JP7057357B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光通信に用いる光モジュールに関する。

光通信の進展／普及に伴い、光信号の送受信を担う光モジュールに対して、伝送速度の高速化や低コスト化のみならず、小型／薄型機器や高密度実装機器に収容可能な小型化（特に低背化）が要求されている。光素子が搭載される光モジュールに対しては、光素子と光ファイバなどとの間でミクロンオーダの位置合わせが要求される。これらの要求を満たす手法として、光素子をＴＯ（Transistor Outline）－ＣＡＮ型パッケージに搭載し、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザ溶接により高精度な光軸合わせを行う手法がある。この手法は、最も低コストな手法として広く使用されている。

ＴＯ－ＣＡＮ型パッケージなどの光モジュールに関する技術内容は、例えば、特許文献１，２に開示されている。特許文献１には、「球状のレンズと、光電変換素子を含む電子回路とを有し、前記光電変換素子により光信号および電気信号の一方から他方への変換を行う光モジュールにおいて、前記光電変換素子を含む前記電子回路を支持するステムと、前記ステムに接合されると共に、前記レンズを前記光電変換素子と対向するように保持する筒状のキャップ部材と、前記キャップ部材に接合され、前記レンズと対向するように光ファイバを保持し得るスリーブ（レセプタクル）とを備え、前記キャップ部材が、前記レンズを保持するための開口を有しており、この開口の内径が、前記レンズの直径よりも小さいことを特徴とする光モジュール」が開示されている。

また、特許文献２には、「ステムと、前記ステムを貫通する信号ピンと、前記ステムと前記信号ピンとの間を埋める絶縁性ガラスと、前記ステムの主面に溶接されたグランドピンと、前記グランドピンの根本に存在し、前記グランドピンよりも幅が大きい溶接部と、前記信号ピンが貫通する第１のスルーホールと、前記グランドピンが貫通する第２のスルーホールとを有し、前記ステムに取り付けられたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の上面に設けられ、前記信号ピンに接続された配線パターンと、前記フレキシブル基板の下面に設けられ、前記ステムに接続された接地導体とを備え、前記フレキシブル基板の前記第２のスルーホールの周辺部分が前記溶接部に沿って褶曲され、前記信号ピンの周辺において前記フレキシブル基板の前記下面の前記接地導体が前記ステムの前記主面に密着していることを特徴とする光モジュール」が開示されている。

特開２００３－２４１０２９号公報 特開２０１２－２５６６９２号公報

特許文献１，２に示すように、光モジュールのステムの主面には、複数のピン（またはリードピン）を配置する必要がある。このため、ステムの主面の面積を相応に大きくする必要がある。しかし、そのように大きな面積を有するステムを備える光モジュールでは、先に述べた小型化の要求を満たすことは困難である。また、光ファイバを保持し得るスリーブ（レセプタクル）を備えざるを得ない従来の光モジュールでは、レセプタクルのサイズ以下に小型化することはできなかった。

このような事情に鑑みて、本発明は、光モジュールを小型化することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、
ステムと、
前記ステムを貫通するリードピンと、
前記ステムと前記リードピンとの間を埋める絶縁材と、
前記ステムの第１の主面に配置されており、前記リードピンに接続している素子と、
前記ステムの第２の主面に接している基板と、
前記ステムに装着するキャップと、
光ファイバスタブと、
前記光ファイバスタブを前記キャップに調心固定させる調心固定部と、を備え、
前記基板は、前記ステムと直接接続されるグランド接続用ランドを備え、
前記ステムの側面には、前記グランド接続用ランドに対向する位置に配置された突起部を備える、
ことを特徴とする光モジュールである。
その他の発明については、実施形態で説明する。

本発明によれば、光モジュールを小型化することができる。

第１の実施形態の光モジュールの、（ａ）正面図、（ｂ）Ａ－Ａ視断面図、（ｃ）側面図である。 突起部の形状例（ａ）、（ｂ）である。 第２の実施形態の光モジュールの、（ａ）正面図、（ｂ）Ｂ－Ｂ視断面図、である。 第２の実施形態の光モジュールをマザーボードに実装したときの断面図である。 第３の実施形態の光モジュールの、（ａ）正面図、（ｂ）Ｃ－Ｃ視断面図、である。 第３の実施形態の光モジュールをマザーボードに実装したときの断面図である。 第４の実施形態の光モジュールの、（ａ）正面図、（ｂ）Ｄ－Ｄ視断面図、である。 第５の実施形態の光モジュールの、（ａ）正面図、（ｂ）Ｅ－Ｅ視断面図、である。 第６の実施形態の光モジュールの、（ａ）正面図、（ｂ）Ｆ－Ｆ視断面図、である。 比較例の光モジュールの、（ａ）正面図、（ｂ）Ｇ－Ｇ視断面図である。 比較例の光モジュールのＦＰＣの詳細図である。 比較例の光モジュールをマザーボードに実装したときの断面図である。 第７の実施形態の光モジュールをマザーボードに実装したときの断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明の便宜上、「垂直」という語は、「略垂直」の意味を含む。「直交」という語は、「略直交」の意味を含む。「直線上」という語は、「略直線上」の意味を含む。「平行」という語は、「略平行」の意味を含む。

＜比較例＞
まず、本発明の比較例となる光モジュールについて説明する。図１０（ａ），（ｂ）に示す比較例の光モジュール２００は、従来の光受信用ＴＯ－ＣＡＮ型パッケージを用いる光モジュールである。図１０（ａ），（ｂ）に示すように、光モジュール２００は、ステム１と、５本のリードピン２ａ～２ｅと、ガラス３ａ～３ｄと、フォトダイオード４と、増幅器５と、溶接部６と、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit：フレキシブル基板）７と、を備える。

