JP2007042756A - 光デバイスと光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャンパッケージの光デバイスにおいて、インピーダンスの不整合を少なくする。
【解決手段】ステム２２２と、ステム２２２に設けられた貫通孔２２３に挿通されて貫通孔２２３の位置で封止材により固定された端子２３１と、ステム２２２の一方の面側に設けられて端子２３１と接続される発光素子および／または受光素子を有する光デバイスにおいて、封止材によって端子２３１を固定した貫通孔２２３に近接させて、貫通孔２２３の位置で封止材により固定された端子部分でのインピーダンス変動を軽減させため、スペーサ２５１をステム２２２とフレキシブル基板２９との間に設ける。封止材によって端子２３１を固定した貫通孔２２３の部分が容量性となってもスペーサ２５１の部分が誘導性となり、インピーダンス変動を少なくできる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、光デバイスと光通信装置に関する。詳しくは、ステムに設けられた貫通孔に端子を挿通して封止材により端子を固定し、ステムの一方の面側に設けられている発光素子および／または受光素子を端子に接続する所謂キャンパッケージの光デバイスにおいて、封止材によって端子を固定した貫通孔に近接させて、貫通孔の位置で封止材により固定された端子部分でのインピーダンス変動を軽減させるインピーダンス変動軽減部を形成したものである。

近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、光通信を用いることでネットワークの高速大容量化がはかられている。このような光通信では、例えばＸＦＰ(10 Gigabit Small Form Factor Pluggable）と呼ばれる規格に対応した光通信モジュールが用いられている。

光通信モジュールでは、ＴＯＳＡ(Transmitter Optical Sub-Assembly)やＲＯＳＡ(Receiver Optical Sub-Assembly)と呼ばれる光サブアセンブリが用いられている。光サブアセンブリでは、例えば特許文献１に記載されているように、受発光素子を搭載したキャンパッケージの光デバイスが用いられており、集積回路等を実装した回路基板と光デバイスがフレキシブル基板で接続されて、１つの筐体に格納されている。更に、キャンパッケージの光デバイスに対して光ファイバを所定の位置で固定したり、固定されている光ファイバを取り外すことができるように、光コネクタが筐体と一体に設けられる。

したがって、光ファイバを光コネクタに装着したり、装着されている光ファイバを光コネクタから取り外す際に、光デバイスに力が加わっても、フレキシブル基板を介することで、光デバイスの端子に大きな外力が加わったり、端子とフレキシブル基板との接続部分およびフレキシブル基板と他の回路基板との接続部分に大きな外力が加わることがなく、接続部分の信頼性を確保できる。

２００３−２４９７１１号公報

ところで、キャンパッケージの光デバイスでは、発光素子や受光素子と接続される端子が、ステムに設けられている貫通孔を挿通した状態で樹脂やガラス等の封止材で固定される。

ここで、樹脂やガラスは比誘電率が高いことから、貫通孔の位置で封止材により固定された端子部分は、電気的には容量性となりインピーダンスが低下してしまう。このようにインピーダンスが低下してしまうと、キャンパッケージに内蔵されているアセンブリ基板や、キャンパッケージの光デバイスに接続されるフレキシブル基板、およびフレキシブル基板と接続される他の回路基板で、伝送線路のインピーダンスや回路の入力インピーダンスおよび出力インピーダンスを所望のインピーダンスに設定しても、貫通孔の位置でインピーダンスの不整合を生じ、反射が大きくなってしまい伝送特性が悪化してしまう。

また、チップコンデンサやチップインダクタ等を用いることで一定の周波数帯だけ整合をとることは可能である。しかし、例えば高速シリアル伝送において用いる信号変調方式によっては、周波数成分が広い周波数帯に分布するため、整合をとった周波数帯では反射を少なくできても、他の周波数帯では反射を小さくすることができない。

