JP6260167B2 - Photoelectric fusion module - Google Patents

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Description

本発明は、光集積回路基板、及び電気集積回路基板を備えた光電融合モジュールに関し、特に、高速光通信用途の光導波路及びフォトダイオード(以下、PDという。)やレーザダイオード(以下、LDという。)等の電気光・光電気変換部品を搭載した光集積回路基板と、LDドライバ(以下、LDDといい、駆動回路ともいう。)やトランスインピーダンスアンプ(以下、TIAという。)等を搭載した電気集積回路基板とを備えた光電融合モジュールに関する。   The present invention relates to an optoelectronic module including an optical integrated circuit board and an electric integrated circuit board, and in particular, an optical waveguide and a photodiode (hereinafter referred to as PD) or a laser diode (hereinafter referred to as LD) for high-speed optical communication. ), Etc., and an electrical integrated circuit board on which an electro-optic / photoelectric conversion component is mounted, an LD driver (hereinafter referred to as LDD, also referred to as a drive circuit), a transimpedance amplifier (hereinafter referred to as TIA), and the like. The present invention relates to an optoelectronic module including an integrated circuit board.

現在、導入が進展しているFTTH(Fiber to the Home)システムの中で、特にPON(Passive Optical Network)システムが広く採用されている。PONシステムは、局舎から出た1本の光ファイバを途中でスプリッタにより分岐することで、多数の加入者が局舎側装置OLT(Optical Line Terminal)を共用するものである。OLTやそのユーザ端末装置であるONU(Optical Network Unit)は、1本の光ファイバで双方向通信を行うため、異なる波長の光信号を使用している。   Currently, a PON (Passive Optical Network) system is widely adopted among FTTH (Fiber to the Home) systems that are being introduced. In the PON system, a large number of subscribers share a station-side apparatus OLT (Optical Line Terminal) by branching a single optical fiber from a station by a splitter. An OLT or an ONU (Optical Network Unit) which is a user terminal device uses optical signals of different wavelengths in order to perform bidirectional communication using a single optical fiber.

この光通信用途の光部品は、電気部品と共にモジュールやパッケージ内に実装されることにより、電気光・光電気変換を行うように構成されている。非特許文献1には、光電融合モジュールの一例として一芯双方向通信モジュールが開示されている(図5参照)。この一芯双方向通信モジュールは、従来、個別に実装していたLDやPD等の電気部品を、光回路基板上に実装することにより小型化を実現した物である。この一芯双方向通信モジュールは、同一基板上に電気部品と光部品とを同一基板上に実装することにより、配線が短縮化され、高速高周波特性の向上を図っている。また、特許文献1には、両面実装の高密度実装電気回路基板と光回路基板とを多層化した光電融合回路基板が開示されている(本願の図6参照)。   This optical component for optical communication is configured to perform electro-optical / photoelectric conversion by being mounted in a module or package together with the electrical component. Non-Patent Document 1 discloses a single-core bidirectional communication module as an example of a photoelectric fusion module (see FIG. 5). This single-core bidirectional communication module has been downsized by mounting electrical components such as LD and PD, which have been individually mounted, on an optical circuit board. In the single-core bidirectional communication module, electrical components and optical components are mounted on the same substrate, whereby wiring is shortened and high-speed and high-frequency characteristics are improved. Patent Document 1 discloses an optoelectronic circuit board in which a double-sided high-density mounting electric circuit board and an optical circuit board are multilayered (see FIG. 6 of the present application).

特開2006−140178号公報(図5(a))JP 2006-140178 A (FIG. 5A)

志村 大輔,小谷 恭子,高橋 博之,岡山 秀彰,八重樫 浩樹、OKIテクニカルレビュー、2010年4月/第216号Vol.77 No.1、「シリコンフォトニクス 光電融合モジュール技術」、p.4−p.7Daisuke Shimura, Hiroko Kotani, Hiroyuki Takahashi, Hideaki Okayama, Hiroki Yaezaki, OKI Technical Review, April 2010 / No. 216 Vol.77 No.1, "Silicon Photonics Photoelectric Fusion Module Technology", p.4-p.7

特許文献1に記載の光電融合回路基板(本願の図6参照)は、通信以外の光回路が実装された光回路基板32と電気回路基板31とが多層構造に構成されているが、素子又は部品33c(例えば、LDD)が空隙部30にも設けられている。このため、光回路基板32に搭載されている素子又は部品35の一方の電極は、素子又は部品33cに近接させることができるが、他方の電極は、素子又は部品33cから離間しており、且つ、ビア42,45を介して、接続されている。このため、配線の長さが長くなってしまう。   The optoelectronic circuit board described in Patent Document 1 (see FIG. 6 of the present application) includes an optical circuit board 32 on which an optical circuit other than communication is mounted and an electric circuit board 31 in a multilayer structure. A component 33 c (for example, LDD) is also provided in the gap 30. Therefore, one electrode of the element or component 35 mounted on the optical circuit board 32 can be brought close to the element or component 33c, but the other electrode is separated from the element or component 33c, and Are connected via vias 42 and 45. For this reason, the length of wiring will become long.

また、特許文献1に記載の光電融合回路基板は、素子又は部品33cとしてのLDDが発熱源となるため、LDDの特性劣化及び信頼性低下が発生する。このため、特許文献1に記載の光電融合回路基板は、周辺部品も温度上昇のため信頼性が低下する。また、特許文献1に記載の光電融合回路基板は、実装精度が必要なため実装・組立コストが高くなったり、多様な部品を実装する必要があるためそれぞれの応力等により信頼性が低下したりする。なおこの問題を回避するためには、厳密に計算したり、複数回試作したりと検証したりする必要がある。   In the photoelectric circuit board described in Patent Document 1, since the LDD as the element or component 33c serves as a heat generation source, the characteristics of the LDD deteriorate and the reliability decreases. For this reason, the optoelectronic circuit board described in Patent Document 1 has lower reliability due to the temperature rise of peripheral components. In addition, the optoelectronic circuit board described in Patent Document 1 requires high mounting accuracy, which increases the mounting and assembly costs, and various components need to be mounted. To do. In addition, in order to avoid this problem, it is necessary to verify whether it is strictly calculated or prototyped multiple times.

