JP6294736B2 - 集合光モジュール、光配線基板およびそれを用いた情報処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板内のデータ伝送に光を用いる光インターコネクト技術に関し、光モジュールの構造を改良した集合光モジュールおよび光配線基板に関する。

近年、サーバ、ルータ、ストレージなどの情報処理装置では、装置内や基板内でのデータ伝送の高速化の要求が高まっており、従来の電気伝送からより高速な伝送が可能となる光伝送に移行しつつある。

情報処理装置においては、スイッチＬＳＩ、インターフェースモジュール、ＣＰＵなどのＬＳＩを搭載した、スイッチ基板、ブレード基板などの複数の回路基板が、バックプレーンに取り付けられている。複数の回路基板をバックプレーンに接続し、回路基板間の信号伝送を行う。また、回路基板内においても、ＬＳＩとコネクタとの間で信号伝送を行う。回路基板内の信号伝送には、従来、電気配線による電気伝送が用いられていた。しかし、電気伝送では、伝送速度が速くなるにつれて基板配線の損失が大きくなるため、またクロストークが発生するため、高速化することが困難になってきている。このため、回路基板内の信号伝送に光伝送を用いることが検討されている。

回路基板内の信号伝送に光インターコネクト技術を用いたものとして、特許文献１には、「光信号を伝送する光伝送路と、光信号を電気信号に変換し、または電気信号を光信号に変換する光素子とを光学的に接続する光モジュールであって、光伝送体および当該光伝送体を保持する保持部材を備えた上部構造体と、配線パターンおよび接続電極が設けられた配線基板と、配線基板上に配置され、光素子を含む電子部品が上面に搭載されると共に電子部品の電極に電気的に接続される下面電極が下面に設けられた電子部品搭載基板と、上部構造体と電子部品搭載基板とを配線基板上に垂直方向へ押圧して固定することにより、電子部品搭載基板の光素子に対して上部構造体の光伝送路を光学的に接続すると共に電子部品搭載基板の下面電極と配線基板の接続電極とを接触させて電気的に接続する装着体とを備えており、電子部品搭載基板の下面電極と配線基板の接続電極のいずれか一方が突起状に形成されていることを特徴とする光モジュール。」（請求項１）と記載されている。

また、特許文献２には、ボード間インタコネクション装置において、レンズアレイを内包するフェルールと半導体レーザ或いはフォトダイオードが搭載されたチップキャリアを、弾性体を介して配線基板に支持することが記載されている。そして、弾性体は、チップキャリアを配線基板の主面に対して垂直方向に支持するとともに、第１配線基板の光送信部のフェルールと第２配線基板に光受信部のフェルールを接続する際に、割りスリーブ内で光軸方向に対して圧力を加えることが記載されている。（請求項１，２）

特開２００９−１９８９２１号公報 特開２００１−１９６６２５号公報

特許文献１には、配線基板上に固定された弾性を有する嵌合部材（装着体）により、光ファイバ等の光伝送体を有する光モジュールを、配線基板に取り付けることが記載されている。しかし、特許文献１には、１つの光モジュールを配線基板に取り付けることが記載されているのみで、複数の光モジュールを配線基板上に取り付ける際の課題については記載されていない。

特許文献２に記載の発明は、配線基板間の光相互接続装置に関するものであって、複数の光モジュールを配線基板上に取り付けることや、複数の光モジュールを一括して勘合することは記載されていない。

本発明は、複数の光モジュールを配線基板上に搭載する際の、搭載の簡便化、高密度化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、集合光モジュールの一例を挙げるならば、複数の光モジュールを配線基板に搭載するための集合光モジュールであって、光配線が接続された複数の前記光モジュールと、複数の前記光モジュールを収納するモジュールケースとを備え、前記複数の光モジュールと前記モジュールケースがユニット化されたものである。

また、本発明の光配線基板の一例を挙げるならば、配線基板と複数の光モジュールを集合した集合光モジュールを備える光配線基板であって、前記配線基板は電気コネクタを備えており、前記集合光モジュールは、複数の前記光モジュールと、複数の前記光モジュールを収納するモジュールケースとを備え、前記複数の光モジュールと前記モジュールケースがユニット化されており、前記集合光モジュールを前記配線基板に搭載すると、前記配線基板の電気コネクタと前記光モジュールの電気コネクタとが嵌り合うものである。

