JP7028587B2

JP7028587B2 - 光モジュール及び光伝送装置

Info

Publication number: JP7028587B2
Application number: JP2017167122A
Authority: JP
Inventors: 大輔野口; 寛山本
Original assignee: 日本ルメンタム株式会社
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2037-08-31
Also published as: US20190069395A1; US10624204B2; JP2019046922A

Description

本発明は、光モジュール及び光伝送装置に関し、特に、特性インピーダンスの不整合を抑制する技術に関する。

光半導体素子を備える光サブアセンブリ（ＯＳＡ：Optical SubAssembly）が用いられている。１又は複数の光サブアセンブリを備える光モジュールに、近年、高速化のみならず、低価格化への要求が高まっている。

光サブアセンブリは、一般に、電気的に接地（ＧＮＤ）されているステムと、ステムを貫通するとともにステムから電気的に絶縁されているリード端子とを有している。また、ステムとステムに取り付けられるキャップとによって、光半導体素子を収容する筐体が構成されている。リード端子とステムとで同軸線路を構成している。リード端子の一方の端部は、光半導体素子に必要に応じて配線基板などを介して接続される。リード端子の他方の端部は、フレキシブル基板（ＦＰＣ）などの配線基板を介して、変調電気信号を出力する／が入力されるＩＣ等に接続される。フレキシブル基板には、一方側の表面に信号線路が、他方側の表面には接地導体層（ＧＮＤ）が、それぞれ形成されている。そして、変調電気信号は、フレキシブル基板やリード端子などで構成される伝送線路を伝達する。

通信速度の上昇に伴い、変調電気信号に含まれる周波数は高周波に及ぶこととなる。そのため、電気信号の高周波化に起因して、伝送線路における特性インピーダンスの不整合箇所で電気信号の反射が生じやすくなってしまう。特性インピーダンスの不整合は、例えば、リード端子とステムとによって形成される同軸線路と、ＦＰＣなどの配線基板と、の間で生じやすい。特性インピーダンスの不整合箇所では、電気信号の反射波が伝送線路内に顕在化し、本来の変調電気信号と干渉し、例えば光送信においては結果的に光信号の波形品質が低下を招く。そこで、特性インピーダンスの不整合が生じやすいリード端子とＦＰＣとの接続箇所において、光波形に与える影響を抑える従来技術が開示されている。

特許文献１に、通常空気層となるリード端子の周囲を誘電体で覆うことで、リード端子に寄生するインダクタンスを低減させる技術が開示されている。特許文献２に、リード端子に寄生するインダクタンスをフレキシブル基板のスルーホールにキャパシタンスを付加することで打消し、特性インピーダンスを調整する技術が開示されている。

特開２０１７－５１５９号公報特許第３９９０６７４号

しかしながら、特許文献１に開示される技術では、誘電材料の塗布量が適量でない場合、リード端子周囲に空隙を作り込み、所望の特性インピーダンスより増加してしまう恐れがある。特許文献２に開示される技術では、キャパシタンスを調整することにより、リード端子周りに寄生するインダクタンスを補償することができ、かかるキャパシタンスによりインピーダンスを平均化することが可能である。近年の光サブアセンブリには、前述の通り、高速化の要求が高まっているが、特許文献２に示すように、インダクタンスを許容し、それに応じたキャパシタンスを設けることにより低周波帯域におけるインピーダンスは平均化されるものの、高周波帯域では、キャパシタンスとインダクタンスの影響が顕著となり、インピーダンスの平均化は困難となり、特性インピーダンスの甚大な不整合を招く恐れがある。それゆえ、高速化に伴って、インダクタンスとキャパシタンスをともに低減する必要があるが、特許文献２に開示する技術ではそれが非常に困難である。

一般に、フレキシブル基板上の信号線路に接続される貫通孔にリード端子を挿入し、半田付けにより信号線路とリード端子とが電気的に接続される。フレキシブル基板の貫通孔にリード端子を挿入するのは手作業で行うのが一般的であり、半田付けによる貼り合わせ作業において、リード端子が導電体若しくは誘電体に覆われていない領域に空気層を発生させてしまう恐れがあるが、空気層の体積のばらつきに起因して製造ばらつきが発生し、リード端子に寄生するインダクタンスがさらに増加してしまう可能性がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、特性インピーダンス不整合の抑制に関してロバスト性と低コスト化が両立される、光モジュール、及び光伝送装置の提供を目的とする。

（１）上記課題を解決するために、本発明に係る光モジュールは、内側表面から外側表面まで貫通する第１貫通孔を有する、導体板と、前記第１貫通孔を前記内側表面から前記外側表面へ貫くとともに前記外側表面よりさらに突出し、前記第１貫通孔に誘電体によって固定される、信号リード端子と、第１の面と第２の面とを有し、前記第１の面にそれぞれ配置される信号ストリップ導体及びランドと、前記第２の面に配置される接地導体層と、前記信号リード端子が貫通して前記信号ストリップ導体と電気的に接続させるための第２貫通孔と、を備える、配線基板と、を備え、前記ランドは、前記第２貫通孔を囲うとともに前記信号ストリップ導体と接し、前記配線基板の前記第２の面が、前記導体板の前記外側表面と対向し、前記信号リード端子が前記第２貫通孔を前記第２の面から前記第１の面へ貫くとともに前記第１の面よりさらに突出するよう、前記配線基板が前記導体板に対して配置され、前記信号リード端子と前記ランドとが半田を介して物理的に接続されることにより、前記信号リード端子と前記信号ストリップ導体とが電気的に接続され、平面視して、前記ランドは、前記信号ストリップ導体と接する部分に加えて、前記第１貫通孔の外縁より、少なくとも一部は外方に広がる。