また、非特許文献1の技術は、発光素子としてのLDが光集積回路と同一基板上に搭載されているが、駆動回路としてのLDDは同一基板上に搭載されていない。このため、LDとLDDとの間の配線が長くなり、LDの応答特性が悪化する問題点がある。なお、LDDも光回路やLDと同一基板上に搭載することも考えられる。この場合には、非特許文献1の技術は、LDDを同一基板上に搭載すると、発熱源であるLDDが同一基板上にあるLDやPD等に特性変動をもたらし、LDの温度上昇により特性劣化及び信頼性低下をもたらす問題点がある。また、LDDが発熱源となるため、個別にLDやPDの温度を制御することが困難である。   In the technique of Non-Patent Document 1, the LD as the light emitting element is mounted on the same substrate as the optical integrated circuit, but the LDD as the drive circuit is not mounted on the same substrate. For this reason, there is a problem that the wiring between the LD and the LDD becomes long, and the response characteristic of the LD deteriorates. It is also conceivable that the LDD is mounted on the same substrate as the optical circuit or LD. In this case, when the LDD is mounted on the same substrate, the technology of Non-Patent Document 1 causes the LDD, which is a heat source, to change the characteristics of the LD, PD, etc. on the same substrate, and the characteristics deteriorate due to the temperature rise of the LD. In addition, there is a problem that causes a decrease in reliability. In addition, since LDD is a heat source, it is difficult to individually control the temperature of LD and PD.

また、非特許文献1の技術は、光回路と電気回路とを同一基板上に作製しているため、実装コスト低下や特性向上を図ることができる。しかしながら、同一基板上で作製することは、チップサイズが大きくなってしまう問題点でもある。ICのチップサイズは、歩留まりに影響するものであり、チップサイズの増大は歩留まり低下を起こしてしまう。つまり、非特許文献1の技術は、光回路と電気回路とをそれぞれ作るため、個別に実装するよりも歩留まり低下を起こしやすい。   In the technique of Non-Patent Document 1, since the optical circuit and the electric circuit are formed on the same substrate, the mounting cost can be reduced and the characteristics can be improved. However, manufacturing on the same substrate is also a problem that the chip size becomes large. The chip size of the IC affects the yield, and an increase in the chip size causes a decrease in yield. That is, the technique of Non-Patent Document 1 makes an optical circuit and an electric circuit, respectively, and thus tends to cause a yield reduction rather than mounting them individually.

そこで、本発明は、発光素子と駆動回路とを接続する配線を短くすることができる光電融合モジュールを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a photoelectric fusion module that can shorten the wiring connecting the light emitting element and the drive circuit.

前記課題を解決するため、本発明は、発光素子を含めて搭載した光集積回路基板と、該発光素子を駆動する駆動回路、及び制御回路を集積した電気集積回路とを備えた光電融合モジュールであって、前記光集積回路基板と前記電気集積回路との間に、複数の金属線が厚さ方向に配列された異方性導電シートが介挿され、前記発光素子の電極と前記駆動回路の電極とは、特定の複数の前記金属線を介して接続され、他の何れか複数の前記金属線は、前記光集積回路基板のSiO 面に接触することを特徴とする。 To solve the above problems, the present invention provides optoelectronic module comprising the optical integrated circuit board mounted, including a light emitting element, a driving circuit for driving the light emitting element, and an electrical integrated circuits that integrate the control circuit An anisotropic conductive sheet in which a plurality of metal wires are arranged in the thickness direction is interposed between the optical integrated circuit substrate and the electric integrated circuit, and the electrode of the light emitting element and the drive circuit The electrode is connected via a specific plurality of the metal wires, and any other plurality of the metal wires are in contact with the SiO 2 surface of the optical integrated circuit substrate .

これによれば、光集積回路基板と電気集積回路との間に、異方性導電シートが介挿されているので、発光素子と駆動回路とが対向配置する。このため、発光素子と駆動回路とを接続する配線が短くなり、発光素子の応答特性が向上する。また、光集積回路基板は、発光素子等の電極を除いて絶縁物としてのSiO で形成されているので、特段の絶縁シートを異方性導電シートと電気集積回路基板との間に挿入する必要がない。 According to this, since the anisotropic conductive sheet is interposed between the optical integrated circuit substrate and the electric integrated circuit, the light emitting element and the drive circuit are arranged to face each other. For this reason , the wiring connecting the light emitting element and the drive circuit is shortened, and the response characteristics of the light emitting element are improved. In addition , since the optical integrated circuit board is formed on the SiO 2 surface as an insulator except for electrodes such as light emitting elements, a special insulating sheet is inserted between the anisotropic conductive sheet and the electric integrated circuit board. There is no need to do.

本発明によれば、発光素子と駆動回路とを接続する配線を短くすることができる。   According to the present invention, the wiring connecting the light emitting element and the drive circuit can be shortened.

本発明の第1実施形態である光電融合モジュールの構造図である。1 is a structural diagram of a photoelectric fusion module according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態である光電融合モジュールの構造図である。It is a structural diagram of the photoelectric fusion module which is 2nd Embodiment of this invention. 異方性導電シートの構造図である。It is a structural diagram of an anisotropic conductive sheet. 本発明の第3実施形態である光電融合モジュールの構造図である。It is a structure figure of the photoelectric fusion module which is 3rd Embodiment of this invention. 第1比較例の光電融合モジュールの構成図である。It is a block diagram of the photoelectric fusion module of a 1st comparative example. 第2比較例の光電融合モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric fusion module of a 2nd comparative example.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態(以下、「本実施形態」と称する)につき詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings. Each figure is only schematically shown so that the present invention can be fully understood. Therefore, the present invention is not limited to the illustrated example. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the common component and the same component, and those overlapping description is abbreviate | omitted.

