JP4361380B2

JP4361380B2 - 光モジュール

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Publication number: JP4361380B2
Application number: JP2004016197A
Authority: JP
Inventors: 和哉佐々木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: JP2005209956A; US20050175352A1; US7590357B2

Description

本発明は、高速光通信装置及び計測器等に使用する光モジュールに関する。

光通信装置等に使用される発光モジュール、受光モジュール等の光モジュールは、低コストで取り扱いが容易な同軸型と呼ばれる金属製の円筒形パッケージ内にレーザーダイオードやフォトダイオード等の光素子及びその他の部品が収容され、光素子及びその他の部品が信号や電源を供給するためにワイヤー等でリード端子に接続されて構成されている。

同軸型パッケージ内の光素子を駆動する際に、そのパッケージ構造と内部部品に存在する浮遊容量や浮遊インダクタンス等の影響により帯域劣化等が発生し、特性に問題が生じる。

具体的には、内部の光素子と外部とを接続するリード端子はインダクターの作用を持つと同時に金属パッケージに対して容量を持つことになり、GHｚ帯で使用した場合にある周波数で共振し、帯域が狭くなり所望の特性が得られなくなる。

現状では、上記対策のため、パッケージに機械的及び電気的に接続されたリード端子と、内部素子と電気的に接続されパッケージの電位と異電位の他のリード端子の間で、且つパッケージ近傍にキャパシタ等の容量性部品を接続し、浮遊容量を短絡する方法やリード端子を極力短くし、接続された配線板のごく近くに容量性部品（キャパシタ等）を配置する方法が用いられる。

従来の光モジュールでは、パッケージの外部直近のリード端子間に容量性部品を接合するには組立性及び信頼性が悪く、また他の機能端子の曲げ加工制限からパッケージ外部直近のリード端子間に容量性部品を配置するには限界があり、パッケージ内に収容された高周波部品の浮遊容量及び浮遊インダクタンスの低減には余り効果がなかった。

また、パッケージ外部直近にフレキシブルプリント配線板を配置し、そのプリント配線板に部品実装をした場合、高速信号用リード端子もプリント配線板に接続すると、フレキシブル部分の材質（誘電率）や板厚の制約からインピーダンス整合ができなくなり、所望の光波形が得られない等の問題を生じていた。

また、ファイバ・ツウ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）等のアクセス系送受信一体型光素子パッケージの場合、各光素子のグランド用リード端子のみではメインプリント配線板とグランド電位が異なり、電源ノイズによる特性劣化が生じたり、電源用リード端子のみではインピーダンスが高くなり電波を放射し、ＥＭＩ特性が確保できない等の問題がある。

以下、図面を参照して、従来の光モジュールの幾つかの構造について説明する。図１を参照すると、第１従来例の光モジュール２Ａの平面図が示されている。図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線断面図である。

光素子パッケージ４は、金属ケーシング内にレーザーダイオード等の光素子又はフォトダイオード等の受光素子を収容して構成されている。光素子パッケージ４が発光素子パッケージの場合、プリント配線板６上には発光素子を駆動する駆動回路が実装されている。光素子パッケージ４が受光素子パッケージの場合、金属ケーシング内にプリアンプが収容され、プリント配線板６上にポストアンプが実装されている。

光素子パッケージ４の電源用リード端子１０、グランド用リード端子１２は適切な長さに切断され、半田等によりプリント配線板６に接続され、電源用リード端子１０及びグランド用リード端子１２を接続するようにプリント配線板６上に浮遊容量低減用キャパシタ１６が配置される。

高速信号用リード端子８も適切な長さに切断され、プリント配線板６に接続される。１６は光素子パッケージ４内に収容されたモニター用フォトダイオードに接続されたリード端子である。

この第１従来例の光モジュール２Ａでは、各リード端子の曲げ加工制約により光素子パッケージ４とプリント配線板６との距離がある程度必要となり、浮遊容量低減用キャパシタ１６の位置も光素子パッケージ４に対して遠くなってしまい、浮遊容量低減はあまり期待できない。

