JP2008166730A - 光モジュールおよび光トランシーバ - Google Patents

Abstract

【課題】光通信モジュールに必要な複数のリード端子を一方向に向けて集約すると共に、これにより、増大した内部配線を有効に処理するようにした光通信モジュール等を提供すること。
【解決手段】パッケージ１の一端部に複数のリード端子を上下２段にわたって突設し、セラミック基板上にドライバＩＣを装備する。前記光素子８に対向する前記セラミック基板の端縁部に、段差を設け、前記段差を利用して前記光素子と前記セラミック基板とを電気的に接続している。
【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュールおよび光トランシーバに係り、特に小型化を可能とした光通信用の光モジュールおよび光トランシーバに関する。

近年、光通信システムにあっては、当該システムにおける伝送容量の拡大が強く求められている。このため、光通信用の光モジュールには、高機能化とそれに合わせた小型化および低価格化が求められている。この場合、ドライバＩＣを光モジュールに内蔵することによる高機能化が、近時にあっては重要な要素の一つとなっている。このドライバＩＣを光モジュールに内蔵することによる高機能化として、例えば図８に示す例が知られている。

図８は、光通信用送信モジュールを示す平面図である。図８では、四角形状のパッケージ１０１の周囲三方（図８の左端部、上端部及び下端部）には、それぞれ複数のリード端子１０１Ａ，１０１Ａ，……が、ほぼ等間隔に突設されている。この四角形状のパッケージ１０１の内側には配線用のセラミック基板１０３が配設され、このセラミック基板１０３の左端部には、ドライバＩＣ１０５が装備されている。

又、前記セラミック基板１０３の右端部には、光素子１０８と、この光素子１０８から出力されるレーザ光Ｂを外部出力するレンズ（光学系ユニット）１０９とが装備されている。光素子１０８の周囲には、サーミスタ１１２，モニタＰＤ１１３，チップコンデンサ１１４，配線板１０７、および終端抵抗器が設けられている。そして、光素子１０８およびレンズ１０９の外側（レンズ１０９とパッケージ１０１との間）にはペルチェ素子１１０が配置され、ペルチェ素子１１０により温度管理されている。更に、光素子１０８およびレンズ１０９の下側にはキャリア（図示せず）が配設され、このキャリアの下側には、ベース部材が装備されている。符号１０１Ｂは、レーザ光Ｂの外部出力を案内する光送信用ガイド部を示す。

更に、図７に示す場合と同様に、ドライバＩＣ１０５を光モジュールに内蔵して高機能化されたものが知られている（特許文献１，特許文献２）。
特開平１０−２４７７４１ 特開２００５−１７７９６

しかしながら、図８および特許文献１の例にあっては、光モジュールのリードが三方向から出ているため、現状主流の小型トランシーバ（ＳＦＰ等）に組み込むには、サイズが大きくなる、という不都合があった。
又、特許文献２に記載の例にあっては、光モジュールのリードが一方向から出ているため、現状主流の小型トランシーバ（ＳＦＰ等）に組み込み易いという利点があるものの、ペルチェ素子を装備していないことから、放熱効率が悪く、温度変化による光軸ずれを防ぐことができない、という不都合があった。

本発明は、パッケージ内にドライバＩＣを内蔵すると共に光通信モジュールに必要な複数のリード端子を、一方向に向けて少なくとも２段に集約した構成とし、且つパッケージ内の増大した内部配線を有効に処理するようにした光通信用送信モジュール、光トランシーバを提供することを、その目的とする。

上記目的を達成するため、本発明にかかる光通信用送信モジュールは、光信号の送受信を行う光素子と、前記光素子の送受信を駆動制御するドライバが搭載された基板とをパッケージ内に含む光通信用モジュールであって、
前記光素子に対向する前記基板の端縁部に段差を配置したことを特徴とするものである。

また、本発明の光通信用モジュールを組み込んだ光トランシバは、光通信用モジュールと、前記光通信用モジュールを駆動制御するドライバが搭載された基板とをパッケージ内に含む光トランシーバであって、
前記光通信用モジュールに対向する前記基板の端縁部に段差を配置したことを特徴とするものである。

