WO2020240738A1 - 光モジュール - Google Patents

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WO2020240738A1
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circuit board
printed circuit
flexible printed
ceramic substrate
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瑞基 白尾
誠希 中村
清智 長谷川
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical module, for example, an optical transmission module equipped with a semiconductor laser for optical communication which is a light emitting element, an optical receiving module equipped with a photodiode for optical communication which is a light receiving element, and an optical communication device.
  • the present invention relates to an optical transmission / reception module equipped with a semiconductor laser and a photodiode for optical communication.
  • Patent Document 1 is known as an optical module for optical communication.
  • the following optical modules are shown in FIG. 14 of Patent Document 1 and related description portions thereof. That is, the semiconductor laser is fixed to the pedestal fixed to the surface of the stem.
  • the lead terminal for transmitting the modulated electric signal penetrates the stem, is held in the through hole by the sealing glass, and is connected to the metallized wiring formed on the surface of the heat dissipation substrate mounted on the pedestal inside via a wire. Be connected.
  • the lead terminal for supplying electric power penetrates the stem, is held in the through hole by the glass material, and is connected to a photodiode or the like that monitors the output of the semiconductor laser inside.
  • the ground pin is welded to the stem.
  • the entire flexible wiring board (FPC) is arranged on the outside of the stem, and a ground line connected to the stem is formed. Further, although there is no clear description, the flexible wiring board is connected to the lead terminal for transmitting the modulated electric signal and the lead terminal for supplying electric power by soldering on the outside of the stem.
  • the optical module according to the present invention includes a cylindrical portion in which an FPC insertion portion is formed, and a metal stem having a pedestal upright from one plane of the cylindrical portion.
  • a tubular lens cap with an open end that covers the pedestal of the metal stem, has an open end face in contact with the periphery of one plane of the cylindrical part of the metal stem, and has a lens mounted on the bottom.
  • the lens 30 has a signal terminal mounted on one main surface of the ceramic substrate and electrically connected to the signal wiring layer of the ceramic substrate, and a ground terminal electrically connected to the ground wiring layer of the ceramic substrate.
  • An optical semiconductor device having a light emitting device that illuminates in the direction of One end penetrates the FPC insertion part of the cylindrical part of the metal stem and faces one plane of the pedestal of the metal stem, the other end is located outside the metal stem, and one main surface is from one end to the other end. It is provided with a flexible printed circuit board which is formed so as to extend and has a signal wiring layer which is electrically connected to a signal wiring layer of the ceramic substrate by a metal wire at one end.
  • the structure of the metal stem is simplified, impedance control is easy, and excellent high frequency characteristics can be obtained.
  • FIG. 5 is a front view showing a cross section of a metal stem 10 and a lens cap 20 showing an optical module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view showing a cross section of the lens cap 20 showing the optical module according to the first embodiment of the present invention. It is an enlarged plan view of the main part which shows the optical module which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 5 is a front view showing a cross section of a metal stem 10 and a lens cap 20 showing an optical module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view showing a cross section of the lens cap 20 showing the optical module according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view showing a cross section of a metal stem 10 and a lens cap 20 showing an optical module according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view showing a cross section of a metal stem 10 and a lens cap 20 showing an optical module according to a fifth embodiment of the present invention. It is a top view which shows the surface of the upper layer base material 70f located in the FPC insertion part 11b of the cylindrical part 11 of the metal stem 10 in the optical module which concerns on Embodiment 5 of this invention. It is a top view which shows the surface of the lower layer base material 70c located in the FPC insertion part 11b of the cylindrical part 11 of the metal stem 10 in the optical module which concerns on Embodiment 5 of this invention.
  • the FPC insertion portion 11b is a through hole having a rectangular opening surface.
  • One plane 12a of the pedestal 12 is on the same plane as the opening end surface located on the lower side of the FPC insertion portion 11b in the drawing.
  • the cylindrical portion 11 and the pedestal 12 are integrally formed in the first embodiment, they may be formed separately, fixed with solder or the like, and integrated with each other.
  • the lens cap 20 is formed of a cylindrical metal having a bottomed portion 21 and a side wall portion 22 having an open end.
  • a lens 30 is mounted on the bottomed portion 21 of the lens cap 20, that is, a lens mounting opening 21a to be mounted is formed.
  • the lens 30 is mounted in the lens mounting opening 21a of the bottomed portion 21 so that airtightness is maintained inside and outside the lens cap 20.
  • the end surface of the side wall portion 22 of the lens cap 20, that is, the open end surface 22a at one end is in contact with the peripheral end portion of the one plane 11a of the cylindrical portion 11 of the metal stem 10 and is fixed by solder or the like.
  • the pedestal 12 of the metal stem 10 is arranged in the hollow portion 20a of the lens cap 20 to cover the pedestal 12.
  • the ceramic substrate 40 is mounted on, that is, mounted on one flat surface 12a of the pedestal 12 of the metal stem 10.
  • As the material of the ceramic substrate 40 aluminum nitride having a coefficient of linear thermal expansion close to that of the semiconductor laser constituting the optical semiconductor element 50 is used.
  • the thickness of the ceramic substrate 40 is 200 um so that the stress due to thermal expansion between the ceramic substrate 40 and the pedestal 12 of the metal stem 10 is not transmitted to the semiconductor laser.
  • the thickness of the ceramic substrate 40 may be 200 um or more and 300 um or less.
  • the ground wiring layer 42 extends on one main surface 40a of the ceramic substrate 40 in the longitudinal direction extending from the bottomed portion 21 to the cylindrical portion 11 and on the central line 42a.
  • Peripheral lines 42b arranged in parallel at intervals and the end of the ceramic substrate 40 on the bottomed portion 21 side (hereinafter referred to as one end) from the end of the peripheral line 42b via the center line 42a.
  • a peripheral line 42b and an end line 42c extending to the opposite side are formed.
  • the central line 42a and the peripheral line 42b may extend to the other end opposite to one end.
  • the signal wiring layer 41 is insulated from the central line 42a and the peripheral line 42b between the central line 42a and the peripheral line 42b at one end of one main surface 40a of the ceramic substrate 40. Is formed.
  • the optical semiconductor element 50 (hereinafter, referred to as a light emitting element 50a), which is a semiconductor laser, is mounted on one main surface 40a of the ceramic substrate 40.
  • a semiconductor laser an electric field absorption type modulator integrated laser (EML: Electro-absorption Modulator integrated with DFB Laser) is used.
  • EML Electro-absorption Modulator integrated with DFB Laser
  • the electric field absorption type modulator integrated laser is composed of an electric field absorption type modulator and a distributed feedback type (DFB: Distributed Feedback Bragg-Reflector) laser.
  • a photodiode that receives the back light of the distributed feedback type laser and monitors the output light is mounted and integrated inside the electric field absorption type modulator integrated laser. If it does not require a monitor, it is not necessary to integrate the photodiode.
  • the flexible printed circuit board 70 is arranged in parallel with the signal wiring layer 71 that transmits a high-frequency signal extending from one end to the other end on one main surface 70a and the signal wiring layer 71 at intervals.
  • the power supply wiring layer 72 to which various power sources, in this example, a DC power source is supplied, has a ground layer 73 formed by vapor deposition or the like over the entire area of the other main surface 70b.
  • the signal wiring layer 71 is used as a high-frequency line having a characteristic impedance of 50 ⁇ because it is used as a semiconductor laser for optical communication.
  • the signal wiring layer 71 and the power supply wiring layer 72 may be composed of a transmission line formed of a linear conductor foil.
  • the ground layer 73 functions as a ground wiring.
  • the flexible printed circuit board 70 is mounted after the light emitting element 50a is mounted on the ceramic substrate 40, when solder is used to connect the ground terminal 53 of the light emitting element 50a and the ground wiring layer 42 of the ceramic substrate 40, light is emitted. It is necessary to perform the operation at a temperature lower than the melting point of the solder used for connecting the ground terminal 53 of the element 50a and the ground wiring layer 42 of the ceramic substrate 40. Therefore, the solder used for connecting the ground terminal 53 of the light emitting element 50a and the ground wiring layer 42 of the ceramic substrate 40 is uSn solder having a high melting temperature, and the ground layer 73 and the ground wiring layer 42 of the ceramic substrate 40 are connected by uSn solder.
  • the ceramic substrate 40 on which the light emitting element 50a is mounted is mounted on a flat surface 12a of the pedestal 12 of the metal stem 10.
  • the other main surface of the ceramic substrate 40 is adhesively fixed to the one flat surface 12a of the pedestal 12 by a generally known method.
  • one end of the flexible printed circuit board 70 penetrates the FPC insertion portion 11b of the cylindrical portion 11 of the metal stem 10 and faces the one flat surface 12a of the pedestal 12 of the metal stem 10, and one end of the flexible printed circuit board.
  • a part of the ceramic substrate overlaps with a part of the ceramic substrate, and the other end portion is arranged outside the cylindrical portion 11.
  • a flexible printed circuit board 70 having a signal wiring layer 71 and a power supply wiring layer 72 formed extending to the above and having a ground layer 73 on the other main surface, and an FPC insertion portion 11b of the cylindrical portion 11 of the metal stem 10 Since it is assumed that the metal stem 10 is penetrated and faces the flat surface 12a of the pedestal 12 and the other end is located outside the metal stem 10.
  • the metal stem 10 can have a simple structure of a cylindrical portion 11 and a pedestal 12, that is, a simple structure without flanges and steps, and can be easily manufactured by press working.
  • the flexible printed circuit board 70 is sealed by the sealing material 80 in the FPC insertion portion 11b of the cylindrical portion 11 before the lens cap 20 is attached to the cylindrical portion 11.
  • the gas generated at this time does not affect the ceramic substrate 40, the light emitting element 50a, and the like.
  • the lower surface of the FPC insertion portion 11b is also located on the same plane as the one plane 12a of the pedestal 12.
  • the flexible printed circuit board 70 is sealed by using the sealing material 80 at the FPC insertion portion 11b of the cylindrical portion 11.
  • the sealing material 80 is a glass material, and can airtightly seal between the flexible printed circuit board 70 and the cylindrical portion 11 of the metal stem 10. In the case of an optical module used in a controlled environment such as a data center, the FPC insertion portion 11b of the cylindrical portion 11 does not have to be sealed with the sealing material 80.
  • the end surface of the flexible printed circuit board 70 on one end side and the other side surface of the ceramic substrate 40 are in contact with each other, and the temperature is preferably 150 um or less. Therefore, the flexible printed circuit board 70 and the ceramic substrate 40 are directly mounted on the pedestal 12 of the metal stem 10 and joined to and fixed to the one main surface 40a of the pedestal 12 of the metal stem 10 with solder or a conductive adhesive. ..
  • the connection positions are made as close as possible.
  • the flexible printed circuit board 70 is brought as close as possible, when the flexible printed circuit board 70 is joined to the pedestal 12 of the metal stem 10 with solder or conductive adhesive, the solder or conductive adhesive is passed through the perforated through hole to the flexible printed circuit board 70. If there is a risk of flowing out to one main surface 70a and hindering the connection of the metal wire 67 and the metal wire 68 to the ground pad layer 74 and the ground pad layer 75, the through hole is filled with a metal paste. Is used.