そこで、この発明では、インピーダンスの不整合を少なくして、良好な伝送特性を得ることができる光デバイスと光通信装置を提供するものである。

この発明に係わる光デバイスと光通信装置は、封止材によって端子を固定した貫通孔に近接させて、貫通孔の位置で封止材により固定された端子部分でのインピーダンス変動を軽減させるインピーダンス変動軽減部を形成するものである。このインピーダンス変動軽減部としては、光デバイスと外部回路とを接続するための接続基板を、発光素子および／または受光素子が設けられている一方の面に対して逆側であるステムの他方の面側で端子と接続する際に、接続基板とステムとの間にスペーサを設けることで、誘導性負荷を形成する。更に、スペーサの厚さは、封止材により固定される端子部分でのインピーダンス変動に応じて設定する。

この発明によれば、封止材によって端子を固定した貫通孔に近接させて、貫通孔の位置で封止材により固定された端子部分でのインピーダンス変動を軽減させるインピーダンス変動軽減部が形成される。このため、インピーダンスの不整合が少なくなり、良好な伝送特性を得ることができる。

以下、図を参照しながら、この発明の実施の一形態について説明する。図１は、光通信装置の概略構成を示す平面図である。光通信装置１０は、例えばＴＯＳＡ(Transmitter Optical Sub-Assembly)と呼ばれている送信用光サブアセンブリ２０や、ＲＯＳＡ(Receiver Optical Sub-Assembly)と呼ばれている受信用光サブアセンブリ３０、送信用光サブアセンブリ２０と受信用光サブアセンブリ３０の動作制御回路や送受信する信号の処理を行うトランスミッタ回路やレシーバ回路および外部と接続するためのインタフェース回路等が設けられた送受信処理基板４０等を１つの筐体に格納して構成する。

送信用光サブアセンブリ２０と送受信処理基板４０は、接続基板すなわち可撓性を有するフレキシブル基板２９で接続する。同様に、受信用光サブアセンブリ３０と送受信処理基板４０は、フレキシブル基板３９で接続する。フレキシブル基板２９，３９は、送受信処理基板４０から送信用光サブアセンブリ２０に供給する信号や、受信用光サブアセンブリ３０から送受信処理基板４０に供給する信号が高い周波数であっても損失が少なくなるように、所定のインピーダンス特性に調整された例えばマイクロストリップライン構造の伝送線路とする。

送受信処理基板４０は、コネクタ端子部４１を有しており、このコネクタ端子部４１を、他の装置等に設けられたコネクタに装着することで、光通信装置１０を他の装置等と電気的に接続することができる。なお、図１では、送受信処理基板４０の回路素子とフレキシブル基板２９，３９を接続する接続パターンや回路素子とコネクタ端子部４１を接続する接続パターン等を省略して図示している。

図２は、送信用光サブアセンブリ２０の概略構成を説明するための図であり、図２Ａは、送信用光サブアセンブリ２０の正面図、図２Ｂは、図２ＡにおけるＩ−Ｉ'位置の断面概略図である。

送信用光サブアセンブリ２０は、ホルダ２１と、ホルダ２１に収納されたキャンパッケージの送信用光デバイス２２で構成する。なお、図２Ｂでは、ホルダ２１のみ断面を示している。

ホルダ２１は、送信用光デバイス２２を取り付けるための凹部２１１を有しており、凹部２１１の中央には、光ファイバが挿入される光通過孔２１２が形成されている。

送信用光デバイス２２は、キャップ２２１を円盤状のステム２２２に封着した構成とされている。キャップ２２１は、レーザ光を外部に出射するための窓あるいはレンズ２２１aを有している。このレンズ２２１aは、送信用光デバイス２２の内部に設けられている面発光レーザ素子から出射されたレーザ光を光ファイバのコアに集光させる。なお、送信用光デバイス２２の内部構成については後述する。

