JP2005165367A - Optical module and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば光通信や光情報処理の分野で使用される光モジュールおよびその製造方法に関し、更に詳しくは、フェルールに保持され、該フェルールから突出した先端部の被覆が除去された光ファイバと電気配線を有する光素子とを光学的に接続して光信号と電気信号を変換するための光モジュールおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical module used in, for example, the fields of optical communication and optical information processing and a method for manufacturing the same, and more specifically, an optical fiber held by a ferrule and from which a coating on a tip protruding from the ferrule is removed. The present invention relates to an optical module for optically connecting an optical element having electrical wiring to convert an optical signal and an electrical signal, and a manufacturing method thereof.
近年、データ通信量の急速な増大に伴い、光信号速度が例えばギガビット/秒(Gbps)以上の高速な光信号を取り扱う受発光モジュールの需要が高まるとともに、その低価格が要望されている。このような中、光素子と光ファイバの光軸合わせを機械的な位置決めのみで行う方法(パッシブアライメント法)をシリコン基板上にV溝を設けて実現する報告が数多く行われている(例えば、特開平10−332989号公報参照)。また、この光素子搭載シリコン基板をリードフレームとともにモールドする技術も報告されている(例えば、特開平10−221575号公報参照)。 In recent years, along with the rapid increase in data communication volume, demand for light emitting / receiving modules that handle high-speed optical signals with an optical signal speed of, for example, gigabit / second (Gbps) or higher has increased, and a low price has been demanded. Under such circumstances, many reports have been made to realize a method (passive alignment method) in which an optical axis alignment of an optical element and an optical fiber is performed only by mechanical positioning by providing a V groove on a silicon substrate (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-332989). In addition, a technique for molding this optical element-mounted silicon substrate together with a lead frame has also been reported (see, for example, JP-A-10-221575).
図10は、従来の光モジュールの構造を示す斜視図であり、この光モジュールは、通常の金属製リードフレーム付樹脂パッケージを用いた受信用光モジュールを構成しているものであるが、特に後述する図4に示す受信用光モジュール40に搭載されているものと同等の周波数特性を有するフォトダイオードとプリアンプICを、同じ樹脂材料により作製されていて金属製のリードを1本ずつ独立に横方向に突き出した形状を有するパッケージ上に搭載して作製されたものである。すなわち、この従来の光モジュールは、プラスチック基板91の上にその周囲を囲むように枠92が取り付けられ、この枠92の内側のプラスチック基板91のほぼ中央に石英ガラスV溝基板93が設けられている。この石英ガラスV溝基板93の上にはフォトダイオード11が実装され、このフォトダイオード11に対して光ファイバ5の被覆を除去された先端部5aが当接し、フォトダイオード11と光ファイバ5が光学的に接続されるようになっている。
FIG. 10 is a perspective view showing the structure of a conventional optical module. This optical module constitutes a receiving optical module using a normal resin package with a metal lead frame. The photodiode and the preamplifier IC having the same frequency characteristics as those mounted on the receiving
光ファイバ5は、該光ファイバ5に沿ってその下側の石英ガラスV溝基板93に形成されたV溝93aに嵌められて固定されるとともに、石英ガラスV溝基板93から延出した部分をフェルール7で保持され、このフェルール7は枠92に形成された切り欠け部92aに固定的に保持されている。
The
また、石英ガラスV溝基板93の一端には隣接してプリアンプIC9がプラスチック基板91上に配設され、このプリアンプIC9はボンディングワイヤでフォトダイオード11と電気的に接続されている。
In addition, a preamplifier IC 9 is disposed on a
更に、プラスチック基板91の上にはプリアンプIC用金属製リードフレーム94および信号線用金属製リードフレーム95が設けられ、これらのリードフレーム94,95は一部がプリアンプIC9にボンディングワイヤで電気的に接続され、他端がプラスチック基板91の外部に延出している。
Further, on the
以上のように構成される従来の光モジュールの受信帯域を評価するために、図11に示すように複数の電極パッド52やコプレーナガイド構造の信号ライン53、SMA型高周波コネクタ54などが表面に形成されたガラスエポキシ製周波数特性評価基板51上に載置して、両者を電気的に接続した。そして、このような接続構成で図10に示した従来の光モジュールの受信特性を評価した結果、図12に示すような受信帯域の測定結果が得られた。
In order to evaluate the reception band of the conventional optical module configured as described above, a plurality of
図12に示す受信帯域評価結果からわかるように、従来の光モジュールでは、電気的な反射が原因と見られる大きなリップルが出現し、周波数特性に大きな劣化が観測される。このような光モジュールの場合、信号伝送用リードがパッケージ内部から外部に出たところで特性インピーダンスに変化が生じるため、電気的な反射や共振が起こりやすくなり、高周波特性を劣化させる原因となる可能性があるのである。実際には、信号線のリードの長さを短く切り取り、かつ光モジュールのパッケージとガラスエポキシ製周波数特性評価基板51との間に隙間ができないように注意を払って実装することにより高周波特性の劣化を防止する努力が行われる。
As can be seen from the reception band evaluation result shown in FIG. 12, in the conventional optical module, a large ripple that appears to be caused by electrical reflection appears, and a large deterioration in frequency characteristics is observed. In the case of such an optical module, the characteristic impedance changes when the signal transmission lead comes out of the inside of the package, so that electrical reflection and resonance are likely to occur, which may cause deterioration of the high frequency characteristics. There is. Actually, the length of the signal line lead is cut short, and the high frequency characteristics are degraded by paying attention so that there is no gap between the optical module package and the glass epoxy frequency
しかしながら、ガラスエポキシ製周波数特性評価基板51の配線パターンは、図11において、「d」で示すように、通常基板の端より1mm程度内側に形成されるため、その1mmの隙間の分が電気的な反射の原因として残っている。このため、図12に示すように、電気的な反射が原因と見られる大きなリップルが出現し、周波数特性に大きな劣化が観測されるのである。
However, since the wiring pattern of the frequency
図13は、図10に示した従来の光モジュールである金属製リードフレーム付樹脂パッケージを用いた受信用光モジュールに対して、10Gbps光信号受信波形評価を行うために、図11に示したガラスエポキシ基板51とほぼ同じガラスエポキシ基板81上にメインアンプIC82を搭載して作製された光信号受信波形評価基板上に図10に示した従来の光モジュールを実装した様子を示す図である。なお、メインアンプIC82は動作周波数帯域が約10GHzの自動利得制御機能(AGC)を有する増幅器であり、図10の従来の光モジュールに使用されているプリアンプIC9で増幅された受信信号を更に一定の振幅を持った信号に等価増幅して出力するものである。このような光信号受信波形評価基板を用いることにより、受信波形の観測や伝送特性の評価によく用いられる符号誤り率特性の評価に適した電気信号を出力させることができる。
