JP2007207803A - Optical transmitting module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体レーザ素子を用いた10Gbit/s用光送信モジュールに関し、特にペルチェ素子を内蔵し出力部にフレキシブルプリント基板を用いる光送信モジュールに関する。 The present invention relates to an optical transmission module for 10 Gbit / s using a semiconductor laser element, and more particularly to an optical transmission module incorporating a Peltier element and using a flexible printed circuit board as an output unit.
光通信用トランシーバの小型化に伴い、光送信モジュールの小型化が進んでいる。現在、伝送距離が10km以下の伝送レート10Gbit/sの光送信モジュールは、直接変調形のレーザダイオード素子をTO-CAN筐体に搭載し、フレキシブル基板を用いて筐体とトランシーバの主基板とを接続するものが主流となっている。非特許文献1にその送信部の外形図等が記載されている。非特許文献1は筐体の外部接続リードピンと、フレキシブル基板に設けた貫通孔とを接続している。これによって、光送信サブアセンブリ筐体とフレキシブル基板上の線路パタンとの間のリードピンの長さを短縮し、リードピンによる寄生インダクタンスの低減により、入力信号線路のインピーダンスからの不整合を抑えて光出力波形を良好にしていた。
Along with miniaturization of optical communication transceivers, miniaturization of optical transmission modules is progressing. Currently, an optical transmission module having a transmission rate of 10 Gbit / s with a transmission distance of 10 km or less has a direct-modulation type laser diode element mounted on a TO-CAN casing, and the casing and the main board of the transceiver are connected using a flexible board. What is connected is the mainstream. Non-Patent
近年、伝送距離が40km以上の光送信モジュールに対しても小型化への要求が強くなっている。具体的には、XMD-MSA(10Gbit/s Miniature Device Multi Source Agreement)では筐体幅6mmの小型モジュールを提案している。通常、伝送距離が40km以上の光送信モジュールでは、必要な外部端子数は、ペルチェ素子を搭載することにより伝送距離が10km以下の光送信モジュールの外部端子数より増加し、8個以上である。また、通常リードピンが一列に配置されることから、リードピン間のピッチは0.67mm以下にする必要がある。 In recent years, there has been an increasing demand for miniaturization of optical transmission modules having a transmission distance of 40 km or more. Specifically, a small module having a housing width of 6 mm is proposed in XMD-MSA (10 Gbit / s Miniature Device Multi Source Agreement). Usually, in an optical transmission module having a transmission distance of 40 km or more, the required number of external terminals increases by 8 or more from the number of external terminals of the optical transmission module having a transmission distance of 10 km or less by mounting a Peltier element. In addition, since the lead pins are usually arranged in a row, the pitch between the lead pins needs to be 0.67 mm or less.
リードピンに対しフレキシブル基板を貫通させて接続する場合、フレキシブル基板上にリードピンを貫通させる穴部と接合材が乗るランド部を設ける必要がある。このとき、隣接したランド部間のクリアランスが大きく取れないことから、リードピンとフレキシブル基板の接合材の短絡を生じやすく、ピン数を増加することが困難である。例えばφ0.2mmのリードピンを貫通させるためには。フレキシブル基板上にφ0.3mmの穴部が必要である。また、接合材が乗るランド部は、穴部と同心円上にφ0.5mm程度が必要とされる。接合材による短絡を防ぐために隣り合うランド間の間隔を0.3mm設けると、ピンピッチは0.8mm以上必要とされ、筐体幅6mmとするとピン数は略6本となる。 When connecting the lead pin through the flexible substrate, it is necessary to provide a hole portion through which the lead pin passes and a land portion on which the bonding material rides on the flexible substrate. At this time, since the clearance between adjacent land portions cannot be made large, a short circuit between the lead pin and the flexible substrate is likely to occur, and it is difficult to increase the number of pins. For example, to penetrate a lead pin of φ0.2 mm. A hole of φ0.3 mm is required on the flexible substrate. Further, the land portion on which the bonding material is placed needs to have a diameter of about 0.5 mm concentrically with the hole portion. If the distance between adjacent lands is set to 0.3 mm in order to prevent a short circuit due to the bonding material, the pin pitch is required to be 0.8 mm or more. If the housing width is 6 mm, the number of pins is approximately six.
