JP7426839B2 - 光モジュールの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光モジュールおよびその製造方法に関するものである。
大容量光通信システムにおいて、信号光の送受信を行う光モジュールである光トランシーバとして、デジタルコヒーレントトランシーバが用いられている。デジタルコヒーレントトランシーバは、複数の光コンポーネントおよび電子コンポーネントが１つの筐体に収容されて構成されているが、常に小型化が求められている。たとえば、特許文献１では、互換性のある共通仕様の製品に関する取り決めであるＭＳＡ（Multi-Source Agreement）におけるＣＦＰ２規格に準拠するための光トランシーバが開示されている。
特開２０１６－０８１０６０号公報
この種のモジュールは、電気的に接続されて機能する光素子を備えている。光素子は筐体の外部と、たとえば配線基板を介して電気的に接続される。この場合、光モジュールの小型化に伴い、電気的接続のための電気端子のパターン（配線パターンとも呼ばれる）の微細化が進んでいる。そこで、筐体の電極パターンと配線基板の電極パターンとの高精度な位置決めの必要性が高まっている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、筐体の配線パターンと配線基板の配線パターンとの高精度な位置決めができる光モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、光素子と、前記光素子を内部に収容する筐体と、前記筐体の外周面に設けられた、前記筐体の内部と電気的に接続する電気端子と、前記筐体の外部から前記電気端子に電気的に接続される配線基板の、前記電気端子との相対位置を確定する位置決め部と、を備える光モジュールである。
前記位置決め部は、前記筐体の外周面に突出するように設けられたリードピンを含んでもよい。
前記位置決め部は、通電されないリードピンを含んでもよい。
前記位置決め部は、グラウンドに接続されてもよい。
前記位置決め部は、前記配線基板のグラウンドに接続されてもよい。
前記位置決め部は、前記筐体の外形状の一部を含んでもよい。
前記位置決め部は、前記筐体の外形状の一部の凸形状部を含んでもよい。
前記位置決め部は、前記筐体の外形状の一部の座繰形状部を含んでもよい。
前記位置決め部は、前記筐体の外周面に凸形状または凹形状に設けられたメタライズパターンを含んでもよい。
前記位置決め部は、通電されないメタライズパターンを含んでもよい。
前記位置決め部は、グラウンドに接続されてもよい。
前記位置決め部は、前記電気端子と同一の面に形成されており、前記電気端子に対して１０μｍ以上突出または陥没していてもよい。
前記筐体の外部から前記電気端子に電気的に接続される配線基板を備え、前記配線基板は前記位置決め部に対応する配線基板側位置決め部を有してもよい。
前記配線基板は、フレキシブル基板でもよい。
前記配線基板は、ポリイミドまたは液晶ポリマーまたはポリテトラフルオロエチレン樹脂を含んで構成されていてもよい。
前記配線基板に形成されている電気配線は、コプレーナ線路、マイクロストリップ線路またはグランド面を有するコプレーナ線路でもよい。
前記配線基板のシグナルライン上には有機物で構成されたシートが熱的に接着されるか、または、有機物シートが樹脂接着されるか、または、樹脂コーティングが施されており、有機物シートまたは樹脂コーティングの上面にはグランド面が形成されており、２面または３面のグランド面間には０．０３～５ｍｍの狭ピッチで通電Ｖｉａホールが形成されていてもよい。
前記配線基板は、前記筐体の外表面との接合箇所よりも離れた基板端に設けられた通電パッドを除いた表面全てに樹脂コーティングが施されていてもよい。
前記配線基板は、前記筐体の外表面との接合箇所よりも離れた基板端が角Ｒ加工されていてもよい。
前記配線基板と前記筐体の外表面との接合箇所は、前記配線基板の一部と前記筐体の外表面の一部の両方に接触する態様で設けられた樹脂コーティング材によって覆われていてもよい。
前記樹脂コーティング材のヤング率は、２０ＧＰａ以下でもよい。
前記樹脂コーティング材厚は、１０μｍ以上でもよい。
前記配線基板の表面または裏面には接合サポート用部材が接続されており、前記接合サポート用部材は、前記筐体の外表面の一部に対して樹脂接着剤によって接合していてもよい。
前記配線基板の表面または裏面には、突起またはポール状部分を有する接合サポート用部材が接続されており、前記接合サポート用部材の突起またはポール状部分は、前記筐体に形成されている溝、窪みまたは孔状の空洞部分に係合していてもよい。
前記接合サポート用部材の突起またはポール状部分は、前記筐体に形成されている溝、窪みまたは孔状の空洞部分に挿入されるとともに、樹脂接着剤またはハンダによって接合されていてもよい。
前記樹脂接着剤は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂またはゴム系樹脂からなる樹脂接着剤でもよい。
前記光素子は、半導体レーザ素子、半導体受光素子、半導体光変調器または半導体光増幅器を含んでもよい。
