JP5277389B2 - Optical module - Google Patents
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Description
本発明は、光モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical module.
光を用いたデータ伝送は幹線通信網からメトロ、アクセス更にはラック間へと距離の短いところへ適用が広がっており、今後、更に家庭内やボード間へと広がると考えられる。このような短距離光伝送では低コスト化、小型化、大容量化が強く求められ、光源として面発光レーザ(VCSEL)を用いたものが開発されている。 Data transmission using light has been applied to a short distance from the trunk communication network to the metro, access, and even between racks, and is expected to spread further in the home and between boards. In such short-distance optical transmission, cost reduction, miniaturization, and large capacity are strongly demanded, and those using a surface emitting laser (VCSEL) as a light source have been developed.
一方、光ファイバ等により伝送される光信号を受信または送信するため、光信号と電気信号とを相互に変換する光素子を備えた光モジュールが用いられている。電気信号から光信号への変換には、上記のVCSELに代表される面発光素子が用いられ、光信号から電気信号への変換には、PINフォトダイオードに代表される面受光素子が用いられており、これらの光素子は基板に対して電気的に接続され、光ファイバ等は光素子に対して光学的に接続される。 On the other hand, in order to receive or transmit an optical signal transmitted through an optical fiber or the like, an optical module including an optical element that converts an optical signal and an electrical signal into each other is used. A surface light emitting device typified by the VCSEL is used for conversion from an electric signal to an optical signal, and a surface light receiving device typified by a PIN photodiode is used for conversion from an optical signal to an electric signal. These optical elements are electrically connected to the substrate, and optical fibers and the like are optically connected to the optical elements.
このような光モジュールは、配線基板(プリント配線板あるいはボード)上において光ファイバ等の光配線をする際の作業性や、保守交換の容易性などの点から、光ファイバ等の光伝送体がコネクタを介して着脱可能であることが望ましい。 Such an optical module has an optical transmission body such as an optical fiber from the viewpoint of workability when optical wiring such as an optical fiber is performed on a wiring board (printed wiring board or board), and ease of maintenance and replacement. It is desirable to be detachable via a connector.
また、光素子に光ファイバ等を着脱する場合、配線基板に対して水平方向に着脱する構造にすると、光素子を搭載した部品の周辺に光ファイバ等を着脱する作業用のスペースを設けざるを得ないことから、そのスペースには他の部品を実装できず、実装密度を上げられないという問題がある。したがって、光ファイバ等の着脱は配線基板に対して垂直方向に行うことができることが望ましい。 In addition, when an optical fiber or the like is attached to or detached from the optical element, a structure for attaching or detaching the optical fiber or the like around the component on which the optical element is mounted should be provided if it is configured to be attached to and detached from the wiring board in the horizontal direction. Since it cannot be obtained, there is a problem that other parts cannot be mounted in the space, and the mounting density cannot be increased. Therefore, it is desirable that attachment / detachment of an optical fiber or the like can be performed in a direction perpendicular to the wiring board.
従来、このような要求に対応するものとして、光素子をその受発光面が配線基板に対して水平になるように搭載すると共に、光ファイバ等の端面に反射ミラー等を設けて光軸を垂直に変換したコネクタを用いることで、光ファイバ等と光素子とを垂直方向へ着脱自在に光学的に接続する光モジュールが提案されている(特許文献1参照)。 Conventionally, in order to meet such demands, an optical element is mounted so that its light emitting / receiving surface is horizontal with respect to the wiring board, and a reflection mirror is provided on the end face of an optical fiber or the like to vertically align the optical axis. There has been proposed an optical module that optically connects an optical fiber or the like and an optical element so as to be detachable in a vertical direction by using a connector converted into (see Patent Document 1).
また、本発明者等は、円弧状に曲げられた構造を有し外部側の光軸と光素子側の光軸とが互いに垂直である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、配線基板上に配置され、光素子および光素子駆動用のドライバ集積回路装置を含む複数の電子部品が搭載された光素子搭載基板と、配線基板上の光素子・電子部品搭載基板の上面に上部構造体を垂直方向に押圧して固定することにより、光素子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装着体とを備えた光モジュールを提案している(特許文献2参照)。
しかしながら、上記のような短距離光伝送においては、光ファイバや光導波路等の光伝送路について現状ではまだまだ低コスト化、小型化、大容量化の期待に十分応えきれているとはいえず、更なる検討が求められている。 However, in the short-distance optical transmission as described above, it cannot be said that the optical transmission path such as an optical fiber or an optical waveguide has been able to meet the expectation of cost reduction, downsizing, and large capacity at present. Further study is required.
また、上記の本発明者等が提案した光モジュールは、大幅な小型化と、光伝送体と光素子との垂直方向への着脱自在な光学的接続を達成しているが、より伝送密度(伝送スループット)を向上させること、近年の光通信分野における長距離から短距離までの光データ伝送が広がりに対応して10Gbps/チャンネル以下の駆動や、40Gbps/チャンネルや100Gbpsの高速駆動にも適合した多様な駆動を行う点については更なる改善の余地があった。 In addition, the optical module proposed by the present inventors described above achieves significant downsizing and detachable optical connection between the optical transmission body and the optical element in the vertical direction. In response to the spread of optical data transmission from long distances to short distances in the recent optical communication field, it has been adapted to driving at 10 Gbps / channel or lower, and high speed driving at 40 Gbps / channel or 100 Gbps. There was room for further improvement in terms of various driving.
さらに、光モジュールの設計段階での直流光特性の取得やリフロー耐性などの製造性、光モジュールの信頼性、低コスト化などにおいても更なる改善の余地があった。 Furthermore, there is room for further improvement in the acquisition of DC light characteristics and the reflow resistance in the optical module design stage, the reliability of the optical module, and the cost reduction.
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、短距離光伝送に用いられる光伝送路において更なる低コスト化、小型化、大容量化が図れる光伝送技術を用い、より伝送密度(伝送スループット)を向上させ、近年の光通信分野における長距離から短距離までの光データ伝送が広がりに対応して10Gbps/チャンネル以下の駆動や、40Gbpsや100Gbps等の高速駆動にも適合した多様な駆動を行うことができる光モジュールを提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and uses an optical transmission technique capable of further reducing the cost, size, and capacity in an optical transmission line used for short-distance optical transmission. Improves transmission density (transmission throughput) and adapts to driving at 10 Gbps / channel or lower, and high-speed driving such as 40 Gbps and 100 Gbps in response to the spread of optical data transmission from long to short distances in recent optical communication fields It is an object of the present invention to provide an optical module that can perform various driving operations.