本発明において、前記モジュールケースは、収納する前記光モジュールのフローティング機構を備えていることが好ましい。

本発明によれば、複数の光モジュールを、１つのモジュールケース内に収容した集合光モジュールとすることにより、光モジュールの配線基板への搭載の簡便化、および高密度化を図ることができる。

また、各光モジュールにフローティング機構を付与することにより、電気コネクタ間の位置ずれを吸収し、集合光モジュールの一括嵌合を実現することができる。

本発明の実施例１の集合光モジュールを示す図である。 従来の、複数の光モジュールを配線基板上に配置した１例を示す図である。 実施例１の集合光モジュールの課題を示す図である。 本発明の実施例２の集合光モジュールを示す斜視図である。 本発明の実施例２の集合光モジュールを示す平面図である。 本発明の実施例２の集合光モジュールの製造工程を示す図である。 本発明の実施例２の集合光モジュールの製造工程を示す図である。 本発明の実施例２の集合光モジュールの製造工程を示す図である。 本発明の実施例２の集合光モジュールの製造工程を示す図である。 本発明の実施例２の集合光モジュールの製造工程を示す図である。 光モジュールの１例を示す図である。 本発明の実施例３の光配線基板を示す図である。 本発明の実施例４の光配線基板を示す図である。

図２に、従来の、複数の光モジュールを配線基板上に搭載した光配線基板の１例を示す。配線基板１０に、光モジュール２２を1つずつ逐次に取り付ける。光モジュール２２を取り付けると、光モジュール２２の電気コネクタ（オス）（図示せず。）と配線基板上の電気コネクタ（メス）２８とが、嵌り合い電気的に接続される。各光モジュール２２には、光ファイバ１２が接続されており、光ファイバの他端には、コネクタ１４が取り付けられている。光モジュール２２には、ヒートシンク１６がネジおよびナットにより取り付けられる。

このような光配線基板において、搭載する光モジュールの数が増加すると、位置合わせを行って取り付けるのに長時間を要することとなる。また、光モジュールを高密度に取り付けることは困難である。

本発明は、これらの課題を解決するもので、先ず、複数の光モジュールを配線基板上に搭載する際に、光モジュールの配線基板への搭載の簡便化、高密度化を図るものである。

以下に、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、実施の形態を説明するための各図において、同一の機能を有する要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

図１に、本発明の実施例１の集合光モジュールを搭載した光配線基板を示す。
図１において、集合光モジュール２０は、複数の光モジュール２２、モジュールケース２４およびモジュールカバー２６で構成されている。モジュールケース２４内に、複数の光モジュール２２を収容し、モジュールカバー２６を被せることにより、集合光モジュール２０を構成する。モジュールケース２４には、個々の光モジュールを収容する複数の凹部を備えるのが、好ましい。光モジュール２２には、コネクタ１４を取り付けた光ファイバ１２が接続されており、複数の光モジュールを有するユニット化した集合光モジュール２０が構成される。そして、配線基板１０上の電気コネクタ（メス）２８と、光モジュール２２の電気コネクタ（オス）（図示せず）との位置を合わせて、配線基板１０に集合光モジュール２０を搭載する。集合光モジュール２０上には、ヒートシンク１６をネジおよびナットにより取り付ける。

本実施例によれば、光モジュールをユニット化して集合光モジュールとすることにより、複数の光モジュールを配線基板へ同時に一括して搭載することができる。また、複数の光モジュールを高密度に取り付けることができる。

実施例１のように、複数の光モジュールを１つのモジュールケース内に収容した集合光モジュールでは、モジュールケースの加工精度や、電気コネクタ（オス、メス）の実装精度等により、電気コネクタのオス−メス間に位置ずれが発生する。そのため、全ての電位コネクタを一括して勘合させ、全光モジュールの導通を確保することが困難である。

図３（ａ）は集合光モジュールの長手方向の側面図を、図３（ｂ）は集合光モジュールの短手方向の側面図を示す。モジュールケースの加工精度が±１００μｍ、電気コネクタ（オス）の搭載精度が±２００μｍ、電気コネクタ（メス）の搭載精度が±２００μｍとすると、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す位置ずれを発生し、電気コネクタのオス−メス間に最大で５００μｍ程度の位置ずれを発生する。従来技術では、３００μｍ程度までしか位置ずれを吸収できず、全光モジュールの導通を取ることができない。

