩＡ８を停止する。さらに、ＣＰＵ２３は、光送受信モジュール２のエラーを検出したときは、そのエラーをブレードメインボード１１０に通知してもよい。

エッジコネクタ２４は、ブレードメインボード１１０に実装されているコネクタソケットの対応する端子に電気的に接続するように形成されている。なお、光モジュール回路基板２１およびエッジコネクタ２４の形状は、特に限定されるものではない。

さらに、光モジュール回路基板２１には、貫通孔２８が形成されている。図４に示す例では、２つの貫通孔２８が形成されている。貫通孔２８は、後で説明するが、光モジュール回路基板２１にヒートシンクを固定するために使用される。ただし、ヒートシンクを光モジュール回路基板２１に固定する方法は、特に限定されるものではない。すなわち、ヒートシンクは、貫通孔２８を利用せずに光モジュール回路基板２１に固定してもよい。この場合、光モジュール回路基板２１に貫通孔２８を形成す必要はない。

図５は、光モジュール１の構成を示す。図５においては、光モジュール１を側方から見たときの構成が模式的に描かれている。なお、図５では、図面を見やすくするために、一部の部材については符号を省略している。具体的には、光送受信モジュール２ａ、２ｂの各要素については、符号は省略されている。図６は、図５に示す光モジュール１の一部を拡大して示している。図６においては、光送受信モジュールを光モジュール回路基板に固定する構造が描かれている。

図５〜図６に示す実施例では、光モジュール回路基板２１の両面に、それぞれ、光送受信モジュール２が電気的に接続されている。すなわち、光モジュール回路基板２１の一方の面には光送受信モジュール２ａが設けられ、光モジュール回路基板２１の他方の面には光送受信モジュール２ｂが設けられている。なお、以下の説明では、光送受信モジュール２ａが設けられている光モジュール回路基板２１の一方の面を「上面」と呼び、光送受信モジュール２ｂが設けられている光モジュール回路基板２１の他方の面を「下面」と呼ぶことがある。

光送受信モジュール２ａ、２ｂは、図４を参照しながら説明した光送受信モジュール２に相当する。したがって、光送受信モジュール２ａは、フレキシブル基板３ａ、光導波路４ａ、Ｅ／Ｏ素子５ａ、ドライバＩＣ６ａ、Ｏ／Ｅ素子７ａ、ＴＩＡ８ａを有している。同様に、光送受信モジュール２ｂは、フレキシブル基板３ｂ、光導波路４ｂ、Ｅ／Ｏ素子５ｂ、ドライバＩＣ６ｂ、Ｏ／Ｅ素子７ｂ、ＴＩＡ８ｂを有している。

光モジュール回路基板２１の上面および下面には、それぞれコネクタソケット２２ａ、２２ｂが実装されている。コネクタソケット２２ａ、２２ｂは、図４を参照しながら説明したコネクタソケット２２に相当する。

ＣＰＵ２３は、この実施例では、光モジュール回路基板２１の下面に実装されている。この構成では、ＣＰＵ２３は、光送受信モジュール２ａ、２ｂの双方を制御する。すなわち、ＣＰＵ２３は、ドライバＩＣ６ａ、６ｂ、ＴＩＡ８ａ、８ｂを制御する。

光モジュール回路基板２１の上面において、光送受信モジュール２ａは、コネクタソケット２２ａによって光モジュール回路基板２１に電気的に接続される。このとき、光送受信モジュール２ａのフレキシブル基板３ａおよび光導波路４ａが光モジュール回路基板２１にほぼ平行に或いは実質的に平行に配置される。また、フレキシブル基板３ａに形成されているエッジコネクタ９の各端子がコネクタソケット２２ａの対応する端子に電気的に接続するように、フレキシブル基板３ａの端部がコネクタソケット２２ａに挿入される。