本発明の一態様は、光素子と、前記光素子を内部に収容する筐体と、前記筐体の外周面に設けられた、前記筐体の内部と電気的に接続する電気端子と、を備える光モジュールに、前記筐体の外部から配線基板を前記電気端子に電気的に接続する際に、前記筐体の位置決め部と、前記配線基板の配線基板側位置決め部とによって、前記配線基板の前記電気端子との相対位置を確定する光モジュールの製造方法である。
本発明によれば、筐体の電極パターンと配線基板の電極パターンとの高精度な位置決めができるという効果を奏する。
図１は、実施形態１に係る光モジュールの外観を示す模式図である。 図２は、図１に示す光モジュールの一部を分解した状態を示す模式図である。 図３は、図１に示す光モジュールの内部構成を示す模式図である。 図４は、図１に示す光モジュールの一部断面を示す模式図である。 図５は、リードピンの形成方法を示す模式図である。 図６は、実施形態２に係る光モジュールの外観を示す模式図である。 図７は、図６に示す光モジュールの一部を分解した状態を示す模式図である。 図８は、実施形態３に係る光モジュールの外観を示す模式図である。 図９は、図８に示す光モジュールの一部を分解した状態を示す模式図である。 図１０は、図８に示す光モジュールにおける配線基板の取り付け方法を示す模式図である。 図１１は、その他の実施形態を示す模式図である。 図１２は、さらにその他の実施形態を示す模式図である。 図１３は、さらにその他の実施形態を示す模式図である。
以下に、図面を参照して実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光モジュールの外観を示す模式図である。図２は、図１に示す光モジュールの一部を分解した状態を示す模式図である。図１において、方向を示すために、互いに直交する長手方向、幅方向および高さ方向を規定する。なお、この方向の規定は、本実施形態の他の図面および他の実施形態の図面においても適宜適用される。
この光モジュール１００は、筐体１１０と、配線基板１２０とを備えている。
筐体１１０は、信号光出力ポート１ａと、信号光入力ポート１ｂと、側壁部１ｃと、底板部１ｄと、上蓋部１ｅと、端子部１ｆとを備えている。側壁部１ｃは、高さ方向と、長手方向または幅方向に広がる４面を有する枠板状の部材であり、各面は底板部１ｄと略直交している。信号光出力ポート１ａと、信号光入力ポート１ｂとは、側壁部１ｃの長手方向前側に設けられている。信号光出力ポート１ａには外部に信号光を出力するための光ファイバが接続される。信号光入力ポート１ｂには外部から信号光を入力するための光ファイバが接続される。底板部１ｄは、長手方向および幅方向に広がる板状の部材である。上蓋部１ｅは、底板部１ｄと対向して長手方向および幅方向に広がる板状の部材である。端子部１ｆは側壁部１ｃの長手方向前側以外の部分に設けられている。
底板部１ｄは、銅タングステン（ＣｕＷ）、銅モリブデン（ＣｕＭｏ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの熱伝導率が高い材料からなる。筐体１のその他の部分は、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ合金、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの熱膨張係数が低い材料からなる。
図３は、光モジュール１００の筐体１１０の内部構成を示す模式図であり、上蓋部１ｅを外した状態で上面視したものである。図示するように、端子部１ｆは筐体１１０の内部および外部に突出している。端子部１ｆは絶縁性の材質からなり、その表面および内部に導体からなる配線パターンが形成されている。
リードピン１ｇは、端子部１ｆの配線パターンに電気的に接続しており、かつ筐体１１０の外周面を構成する端子部１ｆの幅方向左右側の各表面に、幅方向左側または右側に突出するように設けられている。より具体的には、リードピン１ｇは、まず端子部１ｆの高さ方向に延びる表面に沿って上側に向かって延び、途中から折れ曲がって幅方向の右側または左側に延びている。リードピン１ｇは、通電用のリードピンである。
電気端子である配線パターン１ｉは、筐体１１０の外周面を構成する端子部１ｆの高さ方向上側の表面に設けられている。配線パターン１ｉはたとえばメタライズによって形成される。また、パターン１ｊは端子部１ｆと配線基板１２０とのはんだ等による接合のためのパターンであり、たとえばメタライズによって形成される。パターン１ｊは配線パターン１ｉに対して幅方向左右側にそれぞれ設けられている。リードピン１ｇおよび配線パターン１ｉは、筐体１１０の内部と電気的に接続するとともに、筐体１１０の外部に設けられて光モジュール１００の動作を制御する制御器に、配線基板１２０を介して電気的に接続されている。制御器はたとえばＩＣ（Integrated Circuit）を含んで構成されている。
また、端子部１ｆの前後方向後側における幅方向左右側の各表面には、リードピン１ｇの他に、リードピン１ｈが、高さ方向上側に突出するように設けられている。リードピン１ｈは、位置決め部を構成するものであり、光モジュール１００の動作のためには通常通電しないものである。リードピン１ｈはグラウンドパターンに接続されていてもよい。リードピン１ｈがグラウンドパターンに接続されていれば、高周波信号に対するシールド効果の発揮やインピーダンス調整への利用が実現できる。リードピン１ｈはたとえば配線パターン１ｉに対して１０μｍ以上突出している。
