JP7474145B2

JP7474145B2 - 光モジュール

Info

Publication number: JP7474145B2
Application number: JP2020128117A
Authority: JP
Inventors: 大輔野口; 隆之中雄
Original assignee: CIG Photonics Japan Ltd
Current assignee: CIG Photonics Japan Ltd
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2024-04-24
Anticipated expiration: 2040-07-29
Also published as: CN114093953B; CN114093953A; JP2022025345A

Description

本発明は、光モジュールに関する。

光モジュールは、近年のブロードバンドネットワークの普及に伴って、高速化、小型化及び低コスト化されてきた。高速化に応えるためには、５０Ｇｂｉｔ／ｓ級の高速電気信号を伝送する必要がある。

特開２００４－２４７９８０号公報特開２０１２－２４４２２９号公報

シングルエンド方式による電気信号の伝送では、良好な高周波特性の実現が難しいが、それでもシングルエンド信号の入力が要求されることがある。特許文献１は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）とＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）の接続部の改良によるグランド強化が開示されているが、複雑なグランド設計が要求される。特許文献２は、低クロストーク特性を実現することが開示されているが、回路のみの開示である。

本発明は、良好な高周波特性の実現を目的とする。

（１）本発明に係る光モジュールは、一対の差動信号を出力可能な集積回路チップと、前記集積回路チップが搭載されて前記一対の差動信号をそれぞれ伝送するための第１差動配線及び第２差動配線を備えるプリント基板と、前記第１差動配線に一端で接続された第１信号配線を備え、前記第２差動配線に一端で接続された第２信号配線を備え、グランドプレーン及び前記グランドプレーンに接続されたグランド配線を備えるフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に搭載されて前記第２信号配線及び前記グランド配線の間に直列接続され、前記集積回路チップの差動信号出力部の差動インピーダンスの４５％以上５５％以下のインピーダンスを有する終端抵抗器と、シングルエンド方式で電気信号を光信号に変換する機能を備え、前記第１信号配線に接続されて前記一対の差動信号の一方が入力可能な光サブアセンブリと、を有し、前記フレキシブル基板は、前記光サブアセンブリとの重畳及び固定によって屈曲が制限された規制領域を含み、前記終端抵抗器は、前記フレキシブル基板の前記規制領域に搭載されていることを特徴とする。

本発明によれば、光サブアセンブリに入力される電気信号は、一対の差動信号の一方であり、フレキシブル基板では一対の差動信号が伝送される。したがって、ノイズに強く信号の減衰も少ないため、良好な高周波特性の実現が可能になる。

（２）（１）に記載された光モジュールであって、前記フレキシブル基板及び前記光サブアセンブリは、複数箇所で固定材によって固定され、前記規制領域は、前記複数箇所の間の領域を含むことを特徴としてもよい。

（３）（２）に記載された光モジュールであって、前記固定材は、前記グランドプレーン及び前記光サブアセンブリの間に介在することを特徴としてもよい。

（４）（３）に記載された光モジュールであって、前記固定材は、はんだであり、前記グランドプレーン及び前記光サブアセンブリを電気的に接続していることを特徴としてもよい。

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記フレキシブル基板は、絶縁フィルムを有し、前記第１信号配線、前記第２信号配線及び前記グランド配線は、前記絶縁フィルムの第１面にあり、前記グランドプレーンは、前記第１面とは反対の第２面にあり、前記グランド配線及び前記グランドプレーンは、前記絶縁フィルムを貫通して接続されていることを特徴としてもよい。

（６）（１）から（５）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記フレキシブル基板は、前記グランドプレーンに接続された一対のグランド端子と、前記一対のグランド端子の間であって前記第１信号配線及び前記第２信号配線のそれぞれの前記一端にある信号端子と、を含むことを特徴としてもよい。

（７）（１）から（６）のいずれか１項に記載された光モジュールであって、前記第２信号配線は、前記第１信号配線から離れる方向に屈曲して終端し、前記終端抵抗器に接続されていることを特徴としてもよい。

