JP6600546B2

JP6600546B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP6600546B2
Application number: JP2015242275A
Authority: JP
Inventors: 和弘小松; 大輔野口
Original assignee: 日本ルメンタム株式会社
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: CN106887471A; US20170168255A1; JP2017108064A; US10001610B2; CN106887471B

Description

本発明は、光モジュールに関する。

光通信で使用されるＣＡＮ型光モジュール(Optical Sub Assembly（OSA)ともいう)は、光電変換を行う光半導体素子を搭載したＣＡＮ型光パッケージと、ＣＡＮ型光パッケージを電気的にメイン基板などと接続する為のフレキシブル基板とを含む（特許文献１及び２）。フレキシブル基板には、一対の差動伝送線路が、電磁気的に結合して所望の特性インピーダンスが得られるように、近接して設けられている。

特開２００９−３０２４３８号公報特開２００７−２８７７６７号公報

フレキシブル基板は、ＣＡＮ型光パッケージからはみ出すように引き出されており、はみ出した部分の曲げ止めになる位置にＧＮＤリードピンを設けることで、フレキシブル基板の曲がりを防止して、差動伝送線路など配線の断線を防止することができる。つまり、ＧＮＤリードピンは、フレキシブル基板がＣＡＮ型光パッケージと重なる領域であって、フレキシブル基板のはみ出した部分に近い位置に設けられる。

しかし、この位置にＧＮＤリードピンを設けると、一対の差動伝送線路はＧＮＤリードピンを挟んで互いに離れることになり、それぞれ独立した伝送線路となる。インピーダンスを整合させる為には、例えば伝送線路の線幅を変える必要があるが、このような変化点はインピーダンス不整合の要因となり、最終的には特性への悪影響が考えられる。よって極力近接させた状態で接続端子まで配線することが望ましい。

本発明は、高周波特性の良い光モジュールを提供することを目的とする。

（１）本発明に係る光モジュールは、複数のリードを有し、光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための光サブアセンブリと、配線パターンを有し、前記光サブアセンブリに重なって電気的に接続される配線基板と、を有する光モジュールであって、前記複数のリードは、差動信号をそれぞれに入力するための一対の差動信号リードと、電源を供給するための電源リードと、を含み、前記配線パターンは、前記一対の差動信号リードにそれぞれ接続される一対の差動伝送線路と、前記電源リードに接続される電源配線と、を含み、前記配線基板は、前記光サブアセンブリに重なる第１領域と、前記光サブアセンブリからはみ出すように前記第１領域から延びる第２領域と、を含み、前記一対の差動信号リードは、前記電源リードよりも、前記第２領域から離れており、前記一対の差動伝送線路は、相互に電磁気的に結合するように接近し、光サブアセンブリは、前記一対の差動伝送線路の間の領域で前記配線基板を貫通するリードを有しないことを特徴とする。本発明によれば、一対の差動信号リードは、電源リードよりも第２領域（光サブアセンブリからはみ出す領域）から離れているので、電源リードが配線基板の曲げ止めになる。一対の差動伝送線路は、一対の差動信号リードとの接合部で曲がると断線しやすいが、電源リードが配線基板の曲げ止めになることで、断線が防止される。また、一対の差動伝送線路は、相互間の領域にリードが無いので離れない。そのため、インピーダンスの不整合が無く、高周波特性が良くなっている。

（２）（１）に記載された光モジュールであって、前記電源配線は、前記電源リードから前記第２領域への最短距離の方向を避けて、回り込むように前記電源リードから延びる迂回部を含むことを特徴としてもよい。

（３）（２）に記載された光モジュールであって、前記電源配線と前記電源リードを接合する半田をさらに有し、前記電源配線は、前記電源リードから前記第２領域への最短距離の方向に拡がるパッドをさらに含み、前記パッドは、前記電源リードが貫通して前記半田が載ることを特徴としてもよい。

