JP2010191346A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】実際の作製工程を経ても、高周波信号の伝送特性は優れ、パッケージと接続した場合でも電磁界放射の少なくなるという利点を有したフレキシブル基板を具備する光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュールのパッケージの外部接続に用いるフレキシブル基板として、リードピンが固着されるコプレーナ線路と、前記コプレーナ領域に接するグランデッドコプレーナ線路と、前記グランデッドコプレーナ線路に接するマイクロストリップ線路とを備え、前記コプレーナ線路の前記グランデッドコプレーナ線路に隣接する領域で、表面グランドラインとシグナルラインとの電磁界成分が、裏面グランドラインとシグナルラインとの電磁界成分よりも支配的となる電極レイアウトとなっているフレキシブル基板を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュールに係わり、特に、フレキシブル基板と、フレキシブル基板にパッケージ（光素子搭載用モジュール筐体）のリードピンが固着される光モジュールに関する。

光通信網は、光信号を伝播するための媒体として光ファイバと、光信号を送受信するための光トランシーバによって構成されている。光トランシーバは、その筐体内に、電気信号を光信号に、光信号を電気信号に変換するための光モジュールと、制御のための電子素子や電気コネクタ等が搭載されたプリント基板とが内包されている。
光モジュールは、レーザ（発光素子）、フォトダイオード（受光素子）といった光電気変換を行う光素子を内部に搭載したパッケージと、フレキシブル基板を備えている。一般的に、これら光モジュールは、受光側ではＲＯＳＡ、送信側ではＴＯＳＡなどと呼ばれることもある。
光素子が搭載されたパッケージは、ＣＡＮ型パッケージやＢｏｘ型パッケージが使用され、信号の入出力には、リードピンが使われている。このリードピンはフレキシブル基板に貫通されて半田固着されるか、リードピンとフレキシブル基板がほぼ水平をなすように配置され、リードピンがフレキシブル基板上の導体と半田固着される。
このような光モジュールの構成は、数百Ｍｂｐｓ〜１０Ｇｂｐｓ程度の伝送速度に対応した光トランシーバ内において、しばしば利用されており、近年ではＸＭＤと呼ばれる規格に対応した光モジュールが数社により製品化されている。
ところで、光モジュールのリードピンの幅は、その機械的強度を保つために２００ミクロン程度がしばしば用いられる。このパッケージのリードピンと、１００ミクロン幅のマイクロストリップ線路を、半田で固着することは出来ない。

特許文献１のフレキシブル基板は、マイクロストリップ線路からコプレーナ線路に変化し、コプレーナ線路でリードピンと接続する伝送線路の構造となっている。そして、コプレーナ線路のシグナルラインの幅をマイクロストリップ線路のシグナルラインの幅よりも広げることで、リードピンとの接続を容易にしている。
なお、本願明細書では、「マイクロストリップ線路」は、フレキシブル基板の第１主平面（以後、「表面」と称する。）に表面グランドラインで挟まれていないシグナルラインを備え、フレキシブル基板の第２主平面（以後、「裏面」と称する。）に、シグナルラインと重なる裏面グランドラインを備えた伝送線路のことをいい、「コプレーナ線路」とは、フレキシブル基板の表面にギャップを介して表面グランドラインに挟まれたシグナルラインを備え、フレキシブル基板の裏面に、シグナルラインと重ならない裏面グランドラインを備えた伝送線路のことをいい、後述する「グランデッドコプレーナ線路」とは、フレキシブル基板の表面に表面グランドラインで挟またシグナルラインを備え、フレキシブル基板の裏面に、シグナルラインと重なる裏面グランドラインを備えた伝送線路のことをいうものとする。
なお、上述した特許文献１では、特に、マイクロストリップ線路からコプレーナ線路に変わった領域において、シグナルラインのライン幅がコプレーナ線路で徐々に広がることで、矩形の表面グランドラインとの距離が徐々に狭まる構造が採用されている。また、このとき、裏面グランドラインは、裏面グランドラインがシグナルラインを挟むように分岐し、シグナルラインとの距離が徐々に離れる構造が採用されている。

特開２００７―１２３７４１公報

前述の特許文献１に開示されているフレキシブル基板には、以下に説明するプロセスに起因する位置ズレによる伝送特性の低下を招きやすいという課題があった。
フレキシブル基板の作製工程において、表面の導体パターンと裏面の導体パターンのパターニングは、一括して行うことが出来ない。一般的には、導体パターンをベースフィルムに別個に張り合わせをするか、表裏面、別々にエッチングをすることで、パターニングを行う。このような場合、表面の導体パターンと裏面の導体パターンは、最大５０ミクロン程度の位置ズレを起こしてしまうのが一般的である。また、仮に位置ズレを無くそうとすると、著しく量産性が低下する。かかるフレキシブル基板を光モジュールのパッケージの外部接続に用いる場合、事前にフレキシブル基板の検査が必要になる。従って、フレキシブル基板の導体レイアウトを工夫することで、表裏導体パターンの位置ズレが発生しても、特性に影響が出にくい構造であれば、そのような検査工程を経る必要もなくなる。