第1に、本発明の光モジュールは、
a)光信号を伝送する光伝送路と、光信号を電気信号に変換する機能と電気信号を光信号に変換する機能の少なくともいずれかを有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、
b)光伝送路を形成する光伝送体、および、当該光伝送体を上側部材のガイド溝と下側部材の保持面との間で挟んで、光伝送体の端面が下向きとなる様に円弧状に曲げられた状態で保持する保持部材を備えた上部構造体と、
c)配線基板上に垂直方向に着脱自在に配置され、光素子および光素子駆動用のドライバ集積回路装置を含む電子部品が搭載された光素子・電子部品搭載基板と、
d)配線基板上の固定端の中央に開口部をもち、該開口部に嵌め込まれた光素子・電子部品搭載基板と、該開口部に嵌め込まれた上部構造体とを、共に下方に押圧して、光素子・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、光学的に接続する嵌合部材とを備えており、
e)光素子およびドライバ集積回路装置は、電子部品搭載基板にフリップチップ接続により電気的に接続され、
f)光伝送路が、マルチモードで光を伝送するポリマ光導波路であり、かつ、面発光素子の近接した2以上の発光点から異なる波長の光を入射する1つの光入射部と、入射した2以上の異なる波長の光を合波して伝送する光伝送路本体と、光伝送路本体の出射側に2以上に分岐して設けられた光出射部と、光出射部から出た光を受ける受光素子の受光部があり、光伝送路の分岐部から受光部の間に設けられたそれぞれ波長の異なる光に分波する波長選択フィルターを有し、光導波路の光入射部側のコアの幅が端部に向けて徐々に拡がったテーパ状に形成され、光導波路の光出射部側が分岐部分の手前でコアの幅が徐々に拡がったテーパ状に形成され、さらに光導波路の光入射部の端部の幅が面発光素子の一端側の発光点と他端側の発光点との間の距離より大きく設定されている波長多重光伝送路構造からなることを特徴とする。
第2に、上記第1の光モジュールにおいて、嵌合部材からなる装着体は、その上縁に一対の突条部を有しており、嵌合、装着される上部構造体の保持部材の上面における光伝送路と平行な両側周縁部に沿ってテーパ面をなす一対の肩部に当接するものであることを特徴とする。
First, the optical module of the present invention includes:
a) An optical module that optically connects an optical transmission path for transmitting an optical signal and an optical element having at least one of a function of converting an optical signal into an electrical signal and a function of converting an electrical signal into an optical signal. And
b) An optical transmission body forming an optical transmission path, and a circle such that the optical transmission body is sandwiched between the guide groove of the upper member and the holding surface of the lower member so that the end face of the optical transmission body faces downward An upper structure including a holding member that holds the bent arcuate state ;
c) An optical element / electronic component mounting board on which an electronic component including an optical element and a driver integrated circuit device for driving the optical element is mounted, which is detachably arranged in a vertical direction on the wiring board;
d) An opening is formed in the center of the fixed end on the wiring board, and the optical element / electronic component mounting board fitted in the opening and the upper structure fitted in the opening are both pressed downward. The optical transmission line of the upper structure to the optical element of the optical element / electronic component mounting substrate, and a fitting member for optically connecting the optical element,
e) The optical element and the driver integrated circuit device are electrically connected to the electronic component mounting substrate by flip chip connection,
f) The optical transmission path is a polymer optical waveguide that transmits light in multimode, and one light incident portion that receives light of different wavelengths from two or more light emitting points adjacent to the surface light emitting element is incident. An optical transmission line body that multiplexes and transmits two or more light beams of different wavelengths, a light emission part that is branched into two or more on the emission side of the optical transmission line body, and light emitted from the light emission part There is a light receiving portion of the light receiving element that has a wavelength selection filter that is provided between the branching portion of the optical transmission path and the light receiving portion and demultiplexes the light with different wavelengths, and the core on the light incident portion side of the optical waveguide The optical waveguide is formed in a tapered shape that gradually widens toward the end, the light emitting portion side of the optical waveguide is formed in a tapered shape in which the width of the core gradually increases before the branching portion, and the light incident portion of the optical waveguide The width of the end of the light emitting point between the light emitting point on one end of the surface light emitting element and the light emitting point on the other end Characterized by comprising the wavelength-multiplexed optical transmission line structure being greater than the distance setting.
Second, in the first optical module, the mounting body made of the fitting member has a pair of protrusions on the upper edge thereof, and the upper surface of the holding member of the upper structure to be fitted and mounted. In this case, a pair of shoulder portions which form a tapered surface are brought into contact with peripheral edge portions on both sides parallel to the optical transmission line.
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。 The present invention is characterized by the following in order to solve the above problems.
第1に、本発明の光モジュールは、光信号を伝送する光伝送路と、光信号を電気信号に変換する機能と電気信号を光信号に変換する機能の少なくともいずれかを有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、光伝送路を形成する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、配線基板上に垂直方向に着脱自在に配置され、光素子および光素子駆動用のドライバ集積回路装置を含む電子部品が搭載された光素子・電子部品搭載基板と、光素子・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嵌合部材とを備えており、光素子およびドライバ集積回路装置は、電子部品搭載基板にフリップチップ接続により電気的に接続され、光伝送路が、マルチモードで光を伝送するポリマ光導波路であり、かつ、面発光素子の近接した2以上の発光点から異なる波長の光を入射する1つの光入射部と、入射した2以上の異なる波長の光を合波して伝送する光伝送路本体と、光伝送路本体の出射側に2以上に分岐して設けられた光出射部と、光出射部から出た光を受ける受光素子の受光部があり、光伝送路の分岐部から受光部の間に設けられたそれぞれ波長の異なる光に分波する波長選択フィルターを有し、光導波路の光入射部側のコアの幅が端部に向けて円弧をつなげた曲面状に徐々に拡がったテーパ状に形成され、光導波路の光出射部側が分岐部分の手前でコアの幅が円弧をつなげた曲面状に徐々に拡がったテーパ状に形成され、さらに光導波路の光入射部の端部の幅が面発光素子の一端側の発光点と他端側の発光点との間の距離より大きく設定されている波長多重光伝送路構造からなることを特徴とする。 First, an optical module of the present invention includes an optical transmission path for transmitting an optical signal, and an optical element having at least one of a function of converting an optical signal into an electrical signal and a function of converting an electrical signal into an optical signal. An optical module that is optically connected to an upper structure including an optical transmission body that forms an optical transmission path and a holding member that holds the optical transmission body, and is detachably disposed on a wiring board in a vertical direction. , An optical element / electronic component mounting board on which an electronic component including an optical element and a driver integrated circuit device for driving the optical element is mounted, and an optical transmission path of an upper structure with respect to the optical element of the optical element / electronic component mounting board and a fitting member for connecting optically to the optical element and the driver integrated circuit device is electrically connected to the electronic component mounting board by flip chip connection, the optical transmission path, transmits light in multiple modes Polymer A waveguide, and light transmitted and one light introduction unit which introduces light of a different wavelength from the adjacent two or more light emitting points of the surface light emitting device, the light of two or more different wavelengths incident multiplexed to There are a transmission path main body , a light emitting section that is branched into two or more on the emission side of the optical transmission path main body , and a light receiving section of a light receiving element that receives light emitted from the light emitting section. And a wavelength selection filter for separating light of different wavelengths provided between the light receiving portions, and the width of the core on the light incident portion side of the optical waveguide is gradually curved into a curved shape connecting arcs toward the ends. The light output part side of the optical waveguide is formed in a taper shape that gradually expands into a curved shape with the width of the core connecting arcs before the branch part, and further, the light incident part of the optical waveguide The width of the end portion is between the light emitting point on one end side of the surface light emitting element and the light emitting point on the other end side. Characterized by comprising the wavelength-multiplexed optical transmission line structure is greater than away.
第2に、上記第1の光モジュールにおいて、波長多重光伝送路構造の光入射部が、面発光素子から発光点の中心間距離が10〜40μmである発光点からの光を入射するように構成されていることを特徴とする。Second, in the first optical module, the light incident part of the wavelength division multiplexing optical transmission line structure is configured to receive light from a light emitting point whose distance between centers of the light emitting points is 10 to 40 μm from the surface light emitting element. It is configured.
第3に、上記第1または第2の光モジュールにおいて、波長多重光伝送路構造の光導波路の光入射部のコアの幅が円弧をつなげた曲面状に拡がったテーパ状に形成されていることを特徴とする。Thirdly, in the first or second optical module, the width of the core of the light incident portion of the optical waveguide of the wavelength division multiplexing optical transmission line structure is formed in a tapered shape extending in a curved shape connecting arcs. It is characterized by.
第4に、上記第1ないし第3のいずれかの光モジュールにおいて、波長多重光伝送路構造の光導波路の光出射部側の分岐部分の手前のコアの幅が円弧をつなげた曲面状に拡がったテーパ状に形成されていることを特徴とする。 Fourthly, in any one of the first to third optical modules, the width of the core in front of the branching portion on the light emitting part side of the optical waveguide of the wavelength division multiplexing optical transmission line structure expands into a curved shape connecting arcs. It is characterized by being formed in a tapered shape .
第5に、上記第1ないし第4のいずれかの光モジュールにおいて、光素子は、その上面にレンズが一体に設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の光モジュール。 Fifthly, in any one of the first to fourth optical modules, the optical element has a lens integrally provided on an upper surface thereof. module.
第6に、上記第5の光モジュールにおいて、レンズは半導体レンズであることを特徴とする。 Sixth, in the fifth optical module, the lens is a semiconductor lens .
第7に、上記第1ないし第6のいずれかの光モジュールにおいて、光素子・電子部品搭載基板は、当該基板に立設された壁部に囲まれたキャビティ内に電子部品が搭載されており、当該キャビティはキャビティ内部の全面を含む一部が樹脂封止されていることを特徴とする。 Seventh, in any one of the first to sixth optical modules, the optical element / electronic component mounting board has electronic components mounted in a cavity surrounded by a wall portion standing on the board. The cavity is partially sealed with resin, including the entire surface inside the cavity .
第8に、上記第1ないし6のいずれかの光モジュールにおいて、光素子・電子部品搭載基板は、当該基板に立設された壁部に囲まれたキャビティ内に電子部品が搭載されており、当該キャビティは、透光性基板により封止されていることを特徴とする。 Eighth, in any one of the first to sixth optical modules, the optical element / electronic component mounting substrate has electronic components mounted in a cavity surrounded by a wall portion standing on the substrate, The cavity is sealed with a light-transmitting substrate .
