JP2011108939A - To-can type tosa module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はTO-CAN型TOSAモジュールに関する。 The present invention relates to a TO-CAN type TOSA module.
近年のインターネット、IP電話、動画のダウンロードなどの利用拡大により、必要とされる通信容量が急速に高まっており、光ファイバや光通信機器に搭載される光送受信装置(電気信号と光信号を相互に変換する光電変換器)の需要が拡大している。光送受信装置やそれを構成する部品は、プラガブル(pluggable)といった言葉で表現されるように、搭載や交換といった観点から扱いやすいように、仕様に基づくモジュール化が急速に進展している。XFP(10 Gigabit Small Form Factor)などの光送信器モジュールに搭載される光源もモジュール化が進展しており、TOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly)と呼ばれ、代表的なモジュール形態として、箱型形状のBOX形モジュールが開発されている。(非特許文献1、2、3、4)。XFPは、10ギガビット・イーサネット(10GbE)の着脱モジュールの業界標準規格の一つである。
With the recent expansion of the use of the Internet, IP phones, video downloads, etc., the required communication capacity is rapidly increasing, and optical transmission / reception devices (electrical signals and optical signals are installed in optical fibers and optical communication equipment). Demand for photoelectric converters that convert to Optical transmission / reception devices and components constituting them are rapidly being modularized based on specifications so as to be easy to handle from the viewpoint of mounting and replacement, as expressed in terms such as pluggable. Light sources mounted on optical transmitter modules such as XFP (10 Gigabit Small Form Factor) are also being modularized, called TOSA (Transmitter Optical Sub-Assembly), which is a typical module form that is a box shape. BOX type module has been developed. (Non-patent
光送受信モジュールの普及は、オフィスビルや一般家庭などに設置されるLAN機器等にも広がっており、需要は膨らむ一方である。需要の増加に従って、光モジュールの低コスト化への要求も大きくなっており、そのためにデータ通信、LANで使用されるモジュールの仕様を共通化することが検討されている。さらに、一装置あたりに使用される光モジュールの数が増大したことにより、光モジュールの消費電力を下げることや光モジュールから発生する熱を抑制するなどの技術的な要求が高まっている。 The spread of optical transmission / reception modules has spread to LAN devices installed in office buildings and ordinary homes, and demand is increasing. As the demand increases, the demand for cost reduction of optical modules is also increasing. For this reason, it is considered to make common specifications for modules used in data communication and LAN. Furthermore, with the increase in the number of optical modules used per device, technical demands such as reducing the power consumption of the optical modules and suppressing heat generated from the optical modules are increasing.
これらの要請から、最近では、性能を落とさずに、より低コストで製造可能なTOSAモジュールとして、BOX型(箱型)TOSAモジュールに変わり、TO-CAN(Transistor Outlined CAN)形の光モジュールの急速な普及が予想される。波長制御のため温度コントロールが必須な光モジュールや10Gbpsを超えるような高速な光信号送信応用に用いられる光モジュールの低コスト化のためにTO-CAN形の光モジュール開発が盛んに行われてきている。 In response to these demands, recently, as a TOSA module that can be manufactured at a lower cost without degrading performance, the BOX type (box type) TOSA module has been replaced by a rapid increase in the TO-CAN (Transistor Outlined CAN) type optical module. Dissemination is expected. TO-CAN type optical modules have been actively developed to reduce the cost of optical modules that require temperature control for wavelength control and high-speed optical signal transmission applications exceeding 10 Gbps. Yes.
