JP6459086B2 - 光電変換アセンブリの構造 - Google Patents

Description

本発明は光電素子に関し、特に、光学素子と電子部品との信号伝送及び変換のための光電変換アセンブリに関する。

ビーム又は光信号は、電子機器間や、長距離及び隣接する回路基板間においてデジタルデータの伝送に用いられることが多い。必要に応じてデータを伝送するビームは変調が可能である。また、光信号は、位置又は運動の検知、測定等を含むその他の目的にも用いられる。

通常、代表的なマルチ光ファイバコネクタは、コネクタカバーの末端を支持するためのコネクタフェルールアセンブリを含む。コネクタフェルールアセンブリには、スリーブに装着されるマルチ光ファイバフェルールが含まれる。また、バネが、コネクタハウジングの先端方向に対して前記コネクタフェルールアセンブリを付勢するために用いられる。マルチ光ファイバフェルールは、複数の光ファイバを支持する端部として用いられる。マルチ光ファイバフェルールは、当該光ファイバの研磨端位置に基端面を備える。２つのマルチ光ファイバコネクタを接続する場合には、当該マルチ光ファイバフェルールの基端面同士が対向し、各々のバネによって互いに付勢される。また、マルチ光ファイバの光学コネクタと接続する際には、それぞれの光ファイバ同士が同軸に突き合わされることで、光ファイバの端面同士が直接対向する。このような方式によれば、光ファイバの突き合わせ端面を通過する光信号が、一方の光ファイバから他方の光ファイバに伝送される。

接続に用いられる光ファイバシステムでは、操作や光ファイバの正確な位置決めが容易となるよう、通常は接合フェルールアセンブリを利用する。光ファイバはフェルール本体内で固定され、各光ファイバの端面が一般的には面一となるか、或いはフェルール本体の端面からやや突出するように位置決めされる。続いて、光ファイバの端面又は面が所望のレベルとなるまで研磨される。相補的なフェルールアセンブリが組み合わされると、一方のフェルールアセンブリにおける各光ファイバと他方のフェルールアセンブリのうち対応する光ファイバとが同軸に位置決めされる。一部応用においては、対応する光ファイバ対の間で有効に信号が伝送されるよう、対応する複数の光ファイバの端面同士が物理的に接触し合う。しかし、こうした応用では、各種要因によって光ファイバ対間における光伝送効率が低下してしまう。

そこで、現代の電子機器においては光学技術が重要な役割を果たすことになる。また、多くの電子機器で光学素子が用いられている。このような光学素子の例としては、例えば発光ダイオードやレーザ、導波路、光ファイバ、レンズ及びその他の光学部品、光検出器、その他の光学センサ、感光性半導体及びその他といった光学又は光源が含まれる。

光ファイバの使用にあたっては、電気信号から光信号への変換、又は光信号から電気信号への変換のために光電変換モジュールが必要となる。また、光電変換モジュールは、光ファイバの端部に固定的に接続されるか、或いは、光ファイバの端部に対し着脱可能とされる。

本発明は、光電変換アセンブリを提供する。光電変換アセンブリは、光電変換モジュールと、光電変換モジュールを担持するための回路基板と、光電変換モジュールを連結するための第１はんだパッドと、光伝送のための光学伝送部材と、光電変換モジュールと光学伝送部材を接合するための光学フェルールと、回路基板に電気的に接続されるプラグを含む。

当該光電変換モジュールは、表面に形成される導線及び第２はんだパッドを備えるインターポーザと、インターポーザに配置されるとともに、当該導線と当該第２はんだパッドに連結される少なくとも１の光学素子と、インターポーザを支持及び位置決めするための固定部を備える光学ベンチと、インターポーザの下方に配置されて少なくとも１の光学素子に突き合わされる第１レンズアレイと、第１レンズアレイの下方に配置されて当該少なくとも１の光学素子から出射された光を回折するためのミラーと、ミラーの左側に配置されて当該少なくとも１の光学素子から出射される光を案内するための第２レンズアレイと、を含む。

本発明の一の観点によれば、光学ベンチは、第１レンズアレイが形成される第１凹溝部と、第２レンズアレイが形成される第２凹溝部を備える。第１レンズアレイと第２レンズアレイの配置方向は同じである。第１レンズアレイ、第２レンズアレイ及びミラーは光学ベンチ内に統合される。

本発明の一の観点によれば、光電変換モジュールは、当該導線と当該第２はんだパッドに形成されて当該導線及び当該第２はんだパッドを電気的に接続するための導電性バンプを更に含む。また、インターポーザ上の導線に連結されるよう、少なくとも１の集積回路チップがインターポーザに配置される。