コネクタソケット２２ａの高さは、低いことが好ましい。また、フレキシブル基板３ａが挿入されるコネクタソケット２２ａの挿入口は、光モジュール回路基板２１の上面から０．５ｍｍ以下の位置に配置されることが好ましい。すなわち、コネクタソケット２２ａとして、そのような形状のコネクタソケットを使用することが好ましい。図６に示す例では、高さｈが０．５ｍｍ以下である。ここで、フレキシブル基板３ａおよび光導波路４ａを合わせた厚さは、約１００μｍである。また、フレキシブル基板３ａと光導波路４ａとの間に設けられるレンズの厚さも、約１００μｍである。さらに、接着剤層の厚さはそれぞれ約３０μｍである。すなわち、図６に示すように光送受信モジュール２ａが光モジュール回路基板２１の上面に搭載されると、フレキシブル基板３ａは、光モジュール回路基板２１の上面から２００〜３００μｍの高さ位置に配置されることになる。したがって、高さｈが０．５ｍｍ以下であれれば、フレキシブル基板３ａの１つの端部がコネクタソケット２２ａに挿入され、フレキシブル基板３ａの一部の領域が光導波路４ａ、レンズ、接着剤（場合によっては、光導波路４ａおよび接着剤のみ）によって光モジュール回路基板２１に保持されたときに、フレキシブル基板３ａに加わる応力は小さい。

同様に、光モジュール回路基板２１の下面において、光送受信モジュール２ｂは、コネクタソケット２２ｂによって光モジュール回路基板２１に電気的に接続される。このとき、光送受信モジュール２ｂのフレキシブル基板３ｂおよび光導波路４ｂが光モジュール回路基板２１にほぼ平行に或いは実質的に平行に配置される。また、フレキシブル基板３ｂに形成されているエッジコネクタ９の各端子がコネクタソケット２２ｂの対応する端子に電気的に接続するように、フレキシブル基板３ｂの端部がコネクタソケット２２ｂに挿入される。

なお、光送受信モジュール２ｂおよびコネクタソケット２２ｂの形状は、光送受信モジュール２ａおよびｂコネクタソケット２２ａと実質的に同じである。よって、光モジュール回路基板２１に下面においても、フレキシブル基板３ｂに加わる応力は小さい。

ヒートシンク３１ａ、３１ｂは、光送受信モジュール２ａ、２ｂが実装されている光モジュール回路基板２１を挟むように配置される。ヒートシンク３１ａ、３１ｂの材質は、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金である。

ヒートシンク３１ａと、Ｅ／Ｏ素子５ａ、ドライバＩＣ６ａ、Ｏ／Ｅ素子７ａ、ＴＩＡ８ａとの間には、それぞれ放熱シート３２が設けられる。この構成により、Ｅ／Ｏ素子５ａ、ドライバＩＣ６ａ、Ｏ／Ｅ素子７ａ、ＴＩＡ８ａにおいて発生する熱は、放熱シート３２を介してヒートシンク３１ａへ伝導する。なお、放熱シート３２は、熱伝導が良好な材料により実現される。また、放熱シート３２は、弾力性のある材料、或いはゲル状で変形し得る材料で実現される。以下では、放熱シート３２は、熱伝導が良好であり、且つ、弾力性のある材料で実現されるものとする。

同様に、ヒートシンク３１ｂと、Ｅ／Ｏ素子５ｂ、ドライバＩＣ６ｂ、Ｏ／Ｅ素子７ｂ、ＴＩＡ８ｂとの間にも、それぞれ放熱シート３２が設けられる。この構成により、Ｅ／Ｏ素子５ｂ、ドライバＩＣ６ｂ、Ｏ／Ｅ素子７ｂ、ＴＩＡ８ｂにおいて発生する熱は、放熱シート３２を介してヒートシンク３１ｂへ伝導する。

さらに、ヒートシンク３１ｂとＣＰＵ２３との間にも、放熱シート３２が設けられていてもよい。この構成により、ＣＰＵ２３において発生する熱は、放熱シート３２を介してヒートシンク３１ｂへ伝導する。

プッシュピン３３は、ヒートシンク３１ａ、３１ｂを光モジュール回路基板２１に固定する。この実施例では、図５に示すように、ヒートシンク３１ａ、３１ｂと光モジュール回路基板２１との間の空間は、スペーサ３４によって確保される。なお、図５に示す例では、光モジュール回路基板２１の上面側および下面側に設けられるスペーサ３４は、互いに同じ形状であるものとする。ただし、ヒートシンク３１ａ、３１ｂを光モジュール回路基板２１に固定する方法は、プッシュピンに限定されるものではなく、例えば、ネジ等で固定してもよい。

