JP4015440B2 - 光通信モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信のためのレーザ光を送受信する発光素子や受光素子を実装した光通信モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信で使用される発光素子（レーザダイオード）や受光素子（フォトダイオード）は、レンズや必要な電子部品等と共に各種パッケージに収納される。各種パッケージの内、パッケージ内部の受発光素子に対して外部から光ファイバを接続（挿抜）して使用するレセプタクル型光通信モジュールには、モジュールの組立性や取り扱い性の観点から、キャンパッケージ構造が採用されている。キャンパッケージの典型的な構造は、特開平８−１１４７２８により開示されている。本従来例では、コバール等の金属からなる円盤状のステム上に受発光素子を搭載し、受発光素子の搭載面にコバール等の金属からなる円筒状のキャップを溶接で固定して、内部に不活性ガスを充填・封止する。受発光素子のリードピンはガラス材料によってステム穴に固定され、ステムとは電気的に絶縁された状態でステムを貫通している。キャップの中央部にはレンズがガラス封着されている。この様に、キャンパッケージ内部を気密封止することで、パッケージ外部の水分や酸素等の侵入を防ぎ、受発光素子等の劣化や特性変動を抑制し、長期間にわたる信頼性を確保している。
【０００３】
レセプタクル型光通信モジュールは、上記キャンパッケージと、電子部品を実装した回路基板（受発光素子の周辺回路や通信制御回路）が１つの筐体に格納され、更にキャンパッケージに対して外部から光ファイバを接続（挿抜）するためのレセプタクル型の光コネクタが前記筐体と一体構造となっている。レセプタクル型光通信モジュール内部の構造例は、特開２００１−２９８２１７により開示されている。本従来例は、電子部品搭載領域とキャンパッケージ搭載領域を設けた１枚のフレキシブルプリント基板を使用する点が特徴であり、これにより光通信モジュール形状の小型化が図られている。また、光通信モジュールをマザーボードに実装する際、フレキシブルプリント基板を挟持するリードピンに対して外力が発生しても、それがキャンパッケージとフレキシブルプリント基板との接続部に伝搬することはなく、両者の電気的な接続の信頼性が損なわれることがない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記第１・第２の従来例においては、ステムにリードピンを直接貫通させた構造のキャンパッケージを使用しているため、ステムに設ける穴の直径が１ｍｍ程度となり、リードピン数を増やすことが不可能である。そのため、レーザダイオードを駆動するドライバＬＳＩや、フォトダイオードの信号を増幅する増幅ＬＳＩをキャンパッケージ内に収納できず、パッケージの外に設置せざるを得ない。このことは、受発光素子とドライバＬＳＩや増幅ＬＳＩとの距離が長くなることを意味しており、高速信号伝送への適用が困難であった。また、上記したリードピン構造では、高速信号伝送配線の特性インピーダンス（通常、５０±２Ωであり、これを約５０Ωという）のマッチングを取ることが困難であった。そのため、キャンパッケージの光モジュールは２．５Ｇｂｉｔ／ｓ以下の通信に用いられているのが実状となっている。
【０００５】
また上記第２の従来例においては、光通信モジュールをマザーボードに実装する際、フレキシブル回路基板を挟持するリードピンに外力が加わると、該リードピンとフレキシブルプリント基板との接続部が破損し、電気的な接続が得られなくなることで光通信モジュールの性能が損なわれる恐れがある。更に、キャンパッケージの放熱を考慮した実装構造となっていないため、光通信モジュールを長時間使用した際に、キャンパッケージの発熱によって通信性能が損なわれる恐れがある。
【０００６】
本願に含まれる発明の目的の１は、キャンパッケージの入出力信号配線（高速信号伝送配線）と受発光素子の周辺回路や通信制御回路を実装した回路基板との間を、高速信号伝送配線の特性インピーダンス（通常約５０Ω）でマッチングすることにより、高速信号伝送（１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上）を実現するレセプタクル型光通信モジュールを提供することである。
本願に含まれる発明の他の目的は、光通信モジュールをマザーボードに実装する際に光通信モジュールに対して生じる外力が、光通信モジュールの性能に影響を与えない構造のレセプタクル型光通信モジュールを提供することである。
本願に含まれる発明の他の目的は、光通信モジュールを長時間連続使用した際に、キャンパッケージの発熱によって通信性能が損なわれることのない構造のレセプタクル型光通信モジュールを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決する手段として、以下の手段がある。キャンステムを貫通したセラッミック基板上に、特性インピーダンスを約５０Ωに整合した高速信号伝送配線と、該高速信号伝送配線の一端に半田接続部を具備するキャンパッケージ（送信モジュール）を実装した光通信モジュールによって達成される。
またキャンステムを貫通したセラッミック基板上に、特性インピーダンスを約５０Ωに整合した高速信号伝送配線と、該高速信号伝送配線の一端に半田接続部を具備するキャンパッケージ（受信モジュール）を実装した光通信モジュールによっても達成される。
特性インピーダンスを約５０Ωに整合した高速信号伝送配線と、該高速信号伝送配線の両端に半田接続部を備えたフレキシブル配線基板を実装した光通信モジュールによって達成される。
【０００８】
また上記は、特性インピーダンスを約５０Ωに整合した高速信号伝送配線と、該高速信号配線からの電磁波の輻射を抑制するためのシールド層と、該高速信号伝送配線の両端に半田接続部を備えたフレキシブル配線基板を実装した光通信モジュールによって達成される。
また上記は、特性インピーダンスを約５０Ωに整合した高速信号伝送配線と、該高速信号伝送配線の一端に半田接続部を具備し、送受信モジュールの周辺回路や通信制御回路を搭載するプリント基板を実装した光通信モジュールによって達成される。
【０００９】
上記は、特性インピーダンスを約５０Ωに整合した高速信号伝送配線と、該高速信号伝送配線の一端に半田接続部を具備し、送受信モジュールの周辺回路や通信制御回路を搭載すると共に、光通信モジュールをマザーボードに接続するためのコネクタ部を備えるプリント基板を実装した光通信モジュールによって達成される。
または、キャンステムを貫通したセラッミック基板上に、特性インピーダンスを約５０Ωに整合した高速信号伝送配線と、該高速信号伝送配線の一端に半田接続部を具備する送信用キャンパッケージ及び受信用キャンパッケージのそれぞれの半田接続部と、特性インピーダンスを約５０Ωに整合した高速信号伝送配線と、該高速信号伝送配線の一端に半田接続部を具備し、送受信モジュールの周辺回路や通信制御回路を搭載すると共に、光通信モジュールをマザーボードに接続するためのコネクタ部を備えるプリント基板上の半田接続部との間を、特性インピーダンスを約５０Ωに整合した高速信号伝送配線と、該高速信号伝送配線の両端に半田接続部を備えたフレキシブル配線基板で接続した構造の光通信モジュールによって達成される。
【００１０】
送信モジュールに内蔵されたレーザダイオードのドライバＬＳＩからの発熱を、送信モジュールの金属ステムと、放熱ブロックを介して筐体に放熱する構造とした光通信モジュールによって達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本実施例で使用するレーザダイオードを搭載した送信用モジュール１００の構造を示す断面図である。図１（２）及び図１（３）はそれぞれ、図１（１）のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図である。配線が形成されたセラミック基板１０３は、円盤状のキャンステム１０１を貫いて固定されている。また金属ステム１０４はキャンステム１０１の上面に配置・固定されている。レーザダイオードキャリア１０５、レーザダイオード１０６、ドライバＬＳＩ１０７、モニタフォトダイオード１０８、サーミスタ１０９、バイアス端子用インダクタ１１０等は、金属ステム１０４の光軸と平行な面上に配置・固定されている。キャンステム１０１の上面には、キャンキャップ１１１を固定する。キャンキャップ１１１の上面中央部にはレンズ１１２が固定されている。
【００１２】