  • the distance L from the connection position to the formation position may be at least 500 um. That is, if it is 500 um or more, when the flexible printed circuit board 70 is joined to the pedestal 12 of the metal stem 10 with the solder or the conductive adhesive 90, the solder or the conductive adhesive 90a is perforated as shown in FIG. Even if the material flows out to the main surface 70a of the flexible printed circuit board 70 through the through holes 78 (1) to 78 (n) and the perforated through holes 79 (1) to 79 (n), the metal wire 67 and the metal There is no risk of obstructing the connection of the wire 68 to the ground wiring layer 76 and the ground wiring layer 77.
  • the flexible printed circuit board 70 as shown in FIG. 8 and the printed circuit board (PCB: printed) electrically connected to the other end of the flexible printed circuit board 70 do not need to be bent significantly.
  • the flexible printed circuit board 70 having a large thickness T described above is applied to an application example in which there is a positional relationship of parallel or low steps with the circuit board) 100, the reliability of the flexible printed circuit board 70 is improved. improves.
  • the flexible printed circuit board 70 having a thick T since the flexible printed circuit board 70 having a thick T is used, the level difference between the one main surface 70a of the flexible printed circuit board 70 and the one main surface 40a of the ceramic substrate 40 can be reduced, and the metal wire 63 and the metal wire 66 can be reduced. , The length of the metal wire 67 and the metal wire 68 can be shortened, and the high frequency characteristics are excellent. Further, when the flexible printed circuit board 70 having a large thickness T is applied to the application example in which the flexible printed circuit board 70 and the printed circuit board 100 have a positional relationship of parallel or low steps, the flexible printed circuit board 70 Improves reliability.
  • Embodiment 4 A semiconductor laser module, which is an optical module according to the fourth aspect of the present invention, will be described with reference to FIG.
  • the semiconductor laser module according to the fourth aspect of the present invention is the same except that the structure of the flexible printed circuit board 70 in the semiconductor laser module according to the second and third embodiments of the present invention is different. That is, the flexible printed circuit board 70 in the semiconductor laser module according to the second and third embodiments is provided with an electrode protruding portion 71a in which the signal wiring layer 71 is projected from the end surface on one end side of the base material 70c.
  • the electrode protrusion 71a is directly connected to the signal wiring layer 41 formed on the ceramic substrate 40 by soldering. This point will be mainly described below.
  • the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
  • the flexible printed circuit board 70 has a fixed portion 70d at one end and a curved portion 70e extending from the fixed portion 70d to the tip.
  • One end of the flexible printed circuit board 70 penetrates the FPC insertion portion 11b of the cylindrical portion 11 of the metal stem 10 and is arranged so as to face one plane 12a of the pedestal 12 of the metal stem 10, and the other end is a cylindrical portion. It is located outside the eleven.
  • the fixed portion 70d located inside the cylindrical portion 11 from the FPC insertion portion 11b of the cylindrical portion 11 is in contact with one plane 12a of the pedestal 12, and the other main surface 70b located at the fixed portion 70d is the same as the one plane 12a of the pedestal 12.
  • the fixing portion 70d of the flexible printed circuit board 70 comes into contact with one flat surface 12a of the pedestal 12 and is fixed by solder or a conductive adhesive.
  • the curved portion 70e of the flexible printed circuit board 70 is curved in a direction away from one flat surface 12a of the pedestal 12, and the end surface of the flexible printed circuit board 70 on the one end side of the base material 70c and the other side surface of the ceramic substrate 40 face each other.
  • a force is applied to the signal wiring layer 41 of the ceramic substrate 40 by the repulsive force that the electrode protruding portion 71a of the signal wiring layer 71 tries to return straight from the curved shape of the curved portion 70e itself in the direction of the signal wiring layer 41. Contact in the state. When the repulsive force is weak, the electrode protrusion 71a and the signal wiring layer 41 of the ceramic substrate 40 are directly electrically connected using solder or a conductive adhesive.
  • the return path of the flexible printed circuit board 70 from the ground wiring layer 42 of the ceramic substrate 40 is a through hole (not shown) having a hole in one main surface 70a of one end portion, similarly to the semiconductor laser module according to the second embodiment.
  • a structure may be provided in which a ground pad layer 74 and a ground pad layer 75 are electrically connected to the ground layer 73 via the above.
  • the protruding portion of the electrode of the ground wiring layer 76 comes into contact with the center line 42a of the ground wiring layer 42 of the ceramic substrate 40 in a state where a force is applied in the direction of the signal wiring layer 41 due to the repulsive force of the curved portion 70e itself, and electricity is applied. Is connected. Further, the electrode protruding portion of the ground wiring layer 77 contacts the peripheral line 42b of the ground wiring layer 42 of the ceramic substrate 40 in a state where a force is applied in the direction of the signal wiring layer 41 due to the repulsive force of the curved portion 70e itself. , Electrically connected.
  • the pair of ground wiring layers 76 and the ground wiring layer 77 are used. Since each of them is directly electrically connected to the center line 42a and the peripheral line 42b of the ground wiring layer 42 of the ceramic substrate 40 by their electrode protrusions, deterioration of high frequency characteristics can be prevented and higher speed signal transmission can be performed. Is possible.
  • the flexible printed circuit board 70 is arranged in parallel with the signal wiring layer 71 that transmits a high-frequency signal extending from one end to the other end on one main surface 70a and the signal wiring layer 71 at intervals.
  • the power supply wiring layer 72 to which various power sources, in this example, a DC power source is supplied, has a ground layer 73 formed by vapor deposition or the like over the entire area of the other main surface 70b.
  • the signal wiring layer 71 and the power supply wiring layer 72 are metal layers formed on the surface of the lower base material 70c, and the ground layer 73 is a metal layer formed on the back surface of the lower base material 70c.
  • the ground layer 73 located at the FPC insertion portion 11b of the cylindrical portion 11 of the metal stem 10 is not covered with an insulator or the like and is exposed.
  • the upper base material 70f is formed on the surface of the lower base material 70c.
  • materials such as polyimide, a liquid crystal polymer having a small loss of high frequency signals, and Teflon (registered trademark) are used.
  • a surface ground layer 73a is formed over the entire width direction on the surface of the upper base material 70f located at the FPC insertion portion 11b of the cylindrical portion 11 of the metal stem 10.
  • the surface ground layer 73a is a metal layer formed on the surface of the upper base material 70f, and is not covered with an insulator or the like and is exposed.
  • both side surfaces of the flexible printed circuit board 70 located at the FPC insertion portion 11b of the cylindrical portion 11 of the metal stem 10, that is, both side surfaces of the lower layer base material 70c and the upper layer base material 70f are recessed. Then, metallizing is performed on the side surface of the recessed shape, and a casting 110 that electrically connects the ground layer 73 and the surface ground layer 73a is formed.
  • the casting 110 is not covered with an insulator or the like and is exposed.
  • One end of the flexible printed circuit board 70 penetrates the FPC insertion portion 11b of the cylindrical portion 11 of the metal stem 10 and faces the one plane 12a of the pedestal 12 of the metal stem 10 and is formed on the one plane 12a of the pedestal 12. They are arranged in contact with each other, and the other end is arranged so as to be located outside the cylindrical portion 11.
  • the flexible printed circuit board 70 is directly mounted on the pedestal 12 of the metal stem 10, and is joined to and fixed to one main surface 40a of the pedestal 12 of the metal stem 10 with solder or a conductive adhesive.
  • the flexible printed circuit board 70 is sealed by using the sealing material 80 at the FPC insertion portion 11b of the cylindrical portion 11.
  • the sealing material 80 is solder, and can airtightly seal between the flexible printed circuit board 70 and the cylindrical portion 11 of the metal stem 10.
  • the ground layer 73, the surface ground layer 73a, and the casting 110 of the flexible printed circuit board 70 are electrically connected to the cylindrical portion 11 of the metal stem 10 and the sealing material 80 which is solder.
  • the flexible printed circuit board 70 is grounded by the ground layer 73, the surface ground layer 73a, and the casting 110 at a portion of the cylindrical portion 11 of the metal stem 10 located at the FPC insertion portion 11b. ..
  • the signal wiring layer 71 located at the FPC insertion portion 11b is completely insulated from the outside and is not affected by the sealing material 80, and a stable impedance of the signal wiring layer 71 can be obtained. Further, since solder is used as the sealing material 80, it is possible to avoid the permeation of water molecules, which is a problem in the sealing material 80, and the reliability of the light emitting element 50a, which is a semiconductor laser, is improved.
  • the signal wiring layer 71 of the flexible printed circuit board 70 is electrically connected to the signal wiring pad 71b formed on the surface of the upper layer base material 70f via a perforated through hole 71c.
  • the signal wiring pad 71b is electrically connected to the signal wiring layer 41 of the ceramic substrate 40 by a metal wire 69.
  • the power supply wiring layer 72 of the flexible printed circuit board 70 is also electrically connected to the power supply wiring pad formed on the surface of the upper layer base material 70f via a perforated through hole.
  • the power supply wiring pad is electrically connected to the power supply wiring layer 45 of the ceramic substrate 40 by a metal wire.
  • the semiconductor laser module according to the third embodiment configured in this way also has the following effects. Similar to the semiconductor laser module according to the second embodiment shown above, the first (i) to (V) and the fourth effect and the fifth effect in the semiconductor laser module according to the first embodiment of the present invention. In addition to the effect and the sixth effect in the semiconductor laser module according to the first embodiment of the present invention, the following effects are exhibited.
  • the semiconductor laser module according to the fifth embodiment of the present invention shows a flexible printed circuit board 70 having a three-layer metal layer structure applied to the semiconductor laser module according to the second embodiment. 1.
  • the flexible printed circuit board 70 having a three-layer metal layer structure may be applied to the semiconductor laser module according to the third and fourth embodiments.
  • Embodiment 6 An optical receiving module equipped with a photodiode for optical communication, which is a light receiving element which is an optical module according to the sixth aspect of the present invention, will be described with reference to FIG.
  • the optical module according to the sixth embodiment of the present invention uses a semiconductor laser which is a light emitting element as the optical semiconductor element 50.
  • an end face light receiving type photodiode (PD: Photodiode) which is a light receiving element, specifically, a waveguide type photodiode is used, and the other points are the same.
  • PD Photodiode
  • a waveguide type photodiode is used as the optical semiconductor element 50 in the optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • the same reference numeral indicates the same or corresponding part.
  • an example in which a waveguide-type photodiode is used as the optical semiconductor element 50 in the optical module according to the second to fifth embodiments of the present invention is also an example in which the optical semiconductor element in the optical module according to the second embodiment of the present invention is used. This is the same as the example in which the waveguide type photodiode is used as 50.
  • the optical semiconductor device 50 (hereinafter referred to as a light receiving element 50b) is described in the prior art "M. Nakaji, et al, Highly reliable wave-guide photodiode with wide bandwidth of 50 GHz at the low operation voltage of -1.5 V, Optical Fiber Communications". Conference, 2003. ”is a waveguide type photodiode.
  • the light receiving element 50b is provided with a power supply terminal 54 which is an anode electrode terminal and a signal output terminal 55 which is a cathode electrode terminal on the upper surface.