図４を参照すると、第２従来例の光モジュール２Ｂの平面図が示されている。図５は図４の５−５線断面図、図６は図４の６−６線断面図である。

この第２従来例の光モジュール２Ｂでは、電源用リード端子１０とグランド用リード端子１２の間に浮遊容量低減用キャパシタ１６を直接実装した点が第１従来例と相違する。この従来例の場合、リード加工精度の悪い部分に浮遊容量低減用キャパシタ１６を実装するため、組立性が悪く、又各構成部材の温度伸縮による応力が半田接合部に集中するため、半田接合部破断による信頼性の低下を招く恐れがある。

図７を参照すると、第３従来例の光モジュール２Ｃの平面図が示されている。図８は図７の８−８線断面図、図９は図７の９−９線断面図である。

この第３従来例の光モジュール２Ｃでは、サブプリント配線板１８をメインプリント配線板６に対して概略垂直に配置し、サブプリント配線板１８とメインプリント配線板６をフレキシブルプリント配線板２０で接続する。

更に、全リード端子８，１０，１２，１４を適切な長さに切断し、半田等によりサブプリント配線板１８に接続し、サブプリント板１８のリード端子接続部の近傍に浮遊容量低減用キャパシタ１６を実装して構成する。

この第３従来例の場合、高速信号線がサブプリント配線板１８を介してフレキシブル配線板２０を通るため、配線長が長くなりインダクタンスが増加して特性が劣化する。フレキシブルプリント配線板の材料特性からインピーダンス制御が困難となり、特性が劣化する。

尚、特許文献の公知例として以下のものがある。
特開平８−１３６７６７号公報特開２００１−２９８２１７号公報特開２００３−２４９７１１号公報

よって、本発明の目的は、光素子パッケージの浮遊容量及び浮遊インダクタンスの低減と光素子ＧＮＤ電位の安定化を図ることが可能な光モジュールを提供することである。

本発明によると、光モジュールであって、光素子が内部に収容され、該光素子に接続された高速信号用リード端子、電源用リード端子及びグランド用リード端子を有する光素子パッケージと、集積回路が実装されたメインプリント配線板と、該メインプリント配線板に対して概略垂直に配置されるとともに、前記メインプリント配線板の平面に概略垂直に形成される端部が該メインプリント配線板の対向する端部から離間して配置され、容量性部品が実装されたサブプリント配線板と、前記メインプリント配線板と前記サブプリント配線板とを接続する柔軟性を有する配線部とを具備し、前記電源用リード端子及び前記グランド用リード端子は前記サブプリント配線板に接続され、前記サブプリント配線板には、前記メインプリント配線板の平面に対して概略平行な方向に形成される下面の一部から上部にかけて切欠が画成され、前記高速信号用リード端子は前記切欠を通して前記メインプリント配線板に直接接続され、前記配線部は、前記切欠を挟んで前記サブプリント配線板の前記下面に接続される第１及び第２配線部からなることを特徴とする光モジュールが提供される。

好ましくは、配線部は柔軟性を有している。光素子が発光素子から構成される場合には、集積回路は発光素子を駆動する駆動回路から構成される。一方、光素子が受光素子から構成される場合には、集積回路は受光素子で光電変換された電流を増幅するポストアンプから構成される。好ましくは、配線部はメッシュ状配線板から構成される。

好ましくは、配線板部は高速信号用リード端子、電源用リード端子及びグランド用リード端子の配置の中心に対して、少なくとも左右２箇所以上の接続部を有している。更に好ましくは、配線部は高速信号用リード端子、電源用リード端子及びグランド用リード端子の配置の中心に対して、高速信号用リード端子と反対側に配置されている。

本発明の他の側面によると、光モジュールであって、光素子が内部に収容され、該光素子に接続された高速信号用リード端子、電源用リード端子及びグランド用リード端子を有する光素子パッケージと、集積回路が実装され、第１切欠を有するメインプリント配線板と、該メインプリント配線板に対して概略垂直に配置されるとともに、前記メインプリント配線板の平面に概略垂直に形成される端部が該メインプリント配線板の対向する端部から離間して配置され、容量性部品が実装されたサブプリント配線板と、前記メインプリント配線板の前記第１切欠を画成する該メインプリント配線板の前記端部と前記サブプリント配線板とを接続する柔軟性を有する配線部とを具備し、前記電源用リード端子及び前記グランド用リード端子は前記サブプリント配線板に接続され、前記メインプリント配線板の平面及び前記サブプリント配線板の前記端部に概略垂直に形成される前記サブプリント配線板の側面には第２切欠が画成され、前記高速信号用リード端子は前記第２切欠を通して前記メインプリント配線板に直接接続され、前記配線部は、前記メインプリント配線板の平面に対して概略平行な方向に形成される前記サブプリント配線板の下面に接続されていることを特徴とする光モジュールが提供される。

