JP2017167261A - 光配線実装構造、光モジュール、及び光配線実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率の光結合を実現するコンパクトな光配線実装構造を提供する。【解決手段】光配線実装構造は、基板面に対して上方に光を入出射する光入出力部を有する光デバイス１０に配置される光路変換器３０と、光ファイバ２１を搭載する支持プレート４５を有して光ファイバ２１を光路変換器３０内で保持する光ファイバ取付部材４０と、を有し、光路変換器３０は、光ファイバ２１を案内する光ファイバガイドと、光ファイバガイドの内壁に形成されたレンズ３５とを有し、支持プレート４５の少なくとも一部が光ファイバガイド内に挿入されて、光ファイバ２１の端面がレンズ３５の焦点と一致する位置で光ファイバ２１を保持する。【選択図】図５

Description

本発明は、光配線実装構造、光モジュール、及び光配線実装方法に関する。

サーバやスーパーコンピュータにおけるＬＳＩチップ間のデータ通信では、電気配線による電気信号伝送が行われている。広帯域信号伝送では、長距離であるほど、電気配線での損失やクロストークによる波形劣化のため、伝送が困難になってきている。そこで、電気信号を光信号に変換し、ＬＳＩチップ間を光配線で接続する光インターコネクトが注目されている。将来的には、高速電気配線はパッケージ上の配線距離程度に限定されることが予測される。

光インターコネクトの形態としては、微小の光電気変換部品であるチップ形態の光トランシーバをＬＳＩの直近に配置する構造が望ましい。チップ形態の微小光トランシーバを実現する技術として、シリコンフォトニクスと呼ばれる技術が開発されている。これは、微小の光制御機能を有する要素をＣＭＯＳプロセスでシリコン基板上へ形成する技術である。光制御機能を有する要素としては、光変調器、光検出器等があり、それらを接続する細線導波路がすでに実現している。細線導波路を外部光配線としての光ファイバとを接続するために、チップ上への光インタフェースの形成技術もいくつかの方式が開発されている。

光インタフェースの一例として、シリコンフォトニクス技術で導波路層に形成された回折格子が用いられる。外部光配線となる光ファイバは、ファイバホルダーを用いて回折格子の回折角度に合わせて保持され、光配線基板上の回折格子に直接接続されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２４３６４９号公報

図１に示す従来の光ファイバの接続構造では、光コネクタ１０８に保持された光ファイバ１２１を、光配線基板１１２の垂直方向から回折格子１１５の光入出力位置に高精度に位置合わせする。回折格子１１５の光の出射角度に合わせて、光コネクタ１０８を光配線基板１１２上に立てながら角度および位置を高精度に調整し、光ファイバ１２１と光導波路１１４を光学的に接続する。この構成では、位置調整が困難なことに加えて、コンパクトで安定した低背実装の実現が困難である。

そこで、高効率の光結合を実現するコンパクトな光配線実装構造と、これを用いた光モジュールの提供を課題とする。

１つの態様では、光配線実装構造は、
基板面に対して上方に光を入出射する光入出力部を有する光デバイスに配置される光路変換器と、
光ファイバを搭載する支持プレートを有し、前記光ファイバを前記光路変換器内で保持する光ファイバ取付部材と、
を有し、
前記光路変換器は、前記光ファイバを案内する光ファイバガイドと、前記光ファイバガイドの内壁に形成されたレンズとを有し、
前記支持プレートの少なくとも一部が前記光ファイバガイド内に挿入されて、前記光ファイバの端面が前記レンズの焦点と一致する位置で前記光ファイバを保持する。

１つの側面として、コンパクトな光配線実装構造で高効率の光結合が実現する。

従来の光ファイバの実装構成を示す図である。 実施形態の光配線実装構造が適用される光デバイスの概略構成を示す三面図である。 実施形態の光配線実装構造で用いられる光路変換器の概略構成を示す三面図である。 図３の光路変換器への光ファイバの実装状態を説明する図である。 実施形態の光配線実装構造の三面図である。 図５の光配線実装構造における光接続の態様を示す図である。 実施形態の光配線実装構造で用いられるファイバ取付部材の三面図である。 光ファイバ取付部材への光ファイバの実装状態を示す三面図である。 光ファイバ実装構造の接続シーケンスを示す図である。 光ファイバ取付部材の変形例を用いた光配線実装構造の図である。 光ファイバ取付部材の別の変形例を用いた光配線実装構造の図である。 光路変換器の変形例の図である。 実施形態の光モジュールの概略図である。 光モジュールが用いられるシステムボードの一例を示す図である。

図２は、実施形態の光配線実装構造が適用される光デバイス１０の概略構成を示す三面図である。図２（Ａ）はＸ−Ｙ面内での上面図、図２（Ｂ）はＸ方向から見た正面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ'断面図である。

光デバイス１０は、光配線基板１２上に形成された光導波路１４と、光導波路１４の先端に形成された回折格子１５を有する。光導波路１４は、回折格子１５の反対側で光変調器や光検出器を含む光回路に接続されているが、図２ではこれらの光回路は省略する。