特許文献１の構造は、マイクロスリップ線路からコプレーナ線路に変わった領域、つまり、コプレーナ線路のマイクロストリップ線路に隣接する領域では、矩形の表面グランドラインとシグナルラインとの距離はシグナルラインの幅変化分だけ狭まるが、裏面グランドラインとシグナルラインとの距離は徐々に広がる形状になっているため、マイクロスリップ線路からコプレーナ線路に変わった領域では、裏面グランドラインとシグナルラインとの距離の方が、表面グランドラインとシグナルラインとの距離よりも近い状態となっている。この状態では裏面グランドラインとシグナルラインとの間で生じる電磁界成分が支配的となる。従って、表面の導体パターンと裏面の導体パターンの位置ズレが発生すると、電磁界分布がシグナルラインの中心軸に対して左右対称にならないことになる。そのため、特性インピーダンスが変化し、伝送特性の劣化を引き起こしてしまう可能性があった。

また、このようなフレキシブル基板を光モジュールを構成するパッケージのリードピンとの接続に用いる場合、フレキシブル基板では実際の電磁界分布がコプレーナ線路のシグナルラインの左右で不均衡になっているにもかかわらず、パッケージ内の伝送線路の電磁界分布は、左右の電磁界分布が均衡になるように設計されている。従って、パッケージとフレキシブル基板の接続部では、電磁界分布が整合せず、電磁波の放射を引き起こす。
つまり、特性インピーダンスのズレによる高周波信号の劣化だけでなく、電磁波の放射（ノイズ）による高周波信号の劣化をも引き起こす。このような光モジュールを用いた光トランシーバは、動作不良を引き起こしやすくなる。
この問題は、本発明者らが２５ＧＨｚの高周波信号の伝送に用いた際に生じた信号劣化の原因追及から見いだしたものであり、当然、信号の周波数が高くなる程顕著に現れるが、２５ＧＨｚ未満の周波数でも試した結果、１０ＧＨｚ以上の信号であれば同様の問題が生じていた。
このように、従来のフレキシブル基板を用いた光モジュールでは、高周波信号の特性劣化が生じやすく、それを防ぐためには、フレキシブル基板の事前検査をせざるをえなかった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、優れた伝送特性の光モジュールを容易に得ることが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
上記課題は、パッケージのリードピンと接続されるフレキシブル基板として、リードピンが固着されるコプレーナ線路と、前記コプレーナ領域に接するグランデッドコプレーナ線路と、前記グランデッドコプレーナ線路に接するマイクロストリップ線路とを備え、前記コプレーナ線路の前記グランデッドコプレーナ線路に隣接する領域で、表面グランドラインとシグナルラインとの電磁界成分が、裏面グランドラインとシグナルラインとの電磁界成分よりも支配的となる電極レイアウトとなっているものを用いることで解決できる。
この１つの具体例は、前記コプレーナ線路の前記グランデッドコプレーナ線路に隣接する領域で、前記コプレーナ線路の表面グランドラインとシグナルラインとの間隔が、前記コプレーナ線路の裏面グランドラインとシグナルラインとの間隔よりも狭くなっている電極レイアウトである。
グランデッドコプレーナ線路からコプレーナ線路に切り替わった際に、表面グランドラインとシグナルラインとの電磁界が支配的になっていれば、電磁界分布の変換がスムーズに行われ、かつ、表裏の導体パターンの位置ズレがフレキシブル基板の特性に与える影響が極めて少ない。従って、位置ズレ起因の不良抑制を目的として、フレキシブル基板をリードピンに接続する前に行う部品検査を簡略化でき、また、部品検査なしでも歩留まりを高いまま保持できる。また、インピーダンスがずれることもないので、ノイズが少なく、高周波伝送特性の優れた光モジュールを安価に再現性よく製造できるようになる。

また、上記課題を解決する他の手段を以下に示す。
（１）回路基板と、前記回路基板に接続されるフレキシブル基板と、リードピンを有し、前記フレキシブル基板に該リードピンが固着されるパッケージとを備えた光モジュールであって、前記フレキシブル基板は、第１主平面上に、シグナルラインと、前記シグナルラインの左右に間隙を介して配置された表面グランドラインとを備え、前記第１主平面に対向する第２主平面上に裏面グランドラインとを備えた伝送線路を備え、前記伝送線路は、前記パッケージに向かって、順に第１領域、第２領域及び第３領域を備え、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域は、前記シグナルライン及び前記表面グランドラインを備え、さらに、前記第１領域は前記シグナルラインと重なり、その重なりが前記第１領域で終端する裏面グランドラインを備え、前記第３領域は前記シグナルラインと重なる裏面グランドラインを備えず、前記第２領域は、前記裏面グランドラインを備えないか又は前記シグナルラインと前記裏面グランドラインとの間の電磁界成分よりも前記シグナルラインと前記表面グランドラインとの電磁界強度の方が大きくなるように配置された裏面グランドラインを備えている構成となっている。

