CN112993055B - 光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于降低信号传输损失。光模块(100)具有：热电冷却器(20)，其下表面(24)固定于导电块(10)的第一面(12)，在内部具有用于在上表面(22)以及下表面(24)之间使热移动的珀耳帖元件(26)；金属层(30)，其层叠于热电冷却器的上表面；接地线(WG)，其连接导电块(10)的第一面(12)与金属层(30)；光电元件(32)，其用于将光信号以及电信号从至少一方转换为另一方；搭载基板(34)，其至少经由金属层固定于热电冷却器的上表面，具有与光电元件电连接的第一布线图案(38)，且搭载有光电元件；中继基板(50)，其具有与信号引线(LS)电连接的第二布线图案(52)；以及信号线(WS)，其连接第一布线图案以及第二布线图案。

Description

光模块
技术领域
本发明涉及光模块。
背景技术
TO-CAN(Transistor Outline Can)型封装件使用通过玻璃等电介质保持于孔眼的贯通孔的引线，将电信号向光半导体元件传送。引线和内包于封装件的电子部件由导线连接，为了防止引线接合工具与电子部件的干涉，引线大致突出0.6mm以上。电子部件包含使用了珀尔帖元件的热电冷却器(专利文献1)。在热电冷却器的吸热面的上方具有导线的接合部分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-108939号公报
发明内容
发明所要解决的课题
由于热电冷却器的吸热面由绝缘体构成，因此电位不稳定，电磁场的封闭效果弱。因此，突出的引线成为天线元件，高频信号对引线进行激励，产生信号传输损失。近年来，传输速率高的模块的需求正在增加。因此，接地电位的稳定化变得重要。
本发明的目的在于降低信号传输损失。
用于解决课题的方案
(1)本发明的光模块的特征在于，具有：导电块，其具有第一面和第二面，并具有在所述第一面及所述第二面之间贯通的多个贯通孔；多个引线，其包含信号引线，与所述导电块绝缘地分别固定于所述多个贯通孔的内侧；热电冷却器，其具有上表面和下表面，所述下表面固定于所述导电块的所述第一面，在内部具有用于使热在所述上表面和所述下表面之间移动的珀尔帖元件；金属层，其层叠于所述热电冷却器的所述上表面；接地线，其连接所述导电块的所述第一面和所述金属层；光电元件，其用于将光信号和电信号从至少一个转换为另一个；搭载基板，其至少经由所述金属层固定于所述热电冷却器的所述上表面，具有与所述光电元件电连接的第一配线图案，且搭载有所述光电元件；中继基板，其具有与所述信号引线电连接的第二配线图案；以及信号线，其连接所述第一配线图案和所述第二配线图案。
根据本发明，层叠于热电冷却器的上表面的金属层利用接地线与导电块连接，因此电位稳定，能够降低信号传输损失。
(2)根据(1)所述的光模块，其特征也可以是，所述搭载基板具有搭载所述光电元件的搭载面，所述热电冷却器的所述上表面与所述搭载面朝向相互交叉的方向。
(3)根据(2)所述的光模块，其特征也可以是，所述光电元件配置为光轴朝向与所述搭载面平行的方向。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的光模块，其特征也可以是，还具有介于所述金属层与所述搭载基板之间的支撑块。
(5)根据(4)所述的光模块，其特征也可以是，所述支撑块是固定于所述金属层的面以及固定于所述搭载基板的面相邻的长方体。
(6)根据(4)或(5)所述的光模块，其特征也可以是，所述支撑块由金属构成。
(7)根据(4)或(5)所述的光模块，其特征也可以是，所述支撑块由非金属构成。
(8)根据(1)～(3)中任一项所述的光模块，其特征也可以是，所述金属层是介于所述热电冷却器的所述上表面与所述搭载基板之间的金属块的一部分，所述金属块具有与所述金属层一体的凸部，在所述凸部搭载有所述搭载基板。
(9)根据(1)～(8)中任一项所述的光模块，其特征也可以是，所述信号引线是用于对所述光电元件进行单端驱动的信号引线，所述第一配线图案具有供所述光电元件的背面接合的接地电极。
(10)根据(1)～(8)中任一项所述的光模块，其特征也可以是，所述信号引线是用于由差动信号驱动所述光电元件的一对信号引线，所述第一配线图案包含一对第一差动信号配线，所述第二配线图案包含分别与所述一对信号引线接合的一对第二差动信号配线。
(11)根据(1)～(10)中任一项所述的光模块，其特征也可以是，所述接地线是两个以上的接地线。
(12)根据(1)～(11)中任一项所述的光模块，其特征也可以是，所述导电块具有与所述第一面一体的基座部，所述中继基板载置于所述基座部。
(13)根据(1)～(12)中任一项所述的光模块，其特征也可以是，还具有载置于所述金属层的热敏电阻。
附图说明
图1是第一实施方式的光模块的立体图。
图2是表示导电块以及搭载于该导电块的电子部件的立体图。
图3是第一布线图案的平面图。
图4是在第二实施方式中，表示导电块以及搭载于该导电块的电子部件的立体图。
图5是在第三实施方式中，表示导电块以及搭载于该导电块的电子部件的立体图。
图6是表示由使用了三维电场解析工具的模拟而得到的、现有例与第一至第三实施方式的频率特性的图。
图7是在第四实施方式中，表示导电块以及搭载于该导电块的电子部件的立体图。
图8是表示由使用了三维电场解析工具的模拟而得到的、现有例和第四实施方式的频率特性的图。
符号的说明