回折格子１５は、光インタフェースあるいは光入出力部として機能し、光配線基板１２の表面に対してほぼ垂直方向に光を入出力する。光配線基板１２の端面１２ｅ側に光ファイバ等の外部光配線が導入され、光導波路１４に対して位置合わせされ実装される。光導波路１４と外部光配線との間の光インタフェースとして回折格子１５を用いることで、ウェハ製造のプロセス中に実際の光を用いて光導波路１４の検査をすることができる。ウェハ製造時にチップの不具合がわかるため、プロセス条件の決定の簡易化や、前工程段階での不良品の除外が可能になる。

光導波路１４と回折格子１５は、保護膜１９に覆われていてもよい。保護膜１９はＳｉＯ_２やＳｉＯＮなどの透明な材料で形成される。たとえば、スパッタリング法等により光配線基板１２の全面にＳｉＯ_２膜を形成し、表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等で平坦化する。保護膜１９上で回折格子１５と外部光配線との光結合を実現する位置に、後述する光配線実装構造が配置される。

図３は、光配線実装構造で用いられる光路変換器３０の構成を示す三面図である。図３（Ａ）はＸ−Ｙ面内での上面図、図３（Ｂ）はＸ方向から見た正面図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ'断面図である。

光路変換器３０は、光デバイス１０上に搭載されて外部光配線である光ファイバを受け取り、光ファイバと回折格子１５との間で光路を変換する。光路変換器３０は、本体３１と、本体３１に形成されて光ファイバを受け取る光ファイバガイド３０５と、光ファイバガイド３０５の空間内に配置されるレンズ３５を有する。

光ファイバガイド３０５の開口３０５ａと反対側の内壁は、光配線基板１２に対して傾斜する傾斜面３４を有し、傾斜面３４に凹面３２が形成されている。少なくとも凹面３２に沿ってミラー３３が配置され、レンズ３５が形成される。本体３１側から見るとレンズ３５は凹レンズであり、光ファイバガイド３０５の空間（空気層）から見ると、レンズ３５は凸レンズである。

ミラー３３は白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の反射率の高い金属膜や、多層の誘電体反射膜で形成される。これらの材料をマスキングシートやドライフィルム等を用いて、リフトオフプロセスでミラー３３を形成することができる。ミラー３３を反射膜で形成する替わりに、本体３１を白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料で形成してレンズ３５を実現してもよい。

傾斜面３４と凹面３２が形成された本体３１は、たとえばモールドにより一体成型することができる。材料としてＰＰＳ（Polyphenylenesulfide：ポリフェニレンサルファイド）、ＡＢＳ（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene；アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合）樹脂、ポリイミド、アクリル、エポキシ系の樹脂材料や、これらにシリカ等のフィラーが充填された樹脂を用いることができる。あるいは、アモルファスシリカ等のガラスや、金属または合金を成型したものを用いてもよい。

光路変換器３０は、レンズ３５の焦点位置が回折格子１５の光出射位置と光ファイバのコア端に一致するように光配線基板１２上に配置されている。光路変換器３０を用いることで、光ファイバを光デバイス１０の主面とほぼ平行な方向から実装することができ、コンパクトな低背実装が実現する。

図４は、光路変換器３０への光ファイバ２１の実装状態を説明する図である。外部光配線として、複数の光ファイバ２１が被覆２４でリボン状にまとめられたテープファイバ２０が用いられる。テープファイバ２０の先端の被覆２４は剥離され、光ファイバ２１の素線が光路変換器３０の光ファイバガイド３０５に挿入される。光ファイバ２１の素線ではコア２３を取り囲むクラッド２２が露出している。

光ファイバガイド３０５は、光ファイバ２１の素線を挿入しやすいように、光ファイバガイド３０５の内壁と光ファイバ２１の間、あるいは光ファイバ２１と光配線基板１２の間に、一定のクリアランス３０６を有する。クリアランスの存在とテープファイバ２０の重みで、光ファイバガイド３０５内で光ファイバ２１がぐらつき、光ファイバ２１のコア２３の端面位置が、レンズ３５の焦点位置からずれることがある（図４（Ｂ）参照）。実施形態では、安定した光接続を実現するために、光路変換器３０と光ファイバ取付部材４０（図５参照）を組み合わせて、光ファイバ２１を光ファイバガイド３０５内で安定して保持する。光路変換器３０と光ファイバ取付部材４０の組み合わせについて、図５及び図６を参照して説明する。

図５は、実施形態の光配線実装構造５０の三面図である。図５（Ａ）はＸ−Ｙ面内での上面図、図５（Ｂ）はＸ方向から見た正面図、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＡ−Ａ'断面図である。光配線実装構造５０は、光路変換器３０と光ファイバ取付部材４０を有する。光ファイバ取付部材４０は、テープファイバ２０の端部から露出する光ファイバ２１を搭載し、光ファイバ２１を光路変換器３０の光ファイバガイド３０５（図４参照）内に導入する。