（２）回路基板と、前記回路基板に接続されるフレキシブル基板と、リードピンを有し、前記フレキシブル基板に該リードピンが固着されるパッケージとを備えた光モジュールであって、前記フレキシブル基板は、第１主平面上に、シグナルラインと、前記シグナルラインの左右に間隙を介して配置された表面グランドパターンとを備え、前記第１主平面に対向する第２主平面上に裏面グランドパターンとを備えた伝送線路を備え、前記伝送線路は、前記パッケージに向って、順に第１領域、第２領域及び第３領域を備え、前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域は、前記シグナルライン及び前記表面グランドパターンを備え、前記第１領域は、前記シグナルラインと重なり、前記第１領域で終端する裏面グランドラインを備え、前記第３領域は、前記シグナルラインと重なる位置には裏面グランドラインを備えず、前記第２領域は、前記シグナルラインと重なる位置には裏面グランドを備えないか、又は、前記シグナルラインと前記裏面グランドラインとの間の距離が前記シグナルラインと前記表面グランドラインとの間の距離よりも長くなる裏面グランドラインを備えている。

本発明によれば、優れた高周波伝送特性の光モジュールを安価に提供することができる。

本発明の実施例１のフレキシブル基板の構成を示す上面図である。 図１のフレキシブル基板のＡ−Ａ’切断線、Ｂ−Ｂ’切断線、およびＣ−Ｃ’切断線に沿った断面構造を示す断面図である。 本発明の実施例２のフレキシブル基板の構成を示す上面図である。 本発明の実施例２のフレキシブル基板の変形例の構成を示す上面図である。 本発明の実施例３のフレキシブル基板の構成を示す上面図である。 本発明の実施例４のフレキシブル基板の構成を示す上面図である。 図６に示すフレキシブル基板を、リードピンを有するパッケージに実装した状態を示す図である。 第５の実施例のフレキシブル基板を示す上面図である。 図８は、本発明の実施例５のフレキシブル基板の構成例を示す上面図である。 図８に示すフレキシブル基板を、リードピンを有するパッケージに実装した状態を示す図である。 本発明の実施例６のフレキシブル基板の構成を示す上面図である。 図１０に示すフレキシブル基板を、リードピンを有するパッケージに実装した状態を示す図である。 本発明の各実施例のフレキシブル基板を具備する光トランシーバを説明するための断面図である。 計算による効果検証用のフレキシブル基板の上面モデル図である。 効果を検証した計算結果を示すグラフである。 図１３の線Ａ−Ａ’を含むＸＹ平面における電場ベクトル分布を示すシミュレーション図である。 従来例におけるＸＹ平面における電場分布を示すシミュレーション図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図１は、実施例１のフレキシブル基板の構成を示す上面図である。図１のＡ−Ａ’より左側の断面図、Ａ−Ａ’とＢ−Ｂ’との間の断面図、Ｂ−Ｂ’とＣ−Ｃ’との間の断面図、Ｃ−Ｃ’とＤ−Ｄ’との間の断面図を、それぞれ図２（ａ）〜（ｄ）に示す。
なお、図１、および後述する図３〜図５、図６、図８、図１０、図１３において、ベースフィルム５の表面（上面）側に形成された配線パターンを実線で示し、裏面側に形成された配線パターンを点線で示している。以下、これらの電極レイアウトパターンについて説明する。
図２（ａ）〜（ｄ）から分かるように、ベースフィルム５の表面側には、伝送すべき情報を示すシグナルが供給されるシグナルライン１と、グランド電位が供給される表面グランドライン２がパターニングされており、裏面側には、グランド電位が供給される裏面グランドライン３がパターニングされている。表面グランドライン２と裏面グランドライン３は、等電位を保つべく、コンタクトホール４によって電気的導通がなされている。このコンタクトホール４は、ビアやスルーホールなどと言われることもある。
図１のフレキシブル基板は、図１のＡ−Ａ’より左側はマイクロストリップ線路で構成され、Ａ−Ａ’とＢ−Ｂ’との間はグランデッドコプレーナ線路で構成され、Ｂ−Ｂ’とＤ−Ｄ’との間はコプレーナ線路で構成されている。
本実施例のマイクロストリップ線路の断面図を、図２（ａ）に示す。フレキシブル基板の第１主平面（表面）となるベースフィルム５の第１主平面（表面）は、第１の幅のシグナルライン１を備えている。このシグナルライン１は、特性インピーダンス５０±５オーム程度になるように製造される。そして、フレキシブル基板の第２主平面（裏面）となるベースフィルム５の第２主平面（裏面）は、裏面全面に裏面グランドライン３が形成されている。当然、裏面グランドライン３はシグナルライン１と重畳している。

次に、本実施例のグランデッドコプレーナ線路の断面図を、図２（ｂ）に示す。ベースフィルム５の表面に、マイクロストリップ線路のシグナルライン１の幅（第１の幅）がそのまま維持された、マイクロストリップ線路から連続した直線状のシグナルライン１を有する。また、ベースフィルム５の表面には、マイクロストリップ線路では形成しなかった表面グランドライン２を備えている。この表面グランドライン２は、シグナルライン１との距離を一定間隔保ちつつ、シグナルライン１の左右を挟むように形成されている。さらに、ベースフィルム５の裏面は、裏面グランドライン３を備えている。この裏面グランドライン３は、マイクロストリップ線路と同様に、ベースフィルム５の裏面全面に設けられている。当然、裏面グランドライン３はシグナルライン１と重畳している。裏面グランドライン３の縁（凹部の底辺）は、おおよそ信号伝播方向（Ｚ軸）と直交するように（Ｘ軸とおおよそ平行となるように）、シグナルライン１の下側を通る形状である。これは、シグナルライン１と裏面グランドライン３がＸ軸方向に位置ズレを生じた場合においても、シグナルライン１と裏面グランドライン３が交わる近傍においては、互いの相対的位置は変化せず、特性インピーダンスのズレは、ほとんど生じないという利点を有する。