FIG. 13 shows the glass shown in FIG. 11 in order to perform a 10 Gbps optical signal reception waveform evaluation on the receiving optical module using the resin package with a metal lead frame, which is the conventional optical module shown in FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating a state in which the conventional optical module illustrated in FIG. 10 is mounted on an optical signal reception waveform evaluation substrate manufactured by mounting a
図14は、図13で示した光信号受信波形評価基板を用いて、図10に示す従来の光モジュールを評価した結果を示す図である。この評価では、平均パワーが−10dBmの10Gbps擬似ランダムパターン(NRZ223−1)で変調された光信号を受信した時にメインアンプIC82から出力される受信波形を帯域20GHzの広帯域オシロスコープで観測した。この観測した波形が図14に示すものであり、正常なアイパターンに比較して大きく劣化した波形が観測された。また、図13に示す光信号受信波形評価基板を用いて、平均パワーが−10dBm付近で符号誤り率特性の評価を行ったところ、符号の識別誤りの全くないエラーフリー動作を得ることはできなかった。
FIG. 14 is a diagram showing a result of evaluating the conventional optical module shown in FIG. 10 using the optical signal reception waveform evaluation board shown in FIG. In this evaluation, a received waveform output from the
まず、上述した従来技術のうち、最初に記載した報告例では、光信号速度が10Gbpsを超える高速信号を処理する場合には、寄生容量の増大によりシリコンよりも低誘電率の材料を使用することが有利となることが知られているが、逆に微細な間隔を有する信号線路配線が必要となるため、低コスト化に有利なリードフレームを用いるモールドパッケージの作製が困難になるという問題がある。 First, among the above-described prior arts, in the first report example described above, when processing a high-speed signal whose optical signal speed exceeds 10 Gbps, a material having a dielectric constant lower than that of silicon is used due to an increase in parasitic capacitance. However, since a signal line wiring having a fine interval is necessary, it is difficult to manufacture a mold package using a lead frame that is advantageous for cost reduction. .
また、光信号速度が10Gbpsを超える高速信号を外部の基板に劣化することなく伝送するためには、従来のパッケージにおいては信号線となるリードを外部基板に接続する際に実装に細心の注意を払う必要があり、問題であった。 In addition, in order to transmit a high-speed signal with an optical signal speed exceeding 10 Gbps to an external board without deterioration, in conventional packages, careful attention must be paid to the mounting when connecting the lead as a signal line to the external board. It was a problem that had to be paid.
更に、従来の光モジュールでは、上述した受信帯域評価結果からわかるように、信号伝送用リードがパッケージ内部から外部に出たところで特性インピーダンスに変化が生じるため、電気的な反射や共振が起こりやすくなり、高周波特性を劣化させるという問題がある。 Furthermore, in the conventional optical module, as can be seen from the reception band evaluation result described above, since the characteristic impedance changes when the signal transmission lead goes out of the package, the electrical reflection and resonance are likely to occur. There is a problem of deteriorating high frequency characteristics.
また、従来の光モジュールを用いた光信号受信波形評価において符号誤り率特性の評価を行った場合、符号の識別誤りの全くないエラーフリー動作を得ることはできないという問題もある。 In addition, when the code error rate characteristic is evaluated in the optical signal reception waveform evaluation using the conventional optical module, there is a problem that an error-free operation with no code identification error cannot be obtained.
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、微細な配線パターンが可能であり、かつ外部基板との信号線の接続を伝送特性の劣化なく容易に行うことができる光モジュールおよびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to enable a fine wiring pattern and to easily connect a signal line to an external substrate without deterioration of transmission characteristics. An object is to provide an optical module and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するため、第1の本発明は、フェルールに保持され、該フェルールから突出した先端部の被覆が除去された光ファイバと電気配線を有する光素子とを光学的に接続して光信号と電気信号を変換するための光モジュールであって、光素子を搭載している光素子搭載部および該光素子に対して前記光ファイバが光学的に接続されるべく光ファイバと光素子とを光軸合わせして両者の光軸が一致した状態を維持し得るように光ファイバを案内して保持する光ファイバガイドを有する光素子搭載ブロックと、前記フェルールを保持するフェルール保持部、前記光素子搭載ブロックを収容する光素子搭載ブロック収容部、および前記光素子が電気的に配線される配線リードを有する配線リード付樹脂基板とを有することを要旨とする。 In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention provides an optical connection by optically connecting an optical fiber held by a ferrule and from which the coating of the tip protruding from the ferrule is removed, and an optical element having electrical wiring. An optical module for converting a signal and an electrical signal, an optical element mounting portion on which an optical element is mounted, and an optical fiber and an optical element so that the optical fiber is optically connected to the optical element. The optical element mounting block having an optical fiber guide that guides and holds the optical fiber so that the optical axes of the optical fiber can be maintained and the optical axes of the two are kept in agreement with each other, a ferrule holding unit that holds the ferrule, and the light The gist of the invention is to have an optical element mounting block accommodating portion for accommodating an element mounting block, and a resin substrate with wiring leads having wiring leads to which the optical elements are electrically wired.
