JPWO2013046415A1 - 光モジュール - Google Patents

Abstract

光モジュールは、第１の回路基板および第１の回路基板に電気的に接続される光送受信モジュールを有する。光送受信モジュールは、第２の回路基板および光導波路を有する。第２の回路基板は、コネクタソケットに対応する第２のエッジコネクタを有する。電気／光変換素子、駆動回路、光／電気変換素子、電流／電圧変換回路は、第２の回路基板の中央近傍に配置される。駆動回路の信号線は、駆動回路から第１の方向に引き出されてエッジコネクタの対応する端子まで形成される。電流／電圧変換回路の信号線は、電流／電圧変換回路から第１の方向に対して実質的に逆方向である第２の方向に引き出されてエッジコネクタの対応する端子まで形成される。

Description

本発明は、光信号を送信および受信する光モジュールに係わる。

近年、並列に動作する複数のプロセッサを利用して情報を処理するシステムが普及してきている。たとえば、ブレードサーバは、複数のブレードを有する情報処理システムである。各ブレードは、ＣＰＵおよびメモリを含み、コンピュータとして動作することができる。そして、複数のブレードは、所定の形状の筐体に収容される。

各ブレードは、他のブレードとの間でデータを送信および受信することができる。すなわち、ブレード間は、伝送路で接続されている。１つの実施形態においては、ブレード間は、同軸ケーブル等の電気信号を伝送するメタルケーブルで接続されている。この場合、ブレード間で、例えば、ＰＣＩ（Peripheral Components Interconnect）に準拠する信号が伝送される。

ところが、情報処理のさらなる高速化が要求されており、ブレード間で伝送される信号もさらに高速化する必要が生じてきている。例えば、ブレード間で10Gb/sを超える高速信号の伝送が要求されることがある。このため、上述のような電気インタフェースの代わりに、光インタフェースでブレード間を接続する構成が研究されている。

光インタフェースでブレード間を接続する光インターコネクションを実現する場合は、各ブレードは、光信号を送信および受信するための光モジュールを有する。光モジュールは、光送信機および光受信機を含む。ここで、例えば、多数のブレードを有するブレードサーバにおいては、各ブレードは、多数の他のブレードとデータを送信および受信するために、多数の光送信機および光受信機を有する必要がある。この場合、各光モジュールにおいて、多数の光送信機および光受信機が高密度に実装されていることが好ましい。

なお、関連技術として、以下の光導波路基板が提案されている。この光導波路基板は、基材、フィルム、光学素子、光路変換部を含む。フィルムは、光信号が伝搬する光路となるコアおよびそのコアを取り囲むクラッドを含む光導波路が形成され、基材の主面に接合される。光学素子は、基材およびフィルムのうちの少なくともいずれかの上に実装され、光導波路と光学的に接続される。光路変換部は、光信号が伝搬する光路を所望の方向に変更する。（例えば、特許文献１）

また、他の関連技術として、基板にフリップチップ実装された光素子、上記基板に形成されて上記光素子に光学的に接続された光導波路、上記基板と光素子との間に充填されて上記光素子と光導波路との間の光学的な接続部を覆うアンダーフィル樹脂を含む光モジュールが提案されている。（例えば、特許文献２）

さらに、他の関連技術として、光素子（Ｅ／Ｏ、Ｏ／Ｅ）がフリップチップ実装されたフレキシブル基板と、フレキシブル基板に貼り付けられた光導波路を備える光モジュールが提案されている。光導波路には、Ｅ／Ｏの発光面およびＯ／Ｅの受光面に光学的に結合するように４５度ミラーが形成されている。（例えば、非特許文献１）

特開２００４−２５８０６５号公報 米国特許６６６１９３９号

Cost-effective On-board Optical Interconnection using Waveguide Sheet with Flexible Printed Circuit Optical Engine, Takashi Shiraishi, et. al., OFC/NFOEC 2011, OTuQ5

従来技術においては、光モジュール内に光送信機および光受信機を高密度に実装することは容易ではなかった。このため、光モジュール内に実装する光送信機および光受信機の個数を増やそうとすると、光モジュールのサイズが大きくなってしまう。換言すれば、規格などによって光モジュールのサイズが決められている場合には、光モジュール内に実装する光送信機および光受信機の個数を増やすことは難しい。

また、光モジュールは、上述のように、光素子および電気素子を有する。ここで、電気回路が差動回路である場合、所定のファンアウトが必要である。また、光モジュールの基板上で、送信信号線（Ｅ／Ｏに信号を伝送するための信号線）および受信信号線（Ｏ／Ｅの出力信号を伝送する信号線）を、光素子に対して同じ方向に引き出すと、基板のサイズが大きくなってしまう。例えば、これらの信号線のピッチを小さくすると、チャネル間のクロストーク、および送信信号と受信信号との間のクロストークが大きくなってしまう。よって、これらのクロストークを抑制しようとすると、信号線のピッチを大きくしなければならず、光モジュールの基板が大きくなってしまう。

ところで、上述のような光モジュールをブレードサーバのブレードに搭載する場合、ブレード上で光モジュールの占有面積が小さくなることが好ましい。そして、光モジュールが搭載されるスペースを小さくするためには、例えば、ブレードに対して垂直に取り付けられた基板に１または複数の光モジュールを搭載する構成が考えられる。

ところが、上述のように、光モジュールのサイズを小さくすることは困難であった。このため、ブレードに対して垂直に取り付けられた基板に光モジュールを搭載する構成においては、光モジュールの基板が大きくなると、ブレードの幅が厚くなってしまう。したがって、ブレードに対して垂直に取り付けられた基板に光モジュールを搭載する構成においては、特に、光モジュールの実装密度を高くして小型化（特に、低背化）を図ることが求められている。