第9に、上記第1ないし第8のいずれかの光モジュールにおいて、光素子・電子部品搭載基板における光素子およびドライバ集積回路装置の下面部の位置に形成された電極パターンの少なくとも一部がヒートスプレッダに接続されていることを特徴とする。 Ninth, in any one of the first to eighth optical modules, at least a part of the electrode pattern formed on the lower surface of the optical element and driver integrated circuit device on the optical element / electronic component mounting substrate is a heat spreader. It is characterized by being connected to .
上記第1、第3および第4の発明の光モジュールは、光素子およびドライバ集積回路装置を光素子・電子部品搭載基板にフリップチップ接続により電気接続するようにしたので、ワイヤボンディングなどによる電気接続の場合に比べて、光モジュールの設計段階での直流光特性の取得や利フロー耐性などの製造性に優れ、高い信頼性を有しており、低コストでの製造が可能である。また、今後の急速な展開が期待される短距離光伝送において更なる低コスト化、小型化、大容量化(伝送密度の向上)、構成簡易化、低消費電力化が図れるようになる。さらに、10Gbps/チャンネル以下の駆動や、40Gbpsや100Gbps等の高速駆動にも適合した多様な駆動を行うことができるようになる。
また、波長多重光伝送路構造の光導波路をポリマ光導波路としたので、上記の効果に加え、より容易にかつより安価に波長多重光伝送路構造を作製することができ、光モジュールのより低コスト化を図ることができる。
また、波長多重光伝送路構造の光入射部のコアの幅形状を端部に向かって徐々に拡がったテーパ状とし、また円弧をつなげた曲面状に拡がった形状としたので、上記効果に加え、面発光素子と光入射部の位置ずれトレランス(許容度)を大きくすることができる。さらに上記光入射部のコアを円弧をつなげた曲面状に拡がった形状として、コアのテーパ部及びその前後でコア幅の広がり方に傾きが不連続にならないようにすることで、光がコアの外に漏れずに損失を抑えることができる。
また、波長多重光伝送路構造の光出射部の分岐部分の手前のコアの幅形状が徐々に拡がったテーパ状とし、また円弧をつなげた曲面状に拡がった形状としたので、上記の効果に加え、分岐による挿入損失を最小化することができる。
さらに、光伝送路を伝搬する光がマルチモードとなる光伝送路とすることで、上記の効果に加え、光素子と光伝送路の位置ずれトレランスを大きくとることができる。
In the optical modules of the first , third and fourth inventions, the optical element and the driver integrated circuit device are electrically connected to the optical element / electronic component mounting substrate by flip chip connection. Compared with the above case, it is excellent in manufacturability such as acquisition of DC light characteristics and flow resistance in the design stage of the optical module, has high reliability, and can be manufactured at low cost. Further, in short-distance optical transmission that is expected to be rapidly developed in the future, further cost reduction, downsizing, large capacity (improvement of transmission density), simplification of configuration, and low power consumption can be achieved. Furthermore, it becomes possible to perform various driving suitable for driving at 10 Gbps / channel or less and high-speed driving such as 40 Gbps or 100 Gbps.
Further, since the optical waveguide of the wavelength multiplexing optical transmission line structure is a polymer optical waveguide, in addition to the above effects, the wavelength multiplexing optical transmission line structure can be manufactured more easily and at a lower cost, and the optical module has a lower optical module. Cost can be reduced.
In addition to the above effect, the width shape of the core of the light incident portion of the wavelength division multiplexing optical transmission line structure is a tapered shape that gradually expands toward the end, and a curved shape that connects arcs. The positional deviation tolerance (tolerance) between the surface light emitting element and the light incident portion can be increased. Furthermore, the core of the light incident part is formed into a curved shape connecting arcs, so that the inclination of the core taper part and the width of the core width before and after the core do not become discontinuous, so that the light of the core Loss can be suppressed without leaking outside.
In addition, the width of the core in front of the branching portion of the light emitting part of the wavelength division multiplexing optical transmission line structure is a tapered shape that gradually widens, and a curved shape that connects arcs. In addition, insertion loss due to branching can be minimized.
Furthermore, by using an optical transmission path in which the light propagating through the optical transmission path is a multimode, in addition to the above effects, a large positional deviation tolerance between the optical element and the optical transmission path can be obtained.
上記第2の発明の光モジュールによれば、波長多重光伝送路構造の面発光素子の発光点の中心間距離が非常に短い発光点からの光を入射できるため、上記効果に加え、面発光素子からの2以上の光をレンズやミラーを用いずに容易に直接、光入射部に入射させることができる。 According to the optical module of the second aspect of the present invention, light from a light emitting point having a very short distance between the centers of the light emitting points of the surface light emitting element having the wavelength multiplexing optical transmission line structure can be incident. Two or more lights from the element can be easily incident on the light incident part directly without using a lens or a mirror.
上記第5の発明の光モジュールは、その上面にレンズが一体に設けられているので、上記効果に加え、光素子の樹脂封止が容易であり、高い信頼性を有する光モジュールを簡便に製造することができる。In the optical module of the fifth aspect, since the lens is integrally provided on the upper surface, in addition to the above effects, the optical element can be easily sealed with resin, and an optical module having high reliability can be easily manufactured. can do.
上記第6の発明の光モジュールは、半導体レンズを使用しているので、上記効果に加え、樹脂封止やリフロー時の加熱によるレンズの変質や損傷を防止することができる。さらに、半導体レンズの屈折率が高いため、樹脂封止材で光素子が覆われた場合でも、光素子と光伝送体との間の高い光結合効率を確保できる。Since the optical module of the sixth invention uses a semiconductor lens, in addition to the above effects, the lens can be prevented from being altered or damaged due to resin sealing or heating during reflow. Furthermore, since the refractive index of the semiconductor lens is high, high optical coupling efficiency between the optical element and the optical transmission body can be ensured even when the optical element is covered with a resin sealing material.
上記第7の発明の光モジュールは、光素子・電子部品搭載基板をキャビティ形状としてその中に電子部品を搭載し、当該キャビティを樹脂封止するようにしたので、上記効果に加え、光素子の樹脂封止が容易であり、高い信頼性を有する光モジュールを簡便に製造することができる。In the optical module according to the seventh aspect of the invention, since the optical component / electronic component mounting substrate is formed in the cavity shape, the electronic component is mounted therein, and the cavity is resin-sealed. Resin sealing is easy and an optical module having high reliability can be easily manufactured.
上記第8の発明の光モジュールは、電子部品搭載基板をキャビティ形状としてその中に電子部品を搭載し、当該キャビティを透光性樹脂により封止するようにしたので、光素子の封止が容易であり、高い信頼性を有する光モジュールを簡便に製造することができる。In the optical module according to the eighth aspect of the invention, the electronic component mounting substrate is formed into a cavity shape, the electronic component is mounted therein, and the cavity is sealed with a translucent resin, so that the optical element can be easily sealed. Thus, an optical module having high reliability can be easily manufactured.
上記第9の発明の光モジュールは、光素子・電子部品搭載基板における光素子およびドライバ集積回路装置の下面部の位置に形成された電極パターンの少なくとも一部をヒートスプレッダに接続するようにしたので、上記効果に加え、動作時の放熱に優れており高い信頼性を有している。In the optical module according to the ninth aspect of the invention, at least a part of the electrode pattern formed at the position of the lower surface portion of the optical element and driver integrated circuit device in the optical element / electronic component mounting substrate is connected to the heat spreader. In addition to the above effects, it excels in heat dissipation during operation and has high reliability.
本明細書において、「光伝送体」には、ガラス製、樹脂製等の光ファイバ、樹脂製等の光導波路などが含まれる。以下の実施形態では光導波路を用いた例を説明するが、本発明において適用される光伝送体はこれに限定されるものではなく、光ファイバ等のように、光伝送路を構成する各種のものを適用することができる。 In this specification, the “optical transmission body” includes an optical fiber made of glass or resin, an optical waveguide made of resin, or the like. In the following embodiment, an example using an optical waveguide will be described. However, the optical transmission body applied in the present invention is not limited to this, and various types of optical transmission lines such as an optical fiber can be configured. Things can be applied.