本発明によると、光通信モジュールに必要な端子を一方向のみに２段にわたって配設するとともに、これによって増大した内部配線については、内部中央の基板部分に設けた段差領域に集中して配線することができるという優れた光モジュール、及びこれを含んで構成される小型化された光トランシーバを提供することができる。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を、図１乃至図３に基づいて説明する。
この第１の実施形態では、パッケージのセラミック基板に段差２６を設けることにより、後方一方向のみに配置することが可能となる。それにより、小型のトランシーバ（ＳＦＰ：Small Form Pluggable modules）等への搭載が容易となることにある。
この場合、パッケージ内のセラミック基板に段差を設けることにより、ＩＣ配線、半導体レーザの給電端子等一括して後方へ簡便に配線することが可能となる。これにより、リードは後方一方向にまとめられ、モジュールの横幅方向は大幅に縮小できる。

まず、図１は、光通信用送信モジュールを示す断面図である。この図１において、四角形状のパッケージ１の一方の端部には、複数のリード２を上下２段にわたって突設されている。このパッケージ１内の前記リード２側の内側半分の領域には、下方から上方に向けてベース部材４とセラミック基板３とを積層すると共に、当該セラミック基板３上にはドライバＩＣ５が装備されている。

前記パッケージ１の内側で前記リード２の反対側半分の領域には、前記ベース部材４の厚さを薄くし且つ下方から上方に向けてペルチェ素子１０よびキャリア１１を積層すると共に、このキャリア１１上に光素子８および光学系ユニット（レンズ）９を前記リードの反対側方向に向けて順次配置されている。そして、前記光素子８から出力される半導体レーザ光を、光学系ユニット９を介して外部出力する構成となっている。

そして、前記パッケージ１内における前記リード２側の内側半分の領域で前記セラミック基板３の中央部の段部に、段差２６を設けると共に、この段差に前記ドライバＩＣ用の配線７および半導体レーザ給電端子等を一括して配設した点に特徴を有する。

これを更に詳述する。前記四角形状のパッケージ１の一端部（図１の左端部）には、複数のリード２が上下２段にわたって突設されている。光モジュールの内側には、下方から上方に向けてペルチェ素子１０とキャリア１１とが搭載されている。そして、このキャリア１１上の上面部分に、配線板７、レーザ素子と電界吸収型変調器とを含む光素子８、光学系ユニット（レンズ）９、モニタ用ホトダイオード１３、及び温度センサ用サーミスタ１２が搭載されている。

又、パッケージ１には、配線用にセラミック基板３及びそれに接合されているリード２を有している。ベース部材４としては、熱伝導特性の良好なもの（ＣｕＷ等）がよい。更に、前述したパッケージ１の内側には、前述したようにドライバＩＣ５が搭載されている。
ゼラミック基板３の中央部分には、前記光通信用送信モジュール用の段差２６が設けられ、一方にのみリード２が配設されている。

この場合、リード２を２段にすることにより、光モジュールの横幅方向への拡張が不要となる。また、リード２の上段を信号ラインとし、リード２の下段を直流電流とすることで、信号ラインへのノイズの回り込みを抑えられるようになっている。図１乃至図３は、いずれも同一の構成となっている。この図１乃至図３に示す実施形態は、四角形状のパッケージ１の左端部中央に段差２６が設けられ、これによって光モジュールの横幅方向への拡張が不要とした。なお、リード２の上段を直流電流のラインとし、リード２の下段を信号ラインとすることで、信号ラインへのノイズの回り込みを抑えるようにしてもよいものである。

ここで、ドライバＩＣ５の熱は、配線６を介して配線板へ伝熱されるが、キャリア１０により放熱されるため、光素子８へ熱が流入することがない。ドライバＩＣ５の熱による光素子８の特性には、影響せず安定動作が可能となる。尚、ドライバＩＣ５の電極パッド数は図示されたパッドに限定されない。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
まず、減衰劣化した高周波電波信号が、リード２とセラミック基板３上の配線を介してドライバＩＣ５の入力電力パッド１６に入力される。ドライバＩＣ５により、減衰劣化した信号は整形・増幅され出力電極パッド１７から接続ワイヤ６ａを介して配線板７へ入力される。配線板７は高周波伝送特性の良好な材質、セラミックが好ましい。配線板上のパターンは、インピーダンス抵抗が整合されたものである。

そして、セラミック基板３の中央部分には、前記光通信用送信モジュール用の段差２６が設けられている。このため、段差２６部分では、段差２６が一部水平にわたって設定され、図３に示すように、セラミック基板３の段差部分で、接続ワイヤ６ａ，６ｃ，６ｄが配線されている。

