JP2007019075A - 光モジュールおよび光伝送装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 差動信号に対する伝送特性に優れ、高速の信号伝送が可能で、かつ小型化が可能な光モジュールおよび光伝送装置を提供する。
【解決手段】 光モジュール10は、一対の差動信号に基づいて駆動ICを動作させ、この駆動ICにより発光素子を駆動して、光信号を発生し、この光信号を光ファイバ30へ送出する。光モジュール10は、複数のリード12A,12Bが2列に配列されており、複数のリード12A,12Bのうち一対の差動信号が印加されるリード12Bb,12Bcは、隣接して平行に配置されている。これにより、リード12Bb,12Bc、および回路基板20上の配線パラーン20a,20bを含む差動信号の一対の信号経路が隣接して平行に配置され、ギガビット以上の高周波での特性が良好になる。
【選択図】 図2

Description

本発明は、光モジュールおよび光伝送装置に関し、特に、正負の差動信号に基づいて光信号を発光し、あるいは受光した光信号を正負の差動信号に変換する光モジュールおよび光伝送装置に関する。
光通信においては、例えば、発光素子や受光素子などの光半導体を備えた低コストの光モジュールや、これを用いた光伝送装置が用いられている。この種の光伝送装置として、リードフレーム上に光半導体などの実装および封止を行い、複数のリードを同列に引き出した構成にし、回路基板に貫通実装できるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1,2参照。)。
図9は、従来の光モジュールを示す。同図中、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は底面図である。この光モジュールは、リードが一列に引き出されたSIP(Single In-line Package)型の構成を有する。
この光モジュール100は、リードフレームに搭載された光半導体および駆動IC(いずれも図示せず)を樹脂パッケージで封止した構造の本体部101と、図9の(a)に示すように、この本体部101の1辺から一列になるように引き出された複数のリード102とを備える。
複数のリード102は、同一形状および長さを有し、図9の(a),(c)に示すように、一定間隔に整列して配置されている。光モジュール100を回路基板に貫通実装する場合、回路基板側は、リード102の外形寸法よりやや大きい直径のスルーホール103をそれぞれのリード102のために確保している。このため、リード102のピッチpは、スルーホール103の直径に対して、その逃げを含む直径dよりも大きい値にする必要がある。つまり、リード102のピッチpは、スルーホール103のサイズによって制限され、或る間隔以下にすることはできない。なお、同図は、スルーホール103を確保できない例を示している。
近年、光モジュールは、小型化および高性能化が要求されており、リードのピッチを小さくし、多数のリードを引き出せるようにしたものが望まれている。しかし、上記したように、SIP型の光モジュールは、スルーホール103を考慮する必要があるため、リード102のピッチを狭めることが難しい。この問題を解決するものとしてZIP(Zigzag In-line Package)型の構成の光モジュールがある。
図10は、そのZIP型の従来の光モジュールを示す。同図中、(a)は正面図、(b)は断面図、(c)は底面図である。
この光モジュール200は、複数のリードをジグザグに配列したZIP型と呼ばれるものであり、図10の(a),(b)に示すように、レーザダイオード等の発光素子202と、発光素子202を駆動する駆動IC203と、発光素子202及び駆動IC203が搭載されたリードフレーム204と、差動信号用のリード201A(−),201B(+)を含む複数のリード201A,201Bと、複数のリード201A,201B以外の部分を封止する透明絶縁材による封止部材205と、駆動IC203の差動信号入力端子とリード201A(−),201B(+)の端部とを接続するボンディングワイヤ206とを備える。
この光モジュール200は、リード201A,201Bが2列になっているため、図9に示すようなリードが1列の光モジュール100に比べて、リードのピッチpを小さくすることができる。また、リードが2列になっているため、光モジュール200を回路基板に実装するときに、光モジュール200を回路基板に対して倒れにくくすることができる。