実施例２は、この課題を解決するもので、各光モジュールにフローティング機構を付与することにより、電気コネクタのオス−メス間の位置ずれを吸収し、集合光モジュールの一括嵌合を実現するものである。

図４および図５に、本発明の実施例２の集合光モジュールを示す。図４は集合光モジュールの斜視図を、図５は集合光モジュールの１部分の平面図を示す。光モジュール２２を収納するモジュールケース２４のそれぞれの凹部の側壁部（例えば４辺）に、板ばね２７等の弾性体を設ける。モジュールケース２４の凹部に光モジュール２２を取り付けた場合、図５の矢印で示すように、板ばね２７の弾性により光モジュール２２が平面方向に自由に動くことができ、フローティングする。光モジュールが自由に動くことにより、配線基板に設けた電気コネクタ（メス）と光モジュールの電気コネクタ（オス）とが嵌り合う。

図６Ａ乃至図６Ｅに、本発明の実施例２の集合光モジュールの製造工程を示す。
図６Ａに示すように、モジュールケース２４のそれぞれの凹部の側面部に板ばね２７を設置する。
図６Ｂに示すように、板ばねを設置したそれぞれの凹部に、光ファイバ１２が取り付けられた光モジュール２２を取り付ける。そして、モジュールカバー２６を取り付けることにより、集合光モジュール２０を構成する。
図６Ｃに示すように、集合光モジュール２０を配線基板１０に搭載する。その際に、集合光モジュールが板ばね２７から成るフローティング機構を備えることにより、配線基板上の電気コネクタ（メス）２８と光モジュールの電気コネクタ（オス）とが嵌り合う。
図６Ｄに示すように、集合光モジュール２０上にヒートシンク１６を搭載する。
図６Ｅの完成図に示すように、配線基板１０上に、複数の光モジュール２０を搭載し、ヒートシンク１６を取り付けた光配線基板ができあがる。

本実施例によれば、光モジュールを収納するモジュールケースの側壁部に板ばねを設けることにより、各光モジュールにフローティング機構を付与する。これにより、電気コネクタのオス−メス間の位置ずれを吸収することができ、集合光モジュールの一括嵌合を実現することができる。

図において、モジュールケースの凹部に設ける板ばね２７はそれぞれ分離されているが、複数の凹部に配置される複数の板ばねを連結して一体化してもよい。複数の板ばねを連結して一体化することにより、モジュールケース２４への板ばね２７の取り付けが容易になる。

本実施例では、弾性体として板ばねを用いたが、板ばね以外のコイルばね等の弾性体を使用できることは、明らかである。また、本実施例では、板ばねを凹部の４辺に設けたが、少なくとも対向する２つの辺の一方に設ければよい。

ここで、モジュールケースに収容する光モジュールの１例を示す。図７において、光素子（発光素子または受光素子）１と電子回路２（発光素子駆動回路または電気信号増幅回路）を、電気配線用基板３に搭載する。電気配線用基板３は、発光素子からの光を透過させる材料からできている。電気配線用基板３の光素子１と電子回路２を搭載した面と反対側の面に光ファイバ５付き光コネクタ４を搭載する。光コネクタ４は、光路を９０度変換する反射器とレンズをモノリシックに集積化した構造を備えている。これにより、光ファイバ５と光素子１との光結合を可能にする。電気コネクタ（オス）７はインライン型コネクタで、電気配線用基板３に接続されている。電気コネクタ（オス）７を配線基板９に設置されている電気コネクタ（メス）８に挿入することにより、光ファイバ５付き光コネクタ４が搭載された光モジュール６を、配線基板９上に設置する。

本発明の実施例３の光配線基板は、集合光モジュール内の複数の光モジュールの配置、および、集合光モジュールと集積回路との配置を改善したものである。

図８に、本実施例の集合光モジュールおよび集積回路を搭載した光配線基板を示す。集合光モジュール２０は、複数の光モジュール２２が複数行および複数列に行列状に配置されたものである。そして、配線基板１０上に、集合光モジュール２０とスイッチＩＣ等の集積回路３０が隣接して搭載されている。集積回路３０と、各光モジュールの取り付け位置の電気コネクタ（図示せず）とが、配線基板１０上の配線パターンで電気的に接続されている。複数の光モジュール２２を搭載した集合光モジュール２０を配線基板１０に取り付けることにより、電気コネクタ同士が接続される。

