JP2009004460A - 光通信モジュールおよび配線パタンの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光半導体素子のリード端子とプリント基板との接続強度を損なうことなく、その接続部分におけるインピーダンスの不整合を抑えることができる光通信モジュールおよび配線パタンの形成方法を提供すること。
【解決手段】レーザダイオードを内蔵する筐体１０と、筐体１０の信号ピン２０が接続されるフレキシブル基板３０と、を含む光送信モジュールにおいて、フレキシブル基板３０の一方の面に、筐体１０の信号ピン２０が接続される信号パッド３１を含み、他方の面に、信号パッド３１に対向する領域のうち少なくとも一部を除く領域に形成されたＧＮＤパタン３４を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信モジュールおよび配線パタン形成方法に関し、特に、高周波信号の伝送特性を向上させる技術に関する。

光通信用トランシーバの小型化に伴い、光通信モジュールの小型化が進んでいる。例えば伝送距離が１０ｋｍ以下で伝送レートが１０Ｇｂｉｔ／ｓの光送信モジュールでは、直接変調形のレーザダイオード素子を搭載したＴＯ−ＣＡＮ筐体をフレキシブル基板を用いてトランシーバの主基板に接続するものが現在主流となっている（例えば非特許文献１参照）。

図６は、従来の光送信モジュールの外観図である。同図に示すように、従来は、筐体１００の外部接続リードピン（リード端子）２００に対しフレキシブル基板３００を垂直に接続することにより、筐体１００とフレキシブル基板３００上の線路パタンとを接続するリードピン２００の長さを短縮していた。これにより、リードピン２００による寄生インダクタンスを低減し、入力信号線路のインピーダンス不整合を抑えて光出力波形を良好にしていた。
"DATA SHEET 10GBPS 850NMVCSEL LC AND SC TOSA PACKAGE HFE6X9X-56X"、[online]、2007年、Finisar AdvancedOptical Components Division、［平成１９年５月２３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.finisar.com/download.php?file=images/sub_download_image/7MOFAuHFE6x9x-56x.pdf&down_cat_id=&down_cat_name=Data%20Sheets＞

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の要請が強くなっている。例えば、ＸＭＤ−ＭＳＡ（10Gbit/s Miniature Device Multi Source Agreement）では、筐体幅６ｍｍの小型モジュールが提案されている。通常、伝送距離が４０ｋｍ以上の光送信モジュールにはペルチェ素子が搭載されるため、必要なリードピン数は伝送距離が１０ｋｍ以下の光送信モジュールのリードピン数より多く、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ため、リードピン間の間隔は０．６７ｍｍ以下にする必要がある。

リードピンに対しフレキシブル基板を垂直に接続する場合、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を乗せるランドを設ける必要がある。しかしながら、上記伝送距離が４０ｋｍ以上の光送信モジュールでは、隣接するランド間の間隔を十分にあけることができないため、リードピンとフレキシブル基板とを接続する接合材による短絡が生じやすく、リードピン数を増加することが困難であった。例えば幅０．２ｍｍ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幅０．３ｍｍの穴部と該穴部を囲う幅０．５ｍｍ程度のランドを設ける必要がある。ここで、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にすると、リードピン間隔が０．８ｍｍ以上も必要となるため、筐体幅６ｍｍのモジュールに配置できるリードピンの数は最大６本となってしまう。

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に、リードピンを貫通させる穴部と該穴部を囲うランドを設ける必要はなく、リードピンを接続するためのパッドを設けるだけでよい。このため、リードピンの数を増やしても、パッド間に十分な間隔を確保することができる。例えば幅０．２ｍｍのリードピンを接続するためにフレキシブル基板上のパッド幅を０．３５ｍｍ、隣り合うパッド間隔を０．３ｍｍにすると、リードピン間隔は０．６５ｍｍとなるため、筐体幅６ｍｍのモジュールに８本のリードピンを配置することができる。

しかしながら、リードピンに対しフレキシブル基板を平行に接続すると、信号線路のインピーダンスが５０Ωから大きく逸脱し、光信号の伝送特性が劣化するという別の問題が生じてしまう。例えば、厚さが５０μｍ、比誘電率が３．２である一般的なフレキシブル基板の上に幅０．３５ｍｍの信号パッドを設けると、信号線路のインピーダンスは約２０Ωとなり５０Ωに比べ極端に小さくなる。