（２）上記（１）に記載の光モジュールであって、前記信号リード端子と前記第２貫通孔との間の少なくとも一部に、外気環境となる領域があってもよい。

（３）上記（１）又は（２）に記載の光モジュールであって、前記第１の面に配置され、前記信号ストリップ導体を覆うとともに、前記ランドの外縁の少なくとも一部を覆う、第１保護層、をさらに備えていてもよい。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記第１保護層は、前記ランドのうち、前記信号リード端子と物理的に接続するために前記半田が配置される領域を避けて配置されてもよい。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記第２の面に配置され、前記接地導体層を覆うとともに、平面視して前記配線基板と前記導体板とが重畳する領域を避けて配置される、第２保護層、をさらに備えていてもよい。

（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記信号リード端子と前記第２貫通孔との間の少なくとも一部に、誘電体が配置されてもよい。

（７）上記（６）に記載の光モジュールであって、前記誘電体は、前記配線基板を前記導体板に対して配置する際に、前記第２保護層より柔軟性を有する素材であってもよい。

（８）上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記信号リード端子と前記信号ストリップ導体とは、前記信号リード端子と前記ランドとが半田を介して物理的に接続されることのみにより電気的に接続されていてもよい。

（９）上記（１）乃至（８）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記配線基板の前記第２の面に、前記ランドに電気的に接続されるランドパタンは形成されていなくてもよい。

（１０）上記（１）乃至（９）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記配線基板の前記第２貫通孔の内壁に、前記ランドに電気的に接続される導体は形成されていなくてもよい。

（１１）上記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の光モジュールであって、前記導体板の最大幅は６ｍｍ以下であり、前記信号リード端子の最大幅は０．２２ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であり、前記第１貫通孔の最大幅は０．４ｍｍ以上０．８５ｍｍ以下であり、前記ランドの最大幅は、前記信号ストリップ導体との接続部分以外において、０．９ｍｍ以上であってもよい。

（１２）本発明に係る光伝送装置は、上記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の光モジュールが搭載される、光伝送装置であってもよい。

本発明により、特性インピーダンス不整合の抑制に関してロバスト性と低コスト化が両立される、光モジュール、及び光伝送装置が提供される。

本発明の第１の実施形態に係る光伝送装置及び光モジュールの構成を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係る光サブアセンブリの側面図である。本発明の第１の実施形態に係る光サブアセンブリ１０１の構造を示す図である。本発明の第１の実施形態に係るフレキシブル基板の平面図である。本発明の第１の実施形態に係るフレキシブル基板の底面図である。本発明の第１の実施形態に係る光モジュール一部の構造を示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係るフレキシブル基板の平面図である。本発明の第２の実施形態に係るフレキシブル基板の平面図である。本発明の第３の実施形態に係るフレキシブル基板の平面図である。本発明の比較例に係る光モジュール一部の構造を示す断面図である。

以下に、図面に基づき、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光伝送装置１及び光モジュール２の構成を示す模式図である。光伝送装置１は、プリント回路基板１１（ＰＣＢ）とＩＣ１２を備えている。光伝送装置１は、例えば、大容量のルータやスイッチである。光伝送装置１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１に、複数の光モジュール２が搭載されており、光モジュール２より受信用のデータ（受信用の電気信号）を取得し、ＩＣ１２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、プリント回路基板１１を介して、該当する光モジュール２へそのデータを伝達する。

光モジュール２は、送信機能及び受信機能を有するトランシーバである。光モジュール２は、プリント回路基板２１と、光ファイバ３Ａを介して受信する光信号を電気信号に変換する光受信モジュール２３Ａと、電気信号を光信号に変換して光ファイバ３Ｂへ送信する光送信モジュール２３Ｂと、を含んでいる。プリント回路基板２１と、光受信モジュール２３Ａ及び光送信モジュール２３Ｂとは、それぞれフレキシブル基板２２Ａ，２２Ｂ（ＦＰＣ）を介して接続されている。光受信モジュール２３Ａより電気信号がフレキシブル基板２２Ａを介してプリント回路基板２１へ伝送され、プリント回路基板２１より電気信号がフレキシブル基板２２Ｂを介して光送信モジュール２３Ｂへ伝送される。光モジュール２と光伝送装置１とは電気コネクタ５を介して接続される。光受信モジュール２３Ａや光送信モジュール２３Ｂは、プリント回路基板２１に電気的に接続され、光信号／電気信号を電気信号／光信号にそれぞれ変換する。