従来のTO-CAN型TOSAモジュール100は、図1に示すように、複数の配線端子2a、2b、2c、・・・およびステム10を備えたTO-CAN型TOSAモジュール用パッケージにレーザダイオードなどの光半導体光源素子110a等を搭載している。レンズまたは光取り出し用窓4と一体になったキャップ5をステム10に抵抗溶接することにより光デバイスを含む主要部品1をパッケージ内に封止する。さらにステム10の底面にフレキシブルプリント基板6を備え、該モジュールと他の部品とが電気的に接続される。
As shown in FIG. 1, a conventional TO-CAN type TOSA
図1に示すTO-CAN型TOSAモジュールのパッケージは、CANのような形状をしていることから一般にCAN形の光モジュール用パッケージと呼ばれていて、もともとは電子デバイス用の小型パッケージとして開発されたTO-CAN形のパッケージを光モジュール用に転用したものである。TO-CAN形の光モジュールのパッケージは、プレス加工で作成できる、共通仕様があるなどの理由で、製造コストが抑えられる。一方、箱型TOSAモジュールと比較して小型であるために、フレキシブルプリント基板6との電気接続などの実装技術において改善すべき点が多く、実装技術の開発が待たれている。 The TO-CAN type TOSA module package shown in Fig. 1 is generally called a CAN type optical module package because it has a CAN-like shape, and was originally developed as a small package for electronic devices. The TO-CAN type package is diverted for optical modules. The TO-CAN type optical module package can be manufactured by pressing, and the manufacturing cost is reduced because it has common specifications. On the other hand, since it is smaller than the box-type TOSA module, there are many points to be improved in mounting technology such as electrical connection with the flexible printed circuit board 6, and development of the mounting technology is awaited.
従来のTO-CAN型TOSAモジュール50は、図1に示すように、ステム10上に冷却素子としてのペルチェ冷却素子109が載置され、ペルチェ素子109上には、L字型のキャリア105が搭載されており、L字型のキャリア105の側面には、レーザダイオード(LD)やLDと電界吸収型半導体光変調器を集積した変調器集積型レーザなどの光半導体光源素子110aを搭載したサブキャリア基板108が載置されている。また、ステム10上には、サブキャリア基板108と並んで中継線路基板101が立設されている。中継線路基板101には信号リード線2aと光半導体光源素子110aとを接続するための信号線路102aと、接地されたグランドパターン102Gとが形成されている。サブキャリア基板108上の線路102bと中継線路基板101上の信号線路102aとはボンディングワイヤ104で接続されており、光半導体光源素子110aを駆動する高周波信号をサブキャリア基板108上の高周波信号線路102bを介して光半導体光源素子110aに給電している。この信号線路102a、102bを接続するボンディングワイヤ104の両脇には、中継線路基板101とサブキャリア基板108とをグランド接続するワイヤ103a、103bが設けられており、サブキャリア基板108上の高周波信号線路に伝送する高周波信号のグランドを安定させている。
As shown in FIG. 1, the conventional TO-CAN type TOSA
しかしながら、信号線路102a、102bの両脇にグランド配線(ボンディングワイヤ)103a、103bするだけの構成ではグランド接地が十分にとれておらず、周波数が毎秒10ギガヘルツ程度になると、グランド接地が従来のままでは、安定に高周波信号を光半導体光源素子まで送ることができないという問題が明らかになってきた。
However, in the configuration in which the ground lines (bonding wires) 103a and 103b are provided on both sides of the
この問題を解決するために信号線路102a、102bの両脇のグランド配線の本数を増やすことも考えられるが、信号線路近傍に浮遊容量が発生してしまう、多数のグランド配線を行うためのスペースがない、などの問題があった。