次に個々の部分について詳細に説明する。円盤状のキャンステム１０１はコバール等の金属製ステムであり、予めセラミック基板１０３を貫通させるための基板貫通孔１０２が形成されている。セラミック基板１０３はアルミナ、窒化アルミ等であり、電気回路として必要な配線及びワイヤボンディング用電極（詳細は図示せず）やモジュール外部との接続に必要な外部電極１１３が形成してある。配線形成はタングステン等のペーストの印刷、焼成によるが、必要に応じてスルーホールを形成し、多層配線基板とする。ワイヤボンディング用電極や外部電極１１３のタングステン等の上にはＮｉ／Ａｕめっきを施す。セラミック基板１０３の、基板貫通孔１０２に於いて固定される部分には、その全周にタングステン／Ｎｉ／Ａｕのメタライズを形成し、基板貫通孔１０２に於いて、キャンステム１０１と銀ロウ等で固定する。なおセラミック基板の配線形成面には絶縁層１２０（アルミナ）が設けられている。以上の様に、キャンステム１０１とセラミック基板１０３との接続部の気密性を確保する。
【００１３】
金属ステム１０４は銅−タングステン合金のように、熱伝導率が大きく（200W/(m・K)）、且つキャンステム１０１のコバール及びセラミック基板１０３のアルミナもしくは窒化アルミ等と熱膨張係数が同等（5〜7x10^-6/℃）の金属から成り、キャンステム１０１に銀ロウ等で固定する。銅−タングステン合金の金属ステム１０４は、後述するドライバＬＳＩ１０７の発熱をキャンステム１０１へ効率よく伝導して逃がす作用を果たす。レーザダイオードキャリア１０５は、金属ステム１０４の光軸と平行な面上に搭載されている。この搭載は、例えば、金−すず、すず−銀等のはんだ付けによって行う。レーザダイオードキャリア１０５は、窒化アルミ等のセラミック基板であり、インピーダンス整合抵抗１２１が形成されている。インピーダンス整合抵抗１２１は、例えば、レーザダイオードキャリア１０５上に形成されたニッケル−クロム等の薄膜抵抗もしくは、チップ抵抗等を用いる。レーザダイオード１０６はこのレーザダイオードキャリア１０５に搭載する。この搭載は、例えば、金−すず、すず−銀等のはんだ付けによって行う。レーザダイオード１０６の信号光はレンズ１１２方向に発せられ、その発光中心は円盤状のキャンステム１０１の中心に位置するように金属ステム１０４、レーザダイオードキャリア１０５及び、レーザダイオード１０６の位置が決定される。インピーダンス整合抵抗１２１が不要の場合は、レーザダイオードキャリア１０５を用いないで、レーザダイオード１０６を直接金属ステム１０４に搭載しても良い。
【００１４】
レーザダイオード１０６を駆動するドライバＬＳＩ１０７は、レーザダイオードキャリア１０５のできるだけ近くの金属ステム１０４上に搭載した。この搭載は、例えば、金−すず、すず−銀等によるはんだ付けもしくは、銀エポキシ系等の接着剤固定によって行う。本実施例では、ドライバＬＳＩ１０７の端子数は１７本であり、前記したようにセラミック基板１０３をキャンステム１０１に貫通させる構造を採用する事によって、ドライバＬＳＩ１０７をレーザダイオード１０６の近くに設置して、且つ１７本の配線１１４をキャン外部に取り出すことができた。なお図中では、説明の簡略化のために、配線１１４を８本で表現している。
【００１５】
モニターフォトダイオード１０８は、予めモニターフォトダイオードキャリア１２２に搭載され、その受光面がレーザダイオード１０６の後方発光を受光できる位置に配置される。モニターフォトダイオード１０８のモニターフォトダイオードキャリア１２２への搭載および、モニターフォトダイオードキャリア１２２の金属ステム１０４への搭載は、例えば、金−すず、すず−銀等のはんだ付けによって行う。モニターフォトダイオードキャリア１２２には、モニターフォトダイオード１０８搭載面及び、セラミック基板１０３表面と平行な面に配線が形成されている。
【００１６】
レーザダイオード１０６の温度をモニタするサーミスタ１０９は、金属ステム１０４との電気絶縁をとるために窒化アルミ等のサーミスタキャリア１２３に搭載し、サーミスタキャリア１２３をレーザダイオード１０６近傍の金属ステム１０４上に配置する。サーミスタ１０９のサーミスタキャリア１２３への搭載および、サーミスタキャリア１２３の金属ステム１０４への搭載は、例えば、金−すず、すず−銀等のはんだ付けによって行う。サーミスタ１０９は、レーザダイオードキャリア１０５に搭載しても良い。更に本実施例では、レーザダイオード１０６のバイアス電位を与えるための端子に、レーザダイオード１０６の高周波駆動信号がバイアス端子から外部に漏れ出すことを防ぐためのインダクタ１１０を、セラミック基板１０３上に搭載した。インダクタ１１０のセラミック基板１０３への搭載は、例えば、金−すず、すず−銀等のはんだ付けによって行う。上記した各部品は、ワイヤボンディングやリボンボンディングにより、電気的に接続される。
【００１７】
一方、円筒形状のキャンキャップ１１１は、コバール等のキャンステム１０１と同じ材料で成形されたものであり、その上面中央部は開口されて、レンズ１１２がガラス封着される。本実施例ではレンズ１１２として、レーザダイオード１０６からのレーザ光と、これを受ける光ファイバ（図示せず）との光結合効率を高く取る目的で、球面収差の少ない非球面レンズを用いたが、レーザ光パワーが十分に大きい場合はより低価格のボールレンズを用いても良い。キャンキャップ１１１は、レーザダイオード１０６の発光中心とレンズ１１２の中心が一致するように、キャンステム１０１に取り付ける。その方法は、例えばキャンキャップ１１１をキャンステム１０１に重ねた状態で、レーザダイオード１０６を発光させ、レンズ１１２から出射するレーザ光パワーを測定しながら、キャンステム１０１上でのキャンキャップ１１１の最適位置を求め、キャンキャップ１１１とキャンステム１０１とを抵抗溶接法でリング状に溶接する。また、レンズ１１２をキャンモジュールの外部に取り付けるような構成を用いる場合は、キャンキャップ１１１の上面中央部開口にはガラス板（図示せず）を取り付けても良い。この時、要求信頼度によっては必ずしも気密封止に限定せず、接着剤などを用いた非気密性の封止であっても良い。
【００１８】
図２は図１に示したセラッミック基板１０３上の外部電極１１３の説明図である。セラミック基板１０３上の高速信号伝送配線１１５〜１１９はコプレナ構造となっており、信号配線である差動信号配線１１６及び１１８の２本から成り、お互いに正負の符号が反転した信号を伝送させる。この差動信号伝送方式により、信号のエネルギーロス及び外部への不要輻射を抑制することができる。差動信号配線１１６及び１１８の両側及び、配線間にはグランド配線１１５、１１７、１１９を形成した。高速信号伝送配線１１５〜１１９の配線幅Ｌ１０１〜Ｌ１０５と配線間隔Ｓ１０１〜Ｓ１０４は、セラミック基板１０３の厚さｔ１と誘電率、並びに高速信号伝送配線１１５〜１１９の材料であるタングステンの膜厚（図示せず）と導電率をパラメータとして決定されたもので、配線の特性インピーダンスとして約５０Ω（通常、５０±２Ωであり、以後これを約５０Ωという）が得られる関係に調節されている。また、高速信号伝送配線１１５〜１１９には、セラミック基板１０３の端部において、後述するフレキシブル配線基板と半田接続を行うための接続部Ｃ１が設けられている。接続部Ｃ１における高速信号伝送配線１１５〜１１９の配線幅Ｌ１０６〜Ｌ１１０と配線間隔Ｓ１０５〜Ｓ１０８については、接続部Ｃ１以外の領域とは異なる設計となっている。接続部Ｃ１における配線幅Ｌ１０６〜Ｌ１１０と配線間隔Ｓ１０５〜Ｓ１０８については、セラミック基板１０３の厚さｔ１と誘電率、並びに高速信号伝送配線１１５〜１１９の材料であるタングステンの膜厚（図示せず）と導電率、並びに後述するフレキシブル基板との接続に使用する半田の物性値や、フレキシブル基板を構成する配線や誘電体の物性値等を考慮して決定されており、フレキシブル基板との接続が行われた時点で接続部Ｃ１における配線の特性インピーダンスが約５０Ωとなる関係に調節されている。
【００１９】
図３は本実施例で使用するフォトダイオードを搭載した受信用モジュール２００の構造を示す断面図である。図３（２）及び図３（３）はそれぞれ、図３（１）のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図である。図３では、フォトダイオードの機能を果たす素子として、フォトダイオード及びプリアンプを一体化したＯＥＩＣ（Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＩＣ）を用いた。先ず、全体構造を説明する。配線が形成されたセラミックブロック２０３は、円盤状のキャンステム２０１のセラミックブロック貫通孔２０４を貫いて固定されている。ＯＥＩＣ２０５は、セラミックブロック２０３の光軸と垂直あるいは斜めに交わるＯＥＩＣ搭載面２０２上に搭載されている。更にＯＥＩＣ搭載面２０２上には、ＯＥＩＣ２０５の近傍に、ＯＥＩＣ２０５の電源電圧を安定化させるためのコンデンサ２０６を配置する。キャンステム２０１の上面には、キャンキャップ２０７を固定する。キャンキャップ２０７の上面中央部にはレンズ２０８が固定されている。