当該実施形態に係る伝送システムは、２個以上の光伝送装置１と２個以上の光モジュール２と、１個以上の光ファイバ３（図示せず：例えば光ファイバ３Ａ，３Ｂ）を含む。各光伝送装置１に、１個以上の光モジュール２が接続される。２個の光伝送装置１にそれぞれ接続される光モジュール２の間を、光ファイバ３が接続している。一方の光伝送装置１が生成した送信用のデータが接続される光モジュール２によって光信号に変換され、かかる光信号を光ファイバ３へ送信される。光ファイバ３上を伝送する光信号は、他方の光伝送装置１に接続される光モジュール２によって受信され、光モジュール２が光信号を電気信号へ変換し、受信用のデータとして当該他方の光伝送装置１へ伝送する。

図２は、当該実施形態に係る光モジュール２主要部の側面図である。光モジュール２に備えられる光送信モジュール２３Ｂは、１又は複数の光サブアセンブリ１０１を備えている。各光サブアセンブリ１０１は、１又は複数の光半導体素子を備えている。なお、当該実施形態に係る光送信モジュール２３Ｂは、２５Ｇｂｉｔ／ｓ級の光信号の伝送を行う光サブアセンブリを１つ備えている。当該実施形態に係る光サブアセンブリ１０１は、１の光半導体素子を備える、ＴＯ-ＣＡＮパッケージ型ＴＯＳＡ（Transmitter Optical Subassembly）である。光サブアセンブリ１０１にフレキシブル基板１０２が接続され、フレキシブル基板１０２はさらにプリント回路基板１０３に接続される。ここで、フレキシブル基板１０２は、フレキシブル基板２２Ｂの一部又は全部であり、プリント回路基板１０３はプリント回路基板２１の一部又は全部である。プリント回路基板１０３に搭載される駆動ＩＣ（図示せず）から、プリント回路基板１０３に半田等によって接続されるフレキシブル基板１０２を介し、光サブアセンブリ１０１へ変調電気信号が伝送される。当該実施形態に係る光サブアセンブリ１０１は、フレキシブル基板１０２に接続される側に、ステム１０４と、１対の信号リード端子１１１と、接地リード端子１１２と、を備えている。

図３は、当該実施形態に係る光サブアセンブリ１０１の構造を示す図である。ステム１０４は、図３に図示する内側表面Ａと図３に図示されていない外側表面Ｂとを有している。ステム１０４は、内側表面Ａから外側表面Ｂまで貫通する１対の第１貫通孔１１３を有する導体板である。光サブアセンブリ１０１を駆動する際、ステム１０４は接地電位（ＧＮＤ）に維持される。図３に示す通り、１対の信号リード端子１１１それぞれは、対応する第１貫通孔１１３を内側表面Ａから外側表面Ｂへ貫くとともに外側表面Ｂよりさらに突出している。また、１対の信号リード端子１１１それぞれは、対応する第１貫通孔１１３の内壁との空間に誘電体１２０（例えばガラス）を充填することにより、対応する第１貫通孔１１３に誘電体１２０により固定される。また、接地端子１１２（図示せず）は、ステム１０４の外側表面にろう接される接地リード端子（ケースピン）である。

さらに、ステム１０４は、本体となるアイレット１２１（金属円盤）と、台座部１２２と、台座部１２２の上面に配置されるセラミック基板１２３と、セラミック基板１２３に搭載される光半導体素子１２４（ここでは、半導体レーザ素子）と、複数のボンディングワイヤ１２５と、を備えている。台座部１２２は、ステム１０４本体（アイレット１２１）に内側表面Ａから垂直方向に突出するよう配置される。セラミック基板１２３は、光半導体素子１２４と近い熱膨張係数を持つ窒化アルミニウムなどからなり、セラミック基板１２３は台座部１２２の上面にダイボンディングされている。セラミック基板１２３は、表裏面にメタライズパタンが形成される。セラミック基板１２３は、裏面のメタライズパタンにより、接地導体となるステム１０４本体（アイレット１２１）に電気的に接続される。光半導体素子１２４が搭載される、セラミック基板１２３の表面のメタライズパタンにより伝送線路を構成しており、該メタライズパタンと表面に搭載される光半導体素子１２４とは電気的に接続される。また、１対の信号リード端子１１１とセラミック基板１２３は、複数のボンディングワイヤ１２５により電気的に接続される。

図４Ａは、当該実施形態に係るフレキシブル基板１０２の平面図であり、図４Ｂは、当該実施形態に係るフレキシブル基板１０２の底面図である。フレキシブル基板１０２は、第１の面（表面）と第２の面（裏面）を有する配線基板であり、フレキシブル基板１０２本体は誘電体からなる基材１６０（図示せず）である。図４Ａはフレキシブル基板１０２の第１の面を、図４Ｂはフレキシブル基板１０２の第２の面を、それぞれ示している。なお、フレキシブル基板１０２の第１の面には第１保護層１５０Ａが、第２の面には第２保護層１５０Ｂが、それぞれ形成されているが、構造の理解を容易くするために、ここでは省略している。

図４Ａ及び図４Ｂに示す通り、フレキシブル基板１０２は、１対の第２貫通孔１４１と、接地貫通孔１４２と、第１の面にそれぞれ配置される１対の信号ストリップ導体１４３及び１対の信号ランド１４４と、第１の面に配置される接地ランド１４５と、第２の面に配置される接地導体層１４６と、を備える。フレキシブル基板１０２をステム１０４と接続（固定）させるために、フレキシブル基板１０２の第２の面（裏面）が、ステム１０４の外側表面Ｂと対向し、１対の信号リード端子１１１が１対の第２貫通孔１４１を第２の面から第１の面へ貫くとともに第１の面よりさらに突出するよう、フレキシブル基板１０２がステム１０４に対して配置される。同様に、接地端子１１２が接地貫通孔１４２を第２の面から第１の面へ貫くとともに第１の面よりさらに突出する。

