JP2005217015A - 光送信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子の温度上昇を抑え、高周波特性を劣化させず、組み立てを容易にすることができる光送信モジュールを提供する。
【解決手段】 少なくとも発光素子１と、発光素子に導電的に接続され、発光素子を駆動させる駆動電流が流れる第１のリード端子１７と、発光素子に導電的に接続され、発光素子に供給された駆動電流をグランドに落とす第２のリード端子１８とを備える発光素子モジュール２２と、第１のリード端子と導電的に接続された電流供給パターン１９及び第２のリード端子と導電的に接続されたグランドパターン１９を備える回路基板１５と、電流供給パターン及び第１のリード端子を介して駆動電流を発光素子へ供給する発光素子駆動用ＩＣ１６と、発光素子モジュール及び発光素子駆動用ＩＣを実装した回路基板を実装する筺体１４とを備え、筺体には発光素子モジュールの一部が受け入れられ、また接する溝１２が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高速光通信システムに用いられる光送信モジュールに関する。

ブロードバンドネットワークの発達に伴い、高速化、大容量化が可能な通信システムが注目されてきている。この通信システムを実現する手段の１つとして光通信システムがある。光通信システムは電気信号を光信号に変換して送信することにより、高速、大容量通信を実現しており、この電気信号と光信号との変換には半導体レーザなどの発光素子が用いられている。この発光素子は温度依存性を有しており、温度が変動すると発振波長が変動してしまったり、発光素子のスロープ効率の変動により光出力が変化してしまったりするという問題がある。また、発光素子を高温で動作させればさせるほど、寿命の低下を引き起こし、信頼性の低下につながってしまう。特にギガビット級の高速光通信システムではこれらの特性劣化を低減させることが重要であり、発光素子の温度上昇を最小限に抑えることが望ましい。

発光素子の温度上昇を抑える従来の光送信モジュールの一例について図４を用いて説明する。ヘッダ４３は半導体レーザ素子４１（以下、発光素子とも言う）を搭載したヒートシンク４２を搭載し、受光素子４４とレンズ４５を備えたレンズホルダ４６と共にベース４７上に搭載されている。ベース４７はペルチェ素子４８を挟み込むようにしてパッケージの底板４９に固定される。この構成により、発光素子４１の温度上昇を抑えることができるので、安定した性能を得ることができるが、ペルチェ素子４８を用いることはコストの増加を招いてしまう。また、ペルチェ素子４８による温度制御を行うことにより、光送信モジュールの消費電流も増加してしまう。そこで、ペルチェ素子４８などの冷却素子を用いなくとも発光素子４１の放熱性を高め、性能を満足するような構造が望まれる。

ここで、ペルチェ素子などの冷却素子を用いずに、発光素子の放熱性を高めた従来の光送信モジュールの他の一例について図５を用いて説明する。従来の光送信モジュールは、主に光素子ユニット５１とモジュールケース５２と回路基板ユニット５３と放熱体５４とから構成され、正面板５５と光素子ユニット５１との間には、放熱体５４の取り付け面５６が介在し、ねじ５７によって取り付けられている。この放熱体５４を取り付けることにより、光素子ユニット５１に生じる発熱をモジュールケース５２に伝導させ、取り付け面５６を介して空間へ放熱を行うような構造になっている。上述した図４及び図５に示す光送信モジュールが下記の特許文献１及び２に開示されている。
特開平５−６７８４４号公報（図１） 特開平１０−２８２３７２号公報（段落０１０３〜０１０８、図１９）

しかしながら、特許文献２に開示されている従来の光送信モジュールにおいて、光素子ユニット５１のリード端子であるＧＮＤ５８及びＬＤＫ５９はリード接続用パターン６０、６１とそれぞれ直線状に接続されており、光素子ユニット５１をモジュールケース５２に固定する際、放熱体５４の取り付け面５６と正面板５５とを挟んでねじ止めされるので、放熱体５４の取り付け面５６の厚みと正面板５５の厚みとを合わせた長さだけ余分にリード端子を長くしなければならない。リード端子が長くなる分、寄生インダクタンス成分が大きくなり、高周波特性を劣化させてしまうという問題があった。また、光素子ユニット５１をねじ止めする際に、リード端子であるＧＮＤ５８及びＬＤＫ５９と回路基板ユニット５３上のリード接続用パターン６０、６１との中心軸を合わせるように固定しなければならず、組み立て時に調整が面倒であるという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、発光素子の温度上昇を抑え、高周波特性を劣化させず、組み立てを容易にすることができる光送信モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも発光素子と、前記発光素子に導電的に接続され、前記発光素子を駆動させる駆動電流が流れる第１のリード端子と、前記発光素子に導電的に接続され、前記第１のリード端子を流れて前記発光素子に供給された前記駆動電流をグランドに落とす第２のリード端子とを備える発光素子モジュールと、前記発光素子モジュールと接し、前記第１のリード端子と導電的に接続された前記駆動電流を前記発光素子に供給するための電流供給パターン及び前記第２のリード端子と導電的に接続された前記駆動電流をグランドに落とすためのグランドパターンを備える回路基板と、前記回路基板上に実装され、前記電流供給パターン及び前記第１のリード端子を介して前記駆動電流を前記発光素子へ供給する発光素子駆動用ＩＣと、前記発光素子モジュール及び前記発光素子駆動用ＩＣを実装した前記回路基板を実装する筺体とを備え、前記筺体には、前記発光素子モジュールを実装する位置に前記発光素子モジュールの一部が受け入れられ、また前記発光素子モジュールの一部が接する溝が設けられている光送信モジュールが提供される。この構成により、発光素子の温度上昇を抑え、高周波特性を劣化させず、組み立てを容易にすることができる。