【００２０】
次に個々の部分について詳細に説明する。円盤状のキャンステム２０１はコバール等の金属製ステムであり、予めセラミックブロック２０３を貫通させるためのセラミックブロック貫通孔２０４が形成されている。セラミックブロック２０３はアルミナ、窒化アルミ等であり、電気回路として必要な配線及びワイヤボンディング用電極やモジュール外部との接続に必要な外部電極２０９が形成してある。配線形成はタングステン等のペーストの印刷、焼成によって形成し、フォトダイオード搭載面２０２上の配線と外部電極形成面上の配線２１０〜２１３とは、上記両面の交わる線の部分において接続されている。即ちセラミックブロック２０３の配線は、セラミックブロック２０３の表面のみに形成する。ワイヤボンディング用電極や外部電極２０９にはタングステン等の上にＮｉ／Ａｕめっきを施す。なお、セラミック基板１０３の材料としては、上述した他に、ムライト、ガラスセラミック等を用いてもよい。あるいは、ジルコニアガラス等の誘電体材料を使用することも可能である。
【００２１】
セラミックブロック２０３の、ブロック貫通孔２０４に於いて固定される部分には、絶縁層２１４（アルミナ）を設け、絶縁層２１４の表面を含めてセラミックブロック２０３の全周（ブロック貫通孔３５との固定部分）にタングステン／Ｎｉ／Ａｕのステム接合用メタライズを形成し、銀ロウ等でキャンステム２０１と固定する。以上の様に、キャンステム２０１とセラミックブロック２０３との接続部の気密性を確保する。
【００２２】
ＯＥＩＣ２０５のＯＥＩＣ搭載面２０２への搭載は、例えば、金−すず、すず−銀等のはんだ付けもしくは、銀エポキシ系等の接着剤固定によって行う。なおＯＥＩＣ２０５に内蔵されているフォトダイオード２１５の受光面の中心が円盤状のキャンステム２０１の中心に位置するように、セラミックブロック２０３及び、ＯＥＩＣ２０５の位置が決定される。また図３では、フォトダイオード及びプリアンプを一体化したＯＥＩＣ２０５及び、特性インピーダンスを約５０Ωに整合させた信号配線２１２を用いて、低ノイズで高速な信号伝送が実現した。なお、信号配線２１２の両側にはグランド配線２１１及び２１３が配置されている。ＯＥＩＣ２０５に対して電源等を供給する目的の配線２１０は２本で、信号配線２１１〜２１３と合わせて合計５本の配線をキャン外部に取り出している。ＯＥＩＣ２０５の信号配線を作動伝送とした場合等、キャン外部により多くの配線を取り出す必要性が生じた場合でも、本構造の受信モジュールであれば容易に対応することができる。ＯＥＩＣ２０５はキャン内部においてワイヤボンディングやリボンボンディングにより、配線に接続されている。
【００２３】
一方、円筒形状のキャンキャップ２０７は、コバール等のキャンステム２０１と同じ材料で成形されたものであり、その上面中央部は開口されて、レンズ２０８がガラス封着される。図３では、レンズ１２として低価格なボールレンズを用いたが、必要とする性能に応じてより高性能な非球面レンズ等を用いても良い。キャンキャップ２０７は、ＯＥＩＣ２０５に内蔵されているフォトダイオード２１５の受光面の中心とレンズ２０８の中心が一致するように、キャンステム２０１に取り付ける。その方法は、例えばキャンキャップ２０７をキャンステム２０１に重ねた状態で、外部からレーザー光をレンズ２０８を介してフォトダイオード２１５に導き、フォトダイオード２１５の受光パワーを測定しながら、キャンステム２０１上でのキャンキャップ２０７の最適位置を求め、キャンキャップ２０７とキャンステム２０１とを抵抗溶接法でリング状に溶接する。また、レンズ２０８をキャンモジュール２００と切り離して取り付けるような構成を用いる場合は、キャンキャップ２０７の上面中央部開口にはガラス板（図示せず）を取り付けても良い。この時、要求信頼度によっては必ずしも気密封止に限定せず、接着剤などを用いた非気密性の封止であっても良い。
【００２４】
図４は図２に示したセラッミックブロック２０３上の外部電極２０９の説明図である。セラミックブロック２０３上の高速信号伝送配線２１１〜２１３はコプレナ構造になっており、信号配線２１２と、そのの両側のグランド配線２１１、２１３で構成されている。高速信号伝送配線２１１〜２１３の配線幅Ｌ２０１〜Ｌ２０３と配線間隔Ｓ２０１、Ｓ２０２は、セラミックブロック２０３の厚さｔ２と誘電率、並びに高速信号伝送配線２１１〜２１３の材料であるタングステンの膜厚（図示せず）と導電率をパラメータとして決定されたもので、配線の特性インピーダンスとして約５０Ωが得られる関係に調節されている。また、高速信号伝送配線２１１〜２１３には、セラミックブロック２０３の端部において、後述するフレキシブル配線基板と半田接続を行うための接続部Ｃ２が設けられている。接続部Ｃ２における高速信号伝送配線２１１〜２１３の配線幅Ｌ２０４〜Ｌ２０６と配線間隔Ｓ２０３、Ｓ２０４については、接続部Ｃ２以外の領域とは異なる設計となっている。接続部Ｃ２における配線幅Ｌ２０４〜Ｌ２０６と配線間隔Ｓ２０３、Ｓ２０４については、セラミックブロック２０３の厚さｔ２と誘電率、並びに高速信号伝送配線２１１〜２１３の材料であるタングステンの膜厚（図示せず）と導電率、並びに後述するフレキシブル基板との接続に使用する半田の物性値や、フレキシブル基板を構成する配線や誘電体の物性値等を考慮して決定されており、フレキシブル基板との接続が行われた時点で接続部Ｃ２における配線の特性インピーダンスが約５０Ωとなる関係に調節されている。
【００２５】
図５は、図１の送信モジュール１００を格納した送信光学系モジュール３０１の構造を示した説明図である。ステンレス製の数点の構成部品から成るケース３０２には、送信モジュール１００のレンズ１１２から出射されるレーザ光を導光するためのファイバキャピラリ３０４と、ファイバキャピラリ３０４に入射するレーザ光の反射を防止するためのアイソレータ３０３と、送信モジュール１００が一体化された構造となっている。ケース３０２の構成部品と送信モジュール１００は、全て溶接により接続されるが、最終的に送信モジュール１００のレンズ１１２から出射されるレーザ光が、ファイバキャピラリ３０４の中心部のコア３０５に最も効率良く入射するように位置決めされた上で、送信モジュール１００をケース３０２に溶接・固定する。この位置決めは、セラミック基板１０３上の配線１１４にレーザダイオードを点灯させる為の疑似信号を入力した上で、ファイバキャピラリ３０５によって導光・出射されるレーザ光（図示せず）の強度を、別途設けたパワーメータ等（図示せず）でモニタしながら実施する。送信モジュール１００とファイバキャピラリ３０５によって封止されたケース３０２の内部空間は、不活性ガスが充填されている。
【００２６】
図６は、図３の受信モジュール２００を格納した受信光学系モジュール３０６の構造を示した説明図である。ステンレス製の数点の構成部品から成るケース３０７には、受信モジュール３０６の外側から入射するレーザ光（図示せず）を導光するためのファイバキャピラリ３０８と、受信モジュール２００が一体化された構造となっている。ケース３０７の構成部品と受信モジュール２００は、全て溶接により接続されるが、最終的に受信モジュール２００内部のフォトダイオードが、ファイバキャピラリ３０８の中心部のコア３０９から出射されるレーザ光をレンズ２０８を介して最も効率良く検出するように位置決めされた上で、受信モジュール２００をケース３０７に溶接・固定する。この位置決めは、セラミック基板２０３上の配線２１０にフォトダイオードを動作させる為の電圧を印加した上で、受信光学系モジュール３０６の外部からレーザ光をファイバキャピラリ３０８のコア３０９に入射させ、受信モジュール２００内部のフォトダイオードの検出信号をセラミック基板２０３上の信号配線２１１〜２１３で検出しながら調節する。受信モジュール２００とファイバキャピラリ３０８によって封止されたケース３０７の内部空間は、不活性ガスが充填されている。
【００２７】
図７は送受信機能を備えた、レセプタクル型光通信モジュール（トランシーバモジュール）の実装構造を示した説明図である。（１）は平面図（一部断面図）、（２）は（１）のＡ−Ａ’断面図、（３）は（１）のＢ−Ｂ’断面図である。本光通信モジュールは、送信モジュール１００を内蔵した送信光学系モジュール３０１と、受信モジュール２００を内蔵した受信光学系モジュール３０６と、両光学系モジュールの制御回路を実装したプリント基板６００と、送受信光学系モジュールに対して外部から光ファイバを接続すするためのレセプタクル部６０２が１つの筐体６０１に格納された構成である。プリント基板６００にはコネクタ部６３０が形成されており、複数の光通信通信モジュールを１枚のマザーボード（図示せず）上に設たコネクタ勘合部に挿入して使用することができる。コネクタ部６３０には、マザーボードからプリント基板６００に電源を供給したり、両者間で信号のやりとりを行うための配線６３１が設けられている。配線６３１は銅製で、その表面には金メッキが施されている。
