JP7419188B2

JP7419188B2 - 光サブアッセンブリ

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Publication number: JP7419188B2
Application number: JP2020127761A
Authority: JP
Inventors: 大輔野口; 寛山本
Original assignee: CIG Photonics Japan Ltd
Current assignee: CIG Photonics Japan Ltd
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2024-01-22
Anticipated expiration: 2040-07-28
Also published as: JP2021077858A; CN112838139B; CN112838139A

Description

本発明は、光サブアッセンブリに関する。

現在、インターネットや電話ネットワークの大部分が光通信網によって構築されている。光通信機器であるルータ／スイッチや伝送装置のインターフェースとして使用される光モジュールは、電気信号を光信号に変換する重要な役割を担っている。光モジュールは、一般的に、光素子を収容した光サブアッセンブリと、変調電気信号を含む信号を処理するＩＣ等を実装したプリント基板(以下ＰＣＢ)と、その間を電気的に接続するフレキシブルプリント基板(以下ＦＰＣ)を備えた形態をとる。

近年では、光モジュールは、高速化のみならず低価格化への要求が著しく、低コストでかつ、高速光信号を送受信可能な光モジュールの需要が高まっている。例えば、上述のような要求を満たす光モジュールとして、缶状のパッケージに内包される金属製ステムからＦＰＣに差し込むリード端子が突出した形態を有するＴＯ-ＣＡＮ型の光サブアッセンブリを用いることが知られている。金属製ステムは、略円盤形状のアイレットと、アイレットから突出するように設けられた台座と、を含んで構成されている。

さらに、昨今ではＣＰＲＩ(Common Public Radio Interface)と呼ばれる無線基地局の制御部と無線部の間を繋ぐためのインターフェース規格の分野においても光モジュールの需要が増大している。ＣＰＲＩとは、無線基地局の無線制御部(Radio Equipment Control；ＲＥＣ)と、無線部(Radio Equipment；ＲＥ)を繋げるインターフェースの規格である。ＲＥＣを用いて、デジタル領域のベースバンド信号処理や制御・管理などが行われる。ＲＥを用いて、アナログ領域の無線信号の増幅、変復調、フィルタリングなどが行われる。ＲＥＣとＲＥ間を長距離伝送が可能な光信号で接続すると、ＲＥを基地局から離れたアンテナ直近の屋外設置スペースに使用することが可能となる。

しかし、ＲＥの屋外設置に対応するには、厳しい温度環境でも動作する必要がある。そのため、市場要求による低価格化に加え、Ｉ－Ｔｅｍｐ（Industrial temperature range）と呼ばれる－４０～８５℃の広い温度範囲で動作することが求められる場合もある。以上の要請から、広い温度範囲で動作可能でかつ広帯域なＴＯ－ＣＡＮ型光サブアッセンブリの技術的要求は高い。

一般に、ＴＯ－ＣＡＮ型の光サブアッセンブリは、標準化された直径のアイレットに複数の小型電子デバイスをモジュール化することで製造される。一方、従来使用していたものと異なる直径のアイレットを用いるには、あらたな製造装置の導入が必須となる。あらたな製造装置の導入は製造コストの増加を招くことから、従来使用していたものと同じ直径のアイレットを用いることが望ましい。ＴＯ－ＣＡＮ型のパッケージは、円盤型のアイレットに設けられた貫通孔にガラス等の誘電体で保持されたリード端子が配置される。当該リード端子を用いて電気信号を光素子へ伝送するため、リード端子以外の電子部品を配置できる領域は制限される。

さらに、温度調整用素子等の部品を配置した場合、光素子を搭載する基板は、グラウンドとなる円盤型のアイレットから電気的に分離される。そのため、光素子を搭載する基板をグラウンド電位に接地することにより、光素子の特性を良好に保つことは難しい。従って、小型化、高周波特性の両立について盛んに研究されている。

下記特許文献１においては、小型のＴＯ－ＣＡＮ型パッケージにおいて、良質な高周波信号を光素子に伝達させる技術が開示されている。

特許第４２７９１３４号公報

特許文献１では、差動信号を伝達する１対のリード端子を一つのガラス貫通孔に内包することで、同軸部の面積を最小限とし、ＴＯ－ＣＡＮ内部の実装領域を最大化する技術が開示されている。しかしながら、光素子が搭載される領域と同一の平面に二つの線路を設ける必要があり、他の部品を実装する領域が制限される。

また、ＴＯ－ＣＡＮ型パッケージの内部に配置される電子部品やリード端子は、ワイヤボンディングによって接続される。当該ワイヤボンディングは、ワイヤが接続される面の向きが異なる場合、接続が容易ではない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で製造がしやすく、良好な高周波特性を有する光サブアッセンブリを提供することである。

本発明の一側面に係る光サブアッセンブリによれば、第１面と、前記第１面の反対側に配置された第２面と、前記第２面から前記第１面までを貫通する複数の貫通孔と、を含むアイレットと、前記複数の貫通孔に挿入され、少なくとも一部に差動電気信号が入力される複数のリード端子と、前記第１面の法線方向に伸びるリード接続面と、前記リード接続面と隣り合う第１ボンディング面と、を含み、前記リード接続面と前記第１ボンディング面にまたがって第１導体パターン及び第２導体パターンが形成され、前記リード接続面に形成された前記第１導体パターン及び前記第２導体パターンは前記リード端子とはんだまたは導電性接着剤で接続されて前記差動電気信号が入力される中継基板と、前記差動電気信号が入力される第３導体パターン及び第４導体パターンが形成された第２ボンディング面を含む素子搭載部と、前記素子搭載部に搭載され、前記第３導体パターン及び前記第４導体パターンと電気的に接続され、光信号と前記差動電気信号の一方を他方に変換する光素子と、を含み、前記第１ボンディング面の前記第１導体パターン及び前記第２導体パターンは、前記第２ボンディング面の前記第３導体パターン及び前記第４導体パターンとボンディングワイヤによって接続され、前記第１ボンディング面と前記第２ボンディング面の各法線方向は同一方向である。