次に、本実施例のコプレーナ線路の断面図を、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示す。ベースフィルム５の表面は、グランデッドコプレーナ線路から繋がるシグナルライン１を備えている。コプレーナ線路のシグナルライン１は、コプレーナ線路のグランデッドコプレーナ線路側の隣接部分、つまり、図１のＢ−Ｂ’からＣ−Ｃ’までの間で、徐々にその幅が広がっていく。そして、コプレーナ線路のシグナルライン１は、図１のＣ−Ｃ’で第２の幅になった後、図１のＣ−Ｃ’からＤ−Ｄ’までの間は、第２の幅で一定になっている。ベースフィルム５は、フレキシブル性を保つために、せいぜい５０ミクロン程度の厚さであるため、マイクロストリップ線路のシグナルライン１の幅は１００ミクロン程度の幅である。したがって、コプレーナ線路のシグナルライン１とリードピンを強固に半田接続することは非常に難しい。そのため、コプレーナ線路のシグナルライン１はグランデッドコプレーナ線路やマイクロスリップ線路のシグナルライン１のライン幅である第１の幅よりも幅広な第２の幅に変換され、そのライン幅が広い第２の幅の部分でリードピンと固着されている。なお、シグナルライン１の中心軸に変化はない。
さらに、ベースフィルム５の表面は、グランデッドコプレーナ線路から連続的に繋がっている表面グランドライン２を備えている。表面グランドライン２は、グランデッドコプレーナ線路と同様に、シグナルライン１を挟んでいる。グランデッドコプレーナ線路と異なるのは、コプレーナ線路のグランデッドコプレーナ線路側の隣接部分、つまり、図１のＢ−Ｂ’からＣ−Ｃ’までの間でシグナルライン１の幅が広がったことに対応して、徐々に表面グランドライン２の幅が細くなっている。この際、シグナルライン１と表面グランドライン２との間隔は徐々に広くなっている。

さらに、ベースフィルム５の裏面は、裏面グランドライン３を備えている。この裏面グランドライン３は、シグナルライン１と重ならないように、矩形の凹部を設けるように分岐し、図１のＢ−Ｂ’で、表面グランドラインの内側まで後退した位置で、シグナルライン１を挟むように配置されている。裏面グランドライン３のグランデッドコプレーナ線路のシグナルライン１と重畳している部分はこのグランデッドコプレーナ線路からコプレーナ線路に変わるところで終端し、コプレーナ線路のシグナルライン１と直交するようになっている。また、分岐した裏面グランドライン３は、マイクロストリップ線路のシグナルライン１の中心軸と離れた後、図１のＤ−Ｄ’まで一定の距離を保つように構成されている。裏面グランドライン３は、表面グランドライン２の内側に内包される。表面グランドライン２と裏面グランドライン３との間の間隔（図２のＴ１）は、表裏の導電パターンの位置ズレを考慮した値とするためにＴ１＞０とする。本実施例では５０μｍ以上で設定した。このような設定によって、仮に位置ズレが発生しても、シグナルライン１との間の電磁界分布に大きな影響を与えることがなくなる。従って、特性インピーダンスのズレが少なく、反射ロスの少ないフレキシブル基板上の伝送路が実現される、という利点を有する。また、シグナルライン１と裏面グランドライン３の位置ズレが生じても、シグナルライン１の左右（ＸＹ平面）の電磁界広がりは均衡であり、リードピン付パッケージと接続した場合、電磁界放射が少ないという利点を有する。

また、本実施例の特徴的な構造として、上述したＢ−Ｂ’からＣ−Ｃ’までの表面グランドライン２と裏面グランドライン３との位置関係がある。つまり、コプレーナ線路のグランデッドコプレーナ線路に隣接する領域における、シグナルライン１と表面グランドライン２との間の電磁界強度が、シグナルライン１と裏面グランドライン３との間の電磁界強度より強くなるように、つまり、シグナルライン１と表面グランドライン２との間の電磁界分布が支配的になるように、シグナルライン１に対して表面グランドライン及び裏面グランドラインのパターン及びレイアウトを調節する。具体的には、シグナルライン１と表面グランドライン２との間隔の方が、シグナルライン１と裏面グランドライン３との間隔よりも近くに配置する。実際に、フレキシブル基板を作製した際に、表面のシグナルライン１と、裏面のグランドライン３が位置ズレを伴っても、特性インピーダンスがずれることが少なく、特に、電磁界分布が信号伝播方向の左右で不均衡になることが少ない。そのため、本実施例では、フレキシブル基板と、光モジュールのパッケージ上の伝送線路の電磁界分布が左右で整合するため、電磁波の放射などが引き起こされにくい。また、表裏の導電パターンの位置ズレが起きていても、特性に大きな影響を与えない。従って、この位置ズレを防止しようとすると、フレキシブル基板の位置ズレ量を全品検査する必要があるが、本実施例のフレキシブル基板を用いれば、検査工程を省くことができるので、製造プロセスを簡略化できる。
このように、本実施例によれば、製造プロセスにおけるフレキシブル基板の検査工程を省いても、優れた高周波信号の伝送特性を実現できる光モジュールを提供することができる。