In order to solve this problem, it is conceivable to increase the number of ground wirings on both sides of the
また、グランド接地されたステム10は、ペルチェ素子109によってL字キャリア105とは電気的に絶縁されており、ペルチェ素子109は、電気的にはキャパシタのように振る舞う。両者をペルチェ素子109の直近で、ボンディングワイヤ103a、103b、により電気的に接続すれば、グランド強化上効果が大きい。しかしながら、グランド強化するために、電気的に絶縁されたステム10とL字キャリア105をボンディングワイヤで電気的に接続すると、ボンディングワイヤを介して、温度の高いステム10から温度の低いL字キャリア105へ熱の逆流が起こることとなる。これは、ペルチェ素子109は、その上面(L字キャリア105側)から下面(ステム10側)に向かって熱を運び、L字キャリア105上の温度を一定に保つため、ペルチェ素子109によって放出した熱を再びキャリア105に流入させてしまうことを意味している。ボンディングワイヤは金からできているためこの熱流入の問題は避けて通れない。
Further, the
本発明の課題は、熱流入の問題を回避しつつLDなどの光半導体光源素子110aを駆動する信号配線を有するサブキャリア基板108およびこのサブキャリア基板108を搭載するL字型キャリア105をグランド強化することにより、光半導体光源素子110aを駆動する高周波信号の特性を良好にしたTO-CAN型TOSAモジュールを提供することにある。
An object of the present invention is to ground strengthen a
上記の課題を解決するため、すなわち、高周波信号の伝送特性を改善するためには、サブキャリア基板108のグランド電位を安定させることと、熱の流入による影響を抑制することを両立しながら、ペルチェ素子109によって電気的にフローティング状態になっているL字型キャリア105のグランド電位の安定強化を図らなければならない。
In order to solve the above problem, that is, to improve the transmission characteristics of the high frequency signal, while stabilizing the ground potential of the
そのために、本発明の請求項1に記載された発明は、気密封止用の誘電体によって信号リード線が固定され接地された金属製のステムと、前記ステムに固定され、前記ステムと電気的に接続または一体化された金属製のノーズと、前記ステム上に載置された冷却素子としてのペルチェ素子と、前記ペルチェ素子上に載置された金属製のキャリアと、光半導体素子が搭載され、該光半導体素子に駆動信号を送るための信号線路と、前記キャリアと電気的に接続された接地パターンが前面に形成されたサブキャリア基板と、前記サブキャリア基板上の信号線路および前記信号リード線に接続された信号線路と、前記ノーズと電気的に接続された接地パターンが前面に形成された中継線路基板と、前記キャリア基板の前面の接地パターンと前記中継線路基板の前面の接地パターンとをグランド接続する第1のワイヤ、を備えたTO-CAN型TOSAモジュールであって、前記キャリア基板と前記中継線路基板とをグランド接続する第2のワイヤをさらに設けることを特徴とするTO-CAN型TOSAモジュールである。
For this purpose, the invention described in
請求項2に記載された発明は、請求項1に記載のTO-CAN型TOSAモジュールにおいて、前記第2のワイヤは、前記キャリアの裏面と前記ノーズの裏面とを接続するように設けられたことを特徴とする。
The invention described in
請求項3に記載された発明は、請求項1又は2に記載のTO-CAN型TOSAモジュールにおいて、前記第2のワイヤを、前記キャリアの天面と前記ノーズの天面のグランドパターンとを接続するように設けられたことを特徴とする。
The invention described in claim 3 is the TO-CAN type TOSA module according to
本発明のTO-CAN型TOSAモジュールによれば、熱流入の問題を回避しつつLDなどの光半導体光源素子を駆動する信号配線を有するキャリアをグランド強化することにより、LDを駆動する高周波信号の特性を良好にできる。 According to the TO-CAN-type TOSA module of the present invention, a carrier having a signal wiring for driving an optical semiconductor light source element such as an LD is grounded while avoiding a problem of heat inflow, so that a high-frequency signal for driving the LD can be obtained. Good characteristics can be achieved.