JP5932575B2 - 光装置用部品、光装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばスーパーコンピュータまたはサーバー・ルータ等に用いられる光配線部品等に関するものである。

近年、情報分野における技術発展に伴うＩＰトラフィックまたは情報処理量の増加によって、大容量かつ高速のデータ伝送が行なわれるようになってきた。それに伴って、電子機器間または電子機器内のモジュールにおける配線の集積化が要求されている。これに伴ってノイズ対策等の課題も顕在化してきた。また、近年、省エネルギー化の流れから、例えばデータセンタに設けられるサーバ等の電子機器における消費電力の低減が求められている。そこで、電子機器内に設けられた複数の素子間の配線部品として従前の電気配線に代えて光配線を有する配線部品が用いられるようになってきた。

光配線を有する配線部品（すなわち、光装置用部品）は、光素子および半導体回路素子が搭載される搭載用基板を含んでおり、搭載用基板には光素子が光信号を送受信するために、搭載面から裏面へ光導波構造（すなわち、光スルーホール）が設けられている。そして、この搭載用基板は、配線の展開等のために所定の厚みが必要なものである。

特開2002−189137号公報

上述のように搭載用基板は配線の展開等のために所定の厚みが必要なものであり、光素子を搭載用基板の上面に搭載する場合、搭載用基板に設けられる光スルーホール部が比較的長いものとなり、この光スルーホール部によって伝送される光信号の損失が大きいものとなる可能性がある。

本発明の一つの態様によれば、光装置用部品は、搭載用基板と、搭載用基板が固定されるソケットとを含んでいる。搭載用基板は、半導体回路素子の搭載領域を有する基体部と、基体部の下面に設けられた脚部とを含んでいる。搭載用基板は、基体部の下面のうち脚部によって囲まれた領域に光素子の搭載領域を有している。脚部の内側に設けられた空間は四辺のうち二方向または四方向へ開放された構造である。ソケットの側壁部は、平面視において四隅部に設けられており、それぞれ辺に沿った形状を有している。

本発明の他の態様によれば、光装置は、上記構成の光装置用部品と、光装置用部品の基体部に搭載された半導体回路素子と、光装置用部品の基体部の下面に搭載されており半導体回路素子に電気的に接続された光素子とを含んでいる。

本発明の一つの態様による光装置用部品において、搭載用基板が、半導体回路素子の搭載領域を有する基体部と基体部の下面に設けられた脚部とを含んでおり、基体部の下面のうち脚部によって囲まれた領域に光素子の搭載領域を有していることによって、本発明の一つの態様による光装置用部品は、例えば搭載用基板の上面から下面にかけて光スルーホールが形成されている構造に比べて、光信号の損失を低減させた光装置を実現することができる。

本発明の他の態様による光装置は、上記構成の光装置用部品を含んでいることによって、例えば搭載用基板の上面から下面にかけて光スルーホールが形成されている構造に比べて、光信号の損失に関して低減されている。

（ａ）は本発明の第１の実施形態における光モジュールを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された光モジュールのＡ−Ａにおける縦断面図を示している。 図１に示された搭載用基板の下面斜視図を示している。 図１に示された光装置の縦断面図を示している。 （ａ）は図１（ａ）に示された光モジュールの他の例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された光モジュールの側面図を示している。 本発明の第２の実施形態における搭載用基板の下面斜視図を示している。 本発明の第３の実施形態における搭載用基板の下面斜視図を示している。

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）および（ｂ）に示されているように、第１の実施形態における光モジュールは、光伝送路11を有する実装基板１と、実装基板１上に設けられた光装置２とを含んでいる。光装置２は、光伝送路11に光学的に結合されている。本実施形態において、光学的に結合されているとは、光信号の授受を行える状態にあることをいう。

図１（ｂ）において、電気信号の経路は一点鎖線によって模式的に示されており、光信号の経路は実線によって模式的に示されている。なお、図１（ｂ）においては、光装置２から実装基板１へ光信号が伝送される例が示されているが、本実施形態における技術的工夫は、実装基板１から光装置２へ光信号が伝送される例においても適用し得る。その場合、信号の進路方向は、図１（ｂ）に示された矢印の向きの逆方向となる。

実装基板１は、上述のように光伝送路11を有しており、光伝送路11は、例えばコア部11ａおよびクラッド部11ｂを含む構造を有している。コア部11ａおよびクラッド部11ｂは、例えばガラスまたはポリマー樹脂等から成り、互いに異なる光屈折率を有している。コア部11ａは、クラッド部11ｂによって覆われており、クラッド部11ｂよりも大きな光屈折率を有している。また、光伝送路１１は、伝送される光信号の進路方向を変換する光路変換部11ｃをさらに有している。光路変換部１１ｃは、例えば、コア部１１ａおよびクラッド部11ｂの延存方向に対して約４５°の角度を持つ傾斜面となっており、その傾斜面には光を反射し得る金属層が形成されている場合がある。