本発明の目的は、光送信機および光受信機を有する光モジュールの実装密度を高くすることである。

本発明の１つの態様の光モジュールは、第１のエッジコネクタが形成され、前記第１のエッジコネクタとほぼ平行にコネクタソケットが実装された第１の回路基板と、前記コネクタソケットにより前記第１の回路基板に電気的に接続される光送受信モジュールと、を有する。前記光送受信モジュールは、電気／光変換素子、前記電気／光変換素子を駆動する駆動回路、光／電気変換素子、前記光／電気変換素子の出力電流を電圧信号に変換する電流／電圧変換回路が実装された第２の回路基板と、前記電気／光変換素子により生成される光信号を前記光送受信モジュールの出力端に導き、前記光送受信モジュールへ入力される光信号を前記光／電気変換素子へ導く光導波路と、を有する。前記第２の回路基板は、前記コネクタソケットに対応する第２のエッジコネクタを有する。前記電気／光変換素子、前記駆動回路、前記光／電気変換素子、前記電流／電圧変換回路は、前記第２の回路基板の中央近傍に配置される。前記駆動回路の信号線は、前記駆動回路から第１の方向に引き出されて前記第２のエッジコネクタの対応する端子まで形成される。前記電流／電圧変換回路の信号線は、前記電流／電圧変換回路から前記第１の方向に対して実質的に逆方向である第２の方向に引き出されて前記第２のエッジコネクタの対応する端子まで形成される。

上述の態様によれば、光送信機および光受信機を有する光モジュールの実装密度を高くできる。

実施形態の光モジュールを使用するブレードサーバについて説明する図である。 光モジュールに含まれる光送受信モジュールを上から見た図である。 図２に示す光送受信モジュールを側方から見た図である。 実施形態の光モジュールの構成を示す図である。 比較例の光モジュールの構成を示す図である。 光モジュールをブレードメインボードに搭載する実施例を示す図である。 送信信号と受信信号との間のクロストークについてのシミュレーション結果を示す図である。

以下、実施形態の光モジュールについて、図面を参照しながら説明する。実施形態の光モジュールは、特に限定されるものではないが、以下では、ブレードサーバにおいて使用される。すなわち、実施形態の光モジュールは、以下の例では、ブレードサーバのブレードに搭載される。

図１は、実施形態の光モジュールを使用するブレードサーバ１００について説明する図である。ブレードサーバ１００は、図１（ａ）に示すように、筐体１０１および複数のブレード１０２（１０２−１〜１０２−ｎ）を有する。各ブレード１０２は、たとえば、図１（ｂ）に示すように、薄い略直方体形状である。なお、図１（ｂ）に示すブレード１０２は、図１（ａ）に示すブレードサーバ１００の筐体１０１に挿入されている複数のブレードの中の１つに相当する。

ブレードサーバ１００は、ブレード１０２間で光信号を伝送するための光リンクを有する。光リンクは、例えば、光導波路および光ファイバにより実現される。なお、光リンク上には、光スイッチまたは光クロスコネクトを設けてもよい。そして、各ブレード１０２は、上記光リンクを利用して、１または複数の他のブレード１０２との間でデータを送信および受信することができる。

各ブレード１０２は、図１（ｃ）に示すブレードメインボード１１０を有する。ブレードメインボード１１０には、１または複数のＣＰＵ１１１が実装されている。また、ブレードメインボード１１０には、特に図示しないが、メモリＩＣも実装されている。なお、メモリは、ＣＰＵ１１１に内蔵されていてもよい。そして、各ブレード１０２は、１台のコンピュータとして動作することができる。

各ブレード１０２は、光モジュールを有する。光モジュール１は、図１（ｃ）に示すように、ブレードメインボード１１０に取り付けられる。この実施例では、ブレードメインボード１１０には、不図示の垂直接続型エッジコネクタソケットが実装されている。そして、光モジュール１は、その垂直接続型エッジコネクタソケットを利用して、ブレードメインボード１１０に取り付けられる。したがって、光モジュール１は、ブレードメインボード１１０の１つの面に対して垂直方向に突出するように、ブレードメインボード１１０に取り付けられる。

光モジュール１は、光送信機および光受信機を有する。光送信機および光受信機の電気回路は、ブレードメインボード１１０に形成されている回路に電気的に接続されている。そして、光モジュール１は、ブレードメインボード１１０において生成される電気信号を光信号に変換して他のブレードへ送信することができる。また、光モジュール１は、他のブレードから受信する光信号を電気信号に変換してブレードメインボード１１０に導くことができる。

ブレードサーバ１００を効率的に動作させるためには、各ブレード１０２は、他の複数のブレードとの間でデータ送信および受信できることが好ましい。この場合、各光モジュール１は、複数の光送信機および複数の光受信機を有する。

なお、図１に示す例では、ブレードサーバ１００は、１つの筐体１０１に収容されている複数のブレード１０２によって実現されている。この場合、あるブレード内に設けられている光モジュール１は、筐体１０１に収容されている他のブレードとの間で光信号を送信および受信する。ただし、ブレードサーバ１００は、複数の筐体に収容されている複数のブレードで実現してもよい。この場合、あるブレード内に設けられている光モジュール１は、同じ筐体に収容されている他のブレードとの間で光信号を送信および受信すると共に、他の筐体に収容されているブレードとの間で光信号を送信および受信してもよい。また、あるブレード内に設けられている光モジュール１は、同じブレード内の他の光モジュールとの間で光信号を送信および受信してもよい。