図において、点線の矢印は光ファイバ１２を示し、この例では、一方向に光ファイバが取り付けられている。

図９に、本発明の実施例４の集合光モジュールおよび集積回路を搭載した光配線基板を示す。集合光モジュール２０は、中央に開口部３２を有し、複数の光モジュール２２が、開口部３２の周辺に配置されている。そして、配線基板１０上において、集合光モジュール２０の開口部３２にスイッチＩＣ等の集積回路３０が配置されている。

集積回路３０と、周辺に設けた各光モジュールの取り付け位置の電気コネクタ（図示せず）とが、配線基板１０上の配線パターンで電気的に接続されている。複数の光モジュール２２を搭載した集合光モジュール２０を配線基板１０に取り付けることにより、電気コネクタ同士が接続される。

図において、点線の矢印は光ファイバを示し、この例では、４つの方向に対称的に光ファイバが取り付けられている。

本実施例によれば、集合光モジュール２０の開口部３２に集積回路３０を配置し、開口部３２の周辺に複数の光モジュール２２を配置することにより、集積回路３０と光モジュール２２との配線が容易になる。また、集積回路３０と光モジュール２２とで放熱フィンを兼用することができる。

１０ 配線基板
１２ 光ファイバ
１４ コネクタ
１６ ヒートシンク
２０ 集合光モジュール
２２ 光モジュール
２４ モジュールケース
２６ モジュールカバー
２７ 板ばね
２８ 電気コネクタ（メス）
２９ 電気コネクタ（オス）
３０ 集積回路
３２ 開口部

Claims (13)