また、本発明の光送信モジュールを構成する前記溝が半円柱状の形状をした溝であることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、発光素子モジュールと半円柱状の溝の内部との接地面積が広くなり、放熱効果を高めることができる。

また、本発明の光送信モジュールを構成する前記筺体に設けられた前記半円柱状の形状をした前記溝が、前記溝の中心が前記電流供給パターンと前記グランドパターンとの間にあり、前記電流供給パターンの中心部及び前記グランドパターンの中心部から等距離にある軸と一致するよう形成された溝であることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、組み立てを容易にすることができる。

また、本発明の光送信モジュールを構成する前記発光素子モジュールと前記筺体とを固定させるための固定部材を備えることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、発光素子モジュールを筺体に固定することができ、金具からも放熱することができるので、放熱効果を高めることができる。

また、本発明の光送信モジュールを構成する前記筺体が伝導率の高い材質の部材であることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、放熱効果を高めることができる。

また、本発明の光送信モジュールを構成する前記固定部材が伝導率の高い材質の部材であることは、本発明の好ましい態様である。この構成により、放熱効果を高めることができる。

また、本発明によれば、少なくとも発光素子と、前記発光素子に導電的に接続され、前記発光素子を駆動させる駆動電流が流れる第１のリード端子及び第２のリード端子とを備える発光素子モジュールと、前記発光素子モジュールと接し、前記第１のリード端子及び前記第２のリード端子と導電的に接続された前記駆動電流を前記発光素子に供給するための電流供給パターンを備える回路基板と、前記回路基板上に実装され、前記電流供給パターン、前記第１のリード端子、及び前記第２のリード端子を介して前記駆動電流を前記発光素子へ供給する発光素子駆動用ＩＣと、前記発光素子モジュール及び前記発光素子駆動用ＩＣを実装した前記回路基板を実装する筺体とを備え、前記筺体には、前記発光素子モジュールを実装する位置に前記発光素子モジュールの一部が受け入れられ、また前記発光素子モジュールの一部が接する溝が設けられている光送信モジュールが提供される。この構成により、接地電位が変動し、ノイズが発生してもその影響を受けにくくなるので、高周波特性を向上させることができる。

本発明の光送信モジュールは、上記構成を有し、発光素子の温度上昇を抑え、高周波特性を劣化させず、組み立てを容易にすることができる。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態に係る光送信モジュールについて図１から図３を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信モジュールの断面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信モジュールの斜視図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光送信モジュールの組み立て手順を説明するための図である。まず、本発明の第１の実施の形態に係る光送信モジュールの構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、光送信モジュール２３は、筺体１４、回路基板１５、発光素子モジュール２２を主な構成要素としている。筺体１４上には、光信号を伝搬する光ファイバ１０が接続された発光素子モジュール２２と回路基板１５とが実装されている。発光素子モジュール２２の内部については後述する。このとき、発光素子モジュール２２を実装する位置には半円柱状の溝１２が筐体１４の表面に設けられており、発光素子モジュール２２は半円柱状の溝１２の内部に実装され、取り付け金具２０によって固定される。この取り付け金具２０は、ねじ２１によって筺体１４に固定される。なお、ねじ２１の個数は１つに限られるものではない。