本明細書において、「光素子」には、単一の受発光面を有するものの他、複数の受発光面がアレイ状等に配置された一体のものが含まれる。光素子の具体例としては、VCSELなどの面発光素子、PINフォトダイオードなどの面受光素子が挙げられるが、これらの面発光素子および/または面受光素子の受発光面がアレイ状に配置された一体のものであってもよい。 In the present specification, the “optical element” includes not only one having a single light receiving / emitting surface but also one having a plurality of light receiving / emitting surfaces arranged in an array or the like. Specific examples of the optical element include a surface light emitting element such as a VCSEL and a surface light receiving element such as a PIN photodiode. The surface light emitting elements and / or the light receiving and emitting surfaces of the surface light receiving elements are arranged in an array. It may be integral.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1および図2は、本発明の一実施形態における光モジュールを示す斜視図であり、図1は光接続および電気接続を切り離した状態、図2は光接続および電気接続をした状態を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are perspective views showing an optical module according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state in which the optical connection and the electrical connection are disconnected, and FIG. 2 shows a state in which the optical connection and the electrical connection are made. Yes.
図1に示すように、本実施形態の光モジュール1は、光導波路7が保持部材6により保持された上部構造体5と、光素子40および電子部品41を搭載した光素子・電子部品搭載基板30と、異方導電性シート60と、配線基板70(プリント配線板あるいはボード)上に固定された嵌合部材50とを備えている。 As shown in FIG. 1, the optical module 1 of the present embodiment includes an optical element / electronic component mounting board on which an upper structure 5 in which an optical waveguide 7 is held by a holding member 6, an optical element 40, and an electronic component 41 are mounted. 30, an anisotropic conductive sheet 60, and a fitting member 50 fixed on a wiring board 70 (printed wiring board or board).
この光モジュール1は、配線基板70上の嵌合部材50内の開口部51に異方導電性シート60を配置し、その上に光素子・電子部品搭載基板30を配置し、さらにその上から上部構造体5を垂直に嵌め込んで図2に示すように装着することにより、上部構造体5の光導波路7と光素子・電子部品搭載基板30の光素子40が光学的に接続し、光素子・電子部品搭載基板30と配線基板70が異方導電性シート60を介して電気的に接続されるようになっている。図2に示す装着状態の光モジュール1は、全体として、たとえば幅10mm×10mm、厚さ6.4mmのコンパクトなサイズのモジュールを構成している。 In this optical module 1, an anisotropic conductive sheet 60 is arranged in an opening 51 in a fitting member 50 on a wiring board 70, an optical element / electronic component mounting board 30 is arranged thereon, and further from above By fitting the upper structure 5 vertically as shown in FIG. 2, the optical waveguide 7 of the upper structure 5 and the optical element 40 of the optical element / electronic component mounting substrate 30 are optically connected to each other. The element / electronic component mounting board 30 and the wiring board 70 are electrically connected via an anisotropic conductive sheet 60. The mounted optical module 1 shown in FIG. 2 constitutes a compact module having a width of 10 mm × 10 mm and a thickness of 6.4 mm, for example.
上部構造体5は、図3(a)および図3(b)にも示すように、樹脂製の保持部材6の背面から、複数本(本実施形態では12本)の光導波路7が並列したテープ状導波路8が保持部材6内に水平に入り込み、保持部材6内で光導波路7が円弧状に曲げられて光導波路7の端面7aが保持部材6の下面から垂直に露出した構造を有している。 As shown in FIGS. 3A and 3B, the upper structure 5 includes a plurality of (in this embodiment, 12) optical waveguides 7 arranged in parallel from the back surface of the resin holding member 6. The tape-shaped waveguide 8 enters the holding member 6 horizontally, the optical waveguide 7 is bent in an arc shape in the holding member 6, and the end surface 7 a of the optical waveguide 7 is vertically exposed from the lower surface of the holding member 6. doing.
保持部材6の上面における光導波路7と平行な両側周縁部には、当該周縁部に沿ってテーパ面を成す一対の肩部12が設けられており、図1の嵌合部材50内に嵌め込んで装着したときに嵌合部材50の上部に設けられた一対の突条部52が保持部材6の肩部12に当接して下方に押圧するようになっている。 A pair of shoulder portions 12 having a tapered surface along the peripheral edge portion are provided on both peripheral edges parallel to the optical waveguide 7 on the upper surface of the holding member 6 and are fitted into the fitting member 50 of FIG. The pair of protrusions 52 provided on the upper portion of the fitting member 50 abuts against the shoulder 12 of the holding member 6 and presses downward.
また、図1に示すように、保持部材6には2つの位置決め穴11が設けられており、図1の嵌合部材50内に嵌め込んで装着したときに、光素子・電子部品搭載基板30に立設された位置決めピン42が保持部材6の位置決め穴11に挿入されて上部構造体5と光素子・電子部品搭載基板30とが水平方向に位置決めされるようになっている。 Further, as shown in FIG. 1, the holding member 6 is provided with two positioning holes 11, and when fitted into the fitting member 50 of FIG. A positioning pin 42 erected on the holding member 6 is inserted into the positioning hole 11 of the holding member 6 so that the upper structure 5 and the optical element / electronic component mounting board 30 are positioned in the horizontal direction.
保持部材6は、図3(a)および図3(b)に示すように上側部材10と下側部材20とから構成されており、上側部材10と下側部材20によって光導波路7を挟み込んで保持するようになっている。一方、下側部材20の上面側には光導波路7の円弧形状に対応した曲面を成す光導波路保持面が設けられており、上側部材10と下側部材20によって光導波路7を挟み込むことにより、上側部材10のガイド溝と下側部材20の光導波路保持面との間で光導波路7を円弧状に曲げられた状態で保持するようになっている。 The holding member 6 includes an upper member 10 and a lower member 20 as shown in FIGS. 3A and 3B, and the optical waveguide 7 is sandwiched between the upper member 10 and the lower member 20. It comes to hold. On the other hand, an upper surface side of the lower member 20 is provided with an optical waveguide holding surface having a curved surface corresponding to the arc shape of the optical waveguide 7, and by sandwiching the optical waveguide 7 between the upper member 10 and the lower member 20, The optical waveguide 7 is held in a state of being bent in an arc shape between the guide groove of the upper member 10 and the optical waveguide holding surface of the lower member 20.
光導波路7の外部側光軸65aと光素子側光軸65bとの間の円弧部分の曲率半径Rは、好ましくは5mm以下、より好ましくは1〜3mmである。このように円弧部分の曲率半径は非常に小さく、上部構造体5の上下方向が低背化され、かつ、水平方向も小型化されている。 The radius of curvature R of the arc portion between the external optical axis 65a and the optical element side optical axis 65b of the optical waveguide 7 is preferably 5 mm or less, more preferably 1 to 3 mm. Thus, the radius of curvature of the arc portion is very small, the vertical direction of the upper structure 5 is reduced, and the horizontal direction is also reduced in size.
図4は、光素子・電子部品搭載基板30の上面側斜視図、図5は部分断面図、図6は、上部構造体と光素子・電子部品搭載基板とが光接続された状態を示す断面図である。図4に示すように、光素子・電子部品搭載基板30は、外周部に沿って壁部32が立設された箱状のセラミック基板31を備えており、セラミック基板31上の前方側の位置には光導波路7と対応した数の受発光面が並んで配置された光素子40が搭載されている。 4 is a top side perspective view of the optical element / electronic component mounting substrate 30, FIG. 5 is a partial cross-sectional view, and FIG. 6 is a cross section showing a state where the upper structure and the optical element / electronic component mounting substrate are optically connected. FIG. As shown in FIG. 4, the optical element / electronic component mounting substrate 30 includes a box-shaped ceramic substrate 31 in which a wall portion 32 is erected along the outer peripheral portion, and a position on the front side on the ceramic substrate 31. An optical element 40 in which a number of light receiving and emitting surfaces corresponding to the optical waveguide 7 are arranged side by side is mounted.
光素子・電子部品搭載基板30は、壁部32に囲まれたキャビティ34の底面に、光素子40、光素子40の駆動用のドライバ集積回路装置41などの電子部品を搭載しており、キャビティ34内は、図5に示すように封止樹脂38によって封止されている。光素子40は、例えば厚さ100〜150μm程度の素子を用いることができる。 The optical element / electronic component mounting substrate 30 is mounted with electronic components such as the optical element 40 and a driver integrated circuit device 41 for driving the optical element 40 on the bottom surface of the cavity 34 surrounded by the wall portion 32. The inside 34 is sealed with a sealing resin 38 as shown in FIG. As the optical element 40, for example, an element having a thickness of about 100 to 150 μm can be used.