（８）（１）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、前記第１信号配線及び前記第２信号配線は、相互に平行に延びる平行伝送部と、前記平行伝送部よりも相互に離れた屈曲伝送部と、を有し、前記屈曲伝送部は、前記平行伝送部よりも幅において大きいことを特徴としてもよい。

実施形態に係る光モジュールの斜視図である。光サブアセンブリが搭載されたフレキシブル基板を図１の右から見た平面図である。光サブアセンブリが搭載されたフレキシブル基板を図１の左から見た平面図である。フレキシブル基板及びプリント基板の接続部を示す斜視図である。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。

図１は、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１００は、光サブアセンブリ１０を有する。光サブアセンブリ１０は、ＴＯ－ＣＡＮ（Transistor Outline-Can）型パッケージであり、発光素子を内蔵する送信光サブアセンブリ（TOSA: Transmitter Optical Sub-Assembly）又は発光素子及び受光素子の両方を内蔵す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は、変調方式にＰＡＭ４（４値パルス振幅変調）を採用し、５０Ｇｂｉｔ／ｓの変調速度で、１００Ｇｂｉｔ／ｓの通信速度を実現している。このような変調が可能な発光素子は、電界吸収型変調器（Electro-Absorption Modulator）が分布帰還型レ－ザー（Distributed Feedback Laser）に集積されたＥＡ変調器集積型半導体レーザ（ＥＭＬ; Electro-absorption Modulator Integrated Laser Diode）に限られる。

ＥＭＬは、レーザ（光源）及び変調器のカソード電極が共通であるため、変調器の駆動に差動信号を入力すると、高周波信号がカソード電極からレーザに入り、波形品質を劣化させてしまう。したがって、変調器にはシングルエンド信号の入力が要求される。光サブアセンブリ１０は、シングルエンド方式で電気信号を光信号に変換する機能を備える。

光サブアセンブリ１０は、導電性ブロック１２（例えばアイレット）を有する。導電性ブロック１２は、グランド（基準電位）に接続される。光サブアセンブリ１０は、導電性ブロック１２を貫通する複数のリードピン１４を有する。リードピン１４は、電気信号が入力される信号リードピン１４Ｓ、グランドに接続されるグランドリードピン１４Ｇ、及び電源リードピン１４Ｐを含む。光サブアセンブリ１０は、フレキシブル基板１６に搭載されている。

図２は、光サブアセンブリ１０が搭載されたフレキシブル基板１６を図１の右から見た平面図である。図３は、光サブアセンブリ１０が搭載されたフレキシブル基板１６を図１の左から見た平面図である。光モジュール１００は、フレキシブル基板１６を有する。

フレキシブル基板１６は、絶縁フィルム１８を有する。フレキシブル基板１６は、第１面２０に、第１信号配線２２及び第２信号配線２４を備えている。第１信号配線２２及び第２信号配線２４は、相互に平行に延びる平行伝送部２６を有する。第１信号配線２２及び第２信号配線２４は、平行伝送部２６よりも相互に離れるように屈曲して延びる屈曲伝送部２８を有する。

一対の屈曲伝送部２８は、一対の平行伝送部２６よりも相互に離れている。一方で、屈曲伝送部２８の幅（例えば９５μｍ）は、平行伝送部２６の幅（例えば８０μｍ）よりも大きい。こうすることで、間隔の違いで生じる差動インピーダンスの不整合を、幅の違いによって補償している。つまり、第１信号配線２２及び第２信号配線２４は、平行伝送部２６でも屈曲伝送部２８でも、差動インピーダンスが均一である。

第１信号配線２２及び第２信号配線２４のそれぞれは、信号端子３０を一端に含む。信号端子３０は、スルーホール３０Ｔで接続されて第１面２０及び第２面３２の両面にある。第１信号配線２２は、信号リードピン１４Ｓが貫通して接合される信号パッド３４を他端に含む。第２信号配線２４は、第１信号配線２２から離れる方向に屈曲して終端する。

フレキシブル基板１６には、第１面２０に、グランド配線３６を備えている。グランド配線３６は、第２信号配線２４から間隔をあけた位置に一端を有する。グランド配線３６は、グランドリードピン１４Ｇが貫通して接合されるグランドパッド３８を他端に含む。グランド配線３６は、第１信号配線２２及び第２信号配線２４よりも幅において大きい。

