JP6982962B2

JP6982962B2 - 光モジュール

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Publication number: JP6982962B2
Application number: JP2017026873A
Authority: JP
Inventors: 佳邦内田; 直彦馬場; 秀明浅倉; 道秀笹田; 和弘小松
Original assignee: 日本ルメンタム株式会社
Priority date: 2017-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2037-02-16
Also published as: US10129983B2; CN108445590B; JP2018133478A; CN108445590A; US20180235087A1

Description

本発明は、光モジュール及びフレキシブル基板に関する。

光モジュールの小型・高密度化が進んでいる。それに伴い光モジュール内に格納される、光送信及び又は受信機能を有している光サブアッセンブリ（ＯＳＡ; Optical SubAssembly）も同様に高密度化が進んでいる。例えば波長多重による伝送速度の増加（100Gbps等）によって、従来は送信側・受信側それぞれに単チャンネルのＯＳＡを４個配置していたが、近年は４チャンネルを一つのパッケージに収めたＯＳＡが使われるようになってきた（引用文献１）。

ＯＳＡ内に複数チャンネルを収めるとＯＳＡと外部とを接続するための電気的な端子数もそれに応じて増加する。ＯＳＡは光モジュール内の制御ＩＣ(Integrated Circuit)等が配置されたプリント基板（ＰＣＢ; Printed Circuit Board）とフレキシブル基板（ＦＰＣ; Flexible Printed Circuit）を用いて接続されている。ＯＳＡの電気端子の増加によりＦＰＣの配線数・パッド数（接続端子、電極パッド）も増加している。

特開２０１６−１８１５８４号公報特開２００７−１５６４６７号公報

ＦＰＣの接続パッドは配線と比較して幅広いことが一般的である。これはＰＣＢとの接続強度を増すためなどが目的である。ＦＰＣに配線（ＡＣ（Alternating Current），ＤＣ（Direct Current），ＧＮＤ（Ground）等）の数が増加することで接続パッド数も増加し、それが占める領域が拡大してしまう。具体的には、接続パッドはＦＰＣの延伸方向の端の辺に沿って設けられている。接続パッド数の増加は、延伸方向に垂直な方向の幅（以降、横幅）が広がることに繋がる。ＦＰＣの横幅が広がればそれだけＰＣＢ上の対応する接続パッド領域も広がることとなるが、光モジュール自体の小型化も進んでおり、十分に接続パッドの領域を配置することが難しくなった。

引用文献２の図２には、端部の接続パッドの傍の側部に接続パッドが配置されている例が開示されている。この配置の場合、ＦＰＣをＰＣＢに接続する際の幅の最大値は側部の接続パッド間となり、ＦＰＣの横幅が大きくなることを避けることができていない。

本発明の目的は、ＦＰＣの接続端子が増加しても横幅を広げることなく効率よく接続できる形態のＦＰＣおよびそれを用いた光モジュールを提供することにある。

（１）本発明に係る光モジュールは、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ッセンブリと、プリント基板と、前記光サブアッセンブリ及び前記プリント基板を接続するフレキシブル基板と、を有し、前記フレキシブル基板は、ベース材と、前記ベース材の少なくとも一方の面で周縁部に複数の端子を有する配線パターンと、を含み、前記ベース材は、第１方向の両側にある一対の端部領域と、前記一対の端部領域の間にある中間領域と、を含み、前記中間領域は、前記第１方向に直交する第２方向の両側に一対の側端部を有し、前記一対の側端部のいずれもが前記一対の端部領域から前記第２方向の外側に突出することなく、前記一対の側端部の少なくとも一方が前記一対の端部領域から前記第２方向の内側に入り込む形状をしており、前記複数の端子は、前記ベース材の前記一対の端部領域のそれぞれにあって前記第２方向に並ぶ複数の端部パッドと、前記ベース材の前記一対の側端部の前記少なくとも一方にある側部パッドと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、側部パッドも電気的接続に使用するので、第２方向（幅方向）に並ぶ端部パッドの数を抑えることができ、これにより、フレキシブル基板の幅の拡大を抑えることができる。

（２）（１）に記載された光モジュールであって、前記側部パッドは、前記ベース材の前記一対の側端部の前記少なくとも一方にあって前記第１方向に並ぶ複数の側部パッドである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、前記一対の端部領域は、第１端部領域と第２端部領域と、を含み、前記配線パターンは、前記第１端部領域にある前記複数の端部パッドのいくつかと、前記第２端部領域にある前記複数の端部パッドの少なくともいくつかと、を接続する複数の配線ラインを含む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、前記複数の配線ラインは、１０Ｇｂｐｓ以上の信号が伝送されるように構成されていることを特徴としてもよい。

