WO2024176458A1 - 光モジュール - Google Patents

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WO2024176458A1
WO2024176458A1 PCT/JP2023/006834 JP2023006834W WO2024176458A1 WO 2024176458 A1 WO2024176458 A1 WO 2024176458A1 JP 2023006834 W JP2023006834 W JP 2023006834W WO 2024176458 A1 WO2024176458 A1 WO 2024176458A1
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WO
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fpc
signal line
connection pad
optical module
package
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Ceased
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PCT/JP2023/006834
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English (en)
French (fr)
Inventor
常祐 尾崎
義弘 小木曽
伸浩 布谷
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 

Definitions

  • the present invention relates to an optical module used in optical communications. More specifically, it relates to an implementation form of the optical module.
  • each of the components was packaged and mounted on a printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the driver IC and optical modulator chip were each individually packaged, and the packaged IC and chip were mounted on the PCB.
  • the transimpedance amplifier (TIA) and optical receiver chip were each individually packaged and mounted as separate components on the PCB.
  • optical modulators and optical receivers are required to have a wide bandwidth that can handle signal bands of 40GHz or more. To achieve such wide bandwidth, it is necessary to reduce high-frequency loss and miniaturize optical modulators and optical receivers.
  • the driver IC and optical modulator chip are now integrated into one package as an optical module.
  • the TIA and optical receiver chip are now integrated into a single optical module.
  • the signal format for inputting and outputting baseband signals has generally been changed from a single-ended format to a differential format-based design.
  • device development is underway to achieve 800Gbps and 1Tbps (128GBd operation).
  • optical module has been standardized by the Optical Internetworking Forum (OIF) under the name High-Bandwidth Coherent Driver Modulator (HB-CDM) as an optical transmitter in which a driver IC and optical modulator are implemented in an integrated package.
  • Non-patent document 1 specifies the physical configuration and interface specifications of various types of modules.
  • a TIA and optical receiver are also implemented in an integrated package, and is also called an ICR (Intradyne Coherent Receiver).
  • Optical modules used in digital coherent communication systems generally use surface mount (SMT) type packages, which offer excellent mounting properties.
  • SMT surface mount
  • VIA via
  • a via structure is required to pass high-frequency electrical signals inside the ceramic package of the optical module.
  • VIA via
  • the lead pin shape of an SMT type package causes electromagnetic field mode mismatch and impedance mismatch at the connection between the lead pin and the ceramic package.
  • Non-Patent Document 1 Non-Patent Document 2
  • FPCs flexible printed circuits
  • the present invention provides a novel implementation form for optical modules.
  • One aspect of the present invention is an optical module comprising a flexible printed circuit (FPC) having multiple pairs of differential signal lines, a connection pad at both ends of each signal line, and a package having a connection pad solder-joined to the connection pad at one end of the signal lines and having optical and electrical elements mounted therein, the FPC being formed from a base material having a thickness of 100 ⁇ m or less and at least two or more metal layers including a layer including the signal lines and a ground layer (GND layer), the gap between the connection pad and the adjacent GND surface in the direction along the signal lines is 200 ⁇ m or less, the width of the connection pad of the package is narrower than the width of the connection pad of the FPC, and the GND layer is electrically connected to the GND surface of the layer including the signal lines by embedded vias or through-holes at intervals of 1/4 or less of the wavelength in the transmission path of the electrical signal.
  • FPC flexible printed circuit
  • the present invention provides an FPC with low RF loss and a joint configuration between the FPC and the package, improving the high frequency characteristics of the optical module and achieving a wider bandwidth.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration and mounting form of an optical module according to the present disclosure.
  • 11A and 11B are cross-sectional views showing another configuration and mounting form of the optical module of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional shape of an FPC including a solder resist.
  • 1A and 1B are diagrams showing the configuration of the upper and lower surfaces of an FPC of an optical module according to the present disclosure.
  • 1A and 1B are diagrams showing the configuration of the upper and lower surfaces of an FPC including a solder resist.
  • 1 is a diagram showing a configuration in which an optical module according to the present disclosure is mounted on a PCB.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an impedance adjusting groove provided on the signal line surface side of an FPC.
  • the optical module disclosed herein provides a novel configuration with improved connection strength and impedance matching.
  • the term "package” refers to a base structure on which optical and electrical components in an optical module are mounted, which fixes and holds external interface components such as optical connectors and electrical connectors, and defines the external shape of the optical module.
  • This disclosure relates to the mounting structure of a "package" of an optical module, including an FPC.
  • the package refers to the structure of the main body of an optical module, but it should be noted that optical modules having a specified optical signal processing function, such as the above-mentioned HB-CDM and HB-ICR, are sometimes conventionally called packages.
  • the package has an interface structure that inputs or outputs high-frequency electrical signals inside and outside the optical module, and the optical module is a package to which an FPC is fixed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration and mounting form of the optical module of the present disclosure.
  • FIG. 1(a) shows a schematic configuration of the optical module 100 of the present disclosure in a side cross-sectional view (x-z plane), and may be an HB-CDM optical module as an example.
  • the optical module 100 includes a package 20 in which optical components and electrical components are mounted, and an FPC 10-1.
  • FIG. 1(a) shows the optical module 100 in a state in which the FPC 10-1 is mounted on the package 20.
  • the optical module also includes an optical fiber interface mechanism for inputting and outputting optical signals, but the optical module 100 of the present disclosure has a characteristic configuration in the connection part of the electrical signal, which is omitted in FIG. 1.
  • FIG. 1(a) shows a schematic configuration of the optical module 100 of the present disclosure in a side cross-sectional view (x-z plane), and may be an HB-CDM optical module as an example.
  • the optical module 100 includes a package 20 in
  • FIG. 1(b) shows a side view of the optical module 100 of FIG. 1(a) mounted on a PCB 30 after being inverted 180° about the z axis on the drawing. Details of this mounting form will be described later. Please note that in each diagram in Figure 1, the relative sizes and shapes of the package 20 and FPC 10-1 are not depicted precisely, but are depicted diagrammatically.
  • the optical module 100 shown in FIG. 1 is not limited to HB-CDM, but may be an HB-ICR or other optical module that inputs or outputs high-frequency electrical signals between the outside of the optical module and the outside via FPC 10-1.
  • a driver IC In the case of HB-CDM, a driver IC, an optical modulator chip, a Peltier element, optical components, etc. are mounted inside the package 20.
  • the Peltier element is required in the case of an InP modulator that requires a temperature adjustment mechanism. If the optical modulator element in the package is an LN modulator or a Si photonics modulator, the Peltier element is not required.
  • the package 20 of the optical module 100 may be made of, for example, metal and ceramic.
  • the package may be made of a material other than metal and ceramic.
  • the Peltier element is generally located on the side of the package farther from the PCB 30 in FIG. 1B (the upper side of FIG. 1B), and is configured to dissipate heat from the top. It is possible to mount the Peltier element on the side closer to the PCB 30 and use a bottom-side heat dissipation configuration, but this is not a desirable configuration from the standpoint of compatibility with other components and ease of heat dissipation.
  • the FPC 10-1 shown in FIG. 1(a) shows a cross section taken along the signal line of the FPC. Because it is not possible to show the structure of the FPC on an actual scale, the FPC 10-1 is shown significantly enlarged in the thickness direction.
  • the FPC 10-1 is composed of a base material 11 with a thickness of 100 ⁇ m or less, and a signal line 12a and a ground (GND) layer 12b made of metal formed on the top and bottom surfaces of the base material 11.
  • GND ground
  • the solder resist is omitted in FIG. 1.
  • the detailed structure of the top and bottom surfaces of the FPC will be described later with reference to FIG. 4 and FIG. 5.
  • the FPC will be described as having two metal layers, including a layer containing the signal line 12a and a GND layer 12b, above and below the base material 11, but it may also have three or more metal layers.
  • the width of the signal line 12a can be secured, and high frequency propagation loss can be reduced.
  • the thickness of the base material 11 is 100 ⁇ m and 50 ⁇ m, although this depends on the characteristics of the base material 11, a signal line width of several tens of ⁇ m can be secured, so 100 ⁇ m is more suitable for broadband.
  • FPC 10-1 is mounted on PCB 30 not in a flat state, but in a state curved to a certain degree.
  • a thin base material with a thickness of about 50 ⁇ m is desirable.
  • the thickness of base material 11 must be determined while considering whether to prioritize high-frequency transmission characteristics or bendability.
  • a thickness of about 50 ⁇ m is desirable for base material 11, considering both bendability and high-frequency characteristics.
  • the FPC 10-1 appears to be preformed into the shape shown in FIG. 1(a), it does not necessarily have to be formed in the state of the optical module connected to the package 20.
  • the FPC 10-1 may be in an unformed flat state until mounting on the package 20 is complete, and then post-formed after mounting on the package 20. Next, a method for mounting the FPC 10-1 on the package 20 will be described.
  • the FPC 10-1 is solder mounted onto an electrode pad for connection on, for example, a terrace-shaped portion of the package. Although it is possible to connect using a conductive adhesive other than solder, the wiring electrodes of the FPC are very fine patterns, and the risk of short circuits must be taken into consideration. In the optical module disclosed herein, connection using solder is optimal, as it can be protected with resist and is limited to spreading onto the metal surface.
  • PADs include a connection PAD used to connect to another opposing PAD by soldering, and a heating PAD used for heating.
  • a hot bar (not shown) or the like is used from above the terrace to heat and pressurize the heating PAD 13a at the top of the FPC drawing, and solder mounting is performed with the connection PAD 21 of the package 20.
  • the thickness of the solder 22 between PAD 13b and PAD 21 is as thin as possible from the viewpoint of impedance matching.