ステム１は、フォトダイオード４、増幅器５などの素子を支持する円板状体である。ステム１は、表主面１ａ（第１の主面）および裏主面１ｂ（第２の主面）を有する。また、ステム１は、板厚方向に延在する貫通孔２０ａ～２０ｄを備える。

第１のリードピン２ａは、信号出力用のピン（信号用ピン）である。第２のリードピン２ｂは、反転信号出力用のピン（信号用ピン）である。第３のリードピン２ｃは、増幅器５のバイアス用のピンである。第４のリードピン２ｄは、フォトダイオード４のバイアス用のピンである。リードピン２ａ～２ｄはそれぞれ、ステム１の貫通孔２０ａ～２０ｄの各々を貫通しており、ガラス３ａ～３ｄによって固定されている。

第５のリードピン２ｅは、接地用のグランドピンである。第５のリードピン２ｅは、溶接によりステム１の裏主面１ｂに直接固定され、ステム１（の筐体）と同電位となっている。
溶接部６は、第５のリードピン２ｅをステム１の裏主面１ｂに溶接されるビードである。溶接部６の径は、第５のリードピン２ｅの径よりも一回り大きい。

ガラス３ａ～３ｄは、貫通孔２０ａ～２０ｄの各々に充填されている。ガラス３ａ～３ｄは、ステム１とリードピン２ａ～２ｄの各々との間を埋める絶縁材であり、ステム１（の筐体）とリードピン２ａ～２ｄの各々とを電気的に絶縁する。

フォトダイオード４は、光信号を受信して電気信号に変換する光素子である。フォトダイオード４は、ステム１の表主面１ａに、かつ、ステム１の中心に配置されている。
増幅器５は、光信号から変換された電気信号を増幅する電気素子である。増幅器５は、ステム１の表主面１ａに、かつ、ステム１の中心付近に配置されている。

フォトダイオード４の出力端子は、増幅器５の入力端子とワイヤ接続されている。フォトダイオード４のバイアス端子は、第４のリードピン２ｄにワイヤ接続されている。増幅器５のバイアス端子は、第３のリードピン２ｃにワイヤ接続されている。増幅器５の信号出力端子は、第１のリードピン２ａにワイヤ接続されている。増幅器５の反転信号出力端子は、第２のリードピン２ｂにワイヤ接続されている。
上記のように構成することで、フォトダイオード４が受信した光信号が第１のリードピン２ａと第２のリードピン２ｂとの差動電気信号として出力される。この出力された差動電気信号は、光受信用ＴＯ－ＣＡＮ型パッケージに取り付けられたＦＰＣ７を介して外部に取り出される。

ＦＰＣ７は、折り曲げ可能な高速配線板であり、ステム１の裏主面１ｂに密着している。ＦＰＣ７は、信号用の伝送線路と、伝送線路に沿って形成されるグランドとで構成される高速信号用の差動配線を備える。また、ＦＰＣ７は、フォトダイオード４および増幅器５のバイアス供給用電源線も備える。図１０（ｂ）に示すように、ＦＰＣ７は、例えば、厚さ５０μｍ程度の誘電体１０（例：ポリイミド）を上層配線１２と下層グランド１１とで挟んだ構成とすることができる。このような構成のＦＰＣ７によれば、信号用の伝送線路としてマイクロストリップ線路を形成することができ、柔軟で取り回しが容易な高速配線板とすることができる。

図１０（ｂ）に示すように、ＦＰＣ７は、保護層１９を有する。保護層１９は、リードピン２ａ～２ｅが通る領域を除いて下層グランド１１を、ステム１が設けられている側から保護する。また、ＦＰＣ７は、保護層１９と同等の機能を具備した保護層（図示略）を、ステム１が設けられる面の対向面に有する。当該保護層は、ランド（図１１のランド４０ａ～４０ｅを参照）の領域を除いて上層配線１２を、ステム１が設けられている側の反対側から保護する。また、ＦＰＣ７は、ステム１に接する保護層１９の部分に対し、曲がりや反りを抑制してはんだ実装を容易にするための補強板（図示略）を有する。この補強板は、ＦＰＣ７を屈曲したい箇所を除き、曲がり反りの抑制が効く任意の箇所に適宜設けることができ、保護層１９と下層グランド１１との間に設けてもよいし、ステム１と保護層１９との間に設けてもよい。
図１０（ｂ）に示す符号４０ｂ，４０ｃ，４０ｅはそれぞれ、リードピン２ｂ，２ｃ，２ｅの各々との電気的な接続手段となるはんだ８ｂ，８ｃ，８ｅの各々のランドである。

図１１に示すように、ＦＰＣ７は、リードピン２ａ～２ｅに対応する５つのスルーホール１３ａ～１３ｅを備える。また、ＦＰＣ７は、スルーホール１３ａ～１３ｅの各々の周囲にランド４０ａ～４０ｅを備える。リードピン２ａ～２ｅの各々をスルーホール１３ａ～１３ｅの各々に差しこみ、リードピン２ａ～２ｅの各々をランド４０ａ～４０ｅの各々とはんだ付けすることで電気的な接続を行う。

図１２に示すように、光モジュール２００のステム１には、光入射用の窓またはレンズを備えるキャップ１４を装着する。よって、光導波手段１５からの光信号は、光導波手段（光接続部品）１５の光軸１６が通過するフォトダイオード４で受信される。ＦＰＣ７は、マザーボード１７との接続用のパッド（図示略）を備えており、マザーボード１７との間で電気信号を送受信することができる。また、図１２に示すように、光モジュール２００は、光導波手段１５の光軸１６がマザーボード１７と平行になるように、ＦＰＣ７をステム１の端部で折り曲げてマザーボード１７に装着することができる。このようにしてマザーボード１７への搭載スペースの最小化（低背実装）を図ることが一般的である。なお、光導波手段（光接続部品）１５は例えば光ファイバとそれを保持するスリーブ（レセプタクル）等で構成しても良いし、中空のパイプに１個もしくは２個の集光レンズを固定して構成しても良い。

