WO2006025523A1 - 光電気複合モジュール - Google Patents

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WO2006025523A1
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light
photoelectric composite
insulating layer
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Takanori Shimizu
Kazuhiko Kurata
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Nec Corporation
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    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4246—Bidirectionally operating package structures

Definitions

  • the present invention relates to a photoelectric composite module, and more particularly to a high-speed photoelectric composite module in which a light emitting element, its driving LSI, a light receiving element, its signal processing LSI, and the like are integrally mounted together with an optical waveguide.
  • An optical transceiver is composed of an optical transmitter and an optical receiver.
  • the module of the optical transmitter has light emitting elements such as a transmission LSI and a semiconductor laser
  • the module of the optical receiver includes a receiver LSI and a photo It has a light receiving element such as a diode.
  • this type of opto-electric composite module has an optical coupling system formed by mounting an optical element on a substrate on which an optical waveguide is formed, and coupling with the optical waveguide.
  • Optical input / output with the outside is performed by coupling with fiber.
  • the number of fibers for input and output is one, so the signal wavelength of the light emitting element and the light receiving element is distinguished, and a structure that distributes wavelengths by inserting an optical filter in the middle is used. It has been adopted.
  • various reduction means have been conventionally used.
  • Patent Document 2 discloses that a light-emitting element and a light-receiving element are covered in a dome shape with a transparent resin, and the outside is covered with a light-shielding resin-coated part A structure for coating with is proposed. According to this structure, stray light from the light emitting element The external light is not received by the light receiving element. And so on.
  • the distance between the transmission unit and the reception unit is set so that electromagnetic wave noise generated by driving the light emitting element does not reach the reception side and is amplified by the reception LSI.
  • measures have been taken such as separating the circuit board and covering the entire board on which the receiving element is mounted with a module package for shielding electromagnetic waves.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-249241 (page 3-4, Fig. 1, Fig. 2)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-174675 (page 3, FIG. 1, FIG. 2)
  • Another problem is that miniaturization is hindered by increasing the distance between the light emitting element and the light receiving element in order to reduce electromagnetic noise.
  • the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art.
  • the purpose of the present invention is to suppress stray light and electromagnetic noise in the same part (on the same board) instead of separate parts.
  • the second objective is to provide a photoelectric composite module having a structure that can be realized.
  • the transmitter and the Z or the receiver are optically coupled to at least the transmitter or the receiver disposed in the insulation layer.
  • An optical / electrical composite module having an optical waveguide is provided, wherein at least a part of the optical waveguide is surrounded by a grounded conductive member formed in a cylindrical shape. Is done.
  • the transmitter and the Z or the receiver are optically coupled to at least the transmitter or the receiver disposed in the insulating layer.
  • an upper ground electrode and a lower ground electrode are respectively formed on the upper and lower surfaces of the insulating layer, and at least a part of the optical waveguide is connected to the upper ground electrode.
  • An opto-electric composite module is provided, characterized in that it is enclosed in a letter or “mouth” shape.
  • an insulating layer containing an optical waveguide is disposed on a substrate, and a conductive film (ground pattern and signal wiring and power supply wiring) formed on the upper surface and the lower surface of the insulating layer is used for light shielding and Effectively used as an electromagnetic wave shielding film, and the optical waveguide is enclosed in a “U” or “mouth” shape depending on the grounded conductive member installed in the insulating layer.
  • light shielding and electromagnetic shielding can be performed within the same component (on the same substrate) instead of separate components, and the distance between the transmitter and the receiver can be increased. There is no need to separate them, and the number of parts can be reduced, and the size and cost of the equipment can be reduced.
  • a light shielding plate having an aperture for reducing stray light is not required, the implementation cost can be reduced.
  • an electromagnetic shielding structure can be built in a fine part, crosstalk between adjacent channels can be suppressed when arraying.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view and a transverse sectional view of a main part of a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view and a transverse sectional view of a main part of a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view and a transverse sectional view of a main part of a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view and a transverse sectional view of the main part of a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view, a top view, and a transverse sectional view of a fifth embodiment of the present invention. Explanation of symbols
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part showing the first embodiment of the present invention, particularly focusing on electromagnetic shielding and light shielding structure of an optical waveguide.
  • FIG. 1 (a) is a longitudinal sectional view
  • FIG. b) is a cross-sectional view of the plane passing through the optical waveguide.
  • an insulating layer 31 is laminated on a substrate 3 that is also S, and an insulating layer in which an optical waveguide 21 is built therein. 2 is formed.
  • An upper ground electrode 62 and a lower ground electrode 61 are formed on the upper and lower surfaces of the insulating layer 2, respectively.
  • the optical waveguide 21 is optically coupled to a transmission unit 11 having a light emitting element and a transmission LSI as main components and a reception unit 12 having a light receiving element and a reception LSI as main components.
  • the insulating layer 2 contains an optical waveguide 21 and has a refractive index structure suitable for optical waveguide. Absolute As the material of the edge layer, a polymer resin that has a low loss with respect to the signal wavelength and can be processed into a via hole by a laser beam is preferable.
  • the conductive via 71 is arranged on the transmitter 11 side so as to surround the optical waveguide 21.
  • the conductive via 71 is brought close to the optical waveguide 21 within a range in which the signal light propagating through the optical waveguide 21 between the transmission unit and the reception unit is not absorbed or scattered, and the main propagation direction of the stray light 41 (left and right in the figure). Align in the direction perpendicular to (direction). Then, a plurality of rows of conductive vias 71 arranged in the vertical direction are arranged, and the conductive vias 71 are arranged in a zigzag manner in the main propagation direction of the stray light 41 to receive the stray light 41.