本発明の他の観点によれば、インターポーザは接着材料によって光学ベンチにおける配置領域に接着される。

インターポーザの大きさは、光学ベンチの配置領域の大きさ以下である。

光電変換アセンブリは、光学フェルールと光学ベンチを接合するためのガイドピンを更に含む。光電変換アセンブリは、回路基板に電気的に接続されるプラグを更に含む。インターポーザは、インターポーザの上面からインターポーザの底面まで貫通する貫通孔を備える。少なくとも１の集積回路チップ又は少なくとも１の受動電子部品（例えば、抵抗、コンデンサ、インダクタンス等の部材）が回路基板に配置される。回路基板は、光電変換モジュールにおけるインターポーザ上の少なくとも１の光学素子を収容するための凹溝部を備える。

これらの利点及びその他の利点に関しては、当業者であれば、以下の好ましい実施例の記載及び特許請求の範囲から本発明について明確に理解可能である。

以下に述べる本発明の詳細及び実施例の模式図から、本発明がより十分に理解される。ただし、以下は本発明の応用を理解するための参考用にすぎず、本発明を特定の実施例に限定するとの主旨ではない。

図１は、本発明の一実施例に基づく光電変換モジュールを示す分解図である。 図２は、本発明の一実施例に基づく光学ベンチを示す図である。 図３は、本発明の一実施例に基づく光電変換モジュールを示す図である。 図４は、本発明の一実施例に基づく光電変換モジュールの光学動作メカニズムを示す図である。 図５Ａは、本発明の一実施例に基づく能動素子がインターポーザに統合された場合を示す図である。 図５Ｂは、本発明の一実施例に基づく能動素子が貫通孔を有するインターポーザに統合された場合を示す図である。 図６Ａは、本発明の一実施例に基づく複数の貫通孔を有するインターポーザを示す平面図である。 図６Ｂは、本発明の一実施例に基づく複数の貫通孔を有するインターポーザを示す底面図である。 図７Ａは、本発明の一実施例に基づく光源チップと受光素子のアクティブ領域がインターポーザの貫通孔に突き合わされる場合を示す図である。 図７Ｂは、本発明の一実施例に基づく能動素子をインターポーザに接合した場合を示す図である。 図８Ａは、本発明の一実施例に基づくインターポーザの貫通孔を光学ベンチにおけるレンズアレイに突き合わせる場合のパターンを示す図である。 図８Ｂは、本発明の一実施例に基づくインターポーザを光学ベンチに固定した場合を示す図である。 図９は、本発明の光電変換モジュールと外部回路基板とのパッケージを示す断面図である。 図１０は、本発明の光電変換モジュールと外部回路基板とのパッケージを示す図である。 図１１は、本発明に基づく光電変換モジュールと外部回路基板との接合、及びガイドピンを介した外部光学伝送部材との接続を示す図である。 図１２は、本発明の一実施例に基づく光電変換モジュールと外部回路基板との接合、及びガイドピンを介した外部光学伝送部材との接続、導線による回路基板の連結を示す図である。 図１３は、本発明の他の実施例における光電変換モジュールと外部回路基板との接合、及びガイドピンを介した外部光学伝送部材との接続、導線による回路基板の連結を示す図である。

ここで、本発明では、発明の具体的実施例及び観点について詳細に述べるが、これらの記載は本発明の構造又は手順を解釈し、説明するためのものであって、本発明における特許請求の範囲を限定する主旨ではない。よって、明細書における具体的実施例及び好ましい実施例以外にも、本発明はその他の異なる実施例において幅広く実行可能である。

本発明の光電変換アセンブリは、アクティブ光ケーブル（Ａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｂｌｅ：ＡＯＣ）や、光学素子と電子部品との信号伝送及び変換を必要とするその他の用途に適用可能である。応用の違い応じて、アクティブ光ケーブルは、光電複合ケーブル又は光ファイバケーブル、及びアクティブ光ケーブルの両端に配置される光電変換アセンブリを含む。光電複合ケーブルは、光ファイバと電線を含む。アクティブ光ケーブル又は光電変換アセンブリは、一方向又は双方向の信号伝送に用いられるとともに、高速伝送路、例えばケーブル消耗型製品に使用されるＵＳＢ、ＨＤＭＩ（登録商標）、Ｌｉｇｈｔｉｎｇ又はＴｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔといったインターフェースに適用される。或いは、例えば光電製品や機器で使用されるファイバチャネル（ＦＣ）、ＳＡＳ、ＰＣＩｅ又はＳＡＴＡを含むストレージバスのような伝送路に適用される。一例において、アクティブ光ケーブルはデジタルＡＶ機器又はデバイス間の接続に用いられる。光電変換アセンブリとしては、一方向伝送をすべく送光器又は受光器が可能である。また、他の実施例において、光電変換アセンブリは、双方向伝送をすべく光送受信器とされる。