上記構成のブレードサーバ１００において、筐体１０１により多くのブレード１０２を収容すれば、処理能力が向上する。ここで、図１（ｂ）に示すブレード１０２の幅Ｗを薄くすれば、筐体１０１により多くのブレード１０２を収容することができる。よって、この場合、図１（ｃ）に示す光モジュール１の高さＨを低くすることが要求される。また、例えば、ブレード１０２の幅Ｗが規格などによって決められている場合において、光モジュール１により多くの光送信機および光受信機を実装するためには、光モジュール１の回路の高密度化を実現することが好ましい。

図２は、光モジュール１に含まれる光送受信モジュールを上から見た図である。光送受信モジュール２は、フレキシブル基板３および光導波路４を有する。

フレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）２は、可撓性を有する薄いプリント基板である。フレキシブル基板３の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、２０〜５０μｍである。また、フレキシブル基板３の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリイミド樹脂である。

フレキシブル基板３の一方の面には、電気／光変換素子５、ドライバＩＣ６、光／電気変換素子７、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）８が、例えばフリップチップ等により、フェイスダウン実装されている。なお、フェイスダウン実装においては、デバイスのフェイス（たとえば、Ｅ／Ｏ素子の発光面、Ｏ／Ｅ素子の受光面、回路素子のＩＣパッドが形成されている面）が下側（すなわち、基板側）を向いて搭載される。電気／光変換素子５、ドライバＩＣ６、光／電気変換素子７、ＴＩＡ８は、この実施例では、フレキシブル基板３の一方の面の中央近傍に配置されている。

フレキシブル基板３の形状は、略矩形である。ここで、以下の説明では、図２に示すＸ方向を「横方向」と呼ぶことにする。また、図２に示すＹ方向を「縦方向」と呼ぶことにする。

電気／光変換素子（Ｅ／Ｏ：Electrical/Optical Converter）４は、ドライバＩＣ６により駆動され、データ信号に対応する光信号を生成する。すなわち、Ｅ／Ｏ素子５は、入力電気信号を光信号に変換する。Ｅ／Ｏ素子５は、例えば、レーザダイオードにより実現される。レーザダイオードは、特に限定されるものではないが、例えば、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser）である。Ｅ／Ｏ素子５は、複数の電気信号をそれぞれ対応する光信号に変換するように構成してもよい。この場合、Ｅ／Ｏ素子５は、複数のレーザダイオードを有する。

ドライバＩＣ６は、データ信号に応じてＥ／Ｏ素子５を駆動する駆動回路である。すなわち、ドライバＩＣ６は、データ信号に対応する電流でＥ／Ｏ素子５を駆動する。これにより、Ｅ／Ｏ素子５は、データ信号に対応する光信号を生成する。なお、データ信号は、図１（ｃ）に示すブレードメインボード１１０において生成され、エッジコネクタ９の対応する端子およびフレキシブル基板３に形成されている回路を介してドライバＩＣ６に導かれる。

電気／光変換素子（Ｏ／Ｅ：Optical/Electrical Converter）７は、光導波路４を介して受信する光信号を電気信号に変換する。この電気信号は、光信号を表す電流信号である。Ｏ／Ｅ素子７により生成される電気信号は、ＴＩＡ８に導かれる。Ｏ／Ｅ素子７は、例えば、フォトダイオードにより実現される。なお、Ｏ／Ｅ素子７は、複数の光信号をそれぞれ対応する電気信号に変換するように構成してもよい。この場合、Ｏ／Ｅ素子７は、複数のフォトダイオードを有する。

ＴＩＡ８は、Ｏ／Ｅ素子７によって生成される電流信号を電圧信号に変換する。すなわち、ＴＩＡ８は、電流／電圧変換回路として動作する。このとき、ＴＩＡ８は、差動電圧信号を出力してもよい。そして、ＴＩＡ８の出力信号は、フレキシブル基板３に形成されている回路およびエッジコネクタ９の対応する端子を介して、図１（ｃ）に示すブレードメインボード１１０導かれる。なお、光送受信モジュール２は、ＴＩＡ８の代わりに、他の電流／電圧変換回路を使用してもよい。

エッジコネクタ９は、フレキシブル基板３の１つの辺のエッジ領域に形成されている。図２に示す例では、エッジコネクタ９は、フレキシブル基板３の下辺のエッジ領域に形成されている。エッジコネクタ９の各端子は、後述する光モジュール回路基板に実装されているコネクタソケットの対応する端子に電気的に接続される。

フレキシブル基板３の表面（上面および下面）には、回路が形成されている。ここで、上面は、フレキシブル基板３の２つの面のうち、Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７などが実装されている面を意味する。下面は、フレキシブル基板３の２つの面のうちの他方の面を意味する。

この回路は、フレキシブル基板３にプリントされた導体により実現される。プリントされた導体は、例えば、銅である。また、この回路は、プリントされた導体の他に、抵抗、容量、コイル等の回路部品を含んでもよい。

フレキシブル基板３の上面において、ドライバＩＣ６とエッジコネクタ９との間には、データ信号を伝送するための信号線が形成されている。この例では、Ｅ／Ｏ素子５は、４個のレーザダイオードを有し、４つの独立した光信号を生成することができる。よって、フレキシブル基板３には、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄが形成されている。Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄは、互いに異なるＴｘデータ信号を伝送する。Ｔｘデータ信号は、エッジコネクタ９の対応する端子から、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄを介してドライバＩＣ６へ導かれる。そして、Ｔｘデータ信号は、ドライバＩＣ６により、Ｅ／Ｏ素子５を駆動するための駆動信号として使用される。なお、図２においては、図面を見やすくするために、各Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄはエッジコネクタ９に接続していないが、各Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄは、エッジコネクタ９の対応する端子に電気的に接続されるよう形成される。