上述のように、ヒートシンク３１ａ、３１ｂは、光送受信モジュール２ａ、２ｂが搭載された光モジュール回路基板２１を挟むように配置される。このとき、光モジュール回路基板２１の上面側では、ヒートシンク３１ａと、Ｅ／Ｏ素子５ａ、ドライバＩＣ６ａ、Ｏ／Ｅ素子７ａ、ＴＩＡ８ａとの間に設けられている放熱シート３２は、Ｅ／Ｏ素子５ａ、ドライバＩＣ６ａ、Ｏ／Ｅ素子７ａ、ＴＩＡ８ａに押し付けられる。すなわち、これらの放熱シート３２は、押しつぶされる。ただし、ヒートシンク３１ａと光モジュール回路基板２１との間の距離は、スペーサ３４によって確保される。よって、スペーサ３４の高さは、Ｅ／Ｏ素子５ａ、ドライバＩＣ６ａ、Ｏ／Ｅ素子７ａ、ＴＩＡ８ａに上に設けられている放熱シート３２が押しつぶされるように決定される。なお、スペーサ３４の高さは、コネクタソケット２３ａの高さよりも高く、この実施例では、ヒートシンク３１ａはコネクタソケット２３ａに接触しない。

したがって、Ｅ／Ｏ素子５ａ、ドライバＩＣ６ａ、Ｏ／Ｅ素子７ａ、ＴＩＡ８ａは、ヒートシンク３１ａと熱的に結合する。このとき、光送受信モジュール２ａ（すなわち、フレキシブル基板３ａおよび光導波路４ａ）は、光モジュール回路基板２１に押し付けられる。換言すれば、ヒートシンク３１ａは、Ｅ／Ｏ素子５ａ、ドライバＩＣ６ａ、Ｏ／Ｅ素子７ａ、ＴＩＡ８ａと熱的に結合しながら、光送受信モジュール２ａを光モジュール回路基板２１に固定する。このとき、上述したように、コネクタソケット２３ａの挿入口は、光モジュール回路基板２１の上面に対して十分に低い位置に設けられているので、光送受信モジュール２ａが光モジュール回路基板２１に押し付けられても、フレキシブル基板３ａに加わる応力は小さい。

同様に、ヒートシンク３１ｂと、Ｅ／Ｏ素子５ｂ、ドライバＩＣ６ｂ、Ｏ／Ｅ素子７ｂ、ＴＩＡ８ｂとの間に設けられている放熱シート３２は、Ｅ／Ｏ素子５ｂ、ドライバＩＣ６ｂ、Ｏ／Ｅ素子７ｂ、ＴＩＡ８ｂに押し付けられる。すなわち、これらの放熱シート３２も、押しつぶされる。ここで、ヒートシンク３１ｂと光モジュール回路基板２１との間の距離も、スペーサ３４によって確保される。また、スペーサ３４の高さは、コネクタソケット２３ｂの高さよりも高く、この実施例では、ヒートシンク３１ｂはコネクタソケット２３ｂに接触しない。

したがって、Ｅ／Ｏ素子５ｂ、ドライバＩＣ６ｂ、Ｏ／Ｅ素子７ｂ、ＴＩＡ８ｂは、ヒートシンク３１ｂと熱的に結合する。このとき、光送受信モジュール２ｂ（すなわち、フレキシブル基板３ｂおよび光導波路４ｂ）は、光モジュール回路基板２１に押し付けられる。換言すれば、ヒートシンク３１ｂは、Ｅ／Ｏ素子５ｂ、ドライバＩＣ６ｂ、Ｏ／Ｅ素子７ｂ、ＴＩＡ８ｂと熱的に結合しながら、光送受信モジュール２ｂを光モジュール回路基板２１に固定する。また、フレキシブル基板３ａと同様に、光送受信モジュール２ｂが光モジュール回路基板２１に押し付けられても、フレキシブル基板３ｂに加わる応力は小さい。

このように、実施形態の光モジュール１においては、ヒートシンクは、光送受信モジュールを光モジュール回路基板に固定する役割、およびＥ／Ｏ素子、ドライバＩＣ、Ｏ／Ｅ素子、ＴＩＡを放熱する役割を担う。よって、実施形態の構成によれば、光モジュールの小型化を実現しながら、Ｅ／Ｏ素子、ドライバＩＣ、Ｏ／Ｅ素子、ＴＩＡにおいて発生する熱を、効率的に放熱することができる。