光モジュール１００の内部には、たとえば、以下のコンポーネントが収容されている：チップオンサブマウント２、レンズ３、波長検出器である波長ロッカー４、フォトダイオード（ＰＤ）アレイ５、レンズ６、光アイソレータ７、ビームスプリッタ８、ミラー９、レンズ１０、変調器１１、変調器ドライバ１２、終端器１３、レンズ１４、１５、ビームスプリッタ１６、偏波ビームコンバイナ１７、モニタＰＤ１８、１９、ビームスプリッタ２０およびモニタＰＤ２１。さらに、光モジュール１００の内部には、以下のコンポーネントが収容されている：レンズ３０、コヒーレントミキサ３１、ミラー３２、レンズ３３、モニタＰＤ３４、バランスドＰＤアレイ３５、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）３６、である。各ＰＤは半導体受光素子の一例であり、変調器１１は半導体光変調器の一例である。
光モジュール１００では、筐体１の内部にこれらのコンポーネントが実装され、上蓋部１ｅを取り付けて気密封止される。また、これらのコンポーネントは、変調器ドライバ１２とＴＩＡ３６を除き、筐体１の内部に配置されたベースまたは温度調節素子に実装されている。変調器ドライバ１２とＴＩＡ３６とは端子部１ｆに実装されている。
光モジュール１００は、光出力部である信号光出力ポート１ａから出力信号光を出力し、光入力部である信号光入力ポート１ｂから入力光信号光が入力される光トランシーバとして構成されている。以下、各コンポーネントの構成および機能について説明する。
（光トランスミッタ）
まず、光トランスミッタとして機能するコンポーネントの構成および機能について説明する。
チップオンサブマウント２は、たとえば半導体レーザ素子であるレーザ素子２ａと、レーザ素子２ａを搭載するサブマウント２ｂとを備える。レーザ素子２ａはたとえば波長可変レーザ素子である。サブマウント２ｂは、熱伝導性が高い材質からなり、レーザ素子２ａが発する熱を、サブマウント２ｂが搭載されるベースに効率良く放熱する。レーザ素子２ａには半導体光増幅器が集積されていてもよい。
レーザ素子２ａは、端子部１ｆに形成された配線パターンを通じて電力を供給されて、連続波（ＣＷ）かつ直線偏波のレーザ光Ｌ１を長手方向前側に位置する前端面から長手方向前側に出力する。また、レーザ素子２ａは、波長ロック用のレーザ光Ｌ２を後端面から長手方向後側に出力する。
レンズ３は、レーザ光Ｌ２を集光して波長ロッカー４に入力させる。波長ロッカー４は、たとえば平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）からなる公知のものである。波長ロッカー４は、レーザ光Ｌ２を３つに分岐し、その一つをＰＤアレイ５に出力し、他の二つのそれぞれを、波長に対して透過特性が周期的に変化し、波長弁別特性を有する２つのフィルタのそれぞれを通過させてからＰＤアレイ５に出力する。２つのフィルタはたとえばリング共振器やエタロンフィルタからなり、互いに異なる透過波長特性を有する。
ＰＤアレイ５は、３つのＰＤがアレイ状に配列されて構成されている。ＰＤアレイ５の３つのＰＤのそれぞれは、波長ロッカー４が出力する３つのレーザ光のそれぞれを受光し、受光強度に応じた電流信号を出力する。各電流信号は、端子部１ｆに形成された配線パターンを通じて制御器に送信され、レーザ光Ｌ１の波長の検出と制御のために使用される。
レーザ素子２ａと波長ロッカー４とは、長手方向に沿って配置されている。また、レーザ素子２ａと波長ロッカー４とは、レーザ素子２ａの、波長ロッカー４に入力されるレーザ光Ｌ２の出力位置と、波長ロッカー４のレーザ光Ｌ２の入力位置とが幅方向において位置が略一致するように配置されており、レーザアセンブリＬＡを構成している。
一方、レンズ６はレーザ光Ｌ１をコリメートして光アイソレータ７に出力する。光アイソレータ７はレーザ光Ｌ１をビームスプリッタ８側に通過させ、ビームスプリッタ８側から進行してきた光の通過を阻止する。これにより、光アイソレータ７は反射光などがレーザ素子２ａに入力することを阻止する。
ビームスプリッタ８は、光アイソレータ７を通過したレーザ光Ｌ１をレーザ光Ｌ１１、Ｌ１２に分岐する。レーザ光Ｌ１１は幅方向右側に進行し、レーザ光Ｌ１２は幅方向左側に進行する。レーザ光Ｌ１２については後に詳述する。
ミラー９はレーザ光Ｌ１１を反射してその進行方向を長手方向後側に変換する。レンズ１０はレーザ光Ｌ１１を集光して変調器１１に入力させる。
変調器１１は、略直方体形状のものであり、その長手方向が筐体１の長手方向と略一致するように配置されている。変調器１１は、レーザ光Ｌ１１を変調して変調光を生成するものである。変調器１１は、たとえばＩｎＰ（インジウムリン）を構成材料に用いたＭＺ（マッハツェンダ）型の位相変調器であり、変調器ドライバ１２によって駆動されてＩＱ変調器として機能する公知のものである。このような位相変調器は、たとえば国際公開第２０１６／０２１１６３に開示されるものと同様のものである。変調器ドライバ１２はたとえばＩＣを含んで構成されており、制御器によってその動作を制御されている。変調器１１および変調器ドライバ１２は、筐体１の長手方向に略平行に直列に配置されて変調部Ｍを構成している。また、終端器１３は、変調器ドライバ１２から高周波変調信号が印加される変調器１１を電気的に終端するものである。
