JP2009010026A - 光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】フレームグランドに対する放射ノイズの影響を効果的に低減すること。
【解決手段】この光トランシーバモジュール２は、パッケージ８ａと該パッケージ８ａに電気的に接続されたリードピン１２ａを含む複数のリードピン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとを有するＴＯＳＡ４ａと、リードピン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄをＴＯＳＡ駆動用の電子回路２４及びＳＧ電極に電気的に接続するための導電部２０ａ，２０ｂ，２０ｃを有する主回路基板５ａと、主面Ｍ３上に設けられた導電部３０と主面Ｍ２上に設けられた導電部２８との間に容量成分が形成されており、導電部２８と主回路基板５ａの導電部２０ａとが対面した状態で電気的に接続されるように主回路基板５ａ上に搭載された副回路基板５ｂとを備え、リードピン１２ａは、主面Ｍ３に向けて延びることによって導電部３０に対して電気的に接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、光伝送媒体を介して光送信信号を送信する光通信モジュールに関するものである。

従来から、プリント基板に接続されたケーブルから発生する放射ノイズがフレームグランド（ＦＧ）に及ぼす影響を低減するための放射ノイズ低減装置が知られている（下記特許文献１参照）。この放射ノイズ低減装置は、プリント基板に設けられておりシールドケーブルに接続されたＦＧ電極と、ＳＧ電極（ＳＧ：シグナルグランド）と、ＦＧ電極及びＳＧ電極の間に設けられたコンデンサ素子とを有しており、放射ノイズにより発生しフレームグランドに流れるノイズ電流をシグナルグランドに分流する。
特開２００３−２８３１７７号公報

一般に光トランシーバモジュール等の光通信モジュールはＧＨｚオーダで高速に動作するので、上述のような放射ノイズがフレームグランドに及ぼす影響（ノイズ電流の発生）を低減させるには、ＦＧ電極及びＳＧ電極の間に挿入するコンデンサの容量を数ｐＦ以上に設定するのが望ましい。しかしながら、光通信モジュールで用いられるチップタイプのコンデンサは上記のような容量を有しておらず、そのようなコンデンサの開発も困難である。

また、光トランシーバモジュールのパッケージ（ＦＧ）に接続されたケースピンとプリント基板とを接続する際には、規格や製造効率の観点からケースピン及びプリント基板の位置関係に関して制約を受ける場合がある。このような制約によりケースピンがある程度の長さが必要になる場合には、ケースピンがインダクタンス成分を持つ結果、ＦＧとＳＧとの間の容量成分及びケースピンによりＬＣ直列共振回路に近い構成が生じることがある。その結果、ある周波数以上では容量成分がノイズフィルタとして機能しにくくなる場合があった。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、フレームグランドに対する放射ノイズの影響を効果的に低減できる光通信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、本発明の光通信モジュールは、光伝送媒体を介して光送信信号を送信する光通信モジュールであって、金属製のパッケージと該パッケージに電気的に接続されたグランド用リードピンを含む複数のリードピンとを有し、複数のリードピンを介して印加された電気信号に応じて光送信信号を生成する光送信モジュールと、複数のリードピンを光送信モジュール駆動用の回路部及びグランド電位に電気的に接続するための導電部を有する主回路基板と、第１の主面上に設けられた第１の導電部と第２の主面上に設けられた第２の導電部との間に容量成分が形成されており、第２の導電部と主回路基板の導電部とが対面した状態で電気的に接続されるように主回路基板上に搭載された副回路基板とを備え、グランド用リードピンは、第１の主面に向けて延びることによって第１の導電部に対して電気的に接続されている。

このような光通信モジュールによれば、ＦＧに接続された光送信モジュールのグランド用リードピンが、副回路基板の第１の主面上に形成された第１の導電部と接続され、且つ副回路基板の第２の主面上に形成された第２の導電部が、主回路基板の導電部と対面して接続された状態で、副回路基板が主回路基板上に載置される。これにより、グランド用リードピンと主回路基板の導電部との間に副回路基板によって形成された容量成分が接続されることになり、ノイズフィルタの容量成分の確保が容易となる。また、配置の制約により主回路基板の導電部とグランド用リードピンとの距離が長くなる場合でも、副回路基板を経由して接続することでグランド用リードピン自体の長さを短くすることができるので、グランド用リードピンのインダクタンスが低減されて高周波ノイズをＦＧからＳＧへ効果的に逃がすことができる。その結果、パッケージ内におけるクロストーク等の放射ノイズの影響を十分に抑えることができる。