第1の本発明にあっては、配線リード付樹脂基板に設けられた光素子搭載ブロックに形成された光ファイバガイドに沿って光ファイバを案内しながら光ファイバと光素子とを光軸合わせし、両者の光軸が一致した状態を保持して両者を光学的に接続するとともに、光ファイバを保持しているフェルールを配線リード付樹脂基板に形成されたフェルール保持部に保持して固定しているため、経済的な樹脂基板を用いて、10Gbps以上の高速信号を処理できるとともに、電気的な反射や共振等の影響がない良好な周波数特性を有し、更に符号の識別誤りの全くないエラーフリー動作を実現することができる。 In the first aspect of the present invention, the optical fiber and the optical element are aligned with each other while guiding the optical fiber along the optical fiber guide formed on the optical element mounting block provided on the resin substrate with wiring leads. Both optical axes are held in an optically connected state, and the ferrule holding the optical fiber is held and fixed to the ferrule holding part formed on the resin substrate with wiring leads. Therefore, it is possible to process high-speed signals of 10 Gbps or more using an economical resin substrate, and has an excellent frequency characteristic that is not affected by electrical reflection or resonance, and further has no code identification error. Free operation can be realized.
また、第2の本発明は、第1の発明において、前記光ファイバガイドが、V溝構造であることを要旨とする。 The gist of the second invention is that, in the first invention, the optical fiber guide has a V-groove structure.
第2の本発明にあっては、V溝構造の光ファイバガイドにより光ファイバを光素子と適確に光軸合わせし得るように案内し、両者を光軸が一致した状態を保持して光学的に接続することができる。 In the second aspect of the present invention, the optical fiber is guided by the optical fiber guide having the V-groove structure so that the optical axis can be accurately aligned with the optical element, and the optical axis is kept in a state where both optical axes coincide with each other. Can be connected.
更に、第3の本発明は、第1の発明において、前記光ファイバガイドが、円形穴構造であることを要旨とする。 Furthermore, a third aspect of the present invention is that, in the first aspect, the optical fiber guide has a circular hole structure.
第3の本発明にあっては、円形穴構造の光ファイバガイドにより光ファイバを光素子と適確に光軸合わせし得るように案内し、両者を光軸が一致した状態を保持して光学的に接続することができる。 In the third aspect of the present invention, the optical fiber is guided by the optical fiber guide having the circular hole structure so that the optical axis can be accurately aligned with the optical element, and the optical axis is kept in a state where both optical axes coincide with each other. Can be connected.
第4の本発明は、第1の発明において、前記配線リード付樹脂基板に設けられている配線リードが、該配線リード付樹脂基板を構成する樹脂上に形成された鍍金パターンであることを要旨とする。 A fourth aspect of the present invention is that, in the first aspect, the wiring lead provided on the resin substrate with wiring leads is a plating pattern formed on a resin constituting the resin substrate with wiring leads. And
第4の本発明にあっては、配線リードが樹脂上に形成された鍍金パターンであり、100μm以下の配線間隔パターンを容易に量産することができ、例えば形体表面に鍍金を施し、パターニングで3次元配線回路を形成することができる。 In the fourth aspect of the present invention, the wiring lead is a plating pattern formed on a resin, and a wiring interval pattern of 100 μm or less can be easily mass-produced. A dimension wiring circuit can be formed.
また、第5の本発明は、第1の発明において、前記配線リード付樹脂基板が、光コネクタアダプタと相互に係止するための係止部を有することを要旨とする。 In addition, the fifth invention is summarized in that, in the first invention, the resin substrate with wiring leads has a locking portion for locking with the optical connector adapter.
第5の本発明にあっては、係止部を用いて、光コネクタアダプタと相互に係止することができる。 In the fifth aspect of the present invention, the optical connector adapter can be mutually locked using the locking portion.
更に、第6の本発明は、第1の発明において、前記配線リード付樹脂基板に設けられている配線リードの一部が、特定の特性インピーダンスを有するコプレーナガイド構造となっていることを要旨とする。 Furthermore, a sixth aspect of the present invention is that, in the first aspect, a part of the wiring lead provided on the resin substrate with wiring leads has a coplanar guide structure having a specific characteristic impedance. To do.
第6の本発明にあっては、配線リードの一部は特定の特性インピーダンスを有するコプレーナガイド構造であるため、多層基板構造を用いなくても、10Gbps以上の高周波域までの信号透過帯域を実現することができる。 In the sixth aspect of the present invention, since a part of the wiring lead has a coplanar guide structure having a specific characteristic impedance, a signal transmission band up to a high frequency range of 10 Gbps or more is realized without using a multilayer substrate structure. can do.
第7の本発明は、第1の発明において、前記配線リード付樹脂基板が、耐熱性および絶縁性に優れ、かつ使用周波数領域での誘電分散のないエポキシ樹脂および液晶高分子等のエンジニアリングプラスチックを含む樹脂で構成されていることを要旨とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect, the resin substrate with a wiring lead is made of an engineering resin such as an epoxy resin and a liquid crystal polymer having excellent heat resistance and insulation and having no dielectric dispersion in the operating frequency range. The gist is that it is made of a resin that contains it.
第7の本発明にあっては、配線リード付樹脂基板は耐熱性および絶縁性に優れ、かつ使用周波数領域での誘電分散のないエポキシ樹脂および液晶高分子等のエンジニアリングプラスチックを含む樹脂で構成されている。 In the seventh aspect of the present invention, the resin substrate with wiring leads is composed of a resin including an engineering resin such as an epoxy resin and a liquid crystal polymer that is excellent in heat resistance and insulation and has no dielectric dispersion in the operating frequency range. ing.
