JP5889040B2 - 光モジュール搭載回路基板、光モジュール搭載システム、光モジュール評価キットシステム、および通信システム - Google Patents

Description

本発明は、光モジュール搭載回路基板、光モジュール搭載システム、光モジュール評価キットシステム、および通信システムに関する。

エクサスケールコンピューティングの実現のために、ボード間での光インターコネクションが研究されている。光インターコネクションにおいては、光送信器または光受信器である光モジュールが光伝送路を介して光信号の送受信を行う。特許文献１〜４には、光モジュールと光伝送路とが回路基板に形成されている構成が記載されている。

特開２００４−２９６２１号公報 特開２０００−９８１５３号公報 特開２００２−１８９１３７号公報 特開２００３−１３９９７９号公報

従来の構造では、光素子を含む光モジュールと、ＭＴコネクタや有機導波路、ＰＬＣなどの光結合部材とを光学的に位置あわせする際に、光結合部が筐体や回路基板の陰となっていることが多かったので、従来は光モジュールを固定した後に、結合系を伝播する光出力を検出するアクティブアラインメントによって光モジュールと光結合部材の位置あわせが行われてきた。しかしながらこの場合は位置あわせに非常に時間がかかったり、大きく位置がずれていた場合には位置あわせができないという問題があった。また、従来は光結合部材の光学的な位置あわせが、水平方向にも垂直方向にも光モジュールに対して行われており、さらに位置あわせに非常に時間がかかっていた。これらの要因によって生産性が非常に低かった。

また、光モジュールを評価する際には、回路基板に実装して実使用に近い状態で評価を行うことが好ましい。しかしながら、光モジュールを実際に回路基板に半田接合等で実装してしまうと、その後に回路基板から取り外すことが困難であり、かつ取り外すときに光モジュールが損傷するおそれがあるという問題があった。また、光モジュールの高周波特性を精度良く評価するためには、光モジュールと評価系との光学結合を精度良く確立する必要がある。しかしながら、実使用において光モジュールと結合される光導波路は、回路基板上に形成されたり、回路基板に内蔵されたりする。また、その光導波路としても、シリコン細線導波路等のリッジ型の光導波路や、光ファイバシート、ＰＬＣチップ等、サイズが異なるものが想定される。したがって、光モジュールと評価系で用いられる光導波路との光学結合は、様々な設置形態や構造の光導波路と組み合わせて使用される光モジュールのいずれに対しても、精度良く確立される必要がある。

さらに、光モジュールを含んだシステムにおいて、システムの構成部品の中で、光モジュールの故障が多いため、光モジュールが故障した際に、光モジュールのみを交換可能な回路基板を用いるとコストの観点から都合が良いが、光モジュールを交換可能な構成とした場合には、回路基板上に形成された光路と光モジュールに含まれる光素子との位置がずれ、損失が生じる虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、生産性が高い光モジュール搭載回路基板、光モジュール搭載システム、光モジュール評価キットシステム、および通信システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光モジュール搭載回路基板は、光信号を発光または受光する光モジュールと、前記光モジュールと光学結合する光学結合部材と、前記光モジュールおよび前記光学結合部材を搭載し、その主表面に開口を有し、かつ、前記光モジュールと電気的に接続される回路基板とを備え、前記光モジュールと前記光学結合部材のすくなくとも前記回路基板の主表面の水平方向の位置決めは、前記開口を介して行われることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュール搭載回路基板は、前記水平方向の位置決めは、前記光モジュールと、前記光学部材とに設けられた位置決め手段を合わせることによって行われることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュール搭載回路基板は、前記水平方向位置決め手段がガイドピンとガイドピン孔の嵌合構造であることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュール搭載回路基板は、さらに、前記光学結合部材の光接続部位の前記回路基板に関する垂直方向の高さを位置決めする固定手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュール搭載回路基板は、前記固定手段は、前記回路基板に対して前記光モジュールと反対側に配置されて前記光学結合部材を前記回路基板に押圧支持する光学結合部材支持部材と、前記光学結合部材を回路基板側で受ける支持部との間で前記光学結合部材を固定することを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュール搭載回路基板は、前記光学結合部材はあご部を持ち、前記光学結合支持部材は前記光学結合部材のあご部を接続部側に押圧するように前記回路基板との間に弾性体を介した板であり、前記支持部は前記あご部と前記回路基板の間に挟まれるように剛性を有する部材であることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュール搭載回路基板は、前記光モジュールは、前記回路基板上に設けられた回路パターンにハンダ付け固定されることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュール搭載回路基板は、前記光モジュールは、前記回路基板上に設けられた回路パターンに電気的に着脱可能に固定されることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュール搭載回路基板は、前記光モジュールは、前記回路基板上に設けられたソケットに内蔵固定されることによって着脱可能であることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュール搭載回路基板は、光モジュールはソケット内で蓋によって押圧固定されることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュール搭載回路基板は、電気的なインターフェースは、スプリング付きピンや異方性導電性フィルムから成る。

また、本発明に係る光モジュール搭載回路基板は、前記開口内に光学ガラス、レンズ、またはスポットサイズ変換手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係る通信システムは、上記の光モジュール搭載回路基板を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る光モジュール評価キットシステムは、光モジュールを評価するための、上記の光モジュール搭載回路基板を備えることを特徴とする。