近年、光モジュールの小型化および高性能化(高速化)の要求は、低コストの製品にも及んでいる。この高速化の1つの手段として、変調用の信号を差動回路に印加して、互いに逆極性の差動信号を生成し、この差動信号に基づいて、例えば、発光素子を駆動する方法がある。
図11は、図10の本体部101内の回路部に含まれる差動回路を動作させる入力信号の波形を示す。この入力信号Sは、正極性の差動信号Sと、これとは逆極性の差動信号Sとからなる。この一対の信号S,Sにより動作する回路部は、例えば、差動信号Sと差動信号Sの差信号による出力信号を発生し、この出力信号によって発光素子202が駆動される。
入力信号Sは、信号成分のみで、外来等によるノイズは混入していないことが理想であるが、図11のように、ノイズSが差動信号S,Sに乗る場合がある。この場合、差動信号S,Sにより動作する差動回路において、同相のノイズSが打ち消され、ノイズSが差動回路の出力端子に現れないようにすることができる。これが、互いに逆位相になっている一対の差動信号S,Sを用いる理由である。
図12は、光モジュール200および回路基板における差動信号S,Sの流れを示す説明図である。ここでは、隣接する2本のリード201A(−),201B(+)が、差動信号S,Sを入力するためのリードであるとする。そして、光モジュール200は、図12の(b)に示すように、配線パターン211A,211Bを有する回路基板210に実装されているとする。
差動信号用のリード201A(−),201B(+)は、一端が駆動IC203上の差動信号入力端子(+),(−)に接続され、他端が回路基板210上の配線パターン211A,211Bに接続されている。差動信号S,Sが配線パターン211A,211Bに印加された場合、配線パターン211A,211Bおよびリード201A(−),201B(+)には、図12の(a)〜(c)の矢印で示す方向に、+側電流および−側電流が流れる。
特開2002−344024号公報 特開2002−151704号公報
しかし、従来の光モジュールによると、図10に示すリード構造の光モジュール200では、図12の(b),(c)に示すように、封止部材205から露出した部分では、差動信号用の一対のリード201A(−),201B(+)の伝送経路に相違する部分が生じる。このため、ノイズSの相殺効果が減少し、位相ずれが生じ、ギガビット以上の高周波で信号品質やノイズ特性が悪化するという問題がある。なお、同様の問題は、発光素子202が受光素子で、駆動IC203が信号処理ICの構成による光モジュールにおいても発生する。
従って、本発明の目的は、差動信号に対する伝送特性に優れ、高速の信号伝送が可能で、かつ小型化が可能な光モジュールおよび光伝送装置を提供することにある。
本発明の第1の態様は、上記目的を達成するため、回路基板に少なくとも一部が実装される少なくとも2列からなる複数のリードと、光信号を発光あるいは受光する光半導体と、前記光半導体に接続され、前記回路基板との間で一対の差動信号を前記複数のリードのうち一対の差動信号用リードを介して送受信する回路部とを備え、前記一対の差動信号用リードは、互いに同一列で隣接して平行に配置されていることを特徴とする光モジュールを提供する。
上記光モジュールによれば、一対の差動信号用リードを隣接して平行に配置することにより、リードおよび回路基板上の配線パターンを含む差動信号の理想的な信号経路を形成することができる。
前記少なくとも2列からなる複数のリードは、千鳥状に配置されていてもよい。
前記複数のリードは、一部のリードが折曲形成されることにより前記少なくとも2列に配列される構成とすることができる。これにより、安定した実装を行うことができる。
前記一対の差動用信号リードは、前記回路基板に実装される実装部と、前記回路基板に実装されない非実装部とを含み、前記非実装部のピッチが、前記実装部のピッチよりも狭い構成とすることができる。
前記千鳥状に配置された少なくとも2列からなる複数のリードは、前記一対の差動信号用リード間に対応する、該一対の差動信号用リードを含む列とは異なる列のリード配置部分が間欠している配置とすることができる。
前記複数のリードは、互いに逆方向に折曲形成されることにより2列に配列されている構成にすることができる。これにより、安定した実装を行うことができる。
前記光半導体および前記回路部は、前記複数のリードのうちアース用リードに電気的に接続されたリードフレーム上に搭載され、前記リードフレームは、その表面側または裏面側に第2のリードフレームが延在して配置されている構成とすることができる。これにより、EMC性能を向上させることができる。
前記第2のリードフレームは、前記光半導体を搭載した前記リードフレームに連結されている構成にすることができる。