比較例の光モジュール２００において、ステム１の円板の面積は、所要ピン数と搭載する素子のサイズとで概ね決定されてしまう。このため、比較例の光モジュール２００では、ステム１の径を所定のサイズ（例えば、４ｍｍ）よりも小さくすることが困難である。

また、グランドピンとなる第５のリードピン２ｅをステム１に溶接した際に第５のリードピン２ｅの根元に幅広い溶接部６が形成される。この溶接部６が、ステム１とＦＰＣ７との密着を妨げてしまい、溶接部６の厚さ分ＦＰＣ７をステム１から離さざるを得なくなる。その結果、反射減衰量の劣化や信号用ピンとしての第１のリードピン２ａおよび第２のリードピン２ｂのインダクタンスの増大が生じ、高周波特性が劣化したり、伝送速度の高速化が阻害されたりしてしまう問題がある。この問題を解消するために、溶接部６を収容するための穴をステム１に設けて高周波特性を改善する手法もあるが、結果としてステム１の加工コストの増大を招いてしまう。

また、光モジュール２００の放熱は、ステム１に溶接されたグランドピンが大半を担うことになる。ここで、光モジュールの小型化を進展させると、発熱密度が必然的に増加するため、Φ０．４程度の細径のグランドピンに放熱が大きく依存する比較例の構造では十分な放熱性能を実現できない。その結果、光モジュール自体の信頼性の低下などを招き、光モジュールの小型化が阻害されてしまうという問題もある。

上記の問題を解決する本発明の光モジュールについて、複数の実施形態を参照して説明する。説明の際、比較例で説明したり、他の実施形態で説明した部材と同一の部材に対しては同一の符号を用いる。また、比較例や他の実施形態の説明（発明特定事項の説明や効果の説明を含む）と重複する説明は適宜省略し、相違点を主に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１（ａ）～（ｃ）に示す光モジュール１００Ａは、本実施形態の光受信用ＴＯ－ＣＡＮ型パッケージを用いる光モジュールである。図１（ａ）～（ｃ）に示すように、光モジュール１００Ａは、ステム１と、４本のリードピン２ａ～２ｄと、ガラス３ａ～３ｄと、フォトダイオード４（素子：光素子）と、増幅器５（素子：電気素子）と、ＦＰＣ７（基板：フレキシブル基板）と、を備える。フォトダイオード４および増幅器５は、互いに近傍に配置されている。

本実施形態の光モジュール１００Ａと、比較例の光モジュール２００との間の相違点は、主に、（１）光モジュール２００が備えるグランドピンとしてのリードピン２ｅを備えないこと、（２）ステム１が突起部９を備えたこと、（３）ＦＰＣ７にグランド接続用ランド１８を備え、グランド接続用ランド１８に対してはんだ付けを行いグランド接続をしていること、の３点である。

ＦＰＣ７は、比較例の光モジュール２００と同様、一方向に延在した帯状を呈している。図１（ａ）～（ｃ）に示すように、ＦＰＣ７の表面の一部領域に、ステム１の裏主面１ｂが接している（例えば、密着している）。また、ＦＰＣ７は、ステム１の突起部９に対向する部分を有している。

グランド接続用ランド１８は、グランドを構成するランドである。グランド接続用ランド１８は、ＦＰＣ７のうち、突起部９に対向する位置に形成されている。グランド接続用ランド１８は、例えば、グランド接続用ランド１８の形成箇所において保護層１９や補強板（図示略）を切り欠き、下層グランド１１を露出させることで実現することができる。また、グランド接続用ランド１８は、例えば、保護層１９や補強板（図示略）にスルーホールを設けることで実現することもできる。はんだ８は、グランド接続用ランド１８の形成箇所にてステム１とのグランド接続を実現させる。

突起部９は、ステム１の側面に配置される。突起部９は、例えば、プレス加工によって、ステム１の円板と一体に形成することができる。図１（ａ）～（ｃ）に示すように、グランド接続用ランド１８との電気的な接続手段となるはんだ８は、突起部９に付着している。
なお、本実施形態の突起部９は、ステム１の板厚と同様の厚みを有しているが、これに限定されない。

突起部９はさまざまな形状にすることができる。例えば、図１に示すように、突起部９は、矩形状（四角柱状）に成形することができる。また、図２（ａ）に示すように、突起部９を三角状（三角柱状）に成形してもよいし、図２（ｂ）に示すように、突起部９とステム１の本体部との境界部に曲面を設けてもよい。

図１（ａ）に示すように、グランド接続用ランド１８は、図１の紙面上、ステム１の右側に配置されている。グランド接続用ランド１８は、ステム１の周方向位置のいずれかに、かつ、ステム１よりも外側（例えば、外縁）に配置してもよい。外縁などステム１よりも外側に配置することで、ステム１とのはんだ付けが容易になる利点が生じる。このようなグランド接続用ランド１８により、グランドピンとしての第５のリードピン２ｅを不要にできる。よって、ステム１の裏主面１ｂにグランドピンを配置する領域が不要になり、ステム１の径を小さく設計することができる。その結果、光モジュール１００Ａ全体を小型化できる。