光装置２は、光装置用部品21と、光装置用部品21上に搭載された半導体回路素子24、光素子25とを含んでいる。

光装置用部品21は、半導体回路素子24および光素子25が搭載される搭載用基板22と、搭載用基板22が固定されるソケット23とを含んでいる。

図２に示されているように、搭載用基板22は、基体部221と、基体部221の下に設けられた脚部222とを含んでおり、基体部221および脚部222は、例えばセラミックスまたは樹脂
等の材料から成る。基体部221は、矩形状であり平板状のものであり、脚部222は、枠形状のものであり、以下、脚部222を枠部222ともいう。本実施形態において、搭載用基板22の空間22ａとは、枠部222によって囲まれた凹部のことをいう。

搭載用基板22は、枠部222の下面に設けられた複数の外部端子223を含んでいる。複数の外部端子223は、例えば、電気信号端子、電源電圧端子、および接地電圧端子等を含んで
おり、搭載用基板22に搭載された半導体回路素子24に電気的に接続されている。

搭載用基板22は、電気信号を伝送するための第１の信号配線導体224および第２の信号
配線導体225、電源電圧配線導体226、接地電圧配線導体227をさらに含んでいる。第１の
信号配線導体224は、外部端子223に印加された電気信号を半導体回路素子24へ伝送するか、または半導体回路素子24から出力された電気信号を外部端子223へ伝送するものである
。第２の信号配線導体225は、半導体回路素子24から出力された電気信号を光素子25へ伝
送するか、または光素子25から出力された電気信号を半導体回路素子24へ伝送するものである。電源電圧配線導体226および接地電圧配線導体227は、複数の外部端子223に印加さ
れた電源電圧および接地電圧を半導体回路素子24および光素子25へ印加するものである。

ソケット23は、実装基板１と搭載用基板22との間の電気的接続の機能を有するとともに、搭載用基板22の位置決めの機能も有している。ソケット23の本体部は、例えば液晶ポリマー樹脂等の樹脂材料等から成り、光信号が通る貫通孔を有している。ソケット23は、光素子25と光学的に結合されるレンズ23ａをさらに有している。レンズ23は、例えば光素子25から放射された光を集めて、貫通孔を介して実装基板１の光伝送路11へ届ける機能を有している。レンズ23ａは、例えば石英ガラスまたはホウケイ酸クラウン光学ガラス等のガラス材料、若しくはポリマー系樹脂等の樹脂材料等から成る。図１（ａ）に示されているように、ソケット23は、枠状の側壁部を有しており、この側壁部によって搭載用基板22の位置決めが行われる。

半導体回路素子24は、送信機能を有する場合は例えばドライバ回路素子であり、受信機能を有する場合は例えばレシーバ回路素子（ＴＩＡ：Trans Impedance Amplifier）であ
る。

光素子２は、送信機能を有する場合は例えば外部共振器型垂直面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）であり、受信機能を有する場合は例えばフォトダイオード（ＰＤ）である。

本実施形態の光装置用部品21において、搭載用基板22が、半導体回路素子24の搭載領域を有する基体部221と基体部221の下面に設けられた脚部222とを含んでおり、基体部221の下面のうち脚部222によって囲まれた領域に光素子25の搭載領域を有していることによっ
て、本実施形態の光装置用部品21は、例えば搭載用基板の上面から下面にかけて光スルーホールが形成されている構造に比べて、光信号の損失を低減させた光装置を実現することができる。

また、本実施形態の光装置２は、上記構成の光装置用部品21を含んでいることによって、例えば搭載用基板の上面から下面にかけて光スルーホールが形成されている構造に比べて、光信号の損失に関して低減されている。

ここで、搭載用基板22の厚みと光損失との関係についてさらに詳細に説明する。

半導体回路素子25に電気的に接続される配線（高速信号、制御信号、電源、接地等）を実装基板１側へ展開するための配線層が必要という理由等によって、搭載用基板は所定の厚みＴ22が必要なものである。

仮に光素子が半導体回路素子と同様に搭載用基板の上面に搭載される場合、搭載用基板に設けられる光スルーホール部は搭載用基板の上面から下面まで達する必要があり、光信
号の損失が大きいものとなる可能性がある。

一方、本実施形態において、光信号は、レンズ23ａの厚さ（焦点を光路変換部１１ｃに合わせるために必要な厚さ）、もしソケット23の貫通孔に光スルーホール部が設けられる場合にはその厚さ程度を透過されるだけですむため、従来の構造に比べて、光信号の損失を低減させることができる。