  • the light receiving element 50b is mounted on one main surface 40a of the ceramic substrate 40 with the light receiving surface facing the direction of the lens 30, and receives light transmitted from the outside through the lens 30 and condensed or converted into parallel light. ..
  • the power supply terminal 54 of the light receiving element 50b is electrically connected to the power supply terminal 121 of the transimpedance amplifier 120 by wire bonding with a metal wire 131 made of gold.
  • the signal output terminal 55 of the light receiving element 50b is electrically connected to the signal input terminal 122 of the transimpedance amplifier 120 by wire bonding with a metal wire 132 made of gold.
  • Each of the signal output terminal 123 and the signal output terminal 124 of the differential pair of the transimpedance amplifier 120 is formed in parallel extending from one end to the other end on one main surface 70a of the flexible printed circuit board 70 to transmit an input signal.
  • Corresponding to the signal wiring layer 71d and the signal wiring layer 71e of the differential pair to be transmitted they are electrically connected by wire bonding by a metal wire 133 and a metal wire 134 made of gold.
  • the transimpedance amplifier 120 is mounted on one main surface 40a of the ceramic substrate 40, but if it is arranged close to the light receiving element 50b, the pedestal 12 of the metal stem 10 It may be mounted on one flat surface 12a or on one main surface 70a of the flexible printed circuit board 70.
  • the optical module according to the sixth embodiment configured in this way also has the same effect as the optical module according to the first embodiment of the present invention. Further, when a waveguide type photodiode is used as the optical semiconductor element 50 in the optical modules according to the second to fifth embodiments of the present invention, the optical modules according to the second to fifth embodiments are used. It has the same effect.
  • the light receiving element 50b and the transimpedance amplifier 120 are mounted on one main surface 40a of the ceramic substrate 40. Further, from the second embodiment of the present invention.
  • the light emitting element 50a shown in the optical module according to the fifth embodiment may be mounted on one main surface 40a of the ceramic substrate 40. That is, it is an optical transmission / reception module equipped with a semiconductor laser and a photodiode for optical communication.
  • a light emitting element 50a, a light receiving element 50b, and a transimpedance amplifier 120 are mounted on one main surface 40a of the ceramic substrate 40.
  • the signal wiring layer 71 for the light emitting element 50a, the signal wiring layer 71d for the light receiving element 50b, and the signal wiring layer 71e are formed in parallel on one main surface 70a of the flexible printed circuit board 70.

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Abstract

金属ステム(10)はFPC挿入部(11b)が形成された円筒部(11)と、円筒部(11)の一平面(11a)から直立された台座(12)を有する。一端開放の筒状のレンズキャップ(20)は円筒部(11)の一平面(11a)の周辺部に固定され、有底部にレンズ(30)が搭載される。台座(12)の一平面に搭載される基板(40)は信号配線層(41)及びグラウンド配線層(42)を有する。光半導体素子(50)は基板(40)に搭載され、基板(40)の信号配線層(41)に接続された信号端子(51)と、基板(40)のグラウンド配線層(42)に接続されたグラウンド端子(53)を有する。FPC基板(70)はFPC挿入部(11b)を貫通して台座(12)の一平面に対向して配置される。FPC基板(70)は金属線(63)により基板(40)の信号配線層(41)に接続された信号配線層(71)を有する。

Description

光モジュール
 この発明は、光モジュールに係り、例えば、発光素子である光通信用の半導体レーザが搭載された光送信モジュール、受光素子である光通信用のフォトダイオードが搭載された光受信モジュール、光通信用の半導体レーザ及び光通信用のフォトダイオードが搭載された光送受信モジュールに関する。
 光通信用の光モジュールとして、特許文献1が知られている。
 特に、特許文献1の図14及びその関連記載部分に、次のような光モジュールが示されている。すなわち、ステムの表面に固定された台座に半導体レーザが固定される。変調電気信号を伝送するためのリード端子はステムを貫通し、封止ガラスによって貫通孔に保持され、内側にて台座に取り付けられた放熱用基板の表面に形成されたメタライズ配線にワイヤーを介して接続される。電力を供給するためのリード端子はステムを貫通し、ガラス材によって貫通孔に保持され、内側にて半導体レーザの出力をモニタするフォトダイオード等に接続される。グランドピンがステムに溶接されている。
 フレキシブル配線基板(FPC)は全体がステムの外側に配置され、ステムに接続されるグランドラインが形成されている。また、明確な記載はないものの、フレキシブル配線基板は、変調電気信号を伝送するためのリード端子と電力を供給するためのリード端子と、ステムの外側にてはんだにて接続されている。
特開2016-18862号公報
 特許文献1に示された光モジュールは、半導体レーザに対して供給する変調電気信号及び電力を、ステムを貫通したリード端子にて行なっているため、リード端子が細すぎると製造時に曲がりやすく、試験時に電気的なコンタクトをとることが困難である。
 また、インピーダンスを左右する封止ガラスの誘電率、リード端子と封止ガラスの熱線膨張係数の差が適切であることが必要であり、設計自由度が低い。
 一般的な50Ωのインピーダンスを得るためには、封止ガラスのガラス比誘電率6.0、同軸構造の外導体となるステムの穴径1.2mmにおいて、リード端子の径が0.2mmとなり、曲がりやすく、量産性に劣るという問題がある。
 さらに、リード端子のステムの内側に存在する部分がインダクタンス成分となり、高周波特性を劣化させるという問題もある。
 この発明は上記した問題点に鑑みてなされたものであり、金属ステムの構造が簡単にしてインピーダンス管理が容易であるとともに、高周波特性に優れた光モジュールを得ることを目的とする。
 この発明に係る光モジュールは、FPC挿入部が形成された円筒部と、この円筒部の一平面から直立された台座を有する金属ステム、
 金属ステムの台座を覆い、金属ステムの円筒部の一平面の周辺部に開口端面が接して固定され、有底部にレンズが搭載された一端開放の筒状のレンズキャップ、
 金属ステムの台座の一平面に搭載され、一主面に形成された信号配線層及びグラウンド配線層を有するセラミック基板、
 セラミック基板の一主面に搭載され、セラミック基板の信号配線層と電気的に接続された信号端子と、セラミック基板のグラウンド配線層と電気的に接続されたグラウンド端子を有し、光をレンズ30の方向に照射する発光素子を有する光半導体素子、
 一端部が金属ステムの円筒部のFPC挿入部を貫通して金属ステムの台座の一平面に対向し、他端部が金属ステムの外部に位置し、一主面に一端部から他端部まで延在して形成され、一端部にて金属線によってセラミック基板の信号配線層と電気的に接続された信号配線層を有するフレキシブルプリント回路基板を備える。
 この発明によれば、金属ステムの構造が簡単にしてインピーダンス管理が容易であり、優れた高周波特性が得られる。
この発明の実施の形態1に係る光モジュールを示す、金属ステム10及びレンズキャップ20を断面表示した正面図である。 この発明の実施の形態1に係る光モジュールを示す、レンズキャップ20を断面表示した平面図である。 この発明の実施の形態1に係る光モジュールを示す要部拡大平面図である。 この発明の実施の形態2に係る光モジュールを示す、金属ステム10及びレンズキャップ20を断面表示した正面図である。 この発明の実施の形態2に係る光モジュールを示す、レンズキャップ20を断面表示した平面図である。 この発明の実施の形態3に係る光モジュールにおけるセラミック基板40とフレキシブルプリント回路基板70との関係を示す要部拡大平面図である。 この発明の実施の形態3に係る光モジュールにおけるセラミック基板40とフレキシブルプリント回路基板70との関係を示す要部拡大断面図である。 この発明の実施の形態3に係る光モジュールの適用例を示す正面図である。 この発明の実施の形態4に係る光モジュールを示す、金属ステム10及びレンズキャップ20を断面表示した正面図である。 この発明の実施の形態5に係る光モジュールを示す、金属ステム10及びレンズキャップ20を断面表示した正面図である。 この発明の実施の形態5に係る光モジュールにおける金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bに位置する上層基材70fの表面を示す平面図である。 この発明の実施の形態5に係る光モジュールにおける金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bに位置する下層基材70cの表面を示す平面図である。 この発明の実施の形態5に係る光モジュールにおける金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bに位置する下層基材70cの裏面を示す平面図である。 この発明の実施の形態6に係る光モジュールを示す、金属ステム10及びレンズキャップ20を断面表示した正面図である。
 以下に、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
 この発明の形態1に係る光モジュールとして発光素子である光通信用の半導体レーザが搭載された光送信モジュール、つまり、半導体レーザモジュールを図1から図3に基づいて説明する。半導体レーザモジュールはTO-CANパッケージに光通信用の半導体レーザが搭載された構成である。
 金属ステム10は円板状の金属からなる円筒部11と、この円筒部11の一平面11aから垂直に直立された平板状の台座12を備えている。円筒部11は中央部にFPC挿入部11bが形成されている。FPC挿入部11bは開口面が長方形状をした貫通孔である。台座12の一平面12aはFPC挿入部11bの図示下側に位置する開口端面と同一平面上にある。
 円筒部11と台座12はこの実施の形態1では一体に形成したものであるが、別々に構成し、はんだ等にて固着し一体化し他者でも良い。
 レンズキャップ20は、一端が開放された、有底部21と側壁部22とを有する円筒状の金属によって形成される。レンズキャップ20の有底部21にはレンズ30が搭載、つまり装着されるレンズ装着用開口部21aが形成されている。レンズ30はレンズキャップ20の内外にて気密性が維持されるように有底部21のレンズ装着用開口部21aに装着される。
 レンズキャップ20の側壁部22の端面、つまり一端開放端面22aは、金属ステム10の円筒部11の一平面11aにおける周端部に接してはんだ等によって固着される。その結果、レンズキャップ20はその中空部20aに金属ステム10の台座12が配され、台座12を覆う。また、一端開放端面22aにおいても、レンズキャップ20の内外にて気密性が維持されるように、レンズキャップ20の一端開放端面22aが金属ステム10の円筒部11の一平面11aに固定される。この固定、装着は製造工程の最後に行なわれる。
 セラミック基板40は金属ステム10の台座12の一平面12aに搭載、つまり装着される。セラミック基板40の材料には、光半導体素子50を構成する半導体レーザと熱線膨張係数が近い窒化アルミニウムが用いられる。セラミック基板40の厚さは、セラミック基板40と金属ステム10の台座12との熱膨張による応力が半導体レーザに伝わらないよう200umである。なお、セラミック基板40の厚さは200um以上300um以下であれば良い。