また、本実施形態の光モジュール１００Ａについて、グランドピンを不要にすることに伴い、グランドピンの根元に存在していた溶接部６（図１０）も不要となる。よって、溶接部６が存在していた領域においても、ＦＰＣ７をステム１の裏主面１ｂに密着させることができる。その結果、信号用ピンとしての第１のリードピン２ａおよび第２のリードピン２ｂのインダクタンスの減少等を通じて高周波特性を改善させることができ、伝送速度の高速化を図ることができる。

また、図１（ａ）に示すように、ステム１の中心とグランド接続用ランド１８の中心とを結ぶ線分（図１の紙面上左右方向の線分）は、ＦＰＣ７がステム１から引き出されている方向（図１中の矢印参照。以下、「縦方向」と呼ぶ場合がある）と直交する。これにより、ＦＰＣ７を屈曲させてマザーボード１７に実装させたときに（図１２参照）、グランド接続用ランド１８が、図１２の上下方向（ステム１の本体部よりマザーボード１７側等）に突出することがないので、光モジュール１００Ａの縦方向の寸法を小さくすることができる（マザーボード１７への低背実装）。
なお、図１に示すように、縦方向に直交する方向を「横方向」と呼ぶ場合がある。図１に示す縦方向および横方向の矢印は、他の図にも適宜描かれている。

また、本実施形態の光モジュール１００Ａは、ステム１の放熱性を向上させることができる。これは、グランドピンとして細径の第５のリードピン２ｅを用いる比較例と比べて、ステム１とＦＰＣ７とのグランド接続面積を大幅に増やすことができるためである。よって、小型化に伴う発熱密度の増加への対応も容易になり、結果として小型化した光モジュールの信頼性を向上できる。

＜第２の実施形態＞
図３（ａ）、（ｂ）に示す光モジュール１００Ｂは、本実施形態の光受信用ＴＯ－ＣＡＮ型パッケージを用いる光モジュールである。本実施形態の光モジュール１００Ｂと、第１の実施形態の光モジュール１００Ａとの相違点は、主に、（１）フォトダイオード４を増幅器５上に配置したこと、（２）リードピン２ａ～２ｄを増幅器５を囲うような位置に変更していること、の２点である。ステム１の中心とグランド接続用ランド１８（または突起部９）の中心とを結ぶ直線の方向は、横方向である。

フォトダイオード４が増幅器５上に配置されることで、ステム１の表主面１ａにフォトダイオード４を配置する領域が事実上不要になる。その結果、部品搭載のための所要スペースを極小化することができ、ステム１の径を小さく設計することができる。なお、図３（ａ）に示すように、フォトダイオード４および増幅器５は、ステム１の表主面１ａの中心に配置されている。

また、図３（ａ）に示すように、信号用の第１のリードピン２ａおよび第２のリードピン２ｂは、増幅器５を搭載できる程度に横方向に離間して配置されている。また、バイアス用の第３のリードピン２ｃおよび第４のリードピン２ｄは、増幅器５を搭載できる程度に縦方向に離間して配置されている。なお、リードピン２ａ～２ｄは、ステム１の周方向の位置にかかわらず増幅器５の周囲に配置することができる。リードピン２ａ～２ｄをこのように配置することで、ステム１の径を極小化できる。

また、ステム１の径を小さくするほど、ＦＰＣ７を屈曲させるときの屈曲位置を、ステム１の中心に近付けることができる。よって、図４に示すように、第３のリードピン２ｃの径方向外側近傍となる位置を、ＦＰＣ７の屈曲位置とすることができる（図４中符号Ｂ１参照）。その結果、光モジュール１００Ｂ全体を小型化、具体的には、縦方向に関して低背化できる。
また、突起部９は、ステム１の側面に配置されているので、ＦＰＣ７を組み付ける際の目印となる。よって、光モジュール１００Ｂの製造者は、突起部９を参照することで、ピン配置が図３のように中心対称になっている場合においても、ステム１とＦＰＣ７の端子を間違えなく接続することが容易になる。

＜第３の実施形態＞
図５（ａ）、（ｂ）に示す光モジュール１００Ｃは、本実施形態の光受信用ＴＯ－ＣＡＮ型パッケージを用いる光モジュールである。本実施形態の光モジュール１００Ｃと、第２の実施形態の光モジュール１００Ｂとの相違点は、主に、ステム１の外周部に平坦部を設けたことである。また、光モジュール１００Ｃは、ステム１の中心を挟んで２つのグランド接続用ランド１８と、２つの突起部９とを備え、グランド接続用ランド１８の各々にはんだ８が設けられている点においても光モジュール１００Ａ，１００Ｂとは相違している。なお、光モジュール１００Ｃにおけるグランド接続用ランド１８の個数、突起部９の個数、ステム１の周方向におけるグランド接続用ランド１８の位置、突起部９の位置は、本実施形態に限らず、他の実施形態にも適用することができる。また、図５（ａ）に示すように、ＦＰＣ７の横方向の幅は、グランド接続用ランド１８が存在する部分を除いて、ステム１の横方向の幅と同じにすることができる。このような形状も本実施形態に限らず、他の実施の形態にも適用できる。

第２の実施形態で説明したように、バイアス用の第３のリードピン２ｃおよび第４のリードピン２ｄは、増幅器５を搭載できる程度に縦方向に離間して配置されている。よって、ステム１の縦方向の両端は、相当程度の空きスペースが形成されている。この空きスペースに他の素子やリードピンなどを配置しないのであれば、ステム１の縦方向の両端を平坦に成形することで、ステム１をさらに小型化することができる。換言すれば、ステム１の形状を、増幅器５を挟んで横方向に配置されている信号用の第１のリードピン２ａおよび第２のリードピン２ｂを結ぶ直線に平行に切り欠かれた形状とし、グランド接続用ランド１８，１８と突起部９，９とを概ねこの直線上に配置する。このような配置により、光モジュールをより一層小型化することができる。