  • stray light 41 and electromagnetic noise 42 having a transmission side force are not leaked to the outside.
  • the optical waveguide is surrounded by conductive vias 71 on both the transmitter and receiver sides.
  • the signal light is incident on the optical waveguide 21 and propagates the light.
  • the stray light 41 that is not incident on the optical waveguide 21 the stray light 411 in the insulating layer that propagates in the insulating layer 2 is It is scattered by the conductive via 71 together with the electromagnetic wave noise 421 transmitted through the insulating layer. Further, the stray light 412 propagating in the space is reflected by the upper ground electrode 62 together with the space propagating electromagnetic wave noise 422.
  • the substrate propagation electromagnetic wave noise 423 propagated in the substrate 3 is reflected by the lower ground electrode 61, and the spatially propagated stray light 412 incident on the substrate 3 is mostly absorbed by the Si substrate, and the remaining portion is the lower ground electrode. Reflected at 61. For this reason, stray light is not coupled to the light receiving element of the light receiving unit, and only the received signal light is coupled to the light receiving element of the receiving unit 12.
  • the conductive via row for shielding and electromagnetic shielding can be formed on the substrate through which the optical waveguide passes. This simplifies the structure and reduces the number of parts, enabling downsizing and low cost.
  • a blocking structure can be built inside the substrate and insulating layer. Therefore, the stray light and electromagnetic noise inside the substrate and the insulating layer propagating from the transmitting side to the receiving side can be cut to improve the light shielding and electromagnetic shielding effect.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part of the second embodiment of the present invention, in which FIG. 3 (a) is a vertical cross-sectional view, and FIG. 3 (b) is a cross-sectional view in a plane passing through an optical waveguide.
  • FIG. 3 (a) is a vertical cross-sectional view
  • FIG. 3 (b) is a cross-sectional view in a plane passing through an optical waveguide.
  • FIG. 3 In the optical transmission unit la of the photoelectric composite module of the present embodiment shown in FIG. 3, a wall-like member in which a conductive material is buried without a gap is formed in place of the conductive via, thereby shielding light and electromagnetic shielding. Increases the effect. That is, a pair of conductive side walls 72 substantially parallel to the optical waveguide 21 is provided in the insulating layer 2, and the conductive front wall 73 around the optical waveguide 21 is connected to the conductive side wall 72.
  • the conductive front wall 73 is provided with an opening 73a through which the optical waveguide 21 passes.
  • This conductive wall can be easily formed by repeatedly forming the via hole into a continuous shape using the laser processing used to form the via hole for the conductive via and filling the inside with a conductive material. Is possible. As a result, the stray light 41 and the electromagnetic noise 42 propagating in the insulating layer 2 are reflected by the conductive side wall 72 and the conductive front wall 73, and only the received signal light reaches the light receiving element of the receiving unit 12.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the third embodiment of the present invention, in which FIG. 4 (a) is a vertical cross-sectional view, and FIG. 4 (b) is a cross-sectional view in a plane passing through an optical waveguide.
  • FIG. 4 (a) is a vertical cross-sectional view
  • FIG. 4 (b) is a cross-sectional view in a plane passing through an optical waveguide.
  • the absorber filling vias 74 are arranged inside the conductive vias 71 arranged in a “U” shape so as to block the path of the stray light 4.
  • the stray light 41 propagating in the insulating layer 2 is scattered by the conductive via 71, and further absorbed by the absorber filling via 74, so that only the received signal light reaches the light receiving element of the receiving unit 12.
  • Absorber material can be easily selected from polymer resin.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part of the fourth embodiment of the present invention, in which FIG. 5 (a) is a longitudinal cross-sectional view, and FIG. 5 (b) is a cross-sectional view in a plane passing through an optical waveguide FIG.
  • the upper part of the insulating layer 2 is an absorption layer 75 made of a light-absorbing material. The light shielding effect is enhanced by scattering by 71 and direct absorption and absorption of scattered light by the absorber filling via 74 and the absorption layer 75.
  • the absorber-filled via 74 is arranged inside the conductive vias 71 arranged in a “G” shape so as to block the path of the stray light 41.
  • the stray light propagating through the insulating layer 2 41 Is scattered by the conductive via 71 and further absorbed by the absorber-filled via 74 and the absorption layer 75, so that only the received signal light reaches the light receiving element of the receiver 12.
  • the absorbed stray light 43 is absorbed as it is, and the light-absorbing material can be easily selected from polymer resin, and the absorption layer 75 can be formed by spin coating.
  • a via hole penetrating the layer 2 can be easily formed by a laser cage.
  • each of the transmitter, the receiver, and the optical waveguide has been described.
  • a plurality of transmitters or receivers may be arranged in an array. Also good.
  • a plurality of sets of transmitters, receivers and optical waveguides may be arranged in an array.
  • conductive vias and the like can be formed in minute portions. Therefore, a light shielding and electromagnetic shielding structure can be provided for each individual optical waveguide, and the integrated vias are compactly integrated. Even in an array module, crosstalk between adjacent channels can be suppressed.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the optoelectric composite module according to the fifth embodiment of the present invention, in which FIG. 6 (a) is a longitudinal sectional view, FIG. 6 (b) is a top view, and FIG. It is the cross-sectional view seen in the surface which passes along an optical waveguide.
  • the optoelectric composite module 1 includes a transmitter 11, a receiver 12, and an optical waveguide 21 laid in an insulating layer 2 that optically couples them.