（５）（４）に記載された光モジュールであって、前記複数の配線ラインは、多チャンネルの差動伝送経路を構成することを特徴としてもよい。

（６）（３）から（５）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記配線パターンは、グランドプレーンを含み、前記複数の端部パッドは、前記複数の配線ラインに接続する一群の信号パッドと、前記グランドプレーンに接続する複数のグランドパッドと、を含むことを特徴としてもよい。

（７）（６）に記載された光モジュールであって、前記複数のグランドパッドは、前記第２方向に、前記一群の信号パッドを挟むように配置されていることを特徴としてもよい。

（８）（６）又は（７）に記載された光モジュールであって、前記第１端部領域にある前記複数の端部パッドは、一群の制御パッドを含み、前記配線パターンは、前記一群の制御パッドと、前記複数の側部パッドと、を接続する他の複数の配線ラインを含むことを特徴としてもよい。

（９）（８）に記載された光モジュールであって、前記第１端部領域にある前記複数のグランドパッドは、前記第２方向に、前記一群の制御パッドを挟むように配置されていることを特徴としてもよい。

（１０）（９）に記載された光モジュールであって、前記第１端部領域にある前記一群の信号パッドと前記一群の制御パッドの間に、前記グランドパッドの少なくとも１つが配置されていることを特徴としてもよい。

（１１）（３）から（１０）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記複数の側部パッドは、前記第１端部領域よりも第２端部領域に近い位置にあることを特徴としてもよい。

（１２）（３）から（１１）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記第１端部領域は、前記第２端部領域よりも、前記第２方向に大きいことを特徴としてもよい。

（１３）（２）から（１２）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記中間領域は、前記一対の側端部の両方が前記一対の端部領域から前記第２方向の内側に入り込む形状をしていることを特徴としてもよい。

（１４）（２）から（１３）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記光サブアッセンブリは、前記第１端部領域にある前記複数の端部パッドに接続され、前記プリント基板は、前記第２端部領域にある前記複数の端部パッド及び前記中間領域にある前記複数の側部パッドに接続されることを特徴としてもよい。

（１５）（２）から（１４）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記複数の側部パッドは、１ＭＨｚ以下の信号又は直流電圧が入力されるように構成されることを特徴としてもよい。

（１６）本発明に係るフレキシブル基板は、ベース材と、前記ベース材の少なくとも一方の面で周縁部に複数の端子を有する配線パターンと、を有し、前記ベース材は、第１方向の両側にある一対の端部領域と、前記一対の端部領域の間にある中間領域と、を含み、前記中間領域は、前記第１方向に直交する第２方向の両側に一対の側端部を有し、前記一対の側端部のいずれもが前記一対の端部領域から前記第２方向の外側に突出することなく、前記一対の側端部の少なくとも一方が前記一対の端部領域から前記第２方向の内側に入り込む形状をしており、前記複数の端子は、前記ベース材の前記一対の端部領域のそれぞれにあって前記第２方向に並ぶ複数の端部パッドと、前記ベース材の前記一対の側端部の前記少なくとも一方にあって前記第１方向に並ぶ複数の側部パッドと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、電気的接続のために側部パッドを備えるので、第２方向（幅方向）に並ぶ端部パッドの数を抑えることができ、これにより、フレキシブル基板の幅の拡大を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る光モジュールの外観図である。本発明の実施形態に係る光モジュールが装着された光伝送装置の構成を示す模式図である。光サブアセンブリ、プリント基板及びフレキシブル基板を示す概略図である。本発明を適用した実施形態に係るフレキシブル基板の表面を示す図である。図４に示すフレキシブル基板の裏面を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る光モジュールの外観図である。光モジュール１００は、ビットレートが１００Ｇｂｉｔ／ｓ級の、送信機能及び受信機能を有する光送受信機（光トランシーバ）であり、ＱＳＦＰ２８（Quad Small Form-factor Pluggable 28）のＭＳＡ(Multi-Source Agreement)規格に基づいている。光モジュール１００は、ケース１０２と、プルタブ１０４と、スライダ１０６と、を含む部品で外形が構成される。

図２は、本発明の実施形態に係る光モジュールが装着された光伝送装置の構成を示す模式図である。光伝送装置２００に、複数の光モジュール１００が、電気コネクタ２０２によりそれぞれ装着されている。光伝送装置２００は、例えば、大容量のルータやスイッチである。光伝送装置２００は、例えば交換機の機能を有しており、基地局などに配置される。光伝送装置２００は、光モジュール１００より受信用のデータ（受信用の電気信号）を取得し、回路基板２０４に搭載されるＩＣ２０６などを用いて、どこへ何のデータを送信するかを判断し、送信用のデータ（送信用の電気信号）を生成し、該当する光モジュール１００へそのデータを伝達する。