(第1実施形態)
(構成の説明)
図1は、本発明の第1実施形態である光電融合モジュールの構造図である。
光電融合モジュール10Aは、電気集積回路基板11と、光集積回路基板13と、電気集積回路基板11の背面に密接配置されているヒートシンク16と、光集積回路基板13の裏面に密接配置されているヒートシンク17と、電気信号入出力部20と、レンズ22と、ヒートシンク16を固定する上ケース18と、ヒートシンク17を固定する下ケース19とを備え、上ケース18、及び下ケース19がケースとしての固定部材26で固定される。
(First embodiment)
(Description of configuration)
FIG. 1 is a structural diagram of a photoelectric fusion module according to the first embodiment of the present invention.
The optoelectronic module 10 </ b> A is disposed in close contact with the electrical integrated circuit substrate 11, the optical integrated circuit substrate 13, the heat sink 16 disposed in close contact with the back surface of the electrical integrated circuit substrate 11, and the back surface of the optical integrated circuit substrate 13. A heat sink 17, an electric signal input / output unit 20, a lens 22, an upper case 18 for fixing the heat sink 16, and a lower case 19 for fixing the heat sink 17 are provided. The upper case 18 and the lower case 19 serve as cases. It is fixed by the fixing member 26.

上ケース18及びヒートシンク17は、アルミやステンレス等、コストに応じて選択することができる。また、それぞれ違う素材を組み合わせることにより、コスト低減,性能向上を図ることもできる。例えば、上ケース18にステンレスを用い、ヒートシンク17にアルミを用いることが好ましい。   The upper case 18 and the heat sink 17 can be selected according to cost, such as aluminum and stainless steel. In addition, by combining different materials, it is possible to reduce costs and improve performance. For example, it is preferable to use stainless steel for the upper case 18 and aluminum for the heat sink 17.

固定部材26は、上ケース18、及び下ケース19を熱分離できるように、例えば、プラスチックなどの熱伝導率の小さな素材を用いるのが好ましい。なお、ヒートシンク16,17と上ケース18及びヒートシンク17との間は、例えば銀ペースト,シリコングリスや金錫共晶半田等を用いて充填され、接触熱抵抗が低下させられている。なお、発熱が大きい場合には、ケース18,19は、その外部に冷却機構を付加することも可能である。   The fixing member 26 is preferably made of a material having a low thermal conductivity such as plastic so that the upper case 18 and the lower case 19 can be thermally separated. Note that the space between the heat sinks 16 and 17 and the upper case 18 and the heat sink 17 is filled with, for example, silver paste, silicon grease, gold-tin eutectic solder, or the like to reduce the contact thermal resistance. In addition, when heat_generation | fever is large, the cases 18 and 19 can also add a cooling mechanism to the exterior.

また、電気集積回路基板11は、電気回路12として駆動回路(LDD)、及び制御回路が集積されている矩形状の基板である。光集積回路基板13は、光回路14として、前記駆動回路により駆動される発光素子や受光素子が搭載され、その他の光回路が集積されている矩形状の基板である。つまり、光回路14は、主として光導波路により構成されているが、発光素子としてのレーザダイオードLDや受光素子としてのフォトダイオードPDが搭載されており、複数の電極が形成されている。この光回路14の電極と、電気回路12の電極とは、接続媒体15で接続され、封止樹脂23で固定している。   The electrical integrated circuit substrate 11 is a rectangular substrate on which a drive circuit (LDD) and a control circuit are integrated as the electrical circuit 12. The optical integrated circuit substrate 13 is a rectangular substrate on which a light emitting element and a light receiving element driven by the drive circuit are mounted as the optical circuit 14 and other optical circuits are integrated. That is, the optical circuit 14 is mainly composed of an optical waveguide, but is mounted with a laser diode LD as a light emitting element and a photodiode PD as a light receiving element, and a plurality of electrodes are formed. The electrodes of the optical circuit 14 and the electrodes of the electric circuit 12 are connected by a connection medium 15 and fixed by a sealing resin 23.

また、ヒートシンク16,17は、例えば、アルミニウム,銅や銅タングステン等の素材を用いており、目的に応じて金メッキ等の表面処理がされている。ヒートシンク16と電気集積回路基板11との間、ヒートシンク17と光集積回路基板13との間は、例えば銀ペーストや金錫共晶半田等を用いて充填されているので、接触熱抵抗が低下させられている。   The heat sinks 16 and 17 are made of a material such as aluminum, copper, or copper tungsten, and are subjected to surface treatment such as gold plating according to the purpose. Since the space between the heat sink 16 and the electric integrated circuit substrate 11 and the space between the heat sink 17 and the optical integrated circuit substrate 13 are filled with, for example, silver paste or gold-tin eutectic solder, the contact thermal resistance is reduced. It has been.

電気信号入出力部20は、例えば、外部に接続するピンや、フレキケーブル等を意味する。レンズ20は、光信号入出力部を構成し、この光信号入出力部は外部に接続する光ファイバ等が含まれることがある。   The electric signal input / output unit 20 means, for example, a pin connected to the outside, a flexible cable, or the like. The lens 20 constitutes an optical signal input / output unit, and the optical signal input / output unit may include an optical fiber connected to the outside.

(動作説明)
光集積回路基板13の表面に作製される光回路(光導波路やLD,PD)14は、温度依存性が大きく、特に、LDは温度上昇によって特性が劣化する。一方、電気集積回路基板11に作製される電気回路(特に、LDD)12は発熱が大きい。
(Description of operation)
The optical circuit (optical waveguide or LD, PD) 14 produced on the surface of the optical integrated circuit substrate 13 has a large temperature dependency, and in particular, the characteristics of the LD deteriorate with increasing temperature. On the other hand, the electric circuit (particularly LDD) 12 manufactured on the electric integrated circuit substrate 11 generates a large amount of heat.