【００２８】
レセプタクル部６０２では、スリーブ６０９により送受信光学系モジュールのファイバキャピラリの外形が拘束されており、光通信モジュールの外部から送受信側にそれぞれ挿入されるコネクタ先端のファイバキャピラリ（図示せず）が、スリーブ６０９内に圧入されることで、光量ロスを抑えた光結合を実現している。
【００２９】
図８はプリント基板６００上に設けられた配線パターンの説明図である。図８（１）は送信光学系側３０１側の配線パターンの説明図である。プリント基板６００上の高速信号伝送配線６１１〜６１５はコプレナ構造で、信号配線である差動信号配線６１２及び６１４の２本から成り、お互いに正負の符号が反転した信号を伝送させる。この差動信号伝送方式により、信号のエネルギーロス及び外部への不要輻射を抑制することができる。差動信号配線６１２及び６１４の両側及び、配線間にはグランド配線６１１、６１３、６１５を形成した。高速信号伝送配線６１１〜６１５の配線幅Ｌ３０１〜Ｌ３０５と配線間隔Ｓ３０１〜Ｓ３０４は、プリント基板６００の厚さと誘電率、並びに高速信号伝送配線６１１〜６１５の材料である銅の膜厚（図示せず）と導電率をパラメータとして決定されたもので、配線の特性インピーダンスとして約５０Ωが得られる関係に調節されている。また、高速信号伝送配線６１１〜６１５には、プリント基板６００の端部において、後述するフレキシブル配線基板と半田接続を行うための接続部Ｃ３が設けられている。接続部Ｃ３における高速信号伝送配線６１１〜６１５の配線幅Ｌ３０６〜Ｌ３１０と配線間隔Ｓ３０５〜Ｓ３０８については、接続部Ｃ３以外の領域とは異なる設計となっている。接続部Ｃ３における配線幅Ｌ３０６〜Ｌ３１０と配線間隔Ｓ３０５〜Ｓ３０８については、プリント基板６００の厚さと誘電率、並びに高速信号伝送配線６１１〜６１５の材料である銅の膜厚（図示せず）と導電率、並びに後述するフレキシブル基板との接続に使用する半田の物性値や、フレキシブル基板を構成する配線や誘電体の物性値等を考慮して決定されており、フレキシブル基板との接続が行われた時点で接続部Ｃ１における配線の特性インピーダンスが約５０Ωとなる関係に調節されている。配線６１０は、送信モジュール１００内部に格納されているレーザダイオードの制御信号線である。
【００３０】
図８（２）はプリント基板６００上に設けられた受信光学系３０６側の配線パターンの説明図である。プリント基板６００上の高速信号伝送配線６２１〜６２３はコプレナ構造で、信号配線６２２と、その両側のグランド配線６２１、６２３で構成されている。高速信号伝送配線６２１〜６２３の配線幅Ｌ４０１〜Ｌ４０３と配線間隔Ｓ４０１、Ｓ４０２は、プリント基板６００の厚さと誘電率、並びに高速信号伝送配線６２１〜６２３の材料である銅の膜厚（図示せず）と導電率をパラメータとして決定されたもので、配線の特性インピーダンスとして約５０Ωが得られる関係に調節されている。また、高速信号伝送配線６２１〜６２３には、プリント基板６００の端部において、後述するフレキシブル配線基板と半田接続を行うための接続部Ｃ４が設けられている。接続部Ｃ４における高速信号伝送配線６２１〜６２３の配線幅Ｌ４０４〜Ｌ４０６と配線間隔Ｓ４０３、Ｓ４０４については、接続部Ｃ４以外の領域とは異なる設計となっている。接続部Ｃ４における配線幅Ｌ４０４〜Ｌ４０６と配線間隔Ｓ４０３、Ｓ４０４については、プリント基板６００の厚さと誘電率、並びに高速信号伝送配線６２１〜６２３の材料である銅の膜厚（図示せず）と導電率、並びに後述するフレキシブル基板との接続に使用する半田の物性値や、フレキシブル基板を構成する配線や誘電体の物性値等を考慮して決定されており、フレキシブル基板との接続が行われた時点で接続部Ｃ４における配線の特性インピーダンスが約５０Ωとなる関係に調節されている。配線６２０は、受信モジュール２００内部に格納されたフォトダイオードに電源等を供給するための配線である。
【００３１】
図７で説明した通り、送信光学系モジュール３０１、並びに受信光学系モジュール３０６は、レセプタクル部６０２のコネクタ６０３〜６０５、並びに６０６〜６０８の実装位置を基準として筐体６０１内に固定されている。一方で、プリント基板６００は、筐体６０１内部の所定位置にネジで固定される。送信光学系モジュール３０１側のセラミック基板１０３とプリント基板６００、並びに受信光学系モジュール３０６側のセラミックブロック２０３とプリント基板６００を直接接続させる為には、セラミク基板１０３、セラミックブロック２０３、プリント基板６００の平行度や直交度を精密に一致させることが必要となり、光通信モジュールの組立コストが増大する。仮に直接接続が実現したとしても、光通信モジュールをマザーボード（図示せず）に実装する場合、プリント基板６００のコネクタ部６３０に外力が加わってしまうため、セラミック基板１０３とプリント基板６００の接続部、及びセラミクブロック２０３とプリント基板６００の接続部に前記外力が伝搬し、接続部の信頼性が損なわれてしまう。
【００３２】
本発明では、送信光学系モジュール３０１側のセラミック基板１０３とプリント基板６００の実装位置関係のずれを吸収する目的で、送信光学系モジュール３０１側のセラミック基板１０３上の接続部Ｃ１とプリント基板６００上の接続部Ｃ３を、高速信号（１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上）を伝送することが可能な専用のフレキシブル配線基板４００で電気的に接続する。同様に受信光学系モジュール３０６側のセラミックブロック２０３上の接続部Ｃ２とプリント基板６００上の接続部Ｃ４についても、高速信号（１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上）を伝送することが可能な、専用のフレキシブル配線基板５００で電気的に接続する。
【００３３】
図９は送信光学系モジュール３０１側に用いるフレキシブル配線基板の説明図である。（１）は平面図、（２）は正面図、（３）はフレキシブル配線基板４００の任意の配線の断面図（配線の方向と平行）であり、全ての配線は同一の断面構造となっている。フレキシブル配線基板４００には、膜厚ｔ３（本実施例では約３０μm）の配線４０１〜４０６（本実施例では銅）が形成されており、その上下に誘電体層４０７（本実施例ではポリイミド）をｔ４（本実施例では約５０μm）、ｔ５（本実施例では約５０μm）だけ積層した構造である。配線４０１〜４０６の材料としては銅の他に、ＮｉＣｒ、Ａｌ（Ｗ、Ｂｅ）、Ｐｔ、Ａｕ等の材料、あいはこれらを組み合わせた材料を使用することができる。
高速信号伝送配線４０１〜４０５はコプレナ構造で、信号配線である差動信号配線４０２及び４０４の２本から成り、お互いに正負の符号が反転した信号を伝送させる。この差動信号伝送方式により、信号のエネルギーロス及び外部への不要輻射を抑制することができる。差動信号配線４０２及び４０４の両側及び、配線間にはグランド配線４０１、４０３、４０５を形成した。高速信号伝送配線４０１〜４０５の配線幅Ｌ５０１〜Ｌ５０５と配線間隔Ｓ５０１〜Ｓ５０４は、配線４０１〜４０６の上下に積層されている誘電体層４０７の膜厚ｔ４、ｔ５及び誘電率と、高速信号伝送配線４０１〜４０５の材料である銅の膜厚ｔ３と導電率をパラメータとして決定されたもので、配線の特性インピーダンスとして約５０Ωが得られる関係に調節されている。本実施例では、配線４０１〜４０５の幅Ｌ５０１〜Ｌ５０５が約２００μm、配線間隔Ｓ５０１〜５０４は約１００μmである。配線４０６は送信モジュール１００内部に格納されているレーザダイオードの制御信号線であり直流信号の伝送が主となるため、配線４０６の幅と配線４０６どうしの間隔については配線の特性インピーダンスを考慮する必要がない。フレキシブル配線基板の全長は約１５ｍｍ、全幅は約８ｍｍである。
【００３４】
フレキシブル配線基板４００の両端には、送信光学系モジュール３０１側のセラミック基板１０３上の接続部Ｃ１との接続部Ｃ５と、プリント基板６００上の接続部Ｃ３との接続部Ｃ６が設けられている。フレキシブル基板４００の両端の接続部Ｃ５及びＣ６の配線４０１〜４０６上には、２０μm程度の厚さの半田メッキ４０１’〜４０６’及び４０１’’〜４０６’’が形成されている。
【００３５】
