JP4816397B2

JP4816397B2 - 光電変換モジュール

Info

Publication number: JP4816397B2
Application number: JP2006278374A
Authority: JP
Inventors: 俊雄水江
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2026-10-12
Also published as: JP2008098389A

Description

本発明は、光通信などに用いられる光電変換モジュールに関する。

光電変換モジュールは、例えば、電気信号を受信して光信号に変換し送信するレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）等の光電変換素子等を１つのパッケージに実装して構成される。インピーダンス整合がとれていないと信号の反射・減衰が生じ、伝送特性が劣化するので、インピーダンスを適切に設定する必要がある。光電変換モジュールが用いられる光通信においては、近年、１０Ｇｂｐｓを超える伝送速度が求められている一方で、益々の低コスト化の要求がある。光電変換モジュールにおいて、このような低コストでかつ高速光通信を達成するためには、光電変換素子の性能、ドライバの性能、駆動回路の品質をうまくバランスさせて最適な設計をする必要がある。

特許文献１には、ガラス封止された同軸部を有するステムを介して内部に半導体レーザ素子が気密収納された光電変換モジュールであって、ステム同軸部より半導体レーザ素子に至る放熱用基板上に導電パターンが形成され、ステム同軸部及び半導体レーザ素子の間をそれぞれワイヤボンディングまたは半田付けで接続されている光電変換モジュールが開示されている。特許文献１に記載の光電変換モジュールは、放熱用基板上の導電パターン、ステム同軸部、及び外部接続のためのリード実装部の各インピーダンスをそれぞれＺ１、Ｚ２、及びＺ３とした場合、Ｚ１≦Ｚ２＜Ｚ３あるいはＺ３＞Ｚ１＞Ｚ２であることを特徴とし、これにより伝送特性の劣化を防いでいる。
特開２００１−２５９７６２号公報

光電変換モジュールを特許文献１のように構成することで、伝送特性の劣化を防ぎ、高速光通信に適用することができるが、その構造、設計が複雑で高コストである。
また、例えば、特許文献１に開示されるような光電変換モジュールは、フレキシブル回路（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）基板などの追加部品を用いて、ＬＤ駆動用の駆動回路を実装した外部回路基板と接続される。高速光通信を達成するためには、この外部回路基板をも考慮して、インピーダンス整合をとる必要がある。
さらに、近年、モジュールのコストダウンの要求が増えており、モジュールへの追加部品は少ないほうが好ましい。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、部品点数が少ない簡易な構造で、半導体光素子から外部回路基板まで含めてインピーダンス整合を実現することが可能な光電変換モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光電変換モジュールは、光電変換素子と、その光電変換素子を搭載し、光電変換素子への、または光電変換素子からの電気信号を伝播する信号リードと、接地リードと、を有するリードフレームを具備し、接地リードを露出させて、リードフレームの少なくとも光電変換素子を搭載する部分、信号リード及び光電変換素子を封止するモールド樹脂を含むものであって、信号リードは、リードフレームの素子搭載部分から分離しており、接地リードは、リードフレームの素子搭載部分から延長されモールド樹脂の少なくとも１つの面に密着し、かつ信号リードと対向するように折り返されて形成されていることを特徴とする。

なお、信号リードと、モールド樹脂と、接地リードとによりマイクロストリップ線路を構成することが好ましい。

本発明によれば、その構造上インピーダンス整合がとりにくいステムが不要となり、光電変換素子の実装部と外部回路基板との間においてインピーダンスを一定とすることができ、ジッタが少なくなるなど、光波形品質の向上を図ることができる。また、外部回路基板との接続に追加部品を必要としないので、コストダウンを図ることができる。

まず、図１を参照して、光電変換素子としてレーザダイオード（ＬＤ）を用いる例で、本発明の光電変換モジュールの構成を説明する。
図１は、本発明の光電変換モジュールの一例を示す図である。１は光電変換モジュール、２はリードフレーム、１０は光電変換素子（ＬＤ）、１１は光電変換素子搭載部、１２は信号リード、１３は接地リード、１４は封止部、１５は集光レンズ、１６はチップキャリアを示す。
本発明による光電変換モジュールは、例えば、図１（Ｂ）に示すように、リードフレーム２の一部が、封止部１４を構成する透明なモールド樹脂で、封止されて構成されるものであるが、説明のため、図１（Ａ）には、光電変換モジュール１のモールド樹脂（封止部１４）及び集光レンズ１５と、それら以外の部分とを分けて示す。