ところで、熱伝導率は、一般的な封止樹脂23が1[W/(m・K)]であり、電気集積回路基板11がシリコンの場合、168[W/(m・K)]である。つまり、熱伝導率は、電気集積回路基板11の方が封止樹脂23よりも高い。このため、電気回路12で発生した熱流は、電気集積回路基板11を介してヒートシンク16に流れ、上ケース18から空気に熱伝達される。発熱量に応じて、上ケース18の外に冷却機構を追加することも可能である。   By the way, the thermal conductivity is 168 [W / (m · K)] when the general sealing resin 23 is 1 [W / (m · K)] and the electrical integrated circuit substrate 11 is silicon. . That is, the thermal conductivity of the electrical integrated circuit board 11 is higher than that of the sealing resin 23. For this reason, the heat flow generated in the electric circuit 12 flows to the heat sink 16 via the electric integrated circuit board 11 and is transferred from the upper case 18 to the air. A cooling mechanism can be added outside the upper case 18 according to the amount of heat generated.

光集積回路基板13は、封止樹脂23及び接続媒体15を介して、電気回路12で発生した熱の影響を受けるが、光集積回路基板13に接続されたヒートシンク17及び下ケース19により冷却されるため光集積回路基板13の温度上昇は小さくなる。また、接続媒体15は、封止樹脂23よりも熱伝導率が大きいので、熱流を点で接続しているといえる。   The optical integrated circuit board 13 is affected by the heat generated in the electric circuit 12 through the sealing resin 23 and the connection medium 15, but is cooled by the heat sink 17 and the lower case 19 connected to the optical integrated circuit board 13. Therefore, the temperature rise of the optical integrated circuit board 13 is reduced. Further, since the connection medium 15 has a higher thermal conductivity than the sealing resin 23, it can be said that the heat flow is connected at a point.

(効果の説明)
本実施形態の光電融合モジュール10Aによれば、光集積回路基板13と電気集積回路基板11とが互いに対向しているので、実装面積をほぼ半減することができる。また、それぞれの集積回路基板11,13の基板サイズが小さくなるため、チップサイズ増大によるプロセス歩留まりの低下を低減することができる。
(Explanation of effect)
According to the optoelectronic module 10A of the present embodiment, since the optical integrated circuit board 13 and the electric integrated circuit board 11 face each other, the mounting area can be almost halved. Further, since the substrate sizes of the integrated circuit substrates 11 and 13 are reduced, a decrease in process yield due to an increase in chip size can be reduced.

光電融合モジュール10Aは、光回路14(具体的には、LD)と電気回路12(具体的には、LDD)とが対向して配置しているので、同一基板上にLD、及びLDDの素子を配置するよりも熱の影響が少ない。このため、特に、10Gbpsを超えるような伝送速度の場合、その電気特性向上を図ることができる。つまり、電気集積回路基板11と光集積回路基板13とを熱的に分離することが可能となり、電気回路12で発生する熱が光回路14にもたらす影響を小さくすることができる。また、電気集積回路基板11と光集積回路基板13とは、互いに熱分離されているため、個別の温度制御が容易になる。これにより、光電融合モジュール10Aは、光集積回路基板13に搭載されているLDの温度を低く保つことが可能となり、特性向上、安定動作が可能となる。 In the optoelectronic module 10A, the optical circuit 14 (specifically, LD) and the electric circuit 12 (specifically, LDD) are arranged so as to face each other, so that LD and LDD elements are formed on the same substrate. The effect of heat is less than placing it. For this reason, especially in the case of a transmission rate exceeding 10 Gbps, the electrical characteristics can be improved. That is, the electrical integrated circuit board 11 and the optical integrated circuit board 13 can be thermally separated, and the influence of the heat generated in the electrical circuit 12 on the optical circuit 14 can be reduced. Further, since the electrical integrated circuit board 11 and the optical integrated circuit board 13 are thermally separated from each other, individual temperature control becomes easy. As a result, the optoelectronic module 10A can keep the temperature of the LD mounted on the optical integrated circuit board 13 low, and the characteristics can be improved and stable operation can be achieved.

(第2実施形態)
(構成の説明)
図2は、本発明の第2実施形態である光電融合モジュールの構造図である。
光電融合モジュール10Bは、基本構成については図1に示す光電融合モジュール10Aと同様であるが、接続媒体15、及び封止樹脂23の代わりに、図3に示すような異方性導電シート24を設けている点で相違する。つまり、光電融合モジュール10Bは、異方性導電シート24を介して、電気集積回路基板11と光集積回路基板13とを対向配置している。これにより、光電融合モジュール10Bは、電気集積回路基板11と光集積回路基板13とを接続媒体15(図1)で接続したり、封止樹脂23(図1)で封止したりする必要がない。
(Second Embodiment)
(Description of configuration)
FIG. 2 is a structural diagram of a photoelectric fusion module according to the second embodiment of the present invention.
The photoelectric fusion module 10B has the same basic configuration as that of the photoelectric fusion module 10A shown in FIG. 1, but instead of the connection medium 15 and the sealing resin 23, an anisotropic conductive sheet 24 as shown in FIG. It differs in that it is provided. That is, in the optoelectronic module 10 </ b> B, the electrical integrated circuit substrate 11 and the optical integrated circuit substrate 13 are disposed to face each other with the anisotropic conductive sheet 24 interposed therebetween. Thus, the photoelectric fusion module 10B needs to connect the electrical integrated circuit board 11 and the optical integrated circuit board 13 with the connection medium 15 (FIG. 1) or seal with the sealing resin 23 (FIG. 1). Absent.

図3は、異方性導電シートの構造図であり、図3(a)はその平面図であり、図3(b)はその横断面図である。
図3(a)のように、異方性導電シート24は、複数の金属細線(金属線)がシリコーンゴムシートに一定間隔、且つ高密度(約0.1mm間隔)で二次元的に配列した圧接型コネクタである。異方性導電シート24は、金めっきされた金属細線がシリコーンゴムシートの表面(両面)から突出しているので、低荷重で良好なコンタクト性を有している。つまり、異方性とは、シートの厚さ方向に導電性を有し、隣接する金属細線間では導電性を有していないことをいう。
FIG. 3 is a structural view of the anisotropic conductive sheet, FIG. 3 (a) is a plan view thereof, and FIG. 3 (b) is a cross-sectional view thereof.
As shown in FIG. 3A, in the anisotropic conductive sheet 24, a plurality of fine metal wires (metal wires) are two-dimensionally arranged on the silicone rubber sheet at a constant interval and a high density (approximately 0.1 mm interval). It is a pressure contact type connector. The anisotropic conductive sheet 24 has a good contact property with a low load because the gold-plated fine metal wires protrude from the surface (both sides) of the silicone rubber sheet. That is, anisotropy means having conductivity in the thickness direction of the sheet and not having conductivity between adjacent thin metal wires.