本発明によれば、生産性が高いという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る搭載システムで搭載する光モジュールの模式的な斜視図である。 図２は、図１に示す光モジュールの平面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。 図４は、別の光モジュールの形態の一例を示した図である。 図５は、回路基板上に実装された光モジュールを説明する図である。 図６は、実施の形態１に係る搭載システムの模式的な斜視図である。 図７は、図６の側面図である。 図８は、図６の正面図である。 図９は、図６の平面図である。 図１０は、図６に示す回路基板およびソケットの斜視図である。 図１１は、図６に示すＭＴコネクタ支持部材の斜視図である。 図１２は、図７の一部断面図である。 図１３は、図８の一部断面図である。 図１４は、スペーサの好例を示す図である。 図１５は、実施の形態２に係る評価キットの一部断面図である。 図１６は、図１５に示すスペーサおよび有機光導波路の模式図である。 図１７は、評価キットの構成要素を利用して光モジュールを実装した光モジュール搭載回路基板の模式図である。 図１８は、ガイド孔を備えた有機光導波路の模式図である。 図１９は、実施の形態３に係る光モジュール搭載回路基板の模式図である。 図２０は、実施の形態４に係る光モジュール搭載回路基板の模式図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る光モジュール搭載回路基板、光モジュール搭載システム、光モジュール評価キットシステム、および通信システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態１）
はじめに、実施の形態１に係る光モジュール搭載システム（以下搭載システムと略記する）の一例について説明する。

図１は、実施の形態１に係る光モジュール搭載システムに搭載される光モジュールの模式的な斜視図である。図２は、図１に示す光モジュールの平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。以下、図１〜図３を用いて光モジュールについて説明する。

光モジュール１００は、筐体１０と、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）アレイ素子２０と、ドライバＩＣ３０と、マイクロレンズアレイ素子４０と、レンズアレイ素子ホルダ５０と、スペーサ６０と、を備えている。

筐体１０は、矩形状の板部材１１と、コの字状の枠部材１２とを有している。板部材１１は、たとえば樹脂などの誘電体と、配線パターンを形成する銅箔とを交互に例えば５層ずつ積層した積層基板の構造を有する。枠部材１２は、たとえば樹脂などの誘電体と、配線パターンを形成する銅箔とを交互に例えば９層ずつ積層した積層基板の構造を有する。板部材１１と枠部材１２とは、板部材１１と枠部材１２との間の配線パターンの導通を確保するように、接合層１３において半田やＡｕバンプ等によって接合されている。板部材１１と枠部材１２とが接合されることによって、筐体１０には、内部空間１４と、素子実装面１１ａと、導波路導入口１５とが形成される。内部空間１４は、枠部材１２の板部材１１に接合している面とは反対側の基板実装面１２ａに開口１４ａを有し、枠部材１２に囲まれている。素子実装面１１ａは、枠部材１２が接合されていない板部材１１の表面であり、内部空間１４の内表面の一部を構成する。導波路導入口１５は、基板実装面１２ａと交差している側面側に、枠部材１２の開口によって形成され、開口１４ａおよび内部空間１４に繋がっている。

素子実装面１１ａにはＩＣドライバ３０を実装するための凹部１１ａｂが形成されている。基板実装面１２ａには、例えば直径４５０μｍの平面電極パッド１６を例えばピッチ１ｍｍで格子状に並べたランドグリッドアレイが形成されている。平面電極パッド１６には、たとえば電源用の平面電極パッド１６ａ、差動高周波信号用の平面電極パッド１６ｂ、グラウンド用の平面電極パッド１６ｃ、制御信号用の平面電極パッド１６ｄ、がある。図中、同種の平面電極パッドは同種のハッチングで表している。

また、筐体１０には、枠部材１２から板部材１１まで貫通するように形成された、位置合わせ（アラインメント）用の３個のガイド孔１７を有する。ガイド孔１７は、図２において、二等辺三角形を形成するように配置されている。

光学素子であるＶＣＳＥＬアレイ素子２０は、複数（例えば１２個）のＶＣＳＥＬ素子が１次元アレイ状に配列された素子であって、素子実装面１１ａの凹部１１ａｂの近傍に実装されている。電子素子であるＩＣドライバ３０はＶＣＳＥＬアレイ素子２０を駆動するためのものであって、素子実装面１１ａの凹部１１ａｂに実装されている。マイクロレンズアレイ素子４０は、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０に対応させて配置されるものであり、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０のＶＣＳＥＬ素子の数に対応した、例えば１２個のマイクロレンズが１次元アレイ状に配列されて構成された素子である。マイクロレンズアレイ素子４０の各マイクロレンズは、各ＶＣＳＥＬ素子から出力されたレーザ光信号を受け付けて集光し、例えば外部の光学部品との所定の光学結合を実現する。マイクロレンズアレイ素子４０は石英系ガラスなどのガラスや樹脂等のＶＣＳＥＬアレイ素子の出射光に関して透光性の材料からなるものである。