一方、リードピンに対しフレキシブル基板を平行に接続する場合、フレキシブル基板上の穴部が不要となるため、ランド部間のクリアランスを大きく取ることができる。この結果、リードピンを増加することが十分可能となる。幅0.2mmのリードを接合するためにはフレキシブル基板上のパッドの幅を0.35mmとすれば良く、隣り合うパッド間隔を0.3mm設けるとピンピッチは0.65mmとなり、筐体幅6mmの場合、略8本のピンを配置することが可能である。
非特許文献2には、リードピンに対しフレキシブル基板を接続した光送信モジュール(光送信サブアセンブリ)が記載されている。
On the other hand, when the flexible substrate is connected in parallel to the lead pins, a hole on the flexible substrate is not necessary, so that a clearance between the land portions can be increased. As a result, it is possible to increase the number of lead pins. In order to join a lead with a width of 0.2 mm, the width of the pad on the flexible substrate may be 0.35 mm. When the spacing between adjacent pads is 0.3 mm, the pin pitch is 0.65 mm and the housing width is 6 mm. In this case, it is possible to arrange approximately eight pins.
Non-Patent Document 2 describes an optical transmission module (optical transmission subassembly) in which a flexible substrate is connected to lead pins.
しかし、リードピンとフレキシブル基板との接続パタンにおいてパタンの幅は接続強度保つためにリードピンの幅よりやや大きく設定する必要がある。さらに、一般的なフレキシブル基板の比誘電率と厚さの制約から信号線路のインピーダンスが50Ωから大きく逸脱することが避けられない。先に示したパッドの幅0.35mmで一般的なフレキシブル基板の比誘電率3.2、厚さ50μmを用いると信号線路のインピーダンスは約20Ωと50Ωに比べ極端に小さくなる。インピーダンスの不整合を抑えるべく単純に接続部のパタン長を短縮すると、接続部分での機械的強度が不十分となる問題がある。 However, in the connection pattern between the lead pin and the flexible substrate, the pattern width needs to be set slightly larger than the width of the lead pin in order to maintain the connection strength. Furthermore, it is inevitable that the impedance of the signal line greatly deviates from 50Ω due to restrictions on the relative dielectric constant and thickness of a general flexible substrate. When the pad width is 0.35 mm, the relative permittivity of a general flexible substrate is 3.2, and the thickness is 50 μm, the impedance of the signal line is extremely small compared to about 20Ω and 50Ω. If the pattern length of the connecting portion is simply shortened to suppress impedance mismatch, there is a problem that the mechanical strength at the connecting portion becomes insufficient.
本発明は、接続部分での機械的強度を損なうことなく、かつインピーダンスの不整合を抑えたリードピンとフレキシブル基板の接続方法を用いた光送信モジュールを提供する。 The present invention provides an optical transmission module using a method of connecting a lead pin and a flexible board without impairing impedance mismatch without impairing mechanical strength at a connection portion.
本発明は裏面導体の一部に導体のない孔状パタンを持つGND導体パタンを形成したフレキシブル基板を用いることにより、信号線路のインピーダンスが50Ωより高い領域と低い領域を伝送方向に沿って交互に配置し、各々の領域の長さを適切に設定することで信号線路のインピーダンスの不整合を抑える。 In the present invention, by using a flexible substrate in which a GND conductor pattern having a hole pattern without a conductor is formed on a part of a back conductor, a region where the impedance of the signal line is higher than 50Ω and a region where the impedance is lower than 50Ω are alternately arranged along the transmission direction. Arranging and appropriately setting the length of each region suppresses the mismatch of the impedance of the signal line.