変調器１１は、偏波面が互いに直交する直線偏波光であり、それぞれがＩＱ変調された変調光Ｌ３１、Ｌ３２を出力する。ここで、変調器１１は、入力された光の進行方向が内部で折り返す折り返し構造を有する。その結果、変調器１１は、レーザ光Ｌ１１の入力位置と変調光Ｌ３１、Ｌ３２の出力位置とが、同一の側面、本実施形態では変調器１１の長手方向前側に位置する側面に配置されているものとなる。また、変調器１１の長手方向前側に位置する側面は、筐体１の長手方向前側における側壁部１ｃと略平行である。
レンズ１４は、変調光Ｌ３１をコリメートしてビームスプリッタ１６に出力する。ビームスプリッタ１６は、変調光Ｌ３１の大部分を偏波ビームコンバイナ１７に向けて反射し、一部を透過してモニタＰＤ１８に出力する。レンズ１５は、変調光Ｌ３２をコリメートして偏波ビームコンバイナ１７に出力する。偏波ビームコンバイナ１７は、変調光Ｌ３１、Ｌ３２を偏波合成して変調光Ｌ３１、Ｌ３２を含む出力信号光Ｌ４を生成する。なお、偏波ビームコンバイナ１７は、変調光Ｌ３２の一部をモニタＰＤ１９に出力する。
モニタＰＤ１８は、ビームスプリッタ１６から入力された変調光Ｌ３１の一部を受光し、その受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、端子部１ｆに形成された配線パターンを通じて制御器に送信され、変調光Ｌ３１の強度モニタのために使用される。モニタＰＤ１９は、偏波ビームコンバイナ１７から入力された変調光Ｌ３２の一部を受光し、その受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、端子部１ｆに形成された配線パターンを通じて制御器に送信され、変調光Ｌ３２の強度モニタのために使用される。
ビームスプリッタ２０は、出力信号光Ｌ４の大部分を透過し、一部を反射してモニタＰＤ２１に出力する。モニタＰＤ２１は、ビームスプリッタ２０から入力された出力信号光Ｌ４の一部を受光し、その受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、端子部１ｆに形成された配線パターンを通じて制御器に送信され、出力信号光Ｌ４の強度モニタのために使用される。
信号光出力ポート１ａは、ビームスプリッタ２０を透過した出力信号光Ｌ４の入力を受け付け、筐体１の外部に出力する。
（光レシーバ）
つぎに、光レシーバとして機能するコンポーネントの構成および機能について説明する。
信号光入力ポート１ｂは、外部から入力信号光Ｌ５の入力を受け付け、レンズ３０に出力する。入力信号光Ｌ５は筐体１内を長手方向前側から後側に進行する。レンズ３０は入力信号光Ｌ５を集光してコヒーレントミキサ３１に入力させる。
一方、ミラー３２は、ビームスプリッタ８によって分岐されたレーザ光Ｌ１２を反射し、その進行方向を幅方向左側から長手方向後側に変換する。レーザ光Ｌ１２は、レンズ３３によって集光されて、局所光としてコヒーレントミキサ３１に入力される。
コヒーレントミキサ３１は、略直方体形状のものであり、その長手方向が筐体１の長手方向と略一致するように配置されている。コヒーレントミキサ３１では、入力信号光Ｌ５の入力位置とレーザ光Ｌ１２の入力位置とは、同一の側面、本実施形態ではコヒーレントミキサ３１の長手方向前側に位置する側面に配置されているものとなる。また、コヒーレントミキサ３１は、入力信号光Ｌ５が入力される側面が、筐体１の長手方向前側における側壁部１ｃと略平行であり、変調器１１における、レーザ光Ｌ１１の入力位置と変調光Ｌ３１、Ｌ３２の出力位置が配置された側面と略平行である。
コヒーレントミキサ３１は、入力された局所光としてのレーザ光Ｌ１２と入力信号光Ｌ５とを干渉させて処理し、処理信号光を生成し、バランスドＰＤアレイ３５に出力する。処理信号光は、Ｘ偏波のＩ成分に対応するＩｘ信号光、Ｘ偏波のＱ成分に対応するＱｘ信号光、Ｙ偏波のＩ成分に対応するＩｙ信号光、およびＹ偏波のＱ成分に対応するＱｙ信号光、の４つである。コヒーレントミキサ３１は、たとえばＰＬＣからなる公知のものである。なお、コヒーレントミキサ３１は、入力された入力信号光Ｌ５の一部を分岐して、モニタＰＤ３４に出力するように構成されている。モニタＰＤ３４は、入力信号光Ｌ５の一部を受光し、その受光強度に応じた電流信号を出力する。電流信号は、端子部１ｆに形成された配線パターンを通じて制御器に送信され、入力信号光Ｌ５の強度モニタのために使用される。
光電素子であるバランスドＰＤアレイ３５は、４つのバランスドＰＤを有しており、４つの処理信号光のそれぞれを受光して、電流信号に変換してＴＩＡ３６に出力する。ＴＩＡ３６は、４つのＴＩＡを有しており、制御器によってその動作を制御されている。ＴＩＡ３６の有するＴＩＡのそれぞれは、４つのバランスドＰＤのそれぞれから入力された電流信号を電圧信号に変換して出力する。出力された電圧信号は、端子部１ｆに形成された配線パターンを通じて制御器またはさらに上位の制御装置に送信され、入力信号光Ｌ５の復調のために使用される。
コヒーレントミキサ３１、バランスドＰＤアレイ３５およびＴＩＡ３６は、筐体１の長手方向に略平行に直列に配置されて光処理部ＯＰを構成している。