図１は、本発明の一実施例に基づく光電変換モジュールを示す分解図である。光電変換モジュールは、光学素子、インターポーザ（ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ）１００及び光学ベンチ（ｏｐｔｉｃａｌｂｅｎｃｈ）２００を含む。光学素子は、インターポーザに配置される。光学素子には、例えば光源チップ（例えば垂直共振器面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）：ＶＣＳＥＬ）１２０や受光素子（例えばフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）：ＰＤ、又は光検出チップ）１１０が含まれ、インターポーザ１００に予め配置される。また、集積回路（ＩＣｓ）チップ１３０及び１４０がインターポーザ１００に予め配置される。インターポーザ１００の表面には、光源チップ１２０、受光素子１１０及び外部回路と電気的に接続すべく、導線（ｍｅｔａｌ ｔｒａｃｅ）１０１及びはんだパッド（ｍｅｔａｌ ｐａｄ）１０２が形成されている。はんだパッド１０２は、光源チップ１２０、受光素子１１０、集積回路（ＩＣｓ）チップ１３０及び１４０の配置領域の周辺と、インターポーザ１００上方の周辺に配置されるよう設計されている。導線１０１の両端にははんだパッド１０２が形成されており、主として、（１）光源チップ１２０、受光素子１１０、集積回路（ＩＣｓ）チップ１３０及び１４０との電気的連結（接合）、（２）外部回路との電気的連結（接合）、との作用を奏する。インターポーザ１００の四方に配置されるはんだパッド１０２は、上記の能動素子に直接接続されるわけではない。インターポーザ１００上方のはんだパッド１０２が外部回路と接合しようとする場合、これらはんだパッド１０２は支持機能を果たすとともに、適切な設計によって上述の能動素子による熱を分散させる作用を奏する。

図２に示すように、光学ベンチ２００は、固定部２０１、凹溝部２０１ａ、レンズアレイ２０２、レンズアレイ（ｌｅｎｓ ａｒｒａｙ）２０３、ミラー構造（ｍｉｒｒｏｒ）２０４及びガイドピン（ｇｕｉｄｅ ｐｉｎ）２０５を備えるように設計される。固定部（ｆｉｘｉｎｇ ｐａｒｔ）２０１は、当該インターポーザ１００を支持及び位置決めするために用いられる。一の実施例では、固定部２０１は凹溝部２０１ａにおける四方の側壁である。一実施例において、凹溝部２０１ａは口の字形状である。固定部２０１の側壁構造を利用してインターポーザ１００を包囲することで、インターポーザ１００を支持及び位置決めするとの効果が得られる。

光学ベンチ２００の凹溝部２０１ａを利用することで、インターポーザ１００を光学ベンチ２００に配置／固定可能となる。即ち、インターポーザ１００は凹溝部２０１ａに配置可能である。光学ベンチ２００は、コネクタ本体（ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ ｂｏｄｙ）とされる。一の実施例では、光学ベンチ２００は射出成形工程、例えばプラスチックの射出成形工程によって、固定部（配置領域）２０１、凹溝部２０１ａ、レンズアレイ２０２及び２０３、ミラー２０４及びガイドピン２０５が形成されるように製造される。即ち、本実施例において、光学ベンチ２００には２組のレンズアレイ２０２及び２０３、ミラー２０４、固定部２０１及びガイドピン２０５が含まれる。ミラー２０４は光学ベンチ２００の後端に形成されて、後端の凹型構造内に位置する。固定部２０１は、インターポーザ１００が配置領域２０１ａに嵌め込まれるよう、インターポーザ１００を支持するために用いられる。また、固定部２０１は、光学機器インターポーザ（ＯＥ ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ）の位置決め補助にも用いられる。一実施例において、配置領域２０１は口の字形状に形成されるとともに、光学機器インターポーザを収容するための凹溝部を備える。ミラー２０４部分は、光線の回折に用いられる。ガイドピン２０５は、外部の光学素子との突き合わせ接合に用いられる。レンズアレイ２０２及び２０３は、光の凝集、集光又は導光に用いられる。また、レンズアレイ２０２及び２０３は、光学使用効率の向上や、光学素子のパッケージ許容値の向上に適用可能である。