副回路基板は、複数の絶縁層が積層されてなり、第１及び第２の導電部は、それぞれ、複数の絶縁層上に独立して形成された複数層の第１及び第２の導電層を含み、複数の第１の導電層及び複数の第２の導電層のそれぞれが互いに電気的に接続され、且つ第１の導電層と第１の導電層に隣接する第２の導電層との間に絶縁層が配置されることにより容量成分が形成されることが好ましい。

この場合、副回路基板において複数の第１の導電層と複数の第２の導電層との間に絶縁層を配置することで容量成分が形成されているので、副回路基板を小型化しても容量成分の高容量化が容易となり、グランド用リードピンと主回路基板との間に介在する副回路基板が小さくても、パッケージ内におけるクロストーク等の放射ノイズの影響を十分に抑えることができる。また、副回路基板の厚さ及び面積を様々に変化させることができ、光送信モジュールと主回路基板との配置の自由度が高くなる。

また、複数の第１の導電層及び第２の導電層のそれぞれは、絶縁層を貫通するスルホールを介して互いに電気的に接続されていることも好ましい。かかる構成を採れば、副回路基板の厚さ又は基板の積層数が変化しても第１の導電層又は第２の導電層どうしを接続する際の加工が容易となる。

本発明の光通信モジュールによれば、フレームグランドに対する放射ノイズの影響を効果的に低減することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る光通信モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の好適な一実施形態にかかる光トランシーバモジュール２の構成を示す一部破断斜視図である。光トランシーバモジュール２は、光送信モジュールであるＴＯＳＡ４ａ（TOSA: Transmitter Optical Sub-Assembly）、光受信モジュールであるＲＯＳＡ４ｂ（ROSA: Receiver Optical Sub-Assembly）、回路基板５及びケース６を備える小型光トランシーバである。ＴＯＳＡ４ａ及びＲＯＳＡ４ｂはケース６の側壁６ａに固定されており、回路基板５はケース６内に収容されている。なお、ケース６は、金属材料から成りＦＧとしての役割を有する。回路基板５は、絶縁性のプリプレグを主材料として形成されており、その表面上には回路パターンが形成されている。

ＴＯＳＡ４ａは、レーザダイオード７と、レーザダイオード７を収容する金属製のパッケージ８ａとを有する光送信モジュールである。レーザダイオード７は、アノード端子とカソード端子（図示略）とを有しており、パッケージ８ａの外部から供給／印加されるバイアス電流及び変調電流（電気信号）に応じてレーザ光（光送信信号）を生成する。パッケージ８ａは金属材料から成る同軸型のパッケージであり、その側面にフランジ１６ａ及びフランジ１６ｂが形成され、フランジ１６ａとフランジ１６ｂとの間には溝１８が設けられている。このパッケージ８ａは、ＴＯＳＡ４ａが有する全ての電気素子（例えばレーザダイオード７）に対して電気的に絶縁されている。レーザダイオード７は、パッケージ８ａの端部１０ａに収容されており、レーザダイオード７から発光されるレーザ光は、端部１０ａから光ファイバ等の光伝送媒体を介して外部に送信される。

また、ＴＯＳＡ４ａは、パッケージ８ａの他端部１０に設けられたステム１０ａと、ステム１０ａから延びている４本のリードピン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとを更に有する。このリードピン１２ａは、パッケージ８ａに電気的に接続されたＦＧ用端子であり、パッケージ８ａに収容されているＴＯＳＡ４ａの電気素子の何れに対しても絶縁されている。また、リードピン１２ｂ，１２ｃは、それぞれ、レーザダイオード７のアノード端子及びカソード端子に接続された発光駆動用端子であり、リードピン１２ｄは、レーザダイオード７の光出力をモニタするためのモニタ出力用端子である。

上記構成のＴＯＳＡ４ａは、ケース６の側壁６ａが溝１８に嵌め込まれることによって、側壁６ａに固定される。このようにして、光トランシーバモジュール２のケース６と、ＴＯＳＡ４ａのパッケージ８ａとが電気的に接続されている。