また、第8の本発明は、第1の発明の配線リード付樹脂基板が、金型成形により全体構造を作製した後、鍍金する部分以外を該配線リード付樹脂基板本体の樹脂とは異なり、溶剤に可溶な樹脂をインサート成形により表面に成形付与し、表面を鍍金した後、該表面に成形付与された前記可溶な樹脂を除去することにより作製されることを要旨とする。 Further, the eighth invention is different from the resin of the resin substrate body with wiring leads except for the portion where the resin substrate with wiring leads of the first invention is plated after the entire structure is formed by molding, The gist is that a resin soluble in a solvent is formed on the surface by insert molding, the surface is plated, and then the soluble resin formed on the surface is removed.
第8の本発明にあっては、配線リード付樹脂基板は金型成形により全体構造を作製した後、鍍金する部分以外を溶剤に可溶な樹脂をインサート成形により表面に成形付与し、表面を鍍金した後、表面に成形付与された樹脂を除去することにより作製されるため、100μm以下の配線間隔パターンを容易に量産することができる。 In the eighth aspect of the present invention, after the entire structure of the resin substrate with wiring leads is produced by molding, a resin soluble in a solvent other than the portion to be plated is formed on the surface by insert molding to give the surface. After plating, it is produced by removing the resin imparted to the surface, so that a wiring interval pattern of 100 μm or less can be easily mass-produced.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。同図に示す光モジュールは、光ファイバと受発光素子、特に半導体受発光素子である例えばフォトダイオードとを光学的に接続して光信号と電気信号を変換するためのモジュールであり、全体の骨格を成すようにプラスチックなどの樹脂から形成された基板1を有する。なお、この基板1には後述するようにフォトダイオードやこのフォトダイオードに接続されるプリアンプICなどに対する配線用のリード線が一部の表面に形成されていることから配線リード付樹脂基板1と称することにする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical module according to an embodiment of the present invention. The optical module shown in the figure is a module for optically connecting an optical fiber and a light emitting / receiving element, in particular, a semiconductor light emitting / receiving element, such as a photodiode, to convert an optical signal and an electric signal. A substrate 1 formed of a resin such as plastic is formed. The substrate 1 is referred to as a resin substrate 1 with a wiring lead because a wiring lead wire for a photodiode and a preamplifier IC connected to the photodiode is formed on a part of the surface as described later. I will decide.
この配線リード付樹脂基板1は、その中央部に光素子であるフォトダイオード11が搭載された光素子搭載ブロック3が配設されている。このフォトダイオード11は、端面入射構造のものであり、20HGzまでの光信号を受信できる広帯域な周波数特性を有している。光素子搭載ブロック3の配設位置は、更に詳しくは、配線リード付樹脂基板1の中央部が凹んで形成された凹部1aとなり、この凹部が光素子搭載ブロック3を収容する光素子搭載ブロック収容部1aとして形成されているものである。なお、光素子搭載ブロック3は、例えばシリコンなどの液晶材料、石英ガラスなどのガラス材料、セラミックス、プラスチックなどの基板で形成されているものであるが、作製する光モジュールの回路設計に応じて素材の誘電率や誘電分散および熱伝導率などを勘案して選択することができる。
This wiring lead-attached resin substrate 1 is provided with an optical
また、配線リード付樹脂基板1と光素子搭載ブロック3は同一の樹脂で構成される。その成形寸法精度については、光ファイバ5を正確に光軸合わせする必要があるため、1μm以下の値が求められることが多い。
Further, the resin substrate with wiring leads 1 and the optical
また、配線リード付樹脂基板1の一端である図1で左端には溝1bが形成され、この溝1bに光ファイバ5を保持した直径1.25mmのフェルール7が位置決めして保持されるようになっている。なお、溝1bはフェルール保持部を構成しているものである。このようにフェルール7に保持された光ファイバ5は、光素子搭載ブロック3に向かって延出してから、更に光素子搭載ブロック3に形成されたV溝構造の光ファイバガイド3aに沿って延出し、その被覆が除去された先端部がフォトダイオード11に当接し、これにより光ファイバ5とフォトダイオード11とは光学的に接続されている。なお、V溝構造の光ファイバガイド3aは、光ファイバ5と光素子であるフォトダイオード11とを正確に光軸合わせして、両者が光学的に正確に接続されるように案内するとともに、この両者の光軸が一致した状態を保持するために形成されているものである。光ファイバガイド3aを構成するV溝構造の角度は特に限定するものではないが、例えば120度から60度の間で決めることができる。そして、その成形寸法精度は、光ファイバ5を正確に光軸合わせする必要があるため、1μm以下の値が望ましい。なお、本実施形態では、光ファイバガイド3aは、断面V字形状のV溝構成に形成されているが、これに限定されるものでなく、断面凹形状のものでもよいし、または光ファイバ5の直径よりも僅かに大きな直径を有する断面円形状の円形穴構造のものなどでもよいものである。光ファイバガイド3aが円形穴構造である場合には、その円の直径は特に限定するものではないが、光ファイバ5の直径よりも0.5〜1μm程度大きな値のものが好ましい。
Further, a
なお、配線リード付樹脂基板1の一端に形成されたフェルール保持部を構成する溝1bは、フェルールガイドとしての機能を有し、これによりレセプタクル光モジュールを構成することができる。これは、具体的には光ファイバ5を挿入されて固定したフェルール7をこの溝1bであるフェルールガイド部に位置決めすることにより構成でき、レセプタクル構造はSC,MU,MTなどの各種コネクタ構造に応じた構造とすることができる。
In addition, the groove |