（４）（３）に記載された光モジュールであって、前記配線パターンを、一部を除いて覆うカバー層をさらに有し、前記電源配線は、前記第１領域で、前記カバー層によって覆われる部分と前記カバー層から露出する部分との境目を有し、前記パッドは、前記第２領域に最も近い先端を、前記第１領域に有し、前記電源配線の前記境目は、前記パッドの前記先端よりも、前記第２領域から離れた位置にあることを特徴としてもよい。

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記一対の差動信号リードのピッチは、前記第２領域での前記一対の差動伝送線路のピッチよりも大きいことを特徴としてもよい。

（６）（５）に記載された光モジュールであって、前記一対の差動伝送線路は、相互に離れる方向に延びることなく、前記一対の差動信号リードから相互に接近する方向に延びることを特徴としてもよい。

（７）（１）から（６）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記配線基板は、前記一対の差動伝送線路に絶縁されて重なるグランドプレーンをさらに含み、前記複数のリードは、前記グランドプレーンに接続されるグランドリードをさらに含むことを特徴としてもよい。

（８）（７）に記載に記載された光モジュールであって、前記配線基板は、前記差動信号リードと前記電源リードとの間に設けられた切欠き部を含み、前記配線パターンは、前記グランドリードから前記切欠き部へと連なるグランド配線パターンを含み、前記グランド配線パターンは、前記切欠き部に設けられた半田により、前記光サブアセンブリと電気的に接続されていることを特徴としてもよい。

本発明の実施形態に係る光モジュールの概略を示す断面図である。図１に示す光モジュールのII−II線断面図である。電源配線の詳細を説明するための拡大図である。図１に示す光モジュールのIV−IV線断面図である。実施形態の変形例を図３に対応して示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光モジュールの概略を示す断面図である。図２は、図１に示す光モジュールのII−II線断面図である。

光モジュールは、光サブアセンブリ１０を有する。光サブアセンブリ１０の一例は、レーザなどの発光素子を内部に有し、電気信号を光信号に変換して、光コネクタと接続される光ファイバに光信号を送信する光送信モジュール（TOSA; Transmitter Optical SubAssembly）である。他の一例は、内部にフォトダイオードに代表される受光素子を有し、光コネクタより受信した光信号を電気信号に変換する光受信モジュール（ROSA; Receiver Optical SubAssembly）である。あるいは、その両方の機能を内包したＢＯＳＡ (Bidirectional Optical Subassembly)も光サブアセンブリ１０の一例である。このように光サブアセンブリ１０は、電気信号及び光信号を少なくとも一方から他方に変換するようになっているものである。

光サブアセンブリ１０は、ステム１２から突出する複数のリード１４(具体的にはリードピン)を、接続端子として有する。複数のリード１４は、同じ方向に突出し、相互に平行に延びている。複数のリード１４は、差動信号（高周波信号）をそれぞれに入力するための一対の差動信号リード１６を含む。複数のリード１４は、電源を供給するための電源リード１８及び接地するためのグランドリード２０を含む。光サブアセンブリ１０が受光素子を有する場合、複数のリード１４は、受光素子を流れる電流の高周波成分の平均値に相当する直流電流を流すＤＣリード２２を含んでもよいし、複数の電源リード１８を含んでも構わない。

光モジュールは、配線基板２４（例えばフレキシブル基板）を有する。配線基板２４は、光サブアセンブリ１０に重なる第１領域Ａ１と、光サブアセンブリ１０からはみ出すように第１領域Ａ１から延びる第２領域Ａ２と、を含む。配線基板２４は、ポリイミド樹脂などの有機材料（絶縁材料）からなるベースフィルム２６を有する。配線基板２４は、光サブアセンブリ１０に電気的に接続するための配線パターン２８を有する。ベースフィルム２６の第１面３０に配線パターン２８が形成されている。配線パターン２８は、第１接着層３２を介して、一部を除いて第１カバー層３４に覆われている。第１カバー層３４もポリイミド樹脂などの有機材料（絶縁材料）からなる。