この場合、接続ワイヤ６ｂ及び配線板７を介して信号が光素子８の光素子変調器部へ伝達され、終端抵抗１８により終端される。又、光素子８のレーザ部材への給電は、下段のリードより入力され、多層構成のセラミック基板３を介して行われる。光素子８より出力された光は、レンズ９に結合される。温度検出用サーミスタ１２の抵抗値が一定に成るようにペルチェ制御することにより、光素子８は、一定温度に維持される。そして、光素子８の後方に配置したモニタ用ホトダイオード１３は、光素子８の光出力を検出する。

本発明の実施形態１によると、少なくともセラミック基板に段差を設けると共に、この段差部分に接続ワイヤが配線され、これにより、余裕ある構成とすることができ、一方向にリード端子を配置したドライバＩＣ内蔵型の光通信用送信モジュールを提供することができる。また、リード端子を後方一方向にすることで、光モジュールの横幅を小さくすることができ、小型のトランシーバ（ＳＦＰ等）へ搭載可能な光モジュールを提供することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態を図４に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。
この図４に示す第２の実施形態は、四角形状のパッケージ内における前記リード側の内側半分の領域で、前記セラミック基板３の中央部分に一様に、段差２６を設け、その段差２６の一部にモニタ用ホトダイオード１３を配置した点に特徴を有する。このため、モニタ用ホトダイオード１３は、段差２６が有効に機能して配線が容易となり、全体的に余裕のある状態となっている。

そして、前記光素子８から出力される半導体レーザ光Ｂは、光学系ユニット（レンズ）９を介して外部出力する構成となっている。その他の構成は、前述した第１の実施形態と同等となっている。

〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態を図５に基づいて説明する。
ここで、前述した第１の実施形態と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。この図５に示す第３の実施形態は、四角形状のパッケージ内における前記リード側の内側半分の領域で、前記セラミック基板の中央部分に一様に段差２６を設けた点に特徴を有する。同時に、この図５において、キャリア１１の上面に、モニタ用ホトダイオード１３が装備されている。

そして、前記光素子８から出力される半導体レーザ光Ｂは、光学系ユニット９を介して外部出力する構成となっている。その他の構成は、前述した第１の実施形態と同等となっている。
この第３の実施形態は、光素子８としてレーザ素子を単独使用した構成とした。この図５にあって、伝送線路のインピーダンスが小さい。このため、終端抵抗１８が不要となる。また、光素子８への給電が一系統で済むという利点がある。その他の構成は、前述した第１の実施形態と同等となっている。

〔第４の実施形態〕
次に、第４の実施形態を図６に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。
この図６に示す第４の実施形態は、四角形状のパッケージ内における前記リード側の内側半分の領域で、前記セラミック基板の中央部分に一様に複数の段差を設けた点に特徴を有する。同時に、この図５において、キャリア１１の上面に、モニタ用ホトダイオード１３が装備されている。

ここで、前述した上下２列にわたって突設した複数本のリード２が設けられ、その相互間に、セラミック基板３を介装した構成となっている。又、四角形状パッケージ１の一端部には、パッケージ１内の前記リード２側の内側半分の領域に、下方から上方に向けてベース部材４とセラミック基板３とを積層すると共に、当該セラミック基板上３にはドライバＩＣが装備されている。

更に、前記パッケージ１の内側で前記リード２の反対側半分の領域に、前記ベース部材４の厚さを薄くし且つ下方から上方に向けてペルチェ素子１０およびキャリア１１を積層すると共に、このキャリア上面に、光素子８および光学系ユニット（レンズ）９を前記リードの反対側方向に向けて順次配置し、前記光素子８から出力される半導体レーザ光Ｂを、光学系ユニット９を介して外部出力する構成となっている。

そして、前記パッケージ内における前記リード側の内側半分の領域で、前記セラミック基板の中央部分の段部に、少なくとも２段の段差２７を設けると共に、この各２段の段差２７に前記ドライバＩＣ用の配線及び半導体レーザ給電端子等を配設した構成とした。
又、前述したキャリア上面で且つ前記光素子８の後方側に、モニタ用ホトダイオード１３を装備した。これにより、モニタ用ホトダイオード１３は、段差が有効に機能して配線が容易な状況となっている。その他の構成は、前述した第１の実施形態と同等となっている。