光素子40は、面発光素子のVCSELと面受光素子のPINフォトダイオードから構成されている。壁部32の上面32aは光学的基準面を構成しており、上部構造体5の下面に当接することにより、図6に示すように光導波路7の端面7aと光素子40とが垂直方向に位置決めされる。 The optical element 40 includes a VCSEL as a surface light emitting element and a PIN photodiode as a surface light receiving element. The upper surface 32a of the wall portion 32 constitutes an optical reference surface, and comes into contact with the lower surface of the upper structure 5 so that the end surface 7a of the optical waveguide 7 and the optical element 40 are vertically aligned as shown in FIG. Positioned.
なお、図4に示すように、セラミック基板31上における光素子40の両側の位置には突出高さ2mm、突出部分の直径0.7mmの一対の位置決めピン42が立設されており、これらの位置決めピン42が上部構造体5の位置決め穴11に挿入されることにより光素子・電子部品搭載基板30と上部構造体5が水平方向に位置決めされるようになっている。 As shown in FIG. 4, a pair of positioning pins 42 having a protruding height of 2 mm and a protruding portion diameter of 0.7 mm are erected at positions on both sides of the optical element 40 on the ceramic substrate 31. By inserting the positioning pins 42 into the positioning holes 11 of the upper structure 5, the optical element / electronic component mounting board 30 and the upper structure 5 are positioned in the horizontal direction.
セラミック基板31上における光素子40の後方にはドライバ集積回路装置41が搭載されており、光素子40とドライバ集積回路装置41は、図5に示すようにフリップチップ接続によりバンプ40a、41aを介してセラミック基板31上の電極パターン36に接続されている。 A driver integrated circuit device 41 is mounted behind the optical element 40 on the ceramic substrate 31. The optical element 40 and the driver integrated circuit device 41 are flip-chip connected via bumps 40a and 41a as shown in FIG. Are connected to the electrode pattern 36 on the ceramic substrate 31.
光素子40とドライバ集積回路装置41のバンプ40a、41aが接続された電極パターン36の一部は、図4のプリント配線33等を介して、セラミック基板31を貫通する不図示のスルーホールを通じて、セラミック基板31の裏面に設けられたパッドに電気的に接続されている。 A part of the electrode pattern 36 to which the bumps 40a and 41a of the optical element 40 and the driver integrated circuit device 41 are connected, through a through hole (not shown) penetrating the ceramic substrate 31 through the printed wiring 33 and the like of FIG. It is electrically connected to a pad provided on the back surface of the ceramic substrate 31.
また、電極パターン36の他の一部は、図5に示すように、水平方向に広がるヒートスプレッダ37と接続されており、光モジュール1の動作時において光素子40とドライバ集積回路装置41からの熱を電極パターン36を通じてヒートスプレッダ37に放散するようにしている。 Further, as shown in FIG. 5, the other part of the electrode pattern 36 is connected to a heat spreader 37 that spreads in the horizontal direction, and the heat from the optical element 40 and the driver integrated circuit device 41 during the operation of the optical module 1. Is diffused to the heat spreader 37 through the electrode pattern 36.
ヒートスプレッダ37は、たとえば図5のようにセラミック基板31の内部に埋設してもよく、あるいはセラミック基板31の表面に設けるようにしてもよい。また、電気的な影響を与えないのであれば、その他の外部の構造物、たとえば配線基板70にヒートスプレッダ37を設けるようにしてもよい。 The heat spreader 37 may be embedded in the ceramic substrate 31 as shown in FIG. 5, for example, or may be provided on the surface of the ceramic substrate 31. Further, the heat spreader 37 may be provided on another external structure, for example, the wiring board 70, as long as no electrical influence is given.
ヒートスプレッダ37の具体的な配置やその形態は、信号線、電源などに電気的な影響を与えないようなものであれば特に制限はなく、たとえば配線パターン状、あるいは板状とすることができる。 The specific arrangement and form of the heat spreader 37 are not particularly limited as long as they do not affect the signal line, the power supply, etc., and can be, for example, a wiring pattern or a plate.
ヒートスプレッダ37は、セラミック基板31の配線を形成するのと同じ方法、たとえばスクリーン印刷等の方法により形成することで、熱伝導性を良好なものとすることができる。また、セラミック基板31の配線を形成する工程と同時にヒートスプレッダ37を形成することもできる。あるいは、セラミック基板31の配線を形成した後にヒートスプレッダ37を後からセラミック基板31に貼り付けるなど、配線形成とは別の工程でヒートスプレッダ37を形成してもよい。 The heat spreader 37 can have good thermal conductivity by being formed by the same method as that for forming the wiring of the ceramic substrate 31, for example, a method such as screen printing. Also, the heat spreader 37 can be formed simultaneously with the process of forming the wiring of the ceramic substrate 31. Alternatively, the heat spreader 37 may be formed in a process different from the wiring formation, for example, the heat spreader 37 may be attached to the ceramic substrate 31 after the wiring of the ceramic substrate 31 is formed.
光素子40は、図5に示すようにその上面に半導体レンズ40bが一体に設けられている。半導体レンズ40bは、たとえばレンズの曲率半径80〜200μm、レンズ開口直
径70μm程度のものを用いることができ、その材質としては、たとえばInP、GaAs等の化合物半導体を用いることができる。
As shown in FIG. 5, the optical element 40 is integrally provided with a semiconductor lens 40b on its upper surface. As the semiconductor lens 40b, for example, a lens having a radius of curvature of 80 to 200 [mu] m and a lens opening diameter of about 70 [mu] m can be used, and as the material, a compound semiconductor such as InP or GaAs can be used.
半導体レンズ40bは、たとえば次の方法で作製することができる。光素子40の光入出射側の素子基板にレジストを塗布した後、レジストの加熱およびキュアを行うことによってレンズ状のレジストを形成し、次いでイオンミリングを用いてレジストを加工することで、レジストのレンズ形状を光素子40の基板上に転写する。最後に、転写したレンズに無反射膜を形成する。 The semiconductor lens 40b can be manufactured by the following method, for example. After applying a resist to the element substrate on the light incident / exit side of the optical element 40, the resist is heated and cured to form a lens-like resist, and then the resist is processed by ion milling. The lens shape is transferred onto the substrate of the optical element 40. Finally, an antireflective film is formed on the transferred lens.
図示はしないが、半導体レンズ40bは紙面に垂直な方向に配列された複数の受発光部のそれぞれの上に配置されており、嵌合部材50によって図6に示すように光導波路7の端面7aと光素子40とが垂直方向に位置決めされたときに、半導体レンズ40bによってこれらが光学的に位置合わせされるようになっている。 Although not shown, the semiconductor lens 40b is disposed on each of the plurality of light emitting / receiving units arranged in the direction perpendicular to the paper surface, and the end surface 7a of the optical waveguide 7 is formed by the fitting member 50 as shown in FIG. When the optical element 40 and the optical element 40 are positioned in the vertical direction, they are optically aligned by the semiconductor lens 40b.
図1の異方導電性シート60は、加圧によって垂直方向への導通が確保されるものであり、特に制限なく各種のものを用いることができるが、たとえばシリコーンゴムなどの弾性をもつ絶縁性基材に、金属等の導電性粒子を厚さ方向に並べたもの、あるいは導電性の線材を埋設したものなどを用いることができる。異方導電性シート60の厚さは、たとえば0.1〜1mmである。 The anisotropic conductive sheet 60 shown in FIG. 1 ensures electrical conduction in the vertical direction by pressurization, and various types can be used without particular limitation. For example, an insulating material having elasticity such as silicone rubber can be used. A substrate in which conductive particles such as metal are arranged in the thickness direction or a conductive wire embedded therein can be used. The thickness of the anisotropic conductive sheet 60 is, for example, 0.1 to 1 mm.
次に、上記では光導波路7として説明した「光伝送体」について詳細に述べる。 Next, the “optical transmission body” described above as the optical waveguide 7 will be described in detail.