図４Ａに示す通り、１対の信号ランド１４４及び接地ランド１４５は、１対の第２貫通孔１４１及び接地貫通孔１４２に対応して第１の面に配置される。１対の信号ランド１４４それぞれは、対応する第２貫通孔１４１を囲うとともに、対応する信号ストリップ導体１４３の一端と接する。接地ランドは、接地貫通孔１４２を囲うとともに、１対の信号ランド１４４及び１対の信号ストリップ導体１４３とは離間して配置される。１対の信号ストリップ導体１４３それぞれは、対応する信号ランド１４４より延伸し、隣接する接地ランド１４５と離間するよう屈曲し、さらに、フレキシブル基板１０２の延伸方向に沿って延伸して、１対の信号ストリップ導体１４３の他端は１対の第１信号端子１５１にそれぞれ接続する。１対の信号ストリップ導体１４３の主たる部分は、一定の間隔で離間しつつ一定の幅でフレキシブル基板１０２の延伸方向に沿って延伸している。１対の第１信号端子１５１の両側に、１対の第１接地端子１５２が配置される。なお、信号ストリップ導体１４３と信号ランド１４４とは一体となって形成されている。信号ストリップ導体１４３と信号ランド１４４との境界は、信号ストリップ導体１４３の一定の幅で延伸している部分の端とする。

図４Ｂに示す通り、フレキシブル基板１０２の第２の面に、接地導体層１４６が配置される。接地導体層１４６は、接地貫通孔１４２を囲うとともに、第２の面を広がって形成される。フレキシブル基板１０２の第２の面には、１対の第２貫通孔１４１をそれぞれ囲うランドは配置されていない。接地導体層１４６はステム１０４と接続する箇所の上半分には形成されておらず、１対の第２貫通孔１４１とも離間している。フレキシブル基板１０２の他端（ステム１０４と接続される側とは反対側）には、平面視して１対の第１信号端子１５１と重畳するよう、１対の第２信号端子１５３が配置されている。接地導体層１４６は、１対の第２信号端子１５３それぞれと離間して、両側に配置される１対の第２接地端子１５４に接続する。１対の第２接地端子１５４は、平面視して１対の第１接地端子１５２と重畳するよう配置されている。１対の信号ストリップ導体１４３と接地導体層１４６とを含んで、差動伝送線路となるマイクロストリップ線路が構成されている。なお、１対の第１信号端子１５１それぞれは対応する第２信号端子１５３と内壁に導体が形成される複数の貫通孔により電気的に接続されている。同様に、１対の第１接地端子１５２それぞれは対応する第２接地端子１５４と内壁に導体が形成される複数の貫通孔により電気的に接続されている。

図５は、当該実施形態に係る光モジュール２一部の構造を示す断面図であり、フレキシブル基板１０２及びステム１０４の構造を示している。図５は、図４Ａに示すＶ－Ｖ線による断面を示している。図５に示す通り、フレキシブル基板１０２は、誘電体からなる基材１６０の第１の面に１対の信号ストリップ導体１４３及び１対の信号ランド１４４が、基材１６０の第２の面に接地導体層１４６が、それぞれ配置される。信号リード端子１１１が第２貫通孔１４１を第２の面から第１の面へ貫くとともに第１の面よりさらに突出している。信号ランド１４４は、第２貫通孔１４１を囲っている。信号リード端子１１１と信号ランド１４４とが半田１６１を介して物理的に接続されている。それにより、信号リード端子１１１と信号ストリップ導体１４３が電気的に接続されている。信号リード端子１１１と第２貫通孔１４１との間には空気層１６２（空隙）が存在する。なお、第２貫通孔１４１の内壁に、信号ランド１４４に電気的に接続される導体は形成されておらず、フレキシブル基板１０２の第２の面（裏面）に、信号ランド１４４に電気的に接続されるランドパタンは形成されていない。すなわち、第２貫通孔１４１はいわゆるノンスルーホールである。信号リード端子１１１と信号ストリップ導体１４３とは、信号リード端子１１１と信号ランド１４４が半田１６１を介して物理的に接続されていることのみにより電気的に接続される。

半田１６１が、信号リード端子１１１と信号ランド１４４とを、基材１６０の第１の面において（物理的にも電気的にも）接続している。第２貫通孔１４１の内壁に導体が形成されず、基材１６０の第２の面に信号ランドが形成されないことにより、半田１６１が基板１６０の第２の面側へまわり込むことを抑制している。これにより、信号リード端子１１１が基材１６０の第２の面に配置される接地導体層１４６と電気的に接続し、ショートしてしまう可能性（ポテンシャル）が低減されるとの効果を奏している。一方で、基材１６０の第１の面においてのみ、半田１６１が、信号リード端子１１１と信号ランド１４４とを、物理的に接続しているので、物理的な接続の信頼性が低下してしまう。また、信号リード端子１１１と第２貫通孔１４１との間の少なくとも一部に、外気環境となる領域がある。ここでは、信号リード端子１１１と第２貫通孔１４１との間に空気層１６２が存在する。これにより、インダクタンスの増加を招いている。なお、外気環境は空気に限定されることはなく、他の気体（例えば窒素ガス）であってもよい。