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図2は本発明のTO-CAN型TOSAモジュールの一例を示す図である。TO-CAN型TOSAモジュール100は、気密封止用の誘電体11(図1参照)、13a、13b(図2参照)と、高周波電気信号やDC電流を通すための複数の配線端子(信号リード線)2a、2b・・・とを備えたステム10上に光半導体光源素子110a等を搭載して構成されている。図示の例では、配線端子2aに高周波電気信号を通している。また、ステム10の底面にはフレキシブルプリント基板(FPC)6が設けられている。ただし、13bで十分な気密封止が確保できる場合、誘電体13aについては気密封止を目的としない材料を選択することも可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 2 is a diagram showing an example of the TO-CAN type TOSA module of the present invention. The TO-CAN
ステム10に用いられる材料は、発熱源である光半導体光源素子110aから発生する熱を放熱する効率を高めるという観点では、熱伝導率が高い材料であることが求められる。ただし、ステム10を構成する材料として金属系の熱伝導率が高いものを用いると、一般に熱膨張係数も高いものとなる。一方、温度変化によって、高周波電気信号を通すための配線端子2aの周囲に設けられる気密封止用のガラス材料とステムとの間でひずみが生じないように、ステム10と同程度の高い熱膨張係数を有するガラス材料を用いることが求められる。ここで、ステム10の熱伝導率を優先して高い熱膨張係数を持つガラス材料を用いる場合、一般にガラス材料の比誘電率も大きなものになる事に注意する必要がある。配線端子2aのうち、ステム10を通過する部分は、中心導体が封止用の円形ガラスで囲まれた同軸ケーブルみなせるが、同軸ケーブルには、その特性インピーダンスが標準値の50Ωであることが求められる。50Ωのインピーダンスを比誘電率の高いガラスで実現するには、ガラスの直径が1mmを大幅に超える大きさになる。ステムに埋め込まれたガラスの上に素子を置くことは信頼性上不可能であり、ステム内でガラスが大きな面積を占有するような構造は許容できない。
The material used for the
これらの観点から、ステム10を2層構成とし、ステムの上層10a(発熱源である光半導体光源素子110a等がペルチェ素子109等を介して間接的に搭載される)を熱伝導率が高い材料で構成し、ステムの下層10bを比誘電率と熱膨張係数が小さいガラス材料にマッチする材料で構成している。例えば、ステム上層10aを熱伝導率が高いSPC(軟鋼、冷間圧延鋼)で構成し、ステム下層10bを熱膨張係数が小さいFe(鉄)−Ni(ニッケル)−Co(コバルト)合金(Kovar、コバール)で構成することができる。
From these viewpoints, the
ステム上層10aは、配線端子2aの周囲が中空(空気は比誘電率がほぼ最小の1)にされている。一方でステム下層10bは、配線端子2aの周囲の誘電体13bとして比誘電率と熱膨張係数が小さいガラス材料が同軸状に配置されることによりステム10を気密封止している。図2には、ステム10内を貫通して設けられる配線端子2aの周囲の誘電体13a、13bの配置関係が破線を用いて示されている。ステム上層10aの誘電体13aとして用いられる空気の誘電率は、ステム下層10bの誘電体13bとして用いられるガラス材料の誘電率よりも低い。従って、ステム上層10aの誘電体13aの部分、すなわち中空の部分の径は、ステム下層10bの誘電体13bの部分、すなわちガラス材料が設けられた部分の径よりも小さく構成できる。ステム上層10aにおいて、高周波電気信号を通す配線端子2aの周囲を中空、すなわち誘電体として低誘電率の空気を用いると、配線端子2aの周囲の断面積を小さく構成しても特性インピーダンスを50Ωに整合させることができる、すなわちインピーダンスマッチングが取れるため、小型化に貢献できるという点でも好ましい。また、配線端子2aの周囲の断面積を小さく構成できること以外にも、ステム10上に搭載する素子の面積を広く確保できるという利点や配線端子周辺を気密封止したステムにレンズキャップを抵抗溶接する際の応力負荷を低減し、ガラス材料にクラックが入るなどのリスクを低減することができる。尚、本実施例では、高周波配線端子の特性インピーダンスが50Ωとなるように構成した例を示したが、チップや外部駆動回路の構成によって特性インピーダンスが50Ω以外の値となるように設計してもよい。
The stem