光ファイバ取付部材４０は、光ファイバ２１を支持する支持プレート４５と、光ファイバ２１の素線の根元部分を保持するファイバホルダ４１を有する。各光ファイバ２１は、接着剤６１により光ファイバ取付部材４０に固定されている。支持プレート４５に光ファイバ２１を搭載することで、テープファイバ２０の自重による光ファイバ２１のぐらつきを防止する。

支持プレート４５はまた、光ファイバ２１をレンズ３５に対して高さ方向（Ｚ方向）の定位置に維持する機能を有する。光ファイバ２１は、支持プレート４５によって光ファイバガイド３０５の上面に押圧されており、テープファイバ２０の重みにかかわらず、光ファイバ２１をレンズ３５に対して適正な位置に保持する。

光ファイバ２１を搭載した光ファイバ取付部材４０を光路変換器３０の光ファイバガイド３０５に挿入することで、各光ファイバ２１を適正位置に保持し、光ファイバ２１と光導波路１４との間の正確で安定した光接続を実現する。

図６は、光配線実装構造５０における光ファイバ２１と回折格子１５との間の光結合を説明する図である。上述のように、回折格子１５は、光導波路１４の入出力部または光インタフェースとして機能する。光導波路１４を伝搬してきた光は、回折格子１５によって光配線基板１２の表面に対して垂直または垂直に近い角度で上方に出射する。出射光は、所定の出射角で空間中に拡がってレンズ３５に入射する。レンズ３５は、回折格子１５からの出射光の光路を光ファイバ２１の方向へ変換して、コア２３の端面に結像させる。同様に、光ファイバ２１を伝搬してきた光は、コア２３の端面を出射し、レンズ３５によって光路を回折格子１５の方向に変換され、回折格子１５に結像される。レンズ３５によって光路変換と集光が行われ、光ファイバ２１と光導波路１４が高効率で光結合される。

たとえば、光導波路１４と回折格子１５を形成する際に光配線基板１２上に位置決めマークを形成しておくことで、光路変換器３０を一般的なマウンタの精度で光配線基板１２上の所定位置に搭載することができる。光路変換器３０が光配線基板１２に搭載された状態で、レンズ３５は回折格子１５上に第１の焦点を有し、光ファイバ２１のコア２３の端面に第２の焦点を有する。

なお、テープファイバ２０の切断後には、各光ファイバ２１の先端に長さばらつきが生じることがある。光ファイバ２１の先端に１０μｍ程度の長さばらつきがあるとすると、光ファイバ２１の挿入方向でコア２３の端面位置が１０μｍ程度ずれることになる。したがって、レンズ３５を最適化して、光軸方向で１０μｍ以上の焦点距離を持たせるように設計することが望ましい。

図７は、光ファイバ取付部材４０の一例として、光ファイバ取付部材４０Ａの構成例を三面図で示す。図７（Ａ）はＸ−Ｙ面内の上面図、図７（Ｂ）はＸ方向から見た正面図、図７（Ｃ）はＸ方向に沿った側面図である。光ファイバ取付部材４０Ａは、ファイバホルダ４１と支持プレート４５を有する。

ファイバホルダ４１は、支持プレート４５との接合面に、光ファイバ２１の数に応じた溝４１１を有する。支持プレート４５も、そのファイバ搭載面４５ａに光ファイバ２１の数に応じたガイド溝４５１を有する。ファイバホルダ４１の溝４１１と支持プレート４５のガイド溝４５１の一部で、ファイバガイド穴４２が形成される。溝４１１とガイド溝４５１はこの例では断面が円弧状のＵ溝であるが、この例に限定されない。ファイバガイド穴４２によって、被覆２４が剥離された光ファイバ２１の素線の根元が保持される。

支持プレート４５は、ファイバ搭載面４５ａの反対側に底面４５ｂを有する。底面４５ｂは、光ファイバ取付部材４０Ａの挿入方向の先端に斜面４５ｃを有する。また、挿入側の先端部のコーナーにテーパ４５２を有する。斜面４５ｃとテーパ４５２は、光ファイバ取付部材４０Ａを光路変換器３０の光ファイバガイド３０５内に挿入しやすくするものである。ただし、テーパ４５２の形成は任意である。

ファイバ搭載面４５ａも、先端が光配線基板１２に対して上側を向くように屈曲または湾曲している。光ファイバ取付部材４０を水平面Ｈに置いたとき、支持プレート４５のファイバ搭載面４５ａと、底面４５ｂの先端の斜面４５ｃとが、水平よりも上側を向くような形状とする。水平面に対して上向きに傾斜するファイバ搭載面４５ａと斜面４５ｃを有する支持プレート４５は、板バネとして機能する。光ファイバ取付部材４０Ａが光路変換器３０の光ファイバガイド３０５に挿入されたとき、ファイバ搭載面４５ａは光ファイバ２１を光ファイバガイド３０５の上面に押し当てる。

