光模塊、光模塊的安裝方法、光模塊搭載電路基板、光模塊評價儀器系統、電路基板以及通 ...的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光模塊、光模塊的安裝方法、光模塊搭載電路基板、光模塊評價儀器系統、電路基板以及通信系統。
【背景技術】
[0002]為了實現E級計算(exa-scale computing)而研究電路板之間的光互連。在光互連中，作為光發送器或者光接收器的光模塊借助光傳輸路進行光信號的收發。在專利文獻I?5中記載了光模塊與光傳輸路形成在電路基板上的結構。
[0003]在先技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2004-29621號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2000-98153號公報
[0007]專利文獻3:日本特開2002-189137號公報
[0008]專利文獻4:日本特開2003-139979號公報
[0009]專利文獻5:日本專利第5117640號公報
[0010]在電路板間的光互連中，作為光傳輸路，期待應用由有機光學材料構成的有機光波導。然而，由于有機光波導粘貼在電路基板上而使用，因此向基板表面突出。因此，存在擔心有機光波導搭載于電路基板上而和與有機波導光學性耦合的光模塊的箱體發生物理干涉的問題。
【發明內容】
[0011]發明要解決的課題
[0012]本發明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種能夠防止與光波導的物理干涉的光模塊、光模塊的安裝方法、光模塊搭載電路基板、光模塊評價儀器系統、電路基板以及通信系統。
[0013]用于解決課題的方法
[0014]為了解決上述課題而實現目的，本發明的光模塊的特征在于，具備:箱體，其具有在基板安裝面上具有開口的內部空間、構成所述內部空間的內表面的一部分的元件安裝面、以及形成在與所述基板安裝面交叉的側面側且與所述開口以及所述內部空間連接的波導導入口；光學元件，其安裝在所述元件安裝面上；以及電子元件，其安裝在所述元件安裝面上，且與所述光學元件連接，在所述光模塊通過所述基板安裝面安裝于電路基板的情況下，在所述電路基板的表面上突出的光波導從所述波導導入口被導入至所述內部空間。
[0015]本發明的電路基板的特征在于，具備:光波導，其在基板表面上突出；以及上述方案的光模塊，其以所述光波導從所述波導被導入口導入至所述內部空間的方式通過所述基板安裝面而被安裝。
[0016]另外，本發明的光模塊搭載電路基板的特征在于，具備:上述方案的光模塊;光耦合構件，其與所述光模塊光耦合；以及電路基板，其搭載所述光模塊以及所述光耦合構件，在該電路基板的主表面上具有開口，并且所述電路基板與所述光模塊電連接，借助所述開口進行所述光模塊與所述光耦合構件的至少所述電路基板的主表面的水平方向上的定位。
[0017]本發明的通信系統的特征在于，使用上述的光模塊、電路基板或者光模塊搭載電路基板。
[0018]本發明的光模塊的安裝方法的特征在于，包括如下步驟:使上述方案的光模塊的所述基板安裝面與電路基板對置;通過一邊從三個對位用引導孔觀察三個標識，一邊對所述三個對位用引導孔與所述三個標識進行對位，從而對所述光模塊與所述電路基板進行對位，所述三個對位用引導孔以從所述基板安裝面的背側的面向該基板安裝面貫通的方式形成在所述箱體上，所述三個標識與所述三個對位用引導孔的配置對應地配置在所述電路基板上；以及將進行所述對位后的所述光模塊安裝在所述電路基板上。