図１３に効果を検証するためにシミュレーションのモデルを示し、図１４に計算結果を示すグラフを示す。
図１３に示すモデルでは、誘電率３．５、フィルム厚５０ミクロンのベースフィルム５上に、シグナルライン１と表面グランドライン２が３０ミクロン厚でパターニングされている。シグナルライン１は配線幅９０ミクロンのマイクロストリップ線路から幅６００ミクロンのコプレーナ線路に変換されている。シグナルライン１は、シグナル伝送方向に２５０ミクロンがテーパ状となっており、コプレーナ線路部から１５０ミクロンのところで、裏面側のグランドライン３の縁（凹部の底辺）が、シグナル伝送方向に対して、おおよそ直交している。
また、表面グランドライン２と、裏面グランドライン３とはコンタクトホール４によって導通が取られている。なお、シミュレーションに当っては、Ａｎｓｏｆｔ社の３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳを使用している。また、高周波信号の周波数が２５ＧＨｚにおいて、電場ベクトル分布の観測を行った。
図１４では、裏面グランドライン３が適正位置の場合と、Ｘ軸方向に５０ミクロンずらした場合の反射ロスの周波数特性を示す。裏面グランドライン３がずれても、４０ＧＨｚ程度まで、ほとんど反射ロスが増大しておらず、効果が確認できる。

図１５は、図１３の線Ａ−Ａ’を含むＸＹ平面における電場ベクトル分布を示すシミュレーション図面である。なお、図１５において、高周波信号の周波数は２５ＧＨｚである。図１５（ａ）は、表面グランドライン２と裏面グランドライン３が適正位置の場合の電場ベクトル分布を示すものであり、図１５（ｂ）は、裏面グランドライン３の縁が、Ｘ軸方向に５０ミクロンずれた場合の電場ベクトル分布を示すものである。
図１５（ａ）と、図１５（ｂ）において、電場ベクトル分布はほとんど変化せず、Ｘ軸正方向と負方向で、ほぼ対象が保たれていることが分かる。すなわち、表面グランドライン２の方が、裏面グランドライン３よりも、伝送線路に５０ミクロン近接していれば、電場ベクトル分布は、Ｘ軸正方向と負方向で、ほぼ対称に保たれていることが分かる。

図１６は、従来例におけるＸＹ平面における電場ベクトル分布を示すシミュレーション図面である。なお、図１６において、高周波信号の周波数は２５ＧＨｚである。
図１６（ａ）は、表面グランドライン２と裏面グランドライン３が適正位置の電場分布を示すものである。シミュレーションに当っては、グランドライン２よりもグランドライン３の方が、Ｘ軸方向に１００ミクロンだけシグナルライン１に近接している。
図１６（ｂ）は、裏面グランドライン３の縁が、Ｘ軸方向に５０ミクロンずれた場合の電場分布を示すものである。図１６（ａ）では電場ベクトル分布が左右対称（Ｘ軸の正方向と負方向に対称）であるが、図１６（ｂ）では、明らかに左右非対称である。図１６（ｂ）で示されたフレキシブル基板をパッケージと接続した場合、電場ベクトル分布が急激に変化するために、ノイズの原因となる電磁波放射が起きるという問題が発生していた。本実施例によれば、図１５に示すように、シグナルライン１に対してほぼ対称に、同程度の強度の電場が形成されるので、図１６に示す従来技術よりも高周波伝送に優れていることがわかる。
このように、本実施例のフレキシブル基板によれば、シグナルライン１を伝搬する高周波信号の周波数が、１０ＧＨｚ以上、特に、２５ＧＨｚ以上の場合でも、高周波信号の伝送特性は優れ、パッケージと接続した場合でも電磁界放射の少なくなるという利点を有している。

［実施例２］
図３は、本発明の実施例２のフレキシブル基板の構成を示す上面図であり、図４は、本発明の実施例２のフレキシブル基板の変形例の構成を示す上面図である。
図３と図１には相違点が２つある。１つ目の相違点は、コプレーナ線路におけるシグナルライン１と重なる裏面に、コンタクトホール４によって接続されたシグナルパッド６がパターニングされている点である。このシグナルパッド６により、フレキシブル基板の裏面側からリードピンを固着することが可能となっている。
このシグナルパッド６の幅Ｌ３は、シグナルライン１のコプレーナ線路の幅Ｌ４よりも細い。言い換えれば、裏面側のシグナルパッド６よりも、表面側のシグナルライン１の方が、グランドライン２に対して近接している。これにより、フレキシブル基板の裏面側にパターニングされたシグナルパッド６が特性インピーダンスに与える影響が小さく、フレキシブル基板の表面側と裏面側のパターンの位置ズレがあっても、特性インピーダンスの変化が小さくて済むという利点を有する。具体的には、製造後、Ｌ５が５０ミクロン以上となるように設計するのが好ましい。