本発明の第2の態様は、上記目的を達成するため、一対の差動信号が印加される一対の差動信号用導電パターンを有する回路基板と、前記回路基板に実装された少なくとも2列からなる複数のリードと、光信号を発光あるいは受光する光半導体と、前記光半導体に接続され、前記回路基板との間で前記一対の差動信号を前記複数のリードのうち一対の差動信号用リードを介して送受信する回路部とを有する光モジュールを備え、前記一対の差動信号用リードは、同一列で互いに隣接して平行に配置され、前記一対の差動信号用導電パターンは、互いに隣接して平行に配置されていることを特徴とする光伝送装置を提供する。
上記光伝送装置によれば、光モジュールが、一対の差動信号用リードを隣接して平行に配置することにより、リードおよび回路基板上の配線パターンを含む差動信号の理想的な信号経路を形成することができる。
前記複数のリードは、前記回路基板に貫通実装された構成とすることができる。これにより、実装が容易となる。
前記複数のリードは、前記回路基板の厚み相当の間隔を有して2列に配列され、前記回路基板に表面実装された構成とすることができる。これにより、薄型化を図ることができる。
本発明によれば、差動信号に対する伝送特性に優れ、高速の信号伝送が可能で、かつ小型化が可能となる。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る光モジュールおよびこれを用いた光伝送装置を示し、図2は、光伝送装置の底面図を示す。
(光伝送装置の構成)
この光伝送装置1は、光ファイバ30を介して光信号を送信する光モジュール10と、この光モジュール10を搭載した回路基板20とを備える。
光モジュール10は、所定の形状を有するリードフレーム11と、折曲形成されて前列(第1列)に配列された複数のリード12Aと、後列(第2列)に配列された複数のリード12Bと、リードフレーム11に搭載された光半導体としての発光素子13と、リードフレーム11に搭載された回路部としての駆動IC14と、発光素子13の光出射面にレンズ15aが形成されるように発光素子13および駆動IC14の搭載部のリードフレーム11を封止した透明樹脂からなる第1の封止部材15と、レンズ15aの前方に空間16aが形成されているとともに光ファイバ30の端部が挿入される挿入口16bを有するようにして第1の封止部材15を封止した第2の封止部材16とを備える。
前列のリード12Aは、図2に示すように、リード12Aa,12Abの2つからなり、後列のリード12Bは、図2に示すように、リード12Ba〜12Bdの4つからなる。例えば、前列のリード12Aa,12Abは、ともにグランド用であり、リードフレーム11に接続されている。さらに、後列のリード12Baは、電源供給用、後列のリード12Bb,12Bcは、差動信号S,S入力用、後列のリード12Bdは、制御信号用である。後列のリード12Ba〜12Bdは、ボンディングワイヤ18aにより駆動IC14の端子に接続されている。また、駆動IC4と発光素子13、駆動IC4とリードフレーム11とはそれぞれボンディングワイヤ18b,18cにより接続されている。
図2から明らかなように、各リード12は、千鳥状に配置されているが、後列の差動信号用のリード12Bbとリード12Bcの間のみ、前列のリード12Aの1つが欠落している。このため、リードのピッチを狭められる交互配列でありながら、差動信号用のリード12Bb,12Bcは、図2に示すように、後列上に隣接する。欠落した部分は、距離が開くため、差動信号対のインピーダンス制御が難しくなる場合があるが、本実施の形態では、差動信号用のリード12Bb,12Bcは、回路基板20への非実装部のピッチ(間隔)は、回路基板20への実装部のピッチ(間隔)よりも狭くすることで制御している。回路基板20に実装される部分は距離が開いたままとなるが、この部分は、回路基板20側のスルーホールなどでインピーダンスが規定される部分である。従って、本実施の形態の構造によって光モジュール10および光伝送装置1の特性が悪化することはない。
回路基板20は、図2に示すように、差動信号用配線パターン20a,20b、電源用配線パターン20c、グランド用配線パターン20d,20d’、および制御信号用配線パターン20eを有する。
差動信号用配線パターン20a,20bには、光モジュール10の後列のリード12Bのうち、中間の2つのリード12Bb,12Bcが接続されている。そして、差動信号用配線パターン20a,20bは、互いに隣接し、かつ、平行なパターン配置になっている。また、電源用配線パターン20cは後列のリード12Baに接続され、グランド用配線パターン20d,20d’は前列のリード12Aa,12Abに接続されている。さらに、制御信号用配線パターン20eは、後列のリード12Bdに接続されている。なお、配線パターン20a〜20dは、リード側端にリード12A,12Bが貫通実装されるスルーホールが形成されている。