第２信号配線２４とグランド配線３６の間に、終端抵抗器４０が直列接続されている。終端抵抗器４０の接合には、はんだを使用する。終端抵抗器４０はフレキシブル基板１６に搭載されている。終端抵抗器４０は、集積回路チップ６０の差動信号出力部の差動インピーダンス（例えば１００Ω）の４５％以上５５％以下のインピーダンス（例えば４５～５５Ω）を有する。

フレキシブル基板１６は、第１面２０とは反対の第２面３２に、グランドプレーン４２を備えている。グランドプレーン４２は、絶縁フィルム１８を貫通して、グランド配線３６に接続されている。接続にはスルーホール４２Ｔが使用される。フレキシブル基板１６は、グランドプレーン４２に接続された一対のグランド端子４４を備える。グランド端子４４は、スルーホール４４Ｔで接続されて第１面２０及び第２面３２の両面にある。第１面２０及び第２面３２のそれぞれで、一対のグランド端子４４の間に、第１信号配線２２及び第２信号配線２４の信号端子３０がある。

フレキシブル基板１６は、第１信号配線２２及び第２信号配線２４が延びる方向に直交する幅方向の両側のそれぞれに電源配線４６を備えている。一対の電源配線４６の間に、第１信号配線２２及び第２信号配線２４並びにグランドプレーン４２がある。電源配線４６は、高電位配線４６Ａ及び低電位配線４６Ｂを含む。高電位配線４６Ａ及び低電位配線４６Ｂは、それぞれ、一端に端子４８Ａ，４８Ｂを有し、他端にパッド５０Ａ，５０Ｂを有する。パッド５０Ａ，５０Ｂのそれぞれには、電源リードピン１４Ｐが貫通して接合されている。

フレキシブル基板１６及び光サブアセンブリ１０は、複数箇所で固定材５２によって固定されている。固定材５２は、グランドプレーン４２及び光サブアセンブリ１０の間に介在する。固定材５２は、はんだであり、グランドプレーン４２及び光サブアセンブリ１０を電気的に接続している。

フレキシブル基板１６は、光サブアセンブリ１０との重畳及び固定によって屈曲が制限された規制領域５４を含む。規制領域５４は、固定材５２によって固定される複数箇所の間の領域を含む。規制領域５４には、リードピン１４も位置する。リードピン１４は、はんだによってフレキシブル基板１６に固定されている。終端抵抗器４０は、フレキシブル基板１６の規制領域５４に搭載されている。したがって、フレキシブル基板１６の屈曲による、終端抵抗器４０の破損や接合不良を防止することができる。

図１に示すように、フレキシブル基板１６は、プリント基板５６に接続されている。光モジュール１００は、プリント基板５６を有する。プリント基板５６には、集積回路チップ６０が搭載されている。集積回路チップ６０は、ディファレンシャル方式に対応して、一対の差動信号を出力可能になっている。

図４は、フレキシブル基板１６及びプリント基板５６の接続部を示す斜視図である。プリント基板５６は、一対の差動信号をそれぞれ伝送するための第１差動配線６２及び第２差動配線６４を備えている。プリント基板５６は、第１差動配線６２及び第２差動配線６４を挟むように、一対のグランド電極５５を備えている。プリント基板５６は、一対のグランド電極５５に接続された内層グランド５８を有する。

第１信号配線２２の一端（信号端子３０）は、第１差動配線６２に接続されている。第２信号配線２４の一端（信号端子３０）は、第２差動配線６４に接続されている。また、一対のグランド端子４４は、一対のグランド電極５５に接続されている。集積回路チップ６０から出力された一対の差動信号は、フレキシブル基板１６の第１信号配線２２及び第２信号配線２４を伝わる。集積回路チップ６０から、第１差動配線６２及び第２差動配線６４を経て、第１信号配線２２及び第２信号配線２４までは、ディファレンシャル方式によって一対の差動信号が伝送される。

図５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周波数特性を示す図である。伝送特性において、差動信号がシングルエンド信号よりも優れていることが明らかである。