信号用ピンとしての第１のリードピン２ａおよび第２のリードピン２ｂの特性インピーダンスは、増幅器５の出力インピーダンスに整合するようなインピーダンス（例：５０Ω）に設定することが好ましい。一方、バイアス用の第３のリードピン２ｃ及び第４のリードピン２ｄは外部電源などに接続されることから低インピーダンス化することが好適である。このため、バイアス用の第３のリードピン２ｃおよび第４のリードピン２ｄを絶縁するガラス３ｃ，３ｄは、信号用の第１のリードピン２ａおよび第２のリードピン２ｂを絶縁するガラス３ａ，３ｂよりも径方向の寸法を小さくすることができる。

上記の事情に鑑みて、図５（ａ）に示すように、信号用の第１のリードピン２ａおよび第２のリードピン２ｂを増幅器５を挟んで横方向に配置し、バイアス用の第３のリードピン２ｃおよび第４のリードピン２ｄを増幅器５を挟んで縦方向に配置する。このように配置することで、ステム１の縦方向の端部にて大きな空きスペースを設けることができ、ステム１の縦方向の両端の切り欠き領域を大きくすることができる。つまり、信号用の第１のリードピン２ａおよび第２のリードピン２ｂを結ぶ直線に平行にステム１を切り欠いた形状とすることで、ステム１の縦方向の寸法を大幅に小さくすることができる。加えてＦＰＣ７の形状もステム１の形状に合うように図５（ａ）の上側の部分を切り欠いた形状とすることにより光モジュール１００Ｃを大幅に低背化することができる。

また、ステム１の縦方向両端の切り欠き領域が大きいほど、ＦＰＣ７を屈曲させるときの屈曲位置を、ステム１の中心に近付けることができる。よって、図６に示すように、第３のリードピン２ｃの径方向外側近傍となる位置を、ＦＰＣ７の屈曲位置とすることができる（図６中符号Ｃ１参照）。符号Ｃ１で示す屈曲位置は、第２の実施形態で示した屈曲位置（図４中符号Ｂ１参照）よりもステム１の中心に近い。その結果、光モジュール１００Ｃ全体をさらに低背化、具体的には図１２に示した従来例（比較例）に対して２／３の低背化を図ることができる。

また、光モジュール１００Ｃが２つのグランド接続用ランド１８を有していると、ステム１とＦＰＣ７とのグランド接続面積を大きくできるので、ステム１の放熱性をさらに向上することができる。これにより、光モジュールの小型化に伴う発熱密度の増加への対応も容易になり、結果として小型光モジュールの信頼性をさらに向上できる。なお、グランド接続用ランド１８（及びそれを支持する円状ステム本体よりも外側に存在するＦＰＣ部）の形状は、ステム１の突起部９とはんだ接続できればいかなる形状であっても構わない。矩形状（四角形状）に限らず、図２に例示した突起部９の形状の三角状（三角形状）などさまざまな形状にすることができる。

＜第４の実施形態＞
図７（ａ）、（ｂ）に示す光モジュール１００Ｄは、本実施形態の光送信用ＴＯ－ＣＡＮ型パッケージを用いる光モジュールである。本実施形態の光モジュール１００Ｄと、第１の実施形態の光モジュール１００Ａとの相違点は、主に、（１）フォトダイオード４の代わりにレーザダイオードであるＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）３０（レーザダイオード：素子：光素子）を備えたこと、（２）増幅器５の代わりにドライバ５０（駆動回路：素子：電気素子）を備えたこと、（３）バイアス用のリードピンを１本のリードピン２ｃにし、信号入力用のリードピン２ａと、反転信号入力用のリードピン２ｂの計３本のリードピンを備えたこと、の３点である。

ＶＣＳＥＬ３０は、ステム１の主面に対して垂直方向に光を共振させ、垂直方向に光信号を出射させる。
ドライバ５０は、ＶＣＳＥＬ３０が光信号を出射するための駆動信号を出力する。

光モジュール１００Ｄでは、外部からの差動信号が入力されるように、ドライバ５０の信号入力端子がリードピン２ａにワイヤ接続されており、ドライバ５０の反転信号入力端子がリードピン２ｂにワイヤ接続されている。また、ドライバ５０の出力端子とＶＣＳＥＬ３０の端子（アノード／カソード）がワイヤ接続されている。これにより、駆動信号が伝達され、光信号を出射する。また、光出射用の窓またはレンズを具備するキャップ（図示せず）を光モジュール１００Ｄに装着することで、光信号の伝送が実現される。

第１の実施形態で示した、光受信系として機能する光モジュール１００Ａが奏する効果は、本実施形態で示す、光送信系として機能する光モジュール１００Ｄにも適用される。つまり、光送信系であっても光モジュール全体を小型化することができる。

＜第５の実施形態＞
図８（ａ）、（ｂ）に示す光モジュール１００Ｅは、本実施形態の光送信用ＴＯ－ＣＡＮ型パッケージを用いる光モジュールである。本実施形態の光モジュール１００Ｅと、第４の実施形態の光モジュール１００Ｄとの相違点は、主に、（１）ＶＣＳＥＬ３０をドライバ５０の上に配置したこと、（２）リードピン２ａ～２ｃをドライバ５０を囲うような位置に変更していること、（３）ステム１の外周部に平坦部を設けたこと、の３点である。図８（ａ）に示すように、ＶＣＳＥＬ３０およびドライバ５０は、ステム１の表主面１ａの中心に配置されている。

信号用の第１のリードピン２ａおよび第２のリードピン２ｂは、ドライバ５０を搭載できる程度に横方向に離間して配置されている。また、バイアス用の１本の第３のリードピン２ｃは、図８（ａ）の紙面上、ドライバ５０の下側に配置されている。換言すれば、リードピン２ａ～２ｃは、ドライバに近接配置されている。リードピン２ａ～２ｃをこのように配置することで、ステム１の径を極小化できる。

