光电模块和光学元件的制作方法

本公开涉及用于光通信(光传输)的光电模块和光学器件。

背景技术：

己知使用光对电信号进行光学调制并且传输数据的光通信技术。作为用于这种光传输的光电模块，己知如下配置，其中各个由诸如透镜的光功能元件与发光元件/光接收元件(光接收元件或发光元件)的组合配置的光学器件通过光学连接器光学地耦合(例如参考专利文献1到4)。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未经审查的专利申请公开第2001-185752号

专利文献2：日本未经审查的专利申请公开第2001-036197号

专利文献3：日本未经审查的专利申请公开第2012-137765号

专利文献4：日本未经审查的专利申请公开第2013-142732号

非专利文献

非专利文献1：Yehoshua Benjamin,Kobi Hasharoni,and Michael Mesh,“Assembly Development of 1.3Tb/s Full Duplex Optical Module”,Electronic Components and Technology Conference(ECTC),2013,pp.292-296

技术实现要素：

在以上提到的光电模块中，随着容量的增加，相关联的安装的光学器件中的通道的数量增加。例如，为了处理这种通道的数量增加，已提出设置具有与非专利文献1中描述的技术一样的二维布局的光学器件。必须为与光学器件的二维布置关联的通道中的每一个提供光功能元件(诸如透镜)以增强与光学连接器的耦合效率。此外，光学器件具有低产额，并且必须对此采取措施。

因此期望提供使能够处理光传输中通道的数量增加的光电模块和光学器件。

根据本公开的实施方式的光电模块包括：光学器件，包括由第一基底材料制成的光功能元件阵列以及由与第一基底材料不同的第二基底材料制成的多个发光元件/光接收元件，其中，光功能元件阵列包括光学基板和多个光功能元件，光学基板具有第一表面和第二表面，并且光功能元件与光学基板集成并且在第一表面上设置为一维或二维，并且发光元件/光接收元件和它们相应的光功能元件隔着光学基板彼此面对，以沿垂直于光学基板的方向位于相同的轴上，并且发光元件/光接收元件被设置为以被分成与光功能元件阵列中的阵列数量相比更小数量的单元的状态，与第二表面具有间隔。

根据本公开的实施方式的光学器件包括：由第一基底材料制成的光功能元件阵列；以及由与第一基底材料不同的第二基底材料制成的多个发光元件/光接收元件，其中，光功能元件阵列包括光学基板和多个光功能元件，光学基板具有第一表面和第二表面，并且光功能元件与光学基板集成并且在第一表面上设置为一维或二维，以及发光元件/光接收元件和它们相应的光功能元件隔着光学基板彼此面对，以沿垂直于光学基板的方向位于相同的轴上，并且发光元件/光接收元件被设置为以被分成与光功能元件阵列中的阵列数量相比更小数量的单元的状态，与第二表面具有间隔。

在根据本公开的实施方式的光电模块或光学器件中，在光功能元件阵列中，多个光功能元件一维或二维地设置。此外，多个发光元件/光接收元件被设置为以被分成与光功能元件阵列中的阵列数量相比更小数量的单元的状态，与第二表面具有间隔。

根据根据本公开的实施方式的光电模块或光学器件，优化了光学器件的构造，使得能够处理光传输中通道的数量的增加。

应当注意，这里描述的效果是非限制的。通过本技术实现的效果可以是本公开中描述的一个或多个效果。

附图说明

[图1]图1是根据本公开第一实施方式的光学器件的配置实例的截面图。

[图2]图2是光学器件的配置实例的另一截面图。

[图3]图3是光学器件的另一配置实例的截面图。

[图4]图4是光学器件的另一配置实例的另一截面图。

[图5]图5是光学器件的第一表面侧上的配置实例的平面图。

[图6]图6是光学器件的第二表面侧上的配置实例的平面图。

[图7]图7是设置多个光学器件的实例的平面图。

[图8]图8是FE电路和光学器件的布局实例的截面图。

[图9]图9是FE电路和光学器件的布局实例的透视图。

[图10]图10是FE电路和光学器件的优化布局的实例的截面图。

[图11]图11是FE电路和光学器件的优化布局的实例的透视图。

[图12]图12是根据第一实施方式的第一变形例的光学器件的第一表面侧上的配置实例的平面图。

[图13]图13是根据第一实施方式的第一变形例的光学器件的第二表面侧上的配置实例的平面图。

[图14]图14是根据第一实施方式的第二变形例的光学器件的第二表面侧上的配置实例的平面图。

[图15]图15是根据第二实施方式的光电模块的配置实例的截面图。

[图16]图16是制造光电模块的工艺的第一步骤实例的截面图。

[图17]图17是制造光电模块的工艺的第二步骤实例的截面图和平面图。

[图18]图18是制造光电模块的工艺的第三步骤实例的截面图和平面图。

[图19]图19是制造光电模块的工艺的第四步骤实例的截面图和平面图。

[图20]图20是在母板上安装光电模块的过程的截面图。

[图21]图21是光电模块安装在母板上的状态的截面图。

[图22]图22是冷却模块安装在光电模块上的状态以及光学地耦合至光电模块的光学连接器模块的实例的截面图。

[图23]图23是根据第三实施方式的光电模块的配置实例的截面图。

[图24]图24是根据第四实施方式的光电模块的配置实例的截面图。

[图25]图25是根据第四实施方式的光电模块的另一配置实例的截面图。

[图26]图26是将具有第一配置实例的光学连接器模块光学地耦合至光电模块的过程的截面图。

[图27]图27是光学地耦合至光电模块的光学连接器模块的第一配置实例的截面图。

[图28]图28是光学地耦合至光电模块的光学连接器模块的第二配置实例的截面图。

[图29]图29是光学地耦合至光电模块的光学连接器模块的第三配置实例的截面图。

[图30]图30是光学地耦合至光电模块的光学连接器的第四配置实例的截面图。

[图31]图31是优化光学连接器模块的第一实例的截面图。

[图32]图32是优化光学连接器模块的第二实例的截面图。

[图33]图33是垂直提取型光学连接器模块的配置实例的截面图。

[图34]图34是使用反射镜的水平提取型光学连接器模块的配置实例的截面图。

[图35]图35是使用全反射镜的水平提取型光学连接器模块的配置实例的截面图。

[图36]图36是使用全反射镜的水平提取型光学连接器模块的另一配置实例的截面图。

[图37]图37是使用全反射镜的优化的水平提取型光学连接器模块的配置实例的截面图。

具体实施方式

接下来，参考附图详细描述本公开的一些实施方式。应当注意描述按以下顺序给出。

<0.包括二维设置的光学器件的光电模块>

[0.1问题]

