JP2009194317A - 光伝送モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高速伝送が可能であり、電気的接続の信頼性が高い光伝送モジュールを提供すること。
【解決手段】光伝送モジュール１０は、半導体レーザ素子を格納する光送信モジュール２２と、外部装置に対して挿抜可能に接続される外部コネクタを有するメイン基板３２と、半導体レーザ素子から出力される光信号に応じた電気信号を生成するレーザドライバ２８を搭載したサブ基板２６と、メイン基板３２とサブ基板２６とを挿抜方向に沿って電気的に接続するフレキシブル基板３０と、光送信モジュール２２に形成された半導体レーザ素子の外部電極とサブ基板２６に形成されたレーザドライバ２８の信号電極とを接続する剛性のリード２４と、光伝送モジュール２２とメイン基板３２とサブ基板２６とを収納し、光送信モジュール２２を固定する筐体２０と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、光伝送モジュールに関し、特に、光素子を格納する光素子モジュール用の信号生成回路およびプリント基板の実装構造に関する。

光通信技術の適用分野の拡大に伴い、光伝送モジュールの高速化が求められている。特に、光素子（発光素子、受光素子）と信号生成回路（駆動回路、増幅回路など）との間で送受される電気信号の帯域劣化が少なく、かつ電気的接続の信頼性が高い光伝送モジュールが望まれている。

図３は、高速伝送が可能な一般的な光伝送モジュール１２の内部構造を示す側面図である。同図に示すように、光伝送モジュール１２は、光素子（たとえば半導体レーザ素子）を格納する光素子モジュール５０の信号配線と、光素子により伝送される光信号に応じた電子信号を生成する信号生成回路５６（たとえばレーザドライバ）や波形整形回路５８（たとえばアイオープナー）などを搭載した回路基板５４と、を特性インピーダンスを約５０Ωに整合したフレキシブル基板５２で電気的に接続することにより、高速信号伝送を実現している（たとえば特許文献１参照）。また、光素子モジュール５０と回路基板５４とを接続するフレキシブル基板５２に余長を設けることにより、熱ストレスや挿抜時の外力の影響を軽減し、電気的接続の信頼性を高めている。
特開２００３−２４９７１１号公報

しかしながら、たとえば１０Ｇｂｉｔ／ｓクラスの光伝送モジュールに上記従来の光伝送モジュール１２の実装構造を適用すると、フレキシブル基板５２の余長によって、光素子モジュール５０と信号生成回路５６との間で送受される電気信号に帯域劣化が生じ、光送信モジュールの伝送特性が悪化する場合がある。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、高速伝送が可能であり、電気的接続の信頼性が高い光伝送モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る光伝送モジュールは、光素子を格納する光素子モジュールと、外部装置に対して挿抜可能に接続される外部コネクタを有するメイン基板と、前記光素子により伝送される光信号に応じた電気信号を生成する信号生成回路を搭載したサブ基板と、前記メイン基板と前記サブ基板とを前記外部コネクタの挿抜方向に沿って電気的に接続するフレキシブル基板と、前記光素子モジュールに形成された前記光素子の外部電極と前記サブ基板に形成された前記信号生成回路の信号電極とを接続する剛性のリードと、前記光素子モジュールと前記メイン基板と前記サブ基板とを収納し、前記光素子モジュールを固定する筐体と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、光素子モジュールと信号生成回路を搭載したサブ基板とが余長のないリードにより接続されているため、光素子モジュールと信号生成回路との距離が短縮され、それらの間で送受される電気信号の帯域劣化（特に高周波帯域での劣化）を低減することができる。また、剛性を有するリードにより、筐体に固定された光素子モジュールにサブ基板を好適に固定することができる。さらに、外部コネクタを有するメイン基板とサブ基板とが挿抜方向に沿うフレキシブル基板で接続されているため、熱ストレスや挿抜時の外力の影響がサブ基板や光素子モジュールにかかることを防ぐことができる。このため、光伝送モジュールの伝送速度および電気的接続の信頼性を高めることができる。なお、光素子モジュールに格納される光素子は、発光素子および受光素子のいずれでもよい。

また、本発明の一態様では、前記リードは、前記光素子モジュールに形成された前記光素子の外部電極と前記サブ基板に形成された前記信号生成回路の信号電極とを最短距離で接続する。この態様によれば、光素子モジュールと信号生成回路との間で送受される電気信号の帯域劣化をさらに低減することができる。