この光モジュール１００では、レーザ素子２ａおよび波長ロッカー４は、筐体１の幅方向において、コヒーレントミキサ３１の幅方向中心線ＣＬ１と変調器１１の幅方向中心線ＣＬ２との間に配置されている。なお、幅方向中心線ＣＬ１と幅方向中心線ＣＬ２との間に配置されているとは、各中心線を、コヒーレントミキサ３１または変調器１１の長手方向の外側まで延長した延長線の間に配置されている状態も含む。また、変調器１１は、入力された光の進行方向が内部で折り返す折り返し構造を有する。また、光モジュール１００は、２つの光である入力信号光Ｌ５とレーザ光Ｌ２の光軸が交差するように構成されている。
また、レーザ素子２ａおよび波長ロッカー４は、筐体１の長手方向に略平行に直列に配置されるとともに、レーザ素子２ａにおける波長ロッカー４に入力されるレーザ光Ｌ３の出力位置と、波長ロッカー４におけるレーザ光Ｌ２の入力位置とが、筐体１の幅方向において略一致するように配置されている。また、レーザアセンブリＬＡと変調部Ｍと光処理部ＯＰとは筐体１の幅方向において並列に配置されている。また、変調器１１は、レーザ光Ｌ１１の入力位置と変調光Ｌ３１、Ｌ３２の出力位置とが、同一の側面に配置されている。また、当該側面と、コヒーレントミキサ３１の入力信号光Ｌ５が入力される側面が略平行である。２つの側面は、筐体１の長手方向前側の側壁部１ｃとも略平行である。
ここで、レーザ素子２ａ、ＰＤアレイ５、変調器１１、モニタＰＤ１８、１９、２１、３４、およびバランスドＰＤアレイ３５は、電気的に接続されて機能する光素子の一例である。変調器ドライバ１２およびＴＩＡ３６は電気的に接続されて機能する電子素子の一例である。
変調器１１、変調器ドライバ１２、バランスドＰＤアレイ３５、およびＴＩＡ３６は、高周波信号が供給または出力されるので、配線パターン１ｉを介して外部との直接または間接的な電気的接続がされている。なお、これらの素子については、バイアス電圧はリードピン１ｇを介して外部との電気的接続がされている場合もある。一方、その他の光素子は、リードピン１ｇを介して外部との電気的接続がされている。高周波信号の周波数は、たとえば１０ＧＨｚ以上である。
（配線基板の構成）
図１に戻る。配線基板１２０は、筐体１１０の外部から配線パターン１ｉに電気的に接続される。配線基板１２０は、たとえばフレキシブル基板であり、たとえばポリイミドまたは液晶ポリマーまたはポリテトラフルオロエチレン樹脂を主材料として含んで構成されている。ただし、配線基板はフレキシブル基板に限られず、リジッド基板でもよい。
図２に示すように、配線基板１２０にはその長手方向前側かつ幅方向左右両側に、配線基板側位置決め部を構成する位置決め孔１２１が形成されている。図４は、光モジュールの一部断面を示す模式図である。図４は、長手方向に垂直であり、リードピン１ｈを含み、かつ配線基板１２０の位置決め孔１２１を含む面で切断した断面の一部を示している。図２に示すように、配線基板１２０の高さ方向下側の面（以下、裏面と記載する場合がある）には、配線パターン１ｉと対応する位置に、電気配線である配線パターン１２２が形成されている。配線パターン１ｉと配線パターン１２２とは、はんだなどの導電性の接合材によって接続されている。配線パターン１２２は、たとえば、コプレーナ線路、マイクロストリップ線路またはグランド面を有するコプレーナ線路である。
配線基板１２０において高周波信号が伝送する伝送線路であるシグナルラインは、シングルラインのほかに、差動ラインも考えられる。伝送線路はアレイ状に複数並んでいてもよい。また、シグナルライン上には有機物で構成されたシートが熱的に接着されるか、または、有機物シートが樹脂接着されるか、または、樹脂コーティングが施されており、有機物シートまたは樹脂コーティングの上面にはグランド面が形成されており、２面または３面のグランド面間には０．０３～５ｍｍの狭ピッチで通電Ｖｉａホールが形成されていてもよい。
配線基板１２０は、端子部１ｆとの接合箇所よりも離れた基板端に設けられた通電パッドを除いた表面全てに樹脂コーティングが施されていてもよい。また、配線基板１２０は、端子部１ｆとの接合箇所よりも離れた基板端、すなわち図１の長手方向後側の基板端が角Ｒ加工されていてもよい。
筐体１１０に対して配線基板１２０を位置決めする場合、筐体１１０側のリードピン１ｈのそれぞれを配線基板１２０の位置決め孔１２１に差し込むことによって、配線パターン１ｉとそれに対応する配線パターン１２２との相対位置が確定される。その結果、配線パターン１ｉとそれに対応する配線パターン１２２が正確かつ容易に位置決めされる。なお、リードピン１ｈは配線基板１２０のグラウンドパターンに電気的に接続されてもよい。
変調器１１、変調器ドライバ１２、バランスドＰＤアレイ３５、およびＴＩＡ３６は、配線パターン１ｉ、配線パターン１２２、配線基板１２０を介して外部と電気的に接続されるので、高周波に対するインピーダンス等の設計がより適切になされた状態にて、高周波信号が供給または出力される。
以上説明したように、実施形態１に係る光モジュール１００では、筐体１１０のリードピン１ｈと配線基板１２０の位置決め孔１２１とによって、筐体１１０の配線パターン１ｉと配線基板１２０の配線パターン１２２との高精度な位置決めができる。
このようなリードピン１ｈは、図５に示すように、端子部１ｆの一表面にリードピン１ｇと同様に取り付けることで容易に形成することができる。一般的にリードピン１ｇは高精度に位置調整されて設けられるので、リードピン１ｈについても同様の高い位置精度が得られる。なお、リードピン１ｇはその後一括して折り曲げ加工される。