当該実施形態に係る光サブアセンブリ１０１の主な特徴は、平面視して、信号ランド１４４は、信号ストリップ導体１４３と接する部分に加えて、第１貫通孔１１３の外縁より、少なくとも一部は外方に広がることにある。ここでは、信号ランド１４４は円形状を有しており、その外径は第１貫通孔１１３の内径より大きい。すなわち、平面視して、信号ランド１４４は、第１貫通孔１１３の外縁すべてより外方に広がっている。信号ランド１４４が広い領域を有することにより、半田１６１を介して信号リード端子１１１と信号ランド１４４との物理的接続がより強固なものとすることが出来、さらに、キャパシタンスを増加させることができる。キャパシタンスの増加により、空気層１６２に起因するインダクタンスの増加を補償することができている。

ここでは、光サブアセンブリ１０１は、ＴＯ－ＣＡＮパッケージ型光送信器であり、伝送線路の特性インピーダンスが２５Ωとなるよう整合されている。誘電体１２０は一般にはガラスなどの材料により実現されるが、その比誘電率は６～７である。１対の第１貫通孔１１３の開口（内径）はそれぞれ０．７ｍｍであり、１対の信号リード端子１１１の外径はそれぞれ０．２５ｍｍである。これにより、ステム１０４における同軸線路の特性インピーダンスを２５Ω近傍に整合することができる。これに対して、フレキシブル基板１０２の１対の信号ランド１４４の外径はそれぞれ１ｍｍであり、１対の第１貫通孔１１３の内径よりそれぞれ大きい。

ステム１０４のアイレット１２１（金属円盤）の最大幅は６ｍｍ以下が望ましい。信号リード端子１１１の最大幅は０．２２ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下が望ましい。第１貫通孔１１３の最大幅は０．４ｍｍ以上０．８５ｍｍ以下が望ましい。信号ランド１４４の最大幅は、信号ストリップ導体１４３との接続部分以外において、０．９ｍｍ以上であるのが望ましい。なお、アイレット１２１が円形状又は略円形状を有する場合、アイレット１２１の最大幅は外径である。信号リード端子１１１の断面が円形状を有する場合、信号リード端子１１１の最大幅は外径である。第１貫通孔１１３の断面が円形状を有する場合、第１貫通孔１１３の最大幅は内径である。信号ランド１４４が円形状を有する場合、信号ランド１４４の最大幅は外径である。

図６は、当該実施形態に係るフレキシブル基板１０２の平面図である。図６には、図４Ａと異なり、第１保護層１５０Ａが示されている。また、図６に示すフレキシブル基板１０２は、図４Ａとは異なり、ステム１０４に対して配置されている状態を示している。

以下、保護層について説明する。一般に、保護層はポリイミドなどの樹脂材料でできたシートを、熱硬化の接着剤を用いて、配線パタンが蒸着される基材に塗り付け、熱と荷重をかけ貼付される。貼り合せのずれなどを考慮すると、通常微小な領域しか有しないランドパタンの一部にでも保護層が重畳すると、半田による接続領域が狭くなってしまう。それゆえ、ランドパタンが円形状を有する場合、ランドパタンの外径より大きな開口径を保護層に設けることが一般的である。

これに対して、当該実施形態に係る第１保護層１５０Ａは、フレキシブル基板１０２の第１の面に配置され、信号ストリップ導体１４３を覆うとともに、信号ランド１４４の外縁の少なくとも一部を覆っている。信号ランド１４４の外径が第１貫通孔１１３の内径より大きいので、たとえ第１保護層１５０Ａが信号ランド１４４の一部に重畳しても、半田１６１を配置する領域を確保することが出来る。そのため、熱負荷によるランド剥離防止を目的として、信号ランド１４４に一部重畳するよう第１保護層１５０Ａを配置するのが望ましい。すなわち、第１保護層１５０Ａは、信号ランド１４４のうち、信号リード端子１１１と物理的に接続するために半田１６１が配置される領域を避けて配置される。第１保護層１５０Ａの圧着により、たとえ過剰な熱負荷がかかっても、基材１６０から信号ランド１４４が剥離することを防止することができる。

また、図５に示す通り、フレキシブル基板１０２の第２の面に第２保護層１５０Ｂが配置されている。第２保護層１５０Ｂは接地導体層１４６を覆っている。また、フレキシブル基板１０２とステム１０４（アイレット１２１）とが接続する箇所において、第２保護層１５０Ｂは、１対の第２貫通孔１４１及び接地貫通孔１４２を含む一部の領域を除いて覆っている。また、接地貫通孔１４２を含む円形状の領域には第２保護層１５０Ｂは形成されていない。接地貫通孔１４２を含む円形状の直径は、第２貫通孔１４１を含む円形状の直径と同程度であってもよい。