  • the insulating layer 31 is installed as an integrated module.
  • Upper and lower surfaces of the insulating layer 2 are formed with an upper electrode, wiring 63, and a lower electrode, wiring 64, respectively, and conductive vias 71 and absorber-filled vias 74 are formed within the insulating layer 2.
  • the upper electrode 'wiring 63' and the lower electrode'wiring 64 include a ground electrode, a signal line, and a power line, respectively.
  • the transmission unit 11 includes an LD 51 and a transmission LSI 52.
  • the LD 51 is flip-chip connected to a signal line 69 formed on the insulating layer 31 and receives an electric current amplitude signal from the transmission LSI 52 to generate an optical signal.
  • the layer structure and internal structure of LD51 are suitable for optical coupling with the optical waveguide.
  • the light emitting diode is not limited to the edge emitting type, and a surface emitting type LD may be used. In this case, it is mounted on insulating layer 2 and the light path is converted by 90 degrees with a mirror, and the emitted light is converted. It may be combined with the optical waveguide 21.
  • the transmission LSI 52 is flip-chip mounted with bumps 9 on the upper ground electrode 62 on the insulating layer 2, the power supply line 68, and the signal line 65, and LD51 according to the external electric signal (modulated signal of the specified voltage).
  • the drive current with the necessary current amplitude is given.
  • the signal line 65 to which the transmission LSI 52 is connected and the signal line 69 to which the LD 51 is connected are connected by conductive vias formed through the insulating layer 2.
  • the receiving unit 12 includes a receiving PD 53 and a receiving LSI 54.
  • the reception PD 53 is flip-chip connected to the signal line 66 on the insulating layer 2, converts the input signal light into a current amplitude signal, and transmits it to the reception LSI 54.
  • the receiving PD 53 is not limited to the surface type PD, but an end face incident type PD may be used. In this case, the PD may be mounted on the lower electrode wiring 64 and directly coupled to the optical waveguide 21.
  • the reception LSI 54 is flip-chip connected to the upper ground electrode 62, the signal line 66, and the power supply line 67 on the insulating layer 2, and converts the current amplitude signal from the reception PD 53 into a voltage signal so as to become a specified voltage.
  • the receiving unit 12 is housed in a metal shielding case 76 connected to the upper ground electrode 62.
  • the signal line is configured as a coplanar transmission line, but the signal line may be formed as a microstrip line on the upper ground electrode. By doing so, stray light and electromagnetic noise can be more completely shielded.
  • an optical waveguide 21 is laid on the substrate 3 so as to be V-shaped as an optical circuit portion.
  • a transmission unit 11 is formed at one end of the substrate 3
  • a WDM filter 55 is disposed at a portion where the waveguides intersect
  • a reception unit 12 is disposed on the rear side.
  • One end of the optical waveguide 21 opened in a V shape is coupled to the LD 51, and the other is coupled to the optical fiber 8.
  • the WDM filter 55 is inserted into a groove formed in a portion where two waveguides intersect with the V-shape. Input light from the outside passes through the WDM filter 55, is reflected by the mirror 56, and enters the reception PD 53. The signal light from the transmitter 11 is reflected by the WDM filter 55 and output to the outside via the optical fiber 8.
  • the optical fiber 8 guides an optical input from the outside to the receiving unit 12 through the optical waveguide 21, and outputs an optical signal from the transmitting unit to the outside through the optical waveguide 21.
  • Optical fiber 8 is a substrate Positioned by the V-groove formed on the top.
  • the transmission unit side and the reception unit side An upper ground electrode 62 and a lower ground electrode 61 are formed on the upper and lower surfaces of both of them, and conductive vias 71 and absorber-filling vias 74 are disposed on the transmitting side and the receiving side, respectively.
  • the conductive via 71 is disposed so as to surround the optical waveguide 21 on both the transmission unit side and the reception unit side.
  • the shielding case 76 blocks the transmission of the spatially propagated electromagnetic noise generated in the transmitter 11 to the receiver 12.
  • an equipotential surface is formed by the lower and upper ground electrodes 61 and 62, the conductive via 71, and the shielding case 76, and each electromagnetic wave noise of spatial propagation, substrate propagation, and insulating layer propagation can be shielded.
  • the shielding case 76 is arranged on the receiving unit 12 side because it is easily affected by electromagnetic noise caused by external force, but may be arranged on the transmitting unit 11 side.
  • the mounting cost can be suppressed.
  • an electromagnetic shielding structure for reducing electromagnetic noise can be provided near the transmission side or the reception side, it is not necessary to increase the distance between the transmission side and the reception side, thereby enabling miniaturization.
  • the LD51 is an edge emitting laser with an oscillation wavelength of 1310 nm
  • the receiving PD53 is a planar photodiode. These optical elements are flip-chip mounted. Insulating layer 2 had an optical waveguide loss of 0.5 dBZcm.
  • the transmission LSI 52 controls the injection current of the LD 51 by an external 156 MbitZs differential input electrical signal. An optical signal having a wavelength of 13 lOnm is reflected by the WDM filter 55 via the optical waveguide 21 and is output from the optical fiber 8 to the outside.
  • an optical input with a wavelength of 1550 nm and 622 Mbit / s is transmitted through the optical fiber 8 and the optical waveguide 21, passes through the WDM filter 55, is reflected by the mirror 56, is received by the reception PD 53, and is received as an electrical signal by the reception LSI 54. Output.
  • the isolation of light from the LD51 to the receiving PD53 is 65 dB, and the electrical isolation is 80 dB, which has the effect of reducing stray light and electromagnetic noise.