また、本発明の他の一側面に係る光サブアッセンブリによれば、さらに、前記第１面に接して配置され、前記光素子の温度を調整する温度調整素子を含む。

また、本発明の他の一側面に係る光サブアッセンブリによれば、さらに、前記温度調整素子に搭載され、前記素子搭載部を搭載するサブキャリアを含む。

また、本発明の他の一側面に係る光サブアッセンブリによれば、前記サブキャリアの重心は前記アイレットの重心に対し、前記中継基板側に偏って配置される。

また、本発明の他の一側面に係る光サブアッセンブリによれば、前記ボンディングワイヤは３対以上である。

また、本発明の他の一側面に係る光サブアッセンブリによれば、前記素子搭載部は、前記第２ボンディング面と隣り合う面に、前記光素子が搭載される素子搭載面をさらに含み、前記第３導体パターン及び前記第４導体パターンは、前記素子搭載面と前記第２ボンディング面にまたがって配置される。

また、本発明の他の一側面に係る光サブアッセンブリによれば、前記複数のリード端子は、対応する信号が入力される一対のリード端子を含み、前記一対のリード端子は、前記アイレットを貫通する単一の貫通孔に誘電体によって固着される。

また、本発明の他の一側面に係る光サブアッセンブリによれば、前記中継基板は、さらに、前記第１ボンディング面と隣り合う面に、グラウンドに接地された第１グラウンドパターンが設けられた第１グラウンドパターン面を有し、前記サブキャリアは、前記第１グラウンドパターン面と平行な面に、グラウンドに接地された第２グラウンドパターンが設けられた第２グラウンドパターン面を有し、前記第１グラウンドパターンは、前記第２グラウンドパターンとボンディングワイヤによって接続される。

また、本発明の他の一側面に係る光サブアッセンブリによれば、前記第１グラウンドパターンは、前記第１ボンディング面にまたがって配置され、前記第１ボンディング面に配置された前記第１グラウンドパターンは、前記第１導体パターン及び前記第２導体パターンの両側に配置される。

また、本発明の他の一側面に係る光サブアッセンブリによれば、前記素子搭載部は、金属ブロックである。

また、本発明の他の一側面に係る光サブアッセンブリによれば、前記素子搭載部は、グラウンドに接地され、少なくとも隣り合う二面にまたがる第３グラウンドパターンを有する。

第１実施形態に係る光モジュールの外観図である。第１実施形態に係る光モジュールの一部の断面構造を示す模式図である。第１実施形態に係る光サブアッセンブリを示す模式的な斜視図である。第１の実施形態に係る光サブアッセンブリをＹ方向から見た模式的な平面図である。第１実施形態に係る中継基板が台座にはんだまたは導電性接着剤で接続された状態を示す模式的な斜視図である。第１実施形態に係る中継基板を示す模式的な斜視図である。第１実施形態に係るステムを示す模式的な斜視図である。第１実施形態に係る光モジュールと従来例１及び従来例２の透過特性（Ｓ２１）を３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ（High Frequency Structure Simulator）を用いて計算したグラフである。従来例１に係る光サブアッセンブリを示す模式的な斜視図である。従来例２に係る光サブアッセンブリを示す模式的な斜視図である。第２実施形態に係る光サブアッセンブリを示す模式的な斜視図である。第３実施形態に係る光サブアッセンブリを示す模式的な斜視図である。第３実施形態に係る光サブアッセンブリを示す模式的な斜視図である。第３実施形態に係る中継基板が台座にはんだまたは導電性接着剤で接続された状態を示す模式的な斜視図である。第３実施形態に係る光モジュールの透過特性（Ｓ２１）を３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ（High Frequency Structure Simulator）を用いて計算したグラフである。

本開示の第１実施形態について、図面を用いて以下に説明する。

図１は、第１実施形態における光通信用途の光モジュール１の外観図である。ＰＣＢ１３０に搭載される駆動ＩＣ(図示せず)から、ＰＣＢ１３０にはんだまたは導電性接着剤等によって接続されるＦＰＣ１４０を介し、光サブアッセンブリ１００に変調された差動電気信号や制御信号等が伝達される。ＦＰＣ１４０は、可撓性を有する回路基板である。光サブアッセンブリ１００は、光素子３５０（図３参照）を収容し、かつ出射光をもしくは入射光を送受するインターフェースを備えている。光サブアッセンブリ１００は、アイレット３１０（図３参照）と、光レセプタクル２を含む。なお、図示しないが、光サブアッセンブリ１００、ＰＣＢ１３０、及びＦＰＣ１４０は、金属製などの筐体に内蔵されて、光モジュール１は構成されている。

図２は、第１実施形態における光モジュール１の一部の断面構造を示す模式図である。図２に示すように、第１実施形態に係る光モジュール１は、光レセプタクル２と光パッケージ３とを含んでいる。そして、光レセプタクル２は、光レセプタクル本体２０と、スタブ２２と、スリーブ２４とを備えている。

第１実施形態に係る光レセプタクル本体２０は、一体的に形成された樹脂部材を含んで構成されており、円柱状の外形を有する光パッケージ収容部２０ｆと、光パッケージ収容部２０ｆの外径より小さな外径を有する概略円柱形状の光ファイバ挿入部２０ｄとを備えている。光パッケージ収容部２０ｆと光ファイバ挿入部２０ｄとは、それぞれの一端面同士が、連結されている。