本実施形態では、「光伝送路」として波長多重光伝送路構造を用いる。この波長多重光伝送路構造は次の3つの形態をとりうる。
(1)面発光素子の近接した2以上の発光点から異なる波長の光を入射する1つの光入射部と、入射した2以上の異なる波長の光を合波して伝送する光伝送路本体を有することを特徴とする波長多重光伝送路構造。
(2)面発光素子からの2以上の異なる波長の光の合波を伝送する光伝送路本体と、光伝送路本体の出射側に2以上に分岐して設けられた光出射部と、光出射部から出た光を受ける受光素子の受光部があり、光伝送路の分岐部から受光部の間に設けられたそれぞれ波長の異なる光に分波する波長選択フィルターを有することを特徴とする波長多重光伝送路構造。
(3)面発光素子の近接した2以上の発光点から異なる波長の光を入射する1つの光入射部と、入射した2以上の異なる波長の光を合波して伝送する光伝送路本体を有する波長多重光伝送路構造、並びに、面発光素子からの2以上の異なる波長の光の合波を伝送する光伝送路本体と、光伝送路本体の出射側に2以上に分岐して設けられた光出射部と、光出射部から出た光を受ける受光素子の受光部があり、光伝送路の分岐部から受光部の間に設けられたそれぞれ波長の異なる光に分波する波長選択フィルターを有する波長多重光伝送路構造を有することを特徴とする複合化された波長多重光伝送路構造。
In this embodiment, a wavelength division multiplexing optical transmission line structure is used as the “optical transmission line”. This wavelength division multiplexing optical transmission line structure can take the following three forms.
(1) An optical transmission path main body that multiplexes and transmits one or more incident light beams having different wavelengths from two or more light emitting points adjacent to the surface light emitting element. A wavelength division multiplexing optical transmission line structure characterized by comprising:
(2) an optical transmission line main body that transmits a combination of two or more different wavelengths of light from the surface light emitting element, a light emission unit that is branched into two or more on the emission side of the optical transmission line main body, and light There is a light receiving portion of a light receiving element that receives light emitted from an emitting portion, and includes a wavelength selection filter that is provided between a branch portion of an optical transmission path and a light receiving portion and demultiplexes light having different wavelengths. Wavelength multiplexed optical transmission line structure.
(3) One light incident portion for entering light of different wavelengths from two or more light emitting points adjacent to the surface light emitting element, and an optical transmission line main body for combining and transmitting the incident light of two or more different wavelengths A wavelength multiplex optical transmission line structure, and an optical transmission line main body that transmits a combination of two or more different wavelengths of light from the surface light emitting element, and two or more branches on the output side of the optical transmission line main body. Wavelength selection filter for splitting light with different wavelengths provided between the branching portion of the optical transmission path and the light receiving portion, and a light receiving portion of the light receiving element that receives the light emitted from the light emitting portion. A combined wavelength division multiplexing optical transmission line structure comprising:
本発明では、光伝送路を伝搬する光がマルチモードとなる光伝送路とすることができ、その場合、光素子と光伝送路の位置ズレトレランスを大きくとることができる。 In the present invention, the light propagating through the optical transmission path can be an optical transmission path in which the multimode is used. In that case, the positional deviation tolerance between the optical element and the optical transmission path can be increased.
上記において、各波長多重光導波路構造は単独で構成されていてもよいし、複数のものが複数複合されて構成されていてもよい。短距離間で光伝送を行う場合には、光入射部と光反射部が1つのモジュールに一緒に設けられていてもよいし、両者がある程度、あるいはかなり離間して設けられる場合には、別々のモジュールとして設けられていてもよい。 In the above, each wavelength division multiplexing optical waveguide structure may be constituted independently, or a plurality of plural wavelength optical waveguide structures may be constituted. When performing light transmission over a short distance, the light incident part and the light reflecting part may be provided together in one module, or if both are provided to some extent or considerably separated from each other, they may be provided separately. It may be provided as a module.
ここでは、波長多重光伝送構造が光導波路により構成される場合を例に述べるが、もちろん、本発明は光導波路に限らず光ファイバ等の各種光伝送路に適用される。 Here, a case where the wavelength division multiplexing optical transmission structure is constituted by an optical waveguide will be described as an example. Of course, the present invention is not limited to the optical waveguide but is applied to various optical transmission lines such as an optical fiber.
図7に、本実施形態に係る光導波路21の構造例を模式的に平面図で示す。この例は、2波長の光伝送を行う場合であり、左側が入射側ステーション、右側が出射側ステーションである。両ステーションは別々のモジュールとして設けられる場合もあり、同一のモジュールとして設けられる場合もある。また、同じモジュールで、それぞれのステーションを任意の組合せで含む場合もある。図7において、21は光導波路、21aは光導波路21の入射側部分、21bは光導波路21の出射側部分、22は面発光素子(VCSEL)、23は面発光素子(VCSEL)駆動回路、24−1、24−2は波長選択フィルター、25(25−1、25−2)は面受光素子(PD)、26は増幅器である。 In FIG. 7, the structural example of the optical waveguide 21 which concerns on this embodiment is typically shown with a top view. In this example, optical transmission of two wavelengths is performed, the left side is the incident side station, and the right side is the emission side station. Both stations may be provided as separate modules or may be provided as the same module. Further, the same module may include each station in any combination. In FIG. 7, 21 is an optical waveguide, 21a is an incident side portion of the optical waveguide 21, 21b is an output side portion of the optical waveguide 21, 22 is a surface light emitting element (VCSEL), 23 is a surface light emitting element (VCSEL) drive circuit, 24 -1, 24-2 are wavelength selection filters, 25 (25-1, 25-2) are surface light receiving elements (PD), and 26 is an amplifier.
面発光素子(VCSEL)22は隣接して設けられた2つの発光点22−1、22−2を有し、たがいに異なる波長λ1、λ2の光を発光する。この波長λ1、λ2の光は光導波路21の入射側部分21aに入射し、合波され、光導波路21中を伝送する。 The surface light emitting device (VCSEL) 22 has two light emitting points 22-1 and 22-2 provided adjacent to each other, and emits light having different wavelengths λ1 and λ2. The light of the wavelengths λ1 and λ2 is incident on the incident side portion 21a of the optical waveguide 21 and is combined and transmitted through the optical waveguide 21.
光導波路21の出射側部分21bは、21b−1と21b−2の2つの部分に分岐している。出射側部分21b−1に対して波長選択フィルター24−1と面受光素子(PD)25−1が設けられ、出射側部分21b−2に対して波長選択フィルター24−2と面受光素子(PD)25−2が設けられている。波長選択フィルター24−1は波長λ1の光は透過し、それ以外の波長の光は遮断する。一方、波長選択フィルター24−2は波長λ2の光は透過し、それ以外の波長の光は遮断する。 The exit side portion 21b of the optical waveguide 21 is branched into two portions 21b-1 and 21b-2. A wavelength selection filter 24-1 and a surface light receiving element (PD) 25-1 are provided for the emission side portion 21b-1, and a wavelength selection filter 24-2 and a surface light reception element (PD) are provided for the emission side portion 21b-2. ) 25-2. The wavelength selection filter 24-1 transmits light of wavelength λ1, and blocks light of other wavelengths. On the other hand, the wavelength selection filter 24-2 transmits light of wavelength λ2, and blocks light of other wavelengths.
ここで、実際に作製したポリマ光導波路の形状を図8に示す。ポリマ光導波路はコアとそれを包囲するクラッドより構成される。図8の(a)は光入射側のコアの形状を平面図で示したもので、図8の(b)は光出射側のコアの形状を平面図で示したものである。光導波路21はコアとクラッドからなり、コアとクラッドはアクリル系樹脂あるいはエポキシ系樹脂等を用い、屈折率を異ならせて構成することができる。本実施形態の一例においては、光入射側のコアは端面に向けて幅(縦)が50μmから90μmに拡がったテーパ状をなしている。厚み(高さ)は50μmである。本実施形態においては光入射側のコアが端面に向けて幅が拡がったテーパ状をなしていることが主要な特徴の一つである。詳しくは、光導波路21の光入射部分21aはその幅形状が円弧をつなげた曲面状に拡がったテーパ状に形成されている。このようにすると、面発光素子22からの入射光と光導波路21の入射側部分21aとの位置ずれトレランス(許容度)を大きくすることができる。図9に挿入損失の入射位置依存性を示す。この図から入射位置トレランスが40μm広がっていることがわかる。光導波路21の入射側部分21aの端面から波長λ1とλ2の2波長の光が入射する。 Here, the shape of the actually produced polymer optical waveguide is shown in FIG. The polymer optical waveguide is composed of a core and a clad surrounding the core. 8A is a plan view showing the shape of the core on the light incident side, and FIG. 8B is a plan view showing the shape of the core on the light exit side. The optical waveguide 21 includes a core and a clad, and the core and the clad can be configured using acrylic resin, epoxy resin, or the like and having different refractive indexes. In one example of the present embodiment, the core on the light incident side has a tapered shape with a width (vertical) extending from 50 μm to 90 μm toward the end surface. The thickness (height) is 50 μm. In the present embodiment, one of the main features is that the core on the light incident side has a tapered shape whose width increases toward the end face. Specifically, the light incident portion 21a of the optical waveguide 21 is formed in a taper shape whose width shape expands into a curved shape connecting arcs. In this way, it is possible to increase the positional deviation tolerance (tolerance) between the incident light from the surface light emitting element 22 and the incident side portion 21a of the optical waveguide 21. FIG. 9 shows the dependence of the insertion loss on the incident position. From this figure, it can be seen that the incident position tolerance is expanded by 40 μm. Two wavelengths of light having wavelengths λ1 and λ2 are incident from the end face of the incident side portion 21a of the optical waveguide 21.