光モジュール１００は、プリント基板１０と、フレキシブル基板１２と、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ッセンブリ１４と、を備えている。プリント基板１０は、柔軟性の無いリジッド基板である。プリント基板１０と光サブアッセンブリ１４とは、フレキシブル基板１２を介して接続されている。プリント基板１０から電気信号がフレキシブル基板１２を介して光サブアッセンブリ１４へ伝送される。また、光サブアッセンブリ１４から電気信号がフレキシブル基板１２を介してプリント基板１０へ伝送される。光サブアッセンブリ１４が有する光変換素子は、光信号又は電気信号のうち一方から他方へ変換する素子である。電気信号を光信号へ変換する光変換素子が発光素子であり、光信号を電気信号へ変換する光変換素子が受光素子である。光サブアッセンブリ１４は、発光素子及び受光素子の少なくとも一方（例えば両方）を含んでいる。光信号の入出力のために、光サブアッセンブリ１４には光ファイバ１６が接続されている。

図３は、光サブアッセンブリ、プリント基板及びフレキシブル基板を示す概略図である。光サブアッセンブリ１４は、フレキシブル基板１２の一方の端部に接続されている。フレキシブル基板１２の他方の端部は、プリント基板１０に重なって電気的に接続されている。

図４は、本発明を適用した実施形態に係るフレキシブル基板の表面を示す図である。図５は、図４に示すフレキシブル基板の裏面を示す図である。

フレキシブル基板１２は、ベース材１８に後述する配線パターン２８等を構成する銅箔／銅めっきを施し、カバーレイを表層に接着させた積層構造を有する。本実施形態ではベース材の両面に銅箔／銅めっきが形成された例で説明するが、複数のベース材およびその間に銅箔が形成された構造であっても本発明は適用できる。ベース材１８の薄さと素材から柔軟性を有するようになっている。ベース材１８は、第１方向Ｄ１（長さ方向）の両側にある一対の端部領域（第１端部領域２０及び第２端部領域２２）を含む。第１端部領域２０及び第２端部領域２２の一方は他方よりも、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２（幅方向）に大きい。例えば、第１端部領域２０の幅Ｗ１が、第２端部領域２２の幅Ｗ２よりも大きい。なお、これに限らず第１端部領域２０の幅Ｗ１と第２端部領域の幅Ｗ２が同じであっても構わないし、幅Ｗ２のほうが大きくても構わない。

ベース材１８は、第１端部領域２０及び第２端部領域２２の間にある中間領域２４を含む。中間領域２４は、第２方向Ｄ２の両側に一対の側端部２６を有する。中間領域２４は、一対の側端部２６のいずれもが、第１端部領域２０及び第２端部領域２２から第２方向Ｄ２の外側に突出しない形状である。中間領域２４は、一対の側端部２６の少なくとも一方（例えば両方）が、第１端部領域２０及び第２端部領域２２から第２方向Ｄ２の内側に入り込む形状である。つまり、ベース材１８は、中間領域２４でくびれた形状になっている。

フレキシブル基板１２は、ベース材１８の少なくとも一方の面（例えば両面）に設けられた配線パターン２８を含む。配線パターン２８は、ベース材１８の少なくとも一方の面で周縁部に複数の端子３０を有する。図４及び図５に示すように、複数の端子３０は、ベース材１８の両面に設けられている。ベース材１８の一方の面に設けられた端子３０は、ベース材１８を貫通するスルーホール３２（ビア）によって、他方の面に設けられた対応する端子３０に接続される。配線パターン２８は、図５に示すように、ベース材１８の他方の面にグランドプレーン３４を含む。グランドプレーン３４は、複数の端子３０から間隔をあけて配置されている。ただし、後述する通り複数の端子３０の一部はグランドプレーン３４とつながっている。

複数の端子３０は、複数の端部パッド３６を含む。複数の端部パッド３６は、ベース材１８の第１端部領域２０及び第２端部領域２２のそれぞれにある。複数の端部パッド３６は、第２方向Ｄ２に並んでいる。光サブアッセンブリ１４は、第１端部領域２０にある複数の端部パッド３６に接続される。プリント基板１０は、第２端部領域２２にある複数の端部パッド３６に接続される。