光ファイバ取付部材４０Ａは、ＰＯＭ（polyoxymethylene；ポリオキシメチレン）、ＡＢＳ等の比較的柔らかい樹脂で、射出成型等の技術を用いて作製される。柔らかい樹脂を用いることで、光ファイバ２１が光ファイバガイド３０５の上面に押し付けられたときに光ファイバ２１の変形を防止する。樹脂変形で応力を吸収して、クリアランスのばらつき影響を低減する。

図８は、光ファイバ取付部材４０Ａに光ファイバ２１が実装された状態を示す。４心のテープファイバ２０の先端は被覆２４が剥離され、光ファイバ２１の先端はファイバカッターやレーザ加工等により切断されている。光ファイバ２１を光ファイバ取付部材４０のファイバホルダ４１側から同時にファイバガイド穴４２に挿入し、ファイバホルダ４１の挿入側の面で接着剤６１で固定する。図示は省略するが、テープファイバ２０の反対側の端部も、別の光ファイバ取付部材４０に保持されていてもよい。テープファイバ２０の長さは、所望の長さに揃えられる。

光ファイバ２１は、支持プレート４５のファイバ搭載面４５ａでＺ方向（水平面に対して上向き）の力を受けている。光ファイバ取付部材４０Ａを用いることで、テープファイバ２０で多心の光ファイバ２１が用いられる場合も、光ファイバ２１のピッチを維持してて各光ファイバ２１を光路変換器３０にスムースに挿入することができる。光ファイバ２１が光ファイバガイド３０５の内壁に衝突して破損することを防止できる。また、挿入後はファイバ搭載面４５ａにより各光ファイバ２１を光ファイバガイド３０５に対して押圧保持することができる。

図９は、光ファイバ取付部材４０Ａを用いた光ファイバ実装構造５０Ａの接続シーケンスを示す。図９（Ａ）で、光配線基板１２上で光ファイバ取付部材４０を前傾させ、光路変換器３０の内部に、光ファイバ２１を実装した光ファイバ取付部材４０を挿入する。光ファイバ取付部材４０の支持プレート４５の底面４５ｂの先端が斜面４５ｃとなっていることで、挿入が容易である。また、支持プレーと４５の挿入側の先端のコーナーにテーパ４５２（図７参照）が設けられているときは、幅方向での挿入も容易である。

支持プレート４５の斜面４５ｃと底面４５ｂの境界線上の辺４５ｄを光配線基板１２に接触させながら滑らせることで、光ファイバ取付部材４０を光ファイバガイド３０５の内部へ円滑に挿入することができる。

図９（Ｂ）で、光ファイバ取付部材４０を挿入しながら、光ファイバ取付部材４０を前傾状態からほぼ水平な状態に起こす。これにより、光ファイバ２１が光ファイバガイド３０５の上面に押し当てられる。

図９（Ｃ）で光ファイバ２１が所定位置まで挿入されて、光路変換器３０と光ファイバ取付部材４０との嵌合が完了する。この状態で、光ファイバ２１は支持プレート４５のファイバ搭載面４５ａによって、光ファイバガイド３０５の上面に押圧保持されている。光ファイバガイド３０５の内部のクリアランスの存在、またはそのばらつきにかかわらず、光ファイバ２１は高さ方向（Ｚ方向）でレンズ３５に対して適正位置に保持される。

光ファイバ２１の配列方向（Ｙ方向）の位置は、光ファイバガイド３０５と、支持プレート４５上のガイド溝４５１（図７参照）によって規定されている。また、挿入方向（Ｘ方向）での位置決めを確実に行うために、光路変換器３０にファイバ位置規制手段を設けておいてもよい。挿入方向へのファイバ位置決め手段については後述する。あるいは、光配線基板１２の表面に、光ファイバ取付部材４０のＸ方向への侵入を規制する位置規制手段を形成しておいてもよい。

図１０は、光ファイバ取付部材４０の変形例として、光ファイバ取付部材４０Ｂを用いた光配線実装構造５０Ｂを示す。光ファイバ取付部材４０Ｂは、二層構造の支持プレート５５を有する。支持プレート５５は、形状記憶合金５５１と基材５５２の二層で形成されている。形状記憶合金５５１は、ある温度以上で形状が戻り、熱アクチュエータとして機能する。形状記憶合金としてチタン-ニッケル（Ｔｉ-Ｎｉ）合金を用いることができる。基材５５２は、光ファイバ取付部材４０Ｂのファイバホルダ４１と同じ樹脂材料である。

支持プレート５５は、図７の構成と同様に、ファイバ搭載面５５ａと、底面５５ｂと、底面側の斜面５５ｃを有する。光デバイス１０の動作時に、ファイバ搭載面５５ａは、水平面（光配線基板１２の表面）よりも上側に向かう付勢力を有し、光ファイバ２１を光ファイバガイド３０５の上面に押し付けている。