[0019]本發明的光模塊的安裝方法的特征在于，包括如下步驟:在上述方案的光模塊上安裝用于覆蓋并保護所述光學元件的露出的表面的保護件；以及以使所述基板安裝面與所述電路基板對置的方式將所述光模塊安裝在所述電路基板上。
[0020]本發明的光模塊的安裝方法的特征在于，包括如下步驟:以使所述基板安裝面與所述電路基板對置的方式將上述方案的光模塊安裝在所述電路基板上;將具有高度調節部的高度調節件安裝在所述光模塊上，以使得在所述波導導入口處，所述高度調節部的下端成為與所述基板安裝面大致相同或者所述基板安裝面以下的高度；以及向所述電路基板與安裝有所述高度調節件的光模塊的縫隙填充底層填料。
[0021]發明效果
[0022]根據本發明，發揮能夠防止與光波導的物理干涉的效果。
【附圖說明】
[0023]圖1是實施方式I的光模塊的示意性的立體圖。
[0024]圖2是圖1所示的光模塊的分解圖。
[0025]圖3是圖1所示的光模塊的俯視圖。
[0026]圖4是圖3的A-A線剖視圖。
[0027]圖5是圖1所示的光模塊的主視圖。
[0028]圖6是圖3的B-B線剖視圖。
[0029]圖7是對光模塊向電路基板安裝的安裝方法進行說明的圖。
[0030]圖8是對安裝于電路基板上的光模塊進行說明的圖。
[0031 ]圖9是實施方式2的光模塊的示意性的剖視圖。
[0032]圖10是關于實施方式3的光模塊的與圖4的剖視圖對應的圖。
[0033]圖11是實施方式3的光模塊的主視圖。
[0034]圖12是關于實施方式3的光模塊的與圖6的剖視圖對應的圖。
[0035]圖13是對安裝于電路基板上的光模塊進行說明的圖。
[0036]圖14是實施方式4的光模塊的示意性的剖視圖。
[0037]圖15是實施方式5的光模塊的示意性的俯視圖。
[0038]圖16是示出形成在電路基板上的標識的其他實施方式的圖。
[0039 ]圖17是對基于圖16所示的標識實施的對位進行說明的圖。
[0040]圖18A是示出形成于電路基板上的標識的又一實施方式的圖。
[0041]圖18B是示出形成于電路基板上的標識的又一實施方式的圖。
[0042]圖18C是示出形成于電路基板上的標識的又一實施方式的圖。
[0043]圖18D是示出形成于電路基板上的標識的又一實施方式的圖。
[0044 ]圖19是示出標識的配置的一例的圖。
[0045]圖20是示出其他光模塊的方式的一例的圖。
[0046]圖21是實施方式6的搭載系統的示意性的立體圖。
[0047]圖22是圖21的側視圖。
[0048]圖23是圖21的主視圖。
[0049]圖24是圖21的俯視圖。
[0050]圖25是圖21所不的電路基板以及插座的立體圖。
[0051 ]圖26是圖21所示的MT連接器支承構件的立體圖。
[0052]圖27是圖22的局部剖視圖。
[0053]圖28是圖23的局部剖視圖。
[0054]圖29A是示出隔離物的優選例的圖。
[0055]圖29B是示出隔離物的優選例的圖。
[0056]圖30是實施方式7的評價儀器的局部剖視圖。
[0057]圖31是圖30所不的波導支承構件以及有機光波導的不意圖。
[0058]圖32是利用搭載系統的構成要素安裝有光模塊的光模塊搭載電路基板的示意圖。
[0059]圖33是具備引導孔的有機光波導的示意圖。
[0060]圖34是實施方式8的光模塊搭載電路基板的示意圖。
[0061 ]圖35是實施方式9的光模塊搭載電路基板的示意圖。
[0062]圖36是實施方式10的光模塊的示意性的立體圖。
[0063]圖37是保護件的示意性的側視圖。
[0064]圖38是示出將保護件安裝于光模塊的狀態的圖。
[0065]圖39是示出另一方式的保護件的示意圖。