光ファイバ30は、ケーブル状を成し、光信号を伝送するコア30aと、このコア30aの屈折率よりも低い屈折率を有して、コア30aを被覆するクラッド30bとを備えている。
(光伝送装置の動作)
図3は、光伝送装置1の動作時の差動電流の流れを示す。まず、電源用配線パターン20cとグランド用配線パターン20d,20d’との間に所定の直流電圧を印加する。次に、図11に示した波形の差動信号S,Sをリード12Bc,12Bbに印加する。この信号印加により、図3の(a),(b)に示す矢印方向に電流が流れ、駆動IC14が動作を開始する。駆動IC14が動作することにより、発光素子13は図11に示した波形により発光する。発光素子13の光は、レンズ15aによって光ファイバ30の端部に集光し、コア30a内を伝送して行く。
(第1の実施の形態の効果)
第1の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
(イ)封止部材15内はもとより、差動信号用のリード12Bb,12Bc、および回路基板20上の配線パターン20a,20bを含む差動信号の一対の信号経路が隣接して平行に配置されることになり、ノイズSの相殺効果は損なわれず、位相ずれが防止され、ギガビット以上の高周波における信号品質やノイズ特性を良好にすることができる。
(ロ)従来構成に比べ、光モジュール10のリード12の配置の変更のみであるため、低コストなリードフレームを用いての小型化が可能であるとともに、コストアップを防止することができ、理想的な差動信号伝送を行うことができる。
(ハ)リード12A,12Bが複数列であり、両者が交互に曲げ加工されていることにより、リードを最も詰めた状態で実装することができる。
(ニ)差動信号用のリード12Bb,12Bc間では、リードがリードフレーム面上で欠落した状態になるため、回路部(駆動IC14)まで理想的な差動信号の状態を保持でき、高速伝送の向上を図ることができる。
(ホ)差動信号用のリード12Bb,12Bcが、回路基板20に実装しない部分の距離を狭めているため、実装に悪影響を与えずにインピーダンス制御を容易に行うことができる。
(ヘ)差動信号用のリード12Bb,12Bcの露出部分を平板にし、かつ平行な配置としたことにより、高速特性の向上を図る上で重要な差動信号用リードを最短にすることができる。
[第2の実施の形態]
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る光モジュールを示す。同図中、(a)は正面図、(b)は底面図である。なお、図4では第2の封止部材16の図示を省略している。
本実施の形態は、第1の実施の形態において、光モジュール10のリード12Bb,12Bcの中間からリード12Acを引き出し、これを前列のリード12Aaとリード12Abの間に配設したものである。リード12Acは、例えば、リードフレーム11に接続されている。
この第2の実施の形態によれば、差動信号用のリード12Bb,12Bcの間にリード12Acが入ってしまうが、封止部材15,16の外では理想的な差動対を形成できる。差動信号用のリード12Bb,12Bcへの影響は、封止部材15,16の外の方が大きいため、第1の実施の形態と同様の効果が得ることができる。
[第3の実施の形態]
図5は、本発明の第3の実施の形態に係る光モジュールを示す。同図中、(a)は正面図、(b)は回路基板に実装した状態の側面断面図、(c)は底面図である。同図では、第2の封止部材16の図示を省略している。本実施の形態は、第1の実施の形態において、後列のリード12Ba〜12Bdを図5の(b)のように、後方に折曲し、前列のリード12Aとの間の間隔が広がるようにしたものであり、その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
この第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態に比べ、差動信号用のリード12Bb,12Bcが若干長くなるものの、第1の実施の形態と同様の効果が得られるほか、実装時の安定性の向上を図ることができる。なお、後列のリード12Ba〜12Bdのうち差動信号用のリード12Bb,12Bcのみ、リード12Ba,12Bdのみを後方に折曲してもよい。
[第4の実施の形態]
図6は、本発明の第4の実施の形態に係る光モジュールを示す。同図中、(a)は斜視図、(b)は側面断面図、(c)は底面図である。同図では、第2の封止部材16の図示を省略している。本実施の形態は、図4に示した第2の実施の形態において、前列のリード12Aa〜12Acにグランド領域などからなる第2のリードフレーム17を設けたものであり、その他の構成は第2の実施の形態と同様である。