かかるインピーダンスの不整合を抑えるべく信号パッド幅を０．０８ｍｍにすると、確かに信号線路のインピーダンスを５０Ωにすることはできるが、リードピンと信号パッドの接続面積が１／４以下となるため、今度はリードピンとフレキシブル基板との接続強度が不十分となってしまう。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、光半導体素子のリード端子とプリント基板との接続強度を損なうことなく、その接続部分におけるインピーダンスの不整合を抑えることができる光通信モジュールおよび配線パタンの形成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る光通信モジュールは、高周波信号を伝送する信号端子を有する光半導体素子と、該光半導体素子の信号端子が接続されるプリント基板と、を含む光通信モジュールであって、前記プリント基板は、一方の面に、前記光半導体素子の信号端子が接続される信号パッドを含み、他方の面に、前記信号パッドに対向する領域のうち少なくとも一部を除く領域に形成されたグランドパタンを含むことを特徴とする。

本発明によれば、グランドパタンが形成された面において、信号パッドに対向する領域のうち少なくとも一部に電気を通さない領域が存在するため、信号パッドからグランドパタンまでの距離がプリント基板の厚さよりも長くなる部分ができる。このため当該部分では、信号パッドとグランドパタンとの間に生じる電界の強度が減少し、信号線路の一部である信号パッドのインピーダンスが上昇する。すなわち本発明によれば、光半導体素子のインピーダンスとプリント基板上に形成される信号線路のインピーダンスとの不整合を抑えることができ、良好な光信号波形を得ることが可能となる。また、プリント基板上に形成される信号パッドの幅を縮小する必要がないため、光半導体素子のリード端子とプリント基板との接続強度を保つことができる。

また、本発明の一態様では、前記信号パッドに対向する領域のうち少なくとも一部は、該信号パッドの長手方向に沿う形状を有する。この態様によれば、プリント基板上に形成される信号パッドのインピーダンスをより効果的に上げることができる。

また、本発明に係る配線パタン形成方法は、高周波信号を伝送するための配線パタンをプリント基板上に形成する配線パタンの形成方法であって、前記プリント基板の一方の面に、高周波信号を伝送する信号端子が接続される信号パッドを形成するステップと、前記プリント基板の他方の面のうち、前記信号パッドに対向する領域のうち少なくとも一部を除く領域に、グランドパタンを形成するステップと、を含むことを特徴とする。

光半導体素子のインピーダンスとプリント基板上に形成される信号線路のインピーダンスとの不整合を抑えることができ、良好な光信号波形を得ることが可能となる。また、プリント基板上に形成される信号パッドの幅を縮小する必要がないため、光半導体素子のリード端子とプリント基板との接続強度が低下しない。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る光送信モジュールの斜視図である。同図に示すように、本実施形態に係る光送信モジュールは、レーザダイオードを内蔵する筐体１０と、フレキシブル基板３０と、を含んで構成される。

筐体１０は、一端がレーザダイオードの各電極に接続された複数のリードピン（リード端子）を備えている。例えば、レーザダイオードに高周波信号を伝送するためのリードピンである信号ピン２０、接地用のリードピンであるＧＮＤピン２２Ａ，２２Ｂを備えている。

フレキシブル基板３０は、方向性を有する形状をしており、一方の面（ここでは表面とする。）には、フレキシブル基板３０の一端からその長手方向に沿って信号線路が延びている。そして、その信号線路には、その一端から所定距離までの部分に他の部分に比べて幅の広い信号パッド３１が形成されており、筐体１０の信号ピン２０が接続できるようになっている。さらに、信号パッド３１の両側には、フレキシブル基板３０の長手方向に沿って信号パッド３１と同一形状のＧＮＤパッド３２Ａ，３２Ｂが形成されており、筐体１０のＧＮＤピン２２Ａ，２２Ｂがそれぞれ接続できるようになっている。

このように、本実施形態に係る光送信モジュールでは、フレキシブル基板３０に穴部やランドを設ける代わりに、フレキシブル基板３０の表面にパッドを形成し、該パッドに対し筐体１０のリードピンをほぼ平行に接続するので、モジュール（筐体１０およびフレキシブル基板３０）の小型化と必要とされる数のリードピンの確保を両立させることができる。また、基板表面に形成されるパッドは十分な幅を有するので、筐体１０のリードピンとフレキシブル基板３０との接続強度が損なわれることもない。