図１０はフレキシブル基板４００の両端に設けられた接続部の構造を示した図である。（１）は接続部Ｃ５、（２）は接続部Ｃ６の説明図である。接続部Ｃ５における高速信号伝送配線４０１〜４０５の配線幅Ｌ１０６〜Ｌ１１０と配線間隔Ｓ１０５〜Ｓ１０８については、接続部Ｃ５以外の領域とは異なる設計となっている。接続部Ｃ５における配線幅Ｌ１０６〜Ｌ１１０と配線間隔Ｓ１０５〜Ｓ１０８については、送信光学系モジュール３０１側のセラミック基板１０３の厚さｔ１と誘電率、並びにセラミック基板１０３上に形成された高速信号伝送配線１１５〜１１９の材料であるタングステンの膜厚（図示せず）と導電率、並びにフレキシブル配線基板４００の配線４０１〜４０５の膜厚ｔ３と伝導率、並びにフレキシブル配線基板４００の誘電体層４０７の膜厚ｔ４、ｔ５と誘電率、並びに接続部Ｃ５に形成された半田４０１’〜４０５’の膜厚と伝導率を考慮して決定されており、セラミック基板１０３上の接続部Ｃ１とフレキシブル基板４００の接続部Ｃ５が半田４０１’〜４０５’により接続された状態で、接続部Ｃ５における配線の特性インピーダンスが約５０Ωとなる関係に調節されている。なお、セラミック基板１０３上の接続部Ｃ１における高速信号伝送配線１１５〜１１９と、フレキシブル配線基板４００の接続部Ｃ５における高速信号伝送配線４０１〜４０５は、それぞれ対応する配線どうしの幅Ｌ１０６〜Ｌ１０９と配線間隔Ｓ１０５〜Ｓ１０８の寸法が同一となっている。
【００３６】
フレキシブル配線基板４００の接続部Ｃ６における高速信号伝送配線４０１〜４０５の配線幅Ｌ３０６〜Ｌ３１０と配線間隔Ｓ３０５〜Ｓ３０８については、接続部Ｃ６以外の領域とは異なる設計となっている。接続部Ｃ５における配線幅Ｌ３０６〜Ｌ３１０と配線間隔Ｓ３０５〜Ｓ３０８については、プリント基板６００の厚さと誘電率、並びにプリント基板６００上に形成された高速信号伝送配線６２１から６２３の材料である銅の膜厚（図示せず）と導電率、並びにフレキシブル配線基板４００の配線４０１〜４０５の膜厚ｔ３と伝導率、並びにフレキシブル配線基板４００の誘電体層４０７の膜厚ｔ４、ｔ５と誘電率、並びに接続部Ｃ６に形成された半田４０１’’〜４０５’’の膜厚と伝導率を考慮して決定されており、プリント基板６００上の接続部Ｃ４とフレキシブル基板４００の接続部Ｃ６が半田４０１’’〜４０５’’により接続された状態で、接続部Ｃ６における配線の特性インピーダンスが約５０Ωとなる関係に調節されている。なお、プリント基板６００上の接続部Ｃ４における高速信号伝送配線６２１〜６２３と、フレキシブル配線基板４００の接続部Ｃ６における高速信号伝送配線４０１〜４０５は、それぞれ対応する配線どうしの幅Ｌ３０６〜Ｌ３０９と配線間隔Ｓ３０５〜Ｓ３０８の寸法が同一となっている。
【００３７】
図１１は、図９及び図１０に示したフレキシブル配線基板４００を用いて、送信光学系モジュール３０１側のセラミック基板１０３上の接続部Ｃ１と、プリント基板６００上の接続部Ｃ３が接続された第１の実施例を示した説明図である。図１１（１）は平面図、（２）は側面図である。フレキシブル基板４００の接続手順としては、光通信モジュールの筐体６０１の内部に送信光学系モジュール３０１と、受信光学系モジュール３０６と、プリント基板６００の全てを格納・固定した後に、フレキシブル基板４００の接続部Ｃ５とセラミック基板１０３の接続部Ｃ１との位置関係を図示しないハンドリング機構により調節し、図示しない加熱装置を用いてフレキシブル基板４００側から加熱し、接続部の半田４０１’〜４０５’を溶融させて接続部Ｃ５とＣ１を接続する。その後、フレキシブル基板４００の接続部Ｃ６とプリント基板６００の接続部Ｃ３との位置関係を図示しないハンドリング機構により調節し、図示しない加熱装置を用いてフレキシブル基板４００側から加熱し、接続部の半田４０１’’〜４０５’’を溶融させて接続部Ｃ６とＣ３を接続する。セラミック基板１０３とプリント基板６００との間隔ｄは約８ｍｍである。
【００３８】
以上の様に、送信光学系３０１とプリント基板６００との間の信号の接続をフレキシブル配線基板４００で行うことで、光通信モジュール内における送信光学系３０１とプリント基板６００との相対的な位置関係にばらつきが生じても、常に一定の条件で安定した接続が可能となる。また、品種等の差異によって、セラミック基板１０３の厚さｔ１や、プリント基板６００の厚さｔ６や、セラミック基板１０３とプリント基板６００間の距離ｄまたはそれぞれの基板上における接続部の高さの違いｈ等が変動しても、同一のフレキシブル配線基板４００を使用して信頼性の高い接続が実現する。更に、フレキシブル配線基板の接続部Ｃ５に使用される半田４０１’〜４０５’と、接続部Ｃ６に使用される半田４０１’’〜４０５’’については、例えばすず・銀等の組成を変える等の手法で半田の融点に１０゜Ｃ〜２０゜Ｃ程度の違いを設けておき、接続の手順の早い方に高融点半田を用いれば、一方の（接続が終了した）半田が他方の加熱時の熱伝導で溶融する等と言った不具合を防止できる。
【００３９】
なおここまでは、送信光学系モジュール３０１とプリント基板６００の接続について述べてきたが、受信光学系モジュール３０６とプリント基板６００の接続時には、フレキシブル基板５００を使用する。フレキシブル基板５００の構造は、フレキシブル基板の配線の本数や高速信号伝送配線の配線幅・配線間隔が異なるのみで、高速信号伝送配線の特性インピーダンスを約５０Ωに整合させる為の基本的な考え方は、フレキシブル基板４００を例として説明した場合と全く同一となる為、説明を割愛する。
【００４０】
図１２は、図９及び図１０に示したフレキシブル配線基板４００を用いて、送信光学系モジュール３０１側のセラミック基板１０３上の接続部Ｃ１と、プリント基板６００上の接続部Ｃ３が接続された第２の実施例を示した説明図である。図１２（１）は平面図、（２）は側面図である。本実施例で使用するフレキシブル基板４００の全長は２５ｍｍであり、フレキシブル基板４００を予め台形型にフォーミングして（折り曲げて）用いている。フレキシブル基板４００の接続手順としては、光通信モジュールの筐体６０１の内部に送信光学系モジュール３０１と、受信光学系モジュール３０６と、プリント基板６００の全てを格納・固定した後に、フレキシブル基板４００の接続部Ｃ５とセラミック基板１０３の接続部Ｃ１との位置関係を図示しないハンドリング機構により調節し、図示しない加熱装置を用いてフレキシブル基板４００側から加熱し、接続部の半田４０１’〜４０５’を溶融させて接続部Ｃ５とＣ１を接続する。その後、フレキシブル基板４００の接続部Ｃ６とプリント基板６００の接続部Ｃ３との位置関係を図示しないハンドリング機構により調節し、図示しない加熱装置を用いてフレキシブル基板４００側から加熱し、接続部の半田４０１’’〜４０５’’を溶融させて接続部Ｃ６とＣ３を接続する。セラミック基板１０３とプリント基板６００との間隔ｄは約８ｍｍである。
【００４１】
本実施例によれば、前記第１の実施例で説明した利点の他に、接続終了後のフレキシブル配線基板４００の形状に起因して接続部（半田）に加わる応力を緩和することが可能である。即ち、前記第１の実施例では、接続が終了したフレキシブル基板４００の弓形の形状の影響で、どちらか一方の接続部（半田）のみに応力が集中する可能性があり、接続部の信頼性が損なわれる恐れがあった。本実施例によれば、フレキシブル配線基板４００を接続する前に予め台形型にフォーミングしておくことで、接続部（半田）に加わる応力を大幅に低減することが可能となる。なお、フレキシブル配線基板４００を予めフォーミングしておく場合、セラミック基板１０３とプリント基板６００間の距離ｄや、セラミック基板１０３上の接続部Ｃ１とプリント基板６００上の接続部Ｃ３の高さの差ｈ等の条件によっては、フレキシブル配線基板４００の形状は、クランク型や三角型等が最適となる場合もある。
【００４２】
更に、接続後の半田に加わる応力を低減させる方法として、セラミック基板１０３とプリント基板６００上の接続部周辺を接着剤等の樹脂４１０、４１１で補強しても良い。但し、高速信号伝送配線の特性インピーダンスにできるだけ変化を与えない様にする必用があることから、使用する樹脂４１０、４１１の材料は、フレキシブル配線基板４００の誘電体層と同じ材料（例えばポリイミド）、或いは比誘電率ができるだけ１に近い材料が望ましい。なお樹脂４１０は、セラミック基板１０３上の配線１１４並びに高速伝送線路１１５〜１１９と、フレキシブル配線基板４００の配線４０６並びに高速伝送線路４０１〜４０５とをそれぞれ接続している半田メッキどうしの間（例えば４０３’と４０４’）にも充填されている。また、樹脂４１１は、プリント基板６００上の配線６１０並びに高速伝送線路６１１〜６１５と、フレキシブル配線基板４００の配線４０６並びに高速伝送線路４０１〜４０５とをそれぞれ接続している半田メッキどうしの間（例えば４０３’’と ４０４’’）にも充填されている。更に、図１６に示した如くセラミック基板１０３及びプリント基板６００に樹脂補強用のスペースＡ１、Ａ２を準備して樹脂４１０及び４１１を設けても良い。
【００４３】
図１３は、図９及び図１０で説明したフレキシブル配線基板４００とは異なるタイプのフレキシブル配線基板４５０（送信光学系モジュール３０１側）の説明図である。（１）は平面図、（２）は正面図、（３）はフレキシブル配線基板４５０の任意の配線の断面図（配線の方向と平行）であり、コプレナ構造の高速信号伝送配線４０１〜４０５の上部に膜厚ｔ８（本実施例では約３０μm）の銅製のシールド層４５１を設けた断面構造となっている。