図３のもう１つの相違点は、図１のグランデッドコプレーナ線路における裏面グランドラインが矩形になっておらず、シグナルライン１と裏面グランドライン３の縁（凹部の底辺）が交差する部分において、裏面グランドライン３の縁が、シグナルライン１を囲むように、凹状の切り欠きが多段テーパで形成されている。
また、図４と図１の相違点は、図１のグランデッドコプレーナ線路におけるシグナルライン１と裏面グランドライン３の縁が交差する部分において、裏面グランドライン３の縁（凹部の底辺）は、シグナルライン１の延伸方向であるシグナル伝搬方向（Ｚ軸方向）に対して、角度を有して交差している。すなわち、図３、図４では、Ｌ１の距離では、裏面グランドライン３の方が、表面グランドライン２よりもシグナルライン１に近接しているが、シグナルライン１の変換部の長さＬ２よりもＬ１が１／３以下であれば、裏面グランドライン３の縁が、シグナル伝搬方向に対して、ほぼ直交しているとしても差し支えない。左右にずれてもグランデッドコプレーナ領域とコプレーナ領域の長さが変更されるだけで、高周波特性には大きな影響がない構造である。

［実施例３］
図５は、本発明の実施例３のフレキシブル基板の構成を示す上面図である。
図１からの大きな変更点は、コプレーナ線路に裏面グランドライン３を設けていない点である。この部分の特性インピーダンスは、ほぼ、シグナルライン１と表面グランドライン２の距離によってのみ保たれている。このような場合は、フレキシブル基板の表裏面のパターンの位置ズレが特に大きい場合においても、Ｘ軸方向の表裏面パターン位置ズレによる特性インピーダンスの変化がほとんど無くなるというメリットを有している。

［実施例４］
図６は、本発明の実施例４のフレキシブル基板の構成を示す上面図であり、図７は、図６に示すフレキシブル基板を、リードピン１０を有するパッケージ９に実装した状態を示す図である。
光通信用のパッケージ９は、内部に搭載された光素子や電子素子を気密封止した構造となっており、パッケージ９は、セラミックや金属などによって構成されている。セラミック基板１１上のパターン１２は、パッケージ９内部の伝送線路と導通が取られている。
パターン１２上には、半田などの金属によってリードピン１０が固着固定されている。リードピン１０は、シグナルライン１、表面グランドライン２、電源、バイアスなどの配線パターン７と半田固着される。
一方、フレキシブル基板の図１との相違点は、シグナルライン１、表面グランドライン２の一部には、矩形状の切り欠きのある凹部がある樹脂８が形成されている点である。これはシグナルライン１上に半田等によってリードピン１０を固着する場合、半田によりシグナルライン１と表面グランドライン２がショートしてしまうことを防ぐためのものである。なお、本実施例、および後述する実施例５において、樹脂８に代えて有機フィルムを使用することも可能である。

なお、本実施例では、シグナルライン１のコプレーナ線路では、シグナルライン１と表面グランドライン２によって、ほぼ特性インピーダンスがコントロールされている。シグナルライン１と表面グランドライン２は同一面上にパターニングされているため、一括プロセスによって形成することが可能であり、線路幅や線路間ギャップなどが±１０ミクロン以下で制御可能である。
したがって、シグナルライン１と表面グランドライン２によって形成される電磁界分布は等方性に優れている。このような場合、セラミック基板１１上のパターン１２を通る信号が形成する電磁界分布と一致しやすく、フレキシブル基板とパッケージ９の接続部で、電磁界放射が起こりにくいというメリットを有する。
また、裏面側のグランドライン３が、特性インピーダンスに影響を及ぼさないため、シグナルライン１と表面グランドライン２は幅広な線路となる。そのため、シグナルライン１や表面グランドライン２上にリードピン１０を位置合わせするのは、容易であり、位置ズレを伴って固着しても、強固に固着されるという利点がある。
例えば、誘電率３．５程度のベースフィルム上にシグナルライン１をパターニングした場合、コプレーナ線路では幅５００ミクロン程度、配線１と表面グランドライン２のギャップは８０ミクロン程度である。すなわち、２００ミクロン程度のリードピンが、このコプレーナ線路の中央部よりも１００ミクロン程度左右にずれても、半田により充分取り付け可能である。

［実施例５］
図８は、本発明の実施例５のフレキシブル基板の構成例を示す上面図であり、図９は、図８に示すフレキシブル基板を、リードピン１０を有するパッケージ９に実装した状態を示す図である。
図８と図３との大きな相違点は、フレキシブル基板のベースフィルム５上には、シグナルライン１や表面グランドライン２がパターニングされ、その上から樹脂８が塗布されている点と配線パターン７が配置されている点である。樹脂８は、シグナルライン１や表面グランドライン２の腐食を防ぐためと、パターンの間隔が狭いところで、半田、金属などの付着によるパターン間のショートなどが起きることを防ぐためである。
シグナルライン１、表面グランドライン２、裏面グランドライン３、配線パターン７には孔１３が設けられており、リードピン１０は、孔１３に貫通された後、半田等によって、シグナルライン１、表面グランドライン２等と半田固着されている。この孔１３は、内壁がメタライズされたスルーホールであったほうが、半田が固着しやすい。
本実施例では、シグナルライン１のコプレーナ線路では、シグナルライン１と表面グランドライン２によって、ほぼ一定の特性インピーダンスがコントロールされている。このような場合、シグナルライン１は幅広な線路となる。そのため、シグナルライン１に孔１３を設けるのは容易である。例えば、誘電率３．５程度のベースフィルム上にシグナルライン１をパターニングした場合、コプレーナ線路部では幅５００ミクロン程度、配線１と表面グランドライン２のギャップは８０ミクロン程度である。さて、２００ミクロン程度のリードピンを貫通するためには、孔１３は直径３００ミクロン程度もあれば充分であり、幅５００ミクロンのコプレーナ線路に孔１３を設けることは作製位置ズレを考慮しても容易である。