 セラミック基板40の一主面40aにレンズキャップ20の有底部21側の端部に、高周波信号を伝達するセラミック基板信号配線層41(以下、簡略のため信号配線層41と称す)、リターン電流が流れるセラミック基板グラウンド配線層42(以下、簡略のためグラウンド配線層42と称す)、光半導体素子50を構成する半導体レーザを駆動するICとのインピーダンスと整合をとるための50Ωの終端抵抗43、及び抵抗接続配線層44が蒸着等により設けられている。半導体レーザを駆動するICは、この実施の形態1では電界吸収型(EA:Electro-absorption)変調器である。
 グラウンド配線層42は、図3に示すように、セラミック基板40の一主面40aに、有底部21から円筒部11への方向である長手方向に延在する中央線42aとこの中央線42aに間隔をあけて並行に配置された周辺線42bと、セラミック基板40の有底部21側の端部(以下、一方の端部と称す)に周辺線42bの端部から中央線42aを経由して周辺線42bと逆側まで延在した端部線42cとが形成されている。中央線42a及び周辺線42bは一方の端部とは逆側である他端まで延在していても良い。
 信号配線層41は、図3に示すように、セラミック基板40の一主面40aの一方の端部に、中央線42aと周辺線42bとの間に、中央線42aと周辺線42bと絶縁されて形成されている。
 抵抗接続配線層44は、図3に示すように、セラミック基板40の一主面40aの一方の端部に、端部線42cの延在端部と対向した位置に中央線42aと絶縁されて形成されている。
 終端抵抗43は、図3に示すように、一端が抵抗接続配線層44に接続され、他端がグラウンド配線層42の端部線42cの延在端部に接続されている。
 セラミック基板40の他主面40bは金属ステム10の台座12の一平面12aに接して固着される。その結果、金属ステム10の台座12はセラミック基板40に対して、放熱体としての機能を奏する。すなわち、光半導体素子50及び終端抵抗43による発熱は、セラミック基板40を介して金属ステム10の台座12から円筒部11に伝達されて外部に放熱される。
 半導体レーザである光半導体素子50(以下、発光素子50aと称す)は、セラミック基板40の一主面40aに搭載される。半導体レーザは電界吸収型変調器集積レーザ(EML: Electro-absorption Modulator integrated with DFB Laser)が用いられる。電界吸収型変調器集積レーザは、電界吸収型変調器と分布帰還型(DFB: Distributed Feedback Bragg-Reflector)レーザで構成される。また、この実施の形態1では、電界吸収型変調器集積レーザの内部に分布帰還型レーザの背面光を受光して出力光をモニタするフォトダイオードが搭載、集積される。モニタを必要としないものであれば、フォトダイオードを集積しなくとも良い。
 発光素子50aは上面にEA変調器パッドである信号端子51とDFBレーザパッドである電源端子52が設けられ、下面にグラウンド層により形成されるグラウンド端子53が設けられている。
 発光素子50aはレーザ光である光をレンズ30の方向に照射し、レンズ30を介して集光もしくは平行光に変換されて外部に光を照射する。
 すなわち、発光素子50aから出射される光の方向は、金属ステム10の台座12の一平面12a、つまり実装面に対して水平方向である。したがって、水平方向に光が出射される端面出射型の半導体レーザに適した構造である。
 信号端子51は、内部にて電界吸収型変調器に電気的に接続され、外部に露出されたパッドであり、ワイヤボンディングによりセラミック基板40の信号配線層41に金からなる金属線61により電気的に接続され、ワイヤボンディングによりセラミック基板40の抵抗接続配線層44に金からなる金属線62により電気的に接続される。
 電源端子52は、各種電源、この例では直流電源が供給され、内部にて分布帰還型レーザなどに電気的に接続され、外部に露出されたパッドである。
 グラウンド端子53は、セラミック基板40のグラウンド配線層42の中央線42aと接して電気的に接続されるグラウンド層である。グラウンド端子53はセラミック基板40のグラウンド配線層42の中央線42aに直接はんだ又は導電性接着剤等で電気的及び機械的に接続される。
 フレキシブルプリント回路基板(FPC: Flexible printed circuits)70は、一端部が金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bを貫通して前記金属ステム10の台座12の一平面12aに対向し、他端部が円筒部11の外部に位置して配置される。フレキシブルプリント回路基板70は、円筒部11のFPC挿入部11bにおいて、封止材80を用いて封止される。封止材80はガラス材であり、フレキシブルプリント回路基板70と金属ステム10の円筒部11との間を気密に封止できる。
 フレキシブルプリント回路基板70の一端部の一部がセラミック基板40の一部、つまり有底部21とは逆側と重なり、固定される。セラミック基板40はフレキシブルプリント回路基板70の一端部の一部と金属ステム10の台座12と挟まれる構成となる。また、フレキシブルプリント回路基板70は金属ステム10の円筒部11と台座12との2点で固定される。
 なお、データセンタのような管理された環境下において使用される光モジュールにあっては、円筒部11のFPC挿入部11bにおいて、封止材80を用いて封止されたものでなくとも良い。
 フレキシブルプリント回路基板70は、一主面70aに一端部から他端部まで延在した、高周波信号を伝達する信号配線層71と、この信号配線層71と間隔をあけて並行に配置された、各種電源、この例では直流電源が供給される電源配線層72が、他主面70bの全域にグラウンド層73が蒸着などにより形成されている。信号配線層71は、この実施の形態1では、光通信用半導体レーザ用途として使用されるため、特性インピーダンス50Ωの高周波線路とされている。なお、信号配線層71及び電源配線層72は線状の導体箔にて形成した伝送線路によって構成されるものでも良い。また、グラウンド層73はグランド配線として機能する。
 フレキシブルプリント回路基板70は、一般的なポリイミドのほか、高周波信号の損失が小さい液晶ポリマ、テフロン(登録商標)といった材料が用いられる。また、フレキシブルプリント回路基板70の厚さは、屈曲性、つまり、厚くすると固くなり実装性が悪くなるという観点と、インピーダンス設計の容易性、つまり、薄すぎると、特性インピーダンス50Ωを得るための信号配線層71の幅が製造公差の影響を強く受けるという観点から、50umである。
 信号配線層71は、ワイヤボンディングによりセラミック基板40の信号配線層41に金からなる金属線63により電気的に接続される。信号配線層71は、セラミック基板40の信号配線層41を基準に金属線63が許される範囲での最短化するように一主面70aの位置に実装される。
 なお、フレキシブルプリント回路基板70とセラミック基板40との重なりにより、フレキシブルプリント回路基板70の信号配線層71とセラミック基板40の信号配線層41が対向配置させた場合、金属線63による電気的接続を行なうのではなく、フレキシブルプリント回路基板70にスルーホールを形成し、他主面70bにスルーホールと電気的に接続されたランドを形成し、このランドをセラミック基板40の信号配線層41に接して電気的接続を行なっても良い。この場合、図3に示したセラミック基板40の信号配線層41をフレキシブルプリント回路基板70の信号配線層71の直下まで延長させるのが良い。
 電源配線層72は、ワイヤボンディングにより発光素子50aの電源端子52に金からなる金属線64により電気的に接続される。電源配線層72は、発光素子50aの電源端子52を基準に金属線64が許される範囲での最短化するように一主面70aの位置に実装される。
 グラウンド層73は、他主面70bにおいて金属パターンが露出して形成される。グラウンド層73はセラミック基板40のグラウンド配線層42に直接はんだ又は導電性接着剤等で電気的及び機械的に接続される。
 フレキシブルプリント回路基板70の実装は、発光素子50aをセラミック基板40に実装した後に行われるため、発光素子50aのグラウンド端子53とセラミック基板40のグラウンド配線層42の接続にはんだを用いた場合、発光素子50aのグラウンド端子53とセラミック基板40のグラウンド配線層42の接続に用いるはんだの融点よりも低い温度で行なう必要がある。したがって、発光素子50aのグラウンド端子53とセラミック基板40のグラウンド配線層42の接続に用いるはんだを高融点のuSnはんだを用い、グラウンド層73とセラミック基板40のグラウンド配線層42の接続にuSnはんだより低融点のSnAgCuはんだ又は硬化温度の低い導電性接着剤を用いる。
 このように、フレキシブルプリント回路基板70のグラウンド層73とセラミック基板40のグラウンド配線層42とを直接電気的に接続した構成としたので、良好な高周波特性、及び接続強度が得られる。
 上記した実施の形態1に係る半導体レーザモジュールでは、発光素子50aとして電界吸収型変調器集積レーザを用い、終端抵抗43を設けた単相駆動(特性インピーダンス50Ωのフレキシブルプリント回路基板70に形成された信号配線層71が1本のみ)の構成とした。この場合、セラミック基板40に形成された終端抵抗43の抵抗値は、帯域補償及び低駆動電圧動作といったフィルタ効果を得るために30Ω~70Ωが用いられる。
 また、セラミック基板40に形成される信号配線層41及びフレキシブルプリント回路基板70に形成される信号配線層71をそれぞれが100オームの差動のペア配線とし、差動で動作する電界吸収型変調器集積レーザ(EML)あるいはマッハツェンダー変調器としてもよい。
 さらに、セラミック基板40に形成される信号配線層41及びフレキシブルプリント回路基板70に形成される信号配線層71をそれぞれが50オームの差動のペア配線とし、終端抵抗を必要としない変調レーザとしてもよい。
 次に、このように構成された半導体レーザモジュールの製造方法について説明する。
 工程1
 FPC挿入部11bが形成された円筒部11と、この円筒部11の一平面11aから直立された台座12を有する金属ステム10、及び有底部21にレンズ30が搭載された一端開放の筒状のレンズキャップ20を準備する。
 さらに、一主面40aに信号配線層41及びグラウンド配線層42が形成されたセラミック基板40に、分布帰還型レーザ及び電界吸収型変調器を備えた電界吸収型変調器集積レーザである発光素子50aが搭載されるとともに、必要な回路配線が行なわれたセラミック基板40を準備する。発光素子50aのセラミック基板40への搭載は、発光素子50aのグラウンド端子53とセラミック基板40のグラウンド配線層42とがはんだ等により接着固定され、電気的及び機械的に接続されることにより行なわれる。
 また、一主面70aに信号配線層71及び電源配線層72と他主面70bに全域にグラウンド層73が形成されたフレキシブルプリント回路基板70を準備する。
 工程2
 発光素子50aが搭載されたセラミック基板40を金属ステム10の台座12の一平面12aに搭載する。この搭載は一般的に知られている方法により、セラミック基板40の他主面が台座12の一平面12aに接着固定される。
 一方、フレキシブルプリント回路基板70は、一端部が金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bを貫通して前記金属ステム10の台座12の一平面12aに対向し、フレキシブルプリント回路基板の一端部の一部が前記セラミック基板の一部と重なり、他端部が円筒部11の外部に位置して配置される。
 この配置の際に、フレキシブルプリント回路基板70の他主面70bに形成されたグラウンド層73と、セラミック基板40の一主面40aに形成されたグラウンド配線層42とがはんだ等により接着固定され、電気的及び機械的に接続される。
 また、フレキシブルプリント回路基板70は、円筒部11のFPC挿入部11bにおいて、封止材80を用いて封止される。
 封止材80を用いた封止はレンズキャップ20が円筒部11に装着される前であるので、封止の際に発生するガスがセラミック基板40及び発光素子50aなどに影響を及ぼすことがない。
 このような状態において、ワイヤボンディングにより、発光素子50aの信号端子51とセラミック基板40の信号配線層41が金属線61により、発光素子50aの信号端子51とセラミック基板40の抵抗接続配線層44が金属線62により、フレキシブルプリント回路基板70の信号配線層71とセラミック基板40の信号配線層41が金属線63により、フレキシブルプリント回路基板70の電源配線層72と発光素子50aの電源端子52が金属線64により、それぞれ電気的に接続される。
 工程3
 レンズキャップ20は、レンズキャップ20の側壁部22の端面、つまり一端開放端面22aを、金属ステム10の円筒部11の一平面11aにおける周端部に接してはんだ等によって固着される。その結果、レンズキャップ20はその中空部20aに金属ステム10の台座12が配され、台座12及び発光素子50aが搭載されたセラミック基板40並びにフレキシブルプリント回路基板70の他端部を覆う。
 次に、このように構成された実施の形態1に係る半導体レーザモジュールにおける効果について説明する。
 まず、第1に、金属ステム10を、FPC挿入部11bが形成された円板状の円筒部11と、この円筒部11の一平面11aから直立された台座12を有する構成とし、一主面40aに信号配線層41及びグラウンド配線層42を有し、発光素子50aが搭載されるセラミック基板40が金属ステム10の台座12の一平面12aに搭載され、一主面に一端部から他端部まで延在して形成される信号配線層71及び電源配線層72を有し、他主面にグラウンド層73を有するフレキシブルプリント回路基板70を、金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bを貫通して金属ステム10の台座12の一平面12aに対向し、他端部が金属ステム10の外部に位置したものとしたので、
(i)金属ステム10を円筒部11と台座12という簡単な構造、つまり、フランジ及び段差等が無く単純な構造にでき、プレス加工で容易に製造でき、
(ii)フレキシブルプリント回路基板70により、高周波信号及び電源をセラミック基板40及び発光素子50aに直接供給する構成にしたので、インピーダンス管理が容易であるとともに、高周波特性に優れており、
(iii)発光素子50aをセラミック基板40に搭載しているため、発光素子50aの良品をセラミック基板40に搭載した状態で選別でき、
(iv)発光素子50aによる発熱は、セラミック基板40を介して金属ステム10の台座12から円筒部11に伝達されて外部に放熱でき、
(v)発光素子50aの出力光は、金属ステム10の円筒部11と対向する位置に配置されるレンズ30で集光もしくは平行光に変換される構成としてので、端面出射型レーザを用いることができる。
 第2に、フレキシブルプリント回路基板70の信号配線層71がセラミック基板40の信号配線層41を基準に金属線63が許される範囲での最短化するように一主面70aの位置に実装され、電源配線層72が発光素子50aの電源端子52を基準に金属線64が許される範囲での最短化するように一主面70aの位置に実装されるので、高周波信号の劣化を抑制できる。
 第3に、フレキシブルプリント回路基板70のグラウンド層73がセラミック基板40のグラウンド配線層42に直接はんだ又は導電性接着剤等で電気的及び機械的に接続されるので、リターン電流の経路は極めて短く、高周波特性に優れる。
 第4に、セラミック基板40を窒化アルミニウムにて構成し、発光素子50aをセラミック基板40に搭載したので、発光素子50aが線膨張係数の一致したセラミック基板40の上に搭載されるため、発光素子50aの信頼性に優れる。
 第5に、フレキシブルプリント回路基板70が、レンズキャップ20が円筒部11に装着される前に、円筒部11のFPC挿入部11bにおいて、封止材80を用いて封止されるので、封止の際に発生するガスがセラミック基板40及び発光素子50aなどに影響を及ぼすことがない。
実施の形態2.