また、実施形態の光モジュール１において、光送受信モジュール２（２ａ、２ｂ）は、光モジュール回路基板２１に対して着脱可能である。したがって、光送受信モジュール２を光モジュール回路基板２１に取り付ける前に、各光送受信モジュール２について個々に光軸の検査などを実施できる。したがって、製造ばらつきに対して歩留まりの低下を抑えることができる。なお、上述した特許文献１または２に記載の構成では、光モジュールの基板、光導波路、光素子は一体化されている。このため、例えば、製造ばらつき等に起因して光モジュールの光軸がずれていたときは、そのずれを修正することは困難である。したがって、複数のＥ／ＯおよびＯ／Ｅを有する光モジュールにおいては、光軸ズレなどの製造エラーに対して歩留まりが低下するおそれがある。

特に、１つの基板に対して複数の光送受信モジュール２を搭載する場合、上述した特許文献１または２に記載の構成と比較して、実施形態の構成は有利である。すなわち、特許文献１または２に記載の構成では、仮に、基板に搭載されている複数の光送受信モジュールのうちの１つ不良であった場合、その基板全体を交換する必要がある。これに対して、実施形態の光送受信モジュール２は、光モジュール回路基板２１に対して着脱可能であるので、基板に搭載されている複数の光送受信モジュール２のうちの１つ不良であったときは、不良である光送受信モジュール２のみを交換すればよい。したがって、実施形態の構成によれば、全体として歩留まりが改善する。

図７は、実施形態の光モジュール１をボードに搭載する実施例を示す。図７に示す例では、ブレードメインボード１１０に実施形態の光モジュール１が搭載される。

ブレードメインボード１１０には、垂直接続型エッジコネクタソケット１１２が実装されている。光モジュール１は、図５〜図６を参照しながら説明したように、光モジュール回路基板２１、光送受信モジュール２ａ、２ｂ、ヒートシンク３１ａ、３１ｂを有する。光モジュール回路基板２１は、ヒートシンク３１ａ、３１ｂにより挟まれる。光モジュール回路基板２１の両面には、それぞれ光送受信モジュール２ａ、２ｂが実装されている。ここで、光送受信モジュール２ａ、２ｂは、ヒートシンク３１ａ、３１ｂによって光モジュール回路基板２１に押し付けられている。また、光送受信モジュール２ａ、２ｂにおいて発生する熱は、ヒートシンク３１ａ、３１ｂに伝導されて放熱される。

光モジュール回路基板２１に形成されているエッジコネクタが垂直接続型エッジコネクタソケット１１２の対応する端子に電気的に接続するように、光モジュール回路基板２１の端部が垂直接続型エッジコネクタソケット１１２に挿入される。これにより、ブレードメインボード１１０に対して垂直方向に突出するように、光モジュール１がブレードメインボード１１０に搭載される。

図８は、実施形態の光モジュール１をボードに搭載する他の実施例を示す。図８に示す例では、ブレードメインボード１１０に複数の光モジュール１が搭載される。

図８に示す例では、ＣＰＵ１１１−１、１１１−２および垂直接続型エッジコネクタソケット１１２−１〜１１２−４が、ブレードメインボード１１０に実装されている。そして、光モジュール１−１〜１−４は、対応する垂直接続型エッジコネクタソケット１１２−１〜１１２−４により、ブレードメインボード１１０に形成されている回路に電気的に接続されている。光モジュール１−１〜１−４は、それぞれ図５〜図６に示す実施形態の光モジュール１に相当する。なお、図８では、図面を見やすくするために、光モジュール１−１〜１−４が有するヒートシンクの図示は省略されている。

上記構成において、ＣＰＵ１１１−１、１１１−２は、光モジュール１−１〜１−４を介して他のブレードへデータを送信できる。また、ＣＰＵ１１１−１、１１１−２は、光モジュール１−１〜１−４を介して他のブレードからデータを受信できる。

このように、図８に示す例では、ブレードメインボード１１０に対して垂直方向に突出するように、複数の光モジュール１−１〜１−４がブレードメインボード１１０に搭載される。したがって、ブレードメインボード１１０上で光モジュールが占有する面積が小さくなる。換言すれば、光送信機および光受信機の高密度化が実現される。

なお、上述した実施例では、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８は、フレキシブル基板３に実装されているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８は、可撓性のない回路基板に実装してもよい。ただし、Ｅ／Ｏ素子５と光導波路４のコア４ａとの間、および光導波路４のコア４ａとＯ／Ｅ素子７との間の光損失を小さくするためには、この回路基板は薄く形成されることが好ましい。したがって、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８を実装するための回路基板として、フレキシブル基板３は好適な実施例である。

