JP6272576B1 - 光モジュール及びcanパッケージ - Google Patents

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Abstract

ステム(22)、及び当該ステム(22)から突出したリードピン(23a,23b)を有するCANパッケージ(2)と、リードピン接続用パッド(33a,33b)を有する基板(3)とを備え、CANパッケージ(2)は、ステム(22)におけるリードピン(23a,23b)が突出する面に設けられた溝(222)を有し、基板(3)は、一端が溝(222)に挿入され、リードピン接続用パッド(33a,33b)がリードピン(23a,23b)に電気的に接続された。

Description

この発明は、ステム及びリードピンを有するCANパッケージと、リードピンに接続される電極を有する基板とを備えた光モジュール、及びそのCANパッケージに関する。
光通信では、光信号を送受信する光モジュールが重要な役割を担っている。光モジュールは、CAN型光パッケージ(以下、CANパッケージ)及びフレキシブル基板から構成される。CANパッケージでは、レーザ(光送信素子)及びフォトダイオード(光受光素子)等のLDチップ(光電変換素子)を実装した基板をレンズ筐体に内包している。また、フレキシブル基板は、光モジュールの実装基板にあたる。この光モジュールは、数100Mbps〜10Gbps程度の伝送速度に対応した光トランシーバ内でしばしば利用されている。
CANパッケージはフレキシブル基板に接続され、また、フレキシブル基板はドライバICが搭載された他のプリント基板に接続される。
ここで、CANパッケージとフレキシブル基板とを接続する場合、例えば図14に示すように、ユーザは、まず、CANパッケージ102の裏面から突出したリードピン1023を、フレキシブル基板103に予め設けた貫通孔1031に通す。そして、ユーザは、貫通孔1031に対してはんだ付け等を行うことで、リードピン1023をフレキシブル基板103に固定する。なお、リードピン1023は、一般的には、グランド用、電源用又は電気信号用の端子であることが多い。上記の接続方法では、リードピン1023がフレキシブル基板103の貫通孔1031に挿入されているため、接続が強固となり、温度及び湿度の変化による応力並びに機械的な圧力に強く、製品としての信頼性が高くなる。なお図14において、符号101は光モジュールを示し、符号1021はレンズ筐体を示し、符号1022はステムを示す。
一方、上記の接続方法では、CANパッケージとフレキシブル基板との接続部分でのインピーダンスのミスマッチが必然的に生じることが知られている。以下、このインピーダンスのミスマッチについて説明する。
光モジュールは、一般的に、各社が提供するCANパッケージに対し、ユーザがフレキシブル基板を接続して使用する。よって、ユーザが接続作業を行い易いように、基本的に、CANパッケージのリードピンは、ある程度余裕を持った長さとされている。そのため、ユーザは、CANパッケージのリードピンをフレキシブル基板の貫通孔に挿入し、その後、貫通孔から飛び出たリードピンを手作業で切断している。この際、必ずリードピンの切り残しが生じ、それが高周波特性を劣化させるスタブとなる。このスタブが影響する周波数帯はリードピンの切り残しの長さに依存し、これはユーザの技術力に光モジュールの特性が左右することを意味する。よって、ユーザによっては、光モジュール自体の信頼性に弊害が生じる可能性がある。
また、CANパッケージのステムとフレキシブル基板は面で対向している。そのため、ステムとフレキシブル基板が有するグランド導体を全面的に接続させないと、その隙間に応じた周波数帯で平行平板共振が発生し、高周波伝送特性を著しく低下させてしまう。この問題が生じる周波数帯は、光モジュールの事業分野で今後予想される25〜100Gbps伝送で弊害となる可能性が高い。
一方、上記のようなインピーダンスのミスマッチを解消するための構成が知られている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に開示された構成では、フレキシブル基板をリードピンに対して平行に接触させることで、特性インピーダンスの変動を抑制している。