第１端部領域２０にある複数の端部パッド３６は、グランドプレーン３４に接続する複数のグランドパッド３８を含む。第１端部領域２０にある複数の端部パッド３６は、一群の信号パッド４０を含む。複数のグランドパッド３８の少なくとも２つは、第２方向Ｄ２に、一群の信号パッド４０を挟むように配置されている。第１端部領域２０にある複数の端部パッド３６は、光サブアッセンブリ１４を駆動又は制御するために、一群の制御パッド４２を含む。複数のグランドパッド３８の少なくとも２つは、第２方向Ｄ２に、一群の制御パッド４２を挟むように配置されている。また、信号パッド４０と制御パッド４２の間に、少なくとも１つのグランドパッド３８が配置されている。

第２端部領域２２にある複数の端部パッド３６は、図５に示すように、グランドプレーン３４に接続する複数のグランドパッド３８を含む。第２端部領域２２にある複数の端部パッド３６は、一群の信号パッド４０を含む。第２端部領域２２では、複数のグランドパッド３８は、第２方向Ｄ２に、一群の信号パッド４０を挟むように配置されている。

第１端部領域２０にある一群の信号パッド４０（複数の端部パッド３６のいくつか）と、第２端部領域２２にある一群の信号パッド４０（複数の端部パッド３６の少なくともいくつか）とは、複数の第１配線ライン４４によって接続されている。複数の第１配線ライン４４は、少なくとも、中間部において直線状になっている。複数の第１配線ライン４４は、配線パターン２８に含まれる。複数の第１配線ライン４４は、誘電体が間に介在するようにグランドプレーン３４と重なっており、マイクロストリップラインを構成する。さらに、複数の第１配線ライン４４は、多チャンネルの差動伝送経路を構成し、１０Ｇｂｐｓ以上の信号が伝送されるようになっている。

複数の端子３０は、複数の側部パッド４６を含む。複数の側部パッド４６は、ベース材１８の一対の側端部２６の少なくとも一方（例えば両方）にある。複数の側部パッド４６は、第１方向Ｄ１に並んでいる。複数の側部パッド４６は、第１端部領域２０及び第２端部領域２２の一方よりも他方に近い位置、例えば、第１端部領域２０よりも第２端部領域２２に近い位置にある。

配線パターン２８は、複数の第２配線ライン４８を含む。複数の第２配線ライン４８は、第１端部領域２０にある一群の制御パッド４２（複数の端部パッド３６のいくつか）と、複数の側部パッド４６と、を接続する。複数の側部パッド４６に入力されて一群の制御パッド４２に伝達されるのは、１ＭＨｚ以下の信号又は直流電圧（光サブアッセンブリ１４を駆動又は制御するための信号又は電圧）である。図４に示すように、プリント基板１０は、第２端部領域２２にある複数の端部パッド３６とともに、中間領域２４にある複数の側部パッド４６にも接続される。なお、複数の端子パッド３６及び複数の側部パッド４６はプリント基板１０とははんだなどで電気的・物理的に接合される。ここで、側部パッド４６は、複数の端子パッド３６が配置されている領域よりも第２方向Ｄ２で内側に配置されているために、フレキシブル基板１２の配置のための領域は実効的には複数の端子パッド３６が配置されている領域となる。これにより、フレキシブル基板１２の配置領域を拡大することなくプリント基板１０との接続端子を増加させることができる。

本実施形態によれば、側部パッド４６も電気的接続に使用するので、第２方向Ｄ２（幅方向）に並ぶ端部パッド３６の数を抑えることができ、これにより、フレキシブル基板１２の幅の拡大を抑えることができる。

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。例えば、側部パッド４６を第１端部領域２０に近いほうにも設けて構わない。また複数の側部パッド４６は一つでも構わない。

１０プリント基板、１２フレキシブル基板、１４光サブアッセンブリ、１６光ファイバ、１８ベース材、２０第１端部領域、２２第２端部領域、２４中間領域、２６側端部、２８配線パターン、３０端子、３２スルーホール、３４グランドプレーン、３６端部パッド、３８グランドパッド、４０信号パッド、４２制御パッド、４４第１配線ライン、４６側部パッド、４８第２配線ライン、１００光モジュール、１０２ケース、１０４プルタブ、１０６スライダ、２００光伝送装置、２０２電気コネクタ、２０４回路基板、Ｄ１第１方向、Ｄ２第２方向。