光素子搭載ブロック3が収容されている光素子搭載ブロック収容部1a内のフォトダイオード11の側近には、例えば20GHz程度の広帯域な周波数特性を有するプリアンプIC9がベアチップで搭載されている。また、フォトダイオード11は光素子搭載ブロック3の表面に形成された金鍍金などを施された電極パターン3bに接続され、この電極パターン3bはまたボンディングワイヤによりプリアンプIC9に接続されている。なお、プリアンプIC9は、フォトダイオード11が光信号を受信した時にフォトダイオード11から出力される微弱な電気信号を増幅して光モジュールから出力するためのものである。例えば、この光モジュールの特性を測定器などで測定する場合には、プリアンプIC9はフォトダイオード11からの微弱な電気信号を測定器などで観測可能なレベルまで増幅して光モジュールから出力し得るものである。
In the vicinity of the
また、配線リード付樹脂基板1の他端は、光素子搭載ブロック収容部1aが形成された部分よりも若干細くなって、この部分の表面には金鍍金された複数の信号ライン1cが形成されている。また、同様な信号ライン1cは、プリアンプIC9が設けられた部位の周辺の配線リード付樹脂基板1の表面にも形成されている。これらの信号ライン1cにはボンディングワイヤによりプリアンプIC9が電気的に接続されている。なお、信号ライン1cは本発明の配線リードを構成しているものである。
Further, the other end of the resin substrate with wiring leads 1 is slightly thinner than the portion where the optical element mounting
また、上述したように配線リード付樹脂基板1上に形成された信号ライン1cであるリードのうち、信号伝送用のリードの両側リードは、アースに設置されてグランド線とされ、コプレーナガイド構造を形成している。この結果、本実施形態の光モジュールは、多層基板構成を用いない簡易な構造のパッケージにおいても、10Gbps以上の高周波域までの信号透過帯域を実現可能にしている。
In addition, among the leads that are the
また、このコプレーナガイド構造の信号ライン1cは、末端まで樹脂基板上に形成されているため、高周波特性上重要となる特性インピーダンスの不連続な箇所を生じさせることなく、外部基板上の配線に信号ライン1cから信号を伝送することができる。
Further, since the
信号ライン1cは、配線リード付樹脂基板を構成する樹脂上に鍍金パターンを形成することにより形成されている。この鍍金パターンの成形方法は、プラスチック射出成形体に直接立体配線を行うMID(molded interconnect devices:射出成形回路部品)法により行うことができる。この方法では、100μm以下の配線間隔パターンを容易に量産することができる。例えば、形体表面に鍍金を施し、パターニングで3次元配線回路を形成することができる。
The
なお、本実施形態では、信号ライン1cである電気配線パターンは、配線リード付樹脂基板1の表面に形成されているが、これに限定されるものでなく、配線リード付樹脂基板1の内部を貫通して形成されてもよいものである。また、配線リード付樹脂基板1の樹脂材料は、耐熱性、絶縁性などに優れるとともに、かつ使用周波数領域での誘電分散のない材料が望ましく、エポキシ樹脂や液晶高分子などのエンジニアリングプラスチックなどが挙げられる。
In the present embodiment, the electrical wiring pattern that is the
更に、配線リード付樹脂基板1の一端寄りの側壁には係止部1dが形成されているが、この係止部1dは図1に示す光モジュールを光コネクタレセプタクル部と嵌合して留め置く、すなわち係止するためのものである。この係止部1dに合致するMUコネクタレセプタクルを留め置き、MUレセプタクルタイプの光受信モジュールを構成することができる。
Further, a locking
配線リード付樹脂基板1を構成する樹脂材料は、更に詳しくは、誘電率が4.2で耐環境性に優れた液晶高分子を使用している。このような樹脂からなる配線リード付樹脂基板1の製造は、まず金型成形または射出成形により全体構造を作製し、それから鍍金がかからない部位、すなわち鍍金パターンのネガパターンに対応する部位に溶剤に可溶な樹脂をインサート成形によりコート、すなわち成形付与し、次に表面に対して無電解鍍金を行う。そして最後に、インサート成形により形成した上層樹脂部、すなわち表面に成形付与された樹脂部を溶剤により除去し、信号ライン1cとなる鍍金パターンを形成する。このように製造された鍍金パターンによる最小の電極線間隔は、50μmであり、寸法公差も2μm以内となっている。なお、上述した方法もMID法の一部であり、100μm以下の配線間隔パターンを容易に量産することができる。
More specifically, the resin material constituting the resin substrate 1 with wiring leads uses a liquid crystal polymer having a dielectric constant of 4.2 and excellent environmental resistance. In manufacturing the resin substrate with wiring leads 1 made of such a resin, the entire structure is first manufactured by die molding or injection molding, and then the portion where the plating is not applied, that is, the portion corresponding to the negative pattern of the plating pattern can be used as a solvent. A melted resin is coated by insert molding, that is, molded, and then electroless plating is performed on the surface. Finally, the upper resin portion formed by insert molding, that is, the resin portion molded and applied to the surface is removed with a solvent to form a plating pattern that becomes the
このように鍍金パターンが形成された配線リード付樹脂基板1を用いた光モジュールの製造では、まず、フォトダイオード11を光素子搭載ブロック3のV溝構造の光ファイバガイド3aの端部に搭載する。次に、配線リード付樹脂基板1の一端に形成されている溝1bにフェルール7を位置決めし、それからフェルール7の端部から延出している光ファイバ5をV溝構造の光ファイバガイド3aに沿わせながら、V溝上に配設されているフォトダイオード11に突き当てて、光ファイバ5とフォトダイオード11とを光学的に接続し、光ファイバ5を固定している。
In the manufacture of an optical module using the resin substrate 1 with wiring leads formed with the plating pattern in this way, first, the
次に、配線リード付樹脂基板1上にプリアンプIC9を搭載し、このプリアンプIC9とフォトダイオード11用の電極パターン3bおよび配線リード付樹脂基板1に形成された信号ライン1cとの間の電気的配線をボンディングワイヤにより行う。なお、配線に当たっては、高周波信号の劣化を招かないようにワイヤ長を短く抑えるように注意することが必要である。このようにして製造した結果、20GHzまでの光信号を受光することができた。
Next, the
上述したように構成された本実施形態の光モジュールは、良好に動作し、しかも−40℃から75℃までの環境下および75℃、90%r.h下でも5000時間以上動作した。 The optical module of the present embodiment configured as described above operates satisfactorily, and also in an environment from −40 ° C. to 75 ° C. and 75 ° C., 90% r. It operated for more than 5000 hours even under h.