また、本発明の一態様では、前記サブ基板は、前記信号生成回路を制御する制御回路をさらに搭載し、前記フレキブル基板は、前記制御回路用の配線を有する。この態様によれば、フレキシブル基板に設けるべき配線の数が減るため、フレキシブル基板のサイズが縮小され、光送信モジュールの製造を容易にすることができる。

また、本発明の一態様では、前記光素子は、半導体レーザ素子であり、前記信号生成回路は、前記半導体レーザ素子を駆動するレーザドライバである。この態様によれば、半導体レーザ素子を含む光送信モジュールの送信速度および電気的接続の信頼性を高めることができる。

この態様では、前記メイン基板に搭載された光受信モジュールをさらに含んでもよい。こうすれば、光送信モジュールを駆動することにより光受信モジュールの受信感度が悪化するクロストーク（漏話）を低減することができる。

また、本発明の一態様では、前記光素子は、受光素子であり、前記信号生成回路は、前記受光素子から入力される電気信号を増幅する信号増幅回路である。この態様によれば、受光素子を含む光受信モジュールの受信速度および電気的接続の信頼性を高めることができる。

また、本発明の一態様では、前記メイン基板に搭載され、前記信号生成回路で生成される電気信号の波形を整形する波形整形回路をさらに含む。

また、本発明の一態様では、前記筐体は、金属で構成され、前記サブ基板と前記筐体との間に配置され、前記サブ基板の熱を前記筐体に伝達する弾性伝熱部材をさらに含む。この態様によれば、サブ基板に搭載された信号生成回路で生じる熱を金属製の筐体を介して外部に放散することができる。また、サブ基板の振動を防止することもできる。

本発明によれば、光伝送モジュールの伝送速度および電気的接続の信頼性を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る光送信モジュール１０の内部構造を示す斜視図である。図２は、図１に示す光伝送モジュール１０の内部構造を示すII方向側面図である。

図１および２に示すように、光伝送モジュール１０は、筐体２０、光送信モジュール（発光素子モジュール）２２、リード２４、サブ基板２６、レーザドライバ（変調信号生成回路）２８、フレキシブル基板３０、メイン基板３２、アイオープナー（波形整形回路）３４、光受信モジュール（受光素子モジュール）３６、放熱グリース３８、および放熱シート４０を含んで構成される光信号の送受信機能を一体化した光伝送モジュールである。

筐体２０は、光送信モジュール２２、サブ基板２６、メイン基板３２、および光受信モジュール３６を収納する概ね直方体形状の金属ケースである。光受信モジュール３６と平行に配置された光送信モジュール２２と、サブ基板２６と、メイン基板３２と、は筐体２０の長手方向に沿って配置されている。筐体２０の長手方向の一端には、光送信モジュール２２の出射端部および光受信モジュール３６の入射端部、すなわち光伝送モジュール１０の外部から光ファイバを接続するためのレセプタクル部が固定されている。また、筐体２０の長手方向の他端には、メイン基板３２に設けられた外部コネクタを外部に露出させるための開口部が形成されている。

光送信モジュール２２は、半導体レーザダイオードおよび光変調素子が一体集積された外部変調型の半導体レーザ素子（直接変調型の半導体レーザ素子でもよい）、レンズ、アイソレータ、モニタ用フォトダイオード（以上、図示せず）、それらを気密封止するパッケージ筐体２２ｂ、光ファイバを接続するためのレセプタクル部２２ａ、外部電極を有するアルミナ基板２２ｃを含んで構成される。半導体レーザ素子やモニタ用フォトダイオードの電極は、光送信モジュール２２内部から高周波信号を通すアルミナ基板を貫通してアルミナ基板上に形成された外部電極に接続されている。

サブ基板２６は、光送信モジュール２２の半導体レーザ素子を駆動するレーザドライバ２８を搭載するプリント基板である。サブ基板２６の表面には、リード２４が接続されるレーザドライバ２８のパッド電極と、プレキシブル基板３０用の電極と、が形成されている。

光送信モジュール２２のアルミナ基板２２ｃに形成された半導体レーザ素子の外部電極とサブ基板２６に形成されたレーザドライバ２８のパッド電極とは、剛性を有する直線状の導線である複数のリード２４により最短距離で接続されている。具体的には、各リード２４が光送信モジュール２２の長手方向に概ね平行になるよう、各リード２４の一端がアルミナ基板２２ｃに形成された半導体レーザ素子の各外部電極にそれぞれロウ付けされるとともに、他端がサブ基板２６上に形成されたレーザドライバ２８の各パッド電極にはんだ付けされている。