第2のリードフレーム17は、図6の(a)に示すように、その上部がリードフレーム11の上部に連結された状態で光出射面を覆うように設けられている。さらに、リードフレーム17は、レンズ15aに面した部分に開口17dが形成され、発光素子13からの光の出射を妨げないようにしている。また、リードフレーム17の下端には、図6の(b),(c)に示すように、前列のリード12Aa〜12Acに重なるようにして、リード17a〜17cが形成され、グランドレベルにしている。
この第4の実施の形態によれば、第2のリードフレーム17とリードフレーム11により、駆動IC14および発光素子13を前後面からシールドできるため、第1乃至第3の実施の形態に比べ、ノイズ特性を向上させることができる。また、放熱部材として機能させることもできる。
[第5の実施の形態]
図7は、本発明の第5の実施の形態に係る光モジュールを示す。同図では、第2の封止部材16の図示を省略している。本実施の形態は、第4の実施の形態において、第2のリードフレーム17をリードフレーム11の裏面に設けたものであり、その他の構成は第4の実施の形態と同様である。
この第5の実施の形態によれば、第4の実施の形態と同様に、第2のリードフレーム17を第3の列にすることができるため、この光モジュール10を回路基板に貫通実装した際に安定に直立させることができる。また、放熱性、シールド性を高めることができる。
[第6の実施の形態]
図8は、本発明の第6の実施の形態に係る光伝送装置を示す。同図では、第2の封止部材16の図示を省略している。本実施の形態は、第1の実施の形態において、回路基板20の表面に表面実装できるように、回路基板20を挟持する状態でリード12A,12Bを配線パターンに接続する構成にしたものであり、その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。
この第6の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果が得られるとともに、薄型化を図ることができる。
[他の実施の形態]
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。また、本発明の要旨を変更しない範囲内で各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
上記各実施の形態においては、光モジュール10が光半導体として発光素子13を用いた構成を示したが、受光素子により光モジュール10を構成することもできる。この場合、駆動IC14に代えて、増幅回路等による回路部を用いることになる。
上記各実施の形態では、光半導体(発光素子13または受光素子)と回路部(駆動IC14または増幅回路)は、リードフレーム11上の別々の場所に設ける構成としたが、回路部上に光半導体を実装する構成や、光半導体と回路部を一体とする構成であってもよい。
また、光モジュール内に発光部と受光部が混在する構成や、回路基板上に受信用の光モジュールと送信用の光モジュールとを実装した構成であってもよい。
本発明の第1の実施の形態に係る光モジュールおよびこれを用いた光伝送装置を示す正面断面図である。 第1の実施の形態の光伝送装置の底面図である。 第1の実施の形態の光伝送装置の動作を示し、(a)は光モジュールの通電、(b)はおよび(c)は回路基板の配線パターンにおける通電を示す説明図である。 本発明の第2の実施の形態に係る光モジュールを示し、(a)は正面図、(b)は底面図である。 本発明の第3の実施の形態に係る光モジュールを示し、(a)は正面図、(b)は回路基板に実装した状態の側面断面図、(c)は底面図である。 本発明の第4の実施の形態に係る光モジュールを示し、(a)は斜視図、(b)は側面断面図、(c)は底面図である。 本発明の第5の実施の形態に係る光モジュールを示す側面断面図である。 本発明の第6の実施の形態に係る光伝送装置を示す側面断面図である。 従来の光モジュールの構成を示し、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は底面図である。 従来の光モジュールの他の構成を示し、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は底面図である。 図10の本体部内の駆動回路に含む差動回路を動作させる入力信号の波形を示す波形図である。 図10の光モジュールおよび回路基板における一対の差動電流の流れを示し、(a)は光モジュール内の流れ、(b)および(c)は回路基板の配線パターンにおける差動電流の流れを示す説明図である。