ステム10には上面に突出したノーズ10cがステム10aのプレス加工時に一体形成されている。ノーズ10cはステム上層10aと同じSPC等の金属製の材料で構成することができる。ステム10は底面に設けられたグランドピン(図示せず)によって接地されることでグランド電位に保たれている。ノーズ10cも、このステム10と一体成形されることによってグランド電位に保たれている。ノーズ10cの前面(図示手前側の面)には中継線路基板101が半田によって固定されている。中継線路基板101は、AlN(窒化アルミ)、Al2O3(アルミナ)等のセラミック材料で構成することができる。ノーズ10c前面に固定された中継線路基板101の前面には、高周波変調信号(光半導体光源素子の駆動信号)用の信号リード線2aと接続される中継線路(信号線路)102aと、この中継線路102aの両側に配置される誘電体(誘電体が露出されている部分)80と、誘電体80を挟んで中継線路102aの両側に形成されたグランドパターン102Gとが設けられている。中継線路基板101前面に設けられたグランドパターン102Gは、スルーホールh1、h2、h3・・・を介して中継線路基板101の裏側に配されるノーズ10cとグランド接続されている。さらに中継線路基板101のグランドパターン102Gは、ステム10に近接する領域においてステム10に半田S1、S2によって接続されてステム10と同電位にされることで安定なマイクロ波の伝搬ができるようにグランド強化されている。
A
中継線路基板101上の中継線路102aは、ボンディングワイヤ104を介してサブキャリア基板108上の中継線路(信号線路)102bと接続されている。サブキャリア基板108は、AlN(窒化アルミ)、Al2O3(アルミナ)等のセラミック材料で構成することができる。この中継線路102bの両側には誘電体(誘電体が露出されている部分)81が配置され、誘電体81の周囲には、グランドパターン120Gが構成されている。サブキャリア基板108上の中継線路102bを伝搬するマイクロ波の安定化のために、中継線路基板101のグランドパターン102Gとサブキャリア基板108のグランドパターン120Gとが、ボンディングワイヤ103a、103b(以下、第1のワイヤともいう)によって接続されている。
A
本発明のTO-CAN型TOSAモジュール100は、後述するように、中継線路基板101のグランドパターン102Gとサブキャリア基板108のグランドパターン120Gとを接続するボンディングワイヤ103a、103b(第1のワイヤ)に加えて、ノーズ10cとキャリア105とを接続するボンディングワイヤ103c、103d、103e、103f等(以下、第2のワイヤともいう)を設けたことに特徴がある。この第2のワイヤを設けることにより、Cu−W(銅−タングステン金属化合物)等の金属すなわち導体で構成されたキャリア105のグランドを強化するとともに間接的にサブキャリア基板108のグランドをも強化することができる。第2のワイヤとしては、図示のような線形状のワイヤ以外にも、リボン状のワイヤを用いてもよい。また、第1のワイヤおよび第2のワイヤはそれぞれ、Au(金)等の良導体材料で構成できる。なお、図2の例では、第2のワイヤをノーズ10cおよびキャリア105の背面および天面の両方に設ける場合を例に挙げて説明しているがこれに限定されない。図3および図4を用いて後述するように、背面または天面のいずれか一方に設けてもよい。
As will be described later, the TO-CAN
ステム10上には、冷却素子としてのペルチェ素子109が搭載されており、ペルチェ素子109上には、各種部品を搭載するためのキャリア105が載置されている。このため従来TO-CAN型TOSAモジュール50(図1参照)では、キャリア105は、ペルチェ素子109上に載置されることによってグランド接地されたステム10から絶縁され、電気的にフローティング状態にあった。しかし、本発明のTO-CAN型TOSAモジュール100においては、グランド接地されたステム10と一体に形成されたノーズ10cと接続する第2のワイヤが設けられているので、キャリア105がグランド強化されている。
A
また、キャリア105には、上部に光半導体光源素子110aからの光をコリメート光にするためのレンズ106が搭載され、その下側にサブキャリア基板108を搭載している。サブキャリア基板108には、光半導体光源素子として、レーザダイオードと光変調器部とをモノリシック集積したチップ110aが搭載され、他に光変調器部を駆動制御するための中継線路102b、終端抵抗110b、コンデンサ110c、温度センサとしてのサーミスタ110dなどが搭載されている。レーザダイオードからの光が光変調器部を通過する際に、中継線路102bから変調器部に印加される電気信号に応じた変調信号が光信号に付与(重畳)される。終端抵抗110b、コンデンサ110cなどは、中継線路102bから光変調器部に効率よく高周波電気信号を引き込むようにその抵抗値や容量、配置が設計されている。キャリア105には、さらに、レーザ出力を監視するフォトダイオード(PD)110e、コンデンサ110fなどが搭載され、外部から光デバイスの動作状態をモニタしたり、電源回路の揺らぎ等の影響が光デバイスに及ばないようにしたり出来るように設計されている。なお、ここでは光半導体光源素子110aの構成を外部変調型とした場合について説明したが、レーザダイオードそのものを変調する直接変調型で構成してもよい。
The
また、ステム10の光半導体光源素子110a等を搭載する面側の上方空間は、レンズ4が設けられたキャップ5によって封止されている。光ファイバや光ファイバを差し込むレセプタクル部に設けられた光導波路に光デバイスの出力を結合させるため、レンズ106でコリメートされた光出力をレンズ4によって集光できるよう設計されている。
In addition, the upper space on the surface side of the