  • Industrial applicability Examples of utilization of the present invention include optical communication modules represented by optical networks such as intra-regional networks and inter-city networks, and optical / electrical modules used for optical links between servers 'inside devices such as routers'.

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Abstract

基板３の上に絶縁層３１が積層され、その上に光導波路２１を内蔵された絶縁層２が形成され、絶縁層２の上下に下部グランド電極６１、上部グランド電極６２、導電性ビア７１等が電気的に接続され、光導波路２１は発光素子と送信ＬＳＩを主構成とする送信部１１と、受光素子と受信ＬＳＩを主構成とする受信部１２に結合されている。送信部１１で発光素子を駆動すると信号光は光導波路２１に結合して光伝播するが、光導波路２１に入射されなかった迷光４１は電磁波ノイズ４２とともに基板３と絶縁層２の内部また空間を伝播するが、導電性ビア７１で散乱され、上下グランド電極６１、６２で反射され、信号光のみが受信部１２の受光素子に結合する。

Description

明 細 書
光電気複合モジュール
技術分野
[0001] 本発明は、光電気複合モジュールに関し、特に発光素子とその駆動 LSI及び受光 素子とその信号処理 LSIなどが光導波路とともに一体的に実装された高速の光電気 複合モジュールに関する。
背景技術
[0002] 近年、地域内ネットワーク、都巿間ネットワーク等に代表される光通信、ならびにサ 一ノ .ルータの装置内.装置間での光リンクなどにおいて用いられる、高速、低コスト
、かつ小型な光トランシーバの実現が期待されている。光トランシーバは光送信部と 光受信部から構成されている力 その中で光送信部のモジュールは、送信 LSI及び 半導体レーザなどの発光素子を有し、光受信部のモジュールは、受信 LSI及びフォト ダイオードのような受光素子を有して 、る。
[0003] これまでこの種の光電気複合モジュールは、光導波路が形成された基板上に光素 子を搭載し、光導波路と結合することによって光結合系を形成し、光導波路の一端と 光ファイバと結合することにより外部との光入出力を行っている。さらに光加入者系で は入出力のためのファイバの本数を 1本にするため、発光素子と受光素子の信号波 長を区別して、途中に光フィルタを挿入することで波長をふりわける構造が採用され ている。そして、送受信一体型の光モジュールにおいては迷光と電磁波ノイズを抑制 することが必要となるので、従来より種々の低減手段がとられてきた。例えば、特許文 献 1に記載されている従来の光伝送モジュールでは、発光素子と受光素子の間の光 導波路に、孔があいた遮光板を挿入することによって、光導波路近傍は通過し外側 は遮光されることにより、発光素子力も光導波路に結合されな力つた迷光が抑制され る構造がとられていた。
[0004] また、迷光が抑制できる別の構造として、例えば、特許文献 2には、発光素子及び 受光素子の周囲を透明榭脂にてドーム状に被覆し、その外側を遮光用榭脂被覆部 でコーティングする構造が提案されている。この構造によれば、発光素子からの迷光 が外部に漏れでな 、ようにできるとともに外部からの光が受光素子に受光されな！、よ うにすることができる。
一方、電磁波ノイズを抑制するための構造としては、発光素子の駆動によって生じ る電磁波ノイズが受信側に到達して受信 LSIで増幅されることのな 、ように、送信部と 受信部の距離を離したり、例えば受信部の素子が搭載された基板全体を電磁波遮 蔽用のモジュールパッケージで覆うなどの対策が採られてきた。
特許文献 1 :特開 2001— 249241号公報（3— 4頁、図 1、図 2)
特許文献 2 :特開 2001— 174675号公報（3頁、図 1、図 2)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
従来の光導波路基板を用いた光モジュールでは、迷光と電磁波ノイズ抑制のため に別々の部品に対策を施してきた。しかし個別に対策を施すことで部品点数の低減 が難しくなるなど、サイズやコストの低下を阻む要因となっていた。
また、迷光低減のために遮光板を挿入する場合、導波路部分に遮光板の孔部がく るように調整するのでァライメント精度が厳しぐ実装コストが高くなるという問題があつ た。
また、電磁波ノイズ低減のために発光素子と受光素子の距離を離すことによって小 型化が阻害されるという問題があった。
また、従来構造では、微細な部分に電磁遮蔽構造を形成することができないため、 送信部や受信部などをアレイ化した際に隣接チャンネル間のクロストークを抑制する ことが困難であった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的 は、第 1に、迷光と電磁波ノイズの抑制を別々の部品ではなく同一部品内（同一基板 上）に実現できる構造を有する光電気複合モジュールを提供することであり、第 2に、 遮光板のような部品を用いずに迷光を抑制でき、実装コストを低減できる構造を有す る光電気複合モジュールを提供することであり、第 3に、発光素子と受光素子の距離 を近づけても電磁波ノイズを低減でき小型化できる構造を有する光電気複合モジュ ールを提供することであり、第 4に、クロストークの抑制された、アレイ化された光電気 複合モジュールを提供することである。