配線パターン２８は、一対の差動伝送線路３６を含む。一対の差動伝送線路３６は、所望の特性インピーダンスとなるように、相互に電磁気的に結合するように接近している。一対の差動伝送線路３６は、それぞれ、一対の差動信号リード１６に接続される。詳しくは、差動伝送線路３６は、端部に信号パッド３８を有し、信号パッド３８を貫通するように差動信号リード１６が配置されている。信号パッド３８には半田３８Ａが設けられ、半田３８Ａによって信号パッド３８と差動信号リード１６が接合されて、両者が電気的に接続されている。一対の差動伝送線路３６は、信号パッド３８同士のピッチが最も大きくなっており、一対の差動信号リード１６から相互に離れる方向に延びることなく、相互に接近する方向に延びる。一対の差動信号リード１６のピッチは、第２領域Ａ２での一対の差動伝送線路３６の直線部分のピッチよりも大きい。

配線パターン２８は、電源リード１８に接続される電源配線４０を含む。電源配線４０は、迂回部４２を含む。迂回部４２は、電源リード１８から、第２領域Ａ２への最短距離の方向を避けて、回り込むように電源リード１８から延びる。電源配線４０は、電源パッド４４を含む。電源パッド４４は、電源リード１８が貫通して半田４４Ａが載る。半田４４Ａは、電源パッド４４と電源リード１８を接合する。

図３は、電源配線４０の詳細を説明するための拡大図である。電源パッド４４は、半田４４Ａが載ることで曲がりにくくなっているので、配線基板２４は、電源パッド４４の半田４４Ａが載った部分に隣接した位置で曲がりやすくなる。一対の電源パッド４４があるので、これらに隣接した直線（図３に示す一点鎖線Ｌ）で配線基板２４は曲がりやすい。

電源配線４０は、第１領域Ａ１で、第１カバー層３４によって覆われる部分と第１カバー層３４から露出する部分との境目４０Ｂを有する。電源パッド４４は、電源リード１８から第２領域Ａ２への最短距離の方向に拡がり、第２領域Ａ２に最も近い先端４０Ｔを第１領域Ａ１に有する。この先端４０Ｔに隣接して、配線基板２４の曲がりやすい位置がある。

本実施形態では、電源配線４０の露出被覆の境目４０Ｂは、電源パッド４４の先端４０Ｔよりも、第２領域Ａ２から離れた位置にある。つまり、配線基板２４の曲がりやすい位置（一点鎖線Ｌ）では、電源配線４０は第１カバー層３４に覆われているので断線しにくくなっている。

図３には、第１カバー層３４の輪郭線（第１カバー層３４がある領域と無い領域の境界線）と、配線基板２４が曲がりやすい直線（一点鎖線Ｌ）との交点Ｐが示されている。交点Ｐを通り、電源リード１８の中心点（電源パッド４４の表面を含む面と中心軸の交点）を中心とする円を描くと、一点鎖線Ｌよりもパッドに近い側で２つの交点Ｐの間にある弧の範囲（矢印の範囲）で、電源パッド４４から電源配線４０（迂回部４２）が引き出されているので、電源配線４０の断線のおそれは小さくなる。

本実施形態では、電源パッド４４は、電源リード１８から電源配線４０が引き出される方向への幅Ｗ１よりも、電源リード１８から第２領域Ａ２への最短距離の方向への幅Ｗ２が大きい。そのため、上述した円が大きくなり、すなわち、矢印で示す弧が長くなり、断線のおそれが小さくなる引き出し方向の範囲が広くなる。これにより、設計の自由度が向上するので、例えば、他の配線等の部品が接近しているときに有効である。また、弧の両端から離れて電源配線４０を引き出すことで、電源配線４０の露出被覆の境目４０Ｂを、屈曲しやすくなる直線（一点鎖線Ｌ）から離すことができるので、断線耐力が向上する。