[0066]圖40是示出另一方式的保護件的示意圖。
[0067]圖41A是示出將安裝有保護件的狀態的光模塊搭載于電路基板上的狀況的圖。
[0068]圖41B是示出將安裝有保護件的狀態的光模塊搭載于電路基板上的狀況的圖。
[0069]圖42是示出又一方式的保護件的示意圖。
[0070]圖43是示出又一方式的保護件的示意圖。
[0071 ]圖44是高度調節件的示意性的俯視圖。
[0072]圖45是高度調節件的示意性的側視圖。
[0073]圖46是對不使用高度調節件的情況進行說明的圖。
[0074]圖47是對使用高度調節件的情況進行說明的圖。
[0075]圖48是應當應用保護件的其他方式的光模塊的示意性的立體圖。
[0076]圖49是圖48的C-C線剖視圖。
[0077]圖50是能夠應用于圖48所示的光模塊的保護件的示意性的立體圖。
[0078]圖51是示出將圖50所示的保護件安裝于圖48所示的光模塊上的狀態的圖。
[0079]圖52是示出將圖50所示的保護件安裝于圖48所示的光模塊上的狀態的圖。
[0080]圖53是另一方式的保護件的示意性的立體圖。
[0081]圖54是示出將圖53所示的保護件安裝于圖48所示的光模塊上的狀態的圖。
[0082]圖55是示出應用了保護構造的光模塊的圖。
[0083]圖56是圖55所不的光模塊的分解圖。
[0084]圖57是示出應用了另一方式的保護構造的光模塊的圖。
[0085]圖58是圖57所示的光模塊的分解圖。
[0086]圖59A是實施方式10的變形例的光模塊的示意性的立體圖。
[0087]圖59B是示出將保護件安裝于光模塊上的狀態的圖。
[0088]圖59C是圖59B的主要部分俯視圖。
[0089]圖59D是圖59C的D-D線主要部分剖視圖。
[0090]圖59E是圖59C的E向視圖。
[0091 ]圖60是示出形成為錐狀的銷的圖。
[0092]圖61是又一方式的保護件的示意性的立體圖。
[0093]圖62是圖61所示的保護件的示意性的側視圖。
[0094]圖63是示出將圖61所示的保護件安裝于圖48所示的光模塊上的狀態的圖。
[0095]圖64是示出將圖61所示的保護件安裝于圖48所示的光模塊上的狀態的圖。
【具體實施方式】
[0096]以下，參照附圖對本發明的光模塊以及電路基板的實施方式進行詳細說明。需要說明的是，并不通過該實施方式來限定本發明。另外，在各附圖中，對相同或者對應的要素適當地標注相同的附圖標記。并且，附圖僅是示意性的圖，需要注意各要素的尺寸的關系等有時與實際情況不同。在附圖彼此之間，也存在包含彼此的尺寸的關系、比率不同的部分的情況。
[0097](實施方式I)
[0098]圖1是實施方式I的光模塊的示意性的立體圖。圖2是圖1所示的光模塊的分解圖。圖3是圖1所示的光模塊的俯視圖。圖4是圖3的A-A線剖視圖。圖5是圖1所示的光模塊的主視圖。圖6是圖3的B-B線剖視圖。以下，使用圖1?圖6對本實施方式I的光模塊進行說明。
[0099]光模塊100具備:箱體 10、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)陣列元件20、驅動器IC30、微透鏡陣列元件40、透鏡陣列元件支架50、以及隔離物60。