図９は、本発明の比較例に係る光モジュール２００一部の構造を示す断面図であり、図５に示す当該実施形態に係る光モジュール２一部の断面に対応している。当該比較例に係る光モジュール２００は、光サブアセンブリ１０１とフレキシブル基板２０２を有する。光サブアセンブリ１０１において、ステム１０４及び１対の信号リード端子１１１の構造は、当該実施形態と同じである。当該比較例に係るフレキシブル基板２０２は、当該実施形態に係るフレキシブル基板１０２とは異なる構造を有している。当該実施形態に係るフレキシブル基板１０２では、１対の信号ストリップ導体１４３の一端に接続するのは、１対の信号ランド１４４のみである。これに対して、当該比較例に係るフレキシブル基板２０２では、１対の信号ストリップ導体１４３の一端に接続するのは、基材１６０の第１の面に配置される１対の第１信号ランド２４４に加えて、第２貫通孔１４１の内壁に形成される導体２４５及び基材１６０の第２の面に配置される１対の第２信号ランド２４６である。導体２４５は例えば銅メッキなどにより実現される。

当該比較例に係るフレキシブル基板２０２は、第１信号ランド２４４に加えて第２信号ランド２４６を有している。半田２６１は、第１信号ランド２４４と信号リード端子１１１とを物理的に接続しているが、それのみではない。半田２６１は、信号リード端子１１１と第２貫通孔１４１との間に進入し、導体２４５と信号リード端子１１１とを、第２信号ランド２４６と信号リード端子１１１とを、それぞれ物理的に接続している。これらの接続により、信号ストリップ導体１４３と信号リード端子１１１とは電気的に接続される。第２信号ランド２４６は接地電位（ＧＮＤ）となるアイレット１２１から近い距離にあるため、キャパシタンスの増加を招いてしまう。それゆえ、第１信号ランド２４４及び第２信号ランド２４６がそれぞれ円形状を有する場合、それらの外径を出来るだけ小さくしなければ所望のインピーダンス特性を得ることができない。また、キャパシタンスを低減させる観点では、第２信号ランド２４６をアイレット１２１から遠ざけることが考えられる。この場合、アイレット１２１とフレキシブル基板２０２との間に隙間が生じ、その部分（アイレット１２１とフレキシブル基板２０２との間の部分）の信号リード端子部１１１により、インダクタンスが増加し、特性インピーダンスを増加させてしまう。よって、アイレット１２１とフレキシブル基板２０２との距離をより低減させるとともに、第１信号ランド２４４及び第２信号ランド２４６の外径をより小さくするのが望ましい。しかしながら、製造ばらつきによる信号リード端子１１１の偏心や、半田付け時の作業性から、半田２６１が、信号リード端子１１１と第２貫通孔１４１との間を進入し、さらにフレキシブル基板２０２の第２の面に回りこむ。半田２６１がフレキシブル基板２０２の第２の面まで回りこむことにより、信号リード端子１１１と信号ストリップ導体１４３との接続信頼性は増すものの、過剰に半田２６１が供給されることにより、信号リード端子１１１と接地導体層１４６やアイレット１２１とが電気的に接続し、ショートする可能性が増してしまう。

それゆえ、当該比較例に係るフレキシブル基板２０２では、ショートする可能性を低減させるために、信号リード端子１１１を誘電体で覆ったり、フレキシブル基板２０２とアイレット１２１との間にスペーサを挿入するなど、物理的な障壁によりショートを防止する必要があるところ、当該実施形態にかかるフレキシブル基板１０２にはそのような工夫は必要としておらず、作業工数・部品点数の低減を図ることが出来る。

また、当該比較例に係るフレキシブル基板２０２では、低い伝送速度では特性インピーダンス整合がとれるものの、２５Ｇｂｉｔ／ｓといった高い伝送速度では、特性インピーダンス整合が困難になってしまう。高い伝送速度において特性インピーダンス整合をするためには、インダクタンスもキャパシタンスも低減させる必要があるが、当該比較例に係るフレキシブル基板２０２では、第２信号ランド２４６の存在によりキャパシタンスの低減には限界がある。これに対して、当該実施形態に係るフレキシブル基板１０２では、第２の面にランドパタンが形成されていないために、ランドパタンに寄生するキャパシタンスを低減することができている。インダクタンス低減の様々な技術を用いることにより、インダクタンスとキャパシタンスとともに低減することができ、高い伝送速度においても特性インピーダンスを整合することができるという格別の効果を奏する。

半田供給時の熱負荷により、ランドパタンが基材１６０より剥離してしまうおそれがある。当該比較例に係るフレキシブル基板２０２では、第２貫通孔１４１の内壁に導体２４５が形成され、第２の面に第２信号ランド２４６が形成されることにより、ランドパタンの基材１６０からの剥離を抑制している。これに対して、当該実施形態に係るフレキシブル基板１０１では、信号ランド１４４のために広い領域を確保することにより、ランドパタンの基材１６０からの剥離を抑制している。さらに、信号ランド１４４の外縁（の少なくとも一部）を、信号ストリップ導体１４３との接続部分に加えて、保護層１５０が重畳するよう形成されることにより、基材１６０との物理的な接続が強化されている。