  • the thickness of the solder 22 needs to be 50 ⁇ m or less. If the solder 22 between the PADs is made thicker than this, the connection part including the solder 22 will have a low impedance, leading to deterioration of the high-frequency transmission characteristics. On the other hand, generally speaking, when considering the strength and long-term reliability of the solder connection, it is not desirable to give excessive priority to high-frequency characteristics and simply thin the solder 22 to 10 ⁇ m or less. Furthermore, if the FPC 10-1 and the package 20 are fixed only by solder connection, there is a risk that the solder layer will crack if an unexpected force is applied when bending and straightening the FPC, such as when mounting the package on the PCB.
  • the optical module 100 adopts a configuration in which the connection between the package and the FPC is reinforced with adhesive 17 so that the solder thickness can be further reduced to 50 ⁇ m or less while ensuring the connection strength of the FPC 10-1, taking into consideration both impedance matching and connection strength.
  • the adhesive 17 is applied between the end of the surface on the GND layer 12b side of the FPC 10-1 and the side surface adjacent to the terrace of the package 20. Since the adhesive 17 is a dielectric, it has a certain dielectric constant and dielectric tangent. If the adhesive 17 is applied to the surface side of the signal line 12a of the FPC 10-1, it will change the characteristic impedance of the signal line 12a and deteriorate the high-frequency transmission characteristics.
  • the impact on the high-frequency transmission characteristics is suppressed by using an adhesive to fix the GND surface side of the FPC 10-1 and the side surface of the package 20.
  • the impact of the adhesive is minimized by using a resin with a low dielectric constant for the adhesive 17 and limiting the application location.
  • a metal signal line 12a is formed on the top surface of the base material 11 of the FPC, and a GND layer 12b for the signal line 12a is formed on the bottom surface of the base material 11. If the signal line and GND layer are configured upside down, the adhesive 17 will adhere directly to the signal line side, which may degrade the high-frequency transmission characteristics as described above. Also, in a configuration in which adhesive is used to fix the periphery of the connection between the FPC and the package, such as on the heating pad 13a or in the gap between the connection and the side of the package, rather than at the location of adhesive 17 shown in FIG. 1(a), the impedance will be further reduced by the adhesive.
  • FIG. 1 shows a configuration in which the optical module 100 of (a) of FIG. 1 is mounted on a PCB 30.
  • the signal line 12a may approach the metal pattern, which may degrade the high-frequency transmission characteristics.
  • the electrical signal propagating through the signal line 12a is also affected by the dielectric constant of the PCB material, which also changes the characteristic impedance.
  • the optical module of the present disclosure may have a different configuration.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing another configuration and mounting form of the optical module of the present disclosure.
  • FIG. 2(a) shows a schematic configuration of the optical module 101 of the present disclosure in a side cross-sectional view, which may be an HB-CDM optical module as an example.
  • FIG. 2(a) shows the state after the FPC 10-2 is mounted on the package 20.
  • FIG. 2(b) shows a side view of the optical module 101 of FIG. 2(a) in a state where it is inverted upside down on the drawing and mounted on the PCB 30.
  • the difference from the optical module 100 of FIG. 1 is that the component surfaces of the signal line 12a and the GND layer 12b of the FPC 10-2 are upside down compared to the FPC 10-1 of FIG. 1.
  • the signal line 12a is on the lower surface side of the base material 11
  • the GND layer 12b is on the upper surface side of the base material 11.
  • the signal line 12a of the FPC is located on the opposite side of the PCB 30, so there is no degradation of the high-frequency characteristics due to the proximity of the metal pattern of the PCB 30 and the FPC.
  • the dielectric constant of the adhesive at 1 kHz must be 7.0 or less and the dielectric dissipation factor must be 0.15 or less in order to suppress the influence of the adhesive's dielectric.
  • the smaller the values of the dielectric constant and dielectric dissipation factor of the adhesive the more desirable it is.
  • the allowable size of adhesive applied to the signal line 12a is 800 ⁇ m or less in the signal transmission direction (x direction) along the signal line 12a.
  • This allowable length in the signal transmission direction is the same as the maximum length of the connection PAD 13a on the signal line 12a side, which will be described later, and is 1/4 or less of the wavelength within the transmission line of the electrical signal propagating through the signal line.
  • the wavelength within the transmission line is a wavelength that takes into account the effective dielectric constant of each material in the transmission line, etc.
  • the length of the adhesive 17 in the direction along the signal line is shortened to about 100 ⁇ m, sufficient adhesive strength cannot be ensured, so a length of at least 300 ⁇ m is necessary.
  • an adhesive length of 300 ⁇ m or more is also required in the height direction (z direction) along the side of the package 20 to which the adhesive 17 is applied.
  • the application of the adhesive may change the high-frequency characteristics of the signal line 12a. In order to ensure connection strength and achieve a wide bandwidth for the optical module, it is desirable to meet the size of the adhesive applied to the connection portion described above.
  • the adhesive 17 be fixed at a curing temperature of at least 85°C or less. This is because the FPC is mounted in the package 20 with elements and the like mounted inside, and excessively high heating may damage the internal elements and the like. 85°C is within the range generally required as an operating temperature for optical communication modules, so there is no risk of destroying the optical module. If the curing temperature is set to 85°C or higher, there is a possibility that it may have an adverse effect on the internal elements, fiber, optical connectors, and the like. However, this adverse effect can occur because it is difficult to locally heat and fix only the adhesive part, and it is assumed that the adhesive part will be heated all at once in an oven or the like. If the adhesive 17 can be fixed by local heating, it is possible to set the temperature at 85°C or higher.
  • the PAD 13a of the signal line 12a and the PAD 13b of the GND layer are thermally connected to the upper and lower metals by the embedded vias or through-holes 15.
  • the metals of the PADs on the upper and lower surfaces are integrated by the vias or through-holes 15, so that the heat from the metal of the heating PAD 13a on the upper surface with a hot bar can also supply heat to the solder on the connection surface side of the connection PAD 13b on the lower surface.
  • embedded vias or through-holes are required along the propagation direction of the electrical signal.
  • the embedded vias or through-holes for conducting between the GNDs on both sides must be arranged in at least one row along the transmission line at a pitch of 1/4 or less of the wavelength in the transmission line of the electrical signal propagating through the signal line.
  • the vias or through-holes are omitted in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the upper and lower surfaces of the FPC of the optical module of the present disclosure.
  • FIG. 4(a) is the same as the side cross-sectional view (x-z plane) of the optical module 100 of FIG. 1(b), and only the coordinate axes are newly shown.
  • FIG. 4(b) is a diagram showing the upper surface (x-y plane) of the FPC 10-1 in FIG. 4(a), showing the pattern on the GDN surface side of the FPC 10-1.
  • FIG. 4(c) is a diagram showing the lower surface (x-y plane) of the FPC 10-1 in FIG. 4(a), showing the pattern on the signal line side of the FPC 10-1.
  • the solder resist is omitted as in FIG.
  • FIG. 4(c) shows two pairs of signal lines 46-1, 46-2 in a differential signal format, and the two pairs can be, for example, the I channel and Q channel of one polarization.
  • One pair of signal lines may be an I+ signal line 41-1 and an I- signal line 41-2 in the I channel of one polarization.
  • the GND surface 42 in FIG. 4(b) is connected on both sides by multiple embedded vias or through-holes 44 in the direction along the signal line.
  • the GND layer of the GND surface is electrically connected to the GND surface 43 of the layer containing the signal line by embedded vias or through-holes spaced at intervals of 1/4 or less of the wavelength within the transmission path of the electrical signal propagating through the signal line.
  • Figs. 1 and 4 only one heating via or through hole 15 is shown for PADs 13b and 13a of FPC 10-1, but the number can be increased to two or three in the x-axis direction depending on the PAD size and the amount of heat required for solder connection.
  • half through holes are provided at the longitudinal ends of the FPC to strengthen the connection strength. Since the heating of the solder is performed by the above-mentioned heating via or through hole 15, the half through holes in PADs 13a and 13b can be omitted to suppress low impedance.
  • connection pads refers to PAD 13b, which is soldered to PAD 21 of package 20, and PAD 14a, which is soldered to PAD 31 of PCB 30.
  • a rectangular pad overlaps with a circular land containing a via or through hole, and the diameter of the land extends beyond the rectangular area.
  • the size of the connection pads described below refers to the size of the rectangular area, and it should be noted that the circular land portion outside the rectangular area is not included in the "connection pads.” As will be described later with reference to Figure 5, the circular land portion outside the rectangular area will be covered with solder resist.
  • the length of the connection PADs 13b and 14a of the FPC 10-1 in the signal propagation direction (x-axis direction), which is the longitudinal direction, and the width in the short direction (y-axis direction) are both as small as possible.
  • the width of the connection PAD (y-axis direction) taking into consideration the positional deviation tolerance of the FPC and the package, etc., the width of the PAD is preferably in the range of 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. A width of 200 ⁇ m is a size that can be manufactured with sufficient stability, even considering the tolerance during mounting.
  • the width of the PADs 13b and 14a is narrowed to 50 ⁇ m or less, taking into consideration the positional deviation tolerance during mounting of the FPC, the PAD 21 of the package and the connection PAD 13b of the FPC may be misaligned and may not be electrically connected, resulting in a decrease in manufacturing yield.
  • the length of the connection pad of the FPC 10-1 if one or more vias or through holes 15 with a diameter of about 100 to 150 ⁇ m are placed in the pad for heating during solder connection, the length of the pad must be at least 200 ⁇ m.
  • the length of the pad referred to here is the length in the x-axis direction of a rectangular area starting from the end of the FPC.