課題を解決するための手段
[0006] 上述した目的を達成するため、本発明によれば、送信部及び Z又は受信部と、絶 縁層内に配置された、少なくとも前記送信部又は前記受信部とに光学的に結合され た光導波路とを有する光電気複合モジュールにおいて、前記光導波路の少なくとも 一部が、筒状に形成された接地された導電性部材により囲まれていることを特徴とす る光電気複合モジュールが提供される。
[0007] また、上述した目的を達成するため、本発明によれば、送信部及び Z又は受信部 と、絶縁層内に配置された、少なくとも前記送信部又は前記受信部とに光学的に結 合された光導波路とを有する光電気複合モジュールにおいて、前記絶縁層上'下面 にはそれぞれ上部グランド電極と下部グランド電極とが形成され、前記光導波路の少 なくとも一部が、上部グランド電極と下部グランド電極の少なくとも一方に接続された 、光導波路に沿ってその両側に形成された並行導電性部材と該並行導電性部材と 交差する方向に形成された交差導電性部材とによっては"コ"字状又は"口"字状に 囲まれていることを特徴とする光電気複合モジュールが提供される。
発明の効果
[0008] 本発明は、基板の上に光導波路を内蔵する絶縁層を配置し、この絶縁層の上面及 び下面に形成された導電膜 (グランドパターン及び信号配線と電源配線)を遮光用 及び電磁波遮蔽用膜として有効活用するとともに、光導波路を、絶縁層内に設置さ れた接地された導電性部材によっては"コ"字状若しくは"口"字状に囲み、これにより 遮光用及び電磁波遮蔽用作用を担わせるものであるので、本発明によれば、別々の 部品でなく同一部品内（同一基板上)で遮光と電磁遮蔽が可能となり、また、送信部 と受信部との距離を離す必要がなくなり、部品点数の削減と装置の小型化と低コスト 化が可能となる。また、迷光低減のための開孔を有する遮光板が不要になるため、実 装コストを抑えることが可能となる。また、微細な部分に電磁遮蔽構造を作り込むこと ができるため、アレイィ匕した際に隣接チャンネル間のクロストークを抑制することが可 會 になる。
図面の簡単な説明 [0009] [図 1]本発明の第 1の実施の形態の主要部の縦断面図と横断面図。
[図 2]本発明の第 1の実施の形態の動作を説明する模式図。
[図 3]本発明の第 2の実施の形態の主要部の縦断面図と横断面図。
[図 4]本発明の第 3の実施の形態の主要部の縦断面図と横断面図。
[図 5]本発明の第 4の実施の形態の主要部の縦断面図と横断面図。
[図 6]本発明の第 5の実施の形態の縦断面図と上面図と横断面図。 符号の説明
[0010] 1 光電気複合モジュール
la 光電気複合モジュールの光伝送部
2 絶縁層
3 基板
8 光ファイバ
9 バンプ
11 送信部
12 受信部
21 光導波路
31 絶縁層
41、 43 迷光
411 絶縁層内迷光
412 空間伝播迷光
42 電磁波ノイズ
421 絶縁層伝播電磁波ノイズ
422 空間伝播電磁波ノイズ
423 基板伝播電磁波ノイズ
51 LD
52 送信 LSI
53 受信 PD
54 受信 LSI 55 WDMフイノレタ
56 ミラー
61 下部グランド電極
62 上部グランド電極
63 上部電極，配線
64 下部電極，配線
65、 66、 69 信号線路
67、 68 電源線路
71 導電性ビア (導電性材料が充填されたビアホール）
72 導電性側壁
73 導電性正面壁
73a 開口
74 吸収体充填ビア (光吸収性材料が充填されたビアホール）
75 吸収層
76 遮蔽ケース
発明を実施するための最良の形態
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図 1は、本 発明の第 1の実施の形態を、特に光導波路の電磁遮蔽ならびに遮光構造に着目し て示す要部断面図であって、図 1 (a)は縦断面図、図 1 (b)は光導波路を通る面での 横断面図である。図 1に示される、本実施の形態の光電気複合モジュールの光伝送 部 laにおいて、 S もなる基板 3の上に絶縁層 31が積層され、その上に光導波路 2 1が内蔵された絶縁層 2が形成されている。そして、絶縁層 2の上 ·下面にはそれぞれ 上部グランド電極 62と下部グランド電極 61が形成され、絶縁層 2内には、上部グラン ド電極 62と下部グランド電極 61とに接続された、導電性材料が充填されたビアホー ル (以下、導電性ビア） 71が複数本形成されている。光導波路 21は発光素子と送信 LSIを主構成要素とする送信部 11と、受光素子と受信 LSIを主構成要素とする受信 部 12に光学的に結合されて 、る。
絶縁層 2は光導波路 21を内蔵しており光導波に適した屈折率構造を有している。絶 縁層の材料としては信号波長に対して低損失であり、レーザビームによるビアホール の加工等が可能なポリマ榭脂が好適である。
[0012] 本実施の形態において、導電性ビア 71は、送信部 11側に光導波路 21を囲むよう に配置されている。導電性ビア 71は、送信部と受信部の間の光導波路 21を伝播し てくる信号光を吸収又は散乱しない範囲で光導波路 21に近接させるとともに、迷光 4 1の主要伝播方向 (図の左右方向)対して垂直の方向に並べる。そして、その垂直方 向に並ぶ導電性ビア 71の列が複数本配置されるようにし、かつ、迷光 41の主要伝播 方向に導電性ビア 71がジグザグに配置されるようにして、迷光 41の受信部 12方向（ 図の右方向）への直進が阻害されるようにすると効果的である。図 1に示す第 1の実 施の形態では、送信側力もの迷光 41と電磁波ノイズ 42が外部に漏洩しな 、ようにす る構造が示されているが、受信部 12側に導電性ビア 71を配列することにより、外部 力 の迷光と電磁波ノイズを受信部に進入させない構造とすることもできる。また、送 信部側及び受信部側の双方において光導波路を導電性ビア 71で囲った構造として ちょい。