ＲＯＳＡ４ｂは、フォトダイオード（図示せず）と、このフォトダイオードを収容する金属材料から成るパッケージ８ｂとを有する光受信サブアセンブリである（光受信サブアセンブリからスリーブを除いた部分は光受信モジュールに対応。）。このパッケージ８ｂは樹脂材料から成るスリーブにより覆われている。このパッケージ８ｂは、ＲＯＳＡ４ｂが収容する電気素子の何れに対しても電気的に絶縁されている。ＲＯＳＡ４ｂは、ＴＯＳＡ４ａと同様に溝１８ａが設けられており、この溝１８ａにケース６の側壁６ａが嵌め込まれている。これにより、ＲＯＳＡ４ｂが側壁６ａに固定される。なお、ＲＯＳＡ４ｂのパッケージ８ｂは、このパッケージを覆う樹脂材料から成るスリーブによって側壁６ａから絶縁されている。また、ＲＯＳＡ４ｂは、複数のリードピン１２ｅを有しており、各リードピン１２ｅは、回路基板５の主面Ｍ１に設けられた金属材料から成る複数の電極等に接続されている。

回路基板５は、ＴＯＳＡ４ａ及びＲＯＳＡ４ｂと後述する電子回路（回路部）２４とを電気的に接続するための回路基板であり、主回路基板５ａと副回路基板５ｂとにより構成されている。主回路基板５ａの主面Ｍ１上には、金属材料から成る導電部２０ａ〜２０ｃ等の複数の電極パターンが形成され、導電部２０ｂ、２０ｃは、電子回路２４と電気的に接続され、導電部２０ａは主回路基板５ａ内に設けられたＳＧ電極と電気的に接続されている。この導電部２０ｂ，２０ｃには、ＴＯＳＡ４ａのリードピン１２ｂ，１２ｃがそれぞれ、はんだ接合により電気的に接続されている。

電子回路２４は、信号接地電位（ＳＧ電位）を有しており、導電部２０ａ〜２０ｃが設けられている回路基板５の主面Ｍ１上に設けられている。電子回路２４は、ＲＯＳＡ４ｂからの受信信号を増幅するための増幅回路や、ＴＯＳＡ４ａのレーザダイオード７を駆動するための駆動回路等を搭載する。

次に、副回路基板５ｂの構成について説明する。図２は、図１における副回路基板５ｂのＴＯＳＡ４ａの中心軸線方向に沿った縦断面図である。

副回路基板５ｂは、主回路基板５ａの主面Ｍ１上に載置されており、シート状のプリプレグ等の絶縁性材料からなる基板（絶縁層）２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが、主面Ｍ１側から見てこの順で積層されて構成されている。この副回路基板５ｂの主回路基板５ａ側の一方の主面Ｍ２上、すなわち基板２６ａの表面上には、金属材料からなる電極パターンである導電層２８ａが形成されており、副回路基板５ｂの他方の主面Ｍ３上、すなわち基板２６ｄの表面上には電極パターンである導電層３０ａが形成されている。この導電層３０ａは、ＴＯＳＡ４ａのリードピン１２ａの接続用の電極であり、導電層２８ａは、主回路基板５ａの導電部２０ａとの接続用の電極である。

また、副回路基板５ｂには、基板２６ａと基板２６ｂとの境界面上において基板２６ａを挟んで導電層２８ａと対面するように形成された金属製の導電層２８ｂと、基板２６ｃと基板２６ｄとの境界面上において基板２６ｂ，２６ｃを挟んで導電層２８ｂと対面するように形成された金属製の導電層２８ｃとがさらに形成されている。この導電層２８ｃは、３つの基板２６ａ，２６ｂ，２６ｃを貫通するように形成されたスルホール３２を介して導電層２８ａ及び導電層２８ｂと接続され、導電層２８ｂは、基板２６ａを貫通するように形成されたスルホール３４を介しても導電層２８ａと電気的に接続されている。このスルホール３２，３４は、内部に金属材料が充填されたものであってもよいし、内面のみに金属材料がコーティングされたものであってもよい。従って、導電層２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、互いに電気的に接続された１つの導電部２８を構成する。

さらに、副回路基板５ｂには、基板２６ｂと基板２６ｃとの境界面上において基板２６ｃ，２６ｄを挟んで導電層３０ａと対面するように形成された金属製の導電層３０ｂが形成されている。この導電層３０ｂは、２つの基板２６ｃ，２６ｄを貫通するように形成されたスルホール３６を介して導電層３０ａと電気的に接続されている。このスルホール３６は、内部に金属材料が充填されたものであってもよいし、内面のみに金属材料がコーティングされたものであってもよい。従って、導電層３０ａ，３０ｂは、互いに電気的に接続された１つの導電部３０を構成する。