光電変換モジュール１は、光電変換素子１０を用いて、光信号を電気信号に、または、電気信号を光信号に変換し、これらを送受信するものである。
光電変換素子１０は、ＬＤなどの発光素子、あるいはフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）などの受光素子で構成される。図１は、光電変換素子１０を端面発光型のＬＤで構成した例を示しており、図において、光電変換素子（以下、ＬＤとして説明する）１０は、集光レンズ１５の方向に光を出射し、集光レンズ１５を介して光信号の送信を行う。また、ＬＤ１０は、チップキャリア１６を介して光電変換素子搭載部１１に搭載される。

チップキャリア１６は、絶縁性が高く熱伝導率の高い材料で構成され、集光レンズ１５に近い部分にＬＤ１０が搭載される。チップキャリア１６自体は、ＬＤ１０の位置が集光レンズ１５に対して好適な位置になるように、リードフレーム２の光電変換素子搭載部１１に搭載される。これによりＬＤ１０の熱を熱伝導率の高い金属で構成されるリードフレームに伝えることができ、またＬＤ１０からの光を、集光レンズ１５を介して、高結合効率で光ファイバ（図示せず）等に送信することができる。また、チップキャリア１６のＬＤ１０を搭載する面には導電部１６ａが形成される。この導電部１６ａは、ＬＤ１０及びそのＬＤ１０との電子信号を伝播する信号リード１２と、ワイヤなどにより電気的に接続されており、信号リード１２からの電気信号をＬＤ１０に伝えることができる。

封止部１４は、高光透過率の誘電体より成るモールド樹脂で形成されるものであって、リードフレームの少なくともＬＤを搭載する部分（光電変換素子搭載部１１）及び信号リード１２並びにＬＤ１０を封止する。また、封止部１４における、ＬＤ１０の発光面に対向する位置には、集光レンズ１５が備えられる。

光電変換素子搭載部１１、信号リード１２、及び接地リード１３は、後述するように、光電変換モジュールとして組み立てられる前は、一体のリードフレーム２を形成している（後述の図２参照）。しかし、図１に示すような光電変換モジュールとして構成したときには、信号リード１２は、リードフレーム２から分離されている。また、信号リード１２は、光電変換素子への電気信号または光電変換素子からの電気信号を伝播するものであって、その一端は、例えば、図示するように、ＬＤ１０が電気的に接続される導電部１６ａと電気接続される。その他端は、ＬＤ１０を駆動するＬＤ駆動回路（図示せず）と使用時に電気接続される。したがって、光電変換モジュール１が接続される外部回路基板上のＬＤ駆動回路を用いて、ＬＤ１０の動作制御を行うことができる。

接地リード１３は、一体に形成したリードフレーム２の一部であって、リードフレーム２を、封止部１４を構成するモールド樹脂の少なくとも１つの面に密着するように信号リード１２と対向させて曲げて形成される。また、接地リード１３の外形形状は、封止部１４の接地リード方向への投影形状とほぼ同じに形成される。したがって、接地リード１３の面積は、信号リード１２の面積より大きく、信号リード１２は、封止部１４のモールド樹脂を誘電体として接地リード１３と対向しているので、マイクロストリップ線路を構成することができる。

以上のような構成により、本発明の光電変換モジュールにおいては、光電変換素子と電気的に接続される信号リードにより外部回路基板に直接接続できるため、光電変換素子と外部回路基板との電気的接続を追加部品を用いずに行うことができ、コストダウンを図ることができる。また、本発明の光電変換モジュールにおいて、外部回路基板に電気的に直接接続する信号リードは、誘電体を介して、大きい面積を有する接地リードを対向させることで、マイクロストリップ線路を構成できるので、光電変換素子の実装部と外部回路基板との間において容易にインピーダンス整合をとることができる。