1. 複数の光モジュールを配線基板に搭載するための集合光モジュールであって、
   光配線が接続された複数の前記光モジュールと、
   複数の前記光モジュールを収納するモジュールケースとを備え、
   それぞれの光モジュールは、光素子と、電子回路と、前記光素子と前記電子回路を搭載する電気配線用基板と、前記電気配線用基板に接続される光モジュールの電気コネクタと、前記電気配線用基板が収納される方形のケースとを備え、
   前記モジュールケースは、個々の光モジュールを収納する複数の凹部を備え、それぞれの凹部は４つの側壁と底壁で構成されており、前記底壁は前記光モジュールの電気コネクタが通る孔部を備えており、かつ前記凹部に収納される前記光モジュールのフローティング機構を備え、
   前記複数の光モジュールと前記モジュールケースがユニット化された集合光モジュール。
2. 請求項１に記載の集合光モジュールにおいて、
   前記フローティング機構は、弾性体を備えている集合光モジュール。
3. 請求項１に記載の集合光モジュールにおいて、
   前記フローティング機構は、個々の光モジュールを収納する凹部の側壁に配置した板ばねを備えている集合光モジュール。
4. 複数の光モジュールを配線基板に搭載するための集合光モジュールであって、
   光配線が接続された複数の前記光モジュールと、
   複数の前記光モジュールを収納するモジュールケースとを備え、
   前記モジュールケースは、収納する前記光モジュールのフローティング機構を備え、
   前記フローティング機構は板ばねを備えており、前記板ばねは、個々の光モジュールを収納する凹部の４辺の側壁に配置され、
   前記複数の光モジュールと前記モジュールケースがユニット化されている集合光モジュール。
5. 複数の光モジュールを配線基板に搭載するための集合光モジュールであって、
   光配線が接続された複数の前記光モジュールと、
   複数の前記光モジュールを収納するモジュールケースとを備え、
   前記モジュールケースは、収納する前記光モジュールのフローティング機構を備え、
   前記フローティング機構は板ばねを備えており、前記板ばねは個々の光モジュールを収納する凹部の側壁に配置され、前記板ばねは、光モジュールを収納する複数の凹部に配置される複数の板ばねが連結して一体化されており、
   前記複数の光モジュールと前記モジュールケースがユニット化されている集合光モジュール。
6. 配線基板と複数の光モジュールを集合した集合光モジュールを備える光配線基板であって、
   前記配線基板は電気コネクタを備えており、
   前記集合光モジュールは、複数の前記光モジュールと、複数の前記光モジュールを収納するモジュールケースとを備え、
   それぞれの光モジュールは、光素子と、電子回路と、前記光素子と前記電子回路を搭載する電気配線用基板と、前記電気配線用基板に接続される光モジュールの電気コネクタと、前記電気配線用基板が収納される方形のケースとを備え、
   前記モジュールケースは、個々の光モジュールを収納する複数の凹部を備え、それぞれの凹部は４つの側壁と底壁で構成されており、前記底壁は前記光モジュールの電気コネクタが通る孔部を備えており、かつ前記凹部に収納される前記光モジュールのフローティング機構を備え、
   前記複数の光モジュールと前記モジュールケースがユニット化されており、
   前記集合光モジュールを前記配線基板に搭載すると、前記配線基板の電気コネクタと前記光モジュールの電気コネクタとが嵌り合う光配線基板。
7. 請求項６に記載の光配線基板において、
   前記集合光モジュールのフローティング機構は、弾性体を備えている光配線基板。
8. 請求項６に記載の光配線基板において、
   前記フローティング機構は、個々の光モジュールを収納する凹部の側壁に配置した板ばねを備えている光配線基板。
9. 配線基板と複数の光モジュールを集合した集合光モジュールを備える光配線基板であって、
   前記配線基板は電気コネクタを備えており、
   前記集合光モジュールは、複数の前記光モジュールと、複数の前記光モジュールを収納
   するモジュールケースとを備え、
   前記モジュールケースは、収納する前記光モジュールのフローティング機構を備え、
   前記フローティング機構は板ばねを備えており、前記板ばねは、光モジュールを収納する凹部の４辺の側壁に配置され、
   前記複数の光モジュールと前記モジュールケースがユニット化されており、
   前記集合光モジュールを前記配線基板に搭載すると、前記配線基板の電気コネクタと前記光モジュールの電気コネクタとが嵌り合う光配線基板。
10. 配線基板と複数の光モジュールを集合した集合光モジュールを備える光配線基板であって、
    前記配線基板は電気コネクタを備えており、
    前記集合光モジュールは、複数の前記光モジュールと、複数の前記光モジュールを収納するモジュールケースとを備え、
    前記モジュールケースは、収納する前記光モジュールのフローティング機構を備え、
    前記フローティング機構は板ばねを備えており、前記板ばねは個々の光モジュールを収納する凹部の側壁に配置され、前記板ばねは、光モジュールを収納する複数の凹部に配置される複数の板ばねが連結して一体化されており、
    前記複数の光モジュールと前記モジュールケースがユニット化されており、
    前記集合光モジュールを前記配線基板に搭載すると、前記配線基板の電気コネクタと前記光モジュールの電気コネクタとが嵌り合う光配線基板。
11. 配線基板と複数の光モジュールを集合した集合光モジュールを備える光配線基板であって、
    前記配線基板は電気コネクタを備えており、
    前記集合光モジュールは、複数の前記光モジュールと、複数の前記光モジュールを収納するモジュールケースとを備え、
    前記モジュールケースは、収納する前記光モジュールのフローティング機構を備え、
    前記複数の光モジュールと前記モジュールケースがユニット化されており、
    前記集合光モジュールを前記配線基板に搭載すると、前記配線基板の電気コネクタと前記光モジュールの電気コネクタとが嵌り合うものであり、
    前記集合光モジュールは、複数の光モジュールが複数行および複数列に行列状に配置されたものであり、
    前記集合光モジュールと集積回路が隣接配置されている光配線基板。
12. 配線基板と複数の光モジュールを集合した集合光モジュールを備える光配線基板であって、
    前記配線基板は電気コネクタを備えており、
    前記集合光モジュールは、複数の前記光モジュールと、複数の前記光モジュールを収納するモジュールケースとを備え、
    前記モジュールケースは、収納する前記光モジュールのフローティング機構を備え、
    前記複数の光モジュールと前記モジュールケースがユニット化されており、
    前記集合光モジュールを前記配線基板に搭載すると、前記配線基板の電気コネクタと前記光モジュールの電気コネクタとが嵌り合うものであり、
    前記集合光モジュールは、中央に開口部を有し、複数の光モジュールが前記開口部の周辺に配置されたものであり、
    前記集合光モジュールの開口部に集積回路が配置されている光配線基板。
13. 請求項６〜請求項１２の何れか一つに記載の光配線基板を搭載した情報処理装置。
    

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