図８（ａ）に示すように、信号用の第１のリードピン２ａおよび第２のリードピン２ｂはドライバ５０を挟んで横方向に配置されている。また、バイアス用の第３のリードピン２ｃは、図８（ａ）の紙面上、ドライバ５０の下側に配置されている。つまり、信号用の第１のリードピン２ａおよび第２のリードピン２ｂを結ぶ直線に平行にステム１を切り欠いた形状とすることで、ステム１の縦方向の寸法を大幅に小さくすることができる。加えてＦＰＣ７の形状もステム１の形状に合うように図８（ａ）の上側の部分を切り欠いた形状とすることにより光モジュール１００Ｅを大幅に低背化できる。

第５の実施形態の光モジュール１００Ｅは、光送信系を説明する第４の実施形態の光モジュール１００Ｄに、光受信系を説明する第１～第３の実施形態の特徴を導入したものに概ね等しい。よって、光送信系としての光モジュール１００Ｅは、第１～第３の実施形態の効果を一通り奏し、光モジュール１００Ｅの小型化、特に、縦方向の低背化を実現することができる。

＜第６の実施形態＞
図９（ａ）、（ｂ）に示す光モジュール１００Ｆは、本実施形態の光送信用ＴＯ－ＣＡＮ型パッケージを用いる光モジュールである。本実施形態の光モジュール１００Ｆと、第５の実施形態の光モジュール１００Ｅとの相違点は、主に、ドライバ５０の代わりにモニタ用フォトダイオード２１（素子：光素子）を備えることである。図９（ａ）に示すように、ＶＣＳＥＬ３０およびモニタ用フォトダイオード２１は、ステム１の表主面１ａの中心に配置されている。また、ＶＣＳＥＬ３０は、モニタ用フォトダイオード２１の上に配置されている。なお、ドライバはＦＰＣ７が接続されるマザーボードに搭載される（図示せず）。

モニタ用フォトダイオード２１は、光モジュール１００Ｆに装着されるキャップ（図示せず）からの光反射信号を受信し、ＶＣＳＥＬ３０からの光送信パワーに応じた電流を発生する。この電流は、ＦＰＣ７を介してマザーボードに送信され、ＶＣＳＥＬ３０のＡＰＣ（Auto Power Control）などに使用され、光送信信号の安定化を図ることができる。

第６の実施形態の光モジュール１００Ｆは、第５の実施形態の光モジュール１００Ｅとは異なる光送信系を構成するものであり、バイアス用の第３のリードピン２ｃおよび第４のリードピン２ｄを備え、計４本のリードピン２ａ～２ｄを備える。第１のリードピン２ａおよび第２のリードピン２ｂの各々は、ＶＣＳＥＬ３０のための信号入力用および反転信号入力用であり、ＶＣＳＥＬ３０のアノードとカソードとにそれぞれワイヤ接続されている。また、第３のリードピン２ｃおよび第４のリードピン２ｄは、それぞれ、モニタ用フォトダイオード２１のアノードとカソードとにワイヤ接続されている。外部からの駆動信号が伝達されると、ＶＣＳＥＬ３０は光信号を垂直方向に出射する。また、バイアス用の第３のリードピン２ｃおよび第４のリードピン２ｄは、モニタ用フォトダイオード２１を搭載できる程度に縦方向に離間して配置されている。

第６の実施形態の光モジュール１００Ｆは、第５の実施形態の光モジュール１００Ｅとは異なる光送信系を構成するが、第５の実施形態の効果を一通り奏することができる。つまり、光送信系としての第６の実施形態の光モジュール１００Ｆは、第１～第３の実施形態の効果を一通り奏し、光モジュール１００Ｅの小型化、特に、縦方向の低背化を実現する。

＜第７の実施形態＞
図１３に示す光モジュール１００Ｇは、本実施形態の光受信用ＴＯ－ＣＡＮ型パッケージを用いる光モジュールである。本実施形態の光モジュール１００Ｇと、第２の実施形態の光モジュール１００Ｂとの相違点は、光入射用の窓またはレンズを備えるキャップ１４をステム１に装着し、さらに光接続部品１５（図４参照）として光ファイバスタブ２４と呼ばれる部品を用い、これをキャップ１４上に調心固定していることである。光ファイバスタブ２４は、光ファイバ素線２４ａと円筒型セラミック２４ｂから構成される部品である。好適には、光ファイバスタブ２４は、機械的強度に優れる円筒型セラミック２４ｂの中心に光ファイバ素線２４ａとほぼ同径の穴を開け、その穴の中に光ファイバ素線２４ａを貫通させた後に両端を光学研磨した部品とすることができる。

本実施形態においては、光ファイバスタブ２４の調心固定にＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザー溶接を用いている。そのため、光ファイバスタブ２４に円筒型の金属製フランジ２２（調心固定部）を予め固定して一体化した部品をＸ－Ｙ２軸ステージ（図示せず）に保持する。金属製フランジ２２は、光ファイバスタブ２４をキャップ１４に調心固定させる部材である。Ｘ－Ｙ２軸ステージとは、縦方向（Ｘ）および横方向（Ｙ）に関して、金属製フランジ２２によって、光ファイバスタブ２４をキャップ１４に調心固定させるための冶具である。Ｘ－Ｙ２軸ステージを用いて、水平面（Ｘ－Ｙ面）内でキャップ１４からの出射光のピーク調心を行い、ピーク位置で金属製フランジ２２とキャップ１４とをＹＡＧレーザー溶接して固定する。なお、金属製フランジ２２の光ファイバスタブ２４への固定は、例えば、エポキシ系接着剤を用いても良いし、金属製フランジ２２を加締めても良い。上記の工程によって、光ファイバスタブ２４におけるＸ－Ｙ２軸調心を実現する。

