JP2015225914A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＯＳＡ（光送信モジュール）及び／又はＲＯＳＡ（光受信モジュール）を有し、低コストで物理的強度及び通信品質の高い光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュールは、信号送信及び／又は受信の金属パターン端子である第１端子４６が形成された第１面６１、及び第１面とは異なる面であり、金属パターン端子である第２端子４７が形成された第２面６２を有する光送信モジュール及び／又は光受信モジュール２１と、光送信モジュール及び／又は光受信モジュール２１における光通信を制御する制御基板２７と、第１端子４６、及び制御基板２７における金属パターン端子である第３端子４８を電気的に接続するリード２８と、第２端子４７、及び制御基板２７における金属パターン端子である第４端子４９を電気的に接続するフレキシブル基板３２と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、光モジュールに関する。

光モジュールは、光素子を内蔵する光送信モジュール（以下、「ＴＯＳＡ：Transmitter Optical Sub-Assembly」という。）または光受信モジュール（以下、「ＲＯＳＡ：Receiver Optical Sub-Assembly」という。）またはその両方、各種部品を搭載した制御基板、これらを格納する構造部品から構成される。ＴＯＳＡあるいはＲＯＳＡは電源、信号を外部から供給されるための外部電気接続部を有している。外部電気接続部はリードが出ている構造が一般的である。そのリードと制御基板の最も単純な接続方法の一つに、リードを直接制御基板にはんだ付けする方法がある。

しかしながら光モジュールにおける主信号高周波特性劣化を抑制するためのインピーダンスマッチング、あるいは、各部品間の外形寸法公差を吸収するために、フレキシブル基板を介して、ＴＯＳＡあるいはＲＯＳＡを制御基板と接続する方法が広く用いられている。例えば、特許文献１および２に記載の方式がこれに該当する。

こうした光モジュールは、複数のメーカー間でのマルチソースアグリーメント（ＭＳＡ）が締結され、電気特性、光学特性、外形寸法等を同一規格での製品化が進んでいる。外形寸法については例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓ光通信モジュールＸＦＰ（10 Gigabit Small Form Factor Pluggable）や、１０Ｇｂｉｔ／ｓ光通信モジュールＳＦＰ＋（Small Form-Factor Pluggable Plus）のように小型でかつ光送信用レセプタクル、光受信用レセプタクル、電気インターフェースカードエッジの位置が規格により定められている。こうした規格化、小型化の流れは４０Ｇｂｉｔ／ｓ, １００Ｇｂｉｔ／ｓにも適用されており、今後も続いていくと考えられる。

特開２００７−６７３８０号公報 特開２００４−２４１９１５号公報

近年、ＴＯＳＡ及び／又はＲＯＳＡは、様々な機能を内蔵するために抵抗、コンデンサなどの受動部品に加えて、内部にＩＣ（Integrated Circuit）を実装する高機能なものがある。また、複数の光素子を一つのパッケージ内に集積することにより、高機能化したＴＯＳＡまたはＲＯＳＡの技術も広く用いられるようになった。

光モジュール内において、ＴＯＳＡ及び／又はＲＯＳＡは、これらを制御する制御基板と電気的に接続される。特にこのような高機能化されたＴＯＳＡ及び／又はＲＯＳＡは、多くの信号線と接続される必要があるが、限られた空間において、低コストで物理的強度及び通信品質を保って接続することは難しかった。

本発明は、上述の事情に鑑みてしたものであり、ＴＯＳＡ及び／又はＲＯＳＡを有し、低コストで物理的強度及び通信品質を高く保つことのできる光モジュールを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための代表的な光モジュールは以下の通りである。

（１）信号送信及び／又は受信の金属パターン端子である第１端子が形成された第１面、及び前記第１面とは異なる面であり、前記金属パターン端子である第２端子が形成された第２面を有する光送信モジュール及び／又は光受信モジュールと、前記光送信モジュール及び／又は光受信モジュールにおける光通信を制御する制御基板と、前記第１端子、及び前記制御基板における前記金属パターン端子である第３端子を電気的に接続するリードと、前記第２端子、及び前記制御基板における前記金属パターン端子である第４端子を電気的に接続するフレキシブル基板と、を備える光モジュール。

（２）上記（１）に記載の光モジュールであって、光送信モジュール及び／又は光受信モジュールの前記第１面および前記第２面は、同じ方向を向いている、ことを特徴とする光モジュール。

（３）上記（１）又は（２）に記載の光モジュールであって、前記第１端子及び前記第２端子のうち、高周波信号は前記第２端子に印加される、ことを特徴とする光モジュール。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の光モジュールであって、前記リード及び前記フレキシブル基板は、前記制御基板の異なる面でそれぞれ接続している、ことを特徴とする光モジュール。