上述した課題は、発光素子と、発光素子からの光を変調して光信号に変換する変調素子と、発光素子の温度を調節する温度調節手段とを筐体に内蔵し、変調素子に接続されたリードピンを含む複数のリードピンと、その表面の複数のパッドとの間で表面接続するプリント基板を含み、プリント基板は、その表面に前記複数のパッドの一つと接続された信号線路と信号線路の両側に形成されたグランド線路と、その裏面に前記グランド線路と接続されたグランドパターンとを含み、信号線と接続されたパッド裏面の前記グランドパターンにスリット状の切り欠きを有する光送信モジュールにより、達成できる。 The above-described problem is that a light-emitting element, a modulation element that modulates light from the light-emitting element and converts it into an optical signal, and a temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the light-emitting element are incorporated in the housing and connected to the modulation element. A printed circuit board that is surface-connected between a plurality of lead pins including a plurality of lead pins and a plurality of pads on the surface of the printed circuit board, wherein the printed circuit board includes a signal line and a signal line connected to one of the plurality of pads on the surface An optical transmission module including a ground line formed on both sides and a ground pattern connected to the ground line on the back surface thereof, and having a slit-like notch on the ground pattern on the pad back surface connected to the signal line, Can be achieved.
また、発光素子と、この発光素子からの光を変調して光信号に変換する変調素子と、発光素子の温度を調節する温度調節手段とを筐体に内蔵し、変調素子に接続されたリードピンを含む複数のリードピンと、その表面の複数のパッドとの間で表面接続するプリント基板を含み、プリント基板はインピーダンス変換部を有する光送信モジュールにより、達成できる。 Also, a lead pin that is built in the housing and includes a light emitting element, a modulation element that modulates light from the light emitting element and converts the light into an optical signal, and temperature adjusting means that adjusts the temperature of the light emitting element, and is connected to the modulation element The printed circuit board can be achieved by an optical transmission module having an impedance converter.
信号線路のインピーダンスの不整合を抑えることで良好な光出力波形を得ることが可能となる。 It is possible to obtain a good optical output waveform by suppressing the mismatch of the impedance of the signal line.
以下本発明の実施の形態について、実施例を用いて図面を参照しながら説明する。なお、同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。
実施例を、図1ないし図5を用いて説明する。ここで、図1は光送信モジュールサブアセンブリのブロック図である。図2は光送信モジュールサブアセンブリとフレキシブルプリント基板の接続部の斜視透視図である。図3は光送信モジュールサブアセンブリとフレキシブルプリント基板の接続部の透視平面図である。図4は光送信モジュールサブアセンブリとフレキシブルプリント基板の接続部の断面図である。図5は光送信モジュールサブアセンブリとフレキシブルプリント基板の接続部のインピーダンスを説明するスミスチャートである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described using examples with reference to the drawings. Note that the same reference numerals are assigned to the same parts, and description thereof is not repeated.
An embodiment will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a block diagram of the optical transmission module subassembly. FIG. 2 is a perspective perspective view of a connection portion between the optical transmission module subassembly and the flexible printed circuit board. FIG. 3 is a perspective plan view of a connection portion between the optical transmission module subassembly and the flexible printed circuit board. FIG. 4 is a cross-sectional view of a connection portion between the optical transmission module subassembly and the flexible printed circuit board. FIG. 5 is a Smith chart for explaining the impedance of the connection portion between the optical transmission module subassembly and the flexible printed circuit board.