特開2004−207259号公報
しかしながら、特許文献1に開示された構成では、フレキシブル基板がステムに接合されて固定されている。そのため、CANパッケージとフレキシブル基板との接続が弱く、温度及び湿度の変化による応力並びに機械的な圧力に弱く、製品としての信頼性が低くなるという課題がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、製品としての信頼性が高く、CANパッケージと基板との接続部分でのインピーダンスのミスマッチを解消できる光モジュールを提供することを目的としている。
この発明に係る光モジュールは、ステム、及び当該ステムから突出したリードピンを有するCANパッケージと、電極を有する基板とを備え、CANパッケージは、ステムにおけるリードピンが突出する面のうち、リードピンが突出している部位以外の面に設けられた溝を有し、基板は、一端が溝に挿入され、電極がリードピンに電気的に接続され、ステムは、グランド導体としても機能し、基板は、上記一端で外部に露出し、ステムと電気的に接続されたグランド導体を有することを特徴とする。
この発明によれば、上記のように構成したので、製品としての信頼性が高く、CANパッケージと基板との接続部分でのインピーダンスのミスマッチを解消できる。
図1A、図1Bは、この発明の実施の形態1に係る光モジュールの構成例を示す図であり、図1Aは上方斜視図であり、図1Bは下方斜視図である。 図2A、図2Bは、この発明の実施の形態1に係るCANパッケージの構成例を示す図であり、図2Aは正面図であり、図2Bは側面図である。 図3A〜図3Cは、この発明の実施の形態1に係る基板の構成例を示す図であり、図3Aは側面図であり、図3Bは表面図であり、図3Cは裏面図である。 図4A、図4Bは、この発明の実施の形態1に係るCANパッケージと基板との接続例を示す図であり、図4Aは表面図であり、図4Bは裏面図である。 この発明の実施の形態1に係る光モジュール及び従来の光モジュールでの通過特性の一例を示すグラフである。 この発明の実施の形態1に係る基板の別の構成例を示す表面図である。 この発明の実施の形態1に係る光モジュールの別の構成例を示す下方斜視図である。 この発明の実施の形態2に係るCANパッケージの構成例を示す側面図である。 この発明の実施の形態2に係るCANパッケージの構成例を示す側面図である。 この発明の実施の形態2に係るCANパッケージの構成例を示す側面図である。 この発明の実施の形態3に係る光モジュールの構成例を示す上方斜視図である。 この発明の実施の形態3に係るCANパッケージの構成例を示す正面図である。 図13A、図13Bは、この発明の実施の形態3に係るCANパッケージと基板との接続例を示す図であり、図13Aは側面図であり、図13Bは表面図である。 従来の光モジュールの構成例を示す側面図である。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る光モジュール1の構成例を示す図である。
光モジュール1は、光信号を送受信する。この光モジュール1は、図1に示すように、CANパッケージ2及び基板3を備えている。
CANパッケージ2は、図2に示すように、レンズ筐体21、ステム22及びリードピン23a,23bを有している。
レンズ筐体21は、LDチップが搭載された基板(不図示)等を内包する。
ステム22は、レンズ筐体21の熱を放熱する放熱部材である。また、ステム22は、CANパッケージ2のグランド導体としても機能する。このステム22には、軸方向に沿って貫通孔221が設けられている。図2の例では、3本の貫通孔221が設けられている。
リードピン(第1のリードピン)23aは、電気信号を伝送するリードピンであり、一端がステム22の貫通孔221を通してレンズ筐体21に内包された基板に電気的に接続され、他端がステム22から突出している。図1では、電気信号の伝送方式として差動伝送方式を採用した場合を示し、リードピン23aとして2本のリードピン23a−1,23a−2を設け、リードピン23a−1,23a−2にそれぞれ180°の位相差が設けられたデジタル信号が入出力される。