（５）上記（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の光モジュールであって、前記制御基板は複数であり、前記リード及び前記フレキシブル基板は、異なる前記制御基板に接続している、ことを特徴とする光モジュール。

（６）上記（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の光モジュールであって、前記フレキシブル基板は、前記光送信モジュール及び／又は光受信モジュールとリードを介して接続されている、ことを特徴とする光モジュール。

（７）上記（１）乃至（６）のいずれか一項に記載の光モジュールであって、前記第１端子と前記第３端子間を接続する前記リードは湾曲している、ことを特徴とする光モジュール。

本願発明によれば、低コストで、小型・高機能な光モジュールを提供することができる。

本実施例の光モジュールの構成の一例を示す平面図である。 本実施例の光モジュールの構成の一例を示す裏面図である。 図１の破線Ａ部を拡大して示す斜視図。 図１のIV−IV線に沿った断面を示す図である。 図４と同様の視野による、比較例１について示す断面図である。 図４と同様の視野による、比較例２について示す断面図である。

以下、実施例について図面を用いて説明する。

本実施例では、波長可変機能を有しＳＦＰ＋規格に準拠した光モジュール１００の例を説明する。しかしながら、ＳＦＰ＋規格に準拠した例は、小型化された光モジュール１００であることを示すものであり、ＳＦＰ＋規格に準拠しない光モジュール１００であってもよい。また、光モジュール１００は、波長可変機能を有しないものであってもよい。

図１及び２は、本実施例の波長可変機能を有しＳＦＰ＋規格に準拠した光モジュール１００の構成の一例を示す図である。図１は上面を示す平面図であり、図２はその裏面図である。光モジュール１００は、主要光部品であるＴＯＳＡ２１、ＲＯＳＡ２２と、送信信号用ドライバＩＣ２３と、受信信号用ポストアンプＩＣ２４と、制御回路（２５、２６）を搭載した制御基板２７とを有している。本来光モジュール１００は上記部品をケース等の構造部品に格納されるが、ここでは図示を省略している。光モジュールは小型化が進んでいるが、ＴＯＳＡ２１・ＲＯＳＡ２２は機能の集積化が求められているため小型化には限界がある。そのため、ＴＯＳＡ２１とＲＯＳＡ２２を光モジュール内に横並びに格納した場合は、その他の要素に割り当てる寸法は非常に小さくなる。従って、ＴＯＳＡ２１及びＲＯＳＡ２２と制御基板２７とが接続される箇所は、光ファイバが接続される側とは反対側の一箇所のみとなることが多い。ここで図には示されていないが、ＴＯＳＡ２１には波長可変機能を実現するためのＩＣ３１（後述）が備わっている。なお、ＩＣ３１は波長可変機能だけでなく、他の機能を含んでいてもよく、また波長可変機能を含まずに、他の機能のみを含むＩＣ３１であってもよい。また、ＩＣ３１を含まないＴＯＳＡ２１であってもよい。

図３は、図２の破線Ａ部を拡大して示す斜視図であり、図４は、図２のIV−IV線に沿った断面を示す図である。なお、図３及び４ではＴＯＳＡ２１と制御基板２７との接続について説明するが、ＲＯＳＡ２２であってもよい。この図に示されるように、ＴＯＳＡ２１は、外部接続部４１を有し、外部接続部４１は、外部と信号を送信及び／又は受信する金属パターン端子からなる第１端子４６が形成された第１面６１と、同様に金属パターン端子からなる第２端子４７が形成された第２面６２とを有している。

上述したように本実施形態に係るＴＯＳＡ２１はＩＣ３１を含み、さらに光素子等も含まれており、これらの制御・駆動のために、ＴＯＳＡ２１において外部と信号を送受信する金属パターン端子の数は２０個となる。同一面上に２０個の金属パターン端子を並べて配置することは、限られたスペースにおいて困難なため、図３に示すような異なる２つの面上に第１端子４６及び第２端子４７を配置する構造をとっている。なお、本実施形態においては、２つの異なる面（６１，６２）上にそれぞれ金属パターン端子（４６，４７）を配置する構成としているが、３以上の異なる面上に配置されるものであってもよい。

外部接続部４１は積層セラミック構造を有し、配線パターンなどが表面および内部に形成されている。なお、積層セラミック構造に限らずＴＯＳＡ２１内部と外部との電気的に接続する機能を有していれば、他の構造であっても構わない。図４の第２面６２に形成された第２端子４７に、ロウ付け等により接続されるリード２９はフレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）３２とはんだ等により接続され、フレキシブル基板３２の反対側の端子は、制御基板２７の金属パターン端子である第４端子４９に接続されている。一方、第１面６１に形成された第１端子４６にロウ付け等により接続されたリード２８は一部が山なりに成形（湾曲）された状態で、直接制御基板２７の金属パターン端子である第３端子４８に接続されている。ここで、第３端子４８とリード２８とは、はんだ３０等により接続され、制御基板２７の第４端子４９とフレキシブル基板３２とは、はんだ付け又はＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）等による圧着により取付けられる。