なお、以上説明した第１〜第４の実施形態では、光通信モジュールとして、光素子８が出力する光信号を送信する光送信用モジュールを対象として説明したが、これに限られるものではない。光通信モジュールとしては、外部から入光する光信号を受信して処理する光受信用モジュールにも同様に適用することができるものである。本発明の実施形態を光受信用モジュールに適用した場合、光素子８が光学系ユニット９を通して入光する光信号を受信して処理する機能を実行する素子に相当する。この場合、光信号処理用の光素子に隣接して配置されるセラミック基板３の端縁部には、配線処理或いは素子搭載などのスペースとして用いる段差２６が形成されることとなる。

以上のように光通信モジュールである光送信用モジュール及び光受信用モジュールにおいて、段差の高さ位置を光素子送受信用モジュールの光素子に対応させて調整することで、前記光素子の高さ方向での光通信モジュールの高さ寸法をも短縮することができる。

〔第５の実施形態〕
次に、第５の実施形態を図７に基づいて説明する。
図７に示すように、光トランシーバのハウジング２１には、配線基板２２と、光送信用モジュール１９と、光受信用モジュール２０とが搭載されている。また、配線基板２２には、送信用ドライバＩＣ２３と受信用ドライバＩＣ２４とが装備され、配線基板２２が電気コネクタ２５に電気的に接続されている。

即ち、前記配線基板２２には、前記光送信用モジュール１９および前記光受信用モジュール２０を着脱自在に係合され、前記配線基板２２上に送信用ドライバＩＣ１９と受信用ドライバＩＣ２０とを電気的に接続される。前記光送信用モジュール１９は、光送信用ドライバＩＣが出力する光信号を入力し、その光信号Ｂを外部に出力する。光受信用モジュール２０は、外部から入光する光信号Ｃを受信して、その受信信号を光受信用ドライバ２４に出力する。
光送信用モジュール１９及び光受信用モジュール２０に隣接して配置される配線基板２２の端縁部には、段差２６ａ，２６ｂがそれぞれ形成され、その段差２６ａ、２６ｂを利用することで、光送信用モジュール１９及び光受信用モジュール２０と配線基板２２との敗戦処理が行われている。すなわち、段差２６ａ、２６ｂが、光送信用モジュール１９のリード２２ａと光受信用モジュール２０のリード２２ｂとを受け入れる高さ位置に形成されている。そして、段差２６ａ，２６ｂ上にリード２２ａ，２２ｂを受け入れ、段差２６ａ，２６ｂ上で配線基板２２と光送受信用モジュール１９，２０とを配線処理している。なお、段差２６ａ，２６ｂは、光送受信用モジュール１９，２０の高さに対応させて高さを異ならせて形成してもよいものである。また、上述したように、光送信用モジュール１９と光受信用モジュール２０の内部構造は、以上説明した第１〜第４の実施形態と同様の構成として構築されてもよいものである。

以上のように、光送受信用モジュール１９，２０をパッケージ２１内に搭載した光トランシバにおいて、光送受信用モジュール１９，２０に隣接する配線基板２２の端縁部に段差２６ａ，２６ｂを形成し、その段差２６ａ，２６ｂを利用して配線処理などを行うことができる。特に、段差２６ａ，２６ｂを光送受信用モジュール１９，２０の一方向に対向させて形成することで、光送受信用モジュール１９，２０の端子を段差２６ａ，２６ｂに対応させて集約させることができ、これにより光トランシーバの横幅を縮小でき、小型トランシーバを実現することができる。さらに、段差の高さ位置を光送受信用モジュール１９，２０に対応させて調整することで、両モジュール１９，２０の高さ方向での光トランシーバの高さ寸法を短縮することができる。

ここで、上下２段にわたって突設した一方と他方の複数のリードの相互間には、前記セラミック基板を介装するという構成を採ってもよいものである。又、上記目的を達成するため、本発明の実施形態にかかる光通信用送信モジュールでは、パッケージの一端部に複数のリード端子を上下２段にわたって突設し、このパッケージ内にあって内側半分の領域に、下方から上方に向けてベース部材とセラミック基板とを積層すると共に、当該セラミック基板上にドライバＩＣを装備し、前記パッケージの内側で前記他方の端部に、前記ベース部材の厚さを薄くし且つ下方から上方に向けてペルチェ素子およびキャリアを積層すると共に、このキャリア上に光素子および光学系ユニットを前記リードの反対側方向に向けて順次配置し、前記光素子から出力される半導体レーザ光を光学系ユニットを介して外部出力する光通信用送信モジュールであって、前記パッケージ内における前記リード側の内側半分の領域で前記セラミック基板の中央部分の段部に、少なくとも２段の段差を設けると共に、この各段差に前記ドライバＩＣ用の配線および半導体レーザ給電端子等を配設する、という構成を採ってよいものである。