図３は、図１の光電変換モジュールを示す図である。本実施例は、図１における前記能動素子、インターポーザ１００及び光学ベンチ２００の組み合わせである。これら能動素子は、インターポーザ１００に配置されて光学機器インターポーザを形成する。一の実施例では、光源チップ１２０、受光素子１１０、集積回路（ＩＣｓ）チップ１３０及び１４０は、フリップチップ（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ）パッケージ製造技術によって予めインターポーザ１００にパッケージされる。その後、光学機器インターポーザが光学ベンチ２００に装入（載置）されて、当該光電変換モジュールが形成される。他の実施例では、まず光学機器インターポーザが光学ベンチ２００に装入（載置）され、その後、フリップチップパッケージ工程によって、光源チップ１２０、受光素子１１０、集積回路（ＩＣｓ）チップ１３０及び１４０がインターポーザ１００にパッケージされることで、当該光電変換モジュールが形成される。本発明の光電変換モジュールは、所望の機能に応じて異なる組み合わせが可能である。例えば、光電変換モジュールが出射端（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）である場合、光学機器インターポーザはインターポーザ１００に配置される光源チップ１２０及び光源駆動チップ１４０を含んでもよいし、光源チップ１２０のみを含んでもよい。また、光電変換モジュールが例えば受信端（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）である場合、光学機器インターポーザは、インターポーザ１００に配置される受光素子１１０及び駆動チップ（例えば、トランスインピーダンスアンプチップ：ＴＩＡ ＩＣ）１３０を含んでもよいし、受光素子１１０のみを含んでもよい。また、光電変換モジュールが送受信器（Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ）である場合、光学機器インターポーザは、インターポーザ１００に配置される光源チップ１２０、受光素子１１０及びこれらの各々の駆動チップ１４０及び１３０（図３）を含んでもよいし、光源チップ１２０と受光素子１１０のみを含んでもよい。

換言すれば、一実施例において、集積回路（ＩＣｓ）チップ１３０及び１４０はインターポーザ１００に配置される。例えば、駆動ＩＣ（ｄｒｉｖｅｒ ＩＣ）、制御ＩＣ又はトランスインピーダンスアンプチップ又はその他の能動素子がインターポーザ１００に配置される。また、受動電子部品をインターポーザ１００に配置してもよい。一実施例では、集積回路（ＩＣｓ）と受動電子部品が回路基板１１０に配置される。また、導線（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｔｒａｃｅ）１０１がインターポーザ１００に形成される。一実施例において、光源チップ１２０、受光素子１１０、集積回路（ＩＣｓ）チップ１３０及び１４０は、フリップチップパッケージ工程によってインターポーザ１００にパッケージされる。インターポーザ１００上の導線１０１は、外部回路（例えば、回路基板上のはんだパッド）に電気的に接続可能であり、例えば、ワイヤボンディング（ｗｉｒｅ ｂｏｎｄｉｎｇ）を介して接続されるか、電気的に直接接続される。インターポーザ１００上の導線１０１は、それぞれ光源チップ１２０と集積回路（ＩＣｓ）チップ１４０、受光素子１１０及び集積回路（ＩＣｓ）チップ１３０に電気的に接続される。インターポーザ１００は、材料としてケイ素、二酸化ケイ素、セラミックス又は誘電材料を含むか、或いは、インターポーザ１００自体がフレキシブル回路基板を基板とする。

インターポーザ１００の大きさは、光学ベンチ２００の配置領域２０１ａの大きさ以下である。

光電変換モジュールは、インターポーザ１００と、２つの側のレンズアレイ２０２及び２０３を備える光学ベンチ２００とを有する。一実施例において、レンズアレイ２０２の配置方向はレンズアレイ２０３の配置方向と同じである。光学ベンチ２００は、インターポーザ１００を配置／固定可能な凹溝部を備え、インターポーザ１００が凹溝部に配置される。光学ベンチ２００は、光学ベンチ２００の前側に位置する他の凹溝部を備え、その中にレンズアレイ２０３が形成される。一実施例において、レンズアレイ２０２、レンズアレイ２０３及びミラー２０４は、光学ベンチ２００内に統合／形成される。ミラー又は反射面２０４は、光学ベンチ２００内に統合される。

ミラー又は反射面２０４は、光源チップ１２０から発せられる光信号に対して受動的に用いられ、当該光信号を非共平面性に回折（光学反射）させる。また、この光信号は例えば光ファイバのような外部の光伝送媒体に導かれる。逆に、外部の光伝送媒体（光ファイバ）を通って伝送される光信号はミラー２０４によって導かれ、更に受光素子１１０により受信される。ミラー２０４は、光学ベンチ２００又はインターポーザ１００内に直接統合されるよう作製される。

インターポーザ１００は、図２及び図３に示すように、接着材料（例えばエポキシ樹脂）によって光学ベンチ２００の凹溝部２０１ａに接着する。

図４は、本発明の一実施例における光電変換モジュールの断面図である。導線１０１とはんだパッド１０２には導電性バンプ（例えば、はんだバンプ、金属バンプ又は金バンプ）１０５が形成されており、導線１０１及びはんだパッド１０２を電気的に接続するか、或いは、導線１０１と光源チップ１２０、受光素子１１０、集積回路（ＩＣｓ）チップ１３０及び１４０との間に電気的に接続されるか、又は、はんだパッド１０２と光源チップ１２０、受光素子１１０との間に電気的に接続される。本実施例において、本発明で用いられる光電変換モジュールの光学構造の動作メカニズムは次の通りである。即ち、光学信号は光源チップ１２０により生成され、光学ベンチ２００に向かう方向に発せられる。この光学信号は、発生後にまずインターポーザ１００を通過してレンズアレイ２０２に到達する。すると、レンズアレイ２０２の作用によって、光源チップ１２０から発せられた散乱光が略コリメート光となる。続いて、信号を搭載した光線がミラー２０４によってレンズアレイ２０３の位置へ反射（回折）され、レンズアレイ２０３の作用によって、例えば光ファイバや導波路といった外部の光学伝送部材に光線が集光される。なお、外部の光学伝送部材から入力される光学信号については、ちょうど逆の動作メカニズムとなる。まず、レンズアレイ２０３は外部から伝送されてきた光学信号を略コリメート光とし、続いて、信号を搭載した光線をミラー２０４によってレンズアレイ２０２の位置へ回折させる。その後、レンズアレイ２０２によってビームを集光するとともにインターポーザ１００を通過させ、最終的に受光素子１１０に伝送して受光させる。