本発明のTO-CAN型TOSAモジュール100において設けられる第2のワイヤについて、図2から図4を用いてさらに説明する。図3は、第2のワイヤ103c、103d、103eがノーズ10cおよびキャリア105の背面に設けられたTO-CAN型TOSAモジュールを示し、図4は、第2のワイヤ103f、103gがノーズ10cおよびキャリア105の天面に設けられたTO-CAN型TOSAモジュールを示している。
The second wire provided in the TO-CAN
本発明のTO-CAN型TOSAモジュール100は、第1のワイヤに加えて、ノーズ10cとキャリア105とを接続する第2のワイヤ103c、103d、103e(図3)、103f、103g(図4)を設けたことに特徴がある。この第2のワイヤ103c、103d、103e、103f、103gを設けることにより、第1には、キャリア105のグランドを強化することができる。これは、グランド接地されたステムと一体に形成されたノーズ10cと同電位に接続されるためである。キャリア105自体のグランドを強化することは、サブキャリア基板108に形成された中継線路102bに伝搬するマイクロ波を安定化させるためにも重要なことである。従来のTO-CAN型TOSAモジュールでは、キャリア105は、ペルチェ素子109上に載置され、グランド接地されたステム10と電気的に絶縁されている。このため、ペルチェ素子109がキャパシタとして振る舞い、キャリア105が電気的にフローティング状態となり、高周波信号が安定しない問題があった。
In addition to the first wire, the TO-CAN
また、第2のワイヤを設けることにより、第2には、サブキャリア基板108のグランドを強化することができる。サブキャリア基板108には、高周波信号の中継線路102bが形成されているので、サブキャリア基板108自体のグランドを強化することも当然重要である。キャリア105はCu−W等の導体で構成されており、サブキャリア基板108は表層面に中継線路102bが形成された表面から裏面にわたる金属膜が施されたAlN(窒化アルミ)、Al2O3(アルミナ)等のセラミック材料で構成されている。サブキャリア基板108はキャリア105に半田付けによって固定されているので、第2のワイヤを設けてキャリア105のグランドを強化すれば、サブキャリア基板108のグランドが強化されることとなる。サブキャリア基板108のグランドが強化されると、中継線路102bを伝搬するマイクロ波がより安定化することとなる。
In addition, by providing the second wire, second, the ground of the
また、第2のワイヤは、ペルチェ素子109から熱が放熱されるステム10に直接接続されない構成であるので、ペルチェ素子109から放出された熱が再びキャリア105やサブキャリア基板108に流入することを妨げられる。
Further, since the second wire is not directly connected to the
したがって、本発明では、第2のワイヤを設けることにより、熱流入の問題を回避しつつ、第1にキャリア105のグランドを強化し、第2にサブキャリア基板108のグランドを強化することによって、サブキャリア基板上の中継線路102bを伝搬するマイクロ波がより安定化するようにしている。
Therefore, in the present invention, by providing the second wire, the ground of the
また、ボンディングワイヤを設ける位置は、ノーズ10cの裏面とキャリア105の裏面とを接続するようにボンディングワイヤ103c、103d、103eを設けて(図3参照)もよく、ノーズ10cの天面とキャリア105の天面とを接続するようにボンディングワイヤ103f、103gを設けて(図4参照)もよく、両方を設けるようにしてもよい。なお、第2のワイヤを設ける本数は、図2乃至4に示すよう背面に3本、天面に2本とすることに限定されない。
Further, the bonding wires may be provided by providing
上記ではステムと一体成型したノーズの構成とすることでノーズ上の中継線路基板のグランド電位を安定させることを例として説明したが、ステムとノーズを別々に作製し、半田等でステムとノーズを張り合わせた構成としても良い。 In the above description, an example in which the ground potential of the relay line substrate on the nose is stabilized by adopting a structure of the nose integrally molded with the stem has been described as an example, but the stem and the nose are separately manufactured, and the stem and the nose are soldered or the like. A laminated structure is also possible.