次に、図２〜図５を参照して、図１に示す構成を有する光電変換モジュールの製造方法の一例を説明することにより、本発明の光電変換モジュールの各構成要素について更に説明する。
図２〜図５は、上述した光電変換モジュール１の製造方法の一例を説明する概略図で、図中、２ａは連結部、２ｂは曲げ部分、２ｃは溝、２ｄは矩形孔、２ｅは円形孔、１４ａは鉤形部を示し、その他の符号は、図１で用いたものと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

まず、図２に示すように、Ａｕ−Ｓｎ半田等を用いてチップキャリア１６にＬＤ１０を接着固定（ダイボンド）し、ＬＤ１０とチップキャリア１６の導電部１６ａとをワイヤボンディングして電気的に接続し、ＬＤ１０をチップキャリア１６に実装する。ＬＤ１０を実装したチップキャリア１６をリードフレーム２の光電変換素子搭載部１１にダイボンドし、チップキャリア１６の導電部１６ａと信号リード１２とをワイヤリングする。この段階では、図２に示すように、信号リード１２、光電変換素子搭載部１１、及び接地リード１３は、まだ一体のリードフレームを形成している。

次に、図３に示すように、リードフレーム２の少なくとも光電変換素子搭載部１１及び信号リード１２並びにＬＤ１０を、高光透過率の誘電体より成るモールド樹脂で封止して封止部１４を形成する。例えば、封止用のモールド樹脂として、比誘電率３.７のものを使用して、封止部１４の厚みＴを３ｍｍとする。また、信号リード１２の幅ｗを０.３ｍｍ、厚みｔを０.２５ｍｍなどとする。このようにすることにより、信号リード１２、誘電体よりなるモールド樹脂、及び接地リード１３で構成されるマイクロストリップ線路（図１参照）の特性インピーダンスを、所望の値（例えば、５０Ω程度）にすることができる。

次に、本発明の光電変換モジュールにおいて、信号リード１２と、リードフレーム２のその他の部分を連結する連結部２ａ（図３ハッチング部分）は不要であるので、切断除去する。そして、信号リード１２を上方に折り曲げる。図４は、不要な連結部２ａを切断し、信号リード１２を折り曲げた後の状態を示している。この切断により、信号リード１２は、リードフレーム２から分離される。

最後に、図４に示す状態にあるものを、図５に示すように、リードフレーム２の一部（曲げ部分２ｂ）を曲げてゆき、図１に示すような形態の光電変換モジュールとする。リードフレームの曲げ部分２ｂには、エッチングによる製法ではハーフエッチ、プレスによる製法では絞りにより溝２ｃが形成されている。この溝２ｃは、リードフレーム２を曲げ易くするために設けられる。この曲げ工程で、リードフレーム２が、略中央で１８０度折り曲げられ、モールド樹脂に沿って配される。この結果、モールド樹脂の中を通る信号リード１２と、封止部１４のモールド樹脂と、折り返したリードフレーム（接地リード１３）の３つでマイクロストリップラインが形成される。

なお、例えば、図４に示す、封止部１４に設けられた鉤形部１４ａ及びリードフレーム２に形成される円形孔２ｄは、リードフレーム２の不要な部分を切断除去する際や、リードフレーム２の折り曲げの際に、切断除去用の機械等によってリードフレーム２等を把持固定するために用いられる他、本光変換モジュールを収容する筐体（図示せず）に固定する際の位置決めに利用するものである。

次に、図６を用いて、本発明の光電変換モジュールの使用形態の一例を説明する。図６は、本発明に係る光電変換モジュールの外部回路基板への実装形態を示す概略図である。図中、２０は外部回路基板、２１はＩＣ、２２は外部接続リードを示し、その他の符号は、図１で用いたものと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