  • the length of the connection pad is 800 ⁇ m or more, the capacitance added in parallel to the signal line due to the pad increases, resulting in low impedance. Therefore, from the viewpoint of widening the bandwidth of the optical module, it is desirable to set the length of the connection pad to 800 ⁇ m or less.
  • connection between the FPC and the package is only by solder connection, it is not acceptable to reduce the length or width of the connection pad because it leads to a decrease in connection strength.
  • connection strength can be guaranteed by fixing with the adhesive 17. It is possible to reduce the size of the connection pad that connects the package and the FPC and achieve widening the bandwidth.
  • buried vias are more desirable in terms of impedance matching.
  • the inside is already filled with metal, so the solder 17 between PAD 13b and PAD 21 of the package does not spill over onto PAD 13a on the top surface.
  • the solder on PAD 21 of the package flows to fill the through-hole, and the solder spills over onto PAD 13a on the heated surface side.
  • the thickness of PAD 13a increases equivalently, resulting in a low impedance signal line.
  • the size of the through-hole or via 15 formed in the PAD must take into consideration the connection process between the FPC and the package.
  • solder When a through-hole is formed in the PAD, solder must flow inside the through-hole, so it is desirable for the diameter to be 100 ⁇ m or more. Also, taking into consideration that capacitive impedance is added to the signal line, it is important to keep the diameter to 150 ⁇ m or less.
  • capacitive impedance is added to the signal line, it is important to keep the diameter to 150 ⁇ m or less.
  • an embedded via is formed in the PAD, there is no need to consider the flow of solder, so it is possible to reduce the size to a diameter of 150 ⁇ m or less.
  • the optical module 100 in which the FPC 10-1 having the above-mentioned configuration is mounted on the package 20 is flipped 180 degrees upside down and the FPC is mounted on the PCB 30.
  • the connection PAD 14a of the FPC 10-1 of the inverted optical module 100 is soldered to PAD 31 of the PCB.
  • the connection between the two PADs 14a and 31 is achieved by heating and pressurizing the heating PAD 14b of the FPC 10-1 and using solder 32 via the through-hole or via 16.
  • the configuration of the PADs 14a and 14b of the FPC that connect to the PAD 31 of the PCB 30 is the same as the PADs 13a and 13b that connect to the PAD 21 of the package 20 described above.
  • the ceramic packaging material has a higher dielectric constant than the base material of the FPC, so there is a risk that additional capacitive impedance will be added when the FPC is connected to the package.
  • the width of the PAD21 on the package side narrower than that on the FPC side. In this case, taking into account positional misalignment accuracy, etc., it is acceptable to set the width of the FPC connection pad13b wider than the PAD on the package side rather than making it the same width as the PAD21 on the package side to ensure mountability.
  • the length of the connection pad in the direction along the signal line if the lengths of PAD21 of the package and PAD13a of the FPC are different, the non-overlapping portion of the longer PAD may become an open stub, which may lead to degradation of high-frequency transmission characteristics. Also, if the length of the connection pad is excessively long, there is a risk that capacitive impedance will be added to the signal line, resulting in a low impedance transmission line. For this reason, it is desirable for the lengths of PAD21 of the package and PAD13b of the FPC to be as similar as possible.
  • the heating pad 13a is used for the purpose of applying heat and does not affect the mountability of the FPC 10-1, so making it narrower than the connection pad is effective in terms of reducing capacitance.
  • Figure 3 shows the cross-sectional shape of an FPC including solder resist. It shows a configuration including the coverlay of Figure 3(b), which is the same as FPC 10-1 shown in Figure 1.
  • a dielectric such as a coverlay
  • the solder resist is omitted in Figure 1 for simplification, the solder resists 18a and 18b shown in Figure 3(a) are essential to reduce the risk of short circuits during solder mounting.
  • solder resists 18a and 18b In order to reduce the risk of solder short circuits, a configuration in which the entire surface of the signal lines and GND are covered with resist can be considered, but from the perspective of high-frequency loss, it is preferable to form the solder resists 18a and 18b in a narrower area.
  • FIG. 3 shows the cross-sectional configuration of FPC 10-1 including a coverlay.
  • coverlays 17a and 17b By providing coverlays 17a and 17b, the signal line 12a is not exposed, so the signal line is protected and the risk of disconnection can be reduced.
  • the signal line 12a is covered by coverlay 17a, which is a dielectric different from the base material 11, not air, as in (b) of FIG. 3.
  • coverlay 17a which is a dielectric different from the base material 11, not air
  • solder resists 18a and 18b When using a coverlay, it is desirable to place solder resists 18a and 18b so as to protect the gap between coverlay 17b and metal GND layer 12b and cover the ends of the coverlay. This makes it possible to prevent solder from flowing into the interface between the coverlay and the metal, and to prevent the adhesive layer that bonds the coverlay to the FPC surface from melting due to heat.
  • gaps 47 in the GND area 42 on the GND surface of each channel. Vias or through holes 42 are densely arranged in the GND area 42. If the gaps 47 are not formed, when a thick base material is used and an FPC with a large number of signal lines and a wide width is produced, problems such as the FPC 10-1 being hard and difficult to bend may occur. By providing multiple gaps 47 along and beside the pairs of signal lines, it is possible to improve the flexibility of the FPC. It is desirable for the gaps 47 to be at least 1/3 of the total length of the FPC 10-1 in the longitudinal direction (x direction). It is also desirable for the gaps 47 to have a width of at least 100 ⁇ m in the width direction (y direction) of the FPC 10-1, taking into account processing accuracy.
  • a gap 49 is required between the connecting PAD 13b and the adjacent GND region 42 (x-axis direction) for electrical isolation.
  • the gap 49 is viewed from the side of the signal lines 41-1 and 41-2 in FIG. 4C, which are located behind the gap 49, there is a portion where there is no GND on the underside. Since the GND disappears in the middle of the high-frequency signal line, a discontinuity in the characteristic impedance occurs, which causes deterioration of the high-frequency transmission characteristics.
  • the gap 49 between the connecting PAD 13b and the GND region 42 needs to be 200 ⁇ m or less in order to achieve a frequency band of about 100 GHz, for example.
  • the higher the operating frequency the greater the effect of impedance mismatch caused by the gap 49, so it needs to be narrower.
  • the gap between the above-mentioned PAD and GND should be 50 ⁇ m or more. If the connection pad 13b and the GND region 42 are too close, there is a risk of a short circuit during solder mounting due to resist tolerances, etc. Therefore, it is preferable that the gap 49 between the connection pad 13b and the GND region 42 be in the range of 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • a half through hole 45 is formed at the end of the FPC 10-1 that contacts the pad.
  • the half through hole 45 allows a solder fillet to be formed well when connecting to the package, and increases the solder strength.
  • the connection strength of the adhesive can be sufficiently ensured, it is possible to omit the half through hole 45.
  • the heating pads 13a and 14b have a narrower pad width of the rectangular portion than the connection pads 13b and 14b, as shown in (b) and (c) of FIG. 4.
  • the heating pads 13a and 14b are used for heating, and may be as narrow as possible for heating, and there is no problem even if the pad width is zero (only circular lands, no rectangular area).
  • the optical module disclosed herein is an optical module 100 including a flexible printed circuit (FPC) 100-1 having multiple pairs of differential signal lines, connection pads on both ends of each signal line 12a, and a package 20 having a connection pad 21 solder-joined to the connection pad 13b at one end of the signal line, and having optical elements and electrical elements mounted therein, and the FPC includes a base material 11 having a thickness of 100 ⁇ m or less, a layer including the signal lines 12a, and a ground layer (GND layer) 12b.
  • FPC flexible printed circuit
  • the optical module is formed from at least two or more metal layers, including the signal line, the gap 49 between the connection PAD 13b and the adjacent GND surface 42 in the direction along the signal line is 200 ⁇ m or less, the width of the connection PAD 21 of the package is narrower than the width of the connection PAD 13b of the FPC, and the GND layer is electrically connected to the GND surface of the layer including the signal line by embedded vias or through-holes 44 at intervals of 1/4 or less of the wavelength in the transmission path of the electrical signal.
  • FIG. 5 shows the top and bottom surfaces of the FPC, including the solder resist.
  • (a), (b), and (c) of FIG. 5 correspond to (a), (b), and (c) of FIG. 4, respectively.
  • (b) of FIG. 5 shows solder resist 18a on the top side (GND side)
  • (b) of FIG. 5 shows solder resist 18b on the bottom side (signal line side). It is effective to place solder resists 18a and 18b between signal lines or between signal lines and GND to prevent solder shorts, but solder resist is not essential in the optical module disclosed herein.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional configuration of the optical module of the present disclosure mounted on a PCB.
  • the optical module 100 shown in FIG. 1, to which the FPC 10-1 is connected, is mounted on a PCB 30.
  • the signal line 12a faces the PCB side. Therefore, if the GND surface 33 on the PCB 30 side and the signal line 12a of the FPC 10-1 are brought too close to each other, it may cause a short circuit or cause deterioration of high frequency characteristics.
  • the distance between the signal line 12a of the FPC 10-1 and the GND surface 33 of the PCB 30 must be greater than the thickness of the base material 11 of the FPC. If they are closer than the thickness of the base material, the GND surface of the PCB will be closer than the GND layer 12b on the back side of the signal line 12a of the FPC, which will affect the characteristic impedance.
  • the FPC 10-1 also comes close to the PCB 30 near the connection between the PAD 14a of the FPC 10-1 and the PAD 31 of the PCB. For this reason, as shown in FIG. 6, it is necessary to remove the GND surface in the part of the PCB 30 directly below the FPC 10-1. It is effective to remove the GND on the PCB 30 by at least 500 ⁇ m in the direction along the signal lines of the FPC 10-1. It is most desirable that there be no PCB GND at all below the FPC 10-1. In the mounting configuration of FIG. 6, the signal lines of the FPC are installed on the PCB surface side, and there are no signal lines on the top surface of the FPC, which is completely open to air, so it is less susceptible to the effects of radiation fields flying through space and crosstalk between channels.