<1.第一实施方式>(光学器件的配置实例)(图1至图14)

[1.1光学器件的配置实例]

[1.2作用和效果]

[1.3变形例]

<2.第二实施方式>(光电模块的第一实例)(图15至图22)

[2.1配置实例]

[2.2制造工艺]

[2.3作用和效果]

<3.第三实施方式>(光电模块的第二实例)(图23)

[3.1配置实例]

[3.2作用和效果]

<4.第四实施方式>(光电模块的第三实例)(图24和图25)

[4.1配置实例]

[4.2作用和效果]

<5.第五实施方式>(光学连接器的优化)(图26至图37)

[5.1光学连接器模块的配置实例]

[5.2光学连接器模块的优化]

(优化的光学连接器模块的配置实例)

(不使用全反射镜的光学设计实例)

(使用全反射镜的光学设计实例)

[5.3作用和效果]

<6.其他实施方式>

<0.包括二维设置的光学器件的光电模块>

[0.1问题]

接下来，给出光电模块中的问题的描述，在光电模块中以二维设置针对相应通道的具有光学功能的光学器件(诸如透镜)。应当注意，作为以二维设置光学器件的光电模块，己知如下配置，该配置中包括多个发光元件/光接收元件(光接收元件或发光元件)的发光元件/光接收元件阵列与包括二维设置的多个光功能元件(诸如透镜)的光功能元件阵列集成，并且对应于光功能元件的发光元件/光接收元件(光接收元件或发光元件)以二维设置。在这种情况下，己知光接收元件/发光元件阵列中的阵列数量等于光功能元件阵列中的阵列数量的配置。

(问题1)

·必须进一步减小与传输速率的增加相关联的光学耦合损耗。

针对增强光电模块的速度的做法包括四等级传输(4PAM)和提高传输速率以及增加通道数量。基于这些电路的要求，从使传输侧电路与接收侧电路彼此连接的光学连接器的必要的损耗的模拟中确认，例如，在四等级传输中3.7dB的损耗量可以是必要的，并且例如，在25Gbps的传输速率下6.0dB以下的损耗量可以是必要的。

(问题2)

·为了增强与光学连接器的耦合效率，必须为每个通道提供具有最可能大的面积的光功能元件。

在光学器件与光学连接器之间出现未对齐的情况下，光学耦合损耗增加。为了最小化这种影响，必须提供具有最可能大的孔径的光会聚功能元件。为了给出实例，例如，依照纤维标准，在光学器件的垂直间距和水平间距是250μm的情况下，可以要求Φ240μm的透镜直径以及最可能大的孔径。

(问题3)

·为了抑制二维设置的光学器件与光学连接器之间的整体光学耦合效率的变化，必须减小总耦合面积。

此外，与上述问题2一样，为了增强所有通道中的光学耦合效率，减小光学器件与光学连接器之间的光学耦合区域的面积是有效的。因此，例如，已提出使用具有12×14通道的集成型光学器件的构造作为光学器件。当光学器件分为元件时，必须提供特定空隙用于安装相应的元件。例如，空隙可以是200μm，接近用于元件的一个通道的宽度。因此，在现有技术中，为了减小整体耦合面积，存在难以增加发光元件和光接收元件的元件数量的问题。

(问题4)

·不太受到具有低产额的发光元件/光接收元件影响的配置是必要的。

处理高于10Gbps的传输速率的光学器件的产额，具体地VCSEL(表面发射激光)的产额低，约是90％以下。例如，在光学器件排列为100通道阵列的情况下，可以获得极少具有集成配置的一致光学器件阵列(例如0.1％以下)。此外，例如，当传输速率是25Gbps时，处理传输速率的VCSEL的产额可能非常低，例如60％以下。因此，使用集成阵列的光学器件的配置在未来变得不切实际。

(问题5)

·与更高速率和更高的集成相关联，必须在保持元件间距的同时以混合方式设置传输侧(发光侧)元件和接收侧(光接收侧)元件。

在下一代高性能I/F(接口)中，发送侧元件(Tx)和接收侧元件(Rx)以高密度混合。例如，发送侧元件和接收侧元件可以按Tx、Rx、Tx以及Rx的顺序交替设置，或四个发送侧元件的单元和四个接收侧元件的单元可以按TxTxTxTx和RxRxRxRx的顺序交替设置。换言之，如上提及的发送侧元件(Tx)和接收侧元件(Rx)分开排列的现有技术配置是不切实际的。

(其他问题)

除了上述问题之外，现有技术中的光电模块具有以下问题。

1.在超大容量光电传输板中，为了增强散热性，必须将IC(集成电路)与LID基板粘结在一起。然而，LID同时也粘附至IP(中介层)基板，并且在IC与IP基板之间引起的偏置应力促使应力聚焦在IP基板的孔周围的最弱区域上，从而破坏IP基板。

2.必须增强光学连接器的定位精度。

通过准直的耦合光学系统，光学器件和光学连接器各自具有几十μm的未对齐裕度。然而，在兆量级传输容量的情况下，通道的数量庞大到约100。因此，进行准直耦合的面积也增加。在本情形下在有机基板上定位，精度和稳定性是不够的。

3.在电信号在光学器件与母板之间传输的配置中，必须以高速将电信号从IP基板的前表面传递至其后表面。在这种情况下，电信号必须穿过难以匹配阻抗的通孔；然而，在每个层中存在的短线使信号衰退。