たとえば、Ｎｉの含有量（atm％またはwt％）を調整することで、形状回復温度を室温以上に設計する。室温よりも低い温度で、形状記憶合金５５１の斜面５５ｃが水平面とほぼ平行となるように変形させる。使用環境で温度が上がると、形状記憶合金５５１の形状が回復して、光ファイバ２１を上方に向けて付勢する。光ファイバ取付部材４０Ｂの最終的な挿入位置で、光路変換器３０に形成されたレンズ３５により、光路変換と、回折格子１５及び光ファイバ２１のコア端面への集光が実現する。

図１０は、光ファイバ取付部材４０Ｃを用いた光配線実装構造５０Ｃを示す。光ファイバ取付部材４０Ｃは、二層構造の支持プレート５６を有する。支持プレート５６は、圧電セラミックス膜５６１と基材５６２の二層構造を有する。圧電セラミックス膜５６１は、電圧の印加により膜が伸縮し、圧電アクチュエータとして機能する。圧電セラミックス膜５６１として、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いる。基材５６２は、光ファイバ取付部材４０Ｃのファイバホルダ４１と同じ樹脂材料である。

支持プレート５６は、図７の構成と同様に、ファイバ搭載面５６ａと、底面５６ｂと、底面側の斜面５６ｃを有する。光デバイス１０の動作時に、ファイバ搭載面５６ａは、水平面（光配線基板１２の表面）よりも上側に向かう付勢力を有し、光ファイバ２１を光ファイバガイド３０５の上面に押し付けている。

圧電セラミックス膜５６１にあらかじめ電圧を印加して分極し、分極軸の方向を水平面に対して垂直方向とすることで、水平面から上方に向かう付勢力を与える。光ファイバ取付部材４０Ｃの最終的な挿入位置で、光路変換器３０に形成されたレンズ３５により、光路変換と、回折格子１５及び光ファイバ２１のコア端面への集光が実現する。

図１２は、光路変換器３０の変形例として光路変換器７０を示す。図１２（Ａ）は光路変換器７０の底面図、図１２（Ｂ）は光路変換器７０を底面側から見た斜視図、図１２（Ｃ）は光ファイバ２１の端面の状態を示す図である。光路変換器７０は、光ファイバガイド７０５内に、レンズ７５と、光ファイバ２１の挿入方向（Ｙ方向）の位置を規制するファイバ突き当て面７０６を有する。レンズ７５は、レンズ３５と同様に、光ファイバガイド７０５の斜面７４に一列に形成された凹レンズである。

光ファイバガイド７０５は、開口７０５ａ側で光ファイバを受け取る空間７０５ｃと、空間７０５ｃからレンズ７５に向かって延びるガイド溝７３と、ガイド溝７３のレンズ７５に対向する端部でガイド溝７３とガイド溝７３の間に配置される突起７６を有する。ガイド溝７３は、たとえばＶ溝である。光路変換器７０の使用時には、ガイド溝７３が天井側となり、光ファイバ取付部材４０の支持プレート４５（または５５または５６）に搭載された光ファイバ２１を、レンズ７５に向かって案内する。

空間７０５ｃは、開口７０５ａからガイド溝７３に向かって幅が徐々に減少する第１テーパ部７１を有する。第１テーパ部７１により、光ファイバ取付部材４０の支持プレート４５の挿入を容易にする。

各ガイド溝７３は、空間７０５ｃとの境界からレンズに向かって幅が減少する第２テーパ部７２を有する。第２テーパ部７２により、各光ファイバ２１の素線の案内を容易にする。光ファイバ２１は、コア２３の中心がガイド溝７３の長軸方向の中心に沿った状態でレンズ３５に向けて案内される。

ガイド溝７３のレンズ７５と対向する端部で、隣接するガイド溝７３の間に、高さ方向（Ｚ方向）に突き出た突起７６が設けられている。突起７６のレンズ７５と反対側の面、すなわちガイド溝７３と隣接する側の面が、ファイバ突き当て面７０６である。

図１２（Ｃ）に示すように、ファイバ突き当て面７０６は、光ファイバ２１のクラッド２２の端面に当接するが、コア２３を遮らない。コア２３の端面を出射した光は、レンズ７５で反射され、光配線基板１２上の回折格子１５に結像する。回折格子１５からの出射光も、レンズ７５で反射され、コア２３の端面に入射する。各光ファイバ２１の先端がファイバ突き当て面７０６で位置決めされるので、光結合効率が良好である。なお、光ファイバ２１の先端に一括切断による長さばらつきがある場合は、最も長い光ファイバ２１の先端がファイバ突き当て面７０６で位置決めされる。レンズ７５が光軸方向で１０μｍ以上の焦点距離を有するようにレンズ７５を最適化することで、各光ファイバ２１のコア２３と回折格子１５との間の光結合を実現することができる。

ファイバ突き当て面７０６を設けることで、レンズ７５の焦点位置にコア２３の端面を位置決めする。

図１２の光路変換器７０を、光ファイバ取付部材４０、４０Ａ〜４０Ｃのいずれかと組み合わせて光配線実装構造５０を実現してもよい。この場合、ファイバ突き当て面７０６によって、光ファイバ２１のコア２３の挿入方向（Ｘ方向）の端面位置が自動的に位置決めされる。