つまり、電気回路12(特に、LDD)の電極(電極パッド)と光回路14(特に、LD)の電極(電極パッド)とが異方性導電シート24の金属細線束により電気的に接続される。このとき、電気回路12、及び光回路14の電極(発光素子や受光素子の電極)の位置は、電極に接触する特定の複数の金属細線(複数の金属細線を金属細線束ともいう。)の位置に合わせる必要があるが、光回路14は、発光素子や受光素子の電極以外はSiO等の絶縁物であるので、他の金属細線は、この絶縁物に接触している状態になっている。このため、電気回路基板同士を異方性導電シート24で接続する場合は、絶縁シート等を介挿し、不要な金属細線を絶縁する必要がある。この絶縁シートは、金属細線の突出長さよりも薄くする必要があるが、このことは極めて困難なことである。なお、光回路14は絶縁物(SiO)が主たる材料であるので、光電融合モジュール10Bは、電気集積回路基板11と異方性導電シート24との間に絶縁シートを介挿する必要がない。 That is, the electrode (electrode pad) of the electric circuit 12 (particularly LDD) and the electrode (electrode pad) of the optical circuit 14 (particularly LD) are electrically connected by the metal thin wire bundle of the anisotropic conductive sheet 24. . At this time, the positions of the electrodes of the electric circuit 12 and the optical circuit 14 (electrodes of the light emitting element and the light receiving element) are a plurality of specific thin metal wires (a plurality of thin metal wires are also referred to as a thin metal wire bundle) in contact with the electrodes. The optical circuit 14 is an insulator such as SiO 2 except for the electrodes of the light emitting element and the light receiving element, so that the other fine metal wires are in contact with the insulator. Yes. For this reason, when connecting the electric circuit boards with the anisotropic conductive sheet 24, it is necessary to insulate unnecessary thin metal wires by interposing an insulating sheet or the like. This insulating sheet needs to be thinner than the protruding length of the fine metal wire, but this is extremely difficult. Since the optical circuit 14 is mainly made of an insulator (SiO 2 ), the photoelectric fusion module 10B does not need to interpose an insulating sheet between the electrical integrated circuit board 11 and the anisotropic conductive sheet 24. .

また、異方性導電シート24は、図3(b)のように、表面側と裏面側とで、一方向にΔLだけずらされている。これにより、金属細線の束が傾斜し、傾斜した金属細線の先端部と電極とが線又は面で接触するので、より接触抵抗が低減する。   Further, as shown in FIG. 3B, the anisotropic conductive sheet 24 is shifted by ΔL in one direction between the front surface side and the back surface side. As a result, the bundle of fine metal wires is inclined, and the tip of the inclined fine metal wires and the electrode are in contact with each other with lines or surfaces, so that the contact resistance is further reduced.

(効果の説明)
以上説明したように、第2実施形態の光電融合モジュール10Bによれば、第1実施形態の効果に加え以下の効果が期待できる。
電気集積回路基板11と光集積回路基板13との間に、接続媒体15(図1)を形成する必要がなく、組立・部材コストの低減を図ることができる。異方性導電シート24は、シリコーンゴム等の柔らかい素材で作られているので、基板を重ねモジュール封止する際の高さ調整の自由度が増す(工程の簡素化が図れる)。
(Explanation of effect)
As described above, according to the photoelectric fusion module 10B of the second embodiment, the following effects can be expected in addition to the effects of the first embodiment.
It is not necessary to form the connection medium 15 (FIG. 1) between the electrical integrated circuit board 11 and the optical integrated circuit board 13, and assembly and member costs can be reduced. Since the anisotropic conductive sheet 24 is made of a soft material such as silicone rubber, the degree of freedom in height adjustment when the substrates are stacked and sealed with the module increases (the process can be simplified).

(第3実施形態)
(構成の説明)
図4は、本発明の第3実施形態である光電融合モジュールの構造図である。
光電融合モジュール10Cは、基本構成が図1と同様であるが、インターポーザ基板25を電気集積回路基板11と光集積回路基板13との間に介挿し、それぞれの基板は、インターポーザ基板25に対し接続媒体15を用いて接続され、封止樹脂23により封止されている。インターポーザ基板25は、挿入効果を得るためには少なくとも比誘電率が3.5以下とすることが望ましい。特に、扱う周波数帯域がミリ波帯のような場合は、2.5以下のシリコン基板を使うものとする。これにより、電気回路12に集積されているチップ間の配線長や配線幅を小さくすることができ、チップ間の配線の寄生容量や配線長のバラつきなどを減らすことができる。
(Third embodiment)
(Description of configuration)
FIG. 4 is a structural diagram of a photoelectric fusion module according to the third embodiment of the present invention.
The photoelectric fusion module 10C has the same basic configuration as that of FIG. 1, but an interposer substrate 25 is interposed between the electric integrated circuit substrate 11 and the optical integrated circuit substrate 13, and each substrate is connected to the interposer substrate 25. They are connected using a medium 15 and sealed with a sealing resin 23. The interposer substrate 25 preferably has a relative dielectric constant of 3.5 or less in order to obtain an insertion effect. In particular, when the frequency band to be handled is a millimeter wave band, a silicon substrate of 2.5 or less is used. As a result, the wiring length and wiring width between chips integrated in the electric circuit 12 can be reduced, and variations in parasitic capacitance and wiring length between the chips can be reduced.