光パッケージ収容部２０ｆには、その外形状と同軸に円型の凹部２０ａが形成されており、円筒形をなしている。

光レセプタクル本体２０には、光ファイバ挿入部２０ｄの先端面から、この光ファイバ挿入部２０ｄの外形状と同軸に延びて、光パッケージ収容部２０ｆに形成された凹部２０ａの底面に至る挿入孔２０ｂが形成されている。すなわち、光レセプタクル本体２０には、凹部２０ａと、凹部２０ａから外部に貫通する挿入孔２０ｂと、が形成されている。

挿入孔２０ｂの内壁面の先端に形成されているテーパ部２０ｃは、その径が外側に向かって増加するテーパ形状である。そのため、外部光ファイバを備えたコネクタを挿入孔２０ｂに挿入しやすいようになっている。

光ファイバ挿入部２０ｄには、その外周に沿ってフランジ２０ｅが形成されている。

スタブ２２は、ジルコニアなどを含んで構成されている。そして、スタブ２２は、光レセプタクル本体２０の光ファイバ挿入部２０ｄに形成されている挿入孔２０ｂとほぼ同径の概略円柱形状であり、スタブ２２と同軸の光ファイバ５０を保持している。そして、スタブ２２は光レセプタクル本体２０の光ファイバ挿入部２０ｄに圧入などにより挿入固定されている。スタブ２２の右側端面は斜め研磨されている。このようにして、光ファイバ５０へ入力される光と、その反射光との干渉を防止している。

光レセプタクル２のスタブ２２の左側側面は、外部から挿入孔２０ｂに挿入された外部光ファイバを備えたコネクタ（図示せず）と当接されて、コネクタが備える外部光ファイバと、スタブ２２が保持する光ファイバ５０との結合を行う。

スリーブ２４は、ジルコニアなどで構成された割スリーブを含んで構成されている。そして、スリーブ２４の内径は、挿入孔２０ｂとほぼ同径の円筒形状をしており、光レセプタクル本体２０の内壁面に設けられた溝に埋め込まれている。このスリーブ２４によって、光ファイバ挿入部２０ｄに挿入される外部光ファイバを備えたコネクタの、挿入孔２０ｂ内における位置の調整ができるようになっている。

光パッケージ３は、球体のレンズ３０を備えている。また、光パッケージ３は、レンズ３０と略同径の開口が底面に形成された金属製の有底円筒状の部材であるレンズ支持部３２を備えている。レンズ支持部３２の開口は、レンズ支持部３２の底面の形状と同軸に形成されている。そして、レンズ３０はレンズ支持部３２の開口に嵌め込まれている。すなわち、レンズ支持部３２はレンズ３０を支持する。

また、光パッケージ３は、上述したアイレット３１０、台座３１３と、を含むステムを備えている。ステムは例えば金属により形成されており、ＦＰＣ１４０に形成されるグラウンド導体と電気的に接続され、電気的に接地される。

光レセプタクル本体２０とアイレット３１０の第１面３１１との接合面を接着固定することで光モジュール１は組み立てられる。光レセプタクル本体２０とアイレット３１０とにより、筐体が構成される。アイレット３１０に溶接されたレンズ支持部３２と、このレンズ支持部３２に嵌め込まれたレンズ３０とは、光レセプタクル２の凹部２０ａの中に入るように形成される。すなわち、レンズ３０やレンズ支持部３２は、光レセプタクル本体２０の凹部２０ａに収容される。なお、光レセプタクル２と光パッケージ３とを接着する方法はこの限りではない。

光サブアッセンブリの例としては、レーザダイオード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送信する光送信サブアッセンブリ（TOSA; Transmitter Optical Subassembly）や、内部にフォトダイオードに代表される受光素子を有し、受信した光信号を電気信号に変換する光受信サブアッセンブリ（ROSA; Receiver Optical Subassembly）や、これらの両方の機能を内包した双方向光サブアッセンブリ（BOSA；Bidirectional Optical Subassembly）などがある。本願発明は、上記いずれの光サブアッセンブリにも適用でき、第１実施形態においては、光送信サブアッセンブリを例に挙げて説明する。

図３は、本開示の第１実施形態に係る光モジュール１に含まれる光サブアッセンブリ１００を示す模式的な斜視図である。図４は、本開示の第１実施形態に係る光モジュール１に含まれる光サブアッセンブリ１００をＹ軸方向から見た図である。

光サブアッセンブリ１００は、例えば、アイレット３１０と、台座３１３と、リード端子３２０と、中継基板３３０と、素子搭載部３４０と、光素子３５０と、温度調整素子３６０と、サブキャリア３７０と、ボンディングワイヤ３８０と、を含む。

アイレット３１０は、第１面３１１と、第１面３１１の反対側に配置された第２面３１２と、第２面３１２から第１面３１１までを貫通する複数の貫通孔３１５と、を含む。具体的には、例えば、アイレット３１０は、例えば、直径５．６ｍｍの円盤形状であって、金属等の導電性の材料で形成される。アイレット３１０は、円盤形状のＺ軸方向に向かう側に第１面３１１を有し、第１面３１１とは反対側に第２面３１２を有する。また、アイレット３１０は、第１面３１１から第２面３１２までを貫通する複数の貫通孔３１５を有する。

リード端子３２０は、複数の貫通孔３１５に挿入され、少なくとも一部に差動電気信号が入力される。具体的には、例えば、リード端子３２０は、第１リード端子３２０Ａから第６リード端子３２０Ｆ（図５参照）を含み、各リード端子３２０はそれぞれアイレット３１０に設けられた貫通孔３１５に挿入される。各リード端子３２０が配置された貫通孔３１５の隙間には、ガラスなどの誘電体３１４が充填される。当該ガラスなどの誘電体３１４が、各貫通孔３１５内において、各リード端子３２０を保持している。アイレット３１０、誘電体３１４、及び各リード端子３２０によって、同軸線路を構成している。図３に示す実施形態においては、第１リード端子３２０Ａ及び第２リード端子３２０Ｂには、差動電気信号が入力される。第３リード端子３２０Ｃ及び第４リード端子３２０Ｄには温度調整素子３６０を制御する制御信号が入力される。第５リード端子３２０Ｅ及び第６リード端子３２０Ｆには出力モニタ及び温度モニタが接続される。