コア２３の高さ方向（Ｚ方向）の位置は、光ファイバガイド７０５のガイド溝７３に対する支持プレート４５（または５５または５６）のＺ方向への応力によって規定される。コア２３の配列方向（Ｙ方向）の位置は、支持プレート４５のファイバ搭載面４５ａに形成されたガイド溝４５１で規定される。

光ファイバ２１が搭載された光ファイバ取付部材４０（４０Ａ〜４０Ｃを含む）を光路変換器７０に挿入することで、光配線基板１２上の回折格子１５に対する光ファイバ２１の端面位置が一意に決まる。

図１３は、実施形態の光配線実装構造５０（５０Ａ、５０Ｂを含む）を用いた光モジュール９０の概略図である。光モジュール９０は、たとえば、モジュール基板９１に搭載された光デバイス１０と、光源チップ９３と、電気回路チップ９２を有する。光デバイス１０は、シリコンフォトニクス技術で形成された光導波路１４、光インタフェース（図２の回折格子１５など）、光回路１６を有する。光デバイス１０に光配線実装構造５０（５０Ａ，５０Ｂを含む）が配置され、外部の光デバイスとの間で光通信が行われる。光源チップ９３はレーザ素子を有する。電気回路チップ９２にはドライバ回路とＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）が形成されている。

光デバイス１０、電気回路チップ９２、及び光源チップ９３は、たとえばＢＧＡ（Ball Grid Array：ボールグリッドアレイ）でモジュール基板９１に搭載されている。光デバイス１０の光回路１６は、たとえば図示しないＴＳＶ（Through Silicon Via：シリコン貫通ビア）とＢＧＡにより、電気回路チップ９２と接続されている。あるいはワイヤボンディング等で電気的に接続してもよい。これにより、ドライバから光回路１６内の光変調器に電気駆動信号が供給され、光回路１６内の光検出器からＴＩＡに電流信号が供給される。

光デバイス１０と光源チップ９３は、図示しない光ファイバやフレキシブル導波路等を用いて接続され、光源チップ９３から出力される連続光が光デバイス１０の光変調器に入力される。

光モジュール９０は、光配線実装構造５０を用いて外部のモジュール上の光デバイスとの間でコンパクトで安定した光接続を実現する。光配線実装構造５０は、外部光配線（たとえば多心のテープファイバ２０）をモジュール基板９１に対して平行な方向で光デバイス１０に接続するので、低背実装が実現する。また、光ファイバ取付部材４０を光路変換器３０に挿入することで、回折格子１５に対する相対位置が自動的に決まり、実装が容易である。

図１３（Ａ）に示すように、光配線実装構造５０を接着剤６３で光デバイス１０に接着固定してもよい。光ファイバ取付部材４０の挿入方向の後端側だけを接着してもよいし、光路変換器３０の内部にも接着剤６３を注入して強固な接着固定も可能である。後者の場合は、使用している光の波長で透明な樹脂を接着剤６３として用いることが望ましい。透明な接着剤６３を、光路変換器３０の内部の回折格子１５と光ファイバ２１の間の間隙に充填する。接着剤６３として、たとえば透明なエポキシ等の樹脂を用いることができる。

図１３（Ｂ）は、光ファイバ取付部材４０にフック８１を形成した例を示す。ラッチ形状のフック８１を射出成型により光ファイバ取付部材４０と一括形成することができる。フック８１の爪８２を光デバイス１０のコーナーにひっかけて、光ファイバ取付部材４０を光路変換器３０に対して嵌合させるとともに、光配線実装構造５０を光デバイス１０に固定する。フック８１を用いることで、光ファイバ取付部材４０を接着剤６３で固定する際に、テープファイバ２０の自重により光路変換器３０から抜け落ちないように押さえなくてもよい。これにより、組み立て工程が簡素化する。また、図１３（Ｂ）の構成では、必ずしも接着剤６３を用いなくてもよいので、テープファイバ２０を保持する光ファイバ取付部材４０を着脱可能にすることができる。

図１４は、光配線実装構造５０を有する光モジュール９０が用いられるシステムボード１の概略図である。図１４（Ａ）はシステムボード１の上面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）のＢ−Ｂ'断面図である。

システムボード１は電子機器の一例であり、スーパーコンピュータやサーバ等の大型計算装置に用いられる。この例で、光モジュール９０はシステムボード１上で、ＬＳＩチップ５を搭載したパッケージ間を接続する光トランシーバとして用いられる。

ＬＳＩチップ５は電子部品の一例としてパッケージ基板３に搭載され、複数の光モジュール９０がＬＳＩチップ５の近傍に配置される。このようなパッケージ基板３は、ボード基板２上に複数実装され、各パッケージ基板３がＢＧＡ４でボード基板２に接続されている。あるパッケージ基板３のＬＳＩチップ５から出力される高速電気信号は、同じパッケージ基板３上の光モジュール９０で高速変調された光信号として出力される。光信号は、外部光配線となるテープファイバ２０で他のパッケージ基板に搭載されたＬＳＩ周辺の光モジュールに接続される。光信号は相手方の光トランシーバで再度電気信号に変換され、他のＬＳＩチップと信号のやり取りを行う。