本発明によると、浮遊容量低減用容量性部品が実装されたサブプリント配線板に電源用リード端子及びグランド用リード端子を接続し、高速信号用リード端子は直接メインプリント配線板に接続するようにしたため、浮遊容量及び浮遊インダクタンスを低減できるとともに、高速信号のインダクタンスを低減することができ、光モジュールの特性を向上することができる。

また、光素子パッケージの金属ケーシングはサブプリント配線板及び比較的広面積の配線部を介して、メインプリント配線板に接続されるため、光素子パッケージのグランド電位の安定化を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の光モジュールについて詳細に説明する。

各実施形態において、同一構成部分については同一符号を付して説明する。図１０を参照すると、本発明第１実施形態の光モジュール２２Ａの平面図が示されている。図１１は図１０の１１−１１線断面図、図１２は図１０の右側面図である。

光素子パッケージ２４は金属ケーシング２５内にレーザダイオード等の発光素子を収容した発光素子パッケージ、又は金属ケーシング２５内にフォトダイオード等の受光素子を収容した受光素子パッケージを含んでいる。

光素子パッケージ２４が発光素子パッケージの場合には、金属ケーシング２５内にレーザダイオードと共にモニター用のフォトダイオードが収容されている。光素子パッケージ２４が受光素子パッケージの場合には、金属ケーシング２５内にフォトダイオードと共にこのフォトダイオードで光電変換した電流を増幅するプリアンプが収容されている。

メインプリント配線板２６上にはＬＳＩ３０が実装されている。光素子パッケージ２４が発光素子パッケージの場合には、ＬＳＩ３０がレーザダイオード駆動回路から構成される。

一方、光素子パッケージ２４が受光素子パッケージの場合には、ＬＳＩ３０は金属ケーシング２５内に収容されたプリアンプで増幅した電流を更に増幅するポストアンプから構成される。

サブプリント配線板２８が光素子パッケージ２４の極近傍にメインプリント配線板２６に対して概略垂直になるように配置されている。サブプリント配線板２８とメインプリント配線板２６は一対のフレキシブル配線板３２ａ，３２ｂにより接続されている。

光素子パッケージ２４の電源用リード端子３４、グランド用リード端子３６、モニター用リード端子３８は極短く切断され、半田等によりサブプリント配線板２８に接続されている。

各リード端子の接続点近傍のサブプリント配線板２８上に浮遊容量低減用のキャパシタ４４が実装されている。サブプリント配線板２８は切欠３９を有しており、短尺に切断された高速信号用リード端子４０がこの切欠３９を介してメインプリント配線板２６の導電性パッド４２に直接接続されている。

図１３はサブプリント配線板２８とメインプリント配線板２６が同一平面に展開された状態を示しており、この状態で光素子パッケージ２４の電源用リード端子３４，グランド用リード端子３６及びモニター用リード端子３８を半田付等によりサブプリント配線板２８に接続した後、サブプリント配線板２８はメインプリント配線板２６に対して概略垂直となるように立てられる。

この状態は、メインプリント配線板２６とサブプリント配線板２８を一括して自動部品搭載する状態を示しており、製造性に優れた光モジュールを実現することができる。

図１３に最もよく示されるように、高速信号用リード端子４０，電源用リード端子３４及びグランド用リード端子３６の配置の中心に対して、左右に分かれるようにフレキシブル配線板３２ａ、３２ｂが配置されている。

本実施形態によると、サブプリント配線板２８は広面積の一対のフレキシブル配線板３２ａ，３２ｂを介してメインプリント配線板２６に接続されているため、グランド電位の安定化を図ることができ、電源配線についても広面積化を図れ、インピーダンスの低減化を図ることができる。

また、サブプリント配線板２８とメインプリント配線板２６の接続にフレキシブル配線板３２ａ，３２ｂを使用したため、光素子パッケージ２４の製造ばらつきによるリード端子位置のばらつきの影響を受けず、従来必要であったリード端子の切断や形状寸法の精度が不要となり、製造性の向上を図ることができる。