 この発明の形態2に係る光モジュールである半導体レーザモジュールを図4及び図5に基づいて説明する。
 この発明の形態2に係る半導体レーザモジュールは、この発明の形態1に係る半導体レーザモジュールが、フレキシブルプリント回路基板70の一端部の一部がセラミック基板40の一部と重なり、フレキシブルプリント回路基板70のグラウンド層73がセラミック基板40のグラウンド配線層42と接して電気的に接続されているのに対して、フレキシブルプリント回路基板70の一端部の他主面70bが金属ステム10の台座12の一平面12aに接して配置され、フレキシブルプリント回路基板70のグラウンド層とセラミック基板40のグラウンド配線層42が金属線67及び金属線68により電気的に接続されている点が異なる。
 なお、図4及び図5中、図1から図3に付された符号と同一符号は、図1から図3に示されたものと同一又は相当部分を示す。
 したがって、以下に実施の形態と相違する点を主体に説明する。
 セラミック基板40の一主面40aに高周波信号を伝達する信号配線層41と、リターン電流が流れるグラウンド配線層42と、50Ωの終端抵抗43と、抵抗接続配線層44と、電源配線層45が蒸着等により設けられている。
 グラウンド配線層42は、セラミック基板40の一主面40aに、有底部21側の端面(以下、一端面と称す)に沿って形成された端部線42cと、端部線42cの中央から円筒部11側の端面(以下、他端面と称す)まで延在して形成された中央線42aと、端部線42cの一端から他端面までセラミック基板40の一側面に沿って延在して形成された周辺線42bを有する。
 信号配線層41は、セラミック基板40の一主面40aに、グラウンド配線層42と離隔して電気的に絶縁され、中央線42aと周辺線42bとの間に、セラミック基板40の他端面まで延在して形成される。
 電源配線層45は、セラミック基板40の一主面40aの他側面側に、抵抗接続配線層44及び中央線42aと離隔して電気的に絶縁され、セラミック基板40の他端面まで延在して形成される。
 セラミック基板40の信号配線層41及び抵抗接続配線層44はそれぞれ、ワイヤボンディングにより、発光素子50aの信号端子51と金属線61及び金属線62により電気的に接続される。
 セラミック基板40のグラウンド配線層42の中央線42aは、発光素子50aのグラウンド端子53が直接はんだ又は導電性接着剤等で電気的及び機械的に接続される。
 セラミック基板40の電源配線層45は、発光素子50aの電源端子52と金属線65により電気的に接続される。
 フレキシブルプリント回路基板70は、一端部が金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bを貫通して前記金属ステム10の台座12の一平面12aに対向し、かつ、台座12の一平面12aに接して配置され、他端部が円筒部11の外部に位置して配置される。すなわち、フレキシブルプリント回路基板70の一端部側の他主面70bは、台座12の一平面12aと同一平面上に位置し、セラミック基板40の他主面40bと同一平面上に位置する。
 また、FPC挿入部11bの下面も台座12の一平面12aと同一平面上に位置する。
 フレキシブルプリント回路基板70は、円筒部11のFPC挿入部11bにおいて、封止材80を用いて封止される。封止材80はガラス材であり、フレキシブルプリント回路基板70と金属ステム10の円筒部11との間を気密に封止できる。
 なお、データセンタのような管理された環境下において使用される光モジュールにあっては、円筒部11のFPC挿入部11bにおいて、封止材80を用いて封止されたものでなくとも良い。
 フレキシブルプリント回路基板70の一端部側の端面とセラミック基板40の他側面とは接しているのが好ましく、150um以下にするのが良い。
 したがって、フレキシブルプリント回路基板70及びセラミック基板40は、金属ステム10の台座12に直接実装され、はんだ又は導電性接着剤にて金属ステム10の台座12の一主面40aに接合され、固定される。
 フレキシブルプリント回路基板70は、一主面70aに一端部から他端部まで延在した、高周波信号を伝達する信号配線層71と、この信号配線層71と間隔をあけて並行に配置された、各種電源、この例では直流電源が供給される電源配線層72が、他主面70bの全域にグラウンド層73が形成されている。また、フレキシブルプリント回路基板70は、一端部の一主面70aに、貫通する穴の側面がメタライズされた穴あきスルーホール(図示せず)を介してグラウンド層73に電気的に接続されるグラウンドパッド層74及びグラウンドパッド層75が蒸着などにより形成されている。グラウンド層73とグラウンドパッド層74及びグラウンドパッド層75はグランド配線として機能する。
 この実施の形態2では、信号配線層71は特性インピーダンス50Ωのマイクロストリップ線路を形成し、その線路幅は100umである。
 フレキシブルプリント回路基板70は、一般的なポリイミドのほか、高周波信号の損失が小さい液晶ポリマ、テフロン(登録商標)といった材料が用いられ、厚さが50umである。フレキシブルプリント回路基板70の厚さは、50umより厚く、セラミック基板40の厚さ、最大300um未満であれば良い。
 信号配線層71は、ワイヤボンディングによりセラミック基板40の信号配線層41に金からなる金属線63により電気的に接続される。信号配線層71は、セラミック基板40の信号配線層41を基準に信号配線層41と同一直線上に形成される。これにより、金属線63を極力短くでき、高周波特性の劣化を防ぐことができる。
 電源配線層72は、ワイヤボンディングによりセラミック基板40の電源配線層45に金からなる金属線66により電気的に接続される。電源配線層72は、セラミック基板40の電源配線層45を基準に電源配線層45と同一直線上に形成される。これにより、金属線66を極力短くできる。
 グラウンドパッド層74及びグラウンドパッド層75はそれぞれ、セラミック基板40のグラウンド配線層42の中央線42a及び周辺線42bに金からなる金属線67及び金属線68により電気的に接続される。グラウンドパッド層74及びグラウンドパッド層75はそれぞれ、セラミック基板40のグラウンド配線層42の中央線42a及び周辺線42bを基準に中央線42a及び周辺線42bと同一直線上に形成される。これにより、金属線67及び金属線68を極力短くでき、高周波特性の劣化を防ぐことができる。
 また、グラウンドパッド層74及びグラウンドパッド層75とグラウンド層73を接続するスルーホールの形成位置は、リターン電流をグラウンド層73に流すため、リターン電流の経路となる穴あきスルーホールを、高周波特性を確保するためにグラウンドパッド層74及びグラウンドパッド層75における金属線67及び金属線68の接続位置に極力近づけている。
 極力近づけることにより、フレキシブルプリント回路基板70を金属ステム10の台座12に、はんだ又は導電性接着剤にて接合する際、はんだ又は導電性接着剤が穴あきスルーホールを介してフレキシブルプリント回路基板70の一主面70aに流出され、金属線67及び金属線68のグラウンドパッド層74及びグラウンドパッド層75への接続を阻害する恐れがある場合は、金属ペーストをスルーホールに充填した、充填スルーホールを用いる。
 このように構成された実施の形態2に係る半導体レーザモジュールにおいても、次のような効果を奏する。
 上記に示した、この発明の実施の形態1に係る半導体レーザモジュールにおける第1の(i)から(V)及び第4の効果並びに第5の効果に加えて以下のような効果を奏する。
 すなわち、第6に、フレキシブルプリント回路基板70の一端部側の他主面70bとセラミック基板40の他主面40bとを台座12の一平面12aと同一平面上に位置させて金属ステム10の台座12に直接実装し、はんだ又は導電性接着剤にて金属ステム10の台座12の一主面40aに接合され、固定したものとしたので、セラミック基板40の大きさを、実施の形態1に係る半導体レーザモジュールにおけるセラミック基板40の大きさより、小さくできる。
 第7に、フレキシブルプリント回路基板70の一端部側の端面とセラミック基板40の他側面との隙間が0から150umであるのに加えて、フレキシブルプリント回路基板70の信号配線層71がセラミック基板40の信号配線層41を基準に信号配線層41と同一直線上に形成したので、金属線63を極力短くでき、高周波特性の劣化を防ぐことができる。
 第8に、フレキシブルプリント回路基板70のグラウンドパッド層74及びグラウンドパッド層75はそれぞれ、セラミック基板40のグラウンド配線層42の中央線42a及び周辺線42bを基準に中央線42a及び周辺線42bと同一直線上に形成したので、金属線67及び金属線68を極力短くでき、リターン電流の経路は極めて短く、高周波特性に優れる。
実施の形態3.