一方、光出射側のコアは一度テーパをつけて50μm幅から100μm幅に拡げた後、Y分岐で2つに分かれている。より詳細には、光出射部分21bの分岐部分の手前のコアの幅形状は徐々に拡がったテーパ状となり、また円弧をつなげた曲面状に拡がった形状となっている。この円弧状の曲率は10mm以上とすると挿入損失を最小にすることができる。そして入射光を1:1に分岐できる。分岐部分の手前のコアの広がり部の長さは1000μm超とした。このテーパ部分の長さは、波長やコア幅、光の広がり角などの条件を考慮して設定されるが、好ましくは500μm以上、より好ましくは1000μm以上である。このY分岐における挿入損失を図10に示す。この図から、光パワーが分岐によって3dB減少するが、短距離の伝送のため十分なロスバジェットを確保することができる。 On the other hand, the light-emitting side core is once tapered and expanded from 50 μm width to 100 μm width, and then divided into two at the Y branch. More specifically, the width of the core in front of the branching portion of the light emitting portion 21b is a tapered shape that gradually expands, and a shape that expands into a curved shape connecting arcs. When the arcuate curvature is 10 mm or more, the insertion loss can be minimized. And incident light can be branched to 1: 1. The length of the spreading portion of the core before the branching portion was set to more than 1000 μm. The length of the tapered portion is set in consideration of conditions such as the wavelength, the core width, and the light divergence angle, and is preferably 500 μm or more, more preferably 1000 μm or more. The insertion loss in this Y branch is shown in FIG. From this figure, the optical power decreases by 3 dB due to the branching, but a sufficient loss budget can be secured for short-distance transmission.
上記の例では、2つの異なる波長λ1、λ2の光を入射して合波し、光導波路21よりなる光伝送路を伝送し、光出射側において、伝送してきた合波を2つに分岐させるようになっている。このようにすると、波長λ1による光データ送受信と波長λ2による光データ送受信を合わせて行うことができるため、伝送密度をより一層向上させることができる。 In the above example, light of two different wavelengths λ1 and λ2 is incident and combined, transmitted through an optical transmission line composed of the optical waveguide 21, and the transmitted multiplexed signal is split into two on the light output side. It is like that. In this way, since optical data transmission / reception with the wavelength λ1 and optical data transmission / reception with the wavelength λ2 can be performed together, the transmission density can be further improved.
次に、本実施形態に用いる面発光素子(VCSEL)の一例であるモノリシック2波長VCSEL100(22)の構造を図11に断面図で示す。VCSEL100は2つの隣接するメサ構造がp型GaAs基板101上に形成されている。このメサ構造は、積層の下部DBR(Distributed Bragg Reflector)層102、酸化狭窄層103、3層のQW(量子井戸構造)を持つ活性層104、第1の上部DBR層105より構成される。第1の上部DBR層105の上には、位相制御層106、積層の第2の上部DBR層107が設けられる。108は下部電極、109は上部電極である。位相制御層106の厚さを変えることで発振波長を変えることができる。 Next, the structure of a monolithic two-wavelength VCSEL 100 (22) which is an example of a surface light emitting device (VCSEL) used in the present embodiment is shown in a sectional view in FIG. The VCSEL 100 has two adjacent mesa structures formed on a p-type GaAs substrate 101. This mesa structure includes a laminated lower DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 102, an oxidized constricting layer 103, an active layer 104 having a QW (quantum well structure), and a first upper DBR layer 105. On the first upper DBR layer 105, a phase control layer 106 and a stacked second upper DBR layer 107 are provided. Reference numeral 108 denotes a lower electrode, and reference numeral 109 denotes an upper electrode. The oscillation wavelength can be changed by changing the thickness of the phase control layer 106.
この例のモノリシック2波長VCSEL100では、発光点間距離を約30μmとし、発振波長は853nmと867nmであり、発振波長に14nmの違いがあった。図12にVCSEL100の発振した様子を示す。また、図13にVCSEL100がそれぞれ8、10、13Gbpsで動作するときのアイ・ダイアグラムを示す。13Gbpsにおいても明瞭なアイ開口が得られていることがわかる。 In the monolithic two-wavelength VCSEL 100 of this example, the distance between the light emitting points was about 30 μm, the oscillation wavelengths were 853 nm and 867 nm, and the oscillation wavelength was different by 14 nm. FIG. 12 shows how the VCSEL 100 oscillates. FIG. 13 shows an eye diagram when the VCSEL 100 operates at 8, 10, and 13 Gbps, respectively. It can be seen that a clear eye opening is obtained even at 13 Gbps.
上記のモノリシック2波長VCSEL100と合波用ポリマ光導波路21とGI50マルチモード光ファイバ(光入射側と光出射側との間に配置)とを組み合わせたときの入射トレランスと伝送後の光波長スペクトルを調べた。入射トレランスはVCSEL100を発光させながら光導波路21をXY平面上で移動させ、光導波路21を通った後の光パワーのマップを作成して求めた。図14(a)、(b)に発光点の中心間距離が30μm離れたVCSEL100をそれぞれ発光させたときの光パワーマップを示す。発光位置の違いのため、光パワーの大きい濃い濃度で示された領域にシフトが見られる。図14(c)はVCSEL100の両方の発光点からの発光によるマップである。図14(d)は最大強度から−1dB以内の光パワーの領域を示す。14(d)から、VCSELチップと光導波路の1dBダウンの位置トレランスは、発光点が30μm離れているにも関わらず±10μm以上が得られた。 When the above monolithic two-wavelength VCSEL 100, the combining polymer optical waveguide 21 and the GI50 multimode optical fiber (arranged between the light incident side and the light emitting side) are combined, the incident tolerance and the optical wavelength spectrum after transmission are calculated. Examined. The incident tolerance was obtained by moving the optical waveguide 21 on the XY plane while causing the VCSEL 100 to emit light, and creating a map of optical power after passing through the optical waveguide 21. FIGS. 14A and 14B show optical power maps when the VCSEL 100 having a light-emitting point center distance of 30 μm is caused to emit light. Due to the difference in the light emission position, a shift is observed in the region indicated by the dark density where the optical power is large. FIG. 14C is a map by light emission from both light emitting points of the VCSEL 100. FIG. 14D shows an optical power region within -1 dB from the maximum intensity. From 14 (d), the positional tolerance of 1 dB down between the VCSEL chip and the optical waveguide was ± 10 μm or more despite the light emitting point being 30 μm away.
図15に波長の異なる近接する2つの発光点で発光させ、光導波路を伝搬した光のスペクトルを示す。波長853nmと867nmにピークが見られ、波長の異なる2つの発光点からの光が1本の光導波路のコアに入射し、伝送されていることが示され、合波が行われていることが確認された。 FIG. 15 shows a spectrum of light that is emitted from two adjacent light emitting points having different wavelengths and propagates through the optical waveguide. Peaks are seen at wavelengths of 853 nm and 867 nm, indicating that light from two light emitting points having different wavelengths is incident on the core of one optical waveguide and transmitted, and that multiplexing is performed. confirmed.
図16は、3波長の光伝送を行う場合の光導波路21の模式的平面図である。この光導波路21の光入射側部分21aには波長λ1、λ2、λ3の3つの異なる波長の光が入射するようになっている。また、光出射側部分21bは21b−1、21b−2、21b−3の3つの部分に分岐し、それぞれλ1の波長の光のみを透過させる波長選択フィルター24−1、λ2の波長の光のみを透過させる波長選択フィルター24−2、λ3の波長の光のみを透過させる波長選択フィルター24−3が設けられている。この場合も、上記の2波長の場合と同様な原理でλ1、λ2、λ3の3つの波長を用いた光データ送受信を合わせて行うことができるため、伝送密度をさらに向上させることができる。 FIG. 16 is a schematic plan view of the optical waveguide 21 when performing optical transmission of three wavelengths. Light of three different wavelengths of wavelengths λ1, λ2, and λ3 is incident on the light incident side portion 21a of the optical waveguide 21. Further, the light emission side portion 21b branches into three portions 21b-1, 21b-2, and 21b-3, and only the light having the wavelength of the wavelength selection filter 24-1 and λ2 that transmits only the light having the wavelength of λ1, respectively. A wavelength selection filter 24-2 that transmits light and a wavelength selection filter 24-3 that transmits only light having a wavelength of λ3 are provided. Also in this case, since transmission and reception of optical data using the three wavelengths λ1, λ2, and λ3 can be performed on the same principle as in the case of the two wavelengths, the transmission density can be further improved.