  • Figure 7 is a cross-sectional view showing an impedance adjustment groove provided on the surface of the signal line of an FPC.
  • Figure 7 shows a groove on the FPC side as an example, and shows a schematic cross section (y-z surface in Figure 4) of a pair of signal lines 41-1 and 41-2 in a differential signal format in the top view of FPC 10-1 shown in Figure 4(c).
  • the base material 11 is engraved to form, for example, a groove 48-2 between the PAD of a signal line and the PAD between another adjacent signal line, and grooves 48-1 and 48-3 between the GND surface 43 and the PAD of the signal line.
  • a groove 48-2 between the PAD of a signal line and the PAD between another adjacent signal line
  • grooves 48-1 and 48-3 between the GND surface 43 and the PAD of the signal line.
  • a pair of differential signal lines where the signal line is indicated as S and the ground as G, is configured as GSSG as shown in FIG. 6.
  • a GND region may be further provided between the two signal lines in FIG. 6, so that it is configured as GSGSG.
  • the low RF loss FPC of the optical module disclosed herein and the joint configuration between the FPC and the package improve the high frequency characteristics of the optical module and achieve a wider bandwidth.
  • This invention can be used in optical communications.

Landscapes

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Abstract

低ＲＦ損失なＦＰＣおよびＦＰＣとパッケージとの接合部構成を含み、高周波特性を改善、広帯域化を実現する光モジュールが開示される。光モジュールは、差動形式の信号線の複数の対と、各々の信号線の両端に接続用ＰＡＤを有するフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）と、前記信号線の一端の前記接続用ＰＡＤとはんだ接合される接続用ＰＡＤを有し、光素子および電気素子が内部に搭載されたパッケージとを備える。前記ＦＰＣは、厚さが１００μｍ以下のベース材および信号線を含む層とグランド層を含む少なくとも２層以上の金属層から形成されており、前記信号線に沿った方向における、前記接続用ＰＡＤと隣接するＧＮＤ面との間のギャップは、２００μｍ以下の範囲にある。

Description

光モジュール
　本発明は、光通信において利用される光モジュールに関する。より詳細には、光モジュールの実装形態に関する。
　増大する通信トラフィック需要に対応するために、高度な光変調方式に対応した高速な光変調器および光受信器が求められている。コヒーレント通信方式とデジタル信号処理技術を組み合わせたデジタルコヒーレント光伝送が光ファイバ通信システムに導入されている。当初の１波長当たり１００Ｇｂｐｓ（３２ＧＢｄ動作）の基幹網伝送技術の確立から始まり、現在ではより高速化された１波長当たり４００～６００Ｇｂｐｓ（６４ＧＢｄ動作）の光送受信装置が実用化されている。
　初期の１００Ｇデジタルコヒーレント通信システムにおける光変調器および光受信器では、構成部品の各々がパッケージ化されており、プリント基板(ＰＣＢ：Printed Circuit Board)上にこれらの部品が実装されていた。例えば、光変調器の場合ではドライバＩＣおよび光変調器チップが、それぞれ個別にパッケージ化され、パッケージ化されたＩＣやチップがＰＣＢ上に実装されていた。光受信器の場合は、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：TransImpedance Amplifier）および光受光チップが、それぞれ個別にパッケージ化され、ＰＣＢ上に別々の部品として実装されていた。
　高速化がより進んだ４００Ｇを超えるデジタルコヒーレント通信システムでは、光変調器および光受信器は、４０ＧＨｚ以上の信号帯域を扱えるような広帯域化が求められる。このような広帯域化に対しては、光変調器および光受信器における高周波損失の低減および小型化が必要である。光変調器の場合はドライバＩＣと光変調器チップが、光モジュールとして、１つのパッケージに一体のものとして実装されるようになった。光受信器の場合も、ＴＩＡと光受光チップが単一の光モジュールとして、一体に実装されるようになった。またベースバンド信号を入出力する信号形式についても、高速化、小型化および低電力化の実現手段の１つとして、シングルエンド形式から差動形式をベースとした設計が一般化した。現在では、８００Ｇｂｐｓや１Ｔｂｐｓ（１２８ＧＢｄ動作）の実現に向けたデバイス開発が進められている。
　上述の光モジュールは、ドライバＩＣおよび光変調器が一体パッケージに実装された光送信器として、高帯域幅コヒーレントドライバ変調器High-Bandwidth Coherent Driver Modulator（ＨＢ－ＣＤＭ)の名称でＯＩＦ（The Optical Internetworking Forum）で標準化されている。非特許文献１では、様々なタイプのモジュールとして、その物理的構成およびインタフェース仕様等が規定されている。光送受信装置の受信側でも、ＴＩＡおよび光受光器が一体パッケージに実装され、ＩＣＲ（Intradyne Coherent Receiver）とも呼ばれている。
　デジタルコヒーレント通信システムで使用される光モジュールでは、一般に実装性に優れた表面実装（ＳＭＴ）型のパッケージが用いられていた。ＳＭＴ型パッケージを用いた光モジュールを、光送受信装置のＰＣＢに搭載する場合、光モジュールのセラミックパッケージ内部に高周波電気信号を通すためのビア（ＶＩＡ）構造が必須となる。ＶＩＡ構造では高周波特性の劣化等が避けられず、さらなる広帯域化には不向きな実装構造であると考えられている。またＳＭＴ型パッケージのリードピン形状は、リードピンとセラミックパッケージの接続部において、電磁界モードの不整合やインピーダンス不整合が生じる。パッケージの構造に起因して、電気信号の高周波伝送特性に劣化が生じる問題もあった。
　そこで、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）を用いた新たなパッケージ構成が標準化されている（非特許文献１、非特許文献２）。光モジュールを、ＦＰＣを用いたパッケージ構成にした場合でも、高速化のためには、パッケージとＦＰＣの間の接続部分の構成や、ＦＰＣ自体の損失の低減が非常に重要となる。
ＯＩＦ, Implementation Agreement for the High Bandwidth Coherent Driver Modulator (HB-CDM), ［online］, July 15,2021, ［令和 ５年１月２０日検索］，インターネット＜URL: https://www.oiforum.com/wp-content/uploads/OIF-HB-CDM-02.0.pdf＞ J. Ozaki et al., "Coherent Driver Modulator With Flexible Printed Circuit RF Interface for 128-Gbaud Operations" IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 34, NO. 23, 1 DECEMBER 2022
　ＦＰＣ型パッケージで構成される光モジュールにおいても、超高速動作が可能な光変調器や光受信器を実現するため、ＦＰＣ自体の低損失化およびパッケージと安定的に高周波接続可能なＦＰＣ構造が求められている。光モジュールにおいて、接続強度およびインピーダンス整合を改善した、ＦＰＣおよびパッケージとの接続構造のニーズがある。