[0100]箱體10具有矩形狀的板構件11和=字狀的框構件12。板構件11具有將例如樹脂等電介質與形成布線圖案的銅箔交替層疊例如各五層而成的層疊基板的構造。框構件12具有將例如樹脂等電介質與形成布線圖案的銅箔交替層疊例如各九層而成的層疊基板的構造。板構件11與框構件12通過接合層13中的釬料、Au凸塊等而接合，以確保板構件11與框構件12之間的布線圖案的導通。通過將板構件11與框構件12接合，從而在箱體10中形成內部空間14、元件安裝面11a、波導導入口 15。內部空間14在基板安裝面12a上具有開口 14a且被框構件12包圍，該基板安裝面12a是框構件12的與接合于板構件11的面相反的一側。元件安裝面I Ia是板構件11的未接合有框構件12的表面，構成內部空間14的內表面的一部分。波導導入口 15通過框構件12的開口而形成在與基板安裝面12a交叉的側面側，與開口 14a及內部空間14連接。
[0101]在元件安裝面Ila上形成有標識llaa、以及用于安裝驅動器IC30的凹部llab。在基板安裝面12a上形成有柵格陣列(Land Grid Array)，該柵格陣列通過將例如直徑為450μηι的平面電極焊盤16例如以間距Imm排列成格子狀而成。對于平面電極焊盤16，例如有電源用的平面電極焊盤16a、差分高頻信號用的平面電極焊盤16b、接地用的平面電極焊盤16c、控制信號用的平面電極焊盤16d。在圖中，同一種類的平面電極焊盤用相同的剖面線表示。
[0102]另外，在箱體10上具有三個對位(校準)用的引導孔17，該引導孔17形成為從框構件12的基板安裝面12a貫通至板構件11的基板安裝面12a的背側的面。引導孔17在圖3中配置為形成等腰三角形。
[0103]作為光學元件的VCSEL陣列元件20是多個(例如12個)VCSEL元件排列成一維陣列狀而成的元件，且安裝在元件安裝面Ila的凹部Ilab的附近。作為電子元件的驅動器IC30是用于驅動VCSEL陣列元件20的構件，且安裝在元件安裝面Ila的凹部llab。微透鏡陣列元件40是與VCSEL陣列元件20對應地配置的元件，并且是與VCSEL陣列元件20的VCSEL元件的數量對應的、例如12個微透鏡排列成一維陣列狀而構成的元件。微透鏡陣列元件40的各微透鏡接收從各VCSEL元件輸出的激光信號并進行聚光，實現與例如外部的光學部件之間的規定的光耦合。微透鏡陣列元件40由對于石英類玻璃等玻璃、樹脂等的VCSEL陣列元件的出射光具有透光性的材料構成。
[0104]透鏡陣列元件支架50通過形成在主表面51上的保持孔52保持微透鏡陣列元件40，并且將微透鏡陣列元件40保持為，微透鏡陣列元件40的各微透鏡的光軸與VCSEL陣列元件20的對應的各VCSEL元件的光軸配合。透鏡陣列元件支架50具有形成在保持孔52的兩側的、作為校準用的引導機構的引導孔53。通過使用該引導孔53，能夠使MT型光學連接器與光模塊100嵌合，能夠容易地試驗、評價光模塊100的特性。MT型光學連接器是指，如JIS C5981中規定的MT連接器那樣在連接端面的兩端具有嵌合銷能夠插入的導銷孔，并在它們之間排列有光纖的光學連接器。隔離物60夾設于板構件11的元件安裝面Ila與透鏡陣列元件支架50之間。當改變該隔離物60的厚度時，微透鏡陣列元件40與VCSEL陣列元件20之間的距離發生變化。伴隨于此，從VCSEL陣列元件20通過微透鏡陣列元件40射出的激光的聚光位置也發生變化。由此，能夠以減小因箱體10的內部空間14的高度的公差產生的、從基板安裝面12a到微透鏡陣列元件40的聚光點的距離的偏差的方式進行修正。透鏡陣列元件支架50的面對框構件12的側面54的一部分以相對于主表面51傾斜的方式被倒角加工。需要說明的是，優選透鏡陣列元件支架50以及隔離物60由例如銅等導熱性高的金屬材料構成。