一方、フレキシブル基板３０の他方の面（ここでは裏面とする。）には、基板表面の信号線路に沿って接地用の配線パタンであるＧＮＤパタン３４が形成されている。図２は、図１に示す筐体１０とフレキシブル基板３０との接続部の透視平面図である。また、図３は、図２に示す筐体１０とフレキシブル基板３０との接続部の領域４０における断面図である。図１〜３に示すように、フレキシブル基板３０の裏面には、フレキシブル基板３０の一端からその長手方向に沿ってＧＮＤパタン３４が延びている。このＧＮＤパタン３４は、基板表面に形成されたＧＮＤパッド３２Ａと３２Ｂとの間隔に対応する幅を有しており、ビア３３Ａ，３３Ｂを介してＧＮＤパッド３２Ａ，３２Ｂとそれぞれ接続されている。

さらに、ＧＮＤパタン３４は、フレキシブル基板３０の一端から、基板表面の信号パッド２０と同じ長さかつ同じもしくは若干広い幅を有する矩形領域がエッチングによって除去されている。すなわち、基板裏面のＧＮＤパタン３４には、基板表面の信号パッド２０に対向する領域を含む電気を通さない矩形状の切り込みスリットであるスリット部３５が形成されている。

かかるフレキシブル基板３０によれば、図３に示すように、基板表面の信号パッド３１と基板裏面のＧＮＤパタン３４との距離がフレキシブル基板３０の厚さより大きくなるため、信号パッド３１とＧＮＤパタン３４との間には矢印５０の方向に電界が生じ、ＧＮＤパタン３４にスリット部３５が存在しない場合に比べて電界の強度が減少する。このため、信号パッド３１（信号線路の一部）の特性インピーダンスが上昇し、筐体１０に内蔵されたレーザダイオードの特性インピーダンスとの不整合が抑えられる。

例えば、フレキシブル基板３０が厚さが５０μｍ、比誘電率が３．２の一般的なフレキシブル基板である場合、信号パッド３１の幅を０．３３５ｍｍ、スリット部３５の幅を０．３６ｍｍとすることにより、信号パッド３１の特性インピーダンスを５０Ωに設定することができる。

これに対し、もし仮にＧＮＤパタン３４に上記のようなスリット部３５がなければ、基板表面の信号パッド３１と基板裏面のＧＮＤパッドとの間には、フレキシブル基板３０の厚さ方向を向く電界が信号パッド３１面内にほぼ均一に発生する。この場合、信号パッド３１の特性インピーダンスは２０Ω程度となり、筐体１０に内蔵されたレーザダイオードの特性インピーダンス５０Ωと整合しなくなる。

以上のように、フレキシブル基板３０の裏面に上記ＧＮＤパタン３４を形成することにより、信号ピン２０と基板表面の信号パッド３１との接続部分におけるインピーダンスの不整合を抑えることができるようになる。

なお、上記フレキシブル基板３０は、両面に導体の貼られた基板に対し、エッチングなどで表面に信号パッド３１他の信号線路を形成し、裏面にスリット部３５を有するＧＮＤパタン３４形成することにより製造される。

［実施形態２］
図４は、本発明の実施形態２に係る光送信モジュールの筐体１０とフレキシブル基板３０との接続部の裏面図である。図５は、図４に示す筐体１０とフレキシブル基板３０との接続部の領域４１における断面図である。図４および図５に示すように、本実施形態に係るフレキシブル基板３０の裏面には、スリット部３５Ａ，３５Ｂを有するＧＮＤパタン３４が形成されている。なお、ＧＮＤパタン３４に形成されたスリット部３５Ａ，３５Ｂの形状を除き、本実施形態に係る光送信モジュールは実施形態１と同様の構成を持つものとする。

ＧＮＤパタン３４は、フレキシブル基板３０の一端からその長手方向に沿って延びており、その一端から所定距離の位置に、基板表面に形成された信号パッド３１に対向する領域の一部をそれぞれ含む２つの矩形状の開口スリットであるスリット部３５Ａ，３５Ｂが形成されている。スリット部３５Ａ，３５Ｂはそれぞれ、信号パッド３１の長手方向に沿う長方形をしており、その長さは信号パッド３１より若干短く、幅は信号パッド３１とＧＮＤパッド３２Ａ（または３２Ｂ）との間隔よりも広い。そして、スリット部３５Ａと３５Ｂとの間には、基板表面の信号パッド３１よりも幅の狭い導体部であるＧＮＤパタン３４Ｃがエッチングされずに残されている。

かかるフレキシブル基板３０によれば、図５に示すように、基板表面の信号パッド３１から基板裏面のＧＮＤパタン３４Ａ，３４Ｂまでの各距離が長くなるため、信号パッド３１（信号線路の一部）の特性インピーダンスにおいて、信号パッド３１とＧＮＤパタン３４Ｃとの間のインピーダンスが支配的となる。このため、信号パッド３１の特性インピーダンスが５０ΩになるようＧＮＤパタン３４Ｃの幅を好適に設定することにより、信号ピン２０と信号パッド３１との接続部分におけるインピーダンスの不整合を抑えることができる。