図１４（Ｂ）に示すように、ＬＳＩチップ５と光モジュール９０の上面にヒートシンク９を搭載してシステムボード１の動作時に冷却を行ってもよい。冷却装置として、ヒートシンク９に限らず、水冷用のクーリングプレート等を用いてもよい。

システムボード１に搭載された各光モジュール９０では、テープファイバ２０の各光ファイバ２１が光デバイス１０上の光インタフェース（たとえば回折格子１５）に対して簡単かつ高精度に位置決めされている。各光モジュール９０での光結合効率が高く、光伝送の品質を向上できる。また、外部光配線としてのテープファイバ２０が水平方向で実装されるので、光モジュール９０の外形が簡素化され、取り扱いが容易になる。システムボード１に搭載されるときも、テープファイバ２０が各光モジュール９０からボード基板２と水平な方向に延設される構成となり、システムボード１の取り扱いが容易になる。

以上、実施形態に基づいて本発明を述べてきたが、上述した実施形態に限定されない。実施形態の光配線実装構造は、シングルモードだけでなく、マルチモード伝搬にも適用できる。

光ファイバ取付部材４０の支持プレート４５は、図７、図１０、及び図１１に示される構成に限定されない。バイメタルやカンチレバー方式の板バネなど、光ファイバを光路変換器３０の光ファイバガイド３０５、あるいは光路変換器７０の光ファイバガイド７０５の上面に押し当てて保持する任意の構成を採用できる。また、図１２のファイバ突き当て面７０６を有する突起７６を、図３の光路変換器３０に適用してもよい。

これらの適用例でも、コンパクトで安定した光接続が実現する。光デバイス１０上の光導波路１４と外部光配線である光ファイバ２１を、部品の作製精度と搭載精度で簡単かつ高精度に光接続することができる。

以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
基板面に対して上方に光を入出射する光入出力部を有する光デバイスに配置される光路変換器と、
光ファイバを搭載する支持プレートを有し、前記光ファイバを前記光路変換器内で保持する光ファイバ取付部材と、
を有し、
前記光路変換器は、前記光ファイバを案内する光ファイバガイドと、前記光ファイバガイドの内壁に形成されたレンズとを有し、
前記支持プレートの少なくとも一部が前記光ファイバガイド内に挿入されて、前記光ファイバの端面が前記レンズの焦点と一致する位置で前記光ファイバを保持することを特徴とする光配線実装構造。
（付記２）
前記支持プレートの挿入方向の先端部は、前記支持プレートを前記光デバイスの表面に置いたときに前記表面よりも上側を向いていることを特徴とする付記１に記載の光配線実装構造。
（付記３）
前記支持プレートは、前記光ファイバを搭載するファイバ搭載面と、前記ファイバ搭載面と反対側の底面とを有し、
前記底面と前記ファイバ搭載面は、前記挿入方向の先端側で、前記光デバイスの表面に対して上方に傾斜していることを特徴とする付記１または２に記載の光配線実装構造。
（付記４）
前記ファイバ搭載面は、前記光ファイバを保持するガイド溝を有することを特徴とする付記３に記載の光配線実装構造
（付記５）
前記支持プレートは、板バネ状のプレートであることを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記６）
前記支持プレートは、基材と形状記憶合金の二層構造を有することを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記７）
前記支持プレートは、基材と圧電セラミックス膜の二層構造を有することを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記８）
前記支持プレートは、前記挿入方向の先端側の角部にテーパを有することを特徴とする付記１〜７のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記９）
前記光ファイバ取付部材は、前記光デバイスと嵌合するフックを有することを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記１０）
前記光ファイバ取付部材は、前記光路変換器に接着剤で固定されていることを特徴とする付記１〜９のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記１１）
前記接着剤は透明であり、前記接着剤は前記光入出力部と前記光ファイバの間の空間に充填されていることを特徴とする付記１〜１０のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記１２）
前記光路変換器は、前記光ファイバガイドの開口と反対側の内壁に傾斜面を有し、前記レンズは前記傾斜面に形成されていることを特徴とする付記１〜１１のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記１３）
前記光路変換器は、前記レンズと対向する位置に、前記光ファイバの挿入を規制するファイバ突き当て面を有することを特徴とする付記１〜１２のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記１４）
前記光路変換器は、前記光ファイバガイド内部の上面に前記光ファイバを受け取るガイド溝を有することを特徴とする付記１〜１３のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記１５）
前記光路変換器は、
前記光ファイバガイドの内部の上面に形成された２以上のガイド溝と、
前記ガイド溝の前記光ファイバの挿入方向の端部で、隣接する前記ガイド溝とガイド溝の間に配置されて前記光ファイバの挿入を規制するファイバ突き当て面と、
を有することを特徴とする付記１〜１２のいずれかに記載の光配線実装構造。
（付記１６）
モジュール基板と、
前記モジュール基板上に実装される光デバイスと、
前記光デバイスに搭載されて前記光デバイス上の光導波路と外部光配線を接続する光配線実装構造と、
を有し、
前記光配線実装構造は、
前記光デバイス上に配置される光路変換器と、
前記外部光配線を搭載する支持プレートで前記外部光配線を前記光路変換器内で保持する取付部材と、
を有し、
前記光路変換器は、前記外部光配線を案内するガイド空間と、前記ガイド空間の内壁に形成されたレンズとを有し、
前記支持プレートの少なくとも一部は前記ガイド空間内に挿入されて、前記外部光配線の端面が前記レンズの焦点と一致する位置で前記外部光配線が保持される
ことを特徴とする光モジュール。
（付記１７）
付記１６に記載の光モジュールと、
電子部品と、
が搭載されたパッケージ基板を有する電子機器。
（付記１８）
基板面に対して上方に光を入出射する光入出力部を有する光デバイス上の所定の位置に光路変換器を配置し、
支持プレートに光ファイバを搭載し、前記支持プレートを前記光デバイスの表面に滑らせながら前記光ファイバを前記光路変換器内に挿入し、
前記光路変換器内で、前記光ファイバの端面が前記光路変換器の内部に形成されたレンズの焦点と一致する位置で前記光ファイバを保持する、
ことを特徴とする光配線実装方法。
（付記１９）
前記支持プレートを先端側に前傾させて前記光路変換器のガイド空間に挿入し、
前記光ファイバを一定量挿入した後に、前記支持プレートを起こして、前記支持プレートの先端で前記光ファイバを前記ガイド空間の上面に対して押圧保持する、
ことを特徴とする付記１８に記載の光配線実装方法。