レンズアレイ素子ホルダ５０は、マイクロレンズアレイ素子４０を保持孔５２によってマイクロレンズアレイ素子４０の各マイクロレンズの光軸がＶＣＳＥＬアレイ素子２０の対応する各ＶＣＳＥＬ素子の光軸と一致するように保持する。レンズアレイ素子ホルダ５０は、保持孔５２の両側に形成された、アラインメント用のガイド機構としてのガイド孔５３を有する。このガイド孔５３を用いることで、ＭＴ型光コネクタを光モジュール１００に嵌合させることができ、光モジュール１００の特性を容易に試験することが可能となる。ＭＴ型光コネクタとは、ＪＩＳ Ｃ５９８１に規定されたＭＴコネクタのように接続端面の両端に嵌合ピンの挿入可能なガイドピン孔を持ち、その間に光ファイバを配列した光コネクタを指す。

スペーサ６０は、板部材１１の素子実装面１１ａとレンズアレイ素子ホルダ５０との間に介挿される。このスペーサ６０の厚みを変えると、マイクロレンズアレイ素子４０とＶＣＳＥＬアレイ素子２０との間の距離が変化することになる。それに伴い、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０からマイクロレンズアレイ素子４０を通して出射されたレーザ光の集光位置も変化する。これによって、筐体１０の内部空間１４の高さの公差によって生じる、基板実装面１２ａからマイクロレンズアレイ素子４０の集光点までの距離のばらつきを減少するように補正することが可能である。レンズアレイ素子ホルダ５０は、枠部材１２に面する側面５４の一部が、主表面に対して傾斜するように面取り加工されている。なお、レンズアレイ素子ホルダ５０およびスペーサ６０はたとえば銅などの熱伝導性の高い金属材料からなるものが好ましい。

ＶＣＳＥＬアレイ素子２０とマイクロレンズアレイ素子４０とのアラインメントは、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０を動作させてレーザ光を出力させた状態で、マイクロレンズアレイ素子４０を透過した光の状態の観測によってアラインメントを行うという、いわゆるアクティブアラインメントによって行うことができる。なお、マイクロレンズアレイ素子４０を透過した光の状態の観測は、たとえば顕微鏡を用いて行っても良いし、公知のＭＴコネクタ付の光ファイバアレイのＭＴコネクタをマイクロレンズアレイ素子４０に対向させて、光ファイバアレイから出力されるレーザ光の強度を測定するようにしてもよい。なお、本実施例ではＭＴコネクタを用いて説明するが、位置決め構造を有する光ファイバ内蔵部材であれば利用することができる。ガイド孔５３は、ガイドピンを介して評価用のＭＴコネクタと位置決めするために設けられている。この場合、ＭＴコネクタのガイド孔とレンズアレイ素子ホルダ５０のガイド孔５３とにガイドピンを挿通するようにすれば、ＭＴコネクタをレンズアレイ素子ホルダ５０と容易に嵌合させることが可能である。これによって、ＭＴコネクタとマイクロレンズアレイ素子４０とを精度良くアラインメントすることができるとともに、光モジュール１００の特性を容易に評価することが可能である。これによって、より位置精度の高いアクティブアラインメントが実現される。

図４は別の光モジュールの形態の一例を示したものである。図において，１００Ａが光モジュール，１０Ａがパッケージ，１８が導波路(光ファイバ)、２０が光素子、１９が光コネクタとなっている。ここで、導波路１８は９０度に曲げた光ファイバであるが、９０度曲げミラーなどで光路を曲げる構成としても良い。９０度曲げ光コネクタ１９とパッケージ１０Ａが光接続するように接着剤Ｒで固定されている。

図５は、回路基板上に実装された光モジュールを説明する図である。光モジュール１００を回路基板２００に実装する際は、例えば公知のフリップチップボンダを用いて行うことができる。この場合、フリップチップボンダのヘッドで光モジュール１００の裏面を吸着して持ち上げ、光モジュール１００を回路基板２００上の所定の位置に移動させて載置し、ヘッドから、筐体１０を介して熱を与えることによって、光モジュール１００の各平面電極パッド１６と回路基板２００上の電極パッドとを半田接合する。これによって、光モジュール１００が実装された光モジュール搭載回路基板１０００が完成する。

回路基板２００上には有機光導波路２１０が接着により搭載されている。有機光導波路２１０の一端は楔状の楔部２１１に加工されている。ＶＣＳＥＬアレイ素子２０は、ボンディングワイヤ１０１によってＩＣドライバ３０と電気的に接続している。また、ＩＣドライバ３０は、ボンディングワイヤ１０２によって素子実装面１１ａの電極パッド（不図示）と電気的に接続している。さらに、電極パッドは、電気的経路ＤＬで示すように、素子実装面１１ａに形成された配線パターンから、板部材１１、接合層１３、枠部材１２、各平面電極パッド１６を介して、回路基板２００の配線パターンと電気的に接続している。

有機光導波路２１０は、導波路導入口１５から内部空間１４に導入されているので、光モジュール１００とは物理的に干渉しないようになっている。また、枠部材１２の厚さの適正な設定によって、有機光導波路２１０と、マイクロレンズアレイ素子４０およびレンズアレイ素子ホルダ５０とが物理的に干渉しないようになっている。このとき、内部空間１４にごみ等が入らないように、導波路導入口１５をグリスや樹脂等で塞いでも良い。