(動作の説明)
光電融合モジュール10Cは、第1実施形態の光電融合モジュール10Aと同様の動作をするが、電気的接続はインターポーザ基板25に形成したビアホールを用いている。このとき、それぞれの基板の電気接続点に対し、直接ビアホールを介して接続してもよいし、インターポーザ基板25に配線パターンを形成して接続することも可能である。
(Description of operation)
The optoelectronic module 10C operates in the same manner as the optoelectronic module 10A of the first embodiment, but electrical connections are made using via holes formed in the interposer substrate 25. At this time, it may be directly connected to the electrical connection point of each substrate through a via hole, or may be connected to the interposer substrate 25 by forming a wiring pattern.

(効果の説明)
以上説明した通り、光電融合モジュール10Cによれば、第1実施形態に加え以下の効果を奏する。
光電融合モジュール10Cは、熱源(電気回路12のLDD)が光回路14から離れるため、熱分離の効果が向上する。また、インターポーザ基板25は、電気接続部の端子間間隔を表裏異ならせて端子間間隔を拡げることができるので、光回路14の発光素子や受光素子の電極との接続を簡便にすることができる。また、60GHzのような高周波数帯域の信号を用いる場合、周辺の寄生容量が問題になるが、光電融合モジュール10Cは、低誘電率材(例えば、シリコン)のインターポーザ基板25を使用することにより応答特性が向上する。
(Explanation of effect)
As described above, according to the photoelectric fusion module 10C, the following effects are provided in addition to the first embodiment.
In the photoelectric fusion module 10C, the heat source (LDD of the electric circuit 12) is separated from the optical circuit 14, so that the effect of heat separation is improved. Further, since the interposer substrate 25 can widen the inter-terminal spacing by making the inter-terminal spacing of the electrical connection portions different from each other, the connection between the light emitting element and the light receiving element of the optical circuit 14 can be simplified. . Further, when a signal in a high frequency band such as 60 GHz is used, peripheral parasitic capacitance becomes a problem, but the photoelectric fusion module 10C responds by using an interposer substrate 25 made of a low dielectric constant material (for example, silicon). Improved characteristics.

(第1比較例)
図5は、第1比較例の光電融合モジュールの構成図である。
光電融合モジュール10Dは、一芯双方向通信モジュールであり、Si基板3と、Si基板3の表面に形成された光回路1、及び電気回路2とを備え、電気回路2は、受光素子としてのフォトダイオード2aと発光素子としてのレーザダイオード2bとトランスインピーダンスアンプ2cとモニタ用フォトダイオード2dとを備え、光回路1は、スポットサイズ変換器1bと波長合分波器1aとが形成されている。なお、第1比較例として説明する一芯双方向通信モジュールは、第1実施形態乃至第3実施形態の光回路14として使用できる。
(First comparative example)
FIG. 5 is a configuration diagram of the photoelectric fusion module of the first comparative example.
The optoelectronic module 10D is a single-core bidirectional communication module, and includes a Si substrate 3, an optical circuit 1 and an electric circuit 2 formed on the surface of the Si substrate 3, and the electric circuit 2 serves as a light receiving element. A photodiode 2a, a laser diode 2b as a light emitting element, a transimpedance amplifier 2c, and a monitoring photodiode 2d are provided. In the optical circuit 1, a spot size converter 1b and a wavelength multiplexer / demultiplexer 1a are formed. Note that the single-core bidirectional communication module described as the first comparative example can be used as the optical circuit 14 of the first to third embodiments.

波長合分波器1aは、シリコン細線導波路により構成されており、レーザダイオード2bが発光した光をスポットサイズ変換器1bに導き、スポットサイズ変換器1bから導かれた光をフォトダイオード2aに入射させるものである。また、1本の光ファイバで、双方向通信を行うため、フォトダイオード2aが入射する光の波長は、光ファイバの他端に設けられているレーザダイオードが発光した光の波長を遮断するようにしている。例えば、レーザダイオード2bの送信波長を1.310nmとし、フォトダイオード2aの受信波長を1.49nmとした場合、フォトダイオード2aが入射する光の波長は、光ファイバの他端に設けられているレーザダイオードが発光した光の波長1.310nmを遮断するようにしている。なお、シリコン細線導波路は、コア材をシリコンとし、クラッド材を石英とする光導波路であり、従来から用いられる石英光導波路に比べて光の経路を鋭く曲げることができる。   The wavelength multiplexer / demultiplexer 1a is composed of a silicon thin wire waveguide, guides the light emitted from the laser diode 2b to the spot size converter 1b, and enters the light guided from the spot size converter 1b into the photodiode 2a. It is something to be made. In addition, since two-way communication is performed using one optical fiber, the wavelength of light incident on the photodiode 2a is cut off from the wavelength of light emitted by the laser diode provided at the other end of the optical fiber. ing. For example, when the transmission wavelength of the laser diode 2b is 1.310 nm and the reception wavelength of the photodiode 2a is 1.49 nm, the wavelength of light incident on the photodiode 2a is a laser provided at the other end of the optical fiber. The wavelength of light emitted by the diode is cut off at 1.310 nm. The silicon thin wire waveguide is an optical waveguide having a core material made of silicon and a clad material made of quartz, and the light path can be bent sharply as compared with a conventionally used quartz optical waveguide.

スポットサイズ変換器1bは、図示しない光ファイバとシリコン細線導波路との間を結合するものであり、先細テーパ型を用いている。つまり、スポットサイズ変換器1bは、光のビームスポットの大きさを変換する機能を持ち、光入出力における光パワー損失を低減するために設けられている。なお、レーザダイオード2bと導波路との間は、テーパ型スポットサイズ変換を用い、フォトダイオード2aと導波路との間は、グレーティング型を採用している。   The spot size converter 1b couples between an optical fiber (not shown) and a silicon fine wire waveguide, and uses a tapered taper type. That is, the spot size converter 1b has a function of converting the size of the light beam spot, and is provided in order to reduce the optical power loss in the optical input / output. Note that a taper type spot size conversion is used between the laser diode 2b and the waveguide, and a grating type is used between the photodiode 2a and the waveguide.