また、本実施形態において、半導体回路素子24と光素子25とが、搭載用基板22の上面および下面に分かれて実装されていることによって、半導体回路素子および光素子が一つの面に実装されている構造に比べて、半導体回路素子24によって発生された熱が光素子25に伝わりにくくなっており、光素子25の動作の安定化が図られている。なお、一般的に、光素子25の動作は熱による影響を受けやすいものである。

また、本実施形態において、搭載用基板22が基体部221の下に設けられた枠部222を有しており、空間22ａが枠部222の内側に設けられていることによって、搭載用基板22におい
て複数の外部端子223が設けられる領域を十分に広く確保しやすく、搭載用基板22に供給
される電源電圧および接地電圧の安定化が図られている。

ここで、図１（ａ）および（ｂ）に示された構造の他の例について図４（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。

他の例において、図１（ａ）および（ｂ）に示された構造と異なる構成は、ソケット23の側壁部の形状である。他の例において、ソケット23の側壁部は、平面視において四隅部に設けられており、それぞれ辺に沿った形状を有している。図１（ｂ）に示されているように、側壁部がこのような形状を有していることによって、光素子25のあたりの空気の通り抜けが可能となり、例えば半導体回路素子24によって発生された熱がこもる可能性が低減されている。

以下、本発明の第２および第３の実施形態として、第１の実施形態において枠形状を有している搭載用基板22の脚部222の他の構造例について説明する。他の構造例において、
脚部222は、下端からの少なくとも一部が内側から外側へ取り除かれた形状を有している
。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図５を参照して説明する。

本実施形態の光装置用部品21において第１の実施形態の光装置用部品21と異なる構成は、脚部222の形状である。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態において、本実施形態においては、空間22ａが四辺のうち二方向へ解放された構造になっている。図５に示された構成において、脚部222は矩形状の二辺におい
て設けられていない。脚部222は、基体部221の対向する二辺に沿った形状で設けられている。本実施形態において、空間22ａは、基体部221の対向する二辺に沿って設けられた二
つの脚部222によって挟まれた領域である。

本実施形態において、脚部222が基体部221の対向する二辺に沿った形状で設けられていることによって、例えば、空間22ａにおける空気の通り抜けが起こりやすくなっており、半導体回路素子24によって発生されて空間22ａに溜まる可能性のある熱が空間22ａの解放されている方向へ放散されやすくなっている。したがって、本実施形態の光装置用部品２は、熱の影響を受けやすい光素子25の動作の安定化をさらに図ることが可能となる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図６を参照して説明する。

本実施形態の光装置用部品21において第２の実施形態の光装置用部品21と異なる構成は、脚部222の形状である。その他の構成は、第２の実施形態と同様である。

第２の実施形態において、空間22ａが四辺のうち二方向へ解放された構造であったものが、本実施形態においては、空間22ａが四辺のうち四方向へ解放された構造になっている。図６に示された構成において、複数の脚部222は、柱状のものであり、矩形状の基体部221の下面の四隅部に設けられている。本実施形態において、空間22ａは、矩形状の基体部221の下面の四隅部に設けられた四つの脚部222によって囲まれた領域である。

本実施形態において、脚部222が柱状のものであって矩形状の基体部221の下面の四隅部に設けられていることによって、例えば、空間22ａにおいて複数の空気の通り抜け方向が設けられ、半導体回路素子24によって発生されて空間22ａに溜まる可能性のある熱が空間22ａの解放されている方向へ放散されやすくなっている。したがって、本実施形態の光装置用部品２は、熱の影響を受けやすい光素子25の動作の安定化をさらに図ることが可能となる。

１ 実装基板
11 光伝送路
２ 光装置
21 光装置用部品
22 搭載用基板
23 ソケット
24 半導体回路素子
25 光素子

Claims (3)

1. 半導体回路素子の搭載領域を有する基体部と、該基体部の下面に設けられた脚部とを含む搭載用基板と、
   該搭載用基板が固定されるソケットとを備えており、
   該搭載用基板が、前記基体部の前記下面のうち前記脚部によって囲まれた領域に光素子の搭載領域を有しており、前記脚部の内側に設けられた空間が四辺のうち二方向または四方向へ開放された構造であり、
   前記ソケットの側壁部は、平面視において四隅部に設けられており、それぞれ辺に沿った形状を有していることを特徴とする光装置用部品。
2. 前記ソケットが、前記光素子に光学的に結合されるレンズを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光装置用部品。
3. 請求項１に記載の光装置用部品と、
   該光装置用部品の前記基体部に搭載された半導体回路素子と、
   前記光装置用部品の前記基体部の前記下面に搭載されており、前記半導体回路素子に電気的に接続された光素子とを備えていることを特徴とする光装置。

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