送信用光デバイス２２は、レンズ２２１aを介して出射されるレーザ光が、ホルダ２１の光通過孔２１２に挿入された光ファイバのコアに、効率よく入射されるよう位置決めしてホルダ２１に固定する。このようにホルダ２１と送信用光デバイス２２を固定することで、ホルダ２１に光ファイバを挿入するだけで、送信用光デバイス２２から出射されたレーザ光が効率よく光ファイバのコアに入射されるように、光ファイバをホルダ２１によって位置決めすることができる。

受信用光サブアセンブリ３０も、送信用光サブアセンブリ２０と同様に、ホルダにキャンパッケージの受信用光デバイスを固定して構成されており、ホルダに光ファイバを挿入するだけで、光ファイバから出射されたレーザ光が、効率よく受信用光デバイスに入射されるように光ファイバがホルダによって位置決めされる。

次に、送信用光デバイス２２について説明する。図３は、送信用光デバイス２２の内部を示す斜視図である。また、図４Ａは送信用光デバイス２２の内部を示す正面図、図４Ｂは図４ＡのＩＩ−ＩＩ'位置の断面概略図である。

円盤状のステム２２２には、端子２３１a〜２３１dを挿通するための貫通孔２２３a〜２２３dを設ける。ステム２２２の上面には、マウント基板２４１を固着する。このマウント基板２４１には、レーザ光を出射する面発光レーザ素子２４２、レーザ光の出射レベルをモニターするための受光素子２４３を設けておく。更に、円盤状のステム２２２には、面発光レーザ素子２４２や受光素子２４３を端子と接続するための接続パターンを形成しておく。

接続パターンは、面発光レーザ素子２４２のアノードが接続される接続パターン２４４a、面発光レーザ素子２４２のカソード側が載置される接続パターン２４４c、端子２３１aと接続される接続パターン２４４b、端子２３１bと接続される接続パターン２４４d、受光素子２４３のカソード側が載置される接続パターン２４４eで構成し、各接続パターンはマイクロストリップライン構造として、損失が少なくなるように、所定のインピーダンス特性に調整されている。

面発光レーザ素子２４２のアノードと接続パターン２４４aは、ボンディングワイヤで接続する。接続パターン２４４aには、抵抗器２４５aを介して接続パターン２４４bを接続し、接続パターン２４４bと端子２３１aをボンディングワイヤで接続する。

面発光レーザ素子２４２のカソード側が載置される接続パターン２４４cには、抵抗器２４５bを介して接続パターン２４４dを接続し、接続パターン２４４dと端子２３１bをボンディングワイヤで接続する。また、受光素子２４３のアノードは端子２３１cと接続し、受光素子２４３のカソード側が載置される接続パターン２４４eは端子２３１dと接続する。なお、抵抗器２４５a，２４５bは、面発光レーザ素子２４２をパルス駆動する際の振幅制限等を行うためのものである。

端子２３１a〜２３１dは、貫通孔２２３a〜２２３dに同軸整列させる。その後、例えばガラス材質の封止材を貫通孔２２３a〜２２３dに充填することで、端子２３１a〜２３１dを固定すると同時に貫通孔２２３a〜２２３dを密封する。ここで、貫通孔２２３a〜２２３dに封止材を充填するとき、ガラス材質のような比誘電率の高い封止材が用いられる。このように比誘電率が高い封止材が貫通孔に充填されると、貫通孔の部分は容量性として働き、伝送線路のインピーダンスが低下してしまう。このため、封止材によって端子を固定した貫通孔に近接させて、貫通孔の位置で封止材により固定された端子部分のインピーダンス変動を軽減させるインピーダンス変動軽減部を形成する。

図５は、伝送線路のインピーダンス変化を模式的に示している。なお、説明を簡単とするため、貫通孔２２３の両側の伝送線路は、マイクロストリップライン構造とされて、所定のインピーダンスに調整されているものとする。