また、フレキシブル基板３の上面において、ＴＩＡ８とエッジコネクタ９との間にも、データ信号を伝送するための信号線が形成されている。この例では、Ｏ／Ｅ素子７は、４個のフォトダイオードを有し、４つの入力光信号をそれぞれ電気信号（すなわち、Ｒｘデータ信号）に変換することができる。よって、フレキシブル基板３には、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄが形成されている。そして、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄは、互いに異なるＲｘデータ信号を伝送する。Ｒｘデータ信号は、ＴＩＡ８から、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄを介してエッジコネクタ９の対応する端子へ導かれる。なお、図２においては、図面を見やすくするために、各Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄはエッジコネクタ９に接続していないが、各Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄは、エッジコネクタ９の対応する端子に電気的に接続されるよう形成される。

Ｔｘデータ信号は、この例では、差動信号である。よって、各Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄは、図２に示すように、それぞれ１組の導体線によって実現される。同様に、この例では、Ｒｘデータ信号は、差動信号である。よって、各Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄも、図２に示すように、それぞれ１組の導体線によって実現される。

Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７は、フレキシブル基板３の上面の中央近傍において、縦方向に並んで配置されている。そして、ドライバＩＣ６は、Ｅ／Ｏ素子５の右側に配置されている。ここで、Ｅ／Ｏ素子５およびドライバＩＣ６は、互いに近接していることが好ましい。また、Ｅ／Ｏ素子５とドライバＩＣ６との間には、ドライバＩＣ６から各レーザダイオードに駆動電流を供給するための信号線が形成されている。

一方、ＴＩＡ８は、Ｏ／Ｅ素子７の左側に配置されている。ここで、Ｏ／Ｅ素子７およびＴＩＡ８は、互いに近接していることが好ましい。また、Ｏ／Ｅ素子７とＴＩＡ８との間には、各フォトダイオードにより生成される電流信号をＴＩＡ８へ導くための信号線が形成されている。

Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄは、ドライバＩＣ６から右方向に向かって引き出され、エッジコネクタ９の対応する端子まで形成される。Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄに対応するエッジコネクタ９の端子は、フレキシブル基板３の右下領域に形成されているものとする。ここで、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄは、互いに独立した電気信号（すなわち、Ｔｘデータ信号）を伝搬させる。すなわち、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄが互いに近接していると、Ｔｘデータ信号間で干渉が発生し得る。このため、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄは、互いに近接しないように形成されていることが好ましい。したがって、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄは、ドライバＩＣ６に近い領域において、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄ間の間隔を大きくするために、テーパ状に（或いは、扇状に）広がるように形成される。

Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄは、ＴＩＡ８から左方向に向かって引き出され、エッジコネクタ９の対応する端子まで形成される。Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄに対応するエッジコネクタ９の端子は、フレキシブル基板３の左下領域に形成されているものとする。ここで、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄは、互いに独立した電気信号（すなわち、Ｒｘデータ信号）を伝搬させる。すなわち、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄが互いに近接していると、Ｒｘデータ信号間で干渉が発生し得る。このため、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄも、互いに近接しないように形成されていることが好ましい。したがって、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄは、ＴＩＡ８に近い領域において、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄ間の間隔を大きくするために、テーパ状に（或いは、扇状に）広がるように形成される。

なお、電気信号のためのコネクタの端子のピッチは、光素子または光導波路のピッチ比べて大きい。よって、このことによっても、ドライバＩＣ６から引き出されるＴｘ信号線１１ａ〜１１ｄは、テーパ状に（或いは、扇状に）広がるように形成されることになる。同様に、ＴＩＡ８から引き出されるＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄも、テーパ状に（或いは、扇状に）広がるように形成されることになる。

このように、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄは、ドライバＩＣ６から右方向に向かって引き出される。一方、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄは、ＴＩＡ８から左方向に向かって引き出される。すなわち、ドライバＩＣ６からＴｘ信号線１１ａ〜１１ｄが引き出される方向、およびＴＩＡ８からＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄが引き出される方向は、いずれも、実質的に横方向である。ただし、ドライバＩＣ６からＴｘ信号線１１ａ〜１１ｄが引き出される方向、およびＴＩＡ８からＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄが引き出される方向は、互いに実質的に逆方向である。

また、Ｔｘデータ信号は、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄからドライバＩＣ６を介してＥ／Ｏ素子５へ導かれる。すなわち、Ｔｘデータ信号は、図２において左方向に向かうように導かれる。一方、Ｒｘデータ信号は、Ｏ／Ｅ素子７からＴＩＡ８を介してＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄへ導かれる。すなわち、Ｒｘデータ信号も、図２において左方向に向かうように導かれる。このように、Ｔｘデータ信号およびＲｘデータ信号は、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８が実装されている領域において、同じ方向に向かうように導かれる。

複数の制御線１３は、それぞれ、ドライバＩＣ６とエッジコネクタ９の対応する端子とを電気的に接続する。なお、図２では、図面を見やすくするために、制御線１３はエッジコネクタ９に接続していない。各制御線１３は、それぞれドライバ制御信号を伝送する。ドライバ制御信号は、例えば、Ｅ／Ｏ素子５が好適な状態で動作するように、ドライバＩＣ６を制御する信号を含む。また、ドライバ制御信号は、Ｔｘデータ信号が存在しないときにドライバＩＣ６を停止する信号を含む。