4.必须提供大量的具有低产额的光学器件，这促使难以确保作为光电封装的产额(例如，光学器件的产额低于任何其他硅IC的产额)。

接下来，给出用于解决上述问题的光学器件和光电模块的实施方式的描述。

<1.第一实施方式>

[1.1光学器件的配置实例]

图1示出根据本公开的第一实施方式的光学器件1的截面配置实例。图2示出图1中示出的光学器件1的另一截面的配置实例。此外，图3和图4各自示出光学器件1的另一配置实例。图5和图6各自示出光学器件1的平面配置实例。

应当注意在图1中，垂直于光学器件1的透镜基板11的方向表示Z轴方向，在平行于透镜基板11的基板表面的平面内彼此垂直的方向表示X轴方向和Y轴方向。这同样适用于其他附图。

光学器件1包括由第一基底材料制成的光功能元件阵列(透镜阵列)10以及由与第一基底材料不同的第二基底材料制成的多个发光元件/光接收元件(发光元件或光接收元件)20。光功能元件阵列10包括具有第一表面和第二表面的光学基板(透镜基板11)，以及与透镜基板11集成并且在第一表面上一维或二维地设置的多个光功能元件(透镜12)。本文中，例如，第一表面可以是在图1的实例中的透镜基板11的上表面，并且例如，第二表面可以是在图1的实例中的透镜基板11的下表面。配线层13(图1和图2)或配线层14(图3和图4)形成在透镜基板11的第二表面侧上。

在光学器件1中，发光元件/光接收元件20和它们相应的透镜12隔着透镜基板11彼此面对，以沿垂直于透镜基板11的方向位于相同的轴上。此外，发光元件/光接收元件20被设置为以被分成与光功能元件阵列10中的阵列数量相比更小数量的单元的状态，与第二表面具有间隔。

本文中，在图2、图4、图5以及图6示出的配置实例中的每一个内，示出具有四通道配置的光学器件1。在配置实例中的每一个内，用于四个通道的四个透镜12设置在一行上，并且与透镜基板11集成地形成。换言之，光功能元件阵列10中的透镜12的阵列数量是四个。与之相比，四个发光元件/光接收元件20被设置为整体；然而，在配置中发光元件/光接收元件20彼此分离。换言之，发光元件/光接收元件20以一个为单元分开。

光学器件1还包括焊料凸块31(第一焊料凸块)和焊料凸块32(第二焊料凸块)。焊料凸块31与透镜基板11的第二表面接触并且电连接至透镜基板11。提供焊料凸块32用于并且电连接至多个发光元件/光接收元件20中的每一个。

焊料凸块31通过配线层13(图1和图2)或配线层14(图3和图4)电连接至透镜基板11。透镜基板11隔着焊料凸块31安装在基底基板30上。例如，基底基板30可以是诸如IP基板(中介层基板)的基板，或是包括驱动发光元件/光接收元件20的FE(前端)电路的FEIC。

本文中，图1和图2各自示出发光元件/光接收元件20通过焊料凸块32附接至透镜基板11的第二表面的配置实例。图3和图4各自示出发光元件/光接收元件20通过焊料凸块32附接至基底基板30的配置实例。

[1.2作用和效果]

根据本实施方式，优化了光学器件1的配置，使得能够应对光传输中通道数量的增加。

应当注意，本说明书中描述的效果是说明性的而非限制性的。通过本技术可以实现除上述效果以外的效果。这也适用于以下实施方式。

图7示出多个光学器件1布置在基底基板30上的实例。可以为在多个光学器件1中的相邻两个之间的每个通道设置旁路聚光器22。在本实施方式中，一个光学器件1中的阵列具有两列以下；这使得能够为每个通道设置旁路聚光器22。在这种情况下，旁路聚光器22不仅可以是示出的表面安装型而且还可以是基板内嵌型或任何其他模式。

(有关光学器件1的基底材料)

在本实施方式中，光功能元件阵列10和发光元件/光接收元件20由不同的基底材料制成。在现有技术中，例如，可以采用大约1000nm(例如，985nm)的光作为传输光波长。由于在该频段中的光穿过化合物的基板(诸如GaAs基板)，所以采用该频段中的光。换言之，当光学器件具有背面发射和背面接收结构，并且基板的后表面已通过例如干法蚀刻处理为透镜形状时，能够会聚输入到后表面并从后表面输出的光，从而减小损耗。在现有技术中，针对这种优点，发光元件/光接收元件和光功能元件(透镜)由相同的基底材料制成。换言之，采用发光元件/光接收元件的基板也用作光功能元件的配置。然而，这种配置具有缺点。少量的985nm光源是量产的，使得985nm光源昂贵。因此，本实施方式采用大量生产并且便宜的850nm的光源。850nm频段的光不能穿过诸如GaAs的化合物基板，但是能穿过例如玻璃、石英、蓝宝石以及透明树脂。因此，例如，可以优选地采用玻璃、石英、蓝宝石以及透明树脂用于光功能元件阵列10。

(发光元件/光接收元件20与透镜12之间的位置关系)

在本实施方式中，发光元件/光接收元件20和它们相应的透镜12隔着透镜基板11彼此面对，以沿垂直于透镜基板11的方向位于相同的轴上。

本文中，如图1和图2所示，作为发光元件/光接收元件20通过焊料凸块32附接至透镜基板11的构造的优点，光学器件1直接安装在光功能元件阵列10上，使得能够基于发光元件/光接收元件20和透镜12的电极焊盘两者以高精度对齐发光元件/光接收元件20与透镜12的位置。换言之，例如，使用焊料凸块32的自对齐效果可以使两个位置的变化能够减小至±10μm以下。通过利用熔化的焊料的表面张力在发光元件/光接收元件20的焊盘与光功能元件阵列10的焊盘之间执行对齐，而实现焊料凸块32的自对齐效果。作为这种情况下的焊料凸块32的材料，可以优选地采用通过典型的回流装置熔化并且允许利用通过熔化焊料生成的焊料的高表面张力执行自对齐的材料。材料的实例可以包括Sn、Sn-Ag基材料、Sn-Ag-Cu基材料以及Sn-Bi基材料。不包括允许通过超声波振动粘结的凸块，诸如Au-Au凸块和其他类似凸块。