図２に示すように、一対の差動信号リード１６は、電源リード１８よりも第２領域Ａ２から離れている。逆に言うと、電源リード１８が配線基板２４を貫通しており、これにより配線基板２４の曲げを止めることができる。一対の差動伝送線路３６は、一対の差動信号リード１６との接合部（詳しくは半田３８Ａに隣接する部分）で曲がると断線しやすいが、電源リード１８が配線基板２４の曲げ止めになることで、電源リード１８から第２領域Ａ２側の範囲においては、第１カバー層３４で覆われているために、断線が防止される。

本実施形態では、光サブアセンブリ１０は、一対の差動伝送線路３６の間の領域に、配線基板２４を貫通するリードを有しない。つまり、一対の差動伝送線路３６は、相互間の領域にリードが無いので離れない。そのため、一対の差動線路３６間の電磁界の閉じ込め状態の変化を抑えることができ、インピーダンスの不整合となりづらく、高周波特性が良くなっている。

なお、配線パターン２８は、ＤＣリード２２に接続されるＤＣ配線４６を含む。ＤＣ配線４６は、一対の差動伝送線路３６を挟んで、電源配線４０と線対称の形状になっているので、その構造には電源配線４０の説明が該当する。

図４は、図１に示す光モジュールのIV−IV線断面図である。図１及び図４に示すように、配線基板２４は、グランドプレーン４８を有する。ベースフィルム２６の第２面５０にグランドプレーン４８が形成されている。グランドプレーン４８は、第２接着層５２を介して、一部を除いて第２カバー層５４に覆われている。第２カバー層５４もポリイミド樹脂などの有機材料（絶縁材料）からなる。グランドプレーン４８は、一対の差動伝送線路３６（図２参照）に絶縁されて重なり、グランドリード２０に接続されており、これによりマイクロストリップラインが構成される。詳しくは、配線パターン２８と同層に設けられたグランドランド５６（図２参照）とグランドプレーン４８がベースフィルム２６を貫通するスルーホール（図示せず）で電気的に導通し、グランドリード２０がグランドランド５６を貫通し、グランドランド５６に設けられた半田５６Ａによって、グランドリード２０とグランドランド５６が接合されて電気的に接続される。

図５は、実施形態の変形例を図３に対応して示す図である。図３に示す実施形態との相違点は、配線基板１２４の配線パターン１２８とステム１２とが直接的に半田１５８により接続されている点であり、それ以外については上記実施形態と同じである。本変形例では、配線基板１２４の一部に切欠き部１６０が設けられている。切欠き部１６０は、配線パターン１２８の一部であるグランド配線パターン１６２により、グランドリード２０とつながっている。ステム１２に接触するように切欠き部１６０に半田１５８を設けることで、グランド配線パターン１６２とステム１２とがグランド電位で導通する。グランド配線パターン１６２は、差動信号リード１６を、差動伝送線路３６が引き出される方向（図５で第２領域Ａ２の方向）を除いた３方向で囲んでいる。本構造とすることで、差動伝送線路３６の一部および差動信号リード１６の周りをグランド電位で囲むことができ、高周波特性に優れた光モジュールを提供することができる。

そして、上記実施形態で述べたように、第２領域Ａ２に近い側にＤＣリード２２を設け、ＤＣリード２２から第１領域Ａ１に向かう方向に、差動信号リード１６及びグランドリード２０を、この順に配置する。こうすることで、差動信号リード１６とＤＣリード２２との間に配線パターンを無くすことができるために、ここに切欠き部１６０を設けることができ、この領域でステム１２と接続することで上述したように差動伝送線路３６および差動信号リード１６をグランド電位で囲むことができる。

なお、本変形例では、グランドリード２０と切欠き部１６０は配線パターン１２８側で接続したが、逆側のグランドプレーンを通じて接続させても良い。また、本実施形態では「切欠き部」と呼称しているが、切欠きはスルーホールのような穴であっても構わない。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