複数の制御線１４は、それぞれ、ＴＩＡ８とエッジコネクタ９の対応する端子とを電気的に接続する。なお、図２では、図面を見やすくするために、制御線１４はエッジコネクタ９に接続していない。各制御線１４は、それぞれＴＩＡ制御信号を伝送する。ＴＩＡ制御信号は、例えば、光信号が入力されないときにＴＩＡ８を停止する信号を含む。

フレキシブル基板３は、この実施例では、表面（上面および下面）にプリント回路を形成することができる２層基板である。Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄ、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄ、制御線１３、１４は、フレキシブル基板３の上面に形成される。ここで、制御線１３、１４は、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄとＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄとの間の領域に形成される。また、フレキシブル基板３の上面には、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８などに電力を供給するための電源線を形成してもよい。さらに、フレキシブル基板３の下面には、接地電位を実現するための導体を形成してもよい。

光導波路４は、この実施例では、光を伝搬するコアおよびコアを取り囲むクラッドが形成されたフィルムにより実現される。コアの厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、４０〜６０μｍである。また、このフィルムは、特に限定されるものではないが、例えば、ポリマ材料により実現される。

光導波路４は、複数の光導波路チャネルを有している。各光導波路チャネルは、それぞれ光信号を伝送する。また、複数の光導波路チャネルは、所定の間隔で形成されている。一例としては、特に限定されるものではないが、光導波路チャネルは0.25mm間隔で形成されている。光導波路４に形成される光導波路チャネルの数は、特に限定されるものではないが、この例では、１２である。また、この例では、光導波路４は、４本の送信光導波路チャネル、および４本の受信光導波路チャネルを含む。各送信光導波路チャネルは、Ｅ／Ｏ素子５により生成される光信号を光送受信モジュール２の出力端に導く。また、各受信光導波路チャネルは、光送受信モジュール２へ入力される光信号をＯ／Ｅ素子７へ導く。残りの４本の光導波路チャネルは、未使用である。

なお、光導波路４と光学的に結合するＥ／Ｏ素子５は、４個のレーザダイオードを有する。ここで、４個のレーザダイオードは、光導波路チャネルと同じ間隔で配置される。すなわち、４個のレーザダイオードは、0.25mm間隔で配置される。また、光導波路４と光学的に結合するＯ／Ｅ素子７は、４個のフォトダイオードを有する。ここで、４個のフォトダイオードは、光導波路チャネルと同じ間隔で配置される。すなわち、４個のフォトダイオードも、0.25mm間隔で配置される。

光導波路４は、フレキシブル基板３の下面に貼り付けられている。ここで、光導波路４は、後で図３を参照しながら説明するが、フレキシブル基板３の左端から少なくともＥ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７が実装されている位置まで到達している。すなわち、光導波路４は、フレキシブル基板３の横方向に光信号を伝搬するように、フレキシブル基板３に固定されている。

光導波路４の端部には、光コネクタ１０が光学的に結合されている。光コネクタ１０は、例えば、ＰＭＴコネクタである。ＰＭＴコネクタは、高分子光導波路のための多芯光コネクタである。

図３は、図２に示す光送受信モジュール２を側方から見た図である。ここで、図３は、図２において矢印Ａで表される視線により得られる光送受信モジュール２を示している。ただし、図３は、光送受信モジュール２の一部を示している。また、図３は、光送受信モジュール２の構造を説明するために、フレキシブル基板３および光導波路４を模式的に表している。

フレキシブル基板３の上面および下面には、選択的に導体２１が形成されている。導体２１により実現される回路は、図２に示すＴｘ信号線１１ａ〜１１ｄ、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄ、制御線１３、１４を含む。また、導体２１により実現される回路は、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８に電力を供給するための電源線を含む。フレキシブル基板３の下面に形成される導体２１は、接地電位を提供してもよい。

フレキシブル基板３の上面には、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８が実装されている。この例では、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８は、フレキシブル基板３の上面に形成されている導体２１に、フェイスダウン接続されている。一例として、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８は、フレキシブル基板３の上面にフリップチップ実装されている。この場合、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８は、それぞれ、バンプ２２を利用して導体２１に電気的に接続される。

Ｅ／Ｏ素子５の発光面およびＯ／Ｅ素子７の受光面は、フレキシブル基板３に対向している。そして、フレキシブル基板３は、Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７が実装される領域において、貫通孔２３を有している。なお、フレキシブル基板３が光信号の光波長に対して透明であるときは、フレキシブル基板３に貫通孔１３を形成する必要はない。

光導波路４は、光を伝搬するコア４ａ、およびコア４ａを取り囲むクラッド４ｂを有する。コア４ａおよびクラッド４ｂの屈折率は、互いに異なっている。そして、光導波路４は、フレキシブル基板３の下面に接合される。この実施例では、光導波路４は、フレキシブル基板３の下面に接着剤で貼り付けられる。

なお、光導波路４と光素子（Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７）との間の光結合効率を向上させるために、フレキシブル基板３と光導波路４との間にレンズを設けてもよい。この場合、１００μｍ程度の厚さのシート状のレンズを使用することができる。

光導波路４は、光信号を反射するミラー２４を有する。ミラー２４は、光導波路４が光を伝搬する方向に対して４５度の角度を有するように形成される。また、ミラー２４は、Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７の直下に位置するように配置される。すなわち、ミラー２４がＥ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７の直下に位置するように、光導波路４がフレキシブル基板３の下面に接合される。