リードピン(第2のリードピン)23bは、電力を伝送するリードピンであり、一端がステム22の貫通孔221を通してレンズ筐体21に内包された基板に電気的に接続され、他端がステム22から突出している。
これらのリードピン23a,23bは、ステム22に設けられた貫通孔221からレンズ筐体21に内包された基板へアクセスする。その後、貫通孔221はガラス等の樹脂で封止され、リードピン23a,23bは固定される。
また、実施の形態1に係るCANパッケージ2では、ステム22におけるリードピン23a,23bが突出する面に、溝222が設けられている。この溝222の側断面形状は、例えば矩形状又はU字状に構成されている。
基板3は、光モジュール1の実装基板にあたり、樹脂31で構成される一般的な回路基板である。なお、基板3は、フレキシブル基板でもよいし、その他のプリント基板でもよい。この基板3は、図3に示すように、信号配線32a、電源用配線32b、リードピン接続用パッド33a,33b、他基板接続用パッド34a,34b及びグランド導体35a,35bを有している。なお図3では、基板3が4層の多層構造から構成された場合を示している。
信号配線32aは、基板3の表層に設けられている。図3では、信号配線32aとして、差動信号配線32a−1,32a−2が設けられている。
電源用配線32bは、基板3の裏層に設けられている。
リードピン接続用パッド(第1のリードピン接続用パッド)33aは、信号配線32aの一端に設けられた電極である。このリードピン接続用パッド33aは、CANパッケージ2が有するリードピン23aに電気的に接続される。図3では、差動信号配線32a−1の一端にリードピン接続用パッド33a−1が設けられ、差動信号配線32a−2の一端にリードピン接続用パッド33a−2が設けられている。
リードピン接続用パッド(第2のリードピン接続用パッド)33bは、電源用配線32bの一端に設けられた電極である。このリードピン接続用パッド33bは、CANパッケージ2が有するリードピン23bに電気的に接続される。
他基板接続用パッド(第1の他基板接続用パッド)34aは、信号配線32aの他端に設けられた電極である。この他基板接続用パッド34aは、ドライバICが搭載された他のプリント基板(不図示)に電気的に接続される。図3では、差動信号配線32a−1の他端に他基板接続用パッド34a−1が設けられ、差動信号配線32a−2の他端に他基板接続用パッド34a−2が設けられている。
他基板接続用パッド(第2の他基板接続用パッド)34bは、電源用配線32bの他端に設けられた電極である。この他基板接続用パッド34bは、上記プリント基板に電気的に接続される。
グランド導体(第1のグランド導体)35aは、基板3の内層に設けられ、基板3の一端(ステム22の溝222への挿入端)で外部(表面側)に露出されたベタグランド層である。このグランド導体35aは、信号配線32aのリファレンスとして利用される導体である。
グランド導体(第2のグランド導体)35bは、基板3の内層に設けられ、基板3の一端(ステム22の溝222への挿入端)で外部(裏面側)に露出されたベタグランド層である。このグランド導体35bは、電源用配線32bのリターンとして利用される導体である。
そして、上記のように構成されたCANパッケージ2と基板3とを接続する場合、図4に示すように、ユーザは、まず、ステム22の溝222に、基板3の一端(挿入端)を、リードピン23a,23bに対して平行(略平行の意味を含む)に挿入する。その後、ユーザは、ステム22と基板3との接触部分に対してはんだ付け等を行うことで、基板3をステム22に固定する。ここで、ステム22はCANパッケージ2のグランド導体としても機能し、基板3の一端はグランド導体35a,35bが露出している。よって、ステム22とグランド導体35a,35bとが電気的に接続される。
なお、溝222と基板3の一端との寸法関係は、以下の関係式(1)又は関係式(2)を少なくとも満たすように構成される。式(1),(2)において、T1は溝222の厚みであり、W1は溝222の幅である。また、T2は基板3の一端での厚みであり、W2は基板3の一端での幅である。なお図では、溝222と基板3の奥行は同じ(D)としている。
T2≦T1 (1)
W2≦W1 (2)