相比之下，在图1和图2中示出的情况下，从发光元件/光接收元件20至基底基板30的配线长度增加。具有大直径的焊料凸块31存在于发光元件/光接收元件20与基底基板30之间的配线路径中，这导致大的配线容量并且难以传输高速信号。例如，可能存在超过10Gbps的传输速率(频段)下波形容易降低的缺点。与图3和图4中示出的配置实例一样，可以采用发光元件/光接收元件20和透镜基板11分开安装在基底基板上的构造来针对缺点采取措施。采用该配置使得能够减小发光元件/光接收元件20与基底基板30之间的配线长度，并且从路径中移除具有大直径的焊料凸块31，从而带来提高高速传输特性的优点。例如，当传输速率超过16Gbps时，存在必须改变该构造的可能性。作为该构造的缺点，光功能元件阵列10和发光元件/光接收元件20分别通过焊料凸块31和焊料凸块32相对于基底基板30进行自对齐。换言之，存在它们的位置的偏差增大至±20μm的可能性，即偏差是图1和图2中示出的配置实例中的偏差的两倍大。

(有关光学器件1与前端电路之间的位置关系)

接下来，给出在作为光电模块的根据本实施方式的光学器件1与驱动发光元件/光接收元件20的FE电路组合的情况下的位置关系的描述。

例如，如图8和图9或图10和图11所示，可以包括IP基板200和FE电路301作为光电模块，并且能够通过IP基板200使发光元件/光接收元件20与FE电路彼此连接。例如，在发光元件/光接收元件20是光接收元件(PD(光电二极管))的情况下FE电路301可以各自是TIA(跨阻放大器)，并且在发光元件/光接收元件20是发光元件(VCSEL)的情况下FE电路301可以各自是LDD(激光二极管驱动器)。

IP基板200与FE电路301通过凸块211彼此电连接。在图8和图9的配置实例中，具有不同配线长度的多个布线201和202用作相应的布线来将多个发光元件/光接收元件20连接至FE电路301。在图10和图11的配置实例中，具有基本上相等的配线长度的布线203用于将多个发光元件/光接收元件20连接至FE电路301。

从发光元件/光接收元件20至它们相应的FE电路301的配线长度可以优选地基本上等于图10和图11中的配置实例的配线长度。

必须利用长度基本上相等的配线将FE电路301连接至发光元件/光接收元件20，以防止电传输的偏差(传输时间差)。例如，当传输速率高达10Gbps时，即使配线长度中的微小差异也会对光电封装的特性产生不利影响。因此，例如与图8和图9中的配置实例一样的连接不会是优选的。

因此，例如，与图10和图11中的配置实例一样，在中间具有IP基板200的FE电路301的通道和发光元件/光接收元件20的通道可以优选地通过通孔以相等长度彼此连接。因此，FE电路301的通道和发光元件/光接收元件20的通道可以优选地设置为具有相等的垂直间距和水平间距。换言之，多个发光元件/光接收元件20和FE电路301可以优选地沿垂直于基板的方向具有相同的位置关系。应当注意，这同样适用于没有IP基板200的构造或发光元件/光接收元件20与FE电路301彼此连接而没有IP基板200的情况。

[1.4变形例]

在以上描述中，在光功能元件阵列10中，示出了透镜12设置为一行的构造；然而，例如，可以采用透镜12和发光元件/光接收元件20设置为两行或更多行(即作为整体二维设置)的构造，如图12和图13所示。

此外，在以上描述中，示出了发光元件/光接收元件以一个为单元分开的构造；然而，可以采用集成发光元件/光接收元件20中的两个或更多个的阵列构造，只要集成的发光元件/光接收元件20的数量小于光功能元件阵列10中的阵列数量。例如，如图14所示可以采用集成两个发光元件/光接收元件20的阵列配置。在具有图14中的构造的情况下，光功能元件阵列10中的阵列数量是四个，并且发光元件/光接收元件20的阵列数量是两个。

<2.第二实施方式>(光电模块的第一实例)

接下来，给出根据本公开的第二实施方式的光电模块的描述。应当注意，与上述第一实施方式的部件基本上相同的部件通过相同的参考标号表示，并且省略其中的任何冗余描述。

[2.1配置实例]

图15示出根据本公开的第二实施方式的光电模块40的配置实例。图16示出制造光电模块40的过程的第一步骤实例。图17是制造光电模块40的过程的第二步骤实例的截面图和平面图。图18是制造光电模块40的过程的第三步骤实例的截面图和平面图。图19是制造光电模块40的过程的第四步骤实例的截面图和平面图。图20示出在母板4上安装光电模块40的过程。图21示出光电模块安装在母板4上的状态。图22示出冷却模块56安装在光电模块40上的状态以及光学地耦合至光电模块40的光学连接器模块100的实例。

根据本实施方式的光电模块40包括FEIC 2和IP基板。FEIC 2的一个表面上安装了光学器件1。FEIC 2和光学器件1安装在IP基板上，并且IP基板将FEIC 2电连接至母板4。IP基板包括第一基板41、第二基板42以及第三基板43。光电模块40进一步包括用于安装光学连接器模块100的定位构件(定位销51)(图22)。

光学器件1的配置可以类似于上述第一实施方式中的配置。多个光学器件1可以二维设置。FEIC 2可以包括驱动光学器件1的发光元件/光接收元件20的驱动电路。例如，在光学器件1的发光元件/光接收元件20是光接收元件(PD)的情况下可以包括TIA(跨阻放大器)，并且在光学器件1的发光元件/光接收元件20是发光元件(VCSEL)的情况下可以包括LDD。

第一基板41通过诸如银浆的粘结材料粘结至FEIC 2的另一表面。第二基板42具有作为第一粘结基板的作用，并且通过粘结部44粘结至第一基板41。第二基板42具有开口(IC安装开口)46用于在第一基板41上安装FEIC 2。第三基板43具有作为第二粘结基板的作用，并且布置在FEIC 2与母板4之间而不接触母板4。第三基板43具有开口(光输入/输出开口)52用于通过光学器件1进行的光传输。