インターポーザ１００は、図５Ａに示すように、光源チップ１２０から出射された光が通過可能となるよう、或いは、外部部材から出射された光が通過可能となるよう、光路の通過を許容する。他の実施例において、インターポーザ１００は、光源チップ１２０から出射された光又は外部部材から出射された光が通過可能となるよう、図５Ｂに示すように、インターポーザ１００の上面からインターポーザ１００の下面まで貫通して光路の通過を許容する貫通孔（ｈｏｌｅ）１００ａを有する。光源チップ１２０は、可視光又は非可視光を出射可能である。光源チップ１２０は、例えばレーザ光源、赤外線光源又は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。赤外線は赤外線帯域に存在し、レーザ又は発光ダイオードから出射可能である。実施例によっては、光源チップ１２０の波長選択にあたってインターポーザ１００の設計を考慮する必要がある。例えば、インターポーザ１００の材料がケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ）である場合、光源チップ１２０の波長として１１００ナノメートル（ｎｍ）よりも大きなものを選択すると、図５Ａに示すように、その光学信号はケイ素基板をそのまま通過可能となる。これに対し、光源チップ１２０の波長として１１００ナノメートルよりも小さなものを選択すると、波長がケイ素基板を通過できないことから、図５Ｂに示すように、光波がケイ素基板により遮断されないよう、光線貫通領域に（穿孔工程によって）貫通孔１００ａを形成する必要がある。ただし、図５Ｂに示すような構造は操作波長によって限定されるわけではなく、その他の１１００ナノメートル以上の適切な操作波長の場合にこのような構造を採用してもよい。また、複数の貫通孔１００ａを有するインターポーザ１００の平面図（ｔｏｐｖｉｅｗ）と底面図（ｂａｃｋｖｉｅｗ）として、図６Ａ及び図６Ｂを参照する。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、インターポーザ１００の表面には導線１０１とはんだパッド１０２が形成されるとともに、複数の貫通孔１００ａがインターポーザ１００の上面から底面まで貫通している。

前記光学構造の動作メカニズムでは、光源チップ１２０と受光素子１１０が光電変換モジュールと外部装置との間でスムーズに光学信号を伝達できるよう、光源チップ１２０と受光素子１１０がこれら下方のレンズアレイ２０２に突き合わされねばならない。一般的な突き合わせ方式では、光源チップ１２０と受光素子１１０のアクティブ領域（における突き合わせ部分）が、レンズアレイ２０２に対し直接突き合わされる。しかし、光源チップ１２０及び受光素子１１０とこれら下方のレンズアレイ２０２との距離が長すぎる（例えば３００マイクロメートル（μｍ）よりも大きい）場合、突き合わせが難しくなるため、アクティブアライメント方式によらなければ基準を満たせないことが多い。これに対し、本発明では、インターポーザ１００が上述のチップの統合に供されるだけでなく、光源チップ１２０及び受光素子１１０とこれら下方のレンズアレイ２０２との突き合わせ距離を短縮可能とするため、パッシブアライメントが実現される。即ち、同じ距離の場合、光学機器インターポーザを用いれば、パッケージ装置が対向位置において突き合わせを行う際に突き合わせ距離の短縮が補助されるため、突き合わせ距離が遠すぎることに起因するパッシブパッケージの誤差が緩和される。一実施例において、突き合わせ方式には２つのステップがあり、この２つのステップがパッケージ機器における前後の順序として設定される。

一の実施例では、ステップ１において、インターポーザ１００が複数の貫通孔１００ａを備える例の場合、光源チップ１２０／受光素子１１０のアクティブ領域（ａｃｔｉｖｅ ａｒｅａ）１２０ａ／１１０ａとインターポーザ１００の貫通孔１００ａとが図７Ａに示すように突き合わされる。一例において、アクティブ領域と貫通孔のパターンはいずれも円形とされる。当該ステップでは、この突き合わされる貫通孔１００ａ部分が、図６Ａに示すようにインターポーザ１００の回路面（導線とはんだパッドの面）に位置する。突き合わせ後、フリップチップパッケージ工程における接合方式によって、光源チップ１２０／受光素子１１０、集積回路（ＩＣｓ）チップ１３０及び１４０を図７Ｂに示すようにインターポーザ１００に接合（パッケージ）する。