なお、図1に示す実施形態では、配線リード付樹脂基板1が、表面に信号ライン1cが形成されている樹脂基板と一体的に構成されているが、信号ライン1cのない樹脂基板を基台として形成し、この基台となる樹脂基板の上に信号ライン1cが形成された別の樹脂基板を設けるような別々の構造のものにしてもよいものである。
In the embodiment shown in FIG. 1, the resin substrate 1 with wiring leads is integrally formed with the resin substrate having the
図2(a),(b)は、本発明の他の実施形態に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。図2(a)は光モジュールに使用される光ファイバ5および該光ファイバ5を固定的に保持しているフェルール7を示しており、また図2(b)は図1の配線リード付樹脂基板1に対応するリードフレームパッケージ10およびこのリードフレームパッケージ10に収容されたレーザダイオード付きセラミックV溝基板からなる光素子搭載ブロック30を示しているものである。
2A and 2B are perspective views showing the configuration of an optical module according to another embodiment of the present invention. 2A shows an
リードフレームパッケージ10は、その中央部が若干凹んで形成されて光素子搭載ブロック収容部10aを構成し、この光素子搭載ブロック収容部10aに光素子搭載ブロック30が配設されている。この光素子搭載ブロック30上には光ファイバ5を案内固定するためのV溝構造の光ファイバガイド30aが形成されるとともに、この光ファイバガイド30aの端部寄りにフォトダイオード11が搭載されている。また、リードフレームパッケージ10の光素子搭載ブロック収容部10a内の光素子搭載ブロック30の側近にはプリアンプIC9が設けられている。
The
更に、リードフレームパッケージ10にはリードフレーム13がインサート成形により一体的に設けられ、このリードフレーム13の一部はリードフレームパッケージ10を貫通して光素子搭載ブロック収容部10a内に延出し、この延出したリードフレーム13の各端部はボンディングワイヤによりプリアンプIC9に電気的に接続されている。また、プリアンプIC9はフォトダイオード11ともボンディングワイヤにより電気的に接続されている。
Further, a
リードフレームパッケージ10のリードフレーム13が形成されている端部とは逆の端部には溝10bが形成され、この溝10bに光ファイバ5を保持したフェルール7が固定的に保持されるようになっている。また、この溝10bと光素子搭載ブロック30との間にはヒートシンク15が形成されている。
A
なお、配線リード付樹脂基板1の一端に形成されたフェルール保持部を構成する溝1bは、フェルールガイドとしての機能を有し、これによりレセプタクル光モジュールを構成することができる。これは、具体的には光ファイバ5を挿入されて固定したフェルール7をこの溝1bであるフェルールガイド部に位置決めすることにより構成でき、レセプタクル構造はSC,MU,MTなどの各種コネクタ構造に応じた構造とすることができる。
In addition, the groove |
リードフレームパッケージ10は、図1に示した配線リード付樹脂基板1に対応する配線リード付樹脂パッケージを構成するものであるが、その樹脂材料は誘電率が4.2で耐環境性に優れた液晶高分子を使用している。このリードフレームパッケージ10は、リードフレーム13およびヒートシンク15をインサート成形することにより形成されている。最小の電極線間隔は100μmであり、寸法公差は10μm以内となっている。なお、本実施形態の方法で量産するには、通常、配線パターン間隔が100μm以上である場合が多い。また、本方法では、ICアセンブリーに使用されるトランスファモードや射出成形法を用いることができる。
The
このような樹脂パッケージからなるリードフレームパッケージ10の製造は、まずリードフレームパッケージ10の端部に形成された溝10bに対して直径1.25mmの光ファイバ5が保持されたフェルール7を位置決めし、それからフェルール7の端部から延出している光ファイバ5を、フォトダイオード11が搭載されている光素子搭載ブロック30に形成されたV溝構造の光ファイバガイド3aに沿わせながら、V溝上に配設されているフォトダイオード11に突き当てて、光ファイバ5とフォトダイオード11とを光学的に接続し、光ファイバ5を固定している。
The
次に、リードフレームパッケージ10上にプリアンプIC9を搭載し、このプリアンプIC9とリードフレーム13の各端部との間の電気的配線をボンディングワイヤにより行う。なお、配線に当たっては、高周波信号の劣化を招かないようにワイヤ長を短く抑えるように注意することが必要である。このようにして製造した結果、20GHzまでの光信号を受光することができた。
Next, the
更に、リードフレームパッケージ10の例えば側壁には図示しないが図1に示したような係止部が形成されているが、この係止部は図2に示す光モジュールを光コネクタレセプタクル部と嵌合して留め置く、すなわち係止するためのものである。この係止部に合致するMUコネクタレセプタクルを留め置き、MUレセプタクルタイプの光受信モジュールを構成することができる。
Further, although not shown in the drawing, for example, on the side wall of the
図3(a),(b)は、本発明の別の実施形態に係る光モジュールの構成を示す斜視図である。同図に示す光モジュールは、図2に示した実施形態の光モジュールにおいてフォトダイオード11の代わりにレーザダイオード(LD)110を使用している点のみが異なるものであり、その他の構成および作用は同じである。従って、同じ構成要素には図2と同じ符号を付し、説明を省略する。
3A and 3B are perspective views showing the configuration of an optical module according to another embodiment of the present invention. The optical module shown in the figure is different only in that a laser diode (LD) 110 is used instead of the
図4は、図1に示した光モジュールと同じ構造の配線リード付樹脂基板1および光素子搭載ブロック3を用いて構成された受信用光モジュールの構成を示す斜視図である。図4に示す受信用光モジュール40は、特に図1に示した光モジュールにおいて配線リード付樹脂基板1の信号ライン1cが形成されている部分を幅方向に拡張するとともに、信号ライン1cを光素子搭載ブロック収容部1aの周囲全体まで拡張して設けるように構成しているものであり、基本的構造は上述したように図1の光モジュールと同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ説明の繰り返しは省略する。
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a receiving optical module configured using the resin substrate 1 with wiring leads and the optical
なお、図4に示す受信用光モジュール40は、図1の実施形態と同様に、配線リード付樹脂基板1が、表面に信号ライン1cが形成されている樹脂基板と一体的に構成されているが、信号ライン1cのない樹脂基板を基台として形成し、この基台となる樹脂基板の上に信号ライン1cが形成された別の樹脂基板を設けるような別々の構造のものにしてもよいものである。
In the receiving