[0013] 次に、本実施の形態の光電気複合モジュールの動作について図 2を参照して説明 する。
送信部 11で発光素子を駆動すると信号光は光導波路 21に入射されて光伝播する 力 光導波路 21に入射されな力つた迷光 41のうち、絶縁層 2内を伝播する絶縁層内 迷光 411は絶縁層伝播電磁波ノイズ 421とともに導電性ビア 71で散乱される。また、 空間を伝播する迷光 412は空間伝播電磁波ノイズ 422とともに上部グランド電極 62 で反射される。また基板 3内を伝播してきた基板伝播電磁波ノイズ 423は下部グラン ド電極 61で反射され、基板 3に入射した空間伝播迷光 412は Si製の基板に大部分 吸収され、残りの部分は下部グランド電極 61で反射される。このため、迷光は受光部 の受光素子に結合されず、受信信号光のみが受信部 12の受光素子に結合する。 以上のように、本実施形態の光電気複合モジュールでは、その光伝送部 laにおいて 光導波路が通る基板上に遮光と電磁遮蔽をするための導電性ビア列を作りこむこと ができるので、モジュール全体の構造が簡略ィ匕して部品点数を減らすことができ、小 型化、低コストィ匕が可能になる。また、基板や絶縁層の内部に遮断構造が作りこめる ため、送信側カゝら受信側に伝播してくる基板や絶縁層の内部の迷光や電磁波ノイズ をカットして、遮光や電磁遮蔽効果を高めることが可能になる。
[0014] 図 3は、本発明の第 2の実施の形態の要部断面図であって、図 3 (a)は縦断面図、 図 3 (b)は光導波路を通る面での横断面図である。図 3に示される、本実施の形態の 光電気複合モジュールの光伝送部 laにお 、ては、導電性ビアに代え導電性材料を 隙間なく埋めた壁状部材を形成して遮光、電磁遮蔽効果を高めている。すなわち、 絶縁層 2内に、光導波路 21を挟んでこれに概略並行の一対の導電性側壁 72を設け るとともに、光導波路 21をよける導電性正面壁 73を導電性側壁 72に接続してこれに 垂直に形成する。導電性正面壁 73には光導波路 21を通す開口 73aが設けられてい る。この導電性壁は、導電性ビアのためのビアホールを形成するのに用いられたレー ザ加工を繰り返し用いてビアホールを連続した形状に形成しその内部を導電性材料 で充填すれば容易に形成が可能である。これにより絶縁層 2内を伝播する迷光 41な らびに電磁波ノイズ 42は導電性側壁 72及び導電性正面壁 73により反射され、受信 部 12の受光素子には受信信号光のみが到達する。
[0015] 図 4は、本発明の第 3の実施の形態の要部断面図であって、図 4 (a)は縦断面図、 図 4 (b)は光導波路を通る面での横断面図である。図 4に示される、本実施の形態の 光電気複合モジュールの光伝送部 laにお 、ては、導電性ビア 71による散乱だけで なぐ光吸収体が充填されたビアホール (以下、吸収体充填ビア） 74により直接吸収 あるいは散乱光吸収により遮光効果を高めている。吸収体充填ビア 74は、 "コ"字状 に配列された導電性ビア 71の内側に配置し、迷光 4の経路を遮るようにする。これに より絶縁層 2内を伝播する迷光 41は導電性ビア 71に散乱され、さらに吸収体充填ビ ァ 74で吸収され、受信部 12の受光素子には受信信号光のみが到達するようになる 。吸収体材料はポリマ榭脂の中から容易に選択が可能である。
[0016] 図 5は、本発明の第 4の実施の形態の要部断面図であって、図 5 (a)は縦断面図、 図 5 (b)は光導波路を通る面での横断面図である。図 5に示される、本実施の形態の 光電気複合モジュールの光伝送部 laにお 、ては、絶縁層 2の上部を光吸収性材料 からなる吸収層 75としたものであり、導電性ビア 71による散乱と、吸収体充填ビア 74 と吸収層 75による直接吸収及び散乱光吸収とにより、遮光効果を高めている。ここで 、吸収体充填ビア 74は、 "ゴ'字状に配列された導電性ビア 71の内側に配置し、迷 光 41の経路を遮断するようにする。これにより絶縁層 2内を伝播する迷光 41は導電 性ビア 71に散乱され、さらに吸収体充填ビア 74と吸収層 75で吸収され、受信部 12 の受光素子には受信信号光のみが到達するようになる。同様に吸収層 75に直接到 達した迷光 43はそのまま吸収される。光吸収性材料は、ポリマ榭脂の中から容易に 選択が可能であり、吸収層 75はスピンコートによる形成が可能である。また、吸収層 75と絶縁層 2とを貫通するビアホールはレーザカ卩ェにより容易に形成できる。
なお、第 1〜第 4の実施の形態においては送信部、受信部及び光導波路を各 1個ず つ有する場合について説明したが、送信部又は受信部を複数個アレイ状に配置する ようにしてもよい。あるいは送信部、受信部及び光導波路の組を複数個アレイ状に配 置するようにしてもよい。本発明によれば、アレイ化した場合でも導電性ビア等は微細 な部分に形成が可能なため、個別の光導波路ごとに遮光ならびに電磁遮蔽構造を 設置することができ、コンパクトに集積ィ匕されたアレイィ匕モジュールにおいても隣接チ ヤンネル間でのクロストークを抑制することが可能である。