光モジュール１００の使用時には、ＩＣドライバ３０は、回路基板２００から平面電極パッド１６を介して電源電圧、差動高周波信号、制御信号等を供給される。ＶＣＳＥＬアレイ素子２０は、ＩＣドライバ３０によって駆動され、各ＶＣＳＥＬ素子から、差動高周波信号を含むたとえば波長１．１〜１．５μｍのレーザ光信号Ｌを出力する。マイクロレンズアレイ素子４０の各マイクロレンズは、各ＶＣＳＥＬ素子から出力されたレーザ光信号Ｌを受け付けて、有機光導波路２１０の上方から有機光導波路２１０にレーザ光信号Ｌを集光する。楔部２１１は、集光されたレーザ光信号Ｌを反射して有機光導波路２１０に結合させる。有機光導波路２１０は、レーザ光信号Ｌを、例えば他の回路基板に伝送する。

上述したように、スペーサ６０は、板部材１１の変形の抑制の効果、および枠部材１２の厚さの公差によって生じる、基板実装面１２ａからマイクロレンズアレイ素子４０の集光点までの距離のばらつきを減少する効果を奏するので、レーザ光信号Ｌの有機光導波路２１０への好適な結合が実現される。

ここで、回路基板２００には、光モジュール１００と略同様の構成であるが、ＶＣＳＥＬアレイ素子２０の代わりに受光素子であるフォトダイオードアレイ素子が実装され、かつＩＣドライバ３０の代わりにトランスインピーダンスアンプやリミッティングアンプ等が実装された受信用光モジュールが実装されている。この受信用光モジュールは、他の回路基板から、他の有機光導波路を伝送してきたレーザ光信号を受光することができる。これによって、ボード間での光インターコネクションが実現される。

上述の光モジュール実装回路基板においては、マイクロレンズアレイ素子４０の集光位置と、有機導波路２１０との光学結合は、お互いのおおよその位置が決められた後に、素子２０からの光を有機導波路２１０で受光させ、その有機導波路２１０の他端に接続された検出器の出力を見ながらアクティブアラインメントによって決定されていた。

つぎに、本発明の光モジュール搭載システムについて説明する。図６は、実施の形態１に係る搭載システムの模式的な斜視図である。図７、８、９は、それぞれ図６の側面図、正面図、平面図である。
図６〜９に示すように、搭載システム２０００は、光モジュール等を動作させるための電子部品を備える回路基板３００と、ソケット４００と、蓋５００と、ＭＴコネクタ支持部材６００とを備えている。図１０は、回路基板３００およびソケット４００の斜視図である。図１１は、ＭＴコネクタ支持部材６００の斜視図である。図１２は、図７の一部断面図である。図１３は、図８の一部断面図である。図１２、１３に示すように、搭載システム２０００は、さらにスペーサ７００を備えている。スペーサ７００は剛性を有する例えば銅等の金属からなる。

回路基板３００は、光モジュール１００を駆動するための電力および電気信号を光モジュール１００に供給するための配線パターン３０１と、ＭＴコネクタＣを挿通するための挿通孔３０２とを有している（図１２、１３参照）。

ソケット４００は、回路基板３００に載置され、光モジュール１００を収容できるように形成された枠体であり、開口４０１と、光モジュール１００を載置するための載置部４０２と、回路基板３００に設けられた貫通孔に挿通される４つの螺子部４０３とを備えている。載置部４０２は、誘電体、たとえばポリエーテルイミド等の樹脂からなる。載置部４０２には、回路基板３００の配線パターン３０１との電気的接続を確保するための導電部材であるスプリング付のピン４０２ａがインターフェースとして内蔵されている（図１２、１３参照）。

蓋５００は、本体内に形成された内部空間５０１内に設けられた４つのコイル状のバネ５０２と、バネ５０２の先端部に設けられた押圧板５０３と、正面側に設けられた２つのラッチ構造５０４と、ラッチ構造５０４を付勢するコイル状のバネ５０５とを備えている。蓋５００は、バネ５０５によって付勢されたラッチ構造５０４がソケット４００に係合することによってソケット４００に係止される。バネ５０２および押圧板５０３は押圧機構を構成している。

ＭＴコネクタ支持部材６００は、板状の本体から突出し、ゴムなどの弾性体からなる４本の支持柱６０１と、光モジュール１００と光学結合させる受光部材（光学結合部材）であるＭＴコネクタＣを支持するためのＭＴコネクタ支持穴６０２と、ＭＴコネクタＣをＭＴコネクタ支持穴６０２に導入するための開口６０３と、ナット６０４とを備えている。支持柱６０１には貫通孔６０１ａが設けられている。この際、開口６０３の幅はＭＴコネクタＣを側方から導入させるために、ＭＴコネクタＣに接続される光ファイバテープが導入可能な大きさ、形状であると都合が良い。なお、本実施例では支持柱６０１は弾性体からなる部材を用いているがこれに代えて、ＭＴコネクタ支持部材６００と回路基板の間にバネなどを挿入する構成としても良い。

ＭＴコネクタ支持部材６００は、回路基板３００に対して、ソケット４００と反対側に配置される。ソケット４００およびＭＴコネクタ支持部材６００は、ＭＴコネクタＣを開口６０３からＭＴコネクタ支持穴６０２に導入し、回路基板３００を介在させた状態でソケット４００の螺子部４０３を支持柱６０１の貫通孔６０１ａに挿通し、螺子部４０３にナット６０４を螺合することによって、回路基板３００に固定される。