　本発明は、光モジュールにおける新規な実装形態を提供する。
　本発明の１つの態様は、差動形式の信号線の複数の対と、各々の信号線の両端に接続用ＰＡＤを有するフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）と、前記信号線の一端の前記接続用ＰＡＤとはんだ接合される接続用ＰＡＤを有し、光素子および電気素子が内部に搭載されたパッケージとを備えた光モジュールであって、前記ＦＰＣは、厚さが１００μｍ以下のベース材および信号線を含む層とグランド層（ＧＮＤ層）を含む少なくとも２層以上の金属層から形成されており、前記信号線に沿った方向における、前記接続用ＰＡＤと隣接するＧＮＤ面との間のギャップは２００μｍ以下であり、前記パッケージの前記接続用ＰＡＤの幅が、前記ＦＰＣの前記接続用ＰＡＤの幅よりも狭く、前記ＧＮＤ層は、前記信号線を含む層のＧＮＤ面と、電気信号の伝送路内波長の１／４以下の間隔で埋め込みビアまたは貫通スルーホールにて導通されていることを特徴とする光モジュールである。
　本発明により、低ＲＦ損失なＦＰＣおよびＦＰＣとパッケージとの接合部構成を提供し、光モジュールの高周波特性を改善、広帯域化を実現する。
本開示の光モジュールの構成および実装形態を示す断面図である。 本開示の光モジュールの別の構成および実装形態を示す断面図である。 ソルダーレジストを含むＦＰＣの単独の断面形状を示す図である。 本開示の光モジュールのＦＰＣの上面および下面の構成を示す図である。 ソルダーレジストを含めたＦＰＣの上面および下面の構成を示す図である。 本開示の光モジュールをＰＣＢ上に実装した状態の構成を示す図である。 ＦＰＣの信号線の面側に設けたインピーダンス調整用の溝の構成図である。
　本開示の光モジュールは、接続強度およびインピーダンス整合を改善した新規な構成を提供する。以降の説明においては、用語「パッケージ」は、光モジュールにおける光部品および電気部品が搭載され、光コネクタや電気コネクタなどの外部とのインタフェース部品を固定し保持して、光モジュールの外形を画するベース構造物を言う。本開示は、光モジュールの、ＦＰＣを含む「パッケージ」の実装構造に関するものである。パッケージは光モジュールの本体の構造物を言うが、上述のＨＢ－ＣＤＭやＨＢ－ＩＣＲなどの所定の光信号処理の機能を有する光モジュールを、慣習的にパッケージと呼ぶ場合もあることに留意されたい。以下の詳細な説明から明らかになるように、パッケージは、光モジュールの内外で、高周波の電気信号を入力または出力するインタフェース構造を持っており、光モジュールは、パッケージにＦＰＣが固定されたものである。
　図１は、本開示の光モジュールの構成および実装形態を示す断面図である。図１の（ａ）は、本開示の光モジュール１００の概略構成を側断面図（ｘ－ｚ面）で示しており、一例としてＨＢ－ＣＤＭの光モジュールであり得る。光モジュール１００は、光部品や電気部品が内部に搭載されたパッケージ２０およびＦＰＣ１０－１を含む。図１の（ａ）は、ＦＰＣ１０－１がパッケージ２０に実装された状態の光モジュール１００を示している。光モジュールは、光信号を入出力する光ファイバインタフェース機構も含んでいるが、本開示の光モジュール１００は電気信号の接続部に特徴的な構成を有しており、図１では省略している。図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の光モジュール１００を、図面上でｚ軸について１８０°反転させて、ＰＣＢ３０上に搭載した状態の側面図を示している。この実装形態の詳細は後述する。図１の各図では、パッケージ２０とＦＰＣ１０－１の相対的なサイズや形状は正確には描かれておらず、模式的に描かれていることに留意されたい。
　図１に示した光モジュール１００は、ＨＢ－ＣＤＭだけに限られず、ＦＰＣ１０－１を介して光モジュールの外部との間で高周波電気信号を入力または出力するＨＢ－ＩＣＲや他の光モジュールであっても良い。ＨＢ－ＣＤＭの場合、パッケージ２０の内部には、ドライバＩＣ、光変調器チップ、ペルチェ素子、光学部材等が実装されている。ペルチェ素子は、温度調整機構が必要なＩｎＰ変調器の場合に必要となる。パッケージ内の光調器素子がＬＮ変調器やＳｉフォトニクス変調器の場合には、ペルチェ素子は不要である。光モジュール１００のパッケージ２０は、例えば、金属およびセラミックから構成されたものとすることができる。金属およびセラミック以外の材料から構成されたパッケージであっても良い。尚、光モジュール１００がＨＢ－ＣＤＭの場合、ペルチェ素子は、図１の（ｂ）においてパッケージ内のＰＣＢ３０より遠い面側（図１の（ｂ）の上側）に位置し、上面放熱構成としていることが一般的である。ペルチェ素子をＰＣＢ３０に近い面側に実装し、下面放熱構成とすることも可能であるが、他の部材との整合性や放熱のしやすさの観点から望ましい構成ではない。
　図１の（ａ）に示したＦＰＣ１０－１は、ＦＰＣの信号線に沿った切った側断面を示している。 実際の縮尺ではＦＰＣの構造を示すことができないため、ＦＰＣ１０－１は厚さ方向を著しく拡大して示されている。ＦＰＣ１０－１は１００μｍ以下の厚さのベース材１１と、その上下面に形成された金属による信号線１２ａおよびグランド（ＧＮＤ）層１２ｂとから構成されている。図１では簡略化のためソルダーレジストを省略して描いている。尚、ＦＰＣの上下面内の詳細な構成については、図４および図５とともに後述する。また、以下ではＦＰＣはベース材１１の上下に、信号線１２ａを含む層とＧＮＤ層１２ｂを含む２層の金属層を持つものとして説明するが、３層以上の金属層を含むものであっても良い。
　高周波特性を考慮すれば、信号線１２ａとＧＮＤ層１２ｂの距離を十分に離したほうが、信号線１２ａの幅を確保できるため、高周波伝搬損失を下げることができる。具体的には、ベース材１１の厚さが１００μｍと５０μｍの場合を比べれば、ベース材１１の特性にも依るが、数１０μｍ程度の広い信号線幅を確保できるため、１００μｍの方がより広帯域化に向いている。
　しかしながら図１の（ｂ）で後述するように、ＦＰＣ１０－１はフラットな状態ではなく、一定程度に湾曲した状態でＰＣＢ３０に実装される。ＦＰＣに求められるこのような曲げ性を考えると、５０μｍ程度の厚さの薄いベース材であることが望ましい。このように高周波伝送特性を優先するか曲げ性を優先するかを考慮しながら、ベース材１１の厚さを決定する必要がある。周波数帯域が１００ＧＨｚ程度までのデジタルコヒーレント通信システムのためのＨＢ－ＣＤＭを考える場合で、曲げ性および高周波特性の両面から考えると、ベース材１１の厚さは５０μｍ程度が望ましい。
　ＦＰＣ１０－１は、図１の（ａ）に図示された形状にプリフォーミングされているようにも見えるが、パッケージ２０と接続された光モジュールの状態で、必ずしもフォーミングされている必要はない。ＦＰＣ１０－１をパッケージ２０に実装完了するまではフォーミングされていないフラットな状態とし、パッケージ２０に実装後にポストフォーミングしても良い。次に、パッケージ２０にＦＰＣ１０－１を実装する方法を説明する。
　ＦＰＣ１０－１は、パッケージの例えばテラス状の部分の接続用の電極パッド上に、はんだ実装される。はんだ以外の導電性の接着剤によって接続することも可能ではあるが、ＦＰＣの配線電極は非常に微細なパターンであり、ショートのリスク等を考慮する必要がある。本開示の光モジュールでは、レジストでの保護が可能であって、金属面上への広がりに制限される、はんだによる接続が最適である。
　以後は簡単のため、はんだによって電気的接続および機構的な固定に利用するための、基板やベース材の面上に形成された金属電極を、ＰＡＤ（パッド）と呼ぶ。以下説明するように、ＰＡＤは、はんだによって対向する別のＰＡＤとの接続に使用される接続用ＰＡＤと、加熱のために使用される加熱用ＰＡＤを含む。図１の（ａ）の矢印で示したように、テラスの上方から図示しないホットバー等を用いて、ＦＰＣの図面上部にある加熱用ＰＡＤ１３ａを加熱および加圧して、パッケージ２０の接続用ＰＡＤ２１とはんだ実装をする。この時のＰＡＤ１３ｂとＰＡＤ２１の間のはんだ２２の厚さは、インピーダンス整合の観点からは、できるだけ薄いほうが望ましい。具体的には、電気信号が差動形式の場合であって１００Ωのとき、はんだ２２の厚さを５０μｍ以下とする必要がある。ＰＡＤ間のはんだ２２をこれ以上厚くすると、はんだ２２を含む接続部が低インピーダンスとなってしまい、高周波伝送特性の劣化につながる。一方、一般的にはんだによる接続部の強度および長期信頼性を考慮すれば、高周波特性を過度に優先して、はんだ２２を単純に１０μｍ以下にまで薄くするのはあまり好ましくない。さらには、ＦＰＣ１０－１とパッケージ２０との間をはんだ接続のみで固定とすると、パッケージをＰＣＢに実装する際等のＦＰＣを曲げ伸ばしする際に予期しない力が掛かる場合、はんだ層にクラックが入ったりするリスクがある。
　光モジュール１００は、インピーダンス整合および接続強度の両方を考慮して、ＦＰＣ１０－１の接続強度を担保しながら、はんだ厚さを５０μｍ以下にさらに薄くできるよう、パッケージとＦＰＣの接続を接着剤１７で補強する構成を採用した。接着剤１７は、ＦＰＣ１０－１のＧＮＤ層１２ｂ側の面上の端部と、パッケージ２０のテラスに隣接する側面との間で塗布するようにした。接着剤１７は誘電体であるため、一定の誘電率および誘電正接を有している。ＦＰＣ１０－１の信号線１２ａの面側に接着剤１７を塗布する構成とすると、信号線１２ａの特性インピーダンスを変化させ、高周波伝送特性を劣化させてしまう。図１の（ａ）に示したように、 ＦＰＣ１０－１のＧＮＤ面側とパッケージ２０の側面を接着剤で固定する構成とすることで、高周波伝送特性への影響を抑えている。合わせて、接着剤１７に誘電率の低い樹脂を利用し、塗布場所を限定することによって、接着剤の影響を極小化している。