Claims

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ッセンブリと、
プリント基板と、
前記光サブアッセンブリ及び前記プリント基板を接続するフレキシブル基板と、
を有し、
前記フレキシブル基板は、ベース材と、前記ベース材の少なくとも一方の面で周縁部に複数の端子を有する配線パターンと、を含み、
前記ベース材は、第１方向の両側にある一対の端部領域と、前記一対の端部領域の間にある中間領域と、を含み、
前記中間領域は、前記第１方向に直交する第２方向の両側に一対の側端部を有し、前記一対の側端部のいずれもが前記一対の端部領域から前記第２方向の外側に突出することなく、前記一対の側端部の少なくとも一方が前記一対の端部領域から前記第２方向の内側に入り込む形状をしており、
前記複数の端子は、前記ベース材の前記一対の端部領域のそれぞれにあって前記第２方向に並ぶ複数の端部パッドと、前記ベース材の前記一対の側端部の前記少なくとも一方にある側部パッドと、を含む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、
前記側部パッドは、前記ベース材の前記一対の側端部の前記少なくとも一方にあって前記第１方向に並ぶ複数の側部パッドである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、
前記一対の端部領域は、第１端部領域と第２端部領域と、を含み、
前記配線パターンは、前記第１端部領域にある前記複数の端部パッドのいくつかと、前記第２端部領域にある前記複数の端部パッドの少なくともいくつかと、を接続する複数の配線ラインを含む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、
前記複数の配線ラインは、１０Ｇｂｐｓ以上の信号が伝送されるように構成されていることを特徴とする光モジュール。
請求項４に記載された光モジュールであって、
前記複数の配線ラインは、多チャンネルの差動伝送経路を構成することを特徴とする光モジュール。
請求項３から５のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記配線パターンは、グランドプレーンを含み、
前記複数の端部パッドは、前記複数の配線ラインに接続する一群の信号パッドと、前記グランドプレーンに接続する複数のグランドパッドと、を含むことを特徴とする光モジュール。
請求項６に記載された光モジュールであって、
前記複数のグランドパッドは、前記第２方向に、前記一群の信号パッドを挟むように配置されていることを特徴とする光モジュール。
請求項６又は７に記載された光モジュールであって、
前記第１端部領域にある前記複数の端部パッドは、一群の制御パッドを含み、
前記配線パターンは、前記一群の制御パッドと、前記複数の側部パッドと、を接続する他の複数の配線ラインを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項８に記載された光モジュールであって、
前記第１端部領域にある前記複数のグランドパッドは、前記第２方向に、前記一群の制御パッドを挟むように配置されていることを特徴とする光モジュール。
請求項９に記載された光モジュールであって、
前記第１端部領域にある前記一群の信号パッドと前記一群の制御パッドの間に、前記グランドパッドの少なくとも１つが配置されていることを特徴とする光モジュール。
請求項３から１０のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記複数の側部パッドは、前記第１端部領域よりも第２端部領域に近い位置にあることを特徴とする光モジュール。
請求項３から１１のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記第１端部領域は、前記第２端部領域よりも、前記第２方向に大きいことを特徴とする光モジュール。
請求項２から１２のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記中間領域は、前記一対の側端部の両方が前記一対の端部領域から前記第２方向の内側に入り込む形状をしていることを特徴とする光モジュール。
請求項３から１２のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記光サブアッセンブリは、前記第１端部領域にある前記複数の端部パッドに接続され、
前記プリント基板は、前記第２端部領域にある前記複数の端部パッド及び前記中間領域にある前記複数の側部パッドに接続されることを特徴とする光モジュール。
請求項２から１４のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記複数の側部パッドは、１ＭＨｚ以下の信号又は直流電圧が入力されるように構成されることを特徴とする光モジュール。
光サブアッセンブリと、
プリント基板と、
ベース材と、
前記ベース材の少なくとも一方の面で周縁部に複数の端子を有する配線パターンと、
を有し、
前記ベース材は、第１方向の両側にある一対の端部領域と、前記一対の端部領域の間にある中間領域と、を含み、
前記中間領域は、前記第１方向に直交する第２方向の両側に一対の側端部を有し、前記一対の側端部のいずれもが前記一対の端部領域から前記第２方向の外側に突出することなく、前記一対の側端部の少なくとも一方が前記一対の端部領域から前記第２方向の内側に入り込む形状をしており、
前記複数の端子は、前記ベース材の前記一対の端部領域の一方にあって前記第２方向に並ぶ複数の第１端部パッドと、前記ベース材の前記一対の端部領域の他方にあって前記第２方向に並ぶ複数の第２端部パッドと、前記中間領域の前記一対の側端部の前記少なくとも一方にあって前記第１方向に並ぶ複数の側部パッドと、を含み、
前記複数の第１端部パッドおよび前記複数の側部パッドは、前記プリント基板に接続されており、
前記第２端部パッドは、前記光サブアッセンブリに接続されていることを特徴とする光モジュール。