図３に示す矢印２５は、光信号を表している。すなわち、Ｅ／Ｏ素子５により生成される光信号は、ミラー２４により反射され、コア４ａを介して光コネクタ１０へ伝搬される。また、入力光信号は、コア４ａを介して伝搬され、ミラー２４によりＯ／Ｅ素子７に導かれる。

図４は、実施形態の光モジュール１の構成を示す。光モジュール１は、光モジュール回路基板３１および図２〜図３を参照しながら説明した光送受信モジュール２を有する。なお、以下の説明では、図４に示すＸ方向を「横方向」と呼ぶことにする。また、図４に示すＹ方向を「縦方向」と呼ぶことにする。

光モジュール回路基板３１には、コネクタソケット３２が実装されている。また、光モジュール回路基板３１の１つの辺に沿って、エッジコネクタ３３が形成されている。さらに、光モジュール回路基板３１には、ドライバＩＣ６およびＴＩＡ８を制御するためのＣＰＵが実装されていてもよい。

光モジュール回路基板３１は、表面に回路を有する。また、光モジュール回路基板３１は、多層基板であってもよい。この場合、光モジュール回路基板３１は、その内部にも回路を有する。光モジュール回路基板３１に形成される回路は、プリントされた導体により実現される。この回路は、少なくとも、フレキシブル基板３に形成されているＴｘ信号線１１ａ〜１１ｄおよびＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄを、それぞれエッジコネクタ３３の対応する端子に電気的に接続するための導体線を含む。なお、光モジュール回路基板３１の材質は、特に限定されるものではなく、例えば、樹脂、セラミック、金属である。

コネクタソケット３２は、横方向に伸びるように配置される。すなわち、コネクタソケット３２は、エッジコネクタ３３とほぼ平行に光モジュール回路基板３１に実装されている。コネクタソケット３２の端子は、それぞれ光モジュール回路基板３１に形成されている回路に電気的に接続されている。そして、コネクタソケット３２は、図２〜図３を参照しながら説明した光送受信モジュール２のフレキシブル基板３を収容する。このとき、フレキシブル基板３に形成されているエッジコネクタ９の各端子は、それぞれコネクタソケット３２の対応する端子に電気的に接続される。したがって、光送受信モジュール２は、コネクタソケット３２によって、光モジュール回路基板３１に形成されている回路に電気的に接続される。

エッジコネクタ３３は、ブレードメインボード１１０に実装されているコネクタソケットの対応する端子に電気的に接続されるように形成されている。なお、光モジュール回路基板３１およびエッジコネクタ３３は、特に限定されるものではない。

領域３４には、フレキシブル基板３に形成されているＴｘ信号線１１ａ〜１１ｄをエッジコネクタ３３の対応する端子に電気的に接続するための信号線が形成される。また、領域３５には、フレキシブル基板３に形成されているＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄをエッジコネクタ３３の対応する端子に電気的に接続するための信号線が形成される。なお、領域３４、３５において、これらの信号線は、光モジュール回路基板３１の表面に形成されてもよいし、光モジュール回路基板３１の内層に形成されてもよい。

上記構成により、実施形態の光モジュール１は、縦方向の長さ（すなわち、高さＨ）が低くなる。以下、比較例の構成を参照しながら、実施形態の光モジュール１の高さＨが低くなることを説明する。

図５は、比較例の光モジュールの構成を示す。図５に示す光モジュールは、光モジュール回路基板５１、フレキシブル基板５２、光導波路４を有する。光モジュール回路基板５１には、コネクタソケット３２が実装されている。また、光モジュール回路基板５１の１つの辺に沿って、エッジコネクタ３３が形成されている。ただし、コネクタソケット３２は、光モジュール回路基板５１の縦方向に伸びるように配置されている。すなわち、コネクタソケット３２は、エッジコネクタ３３に対してほぼ直交するように実装されている。

フレキシブル基板５２には、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８が実装されている。ドライバＩＣ６およびＴＩＡ８は、Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７に対して同じ側に配置されている。すなわち、ドライバＩＣ６およびＴＩＡ８は、Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７に対して右側に配置されている。

Ｔｘ信号線６１ａ〜６１ｄは、ドライバＩＣ６から右方向に向かって引き出され、コネクタソケットの対応する端子に電気的に接続するように形成される。ここで、Ｔｘ信号線６１ａ〜６１ｄは、ドライバＩＣ６に近い領域において、Ｔｘ信号線６１ａ〜６１ｄ間の間隔を大きくするために、テーパ状に（或いは、扇状に）広がるように形成される。

Ｒｘ信号線６２ａ〜６２ｄは、ＴＩＡ８から右方向に向かって引き出され、コネクタソケットの対応する端子に電気的に接続するように形成される。ここで、Ｒｘ信号線６２ａ〜６２ｄは、ＴＩＡ８に近い領域において、Ｒｘ信号線６２ａ〜６２ｄ間の間隔を大きくするために、テーパ状に（或いは、扇状に）広がるように形成される。

なお、フレキシブル基板５２において、領域６３にはドライバＩＣ６を制御するための制御線が形成される。また、領域６４には、ＴＩＡ８を制御するための制御線が形成される。

光モジュール回路基板５１において、領域６５には、Ｔｘ信号線６１ａ〜６１ｄとエッジコネクタ３３の対応する端子とを電気的に接続する信号線が形成される。また、領域６６には、Ｒｘ信号線６２ａ〜６２ｄとエッジコネクタ３３の対応する端子とを電気的に接続する信号線が形成される。