　図１の（ａ）において、ＦＰＣのベース材１１の上面に、金属の信号線１２ａが、ベース材１１の下面に、信号線１２ａに対するＧＮＤ層１２ｂが形成されている。信号線およびＧＮＤ層が上下逆の構成の場合は、直接、信号線側に接着剤１７が付着することになってしまい上述の通り高周波伝送特性が劣化してしまうおそれがある。 また、図１の（ａ）に示した接着剤１７の部位ではなく、ＦＰＣとパッケージの接続部の周囲の、例えば加熱用のＰＡＤ１３ａ上や接続部とパッケージ側面の隙間などを接着剤で固定する構成では、接着剤によってさらに低インピーダンス化してしまう。所定の特性インピーダンスを担保するために、はんだ２２の厚さを薄くする等の調整を求められる状況で、接着剤１７による低インピーダンス化は望ましくない。図１の（ａ）の構成では、ＧＮＤ層１２ｂの面を接着剤１７で固定しているため影響は少ないが、パッケージ２０とＦＰＣ１０－１の隙間に接着剤が入り込むリスクがあるので、接着剤１７の誘電率や誘電正接は小さいほど望ましい。
　図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の構成の光モジュール１００を、ＰＣＢ３０の上に実装した構成を示している。この状態で、ＦＰＣ１０－１の下面すなわち信号線１２ａの近傍の、ＰＣＢ３０の上面に金属パターンを有する場合、信号線１２ａが金属パターンに近づくことで、高周波伝送特性が劣化するおそれがある。信号線１２ａを伝搬する電気信号は、ＰＣＢ材料の誘電率の影響も受けるため、特性インピーダンスも変化してしまう。光モジュールを搭載するＰＣＢの構成や実装状態によっては、本開示の光モジュールは別の構成も取り得る。
　図２は、本開示の光モジュールの別の構成および実装形態を示す断面図である。図２の（ａ）は、本開示の光モジュール１０１の概略構成を側断面図で示しており、一例としてＨＢ－ＣＤＭの光モジュールであり得る。図２の（ａ）は、ＦＰＣ１０－２がパッケージ２０に実装された後の状態を示している。図２の（ｂ）は、図２の（ａ）の光モジュール１０１を、図面上で上下反転させて、ＰＣＢ３０上に搭載した状態の側面図を示している。図１の光モジュール１００との相違点は、ＦＰＣ１０－２の信号線１２ａおよびＧＮＤ層１２ｂの構成面が、図１のＦＰＣ１０－１と比べて上下逆となっていることである。すなわち、図２の（ａ）のＦＰＣ１０－２をパッケージ２０のテラスの上面に固定した状態で、信号線１２ａがベース材１１の下面側にあり、ＧＮＤ層１２ｂがベース材１１の上面側にある。光モジュール１０１の構成の場合、図２の（ｂ）に示したＰＣＢ３０に搭載した状態で、ＦＰＣの信号線１２ａはＰＣＢ３０とは反対側に位置するため、ＰＣＢ３０の金属パターンとＦＰＣの近接による高周波特性の劣化は発生しない。
　一方、図２の光モジュール１０１の構成では、パッケージ２０およびＦＰＣ１０－２を接着剤１７で固定する際に、信号線１２ａ側にも接着剤１７が掛かるため、注意が必要である。例えばＨＢ－ＣＤＭの場合で１００ＧＨｚ級の光変調帯域を実現するためには、接着剤の誘電体の影響を抑えるために、１ｋＨｚにおける接着剤の誘電率は７．０以下、誘電正接は０．１５以下である必要がある。当然、接着剤の誘電率、誘電正接の値は小さければ小さいほど望ましい
　また、高周波伝送路である信号線１２ａに接着剤が掛かることが許容できるサイズは、信号線１２ａに沿った信号伝送方向（ｘ方向）に対して、８００μｍ以下である。信号伝送方向で許容できるこの長さは、後述する信号線１２ａ側の接続用ＰＡＤ１３ａの最大長さと同じであり、信号線を伝搬する電気信号の伝送路内波長の１／４以下となっている。尚、伝送路内波長は、伝送路の各材料の実効誘電率等を考慮した波長である。
　一方、接着剤１７の信号線に沿った方向の長さが１００μｍ程度まで短くなれば十分な接着強度を担保できなくなるため、少なくとも３００μｍ以上の長さは必要である。同様に、接着剤１７が塗布されるパッケージ２０の側面に沿った高さ方向（ｚ方向）についても、接着剤と３００μｍ以上の接着長さが必要となる。図２の光モジュール１０１の構成では、上述の接着剤１７のサイズ条件を満たさない場合、接着剤の塗布により、信号線１２ａの高周波特性が変化し得る。接続強度を担保し、かつ光モジュールの広帯域化を実現する上では、上述の接続部に塗布される接着剤のサイズを満たすことが望ましい。
　図１および図２のいずれの光モジュールでも、接着剤１７については、少なくとも８５℃以下の硬化温度で固定されることが望ましい。ＦＰＣが、内部に素子等が搭載された状態のパッケージ２０へ実装されるため、過度に高温での加熱は、内部素子等にダメージを与えてしまう可能性があるためである。８５℃であれば、光通信用モジュールの動作温度として一般的に求められる範囲であるため、光モジュールを破壊してしまうリスクはない。硬化温度を８５℃以上の温度としてしまうと、内部素子やファイバおよび光コネクタ等に悪影響を与える可能性がある。ただし、この悪影響が生じ得るのは、接着剤部分のみを局所的に加熱固定するのは難しく、炉等での一括加熱を前提としているためである。局所加熱で接着剤１７による固定をできる場合には、８５℃以上の温度とすることも可能である。
　再び図１の（ａ）に戻ると、ＦＰＣ１０－１およびパッケージ２０の接続部において、信号線１２ａのＰＡＤ１３ａおよびＧＮＤ層のＰＡＤ１３ｂはそれぞれ、埋め込みビアまた貫通スルーホール１５によって上面金属と下面金属が熱的にも接続されている。ビアまたはスルーホール１５より、上下面のＰＡＤの金属が一体となっているため、上面の加熱用ＰＡＤ１３ａの金属からのホットバーでの加熱により、下面の接続用ＰＡＤ１３ｂの接続面側のはんだにも熱を供給することが可能となる。同様に、ＦＰＣ１０－１の両面のＧＮＤ間を導通するため、電気信号の伝搬方向に沿って、埋め込みビアまたは貫通スルーホールが必要である。両面のＧＮＤ間を導通するための埋め込みビアまたは貫通スルーホールについては、不要な共振等による高周波伝送特性の劣化を抑えるために、信号線を伝搬する電気信号の伝送路内波長の１／４以下のピッチで、伝送線路に沿って少なくとも１列以上配列されている必要がある。図を簡略化するために図１では、ビアまたはスルーホールを省略している。次に、接続用のＰＡＤの形状・サイズおよびＧＮＤ面上のビアまたはスルーホールの詳細について述べる。
　図４は、本開示の光モジュールのＦＰＣの上面および下面の構成を示す図である。図４の（ａ）は、図１の（ｂ）の光モジュール１００の側断面図（ｘ－ｚ面）と同じものであって、座標軸のみを新たに示している。図４の（ｂ）は、図４の（ａ）でＦＰＣ１０－１の上面（ｘ－ｙ面）を見た図であって、ＦＰＣ１０－１のＧＤＮ面側のパターンを示している。図４の（ｃ）は、図４の（ａ）でＦＰＣ１０－１の下面（ｘ－ｙ面）から見た図であって、ＦＰＣ１０－１の信号線側のパターンを示している。図４では、パターン構成を見やすくするために、図１と同様にソルダーレジストを省略して示している。図４の（ｃ）では、差動信号形式の２組の信号線４６－１、４６－２の対を示しており、２組は例えば１つの偏波のＩチャネルおよびＱチャネルであり得る。１組の信号線の対は、１つの偏波のＩチャネルにおけるＩ＋信号線４１－１およびＩ－信号線４１－２であり得る。
　図４の（ｂ）のＧＮＤ面４２は、信号線に沿った方向に複数の埋め込みビアまたは貫通スルーホール４４で、両面が接続されている。すなわちＧＤＮ面のＧＮＤ層は、信号線を含む層のＧＮＤ面４３と、信号線を伝搬する電気信号の伝送路内波長の１／４以下の間隔で埋め込みビアまたは貫通スルーホールにて導通されている。
　図１および図４では、ＦＰＣ１０－１のＰＡＤ１３ｂ、１３ａに対する加熱用のビアまたスルーホール１５を１個のみ示しているが、ＰＡＤサイズやはんだ接続のために必要とされる熱量に応じて、ｘ軸方向に２個、３個と数を増やしても構わない。ただし高周波伝送特性を考えると、信号線の低インピーダンス化を抑制するために、信号線に並列に付加される容量性を増加させるビアやスルーホールの数は少ないほど望ましい。また、図１および図４のＦＰＣでは、接続強度を強固にするために，ＦＰＣの長手方向の端部にハーフスルーホールを設けている。はんだへの加熱は上述の加熱用のビアまたスルーホール１５により行われるため、ＰＡＤ１３ａ、１３ｂにおけるハーフスルーホールを省略して、低インピーダンス化を抑えることもできる。
　次にＦＰＣ１０－１における、接続用のＰＡＤのサイズおよび形状について述べる。ここで、「接続用ＰＡＤ」とは、パッケージ２０のＰＡＤ２１とはんだ接続される側のＰＡＤ１３ｂ、および、ＰＣＢ３０のＰＡＤ３１とはんだ接続される側のＰＡＤ１４ａを言う。いずれも、矩形状のＰＡＤと、ビアまたはスルーホールを内包する円形のランドとが重複した形状を持っており、ランドの直径は矩形状の領域の外にまで広がっている。以下に述べる接続用ＰＡＤのサイズは、矩形状の領域のサイズを意味しており、矩形状領域の外の円形ランド部分は「接続用ＰＡＤ」には含まれないことに留意されたい。図５とともに後述するように、矩形状の領域の外の円形ランド部分は、ソルダーレジストによって覆われることになる。