台座３１３は、アイレット３１０の第１面３１１側に配置される。第１実施形態においては、台座３１３は金属製であり、アイレット３１０の第１面３１１から、第１リード端子３２０Ａ及び第２リード端子３２０Ｂに近接して、Ｚ軸方向に向かって突出している（図７参照）。図３に示す実施形態においては、アイレット３１０と台座３１３とは一体形成されている。アイレット３１０と台座３１３とは同電位となっており、両者によりステムを構成している。第１実施形態に係るステムは、プレス加工により成型されており、例えば、熱伝導率が５０～７０[Ｗ/ｍ・Ｋ]の圧延鋼からなる。

中継基板３３０は、台座３１３のＸ軸方向側に配置される。具体的には、例えば、図５から図７を用いて説明する。図５は、中継基板３３０が台座３１３に搭載された状態を示す図であって、アイレット３１０、台座３１３、リード端子３２０及び中継基板３３０以外の構成を省略した図である。図６は、中継基板３３０を拡大した図である。図７は、ステムを示す模式的な斜視図である。図３及び図６に示すように、中継基板３３０は、台座３１３のＸ軸方向側に配置される。

中継基板３３０は、第１面３１１の法線方向に伸びるリード接続面３３４と、リード接続面３３４と隣り合う第１ボンディング面３３５と、を含む。具体的には、図３から図６に示す実施形態においては、中継基板３３０は、Ｘ軸方向に向かう面にリード接続面３３４を含み、Ｙ方向に向かう面に第１ボンディング面３３５を含む。

また、中継基板３３０は、リード接続面３３４と第１ボンディング面３３５にまたがって第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２が形成される。具体的には、図３から図６に示す実施形態においては、中継基板３３０は、リード接続面３３４に形成された第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２と、第１ボンディング面３３５に形成された第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２と、が同電圧となるように切れ目なく形成される。第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２は、差動電気信号を伝搬する導波路として形成される。特に、第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２は、差動電気信号の結合部において、テーパ６０１が形成されることが望ましい。テーパ６０１を形成することによって、差動電気信号のインピーダンスが、結合部において急激に変化することを防止できる。その結果、高周波特性を改善できる。

さらに、リード接続面３３４に形成された第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２は、リード端子３２０とはんだまたは導電性接着剤３３３で接続されて差動電気信号が入力される。図３から図６に示す実施形態においては、第１導体パターン３３１は、第１リード端子３２０Ａとはんだまたは導電性接着剤３３３で接続され、第２導体パターン３３２は、第２リード端子３２０Ｂとはんだまたは導電性接着剤３３３で接続される。

上記のように、中継基板３３０は、中継基板３３０が有する面のうち面積の大きいリード接続面３３４の向く方向が、第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２の面が向く方向と、略垂直に配置される。これにより、アイレット３１０に多数の部品を配置しかつ容易に製造することが可能である。

素子搭載部３４０は、差動電気信号が入力される第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２が形成された第２ボンディング面３４３を含む。具体的には、例えば、素子搭載部３４０は、Ｙ方向に向かう面に第２ボンディング面３４３を含む。また、素子搭載部３４０は、第２ボンディング面３４３に第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２が形成される。第１ボンディング面３３５の第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２は、第２ボンディング面３４３の第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２とボンディングワイヤ３８０によって接続される。図３に示す実施形態においては、第３導体パターン３４１は、ワイヤボンディングによって、中継基板３３０に形成された第１導体パターン３３１と電気的に接続される。同様に、第４導体パターン３４２は、ワイヤボンディングによって、中継基板３３０に形成された第２導体パターン３３２と電気的に接続される。

上記のように、第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２は、第１リード端子３２０Ａ及び第２リード端子３２０Ｂと接続された差動電気信号が入力される。従って、第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２には、ボンディングワイヤ３８０を介して差動電気信号が入力される。

光素子３５０は、素子搭載部３４０に搭載され、第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２と電気的に接続され、光信号と差動電気信号の一方を他方に変換する。具体的には、例えば、光素子３５０はレーザダイオードであって、素子搭載部３４０のＹ方向に向かう面に搭載される。光素子３５０は、第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２から差動電気信号が入力され、該差動電気信号を光信号に変換する。また、光素子３５０が受光素子として機能する場合には、光素子３５０は光信号が入力され、該光信号を差動電気信号に変換する。変換された差動電気信号は、第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２と、ボンディングワイヤ３８０と、第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２と、を経由して第１リード端子３２０Ａ及び第２リード端子３２０Ｂに伝搬される。なお、図３に示す実施形態においては、素子搭載部３４０は基板である。

ワイヤボンディングを行う際、ボンディングワイヤ３８０の両端が接続される面が異なる方向を向いていた場合、片側の端子にボンディングワイヤ３８０をボンディングした後、ボンディング対象の向きを変更する必要がある。上記構成のように、第１ボンディング面と第２ボンディング面の各法線方向が同一方向（第１実施形態では、図３に示すようにＹ軸の正方向）であることにより、ボンディング対象である光サブアッセンブリ１００の向きを変更する必要が生じない。なお、各法線方向が同一方向であるとは、一方の面にボンディングワイヤ３８０をボンディングした後、他方の面にボンディングワイヤ３８０をボンディングする前にボンディング対象の向きを変更する必要がない程度に、第１ボンディング面３３５と第２ボンディング面３４３のなす角度が小さいことを表す。すなわち、第１ボンディング面３３５と第２ボンディング面３４３は、ともに同じ方向（第１実施形態では、図３に示すようにＹ軸の正方向）を向いており、第１ボンディング面３３５と第２ボンディング面３４３は、互いに略平行な面である。従って、光サブアッセンブリ１００の製造が容易になる。