図５に示す構成では、光モジュールの高さＨを低くすることは困難である。この理由は以下の通りである。

フレキシブル基板５２において、Ｔｘ信号線６１ａ〜６１ｄおよびＲｘ信号線６２ａ〜６２ｄは、上述したように、互いに近接しないように形成することが求められる。ところが、ドライバＩＣ６およびＴＩＡ８は、Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７に対して同じ側に配置されている。そして、Ｔｘ信号線６１ａ〜６１ｄおよびＲｘ信号線６２ａ〜６２ｄは、ドライバＩＣ６およびＴＩＡ８に対して同じ方向（すなわち、光モジュール回路基板５１の右側に向かう方向）に引き出されている。このため、Ｔｘ信号線６１ａ〜６１ｄをテーパ状に広がるように形成し、且つ、Ｒｘ信号線６２ａ〜６２ｄをテーパ状に広がるように形成すると、フレキシブル基板５２の縦方向の長さを長くする必要がある。したがって、光モジュール回路基板５１にフレキシブル基板５２を搭載して光モジュールを実現すると、必然的に、その光モジュールの高さＨは高くなってしまう。

これに対して、図４に示す実施形態の光モジュール１においては、ドライバＩＣ６およびＴＩＡ８は、Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７に対して異なる側に配置されている。図４に示す例では、Ｅ／Ｏ素子５の右側にドライバＩＣ６が配置され、Ｏ／Ｅ素子７の左側にＴＩＡ８が配置されている。そして、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄはドライバＩＣ６に対して右方向に引き出され、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄはＴＩＡ８に対して左方向に引き出されている。すなわち、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄおよびＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄは、Ｅ／Ｏ素子５およびＯ／Ｅ素子７に対して、互いに実質的に逆方向に引き出されている。

このように、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄおよびＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄは、横方向において異なる領域に形成される。このため、縦方向において同じ位置にＴｘ信号線１１ａ〜１１ｄおよびＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄを形成しても、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄとＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄとがオーバラップすることはない。ここで、図４に示すように、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄがテーパ状に形成されている領域の高さｈ(t)、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄがテーパ状に形成されている領域の高さｈ(r)とする。また、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄおよびＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄが形成されている領域（信号線が縦方向に伸びる領域を除く）の高さをｈ(t+r)とする。そうすると、ｈ(t)＋ｈ(r)＞ｈ(t+r)が得られる。よって、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄをテーパ状に広がるように形成し、且つ、Ｒｘ信号線１２ａ〜１２ｄをテーパ状に広がるように形成しても、フレキシブル基板３の縦方向の長さを短くすることができる。したがって、光モジュール回路基板３１にフレキシブル基板３を搭載して光モジュール１を実現すると、図５に示す構成と比較して、光モジュール１の高さＨを低くすることができる。

実施形態の光モジュール１は、この例では、図１（ｃ）に示すブレードメインボード１１０に対して垂直に搭載される。したがって、光モジュール１の高さＨを低くすれば、ブレード１０２の幅Ｗを狭くすることができる。

図６は、光モジュール１をブレードメインボード１１０に搭載する実施例を示す。図６に示す実施例では、ブレードメインボード１１０に複数の光モジュール１が搭載されている。

図６に示す例では、ＣＰＵ１１１−１、１１１−２および垂直接続型エッジコネクタソケット１１２−１〜１１２−４が、ブレードメインボード１１０に実装されている。そして、光モジュール１−１〜１−４は、対応する垂直接続型エッジコネクタソケット１１２−１〜１１２−４により、ブレードメインボード１１０に形成されている回路に電気的に接続されている。光モジュール１−１〜１−４は、それぞれ図４に示す実施形態の光モジュール１に相当する。

上記構成において、ＣＰＵ１１１−１、１１１−２は、光モジュール１−１〜１−４を介して他のブレードへデータを送信できる。また、ＣＰＵ１１１−１、１１１−２は、光モジュール１−１〜１−４を介して他のブレードからデータを受信できる。

さらに、実施形態の光モジュールによれば、Ｔｘデータ信号とＲｘデータ信号との間のクロストークが低減される。すなわち、図５に示す構成においては、Ｔｘ信号線６１ａ〜６１ｄおよびＲｘ信号線６２ａ〜６２ｄは、実質的に同じ方向に形成される。この結果、Ｔｘデータ信号とＲｘデータ信号との間のクロストークが大きくなるおそれがある。これに対して、実施形態の光モジュール１においては、Ｔｘ信号線１１ａ〜１１ｄおよびＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄは、実質的に逆方向に形成される。この結果、Ｔｘデータ信号とＲｘデータ信号との間のクロストークが抑制される。

図７は、送信信号と受信信号との間のクロストークについてのシミュレーション結果を示す。ここでは、図７（ａ）に示す２つのモデルについて比較する。モデルＡは、実施形態の光モジュール１に相当し、Ｔｘ信号線およびＲｘ信号線が互いに逆方向に形成されている。モデルＢは、Ｔｘ信号線およびＲｘ信号線が互いに同じ方向に形成されている。モデルＡおよびモデルＢにおいて、Ｔｘ信号線とＲｘ信号線との間の間隔は、最悪条件を想定し、光デバイスのピッチ同じである。すなわち、Ｔｘ信号線とＲｘ信号線との間の間隔は、２５０μｍである。上記モデにおいて、ポートＰ１からポートＰ４へのクロストークのシミュレーションを行った。

上記シミュレーションによれば、モデルＡは、モデルＢと比較すると、２０ｄＢ以上の改善が得られる。すなわち、実施形態の光モジュール１においては、送信信号と受信信号との間のクロストークが抑制される。