そして、ユーザは、溝222に基板3をリードピン23a,23bに対して平行に挿入した状態で、リードピン23aとリードピン接続用パッド33aとを導体36aを介して接続し、リードピン23bとリードピン接続用パッド33bとを導体36bを介して接続する。図1では、リードピン23a−1は、リードピン接続用パッド33a−1に導体36a−1を介して接続され、差動信号配線32a−1との電気的な接続が図られる。また、リードピン23a−2は、リードピン接続用パッド33a−2に導体36a−2を介して接続され、差動信号配線32a−2との電気的な接続が図られる。また、リードピン23bは、リードピン接続用パッド33bに導体36bを介して接続され、電源用配線32bとの電気的な接続が図られる。この導体36a,36bによる接続は、はんだによる接続と考えてもよい。
その後、ユーザは、他基板接続用パッド34a,34bをドライバICが搭載された他のプリント基板に電気的に接続する。
以上のようにして構成された光モジュール1では、ドライバICが搭載されたプリント基板から基板3を経由してレンズ筐体21が内包する基板へ高速な電気信号及び電源が供給される。
ここで、図14に示す従来の光モジュールでは、必ずリードピンの切り残しが生じ、それが高周波特性を劣化させるスタブとなる。一方、実施の形態1に係る光モジュール1では、ステム22の溝222に基板3の一端をリードピン23a,23bに対して平行に挿入するため、リードピン23a,23bを切る必要がなく、上記のようなスタブが生じることもない。その結果、従来の光モジュールに対して高周波伝送特性を改善でき、また、ユーザによるCANパッケージ2と基板3との接続部分における特性差異も生じない。
また、実施の形態1に係る光モジュール1では、溝222に基板3の一端をリードピン23a,23bに対して平行に挿入している。そのため、従来の光モジュールのように、ステム22と基板3とが面で対向することはなく、平行平板共振は発生しない。
また、溝222に基板3の一端をリードピン23a,23bに対して平行に挿入することで、高速な電気信号に対するリファレンスがより安定する。
実施の形態1に係る光モジュール1及び従来の光モジュールでの通過特性の一例を図5に示す。図5において、実線が実施の形態1に係る光モジュール1での通過特性を示し、破線が従来の光モジュールでの通過特性を示している。
この図5に示すように、実施の形態1に係る光モジュール1では、従来の光モジュールのような共振による通過特性の劣化が一切ないことが確認できる。
また、実施の形態1に係る光モジュール1では、ステム22の溝222に基板3の一端をリードピン23a,23bに対して平行に挿入している。そのため、特許文献1に開示された光モジュールに対し、接続が強固となり、温度及び湿度の変化による応力並びに機械的な圧力に強く、製品としての信頼性が高くなる。
次に、実施の形態1に係る光モジュール1の変形例を図6に示す。図6では、リードピン接続用パッド33aとグランド導体35aとの配置関係を示すため、基板3の表層を取除いた状態を示している。
リードピン23aと信号配線32aとが電気的に接続されると、リードピン接続用パッド33aとリファレンスとなるグランド導体35aとの間で寄生容量が生じる。図1の場合には、リードピン接続用パッド33a−1,32a−2とグランド導体35aとの間で寄生容量が生じる。
そこで、ベタグランド層であるグランド導体35aのうち、リードピン接続用パッド33aの直下に位置する領域(導体抜去領域37a)の導体を取除いてもよい。図6では、グランド導体35aのうち、リードピン接続用パッド33a−1,32a−2の直下に位置する領域(導体抜去領域37a−1,37a−2)の導体を取除いている。これにより、リードピン23aと信号配線32aとが電気的に接続されても、リードピン接続用パッド33aで生じる特性インピーダンスの変動を抑制できる。
次に、実施の形態1に係る光モジュール1の別の変形例を図7に示す。