ここで、図５Ａに示すように、封止材を充填して端子を固定した貫通孔２２３の部分では、貫通孔２２３の部分が容量性として働きインピーダンスが例えば「Ｚd」だけ低下してしまう。このため、図５Ｂに示すように、この貫通孔２２３と隣接した部分にインピーダンス変動軽減部２５０を設けて伝送線路のインピーダンスを高くする。このように、インピーダンス変動軽減部２５０を設けて伝送線路のインピーダンスを高くすると、貫通孔２２３の位置でインピーダンスが低下しても、インピーダンスの変動分を「Ｚd」よりも少ない例えば「Ｚe」とすることができる。ここで、貫通孔２２３の部分が容量性として働くことから、インピーダンス変動軽減部２５０として誘導性負荷を形成する。なお、破線は、インピーダンス変動軽減部２５０を形成していない状態を示している。

更に、インピーダンス変動軽減部２５０におけるインピーダンスと増加分と、貫通孔２２３の位置におけるインピーダンスの低下分が等しくなるように、インピーダンス変動軽減部２５０を設定すれば、伝送線路のインピーダンスの変動を最小にできる。

次に、インピーダンス変動軽減部２５０について説明する。封止材を充填して端子を固定した貫通孔の部分は、容量性となってインピーダンスが低下していることから、上述したように、インピーダンス変動軽減部２５０として誘導性負荷を形成して伝送線路のインピーダンスを増加させる。誘導性負荷を形成して伝送線路のインピーダンスを増加させる簡単な方法としては、端子を長くすることで誘導性負荷を形成する。例えば、図３および図４に示すように、ステム２２２とフレキシブル基板２９との間に比誘電率の低いスペーサ２５１、例えば封止材よりも比誘電率の低いガラス不織布基材エポキシ樹脂銅張積層板等を設けて端子を長くすれば、このスペーサ２５１を設けた部分が誘導性として働く。したがって、封止材によって端子を固定した貫通孔に近接させて、インピーダンス変動軽減部を設けることができる。なお、スペーサ２５１として比誘電率が低い素材を用いることで、スペーサ２５１を設けた部分が容量性として働いてしまうことを防止できる。このため、貫通孔の位置でインピーダンスの低下が生じても、インピーダンスの変化量を少なくできるので、インピーダンスの不整合が小さく良好な伝送特性を得ることができる。

また、スペーサ２５１の厚さを可変することで、インピーダンスの増加分を調整できるので、例えば貫通孔の位置でインピーダンスの低下分とスペーサ２５１を設けたことによるインピーダンスの増加分が等しくなるようにスペーサ２５１の厚さを設定すれば、インピーダンスの変化を最も少なくすることができる。

更に、上述の形態では、ステム２２２とフレキシブル基板２９との間にスペーサ２５１を設けることで、インピーダンス変動軽減部２５０を貫通孔に近接させて形成するものとしたが、貫通孔からボンディングワイヤの接続部分までの端子長を大きくすることで、インピーダンス変動軽減部２５０を形成することも可能である。

なお、上述の形態では、送信用光デバイスについて説明したが、面発光レーザ素子２４２に替えて受光素子を用いることで受信用光デバイスを構成する場合も（レーザ光の出射レベルをモニターするための受光素子２４３は不要となる）、送信用光デバイスと同様に、封止材によって端子を固定した貫通孔に近接させてインピーダンス変動軽減部を設ければ、貫通孔の位置におけるインピーダンスの不整合を少なくして、良好な伝送特性を得ることができる。

実施例では、図３および図４に示すスペーサ２５１として、厚みが０．３３ｍｍであるガラス不織布基材エポキシ樹脂銅張積層板(ＦＲ−４）を用いた。図６は反射特性、図７は透過特性をそれぞれ示しており、実線で示す特性はスペーサ２５１を設けた場合、破線で示す特性はスペーサ２５１を設けていない場合である。