図 6は、本発明の第 5の実施の形態の光電気複合モジュールの模式図であって、 図 6 (a)は縦断面図、図 6 (b)は上面図、図 6 (c)は光導波路を通る面で見た横断面 図である。光電気複合モジュール 1は、送信部 11と、受信部 12と、これらの間を光学 的に結合する、絶縁層 2内に敷設された光導波路 21とを有しており、これらは基板 3 上の絶縁層 31上に設置されており、一体型モジュールとして構成されている。絶縁 層 2の上 ·下面には、それぞれ上部電極 ·配線 63と下部電極 ·配線 64が形成されて おり、また絶縁層 2内部には導電性ビア 71と吸収体充填ビア 74とが形成されて 、る。 ここで、上部電極'配線 63と下部電極'配線 64とは、それぞれグランド電極と信号線 路と電源線路を含むものである。
送信部 11は LD51と送信 LSI52で構成されている。 LD51は、絶縁層 31上に形成さ れた信号線路 69上にフリップチップ接続され、送信 LSI52からの電流振幅信号をう けて、光信号を生成する。 LD51の層構造及び内部構造は光導波路との光結合に 適した構造となっている。また、端面発光型に限られず、面発光型の LDを用いてもよ い。この場合は、絶縁層 2上に搭載し、ミラーにて光路を 90度変換してその出射光を 光導波路 21と結合するようにしてもよい。送信 LSI52は、絶縁層 2上の上部グランド 電極 62、電源線路 68、信号線路 65上にバンプ 9でフリップチップ実装されており、 外部からの電気信号 (規定電圧の変調信号）に応じて、 LD51に必要な電流振幅の 駆動電流を与える。送信 LSI52が接続された信号線路 65と LD51が接続された信 号線路 69とは、絶縁層 2を貫通して形成された導電性ビアにより接続されている。 受信部 12は受信 PD53と受信 LSI54で構成されている。受信 PD53は絶縁層 2上の 信号線路 66上にフリップチップ接続され、入力信号光を電流振幅信号に変換して、 受信 LSI54に送信する。受信 PD53は面型 PDに限られず、端面入射型の PDを用 いてもよい。この場合は、 PDを下部電極'配線 64上に搭載して、光導波路 21と直接 結合するようにしてもよい。受信 LSI54は絶縁層 2上の上部グランド電極 62、信号線 路 66、電源線路 67上にフリップチップ接続され、受信 PD53からの電流振幅信号を 規定電圧になるように電圧信号に変換する。受信部 12は、上部グランド電極 62に接 続された金属製の遮蔽ケース 76内に収容されて 、る。
本実施の形態においては、信号線路をコプレーナ伝送線路として構成していたが、 信号線路を上部グランド電極上にマイクロストリップ線路として形成するようにしてもよ い。このようにすることにより、迷光及び電磁波ノイズをより完全に遮蔽することができ る。
本実施の形態において、光回路部分として光導波路 21が基板 3上に V字型になる ように敷設されている。基板 3の片端には送信部 11が形成され、導波路が交わる部 分には WDMフィルタ 55が配置され、その後方側に受信部 12が設置されている。 V 字状に開いた光導波路 21の一方の端部は LD51と結合され、他方は光ファイバ 8と 結合されている。
WDMフィルタ 55は、 2本の導波路が V字に交わる部分に形成された溝に挿入され ている。外部からの入力光は WDMフィルタ 55を透過した後、ミラー 56にて反射され て受信 PD53に入射する。送信部 11からの信号光は WDMフィルタ 55にて反射され て光ファイバ 8を介して外部へ出力される。
光ファイバ 8は、外部からの光入力を光導波路 21を介して受信部 12へ導き、そして 送信部からの光信号を光導波路 21を介して外部へ光出力する。光ファイバ 8は基板 上に形成された V溝などにより位置決めされている。
[0019] この送受一体型の光電気複合モジュール構成において、送信部 11と受信部 12と の間を光結合する光導波路 21が敷設されている絶縁層 2では、その送信部側及び 受信部側の両方の上 ·下面に上部グランド電極 62と下部グランド電極 61が形成され 、そして送信部側と受信部側とにそれぞれ導電性ビア 71及び吸収体充填ビア 74が 配置されている。ここで、導電性ビア 71は送信部側及び受信部側の両方において光 導波路 21を囲むように配置されている。さらに、遮蔽ケース 76により、送信部 11で発 生した空間伝播電磁波ノイズの受信部 12への伝達が遮断されている。すなわち、下 、上部グランド電極 61、 62、導電性ビア 71、遮蔽ケース 76によって等電位面が形成 され、空間伝播、基板伝播及び絶縁層伝播の各電磁波ノイズを遮蔽することができ る。本実施の形態において、遮蔽ケース 76は外部力もの電磁波ノイズの影響を受け やす 、受信部 12側に配置したが、送信部 11側に配置してもよ 、。
以上のことから、本発明の第 5の実施の形態では、迷光低減のために孔のついた 遮光板が不要になるため、実装コストを抑えることが可能である。また、電磁波ノイズ 低減のための電磁遮蔽構造を送信側あるいは受信側の近傍にとることができるので 送信側と受信側の間の距離を離す必要がなくなり小型化が可能になる。
実施例 1