また、近年のＯＩＦ（Optical Internetworking Forum）によるマイクロコヒーレントデバイスの規定（たとえば、OIF-DPC-MRX-02.0:Micro Intradyne Coherent ReceiverやOIF-HB-CDM-01.0:High Bandwidth Coherent Driver Modulator）には、高周波信号の利用や高周波信号配線についてのフレキシブル基板の利用の記載がある。実施形態１に係る光モジュール１００または以下に説明する他の実施形態に係る光モジュールは、これらの規定に適した光モジュールを提供することができる。
（実施形態２）
図６は、実施形態２に係る光モジュールの外観を示す模式図である。図７は、図６に示す光モジュールの一部を分解した状態を示す模式図である。この光モジュール１００Ａは、筐体１１０Ａと、配線基板１２０Ａとを備えている。
筐体１１０Ａは、実施形態１における筐体１１０において、リードピン１ｈを削除し、メタライズパターン１ｈＡを追加した構成を備える。筐体１１０Ａと筐体１１０とのそれ以外の共通の構成については説明を省略する。筐体１１０Ａは、たとえば、筐体１１０と同一の光素子および電子素子を内部に収容している。
メタライズパターン１ｈＡは、筐体１１０Ａの外周面である端子部１ｆの高さ方向上側の表面において、配線パターン１ｉと同一面で配線パターン１ｉに対して幅方向左右側のそれぞれに凸形状に設けられている。メタライズパターン１ｈＡは、配線パターン１ｉに対してたとえば１０μｍ以上、高さ方向に突出している。メタライズパターン１ｈＡは、位置決め部を構成するものであり、光モジュール１００の動作のためには通常通電しないものである。メタライズパターン１ｈＡはグラウンドパターンに接続されていてもよい。
配線基板１２０Ａは、実施形態１における配線基板１２０において、位置決め孔１２１を、配線基板側位置決め部を構成する位置決め孔１２１Ａに置き換えた構成を備える。配線基板１２０Ａと配線基板１２０とのそれ以外の共通の構成については説明を省略する。
筐体１１０Ａに対して配線基板１２０を位置決めする場合、筐体１１０Ａ側のメタライズパターン１ｈＡのそれぞれを配線基板１２０Ａの位置決め孔１２１Ａに差し込むことによって、配線パターン１ｉとそれに対応する配線基板１２０Ａの配線パターン１２２との相対位置が確定される。その結果、配線パターン１ｉとそれに対応する配線パターン１２２が正確かつ容易に位置決めされる。なお、メタライズパターン１ｈＡは配線基板１２０のグラウンドパターンに電気的に接続されてもよい。
以上説明したように、実施形態２に係る光モジュール１００Ａでは、筐体１１０Ａのメタライズパターン１ｈＡと配線基板１２０Ａの位置決め孔１２１Ａとによって、筐体１１０Ａの配線パターン１ｉと配線基板１２０Ａの配線パターン１２２との高精度な位置決めができる。
このようなメタライズパターン１ｈＡは、たとえば配線パターン１ｉと同時に容易に形成することができる。これにより、メタライズパターン１ｈＡについて、配線パターン１ｉと同様に高い位置精度が得られる。
なお、メタライズパターン１ｈＡは配線パターン１ｉに対して突出しているが、これに換えて凹形状にメタライズパターンを設けてもよい。この場合、メタライズパターンは、配線パターン１ｉに対してたとえば１０μｍ以上、高さ方向で陥没している。また、配線基板には、位置決め孔１２１Ａに換えて位置決め突起が設けられる。メタライズパターンのそれぞれに位置決め突起を差し込むことによって、配線パターン１ｉとそれに対応する配線パターン１２２との相対位置が確定され、正確かつ容易に位置決めを実行できる。
（実施形態３）
図８は、実施形態３に係る光モジュールの外観を示す模式図である。図９は、図８に示す光モジュールの一部を分解した状態を示す模式図である。この光モジュール１００Ｂは、筐体１１０Ｂと、配線基板１２０Ｂとを備えている。
筐体１１０Ｂは、実施形態１における筐体１１０において、リードピン１ｈを削除し、端子部１ｆを端子部１ｆＢに置き換えた構成を備える。筐体１１０Ａと筐体１１０とのそれ以外の共通の構成については説明を省略する。筐体１１０Ｂは、たとえば、筐体１１０と同一の光素子および電子素子を内部に収容している。
図８、９に示すように、端子部１ｆＢは、前後方向後側に略等幅に突出している凸形状部１ｋＢを有している。端子部１ｆＢにおいてリードピン１ｇが形成された部分の幅は幅Ｗであるが、凸形状部１ｋＢの幅は、幅Ｗよりも狭い幅Ｗ１である。凸形状部１ｋＢは、筐体１１０Ｂの外形状の一部によって構成されている位置決め部の構成の一例である。
配線基板１２０Ｂは、実施形態１における配線基板１２０において、位置決め孔１２１を削除し、前後方向後側に略等幅に突出している凸形状部１２１Ｂを設けた構成を備える。凸形状部１２１Ｂは配線基板側位置決め部を構成する。配線基板１２０Ｂと配線基板１２０とのそれ以外の共通の構成については説明を省略する。配線基板１２０Ｂの幅については、凸形状部１２１Ｂの幅は幅Ｗ３であるが、それ以外の部分の幅は、幅Ｗ３よりも広い幅Ｗ２である。
ここで、筐体１１０Ｂが備える端子部１ｆＢの凸形状部１ｋＢの幅Ｗ１の値と、配線基板１２０Ｂが有する凸形状部１２１Ｂの幅Ｗ３の値は略同じである。したがって、筐体１１０Ｂに対して配線基板１２０Ｂを位置決めする場合、凸形状部１ｋＢに対して凸形状部１２１Ｂの幅方向の端部を合わせることによって、配線パターン１ｉとそれに対応する配線基板１２０Ｂの配線パターン１２２との相対位置が確定される。その結果、配線パターン１ｉとそれに対応する配線パターン１２２が正確かつ容易に位置決めされる。