10—导电块、12—第一面、14—第二面、16—贯通孔、18—基座部、20—热电冷却器、22—上表面、24—下表面、26—珀尔帖元件、28—电极、30—金属层、31—热敏电阻、32—光电元件、34—搭载基板、36—搭载面、38—第一布线图案、40—接地电极、42—侧面电极、44—信号电极、46—支撑块、48—旁路电容器、50—中继基板、52—第二布线图案、54—焊料、100—光模块、102—挠性基板、104—印刷基板、220—热电冷却器、222—上表面、230—金属层、234—搭载基板、256—金属块、258—凸部、420—热电冷却器、422—上表面、430—金属层、432—光电元件、434—搭载基板、438—第一布线图案、446—支撑块、450—中继基板、452—第二配线图案、460—第一差动信号配线、462—第二差动信号配线、L—引线、LS—信号引线、OX—光轴、W—导线、WG—接地线、WG2—接地线、WS—信号线。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行具体且详细的说明。在全部附图中，标注相同的附图标记的构件具有相同或等同的功能，省略其重复的说明。另外，图形的大小并不一定与倍率一致。
[第一实施方式]
图1是第一实施方式的光模块的立体图。光模块100是TO-CAN(TransistorOutline-Can)型光模块，可以是具备发光元件的光发送子组件(TOSA：TransmitterOpticalSub-Assembly)、具备受光元件的光接收子组件(ROSA：Receiver OpticalSub-Assembly)、具备发光元件以及受光元件双方的双向模块(BOSA：BidirectionalOpticalSub-Sub～～-base：Sub～～Assembly)中的任一个。光模块100具有柔性基板102(FPC)，与印刷基板104(PCB)连接。光模块100具有导电块10(例如孔眼)。
图2是表示导电块10以及搭载于该导电块的电子部件的立体图。导电块10由金属等导电材料构成，具有第一面12及第二面14。导电块10具有在第一面12与第二面14之间分别贯通的多个贯通孔16。导电块10具有与第一面12一体的基座部18。基座部18也由导电体构成。导电块10与基准电位(例如接地)连接。
光模块100具有多个引线L(包含信号引线LS)。多个引线L与导电块10绝缘地分别固定于多个贯通孔16的内侧。多个引线L从第一面12突出。多个引线L也从第二面14突出，并与柔性基板102(图1)连接。
光模块100具有热电冷却器20。热电冷却器20具有上表面22及下表面24。上表面22及下表面24由陶瓷等绝缘体构成。下表面24固定于导电块10的第一面12。固定也可以使用导热性的粘接剂。热电冷却器20在内部具有用于在上表面22及下表面24之间使热移动的珀尔帖元件26。例如，上表面22成为吸热面，下表面24成为散热面，但其相反地进行切换。热电冷却器20的电极28由导线W与引线L连接。
在热电冷却器20的上表面22层叠金属层30。金属层30成为基准电位面(例如接地平面)。两个以上的接地线WG连接导电块10的第一面12和金属层30。由此，金属层30的电位与导电块10相同而稳定。热敏电阻31载置于金属层30并进行电连接，能够测定温度。热敏电阻31由导线W与引线L连接，被施加电压。
光模块100具有用于将光信号和电信号从至少一方转换为另一方的光电元件32。光电元件32至少经由金属层30而固定于热电冷却器的上表面22。金属层30的接地电位稳定，因此信号传输损失降低。光电元件32被单端驱动。
光电元件32搭载于搭载基板34。搭载基板34具有搭载光电元件32的搭载面36。以光轴OX朝向与搭载面36平行的方向的方式配置有光电元件32。热电冷却器20的上表面22与搭载面36朝向相互交叉(例如正交)的方向。搭载基板34在搭载面36具有第一布线图案38。
图3是第一布线图案38的平面图。第一配线图案38与光电元件32电连接。详细而言，第一布线图案38具有供光电元件32的背面(电极)接合的接地电极40。接地电极40与侧面电极42一体化，能够在与搭载面36相反一侧进行电连接。第一布线图案38具有用于向光电元件32输入高频信号的信号电极44。信号电极44和光电元件32用导线W连接。
如图2所示，支撑块46介于金属层30与搭载基板34之间。支撑块46由作为导电材料的金属构成。支撑块46与金属层30导通，经由搭载基板34的侧面电极42与接地电极40(图3)导通。支撑块46为长方体，固定于金属层30的面及固定于搭载基板34的面相邻，两面之间的角度为直角。支撑块46由导线W与导电块10的基座部18连接。
在支撑块46搭载有旁路电容器48。旁路电容器48的背面(电极)与支撑块46导通，与基准电位(例如接地)连接。旁路电容器48的另一个电极经由导线W与引线L连接，被施加电压。电压经由其他的导线W还与光电元件32连接而被供给电源电压。
在导电块10的基座部18上载置有中继基板50。中继基板50具有第二布线图案52。第二布线图案52与信号引线LS电连接。详细而言，在信号引线LS的端部(来自第一面12的突出部分)与第二配线图案52的端子之间夹设有焊料54(软钎料、焊料)而将两者电连接。第二布线图案52经由信号线WS与第一布线图案38连接。
[第二实施方式]
图4是表示在第二实施方式中导电块以及搭载于该导电块的电子部件的立体图。在本实施方式中，金属层230是金属块256的一部分。金属块256介于热电冷却器220的上表面222与搭载基板234之间。金属块256具有与金属层230一体的凸部258。在凸部258搭载有搭载基板234。在第一实施方式中说明的内容能够应用于本实施方式。
[第三实施方式]