【００４４】
フレキシブル配線基板４５０には、膜厚ｔ３（本実施例では約３０μm）の配線４０１〜４０６（本実施例では銅）が形成されており、その上下に誘電体層４０７（本実施例ではポリイミド）をｔ７（本実施例では約１００μm）、ｔ５（本実施例では約５０μm）だけ積層した構造である。高速信号伝送配線４０１〜４０５は、信号配線である差動信号配線４０２及び４０４の２本から成り、お互いに正負の符号が反転した信号を伝送させる。この差動信号伝送方式により、信号のエネルギーロス及び外部への不要輻射を抑制することができる。差動信号配線４０２及び４０４の両側及び、配線間にはグランド配線４０１、４０３、４０５を形成し、グランド配線４０１、４０３、４０５とシールド層４５１をビアホール４５２（材質は銅）で接続した。高速信号伝送配線４０１〜４０５の配線幅Ｌ６０１〜Ｌ６０５と配線間隔Ｓ６０１〜Ｓ６０４は、配線４０１〜４０６の下に積層されている誘電体層４０７の膜厚ｔ５及び誘電率と、配線４０１〜４０６とその上部のシールド層４５２までの間隔ｔ９と、高速信号伝送配線４０１〜４０５の材料である銅の膜厚ｔ３と導電率をパラメータとして決定されたもので、配線の特性インピーダンスとして約５０Ωが得られる関係に調節されている。配線４０６は送信モジュール１００内部に格納されているレーザダイオードの制御信号線であり直流信号の伝送が主となるため、配線４０６の幅と配線４０６どうしの間隔については配線の特性インピーダンスを考慮する必要がない。フレキシブル配線基板の全長は約１５ｍｍ、全幅は約８ｍｍである。
【００４５】
フレキシブル配線基板４５０の両端には、送信光学系モジュール３０１側のセラミック基板１０３上の接続部Ｃ１との接続部Ｃ５と、プリント基板６００上の接続部Ｃ３との接続部Ｃ６が設けられている。フレキシブル基板４００の両端の接続部Ｃ５及びＣ６の配線４０１〜４０６上には、２０μm程度の厚さの半田メッキ４０１’〜４０６’及び４０１’’〜４０６’’が形成されている。接続部Ｃ１との接続部Ｃ５の構造については、図１０と同じであるため、ここでは説明を割愛する。また、シールド付きフレキシブル配線基板４５０についても、図１２で説明した如く予め台形型にフォーミングして（折り曲げて）用いることが可能である。また、図１３では送信光学系モジュール３０１とプリント基板６００の接続について述べたが、受信光学系モジュール３０６とプリント基板６００の接続時に使用するフレキシブル基板についても、シールド付きの構造のフレキシブル基板を採用することができる。この場合は、フレキシブル基板の配線の本数や高速信号伝送配線の配線幅・配線間隔が異なるのみで、高速信号伝送配線の特性インピーダンスを約５０Ωに整合させる為の基本的な考え方は、フレキシブル基板４５０を例として説明した場合と全く同一となる為、説明を割愛する。
【００４６】
図１３に示したシールド付きフレキシブル配線基板の採用により、フレキシブル配線基板からの信号の不要な輻射が抑制されると同時に、プリント基板６００等に実装されている電子部品等からのノイズをフレキシブル配線基板で受信してしまう等の信号クロストークを避けることが可能となる。また、光通信モジュールの筐体６０１に格納された送信モジュールと受信モジュールのフレキシブル配線基板どうしの間で生じる信号クロストークを低減することができる。
【００４７】
次に、図１に示した構造の送信用モジュールにおいて、該送信用モジュール内部から発生する熱を効率的に放熱することを目的とした送信用モジュールの構造と、該送信用モジュールを実装するレセプタクル型光通信モジュールの構造について説明する。図１４は、レーザダイオードを搭載した第２の送信用モジュールの構造を示す断面図である。図１４（２）及び図１４（３）はそれぞれ、図１４（１）のＡ−Ａ’断面図、Ｂ−Ｂ’断面図である。配線が形成されたセラミック基板１０３は、円盤状のキャンステム１０１を貫いて固定されている。また金属ステム１０４’についても、キャンステム１０１を貫いて固定されている。レーザダイオードキャリア１０５、レーザダイオード１０６、ドライバＬＳＩ１０７、モニタフォトダイオード１０８、サーミスタ１０９、バイアス端子用インダクタ１１０等は、金属ステム１０４’の光軸と平行な面上に配置・固定されている。キャンステム１０１の上面には、キャンキャップ１１１を固定する。キャンキャップ１１１の上面中央部にはレンズ１１２が固定されている。
【００４８】
円盤状のキャンステム１０１はコバール等の金属製ステムであり、予めセラミック基板１０３及び金属ステム１０４’を貫通させるための基板貫通孔１０２が形成されている。セラミック基板１０３はアルミナ、窒化アルミ等であり、電気回路として必要な配線及びワイヤボンディング用電極（詳細は図示せず）やモジュール外部との接続に必要な外部電極１１３が形成してある。配線形成はタングステン等のペーストの印刷、焼成によるが、必要に応じてスルーホールを形成し、多層配線基板とする。ワイヤボンディング用電極や外部電極１１３のタングステン等の上にはＮｉ／Ａｕめっきを施す。セラミック基板１０３の、基板貫通孔１０２に於いてキャンステム１０１と接触する部分には、タングステン／Ｎｉ／Ａｕのメタライズが形成されている。金属ステム１０４’は銅−タングステン合金のように、熱伝導率が大きく（200W/(m・K)）、且つキャンステム１０１のコバール及びセラミック基板１０３のアルミナもしくは窒化アルミ等と熱膨張係数が同等（5〜7x10^-6/℃）の金属から成る。金属ステム１０４’の、基板貫通孔１０２に於いてキャンステム１０１と接触する部分についても、タングステン／Ｎｉ／Ａｕのメタライズが形成されている。銅−タングステン合金の金属ステム１０４’は、後述するドライバＬＳＩ１０７の発熱をキャンステム１０１へ効率よく伝導して逃がす作用を果たす。セラミック基板１０３と金属ステム１０４’は、基板貫通孔１０２に於いて、キャンステム１０１と銀ロウ等で固定されている。なおセラミック基板の配線形成面には絶縁層１２０（アルミナ）が設けられている。以上の様に、キャンステム１０１とセラミック基板１０３並びに金属ステム１０４’との接続部の気密性を確保する。
【００４９】
レーザダイオードキャリア１０５は、金属ステム１０４’の光軸と平行な面上に搭載されている。この搭載は、例えば、金−すず、すず−銀等のはんだ付けによって行う。レーザダイオードキャリア１０５は、窒化アルミ等のセラミック基板であり、インピーダンス整合抵抗１２１が形成されている。インピーダンス整合抵抗１２１は、例えば、レーザダイオードキャリア１０５上に形成されたニッケル−クロム等の薄膜抵抗もしくは、チップ抵抗等を用いる。レーザダイオード１０６はこのレーザダイオードキャリア１０５に搭載する。この搭載は、例えば、金−すず、すず−銀等のはんだ付けによって行う。レーザダイオード１０６の信号光はレンズ１１２方向に発せられ、その発光中心は円盤状のキャンステム１０１の中心に位置するように金属ステム１０４’、レーザダイオードキャリア１０５及び、レーザダイオード１０６の位置が決定される。インピーダンス整合抵抗１２１が不要の場合は、レーザダイオードキャリア１０５を用いないで、レーザダイオード１０６を直接金属ステム１０４に搭載しても良い。
【００５０】
レーザダイオード１０６を駆動するドライバＬＳＩ１０７は、レーザダイオードキャリア１０５のできるだけ近くの金属ステム１０４’上に搭載した。この搭載は、例えば、金−すず、すず−銀等によるはんだ付けもしくは、銀エポキシ系等の接着剤固定によって行う。本実施例では、ドライバＬＳＩ１０７の端子数は１７本であり、前記したようにセラミック基板１０３をキャンステム１０１に貫通させる構造を採用する事によって、ドライバＬＳＩ１０７をレーザダイオード１０６の近くに設置して、且つ１７本の配線１１４をキャン外部に取り出すことができた。なお図中では、説明の簡略化のために、配線１１４を８本で表現している。
【００５１】
モニターフォトダイオード１０８は、予めモニターフォトダイオードキャリア１２２に搭載され、その受光面がレーザダイオード１０６の後方発光を受光できる位置に配置される。モニターフォトダイオード１０８のモニターフォトダイオードキャリア１２２への搭載および、モニターフォトダイオードキャリア１２２の金属ステム１０４’への搭載は、例えば金−すず、すず−銀等のはんだ付けによって行う。モニターフォトダイオードキャリア１２２には、モニターフォトダイオード１０８搭載面及び、セラミック基板１０３表面と平行な面に配線が形成されている。
【００５２】