第一基板41具有作为加强基板和对基板散热的作用并且具有高散热性和高刚度。例如，第一基板41可以是LID基板。第一基板41的温度可以通过外部冷却介质控制。例如，作为冷却介质的冷却模块56可以隔着粘结材料57布置在第一基板41的与FEIC 2安装侧相对的的基板表面上如图22所示。定位销51的端面、FEIC 2的另一表面以及第二基板42的一个基板表面可以优选地粘结至第一基板41的一个基板表面作为整体而没有间隔。

第二基板42具有通过第三基板43电连接至FEIC 2并且使第三基板43与母板4彼此电连接的连接结构。第三基板43具有使FEIC 2与第二基板42彼此电连接的连接结构。对于这种电连接，FEIC 2与第三基板43通过焊料凸块33彼此连接。此外，第二基板42与第三基板43通过焊料凸块33彼此连接。进一步，用于电连接的配线层53设置在第二基板42中。配线层53设置在基板表面周围而不穿透第二基板42。因此，通过第二基板42和第三基板43的表面部建立FEIC 2与母板4之间的电连接，而不穿透第二基板42和第三基板43。

[2.2制造工艺]

参考图16至图22给出制造光电模块40的工艺的描述。

首先，光学器件1和无源元件(无源元件3)被安装在晶片级中的FEIC 2上，如图16所示。其后，晶片切成芯片。应当注意，与稍后描述的根据实施方式的图24中的配置一样，光学器件1可以通过支撑基板80安装在FEIC 2上。

接下来，如图17所示，将第二基板42与第一基板41对齐并且将第二基板42粘附至第一基板41，将FEIC 2与第一基板41对齐并且将FEIC 2通过设置在第二基板42中的开口54粘附至第一基板41。随后，定位销51啮合到并粘附至第一基板41的定位孔55中，如图18所示。应当注意，可以先粘附定位销51。可替换地，可以粘附并且固定定位销51而不设置定位孔55。进一步，定位销51可以粘附在第二基板42上。

接下来，如图19所示安装第三基板43和无源元件58。

随后，将以以上述方式制造的光电模块20安装在母板4上，如图20和图21所示。母板4设置有安装部61和开口62。第二基板42的端部安装为与母板4的安装部61接触。第三基板43位于母板4的开口62处，并且配置为不直接接触母板4。此外，第二基板42可以直接安装在母板4上。

接下来，如图22所示，冷却模块56隔着粘结材料57安装在光电模块40的第一基板41上。此外，光学连接器模块100通过定位销51连接至光电模块40。

[2.3作用和效果]

根据本实施方式的光电模块40，可实现以下作用和效果。

(与高速光传输的关系)

FEIC 2和第二基板42到第一基板41的表面粘附明显增加FEIC 2和IP基板的刚度。因此，即使第二基板42安装在母板4上，第二基板42也耐变形。即使发生变形，第二基板42能够仅吸收通过扭曲引起的应力。此外，FEIC 2和第二基板42粘附至第一基板41以集成。这使得能够抑制FEIC 2与第二基板42之间的位置关系的改变。

FEIC 2和第二基板42通过独立的第三基板43彼此连接。第三基板43仅连接与第一基板41彼此坚固地固定的FEIC 2和第二基板42，并且不接触诸如母板4的其他构件。因此，即使第三基板43具有用于光信号提取的开口52，偏置应力很难施加至FEIC 2的焊料凸块33。

(与用于光学耦合的定位的关系)

用于光学连接器模块100的定位销51设置在第一基板41上。例如，由金属制作的第一基板41使得能够以高位置精度布置销。在具有高刚度的第一基板41上设置定位销51增加了定位销51的刚度和定位销51的变形阻力。此外，即使偏置应力施加至定位销51，安装光学连接器模块100促使不易在形成了焊料凸块33和对外力敏感的其他部件的第二基板42和第三基板43上发挥偏置应力。

此外，在定位销51直接布置在具有高散热性的第一基板41上的情况下，定位销51的温度也受有效地控制。因此，FEIC 2的热更不可能通过FEIC 2与光学连接器模块100之间的构件传导至光学连接器模块100。此外，存在FEIC 2的热通过间隔传导至光学连接器模块100的可能性；然而，空气具有极低导热率，并且布置在其间的第三基板43具有阻挡辐射热的效果。因此，本实施方式的配置大大地抑制由温度引起的光学连接器模块100的变形。

(与高速电子传输的关系)

在现有技术的配置中，必须将电信号从IP基板的前表面传递至其后表面。相比之下，IP基板必须供应大电力至FEIC 2，并且因此，存在许多电源层。因此，必须在层中提供通孔以传递穿过其中的电子高速信号；然而，通孔难以匹配阻抗，并且许多短线存在于相应的层中促使高速信号难以穿过通孔。

相比之下，在本实施方式的构造中，没有必要将电信号从IP基板的前表面传递至其后表面。仅第三基板43的表面部中的配线和第二基板42使能够将信号从FEIC 2引导至母板4。这使得能够保持高信号品质。此外，减少了在高速电子传输路径中的通孔的数量以促进阻抗匹配，从而促进配线设计。进一步，能够提供具有电容器功能的第三基板43用于电源的稳定性。

<3.第三实施方式>(光电模块的第二实例)

接下来，给出根据本公开的第三实施方式的光电模块的描述。应当注意，与上述第一实施方式和第二实施方式的部件基本上相同的部件由相同的参考标号表示，并且省略其中的任何冗余描述。

[3.1配置实例]

图23示出根据本实施方式的光电模块的配置实例。根据本实施方式的光电模块包括使光学器件1与FEIC 2彼此电连接的具有多层构造的IP基板72(多层基板)。IP基板72具有凹陷部76，通过将基板层的数量减小至比除凹陷部76以外的区域中的基板层的数量小而形成凹陷部76。光学器件1这样安装在IP基板72上以适配到凹陷部76中。