リードピン23a,23bとリードピン接続用パッド33a,33bとの位置関係は、ステム22に設けられた溝222とリードピン23a,23bとの位置関係によって決まる。このため、溝222とリードピン23a,23bとの位置関係によっては、溝222に基板3を挿入した際に、リードピン23a(23b)とリードピン接続用パッド33a(33b)との間に隙間が大きく生じてしまう可能性がある。そこで、この場合には、ジャンパー線38を用いてリードピン23a(23b)とリードピン接続用パッド33a(33b)とを電気的に接続してもよい。なお図7では、リードピン23bとリードピン接続用パッド33bとをジャンパー線38を介して電気的に接続した場合を示している。
以上のように、この実施の形態1によれば、CANパッケージ2は、ステム22におけるリードピン23a,23bが突出する面に設けられた溝222を有し、基板3は、一端が溝222に挿入され、リードピン接続用パッド33a,33bがリードピン23a,23bに電気的に接続されたので、製品としての信頼性が高く、CANパッケージ2と基板3との接続部分でのインピーダンスのミスマッチを解消できる。
また、実施の形態1に係る光モジュール1では、ステム22の溝222に基板3の一端をリードピン23a,23bに対して平行に挿入するため、光モジュール1の接続先となる他のプリント基板へのアクセスが容易となる。すなわち、従来の光モジュールのようにフレキシブル基板を折り曲げる形で他のプリント基板へ接続する必要はなく、基板3はフレキシブル基板に限定されない。
また、実施の形態1に係る光モジュール1では、CANパッケージ2のグランド導体として機能するステム22と、基板3のグランド導体35a,35bとを電気的に接続している。よって、CANパッケージ2から、従来のCANパッケージで装荷されていたグランド用リードピンを廃することができる。その結果、CANパッケージ2の部材コスト及び製造コストを削減でき、光モジュール1の低コスト化に繋がる。
実施の形態2.
実施の形態1では、溝222に基板3を挿入した後、はんだ付け等によって基板3をCANパッケージ2に固定する場合を示した。それに対し、実施の形態2では、溝222に基板3を挿入して嵌合させることで基板3をCANパッケージ2に固定する場合を示す。
ここで、溝222と基板3の一端との寸法関係は、以下の関係式(3)又は関係式(4)を少なくとも満たすように構成される。式(3),(4)において、T1’は溝222の少なくとも一部の厚みであり、W1’は溝222の少なくとも一部の幅である。
T1’<T2 (3)
W1’<W2 (4)
この式(3),(4)を満たすことで、溝222に基板3を挿入した際に、ステム22が基板3をかしめ、電気的な接続が可能となる。以下、具体例を図8〜10に示す。なお図8〜10では、リードピン23a,23b及び貫通孔221の図示を省略している。
図8では、ステム22に、溝222として、側断面形状がテーパ状であり、挿入口での厚みT1’が基板3の一端での厚みT2より薄い溝222bが設けられている。よって、ステム22の溝222bに基板3が挿入されることで、ステム22が基板3をかしめ、電気的な接続が可能となる。
図9では、ステム22に、溝222として、挿入口に上下に突起2221を有する溝222cが設けられている。この溝222cの挿入口(突起2221間)での厚みT1’は、基板3の一端での厚みT2より薄く構成されている。よって、ステム22の溝222cに基板3が挿入されることで、ステム22が基板3をかしめ、電気的な接続が可能となる。
図10では、ステム22に、溝222として、挿入口に弁2222を有する溝222dが設けられている。この溝222dの挿入口(弁2222)での厚みT1’は、基板3の一端での厚みT2より薄く構成されている。よって、ステム22の溝222dに基板3が挿入されることで、ステム22が基板3をかしめ、電気的な接続が可能となる。
なお図8〜10では、溝222の少なくとも一部の厚みT1’を基板3の一端での厚みT2より薄くした場合を示した。一方、溝222の少なくとも一部の幅W1’を基板3の一端での幅W2より狭くする場合も同様である。
以上のように、この実施の形態2によれば、溝222の少なくとも一部の厚みを基板3の一端での厚みに対して薄く、又は、溝222の少なくとも一部の幅を基板3の一端での幅に対して狭く構成したので、実施の形態1における効果に加え、ステム22と基板3とをはんだ等を用いずに電気的に接続可能となり、実装工程を削減でき、実装コストを低減できる。
実施の形態3.