[0105]對該光模塊100的動作進行說明。首先，驅動器IC30從外部經由形成在平面電極焊盤16以及箱體10上的布線圖案供給電源電壓信號、差分高頻信號、控制信號等，并基于這些信號來驅動VCSEL陣列元件20 JCSEL陣列元件20的各VCSEL元件輸出包含差分高頻信號的、例如波長為1.1?1.5μπι的激光信號。微透鏡陣列元件40的各微透鏡接收從各VCSEL元件輸出的激光信號并進行聚光，由此實現與例如外部的光學部件之間的規定的光耦合。需要說明的是，在實現光親合的情況下，與不使用透鏡元件的所謂的對接親合(butt coupl ing)相比，使用微透鏡陣列元件40這種透鏡元件的情況能夠提高耦合效率，故而優選。
[0106]接下來，對該光模塊100的組裝方法進行說明。首先，通過回流焊、Au凸塊的壓接等將板構件11與框構件12接合。此時，使用例如熔點為220°C左右的SnAgCu類釬料。另外，能夠使用三個引導孔17來進行板構件11與框構件12之間的校準。
[0107]接下來，將VCSEL陣列元件20安裝在元件安裝面Ila上。若使用標識Ilaa進行校準，則能夠將VCSEL陣列元件20安裝在更準確的位置，故而優選。接下來，將驅動器IC30安裝在元件安裝面Ila的凹部Ilab中。驅動器IC30與形成在元件安裝面Ila上的電極焊盤進行引線鍵合。VCSEL陣列元件20與驅動器IC30之間也進行引線鍵合。由于驅動器IC30安裝在凹部I Iab中，因此VCSEL陣列元件20與驅動器IC30之間的高度之差變小，因此能夠縮短鍵合線的長度。其結果是，抑制了從驅動器IC30借助引線鍵合向VCSEL陣列元件20輸出的差分高頻信號的質量的劣化。
[0108]另外，平面電極焊盤16中的、電源用的平面電極焊盤16a與控制信號用的平面電極焊盤16d配置在框構件12的波導導入口 15側字的前端側)。由此，在從差分高頻信號用的平面電極焊盤16b通過箱體10內的布線圖案到達驅動器IC30的路徑中，不存在差分高頻信號以外的信號用的布線圖案。因此，容易進行差分高頻信號用的布線圖案的處理，能夠縮短圖案長度，并且不易受到電源的低頻成分的影響，因此抑制了差分高頻信號的質量的劣化。
[0109]接下來，通過粘合劑等將隔離物60粘合在元件安裝面Ila上。這里，為了確保內部空間14的高度并且降低光模塊100的高度(低背化)而實現小型化、以及為了將驅動器IC30工作時產生的熱量向外部高效地釋放，優選板構件11的厚度較薄。然而，若板構件11較薄，則擔心因來自驅動器IC30的熱量產生翹曲、撓曲等變形。由此，例如VCSEL陣列元件20與微透鏡陣列元件40的距離發生變化，擔心上述的規定的光耦合的狀態劣化。與此相對，若由金屬等剛性比箱體10高的材料形成隔離物60，則能夠抑制上述的變形，因此也抑制了規定的光耦合的狀態的劣化。
[0110]另外，如上所述，由于框構件12具有交替層疊電介質與銅箔的構造，因此其厚度容易因制造誤差等而相對于設計值產生誤差。若框構件12的厚度具有誤差，則內部空間14的高度也會產生誤差，因此通過微透鏡陣列元件40實現的規定的光耦合產生誤差。因此，若預先準備厚度不同的隔離物60，根據預先測定的框構件12的厚度(內部空間14的高度)的誤差，選擇并使用與該誤差抵消的厚度的隔離物60，則消除了上述的光耦合的誤差的問題。
[0111]接下來，將微透鏡陣列元件40插入并粘合于透鏡陣列元件支架50的保持孔52。接下來，將隔離物60載置于透鏡陣列元件支架50上，進行VCSEL陣列元件20與微透鏡陣列元件40的校準，之后將透鏡陣列元件支架50粘合在隔離物60上。此時，若通過硅酮等導熱性高的樹脂填充透鏡陣列元件支架50、隔離物60與驅動器IC30之間的縫隙，則驅動器IC30工作時產生的熱量經由樹脂從透鏡陣列元件支架50、隔離物60釋放，故而優選。
[0112]VCSEL陣列元件20與微透鏡陣列元件40的校準能夠通過所謂的主動校準(activealignment)來進行，即，通過在使VCSEL陣列元件20工作而輸