光学器件1可以具有与上述第一实施方式的配置类似的配置。多个光学器件1可以二维设置。FEIC 2可以包括驱动光学器件1的发光元件/光接收元件20的驱动电路。

FEIC 2布置在处理器71中。应当注意，FEIC 2可以如示出的安装在处理器71中，或可以设置为与处理器分开的一个芯片。

IP基板72具有含多层构造的配线层82。IP基板72通过焊料凸块81电连接至FEIC 2和处理器71。用于在光学器件1与FEIC 2之间电连接的通孔83设置在IP基板72的凹陷部76中。IP基板72通过定位销75连接至光学连接器73。光学耦合至光学器件1的透镜12的透镜部74设置在光学连接器73中。

[3.2作用和效果]

根据本实施方式的光电模块，可实现以下作用和效果。

用于安装光学器件1的通孔(开口)没有设置在IP基板72中。这使得能够防止应力集中的问题。由于IP基板72不具有通孔，IP基板72的形状精度不易降低。因此，提高光学连接器73的定位精度。此外，能够缩短用于光学器件1的通孔83；因此，光学器件1的高速电信号不太可能降低。

<4.第四实施方式>(光电模块的第三实例)

接下来，给出根据本公开的第四实施方式的光电模块的描述。应当注意，与上述第一实施方式至第三实施方式的部件基本上相同的部件由相同的参考标号表示，并且省略其中的任何冗余描述。

[4.1配置实例]

图24示出根据本实施方式的光电模块的配置实例。图24中示出的光电模块具有穿透IP基板72的开口77，代替根据第三实施方式的光电模块中的IP基板72的凹陷部76(图23)。此外，光电模块包括支撑基板80，支撑基板80上安装有光学器件1。光学器件1以安装在支撑基板80上的状态，隔着焊料凸块81安装在FEIC 2上以适配到开口77中。光学器件1与FEIC 2通过支撑基板80而不通过IP基板72彼此电连接。用于在光学器件1与FEIC 2之间电连接的通孔83设置在支撑基板80中。

图25示出根据本实施方式的光电模块的另一配置实例。在图25的配置实例中，光学器件1与FEIC 2通过支撑基板80和IP基板72彼此电连接，而不设置穿透IP基板72的开口77。在图25的配置实例中，与上述第三实施方式一样，凹陷部76设置在IP基板72中，并且其上安装了光学器件1的支撑基板80适配到凹陷部76中。然而，其上安装了光学器件1的支撑基板80可以安装在IP基板72基板表面上而不设置凹陷部76。

[4.2作用和效果]

根据本实施方式的光电模块，可实现以下作用和效果。

能够在安装在IP基板72或FEIC 2上之前检查安装在支撑基板80上的光学器件1。这使得能够在光电封装上仅安装光学器件1，即KGD(己知良好芯片)。因此，容易确保作为光电封装的产额。

<5.第五实施方式>(光学连接器的优化)

接下来，给出根据本公开的第五实施方式的光电模块的描述。应当注意，与上述第一实施方式至第四实施方式的部件基本上相同的部件由相同的参考标号表示，并且省略其中的任何冗余描述。

本实施方式涉及光学地耦合至光电模块的光学连接器的配置。应当注意，参考使用根据上述第一实施方式和第二实施方式的光学器件1和光电模块40的情况，描述光学连接器的配置；然而，这同样适用于使用根据上述第三实施方式和第四实施方式的光电模块的情况。

[5.1光学连接器模块的配置实例]

图26和图27各自示出垂直提取型光学连接器模块100的实例。光电模块40通过定位销51连接至光学连接器模块100。光学连接器模块100包括透镜基板110和套管102。透镜部111在对应于安装在光电模块40上的光学器件1的位置处设置在透镜基板110中。光纤101作为光传输介质安装到套管102中。光纤101沿垂直于透镜基板110的基板表面的方向布置。光沿垂直方向进入光纤101通过透镜部111。可替换地，光纤101向着透镜部111发射从外部传输的光。

图28示出使用反射镜的水平提取型光学连接器模块100A的实例。光电模块40通过定位销51连接至光学连接器模块100A。光学连接器模块100A包括透镜基板110以及后表面设置有反射膜121的反射镜120。反射镜120布置在与安装在光电模块40上的光学器件1对应的位置处。光纤101作为光传输介质安装在透镜基板110上。光纤101沿横向(平行)于透镜基板110的基板表面的方向布置。布置光纤101使得其末端面向反射镜120。

图29示出使用全反射镜的水平提取型光学连接器模块100B的实例。光学连接器模块100B包括全反射镜122，代替图28中示出的光学连接器模块100A的反射镜120。

图30示出使用具有全反射镜的波导的水平提取型光学连接器模块100C的实例。光学连接器模块100C包括全反射镜131，代替图28中示出的光学连接器模块100A的反射镜120。此外，光学连接器模块100C包括代替光纤101的波导130。全反射镜131通过在波导130的一部分中制作切口132而形成。

[5.2光学连接器模块的优化]

(优化的光学连接器模块的配置实例)

在上述光学连接器模块的配置实例中各自使用全反射镜的水平提取型光学连接器模块(图29和图30)优选地可以具有如图31或图32所示的配置。应当注意，采用光纤用作光传输介质(图29)的情况作为这里的实例；然而，类似配置使得能够优化波导型的光学连接器模块(图30)。

接下来，给出包括接收用光学器件1R和发送用光学器件1T作为光学器件1作为实例的情况的描述。接收用光学器件1R包括作为发光元件/光接收元件20的光接收元件。发送用光学器件1T包括作为发光元件/光接收元件20的发光元件20T。

图31或图32中示出的光学连接器模块包括与发送用光学器件1T对应的发送用光学系统5T以及与接收用光学器件1R对应的接收用光学系统5R。

发送用光学系统5T包括：发送用透镜111T，其中从发光元件20T发射的透射光以平行光通量的形式进入发送用透镜111T；以及发送用全反射镜122T，反射进入了发送用透镜111T的透射光。发送用光学系统5T进一步包括发送用光纤101T作为发送用光传输介质，发送通过发送用全反射镜122T反射的透射光。