なお、ＭＴコネクタＣは外部機器に接続している。

ＭＴコネクタ支持穴６０２内には段差６０２ａが設けられている（図１１、１２参照）。ＭＴコネクタＣが開口６０３からＭＴコネクタ支持穴６０２に導入されると、ＭＴコネクタＣの光接続端面の反対側の端部の少なくとも一部は段差６０２ａに載置される。段差６０２ａによってＭＴコネクタＣの図面下方(光モジュールから離れる方向)への移動が規制される。

また、ＭＴコネクタ支持部材６００と回路基板３００との間には、支持柱６０１より若干低い高さのスペーサ７００が、その挿通孔７０１にＭＴコネクタＣが挿通された状態で介挿される（ナット６０４を締めることによって支持柱６０１の高さがスペーサとほぼ等しくなる）。このスペーサ７００とＭＴコネクタＣの外形の太くなったあご部とが係合し、ＭＴコネクタＣの上方への移動が規制される。したがって、段差６０２ａおよびスペーサ７００によってＭＴコネクタＣの上方および下方への移動が規制される。ＭＴコネクタ支持部材６００とスペーサ７００とが、受光部材であるＭＴコネクタＣの高さ方向位置決め機構を構成している。つまり、光モジュールとＭＴコネクタとの光結合の光軸方向の位置決めに関して、ＭＴコネクタＣの位置は回路基板に関して設定されている。なおこの際、ＭＴコネクタ支持部材６００とスペーサ７００によって、上下方向の位置決めがなされているが、側方に関しては若干の遊びを持つように、挿通孔３０２のサイズが決められていると水平方向の光軸調整が可能となり都合が良い。

図１４にスペーサの好例を示す。スペーサ７００Ａはガイド部分７０３と板部分７０２とを有する。ガイド部分７０３はＭＴコネクタＣの挿入を規制する。板部分７０２は回路基板３００に面接触する。挿通孔３０２はガイド部７０３の外形より０．５ｍｍから１ｍｍ大きくすると都合が良い。これによってＭＴコネクタＣが面内で移動可能となり、水平方向の位置合わせが更に容易になる。なお、板部分７０２の形状は長方形、正方形、楕円などでもかまわない。また挿通孔３０２、ガイド部７０３の形状もまた本実施の形態に限られず適宜設定することができる。

この搭載システム２０００に光モジュール１００を搭載する工程の一例を説明する。はじめに、ソケット４００を回路基板３００に載置する。つぎに、ＭＴコネクタＣをＭＴコネクタ支持穴６０２の開口６０３からＭＴコネクタ支持穴６０２に導入する。つぎに、スペーサ７００の挿通孔７０１にＭＴコネクタＣを挿通し、ＭＴコネクタ支持部材６００と回路基板３００との間にスペーサ７００を介挿させた状態で、ソケット４００の螺子部４０３にナット６０４を螺合することによって、ソケット４００およびＭＴコネクタ支持部材６００を回路基板３００に固定する。

つぎに、光モジュール１００を、基板実装面１２ａが載置部４０２に当接するように、載置部４０２に載置し、ソケット４００に収容する。その後、ＭＴコネクタＣのガイドピン孔Ｃ１と光モジュール１００のガイド孔５３とを、挿通孔３０２内でＭＴコネクタＣを微調整させながら位置決めした後に嵌合ピンを挿通する。これによって、回路基板３００の面内方向に対する、ＭＴコネクタＣと光モジュール１００との面内方向の相対位置が正確に位置決めされる。すなわちガイドピン孔Ｃ１とガイド孔５３とは面内方向位置決め機構を構成する。この実施例では後からガイドピンを挿入する場合を例示したが、ガイドピンを有するＭＴコネクタＣを用いて光モジュール１００の位置とＭＴコネクタＣの位置を微調整しても合わせても良い。さらに、ガイドピンを用いずに、ＭＴコネクタＣの挿入方向の下方から、目視でガイドピン孔Ｃ１とガイド孔５３を合わせる、あるいは光モジュールの光接続面に設けられたアラインメントマーク（図示しない）と、ＭＴコネクタＣとに設けられたアラインメントマーク（図示しない）とを合わせるようにしても良い。

つぎに、ソケット４００に蓋５００のラッチ構造５０４を係合させ、蓋５００をソケット４００に固定する。これによって、押圧板５０３は、バネ５０２によって付勢されて光モジュール１００を載置部４０２に押圧する。その結果、回路基板３００に対する光モジュール１００の高さが固定される。光モジュール１００の厚さは公差の範囲内でばらつきを有するが、バネ５０２および押圧板５０３によって押圧することで、光モジュール１００の厚さのばらつきに関わらず光モジュール１００は安定した圧力で押圧される。特に押圧板５０３によって光モジュール１００に掛かる圧力が均一になるので好ましい。本実施例では、水平方向の位置決め後に蓋を固定する例を示したがこれに限られず、水平方向の位置決めをする前に蓋５００をソケットに固定しても良い。

このとき、載置部４０２に内蔵されたスプリング付のピン４０２ａは、光モジュール１００の基板実装面１２ａに形成された平面電極パット１６に対応して設けられている。これらのスプリング付のピン４０２ａによって、回路基板３００の配線パターン３０１と光モジュール１００の平面電極パット１６との電気的接続が確保される。