以上説明したように、実施形態３に係る光モジュール１００Ｂでは、筐体１１０Ｂの凸形状部１ｋＢと配線基板１２０Ｂの凸形状部１２１Ｂとによって、筐体１１０Ｂの配線パターン１ｉと配線基板１２０Ｂの配線パターン１２２との高精度な位置決めができる。
図１０は、光モジュール１００Ｂの製造方法における、配線基板の取り付け方法を示す模式図である。図１０に示す取り付け方法では、図１０（ａ）に示すように、ヒータＨ１、Ｈ２を準備する。ヒータＨ１は予備加熱を行うヒータであり、凸形状部１ｋＢの幅Ｗ１および凸形状部１２１Ｂの幅Ｗ３と略同一の値の内幅の凹部を有している。ヒータＨ２は本加熱を行うヒータであり、凸形状部１ｋＢの幅Ｗ１および凸形状部１２１Ｂの幅Ｗ３と略同一の値であり、ヒータＨ１の凹部に挿入可能な幅の凸部を有している。
つづいて、図１０（ｂ）に示すように、ヒータＨ１の凹部に凸形状部１ｋＢと凸形状部１２１Ｂとを差し込んで凸形状部１２１ＢがヒータＨ１側となるように重ねる。このとき配線パターン１ｉと配線パターン１２２との間には接合材を介在させた状態とする。これにより凸形状部１ｋＢの配線パターン１ｉと凸形状部１２１Ｂの配線パターン１２２との相対位置が確定され、位置決めされる。この状態で凸形状部１ｋＢと凸形状部１２１ＢとをヒータＨ１にて予備加熱する。
つづいて、図１０（ｃ）に示すように、凸形状部１ｋＢからヒータＨ２を押し付け、ヒータＨ２にて本加熱を行う。これにより凸形状部１ｋＢと凸形状部１２１Ｂとが接合され、配線パターン１ｉと凸形状部１２１Ｂの配線パターン１２２とが電気的に接続される。
（その他の実施形態）
図１１は、その他の実施形態を示す模式図である。図１１に示す実施形態では、端子部１ｆＣが座繰形状部１ｎＣを有している。座繰形状部１ｎＣは筐体の外形状の一部の座繰形状部の一例である。座繰形状部１ｎＣの深さｈ１は、配線基板１２０の厚さｔ１と略同じである。また、配線基板１２０の表面には接合サポート用部材１ｍが樹脂接着剤によって接合している。接合サポート用部材１ｍは、筐体の外表面の一部を構成する端子部１ｆＣに対して樹脂接着剤によって接合している。樹脂接着剤は、たとえばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂またはゴム系樹脂からなる樹脂接着剤である。配線基板１２０は接合サポート用部材１ｍと座繰形状部１ｃＣとの間に配置され、リードピン１ｈが位置決め孔１２１に差し込まれている。
図１１に示す実施形態では、座繰形状部１ｎＣとリードピン１ｈと位置決め孔１２１とによって、より正確かつ簡易に位置決めを行うことができる。また、接合サポート用部材１ｍと座繰形状部１ｎＣとによって、端子部１ｆＣと配線基板１２０との接続箇所が補強される。
図１２は、さらにその他の実施形態を示す模式図である。図１２に示す実施形態は、図１１に示す実施形態における配線基板１２０を配線基板１２０Ｄに置き換えた構成を有する。
配線基板１２０Ｄは、位置決め孔１２１Ｄと、座繰形状部１２３Ｄとを有する。配線基板１２０Ｄは、座繰形状部１２３Ｄによって、厚さｔ２の本体部と、本体部より薄い厚さｔ１の部分１２４Ｄが形成される。厚さｔ１の部分１２４Ｄは接合サポート用部材１ｍと配線基板１２０Ｄとの間に配置される。座繰形状部１ｎＣと座繰形状部１２３Ｄとは嵌合している。
図１２に示す実施形態では、座繰形状部１ｎＣ、１２３Ｄとリードピン１ｈと位置決め孔１２１とによって、より正確かつ簡易に位置決めを行うことができる。また、接合サポート用部材１ｍと座繰形状部１ｎＣとによって、端子部１ｆＣと配線基板１２０Ｄとの接続箇所が補強される。
図１３は、さらにその他の実施形態を示す模式図である。光モジュール１００Ｅは、配線基板１２０に樹脂接着剤等で接合された接合サポート用部材１２６に、突起またはポール状部分１２８を設け、端子部１ｆＥに係合したものである。突起またはポール状部分１２８は、接合サポート用部材１２６の端子部１ｆＥ側に向いた端面に複数形成されている。一方、端子部１ｆＥの端面の対応した位置にも溝、窪みまたは孔状の空洞部分１３０が形成されている。接合サポート用部材１２６の突起またはポール状部分１２８を、端子部１ｆＥの溝、窪みまたは孔状の空洞部分１３０に嵌め込む構造とすることで、接合強度を向上させることができる。この場合、突起またはポール状部分１２８と空洞部分１３０とは、リードピン１ｈおよび位置決め孔１２１とともに位置決め部を構成する。これにより、位置合わせが容易にできることとなり、位置ずれによる電気特性劣化を防ぐこともできる。なお、突起またはポール状部分１２８を、溝、窪みまたは孔状の空洞部分１３０に挿入配置するとともに、双方間を樹脂接着剤またはハンダによって接合してもよい。このようすれば、接合強度をより向上させることができる。また、図の例では、配線基板１２０は接合サポート用部材１２６よりも短く示しているが、配線基板１２０は接合サポート用部材１２６よりも長くてよい。