図5は、図4に示した受信用光モジュール40に光信号を入力した場合の光モジュールの実際の受信帯域を評価するために作製されたガラスエポキシ製周波数特性評価基板、すなわち図11に示したものと同じ受信用光モジュールの受信帯域評価用基板51を示す図である。この受信用光モジュールの受信帯域評価用基板51の上には、図4に示した受信用光モジュール40の配線リード付樹脂基板1に形成された信号ライン1cと同様にコプレーナガイド構造の信号ライン23が形成されている。また、図5の受信用光モジュールの受信帯域評価用基板51は、図4に示した受信用光モジュール40が評価試験のために配設される切り欠き部55を有し、この切り欠き部55の両側には受信用光モジュール40の信号ライン1cが電気的に接続される複数の電極パッド53が形成されている。
FIG. 5 shows a glass epoxy frequency characteristic evaluation board manufactured for evaluating an actual reception band of an optical module when an optical signal is input to the receiving
図6は、図5に示したガラスエポキシ製周波数特性評価基板51の上に図4に示した受信用光モジュール40を受信用光モジュール40の信号ライン1cがガラスエポキシ製周波数特性評価基板51の電極パッド52および信号ライン53に電気的に接続されるように実装した様子を示す斜視図である。
6 shows that the
このようにガラスエポキシ製周波数特性評価基板51上に受信用光モジュール40を実装した構成において、ガラスエポキシ基板51の誘電率は約4.8であり、受信用光モジュール40の配線リード付樹脂基板1の誘電率は4.2と近い値であるため、両者のコプレーナガイド構造の信号ラインの幅をほぼ同じに設定することにより、両者の特性インピーダンスの整合を取ることが可能である。
Thus, in the configuration in which the receiving
また、ガラスエポキシ製周波数特性評価基板51と受信用光モジュール40との間に図6に示すように間隔dが生じたとしても、受信用光モジュール40の配線リード付樹脂基板1上のコプレーナガイド構造の信号ラインの有する特性インピーダンスはほとんど変化しない。従って、図6に示すような実装形態を採用することにより、実装位置のずれを許容しても良好な高周波特性が得られるため、高速動作光モジュールの組立歩留まりの大幅な改善が期待される。
Further, even if a gap d occurs between the glass epoxy frequency
図7は、図6に示した実装形態で測定した受信用光モジュール40の受信帯域特性を示すグラフである。この測定では、ガラスエポキシ製周波数特性評価基板51と受信用光モジュール40との間には図6に示した間隔dとして約1mmの隙間が生じていたが、図7に示すように、20GHzまで電気的な反射や共振などの影響が見られず、良好な周波数特性が観測された。特に、図12に示した従来の受信用光モジュールを用いた場合の受信帯域評価結果と比較するとわかるように、本実施形態の受信用光モジュール40は電気的な反射に起因する大きなリップルもなく、良好な周波数特性が得られた。
FIG. 7 is a graph showing the reception band characteristics of the reception
図8は、図4に示した受信用光モジュール40に対して10Gb/s光信号受信波形評価を行うために、図5に示したガラスエポキシ製周波数特性評価基板51と同様なガラスエポキシ製基板81上にメインアンプIC82を搭載して光信号受信波形評価基板を作製し、この光信号受信波形評価基板81上に図4の受信用光モジュール40を実装した様子を示す斜視図である。
FIG. 8 shows a glass epoxy board similar to the glass epoxy frequency
メインアンプIC82は、図13で説明したように、動作周波数帯域が約10GHzの自動利得制御機能(AGC)を有する増幅器であり、図4の光モジュールに使用されているプリアンプIC9で増幅された受信信号を更に一定の振幅を持った信号に等価増幅して出力するものである。このような図8の光信号受信波形評価基板81を用いることにより、受信波形の観測や伝送特性の評価によく用いられる符号誤り率特性の評価に適した電気信号を出力させることができる。
As described with reference to FIG. 13, the
受信波形の評価に当たっては、外部から光ファイバ5を介して10Gbpsの擬似ランダムパターン(NRZ223−1)で変調された光信号を受信用光モジュール40に入力した。この時受信した光信号の平均パワーは、−10dBmであった。図9は、この時に図8のメインアンプIC82から出力された受信波形を帯域20GHzの広帯域オシロスコープで観測したものである。同図からわかるように、図14に示した従来の大きく劣化した波形のアイパターンに比較して、10Gb/sの受信光信号に対して良好なアイパターンが観測された。
In evaluating the received waveform, an optical signal modulated with a 10 Gbps pseudo-random pattern (NRZ 223-1) was input to the receiving
また、図8に示した光信号受信波形評価基板81を用いて、図4に示した本実施形態の受信用光モジュール40に対して平均パワーが−10dBm付近で符号誤り率特性の評価を行ったところ、本実施形態の受信用光モジュール40の場合は、図13に示した従来の場合には符号の識別誤りの全くないエラーフリー動作を得ることはできなかったのに対して、符号の識別誤りの全くないエラーフリー動作が得られた。
Further, the optical signal reception
以上説明したように、本発明によれば、配線リード付樹脂基板に設けられた光素子搭載ブロックに形成された光ファイバガイドに沿って光ファイバを案内しながら光ファイバと光素子とを光軸合わせし、両者の光軸が一致した状態を保持して両者を光学的に接続するとともに、光ファイバを保持しているフェルールを配線リード付樹脂基板に形成されたフェルール保持部に保持して固定しているので、経済的な樹脂基板を用いて、10Gbps以上の高速信号を処理できるとともに、電気的な反射や共振等の影響がない良好な周波数特性を有し、更に符号の識別誤りの全くないエラーフリー動作を実現することができる。 As described above, according to the present invention, while guiding an optical fiber along an optical fiber guide formed on an optical element mounting block provided on a resin substrate with wiring leads, the optical fiber and the optical element are aligned with the optical axis. The two optical axes are matched and optically connected to each other, and the ferrule holding the optical fiber is held and fixed to the ferrule holding part formed on the resin substrate with wiring leads. Therefore, it is possible to process high-speed signals of 10 Gbps or more using an economical resin substrate, and has good frequency characteristics free from the influence of electrical reflection and resonance, and further, there is no code identification error. No error-free operation can be realized.