本光モジュール２２Ａの大きな特徴としては、光素子パッケージ２４の高速信号用リード端子４０を短尺に切断し、メインプリント配線板２６に直接接続したことである。これにより、高速信号のインダクタンスの低減を図ることができ、光モジュール２２Ａの特性を向上することができる。

図１４を参照すると、本発明第２実施形態の光モジュール２２Bの平面図が示されている。図１５はその正面図。図１６はその右側面図である。本実施形態の光モジュール２２Bはメインプリント配線板２６に切欠４６を形成し、この切欠４６中にサブプリント配線板２８を収容して、メインプリント配線板２６の高速信号用リード端子接続部（導電性パッド）４２を光素子パッケージ２４のより近傍に配置し、高速信号のインダクタンスの低減を向上させるようにしたものである。

サブプリント配線板２８はフレキシブル配線板３２を介して、メインプリント配線板２６の切欠４６を画成するサブプリント配線板２８に対向した端部壁２６ａの近傍に配置される。

図１７はサブプリント配線板２８とメインプリント配線板２６を同一平面に展開した状態を示しており、この状態でメインプリント配線板２６とサブプリント配線板２８に一括して自動部品搭載することができ、製造性に優れた光モジュールを実現することができる。本実施形態では、サブプリント配線板２８とメインプリント配線板２６は広面積のフレキシブル配線板３２により一箇所でのみ接続される。

本実施形態のフレキシブル配線板３２は高速信号用リード端子４０，電源用リード端子３４及びグランド用リード端子３６の配置の中心に対して、高速信号用リード端子４０と反対側に配置されている。

第１及び第２実施形態において、フレキシブル配線板３２，３２ａ，３２ｂはメッシュ状をしているのが好ましい。しかし、本発明においてメインプリント配線板２６とサブプリント配線板２８を接続する配線部は、フレキシブル配線板に限定されるものではない。

尚、図１２及び図１６に示した第１及び第２実施形態の右側面図において、メインプリント配線板２６に搭載されたＬＳＩ３０は省略されている。

本発明は以下の付記を含むものである。

（付記１）光モジュールであって、
光素子が内部に収容され、該光素子に接続された高速信号用リード端子、電源用リード端子及びグランド用リード端子を有する光素子パッケージと、
集積回路が実装されたメインプリント配線板と、
該メインプリント配線板に対して概略垂直に配置され、容量性部品が実装されたサブプリント配線板と、
前記メインプリント配線板と前記サブプリント配線板とを接続する配線部とを具備し、
前記電源用リード端子及び前記グランド用リード端子は前記サブプリント配線板に接続され、
前記高速信号用リード端子は前記メインプリント配線板に直接接続されていることを特徴とする光モジュール。

（付記２）前記配線部は柔軟性を有する付記１記載の光モジュール。

（付記３）前記光素子は発光素子から構成され、前記集積回路は該発光素子を駆動する駆動回路から構成される付記１記載の光モジュール。

（付記４）前記光素子は受光素子から構成され、前記集積回路は該受光素子で光電変換された電流を増幅するポストアンプから構成される付記１記載の光モジュール。

（付記５）前記配線部は前記高速信号用リード端子、電源用リード端子及びグランド用リード端子の配置の中心に対して、少なくとも左右２箇所以上の接続部を有する付記１記載の光モジュール。

（付記６）前記配線部は前記高速信号用リード端子、電源用リード端子及びグランド用リード端子の配置の中心に対して、前記高速信号用リード端子と反対側に配置されている付記１記載の光モジュール。

（付記７）前記配線部はメッシュ状配線板から構成される付記１記載の光モジュール。

（付記８）光モジュールであって、
光素子が内部に収容され、該光素子に接続された高速信号用リード端子、電源用リード端子及びグランド用リード端子を有する光素子パッケージと、
集積回路が実装され、切欠を有するメインプリント配線板と、
該メインプリント配線板に対して概略垂直に配置され、容量性部品が実装されたサブプリント配線板と、
前記メインプリント配線板の前記切欠を画成する該メインプリント配線板の端部と前記サブプリント配線板とを接続する柔軟性を有する配線部とを具備し、
前記電源用リード端子及び前記グランド用リード端子は前記サブプリント配線板に接続され、
前記高速信号用リード端子は前記メインプリント配線板に直接接続されていることを特徴とする光モジュール。