[0020] 次に、図 6を参照して本発明の実施例 1を説明する。 LD51は発振波長 1310nmの 端面発光レーザで、受信 PD53は面型のフォトダイオードであって、これらの光素子 をフリップチップ実装した。絶縁層 2は光導波路の損失が 0. 5dBZcmであった。送 信 LSI52は、外部から 156MbitZsの差動入力の電気信号により LD51の注入電流 を制御する。波長 13 lOnmの光信号は光導波路 21を介して WDMフィルタ 55で反 射して、光ファイバ 8から外部へ光出力される。一方、波長 1550nm、 622Mbit/s の光入力は、光ファイバ 8、光導波路 21を介して伝達され、 WDMフィルタ 55を透過 しミラー 56で反射して受信 PD53で受光され、受信 LSI54で電気信号として出力さ れた。このときの LD51から受信 PD53への光のアイソレーションは 65dB、電気のァ イソレーシヨンは 80dBであり、迷光、及び電磁波ノイズを低減する効果が得られた。 産業上の利用可能性 本発明の活用例として、地域内ネットワーク、都巿間ネットワーク等に代表される光 通信、ならびにサーバ'ルータ等装置内'装置間での光リンクに使用される光電気複 合モジュールが挙げられる。

Claims

請求の範囲
[1] 送信部及び Z又は受信部と、絶縁層内に配置された、少なくとも前記送信部又は前 記受信部とに光学的に結合された光導波路とを有する光電気複合モジュールにお いて、
前記光導波路の少なくとも一部が、筒状に形成された接地された導電性部材により 囲まれて!/、ることを特徴とする光電気複合モジュール。
[2] 送信部及び Z又は受信部と、絶縁層内に配置された、少なくとも前記送信部又は前 記受信部とに光学的に結合された光導波路とを有する光電気複合モジュールにお いて、
前記絶縁層上 ·下面にはそれぞれ上部グランド電極と下部グランド電極とが形成され 前記光導波路の少なくとも一部が、上部グランド電極と下部グランド電極の少なくとも 一方に接続された、光導波路に沿ってその両側に形成された並行導電性部材と、該 並行導電性部材と交差する方向に形成された交差導電性部材とによって"ゴ'字状 又は"口"字状に囲まれていることを特徴とする光電気複合モジュール。
[3] 前記絶縁層の上面又は下面の少なくとも一方には、グランド電極と信号配線とが同 層に形成されて!、ることを特徴とする請求項 2記載の光電気複合モジュール。
[4] 前記並行導電性部材が、導電性ビア列又は導電性壁により構成されて！ヽることを特 徴とする請求項 2記載の光電気複合モジュール。
[5] 前記交差導電性部材が、導電性ビア列又は前記光導波路を通す開口部が開設され た導電性壁により構成されていることを特徴とする請求項 2記載の光電気複合モジュ 一ノレ。
[6] 前記絶縁層内には、光及び電磁波を反射する反射部材及び Z又は光吸収部材がさ らに配置されていることを特徴とする請求項 1記載の光電気複合モジュール。
[7] 前記絶縁層内には、光及び電磁波を反射する反射部材及び Z又は光吸収部材がさ らに配置されて ヽることを特徴とする請求項 2記載の光電気複合モジュール。
[8] 前記反射部材が前記絶縁層を貫通して形成された、接地された導電性ビアにより構 成されていることを特徴とする請求項 7記載の光電気複合モジュール。
[9] 前記光吸収部材が前記絶縁層を貫通するビアホールを光吸収材料にて充填してな る吸収体充填ビアにより構成されていることを特徴とする請求項 7記載の光電気複合 モジユーノレ。
[10] 前記送信部が、発光素子と該発光素子を駆動する送信 LSIを有することを特徴とす る請求項 1記載の光電気複合モジュール。
[11] 前記送信部が、発光素子と該発光素子を駆動する送信 LSIを有することを特徴とす る請求項 9記載の光電気複合モジュール。
[12] 前記送信 LSIが前記絶縁層上に搭載されていることを特徴とする請求項 11記載の 光電気複合モジュール。
[13] 前記受信部が、受光素子と該受光素子の出力信号を処理する受信 LSIを有すること を特徴とする請求項 1記載の光電気複合モジュール。
[14] 前記受信部が、受光素子と該受光素子の出力信号を処理する受信 LSIを有すること を特徴とする請求項 12記載の光電気複合モジュール。
[15] 前記受光素子と前記受信 LSIが前記絶縁層上に搭載されていることを特徴とする請 求項 14記載の光電気複合モジュール。
[16] 前記送信部又は前記受信部の少なくとも一方が遮蔽ケース内に収容されていること を特徴とする請求項 1記載の光電気複合モジュール。
[17] 前記送信部又は前記受信部の少なくとも一方が遮蔽ケース内に収容されていること を特徴とする請求項 15記載の光電気複合モジュール。
[18] 前記送信部と前記受信部との間には、送信信号光と受信信号光の内のいずれか一 方のみを透過させる光フィルタが配置されていることを特徴とする請求項 1記載の光 電気複合モジュール。
[19] 前記送信部と前記受信部との間には、送信信号光と受信信号光の内のいずれか一 方のみを透過させる光フィルタが配置されていることを特徴とする請求項 17記載の光 電気複合モジュール。
[20] 前記絶縁層の一部の層が迷光を吸収する材料で構成されて!ヽることを特徴とする請 求項 1記載の光電気複合モジュール。
[21] 前記絶縁層の一部の層が迷光を吸収する材料で構成されていることを特徴とする請 求項 19記載の光電気複合モジュール。
[22] 複数の前記送信部若しくは複数の前記受信部、又は前記送信部、前記受信部及び 前記光導波路の複数組がアレイ状に配置されていることを特徴とする請求項 1記載 の光電気複合モジュール。
[23] 複数の前記送信部若しくは複数の前記受信部、又は前記送信部、前記受信部及び 前記光導波路の複数組がアレイ状に配置されていることを特徴とする請求項 21記載 の光電気複合モジュール。
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