例えば、光学ベンチ２００に位置するレンズアレイ２０２と２０３のパターンは円形とされるが、非球面レンズ又は球面レンズとしてもよい。続いて、ステップ２において、光源チップ１２０／受光素子１１０、集積回路（ＩＣｓ）チップ１３０及び１４０をインターポーザ１００に接合することで、光学機器インターポーザを形成する。その後、インターポーザ１００における貫通孔１００ａの丸孔（図６Ｂに示すように、インターポーザ１００の裏面）を、図８Ａに示すように光学ベンチ２００におけるレンズアレイ２０２の円形に突き合わせる。突き合わせ後、接着材料（例えば、エポキシ樹脂：ｅｐｏｘｙ）を用いて、図８Ｂに示すように、インターポーザ１００を光学ベンチ２００上の固定部２０１で定義される位置に固定する。

上記２つのステップの順序は入れ替え可能である。これら２つのステップが完了すると、完全な光電変換モジュールが完成する。

続いて、光電変換モジュールは、更に接着材料（例えばエポキシ樹脂）によって、図９に示すように回路基板３００に接着されてもよい。当該ステップでは、主として導電性バンプを介して光電変換モジュールと回路基板上の各はんだパッドとを接合することで、光電変換モジュールを回路基板に接着する。金属のみによる単純接合であることから、パッケージ強度が不足する恐れがあるため、更に接着材料で被覆することで、パッケージ強度を補強するとともに、光電変換モジュール上の電子部品を保護する。当該ステップにおいて、光電変換モジュールは光学機器インターポーザを回路基板３００に向き合わせる。回路基板３００は、光電変換モジュール上の能動素子を収容可能なように凹溝部３１０を備えている。即ち、回路基板３００には、前記能動素子を収容可能な空間が穿孔工程（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）により形成されている。これにより、インターポーザ１００上方の光源チップ１２０／受光素子１１０、集積回路（ＩＣｓ）チップ１３０／１４０と回路基板３００との間の空間干渉が回避される。即ち、これら能動素子は当該凹溝部３１０に没入し、その他の部分は回路基板３００の表面に保持されたままとなる。他の実施例において、穿孔工程では、回路基板３００の基板を貫通することで開口領域を形成する。図１０に示すように、回路基板３００にははんだパッド３２０が形成されている。はんだパッド３２０は、インターポーザ１００上のはんだパッド１０２との電気接続に用いられる。本実施例において、光電変換モジュールは、金属突き合わせ方式によって外部の回路基板３００の構造に接続されるとともに、電気的にも接続される。例えば、導電性バンプ（ｍｅｔａｌ ｂｕｍｐ）１０５を用いてインターポーザ１００上のはんだパッド１０２と回路基板３００上のはんだパッド３２０を直接突き合わせ接続するため、インターポーザ１００の上方に位置する回路（導線１０１）と回路基板３００の回路とが接続される。これによって、光電変換モジュールと外部の信号モジュールとが双方向或いは一方向の信号連携を実行可能となる。また、プラグ（ｐｌｕｇ）４００の導電端子４１０が、回路基板３００のはんだパッド３５０に溶接されるか、図１０に示すように、回路基板３００に直接溶接される。他の実施例において、回路基板のはんだパッド３５０は、プラグ４００を介すことなく外部のセレプタクル（ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）に直接挿入されてもよい。一実施例において、回路基板３００には、少なくとも１の集積回路チップ３４０又は少なくとも１の受動素子３３０が配置されている。プラグ４００を有する回路基板３００上のはんだパッド３５０は、導電性バンプ１０５を介してインターポーザ１００上のはんだパッド１０２と電気信号をやり取りする。同様に、回路基板３００上のはんだパッド３２０の一部は、導線１０１には接続されない。これらはんだパッド３２０は支持機能として用いられ、更には、これら能動素子と受動素子から発生する熱を分散させる作用を奏する。

以上より、光電変換モジュールと回路基板３００が接続される場合、上記の能動素子が凹溝部（穿孔）３１０内に没入することで、回路基板３００との空間干渉が回避されることがわかる。一の実施例では、凹溝部３１０は、回路基板３００の表面から下面まで貫通して形成される開口（穿孔）構造とされる。また、インターポーザ１００上のはんだパッド１０２と回路基板３００上のはんだパッド３２０とが電気的に接続される場合には、導電性バンプ（金バンプ、金球、錫ペースト、錫球等の金属を含有する接続材料が可能）１０５の補助が必要とされる。導電性バンプは、必要に応じて光電変換モジュール上又は回路基板３００上に形成してもよいし、双方に導電性バンプを形成してもよい。