（付記９）前記光素子は発光素子から構成され、前記集積回路は該発光素子を駆動する駆動回路から構成される付記８記載の光モジュール。

（付記１０）前記光素子は受光素子から構成され、前記集積回路は該受光素子で光電変換した電流を増幅するポストアンプから構成される付記８記載の光モジュール。
（付記１１）前記柔軟性を有する配線部はメッシュ状配線板から構成される付記８記載の光モジュール。

第１従来例平面図である。図１の２−２線断面図である。図１の３−３線断面図である。図２従来例平面図である。図４の５−５線断面図である。図４の６−６線断面図である。図３従来例平面図である。図７の８−８線断面図である。図７の９−９線断面図である。第１実施形態平面図である。図１０の１１−１１線断面図である。図１０の右側面図である。サブプリント配線板とメインプリント配線板が同一平面に展開された状態を示す図である。第２実施形態平面図である。図１４の正面図である。図１４の右側面図である。サブプリント配線板とメインプリント配線板を同一平面に展開した状態を示す図である。

符号の説明

２２Ａ，２２Ｂ光モジュール
２４光素子パッケージ
２５金属ケーシング
２６メインプリント配線板
２８サブプリント配線板
３０ＬＳＩ
３２，３２ａ，３２ｂフレキシブル配線板
３４電源用リード端子
３６グランド用リード端子
４０高速信号用リード端子
４６切欠

Claims

光モジュールであって、
光素子が内部に収容され、該光素子に接続された高速信号用リード端子、電源用リード端子及びグランド用リード端子を有する光素子パッケージと、
集積回路が実装されたメインプリント配線板と、
該メインプリント配線板に対して概略垂直に配置されるとともに、前記メインプリント配線板の平面に概略垂直に形成される端部が該メインプリント配線板の対向する端部から離間して配置され、容量性部品が実装されたサブプリント配線板と、
前記メインプリント配線板と前記サブプリント配線板とを接続する柔軟性を有する配線部とを具備し、
前記電源用リード端子及び前記グランド用リード端子は前記サブプリント配線板に接続され、
前記サブプリント配線板には、前記メインプリント配線板の平面に対して概略平行な方向に形成される下面の一部から上部にかけて切欠が画成され、前記高速信号用リード端子は前記切欠を通して前記メインプリント配線板に直接接続され、
前記配線部は、前記切欠を挟んで前記サブプリント配線板の前記下面に接続される第１及び第２配線部からなることを特徴とする光モジュール。
光モジュールであって、
光素子が内部に収容され、該光素子に接続された高速信号用リード端子、電源用リード端子及びグランド用リード端子を有する光素子パッケージと、
集積回路が実装され、第１切欠を有するメインプリント配線板と、
該メインプリント配線板に対して概略垂直に配置されるとともに、前記メインプリント配線板の平面に概略垂直に形成される端部が該メインプリント配線板の対向する端部から離間して配置され、容量性部品が実装されたサブプリント配線板と、
前記メインプリント配線板の前記第１切欠を画成する該メインプリント配線板の前記端部と前記サブプリント配線板とを接続する柔軟性を有する配線部とを具備し、
前記電源用リード端子及び前記グランド用リード端子は前記サブプリント配線板に接続され、
前記メインプリント配線板の平面及び前記サブプリント配線板の前記端部に概略垂直に形成される前記サブプリント配線板の側面には第２切欠が画成され、前記高速信号用リード端子は前記第２切欠を通して前記メインプリント配線板に直接接続され、
前記配線部は、前記メインプリント配線板の平面に対して概略平行な方向に形成される前記サブプリント配線板の下面に接続されていることを特徴とする光モジュール。
前記光素子は発光素子から構成され、前記集積回路は該発光素子を駆動する駆動回路から構成される請求項１又は２記載の光モジュール。
前記配線部はメッシュ状配線板から構成される請求項１〜３のいずれかに記載の光モジュール。
前記配線部は前記高速信号用リード端子、電源用リード端子及びグランド用リード端子の配置の中心に対して、前記高速信号用リード端子と反対側に配置されている請求項１記載の光モジュール。