また、筺体１４は、伝導率の高い材質の部材を用い、例えば真鍮に金メッキを施したものなどを用いる。また、取り付け金具２０も、伝導率の高い材質の部材を用い、例えばＳＵＳ（ステンレス）、銀、銅、アルミニウムなどの材質の部材を用いる。また、回路基板１５上には、発光素子モジュール２２の内部に実装されている不図示の発光素子を駆動させるための駆動電流を供給する発光素子駆動用ＩＣ１６が実装されている。また、発光素子駆動用ＩＣ１６から供給される不図示の発光素子の駆動電流を流すためのリード端子１７と、供給された駆動電流を不図示のグランドに落とすためのリード端子１８が発光素子モジュール２２から突出している。なお、リード端子１７がリード端子１８の役割を果たし、リード端子１８がリード端子１７の役割を果たすようにしてもよい。また、リード端子１７、１８は、後述するリード接続用パターン１９に導電的に接続される。リード接続用パターン１９の一方は上述した電流供給パターン、他方は上述したグランドパターンに相当する。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る光送信モジュールにおける発光素子モジュールの内部について図１を用いて説明する。図１に示すように、リード端子１７、１８は、ステム８を貫通して、ＳＵＳスリーブ７の内部のキャンパッケージ６内のボンディングワイヤ４を介して発光素子１のカソード及びアノードにそれぞれ接続されている。ここで、ＳＵＳスリーブ７とは、ステンレスのスリーブを言う。リード端子１７、１８は、回路基板１５上のリード接続用パターン１９に半田１３によって固定されている。ここでは、固定する手段として半田１３を用いているが、導電的に接続されるものであればこれに限られるものではない。発光素子１は、サブキャリア２を介してヒートシンク３と接続されている。ヒートシンク３は、発光素子１で発生する熱を吸収するものである。また、発光素子１から発光された光信号を集光するレンズ５がある。レンズ５によって集光された光信号は、フェルール９内の光ファイバ被覆１１で覆われた光ファイバ１０内を伝搬する。これにより、高速通信を行うことができる。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る光送信モジュールの組み立て手順について図３を用いて説明する。まず、発光素子駆動用ＩＣ１６が実装された回路基板１５を半円柱状の溝１２が設けられた筐体１４に実装させる。このとき、図３（ａ）に示すように、発光素子モジュール２２を接続する回路基板１５上のリード接続用パターン１９の間の軸２５と半円柱状の溝１２との中心が一致するように実装させる。次に、図３（ｂ）に示すように、発光素子モジュール２２をリード端子１７、１８が回路基板１５側に向くように半円柱状の溝１２内に実装させ、半円柱状の溝１２をガイド溝として利用し、発光素子モジュール２２のリード端子１７、１８を有する側の面が回路基板１５に接するまで矢印２４が指す方向へ移動させる。

ここで、この半円柱状の溝１２の曲率は、発光素子モジュール２２のＳＵＳスリーブ７とおおむね等しく、発光素子モジュール２２を実装させたときのリード端子１７、１８の位置が回路基板１５の表面上にくる溝の深さにすることが望ましい。次に、図３（ｃ）に示すように、発光素子モジュール２２を移動後、取り付け金具２０を用いて発光素子モジュール２２を固定させる。次に、リード端子１７、１８とリード接続用パターン１９とを半田１３によって接続する。発光素子モジュール２２を固定後にリード端子１７、１８を半田付けすることによって、接続部の応力を低減させることができるため、信頼性の向上につながる。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る光送信モジュールの動作について図２を用いて説明する。不図示の電気信号が回路基板１５上を通り、発光素子駆動用ＩＣ１６に入力されると、その電気信号に応じた電流がリード端子１７、１８のうちどちらか一方によって発光素子１へと供給される。発光素子１は供給された電流により発光し、電気信号を光信号へと変換し、変換された光信号を光ファイバ１０に結合させて伝搬させる。

このように、本発明の第１の実施の形態によれば、リード端子１７、１８とリード接続用パターン１９との位置合わせが容易で、最短距離で接続することができるので、寄生インダクタンスの影響が少なく、高周波特性が良好な光送信モジュールを容易に製作することができる。また、この構成により、発光素子モジュール２２と溝１２との接地面積が広いので放熱効果を高めることができる。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光送信モジュールについて説明する。本発明の第２の実施の形態に係る光送信モジュールは、上述した第１の実施の形態に係る光モジュールと違い、いわゆる差動駆動方式を用いたものである。このようにすることにより、接地電位の変動により雑音が発生しても影響を受けにくいので、高周波特性を更に改善することができる。具体的には、例えば、発光素子駆動用ＩＣ１６の出力端子の一方は、リード接続用パターン１９の一方、リード端子１７、リード端子１７に接続されたボンディングワイヤ４を介して発光素子１のカソード側へ接続され、発光素子駆動用ＩＣ１６の出力端子の他方は、リード接続用パターン１９の他方、リード端子１８、リード端子１８に接続された不図示のボンディングワイヤを介して発光素子１のアノード側へ接続される。ここで、第２の実施の形態に係る光送信モジュールにおいては、リード接続用パターン１９の双方共が上述した電流供給パターンに相当する。