　図４の（ｂ）および（ｃ）を参照すれば、ＦＰＣ１０－１の接続用ＰＡＤ１３ｂ、１４ａの長手方向である信号伝搬方向（ｘ軸方向）の長さおよび短手方向（ｙ軸方向）の幅については、いずれも小さいほど望ましい。接続用ＰＡＤの幅（ｙ軸方向）に関しては、ＦＰＣおよびパッケージの位置ずれ公差等も考慮すれば、５０μｍ以上で２００μｍ以下の範囲のＰＡＤの幅が好ましい。幅が２００μｍあれば、実装時の公差を考えても十分に安定して製造可能なサイズとなる。ＰＡＤ１３ｂ、１４ａの幅を２００μｍ以上に広くすることは、高周波伝送特性の劣化につながるため不要である。逆に、ＰＡＤ１３ｂ、１４ｂの幅を５０μｍ以下に狭めてしまうと、ＦＰＣの実装時の位置ずれ公差を考慮すれば、パッケージのＰＡＤ２１およびＦＰＣの接続用ＰＡＤ１３ｂがずれて電気接続できなくなる場合もあり、製造歩留まりが低下する。
　ＦＰＣ１０－１の接続用ＰＡＤの長さ（ｘ軸方向）に関しては、はんだ接続時の加熱のために、ＰＡＤ内に直径１００～１５０μｍ程度のビアまたはスルーホール１５を１つ以上設置することを考えると、少なくとも２００μｍ以上のＰＡＤの長さが必要である。なお、ここで言うＰＡＤの長さは、ＦＰＣの端部を起点とした矩形状の領域のｘ軸方向の長さである。一方、接続用ＰＡＤの長さが８００μｍ以上となると、ＰＡＤに伴って信号線に対して並列に付加される容量性が大きくなり、低インピーダンス化してしまう。したがって、光モジュールの広帯域化の観点からは、接続用ＰＡＤの長さを８００μｍ以下とすることが望ましい。ＦＰＣとパッケージ間の接続が、はんだ接続のみの場合は、接続用ＰＡＤの長さや幅を小さくすることは接続強度の低下につながるため許容できなかった。本開示の光モジュール１００の構成では、接着剤１７による固定により接続強度を担保できている。パッケージとＦＰＣ間を接続する接続用ＰＡＤのサイズを小型化し、広帯域化を実現することができる。
　ＦＰＣとパッケージを接続する際に加熱されるスルーホールまたはビア１５については、インピーダンス整合を考えると埋め込みビアの方がより望ましい。埋め込みビアの場合、内部は金属で既に埋め込まれているため、ＰＡＤ１３ｂとパッケージのＰＡＤ２１との間のはんだ１７は、上面のＰＡＤ１３ａに溢れ出すことはない。一方、貫通スルーホールの場合、パッケージのＰＡＤ２１上のはんだはスルーホール内を埋めるように伝わり、加熱面側のＰＡＤ１３ａにまではんだが溢れ出してくる。はんだがＰＡＤ１３ａ上に盛り上がって、ＰＡＤ１３ａの厚さが等価的に増えることで、信号線が低インピーダンス化してしまう。
　ＰＡＤ内に形成されるスルーホールまたはビア１５のサイズについては、ＦＰＣとパッケージの接続工程を考慮する必要がある。ＰＡＤ内に貫通スルーホールが形成される場合、スルーホールの内部をはんだが流れる必要があるため、直径が１００μｍ以上であることが望ましい。また、信号線に容量性インピーダンスが付加されることも考慮すれば、直径１５０μｍ以下に抑えることが重要である。ＰＡＤ内に埋め込みビアが形成される場合には、はんだの流れ性を考慮する必要はないため、直径１５０μｍ以下の範囲で小型化することが可能である。
　再び図１の（ｂ）に戻ると、上述の構成を持つＦＰＣ１０－１がパッケージ２０に実装された光モジュール１００は、上下を１８０°反転させた状態で、ＰＣＢ３０にＦＰＣが実装される。反転された光モジュール１００のＦＰＣ１０－１の接続用のＰＡＤ１４ａとＰＣＢのＰＡＤ３１がはんだ接続される。２つのＰＡＤ１４ａ、３１の接続は、ＦＰＣ１０－１の加熱用のＰＡＤ１４ｂを加熱および加圧して、スルーホールまたはビア１６を経由してはんだ３２によって実施される。ＰＣＢ３０のＰＡＤ３１と接続する側のＦＰＣのＰＡＤ１４ａ、１４ｂの構成は、上述のパッケージ２０のＰＡＤ２１と接続する側のＰＡＤ１３ａ、１３ｂと同様である。
　以上では、ＦＰＣの接続用ＰＡＤやスルーホール等のサイズについて述べてきたが、パッケージのＰＡＤ２１とＦＰＣの接続用ＰＡＤ１３ｂの形状が完全に一致している必要はない。例えば、パッケージ材料のセラミックは、ＦＰＣのベース材に比べて誘電率が高いため、ＦＰＣをパッケージに接続した状態で、さらに容量性インピーダンスが付加されるおそれがある。信号線の低インピーダンス化を抑える観点で、ＦＰＣ側よりもパッケージ側のＰＡＤ２１の幅を狭くすることが有効である。このとき、ＦＰＣ側の接続用ＰＡＤ１３ｂの幅は、位置ずれ精度等を加味して、実装性の担保のためにパッケージ側のＰＡＤ２１と同幅にするのではなく、逆にパッケージ側のＰＡＤよりも広い幅に設定しても問題ない。
　一方、信号線に沿った方向の接続用ＰＡＤの長さに関しては、パッケージのＰＡＤ２１とＦＰＣのＰＡＤ１３ａの長さが異なると、長い方のＰＡＤの重複していない部分がオープンスタブとなり、高周波伝送特性の劣化につながるおそれがある。また、接続用ＰＡＤの長さが過剰に長いと、容量性インピーダンが信号線に付加されることにより、伝送線路が低インピーダンスとなるリスクがある。このため、パッケージのＰＡＤ２１とＦＰＣのＰＡＤ１３ｂの長さなるべく同じであることが望ましい。
　さらに、加熱用のＰＡＤ１３ａに関しては、熱を印加するための目的で使用されるものであり、ＦＰＣ１０－１の実装性には影響を与えないため、接続用ＰＡＤに比べて幅を狭くすることが、容量性を減らす観点から有効である。
　図３は、ソルダーレジストを含むＦＰＣの単独の断面形状を示した図である。図３の（ｂ）のカバーレイを含む構成を示しており、図１に示したＦＰＣ１０－１と同じものである。ＦＰＣの高周波線路の損失を低減するために、カバーレイ等の誘電体が金属の信号線１２ａの上には無いのが好ましい。図１では簡略化のためソルダーレジストを省略していたが、はんだ実装時のショートのリスクを減らすためにも、図３の（ａ）に示したソルダーレジスト１８ａ、１８ｂは必須である。はんだショートのリスクを減らすためには、信号線やＧＮＤの全面をレジストで覆う構成も考えられるが、高周波損失の観点からは、なるべくソルダーレジスト１８ａ、１８ｂの形成領域は狭いほど望ましい。
　図３の（ａ）はカバーレイを含むＦＰＣ１０－１の断面の構成を示している。カバーレイ１７ａ、１７ｂを設けることで、信号線１２ａがむき出しにならないため、信号線を保護し、断線リスク等を軽減することができる。図３の（ａ）の構成の場合、信号線１２ａは、図３の（ｂ）のように空気ではなくベース材１１とは異なる誘電体であるカバーレイ１７ａに覆われる。このため、カバーレイの材料の誘電率および誘電正接により、信号線１２ａの本来の特性インピーダンスが変動し、高周波伝送特性も劣化する傾向にある。カバーレイを使用する場合には、カバーレイ１７ｂと金属のＧＮＤ層１２ｂの隙間部分を保護し、カバーレイの端部を覆うようにソルダーレジスト１８ａ、１８ｂを配置することが望ましい。これにより、カバーレイと金属の間の界面にはんだが流れ込んだり、カバーレイをＦＰＣ面上に接着する接着層が熱で溶けたりするのを避けることができる。
　ここで図４に再び戻ると、ＦＰＣの上面図および下面図に示した通り、ＦＰＣでは曲げ性を良くするために、各チャネルのＧＮＤ面のＧＮＤ領域４２に空隙４７を設ける必要がある。ＧＮＤ領域４２にはビアまたはスルーホール４２が密に配置されている。空隙４７を形成しておかないと、ベース材として厚いものを使い、さらに信号線の数が多く幅が広いＦＰＣ等になる場合、ＦＰＣ１０－１が固く、曲げづらい等の問題が発生する場合がある。信号線の対に沿ってその脇に、複数の空隙４７を設けることで、ＦＰＣの曲げ性を改善することが可能である。空隙４７は、ＦＰＣ１０－１の長手方向（ｘ方向）で少なくとも全長の１／３以上の長さとするのが望ましい。また空隙４７は、ＦＰＣ１０－１の幅方向（ｙ方向）で、加工精度を考えて少なくとも１００μｍ以上の幅を持つのが望ましい。
　図４の（ｂ）のＧＮＤ面を見た上面図では、接続用のＰＡＤ１３ｂと隣接するＧＮＤ領域４２との間（ｘ軸方向）は、電気的な分離のためギャップ４９が必要である。しかしこのギャップ４９の裏側にある図４の（ｃ）の信号線４１－１、４１－２の側からギャップ４９を見ると、下面にＧＮＤが無い部分となる。高周波信号線の途中でＧＮＤが無くなってしまうことになるので、特性インピーダンスの不連続が生じ、高周波伝送特性が劣化する要因となってしまう。したがって、信号線に沿った方向（ｘ方向）について、接続用のＰＡＤ１３ｂとＧＮＤ領域４２との間のギャップ４９は、例えば、１００ＧＨｚ程度の周波数帯域を実現するためには、２００μｍ以下にする必要がある。動作周波数が高いほど、ギャップ４９によるインピーダンス不整合の影響が大きくなるため、より狭くする必要がある。また、後述するソルダーレジスト領域の形成精度等の製造性を考慮する場合は、上述のＰＡＤ－ＧＮＤ間のギャップは５０μｍ以上を確保すべきである。接続用のＰＡＤ１３ｂとＧＮＤ領域４２あまりに近づきすぎると、レジストの公差等により、はんだ実装時のショートリスクが発生するためである。したがって、接続用のＰＡＤ１３ｂとＧＮＤ領域４２との間のギャップ４９は５０μｍ以上で２００μｍ以下の範囲が好ましい。