ここで、前記キャリア上面で且つ前記光素子の後方側には、モニタ用ホトダイオードを配置する、という構成を採ってもよいものである。更に、前記モニタ用ホトダイオードを、前記段差部分に配置するという構成を採ってもよいものである。

また、本発明の実施形態にかかる光通信用送信モジュールでは、一端部に複数の端子から成る電気コネクタを具備すると共に前記電気コネクタに接続された配線基板を備え、他端部に光通信用の光送信モジュールおよび光受信モジュールを装備し、前記配線基板に前記光送信モジュールおよび光受信モジュールを複数のリードを介して着脱自在に係合すると共に、前記配線基板上に送信用ドライバＩＣと受信用ドライバＩＣとを装備して成る光トランシーバにおいて、前記光送信モジュールおよび光受信モジュールの前記配線基板の反対側のハウジング部から半導体レーザ光を外部出力し又は外部から入力する構成とし、前記光送信モジュール内および前記光受信モジュール内における前記リード側の内側半分の領域で前記セラミック基板の中央部分の段部に、段差を設けると共に、この段差に前記ドライバＩＣ用の配線および半導体レーザ給電端子等を配設する、という構成を採ってよいものである。

光通信用送信モジュールの素子の活用例として、光伝送装置やルータなどへ搭載され、且つ小型トランシーバへ搭載される光モジュールとして用いられる。

本発明の第１実施形態にかかる構成例を示す縦断面図である。 同上第１実施形態にかかる平面図である。 同上第１実施形態にかかる斜視図である。 本発明にかかる第２の実施形態を示す平面図である。 本発明にかかる第３の実施形態を示す平面図である。 本発明にかかる第４の実施形態を示す平面図である。 本発明にかかる第５の実施形態を示す平面図である。 関連する技術を示す平面図である。

符号の説明

１ パッケージ
２ リード端子
３ セラミック基板
４ ベース部材
５ ドライバＩＣ
６ 接続ワイヤ
７ 配線板
８ 光素子
９ レンズ（光学系ユニット）
１０ ペルチェ素子
１１ キャリア
１２ サーミスタ
１３ モニタ用ホトダイオード
１５ 電極パッド
１６ 入力電極パッド
１７ 出力電極パッド
１８ 終端抵抗
１９ 光送信モジュール
２０ 光受信モジュール
２１ ハウジング
２３，２４ ドライバＩＣ
２５ 電気コネクタ
２６ 段差
２７ ２段の段差

Claims (10)

1. 光信号の送受信を行う光素子と、前記光素子の送受信を駆動制御するドライバが搭載された基板とをパッケージ内に含む光通信用モジュールであって、
   前記光素子に対向する前記基板の端縁部に段差を配置したことを特徴とする光通信用モジュール。
2. 前記段差上で、前記光素子と前記基板との配線処理を行う請求項１に記載の光通信用モジュール。
3. 前記段差上に、前記光素子をなす一部の素子が搭載されている請求項１に記載の光通信モジュール。
4. 前記光素子の端子が、前記段差に対向する位置に集約されている請求項１に記載の光通信モジュール。
5. 前記段差が、高さを異ならせて複数設けられている請求項１に記載の光通信モジュール。
6. 前記高さの異なる段差を用いることで、前記基板に形成される複数のラインの相互干渉を排除した請求項５に記載の光通信モジュール。
7. 光通信用モジュールと、前記光通信用モジュールを駆動制御するドライバが搭載された基板とをパッケージ内に含む光トランシーバであって、
   前記光通信用モジュールに対向する前記基板の端縁部に段差を配置したことを特徴とする光トランシーバ。
8. 前記段差上で、前記光素子と前記基板との配線処理を行う請求項７に記載の光トランシーバ。
9. 前記光素子の端子が、前記段差に対向する位置に集約されている請求項７に記載の光トランシーバ。
10. 前記段差が、高さを異ならせて複数設けられている請求項７に記載の光トランシーバ。

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