１ システムボード（電子機器）
５ ＬＳＩチップ（電子部品）
１０ 光デバイス
１２ 光配線基板
１４ 光導波路
１５ 回折格子（光入出力部または光インタフェース）
２０ テープファイバ
２１ 光ファイバ（外部光配線）
２３ コア
３０、７０ 光路変換器
３４、７４ 傾斜面
３５、７５ レンズ
４０ 光ファイバ取付部材
４１ ファイバホルダ
４５ 支持プレート
５０ 光配線実装構造
７６ 突起
９０ 光モジュール
３０５ 光ファイバガイド
４５１ ガイド溝
４５２ テーパ（支持プレート）
７０６ ファイバ突き当て面

Claims (8)

1. 基板面に対して上方に光を入出射する光入出力部を有する光デバイスに配置される光路変換器と、
   光ファイバを搭載する支持プレートを有し、前記光ファイバを前記光路変換器内で保持する光ファイバ取付部材と、
   を有し、
   前記光路変換器は、前記光ファイバを案内する光ファイバガイドと、前記光ファイバガイドの内壁に形成されたレンズとを有し、
   前記支持プレートの少なくとも一部が前記光ファイバガイド内に挿入されて、前記光ファイバの端面が前記レンズの焦点と一致する位置で前記光ファイバを保持することを特徴とする光配線実装構造。
2. 前記支持プレートの挿入方向の先端部は、前記支持プレートを前記光デバイスの表面に置いたときに前記表面よりも上側を向いていることを特徴とする請求項１に記載の光配線実装構造。
3. 前記支持プレートは、板バネ状のプレートであることを特徴とする請求項１または２に記載の光配線実装構造。
4. 前記支持プレートは、基材と形状記憶合金の二層構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光配線実装構造。
5. 前記支持プレートは、基材と圧電セラミックス膜の二層構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光配線実装構造。
6. 前記光路変換器は、前記レンズと対向する位置に、前記光ファイバの挿入を規制するファイバ突き当て面を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光配線実装構造。
7. モジュール基板と、
   前記モジュール基板上に実装される光デバイスと、
   前記光デバイスに搭載されて前記光デバイス上の光導波路と外部光配線を接続する光配線実装構造と、
   を有し、
   前記光配線実装構造は、
   前記光デバイス上に配置される光路変換器と、
   前記外部光配線を搭載する支持プレートで前記外部光配線を前記光路変換器内で保持する取付部材と、
   を有し、
   前記光路変換器は、前記外部光配線を案内するガイド空間と、前記ガイド空間の内壁に形成されたレンズとを有し、
   前記支持プレートの少なくとも一部は前記ガイド空間内に挿入されて、前記外部光配線の端面が前記レンズの焦点と一致する位置で前記外部光配線が保持される
   ことを特徴とする光モジュール。
8. 基板面に対して上方に光を入出射する光入出力部を有する光デバイス上の所定の位置に光路変換器を配置し、
   支持プレートに光ファイバを搭載し、前記支持プレートを前記光デバイスの表面に滑らせながら前記光ファイバを前記光路変換器内に挿入し、
   前記光路変換器内で、前記光ファイバの端面が前記光路変換器の内部に形成されたレンズの焦点と一致する位置で前記光ファイバを保持する、
   ことを特徴とする光配線実装方法。

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