光サブアセンブリ１０は、第１信号配線２２から一方の差動信号が入力可能になっている。一方で、第２信号配線２４を伝わる他方の差動信号のエネルギーは、終端抵抗器４０で消費される。そのため、光サブアセンブリ１０のカソード電極（図示せず）に高周波信号が入らない。

本実施形態によれば、シングルエンド信号の入力が光サブアセンブリ１０に要求されるが、フレキシブル基板１６ではノイズに強くて減衰も少ない信号伝送が可能であるため、良好な高周波特性の実現が可能になる。

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導電性ブロック、１４リードピン、１４Ｇグランドリードピン、１４Ｐ電源リードピン、１４Ｓ信号リードピン、１６フレキシブル基板、１８絶縁フィルム、２０第１面、２２第１信号配線、２４第２信号配線、２６平行伝送部、２８屈曲伝送部、３０信号端子、３０Ｔスルーホール、３２第２面、３４信号パッド、３６グランド配線、３８グランドパッド、４０終端抵抗器、４２グランドプレーン、４２Ｔスルーホール、４４グランド端子、４４Ｔスルーホール、４６電源配線、４６Ａ高電位配線、４６Ｂ低電位配線、４８Ａ端子、４８Ｂ端子、５０Ａパッド、５０Ｂパッド、５２固定材、５４規制領域、５５グランド電極、５６プリント基板、５８内層グランド、６０集積回路チップ、６２第１差動配線、６４第２差動配線、１００光モジュール。

Claims

一対の差動信号を出力可能な集積回路チップと、
前記集積回路チップが搭載されて前記一対の差動信号をそれぞれ伝送するための第１差動配線及び第２差動配線を備えるプリント基板と、
前記第１差動配線に一端で接続された第１信号配線を備え、前記第２差動配線に一端で接続された第２信号配線を備え、グランドプレーン及び前記グランドプレーンに接続されたグランド配線を備えるフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に搭載されて前記第２信号配線及び前記グランド配線の間に直列接続され、前記集積回路チップの差動信号出力部の差動インピーダンスの４５％以上５５％以下のインピーダンスを有する終端抵抗器と、
シングルエンド方式で電気信号を光信号に変換する機能を備え、前記第１信号配線に接続されて前記一対の差動信号の一方が入力可能な光サブアセンブリと、
を有し、
前記フレキシブル基板は、前記光サブアセンブリとの重畳及び固定によって屈曲が制限された規制領域を含み、
前記終端抵抗器は、前記フレキシブル基板の前記規制領域に搭載されている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、
前記フレキシブル基板及び前記光サブアセンブリは、複数箇所で固定材によって固定され、
前記規制領域は、前記複数箇所の間の領域を含む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、
前記固定材は、前記グランドプレーン及び前記光サブアセンブリの間に介在することを特徴とする光モジュール。
請求項３に記載された光モジュールであって、
前記固定材は、はんだであり、前記グランドプレーン及び前記光サブアセンブリを電気的に接続していることを特徴とする光モジュール。
請求項１から４のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記フレキシブル基板は、絶縁フィルムを有し、
前記第１信号配線、前記第２信号配線及び前記グランド配線は、前記絶縁フィルムの第１面にあり、
前記グランドプレーンは、前記第１面とは反対の第２面にあり、
前記グランド配線及び前記グランドプレーンは、前記絶縁フィルムを貫通して接続されていることを特徴とする光モジュール。
請求項１から５のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記フレキシブル基板は、前記グランドプレーンに接続された一対のグランド端子と、前記一対のグランド端子の間であって前記第１信号配線及び前記第２信号配線のそれぞれの前記一端にある信号端子と、を含むことを特徴とする光モジュール。
請求項１から６のいずれか１項に記載された光モジュールであって、
前記第２信号配線は、前記第１信号配線から離れる方向に屈曲して終端し、前記終端抵抗器に接続されていることを特徴とする光モジュール。
請求項１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、
前記第１信号配線及び前記第２信号配線は、相互に平行に延びる平行伝送部と、前記平行伝送部よりも相互に離れた屈曲伝送部と、を有し、
前記屈曲伝送部は、前記平行伝送部よりも幅において大きいことを特徴とする光モジュール。