レーザダイオード１０６の温度をモニタするサーミスタ１０９は、金属ステム１０４’との電気絶縁をとるために窒化アルミ等のサーミスタキャリア１２３に搭載し、サーミスタキャリア１２３をレーザダイオード１０６近傍の金属ステム１０４’上に配置する。サーミスタ１０９のサーミスタキャリア１２３への搭載および、サーミスタキャリア１２３の金属ステム１０４’への搭載は、例えば、金−すず、すず−銀等のはんだ付けによって行う。サーミスタ１０９は、レーザダイオードキャリア１０５に搭載しても良い。更に本実施例では、レーザダイオード１０６のバイアス電位を与えるための端子に、レーザダイオード１０６の高周波駆動信号がバイアス端子から外部に漏れ出すことを防ぐためのインダクタ１１０を、セラミック基板１０３上に搭載した。インダクタ１１０のセラミック基板１０３への搭載は、例えば、金−すず、すず−銀等のはんだ付けによって行う。上記した各部品は、ワイヤボンディングやリボンボンディングにより、電気的に接続される。
【００５３】
一方、円筒形状のキャンキャップ１１１は、コバール等のキャンステム１０１と同じ材料で成形されたものであり、その上面中央部は開口されて、レンズ１１２がガラス封着される。本実施例ではレンズ１１２として、レーザダイオード１０６からのレーザ光と、これを受ける光ファイバ（図示せず）との光結合効率を高く取る目的で、球面収差の少ない非球面レンズを用いたが、レーザ光パワーが十分に大きい場合はより低価格のボールレンズを用いても良い。キャンキャップ１１１は、レーザダイオード１０６の発光中心とレンズ１１２の中心が一致するように、キャンステム１０１に取り付ける。その方法は、例えばキャンキャップ１１１をキャンステム１０１に重ねた状態で、レーザダイオード１０６を発光させ、レンズ１１２から出射するレーザ光パワーを測定しながら、キャンステム１０１上でのキャンキャップ１１１の最適位置を求め、キャンキャップ１１１とキャンステム１０１とを抵抗溶接法でリング状に溶接する。また、レンズ１１２をキャンモジュールの外部に取り付けるような構成を用いる場合は、キャンキャップ１１１の上面中央部開口にはガラス板（図示せず）を取り付けても良い。この時、要求信頼度によっては必ずしも気密封止に限定せず、接着剤などを用いた非気密性の封止であっても良い。
【００５４】
図１５は送受信機能を備えた、第２のレセプタクル型光通信モジュール（トランシーバモジュール）の実装構造を示した説明図である。（１）は平面図（一部断面図）、（２）は（１）のＡ−Ａ’断面図、（３）は（１）のＢ−Ｂ’断面図である。本光通信モジュールは、送信モジュール１００’を内蔵した送信光学系モジュール３０１と、受信モジュール２００を内蔵した受信光学系モジュール３０６と、両光学系モジュールの制御回路を実装したプリント基板６００と、送受信光学系モジュールに対して外部から光ファイバを接続すするためのレセプタクル部６０２が１つの筐体６０１に格納された構成である。プリント基板６００にはコネクタ部６３０が形成されており、複数の光通信通信モジュールを１枚のマザーボード（図示せず）上に設たコネクタ勘合部に挿入して使用することができる。コネクタ部６３０には、マザーボードからプリント基板６００に電源を供給したり、両者間で信号のやりとりを行うための配線６３１が設けられている。配線６３１は銅から成り、その表面には金メッキが施されている。
【００５５】
レセプタクル部６０２では、スリーブ６０９により送受信光学系モジュールのファイバキャピラリの外形が拘束されており、光通信モジュールの外部から送受信側にそれぞれ挿入されるコネクタ先端のファイバキャピラリ（図示せず）が、スリーブ６０９内に圧入されることで、光量ロスを抑えた光結合を実現している。送信光学系モジュール３０１側のセラミック基板１０３とプリント基板６００、並びに受信光学系モジュール３０６側のセラミックブロック２０３とプリント基板６００間は、前述したフレキシブル配線基板４００並びに５００で電気的に接続されている。
【００５６】
本実施例では、送信モジュール１００’に内蔵されたレーザダイオード１０６のドライバＬＳＩ１０７からの発熱を、送信モジュール１００’の金属ステム１０４’と、放熱ブロック６５０を介して筐体６０１に伝導する構造とした。放熱ブロック６５０は、例えば銅−タングステン等の熱伝導に優れた材料で形成される。放熱ブロック６５０と金属ステム１０４’並びに筐体６０１との間は、金−すず、すず−銀等のはんだ付けで接続する。ここで、放熱ブロック６５０と金属ステム１０４’との間の接続、または放熱ブロック６５０と筐体６０１との間の接続のどちらか一方あるいは両方を、図示しない銅テープ等の粘着性熱伝導シートにより行うことも可能である。更に、粘着性熱伝導シートとして弾性材料を使用することで、筐体６０１に加わった外力が放熱ブロック６５０を介して金属ステム１０４’に伝搬することを防げる。
【００５７】
放熱ブロック６５０の採用により、送信モジュール１００’内部のドライバＬＳＩ１０７から生じた熱の影響により、セラミック基板１０３と金属ステム１０４’の熱膨張率の差異で生じるセラミック基板１０３と金属ステム１０４’の反りを抑制することができる。これによって、送信モジュール１００’のトラッキンエラー（レーザダイオード１０６の光軸ずれ）を抑制することができ、光通信モジュールの動作の信頼性が向上する。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、送信側光学系モジュールとプリント基板間、並びに受信側光学系モジュールとプリント基板間の信号接続を、コプレナ構造の信号伝送配線と、配線の両端に半田接続部を備えた構造のフレキシブル配線基板で実現することで、高速な信号伝送（１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上）が可能なレセプタクル型光通信モジュールが実現する。
また、送信側光学系モジュールとプリント基板間、並びに受信側光学系モジュールとプリント基板間の信号接続を、フレキシブル配線基板で実現することで、光通信モジュール内部において送信用光学系モジュールとプリント基板間、並びに受信用光学系モジュールとプリント基板間の実装位置関係にばらつきが生じた場合でも、それらの間の電気的な接続の信頼性を確保できる。
【００５９】
また、送信側光学系モジュールとプリント基板間、並びに受信側光学系モジュールとプリント基板間の信号接続を、フレキシブル配線基板で実現することで、マザーボードに対して光通信モジュールを挿抜する際等にプリント基板に加わる外力が、送信側光学系モジュールとプリント基板間、並びに受信側光学系モジュールとプリント基板間の接続部に伝わることがなく、それらの間の電気的な接続の信頼性を確保できる。
【００６０】
また、送信モジュールに内蔵されたレーザダイオードのドライバＬＳＩからの発熱を、送信モジュールの金属ステムと、放熱ブロックを介して筐体に伝導する構造とした送信モジュールにより、送信モジュールのトラッキンエラーを抑制することができ、光通信モジュールの動作の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザダイオードを搭載した送信用モジュールの構造を示す断面図。
【図２】セラッミック基板１０３上の外部電極の説明図。
【図３】フォトダイオードを搭載した受信用モジュールの構造を示す断面図。
【図４】セラッミックブロック上の外部電極の説明図。
【図５】送信モジュールを格納した送信光学系モジュールの構造を示した説明図。
【図６】受信モジュールを格納した受信光学系モジュールの構造を示した説明図。
【図７】送信モジュールと受信モジュールを内蔵したレセプタクル型光通信モジュールの実装構造を示した説明図。
【図８】プリント基板上に設けられた配線パターンの説明図。
【図９】送信光学系モジュール側に用いるフレキシブル配線基板の説明図。
【図１０】フレキシブル基板４００の両端に設けられた接続部の構造を示した図。
【図１１】セラミック基板上の接続部Ｃ１とプリント基板上の接続部Ｃ３を接続する第１の実施例を示した説明図。
【図１２】セラミック基板上の接続部Ｃ１とプリント基板上の接続部Ｃ３を接続する第２の実施例を示した説明図。
【図１３】送信光学系モジュール側に用いるシールド付きフレキシブル配線基板の説明図。
【図１４】レーザダイオードを搭載した第２の送信用モジュールの構造を示す断面図。
【図１５】送信モジュールと受信モジュールを内蔵した第２のレセプタクル型光通信モジュールの実装構造を示した説明図。
【図１６】セラミック基板上の接続部Ｃ１とプリント基板上の接続部Ｃ３を接続する第３の実施例を示した説明図。
【符号の説明】
１００…送信モジュール、１０３…セラミック基板、２００…受信モジュール、２０３…セラミックブロック、３０１…送信光学系モジュール、３０６…受信光学系モジュール、４００…送信側フレキシブル配線基板、５００…受信側フレキシブル配線基板、６００…プリント基板、６０１…筐体、６０２…レセプタクル部、６３０…コネクタ部。

Claims (10)