 この発明の形態3に係る光モジュールである半導体レーザモジュールを図6及び図7に基づいて説明する。
 この発明の形態3に係る半導体レーザモジュールは、この発明の形態2に係る半導体レーザモジュールにおけるフレキシブルプリント回路基板70の構造が異なるだけであり、その他の点については同じである。
 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
 フレキシブルプリント回路基板70は、一主面70aに一端部から他端部まで延在した、高周波信号を伝達する信号配線層71と、この信号配線層71と間隔をあけて並行に配置された、各種電源、この例では直流電源が供給される電源配線層72と、リターン電流が流れる一対のグラウンド配線層76及びグラウンド配線層77が、電源配線層72-グラウンド配線層76-信号配線層71-グラウンド配線層77の順に並行に蒸着又は導体箔などによって形成され、他主面70bの全域にグラウンド層73が蒸着などによって形成されている。
 また、フレキシブルプリント回路基板70は、信号配線層71とグラウンド層73との間には弱い結合が存在するため、この実施の形態3では、グラウンド配線層76とグラウンド層73とを長手方向に等間隔に配置された複数の穴あきスルーホール78(1)~78(n)によって電気的に接続し、グラウンド配線層77とグラウンド層73とを長手方向に等間隔に配置された複数の穴あきスルーホール79(1)~79(n)によって電気的に接続している。
 複数の穴あきスルーホール78(1)~78(n)のうちの、セラミック基板40に一番近い穴あきスルーホール78(1)の形成位置は、グラウンド配線層76と金属線67の接続位置より、円筒部11側に500um(0.5mm)離れている。つまり、上記接続位置から上記形成位置までの距離Lは500um(0.5mm)である。
 また、複数の穴あきスルーホール79(1)~79(n)のうちの、セラミック基板40に一番近い穴あきスルーホール79(1)の形成位置は、グラウンド配線層77と金属線68の接続位置より、円筒部11側に500um(0.5mm)離れている。つまり、上記接続位置から上記形成位置までの距離Lは500um(0.5mm)である。
 なお、上記接続位置から上記形成位置までの距離Lは少なくとも500umあればよい。すなわち、500um以上あれば、フレキシブルプリント回路基板70を金属ステム10の台座12に、はんだ又は導電性接着剤90にて接合する際、図7に示すようにはんだ又は導電性接着剤90aが穴あきスルーホール78(1)~78(n)及び穴あきスルーホール79(1)~79(n)を介してフレキシブルプリント回路基板70の一主面70aに流出されたとしても、金属線67及び金属線68のグラウンド配線層76及びグラウンド配線層77への接続を阻害する恐れがない。
 フレキシブルプリント回路基板70は、一般的なポリイミドのほか、高周波信号の損失が小さい液晶ポリマ、テフロン(登録商標)といった材料が用いられ、比誘電率が3.2、厚さTが200um(図7参照)である。なお、フレキシブルプリント回路基板70の厚さTは50umより厚く、好ましくは100um以上、セラミック基板40の厚さ、最大300um未満であれば良い。
 フレキシブルプリント回路基板70の厚さTを50umより厚く、好ましくは100um以上300um未満としたことにより、フレキシブルプリント回路基板70を金属ステム10の台座12に、はんだ又は導電性接着剤90にて接合する際、はんだ又は導電性接着剤90aが穴あきスルーホール78(1)~78(n)及び穴あきスルーホール79(1)~79(n)を介してフレキシブルプリント回路基板70の一主面70aに流出することを抑制できる。
 また、フレキシブルプリント回路基板70の厚さTを厚くしたことにより、信号配線層71とグラウンド層73との間の結合が高周波特性に及ぼす影響に対して無視できるほど弱くなると、穴あきスルーホール78(1)~78(n)及び穴あきスルーホール79(1)~79(n)を形成しなくても良い。
 さらに、フレキシブルプリント回路基板70を大きく曲げる必要がない、図8に示すようなフレキシブルプリント回路基板70と、フレキシブルプリント回路基板70の他端部に電気的に接続されるプリント回路板(PCB:printed circuit board)100との間に平行もしくは低い段差の位置関係にある適用例に、上記した厚さTの厚さが厚いフレキシブルプリント回路基板70を適用した場合、フレキシブルプリント回路基板70の信頼性が向上する。
 信号配線層71は一対のグラウンド配線層76及びグラウンド配線層77の間に形成されるため、一対のグラウンド配線層76及びグラウンド配線層77とにより、特性インピーダンス50Ωのグランド-信号線-グランド(GSG)タイプのコプレーナ線路を形成する。信号配線層71は、図7に示すように、コプレーナ線路を形成するため、信号配線層71の線路幅Wが100umであり、また、信号配線層71とグラウンド配線層76との間隔D、及び信号配線層71とグラウンド配線層77との間隔Dはともに50umである。
 このように構成された実施の形態3に係る半導体レーザモジュールにおいても、次のような効果を奏する。
 上記に示した実施の形態2に係る半導体レーザモジュールと同様に、この発明の実施の形態1に係る半導体レーザモジュールにおける第1の(i)から(V)及び第4の効果並びに第5の効果と、この発明の実施の形態2に係る半導体レーザモジュールにおける第6の効果から第8の効果に加えて以下のような効果を奏する。
 すなわち、第9に、フレキシブルプリント回路基板70のグラウンド配線層76及びグラウンド配線層77はそれぞれ、セラミック基板40のグラウンド配線層42の中央線42a及び周辺線42bを基準に中央線42a及び周辺線42bと同一直線上に形成したので、金属線67及び金属線68を極力短くでき、リターン電流の経路は極めて短く、高周波特性に優れる。
 第10に、信号配線層71と一対のグラウンド配線層76及びグラウンド配線層77により、特性インピーダンス50Ωのグランド-信号線-グランド(GSG)タイプのコプレーナ線路を形成するフレキシブルプリント回路基板70において、フレキシブルプリント回路基板70の厚さTが50umより厚く、好ましくは100um以上300um未満(セラミック基板40の厚さ未満)としたことにより、フレキシブルプリント回路基板70を金属ステム10の台座12に、はんだ又は導電性接着剤90にて接合する際、はんだ又は導電性接着剤90aが穴あきスルーホール78(1)~78(n)及び穴あきスルーホール79(1)~79(n)を介してフレキシブルプリント回路基板70の一主面70aに流出することを抑制できる。
 また、厚さTが厚いフレキシブルプリント回路基板70としたので、フレキシブルプリント回路基板70の一主面70aとセラミック基板40の一主面40aの平面位置段差を小さくでき、金属線63、金属線66、金属線67、及び金属線68の長さを短くでき、高周波特性に優れる。
 さらに、フレキシブルプリント回路基板70とプリント回路板100との間に平行もしくは低い段差の位置関係にある適用例に、厚さTが厚いフレキシブルプリント回路基板70を適用した場合、フレキシブルプリント回路基板70の信頼性が向上する。
 第11に、信号配線層71と一対のグラウンド配線層76及びグラウンド配線層77により、特性インピーダンス50Ωのグランド-信号線-グランド(GSG)タイプのコプレーナ線路を形成するフレキシブルプリント回路基板70において、グラウンド配線層76及びグラウンド配線層77それぞれとグラウンド層73との間を穴あきスルーホール78(1)~78(n)及び穴あきスルーホール79(1)~79(n)により接続したので、信号配線層71とグラウンド層73との間存在する弱い結合による影響を抑制できる。
 かつ、グラウンド配線層76と金属線67の接続位置からセラミック基板40に一番近い穴あきスルーホール78(1)の形成位置までの距離L、及びグラウンド配線層77と金属線68の接続位置からセラミック基板40に一番近い穴あきスルーホール79(1)の形成位置までの距離Lを500um以上にしたので、フレキシブルプリント回路基板70を金属ステム10の台座12に、はんだ又は導電性接着剤90にて接合する際、はんだ又は導電性接着剤90aが穴あきスルーホール78(1)及び穴あきスルーホール79(1)を介してフレキシブルプリント回路基板70の一主面70aに流出されたとしても、金属線67及び金属線68のグラウンド配線層76及びグラウンド配線層77への接続を阻害する恐れがない。
実施の形態4.
 この発明の形態4に係る光モジュールである半導体レーザモジュールを図9に基づいて説明する。
 この発明の形態4に係る半導体レーザモジュールは、この発明の形態2及び実施の形態3に係る半導体レーザモジュールにおけるフレキシブルプリント回路基板70の構造が異なるだけであり、その他の点については同じである。
 すなわち、実施の形態2及び実施の形態3に係る半導体レーザモジュールにおけるフレキシブルプリント回路基板70に対して、信号配線層71を基材70cの一端部側の端面からせり出した電極せり出し部71aを設け、この電極せり出し部71aをセラミック基板40に形成された信号配線層41に直接はんだにて接続したものである。この点を主体に以下に説明する。
 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
 フレキシブルプリント回路基板70に形成された高周波信号を伝達する信号配線層71は、基材70cの一端部から他端部まで延在し、さらに基材70cの一端部からせり出した電極せり出し部71aを有する。
 フレキシブルプリント回路基板70の基材70cの一端部側の端面とセラミック基板40の他側面とは接しているのが好ましく、150um以下にするのが良い。
 フレキシブルプリント回路基板70は、一端部に固定部70dと固定部70dから先端にかけての湾曲部70eを有する。
 フレキシブルプリント回路基板70は、一端部が金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bを貫通して前記金属ステム10の台座12の一平面12aに対向して配置され、他端部が円筒部11の外部に位置して配置される。円筒部11のFPC挿入部11bから円筒部11の内側に位置する固定部70dは台座12の一平面12aに接し、固定部70dに位置する他主面70bが、台座12の一平面12aと同一平面上に位置し、セラミック基板40の他主面40bと同一平面上に位置する。
 フレキシブルプリント回路基板70の固定部70dが台座12の一平面12aに接触し、はんだ又は導電性接着剤により固定される。
 フレキシブルプリント回路基板70の湾曲部70eは、台座12の一平面12aから遠ざかる方向に湾曲され、フレキシブルプリント回路基板70の基材70cの一端部側の端面とセラミック基板40の他側面とが対向し、信号配線層71の電極せり出し部71aがセラミック基板40の信号配線層41に、湾曲部70e自身の湾曲した形状からまっすぐに戻ろうとする反発力により、信号配線層41の方向に力が加わった状態で接触する。
 反発力が弱い場合は、電極せり出し部71aとセラミック基板40の信号配線層41とをはんだ又は導電性接着剤を用いて直接電気的に接続させる。
 セラミック基板40のグラウンド配線層42からのフレキシブルプリント回路基板70のリターン経路は、実施の形態2に係る半導体レーザモジュールと同様に、一端部の一主面70aに穴あきスルーホール(図示せず)を介してグラウンド層73に電気的に接続されるグラウンドパッド層74及びグラウンドパッド層75を設けた構造でも良い。
 セラミック基板40のグラウンド配線層42からのフレキシブルプリント回路基板70のリターン経路は、実施の形態3に係る半導体レーザモジュールと同様に、一主面70aに形成された、信号配線層71を間に挟むリターン電流が流れる一対のグラウンド配線層76及びグラウンド配線層77を設けた構造でも良い。
 信号配線層71とによりコプレーナ線路を構成する一対のグラウンド配線層76及びグラウンド配線層77を有する構成とした場合、信号配線層71と同様に、グラウンド配線層76及びグラウンド配線層77それぞれが、基材70cの一端部から他端部まで延在し、さらに基材70cの一端部からせり出した電極せり出し部を有する構造にする。
 グラウンド配線層76の電極せり出し部は、セラミック基板40のグラウンド配線層42の中央線42aに、湾曲部70e自身の反発力により、信号配線層41の方向に力が加わった状態で接触し、電気的に接続される。
 また、グラウンド配線層77の電極せり出し部は、セラミック基板40のグラウンド配線層42の周辺線42bに、湾曲部70e自身の反発力により、信号配線層41の方向に力が加わった状態で接触し、電気的に接続される。
 この場合も、反発力が弱い場合は、電極せり出し部とセラミック基板40のグラウンド配線層42の中央線42a、及び電極せり出し部とセラミック基板40のグラウンド配線層42の周辺線42bとをはんだ又は導電性接着剤を用いて直接電気的に接続させる。
 このように構成された実施の形態4に係る半導体レーザモジュールにおいても、この発明の実施の形態2もしく実施の形態3に係る半導体レーザモジュールと同様の効果に加えて次のような効果を奏する。
 すなわち、第12に、フレキシブルプリント回路基板70の信号配線層71が、その電極せり出し部71aによりセラミック基板40の信号配線層41に直接電気的に接続されるため、高周波特性の劣化を防ぐことができ、より高速の信号伝達が可能である。
 また、信号配線層71とによりコプレーナ線路を構成する一対のグラウンド配線層76及びグラウンド配線層77を有する構成としたフレキシブルプリント回路基板70を用いた場合、一対のグラウンド配線層76及びグラウンド配線層77それぞれが、それらの電極せり出し部によりセラミック基板40のグラウンド配線層42の中央線42a及び周辺線42bに直接電気的に接続されるため、高周波特性の劣化を防ぐことができ、より高速の信号伝達が可能である。
実施の形態5.