すなわち、この搭載システム２０００では、光モジュール１００を回路基板３００にハンダ等により恒久的に実装することなく、回路基板３００と光モジュール１００との電気的接続を確保して、光モジュール１００を評価することができる。また容易に取り外しができるのでメンテナンスを容易に行うことができる。

実使用時において光モジュール１００は、様々な設置形態や構造の光導波路と組み合わせられるので、光モジュール１００のＶＣＳＥＬアレイ素子２０からマイクロレンズアレイ素子４０を通して出射されたレーザ光の集光位置の高さは、組み合わせられる光導波路に対応して異なる高さに設計される。

この搭載システム２０００では、ＭＴコネクタ支持部材６００とスペーサ７００とが構成する高さ方向位置決め機構が、ＭＴコネクタＣに配列された光ファイバの端面高さと、マイクロレンズアレイ素子４０の集光位置との相対的な高さを決定しており、ＭＴコネクタＣの受光面とマイクロレンズアレイ素子４０の集光位置とを高さ方向において正確に一致させることができる。また、マイクロレンズアレイ素子４０の集光位置の高さに応じた厚さのスペーサ７００および対応する高さの支持柱６０１を有するＭＴコネクタ支持部材６００に変更することによって、様々な設置形態や構造の光導波路と組み合わせられる光モジュール１００に対して、ＭＴコネクタＣの受光面の高さを正確に位置決めできるので、光モジュール１００を複数の光モジュールに適用することができる。さらに、スペーサ７００にも弾性体を使用した場合は、回路基板とＭＴコネクタＣの接続端面との相対的な距離を変化させることもできる。本実施例に従えば、ＭＴコネクタＣの接続端面と光モジュールが接触することが無いので、ＭＴコネクタに不意の力が加えられた際もその力によって光モジュールが破損することが防がれる。

また、本実施例の光モジュール搭載システムは、容易に光モジュールの取り外しが行えるので光モジュールの評価キットとしての利用にも最適である。この場合、ＭＴコネクタＣは光ファイバ多芯ケーブルを介して光モジュール１００の伝送特性（ビットエラーレートやジッタ等）を評価する伝送特性評価装置外部機器に接続される。

具体的な評価方法の一例としては、回路基板３００の配線パターン３０１から平面電極パッド１６を介して光モジュール１００に電源電圧、差動高周波信号、制御信号等を供給し、光モジュール１００を実使用に近い状態で動作させる。光モジュール１００から出力されたレーザ光信号ＬをＭＴコネクタＣで受光し、光ファイバ多芯ケーブルを介してレーザ光信号Ｌを伝送特性評価装置に送信し、伝送特性の評価を実使用に近い状態で評価する。

以上説明したように、本実施の形態１に係る搭載システム２０００によれば、挿通孔３０２を介して、光結合部材を容易に位置あわせすることが可能なので生産性が向上する。また、回路基板３００に半田接合等で実装すること無しに高精度に光モジュールの位置決め固定ができるので、メンテナンス性も向上する。さらに、本実施形態の搭載システム２０００を評価キットに用いれば光モジュール１００を高周波特性を含めて精度良く評価することができる。

（実施の形態２）
図１５は、実施の形態２に係る搭載システムの一部断面図である。本実施の形態２に係る搭載システム２０００Ａは、実施の形態１に係る搭載システム２０００において、ＭＴコネクタＣを導波路支持部材６２０で置き換え、導波路支持部材６２０の上部に光モジュール１００と光学結合させる受光部材（光結合部材）である有機光導波路Ｗを付加した構成を有する。図１６は、導波路支持部材６２０および有機光導波路Ｗの模式図である。なお、本実施例では光結合部近傍のみに配置される導波路支持部材６２０を示したが、有機光導波路Ｗの下面に沿った長手状の形状を取っても良い。

有機光導波路Ｗの一端は４５度に成形され、Ｗ１に加工されている。導波路支持部材６２０と有機光導波路Ｗとは接着剤等で接合されている。導波路支持部材６２０はガイド孔６２０Ａを有する。有機光導波路Ｗは光ファイバ多芯ケーブルを介して伝送特性評価装置に接続している。

この搭載システム２０００では、有機光導波路Ｗは、導波路支持部材６２０によって実施の形態１と同様に高さ方向の位置決めがなされる。また、水平方向の位置決めはガイド孔６２０Ａと光モジュールに設けられたガイドピン穴とをガイドピンによって調整するように、開口６０２の中で微調整して位置決めされる。

以上説明したように、本実施の形態２に係る搭載システム２０００Ａによれば、挿通孔３０２を介して、光結合部材を容易に位置あわせすることが可能なので生産性が向上する。また、回路基板３００に半田接合等で実装すること無しに高精度に光モジュールの位置決め固定ができるので、メンテナンス性も向上する。さらに、本実施形態の搭載システム２０００を評価キットに用いれば光モジュール１００を高周波特性を含めて精度良く評価することができる。

なお、上記実施の形態１、２に係る搭載システム２０００、２０００Ａにおいて、ソケット４００と蓋５００とをラッチ構造を用いずに、ネジなどによる固定方法を用いて光モジュール１００を回路基板に実装し、実使用される回路基板を構成しても良い。さらに、光モジュールの取替えの利便性の不要な用途においては、ソケットや蓋などを用いずに、光モジュールを直接回路基板に設けられた回路パターンにハンダ等で固定する手段を取っても良い。