［第２の実施形態］
図７は、本発明の第２の実施形態に係る光モジュール２一部の構造を示す断面図であり、図５に示す第１の実施形態に係る光モジュール２一部の断面図に対応している。当該実施形態に係るフレキシブル基板１０２は、第１の実施形態に係るフレキシブル基板１０２とは異なる構造を有しているが、それ以外の構造は同じである。具体的には、当該実施形態に係るフレキシブル基板１０２の第２の面に配置される第２保護層１５０Ｂの形状が、第１の実施形態に係る第２保護層１５０Ｂの形状と異なっている。

図７に示す通り、第２保護層１５０Ｂは、フレキシブル基板１０２の第２の面がステム１０４（アイレット１２１）の外側表面と対向している領域には形成されていない。すなわち、第２保護層１５０Ｂは、第２の面に配置され、接地導体層１４６を覆うとともに、平面視してフレキシブル基板１０２とステム１０４とが重畳する領域を避けて配置される。かかる領域に第２保護層１５０Ｂが形成されないことにより、フレキシブル基板１０２本体（基材１６０）とステム１０４（アイレット１２１）との距離がさらに短くなり、信号リード端子１１１に寄生するインダクタンスを低減することができている。

［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態に係る光モジュール２一部の構造を示す断面図であり、図７に示す第２の実施形態に係る光モジュール２一部の断面図に対応している。当該実施形態に係るフレキシブル基板１０２は、第２の実施形態に係るフレキシブル基板１０２とは異なる構造を有しているが、それ以外の構造は同じである。具体的には、信号リード端子１１１と第２貫通孔１４１との間の少なくとも一部に、誘電体１６４が配置されている。信号リード１１１の側面（の少なくとも一部）が誘電体１６４で囲われていることにより、信号リード端子１１１に寄生するインダクタンスをさらに低減することができている。

誘電体１６４は、フレキシブル基板１０２をステム１０４に対して配置する際（フレキシブル基板１０２をステム１０４に実装する際）に、前記第２保護層１５０Ｂより柔軟性を有する素材であるのが望ましい。誘電体１６４は、フレキシブル基板１０２を実装する際に、第２貫通孔１４１の内壁の凹凸を埋める程度に柔軟性を有しているのが望ましい。ステム１０４の外側表面や第２貫通孔１４１の内壁に発生し得る空隙を誘電体１６４にて充填することができ、信号リード端子１１１に寄生するインダクタンスをより低減することができ、また製造ばらつきを抑制することができている。なお、当該実施形態に係る第２保護層１５０Ｂの形状は、第２の実施形態に係る第２保護層１５０Ｂの形状と同じとしたが、ごれに限定されることはない。第１の実施形態に係る第２保護層１５０Ｂの形状と同じであってもよいし、他の形状であってもよい。

以上、本発明の実施形態に係る光モジュール、光伝送装置、及び光伝送システムについて説明した。本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能であり、本発明を広く適用することができる。上記実施形態で説明した構成を、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。上記実施形態では、アイレット１２１は金属円盤であるが、円盤形状であることに本質的な意義はなく、完全な円盤形状である必要がなく一部が欠けていたり突出していてもよく、四角形などその他の形状であってもよい。また、金属製に限定されることもなく、他の良導体による導体板であってもよい。当該実施形態に係る光サブアセンブリ１０１は、ＴＯ－ＣＡＮパッケージ型としたが、ボックス型であってもよい。この場合、配線基板は、誘電体板によって実現されるフィールドスルーである。

上記実施形態に係る光アセンブリ１０１に備えられる１の光半導体素子１２４は、発光素子である半導体レーザ素子であり、光サブアセンブリ１０１はＴＯＳＡであるが、これに限定されることはない。光サブアセンブリは複数の光半導体素子を備えていてもよい。光サブアセンブリがＲＯＳＡ（Receiver Optical Subassembly）であり、光サブアセンブリに備えられる光半導体素子が、フォトダイオードなどの受光素子であってもよい。また、光サブアセンブリが、ＢＯＳＡ（Bidirectional Optical Subassembly）であってもよい。

上記実施形態では、１対の信号リード端子１１１としたが、これに限定されることはなく、他の信号リード端子であってもよい。例えば、それぞれシングルエンド伝送のための１本の信号リード端子であってもよい。また、上記実施形態では、ステム１０４が有する第１貫通孔１１３は２つで、１対の信号リード端子１１１がそれぞれ配置されるとしたが、これに限定されることはなく、さらに他の信号リード端子などをさらに備えていてもよい。また、ステム１０４に１の接地リード端子１１２がロウ付けされるとしたが、これに限定されることはなく、さらに他の接地リード端子をさらに備えていてもよい。

１光伝送装置、２，２００光モジュール、３，３Ａ，３Ｂ光ファイバ、１１，２１、１０３プリント回路基板、１２ＩＣ，２２Ａ，２２Ｂ、１０２，２０２フレキシブル基板、２３Ａ光受信モジュール、２３Ｂ，光送信モジュール、１０１光サブアセンブリ、１０４ステム、１１１信号リード端子、１１２接地リード端子、１１３第１貫通孔、１２０，１６４誘電体、１２１アイレット、１２２台座部、１２３セラミック基板、１２４光半導体素子、１２５ボンディングワイヤ、１４１第２貫通孔、１４２接地貫通孔、１４３信号ストリップ導体、１４４信号ランド、１４５接地ランド、１４６接地導体層、１５０Ａ第１保護層、１５０Ｂ第２保護層、１５１第１信号端子、１５２第１接地端子、１５３第２信号端子、１５４第２接地端子、１６０基材、１６１，２６１半田、１６２空気層。