より高効率な光結合を目指す場合には、図１３に示すように、金属製フランジ２２の外周側に、Ｚ－スリーブ２３（調心固定部）と呼ばれる円筒型の金属部品を追加して配置することで、Ｘ－Ｙ－Ｚ３軸調心も可能となる。「Ｚ」は、Ｘ－Ｙ面に垂直な方向であり、光軸１６の方向と同じである。Ｚ－スリーブ２３は、金属製フランジ２２に固定して、光ファイバスタブ２４をキャップ１４に調心固定させる部材である。Ｚ－スリーブ２３の金属製フランジ２２への固定は、例えば、エポキシ系接着剤を用いても良いし、Ｚ－スリーブ２３を加締めても良い。

Ｘ－Ｙ－Ｚ３軸調心は、光ファイバスタブ２４をＸ－Ｙ－Ｚ３軸ステージ（図示せず）に保持することで実現できる。Ｘ－Ｙ－Ｚ３軸ステージとは、縦方向（Ｘ）、横方向（Ｙ）、および垂直方向（Ｚ）に関して、金属製フランジ２２およびＺ－スリーブ２３によって、光ファイバスタブ２４をキャップ１４に調心固定させるための冶具である。Ｘ－Ｙ－Ｚ３軸ステージを用いて、キャップ１４からの出射光のピーク調心を行い、ピーク位置で金属製フランジ２２とキャップ１４とをＹＡＧレーザー溶接して固定する。

さらに、光ファイバスタブ２４をＸ－Ｙステージに保持したまま、キャップ１４が固定済みのステム１をＺステージ（図示せず）に保持して、２つのステージを連動することでもＸ－Ｙ－Ｚ３軸調心を実現することができ、どちらの調心方法でも良い。Ｚステージとは、光軸１６の方向（Ｚ）に関して、光ファイバスタブ２４をキャップ１４に調心固定するための冶具である。よって、光ファイバスタブ２４から入力された光信号は、光ファイバスタブ２４の光軸１６が通過するフォトダイオード４で極めて高い光結合率で受信される。

ＦＰＣ７は、マザーボード１７との接続用のパッド（図示略）を備えており、マザーボード１７との間で電気信号を送受信することができる。なお、本実施形態の光モジュール１００Ｇの光ＩＦ（Interface）は、光ファイバスタブ２４となるため、相手側の装置等にレセプタクルを備えることが必要となる。これは、本実施形態の光モジュール１００Ｇの構成が、特許文献１に開示された光モジュールとは逆の構成となることを意味する。しかし、本実施形態の光モジュール１００Ｇの構成によれば、光モジュール１００Ｇ自体にレセプタクルを備えることが無いため、光モジュール１００Ｇの小型化および低背化を実現することができる。その結果、本実施形態の光モジュール１００Ｇは、レセプタクルのサイズ以下に小型化することができる。

光モジュール１００Ｇが光接続される相手側の装置等にはレセプタクルを備える必要があるが、パッシブ部品のみで構成される相手側の装置等は設計の自由度が大きく、総合的にみれば小型化および低背化を図ることが容易である。光モジュール１００Ｇを複数使用するアレー構成などにおいては、小型化の効果がより一層顕著になる。

≪変形例≫
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、以下の（ａ）～（ｉ）がある。
（ａ）本実施形態では、ステム１に突起部９が備えられた場合について説明したが、突起部９を備えていない形態のステムとし、ＦＰＣ７のグランド接続用ランド１８とステム本体部の側面とをはんだ付け（グランド接続）しても構わない。
（ｂ）本実施形態で用いるレーザダイオードは、ＶＣＳＥＬ３０に限定されず、ＤＦＢ（Distributed FeedBack）レーザやその他のレーザダイオードであってもよい。また、発光ダイオードであっても構わない。
（ｃ）本実施形態では、基板としてＦＰＣ７を適用した場合について説明したが、ＦＰＣ７に限らず、リジッドな基板であっても本発明を適用することができる。

（ｄ）ステム１は、円板状体に限定されず、矩形状体、楕円状体などでもよい。また、ステム１は、弧の部分を有する形状を呈していてもよい。また、この弧の部分が、第１のリードピン２ａ、第２のリードピン２ｂを結ぶ直線に平行に切り欠かれた形状を呈していてもよい。
（ｅ）グランド接続用ランド１８とステム１の突起部９との電気的な接続手段は、はんだに限定されず、導電性樹脂などでもよい。

（ｆ）第５の実施形態にて、第３のリードピン２ｃを、図８（ａ）の紙面上、ドライバ５０の下側に近接配置したが、これにより、図８（ａ）の紙面上、ドライバ５０の上側に相当大きな空きスペースが形成されている。よって、ステム１の形状を、この空きスペースの大部分を切り欠いた形状とすることで、ステム１の縦方向の寸法を大幅に小さくすることができる。
（ｇ）第５の実施形態にて、第３のリードピン２ｃを、ドライバ５０の下側に配置したが、第３のリードピン２ｃを、ドライバ５０の上側に配置してもよい。これにより、ドライバ５０の下側に相当大きな空きスペースが形成される。よって、ステム１の形状を、この空きスペースの大部分を切り欠いた形状とすることで、ステム１の縦方向の寸法を大幅に小さくすることができる。さらに、ステム１を密着させたＦＰＣ７を屈曲させてマザーボード１７に実装させる際、ＦＰＣ７の屈曲位置をステム１の中心により近付けることができる。その結果、光モジュール１００Ｅ全体を小型化、具体的には、縦方向に関して低背化することができる。