図１５は、搭載システムの構成要素を利用して光モジュールを実装した回路基板の模式図である。図１５に示す光モジュール搭載回路基板３０００は、図４に示す回路基板２００に、ソケット４００と蓋５００とを用いて光モジュール１００を実装して構成したものである。上記実施の形態１、２に係る搭載システムは、光モジュールを実使用に近い状態で評価できるものなので、実使用される回路基板に光モジュールを実装する場合に利用することができる。このような光モジュール搭載回路基板３０００は、光モジュール１００を容易に交換できるので、長期の使用に適する回路基板である。

なお、図１５に示す光モジュール搭載回路基板３０００において、有機光導波路２１０に換えて、図１６に示すようなガイド孔２１１Ａを備えた有機光導波路２１０Ａを用いても良い。この有機光導波路２１０では、ガイド孔２１１Ａと光モジュール１００のガイド孔５３とに嵌合ピンを挿通することによって、回路基板２００の面方向における、有機光導波路２１０Ａと光モジュール１００との相対位置が正確に位置決めされる。

また、蓋５００に備えられたバネ５０２、５０５は、コイル状のものに限られず、たとえば板バネでもよい。また、押圧板５０３をアルミニウム等の熱伝導率が高い材質で構成すれは、光モジュール１００の動作時の発熱を放熱できるので好ましい。

また、ソケットを、載置部を有さない構成としてもよい。この場合、導電部材としてのピンの代わりに、光モジュール１００の平面電極パット１６と回路基板３００の配線パターン３０１との電気的接続を確保する部材として、高さが略均一な半田ボールを配線パターン３０１上に配置したものを用いてもよい。または、異方性導電性フィルムを光モジュール１００と回路基板３００との間に配置してもよい。異方性導電性フィルムが、基板実装面１２ａから突出した平面電極パット１６によって押圧されると、押圧された部分だけに導電性が生じる。そのため、対向する平面電極パット１６と配線パターン３０１との間のみが導通し、対向しない平面電極パット１６と配線パターン３０１との間、平面電極パット１６間、および配線パターン３０１間は導通しない。

また、ＭＴコネクタ支持部材において支持柱に換えてコイル状または板状のバネを設けた構成としてもよい。

また、実施の形態１において、スペーサを、光モジュール１００のレンズアレイ素子ホルダ５０とＭＴコネクタＣとの間に配置しても良い。また、ＭＴコネクタＣの代わりに他の種類の光コネクタを使用しても良い。

また、上記実施の形態に係る搭載システムは、受信用光モジュールとすることもできる。この場合、ＭＴコネクタＣや有機光導波路Ｗは、受信用光モジュールと光学結合させる発光部材（光学結合部材）として、光ファイバ多芯ケーブルを介してアレイ信号光源に接続される。受信用光モジュールはアレイ信号光源からの光信号を受光し、電気信号を出力する。このシステムを評価キットとして用いることも同様に可能で、用いた場合は、出力された電気信号は、回路基板の配線パターンを介して伝送特性評価装置に送信されてその特性が測定される。これによって、受信用光モジュールを評価することができる。

また、実施の形態１において、ＭＴコネクタＣの代わりに、フォトダイオードアレイ素子とアンプとを備えた受光モジュールを直接配置しても良い。この場合、ＭＴコネクタＣや光ファイバ多芯ケーブルの特性が含まれない、光モジュール１００そのものの特性をより正確に評価することができる。なお、評価すべき光モジュールが受信用光モジュールである場合は、ＭＴコネクタＣの代わりに、ＶＣＳＥＬアレイ素子とＩＣドライバとを備えた発光モジュールを直接配置しても良い。

また、回路基板において、上記の光結合する有機光導波路の代わりにシリコン細線導波路等のリッジ型の光導波路や、光ファイバシート、ＰＬＣチップ等を用いても良い。

（実施の形態３、４）
図１９は、実施の形態３に係る光モジュール搭載回路基板の模式図である。図２０は、実施の形態４に係る光モジュール搭載回路基板の模式図である。
光モジュール搭載回路基板４０００、５０００は、光モジュール１００と、回路基板２００と、有機導波路２１０とを備える。実施の形態３、４に係る光モジュール搭載回路基板４０００、５０００と、実施の形態１、２の光モジュール搭載回路基板との違いは、実施の形態１、２ではソケットを介して光モジュールが回路基板に載置されたが、本実施の形態３、４ではそれぞれ、回路基板２００上の配線パターン２０１に直接光モジュール１００がハンダ付け等で固定されて電気的に接続されていること、光学結合部材である、有機導波路２１０が（必要があればスペーサを介して）回路基板２００に直接接着等により固定される点が異なっている。実施形態３と実施形態４の違いは光結合部材である、有機導波路２１０が回路基板上で、光モジュールと回路基板の間に固定されるか、あるいは、有機導波路２１０が回路基板の下面で、光モジュールと有機導波路で回路基板を挟むように構成されるかという点で異なっている。これらの方法によれば、光モジュール１００を固定した後に、回路基板３００の挿通孔３０２と同様な形状で設けられた開口２０２から目視により、回路基板２００の面上の水平方向で有機導波路２１０に設けられたアラインメントマーク（図示しない）と光モジュールに設けられたアラインメントマーク（図示しない）とをあわせて固定することによって、光学結合の精密な位置決めを容易に行うことができるので生産性が向上する。アラインメントマークとしては上述のガイドピン孔を利用する方法でも、有機導波路の外径と光モジュール上に設けられたマークとをあわせるなどの方法を取ることができる。なお、実施の形態３，４においてもハンダ固定の代わりにソケットを用いて光モジュールを電気的に脱着可能に固定しても良い。