接收用光学系统5R包括作为接收用光传输介质的接收用光纤101R以及反射所接收的透射接收用光纤101R的光的接收用全反射镜122R。接收用光学系统5R进一步包括以平行光通量的形式向着光接收元件20R出射所接收的光的接收用透镜111R，所接收的光已通过接收用全反射镜122反射。

本文中，图31中示出的光学连接器模块具有发送用透镜111T与发送用全反射镜122T之间的距离D2t不同于接收用透镜111R与接收用全反射镜122R之间的距离D2r的构造。光学连接器模块也具有进入发送用透镜111T的入射平行光通量的光学路径长度不同于从接收用透镜111R出射的出射平行光通量的光学路径长度的构造。进一步，光学连接器模块具有光接收元件20R与接收用全反射镜122R之间的距离基本上等于发光元件20T与发送用全反射镜122T之间的距离的构造。可替换地，光学连接器模块具有光接收元件20R与接收用光纤101R之间的距离基本上等于发光元件20T与发送用光纤101T之间的距离的构造。

此外，图32中示出的光学连接器模块具有发送用光纤101T和接收用光纤101R相对于基板表面倾斜的构造，在该基板表面处由透镜基板110形成发送用透镜111T和接收用透镜111R。

图32中示出的光学连接器模块还具有如下配置，其中发送用全反射镜122T布置在与透射光相对于发送用透镜111T的光轴C1反射的方向偏移的位置处。光学连接器模块还具有如下配置，其中光功能元件阵列10中的光学基板11的第一表面基本上平行于透镜基板110的形成发送用透镜111T的基板表面。

图32中示出的光学连接器模块还具有如下配置，其中接收用全反射镜122R布置在与接收的光相对于接收用透镜111R的光轴C2透射的方向偏移的位置处。光学连接器模块还具有如下配置，其中光功能元件阵列10中的光学基板11的第一表面基本上平行于透镜基板110的形成接收用透镜111R的基板表面。

(不使用全反射镜的光学设计实例)

首先，参考图33，在使用图26和图27中示出的对应于垂直提取型光学连接器模块100的光学连接器模块的情况下，给出光学器件1(接收用光学器件1R和发送用光学器件1T)与光学连接器模块之间的光学设计的步骤的描述。

首先，确定光学器件1与光学连接器模块之间的平行光通量直径D1。当光通量直径D1增加时，未对齐、倾斜以及杂质的粘附的阻抗(resistance)增加。当光通量直径D1降低时，光串扰的阻抗增加。

接下来，确定光纤101(接收用光纤101R和发送用光纤101T)的端面与透镜111(接收用透镜111R和发送用透镜111T)之间的间隔D2。在这种情况下，在垂直提取型光学连接器模块100中，设计可以在出射侧和入射侧两者上共用。

此外，在使用图28中示出的反射镜120的水平提取型光学连接器模块100A中可以采用类似的设计技术。图34示出在使用对应于图28中示出的水平提取型光学连接器模块100A的光学连接器的情况下，光学器件1(接收用光学器件1R和发送用光学器件1T)与光学连接器模块之间的光学设计的实例。

(使用全反射镜的光学设计实例)

接下来，参考图35至图37，给出在使用利用全反射镜的水平提取型光学连接器模块的情况下，光学器件1(接收用光学器件1R和发送用光学器件1T)与光学连接器模块之间的光学设计实例的描述。

如图35所示，在应用使用全反射镜122(接收用全反射镜122R和发送用全反射镜122T)的水平提取构造的情况下，在发送用全反射镜122T中，例如，与发送用透镜111T的光轴C1超过3.2°的反射方向上的光分量La没有全反射，并且整个光分量La丢失。

因此，增加在入射侧上的传输用透镜111T与发送用全反射镜122T之间的距离D2t以减小NA。例如，这使得能够实现减小与光轴C2超过3.2°的反射方向上的分量La的光学设计。在这种情况下，当在发射侧上的接收用透镜111R与接收用全反射镜122R之间的距离D2r增加时，平行光直径增加，从而使光串扰的阻抗劣化。因此，优选的可以是不改变对发射侧的光学设计。

此外，为了防止成本增加，可以期望接收用光纤101R与发送用光纤101T在垂直方向上的位置是相同的。因此，如图31所示，改变平行光通量的距离以促使光接收元件20R与接收用光纤101R之间的距离以及发光元件20T与发送用光纤101T之间的距离基本上彼此相等。可替换地，促使光接收元件20R与接收用全反射镜122R之间的距离以及发光元件20T与传输用全反射镜122T之间的距离基本上彼此相等。

可替换地，至少在入射侧上的全反射镜122的位置可以如图37所示偏移。换言之，发送用全反射镜122T的位置可以布置在透射光沿相对于传输用透镜111T的光轴C2反射的方向偏移的位置处。从而可以减小光的损耗分量La。

此外，损耗区域呈现在光纤侧上；因此，发送用透镜111T和接收用透镜111R可以如图32所示偏移，并且发送用光纤101T和接收用光纤101R可以相对于透镜基板110的基板表面倾斜。这使得能够进一步减小光损耗。

[5.3作用和效果]

根据本实施方式，使用全反射镜的水平提取光学连接器模块的优化给构造使得能够在抑制通道之间的光串扰的同时减小全反射损耗。这致使整个系统中的传输损耗减少。

<6.其他实施方式>

通过本公开实现的技术不限于上述各个实施方式，并且可以以各种方式进行修改。

例如，本技术可以具有以下配置。

(1)光电模块，包括：

光学器件，包括由第一基底材料制成的光功能元件阵列，以及由与述第一基底材料不同的第二基底材料制成的多个发光元件/光接收元件，

其中，光功能元件阵列包括光学基板和多个光功能元件，光学基板具有第一表面和第二表面，并且光功能元件与光学基板集成并且在第一表面上设置成一维或二维，以及

发光元件/光接收元件和它们相应的光功能元件隔着光学基板彼此面对，以沿垂直于光学基板的方向位于相同的轴上，并且发光元件/光接收元件被设置为以被分成与所述光功能元件阵列中的阵列数量相比更小数量的单元的状态，与所述第二表面具有间隔。