実施の形態1では、リードピン23aを導体36aを介してリードピン接続用パッド33aに接続する場合を示した。それに対し、実施の形態3では、リードピン23aをリードピン接続用パッド33aに直接接触させて接続する場合を示す。
図11はこの発明の実施の形態3に係る光モジュール1の構成例を示す図である。この図11に示す実施の形態3に係る光モジュール1は、図1に示す実施の形態1に係る光モジュール1に対し、溝222の位置を変更し、導体36aを無くしている。また、導体36bに代えてジャンパー線38を用いている。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
溝222は、リードピン23a側にオフセットされ、すなわち、リードピン23aの近くに配置されている。図12では、溝222は、リードピン23a−1,23a−2の近くに配置されている。
これにより、溝222に基板3の一端をリードピン23a,23bに対して平行に挿入した際に、リードピン23aがリードピン接続用パッド33aに直接接触する。これにより、リードピン23aとリードピン接続用パッド33aとを導体36aを用いずに電気的に接続可能となる。その結果、リードピン23aとリードピン接続用パッド33aとを導体36aを用いて電気的に接続した場合に生じる特性インピーダンスの変動を抑制でき、高周波特性の劣化を抑制できる。
なお上記では、実施の形態1の構成に対し、溝222の位置をリードピン23a側にオフセットした場合を示した。しかしながら、これに限らず、実施の形態2の構成に対し、溝222の位置をリードピン23a側にオフセットしてもよい。
また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
この発明に係る光モジュールは、製品としての信頼性が高く、CANパッケージと基板との接続部分でのインピーダンスのミスマッチを解消でき、ステム及びリードピンを有するCANパッケージと、リードピンに接続される電極を有する基板とを備えた光モジュール等に用いるのに適している。
1 光モジュール、2 CANパッケージ、3 基板、21 レンズ筐体、22 ステム、23a,23a−1,23a−2 リードピン、23b リードピン、31 樹脂、32a 信号配線、32a−1,32a−2 差動信号配線、32b 電源用配線、33a,33a−1,33a−2,33b リードピン接続用パッド、34a,34a−1,34a−2,34b 他基板接続用パッド、35a,35b グランド導体、36a,36a−1,36a−2,36b 導体、37a,37a−1,37a−2 導体抜去領域、38 ジャンパー線、221 貫通孔、222,222b〜222d 溝、2221 突起、2222 弁。

Claims (5)

  1. ステム、及び当該ステムから突出したリードピンを有するCANパッケージと、
    電極を有する基板とを備え、
    前記CANパッケージは、
    前記ステムにおける前記リードピンが突出する面のうち、前記リードピンが突出している部位以外の当該面に設けられた溝を有し、
    前記基板は、一端が前記溝に挿入され、前記電極が前記リードピンに電気的に接続され、
    前記ステムは、グランド導体としても機能し、
    前記基板は、
    前記一端で外部に露出し、前記ステムと電気的に接続されたグランド導体を有する
    ことを特徴とする光モジュール。
  2. 前記基板は、前記リードピンに対して平行に前記溝に挿入された
    ことを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
  3. 前記溝は、少なくとも一部の厚みが、前記基板の前記一端での厚みに対して薄い
    ことを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
  4. 前記溝は、少なくとも一部の幅が、前記基板の前記一端での幅に対して狭い
    ことを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
  5. 前記リードピンは、電気信号を伝達する第1のリードピンを含み、
    前記電極は、前記第1のリードピンと直接接触した
    ことを特徴とする請求項1記載の光モジュール。
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