图5是表示在第三实施方式中导电块10以及搭载于该导电块的电子部件的立体图。在本实施方式中，除了设有在第一实施方式中说明的一组接地线WG，还设置有另一组接地线WG2。因此，金属层30的电位因较多的接地线WG、WG2而会更加稳定。在第一实施方式中说明的内容能够应用于本实施方式。
图6是表示由使用了三维电场解析工具的模拟而得到的、现有例和第一至第三实施方式的频率特性的图。可知：与在热电冷却器的上表面未设置金属层的现有例相比，第一～第三实施方式的透射特性(S21)得到改善。
[第四实施方式]
图7是表示在第四实施方式中导电块以及搭载于该导电块的电子部件的立体图。在本实施方式中，光电元件432由差动信号驱动。与此对应，搭载基板434的第一布线图案438包含一对第一差动信号布线460。光电元件432的背面电极(未图示)与一对第一差动信号布线460中的一方电连接。一对第一差动信号布线460的另一方和光电元件432由导线W连接。
中继基板450的第二配线图案452包含一对第二差动信号配线462。一对第二差动信号布线462分别由导线W与一对第一差动信号布线460的对应的1个连接。一对第二差动信号布线462分别与一对信号引线LS接合。这样，一对信号引线LS与光电元件432电连接。另外，支撑块446由陶瓷等非金属(绝缘体)构成。因此，金属层430与搭载基板434电绝缘。在第一实施方式中说明的内容能够应用于本实施方式。
图8是表示由使用了三维电场解析工具的模拟而得到的、现有例和第四实施方式的频率特性的图。在现有例中，在热电冷却器的上表面没有金属层，支撑块由金属构成。可知：与这样的现有例相比，第四实施方式的透射特性(S21)得到改善。
本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，在实施方式中说明的结构能够置换为实质上相同的结构、起到相同作用效果的结构或者能够实现相同目的的结构。

Claims (13)

1.一种光模块，其特征在于，具有：
导电块，其具有第一面及第二面，且具有在所述第一面及所述第二面之间贯通的多个贯通孔；
多个引线，其包含信号引线，与所述导电块绝缘地分别固定于所述多个贯通孔的内侧；
热电冷却器，其具有上表面和下表面，所述下表面固定于所述导电块的所述第一面，在内部具有用于使热在所述上表面和所述下表面之间移动的珀耳帖元件；
金属层，其层叠在所述热电冷却器的所述上表面；
接地线，其连接所述导电块的所述第一面与所述金属层；
光电元件，其用于将光信号及电信号从至少一方转换为另一方；
搭载基板，其至少经由所述金属层固定于所述热电冷却器的所述上表面，具有与所述光电元件电连接的第一配线图案，并搭载有所述光电元件；
中继基板，其具有与所述信号引线电连接的第二布线图案；以及
信号线，其连接第一布线图案和所述第二布线图案。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，
所述搭载基板具有搭载所述光电元件的搭载面，
所述热电冷却器的所述上表面与所述搭载面朝向相互交叉的方向。
3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，
所述光电元件配置为光轴朝向与所述搭载面平行的方向。
4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，
还具有支撑块，该支撑块介于所述金属层与所述搭载基板之间。
5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，
所述支撑块是固定于所述金属层的面以及固定于所述搭载基板的面相邻的长方体。
6.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，
所述支撑块由金属构成。
7.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，
所述支撑块由非金属构成。
8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，
所述金属层是介于所述热电冷却器的所述上表面与所述搭载基板之间的金属块的一部分，
所述金属块具有与所述金属层一体的凸部，
在所述凸部上搭载有所述搭载基板。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光模块，其特征在于，
所述信号引线是用于对所述光电元件进行单端驱动的信号引线，
所述第一配线图案具有供所述光电元件的背面接合的接地电极。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的光模块，其特征在于，
所述信号引线是用于通过差动信号驱动所述光电元件的一对信号引线，
所述第一布线图案包含一对第一差动信号布线，
所述第二布线图案包含分别与所述一对信号引线接合的一对第二差动信号布线。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的光模块，其特征在于，
所述接地线是两个以上的接地线。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的光模块，其特征在于，
所述导电块具有与所述第一面一体的基座部，
所述中继基板载置于所述基座部。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的光模块，其特征在于，
还具有载置于所述金属层的热敏电阻。
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