なお、図５に示す構成において、フレキシブル基板５２の縦方向の長さが大きくなる理由の１つは、フレキシブル基板５２の１つの面にＴｘ信号線６１ａ〜６１ｄおよびＲｘ信号線６２ａ〜６２ｄが形成されていることに起因する。よって、フレキシブル基板５２の代わりに多層回路基板を採用し、同じ領域にＴｘ信号線６１ａ〜６１ｄおよびＲｘ信号線６２ａ〜６２ｄの一部が互いにオーバラップするように形成すれば、その回路基板のサイズを小さくすることができる。しかしながら、多層回路基板の厚さは、フレキシブル基板よりも厚い。そして、回路基板が厚くなると、Ｅ／Ｏ素子５と光導波路４のコア４ａとの間、およびコア４ａとＯ／Ｅ素子７との間の光損失を大きくなる。このため、この光損失を小さくするためには、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８を実装するための回路基板として、フレキシブル基板を採用する構成が好適である。

実施形態の構成によれば、光損失の小さいフレキシブル基板を採用する場合であっても、光モジュールの高さを低くすることができる。すなわち、実施形態の構成によれば、回路基板の１つの面にＴｘ信号線１１ａ〜１１ｄおよびＲｘ信号線１２ａ〜１２ｄを形成しながら、光モジュールの高さを低くすることができる。

ただし、本発明は、フレキシブル基板以外の回路基板に、Ｅ／Ｏ素子５、ドライバＩＣ６、Ｏ／Ｅ素子７、ＴＩＡ８を実装する構成を排除するものではない。

また、上述の実施例では、Ｅ／Ｏ素子５の右側にドライバＩＣ６が配置され、Ｏ／Ｅ素子７の左側にＴＩＡ８が配置されているが、本発明は、この構成に限定されるものではない。すなわち、Ｅ／Ｏ素子５の左側にドライバＩＣ６を配置し、Ｏ／Ｅ素子７の右側にＴＩＡ８を配置してもよい。

さらに、光モジュール１は、一例として、ブレードサーバ１００のブレード間でデータを送信および受信するために使用されるが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、実施形態の光モジュール１は、任意の装置間で光信号を送信および受信するために使用可能である。

Claims (11)

1. 第１のエッジコネクタが形成され、前記第１のエッジコネクタとほぼ平行にコネクタソケットが実装された第１の回路基板と、
   前記コネクタソケットにより前記第１の回路基板に電気的に接続される光送受信モジュールと、を有し、
   前記光送受信モジュールは、
   電気／光変換素子、前記電気／光変換素子を駆動する駆動回路、光／電気変換素子、前記光／電気変換素子の出力電流を電圧信号に変換する電流／電圧変換回路が実装された第２の回路基板と、
   前記電気／光変換素子により生成される光信号を前記光送受信モジュールの出力端に導き、前記光送受信モジュールへ入力される光信号を前記光／電気変換素子へ導く光導波路と、を有し、
   前記第２の回路基板は、前記コネクタソケットに対応する第２のエッジコネクタを有し、
   前記電気／光変換素子、前記駆動回路、前記光／電気変換素子、前記電流／電圧変換回路は、前記第２の回路基板の中央近傍に配置され、
   前記駆動回路の信号線は、前記駆動回路から第１の方向に引き出されて前記第２のエッジコネクタの対応する端子まで形成され、
   前記電流／電圧変換回路の信号線は、前記電流／電圧変換回路から前記第１の方向に対して実質的に逆方向である第２の方向に引き出されて前記第２のエッジコネクタの対応する端子まで形成される
   ことを特徴とする光モジュール。
2. 前記第２のエッジコネクタは、前記第２の回路基板の横方向に伸びる辺に形成され、
   前記第１および第２の方向は、実質的に前記第２の回路基板の横方向である
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記電気／光変換素子および前記光／電気変換素子は、前記第２の回路基板の縦方向に並んで配置されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記駆動回路は、前記電気／光変換素子の右側に配置され、
   前記電流／電圧変換回路は、前記光／電気変換素子の左側に配置されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
5. 前記駆動回路は、前記電気／光変換素子の左側に配置され、
   前記電流／電圧変換回路は、前記光／電気変換素子の右側に配置されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
6. 前記光導波路は、前記第２の回路基板の横方向に光信号を伝搬するように前記第２の回路基板に固定されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
7. 前記光導波路は、前記電気／光変換素子により生成される光信号を前記光送受信モジュールの出力端に導く送信光導波路チャネル、および前記光送受信モジュールへ入力される光信号を前記光／電気変換素子へ導く受信光導波路チャネルを含み、
   前記送信光導波路チャネルおよび前記受信光導波路チャネルは、互いに平行に、かつ前記電気／光変換素子および前記光／電気変換素子の近傍から同じ方向に向かって伸びるように形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
8. 送信信号が前記駆動回路を介して前記電気／光変換素子へ向かう方向と、受信信号が前記電流／電圧変換回路を介して前記電流／電圧変換回路の信号線へ向かう方向は、ほぼ同じである
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
9. 前記電気／光変換素子、前記駆動回路、前記光／電気変換素子、前記電流／電圧変換回路は、前記第２の回路基板の一方の面にフェイスダウン接続され、
   前記第２の回路基板の他方の面に前記光導波路が貼り付けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
10. 前記第１の回路基板に形成されている前記第１のエッジコネクタは、垂直接続型エッジコネクタソケットに対応する
    ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
11. 前記第２の回路基板は、フレキシブル回路基板である
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光モジュール。

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