符号の説明
1 光伝送装置
10 光モジュール
11 リードフレーム
12A 前列(第1列)のリード
12B 後列(第2列)のリード
12Aa〜12Ac 前列のリード
12Ba〜12Bd 後列のリード
13 発光素子
14 駆動IC
15 第1の封止部材
15a レンズ
16 第2の封止部材
16a 空間
16b 挿入口
17 リードフレーム
17a〜17c リード
17d 開口
18 ボンディングワイヤ
20 回路基板
20a,20b 差動信号用配線パターン
20c 電源用配線パターン
20d,20d’ グランド用配線パターン
20e 制御信号用配線パターン
30 光ファイバ
30a コア
30b クラッド
100 光モジュール
101 本体部
102 リード
103 スルーホール
200 光モジュール
201A,201B リード
201A(−),201B(+)差動信号用のリード
202 発光素子
204 リードフレーム
205 封止部材
206 ボンディングワイヤ
210 回路基板
211A,211B 配線パターン
203 駆動IC
d 直径
p リードピッチ
,S 差動信号
ノイズ

Claims (11)

  1. 回路基板に少なくとも一部が実装される少なくとも2列からなる複数のリードと、
    光信号を発光あるいは受光する光半導体と、
    前記光半導体に接続され、前記回路基板との間で一対の差動信号を前記複数のリードのうち一対の差動信号用リードを介して送受信する回路部とを備え、
    前記一対の差動信号用リードは、同一列で互いに隣接して平行に配置されていることを特徴とする光モジュール。
  2. 前記少なくとも2列からなる複数のリードは、千鳥状に配置されてなることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  3. 前記複数のリードは、一部のリードが折曲形成されることにより前記少なくとも2列に配列されることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  4. 前記一対の差動用信号リードは、前記回路基板に実装される実装部と、前記回路基板に実装されない非実装部とを含み、前記非実装部のピッチが、前記実装部のピッチよりも狭いことを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  5. 前記千鳥状に配置された少なくとも2列からなる複数のリードは、前記一対の差動信号用リード間に対応する、該一対の差動信号用リードを含む列とは異なる列のリード配置部分が間欠している配置であることを特徴とする請求項2に記載の光モジュール。
  6. 前記複数のリードは、互いに逆方向に折曲形成されることにより2列に配列されていることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  7. 前記光半導体および前記回路部は、前記複数のリードのうちアース用リードに電気的に接続されたリードフレーム上に搭載され、
    前記リードフレームは、その表面側または裏面側に第2のリードフレームが延在して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  8. 前記第2のリードフレームは、前記光半導体を搭載した前記リードフレームに連結されていることを特徴とする請求項7に記載の光モジュール。
  9. 一対の差動信号が印加される一対の差動信号用導電パターンを有する回路基板と、
    前記回路基板に実装された少なくとも2列からなる複数のリードと、
    光信号を発光あるいは受光する光半導体と、
    前記光半導体に接続され、前記回路基板との間で前記一対の差動信号を前記複数のリードのうち一対の差動信号用リードを介して送受信する回路部とを有する光モジュールを備え、
    前記一対の差動信号用リードは、同一列で互いに隣接して平行に配置され、
    前記一対の差動信号用導電パターンは、互いに隣接して平行に配置されていることを特徴とする光伝送装置。
  10. 前記複数のリードは、前記回路基板に貫通実装されたことを特徴とする請求項9に記載の光伝送装置。
  11. 前記複数のリードは、前記回路基板の厚み相当の間隔を有して2列に配列され、前記回路基板に表面実装されたことを特徴とする請求項9に記載の光伝送装置。
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