［実施例６］
図１０は、本発明の実施例６のフレキシブル基板の構成を示す上面図であり、図１１は、図１０に示すフレキシブル基板を、リードピン１０を有するパッケージ９に実装した状態を示す図である。
本実施例では、フレキシブル基板の表面側がパッケージ９に向くように実装している。シグナルライン１は２本一対で差動線路となっており、一般的には、差動の特性インピーダンスが１００オーム程度になるように設計されている。シグナルライン１の裏面側には、シグナルパッド６が形成されていて、シグナルパッド６と、シグナルライン１には、孔１３が設けられている。
リードピン１０は、孔１３に貫通された後、半田等によって、シグナルライン１、表面グランドライン２等と半田固着されている。この孔１３は、内壁がメタライズされたスルーホールであったほうが、半田が固着しやすい。
シグナルライン１やシグナルパッド６には孔１３以外にも、両導体間のインダクタンスを低減するために、コンタクトホール４が複数設けられている。このようにコンタクトホール４を設けることは効果的であるが、コンタクトホール４や孔１３を複数個設けることで、距離Ｌ５は１ｍｍ以上となってしまう。
このような場合、実施例でも見られたように、表面グランドライン２よりも、裏面グランドライン３がシグナルライン１に近接し、特性インピーダンスのコントロールがなされた場合、フレキシブル基板の表裏面のパターン位置ズレによる特性インピーダンスの変化は、非常に大きなものになってしまう。しかしながら、本実施例では、表面グランドライン２とシグナルライン１が近接することで、パターンの位置ズレによる特性インピーダンスの変動を抑えることが可能になっている。

［実施例７］
図１２は、本発明の各実施例のフレキシブル基板を具備する光トランシーバを説明するための断面図である。
本実施例の光トランシーバは、光モジュールと、フレキシブル基板１４によって構成されている。光モジュールのパッケージ内部には、サブマント２１に搭載された光素子２２が実装されており、光素子２２とファイバ２８の光結合は、レンズホルダ２４によって固定されたレンズ２５によって成されている。なお、２０は台座、２７はスリーブ、２９はファイバホルダである。
内部を気密封止するためパッケージ９はセラミックまたは金属によって作られており、光信号の通る部分は、ガラス２６となっている。パッケージ９内部から外部への電気信号の入出力は、セラミック基板１１上にパターニングされたパターン１２によって形成されている。
パターン１２上には、半田や金属によって固定されたリードピン１０が固着されている。リードピン１０はフレキシブル基板１４と固定されているが、固定方法は、図９などで示したとおりである。
光トランシーバ内部のプリント基板１９には、配線パターン１７とスルーホール１８が形成されており、配線パターン１７と、フレキシブル基板１４上との配線パターンとは、半田１６によって固着されている。プリント基板１９には、ＬＳＩ１５など電子素子が搭載されている。
本実施例によれば、高速光通信分野で利用される、フレキシブル基板を用いた光モジュールが提供される。これらの光モジュールは、１０Ｇｂｐｓ以上の通信容量をもつ光トランシーバ、光レシーバ、光トランスミッタといった通信用光モジュール内に内包され、利用される。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

１ シグナルライン
２ 表面グランドライン
３ 裏面グランドライン
４ コンタクトホール
５ ベースフィルム
６ シグナルパッド
７ 配線パターン
８ 樹脂
９ パッケージ
１０ リードピン
１１ セラミック基板
１２ パターン
１３ 孔
１４ フレキシブル基板
１５ ＬＳＩ
１６ 半田
１７ 配線パターン
１８ スルーホール
１９ プリント基板
２０ 台座
２１ サブマント
２２ 光素子
２３ ワイヤ
２４ レンズホルダ
２５ レンズ
２６ ガラス
２７ スリーブ
２８ ファイバ
２９ ファイバホルダ

Claims (16)