周波数が例えば１０ＧＨｚである場合、スペーサ２５１を設けたときの反射のレベルは約−１８ｄＢ、スペーサ２５１を設けていないときの反射のレベルは約−１０ｄＢであり、スペーサ２５１を設けたことにより反射のレベルを１０ｄＢ改善することができた。また、透過特性は、スペーサ２５１を設けたときは約−０．３ｄＢ、スペーサ２５１を設けていないときの反射のレベルは約−０．９ｄＢであり、スペーサ２５１を設けたことにより透過特性における損失を０．６ｄＢ程度改善することができた。

光通信装置の構成を示す斜視図である。 送信用光サブアセンブリの構成を示す図である。 送信用光デバイスの内部を示す斜視図である。 送信用光デバイスの内部を示す図である。 伝送線路のインピーダンス変化を説明するための図である。 反射特性を示す図である。 透過特性を示す図である。

符号の説明

１０・・・光通信装置、２０・・・送信用光サブアセンブリ、２１・・・ホルダ、２２・・・送信用光デバイス、２９，３９・・・フレキシブル基板、３０・・・受信用光サブアセンブリ、４０・・・送受信処理基板、４１・・・コネクタ端子部、２１１・・・凹部、２１２・・・光通過孔、２２１・・・キャップ、２２１a・・・レンズ、２２２・・・ステム、２２３，２２３a〜２２３d・・・貫通孔、２３１a〜２３１d・・・端子、２４１・・・マウント基板、２４２・・・面発光レーザ素子、２４３・・・受光素子、２４４a〜２４４e・・・接続パターン、２５０・・・インピーダンス変動軽減部、２５１・・・スペーサ

Claims (7)

1. ステムと、該ステムに設けられた貫通孔に挿通されて該貫通孔の位置で封止材により固定された端子と、前記ステムの一方の面側に設けられて前記端子と接続される発光素子および／または受光素子を有する光デバイスにおいて、
   前記封止材によって端子を固定した貫通孔に近接させて、前記貫通孔の位置で封止材により固定された端子部分のインピーダンス変動を軽減させるインピーダンス変動軽減部を形成した
   ことを特徴とする光デバイス。
2. 前記インピーダンス変動軽減部として誘導性負荷を形成した
   ことを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
3. 前記光デバイスと外部回路とを接続するための接続基板を、前記一方の面に対して逆側である前記ステムの他方の面側で前記端子と接続し、前記接続基板と前記端子を接続する際に、前記接続基板と前記ステムの他方の面との間にスペーサを設けることで、前記インピーダンス変動軽減部を形成した
   ことを特徴とする請求項２記載の光デバイス。
4. 前記封止材により固定される端子部分でのインピーダンス変動に応じて、前記スペーサの厚さを設定する
   ことを特徴とする請求項３記載の光デバイス。
5. 前記封止材により固定される端子部分でのインピーダンス変動と、前記スペーサを設けた部分でのインピーダンス変動が等しくなるように、前記スペーサの厚さを設定する
   ことを特徴とする請求項４記載の光デバイス。
6. 固定部材を用いて前記ステムと前記接続基板と前記スペーサを固定した
   ことを特徴とする請求項３記載の光デバイス。
7. ステムと、該ステムに設けられた貫通孔に挿通されて該貫通孔の位置で封止材により固定された端子と、前記ステムの一方の面側に設けられて前記端子と接続される発光素子および／または受光素子と、前記一方の面に対して逆側である前記ステムの他方の面側で前記端子と接続される接続基板と、前記発光素子から出射された光を光ファイバに入射させ、あるいは光ファイバから出射された光を前記受光素子に入射させるために前記光ファイバの位置決めを行う位置決め部とを有する光通信装置において、
   前記封止材によって端子を固定した貫通孔に近接させて、前記貫通孔の位置で封止材により固定された端子部分でのインピーダンス変動を軽減させるインピーダンス変動軽減部を形成した
   ことを特徴とする光通信装置。
   

Images