また、本発明によれば、V溝構造の光ファイバガイドにより光ファイバを光素子と適確に光軸合わせし得るように案内し、両者を光軸が一致した状態を保持して光学的に接続することができる。 Further, according to the present invention, the optical fiber is guided by the optical fiber guide having the V-groove structure so that the optical axis can be accurately aligned with the optical element, and the optical axis is optically matched while maintaining the state where the optical axes coincide with each other. Can be connected.
更に、本発明によれば、円形穴構造の光ファイバガイドにより光ファイバを光素子と適確に光軸合わせし得るように案内し、両者を光軸が一致した状態を保持して光学的に接続することができる。 Furthermore, according to the present invention, the optical fiber is guided so that the optical axis can be accurately aligned with the optical element by the optical fiber guide having the circular hole structure, and the optical axis is optically matched while maintaining the state where the optical axes coincide with each other. Can be connected.
本発明によれば、配線リードが樹脂上に形成された鍍金パターンであり、100μm以下の配線間隔パターンを容易に量産することができ、例えば形体表面に鍍金を施し、パターニングで3次元配線回路を形成することができる。 According to the present invention, a wiring lead is a plating pattern formed on a resin, and a wiring interval pattern of 100 μm or less can be easily mass-produced. For example, a three-dimensional wiring circuit is formed by patterning a surface of a feature and patterning. Can be formed.
また、本発明によれば、係止部を用いて、光コネクタアダプタと相互に係止することができる。 Moreover, according to this invention, it can latch mutually with an optical connector adapter using a latching | locking part.
更に、本発明によれば、配線リードの一部は特定の特性インピーダンスを有するコプレーナガイド構造であるので、多層基板構造を用いなくても、10Gbps以上の高周波域までの信号透過帯域を実現することができる。 Furthermore, according to the present invention, since a part of the wiring lead has a coplanar guide structure having a specific characteristic impedance, a signal transmission band up to a high frequency range of 10 Gbps or more can be realized without using a multilayer substrate structure. Can do.
本発明によれば、配線リード付樹脂基板は金型成形により全体構造を作製した後、鍍金する部分以外を溶剤に可溶な樹脂をインサート成形により表面に成形付与し、表面を鍍金した後、表面に成形付与された樹脂を除去することにより作製されるので、100μm以下の配線間隔パターンを容易に量産することができる。 According to the present invention, the resin substrate with wiring leads is prepared by molding the entire structure, and then the resin other than the portion to be plated is molded with a solvent-soluble resin on the surface by insert molding, and the surface is plated, Since it is produced by removing the resin applied to the surface, a wiring interval pattern of 100 μm or less can be easily mass-produced.
1 配線リード付樹脂基板
1a 光素子搭載ブロック収容部
1b 溝(ファイバ保持部)
1c 信号ライン
1d 係止部
3 光素子搭載ブロック
3a 光ファイバガイド
5 光ファイバ
7 フェルール
9 プリアンプIC
10 リードフレームパッケージ
11 フォトダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resin board | substrate with
10
Claims (7)
光素子を搭載している光素子搭載部および該光素子に対して前記光ファイバが光学的に接続されるべく光ファイバと光素子とを光軸合わせして両者の光軸が一致した状態を維持し得るように光ファイバを案内して保持する光ファイバガイドを有する光素子搭載ブロックと、
前記フェルールを保持するフェルール保持部、前記光素子搭載ブロックを収容する光素子搭載ブロック収容部、および前記光素子が電気的に配線される配線リードを有する配線リード付樹脂基板とを有し、
前記配線リード付樹脂基板に設けられている配線リードは、該配線リード付樹脂基板を構成する樹脂上に形成された鍍金パターンであり、
前記配線リード付樹脂基板に設けられている配線リードの一部は、特定の特性インピーダンスを有し、かつ、前記光素子搭載ブロック収容部側の配線幅が一定の割合で細くなるコプレーナガイド構造となっていることを特徴とする光モジュール。 An optical module for converting an optical signal and an electrical signal by optically connecting an optical fiber held by the ferrule and from which the coating of the tip portion protruding from the ferrule is removed and an optical element having electrical wiring. ,
An optical element mounting portion on which an optical element is mounted and a state in which the optical axes of the optical fiber and the optical element are aligned so that the optical fibers are optically connected to the optical element. An optical element mounting block having an optical fiber guide for guiding and holding the optical fiber so that it can be maintained;
A ferrule holding part for holding the ferrule, an optical element mounting block accommodating part for accommodating the optical element mounting block, and a resin substrate with a wiring lead having a wiring lead to which the optical element is electrically wired;
The wiring lead provided on the resin substrate with wiring leads is a plating pattern formed on the resin constituting the resin substrate with wiring leads,
A part of the wiring lead provided on the resin substrate with the wiring lead has a specific characteristic impedance, and the coplanar guide structure in which the wiring width on the optical element mounting block housing part side is narrowed at a certain rate; An optical module characterized in that
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