このように、光伝送モジュール１０では、光送信モジュール２２とレーザドライバ２８を搭載したサブ基板２６とが余長のないリード２４により接続されているため、光送信モジュール２２とレーザドライバ２８との距離が短縮され、それらの間で送受される電気信号の帯域劣化（特に高周波帯域での劣化）を低減することができる。また、リード２４は剛性を有するため、筐体２０に固定された光送信モジュール２２にサブ基板２６を好適に固定することができる。

メイン基板３２は、外部装置に対して挿抜可能に接続される図示しない外部コネクタを有し、レーザドライバ２８を介して光送信モジュール２２に送信される電気信号の波形を整形するアイオープナー３４、光受信モジュール３６、図示しないマイクロコントローラ（制御回路）、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）回路、ＳｅｒＤｅｓ（並直列変換回路）、光受信モジュール３６用のメインアンプ（リミットアンプ、ＡＧＣなど）などを搭載するプリント基板である。メイン基板３２は、筐体２０に固定されている。

メイン基板３２の表面には、上記回路用の配線の他にフレキシブル基板３０用の電極が形成されている。メイン基板３２とサブ基板２６とは、光伝送モジュール１０の挿抜方向に概ね沿うよう配置された余長のあるフレキシブル基板３０によって電気的に接続されている。

このため、メイン基板３２とサブ基板２６との熱膨張係数の違いにより生じる熱ストレスや光伝送モジュール１０を挿抜する際に生じる外力の影響が、サブ基板２６や光送信モジュール２２にかかることを防ぐことができる。

近年、ＸＦＰ（10 Gigabit Small Form Factor Pluggable）に代表される光伝送モジュールの小型化に伴い、光送信モジュール２２と光受信モジュール３６との実装距離は縮小される傾向にある。この点、本実施形態に係る光伝送モジュール１０では、光受信モジュール３６を搭載したメイン基板３２が、レーザドライバ２８を搭載したサブ基板２６と別体になっているため、光受信モジュール３６とレーザドライバ２８との距離が十分に確保されている。このため、光送信モジュール２２を駆動するレーザドライバ２８によって生じる接地電位などの揺らぎが光受信モジュール３６用のメインアンプに伝達されにくくなり、結果として、レーザドライバ２８が光受信モジュール３６の受信感度を悪化させる、いわゆるクロストークを低減することができる。

光送信モジュール２２で生じる熱は、パッケージ筐体２２ｂの裏面に塗布された放熱グリース３８を介して光伝送モジュール１０の筐体２０に伝達され、外部に放散される。サブ基板２６と筐体２０との間には、サブ基板２６の熱を筐体２０に伝達する弾力性のある放熱シート４０が配置されている。このため、サブ基板２６に搭載されたレーザドライバ２８で生じる熱を、放熱シート４０および筐体２０を介して外部に放散することができる。また、放熱シート４０は弾力性を有しているため、サブ基板２６の振動を防止することができる。

以上説明した実施形態によれば、光送信モジュール２２とレーザドライバ２８を搭載したサブ基板２６とが余長のないリード２４により接続されているため、それらの間で送受される電気信号の帯域劣化を低減することができる。また、剛性を有するリード２４により、筐体２０に固定された光送信モジュール２２にサブ基板２６を好適に固定することができる。さらに、外部コネクタを有するメイン基板３２とサブ基板２６とが余長のあるフレキシブル基板３０により接続されているため、熱ストレスや挿抜時の外力の影響がサブ基板２６や光送信モジュール２２にかかることを防ぐことができる。このため、光伝送モジュール１０の伝送速度および電気的接続の信頼性を高めることができる。

なお、光伝送モジュール１０において、サブ基板２６上にレーザドライバ２８を制御するレーザコントローラ（レーザ制御回路）をさらに搭載し、シリアルインターフェースを介してメイン基板３２に搭載されたメインコントローラからレーザコントローラを介してレーザドライバ２８を制御してもよい。

こうすれば、フレキシブル基板３０に設けるべき信号配線の数を減らすことができる。具体的には、たとえば、フレキシブル基板３０に、電源線１本、接地線１本、信号線１本、レーザコントローラ用制御線２本を設けるだけでよく、レーザドライバ２８を直接制御するための配線、すなわちバイアス電流を設定するための配線１本、バイアス電流をモニタするための配線１本、変調電流の振幅を設定するための配線１本、変調電流をモニタするための配線１本、クロスポイント（Ｄｕｔｙ）を制御するための配線１本の合計５本の配線を省略することができる。すなわち、フレキシブル基板３０に設けるべき配線がトータルで３本減るため、フレキシブル基板３０のサイズが縮小され、光伝送モジュール１０の製造を容易にすることができる。また、フレキシブル基板３０にかかる負荷が軽減されるため、光伝送モジュール１０の電気的接続の信頼性をさらに高めることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発光素子モジュールおよび受光素子モジュールの少なくとも一方を含む光伝送モジュールに広く適用できる。たとえば、本発明は、受光素子を格納する光受信モジュールと、光受信モジュールから出力される電気信号を増幅するメインアンプ（リミットアンプ、ＡＧＣなど）と、を含む光伝送モジュールにも適用可能である。

本発明の実施形態に係る光伝送モジュールの内部構造を斜視図である。 図１に示す光送信モジュールの内部構造を示すII方向側面図である。 従来の光伝送モジュールの内部構造を示す側面図である。

符号の説明

１０，１２ 光伝送モジュール、２０ 筐体、２２ 光送信モジュール（発光素子モジュール）、２２ａ レセプタクル部、２２ｂ パッケージ筐体、２２ｃ アルミナ基板、２４ リード、２６ サブ基板、２８ レーザドライバ（変調信号生成回路）、３０，５２ フレキシブル基板、３２ メイン基板、３４ アイオープナー（波形整形回路）、３６ 光受信モジュール（受光素子モジュール）、３８、放熱グリース、４０ 放熱シート、５０ 光素子モジュール、５４ 回路基板、５６ 信号生成回路、５８ 波形整形回路。

Claims (8)

1. 光素子を格納する光素子モジュールと、
   外部装置に対して挿抜可能に接続される外部コネクタを有するメイン基板と、
   前記光素子により伝送される光信号に応じた電気信号を生成する信号生成回路を搭載したサブ基板と、
   前記メイン基板と前記サブ基板とを前記外部コネクタの挿抜方向に沿って電気的に接続するフレキシブル基板と、
   前記光素子モジュールに形成された前記光素子の外部電極と前記サブ基板に形成された前記信号生成回路の信号電極とを接続する剛性のリードと、
   前記光素子モジュールと前記メイン基板と前記サブ基板とを収納し、前記光素子モジュールを固定する筐体と、
   を含むことを特徴とする光伝送モジュール。
2. 請求項１に記載の光伝送モジュールにおいて、
   前記リードは、前記光素子モジュールに形成された前記光素子の外部電極と前記サブ基板に形成された前記信号生成回路の信号電極とを最短距離で接続する、
   ことを特徴とする光伝送モジュール。
3. 請求項１または２に記載の光伝送モジュールにおいて、
   前記サブ基板は、前記信号生成回路を制御する制御回路をさらに搭載し、
   前記フレキブル基板は、前記制御回路用の配線を有する、
   ことを特徴とする光伝送モジュール。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の光伝送モジュールにおいて、
   前記光素子は、半導体レーザ素子であり、
   前記信号生成回路は、前記半導体レーザ素子を駆動するレーザドライバである、
   ことを特徴とする光伝送モジュール。
5. 請求項４に記載の光伝送モジュールにおいて、
   前記メイン基板に搭載された光受信モジュールをさらに含む、
   ことを特徴とする光伝送モジュール。
6. 請求項１から３のいずれかに記載の光伝送モジュールにおいて、
   前記光素子は、受光素子であり、
   前記信号生成回路は、前記受光素子から入力される電気信号を増幅する信号増幅回路である、
   ことを特徴とする光伝送モジュール。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の光伝送モジュールにおいて、
   前記メイン基板に搭載され、前記信号生成回路で生成される電気信号の波形を整形する波形整形回路をさらに含む、
   ことを特徴とする光伝送モジュール。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の光伝送モジュールにおいて、
   前記筐体は、金属で構成され、
   前記サブ基板と前記筐体との間に配置され、前記サブ基板の熱を前記筐体に伝達する弾性伝熱部材をさらに含む、
   ことを特徴とする光伝送モジュール。

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