１０光サブアセンブリ、１２ステム、１４リード、１６差動信号リード、１８電源リード、２０グランドリード、２２ＤＣリード、２４配線基板、２６ベースフィルム、２８配線パターン、３０第１面、３２第１接着層、３４第１カバー層、３６差動伝送線路、３８信号パッド、３８Ａ半田、４０電源配線、４０Ｂ境目、４０Ｔ先端、４２迂回部、４４電源パッド、４４Ａ半田、４６ＤＣ配線、４８グランドプレーン、５０第２面、５２第２接着層、５４第２カバー層、５６グランドランド、５６Ａ半田、１２４配線基板、１２８配線パターン、１５８半田、１６０切欠き部、１６２グランド配線パターン、Ａ１第１領域、Ａ２第２領域、Ｌ一点鎖線、Ｐ交点、Ｗ１，Ｗ２幅。

Claims

複数のリードを有し、光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための光サブアセンブリと、
配線パターンを有し、前記光サブアセンブリに重なって電気的に接続される配線基板と、
を有する光モジュールであって、
前記複数のリードは、差動信号をそれぞれに入力するための一対の差動信号リードと、電源を供給するための電源リードと、を含み、
前記配線パターンは、前記一対の差動信号リードにそれぞれ接続される一対の差動伝送線路と、前記電源リードに接続される電源配線と、を含み、
前記配線基板は、前記光サブアセンブリに重なる第１領域と、前記光サブアセンブリからはみ出すように前記第１領域から延びる第２領域と、を含み、
前記一対の差動信号リードは、前記電源リードよりも、前記第２領域から離れており、
前記一対の差動伝送線路は、相互に電磁気的に結合するように接近し、
光サブアセンブリは、前記一対の差動伝送線路の間の領域で前記配線基板を貫通するリードを有しないことを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載された光モジュールであって、
前記電源配線は、前記電源リードから前記第２領域への最短距離の方向を避けて、回り込むように前記電源リードから延びる迂回部を含むことを特徴とする光モジュール。
請求項２に記載された光モジュールであって、
前記電源配線と前記電源リードを接合する半田をさらに有し、
前記電源配線は、前記電源リードから前記第２領域への最短距離の方向に拡がるパッドをさらに含み、
前記パッドは、前記電源リードが貫通して前記半田が載ることを特徴とする光モジュール。
請求項３に記載された光モジュールであって、
前記配線パターンを、一部を除いて覆うカバー層をさらに有し、
前記電源配線は、前記第１領域で、前記カバー層によって覆われる部分と前記カバー層から露出する部分との境目を有し、
前記パッドは、前記第２領域に最も近い先端を、前記第１領域に有し、
前記電源配線の前記境目は、前記パッドの前記先端よりも、前記第２領域から離れた位置にあることを特徴とする光モジュール。
請求項１から４のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記一対の差動信号リードのピッチは、前記第２領域での前記一対の差動伝送線路のピッチよりも大きいことを特徴とする光モジュール。
請求項５に記載された光モジュールであって、
前記一対の差動伝送線路は、相互に離れる方向に延びることなく、前記一対の差動信号リードから相互に接近する方向に延びることを特徴とする光モジュール。
請求項１から６のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記配線基板は、前記一対の差動伝送線路に絶縁されて重なるグランドプレーンをさらに含み、
前記複数のリードは、前記グランドプレーンに接続されるグランドリードをさらに含むことを特徴とする光モジュール。
請求項７に記載に記載された光モジュールであって、
前記配線基板は、前記差動信号リードと前記電源リードとの間に設けられた切欠き部を含み、
前記配線パターンは、前記グランドリードから前記切欠き部へと連なるグランド配線パターンを含み、
前記グランド配線パターンは、前記切欠き部に設けられた半田により、前記光サブアセンブリと電気的に接続されていることを特徴とする光モジュール。