図1において、EA変調器集積レーザダイオードのEA変調器12とレーザダイオード11との共通カソード(シグナルグランド)はリードピン22から出力される。なお、図示の簡便のためシグナルグラントは1本で図示しているが、実際にはEA変調器12のアノードリードピン21を挟むように、2本のシグナルグラントとなっている。シグナルグランドには、サーミスタ14が接続され、サーミスタの他端はサーミスタリードピン27である。また、シグナルグランドには、光出力モニタ用のフォトダイオード13のカソードが接続され、フォトダイオード13のアノードはリードピン25から出力される。また、少なくともEA変調器集積レーザダイオードとサーミスタ14は、TEC(Thermo-Electric Cooler)15の上に実装され、TEC15により温度制御される。このとき、TEC15の両端はリードピン23、24と接続され、サーミスタ14が検出した温度に基づいて、外部から温度制御される。
In FIG. 1, a common cathode (signal ground) of the
レーザダイオード11の前方光は、集積されたEA変調器12において変調される。変調された光信号は図示しない光結合系により、図示しない光ファイバに結合され、送信される。レーザダイオード11の後方光は、フォトダイオード13によって受光され、レーザダイオード11の出力を一定にするように、駆動電流を制御される。この駆動電流は、リードピン26から供給される。一方、EA変調器12の変調電気信号は、リードピン21からインピーダンス50Ωの信号線路16を経由して、供給される。
The forward light of the
図2において、筐体10とフレキシブル基板30は、0.6mmの間隔を隔てて、リードピン21、22で接続されている。ここでリードピン21は信号線路16と、リードピン22はシグナルグランドと接続されている。フレキシブル基板30の表面の導体パタン301は信号線路である。また、フレキシブル基板30の表面のGNDパタン302は、ビア303を介して。フレキシブル基板30の裏面のGNDパタン304に接続されている。導体パタン301のリードピン21の先端付近の裏面では、GNDパタン304に幅1.0mmのスリット状の裏面GNDパタン穴部(切り欠き部)305が形成されている。
In FIG. 2, the
図3において、光送信モジュールサブアセンブリとフレキシブルプリント基板の接続部は、断面構造の違いで領域I、II、III、IVの4つの領域に分けることができる。すなわち、領域Iは筐体10とフレキシブル基板30との間隙部分である。隔領域IIはフレキシブル基板のパッド幅が0.35mmで、裏面GNDパタン305がある部分である。領域IIIはフレキシブル基板のパッド幅が0.35mmで、裏面GNDパタン305がない部分である。そして、領域IVはフレキシブル基板の配線幅が80μm(マイクロメータ、0.08mm)で、裏面GNDパタン305がある部分である。
また、各領域の信号線路方向の長さは、領域I:0.6mm、領域II:1.15mm、領域III:1.0mmであり、領域IVについては15mm程度である。
In FIG. 3, the connection portion between the optical transmission module subassembly and the flexible printed circuit board can be divided into four regions I, II, III, and IV depending on the cross-sectional structure. That is, the region I is a gap portion between the
The length of each region in the signal line direction is region I: 0.6 mm, region II: 1.15 mm, region III: 1.0 mm, and region IV is about 15 mm.
図4において、(a)は領域Iの断面図、(b)は領域IIの断面図、(c)は領域IIIの断面図、(d)は領域IVの断面図である。なお、断面の位置は、図3の領域IVに示す方向であり、各図には断面部分のみ図示する(側面部分は、図示しない)。 4, (a) is a cross-sectional view of region I, (b) is a cross-sectional view of region II, (c) is a cross-sectional view of region III, and (d) is a cross-sectional view of region IV. In addition, the position of a cross section is a direction shown to the area | region IV of FIG. 3, and only a cross-sectional part is shown in each figure (a side part is not shown in figure).
図4(a)の領域Iはリードピン21、22で構成されており、その周囲は空気となっている。リードピンは幅0.2mm、高さ0.1mm、ピンピッチ0.67mm程度であり、そのときの信号線路のインピーダンスは約140Ωと50Ωに比べ大きくなる。 Region I in FIG. 4A is composed of lead pins 21 and 22, and the periphery thereof is air. The lead pin has a width of 0.2 mm, a height of 0.1 mm, and a pin pitch of about 0.67 mm. The impedance of the signal line at that time is about 140Ω, which is larger than 50Ω.