Claims

内側表面から外側表面まで貫通する第１貫通孔を有する、導体板と、
前記第１貫通孔を前記内側表面から前記外側表面へ貫くとともに前記外側表面よりさらに突出し、前記第１貫通孔に第１誘電体によって固定される、信号リード端子と、
第１の面を有し、前記外側表面に対向する第２の面を有し、前記第１の面から前記第２の面まで貫通する第２貫通孔を有し、前記第１の面に配置される信号ストリップ導体と、前記第１の面に配置されて前記第２貫通孔を囲う信号ランドと、前記信号リード端子と前記第２貫通孔の内壁との間で前記第２貫通孔の内側に少なくとも部分的に介在する第２誘電体と、前記第２の面に配置される接地導体層と、を備える、配線基板と、
を備え、
前記信号ランドは、前記信号ストリップ導体と接し、
前記信号リード端子が前記第２貫通孔を前記第２の面から前記第１の面へ貫くとともに前記信号ランドを介して前記信号ストリップ導体に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。
請求項１に記載の光モジュールであって、
前記配線基板は、前記第２貫通孔の内側で前記信号リード端子と前記第２貫通孔の前記内壁との間に空気層をさらに有する、
ことを特徴とする、光モジュール。
請求項１又は２に記載の光モジュールであって、
前記配線基板は、前記信号ストリップ導体の上にあるとともに、前記信号ランドの少なくとも外縁の上にある保護層をさらに備える、光モジュール。
請求項１乃至３のいずれかに記載の光モジュールであって、
前記配線基板は、前記接地導体層の上にある保護層をさらに備える、光モジュール。
請求項４に記載の光モジュールであって、
前記保護層は、前記第２の面に配置され、前記接地導体層を覆い、前記第２誘電体よりも低い柔軟性を有する、
ことを特徴とする、光モジュール。
請求項１乃至５のいずれかに記載の光モジュールであって、
前記第２貫通孔の前記内壁は、前記信号リード端子から離れている、
ことを特徴とする、光モジュール。
請求項１乃至６のいずれかに記載の光モジュールであって、
前記導体板の最大幅は６ｍｍ以下であり、
前記信号リード端子の最大幅は０．２２ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であり、
前記第１貫通孔の最大幅は０．４ｍｍ以上０．８５ｍｍ以下であり、
前記信号ランドの最大幅は、前記信号ストリップ導体との接続部分以外において、０．９ｍｍ以上である、
ことを特徴とする、光モジュール。
請求項１乃至７のいずれかに記載の光モジュールが搭載される、光伝送装置。
請求項１に記載の光モジュールであって、
前記第２誘電体は、前記第１誘電体とは異なることを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールであって、
前記配線基板は、前記信号ランドの上にあって前記信号リード端子を前記信号ランドに接続する半田と、前記第２貫通孔の内側で前記半田と前記第２誘電体の間にある空気層と、をさらに有することを特徴とする光モジュール。
第１の面と、第２の面と、前記第１の面から前記第２の面まで貫通して信号リード端子を挿入可能になっている貫通孔と、を有する基材と、
前記第１の面に配置される信号ストリップ導体と、
前記第１の面に配置されて前記貫通孔を囲って前記信号ストリップ導体と接している信号ランドと、
前記貫通孔の内側に少なくとも部分的に介在して前記信号リード端子の一部を囲めるようになっている誘電体と、
前記第２の面に配置される接地導体層と、
を備えることを特徴とする配線基板。
請求項１１に記載の配線基板であって、
前記貫通孔の内側に、前記信号リード端子の他の一部を囲めるように空気層をさらに有することを特徴とする配線基板。
請求項１１に記載の配線基板であって、
前記信号ストリップ導体の上および前記信号ランドの一部の上にある保護層をさらに有することを特徴とする配線基板。
請求項１３に記載の配線基板であって、
前記信号ランドの他の一部の上にあって前記信号リード端子を前記信号ランドに接続可能にする半田をさらに有することを特徴とする配線基板。
請求項１３に記載の配線基板であって、
前記保護層は、第１保護層であり、
前記接地導体層の少なくとも一部の上にある第２保護層をさらに有することを特徴とする配線基板。
請求項１５に記載の配線基板であって、
前記第２保護層は、前記接地導体層と導体板の間に少なくとも部分的に配置されるようになっていることを特徴とする配線基板。
請求項１６に記載の配線基板であって、
前記貫通孔は、第１貫通孔であり、
前記誘電体は、第１誘電体であり、
前記導体板は、第２貫通孔と、前記第２貫通孔の内側にある第２誘電体と、含むことを特徴とする配線基板。
請求項１７に記載の配線基板であって、
前記第２誘電体は、前記第１誘電体とは異なることを特徴とする配線基板。
請求項１５に記載の配線基板であって、
前記第２保護層は、少なくとも部分的に、前記基材の前記第２面の上にあることを特徴とする配線基板。
請求項１５に記載の配線基板であって、
前記第２保護層は、前記誘電体よりも低い柔軟性を有することを特徴とする配線基板。