このように、副回路基板５ｂには、導電部２８の導電層２８ｂ，２８ｃと導電部３０の導電層３０ｂ，３０ａとが、互いに対面して配列されるように形成されている。さらに、導電層２８ｂとこの導電層２８ｂに隣接する導電層３０ｂとの間に絶縁性の基板２６ｂが配置されることにより、導電層２８ｂと導電層３０ｂとの間に容量成分が形成されることになる。同様に、導電層２８ｃとこの導電層２８ｃに隣接する２つの導電層３０ａ，３０ｂとの間にはそれぞれ基板２６ｄ，２６ｃが配置されることにより、導電層２８ｃと導電層３０ａ，３０ｂとの間に容量成分が形成される。

図３は、副回路基板５ｂとＴＯＳＡ４ａ及び主回路基板５ａとの接続形態を示すＴＯＳＡ４ａの中心軸線に沿った縦断面図である。同図に示すように、副回路基板５ｂは、導電部２０ａと副回路基板５ｂの導電層２８ａとが対面した状態で主回路基板５ａの主面Ｍ１上に載置され、導電部２０ａと導電層２８ａとは、はんだ接合により電気的に接続されている。この主回路基板５ａの導電部２０ａは、スルホールを介して主回路基板５ａの内部に形成されたＳＧ電極に接続される。ここで、副回路基板５ｂは、その端部が主回路基板５ａの主面Ｍ１上からＴＯＳＡ４ａ側に向けてはみ出るように配置されている。さらに、ＴＯＳＡ４ａは、そのリードピン１２ａが副回路基板５ｂの主面Ｍ３上の導電層３０ａに向けて主面Ｍ３に沿ってほぼ直線的に延びるように配設され、リードピン１２ａと導電層３０ａとははんだ接合により電気的に接続されている。

以上説明した光トランシーバモジュール２によれば、ＦＧに接続されたＴＯＳＡ４ａのＦＧ用リードピン１２ａが、副回路基板５ｂの主面Ｍ３上に形成された導電層３０ａと接続され、且つ副回路基板５ｂの主面Ｍ２上に形成された導電層２８ａが、主回路基板５ａの導電部２０ａと対面して接続された状態で、副回路基板５ｂが主回路基板５ａ上に載置される。これにより、ＦＧ用リードピン１２ａと主回路基板５ａの導電部２０ａとの間に副回路基板５ｂによって形成された容量成分が接続されることになり、ノイズフィルタの容量成分の確保が容易となる。また、配置の制約により主回路基板５ａの導電部２０ａとＦＧ用リードピン１２ａとの距離が長くなる場合でも、副回路基板５ｂを経由して接続することでＦＧ用リードピン１２ａ自体の長さを短くすることができるので、ＦＧ用リードピン１２ａのインダクタンスが低減されて高周波ノイズをＦＧからＳＧへ効果的に逃がすことができる。その結果、ＴＯＳＡ４ａのパッケージ内におけるクロストーク等の放射ノイズの影響を十分に抑えることができる。特に、副回路基板５ｂがその端部が主回路基板５ａの主面Ｍ１上からＴＯＳＡ４ａ側にはみ出るように配置されているので、リードピン１２ａの長さをさらに短くすることができる。

また、副回路基板５ｂにおいて導電層３０ａ，３０ｂと導電層２８ｂ，２８ｃとの間に絶縁層を配置することで容量成分が形成されているので、副回路基板５ｂを小型化しても容量成分の高容量化が容易となり、ＦＧ用リードピン１２ａと主回路基板５ａとの間に介在する副回路基板５ｂが小さくても、ＴＯＳＡパッケージ内におけるクロストーク等の放射ノイズの影響を十分に抑えることができる。また、副回路基板５ｂの厚さ及び面積を様々に変化させることができ、ＴＯＳＡ４ａと主回路基板５ａとの配置の自由度が高くなる。

さらに、導電部２８及び導電部３０のそれぞれは、絶縁層を貫通するスルホールを介して互いに電気的に接続されているので、副回路基板５ｂの厚さ又は基板の積層数が変化しても導電層どうしを接続する際の加工が容易となる。

ここで、図４には、従来の光トランシーバモジュールの接続形態を示している。ここで、小型光送受信器の業界標準規格であるSFP-MSA（Small Form Factor Pluggable Multi-Source Agreement）によれば、光通信モジュールの回路基板のコネクタ部の厚さは1mmと規定されている。従って、低コストで回路基板を作成するためには回路基板の厚さは1mmで統一することが望ましい。また、SFP-MSAでは、トランシーバの全高（本体の全高であり、ケージとの係合のために本体から突き出ている構造物を除く。）が8.6mm〜8.5mm、全幅（本体の全幅）が13.7mmと規定されており、使用するＬＣコネクタもレセプタクル底面から光軸までの高さが2.29mmと規定されている。従って、ＴＯＳＡの外径を約5.5mm、ＦＧ用リードピンが直径4.0mmの円周上に配置されていると想定すると、リードピンはトランシーバ底面から最大で約4.5mmの高さに位置することとなる。