図１１は、本発明に基づく光電変換モジュールと外部回路基板との接合、及びガイドピンを介した外部光学伝送部材との接続を示す図である。本実施例では、光電変換アセンブリが、光電変換モジュール、回路基板３００及び光学伝送部材６００を含み、光電変換モジュールが一方向伝送又は双方向伝送に用いられる。一実施例において、光電変換モジュールは光学ベンチ２００とインターポーザ１００を含む。また、他の実施例において、光電複合ケーブルは複合型ケーブルであって、光ファイバ部材６００と電線７００を含む。

一実施例において、光学フェルール５００は図１１に示すように、光学伝送部材（例えば光ファイバ部材）６００及び光学ベンチ２００をそれぞれ接続するための光ファイバ接続部分と光学ベンチ接続部分とを含む。光学フェルール５００は、外部の光学伝送媒体（光ファイバ）の接続部分とされる。また、受入孔が、光学フェルール５００における光ファイバ接続部分の前面から延伸し、光学ベンチ接続部分の後面まで貫通している。一実施例において、光ファイバ接続部分と光学ベンチ接続部分は一体成形される。

光学ベンチ接続部分には、ガイドピン２０５を受け入れるためのガイド孔が形成されている。上述したように、光学ベンチ２００はガイドピン２０５を含む。ガイドピン２０５は、光学フェルール５００の光学ベンチ接続部分におけるガイド孔に接合／嵌入可能である。図３において、ガイドピン２０５は光学ベンチ２００のレンズアレイ２０３両側に隣接して配置されている。一実施例において、ガイド孔は、光学ベンチ接続部分を貫通するように延伸するか、或いは、光ファイバ接続部分の前面から光学ベンチ接続部分の後面まで貫通している。ガイドピン２０５が光学ベンチ接続部分のガイド孔に組み合わされると、光学フェルール５００の光学ベンチ接続部分と光電変換モジュールの光学ベンチ２００が突き合わせ及び接続されるよう、光学ベンチ２００のガイドピン２０５が光学ベンチ接続部分のガイド孔に突き合わされる。一実施例において、ガイドピン２０５と光学ベンチ２００は一体成形される。また、他の実施例においては、ガイドピンと光学フェルールが一体成形され、光学ベンチ２００が、光学フェルールのガイドピンを接合するためのガイド孔を備える。

一実施例において、外部の光学伝送部材６００としてはシングルモード光ファイバ又はマルチモード光ファイバが可能であり、その型式として、リボンファイバ（ｒｉｂｂｏｎ ｆｉｂｅｒ）又はバンドルファイバ（ｂｕｎｄｌｅ ｆｉｂｅｒ）が可能である。光ファイバの数は使用の必要性に応じて決定されるが、１本以上の光ファイバが必要である。リボンファイバは、インターポーザ１００上の光学素子と光学的に結合するよう、光学フェルール５００の受入孔に嵌め込まれる光ファイバを備える。光ファイバが光学フェルール５００に嵌め込まれると、光電変換モジュールとの結合／接続（接合）がなされる。受入孔は円柱状としてもよい。並列する光ファイバはマルチモード光ファイバ又はシングルモード光ファイバであり、リボンファイバ６００に配置される。各光ファイバは、中心に形成されるコア部（ｃｏｒｅ）と、コア部を包囲するクラッド部（ｃｌａｄｄｉｎｇ）を備える構造とされる。このほか、クラッド部の外表面をコーティングすることでコア部とクラッド部を保護するコーティング層を追加してもよい。コア部の屈折率（ｎ）は１．３５〜１．７０であり、クラッド部の屈折率は１．３５〜１．７０である。例えば、マルチモード光ファイバの場合、５０／１２５、６２．５／１２５又は８０／１２５であるグレーデッドインデックスのマルチモード光ファイバが可能である。また、他の実施例において、外部の光学伝送部材６００は光学導波路とされ、例えば、可撓性のフレキシブル基材からなる光導波路が用いられる。外部の伝送ケーブルとしては、光電複合ケーブル（複合型ケーブル）が可能である。即ち、ケーブルには上記で言及した光学信号を伝送するための光学伝送部材６００と、電気信号の伝送又は電源供給のための電線（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｗｉｒｅ）７００が含まれる。図１２に示すように、電線７００はセレプタクル７１０に挿入されて、回路基板３００上のはんだパッド７２０と電気的に接続可能である。このほか、図１３に示すように、電線７００は回路基板３００上のはんだパッド７２０に直接溶接されてもよい。また、回路基板３００の他方の面にも、電子部品と電気接続するよう、はんだパッド７２０とはんだパッド３５１を配置する必要がある。回路基板３００の他方の面には、少なくとも１の集積回路チップ又は少なくとも１の受動素子３３１を配置可能である。プラグ（ｐｌｕｇ）４００の導電端子４１１は、回路基板３００のはんだパッド３５１に溶接されるか、回路基板３００に直接溶接される。ケーブルが単一の光伝送に用いられるか混合信号の伝送に用いられるかに関わらず、プラグ４００を溶接するためのはんだパッド３５０は必要とされる。なお、当該はんだパッド３５０はプラグを介することなく、外部のセレプタクルに直接挿入されてもよい。