また、上述の実施例では、ヒートシンクは、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８と熱的に結合しているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、ヒートシンクは、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８のうちの一部の素子またはチップと熱的に結合するように構成してもよい。換言すれば、ヒートシンクは、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８のうちの少なくとも１つと熱的に結合する。

さらに、上述の実施例では、光モジュール回路基板２１の１つの面に１つの光送受信エンジンが設けられているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。ここで、光エンジンは、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８を含む光／電気複合回路を意味する。

例えば、図９に示す例では、光モジュール回路基板２１の１つの面に２つの光送受信エンジンが設けられている。この場合、光送受信モジュールは、フレキシブル基板３−１、３−２、および光導波路４を有する。各フレキシブル基板３−１、３−２には、それぞれ光エンジン（すなわち、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８）が実装されている。また、光導波路４は、フレキシブル基板３−１に光学的に結合する光導波路４−１およびフレキシブル基板３−２に光学的に結合する光導波路４−２を含む。そして、フレキシブル基板３−１、３−２は、それぞれ、光モジュール回路基板２１に実装されているコネクタソケット２２−１、２２−２に結合する。

このように、実施形態の光モジュールにおいては、光エンジンを含む光送受信モジュールは、光モジュール回路基板２１に実装されているコネクタソケットを利用して、光モジュール回路基板２１に電気的に接続される。したがって、１つの光モジュール回路基板２１に容易に複数の光送受信モジュールを搭載することができる。

さらに、光モジュール１は、一例として、ブレードサーバ１００のブレード間でデータを送信および受信するために使用されるが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、実施形態の光モジュール１は、任意の装置間で光信号を送信および受信するために使用可能である。

Claims (10)

1. コネクタソケットが実装された第１の回路基板と、
   前記コネクタソケットにより前記第１の回路基板に電気的に接続される少なくとも１つの光送受信モジュールと、
   ヒートシンクと、
   放熱シートと、を有し、
   前記光送受信モジュールは、
   電気／光変換素子、前記電気／光変換素子を駆動する駆動回路、光／電気変換素子、前記光／電気変換素子の出力電流を電圧信号に変換する電流／電圧変換回路がフェイスダウン実装された第２の回路基板と、
   前記電気／光変換素子により生成される光信号を前記光送受信モジュールの出力端に導き、前記光送受信モジュールへ入力される光信号を前記光／電気変換素子へ導く光導波路と、を有し、
   前記ヒートシンクは、前記電気／光変換素子、前記駆動回路、前記光／電気変換素子、前記電流／電圧変換回路のうちの少なくとも１つと熱的に結合しながら、前記放熱シートを挟みつけるように配置され、前記光送受信モジュールを前記第１の回路基板に押し付ける
   ことを特徴とする光モジュール。
2. 前記第２の回路基板の１つの端部が前記第１の回路基板に実装されているコネクタソケットにより保持され、
   前記第２の回路基板の一部の領域が前記光導波路および接着剤により前記第１の回路基板に保持される
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記第２の回路基板の１つの端部が前記第１の回路基板に実装されているコネクタソケットにより保持され、
   前記第２の回路基板の一部の領域が前記光導波路、前記光導波路と前記電気／光変換素子および前記光／電気変換素子とを光学的に結合するレンズ、および接着剤により前記第１の回路基板に保持される
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
4. 前記第１の回路基板の両面に、それぞれ、前記光送受信モジュールが電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
5. 前記ヒートシンクは、第１および第２のヒートシンクを含み、
   前記第１の回路基板の両面にそれぞれ前記光送受信モジュールが押し付けられるように、前記第１の回路基板が前記第１および第２のヒートシンクにより挟みつけられている
   ことを特徴とする請求項４に記載の光モジュール。
6. 前記第１の回路基板には、前記駆動回路および前記電流／電圧変換回路を制御する制御回路が実装されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
7. 前記電気／光変換素子、前記駆動回路、前記光／電気変換素子、前記電流／電圧変換回路は、前記第２の回路基板の一方の面にフェイスダウン接続され、
   前記第２の回路基板の他方の面に前記光導波路が貼り付けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
8. 前記第１の回路基板は、垂直接続型エッジコネクタソケットに対応するエッジコネクタを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
9. 前記第２の回路基板は、フレキシブル回路基板である
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光モジュール。
10. 複数のブレードを有するブレードサーバであって、
    各ブレードは、１または複数の、請求項１〜９のいずれか１つに記載の光モジュールを有し、前記光モジュール間で光信号を伝送する
    ことを特徴とするブレードサーバ。

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