図4(b)の領域IIでは表面の導体パタン301の幅をリードピン幅よりやや大きい0.35mmとすることで接続部の充分な機械的強度を得ることができる。さらにリードピンのピッチが0.67mmであることから表面の導体パタン301、302間の幅は0.32mmとなり、接合材の短絡が起きにくい幅を同時に確保することができる。ここで領域IIでは裏面の導体パタン304を設けることで、インピーダンスは20Ωと50Ωに比べ小さく設定している。ここで、フレキシブル基板の比誘電率として3.2、厚さとして50μmを用いた。
In the region II of FIG. 4B, a sufficient mechanical strength of the connecting portion can be obtained by setting the width of the
図4(c)の領域IIIでは表面は領域IIと同じ寸法にしたまま、裏面の導体パタンに穴部305を設けることでインピーダンスは95Ωと50Ωに比べ大きく設定する。
図4(d)の領域IVでは表面の導体パタン301の幅を80μm程度にすることでインピーダンスを50Ωに合わせている。
In the region III of FIG. 4C, the impedance is set larger than 95Ω and 50Ω by providing the
In the region IV of FIG. 4D, the impedance is adjusted to 50Ω by setting the width of the
図5において、信号線路16のインピーダンスが50Ωなので、周波数が10GHzの場合、領域Iでは信号線路のインピーダンスは50Ωから始まり、140Ωを中心にして信号の伝播方向の長さに依存して時計回りに移動する。領域41の信号の伝播方向の長さを0.6mmなので、インピーダンスは約50.7Ω+j15.4Ωとなる。
In FIG. 5, since the impedance of the
領域IIでは、インピーダンスを50Ωより意図的に低く設定することで、インピーダンスは、領域Iの終点から、20Ωを中心に信号の伝播方向の長さに依存して時計回りに移動する。 In the region II, by setting the impedance intentionally lower than 50Ω, the impedance moves clockwise from the end point of the region I depending on the length of the signal propagation direction around 20Ω.
領域IIIでは、信号線路のインピーダンスは、利用域IIの終点から、95Ωを中心に信号の伝播方向の長さに依存して時計回りに移動する。
この結果、領域Iから領域IIIのトータルのインピーダンスは49.8Ωとほぼ50Ωにすることが可能となる。この結果、領域IVのインピーダンスと一致させることができた。
In the region III, the impedance of the signal line moves clockwise from the end point of the use region II depending on the length of the signal propagation direction around 95Ω.
As a result, the total impedance of the region I to the region III can be reduced to 49.8Ω and almost 50Ω. As a result, it was possible to match the impedance of the region IV.
このようにインピーダンスの高い領域I、IIIと低い領域IIを交互に配置し、各々の領域の長さを調節することで線路のインピーダンスが50Ωから外れることを抑制し、良好な光出力波形を得る。ここでは領域I、II、IIIの3つの領域の場合について説明したが、インピーダンスが50Ωより高い領域と低い領域を交互に配置すれば領域の数は3つ以上でも同様の効果が得ることができる。領域の数を増加させるには2つ以上の裏面導体パタン穴部305を配置することで実現することができる。このような構成は、サブアセンブリの筐体とフレキシブル基板とが、0.4mmを超える間隔を隔てて、リードピンで接続された構成で有効である。
インピーダンスの高い領域Iと、低い領域IIとは、筐体とフレキシブル基板とを接続する上で、必然的な構成である。しかし、インピーダンスの高い領域IIIは、意図的に形成した領域であり、インピーダンス変換部と呼べる。
In this way, regions I and III with high impedance and regions II with low impedance are alternately arranged, and by adjusting the length of each region, the impedance of the line is prevented from deviating from 50Ω, and a good optical output waveform is obtained. . Here, the case of the three regions I, II, and III has been described, but the same effect can be obtained even if the number of regions is three or more by alternately arranging regions having a higher impedance than 50Ω and regions having a lower impedance. . Increasing the number of regions can be realized by arranging two or more backside conductor pattern holes 305. Such a configuration is effective in a configuration in which the housing of the subassembly and the flexible substrate are connected by lead pins with an interval exceeding 0.4 mm.
The region I having a high impedance and the region II having a low impedance are indispensable configurations for connecting the housing and the flexible substrate. However, the high-impedance region III is a region formed intentionally and can be called an impedance converter.