なお、上記実施形態において、配線基板と筐体の外表面（たとえば端子部の表面）との接合箇所は、配線基板の一部と筐体の外表面の一部の両方に接触する態様で設けられた樹脂コーティング材によって覆われていてもよい。このような樹脂コーティング材を設けることによって配線基板と筐体との接合強度の向上や、接合箇所の保護を行うことができる。このような樹脂コーティング材のヤング率は、たとえば２０ＧＰａ以下であり、樹脂コーティング材厚は、たとえば１０μｍ以上である。また、樹脂コーティング材として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ゴム樹脂を用いることができる。
また、本実施形態に係る光モジュール、たとえば光モジュール１００は、レーザ素子２ａおよび波長ロッカー４と、変調器１１、コヒーレントミキサ３１の全ての部品において、幅方向よりも長手方向が長い部品を採用でき、またそれらを並列に配置することで、筐体１１０の幅方向におけるサイズである幅Ｗを１５ｍｍ以下にできる。さらに、光モジュール１００は、長手方向における筐体最後部から、光信号の入出力を行う光ファイバの端面が当接される光学的基準面までの長さを３５ｍｍ以下とでき、かつ高さを６．５ｍｍ以下とできる。好適な例としては、幅は１４ｍｍ程度、長さは３１．５ｍｍ程度、高さは４ｍｍ程度である。これにより、ＭＳＡにおける次世代の規格であるＱＳＦＰ－ＤＤ規格に準拠する光トランシーバを実現できる。
なお、特許文献１の光トランシーバのように、コンポーネントが別個の筐体に収容されている場合、これらを１つの筐体に収容して光トランシーバを構成しても、その幅を１５ｍｍ以下とすることは困難である。たとえば、ＣＦＰ２－ＡＣＯ規格において、光トランシーバに搭載される光源であるｕＩＴＬＡ（Micro Integrated Tunable Laser Assembly）は幅２０ｍｍ程度、変調器であるＨＢＰＭＱ（High Bandwidth Integrated Polarization Multiplexed Quadrature Modulators）は幅１２．５ｍｍ程度、レシーバであるｕＩＣＲ（Micro Intradyne Coherent Receivers）は幅１２．５ｍｍ程度であり、これらを１つの筐体に収容して光トランシーバを構成しても、その幅を１５ｍｍ以下とすることは困難である。
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
１ 筐体
１ａ 信号光出力ポート
１ｂ 信号光入力ポート
１ｃ 側壁部
１ｃＣ、１ｎＣ 座繰形状部
１ｄ 底板部
１ｅ 上蓋部
１ｆ、１ｆＢ、１ｆＣ、１ｆＥ端子部
１ｇ、１ｈ リードピン
１ｈＡ メタライズパターン
１ｉ、１２２ 配線パターン
１ｊ パターン
１ｋＢ 凸形状部
１ｍ 接合サポート用部材
２ チップオンサブマウント
２ａ レーザ素子
２ｂ サブマウント
３、６、１０、１４、１５、３０、３３ レンズ
４ 波長ロッカー
５ ＰＤアレイ
７ 光アイソレータ
８、１６、２０ ビームスプリッタ
９、３２ ミラー
１１ 変調器
１２ 変調器ドライバ
１３ 終端器
１７ 偏波ビームコンバイナ
１９、２１、３４ モニタＰＤ
３１ コヒーレントミキサ
３５ バランスドＰＤアレイ
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｅ 光モジュール
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ 筐体
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｄ 配線基板
１２１、１２１Ａ、１２１Ｄ 位置決め孔
１２１Ｂ 凸形状部
１２３Ｄ 座繰形状部
１２４Ｄ 部分
１２６ 接合サポート用部材
１２８ ポール状部分
１３０ 空洞部分
ＣＬ１、ＣＬ２ 幅方向中心線
Ｈ１、Ｈ２ ヒータ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ１１、Ｌ１２ レーザ光
Ｌ３１、Ｌ３２ 変調光
Ｌ４ 出力信号光
Ｌ５ 入力信号光
ＬＡ レーザアセンブリ
Ｍ 変調部
ＯＰ 光処理部
ｈ１ 深さ
ｔ１、ｔ２ 厚さ

Claims (2)

  1. 光素子と、前記光素子を内部に収容する筐体と、前記筐体の外周面に設けられた、前記筐体の内部と電気的に接続する電気端子と、を備える光モジュールに、前記筐体の外部から配線基板を前記電気端子に電気的に接続する際に、
    前記筐体の位置決め部と、前記配線基板の配線基板側位置決め部とによって、前記配線基板の前記電気端子との相対位置を確定し、
    前記位置決め部は、前記筐体の外周面に突出するように設けられた位置決め用リードピンを含み、
    前記位置決め用リードピンは、前記筐体の外周面に突出するように設けられた通電用リードピンと同じ位置精度で位置調整されて設けられる
    光モジュールの製造方法。
  2. 光素子と、前記光素子を内部に収容する筐体と、前記筐体の外周面に設けられた、前記筐体の内部と電気的に接続する電気端子と、を備える光モジュールに、前記筐体の外部から配線基板を前記電気端子に電気的に接続する際に、
    前記筐体の位置決め部と、前記配線基板の配線基板側位置決め部とによって、前記配線基板の前記電気端子との相対位置を確定し、
    前記位置決め部は、前記筐体の外周面に凸形状または凹形状に設けられており、前記電気端子と一括形成されたメタライズパターンを含む
    光モジュールの製造方法。
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