温度調整素子３６０は、第１面３１１に接して配置され、光素子３５０の温度を調整する。具体的には、例えば、温度調整素子３６０は、ペルチェ素子であって、第１面３１１に接して配置される。温度調整素子３６０は、第３リード端子３２０C及び第４リード端子３２０Dから入力される制御信号に基づいて、光素子３５０を冷却する。なお、温度調整が不要である場合には、温度調整素子３６０は省略されてもよい。

なお、通常、光素子３５０に供給される差動電気信号は、グラウンドに接地された導体パターンと結合していることが望ましい。また、ペルチェ素子は、熱を移動させる半導体素子の両側を絶縁基板で挟んで構成される。そのため、温度調整素子３６０がペルチェ素子である場合、アイレット３１０と素子搭載部３４０とは絶縁されるため、素子搭載部３４０にグラウンド電位を供給することはできない。しかしながら、第１実施形態によれば、第１リード端子３２０Ａ及び第２リード端子３２０Ｂから光素子３５０に至るまで、差動電気信号が通る経路が、差動電気信号を伝搬する導波路として形成される。従って、後述するように、素子搭載部３４０がグラウンドに接地されていなくても、光サブアッセンブリ１００の高周波特性を改善できる。

サブキャリア３７０は、温度調整素子３６０に搭載され、素子搭載部３４０を搭載する。具体的には、例えば、サブキャリア３７０は、温度調整素子３６０のＺ軸方向側に、台座３１３とはＸ軸方向に間隔をあけて配置される。

サブキャリア３７０は、高い熱伝導率を有し、且つ光素子３５０に近い熱膨張係数を有する絶縁材料からなることが望ましい。第１実施形態においては、サブキャリア３７０は、例えばセラミックにより形成される。セラミックは、金属や非金属を問わず、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物などの無機化合物の成形体、粉末、膜など無機固体材料を含む。例えば、サブキャリア３７０に用いるセラミックとして、熱伝導率が１７０～２００[Ｗ/ｍ・Ｋ]の窒化アルミニウムが望ましい。また、サブキャリア３７０のＹ軸方向を向く表面は素子搭載部３４０が搭載される。

ボンディングワイヤ３８０は、第１ボンディング面３３５の第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２と、第２ボンディング面３４３の第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２と、を電気的に接続する。具体的には、３本以上のボンディングワイヤ３８０は、第１導体パターン３３１と第３導体パターン３４１とを電気的に接続する。同様に、３本以上のボンディングワイヤ３８０は、第２導体パターン３３２と第４導体パターン３４２とを電気的に接続する。第１導体パターン３３１と第３導体パターン３４１とを接続するボンディングワイヤ３８０と、第２導体パターン３３２と第４導体パターン３４２とを接続するボンディングワイヤ３８０と、は近接して配置される。これにより、３対以上のボンディングワイヤ３８０は、差動電気信号を伝搬する導波路として形成される。３対以上のボンディングワイヤ３８０で接続することによって、ボンディングワイヤ３８０に寄生するインダクタンスを低減し、良好な透過特性を得ることができる。

図８は、図３に示した構成と、従来例１及び従来例２の構成についての、光モジュールの透過特性（Ｓ２１）を３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ（High Frequency Structure Simulator）を用いて計算したグラフである。

従来例１の光モジュールは、温度調整素子３６０を搭載しない光サブアッセンブリを搭載している。具体的には、従来例１の光サブアッセンブリは、図９に示す構成を有する。従来例１の光サブアッセンブリは、直径５．６ｍｍ金属からなる導電性のステムを含む。ステムは、貫通孔３１５を設けたアイレット３１０を含み、貫通孔３１５にリード端子３２０がガラスなどの誘電体３１４で固定されている。アイレット３１０、誘電体３１４及びリード端子３２０によって、同軸線路が構成される。同軸線路のインピーダンスは２５Ｏｈｍに整合している。リード端子３２０は、アイレット３１０に設けられた孔を貫通し、一部が突出している。突出したリード端子３２０の先端は、アイレット３１０から垂直に突出した台座３１３に搭載された中継基板３３０の表面の導体パターンとＡｕＳｎはんだで接合されている。中継基板３３０には、グラウンド電位であるステムから突出した台座３１３と導体パターンによってマイクロストリップ線路が形成される。さらに、素子搭載部３４０は、台座３１３にダイボンディングされる。素子搭載部３４０は、光素子３５０と近い熱膨張係数を持つ窒化アルミなどのセラミックで形成される。素子搭載部３４０は、表裏面に導体パターンを含むマイクロストリップ線路であり、裏面の導体パターンはグラウンド電位であるステムに接続される。素子搭載部３４０には、光素子３５０が搭載される。

従来例２の光モジュールは、温度調整素子３６０を搭載した光サブアッセンブリを搭載している。具体的には、従来例２の光サブアッセンブリは、図１０に示す構成を有する。従来例２の光サブアッセンブリは、従来例１の台座３１３が設けされた領域の中央部に温度調整素子３６０及びサブキャリア３７０を含む。サブキャリア３７０は、放熱性を高めるため、熱伝導率の高いセラミックや金属で形成される。台座３１３は、温度調整素子３６０及びサブキャリア３７０の両側の２か所に分離して設けられる。中継基板３３０は、２か所に分離した台座３１３の上に配置される。光素子３５０を搭載した素子搭載部３４０は、サブキャリア３７０の上に搭載され、分離した中継基板３３０を経由してリード端子３２０との間で差動電気信号を送受信する。２つの中継基板３３０および素子搭載部３４０は、それぞれ表裏面に導体パターンを含むマイクロストリップ線路を形成している。温度調整素子３６０はペルチェ素子であるため、温度調整素子３６０は、アイレット３１０及びサブキャリア３７０と面する部分に絶縁基板を有する。従って、素子搭載部３４０の光素子３５０が搭載された面の裏面は、グラウンド電位が供給されない。