しかしながら、制御基板２７とリード２８との接続、及び制御基板２７とフレキシブル基板３２との接続はこれ以外の方法を適宜用いることができる。ここでリード２８及び２９は、導電性及び可撓性のある素材からなる信号伝達媒体であり、通常金属で形成されている。本実施形態においては、第２面６２の第２端子４７とフレキシブル基板３２とは、リード２９を介して接続されることとしたが、第２端子４７とフレキシブル基板３２とをリード２９を用いずに接続することとしてもよい。この場合には、ＡＣＦ等により第２端子４７とフレキシブル基板３２とを圧着することとしてもよいし、はんだ付けによる接続でも構わない。

本実施形態の光モジュール１００において、第１面６１及び第２面６２にそれぞれ形成された第１端子４６及び第２端子４７のうち、１０Ｇｂｉｔ／ｓの主信号ラインの高周波信号は第２面６２の第２端子４７にのみ印加されるものとすることができる。後述する比較例に示されるように、リード２８に高周波信号が割り当てられる場合には、外部接続部４１と制御基板２７との間にギャップができればインピーダンス不整合による特性劣化が懸念される。インピーダンス不整合を回避するために、リードと基板間のギャップをなくそうとすると、各部品間の寸法公差を吸収して、光モジュール外形寸法公差を満たす上で歩留まりが低下することになる。

しかしながら、フレキシブル基板３２は曲げられた状態であってもインピーダンスをコントロールすることにより高周波信号を（リードと比べると）劣化させることなく伝達することができ、リード２８は高周波信号に割り当てられていないため、外部接続部４１と基板間にギャップを設けても高周波特性には影響なく、リードを直接制御基板２７に接続しても高周波特性への影響はない。リード２８を湾曲させる成形については、温度サイクルや振動、衝撃環境下における機械的応力を緩和するためのものであるが、リードにかかる応力が問題とならない場合は、こうした成形を行わなくてもよい。また、インピーダンス不整合が問題とならない等の場合にはリード２８に高周波信号を割り当てることとしてもよい。なお、本実施形態において、リード２８は第１面６１及び第２面６２のそれぞれにおいて複数であっても単数であってもよい。

［比較例１］
図５には上述の実施形態の比較例１について示されている。図５は、図４と同様の視野による断面図である。上述の実施形態と同様に、ＴＯＳＡ２１の外部接続部１１は例えば積層セラミック構造などであり、外部接続部１１には第１端子１８が形成された第１面１６と、第２端子１９が形成された第２面１７があり、それぞれ二つのリード１２ａと１２ｂが接続されている。

リード１２ａ，１２ｂは、それぞれ直接制御基板４の第３端子８，第４端子９に接続しており、かつ制御基板４が外部接続部１１に物理的に接触しないように接続した（中空Ｂがある状態）。リード１２ａ，１２ｂと制御基板４上の配線パターンである第３端子８，第４端子９ははんだ２より固定した。このような中空Ｂを設けた理由は、部品公差などによる接続性の劣化を考慮したためである。しかし、中空ＢがＴＯＳＡ２１と制御基板４間のインピーダンス不整合の原因となり、高周波特性が劣化した。

［比較例２］
図６は、比較例２について説明するための図である。比較例２では、図５の中空Ｂがなくなるように、制御基板４を外部接続部１１と接触するように接続した。その結果、インピーダンス不整合は改善したが、多数製造した場合に、各々の部品公差の影響などにより生産時の歩留まりが悪化した。例えば、リード１２ａと１２ｂとの間の間隔と制御基板４の厚みは同寸法となるように設計していたが、部品公差により、例えば制御基板４の厚みが薄い場合などは、はんだ２で接続している領域において、リード１２ａ，１２ｂと制御基板４との間に隙間が生じ、接続性が十分ではないなどの不良が発生した。

また、ＴＯＳＡ及び制御基板４は、それぞれ外部機器と物理的に接続されるため、それぞれの位置は規格上においても定められたものであるが、光モジュール内の部品の公差や外部機器の製造上の公差を考慮して、ＴＯＳＡ２１と制御基板４との位置関係は、固定的でないことが望ましい。また、フレキシブル基板は高価であり、コスト面において不利であるため、フレキシブル基板を用いることとしても、できるだけ少ない方が望ましい。

上述の図１〜４に示される実施例に係る光モジュール１００によれば、ＴＯＳＡ２１及び制御基板２７間において寸法公差を吸収することができると共に、高周波信号の通信品質を高く保つことができ、かつ低コストとすることができる。