 この発明の形態5に係る光モジュールである半導体レーザモジュールを図10から図13に基づいて説明する。
 この発明の形態5に係る半導体レーザモジュールは、この発明の形態2に係る半導体レーザモジュールにおけるフレキシブルプリント回路基板70の構造が異なるだけであり、その他の点については同じである。
 すなわち、実施の形態2に係る半導体レーザモジュールにおけるフレキシブルプリント回路基板70に対して、一主面に形成された信号配線層71及び電源配線層72の表面に上層基材70fを形成し、上層基材70fの表面に表面グランド層73aを形成した金属層が3層構造のフレキシブルプリント回路基板70としたものである。この点を主体に以下に説明する。
 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
 フレキシブルプリント回路基板70は、一主面70aに一端部から他端部まで延在した、高周波信号を伝達する信号配線層71と、この信号配線層71と間隔をあけて並行に配置された、各種電源、この例では直流電源が供給される電源配線層72が、他主面70bの全域にグラウンド層73が蒸着などにより形成されている。信号配線層71及び電源配線層72は下層基材70cの表面に形成される金属層であり、グラウンド層73は下層基材70cの裏面に形成される金属層である。金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bに位置するグラウンド層73は絶縁体などで覆われておらず、露出している。
 フレキシブルプリント回路基板70は、下層基材70cの表面上に上層基材70fが形成される。
 下層基材70c及び上層基材70fともに、ポリイミドのほか、高周波信号の損失が小さい液晶ポリマ、テフロン(登録商標)といった材料が用いられる。
 フレキシブルプリント回路基板70は、金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bに位置する上層基材70fの表面上に幅方向全域に亘って表面グランド層73aが形成される。この表面グランド層73aは上層基材70fの表面に形成される金属層であり、絶縁体などで覆われておらず、露出している。
 フレキシブルプリント回路基板70は、金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bに位置するフレキシブルプリント回路基板70の両側面、つまり、下層基材70c及び上層基材70fの両側面が凹部形状を加工され、この凹部形状の側面にメタライズされ、グラウンド層73と表面グランド層73aとを電気的に接続するキャスタレーション110が形成される。キャスタレーション110は絶縁体などで覆われておらず、露出している。
 フレキシブルプリント回路基板70は、一端部が金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bを貫通して前記金属ステム10の台座12の一平面12aに対向し、かつ、台座12の一平面12aに接して配置され、他端部が円筒部11の外部に位置して配置される。
 フレキシブルプリント回路基板70は、金属ステム10の台座12に直接実装され、はんだ又は導電性接着剤にて金属ステム10の台座12の一主面40aに接合され、固定される。
 フレキシブルプリント回路基板70は、円筒部11のFPC挿入部11bにおいて、封止材80を用いて封止される。
 封止材80ははんだであり、フレキシブルプリント回路基板70と金属ステム10の円筒部11との間を気密に封止できる。
 また、フレキシブルプリント回路基板70のグラウンド層73、表面グランド層73a、及びキャスタレーション110は、金属ステム10の円筒部11とはんだである封止材80と電気的に接続される。
 フレキシブルプリント回路基板70は、金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bに位置する部分において、グラウンド層73、表面グランド層73a、及びキャスタレーション110によって周囲が金属に囲われ、グラウンドにされる。その結果、FPC挿入部11bに位置する信号配線層71は完全に外部から絶縁され、封止材80の影響を受けず、安定した信号配線層71のインピーダンスが得られる。
 また、封止材80としてはんだを使うので、封止材80で問題となる水分子の透過を回避でき、半導体レーザである発光素子50aの信頼性が向上する。
 なお、フレキシブルプリント回路基板70の信号配線層71は、上層基材70fの表面に形成された信号配線パッド71bに穴あきスルーホール71cを介して電気的に接続される。信号配線パッド71bは、セラミック基板40の信号配線層41に金属線69により電気的に接続される。
 同様に、図示していないが、フレキシブルプリント回路基板70の電源配線層72も、上層基材70fの表面に形成された電源配線パッドに穴あきスルーホールを介して電気的に接続される。電源配線パッドは、セラミック基板40の電源配線層45に金属線により電気的に接続される。
  このように構成された実施の形態3に係る半導体レーザモジュールにおいても、次のような効果を奏する。
 上記に示した実施の形態2に係る半導体レーザモジュールと同様に、この発明の実施の形態1に係る半導体レーザモジュールにおける第1の(i)から(V)及びび第4の効果並びに第5の効果、並びにこの発明の実施の形態1に係る半導体レーザモジュールにおける第6の効果に加えて次のような効果を奏する。
 すなわち、第13に、金属ステム10の円筒部11のFPC挿入部11bに位置する部分において、グラウンド層73、表面グランド層73a、及びキャスタレーション110によって周囲を金属によって完全に囲い、かつ、封止材80としてはんだを用いたので、FPC挿入部11bにおける気密性が向上して発光素子50aの信頼性が向上するとともに、安定した信号配線層71のインピーダンスが得られる。
 なお、この発明の実施の形態5に係る半導体レーザモジュールは、実施の形態2に係る半導体レーザモジュールに金属層が3層構造のフレキシブルプリント回路基板70を適用したものを示したが、実施の形態1、実施の形態3、実施の形態4に係る半導体レーザモジュールに金属層が3層構造のフレキシブルプリント回路基板70を適用したものでも良い。
 実施の形態6.
 この発明の形態6に係る光モジュールである受光素子である光通信用のフォトダイオードが搭載された光受信モジュールを図14に基づいて説明する。
 この発明の形態6に係る光モジュールは、この発明の実施の形態1から実施の形態5に係る光モジュールが光半導体素子50として発光素子である半導体レーザを用いたものとしたが、光半導体素子50として受光素子である端面受光型のフォトダイオード(PD:Photodiode)、具体的には導波路型フォトダイオードを用いたものであり、その他の点については同じである。
 以下に、この発明の実施の形態1に係る光モジュールにおける光半導体素子50として導波路型フォトダイオードを用いた例を説明する。
 なお、なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
 また、この発明の実施の形態2から実施の形態5に係る光モジュールにおける光半導体素子50として導波路型フォトダイオードを用いた例も、この発明の実施の形態2に係る光モジュールにおける光半導体素子50として導波路型フォトダイオードを用いた例と同様である。
 光半導体素子50(以下、受光素子50bと称す)は、先行文献「M. Nakaji ,et al, Highly reliable wave-guide photodiode with wide bandwidth of 50 GHz at the low operation voltage of -1.5 V, Optical Fiber Communications Conference, 2003.」に示された導波路型フォトダイオードである。
 受光素子50bは、上面にアノード電極端子である電源端子54とカソード電極端子である信号出力端子55が設けられている。
 受光素子50bは受光面がレンズ30の方向に向いてセラミック基板40の一主面40aに搭載され、外部からの光がレンズ30を透過して集光もしくは平行光に変換された光を受光する。
 増幅器であるトランスインピーダンスアンプ(TIA:Transimpedance Amplifier)120が受光素子50bに近接してセラミック基板40の一主面40aに搭載される。
 トランスインピーダンスアンプ120は、上面に受光素子50bに電力を供給するための電源端子121と、受光素子50bからの出力電流を受ける信号入力端子122と、入力された出力電流を電圧に変換、増幅して出力する差動対の信号出力端子123及び信号出力端子124が設けられている。
 受光素子50bの電源端子54はトランスインピーダンスアンプ120の電源端子121にワイヤボンディングにより金からなる金属線131により電気的に接続される。
 受光素子50bの信号出力端子55はトランスインピーダンスアンプ120の信号入力端子122にワイヤボンディングにより金からなる金属線132により電気的に接続される。
 トランスインピーダンスアンプ120の差動対の信号出力端子123及び信号出力端子124それぞれは、フレキシブルプリント回路基板70の一主面70aに一端部から他端部まで延在した並行に形成され、入力信号を伝達する差動対の信号配線層71d及び信号配線層71eに対応して、ワイヤボンディングにより金からなる金属線133及び金属線134により電気的に接続される。
 なお、この実施の形態6では、トランスインピーダンスアンプ120をセラミック基板40の一主面40aに搭載したものとしたが、受光素子50bと近接して配置されるのであれば、金属ステム10の台座12の一平面12a上、もしくはフレキシブルプリント回路基板70の一主面70a上に搭載しても良い。
 このように構成された実施の形態6に係る光モジュールにおいても、この発明の実施の形態1に係る光モジュールと同様の効果を奏する。
 また、この発明の実施の形態2から実施の形態5に係る光モジュールにおける光半導体素子50として導波路型フォトダイオードを用いた場合も、それぞれ実施の形態2から実施の形態5に係る光モジュールと同様の効果を奏する。
 また、この発明の実施の形態6に係る光モジュールは、受光素子50b及びトランスインピーダンスアンプ120をセラミック基板40の一主面40aに搭載したものとしたが、さらに、この発明の実施の形態2から実施の形態5に係る光モジュールに示した発光素子50aをセラミック基板40の一主面40aに搭載しても良い。
 すなわち、光通信用の半導体レーザ及びフォトダイオードが搭載された光送受信モジュールである。
 光送受信モジュールにおいては、セラミック基板40の一主面40aに発光素子50a、受光素子50b及びトランスインピーダンスアンプ120が搭載される。
 この場合、フレキシブルプリント回路基板70の一主面70aに、発光素子50a用の信号配線層71と、受光素子50b用の信号配線層71d及び信号配線層71eが並行して形成される。
 なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
 この発明に係る光モジュールは、実施の形態1から実施の形態5に示したもののように、光通信用の光送信モジュールとして利用でき、実施の形態6に示したもののように、光通信用の光受信モジュールとして利用でき、両者が発光素子及び受光素子両者が搭載された光送受信モジュールとして利用できる。
 10 金属ステム、11 円筒部、11a 一平面、11b FPC挿入部、12 台座、20 レンズキャップ、21 有底部、22 側壁部、22a 一端開放端面、30 レンズ、40 セラミック基板、40a 一主面、40b 他主面、41 信号配線層、42 グラウンド配線層、43 終端抵抗、44 抵抗接続配線層、50 光半導体素子、50a 発光素子、50b 受光素子、51 信号端子、52 電源端子、53 グラウンド端子、61~64 金属線、70 フレキシブルプリント回路基板、70a 一主面、70b 他主面、70c 基材(下層基材)、70d 固定部、70e 湾曲部、70f 上層基材、71 信号配線層、71a 電極せり出し部、71d 信号配線層、71e 信号配線層、72 電源配線層、73 グラウンド層、73a 表面グランド層、74 グラウンドパッド層、75 グラウンドパッド層、76 グラウンド配線層、77 グラウンド配線層、78(1)~78(n) 穴あきスルーホール、79(1)~79(n) 穴あきスルーホール、80 封止材、110 キャスタレーション。

Claims (18)

  1.  FPC挿入部が形成された円筒部と、この円筒部の一平面から直立された台座を有する金属ステム、
     前記金属ステムの台座を覆い、前記金属ステムの円筒部の一平面の周辺部に開口端面が接して固定され、有底部にレンズが搭載された一端開放の筒状のレンズキャップ、
     前記金属ステムの台座の一平面に搭載され、一主面に形成された信号配線層及びグラウンド配線層を有するセラミック基板、
     前記セラミック基板の一主面に搭載され、前記セラミック基板の信号配線層と電気的に接続された信号端子と、前記セラミック基板のグラウンド配線層と電気的に接続されたグラウンド端子を有し、光をレンズ30の方向に照射する発光素子を有する光半導体素子、
     一端部が前記金属ステムの円筒部のFPC挿入部を貫通して前記金属ステムの台座の一平面に対向し、他端部が前記金属ステムの外部に位置し、一主面に一端部から他端部まで延在して形成され、一端部にて金属線によって前記セラミック基板の信号配線層と電気的に接続された信号配線層を有するフレキシブルプリント回路基板、
     備えた光モジュール。
  2.  前記フレキシブルプリント回路基板は、他主面に一端部から他端部まで延在して形成されたグラウンド層を有し、
     前記フレキシブルプリント回路基板の一端部の一部が前記セラミック基板の一部と重なり、前記フレキシブルプリント回路基板のグラウンド層が前記セラミック基板のグラウンド配線層と接して電気的に接続された請求項1に記載の光モジュール。
  3.  前記フレキシブルプリント回路基板は、他主面に一端部から他端部まで延在して形成されたグラウンド層を有し、
     前記フレキシブルプリント回路基板の一端部の他主面が前記台座の一平面に接し、前記フレキシブルプリント回路基板の一端部側の端面が前記セラミック基板の側面と対向して配置された請求項1に記載の光モジュール。
  4.  前記フレキシブルプリント回路基板は、他主面に形成されたグラウンド層と穴あきスルーホールを介して電気的に接続されたクラウンドパッドを有し、
     前記フレキシブルプリント回路基板のクラウンドパッドと前記セラミック基板のグラウンド配線層が金属線により電気的に接続された請求項3に記載の光モジュール。
  5.  前記フレキシブルプリント回路基板は、一主面に、信号配線層を挟み、一端部から他端部まで延在して形成され、前記信号配線層とによりコプレーナ線路を構成する一対のグラウンド配線層を有し、
     前記フレキシブルプリント回路基板の一端部の他主面が前記台座の一平面に接し、前記フレキシブルプリント回路基板の一端部側の端面が前記セラミック基板の側面と対向して配置され、
     前記フレキシブルプリント回路基板の一対のグラウンド配線層それぞれが金属線によって前記セラミック基板のグラウンド配線層と電気的に接続された請求項1に記載の光モジュール。
  6.  前記フレキシブルプリント回路基板は、他主面に一端部から他端部まで延在して形成され、一主面に形成された前記一対のグラウンド配線層それぞれと複数の穴あきスルーホールを介して電気的に接続されたグラウンド層を有し、
     一方のグラウンド配線層と金属線の接続位置からセラミック基板に一番近い穴あきスルーホールの形成位置までの距離、及び他方のグラウンド配線層と金属線の接続位置からセラミック基板に一番近い穴あきスルーホールの形成位置までの距離が500um以上である請求項5に記載の光モジュール。
  7.  前記フレキシブルプリント回路基板の厚さが50umより厚く、前記セラミック基板より薄い請求項5又は請求項6に記載の光モジュール。
  8.  FPC挿入部が形成された円筒部と、この円筒部の一平面から直立された台座を有する金属ステム、
     前記金属ステムの台座を覆い、前記金属ステムの円筒部の一平面の周辺部に開口端面が接して固定され、有底部にレンズが搭載された一端開放の筒状のレンズキャップ、
     前記金属ステムの台座の一平面に搭載され、一主面に形成された信号配線層及びグラウンド配線層を有するセラミック基板、
     前記セラミック基板の一主面に搭載され、前記セラミック基板の信号配線層と電気的に接続された信号端子と、前記セラミック基板のグラウンド配線層と電気的に接続されたグラウンド端子を有する光半導体素子、
     一端部が前記金属ステムの円筒部のFPC挿入部を貫通して前記金属ステムの台座の一平面に対向し、他端部が前記金属ステムの外部に位置し、一主面に一端部から他端部まで延在して形成された信号配線層を有するフレキシブルプリント回路基板を備え、
     前記フレキシブルプリント回路基板は、前記FPC挿入部から前記円筒部の内側に位置し、前記台座の一平面に接触して固定される固定部と、この固定部から先端にかけて前記台座の一平面から遠ざかる方向に湾曲され、端面が前記セラミック基板の側面と対向して配置される湾曲部を具備し、
     前記フレキシブルプリント回路基板の信号配線層は、前記フレキシブルプリント回路基板の基材の湾曲部の端面からせり出し、前記セラミック基板の信号配線層と接して電気的に接続される電極せり出し部が設けられた光モジュール。
  9.  前記フレキシブルプリント回路基板は、一主面に、信号配線層を挟み、一端部から他端部まで延在して形成され、前記信号配線層とによりコプレーナ線路を構成する一対のグラウンド配線層を有し、
     前記フレキシブルプリント回路基板の一対のグラウンド配線層はそれぞれ、前記フレキシブルプリント回路基板の基材の湾曲部の端面からせり出し、前記セラミック基板のグラウンド配線層と接して電気的に接続される電極せり出し部が設けられた請求項8に記載の光モジュール。
  10.  前記フレキシブルプリント回路基板は、一主面に形成された信号配線層及び電源配線層の表面上に形成された上層基材と、前記金属ステムの円筒部のFPC挿入部に位置する上層基材の表面上に幅方向全域に亘って形成された表面グランド層と、前記金属ステムの円筒部のFPC挿入部に位置するフレキシブルプリント回路基板の両側面に形成され、他主面に形成されたグラウンド層と前記表面グランド層とを電気的に接続するキャスタレーションを有し、
     前記フレキシブルプリント回路基板は、前記金属ステムの円筒部のFPC挿入部に位置する、他主面に形成されたグラウンド層と前記表面グランド層と前記キャスタレーションが前記金属ステムの円筒部とはんだである封止材により電気的に接続される請求項1又は請求項2記載の光モジュール。
  11.  前記光半導体素子の発光素子は端面出射型の半導体レーザである請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の光モジュール。
  12.  前記光半導体素子は、さらに、前記レンズを透過した光を受光する受光素子を有する請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の光モジュール。
  13.  前記光半導体素子の受光素子は端面受光型のフォトダイオードである請求項12に記載の光モジュール。
  14.  FPC挿入部が形成された円筒部と、この円筒部の一平面から直立された台座を有する金属ステム、
     前記金属ステムの台座を覆い、前記金属ステムの円筒部の一平面の周辺部に開口端面が接して固定され、有底部にレンズが搭載された一端開放の筒状のレンズキャップ、
     前記金属ステムの台座の一平面に搭載されたセラミック基板、
     前記セラミック基板の一主面に搭載され、前記レンズを透過した光を受光する受光素子を有する光半導体素子、
     前記セラミック基板の一主面又は前記金属ステムの台座の一平面に搭載され、前記受光素子からの出力を受ける信号入力端子と、信号出力端子を有する増幅器と、
     一端部が前記金属ステムの円筒部のFPC挿入部を貫通して前記金属ステムの台座の一平面に対向し、他端部が前記金属ステムの外部に位置し、一主面に一端部から他端部まで延在して形成され、一端部にて金属線によって前記増幅器の信号出力端子と電気的に接続された信号配線層を有するフレキシブルプリント回路基板、
     備えた光モジュール。
  15.  前記光半導体素子の受光素子は端面受光型のフォトダイオードであり、前記増幅器はトランスインピーダンスアンプである請求項14に記載の光モジュール。
  16.  前記フレキシブルプリント回路基板は、他主面に一端部から他端部まで延在して形成されたグラウンド層を有し、
     前記フレキシブルプリント回路基板の一端部の一部が前記セラミック基板の一部と重なり、前記フレキシブルプリント回路基板のグラウンド層が前記セラミック基板の一主面に形成されたグラウンド配線層と接して電気的に接続された請求項14又は請求項15に記載の光モジュール。
  17.  前記フレキシブルプリント回路基板は、他主面に一端部から他端部まで延在して形成されたグラウンド層を有し、
     前記フレキシブルプリント回路基板の一端部の他主面が前記台座の一平面に接し、前記フレキシブルプリント回路基板の一端部側の端面が前記セラミック基板の側面と対向して配置された請求項14又は請求項15に記載の光モジュール。
  18.  前記フレキシブルプリント回路基板は、他主面に形成されたグラウンド層と穴あきスルーホールを介して電気的に接続されたクラウンドパッドを有し、
     前記フレキシブルプリント回路基板のクラウンドパッドと前記セラミック基板の一主面に形成されたグラウンド配線層が金属線により電気的に接続された請求項17記載の光モジュール。
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