図８に示すように、従来例１の光サブアッセンブリは、素子搭載部３４０の裏面にグラウンド電位が供給されるため、高い周波数領域においても透過特性が高い。しかしながら、従来例１の光サブアッセンブリは、温度調整素子３６０を含まないため、高温環境で用いることはできない。

一方、従来例２の光サブアッセンブリは、温度調整素子３６０を含むため、高温環境で用いることができる。しかしながら、図８に示すように、従来例２の光サブアッセンブリは、素子搭載部３４０の裏面にグラウンド電位が供給されないため、高い周波数領域において透過特性が低下する。

これに対し、第１実施形態の光サブアッセンブリ１００は、温度調整素子３６０を含むため、高温環境で用いることができる。さらに、図８に示すように、第１実施形態に係る光サブアッセンブリ１００は、従来例２と比較して、高周波特性に関して高い透過特性を有している。第１実施形態は従来例２と異なり、中継基板３３０が分割されないため、差動電気信号を伝搬する導波路が形成される。当該導波路は、基板の垂直な二面にまたがって形成されている。そのため、第１実施形態では従来例２と異なり、リード端子３２０から光素子３５０の直前まで差動電気信号間の電気的な結合が維持された状態で、差動電気信号が伝搬される。これにより、グラウンド電位が素子搭載部３４０の直下に供給されていない状態であっても、差動電気信号間の電気的な結合によって電磁界が高次モードへの変換を起こすことなく、ＴＥＭモードとして伝搬される。従って、良好な透過特性が得られる。

図１１は、第２実施形態に係る光モジュール１に含まれる光サブアッセンブリ１００の斜視図である。図１１に示す光サブアッセンブリ１００においては、第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２は、光素子３５０が搭載される素子搭載面３４４と第２ボンディング面３４３にまたがって配置される。具体的には、例えば、素子搭載部３４０は、サブキャリア３７０と一体的に形成される。第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２は、素子搭載部３４０のＹ方向に向かう面とＺ方向に向かう面にまたがって形成される。第１実施形態と同様に、第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２は、素子搭載部３４０の上で、差動電気信号を伝搬する導波路として形成される。

また、素子搭載部３４０は、第２ボンディング面３４３と隣り合う面に、光素子３５０が搭載される素子搭載面３４４をさらに含む。具体的には、例えば、素子搭載部３４０は、Ｙ方向に向かう面に光素子３５０が搭載される素子搭載面３４４を含む。光素子３５０は、素子搭載部３４０のＹ方向に向かう面に搭載され、当該面に形成された第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２と接続される。

中継基板３３０は、第１面３１１の法線方向に伸びるリード接続面３３４と、リード接続面３３４と隣り合う第１ボンディング面３３５と、を含む。第２実施形態においては、中継基板３３０は、Ｘ軸方向に向かう面にリード接続面３３４を含み、Ｚ方向に向かう面に第１ボンディング面３３５を含む。

第１ボンディング面３３５の第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２は、第２ボンディング面３４３の第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２とボンディングワイヤ３８０によって接続される。第２実施形態においては、中継基板３３０のＺ方向に向かう面に形成された第１導体パターン３３１は、素子搭載部３４０のＺ方向に向かう面に形成された第３導体パターン３４１と電気的に接続される。中継基板３３０のＺ方向に向かう面に形成された第２導体パターン３３２は、素子搭載部３４０のＺ方向に向かう面に形成された第４導体パターン３４２と電気的に接続される。

このような構成においても、中継基板３３０及び素子搭載部３４０のワイヤボンディングで接続される面は、ともにＺ方向に向かう面である。従って、容易にボンディングを行うことができる。また、第１実施形態と同様に、中継基板３３０が有する面のうち面積の大きいリード接続面３３４の向く方向が、第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２の面が向く方向と、略垂直に配置されることにより、アイレット３１０に多数の部品を配置しかつ容易に製造することが可能である。

さらに、図１１に示す第２実施形態の光サブアッセンブリ１００では、サブキャリア３７０の重心はアイレット３１０の重心に対し、中継基板３３０側に偏って配置されることを特徴としてもよい。当該実装方法であれば、ガラス同軸部の直上も安定して実装領域として用いることができるため小型化に優位である。

なお、第２実施形態の光サブアッセンブリ１００においても、温度調整素子３６０を含まない構成としてもよいし、ボンディングワイヤ３８０が３対以上設けられる構成としてもよい。

続いて、第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成については説明を省略する。上述のように、第１実施形態によれば、差動電気信号間の電気的な結合によって電磁界が高次モードへの変換を起こすことがないため、差動電気信号はＴＥＭモードとして伝搬される。従って、良好な透過特性が得られる。しかしながら、図８のシミュレーション結果が示すように、中継基板３３０にグラウンド電位が供給されない場合では、良好な応答特性を示す帯域は２５ＧＨｚに限られる。第３実施形態によれば、３０ＧＨｚ以上の高周波領域においても良好な応答特性を示す電界吸収型光変調器を集積した光半導体レーザーを実現することができる。

図１２は、第３実施形態に係る光モジュール１に含まれる光サブアッセンブリ１００の斜視図である。図１３は、第３実施形態に係る光モジュール１に含まれる光サブアッセンブリ１００の別方向からの斜視図である。図１４は、第３実施形態に係る中継基板３３０が台座３１３にはんだまたは導電性接着剤３３３で接続された状態を示す模式的な斜視図である。