また、中継線路基板構造について、信号線路の両側および基板下面にグランド面を設けたグランデッドコープレーナー構造としたがマイクロストリップ構造等の他の構造としても良い。 The relay line substrate structure is a grounded coplanar structure in which ground surfaces are provided on both sides of the signal line and on the lower surface of the substrate, but other structures such as a microstrip structure may be used.
因みに、キャリア105をステム10にボンディングワイヤで直接的に接続してもグランド強化されるが、ペルチェ素子109によって放熱された熱を再びサブキャリア基板に流入させてしまうので現実的ではない。また、中継線路基板101のグランドパターン102Gとサブキャリア基板108のグランドパターン120Gとを接続するボンディングワイヤ103a、103bの本数を増やす方法も、高周波線路近傍に浮遊容量を生じてしまうこととなるので現実的ではない。
Incidentally, even if the
図5は、従来のTO-CAN型TOSAモジュールにおけるSパラメータの周波数特性を示す図である。Sパラメータとは、伝送線路上の任意の2点(ポートという)間に高周波電気信号を給電した時に、ポート1からポート2へどの程度電気エネルギーが到達するか(途中で反射されるか)によって伝送線路の特性を評価する指標である。
FIG. 5 is a diagram showing frequency characteristics of S parameters in a conventional TO-CAN type TOSA module. The S parameter depends on how much electrical energy reaches the
実線は挿入損失(Insertion Loss)、またはS21と呼ばれ、ポート1からポート2へとエネルギーが到達する割合をdB(デシベル)表示したものである。S21が0dBとはポート1からポート2へ100%エネルギーが伝送されることを意味する。一方点線は、Rerurn Loss、またはS11と呼ばれ、給電元へエネルギーが反射される割合をdB表示したものである。S11が0dBとは、ポート1で給電したエネルギーがポート2へ全く伝送されないことを示す。図5では、ポート1はフレキシブル基板の端子P1(図3、4参照)であり、ポート2は終端抵抗110b(P2、図2参照)である。
The solid line is called insertion loss (Insertion Loss), or S21, and represents the rate at which energy reaches from
Sパラメータで伝送線路特性を見た場合、S21は0dBに近く、ディップ上の形状がないこと、S11は−10dBをできるだけ上回らないことが求められる。
従来のTO-CAN型TOSAモジュール50では、図5に示すように、S21は、5.8GHzと13GHz、20GHzに大きなディップを持つ。つまり、これらの周波数では、電気エネルギーの伝達が著しく劣化する。一般に電気信号の波形は多くの周波数成分をもつため、ディップのような周波数依存性が存在すると、電気波形が著しく劣化する。S21のディップに対応して、S11は5.8GHzと20GHz近傍で−10dBを大きく上回っており、電気反射が大きいことを意味している。電気反射は、ポート1からポート2へ向かって進行する信号波形と干渉して電気波形を劣化させることになる。これらの著しい損失や反射は、中継線路基板101からキャリア105上のサブキャリア基板108へとワイヤ104を介して形成される伝送線路102a、102bにおいて、電気信号が伝搬する信号線路102a、102bに対して、グランドが十分に強化されていないためにおこるものである。高周波電気信号は、基準となるグランド電位が安定に定義されてはじめて損失や反射を生じることなく、そのエネルギーが伝搬される。
When looking at the transmission line characteristics with the S parameter, S21 is close to 0 dB, there is no shape on the dip, and S11 is required not to exceed -10 dB as much as possible.