　また、ＦＰＣ１０－１のＰＡＤに接する端部には、ハーフスルーホール４５が形成されていることが望ましい。ハーフスルーホール４５によって、パッケージとの接続時に、はんだフィレットをうまく形成し、はんだ強度を強めることが可能である。ただし、接着剤による接続強度が十分確保できる場合、ハーフスルーホール４５を省略することも可能である。信号線に対して不要な容量性インピーダンスの付加を避ける観点から、図４の（ｂ）、（ｃ）に示した通り、加熱用のＰＡＤ１３ａ、１４ｂは、接続用のＰＡＤ１３ｂ、１４ｂよりも矩形部分のＰＡＤ幅を狭くすることが望ましい。熱用のＰＡＤ１３ａ、１４ｂは、加熱のために使用されるものであって、加熱が可能な限り幅の狭いもので良いし、ＰＡＤ幅がゼロ（円形のランドのみで、矩形領域が無い）形状でも問題ない。
　したがって本開示の光モジュールは、差動形式の信号線の複数の対と、各々の信号線１２ａの両端に接続用ＰＡＤを有するフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）１００－１と、前記信号線の一端の前記接続用ＰＡＤ１３ｂとはんだ接合される接続用ＰＡＤ２１を有し、光素子および電気素子が内部に搭載されたパッケージ２０とを備えた光モジュール１００であって、前記ＦＰＣは、厚さが１００μｍ以下のベース材１１および信号線１２ａを含む層とグランド層（ＧＮＤ層）１２ｂを含む少なくとも２層以上の金属層から形成されており、前記信号線に沿った方向における、前記接続用ＰＡＤ１３ｂと隣接するＧＮＤ面４２との間のギャップ４９は２００μｍ以下であり、前記パッケージの前記接続用ＰＡＤ２１の幅が、前記ＦＰＣの前記接続用ＰＡＤ１３ｂの幅よりも狭く、前記ＧＮＤ層は、前記信号線を含む層のＧＮＤ面と、電気信号の伝送路内波長の１／４以下の間隔で埋め込みビアまたは貫通スルーホール４４にて導通されている光モジュールとして実施できる。
　図５は、ソルダーレジストを含めて、ＦＰＣの上面および下面を示す図である。図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応している。図５の（ｂ）で上面側（ＧＮＤ面側）のソルダーレジスト１８ａを、図５の（ｂ）で下面側（信号線側）のソルダーレジスト１８ｂをさらに示している。ソルダーレジスト１８ａ、１８ｂは、はんだショートを防ぐために信号線間や、信号線とＧＮＤ間等に配置することが有効であるが、本開示の光モジュールではソルダーレジストは必須ではない。
　図６は、本開示の光モジュールをＰＣＢ上に実装した状態の断面構成を示している。図１に示した、ＦＰＣ１０－１が接続された光モジュール１００をＰＣＢ３０上に実装した構成を示している。図６に示した通り、ＰＣＢ３０への実装状態では、信号線１２ａがＰＣＢ側を向いた構成となる。このため、ＰＣＢ３０側のＧＮＤ面３３とＦＰＣ１０－１の信号線１２ａを近づけ過ぎると、ショートしたり、高周波特性が劣化したり要因となってしまう。したがって、光モジュールがＰＣＢ上に実装された状態のＦＰＣの厚さ方向について、ＦＰＣ１０－１の信号線１２ａと、ＰＣＢ３０のＧＮＤ面３３との距離が、ＦＰＣのベース材１１の厚さよりも離れている必要がある。ベース材の厚さよりも近づいてしまうと、ＦＰＣの信号線１２ａの裏面のＧＮＤ層１２ｂよりもＰＣＢのＧＮＤ面が近くなり、特性インピーダンスに影響を与えてしまうためである。
　また、ＦＰＣ１０－１のＰＡＤ１４ａおよびＰＣＢのＰＡＤ３１の接続部の近傍でも、ＦＰＣ１０－１がＰＣＢ３０に近づいてしまう。このため、図６に示したように、ＰＣＢ３０の、ＦＰＣ１０－１の直下の部分では、ＧＮＤ面を抜いておく必要がある。ＦＰＣ１０－１の信号線に沿った方向で、少なくとも５００μｍ以上はＰＣＢ３０上のＧＮＤを抜くことが有効である。ＦＰＣ１０－１の下方側にＰＣＢのＧＮＤが一切存在しないことが最も望ましい。図６の実装構成は、ＦＰＣの信号線がＰＣＢ面側に設置されており、空気で全面がオープンになっているＦＰＣの上面側に信号線が無いため、空間を飛来する放射場等の影響やチャネル間のクロストークを受け難い。
　図７は、ＦＰＣの信号線の面に設けたインピーダンス調整用の溝を示した断面図である。信号線の並列に容量性インピーダンスが付加され低インピーダンス化する問題を改善するには、パッケージやＦＰＣ、ＰＣＢにおいて、隣接するＰＡＤの近傍に溝を設けることが有効である。図７は、一例としてＦＰＣ側の溝について示しており、図４の（ｃ）で示したＦＰＣ１０－１の上面図において、差動信号形式の１組の信号線４１－１、４１－２の断面（図４のｙ－ｚ面）を模式的に示している。ベース材１１に対して彫り込み加工をして、例えば信号線のＰＡＤおよび隣接する別の信号線の間のＰＡＤの間の溝４８－２や、ＧＮＤ面４３と信号線のＰＡＤの間の溝４８－１、４８－３を形成する。図７に示したように差動信号形式の２本の信号線４１－１、４１－２が構成されている場合は、バランス状態を確保するため、２本の信号線の両側のＧＮＤ面４３に対して、溝を形成する必要がある。
　尚、差動形式の信号線の対は、信号線をＳ、グランドをＧと示す場合、図６のようにＧＳＳＧのように構成される。また、図６の２本の信号線の間にさらにＧＮＤ領域を設けて、ＧＳＧＳＧのように構成されても良い。
　以上詳細に述べてきたように、本開示の光モジュールの低ＲＦ損失なＦＰＣおよびＦＰＣとパッケージとの接合部構成によって、光モジュールの高周波特性を改善、広帯域化を実現する。
　本発明は、光通信に利用できる。

Claims (8)

  1. 　差動形式の信号線の複数の対と、各々の信号線の両端に接続用ＰＡＤを有するフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）と、
    　前記信号線の一端の前記接続用ＰＡＤとはんだ接合される接続用ＰＡＤを有し、光素子および電気素子が内部に搭載されたパッケージと
    　を備えた光モジュールであって、
    　前記ＦＰＣは、厚さが１００μｍ以下のベース材および信号線を含む層とグランド層（ＧＮＤ層）を含む少なくとも２層以上の金属層から形成されており、
    　前記信号線に沿った方向における、前記接続用ＰＡＤと隣接するＧＮＤ面との間のギャップは、２００μｍ以下であり、
    　前記パッケージの前記接続用ＰＡＤの幅が、前記ＦＰＣの前記接続用ＰＡＤの幅よりも狭く、
    　前記ＧＮＤ層は、前記信号線を含む層のＧＮＤ面と、電気信号の伝送路内波長の１／４以下の間隔で埋め込みビアまたは貫通スルーホールにて導通されていることを特徴とする光モジュール。
  2. 　前記パッケージの前記接続用ＰＡＤと前記ＦＰＣの前記接続用ＰＡＤは、厚さ５０μｍ以下のはんだで接続されており、
    　　前記ＦＰＣの前記接続用ＰＡＤは、少なくとも１つ以上の直径１５０μｍ以下の埋め込みビアで加熱用ＰＡＤと接続され、前記接続用ＰＡＤの前記信号線に沿った長さが８００μｍ以下、および、前記幅が２００μｍ以下であるか、または、
    　　前記ＦＰＣの前記接続用ＰＡＤは、少なくとも１つ以上の直径１５０μｍ以下の貫通スルーホールで加熱用ＰＡＤと接続され、前記接続用ＰＡＤの前記信号線に沿った長さが８００μｍ以下、および、前記幅が２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　前記ＦＰＣの前記接続用ＰＡＤは、前記ＦＰＣの前記ＧＮＤ層の側にあり、接着剤によって、前記ＦＰＣの前記ＧＮＤ面および前記パッケージの側面が固定されていることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
  4. 　前記ＦＰＣの前記接続用ＰＡＤは、前記ＦＰＣの前記信号線がある面の側にあり、誘電率が７．０以下、かつ、誘電正接が０．１５以下の接着剤によって、前記信号線に沿った方向に８００μｍ以下の長さに渡って、前記信号線がある面および前記パッケージの側面が固定されていることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール。
  5. 　前記ＦＰＣの隣接する前記複数の対の間であって、前記信号線に沿った方向における前記ＦＰＣの全長の１／３以上の長さの範囲に、１００μｍ以上の幅の空隙が設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の光モジュール。
  6. 　前記接続用ＰＡＤおよび前記加熱用ＰＡＤの部位を除いた、前記ＦＰＣの両面上に、カバーレイフィルムが形成されており、前記カバーレイフィルムの端および前記接続用ＰＡＤの周囲がソルダーレジストで覆われていることを特徴とする請求項５に記載の光モジュール。
  7. 　前記ＦＰＣの前記ベース材および前記パッケージの前記接続用ＰＡＤの形成された面の少なくともいずれか一方において、１つの対内の前記信号線の間、または、前記信号線および隣接するＧＮＤ領域の間に、前記信号線に沿って溝が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光モジュール。
  8. 　前記光モジュールは、プリント回路基板（ＰＣＢ）に搭載され、
    　前記信号線の他端の前記接続用ＰＡＤと前記ＰＣＢの接続用ＰＡＤとが、はんだ接続され、
    　前記ＰＣＢの前記接続用ＰＡＤは、前記ＰＣＢのＧＮＤ領域から５００μｍ以上離れており、
    　前記ＦＰＣの前記信号線を含む面は、前記ＦＰＣの厚さ方向について、前記ＰＣＢの前記ＧＮＤ領域から前記ベース材の厚さ以上離れていることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
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