中継基板３３０は、さらに、第１ボンディング面３３５と隣り合う面に、グラウンドに接地された第１グラウンドパターン１２０２が設けられた第１グラウンドパターン面１３０２を有する。具体的には、中継基板３３０は、リード接続面３３４と反対側の面（すなわち、－Ｘ軸方向に向かう面）にグラウンドに接地された第１グラウンドパターン１２０２を有する。なお、図１３に示す例では、第１グラウンドパターン１２０２は、リード接続面３３４と反対側の面の全面に配置されている。

第１グラウンドパターン１２０２は、第１ボンディング面３３５にまたがって配置される。具体的には、例えば、第１グラウンドパターン１２０２は、リード接続面３３４と反対側の面から第１ボンディング面３３５にまたがって配置される。第１ボンディング面３３５に配置された第１グラウンドパターン１２０２は、第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２の両側に配置される。

なお、第１グラウンドパターン１２０２は、第１ボンディング面３３５の第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２の－Ｘ軸方向側にも配置されてもよい。当該構成によれば、第１導体パターン３３１及び第２導体パターン３３２は、第１ボンディング面３３５からリード接続面３３４にまたがって配置された部分を除いて、第１グラウンドパターン１２０２に囲われる。

サブキャリア３７０は、第１グラウンドパターン面１３０２と平行な面に、グラウンドに接地された第２グラウンドパターン１３０４が設けられた第２グラウンドパターン面１３０６を有する。具体的には、例えば、サブキャリア３７０は、－Ｘ軸方向に向かう面にグラウンドに接地された第２グラウンドパターン１３０４を有する。なお、図１３に示す例では、第２グラウンドパターン１３０４は、第２グラウンドパターン面１３０６の全面に配置されている。

なお、第２グラウンドパターン１３０４は、第２グラウンドパターン面１３０６と隣接する面にまたがって配置されてもよい。具体的には、例えば、第２グラウンドパターン１３０４は、第２グラウンドパターン面１３０６からサブキャリア３７０のＹ軸方向に向かう面にまたがって配置されてもよい。すなわち、第２グラウンドパターン１３０４は、サブキャリア３７０の中継基板３３０と接する面の全体に配置されてもよい。さらに、サブキャリア３７０は、金属のブロックであってもよい。

第１グラウンドパターン１２０２は、第２グラウンドパターン１３０４とボンディングワイヤ３８０によって接続される。具体的には、例えば、中継基板３３０の第１グラウンドパターン面１３０２に設けられた第１グラウンドパターン１２０２は、サブキャリア３７０の第２グラウンドパターン面１３０６に設けられた第２グラウンドパターン１３０４とボンディングワイヤ３８０によって接続される。

素子搭載部３４０は、グラウンドに接地され、少なくとも隣り合う二面にまたがる第３グラウンドパターン１３０８を有する。具体的には、例えば、素子搭載部３４０は、第２ボンディング面３４３にグラウンドに接地された第３グラウンドパターン１３０８を有する。第３グラウンドパターン１３０８は、第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２の両側に配置される。第３グラウンドパターン１３０８は、第１ボンディング面３３５に設けられた第１グラウンドパターン１２０２とボンディングワイヤ３８０によって接続される。なお、素子搭載部３４０は、金属ブロックであってもよい。

なお、第３グラウンドパターン１３０８は、第２ボンディング面３４３に隣り合う面を経て、第２ボンディング面３４３の裏側の面にかけてまたがって配置されてもよい。第２ボンディング面３４３の裏側の面に配置された第３グラウンドパターン１３０８は、サブキャリア３７０のＹ軸方向に向かう面に配置された第２グラウンドパターン１３０４と接続されることで、グラウンドに接地される。

複数のリード端子は、対応する信号が入力される一対のリード端子を含む。具体的には、例えば、第１リード端子３２０Ａ及び第２リード端子３２０Ｂは、一対のリード端子である。一対の差動電気信号が、第１リード端子３２０Ａ及び第２リード端子３２０Ｂに入力される。一対のリード端子は、アイレット３１０を貫通する単一の貫通孔３１５に誘電体３１４によって固着される。例えば、単一の貫通孔３１５に一対のリード端子（第１リード端子３２０Ａ及び第２リード端子３２０Ｂ）がガラスによって固着され、一対のリード端子のインピーダンスが差動１００Ｏｈｍに整合するよう設計される。

図１２及び図１３に示す第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２は、光素子３５０が電界吸収型光素子である場合におけるものである。電界吸収型光素子が用いられる場合、出力インピーダンスが１００Ｏｈｍである駆動ＩＣを用いて差動信号が変調されることが一般的である。そのため、差動信号が入力される第３導体パターン３４１及び第４導体パターン３４２のインピーダンスは、１００Ｏｈｍに整合するように設計されるため、第１実施形態や第２実施形態と比べると細いパターン幅である。

第３実施形態によれば、素子搭載部３４０にグラウンド電位を供給することによって、高周波特性が安定し、３０ＧＨｚ以上の高周波領域においても良好な透過特性を示す。図１５は、第３実施形態に係る光モジュール１の透過特性（Ｓ２１）を３次元電磁界シミュレータＨＦＳＳ（High Frequency Structure Simulator）を用いて計算したグラフである。グラウンド電位が素子搭載部３４０の第３グラウンドパターン１３０８に供給されることで、３０ＧＨｚ以上の透過特性も改善していることがわかる。