1. 当該光通信モジュールの外部から光ファイバを接続するためのレセプタクル部と、送信モジュールと、信号伝送配線とこの信号伝送配線の両側に延在する一対のグランド配線とが形成されたフレキシブル配線基板と、信号伝送配線とこの信号伝送配線の両側に延在する一対のグランド配線とが形成されたプリント基板と、を有し、
   前記送信モジュールは、
   レンズを有するキャンキャップと、
   発光素子と、
   前記発光素子の信号伝送配線と、該信号伝送配線の両側に延在する一対のグランド配線とが形成されたセラミック基板と、
   貫通孔を提供するキャンステムと、を有し、
   前記セラミック基板は、前記キャンステムの貫通孔を通して固定され、
   前記発光素子は、前記キャンステムによって封止されるところの前記キャンキャップ内の空間に格納され、且つ、前記レンズを通して前記光ファイバに光学的に結合され、
   前記セラミック基板に設けられた、信号伝送配線とこの信号伝送配線の両側に延在する一対のグランド配線の各々は、前記セラミック基板の端部で接続部を有し、それらの接続部において、前記信号伝送配線及びグランド配線におけるその他の領域より狭く、且つ、前記接続部において、信号伝送配線とそのグランド配線間隔は、その他の領域の間隔より広く、
   前記フレキシブル配線基板に設けられた、信号伝送配線とこの信号伝送配線の両側に延在する一対のグランド配線の各々は、前記フレキシブル配線基板の両方の端部で接続部を有し、それらの接続部において、前記信号伝送配線及びグランド配線におけるその他の領域より狭く、且つ、前記接続部において、信号伝送配線とそのグランド配線間隔は、その他の領域の間隔より広く、
   前記プリント基板に設けられた、信号伝送配線とこの信号伝送配線の両側に延在する一対のグランド配線の各々は、前記プリント基板の端部で接続部を有し、それらの接続部において、前記信号伝送配線及びグランド配線におけるその他の領域より狭く、且つ、前記接続部において、信号伝送配線とそのグランド配線間隔は、その他の領域の間隔より広く、
   前記セラミック基板に設けられた信号伝送配線とグランド配線の接続部は、各々、前記フレキシブル配線基板に設けられた一方の接続部に半田付けにて接続され、且つ前記フレキシブル配線基板の他方の接続部には、各々、前記プリント基板に設けられた接続部に半田付けにて接続されており、
   前記セラミック基板に設けられた信号伝送配線とグランド配線の接続部と、前記フレキシブル配線基板に設けられた信号伝送配線とグランド配線の一方の接続部とが半田付けにて接続された、前記接続部での各信号伝送配線と各グランド配線の特性インピーダンスと、前記フレキシブル配線基板に設けられた信号伝送配線とグランド配線の接続部と、前記プリント基板に設けられた信号伝送配線とグランド配線の一方の接続部とが半田付けにて接続された前記接続部での各信号伝送配線と各グランド配線の特性インピーダンスとが、前記信号伝送配線の各々の高周波特性インピーダンス５０Ω±２Ωに整合されてなることを特徴とする送信光通信モジュール。
2. 当該光通信モジュールの外部から光ファイバを接続するためのレセプタクル部と、受信モジュールと、信号伝送配線とこの信号伝送配線の両側に延在する一対のグランド配線とが形成されたフレキシブル配線基板と、信号伝送配線とこの信号伝送配線の両側に延在する一対のグランド配線とが形成されたプリント基板と、を有し、
   前記受信モジュールは、
   レンズを有するキャンキャップと、
   受光素子と、
   前記受光素子の信号伝送配線と、該信号伝送配線の両側に延在する一対のグランド配線とが形成されたセラミック基板と、
   貫通孔を提供するキャンステムと、を有し、
   前記セラミック基板は、前記キャンステムの貫通孔を通して固定され、
   前記受光素子は、前記キャンステムによって封止されるところの前記キャンキャップ内の空間に格納され、且つ、前記レンズを通して前記光ファイバに光学的に結合され、
   前記セラミック基板に設けられた、信号伝送配線とこの信号伝送配線の両側に延在する一対のグランド配線の各々は、前記セラミック基板の端部で接続部を有し、それらの接続部において、前記信号伝送配線及びグランド配線におけるその他の領域より狭く、且つ、前記接続部において、信号伝送配線とそのグランド配線間隔は、その他の領域の間隔より広く、
   前記フレキシブル配線基板に設けられた、信号伝送配線とこの信号伝送配線の両側に延在する一対のグランド配線の各々は、前記フレキシブル配線基板の両方の端部で接続部を有し、それらの接続部において、前記信号伝送配線及びグランド配線におけるその他の領域より狭く、且つ、前記接続部において、信号伝送配線とそのグランド配線間隔は、その他の領域の間隔より広く、
   前記プリント基板に設けられた、信号伝送配線とこの信号伝送配線の両側に延在する一対のグランド配線の各々は、前記プリント基板の端部で接続部を有し、それらの接続部において、前記信号伝送配線及びグランド配線におけるその他の領域より狭く、且つ、前記接続部において、信号伝送配線とそのグランド配線間隔は、その他の領域の間隔より広く、
   前記セラミック基板に設けられた信号伝送配線とグランド配線の接続部は、各々、前記フレキシブル配線基板に設けられた一方の接続部に半田付けにて接続され、且つ前記フレキシブル配線基板の他方の接続部には、各々、前記プリント基板に設けられた接続部に半田付けにて接続されており、
   前記セラミック基板に設けられた信号伝送配線とグランド配線の接続部と、前記フレキシブル配線基板に設けられた信号伝送配線とグランド配線の一方の接続部とが半田付けにて接続された、前記接続部での各信号伝送配線と各グランド配線の特性インピーダンスと、前記フレキシブル配線基板に設けられた信号伝送配線とグランド配線の接続部と、前記プリント基板に設けられた信号伝送配線とグランド配線の一方の接続部とが半田付けにて接続された前記接続部での各信号伝送配線と各グランド配線の特性インピーダンスとが、前記信号伝送配線の各々の高周波特性インピーダンス５０Ω±２Ωに整合されてなることを特徴とする受信光通信モジュール。
3. 前記セラミック基板、前記フレキシブル配線基板及び前記プリント基板に設けられた、前記信号伝送配線及び前記グランド配線が、コプレーナ構造に配置されて、１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上の信号を伝送することを特徴とする請求項１に記載の送信光通信モジュール。
4. 前記セラミック基板、前記フレキシブル配線基板及び前記プリント基板に設けられた、前記信号伝送配線及び前記グランド配線が、コプレーナ構造に配置されて、１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上の信号を伝送することを特徴とする請求項２に記載の受信光通信モジュール。
5. 前記接続部は、半田付け接続であり、当該半田付け接続を強固となすため、樹脂が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の送信光通信モジュール。
6. 前記接続部は、半田付け接続であり、当該半田付け接続を強固となすため、樹脂が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の受信光通信モジュール。
7. 一対の前記信号伝送配線が、前記セラミック基板、前記フレキシブル配線基板、及びプリント回路基板の各々の上に形成され、前記一対の信号伝送配線が、各々沿って延在するグランド配線の一対を、当該各一対のグランド配線の内の一つを、相互に共用した形態で、具備し、差動信号配線を形成したことを特徴とする請求項１に記載の送信光通信モジュール。
8. 前記セラミック基板と前記フレキシブル配線基板の接続部で、相互に半田付け接続されているところの、一対の前記信号伝送配線と、各一対のグランド配線とは、それぞれ対応する配線どうしの幅と配線間隔とが同一になっていることを特徴とする請求項１に記載の送信光通信モジュール。
9. 前記プリント回路基板の前記フレキシブル配線基板に半田付けされる前記接続部が設けられる一端とは反対側の他端にはコネクタ部が設けられ、このコネクタ部では、信号が前記プリント基板と当該送信光通信モジュールの外部回路との間で、信号が交換されていることを特徴とする請求項１に記載の送信光通信モジュール。
10. 前記プリント回路基板の前記フレキシブル配線基板に半田付けされる前記接続部が設けられる一端とは反対側の他端にはコネクタ部が設けられ、このコネクタ部では、信号が前記プリント基板と当該受信光通信モジュールの外部回路との間で、信号が交換されていることを特徴とする請求項２に記載の受信光通信モジュール。

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