図４に示す従来の接続形態においては、上述した規格に従う場合、回路基板９０５の厚さＤ１が1mmに設定され、トランシーバ底面からＴＯＳＡ９０４ａの光軸までの距離Ｄ２が2.29mmに設定される。この場合、ＴＯＳＡ９０４ａのリードピン９１２ａの基端部から回路基板９０５の表面までの高さが数3mm程度となる。従って、リードピン９１２ａが長くなり、ＦＧ用リードピン９１２ａのインダクタンスが大きくなる結果、ある周波数以上ではＴＯＳＡ９０４ａのパッケージ内におけるノイズを十分に逃がすことができなくなる。

一方、リードピンを短くするためには、図４においてＴＯＳＡ９０４ａのステムと回路基板９０５とのＴＯＳＡ９０４ａの光軸方向の距離を短く設計する方法も考えられる。しかしながら、この場合はリードピン９１２ａを回路基板９０５に向けて９０度以上で曲げる必要があり、ＥＭＩ（電磁雑音）を増大させてしまうので好ましくない。また、リードピン９１２ａのフォーミングが不要になるようにステム上にピンを配置することも考えられるが、回路基板上の回路配置、及び電極パターンの配置は、特性改善のために随時修正が入る可能性があり、その修正の度にＴＯＳＡのピン配置を修正することはコスト的に現実的ではない。また、ＴＯＳＡ内部の部品配置の観点から、基板修正に追随したＴＯＳＡのピン配置の修正が不可能な場合もありうる。これに対して、光トランシーバモジュール２では、副回路基板５ｂを主回路基板５ａとは別に作成した後に接続することができるので、製造コストの上昇を招くこと無しにリードピンの長さを短くすることができる。

本発明の好適な一実施形態にかかる光トランシーバモジュールの構成を示す一部破断斜視図である。 図１における副回路基板のＴＯＳＡの中心軸線方向に沿った縦断面図である。 図１の副回路基板とＴＯＳＡ及び主回路基板との接続形態を示すＴＯＳＡの中心軸線に沿った縦断面図である。 従来の光トランシーバモジュールの接続形態を示す図である。

符号の説明

２…光トランシーバモジュール、５ａ…主回路基板、５ｂ…副回路基板、８ａ…パッケージ、１２ａ…ＦＧ用リードピン、１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…リードピン、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…導電部、２４…電子回路（回路部）、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ…基板（絶縁層）、２８，３０…導電部、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ…導電層、３０ａ，３０ｂ…導電層、３２，３４，３６…スルホール、Ｍ２，Ｍ３…主面。

Claims (3)

1. 光伝送媒体を介して光送信信号を送信する光通信モジュールであって、
   金属製のパッケージと該パッケージに電気的に接続されたグランド用リードピンを含む複数のリードピンとを有し、前記複数のリードピンを介して印加された電気信号に応じて光送信信号を生成する光送信モジュールと、
   前記複数のリードピンを前記光送信モジュール駆動用の回路部及びグランド電位に電気的に接続するための導電部を有する主回路基板と、
   第１の主面上に設けられた第１の導電部と第２の主面上に設けられた第２の導電部との間に容量成分が形成されており、前記第２の導電部と前記主回路基板の前記導電部とが対面した状態で電気的に接続されるように前記主回路基板上に搭載された副回路基板とを備え、
   前記グランド用リードピンは、前記第１の主面に向けて延びることによって前記第１の導電部に対して電気的に接続されている、
   を備えることを特徴とする光通信モジュール。
2. 前記副回路基板は、複数の絶縁層が積層されてなり、
   第１及び第２の導電部は、それぞれ、前記複数の絶縁層上に独立して形成された複数層の第１及び第２の導電層を含み、
   前記複数の第１の導電層及び前記複数の第２の導電層のそれぞれが互いに電気的に接続され、且つ前記第１の導電層と前記第１の導電層に隣接する前記第２の導電層との間に前記絶縁層が配置されることにより前記容量成分が形成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の光通信モジュール。
3. 前記複数の第１の導電層及び前記第２の導電層のそれぞれは、前記絶縁層を貫通するスルホールを介して互いに電気的に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の光通信モジュール。

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