光電変換モジュール１は、ＬＤ１０を駆動するための電子回路（ＬＤ駆動回路）が搭載された外部回路基板２０に実装されて使用される。外部回路基板２０上のＬＤ駆動回路は、ＬＤ駆動用のＩＣ２１や図示しない電気導体路で構成されるものである。この電気導体路が有するパッド（図示せず）に、光電変換モジュール１の信号リード１２を半田接続し、外部回路基板２０中の接地される部分（図示せず）に、光電変換モジュール１の接地リード１３を半田接続することで、光電変換モジュール１が外部回路基板２０に実装される。

また、外部回路基板２０は、外部装置に電気接続するための外部接続リード２２を有し、この外部接続リード２２は、ＬＤ駆動回路の電気導体路と電気接続されている。外部接続リード２２を、例えば、図示しないホスト装置上の回路基板に接続することで、ホスト装置でＬＤ駆動回路上のＩＣ２１を動作させ、ＬＤ１０の駆動制御を行うことができるようになる。

また、光電変換モジュール１の折り曲げられたリードフレーム２（接地リード１３）と封止部１４のモールド樹脂とは、光電変換モジュール１を筐体（図示せず）に保持する際に筐体に弾性部材で押圧力を残しつつ挟み込まれ密着されている。これにより、信号リード１２、誘電体よりなるモールド樹脂、及び接地リード１３で構成されるマイクロストリップ線路（図１参照）において、所望のインピーダンスの値を確実に得ることができる。
また、封止部１４の樹脂と同等の誘電率を持つキャスティング用樹脂を使って接地リード１３とモールド樹脂とを張り合わせてもよい。この場合は、樹脂塗布と硬化というプロセスは追加になるが、筐体による工夫が不要とできる。

以上では、本発明の光電変換モジュールを、ＬＤをシングルエンドで駆動する例で説明したが、本発明の光電変換モジュールでは、ＬＤを差動で駆動することもできる。また、本発明の光電変換モジュールでは、ＬＤだけでなく、フォトダイオードやトランスインピーダンスアンプ等の他のデバイスを搭載することもできる。これらの場合には、上述したような構成の信号リードの配線数を増やすことで対応することができる。
また、本発明の光電変換モジュールにおいて、モールド樹脂の両面に接地リードが密着することができるように、リードフレームを形成することで、この接地リードとモールド樹脂と信号リードとでストリップ線路を実現することもできる。
また、リードフレーム２の１３で示す部分を接地リードという表現で説明しているが、これは信号リード１２の電位に対して基準電位にあることを示しており、ＧＮＤ電位に限定するものではない。

本発明の光電変換モジュールの一例を示す図である。図１の光電変換モジュール１の製造方法の一例を説明する概略図である。図１の光電変換モジュール１の製造方法の一例を説明する概略図である。図１の光電変換モジュール１の製造方法の一例を説明する概略図である。図１の光電変換モジュール１の製造方法の一例を説明する概略図である。本発明に係る光電変換モジュールの外部回路基板への実装形態を示す概略図である。

符号の説明

１…光電変換モジュール、２…リードフレーム、２ａ…連結部、２ｂ…曲げ部分、２ｃ…溝、２ｄ…円形孔、１０…ＬＤ、１１…光電変換素子搭載部、１２…信号リード、１３…接地リード、１４…封止部、１４ａ…鉤形部、１５…集光レンズ、１６…チップキャリア、１６ａ…導電部、２０…外部回路基板、２１…ＩＣ、２２…外部接続リード。

Claims

光電変換素子と、
該光電変換素子を搭載し、前記光電変換素子への、または前記光電変換素子からの電気信号を伝播する信号リードと、接地リードと、を有するリードフレームを具備し、
前記接地リードを露出させて、該リードフレームの少なくとも前記光電変換素子を搭載する部分、前記信号リード及び前記光電変換素子を封止するモールド樹脂を含む光電変換モジュールであって、
前記信号リードは、前記リードフレームの前記素子搭載部分から分離しており、前記接地リードは、前記リードフレームの前記素子搭載部分から延長され前記モールド樹脂の少なくとも１つの面に密着し、かつ前記信号リードと対向するように折り返されて形成されていることを特徴とする光電変換モジュール。
前記信号リード、前記モールド樹脂及び前記接地リードによりマイクロストリップ線路を構成することを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール。