JP2021100166A

JP2021100166A - 光モジュール

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Publication number: JP2021100166A
Application number: JP2019230383A
Authority: JP
Inventors: 野口　大輔; Daisuke Noguchi; 大輔野口; 山本　寛; Hiroshi Yamamoto; 寛山本
Original assignee: CIG Photonics Japan Ltd
Current assignee: CIG Photonics Japan Ltd
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-07-01
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: US11317513B2; CN113013262B; CN113013262A; US20210195746A1; JP7457497B2

Abstract

【課題】周波数特性の劣化を防止することを目的とする。【解決手段】光モジュールは、光電素子１２と、光電素子１２に電気的に接続されたフレキシブル基板１４と、を有する。フレキシブル基板１４は、第１面２８及び第２面４２を有する絶縁基板１８と、第１面２８にある第１配線パターン３０と、第２面４２にある第２配線パターン４４と、を含む。第１配線パターン３０は、先端にある信号端子部３４及び信号端子部３４よりも細い信号ライン部３６を含む信号配線３２と、信号端子部３４との隣接を少なくとも一部が避けて信号ライン部３６を挟む位置にある一対のグランドパッド３８と、を含む。第２配線パターン４４は、信号ライン部３６に重なる位置にあって一対のグランドパッド３８に接続するグランドプレーン５０と、信号端子部３４に接続する信号パッド４６と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、光モジュールに関する。

光モジュールが備えるフレキシブル基板（ＦＰＣ）には、外部との電気的接続のため、パッドが横一列に配列されている（特許文献１及び２）。例えば、高周波信号を伝達するためのパッドは、グランドパターンに接続するためのパッドに挟まれた位置にある。

特開２０１６−５１７７０号公報特開２００４−２４７９８０号公報

複数のパッドが横一列に配列されると、フレキシブル基板の幅が大きくなる。あるいは、パッドを細くすると、はんだ付けの作業性が悪くなり、接合が不均一になって、光モジュールの周波数特性の劣化が問題となる。

本発明は、周波数特性の劣化を防止することを目的とする。

（１）本発明に係る光モジュールは、光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための光電素子と、前記光電素子に電気的に接続されたフレキシブル基板と、を有し、前記フレキシブル基板は、第１面及び第２面を有する絶縁基板と、前記第１面にある第１配線パターンと、前記第２面にある第２配線パターンと、を含み、前記第１配線パターンは、先端にある信号端子部及び前記信号端子部よりも細い信号ライン部を含む信号配線と、前記信号端子部との隣接を少なくとも一部が避けて前記信号ライン部を挟む位置にある一対のグランドパッドと、を含み、前記第２配線パターンは、前記信号ライン部に重なる位置にあって前記一対のグランドパッドに接続するグランドプレーンと、前記信号端子部に接続する信号パッドと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、グランドパッドを信号ライン部に接近させることができ、これにより、周波数特性の劣化を防止することができる。

（２）（１）に記載された光モジュールであって、前記絶縁基板は、平面形状で、第１方向に延びる第１辺と、前記第１辺の両端からそれぞれ前記第１方向に交差する第２方向に延びる一対の第２辺と、を有し、前記信号端子部は、前記第１辺を含む端部にあり、前記一対のグランドパッドは、それぞれ、前記一対の第２辺を含む端部にあることを特徴とする。

（３）（２）に記載された光モジュールであって、前記信号端子部のエッジは、前記第１辺に一致し、前記一対のグランドパッドのエッジは、それぞれ、前記一対の第２辺に一致していることを特徴としてもよい。

（４）（２）又は（３）に記載された光モジュールであって、前記絶縁基板は、前記平面形状で、本体部と、前記本体部からの少なくとも１つの凸部と、を含み、前記少なくとも１つの凸部の外形は、前記第１辺及び前記一対の第２辺から構成されることを特徴としてもよい。

（５）（４）に記載された光モジュールであって、前記第１配線パターンは、電源配線をさらに含み、前記第２配線パターンは、前記電源配線に接続する電源パッドをさらに含むことを特徴としてもよい。

（６）（５）に記載された光モジュールであって、前記電源配線は、前記第１方向に前記一対のグランドパッドとの隣接を避けて位置していることを特徴としてもよい。

（７）（６）に記載された光モジュールであって、前記電源配線は、前記少なくとも１つの凸部を避けて、前記本体部にあることを特徴としてもよい。

（８）（４）から（７）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記少なくとも１つの凸部は、複数の凸部であり、前記絶縁基板は、前記複数の凸部の隣同士の間にスリットを有することを特徴としてもよい。

（９）（１）から（８）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記グランドプレーン及び前記信号パッドに、導電性の接続材料で接続されている回路パターンを備えるプリント基板をさらに有することを特徴としてもよい。

第１の実施形態に係る光モジュールの斜視図である。フレキシブル基板及びプリント基板の接続を示す平面図である。図２に示すフレキシブル基板の反対側の平面図である。図２に示すプリント基板の平面図である。図４に示すプリント基板のＶ−Ｖ線断面図である。三次元電界解析ツールを用いたシミュレーションによって得られた、従来例と第１の実施形態の周波数特性を示す図である。第２の実施形態においてフレキシブル基板の第１面の平面図である。第２の実施形態においてフレキシブル基板の第２面の平面図である。三次元電界解析ツールを用いたシミュレーションによって得られた第２の実施形態の周波数特性を示す図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を具体的かつ詳細に説明する。全図において同一の符号を付した部材は同一又は同等の機能を有するものであり、その繰り返しの説明を省略する。なお、図形の大きさは倍率に必ずしも一致するものではない。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る光モジュールの斜視図である。光モジュールは、ＴＯ−ＣＡＮ（Transistor Outline-Can）型光モジュールであり、光サブアセンブリ１０を有する。光サブアセンブリ１０は、発光素子を備える光送信サブアセンブリ（TOSA: Transmitter Optical Sub-Assembly）、受光素子を備える光受信サブアセンブリ（ROSA: Receiver Optical Sub-Assembly）、発光素子及び受光素子の両方を備える双方向光サブアセンブリ（BOSA；Bidirectional Optical Sub-Assembly）のいずれであってもよい。光サブアセンブリ１０には、光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための光電素子１２が内蔵されている。光サブアセンブリ１０は、光電素子１２と外部との電気的接続のためのリードピン１３を有する。リードピン１３には、フレキシブル基板（ＦＰＣ）１４が接続されている。フレキシブル基板１４は、プリント基板（ＰＣＢ）１６に接続されている。

図２は、フレキシブル基板１４及びプリント基板１６の接続を示す平面図である。フレキシブル基板１４は、絶縁フィルムなどの絶縁基板１８を有する。絶縁基板１８は、平面形状において、本体部２０と、本体部２０からの少なくとも１つの凸部２２を含む。本体部２０及び凸部は、例えば矩形である。凸部２２の外形は、第１辺２４及び一対の第２辺２６から構成されている。第１辺２４は第１方向Ｄ１に延びる。一対の第２辺２６は、第１辺２４の両端からそれぞれ第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２に延びる。絶縁基板１８は、第１面２８を有する。

フレキシブル基板１４は、第１面２８に第１配線パターン３０を有する。第１配線パターン３０は、高周波信号を伝達するための信号配線３２を含む。信号配線３２は、その先端に信号端子部３４を含む。信号端子部３４は、第１辺２４を含む端部（凸部２２の先端部分）に位置する。信号端子部３４のエッジは、第１辺２４に一致している。信号配線３２は、信号端子部３４よりも細い信号ライン部３６を含む。

第１配線パターン３０は、一対のグランドパッド３８を含む。一対のグランドパッド３８は、信号ライン部３６を挟む位置にある。一対のグランドパッド３８の間の距離は、３ｍｍ以下である。つまり、グランドパッド３８は、信号ライン部３６に接近している。これにより、高周波信号に近い経路を経てグランドパッド３８にリターン電流が流れる。経路の最短化によって、電磁界の不要輻射の低減、グランドの安定化、クロストークの低減が可能になる。なお、グランドパッド３８が信号ライン部３６に接近しても、信号ライン部３６が細いので、特性インピーダンスを下げずに、所望のインピーダンスを確保することができる。

一対のグランドパッド３８は、信号端子部３４との隣接を少なくとも一部が避けている。例えば、一対のグランドパッド３８は、それぞれ、一対の第２辺２６を含む端部（凸部２２の側辺部）に位置する。一対のグランドパッド３８のエッジは、それぞれ、一対の第２辺２６に一致している。

第１配線パターン３０は、直流信号が伝達される（直流電圧が印加される）ための電源配線４０を含む。電源配線４０は、第１方向Ｄ１に、一対のグランドパッド３８との隣接を避けて位置している。電源配線４０は、凸部２２を避けて本体部２０に位置する。電源配線４０は、その先端に電源端子部４１を含む。

図３は、図２に示すフレキシブル基板１４の反対側の平面図である。絶縁基板１８は、第２面４２を有する。フレキシブル基板１４は、第２面４２に第２配線パターン４４を有する。

第２配線パターン４４は、信号パッド４６を含む。信号パッド４６は、信号端子部３４と重なる位置にある。つまり、信号パッド４６も、第１辺２４を含む端部（凸部２２の先端部分）に位置し、信号パッド４６のエッジは第１辺２４に一致している。信号パッド４６は、信号端子部３４に接続する。この接続には、スルーホール４８が使用される。スルーホール４８は、絶縁基板１８を貫通しているので、目視によって位置合わせを行ったり、接合部を確認したりすることができる。

第２配線パターン４４は、グランドプレーン５０を含む。グランドプレーン５０は、図２に示す信号ライン部３６に重なる位置にあり、マイクロストリップ線路が構成される。グランドプレーン５０は、一対のグランドパッド３８に接続する。この接続にも、スルーホール４８が使用される。

第２配線パターン４４は、電源パッド５２を含む。電源パッド５２は、電源端子部４１と重なる位置にあって、両者は接続している。接続にはスルーホール４８が使用される。電源パッド５２は、信号パッド４６よりも光サブアセンブリ１０（図１）に近い位置にある。電源パッド５２が信号パッド４６から離れているので、直流信号に重畳される高周波信号成分の低減効果が大きい。

図４は、図２に示すプリント基板１６の平面図である。図５は、図４に示すプリント基板１６のＶ−Ｖ線断面図である。光モジュールは、プリント基板１６を有する。プリント基板１６は、高密度実装を可能にするため、回路パターン５４を備えている。回路パターン５４は、グランド線構造５６と、高周波信号線構造５８と、直流信号線構造６０を含み、それぞれが多層になっている。

フレキシブル基板１４とプリント基板１６は、導電性の接続材料６２によって、電気的に接続されている。導電性の接続材料６２による接続は、図４に示すように、導電性の接続材料６２（はんだ、ろう材、導電性接着剤など）を介在させることによる電気的な接続方法である。例えば、図３に示すグランドプレーン５０（グランドパッド３８との重畳部分）は、グランド線構造５６に接合されている。図３に示す信号パッド４６は、高周波信号線構造５８に接合されている。図３に示すグランドプレーン５０の一部（グランドパッド３８との重畳部分）は、信号パッド４６の位置からオフセットしているので、はんだ付けの作業性に優れている。さらに、電源パッド５２は、直流信号線構造６０に接合されている。

図２に示すように、グランドパッド３８の外側には、フレキシブル基板１４の配線がない。そのため、プリント基板１６のグランド線構造５６を広くすることができ、層間接続のために多数のビアを配置することができ、多層のグランド線構造５６を電気的に強固に接続することができる。

図６は、三次元電界解析ツールを用いたシミュレーションによって得られた、従来例と第１の実施形態の周波数特性を示す図である。従来例では、フレキシブル基板のパッドが横一列に並ぶ。このような従来例と比較して、第１の実施形態の透過特性（Ｓ２１）が改善していることが分かる。

［第２の実施形態］
図７は、第２の実施形態においてフレキシブル基板の第１面の平面図である。図８は、第２の実施形態においてフレキシブル基板の第２面の平面図である。絶縁基板２１８は、複数の凸部２２２を有し、隣同士の凸部２２２の間にスリット２６４を有する。これにより、フレキシブル基板２１４（絶縁基板２１８）の熱容量を低減することができ、導電性の接続材料６２による接続部の視認性も向上し、ロバスト性も向上する。

第１面２２８において、第１配線パターン２３０は、複数対（例えば４対）のグランドパッド２３８を含み、複数の信号配線２３２を含む。第２面２４２において、第２配線パターン２４４は、複数の信号パッド２４６を含む。隣同士の信号パッド２４６間のピッチは、１．５ｍｍ以上である。第１の実施形態で説明した内容は、本実施形態に適用可能である。

図９は、三次元電界解析ツールを用いたシミュレーションによって得られた第２の実施形態の周波数特性を示す図である。Ｓ２１は、同じ配線の入力端子から出力端子への透過係数を示す。Ｓ４１は、入力端子からその隣の配線の出力端子への透過係数（つまりクロストーク）を示す。シミュレーションの結果から、第２の実施形態ではクロストークが低くなっていることが分かる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

１０光サブアセンブリ、１２光電素子、１３リードピン、１４フレキシブル基板、１６プリント基板、１８絶縁基板、２０本体部、２２凸部、２４第１辺、２６第２辺、２８第１面、３０第１配線パターン、３２信号配線、３４信号端子部、３６信号ライン部、３８グランドパッド、４０電源配線、４１電源端子部、４２第２面、４４第２配線パターン、４６信号パッド、４８スルーホール、５０グランドプレーン、５２電源パッド、５４回路パターン、５６グランド線構造、５８高周波信号線構造、６０直流信号線構造、６２導電性の接続材料、２１４フレキシブル基板、２１８絶縁基板、２２２凸部、２２８第１面、２３０第１配線パターン、２３２信号配線、２３８グランドパッド、２４２第２面、２４４第２配線パターン、２４６信号パッド、２６４スリット、Ｄ１第１方向、Ｄ２第２方向。

Claims

光信号及び電気信号を少なくとも一方から他方に変換するための光電素子と、
前記光電素子に電気的に接続されたフレキシブル基板と、
を有し、
前記フレキシブル基板は、第１面及び第２面を有する絶縁基板と、前記第１面にある第１配線パターンと、前記第２面にある第２配線パターンと、を含み、
前記第１配線パターンは、先端にある信号端子部及び前記信号端子部よりも細い信号ライン部を含む信号配線と、前記信号端子部との隣接を少なくとも一部が避けて前記信号ライン部を挟む位置にある一対のグランドパッドと、を含み、
前記第２配線パターンは、前記信号ライン部に重なる位置にあって前記一対のグランドパッドに接続するグランドプレーンと、前記信号端子部に接続する信号パッドと、を含むことを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載された光モジュールであって、
前記絶縁基板は、平面形状で、第１方向に延びる第１辺と、前記第１辺の両端からそれぞれ前記第１方向に交差する第２方向に延びる一対の第２辺と、を有し、
前記信号端子部は、前記第１辺を含む端部にあり、
前記一対のグランドパッドは、それぞれ、前記一対の第２辺を含む端部にあることを特徴とする光モジュール。
請求項２に記載された光モジュールであって、
前記信号端子部のエッジは、前記第１辺に一致し、
前記一対のグランドパッドのエッジは、それぞれ、前記一対の第２辺に一致していることを特徴とする光モジュール。
請求項２又は３に記載された光モジュールであって、
前記絶縁基板は、前記平面形状で、本体部と、前記本体部からの少なくとも１つの凸部と、を含み、
前記少なくとも１つの凸部の外形は、前記第１辺及び前記一対の第２辺から構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項４に記載された光モジュールであって、
前記第１配線パターンは、電源配線をさらに含み、
前記第２配線パターンは、前記電源配線に接続する電源パッドをさらに含むことを特徴とする光モジュール。
請求項５に記載された光モジュールであって、
前記電源配線は、前記第１方向に前記一対のグランドパッドとの隣接を避けて位置していることを特徴とする光モジュール。
請求項６に記載された光モジュールであって、
前記電源配線は、前記少なくとも１つの凸部を避けて、前記本体部にあることを特徴とする光モジュール。
請求項４から７のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記少なくとも１つの凸部は、複数の凸部であり、
前記絶縁基板は、前記複数の凸部の隣同士の間にスリットを有することを特徴とする光モジュール。
請求項１から８のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記グランドプレーン及び前記信号パッドに、導電性の接続材料で接続されている回路パターンを備えるプリント基板をさらに有することを特徴とする光モジュール。