受光素子としてのフォトダイオード2aと、発光素子としてのレーザダイオード2bは、Si基板3の表面に表面実装により搭載されている。トランスインピーダンスアンプ2cは、フォトダイオード2aの両端電圧を仮想接地させつつ、フォトダイオード2aが発生する電流を電圧に変換するものである。
モニタ用フォトダイオード2cは、レーザダイオード2bの光出力をモニタして帰還制御するためのものであり、レーザダイオード2bと近接配置されている。
The photodiode 2a as the light receiving element and the laser diode 2b as the light emitting element are mounted on the surface of the Si substrate 3 by surface mounting. The transimpedance amplifier 2c converts the current generated by the photodiode 2a into a voltage while virtually grounding the voltage across the photodiode 2a.
The monitoring photodiode 2c is for monitoring the optical output of the laser diode 2b and performing feedback control, and is disposed in proximity to the laser diode 2b.

この光電融合モジュール10Dは、Si基板3で形成された電気回路2の領域と、光回路1の領域とがほぼ同一面積なので、占有面積が、前記実施形態の光電融合モジュール10A,10B,10Cの約2倍となる。また、光電融合モジュール10Dは、トランスインピーダンスアンプ2cが搭載されているが、発熱体であるLDDは搭載されていない。このため、光電融合モジュール10Dは、光電融合モジュール10A,10B,10Cに対して、LDとLDDとの間の配線が長くなり、高周波特性が悪くなる。   In this optoelectronic module 10D, since the area of the electric circuit 2 formed of the Si substrate 3 and the area of the optical circuit 1 are almost the same area, the occupied area is the same as that of the optoelectronic modules 10A, 10B, and 10C of the above embodiment. About twice as much. Moreover, although the transimpedance amplifier 2c is mounted on the photoelectric fusion module 10D, the LDD that is a heating element is not mounted. For this reason, in the photoelectric fusion module 10D, the wiring between the LD and the LDD becomes longer than the photoelectric fusion modules 10A, 10B, and 10C, and the high-frequency characteristics are deteriorated.

(第2比較例)
図6は、第2比較例の光電融合モジュールの断面図である。
光電融合モジュール10Eは、電気回路基板31と光回路基板32とが、空隙部30を介して対向配置された光電融合回路基板であり、電気回路基板31は、多層基板(5層基板)であり、各層のパターンが複数のビア41,42,43,44,45で接続されている。
電気回路基板31は、その両側面に素子又は部品33(33a,33b,33c)が搭載されており、空隙部30を介して、光回路基板32と対向している。光回路基板32には、その電気回路基板31側の面に素子又は部品35(例えば、発光素子や受光素子)が搭載されている。
(Second comparative example)
FIG. 6 is a cross-sectional view of the photoelectric fusion module of the second comparative example.
The optoelectronic module 10E is an optoelectronic circuit board in which an electric circuit board 31 and an optical circuit board 32 are arranged to face each other via a gap 30. The electric circuit board 31 is a multilayer board (five-layer board). The pattern of each layer is connected by a plurality of vias 41, 42, 43, 44, 45.
The electric circuit board 31 has elements or components 33 (33 a, 33 b, 33 c) mounted on both side surfaces thereof, and opposes the optical circuit board 32 through the gap 30. In the optical circuit board 32, an element or component 35 (for example, a light emitting element or a light receiving element) is mounted on the surface on the electric circuit board 31 side.

また、電気回路基板31と光回路基板32とが接続媒体34(34a,34b,34c,34d)で接続されている。
素子又は部品35(例えば、LD)は、素子又は部品33c(例えば、LDD)に近接配置されているので、素子又は部品33cと接続媒体34bとは近接配置されている。しかしながら、接続媒体34a,34dは、素子又は部品33cと離間しているだけでなく、他の層から接続されている。なお、接続媒体34cと接続媒体34bとの間は絶縁されているので、接続媒体34cも他の層から接続されている。
The electric circuit board 31 and the optical circuit board 32 are connected by a connection medium 34 (34a, 34b, 34c, 34d).
Since the element or component 35 (for example, LD) is disposed in proximity to the element or component 33c (for example, LDD), the element or component 33c and the connection medium 34b are disposed in proximity to each other. However, the connection media 34a and 34d are not only separated from the element or component 33c but also connected from other layers. Since the connection medium 34c and the connection medium 34b are insulated, the connection medium 34c is also connected from other layers.

つまり、前記実施形態の光電融合モジュール10A,10B,10Cは、電気回路12(特に、駆動回路(LDD))と、光回路14(特に、発光素子(LD))とが対向配置しているので、光電融合モジュール10Eに対して、配線距離が短くなり、発光素子の応答特性が向上する。   That is, in the photoelectric fusion modules 10A, 10B, and 10C of the embodiment, the electric circuit 12 (particularly, the drive circuit (LDD)) and the optical circuit 14 (particularly, the light emitting element (LD)) are disposed to face each other. With respect to the photoelectric fusion module 10E, the wiring distance is shortened, and the response characteristics of the light emitting element are improved.

また、電気回路基板31は、ガラスエポキシ基板により構成されており、その熱伝導率は、約0.5[W/(m・K)]である。一方、光集積回路基板13は、シリコンにより構成されており、その熱伝導率は、約150[W/(m・K)]である。したがって、第1実施形態乃至第3実施形態において、電気集積回路基板11の背面に密接配置されているヒートシンク16の効果は、第2比較例に比べて絶大である。   The electric circuit board 31 is made of a glass epoxy board, and its thermal conductivity is about 0.5 [W / (m · K)]. On the other hand, the optical integrated circuit substrate 13 is made of silicon, and its thermal conductivity is about 150 [W / (m · K)]. Therefore, in the first to third embodiments, the effect of the heat sink 16 closely arranged on the back surface of the electrical integrated circuit substrate 11 is greater than that of the second comparative example.