第１グラウンドパターン面１３０２と第２グラウンドパターン面１３０６は、－Ｘ軸方向に向かう面ではなく、Ｚ軸方向に向かう面に設けられてもよい。具体的には、例えば、中継基板３３０は、Ｚ軸方向に向かう面にグラウンドに接地された第１グラウンドパターン１２０２を有してもよい。サブキャリア３７０は、Ｚ軸方向に向かう面にグラウンドに接地された第２グラウンドパターン１３０４を有してもよい。この場合、中継基板３３０が台座３１３よりもＺ軸方向に短い場合であっても第１グラウンドパターン１２０２が露出する。また、第１グラウンドパターン１２０２と第２グラウンドパターン１３０４は平行であるため、ボンディングワイヤ３８０によって接続することができる。

なお、本明細書中では、金属円盤を表すアイレット３１０という文言を使用したが、アイレット３１０が円盤形状であることに本質的な意味はなく、多角柱などのその他の形状であってもかまわない。

１光モジュール、２光レセプタクル、３光パッケージ、２０光レセプタクル本体、２０ａ凹部、２０ｂ挿入孔、２０ｃテーパ部、２０ｄ光ファイバ挿入部、２０ｅフランジ、２０ｆ光パッケージ収容部、２２スタブ、２４スリーブ、３０レンズ、３２レンズ支持部、５０光ファイバ、１００光サブアッセンブリ、１３０ＰＣＢ、１４０ＦＰＣ、３１０アイレット、３１１第１面、３１２第２面、３１３台座、３１４誘電体、３１５貫通孔、３２０リード端子、３２０Ａ第１リード端子、３２０Ｂ第２リード端子、３２０Ｃ第３リード端子、３２０Ｄ第４リード端子、３２０Ｅ第５リード端子、３２０Ｆ第６リード端子、３３０中継基板、３３１第１導体パターン、３３２第２導体パターン、３３３はんだまたは導電性接着剤、３３４リード接続面、３３５第１ボンディング面、３４０素子搭載部、３４１第３導体パターン、３４２第４導体パターン、３４３第２ボンディング面、３４４素子搭載面、３５０光素子、３６０温度調整素子、３７０サブキャリア、３８０ボンディングワイヤ、６０１テーパ、１２０２第１グラウンドパターン、１３０２第１グラウンドパターン面、１３０４第２グラウンドパターン、１３０６第２グラウンドパターン面、１３０８第３グラウンドパターン。

Claims

第１面と、前記第１面の反対側に配置された第２面と、前記第２面から前記第１面までを貫通する複数の貫通孔と、を含むアイレットと、
前記複数の貫通孔に挿入され、少なくとも一部に差動電気信号が入力される複数のリード端子と、
前記第１面の法線方向に伸びるリード接続面と、前記リード接続面と隣り合う第１ボンディング面と、を含み、前記リード接続面と前記第１ボンディング面にまたがって第１導体パターン及び第２導体パターンが形成され、前記リード接続面に形成された前記第１導体パターン及び前記第２導体パターンは前記リード端子とはんだまたは導電性接着剤で接続されて前記差動電気信号が入力される中継基板と、
前記差動電気信号が入力される第３導体パターン及び第４導体パターンが形成された第２ボンディング面を含む素子搭載部と、
前記素子搭載部に搭載され、前記第３導体パターン及び前記第４導体パターンと電気的に接続され、光信号と前記差動電気信号の一方を他方に変換する光素子と、
を含み、
前記第１ボンディング面の前記第１導体パターン及び前記第２導体パターンは、前記第２ボンディング面の前記第３導体パターン及び前記第４導体パターンとボンディングワイヤによって接続され、
前記第１ボンディング面と前記第２ボンディング面の各法線方向は同一方向である、
ことを特徴とする光サブアッセンブリ。
さらに、前記第１面に接して配置され、前記光素子の温度を調整する温度調整素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の光サブアッセンブリ。
さらに、前記温度調整素子に搭載され、前記素子搭載部を搭載するサブキャリアを含むことを特徴とする請求項２に記載の光サブアッセンブリ。
前記サブキャリアの重心は前記アイレットの重心に対し、前記中継基板側に偏って配置されることを特徴とする請求項３に記載の光サブアッセンブリ。
前記ボンディングワイヤは３対以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光サブアッセンブリ。
前記素子搭載部は、前記第２ボンディング面と隣り合う面に、前記光素子が搭載される素子搭載面をさらに含み、
前記第３導体パターン及び前記第４導体パターンは、前記素子搭載面と前記第２ボンディング面にまたがって配置される、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光サブアッセンブリ。
前記複数のリード端子は、対応する信号が入力される一対のリード端子を含み、
前記一対のリード端子は、前記アイレットを貫通する単一の貫通孔に誘電体によって固着される、
ことを特徴とする請求項１に記載の光サブアッセンブリ。
前記中継基板は、さらに、前記第１ボンディング面と隣り合う面に、グラウンドに接地された第１グラウンドパターンが設けられた第１グラウンドパターン面を有し、
前記サブキャリアは、前記第１グラウンドパターン面と平行な面に、グラウンドに接地された第２グラウンドパターンが設けられた第２グラウンドパターン面を有し、
前記第１グラウンドパターンは、前記第２グラウンドパターンとボンディングワイヤによって接続される、
ことを特徴とする請求項３に記載の光サブアッセンブリ。
前記第１グラウンドパターンは、前記第１ボンディング面にまたがって配置され、
前記第１ボンディング面に配置された前記第１グラウンドパターンは、前記第１導体パターン及び前記第２導体パターンの両側に配置される、
ことを特徴とする請求項８に記載の光サブアッセンブリ。
前記素子搭載部は、金属ブロックであることを特徴とする請求項８に記載の光サブアッセンブリ。
前記素子搭載部は、グラウンドに接地され、少なくとも隣り合う二面にまたがる第３グラウンドパターンを有することを特徴とする請求項８に記載の光サブアッセンブリ。