また、上述の実施例に係る光モジュール１００の構造とすることで、１０Ｇｂｉｔ／ｓなどの高周波信号はフレキシブル基板を介して接続しているために、リード２９と制御基板２７とのギャップによるインピーダンス不整合の影響を抑制することができる。さらに高周波信号が伝達されない側のリード２８側はリード２８を直接制御基板２７に接続するために、フレキシブル基板を用いていない。そのため、高価なフレキシブル基板を用いる枚数を最低限に抑えることができ、低コストが実現できる。さらに、部品寸法公差などによる接続性への影響についても、フレキシブル基板３２及び湾曲したリード２８により吸収することができ、製造歩留まりの低下を抑制することができる。

また上述の実施例では、リード２８とフレキシブル基板３２は制御基板２７の異なる面に接続している。この構造とすることで、外部接続部４１と制御基板２７との接続間の距離を狭くすることができ、図４の左右方向のサイズの小型化へ寄与できる。ただし、同一面にリード２８とフレキシブル基板３２を接続しても本願発明の効果が得られることは言うまでもない。なお、本実施例ではリード２８とフレキシブル基板３２を同一の制御基板２７に接続したが、これに限らず各々を異なる制御基板に接続しても構わない。

以上のように、本発明を用いることにより高機能と高生産性を併せ持つ光モジュールを低価格で実現できる。また、小型・低コストで物理的強度及び通信品質を高く保つことができる光モジュールを実現することができる。

なお、上述の実施例は金属パターン端子が第１面及び第１面とは異なる第２面に配置された場合であるが、更に第３面に金属パターン端子が形成されている場合には第１面の金属パターン端子にはリードを直接、残りの第２面及び第３面には一枚のフレキシブル基板を使って接続することとしてもよい。

また、図１におけるドライバＩＣとポストアンプＩＣは一体型でも構わない。また、波長可変機能を有しない光モジュールにおいても、多リードのＴＯＳＡに適用すれば同様の効果が得られることは言うまでもない。また、多リードのＲＯＳＡに適用にしても同様の効果が得られることは言うまでもない。加えて、本実施例は１０Ｇｂｉｔ／ｓ ＳＦＰ＋モジュールであるが、同じ１０Ｇｂｉｔ／ｓであるＸＦＰであっても、またビットレートによらず、規格によらず、その他の光モジュールにおいても同様の効果が得られることは言うまでもない。

さらに、本実施例では高周波信号を直接制御基板に接続するリード２８には伝達させない例を示したが、要求される高周波特性によっては、高周波信号を伝達させても構わない。ただし、好ましくは本実施例のようにフレキシブル基板のみに高周波信号を伝達させることが望ましい。

１１，４１ 外部接続部、１２ａ，１２ｂ リード、２１ ＴＯＳＡ、２２ ＲＯＳＡ、２３ 送信信号用ドライバＩＣ、２４ 受信信号用ポストアンプＩＣ、２５，２６ 制御回路、２７ 制御基板、２８，２９ リード、３１ ＩＣ、３２ フレキシブル基板、１８，４６ 第１端子、１９，４７ 第２端子、４８ 第３端子、４９ 第４端子、１６，６１ 第１面、１７，６２ 第２面、１００ 光モジュール。

Claims (7)

1. 信号送信及び／又は受信の金属パターン端子である第１端子が形成された第１面、及び前記第１面とは異なる面であり、前記金属パターン端子である第２端子が形成された第２面を有する光送信モジュール及び／又は光受信モジュールと、
   前記光送信モジュール及び／又は光受信モジュールにおける光通信を制御する制御基板と、
   前記第１端子、及び前記制御基板における前記金属パターン端子である第３端子を電気的に接続するリードと、
   前記第２端子、及び前記制御基板における前記金属パターン端子である第４端子を電気的に接続するフレキシブル基板と、を備える光モジュール。
2. 請求項１に記載の光モジュールであって、
   光送信モジュール及び／又は光受信モジュールの前記第１面および前記第２面は、同じ方向を向いている、ことを特徴とする光モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の光モジュールであって、
   前記第１端子及び前記第２端子のうち、高周波信号は前記第２端子に印加される、ことを特徴とする光モジュール。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光モジュールであって、
   前記リード及び前記フレキシブル基板は、前記制御基板の異なる面でそれぞれ接続している、ことを特徴とする光モジュール。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光モジュールであって、
   前記制御基板は複数であり、
   前記リード及び前記フレキシブル基板は、異なる前記制御基板に接続している、ことを特徴とする光モジュール。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光モジュールであって、
   前記フレキシブル基板は、前記光送信モジュール及び／又は光受信モジュールとリードを介して接続されている、ことを特徴とする光モジュール。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光モジュールであって、
   前記第１端子と前記第３端子間を接続する前記リードは湾曲している、ことを特徴とする光モジュール。

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