また、本発明によれば、4波長以上の多重波長による光データ送受信を行うことができる。 In addition, according to the present invention, optical data transmission / reception can be performed using multiple wavelengths of 4 wavelengths or more.
以上、波長多重光伝送路構造を、光導波路を例に説明してきたが、本発明は光導波路に限定されず、フォトカプラ等を利用することにより光ファイバにも適用することができる。 The wavelength multiplexed optical transmission line structure has been described above by taking the optical waveguide as an example. However, the present invention is not limited to the optical waveguide, and can be applied to an optical fiber by using a photocoupler or the like.
以上に、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。 The present invention has been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
たとえば、上記の実施形態では、装着体として嵌合部材50を用いて上部構造体5を垂直方向へ着脱自在に装着し、光素子・電子部品搭載基板30の光素子40に対して上部構造体5の光伝送路を光学的に接続するようにしたが、このような機能を有する装着構造として、クランプスプリング、ネジ止め構造、板バネ構造、ラッチ構造、開閉式クランプスプリングなど、各種のものを用いることができる。 For example, in the above embodiment, the upper structure 5 is detachably mounted in the vertical direction using the fitting member 50 as the mounting body, and the upper structure is mounted on the optical element 40 of the optical element / electronic component mounting substrate 30. 5 optical transmission lines were optically connected, but there are various types of mounting structures such as clamp springs, screwing structures, leaf spring structures, latch structures, and open / close clamp springs having such functions. Can be used.
光素子40として、レーザダイオードなどのVCSEL以外の面発光素子を用いてもよく、PINフォトダイオード以外の面受光素子を用いるようにしてもよい。 As the optical element 40, a surface light emitting element other than a VCSEL such as a laser diode may be used, or a surface light receiving element other than a PIN photodiode may be used.
上記の実施形態では、光素子・電子部品搭載基板30と配線基板70とを異方導電性シート60を介して電気接続する例を示したが、その他、光素子・電子部品搭載基板30と配線基板70との電気接続構造として、光素子・電子部品搭載基板30を配線基板70にはんだ接続した構造など、各種の構造とすることができる。 In the above embodiment, the example in which the optical element / electronic component mounting board 30 and the wiring board 70 are electrically connected via the anisotropic conductive sheet 60 has been described. As the electrical connection structure with the substrate 70, various structures such as a structure in which the optical element / electronic component mounting substrate 30 is solder-connected to the wiring substrate 70 can be used.
1 光モジュール
5 上部構造体
6 保持部材
6a 下面
7 光導波路
7a 端面
8 テープ状光導波路
10 上側部材
11 位置決め穴
12 肩部
20 下側部材
21 光導波路
21a 入射側部分
21b(21b−1、21b−2) 出射側部分
22 面発光素子(VCSEL)
22−1、22−2 発光点
23 面発光素子駆動回路
24−1、24−2 波長選択フィルター
25(25−1、25−2) 面受光素子(PD)
30 光素子・電子部品搭載基板
33 プリント配線
34 キャビティ
36 電極パターン
37 ヒートスプレッダ
38 封止樹脂
40 光素子
40a バンプ
40b 半導体レンズ
41 ドライバ集積回路装置
41a バンプ
42 位置決めピン
50 嵌合部材
60 異方導電性シート
70 配線基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical module 5 Upper structure 6 Holding member 6a Lower surface 7 Optical waveguide 7a End surface 8 Tape-shaped optical waveguide 10 Upper member 11 Positioning hole 12 Shoulder part 20 Lower member 21 Optical waveguide 21a Incident side part 21b (21b-1, 21b- 2) Output side portion 22 Surface light emitting device (VCSEL)
22-1, 22-2 Light emitting point 23 Surface light emitting element driving circuit 24-1, 24-2 Wavelength selection filter 25 (25-1, 25-2) Surface light receiving element (PD)
30 Optical element / electronic component mounting substrate 33 Printed wiring 34 Cavity 36 Electrode pattern 37 Heat spreader 38 Sealing resin 40 Optical element 40a Bump 40b Semiconductor lens 41 Driver integrated circuit device 41a Bump 42 Positioning pin 50 Fitting member 60 Anisotropic conductive sheet 70 Wiring board
Claims (9)
b)光伝送路を形成する光伝送体、および、当該光伝送体を上側部材のガイド溝と下側部材の保持面との間で挟んで、光伝送体の端面が下向きとなる様に円弧状に曲げられた状態で保持する保持部材を備えた上部構造体と、
c)配線基板上に垂直方向に着脱自在に配置され、光素子および光素子駆動用のドライバ集積回路装置を含む電子部品が搭載された光素子・電子部品搭載基板と、
d)配線基板上の固定端の中央に開口部をもち、該開口部に嵌め込まれた光素子・電子部品搭載基板と、該開口部に嵌め込まれた上部構造体とを、共に下方に押圧して、光素子・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、光学的に接続する嵌合部材とを備えており、
e)光素子およびドライバ集積回路装置は、電子部品搭載基板にフリップチップ接続により電気的に接続され、
f)光伝送路が、マルチモードで光を伝送するポリマ光導波路であり、かつ、面発光素子の近接した2以上の発光点から異なる波長の光を入射する1つの光入射部と、入射した2以上の異なる波長の光を合波して伝送する光伝送路本体と、光伝送路本体の出射側に2以上に分岐して設けられた光出射部と、光出射部から出た光を受ける受光素子の受光部があり、光伝送路の分岐部から受光部の間に設けられたそれぞれ波長の異なる光に分波する波長選択フィルターを有し、光導波路の光入射部側のコアの幅が端部に向けて徐々に拡がったテーパ状に形成され、光導波路の光出射部側が分岐部分の手前でコアの幅が徐々に拡がったテーパ状に形成され、さらに光導波路の光入射部の端部の幅が面発光素子の一端側の発光点と他端側の発光点との間の距離より大きく設定されている波長多重光伝送路構造からなることを特徴とする光モジュール。 a) An optical module that optically connects an optical transmission path for transmitting an optical signal and an optical element having at least one of a function of converting an optical signal into an electrical signal and a function of converting an electrical signal into an optical signal. And
b) An optical transmission body forming an optical transmission path, and a circle such that the optical transmission body is sandwiched between the guide groove of the upper member and the holding surface of the lower member so that the end face of the optical transmission body faces downward An upper structure including a holding member that holds the bent arcuate state ;
c) An optical element / electronic component mounting board on which an electronic component including an optical element and a driver integrated circuit device for driving the optical element is mounted, which is detachably arranged in a vertical direction on the wiring board;
d) An opening is formed in the center of the fixed end on the wiring board, and the optical element / electronic component mounting board fitted in the opening and the upper structure fitted in the opening are both pressed downward. The optical transmission line of the upper structure to the optical element of the optical element / electronic component mounting substrate, and a fitting member for optically connecting the optical element,
e) The optical element and the driver integrated circuit device are electrically connected to the electronic component mounting substrate by flip chip connection,
f) The optical transmission path is a polymer optical waveguide that transmits light in multimode, and one light incident portion that receives light of different wavelengths from two or more light emitting points adjacent to the surface light emitting element is incident. An optical transmission line body that multiplexes and transmits two or more light beams of different wavelengths, a light emission part that is branched into two or more on the emission side of the optical transmission line body, and light emitted from the light emission part There is a light receiving portion of the light receiving element that has a wavelength selection filter that is provided between the branching portion of the optical transmission path and the light receiving portion and demultiplexes the light with different wavelengths, and the core on the light incident portion side of the optical waveguide The optical waveguide is formed in a tapered shape that gradually widens toward the end, the light emitting portion side of the optical waveguide is formed in a tapered shape in which the width of the core gradually increases before the branching portion, and the light incident portion of the optical waveguide The width of the end of the light emitting point between the light emitting point on one end of the surface light emitting element and the light emitting point on the other end Light module, comprising the wavelength-multiplexed optical transmission line structure is configured from a distance greater.
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