(2)根据(1)的光电模块，进一步包括驱动相应的发光元件/光接收元件的前端电路，其中，

发光元件/光接收元件与它们相应的前端电路之间的配线长度基本上相等。

(3)根据(1)或(2)的光电模块，进一步包括：

第一焊料凸块，与光学基板的第二表面接触并且电连接至光学基板；以及

第二焊料凸块，针对发光元件/光接收元件中的每一个设置并且电连接至发光元件/光接收元件中的每一个。

(4)根据(1)至(3)中任一项的光电模块，进一步包括：

前端IC，一个表面上安装了光学器件；以及

中介层基板，在中介层基板上安装前端IC和光学器件，并且中介层基板使前端IC电连接至母板，

其中，中介层基板包括

第一基板，粘结至前端IC的另一表面，

第二基板，粘结至第一基板并且具有IC安装开口用于在第一基板上安装前端IC，以及

第三基板，布置在前端IC与母板之间而不接触母板，并且具有光输入/输出开口用于通过光学器件进行的光传输。

(5)根据(4)的光电模块，其中，

第一基板具有与第二基板相比更高的散热性和更高的刚度，

第二基板具有通过第三基板电连接至前端IC并且使第三基板与母板彼此电连接的连接结构，以及

第三基板具有第三基板使前端IC与第二基板彼此电连接的连接配置。

(6)根据(4)或(5)的光电模块，进一步包括用于安装光学连接器的定位构件，

其中，第一基板具有比第二基板更高的散热性和更高的刚度，并且第一基板的温度通过外部冷却介质控制，以及

定位构件的端面、前端IC的另一表面以及第二基板的一个基板表面粘结至第一基板的一个基板表面作为整体而没有间隔。

(7)根据(4)至(6)中任一项的光电模块，其中，通过第二基板和第三基板的表面部建立前端IC与母板之间的电连接而不穿透第二基板和第三基板。

(8)根据(1)至(3)中任一项的光电模块，进一步包括使光学器件与前端IC彼此电连接的具有多层结构的中介层基板，

其中，中介层基板具有凹陷部，凹陷部通过减小基板层的数量至小于除凹陷部以外的区域中的基板层的数量而形成，以及

光学器件安装在中介层基板上以适配到凹陷部中。

(9)根据(1)至(3)中任一项的光电模块，进一步包括：

中介层基板；

电连接至光学器件的前端IC；以及

支撑基板，在支撑基板上安装光学器件，

其中，光学器件以安装在支撑基板上的状态安装在前端IC或中介层基板上。

(10)根据(9)的光电模块，其中，

中介层基板具有穿透中介层基板的开口，

光学器件以安装在支撑基板上的状态安装在前端IC上以适配到开口中，以及

光学器件与前端IC不通过中介层基板而通过支撑基板彼此电连接。

(11)根据(9)的光电模块，其中，

光学器件以安装在支撑基板上的状态安装在中介层基板上，以及

光学器件和前端IC通过支撑基板和中介层基板彼此电连接。

(12)根据(1)至(11)中任一项的光电模块，进一步包括含有传输用光学系统和接收用光学系统的光学连接器，并且光学连接器光学地耦合至光学器件，

其中，多个发光元件/光接收元件包括光接收元件和发光元件，

传输用光学系统包括传输用透镜、传输用全反射镜以及传输用光传输介质，从发光元件发射的透射光以平行光通量形式进入传输用透镜，传输用全反射镜反射已进入传输用透镜的透射光，并且传输用光传输介质传输通过传输用全反射镜反射的透射光，以及

接收用光学系统包括接收用光传输介质、接收用全反射镜以及接收用透镜，接收用全反射镜反射所接收的通过接收用光传输介质传输的光，并且接收用透镜以平行光通量形式向着光接收元件发射所接收的已被接收用全反射镜反射的光。

(13)根据(12)的光电模块，其中，

传输用透镜与传输用全反射镜之间的距离不同于接收用透镜与接收用全反射镜之间的距离，并且进入传输用透镜的入射平行光通量的光学路径长度不同于从接收用透镜发射的发射平行光通量的光学路径长度，以及

光接收元件与接收用全反射镜之间的距离基本上等于发光元件与传输用全反射镜之间的距离，或光接收元件与接收用光传输介质之间的距离基本上等于发光元件与传输用光传输介质之间的距离。

(14)根据(12)的光电模块，其中，

传输用光学系统进一步包括透镜基板，在透镜基板上形成传输用透镜，以及

传输用全反射镜布置在相对于传输用透镜的光轴向反射透射光的方向偏移的位置处，并且光功能元件阵列中的光学基板的第一表面基本上平行于透镜基板的形成传输用透镜的基板表面。

(15)根据(12)至(14)中任一项的光电模块，其中，

光学连接器进一步包括透镜基板，在透镜基板上形成传输用透镜和接收用透镜，以及

传输用光传输介质和接收用光传输介质相对于透镜基板中形成有传输用透镜和接收用透镜的基板表面倾斜。

(16)光学器件，包括：

由第一基底材料制成的光功能元件阵列；以及

由与第一基底材料不同的第二基底材料制成的多个发光元件/光接收元件，

其中，光功能元件阵列包括光学基板和多个光功能元件，光学基板具有第一表面和第二表面，并且光功能元件与光学基板集成并且在所述第一表面上设置成一维或二维，以及

发光元件/光接收元件和它们相应的光功能元件隔着光学基板彼此面对，以沿垂直于光学基板的方向位于相同的轴上，并且发光元件/光接收元件被设置为以被分成与所述光功能元件阵列中的阵列数量相比更小数量的单元的状态，与所述第二表面具有间隔。

(17)根据(16)的光学器件，其中，多个发光元件/光接收元件通过焊料凸块安装在光学基板的第二表面上。

本申请要求基于2014年5月13日向日本专利局提交的日本专利申请第2014-099695号的优先权，其全部内容通过引用结合于本申请中。

应当理解，根据设计要求和其他因素通过本领域中的技术人员可以产生各种修改、组合、子组合以及变换，只要它们落在所附权利要求或其等同物的范围内。