（ｈ）第７の実施形態では、光ファイバスタブ２４として、光ファイバ素線２４ａと円筒型セラミック２４ｂから構成される一体化した部品を適用した場合について説明したが、円筒型セラミック２４ｂの形状は円筒に限定されることなく角型やその他の形状であって構わない。また、材質もセラミックに限定されず、金属やプラスティックであっても構わない。また、第７の実施形態で説明した光モジュール１００Ｇの小型化は、第１～第６の実施形態で説明した、ステム１の径を小さく設計することによる小型化とは独立して行うことができる。よって、第７の実施形態の小型化と、第１～第６の実施形態の小型化とを組み合わせることもできる。

（ｉ）本実施形態では、ステム１の中心とグランド接続用ランド１８の中心とを結ぶ線分の方向が、ＦＰＣ７がステム１から引き出されている方向と直交するように、グランド接続用ランド１８を配置した。しかし、グランド接続用ランド１８の位置はこれに限らず、例えば、ステム１の縦方向の両端を超えない範囲内において任意の位置に配置してもよい。このような配置でも、グランド接続用ランド１８が、ステム１の本体部よりマザーボード１７側に突出することがないので、マザーボード１７への低背実装が可能となる。

なお、上記実施形態において、ステム１とグランド接続用ランド１８とを接続する接続部として突起部９を備える構成としたが、上記変形例（ａ）のように、接続部としてステム１とグランド接続用ランド１８とを直接接続する構成としてもよい。
また、グランド接続用ランド１８は、接続部の周辺に設けられればよく、ステム１の外縁や外側に限定されない。

また、本実施形態で説明した種々の技術を適宜組み合わせた技術を実現することもできる。
その他、本発明の構成要素の形状、材質、機能などについて、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１００Ａ～１００Ｇ 光モジュール
１ ステム
１ａ 表主面（第１の主面）
１ｂ 裏主面（第２の主面）
２ａ，２ｂ リードピン（信号用ピン）
２ｃ，２ｄ リードピン（バイアス用ピン）
２ｅ リードピン（接地用のグランドピン）
３ａ～３ｄ ガラス（絶縁材）
４ フォトダイオード（素子：光素子）
５ 増幅器（素子：電気素子）
７ ＦＰＣ（基板：フレキシブル基板）
８，８ａ～８ｄ はんだ
９ 突起部
１０ 誘電体
１１ 下層グランド
１２ 上層配線
１４ キャップ
１５ 光導波手段（光接続部品）
１６ 光軸
１７ マザーボード
１８ グランド接続用ランド
１９ 保護層
２０ａ～２０ｄ 貫通孔
２１ モニタ用フォトダイオード（素子：光素子）
２２ （ＹＡＧ溶接用）金属製フランジ（調心固定部）
２３ Ｚ－スリーブ（調心固定部）
２４ 光ファイバスタブ
２４ａ 光ファイバ素線
２４ｂ 円筒型セラミック
３０ ＶＣＳＥＬ（レーザダイオード：素子：光素子）
４０ａ～４０ｅ ランド
５０ ドライバ（駆動回路：素子：電気素子）

Claims (12)

1. ステムと、
   前記ステムを貫通するリードピンと、
   前記ステムと前記リードピンとの間を埋める絶縁材と、
   前記ステムの第１の主面に配置されており、前記リードピンに接続している素子と、
   前記ステムの第２の主面に接している基板と、
   前記ステムに装着するキャップと、
   光ファイバスタブと、
   前記光ファイバスタブを前記キャップに調心固定させる調心固定部と、を備え、
   前記基板は、前記ステムと直接接続されるグランド接続用ランドを備え、
   前記ステムの側面には、前記グランド接続用ランドに対向する位置に配置された突起部を備える
   ことを特徴とする光モジュール。
2. 前記素子としての光素子が、前記素子としての電気素子の上に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記基板が、フレキシブル基板であり、
   前記ステムの中心から前記グランド接続用ランドの中心を結ぶ線分が、前記フレキシブル基板が前記ステムから引き出されている方向と略直交している、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記リードピンは、２本の信号用ピンを含んでおり、
   前記２本の信号用ピンは、前記ステムの中心と前記グランド接続用ランドの中心とを結ぶ略直線上に、かつ、前記ステムの中心を対称にして配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光モジュール。
5. 前記ステムは、弧の部分を有する形状であり、前記弧の部分が、前記２本の信号用ピンを結ぶ直線に略平行に切り欠かれた形状を呈している、
   ことを特徴とする請求項４に記載の光モジュール。
6. 前記グランド接続用ランドおよび前記グランド接続用ランドに対応する前記突起部が２以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光モジュール。
7. 前記素子としての光素子はフォトダイオードであり、前記素子としての電気素子は増幅器である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光モジュール。
8. 前記素子としての光素子はレーザダイオードまたは発光ダイオードであり、前記素子としての電気素子はドライバである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光モジュール。
9. 前記グランド接続用ランドが２以上であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光モジュール。
10. 前記素子が互いに近傍に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光モジュール。
11. 前記グランド接続用ランドは、前記ステムよりも外側で、前記ステムと直接接続される、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光モジュール。
12. ステムと、
    前記ステムを貫通するリードピンと、
    前記ステムと前記リードピンとの間を埋める絶縁材と、
    前記ステムの第１の主面に配置されており、前記リードピンに接続している素子と、
    前記ステムの第２の主面に接している基板と、を備え、
    前記基板は、前記ステムと直接接続されるグランド接続用ランドを備え、
    前記ステムの側面には、前記グランド接続用ランドに対向する位置に配置された突起部を備える
    ことを特徴とする光モジュール。

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