(変形例)
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
(1)前記実施形態は、光集積回路基板13を用いて電気信号入出力部20に接続したが、電気集積回路基板11を用いて電気信号入出力部20に接続することもできる。
(2)第1実施形態乃至第3実施形態では、光集積回路基板13と電気集積回路基板11とについて説明したが、電気集積回路基板11と電気集積回路基板11との間や、光集積回路基板13と光集積回路基板13との間でも用いることができる。
(3)第1実施形態、乃至第3実施形態では,金属ケースに入れて使用すること前提に説明したがTCP(Tape Carrier Package)のようなフレキ材や他の材料を用いることもできる。
(4)第1実施形態、及び第3実施形態では、封止樹脂23を用いてチップを固定したが、接続媒体15のみでも固定可能である。
(5)第1実施形態、乃至第3実施形態では,電気回路基板の回路形成面に直接電気的接続して説明したが、WL−CSP(Wafer Level Chip Size Package)のような形状の部品を搭載することも可能である。
(6)第3実施形態では、インターポーザ基板25のみを挿入したが、異方性導電シート24を組み合わせて、挿入することも可能である。
(7)第3実施形態では、電気接続だけのインターポーザ基板25について説明したが、部品内蔵基板を用いることも可能である。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications such as the following are possible.
(1) In the embodiment, the optical integrated circuit board 13 is used to connect to the electrical signal input / output unit 20, but the electrical integrated circuit board 11 may be used to connect to the electrical signal input / output unit 20.
(2) In the first to third embodiments, the optical integrated circuit board 13 and the electric integrated circuit board 11 have been described. However, between the electric integrated circuit board 11 and the electric integrated circuit board 11, or the optical integrated circuit. It can also be used between the substrate 13 and the optical integrated circuit substrate 13.
(3) Although the first embodiment to the third embodiment have been described on the premise that they are used in a metal case, flexible materials such as TCP (Tape Carrier Package) and other materials may be used.
(4) In the first embodiment and the third embodiment, the chip is fixed using the sealing resin 23, but it can be fixed only by the connection medium 15.
(5) In the first to third embodiments, the description has been made by directly electrically connecting to the circuit forming surface of the electric circuit board. However, a component having a shape such as WL-CSP (Wafer Level Chip Size Package) is used. It can also be installed.
(6) In the third embodiment, only the interposer substrate 25 is inserted. However, the anisotropic conductive sheet 24 can be combined and inserted.
(7) In the third embodiment, the interposer substrate 25 having only electrical connection has been described, but a component-embedded substrate can also be used.

1 光回路
1a 波長合分波器
1b スポットサイズ変換器
2 電気回路
2a フォトダイオード
2b レーザダイオード
2c トランスインピーダンスアンプ
2d モニタ用フォトダイオード
3 Si基板
10,10A,10B,10C,10D,10E 光電融合モジュール
12 電気回路
13 光集積回路基板
14 光回路
15 接続媒体
16,17 ヒートシンク
18 上ケース
19 下ケース
20 電気信号入出力部
22 レンズ
23 封止樹脂
24 異方性導電シート
25 インターポーザ基板
26 固定部材
30 空隙部
31 電気回路基板
32 光回路基板
33,35 素子又は部品
34 接続媒体
41,42,43,44,45 ビア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical circuit 1a Wavelength multiplexer / demultiplexer 1b Spot size converter 2 Electric circuit 2a Photodiode 2b Laser diode 2c Transimpedance amplifier 2d Photodiode for monitoring 3 Si substrate 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E Photoelectric fusion module 12 Electrical circuit 13 Optical integrated circuit board 14 Optical circuit 15 Connection medium 16, 17 Heat sink 18 Upper case 19 Lower case 20 Electric signal input / output unit 22 Lens 23 Sealing resin 24 Anisotropic conductive sheet 25 Interposer substrate 26 Fixing member 30 Gap 31 Electrical circuit board 32 Optical circuit board 33, 35 Element or part 34 Connection medium 41, 42, 43, 44, 45 Via

Claims (4)

発光素子を含めて搭載した光集積回路基板と、該発光素子を駆動する駆動回路、及び制御回路を集積した電気集積回路とを備えた光電融合モジュールであって、
前記光集積回路基板と前記電気集積回路との間に、複数の金属線が厚さ方向に配列された異方性導電シートが介挿され、
前記発光素子の電極と前記駆動回路の電極とは、特定の複数の前記金属線を介して接続され、
他の何れか複数の前記金属線は、前記光集積回路基板のSiO 面に接触する
ことを特徴とする光電融合モジュール。
And an optical integrated circuit board mounted, including a light emitting element, a optoelectronic module comprising an electrical integrated circuits with an integrated driving circuit, and a control circuit for driving the light emitting element,
An anisotropic conductive sheet in which a plurality of metal wires are arranged in the thickness direction is interposed between the optical integrated circuit substrate and the electric integrated circuit,
The electrode of the light emitting element and the electrode of the drive circuit are connected via a specific plurality of the metal wires,
Any other plurality of metal lines, the optoelectronic module according to claim <br/> to contact the SiO 2 surface of the optical integrated circuit substrate.
請求項1に記載の光電融合モジュールであって、The photoelectric fusion module according to claim 1,
前記電気集積回路を搭載する電気回路基板と、  An electric circuit board on which the electric integrated circuit is mounted;
前記電気回路基板の背面側に密接配置しているヒートシンクとをさらに備え、  A heat sink disposed in close contact with the back side of the electric circuit board;
前記電気回路基板は、前記異方性導電シートによって前記光集積回路基板と熱分離されている  The electrical circuit board is thermally separated from the optical integrated circuit board by the anisotropic conductive sheet.
ことを特徴とする光電融合モジュール。A photoelectric fusion module characterized by that.
請求項2に記載の光電融合モジュールであって、The photoelectric fusion module according to claim 2,
前記光集積回路基板と前記電気回路基板とは、個別に温度制御するように構成されている  The optical integrated circuit board and the electric circuit board are configured to individually control the temperature.
ことを特徴とする光電融合モジュール。A photoelectric fusion module characterized by that.
請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の光電融合モジュールであって、
前記異方性導電シートは、表面側と裏面側とで一方向にずらされており、
前記金属線は、傾斜している
ことを特徴とする光電融合モジュール。
It is a photoelectric fusion module as described in any one of Claim 1 thru | or 3, Comprising :
The anisotropic conductive sheet is shifted in one direction on the front side and the back side,
The photoelectric fusion module , wherein the metal wire is inclined .
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