複数の光ファイバの後端は、光学フェルール５００における光学ベンチ接続部分の一端に固定される。光電変換モジュールは、外部の電子機器又はデバイスからの光信号（複数の光ファイバを経由）を電気信号に変換する機能、或いは、複数の光ファイバを通じて外部の電子機器又はデバイスに光信号を伝送する機能を有する。

一実施例において、ＩＣｓとしては、例えば駆動ＩＣ、制御ＩＣ又はトランスインピーダンスアンプチップ、又はその他の能動素子がインターポーザに配置される。駆動ＩＣは、光源チップ（例えば光電素子）を駆動して発光させるために用いられる。

光導波路部分の材料と厚みは、実際の応用における必要性に応じて選択すればよい。例えば、光導波路部分の材料としては、例えばポリイミドのような高分子材料、誘電体材料が含まれる。

一実施例において、光学ベンチは、可撓性導波路（光導波路部分）を有するインターポーザに組み合わされて、光通信に用いられる。この構造によれば、可撓性導波路を介して光信号の受信及び伝送が可能となる。光源チップから発生した光は、可撓性導波路における一の側辺の光学微細反射面で反射される。

上述したように、フレキシブル基板における可撓性導波路（光導波路部分）は、上層クラッド部、コア部及び下層クラッド部を含む。上層クラッド部、コア部及び下層クラッド部の材料は特に限定されず、例えば、アクリル樹脂（ａｃｒｙｌｉｃ ｒｅｓｉｎ）、エポキシ樹脂（ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ）又はポリイミド樹脂（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｒｅｓｉｎ）等が可能である。

インターポーザ上の導線は信号を授受すべく、ワイヤボンディング又はフリップチップボードによってＩＣｓ又は回路基板に電気的に接続される。

ここで述べたもの以外に、本発明で記載した実施例及び実施形態により実現される異なる改良の方式もまた本発明の範囲に含まれる。よって、図示及び例示した内容はいずれも説明のためのものであって、本発明を限定する主旨ではなく、本発明の保護の範囲は後述の特許請求の範囲のみを主体とする。

１００ インターポーザ
１００ａ 貫通孔
１０１ 導線
１０２，３２０，３５０，３５１，７２０ はんだパッド
１０５ 導電性バンプ
１１０ 受光素子
１１０ａ，１２０ａ アクティブ領域
１２０ 光源チップ
１３０，１４０，３４０ 集積回路（ＩＣｓ）チップ
２００ 光学ベンチ
２０１ａ，３１０ 凹溝部
２０１ 固定部
２０２，２０３ レンズアレイ
２０４ ミラー
２０５ ガイドピン
３００ 回路基板
３３０ 受動素子
４００ プラグ
４１０，４１１ 導電端子
５００ 光学フェルール
６００ 光学伝送部材
７００ 電線
７１０ セレプタクル

Claims (5)

1. 本体である光学ベンチ及び当該光学ベンチの凹溝部内に嵌め込まれるインターポーザを有する光電変換モジュールであって、当該インターポーザがその表面に形成される導線及び第１はんだパッド、当該インターポーザを貫通する複数の貫通孔、及び当該インターポーザに配置される少なくとも１の光学素子を備え、当該複数の貫通孔は当該光学ベンチのレンズアレイ及び当該少なくとも１の光学素子のアクティブ領域に個々に同軸になるよう配置される光電変換モジュール、
   当該少なくとも１の光学素子を収容する凹溝部を備える回路基板であって、当該光学ベンチは当該凹溝部内にはなく、当該回路基板上の第２はんだパッドは、当該インターポーザの当該第１はんだパッドに接着するよう配置してあり、当該光電変換モジュールが当該回路基板の上面に配置される回路基板、及び
   光伝送のための光学伝送部材、を含むことを特徴とする光電変換アセンブリの構造。
2. 当該インターポーザの大きさは、当該光学ベンチの配置領域の大きさ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換アセンブリの構造。
3. 当該回路基板は、当該光電変換モジュールが当該インターポーザ上の当該少なくとも１の光学素子を収容するための凹溝部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光電変換アセンブリの構造。
4. 更に、当該導線と当該第１はんだパッドに形成されて、当該導線及び当該第１はんだパッドを電気的に接続するための導電性バンプと、
   当該光学フェルールと当該光学ベンチを接合するためのガイドピンと、
   当該光電変換モジュールと当該光学伝送部材を接合するための光学フェルールを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の光電変換アセンブリの構造。
5. 当該インターポーザ上に少なくとも１のＩＣを形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換アセンブリの構造。