図１９、図20に示すように開口２０２は回路基板２００に設けられた貫通孔であると都合が良いが、光学ガラス２０３などが孔に埋められた光学窓としてもよい。その他に光学ビアや、レンズを埋め込んだスポットサイズ変換機構を設けても良い。

また本実施形態においても、光結合部材は有機導波路２１０に限られず、ＰＬＣなどの平面導波路や、光モジュール側に接続端面を持つ90度曲げ光コネクタなどであってもかまわない。

実施の形態１〜４において、水平方向の位置決めを行った後に、さらに、有機導波路等の他端に設けられた光検出器等の出力を見ながらアクティブアラインメントを行ってさらに精密な位置あわせをすることもできる。

開口３０２、２０２は光結合部近傍に設けられると最も都合が良いが、光モジュールと光結合部材の相対的な位置を開口を通してあわせられるように構成すれば、光結合部近傍以外に設けられても良い。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０ 筐体
１１ 板部材
１１ａ 素子実装面
１１ａｂ 凹部
１２ 枠部材
１２ａ 基板実装面
１３ 接合層
１４、５０１ 内部空間
１４ａ、４０１、６０３ 開口
１５ 導波路導入口
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 平面電極パット
１７、５３、２１１Ａ、７０１Ａ ガイド孔
２０ ＶＣＳＥＬアレイ素子
３０ ＩＣドライバ
４０ マイクロレンズアレイ素子
５０ レンズアレイ素子ホルダ
５２ 保持孔
５４ 側面
６０、７００、７０Ａ スペーサ
１００ 光モジュール
１０１、１０２ ボンディングワイヤ
２００、３００ 回路基板
２１０、２１０Ａ、Ｗ 有機光導波路
２１１、Ｗ１ 楔部
３０１ 配線パターン
３０２、７０１ 挿通孔
４００ ソケット
４０２ 載置部
４０２ａ ピン
４０３ 螺子部
５００ 蓋
５０２、５０５ バネ
５０３ 押圧板
５０４ ラッチ構造
６００ ＭＴコネクタ支持部材
６０１ 支持柱
６０１ａ 貫通孔
６０２ ＭＴコネクタ支持穴
６０２ａ 段差
６０４ ナット
４０００、５０００ 光モジュール搭載回路基板
２０００、２０００Ａ 搭載システム
Ｃ ＭＴコネクタ
Ｃ１ ガイドピン孔
ＤＬ 電気的経路
Ｌ レーザ光信号

Claims (11)

1. 光信号を発光または受光する光モジュールと、
   前記光モジュールと光学結合する光学結合部材と、
   前記光モジュールおよび前記光学結合部材を搭載し、その主表面に開口を有し、かつ、前記光モジュールと電気的に接続される回路基板と、
   前記光学結合部材の光接続部位の前記回路基板に関する垂直方向の高さを位置決めする固定手段と、
   を備え、
   前記固定手段は、前記回路基板に対して前記光モジュールと反対側に配置されて前記光学結合部材を前記回路基板に押圧支持する光学結合部材支持部材と、前記光学結合部材を回路基板側で受ける支持部との間で前記光学結合部材を固定し、
   前記光学結合部材はあご部を持ち、前記光学結合支持部材は前記光学結合部材のあご部を接続部側に押圧するように前記回路基板との間に弾性体を介した板であり、前記支持部は前記あご部と前記回路基板の間に挟まれるように剛性を有する部材であり、
   前記光モジュールと前記光学結合部材の少なくとも前記回路基板の主表面の水平方向の位置決めは、前記開口を介して行われることを特徴とする光モジュール搭載回路基板。
2. 前記水平方向の位置決めは、前記光モジュールと、前記光学部材とに設けられた位置決め手段を合わせることによって行われることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール搭載回路基板。
3. 前記水平方向位置決め手段がガイドピンとガイドピン孔の嵌合構造であることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール搭載回路基板。
4. 前記光モジュールは、前記回路基板上に設けられた回路パターンにハンダ付け固定されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光モジュール搭載回路基板。
5. 前記光モジュールは、前記回路基板上に設けられた回路パターンに電気的に着脱可能に固定されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光モジュール搭載回路基板。
6. 前記光モジュールは、前記回路基板上に設けられたソケットに内蔵固定されることによって着脱可能であることを特徴とする請求項５に記載の光モジュール搭載回路基板。
7. 前記光モジュールは前記ソケット内で蓋によって押圧固定されることを特徴とする請求項６に記載の光モジュール搭載回路基板。
8. 電気的なインターフェースは、スプリング付きピンまたは異方性導電性フィルムから成ることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の光モジュール搭載回路基板。
9. 前記開口内に光学ガラス、レンズ、またはスポットサイズ変換手段を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の光モジュール搭載回路基板。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の光モジュール搭載回路基板を備えることを特徴とする通信システム。
11. 光モジュールを評価するための、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光モジュール搭載回路基板を備えることを特徴とする光モジュール評価キットシステム。
    

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