例えば、ＧＮＤパタン３４Ｃの幅を０．０８ｍｍ、信号パッド３１の幅を０．３３５ｍｍ、スリット部３５Ａ，３５Ｂの幅をそれぞれ０．２７５ｍｍとすることにより、信号パッド３１の特性インピーダンスを５０Ωに設定することができる。

また、図５に示すフレキシブル基板３０の断面形状によれば、基板表面の信号パッド３１に対する基板裏面のスリット部３５Ａ，３５Ｂの相対位置が信号パッド３１の幅方向に多少ずれたとしても、スリット部３５Ｃが信号パッド３１に対向する領域から外れることはない。上記のとおり、信号パッド３１の特性インピーダンスにおいては信号パッド３１とＧＮＤパタン３４Ｃとの間のインピーダンスが支配的であるため、この場合、信号パッド３１の特性インピーダンスはほとんど変化しない。すなわち、本実施形態に係るフレキシブル基板３０は、基板表面と基板裏面との間で生じる幅方向への配線パタンのずれ（製造ばらつき）に強いという利点を有している。

以上説明した実施形態によれば、レーザダイオードを内蔵する筐体１０のリードピンとフレキシブル基板３０との接続強度を損なうことなく、その接続部分におけるインピーダンスの不整合を抑えることができ、良好な光信号波形を得ることが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。たとえば、上記実施形態では、本発明を光送信モジュールに適用した例を示したが、本発明は、光受信モジュールその他の高周波信号を扱う通信モジュール全般に適用可能である。また、それら通信モジュールを構成するプリント基板は、一方の面に信号パッドが形成され、他方の面にグランドパタンが形成されたプリント基板であればよく、フレキシブル基板に限定されない。

また、基板裏面には、基板表面に形成された信号パッドに対向する領域のうち少なくとも一部の除外領域を除く領域にグランドパタンが形成されていればよく、当該除外領域の形状が矩形やスリット状である必要はない。ただし、より効果的に信号パッド（信号線路の一部）のインピーダンスを上げるには、当該除外領域の形状を信号パッドの長手方向に沿う形状にすることが望ましい。

本発明の実施形態１に係る光送信モジュールの斜視図である。 本発明の実施形態１に係る光送信モジュールの筐体とフレキシブル基板との接続部の透視平面図である。 図２に示す筐体とフレキシブル基板との接続部の断面図である。 本発明の実施形態２に係る光送信モジュールの筐体とフレキシブル基板との接続部の裏面図である。 図４に示す筐体とフレキシブル基板との接続部の断面図である。 従来の光送信モジュールの外観図である。

符号の説明

１０，１００ 筐体、２０ 信号ピン、２２Ａ，２２Ｂ ＧＮＤピン、３０，３００ フレキシブル基板、３１ 信号パッド、３２Ａ，３２Ｂ ＧＮＤパッド、３３Ａ，３３Ｂ ビア、３４，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ ＧＮＤパタン、３５，３５Ａ，３５Ｂ スリット部、４０，４１ 領域、５０ 電界の方向を示す矢印、２００ リードピン（リード端子）。

Claims (3)

1. 高周波信号を伝送する信号端子を有する光半導体素子と、該光半導体素子の信号端子が接続されるプリント基板と、を含む光通信モジュールであって、
   前記プリント基板は、
   一方の面に、前記光半導体素子の信号端子が接続される信号パッドを含み、
   他方の面に、前記信号パッドに対向する領域のうち少なくとも一部を除く領域に形成されたグランドパタンを含む、
   ことを特徴とする光通信モジュール。
2. 請求項１に記載の光通信モジュールにおいて、
   前記信号パッドに対向する領域のうち少なくとも一部は、該信号パッドの長手方向に沿う形状を有する、
   ことを特徴とする光通信モジュール。
3. 高周波信号を伝送するための配線パタンをプリント基板上に形成する配線パタンの形成方法であって、
   前記プリント基板の一方の面に、高周波信号を伝送する信号端子が接続される信号パッドを形成するステップと、
   前記プリント基板の他方の面のうち、前記信号パッドに対向する領域のうち少なくとも一部を除く領域に、グランドパタンを形成するステップと、
   を含むことを特徴とする配線パタンの形成方法。

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