なお、周波数10GHzは、変調電気信号のビットレート10Gbit/sにあたり、ビットレートが概ね10Gbit/sの好適な光送信機を実現することができる。ここで、ビットレートが概ね10Gbit/sの光送信機とは、ビットレートが9.95Gbit/s、10.7Gbit/s、11.1Gbit/sのSONET仕様およびビットレートが10.3Gbit/s、11.3Gbit/sの10GbitEather仕様を含み、これらに限られない。
また、本明細書において、光送信モジュールとは、光送信モジュールサブアセンブリにフレキシブルプリント基板が接続された構造を含むモジュールである。
A frequency of 10 GHz corresponds to a modulated electrical signal bit rate of 10 Gbit / s, and a suitable optical transmitter having a bit rate of approximately 10 Gbit / s can be realized. Here, an optical transmitter having a bit rate of approximately 10 Gbit / s is a SONET specification having a bit rate of 9.95 Gbit / s, 10.7 Gbit / s, 11.1 Gbit / s, and a bit rate of 10.3 Gbit / s, Including, but not limited to, the 11.3 Gbit / s 10 Gbit Ether specification.
In this specification, the optical transmission module is a module including a structure in which a flexible printed circuit board is connected to the optical transmission module subassembly.
10…筐体、11…レーザダイオード、12…EA変調器、13…フォトダイオード、14…サーミスタ、15…TEC(Thermo-Electric Cooler)、16…信号線路、21〜27…リードピン、30…フレキシブル基板、301…導体パタン、302…表面GNDパタン、303…ビア、304…裏面GNDパタン、305…裏面GNDパタン穴部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記変調素子に接続されたリードピンを含む複数のリードピンと、その表面の複数のパッドとの間で表面接続するプリント基板を含み、
前記プリント基板は、その表面に前記複数のパッドの一つと接続された信号線路とこの信号線路の両側に形成されたグランド線路と、その裏面に前記グランド線路と接続されたグランドパターンとを含み、
前記信号線と接続されたパッド裏面の前記グランドパターンにスリット状の切り欠きを有することと特徴とする光送信モジュール。 In an optical transmission module that includes a light emitting element, a modulation element that modulates light from the light emitting element and converts the light into an optical signal, and a temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the light emitting element.
A printed circuit board for surface connection between a plurality of lead pins including a lead pin connected to the modulation element and a plurality of pads on the surface thereof;
The printed circuit board includes a signal line connected to one of the plurality of pads on a surface thereof, a ground line formed on both sides of the signal line, and a ground pattern connected to the ground line on a back surface thereof,
An optical transmission module comprising a slit-like notch in the ground pattern on the back surface of the pad connected to the signal line.
前記変調素子に接続されたリードピンを含む複数のリードピンと、その表面の複数のパッドとの間で表面接続するプリント基板を含み、
前記プリント基板はインピーダンス変換部を有することを特徴とする光送信モジュール。 In an optical transmission module that includes a light emitting element, a modulation element that modulates light from the light emitting element and converts the light into an optical signal, and a temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the light emitting element.
A printed circuit board for surface connection between a plurality of lead pins including a lead pin connected to the modulation element and a plurality of pads on the surface thereof;
The optical transmission module, wherein the printed circuit board includes an impedance converter.
前記筐体と、前記プリント基板とは、0.4mm以上の間隙を有して配置されていることを特徴とする光送信モジュール。 The optical transmission module according to claim 1 or 2, wherein
The optical transmission module, wherein the casing and the printed circuit board are arranged with a gap of 0.4 mm or more.
ビットレートが概ね10Gbit/sであることを特徴とする光送信モジュール。 The optical transmission module according to claim 1 or 2, wherein
An optical transmission module having a bit rate of approximately 10 Gbit / s.
前記切り欠きの信号伝送方向の幅は概ね1mmであることを特徴とする光送信モジュール。 The optical transmission module according to claim 1,
The width of the notch in the signal transmission direction is approximately 1 mm.
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