本発明に係る光送信モジュールは、発光素子の温度上昇を抑え、高周波特性を劣化させず、組み立てを容易にすることができるため、高速光通信システムに用いられる光送信モジュールなどに有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る光送信モジュールの断面図 本発明の第１の実施の形態に係る光送信モジュールの斜視図 本発明の第１の実施の形態に係る光送信モジュールの組み立て手順を説明するための図 （ａ）発光素子モジュールを接続する回路基板上のリード接続用パターンの間の軸と半円柱状の溝との中心が一致する様子を示す図 （ｂ）発光素子モジュールを半円柱状の溝内に実装させる様子を示す図 （ｃ）発光素子モジュールを移動後、取り付け金具を用いて発光素子モジュールを固定させた様子を示す図 従来の光送信モジュールの図 従来の他の光送信モジュールの図

符号の説明

１、４１ 発光素子
２ サブキャリア
３、４２ ヒートシンク
４ ボンディングワイヤ
５、４５ レンズ
６ キャンパッケージ
７ ＳＵＳスリーブ
８ ステム
９ フェルール
１０ 光ファイバ
１１ 光ファイバ被覆
１２ 溝
１３ 半田
１４ 筺体
１５ 回路基板
１６ 発光素子駆動用ＩＣ
１７、１８ リード端子（第１のリード端子、第２のリード端子）
１９、６０、６１ リード接続用パターン（電流供給パターン、グランドパターン）
２０ 取り付け金具（固定部材）
２１、５７ ねじ
２２ 発光素子モジュール
２３ 光送信モジュール
２４ 矢印
２５ 軸
４３ ヘッダ
４４ 受光素子
４６ レンズホルダ
４７ ベース
４８ ペルチェ素子
４９ 底板
５１ 光素子ユニット
５２ モジュールケース
５３ 回路基板ユニット
５４ 放熱体
５５ 正面板
５６ 取り付け面
５８ ＧＮＤ
５９ ＬＤＫ

Claims (7)

1. 少なくとも発光素子と、前記発光素子に導電的に接続され、前記発光素子を駆動させる駆動電流が流れる第１のリード端子と、前記発光素子に導電的に接続され、前記第１のリード端子を流れて前記発光素子に供給された前記駆動電流をグランドに落とす第２のリード端子とを備える発光素子モジュールと、
   前記発光素子モジュールと接し、前記第１のリード端子と導電的に接続された前記駆動電流を前記発光素子に供給するための電流供給パターン及び前記第２のリード端子と導電的に接続された前記駆動電流をグランドに落とすためのグランドパターンを備える回路基板と、
   前記回路基板上に実装され、前記電流供給パターン及び前記第１のリード端子を介して前記駆動電流を前記発光素子へ供給する発光素子駆動用ＩＣと、
   前記発光素子モジュール及び前記発光素子駆動用ＩＣを実装した前記回路基板を実装する筺体とを備え、
   前記筺体には、前記発光素子モジュールを実装する位置に前記発光素子モジュールの一部が受け入れられ、また前記発光素子モジュールの一部が接する溝が設けられている光送信モジュール。
2. 前記溝は半円柱状の形状をした溝である請求項１に記載の光送信モジュール。
3. 前記筺体に設けられた前記半円柱状の形状をした前記溝は、前記溝の中心が前記電流供給パターンと前記グランドパターンとの間にあり、前記電流供給パターンの中心部及び前記グランドパターンの中心部から等距離にある軸と一致するよう形成された溝である請求項２に記載の光送信モジュール。
4. 前記発光素子モジュールと前記筺体とを固定させるための固定部材を備える請求項１から３のいずれか１つに記載の光送信モジュール。
5. 前記筺体は、伝導率の高い材質の部材である請求項１から４のいずれか１つに記載の光送信モジュール。
6. 前記固定部材は、伝導率の高い材質の部材である請求項４又は５に記載の光送信モジュール。
7. 少なくとも発光素子と、前記発光素子に導電的に接続され、前記発光素子を駆動させる駆動電流が流れる第１のリード端子及び第２のリード端子とを備える発光素子モジュールと、
   前記発光素子モジュールと接し、前記第１のリード端子及び前記第２のリード端子と導電的に接続された前記駆動電流を前記発光素子に供給するための電流供給パターンを備える回路基板と、
   前記回路基板上に実装され、前記電流供給パターン、前記第１のリード端子、及び前記第２のリード端子を介して前記駆動電流を前記発光素子へ供給する発光素子駆動用ＩＣと、
   前記発光素子モジュール及び前記発光素子駆動用ＩＣを実装した前記回路基板を実装する筺体とを備え、
   前記筺体には、前記発光素子モジュールを実装する位置に前記発光素子モジュールの一部が受け入れられ、また前記発光素子モジュールの一部が接する溝が設けられている光送信モジュール。