In the conventional TO-CAN
図6は、本発明のTO-CAN型TOSAモジュールにおいて発生する損失の周波数特性を示す図である。図6(a)は図3に示すようにボンディングワイヤ103c、103d、103eをノーズ10cとキャリア105の背面に設けた場合、図6(b)は図4に示すようにボンディングワイヤ103f、103gをノーズ10cとキャリア105の天面に設けた場合をそれぞれ示している。図5、6において、実線がS21パラメータの特性を示し、点線がS11パラメータの特性を示している。
FIG. 6 is a diagram showing frequency characteristics of loss generated in the TO-CAN type TOSA module of the present invention. 6A shows a case where
また、図6(a)、(b)に示すように、ノーズ10cとキャリア105の背面や天面にボンディングワイヤを設けた場合は、S21の周波数特性は劇的に改善され、なめらかになっており、ディップの深さも大幅浅くなっている。また、S11は17〜18GHz程度まで、−10dB以下に保たれており、電気反射の少ない線路構造実現されているのがわかる。
Also, as shown in FIGS. 6A and 6B, when the bonding wires are provided on the back surface and the top surface of the
天面にワイヤを設けた場合は、ステム10のペルチェ素子109載置部分よりも十分離れた位置にボンディングワイヤを設けることになるので、より熱流入量を抑制することができる。よって、より熱流入量を抑制するという観点からは、ノーズ10cとキャリア105の天面にボンディングワイヤを設けることが好ましい。
When the wire is provided on the top surface, the bonding wire is provided at a position sufficiently away from the
このように、本発明のTO-CAN型TOSAモジュールによれば、熱流入の問題を回避しつつLDなどの光半導体光源素子を駆動する信号配線を有するキャリアをグランド強化することにより、LDなど光半導体光源素子を駆動する高周波信号の特性を良好にできる。 As described above, according to the TO-CAN type TOSA module of the present invention, the carrier having the signal wiring for driving the optical semiconductor light source element such as the LD is grounded while avoiding the problem of heat inflow. The characteristics of the high-frequency signal for driving the semiconductor light source element can be improved.
1 光デバイスを含む主要部品
2a、2b、2c、2d、2e、2f 配線端子(リードピン)
4 レンズ
5 キャップ
6 フレキシブルプリント基板(FPC)
10 ステム
10a ステムの上層
10b ステムの下層
10c ノーズ
11、13a、13b 気密封止用の誘電体
50 (従来の)TO-CAN型TOSAモジュール
80、81 誘電体
100 (本発明の)TO-CAN型TOSAモジュール
101 中継線路基板
102a、102b 中継線路
102G、120G グランドパターン
103a、103b、103c、103d、103e、103f、103g ボンディングワイヤ
104 ボンディングワイヤ
105 キャリア
106 レンズ
108 サブキャリア基板
109 ペルチェ素子
110a 光半導体光源素子(LD)
110b 終端抵抗
110c コンデンサ
110d サーミスタ
110e フォトダイオード(PD)
110f コンデンサ
S1、S2 半田
h1、h2、h3・・・ スルーホール
1
4
10 stem 10a
110b Terminating
110f Capacitors S1, S2 Solder h1, h2, h3... Through hole
Claims (3)
前記ステムに固定され、前記ステムと電気的に接続または一体化された金属製のノーズと、
前記ステム上に載置された冷却素子としてのペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子上に載置された金属製のキャリアと、
光半導体素子が搭載され、該光半導体素子に駆動信号を送るための信号線路と、前記キャリアと電気的に接続された接地パターンが前面に形成されたサブキャリア基板と、
前記サブキャリア基板上の信号線路および前記信号リード線に接続された信号線路と、前記ノーズと電気的に接続された接地パターンが前面に形成された中継線路基板と、
前記キャリア基板の前面の接地パターンと前記中継線路基板の前面の接地パターンとをグランド接続する第1のワイヤと、を備えたTO-CAN型TOSAモジュールであって、
前記キャリア基板と前記中継線路基板とをグランド接続する第2のワイヤをさらに設けることを特徴とするTO-CAN型TOSAモジュール。 A metal stem with the signal lead fixed and grounded by a dielectric for hermetic sealing;
A metal nose fixed to the stem and electrically connected or integrated with the stem;
A Peltier element as a cooling element placed on the stem;
A metal carrier mounted on the Peltier element;
An optical semiconductor element is mounted, a signal line for sending a drive signal to the optical semiconductor element, a subcarrier substrate having a ground pattern electrically connected to the carrier formed on the front surface,
A signal line connected to the signal line on the subcarrier substrate and the signal lead wire, and a relay line substrate formed on the front surface with a ground pattern electrically connected to the nose;
A TO-CAN type TOSA module comprising: a first wire for grounding the ground pattern on the front surface of the carrier substrate and the ground pattern on the front surface of the relay line substrate;
A TO-CAN type TOSA module, further comprising a second wire for grounding the carrier substrate and the relay line substrate.
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