1. 回路基板と、
   前記回路基板に接続されるフレキシブル基板と、
   リードピンを有し、前記フレキシブル基板に該リードピンが固着されるパッケージとを備えた光モジュールであって、
   前記フレキシブル基板は、第１主平面上に、シグナルラインと、前記シグナルラインの左右に間隙を介して配置された表面グランドラインとを備え、
   前記第１主平面に対向する第２主平面上に裏面グランドラインとを備えた伝送線路を備え、
   前記伝送線路は、前記パッケージに向かって、順に第１領域、第２領域及び第３領域を備え、
   前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域は、前記シグナルライン及び前記表面グランドラインを備え、
   前記第１領域は、前記シグナルラインと重なり、その重なりが前記第１領域で終端する裏面グランドラインを備え、
   前記第３領域は、前記シグナルラインと重なる裏面グランドラインを備えず、
   前記第２領域は、前記裏面グランドラインを備えないか、又は、前記シグナルラインと前記裏面グランドラインとの間の電磁界成分よりも、前記シグナルラインと前記表面グランドラインとの電磁界強度の方が大きくなるように配置された裏面グランドラインを備えていることを特徴とする光モジュール。
2. 回路基板と、
   前記回路基板に接続されるフレキシブル基板と、
   リードピンを有し、前記フレキシブル基板に該リードピンが固着されるパッケージとを備えた光モジュールであって、
   前記フレキシブル基板は、第１主平面上に、シグナルラインと、前記シグナルラインの左右に間隙を介して配置された表面グランドパターンとを備え、
   前記第１主平面に対向する第２主平面上に裏面グランドパターンとを備えた伝送線路を備え、
   前記伝送線路は、前記パッケージに向って、順に第１領域、第２領域及び第３領域を備え、
   前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域は、前記シグナルライン及び前記表面グランドパターンを備え、
   前記第１領域は、前記シグナルラインと重なり、その重なりが前記第１領域で終端する裏面グランドラインを備え、
   前記第３領域は、前記シグナルラインと重なる位置には裏面グランドラインを備えず、
   前記第２領域は、前記シグナルラインと重なる位置には裏面グランドラインを備えないか、又は、前記シグナルラインと前記裏面グランドラインとの間の距離が前記シグナルラインと前記表面グランドラインとの間の距離よりも長くなる裏面グランドラインを備えることを特徴とする光モジュール。
3. 請求項２において、
   前記シグナルラインは、
   前記第１領域にある第１の幅である部分と、
   前記第３領域にある第３の幅である部分と、
   前記第２領域にある前記第１の幅から前記第２の幅へ変化する部分とを備えていることを特徴とする光モジュール。
4. 請求項２において、
   前記第２領域の前記表面グランドラインは、徐々に前記シグナルラインの中心軸から離れていくことを特徴とする光モジュール。
5. 請求項２において、
   前記第３領域の前記表面グランドラインの下に裏面グランドラインを備えていることを特徴とする光モジュール。
6. 請求項５において、
   前記表面グランドラインの下にある裏面グランドラインは、前記表面グランドラインとコンタクトホールで接続されていることを特徴とする光モジュール。
7. 請求項２において、
   前記第２領域に、前記表面グランドラインの下に前記裏面グランドラインを備えていることを特徴とする光モジュール。
8. 請求項７において、
   前記表面グランドラインの下にある裏面グランドラインは、前記表面グランドラインとコンタクトホールで接続されていることを特徴とする光モジュール。
9. 請求項２において、
   前記フレキシブル基板を構成する前記シグナルライン及び前記表面グランドラインは、前記第３領域において前記リードピンと接続されていることを特徴とする光モジュール。
10. 請求項２において、
    前記第１領域での前記シグナルラインと重なる裏面グランドの終端は、前記シグナルラインの延伸方向に対して直交するか又は所定角度になっていることを特徴とする光モジュール。
11. 請求項２において、
    前記フレキシブル基板は、前記第１領域の前記第２領域とは逆側に隣接する第４領域を備え、
    前記第４領域は、前記一対の表面グランドパターンを有さず、前記シグナルラインと重なる裏面グランドパターンを有するマイクロストリップ線路を備え、
    前記第２領域における伝送線路の特性インピーダンスは、前記第４領域におけるマイクロストリプ伝送線路の特性インピーダンスの±５オーム以内であることを特徴とする光モジュール。
12. 請求項２において、
    前記シグナルライン及び前記一対の表面グランドパターンは、有機フィルム、あるいは樹脂で覆われている部分を備えていることを特徴とする光モジュール。
13. 請求項２において、
    前記伝送線路を伝搬する信号の周波数は、１０ＧＨｚ以上であることを特徴とする光モジュール。
14. 請求項１３において、
    前記伝送線路を伝搬する信号の周波数は、２５ＧＨｚ以上であることを特徴とする光モジュール。
15. 回路基板と、
    前記回路基板に接続されるフレキシブル基板と、
    リードピンを有し、前記フレキシブル基板に該リードピンが固着されるパッケージとを備えた光モジュールであって、
    前記フレキシブル基板は、リードピンが固着されるコプレーナ線路と、
    前記コプレーナ領域に接するグランデッドコプレーナ線路と、
    前記グランデッドコプレーナ線路に接するマイクロストリップ線路とを備え、
    前記コプレーナ線路の前記グランデッドコプレーナ線路に隣接する領域で、表面グランドラインとシグナルラインとの電磁界成分が、裏面グランドラインとシグナルラインとの電磁界成分よりも支配的となる電極レイアウトとなっていることを特徴とする光モジュール。
16. 請求項１５において、
    前記コプレーナ線路の前記グランデッドコプレーナ線路に隣接する領域で、前記コプレーナ線路の表面グランドラインとシグナルラインとの間隔が、前記コプレーナ線路の裏面グランドラインとシグナルラインとの間隔よりも狭くなっていることを特徴とする光モジュール。

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